一种阵列基板、显示装置以及指纹识别的控制方法与流程

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种阵列基板、显示装置以及指纹识别的控制方法。

背景技术：

随着显示技术的不断发展，显示装置除了实现显示功能，还能够实现越来越多的个性化功能，例如网上社交、电子商务等，为了保护显示装置中存储和使用的个人信息，就要求显示装置能够在使用前首先对使用显示装置的用户进行身份的识别和认证，以实现对用户信息的私密性保护。

指纹是由指端皮肤上凸起的脊和凹陷的谷共同构成的纹路，指纹作为人体的一个终身不变且具有特异性的生物特征，因为其使用方便，而且具有唯一性，越来越多的应用在个人身份的识别和认证领域中。

现有的应用于显示装置上的光学指纹识别，例如指纹解锁，通常设置于摄像头位置处，用户将手指放置于显示装置的摄像头位置处的指纹识别区，通过摄像头捕捉或拍摄指纹上的脊或谷反射的不同方向的光线，实现对指纹的识别。

由于显示装置的摄像头通常位于显示面板之外的壳体侧边或背面，例如手机的摄像头，即位于手机显示屏的背面，使用摄像头位置进行指纹解锁是需要将手机翻转至背面后将手指贴附于摄像头处，在翻转手机至正面验证指纹解锁是否成功，这种指纹识别方式操作不便，影响用户的使用舒适度。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种阵列基板、显示装置以及指纹识别的控制方法，能够在显示面板显示画面的情况下，通过显示面板的显示区域识别指纹。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明实施例的一方面，提供一种阵列基板，在衬底基板上设置有横纵交叉的栅线和数据线，栅线和数据线交叉界定至少一个亚像素；在阵列基板上设置多个感光元件，感光元件设置在相邻两个亚像素之间，感光元件连接驱动信号线和读取信号线，感光元件用于在驱动信号线的控制下，接收手指反射光线，并进行光电转化，将转化后的电信号从与该感光元件相连接的读取信号线输出。

优选的，感光元件包括在衬底基板上依次设置的第二电极、光电转化层以及第一电极；其中，第一电极由透明导电材料制成。

进一步的，当阵列基板包括像素电极或公共电极时，第一电极与像素电极或公共电极同层同材料。

优选的，当阵列基板包括公共电极时，第一电极与公共电极共用，驱动信号线与公共电极线共用，读取信号线与第二电极相连接；或者，第二电极与公共电极共用，驱动信号线与公共电极线共用，读取信号线与第一电极相连接。

进一步的，第二电极由金属材料制成。

进一步的，第二电极与所述栅线或所述数据线同层同材料。

可选的，多个感光元件呈矩阵形式排列，与感光元件相连接的读取信号线与驱动信号线交叉设置，每一行的多个感光元件与同一条驱动信号线相连接，驱动信号线用于开启该行的多个感光元件。

进一步的，感光元件设置在与栅线相对应的位置，且与栅线绝缘设置。

本发明实施例的另一方面，提供一种显示装置，包括上述的阵列基板，以及与上述阵列基板对应设置的对盒基板，对盒基板上对应感光元件位置处不设置黑矩阵。

优选的，当显示装置的阵列基板与对盒基板之间设置有液晶层时，在对盒基板背离阵列基板的一侧设置有第一λ/4波片，在第一λ/4波片背离阵列基板的一侧设置有第一偏光片；在阵列基板背离对盒基板的一侧设置有第二λ/4波片，在第二λ/4波片背离对盒基板的一侧设置有第二偏光片；其中，第一λ/4波片与第二λ/4波片的主轴方向相互垂直；第一偏光片与第二偏光片的透光轴方向相互垂直。

本发明实施例的再一方面，提供一种指纹识别的控制方法，使用上述显示装置进行指纹识别，包括，在触控阶段，感光元件在驱动信号线的控制下，接收手指反射光线；感光元件将接收到的手指反射光线进行光电转化，并由读取信号线将转化后的电信号输出。

进一步的，在多个感光元件呈矩阵形式排列，与感光元件相连接的读取信号线与驱动信号线交叉设置，每一行的多个感光元件与同一条驱动信号线相连接时，在触控阶段，感光元件在驱动信号线的控制下，接收手指反射光线包括，驱动信号线逐行输入驱动信号，以驱动感光元件逐行开启；开启的感光元件接收手指反射光线。

优选的，触控阶段位于相邻两图像帧之间。

本发明实施例提供一种阵列基板、显示装置以及指纹识别的控制方法，在衬底基板上设置有横纵交叉的栅线和数据线，栅线和数据线交叉界定至少一个亚像素；在阵列基板上设置多个感光元件，感光元件设置在相邻两个亚像素之间，感光元件连接驱动信号线和读取信号线，感光元件用于在驱动信号线的控制下，接收手指反射光线，并进行光电转化，将转化后的电信号从与该感光元件相连接的读取信号线输出。在阵列基板上位于相邻的两个亚像素之间设置感光元件，不会影响亚像素中开口率的大小，不影响显示面板显示区域正常画面显示。将手指放置在显示面板的显示区域，感光元件在驱动信号线的控制下能够接收手指反射光线，并将接收到的反射光线进行光电转化后由读取信号线输出，实现指纹信息的识别。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种阵列基板的结构示意图；

图2为光线照射至手指并反射至感光元件的示意图；

图3为图1中感光元件的层级结构图；

图4为图1中沿A1-A2-A3方向的剖切图之一；

图5为图1中沿A1-A2-A3方向的剖切图之二；

图6为图1中沿A1-A2-A3方向的剖切图之三；

图7为图1中沿A1-A2-A3方向的剖切图之四；

图8为本发明实施例提供的另一种阵列基板的结构示意图；

图9为图8中沿A4-A5-A6方向的剖切图；

图10为本发明实施例提供的一种显示装置的剖切图；

图11为本发明实施例提供的一种显示装置的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的一种使用显示装置进行指纹识别的控制方法的流程图一；

图13为本发明实施例提供的一种使用显示装置进行指纹识别的控制方法的流程图二。

附图标记：

00-阵列基板；01-衬底基板；02-栅线；03-数据线；04-亚像素；05-感光元件；051-第一电极；052-第二电极；053-光电转化层；06-驱动信号线；07-读取信号线；08-公共电极；081-公共电极线；09-像素电极；10-对盒基板；11-黑矩阵；20-液晶层；30-第一λ/4波片；40-第二λ/4波片；50-第一偏光片；60-第二偏光片；A1、A2、A3-图1中的剖切方向；A4、A5、A6-图8中的剖切方向；A-图9中环境光由显示装置显示面射入的光线；B-背光发出并经手指反射的光线；C-背光出射的用于显示的光线；X-背光照射至手指指纹中谷上的光线；Y-背光照射至手指指纹中脊上的光线；Z-对盒基板上不设置黑矩阵的区域。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种阵列基板，如图1所示，在衬底基板01上设置有横纵交叉的栅线02和数据线03，栅线02和数据线03交叉界定至少一个亚像素04；在阵列基板上设置多个感光元件05，感光元件05设置在相邻两个亚像素04之间，感光元件05连接驱动信号线06和读取信号线07，感光元件05用于在驱动信号线06的控制下，接收手指反射光线，并进行光电转化，将转化后的电信号从与该感光元件05相连接的读取信号线07输出。

需要说明的是，第一，感光元件05是在工作状态下能够将不同强度的光线转化为不同大小的光电流并输出的光电转换器件。手指表面密布有由谷和脊形成的图案，其中谷为凹陷的槽，脊为凸起的棱。由于入射至手指脊的光线在手指与显示装置显示面的接触界面会被吸收或者发生漫反射，而入射至手指谷的光线在手指与显示装置显示面的接触界面发生全反射，从而使得通过脊反射的光强度较大，通过谷反射的光强度较小，这样一来，能够将谷和脊位置处反射的不同的光信号转化为不同的电信号。

由于手指按压在显示装置显示面上进行指纹读取或识别时，手指按压的区域远大于一个感光元件05的大小，因此，如图2所示，将多个感光元件05排列设置，手指即置于多个感光元件05之上，每个感光元件05接收来自手指不同位置处的反射光线，如图2中X光线照射至手指的谷并反射至感光元件05，得到的光信号强度值较小，Y光线照射至手指的脊反射至感光元件05，得到的光信号强度值较大，获取的光强分别由接收光线的感光元件05转化为相应大小的电信号并输送至处理器，就能够实现对手指表面纹理不同的图案的获取或识别。

第二，感光元件05设置在相邻两个亚像素04之间，即设置在位于亚像素04以外的位置，这样不会对亚像素04的透过率产生影响。其中，感光元件05可以设置在如图1所示的上、下两个相邻的亚像素04之间，也可以设置在左、右两个相邻的亚像素04之间。此外，感光元件05可以如图1所示的在每两个相邻的亚像素04之间均设置，也可以相隔设置，例如相隔三个亚像素04设置一个感光元件05。由于手指纹路上的谷和脊之间的图案相较于感光元件05来说较大，因此，在感光元件05能够有效识别手指纹路上的谷和脊的前提下，考虑到加工成本等因素，优选的，每相邻5～20个亚像素04设置一个感光元件05。

本发明实施例提供一种阵列基板、显示装置以及指纹识别的控制方法，在衬底基板上设置有横纵交叉的栅线和数据线，栅线和数据线交叉界定至少一个亚像素；在阵列基板上设置多个感光元件，感光元件设置在相邻两个亚像素之间，感光元件连接驱动信号线和读取信号线，感光元件用于在驱动信号线的控制下，接收手指反射光线，并进行光电转化，将转化后的电信号从与该感光元件相连接的读取信号线输出。在阵列基板上位于相邻的两个亚像素之间设置感光元件，不会影响亚像素中开口率的大小，不影响显示面板显示区域正常画面显示。将手指放置在显示面板的显示区域，感光元件在驱动信号线的控制下能够接收手指反射光线，并将接收到的反射光线进行光电转化后由读取信号线输出，实现指纹信息的识别。

进一步的，如图3所示，感光元件05的结构具体可以为，在衬底基板01上依次设置的第二电极052、光电转化层053和第一电极051；其中，第一电极051由透明导电材料制成。

以下对感光元件05中光电转化层053的结构进行进一步的解释说明。

例如，光电转化层053可以为PIN结构。具体的，包括一个P型半导体层和一个N型半导体层，在P型半导体层和N型半导体层之间设置本征半导体层I，形成PIN结构，其中，可以为P型半导体层位于上层，N型半导体层位于下层，也可以为N型半导体层位于上层，P型半导体层位于下层。P型半导体层可以采用将SiH4、CH4、B2H6、He的混合气体通过PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法)形成硼离子掺杂的非晶硅薄膜；N型半导体层可以采用将SiH4、PH3、H2、He的混合气体通过PECVD形成磷离子掺杂的非晶硅薄膜；本征半导体层可以采用将SiH4、H2混合气体通过PECVD形成无掺杂的非晶硅薄膜。

当P型半导体层位于上层、N型半导体层位于下层、本征半导体层I位于P型半导体层和N型半导体层之间时，在此PIN结构的光电转化层053的上、下分别设置第一电极051和第二电极052形成感光元件05，对照射在感光元件05上的光线实现光电转化，如果对光电转化层053的PIN结构采用正向接法，即施加于P型半导体层的电压大于施加于N型半导体层的电压，在此情况下，由于外加电压的电场方向与自建电场方向相反，削弱了自建电场，进而抑制本征半导体层中的光生载流子的漂移，导致该PIN结构的光生电流无法进行有效的检测。因此，PIN结构采用反向接法，即施加于P型半导体层的电压小于施加于N型半导体层的电压，在此情况下，该PIN结构处于反向偏置状态，外加电压的电场方向与自建电场方向相同，使得自建电场得到加强，进而能够促进本征半导体层中的光生载流子的漂移，能够有效对该PIN结构的光生电流进行检测。

又例如，光电转化层053可以为还可以为PN结结构，即仅包括一个P型半导体层和一个N型半导体层，通过特定工艺形成P型半导体层和N型半导体层的交界面，即PN结。工作原理同上，此处不再赘述。

进一步的，如图4所示，阵列基板上包括在衬底基板01上制作的公共电极08层时，第一电极051与公共电极08同层同材料，并且通过一次构图工艺制作而成。

或者，如图5所示，阵列基板上包括在衬底基板01上制作的像素电极09层时，第一电极051与像素电极09同层同材料，并且通过一次构图工艺制作而成。

这样一来，能够简化本发明的阵列基板的制作工艺步骤，不必单独增加制作第一电极051的工艺步骤，而是在制作公共电极08或者像素电极09的同时制作第一电极051，而且公共电极08或者像素电极09通常为透明导电材料制作而成，透明导电材料同样能够满足第一电极051的制作材料的要求，能够导电且光线能够透过第一电极051照射至光电转化层053上，使感光元件05上发生光电转化反应产生电信号。

优选的，如图6所示，当阵列基板包括公共电极08时，第一电极051与公共电极08共用，驱动信号线06与公共电极线081共用，读取信号线07与第二电极052相连接。

或者，第二电极052与公共电极08共用，驱动信号线06与公共电极线081共用，读取信号线07与第一电极051相连接。

这样一来，如图6所示，当第一电极051与公共电极08共用，驱动信号线06与公共电极线081共用时，第一电极051以及为第一电极051在公共电极线081为公共电极08提供电源时，即驱动信号线06通电驱动第一电极051工作。此时，第二电极052与读取信号线07连接，用于读取并输出第一电极051与第二电极052之间的光电转换信号。

或者，当第二电极052与公共电极08共用，驱动信号线06与公共电极线081共用时，第二电极052以及为第二电极052提供驱动信号的驱动信号线06无需单独设置，具体设置方式及工作原理同上，此处不再赘述。

第二电极052需要由能够导电的材料制取，优选的，由金属材料制成的第二电极052，具有较高的导电效率，测得数据精确性较高。

优选的，如图7所示，第二电极052与栅线02层同层同材料。这样一来，第二电极052能够在设置栅线02的金属层时同时进行设置，避免额外增加单独设置第二电极052的工艺步骤。

此外，第二电极052还可以与数据线03同层同材料设置，方法步骤同上，此处不再赘述。

进一步的，如图1所示，多个感光元件05呈矩阵形式排列，与感光元件05相连接的读取信号线07与驱动信号线06交叉设置，每一行的多个感光元件05与同一条驱动信号线06相连接，驱动信号线06用于开启该行的多个感光元件05。

这样一来，交叉设置且均与感光元件05相连接的读取信号线07和驱动信号线06能够与阵列基板上交叉设置的栅线02和数据线03位置对应设置，例如如图1所示，驱动信号线06与数据线03位置对应，读取信号线07与栅线02位置对应，一条驱动信号线06能够驱动开启一行内的多个感光元件05，避免为每一个感光元件05均设置单独的驱动信号线06，节省了阵列基板上驱动信号线06的设置数量，减少了信号线占用阵列基板上的布线空间，且驱动信号线06的总数量减少，降低了基板内部大量紧密布线时，信号线容易断裂或增加信号线接触不良的故障发生率，当驱动信号线06开启感光元件05时，与该感光元件05相连接的读取信号线07读取信号并输出。

优选的，如图8所示，感光元件05设置在与栅线02相对应的位置，如图9所示，感光元件05与栅线02绝缘设置。

这样一来，感光元件05利用阵列基板上栅线02走线的区域设置在栅线02的对应位置并与栅线02绝缘，不必额外占用阵列基板上的其他区域空间，而且感光元件05与栅线02绝缘，不会影响栅线02的正常工作状态。

本发明的另一方面，提供一种显示装置，包括上述任意一种阵列基板，以及与阵列基板对应设置的对盒基板10，如图10所示，对盒基板10上对应感光元件05的位置处不设置黑矩阵11。

这样一来，手指覆盖在显示装置的显示面时，如图10所示，由于在对盒基板10上对应感光元件05的位置Z处不设置黑矩阵11，背光源照射至手指的光线被手指反射至感光元件05上，以在感光元件05上产生光电转换信号。

为了保证背光源照射至手指的光线避免被黑矩阵11吸收而无法反射至感光元件05上用于识别指纹，在对盒基板10上对应感光元件05的位置Z处不设置黑矩阵11，

由于感光元件05是由衬底基板01上依次设置的第二电极052、光电转化层053以及第一电极051组成的，第二电极052为了保证导电性能，通常会选取透明导电材料或金属材料，当第二电极052为金属材料时，由于金属材料会使光线反射，通过对盒基板10上不设置黑矩阵11的位置处射入的环境光，经过第二电极052的反射后向显示装置的显示面出射，会与显示装置的正常显示画面的光线发生干扰，影响显示装置的画面显示效果。

因此，进一步优选的，如图11所示，当显示装置的阵列基板00与对盒基板10之间设置有液晶层20时，在对盒基板10背离阵列基板00的一侧设置有第一λ/4波片30，在第一λ/4波片30背离阵列基板00的一侧设置有第一偏光片50。在阵列基板00背离对盒基板10的一侧设置有第二λ/4波片40，在第二λ/4波片40背离对盒基板10的一侧设置有第二偏光片60。其中，第一λ/4波片30与第二λ/4波片40的主轴方向相互垂直；第一偏光片50与第二偏光片60的透光轴方向相互垂直。

如图11所示的显示装置中，用于维持显示装置正常显示的背光光线如图中光线C所示，C光线通过第二偏光片60后变为线偏振光，再经过第二λ/4波片40后成为圆偏振光，该圆偏振光经过液晶层20后圆偏振光的偏振方向反向，然后再经过第一λ/4波片30，由于第一λ/4波片30与第二λ/4波片40的主轴方向相互垂直，因此C光线能够全部通过第一λ/4波片30且变为线偏振光，由于第一偏光片50与第二偏光片60的透光轴方向相互垂直，变为线偏振光的C光线完全通过第一偏光片50出射，实现显示装置的正常显示。而且，通过控制液晶层20的偏转状态，可以通过调整液晶层20的光学延迟量来改变背光光线C的偏振方向，实现整个显示装置的灰阶显示。

对于由显示装置显示面入射的环境光，例如图11中的环境光线A照射至第一偏光片50，转换为线偏振光入射，A光线中偏振方向与第一偏光片50的透光轴方向相同的部分光线透过，并经过第一λ/4波片30成为圆偏振光。感光元件05将A光线反射回第一λ/4波片30，反射的圆偏振光的偏转方向与入射的圆偏振光的偏转方向相反，因此在经过第一λ/4波片30转换为线偏振光的A光线的偏振方向与入射时的偏振方向相差90°，因此完全被第一偏光片50阻挡而无法出射，实现防止环境光反射而影响显示效果的目的。由于感光元件05设置在相邻两个亚像素04之间，此区域内的液晶层20的偏转方向不发生变化，因此，防反射效果稳定可靠。

对于背光照射至手指并由手指反射至感光元件05用于指纹识别的光线，如图11中B光线，在手指覆盖处发生反射，反射光射入感光元件05上，当与感光元件05连接的驱动信号线06开启时，感光元件05上连接的读取信号线07将光信号输出至处理器。进行指纹识别时，手指覆盖位置处包含成矩阵形式排列的多个感光元件05，由于手指上不同位置分布这形状、距离均不同的谷和脊，因此不同的感光元件05接收到的反射光信号也不相同，处理器将多个感光元件05输出的信号记录并处理，即可得到特定的指纹信息。

还需要说明的是，当处理器中预先存储有指纹信息时，还可以将读取到的指纹信息与预存的指纹信息作比对，实现对已知的预存指纹的识别。

本发明的再一方面，提供一种使用上述显示装置进行指纹识别的控制方法，如图12所示，包括：

S101、在触控阶段，感光元件05在驱动信号线06的控制下，接收手指反射光线；

S102、感光元件05将接收到的手指反射光线进行光电转化，并由读取信号线07将转化后的电信号输出。

上述触控阶段，即指在显示装置上进行指纹识别时，手指放置在显示装置的显示面上，驱动信号线06提供驱动信号，开启感光元件05工作，感光元件05接收手指反射光线，并进行光电转化，将转化后的电信号由读取信号线07输出。在非触控阶段，感光元件05不工作，则不对反射的光线进行光电转化并输出。触控阶段可以控制驱动信号线06进行设置，例如可以设置为定时对驱动信号线06扫描开启，可以设置为常开，也可以通过特定操作控制开启，此处对此不作具体限定。

进一步的，在多个感光元件05呈矩阵形式排列，与感光元件05相连接的读取信号线07与驱动信号线06交叉设置，每一行的多个感光元件05与同一条驱动信号线06相连接时，如图13所示，S101、在触控阶段，感光元件05在驱动信号线06的控制下，接收手指反射光线包括，

S1011、驱动信号线06逐行输入驱动信号，以驱动感光元件05逐行开启；

S1012、开启的感光元件05接收手指反射光线。

这样一来，感光元件05逐行开启，以逐行扫描的方式获取指纹信息，能够降低当所有感光元件05始终同时保持开启状态时消耗的大量功耗。

优选的，触控阶段位于相邻两图像帧之间。在显示装置的显示图像进行逐帧显示的过程中，利用相邻两图像帧之间的消隐时间，开启驱动信号线06，实现触控阶段的指纹识别。使得显示装置的显示功能不受指纹识别所需的驱动信号和读取信号的影响，在能够实现显示区光学指纹识别的同时，保证显示装置的正常显示。

此外，本发明的感光元件05可以通过溅射成膜的方式制作在阵列基板00上，并进一步刻蚀形成。这样一来，当阵列基板00与对盒基板10对盒并灌注液晶时，液晶层20的整体厚度各处均相同，降低了灌注液晶以及液晶层20厚度不同时控制液晶偏转显示的难度，同时也方便液晶中隔垫物的设计。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。