CN110647868B - 超声传感像素电路、栅极驱动电路、显示面板和驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声传感器像素电路、栅极驱动电路、显示面板和驱动方法，所述超声传感器像素电路包括检测器件、复位器件、存储器件和读取器件；复位器件，其第一端与所述检测器件连接于第一节点，其第二端输入复位电压，响应于复位信号将第一节点置为复位电压；检测器件，其第一端与超声波传感单元的第一端连接，在复位信号的控制下，响应于检测信号将超声波传感单元的第一端输出的电信号传输至所述存储器件；存储器件，用于根据所述电信号输出输出信号；读取器件，响应于输入的读取信号从所述存储器件读取所述输出信号。本发明提供的实施例能够有效提高接收的超声波信号的信号质量，降低超声传感器像素电路的噪声影响，具有广泛的应用前景。

Description

超声传感像素电路、栅极驱动电路、显示面板和驱动方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种超声传感器像素电路、栅极驱动电路、显示面板和驱动方法。

背景技术

目前，在超声波指纹识别技术中，反射波接触到物体例如手指时，由于手指有谷脊之分，所以反射波的震动强度就会有差异，由此，通过检测反射波的震动强度就可以确定谷脊的位置，进而实现指纹识别。

然而，现有技术中，无论是通过峰值检波检测反射波，还是通过幅度调制检测反射波，都存在指纹识别精度低的问题。

发明内容

为了解决上述问题至少之一，本发明第一方面提供一种超声传感器像素电路，包括检测器件、复位器件、存储器件和读取器件，其中：

所述复位器件的第一端与所述检测器件连接于第一节点，所述复位器件的第二端输入复位电压，所述复位器件响应于复位信号将所述第一节点置为复位电压；

所述检测器件的第一端与超声波传感单元的第一端连接，在复位信号的控制下，所述检测器件响应于输入的检测信号将所述超声波传感单元的第一端输出的电信号传输至所述存储器件；

所述存储器件，用于根据所述电信号输出输出信号；

所述读取器件，响应于输入的读取信号从所述存储器件读取所述输出信号。

进一步的，所述检测器件包括选择器件，所述选择器件为包括第一端、第二端和控制端的薄膜晶体管；

所述选择器件的第一端与所述超声波传感单元的第一端连接于第一节点，所述选择器件的第二端与所述存储器件的输入端连接，在复位信号的控制下，所述选择器件响应于控制端输入的检测信号将所述超声波传感单元的第一端输出的电信号从所述选择器件的第一端传输至第二端，由所述选择器件第二端传输至所述存储器件的输入端。

进一步的，所述检测器件还包括存储复位器件，所述存储复位器件的第一端与所述选择器件的第二端和所述存储器件的输入端连接于第二节点，所述存储复位器件的第二端输入复位电压，响应于所述存储复位器件的复位信号将所述第二节点置为复位电压。

进一步的，所述检测器件包括选择器件，所述选择器件为包括第一端、第二端和控制端的薄膜晶体管；

所述选择器件的第一端与所述超声波传感单元的第一端连接，所述选择器件的第二端与所述存储器件的输入端连接于第一节点，在复位信号的控制下，所述选择器件响应于控制端输入的检测信号将所述超声波传感单元第一端输出的电信号从所述选择器件的第一端传输至第二端，由所述选择器件的第二端传输至所述存储器件。

进一步的，所述检测器件包括解调器件，所述解调器件为包括第一端和第二端的耦合电容；

所述解调器件的第一端与所述超声波传感单元的第一端连接于第一节点，在复位信号的控制下，所述解调器件的第二端响应于输入的检测信号将所述超声波传感单元的第一端输出的电信号传输至所述存储器件。

进一步的，所述解调器件的第二端与所述超声波传感单元的第二端连接。

本发明第二方面提供一种栅极驱动电路，包括多级栅极驱动子电路和与每个栅极驱动子电路的输出端对应的与非门，所述与非门响应于外接控制信号和所述输出端的输出信号形成如第一方面所述的超声传感器像素电路的读取器件的读取信号。

本发明第三方面提供一种显示面板，

包括多个如第一方面所述的超声传感器像素电路；

或者

包括多个如第一方面所述的超声传感器像素电路和第二方面所述的栅极驱动电路。

本发明第四方面提供一种利用第一方面所述的超声传感器像素电路的驱动方法，包括：

发射阶段，响应于复位信号和检测信号，将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波；

读取阶段，响应于复位信号和检测信号，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述超声波传感单元的第一端输出电信号并传输至所述存储器件，经所述存储器件输出输出信号，响应于输入的读取信号输出所述输出信号。

进一步的，所述检测器件包括选择器件，所述选择器件为包括第一端、第二端和控制端薄膜晶体管，所述选择器件的第一端与所述超声波传感单元的第一端连接于第一节点，所述选择器件的第二端与所述存储器件的输入端连接；

所述发射阶段，响应于复位信号和检测信号，将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波进一步包括：

响应于复位信号导通所述复位器件：

将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波，响应于检测信号导通所述选择器件，所述存储器件的输入端置为复位电压；

所述读取阶段，响应于复位信号和检测信号，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述超声波传感单元的第一端输出电信号并传输至所述存储器件，经所述存储器件输出输出信号，响应于输入的读取信号输出所述输出信号进一步包括：

采样阶段：响应于所述复位信号断开复位器件，响应于检测信号导通所述选择器件，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述超声波传感单元的第一端输出电信号并传输至所述存储器件，经所述存储器件生成输出信号；

输出阶段：响应于所述复位信号断开复位器件，响应于检测信号断开所述选择器件，响应于读取信号导通读取器件输出所述输出信号。

进一步的，在所述采样阶段之后，输出阶段之前，还包括二次复位阶段：

所述二次复位阶段，响应于复位信号将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元停止接收超声波。

进一步的，所述检测器件还包括存储复位器件，所述存储复位器件的第一端与所述选择器件的第二端和所述存储器件的输入端连接于第二节点，所述存储复位器件的第二端输入复位电压，所述驱动方法还包括：

响应于所述存储复位器件的复位信号导通所述存储复位器件，所述存储器件的输入端置为复位电压。

进一步的，所述检测器件包括选择器件，所述选择器件为包括第一端、第二端和控制端的薄膜晶体管，所述选择器件的第一端与所述超声波传感单元的第一端连接，所述选择器件的第二端与所述存储器件的输入端连接于第一节点；

所述发射阶段，响应于复位信号和检测信号，将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波进一步包括：

响应于复位信号导通所述复位器件：

所述存储器件的输入端置为复位电压；

响应于检测信号导通所述选择器件，将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波；

所述读取阶段，响应于复位信号和检测信号，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述超声波传感单元的第一端输出电信号并传输至所述存储器件，经所述存储器件输出输出信号，响应于输入的读取信号输出所述输出信号进一步包括：

采样阶段：响应于所述复位信号断开复位器件，响应于检测信号导通所述选择器件，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述超声波传感单元的第一端输出电信号并传输至所述存储器件，经所述存储器件生成输出信号；

输出阶段：响应于所述复位信号断开复位器件，响应于检测信号断开所述选择器件，响应于读取信号导通读取器件输出所述输出信号。

进一步的，所述驱动方法还包括：

在发射阶段中，

所述超声波传感单元结束发射并驱动所述检测信号断开所述选择器件，或者

所述超声波传感单元结束发射，结合待接收的超声波的起始时间驱动所述复位信号断开所述复位器件；

和/或

所述超声波传感单元根据预定周期发射超声波，在所述采样阶段中所述检测信号的导通时间为半个周期的正整数倍；

和/或

在所述发射阶段响应于读取信号导通读取器件，在所述读取阶段响应于读取信号导通读取器件；

和/或

每两个相邻发射周期中的一个发射超声波。

进一步的，所述检测器件包括解调器件，所述解调器件为包括第一端和第二端的耦合电容，所述解调器件的第一端与所述超声波传感单元的第一端连接于第一节点；

所述发射阶段，响应于复位信号和检测信号，将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波进一步包括：

响应于复位信号导通所述复位器件，将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，将所述存储器件的输入端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波；

所述读取阶段，响应于复位信号和检测信号，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述超声波传感单元的第一端输出电信号并传输至所述存储器件，经所述存储器件输出输出信号，响应于输入的读取信号输出所述输出信号进一步包括：

响应于所述复位信号断开复位器件，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述解调器件的第二端响应于输入的检测信号对所述超声波传感单元的第一端输出的电信号进行解调并传输至所述存储器件，经所述存储器件生成输出信号，响应于读取信号输出所述输出信号。

本发明的有益效果如下：

本发明针对目前现有的问题，制定一种超声传感器像素电路、栅极驱动电路、显示面板和驱动方法，通过检测器件将所述超声波传感单元输出的电信号传输至所述存储器件以获取高精度的反射波信号，从而弥补了现有技术中的问题，有效提高超声波指纹识别精度，具有广泛的应用前景。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1a-1c示出现有超声波指纹识别的示意图；

图2示出本发明的一个实施例所述超声传感器像素电路的结构框图；

图3示出本发明的一个实施例所述超声传感器像素电路的电路图；

图4a-4c示出本发明的一个实施例所述超声传感器像素电路的时序图；

图5示出本发明的另一个实施例所述超声传感器像素电路的电路图；

图6示出本发明的另一个实施例所述超声传感器像素电路的时序图；

图7示出本发明的再一个实施例所述超声传感器像素电路的电路图；

图8a-8b示出本发明的再一个实施例所述超声传感器像素电路的时序图；

图9示出本发明的又一个实施例所述超声传感器像素电路的电路图；

图10a-10b示出本发明的又一个实施例所述超声传感器像素电路的时序图；

图11示出本发明的次一个实施例所述超声传感器像素电路的电路图；

图12示出本发明的次一个实施例所述超声传感器像素电路的时序图；

图13示出本发明的一个实施例所述驱动方法的流程图；

图14示出本发明的一个实施例所述栅极驱动电路的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

现有超声波指纹识别技术中，如图1a所示，超声波传感单元包括发射单元10，所述发射单元10包括第一电极11、第二电极12和位于第一电极和第二电极之间的压电层13，所述压电层13包括压电材料，在第一电极11和第二电极12输入交流电压，例如第一电极接地，第二电极输入交流方波，则压电材料发生形变(或者压电材料带动其上下膜层的基底一起振动)，从而产生超声波并传输出去。其中压电材料可以为聚偏佛乙烯(PVDF)膜式压电材料，也可以为AlN/PZT/ZnO等其他无机或有机的压电材料。

当发出的超声波遇到外部的遮挡物，例如手指反射形成反射波，如图1b所示，超声波传感单元包括接收单元20，所述接收单元20包括第一电极21、第二电极22和位于第一电极21和第二电极22之间的压电层23，当反射波发射到压电层23转化为交流电压，则第二电极22作为接收端接收到反射波信号，由于手指的指纹存在谷和脊则形成的反射波的能量不同、反射波信号也不同，从而通过超声波传感单元能够发射超声波，并接收由手指反射回来的反射波，通过反射波信号表征手指指纹。

如图1c所示，将发射单元10和接收单元20结合在一起形成超声波传感单元，发射单元10和接收单元20共用压电层13/23，发射单元的第一电极11也作为接收单元的第一电极21，发射单元的第二电极12和接收单元的第二电极22分别设置在玻璃30的同一侧。当识别有手指覆盖在触控屏上，超声波传感单元的发射单元发射超声波到手指谷时生成的反射波的能量较强，超声波发射到手指脊时生成的反射波的能量较弱，因此手指的谷脊就通过接收的反射波信号表征出来。

在以PVDF为压电层的超声波指纹检测电路中，由于PVDF激励所需频率较高因此使用常规检测交流方式无法得到反射波信号；另一方面，由于PVDF自发自收的架构导致反射波的信号较微弱，在采用主动式检测方式时因存储薄膜晶体管的响应频率有限而无法直接将高频交流信号的反射波信号放大至源极。因此，如何获取高质量的反射波信号成为亟待解决的问题。

针对上述超声波指纹检测电路存在的问题，如图2所示，本发明的一个实施例提供了一种超声传感器像素电路，包括检测器件、复位器件、存储器件和读取器件，其中：所述复位器件的第一端与所述检测器件连接于第一节点，所述复位器件的第二端输入复位电压，所述复位器件响应于复位信号将所述第一节点置为复位电压；所述检测器件的第一端与超声波传感单元的第一端连接，在复位信号的控制下，所述检测器件响应于输入的检测信号将所述超声波传感单元的第一端输出的电信号传输至所述存储器件；所述存储器件，用于根据所述电信号输出输出信号；所述读取器件，响应于输入的读取信号从所述存储器件读取所述输出信号。即通过检测器件将所述超声波传感单元输出的电信号传输至所述存储器件以获取高精度的反射波信号，从而弥补了现有技术中的问题，有效提高超声波指纹识别精度，具有广泛的应用前景。

针对以PVDF为压电层的超声波指纹检测电路中，由于PVDF激励所需频率较高因此使用常规检测交流方式无法得到反射波信号的问题，在一个可选的实施例中，如图3所示，所述检测器件包括选择器件，所述选择器件为包括第一端、第二端和控制端的薄膜晶体管；所述选择器件的第一端与所述超声波传感单元的第一端连接于第一节点，所述选择器件的第二端与所述存储器件的输入端连接，在复位信号的控制下，所述选择器件响应于控制端输入的检测信号将所述超声波传感单元的第一端输出的电信号从所述选择器件的第一端传输至第二端，由所述选择器件的第二端传输至所述存储器件的输入端。

在本实施例中，采用峰值采样获取反射波信号，如图3所示，检测器件包括选择器件T1，所述选择器件T1、复位器件T2、读取器件T3和存储器件T4均为包括第一端、第二端和控制端的薄膜晶体管，其中选择器件T1的第一端1与超声波传感单元PVDF的第一端1连接于第一节点N1，第二端2与存储器件T4的控制端连接，响应于控制端的检测信号Detect将超声波传感单元PVDF的第一端1输出的反射波电信号传输至所述存储器件T4的控制端(即存储器件的输入端)；复位器件T2的第一端1也连接于第一节点N1，第二端2输入复位电压Vreset，响应于控制端的复位信号Reset将第一节点N1置为复位电压；存储器件T4的第一端1输入电源电压VDD，第二端2与读取器件T3的第一端1连接，存储器件T4为跟随器，将控制端接收的反射波电信号传输至第二端2以输出输出信号；读取器件T3响应于控制端的读取信号Gate将反射波电信号传输至第二端2连接的读取线。

如图4a所示为本实施例的时序图，具体工作过程如下：

发射阶段t1：检测信号Detect为高电平导通选择器件T1，复位信号Reset为高电平导通复位器件T2，读取信号Gate为低电平断开读取器件T3，超声波传感单元PVDF的第二端输入发射信号TX，所述发射信号TX为0.1M～100M的高频方波信号或者正弦波激励信号，所述超声波传感单元PVDF按照预定周期发射超声波。

在本实施例中，在发射阶段t1，第一节点N1置为复位电压，超声波传感单元PVDF的第一端固定为复位电压从而发射超声波信号，同时存储器件T4的控制端置为复位电压。

当发射的超声波信号到达按压在所述超声波传感单元PVDF上的手指后，一部分超声波信号被手指吸收，另一部分发生反射形成反射波。

读取阶段t2：响应于复位信号Reset和检测信号Detect将超声波传感单元PVDF的第一端输出的电信号存储在存储器件T4上，具体的，进一步包括：

采样阶段t3：检测信号Detect为高电平导通选择器件T1，复位信号Reset为低电平断开复位器件T2，超声波传感单元PVDF接收反射的超声波并在超声波传感单元PVDF的第一端输出反射波信号，选择器件T1将反射波信号传输并存储在存储器件T4，存储器件T4工作在跟随器状态，存储器件T4的第二端输出输出信号。

输出阶段t4：检测信号Detect为低电平断开选择器件T1，复位信号Reset为低电平断开复位器件T2，读取信号为高电平导通读取器件T3，读取存储器件T4输出的输出信号至读取线，所述读取信号即为栅极信号。

值得说明的是，与发射阶段中所述超声波传感单元PVDF按照预定周期发射超声波相对应，在采样阶段中所述检测信号Detect持续高电平的时间为接收超声波周期的半个周期或半个周期的整数倍，即通过固定时间的峰值采样实现将反射波的交流信号通过直流检测方式进行检测，将经过手指指纹谷和脊反射的反射波信号收集到存储器件的控制端，通过设置为跟随器的存储器件将该反射波信号输出至存储器件的第二端形成输出信号，响应于栅极信号将所述输出信号读取到读取器件T3的第二端以传输至读取线。

在本实施例中，为进一步控制接收反射波的起始时间，在所述发射阶段之后，采样阶段之前，还包括采样前阶段t3’，其中，

采样前阶段t3’：检测信号Detect为低电平断开选择器件T1，复位信号Reset为高电平导通复位器件T2。即所述超声波传感单元PVDF的第一端保持复位电压，即所述超声波传感单元PVDF结束发射并驱动所述检测信号断开选择器件T1，并通过控制检测信号Detect控制接收反射波的起始时间。

在上述时序控制的基础上，为进一步准确控制以直流检测方式检测反射波，在一个可选的实施例中，如图4b所示，提出另一个时序图，在读取阶段中，在采样阶段之后，输出阶段之前还包括二次复位t5，具体为：

二次复位t5：复位信号Reset为高电平导通复位器件T2，将所述超声波传感单元PVDF的第一端保持复位电压，从而阻止所述超声波传感单元PVDF继续接收反射波信号，即通过二次复位准确控制接收反射波的结束时间。

在上述时序控制的基础上，为进一步提高超声波指纹检测电路的检测精度，降低电路和存在的噪声影响，在一个可选的实施例中，如图4c所示，提出另一个时序图，在发射阶段和采样阶段t6中，所述检测信号和读取信号保持高电平，从而避免因存储器件T4的控制端存在的电压偏移，并有效降低电路自身存在的噪声，同时通过控制复位信号Reset断开复位器件和导通复位器件控制接收反射波的起始时间和结束时间。

在一个可选的实施例中，每两个相邻发射周期中的一个发射超声波。即相邻两个发射周期中，第一个发射周期发射超声波，第二个发射周期不发射超声波；则相应的，在接收反射波时第一个接收周期接收反射波，第二个接收周期接收的是噪声信号，通过相邻两个周期获取的反射波信号和噪声信号能够进一步降低超声传感器像素电路的噪声，有效提高超声传感器像素电路的识别精度。

考虑到上述实施例在采样前阶段t3’中，所述存储器件T4的控制端在接收反射波信号之前无法保持复位电压，可能导致存储的反射波信号发生电压偏移影响指纹识别的精度，在一个可选的实施例中，如图5所示，所述检测器件还包括存储复位器件T5，所述存储复位器件T5的第一端与所述选择器件T1的第二端和所述存储器件T4的输入端连接于第二节点N2，所述存储复位器件T5的第二端输入复位电压，响应于所述存储复位器件T5的复位信号将所述第二节点置为复位电压。

如图6所示为本实施例的时序图，在上述时序图的基础上，所述存储复位器件T5的复位信号Reset1在采样前阶段t3’与复位器件T2的复位信号Reset保持同步，从而确保在采样前阶段t3’中，存储器件T4的控制端置为复位电压，从而避免因存储器件T4的控制端存在的电压偏移，有效提高超声波指纹检测电路的检测精度。

考虑到上述实施例增加了存储复位器件，导致超声波指纹检测电路的体积增加，因此在上述实施例和时序控制的基础上，为进一步降低电路的体积，在一个可选的实施例中，如图7所示，所述检测器件包括选择器件T1，所述选择器件T1为包括第一端、第二端和控制端的薄膜晶体管；所述选择器件T1的第一端与所述超声波传感单元PVDF的第一端连接，所述选择器件T1的第二端与所述存储器件T4的输入端连接于第一节点N1，在复位信号Reset的控制下，所述选择器件T1响应于控制端输入的检测信号Detect将所述超声波传感单元PVDF的第一端输出的电信号从所述选择器件T1的第一端传输至第二端，由所述选择器件T1的第二端传输至所述存储器件T4。

与前述实施例类似，本实施例采用峰值采样的方式获取反射波信号，如图7所示，检测器件包括选择器件T1，所述选择器件T1、复位器件T2、读取器件T3和存储器件T4均为包括第一端、第二端和控制端的薄膜晶体管。与前述实施例不同的地方在于，选择器件T1的第一端与超声波传感单元PVDF的第一端连接，选择器件T1的第二端与存储器件T4的控制端连接于第一节点N1。其余结构与前述实施例类似，在此不再赘述。

如图8a所示为本实施例的时序图，具体工作过程如下：

发射阶段t1：检测信号Detect为高电平导通选择器件T1，复位信号Reset为高电平导通复位器件T2，读取信号Gate为低电平断开读取器件T3，超声波传感单元PVDF的第二端输入发射信号，所述发射信号为0.1M～100M的高频方波信号或者正弦波激励信号，所述超声波传感单元PVDF按照预定周期发射超声波。

在本实施例中，在发射阶段t1，第一节点N1置为复位电压，存储器件T4的控制端置为复位电压，同时由于选择器件T1导通则超声波传感单元PVDF的第一端固定为复位电压从而发射超声波信号。

当发射的超声波信号到达按压在所述超声波传感单元PVDF上的手指后，一部分超声波信号被手指吸收，另一部分发生反射形成反射波。

读取阶段t2：响应于复位信号Reset和检测信号Detect将超声波传感单元PVDF的第一端输出的电信号存储在存储器件T4上，具体的步骤与前述实施例类似，在此不再赘述。

如图8b所示为本实施例的另一个时序图，区别在于，在发射阶段和采样阶段中，所述检测信号和读取信号保持高电平，从而避免因存储器件T4的控制端存在的电压偏移，并有效降低电路自身存在的噪声，同时通过控制复位信号Reset断开复位器件控制接收反射波的起始时间。即所述超声波传感单元结束发射超声波后，结合反射波的起始时间驱动所述复位信号断开复位器件T1。

在本实施例中，超声波指纹检测电路发射超声波，当所述超声波经手指反射形成反射波后，通过选择器件T1控制接收反射波的起始时间和结束时间，从而实现通过将反射波的交流信号通过直流检测方式进行检测，从而将经过手指指纹谷和脊反射的反射波信号收集到存储器件的控制端，通过设置为跟随器的存储器件将该反射波信号输出至存储器件的第二端形成输出信号，响应于栅极信号将所述输出信号读取到读取器件T3的第二端以传输至读取线。换句话说，超声波指纹检测电路在发射超声波后，通过控制选择器件T1的导通和断开进行选择性接收以使得反射波信号被收集到存储器件的控制端。

值得说明的是，本领域技术人员应当理解，前述实施例的多个实施方式也同样适用于本实施例的电路结构，并且均在本申请的保护范围内，在此不再赘述。

针对以PVDF为压电层的超声波指纹检测电路中，由于PVDF自发自收的架构导致反射波的信号较微弱，在采用主动式检测方式时因存储薄膜晶体管的响应频率有限而无法直接将高频交流信号的反射波信号放大至源极的问题。在一个可选的实施例中，如图9所示，所述检测器件包括解调器件，所述解调器件为包括第一端和第二端的耦合电容；所述解调器件的第一端与所述超声波传感单元的第一端连接于第一节点，在复位信号的控制下，所述解调器件的第二端响应于输入的检测信号将所述超声波传感单元的第一端输出的电信号传输至所述存储器件。

在本实施例中，采用调幅解调的方式获取反射波的幅值信号，如图9所示，所述检测器件包括解调器件，所述解调器件为包括第一端和第二端的耦合电容C，所述复位器件T2、读取器件T3和存储器件T4均为包括第一端、第二端和控制端的薄膜晶体管。其中，解调器件C的第一端与超声波传感单元PVDF的第一端连接于第一节点N1，第二端输入检测信号，所述检测信号为载波信号Vc。复位器件T2的第一端也连接于第一节点N1，第二端输入复位电压Vreset，响应于控制端的复位信号Reset将第一节点N1置为复位电压；存储器件T4的第一端输入电源电压VDD，第二端与读取器件T3的第一端连接，存储器件T4为跟随器，将控制端接收的反射波电信号传输至第二端以输出输出信号；读取器件T3响应于控制端的读取信号Gate将反射波电信号传输至第二端连接的读取线。

如图10a所示为本实施例的时序图，具体工作过程如下：

发射阶段t1：检测信号Vc为低电平，复位信号Reset为高电平导通复位器件T2，读取信号Gate为低电平断开读取器件T3，超声波传感单元PVDF的第二端输入发射信号TX，所述发射信号为0.1M～100M的高频方波信号或者正弦波激励信号，所述超声波传感单元PVDF按照预定周期发射超声波。

在本实施例中，在发射阶段t1，第一节点N1置为复位电压，超声波传感单元PVDF的第一端固定为复位电压从而发射超声波信号，同时存储器件T4的控制端置为复位电压。

当发射的超声波信号到达按压在所述超声波传感单元PVDF上的手指后，一部分超声波信号被手指吸收，另一部分发生反射形成反射波。

读取阶段t2：响应于复位信号Reset和检测信号Vc将超声波传感单元PVDF的第一端输出的电信号存储在存储器件T4上，具体包括：

复位信号Reset为低电平断开复位器件T2，当超声波传感单元PVDF接收反射波时，解调器件的第二端输入检测信号，所述检测信号为载波信号Vc，即通过输入的检测信号控制接收反射波的起始时间和结束时间。所述载波信号Vc通过耦合电容对超声波传感单元PVDF的第一端输出的反射波信号进行解调得到解调信号，其中解调信号的低频分量包括反射波的幅值信号，将解调信号存储在存储器件T4的控制端，经存储器件T4滤除解调信号的高频分量，则存储器件T4的第二端输出的输出信号即为反射波的幅值信号；同时读取信号为高电平导通读取器件T3，即响应于栅极信号读取所述幅值信号至读取器件T3的第二端连接的读取线。

值得说明的是，在本实施例中所述载波信号Vc远远大于反射波信号，则当超声波传感单元PVDF接收反射波时，通过耦合电容实现载波信号Vc与反射波信号的相加从而解调出反射波的幅值，再利用存储器件T4无法响应高频信号的特性滤除解调信号中的高频分量，从而将反射波的幅值输出至读取器件T3。

具体的，在解调过程中，反射波信号us为：

u_s＝U_scos(ω_c+Ω)t＝U_scosΩtcosω_ct-U_ssinΩtsinω_ct；

其中，Us为幅值信号，Ur为载波信号Vc，ω_c为频率，Ω为相位。

通过耦合电容将载波信号ur与反射波信号us相加，则存储到存储器件T4的信号为ur+us：

u_s+u_r＝(U_scosΩt+U_r)cosω_ct-U_ssinΩtsinω_ct

＝U_m(t)cos[ω_ct+φ(t)]；

其中，

当m＝us/ur且当m<<1时，

则输出的幅值信号uo为：

u₀＝K_dU_m(t)＝K_dU_r(1+mcosΩt)；

其中，Kd为系数，即经过解调的所述幅值信号uo与反射波信号us成系数为Kd的比例关系。

因此，所述超声传感器像素电路能够获取反射波的幅值信号，通过检测电路的解调器件实现对反射波的调幅解调以获取反射波的幅值信号，并响应于读取器件的控制端的栅极信号读出所述幅值信号。

如图10b所示为本实施例的另一个时序图，在发射阶段t1，所述读取信号保持高电平有效降低电路自身存在的噪声；在读取阶段t2，所述读取信号与检测信号Vc同步，一方面通过输入的检测信号控制接收反射波的起始时间和结束时间，另一方面通过读取信号准确读取反射波的幅值信号。

在一个可选的实施例中，如图11所示，所述解调器件的第二端与所述超声波传感单元的第二端连接。

如图12为本实施例的时序图，在本实施中，将检测信号Vc叠加至超声波发射信号TX中，即响应于复位信号分别在发射阶段t1和读取阶段t2通过输入超声波传感单元PVDF的一路控制信号，发射阶段t1对应TX发射信号，读取阶段t2对应Vc检测信号，即可实现输入发射信号和检测信号。

为进一步简化超声传感器像素电路的结构，利用集成在超声波传感单元PVDF的自身电容也可以实现对超声波传感单元PVDF接收的反射波信号的解调，从而获取反射波的幅值信号。

与上述实施例提供的超声传感器像素电路相对应，本申请的一个实施例还提供一种利用上述超声传感器像素电路的驱动方法，由于本申请实施例提供的驱动方法与上述几种实施例提供的超声传感器像素电路相对应，因此前述实施方式也适用于本实施例提供的驱动方法，在本实施例中不再详细描述。

如图13所示，本申请的一个实施例还提供一种利用上述超声传感器像素电路的驱动方法，包括：发射阶段，响应于复位信号和检测信号，将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波；读取阶段，响应于复位信号和检测信号，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述超声波传感单元的第一端输出电信号并传输至所述存储器件，经所述存储器件输出输出信号，响应于输入的读取信号输出所述输出信号。

在一个可选的实施例中，所述检测器件包括选择器件，所述选择器件为包括第一端、第二端和控制端薄膜晶体管，所述选择器件的第一端与所述超声波传感单元的第一端连接于第一节点，所述选择器件的第二端与所述存储器件的输入端连接；所述发射阶段，响应于复位信号和检测信号，将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波进一步包括：响应于复位信号导通所述复位器件：将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波，响应于检测信号导通所述选择器件，所述存储器件的输入端置为复位电压；所述读取阶段，响应于复位信号和检测信号，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述超声波传感单元的第一端输出电信号并传输至所述存储器件，经所述存储器件输出输出信号，响应于输入的读取信号输出所述输出信号进一步包括：采样阶段：响应于所述复位信号断开复位器件，响应于检测信号导通所述选择器件，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述超声波传感单元的第一端输出电信号并传输至所述存储器件，经所述存储器件生成输出信号；输出阶段：响应于所述复位信号断开复位器件，响应于检测信号断开所述选择器件，响应于读取信号导通读取器件输出所述输出信号。

在一个可选的实施例中，在所述采样阶段之后，输出阶段之前，还包括二次复位阶段：所述二次复位阶段，响应于复位信号将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元停止接收超声波

在一个可选的实施例中，所述检测器件还包括存储复位器件，所述存储复位器件的第一端与所述选择器件的第二端和所述存储器件的输入端连接于第二节点，所述存储复位器件的第二端输入复位电压，所述驱动方法还包括：响应于所述存储复位器件的复位信号导通所述存储复位器件，所述存储器件的输入端置为复位电压。

在一个可选的实施例中，所述检测器件包括选择器件，所述选择器件为包括第一端、第二端和控制端的薄膜晶体管，所述选择器件的第一端与所述超声波传感单元的第一端连接，所述选择器件的第二端与所述存储器件的输入端连接于第一节点；所述发射阶段，响应于复位信号和检测信号，将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波进一步包括：响应于复位信号导通所述复位器件：所述存储器件的输入端置为复位电压；响应于检测信号导通所述选择器件，将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波；所述读取阶段，响应于复位信号和检测信号，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述超声波传感单元的第一端输出电信号并传输至所述存储器件，经所述存储器件输出输出信号，响应于输入的读取信号输出所述输出信号进一步包括：采样阶段：响应于所述复位信号断开复位器件，响应于检测信号导通所述选择器件，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述超声波传感单元的第一端输出电信号并传输至所述存储器件，经所述存储器件生成输出信号；输出阶段：响应于所述复位信号断开复位器件，响应于检测信号断开所述选择器件，响应于读取信号导通读取器件输出所述输出信号。

在另一个可选的实施例中，所述检测器件包括解调器件，所述解调器件为包括第一端和第二端的耦合电容，所述解调器件的第一端与所述超声波传感单元的第一端连接于第一节点；所述发射阶段，响应于复位信号和检测信号，将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波进一步包括：响应于复位信号导通所述复位器件，将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，将所述存储器件的输入端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波；所述读取阶段，响应于复位信号和检测信号，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述超声波传感单元的第一端输出电信号并传输至所述存储器件，经所述存储器件输出输出信号，响应于输入的读取信号输出所述输出信号进一步包括：响应于所述复位信号断开复位器件，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述解调器件的第二端响应于输入的检测信号对所述超声波传感单元的第一端输出的电信号进行解调并传输至所述存储器件，经所述存储器件生成输出信号，响应于读取信号输出所述输出信号。

在上述超声传感器像素电路的基础上，本申请的一个实施例还提供一种栅极驱动电路，如图14所示，包括多级栅极驱动子电路和与每个栅极驱动子电路的输出端对应的与非门，所述与非门响应于外接控制信号和所述输出端的输出信号形成上述的超声传感器像素电路的读取器件的读取信号。

在本实施例中，即通过与每个栅极驱动子电路GOA的输出端对应的与非门，利用一个外接控制信号CON将栅极驱动电路输出的栅极驱动信号形成为上述时序图中超声传感器像素电路的读取器件的所需的读取信号Gate，有效简化所述超声传感器像素电路的电路设计和布线，并降低生产制作成本。

在上述超声传感器像素电路的基础上，本申请的一个实施例还提供一种显示面板，所述显示面板包括上述超声传感器像素电路。

在上述超声传感器像素电路和栅极驱动电路的基础上，本申请的一个实施例还提供一种显示面板，所述显示面板超声传感器像素电路和栅极驱动电路。

本发明针对目前现有的问题，制定一种超声传感器像素电路、栅极驱动电路、显示面板和驱动方法，通过检测器件将所述超声波传感单元输出的电信号传输至所述存储器件以获取高精度的反射波信号，从而弥补了现有技术中的问题，有效提高超声波指纹识别精度，具有广泛的应用前景。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (15)

1.一种超声传感器像素电路，其特征在于，包括检测器件、复位器件、存储器件和读取器件，其中：

所述复位器件的第一端与所述检测器件连接于第一节点，所述复位器件的第二端输入复位电压，所述复位器件响应于复位信号将所述第一节点置为复位电压；

所述检测器件的第一端与超声波传感单元的第一端连接，在复位信号的控制下，所述检测器件响应于输入的检测信号将所述超声波传感单元的第一端输出的电信号传输至所述存储器件，所述检测信号的有效时间为所述超声波传感单元接收反射的超声波的接收超声波周期的半个周期或半个周期的整数倍；

所述存储器件，用于根据所述电信号输出输出信号；

所述读取器件，响应于输入的读取信号从所述存储器件读取所述输出信号。

2.根据权利要求1所述的超声传感器像素电路，其特征在于，

所述检测器件包括选择器件，所述选择器件为包括第一端、第二端和控制端的薄膜晶体管；

所述选择器件的第一端与所述超声波传感单元的第一端连接于第一节点，所述选择器件的第二端与所述存储器件的输入端连接，在复位信号的控制下，所述选择器件响应于控制端输入的检测信号将所述超声波传感单元的第一端输出的电信号从所述选择器件的第一端传输至第二端，由所述选择器件的第二端传输至所述存储器件的输入端。

3.根据权利要求2所述的超声传感器像素电路，其特征在于，所述检测器件还包括存储复位器件，所述存储复位器件的第一端与所述选择器件的第二端和所述存储器件的输入端连接于第二节点，所述存储复位器件的第二端输入复位电压，响应于所述存储复位器件的复位信号将所述第二节点置为复位电压。

4.根据权利要求1所述的超声传感器像素电路，其特征在于，

所述检测器件包括选择器件，所述选择器件为包括第一端、第二端和控制端的薄膜晶体管；

所述选择器件的第一端与所述超声波传感单元的第一端连接，所述选择器件的第二端与所述存储器件的输入端连接于第一节点，在复位信号的控制下，所述选择器件响应于控制端输入的检测信号将所述超声波传感单元第一端输出的电信号从所述选择器件的第一端传输至第二端，由所述选择器件的第二端传输至所述存储器件。

5.根据权利要求1所述的超声传感器像素电路，其特征在于，

所述检测器件包括解调器件，所述解调器件为包括第一端和第二端的耦合电容；

所述解调器件的第一端与所述超声波传感单元的第一端连接于第一节点，在复位信号的控制下，所述解调器件的第二端响应于输入的检测信号将所述超声波传感单元的第一端输出的电信号传输至所述存储器件。

6.根据权利要求5所述的超声传感器像素电路，其特征在于，所述解调器件的第二端与所述超声波传感单元的第二端连接。

7.一种栅极驱动电路，其特征在于，包括多级栅极驱动子电路和与每个栅极驱动子电路的输出端对应的与非门，所述与非门响应于外接控制信号和所述输出端的输出信号形成如权利要求1-6中任一项所述的超声传感器像素电路的读取器件的读取信号。

8.一种显示面板，其特征在于，

包括多个如权利要求1-6中任一项所述的超声传感器像素电路；

或者

包括多个如权利要求1-6中任一项所述的超声传感器像素电路和权利要求7所述的栅极驱动电路。

9.一种利用权利要求1所述的超声传感器像素电路的驱动方法，其特征在于，包括：

发射阶段，响应于复位信号和检测信号，将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波；

读取阶段，响应于复位信号和检测信号，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述超声波传感单元的第一端输出电信号并传输至所述存储器件，经所述存储器件输出输出信号，响应于输入的读取信号输出所述输出信号，所述检测信号的有效时间为所述超声波传感单元接收反射的超声波的接收超声波周期的半个周期或半个周期的整数倍。

10.根据权利要求9所述的驱动方法，其特征在于，

所述检测器件包括选择器件，所述选择器件为包括第一端、第二端和控制端薄膜晶体管，所述选择器件的第一端与所述超声波传感单元的第一端连接于第一节点，所述选择器件的第二端与所述存储器件的输入端连接；

所述发射阶段，响应于复位信号和检测信号，将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波进一步包括：

响应于复位信号导通所述复位器件：

将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波，响应于检测信号导通所述选择器件，所述存储器件的输入端置为复位电压；

所述读取阶段，响应于复位信号和检测信号，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述超声波传感单元的第一端输出电信号并传输至所述存储器件，经所述存储器件输出输出信号，响应于输入的读取信号输出所述输出信号进一步包括：

采样阶段：响应于所述复位信号断开复位器件，响应于检测信号导通所述选择器件，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述超声波传感单元的第一端输出电信号并传输至所述存储器件，经所述存储器件生成输出信号；

输出阶段：响应于所述复位信号断开复位器件，响应于检测信号断开所述选择器件，响应于读取信号导通读取器件输出所述输出信号。

11.根据权利要求10所述的驱动方法，其特征在于，在所述采样阶段之后，输出阶段之前，还包括二次复位阶段：

所述二次复位阶段，响应于复位信号将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元停止接收超声波。

12.根据权利要求10所述的驱动方法，其特征在于，所述检测器件还包括存储复位器件，所述存储复位器件的第一端与所述选择器件的第二端和所述存储器件的输入端连接于第二节点，所述存储复位器件的第二端输入复位电压，所述驱动方法还包括：

响应于所述存储复位器件的复位信号导通所述存储复位器件，所述存储器件的输入端置为复位电压。

13.根据权利要求9所述的驱动方法，其特征在于，

所述检测器件包括选择器件，所述选择器件为包括第一端、第二端和控制端的薄膜晶体管，所述选择器件的第一端与所述超声波传感单元的第一端连接，所述选择器件的第二端与所述存储器件的输入端连接于第一节点；

所述发射阶段，响应于复位信号和检测信号，将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波进一步包括：

响应于复位信号导通所述复位器件：

所述存储器件的输入端置为复位电压；

响应于检测信号导通所述选择器件，将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波；

所述读取阶段，响应于复位信号和检测信号，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述超声波传感单元的第一端输出电信号并传输至所述存储器件，经所述存储器件输出输出信号，响应于输入的读取信号输出所述输出信号进一步包括：

采样阶段：响应于所述复位信号断开复位器件，响应于检测信号导通所述选择器件，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述超声波传感单元的第一端输出电信号并传输至所述存储器件，经所述存储器件生成输出信号；

输出阶段：响应于所述复位信号断开复位器件，响应于检测信号断开所述选择器件，响应于读取信号导通读取器件输出所述输出信号。

14.根据权利要求10-13中任一项所述的驱动方法，其特征在于，所述驱动方法还包括：

在发射阶段中，

所述超声波传感单元结束发射并驱动所述检测信号断开所述选择器件，或者

所述超声波传感单元结束发射，结合待接收的超声波的起始时间驱动所述复位信号断开所述复位器件；

和/或

所述超声波传感单元根据预定周期发射超声波，在所述采样阶段中所述检测信号的导通时间为半个周期的正整数倍；

和/或

在所述发射阶段响应于读取信号导通读取器件，在所述读取阶段响应于读取信号导通读取器件；

和/或

每两个相邻发射周期中的一个发射超声波。

15.根据权利要求9所述的驱动方法，其特征在于，

所述检测器件包括解调器件，所述解调器件为包括第一端和第二端的耦合电容，所述解调器件的第一端与所述超声波传感单元的第一端连接于第一节点；

所述发射阶段，响应于复位信号和检测信号，将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波进一步包括：

响应于复位信号导通所述复位器件，将所述超声波传感单元的第一端置为复位电压，将所述存储器件的输入端置为复位电压，所述超声波传感单元根据其第二端输入的输入信号发射超声波；

所述读取阶段，响应于复位信号和检测信号，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述超声波传感单元的第一端输出电信号并传输至所述存储器件，经所述存储器件输出输出信号，响应于输入的读取信号输出所述输出信号进一步包括：

响应于所述复位信号断开复位器件，所述超声波传感单元接收反射的超声波，所述解调器件的第二端响应于输入的检测信号对所述超声波传感单元的第一端输出的电信号进行解调并传输至所述存储器件，经所述存储器件生成输出信号，响应于读取信号输出所述输出信号。

Images