TWI719817B

TWI719817B - 顯示面板與電子裝置

Info

Publication number: TWI719817B
Application number: TW109102679A
Authority: TW
Inventors: 何嘉銘; 張耀光; 吳易霖
Original assignee: 奇景光電股份有限公司
Priority date: 2019-08-29
Filing date: 2020-01-30
Publication date: 2021-02-21
Also published as: TW202109262A; US11055508B2; US20210064835A1; CN112446279B; CN112446279A

Abstract

一種顯示面板，包括用以顯示影像之複數顯示區塊、用以進行光感應之複數光感應器、複數組開關裝置以及一偵測電路。該複數組開關裝置分別用以結合光感應器以成為複數結合的感應器，該複數組開關裝置分別根據複數切換信號運作。偵測電路耦接至結合的感應器中的兩組結合的感應器，用以根據一參考電壓位準偵測兩組結合的感應器中的第一組的一結合的感應器的一電壓位準，以透過顯示面板進行指紋偵測，其中參考電壓位準取自兩組結合的感應器中的第二組。

Description

顯示面板與電子裝置

本發明係有關於一種顯示裝置，特別有關於一種藉助於開關裝置的佈置減少光學指紋感應器內的雜訊耦合並增強感應信號的顯示面板以及對應之電子裝置。

第1圖為一顯示面板的例子。顯示面板可包括一背光、複數顯示單元(例如紅色(Red)、綠色(Green)與藍色(Blue)顯示單元)、複數閘極線、複數資料線(例如紅色資料線、綠色資料線與藍色資料線)、複數光偵測器(Photo Detector，縮寫為PD；於第1圖中可簡稱為PD)以及複數光偵測器感應線，其中圖示裡的紅色顯示單元、綠色顯示單元與藍色顯示單元分別以不同框線與網底表示。第2圖繪示指紋偵測的例子。背光的各個部分可透過紅色顯示單元、綠色顯示單元與藍色顯示單元提供光線。一手指(例如，其指尖)的表面可反射部分的光線，而光偵測器可接收反射光以產生信號。於是，偵測電路可偵測信號，以得知指紋的分佈。

第3圖繪示一光學指紋感應器的例子，圖示中的複數正方形可分別表示光偵測器，而正方形內的小圓點用以指示出各光偵測器的信號可在閘極線G1、G2、G3、G4、G5等之其中一者的控制下透過接收線RX1、RX2、RX3、RX4、RX5、RX6等之其中一者被接收。舉例而言，閘極線G1上的閘極信號可允許第一列(row)的光偵測器的信號透過接收線RX1、RX2、RX3、RX4、RX5、RX6等被接收，閘極線G2上的閘極信號可允許第二列的光偵測器的信號透過接收線RX1、RX2、RX3、RX4、RX5、RX6等被接收，並依此類推。如第4圖的等效電路圖所示，如第3圖所示之光學指紋感應器內的一行(column)光偵測器可耦接至一偵測電路。光學指紋感應器與偵測電路之間的走線很長，不可避免地存在寄生電容。此外，由一個光偵測器所產生的電流通常非常微弱(例如，一兆分之一安培(pico-ampere，縮寫pA)，並且電路中可能具有許多雜訊源，使得信號偵測困難。因此，偵測電路的輸出信號OUT_SE無法準確地指出指紋所對應的部分。

舉例而言，第4圖中on代表開關被導通，off代表開關未被導通，開關裝置的導通/不導通切換所產生的雜訊可通過寄生電容，例如，電容Cg1、電容Cg2等，並且可影響由偵測電路所接收到的信號。若整個路徑上有一百個開關裝置，則至少有對應於此一百個開關裝置的一百個雜訊源。此外，對於光偵測器的一般操作，通常需要偏壓VCM，而偏壓VCM的任何抖動亦會影響由偵測電路所接收到的信號。此外，走線上可能存在寄生電容，例如電容Cload，若走線的另一端存在雜訊，則雜訊可能透過走線耦合。因此，需要一種新穎的架構以加強整體效能。

本發明之一目的在於提供一顯示面板及對應之電子裝置，用以解決上述問題。

本發明之另一目的在於提供一顯示面板及對應之電子裝置，用以增強顯示面板整體效能。

本發明之至少一實施例提供一種顯示面板，包括複數顯示區塊、複數光感應器、耦接至光感應器之複數組開關裝置以及一偵測電路。舉例而言，該複數顯示區塊可用以顯示影像，其中該複數顯示區塊之每一顯示區塊可包括一或多個顯示單元。該複數光感應器可用以進行光感應，其中該顯示面板可利用該複數顯示區塊之至少一部分作為用以進行光感應之至少一光源。此外，該複數組開關裝置可分別用以結合該複數光感應器以成為複數結合的感應器，其中該複數組開關裝置可分別根據複數切換信號運作。此外，該偵測電路可耦接至該複數結合的感應器中的兩組結合的感應器，且可用以根據一參考電壓位準偵測該兩組結合的感應器中的一第一組的一結合的感應器的一電壓位準，以透過顯示面板進行指紋偵測，其中該參考電壓位準可取自該兩組結合的感應器中的一第二組。

除上述顯示面板，本發明還提供一種電子裝置，其包含上述顯示面板，其中該顯示面板被整合於該電子裝置。

本發明的顯示面板和相關的電子裝置可以保證整個系統(例如，電子裝置)可以正確地操作，以避免先前技術所遭遇的問題。另外，本發明的顯示面板可藉助於開關裝置的佈置減少光學指紋感應器(其可包含複數光感應器)內的雜訊耦合並增強感應信號，以增強整體性能。

100:顯示面板

110:雙組模塊

111,112:結合的感應器組

120:偵測電路

A,B:切換信號

,

:切換信號之反相信號

Cg1,Cg1(1),Cg1(2),Cg2,Cg2(1),Cg2(2),Cload:電容

G1,G2,G3,G4,G5:閘極線

off:開關未被導通

on:開關被導通

OUT_SE,OUT_DIFF:輸出信號

PD:光偵測器

ROW(1):第一列感應單元

ROW(2):第二列感應單元

ROW(3):第三列感應單元

ROW(4):第四列感應單元

RX1,RX2,RX3,RX4,RX5,RX6:接收線

VCM:偏壓

第1圖繪示一顯示面板的例子。

第2圖繪示指紋偵測的例子。

第3圖繪示一光學指紋感應器的例子。

第4圖繪示第3圖所示光學指紋感應器中的一行(column)光偵測器的等效電路的例子。

第5圖係根據本發明一實施例之包括增強型光學指紋感應器的顯示面板的電路圖。

第6圖繪示該增強型光學指紋感應器內的第一群結合的感應器的例子。

第7圖繪示該增強型光學指紋感應器內的第二群結合的感應器的例子。

第8圖繪示該增強型光學指紋感應器內的第三群結合的感應器的例子。

第9圖繪示該增強型光學指紋感應器內的第四群結合的感應器的例子。

第10圖根據本發明之一實施例繪示包含該增強型光學指紋感應器之該顯示面板的某些實作細節。

第11圖係根據本發明一實施例之電子裝置的示意圖。

第12圖根據本發明之一實施例繪示該顯示面板之相關的信號。

第5圖係根據本發明一實施例之一種包括增強型光學指紋感應器的顯示面板100的電路圖。顯示面板100可包括複數顯示區塊，用以顯示影像，並且各顯示區塊包括一或多個顯示單元。為了更好的理解，顯示面板100的複數顯示區塊可根據如第1圖所示之顯示區塊的例子被實作，且一或多個顯示單元可包括紅色顯示單元、綠色顯示單元與藍色顯示單元。此外，顯示面板100可包括複數閘極線、複數資料線(例如，紅色、綠色與藍色資料線)，以及一背光諸如第1圖所示者，但本發明並不限於此。特別是，顯示面板100(例如，增強型光學指紋感應器)可包括複數光感應器(例如，複數光偵測器諸如上述者)，其被安排為複數個雙組模塊{110}諸如第5圖所示之雙組模塊110、複數組開關裝置，其耦接至該等光感應器(例如，耦接於複數光感應器之間)，以及複數偵測電路{120}諸如第5圖所示之偵測電路120。如第5圖所示，雙組模塊110可包括兩個結合的感應器組111與112。同樣地，複數個雙組模塊{110}可包含其各自的結合的感應器組諸如複數個結合的感應器組{111}與{112}。

根據此實施例，複數光感應器可用以進行光感應，顯示面板100可利用至少一部分(例如，一部分或全部)的顯示區塊作為用以進行光感應之至少一光源。此外，複數組開關裝置(未示於第1圖)可分別結合複數光感應器以成為複數結合的感應器，並且該複數組開關裝置可分別根據複數切換信號運作。此外，偵測電路120可耦接至該等結合的感應器中的兩組結合的感應器(例如，兩個結合的感應器組111與112之各自的結合的感應器)，並且可用以根據一參考電壓位準偵測該兩組結合的感應器中的一組(以下稱第一組)的一個結合的感應器的一電壓位準，以供透過顯示面板100進行指紋偵測，其中該參考電壓位準取自該兩組結合的感應器中的另一組(以下稱第二組)。如第5圖所示，於兩個結合的感應器組111與112中的任一者內的任一列光感應器的輸出端(例如，任一列光偵測器的上方端子)可透過該複數組開關裝置內某些與該列光感應器相關聯的開關裝置彼此電性連接，以允許此列光感應器(即，此列光偵測器)形成對應的一個結合的感應器，並且兩個結合的感應器組111與112之各自的結合的感應器可分別用以作為上述兩組結合的感應器中的第一組與第二組的例子。

由於第5圖所示之電路圖可指出顯示面板100內的增強型光學指紋感應器的多個運作單元的其中一者的等效電路，兩組結合的感應器之各自的結合的感應器中的每一結合的感應器可由第5圖所示之兩個結合的感應器組111與112的任一者中的一列對應的光偵測器例示說明，但本發明並不限於此。舉例而言，若該複數個結合的感應器中的每一結合的感應器包含4個光感應器，此電路圖中的兩個結合的感應器組111與112的任一者中的任一列光偵測器可表示包含4個光感應器的一個結合的感應器；若該複數個結合的感應器中的每一結合的感應器包含9個光感應器，此電路圖中的兩個結合的感應器組111與112的任一者中的任一列光偵測器可表示包含9個光感應器的一個結合的感應器；若該複數個結合的感應器中的每一結合的感應器包含16個光感應器，此電路圖中的兩個結合的感應器組111與112的任一者中的任一列光偵測器可表示包含16個光感應器的一個結合的感應器；並依此類推。

基於第5圖所示之架構，顯示面板100(例如，增強型光學指紋感應器)可於指紋偵測期間自複數結合的感應器之各自的光感應器之各自的感應信號取得複數結合的感應信號，並且相較於一個單一光感應器的單一感應信號，該等結合的感應信號中的任一者應具有更強的信號強度，所以信噪比(signal-to-noise ratio，縮寫SNR)能大幅提升。此外，由於偵測電路120可根據一參考電壓位準諸如上述者來偵測兩組結合的感應器中的第一組的一個結合的感應器的一電壓位準，而參考電壓位準係取自該兩組結合的感應器中的第二組，故第一組結合的感應器所對應的雜訊耦合效應可因第二組結合的感應器所對應的雜訊耦合效應而被減少(或消除)，所以信噪比能進一步被提升。因此，偵測電路120的輸出信號OUT_DIFF能準確地指出指紋所對應的部分。如此一來，整體的效能能有效改善。

於以上實施例中，顯示面板100(尤其，其內的複數顯示區塊)可由液晶顯示(liquid-crystal display，縮寫LCD)技術、有機發光二極體(organic light-emitting diode，OLED)技術、微發光二極體(micro-LED，縮寫mLED)技術等方式來實施，並且該等光感應器可由光電二極體(photo diode)、光電晶體(photo transistor)等方式來實施。

第6~9圖分別繪示該增強型光學指紋感應器內第一群結合的感應器、第二群結合的感應器、第三群結合的感應器以及第四群結合的感應器的例子，其中於第6~9圖中小正方形之任一者以及由虛線繪示的方塊之任一者可分別代表複數光感應器(例如，於第5圖所示實施例中所述之複數光偵測器)之一者以及複數結合的感應器之一者。切換信號A與B以及其各自的反相信號

與

可用以作為切換信號的例子，但本發明並不限於此。第6~9圖係分別對應於(A=1,B=1) 的情況、(A=1,B=0)的情況、(A=0,B=1)的情況以及(A=0,B=0)的情況，其中邏輯狀態1可代表關聯的開關導通的導通狀態，邏輯狀態0可代表關聯的開關未被導通的不導通狀態。於是，顯示面板100可將光感應器之各種組合分別結合成為第一群結合的感應器、第二群結合的感應器、第三群結合的感應器以及第四群結合的感應器。

為了更好的理解，第6~9圖中某些小方塊裡的圓點可指出結合的感應器之每一者之一感應信號可透過接收線RX1、RX2、RX3等之其中一者在閘極線{G2,G1}、{G4,G3}等的某個閘極線的控制下被接收，其中閘極線{G2,G1}耦接至第一列與第二列光感應器中的某些預定光感應器(例如，標示圓點的光感應器)，閘極線{G4,G3}耦接至第三列與第四列光感應器中的某些預定光感應器(例如，標示圓點的光感應器)，並依此類推。以第6圖為例，閘極線G1上的閘極信號可允許第一列(row)結合的感應器中的第一結合的感應器(例如，位於最左邊的結合的感應器)、第三結合的感應器等的信號透過奇數的接收線(例如，接收線RX1、RX3等)被接收；閘極線G2上的閘極信號可允許第一列結合的感應器中的第二結合的感應器等的信號透過偶數的接收線(例如，接收線RX2等)被接收；閘極線G3上的閘極信號可允許第二列結合的感應器中的第一結合的感應器(例如，位於最左邊的結合的感應器)、第三結合的感應器等的信號透過奇數的接收線(例如，接收線RX1、RX3等)被接收；閘極線G4上的閘極信號可允許第二列結合的感應器中的第二結合的感應器等的信號透過偶數的接收線(例如，接收線RX2等)被接收；並依此類推。

需注意的是，第6~9圖中各結合的感測器的中央所標示的圓點可指出基於該等結合的感應器所進行的指紋偵測的解析度可與僅根據光感應器進行的指紋偵測的解析度相同。由於全部四群結合的感應器的中央可被視為複數光感應器之大多數的中央的偏移版本，其伴隨著該等光感應器的垂直節距(pitch)(諸如它們的位置於垂直方向上的空間頻率)大小的一半的垂直偏移量以及該等光感應器的水平節距(pitch)(諸如它們的位置於水平方向上的空間頻率)大小的一半的水平偏移量，故使用增強型光學指紋感應器的指紋偵測的解析度與使用傳統光學指紋感應器的指紋偵測的解析度可相等。相較於先前技術，顯示面板100可藉助於開關裝置的佈置增強感應信號，且不會造成副作用諸如降低解析度。開關裝置的佈置的例子可包括，但不限於：於光感測器之間的開關裝置(例如，由上述複數切換信號諸如切換信號A、B等所控制的開關裝置)的佈置、用以探測結合的感應器的開關裝置(例如，由閘極信號線{G2,G1}、{G4,G3}等上的閘極信號所控制的開關裝置)的佈置、針對自偵測電路120朝向結合的感應器組111內的複數結合的感應器的走線上具有較少的開關裝置數量與較少的寄生電容(例如，Cg1(1)、Cg2(1)等)的數量的佈置(例如，這些開關裝置的總數低於如第4圖所示自偵測電路朝向光偵測器的走線上的開關裝置的總數)，以及針對自偵測電路120朝向結合的感應器組112內的複數結合的感應器的走線上具有較少的開關裝置數量與較少的寄生電容(例如，Cg1(2)、Cg2(2)等)的數量的佈置(例如，這些開關裝置的總數低於如第4圖所示自偵測電路朝向光偵測器的走線上的開關裝置的總數)。

第10圖根據本發明之一實施例繪示包含該增強型光學指紋感應器之顯示面板100的某些實作細節，其中第10圖中的方形之任一者代表增強型光學指紋感應器的複數感應單元之一感應單元。該感應單元可包括該等光感應器(例如，光偵測器)之一者及某些開關裝置。針對未直接連接至閘極線G1、G2、G3、G4等之任一者的任一感應單元，此感應單元可包含分別由切換信號A與B所控制的兩個開關裝置。針對直接連接至閘極線G1、G2、G3、G4等中之某一閘極線的任一感應單元，此感應單元可包含分別由切換信號A與B所控制的兩個開關裝置以及由此閘極線上之閘極信號所控制之一開關裝置。舉例而言，第一列感應單元ROW(1)可包括第6~9圖之任一者所示的第一列光感應器，第二列感應單元ROW(2)可包括第6~9圖之任一者所示的第二列光感應器，第三列感應單元ROW(3)可包括第6~9圖之任一者所示的第三列光感應器，第四列感應單元ROW(4)可包括第6~9圖之任一者所示的第四列光感應器，並依此類推。

根據此實施例，該複數組開關裝置可實施成金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，縮寫MOSFET)，但本發明並不限於此。於某些實施例中，該複數組開關裝置可實施成多種其它類型的電晶體中的任一類型。由於第6~9圖中之任一者中分別由切換信號A與B所控制的兩組開關裝置可於第10圖中實施成N型MOSFET，且由於第6~9圖中之任一者中分別由切換信號A與B之各自的反相信號

與

所控制的兩組開關裝置可於第10圖中實施成P型MOSFET，故用以控制複數組開關裝置的切換信號的總數可由四改為二，其中於此實施例中，反相信號

與

可分別由切換信號A與B取代。為了簡明起見，於本實施例中類似的說明在此不重複贅述。

基於如第5~10圖所示之架構，某些實施細節可說明如下。根據某些實施例，偵測電路120可用差動方式耦接至上述兩組結合的感應器(例如，兩結合的感應器組111與112之各自的感應器)，並且偵測電路120可偵測這兩組結合的感應器中的第一組的某一結合的感應器的電壓位準(舉例而言，結合的感應器組111內最上方的結合的感應器的輸出端的電壓位準，諸如此結合的感應器的上方端子的電壓位準)，並同時使用朝向這兩組結合的感應器中的第二組的複數走線(例如，自偵測電路120朝向於結合的感應器組112內的複數結合的感應器的走線)作為差動參考。當偵測電路120正在偵測這兩組結合的感應器中的第一組的該結合的感應器的電壓位準時，偵測電路120並非正在對這兩組結合的感應器中的第二組進行偵測。舉例而言，於針對這兩組結合的感應器的一偵測階段的一第一子階段的期間，偵測電路120可偵測這兩組結合的感應器中的第一組的某一個結合的感應器的電壓位準(舉例而言，結合的感應器組111內最上方的結合的感應器的輸出端的電壓位準，諸如此結合的感應器的上方端子的電壓位準)，但本發明並不限於此。兩個結合的感應器組111與112的角色可以互換。舉例而言，於上述偵測階段的一第二子階段的期間，偵測電路120偵測這兩組結合的感應器中的第二組的某一個結合的感應器的電壓位準(舉例而言，結合的感應器組112內最上方的結合的感應器的輸出端的電壓位準，諸如此結合的感應器的上方端子的電壓位準)。此外，於第一子階段的期間，偵測電路120可偵測兩組結合的感應器中的第一組的該結合的感應器的電壓位準，並同時使用朝向兩組結合的感應器中的第二組的複數走線作為差動參考；並且，於第二子階段的期間，偵測電路120可偵測兩組結合的感應器中的第二組的該結合的感應器的電壓位準，並同時使用朝向兩組結合的感應器中的第一組的複數走線作為差動參考。

根據某些實施例，上述之複數結合的感應器可包括複數群結合的感應器，諸如第6~9圖分別所示之第一群結合的感應器、第二群結合的感應器、第三群結合的感應器以及第四群結合的感應器。所述之複數組開關裝置(例如第6~9圖所示光感應器之間的開關裝置)可分別根據切換信號(例如，切換信號A、B等)之各自的狀態的不同組合依序(尤其，輪流)將該等光感應器結合成該複數群結合的感應器。此外，針對該複數結合的感應器中的任一結合的感應器，顯示面板100利用上述複數切換信號之至少一切換信號(例如，一或多個切換信號)使得於此結合的感應器內的全部光感應器之各自的輸出端彼此電性連接，並且可利用該複數切換信號之至少一切換信號(例如，一或多個切換信號)使得於此結合的感應器內的上述全部光感應器之各自的輸出端從該等結合的感應器中複數鄰近的結合的感應器之各自的光感應器之各自的輸出端電性斷開。尤其，針對該複數結合的感應器中的上述任一結合的感應器，於該複數組開關裝置中對應於此結合的感應器的一群開關裝置可將此結合的感應器內的全部光感應器之各自的輸出端彼此電性連接以形成此結合的感應器，並且於該複數組開關裝置中環繞此結合的感應器的另一群開關裝置可避免此結合的感應器內的全部光感應器之各自的輸出端被電性連接至該複數結合的感應器中該複數鄰近的結合的感應器之各自的光感應器之各自的輸出端。

根據某些實施例，自偵測電路120透過接收線RX1、RX2、RX3等之其中一者朝向複數結合的感應器中的任一個結合的感應器(諸如第6~9圖之任一者中由虛線繪示的方塊之其中一者所指出的某一結合的感應器)的一走線可耦接至此結合的感應器的至少一個光感應器。舉例而言，自偵測電路120朝向此結合的感應器的走線並不直接連接至此結合的感應器的一或多個剩餘的光感應器。根據本發明之某些實施例，顯示面板100可包括耦接至該複數組開關裝置之一信號產生器，而該信號產生器可用以產生該複數切換信號，以控制該複數組開關裝置。

根據某些實施例，由於顯示面板110可包括複數雙組模塊{110}以及複數偵測電路{120}，類似的描述可應用於複數雙組模塊{110}中的其它的雙組模塊之任一者(例如，複數雙組模塊{110}中的包含另外兩組結合的感應器(諸如兩組其它結合的感應器)的另一雙組模塊)以及複數偵測電路{120}中的多個其它的偵測電路之任一個其它的偵測電路(例如，另一個偵測電路)。舉例而言，這個其它的偵測電路(例如，該另一個偵測電路)可耦接至該另外兩組結合的感應器，且可用以根據另一個參考電壓位準偵測該另外兩組結合的感應器中的一第一組的一個結合的感應器的一電壓位準，以供透過顯示面板100進行指紋偵測，其中該另一個參考電壓位準取自該另外兩組結合的感應器中的一第二組。為了簡明起見，於這些實施例中類似的說明在此不重複贅述。

第11圖係根據本發明一實施例之電子裝置的示意圖，其中顯示面板100可被整合於電子裝置。為了更好的理解，電子裝置可被實施為多功能行動電話，但本發明並不限於此。於某些實施例中，電子裝置可被實施為穿戴裝置、平板電腦、膝上型電腦等的任一者。如第11圖所示，顯示面板100上所顯示的一光點可扮演用於指紋偵測的光源之角色。為了簡明起見，於本實施例中類似的說明在此不重複贅述。

第12圖根據本發明之一實施例繪示顯示面板100之相關的信號。舉例而言，這些信號之任一者的高位準可代表邏輯狀態1，而這些信號之任一者的低位準可代表邏輯狀態0，但本發明並不限於此。於某些實施例中，第12圖所示信號之至少一部分(例如，一部分或全部)可被反相(invert)。為了簡明起見，於本實施例中類似的說明在此不重複贅述。

根據某些實施例，第12圖所示之切換信號A與B可分別由反相信號

與

所取代，並且第10圖所示架構中於光感應器之間的N型MOSFET與P型MOSFET可分別由具有相反極性之MOSFET諸如P型MOSFET與N型MOSFET來取代。為了簡明起見，於這些實施例中類似的說明在此不重複贅述。

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。