指纹识别单元及其驱动方法、显示基板和显示装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种指纹识别单元及其驱动方法、显示基板和显示装置。指纹识别单元设置于显示基板中，指纹识别单元包括：开关单元、驱动单元和电容图形，开关单元、驱动单元和电容图形均连接至节点，且开关单元与栅线和数据线连接，驱动单元与信号输入线和信号输出线连接；当手指未按压时，开关单元在栅线输出的栅极信号的控制下开启，数据线通过开启的开关单元对节点充电；当手指按压时，信号输入线向驱动单元输入驱动信号，驱动单元在节点的电压的控制下通过信号输出线输出读取信号，读取信号用于识别出手指按压的指纹。本发明实现了显示装置中整屏的指纹识别；并且实现了与显示基板内部结构采用同一工艺制程进行制造，进而降低了成本。
【专利说明】
指纹识别单元及其驱动方法、显示基板和显示装置
技术领域
[0001]本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种指纹识别单元及其驱动方法、显示基板和显示装置。
【背景技术】
[0002]20世纪90年代后期，香港理工大学与清华大学率先开创了指纹识别技术研究领域，指纹识别具有精度高、速度快、价格低、用户接受度高等优点，因此该领域开创以来，就得到了学术界的充分重视，国内外很多的高校和科研机构纷纷加入到该研究领域中，并取得了一系列的成果。
[0003]目前，指纹识别技术的应用越来越广泛。且随着显示技术的发展，越来越多的显示装置上设置有指纹识别功能。现有技术中，通常将具有指纹识别功能的器件设置于显示装置的外部，这种具有指纹识别功能的器件通常仅能实现局部的指纹识别，例如:手机的主页(Home)键位置的指纹识别。
[0004]现有技术中存在如下技术问题:
[0005]I)现有技术中具有指纹识别功能的器件仅能实现局部的指纹识别，无法实现显示装置中整屏的指纹识别；
[0006]2)单独设置的具有指纹识别功能的器件需要单独的工艺制程进行制造，从而提高了成本。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种指纹识别单元及其驱动方法、显示基板和显示装置，用于实现显示装置中整屏的指纹识别以及降低成本。
[0008]为实现上述目的，本发明提供了一种指纹识别单元，所述指纹识别单元设置于显示基板中，所述指纹识别单元包括:开关单元、驱动单元和电容图形，所述开关单元、所述驱动单元和电容图形均连接至节点，且所述开关单元与栅线和数据线连接，所述驱动单元与信号输入线和信号输出线连接；
[0009]当手指未按压时，所述开关单元在所述栅线输出的栅极信号的控制下开启，数据线通过开启的开关单元对节点充电；
[0010]当手指按压时，信号输入线向所述驱动单元输入驱动信号，所述驱动单元在节点的电压的控制下通过信号输出线输出读取信号，所述读取信号用于识别出手指按压的指纹。
[0011 ]可选地，所述开关单元包括第一开关管，所述驱动单元包括第二开关管；
[0012]所述第一开关管的控制极和所述栅线连接，所述第一开关管的第一极和所述数据线连接，所述第一开关管的第二极和所述节点连接；
[0013]所述第二开关管的控制极和所述节点连接，所述第二开关管的第一极和所述信号输入线连接，所述第二开关管的第二极和所述信号输出线连接。
[0014]可选地，当手指未按压时，所述第一开关管在所述栅线输出的栅极信号的控制下开启，数据线通过开启的第一开关管对节点充电；
[0015]当手指按压时，信号输入线向开启的第二开关管输入驱动信号，所述第二开关管在节点的电压的控制下通过信号输出线输出读取信号，所述读取信号用于识别出手指按压的指纹。
[0016]可选地，当手指按压时，所述节点的电压V1= Q/(C1+C)，其中，Cl为电容图形的电容值，C为手指按压的指纹的电容值。
[0017]为实现上述目的，本发明提供了一种显示基板，包括:栅线、数据线、信号输入线、信号输出线和上述指纹识别单元，所述栅线和所述数据线交叉限定出像素单元，多个像素单元形成一个像素，每一个或者每多个像素中设置有指纹识别单元。
[0018]可选地，设置有指纹识别单元的像素中，一个像素单元中设置有指纹识别单元，其余像素单元中设置有像素驱动单元和像素电极。
[0019]可选地，设置有指纹识别单元的像素中，一个像素单元中设置有指纹识别单元，其余像素单元中设置有像素驱动单元。
[0020]可选地，在触控阶段内，多条栅线和多条数据线交叉限定出的像素单元中的开关单元形成一个触控电极。
[0021]为实现上述目的，本发明提供了一种显示装置，包括:上述显示基板。
[0022]为实现上述目的，本发明提供了一种指纹识别单元的驱动方法，所述指纹识别单元包括:开关单元、驱动单元和电容图形，所述开关单元、所述驱动单元和电容图形均连接至节点，且所述开关单元与栅线和数据线连接，所述驱动单元与信号输入线和信号输出线连接；
[0023]所述方法包括:
[0024]当手指未按压时，所述开关单元在所述栅线输出的栅极信号的控制下开启，数据线通过开启的开关单元对节点充电；
[0025]当手指按压时，信号输入线向所述驱动单元输入驱动信号，所述驱动单元在节点的电压的控制下通过信号输出线输出读取信号，所述读取信号用于识别出手指按压的指纹。
[0026]本发明具有以下有益效果:
[0027]本发明提供的指纹识别单元及其驱动方法、显示基板和显示装置的技术方案中，指纹识别单元设置于显示基板中，指纹识别单元包括开关单元、驱动单元和电容图形，开关单元与栅线和数据线连接，驱动单元与信号输入线和信号输出线连接，指纹识别单元可实现指纹识别功能，本发明中该指纹识别单元设置于显示基板中，从而实现了显示装置中整屏的指纹识别；并且实现了与显示基板内部结构采用同一工艺制程进行制造，进而降低了成本。
【附图说明】
[0028]图1为本发明实施例一提供的一种指纹识别单元的结构示意图；
[0029]图2为本发明实施例二提供的一种指纹识别单元的结构示意图；
[0030]图3为本发明实施例三提供的一种显示基板的结构示意图；[0031 ]图4为图3中指纹识别单元的示意图；
[0032]图5为图3中指纹识别单元作为触控电极的示意图；
[0033]图6为图3中显不基板的驱动过程的时序图；
[0034]图7为本发明实施例四提供的一种显示基板的结构示意图；
[0035]图8为本发明实施例六提供的一种指纹识别单元的驱动方法的流程图。
【具体实施方式】
[0036]为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的指纹识别单元及其驱动方法、显示基板和显示装置的进行详细描述。
[0037]图1为本发明实施例一提供的一种指纹识别单元的结构示意图，如图1所示，该指纹识别单元设置于显示基板中，该指纹识别单元包括:开关单元11、驱动单元12和电容图形13，开关单元11、驱动单元12和电容图形13均连接至节点D，且开关单元11与栅线和数据线连接，驱动单元12与信号输入线和信号输出线连接。
[0038]当手指未按压时，开关单元11在栅线输出的栅极信号的控制下开启，数据线通过开启的开关单元对节点D充电。当手指按压时，信号输入线向驱动单元12输入驱动信号，驱动单元12在节点D的电压的控制下通过信号输出线输出读取信号，读取信号用于识别出手指按压的指纹。其中，当手指按压时，开关单元11可关闭或者呈悬空状态。
[0039]本实施例中提供的方案为指纹识别单元处于指纹识别阶段的工作过程。
[0040]本实施例提供的指纹识别单元中，指纹识别单元设置于显示基板中，指纹识别单元包括开关单元、驱动单元和电容图形，开关单元与栅线和数据线连接，驱动单元与信号输入线和信号输出线连接，指纹识别单元可实现指纹识别功能，本实施例中该指纹识别单元设置于显示基板中，从而实现了显示装置中整屏的指纹识别；并且实现了与显示基板内部结构采用同一工艺制程进行制造，进而降低了成本。
[0041]图2为本发明实施例二提供的一种指纹识别单元的结构示意图，如图2所示，本实施例在上述实施例一的基础上，开关单元包括第一开关管Tl，驱动单元包括第二开关管T2。第一开关管Tl的控制极和栅线连接，第一开关管Tl的第一极和数据线连接，第一开关管Tl的第二极和节点D连接。第二开关管T2的控制极和节点D连接，第二开关管T2的第一极和信号输入线连接，第二开关管T2的第二极和信号输出线连接。
[0042]本实施例中，电容图形13的材料可以为透明导电材料或者透明金属，例如:透明导电材料可以为ΙΤ0。
[0043]本实施例中，优选地，信号输入线与栅线平行设置，信号输出线与数据线平行设置。
[0044]当手指未按压时，第一开关管Tl在栅线输出的栅极信号的控制下开启，数据线通过开启的第一开关管Tl对节点D充电，即数据线通过开启的第一开关管Tl对电容图形13进行充电，以使节点D的电压为VO，此时节点D的电压V = Q/C1，其中，Q为电容图形13的存储电量，Cl为电容图形13的电容值。
[0045]当手指按压时，信号输入线向第二开关管T2输入驱动信号，第二开关管T2在节点的电压的控制下通过信号输出线输出读取信号，读取信号用于识别出手指按压的指纹。第一开关管Tl在栅线输出的栅极信号的控制下关闭，此时数据线可继续保持向第一开关管Tl输出信号;或者，栅线和数据线均呈悬空(floating)状态。手指未按压时节点D的电压V = Q/Cl，手指按压时节点D的电压Vl =Q/(C1+C)，其中，C为手指指纹的电容值，从上述两个公式可以看出，V>V1。当手指按压时相当于在电容图形13上并联一个手指指纹的电容。此时节点D的电压作为第二开关管T2的栅极电压，由于第二开关管T2的栅极电压(S卩:节点D的电压)不同会导致信号输出线输出的读取信号不同，因此对于不同的手指按压的指纹，信号输出线输出的读取信号是不同的。手指的指纹具备脊和谷，当手指按压的指纹为谷时，即:谷按压时，C = Cla，节点D的电压Vla = Q/(Cl+Cla)，其中，Cla为谷的电容值；当手指按压的指纹为脊，即:脊按压时，C = Clb,节点D的电压Vlb = Q/(Cl+Clb)，其中，Clb为脊的电容值，由于Cla>Clb，因此手指按压的指纹为谷时信号输出线输出的读取信号和手指按压的指纹为脊时信号输出线输出的读取信号是不同的。综上所述，通过读取信号可识别出手指按压的指纹为谷或者手指按压的指纹为脊。
[0046]本实施例中提供的方案为指纹识别单元处于指纹识别阶段的工作过程。
[0047]本实施例提供的指纹识别单元中，指纹识别单元设置于显示基板中，指纹识别单元包括开关单元、驱动单元和电容图形，开关单元与栅线和数据线连接，驱动单元与信号输入线和信号输出线连接，指纹识别单元可实现指纹识别功能，本实施例中该指纹识别单元设置于显示基板中，从而实现了显示装置中整屏的指纹识别；并且实现了与显示基板内部结构采用同一工艺制程进行制造，进而降低了成本。
[0048]图3为本发明实施例三提供的一种显示基板的结构示意图，如图3所示，该显示基板包括:栅线、数据线、信号输入线、信号输出线和指纹识别单元I，栅线和数据线交叉限定出像素单元2，多个像素单元2形成一个像素3，每一个像素3中设置有指纹识别单元I。
[0049]可选地，每多个像素中设置有指纹识别单元，此种情况不再具体画出。
[0050]显示基板包括多条栅线，该多条栅线为Gatel、Gate2、……、Gaten;显示基板包括多条数据线，该多条数据线为Datal、Data2、……、Gaten。多条栅线和多条数据线交叉限定出多个像素单元2，本实施例中，四个像素单元2形成一个像素3。
[0051]设置有指纹识别单元I的像素3中，一个像素单元2中设置有指纹识别单元I，其余像素单元2中设置有像素驱动单元4。其中，像素驱动单元4可用于驱动对应的子像素。本实施例中，在一个像素3中，三个像素单元2中设置有像素驱动单元4，一个像素单元2中设置有指纹识别单元I。像素驱动单元4可包括薄膜晶体管和与薄膜晶体管连接的像素电极。三个像素驱动单元4分别用于驱动红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素。
[0052]本实施例中，每个像素3中均有一个像素单元2中单独设置一个指纹识别单元I，从而确保了每个像素3中均存在一个指纹识别单元I。在实际应用中，可选地，可在每多个像素中设置有指纹识别单元，这样无需在每个像素中设置指纹识别单元，仅需在部分像素中设置指纹识别单元即可，此种情况不再具体画出。
[0053]图4为图3中指纹识别单元的示意图，如图4所示，指纹识别单元对应于数据线Data4，对指纹识别单元的具体结构的描述可参见上述实施例一或实施例二中的描述，此处不再赘述。
[0054]本实施例中，显示基板的驱动过程可包括显示阶段、触控阶段和指纹识别阶段。在触控阶段内，多条栅线和多个数据线交叉限定出的像素单元中的开关单元形成一个触控电极。图5为图3中指纹识别单元作为触控电极的示意图，如图5所示，图3中的信号输出线接地处理，因此第二开关管T2未具体画出。在触控阶段内，三条栅线和三条数据线交叉限定出的像素单元中的开关单元形成触控电极，例如:栅线6&〖61、63〖6 2、63〖63与数据线03〖&4、Data8、Datal2交叉限定出的9个像素单元中的开关单元(第一开关管Tl)形成触控电极1，栅线6&七61、63七62、63七63与数据线03七316、03七320、03七324交叉限定出的9个像素单元中的开关单元(第一开关管Tl)形成触控电极2。在触控阶段内，连接器MUX3将栅线Gatel、Gate2、Gate3同时打开，并由栅线Gatel、Gate2、Gate3向对应的多个第一开关管Tl输出控制信号以使第一开关管Tl开启，连接器MUXl将数据线Data4、Data8、Datal2同时打开，此时数据线Data4、Data8、Datal2作为触控电极I的自容信号端，该触控电极I的自容信号端可同时作为触控电极I的驱动信号端(Tx)和感应信号端(Rx);连接器MUX2将数据线Datal6、Data20、Data24同时打开，此时数据线Datal6、Data20、Data24作为触控电极2的自容信号端，该触控电极2的自容信号端可同时作为触控电极2的驱动信号端(Tx)和感应信号端(Rx)。
[0055]图6为图3中显示基板的驱动过程的时序图，如图6所示，显示基板的驱动过程包括显示阶段、触控阶段和指纹识别阶段。
[0056]在显示阶段，采用逐行扫描的方式，通过像素驱动单元驱动对应的子像素，以实现画面显示。
[0057]对触控阶段的描述可参见本实施例中的描述，此处不再重复描述。
[0058]对指纹识别阶段的描述可参见实施例一或实施例二中的描述，此处不再重复描述。
[0059]本实施例提供的显示基板中，栅线和数据线交叉限定出像素单元，多个像素单元形成一个像素，每一个或者每多个像素中设置有指纹识别单元，指纹识别单元包括开关单元、驱动单元和电容图形，开关单元与栅线和数据线连接，驱动单元与信号输入线和信号输出线连接，指纹识别单元可实现指纹识别功能，本实施例中该指纹识别单元设置于显示基板中，从而实现了显示装置中整屏的指纹识别；并且实现了与显示基板内部结构采用同一工艺制程进行制造，进而降低了成本。本实施例将指纹识别器件内置于显示基板的像素中，从而可有效识别出指纹手指的指纹。
[0060]图7为本发明实施例四提供的一种显示基板的结构示意图，如图7所示，该显示基板包括:栅线、数据线、信号输入线、信号输出线和指纹识别单元I，栅线和数据线交叉限定出像素单元2，多个像素单元2形成一个像素3，每一个像素3中设置有指纹识别单元I。
[0061]可选地，每多个像素中设置有指纹识别单元，此种情况不再具体画出。
[0062]显示基板包括多条栅线，该多条栅线为Gatel、Gate2、……、Gaten;显示基板包括多条数据线，该多条数据线为Datal、Data2、……、Gaten。多条栅线和多条数据线交叉限定出多个像素单元2，本实施例中，四个像素单元2形成一个像素3。
[0063]设置有指纹识别单元I的像素3中，一个像素单元2中设置有指纹识别单元I和像素驱动单元4，其余像素单元2中设置有像素驱动单元4。其中，像素驱动单元4可用于驱动对应的子像素。本实施例中，在一个像素3中，两个像素单元2中设置有像素驱动单元4，一个像素单元2中设置有像素驱动单元4和指纹识别单元I。像素驱动单元4可包括薄膜晶体管和与薄膜晶体管连接的像素电极。三个像素驱动单元4分别用于驱动红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素。
[0064]本实施例提供的显示基板中，栅线和数据线交叉限定出像素单元，多个像素单元形成一个像素，每一个或者每多个像素中设置有指纹识别单元，指纹识别单元包括开关单元、驱动单元和电容图形，开关单元与栅线和数据线连接，驱动单元与信号输入线和信号输出线连接，指纹识别单元可实现指纹识别功能，本实施例中该指纹识别单元设置于显示基板中，从而实现了显示装置中整屏的指纹识别；并且实现了与显示基板内部结构采用同一工艺制程进行制造，进而降低了成本。本实施例将指纹识别器件内置于显示基板的像素中，从而可有效识别出指纹手指的指纹。
[0065]本发明实施例五提供了一种显示装置，该显示装置包括:显示基板。其中，显示基板可采用上述实施例三或实施例四提供的显示基板。
[0066]本实施例中，显示基板还包括对置基板，对置基板与显示基板相对设置。显示基板可以为阵列基板，则对置基板可以为彩膜基板。
[0067]本实施例提供的显示装置中，栅线和数据线交叉限定出像素单元，多个像素单元形成一个像素，每一个或者每多个像素中设置有指纹识别单元，指纹识别单元包括开关单元、驱动单元和电容图形，开关单元与栅线和数据线连接，驱动单元与信号输入线和信号输出线连接，指纹识别单元可实现指纹识别功能，本实施例中该指纹识别单元设置于显示基板中，从而实现了显示装置中整屏的指纹识别；并且实现了与显示基板内部结构采用同一工艺制程进行制造，进而降低了成本。
[0068]图8为本发明实施例六提供的一种指纹识别单元的驱动方法的流程图，如图8所示，指纹识别单元包括:开关单元、驱动单元和电容图形，开关单元、驱动单元和电容图形均连接至节点，且开关单元与栅线和数据线连接，驱动单元与信号输入线和信号输出线连接。
[0069]该方法包括:
[0070]步骤101、当手指未按压时，开关单元在栅线输出的栅极信号的控制下开启，数据线通过开启的开关单元对节点充电。
[0071]步骤102、当手指按压时，信号输入线向驱动单元输入驱动信号，驱动单元在节点的电压的控制下通过信号输出线输出读取信号，读取信号用于识别出手指按压的指纹。
[0072]本实施例提供的指纹识别单元的驱动方法可用于驱动上述实施例一或实施例二提供的指纹识别单元。
[0073]本实施例提供的指纹识别单元的驱动方法中，指纹识别单元设置于显示基板中，指纹识别单元包括开关单元、驱动单元和电容图形，开关单元与栅线和数据线连接，驱动单元与信号输入线和信号输出线连接，指纹识别单元可实现指纹识别功能，本实施例中该指纹识别单元设置于显示基板中，从而实现了显示装置中整屏的指纹识别；并且实现了与显示基板内部结构采用同一工艺制程进行制造，进而降低了成本。
[0074]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。
【主权项】
1.一种指纹识别单元，其特征在于，所述指纹识别单元设置于显示基板中，所述指纹识别单元包括:开关单元、驱动单元和电容图形，所述开关单元、所述驱动单元和电容图形均连接至节点，且所述开关单元与栅线和数据线连接，所述驱动单元与信号输入线和信号输出线连接； 当手指未按压时，所述开关单元在所述栅线输出的栅极信号的控制下开启，数据线通过开启的开关单元对节点充电； 当手指按压时，信号输入线向所述驱动单元输入驱动信号，所述驱动单元在节点的电压的控制下通过信号输出线输出读取信号，所述读取信号用于识别出手指按压的指纹。2.根据权利要求1所述的指纹识别单元，其特征在于，所述开关单元包括第一开关管，所述驱动单元包括第二开关管； 所述第一开关管的控制极和所述栅线连接，所述第一开关管的第一极和所述数据线连接，所述第一开关管的第二极和所述节点连接； 所述第二开关管的控制极和所述节点连接，所述第二开关管的第一极和所述信号输入线连接，所述第二开关管的第二极和所述信号输出线连接。3.根据权利要求2所述的指纹识别单元，其特征在于，当手指未按压时，所述第一开关管在所述栅线输出的栅极信号的控制下开启，数据线通过开启的第一开关管对节点充电； 当手指按压时，信号输入线向开启的第二开关管输入驱动信号，所述第二开关管在节点的电压的控制下通过信号输出线输出读取信号，所述读取信号用于识别出手指按压的指纹。4.根据权利要求2至4任一所述的指纹识别单元，其特征在于，当手指按压时，所述节点的电压Vl =Q/(C1+C)，其中，Cl为电容图形的电容值，C为手指按压的指纹的电容值。5.—种显示基板，其特征在于，包括:栅线、数据线、信号输入线、信号输出线和权利要求I至4任一所述的指纹识别单元，所述栅线和所述数据线交叉限定出像素单元，多个像素单元形成一个像素，每一个或者每多个像素中设置有指纹识别单元。6.根据权利要求5所述的显示基板，其特征在于，设置有指纹识别单元的像素中，一个像素单元中设置有指纹识别单元，其余像素单元中设置有像素驱动单元和像素电极。7.根据权利要求5所述的显示基板，其特征在于，设置有指纹识别单元的像素中，一个像素单元中设置有指纹识别单元，其余像素单元中设置有像素驱动单元。8.根据权利要求5所述的显示基板，其特征在于，在触控阶段内，多条栅线和多条数据线交叉限定出的像素单元中的开关单元形成一个触控电极。9.一种显示装置，其特征在于，包括:权利要求5至8任一所述的显示基板。10.—种指纹识别单元的驱动方法，其特征在于，所述指纹识别单元包括:开关单元、驱动单元和电容图形，所述开关单元、所述驱动单元和电容图形均连接至节点，且所述开关单元与栅线和数据线连接，所述驱动单元与信号输入线和信号输出线连接； 所述方法包括: 当手指未按压时，所述开关单元在所述栅线输出的栅极信号的控制下开启，数据线通过开启的开关单元对节点充电； 当手指按压时，信号输入线向所述驱动单元输入驱动信号，所述驱动单元在节点的电压的控制下通过信号输出线输出读取信号，所述读取信号用于识别出手指按压的指纹。
【文档编号】G06K9/00GK106096514SQ201610382327
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月1日 公开号201610382327.9, CN 106096514 A, CN 106096514A, CN 201610382327, CN-A-106096514, CN106096514 A, CN106096514A, CN201610382327, CN201610382327.9
【发明人】刘英明, 董学, 陈小川, 王海生, 丁小梁, 杨盛际, 赵卫杰, 邓立广, 朱麾忠, 赵静, 安喜君
【申请人】京东方科技集团股份有限公司, 北京京东方光电科技有限公司