觸控顯示裝置及觸控感測方法與流程
2024-03-31 18:25:05
本發明涉及一種觸控顯示裝置以及一種觸控感測方法。
背景技術：
：目前市場上的觸控屏根據工作原理可以分為表面聲波、紅外以及電容觸控屏，其中，表面聲波（SurfaceAcousticWave,SAW)觸控屏因其解析度高，響應速度快，穩定性好及透光度高等特點，被廣泛地採用。現有技術的表面聲波觸控屏通常包括一屏幕、若干發射換能器、若干接收換能器以及若干反射器。表面聲波式觸控屏是在玻璃基板的角落安裝超聲波發射器和超聲波接收換能器，基板的四邊則加裝反射條，例如，在屏幕的左上角和右下角各設置有豎直和水平方向的超聲波發射換能器，右上角則設置兩個相應的超聲波接收換能器。超聲波發射換能器產生沿玻璃表面傳播超聲波，超聲波接收換能器接收超聲波發射換能器產生的超聲波。當手指或軟性物質觸碰面板時會阻隔超聲波，造成信號衰減，衰減前與衰減後比對，就能計算出觸碰的位置。聲學脈衝識別觸控技術(Acousticpulserecognition,APR)是一個全新並且獨特的感覺觸控技術。APR觸控技術綜合了超音波觸控技術及紅外線觸控技術良好的光學性能及優秀的耐久性和穩定性的優點；還有電容觸控技術優秀的拖曳及可用觸控筆、手套、指甲觸控的優點；而且還有電阻式技術價格便宜的優點；另外，APR對水和其他汙染物是有很好的抵禦性，它還可被分成不同尺寸的觸控螢幕，從適合PDA使用的小尺寸觸控螢幕到42英寸顯示器用的大尺寸觸控螢幕，並可以很好地排除手掌導致的誤觸控問題。聲學脈衝識別觸控螢幕的組成包括玻璃或其他堅硬的材質，與組裝在背面四個信號接收器。信號接收器被鑲嵌在可見區域的對角反面角落上，並且跟通過電纜連接到控制卡。當屏幕被觸摸時產生碰撞或使用者用手指或觸控筆在玻璃上扯拽時產生聲波，聲波從接觸點四射到信號接收器，使其產生成比例的電子信號。這些信號在控制卡被放大，然後被轉換成一條數字信息。這些數字信息與之前存放在資料庫的做比較來判斷觸摸的位置。APR觸控技術有防止四周和環境噪聲的設計，原理是因為這些與之前存放的信息不相匹配。現有技術中的上述兩種觸控屏在實際應用中具有一些缺陷，如表面聲波觸控屏，為了觸控的精度和準度需要設置多個聲波發射換能器、聲波接收換能器，並在屏幕四周設置反射器，導致製作成本較高；表面聲波觸控屏智能感測柔軟的物體比如，手指，觸控手套的觸控；屏幕表面的轉狂，如劃痕和汙物等都會影響其觸控的響應；另外，在表面聲波觸控中，多點觸控會產生延遲的問題，如10000fps（FramesPerSecond，每秒傳輸幀數）的感測器需要6~8ms的響應時間。技術實現要素：有鑑於此，有必要提供一種結構較為簡單且性能較好的觸控顯示裝置。還有必要提供一種觸控感測方法。一種觸控顯示裝置，包括一顯示面板和至少一超聲波換能器，至少一超聲波換能器設置於顯示面板一側的至少一角落上，至少一超聲波換能器發出覆蓋顯示面板表面的超聲波並相應地接收顯示面板表面上所有反射回來的超聲波，至少一超聲波換能器同步發射超聲波或同步接收超聲波。一種觸控感測方法，其包括：設置於顯示面板一側的至少一角落上的至少一超聲波換能器發出覆蓋顯示面板表面的超聲波並相應地接收顯示面板表面上所有反射回來的超聲波，至少一超聲波換能器同步發射超聲波或同步接收超聲波。相較於現有技術，本發明的聲波觸控技術利用同一超聲波換能器即進行超聲波發射又進行超聲波接收，因而不需要設置任何反射器。本發明在任何情況的屏幕表面，如劃傷或髒汙的屏幕表面都可以實現良好的觸控功能。本發明的聲波觸控模組可以容易地整合至顯示模組中，無論是設置於顯示裝置的上表面或下表面，並且可以達到100%的透光率，且不會影響顯示。另外，本發明的聲波觸控模組由於利用聲波的回聲延遲進行觸控感測，因此，不限於柔軟的物體，即使是硬質的，例如，觸控筆等的觸控也能得到響應。另外，本發明的觸控裝置可以適應單點觸控也可以應用於多點觸控中。附圖說明圖1是本發明第一實施方式的觸控顯示面板的立體圖。圖2是本發明第一實施方式的至少一超聲波換能器發射超聲波的示意圖。圖3是本發明第二實施方式的觸控顯示面板的立體圖。主要元件符號說明觸控顯示裝置100、200顯示面板10、40邊框30、60超聲波換能器20、50壓電材料222、522如下具體實施方式將結合上述附圖進一步說明本發明。具體實施方式本發明的觸控顯示裝置包括顯示面板、設置於顯示面板一側的至少一超聲波換能器，該至少一超聲波換能器位於顯示面板角落。請參閱圖1，本發明第一實施方式的觸控顯示裝置100包括一顯示面板10、設置於所述顯示面板10一側的二超聲波換能器20和設置於所述顯示面板10與超聲波換能器20同側的一邊框30，在本實施例中，該二超聲波換能器20設置於顯示面板10上方，即顯示面板10用於觸控的一側，二超聲波換能器20發出能夠覆蓋整個顯示面板10表面的超聲波並相應地接收整個顯示面板10表面上所有反射回來的超聲波。二超聲波換能器20整合於邊框30中且設置於邊框30的角落。在本發明其他實施例中，二超聲波換能器20也可以設置於顯示面板10下方，即顯示面板10遠離觸控物的一側。所述顯示面板10可以是LCD面板、OLED面板、IPS面板或AMOLED面板等市面上常見的面板。通過設置超聲波換能器20的形狀可以控制超聲波換能器20發出的不同形狀的超聲波。本實施方式中，超聲波換能器20發射的超聲波具有一直線波前。超聲波換能器20用於產生和接收超聲波脈衝，超聲波換能器20產生和接收超聲波脈衝的時間間隔開來。例如，在第一時間段內超聲波換能器20發出超聲波脈衝，在隨後的第二時間段內超聲波換能器20接收超聲波脈衝，循環往復。具體地，超聲波換能器20包括至少一透明壓電材料22，所述透明壓電材料22可以為複合壓電材料或有機高分子壓電材料。例如，聚二氟亞乙烯（PolyvinylideneFluoride,PVDF），鈦酸鋇(BaiO3)、鈦酸鉛(PbiO3)和鋯鈦酸鉛(Pb(Zri)O3,PZT)、鉭鈧酸鉛（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。在本實施例中，超聲波換能器20的至少一個壓電材料22呈一直線排列，從而使發射的超聲波形成一直線波前。超聲波換能器20還可以包括與每一壓電材料22一一相連的天線24，各壓電材料22通過與其相連的天線24獨立接收控制信號，並根據控制信號，發射或接收超聲波，從而對顯示面板10用於觸控的表面進行全面掃描。在本實施例中，超聲波換能器20的各壓電材料22根據控制信號，同時發射或接收超聲波，而在本發明其他實施例中，超聲波換能器20的各壓電材料22可以根據控制信號，依次發射或接收超聲波，只需要發出的超聲波可以在響應時間內對顯示面板10用於觸控的表面進行全面掃描即可。本發明的一實施例如圖2所示，超聲波換能器20包括6個壓電材料22，所述壓電材料22通過天線24接收控制信號，並根據控制信號在同一時刻分別發出不同相位的超聲波，例如0°、22°、45°、68°、90°和102°的超聲波。這些超聲波疊加後形成一直線波前並以一掃描角度θ對整個顯示面板10表面進行掃描。可以理解，雖本實施例中列舉的超聲波換能器20包括6個壓電材料22，但在本發明的其他實施例中，壓電材料22的個數不限定於6個，其發出的超聲波也不限於本實施例中所列舉的相位。一個觸控點的位置至少包含X軸坐標值x和Y軸坐標值x和y，在本實施方式中，可以設有二超聲波換能器20的一側邊為X軸，與所述X軸方向垂直的方向為Y軸方向，則對於一個固定的坐標系，即坐標軸X、Y及原點的位置確定的坐標系，每一超聲波換能器20在所述坐標系中的坐標是確定且可以獲得的。下面結合本發明第一實施例，對本發明的觸控感測方法進行說明。首先，對二超聲波換能器20發出脈衝信號，基於該脈衝信號該二超聲波換能器20同步發射超聲波脈衝或同步接收反射回來的超聲波脈衝，從而對顯示面板10用於觸控的表面進行掃描。請參閱圖1，在各超聲波換能器20的發射時段，各超聲波換能器20發射的超聲波沿觸控顯示面板表面傳播。在各超聲波換能器20的接收時段，在沒有觸控物體觸摸顯示面板10表面時，各超聲波換能器20發出的脈衝信號被記錄作為參照信號。當有觸控物體觸碰顯示面板10表面時，各超聲波換能器20發射的超聲波碰到觸控物體表面後部分被觸控物體反射回來且被各超聲波換能器20接收，將接收到的反射聲波信號轉換成電信號與紀錄的參照信號比較，分別計算反射聲波信號相對於發射脈衝的延遲時間，然後根據檢測到的反射聲波脈衝信號相對於發射超聲波脈衝信號的延遲時間以及超聲波的傳播速度，計算得到觸控物體與各超聲波換能器20的距離大小，根據該距離和發射超聲波的二超聲波換能器20坐標可以計算出觸控物體Y坐標。具體地，設二超聲波換能器20的坐標分別為（X1，Y1）和（X2，Y2）。根據檢測到的反射聲波脈衝信號相對於發射超聲波脈衝信號的延遲時間以及超聲波的傳播速度，計算得到觸控物體與坐標為（X1，Y1）的超聲波換能器20的距離為S1，與坐標為（X2，Y2）的超聲波換能器20的距離為S2，則觸控物體位於以坐標為（X1，Y1）的超聲波換能器20為圓心以S1為半徑的圓和以坐標為（X2，Y2）的超聲波換能器20的為圓心以S2為半徑的圓的交點上，則觸控點的坐標就可以計算出來。可以理解，X軸和Y軸可以是在顯示面板10上任意選定的，無論如何選取該直角坐標系，根據超聲波換能器20發出超聲波後接收到反射回來的超聲波的時間、超聲波發射的路線和超聲波的波速即可計算出觸控點的坐標。請參閱圖3，本發明第二實施方式的觸控顯示裝置200包括一顯示面板40、一設置於所述顯示面板40一側的超聲波換能器50和設置於所述顯示面板40同側的一邊框60，在本實施例中，該二超聲波換能器50設置於顯示面板40下方，即顯示面板40遠離觸控物體的一側，二超聲波換能器50發出能夠覆蓋整個顯示面板40表面的超聲波並相應地接收整個顯示面板40表面上所有反射回來的超聲波。超聲波換能器50整合於邊框60中且設置於邊框60的角落。通過設置超聲波換能器50的形狀可以控制超聲波換能器50發出的不同形狀的超聲波。本實施方式中，二超聲波換能器50發射的超聲波具有一圓形波前。可以理解，在本實施方式中，該二超聲波換能器50發射的超聲波均具有一圓形波前。在本發明其他實施方式，至少一超聲波換能器50發射的超聲波的波前可以相同，也可以不同。例如，一超聲波換能器50發射的超聲波具有直線波前，而另一超聲波換能器50發射的超聲波具有圓形波前。超聲波換能器50包括至少一壓電材料52，所述壓電材料用於產生和接收超聲波。壓電材料可以由透明壓電材料製成，所述透明壓電材料可以為複合壓電材料或有機高分子壓電材料。例如，聚二氟亞乙烯（PolyvinylideneFluoride,PVDF），鈦酸鋇(BaiO3)、鈦酸鉛(PbiO3)和鋯鈦酸鉛(Pb(Zri)O3,PZT)、鉭鈧酸鉛（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。在本實施例中，超聲波換能器50的至少一個壓電材料52呈一環狀排列，從而使發射的超聲波形成一圓形波前。一個觸控點的位置至少包含X軸坐標值x和Y軸坐標值x和y在本實施方式中，設有二超聲波換能器50的一側邊為X軸，與所述X軸方向垂直的方向為Y軸方向，則對於一個固定的坐標系，即坐標軸X、Y及原點的位置確定的坐標系，每一超聲波換能器50在所述坐標系中的坐標是確定且可以獲得的。與第一實施例相同，超聲波換能器50還可以包括與每一壓電材料52一一相連的天線54，各壓電材料52通過與其相連的天線54獨立接收控制信號，並根據控制信號，發射或接收超聲波，從而對顯示面板40用於觸控的表面進行全面掃描。在本實施例中，超聲波換能器50的各壓電材料52根據控制信號，同時發射或接收超聲波，而在本發明其他實施例中，超聲波換能器50的各壓電材料52可以根據控制信號，依次發射或接收超聲波，只需要發出的超聲波可以在響應時間內對顯示面板40用於觸控的表面進行全面掃描即可。下面結合本發明第二實施例，對本發明的觸控感測方法進行說明。首先，對二超聲波換能器50發出脈衝信號，基於該脈衝信號該二超聲波換能器50同步發射超聲波脈衝或同步接收反射回來的超聲波脈衝，從而對顯示面板40用於觸控的表面進行掃描。請參閱圖3，在各超聲波換能器50的發射時段，各超聲波換能器50發射的超聲波沿觸控顯示面板表面傳播。在各超聲波換能器50的接收時段，在沒有觸控物體觸摸顯示面板40表面時，各超聲波換能器50發出的脈衝信號被記錄作為參照信號。當有觸控物體觸碰顯示面板40表面時，各超聲波換能器50發射的超聲波碰到觸控物體表面後部分被觸控物體反射回來且被各超聲波換能器50接收，將接收到的反射聲波信號轉換成電信號與紀錄的參照信號比較，分別計算反射聲波信號相對於發射脈衝的延遲時間，然後根據檢測到的反射聲波脈衝信號相對於發射超聲波脈衝信號的延遲時間以及超聲波的傳播速度，計算得到觸控物體與各超聲波換能器50的距離大小，根據該距離和發射超聲波的二超聲波換能器50坐標可以計算出觸控物體Y坐標。具體地，設二超聲波換能器50的坐標分別為（X3，Y3）和（X4，Y4）。根據檢測到的反射聲波脈衝信號相對於發射超聲波脈衝信號的延遲時間以及超聲波的傳播速度，計算得到觸控物體與坐標為（X3，Y3）的超聲波換能器50的距離為S3，與坐標為（X4，Y4）的超聲波換能器50的距離為S4，則觸控物體位於以坐標為（X3，Y3）的超聲波換能器50為圓心以S3為半徑的圓和以坐標為（X4，Y4）的超聲波換能器50的為圓心以S4為半徑的圓的交點上，則觸控點的坐標就可以計算出來。可以理解，本實施方式中，顯示面板的二相鄰角落分別設置有二超聲波換能器。在本發明其他實施方式中，還可以在顯示面板的二相對角落分別設置二超聲波換能器、或在顯示面板的任意一個角落設置超聲波換能器或在顯示面板的三個角落甚至四個角落均設置一超聲波換能器。僅在顯示面板的任意一個角落設置超聲波換能器的實施例中，其觸控物體的觸控點的坐標的計算方法與本發明第一實施例不同，可以通過超聲波換能器的各壓電材料發出的超聲波的路線、發射超聲波的延遲時間和超聲波傳播的速度計算觸控點坐標。可以理解，根據本發明的感測方法，不僅可以進行單點觸控的感測，還可以同時進行多點觸控的感測。相較於現有技術，本發明的聲波觸控技術利用同一超聲波換能器即進行超聲波發射又進行超聲波接收，因而不需要設置任何反射器。本發明在任何情況的屏幕表面，如劃傷或髒汙的屏幕表面都可以實現良好的觸控功能。本發明的聲波觸控模組可以容易地整合至顯示模組中，無論是設置於顯示裝置的上表面或下表面，並且可以達到100%的透光率，且不會影響顯示。另外，本發明的聲波觸控模組由於利用聲波的回聲延遲進行觸控感測，因此，不限於柔軟的物體，即使是硬質的，例如，觸控筆等的觸控也能得到響應。另外，本發明的觸控裝置可以適應單點觸控也可以應用於多點觸控中。本發明的超聲波換能器發出的超聲波具有直線波前或圓形波前，因此，使用兩個超聲波相控陣單元即可對顯示面板的觸控表面進行全面掃描，結構較為簡單。當前第1頁1 2 3