用于感測(cè)觸摸和/或手勢(shì)的通道波導(dǎo)系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 優(yōu)先權(quán)要求
[0002] 本申請(qǐng)案主張2012年8月6日申請(qǐng)且標(biāo)題為"用于感測(cè)觸摸和/或手勢(shì)的通 道波導(dǎo)系統(tǒng)（CHANNEL WAVE⑶IDE SYSTEM FOR SENSING TOUCH AND/OR GESTURE)" 的第 13/567, 987號(hào)（代理人案號(hào)QUALP147/121047)美國(guó)專利申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)，所述申請(qǐng)案以引 用方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明大體上涉及交互式顯示器，且更具體來(lái)說(shuō)涉及具有通道波導(dǎo)的交互式顯示 器，所述交互式顯示器提供感測(cè)且定位用戶的觸摸和/或手勢(shì)的位置的用戶輸入/輸出接
【背景技術(shù)】
[0004] 機(jī)電系統(tǒng)（EMS)包含具有電和機(jī)械元件、致動(dòng)器、變換器、傳感器、光學(xué)組件（例如 鏡和光學(xué)膜層）和電子器件的裝置。EMS可以多種尺度制造，包含（但不限于）微米尺度和 納米尺度。舉例來(lái)說(shuō)，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)裝置可包含具有范圍從大約一微米到數(shù)百微米或 更大的大小的結(jié)構(gòu)。納米機(jī)電系統(tǒng)（NEMS)裝置可包含具有小于一微米的大?。ò?小于幾百納米的大?。┑慕Y(jié)構(gòu)?？墒褂贸练e、蝕刻、光刻和/或其它蝕刻掉襯底和/或已沉 積材料層的部分或者添加層以形成電裝置和機(jī)電裝置的微加工工藝來(lái)產(chǎn)生機(jī)電元件。
[0005] 一種類型的機(jī)電系統(tǒng)裝置稱為干涉式調(diào)制器（MOS)。如本文使用，術(shù)語(yǔ)MOD或 干涉式光調(diào)制器指代使用光學(xué)干涉的原理選擇性地吸收和/或反射光的裝置。在一些實(shí)施 方案中，頂OD可包含一對(duì)傳導(dǎo)板，其中一者或兩者可為透明的和/或完全或部分反射性的， 且能夠在施加適當(dāng)電信號(hào)時(shí)即刻相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在一實(shí)施方案中，一個(gè)板可包含沉積于沉底上 的靜止層且另一板可包含通過(guò)氣隙與靜止層分離的反射性薄膜。一個(gè)板相對(duì)于另一個(gè)板的 位置可改變?nèi)肷溆陧擮D上的光的光學(xué)干涉。頂OD裝置具有廣范圍的應(yīng)用，且預(yù)期用于改 善現(xiàn)有產(chǎn)品且產(chǎn)生新產(chǎn)品，尤其是具有顯示能力的產(chǎn)品，例如個(gè)人計(jì)算機(jī)和個(gè)人電子裝置 (PED)〇
[0006] 例如個(gè)人計(jì)算機(jī)和PED等電子裝置越來(lái)越多地提供借助于除了物理按鈕、鍵盤以 及指向和點(diǎn)擊裝置之外的方式來(lái)提供至少一些用戶輸入。舉例來(lái)說(shuō)，觸摸屏顯示器越來(lái)越 多地依賴于常見(jiàn)的用戶輸入功能。雖然許多觸摸屏技術(shù)是相對(duì)成熟的，但已知技術(shù)的電力 需求、成本、耐久性和可靠性對(duì)使用帶來(lái)障礙和/或破壞用戶滿意度。舉例來(lái)說(shuō)，例如電阻 式、電容式和投射電容式觸摸（PCT)屏幕等"電子觸摸"裝置通常采用堆疊在一起且通過(guò)薄 空間分離的氧化銦錫（ITO)的透明層。ITO層相對(duì)昂貴，趨于使屏幕清晰度降級(jí)，且可能具 有不良的耐久性。而且，由于ITO的電阻，PCT屏幕的電力消耗在顯示區(qū)域增加時(shí)按比例增 加。
[0007] "光學(xué)觸摸"屏幕避免了對(duì)ITO層的需要，且通常比電子觸摸裝置更透明，但已知的 光學(xué)觸摸系統(tǒng)不令人滿意地復(fù)雜，且需要必須謹(jǐn)慎對(duì)準(zhǔn)且消耗可觀電力量的許多組件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的系統(tǒng)、方法及裝置各自具有若干創(chuàng)新方面，其中沒(méi)有單個(gè)方面單獨(dú)負(fù)責(zé) 本文所揭示的合乎需要的屬性。
[0009] 本發(fā)明中描述的標(biāo)的物的一個(gè)創(chuàng)新方面包含與交互式顯示器協(xié)作以向設(shè)備的用 戶提供輸入/輸出（I/O)接口的設(shè)備或電子裝置。所述交互式顯示器具有包含觀看區(qū)域的 前表面。所述電子裝置可包含交互式顯示器或電或無(wú)線地耦合到交互式顯示器。所述設(shè) 備可包含處理器、通道波導(dǎo)、輸入到通道波導(dǎo)的第一電磁或聲學(xué)信號(hào)的源，和至少一個(gè)檢測(cè) 器。通道波導(dǎo)的至少一部分可安置在所述觀看區(qū)域內(nèi)，接近于且大體上平行于所述用戶接 口表面。處理器可經(jīng)配置以接收由所述至少一個(gè)檢測(cè)器輸出的第三信號(hào)且從所述第三信號(hào) 確定接近于通道波導(dǎo)的對(duì)象的位置。
[0010] 在一實(shí)施方案中，所述對(duì)象可包含手、手指、手持式對(duì)象及在用戶的控制下的其它 對(duì)象中的一或多者。
[0011] 在另一實(shí)施方案中，設(shè)備包含至少一個(gè)通道波導(dǎo)、輸入到通道波導(dǎo)的第一信號(hào)的 源，和至少一個(gè)檢測(cè)器。通道波導(dǎo)的至少一部分可安置在交互式顯示器的觀看區(qū)域內(nèi)，接近 于且大體上平行于所述交互式顯示器的用戶接口表面。檢測(cè)器可經(jīng)配置以從所述通道波導(dǎo) 接收對(duì)應(yīng)于所述第一信號(hào)的第二信號(hào)，且輸出指示接近于所述通道波導(dǎo)的對(duì)象的位置的第 二?目號(hào)。
[0012] 在一實(shí)施例中，所述至少一個(gè)通道波導(dǎo)可以蜿蜒或螺旋配置安置。所述至少一個(gè) 通道波導(dǎo)可包含形成波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)通道波導(dǎo)。
[0013] 在一實(shí)施方案中，每一通道波導(dǎo)可為大體上筆直且平行的。在另一個(gè)實(shí)施例中，至 少一個(gè)通道波導(dǎo)可為彎曲的，不平行于所述網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)其它通道波導(dǎo)，或既為彎曲 的又不平行于所述網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)其它通道波導(dǎo)。
[0014] 在一實(shí)施方案中，所述多個(gè)通道波導(dǎo)可以直線式柵格安置。
[0015] 在另一實(shí)施方案中，通道波導(dǎo)可包含至少一個(gè)光轉(zhuǎn)向裝置，所述光轉(zhuǎn)向裝置通過(guò) 反射從所述源接收的發(fā)射光而在具有正交于所述用戶接口表面的實(shí)質(zhì)性分量的方向中輸 出反射光。所述通道波導(dǎo)可經(jīng)配置以收集散射光，所述收集的散射光由所述反射光與對(duì)象 的交互產(chǎn)生。所述光轉(zhuǎn)向裝置可朝向所述至少一個(gè)檢測(cè)器重定向所述收集的散射光。每一 檢測(cè)器可經(jīng)配置以向所述處理器輸出表示所述經(jīng)重定向的收集的散射光的特性的信號(hào)。所 述信號(hào)可用于用戶手勢(shì)的實(shí)例的辨識(shí)。
[0016] 在一實(shí)施方案中，所述光轉(zhuǎn)向裝置可包含微結(jié)構(gòu)或光柵中的一或多者。
[0017] 在另一實(shí)施方案中，所述第一信號(hào)可僅包含由所述通道波導(dǎo)從所述對(duì)象接收的散 射光，所述散射光由所述對(duì)象與環(huán)境光和顯不器光中的一或多者的交互產(chǎn)生。
[0018] 在一實(shí)施方案中，所述設(shè)備可包含安置在平面光導(dǎo)的外圍外部的發(fā)光源，所述發(fā) 光源與對(duì)所述通道波導(dǎo)的輸入光學(xué)耦合。
[0019] 在一實(shí)施方案中，所述交互式顯示器可為柔性的。在另一實(shí)施方案中，所述交互式 顯示器可為非平面的。在另一實(shí)施方案中，所述交互式顯示器可既為非平面的又為柔性的。
[0020] 在一實(shí)施方案中，第一輸入信號(hào)的源可為電磁信號(hào)源或聲學(xué)信號(hào)源。
[0021] 在一實(shí)施方案中，所述設(shè)備可包含所述交互式顯示器，所述交互式顯示器包含所 述用戶接口表面，以及處理器，所述處理器經(jīng)配置以接收所述第三信號(hào)且從所述第三信號(hào) 確定接近于所述通道波導(dǎo)的對(duì)象的位置，其中所述處理器經(jīng)配置以響應(yīng)于所述位置確定而 控制所述交互式顯示器和與所述顯示器相關(guān)聯(lián)的電子裝置中的一或兩者。所述處理器可經(jīng) 配置以至少部分地基于所述信號(hào)的飛行時(shí)間確定所述對(duì)象的位置。所述處理器可經(jīng)配置以 處理圖像數(shù)據(jù)，且所述設(shè)備可進(jìn)一步包含經(jīng)配置以與所述處理器通信的存儲(chǔ)器裝置。驅(qū)動(dòng) 器電路可經(jīng)配置以將至少一個(gè)信號(hào)發(fā)送到交互式顯示器。控制器可經(jīng)配置以將圖像數(shù)據(jù)的 至少一部分發(fā)送到驅(qū)動(dòng)器電路。所述設(shè)備可進(jìn)一步包含經(jīng)配置以將所述圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到所 述處理器的圖像源模塊。所述圖像源模塊可包含接收器、收發(fā)器及發(fā)射器中的一或多者。所 述設(shè)備可進(jìn)一步包含經(jīng)配置以接收輸入數(shù)據(jù)且將所述輸入數(shù)據(jù)傳送到所述處理器的輸入 裝置。
[0022] 在附圖及下文描述中闡述本說(shuō)明書中描述的標(biāo)的物的一或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。 雖然此
【發(fā)明內(nèi)容】
中提供實(shí)例主要是關(guān)于基于MEMS的顯示器進(jìn)行描述，但本文中提供的概 念適用于其它類型的顯示器，例如有機(jī)發(fā)光二極管（"OLED"）顯示器及場(chǎng)發(fā)射顯示器。其 它特征、方面及優(yōu)點(diǎn)將從所述描述、圖式及權(quán)利要求書而變得顯而易見(jiàn)。應(yīng)注意，以下各圖 的相對(duì)尺寸可能未按比例繪制。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1展示描繪干涉式調(diào)制器（MOD)顯示裝置的一系列像素中的兩個(gè)鄰近像素的 等距視圖的實(shí)例。
[0024] 圖2展示說(shuō)明并入有3x3M0D顯示器的電子裝置的系統(tǒng)框圖的實(shí)例。
[0025] 圖3展示說(shuō)明用于圖1的IMOD的可移動(dòng)反射層位置對(duì)施加電壓的圖的實(shí)例。
[0026] 圖4展示說(shuō)明施加各種共同及片段電壓時(shí)的IMOD的各種狀態(tài)的表的實(shí)例。
[0027] 圖5A展示說(shuō)明圖2的3x3M0D顯示器中的顯示數(shù)據(jù)幀的圖的實(shí)例。
[0028] 圖5B展示用于可用以寫入圖5A中所說(shuō)明的顯示數(shù)據(jù)的幀的共同及片段信號(hào)的時(shí) 序圖的實(shí)例。
[0029] 圖6A展示圖1的頂OD顯示器的部分橫截面的實(shí)例。
[0030] 圖6B到6E展示MOD的變化實(shí)施方案的橫截面的實(shí)例。
[0031] 圖7展示說(shuō)明用于MOD的制造工藝的流程圖的實(shí)例。
[0032] 圖8A到8E展示制作MOD的方法中的各個(gè)階段的橫截面示意性說(shuō)明的實(shí)例。
[0033] 圖9A展示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的具有交互式顯示器的電子裝置的框圖的實(shí)例。
[0034] 圖9B到91展示經(jīng)配置以輸出表示接近于波導(dǎo)的對(duì)象的位置的信號(hào)的布置的實(shí) 例，所述布置包含通道波導(dǎo)、輸入信號(hào)源和檢測(cè)器。
[0035] 圖IOA到IOB展示被配置成用于手勢(shì)辨識(shí)的通道波導(dǎo)的實(shí)例。
[0036] 圖IlA到IlC展示根據(jù)一些實(shí)施方案的光轉(zhuǎn)向微結(jié)構(gòu)的實(shí)例。
[0037] 圖12A到12B展示在通道波導(dǎo)與用戶之間具有至少一個(gè)介入層的實(shí)施方案的實(shí) 例。
[0038] 圖13A和13B展示具有安置在通道波導(dǎo)與用戶之間的平面光導(dǎo)的實(shí)施方案的實(shí) 例。
[0039] 圖14A到14D展示具有安置在第一通道波導(dǎo)與用戶之間的第二通道波導(dǎo)的實(shí)施方 案的實(shí)例。
[0040] 圖15展示說(shuō)明用于控制交互式顯示器和/或相關(guān)聯(lián)電子裝置的方法的流程圖的 實(shí)例。
[0041] 圖16A及16B展示說(shuō)明包含多個(gè)頂OD的顯示裝置的系統(tǒng)框圖的實(shí)例。
[0042] 各個(gè)圖式中的相似參考數(shù)字及名稱指示相似元件。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 以下描述是針對(duì)某些實(shí)施方案以用于描述本發(fā)明的創(chuàng)新方面的目的。然而，所屬 領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到，本文的教示可以大量不同方式應(yīng)用。所描述的實(shí)施方案可 在可經(jīng)配置以顯示圖像的任一裝置或系統(tǒng)中實(shí)施，無(wú)論所述圖像是運(yùn)動(dòng)（例如，視頻）還是 靜止（例如，靜態(tài)圖像）且無(wú)論所述圖像是紋理、圖形還是圖片的。更特定來(lái)說(shuō)，預(yù)期所描述 的實(shí)施方案可包含于或與多種電子裝置相關(guān)聯(lián)，例如（但不限于）：移動(dòng)電話、具有多媒體 因特網(wǎng)功能的蜂窩式電話、移動(dòng)電視接收器、無(wú)線裝置、智能電話、BI UCt〇〇t_裝置、個(gè)人數(shù) 據(jù)助理（PDA)、無(wú)線電子郵件接收器、手持式或便攜式計(jì)算機(jī)、上網(wǎng)本、筆記本、智能本、平板 式計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描儀、傳真裝置、GPS接收器/導(dǎo)航器、相機(jī)、MP3播放器、攝錄 機(jī)、游戲控制臺(tái)、腕表、時(shí)鐘、計(jì)算器、電視監(jiān)視器、平板顯示器、電子閱讀裝置（即，電子閱 讀器）、計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、汽車顯示器（包含里程表和速度表顯示器等等）、座艙控制件和/或 顯示器、相機(jī)視圖顯示器（例如交通工具中的后視相機(jī)的顯示器）、電子相框、電子公告牌 或標(biāo)志、投影儀、建筑結(jié)構(gòu)、微波爐、電冰箱、立體聲系統(tǒng)、盒帶記錄器或播放器、DVD播放器、 CD播放器、VCR、收音機(jī)、便攜式存儲(chǔ)器芯片、洗衣機(jī)、干衣機(jī)、洗衣機(jī)/干衣機(jī)、停車表、封裝 (例如在機(jī)電系統(tǒng)（EMS)、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)和非MEMS應(yīng)用中）、美學(xué)結(jié)構(gòu)（例如，一件珠 寶的圖像的顯示）以及多種EMS裝置。本文的教示還可用于非顯示器應(yīng)用，例如（但不限 于）電子切換裝置、射頻濾波器、傳感器、加速度計(jì)、陀螺儀、運(yùn)動(dòng)感測(cè)裝置、磁力計(jì)、用于消 費(fèi)型電子器件的慣性組件、消費(fèi)型電子器件產(chǎn)品的部分、變抗器、液晶裝置、電泳裝置、驅(qū)動(dòng) 方案、制造工藝以及電子測(cè)試設(shè)備。因此，教示既定不限于圖式中單獨(dú)描繪的實(shí)施方案，而 是具有廣泛適用性，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易了解。
[0044] 本文描述用于在交互式顯示器上提供用于電子裝置的用戶輸入/輸出（I/O)接口 的新技術(shù)。交互式顯示器可經(jīng)配置以響應(yīng)于用戶接近于交互式顯示器的觀看區(qū)域和/或用 戶接口表面做出的觸摸或手勢(shì)而實(shí)行所述I/O接口。在一些實(shí)施方案中，交互式顯示器可 為"觸摸屏"顯示器。然而當(dāng)前揭示的設(shè)備可經(jīng)配置以檢測(cè)距用戶接口表面有限距離安置 的對(duì)象的存在，使得可感測(cè)對(duì)象的位置而無(wú)需對(duì)用戶接口表面的實(shí)際物理"觸摸"。而且，如 本文使用的"觸摸"可包含對(duì)象與用戶接口表面的短持續(xù)時(shí)間和/或高頻率"輕擊狀"交互。 如本文使用的"手勢(shì)"廣義地指代用戶的手、數(shù)字或手持式對(duì)象或其它對(duì)象在用戶的控制下 的總運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)可接近于電子裝置但不一定與電子裝置直接物理接觸而做出。在一些實(shí)施 方案中，電子裝置以確定性方式感測(cè)且反應(yīng)于用戶的觸摸和/或手勢(shì)。
[0045] 交互式顯示器有利地可包含安置于觀看區(qū)域內(nèi)的一或多個(gè)通道波導(dǎo)，其接近于且 大體上平行于用戶接口表面。傳播通過(guò)通道波導(dǎo)的信號(hào)可經(jīng)分析以確定接近于通道波導(dǎo)的 對(duì)象的位置。
[0046] 本發(fā)明中描述的標(biāo)的物的特定實(shí)施方案可經(jīng)實(shí)施以實(shí)現(xiàn)以下潛在優(yōu)點(diǎn)中的一或 多者。由于通道波導(dǎo)的小直徑和透明度，可維持優(yōu)良的顯示質(zhì)量。電力消耗可減少，因?yàn)樾?號(hào)以非常小的損失傳播通過(guò)波導(dǎo)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境光和/或其它電磁輻射產(chǎn)生的噪聲的優(yōu)良 免疫性，因?yàn)橥ǖ啦▽?dǎo)可在漸逝狀態(tài)中傳播光，且大體上防止環(huán)境噪聲傳播進(jìn)入通道波導(dǎo)。 可為玻璃或塑料的通道波導(dǎo)可通過(guò)例如微加工、壓紋或?qū)訅汗に嚱?jīng)濟(jì)地制造于塑料或玻璃 顯示器襯底上。因?yàn)轱@示器襯底和制造于其上的波導(dǎo)可為柔性的和/或非平面的，所以對(duì) 廣泛多種裝置和系統(tǒng)的應(yīng)用是可能的。
[0047] 雖然本文描述的大部分涉及MOD顯示器，但許多此些實(shí)施方案可有利地用于其 它類型的反射式顯示器中，包含（但不限于）電泳墨水顯示器和基于電濕式技術(shù)的顯示器。 而且，雖然本文描述的MOD顯示器大體上包含紅、藍(lán)和綠像素，但本文描述的許多實(shí)施方 案可用于具有其它像素顏色的反射式顯示器中，例如具有紫色、黃橙色和黃綠色像素。而 且，本文描述的許多實(shí)施方案可用于具有較多像素顏色的反射式顯示器中，例如具有對(duì)應(yīng) 于4、5或更多顏色的像素。一些此類實(shí)施方案可包含對(duì)應(yīng)于紅、藍(lán)、綠和黃的像素。替代實(shí) 施方案可包含對(duì)應(yīng)于至少紅、藍(lán)、綠、黃和青的像素。
[0048] 所描述實(shí)施方案可應(yīng)用的合適裝置的實(shí)例是反射式基于EMS或MEMS的顯示裝置。 反射式顯示裝置可并入頂OD以使用光學(xué)干涉的原理選擇性吸收和/或反射入射于其上的 光。IMOD可包含吸收器、可相對(duì)于吸收器移動(dòng)的反射器，以及界定于吸收器與反射器之間的 光學(xué)諧振腔。反射器可移動(dòng)到兩個(gè)或兩個(gè)以上不同位置，所述位置可改變光學(xué)諧振腔的大 小且進(jìn)而影響MOD的反射。頂OD的反射譜可產(chǎn)生相當(dāng)寬的譜帶，所述譜帶可在可見(jiàn)波長(zhǎng)上 移位以產(chǎn)生不同顏色。譜帶的位置可