JP2023513832A - Ｅｗｏｄアレイの高周波ａｃ駆動のためのアダプティブゲート駆動 - Google Patents

Abstract

１ライン毎のアクティブマトリクス駆動に代表的なものを超えて推進電極の切り替え周波数を増大させるための、薄膜トランジスタを含むアクティブマトリクス型誘電体エレクトロウェッティングデバイスを駆動する方法。ゲートラインをグループ化し、それらのゲートラインをゲートブロックとして同時に駆動することによって、フレームアップデートが遙かにより速く完了され得、結論として、推進電極における全体的な駆動周波数が実質的に増大され得る。駆動周波数が速いほど、エレクトロウェッティングデバイスの性能が改善され、特に、高イオン強度を有する水性液滴とともに使用される場合に改善される。

Description

関連出願
本出願は、２０２０年２月１８日出願の米国仮特許出願第６２／９７７，９２４号に基づく優先権を主張する。本明細書で開示される全ての特許、出願、および刊行物は、それらの全体において参考として援用される。

背景
デジタルマイクロ流体（ＤＭＦ）デバイスは、限られた環境の中で液滴を推進し、分割し、結合させるための独立した電極を利用し、それによって、「ラボオンチップ（ｌａｂ－ｏｎ－ａ－ｃｈｉｐ）」を提供する。デジタルマイクロ流体デバイスは、広い範囲の容積（ｎＬ～μＬ）を作動するために使用されており、上記方法を、電気泳動流および／またはマイクロポンプに依拠する競合のマイクロ流体システムからさらに区別するために、代わりに誘電体エレクトロウェッティング、または「ＥＷｏＤ」ともいわれている。エレクトロウェッティングにおいて、連続またはパルス状の電気シグナルは、液滴に印加され、その接触角の切り替えをもたらす。疎水性表面をエレクトロウェッティングする能力のある液体は、代表的には、極性溶媒（例えば、水またはイオン性液体）を含み、電解質の水性溶液に関する場合のように、しばしばイオン種を特徴とする。エレクトロウェッティング技術の２０１２年の総説は、Ｗｈｅｅｌｅｒによって「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ」， Ａｎｎｕ． Ｒｅｖ． Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ２０１２， ５：４１３－４０に提供された。その技術は、サンプル調製、アッセイ、および合成化学がサンプルおよび試薬ともにごくわずかな量で行われることを可能にする。近年では、エレクトロウェッティングを使用して、マイクロ流体セルの中での制御された液滴操作が、商業的に実行可能になっており、現在、生命科学の大企業（例えば、Ｏｘｆｏｒｄ Ｎａｎｏｐｏｒｅ）から製品が市販されている。

代表的には、ＥＷｏＤデバイスは、積み重なった電極、絶縁性誘電層、および作業表面を提供する疎水性層を含む。液滴は、作業表面上に配置され、電極は、一旦作動されると、その液滴を変形させ、印加される電圧に依存して、上記表面を濡らすかまたは脱濡れ（ｄｅ－ｗｅｔ）を生じ得る。ＥＷｏＤに関する文献報告の大部分は、いわゆる「ダイレクトドライブ（ｄｉｒｅｃｔ ｄｒｉｖｅ）」デバイス（別名「セグメント化（ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ）」デバイス）を要し、それによって、１０～数百の電極が、コントローラでダイレクトドライブされる。セグメント化デバイスは、製作しやすいが、電極数は、空間および駆動制約によって制限されている。よって、大規模並列アッセイ、反応などを、ダイレクトドライブデバイスにおいて行うことは不可能である。比較において、「アクティブマトリクス型（ａｃｔｉｖｅ ｍａｔｒｉｘ）」デバイス（別名アクティブマトリクス型ＥＷｏＤ、別名ＡＭ－ＥＷｏＤ）デバイスは、数千、数十万、またはさらには数百万ものアドレス指定可能電極（ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を有し得る。ＡＭ－ＥＷｏＤデバイスでは、電極は、代表的には薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって切り替えられ、液滴の動きは、ＡＭ－ＥＷｏＤアレイが、多数の液滴を制御しかつ同時の分析プロセスを実行するための大きな自由度を可能にする汎用性デバイスとして使用され得るようにプログラム可能である。

ＡＭ－ＥＷｏＤの電極は、代表的には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって切り替えられるが、電気機械式スイッチがまた、使用され得る。ＴＦＴベースの薄膜電子装置は、ＡＭディスプレイ技術において使用されるものに非常に類似する回路配置を使用することによって、電圧パルスの、ＥＷｏＤアレイへのアドレス指定を制御するために使用され得る。ＴＦＴアレイは、数千ものアドレス指定可能なピクセルを有し、それによって、液滴手順の大規模並列化を可能にすることに起因して、この適用にとって非常に好ましい。ドライバ回路は、ＡＭ－ＥＷｏＤアレイ基板上に集積され得、ＴＦＴベースの電子装置は、ＡＭ－ＥＷｏＤ適用に十分に適している。ＴＦＴは、広く種々の半導体材料を使用して作製され得る。一般的な材料はケイ素である。ケイ素ベースのＴＦＴの特徴は、ケイ素の結晶状態に依存する、すなわち、半導体層は、無定形ケイ素（ａ－Ｓｉ）、微結晶性ケイ素であり得るか、または低温多結晶シリコン（ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ）（ＬＴＰＳ）へと鈍され得るかのいずれかである。ａ－Ｓｉに基づくＴＦＴは、生成するのに安価であるので、比較的大きな基板面積が、比較的低コストで製造され得る。より珍しい（ｅｘｏｔｉｃ）材料（例えば、金属酸化物）はまた、薄膜トランジスタアレイを製作するために使用され得るが、このようなデバイスの製作コストは、金属酸化物を取り扱う／堆積させるために必要とされる特別な装置が原因で、代表的には高い。

ＴＦＴがディスプレイピクセルを切り替えるために使用される旧来の適用において、フレームレートは、約１００Ｈｚ程度にある。しかし、ＤＣまたは低周波数ＡＣシグナルがＥＷｏＤに使用される場合、イオンは、頂部誘電層を経て拡散し得る。金属ラインおよびそれらの間の電圧に伴ってイオンが下にあるＴＦＴアレイに達する場合、ある範囲の種々の有害な電気化学的反応が起こる。１００Ｈｚで駆動されるａ－Ｓｉ ＴＦＴ ＥＷｏＤデバイスに関して、いくつかの異なる故障機序が認められている。ＥＷｏＤアレイは、低周波数駆動に関する使用に伴って遅くなる傾向にあることが報告されている。遅くなる機序は理解されていないが、それは高周波数駆動では起こらない。よって、ＡＭ－ＥＷｏＤ適用は、ディスプレイ適用において使用されるより速いフレームレートを必要とする。

アクティブマトリクス型デバイスに関しては、その駆動シグナルはしばしば、コントローラからゲートドライバおよびスキャンドライバへと出力され、それらは次に、必要とされる電流－電圧入力を提供して、アクティブマトリクス中の種々のＴＦＴをアクティブにする。しかし、例えば、画像データを受容し、必要な電流－電圧入力を出力してＴＦＴをアクティブにすることができるコントローラ－ライバーは、市販されている。薄膜トランジスタの大部分のアクティブマトリクスは、行単位（ｌｉｎｅ－ａｔ－ａ－ｔｉｍｅ）（別名、１ライン毎の（ｌｉｎｅ－ｂｙ－ｌｉｎｅ））アドレス指定での駆動であり、これは、ＬＣＤディスプレイの大部分において使用される。行単位アドレス指定は、低い電子移動度および大きなＴＦＴサイズに起因して、全ての旧来のａ－Ｓｉ ＴＦＴアレイにおいて使用される。これは、回路が、ａ－Ｓｉ ＴＦＴピクセルにおいて効果的に使用され得ないことを意味する。金属酸化物およびＬＴＰＳ ＴＦＴは、ａ－Ｓｉ ＴＦＴより遙かに高い移動度を有するが、さらにこれらは、ゲートラインおよびソースラインに対する容量負荷（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｌｏａｄｉｎｇ）に起因して、行単位アドレス指定で２００Ｈｚを遙かに上回るフレームレートに到達できない。
エレクトロウェッティング適用のためにＴＦＴアレイを駆動する代替の方法は、メモリインピクセルとして公知である。この方法は、代表的には、高性能ＬＴＰＳ ＴＦＴメモリを併せ持ち、バックプレーン上に製作された回路を駆動する。メモリインピクセル駆動は、第１のシグナルを使用して、ピクセルを「オン」状態にする。その際に、異なる集積回路が、別個の制御シグナルを受容して、上記ピクセルを「オフ」状態に動かし、従って、上記駆動シグナルを無効にするまで、駆動シグナルを上記ピクセルへと直接提供する。メモリインピクセルに対する利点は、電圧パルスが、１秒あたりに何度も長いゲートラインおよびソースラインに印加される必要がないことである。これは、顕著な電力低減を生じる。進歩したメモリインピクセル技術では、非常に高品質のＬＴＰＳ ＴＦＴが、各ピクセルでのメモリおよび発振器回路を組み込み、高周波数（１ｋＨｚ）ＥＷｏＤ操作を可能にするために使用される。しかし、発振器技術を伴うメモリインピクセルは、多くの必要とされるさらなるマスクおよび必要とされる堆積工程が原因で、製作するには非常に高価である。さらに、余分の処理工程が原因で、産出量は、ａ－Ｓｉでの通常の「単純な」ＡＭ－ＴＦＴデザインを超えて実質的に減少する。このようなプロセスは、ＡＭ－ＴＦＴパネルを使用するには適切ではない。なぜならその余分な工程に起因する低い産出量は、ピクセルの数が対角線の長さの増大とともに指数関数的に増加するにつれて、故障の機会の回数だけさらに悪化するからである。

Ｗｈｅｅｌｅ、「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ」， Ａｎｎｕ． Ｒｅｖ． Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ２０１２， ５：４１３－４０

発明の要旨
第１の局面において、アクティブマトリクス型誘電体エレクトロウェッティング（ＡＭ－ＥＷｏＤ）デバイスを駆動する方法が提供される。上記デバイスは、処理装置、トランジスタマトリクス（上記マトリクスの各トランジスタは、ゲートライン、データライン、および推進電極に操作可能に接続される）、複数のゲートライン（各ゲートラインは、ゲートドライバに操作可能に接続される）、複数のデータライン（各データラインは、データドライバに操作可能に接続される）、上記処理装置、上記ゲートドライバ、および上記データドライバに操作可能に接続されるコントローラ、ならびに上記トランジスタマトリクスのうちの少なくとも一部、上記複数のゲートラインのうちの少なくとも一部、および上記複数のデータラインのうちの少なくとも一部を覆う誘電層を含む。上記ＡＭ－ＥＷｏＤデバイスを駆動する方法は、上記処理装置において入力指示を受容する工程（上記入力指示は、上記ＡＭ－ＥＷｏＤによって行われるべき液滴操作に関する）、上記処理装置において多くのゲートブロックを計算する工程（少なくとも１個のゲートブロックは、複数のゲートラインを含む）、ゲートラインおよびデータライン選択指示を、上記処理装置から上記コントローラへと出力する工程、ゲートラインシグナルを、上記コントローラから上記少なくとも１個のゲートブロックのドライバへと出力して、上記少なくとも１個のゲートブロックのラインを同時に駆動する工程、ならびにデータラインシグナルを、上記コントローラから少なくとも１個のデータラインドライバへと出力して、上記データラインを駆動する工程を包含する。

上記第１の局面のうちのいくつかの実施形態において、上記トランジスタマトリクスのトランジスタは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。いくつかの実施形態において、上記トランジスタマトリクスのトランジスタは、無定形ケイ素の層を含む。いくつかの実施形態において、上記トランジスタマトリクスのトランジスタは、金属酸化物半導体の層を含む。いくつかの実施形態において、上記トランジスタマトリクスのトランジスタは、低温多結晶シリコン（ＬＴＰＳ）の層を含む。いくつかの実施形態において、上記液滴操作は、複数の工程複数の工程を含み、各工程は、少なくとも１個のゲートブロックおよび少なくとも１個のデータラインを駆動することを包含する。いくつかの実施形態において、上記トランジスタマトリクスは、少なくとも約２００Ｈｚの周波数で駆動される。いくつかの実施形態において、上記トランジスタマトリクスは、少なくとも約１ｋＨｚの周波数で駆動される。いくつかの実施形態において、各ゲートラインの最大ラインタイム（ＭＬＴ）は、少なくとも約１０μｓである。いくつかの実施形態において、上記デバイスは、上記誘電層のうちの少なくとも一部を覆う疎水性層をさらに含む。

第２の局面において、アクティブマトリクス型誘電体エレクトロウェッティング（ＡＭ－ＥＷｏＤ）システムが提供される。上記システムは、トランジスタマトリクス（上記マトリクスの各トランジスタは、ゲートライン、データライン、および推進電極に操作可能に接続される）、複数のゲートライン（各ゲートラインは、ゲートドライバに操作可能に接続される）、複数のデータライン（各データラインは、データドライバに操作可能に接続される）、上記処理装置、上記ゲートドライバ、および上記データドライバに操作可能に接続されるコントローラ、上記トランジスタマトリクスのうちの少なくとも一部、上記複数のゲートラインのうちの少なくとも一部、および上記複数のデータラインのうちの少なくとも一部を覆う誘電層、ならびにアダプティブゲート駆動方法を行うように操作可能にプログラムされた処理装置を含み、ここで上記アダプティブゲート駆動方法は、上記処理装置への入力指示を受容する工程であって、上記入力指示は、上記ＡＭ－ＥＷｏＤシステムによって行われるべき液滴操作に関する工程、上記液滴操作を行うために多くのゲートブロックを計算する工程であって、少なくとも１個のゲートブロックは、同じゲートラインシグナルを同時に受容する複数のゲートラインを含む工程、ライン選択指示を、上記処理装置から上記コントローラへと出力する工程、上記同じゲートラインシグナルを、上記コントローラから上記ゲートブロックのドライバへと出力して、上記ゲートブロックのゲートラインを同時に駆動する工程、ならびにデータラインシグナルを、上記コントローラから少なくとも１個のデータラインドライバへと出力して、上記少なくとも１個のデータラインを駆動する工程を包含する。

第２の局面のうちのいくつかの実施形態において、上記トランジスタマトリクスのトランジスタは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。いくつかの実施形態において、上記トランジスタマトリクスのトランジスタは、無定形ケイ素の層を含む。いくつかの実施形態において、上記トランジスタマトリクスのトランジスタは、金属酸化物半導体の層を含む。いくつかの実施形態において、上記トランジスタマトリクスのトランジスタは、低温多結晶シリコン（ＬＴＰＳ）の層を含む。いくつかの実施形態において、上記液滴操作は、複数の工程を含み、各工程は、少なくとも１個のゲートブロックおよび少なくとも１個のデータラインを駆動することを含む。いくつかの実施形態において、上記トランジスタマトリクスは、少なくとも約２００Ｈｚの周波数で駆動される。いくつかの実施形態において、上記トランジスタマトリクスは、少なくとも約１ｋＨｚの周波数で駆動される。いくつかの実施形態において、各ゲートラインの最大ラインタイム（ＭＬＴ）は、少なくとも約１０μｓである。いくつかの実施形態において、上記デバイスは、上記誘電層のうちの少なくとも一部を覆う疎水性層をさらに含む。

図１Ａは、例示的なＥＷｏＤデバイスのセルの模式的断面である。図１Ｂは、静的なトッププレーン電圧（ｔｏｐ ｐｌａｎｅ ｖｏｌｔａｇｅ）でのＥＷｏＤ操作、すなわち、ＤＣトップ切り替えモードを図示する。図１Ｃは、交流トッププレーン電圧でのＥＷｏＤ操作、すなわち、トッププレーン切り替え（ＴＰＳ）を図示する。図１Ｄは、ゲートライン、データライン、および推進電極（ＴＦＴ電極と表示）に接続されたＴＦＴの線図である。 図１Ａは、例示的なＥＷｏＤデバイスのセルの模式的断面である。図１Ｂは、静的なトッププレーン電圧（ｔｏｐ ｐｌａｎｅ ｖｏｌｔａｇｅ）でのＥＷｏＤ操作、すなわち、ＤＣトップ切り替えモードを図示する。図１Ｃは、交流トッププレーン電圧でのＥＷｏＤ操作、すなわち、トッププレーン切り替え（ＴＰＳ）を図示する。図１Ｄは、ゲートライン、データライン、および推進電極（ＴＦＴ電極と表示）に接続されたＴＦＴの線図である。

図２は、ＡＭ－ＥＷｏＤ推進電極アレイによって液滴操作を制御するための例示的な駆動システムの線図である。

図３Ａ～３Ｄは、ＤＣトップ切り替えモードを使用して、行単位様式で駆動される、すなわち、上記トッププレーン電圧が一定に保持されるＥＷｏＤセル上のシングルアップデートフレーム（ｓｉｎｇｌｅ ｕｐｄａｔｅ ｆｒａｍｅ）内で作動されるピクセルの３×３グループに関する行単位アドレス指定の模式図である。 図３Ａ～３Ｄは、ＤＣトップ切り替えモードを使用して、行単位様式で駆動される、すなわち、上記トッププレーン電圧が一定に保持されるＥＷｏＤセル上のシングルアップデートフレーム（ｓｉｎｇｌｅ ｕｐｄａｔｅ ｆｒａｍｅ）内で作動されるピクセルの３×３グループに関する行単位アドレス指定の模式図である。

図４Ａは、ＥＷｏＤアレイ上の行単位アドレス指定の例を図示する。図４Ｂは、同じ推進電極にエネルギー付与する（ｅｎｅｒｇｉｚｅ）ために、図４Ａ中のものと同じアレイ上の本発明のアダプティブゲート駆動の例を図示する。 図４Ａは、ＥＷｏＤアレイ上の行単位アドレス指定の例を図示する。図４Ｂは、同じ推進電極にエネルギー付与する（ｅｎｅｒｇｉｚｅ）ために、図４Ａ中のものと同じアレイ上の本発明のアダプティブゲート駆動の例を図示する。

図５は、ゲートブロックが、駆動を大きく単純化するために使用され得ることを示す、１００×１００ ピクセルアレイ上のアダプティブゲート駆動の模式図である。

図６Ａ～６Ｈは、多工程液滴操作を完了するためのアダプティブゲート駆動方法の模式図である。

図７は、多工程液滴操作のためのアダプティブゲート駆動方法の実行を図示するフローチャートである。

図８Ａ～８Ｄは、個々のゲートブロックのサイズに従って充電パルスの長さを変調する例を図示する。 図８Ａ～８Ｄは、個々のゲートブロックのサイズに従って充電パルスの長さを変調する例を図示する。

図９Ａ～９Ｐは、アダプティブゲート駆動多工程液滴操作の模式図である。 図９Ａ～９Ｐは、アダプティブゲート駆動多工程液滴操作の模式図である。 図９Ａ～９Ｐは、アダプティブゲート駆動多工程液滴操作の模式図である。 図９Ａ～９Ｐは、アダプティブゲート駆動多工程液滴操作の模式図である。 図９Ａ～９Ｐは、アダプティブゲート駆動多工程液滴操作の模式図である。 図９Ａ～９Ｐは、アダプティブゲート駆動多工程液滴操作の模式図である。 図９Ａ～９Ｐは、アダプティブゲート駆動多工程液滴操作の模式図である。 図９Ａ～９Ｐは、アダプティブゲート駆動多工程液滴操作の模式図である。

定義
別段注記されなければ、以下の用語は、示される意味を有する。

１個またはこれより多くの電極への参照に伴う「作動する（ａｃｔｕａｔｅ）」とは、液滴の存在下で、上記液滴の操作を生じる上記１個またはこれより多くの電極の電気的状態に変化をもたらすことを意味する。

「液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）」とは、疎水性表面をエレクトロウェッティングし、キャリア流体が少なくとも部分的に境を接しているある容積の液体を意味する。例えば、液滴は、キャリア流体によって完全に囲まれていてもよいし、キャリア流体およびＥＷｏＤデバイスの１またはこれより多くの表面が境を接していてもよい。液滴は、広く種々の形態をとり得る；非限定的な例としては、液滴操作（例えば、合わせるまたは分割する）の間に形成されるかまたは、このような形状とＥＷｏＤデバイスの１またはこれより多くの作業表面との接触の結果として形成される、概して円板形、弾丸形、切頭された球体、楕円体、球状物、部分圧縮された球体、半球状物、卵形、円筒形、および種々の形状が挙げられる。液滴は、水性組成物もしくは非水性組成物に関してそうであるように、代表的な極性流体（例えば、水）を含み得るか、または水性構成要素および非水性構成要素を含む混合物もしくはエマルジョンであり得る。種々の実施形態において、液滴は、生物学的サンプル（例えば、全血、リンパ液、血清、血漿、汗、涙液、唾液、喀痰、脳脊髄液、羊水、***、腟***物、漿液、滑液、心膜液、腹腔液、胸膜液、濾出液、滲出物、嚢胞液、胆汁、尿、胃液、腸液、糞便サンプル、単一のまたは多数の細胞を含む液体、オルガネラを含む液体、流動化した組織、流動化した生物、多細胞生物を含む液体、生物学的スワブおよび生物学的洗浄物を含み得る。さらに、液滴は、１またはこれより多くの試薬（例えば、水、脱イオン水、生理食塩水溶液、酸性溶液、塩基性溶液、洗剤溶液および／または緩衝液）を含み得る。液滴内容物の他の例としては、試薬（例えば、生化学的プロトコール、核酸増幅プロトコール、アフィニティーベースのアッセイプロトコール、酵素アッセイプロトコール、遺伝子配列決定プロトコール、タンパク質配列決定プロトコール、および／または生物学的流体の分析のためのプロトコールのための試薬）が挙げられる。試薬のさらなる例としては、生化学的合成方法において使用されるもの（例えば、分子生物学および医学における適用を見出すオリゴヌクレオチドを合成するための試薬、ならびに／または１もしくはこれより多くの核酸分子）が挙げられる。オリゴヌクレオチドは、天然のまたは化学的に改変された塩基を含み得、最も一般には、アンチセンスオリゴヌクレオチド、低分子干渉治療用ＲＮＡ（ｓｍａｌｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ ＲＮＡ）（ｓｉＲＮＡ）およびそれらの生体活性結合体、ＤＮＡ配列決定および増幅のためのプライマー、分子ハイブリダイゼーションを介して相補的ＤＮＡもしくはＲＮＡを検出するためのプローブ、遺伝子編集のための技術（例えば、ＣＲＩＳＰＲ－Ｃａｓ９）の文脈における変異および制限部位の標的化された導入のためおよび人工的遺伝子の合成のためのツールとして使用される。

「液滴操作（ｄｒｏｐｌｅｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）」とは、マイクロ流体デバイス上の１個またはこれより多くの液滴の任意の操作（ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ）を意味する。液滴操作としては、例えば、液滴を上記マイクロ流体デバイスへと装填すること；１個またはこれより多くの液滴をソース液滴から分与すること；液滴を２個もしくはこれより多くの液滴へと分割、分離または分けること；液滴を一方の位置からもう一方の位置へと任意の方向に運ぶこと；２個もしくはこれより多くの液滴を１個の液滴へと合わせるまたは組み合わせること；液滴を希釈すること；液滴を混合すること；液滴を撹拌すること；液滴を変形させること；液滴を適所に保持すること；液滴をインキュベートすること；液滴を加熱すること；液滴を蒸発させること；液滴を冷却すること；液滴を配置すること；液滴をマイクロ流体デバイスから運ぶこと；本明細書で記載される他の液滴操作；ならびに／または前述の任意の組み合わせが挙げられ得る。用語「合わせる（ｍｅｒｇｅ）」、「合わせる（ｍｅｒｇｉｎｇ）」、「組み合わせる（ｃｏｍｂｉｎｅ）」、「組み合わせる（ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）」などは、２個もしくはこれより多くの液滴から１個の液滴を作製することを説明するために使用される。このような用語が２個もしくはこれより多くの液滴に言及して使用される場合、１個の液滴への、その２個もしくはこれより多くの液滴の組み合わせを生じるために十分である液滴操作の任意の組み合わせが使用され得ることは、理解されるべきである。例えば、「液滴Ａと液滴Ｂとを合わせる（ｍｅｒｇｉｎｇ ｄｒｏｐｌｅｔ Ａ ｗｉｔｈ ｄｒｏｐｌｅｔ Ｂ）」とは、液滴Ａを静止した液滴Ｂと接触した状態へと運ぶ、液滴Ｂを静止した液滴Ａと接触した状態へと運ぶ、または液滴ＡおよびＢを互いに接触した状態へと運ぶことによって達成され得る。用語「分割する（ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ）」、「分離する（ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ）」および「分ける（ｄｉｖｉｄｉｎｇ）」は、その得られる液滴の容積（すなわち、その得られる液滴の容積は、同じまたは異なり得る）または得られる液滴の数（その得られる液滴の数は、２、３、４、５もしくはこれより多くのものであり得る）に関して任意の特定の結論を示唆することは意図されな。用語「混合する（ｍｉｘｉｎｇ）」とは、液滴内の１もしくはこれより多くの構成要素のより均一な分布を生じる液滴操作をいう。液滴「装填（ｌｏａｄｉｎｇ）」操作の例としては、マイクロ透析装填（ｍｉｃｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ ｌｏａｄｉｎｇ）、圧力支援装填（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｌｏａｄｉｎｇ）、ロボット装填（ｒｏｂｏｔｉｃ ｌｏａｄｉｎｇ）、受動的装填（ｐａｓｓｉｖｅ ｌｏａｄｉｎｇ）、「ピペット装填（ｐｉｐｅｔｔｅ ｌｏａｄｉｎｇ）が挙げられる。液滴操作は、電極媒介性であり得る。いくらかの場合には、液滴操作は、表面上の親水性および／もしくは疎水性領域の使用によってならび／または物理的障害物によってさらに促進される。

「ゲートドライバ（ｇａｔｅ ｄｒｉｖｅｒ）」とは、コントローラ（例えば、マイクロコントローラ集積回路（ＩＣ））からの低電力入力を受容し、ハイパワートランジスタ（例えば、ＥＷｏＤピクセル電極に連結されたＴＦＴ）のゲートのための高電流ドライブ入力を生じる電力増幅器である。「ソースドライバ（ｓｏｕｒｃｅ ｄｒｉｖｅｒ）」とは、ハイパワートランジスタのソースのための高電流ドライブ入力を生成する電力増幅器である。「トッププレーンコモン電極ドライバ（ｔｏｐ ｐｌａｎｅ ｃｏｍｍｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｄｒｉｖｅｒ）は、ＥＷｏＤデバイスのトッププレーン電極のための高電流ドライブ入力を生成する電力増幅器である。

「核酸分子（ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ ｍｏｌｅｃｕｌｅ）」は、１本鎖もしくは２本鎖の、センスもしくはアンチセンスのＤＮＡもしくはＲＮＡいずれかの総体的な名称である。このような分子は、３つの部分： ５－炭素糖、ホスフェート基および窒素塩基から作製されるモノマーであるヌクレオチドから構成される。上記糖がリボシルである場合、上記ポリマーは、ＲＮＡ（リボ核酸）である；上記糖が、デオキシリボースとしてリボースに由来する場合、上記ポリマーは、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）である。核酸分子は、長さが様々であり、遺伝子検査、研究、および法医学において一般に使用される約１０～２５ヌクレオチドのオリゴヌクレオチドから、１，０００、１０，０００ヌクレオチドもしくはこれより大きい程度の配列を有する比較的長いもしくは非常に長い原核生物および真核生物の遺伝子までの範囲に及ぶ。それらのヌクレオチド残基は、全て天然に存在していても、少なくとも部分的に化学的に改変されていても（例えば、インビボ分解を遅らせる）いずれでもよい。改変は、例えば、ヌクレオシドオルガノチオホスフェート（ＰＳ）ヌクレオチド残基を導入することによって、分子骨格に対して行われ得る。核酸分子の医療的改変のために有用な別の改変は、２’糖改変である。２’位糖改変は、それらの標的結合能力を、具体的にはアンチセンスオリゴヌクレオチド治療において、増強することによって、治療用のオリゴヌクレオチドの効果を増大すると考えられる。最も一般的に使用される改変のうちの２つは、２’－Ｏ－メチルおよび２’－フルオロである。

任意の形態（例えば、動いていようが静止していようが、液滴または連続体）にある液体は、電極、アレイ、マトリクスまたは表面「上にある（ｏｎ）」、「にある（ａｔ）または「上を覆っている（ｏｖｅｒ）」と記載される場合、このような液体は、電極／アレイ／マトリクス／表面と直接接触した状態にあるか、または上記液体と上記電極／アレイ／マトリクス／表面との間に置かれる１もしくはこれより多くの層もしくはフィルムと接触した状態にあるかのいずれかであり得る。

液滴が、マイクロ流体デバイス「上にある」または「上に装填される（ｌｏａｄｅｄ ｏｎ）」と記載される場合、上記液滴は、上記デバイスを使用して、上記液滴に対して１もしくはこれより多くの液滴操作を行うことを促進する様式で、上記デバイス上に配置される、上記液滴は、上記液滴の特性または上記液滴からのシグナルの感知を促進する様式で上記デバイス上に配置される、および／または上記液滴は、液滴作動装置上で液滴操作に供されていることが理解されるべきである。

複数の項目に言及して使用される場合の「各、各々（ｅａｃｈ）」とは、集合物の中の個々の項目を特定することが意図されるが、必ずしもその集合物の中のあらゆる項目に言及するわけではない。例外は、明示的な開示または文脈が明らかに別のことを指す場合に生じ得る。

詳細な説明
第１の実施形態において、本発明は、通常は行単位駆動で可能であるより高い駆動速度を達成するために、より低いコスト、単純なデザインを有する標準的な低移動度ａ－Ｓｉ ＴＦＴを特徴とするＡＭ－ＥＷｏＤアレイにおける、アダプティブトランジスタゲート駆動の新規な方法を提供する。無定形ケイ素ＴＦＴは、ＬＴＰＳより遙かにコストが低く、対角線が４０インチより大きなパネルサイズを有する大きなＬＣＤ－ＴＶを駆動するために慣用的に使用されているので、大きな面積産出量は問題ではない。アダプティブゲート駆動は、各行に同じデータを有するゲートラインのブロックを特定し、多数の行を同時にアドレス指定することによって、より高いＥＷｏＤ駆動周波数に適応する。多くのゲートラインがそれらの上に同じデータを有するピクセルがあることは、ＥＷｏＤデバイスが使用および駆動される方法の性質である。このようにして、ＴＦＴハードウェアの駆動は、データ処理の余分のコストが制限され、大きく単純化される。

旧来のゲートラインアドレス指定

代表的なＡＭ－ＥＷｏＤデバイスは、ピクセルとして配置され得る規則的な形状の電極の露出されたアレイを有する薄膜トランジスタバックプレーンからなる。上記ピクセルは、アクティブマトリクスとして生業可能であり得、それによって、サンプル液滴の操作を可能にする。上記アレイは、誘電物質で通常はコーティングされ、続いて、疎水性物質でコーティングされる。代表的なＥＷｏＤデバイスの基本的操作は、図１Ａ～１Ｃの断面図に図示される。図１Ａは、液滴１０４がキャリア流体１０２によって側面で囲まれ、頂部疎水性層１０７と底部疎水性層１１０との間で挟まれる例示的な旧来のＥＷｏＤデバイスのセルの模式的断面図を示す。推進電極１０５は、直接的に、例えば、別個の制御回路によって駆動され得るか、または上記電極は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）におけるアクティブマトリクスによく似た、データ（ソース）ラインおよびゲート（選択）ラインで駆動されるように配置されたトランジスタアレイによって切り替えられ得、アクティブマトリクス（ＡＭ）型ＥＷＯＤとして公知であるものを生じる。代表的なセル間隔は、通常、約１２０μｍ～約５００μｍの範囲にある。

代表的には、誘電層１０８は、推進電極１０５、ならびに関連付けられたゲートラインおよびデータラインの上を覆って配置される。誘電層１０８は、十分に薄くかつ低電圧ＡＣ駆動と適合性の誘電率を有するべきである（例えば、ＬＣＤディスプレイ用の従来の画像コントローラから入手可能）。例えば、誘電層１０８は、２００～４００ｎｍのプラズマ蒸着窒化ケイ素でオーバーコートを頂部に施したおよそ２０～４０ｎｍ ＳｉＯ_２の層を含み得る。あるいは、上記誘電層１０８は、５～５００ｎｍ厚の間、好ましくは１５０～３５０ｎｍ厚の間の原子層堆積Ａｌ_２Ｏ_３を含み得る。

疎水性層１０７／１１０は、フルオロポリマー（例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレン）、ＰＶＦ（ポリビニルフルオリド）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオリド）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシポリマー）、ＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレン）、ＥＴＦＥ（ポリエチレンテトラフルオロエチレン）、およびＥＣＴＦＥ（ポリエチレンクロロトリフルオロエチレン）のうちの１つまたはこれらのブレンドから構築され得る。市販のフルオロポリマーであるＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ， Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ， ＷＩ）およびＦｌｕｏｒｏＰｅｌ^ＴＭ コーティング（Ｃｙｔｏｎｉｘ（Ｂｅｌｔｓｖｉｌｌｅ， ＭＤ））は、 誘電層４０８の上を覆ってスピンコーティングされ得る。フルオロポリマーフィルムの利点は、それらが高度に不活性であり得、かつコロナ処理およびプラズマ酸化のような酸化処理への曝露後にすら、疎水性のままであり得ることである。より高い接触角を有するコーティングは、１またはこれより多くの超疎水性材料から製作され得る。超疎水性材料に対する接触角は、代表的には１５０°より大きく、液滴基部のごくわずかなパーセンテージが、表面と接触した状態にあることを意味する。このことは、水の液滴にほぼ球形の形状を付与する。ある特定のフッ化シラン、ペルフルオロアルキル、ペルフルオロポリエーテルおよびＲＦプラズマ形成超疎水性材料は、エレクトロウェッティング適用においてコーティング層としての使用が見出されており、それが表面に沿って比較的より容易に滑るようにされる。複合材のいくつかのタイプは、１つの構成要素が粗さを提供し、もう一方が、超疎水性特徴を有するコーティングを生成するように低い表面エネルギーを提供する化学的に不均質な表面によって特徴づけられる。生物模倣超疎水性コーティングは、それらの反発のために精緻なマイクロ構造またはナノ構造に依拠するが、このような構造は、剥離または洗浄によって容易に損傷を受ける傾向があることから、注意が払われるべきである。

１つの層に誘電性機能および疎水性機能の両方をもたせることが可能である一方で、このような層は、代表的には、低い誘電率が生じ、それによって、液滴の動きのために１００Ｖ超を必要とする厚い無機層（ピンホールを防止するため）を必要とする。低電圧作動を達成するために、高キャパシタンスのために薄い無機層を有し、ピンホールがなく、薄い有機疎水性層によって頂部が覆われている方が、通常はよい。この組み合わせを用いると、±１０～±５０Ｖの範囲の電圧（これは、従来のＴＦＴアレイによって供給され得る範囲にある）でエレクトロウェッティング操作をすることが可能である。

本明細書で開示される方法に言及して、ＥＷｏＤを駆動する２つの「モード」：「ＤＣトッププレーン」および「トッププレーン切り替え（ＴＰＳ）」が存在する。図１Ｂは、トッププレーン電極１０６が、０ボルトの電位に設定されるＤＣトッププレーンモードにおけるＥＷｏＤ操作を図示する。結果として、セルをわたって印加される電圧は、アクティブピクセル、すなわち、導電性の液滴が電極に引きつけられるようにトッププレーンに対して異なる電圧を有するピクセル１０１に対する電圧である。これは、ＥＷｏＤセルにおける駆動電圧を約±１５Ｖへと制限する。なぜならａ－Ｓｉ ＴＦＴにおいて、最大電圧は、高電圧操作下でのＴＦＴの電気的不安定性に起因して、約１５Ｖ～約２０Ｖの範囲にあるからである。代替のトッププレーン切り替えは、図１Ｃに示され、ここでその駆動電圧は、アクティブピクセルと位相を外して頂部電極に電力を供給することによって±３０Ｖへと効果的に倍加され、その結果、上記トッププレーン電圧は、ＴＦＴによって供給される電圧に対して付加される。

無定形ケイ素ＴＦＴプレートは通常、ピクセルあたり１個のみのトランジスタを有する。図１Ｄに図示されるように、上記トランジスタは、ゲートライン、データライン、および推進電極に接続される。ＴＦＴゲートに対して十分大きな正電圧が存在する場合、データラインとピクセルとの間に低いインピーダンスが存在するので（Ｖｇ 「オン」）、上記データラインに対する電圧は、上記ピクセルの電極に移される。ＴＦＴゲートに対して負電圧が存在する場合、上記ＴＦＴは、高いインピーダンスであり、電圧は、ピクセルストレージキャパシタ上に保存され、上記データラインに対する電圧によって影響を及ぼされない。なぜなら他のピクセルは、アドレス指定されるからである（Ｖｇ 「オフ」）。理想的には、ＴＦＴは、デジタルスイッチとして作用するべきである。実際には、ＴＦＴが「オン」設定にある場合にはある特定の量の抵抗がなお存在するので、ピクセルは、充電に時間がかかる。さらに、電圧は、ＴＦＴが「オフ」設定にある場合にＶｓからＶｐへと漏れ、クロストークを引き起こす可能性がある。ストレージキャパシタＣ_ｓのキャパシタンスが増大すると、クロストークが低減されるが、代償としてピクセルを充電することがより困難になる。

背景において言及されるように、トランジスタを構築するための代替の薄膜材料としては、低温多結晶シリコンおよび金属酸化物材料（例えば、酸化タングステン、酸化スズ、酸化インジウム、および酸化亜鉛）が挙げられる。金属酸化物適用において、チャネル形成領域は、このような金属酸化物材料を使用して各トランジスタに関して形成され、より高い電圧のより迅速な切り替えを可能にする。このようなトランジスタは、代表的には、ゲート電極、ゲート絶縁フィルム（代表的には、ＳｉＯ_２）、金属ソース電極、金属ドレイン電極、および上記ゲート絶縁フィルムの上を覆い、上記ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極と少なくとも部分的に重なり合う金属酸化物半導体フィルムを含む。ＬＴＰＳ材料を含む適切なアクティブマトリクスバックプレーンは、Ｓｈａｒｐ／Ｆｏｘｃｏｎｎのような製造業者から入手可能である。金属酸化物半導体を含む適切なアクティブマトリクスバックプレーンは、ＬＧおよびＢＯＥのような製造業者から入手可能である。

図２は、ＡＭ－ＥＷｏＤ推進電極アレイ２０２による液滴操作を制御するための例示的な駆動システム２００の線図である。上記ＡＭ－ＥＷｏＤ駆動システム２００は、支持プレートへと接着された集積回路の形態にあり得る。ＥＷｏＤデバイスの要素は、複数のデータラインおよび複数のゲートラインを有するマトリクスの形態で配置される。上記マトリクスの各要素は、対応する電極の電極電位を制御するために図１Ｄに図示されるタイプのＴＦＴを含み、各ＴＦＴは、上記ゲートラインのうちの１つおよび上記データラインのうちの１つに接続される。上記要素の電極は、キャパシタＣ_ｐとして示される。ストレージキャパシタＣ_ｓは、Ｃ_ｐと平行に配置され、図２において別個に示されない。

示されるコントローラは、コントロールロジックおよびスイッチングロジックを含むマイクロコントローラ２０４を含む。それは、入力データライン２２から行われることになる液滴操作に関する入力データを受容する。上記マイクロコントローラは、ＥＷｏＤマトリクスの各データラインに関する出力を有し、データシグナルを提供する。データシグナルライン２０６は、各出力を、上記マトリクスのデータラインへと接続する。上記マイクロコントローラはまた、上記マトリクスの各ゲートラインのための出力を有し、ゲートライン選択シグナルを提供する。ゲートシグナルライン２０８は、各出力を上記マトリクスのゲートラインへと接続する。データラインドライバ２１０およびゲートラインドライバ２１２は、それぞれ、各データおよびゲートシグナルラインに配置される。上記図は、図中に示されるそれらデータラインおよびゲートラインに関してのみシグナルラインを示す。上記ゲートラインドライバは、単一の集積回路の中に集積され得る。同様に、上記データラインドライバは、単一の集積回路の中に集積され得る。上記集積回路は、上記マイクロコントローラとともに、完全ゲートドライバアセンブリを含み得る。上記集積回路は、上記ＡＭ－ＥＷｏＤデバイスの支持プレート上に集積され得る。上記集積回路は、ＡＭ－ＥＷｏＤデバイス駆動システム全体を含み得る。顕著なことには、市販のゲートドライバのうちの大部分は、シフトレジスタに基づき、アダプティブ駆動のために使用できない。しかし、ＵＣ８１５２（ＵｌｔｒａＣｈｉｐ Ｉｎｃ．， Ｓａｎ Ｊｏｓｅ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）、４８０チャネルゲート／ソースプログラム可能なドライバは、任意のゲートラインをどの時点でも「オン」であるように選択する希な能力を含むので、複数のラインを同時に駆動するために使用され得る。上記ＵＣ８１５２は、本明細書で記載されるアダプティブゲート駆動方法を実行するために好ましいドライバチップである。

上記データラインドライバは、液滴操作に対応するシグナルレベルを提供する。上記ゲートラインは、電極が作動されるべきゲートラインを選択するためのシグナルを提供する。データラインドライバ２１０のうちの１つの電圧のシーケンスを、図２に示す。先に考察されるように、ゲートラインに対して十分大きな正電圧が存在する場合、上記データラインとピクセルとの間に低いインピーダンスが存在するので、上記データラインに対する電圧は、上記ピクセルに移される。ＴＦＴゲートに対して負電圧が存在する場合、上記ＴＦＴは、高いインピーダンスであり、電圧は、ピクセルキャパシタ上に保存され、上記データラインに対する電圧によって影響を及ぼされない。移動が必要とされない場合、または液滴が推進電極から離れて動くことが意味される場合、０ Ｖは、その（非ターゲット）推進電極に印加される。液滴が推進電極に向かって動くことが意味される場合、ＡＣ電圧は、その（ターゲット）推進電極に印加される。上記図は、ｎ～ｎ＋３と表示された４列およびｎ～ｎ＋４と表示された５行を示す。

図２に図示されるように、旧来のＡＭ－ＥＷｏＤセルは、行単位アドレス指定を使用し、ここで１つのゲートラインｎは高いが、他の全ては低い。次いで、上記データラインの全てに対するシグナルは、行ｎにおけるピクセルの全てに移される。ラインタイムの最後に、ゲートラインｎのシグナルは低くなり、次のゲートラインｎ＋１は高くなるので、次のラインのデータは、行ｎ＋１のＴＦＴピクセルに移される。これが連続してスキャンされているゲートラインの全てで継続するので、マトリクス全体が駆動される。これは、携帯電話スクリーン、ラップトップスクリーンおよびＬＣＤ－ＴＶのようなほぼ全てのＡＭ－ＬＣＤにおいて使用される同じ方法であり、それによって、ＴＦＴは、液晶層にわたって、およびＡＭ－ＥＰＤ（電気泳動ディスプレイ（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ））において維持される電圧を制御する。

ＡＭ－ＴＦＴが駆動され得る速度に対する１つの制限は、各ピクセル電極が、目に見える状態変化を誘導するために十分充電されるために必要とされる時間である。理想的な駆動シグナルの場合には、最大ラインタイム（ＭＬＴ）が計算され得、これは、フレームタイム（ＦＴ）、フレームレート（ＦＲ）、およびゲートラインの数（ｎ）の関数：
フレームタイム（ＦＴ）＝１／ＦＲ、
ＭＬＴ＝ＦＴ／ｎ
である。
例えば、１００Ｈｚで駆動されるゲート５００ラインを有するＥＷｏＤのＭＬＴは、１／１００／５００＝２０μｓである。実際には、ゲートラインおよびソースラインは、ＴＦＴデザインおよび上記アレイのサイズに依存するＲＣ時定数によってさらに特徴づけられる。代表的には、ＴＦＴ切り替えを生じる上記ＲＣ時定数は、理想的なラインタイムより遅い。よって、１つのゲートラインが「オフ」および次の「オン」を切り替えられる間には、さらに２～３μｓが代表的には必要とされ、結果的に、ピクセル充電のための実時間は、所定のフレームレートに関して計算されるＭＬＴより代表的には２～３μｓ短い。代表的には、ＥＰＤおよびＬＣＤは、代表的には、６０～１２０Ｈｚの間のフレームレートで機能する。ラインタイムを予測するにあたって、例として１００Ｈｚのレートが採用され得る。さらに、ＡＭ－ＴＦＴディスプレイはしばしば、約１０００個のゲートラインを有する。これらの数字を使用すると、フレームレート １００Ｈｚは、１０ｍｓというフレームタイムを生じ、１０００個のゲートラインは、１０ｍｓ／１０００＝１０μｓの利用可能な最大ラインタイムを生じる。

異なる数のゲートラインを有するＴＦＴパネルに関するＥＷｏＤ周波数、ＴＦＴフレームレートおよびＭＬＴが、表Ｉ中に列挙される。重要なことには、上記ＴＦＴフレームレートは、ＥＷｏＤ周波数の２倍である。なぜなら完全なＥＷｏＤサイクルは、正のパルスおよび負のパルスの両方を必要とするからである。８μｓより大きいＭＬＴは太字であり、行単位アドレス指定を使用する単純なａ－Ｓｉ ＴＦＴアレイが、満足のいく性能を保持しながらそれらを駆動し得るようであることを意味する。８μｓより短いＭＬＴは、斜体であり、標準的な駆動でのａ－Ｓｉ ＴＦＴが、高いＥＷｏＤ周波数を達成しないようであることを意味する：

従って、表Ｉに示されるように、小さなアレイ、すなわち、２００のスキャンラインに関しては、上記アレイを２００Ｈｚ超で駆動することは可能であるが、２００Ｈｚ駆動すら、より大きなアレイ（例えば、５００のスキャンラインまたはこれより大きいもの）に関しては直ぐに問題外になる。たいていの場合、１０００Ｈｚで行単位アドレス指定を使用することは、単純に実行可能でない。

アダプティブゲートラインアドレス指定

上記で認められるように、旧来の行単位アドレス指定方法において、各行は個々に駆動されるので、ゲートピリオドの数は、常にゲートラインの数に等しい。これは、上記アレイが高いフレームレートで駆動される場合に、ａ－Ｓｉ ＴＦＴでＥＷｏＤを操作するにあたって困難を生み出す。この問題を緩和するために、アダプティブゲート駆動方法が使用され得、それによって、上記アクティブマトリクスのゲートラインは、ブロックへとまとめられる。ここでそのブロックは、同じゲートシグナルを同時に受容する２またはこれより多くのゲートラインを含む。連続様式で個々にアドレス指定される各ゲートラインの代わりに、各ブロックのラインが同時に駆動される。このまとまりの結果として、フレームタイム（ＦＴ）は、旧来の行単位アドレス指定におけるより少ない数のゲートピリオドへと仕切られ得る。これは次に、より長いＭＬＴを生じるので、本発明のこの局面のゲート駆動方法は、上記ＥＷｏＤが高いフレームレートで操作される場合にすら、ａ－Ｓｉ ＴＦＴアレイと適合性の持続期間のＭＬＴを獲得するために実行され得る。すなわち、上記ラインタイムは、上記ラインタイムが、行単位切り替えを使用した場合のものより遙かに長いことから、ライン間のＲＣラグに関して必要とされる時間を遙かにより容易に説明し得る。この新しい駆動方法は、「アダプティブゲートラインアドレス指定（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｇａｔｅ Ｌｉｎｅ Ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ）と本明細書で定義される。なぜならゲートラインアドレス指定のシーケンスは、ゲートラインの数ではなく、画像コンテンツに依存するからである。

例を使用するために、図３Ａ～３Ｄは、ＤＣトップ切り替えモードにおいて駆動されるＥＷｏＤセル中の単一のフレーム内で作動される、ピクセルの単純な３×３グループのための行単位アドレス指定を図示する（ＴＰＳにおいて駆動されるセルに関して、「０ Ｖ」と表示されるピクセルは代わりに、トッププレーンと同位相では、－１５Ｖにあり、パルスのタイミングは、同じである）。図３Ａは、全てのピクセルが非アクティブである、すなわち、０ Ｖの電位にあるときの駆動シーケンスの始まりを示す。図３Ｂでは、ゲートライン１は、約１０μｓ間でアドレス指定され、データライン３、４、および５は、濃い四角として図示されるそれらそれぞれのピクセルを作動するために、正電圧へと駆動される。図３Ｃでは、ゲートライン２は引き続いて、次の１０μｓでアドレス指定され、データライン３、４、および５は、もう一度、今度は２行目のそれらのピクセルを充電するために駆動される。重要なことには、各ピクセルにおけるストレージキャパシタは、ゲートライン１がアドレス指定された後に、それらの充電状態を維持するように、第１行の中のピクセルを助ける。最後に、および図３Ｄに示されるように、ゲートライン３がアドレス指定され、データライン３、４、および５は、最後の３個のピクセルを作動するためにさらにもう一度駆動される。データラインシグナルは、ゲートライン１、２、および３のアドレス指定の間に変化しないことが認められ得る。よって、ゲートライン１、２、および３を同時にアドレス指定することによって同じ結果が達成され得、それによって、フレームタイム（ＦＴ）をより少なくより長いゲートピリオドへと仕切るか、またはより少ない数の同じゲートラインタイムを使用して、より大きな全体的フレームレート（ＦＲ）を生じる。

図４Ａおよび４Ｂに示される例は、多数のゲートラインを、３×３アクティブピクセルを有する１０×１０アレイにおいて同時に充電する効果を図示する。図４Ａは、行単位アドレス指定を示す。図４Ｂは、アダプティブゲート駆動を示す。図４Ａでは、１０のゲートラインを有する１ｋＨｚ ＥＷｏＤ周波数のＭＬＴは、１／２０００／１０＝５０μｓである（図４ＡのＭＬＴは、ａ－Ｓｉ ＴＦＴアレイによって支持され得るが、この例は、１０のゲートラインを有するに過ぎないので、意味のあるＡＭ－ＥＷｏＤ活動の実際的なサイズではないことに特に注意のこと）。

対照的に、図４Ｂは、連続的なアダプティブゲートブロックによって駆動される同じ１０×１０アレイを示す。図４Ｂに示されるように、ゲートライン１～４上のデータシグナルは同じであり、ゲートライン８～１０上のデータシグナルは同じである。従って、非連続的アダプティブゲートラインアドレス指定を使用することは可能であり、ここでゲートライン１～４および８～１０は、データラインＳ７～Ｓ９上のデータシグナルと相互作用しない方法で同時にアドレス指定され、次いで、ゲートライン５～７が第２のブロックとしてアドレス指定されている。この場合は、「非連続的アダプティブゲートライン駆動（ｎｏｎ－ｃｏｎｔｉｇｕｏｕｓ ａｄａｐｔｉｖｅ ｇａｔｅ ｌｉｎｅ ｄｒｉｖｉｎｇ）」として分類され得る。なぜなら同じピクセルデータを有するゲートラインは、それらの間で異なるピクセルシグナルを有するゲートラインのブロックが存在したとしても、全て同時に駆動されるからである。ゲートブロックのメンバーとして一緒に駆動されるゲートラインは、連続的である必要はない。むしろ、上記ブロックに属さないラインが、その同じブロックの異なるセクション間に入られてもよく、唯一の要件は、上記ブロックのラインが、同じゲートピリオド内で駆動されることである。従って、図４Ａは、１０のラインタイムのフレームを要求するのに対して、図４Ｂは、非連続駆動が使用される場合に２つを要求するに過ぎない。

ＭＬＴ持続期間の増大は、高周波数駆動が多数のゲートラインを有するアレイに印加される場合により実質的である。図５は、ＡＭ－ＥＷｏＤでの高周波数駆動のために理想的な例示的反復パターンを示す。図５では、１００×１００ピクセルアレイ上に異なるサイズのアクティブピクセルの７２個のブロックが存在する。行単位アドレス指定および１ｋＨｚ ＥＷｏＤフレームレートのために、これは、１／２０００／１００＝５μｓのゲートＭＬＴを与える。よって、行単位アドレス指定を使用する安価なａ－Ｓｉ ＴＦＴアレイは、１ｋＨｚ ＥＷｏＤ駆動を支持することができないようである。

図５を見ると、ゲートラインの各々は、２つのソースラインパターンのうちの１つのみを有する。左側に「１」と表示された矩形を有する水平ラインは、全て非アクティブである。左側に「２」と表示された矩形を有する水平ラインは、アクティブおよび非アクティブピクセルの混合を有するが、タイプ「２」のラインは全て、同じ水平位置にある。連続的アダプティブゲートライン駆動を使用すると、このパターンは、緑およびシアンの矩形と整列された１７個のゲートラインブロックへと分解され、１ｋＨｚ フレームレートで駆動される場合に、１／２０００／１７＝２９．４μｓのＭＬＴを生じる。これは、ａ－Ｓｉ ＴＦＴアレイによって容易に駆動され得る。さらに、上記アレイが非連続ゲートラインブロックへと配置される場合、２個のゲートブロックのみが、アドレス指定される必要がある。同時に駆動される第１のブロックは、左側に「１」の矩形を有する行である。同時に駆動される第２のブロックは、左側に「２」の矩形を有する行である。これは、実際的にはゆっくりと、１／２０００／２＝２５０μｓの最大ゲートラインタイムを与える！

ゲートブロックは、所定の液滴操作を規定する工程のシーケンスの各々に個々に合うように数および相対的配置において変化し得る。この特徴は、４個の液滴を再配置するための多工程液滴操作を図示する図６Ａ～６Ｈに例示される。図６Ａ～６Ｈに示されるように、上記ゲートラインブロック配置は、上記液滴のうちの１つが垂直方向に動くたびに変化する。このような場合に、液滴操作の前またはその間に、リアルタイム計算が行われて、各その後の工程に特異的なゲートラインブロック配置を決定する。その後、上記ゲートラインは、工程の過程において作動されるようになるピクセルの駆動に特別に適合されたブロックへと配置される。

図６Ａでは、その４個の液滴が整列され、上記アレイは、３個の連続または２個の非連続ゲートラインブロックのいずれかへと配置され得る。工程１では、図６Ｂに示されるように、その２個の内側の液滴が、いずれかの青色の矢印の方向に沿って垂直に動かされる。ここでは、上記アレイは、７個の連続または６個の非連続ブロックのいずれかへと配置される。工程２、３、および４（それぞれ、図６Ｃ、６Ｄ、および６Ｅに図示される）はまた、上記液滴が連続して垂直に分離されるにつれて、７個の連続または６個の非連続ブロックで行われる。工程５（図６Ｆに示される）によって、駆動は、実際に単純化されており、５個の連続または４個の非連続ブロックを生じる。最後に、工程６および７（図６Ｇおよび６Ｈに示される）は、７個の連続または４個の非連続ブロックを特徴とする配置で各々行われる。

ゲートラインブロック配置は、ＥＷｏＤデバイス上で行われるべき液滴操作の要件に基づいて容易に計算および実行され得る。図７のフローチャートは、このプロセスの例示的実施形態を図示する。工程７０では、ユーザーは、上記デバイスの処理装置によってアクセスされるコンピューター可読媒体の中に格納された指示の形態で、彼らが行いたい液滴操作を入力する。その指示は、上記処理装置に液滴操作の各工程に関するゲートブロックの数を計算させる（７２）。１またはこれより多くの工程のゲートブロックの数が、目標周波数（例えば、１ｋＨｚ）でＥＷｏＤデバイスを駆動するには大きすぎる場合（７４）、上記処理装置は、ユーザーに知らせ（７６）、上記液滴操作が、所望のフレームレートの要求を満たし得るより多数のより単純な工程へと分解され得る（７７）。ゲートブロックの数が設定された閾値を超えない場合、上記処理装置は、上記アレイコントローラへとライン駆動指示を出力する。ライン駆動指示に基づいて、上記コントローラは、各ゲートブロックに対応するゲートラインのドライバへとシグナルを送り（７８）、上記ブロックのライン全てを同時に駆動する。代替の実施形態において、上記ＥＷｏＤアレイは、より複雑な工程が実行されている間により低周波数で駆動され得るが、これは、デバイス寿命に有害な影響を及ぼし得る。このプロセスは、過度に複雑であるようであり得るが、多くのバイオアッセイ、合成プロトコール、または分析プロセスは、非常に反復性である。従って、好ましいプロトコールが、いったんプログラムされた後は、それは、駆動スクリプトとして容易に実行され得る。いくつかの場合には、これは、同じＡＭ－ＥＷｏＤデバイス上で実行されている多くの同一のワークフローを生じる。他の場合には、同一のワークフロー（例えば、バイオアッセイに関する）を使用する同じ構築物の多くのＡＭ－ＥＷｏＤデバイスを生じる。

実際には、２またはこれより多くのゲートラインを、同じデータラインで同時に駆動することは、上記データドライバによって同時に充電される上記複数のストレージキャパシタに起因して、より大きな電流負荷を生じる（その負荷は、所定のブロックにおけるラインの数に正比例する）。この効果は、より大きな出力電流を有するデータラインドライバを採用することによって、部分的にまたは完全に相殺され得る。あるいは、より長い充電パルスを同様に使用して、ゲートラインのより大きなブロックを作動させ得、すなわち、それぞれのストレージキャパシタをゆっくりと充填させ得る。このような駆動スキームは、図８Ａに例示され、ここでマトリクスは、４５のゲートラインを有するブロック１および代わりにわずか５を有するブロック２へと細分される。この配置の結果として、ブロック１は、データドライバに、ブロック２のものの９倍の負荷をかける。１つの実施形態において、この不均衡は、それぞれのゲートピリオドを、各ブロックにおけるゲートの数に正比例してスケール調整することによって相殺され得る。このアプローチは、図８Ｂのパルスシーケンスにおいて実行され、ここでそのパルスアドレス指定ブロック１は、ブロック２のものより長さが長い。さらなる例では、図８Ｃに示されるゲートラインの仕切りは、ブロック１が２３行を含む一方で、ブロック２が２７行を有するようにされる。ここでも、図８Ｄに図示されるように、パルスの長さの比は、この多くの不均衡を救済する様に設定され得るが、図８Ｂの例におけるより小さな補正が必要とされる。より広くは、第１のブロックがＸのゲートラインを含み、第２のブロックがＹのゲートラインを含み、ＸがＹより大きい場合、それぞれのパルスの長さは、比Ｐ_Ｘ：Ｐ_Ｙが１より大きいように調節され得る（Ｐ_Ｘは、第１のブロックを駆動するパルスの長さであり、Ｐ_Ｙは、第２のブロックを駆動するパルスの長さである）。

最後に、図９Ａ～９Ｐは、液滴の動きを含み、ＥＷｏＤ表面上に存在する２１個までの液滴を一度に合わせる多工程液滴操作を図示する。アダプティブゲートブロックの数は、ブロックがどのように整列されているかに応じて、連続して変化するが、このシーケンスに関しては、連続アダプティブゲートブロックの最大数は１５であり、非連続アダプティブゲートブロックの最大数は６である。これは、かなりの数の複雑な液滴の動き（例えば、液滴を合わせるおよび分割する）が、アダプティブゲート駆動で同時に行われ得ることを示す。しかし全体として、アダプティブゲート駆動スキームの使用は、このような動きが１ｋＨｚまたはこれより大きいフレームレートで完了されることを可能にし、これは、特に、高イオン強度（例えば、酸および塩）を有する液滴で作業する場合に、ＡＭ－ＥＷｏＤ表面に起こる劣化させる電気化学現象の量を大きく減少させる。

多くの変更および改変が、発明の範囲から逸脱することなく上記の発明の具体的実施形態において行われ得ることは、当業者に明らかである。従って、前述の説明全体は、例証の意味で解釈されるべきであり、限定の意味で解釈されるべきではない。

Claims (19)

1. アクティブマトリクス型誘電体エレクトロウェッティング（ＡＭ－ＥＷｏＤ）デバイスを駆動する方法であって、前記デバイスは、
   処理装置；
   トランジスタマトリクスであって、前記マトリクスの各トランジスタは、ゲートライン、データライン、および推進電極に操作可能に接続されている、トランジスタマトリクス；
   複数のゲートラインであって、各ゲートラインは、ゲートドライバに操作可能に接続されている、複数のゲートライン；
   複数のデータラインであって、各データラインは、データドライバに操作可能に接続されている、複数のデータライン；
   前記処理装置、前記ゲートドライバ、および前記データドライバに操作可能に接続されている、コントローラ；ならびに
   前記トランジスタマトリクスのうちの少なくとも一部、前記複数のゲートラインのうちの少なくとも一部、および前記複数のデータラインのうちの少なくとも一部を覆う誘電層、
   を含み；
   前記方法は、
   前記処理装置において入力指示を受容する工程であって、前記入力指示は、前記ＡＭ－ＥＷｏＤによって行われるべき液滴操作に関する工程；
   前記処理装置において多くのゲートブロックを計算する工程であって、少なくとも１個の前記ゲートブロックは、複数のゲートラインを含む工程；
   ゲートラインおよびデータライン選択指示を、前記処理装置から前記コントローラへと出力する工程、
   ゲートラインシグナルを、前記コントローラから前記少なくとも１個のゲートブロックのドライバへと出力して、前記少なくとも１個のゲートブロックのラインを同時に駆動する工程、および
   データラインシグナルを、前記コントローラから少なくとも１個のデータラインドライバへと出力して、前記データラインを駆動する工程、
   を包含する方法。
2. 前記トランジスタマトリクスのトランジスタは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である、請求項１に記載の方法。
3. 前記トランジスタマトリクスのトランジスタは、無定形ケイ素の層を含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記トランジスタマトリクスのトランジスタは、金属酸化物半導体の層を含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記トランジスタマトリクスのトランジスタは、低温多結晶シリコン（ＬＴＰＳ）の層を含む、請求項２に記載の方法。
6. 前記液滴操作は、複数の工程を含み、各工程は、少なくとも１個のゲートブロックおよび少なくとも１個のデータラインを駆動することを包含する、請求項１に記載の方法。
7. 前記トランジスタマトリクスは、少なくとも約２００Ｈｚの周波数で駆動される、請求項１に記載の方法。
8. 前記トランジスタマトリクスは、少なくとも約１ｋＨｚの周波数で駆動される、請求項１に記載の方法。
9. 各ゲートラインの最大ラインタイム（ＭＬＴ）は、少なくとも約１０μｓである、請求項１に記載の方法。
10. 前記デバイスは、前記誘電層のうちの少なくとも一部を覆う疎水性層をさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. アクティブマトリクス型誘電体エレクトロウェッティング（ＡＭ－ＥＷｏＤ）システムであって、前記システムは、
    トランジスタマトリクスであって、前記マトリクスの各トランジスタは、ゲートライン、データライン、および推進電極に操作可能に接続される、トランジスタマトリクス、
    複数のゲートラインであって、各ゲートラインは、ゲートドライバに操作可能に接続される、複数のゲートライン；
    複数のデータラインであって、各データラインは、データドライバに操作可能に接続される、複数のデータライン；
    前記処理装置、前記ゲートドライバ、および前記データドライバに操作可能に接続されるコントローラ；
    前記トランジスタマトリクスのうちの少なくとも一部、前記複数のゲートラインのうちの少なくとも一部、および前記複数のデータラインのうちの少なくとも一部を覆う誘電層；
    アダプティブゲート駆動方法を行うように操作可能にプログラムされた処理装置、
    を含み、
    前記アダプティブゲート駆動方法は、
    前記処理装置への入力指示を受容する工程であって、前記入力指示は、前記ＡＭ－ＥＷｏＤシステムによって行われるべき液滴操作に関する工程；
    前記液滴操作を行うために多くのゲートブロックを計算する工程であって、少なくとも１個のゲートブロックは、同じゲートラインシグナルを同時に受容する複数のゲートラインを含む工程；
    ライン選択指示を、前記処理装置から前記コントローラへと出力する工程、
    前記同じゲートラインシグナルを、前記コントローラから前記ゲートブロックのドライバへと出力して、前記ゲートブロックのゲートラインを同時に駆動する工程、ならびに
    データラインシグナルを、前記コントローラから少なくとも１個のデータラインドライバへと出力して、前記少なくとも１個のデータラインを駆動する工程、
    を包含する、システム。
12. 前記マトリクスのトランジスタは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である、請求項１１に記載のＡＭ－ＥＷｏＤシステム。
13. 前記トランジスタマトリクスのトランジスタは、無定形ケイ素の層を含む、請求項１２に記載のＡＭ－ＥＷｏＤシステム。
14. 前記トランジスタマトリクスのトランジスタは、金属酸化物半導体の層を含む、請求項１２に記載のＡＭ－ＥＷｏＤシステム。
15. 前記トランジスタマトリクスのトランジスタは、低温多結晶シリコン（ＬＴＰＳ）の層を含む、請求項１２に記載のＡＭ－ＥＷｏＤシステム。
16. 前記トランジスタマトリクスは、少なくとも約２００Ｈｚの周波数で駆動される、請求項１１に記載のＡＭ－ＥＷｏＤシステム。
17. 前記トランジスタマトリクスは、少なくとも約１ｋＨｚの周波数で駆動される、請求項１１に記載のＡＭ－ＥＷｏＤシステム。
18. 各ゲートラインの最大ラインタイム（ＭＬＴ）は、少なくとも約１０μｓである、請求項１１に記載のＡＭ－ＥＷｏＤシステム。
19. 前記デバイスは、前記誘電層のうちの少なくとも一部を覆う疎水性層をさらに含む、請求項１１に記載のＡＭ－ＥＷｏＤシステム。

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