CN106537313B - 阵列基板及其驱动方法、显示面板和显示设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种阵列基板，该阵列基板包括：衬底基板；衬底基板上的多个像素单元的阵列，每个像素单元包括至少一个用于图像显示的子像素，所述多个像素单元中的至少一些包括至少一个子像素中的用于检测生物特征信息的半导体光电探测器；多根第一扫描线，其用于驱动图像显示；多根第二扫描线，每根第二扫描线连接至一行像素单元中的一行具有半导体光电探测器的子像素；以及多根读线，每根读线连接至一列像素单元中的一列具有半导体光电探测器的子像素中的各半导体光电探测器。

Description

阵列基板及其驱动方法、显示面板和显示设备

技术领域

本发明涉及显示技术，具体地说，涉及阵列基板、具有该阵列基板的显示面板和显示设备以及该阵列基板的驱动方法。

背景技术

近年来，在指纹和掌纹识别方面，已提出了各种方法。用于识别指纹和掌纹的光学方法的示例包括全反射法、光路分离法和扫描法。在全反射法中，来自诸如环境光之类的光源的光进入像素，并且在封装基板的表面上全反射。当手指或手掌触摸显示面板时，表面的全反射条件在触摸时局部地发生改变，局部地导致全反射扰乱。这种全反射扰乱导致反射减少。基于该原理，可区分手指的脊线与谷线。可替换地，可通过检测当手指触摸显示面板时电容的改变来识别指纹和掌纹。

发明内容

在一方面，本发明提供了一种阵列基板，该阵列基板包括：衬底基板；衬底基板上的多个像素单元的阵列，每个像素单元包括至少一个用于图像显示的子像素，所述多个像素单元中的至少一些在至少一个子像素中包括用于检测生物特征信息的半导体光电探测器；多根第一扫描线，其用于驱动图像显示；多根第二扫描线，每根第二扫描线连接至一行像素单元中的一行具有半导体光电探测器的子像素；以及多根读线，各读线连接至一列像素单元中的一列具有半导体光电探测器的子像素中的各半导体光电探测器；其中，每个子像素包括用于驱动图像显示的第一晶体管；每个半导体光电探测器包括：第一极性区，其连接至同一子像素中的公共电极；第二极性区，其连接至被构造为将复位电压信号提供至第二极性区的电极；以及二极管结，其将第一极性区与第二极性区连接；并且每个具有半导体光电探测器的子像素包括第二晶体管，第二晶体管包括连接至对应的第二扫描线的栅极节点、连接至对应的读线的第一节点以及通过被构造为提供复位电压信号的电极直接地或者间接地连接至第二极性区的第二节点。

可选地，被构造为提供复位电压信号的电极是第二晶体管的第二节点；半导体光电探测器位于第二晶体管的第二节点的远离衬底基板的一侧；半导体光电探测器在阵列基板的平面图中的投影在同一子像素中的第二晶体管的第二节点的投影内。

可选地，被构造为提供复位电压信号的电极是与同一子像素中的像素电极位于同一层中的电极；半导体光电探测器位于该电极的远离衬底基板的一侧。

可选地，每个具有半导体光电探测器的子像素还包括遮光层，其位于电极的靠近衬底基板的一侧；并且半导体光电探测器在阵列基板的平面图中的投影在同一子像素中的遮光层的投影中。

可选地，所述多根第一扫描线被构造为在第一时段中逐行地驱动所述多个像素单元；在每帧图像的第一时段中，每根第一扫描线被构造为将第一扫描信号施加至该行子像素中的每个子像素，以允许数据信号从对应的数据线传送至各子像素以基于数据信号生成图像的子像素；所述多根第二扫描线被构造为在第二时段中逐行地驱动所述多个像素单元；在每帧图像的第二时段中，每根第二扫描线被构造为将第二扫描信号施加至该行子像素中的每个第二晶体管，以允许复位电压信号从对应的被构造为提供复位电压信号的电极传送至各半导体光电探测器；复位电压信号被构造为将半导体光电探测器的第二极性区设在高电压电平，公共电极被构造为施加公共电压信号以将半导体光电探测器的第一极性区设在低电压电平，并且半导体光电探测器被构造为处于反向偏置状态；第二时段在时间上比第一时段更晚；并且所述多根第二扫描线被构造为在第三时段中逐行地驱动所述多个像素单元；在每帧图像的第三时段中，每根第二扫描线被构造为将第三扫描信号施加至该行子像素中的每个第二晶体管，以将生物特征信号从每个具有半导体光电探测器的子像素传输至对应的读线；第三时段在时间上比第二时段更晚。

可选地，所述多根第二扫描线被构造为在间歇时段中同时驱动所述多个像素单元；在每帧图像的间歇时段中，所述多根第二扫描线被构造为将第四扫描信号同时施加至所述多个像素单元中的多个第二晶体管，以将多个生物特征信号从多个具有半导体光电探测器的子像素传输至多根对应的读线；来自各读线的生物特征信号之和为累积生物特征信号。

可选地，间歇时段在时间上比第二时段更早。

可选地，在每帧图像的间歇时段中，所述多根第二扫描线被构造为多次施加第四扫描信号。

可选地，连接至一列具有半导体光电探测器的子像素的每根数据线在第三时段中用作用于该列具有半导体光电探测器的子像素的读线，并且在第一时段中用作数据线。

可选地，半导体光电探测器是PN光电二极管，第一极性区是P+掺杂的半导体区，并且第二极性区是N+掺杂的半导体区。

可选地，半导体光电探测器是PIN光电二极管，第一极性区是P+掺杂的半导体区，并且第二极性区是N+掺杂的半导体区，PIN光电二极管还包括P+掺杂的半导体区与N+掺杂的半导体区之间的非晶硅的本征区。

可选地，每个像素包括子像素区和子像素间区，半导体光电探测器位于子像素间区中。

可选地，每个像素包括子像素区和子像素间区，每个像素中的单个半导体光电探测器被构造为跨越每个像素中的至少两个子像素的子像素间区的一部分。

可选地，每个像素包括子像素区和子像素间区，每个各像素中的单个半导体光电探测器被构造为跨越每个像素中的全部子像素的子像素间区的一部分。

在另一方面，本发明提供了一种包括本文所述的阵列基板的显示面板。

在另一方面，本发明提供了一种包括本文所述的显示面板的显示设备。

在另一方面，本发明提供了一种用于驱动阵列基板的操作的方法，包括以下步骤：在每帧图像的第一时段中将多个第一扫描信号逐行地提供至所述多根第一扫描线；在第一时段中，每根第一扫描线将第一扫描信号施加至该行子像素中的各子像素，以允许数据信号从对应的数据线传送至各子像素，以基于数据信号生成图像的子像素；在每帧图像的第二时段中将多个第二扫描信号逐行地提供至所述多根第二扫描线，以及将公共电压信号提供至公共电极；在第二时段中，每根第二扫描线将第二扫描信号施加至该行子像素中的各第二晶体管，以允许复位电压信号从对应的被构造为提供复位电压信号的电极传送至各半导体光电探测器；复位电压信号将半导体光电探测器的第二极性区设在高电压电平，公共电压信号将半导体光电探测器的第一极性区设在低电压电平，并且半导体光电探测器设为处于反向偏置状态；第二时段在时间上比第一时段更晚；以及在每帧图像的第三时段中将多个第三扫描信号逐行地提供至所述多根第二扫描线；在第三时段中每根第二扫描线将第三扫描信号施加至该行子像素中的各第二晶体管，以将生物特征信号从每个具有半导体光电探测器的子像素传输至对应的读线；第三时段在时间上比第二时段更晚。

可选地，在间歇时段中将多个第四扫描信号同时提供至所述多根第二扫描线；在每帧图像的间歇时段中，所述多根第二扫描线将第四扫描信号同时施加至所述多个像素单元中的多个第二晶体管，以将多个生物特征信号从多个具有半导体光电探测器的子像素传输至多根对应的读线；以及从来自各读线的生物特征信号中产生累积生物特征信号。

可选地，间歇时段在时间上比第二时段更早。

可选地，所述方法还包括：在间歇时段中多次重复提供所述多个第四扫描信号的步骤和产生累积生物特征信号的步骤，从而产生多个累积生物特征信号；以及在所述多个累积生物特征信号中的至少两个之间的差大于下阈值并且所述多个累积生物特征信号中的任两个之间的差不超过上阈值的情况下，确定发生了来自人类用户的触摸。

附图说明

以下附图仅是根据各种公开的实施例的用于示出性目的的示例，而不旨在限制本发明的范围。

图1A是示出一些实施例中的阵列基板的结构的图；

图1B是图1A的阵列基板的子像素的放大图；

图1C是示出一些实施例中的阵列基板的结构的图；

图1D是图1C的阵列基板的子像素的放大图；

图1E是沿着图1A至图1D中的线A-A’截取的截面图；

图2A是示出一些实施例中的阵列基板的结构的图；

图2B是图2A的阵列基板的子像素的放大图；

图2C是示出一些实施例中的阵列基板的结构的图；

图2D是沿着图2A至图2C中的线B-B’截取的截面图；

图3是示出一些实施例中的用于驱动阵列基板的操作的方法的流程图。

具体实施方式

现在，将参照以下实施例更具体地描述本公开。应该注意，本文提供了一些实施例的以下描述，仅为了示出和描述的目的。其不旨在是穷尽的，或者限于公开的具体形式。

本发明提供了一种改进的用于生物特征(例如，指纹、掌纹或脚印)检测的阵列基板，一种具有该阵列基板的显示面板和显示设备，以及一种该阵列基板的驱动方法。在一些实施例中，当前阵列基板包括衬底基板和衬底基板上的多个像素单元的阵列。当前阵列基板中的每个像素单元包括至少一个(例如，3个、4个或更多个)用于图像显示的子像素。所述多个像素单元中的至少一些包括用于检测生物特征信息的半导体光电探测器。可选地，所述多个像素单元中的每一个的至少一个子像素包括用于检测生物特征信息的半导体光电探测器。可选地，不是每个像素单元都包括半导体光电探测器，而仅是每几个像素单元中的一个在至少一个子像素中包括半导体光电探测器。在一些实施例中，半导体光电探测器是一种具有二极管结的半导体光电探测器。如本文所用，术语“二极管结”是指可呈现电流整流的结，例如，相对于其它方向在一个偏置方向上呈现极其不同的导电性的结。

在制造和使用当前阵列基板的过程中，可利用具有二极管结的各种合适的半导体光电探测器。具有二极管结的半导体光电探测器的示例包括(但不限于)PN光电二极管、PIN光电二极管、雪崩光电二极管、MIM二极管结、MIS二极管结、MOS二极管结、SIS二极管结和MS二极管结。

在一些实施例中，具有二极管结的半导体光电探测器包括第一极性区、第二极性区和将第一极性区与第二极性区连接的二极管结。可选地，具有二极管结的半导体光电探测器包括具有第一掺杂物的第一极性区、具有第二掺杂物的第二极性区以及将第一极性区与第二极性区连接的二极管结。可选地，当第一极性区连接至低电压并且第二极性区连接至高电压时，具有二极管结的半导体光电探测器反向偏置。例如，当第一极性区连接至公共电极(低电压)并且第二极性区连接至被构造为提供复位电压信号的电极(高电压)时，具有二极管结的半导体光电探测器处于反向偏置状态。在一些实施例中，具有二极管结的半导体光电探测器是具有作为第一极性区的P+掺杂的半导体区以及作为第二极性区的N+掺杂的半导体区的PN结。在一些实施例中，具有二极管结的半导体光电探测器是PIN光电二极管，其具有作为第一极性区的P+掺杂的半导体区、作为第二极性区的N+掺杂的半导体区以及P+掺杂的半导体区与N+掺杂的半导体区之间的非晶硅的本征区。

当前阵列基板的每个像素包括子像素区和子像素间区。在一些实施例中，半导体光电探测器在子像素间区内。可选地，每个像素中的单个半导体光电探测器跨越每个像素中的至少两个子像素(例如，2个、3个、4个或更多个)的子像素间区的一部分。可选地，每个像素中的单个半导体光电探测器跨越每个像素中的全部子像素的子像素间区的一部分。可选地，每个像素中的单个半导体光电探测器基本上限制于单个子像素的子像素间区中。如本文所用，子像素区是指子像素的光发射区，诸如对应于液晶显示器中的像素电极的区或者对应于有机发光显示器中的光发射层的区。可选地，像素可包括与像素中的多个子像素对应的多个分离的光发射区。可选地，子像素区是红色子像素的光发射区。可选地，子像素区是绿色子像素的光发射区。可选地，子像素区是蓝色子像素的光发射区。可选地，子像素区是白色子像素的光发射区。如本文所用，子像素间区是指邻近的子像素区之间的区，诸如对应于液晶显示器中的黑矩阵的区或者对应于有机发光显示器中的像素限定层的区。可选地，子像素间区是同一像素中的邻近的子像素区之间的区。可选地，子像素间区是来自两个邻近的像素的两个邻近的子像素区之间的区。可选地，子像素间区是红色子像素的子像素区与邻近的绿色子像素的子像素区之间的区。可选地，子像素间区是红色子像素的子像素区与邻近的蓝色子像素的子像素区之间的区。可选地，子像素间区是绿色子像素的子像素区与邻近的蓝色子像素的子像素区之间的区。

图1A是示出一些实施例中的阵列基板的结构的图。参照图1A，实施例中的阵列基板包括衬底基板上的多个像素单元的阵列。例如，图1A示出了多个像素单元，它们中的每一个包括三个用于图像显示的子像素(100或101)。作为所述三个子像素之一的子像素101还包括用于检测生物特征信息的半导体光电探测器PD。阵列基板还包括基本沿着第一方向(行向)的多根第一扫描线Scan1和基本沿着第二方向(列向)的多根数据线Data。第一方向和第二方向彼此交叉以将阵列基板划分为多个子像素100和101。每根第一扫描线Scan1连接至一行子像素，并且每根数据线Data连接至一列子像素。

图1A中的阵列基板还包括基本沿着第一方向的多根第二扫描线Scan2，例如，第二扫描线Scan2基本平行于第一扫描线Scan1并且与第一扫描线Scan1间隔开。每根第二扫描线Scan2连接至一行像素单元中的具有半导体光电探测器PD的一行子像素101。

在一些实施例中，阵列基板还包括用于发送来自半导体光电探测器PD的生物特征信号的多根读线。每根读线Read连接至一列像素单元中具有半导体光电探测器PD的一列子像素101中的各个半导体光电探测器PD。如图1A所示，所述多根读线Read可为多根读线Read/Data，即，所述多根读线Read是与所述多根用于一列像素单元中具有半导体光电探测器PD的一列子像素101的数据线Data相同的线。所述多根读线Read/Data可按照分时模式操作，例如，在图像显示模式中用作数据线Data，并且在生物特征信号检测模式中用作读线Read。可选地，所述多根读线Read可为与所述多根数据线不同的分离的线。

图1B是图1A的阵列基板的子像素的放大图。参照图1B，图1B所示的子像素是具有半导体光电探测器PD的子像素101。子像素101包括公共电极Vcom、像素电极Pix、第一晶体管T1和第二晶体管T2。不具有半导体光电探测器PD的子像素100包括第一晶体管T1而不包括第二晶体管T2。

图1E是沿着图1A至图1B中的线A-A’截取的截面图。参照图1E，子像素中的第一晶体管T1包括第一栅极节点G1、第一节点(未示出)和连接至像素电极Pix的第二节点D1(例如，漏电极)。第一晶体管T1的第一栅极节点G1连接至对应的第一扫描线(图1E中未示出)。第一晶体管T1的第一节点连接至对应的数据线(图1E中未示出)。

参照图1E，第二晶体管T2包括第二栅极节点G2、第一节点(未示出)和第二节点D2。第二晶体管T2的第二栅极节点G2连接至对应的第二扫描线(图1E中未示出)。

各种晶体管可用于制备当前阵列基板。例如，第一晶体管T1和第二晶体管T2之一或二者可为双沟道晶体管(如图1A、图1B和图1E所示)。

在一些实施例中，半导体光电探测器包括第一极性区和第二极性区以及将第一极性区与第二极性区连接的二极管结，如本文通篇所述。参照图1E，实施例中的半导体光电探测器PD是PIN光电二极管PIN。PIN光电二极管PIN包括作为第一极性区的P+掺杂的半导体区P和作为第二极性区的N+掺杂的半导体区N。此外，PIN光电二极管PIN包括P+掺杂的半导体区P与N+掺杂的半导体区N之间的非晶硅的本征区I。

在一些实施例中，第一极性区连接至同一子像素的公共电极，并且第二极性区连接至被构造为将复位电压信号(例如，高电压信号)提供至第二极性区的电极。参照图1E，PIN光电二极管PIN的P+掺杂的半导体区P(第一极性区)连接至公共电极Vcom，并且PIN光电二极管PIN的N+掺杂的半导体区N(第二极性区)连接至第二晶体管的第二节点D2。因此，在如图1E所示的阵列基板中，第二晶体管的第二节点D2用作被构造为将复位电压信号提供至PIN光电二极管PIN的第二极性区(N+掺杂的半导体区N)的电极。公共电极将固定的低电压信号提供至P+掺杂的半导体区P，并且第二节点D2将高电压信号提供至N+掺杂的半导体区N。

在一些实施例中，半导体光电探测器布置在公共电极与第二晶体管的第二节点之间。例如，半导体光电探测器可布置在第二晶体管的第二节点的远离衬底基板的一侧，并且布置在公共电极的靠近衬底基板的一侧。

第二晶体管的第二节点由不透明的金属材料制成，因此用作用于为半导体光电探测器遮挡背光发射的光的遮光层。如图1E所示，半导体光电探测器PD在阵列基板的平面图中的投影在同一子像素中的第二晶体管的第二节点D2的投影内。来自背光模块的光可在到达半导体光电探测器PD之前被阻挡。可使用各种合适的材料来制造不透明的第二节点D2。可选地，不透明的第二节点D2由不透明的导电材料制成。

可增大半导体光电探测器和第二节点的面积以增大半导体光电探测器的光敏性。图1C是示出一些实施例中的阵列基板的结构的图。图1D是图1C的阵列基板的子像素的放大图。参照图1C和图1D，半导体光电探测器PD和第二节点D2基本上遍及子像素101的整个子像素间区(例如，图1C和图1D中的黑矩阵区BM)延伸。因为图1C和图1D中的阵列基板使用第二晶体管的第二节点作为被构造为提供复位电压信号的电极，所以半导体光电探测器和第二节点不能延伸至同一行子像素中的邻近子像素100的子像素间区中。

参照图1E，实施例中的阵列基板包括衬底基板以及衬底基板上的第一遮光层LS1和第二遮光层LS2。第一遮光层LS1为第一晶体管的第一有源层A1遮挡从背光模块发射的光。第二遮光层LS2为第二晶体管的第二有源层A2遮挡从背光模块发射的光。阵列基板还包括：缓冲层Buff，其位于第一遮光层LS1和第二遮光层LS2的远离衬底基板的一侧；第一有源层A1、第二有源层A2和背沟道层BC，它们位于缓冲层Buff的远离衬底基板的一侧，第一有源层A1、第二有源层A2和背沟道层BC在同一层中。阵列基板还包括：栅极绝缘层GI，其位于第一有源层A1、第二有源层A2和背沟道层BC的远离缓冲层Buff的一侧；第一栅极节点G1和第二栅极节点G2，它们位于栅极绝缘层GI的远离缓冲层Buff的一侧。如图1E所示，阵列基板还包括：层间介电层ILD，其位于栅极绝缘层GI的远离缓冲层Buff的一侧；第一晶体管的第二节点D1和第二晶体管的第二节点D2，它们位于层间介电层ILD的远离栅极绝缘层GI的一侧；绝缘层INS，其位于第二节点D1和第二节点D2的远离层间介电层ILD的一侧；像素电极Pix和半导体光电探测器PD，它们位于绝缘层INS的远离层间介电层ILD的一侧；钝化层PVX，其位于像素电极Pix和半导体光电探测器PD的远离绝缘层INS的一侧；以及公共电极Vcom，其位于钝化层PVX的远离绝缘层INS的一侧。可选地，像素电极Pix和半导体光电探测器PD在同一层中。半导体光电探测器PD的N+掺杂的半导体区(第二极性区)通过过孔连接至第二晶体管的第二节点D2，半导体光电探测器PD的P+掺杂的半导体区(第一极性区)通过另一过孔连接至公共电极Vcom。

在一些实施例中，被构造为提供复位电压信号的电极是与像素电极在同一层中的电极，半导体光电探测器位于该电极的远离衬底基板的一侧。图2A是示出一些实施例中的阵列基板的结构的图。图2B是图2A的阵列基板的子像素的放大图。参照图2A和图2B，该实施例中的阵列基板的基本结构与图1A至图1E中的相似，不同的是，第二晶体管的第二节点未用作被构造为提供复位电压信号的电极。在如图2A和图2B所示的阵列基板中，电极1TO用作被构造为提供复位电压信号的电极。

在一些实施例中，电极1TO是透明电极。为了为半导体光电探测器遮挡从背光发射的光，阵列基板还包括遮光层LS2，其位于电极1TO的远离半导体光电探测器PD的一侧(例如，电极1TO的靠近衬底基板的一侧)。可选地，半导体光电探测器PD在阵列基板的平面图中的投影在同一子像素中的遮光层LS2的投影中。

图2D是沿着图2A至图2B中的线B-B’截取的截面图。参照图2D，该实施例中的阵列基板包括衬底基板以及衬底基板上的第一遮光层LS1和第二遮光层LS2。第一遮光层LS1为第一晶体管的第一有源层A1遮挡从背光模块发射的光。第二遮光层LS2为第二晶体管的第二有源层A2遮挡从背光模块发射的光。此外，该实施例中的第二遮光层LS2为半导体光电探测器PD遮挡从背光模块发射的光。阵列基板还包括：缓冲层Buff，其位于第一遮光层LS1和第二遮光层LS2的远离衬底基板的一侧；第一有源层A1、第二有源层A2和背沟道层BC，它们位于缓冲层Buff的远离衬底基板的一侧，第一有源层A1、第二有源层A2和背沟道层BC在同一层中。阵列基板还包括：栅极绝缘层GI，其位于第一有源层A1、第二有源层A2和背沟道层BC的远离缓冲层Buff的一侧；第一栅极节点G1和第二栅极节点G2，它们位于栅极绝缘层GI的远离缓冲层Buff的一侧。如图2D所示，阵列基板还包括：层间介电层ILD，其位于栅极绝缘层GI的远离缓冲层Buff的一侧；第一晶体管的第二节点D1和第二晶体管的第二节点D2，它们位于层间介电层ILD的远离栅极绝缘层GI的一侧；绝缘层INS，其位于第二节点D1和第二节点D2的远离层间介电层ILD的一侧；像素电极Pix和被构造为提供复位电压信号的电极1TO，它们位于绝缘层INS的远离层间介电层ILD的一侧；半导体光电探测器PD，其位于电极1TO的远离绝缘层INS的一侧；钝化层PVX，其位于像素电极Pix和半导体光电探测器PD的远离绝缘层INS的一侧；以及公共电极Vcom，其位于钝化层PVX的远离绝缘层INS的一侧。可选地，像素电极Pix和被构造为提供复位电压信号的电极1TO在同一层中。半导体光电探测器PD的N+掺杂的半导体区(第二极性区)连接至电极1TO。可选地，电极1TO通过过孔连接至第二晶体管的第二节点D2，半导体光电探测器PD的P+掺杂的半导体区(第一极性区)通过另一过孔连接至公共电极Vcom。

可增大半导体光电探测器和第二节点的面积以增大半导体光电探测器的光敏性。图2C是示出一些实施例中的阵列基板的结构的图。参照图2C，半导体光电探测器PD、电极1TO和第二遮光层LS2跨越每个像素中的全部子像素的子像素间区的一部分。可选地，半导体光电探测器PD、电极1TO和第二遮光层LS2基本上遍及每个像素中的全部子像素的子像素间区(例如，图2C中的黑矩阵区BM)延伸。因为图2C中的阵列基板使用与像素电极Pix位于同一层中的电极1TO作为用于将复位电压信号提供至半导体光电探测器的电极，所以半导体光电探测器PD和电极1TO可延伸至同一像素单元中的邻近的子像素的子像素间区中。

在一些实施例中，所述多根第一扫描线、所述多根第二扫描线和所述多根读线被构造为逐行地驱动所述多个像素单元。例如，阵列基板可按照分时驱动模式操作，用于检测生物特征信息。分时驱动模式可包括显示模式和生物特征信息检测模式。可选地，每一帧图像包括多个时段，例如，第一时段、第二时段、第三时段和间歇时段。在第一时段中，每根第一扫描线被构造为将第一扫描信号施加至该行子像素中的各子像素，允许数据信号从对应的数据线传送至各子像素，以基于该数据信号生成图像的子像素。在第二时段中，每根第二扫描线被构造为将第二扫描信号施加至该行子像素中的每个第二晶体管，允许复位电压信号从对应的被构造为提供复位电压信号的电极传送至各个半导体光电探测器。复位电压信号被构造为将半导体光电探测器的第二极性区设在高电压电平。同时，公共电极被构造为施加公共电压信号以将半导体光电探测器的第一极性区设在低电压电平。半导体光电探测器通过复位电压信号和公共电压信号而被构造为处于反向偏置状态。可选地，第二时段在时间上比第一时段更晚。在第三时段中，每根第二扫描线被构造为将第三扫描信号施加至该行子像素中的每个第二晶体管，以将生物特征信号从具有半导体光电探测器的每个子像素发送至对应的读线。可选地，第三时段在时间上比第二时段更晚。

具体地说，在第一时段中，每根第一扫描线被构造为将第一扫描信号施加至该行子像素中的每个子像素，以导通对应的第一晶体管，从而允许数据信号从对应的数据线传送至对应的像素电极，以基于该数据信号生成图像的子像素。在第二时段中，每根第二扫描线被构造为将第二扫描信号施加至该行子像素中的具有半导体光电探测器的每个子像素以导通对应的第二晶体管，从而允许复位电压信号从对应的被构造为提供复位电压信号的电极传送至各半导体光电探测器。可选地，第二时段在时间上比第一时段更晚。在第三时段中，每根第二扫描线被构造为将第三扫描信号施加至该行子像素中的具有半导体光电探测器的每个子像素以导通对应的第二晶体管，从而允许生物特征信号从具有半导体光电探测器的各子像素传送至对应的读线。可选地，第三时段在时间上比第二时段更晚。

在一些实施例中，分时驱动模式还包括用于确定是否发生人类用户的触摸的间歇时段。可选地，间歇时段在时间上比第二时段和第三时段更早。可选地，如果确定未发生人类用户的触摸，例如，触摸不是由人体部位引起，则省去该帧图像中的第二时段和第三时段。例如，如果在一帧图像的间歇时段中确定发生了人类用户的触摸，则该帧图像中的分时驱动模式仅包括第二时段和第三时段。

具体地说，在间歇时段中，所述多根第二扫描线被构造为同时驱动所述多个像素单元，即，所述多根第二扫描线被构造为将第四扫描信号同时施加至所述多个像素单元的阵列中的多个第二晶体管，以导通多个对应的第二晶体管，从而允许多个生物特征信号从具有半导体光电探测器的所述多个子像素同时被传送至多根对应的读线。来自各根读线的生物特征信号之和是累积生物特征信号。可选地，在每帧图像的间歇时段中，所述多根第二扫描线被构造为多次施加第四扫描信号，以产生多个累积生物特征信号。

可选地，每个像素单元包括红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素，其中，蓝色子像素包括半导体光电探测器。

本文所述的半导体光电探测器(例如，PN光电二极管或PIN光电二极管)能够基于光折射和反射原理识别各种生物特征信息(例如，指纹、掌纹或脚印)。当手指(或手掌或脚)触摸具有当前阵列基板的显示面板的表面时，从每个子像素发射的光辐射至手指的谷线和脊线上，部分发生折射并且部分反射回子像素，并且辐射至半导体光电探测器上。从谷线折射和反射的光的折射角和反射强度与从脊线折射和反射的光的折射角和反射强度不同。这导致当折射的光和反射的光辐射至半导体光电探测器上时在对应于谷线的半导体光电探测器和对应于脊线的半导体光电探测器中产生不同数量的光电子。

在第二时段中，第二晶体管被导通，复位电压信号将半导体光电探测器的第二极性区(例如，N+掺杂的半导体区)设在高电压电平，公共电压信号将半导体光电探测器的第一极性区(例如，P+掺杂的半导体区)设在低电压电平，并且半导体光电探测器被构造为处于反向偏置状态。当第二晶体管刚好截止时，第一极性区与第二极性区之间的电压电平保持在一定电平(即，复位电压电平与公共电压电平之间的电压差)。随后，在半导体光电探测器中产生的光电子会导致第一极性区与第二极性区之间的电压电平降低。不同的半导体光电探测器产生的不同数量的光电子导致电压电平降低的程度不同。当第二晶体管通过第三扫描信号再次导通时，所述多个第二极性区的剩余电压产生通过对应的读线发送至信号处理器的多个光电流。基于这些光电流，信号处理器能够处理来自读线的检测到的生物特征信号，并且识别指纹中的谷线和脊线。

例如，当手指(或手掌或脚)触摸在至少一个子像素中包含半导体光电探测器的阵列基板的像素区时，指纹的脊线更可能物理地接触其中全反射条件基于触摸而局部改变的屏幕表面，从而局部地导致全反射扰乱。全反射扰乱导致通过指纹的脊线反射回子像素的光的强度降低。另一方面，到达指纹的任何谷线的光基本上反射回子像素。这导致辐射至对应于脊线的半导体光电探测器上的光与辐射至对应于谷线的半导体光电探测器上的光之间的光强度差异，继而在分别对应于脊线和谷线的半导体光电探测器中产生的光电子的数量之间以及从分别对应于脊线和谷线的半导体光电探测器中检测到的光电流的强度之间导致差异。

因此，每个半导体光电探测器经历光电子累积时期，光电子累积时期在第二晶体管在施加第二扫描信号之后截止时的第一时间点与第二晶体管通过第三扫描信号导通时的第二时间点之间。在光电子累积时期中，在每个半导体光电探测器中产生的光电子降低了第一极性区与第二极性区之间的电压电平。

在间歇时段中，所述多根第二扫描线将所述多个第二晶体管同时导通，以检测累积生物特征信号。诸如手指、手掌或脚之类的人体部位具有含吸收红外光(例如，近红外光)的血红素的血流。当人体部位触摸屏幕时，血流中的血红素的量随脉搏波动。因此，反射回半导体光电探测器的光(例如，红外光)的强度也随脉搏波动。当诸如触针之类的非人类对象触摸屏幕时，反射回半导体光电探测器的光的强度不波动，例如，在触摸事件中，其基本保持不变。因此，通过在间歇时段期间测量多个累积生物特征信号，可确定是否发生人类用户的触摸。例如，如果间歇时段期间的累积生物特征信号的强度在上阈值和下阈值内波动，则可确定发生了人类触摸事件。随后，该帧图像可包括第二时段和第三时段以检测生物特征信息。如果间歇时段期间的累积生物特征信号的强度在间歇时段中基本保持不变，或者改变超出下阈值或上阈值，则可确定未发生人类触摸事件。随后，该帧图像可省去第二时段和第三时段。

在一些实施例中，每帧图像还可包括诸如用于检测触摸事件的触摸模式之类的其它模式。可选地，阵列基板还包括多根触摸信号线。在触摸检测时段中，每根触摸信号线被构造为将触摸信号施加至每个触摸电极，用于在每个触摸电极处检测触摸事件。可选地，可在检测步骤之后确定包括检测到触摸事件的多个子像素的触摸区域。可在触摸区域内执行本文通篇描述的生物特征信息检测。

在一些实施例中，如果检测到触摸事件，则阵列基板被构造为显示每个子像素的照度水平均相等的插入图像。每帧插入图像中的每根第一扫描线被构造为将第五扫描信号施加至该行子像素中的每个子像素，以允许第二数据信号从对应的数据线传送至每个子像素，以基于第二数据信号生成图像的子像素。对于每个子像素，第二数据信号可相同。

因为确定了触摸区域，所以可在触摸区域中方便地检测到生物特征信息。可选地，触摸检测时段在时间上比第一时段和第二时段更早。具体地说，在一些实施例中，在每帧图像的第二时段中，每根第二扫描线被构造为将第二扫描信号逐行地施加至触摸区域中的该行子像素中的各第二晶体管，从而允许复位电压信号从对应的被构造为提供复位电压信号的电极传送至触摸区域中的各半导体光电探测器。复位电压信号被构造为将触摸区域中的半导体光电探测器的第二极性区设为高电压电平。公共电极的公共电压信号将触摸区域中的半导体光电探测器的第一极性区设为低电压电平。触摸区域中的半导体光电探测器被构造为处于反向偏置状态。可选地，第二时段在时间上比触摸检测时段更晚。

此外，在一些实施例中，在每帧图像的第三时段中，每根第二扫描线被构造为将第三扫描信号施加至触摸区域中的该行子像素中的每个第二晶体管，从而允许生物特征信号从触摸区域中的具有半导体光电探测器的各子像素传送至对应的读线。可选地，第三时段在时间上比第二时段更晚。

根据本公开的半导体光电探测器可形成为检测各种颜色的光，例如，可见光、红外光、紫外光等。在一些实施例中，半导体光电探测器布置在子像素间区(例如，黑矩阵区)中。可选地，黑矩阵(或者黑矩阵的对应于半导体光电探测器的部分)由对可见光不透明但对非可见光(例如，红外光或紫外光)透明的材料制成。可选地，半导体光电探测器被构造为检测非可见光，可选地，背光模块被构造为发射包括非可见光作为分量的光。

在一些实施例中，黑矩阵(或者黑矩阵的对应于半导体光电探测器的部分)由可见光阻挡材料(例如，包括锗或氧化锗的滤光材料)制成。半导体光电探测器被构造为检测可见光波长范围以外的波长的光。

在一些实施例中，半导体光电探测器被构造为检测可见光。可选地，黑矩阵的对应于半导体光电探测器的部分可由透射可见光的材料制成。可选地，阵列基板的黑矩阵可被图案化以使得对应于半导体光电探测器的区域不包括黑矩阵材料。

在另一方面，本公开提供了一种用于驱动本文所述的阵列基板的操作的方法。图3是示出用于驱动一些实施例中的阵列基板的操作的方法的流程图。参照图3，当前驱动方法包括显示模式、人类触摸检测模式、光电探测器复位模式、光电流读取模式以及(可选地)诸如触摸模式之类的其它模式。

在一些实施例中，通过在每帧图像的第一时段(例如，对应于图3中的显示模式)中将多个第一扫描信号逐行地提供至所述多根第一扫描线来实施驱动方法。在第一时段中，每根第一扫描线将第一扫描信号施加至该行子像素中的每个子像素，从而允许数据信号从对应的数据线传送至各子像素，以基于数据信号产生图像的子像素。

参照图3，还通过在每帧图像的第二时段(例如，对应于光电探测器复位模式)中将多个第二扫描信号逐行地提供至所述多根第二扫描线以及提供公共电极的公共电压信号来实现该驱动方法。在第二时段中，每根第二扫描线将第二扫描信号施加至该行子像素中的各第二晶体管，从而允许复位电压信号从对应的被构造为提供复位电压信号的电极传送至各半导体光电探测器。复位电压信号将半导体光电探测器的第二极性区设在高电压电平。公共电压信号将半导体光电探测器的第一极性区设在低电压电平。半导体光电探测器设为处于反向偏置状态。可选地，第二时段在时间上比第一时段更晚。

在一些实施例中，当前驱动方法还包括：在每帧图像的第三时段(例如，对应于图3中的光电流读取模式)中将多个第三扫描信号逐行地提供至所述多根第二扫描线。在第三时段中，每根第二扫描线将第三扫描信号施加至该行子像素中的每个第二晶体管，从而允许生物特征信号从具有半导体光电探测器的每个子像素被传输至对应的读线。可选地，第三时段在时间上比第二时段更晚。

在一些实施例中，当前驱动方法还包括：在间歇时段(例如，对应于人类触摸检测模式)中将多个第四扫描信号同时提供至所述多根第二扫描线。在每帧图像的间歇时段中，所述多根第二扫描线将第四扫描信号同时施加至所述多个像素单元中的多个第二晶体管，从而允许来自具有半导体光电探测器的所述多个子像素的多个生物特征信号传输至多根对应的读线。所述驱动方法还包括从来自各读线的生物特征信号之和产生累积生物特征信号。

可选地，间歇时段在时间上比第二时段更早。

上述提供所述多个第四扫描信号和产生累积生物特征信号的步骤可在间歇时段中重复多次，以产生多个累积生物特征信号。如果所述多个累积生物特征信号在上阈值和下阈值内波动，则可确定已发生人类触摸事件。随后，可在驱动方法中实施光电探测器复位模式(对应于第二时段)和光电流读取模式(对应于第三时段)，以检测生物特征信息。如果间歇时段期间的累积生物特征信号的强度在间歇时段中基本保持不变，或者改变超过下阈值或上阈值，则可由此确定未发生人类触摸事件。随后，驱动方法在该特定帧图像中的实施可省去光电探测器复位模式(对应于第二时段)和光电流读取模式(对应于第三时段)。

可选地，驱动方法包括：如果所述多个累积生物特征信号中的至少两个之间的差大于下阈值，并且所述多个累积生物特征信号中的任两个之间的差不超过上阈值，则确定发生了来自人类用户的触摸。

可选地，驱动方法包括：如果所述多个累积生物特征信号中的任两个之间的差未超过下阈值，或者所述多个累积生物特征信号中的至少两个之间的差大于上阈值，则确定未发生来自人类用户的触摸。

在一些实施例中，所述驱动方法还包括触摸模式。可选地，所述方法还包括：在每帧图像的触摸检测时段中将多个触摸信号提供至所述多个触摸电极。在触摸检测时段中，每根触摸信号线将触摸信号施加至每个触摸电极，用于在每个触摸电极处检测触摸事件，从而确定包括检测到触摸事件的多个子像素的触摸区域。可选地，触摸检测时段在时间上比第二时段和第三时段更早。

在一些实施例中，如果检测到触摸事件，则阵列基板被构造为显示每个子像素的照度水平均相等的插入图像。所述方法还包括：在每帧图像的第二时段中将多个第二扫描信号逐行地提供至所述多根第二扫描线；以及将公共电压信号提供至公共电极。在第二时段中，每根第二扫描线将第二扫描信号施加至触摸区域中的该行子像素中的每个第二晶体管，从而允许复位电压信号从对应的被构造为提供复位电压信号的电极传送至触摸区域中的各半导体光电探测器。复位电压信号将触摸区域中的半导体光电探测器的第二极性区设在高电压电平。公共电压信号将触摸区域中的半导体光电探测器的第一极性区设在低电压电平。触摸区域中的半导体光电探测器设为反向偏置状态。可选地，第二时段在时间上比第一时段更晚。

在一些实施例中，驱动方法还包括：在每帧图像的第三时段中将多个第三扫描信号逐行地提供至所述多根第二扫描线。在第三时段中，每根第二扫描线将第三扫描信号施加至触摸区域中的该行子像素中的每个第二晶体管，从而允许生物特征信号从触摸区域中的具有半导体光电探测器的每个子像素传输至对应的读线。可选地，第三时段在时间上比第二时段更晚。

在另一方面，本公开提供了一种具有本文所述的阵列基板的显示面板。可选地，显示面板是液晶显示面板。可选地，显示面板还包括封装基板。

在另一方面，本公开提供了一种具有本文所述的显示面板的显示设备。

为了示出和描述的目的提供了本发明的实施例的以上描述。其不旨在是穷尽的或者将本发明限于公开的具体形式或者示例性实施例。因此，应该将以上描述看作是示出性的而非限制性的。明显的是，对于本领域从业者来说，许多修改和改变都将是显而易见的。选择和描述实施例以解释本发明的原理及其最佳模式实际应用，从而使得本领域技术人员能够理解本发明的各个实施例和适于特定用途或考虑到的实施方式的各种修改形式。本发明的范围旨在由本文所附权利要求及其等同物限定，除非另有说明，否则在权利要求中，所有术语意指它们的最宽泛的合理解释。因此，术语“该发明”、“本发明”等未必将权利要求的范围限于特定实施例，并且对本发明的示例性实施例的参考不意味着对本发明的限制，并且不应推断出这种限制。本发明仅由所附权利要求的精神和范围限定。此外，这些权利要求可参照使用后面跟随名词或元件的“第一”、“第二”等。除非提供了具体数字，否则这些术语应该被理解为命名法，并且不应理解为限制由所述命名法修饰的元件的数量。描述的任何优点和益处可不应用于本发明的全部实施例。应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，本领域技术人员可在描述的实施例中作出各种改变。此外，不管元件或组件是否在所附权利要求中明确例举，本公开中的元件和组件都不旨在献给公众。

图中文字：

图1E、2D、

substrate：基板

图3、

display：显示

human touch detect：人类触摸检测

photodetector reset：光电探测器复位

photoelectron accumulation：光电子累积

photocurrent reading：光电流读取

other modes：其它模式(例如，触摸模式)

Claims (20)

1.一种阵列基板，包括：

衬底基板；

衬底基板上的多个像素单元的阵列，每个像素单元包括至少一个用于图像显示的子像素，所述多个像素单元中的至少一些在至少一个子像素中包括用于检测生物特征信息的半导体光电探测器；

多根第一扫描线，其用于驱动图像显示；

多根第二扫描线，每根第二扫描线连接至一行像素单元中的一行具有半导体光电探测器的子像素；以及

多根读线，各读线连接至一列像素单元中的一列具有半导体光电探测器的子像素中的各半导体光电探测器；

其中，每个子像素包括用于驱动图像显示的第一晶体管；

每个半导体光电探测器包括：第一极性区，其连接至同一子像素中的公共电极；第二极性区，其连接至被构造为将复位电压信号提供至第二极性区的电极；以及二极管结，其连接第一极性区与第二极性区；并且

每个具有半导体光电探测器的子像素包括第二晶体管，第二晶体管包括连接至对应的第二扫描线的栅极节点、连接至对应的读线的第一节点以及通过被构造为提供复位电压信号的电极直接地或者间接地连接至第二极性区的第二节点。

2.根据权利要求1所述的阵列基板，其中，被构造为提供复位电压信号的电极是第二晶体管的第二节点；半导体光电探测器位于第二晶体管的第二节点的远离衬底基板的一侧；半导体光电探测器在阵列基板的平面图中的投影在同一子像素中的第二晶体管的第二节点的投影内。

3.根据权利要求1所述的阵列基板，其中，被构造为提供复位电压信号的电极是与同一子像素中的像素电极位于同一层中的电极；半导体光电探测器位于所述电极的远离衬底基板的一侧。

4.根据权利要求3所述的阵列基板，其中，每个具有半导体光电探测器的子像素还包括遮光层，其位于所述电极的靠近衬底基板的一侧；并且

半导体光电探测器在阵列基板的平面图中的投影在同一子像素中的遮光层的投影内。

5.根据权利要求1所述的阵列基板，其中，

所述多根第一扫描线被构造为在第一时段中逐行地驱动所述多个像素单元；在每帧图像的第一时段中，每根第一扫描线被构造为将第一扫描信号施加至该行子像素中的每个子像素，以允许数据信号从对应的数据线传送至各子像素以基于数据信号生成图像的子像素；

所述多根第二扫描线被构造为在第二时段中逐行地驱动所述多个像素单元；在每帧图像的第二时段中，每根第二扫描线被构造为将第二扫描信号施加至该行子像素中的每个第二晶体管，以允许复位电压信号从对应的被构造为提供复位电压信号的电极传送至各半导体光电探测器；复位电压信号被构造为将半导体光电探测器的第二极性区设在高电压电平，公共电极被构造为施加公共电压信号以将半导体光电探测器的第一极性区设在低电压电平，并且半导体光电探测器被构造为处于反向偏置状态；第二时段在时间上比第一时段更晚；并且

所述多根第二扫描线被构造为在第三时段中逐行地驱动所述多个像素单元；在每帧图像的第三时段中，每根第二扫描线被构造为将第三扫描信号施加至该行子像素中的每个第二晶体管，以将生物特征信号从每个具有半导体光电探测器的子像素传输至对应的读线；第三时段在时间上比第二时段更晚。

6.根据权利要求5所述的阵列基板，其中，所述多根第二扫描线被构造为在间歇时段中同时驱动所述多个像素单元；在每帧图像的间歇时段中，所述多根第二扫描线被构造为将第四扫描信号同时施加至所述多个像素单元中的多个第二晶体管，以将多个生物特征信号从多个具有半导体光电探测器的子像素传输至多根对应的读线；来自各读线的生物特征信号之和为累积生物特征信号。

7.根据权利要求6所述的阵列基板，其中，间歇时段在时间上比第二时段更早。

8.根据权利要求6所述的阵列基板，其中，在每帧图像的间歇时段中，所述多根第二扫描线被构造为多次施加第四扫描信号。

9.根据权利要求5所述的阵列基板，其中，连接至一列具有半导体光电探测器的子像素的每根数据线在第三时段中用作用于该列具有半导体光电探测器的子像素的读线，并且在第一时段中用作数据线。

10.根据权利要求1所述的阵列基板，其中，半导体光电探测器是PN光电二极管，第一极性区是P+掺杂的半导体区，并且第二极性区是N+掺杂的半导体区。

11.根据权利要求1所述的阵列基板，其中，半导体光电探测器是PIN光电二极管，第一极性区是P+掺杂的半导体区，并且第二极性区是N+掺杂的半导体区，PIN光电二极管还包括P+掺杂的半导体区与N+掺杂的半导体区之间的非晶硅的本征区。

12.根据权利要求1所述的阵列基板，其中，每个像素包括子像素区和子像素间区，半导体光电探测器位于子像素间区中。

13.根据权利要求3所述的阵列基板，其中，每个像素包括子像素区和子像素间区，每个像素中的单个半导体光电探测器被构造为跨越每个像素中的至少两个子像素的子像素间区的一部分。

14.根据权利要求3所述的阵列基板，其中，每个像素包括子像素区和子像素间区，每个像素中的单个半导体光电探测器被构造为跨越每个像素中的全部子像素的子像素间区的一部分。

15.一种显示面板，包括根据权利要求1至14中的任一项所述的阵列基板。

16.一种显示设备，包括根据权利要求15所述的显示面板。

17.一种用于驱动根据权利要求1至14中的任一项所述的阵列基板的操作的方法，包括：

在每帧图像的第一时段中将多个第一扫描信号逐行地提供至所述多根第一扫描线；在第一时段中，每根第一扫描线将第一扫描信号施加至该行子像素中的各子像素，以允许数据信号从对应的数据线传送至各子像素，以基于数据信号生成图像的子像素；

在每帧图像的第二时段中将多个第二扫描信号逐行地提供至所述多根第二扫描线，以及将公共电压信号提供至公共电极；在第二时段中，每根第二扫描线将第二扫描信号施加至该行子像素中的各第二晶体管，以允许复位电压信号从对应的被构造为提供复位电压信号的电极传送至各半导体光电探测器；复位电压信号将半导体光电探测器的第二极性区设在高电压电平，公共电压信号将半导体光电探测器的第一极性区设在低电压电平，并且半导体光电探测器设为处于反向偏置状态；第二时段在时间上比第一时段更晚；以及

在每帧图像的第三时段中将多个第三扫描信号逐行地提供至所述多根第二扫描线；在第三时段中每根第二扫描线将第三扫描信号施加至该行子像素中的各第二晶体管，以将生物特征信号从每个具有半导体光电探测器的子像素传输至对应的读线；第三时段在时间上比第二时段更晚。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：

在间歇时段中将多个第四扫描信号同时提供至所述多根第二扫描线；在每帧图像的间歇时段中，所述多根第二扫描线将第四扫描信号同时施加至所述多个像素单元中的多个第二晶体管，以将多个生物特征信号从多个具有半导体光电探测器的子像素传输至多根对应的读线；以及

从来自各读线的生物特征信号之和产生累积生物特征信号。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，间歇时段在时间上比第二时段更早。

20.根据权利要求18所述的方法，还包括：

在间歇时段中多次重复提供所述多个第四扫描信号的步骤和产生累积生物特征信号的步骤，从而产生多个累积生物特征信号；以及

在所述多个累积生物特征信号中的至少两个之间的差大于下阈值，并且所述多个累积生物特征信号中的任两个之间的差不超过上阈值的情况下，确定发生了来自人类用户的触摸。