CN111598050B - 一种指纹识别电路、其驱动方法及触控面板、显示装置 - Google Patents

一种指纹识别电路、其驱动方法及触控面板、显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种指纹识别电路、其驱动方法及触控面板、显示装置，包括：光敏器件、复位模块和读取模块；其中，复位模块与光敏器件的输出端耦接，复位模块被配置为在第一扫描信号端的第一扫描信号的控制下，将复位信号端所提供与环境光亮度正相关的复位信号写入光敏器件的输出端；读取模块与电荷积分电路的第一输入端耦接，电荷积分电路的第二输入端与基准信号端耦接，读取模块被配置为在第二扫描信号端的第二扫描信号的控制下，将光敏器件的光生电荷与调制电荷之差写入第一输入端；其中，调制电荷是复位信号和偏压信号端的偏压信号之差与光敏器件的存储电容的乘积；其中，第二扫描信号晚于第一扫描信号执行。

Description

一种指纹识别电路、其驱动方法及触控面板、显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种指纹识别电路、其驱动方法及触控面板、显示装置。
背景技术
近年来，随着触控技术的高速发展，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。
现有触控面板如图1所示，包括若干呈矩阵排列的指纹识别电路01，每个指纹识别电路01由一个光敏器件D和一个晶体管T组成。在进行指纹检测时，由于指纹谷脊间的差异，光源照射到手指上的会产生不同的反射，从而使得到达光敏器件D1的光强出现变化，产生不同的光生电荷差异，通过触控扫描线Gate n(n＝1、2、3、……)控制晶体管T逐行导通，触控读取线Read m(m＝1、2、3、……)依次读取出各个光敏器件D的光生电荷差异，即可实现对指纹谷脊的检测。
具体地，相关技术中一般通过包含积分电容的电荷积分电路对触控读取线Read m输出的电荷进行初步处理后，再由后续数模转换器(ADC)将初步处理后的电荷转换为指纹图像进行输出。然而，由于在指纹识别过程中光敏器件D会不可避免地接收环境光，若积分电容较小可满足在暗态环境下识别指纹，一旦到亮态环境下，环境光即会令积分电容饱和，致使无法实现指纹识别，因此为保证在亮态环境和暗态环境下均可有效识别指纹，积分电容的容量需要设置较大。
发明内容
本发明实施例提供一种指纹识别电路、其驱动方法及触控面板、显示装置，用以降低电荷积分电路所含积分电容的容量要求。
本发明实施例提供的一种指纹识别电路，包括：光敏器件、复位模块和读取模块；其中，
所述复位模块与所述光敏器件的输出端耦接，所述复位模块被配置为在第一扫描信号端的第一扫描信号的控制下，将复位信号端所提供与环境光亮度正相关的复位信号写入所述光敏器件的输出端；
所述读取模块与电荷积分电路的第一输入端耦接，所述光敏器件的输入端与偏压信号端耦接，所述读取模块被配置为在第二扫描信号端的第二扫描信号的控制下，将所述光敏器件的光生电荷与调制电荷之差写入所述第一输入端；其中，所述调制电荷是所述复位信号和所述偏压信号端的偏压信号之差与所述光敏器件的存储电容的乘积；其中，所述第二扫描信号晚于所述第一扫描信号执行。
可选地，在本发明实施例提供的上述指纹识别电路中，所述复位模块包括第一晶体管，所述第一晶体管的栅极与所述第一扫描信号端耦接，第一极与所述复位信号端耦接，第二极与所述光敏器件的输出端耦接。
可选地，在本发明实施例提供的上述指纹识别电路中，所述读取模块包括第二晶体管，所述第二晶体管的栅极与所述第二扫描信号端耦接，第一极与所述光敏器件的输出端耦接，第二极与所述第一输入端耦接。
相应地，本发明实施例还提供了一种上述指纹识别电路的驱动方法，包括：
复位阶段，对第一扫描信号端加载第一扫描信号，使得复位模块将复位信号端所提供与环境光亮度正相关的复位信号写入光敏器件的输出端；
输出阶段，对第二扫描信号端加载第二扫描信号，使得读取模块将所述光敏器件的光生电荷与调制电荷之差写入电荷积分电路的第一输入端；其中，所述调制电荷是所述复位信号和偏压信号端的偏压信号之差与所述光敏器件的存储电容的乘积。
基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种触控面板，包括：阵列排布的多个指纹识别电路，以及多个电荷积分电路；其中，
所述电荷积分电路包括放大器和积分电容；
所述放大器的同相输入端与基准信号端耦接，所述放大器的反相输入端与第二晶体管的第二极耦接；
所述积分电容耦接于所述放大器的反相输入端与所述放大器的输出端之间。
可选地，在本发明实施例提供的上述触控面板中，每行所述指纹识别电路与一第一扫描信号端对应耦接；每行所述指纹识别电路与一第二扫描信号端对应耦接。
可选地，在本发明实施例提供的上述触控面板中，前一行所述指纹识别电路耦接的所述第二扫描信号端复用为当前行所述指纹识别电路的所述第一扫描信号端。
可选地，在本发明实施例提供的上述触控面板中，各列所述指纹识别电路与复位信号端一一对应耦接。
可选地，在本发明实施例提供的上述触控面板中，各列所述指纹识别电路与电荷积分电路一一对应耦接。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括：OLED显示面板，以及上述触控面板。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的指纹识别电路、其驱动方法及触控面板、显示装置，包括：光敏器件、复位模块和读取模块；其中，复位模块与光敏器件的输出端耦接，复位模块被配置为在第一扫描信号端的第一扫描信号的控制下，将复位信号端所提供与环境光亮度正相关的复位信号写入光敏器件的输出端；读取模块与电荷积分电路的第一输入端耦接，光敏器件的输入端与偏压信号端耦接，读取模块被配置为在第二扫描信号端的第二扫描信号的控制下，将光敏器件的光生电荷与调制电荷之差写入第一输入端；其中，调制电荷是复位信号和偏压信号端的偏压信号之差与光敏器件的存储电容的乘积；其中，第二扫描信号晚于第一扫描信号执行。由于复位模块可将复位信号端所提供与环境光亮度正相关的复位信号写入光敏器件的输出端，实现了对指纹识别电路的环境适应性调节，使得后续写入电荷积分电路的仅是光敏器件的光生电荷与调制电荷(即复位信号和偏压信号之差与光敏器件的存储电容的乘积)之差，而相关技术中是将光敏器件的光生电荷写入电荷积分电路，因此，降低了对电荷积分电路所含积分电容的容量要求。
附图说明
图1为相关技术中触控面板的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的指纹识别电路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的指纹识别电路的具体结构示意图；
图4为图2所示指纹识别电路的工作时序图；
图5为本公开实施例提供的触控面板的结构示意图之一；
图6为图5所示触控面板的工作时序图；
图7为本公开实施例提供的触控面板的结构示意图之二；
图8为图7所示触控面板的工作时序图；
图9为本公开实施例提供触控面板中一个指纹识别电路所在区域的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中各膜层的厚度和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“内”、“外”、“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
本发明实施例提供的一种指纹识别电路01，如图2所示，包括：光敏器件D、复位模块101和读取模块102；其中，
复位模块101与光敏器件D的输出端耦接，复位模块101被配置为在第一扫描信号端Gate10的第一扫描信号的控制下，将复位信号端Rst所提供与环境光亮度正相关的复位信号写入光敏器件D的输出端；
读取模块102与电荷积分电路02的第一输入端耦接，光敏器件D的输入端与偏压信号端Bias耦接，读取模块102被配置为在第二扫描信号端Gate20的第二扫描信号的控制下，将光敏器件D的光生电荷与调制电荷之差写入第一输入端；其中，调制电荷是复位信号和偏压信号端Bias的偏压信号之差与光敏器件D的存储电容Cpin的乘积；其中，第二扫描信号晚于第一扫描信号执行。
由于复位模块101可将复位信号端Rst所提供与环境光亮度正相关的复位信号写入光敏器件D的输出端，实现了对指纹识别电路的环境适应性调节，使得后续写入电荷积分电路02的仅是光敏器件D的光生电荷与调制电荷(即复位信号和偏压信号之差与光敏器件D的存储电容的乘积)之差，而相关技术中是将光敏器件D的光生电荷写入电荷积分电路02，因此，相较于相关技术本发明降低了对电荷积分电路02所含积分电容C的容量要求。另外，由于本发明提供的指纹识别电路可基于环境光亮度进行指纹识别，因此，适用于暗态环境和亮态环境，换句话说实现了动态曝光的功能。具体而言，动态曝光是指环境光亮度不同的情况下，光敏器件D检测的曝光量(即光生电荷)不同，比如暗室下光敏器件D的光生电荷约为0.4PC，太阳光下光敏器件D的光生电荷大于2PC，并针对大小不同的光生电荷通过调节光敏器件D输出端的初始电位，结合检测范围固定且较小的电荷积分电路02来进行指纹采集。
下面结合本发明实施例提供的上述指纹识别电路对应的工作时序图和具体实施例，对本发明实施例提供的上述指纹识别电路的工作原理进行介绍。并且，需要说明的是，以下仅是举例说明各模块的具体结构，在具体实施时，各模块的具体结构不限于本发明实施例提供的下述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，在此不做限定。
可选地，在本发明实施例提供的上述指纹识别电路中，如图3所示，复位模块101包括第一晶体管T1，第一晶体管T1的栅极与第一扫描信号端Gate10耦接，第一极与复位信号端Rst耦接，第二极与光敏器件D的输出端耦接。
具体地，如图4所示，在复位阶段t1，第一晶体管T1在第一扫描信号端Gate10提供的第一扫描信号的控制下导通，将复位信号端Rst所提供与环境光亮度正相关的复位信号写入光敏信号的输出端(即P点)，使得该指纹识别电路根据环境光亮度适应性调节P点的初始电位。
可选地，在本发明实施例提供的上述指纹识别电路中，如图3所示，读取模块102包括第二晶体管T2，第二晶体管T2的栅极与第二扫描信号端Gate20耦接，第一极与光敏器件D的输出端耦接，第二极与第一输入端耦接。
具体地，如图4所示，在读取阶段t2，第二晶体管T2在第二扫描信号端Gate20所提供第二扫描信号的控制下导通，电荷积分电路02对光敏器件D的光生电荷进行读取。假设光敏器件D的光生电荷为Qtotal，光敏器件D的存储电容为Cpin，则Qtotal＝(VRst-VBias)*Cpin+(VOut-VRef)*Cfb，其中，VRst表示复位信号端Rst所提供复位信号的电压值，VBias表示偏压信号端Bias所提供偏压信号的电压值，VRef表示基准信号端Ref所提供基准信号的电压值，Vout表示电荷积分电路02的输出电压值，Cfb表示电荷积分电路02所含积分电容C的电容值。由于(VRst-VBias)*Cpin中VBias和Cpin均为定值，所以通过调节VRst可以实现对指纹识别电路检测范围的调节，使得电荷积分电路02的检测范围变小，进而使得Cfb变小。例如在强光照射下，光敏器件D的光生电荷可能会达到6PC，这时相关技术中电荷积分电路02的检测范围需要0PC-6PC这么大，而本发明中通过调节VRst使得(VRst-VBias)*Cpin达到一定值，例如5.4pC，这样本发明中电荷积分电路02的检测范围(VOut-VRef)*Cfb只需要0PC-0.6PC即可，大大降低了对Cfb的要求，便于实现积分电容C的设计，从而降低了电荷积分电路02的设计难度和产品成本。
需要说明的是，在本发明实施例提供的上述指纹识别电路中，晶体管一般均采用相同材质的晶体管，在具体实施时，为了简化制作工艺，上述第一晶体管T1和第二晶体管T2均采用P型晶体管或N型晶体管。并且，上述晶体管的第一极和第二极分别为源极和漏极，根据晶体管类型以及输入信号的不同，其功能可以互换，在此不做具体区分。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种指纹识别电路的驱动方法，由于该驱动方法解决问题的原理与上述指纹识别电路解决问题的原理相同，因此，该驱动方法的实施可参见上述指纹识别电路的具体实施例，重复之处不再赘述。
具体地，本公开实施例提供的一种上述指纹识别电路的驱动方法，具体可以包括以下步骤：
复位阶段，对第一扫描信号端加载第一扫描信号，使得复位模块将复位信号端所提供与环境光亮度正相关的复位信号写入光敏器件的输出端；
输出阶段，对第二扫描信号端加载第二扫描信号，使得读取模块将光敏器件的光生电荷与调制电荷之差写入电荷积分电路的第一输入端；其中，调制电荷是复位信号和基准信号端的基准信号之差与光敏器件的存储电容的乘积。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种触控面板，包括本发明实施例提供的上述指纹识别电路，由于该触控面板解决问题的原理与上述指纹识别电路解决问题的原理相同，因此，该触控面板的实施可参见上述指纹识别电路的具体实施例，重复之处不再赘述。
具体地，本发明实施例提供了一种触控面板，如图5所示，包括：阵列排布的多个指纹识别电路01，以及多个电荷积分电路02；其中，
电荷积分电路02包括放大器A和积分电容C；
放大器A的同相输入端与基准信号端Ref耦接，放大器A的反相输入端与第二晶体管T2的第二极耦接；
积分电容C耦接于放大器A的反相输入端与放大器A的输出端Out之间。
可选地，在本发明实施例提供的上述触控面板中，如图5所示，每行指纹识别电路01与一第一扫描信号端(图中gate11、gate12和gate13)对应耦接；每行指纹识别电路01与一第二扫描信号端(图中gate21、gate22和gate23)对应耦接。如此设置，使得分段执行指纹识别过程。具体地，如图6所示，在复位阶段t1，通过对第一扫描信号端(图中gate11、gate12和gate13)逐行加载第一扫描信号，以逐行打开第一晶体管T1，实现了对光敏器件D的输出端的初始电位的逐行设置，具体地初始电位与环境光亮度正相关；在读取阶段t2，通过对第二扫描信号端(图中gate21、gate22和gate23)逐行加载第二扫描信号，以逐行打开第二晶体管T2，通过第二晶体管T2将光敏器件D的光生电荷与调制电荷之差写入电荷积分电路02；其中，调制电荷是复位信号和偏压信号之差与光敏器件D的存储电容Cpin的乘积，后续经过进一步处理生成指纹图像。
可选地，在本发明实施例提供的上述触控面板中，如图7所示，前一行指纹识别电路01耦接的第二扫描信号端Gate20复用为当前行指纹识别电路01的第一扫描信号端Gate10。示例性地，第一行的第二扫描信号端Gate20gate21复用为第二行的第一扫描信号端Gate10gate12，第二行的第二扫描信号端Gate20gate22复用为第三行的第一扫描信号端Gate10gate13。
由于在每行第一扫描信号端Gate10所加载的第一扫描信号先于该行第二扫描信号所加载的第二扫描信号，且各行第一扫描信号所加载的第一扫描信号逐行加，各行第二扫描信号所加载的第二扫描信号逐行加载，因此，可将前一行指纹识别电路01耦接的第二扫描信号端Gate20复用为当前行指纹识别电路01的第一扫描信号端Gate10，以满足上述要求，如图8所示。在上述复用情况下，可节省第二扫描信号端Gate20的数量，简化电路结构。另外，易于理解的是，在复用情况下，复位阶段的执行时间略先于读取阶段。
可选地，在本发明实施例提供的上述触控面板中，各列指纹识别电路01与复位信号端Rst一一对应耦接。
受限于制作工艺条件，每个指纹识别电路01中的光敏器件D的受光特性可能不同，且光敏器件D本身的受光情况也会随着环境光的变化而不同。基于此，本发明通过将各列指纹识别电路01与复位信号端Rst一一对应耦接，使得在第一晶体管T1导通后，可对每个光敏器件D进行独立设置初始电位，实现对每个指纹识别电路01的环境适应调节。具体地，各光敏器件D的初始电位可以相同也可以不同。
一般地，在本发明实施例提供的上述触控面板中，各列指纹识别电路01与电荷积分电路02一一对应耦接，具体地，各列指纹识别电路01分别通过一条对应的读取线(图中Read 1、Read 2和Read 3)与电荷积分电路02一一对应耦接。
另外，在本发明实施例提供的上述触控面板中，一个指纹识别电路01所在区域的剖面结构示意图如图9所示，具体包括：玻璃基板901、第一晶体管T1、第二晶体管T2、光敏器件D、钝化层902、侧壁保护层903、平坦层904、偏置电压线905和绝缘层906。其中，第一晶体管T1的栅极、栅绝缘层、有源层、源漏极分别与第二晶体管T2的栅极、栅绝缘层、有源层、源漏极同层设置；光敏器件D包括相对而置的下电极(即输出端)和上电极(即输入端)，以及在上电极和下电极之间层叠设置的P型半导体层、本征半导体层和N型半导体层，且下电极与第一晶体管T1的源漏极、第二晶体管T2的源漏极分别电连接。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括：OLED显示面板，以及本发明实施例提供的上述触控面板。可选地，该触控面板可外挂于OLED显示面板上(即On cell)，也可以内嵌于OLED显示面板中(即In cell)。在具体实施时，该显示装置所含OLED显示面板还可以替换为QLED显示面板。另外，该显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪、智能手表、健身腕带、个人数字助理等任何具有显示功能的产品或部件。对于显示装置的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。另外，由于该显示装置解决问题的原理与上述触控面板解决问题的原理相似，因此，该显示装置的实施可以参见上述触控面板的实施例，重复之处不再赘述。
本发明实施例提供的上述指纹识别电路、其驱动方法及触控面板、显示装置，包括：光敏器件、复位模块和读取模块；其中，复位模块与光敏器件的输出端耦接，复位模块被配置为在第一扫描信号端的第一扫描信号的控制下，将复位信号端所提供与环境光亮度正相关的复位信号写入光敏器件的输出端；读取模块与电荷积分电路的第一输入端耦接，光敏器件的输入端与偏压信号端耦接，读取模块被配置为在第二扫描信号端的第二扫描信号的控制下，将光敏器件的光生电荷与调制电荷之差写入第一输入端；其中，调制电荷是复位信号和偏压信号端的偏压信号之差与光敏器件的存储电容的乘积；其中，第二扫描信号晚于第一扫描信号执行。由于复位模块可将复位信号端所提供与环境光亮度正相关的复位信号写入光敏器件的输出端，实现了对指纹识别电路的环境适应性调节，使得后续写入电荷积分电路的仅是光敏器件的光生电荷与调制电荷(即复位信号和偏压信号之差与光敏器件的存储电容的乘积)之差，而相关技术中是将光敏器件的光生电荷写入电荷积分电路，因此，相较于相关技术本发明降低了对电荷积分电路所含积分电容的容量要求。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种指纹识别电路，其特征在于，包括：光敏器件、复位模块和读取模块；其中，
所述复位模块与所述光敏器件的输出端耦接，所述复位模块被配置为在第一扫描信号端的第一扫描信号的控制下，将复位信号端所提供与环境光亮度正相关的复位信号写入所述光敏器件的输出端；
所述读取模块与电荷积分电路的第一输入端耦接，所述光敏器件的输入端与偏压信号端耦接，所述读取模块被配置为在第二扫描信号端的第二扫描信号的控制下，将所述光敏器件的光生电荷与调制电荷之差写入所述第一输入端；其中，所述调制电荷是所述复位信号和所述偏压信号端的偏压信号之差与所述光敏器件的存储电容的乘积；其中，所述第二扫描信号晚于所述第一扫描信号执行。
2.如权利要求1所述的指纹识别电路，其特征在于，所述复位模块包括第一晶体管，所述第一晶体管的栅极与所述第一扫描信号端耦接，第一极与所述复位信号端耦接，第二极与所述光敏器件的输出端耦接。
3.如权利要求1所述的指纹识别电路，其特征在于，所述读取模块包括第二晶体管，所述第二晶体管的栅极与所述第二扫描信号端耦接，第一极与所述光敏器件的输出端耦接，第二极与所述第一输入端耦接。
4.一种如权利要求1-3任一项所述指纹识别电路的驱动方法，其特征在于，包括：
复位阶段，对第一扫描信号端加载第一扫描信号，使得复位模块将复位信号端所提供与环境光亮度正相关的复位信号写入光敏器件的输出端；
输出阶段，对第二扫描信号端加载第二扫描信号，使得读取模块将所述光敏器件的光生电荷与调制电荷之差写入电荷积分电路的第一输入端；其中，所述调制电荷是所述复位信号和偏压信号端的偏压信号之差与所述光敏器件的存储电容的乘积。
5.一种触控面板，其特征在于，包括：阵列排布的多个如权利要求1-2任一项所述的指纹识别电路，以及多个电荷积分电路；其中，
所述电荷积分电路包括放大器和积分电容；
所述放大器的同相输入端与基准信号端耦接，所述放大器的反相输入端与所述指纹识别电路中读取模块的第二晶体管的第二极耦接；其中，所述第二晶体管的栅极与第二扫描信号端耦接，第一极与光敏器件的输出端耦接，第二极与第一输入端耦接；
所述积分电容耦接于所述放大器的反相输入端与所述放大器的输出端之间。
6.如权利要求5所述的触控面板，其特征在于，每行所述指纹识别电路与一第一扫描信号端对应耦接；每行所述指纹识别电路与一第二扫描信号端对应耦接。
7.如权利要求5所述的触控面板，其特征在于，前一行所述指纹识别电路耦接的所述第二扫描信号端复用为当前行所述指纹识别电路的所述第一扫描信号端。
8.如权利要求5所述的触控面板，其特征在于，各列所述指纹识别电路与复位信号端一一对应耦接。
9.如权利要求5所述的触控面板，其特征在于，各列所述指纹识别电路与电荷积分电路一一对应耦接。
10.一种显示装置，其特征在于，包括：OLED显示面板，以及如权利要求5-9任一项所述的触控面板。
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