CN113869094A - 指纹显示设备及驱动其之整合集成电路及方法 - Google Patents

指纹显示设备及驱动其之整合集成电路及方法 Download PDF

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Abstract

一种指纹显示设备，具有多个像素行，该多个像素行中的n个像素行的每一像素行具有多个显示像素单元与多个指纹像素单元，n为大于1的整数，且n个像素行是至少以对应的n条显示扫描线及n条重置及选择复用线所驱动以进行显示及指纹感测，每一指纹像素单元具有一重置端及一选择端，该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元的重置端连接至该n条重置及选择复用线中的第i条重置及选择复用线，该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元的选择端连接至该n条重置及选择复用线中的第i‑1条重置及选择复用线，其中，i为介于1至n之间的任意整数。

Description

指纹显示设备及驱动其之整合集成电路及方法
技术领域
本发明是关于一种指纹显示设备，尤指一种整合光学指纹传感器与平面显示面板的指纹显示设备及驱动其之集成电路及方法。
背景技术
图1为一用以说明整合光学指纹传感器与液晶显示(LCD display)面板的示意图。其中，指纹传感器(fingerprint sensor)11是例如设置在液晶显示面板结构的薄膜晶体管层12与滤光基板层13之间的位置，使得来自反射层14的背光源光线遇到玻璃基板15上的手指后可反射至指纹传感器11，而由于指纹的波峰与波谷的反射率不同，因此，根据指纹传感器11的感应量，便可重建出指纹图像。
为驱动前述指纹传感器以进行在显示面板上的指纹辨识，一般需要额外设置一重置线(RST)及一选择线(SEL)来控制指纹传感器11的运作，然由于光学式的指纹传感器11是内嵌于液晶显示面板的像素中，因此，此额外增加的重置线及选择线将造成液晶显示面板的开口率大幅降低，导致显示亮度的下降。
因此，在现有指纹显示设备的设计上，实仍存在有诸多缺失而有予以改善的必要。
发明内容
本发明的目的主要是在提供一种指纹显示设备及驱动其之集成电路及方法，通过将指纹显示设备中的重置线及选择线整合成一条重置及选择复用线，以有效改善面板开口率。
依据本发明的一方面，提出一种指纹显示设备，具有多个像素行，该多个像素行中的n个像素行的每一像素行具有多个显示像素单元与多个指纹像素单元，n为大于1的整数，该n个像素行是至少以对应的n条显示扫描线及n条重置及选择复用线所驱动以进行显示及指纹感测，其中，每一指纹像素单元具有一重置端及一选择端，该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元的重置端连接至该n条重置及选择复用线中的第i条重置及选择复用线，该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元的选择端连接至该n条重置及选择复用线中的第i-1条重置及选择复用线，当中i为介于1至n之间的任意整数。
依据本发明的另一方面，提出一种指纹显示设备的驱动方法，该指纹显示设备具有多个像素行，该多个像素行中的n个像素行的每一像素行具有多个显示像素单元与多个指纹像素单元，n为大于1的整数，该n个像素行是至少以对应的n条显示扫描线及n条重置及选择复用线所驱动以进行显示及指纹感测，每一指纹像素单元具有一重置端及一选择端，该方法包含：依序驱动该n条重置及选择复用线，其中，在驱动该n条重置及选择复用线中的第i-1条重置及选择复用线时，是启动该n个像素行中的第i-1像素行的指纹像素单元的重置端及启动该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元的选择端，当中i为介于1至n之间的任意整数。
依据本发明的再一方面，提出一种整合集成电路，用以控制前述的指纹显示设备，以依序驱动显示扫描线来进行显示，及依序驱动重置及选择复用线来进行指纹感测。
以上概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本发明的权利要求，而有关本发明的其他目的与优点，将在后续的说明与图式加以阐述。
附图说明
图1显示整合光学指纹传感器与液晶显示面板的示意图。
图2A显示一种光学指纹像素单元的电路图。
图2B显示另一种光学指纹像素单元的电路图。
图3显示本发明的指纹显示设备的系统架构图。
图4示意地显示出本发明的指纹显示设备中的第i-1行、第i行、第i+1行等像素行。
图5A显示本发明一实施例的第i像素行的指纹像素单元的一电路图。
图5B显示本发明一实施例的第i像素行的指纹像素单元的另一电路图。
图6显示本发明图5A的指纹像素单元整合到显示像素单元的示意图。
图7A显示本发明采用图5A的指纹像素单元的指纹显示设备的一运作时序图。
图7B显示本发明采用图5A的指纹像素单元的指纹显示设备的另一运作时序图。
图8显示本发明图5B的指纹像素单元整合到显示像素单元的示意图。
图9显示重置晶体管的底栅极线在面板的走线示意图。
图10显示本发明采用图5B的指纹像素单元的运作时序图。
图11A显示本发明另一实施例的第i像素行的指纹像素单元的一电路图。
图11B显示本发明另一实施例的第i像素行的指纹像素单元的另一电路图。
图12显示本发明图11A的指纹像素单元整合到显示像素单元的示意图。
图13显示本发明的重置开关控制走线在面板的显示区与其外围的电路示意图。
指纹传感器11 薄膜晶体管层12
滤光基板层13 反射层14
玻璃基板15 指纹像素单元21,23
重置晶体管T1 驱动晶体管T2
选择晶体管T3 负载晶体管T4
光学感应组件PS 电容C
面板31 显示区域311
显示驱动的GOA电路33 整合集成电路39
指纹感测驱动的GOA电路35 像素行37
显示像素单元41 资料线61
走线65 底栅极线81
开关91 重置线RST
重置端RST’ 选择线SEL
选择端SEL’ 读出线RO
读出端RO’,RO” 显示扫描线G-disp
重置及选择复用线G-comb 重置开关控制走线G-RST
控制端G 连接端D,S
第一端e1 第二端e2
电压VDD1,VDD2,VB,VSS,SVSS,SVDD,Vbias
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明的实施方式，并不用于限定本发明。
图2A显示一种光学指纹像素单元21的电路图，其为一种三晶体管(3T)指纹像素电路，此指纹像素单元21是由一重置晶体管T1、一驱动晶体管T2、一选择晶体管T3、一光学感应组件(photo sensor)PS、与一电容C所实现，而由多个指纹像素单元21组成的数组即构成一指纹传感器，其中，于多个指纹像素单元组成的数组中，同一列(column)的指纹像素单元21是共享一负载晶体管T4，如图2A中所绘示的指纹像素单元21所连接的负载晶体管T4。此外，图2A中所绘示的晶体管T1～T4为NMOS晶体管，但此仅为举例而非限定，可想而知地，晶体管T1～T4亦可为其他类型的MOS晶体管，例如PMOS晶体管。而每一晶体管T1～T4是具有一控制端及两连接端，以MOS晶体管而言，控制端为栅极(G)，两连接端为漏极(D)及源极(S)。此外，可选择地，重置晶体管T1可以双重栅极(dual gate)的形式所构成，再者，前述重置晶体管T1、驱动晶体管T2或选择晶体管T3不限定是单一颗晶体管，其亦可能是两颗控制端连接在一起的晶体管串联而成。
于前述图2A的光学指纹像素单元21中，重置晶体管T1的控制端(G)连接重置线RST，其两连接端(D,S)分别连接至第一电压VDD1及光学感应组件PS。驱动晶体管T2的控制端(G)连接至重置晶体管T1的连接端(S)及光学感应组件PS，其两连接端(D,S)分别连接至第二电压VDD2及选择晶体管T3的连接端(D)，其中，第一电压VDD1及第二电压VDD2可为相同的DC电压源或不同的DC电压源。选择晶体管T3的控制端(G)连接选择线SEL，其两连接端(D,S)分别连接至驱动晶体管T2的连接端(S)及读出线RO。电容C的两端分别连接至驱动晶体管T2的控制端(G)及偏压电压Vbias，此电容C可以是光学感应组件PS内部本身组件所构成的电容结构，或额外配置的电容结构，或两者的组合。光学感应组件PS的两端分别连接至重置晶体管T1的连接端(S)及偏压电压Vbias。负载晶体管T4的控制端(G)连接至第五电压VB，其两连接端(D,S)分别连接至读出线RO及第六电压VSS。
以前述图2A的光学指纹像素单元21进行指纹感测的运作如下：首先驱动重置线RST以开启重置晶体管T1，将电容C的端点电压重置到默认值，亦即，第一电压VDD；接着，关闭重置晶体管T1，使光学感应组件PS持续曝光一段时间，而随着照光强度与曝光时间的不同，电容C的放电量不同，因此电容C的端点电压也不同；当达到默认的曝光时间，驱动选择线SEL以开启选择晶体管T3，使得驱动晶体管T2输出电流到读出线RO，其中，输出电流的大小与电容C连接到驱动晶体管T2的控制端(G)的端点的电压有关，亦即与照光强度及曝光时间有关，而连接读出线RO的负载晶体管T4是相当于一主动负载(active load)，因此，读出线RO的读出端RO”的电压与重置晶体管T1及主动负载的阻值有关，通过集成电路读取此读出端RO”的电压，可判断照光强度。
图2B显示另一种光学指纹像素单元21的电路图，其为一种二晶体管(2T)指纹像素电路，此指纹像素单元21是由一重置晶体管T1、一驱动晶体管T2、一光学感应组件(photosensor)PS、与一电容C所实现，而由多个指纹像素单元21组成的数组即构成一指纹传感器，其中，于多个指纹像素单元21组成的数组中，同一列(column)的指纹像素单元21是共享一负载晶体管T4，如图2B中所绘示的指纹像素单元21所连接的负载晶体管T4。此外，图2B中所绘示的晶体管T1、T2及T4为NMOS晶体管，但此仅为举例而非限定，可想而知地，晶体管T1、T2及T4亦可为其他类型的MOS晶体管，例如PMOS晶体管。而每一晶体管T1、T2及T4是具有一控制端及两连接端，以MOS晶体管而言，控制端为栅极(G)，两连接端为漏极(D)及源极(S)。此外，可选择地，重置晶体管T1可以双重栅极(dual gate)的形式所构成，再者，前述重置晶体管T1或驱动晶体管T2不限定是单一颗晶体管，其亦可能是两颗控制端连接在一起的晶体管串联而成。
于前述图2B的光学指纹像素单元21中，重置晶体管T1的控制端(G)连接重置线RST，其两连接端(D,S)分别连接至第三电压SVSS及光学感应组件PS。驱动晶体管T2的控制端(G)连接至重置晶体管T1的连接端(S)及光学感应组件PS，其两连接端(D,S)分别连接至第四电压SVDD及读出线RO。光学感应组件PS的两端分别连接至重置晶体管T1的连接端(S)及驱动晶体管T2的控制端(G)、及选择线SEL。电容C的两端亦分别连接至重置晶体管T1的连接端(S)及驱动晶体管T2的控制端(G)、及选择线SEL，此电容C可以是光学感应组件PS内部本身组件所构成的电容结构，或额外配置的电容结构，或两者的组合。负载晶体管T4的控制端(G)连接第五电压VB，其连接端(D)连接至读出线RO。
以前述图2B的光学指纹像素单元21进行指纹感测的运作如下：首先驱动重置线RST以开启重置晶体管T1，将电容C的端点电压Vp重置到默认值，亦即，第三电压SVSS，藉此第三电压SVSS以确保驱动晶体管T2关闭；接着，关闭重置晶体管T1，使光学感应组件PS持续曝光一段时间，而随着照光强度与曝光时间的不同，电容C的放电量不同，因此电容C的端点电压Vp也不同；当达到默认的曝光时间时，驱动选择线SEL以将选择线SEL的电压由低准位切到高准位(电位差ΔV)，而因为耦合效应，电容C的端点电压Vp大致上也会提高ΔV，因此可以打开驱动晶体管T2，输出电流到读出线RO。输出电流大小与电容C的端点电压Vp有关，亦即与照光强度及曝光时间有关。而连接读出线RO的负载晶体管T4是相当于一主动负载(active load)。因此，读出线RO的读出端RO”的电压与重置晶体管T1及主动负载的阻值有关，通过集成电路读取此读出端RO”的电压，可判断照光强度。
为了避免如图2A及图2B需额外设置重置线RST及选择线SEL所造成显示面板的开口率大幅降低的问题，于本发明的指纹显示设备的一实施例中，通过复用相邻行(row)的重置线RST与选择线SEL，使得在一光学指纹像素单元仅需要一条重置及选择复用线G-comb。请先参照图3显示本发明的指纹显示设备的系统架构图，其中，在一面板31的左右侧设有显示驱动(display gate)的GOA(gate on array)电路33，用来根据一整合集成电路39的控制信号来依序驱动显示扫描线G-disp以进行显示。此外，为了实现指纹侦测功能，在面板31的左右侧设有指纹感测驱动的GOA电路35，用来根据该整合集成电路39的控制信号来依序驱动重置及选择复用线G-comb以进行指纹感测，且感测的指纹数据是由读出线RO读取至该整合集成电路39以进行指纹辨识，特定地，于实际的电路中，读出线RO在延伸出面板31后，可经由一多任务器与数据线复用同一线而进入该整合集成电路39，以节省整合集成电路39的接脚数目。于本发明中，面板31可为任何类型的平面显示面板，例如LCD面板或OLED面板等。虽于本实施例显示出显示驱动的GOA电路33及指纹感测驱动的GOA电路35皆是设置于面板31的左右两侧，但本发明不以此为限，于其他实施例中，显示驱动的GOA电路33及指纹感测驱动的GOA电路35亦可皆设置于面板31的相同的一侧，或是显示驱动的GOA电路33设置于面板31的一侧，而指纹感测驱动的GOA电路35设置于面板31的相对另一侧。此外，本发明的指纹显示设备的面板31亦可提供触控感应功能，例如通过切割面板31的公共电极来作为触控传感器(图未示)，触控传感器感应使用者手指的触摸而将触控讯号传送至整合集成电路39以进行触摸侦测而实现触控感应功能，其中，切割公共电极作为触控传感器为本领域技术人员所知，故在此不在赘述。也就是说，在一实施例中，本发明可以是提供具备指纹感测、触控感应及显示等三合一功能的电子装置及可用来驱动此电子装置的集成电路及其驱动方法。
于图3显示本发明的指纹显示设备具有多个像素行(row)37，于该多个像素行37中，有n个像素行37可提供显示及指纹辨识功能，n为大于1的整数，亦即，该n个像素行37的每一像素行37具有多个显示像素单元41与多个指纹像素单元21，该n个像素行37被至少n条显示扫描线G-disp及n条重置及选择复用线G-comb所驱动来进行显示及指纹感测。于一实施例中，一像素行37所具有的显示像素单元41的数目是相同于指纹像素单元21的数目，然而，本发明不以此为限，在其他实施例中，一像素行37的指纹像素单元21的数目可以是少于显示像素单元41的数目，此外，于面板31的整个显示区域的像素行37可以都具有显示像素单元41与指纹像素单元21、或是仅一部份的显示区域，例如是三分之一的显示区域的像素行37具有显示像素单元41与指纹像素单元21，而其余显示区域的像素行37只具有显示像素单元41。
请一并参照图4示意地显示出指纹显示设备的该n个像素行37中的第i-1、第i、第i+1像素行37，其中，像素行37具有显示像素单元41与如图2A或2B所示的指纹像素单元21，图中显示一像素行37中的一显示像素单元41对应一指纹像素单元21，但此仅为方便说明而非限定。同一像素行37的显示像素单元41连接到同一显示扫描线G-disp，同一像素行37上的指纹像素单元21连接到对应该像素行37的重置及选择复用线G-comb及对应上一像素行37的重置及选择复用线G-comb，据此，该n个像素行37是以对应的n条显示扫描线G-disp及n条条重置及选择复用线G-comb所驱动以进行显示及指纹感测，其中，每一指纹像素单元21具有一重置端RST’及一选择端SEL’，该n个像素行37中的第i像素行的指纹像素单元21的重置端RST’连接至该n条重置及选择复用线G-comb中的第i条重置及选择复用线G-comb(i)，该n个像素行37中的第i像素行的指纹像素单元21的选择端SEL’连接至该n条重置及选择复用线G-comb中的第i-1条重置及选择复用线G-comb(i-1)，当中i为介于1至n之间的任意整数。据此，本发明的指纹显示设备以该n条显示扫描线G-disp中的第i条显示扫描线G-disp(i)驱动该n个像素行37中的第i像素行的显示像素单元41以进行显示，且以该n条重置及选择复用线G-comb中的第i-1条重置及选择复用线G-comb(i-1)及第i条重置及选择复用线G-comb(i)驱动该n个像素行37中的第i像素行的指纹像素单元21的选择端SEL’及重置端RST’以进行指纹感测。
再请一并参照图5A显示本发明一实施例的该n个像素行37中的第i像素行的指纹像素单元21的一电路图，其中，重置晶体管T1具有一控制端(G)、一第一连接端(D)及一第二连接端(S)，该控制端(G)是作为重置端RST’且连接至该n条重置及选择复用线G-comb中的第i条重置及选择复用线G-comb(i)，该第一连接端(D)是连接至第一电压VDD1；驱动晶体管T2具有一控制端(G)、一第一连接端(D)及一第二连接端(S)，该控制端(G)连接至重置晶体管T1的第二连接端(S)，该第一连接端(D)连接至第二电压VDD2，其中，第一电压VDD1及第二电压VDD2可为相同的DC电压源或不同的DC电压源；选择晶体管T3具有一控制端(G)、一第一连接端(D)及一第二连接端(S)，该控制端(G)是作为选择端SEL’且连接至该n条重置及选择复用线G-comb中的第i-1条重置及选择复用线G-comb(i-1)，该第一连接端(D)连接至该驱动晶体管T2的第二连接端(S)，该第二连接端(S)作为读出端RO’且连接至读出线RO；光学感应组件(photo sensor)PS具有两端分别连接至该重置晶体管T1的第二连接端(S)及一偏压电压Vbias；及电容C具有两端分别连接至该驱动晶体管T2的控制端(G)及该偏压电压Vbias。在一实施例中，上述电容C可以是光学感应组件PS内部本身组件所构成的电容结构，但并不以此限。
由图5A可知，本发明可以一条重置及选择复用线G-comb取代原本的两条重置线RST及选择线SEL，故能够以减少一条驱动线的方式来驱动一像素行，因此可以提高面板穿透率。而整个指纹感测数组中的重置及选择复用线G-comb(1),G-comb(2)…G-comb(n-1),G-comb(n)为依序驱动，当驱动重置及选择复用线G-comb(i-1)时打开该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元21的选择晶体管T3，以将指纹讯号读出，接着驱动重置及选择复用线G-comb(i)以打开重置晶体管T1来重置电容C的准位，达成指纹感测的功效。
图5B则显示本发明一实施例的该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元21的另一电路图，其中，重置晶体管T1具有一控制端(G)、一第一连接端(D)及一第二连接端(S)，该控制端(G)是作为重置端RST’且连接至该n条重置及选择复用线G-comb中的第i条重置及选择复用线G-comb(i)，该第一连接端(D)是连接至一第三电压SVSS；驱动晶体管T2具有一控制端(G)、一第一连接端(D)及一第二连接端(S)，该控制端(G)连接至该重置晶体管T1的第二连接端(S)，该第一连接端(D)连接至一第四电压SVDD，该第二连接端(S)作为读出端RO’且连接读出线RO；光学感应组件(photo sensor)PS具有第一端及第二端，该第一端连接至该重置晶体管T1的第二连接端(S)，该第二端是作为选择端SEL’且连接至该n条重置及选择复用线G-comb中的第i-1条重置及选择复用线G-comb(i-1)；电容C具有两端分别连接至该驱动晶体管T2的控制端(G)及该光学感应组件PS的第二端。在一实施例中，上述电容C可以是光学感应组件PS内部本身组件所构成的电容结构，但并不以此限。
由图5B可知，本发明可以一条重置及选择复用线G-comb取代原本的两条重置线RST及选择线SEL，故能够以减少一条驱动线的方式来驱动一像素行，因此可以提高面板穿透率。而整个指纹传感器的数组中的重置及选择复用线G-comb(1),G-comb(2)…G-comb(n-1),G-comb(n)为依序驱动，当驱动重置及选择复用线G-comb(i-1)时供电至该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元21的光学感应组件PS以提高选择端SEL’的电压准位，进而打开驱动晶体管T2，将指纹讯号读出。接着驱动重置及选择复用线G-comb(i)以打开该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元21的重置晶体管T1来重置电容C的准位，达成指纹感测的功效。此外，于图5B中，由于指纹像素单元21在曝光时间，重置及选择复用线G-comb(i-1)与G-comb(i)维持在同一准位，在较大的曝光量时，因为光学感应组件PS的光电流较大，导致电容C的端点电位Vp很接近或甚至等于重置及选择复用线G-comb的电位，亦即，重置晶体管T1的Vgs接近于0V，而为避免重置晶体管T1在曝光时间内导通，重置晶体管T1可加入一额外栅极，亦即，如图所示，重置晶体管T1可为一顶栅极(Top Gate)晶体管，且连接至一底部栅极(底栅极，Bottom Gate，BG)，通过调整底栅极(BG)的电压可调整重置晶体管T1的临界电压(Vth)，以在不变更制程条件下，将临界电压(Vth)调整到一预设理想值，确保重置晶体管T1不会在曝光时间内导通。
图6显示本发明图5A的指纹像素单元21整合到显示像素单元41的示意图，其显示出包含LCD的RGB三个子像素的显示像素单元41整合一指纹像素单元21，其中，指纹像素单元21的电路区域配置于RGB三个子像素的下面区域，但此仅是举例而非限制，可想而知地，指纹像素单元21的电路区域亦可集中配置于一特定子像素的下面区域。此外，本实施例是以LCD面板为例，但本发明不以此为限，对于例如OLED等其它类型的面板，或是例如RGBW等其他种像素排列，本发明亦可适用。图中显示像素单元41与指纹像素单元21虽属不同像素行，但在其它实施例中也可以是归类同一像素行，在本发明中主要是在多个显示像素单元41的RGB子像素之间配置指纹像素单元21即可，是否同行可依设计需求调整，不以此为限。
在图6的实施例中，是以LTPS LCD制程为例，显示扫描线G-disp与重置及选择复用线G-comb可用金属层1(metal-1，M1)制作。连接RGB三个子像素的数据线61可用金属层2(metal-2，M2)制作，在图6中标示为R(M2)、G(M2)与B(M2)，此等数据线61的功用在传送显示数据到每个显示子像素。在一实施例中，重置及选择复用线G-comb(i-1)可经由通孔(via)63由M1转层到其它导电层，例如金属层0(metal-0，M0)，再由金属层0的走线65连接到第i行的指纹像素单元21的电路区域。为了不影响开口率，此金属层0的走线65可设置于资料线61下方并与资料线61大体上重叠。在另一实施例中，上述用来转层的导电层可以是金属层3(metal-3，M3)，其走线65是设置于资料线61上方，并沿资料线61大体上重叠地沿伸。
图7A显示本发明采用图5A的指纹像素单元21的指纹显示设备的一运作时序图，本实施例的指纹显示设备包含了显示、触控与指纹的功能。于图7A中，DISP代表显示，TP代表触控，FP代表指纹感测，Vb代表垂直消隐(Vertical blanking)，Hi-Z代表高阻抗(Highimpendence)，FDR代表全驱动(Full Drive)，如图7A所示，在未启动指纹侦测时(FP off)，显示驱动与触控感应是分时进行。其中，在显示时段(DISP)，为了减少重置及选择复用线G-comb对数据线61的电容负载，将重置及选择复用线G-comb设定成高阻抗(Hi-Z)，亦即，重置及选择复用线G-comb在电性上没有接到电压源而成为浮接状态，因此可降低对数据线61的电容负载，然而，本发明不以此为限，若数据线61的电容负载在可接受的范围内，亦可选择将重置及选择复用线G-comb接到一电压源。而在触控感应时段(TP)，重置及选择复用线G-comb可送入与触控感应驱动讯号相同的全驱讯号，亦即此全驱讯号的电压摆幅(voltageswing)、相位与频率和驱动触控感应电极的讯号大致相同，据以降低触控感应电极的负载。当指纹侦测启动时(FP on)，为了配合指纹侦测与曝光时间，显示数据的更新频率可做相对应的调整，于本实施例中，是将更新频率减慢。在指纹侦测时段，依序驱动重置及选择复用线G-comb，以达到前述读出指纹讯号与重置电容等功能。
图7B显示本发明采用图5A的指纹像素单元21的指纹显示设备的另一运作时序图，其相似于图7A，不同之处在于：间隔例如为垂直消隐(Vb)区间的一段时间，将重置及选择复用线G-comb连接到一直流偏压电压(DC bias)，以避免重置及选择复用线G-comb因长时间处于浮接状态而电位不稳定，或有电荷累积在重置及选择复用线G-comb附近。
图8显示本发明图5B的指纹像素单元21整合到显示像素单元41的示意图，其显示出包含LCD的RGB三个子像素的显示像素单元41整合一指纹像素单元21，其中，指纹像素单元21的电路区域配置于RGB三个子像素的下面区域，但此仅是举例而非限制，可想而知地，指纹像素单元21的电路区域亦可集中配置于一特定子像素的下面区域。此外，本实施例是以LCD面板为例，但本发明不以此为限，对于例如OLED等其它类型的面板，或是例如RGBW等其他种像素排列，本发明亦可适用。图中显示像素单元41与指纹像素单元21虽属不同像素行，但在其它实施例中也可以是归类同一像素行，在本发明中主要是在多个显示像素单元41的RGB子像素之间配置指纹像素单元21即可，是否同行可依设计需求调整，不以此为限。
在图8的实施例中，是以LTPS LCD制程为例，显示扫描线G-disp与重置及选择复用线G-comb可用金属层1(metal-1，M1)制作。RGB三个子像素的数据线61可用金属层2(metal-2，M2)制作，在图8中标示为R(M2)、G(M2)与B(M2)，此等数据线61的功用在传送显示数据到每个显示子像素。在一实施例中，重置及选择复用线G-comb(i-1)可经由通孔(via)63由金属层1转层到其它导电层，例如金属层0(metal-0，M0)，再由金属层0的走线65连接到第i行的指纹像素单元21的电路区域。为了不影响开口率，此金属层0走线65可设计于数据线61下方并与数据线61重叠。此外，连接重置晶体管T1的底栅极(BG)的底栅极线81可由金属层0制作，且设置于资料线61下方并与资料线61重叠。在另一实施例中，上述用来转层的导电层可以是金属层3(metal-3，M3)，其走线65是设置于资料线61上方，并沿资料线61大体上重叠地沿伸。
图9显示重置晶体管T1的底栅极线81在面板31的走线示意图，其中，在面板31的显示区域(active area)311外围，底栅极线81经由一开关91连接到一底栅极偏压电压V-BG，开关91是由一开关讯号SW-BG控制以导通(on)或断开(off)。因为底栅极线81与资料线61重叠，因此在显示数据写入期间，断开开关91使得底栅极线81为浮接(floating)，可减少数据线61的电容负载。在指纹侦测期间，导通开关91，将底栅极线81连接到底栅极偏压电压V-BG，因此可由底栅极偏压电压V-BG调整重置晶体管T1的临界电压(Vth)，避免重置晶体管T1在曝光时间内漏电。在一实施例中，开关91也可选择省略不用，例如若电容负载是在可接受范围内，则开关91可省略。
图10显示本发明采用图5B的指纹像素单元21的运作时序图，本实施例的指纹显示设备包含了显示、触控与指纹的功能。于图10中，DISP代表显示，TP代表触控，FP代表指纹感测，Vb代表垂直消隐(Vertical blanking)，如图10所示，于情况1中，在显示与触控期间，开关讯号SW-BG维持一低准位以断开开关91，以达到上述将底栅极线81维持为浮接，降低数据线61的负载，而在指纹侦测期间，开关讯号SW-BG切到高准位，以将底栅极线81偏压到底栅极偏压电压V-BG，据以调整重置晶体管T1的临界电压(Vth)。于情况2中，其相同于情况1的驱动，但在例如为垂直消隐(Vb)区间的一段时间，将底栅极线81的准位更新到底栅极偏压电压V-BG，以避免底栅极线81长时间浮接造成的电位飘移与电荷累积。于情况3中，其相同于情况2的驱动，但是在触控期间将开关讯号SW-BG切到高准位以导通开关91，其中，底栅极偏压电压V-BG为与触控感应驱动讯号相同的全驱讯号，亦即此全驱讯号的电压摆幅(voltage swing)、相位与频率和驱动触控感应电极的讯号大致相同，据以降低触控感应电极的负载。
图11A显示本发明另一实施例的该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元23的一电路图，此指纹像素单元23的构成组件相同于图5A的指纹像素单元21，但加入一重置开关晶体管SW-RST。如图所示，光学感应组件PS具有一第一端e1及一第二端e2连接至一偏压电压Vbias；电容C具有两端分别连接至该光学感应组件PS的第一端e1及第二端e2，此电容C可以是光学感应组件PS内部本身组件所构成的电容结构；重置晶体管T1具有一第一连接端(D)、一第二连接端(S)、及一控制端(G)作为重置端RST’且连接至该n条重置及选择复用线G-comb中的第i条重置及选择复用线G-comb(i)；重置开关晶体管SW-RST具有一第一连接端(D)、一第二连接端(S)、及一控制端(G)连接至一重置开关控制走线G-RST，其中，重置晶体管T1与重置开关晶体管SW-RST经由各自的连接端串接于第一电压VDD1与光学感应组件PS的第一端e1之间；驱动晶体管T2具有一控制端(G)连接至该光学感应组件PS的第一端e1、一第一连接端(D)连接于第二电压VDD2、及一第二连接端(S)，其中，第一电压VDD1及第二电压VDD2可为相同的DC电压源或不同的DC电压源；选择晶体管T3具有一控制端(G)作为选择端SEL’且连接至该n条重置及选择复用线中的第i-1条重置及选择复用线G-comb(i-1)、一第一连接端(D)连接至驱动晶体管T2的第二连接端(S)、及一第二连接端(S)作为读出端RO’且连接读出线RO；此外，负载晶体管T4的控制端(G)连接至第五电压VB，其两连接端(D,S)分别连接至读出线RO及第六电压VSS。特定地，重置晶体管T1的第二连接端(S)连接至光学感应组件PS的第一端e1，重置晶体管T1的第一连接端(D)连接至重置开关晶体管SW-RST的第二连接端(S)，重置开关晶体管SW-RST的第一连接端(D)连接至第一电压VDD1。
图11B显示本发明另一实施例的该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元23的另一电路图，此指纹像素单元23的构成组件相同于图5B的指纹像素单元21，但加入一重置开关晶体管SW-RST。如图所示，光学感应组件PS具有一第一端e1及一第二端e2作为选择端SEL’且连接至该n条重置及选择复用线G-comb中的第i-1条重置及选择复用线G-comb(i-1)；电容C具有两端分别连接至光学感应组件PS的第一端e1及第二端e2，此电容C可以是光学感应组件PS内部本身组件所构成的电容结构，但不以此为限；重置晶体管T1具有一第一连接端(D)、一第二连接端(S)、及一控制端(G)作为重置端RST’且连接至该n条重置及选择复用线G-comb中的第i条重置及选择复用线G-comb(i)；重置开关晶体管SW-RST具有一控制端(G)连接至一重置开关控制走线G-RST、一第一连接端(D)、及一第二连接端(S)，其中，重置晶体管T1与重置开关晶体管SW-RST经由各自的连接端串接于第三电压SVSS与光学感应组件PS的第一端e1之间；驱动晶体管T2具有一控制端(G)连接至光学感应组件PS的第一端e1、一第一连接端(D)连接至第四电压SVDD、及一第二连接端(S)作为读出端RO’且连接读出线RO；此外，负载晶体管T4的控制端(G)连接至第五电压VB，其第一连接端(D)连接至读出线RO。特定地，重置晶体管T1的第二连接端(S)连接至光学感应组件PS的第一端e1，重置晶体管T1的第一连接端(D)连接至重置开关晶体管SW-RST的第二连接端(S)，重置开关晶体管SW-RST的第一连接端(D)连接至第三电压SVSS。
图12显示本发明图11A的指纹像素单元23整合到显示像素单元41的示意图，其显示出包含LCD的RGB三个子像素的显示像素单元41整合一指纹像素单元23，其中，指纹像素单元23的电路区域配置于RGB三个子像素的下面区域，但此仅是举例而非限制，可想而知地，指纹像素单元23的电路区域亦可集中配置于一特定子像素的下面区域。此外，本实施例是以LCD面板为例，但本发明不以此为限，对于例如OLED等其它类型的面板，或是例如RGBW等其他种像素排列，本发明亦可适用。
在图12的实施例中，是以LTPS LCD制程为例，显示扫描线G-disp与重置及选择复用线G-comb可用金属层1(metal-1，M1)制作。连接RGB三个子像素的数据线61可用金属层2(metal-2，M2)制作，在图6中标示为R(M2)、G(M2)与B(M2)，此等数据线61的功用在传送显示数据到每个显示子像素。在一实施例中，重置及选择复用线G-comb(i-1)可经由通孔(via)63由M1转层到其它导电层，例如金属层0(metal-0，M0)，再由金属层0的走线65连接到第i行的指纹像素单元23的电路区域。为了不影响开口率，此金属层0的走线65可设置于资料线61下方并与资料线61大体上重叠。在另一实施例中，上述用来转层的导电层可以是金属层3(metal-3，M3)，其走线65是设置于资料线61上方，并沿资料线61大体上重叠地沿伸。而重置开关控制走线G-RST亦可以用金属层0(metal-0，M0)或金属层3(metal-3，M3)制作，设置为与数据线61重叠，因此不会因为导入重置开关控制走线G-RST而影响开口率。此外，本发明图11B的指纹像素单元23整合到显示像素单元41亦类似上述图12，故不再赘述。
图13显示重置开关控制走线G-RST在面板31的显示区71与其外围的电路示意图，其中，重置开关控制走线G-RST经由第一开关SW1接到重置电压V-RST。为了控制方便，可将各个第一开关SW1接到同一重置开关控制讯号V-SW-RST，其中，重置开关控制讯号V-SW-RST、重置电压V-RST是由图3中的整合集成电路39所提供。由于重置开关控制走线G-RST与数据线重叠，当其RC负载较大时，则需通过使用前述第一开关SW1来避免负载的影响，亦即，在显示区间将第一开关SW1关闭，使重置开关控制走线G-RST变为浮接(floating)，当指纹侦测动作时，再将第一开关SW1打开；而当RC负载在可接受范围时，则可直接将电压施加在重置开关控制走线G-RST，而无需设置第一开关SW1。
以前述图11A或图11B的指纹像素单元23进行显示及指纹感测的运作相似于图5A或5B的指纹像素单元21，但可进一步使用图3的整合集成电路39经由重置开关控制走线G-RST来导通或断开重置开关晶体管SW-RST，据以进一步做曝光时间的调整。其中，当重置开关晶体管SW-RST导通而使得指纹像素单元23如同无重置开关晶体管SW-RST时，重置及选择复用线G-comb(i-1)开启(亦即选择端SEL’开启)，之后紧接着重置及选择复用线G-comb(i)开启(亦即重置端RST’开启)，当以重置开关控制走线G-RST来断开重置开关晶体管SW-RST时，使得重置晶体管T1不作用而致使电容C放电，由于加入的重置开关晶体管SW-RST可决定储存电容C是否被重置，因此可调整曝光时间。
由以上的说明可知，基于光学指纹传感器的重置线RST与选择线SEL为造成内嵌式指纹显示面板开口率降低的主要原因，于本发明的指纹显示设备及驱动其之集成电路及方法中，通过将重置线及选择线整合成一条重置及选择复用线，因此可有效改善上述面板开口率，同时达成指纹感测的功效。
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (29)

1.一种指纹显示设备，具有多个像素行，该多个像素行中的n个像素行的每一像素行具有多个显示像素单元与多个指纹像素单元，n为大于1的整数，该n个像素行是以对应的n条显示扫描线及n条重置及选择复用线所驱动以进行显示及指纹感测，其特征在于，每一指纹像素单元具有一重置端及一选择端，该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元的重置端连接至该n条重置及选择复用线中的第i条重置及选择复用线，该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元的选择端连接至该n条重置及选择复用线中的第i-1条重置及选择复用线，当中i为介于1至n之间的任意整数。
2.如权利要求1所述的指纹显示设备，其特征在于，该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元包含：
一重置晶体管，具有一控制端作为该重置端且连接至该n条重置及选择复用线中的第i条重置及选择复用线，一第一连接端连接至一第一电压，及一第二连接端；
一驱动晶体管，具有一控制端连接至该重置晶体管的第二连接端，一第一连接端连接至一第二电压，及一第二连接端；
一选择晶体管，具有一控制端作为该选择端且连接至该n条重置及选择复用线中的第i-1条重置及选择复用线，一第一连接端连接至该驱动晶体管的第二连接端，及一第二连接端；
一光学感应组件，具有两端分别连接至该重置晶体管的第二连接端及一偏压电压；以及
一电容，具有两端分别连接至该驱动晶体管的控制端及该偏压电压。
3.如权利要求2所述的指纹显示设备，其特征在于，该选择晶体管的第二连接端作为一读出端且连接一读出线，位于同一列的指纹像素单元的读出端连接至一负载晶体管并共享该负载晶体管，该负载晶体管具有一控制端连接至一第五电压，一第一连接端连接至该读出线，及一第二连接端连接至一第六电压。
4.如权利要求2所述的指纹显示设备，其特征在于，该重置及选择复用线为依序驱动，当驱动该n条重置及选择复用线中的第i-1条重置及选择复用线时打开该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元的选择晶体管，以读出指纹讯号，接着驱动该n条重置及选择复用线中的第i条重置及选择复用线以打开该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元的重置晶体管来重置该电容的准位。
5.如权利要求2所述的指纹显示设备，其特征在于，该多个像素单元设置于一面板，且由一整合集成电路控制一显示驱动的GOA电路来依序驱动该显示扫描线以进行显示，及控制一指纹感测驱动的GOA电路来依序驱动该重置及选择复用线以进行指纹感测，当中，感测的指纹数据是由该读出线读出至该整合集成电路以进行指纹辨识。
6.如权利要求5所述的指纹显示设备，其特征在于，该面板感应使用者手指的触摸而将触控讯号传送至该整合集成电路以提供触控感应功能。
7.如权利要求2所述的指纹显示设备，其特征在于，该显示扫描线与该重置及选择复用线是以金属层1制作，连接该显示像素单元的子像素的资料线是以金属层2制作，该n条重置及选择复用线中的第i-1条重置及选择复用线是经由一通孔由金属层1转层到金属层0或金属层3，再由金属层0或金属层3的走线连接到该n个像素行中的第i行的指纹像素单元，当中，该金属层0或金属层3的走线是设置为与资料线大体上重叠。
8.如权利要求6所述的指纹显示设备，其特征在于，在未启动指纹侦测时，是于该面板上分时进行显示驱动与触控感应，当中，在进行显示驱动时，将该重置及选择复用线设定成高阻抗，在进行触控感应时，将相同于触控感应驱动讯号的全驱讯号送入该重置及选择复用线；当进行指纹侦测时，依序驱动该重置及选择复用线。
9.如权利要求8所述的指纹显示设备，其特征在于，在间隔垂直消隐区间的一段时间，该重置及选择复用线连接到一直流偏压电压。
10.如权利要求1所述的指纹显示设备，其特征在于，该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元包含：
一重置晶体管，具有一控制端作为该重置端且连接至该n条重置及选择复用线中的第i条重置及选择复用线，一第一连接端连接至一第三电压，及一第二连接端；
一驱动晶体管，具有一控制端连接至该重置晶体管的第二连接端，一第一连接端连接至一第四电压，及一第二连接端；
一光学感应组件，具有一第一端连接至该重置晶体管的第二连接端，及一第二端作为选择端且连接至该n条重置及选择复用线中的第i-1条重置及选择复用线；以及
一电容，具有两端分别连接至分该驱动晶体管的控制端及该光学感应组件的第二端。
11.如权利要求10所述的指纹显示设备，其特征在于，该重置晶体管连接一底栅极。
12.如权利要求10所述的指纹显示设备，其特征在于，该驱动晶体管的第二连接端作为一读出端且连接一读出线，位于同一列的指纹像素单元的读出端连接至一负载晶体管并共享该负载晶体管，该负载晶体管具有一控制端连接至一第五电压，一第一连接端连接至该读出线，及一第二连接端。
13.如权利要求10所述的指纹显示设备，其特征在于，该重置及选择复用线为依序驱动，当驱动该n条重置及选择复用线中的第i-1条重置及选择复用线时供电至该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元的光学感应组件以提高该选择端的电压准位，进而打开该驱动晶体管，以读出指纹讯号，接着驱动该n条重置及选择复用线中的第i条重置及选择复用线以打开该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元的重置晶体管来重置该电容的准位。
14.如权利要求10所述的指纹显示设备，其特征在于，该多个像素单元设置于一面板，且由一整合集成电路控制一显示驱动的GOA电路来依序驱动该显示扫描线以进行显示，及控制一指纹感测驱动的GOA电路来依序驱动该重置及选择复用线以进行指纹感测，当中，感测的指纹数据是由该读出线读出至该整合集成电路以进行指纹辨识。
15.如权利要求14所述的指纹显示设备，其特征在于，该面板感应使用者手指的触摸而将触控讯号传送至该整合集成电路以提供触控感应功能。
16.如权利要求11所述的指纹显示设备，其特征在于，该显示扫描线与该重置及选择复用线是以金属层1制作，连接该显示像素单元的子像素的资料线是以金属层2制作，该n条重置及选择复用线中的第i-1条重置及选择复用线是经由一通孔由金属层1转层到金属层0或金属层3，再由金属层0或金属层3的走线连接到该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元，当中，该金属层0或金属层3的走线是设置为与数据线大体上重叠，连接与该重置晶体管连接的底栅极的底栅极线是由金属层0或金属层3制作，且设置为与资料线大体上重叠。
17.如权利要求16所述的指纹显示设备，其特征在于，该底栅极线经由一开关连接到一底栅极偏压电压，在一显示数据写入期间，断开该开关使得该底栅极线为浮接，在一指纹侦测期间，导通该开关使得该底栅极线连接到该底栅极偏压电压。
18.如权利要求17所述的指纹显示设备，其特征在于，在垂直消隐区间的一段时间，该底栅极线的准位更新至该底栅极偏压电压。
19.如权利要求17所述的指纹显示设备，其特征在于，在一触控期间，导通该开关且该底栅极偏压电压为与触控感应驱动讯号相同的全驱讯号载。
20.如权利要求1所述的指纹显示设备，其特征在于，该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元包含：
一光学感应组件，具有一第一端及一第二端连接至一偏压电压；
一电容，具有两端分别连接至该光学感应组件的第一端及第二端；
一重置晶体管，具有一控制端作为该重置端且连接至该n条重置及选择复用线中的第i条重置及选择复用线，一第一连接端，及一第二连接端；
一重置开关晶体管，具有一控制端连接至一重置开关控制走线，一第一连接端，及一第二连接端，其中，该重置晶体管与重置开关晶体管串接于一第一电压与该光学感应组件的第一端之间；
一驱动晶体管，具有一控制端连接至该光学感应组件的第一端，一第一连接端连接于一第二电压，及一第二连接端；以及
一选择晶体管，具有一控制端作为该选择端且连接至该n条重置及选择复用线中的第i-1条重置及选择复用线，一第一连接端连接至该驱动晶体管T2的第二连接端，及一第二连接端。
21.如权利要求20所述的指纹显示设备，其特征在于，该选择晶体管的第二连接端作为一读出端且连接一读出线，位于同一列的指纹像素单元的读出端连接至一负载晶体管并共享该负载晶体管，该负载晶体管具有一控制端连接至一第五电压，一第一连接端连接至该读出线，及一第二连接端连接至一第六电压。
22.如权利要求20所述的指纹显示设备，其特征在于，该重置晶体管的第二连接端连接至该光学感应组件的第一端，该重置晶体管的第一连接端连接至该重置开关晶体管的第二连接端，该重置开关晶体管的第一连接端连接至该第一电压。
23.如权利要求20所述的指纹显示设备，其特征在于，该重置开关晶体管是由重置开关控制走线控制以决定该电容是否被重置以调整曝光时间。
24.如权利要求1所述的指纹显示设备，其特征在于，该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元包含：
一光学感应组件，具有一第一端及一第二端作为选择端且连接至该n条重置及选择复用线中的第i-1条重置及选择复用线；
一电容，具有两端分别连接至该光学感应组件的第一端及第二端；
一重置晶体管T1，具有一控制端作为该重置端且连接至该n条重置及选择复用线中的第i条重置及选择复用线，一第一连接端，及一第二连接端；
一重置开关晶体管，具有一控制端连接至一重置开关控制走线，一第一连接端，及一第二连接端，其中，该重置晶体管与重置开关晶体管串接于一第三电压与该光学感应组件的第一端之间；以及
一驱动晶体管，具有一控制端连接至该光学感应组件的第一端，一第一连接端连接至一第四电压，及一第二连接端。
25.如权利要求24所述的指纹显示设备，其特征在于，该驱动晶体管的第二连接端作为一读出端且连接一读出线，位于同一列的指纹像素单元的读出端连接至一负载晶体管并共享该负载晶体管，该负载晶体管具有一控制端连接至一第五电压，一第一连接端连接至该读出线，及一第二连接端。
26.如权利要求24所述的指纹显示设备，其特征在于，该重置晶体管的第二连接端连接至该光学感应组件的第一端，该重置晶体管的第一连接端连接至该重置开关晶体管的第二连接端，该重置开关晶体管的第一连接端连接至该第三电压。
27.如权利要求24所述的指纹显示设备，其特征在于，该重置开关晶体管SW-RST是由重置开关控制走线控制以决定该电容是否被重置以调整曝光时间。
28.一种指纹显示设备的驱动方法，该指纹显示设备具有多个像素行，该多个像素行中的n个像素行的每一像素行具有多个显示像素单元与多个指纹像素单元，n为大于1的整数，该n个像素行是至少以对应的n条显示扫描线及n条重置及选择复用线所驱动以进行显示及指纹感测，每一指纹像素单元具有一重置端及一选择端，该方法包含：
依序驱动该n条重置及选择复用线，其特征在于，在驱动该n条重置及选择复用线中的第i-1条重置及选择复用线时，是启动该n个像素行中的第i-1像素行的指纹像素单元的重置端及启动该n个像素行中的第i像素行的指纹像素单元的选择端，当中i为介于1至n之间的任意整数。
29.一种整合集成电路，用以控制如权利要求1、2、10、20或24所述的指纹显示设备，以依序驱动该显示扫描线来进行显示，及依序驱动该重置及选择复用线来进行指纹感测。
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