CN110869838A - 具有集成的光学操作接近传感器***的显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有集成的光学操作的接近传感器***(30)的显示装置，用于检测存在于显示装置前面的观察空间内的对象，例如人的手或人手的手指。显示装置具有显示单元(22)，其具有带信息显示表面(20)前侧，与显示表面邻接但不用于信息显示的边缘区域(18)，以及后侧。显示装置还具有接近传感器***(30)，具有至少一个发射器(32)，用于向观察空间发射传感器辐射，并具有至少一个接收器(34)，用于接收从观察空间反射的传感器辐射。接近传感器***(30)设置在前侧的边缘区域(18)中或者至少一个发射器(32)设置在显示单元(22)的后侧或者面对显示单元(22)的后侧或者在显示单元(22)中，并且至少一个接收器(34)设置在邻接显示表面(20)的边缘区域(18)中的显示单元(22)的前侧。

Description

具有集成的光学操作接近传感器***的显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示装置，该显示装置具有集成的光学操作的接近传感器***(proximity sensor system)，用于检测在显示装置前方的观察空间内存在的物体，例如人的手或手的手指。

背景技术

车辆中的显示***可以配备有检测驾驶员接近的传感器***。这种所谓的接近传感器在很大程度上基于用户不可见的IR光而光学地操作。从实践中已知，这些传感器分别安装在显示***的下方或侧面。由于高度有限的安装空间和越来越大的显示器，近来传感器已被放置在显示***的防护玻璃(cover glass)下方。但是，它们仍然需要安装空间，这会对显示***的外观产生负面影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有集成式接近传感器***的显示装置，其中该显示装置的特征在于紧凑设计。

在以下内容中描述了显示装置，该显示装置包括容纳在壳体中的显示器以及也容纳在壳体中的光学接近传感器***：

-DE 10 2016 100 363 A1；

-GB 2486 000 A；

-斯文·克拉茨；迈克尔·罗斯：悬停流(Hoverflow)：探索与IR距离传感器的设备周围交互，第11届国际人机与移动设备和服务交互会议，MobileHCI'09，德国波恩，2009年9月15日至18日.会议论文集，ISBN 978-1-60558-281-8.纽约：ACM，2009年.第42条；

-斯文·克拉茨：基于传感器的用户界面概念，用于在移动设备上进行连续的，设备周围和手势交互.论文，慕尼黑路德维希-马克西米利安斯大学数学，信息学和统计学系。慕尼黑：LMU，2012；

以及

-京赛·欧；黄世熙；游承彬等人：移动设备的手势传感器—***，公司地址，三星电子有限公司.京畿道水原市，韩国：三星，2013年。

根据本发明，该目的通过提出一种具有集成的光学操作的接近传感器***的显示装置来实现，用于检测存在于显示装置前面的观察空间中的物体，例如人的手或人手的手指，其中显示装置配备有

-显示单元，其包括具有信息显示表面的前侧，邻接显示表面且不用于信息显示的边缘区域，以及后侧，以及

-接近传感器***，具有至少一个用于向观察空间发射传感辐射的发射器，以及至少一个用于接收从观察空间反射的传感器辐射的接收器，

-其中

-接近传感器***或至少一个接收器和至少一个发射器设置在显示单元的前侧的边缘区域中，

或者

-至少一个发射器设置在显示单元的下方，例如，在显示单元的侧下方，在显示单元的后侧，或面对显示单元的后侧，或在显示单元中，并且至少一个接收器设置在显示单元的前侧上的显示表面相邻的边缘区域中，

或者

-至少一个接收器设置在显示单元下方，例如，在显示单元的侧下方，在显示单元的后侧，或面对显示单元的后侧或在显示单元中，并且至少一个发射器设置在与显示单元的前侧上的显示表面邻接的边缘区域中。

在本文提出的本发明中，接近传感器或至少它们的光学部件被集成到显示单元本身中，即集成到显示器中。因此，在显示器外部不需要额外的安装空间，从而可以实现纤薄且几乎无框架的设计。

根据本发明的建议包括，将整个接近传感器***或接近传感器***的一部分，即传感器辐射接收器，集成在显示单元的前侧的边缘区域中或后面，其中，前侧由信息显示单元和相邻的边缘区域确定。用于传感器辐射的发射器可以设置在显示表面下方，例如在显示单元的后侧，在背光单元中或在显示表面之后。但是，也可以将发送器也设置在前面提到的边缘区域中。

在任何情况下，根据本发明，要么将整个接近传感器***设置成更靠近显示单元的前侧的显示表面，要么以这种方式设置至少一部分接近传感器***。

显示单元通常被容纳在壳体中并且被壳体的前壁围绕或合并到壳体的侧壁中的壳体框架围绕。通常，接近传感器***被容纳在壳体框架中或在壳体的前壁的邻近显示器的区域中，即被设置在实际显示器的外部。本发明与该概念的不同之处在于，接近传感器***至少部分地集成到显示器中。如果根据本发明的显示器没有被壳体包围，则接近传感器***将全部或至少部分仍然是显示器的一部分，并且就此而言将被集成到显示器中，即集成到包括图像和符号产生光学元件的显示器的显示面板上的边缘区域中或下方。对于本发明而言，决定性的是，整个接近传感器***或其至少一部分是显示器的一部分，并且在显示器的周围区域中没有实现为单独的元件。

在本发明的另一有利的扩展方案中规定，显示单元包括具有显示表面和边缘区域的显示面板。传统上，显示面板被配置为所谓的TFT面板，其限定由像素确定的显示表面或由像素占据的表面。TFT面板还包括在显示表面之外侧向突出的突起部，其中用于像素或整个显示单元的驱动器电子装置设置在该突起部中。然后，通常通过柔性电路板将驱动器电子设备电气连接。根据本发明，接近传感器***或其至少一部分现在可以设置在所述柔性电路板上，但是也可以直接设置在显示面板上。在两种情况下都适用：接近传感器***或其部分集成在未用于信息显示的显示器的显示表面周围的边缘区域上和/或其中。

根据本发明，TFT面板的突起部区域现在可用于在其中容纳接近传感器***或接近传感器***的至少一部分，即根据本发明的接收器。

为此，例如规定

-显示单元包括显示面板和设置在显示面板上方并限定显示表面的滤色器层，

-显示面板从至少一个边缘部分突出超过滤色器层，并且该突起部形成侧向邻接显示表面的边缘区域，以及

-至少一个接收器设置在显示面板的突起部之内和/或之上和/或之下，

或者

-接近传感器***的至少一个发射器和至少一个接收器设置在显示面板的突起部之内和/或之上和/或之下。

在本发明的另一有利的实施方式中，可以设置背光单元以使显示单元背光，其中至少一个发射器设置在背光单元之内和/或之上和/或之下。

传感器辐射优选为IR区域中的不可见光，即IR辐射。

如果显示单元为LCD显示单元，则很方便。

在本发明的另一有利的实施形式中可以规定，至少一个发射器具有光学***，该光学***用于将其对辐射敏感的区域朝着显示表面前面的观察空间对准。光学***可以为光偏转箔、菲涅耳透镜等。

除了用于检测设置在显示单元前面的物体，特别是用于检测设置在显示单元前面的物体的距离的接近传感器***之外，根据本发明的显示装置可以配备有非光学操作的触摸传感器***，例如基于电容或电阻或超声的操作触摸传感器***。

非光学操作的触摸传感器***尤其被配置为触摸面板，位于显示单元的前侧和/或滤色器层上和/或防护玻璃后面，防护玻璃位于显示单元的前面和/或滤色器层的前面。

最后，在本发明的另一实施例中，还可能的是，在将至少一个发射器和至少一个接收器设置在前侧的边缘区域中时，两者彼此密封，以防止串话干扰。

在前述中，接近传感器***的特征在于包括至少一个发射器和至少一个接收器。根据本发明的一个变体，接近传感器***包括一个接收器矩阵，例如图像传感器，作为接收器，被设置在前侧的边缘区域并提供2D图像捕获。特别地，还可以提供接收器用于观察空间的3D捕获的接收器。这样的接近传感器***(具有传感器辐射)有时也被解释为TOF传感器(飞行时间)，并且可以被配置为单独的接收器和接收器矩阵。

附图说明

在下文中，参考附图更详细地解释本发明的两个示例性实施例。各附图显示：

图1为显示单元的TFT面板上的平面图，如从现有技术中已知的，该显示单元包括设置在显示单元的边缘上和显示单元外部的接近传感器***，

图2为沿图1的II-II线的剖视图，

图3为根据本发明的显示装置的平面图，其中接近传感器***完全容纳在由显示单元的TFT面板限定的边缘区域中，

图4为沿图3的IV-IV线的剖视图，以及

图5以截面图示出了根据本发明的替代显示单元。

附图标记

10 壳体

12 TFT面板

14 显示表面

16 偏振器

18 边缘区域

20 显示表面

22 显示单元

24 突起部

26 驱动电路

28 驱动器

29 挠性导体

30 接近传感器***

32 发射器

34 接收器

36 电路板

38 背光单元

40 滤色器

具体实施方式

图1和图2示出了具有接近传感器***的显示装置的当前属于现有技术的解决方案，该接近传感器***用于检测物体到显示装置的显示单元的接近度。显示装置在空间上受到外壳10的限制，并且包括TFT面板12，在其显示表面14上设置有在其下方具有色板的偏振器16。TFT面板12的边缘区域18是空白的，即，它不包括像素，因此不属于显示单元22的显示表面20。

在可以说是由TFT面板12的突起部24限定的边缘区域18中，例如设置有用于显示单元22的操作的驱动电路26。TFT面板12与柔性电路板(由29指示)电接触。

参照图1和图2，具有至少一个发射器32和至少一个接收器34的接近传感器***30被设置在显示装置的壳体10旁边。所述接近传感器***30设置在附加电路板36上。

用于容纳接近传感器***30的额外的安装空间有时会导致问题，根据现有技术，该额外的安装空间作为与显示单元22分离的单元而被放置在与设置有显示单元22的设备壳体内的显示器22相邻的位置。因此，根据本发明建议在TFT面板12的突起部24中容纳接近传感器***30的至少一部分，即例如接收器34；在由突起部24提供的TFT面板12的所述边缘区域18中，驱动器28设置在接收器34之间。

在本发明的变型中，除了接收器34之外，在由突起部24提供的TFT面板12的边缘区域18中还容纳至少一个发射器32，其中驱动器28以及在接收器34和发射器32之间设置在边缘区域18。

参照图3和图4。图4示出了例如将发射器32设置在显示单元22的背光单元38中。在图4中还可以看出，在TFT面板12上设置滤色器层(彩板)或滤色器40。背光单元38以及具有滤色器40的TFT面板12和偏振器16是现有技术的显示装置的元件。

如果接近传感器***基于传感器辐射的TOF测量，则发射器32以及接收器34被设置在TFT面板12的突起部24上。但是，发射器32也可以是背光单元38的一部分。

图5示出了本发明的另一示例性实施例，作为根据图3至4的实施例的替代。在该示例性实施例中，整个接近传感器***30或其一部分设置在柔性电路板36上，柔性电路板36的接触场就其本身而言通过导电粘合剂电连接至TFT面板12。

现在，可以将接近传感器***30的多个发射器32或接收器34放置在沿着显示器边缘设置的电路板36上。(在示例性实施例中，将接收器34放置在柔性电路板36上，而将发送器32设置在显示器下方。)在这方面，接近传感器***30或接近传感器***30的部件与柔性电路板36之间的电连接还应被构造为接近传感器***的设置或其部分设置在显示单元22的前侧的边缘区域中。

作为上述显示装置的替代，还可以提供将接近传感器***的发射器设置在背光中，即显示器的背光单元中，以便然后设置显示单元边缘区域中的接近传感器***的接收器。由于节省空间的原因或由于空间有限，这可能是有利的。

本发明构思的优点如下：

-接近传感器***没有额外的安装空间，因为后者是显示单元的一部分，

-显示单元和显示装置的纤薄设计，可通过纤薄的显示框架实现，

-如果发射器是照明单元的一部分，以确保与显示单元或显示表面近似，则不需要额外的光导体。

接近传感器***或其至少一部分的集成在TFT面板的突起部区域上，使得可以使用已知且过程可靠的电子接触，并可以通过现有的挠性导体实现电连接。因此，接收器(传感器)未设置在滤色器下方并且也未设置在偏振器下方，由此辐射没有被衰减。因此，接收器接收到的辐射更强，并且无需其他措施即可提高灵敏度和信号强度。

带有由发射器和接收器组成的传感器的组件可以用于接近传感器***。如上所述，这种特殊的复杂传感器也可以安装和接触。因此，可以使用例如测量传播时间的传感器(飞行时间原理)或阵列传感器(即图像传感器)，可选地具有箔片形式的微透镜、菲涅耳透镜等。

上面已经通过示例描述了本发明，在示例中，接近传感器***或者整体上，即，发射器和接收器(可选地具有控制)，设置在显示器的边缘区域中，或者其中至少一个或全部接收器被设置在显示器的边缘区域中，或者其中一个或所有发送器被设置在显示器下方(或显示器的显示表面下方，因此在显示器中，但不在其边缘区域中)。可以根据本发明提供最后描述的构造，但是也可以在互换发射器和接收器时将其中一个或所有发射器设置在显示器的边缘区域中，并且将其中一个或所有接收器设置在显示器下方或显示单元的显示表面下方(可选，在替换的显示表面下方，但不在其边缘区域内)。

Claims (13)

1.一种具有集成的光学操作的接近传感器***的显示装置，用于检测存在于显示装置前面的观察空间内的对象，例如人的手或人手的手指，具有

-显示单元(22)，包括具有信息显示表面(20)的前侧，与显示表面(20)邻接但不用于信息显示的边缘区域(18)，以及后侧，以及

-接近传感器***(30)，具有至少一个发射器(32)，用于向观察空间发射传感器辐射，并具有至少一个接收器(34)，用于接收从观察空间反射的传感器辐射，

-其中

-接近传感器***(30)或至少一个所述的接收器(34)和至少一个所述的发射器(32)设置在显示单元(22)的前侧的边缘区域(18)中，

或者

-至少一个发射器(32)设置在显示单元(22)下方，例如设置在显示单元(22)的侧下方，显示单元(22)的后侧，或面对显示单元(22)的后侧，或在显示单元(22)中，并且至少一个接收器(34)设置在显示单元(22)的前侧的与显示表面(20)邻接的边缘区域(18)中，

或者

-至少一个接收器(34)设置在显示单元(22)下方，例如在显示单元(22)的侧下方，在显示单元(22)的后侧，或面对显示单元(22)的后侧，或在显示单元(22)中，并且至少一个发射器(32)设置在显示单元(22)的前侧的与显示表面(20)相邻的边缘区域(18)中。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述的显示单元(22)包括具有显示表面(14)和边缘区域(18)的显示面板(12)，所述的显示面板(12)包括多个信息显示光学显示元件，尤其是像素，并且所述的接近传感器***(30)或至少其至少一个发射器和/或其至少一个接收器设置在所述的显示面板(12)的边缘区域(18)中。

3.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，

-所述的显示单元(22)包括显示面板(12)和设置在所述的显示面板(12)上方的滤色器层(40)，其中所述的滤色器层限定所述的显示表面(20)，

-显示面板(12)从至少一个边缘部分突出超过所述的滤色器层(40)，并且所述的突起部形成侧向邻接所述的显示表面(14)的边缘区域(18)，以及

-其中

-所述的至少一个接收器(34)设置在所述的显示面板(12)的突起部之内和/或之上和/或之下，

或者

-所述的接近传感器***(30)的至少一个发射器(32)和至少一个接收器(34)设置在所述的显示面板(12)的突起部之内和/或之上和/或之下。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述的显示面板(12)为TFT面板。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的显示装置，其特征在于，背光单元(38)用于使所述的显示单元(22)背光，其中，所述的至少一个发射器(32)设置在所述的背光单元(38)之中或侧向之中和/或之上和/或之下。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述的传感器辐射为IR辐射。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述的显示单元(22)为LCB矩阵显示部。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述的至少一个发射器(32)和/或所述的至少一个接收器(34)配备有光学***，用于使辐射朝向所述的显示表面(14)前面的观察空间对准。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的显示装置，其特征在于，非光学操作的触摸传感器***，例如基于电容或电阻或超声的操作触摸传感器***。

10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述的触摸传感器***包括触摸面板，所述的触摸面板位于所述的显示单元(22)的前侧和/或在所述的滤色器层(40)上和/或防护玻璃的后方，防护玻璃设置在所述的显示单元(22)的前面和/或所述的滤色器层(40)的前面。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的显示装置，其特征在于，在将所述的至少一个发射器(32)和所述的至少一个接收器(34)设置在所述的显示单元(22)的前侧的边缘区域(18)中时，两者彼此密封，以防止串话干扰。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述的接近传感器***(30)包括接收器矩阵(例如图像传感器)，可选地具有光学***，作为设置在前侧的边缘区域(18)的接收器，用于图像捕获，尤其是用于观察空间的3D捕获。

13.根据权利要求12所述的显示装置，其特征在于，所述的接近传感器***(30)不包括发射器(32)，或者所述的接近传感器***(30)包括当用于观察空间的2D或3D捕捉的环境光不足时可以被激活的发射器(32)。

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