CN109584812B - 微流控装置电极的驱动电路、微流控装置及驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及微流控技术领域，提出一种微流控装置电极的驱动电路、微流控装置及驱动方法，所述微流控装置包括公共电极和驱动电极，所述驱动电路包括第一晶体管和第二晶体管。第一晶体管的第一端接收驱动信号，第二端连接所述驱动电极，控制端接收扫描信号；第二晶体管的第一端与所述驱动电极连接，第二端连接所述公共电极，控制端接收所述扫描信号；其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管的晶体管类型不同。本公开通过设置与第一晶体管晶体管类型不同的第二晶体管避免了由于第一晶体管向非目标驱动电极漏电导致的控制混乱。

Description

微流控装置电极的驱动电路、微流控装置及驱动方法
技术领域
本公开涉及微流控技术领域，尤其涉及一种微流控装置电极的驱动电路、微流控装置及驱动方法。
背景技术
微流控技术是控制微小液滴流动、分裂、融合等定向移动的技术，微流控技术被广泛应用在医药、化学、生物等多个领域。目前，微流控技术主要是将液滴放置在疏水层内，借助电润湿效应，通过在液滴与疏水层之间施加电压，增加液滴与疏水层之间的润湿性，从而形成液滴不对称形变并产生内部压强差，进而实现液滴定向移动。
相关技术中，通常在疏水层远离液滴的一侧设置多个独立的驱动电极，在液滴远离驱动电极一侧设置公共电极(公共电极与接地端连接)，通过一晶体管向目标驱动电极施加外加电压，在驱动电极与公共电极之间的电压作用下在液滴与疏水层之间形成电压，进而驱动液滴定向移动。
然而，当晶体管漏电时，晶体管会向非目标驱动电极充电，从而导致液滴不能在预设路径上移动。
发明内容
本公开的目的在于提供一种微流控装置电极的驱动电路、微流控装置及驱动方法，该微流控装置电极的驱动电路用于克服相关技术中由于晶体管漏电造成的控制混乱。
根据本公开的一方面，提供一种微流控装置电极的驱动电路，所述微流控装置包括公共电极和驱动电极，所述驱动电路包括第一晶体管和第二晶体管。第一晶体管的第一端接收驱动信号，第二端连接所述驱动电极，控制端接收扫描信号；第二晶体管的第一端与所述驱动电极连接，第二端连接所述公共电极，控制端接收所述扫描信号；其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管的晶体管类型不同。
在本公开的一示例性实施例中，所述第一晶体管为N沟道型晶体管，所述第二晶体管为P沟道型晶体管。
在本公开的一示例性实施例中，导通所述第一晶体管的逻辑电平为高电平，关断所述第一晶体管的逻辑电平为低电平。
在本公开的一示例性实施例中，导通所述第二晶体管的逻辑电平为低电平，关断所述第二晶体管的逻辑电平为高电平。
在本公开的一示例性实施例中，所述第一晶体管为P沟道型晶体管，所述第二晶体管为N沟道型晶体管。
在本公开的一示例性实施例中，导通所述第一晶体管的逻辑电平为低电平，关断所述第一晶体管的逻辑电平为高电平。
在本公开的一示例性实施例中，导通所述第二晶体管的逻辑电平为高电平，关断所述第二晶体管的逻辑电平为低电平。
根据本公开的一方面，提供一种微流控装置，该微流控装置包括公共电极、驱动电极阵列、第一疏水层、第二疏水层以及相对设置的第一基板和第二基板。公共电极设置于所述第一基板面向所述第二基板的一侧；驱动电极阵列设置于所述第二基板面向所述第一基板的一侧，与所述公共电极相对设置，包括多个驱动电极；第一疏水层设置于所述公共电极面向所述驱动电极阵列的一侧；第二疏水层设置于所述驱动电极阵列面向所述公共电极的一侧，所述第一疏水层和所述第二疏水层之间形成用于容纳液滴的间隙；其中，每一所述驱动电极连接有权利要求1-7任一项所述的微流控装置电极的驱动电路。
在本公开的一示例性实施例中，该微流控装置还包括多条扫描线和多条驱动线。多条扫描线沿所述驱动电极阵列的行方向延伸，用于提供所述扫描信号；多条驱动线沿所述驱动电极阵列的列方向延伸，用于提供所述驱动信号。
根据本公开的一方面，提供一种微流控装置的驱动方法，应用于上述的微流控装置，该方法包括：
提供一驱动信号用于向驱动电极充电；
提供一扫描信号，其中，所述扫描信号用于导通所述第一晶体管，同时关断所述第二晶体管，或者所述扫描信号用于关断所述第一晶体管，同时导通所述第二晶体管。
本发明提供一种微流控装置电极的驱动电路、微流控装置及驱动方法。该驱动电路在驱动电极和公共电极之间增设一与第一晶体管晶体管类型不同的第二晶体管。当第一晶体管在扫描信号作用下导通时，第二晶体管在该扫描信号作用下关断，驱动信号向目标驱动电极充电，目标驱动电极与公共电极之间形成用于驱动液滴移动的电压；当第一晶体管在扫描信号作用下关断时，第二晶体管在该扫描信号作用下导通，即使第一晶体管向非目标驱动电极漏电，导通的第二晶体管也可以消除非目标驱动电极与公共电极之间的电压，从而避液滴移动。本公开提供的驱动电路一方面避免了由于第一晶体管向非目标驱动电极漏电导致的控制混乱；另一方面该驱动电路结构简单，成本较低。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为相关技术中微流控装置的结构示意；
图2为相关技术中微流控装置电极的驱动电路图；
图3为相关技术中微流控装置的电路结构图；
图4-6为相关技术中微流控装置液滴驱动图；
图7为晶体管漏电流与栅源极电压的特性曲线图；
图8为相关技术中微流控装置漏电下液滴驱动图；
图9为本公开驱动电路一种示例性实施例的电路图；
图10为本公开微流控装置的结构示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“高”“低”“顶”“底”“左”“右”等也作具有类似含义。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。
如图1、2、3所示，图1为相关技术中微流控装置的结构示意；图2为相关技术中微流控装置电极的驱动电路图；图3为相关技术中微流控装置的电路结构图。该微流控装置包括多个阵列分布的驱动电极1和公共电极3。公共电极3与接地端GND连接。图2中，驱动电路包括一晶体管T(以N型晶体管为例进行说明)，该晶体管T的控制端接收一扫描信号Gate，第一端接收一驱动信号Data，第二端与微流控装置的驱动电极1连接。当扫描信号Gate为高电平时，晶体管T导通，驱动信号Data向驱动电极1充电。如图1、3所示，驱动电极1呈阵列分布，每一驱动电极连接有如图2所示的驱动电极，同一列的驱动电极与同一条驱动信号线Dataline连接，同一行的驱动电极与同一扫描线Gate line连接。本示例性实施例以驱动液滴2定向拉长为例对微流控装置的工作原理进行说明。如图4-6所示，为相关技术中微流控装置液滴驱动图。需要将液滴向右拉长时，可以依次向驱动电极组(R4，L3)、(R4，L4)；(R5，L3)、(R5，L4)；(R6，L3)、(R6，L4)；(R7，L3)、(R7，L4)；(R8，L3)、(R8，L4)充电，从而实现液滴2沿充有电的驱动电极移动，其中，黑色方框指充有电荷的驱动电极。相关技术中，实现驱动电极充电的方式可以是，如图4所示，首先通过L3行和L4行的扫描信号线发出高电平以导通L3行和L4行中驱动电路的晶体管T，其他行的扫描信号线输出低电平以关断其行中驱动电路的晶体管T；然后通过R4列的驱动信号线向R4列中的驱动电路提供充电信号，从而实现向驱动电极(R4，L3)和驱动电极(R4，L4)充电；然后如图5、6所示，依次通过R5、R6、R7、R8列的驱动信号线向其列中的驱动电路提供充电信号，从而实现向驱动电极组(R6，L3)、(R6，L4)；(R7，L3)、(R7，L4)；(R8，L3)、(R8，L4)依次充电。然而，用于驱动液滴的电压一般为几十伏到上百伏，即驱动信号的充电电压需要几十伏到上百伏，即使L3行和L4行以外的其他行中晶体管的控制端接收低电平以控制晶体管关断，但是晶体管T的第一端和控制端之间的电压会达到几十伏到上百伏。如图7所示，为晶体管漏电流与栅源极电压的特性曲线图。从图7可以看出当晶体管栅源电压Vgs(即晶体管T控制端电压与第一端电压之差)较大时晶体管会存在较大的漏电流I。该漏电流I可以达到10-10A级别，如图8所示，为相关技术中微流控装置漏电下液滴驱动图。该漏电流I可以在较短时间内向R4、R5、R6、R7、R8列上所有驱动电极充满电，从而导致液滴如图8所示流动。
基于此，本示例性实施例提供一种微流控装置电极的驱动电路，如图9所示，为本公开驱动电路一种示例性实施例的电路图。所述微流控装置包括公共电极4和驱动电极5，所述驱动电路包括第一晶体管T1和第二晶体管T2。第一晶体管T1的第一端接收驱动信号，第二端连接所述驱动电极，控制端接收扫描信号；第二晶体管T2的第一端与所述驱动电极连接，第二端连接所述公共电极，控制端接收所述扫描信号；其中，所述第一晶体管T1和所述第二晶体管T2的晶体管类型不同。其中，公共电极4与接地端GND连接。
本发明提供一种微流控装置电极的驱动电路、微流控装置及驱动方法。该驱动电路在驱动电极和公共电极之间增设一与第一晶体管晶体管类型不同的第二晶体管。当第一晶体管在扫描信号作用下导通时，第二晶体管在该扫描信号作用下关断，驱动信号向目标驱动电极充电，目标驱动电极与公共电极之间形成用于驱动液滴移动的电压；当第一晶体管在扫描信号作用下关断时，第二晶体管在该扫描信号作用下导通，即使第一晶体管向非目标驱动电极漏电，导通的第二晶体管也可以消除非目标驱动电极与公共电极之间的电压，从而避液滴移动。本公开提供的驱动电路一方面避免了由于第一晶体管向非目标驱动电极漏电导致的控制混乱；另一方面该驱动电路结构简单，成本较低。
本示例性实施例中，如图9所示，所述第一晶体管可以为N沟道型晶体管，所述第二晶体管可以为P沟道型晶体管。导通所述第一晶体管的逻辑电平为高电平，关断所述第一晶体管的逻辑电平为低电平；导通所述第二晶体管的逻辑电平为低电平，关断所述第二晶体管的逻辑电平为高电平。当扫描信号为低电平时，第一晶体管关断，第二晶体管在该低电平作用下导通，即使第一晶体管向非目标驱动电极漏电，导通的第二晶体管也可以消除非目标驱动电极与公共电极之间的电压，从而避液滴移动。当扫描信号为高电平时，第一晶体管导通，驱动信号向目标驱动电极充电，第二晶体管在该高电平作用下关断，从而实现滴定向移动。
在其他示例性实施例中，所述第一晶体管可以为P沟道型晶体管，所述第二晶体管可以为N沟道型晶体管。导通所述第一晶体管的逻辑电平为低电平，关断所述第一晶体管的逻辑电平为高电平；导通所述第二晶体管的逻辑电平为高电平，关断所述第二晶体管的逻辑电平为低电平。当扫描信号为低电平时，第一晶体管导通，第二晶体管在该低电平作用下关断，从而实现滴定向移动。当扫描信号为高电平时，第一晶体管关断，第二晶体管在该高电平作用下导通，即使第一晶体管向非目标驱动电极漏电，导通的第二晶体管也可以消除非目标驱动电极与公共电极之间的电压，从而避液滴移动。
本示例性实施例还提供一种微流控装置，如图10所示，为本公开微流控装置的结构示意图。该微流控装置可以包括公共电极4、驱动电极阵列。驱动电极阵列与所述公共电极相对设置，包括多个驱动电极5；其中，每一所述驱动电极连接有上述的微流控装置电极的驱动电路。其中，该微流控装置还可以包括第一疏水层、第二疏水层以及相对设置的第一基板和第二基板。公共电极设置于所述第一基板面向所述第二基板的一侧；驱动电极阵列设置于所述第二基板面向所述第一基板的一侧；第一疏水层设置于所述公共电极面向所述驱动电极阵列的一侧；第二疏水层设置于所述驱动电极阵列面向所述公共电极的一侧，所述第一疏水层和所述第二疏水层之间形成用于容纳液滴的间隙。
本示例性实施例中，该微流控装置还包括多条扫描线Gate line和多条驱动线Data line。多条扫描线沿所述驱动电极阵列的行方向延伸，用于提供所述扫描信号；多条驱动线沿所述驱动电极阵列的列方向延伸，用于提供所述驱动信号。
本示例性实施例提供的微流控装置与上述的驱动电路具有相同的技术特征和工作原理，此处不再赘述。
本示例性实施例还提供一种微流控装置的驱动方法，应用于上述的微流控装置，该方法包括：
提供一驱动信号用于向驱动电极充电；
提供一扫描信号，其中，所述扫描信号用于导通所述第一晶体管，同时关断所述第二晶体管，或者所述扫描信号用于关断所述第一晶体管，同时导通所述第二晶体管。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
上述所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中，如有可能，各实施例中所讨论的特征是可互换的。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。

Claims (10)

1.一种微流控装置电极的驱动电路，所述微流控装置包括公共电极和驱动电极，其特征在于，所述驱动电路包括：
第一晶体管，第一端接收驱动信号，第二端连接所述驱动电极，控制端接收扫描信号；
第二晶体管，第一端直接与所述驱动电极连接，第二端连接所述公共电极，控制端接收所述扫描信号；
其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管的晶体管类型不同。
2.根据权利要求1所述的微流控装置电极的驱动电路，其特征在于，所述第一晶体管为N沟道型晶体管，所述第二晶体管为P沟道型晶体管。
3.根据权利要求2所述的微流控装置电极的驱动电路，其特征在于，导通所述第一晶体管的逻辑电平为高电平，关断所述第一晶体管的逻辑电平为低电平。
4.根据权利要求2所述的微流控装置电极的驱动电路，其特征在于，导通所述第二晶体管的逻辑电平为低电平，关断所述第二晶体管的逻辑电平为高电平。
5.根据权利要求1所述的微流控装置电极的驱动电路，其特征在于，所述第一晶体管为P沟道型晶体管，所述第二晶体管为N沟道型晶体管。
6.根据权利要求5所述的微流控装置电极的驱动电路，其特征在于，导通所述第一晶体管的逻辑电平为低电平，关断所述第一晶体管的逻辑电平为高电平。
7.根据权利要求5所述的微流控装置电极的驱动电路，其特征在于，导通所述第二晶体管的逻辑电平为高电平，关断所述第二晶体管的逻辑电平为低电平。
8.一种微流控装置，其特征在于，包括：
相对设置的第一基板和第二基板；
公共电极，设置于所述第一基板面向所述第二基板的一侧；
驱动电极阵列，设置于所述第二基板面向所述第一基板的一侧，与所述公共电极相对设置，包括多个驱动电极；
第一疏水层，设置于所述公共电极面向所述驱动电极阵列的一侧；
第二疏水层，设置于所述驱动电极阵列面向所述公共电极的一侧，所述第一疏水层和所述第二疏水层之间形成用于容纳液滴的间隙；
其中，每一所述驱动电极连接有权利要求1-7任一项所述的微流控装置电极的驱动电路。
9.根据权利要求8所述的微流控装置，其特征在于，还包括：
多条扫描线，沿所述驱动电极阵列的行方向延伸，用于提供所述扫描信号；
多条驱动线，沿所述驱动电极阵列的列方向延伸，用于提供所述驱动信号。
10.一种微流控装置的驱动方法，应用于权利要求7-8任一项所述的微流控装置，其特征在于，包括：
提供一驱动信号用于向驱动电极充电；
提供一扫描信号，其中，所述扫描信号用于导通所述第一晶体管，同时关断所述第二晶体管，或者所述扫描信号用于关断所述第一晶体管，同时导通所述第二晶体管。
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