采用单一器件实现显示驱动和指纹图像采集的方法与流程

本发明涉及显示屏指纹识别领域，更具体地，涉及一种采用单一器件实现显示驱动和指纹图像采集的方法。

背景技术：

随着数码产品特别是智能手机和平板电脑的普及，以触控屏为代表的人机交互界面技术得到了广泛应用。目前智能终端的解锁方式中，“数字+字母”的组合密码、滑屏解锁和图案解锁最为常用。近年来，智能手机增加一项特别功能——指纹识别解锁，如2011年摩托罗拉公司发布的Atrix4G，给指纹识别领域增加了新应用。至2013年10月，苹果公司推出了具有指纹识别功能的iPhone5S，受到了市场的青睐，使得人机界面交互技术的应用进入一个新的里程碑。

市场上常用的指纹采集传感器有光电式、电容式、射频式和热导式等。其中光电式指纹采集传感器采集指纹的原理如下：当手指触摸显示屏的时候，手指将背光源透过液晶到显示屏表面的光反射回液晶背板，光电式指纹采集传感器对反射回液晶背板的光进行采集并将采集的图像输送到指纹识别系统，指纹识别系统再进行指纹成像识别。目前，在对触控屏进行驱动与指纹图像采集时采用的都是分立的器件，生产装配过程复杂、成本较高、功耗较高。

技术实现要素：

本发明为解决以上现有技术的至少一种缺陷，提供了一种实现显示驱动和指纹图像采集的方法，该方法采用单一器件即可实现显示驱动和指纹图像采集，因此使得触控屏的生产装配过程与现有技术相比得到了简化。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种采用单一器件实现显示驱动和指纹图像采集的方法，在于使用双栅极光电薄膜晶体管进行显示驱动和指纹图像采集，双栅极光电薄膜晶体管的源极与电容C_LC的一端连接，电容C_LC的另一端称之为共电极，所述双栅极光电薄膜晶体管包括有两个工作模式，分别为显示驱动模式和指纹图像采集模式，具体分别如下：

(1)显示驱动模式

当触摸启动开关检测不到触摸动作时，双栅极光电薄膜晶体管工作在显示驱动模式，其包括以下步骤：

a)写入阶段：使双栅极光电薄膜晶体管的暗栅极设置为正电压，若双栅极光电薄膜晶体管上一个状态处于负极性驱动状态，则向双栅极光电薄膜晶体管的漏极施加正偏压，并使双栅极光电薄膜晶体管的光栅极、源极由负电压充电至正电压，并向共电极施加负电压；若双栅极光电薄膜晶体管上一个状态处于正极性驱动状态，则向双栅极光电薄膜晶体管的漏极施加负偏压，并使双栅极光电薄膜晶体管的光栅极、源极由正电压放电至负电压，并向共电极施加正电压；

此时显示信号通过双栅极光电薄膜晶体管的漏极、源极输送至显示单元，显示信号对显示单元进行驱动；

b)保持阶段：完成写入操作后，向双栅极光电薄膜晶体管的暗栅极施加负偏压，并使光栅极、源极、共电极的电压保持不变；

c)调变阶段：保持阶段持续一定时间后进入调变阶段，调变阶段对共电极电压进行提高或降低，为显示单元下一状态的驱动做准备，并使双栅极光电薄膜晶体管暗栅极、漏极的偏压保持不变；

(2)指纹图像采集模式

当触摸启动开关检测到触摸动作时，触摸启动开关闭合上，双栅极光电薄膜晶体管工作在指纹图像采集模式，这个模式包括以下步骤：

d)复位阶段：双栅极光电薄膜晶体管的暗栅极设置为负电压，光栅极、源极、漏极和共电极设置为正偏压，对光栅极进行复位；

e)收集阶段：完成复位后，使双栅极光电薄膜晶体管的暗栅极、漏极、光栅极和源极设置为负偏压，双栅极光电薄膜晶体管完全关闭，并使共电极保持正偏压，从手指反射进来的光被光栅极吸收，激发光生载流子的产生并保存在光栅极内；

f)读取阶段：完成收集阶段后，向双栅极光电薄膜晶体管的暗栅极、漏极施加正偏压，并向共电极、光栅极、源极施加负偏压，使得保存在光栅极的光生载流子能够通过双栅极光电薄膜晶体管的源极输出。

作为一种优选的方案，所述触摸启动开关的Touch-initiated Switch端与双栅极光电薄膜晶体管的光栅极连接，触摸启动开关通过Touch-initiated Switch端来控制施加至光栅极的电压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用单一的器件即可实现对显示单元的驱动，又可以实现指纹图像采集，其生成装配过程简单，复杂程度得到了降低；

(2)增设了一共电极，采用共电极电压调变的方式对双栅极光电薄膜晶体管输出的显示信号的电压进行调整，使得输入双栅极光电薄膜晶体管的显示信号的电压可以适当降低，从而降低了形成显示信号输出至双栅极光电薄膜晶体管的驱动IC的功耗，并有效增加了开口率和透光率；

3)采集的指纹图像的信噪比高、分辨率高。

附图说明

图1为双栅极光电薄膜晶体管的端口示意图。

图2为共电极电压调变的原理过程图。

图3为在显示驱动模式下光栅极、暗栅极、源极、漏极和共电极的驱动时序图。

图4为在指纹图像采集模式下光栅极、暗栅极、源极、漏极和共电极的采集时序图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

双栅极光电薄膜晶体管是一个四端器件，如图1所示，其由光栅极(Photo Gate-PG)、暗栅极(Dark Gate-DG)、源极(S)和漏极(D)组成。双栅极光电薄膜晶体管可以看做是两个平行放置背靠背的TFT，由光栅极与源极、漏极组成顶部TFT，由暗栅极和源极、漏极组成底部TFT。本发明中，双栅极光电薄膜晶体管的光栅极、暗栅极、源极、漏极依次表示为复位线(Reset)、选择线(Select)、偏置线(Bias)和数据线(Data)。

本发明提供的方法中，双栅极光电薄膜晶体管具有两种工作模式，分别为显示驱动模式和指纹图像采集模式，其具体方案如下：

一、显示驱动模式

当触摸启动开关检测不到触摸动作时，双栅极光电薄膜晶体管处于显示驱动模式，数据线(Data)切换至“Display”端，底部TFT作为显示信号的开关，复位线和数据线之间的电容可以作为存储电容改善双栅极光电薄膜晶体管电容漏电情况。

因配向膜的直流阻隔效应、可移动离子与直流残留效应以及避免液晶闪烁现象的原因，所以现有技术中对显示单元进行驱动时必需必须使用“极性反转”的显示信号来驱动。本实施例中，为了降低形成显示信号输出的驱动IC的功耗，特意使双栅极光电薄膜晶体管的源极与电容C_LC的一端连接，电容C_LC的另一端称之为共电极，增设共电极，通过共电极电压调变的方式对双栅极光电薄膜晶体管输出的显示信号的电压进行调整，使得输入双栅极光电薄膜晶体管的显示信号的电压可以适当降低，从而降低了形成显示信号输出至双栅极光电薄膜晶体管的驱动IC的功耗。

共电极电压调变的原理如图2所示，共电极电压调变包括三个工作阶段，分别为写入阶段、保持阶段和共电极调变阶段。比如，如图2的①、②、③所示，双栅极光电薄膜晶体管在写入阶段时底部TFT导通，漏极输入4V电压，源极输出4V电压，而共电极输入0V电压；而在保持阶段时，双栅极光电薄膜晶体管的底部TFT断开，此时漏极保持偏压输入，源极保持4V电压，共电极输入0V电压；而在共电极调变阶段时，双栅极光电薄膜晶体管的底部TFT断开，共电极输入5V电压，此时源极为保持与共电极原先的压差，其电压将会调变至9V。又比如，如图2的④、⑤、⑥所示，双栅极光电薄膜晶体管在写入阶段时底部TFT导通，漏极输入1V，源极输出1V电压，而共电极输入5V电压；而在保持阶段时，双栅极光电薄膜晶体管的底部TFT断开，此时漏极保持偏压输入，源极保持1V电压，共电极输入5V电压；而在共电极调变阶段时，双栅极光电薄膜晶体管的底部TFT断开，共电极输入0V电压，此时源极为保持与共电极原先的压差，其电压将会调变至-4V。

显示驱动模式在具体的过程中，包括三个阶段，如图3所示，分别为写入阶段、保持阶段和调变阶段，每个阶段的具体内容如下所述：

a)写入阶段T_write

当双栅极光电薄膜晶体管上一个状态处于负极性驱动，则双栅极光电薄膜晶体管进入T_charge状态，选择线(Select)设置在正电压使底部TFT处于开电流状态，数据线(Data)施加正偏压，复位端(Reset)和偏置线(Bias)由负电压充电至正电压，共电极(Com)施加负电压。

当双栅极光电薄膜晶体管上一个状态处于正极性驱动，则双栅极光电薄膜晶体管进入T_discharge状态，底部的TFT的选择线(Select)依然设置在正电压，数据线(Data)施加负偏压，复位端(Reset)和偏置线(Bias)由正电压放电至负电压，共电极(Com)施加正电压；

b)保持阶段T_Hold

当双栅极光电薄膜晶体管处于T_charge状态或T_discharge状态，写入操作T_write完成后，进入T_Hold阶段，此时选择线(Select)施加负偏压，复位端(Reset)、偏置线(Bias)、共电极(Com)电压保持不变，与T_write完成时状态一致。光栅极与暗栅极之间的存储电容可减缓双栅极光电薄膜晶体管电容的漏电情况。

c)调变阶段T_Modulate

当双栅极光电薄膜晶体管处于T_charge状态，写入操作T_write阶段、保持T_Hold阶段完成后，进入调变T_Modulate阶段，提高共电极(Com)电压为下一阶段驱动做准备，选择线(Select)保持负偏压，数据线(Data)和偏置线(Bias)保持正偏压。

当双栅极光电薄膜晶体管处于T_discharge状态，写入操作T_write阶段、保持T_Hold阶段完成后，进入调变T_Modulate阶段，降低共电极(Com)电压为下一阶段驱动做准备，选择线(Select)保持负偏压，数据线(Data)和偏置线(Bias)保持负偏压。

二、指纹图像采集模式

当触摸启动开关检测到触摸动作时，触摸启动开关闭合，双栅极光电薄膜晶体管工作于指纹图像采集模式，数据线(Data)切换至“Imaging”端，底部TFT仍然作为开关，而顶部TFT的作用是光电子收集和存储。如图4所示，该模式运行依次分为三个阶段：

d)复位阶段T_Reset：选择线(Select)设置在负电压使底部TFT处于关电流状态，复位线(Reset)和偏置线(Bias)、数据线(Data)、共电极(Com)施加正偏压，对光栅极进行复位，为收集光激发的自由电子做准备。

e)收集阶段T_Integration：紧接着复位操作后，选择线(Select)、数据线(Data)、复位线(Reset)、偏置线(Bias)设置为负偏压使双栅极光电薄膜晶体管完全关闭。共电极(Com)保持正偏压，从手指反射进来的光透过光栅极被顶部TFT吸收，产生电子空穴对，短暂保存在顶部TFT内。

f)读取阶段T_Read：当完成光电子的收集后，选择线(Select)施加正偏压，底部TFT快速打开允许电流流入电荷放大器。与此同时，数据线(Data)施加正偏压，共电极(Com)、复位线(Reset)和偏置线(Bias)施加负偏压使光生载流子转移到底部TFT用于传导。

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。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。