像素结构、像素驱动方法、阵列基板、显示装置与流程

本发明涉及显示领域，尤其是一种像素结构、像素驱动方法、阵列基板和显示装置。

背景技术：

MEMS(Micro Electro Mechanical System，简称微机电系统)是基于(但不限于)IC工艺设计并制造、集成电子器件与机械器件于一体的微小系统，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。随着MEMS技术的发展以及MEMS技术制造成本和功耗的显著降低，基于MEMS技术的显示产品得到了迅速的发展，全球80％以上的数字影院都采用这种技术。现在，技术趋势朝着更小外形、更低功耗和更高分辨率的MEMS显示设备发展，以将任何表面转换为高清显示屏。利用MEMS微光学器件可以很好地实现光线的调制和操控，因此，基于MEMS的显示技术自上世纪80年代以来得到长足的发展，例如：基于DMD器件(Micro mirror Device,数字微镜器件)的DLP(Digital Light Procession，数字光处理)投影仪，基于GLV(Grating Light Valve，栅状光阀成像系统)技术的大型GxL激光投影仪。

IMOD技术(Interferometer Modulator，干涉仪调节器显示技术)属于反射式显示技术，即便是在阳光照射下，它也能使显示器的图像清晰锐丽。它展现色彩的过程与蝴蝶翅膀闪闪发光的原理相同；而且，基于IMOD技术的显示设备不需要背光源，相对于其它显示技术，具有显著的低功耗性能，可大幅延长设备的电池寿命。

现有的IMOD技术主要是利用两片镜面形成一个微小的谐振腔，如图1和图2中的镜片8和反射镜片9，入射光A与反射镜片9反射的反射光B在谐振腔之间形成不同波长光的驻波干涉；调整谐振腔的距离，可产生不同颜色的干涉光C。如图1所示，当左侧镜片8在入射光A与反射光B的波节点D的位置时，入射光A与反射光B形成结构性干涉，干涉光C可以通过左侧镜片8；此时，该像素点是明亮的，根据谐振腔的高度，可产生特定的色彩，形成显示。如图2所示，当左侧镜片8不在入射光A与反射光B的波节点D位置时，入射光A与反射光B形成破坏性干涉，干涉光C不能通过左侧镜片8，无法形成显示；此时，像素点将变黑。为了实现显示的灰阶，可通过空间抖动将一个子象素分成许多可独立驱动的寻址单元，通过不同寻址单元的组合，获得理想的灰度。但是这种像素点的灰度调节方式取决于寻址单元的数量，其灰度的灰阶数量有限，而且对显示器件的制造精度要求非常高。

技术实现要素：

本发明的目的旨在提供一种方便调节像素灰阶的像素结构，尤其是一种不通过预设寻址单元调节灰阶的像素结构、像素驱动方法、阵列基板、显示装置。本发明的技术方案如下：

一种像素结构，包括固定基板和可在与所述固定基板平行的平面内移动以改变入射光有效反光面积的可移动导电层，所述固定基板包括透明衬底和设于所述透明衬底上的导电隔膜，所述导电隔膜上包覆介电层；所述可移动导电层设于远离所述透明衬底的一侧；

所述可移动导电层与所述介电层之间能够形成干涉气隙，所述干涉气隙的高度为2nλ，其中，λ为该像素的颜色对应的光波波长，n为自然数。

优选地，所述可移动导电层包括柔性反射薄膜，所述柔性反射薄膜与所述介电层之间能够形成所述干涉气隙；所述可移动导电层还包括用于限定所述干涉气隙高度的刚性层。

优选地，所述导电隔膜靠近透明衬底的一面包括抗反射涂层，远离透明衬底的一面包括吸收层。

优选地，所述可移动导电层与所述介电层之间能够形成三个并列的干涉气隙，每个干涉气隙的高度不同，以使像素结构可显示出三种不同颜色。

本发明还提出一种像素驱动方法，其采用前述任一项所述的像素结构，具体包括如下步骤：

像素开启步骤：断开所述导电隔膜和可移动导电层的像素电压，所述可移动导电层与所述介电层之间形成干涉气隙；

色阶调整步骤：驱动所述可移动导电层移动预设距离，以改变所述可移动导电层的有效反光面积。

优选地，在所述色阶调整步骤之前还包括：

获取环境光信号；

所述色阶调整步骤具体为：

根据所述环境光信号，驱动所述可移动导电层移动预设距离，以改变所述可移动导电层的有效反光面积。

本发明还提出一种阵列基板，包括前述任一项所述的像素结构。

优选地，所述固定基板为透光材料，所述各像素结构的可移动导电层之间设有透光间隙。

本发明还提出一种显示装置，其包括前述任一项所述的阵列基板。

优选地，当所述固定基板为透光材料，所述各像素结构的可移动导电层之间设有透光间隙时，本显示装置还包括光感器件和可接收所述光感器件感应信号的控制器，所述控制器与所述可移动导电层的驱动电压信号连接；所述控制器根据所述感应信号输出对应的驱动所述可移动导电层移动的驱动电压，以将本显示装置调整为反射显示模式、透射显示模式或半透半反显示模式。

本发明的有益效果如下：

1、所述像素结构中的可移动导电层移动时，改变入射光的有效反光面积，从而使像素的灰阶发生变化；与现有的空间灰阶调制方式和空间与时间混合调制方式相比，减少了制造众多大小不同的寻址单元的难度；亦可与现有的灰阶调制方式结合使用，以获得更精细的灰阶范围。

2、可通过改变像素结构中所述柔性反射薄膜与介电层之间的干涉气隙高度，调整像素结构出射光的颜色，达到彩色显示的目的；亦可在一个像素结构中集成多个不同高度的干涉气隙，以分别用于显示红、绿、蓝等不同颜色，实现彩色显示的目的。

3、本发明的像素结构中的可移动导电层可被电场力驱动，以改变入射光的有效反光面积，达到控制像素结构开启和关闭的目的，易于通过MEMS微机电系统集成实现。

4、所述固定基板为透光材料时，采用本发明阵列基板的显示装置在不需要显示图像时，关闭像素，可调整为透射显示模式，以透过显示装置看到其背后的结构或物品；在需要显示图像时，所述像素结构通过干涉气隙形成相长干涉光，使阵列基板调整为反射显示模式；还可将阵列基板中的部分位置调整为透射显示模式，部分位置调整为反射显示模式，亦可将整块阵列基板调整为半透半反显示模式，美观实用。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有技术中干涉光为结构性干涉的示意图；

图2为现有技术中干涉光为破坏性干涉的示意图；

图3为本发明像素结构优选实施例的结构示意图；

图4为本发明中干涉气隙的高度产生红色像素的显示原理示意图；

图5为本发明中干涉气隙的高度产生绿色像素的显示原理示意图；

图6为本发明中干涉气隙的高度产生蓝色像素的显示原理示意图；

图7为本发明中可移动导电层的优选驱动方式实施例的模块示意图；

图8为本发明显示装置实施例中光感器件的模块连接示意图。

标号说明：固定基板1，透明衬底11，导电隔膜12，吸收层121，抗反射涂层122，介电层13，干涉气隙14，可移动导电层2，刚性层21，柔性反射薄膜22。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明提出一种像素结构的实施例，参照图3所示，包括固定基板1和可在与所述固定基板1平行的平面内移动以改变入射光A有效反光面积的可移动导电层2，所述固定基板1包括透明衬底11和设于透明衬底11上的导电隔膜12，所述导电隔膜12上包覆介电层13；所述可移动导电层2设于远离所述透明衬底11的一侧，所述可移动导电层2与所述介电层13之间能够形成干涉气隙14，所述干涉气隙14的高度为2nλ，其中，λ为该像素的颜色对应的光波波长，n为自然数。当该像素结构处于开启状态，所述可移动导电层2移动时，可改变入射光A的有效反光面积，以改变可改变像素的灰阶。所述导电隔膜12和可移动导电层2可与外部的像素电压信号连接，当所述像素电压信号断开时，所述可移动导电层2与所述介电层13之间能够形成干涉气隙14，像素结构开启；当所述像素电压信号闭合时，所述干涉气隙14消失，像素结构关闭。

所述导电隔膜12为部分反射的导电材料，介电层13为透明非导电材料。结合图3所示的光路，当入射光A从透明衬底11侧入射后，穿过透明衬底11、导电隔膜12和介电层13；若外部的像素电压信号断开，则入射光A继续穿过可移动导电层2与所述介电层13之间的干涉气隙14，并在可移动导电层2的入光侧发生反射；入射光A与反射光在干涉气隙14内发生相长干涉和相消干涉，对于波长为λ的入射光波，由于干涉气隙14的高度为2nλ，反射光波将与入射光波发生相长干涉，形成相长干涉光；该相长干涉光穿过介电层13、导电隔膜12和透明衬底11射出，形成光波波长为λ的出射光C。相消干涉光则被介电层13、导电隔膜12和透明衬底11等各层吸收；此时，像素结构为开启状态，其颜色与亮度受入射光A的波长、亮度影响，以及与干涉气隙14的高度等因素相关。

由于像素结构本身具有一定的边界，可移动导电层2亦有一定的边界，当可移动导电层2在与固定基板1平行的平面内移动时，其用于反射入射光A的有效反光面积发生变化，导致出射光C的强度变化，从而使像素的灰阶发生变化。本发明的像素结构通过可移动导电层2的移动即可改变像素的灰阶，与现有的空间灰阶调制方式和空间与时间混合调制方式相比，减少了制造众多大小不同的寻址单元的难度。

当入射光A从透明衬底11一侧入射时，若导电隔膜12与可移动导电层2为通电状态，则可移动导电层2受到静电吸引力的作用，干涉气隙14消失，入射光A无法形成相长干涉的出射光C，像素结构为闭合状态。

本发明还提出可移动导电层2的优选实施例结构，结合图3所示，所述可移动导电层2包括柔性反射薄膜22，所述柔性反射薄膜22与所述介电层13之间能够形成所述干涉气隙14；所述可移动导电层2还包括用于限定所述干涉气隙14高度的刚性层21。所述刚性层21可设于远离介电层13的一侧，以使柔性反射薄膜22位于介电层13和刚性层21之间。所述像素电压信号与所述柔性反射薄膜22连接，当所述导电隔膜12和柔性反射薄膜22的像素电压断开时，所述柔性反射薄膜22抵靠于所述刚性层21上，与所述介电层13共同限定出所述干涉气隙14；所述导电隔膜12与柔性反射薄膜22的像素电压接通时，所述柔性反射薄膜22吸附于所述介电层13上。该实施例通过刚性层21的高度限定干涉气隙14的高度，避免了柔性反射薄膜22的形状不稳定引起干涉气隙14的精度偏离，以保证干涉气隙14高度的精度与稳定性；而且可通过预设不同高度的刚性层21，可获得不同的干涉气隙14高度，以形成不同颜色的出射光C，进而形成彩色显示效果。

如图4-图6所示，可将可移动导电层2与介电层13之间的干涉气隙14高度分别预设为dR、dG、dB，且dR＝2n1λ1、dG＝2n2λ2、dB＝2n3λ3，所述λ1为红色光波波长、λ2为绿色光波波长、λ3为蓝色光波波长，n1、n2、n3为自然数，则图4-图6的光路可分别出射红色、绿色和蓝色的三色出射光。所述三种光波，可形成单色的像素，将三种颜色的像素集成为一个像素结构，可混合出多种颜色，形成彩色显示。

故本发明还提出一种像素结构，该像素结构中的可移动导电层2与所述介电层13之间能够形成三个并列的干涉气隙14，每个干涉气隙14的高度不同，以使像素结构显示出三种不同颜色，进而可合成更多颜色；最佳地，每个像素结构分别用于出射出红色光、绿色光和蓝色光，亦可根据情况设为其它颜色。

多个所述像素结构按一定规则排列设置，即可形成阵列基板，故本发明还提出一种阵列基板，包括所述的该像素结构。所述像素结构可为显示单一颜色的像素结构，亦可为多个单一颜色的像素结构组合成的可显示多种颜色的像素结构。

为保证出射光C的纯度，所述导电隔膜12的一面可涂有吸收层121，以吸收非结构性干涉的光；吸收层121可为半透明的金属或半导体层，例如由铬、钼、钛、硅、钽、钨等材料中的一种制成；也可是折射率(Η)与消光系数(K)的非零乘积的材料。所述吸收层的高度可在与之间。

透射及反射的光量取决于形成干涉气隙14的材料及周围介质的透射率、折射率、反射率等；为使尽量多的入射光A穿透导电隔膜12，可如图3所示，在导电隔膜12靠近透明衬底11的一面包括抗反射涂层122，远离透明衬底11的一面包括吸收层121；图示的导电隔膜12仅示出了吸收层121和抗反射涂层122的位置关系，并不代表导电隔膜12的实际层数和结构。所述抗反射涂层122可为氧化硅或氮化硅层。该抗反射涂层122可减少入射光的反射损失，提高入射光量，以保证出射光C的明度；还可作为钝化层，以保护内部的吸收层121。所述抗反射涂层122的高度可为

在图3所示的像素结构优选实例中，所述干涉气隙14为梯形，所述梯形的上底与腰由所述柔性反射薄膜22形成，所述梯形的下底为介电层13形成，柔性反射薄膜22与介电层13共同围成密闭或近似密封的干涉空间，以减少光损失，还可避免多个像素结构之间的光干扰。所述干涉气隙14的高度为预设出射光C的波节点的整数倍，结合微机电加工工艺与精度，所述干涉气隙14的高度可为

在本发明的像素结构实施例中，为使像素结构具有开启和关闭的状态，所述柔性反射薄膜22具有形成干涉气隙14的可变形性；为了改变柔性反射薄膜22的有效反光面积，所述柔性反射薄膜22需在与固定基板1平行的平面内移动，故柔性反射薄膜22可能存在形状或位置不稳定而导致干涉气隙14的高度不稳定的问题。在图3所示的优选实施例中，为保持干涉气隙14的高度稳定，当像素结构开启时，梯形干涉气隙14的上底与腰可均抵靠在刚性层21上，由刚性层21入光侧限定出具体形状；梯形干涉气隙14的腰与下底的结合处，或多个梯形干涉气隙14之间起连接作用的连接部可直接抵靠在介电层13上，或通过柔性反射薄膜22抵靠在介电层13上，以使图示的刚性层21与介电层13之间的高度稳定，从而保证干涉气隙14的高度稳定。所述连接部可为刚性层21的一部分，所述刚性层21可为一体成型的结构；所述抵靠指的是与其它部件接触并对其它部件造成一定的压力。当可移动导电层2中的柔性反射薄膜22或刚性层21抵靠在介电层13上，并在平行于固定基板1的平面内移动时，与介电层13之间存在移动摩擦。为减小该移动摩擦，可在所述介电层13与可移动导电层2之间设置流体润滑剂，以降低移动过程中的摩擦系数，提高各部件的移动精度与使用寿命。

根据上述各像素结构的实施例，本发明还提出一种像素驱动方法，其采用前述任一项像素结构，具体包括如下步骤：

像素开启步骤：断开所述导电隔膜12和可移动导电层2的像素电压，所述可移动导电层2与所述介电层13形成干涉气隙14；

色阶调整步骤：驱动所述可移动导电层2移动预设距离，以改变所述可移动导电层2的有效反光面积。

当像素开启时，入射光A在可移动导电层2上反射，以形成相长干涉的出射光C；可移动导电层2的反光面带有反射边界，当其移动时，部分原本入射至反射边界外的入射光A移入反射边界内，形成反射；或部分原本入射至反射边界内的入射光A移出反射边界外，无法在反射面形成反射；所以，可移动导电层2的移动导致入射光A的有效反光面积改变，反射光的光量改变，从而改变了像素结构的出射光C的灰阶效果，达到控制像素灰阶的目的。

所述色阶调整步骤与像素开启步骤的顺序可调整，即：可在像素开启之前调整好可移动导电层2的位置，亦可在像素开启之后调整可移动导电层2的位置，亦或同时进行，均不影响本发明的实施。

在本发明的另一个像素驱动方法的实施例中，其还包括：

像素闭合步骤：接通所述导电隔膜12和可移动导电层2的像素电压，以使所述可移动导电层2吸附于所述介电层13上，干涉气隙14消失，像素闭合。

当可移动导电层2包括柔性反射薄膜22和刚性层21时，接通所述导电隔膜12和柔性反射薄膜22的像素电压，柔性反射薄膜22吸附于介电层13上干涉气隙14消失，像素闭合。

所述像素闭合步骤、像素开启步骤和色阶调整步骤的顺序和持续时间可根据实际显示情况具体调整；例如：若像素需为静态常亮状态，则保持像素开启；若为单色闪烁状态，则交替实施像素闭合步骤与像素开启步骤；若为单色色阶变化状态，则在像素开启时，实施色阶调整步骤，以达到不同的显示效果。

在另一具体实施例中，在所述色阶调整步骤之前还可包括：

获取环境光信号；

所述色阶调整步骤具体为：

根据所述环境光信号，驱动所述可移动导电层2移动预设距离，以改变可移动导电层2的有效反光面积。

在本实施例中，可通过光感器件获得坏境光信号，并根据该环境光信号调整可移动导电层2的位置，以使像素的灰阶与环境光相匹配。例如在太阳光下，光感器件感应到较强的环境光信号，控制器获得该光信号后，根据光信号的强度，调整对应的驱动电压，驱动可移动导电层2移动至干涉气隙14的正上方或接近正上方，使可移动导电层2保持较大的有效反光面积，增强像素显示的灰度，使像素显示的图像在太阳光下更艳丽更清晰。

所述入射光A的入射光路采用现有IMOD入射光路即可，所述导电隔膜12和可移动导电层2的像素电压的通断，可通过单片机或硬件电路进行控制，在此均不再赘述。

本发明中驱动可移动导电层2移动的驱动结构，可由接触型的微机电部件牵引实现，亦可由非接触的场力实现。在本发明的可移动导电层2驱动结构的优选实施例中，结合图3所示，所述柔性反射薄膜22与像素电压电信号连接，以实现像素的开启与闭合；所述刚性层21可直接与驱动电压电信号连接，或与刚性层21通过其它部件带动，以驱动可移动导电层2移动。驱动刚性层21移动的驱动电路与柔性反射薄膜22的像素电压电路互相隔开，单独驱动，故在此种结构中，若所述刚性层21与驱动电路电信号连接，则其与柔性反射薄膜22之间设有还绝缘层；若刚性层21通过其它部件带动，而不直接与驱动电路电信号连接，则可不设置绝缘层，或采用绝缘材料制作刚性层21。

本发明优选采用场力实现可移动导电层2的移动，故本发明还提出一种驱动可移动导电层2移动的像素结构实施例：所述可移动导电层2的刚性层21一端为可被电场力吸引的自由端，另一端为通过弹性体固定于固定基板1上的固定端。下面以带有刚性层21的像素结构为例描述可移动导电层2的移动过程：所述自由端设有可被外部的驱动梁驱动的负载梁，当负载梁与驱动梁同时接通反向驱动电压时，驱动梁对负载梁产生静电吸引力，使负载梁带动刚性层21移动，所述弹性体逐渐存储弹性势能；当负载梁与驱动梁同时断开驱动电压时，静电吸引力消失，弹性体释放弹性势能，拉动或推动刚性层21反向移动。可预设：当负载梁与驱动梁接通最大反向驱动电压时，刚性层21内的柔性反射薄膜22的反射面积最大，为反射显示模式；当负载梁与驱动梁完全断开驱动电压时，柔性反射薄膜22的反射面积最小，无法形成反射显示模式；当然，亦可反之设置：当负载梁与驱动梁完全断开驱动电压时，柔性反射薄膜22的反射面积最大，负载梁与驱动梁施加最大驱动电压时，刚性层21内的柔性反射薄膜22的反射面积最小。当负载梁与驱动梁施加部分驱动电压时，柔性反射薄膜22的反射面积处于中间状态，为半透半反显示模式。进一步地，所述驱动梁的驱动电压可与柔性反射薄膜22的反射面积呈一定数学关系或对应关系，结合图7所示，可由一控制器根据驱动电压控制柔性反射薄膜22的反射面积，进而控制像素的灰阶。所述控制器亦可为多个信号连接的控制器，或上下位单片机，以分别用于输出驱动柔性反射薄膜22移动的驱动电压，和控制像素结构开启和闭合的像素电压。

在以上各阵列基板的实施例中，所述固定基板1可为透光材料，以使入射光A穿过，在所述各像素结构的可移动导电层2之间可设有透光间隙。在像素开启时，入射光A在干涉气隙14中形成相长干涉后射出，形成特定的像素颜色；多行多列的像素结构均开启或部分开启时，即在阵列基板上显示出特定图像，阵列基板为反射显示模式。当像素结构闭合时，入射光A无法形成相长干涉的光，则部分入射光A从可移动导电层2之间的透光间隙中穿过，以使用户可看到固定基板1背后的物品，此时阵列基板为透射显示模式。控制可移动导电层2的位置，使其反射面积很小，显示强度减弱，整个阵列基板可调整为半透半反显示模式；或将阵列基板中部分像素结构调整为反射显示模式，部分像素结构调整为透射显示模式，以使整个阵列基板成为部分为反射显示模式、部分为透射显示模式。

根据以上阵列基板，本发明还提出一种显示装置，其包括前述任一项阵列基板。所述显示装置可为显示组件、例如显示模组的零配件，也可为显示面板，例如微型显示屏，亦可为带有显示组件或显示面板的设备或产品，例如冰箱、电视、手机等。

如图8所示，显示装置还可包括光感器件和可接收所述光感器件感应信号的控制器，当固定基板1可为透光材料，以使入射光A可以穿过，且所述各像素结构的可移动导电层2之间可设有透光间隙时，所述控制器与所述可移动导电层2的驱动电压信号连接；所述控制器可根据所述感应信号输出对应的驱动电压，以驱动所述可移动导电层2移动预设的距离，以将本显示装置调整为所述反射显示模式、透射显示模式或半透半反显示模式。

本发明提供了一种新型的像素结构、像素驱动方法、阵列基板及显示装置。所述像素结构配合光感器件，还可实现根据外界光线环境，自动调节成反射显示模式，半透半反显示模式，以及透射显示模式，或根据其它控制指令调整为所述反射显示模式、透射显示模式或半透半反显示模式。根据本发明，还可设计可自由切换显示模式的产品(或显示装置)，以提高本发明的应用范围。例如，一种可切换显示模式的冰箱，局部设有本发明的显示装置，在不需要看到冰箱内部时，可将冰箱上的该显示装置调整为反射显示模式，以显示装饰画面、动态视频或作为显示器使用；需要看到冰箱内部物品时，将显示装置调整为透射显示模式，则无需开启冰箱门即以看清冰箱内部情况，改善了现有冰箱的透明门或透明窗口无法遮掩冰箱内部杂乱不堪的情况。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。