CN112750873A - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种显示装置。显示装置包括：显示面板，其用于显示图像；超声传感器，其用于使用超声信号感测与显示面板交互的对象；超声传感器控制器，其用于接收指令信号以控制超声传感器的操作，并且用于输出与所感测的对象对应的感测值；以及中央控制器，其用于根据认证模式和认证完成模式中的一个输出指令信号，并且用于基于感测值控制显示面板。在认证模式中，中央控制器基于感测值生成对象的图像，并且基于所述图像与预定义图像的比较来确定对象是否对应于登记的用户。在认证完成模式中，中央控制器基于感测值识别对象在显示面板上触摸的点。

Description

显示装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年10月31日提交的第10-2019-0137849号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请出于所有目的通过引用并入本文，就好像在本文中充分阐述一样。
技术领域
示例性实施方式总体上涉及显示装置。
背景技术
根据发光层的材料，将电致发光显示装置大致分类成无机发光显示装置或有机发光显示装置。有源矩阵型的有机发光显示装置包括本身发光的有机发光二极管(下文中，称为“OLED”)，并且具有响应速度快、发光效率高、亮度大和视角大的优点。
平板显示装置的驱动电路可以包括向数据线提供数据信号的数据驱动电路、向栅极线(或扫描线)提供栅极信号(或扫描信号)的扫描驱动电路等。扫描驱动电路可以与构成平板显示装置的屏幕的有效区域的电路元件一起直接形成在相同的衬底上。有效区域的电路元件通过像素阵列的数据线和扫描线来配置形成在像素中的每个中的像素电路，其中，像素可以限定成矩阵形式或矩阵布置。有效区域的电路元件中的每个和扫描驱动电路包括多个晶体管。
在一些情况下，显示装置还可以包括安装在显示装置上的触摸传感器，使得可以通过用户的触摸操作来运行应用、其它程序等。为了增强安全性，显示装置还可以包括超声传感器等来感测用户的生物信息。然而，应注意的是，当显示装置还包括触摸传感器、超声传感器等时，难以小型化和减轻显示装置，并且显示装置可能由于包括多个电子部件而出现故障。因此，需要一种用于能够利用例如超声传感器执行所有触摸识别功能、安全功能等的显示装置的技术。
该部分中公开的以上信息仅用于理解本发明构思的背景，并且因此可以包含不形成现有技术的信息。
发明内容
一些方面提供了一种显示装置，其能够通过在没有单独的触摸传感器的情况下仅利用超声传感器来执行安全操作和触摸识别操作二者来降低成本。
一些方面能够提供一种显示装置，其能够通过小型化和减轻显示装置而对用户是便利且便携的。
另外的方面将在下面的详细描述中阐述，并且部分地将从本公开显而易见，或者可以通过实施本发明构思而习得。
根据一些方面，显示装置包括显示面板、超声传感器、超声传感器控制器和中央控制器。显示面板配置成显示图像。超声传感器配置成使用超声信号来感测与显示面板交互的对象。超声传感器控制器配置成接收指令信号以控制超声传感器的操作，并且输出与所感测的对象对应的感测值。中央控制器配置成根据认证模式和认证完成模式中的一个输出指令信号，并基于感测值控制显示面板。响应于显示装置的模式是认证模式，中央控制器还配置成基于感测值生成对象的第一图像，并且基于第一图像与预定义的第二图像的比较来确定对象是否对应于登记到显示装置的用户。响应于所述模式是认证完成模式，中央控制器还配置成基于感测值识别对象在显示面板上触摸的点。
根据一些方面，设备包括至少一个处理器和至少一个存储器。至少一个存储器包括预定义图像以及一个或多个指令的一个或多个序列，一个或多个指令的一个或多个序列响应于由至少一个处理器执行，使得设备至少：接收与认证模式和认证完成模式中的一个相关的超声信号；基于超声信号的接收，感测对象与设备的交互；生成与所述交互对应的感测值；以及基于感测值生成显示面板控制信号。与认证模式相关联地，还至少使得设备基于感测值生成对象的图像，并且基于所述图像与预定义图像的比较来确定对象是否对应于登记到设备的用户。与认证完成模式相关联地，还至少使得设备基于感测值来识别对象与设备交互的点。
根据一些示例性实施方式，显示装置可能能够通过在没有触摸传感器的情况下仅利用超声传感器来执行安全操作和触摸识别操作二者来降低成本。此外，一些示例性实施方式可以提供一种显示装置，其通过小型化和减轻显示装置而对用户是便利且便携的。
前面的概述性描述和下面的详细描述是示例性和说明性的，并且旨在提供对所要求保护的主题的进一步说明。
附图说明
包括附图以提供对本发明构思的进一步理解，并且将附图并入本说明书并构成本说明书的一部分，附图示出了本发明构思的示例性实施方式，并且与说明书一起用于说明本发明构思的原理。在附图中：
图1是示意性地示出根据一些示例性实施方式的显示装置的配置图；
图2是示意性地示出根据一些示例性实施方式的显示面板的框图；
图3是根据一些示例性实施方式的超声传感器的分解图；
图4是示出根据一些示例性实施方式的超声信号的发射和接收的图；
图5是示出根据一些示例性实施方式的在存在对象时图4中的超声信号的发射和接收的图；
图6是示出根据一些示例性实施方式的超声传感器控制器和像素传感器的框图；
图7是示出根据一些示例性实施方式的在认证模式中的用户认证方法的流程图；
图8是示出根据一些示例性实施方式的认证引导图像的显示的图；
图9是示出根据一些示例性实施方式的认证引导图像的显示的图；
图10是示出根据一些示例性实施方式的在认证完成模式中的触摸识别方法的流程图；
图11和图12是示出根据各种示例性实施方式的正被识别的触摸和正被生成的触摸坐标的图；以及
图13是示出根据一些示例性实施方式的中央控制器的图。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，对许多具体细节进行阐述以提供对各种示例性实施方式的透彻理解。如本文中所使用的，术语“实施方式”和“实现方式”可互换地使用，并且是采用本文中公开的本发明构思中的一个或多个的非限制性示例。然而，显而易见的是，可以在没有这些具体细节或者具有一个或多个等同布置的情况下对各种示例性实施方式进行实践。在其它实例中，为了避免不必要地模糊各种示例性实施方式，以框图形式示出公知的结构和装置。此外，各种示例性实施方式可以是不同的，但不一定是排他的。例如，在不背离本发明构思的情况下，示例性实施方式的特定形状、配置和特性可以在另一示例性实施方式中使用或实施。
除非另有说明，否则示出的示例性实施方式将被理解为提供一些示例性实施方式的不同细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不背离本发明构思的情况下，各种例示的特征、部件、模块、层、膜、面板、区域、方面等(下文中，单独称为或统称为“元件”或“多个元件”)可以另行组合、分离、互换和/或重新布置。
在附图中使用交叉影线和/或阴影通常是为了使相邻元件之间的边界清楚。因此，除非有说明，否则交叉影线或阴影的存在或不存在都不传达或指示对特定材料、材料性质、尺寸、比例、图示元件之间的共性和/或元件的任何其他特性、属性、性质等的任何偏好或要求。此外，在附图中，出于清楚和/或描述的目的，元件的尺寸和相对尺寸可被夸大。由此，相应元件的尺寸和相对尺寸不一定受限于附图中所示的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施方式时，具体处理顺序可以与所描述的顺序不同地执行。例如，两个连续地描述的过程可以基本上同时地执行，或者以与所描述的顺序相反的顺序执行。此外，相同的附图标记表示相同的元件。
当诸如层的元件被称为位于另一元件“上”、“连接至”或“联接至”另一元件时，其可以直接位于另一元件上、直接连接至或联接至另一元件，或者可以存在介于中间的元件。然而，当元件被称为“直接位于”另一元件“上”、“直接连接至”或“直接联接至”另一元件时，不存在介于中间的元件。用于描述元件之间的关系的其它术语和/或短语应以类似的方式来解释，例如“在…之间”与“直接在…之间”、“相邻”与“直接相邻”、“在…上”与“直接在…上”等。此外，术语“连接”可以表示物理连接、电连接和/或流体连接。出于本公开的目的，“X、Y和Z中的至少一个”和“选自由X、Y和Z构成的集合中的至少一个”可以解释为仅X、仅Y、仅Z或者X、Y和Z中的两个或更多个的任何组合，诸如，以XYZ、XYY、YZ和ZZ为例。如本文中所使用的，术语“和/或”包括相关所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。
虽然术语“第一”、“第二”等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语用于将一个元件与另一元件区分开。因此，在不背离本公开的教导的情况下，下面讨论的第一元件可以称为第二元件。
诸如“下面(beneath)”、“下方(below)”、“之下(under)”、“下(lower)”、“上方(above)”、“上(upper)”、“之上(over)”、“较高(higher)”、“侧(side)”(例如，如“侧壁(sidewall)”中那样)等的空间相对术语可以在本文中用于描述性目的，并且从而用于描述如附图中所示的一个元件与另一(些)元件的关系。除了附图中描绘的取向之外，空间相对术语旨在涵盖设备在使用、操作和/或制造中的不同取向。例如，如果将附图中的设备翻转，则描述为在其它元件或特征“下方”或“下面”的元件将随之取向为在其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方两种取向。此外，设备可以以其它方式取向(例如，旋转90度或处于其它取向)，并且因而相应地解释本文中所使用的空间相对描述词。
本文中使用的术语是出于描述特定实施方式的目的，而非旨在进行限制。除非上下文另有明确指示，否则如本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。此外，当在本说明书中使用时，术语“包含”、“包含有”、“包括”和/或“包括有”表示所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其集合的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其集合的存在或添加。还应注意的是，如本文中所使用的，术语“基本上”、“约”和其它类似术语用作近似术语而不用作程度术语，并且因此用于为本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供值中的固有偏差留有余量。
本文中参照剖视图、等距视图、立体图、平面图和/或分解图对各种示例性实施方式进行描述，所述剖视图、等距视图、立体图、平面图和/或分解图是理想化示例性实施方式和/或中间结构的示意图。因此，将预期由例如制造技术和/或公差而导致的与图示形状的偏差。因此，本文中公开的示例性实施方式不应该被理解为受限于特定示出的区域形状，而是将包括由例如制造引起的形状上的偏差。为此，附图中示出的区域本质上可为示意性的，并且这些区域的形状可以不反映装置的区域的实际形状，并且因此并非旨在进行限定。
除非另有限定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。术语，诸如在常用词典中限定的术语，应解释为具有与其在相关技术的语境中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过度正式的含义进行解释，除非本文中明确地如此限定。
按照本领域中的惯例，针对功能性块、单元和/或模块，附图中描述并示出了一些示例性实施方式。本领域技术人员将理解的是，这些块、单元和/或模块通过可使用基于半导体的制备技术或其它制造技术而形成的电子(或光学)电路(诸如，逻辑电路、分立部件、微处理器、硬布线电路、存储器元件、布线连接等)物理上地实现。在块、单元和/或模块通过微处理器或其它类似硬件实施的情况下，可使用软件(例如，微代码)对所述块、单元和/或模块进行编程和控制以执行本文中讨论的各种功能，并且可选地，可以由固件和/或软件来驱动它们。还考虑到的是，每个块、单元和/或模块可以通过专用硬件进行实施，或者实施为执行一些功能的专用硬件与执行其它功能的处理器(例如，一个或多个编程式微处理器和相关电路)的组合。此外，在不背离本发明构思的情况下，一些示例性实施方式的每个块、单元和/或模块可以在物理上划分成两个或更多个交互且分立的块、单元和/或模块。此外，在不背离本发明构思的情况下，一些示例性实施方式的块、单元和/或模块可以物理地组合成更复杂的块、单元和/或模块。
示例性实施方式可以应用于诸如有机发光显示装置、无机发光显示装置、量子点发光装置、微米发光装置、纳米发光装置、液晶显示装置、场发射显示装置、电泳装置、电润湿装置等的多种显示装置(或与所述多种显示装置相关)。
在下文中，将参照附图详细说明各种示例性实施方式。
图1是示意性地示出根据一些示例性实施方式的显示装置的配置图。
参照图1，根据一些示例性实施方式的显示装置1可以包括认证模式和认证完成模式。认证模式可以表示用于认证将使用显示装置1的对象(例如，用户)是否是在显示装置1中登记(或登记到显示装置1)的登记用户的模式。认证完成模式可以表示完成认证并且用户可以使用显示装置1的模式。所述对象可以表示用户的身体的一部分，例如包括指纹的手指、虹膜、脸部等，但实施方式不限于此。在下文中，为了方便，将基于对象是用户的手指的示例性实施方式来给出描述。
显示装置1可以包括显示面板100、超声传感器200、超声传感器控制器300、中央控制器400、存储器500等。
显示面板100可以显示图像。例如，显示面板100可以接收用于显示图像的输入信号，并根据输入信号以适当的驱动时序显示图像。
根据一些示例性实施方式的显示面板100可以在例如可折叠的柔性衬底上实施，可以在不可折叠的刚性衬底上实施，或者可以在混合衬底上实施，所述混合衬底在至少一个区域中是刚性的并且在至少一个其它区域中是可折叠的。
超声传感器200可以使用超声信号来感测存在于显示面板100上(或与显示面板100交互)的对象。
超声传感器200的操作可以由超声传感器控制器300控制，并且超声传感器200可以向超声传感器控制器300输出从对象反射的超声信号、与超声信号对应的电信号、其它电流等。
超声传感器控制器300可以从中央控制器400接收指令信号来控制超声传感器200的操作，并输出与所感测的对象对应的感测值。例如，超声传感器控制器300可以控制超声传感器200的操作，以根据输入指令信号的特性来调整超声传感器200发射超声信号的时序、发射位置等，并且可以基于从对象反射的超声信号输出感测值。
在一些实施方式中，超声传感器控制器300可以根据认证模式和认证完成模式来不同地控制超声传感器200的操作，其中，认证模式和认证完成模式可以根据通过超声传感器控制器300接收的指令信号的特性确定。感测值可以表示通过将超声信号(其为模拟信号)数字化而获得的值。稍后将参照图6给出其更详细的描述。
中央控制器400可以根据认证模式和认证完成模式中的任何一种模式输出指令信号，并且基于感测值在显示面板100上执行显示控制。
显示控制可以表示控制在显示面板100上显示图像，以引导对想要使用显示装置1的用户进行认证。例如，在认证模式中，显示控制可以意为在显示面板100上显示指纹图像。然而，实施方式不限于此。
在一些实施方式中，在认证完成模式中，显示控制可以表示：根据经认证的用户的触摸，控制由软件(诸如，应用或程序)执行的功能经由显示面板100可视化。例如，当经认证的用户在显示面板100上触摸指示播放视频、音乐等的回放程序的图标并且回放程序执行回放功能时，显示控制可以表示控制正在显示面板100上显示的视频、图像等的显示。然而，实施方式不限于此。
中央控制器400可以根据显示装置1的显示状态来识别显示装置1的模式是认证模式还是认证完成模式。例如，当显示装置1的状态是显示与应用相关的图像的状态时，中央控制器400识别显示装置1的当前模式是认证完成模式。作为另一示例，当对其设定锁定功能的显示装置1处于待机状态中时，中央控制器400识别显示装置1的当前模式是认证模式。然而，实施方式不限于此。
当模式是认证模式时，中央控制器400可以基于感测值生成对象的第一图像，并且将第一图像与先前存储在存储器500中的第二图像进行比较，以认证所述对象是否是在显示装置1中登记(或登记到显示装置1)的用户。稍后将参照图7描述认证所述对象是否是在显示装置1中登记的用户的方法。
第一图像可以包括第一生物信息，并且第二图像可以包括在显示装置1中登记的用户的第二生物信息。第一生物信息和第二生物信息可以是用户的指纹信息。然而，实施方式不限于此，并且生物信息可以是虹膜信息、脸部信息等。
作为实施方式，在认证模式中，中央控制器400可以识别显示面板100是否被对象触摸至少一次。当显示面板100被对象触摸时，中央控制器400可以基于感测值生成第一图像。
当模式是认证完成模式时，中央控制器400可以基于感测值来识别显示面板100上的由对象触摸的点的位置。例如，中央控制器400可以将通过将超声信号(其是模拟信号)数字化而获得的感测值与存储在存储器500中的坐标值进行比较，并且确定与上述感测值对应的坐标值。
中央控制器400可以表示应用处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等。然而，实施方式不限于此。
存储器500可以将用于中央控制器400执行用户认证操作、触摸识别操作、显示控制操作等的数据存储为例如查找表。然而，实施方式不限于此。
例如，存储器500可以存储第一数据，其中第一数据与用于中央控制器400执行用户认证操作的生物信息相关。作为另一示例，存储器500可以存储第二数据，其中第二数据与中央控制器400执行触摸识别操作的在显示面板100上的坐标信息相关。作为再一示例，存储器500可以存储第三数据，其中第三数据与用于中央控制器400执行显示控制操作的显示控制信息相关。作为再一示例，存储器500可以存储与超声信号的移动速度信息相关的数据。
图2是示意性地示出根据一些示例性实施方式的显示面板100的框图。
参照图2，显示面板100包括时序控制器10、数据驱动器20、扫描驱动器30、光发射驱动器40、显示单元50和电源60。
时序控制器10可以通过从外部处理器接收用于图像帧的外部输入信号来生成用于显示面板100的信号。例如，时序控制器10可以向数据驱动器20提供灰度值和控制信号。此外，时序控制器10可以向扫描驱动器30提供时钟信号、扫描起始信号等。此外，时序控制器10可以向光发射驱动器40提供时钟信号、光发射停止信号等。
数据驱动器20可以使用从时序控制器10接收的灰度值和控制信号来生成待提供给数据线DL1、DL2和DLm的数据电压。例如，数据驱动器20可以使用时钟信号对灰度值进行采样，并且可以将与灰度值对应的数据电压以像素行(例如，连接到相同扫描线的像素)为单位施加到数据线DL1、DL2和DLm。这里，m可以是自然数。
扫描驱动器30可以从时序控制器10接收时钟信号、扫描起始信号等，以生成待提供给扫描线GIL1、GWL1、GBL1、GILn、GWLn和GBLn的扫描信号。这里，n可以是自然数。
扫描驱动器30可以包括多个子扫描驱动器。例如，第一子扫描驱动器可以提供用于第一扫描线GIL1和GILn的扫描信号，第二子扫描驱动器可以提供用于第二扫描线GWL1和GWLn的扫描信号，并且第三子扫描驱动器可以提供用于第三扫描线GBL1和GBLn的扫描信号。子扫描驱动器中的每个可以包括以移位寄存器的形式连接的多个扫描级。例如，扫描信号可以通过将提供给扫描起始线的扫描起始信号的接通电平的脉冲顺序地传送到下一扫描级而生成。
光发射驱动器40可以从时序控制器10接收时钟信号、光发射停止信号等，以生成待提供给光发射线EL1、EL2和ELn的光发射信号。例如，光发射驱动器40可以向光发射线EL1、EL2和ELn顺序地提供具有关断电平的脉冲的光发射信号。例如，光发射驱动器40可以配置成移位寄存器的形式，并且可以通过在时钟信号的控制下将光发射停止信号的关断电平的脉冲顺序地传送到下一光发射级来生成光发射信号。
显示单元50包括像素，诸如像素PXnm。例如，像素PXnm可以连接到一条相应的数据线DLm、多条扫描线GILn、GWLn和GBLn以及一条光发射线ELn。然而，与像素PXnm对应的数据线DLm、扫描线GILn、GWLn和GBLn以及光发射线ELn的数量不限于附图中示出的那样。
多个像素PXnm可以限定发射多种颜色的光的发光区域。例如，多个像素PXnm可以限定发射红光、绿光和蓝光的发光区域，但实施方式不限于此。作为实施方式，像素PXnm包括多个晶体管和至少一个电容器。在一些其它实施方式中，在像素PXnm中，多个晶体管中的至少一些可以是具有两个栅电极的双栅晶体管。
显示单元50可以限定包括发射由像素PXnm限定的多种颜色的光的发光区域的显示区域AA(例如，参见图8)。
电源60可以接收外部输入电压，并通过转换外部输入电压向输出端子提供电力电压。例如，电源60基于外部输入电压生成第一电力电压ELVDD和第二电力电压ELVSS。出于本公开的目的，第一电力和第二电力可以是具有彼此相对的电压电平的电力。例如，第一电力的电压电平可以高于第二电力的电压电平，但实施方式不限于此。电源60可以对每个像素PXnm提供初始化电压VINT，用于初始化驱动晶体管的栅电极和/或发光二极管的阳极。
电源60可以从电池等接收外部输入电压，并增大外部输入电压以生成比外部输入电压高的电力电压。例如，电源60可以配置为电力管理集成芯片(PMIC)。例如，电源60可以配置为外部直流(DC)/DC集成芯片(IC)。
电源60可以包括初始化电压生成器61。初始化电压生成器61可以控制对每个像素PXnm提供的初始化电压VINT的电压电平。例如，初始化电压生成器61可以控制提供给每个像素PXnm的初始化电压VINT的电压电平具有多个电压电平，而非始终恒定的电压电平。可以理解的是，初始化电压VINT由初始化电压生成器61控制。
图3是根据一些示例性实施方式的超声传感器200的分解图。
参照图3，根据一些示例性实施方式的超声传感器200可以包括发射器210、接收器220、压板230等。
发射器210可以发射超声信号，并且可以是能够生成超声信号的压电发射器。然而，实施方式不限于此。
发射器210可以是包括压电发射层212的平面波生成器，该压电发射层212可以是平坦的。例如，发射器210可以向压电发射层212施加电压，并且根据所施加的电压通过扩张或收缩压电发射层212来生成超声信号。作为实施方式，发射器210可以通过第一发射电极211和第二发射电极213将电压施加到压电发射层212。可以通过施加到压电发射层212的电压生成压电效应，并且可以通过经由压电效应改变压电发射层212的厚度来生成超声信号。第一发射电极211和第二发射电极213可以是金属化电极，例如，涂覆压电发射层212的两个表面的金属。
接收器220可以接收从对象反射的超声信号，并且可以包括压电材料。压电材料是铁电聚合物，诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)共聚物、聚偏二氯乙烯(PVDC)均聚物和共聚物、聚四氟乙烯(PTEFE)均聚物和共聚物以及二异丙基溴化铵(DIPAB)。然而，实施方式不限于此。
接收器220可以包括衬底221、像素输入电极222、压电接收层223、接收偏置电极224等。
衬底221上可以设置有多个像素传感器225，其根据所接收的超声信号生成电流。多个像素传感器225可以以阵列形式设置在衬底221上。如稍后将参照图6描述的，像素传感器225可以包括多个薄膜晶体管(TFT)、电互连迹线、二极管、电容器等作为像素电路。像素传感器225可以将在压电接收层223的最靠近像素传感器225的部分中生成的电荷转换成电信号。像素输入电极222可以将压电接收层223电连接到多个像素传感器225中的每个。
以上参照图2描述的像素PXnm的阵列和像素传感器225的阵列可以设置在彼此不重叠的区域中。
从压板230处的暴露表面反射的超声信号可以改变成定位在压电接收层223中的电荷。电荷由像素输入电极222收集并传送到像素传感器225。电荷可以由像素传感器225放大并输出到超声传感器控制器300。
接收偏置电极224可以设置在压电接收层223的与压板230相邻的表面上。然而，实施方式不限于此。接收偏置电极224可以是金属化电极，并且可以接地或偏置，以控制流过TFT阵列的电流。
压板230可以是可声耦合到接收器220的材料。例如，压板230可以由塑料、陶瓷、玻璃等形成。
压电发射层212和压电接收层223中的每个的厚度可以被选择为适于生成和接收超声信号。例如，由PVDF制成的压电发射层212的厚度可以是约28μm，并且由PVDF-TrFE制成的压电接收层223的厚度可以是约12μm。然而，实施方式不限于此。
根据一些示例性实施方式的超声传感器200还可以包括设置在发射器210与接收器220之间的声延迟层。声延迟层可以调整超声信号时序，并且同时可以使发射器210和接收器220电绝缘。
如以上参照图3所描述的，超声传感器200的发射器210、接收器220和压板230可以以堆叠的方式设置，但实施方式不限于此。
超声传感器200可以足够大以同时感测来自至少两个对象(例如，用户的多个手指)的指纹。
图4是示出根据一些示例性实施方式的超声信号的发射和接收的图。图5是示出根据一些示例性实施方式的在存在对象时图4中的超声信号的发射和接收的图。
参照图4，根据实施方式的超声传感器控制器300可以电连接到包括在超声传感器200中的发射器210和接收器220。
超声传感器控制器300可以向发射器210提供用于控制时序的信号，使得发射器210生成超声信号TX。例如，超声传感器控制器300通过在预设的时间间隔期间启动和停止发射器210的操作来控制超声传感器200。当预设的时间间隔被设定得较短时，可以增大超声传感器200的精度。换言之，超声传感器200的当前时间间隔和精度可以呈逆相关(或负相关)。发射器210发射穿过接收器220移动到压板230的超声信号TX，并且所发射的超声信号TX被发射到压板230的暴露于外部的表面。
当超声信号TX从对象反射时，经反射的超声信号RX可以移动到接收器220。接收器220可以将超声信号RX提供给超声传感器控制器300。
参照图5，当对象是用户2的手指时，超声信号的一部分在用户2的手指的交界面处被反射。用户2的手指通常包括指纹。此外，包括在用户2的手指中(或上)的指纹由多个指纹脊部2a和2b以及多个指纹谷部2c构成。
第一超声信号TX_1和TX_2，其是发射到压板230外部的超声信号的一部分，可以被吸收或散射，并且可以被与压板230接触的指纹脊部2a和2b再次反射。此时，经反射的第二超声信号RX_1和RX_2可以到达接收器220。
第三超声信号TX_3，其是发射到压板230外部的超声信号的另一部分，可以在与压板230的暴露表面接触的空间处(例如，指纹脊部2a和2b之间的谷部2c)处反射，并且经反射的第四超声信号RX_3可以到达接收器220。尽管图5示出了一个第三超声信号TX_3和一个第四超声信号RX_3，但是这是出于描述的便利，并且实施方式不限于此。
从指纹脊部2a和2b反射的第二超声信号RX_1和RX_2与从用户2的指纹的谷部2c反射的第四超声信号RX_3可以以不同的强度反射。
超声传感器控制器300可以通过随时间连续地采样超声信号来生成和输出感测值，该感测值可以是用于检测对象的移动(或存在)的数字值。
图6是示出根据一些示例性实施方式的超声传感器控制器300和像素传感器225的框图。
参照图6，根据一些示例性实施方式的超声传感器控制器300可以包括感测控制器310、选择器320、像素读取器330等。
感测控制器310可以基于从中央控制器400输入的指令信号来控制选择器320的操作时序，并且基于像素信号来输出感测值。像素信号可以表示像素读取器330(其将稍后描述)读取并输出从像素传感器225输出的电流的信号。感测控制器310可以包括信号生成器和模数转换器(下文中，ADC)，其中，信号生成器输出时钟信号和扫描起始信号，ADC用于将模拟信号转换成数字值。
例如，当输入与认证模式对应的第一指令信号时，感测控制器310可以控制选择器320的操作时序，使得选择器320将扫描信号顺序地输出到多条扫描线。当输入与认证完成模式对应的第二指令信号时，感测控制器310可以控制选择器320的操作时序，使得选择器320将扫描信号仅顺序地输出到多条扫描线S1至Sn中的奇数(例如，2n-1，其中n是自然数)扫描线或偶数(例如，2n)扫描线。然而，实施方式不限于此。
作为另一实例，感测控制器310接收与多条扫描线S1至Sn中的选定扫描线对应的多个像素信号，将多个像素信号中的每个转换成数字值，并将作为数字值的感测值输出到中央控制器400。然而，实施方式不限于此。
选择器320可以将扫描信号顺序地输出到多条扫描线S1至Sn。选择器320可以包括行选择机构、栅极驱动器IC、移位电阻器等。如上所述，选择器320可以根据感测控制器310的时序控制顺序地选择多条扫描线S1至Sn，以将扫描信号输出到所选择的扫描线，并且根据预定规则(例如，奇数扫描线S1、S3……、偶数扫描线S2、S4……等)选择多条扫描线S1至Sn，以输出扫描信号。
像素读取器330可以通过读取流过多条像素电流感测线R1至Rm的电流来输出像素信号。像素读取器330可以包括放大器、电容器、解复用器等。
当在多条扫描线S1至Sn中选择任意一条扫描线并且所选择的扫描线接收到扫描信号时，像素读取器330可以向感测控制器310输出用于与所选择的扫描线连接的多个像素传感器225中生成电流的像素传感器225的像素信号。感测控制器310可以将所选择的扫描线上的信息以及生成电流的像素传感器225上的信息数字化，生成数字信息，并输出数字信息作为感测值。
包括在接收器220中的多个像素传感器225可以连接到多条扫描线S1至Sn中的至少一条以及像素电流感测线R1至Rm中的至少一条。例如，第一行的像素传感器225_1连接到第一扫描线S1，第二行的像素传感器225_2连接到第二扫描线S2，第三行的像素传感器225_3连接到第三扫描线S3，并且第n行的像素传感器225_n连接到第n扫描线Sn。此外，与第一列对应的像素传感器225连接到第一像素电流感测线R1，与第二列对应的像素传感器225连接到第二像素电流感测线R2，且与第m列对应的像素传感器225连接到第m像素电流感测线Rm。这样，一个像素传感器225可以连接到一条扫描线和一条像素电流感测线。在图6中，多条扫描线S1至Sn的数量n可以与多条像素电流感测线R1至Rm的数量m相同或不同。
在一些实施方式中，像素传感器225可以包括峰值检测二极管、读取晶体管等，其中，峰值检测二极管检测定位在压电接收层223中的电荷的最大量，读取晶体管在检测到电荷最大量时生成相应电流。
图7是示出根据一些示例性实施方式的在认证模式中的用户认证方法的流程图。
参照图7，根据一些示例性实施方式的显示装置1发射超声信号(S110)，接收从对象(例如，用户2的手指)反射的超声信号(S120)，将所接收的超声信号转换成数字值并对所转换的数字值执行图像处理以进行用户认证(S130)，并获取对象的第一图像(S140)。
然后，根据一些示例性实施方式的显示装置1确定对象的第一图像是否与存储在存储器500中的第二图像相同(S150)。为了反映图像之间的误差，根据一些示例性实施方式的显示装置1可以在第一图像和第二图像在预定范围内类似时，确定第一图像和第二图像是相同的。例如，中央控制器400可以计算第一图像与第二图像之间的相似度，并且当相似度处于预设的误差范围内时，确定该对象是在显示装置1中登记的用户2的手指。然而，实施方式不限于此。
如上所述，第一图像可以包括第一生物信息，第二图像可以包括第二生物信息，并且第一生物信息和第二生物信息可以是用户2的手指的指纹信息。
当第一图像与第二图像相同时，根据一些示例性实施方式的显示装置1将操作模式从认证模式切换到认证完成模式(S160)。
图8是示出根据一些示例性实施方式的显示认证引导图像的实施方式的图。图9是根据一些示例性实施方式的显示认证引导图像的另一实施方式。
参照图8，包括在根据一些示例性实施方式的显示装置1中的中央控制器400可以控制显示面板100在认证模式中显示第三图像，并且可以控制显示面板100在认证完成模式中显示与第三图像不同的第四图像。
第三图像可以是用于引导对象接触显示面板100的至少一个认证引导图像101。认证引导图像101可以表示用于引导用户将诸如指纹、虹膜和/或脸部的生物信息适当地输入到显示装置1的图像。
例如，中央控制器400控制显示面板100在认证模式中显示指纹图像作为认证引导图像101。此时，指纹图像可以显示在显示面板100的显示区域AA和非显示区域NA中的显示区域AA的一部分中。非显示区域NA可以设置在显示区域AA外部，诸如设置在显示区域AA的周围(例如，设置成围绕显示区域AA)。
当显示装置1处于认证模式中时，认证引导图像101可以始终显示在显示面板100上。为了降低功耗，可以在满足预定条件时，在显示面板100上显示认证引导图像101。例如，预定条件可以是用户2的手指是否在预定范围内接近显示装置1。例如，中央控制器400可以基于感测值计算对象与显示面板100之间的距离d，将该距离d与预设的参考距离进行比较，并且当该距离d等于或小于参考距离时生成认证引导图像101。对象与显示面板100之间的距离d可以使用超声信号从对象返回所花费的时间、超声信号的速度来计算，超声信号的速度可以预先存储在存储器500中。
为了降低功耗并对用户提供便利，可以根据用户2的手指位于显示面板100上(或附近)的位置来确定显示认证引导图像101的位置。
例如，中央控制器400可以基于感测值计算显示面板100上的与对象的位置对应的坐标p(x，y)，并且在显示面板100上的坐标p(x，y)处显示认证引导图像101。这里，计算坐标p(x，y)的方法可以与以上参照图7描述的方法相同。
为了对用户提供便利并减少误差，认证引导图像101可以具有基于显示面板100上的与对象的位置对应的坐标p(x，y)的预定的边界区域102。
为了进一步增强安全性，可能需要执行两个或更多个认证过程，并且对应于多个认证过程，可以生成多个认证引导图像101。此外，中央控制器400可以使用多个认证引导图像101执行两个或多个认证过程。
例如，中央控制器400可以生成多个认证引导图像101、存储认证引导图像101的数量、控制显示面板100显示认证引导图像101中的至少一个，并且重复执行认证操作，直到认证所述对象是否是在显示装置1中登记的用户的认证操作的次数等于存储认证引导图像101的数量。
参照图9，在显示面板100的显示区域AA中可以同时显示多个认证引导图像。例如，第一认证引导图像101a和第二认证引导图像101b二者可以显示在显示面板100上。此时，用户2可以将两个或多个手指触摸到所显示的认证引导图像，以进行认证。
在一些实施方式中，可以在显示面板100上一个接一个地显示多个认证引导图像101。由此，在显示了多个认证引导图像101中的任意一个(例如，图9中示出的第一认证引导图像101a)并且用户2将他们的手指触摸到第一认证引导图像101a以进行认证之后，可以显示多个认证引导图像101中的另一个(例如，图9中所示的第二认证引导图像101b)或者显示另一种类型的认证引导图像。
图10是示出根据一些示例性实施方式的在认证完成模式中的触摸识别方法的流程图。
参照图10，如以上参照图7所描述的，根据一些示例性实施方式的显示装置1发射超声信号(S210)、接收从对象(例如，用户2的手指)反射的超声信号(S220)并且将所接收的超声信号转换成数字值(S230)。
在步骤S240中，根据一些示例性实施方式的显示装置1读取存储在存储器500的查找表中的数字值。存储在查找表中的数字值可以对应于显示面板100上的坐标值。
在步骤S250处，根据一些示例性实施方式的显示装置1从存储在查找表中的数字值提取与在步骤S230中转换的数字值对应的值，并使用所提取的值计算(或确定)坐标值。根据步骤S260，根据一些示例性实施方式的显示装置1识别对象的触摸。
图11和图12是示出根据各种示例性实施方式的正被识别的触摸和正被生成的触摸坐标的图。
参照图11，在认证完成模式中，显示装置1使用超声信号感测用户2的手指。当用户2的手指触摸包括在显示装置1中的显示面板100时，在用户2的手指触摸的点处发射的超声信号从用户2的手指反射并再次入射在显示装置1上。
参照图12，如以上参照图10所描述的，显示装置1通过计算在显示区域AA中的用户2的手指触摸的点的坐标q(x，y)来识别对象的触摸。
图13是示出根据一些示例性实施方式的中央控制器400的图。
参照图13，根据一些示例性实施方式的中央控制器400可以在认证模式中限制由对象触摸的点的触摸识别，并且在认证完成模式中限制第一图像的生成。
中央控制器400可以包括切换单元410、认证器420、触摸识别器430等。
切换单元410可以将认证器420和触摸识别器430中的任何一个连接到超声传感器控制器300。例如，当模式是认证模式时，切换单元410可以仅将超声传感器控制器300和认证器420彼此连接，并且当模式是认证完成模式时，切换单元410可以仅将超声传感器控制器300和触摸识别器430彼此连接。切换单元410可以利用开关、解复用器等来实施。
认证器420可以从超声传感器控制器300接收感测值，生成并识别第一图像，并且通过比较第一图像与第二图像之间的相似度来执行认证操作。认证器420可以包括读出集成电路(ROIC)、图像处理器等。
当认证器420执行认证操作并且识别对象是在显示装置1中登记的用户时，认证器420可以向切换单元410输出标示信号。当标示信号输入到切换单元410时，切换单元410解除超声传感器控制器300与认证器420之间的连接，并且将超声传感器控制器300和触摸识别器430彼此连接。
触摸识别器430可以接收感测值，计算一个或多个触摸点的坐标，并且识别在显示面板100上被触摸的点。触摸识别器430可以包括触摸驱动器IC、处理器等。
根据一些示例性实施方式，显示装置可能能够通过在没有单独的触摸传感器的情况下仅利用超声传感器来执行安全操作和触摸识别操作两者来降低成本。
根据一些示例性实施方式，可以提供一种显示装置，其通过小型化和减轻显示装置对用户是便利且便携的。
尽管本文中已经描述了特定示例性实施方式和实现方式，但是根据该描述，其他实施方式和修改将是显而易见的。因此，本发明构思不限于这些实施方式，而是受限于所附权利要求和多种明显修改以及如将对本领域普通技术人员显而易见的等同布置的更宽泛范围。

Claims (10)

1.显示装置，包括：
显示面板，配置成显示图像；
超声传感器，配置成使用超声信号感测与所述显示面板交互的对象；
超声传感器控制器，配置成：
接收指令信号以控制所述超声传感器的操作；以及
输出与所感测的对象对应的感测值；以及
中央控制器，配置成：
根据认证模式和认证完成模式中的一个输出所述指令信号；以及
基于所述感测值控制所述显示面板，
其中，响应于所述显示装置的模式是所述认证模式，所述中央控制器还配置成：
基于所述感测值生成所述对象的第一图像；以及
基于所述第一图像与预定义的第二图像的比较来确定所述对象是否对应于登记到所述显示装置的用户，以及
其中，响应于所述模式是所述认证完成模式，所述中央控制器还配置成基于所述感测值识别所述对象在所述显示面板上触摸的点。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述中央控制器还配置成：
确定所述第一图像与所述预定义的第二图像之间的相似度；以及
响应于所确定的相似度处于预设的误差范围内，确定所述对象对应于登记到所述显示装置的所述用户，
其中：
所述第一图像包括第一生物信息；以及
所述预定义的第二图像包括登记到所述显示装置的所述用户的第二生物信息，以及
其中，所述第一生物信息和所述第二生物信息是指纹信息。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述超声传感器包括：
发射器，配置成发射所述超声信号；以及
接收器，配置成接收从所述对象反射的所述超声信号，所述接收器包括多个像素传感器，所述多个像素传感器配置成根据所接收的超声信号生成电流，
其中：
所述超声传感器控制器包括：
选择器，配置成向多条扫描线顺序地输出扫描信号；
像素读取器，配置成：
确定多条像素电流感测线的电流；以及
输出像素信号；以及
感测控制器，配置成：
基于所述指令信号控制所述选择器的操作时序；以及
基于所述像素信号输出所述感测值；以及
所述多个像素传感器中的每个连接到所述多条扫描线中的至少一条和所述多条像素电流感测线中的至少一条，以及
其中：
响应于由所述多条扫描线中的一条扫描线接收到扫描信号，所述像素读取器配置成输出用于所述多个像素传感器中的像素传感器的像素信号，所述像素传感器连接到所述多条扫描线中的所述一条扫描线；以及
所述感测控制器配置成将与所述像素传感器对应的所述像素信号转换成数字值以输出所述感测值。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述中央控制器配置成：
在所述认证模式中，控制所述显示面板显示第三图像；以及
在所述认证完成模式中，控制所述显示面板显示第四图像，所述第四图像不同于所述第三图像，以及
其中，所述第三图像是配置成引导所述对象接触所述显示面板的至少一个认证引导图像。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其中，所述中央控制器还配置成：
基于所述感测值确定所述对象与所述显示面板之间的距离；
将所述距离与预设的参考距离进行比较；以及
响应于所述距离小于或等于所述参考距离，生成所述认证引导图像。
6.根据权利要求5所述的显示装置，其中，所述中央控制器还配置成：
基于所述感测值确定与所述对象的位置对应的坐标；以及
控制所述显示面板在所述坐标处显示所述认证引导图像。
7.根据权利要求6所述的显示装置，其中，所述认证引导图像是包括基于所述坐标的预定边界区域的图像。
8.根据权利要求4所述的显示装置，其中，所述中央控制器还配置成：
生成多个认证引导图像；
存储所述多个认证引导图像；
控制所述显示面板显示所述多个认证引导图像中的所述至少一个认证引导图像；以及
重复执行认证操作，直到执行所述认证操作的次数等于所述多个认证引导图像的数量。
9.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述中央控制器配置成：
仅在所述认证完成模式中对被所述对象触摸的点执行触摸识别；以及
仅在所述认证模式中生成所述第一图像。
10.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述中央控制器还配置成：
在所述认证模式中，确定所述显示面板是否被所述对象触摸；以及
响应于所述显示面板被所述对象触摸，基于所述感测值生成所述第一图像。
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