CN116964546A - 具有湿气不敏感光学触摸传感器的电子设备 - Google Patents

具有湿气不敏感光学触摸传感器的电子设备 Download PDF

Info

Publication number
CN116964546A
CN116964546A CN202280018087.8A CN202280018087A CN116964546A CN 116964546 A CN116964546 A CN 116964546A CN 202280018087 A CN202280018087 A CN 202280018087A CN 116964546 A CN116964546 A CN 116964546A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
display
electronic device
touch sensor
pixels
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280018087.8A
Other languages
English (en)
Inventor
M·雅凯亚兹丹杜斯特
C·H·克拉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Apple Inc
Original Assignee
Apple Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Apple Inc filed Critical Apple Inc
Publication of CN116964546A publication Critical patent/CN116964546A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0421—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by interrupting or reflecting a light beam, e.g. optical touch-screen
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0428—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by sensing at the edges of the touch surface the interruption of optical paths, e.g. an illumination plane, parallel to the touch surface which may be virtual
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G06F3/0418—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers for error correction or compensation, e.g. based on parallax, calibration or alignment
    • G06F3/04182—Filtering of noise external to the device and not generated by digitiser components
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0425—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means using a single imaging device like a video camera for tracking the absolute position of a single or a plurality of objects with respect to an imaged reference surface, e.g. video camera imaging a display or a projection screen, a table or a wall surface, on which a computer generated image is displayed or projected
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04109—FTIR in optical digitiser, i.e. touch detection by frustrating the total internal reflection within an optical waveguide due to changes of optical properties or deformation at the touch location

Abstract

本发明提供了一种电子设备，该电子设备可具有对湿气的存在不敏感的触敏显示器。显示器中的像素阵列可用于显示图像。显示器覆盖层可以与像素阵列重叠。光源可在外部对象诸如用户的手指接触该显示器覆盖层的表面时照明该对象。这产生可以由光传感器阵列检测的散射光。该光源可将光以一定角度提供给该显示器覆盖层的边缘，该角度确保跨该显示器覆盖层保持该显示器覆盖层内的全内反射，即使当该显示器覆盖层浸入水中或以其他方式暴露于湿气时。

Description

具有湿气不敏感光学触摸传感器的电子设备
本申请要求于2021年3月1日提交的美国专利申请17/188,946号的优先权，该申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
本公开整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有触摸传感器的电子设备。
背景技术
电子设备诸如平板计算机、蜂窝电话和其他装备有时设置有触摸传感器。例如，电子设备中的显示器通常设置有电容式触摸传感器以接收触摸输入。在存在湿气的情况下操作此类传感器可能具有挑战性。
发明内容
本发明提供了一种电子设备，该电子设备可具有对湿气的存在不敏感的触敏显示器。显示器可具有二维光学触摸传感器，诸如直接照明光学触摸传感器或全内反射触摸传感器。当电子设备浸入水中或以其他方式暴露于湿气时，光学触摸传感器可用于收集触摸输入。
显示器中的像素阵列可用于显示图像。显示器覆盖层可以与像素阵列重叠。光源可在外部对象诸如用户的手指接触显示器覆盖层的表面时照明该对象。这产生可以由光传感器阵列检测的散射光。光源可以一定角度向显示器覆盖层的边缘提供光，该角度在显示器覆盖层浸入水中或以其他方式暴露于湿气时确保全内反射保持在显示器覆盖层内。
附图说明
图1是根据实施方案的例示性电子设备的示意图。
图2是根据实施方案的例示性电子设备的透视图。
图3是根据实施方案的例示性电子设备的横截面侧视图。
图4是根据实施方案的电子设备的例示性像素阵列的顶视图。
图5和图6是根据实施方案的用于电子设备的例示性像素阵列的横截面侧视图。
图7是根据实施方案的例示性光学触摸传感器布置的横截面侧视图。
图8是根据实施方案的基于全内反射的例示性光学触摸传感器布置的横截面侧视图。
图9、图10和图11是根据实施方案的具有不同数量的像素层的例示性显示器和传感器布置的横截面侧视图。
图12是根据实施方案的具有薄膜电路结构的例示性像素的横截面侧视图。
图13是根据实施方案的由晶体半导体管芯形成的例示性像素的横截面侧视图。
图14是根据实施方案的被配置为通过折射率匹配结构将光发射到显示器覆盖层中的例示性光源的横截面侧视图。
图15、图16、图17、图18和图19是根据实施方案的可放置在光检测器之上的例示性孔口的横截面侧视图。
图20和图21是示出根据实施方案的发光像素和感光像素可如何在电子设备中操作的时序图。
图22是根据实施方案的可包括感光像素的类型的例示性像素阵列的横截面侧视图。
图23是根据实施方案的具有由位于图像像素阵列上方和/或下方的部件形成的光学触摸传感器的例示性显示器的横截面侧视图。
图24是根据实施方案的具有可用于形成光学触摸传感器结构的背光单元像素的例示性显示器的横截面侧视图。
具体实施方式
图1中示出了可包括光学触摸传感器的例示性电子设备的示意图。图1的电子设备10可为计算设备诸如膝上型计算机、包含嵌入式计算机的计算机监视器、平板电脑、蜂窝电话、媒体播放器、或其他手持式或便携式电子设备、较小的设备(诸如腕表设备或佩戴在用户手腕上的其他设备)、挂式设备、耳机或听筒设备、头戴式设备(诸如眼镜、护目镜或佩戴在用户头部上的其他装备)、或其他可佩戴式或微型设备、电视机、不包含嵌入式计算机的计算机显示器、游戏设备、导航设备、嵌入式系统(诸如其中具有显示器的电子装备被安装在信息亭或汽车中的系统)、实现这些设备中的两种或更多种设备的功能的装备、或其他电子装备。设备10是便携式设备诸如腕表、蜂窝电话或平板计算机并且更具体地是耐水或防水的便携式设备的例示性配置在本文中有时可以作为示例来描述。
如图1所示，电子设备10可具有控制电路16。控制电路16可包括用于支持设备10的操作的存储和处理电路。存储和处理电路可以包括存储装置，诸如硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的闪存存储器或其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态或动态随机存取存储器)、等等。控制电路16中的处理电路可以被用于控制设备10的操作。处理电路可基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器、电源管理单元、音频芯片、专用集成电路等。控制电路16可包括用于支持设备10与外部装备之间的有线和/或无线通信的通信电路。例如，控制电路16可包括无线通信电路，诸如蜂窝电话通信电路和无线局域网通信电路。
设备10中的输入-输出电路诸如输入-输出设备12可用于允许将数据提供至设备10，并且允许将数据从设备10提供至外部设备。输入-输出设备12可包括按钮、操纵杆、滚轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、扬声器、音频发生器、触觉输出设备、相机、发光二极管和其他状态指示器、数据端口等。用户可通过经由输入-输出设备12提供命令来控制设备10的操作，并且可使用输入-输出设备12的输出资源接收来自设备10的状态信息和其他输出。
输入-输出设备12可包括一个或多个显示器，诸如显示器14。显示器14可以是有机发光二极管显示器、由晶体半导体发光二极管管芯阵列形成的显示器、液晶显示器或其他显示器。显示器14可为包括用于采集来自用户的触摸输入的光学触摸传感器的触摸屏显示器。光学触摸传感器可被配置为即使当设备10被浸入水中或以其他方式暴露于湿气时也操作。如果需要，光学触摸传感器还可以被配置为当用户正在佩戴手套时进行操作，这对于一些电容式触摸传感器可能是困难的或不可能的。此外，因为光学触摸传感器以光学方式操作，所以触摸传感器不受可能影响电容式触摸传感器的操作的接地效应的影响。
如图1所示，输入-输出设备12可包括传感器18。传感器18可包括触摸传感器。可以为显示器14和/或设备10的其他部分提供触摸传感器并且可以由电容式触摸传感器电极阵列、声学触摸传感器结构、电阻式触摸部件、基于力的触摸传感器结构、基于光的触摸传感器结构或其他合适的触摸传感器布置形成。用于设备10(例如，用于设备10的显示器14)的例示性光学触摸传感器布置在本文中有时作为示例来描述。
传感器18可包括电容式传感器、基于光的接近传感器、磁传感器、加速度计、力传感器、触摸传感器、温度传感器、压力传感器、惯性测量单元、加速度计、陀螺仪、罗盘、麦克风、射频传感器、三维图像传感器(例如，具有被配置为发射结构光的光发射器诸如红外光发射器的结构光传感器和对应的红外图像传感器、基于二维图像传感器对的三维传感器等)、相机(例如，可见光相机和/或红外光相机)、基于光的位置传感器(例如，激光雷达传感器)、单色和/或彩色环境光传感器，以及其他传感器。传感器18诸如环境光传感器、图像传感器、光学接近传感器、激光雷达传感器、光学触摸传感器和使用光和/或发射光的部件(诸如状态指示灯和其他发光部件)的其他传感器有时可以被称为光学部件。
图2示出了可包括光学触摸传感器的类型的例示性电子设备的透视图。在图2的示例中，设备10包括显示器，诸如安装在外壳22中的显示器14。显示器14可以是液晶显示器、发光二极管显示器诸如有机发光二极管显示器或由晶体半导体发光二极管管芯形成的显示器或其他合适的显示器。显示器14可具有图像像素阵列，该图像像素阵列跨设备10的正面F和/或其他外部设备表面的一些或全部延伸。图像像素阵列可以是矩形的或者可以具有其他合适的形状。可以使用显示器覆盖层(例如，透明前外壳层)诸如透明玻璃或者透光塑料、蓝宝石的层或其他透光层来保护显示器14。显示器覆盖层可以与图像像素阵列重叠。
有时可称为封装件或外壳的壳体22由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(例如不锈钢、铝等)、其他合适的材料或这些材料中的任何两种或更多种的组合形成。如图3的设备10的横截面侧视图所示，外壳22和显示器14可将设备10的内部区域(诸如内部区域30)与围绕设备10的外部区域(诸如外部区域32)分开。壳体22可使用一体式构型形成，在一体式构型中，壳体22的一部分或全部被机加工或模制成单个结构，或者可使用多个结构(例如内部框架结构、形成外部壳体表面的一个或多个结构等)来形成。如果需要，可以将条带联接到外壳22的主要部分(例如，在设备10为手表或头戴式设备的配置中)。用于形成控制电路16和输入-输出设备12的内部电部件36(例如，集成电路、分立部件等)可以安装在外壳22的内部30中(例如，在一个或多个衬底诸如印刷电路38上)。在一些配置中，部件36可附接到显示器14(例如，电路可安装到显示器14的表面)。为了从用户的手指或其他外部对象(参见例如用户手指34)获得触摸输入，显示器14可包括触摸传感器，诸如光学触摸传感器(例如，当用户的手指或其他外部对象触摸显示器14的表面时收集关于对象的XY位置的信息的二维光学触摸传感器)。
显示器14可包括显示面板诸如显示面板14P，该显示面板包含由显示器覆盖层14CG覆盖的像素P。显示器14的像素可以覆盖设备10的所有正面，或者显示器14可具有不包含任何像素的无像素区域(例如，凹口、矩形岛状物、非活动边界区域或其他区域)。无像素区域可用于容纳扬声器的开口和光学部件的窗口，光学部件为诸如图像传感器、环境光传感器、光学接近传感器、三维图像传感器(诸如结构光三维图像传感器)、相机闪光灯、用于红外图像传感器的照明器、用于三维传感器(诸如结构光传感器)的照明器、飞行时间传感器、激光雷达传感器等。
图4是显示面板(显示器)14P中的例示性像素P的阵列的顶视图。如图4中所示，像素P可包括用于向设备10的用户呈现图像的图像像素(诸如像素P-1)。显示器14中的图像像素可例如包括红色、绿色和蓝色发光二极管的矩形阵列或者用于向用户呈现彩色图像的背光红色、绿色和蓝色液晶显示器像素。
像素P还可包含光学触摸传感器像素，诸如像素P-2。光学触摸传感器像素可包括用作光检测器和/或光发射器的像素。可以使用光检测器来检测从显示器14的表面上的用户手指反射的发射光，从而确定用户手指的位置。如果需要，可以使用二极管或其他部件来形成既可作为图像像素又可作为触摸传感器像素操作的像素。当用作触摸传感器像素时，图像像素可被配置为发射光学触摸传感器照明以及/或者检测光学触摸传感器光。例如，显示器发射器可用于产生用于显示器的图像光，同时还用于产生光学触摸传感器照明，和/或同时还用于充当光学触摸传感器的光电检测器。
图像像素，诸如像素P-1和/或光学触摸传感器像素P-2可具有任何合适的间距。例如，图像像素可具有足以向用户显示高质量图像的密度(例如，作为示例，每英寸200-300像素或更多)，而如果需要，光学触摸传感器像素可具有较低的密度(例如，每英寸小于200像素、每英寸小于50像素、每英寸小于20像素等)。
图像像素发射可见光以供用户观看。例如，在彩色显示器中，图像像素可以发射图像光的不同颜色的光，诸如红色、绿色和蓝色光，从而允许显示器14呈现彩色图像。光学触摸传感器像素可以发射和/或检测可见光和/或红外光(以及/或者，如果需要的话，紫外光)。
在一些配置中，用于照明用户手指的光学触摸传感器光从显示器覆盖层14CG的内表面到其外表面直接穿过该显示器覆盖层的厚度。其中照明用户手指的光从光源诸如显示面板14P中的发光像素向外传播，直接穿过显示覆盖层14CG的厚度，然后沿相反(向内)方向被反向散射到光学触摸传感器的光检测器的光学触摸传感器在本文中有时可被称为直接照明光学触摸传感器。
在其他配置中，用于光学触摸传感器的光可使用边缘耦合的发光二极管或其他光源来提供，这些边缘耦合的发光二极管或其他光源将光发射到显示器覆盖层14P的边缘表面中，该光然后根据全内反射的原理在层14CG内被引导。例如，发光二极管可以将光发射到显示器覆盖层14CG的右侧边缘中，该光在由显示器覆盖层14CG形成的光导内从显示器覆盖层14CG的右侧边缘引导到显示器覆盖层14CG的相对左侧边缘。以这种方式，在不存在来自用户手指的接触的情况下，可以跨层14CG侧向引导光。当用户的手指接触层14CG的表面时，可以局部地消除全内反射。全内反射的这种局部抑制将光向内朝向光学触摸传感器的光检测器散射。基于局部消除全内反射的光学触摸传感器在本文中有时可被称为全内反射光学触摸传感器。如果需要，除了用户手指之外的对象(例如，计算机触笔、手套和/或具有适当光学特性的其他外部对象)也可以局部地消除全内反射，从而允许光学触摸传感器在宽范围的操作环境中工作。
可以使用共享结构和/或彼此分开的结构来形成显示面板14P中的发光的像素P和检测光的像素P。这些结构可位于相同的平面中(例如，作为单个衬底上的单个像素层的一部分)并且/或者可包括位于多个平面中的部件(例如，在一些部件形成于给定层中并且其他部件形成于给定层上方和/或下方的一个或多个附加的层中的布置中)。
作为示例，考虑包含由反向偏置二极管形成的光电检测器阵列的光学触摸传感器。这些二极管可以是专用的光电检测器，或者可以是当反向偏置时用作光检测器并且当正向偏置时用作光源的发光元件。光学触摸传感器中的光源可包括可见光源(例如，专用于光学触摸传感器中的可见光源或者也用作图像像素的可见光源)并且/或者可包括红外光源。用于光学触摸传感器的发光像素可以由发光二极管(例如，专用的发光二极管或在正向偏置时充当发光二极管并且在反向偏置时充当光电检测器的二极管)形成。发光像素也可以由用来自背光单元的光进行背光照明以形成背光照明像素(例如，背光照明液晶显示像素)的像素P形成。一般来讲，可以使用任何类型的光电检测器信号处理电路来检测光电检测器何时已经接收到光。例如，光电检测器可被配置为以光敏电阻模式操作，其中光电检测器在暴露于光时改变电阻，并且对应的光电检测器信号处理电路可以用于测量光电检测器电阻的改变。作为另一示例，光电检测器可被配置为在光伏模式下操作，其中当感测到光时产生电压并且可以使用对应的光电检测器信号处理电路来检测从光电检测器输出的电压信号。半导体光电检测器可以使用光电晶体管或光电二极管来实现。如果需要，可以使用其他类型的光敏部件。
图5是具有没有背光照明的像素P的阵列的例示性显示器的横截面侧视图。图5的像素P可包括发光二极管(例如，有机发光二极管，诸如薄膜有机发光二极管和/或由晶体半导体发光二极管管芯形成的发光二极管)。在操作期间，由发光二极管形成的图像像素可以在显示器14上呈现对于沿方向42观看显示器14的用户(诸如观看者40)可见的图像。
图6是具有使用背光照明单元44进行背光照明的像素P的阵列的例示性显示器的横截面侧视图。背光单元44可包括将光发射到背光单元光导层(例如，具有光散射结构的透明光学膜)中的一个或多个发光二极管条。当发射光传播通过光引导层时，散射光用作像素P(例如，液晶显示器像素)的背光照明。在另一个例示性配置中，背光单元44是直接照明式背光单元，该直接照明式背光单元包含提供背光的背光发光二极管阵列(例如，支持局部调光功能的阵列型背光单元)。
图7是具有直接照明光学触摸传感器的示例性显示器的横截面侧视图。如图7所示，与显示面板14P相关联的可见和/或红外光源可发射照明46，该照明直接穿过显示器覆盖层14CG从其内表面行进到其外表面，从而照明接触显示器14的表面的外部对象，诸如手指34。这产生了沿向内(-Z)方向传播并且由与手指34正下方的显示面板14P相关联的光电检测器检测到的局部反向散射光48。这样，光学触摸传感器可以确定手指34的侧向位置(XY位置)。
图8是具有全内反射光学触摸传感器的例示性显示器的横截面侧视图。如图8所示，显示器14可包括显示器覆盖层14CG和显示面板14P。面板14P中的图像像素可以显示可由观看者通过显示器覆盖层14CG观看的图像。显示面板14P的最外表面可通过层50与显示器覆盖层14CG的相对最内表面分开。层50可以由空气、液体、聚合物(例如，聚合物粘合剂诸如光学透明粘合剂、压敏粘合剂、其他聚合物材料等)、玻璃、其他材料和/或这些材料的组合形成。光46可通过层14CG的侧壁耦合到层14CG中(例如，在图8的示例中，在显示器覆盖层14CG的外围处的右手边缘表面处)。
可以使用任何合适的光耦合结构来将光46引导到显示器覆盖层14CG中。在图8的示例中，光46由光源诸如光源52发射。光源52可以是发光二极管，诸如可见或红外发光二极管或者可见或红外激光二极管。准直器54可用于准直来自光源52的发射光(例如，以形成具有平行光线的光束)。棱镜诸如棱镜56或其他光耦合器可以耦合在准直器54和显示器覆盖层14CG之间。棱镜56可以例如被安装到显示器覆盖层14CG的边缘以帮助将光引导到显示器覆盖层14CG的边缘中。在操作期间，光耦合结构诸如准直器54和棱镜或其他光耦合器可用于在相对于层14CG的表面以期望的角度定向(例如，相对于显示器覆盖层14CG的表面法线n以角度A定向)的光束中将从光源52发射的光46耦合到显示器覆盖层14CG的内部中。在该角度A处，光46将根据全内反射的原理在层14CG内传播，除非全内反射被层14CG的外表面上的手指34的存在被局部地消除。
选择角度A(并且选择用于层14CG和层50的材料)，使得光46将根据全内反射的原理从层14CG的最内表面反射。作为示例，层14CG可具有折射率n1(例如，作为示例，对于玻璃为1.5或者对于蓝宝石为1.76)，而层50可具有小于n1的折射率n2(例如，当层14CG是玻璃时小于1.5，或者当层14CG是蓝宝石时小于1.76)。n1和n2之间的折射率差可以为至少0.05、至少0.1、至少0.2或其他合适的值)。
角度A还被选择为使得光46将根据全内反射的原理(在没有手指34的情况下)从层14CG的最上表面反射。在一些环境中，设备10将浸入水60中或以其他方式暴露于湿气(当用户正在游泳时，雨滴、汗液、围绕设备10的淡水或盐水等)。角度A优选地被选择为确保水60的存在将不会消除全内反射，同时确保手指34的存在将局部地消除全内反射，从而产生局部散射光48以供光学触摸传感器的附近的光电检测器检测。这允许全内反射光学触摸传感器操作，而不管显示器14的表面的一些或全部是否浸入水中或以其他方式暴露于湿气。
作为示例，考虑第一例示性场景，其中层14CG由折射率为1.5的材料(例如，玻璃)形成。手指34的特征可以在于1.55的折射率。水60的特征可以在于1.33的折射率。层50可具有小于1.5的折射率。在该第一场景中，通过为层14CG选择折射率大于水的材料以及通过选择角度A大于14CG层上表面的临界角来确保存在水60时层14CG上表面的全内反射(在该示例中，大于62.46°，这是与玻璃/水界面处的全内反射相关联的临界角)。为了确保在层14CG的下表面处保持全内反射，A的所选择的值应当大于与下界面相关联的临界角。作为示例，如果层50由折射率为1.33(与水相同)或更小的材料形成，则与下界面相关联的临界角将至少为62.46°，因此A应当大于62.46°。另一方面，如果层50由折射率介于1.33和1.5之间的材料形成，则下界面处的临界角将相应地增大，并且角度A应当增大至足以确保下界面处的全内反射。无论对于角度A选择哪个值，只要手指34不存在，全内反射将在层14CG的下表面和上表面处都得到支持(无论层14CG是在空气中还是浸入水中)。因为手指34的折射率(1.55)大于层14CG的折射率(在该第一场景中为1.5)，所以每当手指34出现在层14CG的上表面上时，全内反射将在手指34处被消除，从而导致可以由与显示器14相关联的全内反射光学触摸传感器的光检测器检测到的散射光48。
层14CG的折射率不需要小于手指34的折射率。作为示例，考虑第二例示性场景，其中层14CG由晶体材料诸如折射率为1.76的蓝宝石形成。在该第二场景中，角度A应当被选择为：1)足够高以确保在手指34不存在的情况下(即使存在水60)在层14CG的上(和下)表面处保持全内反射，以及2)足够低以确保当手指34触摸上表面以提供触摸输入时在上表面处的全内反射将被局部消除。可通过选择大于与蓝宝石/水界面相关联的临界角的A值来确保上表面处的全内反射(例如，角度A的值应该大于arcsin(1.33/1.76)，为49.08°)。通过为层50选择具有1.33或更小折射率的材料(在这种情况下，A仍然可以大于49.08°)或者通过为层50选择具有更大折射率(但是仍然小于1.55)的材料并且相应地向上调整A值来确保下界面处的全内反射。为了确保上表面处的全内反射可被手指34局部地消除，角度A的值应当小于与蓝宝石/手指界面相关联的临界角(例如，小于arcsin(1.55/1.76)，为61.72°)。因此，在层14CG的折射率大于手指34的折射率的情况下，将存在由下限(例如，在该示例中为49.08°)和上限(例如，在该示例中为61.72°)界定的A的可接受值的范围。
在显示器14中(例如，在显示面板14P中)，用于向用户显示图像的图像像素(例如，彩色显示器中的红色、蓝色和绿色像素)和/或光学触摸传感器像素(例如，用于实现直接照明和/或全内反射光学触摸传感器的光发射器和/或检测器)可使用一层或多层像素来实现，如图9、图10和图11的例示性显示器的横截面侧视图中所示。图9是具有单层像素P的显示面板14P的例示性布置。在图10中，在显示面板14P中使用两层像素P。图11的图示出了显示面板14P如何在需要时具有三层或更多层像素P。一般来讲，光学触摸传感器像素可位于与图像传感器像素相同的层中和/或可位于在图像传感器像素上方或下方的层中。
图9、图10和图11的像素P可包括图像像素和/或光学触摸传感器像素。在一些布置中，像素P可包括在局部调光背光单元中提供背光照明的背光像素。不同层中的像素P可具有相同的间距或不同的间距。作为示例，相比于光学触摸传感器像素，每英寸可存在更多的图像像素。在形成像素P时可使用薄膜结构和/或分立器件。在显示面板14P(例如，具有全内反射光学触摸传感器的显示器)的一些实施方案中，除了使用像素P中的光源之外或代替使用像素P中的光源，用于光学触摸传感器的光源可被配置为提供边缘照明(例如，参见图8的光源52)。
图12是具有用于形成像素P的薄膜光学结构的例示性显示面板的横截面侧视图。图12的显示面板14P的像素P可以是薄膜二极管(例如，有机发光二极管和/或薄膜有机光电检测器或由反向偏置薄膜二极管形成的其他薄膜光电检测器)。如图12所示，面板14P可具有衬底62。衬底62可由玻璃、聚合物和/或其他材料形成。一个或多个材料层诸如薄膜层64可形成在衬底62上。层64可包括缓冲层、用于形成互连堆叠的介电层和金属迹线层、用于二极管、薄膜晶体管、电容器和其他薄膜电路的薄膜半导体层、有机层(例如，有机发射层)、封装层(例如，由氧化硅、氮化硅、其他无机介电材料和/或有机介电封装材料形成的封装层)和/或其他层。在图12的示例中，层64包括形成阳极66的图案化层(例如，图案化金属层)、有机层68诸如用于发光二极管的发射层、图案化像素限定层70(例如，具有用于二极管的相应阳极66的开口的暗聚合物层，这些二极管各自还具有相对的重叠透明阴极，诸如与层70和层68重叠的全局阴极)以及封装层72。如果需要，可在衬底诸如衬底62上形成其他薄膜电路以形成显示面板结构(例如，用于面板14P的一个或多个像素P层)。
图13是在衬底62上具有晶体半导体管芯74的例示性显示面板的横截面侧视图。管芯74可包括用于像素P的可见和/或红外发光二极管和/或光电检测器(例如，可被反向偏置的二极管)。图13的衬底62可以是形成柔性或刚性印刷电路的柔性或刚性聚合物层，或者可由其他衬底材料形成。
图12和图13的显示面板14P是例示性的。一般来讲，可使用图12所示类型(例如，一个或多个薄膜面板和/或安装在印刷电路上的管芯的一个或多个面板)和/或图13所示类型的一个或多个显示面板结构(例如，堆叠面板)来形成一个或多个像素P层。为了在像素层彼此重叠时帮助确保足够的透明度，像素的上层可具有透明区域。例如，在其中图12的像素P与触摸传感器的红外光源重叠的情况下，阳极66可被配置为对红外波长足够透明以允许来自红外光源的红外光穿过阳极66。在该类型的布置中，图12中的像素P可以是发射可见光的图像像素。红外光源和检测器(例如，使用图13的二极管74形成的源和检测器)可位于图像像素下方(作为示例)。显示器的具有堆叠像素P层的上层的透明度还可通过由透明材料形成诸如层70的层、图12的其他层64和/或诸如图13的衬底62的层，通过在衬底层、像素限定层和/或其他显示层中形成孔，通过选择性地省略某些像素P中的阳极中的一些阳极或全部阳极或其他结构以在像素层中产生透明窗口区域等来提供。
如结合图8所描述的，可在全内反射光学触摸传感器中使用一个或多个发光二极管或其他光源诸如光源52(与光耦合器一起)以便将光束46以期望角度A发射到显示器覆盖层14CG中。如果需要，可以使用一个或多个重叠的光源52(例如，位于面板14P中的图像像素阵列下方的红外和/或可见光源阵列，诸如发光二极管和/或激光二极管)将光46耦合到层14CG中以进行全内反射。如图14所示，例如，显示面板14P可具有光源52阵列，这些光源中的每个光源以竖直取向的锥发射光46’。折射率匹配结构诸如层78可具有等于或接近于层14CG的折射率值的折射率值，以帮助将从每个源52发射的光耦合到层14CG中和/或可包括光栅或其他光耦合结构。如果需要，层78的最下表面可相对于层14CG的表面法线n成角度(例如，以形成棱镜)和/或可接触源52以帮助接收来自源52的光46’而没有不期望的反射。图14的配置是例示性的。掩模76可形成在层78上。掩模76可具有环形开口80或其他开口，当光46’穿过掩模76和层78进入层14CG中时，该环形开口或其他开口限制光46’的角度取向。以这种方式，来自源52的光的特征在于层14CG中的光线46相对于表面法线n以期望的角度A取向，以在手指34不存在的情况下支持层14CG中的全内反射。光源诸如图14的光源52可以是位于面板14P中的图像像素中、上方和/或下方的像素P。如果需要，光源诸如图14的光源52可由多个光源形成(例如，堆叠在彼此顶部上或者并排安装在共享衬底上的光源)。在该类型的布置中，可针对特定功能优化多个光源中的每个光源。例如，一个光源可被配置为产生显示器照明，并且另一个光源可被配置为产生用于光学触摸传感器的准直全内反射照明。
可能期望限制与给定的光检测像素相关联的接受角度。例如，可能期望在光学触摸传感器中提供具有角度滤光器的光电检测器像素，角度滤光器致使光电检测器像素主要或专门响应于垂直于层14CG的表面法线n的散射光线(例如，在从用户的手指34散射之后从层14CG直接向内行进的光线)。以这种方式，可减少来自杂散光的噪声的影响。
可使用接受角滤光器来实现对期望角度取向的光的增加的灵敏度。作为示例，考虑图15的布置。如图15所示，角度滤光器82可由透明层84上的掩模88形成。任选透镜诸如透镜86可与掩模88中的开口90重叠并对准。掩模88可以由黑色墨水、金属或其他不透明掩蔽材料形成。开口90可以是掩模88的不透明层中的圆形孔或其他间隙。透明层84可以是面板14P中的层中的一个层，诸如封装层或其他透明介电层。
在图15的配置中，垂直于层14CG(例如，平行于层14CG的表面法线n)传播的仅散射光线48将在穿过透镜86之后穿过开口90。偏轴光线诸如图15的偏轴散射光线48'将被掩模88阻挡。用于光学触摸传感器的光检测像素可与开口90对准地位于开口90下方，使得可检测到同轴光。
如果需要，滤光器诸如滤光器82可被配置为仅使期望角度的偏轴光通过(例如，参见图16的滤光器82，该滤光器可由于透镜86的中心和开口90的中心之间的侧向偏移量D而仅使偏轴光线48”通过到达重叠的光检测器)。偏轴滤光器诸如图16的滤光器82可用于面板14P中、层14CG的边缘表面上和/或设备10中的与光学触摸传感器相关联的其他位置处(例如，以通过仅收集特定角度下的与手指散射光、引导光等相关联的光线来帮助提高检测灵敏度)。
掩模诸如图15和图16的掩模88可形成在任何合适的透明层84上。在图17的示例中，单个掩模层用于形成掩模88，并且该单个掩模层位于透明层84的顶表面上。在图18的示例中，掩模88在层84(例如，封装层或其他透明显示层)的相反的上表面和下表面上具有第一掩模层和第二掩模层88’。图19示出了如何从相对厚的显示层(例如，像素限定层或其他不透明显示层)中的通孔孔口形成掩模88。在图19的配置中，开口90的宽度W小于形成掩模88的不透明层的厚度T。掩模诸如图17、图18和图19的掩模可与或不与一个或多个透镜诸如透镜86一起使用。使用透镜86和/或掩模88形成的角度滤光器可各自与相应的光检测器(例如，具有光电检测器的像素P)重叠并对准，或者可以其他方式用于帮助限制光学触摸传感器中的光检测器的角度接受性。
光学触摸传感器测量结果可在图像光并未从显示器14输出的时间段期间收集，或者可在图像光被显示的时间段期间收集。
作为第一示例，考虑图20的时序图所示类型的布置。在图20中，时间段P1对应于图像像素正在输出用于用户正在观看的图像的光的时间段，并且时段P2是用于光学触摸传感器的光检测像素正在收集传感器测量结果的时间段。在一个例示性布置中，显示器14中的所有图像像素仅在时段P1期间发射光(例如，图像帧)，并且显示器14中的所有光检测像素仅在时段P1之间的时段P2期间取得传感器测量结果以检测来自手指34的散射光。在该类型的操作中，使用与显示器14中的图像像素分开的光源来提供光学触摸传感器照明。在另一个例示性布置中，时段P1的图像输出操作与时段P2的光感测操作可重叠。当光学触摸传感器照明由图像像素产生时，光学触摸传感器可使用图像像素调制和/或在显示器14上的每个位置处的图像像素输出的强度的知识来帮助分析所检测的散射光。当光学触摸传感器照明正从在显示器覆盖层14CG中产生全内反射光的光源提供时，可在时段P2期间产生来自光源的光学触摸传感器光和图像像素光两者。
如图21所示，可在时段P1期间输出图像(例如，图像帧)，而在重叠的时间段P2期间取得光学触摸传感器测量结果。作为示例，用于照明手指34的光可在时段P2期间由图像像素产生，或者可在时段P2期间由分开的光源(例如，与显示器14的图像像素分开的红外发光二极管或其他红外发光像素)产生。感光像素(例如，红外感光像素或可见感光像素)可在时段P2期间收集散射光测量结果。在一些布置中(例如，当红外光正用于光学触摸感测时)，感光像素可具有阻挡可见光并且使红外光通过以减少来自图像像素的潜在可见光干扰的光学滤光器。在其中可见光用于照明手指34的配置中，关于哪些图像像素跨显示器14是活跃的图像帧信息可用于确定多少可见光预期在显示器14上的给定位置处被手指34散射。
信号调制技术(例如，在已知模式下随时间以预定频率等调制所发射的光并且对应地解调所感测的光)可用于帮助从所检测的环境光信号和/或与杂散图像光相关联的所测量的信号提取光学触摸传感器信号。例如，可以特定频率调制所发射的光并且以相同频率(同步地)解调所检测的光信号。以这种方式，来自环境光源的外部光学干涉和内部光学干涉(例如，来自杂散显示光的干涉，其在一些实施方案中可在感测周期期间产生)可被阻隔。
如图22的示例所示，显示面板14P可包括像素P，这些像素各自包括相应的二极管92。像素P可使用二极管92作为光源。例如，二极管92可被正向偏置以用作发射为用户形成图像的可见光的图像像素。来自二极管92的发射光46还可用作光学触摸传感器的照明(例如，在显示器14上存在手指34的情况下，光46可被反向散射以形成反向散射光48)。二极管92可以是发光二极管(薄膜有机发光二极管或晶体半导体管芯)或激光二极管。在一些配置中，二极管92可被配置为发射红外光。在全内反射光学触摸传感器布置中，如果需要，可通过如结合图8所描述向显示器覆盖层14CG提供边缘照明来提供对手指34的照明。
二极管92中的一些二极管或全部二极管可被反向偏置以用作用于光学触摸传感器的光电检测器。作为示例，光电二极管可跨显示器14以阵列延伸，使得光电二极管可测量并且由此确定来自手指34的反向散射光48的位置。
用作光学触摸传感器中的光电检测器的二极管92可唯一地用作光学触摸传感器光检测器，或者有时可被正向偏置以发射用于图像和/或光学触摸传感器照明的光，并且有时被反向偏置以用作用于光学触摸传感器的光电检测器。作为示例，光检测二极管92有时可发射可见图像光(例如，在用作图像像素时)，并且有时可检测反向散射光48(例如，参见像素P’，其中二极管92被配置为既发射光46又检测光48)。在其中二极管92可用作光发射器和光检测器两者的布置中，可减少或消除使用附加光学部件(例如，附加发光设备和/或光传感器)来形成光学触摸传感器。
如果需要，可在像素阵列上方或下方形成用于光学触摸传感器像素的附加部件。作为示例，考虑图23的显示面板14P的横截面侧视图。在图23的示例中，像素P”形成于单层(例如，如结合图12的像素P所描述的柔性或刚性显示面板衬底上的薄膜像素层或如结合图13的像素P所描述的形成像素的晶体半导体管芯层)中。在例示性配置中，图23的显示面板14P中的像素P”形成发射可见光以用于产生由设备10的用户观看的图像的图像像素层。也可使用其中像素P”具有可被反向偏置以形成用于光学触摸传感器的光电检测器的二极管并且/或者具有用于提供光学触摸传感器照明的红外二极管的配置。
如图23所示，光学部件94可位于像素P”上方和/或下方。光学部件94可基于二极管(例如，发射光的二极管诸如发光二极管和激光二极管、检测光的二极管诸如光电二极管、和/或可被正向偏置以发射光并且被反向偏置以检测光的二极管)。形成部件94的二极管和/或其他结构可以是薄膜二极管(例如，有机发光二极管、用作光电检测器的有机薄膜二极管等)并且/或者可由晶体半导体管芯形成。部件94可安装在一个或多个衬底诸如图13的衬底62上，可安装在具有像素P”结构的共享衬底上，并且/或者可以其他方式并入到显示面板14P中。
在一些配置中，发光部件94可位于像素P”上方，并且光检测部件94可位于像素P”下方。在其他配置中，发光部件94可位于像素P”下方，并且用于光学触摸传感器的对应光检测部件可位于像素P”上方。也可使用其中一些发光部件94安装在像素P”上方和下方和/或其中一些感光部件94安装在像素P”上方和下方的布置。像素P”和/或部件94可使用可见光和/或红外光来操作。
在其中光学触摸传感器部件94形成在像素P”上方的布置中，部件94安装在其上的衬底可对由像素P”发射和/或检测的光透明。在其中光学触摸传感器部件94形成在像素P”下方的布置中，像素P”的阳极、用于形成像素P”的像素限定层和/或形成像素P”的像素阵列的其他结构可足够透明(通过使用使红外光和/或可见光通过的材料，通过形成开口等)，以允许部件94通过像素P”层进行操作。作为示例，像素P”可包含在薄膜有机发光二极管显示面板中，这些像素具有足够透明以使用于光学触摸传感器的红外光通过的阳极，并且部件94可包括安装在位于像素P”下方的衬底层上的红外发光二极管管芯和红外光电检测器管芯。在全内反射光学触摸传感器中，用于光学触摸传感器的光(例如，红外光或可见光)可被发射到显示器覆盖层14CG中，并且反向散射光48可由光电检测器(例如，像素P”上方和/或下方的感光部件94)检测。
如果需要，背光像素可用于形成光学触摸传感器。作为示例，考虑图24的显示面板14P。在该示例中，可使用液晶显示面板中的液晶显示像素来形成图像像素P阵列。背光单元98可发射穿过由像素P形成的液晶显示面板的背光照明。背光单元98可具有背光像素BP阵列，该背光像素阵列可被局部地调光以增强图像对比度(例如，背光单元98可以是支持局部地调光的直接照明式背光单元)。背光像素BP可包含光学部件96。部件96可包括产生像素P的背光照明的白光背光像素或其他背光像素。部件96还可包括用于形成光学触摸传感器的(可见和/或红外)光源和/或(可见和/或红外)光检测器。作为示例，每个背光像素BP可具有发射背光照明(例如，白光背光照明)的背光照明部件诸如发光二极管，可具有红外光源(例如，红外发光二极管或红外激光器)，并且可各自具有红外光检测器(例如，红外光电检测器)。该类型的布置中的红外光源和检测器可与背光照明发光二极管一起安装在共同衬底上，并且/或者可安装在其他衬底上(背光照明发光二极管上方和/或下方)。也可使用其中来自背光发光二极管的可见光(例如，照明用户的手指以产生反向散射光48的光46)用于产生光学触摸传感器照明的布置。
尽管有时在其中触摸传感器操作通过主要以单个角度在显示器覆盖层14CG内传播的光发生的布置的上下文中进行描述，但光源可将光以多个不同角度(例如，角度A1和不同的角度A2)发射到显示器覆盖层14CG中。在该类型的布置中，具有第一折射率nfirst的第一对象可局部地消除光在角度A1处的全内反射，同时不会局部地消除光在角度A2处的全内反射，而具有大于第一折射率的第二折射率nsecond的第二对象可局部地消除光在角度A1处和光在角度A2处两者的全内反射。由于第一对象和第二对象与光学触摸传感器不同地交互，因此触摸传感器可将第一对象和第二对象区分开。这允许设备10对来自不同类型的对象的输入不同地作出响应。作为示例，在绘图应用中，当第一对象跨层14CG移动时，线可以第一厚度绘制，而当第二对象跨层14CG移动时，线可以第二厚度绘制。第一对象和第二对象可以是任何合适的对象(一种或多种不同类型的触笔、手指和/或其他对象)。如果需要，每个角度处的光可与不同的相应颜色相关联，并且可使用专用检测器组(每个检测器响应于不同的颜色)。
根据一个实施方案，提供了一种被配置为收集来自手指的触摸输入的电子设备，该电子设备包括：显示器，该显示器具有带有表面的显示器覆盖层；以及光学触摸传感器，该光学触摸传感器具有光源和光检测器，该光源被配置为将光发射到该显示器覆盖层中，该光在该显示器覆盖层的该表面浸入水中时通过全内反射在该显示器覆盖层内被引导，并且当该手指接触该表面时，全内反射被局部地消除以将该光朝向这些光检测器散射。
根据另一个实施方案，该光检测器按跨该显示器延伸的阵列布置。
根据另一个实施方案，该显示器具有被配置为显示图像的发光二极管阵列。
根据另一个实施方案，该光源由该发光二极管阵列重叠。
根据另一个实施方案，该显示器覆盖层具有边缘表面，并且该光源被配置为将光发射到边缘中。
根据另一个实施方案，该光源具有发光二极管、准直器以及耦合在该准直器和该边缘表面之间的光耦合器。
根据另一个实施方案，该显示器具有液晶显示器像素阵列。
根据另一个实施方案，该手指具有第一折射率，并且该显示器覆盖层具有小于该第一折射率的第二折射率。
根据另一个实施方案，该显示器覆盖层包括玻璃。
根据另一个实施方案，该手指具有第一折射率，并且该显示器覆盖层具有大于该第一折射率的第二折射率。
根据另一个实施方案，该显示器覆盖层包括蓝宝石。
根据另一个实施方案，该表面具有表面法线，该光源被配置为将该光相对于该表面法线以一定角度发射到该显示器覆盖层的边缘表面中，并且该角度所具有的值在49.08°和61.72°之间。
根据另一个实施方案，该光源具有发光二极管、准直器以及耦合在该准直器和该边缘表面之间的光耦合结构。
根据另一个实施方案，该发光二极管包括红外发光二极管。
根据另一个实施方案，该发光二极管包括可见发光二极管。
根据另一个实施方案，该光源包括红外光源，所发射的光包括红外光，该显示器包括具有阳极的有机发光二极管像素阵列，这些阳极在该红外光被该手指朝向这些光检测器散射时透射该红外光中的至少一些红外光，并且这些光检测器包括由该有机发光二极管像素阵列重叠的红外光电检测器层。
根据另一个实施方案，该光源被配置为调制所发射的光，并且该光检测器被配置为同步地解调所散射的光。
根据一个实施方案，提供了一种被配置为收集来自外部对象的触摸输入的电子设备，该电子设备包括：外壳；显示器，该显示器耦接到该外壳；以及光学触摸传感器，该光学触摸传感器被配置为在该外部对象正触摸该显示器的表面时收集来自该外部对象的触摸输入，该光学触摸传感器包括光传感器阵列，该光传感器阵列被配置为在该显示器暴露于水并且该外部对象正触摸该显示器的该表面时测量从该外部对象散射的光。
根据另一个实施方案，该显示器包括显示器覆盖层，并且该光学触摸传感器包括耦合到该显示器覆盖层的边缘的光源。
根据另一个实施方案，该显示器具有被配置为发射图像光的图像像素，并且这些光传感器与这些图像像素分开并且不发射光。
根据另一个实施方案，该显示器具有被配置为发射图像光的二极管阵列，并且这些二极管中的至少一些二极管用作这些光传感器。
根据一个实施方案，提供了一种被配置为收集与手指的接触相关联的触摸输入的触敏显示器，该触敏显示器包括：图像像素阵列，该图像像素阵列被配置为显示图像；显示器覆盖层，该显示器覆盖层与该图像像素阵列重叠；光传感器阵列；以及光学触摸传感器光源，该光学触摸传感器光源被配置为将光发射到该显示器覆盖层的边缘表面中，该光在该显示器覆盖层的表面暴露于湿气时通过全内反射被引导穿过该显示器覆盖层，其中在该手指接触该显示器覆盖层的情况下，全内反射被局部地消除以将该光朝向这些光传感器散射。
根据另一个实施方案，该触敏显示器包括：掩模，该掩模具有与这些光传感器中的每个光传感器重叠的开口以形成用于该光传感器的角度滤光器。
根据另一个实施方案，该触敏显示器包括：透镜，该透镜与每个开口重叠。
根据一个实施方案，一种被配置为收集与手指的接触相关联的触摸输入的触敏显示器，该触敏显示器包括：图像像素阵列，该图像像素阵列被配置为显示图像；显示器覆盖层，该显示器覆盖层与该图像像素阵列重叠；光传感器阵列；每个光传感器由角度滤光器重叠；以及光学触摸传感器光源，该光学触摸传感器光源被配置为将光发射到该显示器覆盖层中，该光在该显示器覆盖层的表面暴露于湿气时通过全内反射被引导穿过该显示器覆盖层，在该手指接触该显示器覆盖层的情况下，全内反射被局部地消除以将该光朝向这些光传感器散射。
根据另一个实施方案，每个角度滤光器包括具有开口的掩模、与该开口重叠的透镜以及位于该掩模和这些透镜之间的透明层。
根据另一个实施方案，每个角度滤光器包括具有第一开口的第一掩模、具有与该第一开口重叠的第二开口的第二掩模以及位于该第一掩模和该第二掩模之间的透明层。
前述内容仅为示例性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。
附图标号表
10 电子设备 12 输入-输出设备
14 显示器 18 传感器
16 控制电路 22 外壳
P、P-1、P-2、P’、P” 像素 30 内部区域
F 前面 36 部件
32 外部区域 38 基板
14P 显示面板 14CG 显示器覆盖层
34 手指 40 观看者
42 方向 44 背光单元
46、46’、48、48’ 灯光 50 层
A 角度 60 水
n 表面法线 52 光源
54 准直器 56 棱镜
70 像素限定层 66 阳极
68 有机层 64 薄膜层
62 基板 72 封装层
74 半导体管芯 78 折射率匹配层
80 开口 76 掩模
86 透镜 88、88’ 掩模
90 开口 82 滤波器
84 透明层 P1、P2 时间段
92 二极管 94 光学部件
BP 背光单元像素 98 背光单元
96 光学部件

Claims (27)

1.一种被配置为收集来自手指的触摸输入的电子设备，包括：
显示器，所述显示器具有带有表面的显示器覆盖层；以及
光学触摸传感器，所述光学触摸传感器具有光源和光检测器，其中所述光源被配置为将光发射到所述显示器覆盖层中，所述光在所述显示器覆盖层的所述表面浸入水中时通过全内反射在所述显示器覆盖层内被引导，并且其中当所述手指接触所述表面时，全内反射被局部地消除以将所述光朝向所述光检测器散射。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述光检测器按跨所述显示器延伸的阵列布置。
3.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述显示器具有被配置为显示图像的发光二极管阵列。
4.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述光源被所述发光二极管阵列重叠。
5.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述显示器覆盖层具有边缘表面，并且其中所述光源被配置为将光发射到边缘中。
6.根据权利要求5所述的电子设备，其中所述光源具有发光二极管、准直器以及耦合在所述准直器和所述边缘表面之间的光耦合器。
7.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述显示器具有液晶显示像素阵列。
8.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述手指具有第一折射率，并且其中所述显示器覆盖层具有小于所述第一折射率的第二折射率。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述显示器覆盖层包括玻璃。
10.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述手指具有第一折射率，并且其中所述显示器覆盖层具有大于所述第一折射率的第二折射率。
11.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述显示器覆盖层包括蓝宝石。
12.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述表面具有表面法线，其中所述光源被配置为将所述光相对于所述表面法线以一定角度发射到所述显示器覆盖层的边缘表面中，并且其中所述角度具有在49.08°和61.72°之间的值。
13.根据权利要求12所述的电子设备，其中所述光源具有发光二极管、准直器以及耦合在所述准直器和所述边缘表面之间的光耦合结构。
14.根据权利要求13所述的电子设备，其中所述发光二极管包括红外光发光二极管。
15.根据权利要求13所述的电子设备，其中所述发光二极管包括可见光发光二极管。
16.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述光源包括红外光源，其中所发射的光包括红外光，其中所述显示器包括具有阳极的有机发光二极管像素阵列，所述阳极在所述红外光被所述手指朝向所述光检测器散射时透射所述红外光中的至少一些红外光，并且其中所述光检测器包括被所述有机发光二极管像素阵列重叠的红外光电检测器层。
17.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述光源被配置为调制所发射的光，并且其中所述光检测器被配置为同步地解调所散射的光。
18.一种被配置为收集来自外部对象的触摸输入的电子设备，包括：
外壳；
显示器，所述显示器耦接到所述外壳；以及
光学触摸传感器，所述光学触摸传感器被配置为在所述外部对象正触摸所述显示器的表面时收集来自所述外部对象的触摸输入，其中所述光学触摸传感器包括光传感器阵列，所述光传感器阵列被配置为在所述显示器暴露于水并且所述外部对象正触摸所述显示器的所述表面时测量从所述外部对象散射的光。
19.根据权利要求18所述的电子设备，其中所述显示器包括显示器覆盖层，并且其中所述光学触摸传感器包括耦合到所述显示器覆盖层的边缘的光源。
20.根据权利要求19所述的电子设备，其中所述显示器具有被配置为发射图像光的图像像素，并且其中所述光传感器与所述图像像素分开并且不发射光。
21.根据权利要求19所述的电子设备，其中所述显示器具有被配置为发射图像光的二极管阵列，并且其中所述二极管中的至少一些二极管用作所述光传感器。
22.一种被配置为收集与手指的接触相关联的触摸输入的触敏显示器，所述触敏显示器包括：
图像像素阵列，所述图像像素阵列被配置为显示图像；
显示器覆盖层，所述显示器覆盖层与所述图像像素阵列重叠；
光传感器阵列；以及
光学触摸传感器光源，所述光学触摸传感器光源被配置为将光发射到所述显示器覆盖层的边缘表面中，所述光在所述显示器覆盖层的表面暴露于湿气时通过全内反射被引导穿过所述显示器覆盖层，其中在所述手指接触所述显示器覆盖层的情况下，全内反射被局部地消除以将所述光朝向所述光传感器散射。
23.根据权利要求22所述的触敏显示器，还包括：掩模，所述掩模具有与所述光传感器中的每个光传感器重叠的开口以形成用于所述光传感器的角度滤光器。
24.根据权利要求23所述的触敏显示器，还包括：透镜，所述透镜与每个开口重叠。
25.一种被配置为收集与手指的接触相关联的触摸输入的触敏显示器，所述触敏显示器包括：
图像像素阵列，所述图像像素阵列被配置为显示图像；
显示器覆盖层，所述显示器覆盖层与所述图像像素阵列重叠；
光传感器阵列，其中每个光传感器被角度滤光器重叠；以及
光学触摸传感器光源，所述光学触摸传感器光源被配置为将光发射到所述显示器覆盖层中，所述光在所述显示器覆盖层的表面暴露于湿气时通过全内反射被引导穿过所述显示器覆盖层，其中当所述手指接触所述显示器覆盖层时，全内反射被局部地消除以将所述光朝向所述光传感器散射。
26.根据权利要求25所述的触敏显示器，其中每个角度滤光器包括具有开口的掩模、与所述开口重叠的透镜以及位于所述掩模和所述透镜之间的透明层。
27.根据权利要求25所述的触敏显示器，其中每个角度滤光器包括具有第一开口的第一掩模、具有与所述第一开口重叠的第二开口的第二掩模以及位于所述第一掩模和所述第二掩模之间的透明层。
CN202280018087.8A 2021-03-01 2022-02-24 具有湿气不敏感光学触摸传感器的电子设备 Pending CN116964546A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/188,946 US11353994B1 (en) 2021-03-01 2021-03-01 Electronic devices having moisture-insensitive optical touch sensors
US17/188,946 2021-03-01
PCT/US2022/017644 WO2022187069A1 (en) 2021-03-01 2022-02-24 Electronic devices having moisture-insensitive optical touch sensors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116964546A true CN116964546A (zh) 2023-10-27

Family

ID=80780483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280018087.8A Pending CN116964546A (zh) 2021-03-01 2022-02-24 具有湿气不敏感光学触摸传感器的电子设备

Country Status (5)

Country Link
US (4) US11353994B1 (zh)
EP (1) EP4285210A1 (zh)
CN (1) CN116964546A (zh)
BR (1) BR112023017499A2 (zh)
WO (1) WO2022187069A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230025603A (ko) * 2021-08-13 2023-02-22 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 이를 포함하는 센싱 시스템

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040252867A1 (en) 2000-01-05 2004-12-16 Je-Hsiung Lan Biometric sensor
US8144271B2 (en) * 2006-08-03 2012-03-27 Perceptive Pixel Inc. Multi-touch sensing through frustrated total internal reflection
US8441467B2 (en) * 2006-08-03 2013-05-14 Perceptive Pixel Inc. Multi-touch sensing display through frustrated total internal reflection
US8125468B2 (en) * 2007-07-30 2012-02-28 Perceptive Pixel Inc. Liquid multi-touch sensor and display device
RU2519392C2 (ru) * 2008-01-11 2014-06-10 О-Нэт Вэйв Тач Лимитед Сенсорное устройство
US8736581B2 (en) * 2009-06-01 2014-05-27 Perceptive Pixel Inc. Touch sensing with frustrated total internal reflection
KR101065408B1 (ko) * 2010-03-17 2011-09-16 삼성모바일디스플레이주식회사 터치 표시 장치
US20120321149A1 (en) 2011-05-17 2012-12-20 Carver John F Fingerprint sensors
WO2014112913A1 (en) 2013-01-16 2014-07-24 Flatfrog Laboratories Ab Touch-sensing display panel
WO2015108480A1 (en) 2014-01-16 2015-07-23 Flatfrog Laboratories Ab Improvements in tir-based optical touch systems of projection-type
US10261634B2 (en) 2014-03-27 2019-04-16 Flexterra, Inc. Infrared touch system for flexible displays
US11097974B2 (en) * 2014-07-31 2021-08-24 Corning Incorporated Thermally strengthened consumer electronic glass and related systems and methods
US10026721B2 (en) 2015-06-30 2018-07-17 Apple Inc. Electronic devices with soft input-output components
US10635878B2 (en) * 2015-10-23 2020-04-28 Shenzhen GOODIX Technology Co., Ltd. Optical fingerprint sensor with force sensing capability
US10043051B2 (en) * 2016-03-07 2018-08-07 Microsoft Technology Licensing, Llc Triggered image sensing with a display
JP7022907B2 (ja) * 2016-05-13 2022-02-21 フィンガープリント カーズ アナカタム アイピー アクティエボラーグ 光をカバーガラスに注入するシステム及び方法
US11585933B2 (en) * 2018-10-29 2023-02-21 Lawrence Livermore National Security, Llc System and method for adaptive object-oriented sensor fusion for environmental mapping
CN111108510B (zh) 2019-07-12 2021-04-16 深圳市汇顶科技股份有限公司 指纹检测装置和电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
EP4285210A1 (en) 2023-12-06
US11353994B1 (en) 2022-06-07
WO2022187069A1 (en) 2022-09-09
US20220276738A1 (en) 2022-09-01
US11816295B2 (en) 2023-11-14
BR112023017499A2 (pt) 2023-09-26
US20220276739A1 (en) 2022-09-01
US11822747B2 (en) 2023-11-21
US20240036682A1 (en) 2024-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3396588B1 (en) Display screen, display device and mobile terminal
WO2020082380A1 (zh) 指纹识别装置和电子设备
EP3757666B1 (en) Display device, electronic apparatus, and image acquisition method
TWI451311B (zh) 觸控感測顯示裝置
US10334184B2 (en) Electronic device with light diffuser
US11665310B2 (en) Ambient light sensor windows for electronic devices comprising an optical sensor within an opening in the locally thinned area of an opaque layer
US10512157B2 (en) Electronic devices having ambient light sensors with electrostatic shields
WO2011030655A1 (ja) 光センサおよび表示装置
TW200523788A (en) Coordinate detection system for a display monitor
US20110261300A1 (en) Area sensor and display device having area sensor
CN110276187B (zh) 控制方法、电子设备及非易失性计算机可读存储介质
CN110263747B (zh) 控制方法、电子设备及非易失性计算机可读存储介质
US20190094069A1 (en) Electronic Devices Having Infrared Blocking Light Guides
US20240036682A1 (en) Electronic Devices Having Moisture-Insensitive Optical Touch Sensors
CN210605736U (zh) 指纹检测的装置、显示屏和电子设备
CN212229655U (zh) 指纹感测模块
US10395620B2 (en) Electronic devices having ambient light sensors with light collimators
CN110286793B (zh) 控制方法、电子设备及非易失性计算机可读存储介质
US11003015B1 (en) Electronic device with a light guiding layer
CN114740994A (zh) 显示屏和显示装置
WO2021204093A1 (zh) 一种显示屏和电子设备
CN110276186A (zh) 控制方法、电子设备及非易失性计算机可读存储介质
US20230341975A1 (en) Electronic Devices Having Moisture-Insensitive Optical Touch Sensors
CN116909421A (zh) 具有湿气不敏感光学触摸传感器的电子设备
WO2021237521A1 (zh) 屏下指纹识别装置及系统、指纹识别方法和电子装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination