CN106354329A - 触控显示装置及触控感测方法 - Google Patents

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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且沿显示面板的至少一侧边紧密排列以发出能够覆盖整个显示面板表面的超声波并相应地接收整个显示面板表面上所有反射回来的超声波。本发明还涉及一种触控感测方法。

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，还涉及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；表面声波触控屏只能感测柔软的触控物体，比如手指，触控手套的触控；屏幕表面的状况，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。
另外，对于APR触控感测，其信号的处理较为复杂，且APR触控屏仅适用于单点触控而无法实现多点触控。
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多点触控显示装置。
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且沿显示面板的至少一侧边紧密排列以发出能够覆盖整个显示面板表面的超声波并相应地接收整个显示面板表面上所有反射回来的超声波。
一种触控感测方法，其包括：设置于显示面板一侧且沿所述显示面板的至少一侧边紧密排列的至少一超声波换能器发出覆盖整个所述显示面板表面的超声波并相应地接收整个所述显示面板表面上所有反射回来的超声波。
相较于现有技术，本发明的声波触控装置利用同一超声波换能器发射和接收超声波，并通过回声延迟计算触摸点的坐标，因而不需要在显示面板四周设置任何反射器。表面声波触控技术对屏幕表面的要求很高，而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。本发明的声波触控装置采用透明的超声波换能器，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，都可以达到较高的透光率，不会影响显示效果。另外，本发明的声波触控装置由于利用声波的回声延迟进行触控感测，因此，不限于柔软的触控物体，即使是硬质的，例如，触控笔等的触控也能得到相应。另外，本发明的声波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装置的示意图。
图2是本发明第一实施方式的触控显示装置的超声波换能器检测触控物体的原理示意图。
图3是本发明一实施方式中超声波换能器接收到的超声波信号转换成的电信号图。
图4是本发明第二实施方式的触控显示装置的示意图。
图5是本发明第二实施方式的触控显示装置的超声波换能器检测触控物体的原理示意图。
主要元件符号说明
触控显示装置 100、200
显示面板 10、30
超声波换能器 20、40
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
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和设置于该显示面板10一侧的至少一个超声波换能器20。在本实施例中，至少一个超声波换能器20设置于显示面板10上方，即显示面板10用于触控的一侧。在本发明其他实施例中，至少一个超声波换能器20也可以设置于显示面板10下方，即显示面板10远离触控物体的一侧。该显示面板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。
该至少一个超声波换能器20沿该显示面板10的至少一侧边设置。在本实施方式中，该至少一个超声波换能器20沿显示面板10的一侧边紧密排列且覆盖显示面板10的该侧边以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。可以理解，在本发明其他实施方式中，至少一个超声波换能器20可以沿显示面板10的二侧边紧密排列，且该二侧边可以是显示面板10的二相邻侧边也可以是二相对侧边，根据实际需求设置。当然，为了得到更加精确的触控数据，在本发明其他实施方式中，至少一个超声波换能器20也可以沿显示面板10的三侧边或四侧边紧密排列。
该超声波换能器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。超声波换能器20包括至少一透明压电材料，该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。
在本实施方式中，将设有至少一个超声波换能器20的一侧边的延伸方向设为X轴，在与该X轴方向垂直的方向上选定一Y轴。由于显示面板10表面任一点的位置信息包含其在X坐标轴上的坐标值x和其在Y坐标轴的坐标值y，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，每一个点在该坐标系中的坐标是确定且可以获得的。本实施方式中，由于至少超声波换能器20沿X轴紧密排列，每一超声波换能器20的Y轴坐标为0。
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，对超声波换能器20发出脉冲信号，基于该脉冲信号各超声波换能器20按照一定顺序依次进行超声波脉冲的发射与接收。具体地，启动一超声波换能器20在第一时间段内发出超声波脉冲，在随后的第二时间段内接收超声波脉冲，停止该超声波换能器20，启动下一超声波换能器20在第三时间段内发出超声波脉冲，在随后的第四时间段内接收超声波脉冲，依次启动所有超声波换能器20，从而对显示面板10用于触控的表面进行扫描。
请参阅图2，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，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，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的延迟时间以及超声波的传播速度，计算得到对应的触控物体与超声波换能器20的距离大小，根据该距离和发射超声波的超声波换能器20坐标可以计算出触控物体Y坐标。其中，本发明一实施例中，超声波换能器接收到的反射声波信号转换成的电信号可以参见图3，图3中横坐标为时间，纵坐标为超声波换能器的X坐标。在本实施例中，超声波换能器20的Y轴坐标为0，则触控物体的Y轴坐标为延迟时间和超声波波速的乘积。触控点的X坐标与该超声波换能器20的X坐标相同，无需计算，直接读取超声波换能器20的X坐标即可。
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。
可以理解，根据该感测方法，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。
请参阅图4，本发明第二实施方式的触控显示装置200包括一显示面板30、一设置于该显示面板30一侧的至少一个超声波换能器40。在本实施例中，至少一个超声波换能器40设置于显示面板30下方，即显示面板30远离触控物体的一侧。该显示面板30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。
该至少一个超声波换能器40沿该显示面板30的至少一侧边设置。在本实施方式中，该至少一个超声波换能器40沿显示面板30的一侧边紧密排列且覆盖显示面板30的该侧边以发出能够覆盖整个显示面板30表面的超声波并相应地接收整个显示面板30表面上所有反射回来的超声波。
可以理解，在本发明其他实施方式中，至少一个超声波换能器40可以沿显示面板30的二侧边紧密排列，且该二侧边可以是显示面板30的二相邻侧边也可以是二相对侧边，根据实际需求设置。当然，为了得到更加精确的触控数据，在本发明其他实施方式中，至少一个超声波换能器40也可以沿显示面板30的三侧边或四侧边紧密排列。
该超声波换能器40用于产生和接收超声波脉冲，超声波换能器40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40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。超声波换能器40包括至少一透明压电材料，该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。
在本实施方式中，将设有至少一个超声波换能器40的一侧边的延伸方向设为X轴，在与该X轴方向垂直的方向上选定一Y轴。由于显示面板30表面任一点的位置信息包含其在X坐标轴上的坐标值x和其在Y坐标轴的坐标值y，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，每一个点在该坐标系中的坐标是确定且可以获得的。本实施方式中，由于至少超声波换能器40沿X轴紧密排列，每一超声波换能器40的Y轴坐标为0。
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，对超声波换能器40发出脉冲信号，基于该脉冲信号各超声波换能器40按照一定顺序依次进行超声波脉冲的发射与接收，具体地，启动一超声波换能器40在第一时间段内发出超声波脉冲，在随后的第二时间段内接收超声波脉冲，停止该超声波换能器40，启动下一超声波换能器40在第一时间段内发出超声波脉冲，在随后的第二时间段内接收超声波脉冲，依次启动所有超声波换能器40，从而对显示面板30用于触控的表面进行扫描。请参阅图5，在超声波换能器40的发射时段，各超声波换能器40发射的超声波沿触控显示面板表面传播。在超声波换能器40的接收时段，在没有触控物体触摸显示面板30表面时，超声波换能器40收到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30表面时，各超声波换能器40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超声波换能器40接收，将接收到的反射声波信号转换成电信号（如图4所示）与纪录的参照信号比较，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的延迟时间，以及超声波的传播速度，计算得到对应的触控物体与超声波换能器40的距离大小，根据该距离和发射超声波的超声波换能器40坐标可以计算出Y坐标。在本实施例中，超声波换能器40的Y轴坐标为0，则触控物体的Y轴坐标为延迟时间和超声波波速的乘积。触控点的X坐标与该超声波换能器40的X坐标相同，无需计算，直接读取超声波换能器40的X坐标即可。
可以理解，X轴和Y轴可以是在显示面板30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40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都可以计算出触控点的坐标。
可以理解，根据该感测方法，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，本发明的声波触控装置利用同一超声波换能器发射和接收超声波，并通过回声延迟计算触摸点的坐标，因而不需要在显示面板四周设置任何反射器。表面声波触控技术对屏幕表面的要求很高，而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。本发明的声波触控装置采用透明的超声波换能器，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，都可以达到较高的透光率，不会影响显示效果。另外，本发明的声波触控装置由于利用声波的回声延迟进行触控感测，因此，不限于柔软的触控物体，即使是硬质的，例如，触控笔等的触控也能得到相应。另外，本发明的声波触控装置可以适应单点触控也可以应用于多点触控中。

Claims (10)

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且沿所述显示面板的至少一侧边紧密排列以发出覆盖整个所述显示面板表面的超声波并相应地接收整个所述显示面板表面上所有反射回来的超声波。
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按照一定顺序依次进行超声波脉冲的发射与接收。
3.如权利要求2所述的触控显示装置，其特征在于，一所述超声波换能器在第一时间段内发出超声波脉冲，在随后的第二时间段内接收超声波脉冲，下一所述超声波换能器在第三时间段内发出超声波脉冲，在随后的第四时间段内接收超声波脉冲。
4.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一侧。
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设置于所述显示面板远离触控物体的一侧。
6.一种触控感测方法，其包括：
设置于显示面板一侧且沿所述显示面板的至少一侧边紧密排列的至少一超声波换能器发出覆盖整个所述显示面板表面的超声波并相应地接收整个所述显示面板表面上所有反射回来的超声波。
7.如权利要求6所述的触控感测方法，其特征在于，所述至少一超声波换能器按照一定顺序依次进行超声波脉冲的发射与接收。
8.如权利要求7所述的触控感测方法，其特征在于，一所述超声波换能器在第一时间段内发出超声波脉冲，在随后的第二时间段内接收超声波脉冲，下一所述超声波换能器在第三时间段内发出超声波脉冲，在随后的第四时间段内接收超声波脉冲。
9.如权利要求8所述的触控感测方法，其特征在于，在显示面板上建立一个直角坐标系，则每一超声波换能器分别具有一个固定且已知的坐标，触控点的坐标通过所述超声波换能器接收到所述反射回来的超声波的时间和超声波的波速计算。
10.如权利要求9所述的触控感测方法，其特征在于，以设有所述至少一超声波换能器的显示面板的一侧边为X轴，在与所述X轴垂直的方向上设置一Y轴，则触控点的X轴坐标与发出且接收到所述反射回来的超声波的所述超声波换能器的X轴坐标相同，触控点的Y坐标为所述超声波换能器接收到所述反射回来的超声波的时间和超声波的波速的积。
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