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CN107977122B - 具有集成指纹传感器的触摸屏装置 - Google Patents

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CN107977122B CN201710994289.7A CN201710994289A CN107977122B CN 107977122 B CN107977122 B CN 107977122B CN 201710994289 A CN201710994289 A CN 201710994289A CN 107977122 B CN107977122 B CN 107977122B
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Abstract

本发明提供了一种具有集成指纹传感器的触摸屏装置，所述触摸屏装置包括：触摸屏，所述触摸屏具有用于触摸感测的触摸区域以及用于触摸感测和指纹感测的指纹及触摸区域，所述触摸区域具有布置在第一方向上的多个Tx电极和布置在第二方向上的多个Rx电极，所述指纹及触摸区域具有布置在所述第一方向上的多个FTx电极和布置在所述第二方向上的多个FRx电极；以及触摸IC，所述触摸IC通过所述触摸区域和所述指纹及触摸区域来执行触摸感测，并且通过所述指纹及触摸区域来执行指纹感测，其中所述Rx电极形成多个组，所述多个组在所述触摸区域和所述指纹及触摸区域之间的边界区域中单独地且分开地连接至Rx线。

Description

具有集成指纹传感器的触摸屏装置
本申请要求于2016年10月25日提交的韩国专利申请No.10-2016-0139279的优先权，为了所有目的，通过引用将该专利申请结合在此，如同在此完全阐述一样。
技术领域
本发明涉及一种具有集成指纹传感器的触摸屏装置。
背景技术
随着计算机技术的进步，开发了用于各种用途的基于计算机的系统，比如膝上式电脑、平板PC、智能电话、个人数字助理、自动柜员机、搜索导向系统等。这些系统通常除了存储关于个体私生活的个人信息之外，还存储诸如商业信息或商业秘密之类的大量机密数据，需要加强安全性以保护这些数据。
为此，传统上采用能够通过经由指纹注册或验证系统来加强安全性的指纹传感器。指纹传感器是检测人的指纹的传感器。指纹传感器大体上分类为光学指纹传感器和电容指纹传感器。
光学指纹传感器利用诸如LED(发光二极管)之类的光源来内部照亮指纹，并且通过CMOS图像传感器来检测通过指纹的峰部(ridge)反射的光。光学指纹传感器因为涉及到利用LED进行指纹扫描，因此在尺寸减小方面存在限制，并且由于光源昂贵所以制造成本较高。
电容指纹传感器利用触摸指纹传感器的峰部和谷部(valley)之间的电荷差异。
相关技术的电容指纹传感器的已知例子是2013年11月21日提交的名称为“Capacitive Sensor Packaging”的美国公开专利申请No.US2013/0307818。在此美国公开专利申请中公开的电容指纹传感器是具有贴附到传感器的特定按钮的组件，并且包括硅晶片，硅晶片压印有用于测量电容板和用户指纹(包括峰部和谷部)之间的电容的电路。
一般而言，人的指纹的峰部和谷部非常窄，范围从300μm至500μm。因此，在上述美国公开专利申请中公开的电容指纹传感器需要制造用于指纹识别的高分辨率传感器阵列以及IC(集成电路)，并且采用硅晶片(传感器阵列和IC能够一起集成在硅晶片上)。但是，采用硅晶片将高分辨率传感器阵列和IC集成在一起需要用于将按钮和指纹传感器贴附在一起的组件结构。这使得构造复杂化，并且增大了非显示区域(也叫作边框)的尺寸。此外，按钮(例如智能电话上的HOME键)兼用作指纹传感器，这导致厚度的增大并且使得指纹感测区域依赖于按钮的尺寸。
为了解决这些问题，开发了一些技术，比如利用触摸传感器屏幕的一部分作为指纹识别区域的技术。这种技术的例子包括在2013年10月22日提交的名称为“Capacitivetouch sensor for identifying a fingerprint”的美国专利登记No.8,564,314以及在2014年8月18日提交的名称为“Capacitive touchscreen with integrated fingerprintrecognition”的韩国专利登记No.10-1432988.
图1是示意性示出在传统电容感测面板上的驱动电极和感测电极的阵列的平面图。图2是示出具有集成指纹传感器的传统触摸屏装置的构造的视图。图3A是示出在典型触摸传感器图案中出现的互电容的视图。图3B是示出在高密度传感器图案中出现的互电容的视图。
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3，具有触摸驱动电极1(x)和触摸感测电极1(y)；以及指纹传感器5，具有指纹驱动电极5(x)和指纹感测电极5(y)。在这种用于识别指纹的电容触摸传感器中，在屏幕区域的一部分中放置专用指纹传感器5，因此在指纹传感器5的区域上的触摸不会生效，在指纹传感器5周围的区域中触摸性能较低。
参照图2，具有集成指纹传感器的电容触摸屏包括触摸面板AA、电极连接线BB和触摸控制器CC。在这种构造中，触摸面板AA具有通过彼此交叉布置的第一通道电极A1(Tx或Rx)和第二通道电极A2(其余的Rx或Tx)的组合而形成的微通道(tiny channel)A3。除了位于指纹识别传感器A4的区域中的微通道之外的微通道A3在数量上组合在一起，并且用作用于触摸信号检测的触摸组通道A5；对应于指纹识别传感器A4的区域的微通道A3用作指纹识别通道A6。但是，在具有集成指纹传感器的触摸屏装置中，由于微通道(触摸通道)用作触摸组通道A5，所以触摸通道之间的互电容Cm显著增大。也就是说，在图3B的高密度传感器图案中，触摸通道之间的互电容Cm可以比图3A的典型的触摸传感器图案高出几十倍至几百倍。也就是说，互电容的增大降低了触摸传感器的灵敏度，这可导致诸如在发生触摸动作时不能识别触摸之类的故障。
发明内容
本发明的示例性实施方式提供了一种具有集成指纹传感器的触摸屏装置，所述触摸屏装置包括：触摸屏，所述触摸屏具有用于触摸感测的触摸区域以及用于触摸感测和指纹感测的指纹及触摸区域，所述触摸区域具有布置在第一方向上的多个Tx电极和布置在第二方向上的多个Rx电极，所述指纹及触摸区域具有布置在所述第一方向上的多个FTx电极和布置在所述第二方向上的多个FRx电极；以及触摸IC，所述触摸IC通过所述触摸区域和所述指纹及触摸区域来执行触摸感测，并且通过所述指纹及触摸区域来执行指纹感测，其中所述Rx电极形成多个组，所述多个组在所述触摸区域和所述指纹及触摸区域之间的边界区域中单独地且分开地连接至Rx线。
附图说明
被包括用来对本发明提供进一步理解并且并入本说明书且构成本说明书的一部分的附图图解了本发明的实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是示意性示出在传统电容感测面板上的驱动电极和感测电极的阵列的平面图；
图2是示出具有集成指纹传感器的传统触摸屏装置的构造的视图；
图3A是示出在典型触摸传感器图案中出现的互电容的视图；
图3B是示出在高密度传感器图案中出现的互电容的视图；
图4是示出采用了根据测试例的具有集成指纹传感器的触摸屏装置的显示装置的视图；
图5和6是用于解释根据测试例在触摸感测和指纹感测之间的差别的视图；
图7是用于解释在图4的测试例中示出的屏蔽电极的结构和功能的视图；
图8是用于解释测试例的问题的视图；
图9是示出采用了根据本发明示例性实施方式的具有集成指纹传感器的触摸屏装置的显示装置的框图；
图10是示出可在触摸屏上实现的指纹及触摸区域的位置的视图；
图11是在具有集成指纹传感器的触摸屏装置中的电极结构的视图；
图12是关于触摸区域的电极结构的视图；
图13是关于指纹及触摸区域的电极结构的视图；
图14和15是示出用于减小互电容的方法的视图；
图16是用于解释执行触摸感测的触摸感测模式的视图；
图17是用于解释执行指纹感测的指纹感测模式的视图；
图18是用于解释通过示例性实施方式实现的改进的视图；
图19是用于解释解决寄生电容的非均匀性的方案的视图；以及
图20和21是用于解释解决互电容的非均匀性的方案的视图。
具体实施方式
现在详细参考实施方式进行描述，其中的一些例子在附图中示出。
下文中，将参照附图描述根据本发明示例性实施方式的具体例子。
采用根据本发明的具有集成指纹传感器的触摸屏的显示装置可以基于平板显示器比如液晶显示器(LCD)、场发射显示器(FED)、等离子体显示面板(PDP)、有机发光显示器(OLED)、电泳显示器(EPD)等来实现。应当注意，尽管下文针对液晶显示器来描述了实施方式，但是本发明的显示装置不限于液晶显示器。当对与本发明相关的公知功能或构造的详细描述被认为可能不必要地模糊本发明的主题时，将省略该详细描述。
本发明的申请人进行了多次测试，来寻找在基于电容指纹传感器的显示装置中实现具有集成指纹传感器的触摸屏装置时产生触摸传感器的电容均匀性的方案。下面描述测试例。
在下面的描述中，Tx电极和FTx电极是布置在第一方向上以提供信号的驱动电极，Rx电极和FRx电极是布置在第二方向上以感测信号的感测电极。但是，应当理解，Tx电极和Rx电极以及FTx电极和FRx电极的命名不同是因为它们起着不同的作用。
[测试例]
图4是示出采用了根据测试例的具有集成指纹传感器的触摸屏装置的显示装置的视图。图5和6是用于解释根据测试例在触摸感测和指纹感测之间的差别的视图。图7是用于解释在图4的测试例中示出的屏蔽电极(shielding electrode)的结构和功能的视图。图8是用于解释测试例的问题的视图。
如图4至6所示，测试例显示了在显示装置中具有集成指纹传感器的触摸屏装置TSP。根据测试例具有集成指纹传感器的触摸屏装置TSP具有：触摸区域TAR，其中仅发生触摸感测；以及指纹及触摸区域FTAR，其中选择性发生触摸感测和指纹感测。
布置在触摸区域TAR中的Tx电极Tx1至Txn和Rx电极Rx1至Rxn以及布置在指纹及触摸区域FTAR中的FTx电极FTx1至FTxn和FRx电极FRx1至FRxn形成在高密度电极图案中。
Tx电极Tx1至Txn和Rx电极Rx1至Rxn对应于触摸感测电极Tx和Rx，FTx电极FTx1至FTxn和FRx电极FRx1至FRxn对应于指纹及触摸感测电极FTx和FRx。
Tx电极Tx1至Txn和Rx电极Rx1至Rxn分别经由Tx线TxL1至TxLn和Rx线RxL1至RxLn连接至触摸IC的通道，FTx电极FTx1至FTxn和FRx电极FRx1至FRxn分别经由FTx线FTxL1至FTxLn和FRx线FRxL1至FRxLn连接至触摸IC的通道。在Rx电极Rx1至Rxn和FRx电极FRx1至FRxn由微电极形成的同时，Rx电极Rx1至Rxn在焊盘区域PRADA中形成多个组，这些组单独且分开地连接至Rx线RxL1至RxLn。
布置在触摸区域TAR中的Tx电极Tx1至Txn和Rx电极Rx1至Rxn不需要像印刷感测所需的那么高的分辨率。因此，布置在触摸区域TAR中的Tx电极Tx1至Txn和Rx电极Rx1至Rxn形成用于不同区域的多个组，相同区域中的电极组被同时驱动和感测。由于上述操作，降低了具有集成指纹传感器的触摸屏装置TSP的功耗和触摸报告速率。
图中所示的1Tx电极Tx1表示微电极组。与1Tx电极Tx1相似，布置在触摸区域TAR中的Tx电极Tx1至Txn和Rx电极Rx1至Rxn的每一个表示微电极组。如图5所示，当执行触摸感测时，单个触摸感测部TS1感测作为触摸感测电极组的Rx电极Rx。
与此相对照，布置在指纹及触摸区域FTAR中的FTx电极FTx1至FTxn和FRx电极FRx1至FRxn执行指纹感测或触摸感测。当执行触摸感测时，布置在指纹及触摸区域FTAR中的FTx电极FTx1至FTxn和FRx电极FRx1至FRxn形成用于不同区域的多个组，并且相同区域中的电极组被同时驱动和感测。如图5所示，当执行触摸感测时，单个指纹及触摸感测部TS2感测作为指纹及触摸感测电极组的FRx电极FRx。
当执行指纹感测时，布置在指纹及触摸区域FTAR中的FTx电极FTx1至FTxn和FRx电极FRx1至FRxn需要高分辨率。因此，它们不是成组地工作而是被单独驱动和感测。以这种方式，布置在指纹及触摸区域FTAR中的FTx电极FTx1至FTxn和FRx电极FRx1至FRxn被微图案化，使得其中的很多装配在指纹的峰部和谷部之间，以高分辨率执行感测，由此实现精确的指纹感测。如图5所示，当执行指纹感测时，多个指纹及触摸感测部FS1至FS8感测由指纹感测电极组成的多个FRx电极FRx。
从上述可以看出，用于感测指纹及触摸区域FTAR的每个指纹及触摸感测部FS1至FS8和TS2通过布置在触摸IC内的开关块SB的操作来感测多个电极或多个电极组。
如图6所示，在执行触摸感测的触摸感测模式TMODE期间，成组地(in groups)依次驱动Tx电极。由此，属于相同组的Tx电极接收相同波形(相同相位波形)的传感器驱动信号tx1至tx4。与此相对照，在执行指纹感测的指纹感测模式FMODE期间，Tx电极被单独依次驱动。由此，Tx电极接收依次波形(sequential waveform)(依次延迟的波形)的传感器驱动信号tx1至tx4。
布置在触摸IC内的指纹感测部FSU响应于指纹使能信号FEN而启动，触摸感测部TSU响应于触摸使能信号TEN而启动。可从主机系统产生并输出指纹使能信号FEN和触摸使能信号TEN。指纹感测部FSU和触摸感测部TSU具有运算放大器SF3至FS6和TS2以及感测电容器Cfb_f和Cfb_t。
当提供指纹使能信号FEN时，开关块SB的第一开关SW1导通。在这种情形下，第二开关SW2处于关断状态。通过第一开关SW1的导通，指纹感测部FSU单独地感测Rx电极。
当提供触摸使能信号TEN时，开关块SB的第二开关SW2导通。在这种情形下，第一开关SW1处于关断状态。通过第二开关SW2的导通，触摸感测部TSU成组地感测Rx电极。也就是说，第一开关SW1和第二开关SW2彼此相反地执行开关操作(导通时间和关断时间相反)。
如图4和7所示，测试例显示了具有能够执行触摸感测和指纹感测的集成指纹传感器的触摸屏装置TSP。尽管在测试例中触摸感测和指纹感测是可能的，但是触摸感测电极和指纹感测电极的共存可能导致在它们之间出现非均匀的Cm/Cp。Cm表示互电容，Cp表示寄生电容。
在测试例中，屏蔽电极SHE以围绕指纹及触摸区域FTAR的方式形成，以便解决Cm/Cp的非均匀性问题。如图7所示，屏蔽电极SHE连接至地电压源GND。利用这种结构，指纹及触摸区域FTAR和触摸区域TAR可在某种程度上缓解电干扰问题。
但是，如从图8能够看出的，测试例表明一共存在四个感测区域(参见感测区域1至4定义的部分)，由于这些区域之间的Cm/Cp非均匀性，触摸性能不会达到预期。
研究结果表明：上述问题的一部分是由于多个Rx电极Rx1至Rxn成组工作，并且在与FTx电极FTx1至FTxn的交叉处形成总电极(general electrode)。此外，还表明：此问题的另一部分是由于多个Rx电极Rx1至Rxn成组工作，并且避开了FRx电极FRx1至FRxn。也就是说，发现了：由于多个电极组比与其连接的线占据更大的空间，这可与跟它们交叉或相邻的电极或线一起增大Cp。
<示例性实施方式>
图9是示出采用了根据本发明示例性实施方式的具有集成指纹传感器的触摸屏装置的显示装置的框图。10是示出可在触摸屏上实现的指纹及触摸区域的位置的视图。图11是在具有集成指纹传感器的触摸屏装置中的电极结构的视图。图12是关于触摸区域的电极结构的视图。图13是关于指纹及触摸区域的电极结构的视图。图14和15是示出用于减小互电容的方法的视图。
如图9所示，根据本发明示例性实施方式的具有集成指纹传感器的触摸屏装置与显示装置一起实现。显示装置包括：显示面板DIS；显示面板驱动电路12、14和16；以及主机系统18。具有集成指纹传感器的触摸屏装置包括触摸屏TSP和触摸IC20。
显示面板DIS包括形成在两个基板之间的液晶层。显示面板DIS上的像素阵列包括在由数据线D1至Dm(m是正整数)和栅极线G1至Gn(n是正整数)限定的像素区域中的像素。每个像素可包括：形成在数据线D1至Dm和栅极线G1至Gn的交叉处的TFT(薄膜晶体管)；利用数据电压充电的像素电极；以及连接至像素电极以保持液晶单元的电压的存储电容器Cst。
在显示面板DIS的上基板上可形成黑矩阵、滤色器等。显示面板DIS的下基板可实现为COT(TFT上滤色器)结构。在这种情形下，黑矩阵和滤色器可形成在显示面板DIS的下基板上。待提供公共电压的公共电极可形成在显示面板DIS的上基板或下基板上。偏振器分别贴附至显示面板DIS的上基板和下基板，用于设定液晶的预倾角的取向膜形成在与液晶接触的内表面上。柱状间隔物形成在显示面板DIS的上基板和下基板之间以保持液晶单元的单元间隙。
背光单元可设置在显示面板DIS的背部上。背光单元可实现为对显示面板DIS进行照明的边缘型或直下型背光单元。显示面板DIS可实现为任何公知的液晶模式，比如TN(扭曲向列)模式、VA(垂直取向)模式、IPS(面内切换)模式和FFS(边缘场切换)模式。
显示面板驱动电路12、14和16包括数据驱动电路12、扫描驱动电路14和时序控制器16，并且执行将输入图像的视频数据写入到显示面板DIS上的像素的操作。
数据驱动电路12将从时序控制器16输入的数字视频数据RGB转换为模拟正/负伽马补偿电压以输出数据电压。从数据驱动电路12输出的数据电压馈入到数据线D1至Dm。扫描驱动电路14向栅极线G1至Gn依次提供与数据电压同步的栅极脉冲(或扫描脉冲)以从显示面板DIS选择要被写入数据电压的像素行。
时序控制器16接收从主机系统18输入的时序信号，比如垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、数据使能信号DE、主时钟MCLK等，并且使数据驱动电路12和扫描驱动电路14的操作时序同步。扫描时序控制信号包括栅极起始脉冲GSP、栅极移位时钟GSC、栅极输出使能信号GOE等。数据时序控制信号包括源极采样时钟SSC、极性控制信号POL、源极输出使能信号SOE等。
主机系统18可实现为下述的任一种：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、家庭影院系统和电话系统。主机系统18包括内含缩放器(scaler)的芯片上系统(SoC)，并将输入图像的数字视频数据RGB转换为适于显示在显示面板DIS上的格式。主机系统18将时序信号Vsync、Hsync、DE和MCLK连同数字视频数据一起传送至时序控制器16。此外，主机系统18执行与从触摸IC20输入的触摸报告相关联的应用。
触摸屏TSP基于包含在显示面板DIS内的电极而实现为互电容型。触摸屏TSP可包括在第一方向上并排布置的Tx电极线(或Tx通道)、在第二方向上并排布置并且与Tx电极线交叉的Rx电极线(或Rx通道)、以及形成在Tx电极线和Rx电极线的交叉处的互电容传感器。每个互电容传感器包括连接至Tx电极线的Tx电极、连接至Tx电极线的Rx电极、以及位于Tx电极和Rx电极之间的绝缘层。Tx电极线是向传感器单独施加传感器驱动信号并向传感器提供电荷的驱动信号线。Rx电极线是连接至传感器并将传感器中的电荷提供至触摸IC20的传感器线。在互电容感测中，传感器驱动信号通过Tx电极线施加至互电容传感器的Tx电极，以向互电容传感器提供电荷，并且能够与传感器驱动信号同步地，通过经由Rx电极和Rx电极线感测互电容传感器的电容变化来感测触摸输入。
触摸屏装置TSP具有仅发生触摸感测的触摸区域TAR以及选择性发生触摸感测和指纹感测的指纹及触摸区域FTAR。指纹及触摸区域FTAR可定义为图10的(a)和(b)，或者定义为其它相似构造。为了便于说明，将关于图10的(a)对此进行描述。
触摸IC20包括向Tx电极线提供传感器驱动信号的驱动信号提供部和感测Rx电极线的驱动信号感测部。驱动信号感测部包括触摸感测部和指纹感测部。
触摸IC20进一步包括将指纹及触摸区域FTAR中的FRx线选择性连接至触摸感测部或指纹感测部的开关块。开关块响应于从外部施加的触摸使能信号和指纹使能信号来相反地执行开关操作。触摸IC20将通过感测获得的触摸坐标数据TDATA和指纹识别数据FDATA发送至主机系统18。
如图9和11至15所示，布置在触摸区域TAR中的Tx电极Tx1至Txn和Rx电极Rx1至Rxn以及布置在指纹及触摸区域FTAR中的FTx电极FTx1至FTxn和FRx电极FRx1至FRxn形成在高密度电极图案中。Tx电极Tx1至Txn和Rx电极Rx1至Rxn对应于触摸感测电极Tx和Rx，FTx电极FTx1至FTxn和FRx电极FRx1至FRxn对应于指纹及触摸感测电极FTx和FRx。
Tx电极Tx1至Txn和Rx电极Rx1至Rxn分别经由Tx线TxL1至TxLn和Rx线RxL1至RxLn连接至触摸IC20的通道，FTx电极FTx1至FTxn和FRx电极FRx1至FRxn分别经由FTx线FTxL1至FTxLn和FRx线FRxL1至FRxLn连接至触摸IC20的通道。
布置在触摸区域TAR中的Tx电极Tx1至Txn和Rx电极Rx1至Rxn执行触摸感测。Tx电极Tx1至Txn和Rx电极Rx1至Rxn由微电极形成。Tx电极Tx1至Txn通过设置在触摸IC20内部的开关块而成组地或者单独地工作。
与此相对照，如图12所示，Rx电极Rx1至Rxn在触摸区域TAR和指纹及触摸区域FTAR之间的边界区域中形成多个组，并且这些组单独地且分开地连接至Rx线RxL1至RxLn。例如，多个Rx电极形成一个组，即1Rx电极Rx1，并且1Rx电极Rx1在触摸区域TAR和指纹及触摸区域FTAR之间的边界区域中连接至1Rx线RxL1。
也就是说，布置在触摸区域TAR中的Rx电极Rx1至Rxn具有物理连接的结构，使得它们在触摸区域TAR和指纹及触摸区域FTAR之间的边界区域中成组地工作。此外，Rx线RxL1至RxLn布置成穿过(pass across)布置在指纹及触摸区域FTAR中的FRx电极FRx1至FRxn并连接至触摸IC20。
利用Rx电极Rx1至Rxn的上述结构，显著减小了可能出现在Rx电极Rx1至Rxn与FRx电极FRx1至FRxn之间的Cm/Cp。结果表明：相比测试例，由于触摸感测电极和指纹感测电极的共存而可能发生的Cm/Cp非均匀性的问题显著减小。关于这一点的测试结果如图18所示。
布置在触摸区域TAR中的Tx电极Tx1至Txn和Rx电极Rx1至Rxn不需要像指纹感测所需的那么高的分辨率。因此，布置在触摸区域TAR中的Tx电极Tx1至Txn和Rx电极Rx1至Rxn形成用于不同区域的多个组，相同区域中的电极组被同时驱动和感测。由于上述操作，降低了具有集成指纹传感器的触摸屏装置TSP的功耗和触摸报告速率。
图中所示的1Tx电极Tx1表示通过电短接(electrical shorting)形成的一组微电极。与1Tx电极Tx1相似，布置在触摸区域TAR中的其它Tx电极Tx2至Txn的每一个表示通过电短接形成的一组微电极。在Tx电极Tx1至Txn通过电短接形成用于不同区域的多个微电极组的同时，Rx电极Rx1至Rxn通过物理短接形成用于不同区域的多个微电极组。
布置在指纹及触摸区域FTAR中的FTx电极FTx1至FTxn和FRx电极FRx1至FRxn执行指纹感测或触摸感测。布置在指纹及触摸区域FTAR中的FTx电极FTx1至FTxn和FRx电极FRx1至FRxn由微电极形成。FTx电极FTx1至FTxn和FRx电极FRx1至FRxn通过设置在触摸IC20内部的开关块而成组地或单独地工作。
当执行触摸感测时，布置在指纹及触摸区域FTAR中的FTx电极FTx1至FTxn和FRx电极FRx1至FRxn形成用于不同区域的多个组，并且相同区域中的电极组被同时驱动和感测。
当执行触摸感测时，1FTx至5FTx电极FTx1至FTx5变成Txn+1电极Txn+1，并且作为1FTxL1至5FTxL5线FTxL1至FTxL5的Txn+1线通过设置在触摸IC20内部的开关块成簇(cluster)在一起。此外，1FRx至4FRx电极FRx1至FRx4变成Rx’电极Rx1’，并且作为1FRxL1至4FRxL4线FRxL1至FRxL4的Rx1’线通过设置在触摸IC20内部的开关块成簇在一起。
以这种方式，1FTx至10FTx电极FTx1至FTx10变成Txn+1电极Txn+1和Txn+2电极Txn+2，并且1FRx至uFRx电极FRx1至FRxu变成Rx1’至Rxn’电极Rx1至Rxn’。尽管图中示出了1FTx至10FTx电极FTx1至FTx10形成两个Tx电极和两条Tx线，但这仅是例示。1FRx至uFRx电极FRx1至FRxu具有数不清的电极和线，构成它们的微电极的数量与构成1Rx至nRx电极Rx1至Rxn的微电极的数量相似或相等。同样的情形适用于Tx线和FTx线。
当执行指纹感测时，布置在指纹及触摸区域FTAR中的FTx电极FTx1至FTxn和FRx电极FRx1至FRxn需要高分辨率。因此，它们不是成组工作，而是被单独驱动和感测。以这种方式，布置在指纹及触摸区域FTAR中的FTx电极FTx1至FTxn和FRx电极FRx1至FRxn被微图案化(micropatterned)，使得其中的很多装配在指纹的峰部和谷部之间，以高分辨率执行感测，由此实现精确的指纹感测。
如图14所示，触摸IC20可执行第一开关操作，以在触摸区域TAR上执行触摸感测时减小互电容。为此，触摸IC20控制开关块，使得在非有效通道NRx电浮置的同时仅感测有效通道ERx。
如图15所示，触摸IC20可执行第二开关操作，以在触摸区域TAR上执行触摸感测时减小互电容。为此，触摸IC20控制开关块，使得在非有效通道NRx连接至地电压源GND的同时仅感测有效通道ERx。
由于图14和15的操作在执行触摸感测时实施，因此它们能够被等同地应用于指纹及触摸区域FTAR和触摸区域TAR。此外，触摸区域TAR中的所有通道可在经由指纹及触摸区域FTAR执行指纹感测时连接至地电压源GND。在这种情形下，能够减小Cp以及互电容，由此提高指纹感测的精确度。
下面将给出关于在指纹及触摸区域FTAR中执行的触摸感测和指纹感测的详细描述。
图16是用于解释执行触摸感测的触摸感测模式的视图。图17是用于解释执行指纹感测的指纹感测模式的视图。图18是用于解释通过示例性实施方式实现的改进的视图。
如图10和16所示，在执行触摸感测的触摸感测模式TMODE期间，FTx电极FTx1至FTx10在两组中依次驱动。由此，属于1FTx组的FTx电极FTx1至FTx5接收相同波形(相同相位波形)的FTxn+1传感器驱动信号ftxn+1。属于2FTx组的FTx电极FTx6至FTx10接收相同波形(相同相位波形)的FTxn+2传感器驱动信号ftxn+2。这是基于FTxn+1传感器驱动信号ftxn+1在FTxn+2传感器驱动信号ftxn+2之前以高逻辑输出的例子，但本发明不限于此。
在执行触摸感测的触摸感测模式TMODE期间，控制开关块SB，使得仅感测有效通道ERx，这将在下文进行描述。描述将基于开关块SB的第二开关SW2响应于触摸使能信号导通以便仅感测被定义为有效通道ERx的四个FRx电极的例子。但是，本发明不限于这个例子，因为本发明包括多个FRx电极作为有效通道ERx。本发明也可在执行触摸感测时，由触摸IC将Rx电极中的一些定义为有效通道并且将其余Rx电极中的一些定义为非有效通道，并将非有效通道连接至地电压源或使其处于电浮置状态。
在执行触摸感测的触摸感测模式TMODE期间，开关块SB的第二开关SW2导通。一旦开关块SB的第二开关SW2导通，则对应于有效通道ERx的1FRx至10FRx电极FRx1至FRx10中的仅四个形成一个组。四个FRx电极由一个Rx1’电极Rx1’或一条Rx1’线限定。第一触摸感测部TS1电连接至一个Rx1’电极Rx1’或一条Rx1’线，由此感测第一组。
一旦开关块SB的第二开关SW2导通，则对应于有效通道ERx的11FRx至20FRx电极FRx11至FRx20中的仅四个形成一个组。四个FRx电极由一个Rx2’电极Rx2’或一条Rx2’线限定。第二触摸感测部TS2电连接至一个Rx2’电极Rx2’或一条Rx2’线，由此感测第二组。
当开关块SB的第二开关SW2导通时，第一触摸感测部TS1和第二触摸感测部TS2执行感测操作，但是第一至第二十指纹感测部FS1至FS20不执行感测操作。此外，不作为有效通道ERx的FRx电极(或非有效通道)进入浮置状态，或者连接至地电压源。
如图10和17所示，在执行指纹感测的指纹感测模式FMODE期间，FTx电极FTx1至FTx10被单独地依次驱动。由此，FTx电极FTx1至FTx10接收不同波形(依次延迟的波形)的FTx1至FTx10传感器驱动信号ftx1至ftx10。这是基于FTx1传感器驱动信号ftx1在FTx2传感器驱动信号ftx2之前以高逻辑输出的例子，但是本发明不限于此。类似地，两个连续的传感器驱动信号可具有第一时段的差异。
在执行指纹感测的指纹感测模式FMODE期间，控制开关块SB以感测所有通道，下文将进行描述。
在执行指纹感测的指纹感测模式FMODE期间，开关块SB的第一开关SW1导通。一旦开关块SB的第一开关SW1导通，则对1FRx至20FRx电极FRx1至FRx20的每一个执行感测操作。
第一指纹感测部FS1电连接至与1FRx线FRxL1连接的1FRx电极FRx1，因此执行感测。以这种方式，第一至第二十指纹感测部FS1至FS20感测1FRx电极FRx1至20FRx电极FRx20。第一至第二十指纹感测部FS1至FS20可执行同时感测或依次感测。
当开关块SB的第一开关SW1导通时，第一至第二十指纹感测部FS1至FS20执行感测操作，但是第一触摸感测部TS1和第二触摸感测部TS2不执行感测操作。
如上所述，在本发明的示例性实施方式中，Rx电极被设计为分离成触摸电极部(或总电极传感器部)和指纹及触摸电极部(或微电极传感器部)，并且相同类型的电极具有均匀的Cm/Cp。结果，如从18能够看出的，根据本发明示例性实施方式的具有集成指纹传感器的触摸屏装置具有总共两个感测区域，在这些区域之间Cm/Cp是均匀的，由此改善了指纹传感器的性能和灵敏度，并且改善了触摸性能。
即使采用根据示例性实施方式的上述方法，依据具有集成指纹传感器的触摸屏装置或显示装置的触摸屏装置的结构或驱动方法，仍然可能发生Cm/Cp非均匀性问题。
图19是用于解释解决寄生电容的非均匀性的方案的视图。图20和21是用于解释解决互电容的非均匀性的方案的视图。
根据本发明的另一示例性实施方式，Rx电极被分离成触摸电极部Rx(或总电极传感器部)和指纹及触摸电极部FRx(或微电极传感器部)。尽管通过示例性实施方式的上述结构来分离和限定触摸电极部Rx和指纹及触摸电极部FRx，但是依据具有集成指纹传感器的触摸屏装置或显示装置的触摸屏装置的结构或驱动方法，可能发生Cm/Cp非均匀性问题。
但是，通过利用下述方法，可以按照适于具有集成指纹传感器的触摸屏装置或显示装置的触摸屏装置的结构或驱动方法的方式来执行触摸感测和指纹感测，由此解决Cm/Cp非均匀性问题。
[用于解决寄生电容的非均匀性的方案]
在本发明的另一示例性实施方式中，如图19所示，基于作为差分放大器的运算放大器来实现感测触摸电极部Rx的触摸感测部以及感测指纹及触摸电极部FRx的指纹感测部。作为差分放大器的运算放大器有助于解决寄生电容Cp的非均匀性问题，因为它们仅放大差分输入并且公共模式信号增益为零。
[用于解决互电容的非均匀性的方案]
在本发明的另一示例性实施方式中，如图20所示，触摸IC以如下方式实现：累积感测具有例如3.3V的驱动电压的传感器驱动信号，并且从累积的感测次数来导出触摸感测结果或指纹感测结果。在本发明的又一示例性实施方式中，如图21所示，触摸IC以如下方式实现：传感器驱动信号具有例如3.3V的驱动电压，并且通过改变驱动电压来驱动和感测触摸区域TAR和指纹及触摸区域FTAR。
如上所述，由于Rx电极被设计为物理分离成触摸电极部和指纹及触摸电极部以确保均匀的Cm/Cp，所以本发明具有改善指纹传感器的性能和灵敏度以及改善触摸性能的优点。本发明的另一个优点在于：通过按照适于具有集成指纹传感器的触摸屏装置或显示装置的触摸屏装置的结构或驱动方法的方式来执行触摸感测和指纹感测，能够解决Cm/Cp非均匀性问题。

Claims (12)

1.一种具有集成指纹传感器的触摸屏装置，所述触摸屏装置包括：
触摸屏，所述触摸屏具有用于触摸感测的触摸区域以及用于触摸感测和指纹感测的指纹及触摸区域，所述触摸区域具有布置在第一方向上的多个Tx电极和布置在第二方向上的多个Rx电极，所述指纹及触摸区域具有布置在所述第一方向上的多个FTx电极和布置在所述第二方向上的多个FRx电极；以及
触摸IC，所述触摸IC通过所述触摸区域和所述指纹及触摸区域来执行触摸感测，并且通过所述指纹及触摸区域来执行指纹感测，
其中所述Rx电极形成多个组，所述多个组在所述触摸区域和所述指纹及触摸区域之间的边界区域中单独地且分开地连接至Rx线，并且
其中所述FTx电极和所述FRx电极在执行触摸感测时成组地工作并且在执行指纹感测时单独地工作。
2.如权利要求1所述的触摸屏装置，其中所述Rx线被布置成：穿过布置在所述指纹及触摸区域中的FRx电极。
3.如权利要求1所述的触摸屏装置，其中所述FRx电极响应于包含在所述触摸IC内部的开关块的操作而成组地或单独地工作。
4.如权利要求1所述的触摸屏装置，其中所述Rx电极通过布置在所述触摸屏上的Rx线总是成组地工作，所述Tx电极仅在执行触摸感测时成组地工作。
5.如权利要求1所述的触摸屏装置，其中在执行指纹感测时，所述触摸IC将与所述Rx电极连接的所有通道连接至地电压源。
6.如权利要求1所述的触摸屏装置，其中在执行触摸感测时，所述触摸IC将所述Rx电极中的一些定义为有效通道并且将其余Rx电极中的一些定义为非有效通道，并将所述非有效通道连接至地电压源。
7.如权利要求1所述的触摸屏装置，其中在执行触摸感测时，所述触摸IC将所述Rx电极中的一些定义为有效通道并且将其余Rx电极中的一些定义为非有效通道，并使所述非有效通道处于电浮置状态。
8.如权利要求1所述的触摸屏装置，其中所述触摸IC在执行触摸感测时将相同相位的传感器驱动信号提供至所述Tx电极，并且将相位依次延迟的传感器驱动信号提供至所述FTx电极。
9.如权利要求3所述的触摸屏装置，其中所述开关块包括：
第一开关，所述第一开关响应于指纹使能信号而导通并将所述FRx电极连接至指纹感测部的输入端；以及
第二开关，所述第二开关响应于触摸使能信号而导通并将所述Rx电极连接至触摸感测部的输入端。
10.如权利要求9所述的触摸屏装置，其中所述第一开关和所述第二开关响应于所述触摸使能信号和所述指纹使能信号而彼此相反地执行开关操作。
11.如权利要求1所述的触摸屏装置，其中所述FTx电极和所述FRx电极通过电短接而形成多个组。
12.如权利要求1所述的触摸屏装置，其中基于包含在显示面板内部的电极，所述触摸屏被实现为互电容型。
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