TWM572496U - 顯示屏內指紋觸控顯示面板 - Google Patents

Abstract

一種指紋觸控顯示面板，包含M*N個顯示單元，分別連接M個資料線和N個掃描線；M*N個發射單元，分別對應M個感應接收線和連接N個感應發射線；一感應驅動線；以及N個感應開關，連接該M*N個發射單元和該感應驅動線；其中該N個掃描線傳送的N個掃描訊號用來控制該N個感應開關連接或斷開該感應驅動線和該N個感應發射線，以及控制開啟或關閉該M*N個顯示單元；其中當該指紋觸控顯示面板操作於一觸控模式時，該M個感應接收線產生的M個感應訊號對應一觸控事件；以及當該指紋觸控顯示面板操作於一指紋辨識模式時，該M個感應訊號對應一指紋。

Description

顯示屏內指紋觸控顯示面板

本創作係指一種顯示屏內指紋觸控顯面板，尤指一種使用內嵌式結構的顯示屏內指紋觸控顯示面板。

指紋辨識廣泛地應用在各式電子產品中（例如智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦等），其形態大致可分為分離式（Discrete）、玻璃下（Under glass）以及顯示屏內（In Display）指紋辨識。

分離式指紋辨識是將電子產品的覆蓋玻璃（cover glass）切割一部分面積，以作為指紋辨識模組的感應區域，卻會造成覆蓋玻璃的製造成本上升，強度衰退而無法適用窄邊框設計。玻璃下指紋辨識是將光學指紋辨識模組設置在覆蓋玻璃下方，故不須切割覆蓋玻璃而可避免切割覆蓋玻璃的成本和強度問題；然而光學指紋辨識模組的製程較困難，也會增加電子裝置的整體厚度。顯示屏內指紋辨識是將觸控顯示面板和光學指紋辨識模組做結構性整合，可實現窄邊框設計；然而光學指紋辨識模組的光敏元件及相關線路會占用顯示畫素的面積，導致顯示畫素的開口率降低，也連帶影響顯示器的解析度。

因此，如何設計顯示屏內指紋觸示控顯面板，以兼顧覆蓋玻璃的成本、強度、窄邊框設計，以及避免影響顯示畫素的開口率，實乃本領域的重要課題之一。

因此，本創作的主要目的即在於提供一種可將指紋與觸控感應功能整合在顯示面板的顯示屏內指紋觸控顯面板，以解決上述問題。

本創作揭露一種指紋觸控顯示面板，包含M*N個顯示單元，分別連接M個資料線和N個掃描線；M*N個發射單元，分別對應M個感應接收線和連接N個感應發射線；一感應驅動線；以及N個感應開關，連接該M*N個發射單元和該感應驅動線；其中該N個掃描線傳送的N個掃描訊號用來控制該N個感應開關連接或斷開該感應驅動線和該N個感應發射線，以及控制開啟或關閉該M*N個顯示單元；其中當該指紋觸控顯示面板操作於一觸控模式時，該M個感應接收線產生的M個感應訊號對應一觸控事件；以及當該指紋觸控顯示面板操作於一指紋辨識模式時，該M個感應訊號對應一指紋。

在上述結構下，本創作利用單一電容式感應線路來偵測觸控和指紋，並且利用顯示面板的時序掃描線路來控制電容式感應線路的時序掃描。如此一來，本創作可將指紋與觸控感應功能整合在顯示面板，以精簡電路設計與簡化製造流程。

針對電容式指紋偵測，由於指紋是由紋脊及紋谷所形成之圖形，紋脊與紋谷間具有100um～400um不等的高低落差，而紋脊與紋脊之間也具有300um～500um不等的距離，不同距離所造成的感應訊號變化量也不同。因此，藉由判別上述距離所對應的感應訊號變化量，可判別紋脊、紋谷及相關指紋特徵來實現指紋辨識功能。由於電容式觸控和指紋偵測的操作原理相似，因此可利用單一電容式感應線路並搭配感應訊號處理，以實現觸控偵測和指紋辨識功能。再者，由於顯示面板、電容式觸控和指紋偵測都具有類似的時序掃描特性，因此可進一步利用顯示面板的時序掃描線路來同時控制電容式觸控的時序掃描。

簡言之，本創作利用單一電容式感應線路來偵測觸控和指紋，並且利用顯示面板的時序掃描線路來控制電容式感應線路的時序掃描。如此一來，本創作可將指紋與觸控感應功能整合在顯示面板，以精簡電路設計與簡化製造流程。

第1圖為本創作實施例一指紋觸控顯示面板10的電路圖。指紋觸控顯示面板10包含一啟動感應開關T0、一感應驅動線DRV、多個掃描線S(1)～S(N)、M個資料線D(1)～D(M)、M個感應接收線RX(1)～RX(M)、N個感應開關T(1)～T(N)、N個感應發射線TX(1)～TX(N)、M*N個顯示單元D(X，Y)和M*N個發射單元T(X，Y)，其中M、N是大於1的任意正整數，X、Y分別是小於M、N的任意正整數。

M*N個顯示單元分別連接M個資料線D(1)～D(M)和N個掃描線S(1)～S(N)，其中N個掃描線的一者S(Y)連接M個顯示單元D(1，Y)～D(M，Y)，M個資料線的一者D(X)連接N個顯示單元D(X，1)～D(X，N)。

M*N個發射單元分別對應M個感應接收線RX(1)～RX(M)和連接N個感應發射線TX(1)～TX(N)，其中N個感應發射線的一者T(Y)連接M個發射單元T(1，Y)～T(M，Y)，M個感應接收線的一者RX(X)連接N個發射單元T(X，1)～T(X，N)。

N個感應開關T(1)～T(N)分別設置在感應驅動線DRV和N個掃描線S(1)～S(N)的交會處，用來分別根據N個掃描線傳送的N個掃描訊號，連接或斷開感應驅動線DRV和N個感應發射線TX(1)～TX(N)；其中當指紋觸控顯示面板10操作於一觸控模式時，M個感應接收線RX(1)～RX(M)產生的M個感應訊號對應一觸控事件；以及當指紋觸控顯示面板10操作於一指紋辨識模式時，M個感應接收線RX(1)～RX(M)產生的M個感應訊號對應一指紋。因此，指紋觸控顯示面板10可將M個感應訊號傳送到微處理器（未繪於第1圖）來進行訊號處理，以實現觸碰偵測或指紋辨識。關於觸碰或指紋辨識的詳細操作應為本領域所熟知，於此不贅述。

每個顯示單元的結構相同，每個發射單元的結構相同，以下僅以顯示單元D(X，Y)和發射單元T(X，Y)為例說明。顯示單元D(X，Y)對應資料線D(X)和掃描線S(Y)，包含一第一顯示開關T1、一第二顯示開關T2、一發光二極體D1和一電容C1。啟動感應開關T0、感應開關T(1)～T(N)和顯示開關T1可以是N型薄膜電晶體（Thin film transistor，TFT），顯示開關T2可以是P型薄膜電晶體，但不限於此。

第一顯示開關T1的閘極（gate）耦接於N個掃描線S(1)～S(N)的一者S(Y)，其源極（source）耦接於M個資料線D(1)～D(M)的一者D(X)，其汲極（drain）耦接於電容C1。第二顯示開關T2的閘極耦接於第一顯示開關T1的汲極，其源極耦接於一高電源電壓Vdd，其汲極耦接於發光二極體D1的陽極。電容C1的一端耦接於一低電源電壓Vss，另一端耦接於第一顯示開關T1的汲極。發光二極體D1的陰極耦接於一接地部，其陽極耦接於第二顯示開關T2的汲極。關於顯示單元的詳細操作應為本領域所熟知，於此不贅述。

啟動感應開關T0的汲極（drain）耦接於一感應高電壓CKT，其源極（source）耦接於感應驅動線DRV，其閘極（gate）耦接於一感應啟動訊號EN，用來根據感應啟動訊號EN，連接或斷開感應高電壓CKT和感應驅動線DRV，以提供或不提供感應高電壓給N個感應開關T(1)～T(N)。當啟動感應開關T0開啟時，可連接感應高電壓CKT和感應驅動線DRV，以提供感應高電壓CKT給感應開關T(1)～T(N)；反之，當啟動感應開關T0關閉時，則斷開感應高電壓CKT和感應驅動線DRV，故不提供感應高電壓CKT給感應開關T(1)～T(N)。

N個感應開關T(1)～T(N)的結構相同，以一感應開關T(Y)為例，其源極耦接於感應驅動線DRV，其閘極耦接於N個掃描線的一者S(Y)，其汲極耦接於N個感應發射線的一者TX(Y)，用來根據掃描線S(Y)傳送的掃描訊號，連接或斷開感應驅動線DRV和感應發射線TX(Y)。當感應開關T(Y)開啟時，可連接感應高電壓CKT和感應發射線TX(Y)，讓感應高電壓CKT可透過感應發射線TX(Y)傳送到發射單元T(1，Y)～T(M，Y)；反之，當感應開關T(Y)關閉時，則斷開感應高電壓CKT和感應發射線TX(Y)，讓感應高電壓CKT不可透過感應發射線TX(Y)傳送到發射單元T(1，Y)～T(M，Y)。

觀察第1圖可看出，N個掃描線S(1)～S(N)的一者S(Y)同時連接N個感應開關T(1)～T(N)的一者T(Y)的閘極和M個顯示單元D(1，Y)～D(M，Y)的第一顯示開關T1的閘極，用來同時控制M個發射單元T(1，Y)～T(M，Y)和M個顯示單元D(1，Y)～D(M，Y)的掃瞄時序。例如，當掃描線S(Y)是高電源電壓且其餘掃描線S(1)～S(Y-1)、S(Y+1)～S(N)是低電源電壓時，可同時開啟感應開關T(Y)和M個顯示單元D(1，Y)～D(M，Y)的第一顯示開關T1，並同時關閉其餘感應開關T(1)～T(Y-1)、T(Y+1)～T(N)和其餘顯示單元的第一顯示開關T1。

換言之，對應第Y個水平掃描線S(Y)的感應開關T(Y)和顯示單元D(1，Y)～D(M，Y)的第一顯示開關T1而言，本創作將其閘極連接到水平掃描線S(Y)，以使用單一時序掃描線路來控制感應線路和顯示單元的掃描時序。如此一來，本創作可將指紋與觸控感應功能整合在顯示面板，以精簡電路設計並簡化製造流程。

指紋觸控顯示面板10可分為非啟動區（non-active area）和啟動區（active area）。在非啟動區內的元件用來控制指紋與觸控感應的啟動，例如啟動感應開關T0、感應驅動線DRV和感應開關T(1)～T(N)。在啟動區內的元件用來進行顯示、指紋與觸控感應的操作，例如資料線D(1)～D(M)、感應接收線RX(1)～RX(M)、感應發射線TX(1)～TX(N)、M*N個顯示單元和M*N個發射單元。掃描線S(1)～S(N)形成在非啟動區和啟動區，用來同時控制顯示、指紋與觸控感應的掃瞄時序。

此外，感應驅動線DRV、感應接收線RX(1)～RX(M)和資料線D(1)～D(M)沿一第一方向延伸（例如X方向），掃描線S(1)～S(N)和感應發射線TX(1)～TX(N)沿一第二方向延伸（例如Y方向），且第一方向延伸垂直第二方向。

第2圖為本創作實施例指紋觸控顯示面板10局部放大示意圖。第3圖為本創作實施例指紋觸控顯示面板10的堆疊結構圖。於本實施例中，每一發射單元T(X，Y)包含多個發射電極E1、E2，且每個發射電極E1、E2垂直感應發射線TX(Y)（例如X方向）並平行感應接收線RX(X)（例如Y方向），但不限於此。設置多個發射電極E1、E2可增加感應發射線TX(Y)和感應接收線RX(X)之間的邊緣電容，以提升感應量和訊雜比（signal-to-noise ratio，SNR）。在其他實施例中，發射單元T(X，Y)的發射電極型態可採用梳狀或是其他形狀均可，但不限於此。

於第2圖的實施例中，發射電極E1、E2和感應接收線RX(X)在X-Y平面的投影互不重疊；於第3圖的實施例中，發射電極E1、E2和感應接收線RX(X)在X-Y平面的投影互相重疊。

於本創作實施例中，顯示單元D(X，Y)的發光二極體是主動矩陣有機發光二極體（Active-matrix organic light-emitting diode，簡稱AMOLED）。目前的AMOLED製程中，每個顯示單元（或單位顯示像素）之間存有不發光區，以避免混色。因此，本創作將指紋和觸控感應線路設置於顯示單元之間的不發光區，可有效利用硬體面積也不影響顯示單元的開口率。此外，由於顯示單元、指紋與觸控感應單元使用相同的掃描線路，因此不增加硬體面積，故不影響顯示單元、指紋與觸控感應單元的解析度。

如第3圖所示，指紋觸控顯示面板10包含一基板，基板形成一第一層L1，用於承載各元件及線路，且各元件及線路以絕緣材料隔離（以點圖案表示）。用來傳送高電源電壓Vdd的線路、資料線D(X)、D(X+1)形成於一第二層L2。發光二極體和連接發光二極體的陽極線路、感應發射線（未繪於第3圖）和發射電極E1、E2形成於一第三層L3，其中連接發光二極體的陽極線路、感應發射線和發射電極E1、E2為共面結構（coplanar）。感應接收線RX(X-1)、RX(X)、RX(X+1)和連接發光二極體的陰極線路形成於一第四層L4。上述架構乃採用內嵌式（In-cell）觸控顯示面板架構來同時整合顯示單元D(X，Y)和用於指紋和觸控感應的發射單元T(X，Y)於單一面板，但不限於此。

第4圖為本創作實施例一指紋觸控顯示系統4的操作示意圖。指紋觸控顯示系統4包含一指紋觸控顯示面板40和一多工器42。指紋觸控顯示面板10包含單一啟動感應開關T0，而指紋觸控顯示面板40包含多個啟動感應開關T0_1、T0_2、T0_3。啟動感應開關T0_1、T0_2、T0_3分別對應多個指紋偵測區ACT1、ACT2、ACT3，且分別連接N個感應開關T(1)～T(N)的至少一者，用來根據感應啟動訊號EN1、EN2、EN3，連接或斷開感應高電壓CKT和感應驅動線DRV。

例如，啟動感應開關T0_1對應指紋偵測區ACT1，且連接感應開關T(1)、T(2)，用來根據感應啟動訊號EN1，連接或斷開感應高電壓CKT和感應驅動線DRV，以此類推，啟動感應開關T0_2、T0_3的操作方式相同，但不限於此。

多工器42耦接於指紋觸控顯示面板40，用來根據指紋觸控顯示系統4產生的一控制訊號CTRL，產生感應啟動訊號EN1、EN2、EN3給感應啟動開關T0_1、T0_2、T0_3，其中當指紋觸控顯示面板40操作於指紋辨識模式時，控制訊號CTRL可啟動指紋偵測區ACT1、ACT2、ACT3中的至少一者。在上述架構下，使用者可根據應用需求，指定所需的指紋偵測區的位置及大小，並關閉非指紋偵測區的感應單元，如此可增加應用彈性，也可省電。

於一實施例中，針對高安全性需求的指紋辨識（例如，登錄網路銀行帳號），可提高指定的指紋偵測區的驅動電壓值（例如，感應高電壓CKT），以提升指紋偵測區的訊雜比和指紋辨識精準度。

綜上所述，本創作利用單一感應線路來偵測觸控和指紋，並且利用顯示面板的時序掃描線路來控制電感應線路的時序掃描。如此一來，本創作可將指紋與觸控感應功能整合在顯示面板，以精簡電路設計與簡化製造流程。

10、40‧‧‧指紋觸控顯示面板

T0、T0_1、T0_2、T0_3‧‧‧啟動感應開關

DRV‧‧‧感應驅動線

S(1)～S(N)‧‧‧掃描線

D(1)～D(M)‧‧‧資料線

RX(1)～RX(M)、RX(X)、RX(X+1)‧‧‧感應接收線

Ｔ(1)～T(N)、T(N+1)‧‧‧感應開關

ＴＸ(1)～TX(N)、TX(N+1)、TX(Y)、TX(Y+1)‧‧‧感應發射線

D(X，Y)、D(M，N)‧‧‧顯示單元

T(X，Y)、T(M，N)‧‧‧發射單元

C1‧‧‧電容

T1‧‧‧第一開關

T2‧‧‧第二開關

D1‧‧‧發光二極體

EN、EN1、EN2‧‧‧感應啟動訊號

CKT‧‧‧感應高電壓

Vdd‧‧‧高電源電壓

Vss‧‧‧低電源電壓

X、Y、Z‧‧‧方向

E1、E2‧‧‧發射電極

L1‧‧‧第一層

L2‧‧‧第二層

L3‧‧‧第三層

L4‧‧‧第四層

4‧‧‧指紋觸控顯示系統

42‧‧‧多工器

ACT1、ACT2、ACT3‧‧‧指紋偵測區

CTRL‧‧‧控制訊號

第1圖為本創作實施例一指紋觸控顯示面板的電路圖。 第2圖為本創作實施例指紋觸控顯示面板局部放大示意圖。 第3圖為本創作實施例指紋觸控顯示面板的堆疊結構圖。 第4圖為本創作實施例一指紋觸控顯示系統的操作示意圖。

Claims (10)

1. 一種指紋觸控顯示面板，用於一電子裝置，包含： M*N個顯示單元，分別連接M個資料線和N個掃描線，其中該N個掃描線的一者連接M個顯示單元，M、N是大於零的任意正整數； M*N個發射單元，分別對應M個感應接收線和連接N個感應發射線，其中該N個感應發射線的一者連接M個發射單元； 一感應驅動線；以及 N個感應開關，連接該M*N個發射單元和該感應驅動線； 其中該N個掃描線傳送N個掃描訊號到該N個感應開關和該M*N個顯示單元，該N個掃描訊號用來控制該N個感應開關連接或斷開該感應驅動線和該N個感應發射線，以及控制開啟或關閉該M*N個顯示單元； 其中當該指紋觸控顯示面板操作於一觸控模式時，該M個感應接收線產生的M個感應訊號對應一觸控事件；以及當該指紋觸控顯示面板操作於一指紋辨識模式時，該M個感應接收線產生的M個感應訊號對應一指紋。
2. 如請求項1所述的指紋觸控顯示面板，其另包含一感應啟動開關，包含： 一汲極，耦接於一感應高電壓； 一源極，耦接於該感應驅動線；以及 一閘極，耦接於一感應啟動訊號，用來根據該感應啟動訊號，連接或斷開該感應高電壓和該感應驅動線，以提供或不提供該感應高電壓給該N個感應開關； 其中該感應啟動開關是一N型薄膜電晶體。
3. 如請求項1所述的指紋觸控顯示面板，其另包含： 多個感應啟動開關，其中該多個感應啟動開關的每一者耦接於該N個感應開關的至少一者；以及 一多工器，用來根據該電子裝置產生的一控制訊號，產生該多個感應啟動訊號給該多個感應啟動開關，其中該多個感應啟動開關的每一者包含： 一汲極，耦接於該感應高電壓； 一源極，耦接於該感應驅動線；以及 一閘極，耦接於該多個感應啟動訊號的一者，用來根據該多個感應啟動訊號的一者，連接或斷開該感應高電壓和該感應驅動線，以提供或不提供該感應高電壓給該N個感應開關的至少一者； 其中該多個感應啟動開關是N型薄膜電晶體； 其中當該指紋觸控顯示面板操作於該指紋辨識模式時，該控制訊號指示至少一指紋偵測區。
4. 如請求項1所述的指紋觸控顯示面板，其中該N個感應開關的每一者包含： 一閘極，耦接於該N個掃描線的一者； 一源極，耦接於該感應驅動線；以及 一汲極，耦接於該N個感應發射線的一者； 其中該N個感應開關的每一者是一N型薄膜電晶體。
5. 如請求項1所述的指紋觸控顯示面板，其中該M*N個顯示單元的每一者包含： 一電容，其一端耦接於一低電源電壓； 一發光二極體，其陰極耦接於一接地部； 一第一顯示開關，其閘極耦接於該N個掃描線的一者，其源極耦接於該M個資料線的一者，其汲極耦接於該電容的另一端；以及 一第二顯示開關，其閘極耦接於該第一顯示開關的汲極，其源極耦接於一高電源電壓，其汲極耦接於該發光二極體的陽極； 其中該第一顯示開關是一N型薄膜電晶體，且該第二顯示開關是一P型薄膜電晶體。
6. 如請求項5所述的指紋觸控顯示面板，其中該發光二極體是一主動矩陣有機發光二極體（Active-matrix organic light-emitting diode，AMOLED）。
7. 如請求項5所述的指紋觸控顯示面板，其另包含： 一第一層，形成有一基板； 一第二層，形成於該第一層上，形成有用來傳送該高電源電壓的線路、該M個資料線； 一第三層，形成於該第二層上，形成有該發光二極體、用來連接該發光二極體的陽極的該線路、該N個感應發射線和該M*N個發射單元，其中該用來連接該發光二極體的陽極的該線路、該N個感應發射線和該M*N個發射單元為共面結構；以及 一第四層，形成於該第三層上，形成有該M個感應接收線、用來連接該發光二極體的陰極的線路。
8. 如請求項7所述的指紋觸控顯示面板，其係一內嵌式（In-cell）電容觸控顯示面板。
9. 如請求項1所述的指紋觸控顯示面板，其中該感應驅動線、該M個感應接收線和該M個資料線沿一第一方向延伸，該N個掃描線和該N個感應發射線沿一第二方向延伸，且該第一方向延伸垂直該第二方向。
10. 如請求項9所述的指紋觸控顯示面板，其中該第一、第二方向構成一平面，該M*N個發射單元的每一者包含多個發射電極，該多個發射電極在該平面的投影垂直該N個感應發射線、平行該M個感應接收線。