TW202105156A

TW202105156A - 光學式指紋感測器之控制方法和控制電路

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Publication number: TW202105156A
Application number: TW109125075A
Authority: TW
Inventors: 張岑瑋; 夏志朋; 施偉倫; 陳泓竹; 連書緯; 蕭聖文; 鄭喨繼
Original assignee: 聯詠科技股份有限公司
Priority date: 2019-07-24
Filing date: 2020-07-24
Publication date: 2021-02-01
Also published as: CN212302499U; TWI764210B; CN112287747A; TWM604434U

Abstract

一種控制方法，用於一光學式指紋感測器與一觸控控制器，該光學式指紋感測器包含有複數個畫素，其中每一畫素具有一第一控制訊號線及一第二控制訊號線，且每一畫素另耦接於一第一電壓源線、一第二電壓源線及一感測線。該控制方法包含有以下步驟：當該觸控控制器處於一觸控操作期間時，該第一控制訊號線、該第二控制訊號線、該第一電壓源線、該第二電壓源線、該感測線以上當中至少之一者施加一抗負載驅動訊號。

Description

光學式指紋感測器之控制方法和控制電路

本發明係指一種用於光學式指紋感測器的控制方法，尤指一種可用於與觸控面板整合的光學式指紋感測器的控制方法。

指紋辨識技術已被廣泛用於各式各樣的電子產品，例如行動電話、筆記型電腦、平板電腦、個人數位助理（Personal Digital Assistant，PDA）、及可攜式電子裝置等，用來實現身分識別。通過指紋感測能夠方便地對使用者進行身分識別，使用者只須將手指放置在指紋感測面板或區域上，即可登入電子裝置，而無須輸入冗長且繁瑣的用戶名稱及密碼。

在各類型指紋感測技術中，光學式指紋感測方案通常應用於具有顯示面板的電子產品。一般來說，光學式指紋感測可和觸控面板互相整合，使得指紋感測與觸控感測操作可同時在電子裝置中實現。然而，為了捕捉指紋的微小波峰對波谷差異，需要精確地執行光學式指紋感測操作，而光學式指紋感測容易受到觸控感測操作的干擾。有鑑於此，習知技術實有改進之必要。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種可用於光學式指紋感測器的控制方法及其控制電路和光學式指紋感測器，以消除或降低觸控感測操作與指紋感測操作之間的干擾。

本發明的一實施例揭露一種控制方法，用於一光學式指紋感測器與一觸控控制器。該光學式指紋感測器包含有複數個畫素，其中每一畫素具有一第一控制訊號線及一第二控制訊號線，且每一畫素另耦接於一第一電壓源線、一第二電壓源線及一感測線。該控制方法包含有：當該觸控控制器處於一觸控操作期間時，該第一控制訊號線、該第二控制訊號線、該第一電壓源線、該第二電壓源線、該感測線以上當中至少之一者施加一抗負載驅動（Anti-Loading Driving，ALD）訊號。

本發明的另一實施例揭露一種控制方法，用於一光學式指紋感測器與一觸控控制器。該光學式指紋感測器包含有複數個畫素，其中每一畫素具有一第一控制訊號線及一第二控制訊號線，且每一畫素另耦接於一第一電壓源線、一第二電壓源線及一感測線。該控制方法包含有：當該觸控控制器處於一觸控操作期間時，該第一控制訊號線、該第二控制訊號線、該第一電壓源線、該第二電壓源線、該感測線全部處於浮空狀態。

本發明的另一實施例揭露一種用於控制一光學式指紋感測器的控制電路。該光學式指紋感測器包含有複數個畫素，其中每一畫素具有一第一控制訊號線及一第二控制訊號線，且每一畫素另耦接於一第一電壓源線、一第二電壓源線及一感測線。該控制電路與一觸控控制器互相整合來進行以下之操作：當該觸控控制器處於一觸控操作期間時，該第一控制訊號線、該第二控制訊號線、該第一電壓源線、該第二電壓源線、該感測線以上當中至少之一者施加一抗負載驅動訊號。

本發明的另一實施例揭露一種用於控制一光學式指紋感測器的控制電路。該光學式指紋感測器包含有複數個畫素，其中每一畫素具有一第一控制訊號線及一第二控制訊號線，且每一畫素另耦接於一第一電壓源線、一第二電壓源線及一感測線。該控制電路與一觸控控制器互相整合來進行以下之操作：當該觸控控制器處於一觸控操作期間時，該第一控制訊號線、該第二控制訊號線、該第一電壓源線、該第二電壓源線、該感測線全部處於浮空狀態。

請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一顯示裝置10之示意圖。如第1圖所示，顯示裝置10包含有一顯示面板100、一列驅動裝置102及一行感測驅動裝置104。在此例中，顯示面板100可被設定具有觸控感測及指紋感測功能，因此，可將具有觸控感測器陣列之一觸控感測層110以及具有指紋感測畫素陣列之一指紋感測層120疊合並整合於顯示面板100。列驅動裝置102及行感測驅動裝置104可構成指紋感測畫素陣列的一控制電路。顯示裝置10另可包含開關器電路112_1及112_2，其中每一開關器電路可由多工器及／或開關器所組成，用來選擇傳送控制訊號至指紋感測層120中的目標指紋感測畫素，或將感測訊號從指紋感測畫素傳送至行感測驅動裝置104中的目標接收器電路。顯示裝置10另可包含顯示及觸控感測的控制電路，為求簡化，這些控制電路省略於第1圖中。

第2圖繪示顯示裝置10的3維視圖。詳細來說，觸控感測層110包含有一觸控感測器陣列，其中，觸控感測器陣列具有複數個感測墊（sensing pad）及複數條導線。觸控控制器可傳送觸控驅動訊號至感測墊，並對應接收觸控感測訊號以判斷觸控行為。觸控驅動訊號可以是一週期訊號，其可具有任何類型的脈衝，如弦波、方波、三角波或梯形波等。因此，觸控感測訊號亦可以是相對應的週期訊號，用來攜帶觸控感測資訊。指紋感測層120包含有一指紋感測畫素陣列，其中每一指紋感測畫素可包含數個電路元件，其分別以列方向及行方向的導線相互連接，列方向的導線連接至列驅動裝置102而行方向的導線連接至行感測驅動裝置104。這些導線可包含用來傳送控制訊號的數條控制訊號線，用來傳送電源電壓的數條電壓源線，以及用來傳送指紋感測訊號的數條感測線。

如第2圖所示，觸控感測層110及指紋感測層120為不同層但彼此接近，導致連結觸控感測墊的每一條導線和連結指紋感測畫素的每一條導線之間存在無法忽略的耦合電容。因此，當一觸控驅動訊號被傳送至觸控感測墊時，耦合電容可對觸控驅動訊號或對應的感測訊號進行耦合，以干擾控制訊號線、電壓源線及／或感測線上的電壓，因而在指紋感測操作上產生無法忽略的電容性負載。從觸控感測操作的角度來看，觸控感測層110及指紋感測層120之間的耦合電容也會影響觸控操作的感測訊號。

在此例中，觸控感測層110為疊合在指紋感測層120上方的上層。但在另一實施例中，亦可將指紋感測層設置為上層而將觸控感測層設置為下層。或者，亦可將觸控感測器及／或指紋感測器設置為多層結構。關於面板之結構不應用以限制本發明的範疇。

第3圖繪示第1圖和第2圖所示的指紋感測層120所包含的一指紋感測畫素之詳細結構。在此例中，指紋感測畫素可用來實現一光學式指紋感測器，其包含有一光電元件PD、一儲存電容SC及三個電晶體T1～T3。指紋感測畫素可藉由透過一第一電壓源線SVSS接收的一第一電源電壓以及透過一第二電壓源線SVDD接收的一第二電源電壓來進行運作。在一實施例中，第一電源電壓可以是一負電源電壓或一接地電壓或一正電源電壓，而第二電源電壓可以是一負電源電壓或一接地電壓或一正電源電壓，電壓源線實際之極性安排由感測畫素的電路設計來決定，本發明不在此限。透過控制訊號線R_SW1～R_SW3可分別傳送三列控制訊號至畫素，使得畫素可透過一感測線C_SEN輸出一感測訊號。在另外一種實施例，指紋感測畫素可用來實現一光學式指紋感測器，其包含有一光電元件PD、一儲存電容SC及二個電晶體T1～T2，使得其電路結構更為精簡。

在指紋感測畫素中，光電元件PD可以是一光電二極體（photodiode），用來感測光線並將感測到的光線強度轉換為一電子訊號（如電壓訊號或電流訊號），此操作稱為“曝光”。在曝光期間內，電子訊號會流至儲存電容SC，並儲存在儲存電容SC中。電晶體T1作為一重置電晶體，可在曝光操作之前用來重置節點N2的電壓（即重置儲存在儲存電容SC中的電荷）。電晶體T2作為一源極隨耦器（source follower），可在曝光操作完畢之後，將光電元件PD所感測並儲存在儲存電容SC中的電子訊號傳送至感測線C_SEN。電晶體T3作為一選擇電晶體，可在其對應的畫素被選擇時，透過相對應的控制訊號開啟。

如第3圖所示，電晶體T1具有一閘極端、一第一端及一第二端，其中，閘極端耦接於控制訊號線R_SW1以接收一控制訊號（如重置訊號），第一端耦接於第一電壓源線SVSS，而第二端耦接於光電元件PD及儲存電容SC。需注意的是，電晶體T1之第一端可以是汲極端和源極端的其中一者，而電晶體T1之第二端為另一者，其係根據電晶體T1的電流方向而定。光電元件PD及儲存電容SC皆具有一第一端及一第二端，其中，第一端耦接於控制訊號線R_SW2以接收一控制訊號（如偏置電壓），而第二端耦接於電晶體T1之第二端。電晶體T2具有一閘極端、一第一端及一第二端，其中，閘極端耦接於電晶體T1之第二端、光電元件PD之第二端、以及儲存電容SC之第二端，第一端耦接於第二電壓源線SVDD，而第二端耦接於電晶體T3。需注意的是，電晶體T2之第一端可以是汲極端和源極端的其中一者，而電晶體T2之第二端為另一者，其係根據電晶體T2的電流方向而定。電晶體T3具有一閘極端、一第一端及一第二端，其中，閘極端耦接於控制訊號線R_SW3以接收一控制訊號（如選擇訊號），第一端耦接於電晶體T2之第二端，而第二端耦接於感測線C_SEN。需注意的是，電晶體T3之第一端可以是汲極端和源極端的其中一者，而電晶體T3之第二端為另一者，其係根據電晶體T3的電流方向而定。

請參考第4圖，第4圖為指紋感測畫素陣列中控制訊號線R_SW1～R_SW3、感測線C_SEN及電壓源線SVSS及SVDD的配置之示意圖。參見第4圖搭配第1圖所示，每一條控制訊號線R_SW1～R_SW3耦接於一列畫素，每一條感測線C_SEN耦接於一行畫素，每一條電壓源線SVSS或SVDD可透過行方向的連接線耦接至畫素。因此，控制訊號線R_SW1～R_SW3可耦接至列驅動裝置102，其用來發送相對應的控制訊號。感測線C_SEN可耦接至行感測驅動裝置104，其用來接收指紋感測訊號。由於控制訊號線R_SW1～R_SW3、感測線C_SEN及電壓源線SVSS及SVDD皆散布在指紋感測層120中，以上導線皆受到施加於觸控感測層110的觸控驅動／感測訊號的干擾。

根據光學式指紋感測操作，由光電元件PD產生的電子訊號係儲存於儲存電容SC，因此，應避免或降低儲存電容SC兩端（即節點N1及N2）上的電容性負載，此電容性負載可能來自於觸控感測墊上的觸控驅動或感測訊號。舉例來說，若指紋感測畫素中的節點N1與觸控感測層110中的觸控感測墊存在耦合電容時，施加在觸控感測墊上的觸控驅動或感測訊號會產生干擾而改變儲存在儲存電容SC中的電子訊號，導致輸出的指紋感測訊號產生誤差。為了消除或降低電容性負載，當觸控驅動訊號傳送至觸控感測層110時，可在指紋感測層120的導線上施加以抗負載驅動（Anti-Loading Driving，ALD）訊號或是使其處於浮空（floating）狀態。當觸控控制器處於一觸控操作期間時，每一條控制訊號線R_SW1～R_SW3、電壓源線SVSS及SVDD、感測線C_SEN以上當中至少之一者可施加一抗負載驅動訊號，其他沒有被施加抗負載驅動訊號者可使其處於浮空狀態。在另外一種實施例，當觸控控制器處於一觸控操作期間時，也可以讓每一條控制訊號線R_SW1～R_SW3、電壓源線SVSS及SVDD、感測線C_SEN全部處於浮空狀態。將訊號源頭的開關斷開即可使得該條導線處於浮空狀態，或是使其輸出為高阻抗，本發明不在此限。總之，透過施加抗負載驅動訊號或是使導線處於浮空狀態這兩種技術手段，或是併用兩種技術手段的各種排列組合可使得觸控控制器與指紋感測器之間訊號的耦合干擾降到最低。

請參考第5A圖，第5A圖為施加抗負載驅動訊號至指紋感測畫素之示意圖。詳細來說，一第一抗負載驅動訊號可施加在控制訊號線R_SW2上。由於控制訊號線R_SW2直接耦接至節點N1，第一抗負載驅動訊號可被傳送至節點N1以消除或降低儲存電容SC第一端的電容性負載。為了消除或降低儲存電容SC第二端的電容性負載，一第二抗負載驅動訊號可被傳送至節點N2。由於節點N2耦接於電晶體T1及T2，可將第二抗負載驅動訊號施加在連接於電晶體T1及／或T2的任一或多條導線上。這些導線包含有控制訊號線R_SW1、第一電壓源線SVSS、第二電壓源線SVDD及感測線C_SEN等，但不限於此。若第二抗負載驅動訊號被施加到控制訊號線R_SW1及／或第一電壓源線SVSS時，第二抗負載驅動訊號可透過電晶體T1的寄生電容耦合至節點N2。若第二抗負載驅動訊號被施加到第二電壓源線SVDD及／或感測線C_SEN時，第二抗負載驅動訊號可透過電晶體T2的寄生電容耦合至節點N2。

值得注意的是，抗負載驅動訊號之目的在於消除或降低指紋感測畫素中的電容性負載。較佳地，可將抗負載驅動訊號設計為完全相同於傳送至觸控感測墊的觸控驅動訊號，如第5A圖所示。透過耦合電容CC1及CC2的耦合運作，指紋感測畫素會受到觸控驅動訊號的干擾。在沒有抗負載驅動訊號的情況下，當觸控驅動訊號上下切換時，觸控驅動訊號上的電壓變化會對耦合電容CC1及CC2充放電，導致節點N1及／或N2上出現無法預期的電壓變化。當觸控驅動訊號上下切換時，若施加在節點N1及N2上的抗負載驅動訊號完全相同於觸控驅動訊號，則耦合電容CC1及CC2的跨壓會維持恆定，意即耦合電容CC1及CC2不進行充放電，因而不影響儲存電容SC內所儲存的電子訊號。

如上所述，觸控驅動訊號可以是具有複數個脈衝的週期訊號。因此，抗負載驅動訊號亦可以是具有多個脈衝的調變訊號，其脈衝的頻率、相位及振幅實質上分別相同於觸控驅動訊號之脈衝的頻率、相位及振幅。由於觸控驅動訊號可包含任何類型的脈衝，如弦波、方波、三角波或梯形波等，因此可將抗負載驅動訊號調變為包含相同或相似類型的脈衝。

值得注意的是，抗負載驅動訊號可能相同於或不完全相同於觸控訊號（如觸控驅動訊號或觸控感測訊號）。舉例來說，在一實施例中，抗負載驅動訊號的振幅可能略小於觸控驅動訊號的振幅，其頻率和相位則大致相同。可替換地或額外地，抗負載驅動訊號的相位相對於觸控驅動訊號的相位可能存在微小偏移，其頻率則大致相同。若抗負載驅動訊號及觸控訊號之間的相似度較高時，能夠使控制指紋感測畫素之電容性負載下降的效能獲得提升。

抗負載驅動訊號可透過任何方式施加在指紋感測畫素的導線上。在一實施例中，藉由抗負載驅動訊號來驅動一目標導線，可將抗負載驅動訊號施加在該目標導線上，其中，抗負載驅動訊號實質上相同於觸控訊號（具有相同頻率、相位及／或振幅）。可替換地或額外地，可將抗負載驅動訊號施加在一目標導線的開關器上，以控制相對應的節點為浮空狀態，在此例中，抗負載驅動訊號可具有任何可能的型態。舉例來說，抗負載驅動訊號可以是具有上述任何類型的脈衝之一週期訊號，或者可以是位於適當電壓準位而能夠關閉相對應開關器的訊號。只要透過抗負載驅動訊號能夠將開關器關閉使得目標節點在一段期間內為浮空狀態，皆屬於可行的抗負載驅動操作。浮空狀態使得目標節點的電壓可在耦合電容CC1或CC2運作之下隨著觸控訊號的脈衝而向上或向下移位。節點為浮空狀態代表節點的每一端僅連接至高阻抗端點，或者節點的任何外接連線都斷開，也就是說，所有連接至該節點的開關器皆關閉。為達到省電的目的，或者當無法藉由訊號來驅動目標導線時，即可採用浮空操作。接收抗負載驅動訊號的目標導線可以是耦接於節點N1的控制訊號線R_SW2及／或耦接至畫素的任何其它導線，例如控制訊號線R_SW1和R_SW3、第一電壓源線SVSS、第二電壓源線SVDD及感測線C_SEN等。

第5B圖繪示施加抗負載驅動訊號以控制節點浮空的一種詳細實施方式。第5B圖所示的畫素結構類似於第5A圖所示的畫素結構，故功能相似的訊號或元件皆以相同符號表示。第5B圖之結構另包含開關器PSW1～PSW5，其分別耦接於控制訊號線R_SW2、控制訊號線R_SW1、第一電壓源線SVSS、第二電壓源線SVDD及感測線C_SEN。需注意的是，每一個開關器PSW1～PSW5可以是目標畫素專用的開關器，或者是用來連接一列或一行畫素之目標導線的開關器。在另外一種實施例，將訊號源頭的開關斷開即可使得該訊號線、電壓源線或感測線處於浮空狀態，或是使其輸出為高阻抗，也可以將上述全部導線接在一起由一個總開關來控制，本發明不在此限。

詳細來說，為了在指紋感測畫素上施加以抗負載驅動訊號，可將一第一抗負載驅動訊號施加於開關器PSW1。在此情況下，可關閉耦接於節點N1及控制訊號線R_SW2之間的開關器PSW1，進而控制節點N1浮空。此外，為了控制節點N2浮空，可將一第二抗負載驅動訊號施加於耦接於控制訊號線R_SW1的開關器PSW2、耦接於第一電壓源線SVSS的開關器PSW3、耦接於第二電壓源線SVDD的開關器PSW4、以及耦接於感測線C_SEN的開關器PSW5當中任一或多者。在此情況下，畫素上耦接於控制訊號線R_SW1、第一電壓源線SVSS、第二電壓源線SVDD及感測線C_SEN的任何節點皆可為浮空狀態，因此節點N2亦為浮空狀態。

對於指紋感測層120上的指紋感測畫素陣列而言，每一畫素上的抗負載驅動訊號皆可彈性地透過以抗負載驅動訊號來驅動及／或控制節點浮空的方式實現。舉例來說，一第一畫素的導線可由一抗負載驅動訊號來驅動，同時一第二畫素的導線可由一抗負載驅動訊號進行控制使得相對應的節點浮空。用於具有2行（行1及行2）以及2列（列1及列2）的指紋感測畫素陣列之抗負載驅動訊號可透過表1的各種方式來實現，如下所示：

情況	觸控元件	指紋感測畫素
列1	列2	行1	行2
1	驅動	驅動	驅動	驅動	驅動
2	驅動	驅動	浮空	浮空	浮空
3	驅動	浮空	驅動	浮空	浮空
4	驅動	浮空	浮空	驅動	浮空
5	驅動	浮空	浮空	浮空	驅動
6	驅動	驅動	驅動	浮空	浮空
7	驅動	驅動	浮空	驅動	浮空
8	驅動	驅動	浮空	浮空	驅動
9	驅動	浮空	驅動	驅動	浮空
10	驅動	浮空	驅動	浮空	驅動
11	驅動	浮空	浮空	驅動	驅動
12	驅動	驅動	驅動	驅動	浮空
13	驅動	驅動	驅動	浮空	驅動
14	驅動	驅動	浮空	驅動	驅動
15	驅動	浮空	驅動	驅動	驅動
16	驅動	浮空	浮空	浮空	浮空

表1

根據表1，用於畫素陣列的抗負載驅動訊號包含有至少16種不同實施方式，且抗負載驅動訊號可以在觸控驅動訊號傳送至觸控元件時進行施加。需注意的是，一般指紋感測畫素陣列可包含多於2列及2行的畫素，因此，存在更多種可能的驅動及浮空操作的組合。在一實施例中，亦可針對用於同一列畫素的不同連接導線及／或用於同一行畫素的不同連接導線以不同方式來實施抗負載驅動訊號，進而達到抗負載驅動操作的彈性。

請參考第6圖，第6圖為本發明實施例一顯示裝置操作之時序圖。為了降低顯示、觸控感測、及指紋感測操作之間的干擾，這些操作可分時進行。如第6圖所示，在每一圖框（frame）的顯示時間內具有觸控操作期間（TP）及顯示期間（DP）交替設置，而指紋感測期間（FP）可設置於二連續顯示圖框之間的空白時間（blank time）。參見第6圖搭配第3圖所示，光學式指紋感測器的運作要求節點N2被重置至一預定電壓準位，隨後開始曝光，接著在曝光期間結束時讀出於曝光程序中產生的電子訊號。一般來說，曝光期間可持續一圖框的顯示週期，其包含有多段顯示期間及觸控操作期間，如第6圖所示。在另一實施例中，為了產生足夠感測訊號量，曝光期間亦可橫跨數個顯示圖框。

在曝光期間內，光電元件PD可持續產生電子訊號並累績在儲存電容SC中，使節點N2的電壓隨之而變化。因此，在曝光期間內需施加以抗負載驅動訊號，以避免指紋感測訊號讀出之前，儲存於儲存電容SC中的電荷（即儲存電容SC的跨壓）受到觸控訊號的干擾。

更明確來說，觸控之操作可在觸控操作期間內進行，亦即，觸控驅動訊號通常在觸控操作期間內上下切換。因此，抗負載驅動訊號亦可在觸控操作期間內進行施加。第7圖繪示一觸控操作期間內抗負載驅動訊號的詳細實施方式。如第7圖所示，在觸控操作期間內，觸控感測線可從一感測墊接收觸控訊號，觸控訊號具有方波脈衝，其振幅等於∆V。因此，抗負載驅動操作可在觸控操作期間內施加在指紋感測畫素上。

在此例中，第一電壓源線SVSS及第二電壓源線SVDD可在指紋感測期間及顯示期間內傳送一電源電壓，而在觸控操作期間內傳送抗負載驅動訊號，其中，抗負載驅動訊號可包含多個脈衝，這些脈衝可藉由在電源電壓上調變而產生，且和施加在觸控感測線上的觸控訊號具有實質上相同的頻率、相位及振幅。控制訊號線R_SW1～R_SW3可在指紋感測期間及顯示期間內傳送對應的控制訊號，並且在觸控操作期間內傳送抗負載驅動訊號，其中，抗負載驅動訊號可包含多個脈衝，這些脈衝可藉由在控制訊號上調變而產生，且和施加在觸控感測線上的觸控訊號具有實質上相同的頻率、相位及振幅。感測線C_SEN可在指紋感測期間內傳送感測訊號，並且在觸控操作期間傳送抗負載驅動訊號，其中，抗負載驅動訊號可包含多個脈衝，這些脈衝可藉由在感測訊號上調變而產生，且和施加在觸控感測線上的觸控訊號具有實質上相同的頻率、相位及振幅。

請參考第8圖，第8圖為本發明實施例一顯示系統80之示意圖。如第8圖所示，顯示系統80包含有一系統處理器800、一指紋觸控顯示整合（Fingerprint, Touch and Display Integration，FTDI）電路802及一顯示面板804，其中，指紋觸控顯示整合電路802可以是整合顯示、觸控及指紋處理電路的單晶片。詳細來說，系統處理器800可以是顯示系統80的核心處理器，例如中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）、微控制器（Microcontroller Unit，MCU）、或微處理器等類似元件。對於智慧型手機而言，系統處理器800可以是用來控制手機各項應用及操作的微控制器。需注意的是，用於指紋辨識的演算法通常相當複雜，因此，指紋匹配及判斷應在具有龐大運算資源的系統處理器800上執行，其較難以實現於指紋觸控顯示整合電路802中。指紋觸控顯示整合電路802負責從顯示面板804捕捉或取出指紋影像，並且對接收到的指紋感測訊號進行處理，以放大並取得所需的波峰和波谷資訊。

顯示面板804可以是如第1圖所示的顯示面板100，其包含有觸控感測層110及指紋感測層120，用來實現顯示、觸控感測及指紋感測的三合一操作。指紋觸控顯示整合電路802可作為一控制電路，用來控制顯示面板804的顯示、觸控及指紋感測等操作。在一實施例中，顯示面板804可以是內嵌式（in-cell）觸控及指紋面板，其內部設置有觸控感測器和指紋感測器及其相關的連接線路。因此，觸控感測層110及指紋感測層120之間的距離十分接近，因而位於觸控感測層110及指紋感測層120之間的耦合電容可在指紋感測操作上產生大量的負載。

如第8圖所示，指紋觸控顯示整合電路802整合了一指紋控制電路820、一觸控控制裝置822及一顯示驅動裝置824，其中，每一模組皆可透過特定的介面與系統處理器800進行通訊。指紋觸控顯示整合電路802另可包含一抗負載驅動電路850，可選擇將其設置於觸控控制裝置822或指紋控制電路820中（在第8圖的實施例中，抗負載驅動電路850設置於指紋控制電路820）。指紋控制電路820可包含例如第1圖所示的列驅動裝置（及／或感測裝置）以及行驅動裝置（及／或感測裝置），其可發送控制訊號以控制顯示面板804上的指紋感測畫素，使畫素以一特定順序輸出指紋感測訊號。指紋控制電路820亦可包含一讀出電路，用來從每一指紋感測畫素接收感測訊號。觸控控制裝置822可用來發送觸控驅動訊號至顯示面板804中觸控感測層上的觸控感測墊，並對應接收觸控感測訊號。顯示驅動裝置824可用來進行顯示面板804的顯示控制。更明確來說，顯示驅動裝置824可從系統處理器800接收影像資料，並對應產生及輸出影像訊號至顯示面板804。

為了實現抗負載驅動操作，在觸控操作期間及／或曝光期間內，指紋觸控顯示整合電路802中的抗負載驅動電路850另可透過抗負載驅動訊號來驅動連接於指紋感測畫素的導線，或控制指紋感測畫素中相對應的節點浮空。在一實施例中，設置於指紋控制電路820中的抗負載驅動電路850可根據從觸控控制裝置822接收到的通知來施加抗負載驅動訊號，使得抗負載驅動訊號與觸控訊號同步，同時抗負載驅動訊號與觸控訊號可被設定為具有相同頻率和相位、及／或相同振幅。來自於觸控控制裝置822的通知可以是任何形式，例如一旗標、一電壓準位、或是在指紋控制電路820與觸控控制裝置822之間的一連接線上產生的訊號切換。

在觸控操作期間內，除了指紋控制電路820之外，顯示驅動裝置824亦可將一抗負載驅動訊號施加在顯示面板804的顯示電路上，可避免或降低顯示畫素與觸控感測層之間的耦合電容在顯示電路上造成的電容性負載。

值得注意的是，第8圖中指紋觸控顯示整合電路802的實施方式僅為本發明眾多實施例當中的一種。在另一實施例中，用來控制顯示面板的電路亦可採用雙晶片的方案來實現。請參考第9圖，第9圖為本發明實施例另一顯示系統90之示意圖。顯示系統90的電路結構類似於顯示系統80的電路結構，故功能相似的訊號或元件皆以相同符號表示。如第9圖所示，顯示系統90與顯示系統80的不同之處在於，顯示系統90包含有一觸控顯示驅動整合（Touch and Display Driving Integration，TDDI）電路902及一指紋讀出電路（Fingerprint Readout Integrated Circuit，FPR ROIC）903，其可用來取代顯示系統80中的指紋觸控顯示整合電路802的功能。指紋讀出電路903可具有一抗負載驅動電路950。指紋讀出電路903可用來從指紋感測畫素讀出指紋感測訊號，並可透過抗負載驅動電路950來施加抗負載驅動訊號至指紋感測畫素的導線上。觸控顯示驅動整合電路902及指紋讀出電路903皆可以是實現於晶片中的積體電路，此二晶片可共同運作以控制顯示面板804的顯示、觸控感測及指紋感測操作。在觸控顯示驅動整合電路902及指紋讀出電路903之間設置有一介面，用來傳送必要訊息，例如施加抗負載驅動訊號的通知以及用來同步顯示驅動、觸控感測及指紋感測操作的資訊。關於顯示系統90的詳細運作方式類似於上述顯示系統80的運作方式，為求簡化，在此省略而不贅述。

指紋觸控顯示整合電路802或指紋讀出電路903中的抗負載驅動電路可透過各種方式來實現。請參考第10圖，第10圖為本發明實施例一抗負載驅動電路1000之示意圖。如第10圖所示，抗負載驅動電路1000包含有一電壓產生器1002、一抗負載驅動產生器1004及一耦合電容CC。電壓產生器1002係用來產生一電壓VH，電壓VH可以是任何可能的電壓，例如提供予控制訊號線的控制電壓或提供予電壓源線的電源電壓。抗負載驅動產生器1004可用來產生一原始抗負載驅動訊號ALDX。原始抗負載驅動訊號ALDX可以是一週期訊號，其可具有任何類型的脈衝，如弦波、方波、三角波或梯形波等。透過耦合電容CC，原始抗負載驅動訊號ALDX可被耦合至抗負載驅動電路1000的輸出端，並攜帶於電壓VH的準位上，由抗負載驅動電路1000加以輸出，如第10圖所示。

第11A圖繪示抗負載驅動產生器1004的一種詳細實施方式。如第11A圖所示，抗負載驅動產生器1004包含有穩壓器1102及1104、電容C1及C2以及一開關器模組1110。穩壓器1102可用來產生並輸出一電壓V1，而穩壓器1104可用來產生並輸出一電壓V2，其中，電壓V1的數值以適當的差距高於電壓V2的數值。電容C1及C2分別耦接於穩壓器1102及1104的輸出端，用來改善電壓V1及V2的穩定度。開關器模組1110可接收電壓V1及V2，並藉由開關器的控制來交替輸出電壓V1及V2，以產生原始抗負載驅動訊號ALDX。在此例中，原始抗負載驅動訊號ALDX可以是在電壓V1及V2的準位之間切換的方波訊號。

第11B圖繪示抗負載驅動產生器1004的另一種實施方式。如第11B圖所示，抗負載驅動產生器1004包含有一數位類比轉換器（Digital-to-Analog Converter，DAC）1150。數位類比轉換器1150可接收一數位碼DIG序列，同時將數位碼DIG轉換為類比電壓，以對應產生並輸出原始抗負載驅動訊號ALDX。在此例中，原始抗負載驅動訊號ALDX可根據所接收的數位碼DIG的不同而具有任何可行的波形。

如上所述，抗負載驅動電路可包含在例如第8圖所示的指紋觸控顯示整合電路802中，或者包含在例如第9圖所示的指紋讀出電路903中。在另一實施例中，一抗負載驅動電路亦可實作在顯示面板的指紋感測器內。請參考第12圖，第12圖為本發明實施例另一顯示系統1200之示意圖。顯示系統1200的電路結構類似於顯示系統80的電路結構，故功能相似的訊號或元件皆以相同符號表示。如第12圖所示，顯示系統1200與顯示系統80的不同之處在於，在顯示系統1200中，抗負載驅動電路1250實作在顯示面板804上的指紋感測器中。抗負載驅動電路1250耦接於指紋感測畫素陣列，並藉由從指紋觸控顯示整合電路802接收的一控制訊號CTRL來進行操作。舉例來說，抗負載驅動電路1250可具有類似於第10圖之抗負載驅動電路1000的結構，其中，當抗負載驅動產生器1004收到控制訊號CTRL以進行啟用或觸發時，即可輸出原始抗負載驅動訊號ALDX。或者，控制訊號CTRL可以是原始抗負載驅動訊號ALDX，其可用來驅動抗負載驅動電路1250以在一預定電壓準位上輸出抗負載驅動訊號。

在另一實施例中，將抗負載驅動電路包含在指紋感測器內的設置方式亦可結合如第9圖所示的具有一指紋讀出電路及一觸控顯示驅動整合電路之雙晶片結構，其運作方式類似於前述段落的說明，在此不贅述。

另外需注意的是，本發明的實施例之目的在於提供一種用於光學式指紋感測器的控制方法及其相關的控制電路和光學式指紋感測器。本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，而不限於此。本領域具通常知識者應熟知，顯示面板的指紋感測層上可能具有各種類型的畫素結構，而本說明書所描述的畫素結構僅為指紋感測畫素各種實施方式的其中一種。舉例來說，亦可在光電元件及儲存電容之間設置額外的開關器，以藉由控制此開關器的運作來調整曝光時間。在此情況下，抗負載驅動訊號應根據指紋感測畫素的結構來進行施加。

除此之外，第4圖所示的關於列（水平）控制訊號線、行（垂直）感測線、以及行（垂直）電壓源線的設置方式僅為本發明眾多實施方式的其中一種。在另一實施例中，亦可將感測線及電壓源線沿著水平方向設置，並將控制訊號線沿著垂直方向設置；或者，部分控制訊號線可沿著水平方向設置而其它控制訊號線可沿著垂直方向設置。用於指紋感測畫素的列／行控制電路即可對應進行設置，舉例來說，若感測線為沿著水平方向設置的列感測線時，列控制電路可包含一感測器模組，用來接收感測訊號。關於這些導線及控制電路的設置方式不應用以限制本發明的範疇。

再者，施加抗負載驅動訊號至指紋感測畫素的方法亦可應用於整合觸控及指紋感測功能的各類型顯示面板，例如液晶顯示（Liquid Crystal Display，LCD）面板、有機發光二極體（Organic Light-Emitting Diode，OLDE）面板、或電漿顯示面板（Plasma Display Panel，PDP）等。對於液晶顯示面板而言，抗負載驅動操作可應用於內嵌式（in-cell或on-cell）或外掛式（out-cell）液晶顯示面板。需注意的是，抗負載驅動訊號更適用於具有指紋感測功能的內嵌式觸控面板，這是因為內嵌式的結構中觸控感測層與指紋感測層更加接近，但其實施方式不應以此為限。

上述關於光學式指紋感測器及指紋控制電路的運作可歸納為一流程1300，如第13圖所示。流程1300可實現於指紋控制電路或抗負載驅動電路，以應用於與觸控控制器互相整合且具有多個指紋感測畫素的光學式指紋感測器，其中，每一畫素可包含一第一控制訊號線及一第二控制訊號線，並耦接於一第一電壓源線、一第二電壓源線及一感測線，如第3圖所示的畫素結構。如第13圖所示，流程1300包含有以下步驟：

步驟1302：開始。

步驟1304：當觸控控制器處於一觸控操作期間時，第一控制訊號線、第二控制訊號線、第一電壓源線、第二電壓源線、感測線以上當中至少之一者施加一抗負載驅動訊號。

步驟1306：結束。

需注意的是，在第一控制訊號線、第二控制訊號線、第一電壓源線、第二電壓源線、感測線當中未施加抗負載驅動訊號者可控制其處於浮空狀態。進一步地，指紋控制電路亦可採用以浮空或浮接為主的控制方式，如第14圖之流程1400所示，其中，流程1400包含有以下步驟：

步驟1402：開始。

步驟1404：當觸控控制器處於一觸控操作期間時，第一控制訊號線、第二控制訊號線、第一電壓源線、第二電壓源線、感測線全部處於浮空狀態。

步驟1406：結束。

關於流程1300及1400的詳細實施方式及變化方式可參見前述段落的說明，在此不贅述。

綜上所述，本發明的實施例提供了一種可用於光學式指紋感測器的控制方法及其控制電路和光學式指紋感測器。光學式指紋感測器可整合於一觸控面板，其中，觸控感測層及指紋感測層當中的一層可疊合在另一層上，且兩層彼此接近，使得觸控感測層與指紋感測層之間的耦合電容造成龐大的電容性負載。在觸控操作期間內，觸控訊號會在指紋感測畫素的導線上形成電容性負載。為了消除或降低電容性負載，可將一抗負載驅動訊號施加在指紋感測畫素的導線上。抗負載驅動訊號可用來驅動此導線，其中，抗負載驅動訊號的頻率、相位及／或振幅實質上分別相同於觸控訊號的頻率、相位及／或振幅。可替換地或額外地，抗負載驅動操作亦可藉由控制指紋感測畫素的目標節點進入浮空狀態來實現。抗負載驅動操作可在觸控控制器的觸控操作期間及／或光學式指紋感測器的曝光期間內執行。指紋感測畫素中用來接收抗負載驅動訊號的導線可包含直接耦接至畫素中的儲存電容的導線以及透過一電晶體耦接至儲存電容的導線。在抗負載驅動操作之下，儲存電容兩端的電壓將免於受到觸控訊號的干擾，進而維持指紋感測訊號的正確性。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10:顯示裝置 100:顯示面板 102:列驅動裝置 104:行感測驅動裝置 110:觸控感測層 120:指紋感測層 112_1,112_2:開關器電路 PD:光電元件 SC:儲存電容 T1～T3:電晶體 SVSS:第一電壓源線 SVDD:第二電壓源線 R_SW1～R_SW3:控制訊號線 C_SEN:感測線 N1,N2:節點 CC1,CC2,CC:耦合電容 PSW1～PSW5:開關器 80,90,1200:顯示系統 800:系統處理器 802:指紋觸控顯示整合電路 804:顯示面板 820:指紋控制電路 822:觸控控制裝置 824:顯示驅動裝置 850,950,1000,1250:抗負載驅動電路 902:觸控顯示驅動整合電路 903:指紋讀出電路 1002:電壓產生器 1004:抗負載驅動產生器 ALDX:原始抗負載驅動訊號 VH,V1,V2:電壓 1102,1104:穩壓器 1110:開關器模組 C1,C2:電容 1150:數位類比轉換器 DIG:數位碼 CTRL:控制訊號 1300,1400:流程 1302～1306,1402～1406:步驟

第1圖為本發明實施例一顯示裝置之示意圖。第2圖繪示第1圖中的顯示裝置的3維視圖。第3圖繪示第1圖和第2圖所示的指紋感測層所包含的一指紋感測畫素之詳細結構。第4圖為指紋感測畫素陣列中控制訊號線、感測線及電壓源線的配置之示意圖。第5A圖為施加抗負載驅動訊號至指紋感測畫素之示意圖。第5B圖繪示施加抗負載驅動訊號以控制節點浮空的一種詳細實施方式。第6圖為本發明實施例顯示裝置操作之時序圖。第7圖繪示一觸控操作期間內抗負載驅動訊號的詳細實施方式。第8圖為本發明實施例一顯示系統之示意圖。第9圖為本發明實施例另一顯示系統之示意圖。第10圖為本發明實施例抗負載驅動電路之示意圖。第11A及11B圖為抗負載驅動產生器的詳細實施方式之示意圖。第12圖為本發明實施例另一顯示系統之示意圖。第13圖為本發明實施例一流程之流程圖。第14圖為本發明實施例另一流程之流程圖

1300:流程

1302~1306:步驟

Claims

一種控制方法，用於一光學式指紋感測器與一觸控控制器，該光學式指紋感測器包含有複數個畫素，其中每一畫素具有一第一控制訊號線及一第二控制訊號線，且每一畫素另耦接於一第一電壓源線、一第二電壓源線及一感測線，該控制方法包含有：當該觸控控制器處於一觸控操作期間時，該第一控制訊號線、該第二控制訊號線、該第一電壓源線、該第二電壓源線、該感測線以上當中至少之一者施加一抗負載驅動（Anti-Loading Driving，ALD）訊號。
如請求項1所述之控制方法，其中該抗負載驅動訊號係在該光學式指紋感測器的一曝光期間內進行施加。
如請求項1所述之控制方法，其中該第一控制訊號線、該第二控制訊號線、該第一電壓源線、該第二電壓源線、該感測線以上當中沒有被施加該抗負載驅動訊號者維持於浮空狀態。
如請求項1所述之控制方法，其中該光學式指紋感測器的一控制電路以及該觸控控制器與一顯示驅動裝置互相整合，且該抗負載驅動訊號包含有一脈衝，該脈衝之頻率及相位實質上分別相同於該觸控控制器的一觸控訊號之頻率及相位。
如請求項4所述之控制方法，其中該抗負載驅動訊號之振幅實質上相同於該觸控訊號之振幅。
一種控制方法，用於一光學式指紋感測器與一觸控控制器，該光學式指紋感測器包含有複數個畫素，其中每一畫素具有一第一控制訊號線及一第二控制訊號線，且每一畫素另耦接於一第一電壓源線、一第二電壓源線及一感測線，該控制方法包含有：當該觸控控制器處於一觸控操作期間時，該第一控制訊號線、該第二控制訊號線、該第一電壓源線、該第二電壓源線、該感測線全部處於浮空狀態。
一種用於控制一光學式指紋感測器的控制電路，該光學式指紋感測器包含有複數個畫素，其中每一畫素具有一第一控制訊號線及一第二控制訊號線，且每一畫素另耦接於一第一電壓源線、一第二電壓源線及一感測線，該控制電路與一觸控控制器互相整合來進行以下之操作：當該觸控控制器處於一觸控操作期間時，該第一控制訊號線、該第二控制訊號線、該第一電壓源線、該第二電壓源線、該感測線以上當中至少之一者施加一抗負載驅動（Anti-Loading Driving，ALD）訊號。
如請求項7所述之控制電路，其中該控制電路用來在該光學式指紋感測器的一曝光期間內施加該抗負載驅動訊號。
如請求項7所述之控制電路，其中該第一控制訊號線、該第二控制訊號線、該第一電壓源線、該第二電壓源線、該感測線以上當中沒有被施加該抗負載驅動訊號者維持於浮空狀態。
如請求項7所述之控制電路，其中該第二控制訊號線耦接於該複數個畫素中相對應畫素的一儲存電容之一第一端。
如請求項10所述之控制電路，其中該儲存電容之一第二端耦接於該相對應畫素中的一第一電晶體及一第二電晶體。
如請求項11所述之控制電路，其中該第一電晶體另耦接於該第一控制訊號線及該第一電壓源線。
如請求項11所述之控制電路，其中該第二電晶體另耦接於該第二電壓源線。
如請求項11所述之控制電路，其中該第二電晶體另透過一第三電晶體耦接至該感測線。
如請求項7所述之控制電路，其中該光學式指紋感測器處於一曝光期間。
如請求項10所述之控制電路，其中該儲存電容耦接於一光電元件。
如請求項7所述之控制電路，其中該控制電路、該觸控控制器與一顯示驅動裝置互相整合，且該抗負載驅動訊號包含有一脈衝，該脈衝之頻率及相位實質上分別相同於該觸控控制器的一觸控訊號之頻率及相位。
如請求項17所述之控制電路，其中該抗負載驅動訊號之振幅實質上相同於該觸控訊號之振幅。
如請求項7所述之控制電路，其中該控制電路根據從該觸控控制器接收的通知來施加該抗負載驅動訊號。
一種用於控制一光學式指紋感測器的控制電路，該光學式指紋感測器包含有複數個畫素，其中每一畫素具有一第一控制訊號線及一第二控制訊號線，且每一畫素另耦接於一第一電壓源線、一第二電壓源線及一感測線，該控制電路與一觸控控制器互相整合來進行以下之操作：當該觸控控制器處於一觸控操作期間時，該第一控制訊號線、該第二控制訊號線、該第一電壓源線、該第二電壓源線、該感測線全部處於浮空狀態。