CN105631432A - 指纹探测电路及驱动方法和显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种指纹探测电路，包括指纹探测单元、高电平信号线和低电平信号线，指纹探测单元包括充电开关、放电开关和输入储能单元，指纹探测电路还包括输出单元，输出单元包括输出储能子单元，充电开关的输出端与放电开关的输入端相连，光敏二极管的阴极与充电开关的输入端相连，放电开关的输出端形成为指纹探测单元的输出端，输入储能单元的一端与充电开关的输出端相连，输入储能单元的另一端与低电平信号线相连，输出单元的输入端与指纹探测单元的输出端电连接。本发明还提供一种显示装置和所述指纹探测电路的驱动方法。利用所述指纹探测电路能够获得精确的指纹形貌。

Description

指纹探测电路及驱动方法和显示装置

技术领域

本发明涉及指纹探测领域，具体地，涉及一种指纹探测电路、该指纹探测电路的驱动方法和包括所述指纹探测电路的显示装置。

背景技术

为了提高电子设备的保密性能，通常，可以在电子设备中增加指纹识别装置，该指纹识别装置中可以包括指纹探测电路。

图1中所示的是一种利用光敏二极管来实现指纹探测的指纹探测电路。如图所示，所述指纹探测电路包括多个指纹探测单元，每个指纹探测单元中都包括一个光敏二极管和一个开关晶体管。光敏二极管的阳极与高电平输入端相连，光敏二极管的阴极与开关晶体管的第一极相连，开关晶体管的栅极与栅线相连，开关晶体管T的第二极形成为指纹探测单元的输出端。

如图2中所示，指纹探测电路设置在层A中。当操作者的手指200覆盖在指纹探测电路的指纹探测单元上时，通过光敏二极管的电流会发生改变，通过对通过光敏二极管的电流的改变来确定指纹的形貌。

但是，图1中所示的指纹探测电路不能精确地检测指纹的形貌。

发明内容

本发明的目的在于提供一种指纹探测电路、该指纹探测电路的驱动方法和包括所述指纹探测电路的显示装置。利用所述驱动方法驱动所述指纹探测电路检测指纹时，可以获得精确的指纹探测结果。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种指纹探测电路，所述指纹探测电路包括指纹探测单元、高电平信号线和低电平信号线，所述指纹探测单元中均设置有光敏二极管，所述光敏二极管的阳极与所述高电平信号线电连接，其中，所述指纹探测单元还包括充电开关、放电开关和输入储能单元，所述指纹探测电路还包括输出单元，所述输出单元包括输出储能子单元，所述充电开关的输出端与所述放电开关的输入端相连，所述光敏二极管的阴极与所述充电开关的输入端相连，所述放电开关的输出端形成为所述指纹探测单元的输出端，所述输入储能单元的一端与所述充电开关的输出端相连，所述输入储能单元的另一端与所述低电平信号线相连，所述输出单元的输入端与所述指纹探测单元的输出端电连接，所述输出储能子单元用于存储所述指纹探测单元的输出端输出的电量，所述输出储能子单元能够在预定时刻向所述输出单元的输出端放电。

优选地，所述充电开关和所述放电开关均为薄膜晶体管，所述指纹探测电路还包括栅线组，所述栅线组包括充电栅线和放电栅线，所述充电开关的第一极形成为所述充电开关的输入端，所述充电开关的第二极为所述充电开关的输出端，所述充电开关的栅极与所述充电栅线相连，所述放电开关的第一极形成为所述放电开关的输入端，所述放电开关的第二极形成为所述放电开关的输出端，所述放电开关的栅极与所述放电栅线相连。

优选地，所述指纹探测电路包括排列为N行的多个指纹探测单元，所述指纹探测电路包括N个所述栅线组，同一行的所述指纹探测单元与同一组所述栅线组相连，N为大于1的自然数。

优选地，所述指纹探测单元排列为M列，所述指纹探测电路包括M条输出线，M条所述输出线与M列所述指纹探测单元一一对应，且同一列的指纹探测单元的输出端与相应的所述输出线电连接，每条所述输出线对应一个所述输出单元，且所述输出线与相应的输出单元的输入端电连接，其中，M为自然数。

优选地，所述输出单元还包括运算放大器和短接开关，所述运算放大器的第一输入端与所述输出线电连接，所述运算放大器的第二输入端与所述低电平信号线电连接，所述输出储能子单元的一端与所述运算放大器的输出端电连接，所述输出储能子单元的第二端与所述运算放大器的第一输入端电连接，所述短接开关与所述输出储能子单元并联，所述短接开关能够在所述预定时刻导通，以将所述输出储能子单元的两端短接。

优选地，所述输出储能子单元包括反馈电容。

优选地，所述输入存储单元包括存储电容。

作为本发明的另一个方面，提供一种显示装置，所述显示装置包括指纹探测电路，其中，所述指纹探测电路为本发明所提供的上述指纹探测电路。

作为本发明的还一个方面，提供一种指纹探测电路的驱动方法，其中，所述指纹探测电路为本发明所提供的上述指纹探测电路，所述驱动方法包括至少一个工作周期，对于每个所述指纹探测单元而言，每个工作周期都包括多个充电子周期和多个放电子周期，所述充电子周期和所述放电子周期交替进行：

在充电子周期，控制所述充电开关导通，并控制所述放电开关断开，以向所述输入储能单元充电；

在放电子周期，控制所述充电开关断开，并控制所述放电开关导通，以使得所述存储元件向所述输出储能子单元充电；

在所述工作周期结束的时刻，控制所述输出储能子单元向所述输出单元的输出端放电。

优选地，当所述指纹探测电路包括排列为多行的多个指纹探测单元时，同一行的指纹探测单元工作周期同步，相邻两行指纹探测单元的工作周期互相错开。

在利用本发明所提供的指纹探测电路探测指纹形貌时，指纹的脊覆盖在指纹探测单元上之后的一个工作周期结束时，输出储能子单元中累积电量Q1。指纹的谷覆盖在指纹探测单元上之后的一个工作结束时，输出储能子单元中累积电量Q2。电量Q1和电量Q2之间具有较大的差异。相应地，指纹的脊覆盖在指纹探测单元上之后的一个工作周期结束时，输出储能子单元放电产生电流I1。指纹的谷覆盖在指纹探测单元上之后的一个工作结束时，输出储能子单元放电产生电流I2。由于电量Q1与电量Q2之间具有较大的差异，因此，电流I1与电流I2之间也具有较大的差异，相当于多次光电流差异得到累积，从而更便于后续的分析模块分析两种状态下对光电流的影响，从而可以更精确地确定指纹的形貌。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术中的指纹探测电路的电路示意图；

图2是指纹探测电路检测指纹形貌的原理示意图；

图3是本发明所提供的指纹探测电路的电路示意图；

图4是本发明所提供的指纹探测电路的信号时序图；

图5是本发明所提供的指纹探测电路的输出单元中，输出储能子单元的电压随时间变化的曲线图。

附图标记说明

100：输出单元110：运算放大器

200：手指

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，将流过光敏二极管的电流称为光电流。

通过本发明的发明人研究发现，图1中所示的指纹探测电路之所以无法精确地确定指纹形貌的原因是，当操作者的手指覆盖在指纹探测电路上方时，指纹的谷引起的光电流变化与指纹的脊引起的光电流变化量之间的差异较小。

为了解决上述问题，作为本发明的一个方面，提供一种指纹探测电路，所述指纹探测电路包括至少一个指纹探测单元(图1中示出了其中的四个指纹探测单元)、高电平信号线VDD、和低电平信号线VSS。如图3中所示，每个所述指纹探测单元中均设置有光敏二极管(图3中示出了第一行第一列指纹探测单元中的光敏二极管D1、第一行第二列指纹探测单元中的光敏二极管D2、第二行第一列指纹探测单元中的光敏二极管D3和第二行第二列指纹探测单元中的光敏二极管D4)。所述光敏二极管的阳极与高电平信号线VDD电连接。其中，所述指纹探测单元还包括充电开关T1、放电开关T2和输入储能单元。所述指纹探测电路还包括输出单元100，该输出单元100包括输出储能子单元。如图1中所示，充电开关T1的输出端与放电开关T2的输入端相连，该指纹探测单元中的光敏二极管的阴极与充电开关T1的输入端相连，放电开关T2的输出端形成为所述指纹探测单元的输出端，所述输入储能单元的一端与充电开关T1的输出端相连，所述输入储能单元的另一端与低电平信号线VSS相连。输出单元100的输入端与所述指纹探测单元的输出端电连接，所述输出储能子单元用于存储所述指纹探测单元的输出端输出的电量。所述输出储能子单元能够在预定时刻向输出单元的输出端放电。

在本发明中，预定时刻是指一个指纹探测单元的一个工作周期结束的时刻。

在本发明中，指纹探测电路可以包括一个指纹探测单元，也可以包括多个指纹探测单元。

当指纹探测电路包括一个指纹探测单元时，需要操作者在指纹探测电路的上方移动手指，从而可以确保检测到完整的指纹。

当指纹探测电路包括多个指纹探测单元时，操作者直接将手指覆盖在指纹探测电路的上方即可。

在利用所述指纹探测电路探测指纹时，驱动所述指纹探测电路的驱动方法包括至少一个工作周期，每个工作周期都包括多个充电子周期和多个放电子周期，所述充电子周期和所述放电子周期交替进行：

在充电子周期t1，控制充电开关T1导通，并控制放电开关T2断开，以向所述输入存储单元充电；

在放电子周期t2，控制充电开T1关断开，并控制放电开关T2导通，以使得所述输入储能单元向所述指纹探测单元的输出端放电。

所述输入储能单元在放电子周期t2所放的电量被直接或间接充入所述输出储能子单元中。

由于每个工作周期都包括多个充电子周期t1和多个放电子周期t2，因此，在一个工作周期结束后，输出储能子单元中累积的电量已经相对较多。

本领域技术人员容易理解的是，指纹的脊覆盖在指纹探测单元上时该指纹检测单元输出的电流、指纹的谷覆盖在该指纹探测单元上时该指纹检测单元输出的电流和无指纹覆盖在该指纹探测单元上时该指纹检测单元输出的电流是不同的。

在利用本发明所提供的指纹探测电路探测指纹形貌时，指纹的脊覆盖在指纹探测单元上之后的一个工作周期结束时，输出储能子单元中累积电量Q1。指纹的谷覆盖在指纹探测单元上之后的一个工作结束时，输出储能子单元中累积电量Q2。电量Q1和电量Q2之间具有较大的差异。相应地，指纹的脊覆盖在指纹探测单元上之后的一个工作周期结束时，输出储能子单元放电产生电流I1。指纹的谷覆盖在指纹探测单元上之后的一个工作结束时，输出储能子单元放电产生电流I2。由于电量Q1与电量Q2之间具有较大的差异，因此，电流I1与电流I2之间也具有较大的差异，相当于多次光电流差异得到累积，从而更便于后续的分析模块分析两种状态下对光电流的影响，从而可以更精确地确定指纹的形貌。

图5中所示的是一种包括三个充电子周期t1和三个放电子周期t2的具体实施方式。在图5中，H为一个充电子周期或放电子周期持续的时间。

在第一个充电子周期t1中，指纹探测单元中的充电开关T1导通，从而向输入储能单元充电。在第一个充电子周期t1结束后开始第一个放电子周期t2，在该第一个放电子周期t2中，放电开关T2导通，输入储能单元通过指纹探测单元的输出端放电，从而可以向所述输出储能子单元充电。

在第一个放电子周期t2结束后开始第二个充电子周期t1，在该第二个充电子周期t1中，充电开关T1再次导通，继续向输入储能单元充电。在第二个充电子周期t1结束后开始第二个放电子周期t2，在该第二个放电子周期t2中，放电开关T2导通，输入储能单元继续通过指纹探测单元的输出端放电，从而可以继续向所述输出储能子单元充电。

在第二个放电子周期t2结束后开始第三个充电子周期t1，在该第三个充电子周期t1中，充电开关T1再次导通，继续向输入储能单元充电。在第三个充电子周期t1结束后开始第三个放电子周期t2，放电开关T2导通，输入储能单元继续向指纹探测单元的输出端放电，从而可以继续向所述输出储能子单元充电。

当三个充电子周期和三个放电子周期结束后，所述输出储能子单元两端的压差达到Vref。

当最后一个放电子周期结束后，与输出端相连的电容开始进行放电输出。由于在利用本发明所提供的指纹探测单元进行指纹探测时，指纹的脊引起的光电流变化和指纹的谷引起的光电流变化都得到累积，从而增大了指纹的脊覆盖在指纹探测单元上方时的输出电流与指纹的谷覆盖在指纹探测单元上方时的输出电流之间的差异，从而可以更加精确地确定覆盖在指纹探测电路上的指纹的形貌。

在本发明中，对充电开关和放电开关的具体类型也没有特殊的规定。在图3中所示的实施方式中，充电开关T1和放电开关T2均为薄膜晶体管。为了便于对充电开关T1和放电开关T2进行控制，优选地，所述指纹探测电路还包括栅线组，所述栅线组包括充电栅线和放电栅线。充电开关T1的第一极形成为该充电开关T1的输入端，充电开关T1的第二极为该充电开关的输出端，充电开关T1的栅极与所述充电栅线相连。放电开关T2的第一极形成为该放电开关T2的输入端，放电开关T2的第二极形成为该放电开关的输出端，放电开关T2的栅极与所述放电栅线相连。

在充电子周期中，向充电栅线提供有效的信号，以使得充电开关T1导通，向所述放电栅线提供无效信号，以使得放电开关T2截止。在放电子周期中，向放电栅线提供有效的信号，以使得放电开关T2导通，向所述充电栅线提供无效信号，以使得所述充电开关T1截止。

在图3中示出的实施例中，第一个栅线组包括充电栅线G1-2和放电栅线G1-1，第二个栅线组包括充电栅线G2-2和放电栅线G2-1。第二个栅线组包括充电栅线G2-2和放电栅线G2-1。

如上文中所述，所述指纹探测电路可以包括一个指纹探测单元，也可以包括多个指纹探测单元。

为了精确地探测指纹的形貌，优选地，所述指纹探测电路可以包括多个指纹探测单元。作为本发明的一种优选实施方式，多个所述指纹探测单元排列为N行，所述指纹探测电路包括N个所述栅线组，同一行的所述指纹探测单元与同一组所述栅线组相连，其中，N为大于1的自然数。

为了便于控制，可以对N个指纹探测单元的2N条栅线进行逐行的扫描，从而分别在不同的工作周期控制不同行的指纹探测单元。如图4所示，在工作周期T11向第一个栅线组的充电栅线和放电栅线提供周期性的脉冲信号，在工作周期T21向第二个栅线组的充电栅线和放电栅线提供周期性的脉冲信号。通过图4可以看出，在同一个工作周期中，向充电栅线提供的周期性的脉冲信号与向放电栅线提供给的周期性的脉冲信号的相位差为180°。

为了便于输出信号，优选地，所述指纹探测单元排列为M列，所述指纹探测电路包括M条输出线，M条所述输出线与M列所述指纹探测单元一一对应，且同一列的指纹探测单元的输出端与相应的所述输出线电连接，每条输出线对应一个输出单元100，且所述输出线与相应的输出单元100的输入端电连接，其中，M为自然数。

在图3中所示的实施方式中，示出了其中的两条输出线，分别为第一条输出线R1和第二条输出线R2。在扫描到第一行指纹探测单元时，第一行中各列指纹探测单元通过相应的输出线进行输出；在扫描到第二行指纹探测单元时，第二行中各列指纹探测单元通过相应的输出线进行输出，依次类推。

在本发明中，对输出单元的具体类型并不做特殊的规定。在图3中所示的实施方式中，输出单元100包括运算放大器110、输出储能子单元和短接开关T3。如图中所示，运算放大器110的第一输入端与所述输出线电连接，运算放大器110的第二端与低电平信号线VSS电连接。所述输出储能子单元的一端与运算放大器110的输出端电连接，所述输出储能子单元的第二端与运算放大器110的第一输入端电连接，短接开关T3与所述输出储能子单元并联，短接开关T3能够在所述预定时刻导通，以将所述输出储能子单元的两端短接。容易理解的是，不同列的指纹探测单元对应的输出单元100的短接开关T3的预定时刻是不同的。

在本发明中，对所述输出储能子单元的具体结构并不做特殊的限定。在本发明的优选实施方式中，所述输出储能子单元包括反馈电容Cfb。

在本发明中，对所述输入存储单元的具体结构也不做特殊限定。在本发明所提供的优选实施方式中，所述输入存储单元包括存储电容Cst。

作为本发明的另一个方面，提供一种显示装置，所述显示装置包括指纹探测电路，其中，所述指纹探测电路为本发明所提供的上述指纹探测电路。

在本发明中，可以将指纹探测电路设置在显示装置的显示区之外的区域中。也可以将指纹探测电路的指纹探测单元设置在显示区中。例如，可以将指纹探测单元设置在显示区的像素单元中。

作为本发明的还一个方面，提供一种指纹探测电路的驱动方法，其中，所述指纹探测电路为本发明所提供的上述指纹探测电路，所述驱动方法包括至少一个工作周期，对于每个所述指纹探测单元而言，每个工作周期都包括多个充电子周期和多个放电子周期，所述充电子周期和所述放电子周期交替进行：

在充电子周期，控制所述充电开关导通，并控制所述放电开关断开，以向所述输入储能单元充电；

在放电子周期，控制所述充电开关断开，并控制所述放电开关导通，以使得所述存储元件向所述输出储能子单元充电；

在所述工作周期结束的时刻，控制所述输出储能子单元向所述输出单元的输出端放电。

优选地，当所述指纹探测电路包括排列为多行的多个指纹探测单元时，同一行的指纹探测单元工作周期同步，相邻两行指纹探测单元的工作周期互相错开。如图4所示，第一行指纹探测单元的工作周期T11与第二行指纹探测单元的工作周期T12互相错开。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种指纹探测电路，所述指纹探测电路包括指纹探测单元、高电平信号线和低电平信号线，所述指纹探测单元中均设置有光敏二极管，所述光敏二极管的阳极与所述高电平信号线电连接，其特征在于，所述指纹探测单元还包括充电开关、放电开关和输入储能单元，所述指纹探测电路还包括输出单元，所述输出单元包括输出储能子单元，所述充电开关的输出端与所述放电开关的输入端相连，所述光敏二极管的阴极与所述充电开关的输入端相连，所述放电开关的输出端形成为所述指纹探测单元的输出端，所述输入储能单元的一端与所述充电开关的输出端相连，所述输入储能单元的另一端与所述低电平信号线相连，所述输出单元的输入端与所述指纹探测单元的输出端电连接，所述输出储能子单元用于存储所述指纹探测单元的输出端输出的电量，所述输出储能子单元能够在预定时刻向所述输出单元的输出端放电。

2.根据权利要求1所述的指纹探测电路，其特征在于，所述充电开关和所述放电开关均为薄膜晶体管，所述指纹探测电路还包括栅线组，所述栅线组包括充电栅线和放电栅线，所述充电开关的第一极形成为所述充电开关的输入端，所述充电开关的第二极为所述充电开关的输出端，所述充电开关的栅极与所述充电栅线相连，所述放电开关的第一极形成为所述放电开关的输入端，所述放电开关的第二极形成为所述放电开关的输出端，所述放电开关的栅极与所述放电栅线相连。

3.根据权利要求2所述的指纹探测电路，其特征在于，所述指纹探测电路包括排列为N行的多个指纹探测单元，所述指纹探测电路包括N个所述栅线组，同一行的所述指纹探测单元与同一组所述栅线组相连，N为大于1的自然数。

4.根据权利要求2或3所述的指纹探测电路，其特征在于，所述指纹探测单元排列为M列，所述指纹探测电路包括M条输出线，M条所述输出线与M列所述指纹探测单元一一对应，且同一列的指纹探测单元的输出端与相应的所述输出线电连接，每条所述输出线对应一个所述输出单元，且所述输出线与相应的输出单元的输入端电连接，其中，M为自然数。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的指纹探测电路，其特征在于，所述输出单元还包括运算放大器和短接开关，所述运算放大器的第一输入端与所述输出线电连接，所述运算放大器的第二输入端与所述低电平信号线电连接，所述输出储能子单元的一端与所述运算放大器的输出端电连接，所述输出储能子单元的第二端与所述运算放大器的第一输入端电连接，所述短接开关与所述输出储能子单元并联，所述短接开关能够在所述预定时刻导通，以将所述输出储能子单元的两端短接。

6.根据权利要求5所述的指纹探测电路，其特征在于，所述输出储能子单元包括反馈电容。

7.根据权利要求1至3中任意一项所述的指纹探测电路，其特征在于，所述输入存储单元包括存储电容。

8.一种显示装置，所述显示装置包括指纹探测电路，其特征在于，所述指纹探测电路为权利要求1至7中任意一项所述的指纹探测电路。

9.一种指纹探测电路的驱动方法，其特征在于，所述指纹探测电路为权利要求1至7中任意一项所述的指纹探测电路，所述驱动方法包括至少一个工作周期，对于每个所述指纹探测单元而言，每个工作周期都包括多个充电子周期和多个放电子周期，所述充电子周期和所述放电子周期交替进行：

在充电子周期，控制所述充电开关导通，并控制所述放电开关断开，以向所述输入储能单元充电；

在放电子周期，控制所述充电开关断开，并控制所述放电开关导通，以使得所述存储元件向所述输出储能子单元充电；

在所述工作周期结束的时刻，控制所述输出储能子单元向所述输出单元的输出端放电。

10.根据权利要求9所述的驱动方法，其特征在于，当所述指纹探测电路包括排列为多行的多个指纹探测单元时，同一行的指纹探测单元工作周期同步，相邻两行指纹探测单元的工作周期互相错开。