CN104360559B - 光阀、显示基板、显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光阀、显示基板、显示装置，属于微机电系统显示技术领域，其可解决现有的MEMS显示装置结构复杂，成本高，使用寿命短，不易实现的问题。本发明的光阀包括：具有遮光区和透光区的基底；滤光单元，其设于对应所述基底的透光区的位置处，并包括遮光部和转换部，所述遮光部用于阻挡光通过，所述转换部用于将透过的光转换为所需颜色；驱动单元，用于驱动所述滤光单元移动，以使所述滤光单元的不同部分与基底的透光区对应。本发明的显示基板和显示装置包括上述光阀。

Description

光阀、显示基板、显示装置

技术领域

本发明属于微机电系统显示技术领域，具体涉及一种光阀、显示基板、显示装置。

背景技术

MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)技术是指大批量制造具有特定结构和机电功能的微小器件的技术，其在许多领域都获得了广泛的应用。

例如，图1、图2示出了一种使用MEMS技术的光阀(MEMS光阀)，其具有设在基底1上的支柱21，基底1具有遮光区11和透光区12，支柱21上连接有固定臂22和移动臂23，固定臂22和移动臂23间相互绝缘，同时，固定臂22和移动臂23至少有一部分处于同一平面中且间隔相对的设置，移动臂23上连接遮光板39。当给固定臂22和移动臂23通相反极性的电压时，由于电荷的吸引作用，移动臂23会向固定臂22移动(因为固定臂22强度较高，故相对固定)，反之，当给固定臂22和移动臂23通相同极性的电压时，由于电荷的排斥，移动臂23会离开固定臂22；相应的，遮光板39可在移动臂23的带动下在对应透光区12和离开透光区12的位置间移动，从而使光阀在完全打开(允许所有光透过)、部分打开(允许部分光透过)、完全关闭(阻止光透过)的状态间切换。

利用光阀可形成显示装置(MEMS显示装置)，其中，每个子像素处设有一个光阀，光阀的固定臂22通过薄膜晶体管(TFT)与数据线连接，移动臂23与公共电极线连接；从而通过数据线的信号(当然还与栅极线信号配合)，即可控制来自背光源9的光在各子像素处的透过情况，实现显示的目的。相对于传统的液晶显示装置，MEMS显示装置中不需要液晶层、偏光片等结构，故比较简单。

显然，由于光阀只能控制光的透过情况而无彩色效果，故在MEMS显示装置中，背光源要不断变换颜色(如红色、绿色、蓝色)，在背光源为某种颜色时，只有相应颜色的子像素中的光阀根据需要打开，而其他颜色的子像素中的光阀全部关闭。根据以上方案，背光源需要以很高的频率变换颜色，而光阀的开关频率也必须相应提高，同时二者还必须精确配合；这导致背光源结构复杂，成本高，光阀损耗快，使用寿命短，易出现故障，也给提高了驱动和控制的难度，不易实现。

发明内容

本发明针对现有的MEMS显示装置结构复杂，成本高，使用寿命短，不易实现的问题，提供一种结构简单、成本低、使用寿命长、易于实现的光阀、显示基板、显示装置。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种光阀，包括：

具有遮光区和透光区的基底；

滤光单元，其设于对应所述基底的透光区的位置处，并包括遮光部和转换部，所述遮光部用于阻挡光通过，所述转换部用于将透过的光转换为所需颜色；

驱动单元，用于驱动所述滤光单元移动，以使所述滤光单元的不同部分与基底的透光区对应。

优选的是，所述转换部为所需颜色的量子点层。

优选的是，所述转换部为所需颜色的彩色滤光层。

优选的是，所述驱动单元用于驱动所述滤光单元沿平行于基底的第一方向移动，所述滤光单元包括多个沿第一方向交替排列的遮光部和转换部；所述基底包括多个沿第一方向间隔设置的透光区，每个所述透光区对应所述滤光单元的一个转换部。

进一步优选的是，在所述第一方向上，所述遮光部、转换部、透光区以及透光区之间的间隔的尺寸均相等。

优选的是，所述驱动单元包括：设在基底上的支柱；连接在所述支柱上的导电的固定臂和移动臂，所述移动臂和固定臂至少部分间隔且相对的设置，所述滤光单元连接在所述移动臂上。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种显示基板，包括多个子像素，所述子像素分为多种不同颜色，且

每个所述子像素处设有一个光阀，至少部分光阀为上述的光阀，所述光阀的转换部用于将透过的光转换为其所在的子像素的颜色。

优选的是，所述显示基板还包括：公共电极线；多条交叉设置的栅极线和数据线，所述栅极线和数据线的每个交叉处为一个子像素，所述子像素还包括薄膜晶体管，所述薄膜晶体管的栅极连接所述栅极线，源极连接所述数据线；其中，所述光阀为上述具有固定臂和移动臂的光阀，其固定臂和移动臂中，一个连接所述薄膜晶体管的漏极，另一个连接所述公共电极线。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种显示装置，其包括：

上述的显示基板；

设于所述显示基板一侧的背光源，其用于向所述显示基板发出单一颜色的光。

优选的是，所述光阀的转换部为所需颜色的量子点层，所述背光源为紫外光源或蓝光光源；或，所述光阀的转换部为所需颜色的彩色滤光层，所述背光源为白光光源。

本发明的光阀中具有转换部，故其除了控制透光外，还可直接使透过的光变为所需颜色；当将光阀用于显示装置时，可在不同颜色的子像素处设置具有不同转换部的光阀，从而分别将各子像素处射出的光转换为所需颜色；因此，背光源就采用单色光源，光阀的开关频率也可较慢，从而减小成本，提高光阀使用寿命，降低驱动和控制的难度，容易实现。

附图说明

图1为现有的一种MEMS显示装置在不同状态时的局部俯视示意图；

图2为现有的一种MEMS显示装置在不同状态时的局部剖面结构对比示意图；

图3为本发明实施例的一种MEMS显示装置在不同状态时的局部俯视示意图；

图4为本发明实施例的一种MEMS显示装置在不同状态时的局部剖面结构对比示意图；

图5为本发明实施例的另一种MEMS显示装置在不同状态时的局部剖面结构对比示意图。

其中，附图标记为：1、基底；11、遮光区；12、透光区；2、驱动单元；21、支柱；22、固定臂；23、移动臂；3、滤光单元；31、遮光部；32、转换部；39、遮光板；9、背光源。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种光阀。

该光阀属于微机电系统(MEMS)领域，即其是尺寸很微小的器件，故使用该光阀的显示装置为MEMS显示装置。

如图3至图5所示，本实施例的光阀包括：

具有遮光区11和透光区12的基底1；

滤光单元3，其设于对应基底1的透光区12的位置处，并包括遮光部31和转换部32，遮光部31用于阻挡光通过，转换部32用于将透过的光转换为所需颜色；

驱动单元2，用于驱动滤光单元3移动，以使滤光单元3的不同部分与基底1的透光区12对应。

也就是说，光阀具有用于承载其他结构的基底1(如透明玻璃的基底)，而基底1有部分区域(透光区12)透光，其他的区域(遮光区11，如覆盖有黑矩阵)不透光。光阀还包括滤光单元3，滤光单元3设在对应基底1透光区12的位置，即从透光区12射出的光必然会照射到滤光单元3上。该滤光单元3一部分为遮光部31，可阻挡光通过，另一部分为转换部32，该转换部32用于使从其透过的光变为所需的颜色。同时，该滤光单元3可在驱动单元2的驱动下运动，从而使其不同部位(遮光部31和/或转换部32)对应基底1的透光区12；当遮光部31完全对应透光区12时，则光不能透过，光阀完全关闭；当转换部32完全对应透光区12时，则允许光最大程度的透过，光阀完全打开；而当遮光部31和转换部32分别有一部分对应透光区12时，则允许部分光透过，光阀部分打开。

本实施例的光阀具有转换部32，因此，其除决定光是否透过外还可改变光的颜色，故当将其用于显示装置时，可采用单一颜色的背光源9，而用各子像素处的光阀将分别将光转换为所需颜色；这样，显示装置的结构可比较简单，成本低，光阀的开关频率也可较慢，使用寿命长，容易实现。

优选的，光阀的转换部32为所需颜色的量子点层。

也就是说，转换部32可为含有所需颜色的量子点的层结构(还可包括用于形成层结构的基质)。其中，量子点是指尺寸处于纳米量级的半导体微粒，其可吸收光照的能量，并将该能量以特定波长的光(也就是特定颜色的光)的形式再次发射出去，由此，量子点可实现转换光颜色的作用。

当用量子点层作为转换部32时，其产生的光频率分布范围窄，色域宽；同时，由于量子点是“转换”光而非“过滤”光能故其对光能的利用率高，能耗省。

具体的，量子点的颜色(或者说其转换出的光的颜色)是由其材料和粒径共同决定的。例如，对于红色量子点，其材料可为CdS、CdSe、CdTe、InAs、InP、InSb等，粒径在4nm至10nm之间；对于蓝色量子点，其材料可为CdS、CdSe、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、GaAs、GaP、GaAs、GaSb等，粒径在2nm至4nm之间；对于绿色量子点，其材料可为CdS、CdSe、CdTe、InAs、InP、InSb等，粒径在3nm至8nm之间。由于量子点与颜色的对应关系是已知的，故在此不再详细描述。

优选的，转换部32为所需颜色的彩色滤光层。

也就是说，也可用彩膜基板中的“彩色滤光层”作为转换部32，彩色滤光层为具有颜色的透明层，可吸收与其颜色不同的光，从而透过的光即可转变为所需颜色。

当然，转换部32也可采取其他的已知形式，故在此不再详细描述。

相应的，遮光部31则可谓任何不透光的结构，但从重量、成本、技术成熟度等方面考虑，其可为黑矩阵层；也就是说，可用彩色基板中的黑矩阵材料作为遮光部31。

具体的，该滤光单元3可为片状(或板状)，其中一部分为上述的转换部32(量子点层或彩色滤光层)，其余部分为遮光部31(黑矩阵层)。为了便于形成，滤光单元3还可具有由氮化硅等构成的透明衬底(图中未示出)，起到支撑作用，上述的量子点层(或彩色滤光层)、黑矩阵层可形成在衬底上。

优选的，驱动单元2用于驱动滤光单元3沿平行于基底1的第一方向移动，滤光单元3包括多个沿第一方向交替排列的遮光部31和转换部32；基底1包括多个沿第一方向间隔设置的透光区12，每个透光区12对应滤光单元3的一个转换部32。

也就是说，如图3、图4所示，滤光单元3的遮光部31和转换部32均有多个，且沿第一方向交替排布，相应的，基底1透光区12也有多个并间隔设置(间隔处为遮光区11)，且其个数、尺寸、形状、位置均与滤光单元3的转换部32匹配。

显然，如图5所示，若滤光单元3的遮光部31和转换部32均只有一个，则其需要移动等于遮光部31宽度(在第一方向上的尺寸)的距离，才能实现在完全打开和完全关闭的位置间的切换。相应的，如图3、图4所示，当遮光部31和转换部32均有N个(图中以N为2为例)时，则在转换部32总面积不变(即最大透光能力不变)的情况下，滤光单元3只要移动相当于遮光部31总宽度1/N的距离(即一个遮光部31的宽度)，即可实现在完全打开和完全关闭的位置间的切换。也就是说，以上的方案可大幅减少滤光单元3所需的移动行程，使光阀结构简单，容易实现，不易损坏、能耗降低，且响应速度快。

进一步优选的，在第一方向上，遮光部31、转换部32、透光区12以及透光区12之间的间隔的尺寸均相等。

显然，如图3、图4所示，在完全打开状态下转换部32应正好与透光区12对应(相应的遮光部31正好对应透光区12之间的间隔)，而在完全关闭状态下遮光部31则应正好与透光区12对应(相应的转换部32正好对应透光区12之间的间隔)，故转换部32、转换部32、透光区12、透光区12之间的间隔宽度均应相等，以便实现上述的对应关系。

而对于驱动单元2而言，其具体形式是多样的。例如，一种优选的驱动单元2的形式如下，该驱动单元2包括：

设在基底1上的支柱21；

连接在支柱21上的导电的相互绝缘的固定臂22和移动臂23，移动臂23与固定臂22至少有部分间隔且相对的设置，滤光单元3连接在移动臂23上。

也就是说，驱动单元2可采用与现有技术中类似的形式，以固定臂22和移动臂23为主要部件，通过对固定臂22和移动臂23上加相应的电压，可使移动臂23被“吸引”向固定臂22或被“排斥”而远离固定臂22，从而带动滤光单元3移动。

显然，以上的固定臂22、移动臂23只要设于滤光单元3的一侧即可；而在滤光单元3的另一侧，则可设置用于对滤光单元3起到辅助支撑作用的其他结构，在此不再详细描述。

当然，以上描述的具体结构不是对驱动单元2形式的限定，其还可进行许多变化，如支柱21、固定臂22、移动臂23的数量、形状、连接位置等都可不同；或者，驱动单元2也可采取不同的运动方式，如其可不是驱动滤光单元3水平移动，而是驱动滤光单元3进行旋转或翻转；或者，驱动单元2也可采取不同的驱动原理，例如，驱动单元2中可用热致变形器件(如形状记忆合金)、电致变形器件等为主要部件带动滤光单元3运动。

总之，只要驱动单元2能驱动滤光单元3运动，且在运动过程中，可使滤光单元3的不同部分(遮光部31和/或转换部32)对应透光区12，就是可行的，在此不再逐一描述其具体结构。

本实施例还提供一种显示基板，其包括多个子像素，子像素分为多种不同颜色，且

每个子像素中设有一个光阀，其中至少部分光阀为上述的光阀，这些光阀的转换部32用于将透过的光转换为其所在的子像素的颜色。

也就是说，本实施例的显示基板的各子像素即可采用上述的光阀，此时显示基板的基底1也就是各光阀的基底1，且每个光阀的转换部32的颜色都与其所在的子像素的颜色对应；这样，当用单一颜色的背光源9照射显示基板时，每个子像素处的光阀既可控制透过该子像素处的光的量，又可将从该处透过的光转变为该子像素的颜色，故可实现显示。

优选的，显示基板还包括：

公共电极线；

多条交叉设置的栅极线和数据线，栅极线和数据线的每个交叉处为一个子像素，子像素还包括薄膜晶体管，薄膜晶体管的栅极连接栅极线，源极连接数据线；

其中，

光阀为上述具有移动臂23和固定臂22的光阀，其固定臂22和移动臂23中，一个连接薄膜晶体管的漏极，另一个连接公共电极线。

也就是说，对于上述具有移动臂23和固定臂22的光阀，其可采取与现有液晶显示的阵列基板类似的驱动形式，通过薄膜晶体管给移动臂23和固定臂22中的一个提供驱动信号，移动臂23和固定臂22中的另一个则统一连接公共电极信号，这样即可独立控制各子像素显示的内容。以上的驱动结构是现有的，故技术成熟，易于实现。

当然，显示基板中的驱动结构可根据光阀的形式变化，例如，若光阀中具有上述的热致变形器件，则驱动结构中就可包括加热电阻等。

本实施例还提供一种显示装置，其包括：

上述的任意一种显示基板；

设于显示基板一侧的背光源9，背光源9用于向显示基板发出单一颜色的光。

也就是说，本实施例的显示装置中包括上述显示基板，从而可使用一颜色的背光源9。

优选的，当光阀中的转换部32为上述的量子点层，则背光源9为紫外光源或蓝光光源。

对于量子点层，其激发出的光的能量一般不高于入射光的能量，故此时优选采用波长最短的紫外光源。同时，由于显示装置中最常采用的是红、绿、蓝三种颜色的子像素(即RGB模式)，而在这三种颜色中，蓝光的能量最高，故也可采用蓝光光源；当然，应当理解，在使用蓝光光源时，蓝色子像素中的光阀可采用现有的无转换部的光阀。

优选的，当光阀中的转换部32为上述的彩色滤光膜时，背光源9为白光光源。

对于彩色滤光膜，其是通过“滤光”实现彩色的，故射入彩色滤光膜的光必须具有某个颜色的成分才能射出相应颜色的光，而白光中含有所有颜色光的成分，故此时优选用白光光源。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种显示基板，包括多个子像素，所述子像素分为多种不同颜色，其特征在于，

每个所述子像素处设有一个光阀，至少部分光阀包括：

具有遮光区和透光区的基底；

滤光单元，其设于对应所述基底的透光区的位置处，并包括遮光部和转换部，所述遮光部用于阻挡光通过，所述转换部用于将透过的光转换为其所在的子像素的颜色；

驱动单元，用于驱动所述滤光单元移动，以使所述滤光单元的不同部分与基底的透光区对应。

2.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，

所述转换部为所需颜色的量子点层。

3.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，

所述转换部为所需颜色的彩色滤光层。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的显示基板，其特征在于，

所述驱动单元用于驱动所述滤光单元沿平行于基底的第一方向移动，所述滤光单元包括多个沿第一方向交替排列的遮光部和转换部；

所述基底包括多个沿第一方向间隔设置的透光区，每个所述透光区对应所述滤光单元的一个转换部。

5.根据权利要4所述的显示基板，其特征在于，

在所述第一方向上，所述遮光部、转换部、透光区以及透光区之间的间隔的尺寸均相等。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的显示基板，其特征在于，所述驱动单元包括：

设在基底上的支柱；

连接在所述支柱上的导电的固定臂和移动臂，所述移动臂和固定臂至少部分间隔且相对的设置，所述滤光单元连接在所述移动臂上。

7.根据权利要求6所述的显示基板，其特征在于，还包括：

公共电极线；

多条交叉设置的栅极线和数据线，所述栅极线和数据线的每个交叉处为一个子像素，所述子像素还包括薄膜晶体管，所述薄膜晶体管的栅极连接所述栅极线，源极连接所述数据线；

其中，

所述光阀的固定臂和移动臂中，一个连接所述薄膜晶体管的漏极，另一个连接所述公共电极线。

8.一种显示装置，其特征在于，包括：

权利要求1至7中任意一项所述的显示基板；

设于所述显示基板一侧的背光源，其用于向所述显示基板发出单一颜色的光。

9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，

所述显示基板为权利要求2所述的显示基板，所述背光源为紫外光源或蓝光光源；

或，

所述显示基板为权利要求3所述的显示基板，所述背光源为白光光源。