用于顯示應(yīng)用的像素內(nèi)超聲觸摸傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像顯示技術(shù)，并且更具體地，涉及被制造為顯示像素的組成部分的超聲波長(zhǎng)觸摸傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]雖然有許多可利用的觸摸傳感器技術(shù)，但是目前市場(chǎng)由兩種技術(shù)占主導(dǎo)地位。不需要多點(diǎn)觸摸能力的低成本系統(tǒng)常常使用電阻觸摸式，其測(cè)量由于在X和Y總線線路之間產(chǎn)生連接的觸摸而導(dǎo)致變形的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的電阻。最常用的多點(diǎn)觸摸感測(cè)技術(shù)，其被稱為投射電容式，測(cè)量在交叉點(diǎn)陣列中每對(duì)電極之間的電容。手指靠近傳感器的電容改變?cè)陉嚵兄性擖c(diǎn)處的互電容。這兩種技術(shù)都獨(dú)立于顯示器而制造并且附接到顯示器的前面，從而造成額外的成本、復(fù)雜性，以及由于吸收而造成一些光損失。
[0003]圖21是具有投射電容式觸摸傳感器的液晶顯示器(LCD)面板的局部剖視圖(現(xiàn)有技術(shù))。具有諸如用于移動(dòng)電話的觸摸面板的液晶顯示器，通常由如附圖示意性所示的多個(gè)模塊組成。從后往前，模塊是背光源、薄膜晶體管(TFT)底板、濾色鏡和觸摸面板。實(shí)際上，TFT底板和濾色鏡玻璃被組裝起來(lái)并且用液晶材料填充其間的空腔。然后，分別將觸摸面板和背光源附接到前表面和后表面。顯然，如果觸摸屏技術(shù)可被集成到TFT層，那么通過從組件中去除觸摸面板模塊，可實(shí)現(xiàn)顯示器組的成本降低、厚度減小和重量減輕。
[0004]圖22A和圖22B分別是IXD顯示器TFT底板的示意圖和時(shí)序圖(現(xiàn)有技術(shù))。如圖22A所示，顯示器底板由用于控制對(duì)每個(gè)單獨(dú)像素的訪問的薄膜晶體管的陣列組成。在每個(gè)像素處，透明電極控制施加在液晶材料(LC)的電壓，其改變了 LC性質(zhì)，而LC性質(zhì)的改變繼而又影響了通過LC元件傳輸?shù)墓獾钠?。因此，被顯示給觀察者的光的強(qiáng)度取決于由LC元件所建立的極化和上偏振片之間的角度。因?yàn)長(zhǎng)C元件的電容低，所以另外有用兩個(gè)電極制成的存儲(chǔ)電容器(Cs)，其中這兩個(gè)電極通過電介質(zhì)被分開以維持在連續(xù)的刷新周期之間的電壓。時(shí)序圖示出一個(gè)刷新周期，包括通過下面的步驟進(jìn)行的每個(gè)像素的LC電壓的設(shè)置:
[0005]I)接通(啟動(dòng))第一行(信號(hào)Rl)的晶體管柵極；
[0006]2)相對(duì)于參考電壓Vcon設(shè)置每個(gè)數(shù)據(jù)線路上(Dl到Dn)的視頻電壓；
[0007]3)等待在節(jié)點(diǎn)Vll到Vln處的電壓達(dá)到設(shè)置電壓；
[0008]4)關(guān)斷第一行像素的晶體管柵極以隔離存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)；以及
[0009]5)針對(duì)每一行按順序重復(fù)步驟I到4。
[0010]圖23A是不意圖并且圖23B描述與不意圖相關(guān)聯(lián)的兩種可能的電路布局(現(xiàn)有技術(shù))。已經(jīng)被用于制造IXD像素的許多替代TFT技術(shù)包括非晶硅(a-Si)、多晶硅和銦鎵鋅氧化物(IGZO)。存儲(chǔ)電容器Cs可用單獨(dú)的導(dǎo)電總線線路(左邊布局)或使用鄰近的柵極(啟動(dòng))線路(Rl)實(shí)現(xiàn)。在這兩種情況下，均通過在下電極(柵極或Vcon總線線路)和通常由ITO形成的LC像素電極之間沉積電介質(zhì)層諸如S12或聚酰亞胺，形成存儲(chǔ)電容器。
[0011]如果可以制造出對(duì)觸摸敏感、而沒有額外的、增加復(fù)雜性且減少顯示器發(fā)光的電路系統(tǒng)層的顯示器，那么這將是有利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種具有超聲觸摸傳感器的視頻顯示像素，該像素包括:數(shù)據(jù)接口，其被周期性地啟動(dòng)(enable)以接受具有可變電壓的視頻信號(hào)并且被周期性地啟動(dòng)以提供觸摸信號(hào)；光器件，其提供具有響應(yīng)于視頻信號(hào)電壓的強(qiáng)度的光；存儲(chǔ)電容器，其被連接到數(shù)據(jù)接口和光器件以維持第一時(shí)段的視頻信號(hào)電壓；以及壓電換能器，其接受具有可變能量的反射的超聲信號(hào)并提供具有可變電壓的觸摸信號(hào)，該可變電壓來(lái)源于超聲信號(hào)會(huì)κΜ。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，提供了視頻顯示器，其包括:發(fā)射超聲信號(hào)的平面壓電發(fā)射器；和包括多個(gè)像素的顯示面板，每個(gè)像素具有數(shù)據(jù)接口以接受具有可變電壓的視頻信號(hào)，該可變電壓與一系列光強(qiáng)度值相關(guān)聯(lián)，并提供具有可變電壓的觸摸信號(hào)，該可變電壓來(lái)源于一系列反射的超聲信號(hào)能量。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，提供了用于操作觸敏視頻顯示像素的方法，所述方法包括:視頻顯示像素以周期性的刷新周期速率接受視頻信號(hào)電壓；在刷新周期之間維持視頻信號(hào)電壓；視頻顯示像素提供具有響應(yīng)于視頻信號(hào)電壓的強(qiáng)度的光；接受反射的超聲信號(hào)；維持來(lái)源于反射的超聲信號(hào)能量的觸摸信號(hào)電壓；以及視頻顯示像素以刷新周期速率提供觸摸信號(hào)電壓。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，提供了用于操作觸敏視頻顯示器的方法，所述方法包括:平面壓電發(fā)射器向顯示器前表面發(fā)射超聲信號(hào)；在前表面下面且包括多個(gè)像素的視頻顯示面板中的每個(gè)像素，以周期性的刷新周期速率被選擇性地啟動(dòng)以接收視頻信號(hào)電壓；每個(gè)像素維持在刷新周期之間的視頻信號(hào)電壓；每個(gè)像素提供具有響應(yīng)于視頻信號(hào)電壓的強(qiáng)度的光；每個(gè)像素接受反射的超聲信號(hào)；每個(gè)像素維持來(lái)源于反射的超聲信號(hào)能量的觸摸信號(hào)電壓；以及每個(gè)像素以刷新周期的速率被選擇性地啟動(dòng)以提供觸摸信號(hào)電壓。
【附圖說(shuō)明】
[0016][圖1]圖1是描述通過示例性液晶顯示器(IXD)顯示來(lái)發(fā)射超聲脈沖的平面壓電換能器的示意圖；
[0017][圖2]圖2是描述具有多個(gè)像素的顯示面板的一部分的示意性框圖；
[0018][圖3]圖3是顯示面板像素的第一方面的示意圖；
[0019][圖4]圖4是圖3的顯示面板像素的第一變化的局部剖視圖；
[0020][圖5]圖5是更詳細(xì)地描述圖4的像素的示意圖；
[0021][圖6]圖6是描述圖3的顯示面板像素的第二變化的示意圖；
[0022][圖7]圖7是描述圖2的顯示面板的變化的示意圖；
[0023][圖8]圖8是描述顯示器的另一方面的示意性框圖；
[0024][圖9A]圖9A是在總線線路上制造的存儲(chǔ)電容器/壓電換能器的平面圖；
[0025][圖9B]圖9B是在總線線路上制造的存儲(chǔ)電容器/壓電換能器的局部剖視圖；
[0026][圖10]圖10是描述具有集成超聲觸摸傳感器和壓電發(fā)射器的IXD顯示器的裝配順序的局部剖視圖；
[0027][圖11]圖11是描述用于包括壓電換能器的OLED顯示器的單個(gè)像素電路的示意圖；
[0028][圖12A]圖12A是具有集成于存儲(chǔ)電容器中的壓電換能器的LCD顯示像素的示意圖；
[0029][圖12B]圖12B表示用于存儲(chǔ)電容器/壓電換能器的等效電路；
[0030][圖13]圖13是具有集成超聲觸摸感測(cè)的IXD顯示器陣列的示意性框圖；
[0031][圖14]圖14是用于圖13的集成超聲觸摸傳感器的操作流程圖；
[0032][圖15]圖15是用于圖13的集成超聲觸摸傳感器的示例性時(shí)序圖，示出在第I行第I列的單個(gè)像素的操作，包括在讀和寫功能之間的切換；
[0033][圖16]圖16是圖13中呈現(xiàn)的像素設(shè)計(jì)的變化的示意圖；
[0034][圖17]圖17是與圖16的電路相關(guān)聯(lián)的時(shí)序圖；
[0035][圖18]圖18是描述圖17的電路示例性地集成到IXD顯示器的圖；
[0036][圖19]圖19是示出用于操作觸敏視頻顯示像素的方法的流程圖；
[0037][圖20]圖20是示出用于操作觸敏視頻顯示器的方法的流程圖；
[0038][圖21]圖21是具有投射電容式觸摸傳感器的LCD面板的局部剖視圖(現(xiàn)有技術(shù))；
[0039][圖22A]圖22A是IXD顯示器TFT底板的示意圖(現(xiàn)有技術(shù))；
[0040][圖22B]圖22B是IXD顯示器TFT底板的時(shí)序圖(現(xiàn)有技術(shù))；
[0041][圖23A]圖23A是示意圖；
[0042][圖23B]圖23B描述與不意圖相關(guān)聯(lián)的兩種可能的電路布局(現(xiàn)有技術(shù))。
【具體實(shí)施方式】
[0043]圖1是描述通過示例性液晶顯示器(IXD)顯示來(lái)發(fā)射超聲脈沖的平面壓電換能器的示意圖。顯示器100包括超聲發(fā)射器102和顯示面板104。在該示例中，顯示器100包括背光源106，且顯示面板104包括IXD底板108，該IXD地板108也包含壓電接收器110的陣列和濾色鏡層112。如下面更詳細(xì)的說(shuō)明，每個(gè)接收器陣列元件被并入相應(yīng)的像素中。由于空氣和濾色鏡玻璃之間的巨大密度差異，所以超聲脈沖從顯示器的前表面反射。然而，如果具有比空氣大的密度的物體，諸如指尖、手寫筆或毛筆，觸摸了顯示器前表面，那么更多的超聲能量被物體吸收，并且反射的超聲能量更弱。因此，在每個(gè)顯示像素處的壓電響應(yīng)與在每個(gè)點(diǎn)處觸摸濾色鏡玻璃的材料的密度有關(guān)，且信號(hào)可用于映射觸摸顯示器的物體的位置。如下面更詳細(xì)的說(shuō)明，本文呈現(xiàn)的系統(tǒng)不限于LCD或背光類型的顯示器。
[0044]圖2是描述具有多個(gè)像素的顯示面板的一部分的示意性框圖。每個(gè)像素200(示出200-0至200-n)具有在線路204上的數(shù)據(jù)接口，該數(shù)據(jù)接口被周期性地啟動(dòng)以接受具有可變電壓的視頻信號(hào)，該可變電壓與一系列光強(qiáng)度值相關(guān)聯(lián)，并被周期性地啟動(dòng)以提供具有可變電壓的觸摸信號(hào)，該可變電壓來(lái)源于一系列反射的超聲信號(hào)能量。每個(gè)像素，如由像素200-0所表示的，包括在線路204上提供具有響應(yīng)于視頻信號(hào)電壓的強(qiáng)度的光的光器件208，和在刷新周期之間的第一時(shí)段維持視頻信號(hào)電壓的存儲(chǔ)電容器210。壓電換能器212接受反射的具有可變能量的超聲信號(hào)并在刷新周期之間維持觸摸信號(hào)電壓。
[0045]圖3是顯示面板像素的第一方面的示意圖。在這方面