本申请涉及显示技术领域，更具体地，涉及电子设备、显示系统及其集成控制装置。
背景技术：
随着大数据时代的到来，海量数据的安全成为“人机交互”中必须有效解决的关键问题。在电子设备上配置的显示屏不仅用于显示图像和文本，而且进一步发展成人机交互的重要途径。在显示屏上可以集成触控传感器、指纹传感器、音频传感器、图像传感器等，从而形成显示系统。用户可以直接在显示屏上输入文字、选择图标、手势控制以及进行诸如指纹、声纹、虹膜、人脸之类的生物特征识别等操作。
传统技术中各种传感器以及显示屏均是彼此独立的组件，各自通过单独的控制单元连接到电子设备的主控单元上。由于组件数量多，功能复杂，造成装配时工序复杂，占用较多空间且可能相互间互相干涉，整机尺寸大，很难轻薄化。如手机等智能设备，由于以上组件的限制，造成屏占比偏小，装配困难，成本高企。另一方面，由于多种组件均直接由主控芯片协调和管理，造成电子设备的主控单元工作负担繁重。
技术实现要素：
鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种电子设备、显示系统及其集成控制装置，其中，在显示系统的集成控制装置中整合了多个传感器单元，集成控制装置在进行显示驱动的同时，还能够统一管理和协调这多个传感器单元来进行数据的采集和传输，从而简化了系统设计复杂度，并且减轻了主控芯片的负担。
根据本实用新型的第一方面，提供一种集成控制装置，包括：显示单元，用于向显示屏提供显示驱动信号；多个传感器单元，分别用于从多种传感器采集感应数据；处理器，与所述显示单元和多个传感器单元相连，用于控制所述显示单元和多个传感器单元，根据接收到的应用指令来管理和协调所述多个传感器单元；以及通信接口，与所述处理器相连，用于与电子设备的主控单元之间通信。
优选地，所述多个传感器单元中的至少一个传感器单元包括：第一接口，用于与对应的传感器通信；逻辑模块，用于向对应的传感器提供驱动信号和从所述对应的传感器接收感应信号，以及对接收到的感应信号进行放大和数模转换，以产生感应数据；以及第二接口，用于与所述处理器通信。
优选地，所述多个传感器单元中的至少一个传感器单元还包括：第三接口，用于与所述主控单元通信。
优选地，所述处理器还用于对所述感应数据中的至少部分感应数据进行处理，并通过所述通信接口输出感应数据、经过处理的感应数据以及处理结果当中的至少一个。
优选地，所述集成控制装置还包括：非易失性存储器，与所述处理器相连，用于存储感应数据、经过处理的感应数据以及处理结果当中的至少一个。
优选地，所述多种传感器包括触控传感器、指纹传感器、掌纹传感器、音频传感器、图像传感器中的至少一种。
优选地，所述集成控制装置为单个芯片。
根据本实用新型的第二方面，提供了一种显示系统，包括：显示屏，用于根据显示数据显示图像；至少一个传感器，用于获取用户交互的感应信号；以及上述的集成控制装置，与所述显示屏和所述至少一个传感器相连。
根据本实用新型的第三方面，提供了一种电子设备，包括：上述的显示系统；以及主控单元，与所述显示系统相连，用于向显示系统发送应用指令，以及与显示系统之间进行数据传送，所述应用指令包含了与显示系统中的多种传感器的管理和调度相关的信息。
根据本实用新型的实施例，集成控制芯片除了具备显示驱动功能之外，还在内部整合了多个传感器单元，分别针对诸如指纹传感器、音频传感器、图像传感器、压力传感器等多种传感器，集成控制芯片的处理器能够辅助电子设备的主控单元来管理和协调多种传感器单元的数据采集和传输，相比于传统技术简化了系统设计并且减轻了主控单元的负担。
在优选的实施例中，集成控制装置的各个模块集成于单个芯片中。进一步地，将闪存也集成于集成控制装置的芯片中。采用集成控制装置可以降低现有显示模组的结构尺寸，减少电子元器件数量，降低设计复杂度，提高成品率。
附图说明
通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出根据本实用新型实施例的显示系统中液晶显示装置的等效电路图。
图2示出根据本实用新型实施例的显示系统中触控装置的等效电路图。
图3示出根据本实用新型实施例的显示系统的内部结构示意图。
图4示出根据本实用新型实施例的包含显示系统的电子设备的电路连接示意图。
图5示出根据本实用新型实施例的包含显示系统的电子设备的示意性框图。
图6示出根据本实用新型实施例的传感器单元的示意性框图。
图7示出根据本实用新型实施例的显示系统中一种集成控制装置的示意性框图。
图8示出根据本实用新型实施例的显示系统中另一种集成控制装置的示意性框图。
图9示出根据本实用新型实施例的显示系统中采用分时复用方式进行显示和触控的时序图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。
在本申请中，术语“本地”表示设置在显示屏端的集成控制装置的芯片内部，或者与集成控制装置位于同一块印刷电路板上。例如，“本地验证”表示在集成控制装置的芯片内部由处理器执行验证程序，“本地存储”表示用于存储特征数据、加密程序和验证程序的非易失性存储器位于集成控制装置的芯片内部，或者与集成控制装置位于同一块印刷电路板上。
本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
根据本实用新型实施例的显示系统包括显示装置和用于获取用户信息的至少一个传感器。该显示装置例如是选自液晶显示屏、LED显示屏、AMOLED显示屏、量子点显示屏、电子纸、MicroLED显示屏中的任一种。该传感器例如是选自触控装置、指纹传感器、光学传感器、声学传感器中的任一种。在下文的实施例中，以触控液晶显示屏为例进行说明，其中，显示装置为液晶显示装置，传感器为触控装置。
图1示出根据本实用新型实施例的显示系统中液晶显示装置的等效电路图。
液晶显示装置110包括栅极驱动模块111、源极驱动模块112、多个薄膜晶体管T、以及在像素电极和公共电极之间形成的多个像素电容CLC。所述多个薄膜晶体管T组成阵列。栅极驱动模块111经由多条栅极扫描线分别连接至相应行的薄膜晶体管T的栅极，用于以扫描的方式提供栅极电压G1至Gm，从而在一个图像帧周期中，选通不同行的薄膜晶体管。源极驱动模块112经由多条源极数据线分别连接至相应列的薄膜晶体管T的源极，用于在各行的多个薄膜晶体管T选通时，分别向各列的多个薄膜晶体管T提供与灰阶相对应的灰阶电压S1至Sn。其中，m和n是自然数。所述多个薄膜晶体管T的漏极分别连接至相应的一个像素电容CLC。
在选通状态下，源极驱动模块112经由源极数据线和薄膜晶体管T，将灰阶电压施加在像素电容CLC上。像素电容CLC上的电压作用在液晶分子上，从而改变液晶分子的取向，以实现与灰阶相对应的透光率。为了在像素的更新周期之间保持电压，像素电容CLC可以并联存储电容Cs以获得更长的保持时间。
图2示出根据本实用新型实施例的显示系统中触控装置的等效电路图。
触控装置120包括触控驱动模块121、触控感应模块122、以及在激励电极和感应电极之间形成的多个感应电容CT。所述多个感应电容CT组成阵列。触控驱动模块121连接至所有行的激励电极，用于以扫描的方式提供激励信号Tx1至Txm，从而在一个触控帧周期中，依次向不同行的激励电极提供激励信号。触控感应模块122连接至所有列的感应电极，从而接收相应列的接收信号Rx1至Rxn。其中，m和n是自然数。
触控驱动模块121例如产生交流电信号作为激励信号，触控感应模块122例如接收交流电信号，根据接收信号检测出电流值，进一步根据电流值的大小获得驱动电极和感应电极交叉点的电容值，从而判断是否在该点产生触摸动作。
图3示出根据本实用新型实施例的显示系统的内部结构示意图。在该实施例中，显示系统为触控显示屏100。
如图所示，触控显示屏100包括液晶屏、以及依次堆叠于其上的触控传感器171和玻璃盖板172。液晶屏包括提供背光的背光照明单元131和根据灰阶信号改变透光率的液晶面板。触控传感器171例如以塑料片作为基板。
液晶面板进一步包括依次彼此相对的第一玻璃基板141、第二玻璃基板142、夹在二者之间的液晶层161，在第一玻璃基板141上形成第一偏光片142和TFT阵列143，在第二玻璃基板142上形成第二偏光片152和滤色片153。在
第一玻璃基板141还形成多条栅极扫描线和多条源极数据线和多个像素电极，TFT阵列143包括多个薄膜晶体管，所述薄膜晶体管的栅极连接至相应的一条栅极扫描线，源极连接至相应的一条源极数据线，漏极连接至相应的一个像素电极。在像素电极和公共电极之间形成像素电容。如下文所述，液晶面板还包括驱动芯片，该驱动芯片中的栅极驱动模块和源极驱动模块分别提供栅极电压和灰阶电压。
在薄膜晶体管的选通状态下，源极驱动模块经由源极数据线和薄膜晶体管，将灰阶电压施加在像素电容CLC上。像素电容CLC上的电压作用在液晶分子上，从而改变液晶分子的取向，以实现与灰阶相对应的透光率，从而实现相应的灰阶显示。
在该实施例中示出了“盖板外嵌式传感器”的触控显示屏100，以说明本实用新型的基本原理。然而，本实用新型可以应用于各种结构的触控显示屏，而不限于传感器的类型及其在显示屏中的集成方式。
采用这种设计方法，触控传感器171或者添加到玻璃盖板(Cover Glass，CG)上，或者放在一个专用的传感器层中。将触控传感器171整合在玻璃盖板上的方法有时称为“盖板外嵌式传感器(Sensor-on-Lens，SoL)”或“盖板集成式解决方案(One Glass Solution，OGS)，因为这种方法无需增加一个单独的传感器层，仅利用玻璃盖板即可。采用单独触控传感器171的设计方法称为玻璃—薄膜(Glass-Film，GF)或玻璃—薄膜—薄膜(Glass-Film-Film，GFF)，前者采用单层电极，后者采用两层电极。这些设计方法都称为“分离式”的，即触控传感器171作为独立的结构堆叠在液晶屏的表面上。分离式触控传感器覆盖层的优势是，技术成熟、风险低、产品上市快。在采用最新显示和触控技术时，也会采用分离式设计，在这种情况下，常常在后续设计环节将分离式设计集成进去。
在进一步改进的结构中，将触控传感器171的电极阵列直接集成到液晶屏的一层或多层上。这种集成可以在显示屏中的基本单元之上或基本单元之内实现，即外嵌式(On-Cell)集成或内嵌式(In-Cell)集成。
将触控电极阵列设置到第二玻璃基板151之上的方法称为外嵌式集成，因为传感器位于显示屏基本单元之上。传感器的驱动电极和接收电极可以与跨接线电气隔离，也可以采用特殊布局，以使这些网格无需架桥就能实现。后种设计称为单层多点外嵌式(Single-Layer-On-Cell，SLOC)，这种设计很常见的，因为成本较低、良率较高。
采用外嵌式技术给显示屏增加触控功能简单、可靠，而且这种方法对于有源矩阵有机发光二极管(Active-Matrix Organic Light Emitting Diode，AMOLED)显示屏而言，常常是最佳选择。对于较大型显示屏以及曲面或柔性显示屏而言，以外嵌方式集成无跨接线的金属网状传感器也是很好的选择。
另一种内嵌式集成属于混合式设计，其中触控传感器的驱动电极内嵌在第一玻璃基板141上，而接收电极则外嵌到第二玻璃基板151上。这种方式称为混合多点内嵌式(Hybrid In-Cell)设计。为了避免混淆，术语“全面多点内嵌式(Full In-Cell)”指的是，驱动电极和接收电极均位于基本单元之内。
在该实施例中，在显示系统中集成了触控传感器。在替代的实施例中，除触控传感器之外，还可以集成各种生物光学传感器，例如指纹传感器、声学传感器、光学传感器等，用于采集指纹、声纹、虹膜等生物特征信息。
图4示出根据本实用新型实施例的显示系统的电路连接示意图。在该实施例中，显示系统为触控显示屏100。触控显示屏100进一步包括集成控制芯片210，用于为液晶屏中的薄膜晶体管提供显示驱动信号，包括栅极电压和灰阶电压，以及为触控传感器中的驱动电极控制触控驱动信号，并且从触控传感器中的接收电极获得接收信号，以判断触摸位置。该集成控制芯片210经由连接组件310连接至主板410。连接组件310例如为柔性电路板。主板410包括作为主控单元的主处理器(下文简称主控单元410)，用于实现操作系统的功能。
现有技术的集成控制装置用于实现显示驱动和触控驱动功能的至少之一，但是并不能管理诸如指纹传感器、音频传感器、图像传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器等其他传感器的数据采集和传输。通常这些传感器通过单独的控制电路连接到电子设备的主板上，由主板上的主控单元来独立控制。
与现有技术的集成控制装置不同，本实用新型实施例的集成控制芯片除了具备显示驱动功能之外，还在内部整合了多个传感器单元，分别针对诸如指纹传感器、音频传感器、图像传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器等多种传感器，集成控制芯片的处理器能够辅助电子设备的主控单元来管理和协调多种传感器单元的数据采集和传输，相比于传统技术简化了系统设计并且减轻了主控单元的负担。
图5示出根据本实用新型实施例的包含显示系统的电子设备的示意性框图。如图5所示，电子设备包括主控单元410和显示系统，例如以上描述的触控显示屏100。显示系统可以包括：显示装置110；至少一种传感器，包括但不限于触控传感器120、指纹传感器130、音频传感器140、图像传感器150等等；以及集成控制装置，例如上述的集成控制芯片210。
集成控制装置210包括处理器211、存储单元24、显示单元21、多个传感器单元22和通信接口261。
如图5所示，多个传感器单元包括触控单元221、指纹单元222、音频单元223以及图像单元224(下文统称传感器单元22)，分别与触控传感器120、指纹传感器130、音频传感器140和图像传感器150相连，用于在处理器211的控制下从相应的传感器采集感应数据并提供给处理器211。
该电子设备的主控单元410用于实现操作系统的功能，其可以由电子设备的应用处理器(AP，application processor)来实现。
处理器211控制显示单元21和多个传感器单元22，根据接收到的应用指令来管理和协调所述多个传感器单元22。例如，主控单元410可以根据应用需要来向集成控制装置210发送应用指令，应用指令中可以包含与各个传感器单元22的管理和协调有关的信息，集成控制装置210的处理器211根据应用指令来管理和协调各个传感器单元22进行感应数据的采集和传输。作为示例，用户开机需要指纹验证，在指纹验证通过后用户通过触摸控制选择拍照，那么就需要集成控制装置210先控制指纹单元222从指纹传感器130采集指纹数据，在指纹验证通过后再控制触控单元221从触控传感器120采集触控数据，并在触控操作触发了拍照操作之后通过图像单元224从图像传感器150获取图像数据。主控单元410可以通过向集成控制装置210发送应用指令来告知这一系列操作的开始和结束以及彼此之间的协调。在一些实施例中，处理器211还可以从应用指令中判断是否有冲突事件，当两个或多个传感器单元的数据采集存在冲突时，可以根据预先设定的规则或者根据来自主控单元410的协调信息来协调发生冲突的传感器单元的操作。处理器211还可以基于感应数据来进行诸如数据加密、安全验证、生物特征识别等数据处理操作，并将感应数据、经过数据处理的感应数据和数据处理结果当中的至少一种打包后提供给主控单元410。例如可以在数据内容之前附加开始位和类型标识，在数据内容之后附加结束位和校验位，主控单元410可以根据类型标识来识别数据内容是感应数据、经过处理的感应数据和数据处理结果当中的哪一种，还可以识别感应数据是触摸感应数据、指纹数据、图像数据、音频数据当中的哪一种。
存储单元24可以为非易失性存储器，例如闪存，其可以存储感应数据、经过数据处理的感应数据和数据处理结果当中的至少一种。
通信接口231可以支持多种通信协议和数字I/O，例如I2C协议和SPI协议，并且提供多个数字I/O管脚。处理器211经由通信接口231与主控单元410通信。
下面参考图6来描述多个传感器单元22的结构，其中多个传感器单元22中的至少一个可以具有图6的结构。如图6所示，传感器单元可以包括第一接口1、第二接口2、第三接口3和逻辑模块4。第一接口1用于与对应的传感器通信，第二接口2用于与处理器211通信，第三接口3是可选的，其用于与主控单元410通信。例如，图5的指纹单元222可以包括用于与指纹传感器130通信的第一接口1、用于与处理器211通信的第二接口2以及指纹逻辑模块4，指纹逻辑模块4可以经由第一接口1向指纹传感器130施加驱动信号并从指纹传感器130获得感应信号，对接收到的感应信号进行放大和数模转换，以产生感应数据，并经由第二接口2将感应数据提供给处理器211。可选地，指纹单元222还可以包括用于与主控单元410通信的第三接口3，处理器211可以控制指纹单元222通过第三接口3将感应数据提供给主控单元410。在一些实施例中，在传感器单元22同时具有第二接口2和第三接口3的情况下，可以设置两种工作模式，在第一工作模式下传感器单元22采集的感应数据提供处理器211，主控单元410经由处理器211的协助来获得感应数据或其处理后的数据；在第二工作模式下主控单元410经由第三接口3直接从控制传感器单元22获得感应数据，从而增强灵活性，提高处理效率。
另外在一些实施例中，传感器单元22还可以根据需要采用其他结构，例如对于诸如摄像机之类的图像传感器150来说，其能够提供可以由处理器211和主控单元410处理的图像数据，图像单元224可以包括用于与处理器211连接的图像数据接口，以实现图像传感器150与处理器211之间的通信。在一些实施例中，图像单元244可以包括两个图像数据接口，其中一个用于与处理器211连接，另一个用于与主控单元410连接，在这种情况下，类似于上述方式，主控单元410既可以经由处理器211的协助来获得图像数据，也可以直接从图像传感器150获得数据。
本实用新型实施例的集成控制芯片除了具备显示驱动功能之外，还在内部整合了多个传感器单元，分别针对诸如指纹传感器、音频传感器、图像传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器等多种传感器，集成控制芯片的处理器能够辅助电子设备的主控单元来管理和协调多种传感器单元的数据采集和传输，相比于传统技术简化了系统设计并且减轻了主控单元的负担。
图7示出根据本实用新型实施例的显示系统中一种集成控制装置的示意性框图。该显示系统例如采用液晶显示屏。
如图所示，集成控制芯片210包括处理器211、通信接口231、存储单元24、显示单元21和传感器单元22。
处理器211为冯诺伊曼或哈佛架构的RISC CPU，包括但不限于ARM，MIPS，OPEN RISC等，优选为ARM；也可以是DSP等。该处理器211可以根据接收到的应用指令来管理和协调所述多个传感器单元22进行感应数据的采集和传输。处理器211还可以针对触控检测或针对其余类型的传感器进行优化。可以在本地处理触控输入，以便判断是否需要唤醒操作系统处理用户请求。在一些实施例中，处理器211还可以基于感应数据进行诸如数据加密、安全验证、生物特征识别等数据处理操作，并根据需要将相应的数据经由通信接口231提供给主控单元410。例如，处理器211可以将未经处理的感应数据、生物特征模板、安全验证结果以及加密数据当中的一种或多种打包提供给主控单元410。
通信接口231可以支持多种通信协议和数字I/O，例如I2C协议和SPI协议，并且提供多个数字I/O管脚。该用户接口231可以与主板上的主处理器彼此通信。
存储单元24可以包括数据RAM 241、程序RAM 242、引导ROM 243和闪存244。在闪存244中可以存储以下至少一种：感应数据、加密数据、特征数据、加密程序、秘钥和验证程序。例如，可以在集成控制芯片210的上电期间，引导ROM243中的引导程序检测到闪存244，并且在需要加密时从闪存244中加载加密程序对敏感数据进行加密，并存储加密后的敏感数据。处理器211在工作期间产生的数据可以存储在数据RAM 241中。在该实施例中，闪存244中的特征数据可以来自主板上的主处理器，也可以是在处理器211的控制下本地采集和数据处理获得的特征数据。在后者的情形下，不仅用户的敏感数据而且特征数据均在本地生成。操作系统仅仅从集成控制芯片210获得验证结果，而无法获取到敏感数据和特征数据二者，从而有利于提高安全性。
显示单元21包括显示控制器212、图形引擎213、时序控制器214、显示和图形接口215、栅极驱动模块216、源极驱动模块217、公共电压驱动模块218、背光控制模块219和伽马基准模块251。显示控制器212用于根据输入的显示数据产生图形数据。图形引擎213用于控制内存窗口、光标、指针和精灵图形，从而针对触控提供高性能的优化图形。显示和图形接口215提供多种工业标准的显示接口，用于接收显示数据，例如DSI TCVR、DBI I/F、DPI I/F。背光控制模块219用于控制液晶屏的背光，实现低功耗管理，从而可以与现有的背光节能技术相结合。栅极驱动模块216、源极驱动模块217、公共电压驱动模块218分别用于产生栅极电压、灰阶电压和公共电压。时序控制器214用于控制栅极电极和灰阶电压的输出时刻，从而在一个图像帧周期中，以扫描的方式提供栅极电压G1至Gm，在相应行的薄膜晶体管选通时，向各列的多个薄膜晶体管T提供与灰阶相对应的灰阶电压S1至Sn，从而在像素电容上施加电压而改变液晶分子的取向，以实现与灰阶相对应的透光率。伽马基准模块251用于存储伽马校正曲线，以及向源极驱动模块217提供校正信号用于校正所述灰阶电压，以符合人眼对亮度变化的非线性要求。
传感器单元22包括但不限于上述的触控单元221、指纹单元222、音频单元223以及图像单元224，分别与触控传感器120、指纹传感器130、音频传感器140和图像传感器150相连，用于在处理器211的控制下从相应的传感器采集感应数据并提供给处理器211。多个传感器单元22中的至少一个可以具有以上参考图6描述的结构。在一些实施例中，集成控制芯片210通过传感器单元22的硬件接口获得各个传感器的标识，例如可以认为来自触控单元221的感应数据是触控传感器120提供的，来自指纹单元222的感应数据是指纹传感器130提供的。在替代的实施例中，各个传感器120至150可以将标识和感应信号一起传送至集成控制芯片210，以便于集成控制芯片210辨别感应数据来自那个传感器。。
根据现有技术的集成控制装置具有显示驱动和触控驱动功能的至少之一，而诸如指纹传感器、音频传感器、图像传感器、压力传感器之类的传感器通过单独的控制单元与主板相连，由主板上的主控单元来管理和控制。
与现有技术不同，在该实施例中，集成控制芯片210中整合了分别针对多种传感器120至150的多个传感器单元22，处理器211除了具有显示驱动和触控驱动功能之外，还可以兼具指纹采集、图像采集等多种传感器功能。一方面，原本独立、分散的传感器控制电路整合在一起，从而达到高度集成的整合效果，减少装配工序及使组件占用空间极小化，简化人机互动系统的设计。另一方面，电子设备的主控单元不必逐一连接和管理数目众多的传感器，减轻了主控单元的工作负担。在一些实施例中，集成控制装置还可以本地进行一些数据处理，例如数据加密、安全验证等等，从而进一步提高安全性。然而，本实用新型不限于些。集成控制芯片210可以形成多个芯片，并且共同安装在显示屏端的电路板上。
在该实施例的集成控制芯片210中采用闪存244来存储感应数据、特征数据、加密程序、加密数据和验证程序中的至少一种。然而，本实用新型不限于此。在替代的实施例中，集成控制芯片210可以采用任何类型的非易失性存储器，例如选自闪存、SRAM、DRAM、EEPROM、EPROM中的任一种。
在该实施例中，闪存244集成于集成控制芯片210中，以提高安全性。在替代的实施例中，闪存244可以位于集成控制芯片210的外部并且经由总线与集成控制芯片210相连接，以降低系统成本。
图8示出根据本实用新型实施例的显示系统中另一种集成控制装置的示意性框图。该显示系统例如采用AMOLED显示屏。
如图所示，集成控制芯片220包括处理器211、通信接口231、存储单元、显示单元和触控单元。
处理器211为冯诺伊曼或哈佛架构的RISC CPU，包括但不限于ARM，MIPS，OPEN RISC等，优选为ARM；也可以是DSP等。该处理器211可以根据接收到的应用指令来管理和协调所述多个传感器单元22进行感应数据的采集和传输。处理器211还可以针对触控检测或针对其余类型的传感器进行优化。可以在本地处理触控输入，以便判断是否需要唤醒操作系统处理用户请求。在一些实施例中，处理器211还可以基于感应数据进行诸如数据加密、安全验证、生物特征识别等数据处理操作，并根据需要将相应的数据经由通信接口231提供给主控单元410。例如，处理器211可以将未经处理的感应数据、生物特征模板、安全验证结果以及加密数据当中的一种或多种打包提供给主控单元410。
通信接口231可以支持多种通信协议和数字I/O，例如I2C协议和SPI协议，并且提供多个数字I/O管脚。该用户接口231可以与主板上的主处理器彼此通信。
存储单元24可以包括数据RAM 241、程序RAM 242、引导ROM 243和闪存244。在闪存244中存储感应数据、特征数据、秘钥、加密数据、加密程序和验证程序中的至少一种。在集成控制芯片220的上电期间，引导ROM243中的引导程序检测到闪存244，并且从闪存244中加载加密程序和验证程序，并且进行解密及将数据存储在程序RAM中。处理器211在工作期间产生的数据则可以存储在数据RAM 241中。在该实施例中，闪存244中的特征数据可以来自主板上的主处理器，也可以是在处理器211的控制下本地采集和数据处理获得的特征数据。在后者的情形下，不仅用户的敏感数据而且特征数据均在本地生成。操作系统仅仅从集成控制芯片220获得验证结果，而无法获取到敏感数据和特征数据二者，从而有利于进一步提高安全性。
显示单元21包括显示控制器212、图形引擎213、时序控制器214、显示和图形接口215、行驱动模块226、列驱动模块227和伽马基准模块251。显示控制器212用于根据输入的显示数据产生图形数据。图形引擎213用于控制内存窗口、光标、指针和精灵图形，从而针对触控提供高性能的优化图形。显示和图形接口215提供多种工业标准的显示接口，用于接收显示数据，例如DSI TCVR、DBI I/F、DPI I/F。行驱动模块226和列驱动模块227分别用于产生栅极电压和灰阶电压。时序控制器214用于控制栅极电极和灰阶电压的输出时刻，从而在一个图像帧周期中，以扫描的方式提供栅极电压G1至Gm，在相应行的薄膜晶体管选通时，向各列的多个薄膜晶体管T提供与灰阶相对应的灰阶电压S1至Sn，从而在发光二极管上施加与灰阶电压相对应数值的电流而发光，以实现与灰阶相对应的发光亮度。伽马基准模块251用于存储伽马校正曲线，以及向列驱动模块227提供校正信号用于校正所述灰阶电压，以符合人眼对亮度变化的非线性要求。
传感器单元22包括但不限于上述的触控单元221、指纹单元222、音频单元223以及图像单元224，分别与触控传感器120、指纹传感器130、音频传感器140和图像传感器150相连，用于在处理器211的控制下从相应的传感器采集感应数据并提供给处理器211。多个传感器单元22中的至少一个可以具有以上参考图6描述的结构。在一些实施例中，集成控制芯片220通过传感器单元22的硬件接口获得各个传感器的标识，例如可以认为来自触控单元221的感应数据是触控传感器120提供的，来自指纹单元222的感应数据是指纹传感器130提供的。在替代的实施例中，各个传感器120至150可以将标识和感应信号一起传送至集成控制芯片220，以便于集成控制芯片220辨别感应数据来自那个传感器。
在该实施例中，集成控制芯片220中整合了分别针对多种传感器120至150的多个传感器单元22，处理器211除了具有显示驱动和触控驱动功能之外，还可以兼具指纹采集、图像采集等多种传感器功能。一方面，原本独立、分散的传感器控制电路整合在一起，从而达到高度集成的整合效果，减少装配工序及使组件占用空间极小化，简化人机互动系统的设计。另一方面，电子设备的主控单元不必逐一连接和管理数目众多的传感器，减轻了主控单元的工作负担。在一些实施例中，集成控制装置还可以本地进行一些数据处理，例如数据加密、安全验证等等，从而进一步提高安全性。在一些实施例中，集成控制装置还可以本地进行一些数据处理，例如数据加密、安全验证等等，从而进一步提高安全性。然而，本实用新型不限于些。集成控制芯片210可以形成多个芯片，并且共同安装在显示屏端的电路板上。
在该实施例的集成控制芯片210中采用闪存244来存储感应数据、特征数据、加密程序、加密数据和验证程序中的至少一种。然而，本实用新型不限于此。在替代的实施例中，集成控制芯片210可以采用任何类型的非易失性存储器，例如选自闪存、SRAM、DRAM、EEPROM、EPROM中的任一种。
在该实施例中，闪存244集成于集成控制芯片220中，以提高安全性。在替代的实施例中，闪存244可以位于集成控制芯片220的外部并且经由总线与集成控制芯片220相连接，以降低系统成本。
图9示出根据本实用新型实施例的显示系统中采用分时复用方式进行显示和触控的时序图。
在实际应用中，显示系统可以集成多种类型的传感器。集成控制芯片210中的处理器兼有显示驱动、传感器驱动和安全验证三种功能，从而提供了硬件级的安全验证机制。各种传感单元以较低的工作频率处于周期性轮询状态。
对于触控检测，当传感单元感测到有物体触摸时，转换为工作状态，采集触摸数据，此时显示数据与触摸数据采用分时复用的方式。
对于接触式生物特征识别，例如指纹识别，接触式生物特征识别需要触摸，因此，这种方式采集的生物特征数据与触摸数据类似，与显示数据采用分时复用的方式。
对于非接触式生物特征识别，可进行预设。对于需要人工监察的采集，可以采用串行数据帧，切换显示数据为当前采集数据，待当前所显示的采集数据终止后，再切换为原来待显示画面。而若该非接触式生物特征识别采集过程不需要人工监察(无监督)，则可以与显示数据采用分时复用的方式在后台处理。如采用图像传感器采集图像时，需要人工校对实时采集图像是否满足要求，则可以显示当前正在捕捉对象，此时显示数据为图像传感器当前采集数据。
以触控与显示需同步进行的情形为例进行说明。
在图像帧切换过程中的消隐期，显示单元对于触控单元的噪声影响较小。因而在器件实际工作时，显示和触控采用分时复用原理，显示数据处理可以与触控数据处理在时间上分开，以减少相互干扰。在图像帧扫描之中，划分出一些时隙，作为触控帧。
如图9所示，在一个图像帧期间，分别包括多个显示时间段TP和多个触控时间段TP。在不同的时间段中，交替进行显示数据与触控数据的处理。即显示与触控分时复用。因人眼对画面变换具有一定识别时间窗口，因而帧率与两种时间段的时间占比会有一定要求。采用这种驱动方式，可以有效降低液晶显示阵列的噪声电信号对触摸工作层的影响，还节省了屏蔽叠层，减小了触控显示屏的厚度。
以上分时复用功能，可以由软件程序进行操作，也可以结合MUX多工复用选择单元进行切换。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化，包括但不限于对电路的局部构造的变更、对元器件的类型或型号的替换。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。