指纹识别电路及其驱动方法、显示面板与流程

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种指纹识别电路及其驱动方法、显示面板。

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，提供一种能够识别人体指纹信息的指纹识别像素电路。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种指纹识别像素电路，包括复位单元、指纹感测单元、信号获取单元和驱动单元，其中，

所述复位单元分别与读取节点、复位端口以及第一端口连接，用于对读取节点的电位进行复位；

所述指纹感测单元与读取节点连接，用于利用超声波获取指纹信息，并将所述指纹信息转换为检测信号输出至读取节点；

所述信号获取单元分别与读取节点、驱动单元以及电源端口连接，用于将读取节点的信号输出至驱动单元；

所述驱动单元分别与读取端口、信号获取单元、输出端口以及第二端口连接，用于在指纹识别阶段将信号获取单元输出的信号通过读取端口输出，在显示阶段将读取端口的信号输出至输出端口。

优选的，所述驱动单元包括第一晶体管，所述第一晶体管的第一极连接读取端口，第二极连接信号获取单元和输出端口，控制极连接第二端口。

进一步优选的，所述第一晶体管为氧化物薄膜晶体管。

优选的，所述信号获取单元包括第二晶体管，所述第二晶体管的第一极连接驱动单元，第二极连接电源端口，控制极连接读取节点。

进一步优选的，所述第二晶体管为低温多晶硅薄膜晶体管。

优选的，所述复位单元包括第三晶体管，所述第三晶体管的第一极连接复位端口，第二极连接读取节点，控制极连接第一端口。

进一步优选的，所述第三晶体管为氧化物薄膜晶体管。

优选的，所述指纹感测单元包括发射结构和接收结构，其中，所述发射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，并将所述超声波信号转化成检测信号输出至读取节点。

解决本发明技术问题所采用的另一种技术方案是一种如上述的指纹识别像素电路的驱动方法，包括指纹识别阶段和显示阶段，其中，

所述指纹识别阶段包括：

第一复位阶段：向第一端口输入工作电平，向第二端口输入关断电平，向复位端口输入复位电平，复位单元对读取节点的电位进行复位；

读取阶段：向第一端口输入关断电平，向第二端口输入工作电平；指纹感测单元利用超声波获取指纹信息，并将所述指纹信息转换为检测信号输出至读取节点；信号获取单元将读取节点的信号输出至驱动单元；驱动单元将信号获取单元输出的信号通过读取端口输出；

所述显示阶段包括：

第二复位阶段：向第一端口输入工作电平，向第二端口输入关断电平，向复位端口输入关断电平；

充电阶段：向第一端口输入关断电平，向第二端口输入工作电平，向读取端口输入显示信号，驱动单元将读取端口的显示信号输出至输出端口。

解决本发明技术问题所采用的另一种技术方案是一种显示面板，包括上述任意一种指纹识别像素电路，以及多条交叉设置的栅线、复位线、电源线、读取线、显示单元；

对每个指纹识别像素电路，其

输出端口连接显示单元；

第一端口和第二端口分别连接两条相邻的栅线；

复位端口连接复位线；

电源端口连接电源线；

读取端口连接读取线，所述读取线在显示阶段复用为数据线。

本发明中，复位单元对读取节点的电位进行复位，之后读取节点的电位根据指纹感测单元输出的检测信号发生相应变化，从而使信号获取单元输出的信号发生相应变化，进而使驱动单元输出至读取端口的信号发生变化。由于本发明中的指纹感测单元可根据将指纹信息转换为检测信号输出，那么指纹感测单元在感测不同的指纹信息后，驱动单元输出至读取端口的信号也是不同的，故可根据读取端口的信号识别指纹信息。

附图说明

图1为实施例1的指纹识别像素电路的电路图；

图2为实施例1的指纹识别像素电路的时序图；

图3为实施例1的低温多晶硅薄膜晶体管和氧化物薄膜晶体管的特性曲线图；

图4为实施例3的显示面板的电路图；

其中附图标记为：t1、第一晶体管；t2、第二晶体管；t3、第三晶体管；rx、接收结构；pn、整流二极管；gate、栅线；reset、复位线；sd&rd、读取线；vd、电源线；pixel、像素电极。

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至3所示，本实施例提供一种能够识别人体指纹信息的指纹识别像素电路，该指纹识别像素电路包括：复位单元、指纹感测单元、信号获取单元和驱动单元。

其中，复位单元分别与读取节点、复位端口以及第一端口连接，用于对读取节点的电位进行复位；指纹感测单元与读取节点连接，用于获取指纹信息，并将指纹信息转换为检测信号输出至读取节点；信号获取单元分别与读取节点、驱动单元以及电源端口连接，用于将读取节点的信号输出至驱动单元；驱动单元分别与读取端口、信号获取单元、输出端口以及第二端口连接，用于在指纹识别阶段将信号获取单元输出的信号通过读取端口输出，在显示阶段将读取端口的信号输出至输出端口。

其中，读取节点为复位单元、指纹感测单元和信号获取单元三者的间接点。

本实施例中，复位单元对读取节点的电位进行复位，之后读取节点的电位根据指纹感测单元输出的检测信号发生相应变化，从而使信号获取单元输出的信号发生相应变化，进而使驱动单元输出至读取端口的信号发生变化。由于本实施例中的指纹感测单元可根据将指纹信息转换为检测信号输出，那么指纹感测单元在感测不同的指纹信息后，驱动单元输出至读取端口的信号也是不同的，故可根据读取端口的信号识别指纹信息。也就是说本实施例中提供了一种可以识别指纹信息的电路。

本实施例提供的指纹识别像素电路可以在一帧中的不同时间内分别实现显示和指纹识别，其在显示状态下指纹识别的时序图如图2所示。可以理解的是，当该指纹识别像素电路只提供显示功能而不进行指纹识别时，一帧时间内指纹识别阶段为关闭状态。

该指纹识别像素电路中，优选的，驱动单元包括第一晶体管t1，第一晶体管t1的第一极连接读取端口，读取节点连接读取线sd&rd，第二极连接信号获取单元和输出端口，控制极连接第二端口，第二端口连接栅线gate。驱动单元的工作原理为：在指纹识别阶段，通过栅线gate向第二端口输入工作电平，第一晶体管t1导通，信号获取单元输出的信号通过第一极输出至读取端口；在显示阶段，通过栅线gate向第二端口输入工作电平，第一晶体管t1导通，通过读取线sd&rd向读取端口输入显示信号，显示信号从输出端口输出。

可以理解的是，读取端口可以通过读取线sd&rd连接其它电路(图像处理单元)，以通过后续处理进行指纹识别。

优选的，第一晶体管t1为氧化物薄膜晶体管(oxidetft)。由于氧化物薄膜晶体管的均一性更好，且其漏电流较低(一般氧化物薄膜晶体管的漏电流低于10^-13安培)，故在显示阶段可以更好的保持静态黑画面，以提升显示画质，同时能够降低驱动频率，减小的功耗，增加蓄电能力。

优选的，输出端口与显示单元(像素电极pixel)连接。在显示阶段，驱动单元控制像素电极pixel进行充电。

优选的，信号获取单元包括第二晶体管t2，第二晶体管t2的第一极连接驱动单元，第二极连接电源端口，电源端口连接电源线vd，控制极连接读取节点。信号获取单元的工作原理为：在指纹识别阶段，读取节点的电位不同控制第二晶体管t2的特性处于不同状态，当电源端口为固定电位时，读取节点的不同电位可以控制第二晶体管t2的第一极输出不同电流。

优选的，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)，不同的开启电压vgh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。

优选的，复位单元包括第三晶体管t3，第三晶体管t3的第一极连接复位端口，复位端口连接复位线reset，第二极连接读取节点，控制极连接第一端口，第一端口连接栅线gate。复位单元的工作原理为：在指纹识别阶段，通过栅线gate向第一端口输入工作电平，第三晶体管t3导通，通过复位线reset向复位端口输入复位电平(即一个预定的电平)，对读取节点的电位进行复位；在显示阶段，通过栅线gate向第一端口输入工作电平，第三晶体管t3导通，通过复位线reset向复位端口输入关断电平，信号获取单元关断，以防止信号获取单元影响驱动单元。

可以理解的是，第一晶体管t1和第三晶体管t3的控制极连接的栅线gate为两条不同的栅线gate。

优选的，第三晶体管t3为氧化物薄膜晶体管。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。

优选的，指纹感测单元包括发射结构和接收结构rx。其中，发射结构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，并将超声波信号转化成检测信号输出至读取节点。

由于指纹的谷和脊反射的超声波信号大小不同，故对应谷和脊的接收结构rx将超声波信号转换成检测信号的大小就不同，则读取节点的信号就不同。

优选的，指纹感测单元还包括整流二极管pn，整流二极管pn的第一极连接接收结构rx，第二极连接读取节点。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，此时可以接收结构rx输出电信号进行整流处理，防止电流倒挂。

需要说明的是，本实施例中，涉及到的“控制极”具体是指晶体管的栅极，“第一极”具体是指晶体管的源漏极中的一极，相应的“第二极”具体是指晶体管的源漏极中的另一极。当然，本领域的技术人员应该知晓的是，该“第一极”与“第二极”可进行互换。

本实施例提供一种指纹识别像素电路，包括复位单元、指纹感测单元、信号获取单元和驱动单元。其中，指纹感测单元可根据将指纹信息转换为检测信号，并最终通过驱动单元将信号输出至读取端口。本实施例中，第三晶体管t3的漏电流较小，可以较好地保持读取节点的电位，而第二晶体管t2的线性区较缓，能够实现精准的指纹识别，同时在显示阶段可以更好的保持静态黑画面，从而提升显示画质。

实施例2：

本实施例提供一种实施例1的指纹识别像素电路的驱动方法，包括指纹识别阶段和显示阶段。

其中，指纹识别阶段包括：

第一复位阶段：向第一端口输入工作电平，向第二端口输入关断电平，向复位端口输入复位电平，复位单元对读取节点的电位进行复位。

读取阶段：向第一端口输入关断电平，向第二端口输入工作电平；指纹感测单元利用超声波获取指纹信息，并将指纹信息转换为检测信号输出至读取节点；信号获取单元将读取节点的信号输出至驱动单元；驱动单元将信号获取单元输出的信号通过读取端口输出。

显示阶段包括：

第二复位阶段：向第一端口输入工作电平，向第二端口输入关断电平，向复位端口输入关断电平。

充电阶段：向第一端口输入关断电平，向第二端口输入工作电平，向读取端口输入显示信号，驱动单元将读取端口的显示信号输出至输出端口。

具体的，以复位单元包括第三晶体管t3、指纹感测单元包括发射结构和接收结构rx、信号获取单元包括第二晶体管t2、驱动单元包括第一晶体管t1为例，对指纹识别像素电路在指纹识别以及显示阶段的具体工作过程进行描述。

其中，工作电平是指可让晶体管导通的电平，关断电平则是至可使晶体管关断的电平，对于n型晶体管工作电平为高电平，关断电平为低电平；对于p型晶体管工作电平为低电平，关断电平为高电平。

可以理解的是，在该指纹识别像素电路工作时，电源端口的电位保持固定。

指纹识别阶段具体包括：

第一复位阶段：向第一端口输入工作电平，向第二端口输入关断电平，第三晶体管t3导通，第一晶体管t1关断，向复位端口输入复位电平(即一个预定的电平)，复位电平通过第一晶体管t1传导至读取节点，对读取节点的电位进行复位(电位初始化)。

读取阶段：发射结构产生超声波，接收结构rx接收手指所反射的超声波信号，并将超声波信号转化成检测信号输出至读取节点，从而控制第二晶体管t2输出相应信号。向第一端口输入关断电平，向第二端口输入工作电平，第三晶体管t3关断，第一晶体管t1导通，第二晶体管t2输出的信号经过第一晶体管t1的第一极输出至读取端口，通过对该信号的分析，即可获知该指纹识别像素电路所在位置是对应指纹的谷还是脊。如果没有指纹操作，读取节点的控制极保持复位电平，读取端口输出的信号保持不变。

第一保持阶段：向第一端口和第二端口输入关断电平，本指纹识别像素电路不进行指纹识别，等待其它行的指纹识别像素电路进行指纹识别。

显示阶段具体包括：

第二复位阶段：向第一端口输入工作电平，向第二端口输入关断电平，第三晶体管t3导通，第一晶体管t1关断，向复位端口输入关断电平，第二晶体管t2关断，以防止电源端口的信号对显示单元造成影响。

充电阶段：向第一端口输入关断电平，向第二端口输入工作电平，第三晶体管t3关断，第一晶体管t1导通，向读取端口输入显示信号，该显示信号经第一晶体管t1输出至输出端口，输出端口连接显示单元(像素电极pixel)，显示单元根据该显示信号进行显示。

第二保持阶段：向第一端口和第二端口输入关断电平，本指纹识别像素电路不再工作，与其连接的显示单元(像素电极pixel)依靠存储电容保持显示当前内容，等待其它行的指纹识别像素电路进行显示。

实施例3：

如图4所示，本实施例提供一种具有指纹识别功能的显示面板，包括实施例1中的任意一种指纹识别像素电路，以及多条交叉设置的栅线gate、复位线reset、电源线vd、读取线sd&rd、显示单元。

其中，对每个指纹识别像素电路，其输出端口连接显示单元；第一端口和第二端口分别连接两条相邻的栅线gate；复位端口连接复位线reset；电源端口连接电源线vd；读取端口连接读取线sd&rd，读取线sd&rd在显示阶段复用为数据线。

其中，读取线sd&rd复用是指在指纹识别阶段读取线sd&rd用于将检测信号输出，而在显示阶段则用于向读取端口输入显示信号，以通过第一晶体管t1控制显示单元的显示。

优选的，同行设置的各指纹识别像素电路的各第一端口连接同一条栅线gate，各第二端口连接同一条栅线gate。同列设置的各指纹识别像素电路的各复位端口连接同一条复位线reset，各读取端口连接同一条读取线sd&rd，各电源端口连接同一条电源线vd。

其中，第n行的第一晶体管t1和第n+1行的第三晶体管t3的控制极连接同一条栅线gate，以简化制作工艺。进一步的，当第n行的指纹识别像素电路处于显示阶段时，该栅线gate(第n行的第一晶体管t1和第n+1行的第三晶体管t3共同连接的一条栅线gate)输入工作电平，第n+1行的指纹识别像素电路处于指纹识别阶段。

该显示面板的具体工作原理参照实施例1，在此不在赘述。

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。