CN113299239B - 一种电场调控的有源阵列显示器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电场调控的有源阵列显示器件。行电极阵列和列电极阵列垂直交叉形成的阵列像元区域；阵列像元区域中的每一像元区域均设有一像元和公共电极；像元包括发光体、驱动电极、选择电极、控制电极；驱动电极与公共电极电气连接，选择电极与所述行电极电气连接，所述控制电极与列电极电气连接；对驱动电极施加交流电压信号，为发光体的发光提供能量；控制电极和选择电极形成调制电场，实现对发光体发光亮度的调控。本发明有源阵列显示器件在每一个像元位置采用电场开关，该电场开关仅通过电场调控就可以实现发光器件的亮度调节，有利于缩小像元尺寸，降低器件制备复杂度、成本，有望实现具有亚微米级甚至纳米像元的极高分辨率显示。

Description

一种电场调控的有源阵列显示器件

技术领域

本发明涉及发光显示驱动领域，特别涉及一种电场调控的有源阵列显示器件。

背景技术

矩阵寻址是平板显示系统最常用的寻址方法，包括无源矩阵和有源矩阵。无源驱动具有结构简单，成本低等优点，但由于存在“交叉效应”和无法避免地像素动态扫描特性，不适于用于大尺寸和高清晰显示。相比于无源矩阵，基于电气开关的有源矩阵显示器件件展现出一系列的优势，开关元件可以把控制电压和发光器件驱动电压分开设置，可实现各自最佳工作状态的获得，从而达到高像素质量的要求。

薄膜晶体管（TFT）是实现有源矩阵的最常用电气开关。广泛应用有液晶显示器件、OLED显示器件。然而基于TFT的有源矩阵结构复杂，现有的TFT广泛采用多晶硅、非晶硅、金属氧化物、有机半导体材料作为沟道材料，技术门槛高，成本高；且不可避免地需要制备有源层与多个电极，需要多次的光刻工序，工艺复杂。特别是，为了追求高质量显示，每个像素往往具有多个TFT。因此在像素发光面积可以不断缩小的情况下，由于TFT尺寸和数量的限制，无法实现实际像素面积的进一步缩小。当发光像素缩小至亚微米甚至纳米尺度时，由于传统TFT源、漏、栅电极及沟道的尺寸限制，难以在一个亚微米或者纳米范围内集成多个TFT和发光器件，因此传统的TFT驱动方式难以应用于具有纳米像素的发光器件。尽管采用硅基CMOS背板可以进一步降低像素面积，然而受硅基物理特性的限制，难以实现柔性、透明等显示。

为了解决未来显示器件中像素尺寸亚微米级、纳米级微型化所带来的对纳米级像素驱动的挑战，设计具有新型开关元件的有源矩阵显示器件具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在缺陷，提供一种电场调控的有源阵列显示器件。对于应用于有源矩阵显示的传统电子开关（包括TFT、MOS管），其工作原理是通过外部电压调控半导体材料中电子或空穴的输运难易程度，控制流过发光器件电流，从而达到调控器件发光强度的目的。在本发明中，我们提出通过采用第三个电极调控施加在发光器件上交变电场的强度，从而达到调控器件发光强度的目的。相对于传统的有源矩阵显示，本发明无需另外设计以半导体材料为核心的电子开关，只需通过在发光器件引入另外电极，就可以达到发光强度调控目的。其结构简单，易于集成，有望应用于纳米像素发光显示器件。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种电场调控的有源阵列显示器件，包括：行电极阵列、列电极阵列、像元阵列、公共电极、绝缘层；所述行电极阵列和列电极阵列垂直交叉形成的阵列像元区域；所述行电极阵列包括若干行电极，所述列电极阵列包括若干列电极，所述像元阵列包括若干像元，所述阵列像元区域中的每一像元区域均设有一像元和公共电极，所述行电极、列电极、公共电极之间通过绝缘层实现电气隔离；所述像元包括发光体、驱动电极、选择电极、控制电极；所述发光体、驱动电极、选择电极、控制电极通过绝缘层实现电气隔离；对于每一个像元，所述驱动电极与所述公共电极电气连接，所述选择电极与所述行电极电气连接，所述控制电极与所述列电极电气连接；对所述驱动电极施加交流电压信号，为所述发光体的发光提供能量；所述控制电极和所述选择电极形成调制电场，实现对所述发光体发光亮度的调控。

在本发明一实施例中，所述发光体为在电场作用下可以发光的元件，包括但不限于无机发光二极管、量子点发光二极管、有机发光二极管、微纳米尺度的PN结、微纳米尺度的异质结结、荧光粉颗粒、半导体微纳米颗粒；所述发光体根据材料的选择可以分别发出不同颜色的光谱；每个像元中发光体的数量至少是一个。

在本发明一实施例中，所述发光体、驱动电极、选择电极、控制电极沿着垂直方向排列或沿着水平方向排列；所述驱动电极和所述选择电极分别位于发光体的两侧，所述控制电极与所述驱动电极位于发光体的同一侧；所述驱动电极和所述控制电极形状包括条状、叉指状、环状、点状电极中的一种或多种组合。

在本发明一实施例中，所述驱动电极和所述控制电极至少有一个电极是透明电极，其材料包括石墨烯、氧化铟锡、碳纳米管、银纳米线、铜纳米的一种或多种组合；所述驱动电极和控制电极的不透明电极的材料包括金、银、铝、铜中的一种或多种合金或多种叠层结构。

在本发明一实施例中，所述绝缘层材料包括有机绝缘材料、无机绝缘材料、空气、真空中的一种或多种的组合，所述绝缘层在380 nm至780nm波长之间的光线透过率大于等于70%。

在本发明一实施例中，一个发光体由至少一对的驱动电极和控制电极来驱动控制。

在本发明一实施例中，所述驱动电极、所述控制电极、所述选择电极和绝缘层可以构成电容器件，在外加选择信号撤除期间，通过电容器件上的电压，维持对发光器件的驱动调制。

在本发明一实施例中，施加在所述驱动电极上的交流信号波形包括正弦波、三角波、方波、脉冲，信号频率在0 Hz至100GHz之间；所述选择电极上的电位为零或者悬浮；所述控制电极上的电位为具有不同幅值的直流电压信号。

在本发明一实施例中，所述有源阵列显示器件的灰度实现方法包括幅值控制法、空间调制法、时间调制法。

在本发明一实施例中，所述像元的驱动方式如下：

（1）当寻址行其中一像元需要点亮时，所对应的行电极电位设为零，所对应的列电极根据该像元灰度要求施加所需的直流电压信号；

（2）当寻址行其中一像元无需点亮时，所对应的列电极电位设为零；

（3）非寻址行的行电极设为悬浮。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明有源阵列显示器件在每一个像元位置采用电场开关，该电场开关完全不同传统的薄膜晶体管、场效应晶体管、双极型晶体管等电流开关，不需要精心设计的半导体材料作为调控发光器件亮度的媒介，仅通过电场调控就可以实现发光器件的亮度调节，有利于缩小像元尺寸，降低器件制备复杂度，降低器件制造成本，有望实现具有亚微米级甚至纳米像元的极高分辨率显示，是实现微纳显示的一种重要技术支撑。

附图说明

图1为本发明说明书摘要附图。

图2为本发明实施例1显示阵列结构示意图。

图3为本发明实施例1显示阵列底层各电极设置示意图。

图4为本发明实施例1显示阵列发光体设置示意图。

图5为本发明实施例1显示阵列选择电极与行电极设置示意图。

图6为本发明实施例1显示像元结构侧视图。

图7为本发明实施例2中底层各电极设置示意图。

图8为本发明实施例3中底层各电极设置示意图。

图9为本发明实施例4像元侧视图。

图10为本发明实施例5显示阵列结构示意图。

图11为在公共电极、寻址行行电极、寻址行所需发光像元对应的列电极上施加信号示意图。

图12为在驱动电极、寻址行行电极、寻址行所需发光像元对应的列电极上施加信号示意图。

图13为某一个行电极在一个扫描周期内的电位时序图。

图中，100为基板，101为行电极，102为列电极，103为公共电极，200为像元，201为选择电极，202为控制电极，203为驱动电极，204为发光体，300为绝缘层。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明提供一种电场调控的有源阵列显示器件，包括：基板，设于基板上的行电极阵列、列电极阵列、像元阵列、公共电极、绝缘层。如图1所示，所述行电极阵列和列电极阵列垂直交叉形成的每一像元区域均设置有所述一个像元和所述公共电极；所述行电极、所述列电极、所述公共电极之间通过绝缘层实现电气隔离；所述像元包括发光体、驱动电极、选择电极、控制电极和绝缘层；所述发光体、驱动电极、选择电极、控制电极通过绝缘层实现电气隔离；对于每一个所述的像元，所述驱动电极与所述公共电极电气连接，所述选择电极与所述行电极电气连接，所述控制电极与所述列电极电气连接；所述驱动电极施加交流电压信号，为所述发光体的发光提供能量；所述控制电极和所述选择电极在所述发光器件周围形成调制电场，实现对所述发光体发光亮度的调控。

如图2，3，4，5，6所示，在本发明第一实施例中提供一种电场调控的有源阵列显示器件，其特征在于，包括基板100，行电极101，列电极102，公共电极103，像元200，选择电极201，控制电极202，驱动电极203，发光体204，绝缘层300。在所述驱动电极203施加交流电压信号，可以为所述发光体204的发光提供能量；所述控制电极202和所述选择电极201在所述发光体204周围形成调制电场，实现对所述发光体发光亮度的调控。

在本实施例中，所述发光体204为单颗蓝光micro-LED，尺寸为20μm×20μm，厚度为10μm；所述行电极101，列电极102，公共电极103，选择电极201，控制电极202，驱动电极203均为氧化铟锡；所述绝缘层300为环氧树脂，在380 nm至780nm波长之间的光线透过率大于等于70%；所述像元200包含选择电极201，控制电极202，驱动电极203，发光体204；

在本实施例中，一种电场调控的有源阵列显示器件具体结构如图3，4，5，6所示，在基板100上设置的列电极102，公共电极103，控制电极202，驱动电极203，其中所述驱动电极203与所述公共电极103电气连接，所述控制电极202与所述列电极102电气连接，所述驱动电极203为块状电极，所述控制电极202为槽状电极，所述驱动电极包覆于所述控制电极202中，并与所述控制电极202处于同一平面；设置于控制电极202与驱动电极203上的发光体204；设置于所述发光体204上的行电极101与选择电极201，所述选择电极面积为30μm×30μm，所述选择电极201与所述行电极101电气连接；所述像元200中，所述驱动电极203和所述选择电极201分别位于发光体204的两侧，所述控制电极202与所述驱动电极203位于发光体204的同一侧；所述的发光体204、驱动电极203、选择电极201、控制电极202沿着垂直方向排列；所述发光体204、驱动电极203、选择电极201、控制电极202通过绝缘层300实现电气隔离。

本实施例中，所述像元200中，其特征在于一个发光器204件由一套的驱动电极203和控制电极202来驱动控制；所述驱动电极上的交流信号波形可以是但不限于正弦波、三角波、方波、脉冲，所述信号频率在0 Hz至100GHz之间，本实施例优选采用交变电压频率为20MHz的正弦波；所述有源阵列显示器件的灰度实现方法为幅值控制法，不同幅值的正弦波对应不同灰度显示；

如图7所示，在本发明的第二实施例中提供另一套驱动电极203和控制电极202方案，其特征在于在，所述驱动电极203与所述公共电极103电气连接，所述控制电极202与所述列电极102电气连接，所述驱动电极203为块状电极，所述控制电极202为方形环状电极，所述驱动电极203包覆于所述控制电极202中，并与所述控制电极202处于同一平面；

如图8所示，在本发明的第三实施例中提供另一套驱动电极203和控制电极202方案，其特征在于，所述驱动电极203与所述公共电极103电气连接，所述控制电极202与所述列电极102电气连接，所述驱动电极203、控制电极202均为梳状电极；所述驱动电极203与所述控制电极202相互交叉，并与所述控制电极202处于同一平面；

如图9所示的像元侧视图中，为本发明的第四实施例中提供的另一套驱动电极203和控制电极202方案，其特征在于，所述驱动电极203与所述公共电极103电气连接，所述控制电极202与所述列电极102电气连接，所述驱动电极203为块状电极，所述控制电极202为点状电极，所述驱动电极203位于所述控制电极202正下方，所述驱动电极203与所述控制电极202之间填充绝缘层300；

如图10所示，在本发明的第五实施例中提供一种电场调控的有源阵列显示器件，其特征在于，包括基板100，行电极101，列电极102，公共电极103，像元200，选择电极201，控制电极202，驱动电极203，发光体204，绝缘层300。在所述驱动电极203施加交流电压信号，可以为所述发光体204的发光提供能量；所述控制电极202和所述选择电极201在所述发光体204周围形成调制电场，实现对所述发光体发光亮度的调控。

在本实施例中，所述发光体204为单颗蓝光纳米LED，尺寸为50nm×50nm，厚度为10nm；所述行电极101，列电极102，公共电极103，选择电极201，控制电极202，驱动电极203均为氧化铟锡；所述绝缘层300为环氧树脂，在380 nm至780nm波长之间的光线透过率大于等于70%；所述像元200包含选择电极201，控制电极202，驱动电极203，发光体204；

在本实施例中，一种电场调控的有源阵列显示器件具体结构如图10所示，在基板100上设置的列电极102，公共电极103，控制电极202，驱动电极203，其中所述驱动电极203与所述公共电极103电气连接，所述控制电极202与所述列电极102电气连接，所述驱动电极203、控制电极202均为块状电极，所述驱动电极203平行于所述控制电极202；设置于控制电极202与驱动电极203上的发光体204；设置于所述发光体204上的行电极101与选择电极201，所述选择电极面积为30μm×30μm，所述选择电极201与所述行电极101电气连接；所述像元200中，所述驱动电极203和所述选择电极201分别位于发光体204的两侧，所述控制电极202与所述驱动电极203位于发光体204的同一侧；所述的发光体204、驱动电极203、选择电极201、控制电极202沿着水平方向排列；所述发光体204、驱动电极203、选择电极201、控制电极202通过绝缘层300实现电气隔离。

本实施例中，所述像元200中，其特征在于一个发光器204件由一套的驱动电极203和控制电极202来驱动控制；所述驱动电极上的交流信号波形可以是但不限于正弦波、三角波、方波、脉冲，所述信号频率在0 Hz至100GHz之间，本实施例优选采用交变电压频率为20MHz的正弦波；所述有源阵列显示器件的灰度实现方法为幅值控制法，不同幅值的正弦波对应不同灰度显示；

针对以上实施例，我们提供了一种电场调控的有源阵列显示器的寻址方案。如图11所示，在公共电极103上施加相应幅值的正弦信号，将寻址行行电极101电位置为0，将寻址行所需发光像元对应的列电极102悬浮，寻址行相应发光像元发光。在公共电极103上施加相应幅值的正弦信号，将寻址行行电极101电位置为0，将寻址行所需发光像元对应的列电极102电位置为0，寻址行相应发光像元不发光。如图12所示，在非寻址行上所施加的信号如下，在驱动电极203上施加相应幅值的正弦信号，非寻址行列电极102，非寻址行行电极101均悬浮。图13给出了某一个行电极101在一个扫描周期内的电位时序，在寻址时间内，行电极101电位为0，为在非寻址时间内行电极101电位悬浮。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电场调控的有源阵列显示器件，其特征在于，包括：行电极阵列、列电极阵列、像元阵列、公共电极、绝缘层；所述行电极阵列和列电极阵列垂直交叉形成的阵列像元区域；所述行电极阵列包括若干行电极，所述列电极阵列包括若干列电极，所述像元阵列包括若干像元，所述阵列像元区域中的每一像元区域均设有一像元和公共电极，所述行电极、列电极、公共电极之间通过绝缘层实现电气隔离；所述像元包括发光体、驱动电极、选择电极、控制电极；所述发光体、驱动电极、选择电极、控制电极通过绝缘层实现电气隔离；对于每一个像元，所述驱动电极与所述公共电极电气连接，所述选择电极与所述行电极电气连接，所述控制电极与所述列电极电气连接；对所述驱动电极施加交流电压信号，为所述发光体的发光提供能量；所述控制电极和所述选择电极形成调制电场，实现对所述发光体发光亮度的调控。

2.根据权利要求1所述的一种电场调控的有源阵列显示器件，其特征在于，所述发光体为在电场作用下可以发光的元件，包括但不限于无机发光二极管、量子点发光二极管、有机发光二极管、微纳米尺度的PN结、微纳米尺度的异质结结、荧光粉颗粒、半导体微纳米颗粒；所述发光体根据材料的选择可以分别发出不同颜色的光谱；每个像元中发光体的数量至少是一个。

3.根据权利要求1所述的一种电场调控的有源阵列显示器件，其特征在于，所述发光体、驱动电极、选择电极、控制电极沿着垂直方向排列或沿着水平方向排列；所述驱动电极和所述选择电极分别位于发光体的两侧，所述控制电极与所述驱动电极位于发光体的同一侧；所述驱动电极和所述控制电极形状包括条状、叉指状、环状、点状电极中的一种或多种组合。

4.根据权利要求1所述的一种电场调控的有源阵列显示器件，其特征在于，所述驱动电极和所述控制电极至少有一个电极是透明电极，其材料包括石墨烯、氧化铟锡、碳纳米管、银纳米线、铜纳米的一种或多种组合；所述驱动电极和控制电极的不透明电极的材料包括金、银、铝、铜中的一种或多种合金或多种叠层结构。

5.根据权利要求1所述的一种电场调控的有源阵列显示器件，其特征在于，所述绝缘层材料包括有机绝缘材料、无机绝缘材料、空气、真空中的一种或多种的组合，所述绝缘层在380 nm至780nm波长之间的光线透过率大于等于70%。

6.根据权利要求1所述的一种电场调控的有源阵列显示器件，其特征在于，一个发光体由至少一对的驱动电极和控制电极来驱动控制。

7.根据权利要求1所述的一种电场调控的有源阵列显示器件，其特征在于，所述驱动电极、所述控制电极、所述选择电极和绝缘层可以构成电容器件，在外加选择信号撤除期间，通过电容器件上的电压，维持对发光器件的驱动调制。

8.根据权利要求1所述的一种电场调控的有源阵列显示器件，其特征在于，施加在所述驱动电极上的交流信号波形包括正弦波、三角波、方波、脉冲，信号频率在0 Hz至100GHz之间；所述选择电极上的电位为零或者悬浮；所述控制电极上的电位为具有不同幅值的直流电压信号。

9.根据权利要求1所述的一种电场调控的有源阵列显示器件，其特征在于，所述有源阵列显示器件的灰度实现方法包括幅值控制法、空间调制法、时间调制法。

10.根据权利要求1所述的一种电场调控的有源阵列显示器件，其特征在于，所述像元的驱动方式如下：

（1）当寻址行其中一像元需要点亮时，所对应的行电极电位设为零，所对应的列电极根据该像元灰度要求施加所需的电压信号；

（2）当寻址行其中一像元无需点亮时，所对应的列电极电位设为零；

（3）非寻址行的行电极设为悬浮。

Images