CN114461059B - 显示基板及其制备方法、显示装置 - Google Patents
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Abstract
本文公开了一种显示基板及其制备方法、显示装置。显示基板包括基板和设置于基板上的阵列结构层以及间隔设置于阵列结构层远离基板一侧的多个发光单元和多个超声换能器,超声换能器设置于相邻的发光单元之间,阵列结构层包括与超声换能器连接的换能驱动电路,换能驱动电路设置为控制超声换能器发射超声波,并接收超声换能器接收超声波回波产生的电压信号。本文通过在相邻的发光单元之间设置超声换能器,超声换能器与阵列结构层上的换能驱动电路连接,并在换能驱动电路的控制下发射超声波和接收超声波回波以提供触觉反馈,进而实现触觉反馈与显示的集成。
Description
技术领域
本申请涉及但不限于显示技术领域,涉及一种显示基板及其制备方法、显示装置。
背景技术
随着科学技术的发展,液晶显示装置(Liquid Crystal Display,LCD)和有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)显示装置已实现了触摸控制。虽然智能设备触摸屏为用户带来了众多全新的体验,但用户也丧失了按压物理键盘的体验。
触觉反馈(TouchFeedback)技术能够使人们触摸屏幕时感受到触摸真实物体的体验,比如,在触摸屏幕上玩愤怒小鸟(Angry Bird)游戏时,拉长弹弓就能感受到皮筋的弹力等等。现有触觉反馈装置多采用投影显示或者将超声波装置放置在显示装置的背面向下投射,并没有实现真正与显示集成。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本发明实施例提供了一种显示基板,包括基板和设置于基板上的阵列结构层以及间隔设置于阵列结构层远离基板一侧的多个发光单元和多个超声换能器,超声换能器设置于相邻的发光单元之间,阵列结构层包括与超声换能器连接的换能驱动电路,换能驱动电路设置为控制超声换能器发射超声波,并接收超声换能器接收超声波回波产生的电压信号。
在一些示例性实施例中,多个发光单元包括沿第一方向延伸并沿第二方向间隔设置的多行和沿第二方向延伸并沿第一方向间隔设置的多列;
超声换能器设置于相邻发光单元行和相邻发光单元列围成的区域;或,
超声换能器设置于多行发光单元中至少一行的相邻的发光单元之间;或,
超声换能器设置于多列发光单元中至少一列的相邻的发光单元之间。
在一些示例性实施例中,多个超声换能器划分成多个阵元,换能驱动电路包括多个换能子驱动电路,阵元与换能子驱动电路对应连接。
在一些示例性实施例中,多个阵元包括第一阵元,第一阵元的超声换能器包括用于发射超声波的多个第一超声换能器和用于接收超声波回波的多个第二超声换能器,与第一阵元对应的换能子驱动电路包括与多个第一超声换能器连接的超声波发射电路和与多个第二超声换能器连接的超声波接收电路。
在一些示例性实施例中,第一超声换能器和第二超声换能器在第一方向或第二方向上交替设置。
在一些示例性实施例中,超声换能器包括第一电极和第二电极,超声波发射电路包括第一电源端和第二电源端,第一电源端与多个第一超声换能器的第一电极连接,第二电源端与多个第一超声换能器的第二电极连接。
在一些示例性实施例中,超声换能器包括第一电极和第二电极,多个第二超声换能器串联,其中,位于首端的第二超声换能器的第二电极与相邻的第二超声换能器的第一电极连接,位于尾端的第二超声换能器的第一电极与相邻的第二超声换能器的第二电极连接,超声波接收电路包括第一接收端和第二接收端,第一接收端与位于首端的第二超声换能器的第一电极连接,第二接收端与位于尾端的第二超声换能器的第二电极连接。
在一些示例性实施例中,多个阵元包括第二阵元,换能驱动电路包括与第二阵元对应连接的收发一体电路,超声换能器包括第一电极和第二电极,收发一体电路包括第一电源端、第二电源端、第一接收端、第二接收端、第一扫描端、第二扫描端、多个第一开关晶体管、多个第二开关晶体管和多个第三开关晶体管,第一开关晶体管和第二开关晶体管均与超声换能器对应,第一开关晶体管的第一极与对应的超声换能器的第一电极连接,第一开关晶体管的第二极与第一电源端连接,第一开关晶体管的控制级与第一扫描端连接,第二开关晶体管的第一极与对应的超声换能器的第二电极连接,第二开关晶体管的第二极与第二电源端连接,第二开关晶体管的控制级与第一扫描端连接,多个第三开关晶体管与多个超声换能器交替串联,第三开关晶体管的第一极与对应的超声换能器的第二极连接,第三开关晶体管的第二极与对应的超声换能器的第一电极连接,第三开关晶体管的控制级与第二扫描端连接,位于首端的超声换能器的第一极与第一接收端连接,位于尾端的超声换能器的第二极与第二接收端连接。
在一些示例性实施例中,发光单元包括Mini LED或μLED,超声换能器包括电容式微机械超声换能器。
在一些示例性实施例中,显示基板还包括设置于阵列结构层远离基板一侧的遮光层;
遮光层上设置有第一开口和第二开口,发光单元设置于第一开口内,超声换能器设置于第二开口内;或,
遮光层覆盖阵列结构层远离基板一侧除发光单元和超声换能器以外的区域。
本发明实施例还提供了一种显示装置,包括上述实施例提供的显示基板。
在一些示例性实施例中,还包括主机以及与主机连接的手势捕捉模块和触觉反馈模块以及显示驱动模块,显示基板包括与超声传感器连接的换能驱动电路和与发光元件连接的像素驱动电路,换能驱动电路的第一电源端和第二电源端与触觉反馈模块连接,换能驱动电路的第一接收端和第二接收端与手势捕捉模块连接,像素驱动电路与显示驱动模块连接,显示驱动模块设置为通过像素驱动电路控制显示基板的发光元件显示画面,手势捕捉模块用于捕捉显示基板的超声换能器接收超声波回波产生的电压信号并生成手势坐标反馈给主机,主机设置为分析手势坐标对应的画面物体属性,计算各个力聚焦点参数传递给触觉反馈模块,触觉反馈模块设置为通过换能驱动电路控制超声换能器在手势坐标位置产生声聚焦点。
本发明实施例还提供了一种显示基板的制备方法,包括:
在基板上形成阵列结构层,阵列结构层包括换能驱动电路;
在阵列结构层上形成间隔设置的多个发光单元和多个超声换能器,超声换能器设置于相邻的发光单元之间,并与换能驱动电路连接;
其中,换能驱动电路设置为控制超声换能器发射超声波,并接收超声换能器接收超声波回波产生的电压信号。
在一些示例性实施例中,在阵列结构层上形成间隔设置的多个发光单元和多个超声换能器,包括:
在衬底上形成超声换能器;
在衬底上形成位于超声换能器底部的底切结构。
在一些示例性实施例中,在衬底上形成位于超声换能器底部的底切结构,包括:
通过图案化处理,在衬底上形成环绕超声换能器并间隔设置的多个沟槽,刻蚀沟槽内部,利用刻蚀介质的各向异性,刻蚀掉位于超声换能器底部的衬底,形成底切结构。
本发明实施例提供了一种显示基板及其制备方法、显示装置,通过在相邻的发光单元之间设置超声换能器,超声换能器与阵列结构层上的换能驱动电路连接,并在换能驱动电路的控制下发射超声波和接收超声波回波以提供触觉反馈,进而实现触觉反馈与显示的集成。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
在阅读并理解了附图和详细描述后,可以明白其他方面。
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为一种带有触觉反馈功能的显示装置;
图2为另一种带有触觉反馈的显示装置;
图3a为本发明示例性实施例一种显示基板的平面图;
图3b为图3a中A-A位置的剖面图;
图4a为本发明示例性实施例另一种显示基板平面图;
图4b为本发明示例性实施例另一种显示基板平面图;
图4c为本发明示例性实施例另一种显示基板平面图;
图5为本发明示例性实施例一种换能子驱动电路的电路图;
图6为本发明示例性实施例另一种换能子驱动电路的电路图;
图7为本发明示例性实施例形成阵列基板的结构示意图;
图8为本发明示例性实施例形成超声传感器的平面图;
图9为图8中A-A位置的剖面图;
图10为本发明示例性实施例形成底切结构的平面图;
图11为图10中A-A位置的剖面图;
图12为本发明示例性实施例超声换能器转印过程图;
图13为本发明示例性实施例发光单元转印后结构图;
图14为本发明实施例一种显示装置的结构图。
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。
触觉反馈技术(Haptic or Tactile Feedbacks)能通过作用力、振动等一系列动作为使用者再现触感。这一力学刺激可被应用于计算机模拟中的虚拟场景或者虚拟对象的辅助创建和控制,以及加强对于机械和设备的远程操控。
图1为一种带有触觉反馈功能的显示装置,图2为另一种带有触觉反馈的显示装置。目前触觉反馈装置1与显示装置结合主要两种方式。如图1所示,触觉反馈装置1与投影显示装置2结合,触觉反馈装置1采用平板超声换能器,平板超声换能器在空气中形成超声波反馈区,投影显示装置2将显示画面投影在超声波反馈区,根据用户在投影显示装置2的显示画面的触控位置的物体物性进行触觉反馈。如图2所示,触觉反馈装置1和手机等显示装置结合,触觉反馈装置1设置于显示屏3的下方,根据用户在显示屏3的显示画面的触控位置的物体物性进行触觉反馈。图1和图2所示的触觉反馈装置1与显示装置是独立存在的,触觉反馈装置1和显示装置的集成度不高,严重影响显示装置的便携性。
本发明实施例提供了一种显示基板,包括基板和设置于基板上的阵列结构层以及间隔设置于阵列结构层远离基板一侧的多个发光单元和多个超声换能器,超声换能器设置于相邻的发光单元之间,阵列结构层包括与超声换能器连接的换能驱动电路,换能驱动电路设置为控制超声换能器发射超声波,并接收超声换能器接收超声波回波产生的电压信号。
本发明实施例提供了一种显示基板,通过在相邻的发光单元之间设置超声换能器,超声换能器与阵列结构层上的换能驱动电路连接,并在换能驱动电路的控制下发射超声波和接收超声波回波以提供触觉反馈,进而实现触觉反馈与显示的集成。
下面结合附图示例性说明本发明实施例显示基板的技术方案。
图3a为本发明示例性实施例一种显示基板的平面图,图3b为图3中A-A位置的剖面图。在一些示例性实施例中,如图3a和图3b所示,显示基板10包括基板100和设置于基板100上的阵列结构层200以及间隔设置于阵列结构层200远离基板100一侧的多个发光单元300和多个超声换能器400,发光单元300位于显示基板10的显示区域,超声换能器400设置于相邻的发光单元300之间,即超声换能器400也位于显示基板10的显示区域,阵列结构层200包括换能驱动电路,换能驱动电路与超声换能器400连接,设置为控制超声换能器400发射超声波以实现触觉反馈,和接收超声换能器400接收超声波回波产生的电压信号以确定触控位置。阵列结构层200还包括像素驱动电路,像素驱动电路与发光单元300连接,控制发光单元300发光,实现画面显示。其中,超声换能器400包括第一电极410和第二电极420,阵列结构层200远离基板100一侧表面设置有第一绑定引脚201和第二绑定引脚202,第一电极410固定于第一绑定引脚201上,第二电极420固定于第二绑定引脚202上,固定方式可以采用焊接或者粘结,发光单元300包括第三电极310和第四电极320,阵列结构层200远离基板100一侧表面还设置有第三绑定引脚203和第四绑定引脚204,第三电极310固定于第三绑定引脚203上,第四电极320固定于第四绑定引脚204上,固定方式可以采用焊接或者粘结。
本发明示例性实施例提供了一种显示基板10,包括发光单元300和超声换能器400,发光单元300可以在像素驱动电路的控制下实现画面显示,超声换能器400可以在换能驱动电路的控制下发射超声波和接收超声波回波以提供触觉反馈,进而实现了显示与触觉反馈的集成。
在一些示例性实施例中,如图3a所示,多个发光单元300包括沿第一方向X延伸并沿第二方向Y间隔设置的多行和沿第二方向Y延伸并沿第一方向X间隔设置的多列,超声换能器400设置于相邻发光单元300行和相邻发光单元300列围成的区域。也就是说,一个超声换能器400与周边的四个发光单元300相邻,超声换能器400位于四个发光单元300围成区域的中心位置,或者一个发光单元300与周边的四个超声换能器400相邻,发光单元300位于四个超声换能器400围成区域的中心位置。
图4a为本发明示例性实施例另一种显示基板平面图,图4b为本发明示例性实施例另一种显示基板平面图。在其它示例性实施例中,如图4a所示,超声换能器400设置于多行发光单元300中至少一行的相邻的发光单元300之间,或者,超声换能器400设置于多列发光单元300中至少一列的相邻的发光单元300之间。或者,如图4b所示,超声换能器400设置于多列发光单元300中至少一列的相邻的发光单元300之间。或者,如图4c所示,超声换能器400设置于多行发光单元300中至少一行的相邻的发光单元300之间,和设置于多列发光单元300中至少一列的相邻的发光单元300之间。在其它示例性实施例中,
在一些示例性实施例中,如图3a所示,多个超声换能器400划分成多个阵元500,换能驱动电路包括多个换能子驱动电路,阵元500与换能子驱动电路对应连接。图1中虚线框圈定的区域包括的多个超声换能器400构成一个阵元500,一个阵元500内的超声换能器400被对应的换能子驱动电路控制。一个阵元500内的超声换能器400数量可以为4个、6个、8个、12个或36个等等。现有超声波触觉反馈技术为了得到较真实的触觉体验要采用三四百个超声换能器400组成超声阵列共同作用于聚焦点施力,由于每个超声换能器400是分开独立控制的,造成驱动电路特别庞大,在本示例中,将超声换能器400划分成多个阵元500,阵元500内的超声换能器400采用一个换能子驱动电路控制,使得整体得换能驱动电路呈N/n倍减小,降低换能驱动电路的复杂度,其中N为超声换能器400的数量,n为阵元500的数量。
图5为本发明示例性实施例一种换能子驱动电路的电路图。在一些示例性实施例中,多个阵元500包括第一阵元510,第一阵元510的超声换能器400包括用于发射超声波的多个第一超声换能器401和用于接收超声波回波的多个第二超声换能器402,与第一阵元510对应的换能子驱动电路包括与多个第一超声换能器401连接的超声波发射电路610和与多个第二超声换能器402连接的超声波接收电路620。也就是说,与第一阵元510对应的换能子电路为收发分离电路,第一超声换能器401用于在超声波发射电路610的控制下发射超声波,第二超声换能器402用于在超声波接收电路的控制下接收超声波回波。
如图5所示,在一些示例性实施例中,第一超声换能器401和第二超声换能器402在第一方向X上交替设置。在其它示例性实施例中,第一超声换能器401和第二超声换能器402在第二方向Y上交替设置。通过第一超声换能器401和第二超声换能器402在第一方向X上或第二方向Y上交替设置,可以保证触控位置识别的准确度,并提升触觉反馈的体验。
如图5所示,在一些示例性实施例中,超声换能器400包括第一电极410和第二电极420,超声波发射电路610包括第一电源端601和第二电源端602,第一电源端601与多个第一超声换能器401的第一电极410连接并设置为向第一超声换能器401提供交流电压,实现交流激励,第二电源端602与多个第一超声换能器401的第二电极420连接。第二电源端602可以为接地端。在其它示例性实施例中,第一电源端601还可以提供直流偏置,使得超声换能器400的薄膜的回复力和静电作用力达到平衡。显示基板10包括位于显示区域一侧的绑定区域,第一电源端601和第二电源端602可以引出到绑定区域,因此,显示基板10的换能驱动电路包括引出到绑定区域的多个第一电源端601和多个第二电源端602,第一阵元510至少对应一个第一电源端601和一个第二电源端602。
如图3a所示,在一些示例性实施例中,超声换能器400包括第一电极410和第二电极420,多个第二超声换能器402串联,其中,位于首端的第二超声换能器402的第二电极420与相邻的第二超声换能器402的第一电极410连接,位于尾端的第二超声换能器402的第一电极410与相邻的第二超声换能器402的第二电极420连接,超声波接收电路620包括第一接收端603和第二接收端604,第一接收端603与位于首端的第二超声换能器402的第一电极410连接,第二接收端604与位于尾端的第二超声换能器402的第二电极420连接。显示基板10包括位于显示区域一侧的绑定区域,第一接收端603和第二接收端604可以引出到绑定区域,因此,显示基板10的换能驱动电路包括引出到绑定区域的多个第一接收端603和第二接收端604,第一阵元510至少对应一个第一接收端603和一个第二接收端604。
图6为本发明示例性实施例另一种换能子驱动电路的电路图。在一些示例性实施例中,如图6所示,多个阵元500包括第二阵元520,换能驱动电路包括与第二阵元520对应连接的收发一体电路630,超声换能器400包括第一电极410和第二电极420,收发一体电路630包括第一电源端601、第二电源端602、第一接收端603、第二接收端604、第一扫描端605、第二扫描端606、多个第一开关晶体管607、多个第二开关晶体管608和多个第三开关晶体管609,第一开关晶体管607和第二开关晶体管608均与超声换能器400对应,第一开关晶体管607的第一极与对应的超声换能器400的第一电极410连接,第一开关晶体管607的第二极与第一电源端601连接,第一开关晶体管607的控制级与第一扫描端605连接,第二开关晶体管608的第一极与对应的超声换能器400的第二电极420连接,第二开关晶体管608的第二极与第二电源端602连接,第二开关晶体管608的控制级与第一扫描端605连接,多个第三开关晶体管609与多个超声换能器400交替串联,第三开关晶体管609的第一极与对应的超声换能器400的第二极连接,第三开关晶体管609的第二极与对应的超声换能器400的第一电极410连接,第三开关晶体管609的控制级与第二扫描端606连接,位于首端的超声换能器400的第一极与第一接收端603连接,位于尾端的超声换能器400的第二极与第二接收端604连接。第一电源端601可以提供交流电压,实现交流激励,第一电源端601也可以提供直流偏置。第二电源端602可以为接地端。第一开关晶体管607的第一极、第二开关晶体管608的第一极和第三开关晶体管609的第一极可以为源电极,第一开关晶体管607的第二极、第二开关晶体管608的第二极和第三开关晶体管609的第二极可以为漏电极,或第一开关晶体管607的第一极、第二开关晶体管608的第一极和第三开关晶体管609的第一极可以为漏电极,第一开关晶体管607的第二极、第二开关晶体管608的第二极和第三开关晶体管609的第二极可以为源电极,第一开关晶体管607的控制极、第二开关晶体管608的控制极和第三开关晶体管609的控制极可以为栅极。在本示例中,收发一体电路630采用时分复用的控制方式,在第一时间内,第一扫描端605可以输入第一控制电压,第一开关晶体管607和第二开关晶体管608被同时打开,第一电源端601和第二电源端602均匀超声换能器400连通,第一电源端601输入交流电压,超声换能器400在交流激励的作用下,产生超声波并发射出去,发出的超声波可以作为触控信号,也可以作为触觉反馈,在第二时间内,第一扫描端605停止输入第一控制电压,第一开关晶体管607和第二开关晶体管608关闭,第二扫描端606输入第二控制电压,第三开关晶体管609打开,第一接收端603和第二接收端604均与超声换能器400连接,超声换能器400接收超声波回波产生电压信号,经第一接收端603和第二接收端604输出,实现对触控位置的确定。由于第一开关晶体管607和第二开关晶体管608设置于超声波发射电路610,用于控制超声换能器400与第一电源端601和超声换能器400与第二电源端602的通断,所以第一开关晶体管607和第二开关晶体管608可以称为发射晶体管,由于第三开关晶体管609设置于超声波接收电路620,用于控制超声换能器400与第一接收端603和超声换能器400与第二接收端604的通断,所以第三开关晶体管609可以称为接收晶体管。第一电源端601、第二电源端602、第一接收端603、第二接收端604、第一扫描端605和第二扫描端606可以引出到绑定区域,因此,显示基板10的换能驱动电路包括引出到绑定区域的多个第一电源端601、多个第二电源端602、多个第一接收端603、多个第二接收端604、多个第一扫描端605和第二扫描端606。
在一些示例性实施例中,多个阵元500可以均为第一阵元510,或者均为第二阵元520,或者多个阵元500包括第一阵元510和第二阵元520。
在一些示例性实施例中,发光单元300可以采用LED,例如Mini LED和μLED,超声换能器400采用电容式微机械超声换能器(Capacitive Micromachined UltrasonicTransducers,CMUT),CMUT为微米级的超声换能器400。发光单元300和超声换能器400可以通过微转印(Micro-Transfer-Printing,μTP)的方式印刷在阵列结构层200对应的绑定引脚上
在一些示例性实施例中,如图3b所示,显示基板10还包括设置于阵列结构层200远离基板100一侧的遮光层700,遮光层700上设置有第一开口和第二开口,发光单元300设置于第一开口内,超声换能器400设置于第二开口内。第一开口也可以称为像素开口,遮光层700用于限定像素区域。
在一些示例性实施例中,显示基板10还包括设置于阵列结构层200远离基板100一侧的遮光层700,遮光层200覆盖阵列结构层200远离基板100一侧除发光单元300和超声换能器400以外的区域。遮光层700可以为黑色的灌封胶。
下面通过显示基板的制备过程进行示例性说明。本发明示例性实施例中所述的涂覆可以采用喷涂、旋涂和喷墨打印中的任意一种或多种,刻蚀可以采用干刻和湿刻中的任意一种或多种。
本发明示例性实施例显示基板的制备包括阵列基板的制备、超声换能器的制备、发光单元的制备以及超声换能器和发光单元的微转印以及封装。其中阵列基板的制备、超声换能器的制备和发光单元的制备不分先后,可以同时进行。
一、阵列基板的制备
(1)在基板100上形成阵列结构层200,如图7所示,阵列结构层200包括像素驱动电路和换能驱动电路,阵列结构层200远离基板100的一侧设置有第一绑定引脚201、第二绑定引脚202、第三绑定引脚203和第四绑定引脚204,第一绑定引脚201和第二绑定引脚202与换能驱动电路对应连接,第三绑定引脚203和第四绑定引脚204与像素驱动电路对应连接。图7为本发明示例性实施例形成阵列基板的结构示意图。
二、超声换能器制备
(1)在衬底800上形成超声换能器400阵列,如图8和图9所示,超声换能器400包括第一电极410和第二电极420,第一电极410和第二电极420位于超声换能器400远离衬底800的一侧。衬底可以为硅基衬底。图8为本发明示例性实施例形成超声传感器的平面图,图9为图8中A-A位置的剖面图。
(2)在衬底800上形成位于超声换能器400底部的底切结构。在超声换能器400的底部形成底切结构包括:如图10和图11所示,在形成超声换能器400的衬底800上,通过图案化处理,在衬底800上形成环绕超声换能器400并间隔设置的多个沟槽810,刻蚀沟槽810内部,利用刻蚀介质的各向异性,刻蚀掉位于超声换能器400底部的衬底800,形成底切结构。多个沟槽可以为2个、3个或4个,并等间隔设置于超声换能器400的周向上,相邻沟槽810之间的间隔形成支撑超声换能器400的悬臂。刻蚀介质可以为液相介质或气相介质。形成沟槽810后,用于形成沟槽810的掩膜不剥离。形成的底切结构可以降低超声换能器400与衬底800的结合力,便于超声换能器400的转移。图10为本发明示例性实施例形成底切结构的平面图,图11为图10中A-A位置的剖面图。
三、发光单元的制备,发光单元300采用Mini LED,发光单元300包括第三电极310和第四电极320。发光单元300的制备过程不再此赘述,可以采用现有的Mini LED结构。
四、超声换能器和发光单元转印到阵列基板上
(1)在第一绑定引脚201、第二绑定引脚202、第三绑定引脚203和第四绑定引脚204上涂布粘合导电胶。
(2)超声换能器400转印。超声换能器400转印包括:如图12所示,阵列基板放置于转印台上,转印头900从衬底800上批量拾取超声换能器400,翻转超声换能器400,使得第一电极410和第二电极420位于超声换能器400远离转印头900的一侧,然后转移到阵列基板上方,通过对位系统对位,使得超声换能器400的第一电极410与第一绑定引脚201对应,第二电极420与第二绑定引脚202对应,释放超声换能器400,第一电极410与第一绑定引脚201粘结,第二电极420与第二绑定引脚202粘结。在一示例性实施例中,转印头900从衬底800上批量拾取超声换能器400包括:转印头900快速下压发生形变与超声换能器400紧密贴合,然后迅速上提,拉起超声换能器400。在另一示例性实施例中,释放超声换能器400包括:快速下压,转印头900向一侧轻偏,缓慢上提,转印头900形变恢复,与超声换能器400分离完成转印。图12为本发明示例性实施例超声换能器转印过程图。
(3)发光单元300转印。发光单元300转印与超声换能器400转印过程大体相同,在此不在赘述。转印完成后,如图13所示,发光单元300的第三电极310与第三绑定引脚203粘结,发光单元300的第四电极320与第四绑定引脚204粘结。图13为本发明示例性实施例发光单元转印后结构图。
在其它示例性实施例中,在超声换能器400和发光单元300转印前,还包括:在第一绑定引脚201、第二绑定引脚202、第三绑定引脚203和第四绑定引脚204上涂布助焊剂,在超声换能器400和发光单元300转印时加热,使得第一电极410与第一绑定引脚201焊接,第二电极420与第二绑定引脚202焊接,第三电极310与第三绑定引脚203焊接,第四电极320与第四绑定引脚204焊接。
五、封装
通过喷墨打印的方式在阵列结构层200远离基板100的一侧形成遮光层700,遮光层700覆盖阵列结构层200远离基板100一侧除发光单元300和超声换能器400以外的区域。封装后形成如图3b所示的显示基板10。
在其它示例性实施例中,遮光层700可以先形成在阵列基板上,遮光层700上设置有暴露第一绑定引脚201和第二绑定引脚202的第一开口和暴露第三绑定引脚203和第四绑定引脚204的第二开口。在阵列基板上形成遮光层700包括:在阵列结构层200远离基板100的一侧涂布遮光薄膜,通过掩膜、曝光和显影后,形成遮光层700,遮光层700上设置有暴露第一绑定引脚201和第二绑定引脚202的第一开口和暴露第三绑定引脚203和第四绑定引脚204的第二开口。
通过本发明示例性实施例显示基板10的制备过程可以看出,通过在阵列基板的阵列结构层200上形成与换能驱动电路连接的第一绑定引脚201和第二绑定引脚202以及与像素驱动电路连接的第三绑定引脚203和第四绑定引脚204,超声换能器400能够通过微转印的方式转印到阵列基板上,且第一电极410与第一绑定引脚201连接,第二电极420与第二绑定引脚202连接,发光单元300通过微转印的方式转印到阵列基板上,且第三电极310与第三绑定引脚203连接,第四电极320与第四绑定引脚204连接,超声换能器400在换能驱动电路的控制下能够实现触觉反馈,发光单元300在像素驱动电路的控制下能够实现画面显示,进而实现触觉反馈与显示的集成。
本发明实施例还提供了一种显示基板的制备方法,包括:
在基板上形成阵列结构层,阵列结构层包括换能驱动电路;
在阵列结构层上形成间隔设置的多个发光单元和多个超声换能器,超声换能器设置于相邻的发光单元之间,并与换能驱动电路连接;
其中,换能驱动电路设置为控制超声换能器发射超声波,并接收超声换能器接收超声波回波产生的电压信号。
在一些示例性实施例中,在阵列结构层上形成间隔设置的多个发光单元和多个超声换能器,包括:
在衬底上形成超声换能器;
在衬底上形成位于超声换能器底部的底切结构。
在一些示例性实施例中,在衬底上形成位于超声换能器底部的底切结构,包括:
通过图案化处理,在衬底上形成环绕超声换能器并间隔设置的多个沟槽,刻蚀沟槽内部,利用刻蚀介质的各向异性,刻蚀掉位于超声换能器底部的衬底,形成底切结构。
本发明实施例还提供了一种显示装置,包括上述实施例的显示基板。显示装置可以为:手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框等任何具有显示功能并需要提供触觉反馈的的产品或部件。
图14为本发明实施例一种显示装置的结构图。在一些示例性实施例中,如图14所示,显示装置还包括主机20以及与主机20连接的手势捕捉模块30和触觉反馈模块40以及显示驱动模块50,显示基板包括与超声传感器连接的换能驱动电路和与发光元件连接的像素驱动电路,换能驱动电路的第一电源端和第二电源端与触觉反馈模块40连接,换能驱动电路的第一接收端和第二接收端与手势捕捉模块30连接,像素驱动电路与显示驱动模块50连接,显示驱动模块50设置为通过像素驱动电路控制显示基板10的发光元件显示画面,手势捕捉模块30用于捕捉显示基板10的接收超声波回波产生的电压信号并生成手势坐标反馈给主机20,主机20设置为分析手势坐标对应的画面物体属性,计算各个力聚焦点参数传递给触觉反馈模块40,触觉反馈模块40设置为通过换能驱动电路控制超声换能器在手势坐标位置产生声聚焦点。
下面通过显示装置的工作原理示例性的说明本发明实施例显示装置的技术方案。
显示基板10的超声换能器400发射超声波,用户的手触碰到显示基板10后,手将超声波反弹,产生超声波回波,超声波回波引起接收模式下的超声换能器400的薄膜振动,产生电压信号,电压信号被手势捕捉模块30捕捉到,生成手势坐标并反馈给主机20,主机20分析触摸位置的物体属性,比如棉花是软的对应的作用到手上的力就小、杯子是硬的对应的力就大,粗糙的东西相邻点的力差别就大、光滑的物体相邻点的力差别就小等等。分析出力分布来,对应计算出每个声聚焦点各超声换能器(也可以是每个阵元)的相位信息,传递给触觉反馈模块40,触觉反馈模块40通过换能驱动电路产生同步信号独立控制各个超声换能器400,使不同位置的超声换能器400发出的超声波在同一时间聚焦到着力点,产生触觉感受。具体来说,就是利用相控阵技术实现声束聚焦产生声聚焦点,利用分时复用技术实现多点触控。超声相控阵技术,是一种电扫描方式,不需要机械转动就可改变超声波发射方向,是通过电子系统来控制超声换能器(也可以是阵元),按照一定的延迟时间规则发射超声波,从而控制超声声束的偏转和聚焦。声束聚焦是控制各个超声换能器的发射时间延迟,得到不同相位的超声波叠加干涉,从而改变聚焦位置。时分复用技术是要得到多点聚焦,需要依次扫描各聚焦点,对应输出相应的超声信号。
在本发明中的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“边”、“相对”、“四角”、“周边”、““口”字结构”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明实施例的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
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为准。
Claims (12)
1.一种显示基板,其特征在于,包括基板和设置于所述基板上的阵列结构层以及间隔设置于所述阵列结构层远离所述基板一侧的多个发光单元和多个超声换能器,所述超声换能器设置于相邻的所述发光单元之间,所述阵列结构层包括与所述超声换能器连接的换能驱动电路,所述换能驱动电路设置为控制所述超声换能器发射超声波,并接收所述超声换能器接收超声波回波产生的电压信号;所述多个超声换能器划分成多个阵元,所述换能驱动电路包括多个换能子驱动电路,所述阵元与所述换能子驱动电路对应连接;所述多个阵元包括第一阵元,所述第一阵元的超声换能器包括用于发射超声波的多个第一超声换能器和用于接收超声波回波的多个第二超声换能器,与所述第一阵元对应的所述换能子驱动电路包括与多个所述第一超声换能器连接的超声波发射电路和与多个所述第二超声换能器连接的超声波接收电路;所述第一超声换能器和所述第二超声换能器在第一方向或第二方向上交替设置。
2.根据权利要求1所述的显示基板,其特征在于:所述多个发光单元包括沿第一方向延伸并沿第二方向间隔设置的多行和沿第二方向延伸并沿第一方向间隔设置的多列;
所述超声换能器设置于相邻所述发光单元行和相邻所述发光单元列围成的区域;或,
所述超声换能器设置于多行所述发光单元中至少一行的相邻的所述发光单元之间;或,
所述超声换能器设置于多列所述发光单元中至少一列的相邻的所述发光单元之间。
3.根据权利要求1所述的显示基板,其特征在于:所述超声换能器包括第一电极和第二电极,所述超声波发射电路包括第一电源端和第二电源端,所述第一电源端与多个所述第一超声换能器的第一电极连接,所述第二电源端与多个所述第一超声换能器的第二电极连接。
4.根据权利要求1所述的显示基板,其特征在于:所述超声换能器包括第一电极和第二电极,多个所述第二超声换能器串联,其中,位于首端的所述第二超声换能器的第二电极与相邻的所述第二超声换能器的第一电极连接,位于尾端的所述第二超声换能器的第一电极与相邻的所述第二超声换能器的第二电极连接,所述超声波接收电路包括第一接收端和第二接收端,所述第一接收端与位于首端的所述第二超声换能器的第一电极连接,所述第二接收端与位于尾端的所述第二超声换能器的第二电极连接。
5.根据权利要求1所述的显示基板,其特征在于:所述多个阵元包括第二阵元,所述换能驱动电路包括与所述第二阵元对应连接的收发一体电路,所述超声换能器包括第一电极和第二电极,所述收发一体电路包括第一电源端、第二电源端、第一接收端、第二接收端、第一扫描端、第二扫描端、多个第一开关晶体管、多个第二开关晶体管和多个第三开关晶体管,所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管均与所述超声换能器对应,所述第一开关晶体管的第一极与对应的所述超声换能器的第一电极连接,所述第一开关晶体管的第二极与所述第一电源端连接,所述第一开关晶体管的控制级与所述第一扫描端连接,所述第二开关晶体管的第一极与对应的所述超声换能器的第二电极连接,所述第二开关晶体管的第二极与所述第二电源端连接,所述第二开关晶体管的控制级与所述第一扫描端连接,多个所述第三开关晶体管与多个所述超声换能器交替串联,所述第三开关晶体管的第一极与对应的所述超声换能器的第二极连接,所述第三开关晶体管的第二极与对应的所述超声换能器的第一电极连接,所述第三开关晶体管的控制级与所述第二扫描端连接,位于首端的所述超声换能器的第一极与所述第一接收端连接,位于尾端的所述超声换能器的第二极与所述第二接收端连接。
6.根据权利要求1-5任一项所述的显示基板,其特征在于:所述发光单元包括Mini LED或μLED,所述超声换能器包括电容式微机械超声换能器。
7.根据权利要求1-5任一项所述的显示基板,其特征在于:所述显示基板还包括设置于所述阵列结构层远离基板一侧的遮光层;
所述遮光层上设置有第一开口和第二开口,所述发光单元设置于所述第一开口内,所述超声换能器设置于所述第二开口内;或,
所述遮光层覆盖所述阵列结构层远离所述基板一侧除所述发光单元和所述超声换能器以外的区域。
8.一种显示装置,包括权利要求1-7任一项所述的显示基板。
9.根据权利要求8所述的显示装置,其特征在于:还包括主机以及与所述主机连接的手势捕捉模块和触觉反馈模块以及显示驱动模块,所述显示基板包括与超声传感器连接的换能驱动电路和与发光元件连接的像素驱动电路,所述换能驱动电路的第一电源端和第二电源端与所述触觉反馈模块连接,所述换能驱动电路的第一接收端和第二接收端与所述手势捕捉模块连接,所述像素驱动电路与所述显示驱动模块连接,所述显示驱动模块设置为通过所述像素驱动电路控制所述显示基板的发光元件显示画面,所述手势捕捉模块用于捕捉所述显示基板的超声换能器接收超声波回波产生的电压信号并生成手势坐标反馈给所述主机,所述主机设置为分析所述手势坐标对应的画面物体属性,计算各个力聚焦点参数传递给所述触觉反馈模块,所述触觉反馈模块设置为通过所述换能驱动电路控制所述超声换能器在所述手势坐标位置产生声聚焦点。
10.一种显示基板的制备方法,其特征在于:
在基板上形成阵列结构层,所述阵列结构层包括换能驱动电路;
在所述阵列结构层上形成间隔设置的多个发光单元和多个超声换能器,所述超声换能器设置于相邻的所述发光单元之间,并与所述换能驱动电路连接;
其中,所述换能驱动电路设置为控制所述超声换能器发射超声波,并接收所述超声换能器接收超声波回波产生的电压信号;
所述多个超声换能器划分成多个阵元,所述换能驱动电路包括多个换能子驱动电路,所述阵元与所述换能子驱动电路对应连接;所述多个阵元包括第一阵元,所述第一阵元的超声换能器包括用于发射超声波的多个第一超声换能器和用于接收超声波回波的多个第二超声换能器,与所述第一阵元对应的所述换能子驱动电路包括与多个所述第一超声换能器连接的超声波发射电路和与多个所述第二超声换能器连接的超声波接收电路;所述第一超声换能器和所述第二超声换能器在第一方向或第二方向上交替设置。
11.根据权利要求10所述的制备方法,其特征在于:在所述阵列结构层上形成间隔设置的多个发光单元和多个超声换能器,包括:
在衬底上形成超声换能器;
在所述衬底上形成位于所述超声换能器底部的底切结构。
12.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于:在所述衬底上形成位于所述超声换能器底部的底切结构,包括:
通过图案化处理,在所述衬底上形成环绕所述超声换能器并间隔设置的多个沟槽,刻蚀所述沟槽内部,利用刻蚀介质的各向异性,刻蚀掉位于所述超声换能器底部的衬底,形成底切结构。
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