一种阵列基板、显示面板、显示装置及工作方法与流程

本发明涉及显示领域，特别是涉及一种阵列基板、显示面板、显示装置及工作方法。

背景技术：

随着移动通信技术和智能终端的迅速发展，指纹验证技术的使用人群范围越来越广，已成为我们生活中的一部分。目前，人们可以通过指纹验证，来实现终端解锁、快捷支付等非常实用的功能。

然而，目前的终端设备都是在手机上单独设置一个用于识别指纹的硬件模块，显然出于方便考虑，该硬件模块一般位于屏幕显示区的外侧，这样一来不仅占用显示区的空间，还使屏幕的整个机械强度下降。

有鉴于此，若能够在屏幕显示区上实现指纹识别功能，无疑将提升用户体验，并改善屏幕机械结构。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种在终端屏幕内侧实现指纹识别的技术方案。

为实现上述目的，本发明提供一种阵列基板，包括形成在衬底基板上的多个亚像素区域，每一亚像素区域包括用以显示画面的显示区和非显示区，所述非显示区设置有光学感应元件，所述光学感应元件能够将接收到的光信号转换为电信号，所述非显示区还设置有位于所述光学感应元件与所述衬底基板之间的不透光图形，所述不透光图形在所述衬底基板上的正投影完全覆盖所述光学感应元件在所述衬底基板上的正投影。

可选地，所述不透光图形为所述阵列基板的栅金属层图形和/或源漏金属层图形。

可选地，所述阵列基板还包括形成在衬底基板上的公共电极和位于每一亚像素区域内的薄膜晶体管，所述光学感应元件位于所述薄膜晶体管的漏电极和所述公共电极之间，且所述光学感应元件与所述漏电极和所述公共电极接触设置。

可选地，所述光学感应元件为PN结。

另一方面，本发明还提供一种显示面板，包括上述阵列基板，以及与所述阵列基板对盒设置的对盒基板；

所述对盒基板上设置有黑矩阵，所述黑矩阵包括有露出所述阵列基板上的光学感应元件的开口。

可选地，所述显示装置还包括：

位于不透光图形背向所述衬底基板一侧的防反射结构，所述防反射结构能够防止所述非显示区出射光线。

可选地，所述防反射结构包括：

位于所述对盒基板出光侧的上偏振片；

位于所述不透光图形和所述上偏振片之间的四分之一波片功能层。

此外，本发明还提供一种显示装置，包括有上述显示面板，以及通过第一信号线与光学感应元件连接的触控芯片，在所述显示装置的出射光线被用户手指反射经所述黑矩阵的开口照射到所述光学感应元件上后，所述触控芯片能够根据接收到的电信号进行指纹识别。

可选地，所述显示装置为液晶显示装置，当所述显示面板包括防反射结构，且该防反射结构包括：位于所述显示面板出光侧的上偏振片，以及位于不透光图形和所述上偏振片之间的四分之一波片功能层时，所述显示装置还包括：

位于所述非显示区的透明电极；

与所述透明电极连接的第二信号线；

驱动芯片；

所述驱动芯片能够通过所述第二信号线向所述透明电极施加电压，使得所述非显示区的液晶分子在所述透明电极与所述显示装置的公共电极形成的电场下发生偏转，使所述非显示区的液晶分子光轴方向与所述上偏振片的透射轴方向成45°形成所述四分之一波片功能层。

可选地，所述光学感应元件分别与所述显示装置的薄膜晶体管的漏极和所述显示装置的公共电极接触；

所述第一信号线复用为所述显示装置的数据线，所述触控芯片复用为所述显示装置的源极驱动芯片。

此外，本发明还提供一种上述显示装置的工作方法，包括：

在每一显示帧的第一时间段，通过所述显示装置的源极驱动芯片向数据线输入数据电压；

在每一显示帧的第二时间段，通过所述显示装置的数据线接收向所述光学感应元件返回的电信号，并通过所述触控芯片对接收到的电信号进行指纹识别。

本发明的上述方案具有如下有益效果：

本发明能够在终端屏幕内部实现指纹识别功能，相比于现有技术在终端外壳上设置指纹识别的硬件，本发明的方案不会占用终端显示屏的面积，也不会影响终端外壳的机械强度。

附图说明

图1为本发明的阵列基板的结构示意图；

图2为本发明的阵列基板的详细结构示意图；

图3为本发明的显示面板的结构示意图；

图4为本发明的显示装置的结构示意图；

图5为图4所示显示装置的立体图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

针对现有技术的终端设备需要在外侧设置指纹识别功能的硬件模块的问题，本发明提供一种解决方案。

一方面，本发明的实施例提供一种阵列基板，包括形成在衬底基板上的多个亚像素区域，如图1所示，每一亚像素区域包括用以显示画面的显示区和非显示区；

其中，非显示区上设置有光学感应元件2，以及位于该光学感应元件2与衬底基板1之间的不透光图形3。光学感应元件2能够将接收到的光信号转换为电信号，而不透光图形3在衬底基板1上的正投影完全覆盖光学感应元件2在衬底基板1上的正投影，从而避免来自下方的背光源照射到光学感应元件。

基于本实施例的设计，当用户手指4按在屏幕的显示区上时，显示区的光线照射用户手指后会漫反射到光学感应元件2上，使光学感应元件2生成对应的电信号，根据该电信号可以确定出用户的指纹。

可见，相比于现有技术，本实施例的指纹识别方案在终端屏幕内实现，因此不会影响终端外部的布局结构。即，不会占据终端的屏幕面积，也不会影响终端外壳的机械强度。

下面结合一个实现方式对本实施例阵列基板进行详细介绍。

参考图2，图2为本实现方式中阵列基板的非显示区的结构示意图，包括：

衬底基板21；

形成在衬底基板上的栅极22和公共电极走线23；

覆盖栅极22和公共电极走线23的第一绝缘层24；

形成在第一绝缘层24上的源极25、漏极26；

形成漏极26上方，且与该漏极26接触的PN结27，该PN结即本发明的光学感应元件；

覆盖源极25、漏极26的第二绝缘层28；

形成在第二绝缘层28上的公共电极29，该公共电极29通过第二绝缘层28的过孔分别与PN结27以及公共电极走线23连接。

在显示阶段，公共电极走线23为公共电极29加载公共信号，当PN结27接受到用户手指反射回来的光线后，能够生成对应电信号，由于公共电极29与漏极26形成压差，使得PN结27的电信号通过漏极26经源极25从数据线传输至芯片上，该芯片可以根据电信号进一步再确定出用户指纹。

从图2中可以看出，本实施例的漏极26由金属材料制成，因此可以作为本发明上文提到的不透光图形，为PN结27遮挡下方的光源。当然作为其他可行方案，本实施例的栅极22和/或公共电极走线23也可以设置在PN结27的投影下方，作为不透光图形的一部分，由于原理相同本文不再举例赘述。

对应地，本发明另一实施例还提供一种显示面板，如图3所示，包括本发明上述的阵列基板，以及与该阵列基板对盒设置的对盒基板；

其中，对盒基板上设置有黑矩阵31，该黑矩阵31包括有露出阵列基板上的光学感应元件2的开口。

显然，在现有技术的显示面板中，对盒基板的黑矩阵完全遮挡非显示区，而本发明针对指纹识别方案作出了结构上的改进，使非显示区上方的黑矩阵31形成能够露出光学感应元件2的开口。当用户手指4放在屏幕上时，屏幕的光线能够在用户手指4侧进行反射，并通过该黑矩阵31的开口，到达阵列基板上的光学感应元件2，使得光学感应元件2转换成对应的电信号。

但是由于对盒基板的黑矩阵31存在有开口，因此在正常显示时，可能其开口处的金属图形(如图2中的源极25、漏极26等)存在反光，使得显示画面的区域内出现亮点，影响到用户体验。

为解决这一问题，本发明可在不透光图形背向所述衬底基板一侧上设置一防反射结构，该防反射结构能够防止非显示区的出射光线。

下面结合一个可行方案，对本实施例的防反射结构进行详细介绍。

本发明与现有技术一样，对盒基板的出光侧设置有上偏振片；不同的是，本发明在不透光图形和上偏振片之间设置四分之一波片功能层；当用户手指反射的环境光照射进上偏振片后成为线偏振光，偏振状态与上偏振片平行，经过四分之一波片功能层后变为圆偏振光，并经过不透光图形反射。该不透光图形反射的光线仍为圆偏振光，只是左右旋状态发生变化。之后，不透光图形反射的圆偏振光再次经过四分之一波片功能层转换为线偏振光，其偏振状态与入射时的状态相比，发生了90°偏转，无法通过上偏振片出射，起到防反射目的。

当然，于上述原理，在实际应用中，本实施例的显示面板可以是液晶显示面板，即阵列基板与对盒基板之间设置有液晶分子层。在显示阶段，黑矩阵开口位置正下方的部分液晶分子层中的液晶分子可以通过偏转达到四分之一波片功能层。

此外，本发明的另一实施例提供一种包括上述显示面板的显示装置，除该显示面板外，显示装置还包括：

通过第一信号线与光学感应元件连接的触控芯片，在显示装置的出射光线被用户手指反射经所述黑矩阵的开口照射到光学感应元件上后，触控芯片能够根据接收到的电信号进行指纹识别。

进一步地，参考图4，为了避免黑矩阵31开口处的反光现象，本实施例的显示装置还包括：

位于所述非显示区的透明电极41，该透明电极41专门用于驱动非显示区对应的液晶分子，可以与现有技术中用于驱动显示区对应的液晶分子的像素电极42由同一次构图工艺形成；

与透明电极41连接的第二信号线44；

驱动芯片45，能够通过第二信号线44向透明电极41施加电压，使得非显示区的液晶分子在透明电极41与显示装置的公共电极形成的电场下发生偏转，使非显示区的液晶分子光轴方向与上偏振片的透射轴方向成45°形成上文所述的四分之一波片功能层。

作为示例性介绍，在常规液晶显示装置中，非显示区的液晶分子呈45°偏转时，其光轴即与上偏振片的透射轴所形成的夹角α即为45°。

基于上述设计可以知道，本实施例显示装置中，显示区与非显示区的液晶分子独立进行控制。外界光线(一般情况下是用户手指反射的光线)可以从上偏光片32入射进显示装置中，并经过黑矩阵31开口到达光学感应元件2上。但外界光线在光学感应元件2以及不透光图形3出反射后，却无法再通过黑矩阵31开口从上偏光片32上出射，从而避免干扰显示区正常显示画面。

此外，针对图2所示的结构，本实施例的第一信号线可以复用为数据线，该数据线与图2中的源极25连接，而触控芯片则复用为显示装置的源极驱动芯片，现有的显示装置，源极驱动芯片即与数据线连接，用于加载数据信号。

对应上述复用方案的结构设计，本发明还提供一种上述显示装置的工作方法，包括：

在每一显示帧的第一时间段，通过显示装置的源极驱动芯片向数据线输入数据电压；

在每一显示帧的第二时间段，通过显示装置的数据线接收向光学感应元件返回的电信号，并通过触控芯片对接收到的电信号进行指纹识别。

这里需要就说明的是，在第一时段内，显示装置的薄膜晶体管的栅极加载扫描信号，因此薄膜晶体管处于打开状态，数据线的数据信号为存储电容充电，在第二时间段内薄膜晶体管处于关闭状态，像素电极由存储电容供电，此时光学感应元件的电信号可以通过薄膜晶体管的源极传到至源极驱动芯片，源极驱动芯片再根据电信号确定用户指纹。

显然，基于本实施例的工作方法以及本发明的显示装置的设计，整个指纹识别的方案仅仅是在非显示区上额外设置了位于漏极和公共电极之间的接触PN结，由于改动较小，因此具有很高的实用价值。

综上所述，本实施例的显示装置在屏幕内部即可实现指纹识别功能，因此不会影响显示装置外部的布局结构。即，不会占据显示装置的屏幕面积，也不会影响显示装置外壳的机械强度。

以上所述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技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。