一種指紋識別元件、顯示屏及顯示裝置製造方法

2023-04-24 23:54:11 1

一種指紋識別元件、顯示屏及顯示裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種指紋識別元件、顯示屏及顯示裝置，包括：多個平行的指紋偵測電極，相鄰的兩個指紋偵測電極之間的間距不大於指紋中相鄰的脊與谷之間的間距，對每個指紋偵測電極的一端加載指紋識別信號，並實時獲取每個指紋偵測電極另一端的指紋識別信號。在有用戶手指靠近顯示屏時，由於手指皮膚表面具有凹凸不平的脊和谷，因此皮膚表面各點距離各指紋偵測電極的遠近也不同，從而影響了指紋偵測電極的電容值，通過檢測在手指碰觸到顯示屏的過程中每個時刻各指紋偵測電極接收到的信號大小差異，就可以檢測出指紋二維圖樣，實現指紋識別。
【專利說明】一種指紋識別元件、顯示屏及顯示裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及顯示【技術領域】，尤其涉及一種指紋識別元件、顯示屏及顯示裝置。
【背景技術】
[0002]指紋是人體與生俱來獨一無二並可與他人相區別的不變特徵。它由指端皮膚表面上的一系列脊和谷組成。這些脊和谷的組成細節通常包括脊的分叉、脊的末端、拱形、帳篷式的拱形、左旋、右旋、螺旋或雙旋等細節，決定了指紋圖案的唯一性。由之發展起來的指紋識別技術是較早被用作為個人身份驗證的技術，根據指紋採集、輸入的方式不同，目前廣泛應用並被熟知的有:光學成像、熱敏傳感器、人體遠紅外傳感器等。

【發明內容】

[0003]有鑑於此，本發明實施例提供了一種指紋識別元件、顯示屏及顯示裝置，用以採用簡單的電容結構實現指紋識別功能。
[0004]因此，本發明實施例提供了一種指紋識別元件，包括多個相互平行的指紋偵測電極，對每個所述指紋偵測電極的一端加載指紋識別信號，並實時獲取每個所述指紋偵測電極的另一端的指紋識別信號；
[0005]其中，相鄰的兩個指紋偵測電極之間的間距不大於指紋中相鄰的脊與谷之間的間距。
[0006]本發明實施例提供的上述指紋識別元件利用自電容的原理，對相互平行的每個指紋偵測電極的一端加載指紋識別信號，並實時獲取每個指紋偵測電極另一端的指紋識別信號；在有用戶手指靠近指紋識別元件時，由於手指皮膚表面具有凹凸不平的脊和谷，因此皮膚表面各點距離各指紋偵測電極的遠近也不同，從而影響了指紋偵測電極的電容值，造成在指紋偵測電極上的指紋識別信號充電時間延長，通過檢測在手指碰觸到指紋識別元件的過程中，每個時刻各指紋偵測電極接收到的信號大小差異，就可以檢測出對應手指由脊和谷構成的指紋二維圖樣，從而實現指紋識別。
[0007]進一步地，為了檢測各指紋偵測電極上接收到的信號大小差異，在本發明實施例提供的上述指紋識別元件中，還包括:與所述指紋偵測電極一一對應的接線端子襯墊，所述指紋偵測電極通過引線與對應的接線端子襯墊電性相連。
[0008]或者，進一步地，為了檢測各指紋偵測電極接收到的信號大小差異，在本發明實施例提供的上述指紋識別元件中，還包括:數據選擇器以及接線端子襯墊，各指紋偵測電極通過引線與所述數據選擇器相連，所述數據選擇器分時的將各所述指紋偵測電極與所述接線端子襯墊電性連接。
[0009]本發明實施例提供的一種顯示屏，包括相對而置的上基板和下基板，還包括設置在所述下基板和/或所述上基板上的至少一個本發明實施例提供的上述指紋識別元件。
[0010]具體地，在本發明實施例提供的上述顯示屏中，所述顯示屏包括外圍區域和具有多個呈陣列排布的像素區的顯示區域；[0011]所述指紋識別元件位於由所述像素區組成的顯示區域內；
[0012]所述指紋識別元件中的各指紋偵測電極位於相鄰像素區之間的間隙處。
[0013]具體地，在本發明實施例提供的上述顯示屏中，還包括:與所述指紋偵測電極同層設置且延伸方向相同的觸控感應電極，以及與所述觸控感應電極交叉設置的觸控驅動電極。
[0014]具體地，在本發明實施例提供的上述顯示屏中，所述觸控感應電極和指紋偵測電極位於所述上基板面向所述下基板的一側；所述觸控驅動電極位於所述下基板面向所述上基板的一側。
[0015]具體地，在本發明實施例提供的上述顯示屏中，一個所述觸控驅動電極由沿與所述指紋偵測電極的延伸方向垂直的方向延伸的多個觸控驅動子電極組成，所述多個觸控驅動子電極通過位於外圍區域的引線相互串聯連接。
[0016]具體地，在本發明實施例提供的上述顯示屏中，在組成一個所述觸控驅動電極的相鄰兩個觸控驅動子電極之間設置有公共電極；
[0017]各所述觸控感應電極在所述下基板上的正投影位於所述公共電極所在區域內。
[0018]具體地，在本發明實施例提供的上述顯示屏中，各所述指紋偵測電極在所述下基板上的正投影位於所述觸控驅動子電極所在區域內。
[0019]具體地，在本發明實施例提供的上述顯示屏中，還包括:與所述接線端子襯墊一一對應的切換器件，觸控控制晶片以及指紋偵測晶片；
[0020]在一幀畫面的觸控時間段內，所述切換器件導通所述接線端子襯墊與所述觸控控制晶片；
[0021]在一幀畫面的指紋識別時間段內，所述切換器件導通所述接線端子襯墊與所述指紋偵測晶片。
[0022]本發明實施例還提供了 一種顯示裝置，包括本發明實施例提供的上述顯示屏。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1a至圖1b為本發明實施例提供的顯示屏中指紋識別元件的截面示意圖；
[0024]圖2a至圖2c為本發明實施例提供的顯示屏中指紋識別元件的俯視示意圖；
[0025]圖3為本發明實施例提供的顯示屏的俯視示意圖；
[0026]圖4為本發明實施例提供的顯示屏的驅動時序示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖，對本發明實施例提供的指紋識別元件、顯示屏及顯示裝置的【具體實施方式】進行詳細地說明。
[0028]附圖中各膜層的形狀和厚度不反映顯示屏中的上基板或下基板的真實比例，目的只是示意說明本
【發明內容】
。
[0029]本發明實施例提供的一種指紋識別元件，包括多個相互平行的指紋偵測電極，對每個指紋偵測電極的一端加載指紋識別信號，並實時獲取每個指紋偵測電極的另一端的指紋識別信號；
[0030]其中，相鄰的兩個指紋偵測電極之間的間距不大於指紋中相鄰的脊與谷之間的間距。
[0031]本發明實施例提供的上述指紋識別元件利用自電容的原理，對相互平行的每個指紋偵測電極的一端加載指紋識別信號，並實時獲取每個指紋偵測電極另一端的指紋識別信號；在有用戶手指靠近指紋識別元件時，由於手指皮膚表面具有凹凸不平的脊和谷，因此皮膚表面各點距離各指紋偵測電極的遠近也不同，從而影響了指紋偵測電極的電容值，造成在指紋偵測電極上的指紋識別信號充電時間延長，通過檢測在手指碰觸到指紋識別元件的過程中，每個時刻各指紋偵測電極接收到的信號大小差異，就可以檢測出對應手指由脊和谷構成的指紋二維圖樣，從而實現指紋識別。
[0032]進一步地，本發明實施例還提供的上述指紋識別元件還可以應用於顯示屏中。因此，本發明實施例還提供了一種包含有上述指紋識別元件顯示屏，具體地，如圖1a至圖1b所示，該顯示屏包括相對而置的上基板I和下基板2，還包括設置在下基板2和/或上基板I上的至少一個本發明實施例提供的指紋識別元件，在圖1a和圖1b中以如虛線框所示的指紋識別元件設置在上基板I為例進行說明，其中，多條指紋偵測電極3平行設置。
[0033]本發明實施例提供的上述顯示屏中可以應用於TN模式、邊緣場切換(Fringe-Field Switching, FFS)模式，或高級超維場開關(ADS,Advanced Super DimensionSwitch)模式的液晶顯示面板內，也可以集成在有機電致發光顯示器件內，還可以集成在其他平板顯示器件內，在此不做限定。在本發明實施例提供的下述顯示屏中都是以液晶顯示屏為例進行說明。
[0034]本發明實施例提供的上述顯示屏利用自電容的原理，對每個指紋偵測電極3的一端加載指紋識別信號，並實時獲取每個指紋偵測電極3另一端的指紋識別信號；如圖1a所示，在有用戶手指9靠近顯示屏時，由於手指皮膚表面上具有凹凸不平的脊A和谷B，因此皮膚表面各點距離各指紋偵測電極3的遠近也不同，從而影響了指紋偵測電極3的電容值，造成在指紋偵測電極3上的指紋識別信號充電時間延長，通過檢測在手指碰觸到顯示屏的過程中，每個時刻各指紋偵測電極3接收到的信號大小差異，就可以檢測出對應手指由脊和谷構成的指紋二維圖樣，從而實現指紋識別。值得注意的是，各指紋偵測電極3越密越利於指紋識別。
[0035]圖1a中示出了手指9中脊和谷構成的指紋圖樣，圖1b示出了在手指9在靠近顯示屏中的過程中，a、b和c三個時刻手指9與顯示屏的三個角度，在a、b和c三個時刻手指都會與顯示屏有一條切線，在該切線上的各脊與谷的分布，會影響各指紋偵測電極3的電容值，造成在該時刻獲取到的各指紋偵測電極3的指紋識別信號發生變化。通過檢測不同時刻手指與顯示屏接觸的不同角度的切線對指紋偵測電極3的影響，可以繪製出手指的指紋。
[0036]在具體實施時，在顯示屏內一般包括外圍區域和具有多個呈陣列排布的像素區的顯示區域；本發明實施例中，指紋識別元件可以位於由像素區組成的顯示區域內，也可以設置在外圍區域，在此不做限定。
[0037]由於手指指紋中谷與谷之間的間距一般在300Um-650Um之間，即指紋中相鄰的脊與谷之間的間距一般在150um-325um之間。而在顯示屏中各像素區一般控制在50um_90um，像素區明顯小於指紋中脊與谷之間的間距。這樣，當指紋識別元件設置在顯示區域內時，為了不佔用顯示的開口率，指紋偵測電極3就可以設置在相鄰像素區之間的間隙處，以5寸HD720P解析度的顯示屏為例，兩個指紋偵測電極3之間的距離是86.25um。
[0038]具體地，如圖2a所示，指紋偵測電極3可以沿像素區的行方向延伸，也可以沿著像素區的列方向延伸，在此不做限定。
[0039]在具體實施時，為了便於檢測各指紋偵測電極3接收到的信號大小差異，在本發明實施例提供的上述顯示屏以及觸控識別元件中，如圖2a所示還包括:與指紋偵測電極3一一對應的接線端子襯墊4，指紋偵測電極3通過位於引線與對應的接線端子襯墊4電性相連。在圖2a中與Rfl對應的接線端子襯墊為Rf!』，與Rf2對應的接線端子襯墊為Rf2』，與Rf3對應的接線端子襯墊為Rf3』，與Rf4對應的接線端子襯墊為Rf4』，與Rf5對應的接線端子襯墊為Rf5』，與Rf6對應的接線端子襯墊為Rf6』，與RfT對應的接線端子襯墊為Rf7』，與Rf8對應的接線端子襯墊為Rf8』。
[0040]進一步地，由於上述指紋偵測電極3與接線端子襯墊4的連接方式，需要為每個指紋偵測電極3都設置對應的接線端子襯墊4，需要的接線端子襯墊4數量較多，會增加顯示屏的製作成本。因此，在本發明實施例提供的上述顯示屏以及指紋識別元件中，如圖2b所示還可以採用增加:數據選擇器5 (MUX)以及接線端子襯墊4，各指紋偵測電極3通過引線與數據選擇器5相連，利用數據選擇器5分時的將各指紋偵測電極3與接線端子襯墊4電性連接，這樣通過增加一個數據選擇器5可以減少接線端子襯墊4的數量，降低生產成本。
[0041]較佳地，本發明實施例提供的上述顯示屏除了集成指紋識別功能，還可以集成觸控螢幕的功能。下面具體介紹本發明實施例提供的上述顯示屏在集成了觸控螢幕功能時的具體結構。
[0042]在具體實施，在本發明實施例提供的顯示屏中，如圖3所示，還包括:與指紋偵測電極3同層設置且延伸方向相同的觸控感應電極6，以及與觸控感應電極6交叉設置的觸控驅動電極7。圖3中虛線框所示為指紋識別元件，在其內示意性的設置有7個指紋偵測電極3，在指紋識別元件以外設置有8條觸控驅動電極7 (TxU Τχ2、Τχ3、Τχ4、Τχ5、Τχ6、Τχ7和Τχ8)和2條觸控感應電極6 (Rxl和Rx2)。
[0043]在具體實施時，觸控感應電極6和指紋偵測電極3可以如圖1a和圖1b所示，設置在上基板I面向下基板2的一側；也可以設置在下基板2面向上基板I的一側，在此不做限定。對應地，觸控驅動電極7也可以設置在上基板I面向下基板2的一側；也可以設置在下基板2面向上基板I的一側，在此不做限定。以下都是以觸控感應電極6和指紋偵測電極3設置在上基板I面向下基板2的一側，觸控驅動電極7設置在下基板2面向上基板I的一側為例進行說明。
[0044]在具體實施時，如圖3所示，由於觸控感應電極6和指紋偵測電極3同層設置，觸控感應電極6和指紋偵測電極3之間無交疊，為了便於在觸控時間段指紋偵測電極3復用觸控感應電極6的功能，因此，觸控感應電極6—般設置為與指紋偵測電極3的延伸方向相同，即一般也是沿著像素區的行方向延伸。
[0045]同理，在具體實施時，由於觸控驅動電極7需要和觸控感應電極6交叉設置，因此，觸控驅動電極7 —般沿著像素區的列方向延伸。具體地，如圖3所示，在設計觸控驅動電極7時，可以將一個觸控驅動電極7設置為由沿像素區的列方向延伸的多個觸控驅動子電極71組成，即多個觸控驅動子電極71沿著與指紋偵測電極3的延伸方向垂直的方向延伸，多個觸控驅動子電極71通過位於外圍區域的引線72相互串聯連接。圖3中示出了 8條沿像素區的列方向延伸的觸控驅動電極7 (TxUTx2.Tx3.Tx4, Tx5.Tx6.Tx7和Tx8)，每條觸控驅動電極7由四個位於同一列的觸控驅動子電極71組成，各觸控驅動子電極71通過引線72串聯連接。
[0046]並且，進一步地，為了減小觸控過程中對顯示的影響，在本發明實施例提供的顯示屏中，如圖3所示，在組成一個觸控驅動電極7的相鄰兩個觸控驅動子電極71之間設置有公共電極8 ;如圖3所示，各觸控感應電極6在下基板上的正投影位於公共電極8所在區域內。
[0047]進一步地，如圖3所示，與觸控感應電極6同層設置的指紋偵測電極3在下基板上的正投影就可以位於觸控驅動子電極71所在區域內.[0048]並且，指紋偵測電極3還可以在觸控時間段復用為觸控感應電極的作用，具體地，如圖2c所示，可以通過在顯示屏中增加:與接線端子襯墊4 一一對應的切換器件10，觸控控制晶片11以及指紋偵測晶片12 ；
[0049]在一幀畫面的觸控時間段內，切換器件10可以導通接線端子襯墊4與4觸控控制晶片11 ;這時，觸控控制晶片11與接線端子襯墊4連接的觸控偵測電極3導通，觸控偵測電極3作為觸控感應電極使用；
[0050]在一幀畫面的指紋識別時間段內，切換器件10導通接線端子襯墊4與指紋偵測晶片12。
[0051]在具體實施時，可以將觸控驅動電極7和公共電極8組成公共電極層，即可以將顯示屏中的公共電極層分割成多個呈矩陣排列的子電極(包括觸控驅動電極7和公共電極8)。
[0052]具體地，公共電極層可以位於下基板I面向上基板2的一側，即採用ADS模式；當然公共電極層可以位於上基板2面向下基板I的一側，即採用TN模式。
[0053]如圖4所示的驅動時序圖中，將每一幀(V-sync)的時間分成顯示時間段(Display)、觸控時間段(Touch)和指紋識別時間段(Finger),例如圖4所示的驅動時序圖中顯示一幀的時間為16.7ms，選取其中4ms作為觸控時間段，Ims作為指紋識別時間段，其他的11.7ms作為顯示時間段，當然也可以根據IC晶片的處理能力適當的調整三者的時長，在此不做具體限定。
[0054]在一幀畫面的顯示時間段內，觸控驅動電極Tx和公共電極加載公共電極信號。具體地，對顯示屏中的每條柵極信號線Gate I，Gate2……Gate η依次施加柵掃描信號，對數據信號線Data施加灰階信號，相應地，此時觸控驅動電極作為公共電極，與其連接的觸控控制晶片向其提供恆定的公共電極信號，實現液晶顯示功能。
[0055]在一幀畫面的觸控時間段內，與觸控驅動電極Tx連接的觸控控制晶片向其分別提供觸控掃描信號T1、T2……Tn，同時，指紋偵測電極Rf復用觸控功能，各觸控感應電極Rx和指紋偵測電極Rf分別進行偵測觸控感應信號Rl、R2……Rn，實現觸控功能。
[0056]在一幀畫面的指紋識別時間段內，對指紋偵測電極的一端加載指紋識別信號，並實時獲取每個指紋偵測電極的另一端的指紋識別信號，通過計算不同時刻各個指紋偵測電極上的信號變化，繪製出指紋的二維圖樣。
[0057]基於同一發明構思，本發明實施例還提供了一種顯示裝置，包括本發明實施例提供的上述顯示屏，該顯示裝置可以為:手機、平板電腦、電視機、顯示器、筆記本電腦、數碼相框、導航儀等任何具有顯示功能的產品或部件。該顯示裝置的實施可以參見上述顯示屏的實施例，重複之處不再贅述。
[0058]本發明實施例提供的上述指紋識別元件、顯示屏及顯示裝置利用自電容的原理，對每個指紋偵測電極的一端加載指紋識別信號，並實時獲取每個指紋偵測電極另一端的指紋識別信號；在有用戶手指靠近顯示屏時，由於手指皮膚表面具有凹凸不平的脊和谷，因此皮膚表面各點距離各指紋偵測電極的遠近也不同，從而影響了指紋偵測電極的電容值，造成在指紋偵測電極上的指紋識別信號充電時間延長，通過檢測在手指碰觸到顯示屏的過程中，每個時刻各指紋偵測電極接收到的信號大小差異，就可以檢測出對應手指由脊和谷構成的指紋二維圖樣，從而實現指紋識別。
[0059]顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
【權利要求】
1.一種指紋識別元件，其特徵在於，包括多個相互平行的指紋偵測電極，對每個所述指紋偵測電極的一端加載指紋識別信號，並實時獲取每個所述指紋偵測電極的另一端的指紋識別信號； 其中，相鄰的兩個指紋偵測電極之間的間距不大於指紋中相鄰的脊與谷之間的間距。
2.如權利要求1所述的指紋識別元件，其特徵在於，還包括:與所述指紋偵測電極一一對應的接線端子襯墊，所述指紋偵測電極通過引線與對應的接線端子襯墊電性相連。
3.如權利要求1所述的指紋識別元件，其特徵在於，還包括:數據選擇器以及接線端子襯墊，各指紋偵測電極通過引線與所述數據選擇器相連，所述數據選擇器分時的將各所述指紋偵測電極與所述接線端子襯墊電性連接。
4.一種顯示屏，包括相對而置的上基板和下基板，其特徵在於，還包括設置在所述下基板和/或所述上基板上的至少一個如權利要求1-3任一項所述的指紋識別元件。
5.如權利要求4所述的顯示屏，其特徵在於，所述顯示屏包括外圍區域和具有多個呈陣列排布的像素區的顯示區域； 所述指紋識別元件位於由所述像素區組成的顯示區域內； 所述指紋識別元件中的各指紋偵測電極位於相鄰像素區之間的間隙處。
6.如權利要求5所述的顯示屏，其特徵在於，還包括:與所述指紋偵測電極同層設置且延伸方向相同的觸控感應電極，以及與所述觸控感應電極交叉設置的觸控驅動電極。
7.如權利要求6所述的顯示屏，其特徵在於，所述觸控感應電極和指紋偵測電極位於所述上基板面向所述下基板的一側；所述觸控驅動電極位於所述下基板面向所述上基板的一側。
8.如權利要求6所述的顯示屏，其特徵在於，一個所述觸控驅動電極由沿與所述指紋偵測電極的延伸方向垂直的方向延伸的多個觸控驅動子電極組成，所述多個觸控驅動子電極通過位於外圍區域的引線相互串聯連接。
9.如權利要求8所述的顯示屏，其特徵在於，在組成一個所述觸控驅動電極的相鄰兩個觸控驅動子電極之間設置有公共電極； 各所述觸控感應電極在所述下基板上的正投影位於所述公共電極所在區域內。
10.如權利要求8或9所述的顯示屏，其特徵在於，各所述指紋偵測電極在所述下基板上的正投影位於所述觸控驅動子電極所在區域內。
11.如權利要求10所述的顯示屏，其特徵在於，還包括:與所述接線端子襯墊一一對應的切換器件，觸控控制晶片以及指紋偵測晶片； 在一幀畫面的觸控時間段內，所述切換器件導通所述接線端子襯墊與所述觸控控制晶片; 在一幀畫面的指紋識別時間段內，所述切換器件導通所述接線端子襯墊與所述指紋偵測晶片。
12.—種顯示裝置，其特徵在於，包括如權利要求4-11任一項所述的顯示屏。
【文檔編號】G06K9/00GK103530609SQ201310472849
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月11日 優先權日:2013年10月11日
【發明者】王海生, 董學, 劉紅娟, 丁小梁, 楊盛際, 劉英明, 趙衛傑, 任濤 申請人:北京京東方光電科技有限公司