CN107093617B - 阵列基板、图像采集方法及显示装置 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种阵列基板、图像采集方法及显示装置。该阵列基板包括：衬底基板；多个第一电极，设于衬底基板之上；多个第二电极，设于衬底基板之上且第二电极在衬底基板的投影与第一电极在衬底基板的投影交叉排列；多个像素单元，分别位于第一电极与第二电极正对的区域之间；以及多个光敏单元，设于像素单元的间隙处，用于接收多个像素单元发出并经由被检测对象反射的光信号，并将接收的光信号转换成电信号。本公开能够为光敏单元和光敏单元检测电路提供足够的空间，减少了环境光干扰，提高了信噪比。

Description

阵列基板、图像采集方法及显示装置

技术领域

本公开涉及显示技术领域，具体而言，涉及一种阵列基板、图像采集方法以及显示装置。

背景技术

图像采集已经与人们的生活息息相关，例如目前流行的条码识别、二维码识别、指纹识别或者更复杂的图像采集等。如何在显示屏的显示区集成图像采集已经成为了屏集成技术领域关注的焦点。

OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)由于具有能自发光、对比度高、色域广、功耗低等优点，被认为是最有可能替代液晶显示的技术。按照驱动方式，OLED可分为PMOLED(Passive Matrix Driving OLED，无源矩阵驱动有机发光二极管)和AMOLED(Active Matrix Driving OLED，有源矩阵驱动有机发光二极管)。如果能够在OLED显示器中集成光学图像采集功能，将进一步提高OLED显示器的价值。现有技术中的OLED显示屏集成光学图像采集的难点在于：一方面，显示区的光学信号往往非常微弱，而且易受环境光干扰，而目前的光学传感器由于受传感器面积的限制，以至于难以采集到这种微弱信号；另一方面，由于目前AMOLED背板上像素电路的存在，很难为光学传感器和传感器检测电路提供放置空间，导致光学信号的检测受到极大限制。

因此，需要提供一种能够解决上述一个或多个问题的阵列基板以及显示装置。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种阵列基板、图像采集方法及显示装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本公开的一个方面，提供了一种阵列基板，包括：

衬底基板；

多个第一电极，设于所述衬底基板之上；

多个第二电极，设于所述衬底基板之上且所述第二电极在所述衬底基板的投影与所述第一电极在所述衬底基板的投影交叉排列；

多个像素单元，分别位于所述第一电极与所述第二电极正对的区域之间；以及

多个光敏单元，设于所述像素单元的间隙处，用于接收所述多个像素单元发出并经由被检测对象反射的光信号，并将接收的所述光信号转换成电信号。

在本公开的一种示例性实施例中，所述多个光敏单元位于所述衬底基板与所述第一电极之间。

在本公开的一种示例性实施例中，所述像素单元为OLED像素单元。

在本公开的一种示例性实施例中，所述阵列基板还包括：

光敏检测电路，设置在所述衬底基板上，用于对所述多个光敏单元输出的所述电信号进行采集。

在本公开的一种示例性实施例中，所述光敏检测电路包括主动式检测电路。

在本公开的一种示例性实施例中，所述阵列基板还包括：

驱动单元，用于通过逐行扫描的方式驱动所述多个像素单元。

在本公开的一种示例性实施例中，所述光敏单元为PIN光敏元件或PN结光敏元件。

根据本公开的一个方面，提供了一种图像采集方法，应用于根据上述任意一项所述的阵列基板，包括：

根据多个预设帧对所述多个像素单元发出的光信号进行空间调制；

通过光调幅方式对所述多个光敏单元输出的电信号进行采集；以及

根据各所述预设帧内采集的所述电信号得到对所述检测对象的检测结果。

在本公开的一种示例性实施例中，对所述光信号进行空间调制包括：

通过所述多个像素单元以亮暗交替的方式对所述光信号进行空间调制。

根据本公开的一个方面，提供一种显示装置，包括根据上述任意一项所述的阵列基板。

根据本示例实施例的阵列基板及显示装置，采用PMOLED像素结构，将多个光敏单元设于像素单元的间隙处，通过光敏单元接收从像素单元发出并经由被检测对象反射的光信号。一方面，采用PMOLED像素结构，将多个光敏单元设于所述像素单元的间隙处，由于PMOLED像素结构不需要在阵列基板上设置像素电路，从而能够为光敏单元和光敏单元检测电路提供足够的空间；另一方面，通过光敏单元接收从像素单元发出并经由被检测对象反射的光信号，由于PMOLED的驱动方式为逐行驱动，可以减少其他行像素发光照到光敏元件上产生的信号干扰问题，减少环境光干扰，提高了信噪比，进而能够采集到较微弱的光信号。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了一种技术方案中采用AMOLED集成图像采集技术的阵列基板的结构示意图；

图2示出了根据本公开一示例性实施例的采用PMOLED集成图像采集技术的阵列基板的结构示意图；

图3示出了根据本公开另一示例性实施例的采用PMOLED集成图像采集技术的阵列基板的结构示意图；

图4示意性示出了根据本公开一示例性实施例的采用PMOLED集成图像采集技术的阵列基板的俯视图；

图5示意性示出了根据本公开一示例性实施例的点条纹图像采集的第一俯视图；

图6示意性示出了根据本公开一示例性实施例的电条纹图像采集的第二俯视图；

图7示意性示出了根据本公开一示例性实施例的采用光调幅技术的光敏传感器的检测原理图；

图8示意性示出了根据本公开一示例性实施例的对光敏传感器输出的信号进行采集的主动式检测电路；以及

图9示意性示出了根据本公开一示例性实施例的图像采集方法的流程图。

附图标记：

Frit 玻璃材质

TFT 薄膜晶体管

OLED 有机发光二极管

Readline 读取线

Gate line 栅极线

光敏Sensor 光敏传感器

Pixel 像素

Source line 源极线

AD 模数转换

Reset 重置

PD 光电二极管

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免使本公开的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

在显示屏的显示区集成图像采集的原理在于：由于不同颜色的物体，其反射的可见光的波长不同，黑色物体吸收各种波长的可见光，白色物体则反射各种波长的可见光，因此，从显示屏的显示区产生光源投射到条码或二维码上，再利用显示屏上的光敏元件对于不同光波长的反应(输出电流)不同的特性，便可以解出条码或二维码。

一种AMOLED集成图像采集技术方案中，参照图1所示，光学传感器即光敏元件设置于TFT背板上，对光学传感器输出信号进行检测的检测电路也需要设置于TFT背板上，光敏元件接收像素单元发出并经由被检测对象反射的光信号。在该技术方案中，一方面，由于AMOLED发光像素采用主动驱动的方式，需要在TFT背板上设置像素补偿电路，会在TFT背板上占据较大空间，因此难以为光敏元件和光敏元件检测电路提供足够的放置空间；另一方面，由于AMOLED的驱动方式比较复杂，往往采用GOA(Gate Driver on Array)即阵列基板行驱动方式驱动，因此当需要对像素驱动进行改进时，GOA难以对应复杂或者特定的驱动方式，从而难以进一步提高图像采集效果。

基于上述内容，在本示例实施例中，首先提供了一种阵列基板。参照图2所示，该阵列基板可以包括：衬底基板210；多个第一电极220，设于所述衬底基板210之上；多个第二电极230，设于所述衬底基板210之上且所述第二电极230在所述衬底基板210的投影与所述第一电极220在所述衬底基板上的投影交叉排列；多个像素单元240，分别位于所述第一电极220与所述第二电极230正对的区域之间；以及多个光敏单元250，设于所述像素单元240的间隙处，用于接收所述多个像素单元240发出并经由被检测对象反射的光信号，并将接收的所述光信号转换成电信号。

根据本示例实施例的阵列基板，一方面，采用PMOLED像素结构，将多个光敏单元设于所述像素单元的间隙处，由于PMOLED像素结构不需要在阵列基板上设置像素电路，从而能够为光敏单元和光敏单元检测电路提供足够的空间；另一方面，通过光敏单元接收从像素单元发出并经由被检测对象反射的光信号，由于PMOLED的驱动方式为逐行驱动，可以减少其他行像素发光照到光敏元件上产生的信号干扰问题，减少环境光干扰，提高了信噪比，进而能够采集到较微弱的光信号。

接下来，将对本示例实施例中的阵列基板进行详细说明。

在本示例实施例中，参照图2所示，所述多个光敏单元250可以位于衬底基板210与第一电极220之间。具体而言，光敏元件可以位于像素单元240的空隙区域，此外，光敏元件也可以位于第一电极220的正下方并且处于像素单元240的间隙上，也可以位于处于像素单元240的间隙处的其他适当位置，这同样在本公开的保护范围内。在本示例实施例中，第一电极可以为ITO阳极即铟锡氧化物阳极，第二电极可以为金属阴极。

在本示例实施例中，光敏单元250可以为PIN光敏元件或PN结光敏元件。对待检测对象例如二维码或条形码进行检测时，由驱动电路驱动所选取的多个像素单元240发光，像素单元240发出的光照射到被检测对象时，一部分光会反射到PIN光敏元件或PN结光敏元件上，PIN光敏元件或PN结光敏元件接收反射的光信号，并将接收的光信号转换成电信号。

需要说明的是，在本示例实施例中，检测对象可以为二维码或条形码，但是本公开的示例实施例中的检测对象不限于此，例如检测对象还可以为指纹、虹膜等，这同样在本公开的保护范围内。

在本示例实施例中，参照图3所示，衬底基板210可以包括OLED背板和TFT背板。可以先制作TFT背板和光敏元件，然后在光敏元件上方制作PMOLED器件，例如可以在光敏元件上方制作第一电极、OLED像素以及第二电极。此外，也可以在制作TFT背板之前先制作好光敏元件，这同样在本公开的保护范围内。由于PMOLED像素单元不需要像素补偿电路，则可以在TFT背板上制作光敏检测电路。因此，在本示例实施例中，该阵列基板还可以包括，光敏检测电路，设置在所述衬底基板210上，用于对多个光敏单元250输出的电信号进行采集。

进一步地，图4中示出了光敏元件位于像素单元的空隙区域的一种排布方式。在图4中，阴极和阳极的交叉位置为像素单元区域，在阴极和阳极上加上信号之后，处于阴极和阳极交叉位置的像素单元就会根据信号的大小发出相应的光信号。由于PMOLED在同一时刻只有一行像素发光，与AMOLED整帧发光相比会更加精确，因为如果整帧画面都被点亮，则位于第一行的光敏传感器，除了会接收到第一行像素发出并被反射的光外，其他行像素的反射光同样可能会被光敏传感器收到，从而会引起最终采集到的检测对象的图像的模糊。同时由于阴极和阳极的条形结构，便于PMOLED进行驱动，因此引线可以直接进入到驱动IC，只要在阴极和阳极加上适当的信号，就可以实现更加复杂的光纹空间调制检测。

此外，在本示例实施例中，由于采用PMOLED作为光敏元件的背光源，能够实现背光的图案pattern化，可以通过对像素单元进行空间调制例如通过像素单元显示特定图案即预设帧例如亮暗交替条纹、交替亮暗点对光学信号进行空间调制，从而能够减少环境光干扰，提高信噪比，因此该阵列基板还可以包括：调制单元，用于根据多个预设帧对所述光信号进行空间调制；处理单元，用于根据各所述预设帧内所述光敏单元输出的所述电信号得到对所述检测对象的检测结果。

具体而言，在本示例实施例中，可以将像素单元划分为若干可单独控制的“子像素”，当像素单元中不同数量的子像素被选通时可以显示特定图案。图5和图6示出了通过像素单元显示特定图案即预设帧对光学信号进行空间调制的示意图。图5为本示例实施例中的PMOLED光空间调制的一种点条纹状光源的第一俯视图。从图5可以看到，每一单元分为两部分即两个方块，右侧的方块为像素单元即oled发光像素，左侧的方块为位于oled发光像素斜上方的光敏元件。从图5中可以看到，图中标出的光敏元件周边的oled都是黑的，这样可以最大限度的减少其他周围的杂光反射的干扰。

图6为本示例实施例中的PMOLED光空间调制的一种点条纹状光源实施例的第二俯视图，图5和图6两张图为进行光信号检测时的两个预设帧，图5与图6结构相似，但是在图6中黑点位置，在图5中为白点。将图5中的采集到的光敏元件的信号和图6中采集到的光敏元件的信号合成在一起，即可采集出整个屏幕内所有光敏元件的信号数据即采集到整个被检测对象的光学图像，因此可以将图5和图6中采集的数据进行分析处理后，最终得到清晰的采集图像。

图5和图6的图像采集过程，首先分别在如图5和图6所示的点条纹背光下采集两帧数据，然后将采集到的两帧图像信号进行分析处理，例如每帧只取最近OLED亮的光敏元件的信号，可以消除周边光源引起的噪声，从而提高信噪比，实现图像精细化。

应当注意的是，在本示例实施例中，在进行光学图像信号采集时，PMOLED要进行同步显示相应画面，因此要求PMOLED画面显示，与图像检测需要满足一定的时序关系，例如可以以交替的方式进行画面显示和图像检测。

进一步地，在本示例实施例中，为了提高信噪比，可以通过使OLED背光显示特定图案来对光学图像信号进行调整，因此，可以通过多个像素单元一亮暗交替的方式对光信号进行空间调制。在本示例实施例中，亮暗交替的方式可以包括亮暗交替条纹、交替亮暗点等，本公开的示例实施例中不限于此，OLED背光图案pattern可以采用更加复杂的图案形状，例如还可以采用各种条形，点中心形状等，因此在此对本公开的示例实施例中的像素单元显示的背光图案pattern形状不做特殊限定。

此外，在本示例实施例中，也并不是只能采用两幅画面拼成整个屏幕，在图案形状复杂的前提下，同样可以采用三帧、甚至多帧画面最终拼成整个屏幕，从而得到更多有效指纹数据，提高最终图像的信噪比。

进一步地，在本示例实施例中，在对光敏元件输出的电信号进行检测时还可以采用光调幅技术，由于PMOLED直接使用driver IC进行驱动，因此驱动时序与AMOLED相比而言更加简单。参照图7所示，在对被检测对象进行图像采集时，由调制器产生一个固定频率的方波信号，该方波信号分成两路，一路用于驱动像素单元发光产生经调制的光信号，另一路则用于采集到的图像信号的解调。当对检测对象进行图像采集时，调制的光信号会照射到检测对象上发生反射，反射后的调制光照射到光敏单元上产生光电流，该光电流首先进入电压转换电路将光电流信号转换为光电压信号，然后经过第一滤波放大电路后进入到解调电路进行解调。在对采集到的图像信号进行解调时，需要使用到调制器输出的另一路信号，经过解调电路的解调后，最后再通过具有低通滤波器的第二滤波电路进行低通滤波，就得到了提取的包含图像信息的模拟信号，在进入模数转换电路后将模拟信号转换成数字信号，最终输出到处理单元进行后续处理得到最终的图像信息。利用调制光可以抵抗外界光、环境噪声、电噪声的干扰，提高信噪比。

另外，在对光敏元件输出的电信号进行采集时，也可以采用主动式检测电路结构进行采集，因为OLED不需要使用像素电路，因此TFT背板上会有足够的检测电路空间。一种4T-APS(四管主动像素传感器)主动式检测电路如图8所示，该4T-APS主动检测电路可以包括：重置开关管T_RST、光电二极管PD、传输门开关管TX、读取存储在寄生节点FD光电信号的源跟随器管Tsf、选择开关管Tsel，其中，重置开关管T_RST的控制端用于接收重置信号Reset，源极端接重置电压端Vrst、漏极端接FD节点；传输门开关管TX的控制端用于接收传输信号TX，源极端接PD，漏极端接FD；源跟随器管Tsf的控制端接FD节点，源极端接电源电压端Vdd、漏极端接选择开关管的源极端；选择开关管Tsel的控制端用于接收选择信号Select，漏极端接该外部列输出总线。图6中检测电路可以减少同一行的sensor串扰，并且提高sensor的检测精度，具体不在此赘述。

此外，在本示例实施例中，还提供了一种图像采集方法，应用于上述实施例中所述的阵列基板。参照图9所示，该图像采集方法可以包括：

步骤S910.根据多个预设帧对所述多个像素单元发出的光信号进行空间调制；

步骤S920.通过光调幅方式对所述多个光敏单元输出的电信号进行采集；以及

步骤S930.根据各所述预设帧内采集的所述电信号得到对所述检测对象的检测结果。

进一步地，在本示例实施例中，，对所述光信号进行空间调制可以包括：

通过所述多个像素单元以亮暗交替的方式对所述光信号进行空间调制。

需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

进一步地，本公开的另一示例性实施例提供了一种显示装置，该显示装置可以包括根据前述实施例中任一种阵列基板。由于本示例实施方式中的照明系统采用了上述阵列基板，因此至少具有与所述阵列基板相应的全部优点。在本示例实施例中，所述显示装置可以为：OLED面板、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相机等任何具有显示功能的产品或部件，本公开对此不进行特殊限定。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种阵列基板，其特征在于，包括：

衬底基板；

多个第一电极，设于所述衬底基板之上；

多个第二电极，设于所述衬底基板之上且所述第二电极在所述衬底基板的投影与所述第一电极在所述衬底基板的投影交叉排列；

多个像素单元，分别位于所述第一电极与所述第二电极正对的区域之间，所述像素单元为PMOLED像素单元；以及

多个光敏单元，设于所述像素单元的间隙处，用于接收所述多个像素单元发出并经由被检测对象反射的光信号，并将接收的所述光信号转换成电信号。

2.根据权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，所述多个光敏单元位于所述衬底基板与所述第一电极之间。

3.根据权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，所述阵列基板还包括：

光敏检测电路，设置在所述衬底基板上，用于对所述多个光敏单元输出的所述电信号进行采集。

4.根据权利要求3所述的阵列基板，其特征在于，所述光敏检测电路包括主动式检测电路。

5.根据权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，所述阵列基板还包括：

驱动单元，用于通过逐行扫描的方式驱动所述多个像素单元。

6.根据权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，所述光敏单元为PIN光敏元件或PN结光敏元件。

7.一种图像采集方法，应用于根据权利要求1至6中任一项所述的阵列基板，其特征在于，包括：

根据多个预设帧对所述多个像素单元发出的光信号进行空间调制；

通过光调幅方式对所述多个光敏单元输出的电信号进行采集；以及

根据各所述预设帧内采集的所述电信号得到对所述检测对象的检测结果。

8.根据权利要求7所述的图像采集方法，其特征在于，对所述光信号进行空间调制包括：

通过所述多个像素单元以亮暗交替的方式对所述光信号进行空间调制。

9.一种显示装置，其特征在于，包括根据权利要求1至6中任一项所述的阵列基板。