CN106289555B - 显示基板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种显示基板，属于显示装置温度检测技术领域，其可至少部分解决现有热敏单元检测准确性差，难以与显示很好的结合的问题。本发明的显示基板包括多个热敏单元，每个热敏单元包括第一三极管、第二三极管、电流镜电路、电阻，第一三极管与第二三极管形式相同，且第二三极管的面积与第一三极管的面积的比为K，K大于1；电流镜电路包括电流相等的第一支路、第二支路、第三支路，三个支路的第一端均连接第一电压源，且第一支路的第二端连接第一三极管的发射极，第一三极管的基极和集电极连接第二电压源；第二支路的第二端通过电阻连接第二三极管的发射极，第二三极管的基极和集电极连接第二电压源；第三支路的第二端电连接检测单元。
Description
技术领域
本发明属于显示装置温度检测技术领域，具体涉及一种显示基板。
背景技术
为使显示面板具有触控功能，一种方式是温度触控，即在显示面板中设置多个热敏单元，当手指碰到显示面板时会引起局部温度变化，故通过分析各热敏单元的信号即可确定手指位置，实现触控。
在现有热敏单元中，一般采用热敏电阻、热电偶等作为温度感应器件。但是，这些温度感应器件的尺寸大、功耗高、精度差、线性度低，由此导致温度检测的准确性差，难以与显示很好的结合。
发明内容
本发明至少部分解决现有的热敏单元的温度检测的准确性差，难以与显示很好的结合的问题，提供一种温度检测的准确性高的显示基板。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种显示基板，其包括多个热敏单元，每个热敏单元包括第一三极管、第二三极管、电流镜电路、电阻，其中，
所述第一三极管与第二三极管形式相同，且第二三极管的面积与第一三极管的面积的比为K，K大于1；
所述电流镜电路包括电流相等的第一支路、第二支路、第三支路，三个支路的第一端均连接第一电压源，且
所述第一支路的第二端连接第一三极管的发射极，所述第一三极管的基极和集电极连接第二电压源；
所述第二支路的第二端通过电阻连接第二三极管的发射极，所述第二三极管的基极和集电极连接第二电压源；
所述第三支路的第二端电连接检测单元。
优选的是，所述显示基板包括基底，所述基底为硅基底。
进一步优选的是，所述显示基板为有机发光二极管显示基板。
优选的是，所述电流镜电路为共源共栅结构的电流镜电路。
优选的是，所述K为大于等于2的整数；所述第二三极管由K个相互并联的子三极管构成，每个子三极管均与第一三极管形式相同，且每个子三极管的面积均与第一三极管的面积相等。
优选的是，多个所述热敏单元排成阵列；每个所述热敏单元还包括开关器件，所述开关器件一端连接所述第三支路的第二端，另一端连接读取线；同列所述热敏单元的开关器件与同一条读取线连接，所述读取线一端连接检测单元，同行所述热敏单元的开关器件受同一条控制线控制。
进一步优选的是，所述显示基板为阵列基板，其还包括栅极线；其中，所述开关器件为薄膜晶体管；同行所述热敏单元的薄膜晶体管的栅极连接同一条栅极线，所述栅极线同时作为控制线。
进一步优选的是，所述读取线通过电流电压转换单元连接检测单元，所述检测单元为电压检测单元。
优选的是，所述显示基板包括基底，在所述第一三极管、第二三极管远离基底的一侧还设有用于传导热量的导热结构。
优选的是，所述显示基板还包括多个像素单元，所述像素单元包括用于加载显示信号的显示电极层；其中，
在所述第一三极管和第二三极管处无所述显示电极层；
或者，
在所述第一三极管和第二三极管处也设有所述显示电极层，且第一三极管和第二三极管处的显示电极层与像素单元中的显示电极层断开。
优选的是，所述显示基板为触控显示基板，其通过热敏单元检测手指温度以确定触摸位置。
本发明的显示基板采用三极管作为温度感应器件，三极管的尺寸小，功耗低，相应的检测电路结构简单，易于实现小范围内的温度检测；而且，三极管产生的感应信号精度和线性度高，从而提高了温度检测的精确性；同时，三极管的许多结构可与显示基板中原有的晶体管等结构同步形成，故其易于与现有显示结构融合，工艺简单，成本低。
附图说明
图1为本发明的实施例的一种显示基板中热敏单元的电路图；
图2为本发明的实施例的另一种显示基板中热敏单元的电路图；
图3为本发明的实施例的一种显示基板中像素单元的驱动电路图；
图4为图3中驱动电路的驱动时序图；
图5为本发明的实施例的一种显示基板的局部剖面结构示意图；
图6为本发明的实施例的一种显示基板的第二三极管的组成示意图；
图7为本发明的实施例的一种显示基板中热敏单元排布方式的俯视结构示意图；
图8为本发明的实施例的一种显示基板中的电流电压转换单元的电路图；
其中，附图标记为：1、电流镜电路；11、第一支路；12、第二支路；13、第三支路；31、导热结构；41、基底；5、热敏单元；9、像素单元；91、阳极层；92、阴极层；R、电阻；T1、第一三极管；T2、第二三极管；Tz、子三极管；M、薄膜晶体管；M1、第一晶体管；M2、第二晶体管；M3、第三晶体管；M4、第四晶体管；M5、第五晶体管；M6、第六晶体管；M7、第七晶体管；M8、第八晶体管；M9、第九晶体管；M10、第十晶体管；GATE、栅极线；READ、读取线；VDD、第一电压源；VSS、第二电压源；E、发射极；B、基极；C、集电极。
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：
如图1至图8所示，本实施例提供一种显示基板，其包括多个热敏单元5，每个热敏单元5包括第一三极管T1、第二三极管T2、电流镜电路1、电阻R，其中，
第一三极管T1与第二三极管T2形式相同，且第二三极管T2的面积与第一三极管T1的面积的比为K，K大于1；
电流镜电路1包括电流相等的第一支路11、第二支路12、第三支路13，三个支路的第一端均连接第一电压源VDD，且
第一支路11的第二端连接第一三极管T1的发射极E，第一三极管T1的基极B和集电极C连接第二电压源VSS；
第二支路12的第二端通过电阻R连接第二三极管T2的发射极E，第二三极管T2的基极B和集电极C连接第二电压源VSS；
第三支路13的第二端电连接检测单元。
本实施例的显示基板为用于显示装置中的基板，其可为阵列基板、对盒基板等形式。该显示基板包括多个用于进行温度检测的热敏单元5，各热敏单元5分布在显示基板的不同位置处，以检测不同位置的温度(如实现触控)。其中，如图7所示，热敏单元5可与用于进行显示的像素单元9(子像素)对应，例如构成一个像素的红绿蓝三个像素单元9对应一个热敏单元5。
每个热敏单元5则包括形式相同的第一三极管T1和第二三极管T2。其中，两个三极管“形式相同”是二者中各极(发射极E、集电极C、基极B)的材料、掺杂、形状、尺寸比例等都相同，区别仅在与二者的具体面积可不同。本实施例中，要求第二三极管T2的面积与第一三极管T1的面积的比(即二者中每个相应极的面积比)为K，或者说，第一三极管T1直接放大K倍后即与第二三极管T2完全相同。
同时，每个热敏单元5中还包括电流镜电路1，电流镜电路1包括三个支路。其中，电流镜电路1是指能保证其各支路的电流相等的电路，或者说，电流镜电路1也可看作能产生多个等电流输出的电流源。具体的，一种最简单的电流镜电路1可如图1所示，包括两个N型晶体管(第一晶体管M1、第二晶体管M2)以及三个P型晶体管(第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5)，其中第一晶体管M1和第三晶体管M3构成第一支路11，第二晶体管M2和第四晶体管M4构成第二支路12，第五晶体管M5构成第三支路13。当然，电流镜电路1也可为其他不同的形式，在此不再详细描述。
其中，电流镜电路1的三个支路的第一端(图中的上端)均连接第一电压源VDD，而第二端(图中的下端)则分别直接连接第二电压源VSS(如接地)、通过电阻R连接第二电压源VSS、检测单元。其中，检测单元用于对热敏单元5产生的感应信号进行检测，例如其可为触控芯片等。
由于电流镜电路1的各支路的第一端连接相同的电压源，故它们第二端的电压也应当相等，即第一三极管T1上端的电压Vt1应当与电阻R上端的电压相等，而电阻R上端的电压为第二三极管T2上端的电压Vt2加上电阻R造成的压降。
因此，可得公式：IRx＝Vt2-Vt1。其中，Rx为电阻R的阻值，而I为第二支路12中的电流。
公知的，任意一个三极管上加载的电压Vt和其中的电流It应满足以下公式：其中，Is为三极管的反向饱和电流，Vs为热电压，其满足公式：其中k为玻尔兹曼常数，q为一个电子的电荷量，T为以卡尔文为单位的温度。
由于第二三极管T2与第一三极管T1的形式相同且面积比为K，故第二三极管T2的反向饱和电流Is2与第一三极管T1的反向饱和电流Is1的比为K；由于第一三极管T1与第二三极管T2均位于一个热敏单元5中，距离很近，故二者的温度T相等；由于电流镜电路1的各支路中的电流相等，故第一三极管T1与第二三极管T2中的电流均为I。由此可得：
进一步的，可得电流I满足以下公式：
由此可见，以上电流I与温度T是成正比关系的，而电流镜电路1的第三支路13中的电流当然也为I，而第三支路13中的电流I会输出到检测单元，故只要用检测单元对电流I进行分析，即可确定相应热敏单元5的温度，实现温度检测。
为提高检测的灵敏度，希望以上电流I与温度T的相关系数较小且稳定，而在以上公式中，电流I与电阻R的阻值Rx成反比关系，故该电阻R的阻值Rx应较大且随温度变化很小；因此，可采用铬硅电阻薄膜(如通过镀膜方法制备)等作为以上的电阻R。
本实施例的显示基板采用三极管作为温度感应器件，三极管的尺寸小，功耗低，相应的检测电路结构简单，易于实现小范围内的温度检测；而且，三极管产生的感应信号精度和线性度高，从而提高了温度检测的精确性；同时，三极管的许多结构可与显示基板中原有的晶体管等结构同步形成，故其易于与现有显示结构融合，工艺简单，成本低。
优选的，电流镜电路1为共源共栅结构的电流镜电路1。
显然，以上电流镜电路1中第五晶体管M5的输出阻抗并非无穷大，故其实际输出的电流与理论值间存在一定的误差，即该电流镜电路1不是绝对理想的。为此，可如图2所示，在电流镜电路1中增加“一套”共源共栅的晶体管，具体为两个N型晶体管(第六晶体管M6、第七晶体管M7)，以及三个P型晶体管(第八晶体管M8、第九晶体管M9、第十晶体管M10)，从而组成“共源共栅(cascade)”结构的电流镜电路1，以大幅提高其输出阻抗，进而提高温度检测的精确性。当然，具体的共源共栅结构的电流镜电路1的形式也是多样的，在此不再逐一描述。
优选的，显示基板为触控显示基板，其通过热敏单元5检测手指温度以确定触摸位置。
也就是说，可通过以上的热敏单元5使显示基板具有触控功能。具体的，当手指按到显示基板上时，对应位置的温度会变化；因此，通过比较不同位置的热敏单元5的信号，即可确认是否有手指按在显示基板上以及手指按在什么位置，从而实现触控。本实施例的显示基板中，热敏单元5的尺寸很小，故可实现小范围内的温度检测，从而使触控更加准确。
当然，以上热敏单元5也可用于使显示基板实现其他功能，例如用于检测物体的温度、进行热敏成像等，在此不再详细描述。
优选的，显示基板包括基底41，基底41为硅基底；
显然，显示基板包括基底41，而显示基板的其他结构都是以基底41为基础制造的。而本实施例的显示基板的基底41优选为硅基底，即基底41本身就是硅半导体材料。这是因为本实施例的显示基板中具有三极管，而在玻璃等其他材质的基底41上单独制造三极管的工艺难度较高；而对于硅基底，由于其本身就是半导体，故可直接用硅基底作为三极管的部分结构(如集电极C)，而三极管的其他结构也可通过直接对硅基底进行掺杂得到；由此，可简化其制备工艺。同时，若采用硅基底，则用于显示的电路以及上述检测单元中的电路等也均可直接制备在硅基底上，从而简化显示装置的结构，实现更高的集成度。
具体的，如图5所示，假设硅基底为P型半导体，则可在其中形成N阱(n-well)，并在N阱中形成P+区，这样即构成一个PNP型三极管，该三极管以N阱作为基极B，P+区作为发射极E，P型硅基底作为集电极C(当然其中只有与N阱对应的部分才实际起到集电极C的作用)。显然，对于以上的第一三极管T1和第二三极管T2，其相应结构(N阱、P+区等)的面积比应符合以上K倍的关系。
当然，根据以上电路图，三极管各极还要与其他结构相连，这种连接可通过金属引线实现，而金属引线与三极管各极接触的位置可设有欧姆接触层(如图中N阱中的N+区以及P型硅基底中的P+区)以减小二者间的接触电阻，但这些欧姆接触层并不是三极管的单独一极。
当然，由于图5只是剖面图，故其其中许多具体的连接结构并未标出。
当然，以上形成在硅基底上的三极管也可为其他形式，例如其中所有半导体的类型均可相反，从而形成NPN型的三极管。
更优选的，显示基板为有机发光二极管显示基板。
由于硅基底不透光，故显示基板优选为有机发光二极管显示基板，即其像素单元9(子像素)中设有用于发光的有机发光二极管和用于驱动有机发光二极管的驱动电路。
其中，像素单元9中驱动电路的具体形式和其相应的时序可如图3、图4所示，在此不再详细描述。
优选的，K为大于等于2的整数；第二三极管T2由K个相互并联的子三极管Tz构成，每个子三极管Tz均与第一三极管T1形式相同，且每个子三极管Tz的面积均与第一三极管T1的面积相等。
为满足第一三极管T1与第二三极管T2的面积比例关系，一种方式是如图5所示，直接使第二三极管T2各极的面积都为第一三极管T1中极面积的K倍。但作为优选方式，也可以如图6所示，制造K个与第一三极管T1完全相同(面积相等)的子三极管Tz，并将各子三极管Tz的相应极并联在一起，用它们共同组成第二三极管T2，这样第二三极管T2的面积也是第一三极管T1面积的K倍。
显然，由于工艺限制，实际制造出的三极管的面积与理论面积间不可避免的存在一定误差。而对多个独立的三极管(子三极管Tz)，其中每个三极管的面积都有独立的随机误差，该误差可正可负，故多个三极管的面积误差可能相互抵消，故多个小三极管的总面积的误差通常要比一个具有同样面积的大三极管的误差更小。因此，第二三极管T2采用以上多个子三极管Tz的形式，有于减小其面积的误差，提高温度检测的精确性。
优选的，显示基板包括基底41，在第一三极管T1、第二三极管T2远离基底41的一侧还设有用于传导热量的导热结构31。
如图5所示，在以上第一三极管T1、第二三极管T2远离基底41的一侧，还设有由高导热材料构成的导热结构31，以加速热量向第一三极管T1和第二三极管T2的传递，提高温度检测的精确性。具体的，以上导热材料可为铜、铝等导热性较好的金属，也可为聚酰亚胺等高导热的绝缘材料。当然，不论导热结构31由什么材料构成，其都不能对三极管本身的功能造成影响。
优选的，显示基板还包括多个像素单元9，像素单元9包括用于加载显示信号的显示电极层；其中，在第一三极管T1和第二三极管T2处无显示电极层；或者，在第一三极管T1和第二三极管T2处也设有显示电极层，且第一三极管T1和第二三极管T2处的显示电极层与像素单元9中的显示电极层断开。
也就是说，显示基板的各像素单元9中，设有用于实现显示功能的显示电极层。例如，如图5所示，若显示基板为有机发光二极管显示基板，则其显示电极层包括阴极层92和阳极层91(二者之间夹设有有机发光层，图中未标出)。而在对应第一三极管T1和第二三极管T2的位置处，则可没有显示电极层，例如，图5中对应第一三极管T1和第二三极管T2的位置没有阳极层91；或者，在对应第一三极管T1和第二三极管T2的位置处，虽然有显示电极层，但该显示电极层与像素单元9处的显示电极层断开，例如，图5中对应第一三极管T1和第二三极管T2的位置处的阴极层92与像素单元9中的阴极层92断开(如通过激光切割或挡墙断开)。这样，其他位置的热量不能经显示电极层传递到三极管处；同时，三极管处也不会有用于显示的电流、电压等，这些都避免了其他因素对温度的干扰，提高了温度检测的精确性。
在图5中，以在第一三极管T1和第二三极管T2的位置没有阳极层91而阴极层92断开为例进行说明，这是因为在有机发光二极管显示基板中，阳极层91一般为氧化铟锡材料(ITO)，其多通过光刻工艺形成，故便于大范围的除去；而阴极层92则一般为铝，其通过使用高精度金属掩模板(FFM)的蒸镀工艺形成，不便于大范围的除去。当然，以上显示电极层的结构仅仅是举例，而不是对本发明的限定，例如在液晶显示基板中，显示电极层则为像素电极层、公共电极层等，其也可采用以上的形式。
优选的，如图7所示，多个热敏单元5排成阵列；每个热敏单元5还包括开关器件，开关器件一端连接第三支路13的第二端，另一端连接读取线READ；同列热敏单元5的开关器件与同一条读取线READ连接，读取线READ一端连接检测单元，同行热敏单元5的开关器件受同一条控制线控制。
显然，热敏单元5产生的感应信号需要输送给检测单元，但若是每个热敏单元5都通过单独的引线连接单独的检测单元，则会导致引线和检测单元的数量众多，结构复杂。为此，可如图7所示，使同一列热敏单元5的第三支路13的第二端(即输出感应信号的一端)均通过开关器件连接至一个检测单元(如直接制作在硅基底上的检测单元)，而同行开关器件受同一条控制线控制；这样，只要用控制线控制各行开关器件轮流导通，即可将各行热敏单元5的感应信号轮流输出至相应的检测单元，从而一列热敏单元5只要对应一个检测单元和一条引线即可，简化了产品结构。
更优选的，显示基板为阵列基板，其还包括栅极线GATE；其中，开关器件为薄膜晶体管M；同行热敏单元5的薄膜晶体管M的栅极连接同一条栅极线GATE，栅极线GATE同时作为控制线。
也就是说，如图1、图2、图7所示，当显示基板为具有用于驱动显示的晶体管阵列的阵列基板时，以上开关器件可为薄膜晶体管M，薄膜晶体管M的栅极连接栅极线GATE；从而栅极线GATE同时起到控制线的作用，即其在使一行像素单元9进行显示的同时，也使该行热敏单元5的感应信号输出至检测单元。由于控制线与栅极线GATE是共用的，故不必增加单独的控制线，可保证现有的用于显示的结构基本不变，从而简化产品结构并降低制备工艺难度。
优选的，读取线READ通过电流电压转换单元连接检测单元，检测单元为电压检测单元。
通常而言，对电压的检测比对电流的检测更容易，因此可将热敏单元5输出的电流转变为电压后再输入检测单元。当采用读取线READ时，只要在每条读取线READ端部设置电流电压转换单元(I-V转换电路)，即可用一个电流电压转换单元实现对一列热敏单元5的感应信号的转变，有利于简化产品结构。其中，电流电压转换单元的具体结构可如图8所示，在此不再详细描述。
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)
1.一种显示基板，包括多个热敏单元，其特征在于，每个热敏单元包括第一三极管、第二三极管、电流镜电路、电阻，其中，
所述第一三极管与第二三极管形式相同，且第二三极管的面积与第一三极管的面积的比为K，K大于1；
所述电流镜电路包括电流相等的第一支路、第二支路、第三支路，三个支路的第一端均连接第一电压源，且
所述第一支路的第二端连接第一三极管的发射极，所述第一三极管的基极和集电极连接第二电压源；
所述第二支路的第二端通过电阻连接第二三极管的发射极，所述第二三极管的基极和集电极连接第二电压源；
所述第三支路的第二端电连接检测单元；
多个所述热敏单元排成阵列；
每个所述热敏单元还包括开关器件，所述开关器件一端连接所述第三支路的第二端，另一端连接读取线；
同列所述热敏单元的开关器件与同一条读取线连接，所述读取线一端连接检测单元，同行所述热敏单元的开关器件受同一条控制线控制。
2.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，包括：
基底，所述基底为硅基底。
3.根据权利要求2所述的显示基板，其特征在于，
所述显示基板为有机发光二极管显示基板。
4.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，
所述电流镜电路为共源共栅结构的电流镜电路。
5.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，
所述K为大于等于2的整数；
所述第二三极管由K个相互并联的子三极管构成，每个子三极管均与第一三极管形式相同，且每个子三极管的面积均与第一三极管的面积相等。
6.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，所述显示基板为阵列基板，其还包括栅极线；其中，
所述开关器件为薄膜晶体管；
同行所述热敏单元的薄膜晶体管的栅极连接同一条栅极线，所述栅极线同时作为控制线。
7.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，
所述读取线通过电流电压转换单元连接检测单元，所述检测单元为电压检测单元。
8.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，包括：
基底，在所述第一三极管、第二三极管远离基底的一侧还设有用于传导热量的导热结构。
9.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，还包括：
多个像素单元，所述像素单元包括用于加载显示信号的显示电极层；其中，
在所述第一三极管和第二三极管处无所述显示电极层；
或者，
在所述第一三极管和第二三极管处也设有所述显示电极层，且第一三极管和第二三极管处的显示电极层与像素单元中的显示电极层断开。
10.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，
所述显示基板为触控显示基板，其通过热敏单元检测手指温度以确定触摸位置。
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