CN113448436A - 显示装置及触觉反馈方法 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种触觉反馈方法，包含下列步骤：通过触控电路，检测显示装置上的接触物，并产生对应的检测信号；根据检测信号，判断接触物的位移幅度；在位移幅度小于位移门槛值时，驱动振动电路，使振动电路以第一模式振动；在位移幅度大于位移门槛值时，驱动振动电路，使振动电路以第二模式振动。

Description

显示装置及触觉反馈方法

技术领域

本发明关于一种显示装置，特别是在显示面板上配置振动电路，以产生触控反馈的电路及方法。

背景技术

随着电子科技的快速进展，显示装置被广泛地应用在人们的生活当中，其功能也越来越多样化。其中，触控功能是显示装置上极为常见的基础功能，可用于检测使用者的手指在显示面板上的位置及按压力道。为了提供消费者更方便的操作模式，如何使显示装置具有与触控功能相配合的互动功能，乃成为当前的一大课题。

发明内容

本发明的一实施例为一种触觉反馈方法，包含下列步骤：通过触控电路，检测显示装置上的接触物，并产生对应的检测信号；根据检测信号，判断接触物的位移幅度；在位移幅度小于位移门槛值时，驱动振动电路，使振动电路以第一模式振动；在位移幅度大于位移门槛值时，驱动振动电路，使振动电路以第二模式振动。

本发明的另一实施例为一种显示装置，包含显示面板、触控检测单元及触觉反馈单元。触控检测单元电性连接于显示面板，用以检测显示装置与接触物的触控事件，以取得检测信号。触控检测单元还用以根据检测信号判断接触物的位移幅度；在位移幅度小于位移门槛值时，触控检测单元产生第一判断信号。在位移幅度大于位移门槛值时，触控检测单元产生第二判断信号。触觉反馈单元电性连接于触控检测单元。触觉反馈单元用以接收第一判断信号，以驱动振动电路第一模式振动。触觉反馈单元还用以接收第二判断信号，以驱动振动电路以第二模式振动。

据此，通过将振动电路控制于不同模式，显示装置将根据使用者的不同接触状态，产生不同的反馈，以提升显示装置的互动真实感。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为根据本发明的部分实施例的显示装置的示意图。

图2为根据本发明的部分实施例的显示装置的结构示意图。

图3A～图3C为根据本发明的部分实施例的振动电路及其振动特性图。

图4为根据本发明的部分实施例的驱动信号的示意图。

图5为根据本发明的部分实施例的触觉反馈方法的步骤流程图。

图6A及图6B为根据本发明的部分实施例的反馈控制器输出的驱动信号的示意图。

图7A及图7B为根据本发明的部分实施例的振动电路于第一模式时的驱动信号的示意图。

图8所示为根据本发明的部分实施例的振动电路于第二模式时的驱动信号的示意图。

其中，附图标记：

100:显示装置

110:显示单元

111:显示控制器

112:显示面板

120:触控检测单元

121:触控电路

122:检测控制器

130:触觉反馈单元

131:反馈控制器

132:振动电路

132a:双轴向控制器

132b:触觉振动板

140:压力感测单元

A:黏合剂

fr:谐振频率范围

f1:第一频率

f2:第二频率

D1:第一方向

D2:第二方向

400:屏幕画面

410:图标

R1:第一区域

R2:第二区域

F:手指

S501-S505:步骤

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示之。

于本文中，当一元件被称为「连接」或「耦接」时，可指「电性连接」或「电性耦接」。「连接」或「耦接」亦可用以表示二或多个元件间相互搭配操作或互动。此外，虽然本文中使用「第一」、「第二」、…等用语描述不同元件，该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位，亦非用以限定本发明。

图1所示为根据本发明的部分实施例绘示的显示装置100示意图。显示装置100包含显示单元110、触控检测单元120及触觉反馈单元130。显示单元110包含显示控制器111及显示面板112。显示控制器111提供显示信号至显示面板112，使显示面板112通过多个画素电路呈现出对应的画面。显示面板112可为液晶显示面板(LCD)、有机发光二极管显示面板(OLED)、微发光二极管显示面板(micro-LED display)，但并不以此为限。

触控检测单元120包含触控电路121及检测控制器122。触控电路121用以检测显示装置100与接触物(如：使用者的手指)的触控事件，并产生对应的检测信号。在部分实施例中，触控电路121可实施为触控面板，且装设于显示面板112的上方或下方。意即，当使用者以手指接触显示装置100时，手指系接触触控电路121(触控面板)，且触控电路121能检测出手指的对应位置，并得到对应于显示面板112的位置。在部分实施例中，触控检测单元120为电容式触碰设计，通过电极间的电容值变化来判断触碰位置，但本发明并不以此为限。

检测控制器122电性连接于触控电路121，用以根据触控电路121传来的检测信号，判断接触物的位移幅度。例如：判断出使用者的手指是停留于显示面板112上，或是在显示面板112上滑动。检测控制器122能根据位移幅度的判断结果，产生不同的判断信号。位移幅度的判断方式将于后续段落中说明。

触觉反馈单元130包含反馈控制器131及振动电路132。反馈控制器131电性连接于检测控制器122及振动电路132，用以根据检测控制器122传来的判断信号，以驱动振动电路132。在一实施例中，振动电路132用以产生至少两个不同轴向的振动。

振动电路132的位置邻近于显示面板112，以带动显示面板112产生振动，并将振动反馈至接触物(如：使用者的手指)。图2所示为本发明的部分实施例的显示装置100的结构示意图，显示单元110、触控检测单元120及触觉反馈单元130分别通过黏合剂A(adhesion)组合在一起。在部分实施例中，触控检测单元120及触觉反馈单元130位于显示单元110的上方，且触控检测单元120之触控电路121(触控面板)为透明，故使用者系通过触控检测单元120的透明面板，观察到显示面板110的显示画面。在另一部分实施例中，触控检测单元120及触觉反馈单元130依序黏合于显示单元110的下方。

在一实施例中，触控检测单元120判断出接触物的位移幅度后，将会进一步判断位移幅度是否大于位移门槛值。位移门槛值可为位移距离、位移速度或位移的持续时间。若位移幅度小于位移门槛值，则可视为接触物并未移动。此时，检测控制器122将传送第一判断信号至反馈控制器131，使反馈控制器131根据第一判断信号，控制振动电路132运作于第一模式。反之，若位移幅度大于或等于位移门槛值，代表接触物在显示面板112上移动。此时，检测控制器122将传送第二判断信号至反馈控制器131，使反馈控制器131根据第二判断信号后，控制振动电路132运作于第二模式。

承上，由于振动电路132在运作于第一模式及第二模式时，系以不同方式产生振动，因此能呈现出不同的反馈效果。在部分实施例中，当振动电路132运作于第一模式时，振动电路132系沿着第一方向振动。在振动电路132运作于第二模式时，振动电路132系沿着第二方向振动。第一方向可为与显示面板112相平行的水平方向，第二方向则可为与显示面板112相垂直的垂直方向。亦即，第一方向与第二方向互为正交，但本发明并不以此为限。

另一方面，振动电路132亦能根据不同模式，改变其振动波形或振动频率。举例而言，当振动电路132运作于第一模式时，检测控制器122传送第一判断信号(如：「未产生位移」的信号)至反馈控制器131。反馈控制器131根据该第一判断信号，以第一频率设定驱动信号，再输出驱动信号至振动电路132。此时，振动电路132将以第一频率为振动频率振动，并产生振动波形。相对地，当振动电路132运作于第二模式时，检测控制器122传送第二判断信号(如：「位移中」的信号)至反馈控制器131。反馈控制器131根据该第二判断信号，以第二频率设定驱动信号，再输出驱动信号至振动电路132。此时，振动电路132将以第二频率为振动频率震动，并产生振动波形。第一频率与第二频率不相同，或为互不重叠的频率区段。振动电路132的振动频率介于100～500赫兹之间。在部分实施例中，第一频率可介于100～300赫兹之间，第二频率则可介于300～500赫兹之间。

在部分实施例中，振动电路132运作于不同模式时，其振动方向及振动频率皆不同。例如：在第一模式中，振动电路132以第一频率且沿着第一方向振动；在第二模式中，振动电路132以第二频率且沿着第二方向振动。

图3A所示为本发明的部分实施例中振动电路132及其振动特性的示意图。具体而言，振动电路132可包双轴向控制器132a及触觉振动板132b。双轴向控制器132a具有至少两个轴向的振动方向及对应之两个振动频率，用以带动触觉振动板132b。当反馈控制器131接收到第一判断信号/第二判断信号时，反馈控制器131以第一频率/第二频率设定驱动信号，以使双轴向控制器132a沿着第一方向D1或第二方向D2振动。在部分实施例中，振动电路132的双轴向控制器132a可由线性谐振制动器(LRA)或压电致动器(Piezo actuator)来实现。振动电路132(双轴向控制器132a)将以驱动信号中的第一频率/第二频率作为振动频率振动。由于本领域的技术人员能理解振动电路132(双轴向控制器132a)的结构与振动原理，故在此不另赘述。

请搭配参阅图2及图3A，由于触觉反馈单元130多为不透明的元件，为了避免影响到显示面板112的显示区域(AA区)，在部分实施例中，触觉反馈单元130可设置于显示装置100上靠近显示单元110或触控检测单元120的外侧。例如：振动电路132设于显示装置100的左右两侧(图2)；或者双轴向控制器132a可设于触觉振动板132b的左右两侧(图3A)。

如图3A所示的振动特性图，其中振动特性图的纵轴为震动强度(G值)、横轴则为频率(赫兹)。在双轴向控制器132a的谐振频率范围fr(broadhaptic range)中，第一频率f1及第二频率f2为最明显的谐振峰值，能使双轴向控制器132a产生的振动程度最为明显。例如：第一频率f1对应于第一方向D1、第二频率f2对应于第二方向D2。因此，振动电路132运作于第一频率f1时的状态可作为「第一模式」，振动电路132运作于第二频率f2的状态可作为「第二模式」。本发明的振动电路132的运作方式或驱动信号的波形并不以图3A所示为限，根据不同类型的振动电路，亦可具有三种以上的运作模式(如：运作于第一频率、第二频率及第三频率时，皆具有明显且不同的振动效果)。

图3B及图3C为本发明的部分实施例中，双轴向控制器132a及其振动特性图。其中振动特性图的纵轴为震动强度(G值)、横轴则为频率(赫兹)。如图3B所示，在振动电路132运作于第一模式时，驱动信号中的第一频率f1被设定于约160赫兹，且双轴向控制器132a系朝第一方向D1振动。如图3C所示，在振动电路132运作于第二模式时，驱动信号中的第二频率f2被设定于约310赫兹，且双轴向控制器132a系朝第二方向D2振动。

在前述实施例中，当振动电路132沿着第一方向D1(如：与显示面板112相平行的水平方向)振动时为第一模式；振动电路132沿着第二方向D2(如：垂直方向)振动时为第二模式。在其他实施例中，振动电路132亦可设定有第三模式。例如：振动电路132沿着第一方向D1及第二方向D2的振动强度的比例为1：2，以混合不同方向的振动方式作为第三模式。

通过振动电路132以不同模式振动，当使用者的手指触摸于显示面板112、或滑动于显示面板112上时，将会有不同的触感，据此将能模拟出特殊的材质(例如：木纹、大理石纹等)。图4为本发明的部分实施例中，显示装置100所显示的屏幕画面400的示意图。在一实施例中，显示装置100系应用于车用面板。显示面板112所显示的屏幕画面400中包含了特殊材质的图像(如：木纹背景)。藉由前述振动电路132的不同模式，当使用者以手指F触碰显示装置100、或者在屏幕画面400上滑动出轨迹时，将会分别感受不同的触感，如同接触真实木板般。

图5为本发明的部分实施例的触觉反馈方法的流程图，包含步骤S501～S505。在步骤S501中，触控检测单元120检测触控电路121(触控面板)与接触物的触控事件，而产生相应的检测信号。如图2所示的显示装置100的结构图，「触控事件」可为使用者以手指接触触控检测单元120，使手指与触控检测单元120之间产生电位或电容变化，而形成检测信号。在其他实施例中，根据显示装置100的不同结构，「触控事件」亦可为使用者距离触控检测单元120一段距离，以使触控检测单元120上的感测元件(如：电极)产生电性变化的状态。

在步骤S502中，触控电路121将检测信号传递至检测控制器122，以计算出接触物的位移幅度。在部分实施例中，检测信号包含接触物的坐标位置。检测控制器122判断坐标位置于一段检测时间内的变化量，再根据变化量，计算出接触物的位移速度及位移方向。在步骤S503中，检测控制器122进一步判断位移幅度是否大于位移门槛值。在其他部分实施例中，检测控制器122可根据位移速度产生第一判断信号或第二判断信号，以改变振动电路132的振动频率。例如：当位移速度越快时，振动频率亦越高。

举例而言，若在检测时间中，触控电路121所检测到的检测信号中的坐标位置系由(2，0)变化至(2.2，0)，由于位移距离只有0.2，其位移幅度小于位移门槛值(如：1)，故可视为接触物处于静止。反之，若在检测时间中，若触控电路121所检测到的检测信号中的坐标位置由(2，0)变化至(15，0)，由于位移距离为13，其位移幅度大于门槛值，即可确认接触物系在显示面板112上滑动。

在步骤S504中，当位移幅度小于位移门槛值时，检测控制器122传送第一判断信号至反馈控制器131，使反馈控制器131以第一频率设定驱动信号，并驱动振动电路132运作于第一模式。振动电路132将沿着第一方向振动。

在步骤S505中，当位移幅度大于位移门槛值时，检测控制器122传送第二判断信号至反馈控制器131，使反馈控制器131根以第二频率设定驱动信号，并驱动振动电路132运作于第二模式。振动电路132将沿着第二方向振动。

图6A及图6B为反馈控制器131输出的驱动信号(或振动电路132的振动波形)示意图。如图6A所示，在部分实施例中，在反馈控制器131以第一频率f1设定为驱动信号的频率时，驱动信号的振幅会随着时间变化。如图6B所示，在反馈控制器131以第二频率f2设定为驱动信号的频率时，驱动信号则呈现方波信号的形式。

图7A及图7B所示为根据本发明的部分实施例中振动电路132于第一模式时的驱动信号(或振动电路132的振动波形)示意图。如图7A所示，驱动信号的振幅可随着时间变化起伏。如图7B所示，在其他实施例中，驱动信号可为随着时间逐渐加强。

请搭配参阅图1、图4、图7A及图7B所示，反馈控制器131可根据接触物接触力道或接触位置，选择性地改变驱动信号的形式。例如：在一实施例中，显示装置100还包含压力感测单元140。压力感测单元140电性连接于触控电路121及/或反馈控制器131，且用以感测接触物接触至显示单元110或触控检测单元120时所施加的接触力道。检测控制器122或反馈控制器131能根据接触力道来调整振动电路132的振动波形。振动波形的改变可包含频率、振幅及波形(如：弦波或脉冲波)。举例而言，在接触力道大于预设值时，反馈控制器131调整驱动信号，使振动电路的振动波形从图7A所示的波形变更为图7B的波形

承上，在其他部分实施例中，当接触物的静止位置对应于使用者界面400上的图标410(ICON)位置时，反馈控制器131系以图7A的波形产生驱动信号。而当接触物的静止位置并未对应于使用者界面400上的图标410时，反馈控制器131则改以图7B的波形产生驱动信号。

在部分实施例中，请参阅图1、图4及图8，显示装置100可根据接触物的位置，选择性地驱动振动电路132。显示装置100上设有多个第一区域R1及多个第二区域R2。该些第一区域R1及第二区域R2系对应于显示面板112及触控电路121。如图4所示，第一区域R1及第二区域R2于屏幕画面400中交错排列。当接触物的位置对应于其中一个第一区域R1时，检测控制器122输出第一判断信号/第二判断信号至触觉反馈单元130。反之，当接触物的位置对应于其中一个第二区域R2时，检测控制器122停止输出第一判断信号/第二判断信号至触觉反馈单元130。此时，反馈控制器131亦将停止驱动振动电路132。

图8所示为根据本发明的部分实施例中振动电路132于第二模式时的驱动信号示意图。如图所示，检测控制器122系输出第一判断信号/第二判断信号及区域检测信号至反馈控制器131。如图8的上方波形，区域检测信号可为高低电位组成之方波形式，用以代表接触物对应于第一区域R1或第二区域R2。例如：当接触物处于第一区域R1时，区域检测信号将处于致能电平(如：低电压)，此时检测控制器122才会输出驱动信号至反馈控制器131。反之，当接触物处于第二区域R2时，区域检测信号将处于禁能电平(如：高电压)，此时检测控制器122将会停止输出驱动信号至反馈控制器131，确保振动电路132不会以第一模式或第二模式振动。

本发明可使触觉反馈单元130利用较少数量的振动源，来实现单点振动的效果(single point feedback)，以及模拟纹理表面效果(texture feedback)，形成多重触觉的反馈，藉此将能改善显示装置100的互动真实感。

前述各实施例中的各项元件、方法步骤或技术特征，系可相互结合，而不以本发明中的文字描述顺序或图式呈现顺序为限。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (18)

1.一种触觉反馈方法，其特征在于，包含：

通过一触控电路，检测一显示装置上的一接触物，并产生对应的一检测信号；

根据该检测信号，判断该接触物的一位移幅度；

在该位移幅度小于一位移门槛值时，驱动一振动电路，使该振动电路以一第一模式振动；以及

在该位移幅度大于一位移门槛值时，驱动该振动电路，使该振动电路以一第二模式振动。

2.如权利要求1所述的触觉反馈方法，其特征在于，其中在该振动电路以该第一模式振动时，该振动电路沿着一第一方向振动；在该振动电路以该第二模式振动时，该振动电路沿着一第二方向振动，该第一方向相异于该第二方向。

3.如权利要求2所述的触觉反馈方法，其特征在于，其中该第一方向及该第二方向互为正交。

4.如权利要求1所述的触觉反馈方法，其特征在于，其中在该振动电路以该第一模式振动时，该振动电路以一第一频率振动；在该振动电路以该第二模式振动时，该振动电路以一第二频率振动，该第一频率相异于该第二频率。

5.如权利要求1所述的触觉反馈方法，其特征在于，还包含：

判断该接触物与该显示装置的一接触位置；

在该接触位置对应于该显示装置上多个第一区域的其中一个时，驱动该振动电路运作于该第一模式或该第二模式；以及

在该接触位置对应于该显示装置的多个第二区域的其中一个时，停止驱动该振动电路。

6.如权利要求5所述的触觉反馈方法，其特征在于，其中该些第一区域及该些第二区域的位置交错排列。

7.如权利要求1所述的触觉反馈方法，其特征在于，其中该检测信号包含该接触物的一坐标位置，判断该接触物的该位移幅度的方法包含：

判断该坐标位置于一检测时间内的一变化量；以及

根据该变化量，计算该接触物的一位移速度。

8.如权利要求7所述的触觉反馈方法，其特征在于，还包含：

根据该位移速度，调整该振动电路的一振动频率。

9.一种显示装置，其特征在于，包含：

一显示面板；

一触控检测单元，用以检测该显示装置与一接触物的触控事件，以取得一检测信号，其中该触控检测单元还用以根据该检测信号判断该接触物的一位移幅度；在该位移幅度小于一位移门槛值时，该触控检测单元产生一第一判断信号；在该位移幅度大于该位移门槛值时，该触控检测单元产生一第二判断信号；以及

一触觉反馈单元，电性连接于该触控检测单元，其中该触觉反馈单元用以接收该第一判断信号，以驱动一振动电路以一第一模式振动；该触觉反馈单元还用以接收该第二判断信号，以驱动该振动电路以一第二模式振动。

10.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，其中在该振动电路以该第一模式振动时，该振动电路沿着一第一方向振动；在该振动电路以该第二模式振动时，该振动电路沿着一第二方向振动，该第一方向相异于该第二方向。

11.如权利要求10所述的显示装置，其特征在于，其中该第一方向及该第二方向互为正交。

12.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，其中在该振动电路以该第一模式振动时，该振动电路以一第一频率振动；在该振动电路以该第二模式振动时，该振动电路以一第二频率振动，该第一频率相异于该第二频率。

13.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，其中该触控检测单元还用以判断该接触物与该显示装置的一接触位置；在该接触位置对应于该显示面板上多个第一区域的其中一个时，该触控检测单元传送该第一判断信号或该第二判断信号至该触觉反馈单元；在该触控检测单元对应于该显示面板的多个第二区域的其中一个时，该触控检测单元停止传送该第一判断信号或该第二判断信号至该触觉反馈单元。

14.如权利要求13所述的显示装置，其特征在于，其中该些第一区域及该些第二区域的位置交错排列。

15.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，其中该检测信号包含一坐标位置，该触控检测单元用以判断该坐标位置于一检测时间内的一变化量，以根据该变化量，计算该接触物的一位移速度。

16.如权利要求15所述的显示装置，其特征在于，其中该触控检测单元根据该位移速度调整该第一判断信号或该第二判断信号，以改变该振动电路的一振动频率。

17.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，还包含：

一压力感测单元，用以检测该接触物与该显示单元或该触控检测单元的一接触力道。

18.如权利要求17所述的显示装置，其特征在于，其中该触控检测单元或该触觉反馈单元根据该接触力道调整该振动电路的一振动波形。

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