专利名称：可光学寻址的矩阵显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有源矩阵显示器和包括矩阵显示器的显示设备。
背景技术：
US-B-6,215,462披露了一种具有多行像素的矩阵显示装置。逐个选择矩阵显示器的各行。每行与用于将第一发光元件产生的光传输到该行像素的光波导相关。如果由选择发光元件产生光，则选择一个相关的特定行；不选择所有其他行，因为与其相关的选择发光元件不产生光。
每个像素包括光敏元件与像素发光元件的串联结构。与将要显示的图像数据相应的数据电压通过列导线输送给该串联结构。在所选择的像素行中，与所选择行有关的选择发光元件所产生的光通过相关的光波导到达选定行的像素。从而，所选择的行的像素的光敏元件具有低阻抗，并且数据电压基本上存在于所选择行的像素的像素发光元件上。因此，所选择的像素行将根据均与像素列相连的列导线上出现的图像数据产生一定量的光。在未被选择的行中，选择发光元件不产生光，从而未选择像素的光敏元件的阻抗高。对于这些像素而言，数据电压基本上存在于高阻抗光敏元件上，从而像素发光元件上的电压将低于阈值电压，使得像素发光元件将不产生光。
这种可光学寻址的矩阵显示器对于屏幕上的输入不敏感。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对屏幕上的输入敏感的矩阵显示器。
本发明的第一方面提供了一种如权利要求1所述的矩阵显示器。本发明的第二方面提供了一种如权利要求14所述的显示设备。从属权利要求限定了优选实施例。
根据本发明第一方面的矩阵显示装置，包括可光学寻址的像素矩阵。像素包括光敏元件和像素发光元件。特定像素的发光元件产生出亮度取决于该特定像素的光敏元件状态的像素光。光敏元件的状态取决于入射到其上的光量。
该矩阵显示器还包括设置在像素矩阵的前面、从而处于像素矩阵与观察者之间的透明材料板。光源将源光耦合到板的一侧或多侧中。源光在该板的顶面(朝向观察者)和底面(朝向像素矩阵)处连续地反射，从而保持在该板中。这种众所周知的效应称作全内反射。如果在板顶面的外部，在特定位置处施加干扰，则光大致在该特定位置处离开板的底面。干扰可以是观察者的指尖、输入笔或者折射率与板的材料不同的任何物体。优选的是，所述物体应当不透明，以避免光通过透明物体离开平面。理想情况下，使用与平面良好接触的白表面，不过手指也能实现其目的。优选的是，该板是玻璃的。
在特定位置处施加干扰时，在该特定位置处离开板底面的光入射到处于该特定位置处的一个或多个像素的光敏元件上。从而，该矩阵显示器对屏幕上的输入敏感。
在根据如权利要求2所述的本发明的实施例中，矩阵显示器包括行电极和列电极。特定的一个像素处于特定行电极与特定列电极之间。如果光入射到该特定像素的光敏元件上，则在该特定行与列电极之间可以检测到光敏元件的阻抗发生改变。从而可确定在行和列方向上扰动的位置。
例如，在根据本发明的一个实施例中，将光敏元件与发光元件串联设置，以通过行和列电极接收驱动电压。入射在与触摸事件发生位置相关的特定像素的光敏元件上的控制光将会减小相关光敏元件的阻抗。由于阻抗较低，流过该串联结构的电流将增大。从而通过检测在哪个列和行电极中流动的电流更高，就能检测出触摸事件的位置。实际上，驱动电压和电流不必太高就能使像素发光元件产生光。不过，如果像素发光元件产生光，则具有用户能获得有关所检测出的触摸位置的反馈这一优点，这是因为相关的像素将开始发射光。像素必须定期复位，以停止产生光，或者像素应当不具有存储效应或者仅具有有限的存储效应。可通过临时降低驱动电压而将像素复位。
在根据如权利要求3所述的本发明的一个实施例中，像素上的驱动电压被选择得足够高，从而入射在该像素的光敏元件上的光使相应的像素发光元件产生光。通过在触摸屏幕的触摸位置处产生光，该矩阵显示器将产生显示。在诸如绘图板之类的应用中对其较为感兴趣，在该绘图板上人们可以绘制一条发光线。可使用这种绘图板画图或写文本。优选的是，像素至少具有临时存储效应，使图画或文本能存储特定时间。注意在本申请中与实际确定触摸位置无关。从而不需要检测在哪一行和列中发生的触摸事件。
在根据权利要求4所述的本发明的一个实施例中，像素处于行电极与公共背面电极之间。不需要列电极是因为不需要确定接触事件的位置。这样就提供一种结构复杂性较小的矩阵显示器。
在根据权利要求5所述的本发明的一个实施例中，像素处于公共正面电极与公共背面电极之间。不需要行电极和列电极。这样就提供一种结构复杂性较小的矩阵显示器。
在根据权利要求6所述的本发明的实施例中，在像素发光元件与阻抗取决于光敏元件状态的阻抗元件的串联结构上输送驱动电压。如果驱动电压具有足够高的电平，并且阻抗元件的阻抗较低，则像素发光元件将产生光，这是因为驱动电压基本上存在于像素上。如果驱动电压具有足够高的电平，并且阻抗元件的阻抗较高，则像素发光元件将不会发光，这是因为选择电压基本上存在于光敏元件上。
在根据权利要求7所述的本发明的实施例中，光敏元件本身与像素发光元件串联设置。这样做的优点在于像素中使用的元件数量最小，这就提供了一种简单的矩阵显示器。注意，仅需要简单的两极元件。通常，如果光入射在其上，相对于像素发光元件的阻抗而言，光敏元件的阻抗低；如果光没有入射在其上，则相对于像素发光元件的阻抗而言，光敏元件的阻抗高。
在根据权利要求8所述的本发明的实施例中，像素包括电容器，以获得像素的存储性能。如果应当更长时间地保持像素的光学状态以便通过在触摸位置处发光而指示出触摸输入的话，则像素的存储性能较为重要。
在根据权利要求9所述的本发明的实施例中，将像素构造成在像素中，由像素发光元件产生的一部分像素光到达该像素的相关光敏元件。光敏元件对于像素光敏感，以获得该部分像素光对光敏元件的反馈。
可使用这种光学反馈实现像素的存储性能或者影响像素的存储性能。在现有技术US-B-6,215,462中，像素不具有存储性能。因为逐行地选择像素，行中的像素仅在一行的较短的选择周期期间产生光。
还可以利用这种反馈影响像素的电容所产生的像素的固有存储性能。使用入射在光敏元件上的那部分光将电容放电，如权利要求12所述的本发明的实施例中所限定的。
在根据权利要求10所述的本发明的实施例中，光敏元件本身与像素发光元件串联设置。这样设置的优点是矩阵显示器的构造简单。
在根据权利要求11所述的本发明的实施例中，开关元件具有与像素发光元件串联设置的主电流通路，以及与光敏元件连接的控制电极。其优点在于光敏元件的阻抗并不重要。如果像素发光元件的光入射在光敏元件上，则其阻抗改变，这就导致开关元件处于低阻抗。而且实现了像素的存储性能。
在根据权利要求12所述的本发明的实施例中，一个短的光脉冲足以通过另一开关元件将电容充电。由接收像素发光元件产生的一部分像素光的光敏元件将电容放电。
按照这种方式，响应于控制光脉冲，像素开始为高亮度，逐渐降低。在板临时接触的位置处产生控制光脉冲。电容的值决定亮度减小到零的时间。数据光脉冲的亮度和/或持续时间决定像素的峰值亮度。从而像素具有临时存储性能，当使用矩阵显示器作为应能在某一时间帧中检测多个触摸事件的触摸位置检测器时或者在绘图板应为可自擦除时，可能对其极其感兴趣。还可以提供使用户能指示何时应当将像素复位的用户界面。将驱动电压降低到预定电平之下可以实现复位。
另外，其优点是，如果像素发光元件是(Poly)LED(发光二极管)，则像素的亮度基本上与像素发光元件的质量无关。如果(Poly)LED不能很好地工作，则将电容放电需要花费更长时间，从而所产生的净光量大致是相等的。
因此，此时像素的固有存储性能受像素发光元件产生的、入射在光敏元件上的那部分光反馈的影响。
本发明的这些和其他方面是显而易见的，并将参照下面所述的实施例进行说明。
在附图中图1表示根据本发明的显示设备的示意图，
图2表示根据本发明实施例的矩阵显示器和透明材料板的示意图，图3表示根据本发明的显示单元的实施例，图4表示根据本发明的显示单元的实施例，图5表示根据本发明的显示单元的实施例。
不同附图中相同附图标记表示相同信号或实现相同功能的相同元件。
具体实施例方式
图1表示具有可光学寻址的显示单元或像素的矩阵显示设备的实施例的示意图。该矩阵显示设备包括与列电极CEj(CE1到CEn)和行电极REi(RE1到REm)的交点相关联的像素Pij(P11到Pmn)的矩阵。下标i表示矩阵显示器的行编号，下标j表示矩阵显示器的列编号。行电极REi沿x-方向延伸，列电极CEj沿y-方向延伸。在转置的矩阵显示器中，交换x和y方向。
行驱动器SD向行电极REi输送行电压VRi。列驱动器DD向列电极CEj输送列电压VCj。在行电极REi与列电极CEj之间产生的驱动电压SVi处于像素Pij上。
或者，行驱动器SD可以输出行检测信号RP，该信号表示在哪一行处检测到触摸事件，并且列驱动器DD可以输出列检测信号CP，该信号表示在哪一列处检测到触摸事件。
图中没有示出设置在像素Pij的矩阵顶部上的透明材料板。该板可以与像素Pij的矩阵结合在一起，或者可以独立地设置在包括像素Pij的矩阵的基板的前面。
图2表示根据本发明实施例的矩阵显示器和透明材料板的示意图。光源LS将光引导到透明板TS的一侧中。由于在板TS中的内部反射，光被限制于板TS中。基板SU包括像素Pij(未示出)，前电极FE和后电极BE。例如，前电极FE为图1的行电极REi，后电极BE为图1的列电极CEj。用TP表示触摸位置。在该位置TP处，被限制到板TS中的光能够作为耦出光LC离开板TS。光LC将入射到处于触摸位置TP处的像素Pij上。
如果使用该矩阵显示器来确定触摸位置TP，则驱动电压SVi将具有允许发光元件LGij的状态(参见图3至5)随光LC是否入射在相应光敏元件LSij(参见图3或4)或FLSij(参见图5)上而变的某一电平。不过并不要求如此。当光LC入射到与触摸事件发生的位置相应的像素Pij上时，仅这些像素的光敏元件LSij改变状态。通常，状态的改变是光敏元件阻抗的改变。可以在相应的行电极RE与列电极CE之间检测这种状态改变。尽管这样，像素发光元件PGij不产生光。从而，行驱动器SD能检测在哪一或哪些行位置处发生触摸事件，并能输出表示该位置或这些位置的行检测信号RP。通过相同的方式，列驱动器DD能检测在哪一或哪些列位置处发生触摸事件，并能输出指示该位置或这些位置的列检测信号CP。行检测信号RP和列检测信号CP一起决定触摸位置TP的坐标。
如果使用矩阵显示器作为绘图板，则驱动电压SVi必须具有允许发光元件LGij的状态随光LC是否入射到相应光敏元件LSij或FLSij上而变的某一电平。在光LC入射到像素Pij上时，像素Pij开始发光。从而，该矩阵显示器将在(多个)触摸位置处产生光。由于不再需要检测触摸位置，前电极FE和后电极BE变成与所有像素Pij相连的平板电极。不过，前板FE必须是透明的，使光LC能到达像素Pij的光敏元件LSij。更方便的是将前电极构造成行或列电极而非平板电极。还可以将前电极FE和后电极BE同时设计在行方向上或同时设计在列方向上。
图3表示根据本发明的显示单元的实施例。显示单元或像素Pij包括像素发光元件LGij与阻抗取决于所接收光Lj的量的光敏元件LSij的串联结构。像素发光元件LGij与光敏元件LSij的这种串联结构处于行电极REi与列电极CEj之间，以接收像素电压SVi(参见图1)，或者处于前电极FE与后电极BE之间(参见图2)。用VRi表示行电极REi上的电压，用VCj表示列电极CEj上的电压，并且像素电压SVi是电压VRi与VCj之差。
如果将相同的像素电压SVi输送给所有像素Pij，则由光LC的强度决定像素发光元件LGij的状态。将像素电压SVi的电平选择得足够高，以允许像素发光元件LGij的状态随光LC的强度是高或低而变。
例如，可以将像素Pij构造成使像素发光元件LGij在光敏元件LSij的阻抗低时发光，并且当光敏元件LSij的阻抗高时像素发光元件LGij基本上不产生光。从而，高强度的光LC使像素发光元件LGij产生光，低强度的光LC使像素发光元件LGij不产生光。光LC在(多个)触摸位置TP处具有高强度，在非触摸位置处具有低强度。
像素Pij可以为多种结构，例如也可以使用图4中所示的像素结构，其中使用光敏元件LSij来切换主电流通路与像素发光元件LGij串联设置的晶体管TR1ij。像素Pij的任何其他结构将按照相同的方式操作，在这些像素结构中与像素发光元件LGij串联设置的元件的阻抗值取决于光是否输送到该像素。
在根据本发明存在光反馈的实施例中，像素发光元件LGij产生的一部分像素光PLMij将到达光敏元件LSij。
下面将说明具有光反馈的像素Pij的操作。落到光敏元件LSij上的光的总量是像素发光元件LGij所产生的那部分像素光PLMij与来自板TS的光LC的组合。
开始时，即使串联结构上存在相当大的像素电压SVi，像素Pij也处于关闭状态。光敏元件LSij的高阻抗使像素电压SVi基本上存在于光敏元件LSij上，从而在像素发光元件LGij上基本上为零电压。
如果由于光LC入射在触摸位置TP处而使特定像素Pij将产生光，则相对于像素发光元件LGij的阻抗，光敏元件LSij的阻抗变低，并且像素电压SVi基本上存在于像素发光元件LGij上。像素发光元件LGij开始发射像素光LMij。当切断光LC时(通常发生在像素Pij所处的特定触摸位置TP处不再发生触摸事件时)，像素Pij保持打开状态，这是因为阻抗保持较低的光敏元件LSij获取了像素发光元件LGij所产生的那部分光PLMij。通过将选择电压SVi减小到阈值以下可以将像素Pij关闭。从而像素Pij具有由对光敏元件LSij的光反馈产生的固有存储器。
像素发光元件LGij可以包括例如小激光器，LED(发光二极管)，OLED(有机LED)，PolyLED，小白炽灯或荧光灯，或者如等离子体显示器中所用的发光元件。光敏元件可以例如包括LDR(光敏电阻)或LAS(光触发晶体管或其他光触发电开关)。
这种可光学寻址的显示器廉价，且相对而言易于制造。尺寸易于缩放，仅需要简单的两个终端存储元件，并且如果用作绘图板的话具有高发光效率。
图4表示根据本发明显示单元的另一实施例。在行电极REi与列电极CEj之间，像素发光元件LGij与晶体管TR1ij的主电流通路串联设置。用VRi表示行电极REi上的电压，用VCj表示列电极CEj上的电压，驱动电压SVi为电压VRi与VCj之差。光敏元件LSij设置在晶体管TR1ij的控制电极与行电极REi之间。可选电容C1ij设置在晶体管TR1ij的控制电极与列电极CEj之间。可选的漏电阻RLij也设置在晶体管TR1ij的控制电极与列电极CEj之间。
如果控制光LC入射在光敏元件LSij上，则晶体管TR1ij变成低电阻，驱动电压SVi基本上存在于像素发光元件LGij上，该像素发光元件LGij开始发射像素光LMij。一部分像素光PLMij入射在光敏元件LSij上，从而即使不再输送光LC，也能使像素保持打开状态。在选择电压SVi下降到特定数值以下时，像素发光元件LGij将停止发光。也可以通过电压Vi3来打开(或关闭)像素发光元件LGij。
电容C1ij缓冲晶体管TR1ij的控制电极上的电压，并提供存储性质。电阻RLij将电容放电，从而确定存储器的时间常数。
图5表示根据本发明显示单元的另一实施例。在行电极REi与列电极CEj之间，像素发光元件LGij与晶体管TR1ij的主电流通路串联设置。用VRi表示行电极REi上的电压，用VCj表示列电极CEj上的电压，驱动电压SVi为电压VRi与VCj之差。光敏元件LSij设置在晶体管TR1ij的控制电极与行电极REi之间。可选电容C2ij设置在晶体管TR1ij的控制电极与行电极REi之间。晶体管TR2ij的主电流通路处于晶体管TR1ij的控制电极与列电极CEj之间。光敏元件FLSij处于晶体管TR2ij的控制电极与行电极REi之间。
如果短光脉冲入射到光敏元件FLSij上，则晶体管TR2ij变成低电阻，并将电容C2ij充电成驱动电压VSi。晶体管TR1ij开始导通，像素发光元件LGij开始发射像素光LMij。电容C2ij上的电荷使晶体管TR1ij保持导通。一部分像素光PLMij入射到光敏元件LSij上，光敏元件LSij使电容C2ij放电。晶体管TR1ij的阻抗将逐渐增大。由此，响应于在像素Pij的位置处发生触摸事件时产生的光脉冲，像素Pij开始时具有高亮度，并且亮度逐渐降低。电容C2ij的值决定亮度减小至零的时间。亮度和/或光脉冲的持续时间决定像素Pij的峰值亮度。这样就使矩阵显示器具有自擦除效应这一优点。可以在预定的时间帧内确定触摸事件的触摸位置TP，或者仅在预定的时间内保持绘图板所显示的信息，其中显示器的亮度表示在多长时间之前在特定位置处出现了触摸输入。
另外，优点在于如果像素发光元件是(Poly)LED(发光二极管)，则像素Pij的亮度基本上与像素发光元件的质量无关。如果(Poly)LED没有良好地工作，则将电容C2ij放电要花费更长时间，从而所产生的净光量基本是相等的。
可以用晶体管TR2ij的控制电极处的电压Vi3使像素Pij关闭。
应当注意的是，上述实施例说明而非限制本发明，在不偏离所附权利要求的范围的条件下，本领域技术人员能设计出多种可选实施例。
例如，所示为MOSFETS的晶体管也可以为双极性晶体管。所有的晶体管可以为反向导通型，可以按照本领域技术人员已知的方式来改变电路。
在权利要求中，置于括号间的任何附图标记都不构成对权利要求的限制。词语“包括”不排除存在除权利要求中列举出之外的元件或步骤。可利用包括多个不同元件的硬件，并利用适当编程的计算机来实施本发明。在列举出多个部件的装置权利要求中，可用一个相同的硬件部件来实现这多个部件。唯一的事实在于，在互不相同的从属权利要求中述及的某些措施，并不表明不能使用这些措施的组合来获得益处。
权利要求
1.一种具有可光学寻址的像素(Pij)矩阵的矩阵显示器，该像素(Pij)包括光敏元件(LSij)，光敏元件(LSij)的状态取决于入射在其上的控制光(Lj)的亮度；还包括像素发光元件(LGij)，其产生亮度取决于光敏元件(LSij)的状态的像素光(LMij)，该矩阵显示装置包括设置在可光学寻址的像素(Pij)的矩阵前面的透明材料板(TS)，和光源(LS)，用于将源光耦合到透明材料板(TS)的一侧，其中在使用时，源光在所述板(TS)内基本上被全内反射，并且控制光(Lj)在受到局部干扰的位置离开所述板(TS)。
2.如权利要求1所述的矩阵显示器，其中该矩阵显示器还包括沿矩阵显示器的行方向(x)延伸的行电极(REi)和沿矩阵显示器的列方向(y)延伸的列电极(CEj)，像素(Pij)与行电极(REi)和列电极(CEj)的交点相关联，并且夹在行驱动电极(REi)与列电极(CEj)之间。
3.如权利要求1所述的矩阵显示器，其中该矩阵显示器还包括驱动电极(REi，CEj)和通过驱动电极(REi，CEj)向像素(Pij)输送驱动电压(SVi)的像素驱动器(SD，DD)，选择驱动电压(SVi)，使发光元件(Lgij)的亮度随控制光(Lj)的亮度而变。
4.如权利要求3所述的矩阵显示器，其中驱动电极(REi，CEj)包括沿矩阵显示器的行方向(x)延伸的行驱动电极(REi)和背面电极，像素(Pij)夹在行驱动电极(REi)与背面电极之间。
5.如权利要求3所述的矩阵显示器，其中驱动电极(REi，CEj)包括背面电极和正面电极，像素(Pij)夹在正面电极与背面电极之间。
6.如权利要求1所述的矩阵显示器，其中像素发光元件(LGij)与阻抗元件(LSij；TR1ij)串联设置，阻抗元件(LSij；TR1ij)的阻抗取决于光敏元件(LSij)的状态，其中该矩阵显示器还包括用于向阻抗元件(LSij；TR1ij)与像素发光元件(LGij)的串联结构输送驱动电压(SVi)的像素驱动器(SD，DD)。
7.如权利要求6所述的矩阵显示器，其中阻抗元件(LSij；TR1ij)包括像素(Pij)的像素发光元件(LGij)。
8.如权利要求1所述的矩阵显示器，其中像素(Pij)包括电容(C2ij)，以获得存储性质。
9.如权利要求1所述的矩阵显示器，其中光敏元件(LSij)与像素发光元件(LGij)彼此相对设置，以便使像素发光元件(LGij)产生的一部分像素光(PLMij)能到达光敏元件(LSij)，以实现将该部分像素光(PLMij)从像素发光元件(LGij)反馈给光敏元件(LSij)。
10.如权利要求9所述的矩阵显示器，其中像素(Pij)的光敏元件(LSij)与像素发光元件(LGij)串联设置，其中到达光敏元件(LSij)的部分像素光(PLMij)足以使光敏元件(LSij)的阻抗相对于像素发光元件(LGij)的阻抗保持相对较低。
11.如权利要求9所述的矩阵显示器，其中像素(Pij)还包括主电流通路与像素发光元件(LGij)串联设置的开关元件(TR1ij)，所述串联结构与像素驱动器(SD，DD)连接，以用于接收相关的一个选择电压(SVi)，并且该开关元件具有与光敏元件(LSij)连接的控制电极，其中到达光敏元件(LSij)的部分像素光(PLMij)足以使开关元件(TR1ij)的阻抗相对于像素发光元件(LGij)的阻抗保持相对较低。
12.如权利要求11所述的矩阵显示器，其中像素(Pij)还包括与首次提到的开关元件(TR1ij)的控制电极相连的电容(C2ij)，用于接收数据光(Lj)的另一光敏元件(FLSij)，以及另一开关元件(TR2ij)，其控制电极与所述的另一光敏元件(FLSij)相连且主电流通路与首次提到的开关元件(TR1ij)的控制电极相连。
13.如权利要求1所述的矩阵显示器，其中该光敏元件(LSij)为光敏电阻或光触发开关。
14.一种包括权利要求1所述的矩阵显示器的显示设备。
全文摘要
一种矩阵显示器，其包括可光学寻址的像素(Pij)的矩阵。像素(Pij)包括光敏元件(LSij)，光敏元件(LSij)的状态取决于入射在其上的控制光(Lj)的亮度。像素(Pij)还包括像素发光元件(LGij)，用于产生亮度取决于光敏元件(LSij)的状态的像素光(LMij)。该矩阵显示装置包括设置在像素(Pij)的矩阵前面的透明材料板(TS)，以及光源(LS)，该光源将源光耦合到透明材料板(TS)的一侧。在使用时，源光在所述板(TS)内基本上被全内反射，控制光(Lj)在受到局部干扰的位置离开所述板(TS)。控制光切换或改变这些位置处像素(Pij)的亮度，或者提供触摸位置信息。
文档编号G06F3/0354GK1751330SQ200480004110
公开日2006年3月22日 申请日期2004年1月29日 优先权日2003年2月13日
发明者B·A·萨特斯, G·奥维斯鲁泽恩, T·C·克拉安, J·J·W·M·罗辛克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司