TWI375062B - Display devices and electronic devices - Google Patents

Description

1375062 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種顯示裝置，特別疋具有適於實 現指紋認證功能之影像感測器的顯示裝置。 【先前技術】 基於安全上的需要而在畫面上實現指紋認證等影像 操取功能的顯示裝置，目前被大量使用在行動電話、個 鲁人數位助理（personal digital agent，PDA)和電腦等等應用 上。 此類習知的顯示裝置，是在其中透過電晶體開關而 • 設置之液晶電容以矩陣狀配置的一般液晶顯示裝置上， • 附加在顯示裝置表面層上形成影像感測器的混合(hybrid) 模式所構成（參考專利文獻1)，此影像感測器包含在液晶 顯示裝置中全部或部分之個別晝素上用來檢測指紋等反 射光的光感測器、對應於光感測器所檢測之光量維持一 鲁電壓之電谷器、以及將此電容器所儲存之電壓轉換成單 一位元資料的類比/數位轉換器（A/D)。 第1圖表不專利文獻1所揭露具有指紋認證功能之 習知顯示裝置基本結構的電路圖，所示者則為單一晝素 部分。 —、 在源極線Sk和閘極線G的交會點上，設有電晶體 10,其閘極與閘極線連接而其源極與源極線連接。電晶 體ίο的汲極和接地端之間連接著以電容Clc表示的液晶 〇773-A33352TWF;KB05008 6 1375062 元件’其結構與一般液晶顯示裝置相同。 此外’尚設有指紋資料擷取部20。光二極體n的 陰極連接到電源vdd’陽極則連接到取樣開關（sampie Switch)12。另外取樣開關12的另一端連接到維持電容器 (h〇ldC〇ndenSer)13之一端，此維持電容器13蓄積著相應 於光二極體之受光量所產生的電荷。維持電容器的另 一端則接地。 在取樣開關12和維持電容器13間的接點N1與源 極線Sk之間，則連接著刷新(refresh)裝置18和讀取開關 19 ° 刷新裝置18具有第一刷新開關14、刷新緩衝器15、 以及第二和第三刷新開關丨6和丨7。這些元件以迴圈狀連 接。刷新緩衝器15是由串聯於電源Vdd* Vss之間的第 一反相器151和第二反相器丨52的兩段結構所構成個 別反相器則是由閘極互連之互補型電晶體所組成。 若讀取開關19為不導通狀態時，此習知顯示裝置即 為一般液晶顯示裝置。此時，取樣開關12在既定期間内 呈導通狀態，對光二極體丨丨所產生之電荷進行取樣，再 將此電荷蓄積於維持電容器13。在此，所蓄積者是與電 荷量成比例的類比值。此類比值透過開關14導入刷新緩 衝器15，而刷新緩衝器15則為一種靜態記憶體’將電晶 體的臨界值與維持電容器13所蓄積之類比值進行比較， 得到相當於黑白色之〇或1的二元數位資料。由於電晶 體19為不導通狀態，若電晶體14亦為不導通狀態時， 〇773-A33352TWF;KB〇5〇〇8 7 1375062 則此數位資料會透過電晶體 器13 〇 16、17再次蓄積於維持電容 要項出蓄積於維持電容器13的資料時，則將電晶體 二2 =、16不導通，電晶體17、19導通，再由源極線 〇I 。另外，源極線sk可以用來供給液晶顯示用的資 料以及輪出來自光二極體的資料，兩者一般可以利八 時處理來實現。 刀

藉此’在習知具有影像感測器的液晶顯示裝置中， 不僅可以進行一般的顯示，也可以將檢測指紋等等反射 光的結果在畫素内部進行轉換，輸出數位之一位元資 料’亦即黑白兩色的二元資料。 專利文獻1 :日本特開2006-121452號公報（對應於 國際專利公開W02006/043216號公報）。 【發明内容】 然而’在此具有影像感測器的液晶顯示裝置中，有 時不一定能完美地實現做為主要用途的指紋認證功能。 亦即，存在污點或濃淡差異比較大的情況下，與儲存之 基準資料進行比較的過程中’並不能夠以一位元資料得 到足夠資訊’可能會導致認證精確度的下降。 另外’在光感測器的特性上，由於在白色黑色的判 疋基準上會因為黑或白飽和的問題，而產生所謂黑色缺 陷或白色缺陷的現象’所以會有無法正常辨識的情況出 現。 〇773-A33352TWF;KB05008 8 1375062 、為了處理上述的問題，雖然可以考慮將指紋感測器 以複數個位7C進彳了取樣’再利用多位元化來處理中間 值仁疋又限於“紋感測器在顯示裝置上形成所容許的 面積’所以沒有辦法對每個晝素設計出複數位元處理的 -為了解決上述問題，本發明之目的在於提供一種顯 不裝置’藉由合併設置的影像感測器，能夠處理中間值。 本發明所提供之顯示裝置，其包括：複數顯示畫素 4 :別包含液晶元件，並且在對應於列之閘極線和對 應於灯之源極線間的各交錯點上依矩陣狀配置，包含一 光檢測裝置，用以檢測人射光；—維持裝置，用以維持 類比之第冑料’其對應於上述光檢測裝置所檢測之入 射光亮度；以及資料決定裝置，根據上述維持裝置所維 持之上述第-資料’產生第二資料；閘極線驅動裝置， ^以選擇性地致能上述閘極線；源極線驅動裝置，用以 長:供員示 > 料至上述源極線；輸出裝置，用以透過上述 源極線將上述資料決定裝置所輸出之上述第二資料取 出，產生檢測輸出資料；以及檢測感度控制裝置，用以 相對於上述入射光強度而改變上述檢測輸出資料之判定 在本發明中，能夠利用與習知技術相同的原本單一 位元結構’處理中間資料並且以較高準確錄行認 料的比較。 〇773-A33352TWF；KB050〇8 9 1375062 【實施方式】 以下參考實施例之圖式，詳細說明本發明及其實施 例。 第2圖表示可以適用於本案發明之液晶顯示裝置 100之貫施例概略結構的方塊圖。 在液晶陣列120中，相當於1個晝素的顯示晝素110 是以矩陣狀配置。各晝素單元110中，閘極連接閘極線 GL且源極連接源極線SL的電晶體111，則透過被標示 • 為電容的液晶元件112與接地端連接。另設有輔助用蓄 積電容113，與此液晶元件112並聯，能夠用來控制電荷 蓄積量。 源極線SL是藉由數位結構的源極驅動器140和類 比結構的源極驅動器150所驅動，數位結構的源極驅動 器140是根攄時序控制器130的控制，輸出相當於從輸 入資料ID向源極線所施加電壓之信號；類比結構的源極 驅動器150則藉由源極驅動器140的輸出信號，產生施 • 加電壓。 另外，閘極線GL則藉由時序控制器130所控制之 閘極驅動器160，依序致能每條掃描線。 藉由源極驅動器150所驅動之源極線SL與閘極驅 動器160所驅動之閘極線GL間交會點上的電晶體111， 控制液晶元件112的電荷蓄積狀態，以改變液晶穿透率 而使得顯示内容改變。 在此實施例中，實行指紋認證的影像感測器則具有 0773-A33352TWF;KB05008 10 丄375062 以下所述之結構。 在各畫素單元110内設有檢測輸入光LI的光感測器 114以及儲存此光感測器114輸出的儲存裝置115。 另外，做為本案發明特徵之感度控制裝置116則設 f成對各畫素單元110進行操作。此感度控制裝置U6 疋由時序控制器13〇所控制，但其操作方式則可以是後 述之幾種方案。 光感測器114檢測來自指紋的反射光，由於所產生 之電流值會隨著光量而改變，使得在既定時間内電容器 内所蓄積的電荷量也會改變，將其除以電容值c後可以 侍到電壓。此電壓值是記錄在儲存裝置115，在源極線上 不提供對應於顯示資料的信號期間，便可以透過源極線 取出，再以類比數位轉換器17〇轉換成數位資料，並藉 由編碼器18G將此資料進行編碼，便可以得到輸出資料 〇D ’其為對應於指紋影像的明暗資料^同時’感度控制 裝置116調整感度之分析並決定最適合取得對應於指紋 衫像之資料之方式。 接下來說明利用此結構控制影像感測器之感度的裴 置。 以下實施例具體說明感度控制裝置116的例子。 第圖表示本發明第一實施例之概略結構的模式電 路圖’其中取樣間隔會變更。第4A、4B圖表示其動 時序圖。. 光感測器114以某個取樣時間檢測光線。因此，在 〇773-A33352TWF;KB050〇8 11 1375062 第3圖中，設有取樣脈波寬度變更電路12ι，可以將取樣 脈波的脈波寬度在W1和W2之間變更。在此，取樣脈波 寬度變更電路121即為一般執行脈波寬度控制的電路， 此為一般技術人員所熟知之電路。

參考第4圖說明本實施例之操作。第4圖是表示取 樣（S)時間的改變，第4A圖表示取樣時間長的範例，第 4B圖表不取樣時間短的範例。另外，由於取樣維持時間 一般是定值，所以從上述圖式可以看出，當取樣脈波寬 度較長時，與其對應的維持(H)時間會變短；當取樣脈波 寬度較短時，與其對應的維持時間則變長。 由第4A圖可以看出，取樣時間長則電荷的產生』 較多’作曰為維持裝置115之電容器上所蓄積的電容電肩 Vc則上昇。由於利用比較$ 122將其與既定臨界值t 較’會超過虛線所示之臨界值電壓’所以判定為位準】 另-方面’在第4B圖所示之情況下，由於對於相 光量取樣時間較短，所雷厭 # 碎X伯私電壓不會上昇，因為沒有達至 臨界值，所以判定為位準〇。 〜％诼时間數久並且反覆以相 ㈣=能夠決定出在某個光量下，得到最適2 和1之變化的取樣時間。 1 位準Γ,:::也過臨界值的情… 的2 =取 寬，設為至少為4階變 了以為16階以上的變化，便可以 〇773-A33352TWF;KB050〇8 12 1375062 到較佳的樣式判定。 第5圖表示本發明第二實施例之概略結構的模式電 路圖。在此實施例中雖然也改變取樣時間，但是方式與 第一實施例不同，用來讓光感測器114動作的電源電壓 為固定，電源供給時間則能夠利用設置於各晝素的取樣 開關131及控制此取樣開關之導通與否狀態的開關控制 器132來改變。 在此實施例中，由於採用只有控制光感測器之電源 接續狀態的簡單結構，因此只會犧牲少許的顯示區域， 具有提高開口率的優點。另外，由於能夠執行非常準確 的時序控制，因此能夠在不考慮時間常數的情況下，準 確地控制取樣時間。 第6圖表示第5圖結構之操作的時序圖，其中是將 第4圖情況中改變取樣脈波寬度的方式，換成改變取樣 開關之導通時間。 藉由改變取樣開關的導通時間，對於相同光強度也 可以得到位準1和〇,此點與第4圖之情況完全相同。 第7圖表示本發明第三實施例之概略結構的模式電 路圖。在此實施例中’取#時間保持一定的狀態，、而用 來判定位準的臨界值則會改變。換言之，其中設有參考 電屋設定器141，可以對於做為類比數位轉換器的比較器 /刷新電4 122’設定並提供做為位準判定基準的參考電 壓Vref。此參考電壓Vref可以改變輸出為例如2幕次方 的至少4 P白匕，最好則是16階以上。要取得此種多值電麗， 〇773-A33352TWF;KBO5008 13 1375062 已知之方式可以利用電阻分壓來取出，便能夠非常準確 地設定參考位準。 此結構之操作如第8A、8B圖所示，即使在採用相 同取樣脈波下之相同取樣時間的情況，當設定成如第8 a 圖所示較低之參考位準Vref 1時，可以檢測出位準〗；當 設定成如第8B圖所示較高之參考位準Vref2時，可以檢 測出位準0。 第9圖表示本發明第四實施例之概略結構的模式電 路圖。在此實施例中，雖然取樣脈波和取樣時間為固定， 但是做為維持裝置的電容則為可變。在第9圖的情況下， 以開關SI、S2、S3、S4所連接之電容151、152、153、 154的電谷值’分別為8C、4C、2C、1C的關係，個別電 容所產生的電容電壓則分別為Vcl、Vc2、Vc3、Ve4。 若光感測器114所產生的電荷量為固定時，電容兪 大則產生電壓愈低。第10圖則表示其操作。在第l〇A圖 的情況下，藉由開關S1呈導通狀態（0N)，使得只有電容 151蓄積電荷，電位急速上昇超過臨界值Vth，檢測出位 準1。相對地，在第10B圖的情況下，由開關S1、幻、 S3、S4全部為導通狀態，所以電荷分散蓄積在電容ι5ΐ、 =、153、154’電位上昇變得緩慢，在維持期間也無法 超過臨界值Vth，檢測出位準〇。 第11圖表示本發明第五及第六實施例之概略結構 的模式概念圖。在此，光感測器114、維持I置 較器/刷新電路122等結構為原來的形態，㈣點則是在 〇773-A33352TWF;KB05008 14 1375062 應被檢測出的光。 首先在苐五實施例中，液晶層丨6丨的下側設有背光 162,其光量是由改變背光控制器163所輸出之電壓來變 更。 藉此，若增加背光的光量，則由指紋i64反射並射 入光感測器114的光量亦會增加，所以電容電壓的上昇 趨勢則會不同。 在第六實施例中背光光量則為固定，而在光檢測時 改變液晶| 161的透光率。液晶的透光率是利用改變通 過源極線SL提供至液晶之施加電壓而變更。 第12圖表示第六實施例情況下之操作。第12A圖 中’由於液晶層透過率是最大的白色位準’所以指紋164 所反射的光也比較多，電容電壓的上昇率會較高，因此 會超過臨界值vth檢測出位。。相對地，在f 12B圖 的情況下，由於液晶為透光率較低的灰色位準，所以指 紋164所反射的光比較少’電容電壓會緩慢地上昇，在 取樣時間内無法超過臨界值vth，檢測出位準〇。 另外在實施上’也可以一併改變背光本身的光量以 及液晶層之透光率。 第13 ®表示利用丨述數種方式控制影像感測器感 度之方法的時序圖。在此，可以選擇二進位4位元所指 定的15階感測位準’液晶顯示元件則具有320列。 如第13圖所示之範例’是在感測位準3(二進位數 0011)感测攸準8(二進位數10〇〇)、感測位準15(二進位 O773-A33352TWF;iCBO50〇8 1375062 數（1111)三個位準執行影像檢測。 檢/ίϋΓΓ料是㈣的，^進行入射光的 檢測，進仃類比數位轉換後設定臨界 讀出32G列各狀檢測資料，。 +據此依序 第/4圖表示取得第13圖中位準3、8、i5之檢測資 料的狀態。觀察此檢測資料，可以從這三種中

^那種位準能夠良好觀察到沒有白色缺陷或黑色缺陷(聚 光燈效應或逆光效應）的指紋。舉例來杏 好的情況下，則對其上下位準再次進行相二:= 定出最佳的位準。 在決定位準上’也可以從位準i依序處理全部的資 料後決定出最佳的位準。 在上述實施例中，可變更之感測位準數量是2的幂 次方’而能_應於顯示裝置中追加電路的配置面積 量，自由地設定。 _如上^斤述，本發明之顯示裝置是採用與習知技術相 同之原本單一位元結構，但能夠進行中間資料的處理， 所以能夠以較高精確度進行認證資料的比較。 另外’如上所述之液晶顯示裝置適合於如第15圖所 示之行動電話1所搭载的顯示裝置1〇〇，但是不限於行動 電話，也可以適用於數位相機、pDA(個人數位助理）、筆 記型電腦、桌上型電腦、電視、車用顯示器、可攜式DVD 播放裔專各種電子裝置之任一者。 〇773-A33352TWF;KB05008 16 ^/^062 【圖式簡單說明】 第1圖表示習知能夠進行指紋認證之顯示裝置基本 結構的電路圖。 、土 ^ 第2圖表示本發明實施例之液晶顯示裝置概略 結構的方塊圖。 第3圖表示可以改變取樣間隔之本發明第一實施例 之概略結構的模式電路圖。 第4A、4B圖表示第3圖結構之操作的時序圖。 第5圖表示本發明第二實施例之概略結構的模式電 路圖。 第6A、6B圖表示第5圖結構之操作的時序圖。 第7圖表示本發明第三實施例之概略結構的模式電 第8Α、8Β圖表示第7圖結構之操作的時序圖。 路圖第9圖表示本發明第四實施例之概略結構的模式電 第1〇Α、1〇Β圖表示第9圖結構之操作的時序圖。 第U圖表示本發明第五和第六實施例之概略 的模式電路圖。 傅 序圖第12入123圖表示第六實施例情況下之操作的時 第13圖表示改變影像感測器之感測位準而 像資料之方法的時序圖。 〜 第Μ圖是在第13圖中，表示各位準之檢剛資料獲 〇773-A33352TWF;KB050〇8 17 得形態的說明。 第15圖表示搭載本發明顯示裝置之行動電話裝置 範例的斜視圖》 【主要元件符號說明】 100〜液晶顯示裝置； 111〜電晶體； 113〜儲存電容； 115〜維持裝置； 120〜液晶陣列； 121〜取樣脈波寬度變更 122〜比較器/刷新電路； 131〜開關； 140〜源極驅動器； 150〜源極驅動器； 110〜顯示畫素； 112〜液晶元件； 114〜光感測器； 116〜感度控制裝置； 路； 130〜時序控制器； 132〜開關控制器； 141〜參考電壓設定器； 151、152、153、154〜電容； 160〜閘極驅動器； 161〜液晶層； 162〜背光； 163〜背光控制器； 164〜指紋； Π0〜類比數位轉換器 180〜編碼器。 0773-A33352TWF;KB05008

Claims (1)

1. j / JUOZ j / JUOZ 修JL日期:101.7.13 修正本 第 97130239 號 十、申請專利範圍： 1·一種顯示裝置，其包括： 複數顯7F畫素部，分別包含液晶元件，並且在對應 ij之閘極線和對應於行之源極線間的各交錯點上依矩 批壯 3九檢測裝置，用以檢測入射光；一維 用轉軸錢應於上述光檢 維Z測之入射光亮度；以及資料決定裝置，根據 上u維持裝置所維持之上述第_資料，產生第二資料； 一閘極線驅動裝置，用以選擇性地致能上述間極線； 祕線ϋ動裝置，用以提供顯示資料至上述源極 線， 一輸出裝置，用以 裝置所輸出之上述第二 以及 透過上述源極線將上述資料決定 資料取出’產生檢測輸出資料； -檢測感度控制裝置，用以相對於上述入射光強度 而改變上述檢測輸出資料之判定基準， 湟姐：、中上述維持裝置係為一電容元件，透過開關元件 連接到上述光檢測裝置； 其中上述資料決定裝置具有一電壓比較器，用以比 ί上述電容元件所蓄積之電荷產生的電壓並且改變狀 態；以及 是以改變被提供至上 控制上述電壓比較器 其中上述檢測感度控制裝置 述電壓比較器之基準電壓的方式， 對於上述第一資料的大小判定。 19 1375062 修正本 顯示裝置，其中上 第97130239號 修正日期:101.7.13 2.如申請專利範圍第1項所述之 述光檢測裝置係為光二極體。 3‘如申請專利範圍第丨項所述之顯示裝置，其 :檢測感度控制震置以時間分割的方式控制上述光: 裝置之動作與非動作階段，控制上述第一資料。 川 本▲ 〜，丨〜〜糊不裝置，1中 U光檢測U所輸出H料是電流，上述檢測j 控制裝置是藉由控制上述電流值而控制上述第一資料-、、5.如中請專利範圍帛！項所述之顯示裝置，其，° L維持裝置疋由複數電容元件並聯之電容部所構成，」 述檢測感度控制裝置是藉由控制上 制上述第-資料。 i谷敎電谷而老 、、―6.如申請專利範圍第5項所述之顯示裴置，其中上 述複數電容元件具有2的冪次方電容值。 7.如申請專利範圍第丨項所述之顯示裝置，1中上 ?檢測感度控制裝置是用以改變背光光量的光量 益0 、8.如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中上 述，測感度控制裝置為一電壓控制器，透過改變提供至 液晶之施加電壓而變更液晶的透光率。 /、 9. 如申請專利範圍第1、3、4、5、7至8項中任一 认之』不裳置’其中上述檢測感度控制裝置將上述檢測 輸出資料的判定基準變更為2冪次方的數。 10. —種電子裝置，其具有如申請專利範圍第】至9 20 1375062 第 97130239 號 修正日期.101.7.13 修正本 項中任一項所述之液晶顯示裝置，是行動電話 機、個人數位助理、筆記型電腦、桌上型電腦 車用顯示器、可攜式DVD播放器中之任一者。 數位相 電視、 21