CN105488497B - 指纹探测电路和显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种指纹探测电路，所述指纹探测电路包括至少一个指纹探测单元，所述指纹探测单元内设置有开关晶体管和感应电容，所述指纹探测单元还包括输出放大元件和用于接收数据信号的数据输入端，所述输出放大元件的控制端与所述感应电容的第二极相连，所述输出放大元件的输出端形成为所述指纹探测单元的输出端，所述输出放大元件的输入端与所述数据信号输入端相连，所述输出放大元件能够根据所述感应电容存储电量的变化而产生的控制端电压变化对通过所述数据信号输入端输入所述输出放大元件的电流进行放大并输出。本发明还提供一种显示装置。利用所述指纹探测电路能够准确地确定指纹形貌。

Description

指纹探测电路和显示装置
技术领域
本发明涉及指纹探测领域，具体地，涉及一种指纹探测电路和一种包括该指纹探测电路的显示装置。
背景技术
目前，可以使用包括感应电容的指纹探测电路来探测覆盖在该指纹探测电路上的指纹。
在没有手指覆盖在指纹探测电路上时，如图1所示，感应电容C的第一极C1和感应电容C的第二极C2之间形成稳定的电场。当手指覆盖在指纹探测电路上时，会改变感应电容中所存储的电量，从而会改变指纹探测电路输出的电流指纹的谷和指纹的脊对感应电容的影响是不同的，因此，通过电流的变化量来确定指纹的形貌。
但是，目前的包括感应电容和开关晶体管的指纹探测电路有时无法非常准确的识别指纹形貌。
发明内容
本发明的目的在于提供一种指纹探测电路，所述指纹探测电路能够准确地识别指纹形貌。本发明的目的还在于提供一种包括所述指纹探测电路的显示装置。
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种指纹探测电路，所述指纹探测电路包括至少一个指纹探测单元，所述指纹探测单元内设置有开关晶体管和感应电容，所述开关晶体管的栅极形成为所述指纹探测单元的控制端，所述开关晶体管的第一极形成为所述指纹探测单元的充电端，所述开关晶体管的第二极与所述感应电容的第一极相连，其中，所述指纹探测单元还包括输出放大元件和用于接收数据信号的数据输入端，所述输出放大元件的控制端与所述感应电容的第二极相连，所述输出放大元件的输出端形成为所述指纹探测单元的输出端，所述输出放大元件的输入端与所述数据信号输入端相连，所述输出放大元件能够根据所述感应电容存储电量的变化而产生的控制端电压变化对通过所述数据信号输入端输入所述输出放大元件的电流进行放大并输出。
优选地，所述输出放大元件为三极管，所述输出放大元件的栅极形成为所述输出放大元件的控制端，所述输出放大元件的第一极形成为所述输出放大元件的输入端，所述输出放大元件的第二极形成为所述输出放大元件的输出端。
优选地，所述指纹探测电路还包括扫描线和数据线，所述数据线的条数与所述指纹探测单元的行数相同，同一行的指纹探测单元对应于同一条数据线，所述输出放大元件的第一极与相应的数据线电连接，所述扫描线的条数与所述指纹探测单元的行数相同，位于同一行的指纹探测单元对应于同一条扫描线，所述开关晶体管的栅极与相应的扫描线电连接。
优选地，所述扫描线和所述数据线平行设置。
优选地，所述指纹探测电路还包括充电线，所述充电线的条数与所述指纹探测单元的列数相同，同一列所述指纹探测单元对应于同一条充电线，所述指纹探测单元的充电端与相应的充电线相连。
优选地，所述指纹探测电路还包括输出线，所述输出线的条数与所述指纹探测单元的列数相同，同一列指纹探测单元对应于同一条输出线，所述指纹探测单元的输出端与相应的输出线相连。
优选地，所述充电线与所述输出线平行设置，对于同一列所述指纹探测单元，所述充电线和所述输出线分别位于该列指纹探测单元的两侧。
优选地，对应于同一列所述指纹探测单元，所述充电线与所述输出线之间的间距为40～60μm。
优选地，当所述指纹探测电路包括扫描线时，所述充电线和所述扫描线的延伸方向相交。
优选地，所述感应电容的第一极包括朝向所述感应电容的第二极凸出的第一感应指，所述感应电容的第二极包括朝向所述感应电容的第一极凸出的第二感应指，所述第一感应指和所述第二感应指交错设置。
优选地，所述感应电容的第一极和所述感应电容的第二极均由透明电极材料制成。
作为本发明的另一个方面，提供一种显示装置，所显示装置包括指纹探测电路，其中，所述指纹探测电路为本发明所提供的上述指纹探测电路。
操作者的手指是接地的，当操作者的手指位于指纹探测单元上方时，会引起感应电容中所述存储的电量的变化。感应电容中存储的电量的变化会导致感应电流的产生。由于感应电容的第二极与输出放大元件相连，因此，可以对输出的感应电流进行放大。由于指纹探测单元输出的感应电流较大，从而可以容易地判断覆盖在指纹探测单元上方的是指纹的谷还是指纹的脊，进而可以精确地确定覆盖在指纹探测单元上的指纹形貌。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是指纹探测电容的示意图；
图2是本发明所提供的指纹探测电路中的指纹探测单元的示意图；
图3是图2中所示的指纹探测单元中的开关晶体管的栅极电压变化示意图；
图4是本发明所提供的指纹探测电路的一部分的示意图；
图5是图3中所示的指纹探测单元的结构图；
图6指纹覆盖在所述指纹探测电路上的示意图；
图7是放大元件的栅源电压与工作状态之间的关系示意图。
附图标记说明
100：充电线 200：输出线
300：扫描线 400：数据线
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
经本发明的发明人研究发现，现有技术中所提供的指纹探测电路之所以无法准确地检测出指纹形貌是因为，手指引起的指纹探测电路中的电流变化过小，因此，无法准确地区分出指纹的脊和指纹的谷。
为了解决上述问题，作为本发明的一个方面，一种指纹探测电路，所述指纹探测电路包括至少一个指纹探测单元，如图2所示，所述指纹探测单元内设置有开关晶体管T1和感应电容C，开关晶体管T1的栅极形成为所述指纹探测单元的控制端，开关晶体管T1的第一极形成为所述指纹探测单元的充电端，开关晶体管T1的第二极与感应电容C的第一极相连，其中，所述指纹探测单元还包括输出放大元件T2和用于接收数据信号的数据输入端，输出放大元件T2的控制端与感应电容C的第二极相连，输出放大元件T2的输入端与所述数据信号输入端相连，输出放大元件T2的输出端形成为所述指纹探测单元的输出端，输出放大元件T2能够根据感应电容存储C电量的变化而产生的控制端电压变化对通过所述数据信号输入端输入该输出放大元件T2的电流进行放大并输出。
向开关晶体管T1的控制端提供有效的控制信号控制开关晶体管T1导通后，所述指纹探测单元的充电端与感应电容C的第一极导通，从而可以向感应电容C充电。
操作者的手指是接地的，当操作者的手指位于指纹探测单元上方时，会引起感应电容C中所述存储的电量的变化。感应电容C中存储的电量的变化会导致感应电容C的第二极的电压变化，由于感应电容C的第二极与输出放大元件T2相连，输出放大元件T2控制端电压变化会导致输出放大元件T2所输出的电流变化，具体地，可以对对通过所述数据信号输入端输入所述输出放大元件的电流进行放大并输出，从而获得较大的输出电流。由于指纹探测单元输出的感应电流较大，从而可以容易地判断覆盖在指纹探测单元上方的是指纹的谷还是指纹的脊，进而可以精确地确定覆盖在指纹探测单元上的指纹形貌。
需要解释的是，此处“与所述感应电容相关的感应电流”是指所述感应电流的大小随着感应电容内存储的电荷的多少而变化。
所述指纹探测电路可以包括一个指纹探测单元，也可以包括多个指纹探测单元。当指纹探测电路包括一个指纹探测单元时，可以通过操作者在指纹探测电路上方移动手指来获取完整的指纹形貌。
当指纹探测电路包括多个指纹探测单元时，如图6中所示，当操作者的手指位于指纹探测电路的上方时，指纹的谷和指纹的脊分别对应于不同的感应电容，操作者将手指覆盖在指纹探测电路上即可获得完整的指纹形貌。
优选地，指纹探测电路可以包括排列为多行多列的多个指纹探测单元。
在本发明中，对输出放大元件T2的具体结构并不做特殊的限定，优选地，输出放大元件T2为三极管，所述指纹探测单元还包括用于接收数据信号的数据输入端，输出放大元件T2的栅极形成为该输出放大元件T2的控制端，输出放大元件T2的第一极形成为该输出放大元件T2的输出端，并与所述指纹探测单元的数据输入端相连，输出放大元件T2的第二极形成为该输出放大元件T2的输出端。在这种实施方式中，开关晶体管T1、输出放大元件T2和感应电容C组成一个放大共射电路，并且，感应电容C设置为能够存储使得输出放大元件T2工作在放大区的电量。图7中示出了输出放大元件T2的一种实施方式，该实施方式中，当输出放大元件T2的栅源电压Vgs在0～15V之间时，输出放大元件T2工作在放大区。
在本发明所提供的指纹探测电路工作时，首先，控制开关晶体管T1导通，从而向感应电容C充电，然后关闭开关晶体管T1，感应电容C上的电量处于保持状态，输出放大元件T2的栅极电位保持不变，输出放大元件T2的开启状态也保持稳定。
在操作者的手指触摸指纹探测单元之前，感应电容C的电容为C0，并且感应电容C中存储了一定的电量Q，因此，输出放大元件T2的栅极电压U为Q/C0。当手指触摸指纹探测单元时，感应电容C的电容为C0+Cf，其中，Cf为操作者的手指形成的电容。此时，感应电容C存储的电量为Q’，此时，输出放大元件T2的栅极电压U为Q’/(C0+Cf)。由于感应电容C中存储的一部分电量被手指吸入大地，因此，当手指触摸指纹探测单元时，感应电容C存储的电量减少(即，Q’＜Q)，电容增加((C0+Cf)＞C0)，因此，有手指触摸时输出放大元件T2的栅极电压要小于没有手指触摸时输出放大元件T2的栅极电压。当输出放大元件T2的栅极电压有较小的变化时，通过输出放大元件T2输出的电流将有一个较大的变化，从而可以容易地确定覆盖在指纹探测单元上方指纹的部分是指纹的谷还是指纹的脊。
优选地，输出放大元件T2为薄膜晶体管。
作为本发明的一种优选实施方式，所述指纹探测电路可以包括多个指纹探测单元，为了便于控制，相应地，如图4所示，所述指纹探测电路还包括扫描线300和数据线400。数据线400的条数与所述指纹探测单元的行数相同，同一行的指纹探测单元对应于同一条数据线，输出放大元件T2的第一极与相应的数据线400电连接，扫描线300的条数与所述指纹探测单元的行数相同，位于同一行的指纹探测单元对应于同一条扫描线300，开关晶体管T1的栅极与相应的扫描线300电连接。
在本发明中，通过扫描线300向同一行中的开关晶体管T1提供控制开关晶体管T1开启或关闭的控制信号，通过数据线400向输出放大元件T2提供数据信号。
为了便于布置并减小指纹探测电路所占的面积，优选地，扫描线300和数据线400平行设置。
为了便于向指纹探测单元充电，优选地，所述指纹探测电路还包括充电线100，充电线100的条数与所述指纹探测单元的列数相同，同一列所述指纹探测单元对应于同一条充电线100，所述指纹探测单元的充电端与相应的充电线100相连。
为了便于收集指纹探测单元输出的信号，优选地，所述指纹探测电路还包括输出线200，该输出线200的条数与所述指纹探测单元的列数相同，同一列指纹探测单元对应于同一条输出线200，所述指纹探测单元的输出端与相应的输出线200相连。
在同一列指纹探测单元中，不同行的指纹探测单元中的开关晶体管T1的开启时间不同，因此，在一个时刻，同一列指纹探测单元中只有一个指纹探测单元向输出线200输出信号。
为了便于设置，优选地，充电线100与输出线200平行设置，对于同一列所述指纹探测单元，充电线100和输出线200分别位于该列指纹探测单元的两侧。
作为本发明的一种优选实施方式，对应于同一列所述指纹探测单元，充电线100与输出线200之间的间距为40～60μm。由此可知，一个指纹探测单元的宽度为40～60μm。将指纹探测单元的宽度设置在上述范围内，有利于对指纹进行检测，并且，此时指纹探测单元内的各个元件的尺寸不至于过小，从而由于制造获得所述指纹探测单元。例如，作为本发明的一种优选实施方式，一个指纹探测单元的宽度可以为50μm。
为了便于设置，优选地，当所述指纹探测电路包括扫描线300时，充电线100和扫描线300的延伸方向相交。优选地，充电线100和扫描线300互相垂直。
为了增大互容，优选地，如图5中所示，感应电容C的第一极C1包括朝向该感应电容C的第二极C2凸出的第一感应指，感应电容C的第二极C2包括朝向该感应电容C的第一极C1凸出的第二感应指，所述第一感应指和所述第二感应指交错设置。通过图5可以看出，感应电容C的第一极C1和第二极C2均形成为锯齿形。并且，至图5所示的实施方式中，感应电容C的第一极C1通过过孔与开关晶体管T1的第二极电连接，感应电容C的第二极C2通过过孔与输出放大元件T2的栅极电连接。
当本发明所提供的指纹探测电路设置在显示装置的显示区中时，为了不影响显示装置的正常显示，优选地，感应电容C的第一极C1和感应电容C的第二极C2均由透明电极材料制成。
图4中所示的本发明所提供的指纹探测电路的优选实施方式，从图中可以看出，所述指纹探测点包括排列为三行三列的9个指纹探测单元，每行指纹探测单元都对应有扫描线300和数据线400，每列指纹探测单元都对应有充电线100和输出线200。数据线400可以与提供恒定数据信号的芯片相连。
充电线100可以与直流电源相连，输出线200的一端可以设置一个输出模块，该输出模块用于将输出线200输出的信号输送给计算指纹形貌的分析芯片。所述指纹探测电路还可以包括移位寄存器，该移位寄存器包括级联的多级移位寄存单元，多级移位寄存单元与多条扫描线300一一对应地相连，从而逐行为扫描线300提供扫描信号。
接收到扫描信号的扫描线300上的开管晶体管T1导通，从而为该行的感应电容充电。充电结束后，该行扫描线300上的开关晶体管T1截止。当操作者的手指覆盖在该行扫描线对应的指纹探测单元上时，会引起感应电容C所存储的电量的变化，进而导致输出放大元件T2的栅极电压发生变化。输出放大元件T2此时工作在放大区，其栅极电压发生变化会导致通过输出线200输出的电流产生更大的变化。通分析触摸前后每条输出线200上电流的变化可以判断各个指纹探测单元上方的指纹形貌。
依次向各行扫描线300提供扫描信号可以确定各行指纹探测单元上方的指纹形貌。
作为本发明的另一个方面，提供一种显示装置，所显示装置包括指纹探测电路，其中，所述指纹探测电路为本发明所提供的上述指纹探测电路。
如上文中所述，由于所述指纹探测电路中设置了输出放大单元，从而可以将手指触摸引起的感应电容内电荷量变化所导致的感应电流放大，从而可以准确地确定覆盖在指纹探测电路上方的指纹的形貌。
在本发明中，对设置指纹探测电路的具***置并没有特殊的限制。例如，可以将指纹探测电路设置在显示装置的非显示区，在这种情况中，对感应电容的具体结构没有限制，只要能够存储电荷即可。为了实现显示装置的窄边框化，优选地，可以将指纹探测电路设置在显示装置的显示区中。在这种实施方式中，可以利用透明电极材料制成所述感应电容。
在本发明中，所述显示装置是可以是手机、平板电脑、导航仪、笔记本电脑等电子设备。
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。

Claims (12)

1.一种指纹探测电路，所述指纹探测电路包括至少一个指纹探测单元，所述指纹探测单元内设置有开关晶体管和感应电容，所述开关晶体管的栅极形成为所述指纹探测单元的控制端，所述开关晶体管的第一极形成为所述指纹探测单元的充电端，所述开关晶体管的第二极与所述感应电容的第一极相连，其特征在于，所述指纹探测单元还包括输出放大元件和用于接收数据信号的数据输入端，所述输出放大元件的控制端与所述感应电容的第二极相连，所述输出放大元件的输出端形成为所述指纹探测单元的输出端，所述输出放大元件的输入端与所述数据信号输入端相连，所述输出放大元件能够根据所述感应电容存储电量的变化而产生的控制端电压变化对通过所述数据信号输入端输入所述输出放大元件的电流进行放大并输出。
2.根据权利要求1所述的指纹探测电路，其特征在于，所述输出放大元件为三极管，所述输出放大元件的栅极形成为所述输出放大元件的控制端，所述输出放大元件的第一极形成为所述输出放大元件的输入端，所述输出放大元件的第二极形成为所述输出放大元件的输出端。
3.根据权利要求2所述的指纹探测电路，其特征在于，所述指纹探测电路还包括扫描线和数据线，所述数据线的条数与所述指纹探测单元的行数相同，同一行的指纹探测单元对应于同一条数据线，所述输出放大元件的第一极与相应的数据线电连接，所述扫描线的条数与所述指纹探测单元的行数相同，位于同一行的指纹探测单元对应于同一条扫描线，所述开关晶体管的栅极与相应的扫描线电连接。
4.根据权利要求3所述的指纹探测电路，其特征在于，所述扫描线和所述数据线平行设置。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的指纹探测电路，其特征在于，所述指纹探测电路还包括充电线，所述充电线的条数与所述指纹探测单元的列数相同，同一列所述指纹探测单元对应于同一条充电线，所述指纹探测单元的充电端与相应的充电线相连。
6.根据权利要求5所述的指纹探测电路，其特征在于，所述指纹探测电路还包括输出线，所述输出线的条数与所述指纹探测单元的列数相同，同一列指纹探测单元对应于同一条输出线，所述指纹探测单元的输出端与相应的输出线相连。
7.根据权利要求6所述的指纹探测电路，其特征在于，所述充电线与所述输出线平行设置，对于同一列所述指纹探测单元，所述充电线和所述输出线分别位于该列指纹探测单元的两侧。
8.根据权利要求7所述的指纹探测电路，其特征在于，对应于同一列所述指纹探测单元，所述充电线与所述输出线之间的间距为40～60μm。
9.根据权利要求5所述的指纹探测电路，其特征在于，当所述指纹探测电路包括扫描线时，所述充电线和所述扫描线的延伸方向相交。
10.根据权利要求1至4中任意一项所述的指纹探测电路，其特征在于，所述感应电容的第一极包括朝向所述感应电容的第二极凸出的第一感应指，所述感应电容的第二极包括朝向所述感应电容的第一极凸出的第二感应指，所述第一感应指和所述第二感应指交错设置。
11.根据权利要求10所述的指纹探测电路，其特征在于，所述感应电容的第一极和所述感应电容的第二极均由透明电极材料制成。
12.一种显示装置，所显示装置包括指纹探测电路，其特征在于，所述指纹探测电路为权利要求1至11中任意一项所述的指纹探测电路。
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