用于显示应用的像素内超声触摸传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像显示技术，并且更具体地，涉及被制造为显示像素的组成部分的超声波长触摸传感器。
【背景技术】
[0002]虽然有许多可利用的触摸传感器技术，但是目前市场由两种技术占主导地位。不需要多点触摸能力的低成本系统常常使用电阻触摸式，其测量由于在X和Y总线线路之间产生连接的触摸而导致变形的导电网络的电阻。最常用的多点触摸感测技术，其被称为投射电容式，测量在交叉点阵列中每对电极之间的电容。手指靠近传感器的电容改变在阵列中该点处的互电容。这两种技术都独立于显示器而制造并且附接到显示器的前面，从而造成额外的成本、复杂性，以及由于吸收而造成一些光损失。
[0003]图21是具有投射电容式触摸传感器的液晶显示器(LCD)面板的局部剖视图(现有技术)。具有诸如用于移动电话的触摸面板的液晶显示器，通常由如附图示意性所示的多个模块组成。从后往前，模块是背光源、薄膜晶体管(TFT)底板、滤色镜和触摸面板。实际上，TFT底板和滤色镜玻璃被组装起来并且用液晶材料填充其间的空腔。然后，分别将触摸面板和背光源附接到前表面和后表面。显然，如果触摸屏技术可被集成到TFT层，那么通过从组件中去除触摸面板模块，可实现显示器组的成本降低、厚度减小和重量减轻。
[0004]图22A和图22B分别是IXD显示器TFT底板的示意图和时序图(现有技术)。如图22A所示，显示器底板由用于控制对每个单独像素的访问的薄膜晶体管的阵列组成。在每个像素处，透明电极控制施加在液晶材料(LC)的电压，其改变了 LC性质，而LC性质的改变继而又影响了通过LC元件传输的光的偏振。因此，被显示给观察者的光的强度取决于由LC元件所建立的极化和上偏振片之间的角度。因为LC元件的电容低，所以另外有用两个电极制成的存储电容器(Cs)，其中这两个电极通过电介质被分开以维持在连续的刷新周期之间的电压。时序图示出一个刷新周期，包括通过下面的步骤进行的每个像素的LC电压的设置:
[0005]I)接通(启动)第一行(信号Rl)的晶体管栅极；
[0006]2)相对于参考电压Vcon设置每个数据线路上(Dl到Dn)的视频电压；
[0007]3)等待在节点Vll到Vln处的电压达到设置电压；
[0008]4)关断第一行像素的晶体管栅极以隔离存储节点；以及
[0009]5)针对每一行按顺序重复步骤I到4。
[0010]图23A是不意图并且图23B描述与不意图相关联的两种可能的电路布局(现有技术)。已经被用于制造IXD像素的许多替代TFT技术包括非晶硅(a-Si)、多晶硅和铟镓锌氧化物(IGZO)。存储电容器Cs可用单独的导电总线线路(左边布局)或使用邻近的栅极(启动)线路(Rl)实现。在这两种情况下，均通过在下电极(栅极或Vcon总线线路)和通常由ITO形成的LC像素电极之间沉积电介质层诸如S12或聚酰亚胺，形成存储电容器。
[0011]如果可以制造出对触摸敏感、而没有额外的、增加复杂性且减少显示器发光的电路系统层的显示器，那么这将是有利的。
【发明内容】
[0012]根据本发明，提供了一种具有超声触摸传感器的视频显示像素，该像素包括:数据接口，其被周期性地启动(enable)以接受具有可变电压的视频信号并且被周期性地启动以提供触摸信号；光器件，其提供具有响应于视频信号电压的强度的光；存储电容器，其被连接到数据接口和光器件以维持第一时段的视频信号电压；以及压电换能器，其接受具有可变能量的反射的超声信号并提供具有可变电压的触摸信号，该可变电压来源于超声信号會κΜ。
[0013]根据本发明，提供了视频显示器，其包括:发射超声信号的平面压电发射器；和包括多个像素的显示面板，每个像素具有数据接口以接受具有可变电压的视频信号，该可变电压与一系列光强度值相关联，并提供具有可变电压的触摸信号，该可变电压来源于一系列反射的超声信号能量。
[0014]根据本发明，提供了用于操作触敏视频显示像素的方法，所述方法包括:视频显示像素以周期性的刷新周期速率接受视频信号电压；在刷新周期之间维持视频信号电压；视频显示像素提供具有响应于视频信号电压的强度的光；接受反射的超声信号；维持来源于反射的超声信号能量的触摸信号电压；以及视频显示像素以刷新周期速率提供触摸信号电压。
[0015]根据本发明，提供了用于操作触敏视频显示器的方法，所述方法包括:平面压电发射器向显示器前表面发射超声信号；在前表面下面且包括多个像素的视频显示面板中的每个像素，以周期性的刷新周期速率被选择性地启动以接收视频信号电压；每个像素维持在刷新周期之间的视频信号电压；每个像素提供具有响应于视频信号电压的强度的光；每个像素接受反射的超声信号；每个像素维持来源于反射的超声信号能量的触摸信号电压；以及每个像素以刷新周期的速率被选择性地启动以提供触摸信号电压。
【附图说明】
[0016][图1]图1是描述通过示例性液晶显示器(IXD)显示来发射超声脉冲的平面压电换能器的示意图；
[0017][图2]图2是描述具有多个像素的显示面板的一部分的示意性框图；
[0018][图3]图3是显示面板像素的第一方面的示意图；
[0019][图4]图4是图3的显示面板像素的第一变化的局部剖视图；
[0020][图5]图5是更详细地描述图4的像素的示意图；
[0021][图6]图6是描述图3的显示面板像素的第二变化的示意图；
[0022][图7]图7是描述图2的显示面板的变化的示意图；
[0023][图8]图8是描述显示器的另一方面的示意性框图；
[0024][图9A]图9A是在总线线路上制造的存储电容器/压电换能器的平面图；
[0025][图9B]图9B是在总线线路上制造的存储电容器/压电换能器的局部剖视图；
[0026][图10]图10是描述具有集成超声触摸传感器和压电发射器的IXD显示器的装配顺序的局部剖视图；
[0027][图11]图11是描述用于包括压电换能器的OLED显示器的单个像素电路的示意图；
[0028][图12A]图12A是具有集成于存储电容器中的压电换能器的LCD显示像素的示意图；
[0029][图12B]图12B表示用于存储电容器/压电换能器的等效电路；
[0030][图13]图13是具有集成超声触摸感测的IXD显示器阵列的示意性框图；
[0031][图14]图14是用于图13的集成超声触摸传感器的操作流程图；
[0032][图15]图15是用于图13的集成超声触摸传感器的示例性时序图，示出在第I行第I列的单个像素的操作，包括在读和写功能之间的切换；
[0033][图16]图16是图13中呈现的像素设计的变化的示意图；
[0034][图17]图17是与图16的电路相关联的时序图；
[0035][图18]图18是描述图17的电路示例性地集成到IXD显示器的图；
[0036][图19]图19是示出用于操作触敏视频显示像素的方法的流程图；
[0037][图20]图20是示出用于操作触敏视频显示器的方法的流程图；
[0038][图21]图21是具有投射电容式触摸传感器的LCD面板的局部剖视图(现有技术)；
[0039][图22A]图22A是IXD显示器TFT底板的示意图(现有技术)；
[0040][图22B]图22B是IXD显示器TFT底板的时序图(现有技术)；
[0041][图23A]图23A是示意图；
[0042][图23B]图23B描述与不意图相关联的两种可能的电路布局(现有技术)。
【具体实施方式】
[0043]图1是描述通过示例性液晶显示器(IXD)显示来发射超声脉冲的平面压电换能器的示意图。显示器100包括超声发射器102和显示面板104。在该示例中，显示器100包括背光源106，且显示面板104包括IXD底板108，该IXD地板108也包含压电接收器110的阵列和滤色镜层112。如下面更详细的说明，每个接收器阵列元件被并入相应的像素中。由于空气和滤色镜玻璃之间的巨大密度差异，所以超声脉冲从显示器的前表面反射。然而，如果具有比空气大的密度的物体，诸如指尖、手写笔或毛笔，触摸了显示器前表面，那么更多的超声能量被物体吸收，并且反射的超声能量更弱。因此，在每个显示像素处的压电响应与在每个点处触摸滤色镜玻璃的材料的密度有关，且信号可用于映射触摸显示器的物体的位置。如下面更详细的说明，本文呈现的系统不限于LCD或背光类型的显示器。
[0044]图2是描述具有多个像素的显示面板的一部分的示意性框图。每个像素200(示出200-0至200-n)具有在线路204上的数据接口，该数据接口被周期性地启动以接受具有可变电压的视频信号，该可变电压与一系列光强度值相关联，并被周期性地启动以提供具有可变电压的触摸信号，该可变电压来源于一系列反射的超声信号能量。每个像素，如由像素200-0所表示的，包括在线路204上提供具有响应于视频信号电压的强度的光的光器件208，和在刷新周期之间的第一时段维持视频信号电压的存储电容器210。压电换能器212接受反射的具有可变能量的超声信号并在刷新周期之间维持触摸信号电压。
[0045]图3是显示面板像素的第一方面的示意图。在这方面