CN107329620B - 一种悬浮触控显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种悬浮触控显示装置，包括：阵列排布的多个阵列模块和分别与每个阵列模块相连接的处理模块；多个阵列模块，用于依次执行发射光子和接收光子的操作；处理模块，用于根据每个阵列模块的光子发射时间和光子接收时间计算障碍物到显示装置的距离，并确定障碍物对应的手势动作。本发明实施例解决了现有技术中的显示装置集成悬浮触控难度高，并且具有较高成本的问题。

Description

一种悬浮触控显示装置
技术领域
本申请涉及但不限于显示技术领域，尤指一种悬浮触控显示装置。
背景技术
随着显示器技术发展和更新换代，显示器的操作方式具有多种形式，例如，遥控操作、触摸操作、悬浮触控操作等。悬浮触控作为一种新型的操作方式，可以在不接触显示器的情况下实现触摸操作。
现有技术的悬浮触控技术通过在像素单元内设置的光发射单元、光接收单元和触摸识别单元实现悬浮触控。其实现方式为：像素单元内子像素发射波长为1～n波段的光，光发射单元发射波长为n+1波段的光，光接收单元接收波长为n+1波段的光，并将接收到的n+1波段的光转化为电信号，该电信号即触摸识别信号，触摸识别单元根据光接收单元生成的触摸识别信号，识别悬浮触摸动作。在上述实现方式中，光接收单元将接收的光转化为电信号需要设计相应的光电转化电路，增加显示装置的设计难度，并增加成本。另外，现有技术中的光发射单元和光接收单元通过量子点来实现，即悬浮触控显示面板包括依次设置的阳极层、空穴传输层、量子点层、电子传输层和阴极层，量子点层包括各像素内用于实现显示的量子点，以及第一量子点(光发射单元)和第二量子点(光接收单元)。上述结构，需要通过控制量子点的大小和化学组成实现n+1波段光的发射和接收，这样，对量子点层的设计提出了较高的需要，需要严格控制量子点的大小和化学组成。
综上所述，现有技术中的悬浮触控显示装置，由于需要额外设计光电转化电路，增加了显示装置的设计难度，并其具有较高的成本；另外，通过量子点层实现的光发射单元和光接收单元，需要严格控制量子点的大小和化学组成，对量子点层的设计提出了较高的需要。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种悬浮触控显示装置，利用光子的飞行原理结合手势操作的动作实现了非接触式触控操作，并且无需设置额外的光电转化电路，解决了现有技术中的显示装置集成悬浮触控难度高的问题。
本发明实施例提供一种悬浮触控显示装置，包括：阵列排布的多个阵列模块和分别与每个所述阵列模块相连接的处理模块；
所述多个阵列模块，用于依次执行发射光子和接收光子的操作；
所述处理模块，用于根据每个所述阵列模块的光子发射时间和光子接收时间计算障碍物到所述显示装置的距离，并确定所述障碍物对应的手势动作。
可选地，如上所述的悬浮触控显示装置中，每个所述阵列模块包括光发射单元和光接收单元；
所述光发射单元，用于发射光子；
所述光接收单元，用于在所述光子遇到所述障碍物反射后，接收被反射的光子。
可选地，如上所述的悬浮触控显示装置中，所述阵列模块设置于所述显示装置中像素层远离显示面板表面的一侧；
其中，所述光发射单元设置于发光像素单元远离显示面板表面的一侧，所述光接收单元设置于与所述发光像素单元相邻的黑矩阵远离显示面板表面的一侧，所述黑矩阵上设置有通孔，所述通孔，用于使得所述被反射的光子穿过所述通孔到达所述光接收单元。
可选地，如上所述的悬浮触控显示装置中，所述光接收单元与所述黑矩阵之间设置有滤光片；
其中，所述滤光片，用于滤除掉所述光发射单元发射的光子之外的其它光子。
可选地，如上所述的悬浮触控显示装置中，所述黑矩阵的通孔靠近显示面板表面的一侧设置有微透镜。
可选地，如上所述的悬浮触控显示装置中，所述阵列模块设置于所述显示装置的像素层中；
其中，每个所述阵列模块设置于所述像素层的一个像素单元中。
可选地，如上所述的悬浮触控显示装置中，所述阵列模块靠近显示面板表面的一侧设置有滤光片和微透镜中的一个或多个；
其中，所述滤光片，用于滤除掉所述光发射单元发射的光子之外的其它光子。
可选地，如上所述的悬浮触控显示装置中，所述光发射单元为红外激光二极管或准直红外光二级管；
所述光接收单元为雪崩光电二极管或PIN二极管。
可选地，如上所述的悬浮触控显示装置中，所述光接收单元为所述雪崩光电二极管，所述显示装置中预先设置有手势触发动作；
所述处理模块，还用于在确定出所述障碍物对应的手势动作为所述手势触发动作时，开启所述阵列模块的手势识别功能。
可选地，如上所述的悬浮触控显示装置中，所述光接收单元为所述PIN二极管；
所述处理模块，还用于根据所述光接收单元接收到的光子确定所述障碍物为用户执行的手势动作时，开启所述阵列模块的手势识别功能。
本发明实施例提供的悬浮触控显示装置，包括阵列排布的多个阵列模块和分别与每个阵列模块相连接的处理模块，其中，多个阵列模块，用于依次执行发射光子和接收光子的操作，处理模块，用于根据每个阵列模块的光子发射时间和光子接收时间计算障碍物到显示装置的距离，并确定该障碍物对应的手势动作。本发明实施例提供的悬浮触控显示装置，利用光子的飞行原理结合手势操作的动作实现了非接触式触控操作，并且不需要设置额外的光电转化电路，也不需要通过控制量子点的大小和化学组成来实现特定波段光子的发射和接收，解决了现有技术中的显示装置集成悬浮触控难度高，并且具有较高成本的问题。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例提供的一种悬浮触控显示装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种悬浮触控显示装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的悬浮触控显示装置中一种阵列模块的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的悬浮触控显示装置中另一种阵列模块的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的悬浮触控显示装置中一种阵列模块发射光脉冲的原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本发明实施例提供的一种悬浮触控显示装置的结构示意图。本实施例提供的悬浮触控显示装置10，可以包括：阵列排布的多个阵列模块110和分别与每个阵列模块110相连接的处理模块(图1中未示出)。
其中，多个阵列模块110，用于依次执行发射光子和接收光子的操作；
处理模块，用于根据每个阵列模块110的光子发射时间和光子接收时间计算障碍物到显示装置的距离，并确定障碍物对应的手势动作。
在本发明实施例中，由于显示装置10中设置有阵列排布的多个阵列模块110，如图1所示，这些阵列模块110可以依次执行发射光子和接收光子的操作，并且每个阵列模块110执行发射光子和接收光子的操作方式是相同的，为了保证某个阵列模块110接收到的光子是本阵列模块110发射的光子，这样才能保证处理模块根据光子发射时间和光子接收时间计算障碍物到显示装置的距离时，得到准确的计算结果，即需要保证光子发射时间和光子接收时间对应的是同一个阵列模块110所发射和接收光子的时间，因此，显示装置10中多个阵列模块110执行发射光子和接收光子的时间顺序是依次执行的。例如，可以是以从左到右，且从上到下的顺序依次打开阵列排布的多个阵列模块110的光子发射和光子接收的功能，该多个阵列模块110可以是通过显示装置10中的薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称为：TFT)的开关控制依次打开并执行发射和接收操作的。
本发明实施例中的处理模块是与每个阵列模块110相连接的，可以在每个阵列模块110执行发射光子和接收光子的过程中，记录到光子的飞行时间即记录光子发射时间和接收时间，从而根据光子的飞行时间计算得到每个阵列模块110对应的障碍物触点到显示装置的距离，结合所有阵列模块110计算出的障碍物触点到显示装置的距离，可以得到障碍物的姿态信息，即获取到用户执行悬浮触控操作时的手势操作的具体动作。
需要说明的是，本发明实施例中阵列排布的多个阵列模块110的设置方式可以是以预设间距设置的，间距密度以实现能够满足处理模块确定出障碍物对应的手势动作为标准，该间距密度可以是设计人员根据长期监控的试验结果确定的。
现有技术提供的悬浮触控显示装置，需要在每个像素单元内设置光发射单元和光接收单元，并且光接收单元在接收到n+1波段的光子后，需要将该n+1波段的光转化为电信号，这就需要在显示装置中增加额外的光电转换电路，从而增加显示装置的设计难度和成本。另外，现有技术中通过量子点来实现光发射单元和光接收单元，即悬浮触控显示面板包括依次设置的阳极层、空穴传输层、量子点层、电子传输层和阴极层，量子点层包括各像素内用于实现显示的量子点，以及第一量子点(光发射单元)和第二量子点(光接收单元)，该实现方式需要通过控制量子点的大小和化学组成实现n+1波段光的发射和接收，这样，对量子点层的设计提出了较高的需要，需要严格控制量子点的大小和化学组成。相比之下，本发明实施例提供的悬浮触控显示装置，利用光子的飞行原理，通过记录光子的发射时间和接收时间计算出每个阵列模块110对应的障碍物点到显示装置的距离，从而确定出障碍物对应的手势操作的动作，该悬浮触控操作的实现方式简单，不需要设置额外的光电转换电路，也不需要通过控制量子点的大小和化学组成来实现n+1波段光的发射和接收，降低了显示装置的设计难度，易于实现。
本发明实施例提供的悬浮触控显示装置，包括阵列排布的多个阵列模块和分别与每个阵列模块相连接的处理模块，其中，多个阵列模块，用于依次执行发射光子和接收光子的操作，处理模块，用于根据每个阵列模块的光子发射时间和光子接收时间计算障碍物到显示装置的距离，并确定该障碍物对应的手势动作。本发明实施例提供的悬浮触控显示装置，利用光子的飞行原理结合手势操作的动作实现了非接触式触控操作，并且不需要设置额外的光电转化电路，也不需要通过控制量子点的大小和化学组成来实现特定波段光子的发射和接收，解决了现有技术中的显示装置集成悬浮触控难度高，并且具有较高成本的问题。
进一步地，本发明实施例提供的悬浮触控显示装置，将阵列排布的多个阵列模块设置于显示装置的内部，节省了显示装置占用的空间，具有美观的效果，并且可以提高显示装置的市场竞争性。
可选地，图2为本发明实施例提供的另一种悬浮触控显示装置的结构示意图。在图1所示实施例的结构基础上，本发明实施例提供的悬浮触控显示装置10中，每个阵列模块110包括光发射单元111和光接收单元112。
其中，光发射单元111，用于发射光子；
光接收单元112，用于在光发射单元111发射的光子遇到障碍物反射后，接收被反射的光子。
在本发明实施例中，一个阵列模块110包括两种光电器件，一个是光发射单元111，例如可以为红外激光二极管(Light Emitting Diode，简称为：LED)或准直红外光LED，可以发射出人眼看不到的红外光；另一个是具有接收功能的光接收单元112，例如可以为雪崩光电二极管(Avalanche Photoelectric Diodes，简称为：APD)或PIN(Positive InputNegative)二极管。本发明实施例中的红外激光LED、准直红外光LED、APD和PIN二极管可以是通过硅基工艺加工后，用微转印的方式设置于显示装置的相应位置中，也可以直接制备于显示装置中。
在实际应用中，红外激光LED或准直红外光LED可以发射红外光子，光子在遇到障碍物后反射，APD或者PIN二极管接收被反射的光子。上述障碍物可以是用户执行出悬浮触控操作时在显示装置前的手势，也可以是其它障碍物。
需要说明的是，本发明实施例不限制光发射单元111和光接收单元112的具体实体器件，上述红外激光LED或准直红外光LED，以及APD和PIN二极管只是示意性说明。例如，光发射单元111还可以是可以发射紫外光子的发光器件，光接收单元112也可以是其他具有接收功能的光电器件。
需要说明的是，本发明实施例提供的悬浮触控显示装置10中，阵列模块110的光接收单元112设置于显示装置的非发光像素区中，以下通过几个可选地实施例予以说明。
在本发明实施例的一种可能的实现方式中，如图3所示，为本发明实施例提供的悬浮触控显示装置中一种阵列模块的结构示意图。本实施例中的阵列模块110设置于显示装置10中像素层远离显示面板表面120的一侧。本发明各实施例中的像素层130可以为由红色像素单元131、绿色像素单元132和蓝色像素单元133(Red、Green、Blue，简称为：RGB)组成的像素层130，该像素层130中的两个相邻像素单元之间还设置有黑矩阵(Black Matrix，简称为：BM)134。
其中，光发射单元111设置于发光像素单元远离显示面板表面120的一侧，光接收单元112设置于与发光像素单元相邻的黑矩阵134远离显示面板表面120的一侧，黑矩阵134上设置有通孔135，该通孔135，用于使得被反射的光子穿过该通孔135到达光接收单元112。
图3以一个阵列模块110的设置位置为例予以示出，光发射单元111设置于绿色像素单元(G)132远离显示面板表面120的一侧(该光发射单元111还可以设置于R或B远离显示面板表面120的一侧，本发明实施例中不做具体限定)，光接收单元112设置于与该G132相邻的黑矩阵134远离显示面板表面120的一侧。由于光发射单元111发射的红外光子为人眼不可见的光，设置于发光像素单元远离显示面板表面120的一侧且红外光子穿过发光像素单元时，不会影响发光像素单元的显示效果，另外，黑矩阵134的相应位置上设置有通孔135，光接收单元112位于通孔135远离显示面板表面120的一侧，通孔135的设置位置以使得被反射的光子能够被光接收单元112接收为标准。
可选地，在本发明实施例中，为了消除背影光对光接收单元112接收红外光子准确性的影响，可以在光接收单元112与黑矩阵134之间设置滤光片136，该滤光片136的作用为：滤除掉光发射单元111发射的光子之外的其它光子，即只能允许被反射的红外光子通过该滤光片136后被光接收单元112接收。本发明实施例中滤光片136的设置有利于提高光接收单元112接收到的反射光子的纯度，从而提高处理模块计算光子飞行时间的准确性。
可选地，在本发明实施例中，相应位置设置有光接收单元112的黑矩阵134的通孔135靠近显示面板表面120的一侧，还可以设置有微透镜(lens)137，该微透镜137可以起到聚光作用，有利于提高光接收单元112接收反射光子的能力，进一步提高处理模块计算光子飞行时间的准确性。
在本发明实施例的另一种可能的实现方式中，如图4所示，为本发明实施例提供的悬浮触控显示装置中另一种阵列模块的结构示意图。本实施例中的阵列模块110设置于显示装置10的像素层130中。本发明各实施例中的像素层130同样可以为由R131、G132和B133组成的像素层，该像素层130中的两个相邻像素单元之间还设置有黑矩阵134。
其中，本发明实施例中的阵列模块110作为一个像素单元设置于像素层130中，如图4所示，设置有阵列模块110的像素单元为不发光的像素单元138，与该像素单元138相邻设置的为黑矩阵134。
图4同样以一个阵列模块110的设置位置为例予以示出，阵列模块110作为一个整体设置于像素单元138中，像素单元138的相邻两侧均为黑矩阵134，可以看出，阵列模块110占用了一个像素单元的位置，并且该位置不参与显示，只用于感知手势操作。
可选地，在本发明实施例中，为了消除背影光对光接收单元112接收红外光子准确性的影响，可以在阵列模块110靠近显示面板表面120的一侧设置滤光片136，该滤光片136的作用为：滤除掉光发射单元111发射的光子之外的其它光子，即只能允许被反射的红外光子通过该滤光片136后被光接收单元112接收。本发明实施例中滤光片136的设置有利于提高光接收单元112接收到的反射光子的纯度，从而提高处理模块计算光子飞行时间的准确性。
可选地，在本发明实施例中，还可以在阵列模块110靠近显示面板表面120的一侧设置微透镜(lens)137(图4中未示出)，该微透镜137可以起到聚光作用，有利于提高光接收单元112接收反射光子的能力，进一步提高处理模块计算光子飞行时间的准确性。
本发明上述实施例中已经说明，光接收单元112可以为APD或者为PIN二极管，当光接收单元112为不同的光电器件时，本发明实施例中处理模块触发开启手势识别的方式不同，以下通过几个可选的实施例予以说明。
可选地，在本发明实施例中，当光接收单元112为PIN二极管时；处理模块，还用于根据光接收单元112接收到的光子确定障碍物为用户执行的手势动作时，开启阵列模块110的手势识别功能。
在本发明实施例中，对于PIN二极管来说，为了保证显示屏不被非活体误触，显示装置可以先执行一个活体识别动作。该活体识别的原理为：光发射单元111发射的红外光子照射到的障碍物为用户的手指时，由于人体手指血液随着呼吸频率的进行，血红蛋白也会呈现或多或少的规律，这样红外光子也会被或多或少的吸收，反射回来的红外光子的能量也会随之出现或多或少的变化规律，这样光接收单元112接收到的红外光子所产生的光电流就会随着呼吸频率产生数据波动，处理模块就会接收到相应的一个有波动的数据信号，可以以此来判断障碍物为用户手指，即为活体，完成上述活体识别之后，处理模块可以控制显示装置的阵列模块开启手势识别功能。也就是说，在成功完成活体识别后，显示装置才开始识别用户的悬浮触控手势操作。
可选地，在本发明实施例中，当光接收单元112为APD时，显示装置110中可以预先设置有手势触发动作。
本发明实施例中的处理模块，还用于在确定出障碍物对应的手势动作为手势触发动作时，开启阵列模块110的手势识别功能。
在本发明实施例中，对于APD来说，由于其工作原理是少量光子就能导致的电流雪崩式增长，不适合采用上述PIN二极管的原理进行活体识别，所以采用APD为光接收单元112的阵列模块110不能进行活体识别，为了不发生用户的误触发现象，可以定义一个预设手势动作为触发命令(即手势触发动作)，例如，定义挥手的动作或其他手势动作为手势触发动作，当处理模块监测到预设的手势触发动作时，触发阵列模块110开启的手势识别功能，从而执行后续的手势识别操作。
以下通过一个实施示例对本发明实施例提供的悬浮触控显示装置执行手势识别方式进行说明。
设定悬浮触控显示装置中显示面板的大小为20*16厘米(cm)，在该显示面板中均匀分布有10*8个阵列模块，用户手指放在阵列模块的上方，每个阵列模块可以捕捉手指上的一个点，作为一个识别单元，80个识别单元可以确定出手势操作的动作。需要说明的是，本发明实施例不限制阵列模块的分布方式和分布密度，本实施示例仅是一个示意性的说明。
80个阵列模块依次打开执行一组发射光子和接收光子的命令，设定CPU时钟频率为10吉赫兹(GHz)，则光发射单元0.01纳秒(ns)发射一个红外脉冲，根据光子的飞行时间计算距离通常是根据光脉冲个数来获得，以一组发射光子和接收光子的命令为发射30个光脉冲为例予以说明，该条件下，一个阵列模块发射30个光脉冲的时间为3ns，计算光子飞行距离为：3*3*108/2＝450mm，也就是说，阵列模块能够识别的手势操作的距离范围是450mm以内，大于该距离的手势操作容易影响其他阵列模块，造成误判。需要说明的是，一组命令的光脉冲个数可以根据需要调整，CPU的时钟频率也是影响分辨距离的因素，也可以根据需要调整。
对于一个悬浮触控显示装置，如果CPU时钟频率是10GHz，一组命令的脉冲个数是30，阵列模块的个数同样是80，一个阵列模块发射30个光脉冲的时间为3ns，80个阵列模块完成一帧所需要的时间为240ns，该一帧指80个阵列模块完成一次完整的发射和接收命令，其所对应的帧率足够完成对连续变化的手势操作的捕捉。
如图5所示，为本发明实施例提供的悬浮触控显示装置中一种阵列模块发射光脉冲的原理示意图。可以看出，图中的1代表第一个阵列模块发射光脉冲的波形曲线，i代表第i个阵列模块发射光脉冲的波形曲线，本实施例中共有80个阵列模块，图5中示出了80个阵列模块依次打开执行一组发射光子和接收光子命令的方式。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种悬浮触控显示装置，其特征在于，包括：阵列排布的多个阵列模块和分别与每个所述阵列模块相连接的处理模块，所述阵列模块设置于所述显示装置中像素层远离显示面板表面的一侧；
所述多个阵列模块，用于依次执行发射光子和接收光子的操作；每个所述阵列模块包括光发射单元和光接收单元，所述光发射单元用于发射光子，所述光接收单元用于在所述光子遇到障碍物反射后，接收被反射的光子；所述光发射单元设置于发光像素单元远离显示面板表面的一侧，所述光发射单元在显示面板表面上的正投影与所述发光像素单元在显示面板表面上的正投影至少部分交叠，所述光接收单元设置于与所述发光像素单元相邻的黑矩阵远离显示面板表面的一侧，所述光接收单元在显示面板表面上的正投影与所述发光像素单元在显示面板表面上的正投影没有交叠，所述黑矩阵上设置有通孔，所述通孔用于使得所述被反射的光子穿过所述通孔到达所述光接收单元；
所述光接收单元与所述黑矩阵之间设置滤光片，所述滤光片的作用为：滤除掉所述光发射单元发射的光子之外的其它光子，所述滤光片只能允许被反射的红外光子通过所述滤光片后被所述光接收单元接收，以有利于提高所述光接收单元接收到的反射光子的纯度，从而提高处理模块计算光子飞行时间的准确性；
所述黑矩阵的通孔靠近显示面板表面的一侧设置有微透镜，所述微透镜起到聚光作用，有利于提高所述光接收单元接收反射光子的能力，进一步提高处理模块计算光子飞行时间的准确性；
所述处理模块，用于根据每个所述阵列模块的光子发射时间和光子接收时间计算障碍物到所述显示装置的距离，并确定所述障碍物对应的手势动作。
2.根据权利要求1所述的悬浮触控显示装置，其特征在于，所述光发射单元为红外激光二极管或准直红外光二级管；
所述光接收单元为雪崩光电二极管或PIN二极管。
3.根据权利要求2所述的悬浮触控显示装置，其特征在于，所述光接收单元为所述雪崩光电二极管，所述显示装置中预先设置有手势触发动作；
所述处理模块，还用于在确定出所述障碍物对应的手势动作为所述手势触发动作时，开启所述阵列模块的手势识别功能。
4.根据权利要求2所述的悬浮触控显示装置，其特征在于，所述光接收单元为所述PIN二极管；
所述处理模块，还用于根据所述光接收单元接收到的光子确定所述障碍物为用户执行的手势动作时，开启所述阵列模块的手势识别功能。
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