TWI762917B - 具備超音波觸控的電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種具備超音波觸控的電子裝置。電子裝置包括顯示元件、超音波發射元件、超音波接收元件、基板、超音波控制器以及感測電路。基板鄰近於超音波發射元件以及超音波接收元件。超音波控制器用以於第一時間點產生第一控制信號且於第二時間點產生第二控制信號。超音波發射元件依據第一控制信號產生超音波，且超音波接收元件依據所述第二控制信號接收所述超音波並產生對應所接收的超音波的感測信號。感測電路依據感測信號判斷發生觸碰的位置以產生觸控信號。

Description

具備超音波觸控的電子裝置

本發明是有關於一種具備觸控功能的顯示技術，且特別是有關於一種具備超音波觸控及微型發光二極體顯示的電子裝置。

基於技術的進步，數位顯示設備從液晶（LCD）顯示技術、有機發光二極體（OLED）顯示技術演進到微型發光二極體（micro LED）顯示技術。微型LED技術可讓LED從原本的背光源元件轉變為自發光顯示元件，使得顯示設備具備高亮度、高對比度、廣域視角、低耗電…等功效。因此，採用微型LED技術的顯示設備將可讓每個LED變成像素點，從而大幅提升LED晶圓片的使用數量。

另一方面，目前的顯示設備亦具備觸控功能以擴增其應用層面。採用微型LED技術的顯示設備如何與多樣化的觸控技術（如，電容式觸控、電阻式觸控、光學式觸控、超音波觸控…等）相互整合，便為觸控與顯示技術研究的方向之一。

本發明提供一種具備超音波觸控的電子裝置，其將微型發光二極體顯示技術與超音波觸控技術相互結合，並將這兩者的電路整合在同一半導體製程中，從而節省成本。

本發明的電子裝置包括顯示元件、超音波發射元件、超音波接收元件、基板、超音波控制器以及感測電路。顯示元件用以顯示圖像。超音波發射元件以及超音波接收元件經配置以鄰近顯示元件。基板經配置以鄰近於超音波發射元件以及超音波接收元件。超音波控制器耦接超音波發射元件以及超音波接收元件。超音波控制器產生控制信號。超音波發射元件依據控制信號朝基板的方向產生超音波，且超音波接收元件同時地依據控制信號以通過基板接收超音波並產生對應所接收的超音波的感測信號。感測電路耦接超音波接收元件以接收所述感測信號，且感測電路依據感測信號判斷發生觸碰的位置以產生觸控信號。

本發明的電子裝置包括顯示元件、超音波發射元件、超音波接收元件、基板、超音波控制器以及感測電路。顯示元件用以顯示圖像。超音波發射元件以及超音波接收元件經配置以鄰近顯示元件。基板經配置以鄰近於超音波發射元件以及超音波接收元件。超音波控制器耦接超音波發射元件以及超音波接收元件。超音波控制器於第一時間點產生第一控制信號且於第二時間點產生第二控制信號。第一時間點不同於第二時間點。超音波發射元件依據第一控制信號產生超音波。超音波接收元件依據第二控制信號接收超音波並產生對應所接收的超音波的感測信號。感測電路耦接超音波接收元件以接收所述感測信號，且感測電路依據感測信號判斷發生觸碰的位置以產生觸控信號。

本發明的電子裝置包括顯示元件、超音波發射元件、超音波接收元件、基板、圖樣、超音波控制器以及感測電路。顯示元件用以顯示圖像。超音波發射元件以及超音波接收元件經配置以鄰近顯示元件。基板經配置以鄰近於超音波發射元件以及超音波接收元件。超音波控制器耦接超音波發射元件以及超音波接收元件。圖樣配置於基板以及超音波發射元件與超音波接收元件之間。超音波控制器用以產生控制信號而控制超音波發射元件以及超音波接收元件。在基板未被按壓的情況下，超音波穿過圖樣之間的空隙以使超音波接收元件產生具備第一數值的感測信號；且在基板被按壓的情況下，超音波接收元件基於圖樣以及超音波產生具備第二數值的感測信號。感測電路耦接超音波接收元件以接收感測信號。感測電路依據感測信號為第一數值或是第二數值來判斷發生觸碰的位置以產生觸控信號。

基於上述，由於以微型發光二極體（micro LED）技術實現的顯示元件、超音波發射元件及超音波接收元件可相互整合而由同一個半導體製程來生產，因此本發明實施例便設計多種方式來控制超音波發射元件及超音波接收元件，以在不影響顯示元件的情況下實現超音波觸控，並節省建置成本。一實施例中，藉由同時啟動超音波發射元件及超音波接收元件，並透過待測物（如，手指、觸控筆…等）是否將超音波的能量吸收來判斷是否發生觸控；一實施例中，超音波發射元件及超音波接收元件被設計成不同時啟動，且藉由待測物按壓玻璃基板導致的形變來改變超音波的傳遞路徑，從而影響到超音波接收元件是否接收到預設時間前發出的超音波，從而判斷是否發生觸控；一實施例中，在超音波的傳遞路徑上設置可發生超音波的繞射或干涉的圖樣，並藉由待測物按壓玻璃基板導致的形變來改變經過路徑，從而利用超音波的能量改變判斷是否發生觸控。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本發明實施例可將以微型發光二極體（micro LED）技術實現的顯示元件、超音波發射元件及超音波接收元件相互整合而由同一個半導體製程來生產，從而降低建置成本。因此，本發明實施例便設計多種方式來控制超音波發射元件及超音波接收元件，以在不影響顯示元件的情況下實現超音波觸控。以下參照各圖式來說明符合本發明的相關實施例。

圖1A是依照本發明第一實施例的一種電子裝置100的電路結構圖；圖1B是依照本發明第一實施例的一種電子裝置100中顯示元件110、超音波發射元件120、超音波接收元件130以及基板140的示意圖。圖1A是以電子裝置100的顯示平面來呈現相關元件的配置位置，圖1B則是以電子裝置100中相關元件的剖面呈現這些元件的配置位置。本實施例的電子裝置100具備顯示功能及超音波觸控功能，其例如是消費型電子裝置（如，智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦的顯示面板/觸控面板）以及具觸控功能的顯示設備（如，廣告看板、電視）。

電子裝置100主要包括顯示元件110、超音波發射元件120、超音波接收元件130、基板140、超音波控制器（如，圖1A中的閘級驅動器150）以及感測電路160（又稱為是觸控感測器（touch sensor））。顯示元件110可以是由微型（micro）發光二極體（LED）技術產生的微型發光二極體元件。本實施例於圖1A中繪示的顯示元件110為由兩個電晶體（T11與T12）、一個電容CsL1以及微型發光二極體uLED1組成，亦即顯示元件110為2T1C結構。應用本實施例者可依其需求調整上述顯示元件110的電路結構，例如可以4T1C結構/5T1C結構/6T1C結構來實現顯示元件110。

超音波發射元件120以及超音波接收元件130兩者相對於基板140的水平方向而平行設置。圖1A中的超音波發射元件120包括超音波發射器TX11。圖1A中的超音波接收元件130包括電晶體T13以及超音波接收器RX11。電晶體T13的一端耦接接收線RLx，電晶體T13的另一端耦接超音波接收器Rx11。超音波發射元件120以及超音波接收元件130經配置以鄰近顯示元件110。於本實施例中，電子裝置100中的每個顯示元件110皆分別用來顯示圖像中的每個像素中的一種顏色（如，紅色、綠色或藍色）。這些顯示元件110在圖1A中以行（column）排列的方式配置在顯示區域112中，從而呈現整行的顯示像素。顯示區域112中的顯示元件110（或是用來呈現同一個像素的多個顯示元件110）旁邊設置位於觸控區域122中的超音波發射元件120以及超音波接收元件130。顯示區域112與觸控區域122相互不重疊。基板140與超音波發射元件120與超音波接收元件130相互直接地接觸。

基板140的材質包括玻璃，或是基板140是由玻璃為材料構成。待測物（如，手指190）將可接觸到基板140的一面，而超音波發射元件120及超音波接收元件130則配置於基板140的另一面。乘載基板142可以是玻璃板或其他電路板。感測電路160透過接收線RLx耦接超音波接收元件130、130-1以接收其產生的感測信號，依據感測信號判斷發生觸碰的位置以產生觸控信號。藉此，應用本實施例者可藉由感測電路產生的觸控信號得知顯示平面的何處被待測物所觸碰，進而進行相應的觸控操作。

本實施例是以一行中的其中兩個像素區域180、182來呈現顯示元件110、110-1、超音波發射元件120、120-1以及超音波接收元件130、130-1。顯示元件110-1包括兩個電晶體T21、T22、電容CsL2以及微型發光二極體uLED2；超音波發射元件120-1包括超音波發射器TX21。超音波接收元件130-1包括電晶體T23以及超音波接收器RX21。超音波發射元件120-1以及超音波接收元件130-1經配置以鄰近顯示元件110-1。應用本實施例者可利用像素區域180、182中的電路結構來實現電子裝置100的顯示平面。在此主要以像素區域180與其中的各個元件作為舉例說明，像素區域182與其中的各個元件的運作方式類似於像素區域180與其中的各個元件。

在此假設電子裝置100中的相關參數，應用本實施例者可依其需求調整這些參數。以顯示元件110、110-1構成的顯示平面的解析度為1920×1080；電子裝置100的顯示平面的更新頻率為60Hz；每個像素所對應的顯示元件110的閘級開啟時間約為13us至16us；電子裝置100中的閘級驅動器150每次更新一列（row）顯示元件，且相鄰的兩列微顯示元件的開啟時間間距約略為0us至5us。超音波在玻璃的傳播速度為6000m/s，因此，在玻璃的厚度為2mm至4mm的情況下，超音波通過玻璃的傳播時間約為0.67us至1.33us之間。

特別說明的是，本發明實施例將以微型發光二極體技術實現的顯示元件110、超音波發射元件120及超音波接收元件130相互整合而由同一個半導體製程來生產，以節省建置成本。詳細來說，微型發光二極體技術實現的顯示元件110需要在單晶矽材料（如，藍寶石基板）上進行相關的半導體製程操作（如，『長晶』操作），才能讓顯示元件110中的發光層的發光效率較佳。然後，半導體製程會將完成後的顯示元件110轉移到乘載基板142（如，玻璃基板或其他類型的基板）上，以進行後續處理。另一方面，超音波發射元件120及超音波接收元件130因半導體製程的因素也需要從其他基板轉換到另一個乘載基板，因此本發明實施例便將顯示元件110、超音波發射元件120及超音波接收元件130的製程相互整合，並設計多種方式在不影響顯示元件的情況下實現超音波觸控。

在圖1A與圖1B的第一實施例中，超音波控制器（閘級驅動器150）藉由同時啟動位於同一像素區域180中的超音波發射元件120及超音波接收元件130，並透過待測物（如，圖1B的手指190、觸控筆…等）是否將超音波的能量吸收來判斷是否發生觸控。本實施例利用閘級驅動器150來作為超音波控制器以控制超音波發射元件120及超音波接收元件130的啟動。閘級驅動器150對每個顯示平面中的每個掃描線提供對應的掃描信號（例如，掃描信號Sn~Sn+m+1）。顯示元件110依據掃描信號Sn以通過電晶體T11將資料線DLx中的電壓導引到電容CsL1，並利用電晶體T12控制微型發光二極體uLED1所發出光線114的亮度。也就是，顯示元件110依據掃描信號Sn顯示圖像中的像素。

本實施例利用掃描信號Sn以讓像素區域180中的顯示元件110、超音波發射元件120及超音波接收元件130同時啟動。也就是說，本實施例的控制信號為時序控制器（如，閘級驅動器150）產生的掃描信號。超音波發射器Tx11的控制端耦接掃描信號Sn，超音波接收元件130電晶體T13的控制端亦耦接掃描信號Sn。換句話說，當掃描信號Sn致能時，超音波發射元件120中的超音波發射器Tx11依據控制信號（掃描信號Sn）朝基板140的方向產生超音波（如箭頭124）。超音波接收元件130同時地依據控制信號（掃描信號Sn）以通過基板140接收超音波（如箭頭126所示）並產生對應所接收的超音波的感測信號。另一方面，應用本實施例應可知悉，本實施例是利用時序控制器產生的掃描信號做為控制信號，於其他實施例中也可另外獨立設置另一個信號來作為超音波發射元件120與超音波接收元件130的控制信號，只要超音波發射元件120與超音波接收元件130同時啟動即可。

當待測物（如手指190）接觸到基板140時，由超音波發射元件120發出的超音波能量將會被待測物（手指190）所吸收，導致同時啟動的超音波接收元件130無法接收到經反射且具備足夠能量的超音波，從而可獲知發生觸碰的位置。超音波在傳遞過程中將會因為待測物的不同而導致超音波在反射時能量傳遞的耗損不同。也就是說，不同待測物與玻璃之間的界面在反射超音波的能量閾值（threshold）將有所不同。超音波於不同介質界面的反射率將與音響阻抗有關。

所謂的『音響阻抗』（以『Z』表示）是由超音波在此介質中的速度（以『S』表示）與介質本身的密度（以『D』表示）有關。可利用方程式（1）表示為：

……    （1）。

舉例來說，假設第一介質的音響阻抗以『Z1』表示；第二介質的音響阻抗以『Z2』表示，則由第一介質與第二屆質構成的界面的反射率（以『R』表示）可利用方程式（2）表示為：

……    （2）。

由第一介質與第二屆質構成的界面的穿透率（以『T』表示）可利用方程式（3）表示為：

……    （3）。

在此舉例說明常用的介質、由超音波在此介質中的速度（『S』）、介質本身的密度（『D』）、音響阻抗（『Z』）的列表：

表1：

介質	S（M/S）	D（M/S）	Z（10^5）
空氣	331	0.00129	0.000042
玻璃	6000	2.4	1.44
絕緣膠	1430	0.86	0.12298
鐵/金屬	3400	7.8	2.652
水/人體組織液	1430	1	0.143

由上述介質以及相對應的音響阻抗便可知曉不同介質之間的界面的反射率（『R』）及穿透率（『T』）。在此以表2來說明：

表2：

界面	介質	音響阻抗（Z）	反射率（R）	穿透率（T）
界面1	空氣	0.000042	99.99%	0.01%
玻璃	1.44
界面2	鐵/金屬	2.652	8.77%	91.23%
玻璃	1.44
界面3	水/人體組織液	0.143	67.13%	32.87%
玻璃	1.44

當待測物並未接觸到超音波發射元件120與超音波接收元件130所在的位置時，由於從玻璃射入空氣的界面反射率（亦即，界面1的反射率）為99.99%，因此由超音波發射元件所發出的超音波幾乎全部被反射而由超音波接收元件所接收。相對地，當待測物接觸到超音波發射元件與超音波接收元件所在的位置時，由於從玻璃射入鐵/金屬的界面反射率（亦即，界面2的反射率）為8.77%，或是從玻璃射入水/人體組織液的界面反射率（亦即，界面2的反射率）為32.87%，表示部分的超音波將會因為由鐵/金屬或水/人體組織液所構成的待測物（如，觸控筆、手指190）接觸到玻璃上而被吸收其能量。因此，由超音波發射元件120所發出的超音波將不會全部被反射而僅部分的超音波被超音波接收元件130所接收。

本發明實施例便可藉由上述反射率來設定能量閾值，並利用感測電路160比較超音波能量閾值與由超音波接收元件130產生的感測信號的數值大小以判斷發生觸控的位置。例如，可將能量閾值調整為75%至90%之間的數值。當感測信號的數值大於超音波能量閾值時，感測電路160判斷並未發生觸控。當感測信號的數值小於超音波能量閾值時，感測電路160判斷發生觸控的位置位於產生此感測信號的超音波接收元件130的位置。

圖2是依照本發明第二實施例的一種電子裝置100中顯示元件210、超音波發射元件220、超音波接收元件230、基板240及乘載基板242的示意圖。第二實施例與第一實施例相似，兩者的差異在於圖1B中顯示元件110、超音波發射元件120與超音波接收元件130之間的擺放位置與圖2中顯示元件210、超音波發射元件220與超音波接收元件230之間的擺放位置不同。圖2中的超音波發射元件220與超音波接收元件220仍為相鄰設置，但顯示元件210設置在超音波發射元件220與超音波接收元件230以及基板240之間。如此一來，超音波發射元件220與超音波接收元件220不會阻礙到顯示單元210的光線，且超音波發射元件220與超音波接收元件220仍可利用基板240判斷是否有待測物（手指190）的接觸。

圖3A是依照本發明第三實施例的一種電子裝置300的電路結構圖，圖3B與圖3C是依照本發明第三實施例的一種電子裝置300中顯示元件310、超音波發射元件320、超音波接收元件330以及基板340的示意圖。顯示元件310、超音波發射元件320皆相似於第一實施例的對應元件，然而基板340與超音波發射元件320及超音波接收元件330之間的設置關係（如圖3B與圖3C所示）以及超音波接收元件330的電路結構（如圖3A所示）將與第一實施例不同。第三實施例中的超音波發射元件320及超音波接收元件330被設計成不同時啟動，且藉由待測物按壓基板340導致的形變來改變超音波的傳遞路徑，從而影響到超音波接收元件330是否接收到預設時間前發出的超音波，從而判斷是否發生觸控。

在此詳細說明第一實施例與第三實施例的不同處。請參照圖3A，電子裝置300中的超音波控制器（閘級驅動器350）產生多個掃描信號（如，掃描信號Sn~Sn+m+1）。閘級驅動器350於第一時間點（如，時間Tn）產生第一控制信號（如，掃描信號Sn），且於第二時間點（如，時間Tn+m）產生第二控制信號（如，掃描信號Sn+m）。第一時間點Tn不同於第二時間點Tn+m，且第一時間點Tn與第二時間點Tn+m相差一預設時間Tm。超音波發射元件320依據第一控制信號（掃描信號Sn）產生超音波，而超音波接收元件330依據第二控制信號（掃描信號Sn+m）接收由超音波發射元件320發出的超音波並產生對應所接收的超音波的感測信號。也就是，超音波接收元件330中電晶體T13的控制端耦接至掃描信號Sn+m而非掃描信號Sn。超音波發射元件320在第二時間點Tn+m不啟動。也就是說，超音波發射元件320及超音波接收元件330被設計成不同時啟動，超音波接收元件330的啟動時間將晚於超音波發射元件320一預設時間Tm。

請參見圖3B，圖3B為待測物（手指190）並未按壓時，超音波發射元件320與超音波接收元件330為相鄰配置，且這兩者與基板340具備形變距離H。本實施例的『預設時間』是經設計以在待測物（手指190）並未將基板140按壓變形時（圖3B），超音波發射元件320在第一時間點Tn產生的超音波將經由形變距離H抵達基板340（箭頭324所示）並被反射（箭頭326所示）至超音波接收元件330的時間間隔，此時間間隔約略等於預設時間Tm。也就是說，超音波發射元件320在第一時間點Tn產生的超音波將會使超音波接收元件330在第二時間點Tn+m接收。

相請參見圖3C，圖3C為待測物（手指190）對該處進行按壓時，形變距離H將會縮減而小於預定數值。在形變距離H因待測物（手指190）按壓基板340而使其小於預定數值的情況下，超音波在第一時間點Tn從超音波發射元件320抵達基板340（箭頭324’所示）並被反射（箭頭326’所示）至超音波接收元件330的時間將小於預設時間Tm，導致超音波提前抵達超音波接收元件330後散失其能量。如此一來，超音波接收元件330便無法在第二時間點Tn+m接收到超音波。藉此，感測電路340便可利用透過接收線RLx接收超音波接收元件330的感測信號，並以感測信號的有無判斷發生觸碰的位置以產生觸控信號。

圖4A與圖4B是依照本發明第三實施例的多個信號的波形圖。圖4A與圖4B中呈現掃描信號Sn、掃描信號Sn+1（作為掃描信號Sn+m的舉例）、由超音波發射元件320產生的超音波信號TUn、傳遞到超音波接收元件330的超音波信號TUnx與接收線RLx上的感測信號Rs的波形。本實施例中第一時間點Tn與第二時間點Tn+m相差的預設時間Tm以經過一條掃描線的時間做為舉例，亦即第二時間點Tn+m等於時間Tn+1。在此設定相鄰兩條掃描線中致能掃描信號（如，Sn與Sn+1）之間的時間間隔，亦即圖4A所示的T2，為3us。應用本實施例者可將上述時間間隔依據掃描線之間的實際情況進行調整，例如是1us至5us不等。

請同時參照圖4A與圖3B，當沒有待測物（手指190）按壓基板340時，掃描信號Sn啟動且超音波信號TUn經由超音波發射元件320產生，且超音波信號TUn經由箭頭324與326傳遞到超音波接收元件330以成為超音波信號TUnx。舉例來說，超音波信號TUn與超音波信號TUnx之間的時間遞延T1約略為6.47us。另一方面，相鄰兩條掃描線中致能掃描信號之間的時間T2為3us，且時間遞延T1大於時間T2。因此在掃描信號Sn+1致能時，超音波接收元件330將會接收到部分的超音波信號TUnx而使感測信號Rs致能。

請同時參照圖4B與圖3C，當待測物（手指190）按壓基板340導致其行變時，掃描信號Sn啟動且超音波信號TUn經由超音波發射元件320產生，且超音波信號TUn經由箭頭324’與326’傳遞到超音波接收元件330以成為超音波信號TUnx。由於形變距離H的減縮，超音波信號TUn與超音波信號TUnx之間的時間遞延T1’約略為0.67us。另一方面，相鄰兩條掃描線中致能掃描信號之間的時間T2仍為3us。因此，時間遞延T1小於時間T2。如此一來，在掃描信號Sn+1致能時，超音波接收元件330將不會接收到超音波信號TUnx，因此感測信號Rs將不會致能。

圖5A至圖5B是依照本發明第四實施例的一種電子裝置500的示意圖。請同時參照圖5A與圖5B，顯示元件510、超音波發射元件520、超音波接收元件530、基板540以及乘載基板542皆相似於第一實施例的對應元件。第一實施例與第四實施例之間的主要差異在於，圖樣570（包括多個朝下突出圖樣571與多個朝上突出圖樣572）配置於基板540以及超音波發射元件520與超音波接收元件530之間。

如圖5A所示，在基板540未被待測物（手指190）按壓的情況下，由超音波發射元件520產生的超音波穿過圖樣570之間的空隙以使超音波接收元件530產生具備第一數值的感測信號。相對地，如圖5B所示，在基板540被待測物（手指190）按壓的情況下，由於朝下突出圖樣571與朝上突出圖樣572相互交疊，使得超音波發射元件520產生的超音波將基於經形變的圖樣570’（由朝下突出圖樣571與朝上突出圖樣572組成）發生繞射（如，多狹縫繞射）或干涉，使得超音波的能量分布與未觸控時不同。換句話說，因朝下突出圖樣571與朝上突出圖樣572相互交疊而構成新的間距組合，例如在圖樣570’中相鄰的朝下突出圖樣571與朝上突出圖樣572之間距離為超音波波長的0.5倍至1.5倍（較佳設計為1倍），從而使超音波發生多狹縫繞射或干涉。如此一來，超音波接收元件530基於經形變的圖樣570’以及超音波將產生具備第二數值的感測信號。藉此，圖5A與圖5B相對應的感測電路便依據感測信號為第一數值或是第二數值來判斷發生觸碰的位置以產生觸控信號。

在圖5A與圖5B中，相鄰的兩個朝下突出圖樣571之間的距離D1或相鄰的兩個朝上突出圖樣572之間的距離D2等於超音波的波長的預定倍率（例如2倍）為較佳設計。應用本實施例者可依其需求而調整預定倍率為1.5倍至2.5倍，亦可達成本發明實施例的效果。例如，經設計，超音波的發射頻率可為1000MHz。若圖樣570的材質採用金屬（如，鐵）的話，相鄰的朝下突出圖樣571與朝上突出圖樣572之間的間距D1可設計為68.28um。若圖樣570的材質採用絕緣膠的話，間距D1可設計為27.08um。在上述條件下可易於讓超音波產生多狹縫繞射或破壞性干涉。或是，將朝下突出圖樣571或朝上突出圖樣572的寬度設計為等於超音波的波長的預定倍率（例如1倍）。

圖6A與圖6B是本發明第四實施例中其他類型的圖樣670的示意圖。為方便說明，圖6A（經待測物按壓前）與圖6B（經待測物按壓後）僅繪示基板540與超音波發射元件520、超音波接收元件530之間的圖樣（670、670’）示意。圖6A與圖6B中具備單個朝下突出圖樣671及單個朝上突出圖樣672以組成圖樣670。朝下突出圖樣671或朝上突出圖樣672的寬度D3皆等於超音波的波長的預定倍率（如，1倍）。如此一來，圖樣670’可使超音波發生單狹縫/多個單狹縫繞射或干涉，使得能量分布與未觸控時不同。例如，經設計，超音波的發射頻率可為1000MHz。若圖樣570的材質採用金屬（如，鐵）的話，寬度D3可設計為34.14um。若圖樣570的材質採用絕緣膠的話，寬度D3可設計為13.54um。在上述條件下可易於讓超音波產生單狹縫/多個單狹縫繞射或干涉。

圖7是本發明第四實施例中其他類型的圖樣770的示意圖。在第四實施例中的圖樣類型除了如圖5A~5B、6A~6B的型態以外，還可利用圖7所示以立體結構呈現的圖樣770來實現圖樣中的朝下突出圖樣或是朝上突出圖樣。

圖8是依照本發明第三實施例的另一種電子裝置800的電路結構圖。相對於圖3A將超音波發射元件320與超音波接收元件330設置在同一個區域中，圖8是將超音波發射單元320設置於相鄰顯示元件310，且將超音波接收單元330設置於相鄰顯示元件110-1。如此一來，超音波發射元件320由掃描信號Sn所控制，且超音波發射元件330由掃描信號Sn+m所控制。圖8中各個元件的其他相關操作如同圖3A與第三實施例所述。

綜上所述，由於以微型發光二極體技術實現的顯示元件、超音波發射元件及超音波接收元件可相互整合而由同一個半導體製程來生產，因此本發明實施例便設計多種方式來控制超音波發射元件及超音波接收元件，以在不影響顯示元件的情況下實現超音波觸控，並節省建置成本。一實施例中，藉由同時啟動超音波發射元件及超音波接收元件，並透過待測物（如，手指、觸控筆…等）是否將超音波的能量吸收來判斷是否發生觸控；一實施例中，超音波發射元件及超音波接收元件被設計成不同時啟動，且藉由待測物按壓玻璃基板導致的形變來改變超音波的傳遞路徑，從而影響到超音波接收元件是否接收到預設時間前發出的超音波，從而判斷是否發生觸控；一實施例中，在超音波的傳遞路徑上設置可發生超音波的繞射或干涉的圖樣，並藉由待測物按壓玻璃基板導致的形變來改變經過路徑，從而利用超音波的能量改變判斷是否發生觸控。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、300:電子裝置 110、110-1、210、310、510:顯示元件 112:顯示區域 114:光線 120、120-1、220、320、520:超音波發射元件 122:觸控區域 124、126、324、326:箭頭 130、130-1、230、330、530:超音波接收元件 140、240、340、540:基板 142、242、342、542:乘載基板 150、350:閘級驅動器 160、360:感測電路 180、182:像素區域 190:手指 570、570’、670、670’:圖樣 571、671:朝下突出圖樣 572、672:朝上突出圖樣 Sn、Sn+1、Sn+m、Sn+m+1:掃描信號 DLx:資料線 Vdd:電源線 RLx:接收線 T11、T12、T13、T21、T22、T23:電晶體 CsL1、CsL2:電容 uLED1、uLED2:微型發光二極體 Tx11、Tx21:超音波發射器 Rx11、Rx21:超音波接收器 H:形變距離 100:電子裝置 TUn、TUnx:超音波信號 Rs:感測信號 T1、T1’:時間遞延 T2:時間 D1:相鄰的兩個朝下突出圖樣之間的距離 D2:相鄰的兩個朝上突出圖樣之間的距離 D3:朝下突出圖樣或朝上突出圖樣的寬度

圖1A是依照本發明第一實施例的一種電子裝置的電路結構圖。 圖1B是依照本發明第一實施例的一種電子裝置中顯示元件、超音波發射元件、超音波接收元件以及基板的示意圖。 圖2是依照本發明第二實施例的一種電子裝置中顯示元件、超音波發射元件、超音波接收元件、基板及乘載基板的示意圖。 圖3A是依照本發明第三實施例的一種電子裝置的電路結構圖。 圖3B與圖3C是依照本發明第三實施例的一種電子裝置中顯示元件、超音波發射元件、超音波接收元件以及基板的示意圖。 圖4A與圖4B是依照本發明第三實施例的多個信號的波形圖。 圖5A至圖5B是依照本發明第四實施例的一種電子裝置的示意圖。 圖6A、圖6B與圖7是本發明第四實施例中其他類型的圖樣的示意圖。 圖8是依照本發明第三實施例的另一種電子裝置的電路結構圖。

100:電子裝置

110、110-1:顯示元件

112:顯示區域

120、120-1:超音波發射元件

122:觸控區域

130、130-1:超音波接收元件

150:閘級驅動器

160:感測電路

180、182:像素區域

Sn、Sn+1、Sn+m、Sn+m+1:掃描信號

DLx:資料線

Vdd:電源線

RLx:接收線

T11、T12、T13、T21、T22、T23:電晶體

CsL1、CsL2:電容

uLED1、uLED2:微型發光二極體

Tx11、Tx21:超音波發射器

Rx11、Rx21:超音波接收器

Claims (13)

1. 一種電子裝置，包括：顯示元件，用以顯示圖像；超音波發射元件以及超音波接收元件，經配置以鄰近所述顯示元件；基板，經配置以鄰近於所述超音波發射元件以及所述超音波接收元件；超音波控制器，耦接所述超音波發射元件以及所述超音波接收元件，用以於第一時間點產生第一控制信號且於第二時間點產生第二控制信號，所述第一時間點不同於所述第二時間點且所述超音波發射元件於所述第二時間點不啟動，其中所述超音波發射元件依據所述第一控制信號產生超音波，所述超音波接收元件依據所述第二控制信號接收所述超音波並產生對應所接收的所述超音波的感測信號；以及感測電路，耦接所述超音波接收元件以接收所述感測信號，依據所述感測信號判斷發生觸碰的位置以產生觸控信號。
2. 如請求項1所述的電子裝置，其中所述第一時間點與所述第二時間點相差預設時間，且所述基板與所述超音波發射元件以及所述超音波接收元件之間具備形變距離，其中當所述形變距離是預定數值時，所述超音波接收元件在所述第二時間點時接收由所述超音波發射元件產生的所述超音波以產生所述感測信號，並且， 當所述形變距離不是預定數值時，所述超音波接收元件在所述第二時間點時沒有接收到所述超音波，從而無法產生所述感測信號。
3. 如請求項2所述的電子裝置，其中在所述形變距離是所述預定數值的情況下，所述超音波從所述超音波發射元件發出、經由所述形變距離抵達所述基板並被反射至所述超音波接收元件的時間等於所述預設時間，並且，在所述形變距離因待測物按壓所述基板而使其小於所述預定數值的情況下，所述超音波從所述超音波發射元件經由所述形變距離抵達所述基板並被反射至所述超音波接收元件的時間小於所述預設時間。
4. 如請求項1所述的電子裝置，其中所述顯示元件是微型發光二極體元件，且所述基板的材質包括玻璃。
5. 如請求項1所述的電子裝置，其中所述第一控制信號與所述第二控制信號分別為時序控制器產生的、位於不同掃描線的其中兩個掃描信號，其中所述顯示元件依據所述掃描信號顯示所述圖像。
6. 一種電子裝置，包括：顯示元件，用以顯示圖像；超音波發射元件以及超音波接收元件，經配置以鄰近所述顯示元件；基板，經配置以鄰近於所述超音波發射元件以及所述超音波 接收元件；圖樣，經配置於所述基板以及所述超音波發射元件與所述超音波接收元件之間；超音波控制器，用以產生控制信號而控制所述超音波發射元件以及所述超音波接收元件，其中在所述基板未被按壓的情況下，所述超音波穿過所述圖樣之間的空隙以使所述超音波接收元件產生具備第一數值的感測信號，且在所述基板被按壓的情況下，所述超音波接收元件基於所述圖樣以及所述超音波產生具備第二數值的所述感測信號；以及感測電路，耦接所述超音波接收元件以接收所述感測信號，依據所述感測信號為所述第一數值或是所述第二數值來判斷發生觸碰的位置以產生觸控信號。
7. 如請求項6所述的電子裝置，其中在所述基板被按壓的情況下，所述超音波基於所述圖樣發生繞射或干涉，且所述超音波接收元件基於發生所述繞射或所述干涉後的所述超音波而產生具備所述第二數值的所述感測信號，其中所述第一數值不等於所述第二數值。
8. 如請求項6所述的電子裝置，其中所述圖樣包括多個朝下突出圖樣以及多個朝上突出圖樣，相鄰的兩個所述朝下突出圖樣之間的距離或相鄰的兩個所述朝上突出圖樣之間的距離等於所述超音波的波長的預定倍率。
9. 如請求項8所述的電子裝置，其中所述預定倍率為2。
10. 如請求項6所述的電子裝置，其中所述圖樣的寬度等於所述超音波的波長的預定倍率。
11. 如請求項6項所述的電子裝置，其中所述圖樣包括朝下突出圖樣以及朝上突出圖樣，其中所述朝下突出圖樣與所述朝上突出圖樣之間的距離等於所述超音波的波長的預定倍率。
12. 如請求項10或請求項11所述的電子裝置，其中所述預定倍率為1。
13. 如請求項6所述的電子裝置，其中所述圖樣為立體結構。

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