一种光信号接收和处理的显示装置及交互式显示系统的制作方法

1.本发明涉及显示技术领域，尤其是一种显示装置，以及应用有该显示装置的交互式显示系统。


背景技术：

2.随着电子技术和信息技术不断发展，越来越多的电子设备进入了人们的日常工作与生活中，社会的信息化程度越来越高，支持显示功能的电子设备成为人们日常工作与生活不可缺少的一部分。
3.目前，目前显示屏主要作为一个信息输出端口器件，提供信息输出支持。随着信息化的发展，人们对交互需求越来越高，触控技术的发展，如on-cell touch、in-cell touch触控技术，以及支持out-cell的触控技术，如红外触控、电容(纳米银、mate mash、ito等)触控、电阻触控、电感触控技术等，基本上满足日常接触式交互的需求，但对于非接触的应用场景，如激光笔、隔空手势、远距离红外控制等，现有的技术无法满足。借助摄项头或其它感应模块可以实现某一类的场景，但无法满足超薄、超窄边框(甚至是无边框)应用。屏下摄像头或传感器方案只能实现屏幕的某个局部区域的远距离交互，无法实现全屏交互。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种光信号接收和处理的显示装置，能够支持全屏光信号接收和处理。
5.本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种应用有上述显示装置的交互式显示系统。
6.本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种光信号接收和处理的显示装置，包括基板以及支撑在基板上的光信号控制和转换层，其特征在于：
7.所述光信号控制和转换层包括多个光信号输出单元，所述光信号输出单元实现对光输出通路开断进行控制以及电信号到光信号的转换，每个光信号输出单元构成一个显示的像素单元，每个光信号输出单元包括多个发出不同颜色光的发光单元；
8.所述光信号控制和转换层还包括多个接收外部红外光信号并转换成电信号的光信号接收单元，每个像素单元集成一个或多个光信号接收单元，或者多个像素单元集成一个光信号接收单元。
9.优选的，所述光信号接收单元包括光敏元件。
10.为便于应用于lcd显示屏，所述光信号输出单元和光信号接收单元分层设置，所述光信号接收单元还包括设置在光敏元件以外位置的透明衬垫。
11.优选的，为便于驱动光信号输出单元和对光信号接收单元的信号进行放大和转换，所述基板上设置有tft层，所述tft层用于为光信号输出单元提供驱动以及为光信号接收单元提供信号的放大和转换。
12.为便于光信号控制和转换层的各像素单元之间的隔离控制，并实现光信号输出和
输入带宽控制，所述光信号控制和转换层远离基板的一侧还设置有滤光隔离层。
13.为便于实现接触式交互，所述光信号控制和转换层远离基板的一侧设置有触控传感层。
14.本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种交互式显示系统，其特征在于：应用有如上所述的光信号接收和处理的显示装置。
15.为便于控制光输出以及光信号的接收和处理，所述交互式显示系统还包括信号接收处理模块和source驱动模块，所述source驱动模块包括用于控制光信号输出单元的驱动单元和用于接收光信号接收单元信号的采样单元，所述信号接收处理模块接收和处理source驱动模块采样得到的光信号。
16.与现有技术相比，本发明的优点在于：通过将光信号接收单元作为子像素单元，集成在像素单元中或像素单元之间，支持像素级别接收信号分辨率，可以实现显示装置全屏光信号接收和处理；既可以实现远距离非接触式交互，也可以通过设置触控传感层实现接触式交互。
附图说明
17.图1为本发明实施例的显示装置的剖视图；
18.图2为本发明可替代实施例的显示装置的剖视图；
19.图3为本发明实施例的光信号控制和转换层的其中一个像素单元结构示意图；
20.图4为本发明实施例的光信号控制和转换层可替代实例的排列结构示意图；
21.图5为本发明实施例的光信号控制和转换层可替代实例的排列结构示意图；
22.图6为本发明实施例的光信号控制和转换层可替代实例的排列结构示意图；
23.图7为本发明实施例的光信号控制和转换层可替代实例的排列结构示意图；
24.图8为本发明实施例的显示装置的光信号接收单元的光信号转换处理电路图的一个实例；
25.图9为本发明实施例的显示装置的光信号接收单元的光信号转换处理电路图的一个实例
26.图10为本发明实施例的显示装置的光信号接收单元的光信号转换处理电路图的一个实例；
27.图11为本发明实施例的显示装置的滤光隔离层的示意图；
28.图12为本发明实施例的显示装置应用在lcd显示屏的局部剖视图；
29.图13为本发明实施例的显示装置应用在lcd显示屏的光信号控制和转换层的示意图；
30.图14为本发明实施例的显示装置应用到显示系统中的原理框图；
具体实施方式
31.以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
32.参见图1，一种光信号接收和处理的显示装置，针对当前主流显示屏实现红外光信号接收功能，主流显示屏包括lcd、oled(包括woled、amoled、pmoled)、led(包括miniled、microled)。本发明的显示装置能够支持全屏光信号接收和处理，还可实现接触式和非接触
式交互功能。
33.该显示装置包括依次设置的基板1、光信号控制和转换层2和滤光隔离层3。基板1优选的为玻璃基板，实现对光信号控制和转换层2的支撑和和承载。
34.参见图2，为实现接触式交互，还可以在光信号控制和转换层2和滤光隔离层3之间设置触控传感层4。触控传感层4可采用现有技术，其布线分别位于基板1的两侧。
35.参见图3，光信号控制和转换层2包括多个光信号输出单元21，每个光信号输出单元21构成一个像素单元，包括有多个发光单元211，能够对光输出通路开断进行控制，以及实现电信号到光信号的转换。上述的多个发光单元211可以如本实施例所述的，为三个发光单元211，作为r、g、b显示子像素而分别发出红、绿、蓝三色。可替代的，也可以具有四个发光单元211，分别为r、g、b、w显示子像素。
36.光信号控制和转换层2还包括多个光信号接收单元22，每个光信号接收单元22能够接收光信号并将光信号转换成电信号。光信号接收单元22包括光敏元件221，光敏元件221可以为光敏二极管、光敏三极管、光敏mos管、光压电容或光敏电阻等，实现光信号接收并转换成开关信号、电流信号、电压信号、电容信号或电阻信号等电信号。光信号接收单元22为子像素大小，可以和r、g、b(或r、g、b、w)显示子像素集成在一个像素单元，如图3、图4和图7所示，也可以不按照像素单元排列分布(几个像素单元分布一个光信号接收单元22)，如图5和6所示。光信号接收单元22根据显示装置的像素排列结构设计，也可以根据实际情况采用新型的像素排列结构。光信号接收单元22均匀分布，其数量可以等于、大于或小于像素单元的数量。
37.光信号接收单元22实时接收外部的红外光信号，如激光笔、人体热红外、红外标记装置等。光信号接收单元22的光信号转换处理电路可参见图8～图10，分别为带滞回比较器的电路、开关型电路和支持灰阶的电路。
38.基板1上设计有tft(薄膜晶体管)层11，除实现光输出通路开断控制或实现电信号到光信号输出单元21的驱动单元外，还为每一个光信号接收单元22的光敏元件设计有用于信号放大和转换的单元。tft层11可以采用a-si tft制造工艺在硼硅玻璃基板上溅射栅极材料膜，经掩膜曝光、显影、干法蚀刻后形成栅极布线图案。
39.滤光隔离层3用于实现光信号控制和转换层2的各像素单元之间的隔离控制，并实现光信号输出和输入带宽控制。滤光隔离层3由黑色遮光材料和透明的滤光材料制成，黑色遮光材料按照光信号控制和转换层2的像素单元的开口形状设计，设置在每个子像素单元的周围，实现不同像素单元之间的光隔离。透明的滤光材料构成每个像素单元的窗口带通滤波器，在透明的滤波材料上采用光阻工艺或其它(染色、喷墨、印刷等)工艺在制作bm(黑矩阵)即得到黑色遮光隔离单元，实现r、g、b(或r、g、b、w)光谱和光接收单元光谱通过。本实施例中，光信号接收单元22的光谱选择红外光谱，光信号接收单元22的滤波器中心波长可选850nm、980nm、1060nm、1310nm等，半波宽度为10nm～20nm。
40.参见图11，滤光隔离层3包括红色滤光片31、蓝色滤光片32、绿色滤光片33和红外光滤光片34，四种滤光片呈阵列布置，并且互相交错布置，各滤光片的位置分别与相应的发光单元211和光敏元件221对应(即与子像素单元对应)，各滤光片外周(子像素单元的周围)构成遮光隔离区35。其中，红色滤光片31与发射红光的发光单元211对应，蓝色滤光片32与发射蓝光的发光单元211对应，绿色滤光片33与发射滤光的发光单元211对应，红外光滤光
片34则与光敏元件221对应。
41.当应用于不同的显示屏时，在oled和led显示屏，可以将光信号输出单元21和光信号接收单元22设置在同一个层次上。在lcd上实现光信号接收相对复杂一些，由于lcd的特殊性，液晶自身不会发光，它需要一个光源，通过控制光源光路的通断实现光信号的输出控制，而不是如oled和led的发光单元实现的是信号转换，光信号接收单元22也是实现光信号转换，因此不能设计在一个层上。参见图12和图13，光信号输出单元21和光信号接收单元22设计在两个层上，在光信号控制和转换层2设计时会考虑光信号接收单元22的布置，在此位置上的液晶层25不需要实现控制，在光信号接收单元22上为实现光信号的输入，需要在光敏元件221以外的位置设置透明衬垫222，为防止子像素之间的串扰，每个子像素对应的透明衬垫222之间设置有隔离层(类似cf的设计)。
42.显示装置实现光信号的接收、转换、输出和显示是现有技术，因此不在此详述。作为必要的结构，其除如上所述的tft层11外，还包括为光信号输出21和光信号接收单元22提供信号连接的电极层，对于oled和lcd设置两个电极层，分别为第一电极23和第二电极24，对于led只需要设置一个电极层。此外，还包括有设置在滤光隔离层3远离信号控制和转换成2一侧的盖板或偏光片12，oled只需要设置一个上偏光片，led则不要设置偏光片，只需要设置一个玻璃盖板或film，lcd除上偏光片外还需要在基板1的底部设置一个下偏光片。
43.由此，显示装置既可以实现光信号显示输出，又可以接收和处理输入的光信号，实现非接触式交互或通信。
44.参见图14，本发明的显示装置所应用的交互式显示系统，还包括信号接收处理模块5、source驱动模块6、时序控制模块(tcon)7、电源模块8、接口模块9和存储模块10。各模块的具体结构可同现有的显示屏系统。信号接收处理模块5接收和处理各光信号接收单元22输出的电信号，当包括触控传感层4时，信号接收处理模块5还增加一个触控扫描驱动单元，对触控传感层4输出的触控信号进行处理。source驱动模块6包括两部分，一部分用于实现显示输出(光信号输出单元21)控制的扫描驱动单元，一部分用于实现接收信号(光信号接收单元22)扫描采样单元。source驱动模块6实时扫描刷新输出单元和实时扫描采样接收单元，实现光信号的实时输出和接收处理。
45.时序控制模块7，用于实现显示时序控制的时序控制模块；电源模块8给整个系统供电；接口模块9可以为v-by-one、usb、电源等，实现对外通信，存储模块10实现信息存储，如可采用eeprom。