CN111639622A - 光学指纹识别电路及显示面板 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光学指纹识别电路及显示面板。电路包括：复位单元用于响应复位信号以传送复位电压，复位驱动晶体管的栅极电压；光电二极管用于响应第一电平的扫描信号进入反偏状态，根据光信号产生光电流输出至驱动晶体管的栅极；耦合电容用于响应第二电平的扫描信号，以开启驱动晶体管；驱动晶体管用于输出光信号；光电二极管进一步响应第二电平的扫描信号进入正向导通状态。本申请在实现光信号输出以完成指纹识别的同时，可以有效避免光电二极管反向击穿风险，且电路结构简单，利于面内集成。

Description

光学指纹识别电路及显示面板

技术领域

本申请涉及指纹识别技术领域，尤其涉及一种光学指纹识别电路及显示面板。

背景技术

指纹是人体与生俱来独一无二并可与他人相区别的不变特征。指纹图案具有唯一性，它由指端皮肤表面上的一系列脊和谷组成，由之发展起来的指纹识别技术是较早被用作为个人身份验证的技术。光学指纹识别技术作为一种成熟的指纹识别技术早已融入人们的日常生活中，指纹锁、***等都不乏其身影。光学指纹识别技术利用光的折射和反射原理，当光照射到手指上，经手指反射后由感光传感器(sensor)接收，感光传感器可将光信号转换为电学信号，从而进行读取。由于指纹谷和脊对光的反射不同，感光传感器所接收到谷和脊的反射光强不同，所转换的电流或者电压的大小也就不同，因此可以抓取指纹中的特殊点，提供唯一性的确认信息。但光学***体积较大，导致光学指纹识别技术应用受限。

随着全面屏智能手机的兴起，采用光学指纹识别的屏内指纹识别大热，基于有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode，简称OLED)显示屏幕，光学指纹***可以省略复杂而体积庞大的光学***，基于低温多晶硅(Low Temperature Poly-Silicon，简称LTPS)工艺，使得屏下指纹识别成为可能。然而，利用OLED显示屏幕的光触发感光传感器，其亮度较低，导致感光传感器的光生电流微弱，对信号的采集与处理提出挑战。

现有技术中，有通过采用主动式驱动方案用于像素(Pixel)信号输出，实现提升指纹识别效率。但是，现有主动式驱动方案一般需要的薄膜晶体管(TFT)数量较多，不利于面内集成；而采用较少TFT的架构，对感光传感器的特性需求较高，提高了感光传感器的制备要求，不利于推广。

发明内容

本申请实施例提供一种光学指纹识别电路及显示面板，在实现信号输出完成指纹识别的同时，可以降低对光电二极管反向击穿电压的要求，即降低对感光传感器的特性需求。

本申请实施例提供了一种光学指纹识别电路，所述电路包括一驱动晶体管以及一光电二极管；所述电路还包括：一复位单元，用于响应一复位信号以传送一复位电压，复位所述驱动晶体管的栅极电压；所述光电二极管，用于响应一第一电平的扫描信号进入反偏状态，根据一光信号产生光电流输出至所述驱动晶体管的栅极，以及响应一第二电平的扫描信号进入正向导通状态，其中，所述第二电平高于所述第一电平；一耦合电容，用于响应所述第二电平的扫描信号，以开启所述驱动晶体管；所述驱动晶体管，用于输出所述光信号，以进行指纹识别。

本申请实施例还提供了一种显示面板，包括阵列基板；所述阵列基板包括至少一本申请所述的光学指纹识别电路。

本申请的优点在于：本申请在实现光信号输出以完成指纹识别的同时，可以有效避免光电二极管反向击穿风险，降低了对光电二极管反向击穿电压的要求，即降低了对感光传感器的特性要求，且电路结构简单，所需TFT较少，利于面内集成。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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它的附图。

图1为本申请光学指纹识别电路一实施例的电路图；

图2为光电二极管的伏安特性曲线；

图3为图1所示光学指纹识别电路的驱动时序图；

图4为现有光学指纹识别电路的电路图；

图5为图4所示光学指纹识别电路的驱动时序图；

图6为本申请显示面板架构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的组件或具有相同或类似功能的组件。本申请的说明书和权利要求书以及附图中的术语“第一”“第二”“第三”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解，这样描述的对象在适当情况下可以互换。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。本申请所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前、后、内、外、侧面等，仅是参考附图的方向。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是电连接或相互通讯，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。应当理解，当称元件“耦接到”另一元件时，存在中间元件。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请提出一种光学指纹识别电路，通过在驱动晶体管的栅极增加复位单元，同时将光电二极管的阳极接入栅极扫描线；在复位阶段，通过复位单元对驱动晶体管的栅极进行复位，在曝光阶段，光电二极管处于反偏状态，在指纹谷/指纹脊对应的不同光强下进行曝光，对驱动晶体管的栅极进行放电，拉低驱动晶体管的栅极电压；在读取阶段，通过耦合电容对驱动晶体管的栅极进行电压耦合，使得驱动晶体管开启，输出光信号，同时，光电二极管两端电压同时抬升，不会增加反偏电压。本申请在实现光信号输出以完成指纹识别的同时，可以有效避免光电二极管反向击穿风险，降低了对光电二极管反向击穿电压的要求，即降低了对感光传感器的特性要求，且电路结构简单，所需TFT较少，利于面内集成。

请一并参阅图1-图3，其中，图1为本申请光学指纹识别电路一实施例的电路图，图2为光电二极管的伏安特性曲线，横坐标为电压值(单位V)，纵坐标为电流值(单位A)，图3为图1所示光学指纹识别电路的驱动时序图。

如图1所示，所述光学指纹识别电路包括一驱动晶体管T11、一光电二极管D11、一复位单元101以及一耦合电容C11。所述复位单元101用于响应一复位信号RST1以传送一复位电压Vinit，复位所述驱动晶体管T11的栅极电压。所述光电二极管D11用于响应一第一电平的扫描信号Gn进入反偏状态，根据一光信号产生光电流输出至所述驱动晶体管T11的栅极。所述耦合电容C11用于响应一第二电平的扫描信号Gn，以开启所述驱动晶体管T11；所述驱动晶体管T11用于输出所述光信号，以进行指纹识别；所述光电二极管D11进一步响应所述第二电平的扫描信号Gn进入正向导通状态。

其中，所述光电二极管D11进入反偏状态后，在指纹谷或指纹脊对应的光强的光信号下进行曝光，产生相应的光电流对所述驱动晶体管T11的栅极进行放电，拉低所述驱动晶体管T11的栅极电压。不同光强的光信号，对所述驱动晶体管T11的栅极进行放电的能力不同，进而使得所述驱动晶体管T11的栅极电压下降幅度不同，从而可以在后续进行指纹识别。

光电二极管是由一个PN结组成的半导体器件，具有单方向导电特性，是可以把光信号转换成电信号的光电传感器件。光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号。

如图2所示，光电二极管的工作区间分为正向工作区201、反向工作区202和反向击穿区203。当光电二极管的反偏电压的绝对值大于其所允许的反向工作电压的最高绝对值时，光电二极管会被反向击穿。本实施在所述驱动晶体管T11输出所述光信号的同时，所述光电二极管由反偏状态跳变为正向导通状态；为了保证所述驱动晶体管T11有效开启，栅极电压需要足够高，但由于所述光电二极管D11两端电压同时抬升，不会增加反偏电压，可以有效避免反向击穿风险，降低了对所述光电二极管D11反向击穿电压的要求，即降低了对感光传感器的特性要求。

继续参阅图1，在本实施例中，所述复位单元101包括：一复位晶体管T12，其控制端接入一复位扫描线，用于接收所述复位信号RST1，其第一端用于接收所述复位电压Vinit，其第二端接入所述驱动晶体管T11的栅极。所述复位晶体T12在所述复位信号RST1的控制下开启，将所述复位电压Vinit传送至所述驱动晶体管T11的栅极进行复位。即，在复位阶段所述驱动晶体管T11的栅极电压等于所述复位电压Vinit。其中，所述复位电压Vinit小于所述驱动晶体管T11的开启电压，以避免所述驱动晶体管T11在复位阶段导通。

进一步的实施例中，所述复位晶体管T12采用薄膜晶体管(TFT)，例如，可以为基于低温多晶硅工艺制备的低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS_TFT)。薄膜晶体管(TFT)的栅极作为所述复位晶体管T12的控制端。

在本实施例中，所述光电二极管D11的阳极接入一栅极扫描线，用于接收所述扫描信号Gn，其阴极接入所述驱动晶体管T11的栅极。所述光电二极管D11在所述扫描信号Gn为第一电平时进入反偏状态，在所述扫描信号Gn为第二电平时进入正向导通状态。其中，所述第二电平高于所述第一电平，例如，所述第二电平为高电平，所述第一电平为低电平，从而使得所述光电二极管D11实现反向偏置/正向导通。

进一步的实施例中，所述光电二极管D11为有机发光二极管(OLED)。

在本实施例中，所述耦合电容C11的第一极与所述光电二极管D11的阳极接入同一栅极扫描线，用于接收同一扫描信号Gn，其第二极接入所述驱动晶体管T11的栅极。所述耦合电容C11在所述扫描信号Gn为第二电平时，对所述驱动晶体管T11的栅极电压进行电压耦合，拉升所述栅极电压，以开启所述驱动晶体管。通过耦合电容C11进行电压耦合，使得所述驱动晶体管T11的栅极电压升高，当所述驱动晶体管T11的栅极电压大于所述驱动晶体管T11的开启电压时，使得所述驱动晶体管T11的开启，以完成光信号的输出。

在本实施例中，所述驱动晶体管T11的第一端用于接收一电源电压VDD，其第二端接入一数据读取线RD(Readout)。所述驱动晶体管T11在开启时，输出所述光信号至所述数据读取线RD，相关的IC通过所述数据读取线RD即可获取所述光信号进行指纹识别。

进一步的实施例中，所述驱动晶体管T11也采用薄膜晶体管(TFT)，例如，可以为基于低温多晶硅工艺制备的低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS_TFT)，从而利于制备工艺的实施以及利于面内集成。

以下结合图1、图3，对本申请光学指纹识别电路的工作原理作进一步解释说明。

具体工作原理如下：

1)复位阶段A11：扫描信号Gn为低电平(Low)，复位信号RST1为高电平(High)，复位晶体管T12开启，将复位电压Vinit输入到驱动晶体管T11的栅极(以Q1表示)进行复位；Q1点电压等于复位电压Vinit。

2)曝光阶段A12：复位信号RST1跳变为低电平，复位晶体管T12关闭；扫描信号Gn信号仍为低电平，由于Q1点电压较高，光电二极管D11处于反偏状态；光电二极管D11在指纹谷/指纹脊对应的不同光强的光信号下进行曝光；光照射在光电二极管D11上时，光电二极管D11生成一定的光电流；光电流对Q1点进行放电，Q1点电压出现下降，不同光强，电压下降幅度不同。

3)读取阶段A13：扫描信号Gn跳变为高电平，并通过耦合电容C11对Q1点进行电压耦合，使得Q1点电压升高；当Q1点电压大于驱动晶体管T11的开启电压时，驱动晶体管T11开启，输出光信号至数据读取线RD(图3中RD1示意读取的光信号)，进而通过数据读取线RD输出至相应IC。在此阶段，由于光电二极管D11两端电压同时抬升(Gn跳变为高电平、同时Q1点电压升高)，所以光电二极管D11的反偏电压不会增加，可以有效避免反向击穿风险。

作为对比，请一并参阅图4-图5，其中，图4为现有光学指纹识别电路的电路图，图5为图4所示光学指纹识别电路的驱动时序图。

如图4所示，其光电二极管D21的阳极接入一复位信号线，用于接收复位信号PR1，以对驱动晶体管T21进行复位；其耦合电容C21接入一栅极扫描线，用于接收扫描信号Gn，以控制驱动晶体管T21开启。

结合图4-图5，现有光学指纹识别电路的工作原理如下：

a)复位阶段A21：扫描信号Gn为低电平(Low)，复位信号PR1为高电平(High)，光电二极管D21正向导通，对驱动晶体管T21的栅极(以Q2表示)进行复位。

b)曝光阶段A22：复位信号PR1跳变为低电平，光电二极管D21处于反偏状态；光电二极管D21在指纹谷/指纹脊对应的不同光强的光信号下进行曝光生成一定的光电流；光电流对Q2点进行放电，Q2点电压出现下降，不同光强，电压下降幅度不同。

c)读取阶段A23：扫描信号Gn跳变为高电平，并通过耦合电容C21对Q2点进行电压耦合，使得Q2点电压升高；当Q2点电压大于驱动晶体管T21的开启电压时，驱动晶体管T21开启，输出光信号至数据读取线RD(图5中RD1示意读取的光信号。

为了保证驱动晶体管T21有效开启，Q2点电压要求足够高，使得光电二极管D21的反偏电压较高，存在反向击穿的风险，因此该驱动方案要求光电二极管D21的反向击穿电压足够高，以避免击穿，对感光传感器的制备要求较高。

基于同一发明构思，本申请还提供了一种显示面板。

请参阅图6，本申请显示面板架构示意图。所述显示面板60包括阵列基板61，所述阵列基板61包括至少一光学指纹识别电路611。所述光学指纹识别电路611采用本申请图1所述的光学指纹识别电路。所述光学指纹识别电路611的电路组件连接方式及工作原理已详述于前，此处不再赘述。

采用本申请光学指纹识别电路的显示面板，在实现光信号输出以完成指纹识别的同时，可以有效避免光电二极管反向击穿风险，降低了对光电二极管反向击穿电压的要求，即降低了对感光传感器的的制备要求，且电路结构简单，所需TFT较少，利于面内集成。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光学指纹识别电路，所述电路包括一驱动晶体管以及一光电二极管；其特征在于，所述电路还包括：

一复位单元，用于响应一复位信号以传送一复位电压，复位所述驱动晶体管的栅极电压；

所述光电二极管，用于响应一第一电平的扫描信号进入反偏状态，根据一光信号产生光电流输出至所述驱动晶体管的栅极，以及响应一第二电平的扫描信号进入正向导通状态，其中，所述第二电平高于所述第一电平；

一耦合电容，用于响应所述第二电平的扫描信号，以开启所述驱动晶体管；

所述驱动晶体管，用于输出所述光信号，以进行指纹识别。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述光电二极管进入反偏状态后，在指纹谷或指纹脊对应的光强的光信号下进行曝光，产生相应的光电流对所述驱动晶体管的栅极进行放电，拉低所述驱动晶体管的栅极电压。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述复位单元包括：一复位晶体管，其控制端接入一复位扫描线，用于接收所述复位信号，其第一端用于接收所述复位电压，其第二端接入所述驱动晶体管的栅极；其中，所述复位晶体在所述复位信号的控制下开启，将所述复位电压传送至所述驱动晶体管的栅极进行复位。

4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述复位晶体管采用薄膜晶体管。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述光电二极管的阳极接入一栅极扫描线，用于接收一扫描信号，其阴极接入所述驱动晶体管的栅极；其中，所述光电二极管在所述扫描信号为第一电平时进入反偏状态，在所述扫描信号为第二电平时进入正向导通状态。

6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述耦合电容的第一极接入所述栅极扫描线，用于接收所述扫描信号，其第二极接入所述驱动晶体管的栅极；其中，所述耦合电容在所述扫描信号为第二电平时，对所述驱动晶体管的栅极电压进行电压耦合，拉升所述栅极电压，以开启所述驱动晶体管。

7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述驱动晶体管的第一端用于接收一电源电压，其第二端接入一数据读取线；其中，所述驱动晶体管在开启时，输出所述光信号至所述数据读取线。

8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述光电二极管为有机发光二极管。

9.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述驱动晶体管采用薄膜晶体管。

10.一种显示面板，包括阵列基板；其特征在于，所述阵列基板包括至少一如权利要求1-9任一项所述的光学指纹识别电路。

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