TWI609174B - 具力感應功能之顯示裝置 - Google Patents

Description

具力感應功能之顯示裝置

本發明係關於一種顯示裝置，尤指一種具有力感應功能之顯示裝置。

在科技發展日新月異的現今時代中，顯示裝置已經成為現代人日常生活中不可或缺的一部份。人們藉著顯示裝置的輔助，可使其生活更加便利。近年，顯示裝置朝著便利、美觀且多功能的設計方向進行發展，以提供使用者更多的選擇。

平面顯示裝置由於具有輕薄短小與節能等優點，已被廣泛地應用在各式電子產品，如筆記型電腦(notebook computer)、平板電腦(tablet PC) 、電視(TV) 、 智慧型手機(smart phone)與穿戴型電子裝置等。為了提升使用上的便利性，如何讓平面顯示裝置除了顯示畫面外，還能提供其他功能，因而可減少顯示裝置之整體重量及體積，為目前業者積極追求的目標。近年來顯示裝置多亦具觸控功能，便於操作使用，近期，如何在現有顯示裝置中再增加力感應功能，更為各業者積極所欲解決開發之問題。

本發明之一較佳實施例提供一種顯示裝置，其包括框架、凸起物、顯示面板、保護基板和緩衝材。框架包括底板和側板，且底板和側板相連，底板具一內表面，側板在底板之內表面上。凸起物設置於底板之內表面上。顯示面板設置於凸起物上，顯示面板包括一力感應層。保護基板，設置於顯示面板上。緩衝材連接保護基板和框架之側板，且緩衝材之彈性係數大於凸起物之彈性係數。

藉由上述設計，顯示裝置可具力感應功能，且藉由適當的彈性係數之凸起物和緩衝材的設計，可使力感應訊號更佳，對力訊號感應更佳。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

請參考圖1到圖3。圖1到圖3繪示本發明之第一實施例之顯示裝置的示意圖，其中圖1繪示此實施例之顯示裝置的上視示意圖，圖2為沿圖1的A-A’剖線繪示的顯示裝置的剖面示意圖，圖3為沿圖1的B-A’剖線繪示的顯示裝置的剖面放大示意圖。為了突顯本發明之顯示裝置的特徵，部分元件未繪示於圖示中。如圖1到圖3所示，本實施例的顯示裝置1包括框架20、顯示面板30、保護基板10、緩衝材40和凸起物50。框架20包括底板22和圍繞於底板22外圍的側板24，底板22和側板24相連，底板22具一內表面221，側板24在底板22之內表面221上，至少一凸起物50設置於底板22之內表面221上，顯示面板30設置於底板22上使得凸起物50位於顯示面板30與底板22之間，保護基板10設置於顯示面板30上，緩衝材40設置在保護基板10和框架20之側板24之間。框架20之材料包含塑膠材質、金屬材質，但不以此為限。框架20之底板22和側板24材料可以相同或相異，框架20之底板22和側板24可以藉由連結結構相連，亦可以一體成型，但不以此為限。保護基板10為透明基板，可為硬式基板或可撓式基板，例如玻璃基板、石英基板或塑膠基板，但不以此為限。顯示面板30為具力感應功能之顯示面板，其詳細結構於後文說明。凸起物50之彈性係數大於緩衝材40之彈性係數。緩衝材40材料可為泡棉或橡膠等，但不以此為限。凸起物50材料可為塑膠或金屬等，但不以此為限。

請參考圖3中，圖3為沿圖1的B-A’剖線繪示的顯示裝置的剖面放大示意圖。顯示面板30包括第一基板32、第二基板34、顯示介質36、力感應層60和框膠33。顯示面板30設置於底板22上，第一基板32與第二基板34彼此相對設置，框膠33連接第一基板32和第二基板34，第一基板32與第二基板34可分別為透明基板，且其可為硬式基板或可撓式基板，例如玻璃基板、石英基板或塑膠基板，但不以此為限。顯示介質36位於第一基板32與第二基板34之間。於此實施例中，第一基板32上具複數主動元件(未繪示)和顯示介質36。主動元件例如為電晶體，分別電性連接顯示介質36，以分別控制發光。顯示介質36可為發光二極體(Light Emitting Diode)，例如為有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode, OLED)，包含下電極層362、發光材料364和上電極層366。下電極層362電性連接主動元件，下電極362可作為發光材料364之陽極。發光材料364置於下電極層362與上電極層366之間，發光材料364例如可發出各色光的發光材料，然而不以此為限。上電極366可為發光材料364之陰極。至少一第一絕緣物38設置於上電極366上，在上電極366和第二基板34之間。力感應層60設置在第一絕緣物38和第二基板34之間，因此，上電極366和力感應層60具一間距，形成一電容，作為力感應組，藉由偵測上電極366和力感應層60之間的電容的變化，可感應顯示裝置1是否受力。此外，如圖1所示，力感應層60可視需求分成複數個力感應區塊M，彼此分隔，用來偵測不同區域的力訊號，本實施例以分成4個力感應區塊為例，但不以此為限。此外，顯示面板30可更包括複數分隔物39設置在上電極層366和第一基板32之間，用以分隔不同顏色的發光材料364，且第一絕緣物38和分隔物39於垂直第一基板32方向上重疊，可藉調整第一絕緣物38和分隔物39的高度，用以調整力感應層60和上電極層366的間距，以達到較佳的力感應效果。此外，於第二基板34朝上電極366側可再設置輔助絕緣物35，輔助絕緣物35和分隔物39於垂直第一基板32方向上重疊，但高度小於第一絕緣物38，且輔助絕緣物35和上電極層366不接觸，當顯示裝置受力時，可以增加力感應層60和上電極層366間可以改變的間距，使電容訊號變化更明顯，達到較佳的力感應效果。第一絕緣物38和輔助絕緣物35可以由不同製程分開設置，亦可以同時塗布材料後，藉由適當光罩設計，達到不同高度。

力感應層60之材料可包括透明導電材料，例如：氧化銦錫、氧化銦鋅或其它適合的透明導電材料、高分子導電材料或其它適合的導電材料，且力感應層60可為單層結構或複合層結構。第一絕緣層38和分隔物39和輔助絕緣物35可為單層結構或複合層結構，材料可包括無機介電材料例如氧化矽、氮化矽或氮氧化矽等，或有機介電材料例如壓克力，或有機/無機混合材料，但不以此為限。

請參考圖4，圖4繪示本實施例架構和無凸起物架構的顯示裝置的力感應訊號結果。圖4的橫坐標為所施加的下壓力，縱座標為力感應訊號。顯示裝置架構分別為具凸起物(-X-)和不具凸起物(-◆-)，其餘條件相同。本實驗採用的緩衝材之彈性係數為280 mm/(gf/mm^2)，凸起物之彈性係數為0.0035 mm/(gf/mm^2)。由圖4可知，可知當施加相同的下壓力，具凸起物的顯示裝置之力感應訊號可大於不具凸起物的顯示裝置的力感應訊號。例如：下壓力為大約200克重的條件下，不具凸起物的顯示裝置力感應訊號約40~50之間，然而，具凸起物的顯示裝置力感應訊號可約70~80之間。本實驗之力感應訊號為由力感應層60和上電極層366之電容變化所換算得出，電容變化越大時，力感應訊號越大。由此實驗得知，當顯示裝置設置凸起物50於顯示面板30和框架20之底板22間，可以增強力感應訊號，使力感應效果更靈敏。

下表為使用不同彈性係數的緩衝材料和凸起物的力感應訊號測試結果。

[表一] <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> </td><td> 彈性係數 mm/(gf/mm^2) </td></tr><tr><td> 緩衝材 彈性係數x </td><td> x≧0.0655 </td><td> x≧0.0655 </td><td> x≧0.0655 </td><td> x＜0.0655 </td></tr><tr><td> 凸起物 彈性係數y </td><td> 0＜y≦0.00655 </td><td> 0.00655＜ y≦0.0655 </td><td> y≧0.0655 </td><td> 0＜y </td></tr><tr><td> 力感應效果 </td><td> ○ </td><td> △ </td><td> － </td><td> － </td></tr></TBODY></TABLE>

○：較佳；△：可；－：無明顯差異

由表一可知當凸起物之彈性係數y大於0，小於0.00655mm/(gf/mm^2)，緩衝材彈性係數x大於 0.0655mm/(gf/mm^2) 時效果較佳，當緩衝材之彈性係數y與凸起物之彈性係數x之比值(y/x)大於10時效果較佳。亦即當凸起物較不具彈性、較硬時，且緩衝材較具彈性、較軟時，對力感應效果較佳。

圖5繪示本發明之彈性係數的量測方式，圖5(a)為測試樣品的形狀示意圖；圖5(b)為測試設備示意圖；圖5(c)為施加壓力對量測物品高度的量測結果圖。先將材料裁剪成30mm*30mm(面積A)的四方型，將複數個四方型堆疊到厚度h大約等於10mm，如圖5(a)所示。將此測試樣品放到測試設備上，如圖5(b)所示，測試設備會施加一下壓力F，再量測測試樣品的高度h，可以得到施加壓力(F/A)對測試樣品之高度h的量測結果圖，再由此圖的斜率計算，斜率的絕對值，即材料的彈性係數，藉此量測方法可以得到材料的彈性係數。

本實施例中，凸起物50的上視形狀為圓形，剖面形狀為一表面為弧狀之凸起狀，但不以此為限，請參考第6圖，圖6(a)繪示部分之凸起物之上視形狀之示意圖，如圖6(a)所示，凸起物的上視形狀亦可以為矩形、六邊型、橢圓形等，但不以此為限。圖6(b)繪示部分之凸起物之剖面形狀之示意圖，如圖6(b)所示，凸起物的剖面形狀亦可以為半圓形、矩形、梯型等，但不以此為限。其中凸起物尺寸a大於 0.5mm，小於5mm時效果較佳。凸起物之高度b大於0.7mm，小於5mm時效果較佳。另外，緩衝材40一般高度會大於等於凸起物50之高度，可於顯示裝置受下壓力時提供足夠的變形，透過框架與凸起物50增加方向相反於下壓力的反作用力於顯示面板30，使顯示面板30之間隙(cell gap)改變，以達到增進力感應效果。

本實施例中，顯示裝置以圓形為範例，力感應層60分成四個力感應區塊M，凸起物50設置在各力感應區塊M中，但不以此為限，請參考圖7，圖7(a)~圖7(g)繪示各種變化例之凸起物和力感應區塊於顯示裝置位置與配置的上視示意圖。如圖7所示，本發明之顯示裝置亦可以為方型、橢圓形、矩形或其他任意形狀。力感應區塊M可為單數或複數個。凸起物50的數量可為單數或複數個。凸起物50可以設置在力感應區塊M中，亦可以設置在力感應區塊M和力感應區塊之間，或同時設置在力感應區塊M中，亦設置在力感應區塊M和力感應區塊之間。經由實驗得到當所設置的全部的凸起物50於第一基板32之重疊投影面積之總合和第一基板32之面積之比值大於0.02%，小於2%時，力感應效果較佳。

本發明之顯示裝置並不以上述實施例為限。下文將依序介紹本發明之其它較佳實施例之顯示面板，且為了便於比較各實施例之相異處並簡化說明，在下文之各實施例中使用相同的符號標注相同的元件，且主要針對各實施例之相異處進行說明，而不再對重覆部分進行贅述。

請參考圖8和圖9，並一併參考圖1至圖2。圖8繪示本發明之第一實施例的變化例的顯示裝置的剖面放大示意圖。圖9繪示本發明之第一實施例的另一變化例的顯示裝置的剖面放大示意圖。如圖8所示，凸起物50可設置在支撐膜片55上，支撐膜片55材質一般可和凸起物50相同，亦可以不同。將凸起物50設置在支撐膜片55上，於組裝時，可更容易定位凸起物50與顯示面板30之相對位置。如圖9所示，凸起物50和框架20之底板22亦可以為一體成型，如此，可使顯示裝置厚度更薄，亦可更容易定位凸起物50於顯示裝置之位置。

請參考圖10，並一併參考圖1至圖2。圖10繪示本發明之第一實施例又另一變化例之顯示裝置的剖面放大示意圖。與上述實施例不同的是，本實施例之顯示面板30於第二基板34和力感應層60之間可更具至少一第二絕緣物37，第二絕緣物37和第一絕緣物38和分隔物39於垂直該第一基板32方向上重疊，藉此力感應層60到上電極366的最近距離可以減小，使力感應效果更佳。此外，於顯示面板30和保護基板10之間，可更具觸控感應層70，使顯示裝置除顯示功能與力感應功能外，更具觸控感應功能。此觸控感應層70可以為自容式觸控感應或互容式觸控感應，但並不以此為限。此觸控感應層70可直接設置在第二基板34上，亦可以設置於另一基板(未繪示)上，再將此基板設置在第二基板34上，不以此為限。

請參考圖11，並一併參考圖1至圖2。圖11繪示本發明之第一實施例又再另一變化例的顯示裝置的剖面放大示意圖。與上述實施例不同的是，輔助絕緣物35上可再設置輔助導電層65，輔助導電層65和上電極366不接觸。此輔助導電層65和力感應層60電性相連，亦可用於力感應功能，因此，力感應的最近距離可以減小，使力感應效果更佳。輔助導電層65之材料可以跟力感應層60的材料相同或不同，可以皆選擇透明導電材料，亦可以其一使用透明導電材料，另一選用導電率較佳之金屬材料，使導電更佳。

請參考圖12，並一併參考圖1至圖2。圖12繪示本發明之第二實施例之顯示裝置的剖面放大示意圖。本實施例之顯示面板30包括第一基板32、第二基板34、顯示介質36、第一絕緣物38和框膠33。第一基板32與第二基板34彼此相對設置，框膠33連接第一基板32和第二基板34。顯示介質36位於第一基板32與第二基板34之間。顯示介質36包含下電極層362、發光材料364和上電極層366。顯示介質36可為發光二極體(Light Emitting Diode)，例如為有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode, OLED)，然而不以此為限。至少一第一絕緣物38設置於上電極366上，於上電極366和第二基板34之間。上電極層366可以為發光材料364之陰極，與上述實施例不同的是，於此實施例中，上電極層366可同時做為力感應層60，凸起物50材料為金屬，做為電極，力感應層60和凸起物50形成電容，作為力感應組，藉由偵測力感應層60和凸起物50之電容變化，可感應力訊號。此外，於本實施例中更具觸控感應層70，使顯示裝置除顯示功能與力感應功能外，更具觸控感應功能。此觸控感應層70可以為自容式觸控感應或互容式觸控感應，但不以此為限，感應軟性電路板80和觸控感應層70相連，用以提供和偵測觸控訊號，此感應軟性電路板80可以繞過第二基板34側緣經過框膠33側緣到第一基板32和框架20之間，凸起物50為金屬，做為力感應組的電極，可設置在感應軟性電路板80上。凸起物50的材質，例如為鋁、金、銅，銦、錫、銀，鎢，或前述之合金，但不以此為限。此外，感應軟性電路板80上可具一個積體電路元件90，此積體電路元件90可同時控制觸控感應層70和力感應組。此外，本顯示裝置之顯示面板30亦具有顯示面板用之軟性電路板85，此顯示面板用軟性電路板85上具有顯示面板用積體電路元件95。

請參考圖13，並一併參考圖1至圖2。圖13繪示本發明之第二實施例的變化例的顯示裝置的剖面放大示意圖。與上述實施例不同的是，本實施例之觸控感應層70設置在顯示面板30內，設置在第一絕緣物38和第二基板34之間，觸控感應層70訊號可以透過導電膠75傳導到第一基板32上，軟性電路板84電性連接到顯示面板30的顯示介質36和觸控感應層70，此軟性電路板84從第一基板32上，經過第一基板32側緣，到框架20之內表面221上方。此軟性電路板84上亦設置有凸起物50，凸起物為金屬，可做為力感應組之電極。積體電路元件98設置在此軟性電路板84上，同時驅動控制顯示面板30、觸控感應層70和力感應組。和前一實施例相較，本實施例僅需一軟性電路板即可驅動控制顯示面板、觸控感應層70和力感應組，且觸控感應層和力感應組整合於顯示面板中，可使顯示裝置體積更小，重量更輕。又，於凸起物50和第一基板32之間可再設置保護層45，保護層45的材料例如可以為泡棉、橡膠等，但不以此為限，可保護面板，亦可於顯示裝置受力時，用於改變力感應層60和凸起物50的距離，使力感應效果較佳。

本發明藉由力感應層和適當彈性係數的緩衝材料和凸起物的設計，可以達到良好的力感應效果，使顯示裝置，除顯示功能外，可更具良好的力感應功能，達到更多功能的顯示裝置。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1~6‧‧‧顯示裝置

20‧‧‧框架

10‧‧‧保護基板

22‧‧‧底板

24‧‧‧側板

221‧‧‧內表面

30‧‧‧顯示面板

32‧‧‧第一基板

34‧‧‧第二基板

36‧‧‧顯示介質

33‧‧‧框膠

362‧‧‧下電極層

364‧‧‧發光材料

366‧‧‧上電極層

35‧‧‧輔助絕緣物

37‧‧‧第二絕緣物

38‧‧‧第一絕緣物

39‧‧‧分隔物

45‧‧‧保護層

40‧‧‧緩衝材

50‧‧‧凸起物

55‧‧‧支撐膜片

60‧‧‧力感應層

65‧‧‧輔助導電層

y‧‧‧凸起物之彈性係數

x‧‧‧緩衝材彈性係數

A‧‧‧面積

h‧‧‧厚度

F‧‧‧下壓力

a‧‧‧尺寸

b‧‧‧高度

M‧‧‧力感應區塊

70‧‧‧觸控感應層

75‧‧‧導電膠

80、85、84‧‧‧軟性電路板

90、95、98‧‧‧積體電路元件

圖1繪示本發明之第一實施例之顯示裝置的上視示意圖。 圖2為沿圖1的A-A’剖線繪示的顯示裝置的剖面示意圖。 圖3為沿圖1的B-A’剖線繪示的顯示裝置的剖面放大示意圖。 圖4繪示本實施例架構和無凸起物架構的顯示裝置的力感應訊號結果。 圖5(a)為測試樣品的形狀示意圖。 圖5(b)為測試設備示意圖。 圖5(c)為施加壓力對量測物品高度的量測結果圖。 圖6(a)繪示部分之凸起物上視形狀之示意圖。 圖6(b)繪示部分之凸起物剖面形狀之示意圖。 圖7(a)~圖7(g)繪示各種變化例之凸起物和力感應區塊於顯示裝置位置的上視示意圖。 圖8繪示本發明之第一實施例的變化例的顯示裝置的剖面放大示意圖。 圖9繪示本發明之第一實施例的另一變化例的顯示裝置的剖面放大示意圖。 圖10繪示本發明之第一實施例又另一變化例的顯示裝置的剖面放大示意圖。 圖11繪示本發明之第一實施例又再另一變化例的顯示裝置的剖面放大示意圖。 圖12繪示本發明之第二實施例的顯示裝置的剖面放大示意圖。 圖13繪示本發明之第二實施例的變化例的顯示裝置的剖面放大示意圖。

1‧‧‧顯示裝置

10‧‧‧保護基板

20‧‧‧框架

22‧‧‧底板

24‧‧‧側板

221‧‧‧內表面

30‧‧‧顯示面板

40‧‧‧緩衝材

50‧‧‧凸起物

Claims (19)

1. 一種顯示裝置，包括：一框架，該框架包括一底板和一側板，且該底板和該側板相連，該底板具一內表面，該側板在該底板之該內表面上；一凸起物設置於該底板之該內表面上；一顯示面板，設置於該凸起物上，該顯示面板包括一力感應層；一保護基板，設置於該顯示面板上；一緩衝材連接該保護基板和該框架之該側板；以及該緩衝材之彈性係數大於該凸起物之彈性係數。
2. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該緩衝材之彈性係數與該凸起物之彈性係數之比值大於10。
3. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該凸起物之彈性係數大於0 mm/(gf/mm^2)，小於0.00655mm/(gf/mm^2)。
4. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該緩衝材之彈性係數大於 0.0655mm/(gf/mm^2)。
5. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該凸起物和該框架一體成型。
6. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該凸起物設置在一支撐膜片上，該支撐膜片設置於該底板上。
7. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該凸起物高度大於0.7mm，小於5mm。
8. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該凸起物尺寸大於0.5mm，小於5mm。
9. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該顯示面板包括:一第一基板設置於該凸起物上;一顯示介質設置於該第一基板上；以及一第二基板設置於該顯示介質上； 其中該凸起物於該第一基板之重疊投影面積之總合和該第一基板之面積比值大於0.02%，小於2%。
10. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該顯示面板包括:一第一基板設置於該凸起物上;一顯示介質設置於該第一基板上，該顯示介質包括一下電極層設置在該第一基板上；一發光材料設置在該下電極上；以及一上電極層設置在該發光材料上；一第一絕緣物設置於該上電極層上；及一第二基板設置於該力感應層上，其中該力感應層設置在該第一絕緣物與該第二基板之間。
11. 如請求項10所述之顯示裝置，其中該力感應層和該上電極構成一電容。
12. 如請求項10所述之顯示裝置，其中更包括一分隔物設置在該上電極層和該第一基板之間，且該第一絕緣物和該分隔物於垂直該第一基板方向上重疊。
13. 如請求項12所述之顯示裝置，其中更包括一第二絕緣物設置在該力感應層和該第二基板之間，該第二絕緣物和該第一絕緣物和該分隔物於垂直該第一基板方向上重疊。
14. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該顯示面板包括一第一基板設置於該凸起物上；一顯示介質設置於該第一基板上，該顯示介質包括一下電極層設置在該第一基板上；一發光材料設置在該下電極上；以及該力感應層設置在該發光材料上；一第一絕緣物設置在該力感應層上；以及一第二基板設置於該第一絕緣物上；其中該凸起物為一金屬。
15. 如請求項14所述之顯示裝置，更包含一保護層，設置於該第一基板與該凸起物之間，其中該力感應層和該凸起物構成一電容。
16. 如請求項14所述之顯示裝置，其中該凸起物設置在一軟性電路板上，且該軟性電路板設置在該框架之底板上。
17. 如請求項14所述之顯示裝置，更包括一觸控感應層設置在該顯示面板和該保護基板之間，一軟性電路板和該觸控感應層耦接，且從該顯示面板和該保護基板之間延伸至該框架之該底板上方，該凸起物設置在該軟性電路板和該第一基板之間。
18. 如請求項14所述之顯示裝置，更包括一觸控感應層設置在該第二基板和該第一絕緣物之間。
19. 如請求項18所述之顯示裝置，其中該第一基板和該第二基板間更包括一導電膠，該導電膠和該觸控感應層電性耦接，另包括一軟性電路板，該軟性電路板電性耦接於該力感應層和該導電膠，且從該第一基板和該第二基板之間延伸至該框架之該內表面，該凸起物設置在該軟性電路板和該第一基板之間。