显示基板及其驱动方法、显示装置与流程

文档序号:11200136阅读:694来源:国知局
显示基板及其驱动方法、显示装置与流程

本发明属于显示技术领域,具体涉及一种显示基板及其驱动方法、显示装置。



背景技术:

指纹是人体与生俱来、独一无二且可与他人相区别的特征。它是由指端皮肤表面上的一系列脊和谷组成的,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,决定了每个指纹团的唯一性。由之发展起来的指纹识别技术是较早被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、人体红外传感器等。

在本发明中提供一种新型的具有指纹识别功能的显示装置。



技术实现要素:

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一,提供一种具有超声波指纹识别功能的显示基板及其驱动方法、显示装置。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种显示基板,包括基底,设置在所述基底上的驱动结构、接收结构,以及指纹检测模块;其中,

所述驱动结构和所述接收结构二者的至少部分结构同层设置;

所述驱动结构,用于产生超声波信号;

所述接收结构,用于接收手指所反射的超声波信号,并将该超声波信号转化成电信号输出给指纹检测模块;

所述指纹检测模块,用于根据所述接收结构所输出的电信号,确定指纹信息。

优选的是,所述驱动结构包括:沿背离所述基底侧依次设置的第一电极、第一压电材料层、第二电极;

所述接收结构包括:沿背离所述驱动结构侧依次设置的第三电极、第二压电材料层、第四电极。

进一步优选的是,所述第一压电材料层和所述第二压电材料层为同层设置、材料相同,且为一体结构。

进一步优选的是,所述第一电极和所述第三电极同层设置且材料相同;和/或,

所述第二电极和所述第四电极同层设置且材料相同。

进一步优选的是,所述显示基板还包括设置在所述基底上方的多条驱动信号线、多条检测信号线、多条读取信号线、多条复位信号线;所述指纹检测模块包括:整流二极管、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管;其中,

所述整流二极管的第一极连接所述第三电极,第二极连接第一节点;

所述第一晶体管的第一极连接与其对应的所述读取信号线,第二极连接第二晶体管的第一极,控制极连接第n+1行所述驱动信号线,n为大于等于1的整数;

所述第二晶体管的第一极连接所述第一晶体管的第二极,第二极连接第一电源端,控制极连接所述第一节点;

所述第三晶体管的第一极连接与其对应的所述复位信号线,第二极连接所述第一节点,控制极连接第n行所述驱动信号线;

所述第一节点为所述第三晶体管的第二极、所述整流二极管的第二极、所述第二晶体管的控制极三者的连接节点。进一步优选的是,所述显示基板还包括多条数据线、多个像素单元,每个所述像素单元包括:第四晶体管、第五晶体管、第一存储电容、有机电致发光二极管;其中,

所述第四晶体管的第一极连接与其对应的所述数据线,第二极连接所述第五晶体管的控制极和所述第一存储电容的第一端,控制极连接所述第n+1行驱动信号线;

所述第五晶体管的第一极连接高电源端,第二极连接所述有机电致发光二极管的第一极和所述第一存储电容的第二端;所述有机电致发光二极管的第二极连接低电源端。

进一步优选的是,所述第一晶体管和所述第二晶体管均为低温多晶硅薄膜晶体管;

所述第三晶体管、所述第四晶体管和所述第五晶体管为氧化物薄膜晶体管。

进一步优选的是,所述显示基板还包括与所述第一电极连接的第一电极线;所述指纹检测模块还包括:第二存储电容;其中,

所述第二存储电容的第一端连接所述第一节点,第二端连接所述第一电极线。

进一步优选的是,所述显示基板划分为多个像素区,在每一个所述像素区中均设置有一个所述驱动结构和一个所述接收结构。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种上述显示基板的驱动方法,包括:

指纹识别阶段:给所述驱动结构施加驱动电压,所述驱动结构产生超声波信号,通过所述接收结构,接收手指所反射的超声波信号,并将该超声波信号转化成电信号输出给所述指纹检测模块,所述指纹检测模块根据所述接收结构所输出的电信号,确定指纹信息。

优选的是,所述指纹检测模块根据所述接收结构所输出的电信号,确定指纹信息的步骤具体包括:

复位阶段:给第n行所述驱动信号线输入工作电平,给所述复位信号线输入复位信号,所述第三晶体管打开,所述复位信号传输至所述第一节点,以使所述第一节点的电位的极性与所述工作电平极性相反;

积累阶段:当手指反射的超声波信号经过所述接收结构转化成电信号后,所述电信号经过整流二极管使得所述第一节点的电位变化;

读取阶段:给第n+1行所述驱动信号线施加所述工作电平信号,所述第一晶体管导通,给所述第一电源端输入第一电源电压,通过所述读取信号线读取所述第二晶体管的第一极的电位,以确定发生触控的指纹信息。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种显示装置,其包括上述的显示基板。

本发明具有如下有益效果:

由于本实施例中的显示基板包括驱动结构、接收结构和指纹检测模块,在给驱动结构施加驱动电压后,该驱动结构产生超声波信号,通过接收结构,接收手指所反射的超声波信号,并将该超声波信号转化成电信号输出给指纹检测模块,该指纹检测模块根据接收结构所输出的电信号,确定指纹信息。也就是说本实施例中提供了一种应用超声波器件实现指纹识别功能的显示基板。而且在本实施例中驱动结构和接收结构二者的至少部分结构同层设置,因此同层设置的结构可以采用一次构图工艺制备,此时可以降低工艺成本,提高产能。

附图说明

图1为本发明的实施例1的显示基板的结构示意图;

图2为本发明的实施例1的显示基板的驱动结构的示意图;

图3为本发明的实施例1的显示基板的接收结构的示意图;

图4为本发明的实施例1的显示基板的像素区的示意图;

图5为本发明的实施例1的显示基板的指纹检测模块的电路图;

图6为本发明的实施例1的显示基板的一个像素区的电路图;

图7为本发明的实施例2的显示基板的接收结构与整流二极管连接的示意图;

图8为图7中接收结构的第三电极所输出的电信号的示意图;

图9为图7中整流二极管所输出的电信号的示意图。

其中附图标记为:10、基底;11、第一电极;12、第二电极;13、第一压电材料层;21、第三电极;22、第四电极;23、第二压电材料层;tx、驱动结构;rx、接收结构;gateline、驱动信号线;resetline、复位信号线;l、第一电极线;readline、读取信号线;dataline、数据线、dataline;t1、第一晶体管;t2、第二晶体管;t3、第三晶体管;t4、第四晶体管;t5、第五晶体管;c1、第一存储电容;c2、第二存储电容;pn、整流二极管;vd、第一电源端;elvdd、高电源端;elvss、低电源端;a、第一节点。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1:

如图1所示,本实施例提供一种显示基板,包括基底10,设置在所述基底10上的驱动结构tx、接收结构rx,以及指纹检测模块;其中,驱动结构tx和接收结构rx二者的至少部分结构同层设置;驱动结构tx用于产生超声波信号;接收结构rx用于接收手指所反射的超声波信号,并将该超声波信号转化成电信号输出给指纹检测模块;指纹检测模块用于根据所述接收结构rx所输出的电信号,确定指纹信息。

由于本实施例中的显示基板包括驱动结构tx、接收结构rx和指纹检测模块,在给驱动结构tx施加驱动电压后,该驱动结构tx产生超声波信号,通过接收结构rx,接收手指所反射的超声波信号,并将该超声波信号转化成电信号输出给指纹检测模块,该指纹检测模块根据接收结构rx所输出的电信号,确定指纹信息。也就是说本实施例中提供了一种应用超声波器件实现指纹识别功能的显示基板。而且在本实施例中驱动结构tx和接收结构rx二者的至少部分结构同层设置,因此同层设置的结构可以采用一次构图工艺制备,此时可以降低工艺成本,提高产能。

具体的,如图2所示,显示基板中的驱动结构tx包括:沿背离所述基底10侧依次设置的第一电极11、第一压电材料层13、第二电极12。其中,在给第一电极11和第二电极12施加驱动电压,第一电极11和第二电极12之间的第一压电材料将会产生超声波。需要说明的是,在驱动结构tx的下方需要存在空气腔,便于超声波的加强,以使超声波更好的传递出去。其中,第一电极11和第二电极12优选均为板状电极,当然也可以采用其他结构的电极。

如图3所示,显示基板中的接收结构rx包括:沿背离所述驱动结构tx侧依次设置的第三电极21、第二压电材料层23、第四电极22。该接收结构rx的具体工作原理如下:当接收结构rx的第四电极22(接一固定电位)接收到手指反射的超声波,第二压电材料层23将超声波信号转换成驱动电压,并将该驱动电压通过第三电极21输出给指纹识别模块。而由于谷和脊反射的超声波信号大小不同,第二压电材料层23将超声波信号转换成驱动电压的大小就不同,则第三电极21输出的驱动电压信号也不同,此时指纹识别模块则可以根据第三电极21输出的驱动电压信号判断出相应的指纹信息。

其中,驱动结构tx中的第一压电材料层13和接收结构rx中的第二压电材料层23为同层设置、材料相同,且为一体结构。也就是说驱动电极第一压电材料层13和接收结构rx中的第二压电材料层23为共用一层结构,因此可以在一次构图工艺中制备。进一步的,驱动结构tx的第一电极11层和接收结构rx的第三电极21层同层设置且材料相同;驱动电极第二电极12层和接收结构rx的第四电极22层同层设置且材料相同。也就是说,驱动结构tx和接收结构rx完全处于同一层,较现有结构而言,驱动结构tx可以更靠近触控体(例如手指),有利于将驱动结构tx所产生的超声波到达手指,以提高触控精度。

当然,也可以仅将驱动结构tx的第一电极11层和接收结构rx的第三电极21层同层设置且采用材料相同;或者将驱动电极第二电极12层和接收结构rx的第四电极22层同层设置且采用材料相同,同样可以达到降低成本,提高产能的效果。

在此需要说明的是,驱动结构tx的第二电极12层和接收结构rx的第四电极22层在工作时均接固定电位,而这二者所接的固定电位的大小可以相同,也可以不同。

优选的,如图4所示,显示基板可以划分为多个像素区,且在每个像素区中均设置有一个驱动结构tx和一个接收结构rx,以使得指纹识别的精度更加准确。其中,每个像素区中同时还包括多个子像素(例如,红色子像素r、绿色子像素g、蓝色子像素b)。

具体的,如图5和6所示,显示基板还包括设置在所述基底10上方的多条驱动信号线gateline、多条检测信号线、多条读取信号线readline、多条数据线dataline、多条复位信号线resetline;对于显示基板中的一个像素区,其可以包括一个指纹检测模块、一个红色像素单元、一个绿色像素单元、一个蓝色像素单元;其中,指纹检测模块包括:整流二极管pn、第一晶体管t1、第二晶体管t2、第三晶体管t3;红色像素单元包括第四晶体管t4、第五晶体管t5、第一存储电容c1、红色有机电致发光二极管;绿色像素单元和蓝色像素单元均与红色像素单元的差别仅在于有机电致发光二极管的发光颜色不同,其余结构均相同,在此不再详细描述。

其中,对于每一个像素区中的指纹识别模块中的整流二极管pn的第一极连接所述第三电极21,第二极连接第一节点a;第一晶体管t1的第一极连接与其对应的读取信号线readline,第二极连接第二晶体管t2的第一极,控制极连接第n+1行驱动信号线gateline,n为大于等于1的整数;第二晶体管t2的第一极连接所述第一晶体管t1的第二极,第二极连接第一电源端vd,控制极连接所述第一节点a;第三晶体管t3的第一极连接与其对应的复位信号线resetline,第二极连接所述第一节点a,控制极连接第n行驱动信号线gateline;第一节点a为第三晶体管t3的第二极、整流二极管pn的第二极、第二晶体管t2的控制极三者的连接节点。每一个像素单元中的第四晶体管t4的第一极连接与其对应的数据线dataline,第二极连接第五晶体管t5的控制和所述第一存储电容c1的第一端,控制极连接所述第n+1行驱动信号线gateline;第五晶体管t5的第一极连接高电源端elvdd,第二极连接有机电致发光二极管的第一极和第一存储电容c1的第二端;有机电致发光二极管的第二极连接低电源端elvss。以下,以一个指纹检测模块的工作原理进行说明,其中,第一晶体管t1、第二晶体管t2、第三晶体管t3、第四晶体管t4、第五晶体管t5均为n型晶体管,事实上第一晶体管t1、第二晶体管t2、第三晶体管t3、第四晶体管t4、第五晶体管t5也可以为p型晶体管,以下仅以第一晶体管t1、第二晶体管t2、第三晶体管t3、第四晶体管t4、第五晶体管t5均为n型晶体管为例进行说明。

其中,显示基板的指纹识别的过程包括以下三个阶段:

第一阶段(复位阶段):给第n行驱动信号线gateline输入的信号为高电平,第三晶体管t3导通,复位信号线resetline所输入的复位信号经第三晶体管t3传输到第二晶体管t2的控制极与整流二极管pn的第一端(也即pn结的n端),初始化此电极,使得第一节点a的电位处于低电位,第二晶体管t2截止。

第二阶段(电荷积累阶段):当手指谷或者脊反射的超声波信号经过接收结构rx中的压电材料后,会转化为相应的电信号,电信号经过pn结会使得第一节点a的电位上升,在这一段时间段内,只要手指反射的超声波信号比之前时刻的大,就会通过pn结不断的使得第一节点a的电位上升。此时第二晶体管t2的控制极的电位由于谷或脊所反射的超声波大小不同,因此,随着时间增加,差异化会越来越大。

第三阶段(读取阶段):给第n行驱动信号线gateline输入低电平信号,给第n+1行驱动信号输入高电平信号,第三晶体管t3截止,第一晶体管t1导通,给第一电源端vd输入第一电源电压,而由于谷和脊在第一节点a处所积累的电荷不同,也即对于谷和脊而言第二晶体管的控制极电压是不同,因此第二晶体管t2对于谷和脊而言的导通状态是不同的,从而导致第一电源端vd输入第一电源电压经过第二晶体管t2到达第二晶体管t2的第一极的电位是不同,此时读取信号线readline所读取到的电信号也是不同,该电信号可以是电压信号,也可以是电流信号,从而可以判断出谷和脊的信号。。如果没有指纹操作,第二晶体管t2的控制极保持低电平,第二晶体管t2截止,读取信号线readline上的信号保持不变。

其中,显示基板的显示过程包括:给驱动信号线gateline输入高电平信号,第四晶体管t4打开,通过数据线dataline上被写入的数据电压信号,给第一存储电容c1的第一端充电,直至达到第五晶体管t5的阈值电压,第五晶体管t5打开,驱动有机电致发光二极管进行显示(红色有机电致发光二极管显示红色、绿色有机电致发光二极管显示绿色、蓝色有机电致发光二极管显示蓝色)。其中,本实施例的显示基板还包括与驱动结构tx的第一电极11连接的第一电极线l;所述指纹检测模块还包括:第二存储电容c2;其中,第二存储电容c2的第一端连接所述第一节点a,第二端连接所述第一电极线l;第一电极线l用于为驱动电极的第一电极11提供电压信号,第二存储电容c2用于维持第一节点a的电位。

之所以如此设置是因为,在上述的第二阶段,也即电荷积累阶段,如果第一节点a有较大的ioff漏电(如ipa量级),会导致第一节点a的谷和脊的差异较小,即可能出现积累信号量小于漏电量,进而导致谷和脊无法区分。为了稳定第一节点a的电位优选的,优选的在第一节点a的位置增加一个第二存储电容c2,以较少信号的衰减。

其中,上述的指纹检测模块中的第一晶体管t1和第二晶体管t2为低温多晶硅薄膜晶体管(ltpstft)。如图3所示,低温多晶硅薄膜晶体管的线性区坡度较缓,相比线性区坡度较大的氧化物薄膜晶体管(oxidetft),不同的栅极电压下,低温多晶硅薄膜晶体管能够更精准地输出不同的电流idd。因此通过判断低温多晶硅薄膜晶体管的输出电流能够更容易区分对应的开启电压(读取节点的电位),从而使指纹识别更加精确。

其中,上述的指纹检测模块中的第三晶体管t3为氧化物薄膜晶体管(其有源层的材料可以为氧化铟镓锡、氧化铟锡、氧化铟镓锌、氧化锌等)。氧化物薄膜晶体管的漏电流较低(一般氧化物薄膜晶体管的漏电流低于10-13安培),可以最大程度地减少读取节点的电荷流失,从而充分保持读取节点的电位,进而能够精准控制第二晶体管t2的开关状态。

其中,上述每个的像素单元中的第四晶体管t4和第五晶体管t5也采用氧化物薄膜晶体管。之所以如此设置,是因为第四晶体管t4采用氧化物薄膜晶体管可以对信号进行锁存,防止漏电;第五晶体管t5采用氧化物薄膜晶体管可以实现晶体管的小尺寸设计,从未实现高分辨率(ppi)的设计。其中,优选的本实施例的显示基板包括多个像素单元,其中驱动信号线gateline在显示基板的显示过程中复用为栅线,用于为与其对应的所述像素单元提供栅极驱动信号。具体的,每个像素单元均包括像素驱动电路,而该驱动信号线gateline则用于与像素驱动电路提供栅极驱动信号,控制该像素驱动电路是否工作。

实施例2:

本实施例提供一种显示基板的驱动方法,该显示基板为实施例1中的任意一种显示基板。该驱动方法包括:指纹识别的过程和显示的过程。

其中,指纹识别阶段:给驱动结构tx施加驱动电压,所述驱动结构tx产生超声波信号,通过接收结构rx,接收手指所反射的超声波信号,并将该超声波信号转化成电信号输出给指纹检测模块,所述指纹检测模块根据所述接收结构rx所输出的电信号,确定指纹信息。

当然,应当理解的是,该显示基板的驱动方法,还包括显示阶段,逐行扫描显示基板上的各行像素单元,以使各个像素单元显示相应的灰阶。

具体的,以驱动结构tx包括沿背离所述基底10侧依次设置的第一电极11、第一压电材料层13、第二电极12;接收结构rx包括沿背离所述驱动结构tx侧依次设置的第三电极21、第二压电材料层23、第四电极22;显示基板包括基底10上方的多条检测信号线、多条读取信号线readline、多条数据线dataline、多条复位信号线resetline,对于显示基板中的一个像素区,其包括一个指纹检测模块、一个红色像素单元、一个绿色像素单元、一个蓝色像素单元;其中,指纹检测模块包括:整流二极管pn、第一晶体管t1、第二晶体管t2、第三晶体管t3;红色像素单元包括第四晶体管t4、第五晶体管t5、第一存储电容c1、红色有机电致发光二极管;绿色像素单元和蓝色像素单元均与红色像素单元的差别仅在于有机电致发光二极管的发光颜色不同,其余结构均相同,在此不再详细描述。

对显示基板在指纹识别阶段的具体工作过程进行描述。

如图7所示,在给第一电极11和第二电极12施加驱动电压,第一电极11和第二电极12之间的第一压电材料将会产生超声波。当接收结构rx的第四电极22接收到手指反射的超声波,第二压电材料层23将超声波信号转换成驱动电压,并将该驱动电压通过第三电极21输出给指纹识别模块中的整流二极管pn(pn节),由于整流二极管pn的具有单向导通性,即该整流二极管pn相当于滤波器,此时可以将图8所示的第三电极21输出电信号(正弦波)进行整流处理,转换成图9所示的单向电信号。指纹识别模块具体对指纹识别的工作如下:

第一阶段(复位阶段):给第n行驱动信号线gateline输入的信号为高电平,第三晶体管t3导通,复位信号线resetline所输入的复位信号经第三晶体管t3传输到第二晶体管t2的控制极与整流二极管pn的第一端(也即pn结的n端),初始化此电极,使得第一节点a的电位处于低电位,第二晶体管t2截止。

第二阶段(电荷积累阶段):当手指谷或者脊反射的超声波信号经过接收结构rx中的压电材料后,会转化为相应的电信号,电信号经过pn结会使得第一节点a的电位上升,在这一段时间段内,只要手指反射的超声波信号比之前时刻的大,就会通过整流二极管pn(pn结)不断的使得第一节点a的电位上升。此时第二晶体管t2的控制极的电位由于谷或脊所反射的超声波大小不同,因此,随着时间增加,差异化会越来越大。

第三阶段(读取阶段):给第n行驱动信号线gateline输入低电平信号,给第n+1行驱动信号输入高电平信号,第三晶体管t3截止,第一晶体管t1导通,给第一电源端vd输入第一电源电压,而由于谷和脊在第一节点a处所积累的电荷不同,也即对于谷和脊而言第二晶体管的控制极电压是不同,因此第二晶体管t2对于谷和脊而言的导通状态是不同的,从而导致第一电源端vd输入第一电源电压经过第二晶体管t2到达第二晶体管t2的第一极的电位是不同,此时读取信号线readline所读取到的电信号也是不同,该电信号可以是电压信号,也可以是电流信号,从而可以判断出谷和脊的信号。。如果没有指纹操作,第二晶体管t2的控制极保持低电平,第二晶体管t2截止,读取信号线readline上的信号保持不变。

显示基板的显示过程包括:给驱动信号线gateline输入高电平信号,第四晶体管t4打开,通过数据线dataline上被写入的数据电压信号,给第一存储电容c1的第一端充电,直至达到第五晶体管t5的阈值电压,第五晶体管t5打开,驱动有机电致发光二极管进行显示(红色有机电致发光二极管显示红色、绿色有机电致发光二极管显示绿色、蓝色有机电致发光二极管显示蓝色)。

实施例3:

本实施例提供了一种显示装置,其包括实施例1中的显示基板。因此,本实施例的显示装置具有指纹识别功能。

其中,显示装置可以为液晶显示装置或者电致发光显示装置,例如液晶面板、电子纸、oled面板、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。

可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

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