CN107680548B - 像素单元及其驱动方法、像素电路、液晶面板和显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种像素单元及其驱动方法、像素电路、液晶面板和显示装置。所述像素单元包括控制模块和光感模块；控制模块用于在相应行栅线的控制下控制相应列数据线与光感模块的第一端之间是否导通；光感模块用于当其第一端的电位和该光感模块的第二端的电位之间的电位差大于预定电位差时控制该控制模块的第二端与像素电极之间导通，还用于当该光感模块的第一端的电位小于该光感模块的第二端的电位时将该光感模块接收到的光信号转换为相应的电信号。本发明可提升背光寿命，减少背光灯数，降低成本；本发明能够动态的改善显示面板暗态漏光的情况，提升整体显示对比度。

Description

像素单元及其驱动方法、像素电路、液晶面板和显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种像素单元及其驱动方法、像素电路、液晶面板和显示装置。
背景技术
HDR(High Dynamic Range，高动态范围)画面相比普通画面，可以提供更多的动态范围和图像细节，能够更好的反映出真实环境的视觉效果。在HDR作用下，所呈现的色彩更为生动，黑色更为深邃，画面中的物体也更清晰。在传统的显示面板中，常常面临暗态漏光等问题，使得黑色画面难以还原真实效果。
传统的HDR显示装置需要背光源配合改善，通过调节对应于显示面板的各区域的背光源亮度来实现HDR，从而使得背光源的寿命低。并且传统的HDR显示装置需要通过背光灯数来增加HDR分区数，从而增加背光灯数，使得成本增加。并且，如果传统的HDR显示装置采用侧入式背光源，则由于侧入式背光源为一维排列，因此只可达到一维控制HDR效果；而当传统的HDR显示装置采用直下式背光源，则受限于混光距离，难以做成超薄显示装置。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种像素单元及其驱动方法、像素电路、液晶面板和显示装置，解决现有的HDR技术需要通过调节各区域背光源亮度配合来改善暗态漏光现象，需要通过增加背光灯数来增加HDR分区数，从而导致背光寿命低并由于需要的背光灯数多从而提升成本的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种像素单元，应用于高动态范围液晶面板，所述像素单元包括像素电极，所述像素单元包括控制模块和光感模块；
所述控制模块的控制端与相应行栅线连接，所述控制模块的第一端与相应列数据线连接，所述控制模块的第二端与所述光感模块的第一端连接；所述光感模块的第二端与像素电极连接；
所述控制模块用于在所述相应行栅线的控制下控制所述相应列数据线与所述光感模块的第一端之间是否导通；
所述光感模块用于当其第一端的电位和该光感模块的第二端的电位之间的电位差大于预定电位差时控制该控制模块的第二端与所述像素电极之间导通，还用于当该光感模块的第一端的电位小于该光感模块的第二端的电位时将该光感模块接收到的光信号转换为相应的电信号。
实施时，所述控制模块包括控制晶体管；
所述控制晶体管的控制极与所述相应行栅线连接，所述控制模块的第一极与所述相应列数据线连接，所述控制模块的第二极与所述光感模块的第一端连接。
实施时，所述光感模块包括光敏二极管；
所述光敏二极管的阳极与所述控制模块的第二端连接，所述光敏二极管的阴极与所述像素电极连接。
本发明还提供了一种像素单元的驱动方法，应用于高动态范围液晶面板，所述高动态范围液晶面板包括公共电极；所述像素单元的驱动方法用于驱动上述的像素单元，该像素电极和所述公共电极之间形成有存储电容；一显示周期包括依次设置的充电阶段、光感阶段和维持阶段；所述像素单元的驱动方法包括：在一显示周期，
在充电阶段，相应列数据线输出第一电压，控制模块在相应行栅线的控制下控制相应列数据线与光感模块的第一端之间导通，以使得光感模块的第一端的电位和该光感模块的第二端的电位之间的电位差大于预定电位差，所述控制模块控制该控制模块的第二端与像素电极之间导通，通过所述相应列数据线输出的第一电压为所述存储电容充电；
在光感阶段，所述相应列数据线输出第二电压，所述第二电压小于所述第一电压，控制模块在相应行栅线的控制下控制相应列数据线与光感模块的第一端之间导通，以使得所述光感模块的第一端的电位小于该光感模块的第二端的电位，所述光感模块将其接收到的光信号转换为相应的电信号，从而使得所述存储电容放电至所述数据线，从而根据该电信号改变所述像素电极的电位；
在维持阶段，控制模块在相应行栅线的控制下控制相应列数据线与光感模块的第一端之间不导通，从而维持所述像素电极的电位。
实施时，所述光感模块包括光敏二极管；所述光感模块的第一端为所述光敏二极管的阳极，所述光感模块的第二端为所述光敏二极管的阴极，所述光感模块将其接收到的光信号转换为相应的电信号步骤包括：所述光敏二极管将其接收到的光信号转换为电流信号；所述电流信号的方向为从所述光敏二极管的阴极流向所述光敏二极管的阳极。
本发明还提供了一种像素电路，应用于高动态范围液晶面板，所述像素电路与多行栅线和多列数据线连接，其特征在于，所述像素电路包括多行多列上述的像素单元；
位于同一行的多个所述像素单元与同一行栅线连接；
位于同一列的多个所述像素单元与同一列数据线连接。
本发明还提供了一种液晶面板，包括基板，还包括上述的像素电路，所述像素电路设置于所述基板上。所述液晶面板为高动态范围液晶面板。
本发明还提供了一种显示装置，包括上述的液晶面板和与所述液晶面板对应的显示面板，所述液晶面板位于所述显示面板的出光侧。所述液晶面板为高动态范围液晶面板。
实施时，所述显示面板被划分为多个显示区域；所述显示区域与所述液晶面板的像素单元一一对应。
实施时，本发明所述的显示装置还包括设置在所述显示面板侧面的侧入式背光源。
与现有技术相比，本发明所述的像素单元及其驱动方法、像素电路、液晶面板和显示装置无需背光调节亮度，可提升背光寿命；并且本发明实施例所述的显示装置无需背光灯数来增加HDR分区数，从而可以减少背光灯数，降低成本；本发明所述的显示装置内HDR液晶面板的分区数多，可以弱化明暗边界影响；本发明所述的显示装置通过将HDR液晶面板分区，根据分区内接收到的显示面板的光强来调节HDR液晶面板的透过率，从而使得暗态显示区域画面更暗，能够动态的改善显示面板暗态漏光的情况，提升整体显示对比度。
附图说明
图1是本发明实施例所述的像素单元的结构图；
图2是本发明另一实施例所述的像素单元的结构图；
图3是本发明所述的像素单元的一具体实施例的电路图；
图4是本发明如图3所示的像素单元的具体实施例的工作时序图；
图5是显示面板51和HDR液晶面板52的位置关系示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所有实施例中采用的晶体管可以为薄膜晶体管或场效应管或其他特性相同的器件。在本发明实施例中，控制极为栅极，为区分晶体管除栅极之外的两极，将其中一极称为第一极，另一极称为第二极。在实际操作时，所述第一极可以为漏极，所述第二极可以为源极；或者，所述第一极可以为源极，所述第二极可以为漏极。
本发明所有实施例中采用的晶体管也可以为三极管，此时，晶体管的控制极为基极，为了区分晶体管除基极之外的两极，将其中一极称为第一极，另一极称为第二极。在实际操作时，所述第一极可以为集电极，所述第二极可以为发射极；或者，所述第一极可以为发射极，所述第二极可以为集电极。
本发明实施例所述的像素单元，应用于高动态范围液晶面板，如图1所示，所述像素单元包括像素电极PE，所述像素单元包括控制模块11和光感模块12；
所述控制模块11的控制端与相应行栅线Gate连接，所述控制模块11的第一端与相应列数据线Data连接，所述控制模块11的第二端与所述光感模块12的第一端连接；所述光感模块12的第二端与像素电极PE连接；
所述控制模块11用于在所述相应行栅线Gate的控制下控制所述相应列数据线Data与所述光感模块12的第一端之间是否导通；
所述光感模块12用于当其第一端的电位和该光感模块12的第二端的电位之间的电位差大于预定电位差时控制该控制模块11的第二端与所述像素电极PE之间导通，还用于当该光感模块12的第一端的电位小于该光感模块12的第二端的电位时将该光感模块12接收到的光信号转换为相应的电信号。
本发明实施例所述的像素单元可以通过光感模块12将其接收到的光信号转换为相应的电信号，从而可以根据该电信号改变像素电极PE的电压，进而改变液晶偏转状态，改变该像素单元所对应分区的透过率，使得接收亮光的分区透过率高，接收暗光的分区透过率低，从而提高显示对比度。
在实际操作时，所述预定电位差可以根据实际情况选定。例如，当所述光感模块包括光敏二极管时，所述预定电位差即等于该光敏二极管的导通电压。
在具体实施时，如图2所示，所述高动态范围液晶面板还包括公共电极COM；所述像素电极PE和所述公共电极COM之间形成有存储电容Cs。
本发明如图2所示的像素单元的实施例在工作时，一显示周期包括充电阶段、光感阶段和维持阶段；在一显示周期，
在充电阶段，Data输出第一电压，控制模块11在Gate的控制下控制Data与光感模块12的第一端之间导通，以使得光感模块12的第一端的电位和该光感模块12的第二端的电位之间的电位差大于预定电位差，所述控制模块11控制该控制模块11的第二端与像素电极PE之间导通，通过Data输出的第一电压为存储电容Cs充电；
在光感阶段，Data输出第二电压，所述第二电压小于所述第一电压，控制模块11在Gate的控制下控制Data与光感模块12的第一端之间导通，以使得所述光感模块12的第一端的电位小于该光感模块12的第二端的电位，所述光感模块12将其接收到的光信号转换为相应的电信号，从而使得所述存储电容Cs放电至Data，从而根据该电信号改变所述像素电极PE的电位；
在维持阶段，控制模块11在Gate的控制下控制Data与光感模块12的第一端之间不导通，从而维持所述像素电极PE的电位。
在具体实施时，所述电信号可以包括电流信号和/或电压信号，并且高动态范围液晶面板还包括设置于所述像素电极与所述公共电极之前的液晶层。
在实际操作时，当所述电信号为电流信号时，在光感阶段转换得到的该电流信号的方向为由所述光感模块12的第二端流向所述光感模块12的第一端；当光感模块12接收到的光信号的强度较大时，转换得到的相应的电流信号的电流值较大，则在所述光感阶段结束时，像素电极PE的电位较小，从而控制HDR(High Dynamic Range，高动态范围)液晶面板在该像素电极所控制的区域的透过率高；当光感模块12接收到的光信号的强度较小时，转换得到的相应的电流信号的电流值较小，则在所述光感阶段结束时，像素电极PE的电位较大，从而控制HDR液晶面板在该像素电极所控制的区域的透过率低，从而使得暗态区域透过率低，黑画面效果更黑，从而提升动态显示对比度。
在实际操作时，所述高动态范围液晶面板由多个分区组成，分区数量和形状不限，每个分区内的像素电压和透过率独立且可控，每个分区内设置有本发明实施例所述的像素单元。每个分区内利用光感模块(所述光感模块例如可以为光敏器件，所述光敏器件可以包括光敏二极管等)检测该分区内接收光的光强，通过将光信号转换为电信号，从而改变该分区内液晶偏转状态，从而改变该分区内的透过率，使得接收亮光的分区透过率高，接收暗光的分区透过率低，从而提高显示对比度。
在实际操作时，HDR液晶面板可以但不限于是TN(Twisted Nematic，扭曲向列型)型液晶面板。
具体的，所述控制模块可以包括控制晶体管；
所述控制晶体管的控制极与所述相应行栅线连接，所述控制模块的第一极与所述相应列数据线连接，所述控制模块的第二极与所述光感模块的第一端连接。
具体的，所述光感模块可以包括光敏二极管；
所述光敏二极管的阳极与所述控制模块的第二端连接，所述光敏二极管的阴极与所述像素电极连接。
如图3所示，本发明所述的像素单元的一具体实施例包括控制模块、光感模块和像素电极PE，其中，
控制模块包括控制晶体管TC，光感模块包括光敏二极管DP；
控制晶体管TC的栅极与相应行栅线Gate连接，控制晶体管TC的漏极与相应列数据线Data连接，控制晶体管TC的源极与光敏二极管DP的阳极连接；光敏二极管DP的阴极与所述像素电极PE连接；所述像素电极PE与所述HDR液晶面板包括的公共电极COM之间形成有存储电容Cs。
图3是HDR液晶面板的每个分区内像素单元的具体实施例的结构图，每个分区内的像素单元包括控制晶体管(在图3所示的具体实施例中，控制晶体管为控制TFT(薄膜晶体管)，但控制晶体管的类型不以此为限)、光敏二极管和像素电极，各分区内像素单元接收光信号，通过光敏二极管等元器件分析光强，调节透过率。
在图3所示的实施例中，所述控制晶体管TC为n型晶体管，但是在实际操作时，TC也可以被替换为p型晶体管，仅需调整相应的控制信号即可，在此对TC的类型不作限定。
光敏二极管又叫光电二极管，是一种能够将光信号转换成电流信号或者电压信号的光探测器。光敏二极管的管芯为具有光敏特性的PN结，对光的变化非常敏感，具有单向导通特性，光敏二极管的反向漏电流可根据该光敏二极管接受到的光照强弱来改变。
本发明如图3所示的像素单元的具体实施例在工作时，一帧时间Tf(也即每一显示周期)可以分为充电阶段S1、光感阶段S2和维持阶段S3；
如图4所示，在充电阶段S1，Data输出第一电压V1，Gate输出高电平，以使得TC导通，TC的源极电压升高，DP正向导通，通过V1向Cs充电，以使得PE的电压Vpe恢复至高电平Vdh；
在光感阶段S2，Data输出第二电压V2(V2小于V1)，Gate仍然输出高电平，以使得TC导通，TC的源极电压下降，DP处于反向偏置状态，DP反向漏电，DP接收光强可控制漏电流Ioff(L)，Ioff(L)即为DP将其接收到的光信号转换成的电流信号的电流值，该电流信号的方向为由DP的阴极流向DP的阳极，从而PE的电压Vpe下降至Vdh-t2×Ioff(L)，t2为光感阶段S2持续的时间，使得HDR液晶面板各分区的透过率不同；
在维持阶段S3，Gate输出低电平，TC关闭，PE的电压Vpe保持不变，HDR液晶面板各分区透过率维持不变。
在光感阶段S2，TC开启，将Data输出的电压调低(相对于充电阶段S1)，以使得DP反向偏置，DP的反向电流随其接收到的光强变化，光强越大，反向电力越大，PE的电压下降也越多，从而相应分区内的透过率也越高；反之，若DP接收到的光强越小，DP的反向电流也越小，PE的电压下降少，相应分区内的透过率也越低。
在图4中，横轴为时间t，单位为秒，纵轴为电压，单位为伏。
本发明实施例所述的像素单元的驱动方法，应用于高动态范围液晶面板，所述高动态范围液晶面板包括公共电极；所述像素单元的驱动方法用于驱动上述的像素单元，该像素电极和所述公共电极之间形成有存储电容；其特征在于，一显示周期包括依次设置的充电阶段、光感阶段和维持阶段；所述像素单元的驱动方法包括：在一显示周期，
在充电阶段，相应列数据线输出第一电压，控制模块在相应行栅线的控制下控制相应列数据线与光感模块的第一端之间导通，以使得光感模块的第一端的电位和该光感模块的第二端的电位之间的电位差大于预定电位差，所述控制模块控制该控制模块的第二端与像素电极之间导通，通过所述相应列数据线输出的第一电压为所述存储电容充电；
在光感阶段，所述相应列数据线输出第二电压，所述第二电压小于所述第一电压，控制模块在相应行栅线的控制下控制相应列数据线与光感模块的第一端之间导通，以使得所述光感模块的第一端的电位小于该光感模块的第二端的电位，所述光感模块将其接收到的光信号转换为相应的电信号，从而使得所述存储电容放电至所述数据线，从而根据该电信号改变所述像素电极的电位；
在维持阶段，控制模块在相应行栅线的控制下控制相应列数据线与光感模块的第一端之间不导通，从而维持所述像素电极的电位。
具体的，所述光感模块包括光敏二极管；所述光感模块的第一端为所述光敏二极管的阳极，所述光感模块的第二端为所述光敏二极管的阴极，所述光感模块将其接收到的光信号转换为相应的电信号步骤包括：所述光敏二极管将其接收到的光信号转换为电流信号；所述电流信号的方向为从所述光敏二极管的阴极流向所述光敏二极管的阳极。
本发明实施例所述的像素电路，应用于高动态范围液晶面板，所述像素电路与多行栅线和多列数据线连接，所述像素电路包括多行多列上述的像素单元；
位于同一行的多个所述像素单元与同一行栅线连接；
位于同一列的多个所述像素单元与同一列数据线连接。
本发明实施例所述的液晶面板，包括基板和上述的像素电路，所述像素电路设置于所述基板上。所述液晶面板为HDR(高动态范围)液晶面板。
本发明实施例提供一种可提高动态对比度的HDR液晶面板，根据分区画面的明暗程度来决定面板的透过率，使得暗态区域画面更暗，提高对比度。
本发明实施例所述的显示装置包括上述的液晶面板和与所述液晶面板对应的显示面板，所述液晶面板位于所述显示面板的出光侧。所述液晶面板为HDR(高动态范围)液晶面板。
在实际操作时，本发明实施例所述的液晶面板为HDR液晶面板，该HDR液晶面板可以搭配显示面板使用，从而实现高动态对比度效果。HDR液晶面板利用光感模块分别检测各分区内接收到的所述显示面板发出的光的光信号(所述光信号可以为光强信号)，将其转化为电信号，进而改变各分区内的液晶偏转状态，从而改变各分区透过率，使得接收亮光的分区透过率高，接收暗光的分区透过率低，使得黑色画面更黑，从而提高动态显示对比度。
具体的，所述显示面板被划分为多个显示区域；所述显示区域与所述液晶面板(所述液晶面板为HDR液晶面板)的像素单元一一对应。而所述液晶面板的一像素单元设置于所述液晶面板的一分区内。
在实际操作时，所述显示面板包括阵列排布的多个像素电路，每一所述像素电路可以包括红色亚像素、绿色亚像素和蓝色亚像素；一显示区域内可以设置有一个所述像素电路，也可以设置有至少两个像素电路。
在优选情况下，如图5所示，显示面板51的一显示区域内设置有一个像素电路，该像素电路包括红色亚像素R、绿色亚像素G和蓝色亚像素B；HDR液晶面板52的一分区521内设置有一所述像素单元(图5中未示出)，一所述显示区域与一所述像素单元对应，该像素单元包括的光感模块接收该显示面板的该显示区域发出的光信号。
具体的，本发明实施例所述的显示装置还包括设置在所述显示面板侧面的侧入式背光源，以实现超薄HDR效果。
本发明实施例所述的显示装置无需背光调节亮度，可提升背光寿命；并且本发明实施例所述的显示装置无需背光灯数来增加HDR分区数，从而可以减少背光灯数，降低成本。本发明实施例所述的显示装置内HDR液晶面板的分区数多，可以弱化明暗边界影响；本发明实施例所述的显示装置通过将HDR液晶面板分区，根据分区内接收到的显示面板的光强来调节HDR液晶面板的透过率，从而使得暗态显示区域画面更暗，能够动态的改善显示面板暗态漏光的情况，提升整体显示对比度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种像素单元，应用于高动态范围液晶面板，所述像素单元包括像素电极，其特征在于，所述像素单元包括控制模块和光感模块；
所述控制模块的控制端与相应行栅线连接，所述控制模块的第一端与相应列数据线连接，所述控制模块的第二端与所述光感模块的第一端连接；所述光感模块的第二端与像素电极连接；
所述控制模块用于在所述相应行栅线的控制下控制所述相应列数据线与所述光感模块的第一端之间是否导通；
所述光感模块用于当其第一端的电位和该光感模块的第二端的电位之间的电位差大于预定电位差时控制该控制模块的第二端与所述像素电极之间导通，还用于当该光感模块的第一端的电位小于该光感模块的第二端的电位时将该光感模块接收到的光信号转换为相应的电信号。
2.如权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述控制模块包括控制晶体管；
所述控制晶体管的控制极与所述相应行栅线连接，所述控制模块的第一极与所述相应列数据线连接，所述控制模块的第二极与所述光感模块的第一端连接。
3.如权利要求1或2所述的像素单元，其特征在于，所述光感模块包括光敏二极管；
所述光敏二极管的阳极与所述控制模块的第二端连接，所述光敏二极管的阴极与所述像素电极连接。
4.一种像素单元的驱动方法，应用于高动态范围液晶面板，所述高动态范围液晶面板包括公共电极；所述像素单元的驱动方法用于驱动如权利要求1至3中任一权利要求所述的像素单元，该像素电极和所述公共电极之间形成有存储电容；其特征在于，一显示周期包括依次设置的充电阶段、光感阶段和维持阶段；所述像素单元的驱动方法包括：在一显示周期，
在充电阶段，相应列数据线输出第一电压，控制模块在相应行栅线的控制下控制相应列数据线与光感模块的第一端之间导通，以使得光感模块的第一端的电位和该光感模块的第二端的电位之间的电位差大于预定电位差，所述控制模块控制该控制模块的第二端与像素电极之间导通，通过所述相应列数据线输出的第一电压为所述存储电容充电；
在光感阶段，所述相应列数据线输出第二电压，所述第二电压小于所述第一电压，控制模块在相应行栅线的控制下控制相应列数据线与光感模块的第一端之间导通，以使得所述光感模块的第一端的电位小于该光感模块的第二端的电位，所述光感模块将其接收到的光信号转换为相应的电信号，从而使得所述存储电容放电至所述数据线，从而根据该电信号改变所述像素电极的电位；
在维持阶段，控制模块在相应行栅线的控制下控制相应列数据线与光感模块的第一端之间不导通，从而维持所述像素电极的电位。
5.如权利要求4所述的像素单元的驱动方法，其特征在于，所述光感模块包括光敏二极管；所述光感模块的第一端为所述光敏二极管的阳极，所述光感模块的第二端为所述光敏二极管的阴极，所述光感模块将其接收到的光信号转换为相应的电信号步骤包括：所述光敏二极管将其接收到的光信号转换为电流信号；所述电流信号的方向为从所述光敏二极管的阴极流向所述光敏二极管的阳极。
6.一种像素电路，应用于高动态范围液晶面板，所述像素电路与多行栅线和多列数据线连接，其特征在于，所述像素电路包括多行多列如权利要求1至3中任一权利要求所述的像素单元；
位于同一行的多个所述像素单元与同一行栅线连接；
位于同一列的多个所述像素单元与同一列数据线连接。
7.一种液晶面板，包括基板，其特征在于，还包括如权利要求6所述的像素电路，所述像素电路设置于所述基板上。
8.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求7所述的液晶面板和与所述液晶面板对应的显示面板，所述液晶面板位于所述显示面板的出光侧。
9.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板被划分为多个显示区域；所述显示区域与所述液晶面板的像素单元一一对应。
10.如权利要求8或9所述的显示装置，其特征在于，还包括设置在所述显示面板侧面的侧入式背光源。
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