CN107480650B - 指纹检测单元、指纹检测电路及其驱动方法、显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种指纹检测单元，包括：光敏感应器件，第一极与参考信号端相连，第二极与下拉节点相连；重置模块，用于在重置端接收到重置信号的第一阶段，对下拉节点的电位进行重置；电压输出模块，与下拉节点、选通端和指纹检测单元的输出端相连，用于根据下拉节点的电位向输出端输出电压信号，并且，从第一阶段到第二阶段，向输出端输出的电压信号的变化量与下拉节点的电位的变化量正相关；下拉节点为光敏感应器件的第二极、重置模块和电压输出模块之间的连接节点；第二阶段为选通端接收到选通信号且重置端未接收到重置信号的阶段。本发明还提供一种指纹检测电路及其驱动方法和显示装置。本发明能够提高指纹检测的抗噪性能，提高检测精度。

Description

指纹检测单元、指纹检测电路及其驱动方法、显示装置

技术领域

本发明涉及指纹检测领域，具体涉及一种指纹检测单元、指纹检测电路及其驱动方法、显示装置。

背景技术

近年来，随着技术的高速发展，具有生物识别功能的移动产品逐渐进入人们的生活工作中，指纹技术凭借着其唯一身份特性，备受人们重视。基于硅基工艺的按压式与滑动式指纹识别技术已经整合入移动产品中，未来人们关注的核心是显示区域内的指纹识别技术。

图1为现有的指纹检测电路的结构示意图，其包括多个指纹检测单元，每个指纹传感器包括一个光敏二极管D1和一个开关晶体管T1，在进行指纹识别时，由于指纹谷脊间的差异，光线照射到手指上的会产生不同的反射，从而使得到达光敏二极管D1处的光强出现变化，产生不同的光电流差异，同时，逐行为扫描线(Gate1～Gate4)提供扫描信号，从而逐行开启开关晶体管T1，检测芯片读取各条读取信号线(Sline1～Slin3)读取出各个光敏二极管D1的电流差异，即可实现对指纹谷脊的检测。

但此种检测方法是直接检测电流，而谷脊产生的电流差异很小，在小光强下，读取信号线(Sline1～Slin3)上流过的电流很小，且容易受到噪声干扰，从而影响检测效果。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种指纹检测单元、指纹检测电路及其驱动方法、显示装置，以提高指纹检测的抗噪性能，改善检测效果。

为了解决上述技术问题之一，本发明提供一种指纹检测单元，包括：

光敏感应器件，所述光敏感应器件的第一极与参考信号端相连，第二极与下拉节点相连；

重置模块，所述重置模块与重置端和所述下拉节点相连，用于在所述重置端接收到重置信号的第一阶段，对所述下拉节点的电位进行重置；

电压输出模块，所述电压输出模块与所述下拉节点、选通端和指纹检测单元的输出端相连，用于根据所述下拉节点的电位向指纹检测单元的输出端输出电压信号，并且，从所述第一阶段到第二阶段，向所述指纹检测单元的输出端输出的电压信号的变化量与所述下拉节点的电位的变化量正相关；其中，所述下拉节点为所述光敏感应器件的第二极、所述重置模块和所述电压输出模块之间的连接节点；所述第二阶段为所述选通端接收到选通信号且所述重置端未接收到重置信号的阶段。

优选地，从所述第一阶段到所述第二阶段，所述电压输出模块向指纹检测单元的输出端输出的电压信号的变化量是所述下拉节点的电位变化量的A倍，A大于1。

优选地，所述重置模块包括重置晶体管，

所述重置晶体管的栅极与所述重置端相连，第一极与所述选通端相连，第二极与所述下拉节点相连。

优选地，所述电压输出模块包括选通晶体管和跟随晶体管；

所述选通晶体管的栅极和第一极均与所述选通端相连，所述选通晶体管的第二极和所述跟随晶体管的第一极均与所述指纹检测单元的输出端相连，所述跟随晶体管的栅极与所述下拉节点相连，所述跟随晶体管的第二极与所述参考信号端相连。

优选地，所述选通晶体管和所述跟随晶体管的氧化层的单位电容、电子迁移率均相同。

优选地，所述光敏感应器件为光敏二极管。

优选地，所述参考信号端为低电平信号端。

相应地，本发明还提供一种指纹检测电路，包括多个本发明提供的上述指纹检测单元。

优选地，同一行指纹检测单元的选通端连接同一条选通信号线，同一行指纹检测单元的重置端连接同一条重置信号线；同一列指纹检测单元的输出端连接同一条信号读取线。

相应地，本发明还提供一种上述指纹检测电路的驱动方法，包括：

在重置阶段，向每个所述指纹检测单元的重置端提供重置信号，以对所述指纹检测单元的下拉节点的电位进行重置，从而使所述电压输出模块根据所述下拉节点的电位向指纹检测单元的输出端输出第一电压信号；

在检测阶段，停止提供所述重置信号，并逐行向所述选通端提供选通信号，以使得每个所述电压输出模块根据所述光下拉节点的电位向相应指纹检测单元的输出端输出第二电压信号，且所述第一电压信号与所述第二电压信号之差与所述下拉节点的电位在重置阶段和检测阶段的差值正相关。

优选地，所述重置阶段还包括：向每个所述指纹检测单元的重置端提供重置信号的同时，向相应的选通端提供选通信号。

相应地，本发明还提供一种显示装置，包括显示面板和设置在显示面板上的指纹检测电路，所述指纹检测电路为本发明提供的上述指纹检测电路。

优选地，所述显示面板包括相对设置的第一基板和第二基板，所述指纹探测电路设置在所述第一基板朝向所述第二基板的一侧，或者设置在所述第二基板背离所述第一基板的一侧。

优选地，所述重置模块包括重置晶体管，所述电压输出模块包括选通晶体管和跟随晶体管；

所述第一基板上设置有发光单元和用于驱动所述发光单元发光的像素驱动电路，所述像素驱动电路包括多个显示用晶体管，所述重置晶体管、所述选通晶体管和所述跟随晶体管与所述显示用晶体管同层设置。

本发明具有以下有益效果：

利用本发明提供的指纹检测单元进行指纹检测时，采用的是电压检测的方式，与电流检测的方式相比，采用电压检测的方式进行检测时，输出端输出的直接就是电压信号，耦合电压相对于检测电压是很小的，从而提高指纹检测过程中的抗噪性能，提高指纹检测电路的检测精度；并且，电压输出模块能够在向输出端输出电压的同时，起到电压放大的作用，从而进一步提高抗噪性能，且降低了检测芯片的制作成本和体积。

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是现有的指纹检测电路的结构示意图；

图2是本发明实施例中提供的指纹检测单元的模块结构示意图；

图3是图2的指纹检测单元的信号时序图；

图4是本发明实施例中提供的指纹检测单元的具体结构示意图；

图5是本发明实施例中提供的指纹检测电路的部分结构示意图；

图6是图5的指纹检测电路的信号时序图；

图7是本发明实施例提供的显示装置的第一种结构示意图；

图8是本发明实施例提供的显示装置的第二种结构示意图。

其中，附图标记为：

Gate1～Gate4：扫描线；Sline1～Slin3：读取信号线；D1：光敏二极管；T1：开关晶体管；20：指纹检测单元；21：光敏感应器件；22：重置模块；23：电压输出模块；PD：下拉节点；Tr：重置晶体管；Ts：选通晶体管；Tf：跟随晶体管；Vsel：选通端；Vout：输出端；Vrst：重置端；Vss：参考信号端；Reset1、Reset2：重置信号线：Select1、Select2：选通信号线；30：显示面板；31：第一基板；32：第二基板；33：发光单元；34：像素驱动电路。

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。

作为本发明的一方面，提供一种指纹检测单元20，如图2所示，指纹检测单元20包括光敏感应器件21、重置模块22和电压输出模块23。光敏感应器件21的第一极与参考信号端Vss相连，光敏感应器件21的第二极与下拉节点PD相连。重置模块22与指纹检测单元20的重置端Vrst和下拉节点PD相连，用于在重置端Vrst接收到重置信号的第一阶段(即，图3中的t1阶段)，对下拉节点PD的电位进行重置。电压输出模块23与下拉节点PD、选通端Vsel和指纹检测单元20的输出端Vout相连，用于根据下拉节点PD的电位向指纹检测单元20的输出端Vout输出电压信号，并且，从所述第一阶段到第二阶段，电压输出模块23向指纹检测单元20的输出端Vout输出的电压信号的变化量与下拉节点PD的电位的变化量正相关。其中，下拉节点PD为光敏感应器件21的第二极、重置模块22和电压输出模块23之间的连接节点；第二阶段为重置端Vrst未接收到重置信号且选通端Vsel接收到选通信号的阶段(即，图3中的t2阶段)。

另外，重置模块22也可以与选通端Vsel，从而在重置端Vrst接收到重置信号时，将选通端Vsel与下拉节点PD导通，以利用选通端Vsel的信号对下拉节点PD进行重置。

在第一阶段，下拉节点PD被重置而达到重置电位，此时，指纹检测单元20的输出端Vout输出第一电压信号；在第二阶段，手指反射的光照射至光敏感应器件21，产生感应电流，从而使得下拉节点PD的电位发生变化，变化量为△V1，而电压输出模块23向输出端Vout输出第二电压信号，且该第二电压信号与第一电压信号的差值△V2与△V1正相关，因此，检测芯片与指纹检测单元20的输出端Vout相连时，可以根据△V2得出△V1，进而获得光敏感应器件21检测到的光线量。由于指纹的谷和脊反射的光线量不同，因此，通过不同指纹检测单元20检测到的光线量的差异，实现对指纹检测。

在现有技术中，指纹检测单元20的输出端Vout输出是电流信号，当电流较小时，电流信号经过读取信号线而被检测芯片检测的过程中，很容易受到因电压耦合而产生的噪声干扰，而在本发明采用的是电压检测的方式，输出端Vout输出的直接就是电压信号，耦合电压相对于检测电压是很小的，从而提高指纹检测过程中的抗噪性能，提高检测精度。

优选地，从所述第一阶段到所述第二阶段，电压输出模块23向指纹检测单元20的输出端Vout输出的电压信号的变化量是下拉节点PD的电位的变化量的A倍，A大于1，从而进行电压放大。

现有技术的通过电流检测指纹方式时，由于电流较小，因此需要检测芯片前端设置放大倍数较大的放大器，且要求前端放大器的偏执电流要小，从而增加了检测芯片的制作成本，增大了检测芯片的体积。而本申请中，电压输出模块23还可以进行电压放大后提供至输出端Vout，从而降低驱动芯片的设计需求。

指纹检测单元20的具体结构如图4所示，光敏感应器件21为光敏二极管；光敏感应器件21的第一极为光敏二极管的阳极，光敏感应器件21的第二极为光敏二极管的阴极。上述参考信号端Vss为低电平信号端，例如，接地端。

重置模块22包括重置晶体管Tr，该重置晶体管Tr的栅极与重置端Vrst相连，第一极与选通端Vsel相连，第二极与下拉节点PD相连。

电压输出模块23包括选通晶体管Ts和跟随晶体管Tf。其中，选通晶体管Ts的栅极和第一极均与选通端Vsel相连，选通晶体管Ts的第二极和跟随晶体管Tf的第一极均与指纹检测单元20的输出端Vout相连，跟随晶体管Tf的栅极与下拉节点PD相连，跟随晶体管Tf的第二极与参考信号端Vss相连。

在本发明中，重置晶体管Tr、选通晶体管Ts和跟随晶体管Tf均为N型晶体管，相应地，所述重置信号和所述选通信号均为高电平信号。指纹检测单元20的具体工作过程包括：

在第一阶段(即，图3中的t1阶段)，向重置端Vrst和选通端Vsel均提供高电平信号，从而使得重置晶体管Tr、选通晶体管Ts和跟随晶体管Tf均导通，下拉节点PD重置为高电平电位。在第二阶段(即，图3中的t2阶段)，向重置端Vrst提供低电平信号，向选通端Vsel提供高电平信号，以使得重置晶体管Tr关断；当光敏二极管受光照时产生电流，下拉节点PD电位下降，从而使得输出端Vout的电压相应变化。

在第一阶段和第二阶段，由于跟随晶体管Tf和选通晶体管Ts为串联关系，因此流过二者的电流相等，以下拉节点PD作为电压输出模块23的输入节点，以输出端Vout作为电压输出模块23的输出节点，则可以按式(1)计算电压输出模块23的小信号增益(也就是上述A)为：

A＝gm(Tf)/gm(Ts)

＝sqrt(2μ_fC_oxf(W/L)_f*I)/sqrt(2μ_sC_oxs(W/L)_s*I) (1)

其中，μ_f为跟随晶体管Tf的电子迁移率；μ_s为选通晶体管Ts的电子迁移率；C_oxf为跟随晶体管Tf氧化层的单位电容；C_oxs为选通晶体管Ts氧化层的单位电容；(W/L)_f为跟随晶体管Tf的导电沟道的宽长比；(W/L)_s为选通晶体管Ts的导电沟道的宽长比。

可见，只需要选择合适参数的选通晶体管Ts和跟随晶体管Tf，就可以控制电压输出模块23的电压信号放大倍数A。

优选地，选通晶体管Ts和跟随晶体管Tf的氧化层的单位电容、电子迁移率均相同，上式(1)则可以进一步化简为：

A＝sqrt((W/L)_f/(W/L)_s) (2)

这时，放大倍数A仅与跟随晶体管Tf和选通晶体管Ts的宽长比相关。

作为本发明的另一方面，提供一种指纹检测电路，如图5所示，该指纹检测电路包括多个上述指纹检测单元20。

多个指纹检测单元20可以排成多行多列，同一行指纹检测单元20的选通端Vsel连接同一条选通信号线(如图5中的Select1、Select2)，同一行指纹检测单元的重置端Vrst连接同一条重置信号线(如图5中的Reset1、Reset2)；同一列指纹检测单元20的输出端Vout连接同一条信号读取线(如图5中的Sline1、Sline2)。每条信号读取线可以均与检测芯片相连，以使所述检测芯片通过信号读取线上的电压信号对指纹进行检测、识别。

作为本发明的第三方面，提供一种上述指纹检测电路的驱动方法，包括：

在重置阶段，向每个指纹检测单元20的重置端Vrst提供重置信号，以对指纹检测单元20的下拉节点PD的电位进行重置，从而使电压输出模块23根据下拉节点PD的电位向指纹检测单元20的输出端Vout输出第一电压信号。如图6所示，可以逐条向重置信号线Reset1、Reset2等提供重置信号，以逐行向指纹检测单元20提供重置信号，直至完成所有下拉节点PD的重置。

在检测阶段，停止提供所述重置信号，并逐行向选通端Vsel提供选通信号(如图6所示，逐条向选通信号线Select1、Select2等提供选通信号)，以使得每个电压输出模块23根据下拉节点PD的电位向相应指纹检测单元的输出端Vout输出第二电压信号，且所述第一电压信号与所述第二电压信号之差与下拉节点PD在重置阶段和检测阶段的差值正相关。

其中，重置阶段为所有行的指纹检测单元20的重置端Vrst均接收到重置信号的阶段，该重置阶段可以看作所有指纹检测单元20的第一阶段的总和；相应地，检测阶段可以看作所有指纹检测单元20的第二阶段的总和。

如上文所述，重置模块22包括重置晶体管Tr，这种情况下，重置阶段还包括：向每个所述指纹检测单元的重置端Vrst提供重置信号的同时，向相应的选通端Vsel提供选通信号，从而使得重置晶体管Tr的栅极根据重置信号开启，以将下拉节点PD与选通端Vsel导通，下拉节点PD接收到选通信号而重置。

作为本发明的第四方面，提供一种显示装置，包括显示面板30和设置在显示面板30上的指纹检测电路，其中，所述指纹检测电路为本发明提供的上述指纹检测电路。

由于所述指纹检测单元的抗噪性能较高，因此，采用所述指纹检测单元的指纹检测电路的整体检测精度较高，从而使得显示装置为用户带来更好的使用体验。

如图7和图8所示，显示面板30具体包括设置的第一基板31和第二基板32，所述指纹探测电路设置在第一基板31朝向第二基板32的一侧(如图7所示)，或者设置在第二基板32背离第一基板31的一侧(如图8所示)。

其中，显示面板30可以为液晶显示面板，也可以为自发光显示面板，例如，有机电致发光显示面板。作为本发明的一种具体实施方式，显示面板30为有机电致发光显示面板，具体地，第一基板31上设置有发光单元33和用于驱动发光单元33发光的像素驱动电路34，发光单元33所发射光线的一部分被手指反射至指纹检测单元20，从而进行指纹检测。像素驱动电路34包括多个显示用晶体管，上述重置晶体管Tr、选通晶体Ts管和跟随晶体管Tf与所述显示用晶体管同层设置。各晶体管可以为低温多晶硅薄膜晶体管。需要说明的是，所述同层设置是指，同层设置的晶体管的各个层同层设置，如各晶体管的栅极位于同一层，源漏极位于同一层，等等，以简化制作工艺。另外，光敏感应器件21可以与发光单元33位于同层，也可以位于发光单元33的出光侧。

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 (14)

1.一种指纹检测单元，其特征在于，包括：

光敏感应器件，所述光敏感应器件的第一极与参考信号端相连，第二极与下拉节点相连；

重置模块，所述重置模块与重置端和所述下拉节点相连，用于在所述重置端接收到重置信号的第一阶段，对所述下拉节点的电位进行重置；

电压输出模块，所述电压输出模块与所述下拉节点、选通端和指纹检测单元的输出端相连，用于根据所述下拉节点的电位向指纹检测单元的输出端输出电压信号，并且，从所述第一阶段到第二阶段，向所述指纹检测单元的输出端输出的电压信号的变化量与所述下拉节点的电位的变化量正相关；其中，所述下拉节点为所述光敏感应器件的第二极、所述重置模块和所述电压输出模块之间的连接节点；所述第二阶段为所述选通端接收到选通信号且所述重置端未接收到重置信号的阶段。

2.根据权利要求1所述的指纹检测单元，其特征在于，从所述第一阶段到所述第二阶段，所述电压输出模块向指纹检测单元的输出端输出的电压信号的变化量是所述下拉节点的电位变化量的A倍，A大于1。

3.根据权利要求1或2所述的指纹检测单元，其特征在于，所述重置模块包括重置晶体管，

所述重置晶体管的栅极与所述重置端相连，第一极与所述选通端相连，第二极与所述下拉节点相连。

4.根据权利要求1或2所述的指纹检测单元，其特征在于，所述电压输出模块包括选通晶体管和跟随晶体管；

所述选通晶体管的栅极和第一极均与所述选通端相连，所述选通晶体管的第二极和所述跟随晶体管的第一极均与所述指纹检测单元的输出端相连，所述跟随晶体管的栅极与所述下拉节点相连，所述跟随晶体管的第二极与所述参考信号端相连。

5.根据权利要求4所述的指纹检测单元，其特征在于，所述选通晶体管和所述跟随晶体管的氧化层的单位电容、电子迁移率均相同。

6.根据权利要求1或2所述的指纹检测单元，其特征在于，所述光敏感应器件为光敏二极管。

7.根据权利要求1或2所述的指纹检测单元，其特征在于，所述参考信号端为低电平信号端。

8.一种指纹检测电路，其特征在于，包括多个指纹检测单元，所述指纹检测单元为权利要求1至7中任意一项所述的指纹检测单元。

9.根据权利要求8所述的指纹检测电路，其特征在于，同一行指纹检测单元的选通端连接同一条选通信号线，同一行指纹检测单元的重置端连接同一条重置信号线；同一列指纹检测单元的输出端连接同一条信号读取线。

10.一种权利要求8或9所述的指纹检测电路的驱动方法，其特征在于，包括：

在重置阶段，向每个所述指纹检测单元的重置端提供重置信号，以对所述指纹检测单元的下拉节点的电位进行重置，从而使所述电压输出模块根据所述下拉节点的电位向指纹检测单元的输出端输出第一电压信号；

在检测阶段，停止提供所述重置信号，并逐行向所述选通端提供选通信号，以使得每个所述电压输出模块根据所述下拉节点的电位向相应指纹检测单元的输出端输出第二电压信号，且所述第一电压信号与所述第二电压信号之差与所述下拉节点的电位在重置阶段和检测阶段的差值正相关。

11.根据权利要求10所述的驱动方法，其特征在于，所述指纹检测电路的指纹检测单元为权利要求3所述的指纹检测单元，

所述重置阶段还包括：向每个所述指纹检测单元的重置端提供重置信号的同时，向相应的选通端提供选通信号。

12.一种显示装置，包括显示面板和设置在显示面板上的指纹检测电路，其特征在于，所述指纹检测电路为权利要求10或11所述的指纹检测电路。

13.根据权利要求12所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板包括相对设置的第一基板和第二基板，所述指纹检测电路设置在所述第一基板朝向所述第二基板的一侧，或者设置在所述第二基板背离所述第一基板的一侧。

14.根据权利要求13所述的显示装置，其特征在于，所述重置模块包括重置晶体管，所述电压输出模块包括选通晶体管和跟随晶体管；

所述第一基板上设置有发光单元和用于驱动所述发光单元发光的像素驱动电路，所述像素驱动电路包括多个显示用晶体管，所述重置晶体管、所述选通晶体管和所述跟随晶体管与所述显示用晶体管同层设置。

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