CN110347264A - 用于触觉反馈的形变单元、显示面板、及驱动电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于触觉反馈的形变单元、显示面板、及驱动电路。该用于触觉反馈的形变单元，包括基板、第一支撑件、第二支撑件、形变件、第一电极和第二电极，形变件位于第一支撑件与第二支撑件之间，平行于基板，形变件与基板之间为空气夹层；在第一电极与第二电极形成的电场的作用下，形变件发生形变，形变件采用压电材料。

Description

用于触觉反馈的形变单元、显示面板、及驱动电路

技术领域

本公开一般涉及触觉反馈技术领域，尤其涉及用于触觉反馈的形变单元、显示面板及驱动电路。

背景技术

现在越来越多的科研人员致力于触觉反馈技术的研究，研发了多种针对二维屏幕的反馈技术，主要包括如形变、静电力、振动、电刺激、压电等。触觉反馈装置根据用户手指位置为用户提供对应显示物体的有效触觉激励；渲染与生成算法通过提取显示交互界面的图像纹理，与手的交互模型进行映射得到驱动信号，并发送给触觉反馈装置生成激励完成触觉信息渲染；在实现了触觉反馈技术的基础上，再过优化触觉反馈过程完成对交互真实感提升。各种触觉反馈技术具有独特的优势和技术特点，但同时又存在一些技术上的不足，主要问题集中在无法与屏幕融合、算法复杂、硬件要求高且不易实现，这些技术缺陷影响了用户对触觉反馈技术的认可，限制触觉反馈技术在屏幕中应用。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种结构简单易于实现的触觉反馈的形变单元、显示面板及驱动电路。

第一方面，提供一种用于触觉反馈的形变单元，单元包括基板、第一支撑件、第二支撑件、形变件、第一电极和第二电极，

形变件位于第一支撑件与第二支撑件之间，平行于基板，形变件与基板之间为空气夹层；

在第一电极与第二电极形成的电场的作用下，形变件发生形变，形变件采用压电材料。

进一步，第一电极设置于第一支撑件靠近形变件的一侧；

第二电极设置于第二支撑件靠近形变件的一侧。

进一步，第一电极设置于形变件远离基板的一侧；

第二电极设置于基板靠近形变件的一侧。

第二方面、提供一种显示面板，包括基底、背板、以及形成在背板上的若干个像素单元，还包括若干个权利要求1-3任一的用于触觉反馈的形变单元；

形变单元一一对应地设置在像素单元上。

进一步，像素单元至少包括一个致电发光器件，致电发光器件包括第一电极和第二电极；

致电发光器件的第二电极作为形变单元的基板；

形变单元的第二电极与电致发光器件的第二电极连接；

形变单元的第一电极与背板连接

电致发光器件的第二电极为阴极。

第三方面、提供一种应用于显示面板的驱动电路，显示面板包括像素驱动电路，还包括驱动单元和保持单元，

驱动单元连接形变单元所在的任一电致发光器件的像素驱动电路，并与保持单元连接，当电致发光器件有效时，驱动单元将电能输入至保持单元；

保持单元，接收驱动单元发送的电能，并驱动形变单元发生形变。

进一步，驱动单元包括形变驱动晶体管，形变驱动晶体管的栅极连接电致发光器件的第一电极，第一电极连接第一电源电压，第二电极连接保持单元。

进一步，保持单元包括第一存储电容，第一存储电容的第一电极连接形变驱动晶体管的第二电极和形变单元的第一电极，第三电源电压和形变单元的第二电极。

进一步，像素驱动电路包括发光驱动晶体管、电致发光器件和第二存储电容，

发光驱动晶体管的栅极接收显示数据，第一电极与第二电源电压连接，第二电极与电致发光器件的第一电极连接；

电致发光器件的第二电极接地；

第二存储电容的第一电极与发光驱动晶体管的栅极连接，第二电极与电致发光器件的第一电极连接；

电致发光器件的第一电极与发光驱动晶体管的栅极连接。

第四方面、提供一种应用于显示面板的驱动电路，包括驱动单元、保持单元，

驱动单元接收行扫描数据和形变数据，并与保持单元连接，当行扫描信号有效时，将形变数据输入至保持单元；

保持单元，接收驱动单元的电能，并驱动形变单元发生形变。

进一步，驱动单元包括形变驱动晶体管，形变驱动晶体管的栅极连接行扫描信号，第一电极连接形变信号，第二电极连接保持单元。

进一步，保持单元包括第一存储电容，第一存储电容的第一电极连接驱动晶体管的第二电极和形变单元的第一电极，其第二电极连接第三电源电压和形变单元的第二电极。

根据本申请实施例提供的技术方案，通过采用两端固定于支撑件的形变件，该形变件与基板具有空气夹层的形变单元，提供一种压电材料作为形变件的一种触觉反馈形变单元。进一步的，根据本申请的某些实施例，通过将触觉反馈形变单元设置于每个像素单元，提供一种与显示面板融合的结构，能解决传统触觉反馈系统的电能消耗大的问题，获得节能的效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了根据本申请实施例的用于触觉反馈的形变单元的示例性结构框图；

图2示出了图1中形变件14的示例性结构框图；

图3示出了根据本申请又一实施例的用于触觉反馈的形变单元的示例性结构框图；

图4示出了图3中形变件14的示例性结构框图；

图5示出了根据本申请实施例的显示面板的示例性结构框图；

图6示出了根据本申请另一实施例的显示面板的示例性结构框图；

图7示出了根据本申请实施例的应用于显示面板的驱动电路的示例性结构框图；

图8示出了图7的驱动电路的示例性示意图；

图9示出了根据本申请另一实施例的应用于显示面板的驱动电路的示例性结果框图；

图10示出了图9的驱动电路的示例性示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，提供一种用于触觉反馈的形变单元，包括基板11、第一支撑件12、第二支撑件13、形变件14、第一电极15和第二电极16，

形变件14位于第一支撑件12与第二支撑件16之间，平行于基板11，形变件14与基板11之间为空气夹层17；

在第一电极15与第二电极16形成的电场的作用下，形变件14发生形变，形变件14采用压电材料。

本申请的基于压电材料的形变件施加电压时发生机械形变的逆压电效应的特性(如虚线部分)，应用于触觉反馈领域。此处的逆压电效应是指电介质的极化方向施加电场，电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失。这里所施加的电场为交变电场。当第一电极15与第二电极16施加不同电压形成的电场，使得形变件产生振动。通过改变电场能够调整振动频率和振动的振幅。第一电极15与第二电极16所施加的电压为频率相同的脉冲电压。需要说明的是，空气夹层17的厚度应使得形变件的振动不接触到基板11。空气夹层17的厚度具体取值，根据实际情况设定，这里不做限定。

其中，第一电极和第二电极的设置位置可以采用多种方式，可以采用水平于基板的设置，还可以采用垂直于基板的设置。如下结合图1至图4进行说明。

进一步，第一电极15设置于第一支撑件12靠近形变件14的一侧；

第二电极16设置于第二支撑件13靠近形变件14的一侧。从而通过第一电极15和第二电极16在形变件14的周围形成电场，使得形变件14发生振动。此时所采用的形变件14可采用聚偏氟乙烯，(PVDF)聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))，或者采用聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯-三氟乙烯(P(VDF-CTFE-TrFE))三元聚合物压电材料。

压电材料的机电转换是通过一定尺寸和形状的压电振子在某种特定条件些产生振动来实现的。压电振子的振动模式的种类很多。此处利用了弯曲振动模式。

如图2所示，形变件14可由两片轴向伸缩方向相反的压电振子141和压电振子142构成。压电振子141和压电振子142层叠设置，当在第一电极15和第二电极16上施加交变电压时，一个压电振子变长而另一个变短，整体将发生弯曲振动，如图1虚线所示。需要说明的是，此处的长度是形变件的长度D1。其中压电振子141和压电振子142为轴向伸缩型压电振子。轴向伸缩型振动是在压电振子的长度方向上施加交变电压时，其长度发生变化，在长度方向上发生振动。轴向伸缩振动也叫纵向伸缩振动。如图1所示采用第一电极15和第二电极16在形变件14的长度方向形成电场时，压电振子141或压电振子142的长度D2将发生变化。进一步，如图3所示，第一电极15设置于形变件14远离基板的一侧；

第二电极16设置于基板11靠近形变件14的一侧。从而通过第一电极15和第二电极16在形变件14的周围形成电场，使得形变件14发生振动。此时所采用的形变件14可采用偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))压电材料。

如图4所示，形变件14可由两片横向伸缩方向相反的压电振子143和压电振子144构成。压电振子143和压电振子144层叠设置，当在第一电极15和第二电极16上施加交变电压时，一个压电振子变长而另一个变短，整体将发生弯曲振动，如图3虚线所示。需要说明的是，此处的长度是形变件的长度D2。其中压电振子143和压电振子144为横向伸缩型压电振子。横向伸缩型振动是在压电振子的厚度方向上施加交变电压时，其长度发生变化，在长度方向上发生振动。如图3所示采用第一电极15和第二电极16在形变件14的厚度方向形成电场时，压电振子143或压电振子144的长度D2将发生变化。

本申请还公开一种显示面板，包括基底20、背板21、以及形成在背板21上的若干个像素单元22，还包括若干个本申请各实施例所提供的用于触觉反馈的形变单元；

形变单元10一一对应地设置在像素单元22上。

在电场频率相同的情况下，形变件产生相同振幅的振动时，形变单元的形变件的面积越大，第一电极15和第二电极16所施加的电压的电压差越大，成指数型增长。可以理解的是，对于相同面积的显示面板而言，采用一个形变单元所施加的电压差大于采用两个形变单元所施加的电压差之和。因此，为了获得低功耗的效果，采用多个形变单元，且形变单元的面积缩小至像素单元级。这样，减少了驱动用的电能。并且，为与像素单元共用部分驱动电路资源提供了可能。

进一步，如图5和图6所示，像素单元22至少包括一个致电发光器件23，致电发光器件23包括第一电极(图中未标出)和第二电极24；

电致发光器件的第二电极24作为形变单元的基板；

形变单元的第二电极与电致发光器件的第二电极24连接；

形变单元的第一电极与背板连接21；

电致发光器件的第二电极为阴极。

此时，形变单元的第一电极15从背板21获取所需的驱动电压。背板21设置有形变驱动电路，能够向第二电极15提供驱动电压，详见图7的说明。需要说明的是，图5和图6所示的形变单元的第一电极15与电致发光器件的阴极24之间并没有电连接，采用在电致发光器件的阴极24上设置过孔的方式，可使得形变单元的第一电极15穿过电致发光器件的阴极24。图5和图6中为了突出连接关系而简化了部分结构。

其中，图5给出的是将图1的形变单元应用于显示面板的示意图，图6给出的是将图3的形变单元应用于显示表面的示意图。需要说明的是，图6中电致发光器件的阴极24作为了形变单元的第二电极，不需单独设置形变单元的第二电极，节省了成本和工艺步骤。

如图7所示，本申请还提供一种应用于显示面板的驱动电路，显示面板包括像素驱动电路104，还包括驱动单元101和保持单元102，

驱动单元101连接形变单元所在的任一电致发光器件的像素驱动电路104，并与保持单元102连接，当电致发光器件有效时，驱动单元101将电能输入至保持单元102；

保持单元102，接收驱动单元101发送的电能，并驱动形变单元发生形变。

本实施例，以包括如图5或图6所示的RGB三个电致发光器件的像素单元的显示面板为例进行说明。形变单元的驱动电路的驱动单元101可连接RGB中的任一个电致发光器件的像素驱动电路。压电材料的形变与电压差有关，与电流无关。因此采用保持单元对压电材料进行驱动和形变姿态的保持。

进一步，如图8所示，驱动单元包括形变驱动晶体管T1，形变驱动晶体管T1的栅极连接电致发光器件的第一电极，第一电极连接第一电源电压V_H，第二电极连接保持单元。

进一步，保持单元包括第一存储电容C1，第一存储电容C1的第一电极连接形变驱动晶体管T1的第二电极和形变单元的第一电极，第二电极接地。

进一步，像素驱动电路包括发光驱动晶体管T3、电致发光器件D1和第二存储电容C2，

发光驱动晶体管T3的栅极接收显示数据Vdd，第一电极与第二电源电压V连接，第二电极与电致发光器件D1的第一电极连接；

电致发光器件D1的第二电极接地；

第二存储电容C2的第一电极与发光驱动晶体管T3的栅极连接，第二电极与电致发光器件D1的第一电极连接；

电致发光器件D1的第一电极与发光驱动晶体管T1的栅极连接。

驱动电路的工作原理如下：

形变驱动晶体管T1的栅极有效时，形变驱动晶体管T1导通，电源电压V_H向第一存储电容C1充电，并向形变单元的第一电极供电，使得压电材料发生相应的形变。需要说明的是，当该像素单元的行扫描信号有效时，显示数据才接入至发光驱动晶体管T3的栅极。可见，形变单元的驱动电路与像素驱动电路共用部分电路时，不仅简化了电路复杂度，且获得了随显示数据发生形变的效果。

如图9所示，本申请还提供一种应用于显示面板的驱动电路，包括驱动单元201、保持单元202，

驱动单元201接收行扫描数据Gate和形变数据Data，并与保持单元202连接，在行扫描信号Gate有效时，将形变数据Data输入至保持单元202；

保持单元202，接收驱动单元201的电能，并驱动形变单元发生形变。

该驱动电路单独工作，需要单独设置行扫描信号Gate、形变数据Data。

如图10所示，进一步，驱动单元包括形变驱动晶体管T1，形变驱动晶体管的栅极连接行扫描信号Gate，第一电极连接形变信号Data，第二电极连接保持单元。

进一步，保持单元包括第一存储电容C1，第一存储电容C1的第一电极连接驱动晶体管T1的第二电极和形变单元的第一电极，其第二电极接地。

驱动电路的工作原理如下：

行扫描信号Gate有效时，形变驱动晶体管T1导通，形变数据Data向第一存储电容C1充电，并向形变单元的第一电极输出电压Vout，使得发生相应的形变。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (12)

1.一种用于触觉反馈的形变单元，其特征在于，所述单元包括基板、第一支撑件、第二支撑件、形变件、第一电极和第二电极，

所述形变件位于所述第一支撑件与所述第二支撑件之间，平行于所述基板，所述形变件与所述基板之间为空气夹层；

在所述第一电极与第二电极形成的电场的作用下，所述形变件发生形变，所述形变件采用压电材料。

2.根据权利要求1所述的用于触觉反馈的形变单元，其特征在于，

所述第一电极设置于所述第一支撑件靠近所述形变件的一侧；

所述第二电极设置于所述第二支撑件靠近所述形变件的一侧。

3.根据权利要求1所述的用于触觉反馈的形变单元，其特征在于，

所述第一电极设置于所述形变件远离所述基板的一侧；

所述第二电极设置于所述基板靠近所述形变件的一侧。

4.一种显示面板，包括基底、背板、以及形成在所述背板上的若干个像素单元，其特征在于，还包括若干个权利要求1-3任一所述的用于触觉反馈的形变单元；

所述形变单元一一对应地设置在所述像素单元上。

5.根据权利要求4的所述显示面板，其特征在于，

所述像素单元至少包括一个致电发光器件，所述致电发光器件包括第一电极和第二电极；

所述电致发光器件的第二电极作为所述形变单元的基板；

所述形变单元的第二电极与所述电致发光器件的第二电极连接；

所述形变单元的第一电极与所述背板连接

所述电致发光器件的第二电极为阴极。

6.一种应用于显示面板的驱动电路，所述显示面板包括像素驱动电路，其特征在于，还包括驱动单元和保持单元，

所述驱动单元连接所述形变单元所在的任一电致发光器件的像素驱动电路，并与所述保持单元连接，当所述电致发光器件有效时，所述驱动单元将电能输入至保持单元；

所述保持单元，接收驱动单元发送的电能，并驱动形变单元发生形变。

7.根据权利要求6所述的应用于显示面板的驱动电路，其特征在于，

所述驱动单元包括形变驱动晶体管，所述形变驱动晶体管的栅极连接所述电致发光器件的第一电极，第一电极连接第一电源电压，第二电极连接所述保持单元。

8.根据权利要求6所述的应用于显示面板的驱动电路，其特征在于，所述保持单元包括第一存储电容，所述第一存储电容的第一电极连接所述形变驱动晶体管的第二电极和所述形变单元的第一电极，第二电极接地。

9.根据权利要求7所述的应用于显示面板的驱动电路，其特征在于，所述像素驱动电路包括发光驱动晶体管、电致发光器件和第二存储电容，

所述发光驱动晶体管的栅极接收显示数据，第一电极与第二电源电压连接，第二电极与电致发光器件的第一电极连接；

所述电致发光器件的第二电极接地；

所述第二存储电容的第一电极与所述发光驱动晶体管的栅极连接，第二电极与电致发光器件的第一电极连接；

所述电致发光器件的第一电极与所述发光驱动晶体管的栅极连接。

10.一种应用于显示面板的驱动电路，其特征在于，包括驱动单元、保持单元，

所述驱动单元接收行扫描数据和形变数据，并与所述保持单元连接，当所述行扫描信号有效时，将形变数据输入至保持单元；

所述保持单元，接收驱动单元的电能，并驱动形变单元发生形变。

11.根据权利要求10所述的应用于显示面板的驱动电路，其特征在于，

所述驱动单元包括形变驱动晶体管，所述形变驱动晶体管的栅极连接所述行扫描信号，第一电极连接形变信号，第二电极连接所述保持单元。

12.根据权利要求10所述的应用于显示面板的驱动电路，其特征在于，所述保持单元包括第一存储电容，所述第一存储电容的第一电极连接所述驱动晶体管的第二电极和所述形变单元的第一电极，其第二电极接地。