ES2966796T3 - Dispositivo de visualización con un sistema de sensores de proximidad de funcionamiento óptico integrado - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un dispositivo de visualización que tiene un sistema sensor de proximidad integrado (76) que funciona ópticamente para detectar un objeto presente dentro de un espacio de observación delante del dispositivo de visualización, como por ejemplo una mano o un dedo de la mano de una persona. El dispositivo de visualización está provisto de una unidad de visualización (11) que tiene un lado frontal (60) que tiene una superficie de visualización de visualización de información (62) y que tiene una región de borde (64), que linda con dicha superficie de visualización y no se utiliza para la visualización de información y una parte trasera. El dispositivo de visualización también tiene un sistema de sensor de proximidad (76) que tiene al menos un transmisor (78) para emitir radiación del sensor hacia el espacio de observación y que tiene al menos un receptor (74) para recibir la radiación del sensor reflejada desde el espacio de observación. Dicho sistema de sensor de proximidad (76) está dispuesto al menos parcialmente en la región del borde (64) del lado frontal (60) de la unidad de visualización (11) en la que al menos un receptor del sistema de sensor de proximidad (76) está dispuesto en tecnología de película delgada. El al menos un transmisor (78) del sistema de sensor de proximidad (76) puede estar integrado debajo de la unidad de visualización (11) o en la misma. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de visualización con un sistema de sensores de proximidad de funcionamiento óptico integrado La presente invención se refiere a un dispositivo de visualización con un sistema de sensores de proximidad de funcionamiento óptico integrado para detectar un objeto ubicado dentro de un espacio de observación delante del dispositivo de visualización, tal como, por ejemplo, una mano o un dedo de una mano de una persona, en particular para la detección de gestos y/o exploración de campo lejano.
Introducción
Hoy en día, los productos HMI (Automotive Human Machine Interface) implementan intervenciones de usuario cada vez más complejas para ofrecer al usuario una gran comodidad. El principal canal de comunicación e interacción entre el hombre y el vehículo es la unidad de visualización. En las últimas décadas, las pantallas en el automóvil han desarrollado nuevas características tecnológicas que amplifican y maximizan la experiencia del usuario. Gracias a los últimos avances tecnológicos, hoy en día es posible elaborar una compleja pantalla de información central (CID) que integra retroalimentación acústica, retroalimentación táctil, detección táctil, detección de luz y detección de gestos. De hecho, las soluciones para integrar la detección de gestos en el mercado automovilístico son limitadas.
Ejemplos de productos HMI se describen en WO-A-2019/012046, WO-A-2014/156399, US-A-2009/0231497, US-A-2010/0220269, US-A-2011/0221705, US-A-2011/0115749, US-A-2011/0193818, US-A-2014/0098058, US-A-2014/0192023, US-A-2015/0084928, US-A-2015/0084928, US-A-2018/0069609, US-8 860 694, US-9 557 846, PCT/EP2019/059234, DE-A-10 2016 100 363, GB-A-2 486 000, CN-Y-201383058Y, KRATZ, Sven; ROHS, Michael: Hoverflow: Exploring Around-Device Interaction with IR Distance Sensors, 11th International Conference on Human-Computer Interaction with Mobile Devices and Services, MobileHCI '09, Bonn, Alemania, 15-18 de septiembre de 2009, Conference Proceedings, ISBN 978-1-60558-281-8. Nueva York: ACM, 2009. N.° de Articulo 42, KRATZ, Sven: Sensor-Based User Interface Concepts for Continuous, Around-Device and Gestural Interaction on Mobile Devices. Tesis doctoral, Facultad de Matemáticas, Informática y Estadística, Ludwig-Maximilians-Universitat München. Múnich: LMU, 2012, OH, KyongSae; HWANG, Seok-Hee; YOU, SeungBin et al.: Gesture Sensor for Mobile Devices - White Paper, Firmenanschrift, Samsung Electronics Co. Ltd. Suwon-si, Gyeonggi-do, KR: Samsung, 2013.
En BÜRGI, L. [y otros]: Optical proximity and touch sensors based on monolithically integrated polymer photodiodes and polymer L<e>D<s>. In: Organic Electronics, Vol. 7, N.° 2, 2006, págs. 114-120. DOI: https://doi.org/10.1016/j.orgel.2005.12.002. Science Direct [en línea] y ZHOU, X. [entre otros]: Highly Sensitive a-Si:H PIN Photodiode Gated LTPS TFT for Optical In-Display Fingerprint Identification. In: Society for Information Display International Symposium Digest of Technical Papers, Vol. 49, N.° 1, 2018, págs. 490-493. DOI: https://doi.org/10.1002/sdtp.12608. Wiley Online Library [en línea] también se describen fotodiodos en diferentes tecnologías.
La detección de gestos y de campo lejano en el automóvil utiliza enfoques basados principalmente en la detección de infrarrojos (IR) o cámaras. En muchos diseños de interiores de vehículos, los sistemas de detección IR para la detección de gestos y campos lejanos se integran y diseñan por separado de la pantalla. Otros sistemas IR están integrados en la pantalla para permitir solo la detección táctil. La principal desventaja de estos diseños de detección IR consiste en que requieren espacio en el vehículo para la integración, adicionalmente a la necesidad de espacio para la pantalla. La tendencia futura en el espacio interior del automóvil es hacia los sistemas de pantalla ultraplanos, cuyas superficies de visualización se extienden casi hasta el borde de pantalla, es decir, solo presentan zonas de borde extremadamente estrechas que no se pueden utilizar para mostrar información. La integración de los sistemas actuales basados en IR para CIDs y otros elementos de visualización en el vehículo hace imposible la realización de un diseño de pantalla "de borde ultradelgado". Por lo tanto, se deben desarrollar nuevos enfoques para la integración de sistemas de detección IR en las unidades de visualización.
Por el documento EP-A-3 334 130 se conoce un dispositivo de visualización con sistema de sensores de proximidad de funcionamiento óptico integrado para detectar un objeto que toca el dispositivo de visualización, tal como, por ejemplo, una mano o un dedo de una mano de una persona. El dispositivo de visualización conocido presenta una unidad de visualización que presenta una cara frontal con una superficie de visualización que muestra información, una zona de borde contigua a la superficie de visualización y no utilizada para mostrar información, y una cara posterior. Además, el dispositivo de visualización conocido está equipado con un sistema de sensores de proximidad que presenta al menos un transmisor para emitir la radiación de sensor en la zona delante de la unidad de visualización y con al menos un receptor para recibir la radiación de sensor reflejada de esta zona. El al menos un transmisor del sistema de sensores de proximidad está dispuesto por debajo de la unidad de visualización, es decir, por ejemplo, por debajo de la región ocupada por la superficie de visualización o por debajo de la zona de borde de la unidad de visualización o en la cara posterior de la unidad de visualización o dirigido hacia la cara posterior de la unidad de visualización o en la unidad de visualización, mientras que el al menos un receptor del sistema de sensores de proximidad está dispuesto en la zona de borde adyacente a la unidad de visualización en la cara frontal o la cara posterior de la unidad de visualización. La unidad de visualización está configurada como un panel de visualización TFT. El panel de visualización TFT está provisto de una cara superior que forma la cara frontal de la unidad de visualización, que presenta una zona que forma la superficie de visualización con transistores TFT y una zona saliente que rodea esta zona, que forma el zona de borde, y con una cara inferior alejada de la cara superior y una capa de filtro de color dispuesta por encima o en la cara superior del panel de visualización. El al menos un receptor y/o el al menos un transmisor del sistema de sensores de proximidad está o están configurados en cada caso como diodo de semiconductor.
Objetivo de la invención
El objetivo de la invención es mejorar aún más y, en particular, simplificar la fabricación de un dispositivo de visualización con sistema de sensores de proximidad de funcionamiento óptico integrado, donde, sobre todo, la zona de borde del dispositivo de visualización no utilizable para la visualización de información, aunque esta zona de borde esté realizada de forma bastante estrecha, debe utilizarse no obstante para el alojamiento de al menos partes de los sensores de proximidad.
Invención
Para lograr este objetivo, con la invención se propone un dispositivo de visualización, que presenta un sistema de sensores de proximidad de funcionamiento óptico integrado para detectar un objeto ubicado dentro de un espacio de observación delante del dispositivo de visualización, tal como, por ejemplo, una mano o un dedo de una mano de una persona para en particular la detección de gestos y/o exploración de campo lejano y está provisto con las características de la reivindicación 1. Configuraciones individuales de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.
Una característica esencial de la invención es formar al menos partes del sistema de sensores de proximidad, a saber, los receptores del sistema de sensores de proximidad, con la tecnología planar, en la que también se fabrican los transistores de película delgada estándares (TFT) de dispositivos de visualización de tecnología de matriz TFT. Un transistor t Ft se compone de varias capas semiconductoras o de metalización dispuestas una encima de la otra, que se fabrican sucesivamente de forma planar en pasos individuales.
Por lo tanto, el sistema de sensores de proximidad previsto según la invención comprende diodos de semiconductor al menos como los receptores, donde ventajosamente se usan los llamados fotodiodos PIN. Al igual que los transistores TFT, estos diodos se pueden montar de forma planar en varios pasos de producción. La matriz TFT se puede fabricar, por ejemplo, de forma estándar, para luego pasar por otro proceso en el que, como antes, se disponen varias capas de material semiconductor una al lado de la otra o una encima de la otra para formar los diodos del sistema de sensores de proximidad, en particular los fotodiodos de los receptores. Para ello, la zona del borde no utilizada alrededor de la superficie de visualización real de la unidad de visualización es adecuada para la colocación. A este respecto, las capas semiconductoras de los respectivos diodos pueden estar dispuestas una encima de la otra o también una al lado de la otra. Se ahorra espacio especialmente si los diodos están dispuestos en circuitos que sirven para el control de los transistores TFT y, por lo tanto, para el control de la matriz TFT del dispositivo de visualización.
Por lo tanto, con esta invención se propone un nuevo sistema de sensores IR para calidades de vehículo con el fin de posibilitar un diseño de pantalla «de borde ultradelgado». A diferencia de las soluciones IR actuales en pantallas, en este enfoque es innovadora la integración del sistema de detección IR en la zona de píxeles ficticios de la pantalla, mientras que el sistema IR de emisión está dispuesto detrás de la lámina reflectante, por ejemplo, en la retroiluminación. Estos dos factores hacen que la "pantalla de borde ultradelgado" y el sistema basado en la radiación IR coexistan en el coche en una unidad común. Es importante destacar que la detección de gestos y de campo lejano no se ven afectados. Otra ventaja consiste en que este enfoque constructivo proporciona la robustez necesaria para los estándares en el sector del automóvil. Por supuesto, la invención está optimizada principalmente para aplicaciones de detección de gestos y de campo lejano y no para la detección táctil. Sin embargo, también son posibles las funciones de detección en el campo cercano. La invención no afecta el rendimiento óptico de la pantalla, lo que es crucial para cumplir con los altos requisitos del automóvil. De hecho, esta invención crea una implementación imperceptible de los fotodiodos IR (PD) en la zona de visualización, creando una percepción visual armoniosa del color negro en el diseño. Esta característica es imprescindible para la mayoría de las aplicaciones en el espacio interior del automóvil. En esta propuesta es ventajosa la alta compatibilidad del diseño que se debe implementar con la tecnología actual de transistores de película delgada estándar de matrices TFT que se utiliza en pantallas de automóvil. Por lo tanto, la solución se puede producir en procesos en serie de pantalla estándar con alta producción, escalabilidad y rendimiento.
Sistema de detección
El sistema de detección propuesto en esta invención se compone, por ejemplo, de fotodiodos IR (PD) que están integrados en el plano de matriz TFT y que están dispuestos en la zona de píxeles no luminosa (zona de píxeles ficticios) y rodean la zona activa de la pantalla como parte de la zona de visión, lo que es diferente de, por ejemplo, detectores IR según el estado de la técnica que están dispuestos dentro de la zona activa de la pantalla. Según la invención, se utiliza la zona ficticia del panel TFT, que no muestra información al usuario del vehículo.
Están disponibles construcciones según el estado de la técnica, en las que se utiliza la matriz de paneles para la integración de la detección táctil IR o de huellas dactilares; sin embargo, se trata de sistemas de diseño de sensores IR altamente complejos, ya que se utilizan en aplicaciones en las que se requiere una detección múltiple del toque de dedo o una detección de huellas dactilares con una alta precisión de posición y/o una determinación de posición y con un procesamiento de alta velocidad. Además, estos sistemas están optimizados para procesar cambios locales definidos por los dedos de la mano.
En la invención, el enfoque de la aplicación es completamente diferente. Se propone integrar fotodiodos (PD) en la matriz TFT para permitir al menos partes de los sensores para la detección de gestos y de campo lejano en la pantalla. Aquí se puede cumplir bien este propósito mediante la inclusión de fotodiodos IR en la zona de píxeles ficticios TFT (zona de visualización de píxeles no iluminada). Una gran ventaja de esta integración en el TFT de pantalla es que no se requiere espacio adicional para la integración de los fotodiodos, por lo que se posibilita la pantalla ultradelgada Slim Border con detección IR integrada. Dado que los diseños de pantallas TFT para automóviles están maduros hoy en día, la producción de fotodiodos adicionales para la detección IR es simple y compatible con los procesos de producción de TFT. Por lo tanto, esta invención puede cubrir realmente los estándares de fiabilidad para vehículos de motor. Por supuesto, el principio de la invención también se puede adaptar bien para otras pantallas de consumo e industriales.
Debido al alto rendimiento óptico que se requiere para las pantallas en los vehículos de motor, tal como, por ejemplo, alto contraste y alto brillo, la integración estándar de fotodiodos en los píxeles RGB de la superficie de visualización no es adecuada. Estos enfoques tienen un inconveniente importante, ya que la permeabilidad general de la pantalla se reduce significativamente y la luminancia general de la pantalla (tipo 900 Cd/m2) se ve afectada significativamente. Por el contrario, en esta invención el rendimiento óptico de la pantalla no se ve afectado por los fotodiodos. De hecho, la invención hace que el sistema de diseño IR-PD sea prácticamente invisible para el usuario del vehículo, lo que hoy en día no es posible en el diseño de automóviles.
Los fotodiodos IR se pueden producir en la matriz TFT como fotodiodos PIN y se pueden combinar directamente con el circuito configurado, por ejemplo, en el panel LCD. Por lo tanto, el diseño electrónico del fotodiodo IR también es compatible con el procesamiento de matrices TFT a-Si o LTPS. Aquí, la intensidad de la señal y la ubicación del fotodiodo IR son importantes para aumentar la relación de señal-ruido. En consecuencia, la sensibilidad de la detección de la señal IR se puede mejorar aumentando el número de transmisores IR o aumentando el número de fotodiodos IR. Dado que se conoce la longitud de onda de detección de pico (típicamente 940 nm) y la geometría y la posición de la pantalla en el vehículo pueden ser conocidas, se puede determinar bien la posición óptima del fotodiodo. Esto ofrece una gran flexibilidad en la eficiencia del diseño en una aplicación CID. En general, el diseño se puede ampliar a cualquier tamaño de pantalla según el mismo principio.
Sistema de emisiones
El sistema de emisiones IR está integrado ventajosamente en una unidad de retroiluminación, un campo de visualización, una unión óptica, un intersticio de aire o en una lente cobertora (con o sin panel táctil TP). Los transmisores IR pueden estar integrados en una parte posterior de una unidad de retroiluminación (BLU) convencional iluminada con retroiluminación. Aquí, los transmisores IR se configuran, por ejemplo, geométricamente detrás del reflector BLU como elementos de iluminación directa.
Convenientemente, se utiliza un reflector (en forma de, por ejemplo, una película), que es transparente tanto en el rango IR como altamente reflectante en el rango visible. Aquí, el objetivo principal del reflector consiste en ocultar los transmisores IR detrás del reflector, mantener una alta señal de emisión IR y garantizar la alta calidad óptica de la pantalla requerida por los estándares del sector de la automoción. Aunque tales reflectores están actualmente disponibles en el mercado, aún no se ha propuesto su aplicación en una pantalla y en el entorno del automóvil. De hecho, el desarrollo de este tipo de reflectores en forma de lámina para los requisitos del automóvil es en realidad sencillo y no obstaculiza el principio de aplicación de esta invención. De hecho, este diseño de retroiluminación se puede utilizar no solo para automóviles, sino también para otros productos de consumo e industriales. (Véase también el documento WO-A- 2019/197525).
Es importante que en la configuración IR propuesta aquí, en combinación con la pila de visualización completa (incluido el panel táctil y el capa de aislamiento), la transmisión IR total esté fuera del rango de longitud de onda de la luz para la pantalla y, por ejemplo, a 940 nm (+/-5%-10%). De hecho, esta señal IR emitida por la pantalla permite la iluminación IR en la dirección del usuario de mano que se necesita para la detección de gestos y la exploración de campo lejano. Sin embargo, la invención no se limita a esta longitud de onda, ya que esta se puede adaptar y optimizar para cada caso de usuario. Finalmente, la densidad de potencia IR total y la distribución de luz necesarias para la aplicación se pueden definir caso por caso mediante el número y la posición de los emisores IR.
Con la invención, por lo tanto, se puede crear un campo lejano IR específico del cliente más allá de la superficie de la pantalla sin que se requiera espacio lateral adicional, lo que facilita la integración en diseños de pantalla ultraplanos con borde estrecho. Aquí, el campo lejano IR generado se puede utilizar bien para interactuar con una mano/un dedo humano en una aplicación CID. Esto se puede ampliar fácilmente y aplicar a productos para pantallas industriales y de consumo.
De hecho, el diseño propuesto aquí permite que todas las características de rendimiento óptico, como la uniformidad, la luminancia y el color de la BLU, permanezcan prácticamente intactas, ya que solo se sustituye el reflector en la unidad de retroiluminación. Por lo tanto, las dimensiones mecánicas de la BLU tampoco se ven afectadas.
Como ya se mencionó anteriormente, el diodo de semiconductor respectivo está configurado convenientemente como diodo de semiconductor IR.
En otra configuración ventajosa de la invención puede estar previsto que los diodos de semiconductor de los receptores del sistema de sensores de proximidad estén configurados como fotodiodos PIN y presenten una capa semiconductora intrínseca entre dos capas semiconductoras dopadas de forma opuesta.
Típicamente, el panel de visualización TFT está provisto de circuitos configurados en tecnología TFT dentro del saliente del panel de visualización en su cara superior y/o inferior.
En otra configuración ventajosa de la invención puede estar previsto que los diodos de semiconductor del receptor y/o el diodo de semiconductor del al menos un transmisor del sistema de sensores de proximidad estén configurados sobre una capa aislante fabricada en tecnología TFT, que está configurada sobre un circuito o parte del mismo fabricado en tecnología TFT, dispuesto en el saliente del panel de visualización TFT.
En el caso de la radiación emitida por el al menos un transmisor y recibida por los receptores o sistema de sensores de proximidad se trata, como ya se mencionó anteriormente, ventajosamente de radiación IR como ejemplo de radiación invisible.
La unidad de visualización puede estar configurada convenientemente como una unidad de visualización de matriz LCD, donde un medio de cristal líquido se encuentra en un espacio intermedio sellado por todos los lados entre la cara superior del panel de visualización y un capa de aislamiento.
En una configuración ventajosa de la invención, el al menos un transmisor y/o los receptores pueden estar provistos de una óptica para la orientación de la radiación en dirección al espacio de observación delante de la superficie de visualización.
El dispositivo de visualización según la invención puede estar provisto convenientemente de un sistema de sensores de contacto de funcionamiento no óptico, tal como, por ejemplo, un sistema de sensores de contacto de funcionamiento capacitivo, resistivo, inductivo o basado en ultrasonidos.
En otro perfeccionamiento conveniente de la invención, el sistema de sensores de contacto presenta un panel táctil que está posicionado en la cara frontal de la unidad de visualización o en la capa de filtro de color o detrás de un capa de aislamiento dispuesta delante de la unidad de visualización o delante de la capa de filtro de color.
En la disposición tanto del al menos un transmisor como del receptor del sistema de sensores de proximidad en la zona de borde de la unidad de visualización, el al menos un transmisor y el receptor están convenientemente aislados entre sí para evitar la diafonía.
En otra configuración alternativamente posible de la invención, el sistema de sensores de proximidad presenta como receptor una matriz receptora con o sin sistema óptico, que está dispuesta en la zona de borde de la unidad de visualización y está prevista para la adquisición de imágenes o para la adquisición 3D del espacio de observación.
Alternativamente a ello, el sistema de sensores de proximidad presenta como receptor un sensor de imágenes con o sin sistema óptico, que está dispuesto en la zona de borde de la unidad de visualización y está previsto para la adquisición de imágenes o para la adquisición 3D del espacio de observación.
Finalmente, también es posible que el sistema de sensores de proximidad presente un transmisor que puede activarse cuando no hay suficiente luz ambiente para la detección 2D o 3D del espacio de observación.
La invención se explica más en detalle a continuación mediante varios ejemplos de realización y en referencia al dibujo. En detalle muestran a este respecto:
Fig. 1 una representación esquemática de las características, esenciales para la detección de luz no visible mediante la disposición del sistema de sensores correspondiente en la zona de borde de una pantalla, de un dispositivo de visualización configurado en este ejemplo de realización como dispositivo de visualización LCD según un primer ejemplo de realización,
Fig. 2 una representación esquemática de las características, esenciales para la detección de luz no visible mediante la disposición del sistema de sensores correspondiente en la zona de borde de una pantalla, de un dispositivo de visualización LCD según un segundo ejemplo de realización,
Fig. 3 una representación esquemática de las características, esenciales para la detección de luz no visible mediante la disposición del sistema de sensores correspondiente en la zona de borde de una pantalla, de un dispositivo de visualización configurado según un tercer ejemplo de realización,
Fig. 4 una representación esquemática de las características, esenciales para la detección de luz no visible mediante la disposición del sistema de sensores correspondientes en la zona de borde de una pantalla, de un dispositivo de visualización configurado según un cuarto ejemplo de realización.
La fig. 1 muestra esquemáticamente los componentes esenciales para la invención de un dispositivo de visualización 10 con partes dispuestas en la zona de borde de un sistema de sensores de proximidad para la detección de un objeto que se encuentra dentro de un espacio de observación 12 delante del dispositivo de visualización 10, tal como, por ejemplo, una mano 14 o un dedo 16 de la mano 14 de una persona, como es conveniente en particular para la detección de gestos y/o exploración de campo lejano.
El dispositivo de visualización 10 presenta una unidad de visualización 11 con un panel LCD 18, en el que están dispuestos los píxeles R, G y B 20, 22, 24, que presentan respectivamente, por ejemplo, un electrodo ITO 26, 28, 30 y una capacidad de píxeles 32, 34, 36. El panel LCD 18 está diseñado como vidrio TFT y presenta transistores TFT 38, 40, 42 fabricados en tecnología planar y asignados a los píxeles individuales.
Por encima del panel LCD 18 se encuentra una capa de filtro de color 44 con un filtro R 46 por encima del píxel R 20, un filtro G 48 por encima del píxel G 22 y con un filtro B 50 por encima del o de cada píxel B 24.
La capa de filtro de color 44 se mantiene a una distancia uniforme del panel LCD 18 mediante el espaciador 52. El espacio intermedio entre ambos está cerrado por el material de cristal líquido 53 y hacia el borde circundante, como se conoce en principio en las pantallas lCd .
Por encima de la capa de filtro de color 44 se encuentra un panel táctil 54, que sirve para detectar un contacto del dispositivo de visualización 10. Este tipo de panel táctil 54 o similares sistemas de sensores de contacto para dispositivos de visualización se conocen en principio, por lo que en este punto no se debe entrar en más detalles sobre su construcción.
Por encima del panel táctil 54 se encuentra un panel de cubierta 56 (también llamado coverlens), que está conectado con el panel táctil 54 por medio de la unión óptica 58.
La cara frontal 60 del dispositivo de visualización 10 presenta la superficie de visualización 62 definida por los píxeles, alrededor de la cual discurre una zona de borde 64 que no se puede utilizar para fines de visualización. Esta zona de borde 64 está oscurecida por una impresión 66 permeable a la luz IR en la cara inferior del capa de aislamiento 56. Dentro de esta zona de borde 64 se extiende una zona de saliente 68 del panel LCD 18, en la que está dispuesto, por ejemplo, el enrutamiento 70, así como circuitos electrónicos y/o componentes electrónicos 72 para la excitación de los píxeles.
Según la invención, esta zona de saliente 68 del panel LCD 18 se utiliza ahora para disponer allí al menos partes del sistema de sensores de proximidad. En el ejemplo de realización según la fig. 1 se encuentran en esta zona de saliente 68, por ejemplo, receptores 74 del sistema de sensores de proximidad 76, al que pertenecen además transmisores 78, que en este ejemplo de realización emiten radiación IR. En este ejemplo de realización, los transmisores 78 están configurados como diodos transmisores de IR 80, que están dispuestos por debajo del dispositivo de visualización 10. Por debajo del dispositivo de visualización 10 está dispuesta en primer lugar una unidad de retroiluminación 82, que presenta una capa de fibra óptica 84 en la que la luz suministrada lateralmente por las fuentes de luz de retroiluminación 86 se dirige en la dirección de la superficie de visualización 62 del dispositivo de visualización 10. Sobre la capa de fibra óptica 84 se encuentra una capa difusora 87 para la igualación de la luz de retroiluminación dirigida en la dirección de la superficie de visualización 62. En el caso de las fuentes de luz de retroiluminación 86 se trata también convenientemente de LEDES. A la unidad de retroiluminación 82 pertenece también un reflector 88, que refleja hacia abajo la luz de retroiluminación que sale de la capa de fibra óptica 84. En el caso de este reflector 88 se trata de un reflector permeable a la radiación IR, por lo que los transmisores 78, sujetados por una estructura de sujeción 90, pueden estar dispuestos por debajo de la unidad de retroiluminación 82.
Como se indica en la fig. 1 mediante el dedo 16 que se encuentra en la cámara de observación 12 y la mano 14 de un usuario, la radiación IR de los transmisores 78 se refleja en dirección hacia el/los receptor/es 74, con lo que es posible la localización y detección de la mano.
Al igual que los transmisores 78, también los receptores 74 del sistema de sensores de proximidad 76 están configurados convenientemente como diodos, concretamente en este ejemplo de realización como fotodiodos PIN 92 para la recepción de radiación IR. Un fotodiodo PIN 92 de este tipo presenta, por ejemplo, una capa de material semiconductor dopada con p 94, una capa de material semiconductor dopada con n 96 y una capa de material semiconductor intrínseca 98, es decir autoconductora, entre las dos capas de material semiconductor descritas anteriormente. Por razones de ahorro de espacio, los fotodiodos PIN 92 están dispuestos en un componente electrónico 72, es decir, con intercalado de una capa de aislamiento 100.
Todos los componentes electrónicos y optoelectrónicos del panel LCD 18 están aplicados en tecnología planar, es decir, aplicados capa por capa. Esto también se aplica en particular a los fotodiodos PIN 92 previstos según la invención, que en el ejemplo de realización según la fig. 1 están concebidos como diodos PIN verticales.
En el ejemplo de realización según la figura 2, el dispositivo de visualización 10' está provisto de fotodiodos PIN horizontales 92, en los que las tres capas de material semiconductor no están dispuestas una encima de la otra, sino una al lado de la otra, concretamente de nuevo sobre una capa aislante 100, que a su vez está dispuesta sobre el componente electrónico 72. Por lo demás, para las referencias de la fig. 2 es válido que allí todos aquellos elementos que son iguales constructivamente o funcionalmente a los elementos de la fig. 1, están designados con las mismas referencias que en las fig. 1.
En las fig. 3 y 4 se muestran otras dos variantes de un dispositivo de visualización 10" y 10, tal como se proponen según la invención. También para las fig. 3 y 4 se aplica que allí están caracterizados aquellos elementos de diseño o construcción idénticos y/o funcionalmente iguales con las mismas referencias que en la fig. 1.
En la fig. 3 se puede reconocer que los fotodiodos PIN 92 están configurados como fotodiodos PIN verticales y están dispuestos junto al componente electrónico 72 en la zona de saliente 68 del panel LCD 18. En la fig. 4, los fotodiodos PIN 92 están configurados como fotodiodos PIN horizontales.
Lista de referencias
10 Dispositivo de visualización
10' Dispositivo de visualización
10'' Dispositivo de visualización
10''' Dispositivo de visualización
11 Unidad de visualización
12 Espacio de observación
14 Mano
16 Dedo
18 Panel LCD
20 Píxel R
22 Píxel G
24 Píxel B
26 Electrodo ITO
28 Electrodo ITO
30 Electrodo ITO
32 Capacidad de píxel
34 Capacidad de píxel
36 Capacidad de píxel
38 Transistores TFT
40 Transistores TFT
42 Transistores TFT
44 Capa de filtro de color
46 Filtro R
48 Filtro G
50 Filtro B
52 Espaciador
53 Material de cristal líquido
54 Panel táctil
56 Cristal cobertor
58 Unión óptica
60 Cara frontal
62 Superficie de visualización
64 Zona del borde
66 Impresión
68 Zona de saliente
70 Enrutamiento
72 Componente electrónico
74 Receptor
76 Sistema de sensores de proximidad
78 Transmisor
80 Diodos transmisores de IR
82 Unidad de retroiluminación
84 Capa de fibra óptica
86 Fuentes de luz de retroiluminación
87 Capa difusora
88 Reflector
90 Estructura de retención
92 Fotodiodos PIN
94 Capa de material semiconductor dopado con p
96 Capa de material semiconductor dopado con n
98 Capa de material semiconductor autoconductor
100 Capa aislante
Abreviaturas
IR: Infrarrojos
AA: Zona activa
WA: Zona de visualización
TP: Panel táctil
PD: Fotodiodo
LCD: Pantalla de cristal líquido
TFT: Transistor de película delgada
LTPS: Polisilicona de baja temperatura
a-Si: silicona amorfa
PIN PD: Fotodiodo de semiconductor de tipo PIN
FPC: Circuito impreso flexible
COG: Chip en cristal
OCR: Resina ópticamente transparente
OCA: Adhesivo ópticamente transparente
BL: Retroiluminación
BLU: Unidad de retroiluminación
CG: Cristal cobertor
GG: Cristal-cristal
AR: Antireflectante
AG: Antidestello
AFP: Impresión antihuellas
CID: Pantalla de información central
CF: Cristal de filtro de color
Lista de referencias
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US 2010/0220269 A1
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Claims (16)
1. Dispositivo de visualización con un sistema de sensores de proximidad de funcionamiento óptico integrado para detectar un objeto ubicado dentro de un espacio de observación delante del dispositivo de visualización, tal como, por ejemplo, una mano o un dedo de una mano de una persona, en particular para la detección de gestos y/o exploración de campo lejano, con
- una unidad de visualización (11) que presenta una cara frontal (60) con una superficie de visualización (62) que muestra información, una zona de borde (64) contigua a la superficie de visualización (62) y no utilizada para mostrar información, y una cara posterior, y
- un sistema de sensores de proximidad (76) con al menos un transmisor (78) para emitir radiación de sensor en el espacio de observación y con varios receptores (74) para recibir radiación de sensor reflejada desde el espacio de observación,
- donde el al menos un transmisor (78) del sistema de sensores de proximidad (76) está dispuesto por debajo de la unidad de visualización (11), por ejemplo, por debajo de la región ocupada por la superficie de visualización (62) o por debajo de la zona de borde (64) de la unidad de visualización (11) o en la cara posterior de la unidad de visualización (11) o dirigido hacia la cara posterior de la unidad de visualización (11) o en la unidad de visualización (11) y los receptores (74) del sistema de sensores de proximidad (76) están dispuestos en la zona de borde (64) adyacente a la superficie de visualización (62) en la cara frontal (60) o en la cara posterior de la unidad de visualización (11),
- donde la unidad de visualización (11) presenta un panel de visualización TFT (18) con una cara superior que forma la cara frontal (60) de la unidad de visualización (11), que presenta una zona que forma la superficie de visualización (62) con transistores TFT (38, 40, 42) y una zona saliente (68) que rodea esta zona y que forma la zona de borde (64), y con una cara inferior alejada de la cara superior y una capa de filtro de color (44) dispuesta por encima o en la cara superior del panel de visualización (18),
- donde los receptores (74) del sistema de sensores de proximidad (76) están dispuestos dentro de la zona saliente (68) del panel de visualización (18) en su cara superior y/o inferior y
- donde los receptores (74) del sistema de sensores de proximidad (76) están configurados respectivamente como diodos de semiconductor, que presentan capas semiconductoras (94, 96, 98) configuradas en tecnología de película delgada en el panel de visualización (18), que están dispuestas una al lado de la otra o una encima de la otra y, además, adyacentes entre sí.
2. Dispositivo de visualización según la reivindicación 1, caracterizado porqueel al menos un transmisor (78) del sistema de sensores de proximidad (76) está configurado como un diodo de semiconductor, que presenta capas semiconductoras configuradas en tecnología de película delgada sobre el panel de visualización (18).
3. Dispositivo de visualización según la reivindicación 1 y 2, caracterizado porqueel respectivo diodo de semiconductor (94,96,98) está configurado como diodo de semiconductor IR para recibir o emitir radiación IR yporquela zona de borde (64) está oscurecida mediante una impresión (66) permeable a la radiación IR en la cara inferior del cristal cobertor (56).
4. Dispositivo de visualización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porqueel diodo de semiconductor (94, 96, 98) de cada receptor (74) del sistema de sensores de proximidad (76) está configurado como fotodiodo PIN (92) y presenta una capa semiconductora intrínseca (98) entre dos capas semiconductoras (94, 96) dopadas de manera opuesta.
5. Dispositivo de visualización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porqueel panel de visualización TFT (18) presenta componentes electrónicos (72) configurados en tecnología de película delgada en su cara superior y/o inferior dentro del saliente del panel de visualización (18).
6. Dispositivo de visualización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porqueel diodo de semiconductor (94,96,98) de cada receptor (74) y/o el diodo de semiconductor (94,96,98) del al menos un transmisor (78) del sistema de sensores de proximidad (76) está configurado sobre una capa aislante (100) fabricada en tecnología de película delgada, que está configurada sobre un componente electrónico (72) fabricado en tecnología de película delgada, dispuesto en la zona de saliente (68) del panel de visualización TFT (18) o sobre una parte del mismo.
7. Dispositivo de visualización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porquela radiación emitida por el al menos un transmisor (78) y recibida por los receptores (74) o sistema de sensores de proximidad (76) es radiación IR.
8. Dispositivo de visualización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porquela unidad de visualización (11) está configurada como unidad de visualización de matriz LCD y presenta un medio de cristal líquido en un espacio intermedio sellado por todos los lados entre la cara superior del panel de visualización (18) y un capa de aislamiento.
9. Dispositivo de visualización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porqueel al menos un transmisor (78) y/o cada receptor (74) del sistema de sensores de proximidad (76) está provisto de un sistema óptico para alinear la radiación en la dirección del espacio de observación delante de la superficie de visualización (62).
10. Dispositivo de visualización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,caracterizado porun sistema de sensores de contacto de funcionamiento no óptico, tal como, por ejemplo, un sistema de sensores de contacto de funcionamiento capacitivo, resistivo, inductivo o sobre la base de ultrasonidos.
11. Dispositivo de visualización según la reivindicación 10,caracterizado porqueel sistema de sensores de contacto presenta un panel táctil (54) que está posicionado en la cara frontal (60) de la unidad de visualización (11) o en la capa de filtro de color (44) y/o detrás de un capa de aislamiento (56) dispuesta delante de la unidad de visualización (11) o delante de la capa de filtro de color (44).
12. Dispositivo de visualización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porqueal disponer tanto el al menos un transmisor (78) como también el receptor (74) del sistema de sensores de proximidad (76) en la zona de borde (64) de la unidad de visualización (11), el al menos un transmisor (78) y el receptor (74) están ambos aislados entre sí para evitar la diafonía.
13. Dispositivo de visualización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12,caracterizado porqueel sistema de sensores de proximidad (76) presenta como receptor una matriz receptora con o sin sistema óptico, que está dispuesta en la zona de borde (64) de la unidad de visualización (11) y está prevista para la adquisición de imágenes o para la adquisición 3D del espacio de observación.
14. Dispositivo de visualización según la reivindicación 13,caracterizado porqueel sistema de sensores de proximidad (76) presenta como receptor un sensor de imágenes con o sin sistema óptico, que está dispuesto en la zona de borde (64) de la unidad de visualización (11) y está previsto para la adquisición de imágenes o para la adquisición 3D del espacio de observación.
15. Dispositivo de visualización según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 14,caracterizado porqueel sistema de sensores de proximidad (76) presenta un transmisor (78) que puede activarse cuando no hay suficiente luz ambiente para la detección 2D o 3D del espacio de observación.
16. Dispositivo de visualización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porqueel panel de visualización TFT (18) sobresale en al menos una sección de borde (64) sobre la capa de filtro de color (44) y este saliente forma la zona de borde (64) adyacente lateralmente a la superficie de visualización (62) oporqueel panel de visualización del panel de TFT (18) presenta, entre otros, píxeles (20, 22, 24) y transistores (38, 40, 42) fabricados en tecnología de película delgada, que representan en conjunto la superficie de visualización (62) de la unidad de visualización (11), y el panel de visualización TFT (18) sobresale en al menos una sección de borde (64) sobre la superficie de visualización (62) y este saliente forma la zona de borde (64) adyacente lateralmente a la superficie de visualización (62).
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