CN114049862B - 用于光感测及显示驱动的控制电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于光感测及显示驱动的控制电路及控制方法。控制方法包括以下步骤。设置第一二极管、第二二极管及发光二极管。将第二二极管的第一端连接于第一二极管的第一端。将发光二极管的第一端连接于接地端，且将发光二极管的第二端连接于第二二极管的第二端。施加第一电压于第一二极管的第二端。经由第一电阻施加第二电压于第一二极管的第一端。经由第二电阻施加第三电压于第二二极管的第二端。调整第一电压、第二电压及第三电压的电压值，致使第一二极管选择性的操作于反向偏压状态，或致使发光二极管选择性的操作于正向偏压状态。

Description

用于光感测及显示驱动的控制电路及控制方法

技术领域

本发明有关于一种控制电路与控制方法，且特别有关于一种可用于同时执行光学感测功能及像素单元显示/驱动功能的控制电路与控制方法。

背景技术

随着光学及半导体技术的演进，各种形态的光学感测技术已广泛使用于电子装置中；例如手机或笔记型电脑配置光学感测元件以应用于指纹识别。另一方面，因应于不同尺寸的平面显示器的快速发展，对应而生的显示器像素单元的显示技术/驱动技术也大量使用于电子装置中。

在电子组件中，可使用感光二极管(photo diode)以执行光学感测功能；另一方面，可使用发光二极管(light emitting diode)以执行像素单元的显示/驱动功能。而随着使用者的需求日增，电子组件需兼具光学感测与像素单元显示/驱动的功能，并需具备在同一时间内同时执行上述两者功能的处理能力。然而，对于高度整合性且体积微小的电子组件而言，为了满足同时能执行光学感测功能与像素单元的显示/驱动功能的设计规格，可能导致电子组件的电路架构复杂化而提高成本。

针对于上述的技术问题，本技术领域的相关产业的技术人员致力于如何以简单的电路架构与最少的电路元件以同时执行光学感测功能及像素单元的显示/驱动功能。

发明内容

本发明有关于一种控制电路与控制方法，可用于同时执行光学感测功能与显示器像素单元的显示/驱动功能，并具备灵活调整显示/驱动参数(例如调整像素单元亮度)以及提升光学感测灵敏度的能力。

根据本发明的一方面，提出一种控制电路。控制电路包括第一二极管、第二二极管及发光二极管。第一二极管为感光二极管，第一二极管的第一端经由第一电阻接收第二电压，第一二极管的第二端接收第一电压。第二二极管的第一端电性连接于第一二极管的第一端，第二二极管的第二端经由第二电阻接收第三电压。发光二极管的第一端电性连接于接地端，且发光二极管的第二端电性连接于第二二极管的第二端。因应于第一电压、第二电压及第三电压的电压值，第一二极管选择性的操作于反向偏压状态或发光二极管选择性的操作于正向偏压状态，若第一二极管操作于反向偏压状态时接收入射光并据以产生感测电流，若发光二极管操作于正向偏压状态时产生出射光。

根据本发明的另一方面，提出一种控制方法。控制方法包括以下步骤。设置第一二极管，为感光二极管。设置第二二极管，将第二二极管的第一端电性连接于第一二极管的第一端。设置发光二极管，将发光二极管的第一端电性连接于接地端，且将发光二极管的第二端电性连接于第二二极管的第二端。施加第一电压于第一二极管的第二端。经由第一电阻施加第二电压于第一二极管的第一端。经由第二电阻施加第三电压于第二二极管的第二端。调整第一电压、第二电压及第三电压的电压值，致使第一二极管选择性的操作于反向偏压状态，或致使发光二极管选择性的操作于正向偏压状态。若第一二极管操作于反向偏压状态时接收入射光并据以产生感测电流，若发光二极管操作于正向偏压状态时产生出射光。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明一实施例的用于光感测及显示驱动的控制电路的电路图。

图2为图1的控制电路操作于感测模式时的各操作电压的时序图。

图3为包括图1的控制电路的控制电路阵列的电路图。

图4为图3的控制电路阵列对应的显示器的像素单元的示意图。

图5为图3的控制电路阵列的各操作电压的时序图。

图6为图1的控制电路操作于显示模式时的各操作电压的时序图。

图7A、图7B、图7C为图3的控制电路阵列对应的显示器的像素单元操作于显示模式及/或感测模式的示意图。

图8A、图8B、图8C为图3的控制电路阵列操作于显示模式及/或感测模式的各操作电压的时序图。

图9为本发明另一实施例的控制电路的电路图。

图10A、图10B为图9的控制电路操作于显示模式或感测模式的各操作电压的时序图。

图11为本发明又一实施例的控制电路的电路图。

图12为包括图11的控制电路的控制电路阵列的电路图。

图13为图12的控制电路阵列对应的显示器的像素单元的示意图。

图14为本发明再一实施例的控制电路的电路图。

图15为包括图14的控制电路的控制电路阵列的电路图。

图16为图15的控制电路阵列对应的显示器的像素单元的示意图。

图17A～17J及图18A、图18B为用于制造图1的第一二极管与第二二极管的制程的示意图。

图19A～19D为本发明一实施例的用于光感测及显示驱动的控制方法的流程图。

图20A～20D为本发明另一实施例的用于光感测及显示驱动的控制方法的流程图。

其中，附图标记：

110,120,130,140,910:控制电路

1110,1120,1130,1140:控制电路

1410,1430:控制电路

300,1200,1500:控制电路阵列

D10,D10B:第一二极管

D20,D20B:第二二极管

D30,D30B:发光二极管

M10_1,M10_2,M10_3,M10_4:第一晶体管

G10_1,G10_2:第一栅极线

V_{G10_1},V_{G10_2}:第一栅极电压

M20_1,M20_3:第二晶体管

G20_1,G20_2:第二栅极线

V_{G20_1},V_{G20_2}:第二栅极电压

12,22,32:第一端

12B,22B,32B:第一端

14,24,34:第二端

14B,24B,34B:第二端

V_data1,V_data2:第一电压

V_scan1,V_scan2:第二电压

V_S1,V_S2:第三电压

V_data+,V_data-电压值

V_scan+,V_scan-电压值

V_S+,V_S-电压值

R_L:第一电阻

R_S:第二电阻

N1,N2:节点

V_N1,V_N2:节点电压

C_S:第一电容

GND:接地端

I₁₀:感测电流

t1,t2,t3,t4:时间点

T_EN1,T_EN2,T_EN3:致能时间

data1,data2:数据线

scan1,scan2:扫描线

S1,S2:信号线

P1,P2,P3,P4:像素单元

400:显示器

1702:基板

1704:第一金属层

1706:硅复合层

1708:钝化保护层

1708B:钝化保护层的第一部分

1710:透明层

1710B:透明层的第一部分

1712:第二金属层

1712B:第二金属层的第一部分

1712A:第二金属层的第二部分

1720:通孔

S110～S180:步骤

S210～S280:步骤

S150,S152,S154,S160,S162,S164:步骤

S250,S252,S254,S260,S262,S264:步骤

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

图1为本发明一实施例的用于光感测及显示驱动的控制电路110的电路图。请参见图1，控制电路110包括第一二极管D10、第二二极管D20及发光二极管D30。第一二极管D10、第二二极管D20及发光二极管D30各自具有第一端及第二端。在本实施例中，第一二极管D10的第一端12为阳极端(anode)且第二端14为阴极端(cathode)，第二二极管D20的第一端22为阳极端且第二端24为阴极端；并且，发光二极管D30的第一端32为阳极端且第二端34为阴极端。

在本实施例中，第一二极管D10的第一端12(阳极端)电性连接于第二二极管D20的第一端22(阳极端)，换言之，第一二极管D10与第二二极管D20以背对背(back-to-back)方式串联连接。第一二极管D10的第一端12与第二二极管D20的第一端22的连接点为节点N1。在本实施例中，第一二极管D10为感光二极管(photo-diode)。本实施例的控制电路110至少具有三个操作电压：第一电压V_data1、第二电压V_scan1及第三电压V_S1。第一二极管D10的第二端14(阴极端)被施加第一电压V_data1，第一二极管D10的第一端12(阳极端)经由第一电阻R_L而被施加第二电压V_scan1。第一电压V_data1与第二电压V_scan1可被调整为适当的电压值，以使第一二极管D10操作于正向偏压(forward-bias)状态或反向偏压(reverse-bias)状态。当第一二极管D10操作于反向偏压状态时，第一二极管D10可接收并感测入射光，且根据入射光的强度产生感测电流I₁₀。感测电流I₁₀的电流大小正相关于入射光的强度。

另一方面，第二二极管D20的第二端24(阴极端)电性连接于发光二极管D30的第二端34(阴极端)。第二二极管D20的第二端24与发光二极管D30的第二端34的连接点为节点N2。并且，发光二极管D30的第一端32(阳极端)电性连接于接地端GND。在本实施例中，发光二极管D30例如为次毫米发光二极管(mini LED)、微发光二极管(micro LED)、有机发光二极管(OLED)，等等。发光二极管D30的第二端34(阴极端)经由第二电阻R_S而被施加第三电压V_S1。第一电压V_data1与第三电压V_S1可被调整为适当的电压值，以使发光二极管D30操作于正向偏压状态或反向偏压状态；当发光二极管D30操作于正向偏压状态时可产生出射光。此外，可设置第一电容C_S并联连接于发光二极管D30。第一电容C_S可作为旁路(bypass)电容以滤除小信号噪声。

控制电路110可操作于感测模式(sensing mode)或显示模式(display mode)。在感测模式中，第一二极管D10操作于反向偏压状态，其接收并感测入射光且对应产生感应电流I₁₀。在显示模式中，发光二极管D30操作于正向偏压状态以产生出射光，此时控制电路110可具有点亮显示器像素单元(发光二极管D30作为像素单元)或提供额外光源的功能。控制电路110亦可同时操作于感测模式与显示模式，以同时执行光学感测功能及显示器像素单元的显示/驱动功能。在一种应用示例中，当控制电路110同时操作于感测模式与显示模式时，发光二极管D30可提供额外光源以照亮使用者的手指指纹，同时第一二极管D10可对于手指指纹进行感测，据此，控制电路110可利于执行指纹识别功能。

图2为图1的控制电路110操作于感测模式时的各操作电压的时序图。请同时参见图1及图2，控制电路110例如在介于时间点t1与时间点t2之间操作于感测模式，在感测模式时的各操作电压(第一电压V_data1、第二电压V_scan1、第三电压V_S1)的调整设定如下：将第一电压V_data1提升为较高的电压值V_data+，第二电压V_scan1则保持于较低的电压值，以使得第一电压V_data1高于第二电压V_scan1。更详细而言，满足式(1)的电压高低关系：第一电压V_data1高于节点电压V_N1减去第一二极管D10的临界电压V_th,10。据此，第一二极管D10可操作于反向偏压状态。

V_data1＞(V_N1－V_th,10) (1)

并且，在本实施例中，当控制电路110操作于感测模式时发光二极管D30并不提供出射光。因此，将第三电压V_S1提升为较高的电压值V_S+，以致使第三电压V_S1高于接地端GND的电压(0V)。更详细而言，满足式(2)的电压高低关系：节点电压V_N2高于发光二极管D30的临界电压V_th,30的负值。据此，发光二极管D30亦操作于反向偏压状态。

(-V_th,30)＜V_N2 (2)

图1、图2说明对应于显示器的单一像素单元的单一的控制电路110的运作方式。以下说明多个控制电路组成的控制电路阵列的运作方式，控制电路阵列可对应控制相邻设置的多个像素单元。图3为包括图1的控制电路110的控制电路阵列300的电路图，请参见图3，控制电路阵列300除了包括控制电路110，更可包括其他的控制元件，例如：其他的控制电路120、130及140。控制电路110、120、130及140彼此相邻设置，且分别对应连接于两条数据线data1及data2、两条扫描线scan1及scan2与两条信号线S1及S2。设置于控制电路阵列300的第一行位置的控制电路110、120各自的第一二极管D10共同连接于第一条数据线data1，并经由数据线data1被施加第一电压V_data1。类似的，设置于控制电路阵列300的第二行位置的控制电路130、140各自的第一二极管D10共同连接于第二条数据线data2，并经由数据线data2被施加另一个第一电压V_data2。

此外，设置于控制电路阵列300的第一列位置的控制电路110、130各自的节点N1经由第一电阻R_L共同连接于第一条扫描线scan1，并经由扫描线scan1被施加第二电压V_scan1；且控制电路110、130各自的节点N2经由第二电阻R_S共同连接于第一条信号线S1，并经由信号线S1被施加第三电压V_S1。类似的，设置于控制电路阵列300的第二列位置的控制电路120、140各自的节点N1经由第一电阻RL共同连接于第二条扫描线scan2，并经由扫描线scan2被施加另一个第二电压V_scan2；且控制电路120、140各自的节点N2经由第二电阻R_S共同连接于第二条信号线S2，并经由信号线S2被施加另一个第三电压V_S2。由上，控制电路阵列300的控制电路110～140至少具有以下多个操作电压：经由数据线data1、data2接收的第一电压V_data1、V_data2，经由扫描线scan1、scan2接收的第二电压V_scan1、V_scan2以及经由信号线S1、S2接收的第三电压V_S1、V_S2。

控制电路阵列300的操作方式请同时参见图3、图4及图5，其中，图4为图3的控制电路阵列300对应的显示器400的像素单元的示意图，图5为图3的控制电路阵列300的各操作电压的时序图。图4仅示例性的显示显示器400的其中四个像素单元P1、P2、P3及P4，其中像素单元P1、P2对应于显示器400的第一行位置，像素单元P3、P4对应于显示器400的第二行位置；并且，像素单元P1、P3对应于显示器400的第一列位置，像素单元P2、P4对应于显示器400的第二列位置。控制电路110、120、130及140分别对应控制像素单元P1、P2、P3及P4。在一种示例的操作中，对于控制电路110、120而言，将第一电压V_data1提升为较高的电压值V_data+并且各自的第三电压V_S1、V_S2亦提升为较高的电压值V_S+。据此，以使得控制电路110、120的第一电压V_data1高于第二电压V_scan1、V_scan2，且第三电压V_S1、V_S2亦高于第二电压V_scan1、V_scan2，并且第三电压V_S1、V_S2大于零(0V，即接地端GND的电压值)。因而，控制电路110、120各自的第一二极管D10、第二二极管D20及发光二极管D30皆操作于反向偏压状态，致使控制电路110、120皆操作于感测模式。据此，控制电路110、120对应的第一行位置的像素单元P1、P2可对于入射光进行接收及感测。

在本实施例中，控制电路110的第一二极管D10接收入射光并相应产生感测电流I₁₀；第一二极管D10的感测电流I₁₀远大于第二二极管D20与发光二极管D30在反向偏压状态的暗态漏电流。因而，控制电路110所连接的扫描线scan1上流通的电流几乎完全相等于第一二极管D10产生的感测电流I₁₀。据此，测量扫描线scan1上流通的电流即相当于直接测量第一二极管D10的感测电流I₁₀，可据以推算第一二极管D10接收的入射光的强度。扫描线scan1原连接于提供第二电压V_scan1的电压源(图中未显示)；在一种示例中，可将扫描线scan1暂时切换连接于电流测量电路(图中未显示)以测量扫描线scan1上流通的电流。同样的，控制电路120的第一二极管D10亦接收入射光并相应产生感测电流I₁₀，则可将第二条扫描线scan2暂时切换连接于电流测量电路以测量扫描线scan2上流通的电流(相当于直接测量控制电路120的第一二极管D10的感测电流I10)。

对于控制电路130、140而言，是将各自的第三电压V_S1、V_S2提升为较高的电压值V_S+。然而，第一电压V_data2则仍保持于为较低的电压值，使得控制电路130的第一电压V_data2大致相等于第二电压V_scan1，控制电路140的第一电压V_data2大致相等于第二电压V_scan2。据此，控制电路130的第一晶体管D10的跨压为零(0V)因而其偏压电流或漏电流为0V偏压的电流值，此电流值远小于相邻的第一行位置的控制电路110的第一晶体管D10的感测电流I₁₀，因而控制电路130的第一晶体管D10的漏电流或偏压电流不致影响扫描线scan1上的电流测量。同样的，控制电路140的第一晶体管D10的电流亦为0V偏压的偏压电流或漏电流，其不致影响扫描线scan2上的电流测量(相邻的第一行位置的控制电路120的第一晶体管D10的感测电流I₁₀的电流测量)。换言之，如图4所示，当显示器400的第一列位置的像素单元P1、P2感测入射光，而经由扫描线scan1、scan2测量对应产生的感应电流时，第二列位置的像素单元P3、P4不致于干扰扫描线scan1、scan2上的电流测量。

说明控制电路110或控制电路阵列300于感测模式的操作方式。另一方面，控制电路110亦可操作于显示模式以提供出射光。图6为图1的控制电路100操作于显示模式时的各操作电压的时序图，请同时参见图1与图6，为了使控制电路110操作于显示模式(显示模式例如介于时间点t3与时间点t4之间)，将控制电路110的第一电压V_data1降低为较低的电压值V_data-，将第二电压V_scan1提升为较高的电压值V_scan+，并将第三电压V_S1降低为较低的电压值V_S-；以使得第三电压V_S1低于第一电压V_data1，且第一电压V_data1低于零(0V)。更详细而言，使得节点电压V_N1、V_N2及发光二极管D30的正向偏压的跨压V_B,30满足式(3)、式(4)、式(5)的电压高低关系：

V_N1＝V_data1+V_th,10 (3)

V_N2＝V_data1+V_th,10－V_th,20 (4)

V_B,30＝(－V_N2)＝－(V_data1+V_th,10－V_th,20) (5)

据此，控制电路110的第一二极管D10、第二二极管D20及发光二极管D30皆操作于正向偏压状态，且根据式(5)以调整第一电压V_data1来改变发光二极管D30的正向偏压的跨压V_B,30，进而调整发光二极管D30的发光强度(发光二极管D30的出射光的强度)。此外，发光二极管D30的发光强度亦正相关于发光二极管D30被开启或致能(即：操作于正向偏压状态)的致能时间T_EN1的长度。因此，亦可借由脉冲宽度调变(PWM)以调整发光二极管D30的致能时间T_EN1的长度来调整发光二极管D30的发光强度。

以下接着说明图3的控制电路阵列300操作于显示模式(或同时操作于感测模式及显示模式)的实施方式。图7A、图7B、图7C为图3的控制电路阵列对应的显示器像素单元操作于显示模式及/或感测模式的示意图。图8A、图8B、图8C为图3的控制电路阵列操作于显示模式及/或感测模式的各操作电压的时序图。首先，同时参见图3、图7A、图8A，在本实施例中，仅有控制电路110对应的像素单元P1操作于显示模式而提供出射光，而其他的控制电路120、130、140对应的像素单元P2、P3、P4则不提供出射光。为了使控制电路110操作于显示模式，将控制电路110的第一电压V_data1降低为较低的电压值V_data-，将第二电压V_scan1提升为较高的电压值V_scan+，并将第三电压V_S1降低为较低的电压值V_S-，而能够满足式(6)及式(7)的电压高低关系：

V_scan1＞V_data1＞V_S1 (6)

0＞V_data1＞V_S1 (7)

据此，控制电路110的发光二极管D30可操作于正向偏压状态而产生出射光。另一方面，相邻的其他控制电路120、130、140的发光二极管D30皆操作于反向偏压状态。以控制电路120为例，如图8A所示，将控制电路120的第一电压V_data1、第二电压V_scan2及第三电压V_S2分别提升为较高的电压值V_data+、V_scan+及V_S+以满足式(8)及式(9)：

V_scan2＞V_data1＞0 (8)

V_S2＞0 (9)

由于控制电路120的第三电压V_S2提升至较高的电压值V_S+，使得节点N2的电压高于接地端GND的电压，致使控制电路120的发光二极管D30操作于反向偏压状态而不产生出射光。

在另一种实施方式的示例中，同时参见图3、图7B、图8B，显示器400的第一行位置的像素单元P1、P2皆操作于显示模式而提供出射光，显示器400的第二行位置的像素单元P3、P4则不操作于显示模式。对于控制电路110、120两者而言，将第一电压V_data1降低为较低的电压值V_data-，将第二电压V_scan1、V_scan2提升为较高的电压值V_scan+，并将第三电压V_S1、V_S2降低为较低的电压值V_S-。据此，控制电路110、120各自的发光二极管D30皆操作于正向偏压状态。根据式(5)，控制电路110、120的第一电压V_data1相关于发光二极管D30的正向偏压的跨压V_B,30，因而相关于发光二极管D30的发光强度。由于控制电路110、120连接于同一条数据线data1而被施加相同的第一电压V_data1，因此控制电路110、120各自的发光二极管D30大致上具有相同的发光强度。更进一步而言，若分别调整控制电路110、120各自的发光二极管D30被开启或致能(即：操作于正向偏压状态)的致能时间T_EN1、T_EN2的长度，则控制电路110、120各自的发光二极管D30亦可具有不同的发光强度。例如，增加控制电路120的发光二极管D30的致能时间T_EN2的长度，使控制电路120的发光二极管D30的发光强度大于控制电路110的发光二极管D30。换言之，亦能够对于同一列位置的像素单元P1、P2的发光强度各别进行调整。

在另一种实施方式的示例中，同时参见图3、图7C、图8C，控制电路110对应的像素单元P1亦可同时操作于感测模式及显示模式。因应于感测模式，控制电路110的第一二极管D10操作于反向偏压状态以提供感测电流I₁₀，且第二二极管D20亦操作于反向偏压状态以降低第二二极管D20的偏压电流(或暗态电流、漏电流)，使得第二二极管D20的偏压电流不致于影响第一二极管D10的感测电流I₁₀的测量。同时，因应于显示模式，控制电路110的发光二极管D30操作于正向偏压状态以提供出射光。

在各操作电压的调整设定上，将控制电路110的第一电压V_data1与第三电压V_S1分别降低至较低的电压值V_data-与V_s-，且将第二电压V_scan1降低至更低的电压值V_scan-(以使得第二电压V_scan1低于第一电压V_data1与第三电压V_S1)。据此，可调降节点电压V_N2使发光二极管D30的跨压V_B,30大于临界电压V_th,30而操作于正向偏压状态。并且，由于第二电压V_scan1低于第一电压V_data1与第三电压V_S1，第一二极管D10与第二二极管D20皆操作于反向偏压状态。

对于与控制电路110同一列位置的另一控制电路130而言，由于控制电路130与控制电路110共同连接于同一条扫描线scan1，控制电路130可能会干扰扫描线scan1上对于控制电路110的第一二极管D10的感测电流I₁₀的测量，因此必须降低控制电路130的第一二极管D10可能具有的漏电流。如图8C所示，可将控制电路130的第一电压V_data2降低至更低的电压值V_data-(其中，V_data-＝V_scan-)以使得第一电压V_data2大致相等于第二电压V_scan1，此时控制电路130的第一二极管D10的跨压为零(0V)因而具有0V跨压的漏电流；此漏电流远小于控制电路110的第一二极管D10的感测电流I₁₀而不至影响感测电流I10的测量。

图9为本发明另一实施例的控制电路910的电路图。请参见图9，本实施例之控制电路910类似于图1的控制电路110，差异处在于：本实施例的第一二极管D10B的第一端12B为阴极端且第二端14B为阳极端，第二二极管D20B的第一端22B为阴极端且第二端24B为阳极端，并且，发光二极管D30B的第一端32B为阴极端且第二端34B为阳极端。

在本实施例中，第一二极管D10B的第一端12B(阴极端)电性连接于第二二极管D20B的第一端22B(阴极端)，第一二极管D10B与第二二极管D20B以面对面(face-to-face)形式连接而形成三极管。并且，发光二极管D30B的第一端32B(阴极端)电性连接于接地端GND。

图10A、图10B为图9的控制电路910操作于感测模式或显示模式的各操作电压的时序图。首先，同时参见图9及图10A，控制电路910操作于感测模式时，将第一电压V_data1降低为较低的电压值V_data-，并将第三电压V_S1降低为较低的电压值V_S-，第二电压V_scan1则保持于较高的电压值，以使得第一二极管D10B及发光二极管D30B皆操作于反向偏压状态。

另一方面，同时参见图9及图10B，控制电路910操作于显示模式时，将第一电压V_data1提升为较高的电压值V_data+，并将第三电压V_S1提升为更高的电压值V_S+，且第二电压V_scan1降低为较低的电压值V_scan-。据此，可使得第三电压V_S1高于第一电压V_data1，且第一电压V_data1高于第二电压V_scan1，因而第一二极管D10B与发光二极管D30B都操作于正向偏压状态。发光二极管D30B的发光强度正相关于第一电压V_data1的电压值V_data+以及于发光二极管D30B被致能或开启(操作于正向偏压状态)的致能时间T_EN3的长度。

图11为本发明又一实施例的控制电路1110的电路图。请参见图11，本实施例的控制电路1110类似于图1的控制电路110，差异处在于：本实施例的控制电路1110更包括第一晶体管M10_1，第一晶体管M10_1例如为薄膜晶体管(TFT)。第一晶体管M10_1以串联方式连接于发光二极管D30与接地端GND之间。第一晶体管M10_1的第一栅极线G10_1可接收第一栅极电压V_{G10_1}；因应于第一栅极电压V_{G10_1}可开启或关闭第一晶体管M10_1，进而能够控制发光二极管D30的电流大小，据以控制发光二极管D30的发光强度。

图12为包括图11的控制电路1110的控制电路阵列1200的电路图。图13为图12的控制电路阵列1200对应的显示器的像素单元的示意图。请同时参见图12、图13，控制电路1110的第一晶体管M10_1与控制电路1120的第一晶体管M10_2共同连接于第一栅极线G10_1以接收第一栅极电压V_{G10_1}。第一栅极电压V_{G10_1}可同时控制第一晶体管M10_1、M10_2的开启或关闭，进而同时控制控制电路1110、1120各自的发光二极管D30的电流大小。换言之，可借由第一栅极电压V_{G10_1}同时控制第一行位置的像素单元P1、P2是否被点亮。并且，经由数据线data1所施加的第一电压V_data1可同时控制像素单元P1、P2的亮度(灰阶值)。类似的，可经由第二条第一栅极线G10_2施加另一个第一栅极电压V_{G10_2}以控制第二行位置的像素单元P3、P4是否被点亮，并且经由第二条数据线data2所施加的第一电压V_data2控制像素单元P3、P4的亮度(灰阶值)。

在另一种示例中，亦可借由调整信号线S1、S2所施加的第三电压V_S1、V_S2以分别控制像素单元P1、P2是否开启以及亮度强弱。例如，将第一条信号线S1的第三电压V_S1设定为大于零(0V)的正电压值，则可关闭控制电路1110的发光二极管D30，使得像素P1不被点亮。据此，可配合第三电压V_S1(或V_S2)以针对同一行位置中的单一的像素单元P1(或P2)进行控制。

图14为本发明再一实施例的控制电路1410的电路图。请参见图14，本实施例的控制电路1410类似于图1的控制电路110，差异处在于：本实施例的控制电路1410更包括第二晶体管M20_1，第二晶体管M20_1亦可例如为薄膜晶体管。第二晶体管M20_1设置于第一二极管D10与提供第一电压V_data1的电压源(图中未显示)之间。第二晶体管M20_1的第二栅极线G20_1可接收第二栅极电压V_{G20_1}以控制第二晶体管M20_1的开启或关闭，进而控制流经第一二极管D10的电流I₁₀(例如漏电流或偏压电流)。

图15为包括图14的控制电路1410的控制电路阵列1500的电路图，图16为图15的控制电路阵列1500对应的显示器像素单元的示意图。请同时参见图15、图16(图15仅显示出同一行位置的两个控制电路1410、1430)，对于另一个控制电路1430而言，第二晶体管M20_3经由另一条第二栅极线G20_2接收第二栅极电压V_{G20_2}。若仅需致使像素单元P3操作于感测模式，则调整第二栅极电压V_{G20_2}以开启第二晶体管M20_3并使得控制电路1430的第一二极管D10的电流流通。此时，可经由扫描线scan1测量控制电路1430的第一二极管D10的感测电流I₁₀。

为了降低相邻的控制电路1410的第一二极管D10的电流对于扫描线scan1的电流测量(测量控制电路1430的第一二极管D10的感测电流I₁₀)的干扰，可调整控制电路1410的第二栅极电压V_{G20_1}以关闭第二晶体管M20_1进而使控制电路1410的第一二极管D10的电流为零。即，借由第二栅极电压V_{G20_1}的控制，以致使控制电路1410的第一二极管D10几乎不具有漏电流而不致干扰扫描线scan1的电流测量，因而控制电路1430在感测模式中的光敏感度(入射光的感测灵敏度)能大幅提高。

对于图1的控制电路110的第一二极管D10与第二二极管D20，或是图9的控制电路910的第一二极管D10B与第二二极管D20B而言，上述两个二极管可在同一套制程中同时制造形成生成。图17A～17J及图18A、图18B为用于制造图1的第一二极管D10与第二二极管D20的制程的示意图。首先，如图17A所示，提供一基板(substrate)1702，基板1702可例如为玻璃基板。而后，在基板1702上形成第一金属层(Metal-1，M1)1704。第一金属层1704可例如为铜(Cu)、钼(Mo)、钛(Ti)、铝(Al)或氧化钛(TiO)。在一种示例中，可经由热蒸镀工序或金属溅镀工序在基板1702上表面形成第一金属层1704。在另一种示例中，亦可优选使用金属溅镀工序形成具有钼-铝-氧化钛的复合结构的第一金属层1704。

而后，如图17B所示，以干蚀刻或湿蚀刻工序对于第一金属层1704进行蚀刻，以移除部分的第一金属层1704。而后，如图17C所示，在第一金属层1704上以化学气相沉积(CVD)工序成形成硅复合层(a-Si)1706。硅复合层1706具有多层结构，其具有不同的镀膜参数以及参杂浓度，例如：具有氧(O₂)及磷化氢(PH₃)的参杂。而后，如图17D所示，以干蚀刻或湿蚀刻工序对于硅复合层1706进行蚀刻，以移除部分的硅复合层1706，以暴露出第一金属层1704的第一部分的上表面。而后，如图17E所示，在第一金属层1704被暴露的第一部分的上表面以及硅复合层1706上形成钝化保护层(Passivation layer，PV)1708，并且蚀刻部分的钝化保护层1708以暴露出硅复合层1706的第一部分的上表面。

而后，如图17F所示，在硅复合层1706及钝化保护层层1708上形成一透明层1710。透明层1710例如为铟锡氧化物(Indium Tin Oxides，ITO)的透明材料，其可作为透明电极的功能；并允许入射光穿透而照射透明层1710下方的硅复合层1706，以利于感光二极管的光学感测。而后，如图17G所示，蚀刻部分的透明层1710以暴露出钝化保护层1708的第一部分1708B。并且，在钝化保护层1708的第一部分1708B的另一侧保留透明层1710而不蚀刻(保留成为透明层的第一部分1710B)。而后，如图17H所示，在钝化保护层1708及透明层1710上形成第二金属层(Metal-2，M2)1712。第二金属层1712的材质可相同或类似于第一金属层1704。

而后，分为两个步骤而同步执行。在第一个步骤中，如图17I所示，蚀刻部分的第二金属层1712以暴露出透明层1710的上表面，并保留第二金属层1712的第一部分1712B。第二金属层1712的第一部分1712B位于钝化保护层1708的第一部分1708B的一侧。此时，可形成具有光学感测功能的第一二极管D10(即，感光二极管)。同时参照图18A(其为图17I的上视图)，透明层1710具有凹陷、开口或通孔(through-hole)1720利于入射光的接收。

另一方面，可同步执行第二个步骤：如图17J所示，仅蚀刻第二金属层1712的少部分而仅暴露出钝化保护层1708的第一部分1708B。其中，该第二金属层1712的大部分未被蚀刻而保留下来第一部分1712B及第二部分1712A。第二金属层1712未被蚀刻的第一部分1712B位于钝化保护层1708的第一部分1708B的一侧，第二金属层1712未被蚀刻的第二部分1712A则可覆盖大部分的透明层1710。此时，可形成不具有感光功能的第二二极管D20。图18B为图17J的最终制造形成的第二二极管D20的上视图，如图18B所示，第二金属层1712的未被蚀刻的第二部分1712A几乎覆盖第二二极管D20的最上层表面。

如图17I所示的最终完成的第一二极管D10及图17J所示的最终完成的第二二极管D20，两者皆为金属-硅-金属(MSM)的复合结构。MSM结构为垂直复合结构，其制程简单，并且在弯折的状况下仍不致影响电性特性，而利于制作可弯折式(flexible)装置。此外，第一二极管D10与第二二极管D20的MSM结构的电流大小正相关于MSM结构的面积；因而较大面积的MSM结构可提供较大电流而适合做为驱动元件，利于驱动发光二极管D30以控制像素单元的亮度。

图19A～图19D为本发明一实施例的用于光感测及显示驱动的控制方法的流程图，本实施例的控制方法可配合于图1的控制电路110、图11的控制电路1110及图14的控制电路1410而实施。

请先同时参见图1及图19A，首先，在步骤S110，设置第一二极管D10，其为感光二极管。并设置第二二极管D20，将其第一端22电性连接于第一二极管D10的第一端12。且设置发光二极管D30，将其第一端32电性连接于接地端GND，并将其第二端34电性连接于第二二极管D20的第二端24。在本实施例中，第一二极管D10的第一端12为阳极端且第二端14为阴极端，第二二极管D20的第一端22为阳极端且第二端24为阴极端，发光二极管D30的第一端32为阳极端且第二端34为阴极端。根据上述的连接方式，第一二极管D10的阳极端连接于第二二极管D20的阳极端以背对背方式串联连接。

而后，在步骤S120，施加第一电压V_data1于第一二极管D10的第二端14。而后，在步骤S130，经由第一电阻R_L施加第二电压V_scan1于第一二极管D10的第一端22。而后，在步骤S140，经由第二电阻R_S施加第三电压V_S1于第二二极管D20的第二端24。经由步骤S120～S140，可施加多个操作电压于控制电路110。据此，可根据第一电压V_data1调整第一二极管D10的阴极的电压值，根据第二电压V_scan1调整第一二极管D10的阳极的电压值以及第二二极管D20的阳极的电压值，并且根据第三电压V_S1调整发光二极管D30的阴极的电压值。

而后，可选择性的执行步骤S150及/或执行步骤S160。若执行步骤S150，调整第一电压V_data1、第二电压V_scan1及第三电压V_S1的电压值以致使第一二极管D10操作于反向偏压状态，以使得第一二极管D10能够接收一入射光并据以产生一感测电流I₁₀。另一方面，若执行步骤S160，则调整第一电压V_data1、第二电压V_scan1及第三电压V_S1的电压值以致使发光二极管D30操作于正向偏压状态，以使得发光二极管D30能够产生一出射光。

请参见图19C，步骤S150可进一步包括步骤S152、S154。首先，在步骤S152，调整第一电压V_data1为较高的电压值V_data+而高于第二电压V_scan1的电压值。此时，第一二极管D10操作于反向偏压状态。而后，在步骤S154，调整第三电压V_S1为较高的电压值V_S+而高于第二电压V_scan1的电压值，并且使得第三电压V_S1的电压值V_S+高于零(0V)。此时，发光二极管D30亦操作于反向偏压状态。

请参见图19D所示，步骤S160可进一步包括步骤S162、S164。首先，在步骤S162，调整第一电压V_data1为较低的电压值V_data-而低于第二电压V_scan1的电压值减去第一二极管D10的临界电压V_th,10。此时，第一二极管D10操作于正向偏压状态。而后，在步骤S164，调整第三电压V_S1为较低的电压值V_S1-而低于第二电压V_scan1的电压值减去第二二极管D20的临界电压V_th,20，并且使得第三电压V_S1的电压值V_S1-低于发光二极管D30的临界电压V_th,30的负值。此时，发光二极管D30亦操作于正向偏压状态。

而后，参见图19B，在步骤S170，设置第一晶体管M10_1而连接于发光二极管D30的第一端32与接地端GND之间。施加第一栅极电压V_{G10_1}于第一晶体管M10_1，并根据第一晶体管M10_1的第一栅极电压V_{G10_1}控制发光二极管D30的电流大小。

而后，在步骤S180，设置第二晶体管M20_1而连接于第一二极管D10的第二端14，施加第二栅极电压V_{G20_1}于第二晶体管M20_1。并根据第二晶体管M20_1的第二栅极电压V_{G20_1}控制第一二极管D10的漏电流或偏压电流。

图20A～20D为本发明另一实施例的用于光感测及显示驱动的控制方法的流程图，本实施例的控制方法可配合于图9的控制电路910而实施。本实施例之控制方法类似于图19A至图19D所示的控制方法，差异处在于：在本实施例的步骤S210将控制电路910的第二二极管D20B的阴极端(第一端22B)电性连接于第一二极管D10B的阴极端(第一端12B)，以使得第一二极管D10B与第二二极管D20B以面对面方式连接而形成三极管。并且，将发光二极管D30B的阴极端(第一端32B)电性连接于接地端GND，将发光二极管D30B的阳极端(第二端34B)电性连接于第二二极管D20B的阳极端(第二端24B)。

此外，本实施例的步骤S220、S230、S340、S270、S280完全相同于图19A、图19B的对应步骤，于此不再重述。

本实施例的步骤S250、S260类似于19A的步骤S150、S160，差异处仅在于：如图20C所示，步骤S250进一步包括的步骤S252之中，调整第一电压V_data1为较低的电压值V_data-而低于第二电压V_scan1的电压值。此时，第一二极管D10B操作于反向偏压状态。而后，于另一个步骤S254中，调整第三电压V_S1为较低的电压值V_S-而低于第二电压V_scan1的电压值，并且使得第三电压V_S1的电压值V_S-低于零(0V)。此时，发光二极管D30B操作于反向偏压状态。

再者，步骤S260进一步包括的步骤S262中，调整第一电压V_data1为较高的电压值V_data+而高于第二电压V_scan1的电压值加上第一二极管D10的临界电压V_th,10。此时第一二极管D10B操作于正向偏压状态。而后，于另一个步骤S264中，调整第三电压V_S1为较高的电压值V_S1+而高于第二电压V_scan1的电压值加上第二二极管D20的临界电压V_th,20，并且使得第三电压V_S1的电压值V_S1+高于发光二极管D30的临界电压V_th,30。此时发光二极管D30B操作于正向偏压状态。

根据上文说明的各实施例的控制电路与控制方法，本发明的技术方案利用第一二极管D10与第二二极管D20连接形成的三极管并配合施加的第一电压V_data1、第二电压V_scan1、第三电压V_S1以致使第一二极管D10选择性的操作于逆向篇压状态而操作于感测模式以执行光感测功能，并可致使发光二极管D30选择性的操作于顺向偏压状态而操作于显示模式以执行显示驱动功能。亦可使控制电路同时操作于感测模式及显示模式以应用于指纹识别，例如发光二极管D30提供出射光以照亮使用者的指纹，且第一二极管D10对于使用者的指纹进行感测。并且，可借由调整第一电压V_data1、第二电压V_scan1、第三电压V_S1以控制发光二极管D30的发光强度；亦可借由第一晶体管M10_1辅助控制发光二极管D30的发光强度或开启/关闭。再者，可借由第二晶体管M20_1以降低对应于相邻像素单元的控制电路的第一二极管D10的漏电流或偏压电流，以提升目前执行光感测的控制电路的电流感测灵敏度。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (20)

1.一种用于光感测及显示驱动的控制电路，其特征在于，包括：

一第一二极管，为一感光二极管，该第一二极管的第一端经由一第一电阻接收一第二电压，该第一二极管的第二端接收一第一电压；

一第二二极管，该第二二极管的第一端电性连接于该第一二极管的第一端，该第二二极管的第二端经由一第二电阻接收一第三电压；以及

一发光二极管，该发光二极管的第一端电性连接于一接地端，且该发光二极管的第二端电性连接于该第二二极管的第二端，

其中，因应于该第一电压、该第二电压及该第三电压的电压值，该第一二极管选择性的操作于反向偏压状态或该发光二极管选择性的操作于正向偏压状态，若该第一二极管操作于反向偏压状态时接收一入射光并据以产生一感测电流，若该发光二极管操作于正向偏压状态时产生一出射光。

2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，该第一二极管的第一端为阳极端且第二端为阴极端，该第二二极管的第一端为阳极端且第二端为阴极端，该发光二极管的第一端为阳极端且第二端为阴极端。

3.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，该控制电路操作于一感测模式时，该第一电压的电压值高于该第二电压的电压值，该第三电压的电压值高于该第二电压的电压值，且该第三电压的电压值高于零(0V)，该第一二极管、该第二二极管及该发光二极管皆操作于反向偏压状态，且该第一二极管产生的该感测电流的电流大小相关于该入射光的强度。

4.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，该控制电路操作于一显示模式时，该第一电压的电压值低于该第二电压的电压值减去该第一二极管的临界电压，该第三电压的电压值低于该第二电压的电压值减去该第二二极管的临界电压，且该第三电压的电压值低于该发光二极管的临界电压的负值，该第一二极管、该第二二极管及该发光二极管皆操作于正向偏压状态，且该发光二极管产生的该出射光的强度相关于该第一电压的电压值及该发光二极管的致能时间的长度。

5.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，该第一二极管的第一端为阴极端且第二端为阳极端，该第二二极管的第一端为阴极端且第二端为阳极端，该发光二极管的第一端为阴极端且第二端为阳极端。

6.如权利要求5所述的控制电路，其特征在于，因应于该第一电压、该第二电压及该第三电压的电压值，该控制电路操作于一感测模式时该第一二极管、该第二二极管及该发光二极管皆操作于反向偏压状态，或该控制电路操作于一显示模式时该第一二极管、该第二二极管及该发光二极管皆操作于正向偏压状态。

7.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，更包括：

一第一晶体管，电性连接于该发光二极管的第一端与该接地端之间，该第一晶体管接收一第一栅极电压，该第一栅极电压控制该发光二极管的电流大小。

8.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，更包括：

一第二晶体管，电性连接于该第一二极管的第二端，该第二晶体管接收一第二栅极电压，该第二栅极电压控制该第一二极管的漏电流或偏压电流。

9.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，该控制电路属于一控制电路阵列，该控制电路阵列包括至少一数据线、至少一扫描线及至少一信号线，其中该第一二极管的第一端经由该至少一扫描线接收该第二电压，该第一二极管的第二端经由该至少一数据线接收该第一电压，该第二二极管的第二端经由该至少一信号线接收该第三电压，且该至少一数据线、该至少一扫描线及该至少一信号线连接于该控制电路阵列的其他多个控制元件，该控制电路及该些控制元件对应控制相邻设置的多个像素单元。

10.一种用于光感测及显示驱动的控制方法，其特征在于，包括：

设置一第一二极管，该第一二极管为一感光二极管；

设置一第二二极管，将该第二二极管的第一端电性连接于该第一二极管的第一端；

设置一发光二极管，将该发光二极管的第一端电性连接于一接地端，且将该发光二极管的第二端电性连接于该第二二极管的第二端；

施加一第一电压于该第一二极管的第二端；

经由一第一电阻施加一第二电压于该第一二极管的第一端；

经由一第二电阻施加一第三电压于该第二二极管的第二端；以及

调整该第一电压、该第二电压及该第三电压的电压值，致使该第一二极管选择性的操作于反向偏压状态，或致使该发光二极管选择性的操作于正向偏压状态，

其中，若该第一二极管操作于反向偏压状态时接收一入射光并据以产生一感测电流，若该发光二极管操作于正向偏压状态时产生一出射光。

11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，该第一二极管的第一端为阳极端且第二端为阴极端，该第二二极管的第一端为阳极端且第二端为阴极端，该发光二极管的第一端为阳极端且第二端为阴极端。

12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，调整该第一电压、该第二电压及该第三电压的电压值致使该第一二极管操作于反向偏压状态的步骤包括：

调整该第一电压的电压值为高于该第二电压的电压值；

调整该第三电压的电压值为高于该第二电压的电压值；以及

调整该第三电压的电压值为高于零(0V)，

其中该第一二极管、该第二二极管及该发光二极管皆操作于反向偏压状态而操作于一感测模式，且该第一二极管产生的该感测电流的电流大小相关于该入射光的强度。

13.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，调整该第一电压、该第二电压及该第三电压的电压值致使该发光二极管操作于正向偏压状态的步骤包括：

调整该第一电压的电压值为低于该第二电压的电压值减去该第一二极管的临界电压；

调整该第三电压的电压值为低于该第二电压的电压值减去该第二二极管的临界电压；以及

调整该第三电压的电压值为低于该发光二极管的临界电压的负值，

其中该第一二极管、该第二二极管及该发光二极管皆操作于正向偏压状态而操作于一显示模式，且该发光二极管产生的该出射光的强度相关于该第一电压的电压值及该发光二极管的致能时间的长度。

14.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，该第一二极管的第一端为阴极端且第二端为阳极端，该第二二极管的第一端为阴极端且第二端为阳极端，该发光二极管的第一端为阴极端且第二端为阳极端。

15.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，调整该第一电压、该第二电压及该第三电压的电压值致使该第一二极管、该第二二极管及该发光二极管皆操作于反向偏压状态而操作于一感测模式，或调整该第一电压、该第二电压及该第三电压的电压值致使该第一二极管、该第二二极管及该发光二极管皆操作于正向偏压状态而操作于一显示模式。

16.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，更包括：

设置一第一晶体管，将该第一晶体管电性连接于该发光二极管的第一端与该接地端之间；

施加一第一栅极电压于该第一晶体管；以及

根据该第一栅极电压控制该发光二极管的电流大小。

17.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，更包括：

设置一第二晶体管，将该第二晶体管电性连接于该第一二极管的第二端；

施加一第二栅极电压于该第二晶体管；以及

根据该第二栅极电压控制该第一二极管的漏电流或偏压电流。

18.一种形成具有光感测功能的半导体装置的制造方法，以制造如权利要求1-9任一所述控制电路中的第一二极管与第二二极管，其特征在于，该制造方法包括：

提供一基板；

经由热蒸镀工序或金属溅镀工序于该基板上形成一第一金属层；

蚀刻该第一金属层，并经由化学气相沉积工序于该第一金属层上形成一硅复合层；

蚀刻部分的该硅复合层以暴露出该第一金属层的一第一部分的上表面；

于该第一金属层的被暴露的该第一部分上以及该硅复合层上形成一钝化保护层；

蚀刻部分的该钝化保护层以暴露出部分的该硅复合层的上表面；

于该硅复合层及该钝化保护层上形成一透明层；

蚀刻部分的该透明层以暴露出该钝化保护层的一第一部分；

于该钝化保护层的被暴露的该第一部分的一侧保留该透明层；

于该钝化保护层及该透明层上形成一第二金属层；以及

选择性的蚀刻该第二金属层。

19.如权利要求18所述的制造方法，其特征在于，选择性的蚀刻该第二金属层的步骤包括：

蚀刻部分的该第二金属层以暴露出该透明层的上表面；以及

保留该第二金属层的一第一部分，该第二金属层的该第一部分位于该钝化保护层的该第一部分的一侧，

其中，该透明层具有一通孔以利于执行光感测功能。

20.如权利要求18所述的制造方法，其特征在于，选择性的蚀刻该第二金属层的步骤包括：

蚀刻部分的该第二金属层以暴露出该钝化保护层的该第一部分；以及

保留该第二金属层的一第一部分及一第二部分，

其中，该第二金属层的该第一部分位于该钝化保护层的该第一部分的一侧，并且该第二金属层的该第二部分覆盖该透明层。

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