CN115728930B - 显示屏及终端设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种显示屏及终端设备,涉及图像显示领域,能够降低彩色墨水屏的屏幕厚度并提升彩色显示效果。该显示屏从上到下依次包括:盖板、复合显示层和第一基板;其中,复合显示层包括墨水填充层和发射式显示模组层;发射式显示模组层包括多个像素,每个像素包括有效透光区域和非有效透光区域,有效透光区域包含发射式发光材料;墨水填充层包括对应有效透光区域的第一区域及对应非有效透光区域的第二区域,其中,第二区域填充有电子墨水材料;显示屏包括薄膜晶体管TFT电极层,TFT电极层与非有效透光区域对应,墨水填充层通过第一驱动数据线与TFT电极层连接,发射式显示模组层通过第二驱动数据线与TFT电极层连接。

Description

显示屏及终端设备
本申请要求于2021年8月25日提交国家知识产权局、申请号为202110981548.9、名称为“显示屏及终端设备”的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及图像显示领域,具体涉及一种显示屏及终端设备。
背景技术
墨水屏是一种反射式显示屏,外界环境光入射到屏幕中,通过墨水粒子将光线反射出屏幕实现显影。与液晶显示屏(Liquid Crystal Display,LCD)相比不需要背光板提供背光源,与有机发光半导体显示屏(Organic Light-Emitting Diode,OLED)相比无需激发有机发光半导体发光,因此墨水屏具有低功耗优势。
目前,较为成熟的墨水屏方案包括:1、微胶囊式墨水屏;2、电润湿式墨水屏。其中,微胶囊式墨水屏受制于微胶囊中填充液的阻滞作用,墨水粒子移动速度有限,屏幕刷新速度较低,无法适应于动态内容显示;同时在彩色显示方面,微胶囊式墨水屏采用印刷式彩色滤光膜,通过微胶囊所显示的不同灰阶与彩膜对应的像素颜色进行叠加,实现彩色显示效果,由于微胶囊中灰阶是离散显示的且灰阶数量有限,因此彩色显示的颜色种类受限严重,无法实现全色域显示。
电润湿式墨水屏利用液体的表面张力特性,控制墨水油滴在疏水层上进行舒展和收缩,以实现成像。由于墨水油滴形态变化较为灵敏,因此相较微胶囊式显示屏刷新速率更高,视频、动图等动态内容的显示效果更佳。在彩色显示方面,为追求全色域显示,电润湿式显示屏使用三层电润湿结构层叠构成显示屏,三层电润湿的像素依次填充红、绿、蓝墨水油滴,由于墨水油滴的形态变化是连续的,因此三层原色分量叠加能够实现全色域的色彩显示,但是这种结构增加了显示屏的器件厚度,不适应当前终端轻薄化的设计理念;与此同时,由于上层电润湿结构的遮挡,底层电润湿结构的入射光线被削弱,导致光线反射率较低,容易出现色彩饱和度不足的问题。
为在全色域显示基础上进一步降低屏幕厚度,现有技术提出了一种“半发射半反射”式显示屏。该显示屏由一层发射式显示层和一层反射式显示层叠加而成,发射式显示层采用LCD、OLED等显示材料,反射式显示层采用墨水材料。发射式显示层由第一像素区域和第二像素区域交替排列而成,第一像素区域由三个相邻的像素组成,用于显示彩色图像,第二像素区域空缺三个相邻的像素,用于透射下层反射式显示层显示的灰度图像。由于第一像素区域和第二像素区域是交替排列的,因此会降低屏幕的每英寸像素点数(Pixels PerInch,PPI),导致屏幕分辨率大幅下降,无法显示高清图像。
发明内容
本申请技术方案提供一种显示屏及终端设备,能够在像素级别上对反射式显示层和发射式显示层进行叠加,避免屏幕PPI下降。
第一方面,本申请提供了一种显示屏,该显示屏从上到下包括:盖板、复合显示层和第一基板;其中,复合显示层包括墨水填充层和发射式显示模组层;
发射式显示模组层包括多个像素,每个像素包括有效透光区域和非有效透光区域,有效透光区域包含发射式发光材料;
墨水填充层包括对应有效透光区域的第一区域及对应非有效透光区域的第二区域,其中,第二区域填充有电子墨水材料;
显示屏包括薄膜晶体管TFT电极层,TFT电极层与非有效透光区域对应,墨水填充层通过第一驱动数据线与TFT电极层连接,发射式显示模组层通过第二驱动数据线与TFT电极层连接。
本申请提供的显示屏,在像素的粒度上对反射式显示层和发射式显示层予以叠加,使得每个像素都能在灰度显示模式和彩色显示模式之间切换使用,与现有技术相比不会降低屏幕PPI,能够保证屏幕分辨率。
在上述第一方面的一种实现方式中,墨水填充层位于发射式显示模组层之上。
在上述第一方面的一种实现方式中,显示屏还包括第二基板,第二基板位于墨水填充层与发射式显示模组层之间,TFT电极层位于非有效透光区域中相邻第一基板一侧;
第二基板上形成有贯穿微孔,第一驱动数据线通过贯穿微孔进入非有效透光区域,并与TFT电极层连接。
在上述第一方面的一种实现方式中,显示屏还包括第二基板,第二基板位于墨水填充层与发射式显示模组层之间,TFT电极层位于第二区域中相邻第二基板一侧;
第二基板上形成有贯穿微孔,第二驱动数据线通过贯穿微孔进入第二区域,并与TFT电极层连接。
本申请提供的显示屏,在复合显示层中增加第二基板,能够强化复合显示层的结构,同时通过第二基板打孔的方式,使得墨水填充层与发射式显示模组层能够共用一层TFT电极层,能够简化显示屏制作工艺。
在上述第一方面的一种实现方式中,第一区域中填充有透明树脂材料。
透明树脂材料具有优良的透光率,能够在彩色显示模式下,使第一区域下方的有效透光区域的光线有效且充分的透过反射式显示层,形成彩色成像。
在上述第一方面的一种实现方式中,第一区域中覆盖有彩色滤光膜,彩色滤光膜的颜色与有效透光区域中的像素颜色对应相同。
彩色滤光膜能够有效降低有效透光区域中阴极层的反光程度,避免显示颜色变浅导致的色差现象。
在上述第一方面的一种实现方式中,墨水填充层位于发射式显示模组层下方。
在上述第一方面的一种实现方式中,显示屏还包括第二基板,第二基板位于墨水填充层与发射式显示模组层之间,TFT电极层位于第二区域中相邻第一基板一侧;
第二基板上形成有贯穿微孔,第二驱动数据线通过贯穿微孔进入第二区域,并与TFT电极层连接。
在上述第一方面的一种实现方式中,显示屏还包括第二基板,第二基板位于墨水填充层与发射式显示模组层之间,TFT电极层位于第一区域中相邻第一基板一侧;
第二基板上形成有贯穿微孔,第二驱动数据线通过贯穿微孔进入第一区域,并与TFT电极层连接。
本申请提供的显示屏,在复合显示层中增加第二基板,能够强化复合显示层的结构,同时通过第二基板打孔的方式,使得墨水填充层与发射式显示模组层能够共用一层TFT电极层,能够简化显示屏制作工艺。
在上述第一方面的一种实现方式中,有效透光区域上方覆盖有彩色滤光膜,彩色滤光膜的颜色与有效透光区域中的像素颜色对应相同。
彩色滤光膜能够有效降低有效透光区域中阴极层的反光程度,避免显示颜色变浅导致的色差现象。
在上述第一方面的一种实现方式中,TFT电极层包括墨水驱动电极层和发射式显示驱动电极层。
在上述第一方面的一种实现方式中,墨水驱动电极层与发射式显示驱动电极层上下堆叠设置。
在上述第一方面的一种实现方式中,墨水驱动电极层与发射式显示驱动电极层同层设置。
在上述第一方面的一种实现方式中,盖板或基板为玻璃基材。
采用玻璃基板或玻璃盖板能够增加显示屏的支撑强度。
在上述第一方面的一种实现方式中,盖板或基板为柔性基材。
将玻璃基板/盖板替换成柔性基材,能够降低显示屏的厚度。
在上述第一方面的一种实现方式中,在灰度显示模式下,TFT电极层控制墨水填充层的第二区域显示灰阶效果、控制发射式显示模组层的有效透光区域显示黑色效果。
在上述第一方面的一种实现方式中,在彩色显示模式下,TFT电极层控制发射式显示模组层的有效透光区域显示彩色效果、控制墨水填充层的第二区域显示黑色效果。
本申请提供的显示屏在上下层叠方向上对反射式显示层和发射式显示层进行叠加,通过切换彩色显示模式和灰度显示模式实现反射式显示和发射式显示的切换。
在上述第一方面的一种实现方式中,第二区域填充微胶囊式墨水材料或电润湿式墨水材料。
在上述第一方面的一种实现方式中,发射式显示层为有机发光半导体OLED显示层。
OLED显示层具有亮度高、响应快、清晰度高的特点,能够提高彩色显示模式的显示效果。与此同时,OLED像素的开口率较小,非有效透光区域在像素中的面积占比较大,可以在反射式显示层中面积占比更大的第二区域中填充墨水材料,提高墨水显示层中的像素开口率,由此提升灰度显示模式的显示效果。
在上述第一方面的一种实现方式中,第二区域填充电润湿式墨水材料,发射式显示模组层为OLED显示层;其中,
第二区域中,在墨水油滴下方设置有透明疏水层,在透明输水层背离墨水油滴一侧设置有反射金属层;
有效透光区域从上到下包括阴极层、电子注入层、电子传输层、有机自发光层、空穴传输层、空穴注入层和阳极层,有机自发光层中添加有不同颜色的有机显示材料。
第二方面,本申请提供了一种终端设备,该终端设备包含如前述第一方面所指的显示屏。
可以理解地,上述提供的第二方面终端设备,所能达到的有益效果,可参考如第一方面及其任一种实现方式中的有益效果,此处不再赘述。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种终端的示意性结构图;
图2是本申请实施例提供的一种终端三轴坐标姿态的示意图;
图3是微胶囊式墨水屏的显示原理示意图;
图4是微胶囊式墨水屏图像显示的流程示意图;
图5是电润湿式墨水屏的显示原理示意图;
图6是微胶囊式彩色墨水屏的屏幕结构示意图;
图7是电润湿式彩色墨水屏的屏幕结构示意图;
图8是半发射半反射式显示屏的屏幕结构示意图;
图9(a)是本申请实施例提供的第一种显示屏结构示意图;
图9(b)是本申请实施例提供的第二种显示屏结构示意图;
图9(c)是本申请实施例提供的第三种显示屏结构示意图;
图10(a)是本申请实施例提供的第四种显示屏结构示意图;
图10(b)是本申请实施例提供的第五种显示屏结构示意图;
图11是本申请实施例提供的发射式显示模组层的结构示意图;
图12是本申请实施例提供的第六种显示屏结构示意图;
图13(a)是本申请实施例提供的显示屏环境光反射示意图;
图13(b)是本申请实施例提供的另一种显示屏环境光反射示意图;
图14(a)是本申请实施例提供的第七种显示屏结构示意图;
图14(b)是本申请实施例提供的第八种显示屏结构示意图;
图15(a)是本申请实施例提供的第九种显示屏结构示意图;
图15(b)是本申请实施例提供的第十种显示屏结构示意图;
图16是本申请实施例提供的第十一种显示屏结构示意图;
图17(a)是本申请实施例提供的一种TFT电极层的布局示意图;
图17(b)是本申请实施例提供的另一种TFT电极层的布局示意图;
图18(a)是本申请实施例提供的一种驱动数据线的走线示意图;
图18(b)是本申请实施例提供的另一种驱动数据线的走线示意图;
图19是本申请实施例提供的第十二种显示屏结构示意图;
图20是本申请实施例提供的第十三种显示屏结构示意图;
图21是本申请实施例提供的第十四种显示屏结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本申请中的技术方案进行描述。显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。
以下,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
此外,本申请中,“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶部”“底部”等方位术语是相对于附图中的部件示意放置的方位或位置来定义的,应当理解到,这些方向性术语是相对的概念,它们用于相对于的描述和澄清,而不是指示或暗示所指的装置或元器件必须具有的特定的方位、或以特定的方位构造和操作,其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化,因此不能理解为对本申请的限定。
还需说明的是,本申请实施例中以同一附图标记表示同一组成部分或同一零部件,对于本申请实施例中相同的零部件,图中可能仅以其中一个零件或部件为例标注了附图标记,应理解的是,对于其他相同的零件或部件,附图标记同样适用。
本申请中,终端可以包括手持设备、车载设备、可穿戴设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备。还可以包括蜂窝电话(cellular phone)、智能手机(smartphone)、个人数字助理(personal digital assistant,PDA)电脑、平板型电脑、膝上型电脑(laptop computer)、机器类型通信(machine type communication,MTC)终端、销售终端(point of sales,POS)、车载电脑以及其他具有成像功能的终端。本申请实施例中,终端还可以称为终端设备。
本申请实施例对上述终端的具体形式不做特殊限制。以下为了方便说明和理解,本申请以终端为手机为例进行的说明。如图1所示,终端包括显示屏、按键、摄像头、红外传感器、环境光传感器等部件,终端内部还包括处理器、内部存储器、天线、扬声器、受话器、重力传感器等部件(图中未示出)。本申请即是提出一种针对显示屏的设计方案。为便于说明,本申请首先对终端的三轴方向进行定义,如图2所示,以面向终端屏幕方向为视角,定义终端短边为X轴方向,终端长边为Y轴方向,垂直终端屏幕且沿屏幕光出射方向为Z轴方向,本申请后续提及“屏幕光出射方向”即为图2中的Z轴方向,“屏幕从上到下”是指Z轴反方向,即环境光入射方向。
下面对微胶囊式显示屏和电润湿式显示屏的显示原理进行介绍:
1、微胶囊式显示屏
如图3所示,微胶囊式显示屏由无数个微胶囊组成,微胶囊中填充有多个黑色墨水粒子和多个白色墨水粒子,两种颜色的墨水粒子所带电荷相反,同时在墨水粒子之间还填充有用于支撑墨水粒子悬浮的透明填充液。当对微胶囊施加正向电压时,黑色墨水粒子移动到微胶囊的顶端,白色墨水粒子移动到微胶囊的底端,此时屏幕外界环境光照射进屏幕后,会被黑色墨水粒子所反射,人眼会观察到屏幕呈现黑色;当对微胶囊施加反向电压时,两种墨水粒子的移动方向相反,屏幕上会呈现出白色的显示效果。
目前大多数微胶囊式显示屏除能显示黑白两色以外,还支持灰度显示模式,例如GC4、GC8或GC16等模式,其中GC表示灰度清屏刷新,4、8、16表示不同模式所支持的最大灰阶数量。目前墨水屏最高能够支持16级灰阶显示,以GC16模式为例,该模式提供0到15共16级灰阶显示效果,0级对应白色,15级对应黑色,1到14级对应从白色到黑色依次加深的不同灰色效果。当然实际应用中,也存在解决方案将0级定义为黑色,将15级定义为白色,本申请实施例对此不做限制。在显示黑白之间的各级灰阶时,黑白墨水粒子不再被驱动到微胶囊的顶端或底端,而是移动并悬浮停滞在微胶囊中的某个位置,以对应不同灰阶的灰度显示需求。
如图4所示,在显示一帧图像时,首先将RGB图像进行灰度化处理,将图像中每个像素的RGB值转换为16级灰阶值,然后时序控制器电路执行查表(Look Up Table,LUT)工作,获得每个像素的驱动波形(waveform),该驱动波形包含了在显示当前帧时,该像素需要使用的电流/电压,脉冲时长、脉冲周期等信息。电子纸控制器在接收到当前帧中所有像素对应驱动波形后,根据驱动波形所携带的驱动参数对墨水屏中每个像素对应的微胶囊进行驱动,控制微胶囊中的黑白墨水粒子从当前位置移动到下一位置,从而使墨水屏刷新显示下一图像帧内容。
LUT表是墨水屏供应商基于屏幕硬件测试获得并记录的墨水屏驱动映射表,该表中记录有不同显示需求/条件所对应使用的该像素的驱动波形,通常影响映射表中的因变量包括:下一帧该像素的灰度值、前一帧该像素的灰度值、当前屏幕温度。其中下一帧该像素的灰度值决定了墨水粒子应当移动到的位置,前一帧该像素点的灰度值对应墨水粒子的当前所在位置;屏幕温度之所以需要被纳入考量,是因为不同温度条件下微胶囊中填充液的粘稠度有所不同,在相同驱动波形条件下,填充液粘度增高,墨水粒子移动阻力增大,墨水粒子移动距离不足,会导致屏幕显示过深或过浅,影响显示效果。因此需要根据当前屏幕温度对驱动波形进行调整,以保证在不同温度下墨水粒子均能充分移动到指定位置,实现足量、准确的灰度表达。通常填充液粘度与温度成负相关关系,即温度越低,填充液粘度越大。
在LUT表中,给出了“下一帧灰度值”、“前一帧灰度值”、“当前屏幕温度”三者参数的全部排列组合对,并且将每个排列组合对映射到一个对应的驱动波形参数上,形成上述映射表。在查表时,时序控制器电路向系统级芯片(System on Chip,SOC)获取下一帧的灰度图像,并从中获得每个像素的灰度值;然后从缓存中获取上一帧的灰度图像,同样得到上一帧中每个像素的灰度值;接着,时序控制器电路向SOC查询墨水屏幕周围的温度数据,该数据由设置于终端内部且贴近墨水屏背板的温度传感器监测得到并传输给SOC。获得上述数据后,时序控制器电路将上述三项数据作为因变量,在LUT表中查询对应的驱动波形,当获得一帧图像中每个像素对应的驱动波形后,即完成查表过程。
2、电润湿式显示屏
如图5所示,电润湿式显示屏的结构从上到下由玻璃盖板、挡墙、透明疏水层、反射金属层、电极层及玻璃基板组成,在透明疏水层之上填充黑色的油性墨水液滴,也称为墨水油滴。当墨水油滴舒张铺满整个透明疏水层时,墨水油滴将透明疏水层下方的反射金属层完全遮挡,屏幕外界环境光照射到墨水油滴上,经由墨水油滴反射出屏幕,形成黑色显示效果;当墨水油滴收缩到疏水层的角落位置时,像素绝大部分区域会显露出疏水层下方的反射金属层,屏幕外界环境光照射到反射金属层上,经由反射金属层反射出屏幕,形成白色显示效果。
当墨水油滴处于上述两种边界形态之间的某一形态时,通过黑色墨水油滴和反射金属层的共同反射可以实现灰色色调的显示。基于对墨水油滴遮挡比例的调整,可以显示出由浅到深的不同灰度效果。与微胶囊式显示屏不同,墨水油滴的形变过程是平滑连续的,因此理论上可以显示出白色到黑色之间的无限种灰度效果。
现有技术中,微胶囊式显示屏中黑白墨水粒子的移动过程需要消耗一定时间,这个时间通常在150ms以上,特别是在低温环境下受填充液粘度增大影响,耗时可达到200ms以上,而在全局刷新模式下,该耗时则会进一步提高到340ms以上,严重限制了屏幕的刷新速率,不适宜显示动态内容。例如以15帧/秒的最低动态帧率为例,其一帧图像的刷新时间不超过67ms,显然微胶囊式显示屏无法达到该刷新速率。
所谓全局刷新是指,在将黑白墨水粒子从当前图像帧所对应的位置(例如5级灰阶)驱动到下一图像帧所对应的位置(例如8级灰阶)之前,进行一次清屏刷新,将所有黑色墨水粒子驱动到微胶囊底端,将所有白色墨水粒子驱动到微胶囊顶端,然后再将黑白墨水粒子从底端或顶端的位置驱动到下一帧图像对应的位置(8级灰阶对应位置)上。全局刷新的意义在于,消除多次局部刷新所积累的屏幕残影,因为每一次刷新时墨水粒子的移动距离会存在微小误差,多次刷新后这个距离误差将会累积到人眼可观察到的灰度误差,从而产生残影。通过全局刷新可以在刷新到下一帧图像前,先将黑白墨水粒子进行一次“归位”,然后再驱动到需要的位置上,从而消除误差累积。
而电润湿式显示屏的刷新速率则远高于微胶囊式显示屏,一方面电润湿式显示屏的墨水油滴形变对驱动波形的响应更为灵敏,另一方面,墨水油滴与透明疏水层之间的阻力几乎为零,这使得电润湿式显示屏在刷新速率上具有微胶囊式显示屏不可比拟的优势,通常电润湿式显示屏刷新一帧图像的时间在20ms到30ms之间,可以更好的适应瀑布流页面、UI动效、动图、视频等动态内容的展示。
在彩色显示方面,微胶囊式显示屏采用印刷式彩色电子纸技术,其在微胶囊层之上印刷一层彩色滤光膜。如图6所示,图6主视图视角为沿Z轴反方向观察视角,即人眼看向屏幕方向视角,剖面图切面与XZ轴平面平行。该彩色滤光膜以相邻的R、G、B三色滤光区域为一个像素区域,每个像素区域向下竖直对应微胶囊层的三个相邻的像素,通过像素的灰度变化透过彩色滤光膜显示出不同的颜色。如前所述,每个像素最多支持16级灰阶,这使得彩色滤光膜上的一个像素区域最多只能显示16*16*16共4096种颜色,色域受限明显,远远不能满足使用需求。
电润湿式显示屏则是将三个独立的电润湿层进行堆叠,如图7所示,在底层电润湿层中填充红色墨水油滴,在中间层电润湿层中填充绿色墨水油滴,在顶层电润湿层中填充蓝色墨水油滴。如前所述,墨水油滴的形变过程是平滑连续的,其可输出近乎无限种灰度效果,因而三层堆叠结构屏幕的色域表达更加全面。
但该种方案无法克服屏幕器件过厚的问题,例如在图7所示结构中,一个电润湿层从上到下由玻璃盖板、挡墙、透明疏水层、电极层、玻璃基板组成,为便于下层电润湿层的光线反射,取消了顶层和中间层电润湿层的反射金属层,仅保留底层电润湿层的反射金属层。光线从外界照射进屏幕后、依次穿过蓝、绿、红三层电润湿结构,并通过底层的金属反射层反射出屏幕。
对于任意一层电润湿层,玻璃盖板或玻璃基板厚度均为0.3mm左右,通过酸刻蚀工艺可以减薄至0.15mm,为便于说明,本申请后续均以0.15mm作为玻璃盖板/基板厚度为例进行说明。油滴层、透明疏水层、电极层、金属反射层各自厚度一般在5μm以下,相对玻璃盖板/基板厚度可忽略不计。可以看到,在图7所示结构中,一层电润湿层的厚度近似为玻璃盖板厚度与玻璃基板厚度之和,即0.3mm左右。三层电润湿层堆叠的整体厚度则会达到0.9mm,相较传统电润湿屏、LCD屏或OLED屏(一层玻璃盖板+一层玻璃基板)而言,屏幕厚度增加两倍之多。
需要说明的是,为便于展示墨水油滴形态,图5及图7将墨水油滴所在的显示层进行了放大展示,图中各层之间的厚度比例不代表实际应用中的真实情况,本申请后续附图不做逐一声明。
为在全色域显示基础上进一步降低屏幕厚度,现有技术提出了一种“半发射半反射”式显示屏。其中,发射式显示是指LCD、OLED、MICRO LED等显示方式,其光线产生于屏幕内部并透过屏幕射入人眼以实现成像,故称为发射式显示屏;反射式显示则是指前述微胶囊或电润湿式等电子纸显示方式。
如图8所示,在该方案中,显示屏从上到下由一层发射式显示层和一层反射式显示层组成,发射式显示层由第一像素区域和第二像素区域间隔排列而成,第一像素区域由图中左边三个相邻的像素组成,对应发射式显示层的R、G、B三个像素,第二像素区域空缺三个相邻的像素,以便透射下层反射式显示层的显示内容。
在彩色显示模式下,发射式显示层中的RGB像素进行全色域彩色显示,反射式显示层进行全黑显示以减少对发射式显示层的显示干扰;在黑白显示模式下,反射式显示层按需进行灰度显示,发射式显示层中的RGB像素断电不做显示,显示为黑色,以减少对反射式显示层的显示干扰。
可以看到,图8所示结构仅涉及四层玻璃盖板/基板,整体厚度控制在0.6mm左右,相较图7所示结构厚度降低了三分之一,同时保证了全色域显示。但是第一、第二像素区域交替排列的方式,将屏幕的PPI降低了一半,使得屏幕分辨率大幅下降,无法显示高清图像。
据此,本申请提出一种像素级别的屏幕集成方案,在像素级别上对发射式显示结构与反射式显示结构进行堆叠,能够避免图8方案中屏幕PPI降低的问题。
如图9(a)所示,本申请提供一种显示屏,其中主视图视角为Z轴反方向视角,即人眼看向屏幕方向的视角,剖面图切面与XZ轴平面平行。沿Z轴反方向,该显示屏从上到下包括:盖板1、复合显示层2和第一基板3;其中,复合显示层2包括墨水填充层21和位于墨水填充层21下方的发射式显示模组层22。
发射式显示模组层22由多个像素排列组成,每个像素包括有效透光区域221和非有效透光区域222。有效透光区域221包含发射式发光材料,用于显示R、G、B颜色分量中的一种,非有效透光区域222由透明树脂材料填充组成,不作为像素的发光区域。发射式显示模组层22的最小结构单元为像素,每个像素用于显示一种颜色分量,三个相邻像素组成一个像素区域,一个像素区域为实现全色域显示的最小显示单元。
墨水填充层21包括对应该有效透光区域221的第一区域211,以及对应该非有效透光区域222的第二区域212。所述“对应”是指两者区域在XY轴平面上具有相同或近似相同的形状尺寸,且在Z轴方向上的正投影能够完全重叠,当然,Z轴投影方向上的完全重叠在产品实现上可以存在一定偏差。本申请中,第一区域211和第二区域212由挡墙围绕并分隔形成,第一区域211内部可以不做材料填充,第二区域212填充有电子墨水材料,发射式显示模组层22中有效透光区域221所发射出的光线能够透过墨水填充层中的第一区域211射出屏幕。
本申请中,显示屏还包括薄膜晶体管TFT电极层4,TFT电极层4与非有效透光区域222对应。与前述定义类似,这里所述“对应”是指两者区域在XY轴平面上具有相同或近似相同的形状尺寸,且在Z轴方向上的正投影能够完全或近似重叠。如前所述,非有效透光区域222与第二区域212相对应设置,因此也可以说TFT电极层4与第二区域212相对应。
TFT电极层4用于驱动墨水填充层21和发射式显示模组层22进行显示,如图9(a)所示,在复合显示层2中,墨水填充层21位于发射式显示模组层22上方,TFT电极层4位于发射式显示模组层22的非有效透光区域222底部,墨水填充层21中的第二区域212与第一驱动数据线5相连,第一驱动数据线5进入非有效透光区域222并与TFT电极层4相连;发射式显示模组层22中的有效透光区域221通过第二驱动数据线6与TFT电极层4连接。
图9(a)方案中,TFT电极层4设置于非有效透光区域222底部,除此之外TFT电极层4还可以设置于非有效透光区域的顶部,即如图9(b)所示。
在另一实现方式中,如图9(c)所示,TFT电极层4可以设置在墨水填充层21中。为避免对发射式显示模组层22的有效透光区域221造成遮挡,TFT电极层4可以设置在墨水填充层21中的第二区域212底部。该方式中,墨水填充层21的第二区域212通过第一驱动数据线5与TFT电极层4相连,第二数据线6穿过非有效透光区域222与TFT电极层4相连。
本方案中,在灰度显示模式下,使用墨水填充层21进行显示,此时通过TFT电极层4对墨水填充层21中的电子墨水材料进行驱动,以在第二区域212位置显示出黑白灰等不同灰阶效果,与此同时TFT电极层4对发射式显示模组层22断电,使得有效透光区域变221为黑色,不再向外发出RGB光线,避免对墨水填充层造成显示干扰。
在彩色显示模式下,使用发射式显示模组层22进行显示,此时通过TFT电极层4控制发射式显示模组层22中的有效透光区域221发出RGB光线,实现彩色内容显示。与此同时,TFT电极层4对墨水填充层21中的电子墨水材料进行驱动,以使第二区域212呈现黑色效果,能够对第二区域212下方的TFT电极层4起到遮挡作用,避免TFT走线反射环境光对发射式显示模组层造成显示干扰。
本申请中,第二区域212呈现黑色效果除能够有效遮挡TFT走线对外界环境光的反射外,亦可以最大限度降低墨水粒子自身对环境光的反射。如果第二区域212呈现白色效果,则白色墨水粒子反射的白色光线与RGB光线混合后,会产生混光问题,导致屏幕观感“发白”。而黑色墨水粒子所产成的黑色光线与RGB光线之间具有更高的对比度,能够有效解决混光问题,提升显示效果。
在一种实现方式中,可以在适度牺牲显示效果的情况下,使用深灰色对TFT走线进行遮挡,即使第二区域212呈现深灰色效果。例如在前述16阶灰度模式中,若第15级灰度对应黑色显示效果,则可以将第8级灰度值至第14级灰度值所对应的显示效果确定为深灰色效果。或者在前述8阶灰度模式中,若第8级灰度对应黑色显示效果,则可以将第4级灰度值至第7级灰度值所对应的显示效果确定为深灰色效果。
如图10(a)所示,本申请提出的显示屏,可以采用微胶囊式墨水材料对第二区域212进行填充;如图10(b)所示,还可以采用电润湿式墨水材料对第二区域212进行填充。在后者实现方式中,需要在与第二区域212对应的位置上设置透明疏水层2121,并在透明输水层2121背离墨水油滴一侧设置反射金属层2122。微胶囊墨水粒子及电润湿式墨水油滴的驱动方式请见前文记载,这里不再赘述。本申请后续将以微胶囊式墨水材料为例进行说明,如无特别说明,微胶囊方案可以替换为电润湿方案。
本申请提供的显示屏,与图8所示显示屏相比,能够避免屏幕PPI下降,保证屏幕显示分辨率。其原因在于,图8所示方案是将相邻的像素区域交替用作发射式显示区和反射式显示区,若屏幕像素总数量为N,则用于发射显示的像素数量和用于反射显示的像素数量分别为N/2,当使用其中一者区域进行显示时,另一者区域处于空闲状态无法被有效利用,使得屏幕PPI减半。而本申请是在像素级别上进行反射显示与发射显示机制的叠加,利用发射式显示区域中非有效透光区域不发光的特点,将墨水材料堆叠到非有效透光区域之上。屏幕中的每一个像素都可进行反射式显示和发射式显示,换言之,屏幕中可用于发射式显示的像素数量为N个,可用于反射式显示的像素数量也为N个,与图8方案相比,并未降低屏幕PPI。此外,现有技术中发射式显示模组层的有效透光区域发光时,非有效透光区域本身就不会进行发光显示,因此本申请在非有效透光区域上叠加墨水材料并不会对发射式显示机制造成影响。
在一种实现方式中,使用OLED显示模组作为发射式显示模组层22。如图11所示,发射式显示模组层22的有效透光区域221从上到下依次包括:阴极层2211、电子注入层2212、电子传输层2213、有机自发光层2214、空穴传输层2215、空穴注入层2216和阳极层2217。其中,像素发出的RGB色彩由有机自发光层2214中添加的不同颜色的有机材料决定。
现有技术中,OLED像素的开口率通常为10%左右,所谓开口率是指在一个像素中,透光区域与像素整体的比值,该像素整体由透光区域和不透光区域组成。在本申请中,参考图9(a),OLED像素开口率为:有效透光区域221/(有效透光区域221+非有效透光区域222),或者等同于第一区域211/(第一区域211+第二区域212)。
由于OLED像素发光亮度高,其较小的开口率并不会影响屏幕显示,本申请中,利用面积占比较大的第二区域212进行墨水屏显示,可以在灰度显示模式下有效保证屏幕的显示密度,避免因墨水粒子过于稀疏导致的颜色失真。例如,当黑色墨水粒子较稀疏时,屏幕显示的黑色点阵之间的浅色间隔将会变大,导致人眼观察到的深色图像颜色变浅。除此之外,OLED像素的低开口率还可以为非有效透光区域222中的TFT布线提供充足空间。
实际应用中,第一区域211内部不做材料填充会导致墨水填充层厚度不一致,影响结构稳定性。在本申请的一种实现方式中,第一区域211中可以填充透明树脂材料,材料厚度与墨水材料厚度保持一致或近似一致,在图9(a)至图9(c)所示方案中,透明树脂材料不会对有效透光区域发出的光线造成遮挡,影响OLED显示效果。
进一步的,对于图9(a)至图9(c)所示方案,还可使用彩色滤光膜替代透明树脂对第一区域211进行填充,如图12所示,第一区域211中取消填充透明树脂,以彩色滤光膜填入该第一区域211中,当彩色滤光膜厚度小于第一区域211厚度时,可以叠加覆盖多层彩色滤光膜,以使得彩色滤光膜叠层总厚度与第一区域211厚度一致或近似一致。同时,填充的彩色滤光膜的颜色与其下方有效透光区域221的像素颜色对应一致。本方案中填充彩色滤光膜的目的在于减少有效透光区域221对环境光的反射。如前所述,OLED显示模组的上层包含阴极层,该层通常以金属材料制成,具有光反射特性。如图13(a)所示,当外界环境光沿Z轴反方向照射进屏幕时,会被阴极层反射出屏幕,导致人眼观察到的像素颜色产生色差,例如颜色变浅。彩色滤光膜可以起到对环境光进行偏振过滤的效果,如图13(b)所示,当环境光照射到彩色滤光膜时,仅有对应滤光膜颜色的光线分量能够透过彩色滤光膜照射到阴极层上,减少了入射光量,降低了光线反射;同时当入射光线反射出彩色滤光膜时,由于光线颜色与彩膜颜色相同,因此还能够对色差现象进行“纠正”,避免显示颜色变浅。除此之外,实际应用中还可以在第一区域211中填充透明树脂材料,并在透明树脂材料的上层或下层增设彩色滤光膜。
图12所示的显示屏除具有前述记载优势外,相对传统OLED显示屏还具有以下优势:无需在OLED显示模组上层增设偏光片。现有技术中OLED像素的阴极层,以及非有效透光区域222中的TFT走线均会对外部环境光进行反射,影响显示质量,因此会在OLED显示模组上方增设偏光片,减少射入和射出LOED显示模组的光量,消减屏幕反射。本方案采用彩色滤光膜降低OLED像素的光线反射程度,通过显示为黑色的墨水材料对TFT走线进行遮挡防止光线反射,可替代偏光片解决屏幕反光问题。
在本申请另一实现方式中,墨水填充层21与发射式显示模组层22之间还设置有第二基板23,该第二基板23上通过钻孔或化学刻蚀方式形成有贯穿微孔,以便第一驱动数据线5或第二驱动数据线6穿过该贯穿微孔与TFT电极层4连接。本申请在墨水填充层21和发射式显示模组层22之间增加第二基板,能够进一步提升显示屏的支撑强度。
图14(a)示出了一种在图9(a)基础上增加第二基板23的显示屏,在图14(a)中,第二基板23位于墨水填充层21与发射式显示模组层22之间,TFT电极层4位于非有效透光区域222中相邻第一基板23一侧。第一驱动数据线5通过第二基板23上的贯穿微孔进入非有效透光区域222,并与所TFT电极层4连接。图14(b)示出了一种在图9(c)基础上增加第二基板23的显示屏,在图14(b)中,第二基板23同样位于墨水填充层21与发射式显示模组层22之间,TFT电极层4位于第二区域212中相邻第二基板23一侧。第二驱动数据线6通过第二基板23上的贯穿微孔进入第二区域212,并与TFT电极层4连接。
在本申请的一种实现方式中,墨水填充层21可以位于发射式显示模组层22下方。如图15(a)所示,显示屏从上到下包括:盖板1、复合显示层2和第一基板3,其中,复合显示层2从上到下包括:发射式显示模组层22、第二基板23、墨水填充层21,TFT电极层4位于第二区域212中相邻第一基板3一侧,第二驱动数据线6进入该第二区域212,并与TFT电极层4连接。
在另一种实现方式中,TFT电极层4可以设置于墨水填充层21的第一区域211中,如图15(b)所示,TFT电极层4位于第一区域211中相邻第一基板3一侧,第二驱动数据线6进入该第一区域211,并与TFT电极层4连接。
进一步的,在图15(a)、图15(b)所示方案基础上,还可以在发射式显示模组层22上方增设彩色滤光膜,以减少有效透光区域221对环境光的反射。以图15(a)所示显示屏为例,如图16所示,复合显示层2进一步包括彩色滤光膜24,该彩色滤光膜24的颜色与有效透光区域221中的像素颜色对应相同。在图16中,彩色滤光膜在对应非有效透光区域222位置处材料空缺,不对非有效透光区域222进行覆盖,实际应用中,彩色滤光膜24对应非有效透光区域222的位置处也可以为透明薄膜材料,该透明薄膜材料与有效透光区域221上方的彩色区域一体成型。
进一步的,TFT电极层4由墨水驱动电极层41和发射式显示驱动电极层42组成,墨水驱动电极层41通过第一驱动数据线5与墨水填充层21中的第二区域212连接,发射式显示驱动电极层42通过第二驱动数据线6与有效透光区域221连接。如图17(a)所示,墨水驱动电极层41形成于发射式显示驱动电极层42之上,发射式显示驱动电极层42形成于第一基板3之上;或者发射式显示驱动电极层42也可以形成于墨水驱动电极层41之上,墨水驱动电极层41形成于第一基板3之上(图中未示出)。实际应用中可以采用低温多晶硅(LowTemperature Poly-silicon,简称LTPS)工艺形成TFT电极层4。
在本申请的另一种实现方式中,墨水驱动电极层41与发射式显示驱动电极层42可以同层设置,即形成为一层TFT电极层。如图17(b)所示,在XY轴平面上对TFT电极层4进行区域划分,左边区域为墨水驱动电极层41,右边区域为发射式显示驱动电极层42。或者,在同层布局方案中,墨水驱动电极层41与发射式显示驱动电极层42的TFT电路之间还可以进行混合布局,不对两者电极区域做明确区分,以达到充分利用非有效透光区域222空间的目的。与图17(a)相比,图17(b)通过一道蚀刻工艺即可完成两种驱动电极层的制作,能够节省显示屏的工艺流程。
在一种实现方式中,第一驱动数据线5可以为一条或多条驱动数据线,第二驱动数据线6亦可以为一条或多条驱动数据线。如图18(a)所示,第一驱动数据线5在非有效透光区域222中可以紧贴有效透光区域222边界进行布线,或者第一驱动数据线5也可布置于非有效透光区域222中的其他任意位置(图中未示出)。本申请不对第一驱动数据线的布线位置和布线走向进行限制。
如图18(b)所示,在另一种实现方式中,当TFT电极层4形成在第二基板23上时,第二驱动数据线6在非有效透光区域222中紧贴有非效透光区域222边界进行布线,并向上贯穿第二基板23后与TFT电极层4连接。
为进一步降低显示屏厚度,还可以将第二基板23替换为柔性基材。如图19所示,复合显示层从上到下包括:墨水填充层21、第一柔性薄膜25、发射式显示模组层22。其中,第一柔性薄膜25上形成有贯穿通孔,用于通过第一驱动数据线5或第二驱动数据线6。
柔性基材厚度在0.005mm左右,相较基板厚度可忽略不计,本方案中柔性基材可以采用树脂或氮化硅(SiNx)材料制作。与图14方案相比,本方案将三层基板结构优化为两层基板结构,能够将显示屏厚度降低至0.3mm。
进一步的,还可以将第一基板3替换为柔性基材,如图20所示,显示屏从上到下包括:盖板1、复合显示层2、第二柔性薄膜7,其中如图19所示,复合显示层2包括墨水填充层21、第一柔性薄膜25、发射式显示模组层22。该方案可以将图19所示的两层基板结构优化为一层基板结构,能够将显示屏厚度进一步降低至0.15mm。
再进一步,还可以将盖板1替换为柔性基材,如图21所示,显示屏从上到下包括:第三柔性薄膜8、复合显示层2、第二柔性薄膜7,其中如图19所示,复合显示层2包括墨水填充层21、第一柔性薄膜25、发射式显示模组层22。该方案可以完全取消盖板/基板的使用,显示屏幕整体厚度能够控制在0.05mm左右,与图8中0.6mm厚度显示屏相比,能够将厚度降低91.6%,并且图19所示方案可做柔性屏使用。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解,例如可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体式连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接连接,也可以是通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中具体含义。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种显示屏,其特征在于,所述显示屏从上到下包括:盖板、复合显示层和第一基板;其中,所述复合显示层包括墨水填充层和发射式显示模组层;
所述发射式显示模组层包括多个像素,每个像素包括有效透光区域和非有效透光区域,所述有效透光区域包含发射式发光材料;
所述墨水填充层包括对应所述有效透光区域的第一区域及对应所述非有效透光区域的第二区域,其中,所述第二区域填充有电子墨水材料;
所述显示屏包括薄膜晶体管TFT电极层,所述TFT电极层与所述非有效透光区域对应,所述墨水填充层通过第一驱动数据线与所述TFT电极层连接,所述发射式显示模组层通过第二驱动数据线与所述TFT电极层连接;
所述TFT电极层包括墨水驱动电极层和发射式显示驱动电极层,所述墨水填充层通过第一驱动数据线与所述墨水驱动电极层连接,所述发射式显示模组层通过第二驱动数据线与所述发射式显示驱动电极层连接。
2.根据权利要求1所述的显示屏,其特征在于,所述墨水填充层位于所述发射式显示模组层之上。
3.根据权利要求2所述的显示屏,其特征在于,所述显示屏还包括第二基板,所述第二基板位于所述墨水填充层与所述发射式显示模组层之间,所述TFT电极层位于所述非有效透光区域中相邻所述第一基板一侧;
所述第二基板上形成有贯穿微孔,所述第一驱动数据线通过所述贯穿微孔进入所述非有效透光区域,并与所述TFT电极层连接。
4.根据权利要求2所述的显示屏,其特征在于,所述显示屏还包括第二基板,所述第二基板位于所述墨水填充层与所述发射式显示模组层之间,所述TFT电极层位于所述第二区域中相邻所述第二基板一侧;
所述第二基板上形成有贯穿微孔,所述第二驱动数据线通过所述贯穿微孔进入所述第二区域,并与所述TFT电极层连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的显示屏,其特征在于,所述第一区域中填充有透明树脂材料。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的显示屏,其特征在于,所述第一区域中覆盖有彩色滤光膜,所述彩色滤光膜的颜色与所述有效透光区域中的像素颜色对应相同。
7.根据权利要求1所述的显示屏,其特征在于,所述墨水填充层位于所述发射式显示模组层下方。
8.根据权利要求7所述的显示屏,其特征在于,所述显示屏还包括第二基板,所述第二基板位于所述墨水填充层与所述发射式显示模组层之间,所述TFT电极层位于所述第二区域中相邻所述第一基板一侧;
所述第二基板上形成有贯穿微孔,所述第二驱动数据线通过所述贯穿微孔进入所述第二区域,并与所述TFT电极层连接。
9.根据权利要求7所述的显示屏,其特征在于,所述显示屏还包括第二基板,所述第二基板位于所述墨水填充层与所述发射式显示模组层之间,所述TFT电极层位于所述第一区域中相邻所述第一基板一侧;
所述第二基板上形成有贯穿微孔,所述第二驱动数据线通过所述贯穿微孔进入所述第一区域,并与所述TFT电极层连接。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的显示屏,其特征在于,所述有效透光区域上方覆盖有彩色滤光膜,所述彩色滤光膜的颜色与所述有效透光区域中的像素颜色对应相同。
11.根据权利要求1所述的显示屏,其特征在于,所述墨水驱动电极层与所述发射式显示驱动电极层上下堆叠设置。
12.根据权利要求1所述的显示屏,其特征在于,所述墨水驱动电极层与所述发射式显示驱动电极层同层设置。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的显示屏,其特征在于,所述盖板或所述基板为玻璃基材。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的显示屏,其特征在于,所述盖板或所述基板为柔性基材。
15.根据权利要求1至4中任一项所述的显示屏,其特征在于,在灰度显示模式下,所述TFT电极层控制所述墨水填充层的第二区域显示灰阶效果、控制所述发射式显示模组层的有效透光区域显示黑色效果。
16.根据权利要求1至4中任一项所述的显示屏,其特征在于,在彩色显示模式下,所述TFT电极层控制所述发射式显示模组层的有效透光区域显示彩色效果、控制所述墨水填充层的第二区域显示黑色效果。
17.根据权利要求1至4中任一项所述的显示屏,其特征在于,所述第二区域填充微胶囊式墨水材料或电润湿式墨水材料。
18.根据权利要求1至4中任一项所述的显示屏,其特征在于,所述发射式显示层为有机发光半导体OLED显示层。
19.根据权利要求1至4中任一项所述的显示屏,其特征在于,所述第二区域填充电润湿式墨水材料,所述发射式显示模组层为OLED显示层;其中,
所述第二区域中,在墨水油滴下方设置有透明疏水层,在所述透明输水层背离所述墨水油滴一侧设置有反射金属层;
所述有效透光区域从上到下包括阴极层、电子注入层、电子传输层、有机自发光层、空穴传输层、空穴注入层和阳极层,所述有机自发光层中添加有不同颜色的有机显示材料。
20.一种终端设备,其特征在于,所述终端设备包含如前述权利要求1至19中任一项所述的显示屏。
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