WO2015051644A1 - 一种指纹识别元件、显示屏及显示装置 - Google Patents

一种指纹识别元件、显示屏及显示装置 Download PDF

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WO2015051644A1
WO2015051644A1 PCT/CN2014/079670 CN2014079670W WO2015051644A1 WO 2015051644 A1 WO2015051644 A1 WO 2015051644A1 CN 2014079670 W CN2014079670 W CN 2014079670W WO 2015051644 A1 WO2015051644 A1 WO 2015051644A1
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fingerprint
display screen
electrodes
electrode
touch
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PCT/CN2014/079670
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王海生
董学
刘红娟
丁小梁
杨盛际
刘英明
赵卫杰
任涛
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京东方科技集团股份有限公司
北京京东方光电科技有限公司
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    • G06V40/1365—Matching; Classification

Definitions

  • Fingerprint identification component display screen and display device
  • the present invention relates to the field of display technologies, and in particular, to a fingerprint recognition component, a display screen, and a display device. Background technique
  • Fingerprints are invariant features of the human body and oysters that are unique and distinguishable from others. It consists of a series of ridges and valleys on the surface of the finger skin. The compositional details of these ridges and valleys typically include ridge bifurcations, ridge ends, arches, tented arches, left-handed, right-handed, spiral or double-rotated details that determine the uniqueness of the fingerprint pattern.
  • the fingerprint recognition technology developed by it is an early technology used for personal authentication. According to different methods of fingerprint acquisition and input, it is widely used and well-known: optical imaging, thermal sensors, human far infrared sensors, etc. . Summary of the invention
  • embodiments of the present invention provide a fingerprint recognition component, a display screen, and a display device for implementing a fingerprint recognition function using a simple capacitor structure.
  • a fingerprint recognition component including a plurality of fingerprint detection electrodes that are parallel to each other, and a fingerprint identification signal is loaded on one end of each of the fingerprint detection electrodes, and each of the fingerprints is acquired in real time. Detecting the fingerprint identification signal at the other end of the electrode; wherein, the spacing between the adjacent two fingerprint detecting electrodes is not greater than the distance between adjacent ridges and valleys in the fingerprint.
  • the fingerprint identification component uses the principle of self-capacitance to load a fingerprint identification signal on one end of each fingerprint detection electrode that is parallel to each other, and acquires a fingerprint identification signal at the other end of each fingerprint detection electrode in real time.
  • the fingerprint recognition component since the surface of the finger skin has uneven ridges and valleys, the distance between the points on the skin surface is different from that of the fingerprint detection electrodes, thereby affecting the capacitance value of the fingerprint detection electrode.
  • the method further includes: a terminal pad corresponding to the fingerprint detecting electrode, wherein the fingerprint detecting electrode is electrically connected to the corresponding terminal pad through a lead.
  • the fingerprint identifying component provided by the embodiment of the present invention further includes: a data selector and a terminal pad, each of the fingerprint detecting electrodes
  • the data selector is connected to the data selector by a wire, and the data selector electrically connects each of the fingerprint detecting electrodes to the terminal pad in a time-sharing manner.
  • a display screen comprising an upper substrate and a lower substrate opposite to each other, and further comprising at least one fingerprint recognition according to the present invention disposed on the lower substrate and/or the upper substrate element.
  • the display screen includes a peripheral area and a display area having a plurality of pixel areas arranged in an array;
  • the fingerprint identification component is located in a display area composed of the pixel area;
  • Each of the fingerprint detecting electrodes in the fingerprint recognition component is located at a gap between adjacent pixel regions.
  • the display screen provided by the embodiment of the present invention further includes: a touch sensing electrode disposed in the same layer and extending in the same direction as the fingerprint detecting electrode, and a touch disposed at a cross direction with the touch sensing electrode Control the drive electrode.
  • the touch sensing electrode and the fingerprint detecting electrode are located on a side of the upper substrate facing the lower substrate; the touch driving electrode is located under the The substrate faces one side of the upper substrate.
  • one touch driving electrode is composed of a plurality of touch driving sub-electrodes extending in a direction perpendicular to an extending direction of the fingerprint detecting electrode,
  • the plurality of touch driving sub-electrodes are connected to each other in series through leads located in the peripheral region.
  • a common electrode is disposed between two adjacent touch driving sub-electrodes constituting one of the touch driving electrodes;
  • An orthographic projection of each of the touch sensing electrodes on the lower substrate is located in a region where the common electrode is located.
  • the display screen provided by the embodiment of the present invention an orthographic projection of each of the fingerprint detecting electrodes on the lower substrate is located in a region where the common electrode is located.
  • the display screen provided by the embodiment of the present invention further includes: a terminal pad corresponding to the fingerprint detecting electrode, a switching device corresponding to the terminal pad, a touch control chip, and a fingerprint Detection chip
  • the switching device turns on the terminal pad and the touch control chip during a touch period of one frame
  • the switching device turns on the terminal pad and the fingerprint detecting chip during a fingerprint identification period of one frame.
  • a display device comprising the above display screen according to the present invention.
  • FIG. 1 to FIG. 1b are schematic cross-sectional views of a fingerprint recognition component in a display screen according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 2a to 2d are schematic diagrams of a fingerprint recognition component in a display screen according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic top view of a display screen according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of driving timing of a display screen according to an embodiment of the present invention. detailed description
  • each film layer in the drawings do not reflect the true ratio of the upper or lower substrate in the display screen, and the purpose is only to schematically illustrate the present invention.
  • the embodiment of the invention provides a fingerprint identification component, which comprises a plurality of fingerprint detection electrodes parallel to each other, and applies a fingerprint identification signal to one end of each fingerprint detection electrode, and acquires the other end of each fingerprint detection electrode in real time. Fingerprint identification signal;
  • the spacing between the adjacent two fingerprint detecting electrodes is not greater than the spacing between adjacent ridges and valleys in the fingerprint.
  • the fingerprint recognition component uses a self-capacitance principle to load a fingerprint identification signal on one end of each fingerprint detection electrode that is parallel to each other, and acquires a fingerprint identification signal at the other end of each fingerprint detection electrode in real time.
  • the skin surface is The distance between the points and the fingerprint detecting electrodes is also different, thereby affecting the capacitance value of the fingerprint detecting electrodes.
  • an embodiment of the present invention further provides a display screen including the above-mentioned fingerprint identification component.
  • the display screen includes an upper substrate 1 and a lower substrate 2 opposite to each other.
  • At least one fingerprint recognition element provided by an embodiment of the present invention disposed on the lower substrate 2 and/or the upper substrate 1 is included.
  • the fingerprint recognition elements as shown by the dashed line frame are disposed on the upper substrate 1 as an example, wherein the plurality of fingerprint detecting electrodes 3 are arranged in parallel.
  • the above display screen provided by the embodiment of the present invention can be applied to a liquid crystal display panel of a TN mode, a Fringe-Field Switching (FFS) mode, or an Advanced Super Dimension Switch (ADS) mode. It can also be integrated in the organic electroluminescent display device, and can also be integrated in other flat panel display devices, which is not limited herein.
  • a liquid crystal display panel is taken as an example for description.
  • the display screen provided by the embodiment of the present invention uses the principle of self-capacitance to load a fingerprint identification signal on one end of each fingerprint detecting electrode 3, and acquires a fingerprint identification signal at the other end of each fingerprint detecting electrode 3 in real time.
  • FIG. 1a when the user's finger 9 is close to the display screen, since the surface of the finger skin has uneven ridges A and valleys B, the distance between the points on the skin surface is different from that of the fingerprint detecting electrodes 3, thereby affecting The capacitance value of the fingerprint detecting electrode 3 is obtained.
  • the two-dimensional pattern of the fingerprint composed of the ridge and the valley corresponding to the finger can be detected. Thereby achieving fingerprint recognition. It is worth noting that the denser the fingerprint detecting electrodes 3, the better the fingerprint recognition.
  • FIG. 1a A fingerprint pattern composed of ridges and valleys in the finger 9 is shown in Fig. 1a, in which the fingerprint detecting electrodes 3 are arranged perpendicular to the paper surface direction.
  • Figure lb shows three angles of the finger 9 and the display screen at the three moments a, b and c in the process of the finger 9 approaching the display screen, in which the fingerprint detecting electrodes 3 are arranged parallel to the paper surface direction.
  • the finger will have a tangent to the display screen.
  • the tangent intersects with the fingerprint detection electrodes 3 parallel to each other.
  • the distribution of the ridges and valleys on the tangent will affect the fingerprint detection.
  • the capacitance value of the electrode 3, resulting in The fingerprint identification signals of the fingerprint detecting electrodes 3 acquired at this time change.
  • the fingerprint of the finger can be drawn by detecting the influence of the tangent of different angles of the finger touching the display screen on each fingerprint detecting electrode 3 at the time when the finger touches the fingerprint identifying component.
  • a peripheral area and a display area having a plurality of pixel regions arranged in an array are generally included in the display screen.
  • the fingerprint identification component may be located in a display area composed of a pixel area, or may be disposed in a peripheral area, which is not limited herein.
  • the distance between the valley and the valley in the finger fingerprint is generally between 300 ⁇ m and 650 ⁇ m, that is, the spacing between adjacent ridges and valleys in the fingerprint is generally between 150 ⁇ m and 325 ⁇ m.
  • the spacing between the pixel areas in the display is typically controlled between 50 ⁇ m and 90 ⁇ m, and the pixel area is significantly smaller than the spacing between the ridges and valleys in the fingerprint.
  • the fingerprint detection electrode 3 can be disposed at a gap between adjacent pixel regions, and the display screen with a 5-inch HD720P resolution is For example, the distance between the two fingerprint detecting electrodes 3 is 86.25 ⁇ m.
  • the fingerprint detecting electrodes 3 may extend along the row direction of the pixel region or may extend along the column direction of the pixel region, which is not limited herein.
  • the fingerprint further includes:
  • the detecting electrode 3 is a corresponding terminal pad 4, and the fingerprint detecting electrode 3 is electrically connected to the corresponding terminal pad 4 through a lead.
  • the terminal pad corresponding to Rfl is Rfl '
  • the terminal pad corresponding to Rf2 is Rf2%
  • the terminal pad corresponding to Rf3 is Ri3'
  • the terminal pad corresponding to Rf4 is Rf4'
  • the terminal corresponding to Rf5 ⁇ " pad is Rf5'
  • the terminal pad corresponding to Rf6 is Rf6'
  • the terminal pad corresponding to Rf7 is RfT
  • the terminal pad corresponding to Rf8 is Rf8'.
  • a data selector 5 MUX
  • a terminal pad 4 may be used, and each fingerprint detecting electrode 3 passes through the lead and the data.
  • the selectors 5 are connected, and the fingerprint detecting electrodes 3 are electrically connected to the terminal pads 4 in a time-sharing manner by the data selector 5. This by adding a data selector 5
  • the number of terminal pads 4 can be reduced, and the production cost can be reduced.
  • the foregoing display screen provided by the embodiment of the present invention can integrate the function of the touch screen in addition to the integrated fingerprint recognition function.
  • the specific structure of the above display screen provided by the embodiment of the present invention when the touch screen function is integrated is specifically described below.
  • the display screen provided by the embodiment of the present invention further includes: a touch sensing electrode 6 disposed in the same layer as the fingerprint detecting electrode 3 and extending in the same direction, and a touch sensing The touch driving electrodes 7 are disposed across the electrodes 6.
  • the dotted line frame in FIG. 3 shows a fingerprint recognition component, in which seven fingerprint detection electrodes 3 are schematically disposed, and eight touch drive electrodes 7 are provided in addition to the fingerprint recognition component (Txl, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4, ⁇ 5, ⁇ 6, ⁇ 7 and ⁇ 8) and 2 touch sensing electrodes 6 (Rxl and Rx2).
  • the touch sensing electrode 6 and the fingerprint detecting electrode 3 may be disposed on a side of the upper substrate 1 facing the lower substrate 2 as shown in FIG. 1 and FIG. 1b, or may be disposed on the lower substrate 2 facing the upper substrate 1.
  • the touch driving electrode 7 may be disposed on a side of the upper substrate 1 facing the lower substrate 2; or may be disposed on a side of the lower substrate 2 facing the substrate 1, which is not limited thereto.
  • the touch sensing electrode 6 and the fingerprint detecting electrode 3 are disposed on the side of the upper substrate 1 facing the lower substrate 2, and the touch driving electrode 7 is disposed on the side of the lower substrate 2 facing the upper substrate 1 as an example.
  • the touch sensing electrode 6 and the fingerprint detecting electrode 3 are disposed in the same layer, there is no overlap between the touch sensing electrode 6 and the fingerprint detecting electrode 3.
  • the touch sensing electrodes 6 are generally disposed in the same direction as the extending direction of the fingerprint detecting electrodes 3, in this embodiment Extending along the row direction of the pixel area.
  • the touch driving electrodes 7 need to be disposed to intersect with the touch sensing electrodes 6, the touch driving electrodes 7 extend in the column direction of the pixel regions in this embodiment.
  • one touch driving electrode 7 may be disposed to be composed of a plurality of touch driving sub-electrodes 71 extending in the column direction of the pixel region, that is, multiple The touch driving sub-electrode 71 extends in a direction perpendicular to the extending direction of the fingerprint detecting electrode 3, and the plurality of touch driving sub-electrodes 71 are connected to each other in series through the lead wires 72 located in the peripheral region.
  • each touch driving electrode 7 is located at four.
  • the touch driving sub-electrodes 71 of the same column are composed, and the touch driving sub-electrodes 71 are connected in series by the wires 72.
  • adjacent two touch drivers constituting one touch driving electrode 7 A common electrode 8 is disposed between the sub-electrodes 71.
  • the orthographic projection of each touch sensing electrode 6 on the lower substrate is located in the region where the common electrode 8 is located.
  • the orthographic projection of the fingerprint detecting electrode 3 disposed on the lower substrate in the same layer as the touch sensing electrode 6 is also located in the region where the common electrode 8 is located.
  • the fingerprint detecting electrode 3 can also be multiplexed into a touch sensing electrode during the touch time period.
  • a switching device 10 corresponding to the terminal pad 4, the touch control chip 11 and the fingerprint detecting chip 12 may be added to the display screen.
  • the switching device 10 can turn on the terminal pad during the touch period of one frame.
  • the touch control chip 11 is connected to the fingerprint detecting electrode 3 connected to the terminal pad 4, and the fingerprint detecting electrode 3 is used as the touch sensing electrode.
  • the switching device 10 turns on the terminal pad 4 and the fingerprint detecting chip 12; at this time, the fingerprint control chip 12 and the fingerprint detecting electrode 3 connected to the terminal pad 4 are guided.
  • the fingerprint detecting electrode 3 is used as a fingerprint detecting electrode.
  • a switching device 10 corresponding to the terminal pad 4 a touch control chip 11 and a fingerprint detecting chip 12 may be added to the display screen.
  • the switching device 10 can turn on the terminal pad 4 and the touch control chip 11; at this time, the touch control chip 11 and the fingerprint detecting electrode connected to the terminal pad 4 3 is turned on, and the fingerprint detecting electrode 3 is used as a touch sensing electrode.
  • the switching device 10 turns on the terminal pad 4 and the fingerprint detecting chip 12; at this time, the fingerprint control chip 12 and the fingerprint detecting electrode 3 connected to the terminal pad 4 are guided.
  • the fingerprint detecting electrode 3 is used as a fingerprint detecting electrode.
  • the touch driving electrode 7 and the common electrode 8 may be formed into a common electrode layer, that is, the common electrode layer in the display screen may be divided into a plurality of sub-electrodes arranged in a matrix (including the touch driving electrode 7 and the common Electrode 8).
  • the common electrode layer may be located on the side of the lower substrate 1 facing the upper substrate 2, that is, in the ADS mode; of course, the common electrode layer may also be located on the side of the upper substrate 2 facing the lower substrate 1, that is, in the TN mode.
  • the time of each frame is divided into a display time period (Display), a touch time period (Touch), and a fingerprint recognition time period (Finger), for example, FIG.
  • the time of one frame displayed in the drive timing diagram is 16.7 ms, and 4 ms is selected.
  • the touch time period lms is used as the fingerprint recognition time period, and the other 11.7 ms is used as the display time period.
  • the duration of the three chips can be appropriately adjusted according to the processing capability of the IC chip, and is not specifically limited herein.
  • the touch driving electrode T X and the common electrode are loaded with the common electrode signal during the display period of one frame. Specifically, for each gate signal line in the display screen, Gate1, Gate2, ...
  • the gate n sequentially applies a gate scan signal, and applies a gray scale signal to the data signal line Data.
  • the touch driving electrode serves as a common electrode, and the touch control chip connected thereto provides a constant common electrode signal to realize liquid crystal display.
  • the touch control chip connected to the touch driving electrode T X respectively provides touch scan signals T1, ⁇ 2 ... ⁇ , and at the same time, the fingerprint detecting electrode
  • each of the touch sensing electrodes Rx and the fingerprint detecting electrodes Rf respectively detect the touch sensing signals Rl, R2, ..., Rn to implement the touch function.
  • a fingerprint identification signal is loaded on one end of the fingerprint detecting electrode, and a fingerprint identification signal of the other end of each fingerprint detecting electrode is obtained in real time, and each fingerprint detecting electrode is calculated at different times.
  • the signal changes, drawing a two-dimensional pattern of the fingerprint.
  • an embodiment of the present invention further provides a display device, which is provided by the embodiment of the present invention.
  • the display device may be: a mobile phone, a tablet computer, a television, a display, a notebook computer, a digital photo frame, Any product or part that has a display function, such as a navigator.
  • a display function such as a navigator.
  • the fingerprint recognition component, the display screen and the display device use the principle of self-capacitance to load a fingerprint identification signal on one end of each fingerprint detection electrode, and acquire fingerprint identification on the other end of each fingerprint detection electrode in real time. signal.
  • the distance between the points on the surface of the skin is different from that of the fingerprint detecting electrodes, thereby affecting the capacitance value of the fingerprint detecting electrode.
  • the two-dimensional fingerprint of the corresponding finger composed of the ridge and the valley can be detected, thereby realizing the fingerprint. Identification. It is within the spirit and scope of the invention.
  • the present invention is intended to cover such modifications and variations as come within the scope of the appended claims and their equivalents. Changes and variants.

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Abstract

一种指纹识别元件，包括：多个平行的指纹侦测电极（3）,相邻的两个指纹侦测电极（3）之间的间距不大于指纹中相邻的脊与谷之间的间距，对每个指纹侦测电极（3）的一端加载指纹识别信号，并实时获取每个指纹侦测电极（3）另一端的指纹识别信号。在有用户手指（9）靠近显示屏时，由于手指皮肤表面具有凹凸不平的脊和谷，因此皮肤表面各点距离各指纹侦测电极（3）的远近也不同，从而影响了指纹侦测电极的电容值，通过检测在手指（9）碰触到显示屏的过程中每个时刻各指纹侦测电极（3）接收到的信号大小差异，就可以检测出指纹二维图样，实现指纹识别。一种显示屏，包括上述指纹识别元件。一种显示装置，包括上述显示屏。

Description

一种指纹识别元件、 显示屏及显示装置 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元件、 显示屏 及显示装置。 背景技术
指纹是人体与生倶来、 独一无二并可与他人相区别的不变特征。 它由指端皮肤表面上的一系列脊和谷组成。 这些脊和谷的组成细节通 常包括脊的分叉、 脊的末端、 拱形、 帐篷式的拱形、 左旋、 右旋、 螺 旋或双旋等细节， 其决定了指纹图案的唯一性。 由之发展起来的指纹 识别技术是较早被用作为个人身份验证的技术， 根据指纹采集、 输入 的方式不同， 目前广泛应用并被熟知的有： 光学成像、 热敏传感器、 人体远红外传感器等。 发明内容
有鉴于此， 本发明实施例提供了一种指纹识别元件、 显示屏及显 示装置， 用以采用简单的电容结构实现指纹识别功能。
根据本发明的一个方面， 提供了一种指纹识别元件， 包括多个相 互平行的指纹侦测电极， 对每个所述指纹侦测电极的一端加载指纹识 别信号， 并实时获取每个所述指纹侦测电极的另一端的指纹识别信号； 其中， 相邻的两个指纹侦测电极之间的间距不大于指纹中相邻的 脊与谷之间的间 巨。
本发明实施例提供的上述指纹识别元件利用自电容的原理， 对相 互平行的每个指纹侦测电极的一端加载指纹识别信号， 并实时获取每 个指纹侦测电极另一端的指纹识别信号。 在有用户手指靠近指纹识别 元件时， 由于手指皮肤表面具有凹凸不平的脊和谷， 因此皮肤表面各 点距离各指纹侦测电极的远近也不同， 从而影响了指纹侦测电极的电 容值。 通过检测在手指碰触到指纹识别元件的过程中， 每个时刻从各 指纹侦测电极获取到的信号的大小差异， 就可以检测出对应手指由脊 和谷构成的指纹二维图样， 从而实现指纹识别。
进一步地， 为了检测从各指纹侦测电极获取到的信号的大小差异， 在本发明实施例提供的上述指纹识别元件中， 还包括： 与所述指纹侦 测电极——对应的接线端子衬垫， 所述指纹侦测电极通过引线与对应 的接线端子衬垫电气连接。
可替换地， 为了检测从各指纹侦测电极获取到的信号的大小差异， 在本发明实施例提供的上述指纹识别元件中， 还包括： 数据选择器以 及接线端子衬垫， 各指纹侦测电极通过引线与所述数据选择器相连， 所述数据选择器分时地将各所述指纹侦测电极与所述接线端子衬垫电 气连接。
根据本发明的另一个方面， 提供一种显示屏， 包括相对而置的上 基板和下基板， 还包括设置在所述下基板和 /或所述上基板上的至少一 个根据本发明的指纹识别元件。
具体地， 在本发明实施例提供的上述显示屏中， 所述显示屏包括 外围区域和具有多个呈阵列排布的像素区的显示区域；
所述指纹识别元件位于由所述像素区组成的显示区域内；
所述指纹识别元件中的各指纹侦测电极位于相邻像素区之间的间 隙处。
具体地， 在本发明实施例提供的上述显示屏中， 还包括： 与所述 指纹侦测电极同层设置且延伸方向相同的触控感应电极， 以及与所述 触控感应电极交叉设置的触控驱动电极。
具体地， 在本发明实施例提供的上述显示屏中， 所述触控感应电 极和指纹侦测电极位于所述上基板面向所述下基板的一侧； 所述触控 驱动电极位于所述下基板面向所述上基板的一侧。
具体地， 在本发明实施例提供的上述显示屏中， 一个所述触控驱 动电极由沿与所述指纹侦测电极的延伸方向垂直的方向延伸的多个触 控驱动子电极组成， 所述多个触控驱动子电极通过位于外围区域的引 线相互串联连接。
具体地， 在本发明实施例提供的上述显示屏中， 在组成一个所述 触控驱动电极的相邻两个触控驱动子电极之间设置有公共电极；
各所述触控感应电极在所述下基板上的正投影位于所述公共电极 所在区域内。
具体地， 在本发明实施例提供的上述显示屏中， 各所述指纹侦测 电极在所述下基板上的正投影位于所述公共电极所在区域内。 具体地， 在本发明实施例提供的上述显示屏中， 还包括： 与所述 指纹侦测电极对应的接线端子衬垫， 与所述接线端子衬垫对应的切换 器件， 触控控制芯片以及指纹侦测芯片；
在一帧画面的触控时间段内， 所述切换器件导通所述接线端子衬 垫与所述触控控制芯片；
在一帧画面的指纹识别时间段内， 所述切换器件导通所述接线端 子衬垫与所述指纹侦测芯片。
根据本发明的另一个方面， 还提供了一种显示装置， 包括根据本 发明的上述显示屏。 附图说明
图 la至图 lb为本发明实施例提供的显示屏中指纹识别元件的截 面示意图；
图 2a至图 2d为本发明实施例提供的显示屏中指纹识别元件的俯 视示意图；
图 3为本发明实施例提供的显示屏的俯视示意图；
图 4为本发明实施例提供的显示屏的驱动时序示意图。 具体实施方式
下面结合附图， 对本发明实施例提供的指纹识别元件、 显示屏及 显示装置的具体实施方式进行详细地说明。
附图中各膜层的形状和厚度不反映显示屏中的上基板或下基板的 真实比例， 目的只是示意性说明本发明内容。
本发明实施例提供了一种指纹识别元件， 包括多个相互平行的指 纹侦测电极， 对每个指纹侦测电极的一端加载指纹识别信号， 并实时 获取每个指纹侦测电极的另一端的指纹识别信号；
其中， 相邻的两个指纹侦测电极之间的间距不大于指纹中相邻的 脊与谷之间的间 巨。
本发明实施例提供的上述指纹识别元件利用自电容的原理， 对相 互平行的每个指纹侦测电极的一端加载指纹识别信号， 并实时获取每 个指纹侦测电极另一端的指纹识别信号。 在有用户手指靠近指纹识别 元件时， 由于手指皮肤表面具有凹凸不平的脊和谷， 因此皮肤表面各 点距离各指纹侦测电极的远近也不同， 从而影响了指纹侦测电极的电 容值。 通过检测在手指碰触到指纹识别元件的过程中， 每个时刻从各 指纹侦测电极获取到的信号的大小差异， 就可以检测出对应手指由脊 和谷构成的指纹二维图样， 从而实现指纹识别。
进一步地， 本发明实施例提供的上述指纹识别元件还可以应用于 显示屏中。 因此， 本发明实施例还提供了一种包含有上述指纹识别元 件的显示屏， 具体地， 如图 la至图 lb所示， 该显示屏包括相对而置 的上基板 1和下基板 2, 还包括设置在下基板 2和 /或上基板 1上的至 少一个本发明实施例提供的指纹识别元件。 在图 la和图 lb 中以如虛 线框所示的指纹识别元件设置在上基板 1 上为例进行说明， 其中， 多 条指纹侦测电极 3平行设置。
本发明实施例提供的上述显示屏中可以应用于 TN模式、边缘场切 换 （Fringe-Field Switching, FFS ) 模式， 或高级超维场开关 （ADS , Advanced Super Dimension Switch )模式的液晶显示面板内， 也可以集 成在有机电致发光显示器件内， 还可以集成在其他平板显示器件内， 在此不做限定。 在本发明实施例提供的下述显示屏中都是以液晶显示 屏为例进行说明。
本发明实施例提供的上述显示屏利用自电容的原理， 对每个指纹 侦测电极 3的一端加载指纹识别信号，并实时获取每个指纹侦测电极 3 另一端的指纹识别信号。如图 la所示，在有用户手指 9靠近显示屏时， 由于手指皮肤表面上具有凹凸不平的脊 A和谷 B , 因此皮肤表面各点 距离各指纹侦测电极 3 的远近也不同， 从而影响了指纹侦测电极 3 的 电容值。 通过检测在手指碰触到显示屏的过程中， 每个时刻从各指纹 侦测电极 3 获取到的信号的大小差异， 就可以检测出对应于手指的由 脊和谷构成的指纹二维图样， 从而实现指纹识别。 值得注意的是， 各 指纹侦测电极 3越密越利于指纹识别。
图 la中示出了手指 9中脊和谷构成的指纹图样， 图中各指纹侦测 电极 3垂直于纸面方向布置。 图 lb示出了在手指 9靠近显示屏的过程 中， a、 b和 c三个时刻手指 9与显示屏的三个角度， 图中各指纹侦测 电极 3平行于纸面方向布置。 在 、 b和 c三个时刻手指都会与显示屏 有一条切线， 该条切线与相互平行的各指纹侦测电极 3 相交， 在该切 线上的各脊与谷的分布， 会影响各指纹侦测电极 3 的电容值， 造成在 该时刻获取到的各指纹侦测电极 3 的指纹识别信号发生变化。 通过检 测在手指碰触到指纹识别元件的过程中， 不同时刻手指与显示屏接触 的不同角度的切线对各指纹侦测电极 3 的影响， 可以绘制出手指的指 纹。
在具体实施时， 在显示屏内一般包括外围区域和具有多个呈阵列 排布的像素区的显示区域。 本发明实施例中， 指纹识别元件可以位于 由像素区组成的显示区域内， 也可以设置在外围区域， 在此不做限定。
手指指纹中谷与谷之间的间距一般在 300 μ m-650 μ m之间 , 即指 纹中相邻的脊与谷之间的间距一般在 150 μ ιη-325 μ ηι之间。 在显示屏 中各像素区之间的间距一般控制在 50 μ ιη-90 μ ηι之间， 像素区明显小 于指纹中脊与谷之间的间距。 这样， 当指纹识别元件设置在显示区域 内时， 为了不占用显示的开口率， 指纹侦测电极 3 就可以设置在相邻 像素区之间的间隙处， 以 5寸 HD720P分辨率的显示屏为例， 两个指 纹侦测电极 3之间的距离是 86.25 μ m。
具体地， 指纹侦测电极 3 可以沿像素区的行方向延伸， 也可以沿 着像素区的列方向延伸， 在此不做限定。
在具体实施时， 为了便于检测从各指纹侦测电极 3 获取到的信号 的大小差异， 在本发明实施例提供的上述显示屏以及触控识别元件中， 如图 2a所示还包括： 与指纹侦测电极 3——对应的接线端子衬垫 4 , 指纹侦测电极 3通过引线与对应的接线端子衬垫 4电气连接。 在图 2a 中与 Rfl对应的接线端子衬垫为 Rfl ' , 与 Rf2对应的接线端子衬垫为 Rf2% 与 Rf3对应的接线端子衬垫为 Ri3'， 与 Rf4对应的接线端子衬 垫为 Rf4'， 与 Rf5对应的接线端子^"垫为 Rf5'， 与 Rf6对应的接线端 子衬垫为 Rf6'， 与 Rf7对应的接线端子衬垫为 RfT , 与 Rf8对应的接 线端子衬垫为 Rf8'。
进一步地， 由于上述指纹侦测电极 3与接线端子衬垫 4的连接方 式， 需要为每个指纹侦测电极 3都设置对应的接线端子衬垫 4 , 需要的 接线端子衬垫 4 数量较多， 会增加显示屏的制作成本。 因此， 在本发 明实施例提供的上述显示屏以及指纹识别元件中， 如图 2b所示还可以 采用数据选择器 5 ( MUX ) 以及接线端子衬垫 4 , 各指纹侦测电极 3 通过引线与数据选择器 5相连， 利用数据选择器 5分时地将各指纹侦 测电极 3与接线端子衬垫 4电气连接。这样通过增加一个数据选择器 5 可以减少接线端子衬垫 4的数量， 降低生产成本。
较佳地， 本发明实施例提供的上述显示屏除了集成指纹识别功能， 还可以集成触摸屏的功能。 下面具体介绍本发明实施例提供的上述显 示屏在集成了触摸屏功能时的具体结构。
在具体实施时， 在本发明实施例提供的显示屏中， 如图 3 所示， 还包括：与指纹侦测电极 3同层设置且延伸方向相同的触控感应电极 6 , 以及与触控感应电极 6交叉设置的触控驱动电极 7。图 3中虛线框所示 为指纹识别元件， 在其内示意性地设置有 7个指纹侦测电极 3 , 在指纹 识别元件以外设置有 8条触控驱动电极 7 ( Txl、 Τχ2、 Τχ3、 Τχ4、 Τχ5、 Τχ6、 Τχ7和 Τχ8 ) 和 2条触控感应电极 6 ( Rxl和 Rx2 ) 。
在具体实施时， 触控感应电极 6和指纹侦测电极 3可以如图 la和 图 lb所示， 设置在上基板 1面向下基板 2的一侧； 也可以设置在下基 板 2 面向上基板 1 的一侧， 在此不做限定。 对应地， 触控驱动电极 7 可以设置在上基板 1 面向下基板 2的一侧； 也可以设置在下基板 2面 向上基板 1 的一侧， 在此不 #丈限定。 以下都是以触控感应电极 6和指 纹侦测电极 3设置在上基板 1 面向下基板 2的一侧， 触控驱动电极 7 设置在下基板 2面向上基板 1的一侧为例进行说明。
在具体实施时， 如图 3所示， 由于触控感应电极 6和指纹侦测电 极 3 同层设置， 触控感应电极 6和指纹侦测电极 3之间无交叠。 为了 便于在触控时间段将指纹侦测电极 3复用为触控感应电极 6 , 因此， 触 控感应电极 6—般设置为与指纹侦测电极 3 的延伸方向相同， 在该实 施例中为沿着像素区的行方向延伸。
同理， 在具体实施时， 由于触控驱动电极 7需要和触控感应电极 6 交叉设置， 因此， 触控驱动电极 7 在该实施例中为沿着像素区的列方 向延伸。 具体地， 如图 3所示， 在设计触控驱动电极 7时， 可以将一 个触控驱动电极 7设置为由沿像素区的列方向延伸的多个触控驱动子 电极 71组成， 即多个触控驱动子电极 71 沿着与指纹侦测电极 3的延 伸方向垂直的方向延伸， 多个触控驱动子电极 71通过位于外围区域的 引线 72相互串联连接。 图 3中示出了 8条沿像素区的列方向延伸的触 控驱动电极 7 ( Txl、 Τχ2、 Τχ3、 Τχ4、 Τχ5、 Τχ6、 Τχ7和 Τχ8 ) , 每 条触控驱动电极 7由四个位于同一列的触控驱动子电极 71组成， 各触 控驱动子电极 71通过引线 72串联连接。 并且， 进一步地， 为了减小触控过程中对显示的影响， 在本发明 实施例提供的显示屏中， 如图 3所示， 在组成一个触控驱动电极 7的 相邻两个触控驱动子电极 71之间设置有公共电极 8。 如图 3所示， 各 触控感应电极 6在下基板上的正投影位于公共电极 8所在区域内。
进一步地， 如图 3所示， 与触控感应电极 6 同层设置的指纹侦测 电极 3在下基板上的正投影也位于公共电极 8所在区域内。
并且， 指纹侦测电极 3还可以在触控时间段复用为触控感应电极。 具体地， 如图 2c所示， 可以在显示屏中增加： 与接线端子衬垫 4—— 对应的切换器件 10 , 触控控制芯片 11以及指纹侦测芯片 12。
在一帧画面的触控时间段内， 切换器件 10可以导通接线端子衬垫
4与触控控制芯片 11 ; 这时， 触控控制芯片 11与和接线端子衬垫 4连 接的指纹侦测电极 3导通， 指纹侦测电极 3作为触控感应电极使用。
在一帧画面的指纹识别时间段内， 切换器件 10导通接线端子衬垫 4与指纹侦测芯片 12; 这时， 指纹控制芯片 12与和接线端子衬垫 4连 接的指纹侦测电极 3导通， 指纹侦测电极 3作为指纹侦测电极使用。
可替换地， 如图 2d所示， 可以在显示屏中增加： 与接线端子衬垫 4对应的切换器件 10 , 触控控制芯片 11 以及指纹侦测芯片 12。
在一帧画面的触控时间段内， 切换器件 10可以导通接线端子衬垫 4与触控控制芯片 11 ; 这时， 触控控制芯片 11与和接线端子衬垫 4连 接的指纹侦测电极 3导通， 指纹侦测电极 3作为触控感应电极使用。
在一帧画面的指纹识别时间段内， 切换器件 10导通接线端子衬垫 4与指纹侦测芯片 12; 这时， 指纹控制芯片 12与和接线端子衬垫 4连 接的指纹侦测电极 3导通， 指纹侦测电极 3作为指纹侦测电极使用。
在具体实施时， 可以将触控驱动电极 7和公共电极 8组成公共电 极层， 即可以将显示屏中的公共电极层分割成多个呈矩阵排列的子电 极 （包括触控驱动电极 7和公共电极 8 ) 。
具体地， 公共电极层可以位于下基板 1 面向上基板 2的一侧， 即 采用 ADS模式； 当然公共电极层也可以位于上基板 2面向下基板 1的 一侧， 即采用 TN模式。
如图 4所示的驱动时序图中， 将每一帧（V-sync )的时间分成显示 时间段（ Display )、触控时间段（ Touch )和指纹识别时间段（ Finger ) , 例如图 4所示的驱动时序图中显示一帧的时间为 16.7ms,选取其中 4ms 作为触控时间段， lms作为指纹识别时间段， 其他的 11.7ms作为显示 时间段， 当然也可以根据 IC芯片的处理能力适当的调整三者的时长， 在此不做具体限定。
在一帧画面的显示时间段内， 触控驱动电极 T X和公共电极加载公 共电极信号。 具体地， 对显示屏中的每条栅极信号线 Gatel , Gate2... ...
Gate n依次施加栅扫描信号， 对数据信号线 Data施加灰阶信号， 相应 地， 此时触控驱动电极作为公共电极， 与其连接的触控控制芯片向其 提供恒定的公共电极信号， 实现液晶显示功能。
在一帧画面的触控时间段内， 与触控驱动电极 T X连接的触控控制 芯片向其分别提供触控扫描信号 Tl、 Τ2... ... Τη, 同时， 指纹侦测电极
Rf复用触控功能 , 各触控感应电极 Rx和指纹侦测电极 Rf分别进行侦 测触控感应信号 Rl、 R2... ... Rn, 实现触控功能。
在一帧画面的指纹识别时间段内， 对指纹侦测电极的一端加载指 纹识别信号， 并实时获取每个指纹侦测电极的另一端的指纹识别信号， 通过计算不同时刻各个指纹侦测电极上的信号变化， 绘制出指纹的二 维图样。
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 本发明实施例提供的上述显示屏， 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、 导航仪等任何具有显 示功能的产品或部件。 该显示装置的实施可以参见上述显示屏的实施 例， 重复之处不再赘述。
本发明实施例提供的上述指纹识别元件、 显示屏及显示装置利用 自电容的原理， 对每个指纹侦测电极的一端加载指纹识别信号， 并实 时获取每个指纹侦测电极另一端的指纹识别信号。 在有用户手指靠近 显示屏时， 由于手指皮肤表面具有凹凸不平的脊和谷， 因此皮肤表面 各点距离各指纹侦测电极的远近也不同， 从而影响了指纹侦测电极的 电容值。 通过检测在手指碰触到显示屏的过程中， 每个时刻从各指纹 侦测电极获取到的信号的大小差异， 就可以检测出对应手指由脊和谷 构成的指纹二维图样， 从而实现指纹识别。 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

权 利 要 求
1. 一种指纹识别元件， 其特征在于， 包括多个相互平行的指纹侦 测电极， 对每个所述指纹侦测电极的一端加载指纹识别信号， 并实时 获取每个所述指纹侦测电极的另一端的指纹识别信号；
其中， 相邻的两个指纹侦测电极之间的间距不大于指纹中相邻的 脊与谷之间的间 巨。
2. 如权利要求 1所述的指纹识别元件， 其特征在于， 还包括： 与 所述指纹侦测电极——对应的接线端子衬垫， 所述指纹侦测电极通过 引线与对应的接线端子衬垫电气连接。
3. 如权利要求 1所述的指纹识别元件， 其特征在于， 还包括： 数 据选择器以及接线端子衬垫， 各指纹侦测电极通过引线与所述数据选 择器相连， 所述数据选择器分时地将各所述指纹侦测电极与所述接线 端子衬垫电气连接。
4. 一种显示屏， 包括相对而置的上基板和下基板， 其特征在于， 还包括设置在所述下基板和 /或所述上基板上的至少一个如权利要求 1-3任一项所述的指纹识别元件。
5. 如权利要求 4所述的显示屏， 其特征在于， 所述显示屏包括外 围区域和具有多个呈阵列排布的像素区的显示区域；
所述指纹识别元件位于由所述像素区组成的显示区域内； 所述指纹识别元件中的各指纹侦测电极位于相邻像素区之间的间 隙处。
6. 如权利要求 5所述的显示屏， 其特征在于， 还包括： 与所述指 纹侦测电极同层设置且延伸方向相同的触控感应电极， 以及与所述触 控感应电极交叉设置的触控驱动电极。
7. 如权利要求 6所述的显示屏， 其特征在于， 所述触控感应电极 和指纹侦测电极位于所述上基板面向所述下基板的一侧； 所述触控驱 动电极位于所述下基板面向所述上基板的一侧。
8. 如权利要求 6所述的显示屏， 其特征在于， 一个所述触控驱动 电极由沿与所述指纹侦测电极的延伸方向垂直的方向延伸的多个触控 驱动子电极组成， 所述多个触控驱动子电极通过位于外围区域的引线 相互串联连接。
9. 如权利要求 8所述的显示屏， 其特征在于， 在组成一个所述触 控驱动电极的相邻两个触控驱动子电极之间设置有公共电极；
各所述触控感应电极在所述下基板上的正投影位于所述公共电极 所在区域内。
10. 如权利要求 8或 9所述的显示屏， 其特征在于， 各所述指纹侦 测电极在所述下基板上的正投影位于所述公共电极所在区域内。
11. 如权利要求 10所述的显示屏， 其特征在于， 还包括： 与所述 指纹侦测电极对应的接线端子衬垫， 与所述接线端子衬垫对应的切换 器件， 触控控制芯片以及指纹侦测芯片；
在一帧画面的触控时间段内， 所述切换器件导通所述接线端子衬 垫与所述触控控制芯片；
在一帧画面的指纹识别时间段内， 所述切换器件导通所述接线端 子衬垫与所述指纹侦测芯片。
12. 一种显示装置， 其特征在于， 包括如权利要求 4-1 1 任一项所 述的显示屏。
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