CN106406641A

CN106406641A - 触控显示装置及触控感测方法

Info

Publication number: CN106406641A
Application number: CN201610830483.7A
Authority: CN
Inventors: 王娟
Original assignee: Miics Business Consulting (shenzhen) Co Ltd
Current assignee: Interface Optoelectronics Shenzhen Co Ltd; Cheng Cheng Technology Chengdu Co Ltd
Priority date: 2016-09-19
Filing date: 2016-09-19
Publication date: 2017-02-15

Abstract

一种触控显示装置，包括一显示面板和至少一超声波换能器，至少一超声波换能器设置于显示面板一侧的至少一角落上，至少一超声波换能器发出覆盖显示面板表面的超声波并相应地接收显示面板表面上所有反射回来的超声波，至少一超声波换能器同步发射超声波或同步接收超声波。本发明还提供一种触控感测方法。

Description

触控显示装置及触控感测方法

技术领域

本发明涉及一种触控显示装置以及一种触控感测方法。

背景技术

目前市场上的触控屏根据工作原理可以分为表面声波、红外以及电容触控屏，其中，表面声波（Surface Acoustic Wave, SAW)触控屏因其分辨率高，响应速度快，稳定性好及透光度高等特点，被广泛地采用。现有技术的表面声波触控屏通常包括一屏幕、若干发射换能器、若干接收换能器以及若干反射器。表面声波式触控屏是在玻璃基板的角落安装超声波发射器和超声波接收换能器，基板的四边则加装反射条，例如，在屏幕的左上角和右下角各设置有竖直和水平方向的超声波发射换能器，右上角则设置两个相应的超声波接收换能器。超声波发射换能器产生沿玻璃表面传播超声波，超声波接收换能器接收超声波发射换能器产生的超声波。当手指或软性物质触碰面板时会阻隔超声波，造成信号衰减，衰减前与衰减后比对，就能计算出触碰的位置。

声学脉冲识别触控技术(Acoustic pulse recognition,APR)是一个全新并且独特的感觉触控技术。APR触控技术综合了超音波触控技术及红外线触控技术良好的光学性能及优秀的耐久性和稳定性的优点；还有电容触控技术优秀的拖曳及可用触控笔、手套、指甲触控的优点；而且还有电阻式技术价格便宜的优点；另外，APR对水和其他污染物是有很好的抵御性，它还可被分成不同尺寸的触摸屏，从适合PDA使用的小尺寸触摸屏到42英寸显示器用的大尺寸触摸屏，并可以很好地排除手掌导致的误触控问题。声学脉冲识别触摸屏的组成包括玻璃或其他坚硬的材质，与组装在背面四个信号接收器。信号接收器被镶嵌在可见区域的对角反面角落上，并且跟通过电缆连接到控制卡。当屏幕被触摸时产生碰撞或使用者用手指或触控笔在玻璃上扯拽时产生声波，声波从接触点四射到信号接收器，使其产生成比例的电子信号。这些信号在控制卡被放大，然后被转换成一条数字信息。这些数字信息与之前存放在数据库的做比较来判断触摸的位置。APR触控技术有防止四周和环境噪声的设计，原理是因为这些与之前存放的信息不相匹配。

现有技术中的上述两种触控屏在实际应用中具有一些缺陷，如表面声波触控屏，为了触控的精度和准度需要设置多个声波发射换能器、声波接收换能器，并在屏幕四周设置反射器，导致制作成本较高；表面声波触控屏智能感测柔软的物体比如，手指，触控手套的触控；屏幕表面的转狂，如划痕和污物等都会影响其触控的响应；另外，在表面声波触控中，多点触控会产生延迟的问题，如10000fps（Frames Per Second，每秒传输帧数）的感测器需要6~8ms的响应时间。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种结构较为简单且性能较好的触控显示装置。

还有必要提供一种触控感测方法。

一种触控显示装置，包括一显示面板和至少一超声波换能器，至少一超声波换能器设置于显示面板一侧的至少一角落上，至少一超声波换能器发出覆盖显示面板表面的超声波并相应地接收显示面板表面上所有反射回来的超声波，至少一超声波换能器同步发射超声波或同步接收超声波。

一种触控感测方法，其包括：设置于显示面板一侧的至少一角落上的至少一超声波换能器发出覆盖显示面板表面的超声波并相应地接收显示面板表面上所有反射回来的超声波，至少一超声波换能器同步发射超声波或同步接收超声波。

相较于现有技术，本发明的声波触控技术利用同一超声波换能器即进行超声波发射又进行超声波接收，因而不需要设置任何反射器。本发明在任何情况的屏幕表面，如划伤或脏污的屏幕表面都可以实现良好的触控功能。本发明的声波触控模组可以容易地整合至显示模组中，无论是设置于显示装置的上表面或下表面，并且可以达到100%的透光率，且不会影响显示。另外，本发明的声波触控模组由于利用声波的回声延迟进行触控感测，因此，不限于柔软的物体，即使是硬质的，例如，触控笔等的触控也能得到响应。另外，本发明的触控装置可以适应单点触控也可以应用于多点触控中。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的触控显示面板的立体图。

图2是本发明第一实施方式的至少一超声波换能器发射超声波的示意图。

图3是本发明第二实施方式的触控显示面板的立体图。

主要元件符号说明

触控显示装置	100、200
		显示面板	10、40
边框	30、60
		超声波换能器	20、50
压电材料	222、522

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

本发明的触控显示装置包括显示面板、设置于显示面板一侧的至少一超声波换能器，该至少一超声波换能器位于显示面板角落。

请参阅图1，本发明第一实施方式的触控显示装置100包括一显示面板10、设置于所述显示面板10一侧的二超声波换能器20和设置于所述显示面板10与超声波换能器20同侧的一边框30，在本实施例中，该二超声波换能器20设置于显示面板10上方，即显示面板10用于触控的一侧，二超声波换能器20发出能够覆盖整个显示面板10表面的超声波并相应地接收整个显示面板10表面上所有反射回来的超声波。二超声波换能器20整合于边框30中且设置于边框30的角落。

在本发明其他实施例中，二超声波换能器20也可以设置于显示面板10下方，即显示面板10远离触控物的一侧。所述显示面板10可以是LCD面板、OLED面板、IPS面板或AMOLED面板等市面上常见的面板。

通过设置超声波换能器20的形状可以控制超声波换能器20发出的不同形状的超声波。本实施方式中，超声波换能器20发射的超声波具有一直线波前。

超声波换能器20用于产生和接收超声波脉冲，超声波换能器20产生和接收超声波脉冲的时间间隔开来。例如，在第一时间段内超声波换能器20发出超声波脉冲，在随后的第二时间段内超声波换能器20接收超声波脉冲，循环往复。具体地，超声波换能器20包括至少一透明压电材料22，所述透明压电材料22可以为复合压电材料或有机高分子压电材料。例如，聚二氟亚乙烯（Polyvinylidene Fluoride, PVDF），钛酸钡(BaiO₃)、钛酸铅(PbiO₃)和锆钛酸铅(Pb(Zri)O₃, PZT)、钽钪酸铅（PST）、石英、(Pb，Sm)iO₃、PMN(Pb(MgNb)O₃)-PT(PbTiO₃)和偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物（PVDF-TrFE）等。在本实施例中，超声波换能器20的至少一个压电材料22呈一直线排列，从而使发射的超声波形成一直线波前。

超声波换能器20还可以包括与每一压电材料22一一相连的天线24，各压电材料22通过与其相连的天线24独立接收控制信号，并根据控制信号，发射或接收超声波，从而对显示面板10用于触控的表面进行全面扫描。在本实施例中，超声波换能器20的各压电材料22根据控制信号，同时发射或接收超声波，而在本发明其他实施例中，超声波换能器20的各压电材料22可以根据控制信号，依次发射或接收超声波，只需要发出的超声波可以在响应时间内对显示面板10用于触控的表面进行全面扫描即可。

本发明的一实施例如图2所示，超声波换能器20包括6个压电材料22，所述压电材料22通过天线24接收控制信号，并根据控制信号在同一时刻分别发出不同相位的超声波，例如0°、22°、45°、68°、90°和102°的超声波。这些超声波叠加后形成一直线波前并以一扫描角度θ对整个显示面板10表面进行扫描。可以理解，虽本实施例中列举的超声波换能器20包括6个压电材料22，但在本发明的其他实施例中，压电材料22的个数不限定于6个，其发出的超声波也不限于本实施例中所列举的相位。

一个触控点的位置至少包含X轴坐标值x和Y轴坐标值x和y，在本实施方式中，可以设有二超声波换能器20的一侧边为X轴，与所述X轴方向垂直的方向为Y轴方向，则对于一个固定的坐标系，即坐标轴X、Y及原点的位置确定的坐标系，每一超声波换能器20在所述坐标系中的坐标是确定且可以获得的。

下面结合本发明第一实施例，对本发明的触控感测方法进行说明。

首先，对二超声波换能器20发出脉冲信号，基于该脉冲信号该二超声波换能器20同步发射超声波脉冲或同步接收反射回来的超声波脉冲，从而对显示面板10用于触控的表面进行扫描。请参阅图1，在各超声波换能器20的发射时段，各超声波换能器20发射的超声波沿触控显示面板表面传播。在各超声波换能器20的接收时段，在没有触控物体触摸显示面板10表面时，各超声波换能器20发出的脉冲信号被记录作为参照信号。当有触控物体触碰显示面板10表面时，各超声波换能器20发射的超声波碰到触控物体表面后部分被触控物体反射回来且被各超声波换能器20接收，将接收到的反射声波信号转换成电信号与纪录的参照信号比较，分别计算反射声波信号相对于发射脉冲的延迟时间，然后根据检测到的反射声波脉冲信号相对于发射超声波脉冲信号的延迟时间以及超声波的传播速度，计算得到触控物体与各超声波换能器20的距离大小，根据该距离和发射超声波的二超声波换能器20坐标可以计算出触控物体Y坐标。具体地，设二超声波换能器20的坐标分别为（X1，Y1）和（X2，Y2）。根据检测到的反射声波脉冲信号相对于发射超声波脉冲信号的延迟时间以及超声波的传播速度，计算得到触控物体与坐标为（X1，Y1）的超声波换能器20的距离为S1，与坐标为（X2，Y2）的超声波换能器20的距离为S2，则触控物体位于以坐标为（X1，Y1）的超声波换能器20为圆心以S1为半径的圆和以坐标为（X2，Y2）的超声波换能器20的为圆心以S2为半径的圆的交点上，则触控点的坐标就可以计算出来。

可以理解，X轴和Y轴可以是在显示面板10上任意选定的，无论如何选取该直角坐标系，根据超声波换能器20发出超声波后接收到反射回来的超声波的时间、超声波发射的路线和超声波的波速即可计算出触控点的坐标。

请参阅图3，本发明第二实施方式的触控显示装置200包括一显示面板40、一设置于所述显示面板40一侧的超声波换能器50和设置于所述显示面板40同侧的一边框60，在本实施例中，该二超声波换能器50设置于显示面板40下方，即显示面板40远离触控物体的一侧，二超声波换能器50发出能够覆盖整个显示面板40表面的超声波并相应地接收整个显示面板40表面上所有反射回来的超声波。超声波换能器50整合于边框60中且设置于边框60的角落。

通过设置超声波换能器50的形状可以控制超声波换能器50发出的不同形状的超声波。本实施方式中，二超声波换能器50发射的超声波具有一圆形波前。可以理解，在本实施方式中，该二超声波换能器50发射的超声波均具有一圆形波前。在本发明其他实施方式，至少一超声波换能器50发射的超声波的波前可以相同，也可以不同。例如，一超声波换能器50发射的超声波具有直线波前，而另一超声波换能器50发射的超声波具有圆形波前。

超声波换能器50包括至少一压电材料52，所述压电材料用于产生和接收超声波。压电材料可以由透明压电材料制成，所述透明压电材料可以为复合压电材料或有机高分子压电材料。例如，聚二氟亚乙烯（Polyvinylidene Fluoride, PVDF），钛酸钡(BaiO₃)、钛酸铅(PbiO₃)和锆钛酸铅(Pb(Zri)O₃, PZT)、钽钪酸铅（PST）、石英、(Pb，Sm)iO₃、PMN(Pb(MgNb)O₃)-PT(PbTiO₃)和偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物（PVDF-TrFE）等。在本实施例中，超声波换能器50的至少一个压电材料52呈一环状排列，从而使发射的超声波形成一圆形波前。

一个触控点的位置至少包含X轴坐标值x和Y轴坐标值x和y在本实施方式中，设有二超声波换能器50的一侧边为X轴，与所述X轴方向垂直的方向为Y轴方向，则对于一个固定的坐标系，即坐标轴X、Y及原点的位置确定的坐标系，每一超声波换能器50在所述坐标系中的坐标是确定且可以获得的。

与第一实施例相同，超声波换能器50还可以包括与每一压电材料52一一相连的天线54，各压电材料52通过与其相连的天线54独立接收控制信号，并根据控制信号，发射或接收超声波，从而对显示面板40用于触控的表面进行全面扫描。在本实施例中，超声波换能器50的各压电材料52根据控制信号，同时发射或接收超声波，而在本发明其他实施例中，超声波换能器50的各压电材料52可以根据控制信号，依次发射或接收超声波，只需要发出的超声波可以在响应时间内对显示面板40用于触控的表面进行全面扫描即可。

下面结合本发明第二实施例，对本发明的触控感测方法进行说明。

首先，对二超声波换能器50发出脉冲信号，基于该脉冲信号该二超声波换能器50同步发射超声波脉冲或同步接收反射回来的超声波脉冲，从而对显示面板40用于触控的表面进行扫描。请参阅图3，在各超声波换能器50的发射时段，各超声波换能器50发射的超声波沿触控显示面板表面传播。在各超声波换能器50的接收时段，在没有触控物体触摸显示面板40表面时，各超声波换能器50发出的脉冲信号被记录作为参照信号。当有触控物体触碰显示面板40表面时，各超声波换能器50发射的超声波碰到触控物体表面后部分被触控物体反射回来且被各超声波换能器50接收，将接收到的反射声波信号转换成电信号与纪录的参照信号比较，分别计算反射声波信号相对于发射脉冲的延迟时间，然后根据检测到的反射声波脉冲信号相对于发射超声波脉冲信号的延迟时间以及超声波的传播速度，计算得到触控物体与各超声波换能器50的距离大小，根据该距离和发射超声波的二超声波换能器50坐标可以计算出触控物体Y坐标。具体地，设二超声波换能器50的坐标分别为（X3，Y3）和（X4，Y4）。根据检测到的反射声波脉冲信号相对于发射超声波脉冲信号的延迟时间以及超声波的传播速度，计算得到触控物体与坐标为（X3，Y3）的超声波换能器50的距离为S3，与坐标为（X4，Y4）的超声波换能器50的距离为S4，则触控物体位于以坐标为（X3，Y3）的超声波换能器50为圆心以S3为半径的圆和以坐标为（X4，Y4）的超声波换能器50的为圆心以S4为半径的圆的交点上，则触控点的坐标就可以计算出来。可以理解，本实施方式中，显示面板的二相邻角落分别设置有二超声波换能器。在本发明其他实施方式中，还可以在显示面板的二相对角落分别设置二超声波换能器、或在显示面板的任意一个角落设置超声波换能器或在显示面板的三个角落甚至四个角落均设置一超声波换能器。仅在显示面板的任意一个角落设置超声波换能器的实施例中，其触控物体的触控点的坐标的计算方法与本发明第一实施例不同，可以通过超声波换能器的各压电材料发出的超声波的路线、发射超声波的延迟时间和超声波传播的速度计算触控点坐标。

可以理解，根据本发明的感测方法，不仅可以进行单点触控的感测，还可以同时进行多点触控的感测。

相较于现有技术，本发明的声波触控技术利用同一超声波换能器即进行超声波发射又进行超声波接收，因而不需要设置任何反射器。本发明在任何情况的屏幕表面，如划伤或脏污的屏幕表面都可以实现良好的触控功能。本发明的声波触控模组可以容易地整合至显示模组中，无论是设置于显示装置的上表面或下表面，并且可以达到100%的透光率，且不会影响显示。另外，本发明的声波触控模组由于利用声波的回声延迟进行触控感测，因此，不限于柔软的物体，即使是硬质的，例如，触控笔等的触控也能得到响应。另外，本发明的触控装置可以适应单点触控也可以应用于多点触控中。本发明的超声波换能器发出的超声波具有直线波前或圆形波前，因此，使用两个超声波相控阵单元即可对显示面板的触控表面进行全面扫描，结构较为简单。

Claims

1.一种触控显示装置，其包括一显示面板和至少一超声波换能器，其特征在于，所述至少一超声波换能器设置于所述显示面板一侧的至少一角落上，所述至少一超声波换能器发出覆盖所述显示面板表面的超声波并相应地接收所述显示面板表面上所有反射回来的超声波，所述至少一超声波换能器同步发射超声波或同步接收超声波。

2.如权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于，所述至少一超声波换能器设置于所述显示面板用于触控的一侧。

3.如权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于，所述至少一超声波换能器设置于所述显示面板远离触控物体的一侧。

4.如权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于，所述触控显示装置包括二超声波换能器，所述二超声波换能器设置于显示面板一侧的相邻二角落或相对二角落。

5.如权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于，所述至少一超声波换能器包括至少一压电材料和至少一天线，所述至少一天线与所述至少一压电材料一一连接，所述至少一压电材料通过所述至少一天线接收控制信号，并根据控制信号，依次发射超声波或接收发射回来的超声波。

6.如权利要求5所述的触控显示装置，其特征在于，所述至少一超声波换能器发出一直线波前。

7.如权利要求6所述的触控显示装置，其特征在于，所述至少一个压电材料呈直线排列，所述至少一个压电材料同时或依次发出超声波，所述超声波叠加后形成直线波前并对所述显示面板进行扫描。

8.如权利要求5所述的触控显示装置，其特征在于，所述至少一超声波换能器发出一圆形波前。

9.如权利要求8所述的触控显示装置，其特征在于，所述至少一个压电材料呈圆形排列，所述至少一个压电材料同时或依次发出超声波，所述超声波叠加后形成圆形波前并对所述显示面板进行扫描。

10.一种触控感测方法，其包括：

设置于显示面板一侧的至少一角落上的至少一超声波换能器发出覆盖所述显示面板表面的超声波并相应地接收所述显示面板表面上所有反射回来的超声波，所述至少一超声波换能器同步发射超声波或同步接收超声波。