CN110647258A - 超声波像素电路、阵列基板、显示设备 - Google Patents

超声波像素电路、阵列基板、显示设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超声波像素电路、阵列基板、显示设备。一种超声波像素电路包括压电薄膜PVDF、节点电位保持模块和节点电位读取模块；压电薄膜PVDF与节点电位保持模块电连接于节点PE；压电薄膜PVDF与节点电位读取模块电连接于节点PE；节点电位保持模块，用于在发射阶段对节点PE处的电位进行复位以及在发射阶段之外的阶段对节点PE处的电位进行保持，保持时长大于节点电位读取模块读取节点PE处的电位所用时长；节点电位读取模块，用于在读取阶段对节点PE处的电位进行读出。本实施例中节点电位读取模块可以及时读出节点PE处的电位，有利于提升检测目标物体的准确度。

Description

超声波像素电路、阵列基板、显示设备
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种超声波像素电路、阵列基板、显示设备。
背景技术
目前，相关技术中超声波像素电路中存在节点PE，通过读取该节点PE处的电位可以获取到压电薄膜PVDF产生的超声电信号强度，从而检测出目标物体的位置。
然而，实际应用中，处理芯片在读取节点PE处的电位时，该节点PE处的电位会发生变化，导致无法及时读出，降低检测准确度。
发明内容
本发明提供一种超声波像素电路、阵列基板、显示设备，以解决相关技术中节点PE处电位保持较差，影响检测准确度的问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种超声波像素电路，包括：压电薄膜PVDF、节点电位保持模块和节点电位读取模块；所述压电薄膜PVDF与所述节点电位保持模块电连接于节点PE；所述压电薄膜PVDF与节点电位读取模块电连接于节点PE；
所述节点电位保持模块，用于在发射阶段对所述节点PE处的电位进行复位以及在所述发射阶段之外的阶段对所述节点PE处的电位进行保持，保持时长大于所述节点电位读取模块读取所述节点PE处的电位所用时长；
所述节点电位读取模块，用于在读取阶段对所述节点PE处的电位进行读出。
可选地，所述节点电位保持模块包括：二极管和第三晶体管；所述第三晶体管为指定类型晶体管；
所述二极管的阳极与预先设置的偏转电压端连接，所述二极管的阴极与所述节点PE连接；所述第三晶体管的第一极与所述节点PE连接，所述第三晶体管的第二极与所述偏转电压端连接，所述第三晶体管的控制极与预先设置的第二控制端连接；
所述第三晶体管，用于在发射阶段内根据所述第二控制端的电平为高电平导通所述偏转电压端和所述节点PE，以将所述节点PE处的电位下拉为所述偏转电压端处的低电平；以及在接收阶段内根据所述第二控制端的电平为低电平断开所述偏转电压端和所述节点PE，以累积所述压电薄膜PVDF输出的超声波电信号；
所述二极管，用于在所述接收阶段内根据所述偏转电压端处的高电平拉高所述节点PE处的电位，并在所述节点PE处的电位高于所述偏转电压端处的电位时保持所述节点PE处的电位。
可选地，指定类型晶体管包括低温多晶硅氧化物晶体管。
可选地，所述节点电位读取模块包括第一晶体管、第二晶体管、第五晶体管和电阻；
所述第一晶体管的第一极与第一电源端VDC连接，所述第一晶体管的第二极与所述第二晶体管的第一极连接，所述第一晶体管的控制极与所述节点PE连接；
所述第二晶体管的第二极与所述电阻的第一端连接；所述第二晶体管的控制极与预先设置的第一控制端连接；
所述电阻的第二端分别与所述第五晶体管的第一极和外部的处理芯片IC连接；
所述第五晶体管的第二极与所述复位端连接，所述第五晶体管的控制极与使能端连接，用于在数据读出阶段根据所述使能端的高电平导通所述第二电源端和所述第二晶体管的第二极，以使所述读出线读出所述节点PE处的电位。
可选地，所述节点电位读取模块还包括第四晶体管；
所述第四晶体管的第一极与所述第二晶体管的第二极连接，所述第四晶体管的第二极与第二电源端连接，所述第四晶体管的控制极与复位端连接，用于在数据读出阶段根据所述复位端的高电平导通所述第二电源端和所述第二晶体管的第二极，以对所述节点PE的读出线进行复位。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种阵列基板，包括第一方面所述的超声波像素电路。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种显示设备，包括第二方面所述的阵列基板。
本实施例中，通过设置节点电位保持模块可以使其对节点PE处的电位进行保持，保持时长大于节点电位读取模块读取节点PE处的电位所用时长，这样节点电位读取模块可以及时读出节点PE处的电位，有利于提升检测目标物体的准确度。
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，并不能限制本发明。
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，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明实施例示出的一种超声波像素电路的框图。
图2是本发明实施例示出的一种超声波像素电路的电路图。
图3是图2所示超声波像素电路的波形图。
图4是超声波像素电路按照图3所示波形工作过程中节点PE处电位和读出电流的曲线图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
目前，相关技术中超声波像素电路中存在节点PE，通过读取该节点PE处的电位可以获取到压电薄膜PVDF产生的超声电信号强度，从而检测出目标物体的位置。
然而，实际应用中，处理芯片在读取节点PE处的电位时，该节点PE处的电位会发生变化，导致无法及时读出，降低检测准确度。
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种超声波像素电路，图1是本发明实施例示出的一种超声波像素电路的框图。参见图1，一种超声波像素电路包括：压电薄膜PVDF、节点电位保持模块和节点电位读取模块。其中，
压电薄膜PVDF与节点电位保持模块电连接于节点PE；
压电薄膜PVDF与节点电位读取模块电连接于节点PE；
节点电位保持模块，用于在发射阶段对节点PE处的电位进行复位以及在发射阶段之外的阶段对节点PE处的电位进行保持，保持时长大于节点电位读取模块读取节点PE处的电位所用时长；
节点电位读取模块，用于在读取阶段对节点PE处的电位进行读出。
需要说明的是，本实施例中通过读取电流回路中的电流来计算节点PE处的电位。为方便说明，在一些实施例中采用读出回路中的电流或者读出节点PE处的电位来描述，根据具体场景可以分析出其所表示的实际含义。
图2是本发明实施例示出的一种超声波像素电路的电路图，参见图2，节点电位保持模块包括：二极管D1和第三晶体管TFT3；第三晶体管TFT3为指定类型晶体管。
二极管D1的阳极与预先设置的偏转电压端Dbias连接，二极管D1的阴极与节点PE连接；第三晶体管TFT3的第一极与节点PE连接，第三晶体管TFT3的第二极与偏转电压端Dbias连接，第三晶体管TFT3的控制极与预先设置的第二控制端Control2连接；
第三晶体管TFT3，用于在发射阶段内根据第二控制端Control2的电平为高电平导通偏转电压端Dbias和节点PE，以将节点PE处的电位下拉为偏转电压端Dbias处的低电平；以及在接收阶段内根据第二控制端Control2的电平为低电平断开偏转电压端Dbias和节点PE，以累积压电薄膜PVDF输出的超声波电信号；
二极管D1，用于在接收阶段内根据偏转电压端Dbias处的高电平拉高节点PE处的电位，并在节点PE处的电位高于偏转电压端Dbias处的电位时保持节点PE处的电位。
需要说明的是，在一实施例中，指定类型晶体管包括低温多晶硅氧化物晶体管。在图2所示像素电路的晶体管(TFT1、TFT2、TFT4、TFT5)采用同一工艺制成的情况下，该低温多晶硅氧化物晶体管(TFT3)的漏电流比上述晶体管(TFT1、TFT2、TFT4、TFT5)的漏电流小约2个数量级，约为1*e-14A。
继续参见图2，节点电位读取模块包括第一晶体管TFT1、第二晶体管TFT2、第五晶体管TFT5和电阻R；
第一晶体管TFT1的第一极与第一电源端VDC连接，第一晶体管TFT1的第二极与第二晶体管TFT2的第一极连接，第一晶体管TFT1的控制极与节点PE连接；
第二晶体管TFT2的第二极与电阻R的第一端连接；第二晶体管TFT2的控制极与预先设置的第一控制端Control1连接；
电阻R的第二端分别与第五晶体管TFT5的第一极和外部的处理芯片IC(图中未示出)连接；
第五晶体管TFT5的第二极与复位端RD-RST连接，第五晶体管TFT5的控制极与使能端RD-EN连接，用于在数据读出阶段根据所述使能端RD-EN的高电平导通所述第二电源端(电压1V～)和第二晶体管TFT2的第二极，以使读出线Read Line读出节点PE处的电位。
在一实施例中，继续参见图2，节点电位读取模块还包括第四晶体管TFT4；
所述第四晶体管TFT5的第一极与所述第二晶体管TFT2的第二极连接，所述第四晶体管TFT4的第二极与第二电源端连接，所述第四晶体管TFT5的控制极与复位端RD-RST连接，用于在数据读出阶段根据所述复位端RD-RST的高电平导通所述第二电源端和所述第二晶体管TFT2的第二极，以对所述节点PE的读出线Read Line进行复位。
需要说明的是，图2中读出线Read Line的左侧包括寄生电容Cp，该寄生电容Cp表征读出线Read Line与其他各部分(例如电路板或者对地)之间的电容，可以参考相关技术中的说明，在此不再赘述。
图3是图2所示超声波像素电路的波形图，参见图2和图3，一种超声波像素电路工作过程如下：
发射阶段：
第一控制端Control 1上电压置为低电平，第二晶体管TFT2断开。复位端RD-RST置为低电平，第四晶体管TFT4断开。使能端RD-EN置为低电平，第五晶体管TFT5断开。第二控制端Control 2上电压置为高电平，此时第三晶体管TFT3打开，由于偏置电压端Dbias置为较低电压(3V)，这样压电薄膜PVDF左侧电极会与偏置电压端Dbias形成电连接，对PE节点进行复位，使节点PE处电位约为3V。
在复位过程中，由于节点PE处的电位高于偏置电压端Dbias的电位，二极管D1截止。
接收阶段：
第一控制端Control 1上电压置为低电平，第二晶体管TFT2断开。复位端RD-RST置为低电平，第四晶体管TFT4断开。使能端RD-EN置为低电平，第五晶体管TFT5断开。第二控制端Control 2上电压置为低电平，此时第三晶体管TFT3断开。
由于偏置电压端Dbias置升高到较高电压(6V)，这样压电薄膜PVDF左侧电极处的电位会高于右侧，最终使节点PE处的电位为6V。需要说明的是，二极管D1两端平衡是瞬间完成的，本发明为了方便理解特意作为详细说明。
在此期间，压电薄膜PVDF会感受到超声波，将机械能转化为电能，并产生超声波电信号，使得节点PE处的电位高于偏置电压端Dbias处的电位，即二极管D1截止。这样压电薄膜PVDF产生的超声波电信号会在节点PE处进行累积，超声波电信号强度越大，则节点PE处的电位越高。
读出阶段，包括复位子阶段T1、读出子阶段T2和计算子阶段T3：
复位子阶段T1
第一控制端Control 1上电压置为高电平，第二晶体管TFT2导通电阻R的第一端和第一晶体管TFT1的第二端。使能端RD-EN置为低电平，第五晶体管TFT5断开。第二控制端Control 2上电压置为低电平，此时第三晶体管TFT3断开。复位端RD-RST置为高电平，第四晶体管TFT4导通第二晶体管TFT2的第二端和第四晶体管TFT4的第一端，从而对读出线ReadLine进行复位。由于读出线Read Line存在寄生电容，因此复位后有利于提升读出的节点PE处的电位的准确度。
读出子阶段T2
第一控制端Control 1上电压置为高电平，第二晶体管TFT2导通电阻R的第一端和第一晶体管TFT1的第二端。第二控制端Control 2上电压置为低电平，此时第三晶体管TFT3断开。复位端RD-RST置为低电平，第四晶体管TFT4断开。使能端RD-EN置为高电平，第五晶体管TFT5导通电阻R的第二端和第二电源端。在第五晶体管TFT5导通后，第一电源端VDC、第一晶体管TFT1、第二晶体管TFT2、电阻R、读出线Read Line、第五晶体管TFT5和第二电源端形成电流回路。
由于第一晶体管TFT1工作在线性区，在节点PE处电位不同时，第一晶体管TFT1的开启程度不同，使上述电流回路中的电流不同，读出线Read Line连接到外部的处理芯片IC，这样处理芯片IC可以读出上述电流回路中的电流，再根据电流和节点PE处电位的对应关系，处理芯片IC可以获取到节点PE处的电位。
计算子阶段T3
外部的处理芯片IC可以读取到节点PE处的电位并计算出压电薄膜PVDF是否存在目标物体。这样，外部的处理芯片IC可以根据计算结果对电子设备做相关处理，例如熄屏、解锁等，在此不作限定。
图4是超声波像素电路按照图3所示波形工作过程中节点PE处电位和读出电流的曲线图。参见图4，在节点PE处的初始电压为V1，在发射阶段，第三晶体管TFT3打开，对节点PE处进行复位，此时节点PE处的电位为V2。在接收到阶段，由于压电薄膜PVDF感应超声波，将机械能转化为超声波电信号，此时节点PE处累积该电信号，电位上升到V3。在读出阶段，节点PE处电位保持为V4。本实施例中通过将第三晶体管TFT3设置为低温多晶硅氧化物晶体管，可以使节点PE处电位在读出阶段保持为V4，即保持时长大于读取节点PE处电位所用时长。
由于读出线Read Line存在寄生电容Cp，在第五晶体管TFT5打开瞬间，输出电流Iout会存在一个瞬时变大的过程，从I1变为I2，然后缓慢变为I3直至变到稳定电流I4。在I4期间，处理芯片读出的电流是期望电流，因此可以通过大量实验来确定从电流I2变为电流I4所需要的时间Td，在第五晶体管TFT5打开并延时Td后再读出电流，即可得到I4。
至此，本实施例中，通过设置节点电位保持模块可以使其对节点PE处的电位进行保持，保持时长大于节点电位读取模块读取节点PE处的电位所用时长，这样节点电位读取模块可以及时读出节点PE处的电位，有利于提升检测目标物体的准确度。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种阵列基板，包括图1～图4所示的的超声波像素电路。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种显示设备，包括第二方面所述的阵列基板。
在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。在本发明中，虚线连接的两个部件是存在电连接或者接触关系的，采用虚线仅是为了使附图更清楚，更易理解本发明的方案。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、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发明的一般性原理并包括本发明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，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明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。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种超声波像素电路，其特征在于，包括：压电薄膜PVDF、节点电位保持模块和节点电位读取模块；所述压电薄膜PVDF与所述节点电位保持模块电连接于节点PE；所述压电薄膜PVDF与节点电位读取模块电连接于节点PE；
所述节点电位保持模块，用于在发射阶段对所述节点PE处的电位进行复位以及在所述发射阶段之外的阶段对所述节点PE处的电位进行保持，保持时长大于所述节点电位读取模块读取所述节点PE处的电位所用时长；
所述节点电位读取模块，用于在读取阶段对所述节点PE处的电位进行读出。
2.根据权利要求1所述的超声波像素电路，其特征在于，所述节点电位保持模块包括：二极管和第三晶体管；所述第三晶体管为指定类型晶体管；
所述二极管的阳极与预先设置的偏转电压端连接，所述二极管的阴极与所述节点PE连接；所述第三晶体管的第一极与所述节点PE连接，所述第三晶体管的第二极与所述偏转电压端连接，所述第三晶体管的控制极与预先设置的第二控制端连接；
所述第三晶体管，用于在发射阶段内根据所述第二控制端的电平为高电平导通所述偏转电压端和所述节点PE，以将所述节点PE处的电位下拉为所述偏转电压端处的低电平；以及在接收阶段内根据所述第二控制端的电平为低电平断开所述偏转电压端和所述节点PE，以累积所述压电薄膜PVDF输出的超声波电信号；
所述二极管，用于在所述接收阶段内根据所述偏转电压端处的高电平拉高所述节点PE处的电位，并在所述节点PE处的电位高于所述偏转电压端处的电位时保持所述节点PE处的电位。
3.根据权利要求2所述的超声波像素电路，其特征在于，指定类型晶体管包括低温多晶硅氧化物晶体管。
4.根据权利要求1所述的超声波像素电路，其特征在于，所述节点电位读取模块包括第一晶体管、第二晶体管、第五晶体管和电阻；
所述第一晶体管的第一极与第一电源端VDC连接，所述第一晶体管的第二极与所述第二晶体管的第一极连接，所述第一晶体管的控制极与所述节点PE连接；
所述第二晶体管的第二极与所述电阻的第一端连接；所述第二晶体管的控制极与预先设置的第一控制端连接；
所述电阻的第二端分别与所述第五晶体管的第一极和外部的处理芯片IC连接；
所述第五晶体管的第二极与所述复位端连接，所述第五晶体管的控制极与使能端连接，用于在数据读出阶段根据所述使能端的高电平导通所述第二电源端和所述第二晶体管的第二极，以使所述读出线读出所述节点PE处的电位。
5.根据权利要求4所述的超声波像素电路，其特征在于，所述节点电位读取模块还包括第四晶体管；
所述第四晶体管的第一极与所述第二晶体管的第二极连接，所述第四晶体管的第二极与第二电源端连接，所述第四晶体管的控制极与复位端连接，用于在数据读出阶段根据所述复位端的高电平导通所述第二电源端和所述第二晶体管的第二极，以对所述节点PE的读出线进行复位。
6.一种阵列基板，其特征在于，包括权利要求1～5任一项所述的超声波像素电路。
7.一种显示设备，其特征在于，包括权利要求6所述的阵列基板。
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