TWI764448B - 指紋顯示裝置及驅動其之整合積體電路及方法 - Google Patents

指紋顯示裝置及驅動其之整合積體電路及方法

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Abstract

一種指紋顯示裝置具有複數畫素列，該複數畫素列中的n個畫素列的每一畫素列具有複數個顯示畫素單元與複數個指紋畫素單元，n為大於1之整數，且n個畫素列是至少以對應的n條顯示掃描線及n條選擇線所驅動以進行顯示及指紋感測，每一指紋畫素單元具有一重置端及一選擇端，該n個畫素列中的第i畫素列的指紋畫素單元的重置端連接至一對應的顯示掃描線，該n個畫素列中的第i畫素列的指紋畫素單元的選擇端連接至一對應的選擇線，其中，i為介於1至n的任意整數。

Description

指紋顯示裝置及驅動其之整合積體電路及方法
本發明係關於一種指紋顯示裝置，尤指一種整合光學指紋感測器與平面顯示面板的指紋顯示裝置及驅動其之積體電路及方法。
圖1為一用以說明整合光學指紋感測器與液晶顯示(LCD display)面板的示意圖。其中，指紋感測器(fingerprint sensor)11是例如設置在液晶顯示面板結構的薄膜電晶體層12與濾光基板層13之間的位置，使得來自反射層14的背光源光線遇到玻璃基板15上的手指後可反射至指紋感測器11，而由於指紋的波峰與波谷的反射率不同，因此，根據指紋感測器11的感應量，便可重建出指紋圖像。
為驅動前述指紋感測器以進行在顯示面板上的指紋辨識，一般需要額外設置一重置線(RST)及一選擇線(SEL)來控制指紋感測器11的運作，然由於光學式的指紋感測器11是內嵌於液晶顯示面板的畫素中，因此，此額外增加的重置線及選擇線將造成液晶顯示面板的開口率大幅降低，導致顯示亮度的下降。
因此，在習知指紋顯示裝置的設計上，實仍存在有諸多缺失而有予以改善之必要。
本發明之目的主要係在提供一種指紋顯示裝置及驅動其之積體電路及方法，藉由複用指紋顯示裝置中的顯示掃描線與重置線，以有效改善面板開口率。
依據本發明之一特色，係提出一種指紋顯示裝置，具有複數畫素列，該複數畫素列中的n個畫素列的每一畫素列具有複數個顯示畫素單元與複數個指紋畫素單元，n為大於1之整數，該n個畫素列是至少以對應的n條顯示掃描線及n條選擇線所驅動以進行顯示及指紋感測，其中，每一指紋畫素單元具有一重置端及一選擇端，該n個畫素列中的第i畫素列的指紋畫素單元的重置端連接至該n條顯示掃描線中的一對應的顯示掃描線，該n個畫素列中的第i畫素列的指紋畫素單元的選擇端連接至該n條選擇線中的一對應的選擇線，當中i為介於1至n的任意整數。
依據本發明之另一特色，係提出一種指紋顯示裝置的驅動方法，該指紋顯示裝置具有複數畫素列，該複數畫素列中的n個畫素列的每一畫素列具有複數個顯示畫素單元與複數個指紋畫素單元，n為大於1之整數，該n個畫素列是至少以對應的n條顯示掃描線及n條選擇線所驅動以進行顯示及指紋感測，每一指紋畫素單元具有一重置端及一選擇端，該方法包含：依序驅動該n條顯示掃描線；以及依序驅動該n條選擇線，其中，當驅動該n條顯示掃描線中的第i條顯示掃描線時，是啟動該n個畫素列中的一對應畫素列的指紋畫素單元的重置端，當驅動該n條選擇線中的第i條選擇線時，是啟動該n個畫素列中的一對應 畫素列的指紋畫素單元的選擇端，當中i為介於1至n的任意整數。
依據本發明之再一特色，係提出一種整合積體電路，用以控制前述之指紋顯示裝置，以依序驅動該顯示掃描線來進行顯示，及依序驅動該選擇線以配合該顯示掃描線的驅動來進行指紋感測。
以上概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍，而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖式加以闡述。
11:指紋感測器
12:薄膜電晶體層
13:濾光基板層
14:反射層
15:玻璃基板
21,23:指紋畫素單元
T1:重置電晶體
T2:驅動電晶體
T3:選擇電晶體
T4:負載電晶體
PS:光學感應元件
C:電容
31:面板
71:顯示區域
33:顯示驅動的GOA電路
39:整合積體電路
35:指紋感測驅動的GOA電路
37:畫素列
41:顯示畫素單元
61:資料線
RST:重置線
RST’:重置端
SEL:選擇線
SEL’:選擇端
RO:讀出線
RO’,RO”:讀出端
G-disp:顯示掃描線
G-RST:重置開關控制走線
G:控制端
D,S:連接端
e1:第一端
e2:第二端
VDD1,VDD2,VB,VSS,SVSS,SVDD,Vbias:電壓
圖1顯示整合光學指紋感測器與液晶顯示面板的示意圖。
圖2(A)顯示一種光學指紋畫素單元的電路圖。
圖2(B)顯示另一種光學指紋畫素單元的電路圖。
圖3顯示本發明的指紋顯示裝置的系統架構圖。
圖4示意地顯示出本發明的指紋顯示裝置中的第i-1列、第i列、第i+1列等畫素列。
圖5(A)顯示本發明一實施例的第i畫素列的指紋畫素單元的一電路圖。
圖5(B)顯示本發明一實施例的第i畫素列的指紋畫素單元的另一電路圖。
圖6(A)顯示本發明圖5(A)的指紋畫素單元整合到顯示畫素單元的示意圖。
圖6(B)顯示本發明圖5(B)的指紋畫素單元整合到顯示畫素單元的示意圖。
圖7顯示本發明的指紋顯示裝置的顯示掃描線的時序圖。
圖8顯示本發明的指紋顯示裝置的顯示掃描線的時序圖。
圖9(A)顯示本發明另一實施例的第i畫素列的指紋畫素單元的一電路圖。
圖9(B)顯示本發明另一實施例的第i畫素列的指紋畫素單元的另一電路圖。
圖10顯示本發明圖9(A)的指紋畫素單元整合到顯示畫素單元的示意圖。
圖11顯示本發明的重置開關控制走線在面板的顯示區與其外圍的電路示意圖。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明的實施方式，並不用於限定本發明。
圖2(A)顯示一種光學指紋畫素單元21的電路圖，其為一種三電晶體(3T)指紋畫素電路，此指紋畫素單元21是由一重置電晶體T1、一驅動電晶體T2、一選擇電晶體T3、一光學感應元件(photo sensor)PS、與一電容C所實現，而由複數個指紋畫素單元21組成的陣列即構成一指紋感測器，其中，於複數個指紋畫素單元組成的陣列中，同一行(column)的指紋畫素單元21是共用一負載電晶體T4，如圖2(A)中所繪示的指紋畫素單元21所連接的負載電晶體T4。此外，圖2(A) 中所繪示的電晶體T1~T4為NMOS電晶體，但此僅為舉例而非限定，可想而知地，電晶體T1~T4亦可為其他類型的MOS電晶體，例如PMOS電晶體。而每一電晶體T1~T4是具有一控制端及兩連接端，以MOS電晶體而言，控制端為閘極(G)，兩連接端為汲極(D)及源極(S)。此外，可選擇地，重置電晶體T1可以雙重閘極(dual gate)的形式所構成，再者，前述重置電晶體T1、驅動電晶體T2或選擇電晶體T3不限定是單一顆電晶體，其亦可能是兩顆控制端連接在一起的電晶體串聯而成。
於前述圖2(A)的光學指紋畫素單元21中，重置電晶體T1的控制端(G)連接重置線RST，其兩連接端(D,S)分別連接至第一電壓VDD1及光學感應元件PS。驅動電晶體T2的控制端(G)連接至重置電晶體T1的連接端(S)及光學感應元件PS，其兩連接端(D,S)分別連接至第二電壓VDD2及選擇電晶體T3的連接端(D)，其中，第一電壓VDD1及第二電壓VDD2可為相同的DC電壓源或不同的DC電壓源。選擇電晶體T3的控制端(G)連接選擇線SEL，其兩連接端(D,S)分別連接至驅動電晶體T2的連接端(S)及讀出線RO。電容C的兩端分別連接至驅動電晶體T2的控制端(G)及偏壓電壓Vbias。光學感應元件PS的兩端分別連接至重置電晶體T1的連接端(S)及偏壓電壓Vbias，此電容C可以是光學感應元件PS內部本身元件所構成的電容結構，或額外設置的電容結構，或是上述兩者的組合。負載電晶體T4的控制端(G)連接至第五電壓VB，其兩連接端(D,S)分別連接至讀出線(RO)及第六電壓VSS。
以前述圖2(A)的光學指紋畫素單元21進行指紋感測的運作如下：首先驅動重置線RST以開啟重置電晶體T1，將電容C的端點 電壓重置到預設值，亦即，第一電壓VDD1；接著，關閉重置電晶體T1，使光學感應元件PS持續曝光一段時間，而隨著照光強度與曝光時間的不同，電容C的放電量不同，因此電容C的端點電壓也不同；當達到預設的曝光時間，驅動選擇線SEL以開啟選擇電晶體T3，使得驅動電晶體T2輸出電流到讀出線RO，其中，輸出電流的大小與電容C連接到驅動電晶體T2的控制端(G)的端點的電壓有關，亦即與照光強度及曝光時間有關，而連接讀出線RO的負載電晶體T4是相當於一主動負載(active load)，因此，讀出線RO的讀出端RO”的電壓與重置電晶體T1及主動負載的阻值有關，藉由積體電路讀出此讀出端RO”的電壓，可判斷照光強度。
圖2(B)顯示另一種光學指紋畫素單元21的電路圖，其為一種二電晶體(2T)指紋畫素電路，此指紋畫素單元21是由一重置電晶體T1、一驅動電晶體T2、一光學感應元件(photo sensor)PS、與一電容C所實現，而由複數個指紋畫素單元21組成的陣列即構成一指紋感測器，其中，於複數個指紋畫素單元21組成的陣列中，同一行(column)的指紋畫素單元21是共用一負載電晶體T4，如圖2(B)中所繪示的指紋畫素單元21所連接的負載電晶體T4。此外，圖2(B)中所繪示的電晶體T1、T2及T4為NMOS電晶體，但此僅為舉例而非限定，可想而知地，電晶體T1、T2及T4亦可為其他類型的MOS電晶體，例如PMOS電晶體。而每一電晶體T1、T2及T4是具有一控制端及兩連接端，以MOS電晶體而言，控制端為閘極(G)，兩連接端為汲極(D)及源極(S)。此外，可選擇地，重置電晶體T1可以雙重閘極(dual gate)的形式所構成，再者，前述重置電晶體T1或驅動電晶體T2不限定是單一顆電晶體，其亦可能是兩顆控制端連接在一起的電晶體串聯而成。
於前述圖2(B)的光學指紋畫素單元21中，重置電晶體T1的控制端(G)連接重置線RST，其兩連接端(D,S)分別連接至第三電壓SVSS及光學感應元件PS。驅動電晶體T2的控制端(G)連接至重置電晶體T1的連接端(S)及光學感應元件PS，其兩連接端(D,S)分別連接至第四電壓SVDD及讀出線RO。光學感應元件PS的兩端分別連接至重置電晶體T1的連接端(S)及驅動電晶體T2的控制端(G)、及選擇線(SEL)。電容C的兩端亦分別連接至重置電晶體T1的連接端(S)及驅動電晶體T2的控制端(G)、及選擇線SEL，此電容C可以是光學感應元件PS內部本身元件所構成的電容結構，或額外設置的電容結構，或是上述兩者的組合。負載電晶體T4的控制端(G)連接第五電壓VB，其連接端(D)連接至讀出線RO。
以前述圖2(B)的光學指紋畫素單元21進行指紋感測的運作如下：首先驅動重置線RST以開啟重置電晶體T1，將電容C的端點電壓Vp重置到預設值，亦即，第三電壓SVSS，藉此第三電壓SVSS以確保驅動電晶體T2關閉；接著，關閉重置電晶體T1，使光學感應元件PS持續曝光一段時間，而隨著照光強度與曝光時間的不同，電容C的放電量不同，因此電容C的端點電壓Vp也不同；當達到預設的曝光時間時，驅動選擇線SEL以將選擇線SEL的電壓由低準位切到高準位(電位差△V)，而因為耦合效應，電容C的端點電壓Vp大致上也會提高△V，因此可以打開驅動電晶體T2，輸出電流到讀出線RO。輸出電流大小與電容C的端點電壓Vp有關，亦即與照光強度及曝光時間有關。而連接讀出線RO的負載電晶體T4是相當於一主動負載(active load)。因此，讀出線RO的讀出端RO”的電壓與重置電晶體T1及主動負載的阻值有關，藉由積體電路讀出此讀出線RO的讀出端RO”的電壓，可判 斷照光強度。
為了避免如圖2(A)及2(B)需額外設置重置線RST及選擇線SEL所造成顯示面板的開口率大幅降低之問題，於本發明的指紋顯示裝置的一實施例中，藉由複用同一列(row)的顯示掃描線與重置線RST，使得在一光學指紋畫素單元可減少一條重置線的使用。請先參照圖3顯示本發明的指紋顯示裝置的系統架構圖，其中，在一面板31的左右側設有顯示驅動(display gate)的GOA(gate on array)電路33，用來根據一整合積體電路39的控制來依序驅動顯示掃描線G-disp以進行顯示。此外，為了實現指紋偵測功能，在面板31的左右側設有指紋感測驅動的GOA電路35，用來根據該整合積體電路39的控制來依序驅動選擇線SEL，以配合顯示掃描線G-disp的驅動來進行指紋感測，且感測的指紋資料是由讀出線RO讀出至該整合積體電路39以進行指紋辨識，特定地，於實際的電路中，讀出線RO在延伸出面板31後，可經由一多工器與資料線複用同一線而進入該整合積體電路39，以節省整合積體電路39的接腳數目。於本發明中，面板31可為任何類型之平面顯示面板，例如LCD面板或OLED面板等。雖於本實施例顯示出顯示驅動的GOA電路33及指紋感測驅動的GOA電路35皆是設置於面板31的左右兩側，但本發明不以此為限，於其他實施例中，顯示驅動的GOA電路33及指紋感測驅動的GOA電路35亦可皆設置於面板31的相同的一側，或是顯示驅動的GOA電路33設置於面板31的一側，而指紋感測驅動的GOA電路35設置於面板31的相對另一側。此外，本發明的指紋顯示裝置的面板31亦可提供觸控感應功能，例如藉由切割面板31的公共電極來作為觸控感應器(圖未示)，觸控感應器感應使用者手指之觸摸而將觸控訊號傳送至整合積體電路39以進行觸摸偵測 而實現觸控感應功能，其中，切割公共電極作為觸控感應器為本領域技術人士所知，故在此不在贅述。也就是說，在一實施例中，本發明可以是提供具備指紋感測、觸控感應及顯示等三合一功能的電子裝置及可用來驅動此電子裝置的積體電路及其驅動方法。
於圖3顯示本發明的指紋顯示裝置具有複數畫素列(row)37，於該複數畫素列37中，有n個畫素列37可提供顯示及指紋辨識功能，n為大於1之整數，亦即，該n個畫素列37的每一畫素列37具有複數個顯示畫素單元41與複數個指紋畫素單元21，該n個畫素列37被至少n條顯示掃描線G-disp及n條選擇線SEL所驅動來進行顯示及指紋感測。於一實施例中，一畫素列37所具有的顯示畫素單元41的數目是相同於指紋畫素單元21的數目，然而，本發明不以此為限，在其他實施例中，一畫素列37的指紋畫素單元21的數目可以是少於顯示畫素單元41的數目，此外，於面板31的整個顯示區域的畫素列37可以都具有顯示畫素單元41與指紋畫素單元21、或是僅一部份的顯示區域，例如是三分之一的顯示區域的畫素列37具有顯示畫素單元41與指紋畫素單元21，而其餘顯示區域的畫素列37只具有顯示畫素單元41。
請一併參照圖4示意地顯示出指紋顯示裝置的該n個畫素列37中的第i-1、第i、第i+1畫素列，其中，畫素列37具有顯示畫素單元41與如圖2(A)或2(B)所示的指紋畫素單元21，圖中顯示一畫素列37中的一顯示畫素單元41對應一指紋畫素單元21，但此僅為方便說明而非限定，同一畫素列37的顯示畫素單元41連接到同一顯示掃描線G-disp，同一畫素列37上的指紋畫素單元21連接到同一顯示掃描線G-disp及對應該畫素列37的選擇線SEL，據此，該n個畫素列37 是至少以對應的n條顯示掃描線G-disp及n條選擇線SEL所驅動以進行顯示及指紋感測，其中，每一指紋畫素單元21具有一重置端RST’及一選擇端SEL’，該n個畫素列37中的第i畫素列的指紋畫素單元21的重置端RST’連接至一對應的顯示掃描線G-disp，於圖4之示例中，該對應的顯示掃描線G-disp是該n條顯示掃描線G-disp中的第i條顯示掃描線G-disp(i)，但本發明不以此為限，於實際之應用，該對應的顯示掃描線G-disp可以是該n條顯示掃描線G-disp中的任一條顯示掃描線G-disp，例如為顯示掃描線G-disp(i+1)或G-disp(i-1)等，只要該n個畫素列的指紋畫素單元21的重置端RST’為依序連接至各自對應的顯示掃描線G-disp即可，而該n個畫素列37中的第i畫素列的指紋畫素單元21的選擇端SEL’連接至一對應的選擇線SEL，於圖4之示例中，該對應的選擇線SEL是該n條選擇線SEL中的第i條選擇線SEL(i)，但本發明不以此為限，於實際之應用，該對應的選擇線SEL可以是該n條選擇線SEL中的任一條選擇線SEL，例如為選擇線SEL(i+1)或SEL(i-1)等，只要該n個畫素列的指紋畫素單元21的選擇端SEL’為依序連接至各自對應的選擇線SEL即可，當中i為介於1至n的任意整數。據此，本發明的指紋顯示裝置以該n條顯示掃描線G-disp中的第i條顯示掃描線G-disp(i)驅動該n個畫素列37中的第i列的顯示畫素單元41以進行顯示，且以該n條顯示掃描線G-disp中的第i條顯示掃描線G-disp(i)及該n條選擇線SEL中的第i條選擇線SEL(i)驅動該n個畫素列37中的第i畫素列的指紋畫素單元21的重置端RST’及選擇端SEL’以進行指紋感測。
再請一併參照圖5(A)顯示該n個畫素列37中的第i畫素列的指紋畫素單元21的一電路圖，其中，重置電晶體T1具有一控制 端(G)、一第一連接端(D)及一第二連接端(S)，該控制端(G)是作為重置端RST’且連接至關連的顯示掃描線G-disp，亦即該n條顯示掃描線G-disp中的第i條顯示掃描線G-disp(i)，該第一連接端(D)是連接至第一電壓VDD1；驅動電晶體T2具有一控制端(G)、一第一連接端(D)及一第二連接端(S)，該控制端(G)連接至該重置電晶體T1的第二連接端(S)，該第一連接端(D)連接至第二電壓VDD2，其中，第一電壓VDD1及第二電壓VDD2可為相同的DC電壓源或不同的DC電壓源；選擇電晶體T3具有一控制端(G)、一第一連接端(D)及一第二連接端(S)，該控制端(G)是作為選擇端SEL’且連接至該n條選擇線SEL中的第i條選擇線SEL(i)，該第一連接端(D)連接至該驅動電晶體T2的第二連接端(S)，該第二連接端(S)作為讀出端RO’且連接至讀出線RO；光學感應元件(photo sensor)PS具有兩端分別連接至該重置電晶體T1的第二連接端(S)及一偏壓電壓Vbias；電容C具有兩端分別連接至該驅動電晶體T2的控制端(G)及該偏壓電壓Vbias。在一實施例中，上述電容C可以是光學感應元件PS內部本身元件所構成的電容結構，但並不以此限。
由圖5(A)可知，本發明藉由複用顯示掃描線G-disp與重置線RST，故能夠以減少一條驅動線之方式來驅動一畫素列，因此可以提高面板穿透率。而整個指紋感測器的陣列中的顯示掃描線G-disp與選擇線SEL為依序驅動，當驅動顯示掃描線G-disp(i)時打開該n個畫素列中的第i畫素列的指紋畫素單元21的重置電晶體T1來重置電容C的準位，當驅動選擇線SEL(i)時打開選擇電晶體T3，以將指紋訊號讀出，達成指紋感測之功效。
圖5(B)則顯示第i列的指紋畫素單元21的另一電路圖， 其中，重置電晶體T1具有一控制端(G)、一第一連接端(D)及一第二連接端(S)，該控制端(G)是作為重置端RST’且連接至關連的顯示掃描線G-disp，亦即該n條顯示掃描線G-disp中的第i條顯示掃描線G-disp(i)，該第一連接端(D)是連接至一第三電壓SVSS；驅動電晶體T2具有一控制端(G)、一第一連接端(D)及一第二連接端(S)，該控制端(G)連接至該重置電晶體T1的第二連接端(S)，該第一連接端(D)連接至一第四電壓SVDD，該第二連接端(S)作為讀出端RO’且連接至讀出線RO；光學感應元件(photo sensor)PS具有第一端及第二端，該第一端連接至該重置電晶體T1的第二連接端(S)，該第二端是作為選擇端SEL’且連接至該n條選擇線SEL中的第i條選擇線SEL(i)；電容C具有兩端分別連接至該驅動電晶體T2的控制端(G)及該光學感應元件PS的第二端。
由圖5(B)可知，本發明藉由複用顯示掃描線G-disp及重置線RST，故能夠以減少一條驅動線之方式來驅動一畫素列，因此可以提高面板穿透率。而整個指紋感測器的陣列中的顯示掃描線G-disp與選擇線SEL為依序驅動，當驅動顯示掃描線G-disp(i)時打開該n個畫素列中的第i畫素列的指紋畫素單元21的重置電晶體T1來重置電容C的準位，當驅動選擇線SEL(i)時供電至光學感應元件PS以提高選擇端SEL’的電壓準位，進而打開驅動電晶體T2，將指紋訊號讀出，達成指紋感測之功效。
圖6(A)及6(B)分別顯示本發明圖5(A)及5(B)的指紋畫素單元21整合到顯示畫素單元41的示意圖，如圖6(A)及6(B)所示，其顯示出包含LCD的RGB三個子畫素的顯示畫素單元41整合一指紋畫素單元21，其中，指紋畫素單元21的電路區域配置於RGB三個子畫素的下面區域，但此僅是舉例而非限制，可想而知地，指紋畫素單元 21的電路區域亦可集中配置於一特定子畫素的下面區域。此外，本實施例是以LCD面板為例，但本發明不以此為限，對於例如OLED等其它類型的面板，或是例如RGBW等其他種畫素排列，本發明亦可適用。圖中顯示畫素單元41與指紋畫素單元21雖屬不同畫素列，但在其它實施例中也可以是歸類同一畫素列，在本發明中主要是在多個顯示畫素單元41的RGB子畫素之間配置指紋畫素單元21即可，是否同列可依設計需求調整，不以此為限。
在圖6(A)及6(B)之實施例中，是以LTPS LCD製程為例，顯示掃描線G-disp與選擇線SEL可用金屬層1(metal-1，M1)製作。連接RGB三個子畫素的資料線61可用金屬層2(metal-2，M2)製作，在圖6(A)中標示為R(M2)、G(M2)與B(M2)，此等資料線61的功用在傳送顯示資料到每個顯示子畫素。
圖7顯示本發明的指紋顯示裝置的顯示掃描線G-disp的時序圖，本實施例的指紋顯示裝置包含了顯示、觸控與指紋的功能。於圖7中，DISP代表顯示，TP代表觸控，FP代表指紋感測，T0代表一時間間隔，如圖所示，在未啟動指紋偵測(FP off)時，顯示驅動與觸控感應是分時進行，其中，在觸控感應時段，顯示掃描線G-disp可送入與觸控感應電極相同的全驅訊號，亦即此全驅訊號的電壓擺幅(voltage swing)、相位與頻率和驅動觸控感應電極的訊號大致相同，據以降低觸控感應電極的負載。當啟動指紋偵測(FP on)及關閉觸控感應(TP off)時，在顯示時段，此期間除了更新顯示資料外，也同時也重置指紋畫素單元21，而顯示時段與指紋偵測時段之間的時間間隔T0的大小是取決於指紋畫素單元21所需的曝光時間，最小可為零。
圖8顯示本發明的指紋顯示裝置的選擇線SEL的時序圖。 於圖8中，DISP代表顯示，TP代表觸控，FP代表指紋感測，T0代表一時間間隔，Vb代表垂直消隱(Vertical blanking)，如圖所示，在未啟動指紋偵測(FP off)時，在觸控感應時段，選擇線SEL可送入與觸控感應電極相同的全驅訊號，以降低觸控感應電極的負載。在啟動指紋偵測(FP on)及關閉觸控感應(TP off)時，於指紋偵測時段，可進行指紋資料之讀取。
圖9(A)顯示本發明另一實施例的該n個畫素列中的第i畫素列的指紋畫素單元23的一電路圖，此指紋畫素單元23的構成元件相同於圖5(A)的指紋畫素單元21，但加入一重置開關電晶體SW-RST。如圖所示，光學感應元件PS具有一第一端e1及一第二端e2連接至一偏壓電壓Vbias；電容C具有兩端分別連接至該光學感應元件PS的第一端e1及第二端e2，此電容C可以是光學感應元件PS內部本身元件所構成的電容結構，但不以此為限；重置電晶體T1具有一第一連接端(D)、一第二連接端(S)、及一控制端(G)作為重置端RST’且連接至一對應的顯示掃描線G-disp，例如圖9(A)之示例中的該n條顯示掃描線G-disp中的第i條顯示掃描線G-disp(i)；重置開關電晶體SW-RST具有一第一連接端(D)、一第二連接端(S)、及一控制端(G)連接至一重置開關控制走線G-RST，其中，重置電晶體T1與重置開關電晶體SW-RST經由各自的連接端串接於第一電壓VDD1與光學感應元件PS的第一端e1之間；驅動電晶體T2具有一控制端(G)連接至該光學感應元件PS的第一端e1、一第一連接端(D)連接於第二電壓VDD2、及一第二連接端(S)，其中，第一電壓VDD1及第二電壓VDD2可為相同的DC電壓源或不同的DC電壓源；選擇電晶體T3具有一控制端(G)作為選擇端SEL’且連接至一對應的選擇線SEL，例如圖9(A)之示例中的該 n條選擇線中的第i條選擇線SEL(i)、一第一連接端(D)連接至驅動電晶體T2的第二連接端(S)、及一第二連接端(S)作為讀出端RO’且連接讀出線RO；此外，負載電晶體T4的控制端(G)連接至第五電壓VB，其兩連接端(D,S)分別連接至讀出線RO及第六電壓VSS。特定地，重置電晶體T1的第二連接端(S)連接至光學感應元件PS的第一端e1，重置電晶體T1的第一連接端(D)連接至重置開關電晶體SW-RST的第二連接端(S)，重置開關電晶體SW-RST的第一連接端(D)連接至第一電壓VDD1。
圖9(B)顯示本發明另一實施例的該n個畫素列中的第i畫素列的指紋畫素單元23的另一電路圖，此指紋畫素單元23的構成元件相同於圖5(B)的指紋畫素單元21，但加入一重置開關電晶體SW-RST。如圖所示，光學感應元件PS具有一第一端e1及一第二端e2作為選擇端SEL’且連接至一對應的選擇線SEL，例如圖9(B)之示例中的該n條選擇線中的第i條選擇線SEL(i)；電容C具有兩端分別連接至光學感應元件PS的第一端e1及第二端e2，此電容C可以是光學感應元件PS內部本身元件所構成的電容結構，但不以此為限；重置電晶體T1具有一第一連接端(D)、一第二連接端(S)、及一控制端(G)作為重置端RST’且連接至一對應的顯示掃描線G-disp，例如圖9(B)之示例中的該n條顯示掃描線G-disp中的第i條顯示掃描線G-disp(i)；重置開關電晶體SW-RST具有一控制端(G)連接至一重置開關控制走線G-RST、一第一連接端(D)、及一第二連接端(S)，其中，重置電晶體T1與重置開關電晶體SW-RST經由各自的連接端串接於第三電壓SVSS與光學感應元件PS的第一端e1之間；驅動電晶體T2具有一控制端(G)連接至光學感應元件PS的第一端e1、一第一連接端(D)連接至第四電 壓SVDD、及一第二連接端(S)作為讀出端RO’且連接讀出線RO；此外，負載電晶體T4的控制端(G)連接至第五電壓VB，其第一連接端(D)連接至讀出線RO。特定地，重置電晶體T1的第二連接端(S)連接至光學感應元件PS的第一端e1，重置電晶體T1的第一連接端(D)連接至重置開關電晶體SW-RST的第二連接端(S)，重置開關電晶體SW-RST的第一連接端(D)連接至第三電壓SVSS。
圖10顯示本發明圖9(A)指紋畫素單元23整合到顯示畫素單元41的示意圖，如圖10，其顯示出包含LCD的RGB三個子畫素的顯示畫素單元41整合一指紋畫素單元23，其中，指紋畫素單元23的電路區域配置於RGB三個子畫素的下面區域，但此僅是舉例而非限制，可想而知地，指紋畫素單元23的電路區域亦可集中配置於一特定子畫素的下面區域。此外，本實施例是以LCD面板為例，但本發明不以此為限，對於例如OLED等其它類型的面板，或是例如RGBW等其他種畫素排列，本發明亦可適用。
在圖10之實施例中，是以LTPS LCD製程為例，顯示掃描線G-disp與選擇線SEL可用金屬層1(metal-1，M1)製作。連接RGB三個子畫素的資料線61可用金屬層2(metal-2，M2)製作，在圖10中標示為R(M2)、G(M2)與B(M2)，此等資料線61的功用在傳送顯示資料到每個顯示子畫素。而重置開關控制走線G-RST則可以用金屬層0(metal-0，M0)或金屬層3(metal-3，M3)製作，設置為與資料線61重疊，因此不會因為導入重置開關控制走線G-RST而影響開口率。此外，本發明圖9(B)的指紋畫素單元23整合到顯示畫素單元41亦類似上述圖10，故不再贅述。
圖11顯示重置開關控制走線G-RST在面板31的顯示區 域71與其外圍的電路示意圖，其中，重置開關控制走線G-RST經由第一開關SW1接到重置電壓V-RST。為了控制方便，可將各個第一開關SW1接到同一重置開關控制訊號V-SW-RST，其中，重置開關控制訊號V-SW-RST、重置電壓V-RST是由圖3中的整合積體電路39所提供。由於重置開關控制走線G-RST與資料線重疊，當其RC負載較大時，則需藉由使用前述第一開關SW1來避免負載之影響，亦即，在顯示區間將第一開關SW1關閉，使重置開關控制走線G-RST變為浮接(floating)，當指紋偵測動作時，再將第一開關SW1打開；而當RC負載在可接受範圍時，則可直接將電壓施加在重置開關控制走線G-RST，而無需設置第一開關SW1。
以前述圖9(A)或圖9(B)的指紋畫素單元23進行顯示及指紋感測的運作係相似於圖5(A)或5(B)的指紋畫素單元21，但可進一步使用圖3之整合積體電路39經由重置開關控制走線G-RST來導通或斷開重置開關電晶體SW-RST，據以進一步做曝光時間的調整。其中，當重置開關控制走線G-RST導通重置開關電晶體SW-RST時，指紋畫素單元23是運作為如同無重置開關電晶體SW-RST，當以重置開關控制走線G-RST來斷開重置開關電晶體SW-RST於例如一顯示區間(DISP)時，使得重置電晶體T1不作用而致使電容C放電，由於加入的重置開關電晶體SW-RST可決定儲存電容C是否被重置，因此可調整曝光時間。
由以上之說明可知，基於內嵌式光學指紋感測器的重置線RST與選擇線SEL為造成開口率降低的主要原因，於本發明的指紋顯示裝置及驅動其之積體電路及方法中，藉由複用顯示掃描線與重置線，可省去重置線之設置，因此可有效改善面板開口率，同時達成指紋感測之功 效。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
37:畫素列
41:顯示畫素單元
21:指紋畫素單元
G-disp:顯示掃描線
SEL:選擇線
RST’:重置端
SEL’:選擇端
RO’:讀出端

Claims (27)

  1. 一種指紋顯示裝置，具有複數畫素列，該複數畫素列中的n個畫素列的每一畫素列具有複數個顯示畫素單元與複數個指紋畫素單元，n為大於1之整數，該n個畫素列是至少以對應的n條顯示掃描線及n條選擇線所驅動以進行顯示及指紋感測，其中，每一指紋畫素單元具有一重置端及一選擇端，該n個畫素列中的第i畫素列的指紋畫素單元的重置端連接至該n條顯示掃描線中的一對應的顯示掃描線，該n個畫素列中的第i畫素列的指紋畫素單元的選擇端連接至該n條選擇線中的一對應的選擇線，當中i為介於1至n的任意整數。
  2. 如請求項1所述之指紋顯示裝置，其中，該n個畫素列中的第i畫素列的指紋畫素單元包含：一重置電晶體，具有一控制端作為該重置端且連接至該對應的顯示掃描線，一第一連接端連接至一第一電壓，及一第二連接端；一驅動電晶體，具有一控制端連接至該重置電晶體的第二連接端，一第一連接端連接至一第二電壓，及一第二連接端；一選擇電晶體，具有一控制端作為該選擇端且連接至該對應的選擇線，一第一連接端連接至該驅動電晶體的第二連接端，及一第二連接端；一光學感應元件，具有兩端分別連接至該重置電晶體的第二連接端及一偏壓電壓；以及一電容，具有兩端分別連接至該驅動電晶體的控制端及該偏壓電壓。
  3. 如請求項2所述之指紋顯示裝置，其中，該選擇電晶體的該第二連接端作為一讀出端且連接至一讀出線，位於同一行的指紋畫素單元的讀出端連接至一負載電晶體並共用該負載電晶體，該負載電 晶體具有一控制端連接至一第五電壓，一第一連接端連接至該讀出線，及一第二連接端連接至一第六電壓。
  4. 如請求項2所述之指紋顯示裝置，其中，該顯示掃描線及該選擇線為依序驅動，當驅動該n條顯示掃描線中的第i條顯示掃描線時打開該n個畫素列中的第i畫素列的指紋畫素單元的重置電晶體來重置該電容的準位，當驅動該n條選擇線中的第i條選擇線時打開該n個畫素列中的第i畫素列的指紋畫素單元的選擇電晶體，以讀出指紋訊號。
  5. 如請求項2所述之指紋顯示裝置，其中，該複數個畫素單元設置於一面板，且由一整合積體電路控制一顯示驅動的GOA電路來依序驅動該顯示掃描線以進行顯示，及控制一指紋感測驅動的GOA電路來依序驅動該選擇線以配合該顯示掃描線的驅動來進行指紋感測，當中，感測的指紋資料是由該讀出線讀出至該整合積體電路以進行指紋辨識。
  6. 如請求項5所述之指紋顯示裝置，其中，該面板感應使用者手指之觸摸而將觸控訊號傳送至該整合積體電路以提供觸控感應功能。
  7. 如請求項2所述之指紋顯示裝置，其中，該顯示掃描線與該選擇線是以金屬層1製作，連接該顯示畫素單元的子畫素的資料線是以金屬層2製作。
  8. 如請求項6所述之指紋顯示裝置，其中，在未啟動指紋偵測時，是於該面板上分時進行顯示驅動與觸控感應，當中，在進行觸控感應時，將相同於觸控感應驅動訊號的全驅訊號送入該顯示掃描線；當啟動指紋偵測及關閉觸控感應時，於一顯示時段，進行更新顯示 資料及重置該指紋畫素單元，當中，該顯示時段與一指紋偵測時段之間相隔一時間間隔。
  9. 如請求項6所述之指紋顯示裝置，其中，在未啟動指紋偵測時，在一觸控感應時段，將相同於觸控感應驅動訊號的全驅訊號送入該選擇線；在啟動指紋偵測及關閉觸控感應，於一指紋偵測時段，進行指紋資料之讀取。
  10. 如請求項1所述之指紋顯示裝置，其中，該n個畫素列中的第i畫素列的指紋畫素單元包含：一重置電晶體，具有一控制端作為該重置端且連接至該對應的顯示掃描線，一第一連接端連接至一第三電壓，及一第二連接端；一驅動電晶體，具有一控制端連接至該重置電晶體的第二連接端，一第一連接端連接至一第四電壓，及一第二連接端；一光學感應元件，具有一第一端連接至該重置電晶體的第二連接端，及一第二端作為選擇端且連接至該對應的選擇線；以及一電容，具有兩端分別連接至分該驅動電晶體的控制端及該光學感應元件的第二端。
  11. 如請求項10所述之指紋顯示裝置，其中，該驅動電晶體的該第二連接端作為一讀出端且連接至一讀出線，位於同一行的指紋畫素單元的讀出端連接至一負載電晶體並共用該負載電晶體，該負載電晶體具有一控制端連接至一第五電壓，一第一連接端連接至該讀出線，及一第二連接端。
  12. 如請求項10所述之指紋顯示裝置，其中，該顯示掃描線及該選擇線為依序驅動，當驅動第i條顯示掃描線時打開第i列的指紋畫素單元的重置電晶體來重置該電容的準位，當驅動第i條選擇線 時供電至該n個畫素列中的第i畫素列的指紋畫素單元的光學感應元件以提高該選擇端的電壓準位，進而打開該驅動電晶體，以讀出指紋訊號。
  13. 如請求項10所述之指紋顯示裝置，其中，該複數個畫素單元設置於一面板，且由一整合積體電路控制一顯示驅動的GOA電路來依序驅動該顯示掃描線以進行顯示，及控制一指紋感測驅動的GOA電路來依序驅動該選擇線以配合該顯示掃描線的驅動來進行指紋感測，當中，感測的指紋資料是由該讀出線讀出至該整合積體電路以進行指紋辨識。
  14. 如請求項13所述之指紋顯示裝置，其中，該面板感應使用者手指之觸摸而將觸控訊號傳送至該整合積體電路以提供觸控感應功能。
  15. 如請求項10所述之指紋顯示裝置，其中，該顯示掃描線與該選擇線是以金屬層1製作，連接該顯示畫素單元的子畫素的資料線是以金屬層2製作。
  16. 如請求項1所述之指紋顯示裝置，其中，該n個畫素列中的第i畫素列的指紋畫素單元包含：一光學感應元件，具有一第一端及一第二端連接至一偏壓電壓；一電容，具有兩端分別連接至該光學感應元件的第一端及第二端；一重置電晶體，具有一控制端作為該重置端且連接至該對應的顯示掃描線，一第一連接端，及一第二連接端；一重置開關電晶體，具有一控制端連接至一重置開關控制走線，一第一連接端，及一第二連接端，其中，該重置電晶體與該重置開關電晶體串接於一第一電壓與該光學感應元件的該第一端之間； 一驅動電晶體，具有一控制端連接至該光學感應元件的第一端，一第一連接端連接於一第二電壓，及一第二連接端；以及一選擇電晶體，具有一控制端作為該選擇端且連接至該對應的選擇線，一第一連接端連接至該驅動電晶體的第二連接端，及一第二連接端。
  17. 如請求項16所述之指紋顯示裝置，其中，該選擇電晶體的該第二連接端作為一讀出端且連接一讀出線，位於同一行的指紋畫素單元的讀出端連接至一負載電晶體並共用該負載電晶體，該負載電晶體具有一控制端連接至一第五電壓，一第一連接端連接至該讀出線，及一第二連接端連接至一第六電壓。
  18. 如請求項16所述之指紋顯示裝置，其中，該重置電晶體T1的第二連接端連接至該光學感應元件的第一端，該重置電晶體的第一連接端連接至該重置開關電晶體的第二連接端，該重置開關電晶體的第一連接端連接至該第一電壓。
  19. 如請求項16所述之指紋顯示裝置，其中，該重置開關電晶體係由重置開關控制走線控制以決定該電容是否被重置以調整曝光時間。
  20. 如請求項19所述之指紋顯示裝置，其中，該重置開關控制走線由第一開關接到重置電壓，該第一開關接到重置開關控制訊號，當中，該重置開關控制訊號及該重置電壓是由一整合積體電路所提供。
  21. 如請求項1所述之指紋顯示裝置，其中，該n個畫素列中的第i畫素列的指紋畫素單元包含：一光學感應元件，具有一第一端及一第二端作為選擇端且連接至該對應的選擇線； 一電容，具有兩端分別連接至該光學感應元件的第一端及第二端；一重置電晶體，具有一控制端作為該重置端且連接至該對應的顯示掃描線，一第一連接端，及一第二連接端；一重置開關電晶體，具有一控制端連接至一重置開關控制走線，一第一連接端，及一第二連接端，其中，該重置電晶體與重置開關電晶體串接於一第三電壓與該光學感應元件的第一端之間；以及一驅動電晶體，具有一控制端連接至該光學感應元件的第一端，一第一連接端連接至一第四電壓，及一第二連接端。
  22. 如請求項21所述之指紋顯示裝置，其中，該驅動電晶體的該第二連接端作為一讀出端且連接一讀出線，位於同一行的指紋畫素單元的讀出端連接至一負載電晶體並共用該負載電晶體，該負載電晶體具有一控制端連接至一第五電壓，一第一連接端連接至該讀出線，及一第二連接端。
  23. 如請求項21所述之指紋顯示裝置，其中，該重置電晶體的第二連接端連接至該光學感應元件的第一端，該重置電晶體的第一連接端連接至該重置開關電晶體的第二連接端，該重置開關電晶體的第一連接端連接至該第三電壓。
  24. 如請求項21所述之指紋顯示裝置，其中，該重置開關電晶體係由重置開關控制走線控制以決定該電容是否被重置以調整曝光時間。
  25. 如請求項24所述之指紋顯示裝置，其中，該重置開關控制走線由第一開關接到重置電壓，該第一開關接到重置開關控制訊號，當中，該重置開關控制訊號及該重置電壓是由一整合積體電路所提供。
  26. 一種指紋顯示裝置的驅動方法，該指紋顯示裝置具有複數畫素列，該複數畫素列中的n個畫素列的每一畫素列具有複數個顯示畫素單元與複數個指紋畫素單元，n為大於1之整數，該n個畫素列是至少以對應的n條顯示掃描線及n條選擇線所驅動以進行顯示及指紋感測，每一指紋畫素單元具有一重置端及一選擇端，該方法包含：依序驅動該n條顯示掃描線；以及依序驅動該n條選擇線，其中，當驅動該n條顯示掃描線中的第i條顯示掃描線時，是啟動該n個畫素列中的一對應畫素列的指紋畫素單元的重置端，當驅動該n條選擇線中的第i條選擇線時，是啟動該n個畫素列中的一對應畫素列的指紋畫素單元的選擇端，當中i為介於1至n的任意整數。
  27. 一種整合積體電路，用以控制如請求項1、2、10、16或21所述之指紋顯示裝置，以依序驅動該顯示掃描線來進行顯示，及依序驅動該選擇線以配合該顯示掃描線的驅動來進行指紋感測。
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