CN106711255A - 光致发光显示面板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光致发光显示面板，包括阵列基板与背光光源，该阵列基板被划分为呈矩阵排列的多个子像素单元，在该子像素单元内设置有：半导体发光单元，对应于不同子像素单元的半导体发光单元在背光光源的照射下分别发出不同颜色的色光；第一透明电极与第二透明电极，在该第一透明电极与第二透明电极之间形成有存储电容，该存储电容在与第一透明电极和第二透明电极相连金属电极处形成电场，使该电场作用于半导体发光单元以对不同颜色的色光的发光强度进行调制，利用调制后的不同颜色的色光进行画面的显示。显著地提高了显示面板的色域和色彩饱和度，同时大大缩小了显示面板的厚度，相比利用有机半导体材料生产的显示面板，使用寿命得以延长。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种光致发光显示面板。
背景技术
随着显示技术的不断发展，显示设备也越来越多元化。目前被广泛使用和开发研究的两种显示技术包括薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor-Liquid CrystalDisplay，TFT-LCD)与有机发光二极管显示器(Organic Light-Emitting Diode，OLED)。
TFT-LCD技术采用CF色阻层过滤背光，并利用电压控制液晶盒来对过滤后的背光进行光强调制以实现画面的显示。由于TFT-LCD具有生产成本低，显示效果好的特点而被广泛应用到手机、电视、电脑等电子产品上。然而，虽然TFT-LCD显示效果不俗，但由于其采用了液晶盒以及CF色阻层，因此这种显示器一般较厚，并且其色域及色彩饱和度较低，已满足不了用户对显示器色彩鲜艳度以及显示器厚度的要求。
随着用户对显示器色彩鲜艳度需求的提升，同时针对TFT-LCD技术的局限性，多家显示设备生产厂商开发了OLED显示技术，并建立了多个OLED屏幕生产线。OLED技术利用有机材料制作发光元件，并通过电压调节发光元件的发光亮度来进行画面的显示。利用OLED技术制作的显示设备色彩饱和度高、对比度高并且厚度较薄。目前，OLED技术存在的主要问题是，由于OLED屏幕的发光元件采用的是有机半导体材料制作的，因此致使OLED屏幕使用寿命短，间接影响了用户体验。
综上，亟需一种高色彩饱和度、高色域、结构轻薄以及使用寿命长的显示设备以解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是需要提供一种高色彩饱和度、高色域、结构轻薄以及使用寿命长的显示面板。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光致发光显示面板，包括：阵列基板与背光光源，其特征在于，该阵列基板被划分为呈矩阵排列的多个子像素单元，在该子像素单元内设置有：半导体发光单元，对应于不同子像素单元的所述半导体发光单元在背光光源的照射下分别发出不同颜色的色光；透明电极，包括第一透明电极和第二透明电极，在第一透明电极和第二透明电极之间形成有存储电容，该存储电容在与第一透明电极和第二透明电极相连的第一金属电极和第二金属电极处形成有电场，该电场作用于所述半导体发光单元以对不同颜色的色光的发光强度进行调制，利用调制后的不同颜色的色光进行画面的显示。
优选地，对应于不同子像素单元的所述半导体发光单元根据半导体发光单元发出的色光的颜色的不同采用不同带隙的光致发光半导体材料。
优选地，存储电容在第一金属电极和第二金属电极处形成的电场为一个可变电场，所述可变电场与其所属子像素单元在不同画面帧中所具有的灰阶值相对应。
优选地，可变电场的变化包括电场强度的变化和/或电场方向的变化。
优选地，在阵列基板上对应于各子像素单元的边界处设置有扫描线与数据线，在子像素单元内设置有薄膜晶体管，该薄膜晶体管的栅极与所述扫描线相连接，其源极与数据线相连接，其漏极作为所述第二金属电极，公共电极作为第一金属电极，上述第一金属电极、第二金属电极与半导体发光单元同层设置，且形成于第一金属电极、第二金属电极之间的电场能够作用于半导体发光单元，改变数据线施加于第二金属电极的信号电压的数值以改变所形成的电场的强度。
优选地，在第一透明电极与所述第二透明电极之间设置有至少一层绝缘层，在当前行的扫描线关闭时，由上述的至少一层绝缘层、第一透明电极与第二透明电极所形成的存储电容来维持电场的强度。
优选地，在阵列基板上对应于各子像素单元的边界处还设置有遮光单元。
优选地，遮光单元与所述半导体发光单元同层设置。
优选地，背光光源的波长小于半导体发光单元所发出的不同颜色的色光的波长。
优选地，用于发出红色光的半导体材料包括CdSe或GaAs，用于发出绿色光的半导体材料包括CdS，用于发出蓝色光的半导体材料包括ZnS或GaN。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
通过选用具有光致发光特性的无机半导体材料替代液晶和色阻，并利用电场对该无机半导体光致发光的强度进行调制来实现画面显示，显著地提高了显示面板的色域和色彩饱和度，同时大大缩小了显示面板的厚度，相比利用有机半导体材料生产的显示面板，使用寿命得以延长。
附图说明
附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
图1是是根据本发明实施例的光致发光显示面板的三个相邻子像素单元的剖面结构示意图；
图2是根据本发明实施例的光致发光显示面板的的单个子像素单元的剖面结构示意图；
图3是红、绿、蓝三种色光的光致发光光谱图；
图4是根据本发明实施例的光致发光显示面板中半导体发光单元与存储电容的等效连接示意图；
图5是根据本发明实施例的光致发光显示面板中子像素单元与扫描线和数据线的连接示意图；
图6是在不同电场强度下具有光致发光特性的无机半导体材料所发红光的发光强度的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
为方便理解本发明的技术内容，首先对无机半导体材料的光致发光特性作简要介绍。光致发光是指物体依赖外界光源的照射以获得能量，从而产生激发状态，最终导致物体发光的现象。无机半导体材料的光致发光过程大致经过能量吸收、能量传递及光发射三个主要阶段。紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光现象。很多无机半导体材料都能通过被外界光源照射获得能量，从而由于被激发而发光。当无机半导体材料具备下列条件时，可以提高其光致发光过程的效率，具体为，使无机半导体材料的带隙宽度满足设定的带隙宽度条件，同时这些无机半导体材料还需具有电导率大、完整性好等特点。
本发明提出一种利用无机半导体材料的光致发光特性进行画面显示的光致发光显示面板，具体的，该光致发光显示面板包括阵列基板与背光光源。阵列基板具有同现有阵列基板同样的呈矩阵排列的多个子像素单元，在各子像素单元内分别设置有半导体发光单元和透明电极。其中，半导体发光单元由上述无机半导体材料构成，通过设置在阵列基板一侧的背光光源的照射，使对应于不同子像素单元的半导体发光单元发出不同颜色(例如红色R、绿色G、蓝色B)的光，这些子像素单元构成基本的显示矩阵。
透明电极划分为第一透明电极和第二透明电极，并进一步在第一透明电极与第二透明电极之间形成一存储电容，使该存储电容在与第一透明电极和第二透明电极相连的第一金属电极和第二金属电极处形成有电场，同时使该电场能够作用于上述各半导体发光单元。需要注意的是，本发明中所说的作用于，基于本领域技术人员的普遍理解，指的是电场的电场线能够穿过半导体发光单元的全部或部分。
进一步地，作用于半导体发光单元的电场能够对半导体发光单元所发出的色光的发光强度进行调制。需要注意的是，本发明中所说的调制，基于本领域技术人员的普遍理解，指的是使色光的发光强度变大或变小以显示出不同的亮度的过程。调制后的色光的发光强度发生了变化，对应于子像素单元的灰阶的变化，最终实现画面的显示。
以下结合本发明的一个实施例对光致发光显示面板的结构进行说明。
图1是根据本发明实施例的光致发光显示面板的三个相邻的子像素单元(包括对应于各子像素单元的背光光源的部分)的剖面结构示意图，图2为图1中一个子像素单元(包括对应于该子像素单元的背光光源的部分)的剖面结构示意图。
如图1所示，本发明的光致发光显示面板包括背光光源10和阵列基板11，背光光源10从阵列基板11的一侧照射阵列基板，该阵列基板被划分为呈矩阵排列的多个子像素单元，如图2所示。
图2示出本发明实施例中的任意一个子像素单元的结构，包括，玻璃基板1101，第一绝缘层1102，无机半导体材料构成的发光单元1103，第二绝缘层1108，第三绝缘层1109，第四绝缘层1112，第一透明电极1111，第二透明电极1113。与发光单元1103同层设置有电极1104，P-Si层1105，在发光单元1103的两端设置有电极1106和公共电极1107以及遮光单元1114。在第三绝缘层1109中，还设置有电极1110。
其中，第一绝缘层1102设置在玻璃基板1101的上方，发光单元1103设置在第一绝缘层1102的上方，第二绝缘层1108设置在发光单元1103所在的层的上方，第三绝缘层1109设置在第二绝缘层1108的上方，第三绝缘层1109作为显示面板的平坦层，选用光阻材料制作。第四绝缘层1112设置在第三绝缘层1109的上方，其中第一绝缘层1102、第二绝缘层1108与第四绝缘层1112均可以选用SiNx或SiOx等常用的绝缘层材料制作。
进一步地，半导体发光单元1103在背光光源10的照射下被激发，分别发出不同颜色的色光，在本实施例中，可以为红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)。根据半导体发光单元1103发出的色光的颜色的不同采用不同带隙的光致发光半导体材料，这些材料可以由II-VI族元素或者III-V族元素组成。
举例而言，用于发出红光的半导体材料可以采用CdSe或GaAs，用于发出绿光的半导体材料可以采用CdS，用于发出蓝光的半导体材料可以采用ZnS或GaN。可以理解的是，发出这三种的色光的无机半导体材料不限于此，由II-VI族或者III-V族元素组成且能光致发光产生红光、绿光和蓝光的材料均可。
在本发明的一个实施例中，背光光源10选用波长比无机半导体发光材料所发出的色光的波长短的光源作为背光，具体说是比半导体发光单元1103由于光源的照射而激发出的三种不同颜色的色光的波长都要短的光源作为背光。举例而言，选用紫外光(UV光)作为背光光源。
半导体发光单元1103受背光光源10的激发所发出的红光、绿光和蓝光的光谱如图3所示，在这三种由光致发光所产生的色光中，波长最短的是蓝光，由于光致发光的激发光源的能量要大于受激辐射光的能量，所以选择比蓝光的波长还要短的光源作为背光。优选的，紫外光(UV光)可作为上述背光光源10，但本发明的背光光源10不限于紫外光。
从图3的基于光致发光的无机半导体材料所产生的各色光的光谱中还可以看出，无机半导体光致发光所产生的各色光的波长分布范围很广，反应在视觉上为各色光的纯度极高，纯度极高的三色光能组合出较广的色域。
进一步如图2所示，由电极1104、电极1106、电极1110、P-Si层1105及第二绝缘层1108共同构成一个薄膜晶体管结构。其中，电极1110为晶体管的栅极，电极1104为晶体管的源极，电极1106为晶体管的漏极，P-Si层1105作为晶体管的半导体导电层。需要说明的是，电极1106作为晶体管的漏极，也可作为本发明实施例的第二金属电极。各电极所选用的金属材料与本领域薄膜晶体管中常用的金属材料相同。在本实施例中，半导体层采用了低温多晶硅材料层制作，但这并不构成对本发明的限定，考虑到实际生产中a-Si(非晶硅)技术的应用已较为成熟，并且该技术在制作较大的显示屏幕时应用较多，所以P-Si层1105也可以采用a-Si材料。
在本发明的实施例中，第一透明电极1111与第二透明电极1113均选用铟锡氧化物材料(Indium Tin Oxide，ITO)制作，由第一透明电极1111、第二透明电极1113以及夹在两个透明电极之间的第四绝缘层1112构成电容器。如图2所示，第一透明电极1111经由过孔与公共电极1107相连接，第二透明电极1113经由过孔与薄膜晶体管的漏极1106相连接。需要说明的是，公共电极1107可作为本发明实施例的第一金属电极。当漏极电极1106(第二金属电极)与公共电极1107(第一金属电极)之间形成有电场时，由第一透明电极1111、第二透明电极1113以及夹在两个透明电极之间的第四绝缘层1112构成的电容器能够存储漏极电极1106及公共电极1107之间的电压，此时该电容器相当于存储电容，如图4所示。图中Cst表示存储电容，该存储电容可以在一行子像素单元充电完成，该行的扫描驱动电路关闭后，维持其对应连接的各子像素单元两端的电场强度，即维持画面的显示。
需要说明的是，第一透明电极1111与第二透明电极1113之间的绝缘层可以为一层，也可以为多层，本发明对此不作限定。
在本发明的另一个实施例中，具有上述结构的各子像素单元与显示面板上的扫描线和数据线的连接示意图如图5所示。
在图5中，Gate_N、Gate_N+1、Gate_N+2用于表示设置于各子像素单元的边界处的各行扫描线，Data_R、Data_G、Data_B用于表示设置于各子像素单元的边界处的各列数据线。设置于子像素单元中的薄膜晶体管的栅极与扫描线相连接，源极与数据线连接，漏极与存储电容Cst的一个极板，即与第二透明电极1113相连接。二极管元件根据用于发出不同色光的光致发光单元等效得到。下面结合附图详细说明本发明实施例中的显示面板的工作过程。
如图1所示，半导体发光单元1103在紫外光(UV光)的照射下分别发出不同颜色的光，然后通过为半导体发光单元1103施加变化的电场来调节所发出的不同颜色的光的发光强度。
以红色子像素单元为例说明在不同电场强度下具有光致发光特性的无机半导体材料的调制过程。如图6所示，横坐标是光致发光所产生的红光的波长，纵坐标表示红光经过调制后的发光强度。图中的曲线从最低峰值到最高峰值分别表示依次增大的电场强度所对应的光的发光强度。从图4可以看出，施加在具有光致发光特性的无机半导体两端的电场强度越高，则该无机半导体经光致发光所产生的红光的发光强度越强。
可以理解的是，经光致发光所产生的蓝色光和绿色光的发光光强度也具有上述性质，不再赘述。
进一步地，可变电场与其所属子像素单元在不同画面帧中所具有的灰阶值相对应，调节电场强度，使各子像素单元分别显示不同的灰阶的过程如下：
在一帧画面的显示中，由扫描驱动电路通过扫描线逐行开启每一行的薄膜晶体管，以便开启每一行子像素单元的充电路径。然后，由数据驱动电路通过数据线向漏极1106施加信号电压，公共电极1107也同时施加公共电压，那么在漏极1106与公共电极1107之间形成电场将作用于半导体发光单元1103，通过分别控制每一个子像素单元对应的电场的强度，可以形成对光致发光的发光强度产生相应的调制作用，调制的结果是形成了不同子像素单元在同一帧画面中的灰阶显示。
具体的，使作用于半导体发光单元1103的电场的强度根据其所属子像素单元在当前画面帧中所具有的灰阶值进行相应的设定，即使得施加在漏极电极1106和公共电极1107之间的电压与子像素单元在一个画面帧中的灰阶相对应，即通过数据线施加在漏极电极1106上的信号电压的数值与子像素单元在一个画面帧中的灰阶相对应。这样，当在给数据线施加上述信号电压时，子像素单元便可以显示出相应的灰阶，完成一帧画面的显示。
在不同帧画面的显示中，使作用于半导体发光单元1103的电场的强度根据其所属子像素单元在不同画面帧中所具有的灰阶值做相应变化，即使得施加在漏极电极1106和公共电极1107之间的电压与子像素单元在不同画面帧中的灰阶分别对应，完成不同帧画面的显示。
需要说明的是，要保证作用于发光单元1103的电场是可变的，并不局限于电场强度的改变。例如在本发明的其他实施例中，可以通过改变电场的方向来获得电场的变化。
还需要说明的是，根据第一透明电极1111、第二透明电极1113以及漏极电极1106和公共电极1107之间的连接关系可知，第一透明电极1111、第二透明电极1113以及之间的绝缘层1112形成的存储电容可以用于维持形成于漏极电极1106和公共电极1107之间的电场。
在本发明的实施例中，通过调节施加于无机半导体材料的电场的强度来对光致发光的强度进行调制，进而实现画面的显示。由于无需设置液晶盒结构来改变子像素单元的显示灰阶，因此能够有效地简化显示设备的结构，使得显示设备的厚度更加轻薄。
另外，为了避免上述各子像素单元发出的光相互干扰，在各子像素单元的边界处还设置有遮光单元1114，如图1或图2所示。遮光单元1114与发光单元1103同层设置，实际中可以采用绝缘材料制作。由于采用了遮光单元1114，避免了各色光在生成显示画面前的相互干扰，并且本发明的光致发光显示面板中每个子像素单元发出的色光纯度极高，相比TFT-LCD显示面板，本发明的光致发光显示面板显示画面的色彩饱和度有很大提高。
在本发明的其他实施例中，还基于上述光致发光显示面板提供了一种光致发光显示器，该光致发光显示器由上述显示面板制成，容易理解，基于上述实施例中的显示面板制成的光致发光显示器具有色域广、色彩饱和度高、厚度低、使用寿命长等特点。具体结构此处不再赘述。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种光致发光显示面板，包括阵列基板与背光光源，其特征在于，所述阵列基板被划分为呈矩阵排列的多个子像素单元，在所述子像素单元内设置有：
半导体发光单元，对应于不同子像素单元的所述半导体发光单元，在所述背光光源的照射下分别发出不同颜色的色光；
透明电极，包括第一透明电极和第二透明电极，在所述第一透明电极和第二透明电极之间形成有存储电容，所述存储电容在分别与第一透明电极和第二透明电极相连接的第一金属电极和第二金属电极处形成有电场，所述电场作用于所述半导体发光单元以对不同颜色的色光的发光强度进行调制，利用调制后的所述不同颜色的色光进行画面的显示。
2.如权利要求1所述的显示面板，其特征在于，对应于不同子像素单元的所述半导体发光单元，根据其发出的色光的颜色的不同采用不同带隙的光致发光半导体材料。
3.如权利要求2所述的显示面板，其特征在于，所述存储电容在所述第一金属电极和第二金属电极处形成的电场为一个可变电场，所述可变电场与其所属子像素单元在不同画面帧中所具有的灰阶值相对应。
4.如权利要求3所述的显示面板，其特征在于，所述可变电场的变化包括电场强度的变化和/或电场方向的变化。
5.如权利要求1至4中任一项所述的显示面板，其特征在于，在所述阵列基板上对应于各子像素单元的边界处设置有扫描线与数据线，在所述子像素单元内设置有薄膜晶体管；
所述薄膜晶体管的栅极与所述扫描线相连接，其源极与所述数据线相连接，其漏极作为所述第二金属电极；
公共电极作为所述第一金属电极；
所述第一金属电极、所述第二金属电极与所述半导体发光单元同层设置，且形成于所述第一金属电极与第二金属电极之间的电场能够作用于所述半导体发光单元；
通过数据线改变施加于第二金属电极的信号电压的数值以改变所形成的电场的强度。
6.如权利要求5所述的显示面板，其特征在于，在所述第一透明电极与所述第二透明电极之间设置有至少一层绝缘层，在当前行的扫描线关闭时，由所述至少一层绝缘层、第一透明电极与第二透明电极所形成的存储电容来维持所述电场的强度。
7.如权利要求1至4中任一项所述的显示面板，其特征在于，在所述阵列基板上对应于各子像素单元的边界处还设置有遮光单元。
8.如权利要求7所述的显示面板，其特征在于，所述遮光单元与所述半导体发光单元同层设置。
9.如权利要求1至4中任一项所述的显示面板，其特征在于，所述背光光源的波长小于所述半导体发光单元所发出的不同颜色的色光的波长。
10.如权利要求2所述的显示面板，其特征在于，用于发出红色光的半导体材料包括CdSe或GaAs，用于发出绿色光的半导体材料包括CdS，用于发出蓝色光的半导体材料包括ZnS或GaN。
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