TWI452510B

TWI452510B - 顯示裝置及其偵測遠端物體移動之方法

Info

Publication number: TWI452510B
Application number: TW100148401A
Authority: TW
Inventors: Kung Chieh Huang
Original assignee: Innolux Corp
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2014-09-11
Also published as: US20130162573A1; TW201327332A

Description

顯示裝置及其偵測遠端物體移動之方法

本發明係關於一種顯示裝置及物件偵測方法，特別關於一種偵測遠端物件的顯示裝置及方法。

體態感應是以身體的動作或反應作為輸入訊息，其與傳統操作按鍵、搖桿、滑鼠等輸入裝置有所不同。

體態感應可用於電玩遊戲或是顯示物件的操作，一般來說，顯示裝置或遊戲機若要具備體態感應的功能則需外裝一個體態感應裝置。

以遊戲機為例，遊戲機的體態感應裝置包括一光學影像元件，其係對使用者攝像，並將攝像的內容傳送至遊戲機，遊戲機可依此判斷使用者的體態，並將體態作為遊戲輸入訊息。遊戲內容的畫面係顯示於顯示裝置，並隨遊戲輸入訊息而變化。

遊戲機的體態感應裝置通常設置於顯示裝置附近，例如顯示裝置的殼體上方或下方，藉以讓使用者感覺對顯示裝置的顯示內容進行操作。

然而，以目前的現況而言，顯示裝置或遊戲機仍需額外再添設體態感應裝置，即使體態感應裝置很靠近顯示裝置，仍是得要裝設於顯示裝置之外。

因此，如何提供一種顯示裝置及偵測方法，能夠無需額外添加體態感應裝置，又能夠讓顯示裝置具備體態感應的功能，實為當前重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種顯示裝置及方法，能夠有效地偵測遠端可動物件之移動。

為達上述目的，依據本發明之一種顯示裝置包括一顯示模組、至少二感應元件以及一控制模組，感應元件設置於顯示模組之二相對側或交錯側，控制模組耦接感應元件以個別偵測感應元件分別與一遠端物體間之一感應電容值，並根據感應電容值判斷遠端物體之三維空間的移動。

為達上述目的，依據本發明之一種顯示裝置之遠端可動物體之偵測方法，其中顯示裝置具有一顯示模組以及置於顯示模組之二相對側或交錯側之至少二感應元件，偵測方法包括個別偵測感應元件分別與一遠端物體間之一感應電容值；以及根據感應電容值判斷遠端物體之移動。

承上所述，由於本發明之顯示裝置已內建至少二感應元件，且感應元件分別設置於顯示模組之二相對側或交錯側，感應元件可與遠端可動物體形成一感應電容，偵測感應電容之變化即可得知遠端物體之移動狀況，故顯示裝置可提供體態感應的功能。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種顯示裝置及物件偵測方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

圖1為本發明較佳實施例之一種顯示裝置的示意圖，如圖1所示，顯示裝置1包括一顯示模組15、感應元件11~14、一控制模組16以及一殼體17，感應元件之數量為至少二個，在此以四個為例說明，感應元件設置於顯示模組15之二相對側，例如：感應元件11、12設置於顯示模組15之二水平相對側151、152，感應元件13、14設置於顯示模組15之二垂直相對側153、154，控制模組16耦接感應元件11~14以個別偵測感應元件11~14分別與一遠端物體間之一感應電容值，並根據感應電容值判斷遠端物體之移動。

感應元件11、12係供偵測遠端物體沿一水平方向之移動，感應元件13、14係供偵測遠端物體沿一垂直方向之移動。水平方向與垂直方向指遠端物體相對於顯示模組15的可能移動方向。

控制模組16所偵測之感應電容值，於實際IC晶片中測量到的值可以是因為電容大小不同，而於充放電時所產生之電壓差或時間差，如習知此技藝之人士所知，許多其他因電容變化衍生但等效之物理量是可以測量的。

殼體17係容置顯示模組15、感應元件11~14及控制模組16，感應元件11~14係設置顯示模組15之一非顯示區，並被殼體17的邊框所包覆。感應元件11~14可以是金屬片，其不影響顯示模組15的顯示功能，也沒有外露於殼體17之外，使用者不會看到感應元件11~14。

顯示模組15可以是平面顯示模組，例如液晶顯示模組、電激發光顯示模組、電漿顯示模組等等。另外，顯示模組15亦可以是觸碰顯示模組，觸碰顯示模組可以是前述各種顯示模組外更具備觸控輸入的平面顯示模組。不論是平面顯示模組或觸碰顯示模組，這些模組是半成品，因此一般消費者不會直接購買或使用，通常平面顯示模組會再與外部殼體組裝，才能成為可供應給一般消費者的消費產品。

顯示裝置1可以是一般消費者購買或使用的終端消費產品，例如是監視器或電視，殼體17係終端消費產品的外殼，通常殼體17之外不會再以其他額外的殼體來包覆。

圖2A為圖1中顯示模組15之觸控面板之單位感應墊之一示意圖，圖2B為圖1中感應元件11之一示意圖，如圖2A所示，顯示模組15具有一觸控面板，觸控面板具有複數個單位感應墊155，單位感應墊155用來與外界物體例如手指形成感應電容，電容的大小與單位感應墊155之面積呈正相關。單位感應墊155的形狀例如是一般常見的菱形，其尺寸大約是對角線為6mm，面積約18mm² 。

如圖2B所示，感應元件11因設置於顯示區域之外，故其可利用的區域面積遠大於觸控面板內的單位感應墊155，各感應元件11~14之面積大於單位感應墊155之面積五十倍以上，例如，感應元件11之尺寸為長為200mm，寬為100mm，面積約2000mm² 。因此，遠端物件離顯示裝置1較遠時，雖然單位感應墊155無法形成有效的感應電容，但感應元件11~14與遠端物件仍可形成有效的感應電容。此外，不論是單位感應墊155或感應元件11之尺寸，在此僅為舉例說明並非限定其尺寸必定限定於此。

圖3為圖1之顯示裝置1與一遠端物件2之一示意圖，如圖3所示，感應電容值因遠端物件與感應元件11~14之距離呈反比。舉例來說，遠端物件2係以一使用者為例，當使用者越接近顯示裝置1，其與感應元件11~14之距離亦越小，使得感應電容值增大。當使用者夠接近顯示裝置1使得感應電容值增大到一定程度，感應電容值可作為偵測遠端物件2移動的有效信號。

舉例來說，控制模組16根據感應電容值與一門檻值來判斷遠端物體2平行於顯示裝置1之移動。另外，控制模組16也可以根據感應電容值之變化量之差來判斷遠端物體2平行於顯示裝置1之移動。再者，控制模組16亦可根據感應電容值之變化量之合來判斷遠端物體2朝向或遠離顯示裝置1之移動。這些偵測顯示裝置1之移動之方式可以併用、或各自獨立使用、或是先後以不同模式來運作。以下將舉例來說明。

圖4A為本發明較佳實施例之顯示裝置中感應電容值之波形圖，如圖4A所示，當其中一個感應電容值大於第一基準值B₁ ，控制模組16係根據感應電容值與一門檻值Th₁ 來判斷遠端物體2平行於顯示裝置1之移動。第一基準值B₁ 代表因環境背景對感應元件所造成的感應電容，遠端物體2與感應元件11~14形成的感應電容C₁₁ ~C₁₄ 要比環境背景對感應元件11~14所造成的感應電容大才能做為有效的輸入。

舉例來說，遠端物件係一使用者，當使用者位於圖3中的區域A時，使用者與感應元件11~14足以形成一定程度的感應電容C₁₁ ~C₁₄ ，此時如果其中一個感應電容值大於第一基準值B₁ ，這時候可以較概略的判斷使用者的移動，例如簡單的判斷上下左右移動方向，即判斷使用者平行於顯示裝置的移動。此種偵測可應用於使用者手勢、選項選擇或翻頁的判斷。

如圖3與圖4A所示，使用者於時間T₁₁ 對著顯示裝置1的左側，感應元件11與使用者之間的感應電容值較其他感應元件12~14與使用者之間的感應電容值來的大，一段時間後，在時間T₁₂ 時使用者對著顯示裝置1的右側，感應元件12與使用者之間的感應電容值較其他感應元件11、13~14與使用者之間的感應電容值來的大。藉由判讀這些感應電容值C₁₁ ~C₁₄ 超過門檻值Th₁ 的先後順序可得知使用者的移動。

圖4B為本發明較佳實施例之顯示裝置之遠端可動物體之偵測方法之流程圖，其係針對圖4A的感應電容的條件偵測遠端物件的移動。如圖4B所示，偵測方法包括步驟S01至步驟S06。

步驟S01：個別偵測感應元件分別與遠端物體間之一感應電容值；步驟S02：判斷其中一個感應電容值是否大於第一基準值，當感應電容值至少其中之一大於第一基準值時則進入步驟S03，若否則回到步驟S01；步驟S03：取得感應電容值分別於不同時間大於一門檻值的一對應時間；步驟S04：根據一第一方向對應的感應電容值的對應時間得到一先後順序；步驟S05：根據一第二方向對應的感應電容值的對應時間得到一先後順序；步驟S06：根據先後順序判斷遠端物體平行於顯示裝置之移動之方向。

控制模組16係可持續地偵測各感應元件11~14與遠端物件2之間的感應電容C₁₁ ~C₁₄ ，並計算各感應電容值C₁₁ ~C₁₄ ，當其中一個感應電容值足夠大時如大於第一基準值B₁ ，整個偵測方法即進入第一種判斷模式。這些步驟係可執行於前述的控制模組16。

第一種判斷模式包括步驟S03至步驟S06，其係根據感應電容值C₁₁ ~C₁₄ 分別於不同時間大於一門檻值Th₁ 的一先後順序判斷遠端物體2平行於顯示裝置1之移動之方向，可應用於手勢的判斷、或是較簡單的移動方向的判斷。

步驟S03針對前述圖4A的例子可找出感應電容值C₁₁ 在時間T₁₁ 時大於門檻值Th₁ ，感應電容值C₁₂ 在時間T₁₂ 時大於門檻值Th₁ 。然後，步驟S04係判定遠端物件2是否有在第一方向移動，第一方向例如是水平方向，其對應於感應元件11、12以及感應電容值C₁₁ 、C₁₂ ，將時間T₁₁ 、T₁₂ 比較大小即可得知感應電容值C₁₁ 、C₁₂ 大於門檻值Th₁ 的先後順序，這個先後順序可代表遠端物體2在水平方向的移動。

步驟S03及步驟S04可由以下邏輯表示，其中X的正負號代表在水平方向的移動方向：

然後，步驟S05與步驟S04類似，其係判定遠端物件2是否有在第二方向移動，第二方向例如是垂直方向，其對應於感應元件13、14以及感應電容值C₁₃ 、C₁₄ 。感應電容值C₁₃ 、C₁₄ 大於門檻值Th₁ 的先後順序可代表遠端物體2在垂直方向的移動。

步驟S03及步驟S05可由以下邏輯表示，其中T₁₃ 與T₁₄ 係代表感應電容值C₁₃ 、C₁₄ 大於門檻值Th₁ 的時間，Y的正負號代表在垂直方向的移動方向：

根據步驟S04及步驟S05的處理結果，步驟S06可根據X、Y值判斷出遠端物體2的移動方向。例如：如果(X、Y)為(+、0)，代表向右移動；如果(X、Y)為(+、+)，代表向右上移動；如果(X、Y)為(0、-)，代表向下移動。

+在本例中代表向右或向上移動，-在本例中代表向左或向下移動，0代表未感測到對應方向的移動。

另外，偵測方法還可計算對應時間之一時間差，並根據時間差判斷遠端物體之移動之速度，所以第一種判斷模式也可包括此判斷步驟。

例如：計算時間T₁₁ 、T₁₂ 之差可推得遠端物體2在水平方向之移動之速度，計算時間T₁₃ 、T₁₄ 之差可推得遠端物體2在垂直方向之移動之速度。

圖5A為本發明較佳實施例之顯示裝置中感應電容值之波形圖，如圖5A所示，當感應電容值C₁₁ ~C₁₄ 皆大於一第二基準值B₂ 時，控制模組16根據感應電容值C₁₁ ~C₁₄ 之變化量之差來判斷遠端物體2平行於顯示裝置1之移動。另外，控制模組16也根據感應電容值C₁₁ ~C₁₄ 之變化量之合來判斷遠端物體2朝向或遠離顯示裝置1之移動。

第二基準值B₂ 代表因環境背景對感應元件所造成的感應電容，第二基準值B₂ 大於圖4A所示的第一基準值B₁ ，藉以確保各感應電容值C₁₁ ~C₁₄ 都能作為有效的輸入。

如圖3與圖5A所示，舉例來說，遠端物件2係一使用者，當使用者位於圖3中的區域B時，使用者與感應元件11~14足以形成較區域A更大的感應電容，此時感應電容值C₁₁ ~C₁₄ 不僅大於第一基準值B₁ ，也大於第二基準值B₂ ，這時候可以較精細的判斷使用者的移動。例如除了判斷上下左右的移動之外，也可判斷前後的移動，即除了判斷使用者平行於顯示裝置的移動，也可判斷使用者靠近或遠離顯示裝置的移動。另外，判斷也可以判斷出移動的加速度。

圖5B為本發明較佳實施例之顯示裝置之遠端可動物體之偵測方法之流程圖，其係針對圖5A的感應電容的條件偵測遠端物件的移動。如圖5B所示，偵測方法包括步驟S11至步驟S17。

步驟S11：個別偵測感應元件分別與遠端物體間之一感應電容值；步驟S12：判斷感應電容值是否皆大於第二基準值，當感應電容值皆大於第二基準值時則進入步驟S13，若否則回到步驟S11；步驟S13：分別計算各感應電容值於不同時間之變化量；步驟S14：計算變化量之差；步驟S15：計算變化量之和；步驟S16：根據變化量之差判斷遠端物體平行於顯示裝置之移動之加速度；以及步驟S17：根據變化量之和判斷遠端物體朝向或遠離顯示裝置之移動之加速度。

控制模組16係可持續地偵測各感應元件11~14與遠端物件2之間的感應電容，並計算各感應電容值C₁₁ ~C₁₄ ，當感應電容值C₁₁ ~C₁₄ 皆大於第二基準值B₂ 時，整個偵測方法即進入第二種判斷模式。這些步驟係可執行於前述的控制模組16。

第二種判斷模式包括步驟S13至步驟S17，其係利用感應電容值C₁₁ ~C₁₄ 之變化量來推算出遠端物體2在各方向上的加速度，可應用於較精細的控制及位置定位。

步驟S13針對前述圖5A的例子進行變化量的計算，各感應電容值C₁₁ ~C₁₄ 係週期性地偵測並計算變化量，例如在第一個週期中，感應電容值C₁₁ 偵測到的量為值C_11a ，在下一個週期中，感應電容值C₁₁ 偵測到的量為值C_11b ，然後將後續週期偵測到的值C_11b 減去前面週期偵測到的值C_11a 可得到變化量D₁₁ 。其計算式如下：

D₁₁ =C_11b -C_11a

利用同樣的方法可針對感應電容值C₁₂ ~C₁₄ 計算出對應的變化量D₁₂ ~D₁₄ 。

步驟S14係分別針對第一方向及第二方向計算各方向對應的感應電容值C₁₁ ~C₁₄ 的變化量D₁₁ ~D₁₄ 之差。第一方向及第二方向例如是水平方向及垂直方向，第一方向對應於感應電容C₁₁ ~C₁₂ ，第二方向對應於感應電容C₁₃ ~C₁₄ ，第一方向上變化量之差即為(D₁₁ -D₁₂ )，第二方向上變化量之差即為(D₁₃ -D₁₄ )。

步驟S15係將變化量D₁₁ ~D₁₄ 相加，這個加總的量代表遠端物體2在第三方向上遠離或靠近顯示裝置1。

步驟S16係將第一方向上變化量之差(D₁₁ -D₁₂ )乘上一比例常數k_x 而得到遠端物體2在第一方向上的加速度a_x ，將第二方向上變化量之差(D₁₃ -D₁₄ )乘上一比例常數k_y 而得到遠端物體在第二方向上的加速度a_y 。步驟S17係將變化量之和(D₁₁ +D₁₂ +D₁₃ +D₁₄ )乘上一比例常數k_y 而得到遠端物體2在第三方向上的加速度a_z 。步驟S16與步驟S17的計算式如下：

a_x =k_x (D₁₁ -D₁₂ )

a_y =k_y (D₁₃ -D₁₄ )

a_z =k_z (D₁₁ +D₁₂ +D₁₃ +D₁₄ )

在這個模式下，感應元件11~12、13~14除了分別供水平方向及垂直方向之偵測，全部的感應元件11~14亦供前後方向的偵測。

圖6為本發明較佳實施例之顯示裝置之遠端可動物體之偵測方法之流程圖，如圖6所示，顯示裝置能夠以二種模式來判斷遠端物件的移動。偵測方法包括步驟S201~S212。

步驟S201係偵測步驟，其係個別偵測感應元件分別與遠端物體間之感應電容值。步驟S202至步驟S203係根據感應電容值選擇一第一判斷模式或一第二判斷模式，偵測方法根據選擇結果而運作於第一判斷模式(步驟S204~S207)或第二判斷模式(步驟S208~S212)，藉以判斷遠端物體之移動。

步驟S202係判斷至少其中一個感應電容值是否大於第一基準值，當判斷結果為真時，進入步驟S203，整個偵測方法至少會以第一判斷模式來進行；當判斷結果為否則回到步驟S201。

步驟S203係判斷感應電容值是否皆大於第二基準值，第二基準值大於第一基準值。當感應電容值皆大於第二基準值時，進入第二判斷模式的步驟S208~S212，若否則進入第一判斷模式的步驟S204~S207。

由於第一判斷模式的步驟S204~S207與前述圖4B的步驟S03~S06類似，第二判斷模式的步驟S208~S212與前述圖5B的步驟S13~S17類似，故此不再贅述細節。

另外，感應元件的配置亦可有其他變化態樣，感應元件之面積係大於300平方公厘為較佳。圖7A至圖7D為本發明較佳實施例之感應元件設置於顯示模組之相對側或交錯側之示意圖，如圖7A至圖7C所示，感應元件位於顯示區域的邊緣之外，即非顯示區，在圖7A中，感應元件11a~14a位於殼體17的框架內並位於殼體17的轉角。在圖7B中，感應元件11b、12b分別從殼體17的一個轉角延伸至另一個轉角，另外，感應元件11b、12b的寬度亦可設計的較感應元件13b、14b大。在圖7C中，感應元件的數量亦可更多，在同一邊上可設置二個以上的感應元件，例如在殼體17的左邊及右邊分別設置複數個感應元件11c、12c、在殼體17的上邊及底邊分別設置複數個感應元件13c、14c。在前述實施例及圖7A至圖7C中，感應元件之材質可以是金屬等導電材料。

另外，如圖7D所示，感應元件11d~14d可部份的設置於顯示模組的顯示區內，感應元件之材質可以是透明導電材料例如：銦錫氧化物(ITO)等。感應元件11d~14d可整合於顯示模組內。

綜上所述，由於本發明之顯示裝置已內建至少二感應元件，且感應元件分別設置於顯示模組之二相對側或交錯側，感應元件可與遠端可動物體形成一感應電容，偵測感應電容之變化即可得知遠端物體之移動狀況，故顯示裝置可提供體態感應的功能。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1．．．顯示裝置

11~14．．．感應元件

15．．．顯示模組

151、152．．．水平相對側

153、154．．．垂直相對側

155．．．單位感應墊

16．．．控制模組

17．．．殼體

2．．．遠端物件

B₁ ．．．第一基準值

B₂ ．．．第二基準值

C₁₁ ~C₁₄ ．．．感應電容

C_11a 、C_11b ．．．值

D₁₁ ~D₁₄ ．．．變化量

Th₁ ．．．門檻值

T₁₁ 、T₁₂ ．．．時間

S01~S06、S11~S17、S201~S212．．．顯示裝置之遠端可動物體之偵測方法之步驟

圖1為本發明較佳實施例之一種顯示裝置的示意圖；

圖2A為圖1中顯示模組之觸控面板之單位感應墊之一示意圖；

圖2B為圖1中感應元件之一示意圖；

圖3為圖1之顯示裝置與遠端物件之一示意圖；

圖4A為本發明較佳實施例之顯示裝置中感應電容值之波形圖；

圖4B為本發明較佳實施例之顯示裝置之遠端可動物體之偵測方法之流程圖；

圖5A為本發明較佳實施例之顯示裝置中感應電容值之波形圖；

圖5B為本發明較佳實施例之顯示裝置之遠端可動物體之偵測方法之流程圖；

圖6為本發明較佳實施例之顯示裝置之遠端可動物體之偵測方法之流程圖；以及

圖7A至圖7D為本發明較佳實施例之感應元件之示意圖。