像素结构及其驱动方法和显示装置与流程

本发明实施例涉及一种像素结构及其驱动方法和显示装置。

背景技术：

随着显示技术的不断发展，反射型显示装置因具有功耗低、成本低等优点而在电子书阅读器、广告牌、展示箱等显示领域受到关注。例如，基于全内反射(又称全反射，total internal reflection，TIR)的显示技术因其低成本且与TFT-LCD(薄膜晶体管-液晶显示器)工艺的兼容性较高而成为研究的热点。

全内反射现象是指，当光线从光密介质进入光疏介质时，如果光线的入射角大于或等于发生全反射时的临界角，则所有的入射光线将被反射而不进入光疏介质。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种像素结构及其驱动方法和显示装置，本发明实施例可以避免反射型显示装置黑态时发生漏光现象。

本发明的至少一个实施例提供一种像素结构，其包括容纳腔室，所述容纳腔室包括：第一基板；第二基板，其与所述第一基板相对设置，在所述第一基板和所述第二基板之间形成有容纳空间；吸光层，其设置于所述容纳空间内并且包括可流动的绝缘液体层；透明薄膜，其设置于所述容纳空间内且位于所述绝缘液体层与所述第二基板之间，所述透明薄膜的折射率小于或等于所述绝缘液体层的折射率。所述容纳腔室被配置为处于至少以下两种状态之一：在第一状态下具有第一容积，所述绝缘液体层与所述透明薄膜彼此间隔开预定距离，使得从所述第二基板入射的光线在所述透明薄膜的面向所述绝缘液体层的表面发生全反射；在第二状态下具有第二容积，使得所述绝缘液体层与所述透明薄膜至少部分直接接触。

例如，在所述容纳腔室具有所述第一容积的情况下，所述绝缘液体层与所述透明薄膜之间通过气体层彼此间隔开，所述气体层的折射率小于所述透明薄膜的折射率。

例如，所述容纳腔室设置有允许所述气体层中的气体通过的气孔；所述容纳腔室还包括设置于所述气孔与所述气体层之间的过滤阻挡层，所述过滤阻挡层对所述气体层中的气体的阻挡能力小于对所述绝缘液体层中的液体的阻挡能力。

例如，所述气孔设置于所述第二基板中并且位于所述透明薄膜所在区域之外。

例如，所述容纳腔室还包括设置于其中的气体中转室，所述气体中转室包括允许所述气体层中的气体通过的开口以及设置于所述开口与所述气体层之间的过滤阻挡层，所述过滤阻挡层对所述气体层中的气体的阻挡能力小于对所述绝缘液体层中的液体的阻挡能力。

例如，所述容纳腔室包括位于相对设置的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁被配置为可朝向所述绝缘液体层弯曲以减小所述容纳腔室的容积。

例如，所述第一侧壁包括第一电极，所述第二侧壁包括第二电极，所述第一电极和所述第二电极被配置为被施加电性相反的信号以改变所述容纳腔室的容积。

例如，所述第一电极和所述第二电极的厚度为10nm-400nm，高度为3μm-10μm。

例如，所述的像素结构还包括与所述第一电极电连接的第一开关元件和与所述第二电极电连接的第二开关元件，所述第一开关元件对所述第一电极施加的信号与所述第二开关元件对所述第二电极施加的信号电性相反。

例如，所述绝缘液体层为绝缘吸光液体层。

例如，所述吸光层还包括吸光固体层，所述吸光固体层设置于所述绝缘液体层与所述第一基板之间。

本发明的至少一个实施例还提供一种显示装置，其包括多个以上任一项所述的像素结构。

例如，所述容纳腔室包括相对设置的第一电极和第二电极，所述第一电极、所述绝缘液体层和所述第二电极沿所述第一电极的厚度方向依次排列；所述多个像素结构包括相邻的第一像素结构和第二像素结构，所述第一像素结构的第二电极和所述第二像素结构的第一电极相邻并且被施加电性相同的信号。

例如，所述的显示装置还包括绝缘层，所述第一像素结构的第二电极与所述第一像素结构的第一电极通过所述绝缘层彼此间隔开。

本发明的至少一个实施例还提供一种以上任一项所述的像素结构的驱动方法。所述像素结构的容纳腔室包括相对设置的第一电极和第二电极，所述第一电极、所述绝缘液体层和所述第二电极沿所述第一电极的厚度方向依次排列；所述驱动方法包括：分别向所述第一电极和所述第二电极施加电信号以改变所述容纳腔室的容积。

本发明实施例提供一种像素结构及其驱动方法和显示装置，通过改变像素结构包括的容纳腔室的容积，来改变容纳腔室中的透明薄膜表面处的全反射状态以实现亮态和暗态这两种不同的显示模式，可以避免反射型显示装置黑态时发生漏光现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1a为一种反射型显示装置在白态时的示意图；

图1b为一种反射型显示装置在黑态时的示意图；

图2为本发明实施例提供的像素结构的示意图；

图3a为图2所示的像素结构在亮态时的示意图；

图3b为图2所示的像素结构在暗态时的示意图；

图4为本发明实施例提供的像素结构包括第一、二开关元件的示意图；

图5为本发明实施例提供的像素结构包括气体中转室的示意图；

图6为本发明实施例提供的像素结构中的吸光层包括吸光固体层的示意图；

图7为本发明实施例提供的显示装置的局部示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

例如，图1a和图1b提供了一种基于全内反射技术的反射型显示装置，其包括相对设置的下基板11和上基板12、以及依次设置于上、下基板之间的下透明电极21、绝缘层13、介质液体14、介电层15和上透明电极22，介质液体14中分散有带负电的黑色粒子，上透明电极22和介电层15的下表面都具有多个半球形结构以提高反射率。

该反射型显示装置的工作原理如下所述。当上、下透明电极分别被施加负电压和正电压时，介质液体14中的带负电的黑色粒子被吸引到下基板11的上表面，如图1a所示，介电层15的具有半球形结构的下表面被低折射率的介质液体14包围，从而该下表面反射入射的环境光(参见图1a中的箭头)，因此反射型显示装置显示为白态；当上、下透明电极分别被施加正电压和负电压时，介质液体14中的带负电的黑色粒子被吸引到介电层15的具有半球形结构的下表面，使得该下表面被黑色粒子包围，从而入射的环境光(参见图1b中的箭头)被黑色粒子吸收，因此反射型显示装置显示为黑态。

本申请的发明人注意到，在如图1a和图1b所示的反射型显示装置中，由于上透明电极22的下表面具有多个半球形结构，下透明电极21为平面电极，因此上、下透明电极之间的距离是变化的，这使得它们之间的电场是非均匀的，这些非均匀的电场导致黑态时黑色粒子非均匀地分布，从而使得介电层15的部分下表面没有被黑色粒子覆盖，由此导致黑态时该部分下表面发生反射，即导致黑态时发生漏光现象。

本发明实施例提供一种像素结构及其驱动方法和显示装置，通过改变像素结构包括的容纳腔室的容积，来改变容纳腔室中的透明薄膜表面处的全反射状态以实现亮态和暗态这两种不同的显示模式，可以避免反射型显示装置黑态时发生漏光现象。

本发明的至少一个实施例提供一种像素结构，如图2所示，该像素结构包括容纳腔室30，其包括：第一基板31；第二基板32，其与第一基板31相对设置，并且在第二基板32和第一基板31之间形成有容纳空间；吸光层33，其设置于容纳空间内并且包括具有折射率n1的可流动的绝缘液体层331；透明薄膜35，其设置于容纳空间内、位于绝缘液体层331与第二基板32之间并且具有折射率n3，该折射率n3小于或等于绝缘液体层331的折射率n1。在该像素结构中，容纳腔室30被配置为容积可改变，以改变绝缘液体层331与透明薄膜35的接触状态，从而改变二者交界面处的全反射状态。例如，如图3a所示，容纳腔室30被配置为处于至少以下两种状态之一：容纳腔室30在第一状态下具有第一容积，绝缘液体层331与透明薄膜35彼此间隔开预定距离，使得从第二基板32入射的光线(如箭头所示)在透明薄膜35的面向绝缘液体层331的表面35a(下文简称为下表面35a)发生全反射；容纳腔室30在第二状态下具有小于第一容积的第二容积，使得绝缘液体层331与透明薄膜35至少部分直接接触。例如，在绝缘液体层331与透明薄膜35的整个下表面35a直接接触的情况下，像素结构可以实现黑态显示；例如，在绝缘液体层331只与透明薄膜35a的一部分下表面直接接触的情况下，像素结构可以实现介于亮态和黑态之间的其它灰度显示状态。

例如，如图2所示，在容纳腔室30具有第一容积的情况下，绝缘液体层331与35透明薄膜之间通过气体层34彼此间隔开，该气体层的折射率n2小于透明薄膜35的折射率n3，以使从第二基板32入射的光线在透明薄膜35的下表面35a发生全反射。

下面结合图3a和图3b对该像素结构的工作原理进行说明。

例如，如图3a所示，第二基板32所在侧为像素结构的入光侧，容纳腔室30被配置为具有第一容积，以使绝缘液体层331与透明薄膜35通过气体层34彼此间隔开，在这种情况下，入射光线从折射率较大的透明薄膜35向折射率较小的气体层34入射时，在透明薄膜35和气体层34的交界面处发生全反射，从而像素结构实现亮态显示；如图3b所示，容纳腔室30还被配置为具有小于第一容积的第二容积，以使绝缘液体层331与透明薄膜35直接接触，在这种情况下，由于透明薄膜35的折射率n3小于或等于绝缘液体层331的折射率n1，因此在透明薄膜35与绝缘液体层331的交界面处不发生全反射，入射光线透过透明薄膜35之后被吸光层33吸收，以实现暗态显示。

从图3b可以看出，在本发明实施例中，利用绝缘液体层331对透明薄膜35的整个下表面35a进行包裹来实现黑态显示，由于未采用带电的黑色粒子，从而可以避免图1b所示的反射型显示装置中由于带电的黑色粒子非均匀分布而导致的黑态下漏光的现象。

例如，如图2所示，容纳腔室30包括位于相对设置的第一侧壁38a和第二侧壁38b，第一侧壁38a、第二侧壁38b、第一基板31和第二基板32之间形成容纳空间，以容纳绝缘液体层331、气体层34和透明薄膜35。例如，第一侧壁38a和第二侧壁38b被配置为可朝向绝缘液体层331弯曲(如图3b所示)以将容纳腔室30的容积减小至使绝缘液体层331可以包裹透明薄膜35的至少部分下表面3a。

例如，第一、二侧壁都可以采用具有一定柔性的材料(例如金属材料)制作以具有弯曲能力。

例如，可以对第一侧壁38a和第二侧壁38b施加电信号以使其弯曲。例如，第一侧壁38a包括第一电极，第二侧壁38b包括第二电极，第一电极和第二电极被配置为被施加电性相反的信号以改变容纳腔室30的容积。在第一电极和第二电极中的一个被施加正电压且另一个被施加负电压的情况下，如图3b所示，由于二者之间的静电力的作用，第一电极和第二电极相互吸引，从而二者之间的距离减小，容纳腔室的容积随之变小，进而绝缘液体层331的液面上升直至包裹透明薄膜35的整个下表面35a以实现黑态显示；在第一电极和第二电极都未被施加电压的情况下，第一电极和第二电极恢复到非弯曲状态，容纳腔室的容积随之增大，以使绝缘液体层331与透明薄膜35通过气体层34彼此间隔开，如图3a所示。当然，也可以对第一电极和第二电极都施加正电压或都施加负电压，以增大容纳腔室的容积。

需要说明的是，第一侧壁38a可以只由第一电极构成，第二侧壁38b可以只有第二电极构成；当然，第一侧壁和第二侧壁也可以包括除了相应的电极之外的其它结构。

为了使第一、二电极易于发生弯曲，第一、二电极被制作得比较薄。例如，第一电极和第二电极的厚度(即在从第一电极到第二电极的方向上的尺寸，参见图2的水平方向)都为10nm(纳米)-400nm，高度(即在从第一基板到第二基板的方向上的尺寸，参见图2的竖直方向)都为3μm(微米)-10μm。

例如，第一、二电极的制作材料都可以为金属，例如铜、铜合金、铝、铝钕合金、钛、锆、钼、钼铌合金等。

例如，可以通过MEMS(微电子机械系统)或为微制造(Microfabrication Process)工艺制作第一、二电极。这些制造工艺可以用于制备下至纳米尺度，上至毫米尺度的微结构。广义上的MEMS制造工艺，是以光刻、外延、薄膜淀积、氧化、扩散、注入、溅射、蒸镀、刻蚀、划片和封装等为基本工艺步骤来制造三维形体的微加工技术。

例如，可以通过不同的元件分别对第一、二电极施加不同的电压。例如，如图4所示，本发明的至少一个实施例提供的像素结构还可以包括与第一电极电连接的第一开关元件41和与第二电极电连接的第二开关元件42，第一开关元件41对第一电极施加的信号与第二开关元件42对第二电极施加的信号电性相反。

例如，第一开关元件41和第二开关元件42都可以为晶体管，例如薄膜晶体管，例如形成在第一基板上。例如，像素结构包括相互交叉的栅线和数据线，第一开关元件41的栅极与栅线连接，源极与数据线连接且漏极与第一电极连接；第二开关元件42也可以类似设置；并且，第一、二开关元件的源极连接不用的数据线以分别对第一、二电极施加不同的电压。

例如，如图2和图4所示，像素结构还可以包括设置于绝缘液体层331与第一基板31之间的绝缘层39。在第一基板31上设置有信号线、开关元件等结构的情况下，绝缘层39可以对这些结构进行保护。

在本发明实施例中，一方面，气体层34用于提供折射率n2，以使透明薄膜35与气体层34的交界面处发生全反射；另一方面，气体层34的体积可以随着容纳腔室30的容积的改变而改变，以实现透明薄膜35与绝缘液体层331的接触状态的改变。下面对气体层34的体积的改变方式进行详细说明。

例如，如图2所示，容纳腔室30可以设置有允许气体层34中的气体通过的气孔36；并且容纳腔室30还包括设置于气孔36与气体层34之间的过滤阻挡层37，过滤阻挡层37对气体层34中的气体的阻挡能力小于对绝缘液体层331中的液体的阻挡能力，使得气体能够通过而液体不能通过。

在本发明实施例中，容纳腔室30的容积减小时，气体层34中的气体透过过滤阻挡层37并被排放到容纳腔室30之外，当气体层34中的气体被全部排出时，由于绝缘液体层331中的液体被过滤阻挡层37阻挡(例如不能透过过滤阻挡层37)，透明薄膜35与绝缘液体层331接触并且透明薄膜35的至少部分下表面35a被绝缘液体层331包裹，如图3b所示；容纳腔室30的体积逐渐增大时，透明薄膜35与绝缘液体层331之间形成间隙并且该间隙逐渐增大，外界的气体透过气孔36和过滤阻挡层37进入容纳腔室30中以填充该间隙，从而使透明薄膜35与绝缘液体层331彼此间隔开。

例如，如图2所示，气孔36可以设置于第二基板32中并且位于透明薄膜35所在区域之外，以便于气体通过气体36。在这种情况下，例如，过滤阻挡层37可以黏贴于第二基板32。

例如，气孔36的位于第二基板32的上表面(即远离第一基板31的表面)处的开口可以暴露在空气中，在这种情况下，气体层34为空气层。空气的折射率大约为1，在这种情况下，例如，透明薄膜35的折射率大约为1.8。

除了通过设置气孔36和过滤阻挡层37的方式来改变气体层34的体积之外，还可以通过在容纳腔室中设置气体中转室的方式来改变气体层34的体积。例如，如图5所示，容纳腔室30还可以包括设置于其中的气体中转室50，该气体中转室50包括允许气体层34中的气体通过的的开口51以及设置于开口51与气体层34之间的过滤阻挡层52，过滤阻挡层52对气体层34中的气体的阻挡能力小于对绝缘液体层331中的液体的阻挡能力，使得气体能够通过而液体不能通过。在本发明实施例中，容纳腔室30的容积减小时，气体层34中的气体透过过滤阻挡层52从开口51进入气体中转室50中，由于绝缘液体层331中的液体被过滤阻挡层52阻挡(例如不能透过过滤阻挡层52)，因此绝缘液体层331的液面上升，并且绝缘液体层331在气体层34中的气体全部进入气体中转室50的情况下包裹透明薄膜35的整个下表面35a。

例如，气体中转室50的侧壁53可以采用绝缘材料制作，以避免受到上述第一、二电极之间的电场的影响。例如，气体中转室50的侧壁53可以通过光刻工艺对绝缘薄膜进行图案化处理形成；之后，将过滤阻挡层52黏贴于该侧壁53的顶端以形成气体中转室50。

例如，在采用气体中转室50的情况下，气体层34中的气体可以为空气或其它根据需要选择的气体。

例如，对于如图2和图5所示的实施例，过滤阻挡层37和52都可以为气液分离膜或防水透气膜，例如，都可以为孔径小于绝缘液体层331中的液体粒子孔径的多孔膜。例如，防水透气膜可以采用聚氨酯(PU)薄膜、热可塑性聚氨酯(TPU)薄膜或聚四氟乙烯(EPTFE)等。

例如，可以通过绝缘液体层331本身吸收入射光线，在这种情况下，绝缘液体层331为绝缘吸光液体层(液体中的吸光粒子不带电)，例如黑色吸光液体层(包括苏丹黑染料)、红色吸光液体层(包括苏丹红染料)等非白色的液体层。

例如，也可以通过吸光层33中的其它结构来吸收入射光线。例如，如图6所示，吸光层33还可以包括吸光固体层332，吸光固体层332设置于绝缘液体层331与第一基板31之间。在吸光层33包括吸光固体层332的情况下，绝缘液体层331可以是吸光的或者透光的，只要保证绝缘液体层331的折射率大于或等于透光薄膜35的折射率即可。

例如，透明薄膜35在吸光固体层332上的正投影位于吸光固体层332之内，以避免黑态下漏光。例如，吸光固体层332可以为黑色吸光固体层、红色吸光固体层等非白色的固体层。例如，吸光固体层332可以为绝缘层(可以采用有机或无机绝缘材料制作)，以对第一基板31上的开关元件、信号线等结构进行保护。

在本发明的上述任一实施例中，例如，第一、二基板可以为玻璃基板、石英基板或塑料基板等透明基板；例如，透明薄膜35的下表面可以为平面或者曲面，例如该下表面为半球面以提高反射率。

本发明的至少一个实施例还提供一种显示装置，其包括多个以上任一项实施例提供的像素结构。

例如，如图7所示，每个像素结构中的容纳腔室30包括相对设置的第一电极381和第二电极382，第一电极381、绝缘液体层331和第二电极382沿第一电极381的厚度方向依次排列；显示装置中的多个像素结构包括相邻的第一像素结构61和第二像素结构62，第一像素结构61的第二电极382和第二像素结构62的第一电极381相邻并且被施加电性相同的信号。在本发明实施例中，对相邻像素结构的相邻电极都施加正的电信号或者都施加负的电信号，可以避免相邻像素结构的相邻电极(例如第一像素结构61的第二电极382和第二像素结构62的第一电极381)之间相互吸引而影响容纳腔室的容积的改变。

例如，如图7所示，本发明的至少一个实施例提供的显示装置还包括绝缘层63，第一像素结构61的第二电极382与第一像素结构61的第一电极381通过绝缘层63彼此间隔开。通过绝缘层63将相邻像素结构的相邻电极彼此间隔开，可以避免该相邻电极之间发生短路。

本发明的至少一个实施例还提供一种以上任一实施例提供的像素结构的驱动方法。在像素结构中，如图4所示，容纳腔室30包括相对设置的第一电极(参见38a)和第二电极(参见38b)，第一电极、绝缘液体层和第二电极沿第一电极的厚度方向(图4中的水平方向)依次排列；该像素结构的驱动方法包括：分别向第一电极和第二电极分别施加电信号以改变容纳腔室30的容积。例如，分别向第一电极和第二电极施加电性相反的电信号以减小容纳腔室的容积；例如，分别向第一电极和第二电极施加电性相同的电信号以增大容纳腔室的容积。

例如，可以通过第一开关元件41对第一电极施加电信号，并且通过第二开关元件42对第二电极施加电信号，以使第一、二电极被施加的电信号的电性相反。

以上像素结构及其驱动方法和显示装置的实施例可以相互参照，重复之处不作赘述。

有以下几点需要说明：(1)本发明实施例附图中，只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；(2)附图中各结构的尺寸和形状不反映真实比例，目的只是示意性地说明本发明实施例的内容；(3)在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。