CN111275013B - 一种指纹像素电路及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种指纹像素电路及电子设备，所述电路包括：第一薄膜晶体管N1，N1的源极与数据线连接；第二薄膜晶体管N2，N2的源极与所述数据线连接；与N2的漏极连接的第三薄膜晶体管N3；N1的栅极和N2的栅极均与第一扫描线连接，所述第一扫描线控制N1和N2的开关状态；N3的栅极与第二扫描线连接，所述第二扫描线控制N3的开关状态。本发明的实施例，增加TFT器件管N2和N3，并通过上一级扫描线和本级扫描线时序控制TFT器件开启，使得指纹接触时，通过N2断开时产生的漏电流，侦测数据线上因存储电容产生的电压电流波动，来定位指纹的纹路位置，且不影响正常显示亮度。

Description

一种指纹像素电路及电子设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种指纹像素电路及电子设备。
背景技术
屏下指纹识别技术，是将识别模组放置在电子设备屏幕面板之下，在指纹识别时通过屏幕发射的光透过屏幕面板在手指指纹形成光膜，光线射入到指纹谷后在手指接触的屏幕与空气的界面发生全反射，指纹反射光线穿透屏幕返回识别传感器的CCD(ChargeCouple Device，电荷耦合器件)；而射向指纹脊的光线不发生全反射，被脊与屏幕接触而吸收或者漫反射到其他地方，这样就在CCD上形成了指纹的图像，最终用形成指纹图像来进行识别。
传统的LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示)屏幕，因无法自发光，无法构成光学指纹需求的必要条件，因此无法完成指纹识别，故而对于LCD的光学指纹识别产品迟迟无法量产。
发明内容
本发明实施例提供了一种指纹像素电路及电子设备，以解决传统的LCD屏幕无法自发光导致LCD光学指纹技术无法实现的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种指纹像素电路，包括：第一薄膜晶体管，所述第一薄膜晶体管的源极与数据线连接；
第二薄膜晶体管，所述第二薄膜晶体管的源极与所述数据线连接；
与所述第二薄膜晶体管的漏极连接的第三薄膜晶体管；
所述第一薄膜晶体管的栅极和所述第二薄膜晶体管的栅极均与第一扫描线连接，所述第一扫描线控制所述第一薄膜晶体管和所述第二薄膜晶体管(N2)的开关状态；
所述第三薄膜晶体管的栅极与第二扫描线连接，所述第二扫描线控制所述第三薄膜晶体管的开关状态。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括上述的指纹像素电路；
所述电子设备还包括液晶显示屏幕，所述指纹像素电路嵌设在所述液晶显示屏幕内部。
这样，本发明的上述方案，在现有LTPS(Low Temperature Poly-silicon，低温多晶硅技术)或a-Si(amorphous silicon，非晶硅)技术工艺基础上，增加TFT(Thin FilmTransistor，薄膜晶体管)，并通过上一级扫描线和本级扫描线时序控制TFT器件管开启，使得指纹接触时，通过第二薄膜晶体管断开时产生的漏电流，侦测数据线上因存储电容产生的电压电流波动，来定位指纹的纹路位置，且不影响正常显示亮度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1表示本发明实施例的指纹像素电路的结构图；
图2表示本发明实施例的指纹像素时序示意图；
图3表示本发明实施例t1阶段的TFT器件的开关示意图；
图4表示本发明实施例t2阶段的TFT器件的开关示意图；
图5表示本发明实施例t3阶段的TFT器件的开关示意图；
图6表示本发明实施例的指纹像素电路在LCD内的设置位置示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，本发明实施例提供一种指纹像素电路，包括：第一薄膜晶体管N1，所述第一薄膜晶体管N1的源极与数据线连接；
第二薄膜晶体管N2，所述第二薄膜晶体管N2的源极与所述数据线连接；
与所述第二薄膜晶体管N2的漏极连接的第三薄膜晶体管N3；
所述第一薄膜晶体管N1的栅极和所述第二薄膜晶体管N2的栅极均与第一扫描线连接，所述第一扫描线控制所述第一薄膜晶体管N1和所述第二薄膜晶体管N2的开关状态；
所述第三薄膜晶体管N3的栅极与第二扫描线连接，所述第二扫描线控制所述第三薄膜晶体管N3的开关状态。
该实施例中，所述第一薄膜晶体管N1和所述第三薄膜晶体管N3可以为普通TFT器件，所述第二薄膜晶体管N2为光敏器件。所述第一薄膜晶体管N1的栅极连接第一扫描线，所述第一薄膜晶体管N1的源极连接数据线，所述第一薄膜晶体管N1的漏极连接存储电容和液晶电容；所述第二薄膜晶体管N2的栅极连接所述第一扫描线，所述第二薄膜晶体管N2的源极连接数据线，所述第二薄膜晶体管N2的漏极连接所述第三薄膜晶体管N3的源极；所述第三薄膜晶体管N3的栅极连接第二扫描线，所述第三薄膜晶体管N3的漏极连接存储电容和液晶电容。
所述第一扫描线和所述第二扫描线时序控制所述第一薄膜晶体管N1、所述第二薄膜晶体管N2以及所述第三薄膜晶体管N3的开关状态，在指纹接触时，控制第一薄膜晶体管N1和所述第二薄膜晶体管N2关闭，控制第三薄膜晶体管N3导通，第二薄膜晶体管N2产生漏电流，从而导致数据线上的电流D(n)发生变化，因此侦测到指纹谷的位置。
本发明的实施例，在现有LTPS或a-Si技术工艺基础上，增加TFT器件管，并通过上一级扫描线和本级扫描线时序控制TFT器件管开启，使得指纹接触时，通过第二薄膜晶体管断开时产生的漏电流，侦测数据线上因存储电容产生的电压电流波动，来定位指纹的纹路位置，且不影响正常显示亮度。
如图1所示，所述指纹像素电路还包括：存储电容Cst；所述存储电容Cst的第一端分别与所述第一薄膜晶体管N1的漏极和所述第三薄膜晶体管N3的漏极连接；所述存储电容Cst的第二端接地。
所述第一扫描线和所述第二扫描线输出脉冲信号，依序打开各行的TFT器件，数据线将各行的显示点充电到各自所需的电压，以显示不同的灰阶。当一行充好电时，栅极驱动器将电压关闭，然后下一行的栅极驱动器将电压开启，由数据线对下一行的显示点进行充放电，如此依序进行，当充好最后一行的显示点，再从头由第一行开始充电。所述存储电容Cst为数据保持电容，能够让充好电的电压，保持到下一次更新画面。
所述指纹像素电路还包括：液晶电容Clc；所述液晶电容Clc的第一端分别与所述第一薄膜晶体管N1的漏极和所述第三薄膜晶体管N3的漏极连接；所述液晶电容Clc的第二端接地。所述液晶电容Clc为液晶层的等效电容，用于控制液晶分子的姿态。
具体地，所述指纹像素电路为指纹像素阵列中的一个指纹像素的电路，所述指纹像素阵列包括：呈行列排布的多个指纹像素，与每行指纹像素对应的扫描线，以及，与每列指纹像素对应的数据线；其中，所述第一扫描线为所述指纹像素电路所在的目标行所对应的扫描线，所述第二扫描线为所述目标行的上一行所对应的扫描线。
可选地，所述第一扫描线和所述第二扫描线输出的扫描信号均为高电平导通的脉冲信号。所述第一扫描线输出的脉冲信号为所述第二扫描线输出的脉冲信号延时一个周期的信号。所述第一扫描线或者所述第二扫描线输出高位信号时，其对应控制的TFT器件导通，所述第一扫描线或者所述第二扫描线输出低位信号时，其对应控制的TFT器件关闭。
其中，所述第二薄膜晶体管N2为光敏晶体管。光敏晶体管的制作，如LTPS工艺，可以通过顶栅工艺，改变TFT LDD(Lightly Doped Drain，轻掺杂漏)长度来构成；如a-Si工艺，可以通过底栅TFT结构构成，反射光可以直接照射TFT沟道产生漏电流。可选地，所述第二薄膜晶体管N2包括光线接收区域，所述光线接收区域接收指纹反射光，并产生漏电流。
所述第一扫描线输出的扫描信号控制所述第一薄膜晶体管N1和所述第二薄膜晶体管N2的开关状态，所述第二扫描线输出的扫描信号控制所述第三薄膜晶体管N3的开关状态。
具体地，在所述第一薄膜晶体管N1和所述第二薄膜晶体管N2为关闭状态、且所述第三薄膜晶体管N3为导通状态的情况下，所述指纹像素电路侦测指纹位置。即此时所述第一扫描线输出低电平信号，且所述第二扫描线输出高电平信号。
在所述第一薄膜晶体管N1和所述第二薄膜晶体管N2为导通状态、且所述第三薄膜晶体管N3为关闭状态的情况下，所述指纹像素电路驱动像素显示。即此时所述第一扫描线输出高电平信号，且所述第二扫描线输出低电平信号。
在所述第一薄膜晶体管N1、所述第二薄膜晶体管N2以及所述第三薄膜晶体管N3均为关闭状态的情况下，所述指纹像素电路控制像素持续显示。即此时所述第一扫描线输出低电平信号，且所述第二扫描线输出低电平信号。
下面通过具体实施例说明所述指纹像素电路的工作原理。按照t1、t2、t3时序，如图2所示，为LCD内嵌指纹区域的像素时序示意图，G[n-1]表示所述第二扫描线，G[n]表示第一扫描线，D[n]表示数据线，当手指接触指纹区域时：
在t1阶段：G[n]输出低位信号：第一薄膜晶体管N1关闭；第二薄膜晶体管N2关闭，但因第二薄膜晶体管N2为光敏感器件，指纹反射光照射后，产生光漏电流；G[n-1]输出高位信号：第三薄膜晶体管N3导通，此时存储电容Cst和液晶电容Clc受到光漏电流的影响，液晶电容Clc两端电压产生变化，液晶偏转程度发生改变，像素亮度发生差异，且此时数据线：D[n]的电流也发生变化，即可以侦测出指纹谷的位置，如图3所示。
在t2阶段：G[n]输出高位信号：第一薄膜晶体管N1、第二薄膜晶体管N2导通；G[n+1]输出低位信号：第三薄膜晶体管N3关闭；存储电容Cst充电，液晶电容Clc充电，且液晶电容Clc两端电压差异驱动液晶偏转，控制此像素正常发光，如图4所示。
在t3阶段：G[n-1]和G[n]均输出低位信号：第一薄膜晶体管N1、第二薄膜晶体管N2、第三薄膜晶体管N3都关闭，虽然第二薄膜晶体管N2为光敏感器件，指纹反射光照射后，产生光漏电流，但因第三薄膜晶体管N3关闭，此阶段第二薄膜晶体管N2无法改变存储电容Cst和液晶电容Clc端A点电压，A点电位因存储电容Cst原因，维持到下一帧扫描信号打开，像素持续正常发光，如图5所示。需要说明的是，图3-图5中的虚线箭头表示信号流通方向，“X”表示TFT晶体管关闭，“√”表示TFT晶体管导通。
由t1、t2、t3阶段的像素工作原理可以看出，添加G[n]控制的第二薄膜晶体管N2，G[n-1]控制的第三薄膜晶体管N3，在不影响像素发光的基础上，完成手指接触屏幕指纹谷和脊的侦测。
该实施例在现有LTPS或者a-Si工艺基础上，增加光敏TFT器件N2和普通TFT器件管N3，并通过本级扫描线G[n]控制N1、N2栅极，通过上一级扫描线G[n-1]控制N3栅极，使得指纹接触时，通过光敏TFT器件断开时产生的漏电流，侦测data line上因存储电容产生的电压电流波动，来定位指纹的纹路位置，且不影响正常显示亮度。
可选地，所述指纹像素电路设置在电子设备显示器的薄膜晶体管TFT玻璃基板上方。
如图6所示，为所述指纹像素电路在LCD内的设置位置示意图，所述指纹像素电路嵌设在LCD内部。LCD包括彩色滤光片(Color Filter，CF)基板601，彩色滤光片602、支撑柱603、TFT玻璃基板604、框胶605，所述指纹像素电路606设置在所述TFT玻璃基板604上方。手指指纹接触到电子设备屏幕的指纹区域时，背光光源发出的光通过屏幕照射到指纹谷的位置，指纹谷反射的反射光通过屏幕照射到所述指纹像素电路上的第二薄膜晶体管N2，所述第二薄膜晶体管N2可以为光敏晶体管，则第二薄膜晶体管N2产生漏电流，使液晶电容Clc两端电压产生变化，液晶偏转程度发生改变，像素亮度发生差异，且此时数据线的电流也发生变化，即可以侦测出指纹谷的位置。
本发明的实施例，在现有LTPS或a-Si技术工艺基础上，增加TFT器件管，并通过上一级扫描线和本级扫描线时序控制TFT器件管开启，使得指纹接触时，通过第二薄膜晶体管断开时产生的漏电流，侦测数据线上因存储电容产生的电压电流波动，来定位指纹的纹路位置，且不影响正常显示亮度。
本发明实施例还提供的一种电子设备，包括上述的指纹像素电路。所述电子设备还包括液晶显示屏幕，所述指纹像素电路嵌设在所述液晶显示屏幕内部。
该实施例中，所述指纹像素电路嵌设在所述液晶显示屏幕内部，不会阻挡背光光源发出的光线穿透屏幕，还能够保证指纹像素电路内部的第二薄膜晶体管接收到由手指指纹反射的光线，进而使第二薄膜晶体管产生漏电流，使液晶电容两端电压产生变化，液晶偏转程度发生改变，像素亮度发生差异，此时数据线的电流也发生变化，从而可以侦测出指纹谷的位置。
需要说明的是，本发明实施例的所述指纹像素电路可以区域设计，也可以在整个显示区域设计。所述电子设备可以为手机，本领域技术人员可以理解，除了手机作为电子设备之外，亦可适用于其它具备显示屏的电子设备，如平板电脑、电子书阅读器、MP3(动态影像专家压缩标准音频层面3，Moving Picture Experts Group Audio Layer III)播放器、MP4(动态影像专家压缩标准音频层面4，Moving Picture Experts Group Audio LayerIV)播放器、膝上型便携计算机、车载电脑、台式计算机、机顶盒、智能电视机、可穿戴设备等等均在本发明实施例的保护范围之内。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者电子设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者电子设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者电子设备中还存在另外的相同要素。
以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种指纹像素电路，其特征在于，包括：
第一薄膜晶体管(N1)，所述第一薄膜晶体管(N1)的源极与数据线连接；
第二薄膜晶体管(N2)，所述第二薄膜晶体管(N2)的源极与所述数据线连接；所述第一薄膜晶体管(N1)的源极连接的数据线与所述第二薄膜晶体管(N2)的源极连接的数据线是同一数据线；所述第二薄膜晶体管(N2)为光敏器件；
与所述第二薄膜晶体管(N2)的漏极连接的第三薄膜晶体管(N3)；
所述第一薄膜晶体管(N1)的栅极和所述第二薄膜晶体管(N2)的栅极均与第一扫描线连接，所述第一扫描线控制所述第一薄膜晶体管(N1)和所述第二薄膜晶体管(N2)的开关状态；
所述第三薄膜晶体管(N3)的栅极与第二扫描线连接，所述第二扫描线控制所述第三薄膜晶体管(N3)的开关状态；
所述指纹像素电路还包括：存储电容(Cst)；所述存储电容(Cst)的第一端分别与所述第一薄膜晶体管(N1)的漏极和所述第三薄膜晶体管(N3)的漏极连接；所述存储电容(Cst)的第二端接地；
所述指纹像素电路还包括：液晶电容(Clc)；所述液晶电容(Clc)的第一端分别与所述第一薄膜晶体管(N1)的漏极和所述第三薄膜晶体管(N3)的漏极连接；所述液晶电容(Clc)的第二端接地。
2.根据权利要求1所述的指纹像素电路，其特征在于，所述指纹像素电路为指纹像素阵列中的一个指纹像素的电路，所述指纹像素阵列包括：
呈行列排布的多个指纹像素，与每行指纹像素对应的扫描线，以及，与每列指纹像素对应的数据线；
其中，所述第一扫描线为所述指纹像素电路所在的目标行所对应的扫描线，所述第二扫描线为所述目标行的上一行所对应的扫描线。
3.根据权利要求1所述的指纹像素电路，其特征在于，所述第一扫描线和所述第二扫描线输出的扫描信号均为高电平导通的脉冲信号。
4.根据权利要求1或3所述的指纹像素电路，其特征在于，在所述第一薄膜晶体管(N1)和所述第二薄膜晶体管(N2)为关闭状态、且所述第三薄膜晶体管(N3)为导通状态的情况下，所述指纹像素电路侦测指纹位置；
在所述第一薄膜晶体管(N1)和所述第二薄膜晶体管(N2)为导通状态、且所述第三薄膜晶体管(N3)为关闭状态的情况下，所述指纹像素电路驱动像素显示；
在所述第一薄膜晶体管(N1)、所述第二薄膜晶体管(N2)以及所述第三薄膜晶体管(N3)均为关闭状态的情况下，所述指纹像素电路控制像素持续显示。
5.根据权利要求1所述的指纹像素电路，其特征在于，所述第二薄膜晶体管(N2)为光敏晶体管。
6.根据权利要求1所述的指纹像素电路，其特征在于，所述第二薄膜晶体管(N2)包括光线接收区域，所述光线接收区域接收指纹反射光，并产生漏电流。
7.根据权利要求1所述的指纹像素电路，其特征在于，所述指纹像素电路设置在电子设备显示器的薄膜晶体管TFT玻璃基板上方。
8.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的指纹像素电路；
所述电子设备还包括液晶显示屏幕，所述指纹像素电路嵌设在所述液晶显示屏幕内部。
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