JP6354422B2 - Pressure sensor - Google Patents
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本発明は、圧力を測定する感圧センサに関するものである。 The present invention relates to a pressure-sensitive sensor that measures pressure.
可撓(フレキシブル)性を有する二枚のフィルム基材の相互間に、導電層が塗布された複数の行・列電極が交差する態様(パッシブマトリクス構造)で配置された感圧センサが知られている(例えば特許文献1参照)。この種の感圧センサは、圧力が加えられると、交差する態様で配置された導電層同士が接触し、これにより抵抗値が変化する。そして、この抵抗値の変化を検知することにより、加えられた圧力の面内分布を測定することができる。 A pressure-sensitive sensor is known in which a plurality of row / column electrodes coated with a conductive layer intersect each other (passive matrix structure) between two flexible film substrates. (For example, refer to Patent Document 1). In this type of pressure-sensitive sensor, when pressure is applied, conductive layers arranged in an intersecting manner come into contact with each other, thereby changing the resistance value. Then, by detecting this change in resistance value, the in-plane distribution of the applied pressure can be measured.
また近年、印刷プロセスで作製する薄膜トランジスタ(TFT)が注目を集めている(例えば非特許文献1参照)。ここで印刷プロセスとは、コーティングや印刷法(インクジェット、凸版、凹版、平版、孔版等)により、真空工程を用いずに半導体素子を作製する方法を指す。真空工程を多用するエレクトロニクス分野において、印刷プロセスは生産方式の革新技術として有望である。また、印刷プロセスで作製するTFTは大面積、低コスト、低環境負荷、低温形成、フレキシブルといった可能性を持っていることが注目されている。 In recent years, a thin film transistor (TFT) manufactured by a printing process has attracted attention (see, for example, Non-Patent Document 1). Here, the printing process refers to a method for producing a semiconductor element without using a vacuum process by coating or a printing method (inkjet, letterpress, intaglio, planographic, stencil, etc.). In the electronics field, which frequently uses vacuum processes, the printing process is promising as an innovative technology for production systems. In addition, it has been noticed that TFTs manufactured by a printing process have a large area, low cost, low environmental load, low temperature formation, and flexibility.
特許文献1を例とする従来の感圧センサでは、コスト的な理由や、可撓性を制限してしまう等の理由から、駆動回路ICや検出回路ICをフィルム上に実装できなかった。故にマトリクス状に形成した駆動回路及び検出回路の全配線をフィルム外部に引出し、外部回路(駆動、検出機能を有する)と接続する必要があったため、配線数の多いセンサを設計すると、接続端子や配線レイアウトのスペースが膨大となり、センサ設計の自由度を著しく低下させてしまうという問題が生じ、用途拡大の妨げとなっていた。 In the conventional pressure-sensitive sensor exemplified in Patent Document 1, the drive circuit IC and the detection circuit IC cannot be mounted on the film for reasons of cost and flexibility. Therefore, it was necessary to draw out all the wiring of the drive circuit and detection circuit formed in a matrix form to the outside of the film and connect to the external circuit (having drive and detection functions). The space for wiring layout has become enormous, causing a problem that the degree of freedom in sensor design is significantly reduced, which hinders the expansion of applications.
本発明は、マトリクス状に形成した感圧センサを構成する回路の配線数が多く、かつ設計自由度の高い感圧センサを、可撓性を制限すること無く、低コストで提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a pressure-sensitive sensor having a large number of circuit lines constituting a pressure-sensitive sensor formed in a matrix and having a high degree of freedom in design without limiting flexibility. And
本発明において、以下の特徴は単独で、若しくは、適宜組合わされて備えられている。 In the present invention, the following features are provided alone or in combination as appropriate.
上記の目的を達成するための本発明の一局面は、1つ以上のシフトレジスタを含む走査駆動回路(スキャンドライバ)が形成された第1の基材と、第1の基材が貼付実装され、走査駆動回路に接続された複数の駆動電極が積層された第2の基材(上部マトリクスフィルム)と、複数の検出電極が積層された第3の基材(下部マトリクスフィルム)と、第2の基材と第3の基材との間に積層された感圧導電材料層とを備え、第2の基材は、複数の駆動電極が形成された側の面が第3の基材に面するように配置されており、第3の基材の第1の基材に面する箇所が刳り貫かれている、感圧センサである。 One aspect of the present invention for achieving the above object is that a first substrate on which a scan driving circuit (scan driver) including one or more shift registers is formed, and the first substrate are attached and mounted. A second substrate (upper matrix film) on which a plurality of drive electrodes connected to the scanning drive circuit are stacked, a third substrate (lower matrix film) on which a plurality of detection electrodes are stacked, and a second A pressure-sensitive conductive material layer laminated between the base material and the third base material, and the second base material has a surface on which the plurality of drive electrodes are formed on the third base material. The pressure-sensitive sensor is disposed so as to face, and a portion of the third base material facing the first base material is perforated .
また、走査駆動回路(スキャンドライバ)は、複数の駆動電極から駆動電圧を印加する駆動電極を順次あるいは一括で選択でき、非選択状態の駆動電極は高インピーダンス状態で保持されてもよい。 Further, the scan drive circuit (scan driver) can sequentially or collectively select the drive electrodes to which the drive voltage is applied from the plurality of drive electrodes, and the non-selected drive electrodes may be held in a high impedance state.
また、第3の基材に貼付実装され、複数の検出電極に接続された1つ以上のシフトレジスタを有する出力選択回路が形成された第4の基材をさらに備えてもよい。 Moreover, you may further provide the 4th base material in which the output selection circuit which has the 1 or more shift register connected to the 3rd base material and was connected to the some detection electrode was formed.
また、出力選択回路(データセレクタ)は、複数の検出電極から出力電圧を検出する検出電極を順次あるいは一括で選択でき、非選択状態の検出電極は高インピーダンス状態で保持されてもよい。 Further, the output selection circuit (data selector) can select the detection electrodes for detecting the output voltage from the plurality of detection electrodes sequentially or collectively, and the non-selected detection electrodes may be held in a high impedance state.
また、第3の基材は、第4の基材が貼付実装され、かつ複数の検出電極が形成された面が第2の基材に面するように配置されており、第2の基材の第4の基材に面する箇所が刳り貫かれていてもよい。 The third base material is disposed such that the surface on which the fourth base material is pasted and mounted and the plurality of detection electrodes are formed faces the second base material. The portion facing the fourth base material may be perforated.
また、走査駆動回路、出力選択回路に含まれるシフトレジスタは、入力TFTと、転送TFTと、リセットTFTと、シャントTFTと、出力TFTとを含んでも良い。 The shift register included in the scan drive circuit and the output selection circuit may include an input TFT, a transfer TFT, a reset TFT, a shunt TFT, and an output TFT.
本発明により、マトリクス状に形成した感圧センサを構成する回路の配線数が多く、かつ設計自由度の高い感圧センサを、可撓性を制限すること無く、低コストで提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a pressure-sensitive sensor having a large number of wirings constituting a pressure-sensitive sensor formed in a matrix and having a high degree of design freedom at a low cost without limiting flexibility. .
本発明に係る感圧センサの実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。 An embodiment of a pressure sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る感圧センサの実施形態の構成を示す図である。図1の(a)は、感圧センサの初期状態と加圧状態とを示す断面図であり、図1の(b)は、感圧センサの層及びフィルムを分解した斜視図である。この感圧センサは、1つ以上のシフトレジスタを備えるスキャンドライバ6(走査駆動回路)が形成された第1の基材と、スキャンドライバ6(走査駆動回路)に接続された複数の駆動電極1とが一方の面に積層された上部マトリクスフィルム4(第2の基材)と、複数の検出電極2が積層された下部マトリクスフィルム5(第3の基材)と、上部マトリクスフィルム4と下部マトリクスフィルム5との間に積層された感圧導電材料層3とを含む。また、下部マトリクスフィルム5上に積層された第4の基材には、複数の検出電極2に接続された1つ以上のシフトレジスタを備えるデータセレクタ7(出力選択回路)がさらに形成されている。駆動電極1と検出電極2とは、上部マトリクスフィルム4と下部マトリクスフィルム5とを積層した際に、平面視において交差する態様で配置されており、感圧導電材料層3を介したそれらの交差点各々が感圧センサの配列を構成する。なお、駆動電極1およびスキャンドライバ6は、上部マトリクスフィルム4の感圧導電材料層3と向き合う面に積層されている。なお、第1乃至第4の基材は可撓性を有するフィルム基材であることが好ましい。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a pressure-sensitive sensor according to the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view showing an initial state and a pressure state of the pressure sensor, and FIG. 1B is a perspective view in which the layers and the film of the pressure sensor are disassembled. The pressure-sensitive sensor includes a first substrate on which a scan driver 6 (scan driving circuit) including one or more shift registers is formed, and a plurality of driving electrodes 1 connected to the scan driver 6 (scan driving circuit). Are laminated on one side, an upper matrix film 4 (second base material), a lower matrix film 5 (third base material) on which a plurality of
図2は、本発明に係る感圧センサの実施形態の回路構成を示す図である。スキャンドライバ6およびデータセレクタ7は、各々、TFTと薄膜キャパシタとで構成された回路であり、上部マトリクスフィルム4及び下部マトリクスフィルム5とは別のフィルム基材(第1の基材及び第4の基材)上に印刷プロセスを用いて積層して作製され、それぞれ上部マトリクスフィルム4及び下部マトリクスフィルム5に貼付実装されている。以下では、特に断らない限り、第1の基材とこれに積層されたスキャンドライバ6とを単にスキャンドライバ6と呼び、第4の基材とこれに積層されたデータセレクタ7とを単にデータセレクタ7と呼ぶ。
FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration of an embodiment of the pressure-sensitive sensor according to the present invention. Each of the
スキャンドライバ6は、各駆動電極1を順次に選択し、選択された駆動電極1に駆動電圧V2を印加する機能を有する。非選択時の駆動電極1は高インピーダンス状態に保持される。入力信号ST1,CK1+,CK1−,V1を全てLレベル電圧にすることにより、全ての駆動電極1を同時に選択することもできる。
The
データセレクタ7は、各検出電極2から出力電圧を検出する電極を順次に選択する機能を有する。非選択時の検出電極2は高インピーダンス状態に保持される。入力信号ST2,CK2+,CK2−,V1を全てLレベル電圧にすることにより、全ての検出電極を同時に選択することもできる。
The
スキャンドライバ6及びデータセレクタ7内にある静電気保護素子8は、TFTのゲート端子を浮遊端子とすることによって形成できる浮遊ゲートTFT型保護素子である。
The
本実施形態ではp型TFTを用いているが、n型を用いても良い。その場合は入出力信号の位相が反転することになる。 In this embodiment, a p-type TFT is used, but an n-type TFT may be used. In that case, the phase of the input / output signal is inverted.
図3は、スキャンドライバ6及びデータセレクタ7の貼付構造を説明する図である。スキャンドライバ6及びデータセレクタ7に余分な圧力が加わらないように、図3の(a)に示すように、下部マトリクスフィルム5は、データセレクタ7及び複数の駆動電極1が積層された面が上部マトリクスフィルム4に面するように積層されており、上部マトリクスフィルム4のデータセレクタ7に面する箇所が刳り貫かれている。また、図3の(b)に示すように、上部マトリクスフィルム4は、スキャンドライバ6及び複数の駆動電極1が積層された面が下部マトリクスフィルム5に面するように積層されており、下部マトリクスフィルム5のスキャンドライバ6に面する箇所が刳り貫かれている。
FIG. 3 is a diagram for explaining a pasting structure of the
図4は、スキャンドライバ6及びデータセレクタ7に用いるTFTの層構造を説明する図である。可撓性を有するフィルム基材9(第1の基材及び第4の基材に相当)と、ゲート電極層10と、ゲート絶縁層11と、ソース・ドレイン電極層12と、半導体層14と、半導体保護層15と、層間絶縁層16と、層間配線層17とを備える。フィルム基材を除く全ての層は凸版印刷法、反転オフセット印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法等の各種印刷方法を用いて形成することが可能である。印刷方法を用いれば真空成膜方法に比べて低温環境下で形成し易いため、フィルム等の可撓性を有する基材に形成することが容易である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the layer structure of TFTs used for the
図5は、引出し配線削減の概念を説明する図である。図5の(a)に示すように、従来技術に係る配線引出し形態では、m行n列マトリクスの場合、m+n本の配線を外部へ引出す必要があった。 FIG. 5 is a diagram for explaining the concept of lead-out wiring reduction. As shown in FIG. 5A, in the case of the wiring lead configuration according to the prior art, in the case of m rows and n columns, it is necessary to draw m + n wirings to the outside.
本実施形態に係る引出し配線は、図5の(b)に示すように、引出し配線数は10本になる(COM,V1,V2,ST1,ST2,CK1+,CK1−,CK2+,CK2−,VOUT)。この形態では、引出し配線数がm及びnに依存しないため、マトリクスのm及びnが大きくなる程、引出し配線削減効果が大きくなる。 As shown in FIG. 5B, the number of lead lines according to the present embodiment is ten (COM, V1, V2, ST1, ST2, CK1 +, CK1-, CK2 +, CK2-, VOUT). ). In this embodiment, since the number of lead wires does not depend on m and n, the effect of reducing lead wires is increased as m and n in the matrix increase.
次に、スキャンドライバ6及びデータセレクタ7の構成単位であるシフトレジスタ(1段分)について詳細に説明する。
Next, the shift register (for one stage) which is a structural unit of the
図6は、シフトレジスタ(1段分)の回路構成及び動作を説明する図である。図7は、入力信号CK+及び−の位相関係を説明した図である。シフトレジスタは、保持キャパシタ23に入力信号(電位/電荷)を注入(充電)する機能を有する入力TFT18と、次段の入力TFT18へ信号(電位/電荷)を転送する機能を有する転送TFT19と、保持キャパシタから電荷を放出(放電)する機能を有するリセットTFT20と、非選択期間(TRNがHレベルの期間)において、OFFしている転送TFT19から漏れる電荷をV1へ排出する機能を有するシャントTFT21と、選択期間(TRNがLレベルの期間)のみV2をOUTに出力し、非選択期間はOUTを高インピーダンス状態にする機能を有する出力TFT22と、入力信号(電位/電荷)を保持する機能を有する保持キャパシタ23と、TRNの電位を安定させる機能を有する安定化キャパシタ24とを備える。シャントTFT21は、転送TFT19に比べて、サイズ(チャネル幅/チャネル長)を1/10以下程度に小さく設計することが望ましい。
FIG. 6 is a diagram illustrating the circuit configuration and operation of the shift register (for one stage). FIG. 7 is a diagram illustrating the phase relationship between the input signals CK + and −. The shift register includes an
各段のシフトレジスタにはクロック信号CKが転送TFT19に、ハイレベル定電圧源V1がリセットTFT20に接続されており、CKがハイレベルのタイミングで入力信号INのローレベルパルスが入力TFT18に入力されると、INからCK半周期分遅れたローレベルパルス信号TRNを転送TFT19より出力する。TRNパルスにより出力TFT22が駆動され、ON状態になる。TRNパルスを出力した直後には、RSTパルスをリセットTFT20に入力し、ノードNAで保持していたローレベル電位をハイレベルにリセットする必要がある。
In each stage shift register, the clock signal CK is connected to the
図6の単段シフトレジスタを図2に示す様に直列多段に接続(隣接する前段OUTと後段INを接続し、さらに後段OUTを前段RSTにも接続する)し、奇数段と偶数段各々に図7に示す位相が反転しているクロック信号CK+とCK−とを接続し、初段INと終段RSTとにトリガパルス信号STを入力することにより(初段INと終段RSTとのパルスタイミングが同時になるように、総段数に応じてパルス周期を調節する必要がある)、各駆動電極及び各検出電極に順次走査パルスを印加する回路を実現できる。 The single stage shift register of FIG. 6 is connected in series in multiple stages as shown in FIG. 2 (adjacent front stage OUT and rear stage IN are connected, and rear stage OUT is also connected to front stage RST). The clock signals CK + and CK− whose phases are inverted shown in FIG. 7 are connected, and the trigger pulse signal ST is input to the first stage IN and the final stage RST (the pulse timing of the first stage IN and the final stage RST is changed). It is necessary to adjust the pulse period according to the total number of stages so as to be simultaneous), and a circuit for sequentially applying a scanning pulse to each drive electrode and each detection electrode can be realized.
図8は、スキャンドライバ6及びデータセレクタ7の入力信号CK1及びCK2のタイミングを説明した図である。なお、入力信号ST1及びST2のパルス幅は、入力信号CK1及びCK2の半周期相当が望ましい。
FIG. 8 is a diagram illustrating the timing of the input signals CK1 and CK2 of the
湿式成膜が原則である印刷プロセスでは、真空工程とフォトリソグラフィを用いる他の半導体プロセスと比較して、微細形状のパターニング制約が厳しい。従って、多数のTFTが複雑に接続する回路を作製することは比較的不向きといえる。この事情を鑑み、図6のシフトレジスタでは、必要最小限の構成素子(入力TFT18、転送TFT19、リセットTFT20、出力TFT22)に、シャントTFT21と、キャパシタを追加したシンプルな回路構成としている。
In a printing process where wet film formation is a principle, patterning restrictions on fine shapes are severer than in vacuum processes and other semiconductor processes using photolithography. Therefore, it can be said that it is relatively unsuitable to manufacture a circuit in which a large number of TFTs are connected in a complicated manner. In view of this situation, the shift register of FIG. 6 has a simple circuit configuration in which a
以上で開示した実施形態によれば、感圧センサの可撓性を損なうことなく、外部への引出配線数を削減することができ、接続端子や配線レイアウトのスペースを削減できるので、駆動電極及び検出電極の本数を増やすことが容易となる。 According to the embodiment disclosed above, the number of lead-out wirings to the outside can be reduced without impairing the flexibility of the pressure-sensitive sensor, and the space for connection terminals and wiring layout can be reduced. It becomes easy to increase the number of detection electrodes.
また、スキャンドライバ6及びデータセレクタ7を駆動電極1及び検出電極2を形成する基材とは異なる基材上にそれぞれ形成し、貼り付ける構成とするにより、感圧センサの基材(上部マトリクスフィルム4及び下部マトリクスフィルム5)のサイズに依存することなく作製できるようになり、多種多様なサイズ/形状の感圧センサ作製への対応が容易となる。
In addition, the
また、上部マトリクスフィルム4と下部マトリクスフィルム5とを貼り合せる際に、下部マトリクスフィルム5のスキャンドライバ6に面する箇所及び上部マトリクスフィルム4のデータセレクタ7に位置する箇所をそれぞれ刳り貫いておくことにより、スキャンドライバ6及びデータセレクタ7に余分な圧力をかけることがなくなり、断線等の回路破損の発生を防止することができる。
In addition, when the upper matrix film 4 and the
また、スキャンドライバ6、データセレクタ7に含まれるシフトレジスタは、入力TFTと、転送TFTと、リセットTFTと、シャントTFTと、出力TFTとを含む必要最小限の回路構成とすることにより、回路構造が複雑にならずに印刷プロセスで安価に作製することができる。
Further, the shift register included in the
本発明は、エレクトロニクス、ロボテクス、機械工学等の分野への応用が期待できる。 The present invention can be expected to be applied to fields such as electronics, robotics, and mechanical engineering.
1 駆動電極
2 検出電極
3 感圧導電材料層
4 上部マトリクスフィルム(第2の基材)
5 下部マトリクスフィルム(第3の基材)
6 スキャンドライバ(走査駆動回路)
7 データセレクタ(出力選択回路)
8 静電気保護素子(浮遊ゲートTFT型)
9 フィルム基材
10 ゲート電極層
11 ゲート絶縁層
12 ソース・ドレイン電極層
14 半導体層
15 半導体保護層
16 層間絶縁層
17 層間配線層
18 入力TFT
19 転送TFT
20 リセットTFT
21 シャントTFT
22 出力TFT
23 保持キャパシタ
24 安定化キャパシタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
5 Lower matrix film (third substrate)
6 Scan driver (scan drive circuit)
7 Data selector (output selection circuit)
8 Electrostatic protection element (floating gate TFT type)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9
19 Transfer TFT
20 Reset TFT
21 Shunt TFT
22 Output TFT
23 holding
Claims (6)
前記第1の基材が貼付実装され、前記走査駆動回路に接続された複数の駆動電極が形成された第2の基材と、
複数の検出電極が形成された第3の基材と、
前記第2の基材と前記第3の基材との間に積層された感圧導電材料層とを備え、
前記第2の基材は、前記複数の駆動電極が形成された側の面が前記第3の基材に面するように配置されており、前記第3の基材の前記第1の基材に面する箇所が刳り貫かれている、感圧センサ。 A first substrate on which a scan driving circuit including one or more shift registers is formed;
A second base material on which the first base material is pasted and mounted, and a plurality of drive electrodes connected to the scan drive circuit are formed;
A third substrate on which a plurality of detection electrodes are formed;
A pressure-sensitive conductive material layer laminated between the second base material and the third base material ;
The second base material is disposed so that a surface on which the plurality of drive electrodes are formed faces the third base material, and the first base material of the third base material A pressure-sensitive sensor that has been pierced through
前記第2の基材の前記第4の基材に面する箇所が刳り貫かれている、請求項3または4に記載の感圧センサ。 The third base material is disposed such that the fourth base material is pasted and mounted, and the surface on which the plurality of detection electrodes are formed faces the second base material,
The pressure-sensitive sensor according to claim 3 or 4, wherein a portion of the second base material facing the fourth base material is perforated.
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