控制显示屏的方法及其控制电路与流程

本发明涉及一种控制显示屏的方法，尤其涉及一种控制具有指纹感测功能的显示屏的方法及其控制电路。

背景技术：

指纹感测技术已被广泛用于各式各样的电子产品，例如移动电话、笔记本电脑、平板计算机、个人数字助理、及便携式电子装置等，用来实现身分识别。通过指纹感测，可方便地识别用户身分，用户只须将手指放置在指纹传感器上，即可登入电子装置，而无须输入冗长且繁琐的用户名称及密码。

一般来说，具备指纹感测功能的显示屏通常也配备有触控感测功能。为了避免显示、触控感测及指纹感测之间互相干扰，这些不同操作可分时进行，通过分时方式的运作可使面板显示质量良好的图像，同时有效接收触控信号并取得正确的指纹图像识别。

为实现指纹感测的分时机制，原先的显示帧期间可分割为一显示图像帧(displayimageframe)和一跳帧(skipframe)，其中，显示图像帧包括分别分配给显示和触控感测的时间区间，跳帧则分配给指纹感测。指纹感测流程包括在面板上每一感测像素执行的重置、曝光及采样操作，其中，相关于捕捉重置信号及图像信号等操作应在跳帧上执行。

液晶显示屏(liquidcrystaldisplaypanel，lcdpanel)通常采用极性反转的方式来避免液晶分子永久极化。根据极性反转机制，显示像素需接收正负极性交替的显示数据电压。显示数据电压为正极性代表该电压大于共电极上的共同电压，显示数据电压为负极性代表该电压小于共电极上的共同电压。

然而，若指纹感测的分时机制应用于具有极性反转的液晶显示屏时，指纹感测结果将容易受到极性反转的干扰。举例来说，请参考图1，图1为一般液晶显示屏的操作时序的示意图。如图1所示，每一显示帧期间可分割为一显示图像帧以及接续在显示图像帧之后的一跳帧，而指纹感测操作应在跳帧上执行。更明确来说，重置及采样操作需在跳帧上执行，但曝光期间可跨越显示图像帧和跳帧的时间。根据极性反转，显示图像帧的极性依序为正、负、正、负，由于一显示图像帧的显示数据电压需持续到下一个显示图像帧期间内下一笔显示数据电压到达的时间，因此，跳帧的极性相同于其前一个显示图像帧的极性。

如图1所示，曝光操作是在每一次重置操作(rst)之后执行，指纹图像则在曝光期间之后进行采样(smp)，也就是说，若重置操作在一跳帧上执行，则采样操作须在下一跳帧上执行。因此，曝光操作需经过一次极性的改变，例如从正极性变为负极性或从负极性变为正极性，极性的变化容易干扰感测到的指纹信号，导致指纹图像的识别率下降。此外，指纹感测操作应在分配到的跳帧内执行，使得曝光时间的调整受到限制。鉴于此，实有必要提出一种新式的指纹感测方案，可免于受到显示数据极性变化的干扰，同时实现更具弹性的曝光时间调整方式。

技术实现要素：

因此，本发明的主要目的即在于提供一种控制具有指纹感测功能的显示屏的方法及其控制电路，以解决上述问题。

本发明的一实施例公开了一种用于一控制电路的方法，用来控制一显示屏上的一指纹感测操作，该指纹感测操作包括一重置操作、一曝光操作及一采样操作。该方法包括下列步骤：在一显示帧期间内的一指纹感测周期中执行该重置操作、该曝光操作及该采样操作，其中，该显示屏上的显示数据电压的极性在该显示帧期间内维持不变；以及调整该曝光操作的一曝光时间使其位于该显示帧期间内。

本发明的另一实施例公开了一种控制电路，用来控制一显示屏上的一指纹感测操作，该指纹感测操作包括一重置操作、一曝光操作及一采样操作。该控制电路用来执行下列步骤：在一显示帧期间内的一指纹感测周期中执行该重置操作、该曝光操作及该采样操作，其中，该显示屏上的显示数据电压的极性在该显示帧期间内维持不变；以及调整该曝光操作的一曝光时间使其位于该显示帧期间内。

附图说明

图1为一般液晶显示屏的操作时序的示意图。

图2为本发明实施例一显示屏的操作时序的示意图。

图3a～3c为像素电压的极性反转的示意图。

图4示出了一显示屏在强光下的操作时序。

图5示出了一显示屏在弱光下的操作时序。

图6为本发明实施例一显示屏的操作时序的示意图。

图7为本发明实施例一显示系统的示意图。

图8为本发明实施例一显示屏进行指纹感测操作的一控制流程的流程图。

其中，附图标记说明如下：

rst重置

smp采样

df显示图像帧

sf1～sf5跳帧

70显示系统

700系统处理器

702指纹触控显示整合电路

704显示屏

80控制流程

800～814步骤

具体实施方式

请参考图2，图2为本发明实施例一显示屏的操作时序的示意图。显示屏可以是具有极性反转机制的一液晶显示屏(liquidcrystaldisplaypanel，lcdpanel)。如图2所示，一显示帧期间可包括一显示图像帧(displayimageframe)df以及接续在显示图像帧df之后的多个连续的跳帧(skipframe)sf1～sf5，跳帧sf1～sf5被分配给指纹感测操作。具有正极性的显示数据电压在显示图像帧df内被接收，因此，显示图像帧df及接续其后的跳帧sf1～sf5都为正极性(以下称为正极性帧)。更明确来说，具有正极性的显示数据电压维持到下一显示图像帧df内相应的扫描周期开始之前，这段期间内的跳帧都是正极性。

如上所述，在例如图1所示的现有操作时序中，曝光期间横跨多个显示帧期间，因而经过一段从正到负或从负到正的极性变化，使得指纹图像信号受到显示数据电压的极性变化的干扰。为避免此干扰，在本发明的实施例中，包括重置、曝光及采样等指纹感测操作都在相同显示帧期间内的跳帧sf1～sf5上执行，这段期间显示数据电压的极性都维持不变。更明确来说，若重置操作是在正极性帧上执行，则同一指纹感测周期的后续采样操作也应在正极性帧上执行，且对应的曝光期间也完全落在正极性帧内。另一方面，若重置操作是在负极性帧上执行，则同一指纹感测周期的后续采样操作也应在负极性帧上执行，且对应的曝光期间也完全落在负极性帧内。另外，曝光时间的调整也应在具有相同极性的同一显示帧期间内进行，例如在跳帧sf1～sf5内进行调整。在此情况下，所接收的指纹图像信号将不受到显示数据极性变化的干扰，指纹图像的质量可因此获得改善，使得指纹图像更能够有效识别。

目前的液晶显示屏存在多种常见的极性反转方案，如帧反转(frameinversion)、行反转(rowinversion)、列反转(columninversion)、点反转(dotinversion)等。图3a示出了帧反转的示例，在一正极性帧中，所有像素(或子像素)均接收正极性电压；在一负极性帧中，所有像素(或子像素)均接收负极性电压。图3b示出了列反转的示例，其数据电压的极性在列与列之间改变，且各像素(或子像素)的极性也在帧与帧之间改变。图3c示出了点反转的示例，其中每两相邻像素(或子像素)都具有不同极性，且各像素(或子像素)的极性也在帧与帧之间改变。需注意的是，在如图3b及3c所示的列反转及点反转方案中，每一帧都存在部分像素电压为正极性而部分像素电压为负极性，且无论是列反转或点反转都可产生两种不同的一帧像素极性布置方式。为方便说明，一帧的极性可依据该帧上的一代表子像素来定义，例如位于最左上角的子像素。举例来说，若一显示图像帧上位于最左上角的子像素接收一正极性电压时，可将该图像帧视为一正极性帧；若一显示图像帧上位于最左上角的子像素接收一负极性电压时，可将该图像帧视为一负极性帧。

因此，无论采用哪一种极性反转方式，对于每一像素而言，显示数据电压的极性都需要在帧与帧之间改变以避免液晶分子的永久极化，因此，若曝光期间横跨不同显示图像帧时，极性的变化将造成指纹图像信号受到干扰。在本发明的实施例中，指纹感测是在一显示帧期间内(即同一显示帧期间的跳帧内)执行完成，因此，在指纹感测操作期间，显示数据电压的极性不发生任何变化，可降低或消除因显示数据的极性改变在指纹图像上造成的干扰。如此一来，指纹图像信号将更不易受到噪声干扰，使得指纹图像的质量更加良好。

如上所述，重置及采样操作应在跳帧上执行。一般来说，指纹图像信号是从布置为阵列的多个感测像素接收，该信号一行接一行由控制电路读出，如图2所示。每一行像素依序扫描以读出(即采样)完整图像帧的指纹图像信号，接着执行下一指纹感测周期的重置操作。在此例中，第一帧的指纹图像信号在跳帧sf3内完成读出，且下一指纹感测周期的重置操作也在跳帧sf3完成，第二帧的指纹图像信号则在跳帧sf5完成读出。

在一实施例中，只要曝光期间之后的采样操作在布置的跳帧上，可调整曝光时间以适应环境光强度或根据亮度设定来进行调整。举例来说，在图2的实施例中，曝光时间长度等于2帧时间长。而在另一实施例中，也可采用不同长度的曝光时间。图4示出了一显示屏在强光下的操作时序，其中，曝光时间长度减少为1帧时间长，以适应强光的环境。

值得注意的是，在例如图1所示的现有具有指纹感测功能的显示屏的操作时序中，分时机制要求指纹感测操作需在跳帧内执行完成。如此一来，若每一行的重置操作是在第一个跳帧上执行，则对应的采样操作应在第二个或更后续的跳帧上执行，否则无法在跳帧内完成每一行的采样操作，此时曝光时间的长度必然大于2帧时间长，造成实作上曝光时间的限制，特别是在强光环境中需要较短曝光时间的情况下。相较之下，在本发明中，可在显示帧期间内设定连续多个跳帧，使得每一行的指纹感测操作可更有弹性地在跳帧内完成。举例来说，在超级强光的环境之下，曝光时间的长度甚至能够短于1帧时间长。

图5示出了一显示屏在弱光下的操作时序，其中，曝光时间增加到3帧时间长，以适应弱光的环境。在此例中，5个连续的跳帧sf1～sf5使得较长的曝光时间得以实现，且指纹感测操作可在极性不变的情况下完成。

在例如图1所示的现有具有指纹感测功能的显示屏的操作时序中，若每一显示帧期间(其具有一显示图像帧及一跳帧)的长度等于32毫秒(millisecond)，则曝光时间应为32毫秒的倍数，即32、64、96毫秒等。相较之下，在例如图5所示的实施例中，曝光时间的长度等于3个跳帧长，即48毫秒。换句话说，无论是在强光或弱光的环境下，曝光时间可在连续的跳帧内更为弹性地进行设置。

在另一实施例中，曝光时间也可能不同于跳帧sf1～sf5长度的任何倍数，即不同于16、32、48、64毫秒等。换句话说，曝光时间的长度不需要以一帧时间为单位。举例来说，请参考图6，图6为本发明实施例一显示屏的操作时序的示意图。如图6所示，跳帧sf1～sf5上时间资源由3个指纹感测周期所共享，用以读出3帧指纹图像信号，其曝光时间的长度大于1帧时间长但小于2帧时间长。

如图6所示，在跳帧sf1～sf5中可取得3个图像帧的指纹信号，代表同一显示帧期间的跳帧sf1～sf5内执行3个周期的指纹感测操作。此3个图像帧的指纹图像信号可互相合并或结合，以取得更正确的指纹感测结果。在此例中，可对3个图像帧的指纹图像信号进行平均，以取得指纹感测结果。也就是说，如图2及图4所示，在跳帧sf1～sf5内可执行2次指纹感测操作(即2个指纹感测周期)，因此，在这2个指纹感测周期内取得的指纹图像信号也可进行平均，通过结合多个帧的指纹图像信号，可提升指纹图像的信噪比(signal-to-noiseratio，snr)。

在例如图1所示的现有具有指纹感测功能的显示屏的操作时序中，若欲提升信噪比而结合多个指纹感测周期的图像信号时，每一周期的指纹感测操作需在不同显示帧期间内完成，且跳帧之间设置有数个无法用来执行指纹感测操作的显示图像帧，导致指纹感测时间更加拉长，因而造成指纹感测的用户体验更差。相较之下，在本发明的实施例中，可在连续的跳帧内完成多个指纹感测周期，可节省时间且具有更大的弹性。此外，由于用来进行平均的多个指纹图像帧是在具有相同极性的同一显示帧期间内取得，因此最终得到的指纹感测结果可具有较高的正确性。

值得注意的是，在本发明的实施例中，同一显示帧期间内的跳帧数量和时间长度往往大于显示图像帧。在此情况下，指纹感测操作占用更多时间，导致显示帧率的下降。然而，在进行图像显示之下的指纹感测操作中，屏幕上仅显示一特定图像或图标(其可包括光斑)以指示用来感测手指的位置，且该图像或图标需维持一段时间，直到取得指纹感测结果为止。也就是说，所显示的图像在一段时间内无任何改变，此静态图像在较低的帧率之下仍可正常显示。另外需注意的是，对于液晶显示屏而言，若具有相同极性的显示帧期间(即显示数据电压不改变极性的期间)维持一段过长的时间，像素中的液晶分子仍可能被永久极化。不同类型的液晶显示屏可具有不同的最大连续跳帧的数量，端视其对极化的耐受度和限制而定。只要在极性未发生变化的同一显示帧期间内设置多个连续的跳帧且指纹操作在这些跳帧内执行完成，其相关的实施方式都应落在本发明的范畴内。

用于显示屏的操作时序设定可通过一控制电路来实现，例如指纹触控显示整合(fingerprint,touchanddisplayintegration，ftdi)电路。指纹触控显示整合电路可以是用来整合显示、触控及指纹处理电路的单芯片。请参考图7，图7为本发明实施例一显示系统70的示意图。如图7所示，显示系统70包括一系统处理器700，一指纹触控显示整合电路702及一显示屏704。系统处理器700可以是显示系统70的核心处理器，例如中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)、单片机(microcontrollerunit，mcu)、微处理器(microprocessor)等类似组件。对于智能型手机而言，系统处理器700可以是用来控制各项应用及操作的单片机。需注意的是，用于指纹识别的算法通常相当复杂，因此，指纹匹配及判断应在具有庞大运算资源的系统处理器700上执行，其较难以实现于指纹触控显示整合电路702中。指纹触控显示整合电路702则用来从显示屏704捕捉或取出指纹图像，并且对接收到的指纹图像信号进行处理，以放大并取得指纹的波峰对波谷数据。在另一实施例中，指纹触控显示整合电路702也可由包括一触控显示驱动整合(touchanddisplaydrivingintegration，tddi)电路及一指纹读出电路(fingerprintreadoutcircuit)的双芯片实施方式来实现。

指纹触控显示整合电路702可包括一源极驱动装置，用来提供控制信号和显示数据电压给显示屏704。一般来说，显示、触控及指纹感测功能需共享相同的输出驱动器，因此，显示、触控感测及指纹感测的分时操作显得更加必要。

值得注意的是，本发明的目的在于提供一种可在一显示帧期间内设置多个连续的跳帧以控制具有指纹感测功能的显示屏的方法。本领域技术人员当可据此进行修饰或变化，而不限于此。举例来说，在上述实施例中，控制方法可用于液晶显示屏，其显示数据电压的极性变化会干扰指纹图像信号；在另一实施例中，本发明的控制方法也可应用于另一种类型的显示屏，如有机发光二极管显示屏(organiclight-emittingdiodepanel，oledpanel)。即使有机发光二极管显示屏不存在极性问题，但数据电压在曝光期间内改变仍可能造成指纹图像信号的干扰。因此，优选地，可控制同一指纹感测周期的重置、曝光及采样操作在显示数据电压不变的同一显示帧期间内完成。除此之外，在显示屏的限制之下，可根据系统需求来设定连续跳帧的数量和每一跳帧的时间长度，其不应用以限制本发明的范畴。

请参考图8，图8为本发明实施例一显示屏进行指纹感测操作的一控制流程80的流程图。控制流程80可实现于用于显示屏的控制电路，例如图7所示的指纹触控显示整合电路702。如图8所示，控制流程80包括以下步骤：

步骤800：开始。

步骤802：执行重置操作以起始指纹感测。

步骤804：在同一显示帧期间内执行曝光操作。

步骤806：在曝光时间结束时对指纹图像信号进行采样。

步骤808：读出指纹图像信号，并发送指纹图像信号至系统处理器。

步骤810：从系统处理器接收信息以指示指纹图像的质量是否良好。若是，则执行步骤814；若否，则执行步骤812。

步骤812：调整曝光设定并设置多个指纹感测周期。接着执行步骤802。

步骤814：结束。

根据控制流程80，指纹触控显示整合电路可在面板上显示数据电压的极性维持不变的同一显示帧期间内，执行指纹感测的重置、曝光及采样操作。接着，指纹触控显示整合电路可读出指纹图像信号，并将其传送至系统处理器，从而根据指纹图像信号来进行指纹识别。另外，系统处理器还可判断指纹图像的质量，若判断图像质量不佳，则指纹触控显示整合电路可调整曝光设定，例如根据环境光强度将曝光时间调整到适当的水平。可替换地或额外地，指纹触控显示整合电路可执行多个周期的指纹感测操作以取得多个指纹图像帧，这些指纹图像帧可互相结合或平均以产生更准确的指纹感测结果。其它关于控制流程80的详细操作及变化方式可参考上述段落的说明，在此不赘述。

综上所述，本发明提供了一种用于具有指纹感测功能的显示屏的控制方法，可对显示屏的操作时序进行设定，使得每一显示帧期间包括多个连续的跳帧接续在显示图像帧之后，一或多个指纹感测周期的重置、曝光及采样操作可在相同显示帧期间内的连续跳帧上完成。由于面板上显示数据电压的极性在相同显示帧期间内维持不变，因此，指纹感测操作将不受到显示极性变化的干扰。此外，曝光时间的长度可在连续跳帧上弹性地进行设定，因此可配合环境光强度来设定适当的曝光时间。如此一来，指纹图像信号更不易受到噪声干扰，从而改善指纹图像的质量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。