一种有源矩阵电路

专利2025-05-29  14


本技术涉及数字液滴微流控领域,尤其涉及一种应用于数字液滴微流控领域的有源矩阵电路。


背景技术:

1、传统有源矩阵的成熟应用领域主要是显示器。除手机、平板、电脑、电视等传统设备外,有源矩阵在智能穿戴设备(智能手表、智能头盔)、车载显示(汽车仪表盘、挡风玻璃)、虚拟现实眼镜、柔性屏幕等新兴领域也被广泛应用。

2、对于传统有源矩阵的像素电路,从栅极输入高电平开始,直到下一个周期的高电平到来前,电容上的电压只能保持相对稳定的直流电压。在下一个周期的栅极高电平到来后,源极电压极性翻转,使电容电压极性翻转。这样,一个交流方波电压输出的周期就完成了。换句话说,传统有源矩阵需要通过帧刷新的方式,使每个像素输出电压不停翻转极性,来达到交流驱动的目的。

3、虽然传统的有源矩阵能输出交流驱动信号,但这是通过逐帧刷新改变源极输入电压极性的方式实现的,交流信号的频率受到刷新频率的限制。而对于大型矩阵来说,其刷新频率很难超过100hz,否则将导致电容充放电不充分等问题。而且,在单个帧周期内,像素输出的电压信号是直流信号,因此,传统的有源矩阵的交流输出是伪交流输出,另外,传统有缘矩阵的交流输出波形只能是方波。

4、在数字液滴微流控领域,有源矩阵被应用于液滴运动的控制。含有生物大分子(如蛋白质、dna)的液滴长时间在单极性电压的作用下,会发生生物大分子嵌入电极疏水层的现象,造成电极污染。电极的生物大分子污染会进一步引发一系列问题,如液滴操作效率下降、液滴残留、测试实验结果准确性下降等。因此,数字液滴微流控芯片同样需要能输出交流驱动信号的有源矩阵。

5、为达到有效减少甚至消除电极污染问题的目的,数字液滴微流控芯片对有源矩阵驱动电压的频率范围提出了更高的要求(1~100khz)。另外,大型液滴矩阵也是数字液滴微流控芯片的发展方向。因此,传统有源矩阵实现交流输出的技术路线——帧刷新法,无法满足数字液滴微流控的需求。现有技术中,缺少一种新的有源矩阵像素电路,实现单帧内的真正的交流输出,且可大范围调节流输出频率,以及输出各种交流波形。


技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷,本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新的有源矩阵像素电路,实现单帧内真正的交流输出,且可大范围调节流输出频率,以及输出各种交流波形。

2、基于上述技术问题,本实用新型提供了一种有源矩阵电路,包括第一源极输入端口vs和第一栅极输入端口vg,所述第一源极输入端口vs外部连接源极驱动电路;所述第一栅极输入端口vg外部连接栅极驱动电路;

3、所述第一源极输入端口vs一端通过第一薄膜晶体管t0与所述第一源极输入端口vs相连接,另一端通过一存储电容cst接地,所述第一薄膜晶体管t0与所述存储电容cst之间形成一个间接输出端,所述间接输出端外接一反相器电路;

4、所述反相器电路包括反相器输入端和最终输出端vout,所述反向器输入端包括第一输入端vac和第二输入端vcom,所述第一输入端搭载一交流电源电压vac,所述第二输入端外接直流电源电压vcom;所述第一输入端vac通过第一负载薄膜晶体管t1连接最终输出端vou,所述第二输入端vcom与所述间接输出端通过第二驱动薄膜晶体管t2连接最终输出端vout;

5、所述直流电源电压vcom为所述交流电源vac电压的直流搭载电压。

6、较优的,所述第一负载薄膜晶体管t1的栅极和漏极短接。

7、本实用新型的有益效果是:本实用新型提出了新的技术路线——传统有源矩阵结合新式外电源接法的反相器,以实现有源矩阵的帧内交流输出,从根本上提高了交流输出信号的频率。其中,t0和存储电容c构成开关,为反相器指定高电平或者低电平的输入。t1和t2构成增强型负载tft反相器。反相器一端接vcom(交流输出的中间电势),一端接交流源vac。第一级开关受外电路,即栅极驱动器的控制,它决定了本像素在在一帧周期内输出的是有效信号(交流电压)还是无效信号(vcom,等于另一个极板的电压,因此两极板的电压差为0v)。

8、本实用新型中的像素电路与传统的有源矩阵控制电路有非常高的兼容性。可以直接将相关端口连接到传统有源矩阵控制电路的对应驱动器进行控制和驱动,具体如下:像素电路的vg端口连接控制电路栅极驱动器,像素电路的vs端口连接控制电路的源极驱动器。vg和vs是本像素电路的控制信号端口,负责控制信号的输入。

9、此外,相较于传统的有源矩阵像素电路,本实用新型中的像素电路需要两个额外端口,vcom和vac。其中vcom接恒压源,vac接交流源。vcom和vac是本像素电路的基准电压端口,规定了输出信号的类型(ac/dc)和伏值。这样设计使得本交流有源矩阵输出的交流电信号非常准确,与正常的直流有源矩阵电路输出信号精确度没有差异,且与传统的交流有源矩阵而言,也无需进行帧刷新,控制电源极性翻转,形成真正的交流电信号输出,实现了单帧内的真正的交流输出,且可大范围调节流输出频率,以及输出各种交流波形。

10、本专利实现有单帧内的真正的交流输出,应用在数字液滴微流控领域实现微液滴控制时,可以防止生物大分子嵌入电极疏水层的现象,造成电极污染。并且本方案无需进行帧刷新,可以直接实现大型液滴矩阵和数字液滴微流控芯片的控制需求。另外,在输出交流信号时,由于vout完全跟随vac,所以只要调整vac端的输入波形,就能得到同样波形的交流输出。这是对传统有源矩阵的另一项重大突破,为本发明提供了更多的潜在应用领域。



技术特征:

1.一种有源矩阵电路,其特征是:包括第一源极输入端口vs和第一栅极输入端口vg,所述第一源极输入端口vs外部连接源极驱动电路;所述第一栅极输入端口vg外部连接栅极驱动电路;

2.如权利要求1所述的有源矩阵电路,其特征是,所述第一负载薄膜晶体管t1的栅极和漏极短接。


技术总结
本技术公开了一种有源矩阵电路,包括第一源极输入端口Vs和第一栅极输入端口Vg,所述第一源极输入端口Vs外部连接源极驱动电路;所述第一栅极输入端口Vg外部连接栅极驱动电路;技术提出了新的技术路线——传统有源矩阵结合新式外电源接法的反相器,以实现有源矩阵的帧内交流输出,从根本上增加了交流输出信号的频率范围,以及增加了调整交流输出信号波形的能力。

技术研发人员:程鑫,詹绍虎,刘荣跃,罗芹
受保护的技术使用者:南方科技大学
技术研发日:20231023
技术公布日:2024/6/26
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