[发明专利]阵列元件电路和有源矩阵器件

说明书

技术领域

本发明涉及有源矩阵阵列及其元件。具体地，本发明涉及数字微流体(digital microfluidics)，更具体地涉及AM-EWOD。电介质上电润湿(Electrowetting-On-Dielectric，EWOD)是用于操控阵列上的流体的液滴(droplet)的公知技术。有源矩阵EWOD(AM-EWOD)是指有源矩阵阵列中EWOD的实现，例如使用薄膜晶体管(TFT)。

背景技术

图1示出了与固体表面2相接触且处于静态平衡的液滴4。如图1所示，定义了接触角θ6，如图所示，其是通过固-液(γ_SL 8)、液-气(γ_LG10)和固-气(γ_SG 12)界面之间的表面张力分量的平衡来确定的，从而有：

cosθ=γSG-γSLγLG]]>(等式1)

因此，接触角θ是对表面的疏水性(hydrophobicity)的度量。根据接触角与90度之间的差，可以将表面描述为在θ＜90度时是亲水(hydrophilic)的或者在θ＞90度时是疏水(hydrophobic)的，以及描述为或多或少疏水/亲水。图2示出了具有相应接触角θ6的亲水材料表面14和疏水材料表面16上处于静态平衡的液滴4。

图3示出了液滴横跨在具有不同疏水性的两个区域(例如疏水表面16和亲水表面14)上的情况。在这种情况下，情形是不平衡，并且，为了最小化势能，液滴将向着具有较大亲水性的区域横向移动。移动方向被示作18。

如果液滴由离子(ionic)材料构成，那么众所周知，可以通过施加电场来改变表面的疏水性。这种现象被称作电润湿。一种实现该现象的手段是使用电介质上电润湿(EWOD)方法，如图4所示。

下基板25上布置了导电电极22，在该导电电极22上方放置了绝缘层20。绝缘层20将导电电极22与液滴4位于其上的疏水表面16分离。通过将电压V施加至导电电极22，可以调整接触角θ6。利用EWOD操控接触角θ6的优点在于：消耗的功率较低，仅仅与对绝缘层20的电容充电和放电相关联。

图5示出了还提供顶基板(反基板)36的备选和改进配置，包含涂覆有疏水层26的电极28。可以将电压V2施加至电极28，使得液滴4与疏水层26和基板16的界面处的电场是V2与V之间的电势差的函数。可以使用间隔器32来固定在其中限制了液滴4的沟道层的高度。在一些实施方式中，液滴4周围的沟道容积可以由非离子液体(例如，油34)来填充。与图1的配置相比，图5的配置由于以下两点原因是有利的：第一，可以在液滴接触疏水层的表面处产生更大且更好的受控电场；第二，液滴被密封在器件内，从而防止了由于蒸发等等造成的损失。

以上背景技术是公知的，更详细的描述可见于标准教科书，例如“Introduction to Microfluidics”，Patrick Tabeling，Oxford University Press，ISBN 0-19-856864-9，section 2.8。

US6565727(Shenderov，于2003年5月20日授予)公开了一种用于将液滴移动通过阵列的无源矩阵EWOD器件。该器件是如图6所示构造的。对下基板25的导电电极图案化，从而实现了多个电极38(如38A和38B)。这些电极可以被称作EW驱动元件。以下可以采用术语EW驱动元件来指代与具体阵列元件相关联的电极38和与该电极38直接相连的电路的节点。通过将不同电压(称作EW驱动电压(如V和V3))施加至不同电极(如驱动元件38A和38B)，可以控制表面的疏水性，从而使得能够控制液滴运动。