CN107167942A - 彩膜基板、显示装置和显示方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种彩膜基板、显示装置和显示方法，属于显示技术领域，该彩膜基板包括：衬底基板、遮光层和光伏层，遮光层包括多个间隔设置的黑矩阵单元；光伏层位于所述衬底基板和所述遮光层之间，包括多个对应所述黑矩阵单元设置的有机光伏生电结构；其中所述有机光伏生电结构用于当外界光照射时，将光能转化为电能，生成光生电流。本公开通过在彩膜基板中设置有机光伏生电结构，并通过信号转换模块将光生电流转化为光生电压，再根基像素是正压驱动还是负压驱动而添加到预设的基准像素电压施加到像素电极上，将随外界光强变化自动调节亮度的模块集成设置在显示装置中，不需额外增加空间，而且也不增加功耗。

Description

彩膜基板、显示装置和显示方法

技术领域

本公开涉及显示技术领域，具体而言，涉及一种彩膜基板、显示装置和显示方法。

背景技术

现在液晶显示器已经深入到人们的生活当中，当人们完全沉浸于电脑游戏、办公室工作、电视节目等等的时候，常常会忘记时间，而周围环境光的强度也会随着太阳的东升西落或阴晴转换发生变化，与此同时也给人们的眼睛带来了挑战。人们不断追求更加舒适的生活方式，当环境光强度发生变化时，就需要改变显示屏的亮度来缓解视觉疲劳，因此更加人性化的、可以根据外界环境的变化能自动调节亮度的显示器是很有应用前景的研究方向。

目前手机实现亮度自动调节的方式是基于光传感器来实现的，通常在听筒内部设置一个光传感器，由光传感器接收外界光强度的变化，并将光强度的变化转化成电压信号的变化，经过运算放大电路，把电压信号经过模数(AD)转换，把模拟信号转换成数字信号，再由单片机处理(单片机可根据不同的需求来改变函数)，经过数模(DA)转换，输出相应的电压信号，再经过稳压二极管，作用到液晶显示器的控制电路板上，最终达到预期目的。

由此可见现有技术中实现显示器亮度自动调节的方式比较复杂，还需要较大的空间来安装光传感器以及控制电路板等，成本以及面板的功耗都将增大。因此，现有技术中的技术方案还存在有待改进之处。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种彩膜基板、显示装置和显示方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的实现显示器亮度自动调节的方式比较复杂的问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得清晰，或者部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的一个方面，提供一种彩膜基板，包括：衬底基板；遮光层，包括多个间隔设置的黑矩阵单元；以及光伏层，位于所述衬底基板和所述遮光层之间，包括多个对应所述黑矩阵单元设置的有机光伏生电结构；其中所述有机光伏生电结构用于当外界光照射时，将光能转化为电能，生成光生电流。

在本公开的一种示例性实施例中，所述有机光伏生电结构包括：阳极、阴极以及设置在所述阴极和所述阳极之间的有机半导体层，所述有机半导体层由黑矩阵材料中掺入有机光伏材料形成；所述阳极和所述阴极之间生成所述光生电流。

在本公开的一种示例性实施例中，所述光伏层还包括彩色滤光层，设置在所述有机半导体层的间隙，且所述彩色滤光层包括红色滤光片、绿色滤光片、蓝色滤光片中的至少之一。

在本公开的一种示例性实施例中，所述有机半导体层与所述彩色滤光层为同层设置。

根据本公开的另一个方面，还提供一种显示装置，包括以上所述的彩膜基板。

在本公开的一种示例性实施例中，还包括：信号转换模块，所述有机光伏生电结构中的阳极和阴极通过引线与所述信号转换模块连接，用于将光生电流转化为光生电压。

在本公开的一种示例性实施例中，当外界无光照射时，施加到像素电极的电压为一预设的基准像素电压；当外界有光照射时，施加到所述像素电极的电压为所述基准像素电压与所述光生电压之和。

在本公开的一种示例性实施例中，当所述基准像素电压高于所述公共电压时，施加到所述像素电极的电压为所述基准像素电压与所述光生电压之和；当所述基准像素电压低于所述公共电压时，施加到所述像素电极的电压为所述光生电压变换极性后与所述基准像素电压之和。

根据本公开的再一方面，还提供一种显示装置的显示方法，包括：

通过有机光伏生电结构将光能转化为电能，生成光生电流；

将所述光生电流转化为光生电压；

当外界无光照射时，将基准像素电压施加到像素电极上；当外界有光照射时，将所述基准像素电压与所述光生电压之和施加到所述像素电极上。

在本公开的一种示例性实施例中，当外界有光照射时，还包括：

检测所述基准像素电压是否高于所述公共电压；

如果所述基准像素电压高于所述公共电压，则直接将所述光生电压与所述基准像素电压之和施加到所述像素电极上；如果所述基准像素电压低于所述公共电压，则将所述光生电压变换极性后与所述基准像素电压之和施加到所述像素电极上。

本公开的某些实施例通过在彩膜基板中设置有机光伏生电结构，并通过信号转换模块将光生电流转化为光生电压，再根基像素是正压驱动还是负压驱动而添加到预设的基准像素电压施加到像素电极上，将随外界光强变化自动调节亮度的模块集成设置在显示装置中，不需额外增加空间，而且也不增加功耗。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本公开示例性实施例中一种彩膜基板的示意图。

图2示出本公开示例性实施例中有机光伏生电结构的示意图。

图3示出本公开另一示例性实施例中提供的一种显示装置的示意图。

图4示出本公开另一示例性实施例中的显示装置在不同环境下光生电压与像素电压的波形图。

图5示出本公开再一示例性实施例中提供的一种显示方法的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

图1示出本公开示例性实施例中一种彩膜基板的示意图，如图1所示，该彩膜基板100包括：衬底基板110、遮光层120和光伏层130。

在本实施例中衬底基板110可以为玻璃基板，或者是其他透明基板。如图1所示，本实施例中遮光层120包括多个间隔设置的黑矩阵单元121以及填充在黑矩阵单元121间隙之间的保护层122。

在本实施例中，光伏层130位于衬底基板110和遮光层120之间，即沿着光照射的方向依次是衬底基板110、光伏层130和遮光层120。进一步的，如图1所示，光伏层130包括多个对应黑矩阵单元121设置的有机光伏生电结构131，用于当外界光照射时，将光能转化为电能，生成光生电流。其中的遮光层120中的黑矩阵单元121用于遮光，以避免屏幕本身的光对光伏生电结构131造成影响。

图2示出本实施例中有机光伏生电结构131的示意图，有机光伏生电结构131包括：有机半导体层1311、阳极1312和阴极1313，其中有机半导体层1311设置在阳极1312与阴极1313之间，当外界有光照射时，在阳极1312和阴极1313之间可以生成光生电流。

在本实施例中，有机半导体层1311由黑矩阵材料中掺入有机光伏材料形成。其中有机光伏材料包括给体材料和受体材料，在图2所示的结构中分别用圆形和五边形表示给体材料和受体材料。有机光伏生电结构的基本原理为有机半导体层中的电子在光照下被从HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital，最高占据分子轨道)能级激发到LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，最低占据分子轨道)能级，产生一对电子和空穴。电子被低功函数的电极提取，空穴则被来自高功函数电极的电子填充，由此在光照下形成光生电流。光生电流与光照的强度成正比关系，当光强度较大时生成的光生电流也比较大；反之，当光强度较小时生成的光生电流也比较小。

理论上，中间的光伏材料在两个不同功函数的电极接触时，会形成不同的肖特基势垒，这是光致电荷能定向传递的基础。对于材料而言，受体材料需要共有较低的LUMO能级以接受电子，同时需要具有良好的电子传输能力，目前有机聚合物太阳能电池研究中使用的受体主要是富勒烯衍生物，由于共扼聚合物与C60之间存在超快的电荷转移，并且富勒烯衍生物材料具有高的电子迁移率，是最有效的受体材料，到目前为止，几乎所有的高性能有机聚合物太阳能充电电池都是以富勒烯衍生物材料为受体。而对于给体材料而言，由于受体材料基本局限在上述几种材料，尤其是富勒烯衍生物，可选择的范围受限。同时，富勒烯衍生物在可见波段内对光的吸收较少。所以，给体材料要承担对光的有效吸收和对分离后的有效传输这两种作用。

如图1所示，光伏层130除了包括有机半导体层1311之外，还包括彩色滤光层1314，设置在有机半导体层1311的间隙，因此有机半导体层1311与彩色滤光层1314为同层设置，通过有机半导体层1311实现将外界的光能转化为增加屏幕亮度的电能，不需额外增加空间且不会增加功耗。有机半导体层1311的位置与黑矩阵单元121对应，彩色滤光层1314的位置与黑矩阵单元121的间隙对应，而且在彩色滤光层1314的上方和下方也设置有阳极和阴极。彩色滤光层1314包括红色滤光片、绿色滤光片、蓝色滤光片中的至少之一。

综上所述，本实施例提供的彩膜基板通过设置两层黑矩阵单元，并在靠近衬底基板的黑矩阵单元中掺入有机光伏材料，实现将外界的光能转化为增加屏幕亮度的电能，不需额外增加空间且不会增加功耗。当外界有光照射时通过光伏层生成光生电流，以便进一步根据光生电流(也可以说是外界光强度)变化而自动调节屏幕亮度。

基于上述实施例，如3示出本公开另一实施例提供的一种显示装置的示意图，如图3所示，该显示装置10除了包括上述的彩膜基板100，还包括阵列基板200、液晶300以及信号转换模块400。

如图3所示，阵列基板200中还包括衬底基板210、栅极220、栅绝缘层230、源极240、漏极250、钝化层260和像素电极270等，结构与常用阵列基板结构相同，此处不再一一赘述。

除了阵列基板200上设置像素电极之外，在彩膜基板100上还设置有公共电极，而液晶300设置在阵列基板200和彩膜基板100之间。通常，液晶显示器内的显示电压就分成了两种极性，即正极性和负极性。当像素电极的电压(也成像素电压)高于公共电极的电压(也称公共电压)时，称之为正极性，也就是像素为正极驱动；而当像素电压低于公共电压时，称之为负极性，也就是像素为负极驱动。不管像素是正极驱动或是负极驱动，都会有一组相同亮度的灰阶，所以当上下两层玻璃的压差绝对值是固定时，不管是像素电压高，或是公共电压高，所表现出来的灰阶是一模一样的。不过这两种情况下，液晶分子的转向却是完全相反，这样可以避免液晶分子转向一直固定在一个方向所造成的特性破坏。

需要说明的是，本实施例中并未对公共电极具体设置在阵列基板还是彩膜基板进行限定，因为针对不同显示模式的显示面板而言，公共电极和像素电极的位置关系并不唯一固定，例如，对于TN(Twisted Nematic，扭曲向列型)模式的显示面板，公共电极和像素电极设置在液晶的上下两侧，即像素电极设置在阵列基板一侧，公共电极设置在彩膜基板一侧；而对于IPS(In-Plane Switching，面内转换型)模式的显示面板，公共电极和像素电极设置在液晶的同两侧，即像素电极和公共电极同时设置在阵列基板一侧。对于像素电极和公共电极设置的位置关系并不是本公开的设计重点，在本公开中只需根据像素电极和公共电极的电压值确定出像素为正极驱动还是负极驱动即可。

在本实施例中，在彩膜基板100和阵列基板200之间还设置有信号转换模块400，有机光伏生电结构131中的阳极1312和阴极1313通过引线500与信号转换模块400连接，信号转换模块400用于接收光生电流，并将光生电流转化为光生电压。

这样，对于显示装置而言，当外界无光照射时，施加到像素电极的电压为一预设的基准像素电压；当外界有光照射时，施加到像素电极的电压为基准像素电压与光生电压之和。

需要说明的是，本实施例中的基准像素电压是一个能够使屏幕显示较低亮度的电压值，这个“较低亮度”可以是肉眼刚好能看清屏幕上显示内容的一个亮度。由于设定的亮度基准较低，背光无需设定高亮度，因此还可以降低背光的功耗。

当外界有光照射时，还需要通过信号转换模块400检测此时像素为正压驱动还会负压驱动，也就是比较基准像素电压和公共电压的大小。当基准像素电压高于公共电压(即正压驱动)时，施加到像素电极的电压为基准像素电压与光生电压之和，以增加像素电压，进而增大液晶偏转，从而可以增加屏幕亮度；当基准像素电压低于公共电压(即负压驱动)时，施加到像素电极的电压为光生电压变换极性后与基准像素电压之和，同样实现了增大像素电压，增大液晶偏转，增加屏幕亮度。也就是当外界光强度变化时，光生电流也会变化，像素电极上的电压也随之变化，从而实现屏幕亮度随外界光强度变化而变化。通过光生电流使得液晶偏转加大，而不是通过增加背光亮度实现，可以避免增加背光亮度导致漏电流增大带来的不良影响。

图4示出本实施例中的显示装置在不同环境下光生电压与像素电压的波形图。参见图4，如果像素为正压驱动，当外界无光照时，施加到像素电极的电压仅仅为基准像素电压，是一个比较小的电压值；当外界有光照时，施加到像素电极的电压为基准像素电压与光生电压之和，电压值增大；当外界光照增强时，施加到像素电极的电压仍为基准像素电压与光生电压之和，但是由于光生电压增大，因此电压值会进一步增大。如果像素为负压驱动，同样是有光照的环境，还需要信号转换模块转换极性，相应的，施加到像素电极的电压也是与正压驱动时电性相反的电压。

还需要说明的是，显示装置除了上述结构还包括上偏光片、下偏光片、背光源等结构，阵列基板和彩膜基板上接近液晶的表面也还设置有定向膜以使液晶按照预设的顺序排列，这些均不是本公开的设计要点，因此本文予以省略。

综上所述，本实施例提供的显示装置通过在彩膜基板中设置有机光伏生电结构，并通过信号转换模块将光生电流转化为光生电压，再根基像素是正压驱动还是负压驱动而添加到预设的基准像素电压施加到像素电极上，将随外界光强变化自动调节亮度的模块集成设置在显示装置中，不需额外增加空间，而且也不增加功耗。另外，由于设定的基准亮度较低，背光无需设定高亮度，因此还可以降低背光的功耗。

基于上述显示装置，图5还示出本公开再一实施例提供的一种显示方法的流程图。

如图5所示，在步骤S10中，通过有机光伏生电结构将光能转化为电能，生成光生电流。有机光伏生电结构参见图1、图2以及上述实施例，此处不再重复。

如图5所示，在步骤S20中，将光生电流转化为光生电压。

如图5所示，在步骤S30中，当外界无光照射时，将基准像素电压施加到像素电极上；当外界有光照射时，将基准像素电压与光生电压之和施加到像素电极上。

其中步骤S30中，当外界有光照射时，具体包括：

检测基准像素电压是否高于公共电压；

如果基准像素电压高于公共电压，则直接将光生电压与基准像素电压之和施加到像素电极上；如果基准像素电压低于公共电压，则将光生电压变换极性后与基准像素电压之和施加到像素电极上。

本实施例提供的显示方法能够实现与上述显示装置相同的技术效果，此处不再赘述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种彩膜基板，其特征在于，包括：

衬底基板；

遮光层，包括多个间隔设置的黑矩阵单元；以及

光伏层，位于所述衬底基板和所述遮光层之间，包括多个对应所述黑矩阵单元设置的有机光伏生电结构；

其中所述有机光伏生电结构用于当外界光照射时，将光能转化为电能，生成光生电流。

2.根据权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，所述有机光伏生电结构包括：阳极、阴极以及设置在所述阴极和所述阳极之间的有机半导体层，所述有机半导体层由黑矩阵材料中掺入有机光伏材料形成；

当外界光照射时，在所述阳极和所述阴极之间生成所述光生电流。

3.根据权利要求2所述的彩膜基板，其特征在于，所述光伏层还包括彩色滤光层，设置在所述有机半导体层的间隙，且所述彩色滤光层包括红色滤光片、绿色滤光片、蓝色滤光片中的至少之一。

4.根据权利要求2所述的彩膜基板，其特征在于，所述有机半导体层与所述彩色滤光层为同层设置。

5.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的彩膜基板。

6.根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于，还包括：信号转换模块，所述有机光伏生电结构中的阳极和阴极通过引线与所述信号转换模块连接，用于将光生电流转化为光生电压。

7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，当外界无光照射时，施加到像素电极的电压为一预设的基准像素电压；当外界有光照射时，施加到所述像素电极的电压为所述基准像素电压与所述光生电压之和。

8.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，当所述基准像素电压高于所述公共电压时，施加到所述像素电极的电压为所述基准像素电压与所述光生电压之和；当所述基准像素电压低于所述公共电压时，施加到所述像素电极的电压为所述光生电压变换极性后与所述基准像素电压之和。

9.一种权利要求5-8中任一项所述的显示装置的显示方法，其特征在于，包括：

通过有机光伏生电结构将光能转化为电能，生成光生电流；

将所述光生电流转化为光生电压；

当外界无光照射时，将基准像素电压施加到像素电极上；当外界有光照射时，将所述基准像素电压与所述光生电压之和施加到所述像素电极上。

10.根据权利要求9所述的显示方法，其特征在于，当外界有光照射时，还包括：

检测所述基准像素电压是否高于所述公共电压；

如果所述基准像素电压高于所述公共电压，则直接将所述光生电压与所述基准像素电压之和施加到所述像素电极上；如果所述基准像素电压低于所述公共电压，则将所述光生电压变换极性后与所述基准像素电压之和施加到所述像素电极上。