CN108875637A - 信号接收单元及其驱动方法、显示面板和显示装置 - Google Patents

信号接收单元及其驱动方法、显示面板和显示装置 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种信号接收单元及其驱动方法、显示面板和显示装置。信号接收单元包括信号转换部，配置为将接收到的输入信号转换为电信号并输出到采集节点；复位电路，复位电路的输入端连接至提供基准电压信号的基准信号线，控制端连接至提供复位信号的复位信号线，输出端连接至所述采集节点，复位电路配置为在复位信号的控制下控制采集节点处信号的电压；以及输出电路，其输入端连接至所述采集节点，配置为累积放大所述采集节点处的信号并输出放大信号。

Description

信号接收单元及其驱动方法、显示面板和显示装置
技术领域
本公开涉及指纹识别技术领域，更具体地，涉及一种信号接收单元及其驱动方法、显示面板和显示装置。
背景技术
由于指纹图案的唯一性，随之发展起来的指纹识别技术广泛用于个人身份验证。根据指纹采集、输入的方式不同，目前应用的指纹识别技术可以包括：光学成像、热敏传感器成像、超声波成像等。由于信号穿透性强且无需采用要求苛刻的保护层等优点，超声波指纹成像成为研究热点。
然而，如何更准确地识别指纹图案是本领域亟待解决的问题。
发明内容
本公开提出了一种信号接收单元及其驱动方法、显示面板和显示装置。
根据本公开的一个方面，提出了一种信号接收单元，包括：
信号转换部，配置为将接收到的输入信号转换为电信号并输出到采集节点；
复位电路，所述复位电路的输入端连接至提供基准电压信号的基准信号线，控制端连接至提供复位信号的复位信号线，输出端连接至所述采集节点；复位电路配置为在复位信号的控制下控制采集节点处信号的电压；以及
输出电路，所述输出电路的输入端连接至所述采集节点，所述输出电路配置为累积放大所述采集节点处的信号并在信号采集单元的输出端输出放大信号。
例如，所述复位电路包括第一晶体管；所述第一晶体管的栅极连接至复位信号线，第一极连接至所述基准信号线，第二极连接至所述采集节点；第一晶体管配置为利用所述基准信号补偿所述采集节点处信号的电压。
例如，所述复位电路还包括第二晶体管；所述第二晶体管的栅极连接至复位信号线，第一极连接至所述基准信号线，第二极连接至所述采集节点。
例如，所述第一晶体管为耗尽型薄膜晶体管，所述第二晶体管为增强型薄膜晶体管。
例如，所述输出电路包括第三晶体管和第四晶体管；其中第三晶体管的栅极连接至所述采集节点，第一极连接至提供电源电压的电源线，第二极连接至第四晶体管的第一极；第三晶体管配置为累积放大所述采集节点处的信号；以及第四晶体管的栅极连接至提供控制信号的控制信号线，第四晶体管的第二极连接至信号接收单元的输出端，第四晶体管配置为在控制信号的控制下输出所述放大信号。
例如，所述第一晶体管至第四晶体管均为N型薄膜晶体管。
例如，根据本公开实施例的信号接收单元还包括保持电路，所述保持电路的第一端连接至所述基准信号线，第二端连接至所述信号接收单元的输出端，所述保持电路配置为利用所述基准信号保持所述信号接收单元的输出端的电压。
例如，所述输入信号为超声波信号。
根据本公开实施例的另一方面，提供了一种显示面板，包括：
显示基板；
信号发射单元；以及
排列为阵列的多个根据本公开实施例的信号接收单元。
根据本公开实施例的另一方面，提供了一种显示装置，包括根据本公开实施例的显示面板。
根据本公开实施例的另一方面，提供了一种信号接收单元的驱动方法，包括：
在第一时段，在复位信号的控制下，将采集节点置为基准信号的电压；
在第二时段，在控制信号的控制下，累积放大采集节点处信号的电压并输出放大电压。
例如，在第一时段，在复位信号的控制下，第一晶体管和第二晶体管导通。
例如，在第二时段，在复位信号的控制下，所述第一晶体管利用所述基准信号补偿采集节点处信号的电压。
例如，所述复位信号为第一电平，所述控制信号为与第一电平不同的第二电平。
根据公开实施例的技术方案，提供了一种信号接收单元，其中使用耗尽型薄膜晶体管改善了回波信号的累积放大，防止由于回波信号幅度太小导致信噪比过低。此外，根据本公开实施例，利用保持电路的保持功能，可以进一步避免回波信号衰减。由此，适应于全显示屏区域内实现指纹识别。
附图说明
通过下面结合附图说明本公开实施例，将使本公开实施例的上述及其它目的、特征和优点更加清楚。应注意，贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。图中：
图1示出了一种超声指纹识别系统的结构示意图；
图2A示出了根据本公开实施例的一种示例信号接收单元的结构示意图；
图2B示出了根据本公开实施例的另一示例信号接收单元的结构示意图；
图3A示出了根据本公开实施例的一个示例信号接收单元的示意电路图；
图3B示出了根据本公开实施例的另一示例信号接收单元的示意电路图；
图3C示出了根据本公开实施例的另一示例信号接收单元的示意电路图；
图4示出了根据本公开实施例的信号接收单元的驱动方法的流程图；
图5示出了根据本公开实施例的信号接收单元的驱动时序图；
图6A示出了根据本公开实施例的像素驱动电路在第一时段的等效电路图；
图6B示出了根据本公开实施例的像素驱动电路在第二时段的等效电路图；
图7示出了根据本公开实施例的显示面板的结构示意图；以及
图8示出了根据本公开实施例的显示装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部。基于所描述的本公开实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例都属于本公开保护的范围。在以下描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本公开有任何限制，而只是本公开实施例的示例。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。应注意，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。
除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或科学术语应当是本领域技术人员所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似词语并不表示任何顺序、数量或重要性，而只是用于区分不同的组成部分。
此外，在本公开实施例的描述中，术语“连接至”或“相连”可以是指两个组件直接连接，也可以是指两个组件之间经由一个或多个其他组件相连。此外，这两个组件可以通过有线或无线方式相连或相耦合。
根据其功能不同，本公开实施例中采用的晶体管可以包括开关晶体管晶体管和放大晶体管。开关晶体管晶体管和放大晶体管均可以为薄膜晶体管或场效应管或其他特性相同的器件。
本公开实施例中使用开关晶体管的源极、漏极是对称的，所以其源极、漏极可以互换。在本公开实施例中，根据其功能，将栅极称作控制极，将源极和漏极中的一个称为第一极，将源极和漏极中的另一个称为第二极。
此外，在本公开实施例的描述中，术语“第一电平”和“第二电平”仅用于区别两个电平的幅度不同。例如，下文中以“第一电平”为相对高电平、“第二电平”为相对低电平为例进行描述。本领域技术人员可以理解，本公开不局限于此。
图1示出了一种超声指纹识别系统的结构示意图，例如可以将图1所示的超声指纹识别系统设置于显示面板的显示区域。如图1所示，超声指纹识别系统10可以包括驱动单元110、换能单元120、采集单元130、第一开关S1和第二开关S2。换能单元120的上电极连接至驱动单元110并经由第一开关S1接地。换能单元120的下电极连接至采集单元130并经由第二开关S2接地。本领域技术人员可以理解，在图1所示的超声指纹识别系统10中，换能单元120的一部分和驱动单元110用作信号发射功能，换能单元120的另一部分和采集单元130用作信号接收功能。接下来将详细描述超声指纹识别系统10的操作。
在第一时段，第一开关S1接通，第二开关S2断开，驱动单元110经由换能单元120的第一电极1201输入高频信号。在高频信号作用下，换能单元120产生机械振荡并作为波源向外发射超声波。超声波到达手指的真皮层后一部分会被指纹的谷和脊反射回换能单元120。在第二时段，第一开关S1断开，第二开关S2接通，换能单元120将接收到的指纹的谷和脊反射的回波信号转换为相应的电信号，并经由第二电极1202输出到采集单元130。采集单元130读取输入的电信号，进行累积放大并输出到处理装置从而生成指纹的灰度图像。例如，可以使用聚偏氟乙烯(PolyVinyliDene Fluoride，PVDF)膜来实现换能单元120，当然，也可以使用其他压电材料来实现换能单元120。此外，为了便于描述，以上使用了表述“第一电极”和“第二电极”，本领域技术人员可以理解，实质上也可以实现为薄膜，或者实现为单个结构，只要能够在不同时刻发射和接收超声波即可。
然而，图1中的超声指纹识别系统10存在回波电信号累积放大效果欠佳、保持时间短等问题，导致输出的放大信号信噪比低，使得处理装置难以根据放大信号生成指纹的灰度图像。申请人发现，这是由于通常的采集单元难以累积放大回波电信号。此外，还存在信号采集单元的输出信号难以保持的问题。
图2A示出了根据本公开实施例的信号接收单元的一种结构示意图。如图2A所示，信号接收单元200可以包括：信号转换部201，配置为将接收到的输入信号Input转换为电信号并输出到采集节点N。信号接收单元200还可以包括复位电路202，复位电路202的输入端连接至提供基准电压信号Vref的基准信号线，控制端连接至提供复位信号Vreset的复位信号线，输出端连接至采集节点N。复位电路202配置为在复位信号Vreset的控制下控制采集节点N处信号的电压。信号接收单元20还可以包括输出电路203。输出电路203的输入端连接至采集节点N，输出电路203配置为累积放大采集节点N处的信号并在信号接收单元20的输出端Output输出放大信号。
例如，输入信号可以是超声波信号。本领域技术人员可以理解，输入信号也可以是其他类型的信号，例如红外信号、可见光信号等，本公开实施例并不局限于此。此外，尽管为了简明附图中示出为信号转换部201以输入端子的形式接收输入信号Input，本领域技术人员可以理解，信号转换部201可以利用各种形式来接收回波作为输入信号。例如，在信号转换部实现为压电薄膜的情况下，可以由压电薄膜的表面来接收输入信号。
图2B示出了根据本公开实施例的另一示例信号接收单元的结构示意图。如图2B所示，除了根据本公开实施例的信号转换部201、复位电路202和输出电路203，信号接收单元200’还可以包括保持电路204。保持电路204的第一端连接至基准信号线，第二端连接至信号接收单元的输出端Output，保持电路204配置为利用基准电压信号保持输出端Output处的电压。例如，保持电路204可以配置为将输出端Output处的电压保持为不低于预定值。
例如，可以将保持电路204实现为一个或多个电容。
图3A示出了根据本公开实施例的一个示例信号接收单元的示意电路图。如图3A所示，根据本公开实施例的信号接收单元300中，复位电路302可以包括第一晶体管T1。第一晶体管T1的栅极连接至复位信号线，第一极连接至基准信号线，第二极连接至采集节点N。第一晶体管T1配置为利用基准信号Vref来补偿采集节点N处信号的电压。
如图3A所示，输出电路303可以包括第三晶体管T3和第四晶体管T4。第三晶体管T3的栅极连接至采集节点N，源极连接至提供第一电压V1的第一电源线，漏极连接至第四晶体管T4的第一极。第三晶体管T3配置为累积放大采集节点N处的信号。第四晶体管T4的栅极连接至提供控制信号Cont的控制信号线，第四晶体管配置为在控制信号Cont的控制下由第二极输出放大信号。
根据本公开实施例，第一晶体管T1可以为耗尽型薄膜晶体管。第三晶体管T3和第四晶体管T4均为增强型晶体管。通常P型晶体管的Vth为负电压，N型晶体管的Vth为正电压。但是，耗尽型N型晶体管的Vth可以实现为负值，例如-12V。由此，即使施加在第一晶体管T1的栅极的电压为负值，第一晶体管T1也可以是导通的。此外，T1、T3和T4可以为N型晶体管，也可以为P型晶体管。本领域技术人员可以理解，由于N型晶体管的迁移率较高，可以均使用N型晶体管。
图3B示出了根据本公开实施例的另一示例信号接收单元的示意电路图。根据本公开实施例的信号接收单元300’还可以包括实现为第一电容C1的保持电路304。第一电容C1的第一端连接至基准电压信号线，第二端连接至信号接收单元的输出端Output。第一电容C1配置为利用基准信号电压保持输出端Output的电压。例如，第一电容C1配置使输出端Output的信号的幅值不低于预定值。本领域技术人员可以理解，可以根据设置该信号接收单元的面板的指纹识别分辨率、信号接收单元的写入时段持续时间等来设置第一电容C1的电容值，进一步设置该“预定值”，使得能够在信号接收单元的写入时段中在输出端Output得到所需的信号用于后续处理即可，本公开不对此进行限制。在一个示例中，在基准信号Vref为5V、复位信号Vreset为5V时，通过设置第一电容C1的电容值，使得“预定值”不小于3V。
此外，本领域技术人员可以理解，尽管图3B中将第一电容C1示出为单个电容器，也可以将其实现为并联或串联的多个电容器，本公开不对此进行限制。
此外，与图3A中的示例类似，第一晶体管T1的栅极连接至复位信号线，第一极连接至基准信号线，第二极连接至采集节点N。输出电路303可以包括第三晶体管T3和第四晶体管T4。第三晶体管T3的栅极连接至采集节点N，源极连接至提供第一电压V1的第一电源线，漏极连接至第四晶体管T4的第一极。第四晶体管T4的栅极连接至提供输出控制信号Cont的输出控制信号线。为了简明将不对此进行赘述。
图3C示出了根据本公开实施例的另一示例信号接收单元的示意电路图。如图3C所示，根据本公开实施例的信号接收单元300”中，除了第一晶体管T1以外，复位电路302’还可以包括第二晶体管T2。第二晶体管T2的栅极连接至复位信号线，第一极连接至基准信号线，第二极连接至采集节点N。
此外，与图3A和3B中的示例类似，图3C中的第一晶体管T1的栅极连接至复位信号线，第一极连接至基准信号线，第二极连接至采集节点N。输出电路303可以包括第三晶体管T3和第四晶体管T4。第三晶体管T3的栅极连接至采集节点N，源极连接至提供第一电压V1的第一电源线，漏极连接至第四晶体管T4的第一极。第四晶体管T4的栅极连接至提供输出控制信号Cont的输出控制信号线。为了简明将不对此进行赘述。
根据本公开实施例，第一晶体管T1可以为耗尽型薄膜晶体管。第二晶体管T2、第三晶体管T3和第四晶体管T4均为增强型晶体管。由于第一晶体管T1为耗尽型薄膜晶体管，当复位信号Vreset为高电平时，第一晶体管T1不能完全导通，因此第一晶体管T1的第二极输出到N点的电压可能略低于第一晶体管T1的第一极输入的基准电压Vref。由此，通过附加地设置增强型的第二晶体管T2，可以确保按照预期将N点的电压置为基准电压Vref。此外，T1、T2、T3和T4可以为N型晶体管，也可以为P型晶体管。本领域技术人员可以理解，由于N型晶体管的迁移率较高，可以均使用N型晶体管。
图4示出了根据本公开实施例的信号接收单元的驱动方法的流程图。如图4所示，根据本公开实施例的信号接收单元的驱动方法40可以包括以下步骤。应注意，以下方法中各个步骤的序号仅作为该步骤的表示以便描述，而不应被看作表示该各个步骤的执行顺序。除非明确指出，否则该方法不需要完全按照所示顺序来执行。
在步骤401，在第一时段，在复位信号的控制下，将采集节点置为基准信号的电压。
在步骤402，在第二时段，在控制信号的控制下，累积放大采集节点处信号的电压并输出放大电压。
图5示出了根据本公开实施例的信号接收单元的驱动时序图，图6A示出了根据本公开实施例的像素驱动电路在第一时段的等效电路图，图6B示出了根据本公开实施例的像素驱动电路在第二时段的等效电路图。接下来，将参考图3A、图3B、图3C、图4、图5、图6A和图6B，来详细描述根据本公开实施例的信号接收单元的操作。在以下示例中以晶体管为N型薄膜晶体管为例进行描述，其中第一晶体管T1为耗尽型晶体管。本领域技术人员可以理解，本公开实施例显然可以应用于晶体管为P型薄膜晶体管的情况。为了便于描述，以下示例中基准电压Vref可以为5V，复位电压Vref可以为5V，电源电压V1可以为12V。此外，图6A和图6B中的箭头方向表示电流方向。
如图5所示，在第一时段P1，复位信号Vreset为第一电平，本示例中为高电平，控制信号Cont为第二电平，本示例中为低电平。如图6A所示，在复位信号Vreset的控制下，第一晶体管T1导通，第二晶体管T2导通，使得采集节点N的电压VN被置为基准信号Vref的电压，例如5V。因此，可以将第一时段P1称为“复位阶段”。由于控制信号Cont为低电平，第四晶体管T4截止。应注意，由于第一晶体管T1为耗尽型晶体管，通过附加设置增强型的第二晶体管T2，能够将采集节点N的电压VN置为基准信号Vref的电压。此外，在第一时段P1中，第一电容C1的第一端为高电平的Vref，第一电容C1充电。
接下来，在第二时段P2，复位信号Vreset为第二电平，控制信号Cont为第一电平，本示例中为低电平。如图6B所示，在控制信号Cont的控制下，第四晶体管T4导通。第二晶体管T2截止，第三晶体管T3工作于放大状态，累积放大由其栅极输入的信号电压并经由导通的第四晶体管T4输出到输出端Output。本领域技术人员可以理解，在第二时段P2中，输入到第三晶体管T3栅极的信号Vg实质上是在该时段期间信号接收部输出的与回波信号相对应的电信号与采集节点的电压VN之和。第三晶体管T3实质上对该信号Vg进行累积放大(即，积分过程)。因此，可以将第二时段P2称为“写入阶段”。
尽管此时输入到第一晶体管T1的栅极的电压Vreset为低电平，由于第一晶体管T1为耗尽型晶体管，第一晶体管T1实质上形成了一个二极管，该二极管一端的电压为基准信号电压Vref，另一端为采集节点的电压VN。当VN小于Vref时，二极管导通，从而能够提高采集节点的电压，当VN大于Vref时，二极管截止。由此能够保证在第二时段P2中，采集节点的电压VN的电压不会低于基准信号电压Vref，从而保证了输入到第三晶体管T3的栅极的电压Vg较高，使得信号接收电路能够输出信噪比较高的输出信号。
此外，由于在第一时段P1和第二时段P2均向第一电容C1充电，能够进一步将输出端Output保持在较高电位。
图7示出了根据本公开实施例的显示面板的结构示意图。如图7所示，根据本公开实施例的显示面板70可以包括：显示基板710；信号发射单元；以及排列为阵列的多个根据本公开实施例的信号接收单元720。
本领域技术人员可以理解，图7为俯视图，因此没有示出信号发射单元。此外，可以根据所需的指纹识别分辨率，在显示面板的显示区域中设置信号接收单元720的阵列。此外，可以将显示面板中使用的其他驱动信号作为本公开实施例的Vref信号和第一电压信号等，也可以附加设置信号线来实现对根据本公开实施例的信号接收单元的驱动，对此本公开不进行限制。
根据本公开实施例，提供了一种显示装置。图8示出了根据本公开实施例的显示面板80的结构示意图。如图8所示，根据本公开实施例的显示面板80可以包括根据本公开实施例的显示面板810。根据本公开实施例的显示装置80可以是电子纸、手机、平板电脑、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
应当注意的是，在以上的描述中，仅以示例的方式，示出了本公开实施例的技术方案，但并不意味着本公开实施例局限于上述步骤和结构。在可能的情形下，可以根据需要对步骤和结构进行调整和取舍。因此，某些步骤和单元并非实施本公开实施例的总体发明思想所必需的元素。
至此已经结合优选实施例对本公开进行了描述。应该理解，本领域技术人员在不脱离本公开实施例的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本公开实施例的范围不局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。

Claims (14)

1.一种信号接收单元，包括：
信号转换部，配置为将接收到的输入信号转换为电信号并输出到采集节点；
复位电路，所述复位电路的输入端连接至提供基准电压信号的基准信号线，控制端连接至提供复位信号的复位信号线，输出端连接至所述采集节点；复位电路配置为在复位信号的控制下控制采集节点处信号的电压；以及
输出电路，所述输出电路的输入端连接至所述采集节点，所述输出电路配置为累积放大所述采集节点处的信号并在信号采集单元的输出端输出放大信号。
2.根据权利要求1所述的信号接收单元，其中，所述复位电路包括第一晶体管；
所述第一晶体管的栅极连接至复位信号线，第一极连接至所述基准信号线，第二极连接至所述采集节点；第一晶体管配置为利用所述基准信号补偿所述采集节点处信号的电压。
3.根据权利要求2所述的信号接收单元，其中，所述复位电路还包括第二晶体管；所述第二晶体管的栅极连接至复位信号线，第一极连接至所述基准信号线，第二极连接至所述采集节点。
4.根据权利要求1～3之一所述的信号接收单元，其中，所述第一晶体管为耗尽型薄膜晶体管，所述第二晶体管为增强型薄膜晶体管。
5.根据权利要求1～3之一所述的信号接收单元，其中，所述输出电路包括第三晶体管和第四晶体管；
其中第三晶体管的栅极连接至所述采集节点，第一极连接至提供电源电压的电源线，第二极连接至第四晶体管的第一极；第三晶体管配置为累积放大所述采集节点处的信号；以及
第四晶体管的栅极连接至提供控制信号的控制信号线，第四晶体管的第二极连接至信号接收单元的输出端，第四晶体管配置为在控制信号的控制下输出所述放大信号。
6.根据权利要求5所述的信号接收单元，其中，所述第一晶体管至第四晶体管均为N型薄膜晶体管。
7.根据权利要求1～3之一所述的信号接收单元，还包括保持电路，所述保持电路的第一端连接至所述基准信号线，第二端连接至所述信号接收单元的输出端，所述保持电路配置为利用所述基准信号保持所述信号接收单元的输出端的电压。
8.根据权利要求1所述的信号接收单元，其中，所述输入信号为超声波信号。
9.一种显示面板，包括：
显示基板；
信号发射单元；以及
排列为阵列的多个如权利要求1～8之一所述的信号接收单元。
10.一种显示装置，包括如权利要求9所述的显示面板。
11.一种如权利要求1所述的信号接收单元的驱动方法，包括：
在第一时段，在复位信号的控制下，将采集节点置为基准信号的电压；
在第二时段，在控制信号的控制下，累积放大采集节点处信号的电压并输出放大电压。
12.根据权利要求11所述的驱动方法，其中，在第一时段，在复位信号的控制下，第一晶体管和第二晶体管导通。
13.根据权利要求11或12所述的驱动方法，其中，在第二时段，在复位信号的控制下，所述第一晶体管利用所述基准信号补偿采集节点处信号的电压。
14.根据权利要求11所述的驱动方法，其中，所述复位信号为第一电平，所述控制信号为与第一电平不同的第二电平。
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