CN104200768A - 阵列基板、驱动方法和显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阵列基板、指纹识别电路的驱动方法和显示装置，该阵列基板包括基底，所述基底形成有：指纹识别电路、指纹信号读取线、初始化信号线、公共电压输入端、输出控制信号线。这样一方面，由于不需要单独的膜层或者面板承载指纹识别电路，能够降低相应的显示装置的厚度；另一方面，指纹识别电路以及相关信号线可以在制作阵列基板的过程中同时形成，降低了相应的显示装置的制作难度。

Description

阵列基板、驱动方法和显示装置

技术领域

本发明属于显示技术领域，特别涉及一种阵列基板、驱动方法和显示装置。

背景技术

随着指纹识别技术的日益成熟，其应用也越来越广泛。在一些消费类的电子产品的显示屏(比如手机、PDA等)中，也开始引入指纹识别功能。现有技术中，一般是在显示面板上直接贴附一层包含指纹识别电路的面板或者膜层形成具有指纹识别功能的显示屏。但是这样的设计一方面会导致显示屏的厚度增加，另一方面也需要单独的工艺制作相应的指纹识别面板或者膜层。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的显示装置，以在不增加厚度的前提下实现指纹识别功能，并能够通过简单工艺制作。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种阵列基板，所述阵列基板包括基底，所述基底形成有：

用于进行指纹识别的多个指纹识别电路、指纹信号读取线、初始化信号线、公共电压输入端、输出控制信号线；所述指纹识别电路包括初始化单元、指纹识别单元和输出控制单元，其中，

所述初始化单元，与所述指纹识别单元相连，用于在所述初始化信号线的控制下对所述指纹识别单元进行初始化；

所述指纹识别单元，与所述公共电压输入端相连，用于对相应区域内的指纹进行识别并产生识别信号；

所述输出控制单元，与所述指纹识别单元相连，并连接所述输出控制信号线和所述指纹信号读取线，用于在所述输出控制信号线的控制下将所述指纹识别单元产生的识别信号输出到所述指纹信号读取线。

进一步的，所述初始化单元具体包括第一晶体管，所述第一晶体管的第一端连接公共电压输入端，第二端连接所述指纹识别单元的电压输入端，控制端连接所述初始化信号线。

进一步的，所述输出控制单元包括第二晶体管，所述第二晶体管的第一端连接所述指纹识别单元的输出端，第二端连接所述指纹信号读取线，控制端连接所述输出控制信号线。

进一步的，所述指纹识别单元包括基准电容、感应电极和第三晶体管；

其中，所述基准电容的第一端与所述第三晶体管的控制端相连，并作为所述指纹识别单元的电压输入端与所述第一晶体管的第二端相连；所述感应电极与所述基准电容的第一端相连；所述第三晶体管的第一端连接所述公共电压输入端，第二端作为所述指纹识别单元的输出端连接所述第二晶体管的第一端。

进一步的，各个指纹识别电路位于所述阵列基板的像素单元中的非显示区域内。

进一步的，每X*Y个像素单元中有一个像素单元内形成有所述指纹识别电路，其中，X、Y≥2。

进一步的，一个指纹识别电路所连接的初始化信号线为与该指纹识别电路相邻的前后两级栅极扫描信号线中的前一级栅极扫描信号线，输出控制信号线为该指纹识别电路相邻的两条栅极扫描信号线中的后一级栅极扫描信号线。

进一步的，所述指纹信号读取线的方向垂直于栅极扫描信号线。

本发明还提供了一种指纹识别电路的驱动方法，所述方法包括：

初始化阶段，在初始化信号线上施加扫描信号，控制初始化单元对指纹识别单元进行初始化；

识别阶段，在输出控制信号线上施加扫描信号，控制输出控制单元将所述指纹识别单元产生的识别信号输出到指纹信号读取线。

本发明还提供了一种显示装置，包括上述任一项所述的阵列基板。

本发明提供的阵列基板中集成有用于进行指纹识别的指纹识别电路以及相关信号线。这样一方面，由于不需要单独的膜层或者面板承载指纹识别电路，能够降低相应的显示装置的厚度；另一方面，指纹识别电路以及相关信号线可以在制作阵列基板的过程中同时形成，降低了相应的显示装置的制作难度。

附图说明

图1为本发明提供的阵列基板中像素电路和指纹识别电路的电路结构图；

图2为本发明提供的阵列基板中部分信号的工作时序示意图；

图3a和图3b为本发明提供的阵列基板中的像素电路和指纹识别电路在不同时序下的电流流向和电压值的示意图；

图4a和图4b为本发明提供的阵列基板中指纹识别电路进行指纹识别的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施例了一种阵列基板，所述阵列基板包括基底，

所述基底形成有：用于进行指纹识别的多个指纹识别电路、指纹信号读取线、初始化信号线、公共电压输入端、输出控制信号线；每一个指纹识别电路均包括初始化单元、指纹识别单元和输出控制单元，其中，

所述初始化单元，与所述指纹识别单元相连，并连接公共电压输入端和对应的初始化信号线，用于在初始化信号线的控制下利用公共电压输入端提供的电压对所述指纹识别单元进行初始化；

所述指纹识别单元，与公共电压输入端相连，用于利用公共电压输入端提供的工作电压对相应区域内的指纹进行识别并产生识别信号；

所述输出控制单元，与所述指纹识别单元相连，并连接所述输出控制信号线和所述指纹信号读取线，用于在所述输出控制信号线的控制下将所述指纹识别单元产生的识别信号输出到所述指纹信号读取线。

本发明提供的阵列基板中集成有用于进行指纹识别的指纹识别电路以及相关信号线。这样一方面，由于不需要单独的膜层或者面板承载指纹识别电路，能够降低相应的显示装置的厚度；另一方面，指纹识别电路以及相关信号线可以在制作阵列基板的过程中同时形成，降低了相应的显示装置的制作难度。

实际应用中，本发明中，所述的多个指纹识别电路可以设置在阵列基板上不用于显示的特定区域，也可以设置在阵列基板的显示部分。两种方式都不会影响本发明的实施，相应的技术方案也都应该落入本发明的保护范围。在本发明优选的实施例中，将指纹识别电路设置在阵列基板的显示部分中。

更进一步的，本发明优选的实施例中，将指纹识别电路设置在阵列基板的像素单元内，且在每一个包含指纹识别电路的像素单元中仅设置一个指纹识别电路。

在具体实施时，为了避免设置在像素单元中的指纹识别电路影响开口率，还可以进一步将指纹识别电路整体或者部分设置在像素单元中的非显示区域。

进一步的，包含指纹识别电路的像素单元在阵列基板中呈周期性分布。即在相邻的多个像素单元中仅有一个像素单元包含上述的指纹识别电路。更优选的方式是，每X*Y个像素单元中有一个像素单元设置一个指纹识别电路，即每X行Y列像素单元中有一个像素单元内形成有指纹识别电路，其中，X、Y为大于2的自然数。

由于在实际应用中，指纹的一个纹理的宽度远大于像素单元的宽度，因此适当的降低指纹识别电路的密度并不会影响指纹的识别的精度。在此基础上，本发明优选的实施方式中，为了降低阵列基板的制作成本和制作复杂度，使指纹识别电路在阵列基板中呈周期性分布，而不是在每个像素单元内都设置一个指纹识别电路。当然为了保证能够正确的识别指纹，这里的X、Y不应该取过大的值。

本领域技术人员可以理解，在阵列基板上的每一个像素单元都设置一个指纹识别电路，或者仅在阵列基板的特定区域形成多个指纹识别电路，同样能够实现本发明提供的技术方案。本发明优选的实施方式并不能理解为对本发明保护范围的限定。

下面结合附图1对本发明设置在像素单元内的指纹识别电路的结构进行说明，由于在阵列基板中，像素单元内还设置有像素电路，本发明中，同时结合指纹识别电路和像素电路进行说明。

如图1所示，在第n行栅极扫描信号线(以下简称为栅线)G n和第n+1行栅线G n+1与第n列数据线Data n和第n+1列数据线Data n+1限定的像素单元中设置有像素电路10和指纹识别电路20，同时在其他的像素单元中也均设置有像素电路10，其中，

指纹识别电路20可以包括初始化单元201、指纹识别单元202和输出控制单元203；其中，初始化单元201与指纹识别单元202元相连，并连栅线G n以及公共电压输入端T(图中表示为三角图案)，用于在栅线G n的控制下利用公共电压输入端T中的公共电压(假设为Vcom)对指纹识别单元202进行初始化；

指纹识别单元202，与公共电压输入端T相连，用于利用公共电压输入端T提供的驱动电压识别所在像素单元内的指纹，并产生相应的识别信号；

输出控制单元203，与指纹识别单元202以及对应的识别信号读取线Read line相连，并连接栅线G n+1，用于在栅线G n+1的控制下将指纹识别单元202产生的识别信号输出到所连接的识别信号读取线Readline。

本发明优选的实施例中，使栅线G n和栅线G n+1作为初始化单元和输出控制单元的控制线，这样可以进一步增加阵列基板的集成度，避免在阵列基板上专门制作用于对初始化单元进行控制的初始化信号线和用于对输出控制单元输出控制信号线。当然，在阵列基板上专门制作初始化信号线和输出控制信号线可以实现本发明的技术方案，本发明优选的实施方案并不能理解为本发明保护范围的限定。

本发明实施例中，使用公共电压输入端提供的电压对指纹识别单元进行初始化，以及为指纹识别电路提供工作电压，能够避免专门制作相应的初始化电极和驱动电极。但是实际应用中，本领域技术人员也可以专门制作初始化电极和驱动电极同样能够实现本发明提供的技术方案，这种对本发明进行简单的替换得到的技术方案也应该落入本发明的保护范围。

进一步的，如图1所示，初始化单元201具体包括第一晶体管M1，第一晶体管M1的第一端连接公共电压输入端T，第二端连接指纹识别单元202的电压输入端a端，控制端连接栅线G n。当在栅线G n中施加脉冲信号时，M1导通，将指纹识别单元202的电压输入端a端的电压置为公共电压输入端T的电压Vcom。

进一步的，如图1所示，输出单元203包括第二晶体管M2，第二晶体管M2的第一端连接指纹识别单元202的输出端，第二端连接对应的识别信号读取线Read line，控制端连接后一行栅线G n+1。当在栅线Gn+1中施加脉冲信号时，M2导通，将指纹识别单元202产生的识别信号输出到识别信号读取线Read line。具体实施是，由于第一晶体管M1和第二晶体管M2都是在栅线施加脉冲信号时开启，因此第一晶体管M1和第二晶体管M2的沟道类型应该一致，比如同为N型或者同为P型。

进一步的，如图1所示，指纹识别单元202包括基准电容C_s、感应电极d和第三晶体管M3；

其中，基准电容C_s的第一端与第三晶体管M3的控制端相连，并通过指纹识别单元202的电压输入端a端与第一晶体管M1的第二端相连；感应电极d与基准电容C_s的第一端相连；第三晶体管M3的第一端连接公共电压输入端T，第二端通过指纹识别单元202的输出端连接第二晶体管M2的第一端。

实际应用中，由于基准电容C_s的第一端与第一晶体管M1的第二端相连，则在第一晶体管M1导通后，公共电压输入端T与基准电容C_s的第一端的联通，向基准电容C_s充电使得基准电容C_s存储一定量的电荷，从而维持第三晶体管M3控制端的电压；另外在实际应用中，第三晶体管M3本身可能会产生一个寄生电容C_t，在充电时寄生电容C_t也会存储一部分电荷；由于基准电容C_s的第一端还与感应电极d相连，则在手指触摸到该感应电极d所对应的区域时，手指与感应电极d之间形成耦合电容C_f，则在第一晶体管M1关断的情况下，所形成的耦合电容C_f会分走基准电容C_s和寄生电容C_t的一部分电荷，从而拉低a端的电压，即第三晶体管M3控制端的电压。由于在手指触摸到屏幕上时，指纹中的凹陷部分与突出部分与感应电极d之间的距离不同，则所形成的耦合电容C_f的大小也不同，相应的，对a端电压的拉低幅度也不同(C_f与(C_s+C_t)的比值越大，则其分走电荷的能力越强，对a端电压拉低的幅度也越大)；这样，通过选择具有合适的导通阈值的第三晶体管M3和基准电容C_s，能够使第三晶体管M3在指纹的凹陷部分触摸到该指纹识别电路对应的像素单元时的导通状态与指纹的突出部分触摸到该指纹识别电路对应的像素单元时的导通状态不同，从而形成不同的识别信号。

在图1中，基准电容C_s的第二端还连接了栅线G n，但是需要指出的是，根据上述的指纹识别单元的工作原理，本领域技术人员可以明白，在实际应用中，基准电容C_s的第二端并不必然的连接栅线Gn，将基准电容C_s的第二端接地或者空接、或者接入其他线端(公共电极端T除外)都不会影响准电容C_s的第一端的充放电，相应的也不会影响本发明的实施。

进一步的，各个像素电路10包括第四晶体管M4(为了与其他像素单元中的第四晶体管M4进行区分，将第n行栅线G n和第n+1行栅线G n+1与第n列数据线Data n和第n+1列数据线Data n+1限定的像素单元中设置的像素电路10中的第四晶体管标记为M4’，其他像素电路10中的第四晶体管标记为M4)、存储电容C_st、液晶偏转电容C_lc；

其中，第四晶体管M4’的控制端连接栅线Gn+1，第一端连接对应的数据线Data n，第二端连接存储电容C_st的第一端以及液晶偏转电容C_lc的第一端。

进一步的，本发明中的各个晶体管均为N沟道型薄膜场效应晶体管。此时各个晶体管的第一端指薄膜场效应晶体管的漏极、第二端是指薄膜场效应晶体管的源极。采用同一类型的晶体管，能够实现工艺流程的统一，从而提高产品的良品率。当然实际应用中，上述的各个薄膜场效应晶体管也可以全为P型，相应的，此时各个晶体管的第一端指薄膜场效应晶体管的源极、第二端是指薄膜场效应晶体管的漏极。当然，对于源极和漏极可以互换的晶体管，第一端和第二端的类型并没有限制。

优选的，指纹识别电路20在制作像素电路10时形成。

由于本发明实施例中，由于像素电路10和指纹识别电路20所涉及的元件基本相同，相应的，可以通过相同的制作工艺形成。通过这种方式，能够进一步简化制作阵列基板的工艺。

可选的，指纹信号读取线的方向垂直于栅极扫描信号线。这样做的好处是，针对每一列包含指纹识别电路的像素单元，仅需使用一条指纹信号读取线，在读取到识别信号以后，这样的指纹信号读取线能够确定产生该识别信号的指纹识别电路所在的像素列，并结合当前施加扫描信号线的栅线确定产生该识别信号的位置。当然，实际应用中，指纹信号读取线的方向也可以为其他方向，比如平行于栅极扫描信号线，此时针对一列的指纹识别电路，需要设置多条指纹信号读取线。

本发明还提供了一种指纹识别电路的驱动方法，该驱动方法包括初始化阶段和识别阶段，其中，

初始化阶段，在初始化信号线上施加扫描信号，控制初始化单元对指纹识别单元进行初始化；

识别阶段，在输出控制信号线上施加扫描信号，控制输出控制单元将所述指纹识别单元产生的识别信号输出到指纹信号读取线。

下面以驱动上述图1中栅线G n和栅线G n+1以及数据线Data n和Data n+1所限定的像素单元中的设置有像素电路和指纹识别电路为例，结合图2和图3对本发明提供的驱动方法进行说明，为了方便说明，假设该像素单元所涉及的各个晶体管均为N沟道型薄膜场效应晶体管，此时，施加在栅线上的脉冲信号应为高电平信号(参见图2)。

在初始化阶段(1st stage)，如图2所示，在栅线Gn上施加脉冲信号(即高电平信号)，其他栅线上不施加脉冲信号(低电平)；如图3a所示，在该像素单元的像素电路中，第四晶体管M4’关断，像素电路处于非工作状态；在指纹识别电路中，第一晶体管M1导通，公共电压输入端T的电压Vcom写入到基准电容C_s的a端。

在识别阶段(2nd stage)，如图2所示，在栅线G n+1上施加脉冲信号，此时如图3b所示，在像素电路中，第四晶体管M4’导通，将存储电容C_st第一端的电压置为数据电压(假设为Vdata)；由于存储电容C_st第一端与液晶偏转电容C_lc的第一端(像素电极)相连，能够维持液晶偏转电容C_lc的第一端的电压，从而控制对应区域内的液晶分子的偏转，实现发光控制；

在指纹识别电路中，如图3b所示，第二晶体管M2导通，将产生的识别信号输出到Read line。不难理解，由于M2仅在其所在的像素单元所对应的栅线(即G n+1)施加高电平时导通，则在Read line中读取到的信号必然是由当前扫描到的那一行(第n+1行)像素单元中的指纹识别电路生成，通过这种方式，能够确定产生指纹识别信号的指纹识别电路的纵坐标。可见，本发明实施例中，栅线充当了X方向上读取线。Readline本身为Y方向读取线，用于读取X方向的坐标。

下面结合图4对本发明实施例提供的阵列基板中指纹识别电路的工作原理进行具体说明，如图4a所示，当指纹识别电路的对应的位置为指纹的凹陷部分时，凹陷部分与感应电极d形成电容C_f1，由于凹陷部分相对于感应电极d的距离较大，则形成的电容C_f1也较小，这样的电容不会过多的带走C_s和C_t的电荷，也就是说不会导致第三晶体管M3的栅极电压的大幅下降，第三晶体管M3会被导通，这样在第二晶体管M2导通时，识别信号读取线Read line读取到的识别信号为高电平。

相应的，如图4b所示，当指纹识别电路的上方为指纹的突出部分时，突出部分与感应电极d形成电容C_f2，由于突出部分相对于感应电极的距离较小，则形成的电容C_f2也较大，这样的电容会大量的分走C_s和C_t的电荷，导致驱动晶体管栅极电压的大幅下降，这样第二晶体管M2导通时，第三晶体管M3不会被导通，识别信号读取线Read line读取到的识别信号为低电平。

后续过程中，可以对识别信号读取线Read line读取到的识别信号进行放大，并输入到相应的处理器，处理器根据接收到的识别信号的电平高低确定相应的区域是指纹的凹陷部分还是突出部分，从而识别指纹。

需要指出的是，虽然本发明中仅以本发明实施例提供的指纹识别电路对本发明提供的指纹识别电路的驱动方法进行了说明，但是在实际应用中，上述的驱动方法还可以用于驱动其他结构类型的指纹识别电路。采用本发明提供的驱动方法对其他结构类型的指纹识别电路进行驱动也应落入本发明的保护范围。

基于相同的构思，本发明还提供了一种显示装置，包括上述任一项所述的阵列基板。

这里的显示装置可以为：液晶面板、OLED面板、电子纸、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种阵列基板，所述阵列基板包括基底，其特征在于，所述基底形成有：用于进行指纹识别的多个指纹识别电路、指纹信号读取线、初始化信号线、公共电压输入端、输出控制信号线；所述指纹识别电路包括初始化单元、指纹识别单元和输出控制单元，其中，

所述初始化单元，与所述指纹识别单元相连，用于在所述初始化信号线的控制下对所述指纹识别单元进行初始化；

所述指纹识别单元，与所述公共电压输入端相连，用于对相应区域内的指纹进行识别并产生识别信号；

所述输出控制单元，与所述指纹识别单元相连，并连接所述输出控制信号线和所述指纹信号读取线，用于在所述输出控制信号线的控制下将所述指纹识别单元产生的识别信号输出到所述指纹信号读取线。

2.如权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，所述初始化单元具体包括第一晶体管，所述第一晶体管的第一端连接公共电压输入端，第二端连接所述指纹识别单元的电压输入端，控制端连接所述初始化信号线。

3.如权利要求2所述阵列基板，其特征在于，所述输出控制单元包括第二晶体管，所述第二晶体管的第一端连接所述指纹识别单元的输出端，第二端连接所述指纹信号读取线，控制端连接所述输出控制信号线。

4.如权利要求3所述的阵列基板，其特征在于，所述指纹识别单元包括基准电容、感应电极和第三晶体管；

其中，所述基准电容的第一端与所述第三晶体管的控制端相连，并作为所述指纹识别单元的电压输入端与所述第一晶体管的第二端相连；所述感应电极与所述基准电容的第一端相连；所述第三晶体管的第一端连接所述公共电压输入端，第二端作为所述指纹识别单元的输出端连接所述第二晶体管的第一端。

5.如权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，各个指纹识别电路位于所述阵列基板的像素单元中的非显示区域内。

6.如权利要求5所述的阵列基板，其特征在于，每X*Y个像素单元中有一个像素单元内形成有所述指纹识别电路，其中，X、Y≥2。

7.如权利要求1-6任一项所述的阵列基板，其特征在于，一个指纹识别电路所连接的初始化信号线为与该指纹识别电路相邻的前后两级栅极扫描信号线中的前一级栅极扫描信号线，输出控制信号线为该指纹识别电路相邻的两条栅极扫描信号线中的后一级栅极扫描信号线。

8.如权利要求7所述的阵列基板，其特征在于，所述指纹信号读取线的方向垂直于栅极扫描信号线。

9.一种指纹识别电路的驱动方法，其特征在于，，所述方法包括：

初始化阶段，在初始化信号线上施加扫描信号，控制初始化单元对指纹识别单元进行初始化；

识别阶段，在输出控制信号线上施加扫描信号，控制输出控制单元将所述指纹识别单元产生的识别信号输出到指纹信号读取线。

10.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的阵列基板。