JP5411888B2 - 温度センサアレイ回路用のアレイ素子を用いた温度センサアレイ回路、および、該温度センサアレイ回路を含むam−ewod装置 - Google Patents
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Description
・ドライバ回路を、AM−EWODアレイ基板の上に集積させることが可能な点。典型的な構成については、図7に示されている。EWODアレイ42の制御は、集積された行ドライバ回路76および列ドライバ回路78によって実施される。シリアル入力データストリームを処理するため、および、必要とされる電圧をアレイ42に書き込むために、シリアルインターフェース80が設けられていてもよい。アレイ基板と、外部駆動電子部品や電源装置などとの間の接続ワイヤ82の数は、アレイサイズが大きい場合でも、比較的少なくすることが可能である。
・TFTベースの電子部品は、AM−EWOD用途に好適である点。これらの部品は、製造が安価であるため、比較的大きな基板領域を、比較的低コストで生成することが可能である。
・TFTベースのセンサを、アクティブマトリクス制御アレイの中に組み入れることが可能な点。例えば米国特許出願公報第20080085559号(J. Hartzell et al.;2008年4月10日公開)は、カンチレバーベースのアレイを用いたTFTベースのアクティブマトリクスバイオセンサについて記載している。
・標準的なプロセスにおいて製造されたTFTは、標準的なCMOSプロセスにおいて製造されたトランジスタよりもはるかに高い電圧において動作するように設計可能である点。このことは、多くのEWOD技術では、20Vを上回るEWOD作動電圧を印加する必要があるため、重要である。
・化学合成または生化学合成。ここでは、化学反応または生化学合成を開始および/または制御するために、温度制御が必要であり得る。
・小滴の間の吸熱性化学反応または発熱性化学反応の検出(すなわち、この反応は、熱を吸収または放出するので、その検出は、反応の発生を示すものである)。
・Vref126の値を変化させること。これによって、吸い込まれた電流は、2つのVrefの値に対してそれぞれ、Vref1/RおよびVref2/Rとなる。ここで、Rは抵抗素子140の抵抗である。
・抵抗素子140として用いられるスイッチキャパシタ構成に印加されるパルスの周波数を変化させること。これによって、2つの各測定の実効抵抗は、例えば、値R1およびR2のように、異なるものになり得る。従って、第1および第2の測定のそれぞれの場合のVref/R1およびVref/R2に等しい電流は、ダイオード110を通って吸い込まれることになる。
本発明の一目的は、1つのアレイ素子につき、より少ないスイッチトランジスタとより少ない列電極接続点とを備えて具現化され得るアレイ素子回路を提供することにある。他の一目的は、より小型の配置面積を提供し、接続点の数を低減することにある。
本発明の基本的な態様は、アレイベースの温度センサのための構成である。アレイ素子は、それぞれ、1つのセンサ素子、1つの行選択スイッチトランジスタ、1つの行選択線、および、1つの列電極を用いて具現化され得る。行選択スイッチトランジスタは、センサ素子に並列接続されており、アレイの同一列内の各センサ素子は、直列接続されている。
・回路をより小さい配置面積で具現化することが可能な点。従って、アレイ素子を、より小型にすることが可能であり、これによって、温度センサアレイの解像度が向上される。
・接続点および回路素子の数を減らすことは、製造歩留まりを改善し、これによってコストを低減するために有効である点。
本発明の温度センサアレイ回路は、より小さな配置面積によって具現化可能な簡略化された回路トポロジーを提供する。従って、アレイ素子は、より小型に形成され、温度センサアレイの解像度が向上される。本発明は、製造歩留まりを改善し、これによってコストを低減するという利点を提供する。
・選択されなかった行内の直列結合されたM−1個のスイッチトランジスタ172を横断するバイアス降下が、選択された行内の温度センサ素子110を横断するバイアス降下と比べて小さいこと。この基準は、所望の全ての温度範囲内において順守されている必要がある。
・温度を検知するために必要な範囲内の全ての温度に対して、列出力回路131の増幅回路160の入力電圧が、その設計動作範囲内で維持される必要があること。
・温度センサ素子110自身の抵抗による自己発熱が最小でなければならない。
・必要とされるVDDの値は、大きすぎず、回路を製造するために用いられる加工技術のための典型的な電源バイアスの範囲を超えていないこと。(一般に、バイアス電流Iの値が大きければ大きいほど、高い電源電圧VDDが必要とされる。)
・温度を検知するために必要な範囲内の全ての温度に対して、列出力回路131の増幅回路160の入力電圧が、その設計動作範囲内で維持される必要があること。
・選択された行内の温度センサ素子110を流れるバイアス電流Iは、選択されていない行内の温度センサ素子110を流れる任意の逆リーク電流よりも大幅に大きいこと。
・温度センサ素子110が、従来技術に記載されているように薄膜ダイオードであるならば、その動作は、温度に対する感度が最大で、且つリニアな範囲内において、行われ得る。この場合には、バイアス電流Iの値は、温度センサ素子110を横断するバイアス降下が、PN接合の作用により優勢になるように、および、ダイオードの自己抵抗による電圧降下が比較的小さくなるように、十分に小さい値である必要がある。
・アレイ素子部品内の抵抗損失による回路電力消散が最小である。
・温度センサ素子110内の電力消散による自己発熱が最小である。温度を測定する動作がその温度自体の影響を好適に受けないので、自己発熱は回避される。
・回路は、広範囲の温度値にわたってリニアな出力特性を提供するように設計されていてよい。
・VDDの最適化された値は、典型的には、回路を製造するために用いられるプロセス技術において使用されるバイアス電圧の典型的な範囲よりも大きい必要はない、または、該範囲以外である必要はない。
・温度センサアレイ回路を、従来技術に記載された温度センサアレイ回路よりも小さい配置面積で具現化することが可能である点。この場合、アレイ素子が小型に形成されるので、温度センサアレイ回路の解像度が向上する。
・接続点および回路素子の数を低減することが、製造歩留まりを改善し、これによってコストを低減することにとって有効である点。
・AM−EWODアレイ内の個々の小滴の温度を測定する機能。
・小滴の間に生じる吸熱反応または発熱反応の存在を検出する機能。
・アレイ内の個々の小滴の温度を制御する機能。
・例えば、従来技術の説明の箇所に記載された技術を用いてフィードバックを実施することによって、加熱素子の動作を制御する機能。
・熱的制御の使用を必要とする、または、この熱的制御の使用によって支援される分析(assay)を行う機能。
Claims (9)
- 温度センサアレイ回路であって、
M行およびN列に配置されたアレイ素子のM×N個のアレイを含み、各アレイ素子は、
スイッチトランジスタと、
温度に応じて変動するインピーダンスを有する温度センサ素子とを含み、上記温度センサ素子は、上記スイッチトランジスタのソースおよびドレインに並列接続されており、
各列内の上記アレイ素子について、複数の上記温度センサ素子は、第1の行内のアレイ素子に属する上記温度センサ素子と直列接続されており、第1の行内のアレイ素子に属する温度センサ素子は、上記温度センサアレイ回路内に含まれる列出力回路に接続されており、M番目の行内のアレイ素子に属する温度センサ素子は、電源電圧に接続されており、
各行内の上記アレイ素子のための上記スイッチトランジスタのゲートは、同一の行選択線に接続されている、温度センサアレイ回路。 - 上記行選択線のそれぞれに、対応する行選択信号を選択的に供給するための行ドライバを備え、
所定の行内の所定のアレイ素子によって得られる温度を測定するために、
上記行ドライバは、上記所定の行の上記行選択線に行選択信号を供給して、上記所定の行内の上記各アレイ素子に含まれる上記スイッチトランジスタをオフにすると共に、上記所定の行以外の行内の上記アレイ素子の上記スイッチトランジスタをオンにするように構成されており、
上記所定のアレイ素子と同一の列の上記第1の行内に含まれる上記アレイ素子に接続された上記列出力回路は、上記所定のアレイ素子の上記温度センサ素子を通してバイアス電流を吸い込み、結果として生じる電圧を測定するように構成されている、請求項1に記載の温度センサアレイ回路。 - 上記列出力回路は、上記M×N個のアレイ内の異なる列のための異なる列出力回路を含む、請求項1または2に記載の温度センサアレイ回路。
- 上記列出力回路は、上記M×N個のアレイ内の異なる列によって共有される同一の列出力回路を含む、請求項1または2に記載の温度センサアレイ回路。
- 上記各アレイ素子内の上記温度センサ素子は、少なくとも1つのダイオードを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の温度センサアレイ回路。
- 上記各アレイ素子内の上記温度センサ素子は、直列接続された複数のダイオードを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の温度センサアレイ回路。
- 各アレイ素子は、直列接続された、温度に応じて変動するインピーダンスを有する第2の温度センサ素子と、第2のスイッチトランジスタとをさらに含み、直列接続された上記第2の温度センサ素子および上記第2のスイッチトランジスタは、上記スイッチトランジスタのソースおよびドレインに並列接続されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の温度センサアレイ回路。
- アクティブマトリクス型の誘電体エレクトロウェッティング(AM−EWOD)装置であって、
その上に置かれた小滴を操作するためのアクティブマトリクスアレイと、
請求項1に記載の温度センサアレイ回路とを含み、上記温度センサアレイ回路は、上記アクティブマトリクスアレイ上の温度を測定するように構成されている、AM−EWOD装置。 - アクティブマトリクスアレイ制御電子部品および温度センサアレイ回路電子部品が、同一の基板上に配置されている、請求項8に記載のAM−EWOD装置。
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