CN105095855B - 一种指纹识别器件、触控面板、输入设备及指纹识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种指纹识别器件、触控面板、输入设备及指纹识别方法。所述指纹识别器件，包括：指纹识别模块、栅极线和信号线；栅极线和信号线交叉设置限定出多个感应区域，每个感应区域中设置有薄膜晶体管和与薄膜晶体管连接的感应电极；所述薄膜晶体管的栅极与栅极线连接，源极与信号线连接，漏极与感应电极连接；信号线包括发射信号线和接收信号线，感应电极包括发射电极和接收电极；相邻的发射电极和接收电极之间产生从发射电极到接收电极的电场；指纹识别模块与接收信号线连接，通过检测手指表面处于所述电场中时电场的强弱，以确定所述手指的纹路。本发明提供的指纹识别器件、触控面板、输入设备及指纹识别方法，能够在人们日常电子产品中有着较好的适用性。

Description

一种指纹识别器件、触控面板、输入设备及指纹识别方法

技术领域

本发明涉及电子以及显示技术，尤其涉及一种指纹识别器件、触控面板、输入设备及指纹识别方法。

背景技术

随着市场的发展，指纹识别技术成了电子产品的重要功能之一，这一功能被许多电子厂商所关注并应用在其电子产品中，普遍认为指纹识别装置会为未来社会实现移动支付等提供关键的技术支撑，因为指纹识别技术能够明显提高移动支付的安全性和便捷性。

目前的指纹识别感应器都是通过芯片技术进行设计和制作，普遍感应面积小，价格高。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种指纹识别器件、触控面板及指纹识别方法，能够在人们日常电子产品中有着较好的适用性。

基于上述目的本发明提供的指纹识别器件，包括：

指纹识别模块、多条栅极线和多条信号线；

所述栅极线和所述信号线交叉设置限定出多个感应区域，每个感应区域中设置有薄膜晶体管和与薄膜晶体管连接的感应电极；所述薄膜晶体管的栅极与栅极线连接，源极与信号线连接，漏极与所述感应电极连接；

所述信号线包括发射信号线和接收信号线，所述感应电极包括与发射信号线连接的发射电极和与接收信号线连接的接收电极；相邻的发射电极和接收电极之间产生从发射电极到接收电极的电场；

指纹识别模块与接收信号线连接，通过检测手指表面处于所述电场中时，所述电场的强弱，以确定所述手指的纹路；

同一行的感应电极包括发射电极和接收电极，且连接同一个栅极线。

可选的，所述指纹识别器件还还包括：

第一放大器：设置于发射电极对应的感应区域，其输出端与同一感应区域的发射电极连接；反相输入端与同一感应区域的薄膜晶体管的漏极连接；

第二放大器：设置于接收电极对应的感应区域，其输出端与同一感应区域的薄膜晶体管的漏极连接，其反相输入端与同一感应区域的接收电极连接。

可选的，同列的发射电极和接收电极间隔设置。

可选的，同一行的发射电极的数目少于接收电极的数目。

可选的，所述指纹识别器件还包括：环境噪声检测单元：用于检测感应区域的环境电场；所述环境电场为所述感应区域在手指未触碰情况下的电场，用于在确定手指纹路时计算基准电场，使得能够根据所述基准电场强弱和手指表面处于电场中时的电场强弱确定手指纹路。

可选的，所述环境噪声检测单元还包括第三放大器和环境噪声感应电极；所述第三放大器的输出端与所述环境噪声感应电极连接，所述第三放大器的反相输入端与所述指纹识别模块连接。

可选的，还包括驱动单元：用于逐行驱动所述栅极线。

可选的，所述感应电极的密度至少为每平方英寸300个。

同时，本发明还提供一种触控面板，包括本发明任意一项实施例所述的指纹识别器件。

进一步，本发明还提供一种指纹识别方法，应用于本发明任意一项实施例所述的指纹识别器件，包括：

向发射电极和接收电极提供电信号；

获取发射电极到接收电极感应的电场信号；

根据所述电场信号的强弱，确定手指纹路。

可选的，应用于本发明某些实施例所述的指纹识别器件，所述获取接收电极感应的电场信号的步骤之后，还包括：

根据环境噪声检测单元检测的环境电场和获取到的发射电极到接收电极之间的电场信号确定基准电场；

在根据所述电场信号的强弱、确定手指纹路时，根据所述基准电场的强弱和手指表面处于电场中时的电场强弱确定手指纹路。

进一步，本发明还提供一种输入设备，包括本发明任一项实施例所述的触控面板。

从上面所述可以看出，本发明提供的指纹识别器件、触控面板、输入设备及指纹识别方法，能够降低指纹识别的成本；由于现有的显示面板上本身具备栅极线和信号线、薄膜晶体管等元件，同时现有的显示屏生产厂家制造的显示屏具有足够高的像素，能够满足指纹识别的感应电极密度要求，因此对现有的显示面板进行一定的改造就可以将所述指纹识别器件制作在显示面板上，使得本发明能够利用目前已经普及的显示面板上已有的结构实现指纹识别，并且，由于指纹识别器件可在触控用玻璃基板上实现，相对于现有技术中结构复杂的光学指纹识别器件，本发明所提供的指纹识别器件具有更小的体积，使得指纹识别能够广泛应用到现有的触控电子设备中，提高电子设备解锁、支付等使用行为的安全性，同时由于指纹识别器件的体积较小，在电子设备上增加指纹识别功能时，不会对电子设备本身的体积、成本造成过多的改变。

附图说明

图1为本发明实施例的指纹识别器件结构示意图；

图2为图1的电路结构示意图；

图3A为本发明实施例的触控面板断面结构示意图；

图3B为本发明实施例的触控面板识别指纹的示意图；

图4为本发明一种实施例的指纹识别器件感应电极设置示意图；

图5为本发明另一种实施例的指纹识别器件感应电极设置示意图；

图6为本发明实施例的另一种实施例的指纹识别器件结构示意图；

图7为本发明实施例的环境噪声检测单元电路结构示意图；

图8为本发明实施例的触控面板结构示意图；

图9A、9B为本发明实施例的指纹识别器件驱动过程示意图；

图10为本发明实施例的指纹识别方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明首先提供一种指纹识别器件，由于感应电极会遮挡薄膜晶体管以及电路其它部分，在一幅图中难以同时将感应电极和薄膜晶体管同时展现出来，因此，结合图1、图2对本发明实施例的指纹识别器件的结构进行说明，其包括：

指纹识别模块、多条栅极线101和多条信号线102；

栅极线101和信号线102交叉设置限定出多个感应区域103，每个感应区域103中设置有薄膜晶体管104和与薄膜晶体管104连接的感应电极105；薄膜晶体管104的栅极与栅极线连接，源极与信号线102连接，漏极与所述感应电极连接；其中，由于遮挡，薄膜晶体管104在图1中未画出；

信号线102包括发射信号线和接收信号线，感应电极包括与发射信号线连接的发射电极1051和与接收信号线连接的接收电极1052；相邻的发射电极1051和接收电极1052之间产生从发射电极1051到接收电极1052的电场；为了体现出具体实施例中的电路结构，图2中未画出感应电极；

指纹识别模块与接收信号线连接，通过检测电场的强弱确定手指的纹路；

同一行感应电极包括发射电极和接收电极，且连接同一个栅极线。

从上面所述可以看出，本发明所提供的指纹识别器件，利用栅极线和信号线辅助实现指纹的识别，相邻的发射电极和接收电极之间形成电场。因为指纹的凹凸是由真皮层的凹凸导致的，而真皮是有细胞液的，也就是导电的，从而可以吸收电场线，通过测量指纹识别感应端子上方的电场大小从而可以判断指纹是凹形的还是凸形的。使用本发明所提供的指纹识别器件进行指纹识别时，当手指表面进入电场，指纹的真皮层的凹凸会对电场的大小强弱造成影响，导致电场强度的改变，进一步通过指纹识别模块检测电场强弱就可以间接检测指纹的凹凸，从而实现指纹检测。由于目前具有触控功能的电子设备已普及，触控类电子产品也是通过栅极线、信号线辅助实现触控功能；本发明的指纹识别器件能够借助现有的具有触控功能的电子设备中原有结构作为实现指纹识别功能的部分结构，从而使得指纹识别功能在电子设备中的普及难度大为降低。由于现有的显示面板上本身具备栅极线和信号线、薄膜晶体管等元件，同时现有的显示屏生产厂家制造的显示屏具有足够高的像素，能够满足指纹识别的感应电极密度要求，因此对现有的显示面板进行一定的改造就可以将指纹识别器件制作在显示面板上，从而有利于在人们日常使用的各类电子产品中实现快速推广。

上面所述同行的发射电极1051和接收电极1052间隔设置，包括下述情况：

同行的感应电极中，每两个发射电极1051之间设置有一个接收电极1052，每两个接收电极1052之间设置有一个发射电极1051；

同行的感应电极中，每两个发射电极1051之间设置有一个以上接收电极1052；

同行的感应电极中，每两个接收电极1052之间设置有一个以上发射电极1051。

本发明实施例还具体包括：通过检测手指表面处于所述电场中时所述电场的变化确定手指纹路。在一种具体实施例中，首先检测出手指表面处于所述电场中时所述电场值，然后根据手指未触碰情况下的电场值计算电场变化值，再根据所述电场变化值确定指纹。

另外一方面，感应电极的密度至少为每平方英寸300个。指纹识别感应器需要单位英寸有300以上的感应端子的密度，而显示屏厂家可以生产的显示屏普遍达到300ppi以上，即1英寸有300个以上的像素，考虑到一个像素是3个亚像素，那么指纹识别的密度要求，现有的显示屏、触控屏等是能够满足的。现有的触摸屏的触摸的密度远小于指纹识别所需要密度，因此，在触摸屏上直接制作本发明所提供的指纹识别器件，其指纹识别的区域中仍然能够设置触控功能，从而不会对触摸屏原有的功能造成影响。

上述发射电极1051到接收电极1052的电场，为发射电极1051与接收电极1052之间实际产生的电场。

在本发明具体实施例中，指纹识别模块的功能可以通过相应的芯片实现。

在本发明具体实施例中，感应电极应当具有一定的面积，例如，感应电极可以是方形或矩形的金属层，如图2所示的发射电极1051和接收电极1052。

在本发明具体实施例中，指纹识别模块还与发射信号线连接。

在上述实施例中，发射信号线和接收信号线为相对概念，即与发射电极连接的信号线为发射信号线，与接收电极连接的信号线为接收信号线；若是一个信号线同时与发射信号线和接收信号线连接，那么该信号线既是发射信号线，又是接收信号线。

在本发明一些实施例中，仍然参照图2，指纹识别器件还包括：

第一放大器106：设置于发射电极对应的感应区域，其输出端与同一感应区域发射电极连接；反相输入端与同一感应区域的薄膜晶体管104的漏极连接；

第二放大器107：设置于接收电极对应的感应区域，其输出端与同一感应区域的薄膜晶体管104的漏极连接，其反相输入端与同一感应区域的接收电极连接。

由于手指纹路较为细密，在检测指纹时，从发射电极到接收电极的电场强度不高，由于手指表面处于电场之中而导致的电场变化更为微弱，为了提高电场检测精度，进一步提高指纹识别精度，采用放大器对电信号进行放大，从而从发射电极到接收电极能够产生较大的电场，指纹对电场强弱所造成的影响也被放大，以及电场变化也会得到放大，提高了检测的准确度。

在本发明一些实施例中，如图4所示，同列的发射电极1051和接收电极1052间隔设置，使得相邻两行的发射电极和接收电极排布存在交错，会提高相邻两行的电场信号的差异，从而提高识别精度，改善识别效果。在本发明实施例中，栅极线所限定出的方向为行；信号线所限定出的方向为列。

上面所述同列的发射电极1051和接收电极1052间隔设置，包括下述情况：

同列的感应电极中，每两个发射电极1051之间设置有一个接收电极1052，每两个接收电极1052之间设置有一个发射电极1051；

同列的感应电极中，每两个发射电极1051之间设置有一个以上接收电极1052；

同列的感应电极中，每两个接收电极1052之间设置有一个以上发射电极1051。

在本发明一些实施例中，如图5所示，同一行的发射电极的数目少于接收电极的数目。本实施例中的设计能够进一步提高识别精度，改善识别效果。

在图4-5所示的实施例中，由于同列的电极可能包括发射电极，也包括接收电极，因此同一个信号线可能既是发射信号线，又是接收信号线。

在本发明一些实施例中，指纹识别器件还包括驱动单元：用于逐行驱动栅极线。

如图6所示，指纹识别器件的栅极线和信号线所限定出的多个感应区域，可作为手指触碰感测区域601，驱动单元可采用GOA(Gate On Array，阵列基板行驱动)单元602，GOA单元602设置于手指触碰感测区域601的两侧，包括TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)、移位寄存器等，用于逐行驱动栅极线。驱动过程如图9A-9B所示，首先参照图9A，当第n行栅极线101打开时，第n行栅极线101所对应的感应电极之间形成感应电场线，即图9A中箭头方向的电场线；再结合图6，这时通过放大器的发射电极发出信号，同时如果手指表面伸入电场中，使得指纹识别模块604通过信号线102检测出电场变化，判断存在指纹后，接收电极通过放大器接收信号。接着，如图9B所示，第n+1行栅极线101打开时，第n+1行栅极线101所对应的感应电极之间形成感应电场线，即图9B中箭头方向的电场线；在结合图6，所打开的栅极线对应的薄膜晶体管、放大器、感应电极等开始工作，并且把信号通过接收信号线传入芯片6042，从而芯片6042经过处理信号可以进行第n+1行栅极线对应的部分指纹的识别。

在本发明一些实施例中，仍然参照图6，指纹识别器件还包括：环境噪声检测单元603：用于检测感应区域的环境电场；环境电场为所述感应区域在手指未触碰情况下的电场，用于在确定手指纹路时计算基准电场，使得能够根据基准电场强弱和手指表面处于电场中时的电场强弱确定手指纹路。其中，基准电场为实测电场与环境电场的差值。

环境噪声检测单元603可设置于手指触碰感测区域601以外，以免进行指纹检测时手指误碰。由于发射电极到接收电极的电场较小，环境中的某些因素可能会对发射电极到接收电极的电场产生较为明显的影响，使得电场因为环境湿度、气压等环境因素出现相对较为明显的强弱改变而成为环境噪声。为提高精度，需排除环境因素对发射电极到接收电极的电场所造成的影响。具体可采用本实施例所提供的环境噪声检测单元603，发射电极到接收电极的电场强弱在实际应用中可设定一个额定值，在理想状态下，即在可忽略环境对电场强弱造成的影响的状态下，发射电极到接收电极的电场的额定值可作为基准电场；但在实际状态下，环境因素可能会对发射电极到接收电极之间的电场产生影响，通过环境噪声检测单元603，能够检测出由于环境因素导致的电场变化，获得环境噪声，从而在检测时能够在电场的额定值的基础上进行调整，使得指纹识别模块的芯片通过信号对比可以过滤掉环境因素对电场产生的干扰，除去环境噪声，从而实现更高的信噪比，减少环境因素影响电场而进一步对指纹识别造成的影响，提高了指纹识别的灵敏性。

在图6所示的指纹识别器件中，指纹识别模块604包括柔性电路板6041和芯片6042，芯片6042设置在柔性电路板6041上。在一些具体实施例中，柔性电路板6041与栅极线、信号线、GOA单元602、噪声检测单元603等连接，从而芯片6042控制电场并检测电场变化。柔性电路板6041上设置有通用接口，基本上能够连接任意电子产品。

在本发明一些实施例中，如图7所示，环境噪声检测单元603还包括第三放大器701和环境噪声感应电极；第三放大器的输出端与环境噪声感应电极连接，第三放大器701的反相输入端与指纹识别模块连接。其中，环境噪声感应电极和指纹识别模块在图7中未画出。

同时，本发明还提供一种触控面板，包括本发明任意一项实施例所提供的指纹识别器件。

图8为本发明实施例的一种触控面板示意图，将本发明实施例所提供的指纹识别器件应用于手机或平板电脑等的触控面板，在图8中虚线所对应的区域为触控面板的指纹识别区域，在该区域内实现指纹识别，在具体实现时，可将指纹识别区域制作的较大，使得用户可以在一个较大的范围内按压手指实现指纹识别，提高用户使用的方便性，进一步改善用户体验。同时，指纹识别区域也可具备触控面板原有的触控功能，因此，触控面板原有的按键布局可不进行改变。

图3A展示了触控面板指纹识别区域的断面结构示意，发射电极1051和接收电极1052设置于触控面板的导电玻璃层301下方，发射电极1051和接收电极1052下方可设置图2所示的电路部分。手指302触碰触控面板上的指纹识别区域，如图3B所示，即可实现指纹识别，本发明实施例所提供的指纹识别器件可设置于导电玻璃层301和玻璃基板303之间。

本发明还提供一种指纹识别方法，应用于本发明任意一项实施例所提供的指纹识别器件，包括如图10所示的步骤：

步骤101：向发射电极和接收电极提供电信号；

步骤102：获取接收电极感应的电场信号；

步骤103：根据电场信号的强弱，确定手指纹路。

从上面所述可以看出，本发明所提供的指纹识别方法，能够通过电场信号的强弱识别手指纹路，使得指纹识别方法可以应用到玻璃面板、或基板、或当今用户普遍所所用的电子器件中，提供了一种在玻璃衬底基板上也能够制作的、具有广泛应用性的实现方式，不会对电子器件本身造成体积上的过度增加，有利于指纹识别方法推广的同时，对电子产品本身所具有的功能或体积造成的影响极小。

在本发明的一些实施例中，所述方法应用于本发明某些实施例所提供的指纹识别器件，在获取接收电极感应的电场信号的步骤之后，还包括：

根据环境噪声检测单元检测的环境电场确定基准电场；

在根据电场信号的强弱、确定手指纹路时，根据基准电场的强弱和手指表面处于电场中时的电场强弱确定手指纹路。

本发明还提供一种输入设备，包括本发明任意一项实施例所提供的触控面板，该输入设备可以是手机、平板电脑、遥控器和指纹考勤装置等需要指纹识别的设备的一种。

从上面所述可以看出，本发明提供的指纹识别器件、触控面板、输入设备及指纹识别方法，能够利用目前已经普及的触控面板上已有的结构实现指纹识别，能够降低指纹识别的成本，并缩小指纹识别器件的体积，使得指纹识别能够广泛应用到现有的触控电子设备中，提高电子设备解锁、支付等使用行为的安全性，同时不会对电子设备本身的体积、成本造成过多的改变。

应当理解，本说明书所描述的多个实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种指纹识别器件，其特征在于，包括：

指纹识别模块、多条栅极线和多条信号线；

所述栅极线和所述信号线交叉设置限定出多个感应区域，每个感应区域中设置有薄膜晶体管和与所述薄膜晶体管连接的感应电极；所述薄膜晶体管的栅极与所述栅极线连接，源极与所述信号线连接，漏极与所述感应电极连接；

所述信号线包括发射信号线和接收信号线，所述感应电极包括与所述发射信号线连接的发射电极和与所述接收信号线连接的接收电极；相邻的所述发射电极和所述接收电极之间产生从所述发射电极到所述接收电极的电场；

指纹识别模块与所述接收信号线连接，通过检测手指表面处于所述电场中时所述电场的强弱，以确定所述手指的纹路；

同一行的感应电极包括发射电极和接收电极，且连接同一个栅极线；

还包括：环境噪声检测单元：用于检测感应区域的环境电场；所述环境电场为所述感应区域在手指未触碰情况下的电场，用于在确定手指纹路时计算基准电场，使得能够根据所述基准电场强弱和手指表面处于电场中时的电场强弱确定手指纹路；

所述环境噪声检测单元还包括第三放大器和环境噪声感应电极；所述第三放大器的输出端与所述环境噪声感应电极连接，所述第三放大器的反相输入端与所述指纹识别模块连接。

2.根据权利要求1所述的指纹识别器件，其特征在于，还包括：

第一放大器：设置于发射电极对应的感应区域，其输出端与同一感应区域的发射电极连接；反相输入端与同一感应区域的薄膜晶体管的漏极连接；

第二放大器：设置于接收电极对应的感应区域，其输出端与同一感应区域的薄膜晶体管的漏极连接，其反相输入端与同一感应区域的接收电极连接。

3.根据权利要求1所述的指纹识别器件，其特征在于，同列的发射电极和接收电极间隔设置。

4.根据权利要求1所述的指纹识别器件，其特征在于，同一行的发射电极的数目少于接收电极的数目。

5.根据权利要求1所述的指纹识别器件，其特征在于，还包括驱动单元：用于逐行驱动所述栅极线。

6.根据权利要求1所述的指纹识别器件，其特征在于，所述感应电极的密度至少为每平方英寸300个。

7.一种触控面板，其特征在于，包括权利要求1-6中任意一项所述的指纹识别器件。

8.一种指纹识别方法，应用于如权利要求1-6任意一项所述的指纹识别器件，其特征在于，包括：

向发射电极和接收电极提供电信号；

获取发射电极到接收电极感应的电场信号；

根据所述电场信号的强弱，确定手指纹路。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，应用于权利要求5或6所述的指纹识别器件，所述获取接收电极感应的电场信号的步骤之后，还包括：

根据环境噪声检测单元检测的环境电场和获取到的发射电极到接收电极之间的电场信号确定基准电场；

在根据所述电场信号的强弱确定手指纹路时，根据所述基准电场的强弱和手指表面处于电场中时的电场强弱确定手指纹路。

10.一种输入设备，其特征在于，包括权利要求7所述的触控面板。