CN104881196A - 基板及显示屏 - Google Patents

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Abstract

一种基板及显示屏。该基板包括像素阵列区，其中所述像素阵列区包括：衬底基板；设置在所述衬底基板上的遮光区；以及设置在所述遮光区中的至少一个指纹识别传感器图案。所述指纹识别传感器图案包括：驱动电极图案和感应电极图案，其中所述驱动电极图案构造为提供指纹识别的驱动信号，所述感应电极图案构造为接收指纹识别的感测信号，所述驱动电极图案和所述感应电极图案相互绝缘。

Description

基板及显示屏
技术领域
本公开涉及显示技术领域，尤其涉及一种基板及包括该基板的显示屏。
背景技术
为了安全起见，在现有个人便携式电子装置中，常常会利用指纹识别技术实现用户身份验证。显示屏包括显示区和非显示区，现有的指纹识别区域设置在非显示区中，相应地，用于指纹识别的传感器图案位于所述指纹识别区域的下方。例如，在一种现有电子装置(例如美国苹果公司推出的iphone5s智能手机)中，用于保护显示面板的盖板上设有开孔，该开孔位于盖板的非显示区中且对应于指纹识别区域，一蓝宝石玻璃覆盖在所述开孔上。
然而，这种开孔设计和蓝宝石玻璃的使用不仅使制作工艺复杂，制造成本升高，而且缩小了显示区的尺寸，降低了用户体验。
发明内容
本发明第一方面提供了一种基板，该基板包括像素阵列区，其中所述像素阵列区包括：衬底基板；设置在所述衬底基板上的遮光区；以及设置在所述遮光区中的至少一个指纹识别传感器图案，所述指纹识别传感器图案包括：驱动电极图案和感应电极图案，其中所述驱动电极图案构造为提供指纹识别的驱动信号，所述感应电极图案构造为接收指纹识别的感测信号，所述驱动电极图案和所述感应电极图案相互绝缘。
本发明第二方面提供了一种显示屏，包括以上所述的基板。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1示意性示出了根据本发明实施例的基板的结构示意图；
图2a和图2b示意性示出了滑动式指纹识别的互电容原理；
图3示意性示出了根据本发明实施例的显示屏的平面图；
图4示意性示出了根据本发明实施例的彩膜基板的平面图；
图5和图6分别是沿图4中I-I线、II-II线的截面图；
图7示意性示出了根据本发明实施例的另一彩膜基板的平面图；
图8示意性示出了根据本发明实施例的显示屏的结构示意图；
图9示意性示出了根据本发明实施例的另一显示屏的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。
本文中，术语“像素阵列区”指基板上包括呈阵列布置的多个子像素区的区域，该子像素区包括透光区以达到显示目的。例如，当基板为彩膜基板时，子像素区分别为彩色滤光单元(例如红、绿和蓝色滤光单元)，在由彩膜基板和其对置基板构成的液晶显示屏中，该像素阵列区的位置对应于显示屏的显示区。
如图1所示，根据本发明一个实施例提供一种基板1，包括像素阵列区10，其中像素阵列区10包括：衬底基板101；设置在衬底基板上的遮光区102；以及设置在遮光区102中的至少一个指纹识别传感器图案103。指纹识别传感器图案103包括：驱动电极图案103a和感应电极图案103b，其中驱动电极图案103a构造为提供指纹识别的驱动信号，感应电极图案103b构造为接收指纹识别的感测信号，驱动电极图案103a和感应电极图案103b相互绝缘。
在本发明至少一个实施例中，像素阵列区10包括遮光区102和多个透光区104。如图1所示，多个透光区104以矩阵方式排列，每个透光区104的四周通过遮光区102的环绕而界定，也就是说，任意相邻两个透光区104被遮光区102间隔。遮光区102中形成有遮光层，该遮光层由遮光材料制成，例如黑色树脂材料。透光区104中形成有透光层。在一个示例中，该基板为彩膜基板。该遮光区102用作黑矩阵，以提高显示的色彩对比度、减少漏光。该透光区104用作彩色滤光单元，相应地，透光层可由红、绿或蓝色滤光材料制成，红、绿、蓝色滤光单元以矩阵方式排布在衬底基板101上。衬底基板101例如为玻璃、石英、塑料等透明基板。基板1还可以包括连接指纹识别传感器图案103的引线区20，在制作显示屏时，该引线区20位于显示屏的非显示区内，例如被位于周边的黑矩阵所遮挡。
如图1所示，指纹识别传感器图案103包括驱动电极图案103a和感应电极图案103b，二者均设置在像素阵列区10的遮光区102中。当手指在显示屏上滑动并且经过指纹识别传感器图案103时，根据互电容原理，驱动电极图案103a和感应电极图案103b之间产生电场变化，根据该电场变化判断出指纹谷和脊之间的差异。图2a和图2b示意性示出了滑动式指纹识别的互电容原理。在图2a时刻，驱动电极图案的驱动电极线Tx到感应电极图案的感应电极线Rx经过指纹谷凹处空气处，Tx到Rx的电容相对较大，这样Tx到Rx的电场值会相对较大；在图2b时刻，驱动电极线Tx到感应电极线Rx经过指纹脊凸处空气，Tx到Rx的电容相对较小，更多的电场线被手指吸收。这样Tx到Rx的电场值会相对较小。通过比较两个时刻的电场或电容，便可得到指纹谷和脊之间的差异，由此可得到整个指纹的图案。
如图3所示，当采用基板1制作显示屏时，基板1的像素阵列区10位于显示屏的显示区中。将指纹识别传感器图案103设置在像素阵列区10中，相当于在显示区中形成了一指纹识别区域；该指纹识别区域仍然可以用于显示，不影响用户的使用体验。当手指在该指纹识别区域中滑动时，通过指纹识别传感器图案103即可实现指纹识别。可以理解的是，该指纹识别传感器图案103的数量可以不只一个，例如两个、三个等，这样可以同时对多个不同的手指进行识别以提高个人信息安全保障。另外，指纹识别传感器图案103可以形成在像素阵列区10中的任一位置，当指纹识别传感器图案103的数量为多个时，可以设置在几个不同位置，这些位置可根据用户需求定制。
通过上述实施例的基板能在显示屏的显示区中实现滑动指纹的识别，不仅降低了制造成本，而且由于无需在非显示区中设计开孔，增加了显示区的使用面积，由此提高了显示效果和用户体验。
下面以基板1用作彩膜基板为例对本发明做进一步说明，可以理解的是，指纹识别传感器图案还可以集成到诸如用于阵列上彩膜(Color on Array,COA)基板等的对置基板，也可以用到COA基板本身等其他显示基板上。
图4示意性示出了根据本发明另一实施例的具有第一指纹识别传感器图案的彩膜基板的平面图，该第一指纹识别传感器图案适于手指沿显示屏竖直方向(y或-y方向)滑动时的指纹识别。图5和图6分别是沿图4中I-I线、II-II线的截面图。
与图1相似，彩膜基板包括像素阵列区，此处“像素阵列区”指的是包括呈矩阵方式排布的多个彩色滤光单元的区域。如图4～6所示，该像素阵列区包括衬底基板1001，形成在该衬底基板1001上的多个彩色滤光单元1004、围绕在该多个彩色滤光单元1004四周的黑矩阵1002、形成在黑矩阵1002上的指纹识别传感器图案1003、以及覆盖整个基板的钝化层1005。
彩色滤光单元1004通常包括红色滤光单元1004R或绿色滤光单元1004G或蓝色滤光单元1004B，也可以是其他颜色的滤光单元，比如黄色滤光单元。本实施例中，红色滤光单元1004R、绿色滤光单元1004G和蓝色滤光单元1004B以矩阵方式排列在衬底基板1001上，任意两个彩色滤光单元1004之间被黑矩阵1002隔开。黑矩阵1002例如由黑色树脂材料制成以避免漏光。钝化层1005由绝缘材料制成，该绝缘材料例如为有机绝缘材料(例如树脂)或无机绝缘材料(例如氧化硅、氮化硅等)。
如图4所示，指纹识别传感器图案1003包括驱动电极图案1003a和感应电极图案1003b，二者均设置在黑矩阵所在区域中，由此避免电极图案对显示效果的影响。驱动电极图案1003a包括相互平行的多条驱动电极线Tx1、Tx2、Tx3……Txn。感应电极图案1003b包括两组感应电极线，即第一组感应电极线Rx1、Rx1'和第二组感应电极线Rx2、Rx2'。每条驱动电极线Rx1(或Rx1'、Rx2、Rx2')和每条感应电极线Tx1(或Tx2、Tx3……Txn)相互电绝缘且二者的延伸方向彼此垂直。
每条感应电极线Rx1沿纸平面内的水平方向延伸。每条驱动电极线Tx1包括两个第一驱动部分A1和连接两个第一驱动部分A1的多个第二驱动部分A2。两个第一驱动部分A1沿纸平面内的竖直方向延伸且相互平行，多个第二驱动部分A2沿水平方向延伸且相互平行。
如图5所示，第一组感应电极线Rx1、Rx1'和感应电极线Tx3的第二驱动部分设置在同一层中且彼此电绝缘；同理可知，第一组感应电极线Rx1、Rx1'和每条感应电极线设置在同一层中且彼此不接触。
如图6所示，感应电极线Rx2'设置在每条感应电极线之上的另一不同层中，但二者同样被绝缘层1005隔开且彼此电绝缘；同理可知，第二组感应电极线Rx2、Rx2'与每条驱动电极线相互垂直交叉。
图5、图6所示的两组感应电极线和驱动电极线之间的位置关系仅为示意性的，在其他实施例中，可以将两组感应电极线Rx1、Rx1'、Rx2、Rx2'设置在同一层中，并且将驱动电极线Tx1、Tx2、Tx3……Txn设置在另一不同层中，同样能达到感应电极线和驱动电极线彼此绝缘的目的。
驱动电极图案1003a和感应电极图案1003b的各个尺寸可根据实际需要确定。例如，每条感应电极线Rx1的宽度大约为32μm，两个感应电极线Rx1、Rx1'之间的间距d1大约为32μm，Rx2和Rx2'之间的间距与此相同。感应电极线Rx1'与驱动电极线Tx1(或Tx2、Tx3)之间的间距(或称正对距离)d2为25μm～50μm。两个第一驱动部分A1之间的间距(或称列宽)为大约25μm，两个驱动电极线Tx1、Tx2之间的间距(或称列间距)为大约25μm。驱动电极线的个数按照显示屏上的按键尺寸进行选择，如果按照508DPI分辨率进行设计，150根驱动电极线对应的宽度大约为7.5mm，即指纹识别传感器图案1003的宽度大约为7.5mm。指纹识别传感器图案1003的长度由两组感应电极线之间的间距决定，因此，可以根据实际需要进行选择。
下面以图4的彩膜基板制成的显示屏为例说明指纹识别的工作原理。当手指沿竖直方向滑动时(例如从图4中第一组感应电极线Rx1、Rx1'开始向下滑动时)，首先Tx1发出驱动信号，此时两组感应电极线同时接收感应信号，其余的Tx2、Tx3～Txn全部接地处理；接下来，Tx2发出驱动信号，此时两组感应电极线同时接收感应信号，其余的Tx1、Tx3～Txn全部接地处理；以此类推，直到Txn驱动完成。由于驱动频率比较快(大约为数十MHz)，这样手指由上向下滑动后，经过Rx的所有信息会全部被记录以形成完整的指纹信息。第一组感应电极线为差分对接受信号线，这种设计可以更好地去除外界噪声，便于更好地抓取信号。第二组感应电极线Rx2、Rx2'用来抓取和第一组感应电极线Rx1、Rx1'的探测信号之间的时间差，这样可以判断手指滑动时的速度，进而将不同速度滑动得到的指纹图像进行统一形状的拼接(统一化指纹图形)。为了进一步提高指纹识别的准确性，在其他实施例中，还可以设置更多组感应电极线以缩短扫描驱动时间。
图7示意性示出了根据本发明再一实施例的具有第二指纹识别传感器图案的彩膜基板的平面图，该第二指纹识别传感器图案适于手指沿显示屏水平方向(x或-x方向)滑动时的指纹识别。
与图4所示的第一指纹识别传感器图案不同，在第二指纹识别传感器图案中，每条感应电极线Rx1沿竖直方向延伸，并且每条驱动电极线Tx1包括沿水平方向延伸的主驱动部分B1和与沿竖直方向延伸的多个辅助驱动部分B2，每个辅助驱动部分B2与主驱动部分B1相互垂直且彼此接触。类似地，感应电极线Rx1'与驱动电极线Tx1(或Tx2、Tx3、Tx4)之间的间距(或称正对距离)为25μm～50μm。
当手指沿水平方向滑动时(例如从图7中第二组感应电极线Rx2、Rx2'开始向右滑动时)，首先Tx1发出驱动信号，此时两组感应电极线同时接收感应信号，其余的Tx2、Tx3、Tx4～Txn全部接地处理；接下来，Tx2发出驱动信号，此时两组感应电极线同时接收感应信号，同时，其余的Tx1、Tx3、Tx4～Txn全部接地处理；以此类推，直到Txn驱动完成。由于驱动频率比较快，这样手指由左向右滑动后，经过Rx的所有信息会全部被记录以形成完整的指纹信息。
通过上述实施例的彩膜基板能在显示屏的显示区中实现滑动指纹的识别，不仅降低了制造成本，而且由于无需在非显示区中设计开孔，增加了显示区的使用面积，由此提高了显示效果和用户体验。
如图3所示，根据本发明又一实施例，提供一种显示屏，包括上述任一实施例中的基板。该显示屏包括显示区和非显示区，非显示区为显示屏除显示区外的区域，包括集成IC和柔性电路板FPC。该显示区包括与以上实施例所描述的至少一个指纹识别传感器图案相对应的至少一个指纹识别区域。指纹识别区域的面积小于显示区的面积，指纹识别区域的形状可以为类似手指的圆形或使手指在其中滑动的长方形，指纹识别区域的具体个数、形状和面积可根据实际需要来设计。
如图8所示，在本发明至少一个实施例中，显示屏为液晶显示屏，上述基板为彩膜基板，液晶显示屏还包括与所述彩膜基板相对而置的阵列基板2。在显示区中，彩膜基板1和阵列基板2之间夹有液晶层3。在彩膜基板1和阵列基板2的最外层分别设置有上、下偏光片11、22，在上偏光片11上粘附有盖板4，该盖板4为平板。彩膜基板1集成有以上任一实施例中所述的指纹识别传感器图案1003。在该指纹识别传感器图案1003上方对应形成了一个指纹识别区域。
为了缩短手指和指纹识别传感器图案之间的距离(图8中双箭头所示)，从而进一步提升指纹识别的灵敏度，在一个实施例中，盖板4'面向所述彩膜基板的一侧上形成有凹槽401用以容纳整个上偏光片11和整个彩膜基板1，如图9所示。这样，由于彩膜基板1和上偏光片11被凹槽401所包覆，可使盖板4'位于上偏光片的部分的厚度降低，从而缩短了手指与指纹识别传感器图案1003之间的距离。凹槽4的内壁环绕在上偏光片11和彩膜基板1的四周。凹槽4的深度s例如实质上等于上偏光片11和彩膜基板1的厚度总和。
在本发明至少一个实施例中，显示屏为触摸显示屏，该触摸显示屏包括触控结构。该触控结构可以为电阻型、电容型等。例如，当该触控结构为电容型时，可以基于自电容原理或互电容原理制备。当该触控结构为基于互电容原理时，可包括触控感应电极和触控驱动电极，该触控感应电极和触控驱动电极可以形成在彩膜基板和阵列基板之一上，并且该触控感应电极和触控驱动电极可至少遍布整个显示区，还可部分延伸至显示区之外。该触摸显示屏可以为多种类型，例如，触控结构可以设置在一块触摸屏上，该触摸屏设置在显示面板(例如液晶面板或OLED面板)之前(例如OGS型)；或者触控结构可以形成为显示面板的一部分，例如触控感应电极和触控驱动电极都形成显示面板的上基板(例如彩膜基板)的外表面上(即On-cell型)，或者形成显示面板内(即In-cell型)，例如二者都形成在彩膜基板或阵列基板上，或者分别形成在彩膜基板和阵列基板上。触控感应电极和触控驱动电极分别与指纹识别传感器图案1003电绝缘以避免相互干扰。在该实施例中，显示屏不但可以用于输入指令，例如触击、滑动、手势等触控指令的输入，还可以用于指纹识别，因此集成了多种功能，更有利于改善用户体验，并节约了制造成本。
通过上述实施例的显示屏实现了在显示区中的滑动指纹的识别，不仅降低了制造成本，而且由于无需在非显示区中设计开孔，增加了显示区的使用面积，由此提高了显示效果和用户体验。
以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (15)

1.一种基板，包括像素阵列区，其中所述像素阵列区包括：
衬底基板；
设置在所述衬底基板上的遮光区；以及
设置在所述遮光区中的至少一个指纹识别传感器图案，所述指纹识别传感器图案包括：
驱动电极图案和感应电极图案，其中所述驱动电极图案构造为提供指纹识别的驱动信号，所述感应电极图案构造为接收指纹识别的感测信号，所述驱动电极图案和所述感应电极图案相互绝缘。
2.根据权利要求1所述的基板，其中所述像素阵列区还包括多个透光区，所述多个透光区由所述遮光区环绕和分隔。
3.根据权利要求1所述的基板，其中所述驱动电极图案包括相互平行的多条驱动电极线，所述感应电极图案包括两组感应电极线，所述驱动电极线和所述感应电极线相互电绝缘且延伸方向彼此垂直。
4.根据权利要求3所述的基板，其中每条感应电极线沿水平方向延伸，每条驱动电极线包括沿竖直方向延伸且相互平行的两个第一驱动部分，以及连接所述两个第一驱动部分的沿水平方向延伸且相互平行的多个第二驱动部分。
5.根据权利要求3所述的基板，其中每条感应电极线沿竖直方向延伸，每条驱动电极线包括沿水平方向延伸的一个主驱动部分和与沿竖直方向延伸的多个辅助驱动部分，每个辅助驱动部分与所述主驱动部分相互连接且垂直交叉。
6.根据权利要求2至5任一项所述的基板，所述基板为彩膜基板，所述遮光区为黑矩阵，所述透光区中设置有彩色滤光单元。
7.一种显示屏，包括权利要求1至5任一项所述的基板。
8.根据权利要求7所述的显示屏，其中所述显示屏包括显示区和非显示区，所述显示区包括与所述至少一个指纹识别传感器图案相对应的至少一个指纹识别区域。
9.根据权利要求8所述的显示屏，其中所述指纹识别区域的面积小于所述显示区的面积。
10.根据权利要求8所述的显示屏，其中所述显示屏为液晶显示屏，所述基板为彩膜基板，所述液晶显示屏还包括与所述彩膜基板相对而置的阵列基板。
11.根据权利要求10所述的显示屏，还包括设置在所述彩膜基板上的上偏光片和盖板，其中所述盖板面向所述彩膜基板的一侧上形成有凹槽用以容纳所述上偏光片和所述彩膜基板。
12.根据权利要求11所述的显示屏，其中所述凹槽的内壁环绕在所述上偏光片和彩膜基板的四周。
13.根据权利要求11所述的显示屏，其中所述凹槽的深度等于所述上偏光片和彩膜基板的厚度总和。
14.根据权利要求10所述的显示屏，还包括至少设置于所述显示区中的触控结构。
15.根据权利要求14所述的显示屏，其中所述触控结构包括触控感应电极和触控驱动电极，所述触控感应电极和触控驱动电极设置在所述彩膜基板和所述阵列基板之一上。
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