JP2014010452A - ハプティック表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型化、薄型化および柔軟化が可能なハプティック表示装置を提供する。
【解決手段】ハプティック表示装置は、基板と、基板上に形成されており、スキャン信号を伝達する複数のスキャン線121と、スキャン線121と絶縁されて交差しており、データ信号を伝達する複数のデータ線171と、スキャン線121またはデータ線171と絶縁され、ハプティック信号を伝達する複数のハプティック制御線410と、スキャン線121およびデータ線171に連結されており、行列形態に配列された複数の画素内にそれぞれ形成されている薄膜トランジスタ50と、薄膜トランジスタ50に連結されている第1電極190と、第1電極190に対向している第2電極270と、第1電極190と第2電極270との間に形成されている光調整部材とを含む。
【選択図】図1

Description

本発明は、ハプティック表示装置に関するものである。
表示装置(Display Device)には、液晶表示装置(Liquid Crystal Display)、プラズマ表示装置(Plasma Display Device)、有機発光表示装置(Organic Light Emitting Diode Display)などの平らで厚さの薄い薄型の表示装置がある。
このような表示装置のユーザインタフェースを提供するために視覚的または聴覚的信号を用いてきたが、最近は、ユーザインタフェースを向上させるために、ハプティック(haptic)として知られている触覚性フィードバックが研究されている。ハプティックとは、物体に触る時、人の指先に感じられる触覚性感覚であって、肌が物体の表面に当たって感じる触感フィードバックと、関節や筋肉の動きが妨げられる時に感じられる運動感覚性フィードバック(kinesthetic feedback)とを包括する概念である。このようなハプティック効果を提供するためには、振動素子のようなハプティックアクチュエータ(haptic actuator)が追加的に内蔵され、別の装着空間が確保されなければならない。特に、小型化および薄型化が切実なモバイル機器の場合には、ハプティックアクチュエータの装着空間が制限され、表示装置の体積および重量が増加する問題があった。また、フレキシブル(Flexible)表示装置に適用する場合、硬いハプティックアクチュエータによって表示装置が曲がりにくくなる。
本発明は、上述した背景技術の問題を解決するためのものであって、小型化、薄型化および柔軟化が可能なハプティック表示装置に関するものである。
本発明の一実施形態にかかるハプティック表示装置は、基板と、前記基板上に形成されており、スキャン信号を伝達する複数のスキャン線と、前記スキャン線と絶縁されて交差しており、データ信号を伝達する複数のデータ線と、前記スキャン線またはデータ線と絶縁され、ハプティック信号を伝達する複数のハプティック制御線と、前記スキャン線およびデータ線に連結されており、行列形態に配列された複数の画素内にそれぞれ形成されている薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに連結されている第1電極と、前記第1電極に対向している第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に形成されている光調整部材とを含むことができる。
前記ハプティック制御線は、前記第1電極と同層に形成されていてよい。
前記ハプティック制御線は、前記データ線と平行に形成されていてよい。
前記スキャン線と前記ハプティック制御線との交差部にはハプティック部材が形成されていてよい。
前記ハプティック制御線は、前記データ線と同数で形成されるか、前記データ線より少ない数で形成され得る。
前記ハプティック制御線と前記第2電極との間にハプティック部材が形成され得る。
前記ハプティック制御線は、前記スキャン線と平行に形成されており、前記データ線と前記ハプティック制御線との交差部にはハプティック部材が形成されていてよい。
前記ハプティック制御線は、前記スキャン線と同数で形成されるか、前記ハプティック制御線は、前記スキャン線より少ない数で形成され得る。
前記ハプティック制御線と前記第2電極との間にハプティック部材が形成されていてよい。
前記ハプティック制御線は、前記スキャン線と同層に形成されていてよく、前記ハプティック制御線は、前記スキャン線と平行に形成されていてよいし、前記ハプティック制御線と前記データ線との間にハプティック部材が形成されていてよい。
前記ハプティック制御線と前記第1電極との間にハプティック部材が形成されていてよく、前記ハプティック制御線と前記第2電極との間にハプティック部材が形成されていてよい。
前記ハプティック制御線は、前記データ線と同層に形成されており、前記ハプティック制御線は、前記データ線と平行に形成されており、前記スキャン線と前記ハプティック制御線との間にハプティック部材が形成されていてよい。
前記ハプティック制御線と前記第1電極との間にハプティック部材が形成されるか、前記ハプティック制御線と前記第2電極との間にハプティック部材が形成されていてよい。
また、本発明の他の実施形態にかかるハプティック表示装置は、基板と、前記基板上に形成されており、スキャン信号を伝達する複数のスキャン線と、前記スキャン線と絶縁されて交差しており、データ信号を伝達する複数のデータ線と、前記スキャン線と絶縁されて交差しており、駆動電圧を伝達する複数の駆動電圧線と、前記スキャン線またはデータ線と絶縁されて交差し、ハプティック信号を伝達する複数のハプティック制御線と、前記スキャン線およびデータ線に連結されているスイッチング薄膜トランジスタと、前記スイッチング薄膜トランジスタおよび前記駆動電圧線に連結されている駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタに連結されている第1電極と、前記第1電極上に形成されている有機発光素子と、前記有機発光素子上に形成されている第2電極とを含むことができる。
前記ハプティック制御線は、前記第1電極と同層に形成されており、前記ハプティック制御線は、前記データ線と平行に形成されており、前記スキャン線と前記ハプティック制御線との交差部にはハプティック部材が形成されていてよい。
本発明によれば、ハプティック表示装置の内部にハプティック制御線およびハプティック部材を形成することにより、ハプティック表示装置の小型化および薄型化が可能である。
また、別のハプティックアクチュエータを必要としないため、フレキシブル表示装置にも適用可能である。
さらに、ハプティック部材を画素の数だけ形成できるため、ハプティックの解像度が向上する。
本発明の第1実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図である。 図1のハプティック表示装置をII−II線に沿って切断した断面図である。 本発明の第2実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図である。 本発明の第3実施形態にかかるハプティック表示装置を図1のII−II線に沿って切断した断面図である。 本発明の第4実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図である。 図5のハプティック表示装置をVI−VI線に沿って切断した断面図である。 本発明の第5実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図である。 本発明の第6実施形態にかかるハプティック表示装置を図5のVI−VI線に沿って切断した断面図である。 本発明の第7実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図である。 図9のハプティック表示装置をX−X線に沿って切断した断面図である。 本発明の第8実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図である。 図11のハプティック表示装置をXII−XII線に沿って切断した断面図である。 本発明の第9実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図である。 図13のハプティック表示装置をXIV−XIV線に沿って切断した断面図である。 本発明の第10実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図である。 図15のハプティック表示装置をXVI−XVI線に沿って切断した断面図である。 本発明の第11実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図である。 図17のハプティック表示装置をXVIII−XVIII線に沿って切断した断面図である。 本発明の第12実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図である。 図19のハプティック表示装置をXX−XX線に沿って切断した断面図である。 本発明の第13実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図である。 図21のハプティック表示装置をXXII−XXII線に沿って切断した断面図である。 図21のハプティック表示装置をXXIII−XXIII線に沿って切断した断面図である。 本発明の第14実施形態にかかるハプティック表示装置の1画素の等価回路図である。 本発明の第14実施形態にかかるハプティック表示装置の1画素における複数の薄膜トランジスタおよびキャパシタの位置を概略的に示す図である。 本発明の第14実施形態にかかるハプティック表示装置の画素の配置図である。 図26のハプティック表示装置をXXVII−XXVII線に沿って切断した断面図である。 図26のハプティック表示装置をXXVIII−XXVIII線に沿って切断した断面図である。
以下、添付した図面を参考にして、本発明の様々な実施形態について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は、種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。
本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付す。
また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図示したものに限定されない。
図面において、様々な層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして、図面において、説明の便宜のために、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。層、膜、領域、板などの部分が他の部分「の上に」または「上に」あるとする時、これは、他の部分の「直上に」にある場合のみならず、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。
以下、本発明の第1実施形態にかかるハプティック表示装置について、図1および図2を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の第1実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図であり、図2は、図1のハプティック表示装置をII−II線に沿って切断した断面図である。
図1および図2に示すように、本発明の第1実施形態にかかるハプティック表示装置は、基板110と、基板110上に形成されており、スキャン信号を伝達する複数のスキャン線121と、スキャン線121と絶縁されて交差しており、データ信号を伝達する複数のデータ線171と、ハプティック信号を伝達する複数のハプティック制御線410と、スキャン線121およびデータ線171に連結されている薄膜トランジスタ50と、薄膜トランジスタ50に連結されている第1電極190と、第1電極190に対向している第2電極270とを含む。
基板110は、ガラス、石英、セラミック、プラスチックなどからなる絶縁性基板として形成され得る。
スキャン線121は、行方向に沿って長く延びており、基板110とスキャン線121との間には別のバッファ層(図示せず)を形成し、不純元素の浸透を防止し表面を平坦化することができ、窒化ケイ素(SiNx)、酸化ケイ素(SiO)、酸窒化ケイ素(SiOxNy)などで形成され得る。
スキャン線121とデータ線171との間には、スキャン線121とデータ線171とを互いに絶縁させる層間絶縁膜160が形成されており、層間絶縁膜160は、窒化ケイ素(SiNx)、酸化ケイ素(SiO)などで形成され得る。
データ線171は、スキャン線121に垂直な列方向に沿って長く延びており、データ線171上には保護膜180が形成されている。
薄膜トランジスタ50は、行列形態に配列された複数の画素内にそれぞれ形成されており、別の半導体層(図示せず)と、スキャン線121に連結されたゲート電極と、データ線171に連結されたソース電極およびドレイン電極とからなる。
半導体層は、ポリシリコンまたは酸化物半導体からなり得る。酸化物半導体は、チタン(Ti)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、ゲルマニウム(Ge)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、スズ(Sn)またはインジウム(In)を基本とする酸化物、これらの複合酸化物である酸化亜鉛(ZnO)、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物(InGaZnO)、インジウム−亜鉛酸化物(Zn−In−O)、亜鉛−スズ酸化物(Zn−Sn−O)、インジウム−ガリウム酸化物(In−Ga−O)、インジウム−スズ酸化物(In−Sn−O)、インジウム−ジルコニウム酸化物(In−Zr−O)、インジウム−ジルコニウム−亜鉛酸化物(In−Zr−Zn−O)、インジウム−ジルコニウム−スズ酸化物(In−Zr−Sn−O)、インジウム−ジルコニウム−ガリウム酸化物(In−Zr−Ga−O)、インジウム−アルミニウム酸化物(In−Al−O)、インジウム−亜鉛−アルミニウム酸化物(In−Zn−Al−O)、インジウム−スズ−アルミニウム酸化物(In−Sn−Al−O)、インジウム−アルミニウム−ガリウム酸化物(In−Al−Ga−O)、インジウム−タンタル酸化物(In−Ta−O)、インジウム−タンタル−亜鉛酸化物(In−Ta−Zn−O)、インジウム−タンタル−スズ酸化物(In−Ta−Sn−O)、インジウム−タンタル−ガリウム酸化物(In−Ta−Ga−O)、インジウム−ゲルマニウム酸化物(In−Ge−O)、インジウム−ゲルマニウム−亜鉛酸化物(In−Ge−Zn−O)、インジウム−ゲルマニウム−スズ酸化物(In−Ge−Sn−O)、インジウム−ゲルマニウム−ガリウム酸化物(In−Ge−Ga−O)、チタン−インジウム−亜鉛酸化物(Ti−In−Zn−O)、ハフニウム−インジウム−亜鉛酸化物(Hf−In−Zn−O)のうちのいずれか1つを含むことができる。半導体層が酸化物半導体からなる場合には、高温などの外部環境に脆弱な酸化物半導体を保護するために、別の保護層が追加可能である。
第1電極190は、保護膜180上に形成されており、第1電極190の周縁に隣接して第1電極190を露出する隔壁350が形成されており、第1電極190と第2電極270との間には、液晶層、有機発光層などの光調整部材300が形成され得る。
ハプティック制御線410は、スキャン線121と絶縁され、第1電極190と同層に形成されており、データ線171と平行に形成されている。
行方向のスキャン線121と列方向のハプティック制御線410との交差部にはハプティック部材510が形成されている。ハプティック部材510は、スキャン線121とハプティック制御線410との間に形成されており、スキャン線121とハプティック制御線410との間の層間絶縁膜160および保護膜180にそれぞれ形成されたハプティック口161、181にハプティック部材510が満たされている。ハプティック制御線410は、データ線171と同数で形成されているため、ハプティック部材510は、画素の数と同数で形成され得る。このようなハプティック部材510は、インクジェットプリンティング装置でハプティック部材510を基板に直接載せて硬化させるインクジェットプリンティング工程により、数μmの大きさに形成することができる。
ハプティック部材510は、電気活性高分子(Electro Active Polymer、EAP)、ピエゾ(Piezo)物質を含み、電位差により物理的膨張収縮が可能な物質である。ハプティック部材510としては、ポリビニリデンフルオライド(Polyvinylidene fluoride、PVDF)、ポリジメチルシロキサン(Polydimethyl siloxan、PDMS)、ポリビニリデンフルオライド−コ−トリフルオロエチレン(Polyvinylidene fluoride−co−trifluoroethylene、PVFT)などがその例である。
ハプティック部材510に使用されるピエゾ物質は、バイエル社のvivi touch、3M社のVHB4910などを含み、3M社のVHB4910は、アクリルエラストマー(Acrylic elastomer)に相当する。
ハプティック部材510の下部に位置するスキャン線121とハプティック部材510の上部に位置するハプティック制御線410との間に電位差が発生した場合、ハプティック部材510をなす電気活性高分子の分極によって生成されるクーロン力によりハプティック部材510の高さが変形し、ハプティック部材510の高さの変形を利用してハプティック振動を生成する。
このように、表示装置の内部にハプティック制御線410およびハプティック部材510を形成することにより、別のハプティックアクチュエータを必要としないため、ハプティック表示装置の小型化および薄型化が可能で、フレキシブル表示装置にも適用可能である。
また、ハプティック部材510を画素の数だけ形成可能なため、ハプティック解像度を向上させることができる。
前記第1実施形態では、別のハプティック制御線410を形成したが、別のハプティック制御線410を形成せずにスキャン線121またはデータ線171をハプティック制御線として用いることができ、この場合には、ハプティック振動を発生させるための電圧差生成のために別の基準電極線が設置され得る。
一方、前記第1実施形態では、ハプティック制御線410は、データ線171と同数で形成されているが、ハプティック制御線410は、データ線171より少ない数で形成される第2実施形態も可能である。
以下、図3を参照して、本発明の第2実施形態にかかるハプティック表示装置について詳細に説明する。
図3は、本発明の第2実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図である。
第2実施形態は、図1および図2に示された第1実施形態と比較して、ハプティック制御線の数だけを除いて実質的に同一であるので、繰り返しの説明は省略する。
図3に示すように、本発明の第2実施形態にかかるハプティック表示装置のハプティック制御線410は、データ線171より少ない数で形成され得る。図3に示されたハプティック制御線410は、2つのデータ線171ごとに1つずつ形成されている。したがって、ハプティック制御線410とスキャン線121との交差部に形成されるハプティック部材510の数も第1実施形態より少なくなる。ハプティック部材510による振動は指などの触覚を通して認知することになるため、指の大きさより非常に小さい大きさのハプティック部材510がすべての画素ごとに形成されずに一部の画素にのみ形成されても、指などはハプティック振動を十分に認知することができる。
一方、前記第1実施形態では、スキャン線121とハプティック制御線410との間にハプティック部材510が形成されているが、ハプティック制御線410と第2電極270との間にハプティック部材510が形成される第3実施形態も可能である。
以下、図4を参照して、本発明の第3実施形態にかかるハプティック表示装置について詳細に説明する。
図4は、本発明の第3実施形態にかかるハプティック表示装置を図1のII−II線に沿って切断した断面図である。
第3実施形態は、図1および図2に示された第1実施形態と比較して、ハプティック部材の位置だけを除いて実質的に同一であるので、繰り返しの説明は省略する。
図4に示すように、本発明の第3実施形態にかかるハプティック表示装置のハプティック部材510は、ハプティック制御線410と第2電極270との間に形成されており、ハプティック制御線410と第2電極270との間の隔壁350に形成されたハプティック口352にハプティック部材510が満たされている。ハプティック制御線410は、データ線171と同数で形成されているため、ハプティック部材510は、画素の数と同数で形成され得る。
ハプティック制御線410にハプティック信号が印加され、ハプティック部材510の下部に位置するハプティック制御線410とハプティック部材510の上部に位置する第2電極270との間に電位差が発生した場合、ハプティック部材510をなす電気活性高分子の分極によって生成されるクーロン力によりハプティック部材510の高さが変形し、ハプティック部材510の高さの変形を利用してハプティック振動を生成する。
一方、前記第1実施形態では、ハプティック制御線がデータ線と平行に形成されているが、ハプティック制御線がスキャン線と平行に形成される第4実施形態も可能である。
以下、図5を参照して、本発明の第4実施形態にかかるハプティック表示装置について詳細に説明する。
図5は、本発明の第4実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図であり、図6は、図5のハプティック表示装置をVI−VI線に沿って切断した断面図である。
第4実施形態は、図1および図2に示された第1実施形態と比較して、ハプティック制御線だけを除いて実質的に同一であるので、繰り返しの説明は省略する。
図5および図6に示すように、本発明の第4実施形態にかかるハプティック表示装置のハプティック制御線420は、データ線171と絶縁されて第1電極190と同層に形成されており、スキャン線121と平行に形成されている。
列方向のデータ線171と行方向のハプティック制御線420との交差部にはハプティック部材520が形成されている。ハプティック部材520は、データ線171とハプティック制御線420との間に形成されており、データ線171とハプティック制御線420との間の保護膜180に形成されたハプティック口181にハプティック部材520が満たされている。ハプティック制御線420は、スキャン線121と同数で形成されているため、ハプティック部材520は、画素の数と同数で形成され得る。
ハプティック制御線420にハプティック信号が印加され、ハプティック部材520の下部に位置するデータ線171とハプティック部材520の上部に位置するハプティック制御線420との間に電位差が発生した場合、ハプティック部材520をなす電気活性高分子の分極によって生成されるクーロン力によりハプティック部材520の高さが変形し、ハプティック部材520の高さの変形を利用してハプティック振動を生成する。
一方、前記第4実施形態では、ハプティック制御線は、スキャン線と同数で形成されているが、ハプティック制御線は、スキャン線より少ない数で形成される第5実施形態も可能である。
図7は、本発明の第5実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図である。
第5実施形態は、図5および図6に示された第4実施形態と比較して、ハプティック制御線の数だけを除いて実質的に同一であるので、繰り返しの説明は省略する。
図7に示すように、本発明の第5実施形態にかかるハプティック表示装置のハプティック制御線420は、スキャン線121より少ない数で形成され得る。図7に示されたハプティック制御線420は、2つのスキャン線121ごとに1つずつ形成されている。したがって、ハプティック制御線420とスキャン線121との交差部に形成されるハプティック部材520の数も第4実施形態より少なくなる。ハプティック部材520による振動は指などの触覚を通して認知することになるため、指の大きさより非常に小さい大きさのハプティック部材520がすべての画素ごとに形成されずに一部の画素にのみ形成されても、指などはハプティック振動を十分に認知することができる。
一方、前記第4実施形態では、データ線171とハプティック制御線420との間にハプティック部材520が形成されているが、ハプティック制御線420と第2電極270との間にハプティック部材520が形成される第6実施形態も可能である。
図8は、本発明の第6実施形態にかかるハプティック表示装置を図5のVI−VI線に沿って切断した断面図である。
第6実施形態は、図5および図6に示された第4実施形態と比較して、ハプティック部材の位置だけを除いて実質的に同一であるので、繰り返しの説明は省略する。
図8に示すように、本発明の第6実施形態にかかるハプティック表示装置のハプティック部材520は、第1電極190と同層に形成されたハプティック制御線420と第2電極270との間に形成されており、ハプティック制御線420と第2電極270との間の隔壁350に形成されたハプティック口352にハプティック部材520が満たされている。
ハプティック制御線420にハプティック信号が印加され、ハプティック部材520の下部に位置するハプティック制御線420とハプティック部材520の上部に位置する第2電極270との間に電位差が発生した場合、ハプティック部材520の高さが変形し、ハプティック振動を生成する。
一方、前記第4実施形態では、ハプティック制御線が第1電極と同層に形成されるが、ハプティック制御線がスキャン線と同層に形成される第7実施形態も可能である。
図9は、本発明の第7実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図であり、図10は、図9のハプティック表示装置をX−X線に沿って切断した断面図である。
第7実施形態は、図5および図6に示された第4実施形態と比較して、ハプティック制御線の位置だけを除いて実質的に同一であるので、繰り返しの説明は省略する。
図9および図10に示すように、本発明の第7実施形態にかかるハプティック表示装置のハプティック制御線430は、データ線171と絶縁されてスキャン線121と同層に形成されており、スキャン線121と平行に形成されている。
列方向のデータ線171と行方向のハプティック制御線430との交差部にはハプティック部材531が形成されている。ハプティック部材531は、データ線171とハプティック制御線430との間に形成されており、データ線171とハプティック制御線430との間の層間絶縁膜160に形成されたハプティック口161にハプティック部材531が満たされている。ハプティック制御線430は、スキャン線121と同数で形成されるか、スキャン線121より少ない数で形成され得る。
ハプティック制御線430にハプティック信号が印加され、ハプティック部材531の下部に位置するハプティック制御線430とハプティック部材531の上部に位置するデータ線171との間に電位差が発生した場合、ハプティック部材531をなす電気活性高分子の分極によって生成されるクーロン力によりハプティック部材531の高さが変形し、ハプティック部材531の高さの変形を利用してハプティック振動を生成する。
一方、前記第7実施形態では、ハプティック部材は、ハプティック制御線とデータ線との間に形成されるが、ハプティック部材がハプティック制御線と第2電極との間またはハプティック制御線と第1電極との間にそれぞれ形成される第8実施形態および第9実施形態も可能である。
図11は、本発明の第8実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図であり、図12は、図11のハプティック表示装置をXII−XII線に沿って切断した断面図であり、図13は、本発明の第9実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図であり、図14は、図13のハプティック表示装置をXIV−XIV線に沿って切断した断面図である。
第8実施形態および第9実施形態は、図9および図10に示された第7実施形態と比較して、ハプティック部材の位置だけを除いて実質的に同一であるので、繰り返しの説明は省略する。
図11および図12に示すように、本発明の第8実施形態にかかるハプティック表示装置のハプティック制御線430は、データ線171と絶縁されてスキャン線121と同層に形成されており、スキャン線121と平行に形成されている。
ハプティック部材532は、ハプティック制御線430と第2電極270との間に形成されており、ハプティック制御線430と第2電極270との間の層間絶縁膜160、保護膜180および隔壁350にそれぞれ形成されたハプティック口161、181、352にハプティック部材532が満たされている。ハプティック制御線430は、スキャン線121と同数で形成されるか、スキャン線121より少ない数で形成され得る。
また、図13および図14に示すように、本発明の第9実施形態にかかるハプティック表示装置のハプティック部材533は、ハプティック制御線430と第1電極190との間に形成されており、ハプティック制御線430と第1電極190との間の層間絶縁膜160および保護膜180にそれぞれ形成されたハプティック口161、181にハプティック部材533が満たされている。ハプティック制御線430は、スキャン線121と同数で形成されるか、スキャン線121より少ない数で形成され得る。
一方、前記第1実施形態では、ハプティック制御線が第1電極と同層に形成されるが、ハプティック制御線がデータ線と同層に形成される第10実施形態も可能である。
図15は、本発明の第10実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図であり、図16は、図15のハプティック表示装置をXVI−XVI線に沿って切断した断面図である。
第10実施形態は、図1および図2に示された第1実施形態と比較して、ハプティック制御線の位置だけを除いて実質的に同一であるので、繰り返しの説明は省略する。
図15および図16に示すように、本発明の第10実施形態にかかるハプティック表示装置のハプティック制御線440は、スキャン線121と絶縁されてデータ線171と同層に形成されており、データ線171に隣接して平行に形成されている。
行方向のスキャン線121と列方向のハプティック制御線440との交差部にはハプティック部材541が形成されている。ハプティック部材541は、スキャン線121とハプティック制御線440との間に形成されており、スキャン線121とハプティック制御線440との間の層間絶縁膜160に形成されたハプティック口161にハプティック部材541が満たされている。ハプティック制御線440は、データ線171と同数で形成されるか、データ線171より少ない数で形成され得る。
一方、前記第10実施形態では、ハプティック部材がスキャン線とハプティック制御線との間に形成されるが、ハプティック部材がハプティック制御線と第2電極との間またはハプティック制御線と第1電極との間にそれぞれ形成される第11実施形態および第12実施形態も可能である。
図17は、本発明の第11実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図であり、図18は、図17のハプティック表示装置をXVIII−XVIII線に沿って切断した断面図であり、図19は、本発明の第12実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図であり、図20は、図19のハプティック表示装置をXX−XX線に沿って切断した断面図である。
第11実施形態および第12実施形態は、図15および図16に示された第10実施形態と比較して、ハプティック部材の位置だけを除いて実質的に同一であるので、繰り返しの説明は省略する。
図17および図18に示すように、本発明の第11実施形態にかかるハプティック表示装置のハプティック制御線440は、スキャン線121と絶縁されてデータ線171と同層に形成されており、データ線171に隣接して平行に形成されている。
ハプティック部材542は、ハプティック制御線440と第2電極270との間に形成されており、ハプティック制御線440と第2電極270との間の保護膜180および隔壁350にそれぞれ形成されたハプティック口181、352にハプティック部材542が満たされている。ハプティック制御線440は、データ線171と同数で形成されるか、データ線171より少ない数で形成され得る。
また、図19および図20に示すように、本発明の第12実施形態にかかるハプティック表示装置のハプティック部材543は、ハプティック制御線440と第1電極190との間に形成されており、ハプティック制御線440と第1電極190との間の保護膜180に形成されたハプティック口181にハプティック部材543が満たされている。ハプティック制御線440は、データ線171と同数で形成されるか、データ線171より少ない数で形成され得る。
一方、以上では、ハプティック表示装置の概略的な構造に適用されるハプティック制御線およびハプティック部材に関する実施形態について説明したが、以下、有機発光表示装置に適用された第13実施形態にかかるハプティック表示装置について具体的に説明する。
図21は、本発明の第13実施形態にかかるハプティック表示装置の配置図であり、図22は、図21のハプティック表示装置をXXII−XXII線に沿って切断した断面図であり、図23は、図21のハプティック表示装置をXXIII−XXIII線に沿って切断した断面図である。
図21ないし図23に示すように、本発明の第13実施形態にかかるハプティック表示装置は、1画素ごとにそれぞれ形成されたスイッチング薄膜トランジスタ10と、駆動薄膜トランジスタ20と、蓄電素子80と、有機発光素子(organic light emitting diode、OLED)70とを含む。そして、行方向に沿って配置されるスキャン線121と、スキャン線121と絶縁交差するデータ線171および駆動電圧線172とをさらに含む。ここで、1画素は、スキャン線121、データ線171および駆動電圧線172を境界として定義できるが、必ずしもこれに限定されるものではない。
有機発光素子70は、第1電極190と、第1電極190上に形成された有機発光層720と、有機発光層720上に形成された第2電極270とを含む。ここで、第1電極190は正孔注入電極の陽(+)極であり、第2電極270は電子注入電極の陰(−)極となる。しかし、本発明にかかる実施形態が必ずしもこれに限定されるものではなく、駆動方法によっては、第1電極190が陰極となり、第2電極270が陽極となっていてもよい。第1電極190および第2電極270からそれぞれ正孔と電子が有機発光層720の内部に注入される。注入された正孔と電子とが結合したエキシトン(exiton)が励起状態から基底状態に落ちる時に発光が行われる。
有機発光層720は、低分子有機物またはPEDOT(Poly3,4−ethylenedioxythiophene)などの高分子有機物からなる。また、有機発光層720は、発光層と、正孔注入層(hole injection layer、HIL)、正孔輸送層(hole transporting layer、HTL)、電子輸送層(electron transporting layer、ETL)、および電子注入層(electron injection layer、EIL)のうちの1つ以上とを含む多重膜で形成され得る。これらすべてを含む場合、正孔注入層が陽極の第1電極190上に配置され、その上に正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層が順に積層される。
有機発光層720は、赤色を発光する赤色有機発光層と、緑色を発光する緑色有機発光層と、青色を発光する青色有機発光層とを含むことができ、赤色有機発光層、緑色有機発光層および青色有機発光層はそれぞれ、赤色画素、緑色画素および青色画素に形成されてカラー画像を実現することになる。
また、有機発光層720は、赤色有機発光層、緑色有機発光層および青色有機発光層を赤色画素、緑色画素および青色画素にすべて共に積層し、各画素ごとに赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタおよび青色カラーフィルタを形成してカラー画像を実現することができる。他の例として、白色を発光する白色有機発光層を赤色画素、緑色画素および青色画素のすべてに形成し、各画素ごとにそれぞれ赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタおよび青色カラーフィルタを形成してカラー画像を実現することもできる。白色有機発光層とカラーフィルタを用いてカラー画像を実現する場合、赤色有機発光層、緑色有機発光層および青色有機発光層をそれぞれの個別画素、つまり、赤色画素、緑色画素および青色画素に蒸着するための蒸着マスクを用いなくてもよい。
他の例で説明した白色有機発光層は、1つの有機発光層で形成できることはいうまでもなく、複数の有機発光層を積層して白色を発光できるようにした構成までを含む。例として、少なくとも1つのイエロー有機発光層と少なくとも1つの青色有機発光層とを組み合わせて白色発光を可能とした構成、少なくとも1つのシアン有機発光層と少なくとも1つの赤色有機発光層とを組み合わせて白色発光を可能とした構成、少なくとも1つのマゼンタ有機発光層と少なくとも1つの緑色有機発光層とを組み合わせて白色発光を可能とした構成なども含むことができる。
蓄電素子80は、層間絶縁膜160を挟んで配置された第1蓄電板128と第2蓄電板178とを含む。ここで、層間絶縁膜160は誘電体となる。蓄電素子80で蓄電された電荷と両蓄電板128、178との間の電圧により蓄電容量が決定される。
スイッチング薄膜トランジスタ10は、スイッチング半導体層131bと、スイッチングゲート電極122と、スイッチングソース電極173およびスイッチングドレイン電極175とを含み、駆動薄膜トランジスタ20は、駆動半導体層131aと、駆動ゲート電極125と、駆動ソース電極176および駆動ドレイン電極177とを含む。
スイッチング薄膜トランジスタ10は、発光させようとする画素を選択するスイッチング素子として用いられる。スイッチングゲート電極122はスキャン線121に連結される。スイッチングソース電極173はデータ線171に連結される。スイッチングドレイン電極175は、スイッチングソース電極173から離隔配置され、第1蓄電板128に連結される。
駆動薄膜トランジスタ20は、選択された画素内の有機発光素子70の有機発光層720を発光させるための駆動電源を第1電極190に印加する。駆動ゲート電極125は第1蓄電板128に連結される。駆動ソース電極176および第2蓄電板178はそれぞれ駆動電圧線172に連結される。駆動ドレイン電極177は、電極コンタクトホール(contact hole)182を介して有機発光素子70の第1電極190に連結される。
この構造により、スイッチング薄膜トランジスタ10は、スキャン線121に印加されるゲート電圧によって作動し、データ線171に印加されるデータ電圧を駆動薄膜トランジスタ20に伝達する役割を果たす。駆動電圧線172から駆動薄膜トランジスタ20に印加される共通電圧と、スイッチング薄膜トランジスタ10から伝達されたデータ電圧との差に相当する電圧が蓄電素子80に格納され、蓄電素子80に格納された電圧に対応する電流が、駆動薄膜トランジスタ20を介して有機発光素子70に流れて有機発光素子70が発光することになる。
ハプティック制御線410は、ハプティック信号を伝達する役割を果たし、スキャン線121と絶縁されて第1電極190と同層に形成されており、データ線171と平行に形成されている。
行方向のスキャン線121と列方向のハプティック制御線410との交差部にはハプティック部材510が形成されている。
以下、図22および図23を参照して、本発明の第13実施形態にかかるハプティック表示装置の構造について、積層順序に従って具体的に説明する。
また、以下、駆動薄膜トランジスタ20を中心として薄膜トランジスタの構造について説明する。そして、スイッチング薄膜トランジスタ10は、駆動薄膜トランジスタとの相違点だけを簡略に説明する。
本発明の実施形態にかかるハプティック表示装置は、基板110上にバッファ層120が形成されている。バッファ層120は、不純元素の浸透を防止し表面を平坦化する役割を果たすもので、このような役割を果たせる多様な物質で形成され得る。一例として、バッファ層120は、窒化ケイ素(SiNx)膜、酸化ケイ素(SiO)膜、酸窒化ケイ素(SiOxNy)膜のうちのいずれか1つが使用可能である。
バッファ層120上には駆動半導体層131aが形成される。駆動半導体層131aは、多結晶シリコン膜で形成される。また、駆動半導体層131aは、不純物がドーピングされないチャネル領域135と、チャネル領域135の両側にp+ドーピングされて形成されたソース領域136およびドレイン領域137とを含む。ここで、このような不純物は、薄膜トランジスタの種類に応じて異なる。
本発明の第13実施形態では、駆動薄膜トランジスタ20として、P型不純物を用いたPMOS構造の薄膜トランジスタが用いられたが、これに限定されるものではない。したがって、駆動薄膜トランジスタ20として、NMOS構造またはCMOS構造の薄膜トランジスタもすべて使用可能である。
また、図22に示された駆動薄膜トランジスタ20は、多結晶シリコン膜を含む多結晶薄膜トランジスタであるが、図22に示されていないスイッチング薄膜トランジスタ10は、多結晶薄膜トランジスタであってもよく、非晶質シリコン膜を含む非晶質薄膜トランジスタであってもよい。
駆動半導体層131a上には、窒化ケイ素(SiNx)または酸化ケイ素(SiO)などで形成されたゲート絶縁膜140が形成されている。ゲート絶縁膜140上に駆動ゲート電極125を含むゲート配線が形成される。また、ゲート配線は、スキャン線121、第1蓄電板128、およびその他配線をさらに含む。そして、駆動ゲート電極125は、駆動半導体層131aの少なくとも一部、特に、チャネル領域135と重なるように形成される。
ゲート絶縁膜140上には、駆動ゲート電極125を覆う層間絶縁膜160が形成される。ゲート絶縁膜140と層間絶縁膜160は、駆動半導体層131aのソース領域136およびドレイン領域137を露出する貫通孔を共に有する。層間絶縁膜160は、ゲート絶縁膜140と同様に、窒化ケイ素(SiNx)または酸化ケイ素(SiO)などのセラミック(ceramic)系の素材を用いて作られる。
層間絶縁膜160上には、駆動ソース電極176および駆動ドレイン電極177を含むデータ配線が形成される。また、データ配線は、データ線171、駆動電圧線172、第2蓄電板178、およびその他配線をさらに含む。そして、駆動ソース電極176および駆動ドレイン電極177はそれぞれ、層間絶縁膜160およびゲート絶縁膜140に形成された貫通孔を介して駆動半導体層131aのソース領域136およびドレイン領域137に連結される。
このように、駆動半導体層131a、駆動ゲート電極125、駆動ソース電極176および駆動ドレイン電極177を含む駆動薄膜トランジスタ20が形成される。駆動薄膜トランジスタ20の構成は、前述した例に限定されず、当該技術分野における専門家が容易に実施できる公知の構成に多様に変形可能である。
層間絶縁膜160上には、データ配線172、176、177、178を覆う保護膜180が形成される。保護膜180は、その上に形成される有機発光素子70の発光効率を向上させるために、段差を無くして平坦化させる役割を果たす。また、保護膜180は、ドレイン電極177の一部を露出させるコンタクトホール182を有する。
保護膜180は、アクリル系樹脂(polyacrylates resin)、エポキシ樹脂(epoxy resin)、フェノール樹脂(phenolic resin)、ポリアミド系樹脂(polyamides resin)、ポリイミド系樹脂(polyimides rein)、不飽和ポリエステル系樹脂(unsaturated polyesters resin)、ポリフェニレン系樹脂(polyphenylenethers resin)、ポリフェニレンスルフィド系樹脂(polyphenylenesulfides resin)、およびベンゾシクロブテン(benzocyclobutene、BCB)のうちの1つ以上の物質などで作ることができる。
また、本発明にかかる実施形態は、前述した構造に限定されるものではなく、場合によっては、保護膜180および層間絶縁膜160のうちのいずれか1つは省略されてもよい。
ハプティック部材510は、スキャン線121とハプティック制御線410との間に形成されており、スキャン線121とハプティック制御線410との間の層間絶縁膜160および保護膜180にそれぞれ形成されたハプティック口161、181にハプティック部材510が満たされている。ハプティック制御線410は、データ線171と同数で形成されているため、ハプティック部材510は、画素の数と同数で形成され得る。
ハプティック部材510の下部に位置するスキャン線121とハプティック部材510の上部に位置するハプティック制御線410との間に電位差が発生した場合、ハプティック部材510をなす電気活性高分子の分極によって生成されるクーロン力によりハプティック部材510の高さが変形し、ハプティック部材510の高さの変形を利用してハプティック振動を生成する。
このように、表示装置の内部にハプティック制御線410およびハプティック部材510を形成することにより、別のハプティックアクチュエータを必要としないため、ハプティック表示装置の小型化および薄型化が可能で、フレキシブル表示装置にも適用可能である。
また、ハプティック部材510を画素の数だけ形成可能なため、ハプティック解像度を向上させることができる。
保護膜180上には有機発光素子70の第1電極190が形成されている。複数の画素ごとにそれぞれ複数の第1電極190が形成されている。この時、複数の第1電極190は互いに離隔配置される。第1電極190は、保護膜180のコンタクトホール182を介してドレイン電極177に連結される。
また、保護膜180上には、第1電極190を露出する開口部を有する隔壁350が形成される。つまり、隔壁350は、各画素ごとに形成された複数の開口部を有する。そして、第1電極190は、隔壁350の開口部に対応するように配置される。しかし、第1電極190が必ずしも隔壁350の開口部にのみ配置されるものではなく、第1電極190の一部が隔壁350と重なるように隔壁350の下に配置可能である。隔壁350は、ポリアクリル系樹脂(polyacrylates resin)およびポリイミド系(polyimides)などの樹脂またはシリカ系の無機物などで作ることができる。
第1電極190上には有機発光層720が形成され、有機発光層720上には第2電極270が形成される。このように、第1電極190と、有機発光層720と、第2電極270とを含む有機発光素子70が形成される。
有機発光層720は、低分子有機物または高分子有機物からなる。また、有機発光層720は、発光層と、正孔注入層(hole−injection layer、HIL)、正孔輸送層(hole−transporting layer、HTL)、電子輸送層(electron−transporting layer、ETL)、および電子注入層(electron−injection layer、EIL)のうちの1つ以上とを含む多重膜で形成され得る。これらすべてを含む場合、正孔注入層が陽極の第1電極190上に配置され、その上に正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層が順に積層される。
また、図22において、有機発光層720は、隔壁350の開口部内にのみ配置されたが、本発明にかかる実施形態がこれに限定されるものではない。したがって、有機発光層720は、隔壁350の開口部内において第1電極190上に形成されるだけでなく、隔壁350と第2電極270との間にも配置できる。具体的には、有機発光層720は、発光層と共に、正孔注入層(HIL)、正孔輸送層(HTL)、電子輸送層(ETL)、および電子注入層(EIL)などのような様々な膜をさらに含むことができる。この時、発光層を除いた残りの正孔注入層(HIL)、正孔輸送層(HTL)、電子輸送層(ETL)、および電子注入層(EIL)は、製造過程でオープンマスク(open mask)を用いて、第2電極270と同様に、第1電極190の上だけでなく、隔壁350の上にも形成され得る。つまり、有機発光層720に属する様々な膜のうちの1つ以上の膜が隔壁350と第2電極270との間に配置可能である。
第1電極190と第2電極270はそれぞれ、透明な導電性物質で形成されるか、半透過型または反射型導電性物質で形成され得る。第1電極190および第2電極270を形成する物質の種類に応じて、前面発光型、背面発光型または両面発光型となり得る。
透明な導電性物質としては、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、ZnO(酸化亜鉛)またはIn(Indium Oxide)などの物質を用いることができる。反射型物質および半透過型物質としては、リチウム(Li)、カルシウム(Ca)、フッ化リチウム/カルシウム(LiF/Ca)、フッ化リチウム/アルミニウム(LiF/Al)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、マグネシウム(Mg)、または金(Au)などの物質を用いることができる。
第2電極270上には、密封部材210が表示基板110に対して対向配置される。密封部材210は、ガラスおよびプラスチックなどのような透明な物質で作られるか、複数の薄膜を含む薄膜封止層で形成され得る。薄膜封止層は、1つ以上の有機層と1つ以上の無機層とが(相互)交互に積層形成され得る。
有機層は、高分子で形成され、好ましくは、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリカーボネート、エポキシ、ポリエチレンおよびポリアクリレートのうちのいずれか1つで形成される単一膜または積層膜であり得る。より好ましくは、有機層は、ポリアクリレートで形成され得、具体的には、ジアクリレート系モノマーとトリアクリレート系モノマーとを含むモノマー組成物が高分子化されたものを含む。モノマー組成物にモノアクリレート系モノマーがさらに含まれ得る。また、モノマー組成物にTPOのような公知の光開始剤がさらに含まれ得るが、これに限定されるものではない。
無機層は、金属酸化物または金属窒化物を含む単一膜または積層膜であり得る。具体的には、無機層は、SiNx、Al、SiO、TiOのうちのいずれか1つを含むことができる。薄膜封止層のうち、外部に露出した最上層は、有機発光素子に対する透湿を防止するために無機層で形成され得る。
また、薄膜封止層は、少なくとも2つの無基層の間に少なくとも1つの有機層が挿入されたサンドイッチ構造を少なくとも1つ含むことができる。また、薄膜封止層は、少なくとも2つの有機層の間に少なくとも1つの無機層が挿入されたサンドイッチ構造を少なくとも1つ含むことができる。
さらに、薄膜封止層は、有機発光素子の上部から順次に、第1無機層、第1有機層、第2無機層を含むことができる。また、薄膜封止層は、有機発光素子の上部から順次に、第1無機層、第1有機層、第2無機層、第2有機層、第3無機層を含むことができる。さらに、薄膜封止層は、有機発光素子の上部から順次に、第1無機層、第1有機層、第2無機層、第2有機層、第3無機層、第3有機層、第4無機層を含むことができる。
有機発光素子と第1無基層との間にLiFを含むハロゲン化金属層が追加的に含まれ得、ハロゲン化金属層は、第1無機層をスパッタリング方式またはプラズマ蒸着方式で形成する時、有機発光素子が損傷するのを防止することができる。
第1有機層は、第2無機層より面積が狭くなり得、第2有機層も、第3無機層より面積が狭くなり得る。また、第1有機層は、第2無機層によって完全に覆われ、第2有機層も第3無機層によって完全に覆われることがある。
一方、前記第13実施形態では、2トランジスタ1キャパシタ(2Tr1cap)構造のハプティック表示装置について説明したが、6トランジスタ2キャパシタ(6Tr2cap)構造のハプティック表示装置である第14実施形態も可能である。
以下、本発明の第14実施形態にかかるハプティック表示装置について、図24ないし図28を参照して詳細に説明する。
図24は、本発明の第14実施形態にかかるハプティック表示装置の1画素の等価回路図である。
図24に示すように、本発明の第14実施形態にかかるハプティック表示装置の1画素は、複数の信号線121、122、123、124、171、172と、複数の信号線に連結されている複数の薄膜トランジスタT1、T2、T3、T4、T5、T6と、キャパシタCst、Cbと、有機発光ダイオード(organic light emittingdiode)OLEDとを含む。
薄膜トランジスタは、駆動薄膜トランジスタ(driving thin film transistor)T1と、スイッチング薄膜トランジスタ(switching thin film transistor)T2と、補償薄膜トランジスタT3と、初期化薄膜トランジスタT4と、第1発光制御薄膜トランジスタT5と、第2発光制御薄膜トランジスタT6とを含み、キャパシタCst、Cbは、ストレージキャパシタ(storage capacitor)Cstと、ブースティングキャパシタ(boosting capacitor)Cbとを含む。
信号線は、スキャン信号Snを伝達するスキャン線121と、初期化薄膜トランジスタT4に前のスキャン信号Sn−1を伝達する前のスキャン線122と、第1発光制御薄膜トランジスタT5および第2発光制御薄膜トランジスタT6に発光制御信号Enを伝達する発光制御線123と、スキャン線121と交差し、データ信号Dmを伝達するデータ線171と、駆動電圧ELVDDを伝達し、データ線171とほぼ平行に形成されている駆動電圧線172と、駆動薄膜トランジスタT1を初期化する初期化電圧Vintを伝達する初期化電圧線124とを含む。
スイッチング薄膜トランジスタT2のゲート電極はスキャン線121に連結されており、スイッチング薄膜トランジスタT2のソース電極はデータ線171に連結されており、スイッチング薄膜トランジスタT2のドレイン電極は駆動薄膜トランジスタT1のソース電極および駆動電圧線172と電気的に連結されている。スイッチング薄膜トランジスタT2は、スキャン線121を介して伝達されたスキャン信号に応じてスイッチング動作を行う。
駆動薄膜トランジスタT1は、スイッチング薄膜トランジスタT2のスイッチング動作に応じてデータ信号が伝達され、有機発光ダイオードOLEDに駆動電流を供給する。
駆動薄膜トランジスタT1のゲート電極はストレージキャパシタCstの一端に連結されており、ストレージキャパシタCstの他端は駆動電圧線172に連結されている。そして、スイッチング薄膜トランジスタT2のゲート電極に連結されたスキャン線121は、ブースティングキャパシタCbの一端に連結されており、ブースティングキャパシタCbの他端は駆動薄膜トランジスタT1のゲート電極に連結されている。
駆動薄膜トランジスタT1のドレイン電極は有機発光ダイオードOLEDのアノード(anode)と電気的に連結される。そして、有機発光ダイオードOLEDのカソード(cathode)は共通電圧(ELVSS)に連結されている。これにより、有機発光ダイオードOLEDは、駆動薄膜トランジスタT1から駆動電流が伝達されて発光することにより、映像を表示する。
以下、図24に示したハプティック表示装置の1画素の詳細構造について、図25ないし図28を図24と共に参照して詳細に説明する。
図25は、本発明の第14実施形態にかかるハプティック表示装置の1画素における複数の薄膜トランジスタおよびキャパシタの位置を概略的に示す図であり、図26は、本発明の第14実施形態にかかるハプティック表示装置の画素の配置図であり、図27は、図26のハプティック表示装置をXXVII−XXVII線に沿って切断した断面図であり、図28は、図26のハプティック表示装置をXXVIII−XXVIII線に沿って切断した断面図である。
図25ないし図28に示すように、本発明の第14実施形態にかかるハプティック表示装置の画素は、スキャン信号Sn、前のスキャン信号Sn−1、発光制御信号Enおよび初期化電圧Vintをそれぞれ印加し、行方向に沿って形成されているスキャン線121、前のスキャン線122、発光制御線123および初期化電圧線124と、スキャン線121、前のスキャン線122、発光制御線123および初期化電圧線124と交差しており、画素にデータ信号Dmおよび駆動電圧ELVDDをそれぞれ印加するデータ線171および駆動電圧線172とを含む。そして、前のスキャン線122、発光制御線123および初期化電圧線124、スキャン線121と交差しており、画素にハプティック信号Hを伝達するハプティック制御線410を含む。
また、画素には、駆動薄膜トランジスタT1、スイッチング薄膜トランジスタT2、補償薄膜トランジスタT3、初期化薄膜トランジスタT4、第1発光制御薄膜トランジスタT5、第2発光制御薄膜トランジスタT6、ストレージキャパシタCst、ブースティングキャパシタCb、そして、有機発光ダイオードOLED70が形成されている。
駆動薄膜トランジスタT1は、駆動半導体層131aと、駆動ゲート電極125aと、駆動ソース電極176aおよび駆動ドレイン電極177aとを含む。駆動ソース電極176aは、駆動半導体層131aの駆動ソース領域に相当し、駆動ドレイン電極177aは、駆動半導体層131aの駆動ドレイン領域に相当する。
スイッチング薄膜トランジスタT2は、スイッチング半導体層131bと、スイッチングゲート電極125bと、スイッチングソース電極176bおよびスイッチングドレイン電極177bとを含む。
補償薄膜トランジスタT3は、補償半導体層131cと、補償ゲート電極125cと、補償ソース電極176cおよび補償ドレイン電極177cとを含み、初期化薄膜トランジスタT4は、初期化半導体層131dと、初期化ゲート電極125dと、初期化ソース電極176dおよび初期化ドレイン電極177dとを含む。
第1発光制御薄膜トランジスタT5は、第1発光制御半導体層131eと、第1発光制御ゲート電極125eと、第1発光制御ソース電極176eおよび第1発光制御ドレイン電極177eとを含み、第2発光制御薄膜トランジスタT6は、第2発光制御半導体層131fと、第2発光制御ゲート電極125fと、第2発光制御ソース電極176fおよび第2発光制御ドレイン電極177fとを含む。
ストレージキャパシタCstは、ゲート絶縁膜140を挟んで配置される第1ストレージ蓄電板132と第2ストレージ蓄電板127とを含む。ここで、ゲート絶縁膜140は誘電体となり、ストレージキャパシタCstで蓄電された電荷と両蓄電板132、127との間の電圧によりストレージキャパシタンス(Storage Capacitance)が決定される。
第1ストレージ蓄電板132は、駆動半導体層131a、スイッチング半導体層131b、補償半導体層131c、第1発光制御半導体層131eおよび第2発光制御半導体層131fと同層に形成されており、第2ストレージ蓄電板127は、スキャン線121、前のスキャン線122などと同層に形成されている。
駆動薄膜トランジスタT1の駆動半導体層131aは、スイッチング半導体層131bおよび補償半導体層131cと、第1発光制御半導体層131eおよび第2発光制御半導体層131fとを互いに連結する。
したがって、駆動ソース電極176aはスイッチングドレイン電極177bおよび第1発光制御ドレイン電極177eに連結され、駆動ドレイン電極177aは補償ドレイン電極177cおよび第2発光制御ソース電極176fに連結される。
ストレージキャパシタCstの第1ストレージ蓄電板132は補償ソース電極176cおよび初期化ドレイン電極177dに連結され、連結部材174を介して駆動ゲート電極125aに連結される。この時、連結部材174は、データ線171と同層に形成される。このような連結部材174は、層間絶縁膜160およびゲート絶縁膜140に形成された接触孔166を介して第1ストレージ蓄電板132に連結され、層間絶縁膜160に形成された接触孔167を介して駆動ゲート電極125aに連結される。
ストレージキャパシタCstの第2ストレージ蓄電板127は、駆動電圧線172に連結され、スキャン線121とほぼ平行に形成される。
ブースティングキャパシタCbの第1ブースティング蓄電板133は、第1ストレージ蓄電板132から延びた延長部であり、第2ブースティング蓄電板129は、スキャン線121から上下に突出した突出部である。
第1ブースティング蓄電板133は、ハンマー形状を有し、第1ブースティング蓄電板133は、駆動電圧線172と平行な取っ手部133aと、取っ手部133aの端部に形成されたヘッド部133bとを含む。
第1ブースティング蓄電板133のヘッド部133bの内部に第2ブースティング蓄電板129の突出部がすべて重なって位置している。したがって、ブースティングキャパシタCbの第1ブースティング蓄電板133の面積は、第2ブースティング蓄電板129の面積より大きい。
一方、スイッチング薄膜トランジスタT2は、発光させようとする画素を選択するスイッチング素子として用いられる。スイッチングゲート電極125bはスキャン線121に連結される。スイッチングソース電極176bはデータ線171に連結される。スイッチングドレイン電極177bは駆動薄膜トランジスタT1および第1発光制御薄膜トランジスタT5に連結される。
第2発光制御薄膜トランジスタT6の第2発光制御ドレイン電極177fは、保護膜180のコンタクトホール182を介して有機発光ダイオード70の画素電極190に直接連結される。
以下、図27および図28を参照して、本発明の第14実施形態にかかるハプティック表示装置の構造について、積層順序に従って具体的に説明する。
この時、第2発光制御薄膜トランジスタT6を中心として薄膜トランジスタの構造について説明する。そして、残りの薄膜トランジスタT1、T2、T3、T4、T5は、第2発光制御薄膜トランジスタT6の積層構造とほぼ同一であるので、詳細な説明は省略する。
基板110上にはバッファ層120が形成されており、バッファ層120上に、第2発光制御半導体層131fと、ブースティングキャパシタCbをなす第1ブースティング蓄電板133とが形成されている。基板110は、ガラス、石英、セラミック、プラスチックなどからなる絶縁性基板として形成される。第2発光制御半導体層131fおよび第1ブースティング蓄電板133は、多結晶シリコン膜で形成される。また、第2発光制御半導体層131fは、不純物がドーピングされないチャネル領域と、チャネル領域の両側にp+ドーピングされて形成されたソース領域およびドレイン領域とを含む。ここで、このような不純物は、薄膜トランジスタの種類に応じて異なる。
第2発光制御半導体層131f上には、窒化ケイ素(SiNx)または酸化ケイ素(SiO)などで形成されたゲート絶縁膜140が形成されている。
ゲート絶縁膜140上に、スイッチングゲート電極125bおよび補償ゲート電極125cを含むスキャン線121と、初期化ゲート電極125dを含む前のスキャン線122と、駆動ゲート電極125a、第2発光制御ゲート電極125fを含む発光制御線123とを含むゲート配線が形成されている。そして、第2発光制御ゲート電極125fは、第2発光制御半導体層131fの少なくとも一部、特に、チャネル領域と重なるように形成される。ゲート配線は、ストレージキャパシタCstをなす第2ストレージ蓄電板127と、ブースティングキャパシタCbをなす第2ブースティング蓄電板129とをさらに含む。
第2ストレージ蓄電板127は、駆動電圧線172と接触孔168を介して連結され、第2ブースティング蓄電板129はスキャン線121に連結される。
ゲート絶縁膜140上には、第2発光制御ゲート電極125fを覆う層間絶縁膜160が形成されている。ゲート絶縁膜140と層間絶縁膜160は、第2発光制御半導体層131fのドレイン領域を露出する接触孔163を共に有する。層間絶縁膜160は、ゲート絶縁膜140と同様に、窒化ケイ素(SiNx)または酸化ケイ素(SiO)などのセラミック(ceramic)系の素材を用いて作られる。
層間絶縁膜160上には、スイッチングソース電極176bを含むデータ線171、連結部材174、第2発光制御ドレイン電極177f、駆動電圧線172を含むデータ配線が形成されている。
そして、スイッチングソース電極176bと第2発光制御ドレイン電極177fはそれぞれ、層間絶縁膜160およびゲート絶縁膜140に形成された接触孔162、163を介してそれぞれスイッチング半導体層131bのソース領域、第2発光制御半導体層131fのドレイン領域に連結される。
層間絶縁膜160上には、データ配線171、174、177f、172を覆う保護膜180が形成されており、保護膜180上には画素電極190およびハプティック制御線410が形成されている。保護膜180に形成されたコンタクトホール182を介して、画素電極190は第2発光制御ドレイン電極177fに連結される。
ハプティック部材510は、スキャン線121とハプティック制御線410との間に形成されており、スキャン線121とハプティック制御線410との間の層間絶縁膜160および保護膜180にそれぞれ形成されたハプティック口161、181にハプティック部材510が満たされている。ハプティック制御線410は、データ線171と同数で形成されているため、ハプティック部材510は、画素の数と同数で形成され得る。
ハプティック部材510の下部に位置するスキャン線121とハプティック部材510の上部に位置するハプティック制御線410との間に電位差が発生した場合、ハプティック部材510をなす電気活性高分子の分極によって生成されるクーロン力によりハプティック部材510の高さが変形し、ハプティック部材510の高さの変形を利用してハプティック振動を生成する。
このように、表示装置の内部にハプティック制御線410およびハプティック部材510を形成することにより、別のハプティックアクチュエータを必要としないため、ハプティック表示装置の小型化および薄型化が可能で、フレキシブル表示装置にも適用可能である。
画素電極190の周縁および保護膜180上には隔壁350が形成されており、隔壁350は、画素電極190を露出する隔壁開口部351を有する。隔壁350は、ポリアクリル系樹脂(polyacrylates resin)およびポリイミド系(polyimides)などの樹脂またはシリカ系の無機物などで作ることができる。
隔壁開口部351に露出した画素電極190上には有機発光層720が形成され、有機発光層720上には共通電極270が形成される。このように、画素電極190と、有機発光層720と、共通電極270とを含む有機発光ダイオード70が形成される。
ここで、画素電極190は正孔注入電極のアノードであり、共通電極270は電子注入電極のカソードとなる。しかし、本発明にかかる一実施形態は、必ずしもこれに限定されるものではなく、有機発光表示装置の駆動方法によっては、画素電極190がカソードとなり、共通電極270がアノードとなっていてもよい。画素電極190および共通電極270からそれぞれ正孔と電子が有機発光層720の内部に注入され、注入された正孔と電子とが結合したエキシトン(exiton)が励起状態から基底状態に落ちる時に発光が行われる。
有機発光層720は、低分子有機物またはPEDOT(Poly3,4−ethylenedioxythiophene)などの高分子有機物からなる。また、有機発光層720は、発光層と、正孔注入層(hole injection layer、HIL)、正孔輸送層(hole transporting layer、HTL)、電子輸送層(electron transporting layer、ETL)、および電子注入層(electron injection layer、EIL)のうちの1つ以上とを含む多重膜で形成され得る。これらすべてを含む場合、正孔注入層が陽極の画素電極190上に配置され、その上に正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層が順に積層される。共通電極270は、反射型導電性物質で形成されるため、背面発光型の有機発光表示装置となる。反射型物質としては、リチウム(Li)、カルシウム(Ca)、フッ化リチウム/カルシウム(LiF/Ca)、フッ化リチウム/アルミニウム(LiF/Al)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、マグネシウム(Mg)、または金(Au)などの物質を用いることができる。
本発明を上述したように好ましい実施形態を通じて説明したが、本発明は、これに限定されず、以下に記載する特許請求の範囲の概念と範囲を逸脱しない限り、多様な修正および変形が可能であることを、本発明の属する技術分野に従事する者は容易に理解するはずである。
110:基板
121:スキャン線
160:層間絶縁膜
171:データ線
180:保護膜
190:第1電極
270:第2電極
410、420、430、440:ハプティック制御線
510、520、531、532、533、541、542、543:ハプティック部材

Claims (26)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成されており、スキャン信号を伝達する複数のスキャン線と、
    前記スキャン線と絶縁されて交差しており、データ信号を伝達する複数のデータ線と、
    前記スキャン線または前記データ線と絶縁され、ハプティック信号を伝達する複数のハプティック制御線と、
    前記スキャン線および前記データ線に連結されており、行列形態に配列された複数の画素内にそれぞれ形成されている薄膜トランジスタと、
    前記薄膜トランジスタに連結されている第1電極と、
    前記第1電極に対向している第2電極と、
    前記第1電極と前記第2電極との間に形成されている光調整部材とを含むことを特徴とするハプティック表示装置。
  2. 前記ハプティック制御線は、前記第1電極と同層に形成されていることを特徴とする請求項1記載のハプティック表示装置。
  3. 前記ハプティック制御線は、前記データ線と平行に形成されていることを特徴とする請求項2記載のハプティック表示装置。
  4. 前記スキャン線と前記ハプティック制御線との交差部にはハプティック部材が形成されていることを特徴とする請求項3記載のハプティック表示装置。
  5. 前記ハプティック制御線は、前記データ線と同数で形成されていることを特徴とする請求項4記載のハプティック表示装置。
  6. 前記ハプティック制御線は、前記データ線より少ない数で形成されていることを特徴とする請求項4記載のハプティック表示装置。
  7. 前記ハプティック制御線と前記第2電極との間にハプティック部材が形成されていることを特徴とする請求項3記載のハプティック表示装置。
  8. 前記ハプティック制御線は、前記スキャン線と平行に形成されていることを特徴とする請求項2記載のハプティック表示装置。
  9. 前記データ線と前記ハプティック制御線との交差部にはハプティック部材が形成されていることを特徴とする請求項8記載のハプティック表示装置。
  10. 前記ハプティック制御線は、前記スキャン線と同数で形成されていることを特徴とする請求項4記載のハプティック表示装置。
  11. 前記ハプティック制御線は、前記スキャン線より少ない数で形成されていることを特徴とする請求項4記載のハプティック表示装置。
  12. 前記ハプティック制御線と前記第2電極との間にハプティック部材が形成されていることを特徴とする請求項8記載のハプティック表示装置。
  13. 前記ハプティック制御線は、前記スキャン線と同層に形成されていることを特徴とする請求項1記載のハプティック表示装置。
  14. 前記ハプティック制御線は、前記スキャン線と平行に形成されていることを特徴とする請求項13記載のハプティック表示装置。
  15. 前記ハプティック制御線と前記データ線との間にハプティック部材が形成されていることを特徴とする請求項14記載のハプティック表示装置。
  16. 前記ハプティック制御線と前記第1電極との間にハプティック部材が形成されていることを特徴とする請求項14記載のハプティック表示装置。
  17. 前記ハプティック制御線と前記第2電極との間にハプティック部材が形成されていることを特徴とする請求項14記載のハプティック表示装置。
  18. 前記ハプティック制御線は、前記データ線と同層に形成されていることを特徴とする請求項1記載のハプティック表示装置。
  19. 前記ハプティック制御線は、前記データ線と平行に形成されていることを特徴とする請求項18記載のハプティック表示装置。
  20. 前記スキャン線と前記ハプティック制御線との間にハプティック部材が形成されていることを特徴とする請求項19記載のハプティック表示装置。
  21. 前記ハプティック制御線と前記第1電極との間にハプティック部材が形成されていることを特徴とする請求項19記載のハプティック表示装置。
  22. 前記ハプティック制御線と前記第2電極との間にハプティック部材が形成されていることを特徴とする請求項19記載のハプティック表示装置。
  23. 基板と、
    前記基板上に形成されており、スキャン信号を伝達する複数のスキャン線と、
    前記スキャン線と絶縁されて交差しており、データ信号を伝達する複数のデータ線と、
    前記スキャン線と絶縁されて交差しており、駆動電圧を伝達する複数の駆動電圧線と、
    前記スキャン線または前記データ線と絶縁されて交差し、ハプティック信号を伝達する複数のハプティック制御線と、
    前記スキャン線および前記データ線に連結されているスイッチング薄膜トランジスタと、
    前記スイッチング薄膜トランジスタおよび前記駆動電圧線に連結されている駆動トランジスタと、
    前記駆動トランジスタに連結されている第1電極と、
    前記第1電極上に形成されている有機発光素子と、
    前記有機発光素子上に形成されている第2電極とを含むことを特徴とするハプティック表示装置。
  24. 前記ハプティック制御線は、前記第1電極と同層に形成されていることを特徴とする請求項23記載のハプティック表示装置。
  25. 前記ハプティック制御線は、前記データ線と平行に形成されていることを特徴とする請求項24記載のハプティック表示装置。
  26. 前記スキャン線と前記ハプティック制御線との交差部にはハプティック部材が形成されていることを特徴とする請求項25記載のハプティック表示装置。
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