CN105445981B - 阵列基板、显示面板和显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于显示技术领域，涉及一种阵列基板、显示面板和显示装置。该阵列基板包括一种阵列基板，包括由栅线和数据线垂直交叉形成的多个像素单元，以及控制该像素单元开启和关闭的开关晶体管，每个像素单元内设置有热光开关；所述热光开关包括热致折射率改变的导光部件和设置于所述导光部件上的发热部件；所述发热部件通过所述开关晶体管与所述数据线连接，所述开关晶体管用于控制数据信号输出到所述发热部件，所述发热部件在所述数据信号的电流的作用下发热。

Description

阵列基板、显示面板和显示装置

技术领域

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种阵列基板、显示面板和显示装置。

背景技术

随着显示技术的发展，CRT显示装置(Cathode Ray Tube，阴极射线管)已经逐渐被液晶显示装置(Liquid Crystal Display，简称LCD)所取代。相比CRT，LCD在耗电量与体积上具有明显的改善，环保方面也有很大的优势；同时，LCD可视面积大，画质较为精细，这都是LCD替代CRT成为主流显示装置的原因。

目前的液晶显示装置包括背光源和显示面板，显示面板包括阵列基板、彩膜基板和设置于阵列基板和彩膜基板之间的液晶层。

并通过电场控制液晶层中液晶分子的偏转，从而对来自背光源的光线的光强度进行调节。但是，液晶分子的响应速度相对较慢，容易产生影像拖尾现象，影响显示品质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种阵列基板、显示面板和显示装置。

本发明实施例提供一种阵列基板，像素单元开启和关闭的开关晶体管，每个像素单元内设置有热光开关；

所述热光开关包括热致折射率改变的导光部件和设置于所述导光部件上的发热部件；

所述发热部件通过所述开关晶体管与所述数据线连接，所述开关晶体管用于控制数据信号输出到所述发热部件，所述发热部件在所述数据信号的电流的作用下发热。

在一些实施方式中，所述发热部件为热子；所述导光部件为光波导。

在一些实施方式中，所述光波导包括光波导回路和两个光波导端部；

所述光波导回路包括两个镜像对称设置且对接的侧分支光波导；所述热子位于其中一个所述侧分支光波导上；两个所述光波导端部分别设置于侧分支光波导的两个对接端。

在一些实施方式中，设置有热子的所述侧分支光波导为热致折射率改变的侧分支光波导。

在一些实施方式中，所述侧分支光波导和所述光波导端部为一体式结构，且分别为圆柱形光纤，所述圆柱形光纤沿着垂直于阵列基板的方向设置。

在一些实施方式中，每个所述光波导端部和相邻的侧分支光波导之间具有弯折角；

所述弯折角范围为91°～179°。

在一些实施方式中，所述热子为导热金属层，所述热子贴附或包裹于所述侧分支光波导上。

在一些实施方式中，

其特征在于，所述热子具有正极和负极，所述开关晶体管的栅极与所述栅线连接，源极与所述数据线连接，漏极与所述热子的正极连接，所述热子的负极与公共电极线相连。

本发明实施例还提供一种显示面板，包括对合设置的阵列基板和彩膜基板，所述阵列基板为上述阵列基板。

本发明实施例还提供一种显示装置，包括背光源和显示面板，其特征在于，所述显示面板包括上述的显示面板，其中，显示面板中的阵列基板位于所述背光源与显示面板中的彩膜基板之间。

本发明在每个像素单元中设置热光开关和开关晶体管，所述热光开关包括热致折射率改变的导光部件和连接于所述导光部件的发热部件，所述发热部件与所述数据线通过所述开关晶体管连接。所述开关晶体管开启时，控制数据信号输出到所述发热部件，所述发热部件在所述数据信号的电流的作用下发热，使得热光开关在热量的作用下折射率发生改变，通过不同折射率热光开关的光线，其光强不同。因此，热光开光在不同数据信号的控制下，控制来自背光源光线的光强，实现对背光源光线的调节，而不需要液晶层来调节。又由于热光开光的响应速度大于液晶层偏转的响应速度，因此，可以改善影像拖尾现象，提高显示品质。

附图说明

图1为本发明实施例1中阵列基板的结构示意图；

图2为本发明实施例1中像素单元的结构示意图；

图3为图2中开关晶体管与热光开关连接的结构示意图；

图4为图2中热光开关中各具体部件结构的示意图；

图5为本发明实施例1中用于形成热光开关的光纤结构的结构示意图；

图6为图2中的热光开关中出射光强度与电流的关系示意图；

图7为本发明实施例3中显示装置的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一个像素单元的局部放大示意图；

图中：

1－阵列基板；

11－开关晶体管；111－栅极；112－源极；113－漏极；

12－热光开关；121－热子；1211－正极；1212－负极；122－光波导端部；123－光波导回路；124－侧分支光波导；

13－栅线；14－数据线；15－公共电极线；16－像素单元；

2－彩膜基板；

3－背光源；

41－纤芯；42－包层；43－缓冲涂覆层。

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阵列基板、显示面板和显示装置作进一步详细描述。

实施例1：

一种阵列基板，如图1所示，包括位于衬底基板(图中未示出)上的由栅线13和数据线14垂直交叉形成的多个像素单元16，每一像素单元16包括起开光作用控制像素开启和关闭的开关晶体管11，还包括热致折射率改变的热光开关12；

需要说明的是，图1仅是示意性的说明像素单元包括热光开关，并不说明热光开关与像素单元的相对大小。

为了更清楚的说明，每个像素单元中热光开光的设置方式，如图8所示，为像素单元的局部放大示意图，在实际应用场景中，热光开关12设置于像素单元中几乎占据整个像素单元，这样可以保证整个像素单元的光线均可以被热光开关调节。

以下具体说明包括热光开光的像素单元的具体结构。

如图2和3所示，热光开关12包括导光部件和与导光部件连接的发热部件121；发热部件121与所述数据线14相连；

具体的，参见图2，发热部件121的一端与开关晶体管11的漏极相连，另一端与参考电压源VSS连接，开关晶体管的源极与数据线相连，栅极与栅线相连，栅线在栅极驱动芯片的驱动下，控制开关晶体管开启或关闭，开关晶体管开启时，数据线提供的数据信号可提供给发热部件121，发热部件在数据信号的电流作用下发热。

上述本发明实施例提供的阵列基板，在每个像素单元中设置热光开关，所述热光开关包括热致折射率改变的导光部件和连接于所述导光部件的发热部件，所述发热部件与所述数据线通过所述开关晶体管连接。所述开关晶体管开启时，控制数据信号输出到所述发热部件，所述发热部件在所述数据信号的电流的作用下发热，使得热光开关在热量的作用下折射率发生改变，通过不同折射率热光开关的光线，其光强不同。因此，热光开光在不同数据信号的控制下，控制来自背光源光线的光强，实现对背光源光线的调节，而不需要液晶层来调节。又由于热光开光的响应速度大于液晶层偏转的响应速度，因此，可以改善影像拖尾现象，提高显示品质。

上述本发明实施例提供的发热部件具体可以为在电流的作用下可发热的发热体，比如可以为热子，更具体的，可为电阻较大的导电层，如导热金属层。下面以发热部件为热子为例说明。

本发明实施例中，热光开关的放置方向满足如下条件：光线在热光开关中的传播方向为沿垂直于阵列基板的方向。具体的，两个光波导端部之间的连线垂直于阵列基板。即，侧分支光波导沿着垂直与阵列基板的方向设置。比如，如图2所示的光波导为阵列基板上光波导的截面示意图，具体的为沿垂直于阵列基板方向的截面图。

所述导光部件为光波导。所述光波导包括光波导回路123和两个光波导端部122；所述光波导回路123包括两个镜像对称设置且对接的侧分支光波导(如图3中的U型侧分支光波导)；所述热子121位于其中一个所述侧分支光波导上，具体的置于靠近开关晶体管的一个侧分支光波导上；两个所述光波导端部121分别设置于侧分支光波导的两个对接端。热子121产生的热能与开关晶体管11的输出电流的平方成正比。

换句话说，导光部件具体可以包括光波导回路123以及在光波导回路123的相对侧的对应位置延伸出的两个光波导端部122；热子121设置于光波导回路123中。

由于热子仅设置在其中一个侧分支光波导上，仅对该侧分支光波导的折射率进行调节，这样经过两个侧分支光波导的光线具有光程差，光程差为波长整数倍时相干加强，光程差为波长半整数倍时相干抵消，通过控制光程差就可以控制光通量，从而可以控制光强。

如图1和图3所示，更直观的，开关晶体管11的栅极111与栅线13连接，源极112与数据线14连接，漏极113与热子121的正极1211连接；热子的负极可以通过公共电极线与参考电压源连接。该公共电极线为多个像素单元共用的电极线(如一行像素单元共用一个电极线)，各像素单元可共用一个参考电压源。

热子的正极和负极实际上是热子中发热体的两个引线，两个引线其中之一作为正极连接致开关晶体管，另一连接至公共电极线。公共电极线可设置于像素单元内或像素单元之间，公共电极线连接热子和参考电压源。若公共电极线设置于像素单元内，优选采用透明导电材料形成，若设置在像素单元之间，可采用导电率较高的金属线。

热光开关12通过形成具有相干波效果的结构来实现对光线光强度的调节。如图3和图4所示，为了便于信号计算和控制，优选光波导回路123由形状和长短均相同、且对称设置的两个侧分支光波导124对接形成，热子位于其中一个侧分支光波导124上；两个光波导端122部分别设置于侧分支光波导124的对接端。将两个侧分支光波导124的长短设置为相同长度。

优选的是，两个侧分支光波导124的中间部位互相平行，至少一个侧分支光波导124采用包括具有热致折射率改变特性的材料构成，具有热致折射率改变特性的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸环氧丙酯共聚物。

即，两个侧分支光波导124可以同为由具有热致折射率改变特性的透明材料构成；或者，仅设置有热子的侧分支光波导124由具有热致折射率改变特性的透明材料制成。

同时，两个侧分支光波导124的热致折射率改变率可以相同(此时侧分支光波导124中各点与热子121的距离不同，因此所受到的热能不同，进而导致相应点的折射率不同，光程变化不同)，当然，两个侧分支光波导124的热致折射率改变率也可以不同。

所述发热部件可以贴附或包裹于所述侧分支光波导上，具体的，可以贴附或包裹于一个侧分支光波导的整个区域上也可以设置在一个侧分支光波导的部分区域。

如图4所示，在侧分支光波导124中，由光波导端部122至与另一侧分支光波导平行部分之间形成弯折角α，弯折角α的角度范围为91°～179°，以保证光线的良好传导；同时，弯折角α优选为圆倒角形式，即将弯折角α设置为圆润的角度，换句话说，所述的弯折角为光滑的弯折角。例如通过采用稍带弧度的两段线段形成夹角α，使得弯折角α形成不那么尖锐的角度，而是相对比较圆滑的过渡(图4仅以两直线构成的夹角作为示例)，以保证光效率。

考虑到电路线路布局，将热子121设置于左侧的侧分支光波导124上，且使得热子121位于与右侧的侧分支光波导124平行的中间区域。这里应该理解的是，将热子121设置于左侧的侧分支光波导124中仅为示例，同样可以设置于右侧的侧分支光波导124的中间区域或其他部位，这里并不做限定，以方便开关晶体管11相对光波导回路在像素单元的位置设置。

优选的是，侧分支光波导124和光波导端部122均采用通信领域的圆柱形光纤结构形成。如图5所示，光纤结构由内至外依次包括纤芯41、包层42和缓冲涂覆层43。这里，纤芯41为玻璃芯，采用高纯度的石英玻璃或其他导光材料形成，其中包含聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸环氧丙酯共聚物；包层42为玻璃层，采用玻璃材料或其他透明材料形成，缓冲涂覆层43为塑料层，采用具有弹性且兼具耐磨蚀性的塑料材料形成。采用上述材料制作形成热光开关的光波导回路，技术成熟，良率高。

在本实施例的像素单元的热光开关中，热子121采用导热金属材料形成环状结构，例如采用金属铝材料形成；热子121包裹或贴附于侧分支光波导124外侧，与光波导回路形成一体，对侧分支光波导124的折射率进行调节。其中，导热金属材料形成的环状结构的长度小于或等于单侧的侧分支光波导124的长度。

这里应该理解的是，图1所示的像素单元16中，开关晶体管11与热光开关12的位置分布仅为示意，事实上，通常将开关晶体管11设置于像素单元16的一侧或一个角落，尽量占据较小的区域；而将热光开关12中的光波导回路123布置于占据较大面积的区域，以保证像素开口率。例如，热光开关12的整体高度稍小于阵列基板的厚度，大约为1-3mm；热光开关12的整体宽度稍小于像素单元16的宽度(为μm级)，热光开关12在平行于阵列基板平面的投影面积稍小于像素单元16的面积。

本实施例的阵列基板中，由于其中一个侧分支光波导124被加热来改变波导的折射率，折射率越大，光的传输速度越慢。根据光学知识，相同的光进入到两个折射率不一样的光波导时，从折射率较小的光波导出射的光比较快，从折射率较大的光波导出射的光比较慢，使得这两束光形成了光程差。因此，通过控制两个侧分支光波导124中光的光程差，改变光在侧分支光波导124中的传输距离，使得一束光经一个侧分支光波导124传输后与另一束光经另一个侧分支光波导124传输后到达汇聚点时具有不同的相位，根据干涉原理：在该相遇点光程差为波长整数倍时相干加强，光程差为波长半整数倍时相干抵消。这样，即利用干涉原理使合成光束减弱甚至关断，从而控制光程差就可以通过光通量，进而控制像素单元的光通过量。

例如，在某一阵列基板中，单侧的侧分支光波导124的长度为12mm，两个侧分支光波导124的平行部分之间的距离为50μm，铝金属材料设置于左侧的侧分支光波导124外侧且形成的环状结构与左侧的侧分支光波导124平行部分的长度相同。通过在环状结构的两端面施加电压来形成电流，进而产生焦耳热，并向侧分支光波导124传递，由于侧分支光波导124中的热致折射率的聚合物材料具有较大的热光系数，热场将使侧分支光波导124的纤芯层的折射率发生改变，从而在两个侧分支光波导124之间形成相位差。如图6所示，若两束光的光程差是波长的整数倍，两束光相干加强；若两束光的光程差是波长的半整数倍，二者相干抵消，从而通过控制电压的大小实现控制输出光强的大小。举例来说，当环状结构的两端面未施加电压时，两个侧分支光波导124中两束光的光程差为0，此时出射光达到最强；当在环状结构的两端面施加3.9V电压时，形成的电流为3.3mA，输出功率为13mW，具有热子的左侧的侧分支光波导124的折射率发生改变，使通过该侧分支光波导124的光出射时产生π相移，具有π相移的出射光与另一侧侧分支光波导124无相移的出射光进行叠加相干抵消，得到的出射光几乎为0，此时出射光达到最弱。

相应的，本实施例中阵列基板的工作原理为：利用热光开关12中的热子、光波导回路以及光输入通道和光输出通道，通过控制开关晶体管11的漏极113向热子121输出电流，由于热子121具有使电流信号转变为热信号的特性，侧分支光波导124采用具有热致折射率改变特性的材料构成，电流流过热子121而控制侧分支光波导的温度，从而使热子121所在的左侧的侧分支光波导124的折射率发生变化；同时，进入热光开关12的输入光被分成两束，在左侧和右侧的侧分支光波导124内分别传输，从而控制通过两侧分支光波导124的导波光的光程差，使两束光相干抵消或加强，最后汇聚在一起，实现热光开关12出射光的大小不同的控制。

本实施例的阵列基板中，利用光的干涉原理，当光程差为0时，两束光形成叠加的效果，亮度达到最大值；当光程差为1/2波长时，两束光相互抵消，理论上出射光为0，可见，本实施例中的阵列基板利用热光开关对光强的调节，能获得亮度最大与最暗(即0)之间的光强，因此采用该阵列基板能获得较高的对比度。

本实施例的阵列基板提供了一种对光线不一样的控制结构，当其应用到显示领域时能实现与液晶显示控制方式不同、却能得到相同的图像显示的效果。

实施例2：

本实施例提供一种显示面板，该显示面板中阵列基板通过与彩膜基板的配合，能实现不同颜色灰阶的显示。

可选的，每个像素单元内的热光开关覆盖整个像素单元区域，避免漏光现象。

彩膜基板可以采用常用的彩膜基板，彩膜基板上可设置黑矩阵，可进一步避免漏光。

该显示面板包括阵列基板和彩膜基板，阵列基板采用上述的阵列基板，阵列基板与彩膜基板对合形成，阵列基板由M×N个像素单元组成。

在本实施例中，阵列基板与彩膜基板的像素单元一一对应，每一像素单元设置有一像素单元；彩膜基板中的红绿蓝三色像素单元构成一个像素单元，或者红绿蓝白四色像素单元构成一个像素单元；彩膜基板中的每一像素单元均对应着阵列基板中的一组开关晶体管和热光开关组合的像素单元。通常情况下，彩膜基板中在相邻像素单元之间设置有黑矩阵，通过像素单元的光强通过热光开关控制，实现像素单元显示图像的出光光强的控制；而通过黑矩阵防止相邻像素单元之间间隔可能产生的漏光，保证显示面板的显示品质。

在本实施例的显示面板中，通过彩膜基板显示所需要的灰阶及颜色。由于光的相位变化与传输距离相关，当热光开关中热子的电流发生变化时，由热子的温度变化引起侧分支光波导的折射率的变化，利用光的相位特性，使得出射到彩膜基板上的光线发生强弱不同的变化，进而实现对每一像素单元色彩的控制，以此控制像素灰阶的变化，最终通过各像素单元的彩色灰阶组合成为图像显示。

该显示面板能实现现有技术中液晶显示面板的显示效果，但是由于无需设置液晶、对液晶的初始偏转角度进行控制的取向膜以及偏光片，结构更简单。相比LCD显示面板，该显示面板不需要偏光片，可以使可视角度更大，亮度更高；采用无驱动液晶的过程，响应速度较快，无拖尾现象，有效地改善了亮度低与对比度小等问题。

实施例3：

本实施例提供一种显示装置，该显示装置能实现类似液晶显示装置的平板显示效果，而且亮度高、对比度均较好。

如图7所示，一种显示装置包括背光源3和显示面板，该显示面板为实施例2中的显示面板，其中的阵列基板1位于背光源3与彩膜基板2之间。这里，背光源3可以是现有的LCD显示装置所用背光源3，也可以是能够产生均匀光的其他结构，这里并不做限定。

在本实施例中，热光开关中的光波导端部的方向与背光源中光线的传播方向处于同一平面，也即热光开关与阵列基板所形成的整个平面为垂直关系。

在包括热光开关结构的阵列基板1的前方放置彩膜基板2；背光源3放置于包括热光开关的阵列基板1的后方。背光源3的光线出射到阵列基板1，同时通过电流控制光波导的折射率，进而控制两个导波光的光程差，从而实现控制热光开关出射光强度；光线进一步出射到彩膜基板2上，经过彩膜基板2的彩色化作用后显示出所需要像素的颜色，通过各个像素颜色的组合(即像素的灰阶)，最终得到显示图像。

该显示装置的驱动方法包括：显示数据发生器将显示所需的电信号传输到各列开关晶体管的源极上；栅极信号控制器产生栅极控制信号，逐行打开隶属于同行的所有开关晶体管，使显示数据逐行写入到与开关晶体管的漏极连接的存储电容上，进行逐行显示。

同时参考实施例1中的附图，本实施例的显示装置采用光纤通讯技术中的热光开关取代液晶开关来显示图像显示，其工作原理如下：

源极驱动电路与栅极驱动电路共同驱动像素单元阵列，栅极驱动电路(即栅极信号控制器)负责打开某一行像素单元中开关晶体管的栅极，源极驱动电路(即显示数据发生器)向开关晶体管的源极写入像素显示所需要的电流，该电流进一步通过开关晶体管的漏极传输到热光开关；

同时，背光源3的光线经过热光开关，在作为光输入通道的光波导端部将光线二等分，一部分光通过有热子的左侧的侧分支光波导进入到作为光输出通道的光波导端部，另一部分光则经过右侧的侧分支光波导进入到作为光输出通道的光波导端部；通过控制流过热子的电流控制热光开关中左侧的侧分支光波导的温度，使左侧的侧分支光波导的折射率发生变化，使得光线在左侧的侧分支光波导和右侧的侧分支光波导中产生光程差，光程差为波长整数倍时相干加强，光程差为波长半整数倍时相干抵消，因此控制通过两侧的侧分支光波导中的光程差即可控制出射光强度；

光线从热光开关出来后，经过彩膜基板2的彩色化作用产生所需要的灰阶与颜色，从而实现图像显示。

本实施例提供了一种新的显示原理的显示装置，其将热光开关与开关晶体管构成阵列基板的像素单元，利用光的相干性控制出射光的强弱，进而控制显示灰阶，使得显示装置的透过率与传统LCD显示装置相比有明显的提高，能有效提高显示亮度。

相比LCD显示装置，本发明中的显示装置能有效改善亮度低与对比度小等问题，可以有效降低显示装置功耗，提高显示装置的寿命，显示品质好。

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 (10)

1.一种阵列基板，包括由栅线和数据线垂直交叉形成的多个像素单元，以及控制该像素单元开启和关闭的开关晶体管，其特征在于，每个像素单元内设置有热光开关；

所述热光开关包括热致折射率改变的导光部件和设置于所述导光部件上的发热部件；

所述发热部件通过所述开关晶体管与所述数据线连接，所述开关晶体管用于控制数据信号输出到所述发热部件，所述发热部件在所述数据信号的电流的作用下发热。

2.根据权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，所述发热部件为热子；所述导光部件为光波导。

3.根据权利要求2所述的阵列基板，其特征在于，

所述光波导包括光波导回路和两个光波导端部；

所述光波导回路包括两个镜像对称设置且对接的侧分支光波导；所述热子位于其中一个所述侧分支光波导上；两个所述光波导端部分别设置于侧分支光波导的两个对接端。

4.根据权利要求3所述的阵列基板，其特征在于，设置有热子的所述侧分支光波导为热致折射率改变的侧分支光波导。

5.根据权利要求4所述的阵列基板，其特征在于，所述侧分支光波导和所述光波导端部为一体式结构，且分别为圆柱形光纤，所述圆柱形光纤沿着垂直于阵列基板的方向设置。

6.根据权利要求4所述的阵列基板，其特征在于，每个所述光波导端部和相邻的侧分支光波导之间具有弯折角；

所述弯折角范围为91°～179°。

7.根据权利要求3所述的阵列基板，其特征在于，所述热子为导热金属层，所述热子贴附或包裹于所述侧分支光波导上。

8.根据权利要求2-7任一项所述的阵列基板，其特征在于，所述热子具有正极和负极，所述开关晶体管的栅极与所述栅线连接，源极与所述数据线连接，漏极与所述热子的正极连接，所述热子的负极与公共电极线相连。

9.一种显示面板，其特征在于，包括对合设置的阵列基板和彩膜基板，所述阵列基板为权利要求1-8任一项所述的阵列基板。

10.一种显示装置，包括背光源和显示面板，其特征在于，所述显示面板包括权利要求9所述的显示面板，其中，显示面板中的阵列基板位于所述背光源与显示面板中的彩膜基板之间。