CN107451517B - 包括传感器屏幕的显示装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

包括传感器屏幕的显示装置及其驱动方法。公开了一种显示装置及其驱动方法。该显示装置包括：显示面板，其包括彼此相邻的第一显示区域和第二显示区域以及设置在第一显示区域中的第一触摸传感器；传感器屏幕，其被设置在所述显示面板上并且在与所述显示面板的第二显示区域对应的位置处包括指纹传感器和第二触摸传感器；显示触摸集成电路IC，其被配置为驱动第一显示区域和第二显示区域的像素以及第一触摸传感器；以及指纹触摸IC，其被配置为在一帧周期中的第一触摸传感器未被驱动的部分中驱动指纹传感器。

Description

包括传感器屏幕的显示装置及其驱动方法
技术领域
本公开涉及包括传感器屏幕的显示装置，更具体地讲，涉及一种包括具有触摸识别功能和指纹识别功能的传感器屏幕的显示装置以及驱动该显示装置的方法。
背景技术
随着计算机技术的发展，已开发出可被应用于诸如笔记本计算机、平板个人计算机(PC)、智能电话、个人数字助理(PDA)、自动柜员机(ATM)和信息系统的各种功用的基于计算机的系统。通常，基于计算机的系统存储包括私人信息(例如，秘密商业信息以及与私人事务有关的个人信息)的各种数据。因此，通常需要强安全机制来保护这些信息。
为此，已开发出指纹传感器以通过利用人的指纹执行系统的注册或认证来加强安全性。指纹传感器是能够感测人的指纹的传感器。指纹传感器可被分成光学指纹传感器和电容指纹传感器。由于光学指纹传感器必须利用光源执行扫描操作，所以这一领域中的问题涉及由于使用光源而限制了尺寸的减小并且由于使用昂贵的光源而使产品成本上升。
电容指纹传感器利用与其接触的指纹的脊和谷之间充入的电荷差。2013年11月21日公布的名为“Capacitive Sensor Packaging”的美国专利公布No.2013/0307818描述了现有技术的电容指纹传感器。
所公布的电容指纹传感器被配置成与特定按钮联接的组件形式。电容指纹传感器包括硅晶圆，其上印刷有用于测量指纹(脊和谷)与电容板之间的电容的电路。通常，由于指纹的脊和谷具有约300μm至500μm的非常微小的尺寸，美国专利公布No.2013/0307818中所描述的电容指纹传感器可能需要高分辨率传感器阵列和集成电路(IC)以用于指纹识别处理。为此，电容指纹传感器使用硅晶圆以用于将IC与传感器阵列集成。然而，当IC和高分辨率传感器阵列利用硅晶圆来集成时，小型封装指纹传感器必须被嵌入按钮(例如，智能电话的主屏键)中或者单独地附接至按钮的后表面，因为硅晶圆是不透明的并且对尺寸的增加有限制。因此，需要用于将指纹传感器与按钮联接的组件配置，从而导致尺寸增加(由于非显示区域和厚度)和产品成本的上升。
为了解决上述问题，已开发出一种技术来使用触摸传感器屏幕作为指纹识别区域。该技术在2013年10月22日公开的名为“Capacitive touch sensor for identifying afingerprint”的美国专利No.8,564,314以及2014年8月18日公开的名为“Fingerprintrecognition integrated type capacitive touch screen”的韩国专利No.10-1432988中描述。
图1是示意性地示出美国专利No.8,564,314中所示的电容感测面板的驱动电极和感测电极的布置方式的平面图。图2是示出韩国专利No.10-1432988中所示的指纹识别集成型电容触摸屏的配置的平面图。
参照图1，用于识别指纹的电容触摸传感器包括：触摸传感器403，其包括触摸驱动电极401(x)和触摸感测电极401(y)；以及指纹传感器405，其包括指纹驱动电极405(x)和指纹感测电极405(y)。在用于识别指纹的电容触摸传感器中，由于指纹传感器405被单独地设置在屏幕区域的一部分中，所以造成的问题可包括指纹传感器405的非触摸或者指纹传感器405周围的触摸性能的降低。
参照图2，指纹识别集成型电容触摸屏包括触摸面板110、电极连接线120和触摸控制器130。触摸面板110包括通过彼此交叉的第一通道电极111(Tx和Rx中的一个)和第二通道电极112(Tx和Rx中的另一个)的组合形成的精细通道113。精细通道113被配置为使得除了指纹传感器114的区域之外的剩余区域的精细通道113a形成多个组，各个组充当用于感测触摸信号的触摸组通道115，与指纹传感器114的区域对应的精细通道113各自充当指纹识别通道116。然而，由于充当触摸组通道115的精细通道113，此指纹识别集成型电容触摸屏可极大地增加互电容。互电容的增加可导致指纹传感器114的灵敏度的降低。
指纹传感器的灵敏度受外部噪声以及互电容的影响。外部噪声包括当触摸传感器被驱动时生成的触摸噪声以及当显示面板的像素被驱动时生成的显示噪声。外部噪声的增加可使指纹传感器的灵敏度降低。
发明内容
本公开提供了一种包括能够增加指纹传感器的灵敏度的传感器屏幕的显示装置及其驱动方法。
在一个方面中，提供了一种显示装置，该显示装置包括：显示面板，其包括彼此相邻的第一显示区域和第二显示区域，所述显示面板包括设置在第一显示区域中的第一触摸传感器；传感器屏幕，其被设置在所述显示面板上，所述传感器屏幕在与所述显示面板的第二显示区域对应的位置处包括指纹传感器和第二触摸传感器；显示触摸集成电路(IC)，其被配置为驱动第一显示区域和第二显示区域的像素以及第一触摸传感器；以及指纹触摸IC，其被配置为在一帧周期中的第一触摸传感器未被驱动的部分中驱动指纹传感器。
在另一方面，提供了一种驱动显示装置的方法，该显示装置包括显示面板和传感器屏幕，所述显示面板包括彼此相邻的第一显示区域和第二显示区域以及设置在第一显示区域中的第一触摸传感器，所述传感器屏幕被设置在所述显示面板上并且在与所述显示面板的第二显示区域对应的位置处包括指纹传感器和第二触摸传感器，该方法包括以下步骤：驱动第一显示区域和第二显示区域的像素以将输入图像数据写入所述显示面板；驱动第一触摸传感器以从第一触摸传感器获得第一触摸感测值；以及在一帧周期中的第一触摸传感器未被驱动的部分中驱动指纹传感器以获得指纹感测值。
附图说明
附图被包括以提供对本发明的进一步理解，并且被并入本说明书中且构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施方式并且与说明书一起用于说明本发明的原理。在附图中：
图1是示意性地示出现有技术的电容感测面板的驱动电极和感测电极的布置方式的平面图；
图2是示出现有技术的指纹识别集成型电容触摸屏的配置的平面图；
图3是根据示例实施方式的包括传感器屏幕的显示装置的框图；
图4是根据示例实施方式的包括传感器屏幕的显示装置的平面图；
图5是沿着图4的线I-I’截取的横截面图；
图6是图5所示的第一触摸传感器的平面图；
图7是示出图5所示的像素和第一触摸传感器的时分驱动的波形图；
图8示出图5所示的显示触摸集成电路(IC)的内部配置；
图9是示出图5所示的第二触摸传感器和指纹传感器的第一示例的平面图；
图10是示出图5所示的第二触摸传感器和指纹传感器的第二示例的平面图；
图11是示出图10所示的指纹触摸IC的部分配置的框图；
图12是示出在触摸模式和指纹模式中的每一个下图10所示的指纹传感器的驱动定时的波形图；
图13和图14示出用于增加指纹传感器的灵敏度的驱动方法；
图15是示出根据图13和图14的驱动方法的指纹传感器的详细驱动定时的波形图；以及
图16、图17和图18示出用于增加指纹传感器的灵敏度的另一驱动方法。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施方式，其示例示出于附图中。只要可能，贯穿附图将使用相同的标号来指代相同或相似的部分。如果确定已知技术可误导本发明的实施方式，则其详细描述将被省略。以下说明中所使用的各个元件的名称仅是为了撰写说明书方便而选择，因此可能不同于实际产品中使用的名称。
在以下描述中，“第一显示区域”是显示装置的主要显示部分，表示能够感测触摸的“主显示区域”；“第二显示区域”是显示选择图标等的辅助显示部分，表示能够感测指纹输入和触摸输入的“副显示区域”；“指纹触摸区域”表示位于第二显示区域中并且能够执行指纹识别和触摸识别二者的区域。
另外，“公共电极”表示充当公共电极的触摸电极，其在感测显示装置的第一显示区域的触摸输入的触摸周期期间充当触摸传感器的驱动电极和触摸感测电极，在向第一显示区域写入图像数据的显示周期期间充当公共电极。
另外，“显示触摸集成电路(IC)”表示用于向显示装置的第一显示区域写入图像数据的源IC以及用于感测第一显示区域的触摸输入的触摸IC的集成IC。
另外，“指纹触摸IC”表示用于感测传感器屏幕的触摸输入的触摸IC以及用于感测传感器屏幕的指纹输入的指纹IC的集成IC。
另外，“指纹触摸传感器”被解释为包括设置在传感器屏幕上的触摸传感器和指纹传感器，“指纹传感器”被解释为能够执行指纹识别和触摸识别二者。
图3是根据示例实施方式的包括传感器屏幕的显示装置的框图。图4是根据示例实施方式的包括传感器屏幕的显示装置的平面图。图5是沿着图4的线I-I’截取的横截面图。图6是图5所示的第一触摸传感器的平面图。图7是示出图5所示的像素和第一触摸传感器的时分驱动的波形图。图8示出图5所示的显示触摸集成电路(IC)的内部配置。
参照图3至图8，根据示例实施方式的包括传感器屏幕的显示装置包括显示面板DP、设置在显示面板DP上的传感器屏幕SS、连接至显示面板DP的显示触摸IC DTIC、连接至传感器屏幕SS的指纹触摸IC FTIC、用于处理从显示触摸IC DTIC和指纹触摸IC FTIC输出的信号的传感器控制器CON、用于将输入图像数据RGB写入显示面板DP的显示驱动电路(12、14和16)以及主机系统18。
显示面板DP可使用诸如液晶显示器(LCD)、场发射显示器(FED)、等离子体显示面板(PDP)、有机发光二极管(OLED)显示器和电泳显示器(EPD)的平板显示器的显示面板。在以下描述中，将利用液晶显示器的液晶显示面板作为显示面板DP的示例来描述实施方式。可使用其它显示面板。
显示面板DP包括介于上基板和下基板之间的液晶层。通过由施加至像素电极(未示出)的输入图像的数据电压与施加至公共电极COM的公共电压之间的电位差生成的电场来驱动液晶层的液晶分子。显示面板DP的像素阵列包括由数据线D1至Dm和选通线G1至Gn限定的像素(其中m和n是正整数)、从公共电极COM分割的第一触摸传感器TS以及连接至第一触摸传感器TS的路由线RW。与像素电极分离的各个公共电极COM可由例如铟锡氧化物(ITO)的透明导电材料制成。
黑底、滤色器等可形成在显示面板DP的上基板上。显示面板DP的下基板可按照COT(TFT上滤色器)结构来配置。在这种情况下，滤色器可形成在显示面板DP的下基板上。偏振板分别附接至显示面板DP的上基板和下基板。用于设定液晶的预倾角的配向层分别形成在显示面板DP的上基板和下基板中的接触液晶的内表面上。柱状间隔物可形成在显示面板DP的上基板和下基板之间以保持液晶层的单元间隙恒定。
背光单元可被设置在显示面板DP的后表面下面。背光单元可被实现为边光型背光单元和直下型背光单元中的一种，并且可向显示面板DP上照射光。显示面板DP可按照包括扭曲向列(TN)模式、垂直配向(VA)模式、面内切换(IPS)模式、边缘场切换(FFS)模式等的任何已知模式来实现。
显示面板DP包括彼此相邻设置的第一显示区域DA1和第二显示区域DA2。
安装有用于第一显示区域DA1的显示驱动和触摸识别的显示触摸IC DTIC的第一柔性电路板FPC1附接至第一显示区域DA1的外部。安装有用于第二显示区域DA2的指纹识别和触摸识别的指纹触摸IC FTIC的第二柔性电路板FPC2附接至第二显示区域DA2的外部。
显示面板DP包括能够感测第一显示区域DA1的触摸输入的第一触摸传感器TS。例如，第一触摸传感器TS可通过对显示面板DP的公共电极COM进行构图而被配置成自电容触摸传感器或互电容触摸传感器。第一触摸传感器TS在显示周期期间向显示面板DP的像素供应公共电压，并且在触摸周期期间接收触摸驱动信号以感测触摸输入。图4示出路由线RW分别连接至显示面板DP的分割的公共电极COM以形成被实现为自电容触摸传感器的第一触摸传感器TS的示例。自电容触摸传感器在一帧周期中的显示周期期间充当公共电极，在一帧周期中的触摸周期期间充当触摸电极。
实施方式不限于第一显示区域DA1中被实现为自电容触摸传感器的第一触摸传感器TS。例如，实施方式可使用通过在水平方向和垂直方向上分割显示面板DP的公共电极COM并且在水平方向和垂直方向上将所分割的公共电极彼此连接而被配置成互电容触摸传感器的第一触摸传感器TS。由于这种触摸传感器集成(或嵌入)型显示装置已见于2010年8月5日公布的美国专利公布No.2010/0194707等中，进一步的描述可简要进行或者可被完全省略。
第一触摸传感器TS连接至显示触摸IC DTIC。显示触摸IC DTIC是用于将图像数据RGB写入第一显示区域DA1的源IC以及用于感测第一显示区域DA1的触摸输入的触摸IC的集成IC。显示触摸IC DTIC在一帧周期中的触摸周期中根据触摸输入感测第一触摸传感器TS的电荷变化量以生成第一触摸感测数据并且将该第一触摸感测数据供应给传感器控制器CON。传感器控制器CON分析第一触摸感测数据，确定例如手指(或手写笔)的导电材料的触摸输入，并且利用预定坐标提取算法来计算触摸输入的位置的第一触摸信息TDATA。触摸输入位置的第一触摸信息TDATA被发送至主机系统18。
传感器屏幕SS被设置在显示面板DP上并且包括形成在与显示面板DP的第二显示区域DA2对应的位置处的指纹触摸传感器FTS。
传感器屏幕SS包括依次设置在显示面板DP上的第一透明基板GLS1和第二透明基板GLS2。第一透明基板GLS1和第二透明基板GLS2可由例如钢化玻璃或者硬化的高硬度塑料等的透明材料制成。
第一透明基板GLS1可具有第一厚度，第二透明基板GLS2可具有小于第一厚度的第二厚度。考虑到刚度和指纹识别率，第二透明基板GLS2的第二厚度可被设定为几μm至约0.3mm。当第二透明基板GLS2的第二厚度小于几μm时，可能无法充分地确保第二透明基板GLS2的刚度。因此，可能无法充分地保护形成在第二透明基板GLS2下面的指纹传感器。当第二透明基板GLS2的第二厚度超过0.3mm时，指纹识别率和灵敏度可降低。
与厚度与两个透明基板GLS1和GLS2的厚度之和相同的一个透明基板被设置在显示面板DP上时相比，当两个透明基板GLS1和GLS2被设置在显示面板DP上时显示面板DP的刚度可进一步增加。因此，可保护显示面板DP免受外部冲击影响。另外，由于指纹触摸传感器FTS被设置在两个透明基板GLS1和GLS2之间，所以与使用一个透明基板时相比，手指与指纹触摸传感器FTS之间的距离可减小。因此，灵敏度和指纹识别率可增加。
第一透明基板GLS1和第二透明基板GLS2可利用具有良好粘合强度和耐久性的透明材料(例如，光学透明粘合剂(OCA)或光学透明树脂(OCR))来彼此附接。第一透明基板GLS1和显示面板DP也可利用OCA或OCR来彼此附接。
指纹触摸传感器FTS在与显示面板DP的第二显示区域DA2对应的位置处被设置在与第二透明基板GLS2相对的第一透明基板GLS1上。
指纹触摸传感器FTS可包括：指纹传感器，其被设置在与显示面板DP的第二显示区域DA2对应的传感器屏幕SS的一部分中；以及多个第二触摸传感器，其被设置在与显示面板DP的第二显示区域DA2对应的传感器屏幕SS的剩余部分中。指纹传感器可用作触摸传感器。指纹触摸传感器FTS的配置参照图9和图10来详细描述。
指纹触摸传感器FTS连接至指纹触摸IC FTIC。指纹触摸IC FTIC是用于感测传感器屏幕SS的触摸输入的触摸IC与用于感测传感器屏幕SS的指纹输入的指纹IC的集成IC。指纹触摸IC FTIC在第一触摸传感器TS没有被驱动的周期中驱动指纹触摸传感器FTS，以使由第一触摸传感器TS的驱动导致的噪声的混合最小化。为此，指纹触摸IC FTIC可在第一触摸传感器TS的感测操作停止的显示周期中驱动指纹触摸传感器FTS。另外，指纹触摸IC FTIC可在第一触摸传感器TS的感测操作停止的单独的指纹周期中驱动包括在指纹触摸传感器FTS中的指纹传感器。在这种情况下，指纹触摸IC FTIC可在第一触摸传感器TS的感测操作停止的显示周期中驱动包括在指纹触摸传感器FTS中的第二触摸传感器。
指纹触摸IC FTIC在一帧周期中的显示周期或指纹周期中根据指纹输入感测指纹传感器的电荷变化量以生成指纹感测数据并且将该指纹感测数据供应给传感器控制器CON。传感器控制器CON分析指纹感测数据并且根据手指的触摸输入生成指纹信息FDATA。指纹信息FDATA被发送至主机系统18。
指纹触摸IC FTIC在一帧周期中的显示周期中根据触摸输入感测第二触摸传感器的电荷变化量以生成第二触摸感测数据并且将该第二触摸感测数据供应给传感器控制器CON。传感器控制器CON分析第二触摸感测数据，确定例如手指(或手写笔)的导电材料的触摸输入，并且利用预定坐标提取算法计算触摸输入的位置的第二触摸信息TDATA。触摸输入位置的第二触摸信息TDATA被发送至主机系统18。
为了驱动嵌入有第一触摸传感器TS的显示面板DP，如图7所示，显示装置的一帧周期可按时间分割成至少一个显示周期Pd和至少一个触摸周期Pt。显示驱动电路(12、14和16)和显示触摸IC DTIC响应于触摸同步信号Tsync而彼此同步。触摸同步信号Tsync的第一逻辑电平可限定显示周期Pd，触摸同步信号Tsync的第二逻辑电平可限定触摸周期Pt。如图7的示例中所示，第一逻辑电平可以是高逻辑电平，第二逻辑电平可以是低逻辑电平，反之亦然，但是实施方式不限于此。
显示驱动电路(12、14和16)在显示周期Pd期间将输入图像的数据RGB写入像素。在触摸周期Pt期间由于像素的薄膜晶体管(TFT)处于截止状态，所以像素保持在显示周期Pd期间充入像素的数据电压Vdata。在触摸周期Pt期间显示驱动电路(12、14和16)向信号线D1至Dm和G1至Gn供应具有与触摸驱动信号Tdrv相同的相位和相同的振幅的AC信号Vac，以使第一触摸传感器TS与连接至像素的信号线D1至Dm和G1至Gn之间的寄生电容最小化。
显示驱动电路(12、14和16)包括数据驱动电路12、选通驱动电路14和定时控制器16。
数据驱动电路12将在显示周期Pd期间从定时控制器16接收的输入图像的数据RGB转换为正负模拟伽马补偿电压并且输出数据电压。然后，数据驱动电路12将所述数据电压供应给数据线D1至Dm。数据驱动电路12在触摸周期Pt期间向数据线D1至Dm供应具有与施加至第一触摸传感器TS的触摸驱动信号Tdrv相同的相位和相同的振幅的AC信号Vac，从而使第一触摸传感器TS与数据线D1至Dm之间的寄生电容最小化。这是因为寄生电容的两端的电压同时改变，并且充入寄生电容的电荷量随着寄生电容的两端之间的电压差减小而减小。
数据驱动电路12包括至少一个显示触摸IC DTIC。如图8所示，显示触摸IC DTIC包括用于将输入图像数据RGB写入第一显示区域DA1和第二显示区域DA2的源IC DIC以及用于感测第一显示区域DA1的触摸输入的触摸IC TIC。
包括在显示触摸IC DTIC中的触摸IC TIC包括复用器MUX、积分器IB和模数转换器ADC。在触摸周期Pt期间，触摸IC TIC向第一触摸传感器TS供应触摸驱动信号Tdrv，并且累积从第一触摸传感器TS接收的电荷。触摸IC TIC将累积的信号转换为数字信号以生成第一触摸感测数据T1至T6，然后将第一触摸感测数据T1至T6输出给传感器控制器CON。在显示周期Pd期间，路由线RW1至RWi与复用器MUX断开，并且连接至公共电压输入端子(未示出)。因此，在显示周期Pd期间，公共电压被施加至第一触摸传感器TS。
包括在显示触摸IC DTIC中的源IC DIC包括响应于触摸同步信号Tsync导通和截止的输出控制开关SW。输出控制开关SW在触摸周期Pt期间向数据线D1至D5供应AC信号Vac，在显示周期Pd期间向数据线D1至D5供应数据电压DATA1至DATA5。
在显示周期Pd期间，选通驱动电路14依次向选通线G1至Gn供应与数据电压同步的选通脉冲(或扫描脉冲)，并且选择显示面板DP的施加有数据电压的像素线。在触摸周期Pt期间，选通驱动电路14向选通线G1至Gn供应具有与施加至第一触摸传感器TS的触摸驱动信号Tdrv相同的相位和相同的振幅的AC信号Vac，从而使第一触摸传感器TS与选通线G1至Gn之间的寄生电容最小化。
定时控制器16从主机系统18接收诸如垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync和数据使能信号DE的定时信号，并且控制数据驱动电路12和选通驱动电路14的操作定时。定时控制器16生成扫描定时控制信号GDC以控制选通驱动电路14的操作定时，并且生成数据定时控制信号SDC以控制数据驱动电路12的操作定时。
定时控制器16生成触摸同步信号Tsync并且利用该触摸同步信号Tsync在一帧周期中限定显示周期Pd和触摸周期Pt。另外，定时控制器16生成触摸同步信号Tsync并且可利用该触摸同步信号Tsync限定一帧周期中的除了显示周期Pd和触摸周期Pt之外的指纹周期Pf。
主机系统18可被实现为电话系统、电视系统、机顶盒、导航系统、DVD播放器、蓝光播放器、个人计算机(PC)和家庭影院系统中的一种。主机系统18包括嵌入有缩放器的系统芯片(SoC)，并且将输入图像的数据RGB转换为适合于显示面板DP的分辨率的格式。主机系统18将输入图像的数据RGB以及定时信号Vsync、Hsync和DE发送至定时控制器16。主机系统18可执行与从显示触摸IC DTIC和指纹触摸IC FTIC输入的第一触摸信息和第二触摸信息TDATA关联的应用。另外，主机系统18可执行与从指纹触摸IC FTIC输入的指纹信息FDATA关联的应用。
图9和图10是示出图5所示的第二触摸传感器和指纹传感器的第一示例和第二示例的平面图。
参照图9，指纹触摸传感器FTS包括多个第二触摸传感器TS1至TS5以及至少一个指纹传感器FS。例如，图9示出一个指纹传感器FS。
第二触摸传感器TS1至TS5中的每一个可被配置成具有例如矩形形状的触摸电极。第二触摸传感器TS1至TS5通过触摸路由线TW1至TW5连接至安装在第二柔性电路板FPC2上的指纹触摸IC FTIC。
指纹传感器FS包括被设置为彼此交叉的多个第一指纹触摸电极Fx1至Fx6以及多个第二指纹触摸电极Fy1至Fy6。多个第一指纹触摸电极Fx1至Fx6与多个第二指纹触摸电极Fy1至Fy6通过绝缘图案(未示出)或者绝缘层(未示出)来彼此电绝缘。第一指纹触摸电极Fx1至Fx6通过多条第一指纹路由线FxW1至FxW6来连接至安装在第二柔性电路板FPC2上的指纹触摸IC FTIC。第二指纹触摸电极Fy1至Fy6通过多条第二指纹路由线FyW1至FyW6来连接至安装在第二柔性电路板FPC2上的指纹触摸IC FTIC。
指纹触摸IC FTIC向第一指纹触摸电极Fx1至Fx6供应驱动脉冲并且感测第二指纹触摸电极Fy1至Fy6，从而感测由触摸输入导致的电容变化。因此，当对指纹传感器FS的形成区域执行使用手指的触摸输入时，指纹触摸IC FTIC可识别触摸输入。另外，指纹触摸ICFTIC可感测由触摸输入导致的指纹的脊和谷之间的电容变化，因此可识别用户的指纹。指纹触摸IC FTIC可向第二触摸传感器TS1至TS5施加触摸驱动信号并且感测由触摸输入导致的电容变化。
作为示例，根据图9的示例的指纹触摸传感器FTS在传感器屏幕SS的与显示面板DP的第二显示区域DA2对应的部分中包括一个指纹传感器和多个触摸传感器。实施方式不限于此。如果需要，可适当地调节指纹传感器和触摸传感器的位置和数量。
参照图10，指纹触摸传感器FTS包括多个第二触摸传感器TS1至TS4和指纹传感器FS。
第二触摸传感器TS1至TS4包括多个第一触摸电极Ty1至Ty4以及多个第一指纹触摸电极Fx1至Fx7。第一触摸电极Ty1至Ty4可具有例如矩形形状并且布置在第一方向(例如，x轴方向)上。第一指纹触摸电极Fx1至Fx7中的每一个可具有条形形状(例如，条纹形状)。第一指纹触摸电极Fx1至Fx7布置在第一方向上以与第一触摸电极Ty1至Ty4交叠，使得绝缘层夹在它们之间。
指纹传感器FS包括彼此交叉的多个第一指纹触摸电极Fx1至Fx7以及多个第二指纹触摸电极Fy1至Fy10。第一指纹触摸电极Fx1至Fx7彼此平行地布置在第一方向上。第二指纹触摸电极Fy1至Fy10彼此平行地布置在第二方向上以与第一指纹触摸电极Fx1至Fx7交叉。
第一触摸电极Ty1至Ty4与第一指纹触摸电极Fx1至Fx7通过绝缘图案(未示出)或绝缘层(未示出)来彼此电绝缘。第一指纹触摸电极Fx1至Fx7与第二指纹触摸电极Fy1至Fy10通过绝缘图案(未示出)或绝缘层(未示出)来彼此电绝缘。
第一指纹触摸电极Fx1至Fx7通过多条第一指纹路由线FxW1至FxW7来连接至安装在第二柔性电路板FPC2上的指纹触摸IC FTIC。第二指纹触摸电极Fy1至Fy10通过多条第二指纹路由线FyW1至FyW10来连接至安装在第二柔性电路板FPC2上的指纹触摸IC FTIC。
多个第一指纹触摸电极Fx1至Fx7和多个第二指纹触摸电极Fy1至Fy10可由例如铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)和镓掺杂锌氧化物(GZO)的透明导电材料制成。绝缘层或绝缘图案可利用诸如硅氧化物和硅氮化物的无机绝缘材料或者例如PAC的光敏有机绝缘材料来形成。
构成指纹触摸传感器FTS的指纹传感器FS的第二指纹触摸电极Fy1至Fy10仅被设置在与第二显示区域DA2对应的传感器屏幕SS的一部分中，构成指纹触摸传感器FTS的第二触摸传感器TS1至TS4的第一触摸电极Ty1至Ty4被设置在与第二显示区域DA2对应的传感器屏幕SS的剩余部分中。
第一指纹触摸电极Fx1至Fx7与第二指纹触摸电极Fy1至Fy10的间距可为约50μm至100μm，各个电极的宽度可为约5μm至50μm。第一触摸电极Ty1至Ty4中的每一个可具有矩形形状，其各条边的长度为约3mm至5mm。与此不同，第一触摸电极Ty1至Ty4中的每一个可具有与第一指纹触摸电极Fx1至Fx7相同的间距和相同的长度。在这种情况下，分别连接至第一触摸电极Ty1至Ty4的路由线可被分组并连接，从而充当触摸传感器。
在图10的示例中，奇数编号的第一指纹路由线FxW1、FxW3、FxW5和FxW7与偶数编号的第一指纹路由线FxW2、FxW4和FxW6被设置在第二显示区域DA2的两侧并且分别连接至奇数编号的第一指纹触摸电极Fx1、Fx3、Fx5和Fx7的一端和偶数编号的第一指纹触摸电极Fx2、Fx4和Fx6的另一端。然而，实施方式不限于此。例如，第一指纹路由线FxW1至FxW7全部可设置在第二显示区域DA2的一侧并且可分别连接至第一指纹触摸电极Fx1至Fx7的一端或另一端。例如，第一指纹路由线FxW1至FxW7中的一些(例如，FxW1至FxW3)可分别连接至第一指纹触摸电极Fx1至Fx7中的一些(例如，Fx1至Fx3)的一端，剩余第一指纹路由线(例如，FxW4至FxW7)可分别连接至剩余第一指纹触摸电极(例如，Fx4至Fx7)的另一端。
指纹触摸IC FTIC向第一指纹触摸电极Fx1至Fx7供应驱动脉冲并且感测第二指纹触摸电极Fy1至Fy10和第一触摸电极Ty1至Ty4，从而感测由触摸输入导致的电容的变化。因此，当对第一触摸电极Ty1至Ty4的形成区域执行使用手指的触摸输入时，指纹触摸IC FTIC可识别该触摸输入。另外，当对指纹传感器FS的形成区域执行使用手指的触摸输入时，指纹触摸IC FTIC可感测由触摸输入导致的指纹的脊和谷之间的电容的变化，因此可识别用户的指纹。
图11是示出图10所示的指纹触摸IC的部分配置的框图。图12是示出在触摸模式和指纹模式中的每一个下图10所示的指纹传感器的驱动定时的波形图。参照图11和图12，下面详细描述指纹传感器FS的形成区域中的指纹识别和触摸识别。
参照图11，指纹触摸IC FTIC包括开关块SB、通过开关块SB连接至第二指纹路由线FyW1至FyW10的第一积分块IB1、通过开关块SB连接至将第二指纹路由线FyW1至FyW10形成为一组的一条线的第二积分块IB2、连接至第一积分块IB1的输出单元的第一模数转换器ADC1以及连接至第二积分块IB2的输出单元的第二模数转换器ADC2。
开关块SB包括第一组开关元件S1a至S10a和第二组开关元件S1b至S10b。
第一组开关元件S1a至S10a响应于指纹使能信号FEN而导通，并且将从第二指纹路由线FyW1至FyW10发送的感测信号供应给第一积分块IB1。第二组开关元件S1b至S10b响应于触摸使能信号TEN而导通，并且将从第二指纹路由线FyW1至FyW10发送的感测信号供应给第二积分块IB2。指纹使能信号FEN和触摸使能信号TEN反相。因此，当第一组开关元件S1a至S10a导通时，第二组开关元件S1b至S10b截止。相反，当第二组开关元件S1b至S10b导通时，第一组开关元件S1a至S10a截止。定时控制器16可基于触摸同步信号Tsync生成指纹使能信号FEN和触摸使能信号TEN。
第一积分块IB1包括积分器，其分别对通过开关块SB从第二指纹路由线FyW1至FyW10接收的模拟感测电压进行积分。第一积分块IB1的各个积分器包括运算放大器OP和电容器C。运算放大器OP包括连接至基准电压源Vref的第一输入端子“a”、连接至第二指纹路由线FyW1至FyW10中的一个的第二输入端子“b”以及输出端子。电容器C连接在运算放大器OP的第二输入端子“b”和输出端子之间并且累积模拟感测电压。
第二积分块IB2包括积分器，其对通过开关块SB从第二指纹路由线FyW1至FyW10接收的模拟感测电压进行积分。第二积分块IB2的积分器包括运算放大器OP和电容器C。运算放大器OP包括连接至基准电压源Vref的第一输入端子“a”、共同连接至第二指纹路由线FyW1至FyW10的第二输入端子“b”以及输出端子。电容器C连接在运算放大器OP的第二输入端子“b”和输出端子之间并且累积模拟感测电压。
第一模数转换器ADC1包括将来自第一积分块IB1的模拟感测电压转换为数字信号(即，指纹感测数据)的多个指纹模数转换器FAD1至FAD10。第二模数转换器ADC2包括将来自第二积分块IB2的模拟感测电压转换为数字信号(即，第二触摸感测数据)的触摸模数转换器TAD。
如图12所示，在用于触摸驱动的触摸模式TMODE下，指纹触摸IC FTIC同时向第一指纹触摸电极Fx1至Fx7供应驱动脉冲Dtx1至Dtx7并且将第一指纹触摸电极Fx1至Fx7分组。另外，指纹触摸IC FTIC向传感器控制器CON供应通过感测与所分组的第一指纹触摸电极Fx1至Fx7交叉的第二指纹触摸电极Fy1至Fy10而获得的第二触摸感测数据。
如图12所示，在用于指纹驱动的指纹模式FMODE下，指纹触摸IC FTIC依次向第一指纹触摸电极Fx1至Fx7供应驱动脉冲Dtx1至Dtx7并且分别驱动第一指纹触摸电极Fx1至Fx7。另外，指纹触摸IC FTIC向传感器控制器CON供应通过感测与分别驱动的第一指纹触摸电极Fx1至Fx7交叉的第二指纹触摸电极Fy1至Fy10而获得的第二指纹感测数据。
图13和图14示出用于增加指纹传感器的灵敏度的驱动方法。图15是示出根据图13和图14的驱动方法的指纹传感器的详细驱动定时的波形图。
定时控制器16可基于触摸同步信号Tsync将一帧周期按时间分割成感测第一显示区域DA1的触摸输入的至少一个触摸周期Pt以及将输入图像数据RGB写入第一显示区域DA1和第二显示区域DA2的至少一个显示周期Pd。
为了使触摸周期Pt期间第一显示区域DA1的第一触摸传感器TS与连接至像素的信号线D1至Dm和G1至Gn之间的寄生电容最小化，具有与触摸驱动信号Tdrv相同的相位和相同的振幅的AC信号Vac被供应至信号线D1至Dm和G1至Gn。这被称作空载驱动。在触摸周期Pt期间，信号线D1至Dm和G1至Gn的电压由于空载驱动而连续地摆动。电压摆动作为触摸噪声影响传感器屏幕SS上的指纹触摸传感器FTS。因此，在触摸周期Pt期间，可能由于触摸噪声而无法进行指纹感测。除了空载驱动噪声之外，触摸噪声可包括各种类型的触摸噪声。
为了避免指纹感测中的触摸噪声，如图13所示，指纹触摸IC FTIC可在一帧周期中的显示周期Pd中提供第一触摸传感器TS不被驱动的指纹周期Pf，并且可在显示周期Pd的指纹周期Pf中选择性地驱动包括在指纹触摸传感器FTS中的指纹传感器和第二触摸传感器。
更具体地讲，在显示周期Pd中每次数据使能信号DE具有高逻辑电平时，执行输入图像数据RGB的写入。当输入图像数据RGB被写入时，信号线D1至Dm和G1至Gn的电压摆动。因此，该电压摆动可作为显示噪声影响指纹感测。因此，指纹触摸IC FTIC可在显示周期Pd中设定停止写入输入图像数据RGB的预定周期作为指纹周期Pf，并且可在显示周期Pd的各个指纹周期Pf中选择性地驱动包括在指纹触摸传感器FTS中的指纹传感器和第二触摸传感器。
如图14所示，当多个显示周期1Pd/m至mPd/m和多个触摸周期1Pt/m至mPt/m被指派给一帧周期时，可指派多个指纹周期以与多个显示周期1Pd/m至mPd/m对应。在这种情况下，指纹触摸IC FTIC可累积传感器屏幕SS的指纹输入的感测的结果许多次(F1至Fj)，因此可增加指纹感测的准确度。
由于指纹周期Pf是显示周期Pd中的停止写入输入图像数据RGB的周期，所以指纹周期Pf可被选为数据使能信号DE具有低逻辑电平的周期，如图15所示。
为了充分地获得指纹感测数据，用于驱动指纹传感器的驱动脉冲Dtx可在指纹周期Pf中被重复地施加至指纹触摸传感器FTS的各个第一指纹触摸电极许多次。第一指纹触摸电极可由重复地施加许多次的驱动脉冲Dtx来依次驱动。
图16至图18示出用于增加指纹传感器的灵敏度的另一驱动方法。
参照图16，定时控制器16可基于触摸同步信号Tsync将一帧周期按时间分割成感测第一显示区域DA1的触摸输入的至少一个触摸周期Pt、将输入图像数据RGB写入第一显示区域DA1和第二显示区域DA2的至少一个显示周期Pd以及感测传感器屏幕SS的指纹输入的至少一个指纹周期Pf。
为了避免指纹感测中的触摸噪声，如图16所示，指纹触摸IC FTIC可在一帧周期中单独地提供第一触摸传感器TS不被驱动的指纹周期Pf，并且可在指纹周期Pf中选择性地驱动包括在指纹触摸传感器FTS中的指纹传感器和第二触摸传感器。
触摸感测的灵敏度与触摸驱动信号Tdrv的施加次数和电压电平成比例。为了在一帧周期中的固定持续时间中单独地提供指纹周期Pf，如图17所示，触摸驱动信号Tdrv的施加次数可被设定为小于默认值(例如，十次)，并且相反，触摸驱动信号Tdrv的电压电平可被设定为大于默认值(例如，3V)。
如图18所示，当多个显示周期1Pd/m至mPd/m和多个触摸周期1Pt/m至mPt/m被指派给一帧周期时，可指派多个指纹周期1Pf/m至mPf/m以与多个触摸周期1Pt/m至mPt/m对应。在这种情况下，指纹触摸IC FTIC可累积传感器屏幕SS的指纹输入的感测的结果许多次(F1至Fj)，因此可增加指纹感测的准确度。
如上所述，实施方式被配置为使得包括两个透明基板以及介于两个透明基板之间的指纹传感器在内的传感器屏幕被设置在显示面板上，从而减小指纹传感器与手指之间的距离。因此，实施方式可增加感测准确度和指纹识别率。
实施方式在一帧周期中的嵌入显示面板中的触摸传感器不被驱动的部分中驱动传感器屏幕上的指纹传感器和第二触摸传感器，从而使噪声的混合最小化。因此，实施方式可增加感测准确度和指纹识别率。
尽管参照多个例示性实施方式描述了实施方式，应该理解，本领域技术人员可以想到将落入本公开的原理的范围内的许多其它修改和实施方式。例如，实施方式中所描述的指纹触摸电极、触摸电极、积分器、开关元件以及各种导线的数量可不同地改变。因此，可在本公开、附图和所附权利要求书的范围内对主题组合布置的组成部分和/或布置方式进行各种变化和修改。
本申请要求2016年5月30日提交的韩国专利申请No.10-2016-0066436的权益，其出于所有目的通过引用并入本文，如同在本文充分阐述一样。

Claims (27)

1.一种显示装置，该显示装置包括：
显示面板，该显示面板包括彼此相邻的第一显示区域和第二显示区域，所述显示面板包括设置在所述第一显示区域中的第一触摸传感器；
传感器屏幕，该传感器屏幕被设置在所述显示面板上，所述传感器屏幕在与所述显示面板的所述第二显示区域对应的位置处包括指纹传感器和第二触摸传感器；
显示触摸IC，该显示触摸IC被配置为驱动所述第一显示区域和所述第二显示区域的像素以及所述第一触摸传感器；以及
指纹触摸IC，该指纹触摸IC被配置为在一帧周期中的所述第一触摸传感器未被驱动的部分中驱动所述指纹传感器，
其中，所述传感器屏幕包括依次设置在所述显示面板上的第一透明基板和第二透明基板，并且
其中，所述指纹传感器和所述第二触摸传感器被设置在所述第一透明基板和所述第二透明基板之间。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述指纹触摸IC在所述一帧周期中的所述第一触摸传感器未被驱动的所述部分中驱动所述第二触摸传感器。
3.根据权利要求1所述的显示装置，该显示装置还包括定时控制器，该定时控制器被配置为基于触摸同步信号将所述一帧周期按时间分割为感测所述第一显示区域的触摸输入的至少一个触摸周期以及将输入图像数据写入所述第一显示区域和所述第二显示区域的至少一个显示周期，
其中，所述指纹触摸IC在所述显示周期中驱动所述指纹传感器。
4.根据权利要求3所述的显示装置，其中，所述指纹触摸IC在所述显示周期的停止写入所述输入图像数据的各个预定部分中驱动所述指纹传感器。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其中，在所述显示周期的所述预定部分中，数据使能信号具有低逻辑电平。
6.根据权利要求2所述的显示装置，其中，所述指纹触摸IC在所述一帧周期中的所述第一触摸传感器未被驱动的所述部分中选择性地驱动所述指纹传感器和所述第二触摸传感器。
7.根据权利要求4所述的显示装置，其中，当多个显示周期和多个触摸周期被指派给一个帧周期时，与所述多个显示周期对应地指派多个指纹周期，
其中，所述指纹触摸IC将所述传感器屏幕的指纹输入的感测结果累积许多次。
8.根据权利要求1所述的显示装置，该显示装置还包括定时控制器，该定时控制器被配置为基于触摸同步信号将所述一帧周期按时间分割为感测所述第一显示区域的触摸输入的至少一个触摸周期、将输入图像数据写入所述第一显示区域和所述第二显示区域的至少一个显示周期以及感测所述传感器屏幕的指纹输入的至少一个指纹周期，
其中，所述指纹触摸IC在所述指纹周期中驱动所述指纹传感器。
9.根据权利要求8所述的显示装置，其中，所述指纹触摸IC在所述指纹周期中驱动所述第二触摸传感器。
10.根据权利要求8所述的显示装置，其中，当多个显示周期和多个触摸周期被指派给一个帧周期时，与所述多个触摸周期对应地指派多个指纹周期，
其中，所述指纹触摸IC将所述传感器屏幕SS的所述指纹输入的感测结果累积许多次。
11.根据权利要求10所述的显示装置，其中，在一个帧周期中所述指纹传感器的触摸驱动信号的施加次数被设定为小于默认值，或者所述指纹传感器的所述触摸驱动信号的电压电平被设定为大于默认值。
12.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述第一透明基板的厚度大于所述第二透明基板的厚度。
13.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述指纹传感器被设置在与所述第二显示区域对应的一部分中以感测指纹输入和触摸输入，并且所述第二触摸传感器被设置在所述传感器屏幕的与所述第二显示区域对应的除所述一部分以外的剩余部分中。
14.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述第一触摸传感器是通过对所述显示面板的公共电极进行构图而形成的自电容触摸传感器和互电容触摸传感器中的一种。
15.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述指纹传感器包括在第一方向上彼此平行布置的多个第一指纹触摸电极以及在第二方向上彼此平行布置以与所述第一指纹触摸电极交叉的多个第二指纹触摸电极。
16.根据权利要求15所述的显示装置，其中，所述第二触摸传感器包括多个第一触摸电极以及多个所述第一指纹触摸电极，
其中，所述第一触摸电极具有布置在所述第一方向上的多个矩形形状电极，并且各个所述第一指纹触摸电极具有条纹形状。
17.一种驱动显示装置的方法，该显示装置包括显示面板和传感器屏幕，所述显示面板包括彼此相邻的第一显示区域和第二显示区域以及设置在所述第一显示区域中的第一触摸传感器，所述传感器屏幕被设置在所述显示面板上并且在与所述显示面板的所述第二显示区域对应的位置处包括指纹传感器和第二触摸传感器，所述方法包括以下步骤：
驱动所述第一显示区域和所述第二显示区域的像素以将输入图像数据写入所述显示面板；
驱动所述第一触摸传感器以从所述第一触摸传感器获得第一触摸感测值；以及
在一帧周期中的所述第一触摸传感器未被驱动的部分中驱动所述指纹传感器以获得指纹感测值，
其中，所述传感器屏幕包括依次设置在所述显示面板上的第一透明基板和第二透明基板，并且
其中，所述指纹传感器和所述第二触摸传感器被设置在所述第一透明基板和所述第二透明基板之间。
18.根据权利要求17所述的方法，该方法还包括以下步骤：在所述一帧周期中的所述第一触摸传感器未被驱动的所述部分中驱动所述第二触摸传感器，以获得第二触摸感测值。
19.根据权利要求18所述的方法，该方法还包括以下步骤：基于触摸同步信号将所述一帧周期按时间分割为感测所述第一显示区域的触摸输入的至少一个触摸周期以及将所述输入图像数据写入所述第一显示区域和所述第二显示区域的至少一个显示周期，
其中，获得所述指纹感测值的步骤包括以下步骤：在所述显示周期中驱动所述指纹传感器。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，获得所述指纹感测值或所述第二触摸感测值的步骤包括以下步骤：在所述显示周期中选择性地驱动所述指纹传感器和所述第二触摸传感器。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，获得所述指纹感测值的步骤包括以下步骤：在所述显示周期的停止写入所述输入图像数据的各个预定部分中驱动所述指纹传感器。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，在所述显示周期的所述预定部分中，数据使能信号具有低逻辑电平。
23.根据权利要求19所述的方法，其中，当多个显示周期和多个触摸周期被指派给一个帧周期时，与所述多个显示周期对应地指派多个指纹周期，获得所述指纹感测值的步骤包括将所述传感器屏幕的指纹输入的感测结果累积许多次。
24.根据权利要求17所述的方法，该方法还包括以下步骤：基于触摸同步信号将所述一帧周期按时间分割为感测所述第一显示区域的触摸输入的至少一个触摸周期、将所述输入图像数据写入所述第一显示区域和所述第二显示区域的至少一个显示周期以及感测所述传感器屏幕的指纹输入的至少一个指纹周期，
其中，获得所述指纹感测值的步骤包括以下步骤：在所述指纹周期中驱动所述指纹传感器。
25.根据权利要求18所述的方法，其中，获得所述第二触摸感测值的步骤包括以下步骤：在指纹周期中驱动所述第二触摸传感器。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，当多个显示周期和多个触摸周期被指派给一个帧周期时，与所述多个触摸周期对应地指派多个指纹周期，获得所述指纹感测值的步骤包括将所述传感器屏幕SS的所述指纹输入的感测结果累积许多次。
27.根据权利要求26所述的方法，该方法还包括以下步骤：将一个帧周期中的所述指纹传感器的触摸驱动信号的施加次数设定为小于默认值，或者将所述指纹传感器的所述触摸驱动信号的电压电平设定为大于默认值。
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