指纹识别结构、显示装置的制作方法

本实用新型属于指纹识别技术领域，具体涉及一种指纹识别结构、显示装置。

背景技术：

随着技术的发展，很多手机、平板电脑等显示装置开始具有指纹识别功能。一种现有的指纹识别方式如图1所示，显示面板(以液晶显示面板71为例，其入光面外还设有背光单元72)中设有多个感光单元1，当手指按在显示面板上时，可将显示面板发出的光反射回各感光单元1，而指纹的谷91和脊92对光的反射不同，故与谷91和脊92对应的感光单元1产生的感应信号(如光电流)不同，通过比较各感光单元的感应信号即可确定指纹的图案。

但是，由于感光单元中光敏器件的尺寸、性能等的限制，其产生的感应信号(光电流)一般很小；相对的，由环境光、漏电流、寄生电容、电路干扰等产生的噪声信号则强度较大。因此，实际的感应信号的信噪比低，噪声信号难以去除，从而造成指纹识别的精度低。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种感应信号的信噪比高、指纹识别准确性高的指纹识别结构、显示装置。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是一种指纹识别结构，其包括：

发光单元，用于向手指发光；

感光单元，设于能接收到由手指反射的发光单元发出的光的位置，用于根据接收的光的强度产生感应信号；

调制信号产生单元，用于产生具有调制频率的调制信号，并用调制信号控制所述发光单元以调制频率闪烁发光；

解调单元，与所述感光单元相连，用于对所述感应信号进行解调。

优选的是，所述解调单元包括：隔直电路，其输入端连接感光单元；解调电路，其输入端连接隔直电路的输出端；低通滤波电路，其输入端连接解调电路的输出端。

优选的是，所述感光单元为用于产生感应电流信号的感光单元；所述指纹识别结构还包括：连接在所述感光单元与解调单元间的电流电压转换单元。

优选的是，所述调制信号产生单元还与所述解调单元相连，用于将所述调制信号输送至解调单元作为解调载波信号。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是一种显示装置，其包括：

上述的指纹识别结构。

优选的是，所述显示装置包括：液晶显示面板，所述液晶显示面板包括多个像素，且所述感光单元设于液晶显示面板中；设于所述液晶显示面板入光面外的背光单元，所述背光单元为所述发光单元；所述调制信号产生单元与背光单元相连，并用其产生的调制信号驱动所述背光单元发光。

进一步优选的是，所述感光单元设于相邻像素的间隔处。

进一步优选的是，所述液晶显示面板包括阵列基板和彩膜基板，所述感光单元设于所述阵列基板或彩膜基板中。

优选的是，所述显示装置包括：发光二极管显示面板，所述发光二极管显示面板包括多个像素，且所述感光单元设于发光二极管显示面板中。

进一步优选的是，每个所述像素包括发光二极管和用于驱动发光二极管发光的驱动电路，所述驱动电路包括与发光二极管直接串联的开关薄膜晶体管，所述开关薄膜晶体管导通时允许电流流过所述发光二极管，关断时不允许电流流过所述发光二极管；所述调制信号产生单元与开关薄膜晶体管的栅极连接。

进一步优选的是，所述感光单元设于相邻像素的间隔处。

进一步优选的是，所述发光二极管显示面板包括阵列基板和对盒基板，所述感光单元设于所述阵列基板或对盒基板中。

优选的是，所述显示装置包括：多个像素，每个像素包括所述发光单元和用于驱动发光单元发光的驱动电路，所述驱动电路包括开关器件，所述开关器件用于将发光单元与驱动电路的其他部分导通或切断；所述调制信号产生单元与开关器件相连，并用其产生的调制信号控制所述开关器件的导通或关断。

本实用新型的指纹识别结构中，调制信号产生单元能控制发光单元按照特定频率闪烁发光，感光单元接收到的由手指反射的光也按调制频率闪烁，故因反射光而产生的感应信号相当于经过了调制频率的调制；相应的，因环境光、电路等而产生的噪声信号与发光单元的发光情况无关，故并无频率特性(相当于其未经过调制)；因此，在对感应信号进行解调后，即可有效的除去其中的噪声信号，从而实现噪声的分离，提高其信噪比，实现更精确的指纹识别。

附图说明

图1为具有指纹识别功能的显示装置的剖面结构示意图；

图2为调制解调的原理示意图；

图3为本实用新型的实施例的一种指纹识别结构的组成框图；

图4为本实用新型的实施例的一种指纹识别结构中的电流电压转换单元的结构示意图；

图5为本实用新型的实施例的一种指纹识别结构中的隔直电路的作用原理意图；

图6为本实用新型的实施例的一种指纹识别结构中的隔直电路的结构示意图；

图7为本实用新型的实施例的一种指纹识别结构中的解调电路的结构示意图；

图8为本实用新型的实施例的一种指纹识别结构中的低通滤波电路的结构示意图；

图9为本实用新型的实施例的一种显示装置中感光单元的分布示意图；

图10为本实用新型的实施例的一种显示装置中像素的驱动电路的结构图；

图11为本实用新型的实施例的一种显示装置中像素的驱动电路的驱动时序图；

图12为本实用新型的实施例的一种显示装置中产生EM信号的移位寄存器的电路图；

图13为本实用新型的实施例的一种显示装置中产生EM信号的移位寄存器的驱动时序图；

图14为电路中噪声随频率的分布图；

其中，附图标记为：1、感光单元；71、液晶显示面板；72、背光单元；91、谷；92、脊；K1、第一开关；K2、第二开关；K3、第三开关；K4、第四开关；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；M1、第一薄膜晶体管；M2、第二薄膜晶体管；M3、第三薄膜晶体管；M4、第四薄膜晶体管；M5、第五薄膜晶体管；M6、第六薄膜晶体管；T、薄膜晶体管；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；T6、第六晶体管；T7、第七晶体管；T8、第八晶体管；T9、第九晶体管；T10、第十晶体管；T11、第十一晶体管；C、电容；C1、第一电容；C2、第二电容；C3、第三电容；OLED、发光二极管；Read、读取线；Gate、栅极线。

具体实施方式

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

实施例1：

如图2至图14所示，本实施例提供一种指纹识别结构，其包括：

发光单元，用于向手指发光；

感光单元1，设于能接收到由手指反射的发光单元发出的光的位置，用于根据接收的光的强度产生感应信号；

调制信号产生单元，用于产生具有调制频率的调制信号，并用调制信号控制发光单元以调制频率闪烁发光；

解调单元，与感光单元1相连，用于对感应信号进行解调。

本实施例的指纹识别结构中，包括至少一个能向手指发光的发光单元，以及多个设于不同位置且能因光照强度不同而产生不同感应信号的感光单元1。由于指纹的谷91和脊92对光的反射不同，故对应指纹谷91和脊92位置的感光单元1产生的感应信号也不同，通过对各感光单元1产生的感应信号进行分析比较，即可确定与各感光单元1的对应的是指纹的什么部位，从而得到指纹图案，实现指纹识别。

与常规指纹识别结构不同，本实施例的指纹识别结构中还包括调制信号产生单元，其能产生具有调制频率(即一个特定的频率)的调制信号(或者说调制载波)，例如，调制信号可为具有调制频率的方波信号。调制信号产生单元产生的调制信号用于控制发光单元发光，从而在要进行指纹识别时，发光单元能按照该调制频率闪烁的发光。相应的，本实施例的指纹识别结构中还包括多个解调单元，其可用于对各感光单元1产生的感应信号进行解调，显然，解调单元应当按照调制频率对感应信号进行解调。

当然，以上调制信号产生单元可为多种不同的形式，例如方波产生电路、驱动芯片等，在此不再详细描述。同时，解调单元还应与指纹识别芯片相连，以便指纹识别芯片对解调后的信号进行分析处理，最终得到指纹，在此对其也不再详细描述。

在本实施例的指纹识别结构中，调制信号产生单元能控制发光单元按照特定频率闪烁发光，故感光单元1接收到的由手指反射的光也按调制频率闪烁，因反射光而产生的感应信号也就相当于经过了调制频率的调制；相应的，因环境光、电路等而产生的噪声信号与发光单元的发光情况无关，故并无频率特性(相当于其未经过调制)；因此，在对感应信号进行解调后，即可有效的除去其中的噪声信号，从而实现噪声的分离，提高其信噪比，实现更精确的指纹识别。

下面对调制和解调的基本原理进行具体介绍。为使原理的描述更清楚，故以下用正弦波作为调制载波，应当理解，其他类型的调制载波(如本实施例的方波)可通过傅里叶展开成为正弦波的形式。同时，以下待调制的原始信号采用随时间明显变化的信号。

如图2所示，原始的待调制信号为V(t)，即t时刻信号的强度为V(t)，其相当于未采用本实用新型的调制信号产生单元时感光单元1产生的与频率无关的感应信号。

用特定频率的正弦波(调制载波)对V(t)进行调制，得调制后的信号为X(t)＝V(t)×cos(ω₀t+θ₀)，其中ω₀为正弦波的角频率，θ₀为其初始相位。该X(t)相当于采用本实用新型的调制信号控制发光单元后，感光单元1产生的感应信号，当然，此时的感应信号中实际还包括很多与频率无关的噪声，但在图中并未示出。

用同样频率的载波对X(t)进行解调，可得到解调后的信号为U(t)＝X(t)×cos(ω₀t+θ₁)×Vr×cos(ω₀t-θ₁)，其中Vr为人为设定的幅值，θ₁为解调载波的初始相位，为方便一般可使θ₁＝θ₀。由此，可进一步得到U(t)＝0.5Vr×V(t)+0.5Vr×V(t)×cos(2ω₀t+2θ₀)；其中，若X(t)中存在不符合调制频率的噪声信号，则会被除去而无法进入U(t)，也就是无法进入解调后的信号。

之后对U(t)进行低通滤波，即可得到还原的V’(t)信号，其与V’(t)信号基本相同只是其被放大了一定倍数，且X(t)中噪声信号已经被除去。

优选的，感光单元1为用于产生感应电流信号的感光单元1；指纹识别结构还包括：连接在感光单元1与解调单元间的电流电压转换单元。

在指纹识别中，一般感光单元1产生的都是电流信号，如感光单元1可为光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻等。如图3所示，由于直接对电流信号进行处理比较困难，故可设置电流电压转换单元(IV转换电路)将其转变为电压信号。而电流电压转换单元可采用多种不同的形式，例如采用图4所示的电路，其中，为避免感应信号失真，故图中的放大器的偏置和失调电流应非常小，至少要小于感应信号两个数量级。

优选的，解调单元可包括：

隔直电路，其输入端连接感光单元1；

解调电路，其输入端连接隔直电路的输出端；

低通滤波电路，其输入端连接解调电路的输出端。

显然，如图5中的a)所示，感光单元1有光照时会有正向输出，无光照时无输出，但不会有反向输出，因此其产生的感应信号是单向的方波信号(不考虑噪声)，或者说是有直流分量的信号；而若要进行解调(全波相敏解调)，则要先除去其中的直流分量，因此，可先用隔直电路对感应信号进行处理，除去其中的直流分量b)，而得到c)波形。其中，具体的隔直电路可采用多种不同的形式，例如采用图6所示的电路，在此不再详细描述。

在进行隔直后，即可用解调电路对信号进行解调。解调电路可采用如图7所示的形式，其中第一开关K1、第四开关K4的第一端连接解调电路的输入端，第二端分别连接第一电阻R1和第三电阻R3的第一端；第二开关K2、第三开关K3的第一端连接接地端，第二端分别连接第一电阻R1和第三电阻R3的第一端；第一电阻R1和第三电阻R3的第二端则分别连接放大器的负输入端和正输入端，放大器的输出端则连接解调电路的输出端，且还有第二电阻R2连接在放大器的负输入端和输出端之间，有第四电阻R4连接在放大器的正输入端和接地端之间。其中，各开关均受解调信号(解调方波)控制，且第二开关K2与第四开关K4同步动作，第一开关K1与第三开关K3同步动作，而第二开关K2与第一开关K1状态相反。具体的，当解调方波为高电平时，第二开关K2与第四开关K4导通，第一开关K1与第三开关K3关断，电路相当于同相放大电路，增益为正；而当解调方波为低电平时，第二开关K2与第四开关K4关断，第一开关K1与第三开关K3导通，电路相当于反相放大电路，其放大增益为负。由此，当信号经过该电路后，相当于被“乘以”解调方波，故实现了信号的解调。其中，各开关的具体类型是多样的(如为类型相反的薄膜晶体管，其栅极均输入解调方波)，而解调电路的具体形式也是多样的，故在此均不再详细描述。

显然，以上解调得到的信号仍然是具有调制频率的信号，因此可对其进行低通滤波，从而使其变为稳定的信号，以便进行后续的处理。其中，低通滤波可采用多种不同的形式，例如采用图8所示的电路，在此不再详细描述。

优选的，调制信号产生单元还与解调单元相连，用于将调制信号输送至解调单元作为解调载波信号。

也就是说，也可将调制信号产生单元直接与解调单元相连，从而其产生的调制信号可直接作为解调载波用于解调中(如用于控制图7中的各开关)。这样，可很好的保证调制和解调的载波具有完全一样的波形和相位，解调最准确，且不用再设置额外的产生解调载波的器件。当然，如果解调单元中包括专门用于产生解调载波的电路等，也是可行的。

优选的，调制频率1kHz以上，更优选在10kHz至100kHz之间。

也就是说，调制信号的频率(也就是发光单元闪烁的频率)优选在以上范围内。

可见，电路本身产生的不可避免噪声的频率分布如图14所示，较低频率的噪声幅度较大，但随频率升高而降低，而较高频率的噪声幅度较小，且随频率均匀分布，其称为“白噪声”。以上调制频率属于白噪声的频率范围，因此低频率的幅度较大的噪声会在解调时被除去，而在白噪声中，正好符合调制频率的噪声比重很小，故绝大部分的白噪声也会在解调时被除去；因此，当采用以上的调制频率进行调制解调时，可将电路自身产生的绝大部分的噪声都除去，进一步提高解调后信号的信噪比。

本实施例还提供一种显示装置，其包括上述的指纹识别结构。

也就是说，以上的指纹识别结构可与显示装置结合起来，使显示装置同时具有指纹识别功能。其中，指纹识别结构的各感光单元1可均匀分布在显示装置的显示面板中，从而可在显示面板的各位置均实现指纹识别，当然，其同时还可实现触控功能(既然可分辨指纹，当然也可分辨哪里有手指)。

具体的，各感光单元1可设于阵列基板中，并且位于显示用的像素周边，例如设于黑矩阵所在的位置；因此，感光单元1采取的是incell形式，与显示的而结合更好，不需设置单独的触控基板，且不会造成透过率降低等。

同时，如图9所示，同列的感光单元1可分别通过晶体管T与一条读取线Read相连，而与同行感光单元1对应的晶体管T的栅极可连接同一条控制线(如使用栅极线Gate)，故各感光单元1可按照与进行显示时类似的“扫描”方式输出感应信号，从而减少其中引线的数量。相应的，由于同列感光单元1是轮流输出感应信号的，故只要在每条读取线Read的端部设置电流电压转换单元、解调单元，之后再于指纹识别芯片相连即可，从而可减少显示装置中的器件和引线数量，简化产品结构，降低产品成本。

优选的，作为本实施例的一种方式，显示装置包括：液晶显示面板，液晶显示面板包括多个像素，且感光单元1设于液晶显示面板中；设于液晶显示面板入光面外的背光单元，背光单元为发光单元；调制信号产生单元与背光单元相连，并用其产生的调制信号驱动背光单元发光。

也就是说，显示装置优选为液晶显示装置，由于液晶显示装置的光来自背光单元，故可直接用背光单元作为以上的发光单元，并用调制信号产生单元产生的调制信号直接驱动背光单元按照调制频率闪烁发光。例如，可采用PWM电路(脉冲宽度调制电路)作为调制信号产生单元，并用其为背光单元供电，则背光源可按照PWM电路输出的脉冲信号闪烁发光。

而且，以上感光单元1是集成在液晶显示面板中的，而液晶显示面板中设有电极、引线等许多显示用的结构，这些结构都会对光的反射造成影响。因此，现有感光单元1若设于液晶显示面板中，则往往会产生更大的噪声，难以实际实现指纹识别，故现有感光单元1一般要设在单独的触控基板上。而根据本实施例的方案，通过调制解调可大幅降低噪声，从而使感光单元1与液晶显示面板的集成成为可能，简化显示装置的结构。

优选的，感光单元1设于相邻像素的间隔处。

其中，像素是指实际发出显示用的光的区域，其间一般设有黑矩阵。为避免感光单元1影响显示，故其优选设在相邻像素的间隔处。当然，当感光单元1设在像素间隔处时，应保证黑矩阵不会影响其接收反射光(如去掉感光单元1所在位置的黑矩阵，或将感光单元1设在黑矩阵靠近出光面的一侧)。

更优选的，液晶显示面板包括阵列基板和彩膜基板，感光单元1设于阵列基板或彩膜基板中。

也就是说，液晶显示面板一般是由阵列基板和彩膜基板对盒而成的，故感光单元1可设在该阵列基板或彩膜基板上。当感光单元1设在阵列基板上时，其相应的引线等可与阵列基板上的其他结构一同制造，故制备简便；而当感光单元1设在彩膜基板上时，其距离手指较近，手指反射的光发散较少，其产生的信号更准确。

优选的，作为本实施例的另一种方式，显示装置包括：多个像素，每个像素包括发光单元和用于驱动发光单元发光的驱动电路，驱动电路包括开关器件，开关器件用于将发光单元与驱动电路的其他部分导通或切断；调制信号产生单元与开关器件相连，并用其产生的调制信号控制开关器件的导通或关断。

也就是说，显示装置也可为各像素直接发光的形式，而像素包括能发光的发光器件(即发光单元)和用于驱动该发光单元的驱动电路。同时，在驱动电路中设置有开关器件，当开关器件导通时，驱动电路的除开关单元外的其他部分与发光单元连接，可驱动发光单元发光；而当开关器件关断时，驱动电路的其他部分与发光单元断开，相当于发光单元不与驱动电路连接，故不发光。因此，只要用调制信号产生单元产生的调制信号控制该开关器件，即可使发光单元(发光器件)按照调制频率闪烁发光。

优选的，作为本实施例的另一种方式，显示装置包括发光二极管显示面板，发光二极管显示面板包括多个像素，且感光单元1设于发光二极管显示面板中。

也就是说，显示装置也可为发光二极管显示装置，故其中具有发光二极管显示面板，相应的，此时感光单元1可集成在该发光二极管显示面板中，以简化显示装置的结构。

更优选的，感光单元1设于相邻像素的间隔处。

更优选的，发光二极管显示面板包括阵列基板和对盒基板，感光单元1设于阵列基板或对盒基板中。

也就是说，在发光二极管显示面板中，感光单元1优选也设于像素的间隔处，且优选也设于某个基板中。

更优选的，发光二极管显示面板的每个像素包括发光二极管和用于驱动发光二极管发光的驱动电路，驱动电路包括与发光二极管直接串联的开关薄膜晶体管，开关薄膜晶体管导通时允许电流流过发光二极管，关断时不允许电流流过发光二极管；且调制信号产生单元与开关薄膜晶体管的栅极连接(包括直接或间接连接)。

也就是说，发光二极管显示面板的每个像素包括发光二极管及其驱动电路，在驱动电路中，还包括与发光二极管直接串联的薄膜晶体管，其称为开关薄膜晶体管。显然，开关薄膜晶体管导通时可有电流流过发光二极管，发光二极管可能发光(但不是必然发光，如其也可显示纯黑色)，而开关薄膜晶体管关断时则电流不能流过发光二极管，发光二极管必然不发光。由此，该开关薄膜晶体管是用于直接控制电流是否能流过发光二极管，或者说其直接控制发光二极管是否能发光。而且，该开关薄膜晶体管的栅极还与调制信号产生单元，故其开关受调制信号的控制，因此开关薄膜晶体管即相当于上述的开关单元，而发光二极管即为上述的发光单元。

具体的，一种发光二极管显示装置的像素的驱动电路及其驱动时序如图10和图11所示。该驱动电路用于驱动发光二极管，其具体包括第一薄膜晶体管M1、第二薄膜晶体管M2、第三薄膜晶体管M3、第四薄膜晶体管M4、第五薄膜晶体管M5、第六薄膜晶体管M6，以及电容C，驱动电路中的各结构分别受不同的信号控制。其中，第六薄膜晶体管M6一端与发光二极管的阳极相连，而其栅极则与EM信号连接，故正好可作为以上的开光薄膜晶体管(开关器件)，而产生EM信号的结构则为调制信号产生单元。在指纹识别阶段，只要用EM信号为具有调制频率的调制信号，即可使发光二极管闪烁发光。

应当理解，不同行的像素开始进行显示的时间不同，故它们的驱动电路中的Reset、Vgate等信号不同步；但通常而言，由于整个显示装置要同时进入指纹识别阶段，因此不同像素的驱动电路中的EM信号应同时变为调制信号。其中，指纹识别阶段的方式是多样的，其可以是与显示阶段按照预定方式轮流出现，也可以是在运行特定程序或进行特定操作时出现。

为实现以上目的，用于产生EM信号的移位寄存器和驱动时序可如图12、13所示，其中，多个移位寄存器级联，每个移位寄存器为一行像素提供EM信号。具体的，该移位寄存器包括第一晶体管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、第六晶体管T6、第齐晶体管T7、第八晶体管T8、第九晶体管T9、第十晶体管T10、第十一晶体管T11，以及第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3，移位寄存器中的各结构分别与不同的信号相连。该移位寄存器与现有移位寄存器的区别仅在于，现有移位寄存器中的VGL和VGL-1是同一信号，而本实施例的移位寄存器中两个信号不同，相当于增加了一条引线为移位寄存器供电。具体的，如图13所示，除指纹识别阶段外的其它阶段，VGL信号和VGL-1信号一样，都是低电平；而当要进入指纹识别阶段时，只要使VGL-1信号变为具有调制频率的信号，即可使各像素中的EM信号均变为具有调制频率的调制信号，进而使各发光单元(发光二极管)同时闪烁发光。可见，此时是移位寄存器和用于产生VGL-1信号的电路(如驱动芯片)共同作为调制信号产生单元。

当然，以上驱动电路、调制信号产生单元等的具体形式都是多样的，只要驱动电路中具有能对发光单元进行控制的开关器件，且该开关器件能受调制信号产生单元的控制即可。

本上述实施例中涉及到的发光二极管可以是OLED(有机发光二极管)或者QLED(量子点发光二极管)。该发光二极管作为像素单元，呈阵列排布用来显示图像。

本实施例还提供一种指纹识别方法，其包括：

发光单元以调制频率闪烁的向手指发光，感光单元1接收由手指反射的发光单元发出的光，并根据接收的光的强度产生感应信号；

对感应信号进行解调，根据解调后的信号判断感光单元1进行指纹识别。

也就是说，可使发光单元按照调制频率闪烁的发光(例如通过调制信号控制)，并在闪烁发光的状态下用感光单元1接收手指反射回来的光，之后对感光单元1产生的感应信号进行解调，最后根据解调后的信号进行指纹识别。其中，根据解调后的信号进行指纹识别的具体方法不再详细描述。

当然，该指纹识别方法优选通过以上的指纹识别结构或显示装置实现。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型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实用新型的保护范围。