具备检测物体的功能的显示面板和检测物体的方法与流程

1.本发明涉及指纹检测，特别涉及一种具备检测一物体(例如手指、指尖、指纹等)的功能的显示面板(例如触控屏幕)、以及用来在该显示面板上检测一物体(例如手指、指尖、指纹等)的方法。


背景技术：

2.指纹辨识应用在现今的电子产品中相当热门，其中指纹辨识集成电路(integrated circuit,ic)可被采用来辨识一特定使用者。以移动电话为例，一预定感测区域(例如在移动电话的显示面板下方的区域)可被配置来进行指纹检测。为了让使用者体验更好，指纹检测相关的电路可被放置在移动电话的显示面板(特别涉及触控屏幕)中，其中光学指纹检测机制可被采用来实现这个配置。
3.图1示出一显示面板的例子。该显示面板可包含一背光源、显示单元诸如红色(简称“r”)、绿色(简称“g”)以及蓝色(简称“b”)显示单元、栅极线、数据线诸如r、g及b数据线、光检测器(photo detector，可简称“pd”)、以及光检测器感测线，其中图例诸如r、g及b可指出这些显示单元的各自的色彩。指纹检测的一个例子可由图2所示来说明，该背光源的各个部分可通过r、g及b显示单元提供光，手指(例如其指尖)的表面可反射一部分的光，并且这些光检测器可接收到被反射的光以产生信号。如此一来，检测电路即可检测到这些信号，以取得指纹的分布。
4.图3示出一光学指纹感测器中的一行(column)光感测器的等效电路的例子，其中该行光感测器可耦接至一检测电路。在光学指纹感测器与检测电路之间的路径/绕线是相当长的，而无法避免地会存在寄生电容。尤其，光检测器产生的电流通常相当微弱(例如1微微安培(pico-ampere,pa))，而且通常存在着各种噪声源，导致信号检测的困难。因此，检测电路的输出信号out_se无法准确地指出指纹对应的部分。
5.例如，开关的开启/关闭(在图3中标示为“on”及“off”以求简明)切换所产生的噪声会通过寄生电容诸如cg1、cg2等，并且会影响到检测电路接收的信号。另外，为了光检测器的正常运行，通常会需要一个偏置(bias)电压vcm，而这个电压的任何抖动也会影响检测电路接收到的信号。此外，寄生电容诸如cload会存在于这些上述路径/绕线上，而若其另一侧有噪声时，这些噪声会通过它被耦合过去。因此，需要一种新颖的架构来提升整体效能。


技术实现要素：

6.本发明的一目的在于提供一种具备检测一物体(例如手指、指尖、指纹等)的功能的显示面板(例如触控屏幕)、以及用来在该显示面板上检测一物体(例如手指、指尖、指纹等)的方法，以在没有副作用或较不会带来副作用的情况下实施光学指纹检测。
7.本发明至少一实施例提供一种具备检测一物体(例如手指、指尖、指纹等)的功能的显示面板。该显示面板可包含多个显示单元，其中该显示面板的一预定感测区域包含多个光感测电路。该多个光感测电路包含一第一光感测电路以及一第二光感测电路，其中该
第一光感测电路以及该第二光感测电路分别属于该多个显示单元中的一第一显示单元以及一第二显示单元。该显示面板可还包含一检测电路、一第一开关以及一第二开关，其中该第一开关耦接于该第一光感测电路与该检测电路的一第一输入端子之间，以及该第二开关耦接于该第二光感测电路与该检测电路的一第二输入端子之间。例如，该第一光感测电路可用来因应第一入射光累积第一电荷以产生一第一信号，以及该第二光感测电路可用来因应第二入射光累积第二电荷以产生一第二信号，其中该物体反射自该显示面板发射的光以产生该第二入射光。在该第一信号以及该第二信号已被产生后，该检测电路通过该第一开关排放掉(discharge)该第一电荷以在该第一输入端子上将该第一信号转换为一参考信号，而该第二信号接着通过该第二开关被传送至该第二输入端子，以使该检测电路产生指出该第二信号与该参考信号之间的差值的一检测信号。
8.本发明至少一实施例提供一种用来在一显示面板上检测一物体的方法，其中该显示面板可包含多个显示单元。该方法可包含：利用属于该多个显示单元中的一第一显示单元的一第一光感测电路来因应第一入射光累积第一电荷以产生一第一信号；利用属于该多个显示单元中的一第二显示单元的一第二光感测电路来因应第二入射光累积第二电荷以产生一第二信号，其中该物体反射自该显示面板发射的光以产生该第二入射光；在该第一信号以及该第二信号已被产生后，通过耦接于该第一光感测电路与该显示面板的一检测电路的一第一输入端子之间的一第一开关排放掉(discharge)该第一电荷，以在该显示面板的该检测电路的该第一输入端子上将该第一信号转换为一参考信号；以及通过耦接于该第二光感测电路与该检测电路的一第二输入端子之间的一第二开关将该第二信号传送至该检测电路的该第二输入端子，并且利用该检测电路产生指出该第二信号与该参考信号之间的差值的一检测信号。
9.本发明的实施例提供的显示面板以及相关方法能以差分(differential)读出架构来实施光学指纹检测，其中被用来进行差分读出运行的一参考信号能在不使用任何额外遮蔽层的情况下被产生，所以能节省制造该遮蔽层的成本。相较于相关技术，噪声能被该差分读出运行消除，且本发明的实施例不会大幅增加额外成本。因此，本发明能在没有副作用或较不会带来副作用的情况下提升整体效能。
附图说明
10.图1示出一显示面板的例子。
11.图2示出指纹检测的例子。
12.图3示出一光学指纹感测器中的一行光感测器的等效电路的例子。
13.图4为依据本发明一实施例的一显示面板的电路实施方式。
14.图5为依据本发明一实施例示出的安装于一电子装置内的一显示面板。
15.图6为依据本发明一实施例示出的图5所示的显示面板的预定感测区域的某些实施细节。
16.图7为依据本发明一实施例的图6所示的某些信号的时序图。
17.图8为依据本发明一实施例的一种用来在一显示面板上检测一物体的方法的工作流程。
18.其中，附图标记说明如下：
19.vcm：偏置电压
20.cg0，cg1，cg2，cgn，cload：寄生电容
21.out_se：输出信号
22.40：显示面板
23.410：检测电路
24.inn，inp：输入端子
25.out：输出端子
26.pd10，pd11，pd12，pd1n，pd20，pd21，pd22，pd2n：光电二极管
27.50：显示面板
28.610：检测电路
29.610b：缓冲电路
30.din1，din2，in1，in2：输入端子
31.dout1，dout2，out1，out2：输出端子
32.sws，sw1，sw2，swr1，swr2：开关
33.n1，n2：节点
34.psc10，psc11，psc1m，psc20，psc21，psc2m：光感测电路
35.c0，c1，c2：电容器
36.pd0：光电二极管
37.信号
38.810，820，830，840：步骤
具体实施方式
39.图4为依据本发明一实施例的显示面板40的电路实施方式，其中显示面板40包含多个行(column)的光检测器诸如第一行光电二极管{pd10,pd11,pd12,pd13,
…
,pd1n}以及第二行光电二极管{pd20,pd21,pd22,pd23,
…
,pd2n}，而n为正整数。显示面板40还包含具有一对输入端子inp及inn以及至少一输出端子诸如输出端子out的检测电路410。如图4所示，光电二极管{pd10,pd11,pd12,pd13,
…
,pd1n}的每一者是被一开关控制以选择性地耦接至检测电路410的输入端子inp，而光电二极管{pd20,pd21,pd22,pd23,
…
,pd2n}的每一者是被一开关控制以选择性地耦接至检测电路410的输入端子inn。例如，被开启的开关可用“on”标示，而被关闭的开关可用“off”标示以求简明。在本实施例中，第一行光电二极管{pd10,pd11,pd12,pd13,
…
,pd1n}以及第二行光电二极管{pd20,pd21,pd22,pd23,
…
,pd2n}的某些光电二极管，诸如一列(row)光电二极管，可包含在一遮蔽(shielding)区域中，其被一遮蔽层遮蔽。例如，光电二极管pd10及pd20被该遮蔽层阻挡了入射光。其余光电二极管诸如{pd11,pd12,pd13,
…
,pd1n}及{pd21,pd22,pd23,
…
,pd2n}包含在一检测区域中，其并未被任何遮蔽层遮蔽。虽然偏置电压vcm的抖动以及寄生电容诸如cload、cg0、cg1、cg2、
…
及cgn会导致噪声被注入传送给检测电路410的信号，检测电路410可输出在端子inp的信号与在端子inn的信号之间的差值以作为一检测信号来消除这些噪声。例如，在一手指反射自显示面板40发射的光以后，在该检测区域中的光电二极管{pd11,pd12,pd13,
…
,pd1n}及{pd21,pd22,pd23,
…
,pd2n}可因应来自该手指的反射光产生电荷。当检测电路410
要输出用来指出光电二极管pd11产生的电荷的检测信号时，光电二极管pd11可被耦接至输入端子inp，而光电二极管pd20可被耦接至输入端子inn。由于光电二极管pd20是被该遮蔽层遮蔽，因此来自光电二极管pd20的信号可被视为一参考信号，而检测电路410可输出对应于光电二极管pd11产生的电荷的一检测信号而不受噪声影响。
40.图5为依据本发明一实施例示出的安装于一电子装置(例如移动电话)内的一显示面板50，其中显示面板50可包含多个显示单元。在本实施例中，一活性(active)显示区域可代表能显示影像的一第一区域(其可由该多个显示单元的全部所形成)，以及该活性显示区域中的一预定感测区域可代表包含有能检测物件的一第二区域(其可由该多个显示单元中的包含有多个光检测电路的部分(例如1000
×
600)所形成)，其中一目标感测区域可代表被一物体诸如一使用者的手指碰触的一第三区域(其可由该多个显示单元中的包含有一部分的光检测电路的部分(例如200
×
200)所形成)。需注意的是，该预定感测区域是固定的，但当该使用者将手指放在不同位置时该目标感测区域可予以变化。显示面板50可为能检测该手指的位置的一触控屏幕，而该手指在该预定感测区域内的位置可代表该目标感测区域的位置。由于检测该手指的位置的运行为本发明所属领域具通常知识者熟知，在此即不详细赘述。
41.为了实现在图5的实施例中说明的可变化位置的目标感测区域的功能，图4的实施例中所使用的遮蔽层应被移除。图6为依据本发明一实施例示出的图5所示的显示面板50的该预定感测区域的某些实施细节。如图6所示，该预定感测区域可包含多个光感测电路诸如第一组光感测电路{psc10,psc11,
…
,psc1m}以及第二组光感测电路{psc20,psc21,
…
,psc2m}，其中m为正整数。例如，光感测电路psc10、psc11、
…
及psc1m可分别属于在该预定区域内的一行显示单元中的m个显示单元，而光感测电路psc20、psc21、
…
及psc2m可分别属于在该预定感测区域内的另一行显示单元中(例如一相邻的行)的m个显示单元，但本发明不限于此。光感测电路psc10、psc11、
…
、psc1m、psc20、psc21、
…
及psc2m中的每一者可因应入射光累积电荷以产生一对应的信号。如图6所示，光感测电路psc10、psc11、
…
及psc1m的每一者均耦接至一节点n1，而psc20、psc21、
…
及psc2m的每一者均耦接至一节点n2。在本实施例中，显示面板50可还包含一检测电路610以及开关sw1及sw2，其中开关sw1耦接于节点n与检测电路610的输入端子din1之间，而开关sw2耦接于节点n2与检测电路610的输入端子din2之间。
42.如图6所示，光感测电路psc10、psc11、
…
、psc1m、psc20、psc21、
…
及psc2m中的任一光感测电路(例如每一光感测电路)可包含一光电二极管pd0、一电容器c0以及一开关sws，其中开关sws可用至少一晶体管来实施，但本发明不限于此。另外，在本实施例中，于这个光电二极管中，电容器c0可耦接至光电二极管pd0(例如耦接于光电二极管pd0的阴极(cathode)与阳极(anode)之间)，而开关sws可耦接至电容器c0以及光电二极管pd0(例如耦接至光电二极管pd0的阴极)，其中光电二极管pd0可用来因应入射光产生电荷，而开关sws可用来控制将这些电荷自电容器c0输出至这个光感测电路的外部(例如将这些电荷输出至节点n1或n2)的时序。
43.如图6所示，检测电路610可包含一缓冲电路610b(例如带有差分输入端子以及差分输出端子的放大器)、电容器c1及c2、以及开关swr1及swr2。在本实施例中，缓冲电路610b的输入端子in1及in2(例如该放大器的差分输入端子)分别耦接至检测电路610的输入端子
din1及din2，以及缓冲电路610b的输出端子out1及out2(例如该放大器的差分输出端子)分别耦接至检测电路610的输出端子dout1及dout2，但本发明不限于此。在本实施例中，电容器c1耦接于缓冲电路610b的输入端子in1及输出端子out1之间，以及电容器c2耦接于缓冲电路610b的输入端子in2及输出端子out2之间。此外，开关swr1耦接于缓冲电路610b的输入端子in1及输出端子out1之间，以及开关swr2耦接于缓冲电路610b的输入端子in2及输出端子out2之间。
44.当显示面板50检测到一物体(例如一使用者的手指)碰触到显示面板50，显示面板50可在一特定时期内发射光，而该手指会反射这个光并且因应该手指的指纹产生反射光。需注意的是，只有位于该目标感测区域内的光感测电路接收到与指纹信息相关的反射光，而由于并未设置遮蔽层来阻挡不想要的光，因此位于该目标感测区域外的光感测电路会从其他光源(例如环境光)接收到与指纹信息无关的不想要的光。借助于开关sws、开关sw1/sw2以及开关swr1/swr2的时序控制，显示面板50能将基于上述不想要的光产生的信号转换为一参考信号(其可具有在未曝光的情况下所具有的初始电压电平)，并且从而达到与使用该遮蔽层所达到的类似的效果。
45.为便于理解，假设光感测电路psc10是位于该目标感测区域的外部且光感测电路psc20是位于该目标感测区域的内部。光感测电路psc10可因应第一入射光(例如上述不想要的光诸如环境光)累积第一电荷以产生一第一信号，并且光感测电路pcs20可因应第二入射光累积第二电荷以产生一第二信号，其中该手指(例如其指纹)反射自显示面板50发射出的光以产生该第二入射光。于读出载有与指纹相关的信息的该第二信号的阶段的期间，光感测电路psc10及psc20是由信号φ1控制，而其余光感测电路psc11、
…
、psc1m、psc21、
…
及psc2m的开关sws如图6所示是被关闭的(在图6中标示为“off”以求简明)；此外，开关swr1、swr2、sw1及sw2分别是由信号φ2、φ3、φ4及φ5控制。
46.图7为依据本发明一实施例的信号φ1、φ2、φ3、φ4及φ5的时序图，其中信号φ1、φ2、φ3、φ4及φ5可由内建于显示面板50的一时序控制电路(未显示)来产生，但本发明不限于此。为便于理解，请连同图6一并参考图7。在一重设时期，由于信号φ1为低(例如在逻辑电平“0”)且信号φ2、φ3、φ4及φ5为高(例如在逻辑电平“1”)，光感测电路psc10/psc20的开关sws被关闭而开关swr1、swr2、sw1及sw2被开启，以在节点n1及n2的电压电平重设至一参考电平(例如在未曝光的情况下的初始电压电平)。于一放电时期，由于信号φ5为低(例如在逻辑电平“0”)而信号φ1、φ2、φ3及φ4为高(例如在逻辑电平“1”)，开关sw2被关闭而光感测电路psc10/psc20的开关sws以及开关swr1、swr2及sw1被开启，以排放掉(discharge)该第一电荷以供在检测电路610的输入端子din1上将该第一信号转换为该参考信号。在一感测时期，由于信号φ2及φ3为低(例如在逻辑电平“0”)而信号φ1、φ4及φ5为高(例如在逻辑电平“1”)，开关swr1及swr2被关闭而光感测电路psc10/psc20的开关sws以及开关sw1及sw2被开启，以将该第二信号传送至输入端子din2以使检测电路610产生指出该第一信号与该参考信号之间的差值的一检测信号。
47.需注意的是，若该使用者将其手指放置在不同的位置，该目标感测区域可以不同，且本发明的实施例不限于利用特定的光感测电路来产生该第一信号以供被转换成该参考信号。例如，光感测电路psc10、psc11、
…
、psc1m中的位于该目标感测区域外部的任一光感测电路(例如光感测电路psc1x，其中x为区间[0,m]内的整数)可被利用来产生该第一信号
以供被转换成该参考信号，以使检测电路610针对光感测电路psc20、psc21、
…
、psc2m中的位于该目标感测区域内部的任一光感测电路(例如光感测电路psc2y，其中y为区间[0,m]内的整数)输出该检测信号。又例如，psc20、psc21、
…
、psc2m中的位于该目标感测区域外部的任一光感测电路(例如光感测电路psc2y)可被利用来产生该第一信号以供被转换成该参考信号，以使检测电路610针对光感测电路psc10、psc11、
…
、psc1m中的位于该目标感测区域内部的任一光感测电路(例如光感测电路psc1x)输出该感测信号。
[0048]
在某些实施例中，图5所示的显示面板50可为一液晶显示(liquid crystal display,lcd)面板，而该物体(例如该手指)可反射自该液晶显示面板的一背光源通过该液晶显示面板的该多个显示单元中的一或多者发射的光，以产生该第二入射光，但本发明不限于此。在另一实施例中，图5所示的显示面板50可为一有机发光二极管(organic light-emitting diode,oled)面板或一微型有机发光二极管(micro oled)面板，而该物体(例如该手指)可反射自该有机发光二极管面板或该微型有机发光二极管面板中的至少一有机发光二极管发射的光，以产生该第二入射光，但本发明不限于此。
[0049]
在图5至图7的实施例中所说明的运行下，显示面板50能具有与图4的实施例类似的借助于差分读出运行的噪声消除的好处。此外，显示面板50并不需要使用在图4的实施例中所使用的遮蔽层，从而在不大幅增加成本的情况下提升整体效能。
[0050]
图8为依据本发明一实施例的一种用来在一显示面板诸如显示面板50上检测一物体诸如一手指(例如其上的指纹)的方法的工作流程。需注意的是，图8所示的工作流程只是为了说明的目的，并非对本发明的限制。一或多个步骤可在图8所示的工作流程中被新增、删除或修改。另外，若可得到相同的结果，这些步骤不一定要完全依照图8所示的顺序来执行。
[0051]
在步骤810中，显示面板50可利用属于显示面板50的多个显示单元中的一第一显示单元的一第一光感测电路来因应第一入射光累积第一电荷以产生一第一信号。
[0052]
在步骤820中，显示面板50可利用属于显示面板50的该多个显示单元中的一第二显示单元的一第二光感测电路来因应第二入射光累积第二电荷以产生一第二信号，其中该物体反射自显示面板50发射的光以产生该第二入射光。
[0053]
在步骤830中，在该第一信号以及该第二信号已被产生后，显示面板50可通过耦接于该第一光感测电路与显示面板50的一检测电路(例如图6所示的检测电路610)的一第一输入端子之间的一第一开关排放掉该第一电荷，以在显示面板50的该检测电路的该第一输入端子上将该第一信号转换为一参考信号。
[0054]
在步骤840中，显示面板50可通过耦接于该第二光感测电路与该检测电路的一第二输入端子之间的一第二开关将该第二信号传送至该检测电路的该第二输入端子，并且利用该检测电路产生指出该第二信号与该参考信号之间的差值的一检测信号。
[0055]
本发明的实施例提供的显示面板以及相关方法能在不使用任何遮蔽层来产生参考信号的情况下容许指纹信息通过差分架构来读出。相较于相关技术，本发明能在没有副作用或较不会带来副作用的情况下提升指纹检测的整体效能。
[0056]
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。