触敏LED显示器的制作方法

本公开总体上涉及触敏设备。

背景技术：

1、通常，触敏面板能够被用于检测用户在设备的表面上的触摸。诸如膝上型计算机和智能电话的各种消费电子设备包含触敏表面以检测通过触摸的用户输入。电容触摸传感器通常用于消费者触摸应用。

2、许多设备具有多层平坦材料以实现用户的触摸屏和显示功能性。特别地，电容触摸屏面板通常覆盖在显示板的顶部上。另外，许多设计使用多个电容触摸传感器层以能够检测沿垂直轴的位置(例如，沿屏幕的水平和垂直方向)。堆叠触摸屏层和显示层的需要限制了屏幕组件能够有多薄，这导致更厚的屏幕和更厚的设备——诸如智能电话、平板计算机等。

技术实现思路

1、在一些实施方式中，设备包括提供具有集成触摸感测功能性的显示屏的led阵列。触摸感测由显示器的led元件提供，因此不需要附加层(例如，没有专用感测层)来实现高精度触摸感测。不同于使用分开的电阻或电容传感器进行触摸感测，将发射光的屏幕中的相同led元件用作光学传感器以检测屏幕上的触摸。例如，用于屏幕的像素中的至少一些的led元件能够在发射光和检测入射光之间交替，作为利用屏幕检测触摸的方式。通过使用屏幕的led元件用于触摸感测，能够减小屏幕组件的总厚度，因为不再需要用于触摸感测的层(例如，电容感测层)。这允许更薄的智能电话和其他支持触摸屏的设备。使用led阵列用于显示输出和触摸感测两者还减小了触摸屏需要的部件的数量，并且能够减小显示器的整体复杂性和成本。

2、led能够在显示屏中发射光，并且还能够被用于在led的偏置被反向时检测光。使用该能力，诸如智能电话的设备能够被配置为使用屏幕中的led中的至少一些(例如，led显示器的一些像素的led)来感测环境光以检测和定位屏幕上的用户触摸。当用户触摸屏幕时，用户的手指覆盖屏幕区域(region)中的led并使屏幕区域中的led变暗。当在感测模式下操作的led被覆盖时，入射光的改变引起在感测模式下操作的led的感测输出改变，这允许设备检测并定位用户对具有减少的入射光的区(area)的触摸。为了提供跨屏幕的高精度和响应性，用于感测的一组led能够可选地沿二维网格间隔开，以检测跨屏幕的触摸以及垂直和水平移动。

3、用于感测的led能够在光发射操作模式(例如，“显示模式”或“照明(illumination)模式”)与光感测操作模式(例如，“感测模式”)之间切换。在显示模式中，led被正向偏置并且能够发射光以在显示器上呈现内容。在感测模式下，led被反向偏置并且不会如在它们处于显示模式那样来发射光。因此，与在显示模式时led的先前表现相对照或与当前在显示模式下操作的相邻led相比，led在感测模式下操作时将看起来是暗的。为了最小化感测对显示输出的影响，显示系统能够驱动用于感测的led以显示模式具有比感测模式更高的时间比例的占空比来在显示模式和感测模式之间交替。例如，在当前没有接收到触摸输入的默认状态下，感测模式的占空比可以是25％或更小，以最小化感测在降低所涉及的像素的表观亮度方面具有的影响。

4、为了维持高质量的显示输出，用于感测的一组像素(例如，在显示模式与感测模式之间循环(cycle)的像素)能够是显示器的总像素的子集。用于感测的像素能够在空间上分布在保持在显示模式中而不循环到感测模式的其他像素当中。例如，用于感测的像素能够以规则图案间隔开，诸如在矩形网格中的顶点处。因此，除了通过指派的占空比的感测的时间分布之外，感测能够在空间上分布在led阵列当中。如下文进一步讨论的，用于感测的一组像素能够随时间推移改变，诸如响应于对显示器的触摸输入或对显示器上呈现的内容的改变。例如，较高密度的像素能够被用于感测触摸输入正在发生或预期发生的区中。作为另一示例，设备能够指定与用于显示的某些内容(例如，表示深色、文本、高对比度边缘等的像素)相对应的像素被用于感测，以进一步最小化用于感测的像素与当前未用于感测的相邻像素之间的差异。

5、显示系统能够自适应地改变用于感测触摸输入的参数，包括动态地改变用于感测的占空比、感测操作发生的频率、和/或用于感测的一组像素。显示系统选择要用于感测的像素，并且显示系统能够驱动像素执行一系列显示和感测循环。例如，显示系统能够每秒执行一个或多个循环，其中每个循环使所选择的像素在显示模式下操作达一时段并且在感测模式下操作达一时段。在检测到触摸之前，感测模式时段可以小于循环的持续时间的一半，诸如循环持续时间的20％或10％。因为相对少量的显示像素被用于感测，并且这些像素在感测模式下操作达一小比例的时间，所以感测导致所显示的内容的最小中断，并且在许多情况下对于用户可能不明显。当检测到屏幕上的触摸时，显示系统能够自适应地改变感测特性以增加触摸感测精度，例如，通过增加感测的速率、增加用于感测的每个循环的比例及/或增加或改变哪些像素用于感测。感测过程的改变能够被定位到显示器的子集(例如，到触摸被检测到和/或预期发生的区域)，以增加触摸输入中和周围的区中的精度，而不降低未被触摸的区中的显示输出的质量。

6、对显示器的感测行为的自适应改变能够提供高显示质量和高感测精度的组合，包括与不进行自适应改变的系统相比显著更高的显示质量和感测精度。自适应系统能够克服具有受限的现有系统的挑战。例如，可以期望频繁感测以提供对触摸输入的低时延检测。然而，使显示像素在照明状态和感测状态之间快速切换常常不是非常用户友好的，因为它能够引入显著的视觉抖动(jitter)。另外，快速切换能够增加计算量(computationalpower)，因为将需要评估更多的感测输入。另一方面，如果感测模式和照明模式之间的切换太慢，则在感测触摸时能够存在明显的时延，从而导致差的用户交互体验。为了解决这种折衷，显示系统能够使用自适应技术来改变感测的时间和空间特性并且实现比静态系统更高的性能。例如，显示系统能够基于用户交互的状态(例如，是否正在发生触摸)来更改感测参数，诸如感测的频率和感测的占空比。当没有触摸输入时，系统能够使用低频和/或低占空比来感测以提供高质量输出，其中对显示质量具有最小影响。当检测到触摸输入时，系统能够使用更高频率和/或更高占空比来感测以在最需要时提供低时延、高性能感测。另外，像素的高速率或高密度的感测能够被定位到发生触摸输入或基于所跟踪的触摸移动而预测发生触摸输入的区域。以这种方式，能够在用户没有正在触摸的区中利用感测像素的低空间密度来执行低频，而被触摸的区能够利用感测像素的高频和高空间密度来执行感测以最大化响应性。这能够具有将感测像素的最高密度定位到显示器的被遮挡或以其他方式不太明显的区域的附加益处，从而有效地隐藏可能由于高频感测而引起的显示失真。

7、本公开的各种实施方式使用led阵列来同时显示和感测功能。显示系统能够使用用户的手指路径沿显示器的移动的光流分析来预测将发生触摸输入的地方并且自适应地调整led阵列如何被用于感测。该适应能够包括时间感测特性的改变(例如，占空比、感测的频率等)以及空间感测特性(例如，感测发生的位置、用于感测的像素当中的间隔、用于感测的像素的密度等)。基于显示器的触摸输入的检测到的和预测的区域，显示系统能够在不同时间利用不同的感测参数操作，并且同时将不同的感测参数应用于显示器的不同位置。

8、作为示例，当没有发生用户交互时，led阵列的子采样网格以低速率(例如，2.0hz，其中占空比为百分之十)在照明(显示器)状态和传感器(触摸屏)状态之间调制或切换。由于低的频率和占空比，调制对用户通常不明显。当发生用户交互并且检测到触摸时，则显示器进入在被定位到触摸被检测到的触摸区和触摸区周围的区域的照明和感测状态之间的调制的更高速率。更高速率可以是例如20hz，其中占空比为百分之五十。在手指遮挡触摸区的情况下，调制的更高速率对于用户通常也不明显。这种选择性的高感测速率—其在空间上被限制在用户触摸区周围并且在时间上被限制到用户触摸的持续时间—利用了手指遮挡触摸区的属性，用户将不能够查看该触摸区之下的内容，并且因此不会注意到由高频感测引起的显示改变。随着用户在触摸区中和周围在显示面板各处移动手指，局部地应用光流算法和路径回归框架以预测即将到来的触摸轨迹。基于预测轨迹，像素被选择性地激活和去激活以用于感测以准确地跟踪用户的触摸，而不使在显示器上呈现给用户的图像变差。

9、除其它优点外，本文中描述的设备的实施方式可以实现减小电子设备的厚度。自适应led调制技术能够利用传统显示器实现特征奇偶校验，从而实现低时延触摸灵敏度而不包括显示质量。触摸功能与led阵列的集成减少了显示面板的层数，从而减少了制造的复杂性和成本。减少显示面板的层数能够提高显示面板的耐久性和可弯折性，并且实现面板设计的灵活性。例如，所公开的技术能够在曲面显示器中实现。

10、在一个总体方面，提供了一种用于感测显示面板上的触摸的方法。显示面板能够包括像素阵列，该像素阵列包括发光二极管(led)。方法能够包括：控制像素阵列中的第一像素以在照明状态下操作，在该照明状态下第一像素的led被正向偏置以发射光；控制像素阵列中的第二像素以在照明状态下操作与在感测状态下操作之间重复地切换，其中，第二像素包括散布在(interspersed with)像素阵列中的第一像素中的像素，其中，在照明状态下操作第二像素包括正向偏置第二像素的led以发射光，并且其中，在所述感测状态下操作第二像素包括反向偏置第二像素的led以检测光；生成指示在第二像素在感测状态下操作的同时由第二像素检测到的光的水平的感测信号；基于指示由第二像素检测到的光的水平的所生成的感测信号来检测对显示面板的触摸输入；以及响应于检测到对显示面板的触摸输入，改变以下各项中的至少一个：(i)第二像素在照明状态下操作与在感测状态下操作之间切换的频率，(ii)在感测状态下操作第二像素的占空比，或(iii)像素阵列中的像素中的哪些像素被控制为在照明状态下操作与在感测状态下操作之间切换。

11、在一些实施方式中，控制第一像素包括在一时间段上控制第一像素，在该时间段中第一像素提供显示器的视觉输出并且在该时间段中第一像素不在感测模式下操作；并且控制第二像素包括在控制第二像素在该时间段期间执行照明状态与感测状态之间的切换的多个循环。

12、在一些实施方式中，当在照明状态下操作时，第二像素与第一像素提供显示器的视觉输出并发地提供显示器的视觉输出。

13、当在感测状态下操作时，第二像素与第一像素提供显示器的视觉输出并发地提供入射到第二像素的感测光。

14、在一些实施方式中，生成感测信号包括生成用于第二像素中的每个的感测信号以指示由像素检测到的光的水平；并且检测对显示面板的触摸输入包括：评估感测信号以确定感测信号是否分别指示低于一个或多个阈值的光的水平；以及基于识别第二像素的子集来检测触摸输入，针对第二像素的子集感测信号指示低于一个或多个阈值的光的水平。

15、在一些实施方式中，检测对显示面板的触摸输入包括：基于感测信号，识别第二像素的子集来检测触摸输入，针对第二像素的子集感测信号指示检测到的光的水平降低或检测到的光的水平低于阈值；以及基于所识别的第二像素的子集中的第二像素在像素阵列中的位置来确定在显示面板上的触摸输入的位置。

16、在一些实施方式中，检测对显示面板的触摸输入包括基于所生成的感测信号来检测显示器上的触摸输入的大小、形状和位置。

17、在一些实施方式中，方法包括：在将触摸输入提供给显示器的同时，持续使第二像素在照明状态下操作与在感测状态下操作之间切换，其中，在将触摸输入提供给显示器的同时，针对在感测状态下操作第二像素的多个时段中的每个，针对第二像素生成感测信号；以及基于在感测状态下操作第二像素的多个时段上确定的感测信号，跟踪触摸输入沿显示器的移动。

18、在一些实施方式中，生成感测信号包括针对第二像素中的每个第二像素基于在第二像素的led处于反向偏置状况下的同时跨该led的电压或电流来生成感测信号。

19、在一些实施方式中，控制第二像素在照明状态下操作与在感测状态下操作之间重复地切换包括使第二像素在照明状态与感测状态之间切换第二像素来以预定频率发起感测。

20、在一些实施方式中，控制第二像素在照明状态下操作与在感测状态下操作之间重复地切换包括使第二像素在照明状态与感测状态之间切换来实现第二像素在感测状态下的操作的预定占空比。

21、在一些实施方式中，方法包括：从像素阵列当中选择要用于感测触摸输入的第二像素，其中，第一像素是这样的像素：显示控制器没有将其选择作为要被用于感测触摸输入的第二像素的像素；选择要使用第二像素执行感测操作的频率；以及选择要在感测状态下操作第二像素的占空比。控制第二像素包括驱动第二像素以在所选择的频率发起感测状态下的操作并且维持第二像素以被设置为实现所选择的占空比的持续时间在感测状态下操作。

22、在一些实施方式中，第二像素以规则图案间隔开，其中一个或多个第一像素将第二像素分开。

23、在一些实施方式中，第二像素位于像素阵列的矩形网格的顶点处。

24、在一些实施方式中，方法包括：从像素阵列当中选择用作要在照明状态与感测状态之间切换的第二像素的一组像素；以及针对多个循环使用与第二像素相同的所选择的一组像素，每个循环包括在照明状态下的操作和在感测状态下的操作的时段。

25、在一些实施方式中，像素阵列中的一组像素各自被配置为能够选择性地在照明状态下和在感测状态下操作。方法包括从阵列中的一组像素选择真子集作为在照明状态与感测状态之间切换的第二像素，并且其中，一组像素中的不在真子集中的其他像素被选择作为在照明感测下操作而不切换到感测状态的情况下的第一像素。

26、在一些实施方式中，像素阵列中的像素中的每个被配置为能够选择性地在照明状态下及在感测状态下操作。

27、在一些实施方式中，方法包括从像素阵列选择要作为第二像素操作的像素以在显示面板上呈现图像帧期间感测触摸输入，其中，第二像素是基于图像帧中的内容来选择的。

28、在一些实施方式中，方法包括识别图像帧的、具有预定值的颜色或在预定范围内的颜色或者具有满足阈值的强度或亮度的部分。选择要作为第二像素操作的像素包括选择像素阵列的至少一些像素作为第二像素，该至少一些像素被定位成呈现图像帧的、被确定为具有预定值的颜色或在预定范围内的颜色或者具有满足阈值的强度或亮度的所识别的部分。

29、在一些实施方式中，方法包括识别图像帧的被确定为具有低于预定阈值的强度或亮度的部分。选择要作为第二像素操作的像素包括选择像素阵列中的被定位成显示图像帧的、被确定为具有低于预定阈值的强度或亮度的所识别的部分的至少一些像素作为第二像素。

30、在一些实施方式中，方法包括基于在显示面板上显示的内容的随时间推移的改变来随时间推移更改像素阵列中的哪些像素被用作感测触摸输入的第二像素。

31、在一些实施方式中，方法包括：选择一组像素以在显示面板上呈现第一图像帧期间包括在像素的群组中；以及选择不同的一组像素以在显示面板上呈现第二图像帧期间包括在像素的群组中。

32、在一些实施方式中，方法包括控制像素阵列中的第二像素以在照明状态下操作与在感测状态下操作之间重复地切换包括以第一频率发起第二像素在感测状态下的操作。方法包括响应于检测到对显示面板的触摸输入，控制第二像素中的至少一些以高于第一频率的第二频率发起第二像素在感测状态下的操作。

33、在一些实施方式中，控制像素阵列中的第二像素以在照明状态下操作与在感测状态下操作之间重复地切换包括以第一占空比在感测状态下操作第二像素。方法包括，响应于检测到对显示面板的触摸输入，控制第二像素中的至少一些以大于第一占空比的第二占空比在感测状态下在第二像素中操作。

34、在一些实施方式中，方法包括基于是否在显示面板处检测到触摸输入来更改像素阵列中的哪些像素被用于感测触摸输入。

35、在一些实施方式中，在显示面板的检测到触摸输入的区域中选择性地更改显示面板的触摸感测特性包括：基于检测到显示面板的特定区域中的触摸输入，致使特定区域中的触摸感测的改变，其包括以下各项中的一个或多个：改变特定区域中的哪些像素被用作用于感测特定区域中的触摸输入的第二像素；增加特定区域中的、被控制以作为用于感测触摸输入的第二像素操作的像素的数量或密度；增加发起使用特定区域中的第二像素进行感测的频率；或增加第二区域中的第二像素在感测状态下操作的占空比。

36、在一些实施方式中，方法包括基于触摸输入来选择性地更改显示面板的触摸感测特性，方法包括：在检测到显示面板的特定区域中的触摸输入并且基于检测到触摸输入来改变触摸感测特性之后，检测触摸输入的结束或检测触摸输入移出所述特定区域；以及响应于检测到触摸输入的结束或检测到触摸输入移出特定区域，致使特定区域中的触摸感测的改变，其包括以下各项中的一个或多个：改变特定区域中的哪些像素被用作用于感测特定区域中的触摸输入的第二像素；减小特定区域中的、被控制为作为用于感测特定区域中的触摸输入的第二像素操作的数目或密度；减小发起使用特定区域中的第二像素进行感测的频率；或减小第二区域中的第二像素在感测状态下操作的占空比。

37、在一些实施方式中，生成感测信号包括针对第二像素中的每个，基于在感测状态下操作的同时由第二像素感测的光的水平来确定触摸分数，其中，触摸分数指示在第二像素处发生触摸输入的可能性。

38、在一些实施方式中，方法包括：识别具有满足一个或多个准则的对应感测信号的第二像素的集群，该一个或多个准则指示超过指定阈值的触摸输入的可能性；评估由第二像素的集群限定的区域的大小或形状；以及基于对第二像素的集群的大小或形状的评估来将区域分类为对显示面板的触摸输入的区域。

39、在一些实施方式中，评估第二像素的集群的大小或形状包括以下各项中的至少一个：确定区域大于预定最小大小；确定区域小于预定最大大小；确定由集群限定的区域至少具有预定最小凸性(convexity)水平；或确定集群中的第二像素具有满足在至少预定最小时间量的持续时间上感测到输出的一个或多个准则的触摸分数。

40、在一些实施方式中，方法包括：确定显示面板的发生触摸输入的触摸区域；以及基于确定触摸区域，致使位于触摸区域中的一组第一像素在照明状态下操作与在感测状态下操作之间切换。

41、在一些实施方式中，控制第二像素在照明状态下操作与在感测状态下操作之间重复地切换包括：使用第二像素以第一频率和第一占空比执行感测；并且致使位于触摸区域中的一组第一像素在照明状态下操作与在感测状态下操作之间切换包括：使用位于触摸区域中的一组第一像素执行感测来以高于第一频率的第二频率和/或高于第一占空比的第二占空比执行感测。

42、在一些实施方式中，方法包括通过执行包括以下各项的操作来选择一组第一像素：针对在感测状态下操作的像素生成触摸分数，像素的触摸分数指示在像素的位置处的触摸的可能性；基于触摸分数，确定触摸区域的边界，其中，触摸区域的边界内的像素的触摸分数满足预定触摸分数阈值；执行有界圆回归以识别在触摸区域的边界内的圆形区；以及选择位于显示面板的圆形区内的像素以包括在一组第一像素中。

43、在一些实施方式中，一组第一像素与第二像素相比具有更大的空间密度。

44、在一些实施方式中，方法包括：基于由第二像素检测到的光来检测对显示面板的触摸输入的移动；基于检测到触摸输入的移动，确定触摸输入的预测运动方向；以及基于预测运动方向来选择像素的群组以在照明状态与感测状态之间切换。

45、在一些实施方式中，方法包括使用光流分析来确定触摸输入的预测运动方向。

46、在一些实施方式中，第二像素包括像素阵列的像素的百分之一或更少。

47、以上技术的实施方式包括方法、装置、系统和计算机程序产品。适合的计算机程序产品能够适当地体现在非暂时性机器可读介质中，该非暂时性机器可读介质存储可由一个或多个处理器执行以执行本文中讨论的方法和其他技术的动作的指令。

48、在附图和以下描述中阐述了本说明书的主题的一个或多个实施例的细节。根据说明书、附图和权利要求，主题的其他特征、方面和优点将变得明显。