CN109144319A - 传感结构、显示设备及传感结构的驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种传感结构、显示设备及传感结构的驱动方法，该传感结构包括：第一压感电极，具有至少一个成像孔；指纹识别传感器，设置在所述第一压感电极的一侧，并且所述指纹识别传感器在所述第一压感电极上的投影对应所述成像孔；第二压感电极，设置在所述指纹识别传感器背离所述第一压感电极的一侧，与所述第一压感电极形成压力检测电容。本发明中传感结构将指纹识别功能与压力触控功能集合到一个器件上，减少了该器件的厚度，同时降低了成本，提高了器件的柔性。

Description

传感结构、显示设备及传感结构的驱动方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，具体而言，涉及一种具传感结构、显示设备及传感结构的驱动方法。

背景技术

OLED又称为有机发光二极管，有机发光二极管显示装置已被广泛地应用。有机发光二极管显示装置包括阳极、阴极以及位于阳极和阴极之间的有机发光层。当从阳极注入的空穴与从阴极注入的电子在有机发光层中复合时，有机发光层发光。OLED显示技术具有自发光、广视角、高对比度、低耗电、极高的反应速度等优点，现已被广泛应用于移动显示终端设备中。

压力触控(Force Touch)功能是一种新的触摸传感技术，具有压力触控功能的触摸屏已应用于高端智能终端。通过压力触控，终端设备可以感知触控按压力度，智能操作系统根据按压力度的不同做出相应的反应，给用户带来了全新的交互体验。

屏下指纹识别技术是将指纹识别传感器放置于显示屏幕下方，因此在不改变用户指纹识别习惯的基础上实现了全面屏设计，现有屏下指纹识别技术主要为超声波检测识别、光学检测识别等。

由于电子设备的快速发展，移动显示终端中集合了压力触控功能以及屏下指纹识别功能，而压力触控功能显示设备多为在LCD背光板或OLED显示器BP下方贴附具有压力感应的传感膜(sensor film)，当外部施加压力时，感应膜的对地电容会发生变化，通过检测电容变化量实现压力触控功能。压力触控与指纹识别是通过各自的功能部件发挥作用的。由于增加了传感膜，增加了器件的整体厚度，同时增加了成本并降低了器件的柔性。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的实施例涉及一种传感结构以及显示设备，能够使指纹识别功能和压力触控检测功能集成到一个器件中，减少了器件的整体厚度，降低了成本，同时提高了显示设备的柔性。

根据本发明的一方面，提供一种传感结构，包括：

第一压感电极，具有至少一个成像孔；

指纹识别传感器，设置在所述第一压感电极的一侧，并且所述指纹识别传感器在所述第一压感电极上的投影至少覆盖一个所述成像孔；

第二压感电极，设置在所述指纹识别传感器背离所述第一压感电极的一侧，与所述第一压感电极形成压力检测电容。

在一实施例中，所述第一压感电极具有多个遮光子电极，至少一个所述遮光子电极具有至少一个成像孔，并且相邻的所述遮光子电极之间设置有黑色绝缘材料。

在一实施例中，还包括压力触控驱动芯片以及多条金属导线，所述金属导线的数量与所述遮光子电极的数量相同，每个所述遮光子电极分别通过一根所述金属导线与所述压力触控驱动芯片连接。

在一实施例中，还包括透明绝缘层，设置在所述第一压感电极靠近所述指纹识别传感器的一侧，在所述透明绝缘层靠近所述第一压感电极一侧的表面上或背离所述第一压感电极一侧的表面上设置有第一凹槽，所述指纹识别传感器设置在所述第一凹槽中。

在一实施例中，还包括设置在所述第一压感电极靠近所述指纹识别传感器的一侧的透明绝缘层和泡棉绝缘层，所述透明绝缘层位于所述第一压感电极与所述泡棉绝缘层之间，在所述泡棉绝缘层靠近所述透明绝缘层的表面开设有第一窗口，所述指纹识别传感器设置在所述第一窗口中。

在一实施例中，所述遮光子电极均为金属片。

根据本发明的另一方面，提供一种显示设备，包括显示面板以及如上所述的传感结构。

在一实施例中，所述显示面板为OLED显示面板，包括：依次堆叠设置的绝缘层、TFT阵列电路层、电致发光阳极层、电致发光层、电致发光阴极层和薄膜封装层，所述绝缘层背离所述TFT阵列电路层的表面与所述传感结构的第一压感电极接触。

在一实施例中，所述传感结构中的第二压感电极被配置为所述显示设备的金属中框。

根据本发明的另一方面，提供一种上述传感结构的驱动方法，包括：

在任何时间内，第一压感电极通过其成像孔对指纹进行成像，通过指纹识别传感器进行指纹识别；

在压力触控时间内，压力检测电容进行充放电，当第一压感电极受到压力作用时，压力检测电容值的变化量转换为触控压力值输出；在非压力触控时间内，压力检测电容充放电停止。

本发明的传感结构，通过将指纹识别功能与压力触控功能集中到一种器件上，减少了器件的厚度，同时降低了成本，提高了器件的弯折性能。将其应用到显示设备中，降低了整个显示设备的厚度，同时也提高了其柔性。

附图说明

包括附图以提供对本发明的进一步理解，附图并入本申请并组成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。显而易见地，以下附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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他附图。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的传感结构的结构示意图；

图2示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的传感结构的结构示意图；

图3示意性地示出了根据本发明的另一示例性实施例的传感结构的结构示意图；

图4示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的显示设备的结构示意图；

图5示意性地示出了根据本发明的另一示例性实施例的显示设备的结构示意图；

图6示意性地示出了根据本发明的另一示例性实施例的显示设备的结构示意图；

图7示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的压力触控检测时序图；

图8示意性地示出了本发明中传感结构的驱动方法流程图。

附图标记说明：

1-传感结构

11-第一压感电极 111-成像孔 12-指纹识别传感器

13-压力触控驱动芯片 14-金属导线 15-透明绝缘层

151-第一凹槽 16-泡棉绝缘层 161-第一窗口

17-第二压感电极

2-OLED显示面板

21-绝缘层 22-TFT阵列电路层 23-电致发光阳极层

24-电致发光层 25-电致发光阴极层 26-薄膜封装层

3-金属中框

具体实施方式

现在将参照附图更全面地描述本发明的示例性实施例。然而，实施例能够以多种形式来实施，且不应被理解为限于在此阐述的示例；相反，提供这些实施例使得本发明将更加全面和完整，并将本发明的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，说明书存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本发明的实施例提供了一种传感结构1，请参考图1，其包括第一压感电极11、指纹识别传感器12、第二压感电极17。该第一压感电极11具有至少一个成像孔111。指纹识别传感器12设置在第一压感电极11的一侧，且其在第一压感电极11上的投影对应成像孔111。第二压感电极17设置在指纹识别传感器12背离第一压感电极11的一侧，与第一压感电极11形成压力检测电容。

具体而言，指纹识别传感器12设置在第一压感电极11的下方，第二压感电极17设置在指纹识别传感器12的下方。本发明中的“上”、“下”可以理解为自然光透过成像孔111的方向为从上到下。

在一实施例中，请参考图2，该第一压感电极11具有多个遮光子电极，至少一个遮光子电极具有至少一个成像孔，相邻的遮光子电极之间设置有黑色绝缘材料使其彼此绝缘。

本发明的传感结1将指纹识别以及压力触控功能集中到一个器件中，避免了单独设置压力传感膜，能够降低器件的厚度，并且降低成本，增加器件的柔性。

请参考图1至图4，根据本发明的一实施例，第一压感电极11具有多个成像孔111，光穿过成像孔111，利用小孔成像原理对指纹进行成像。本实施例中，第一压感电极11为片状的，其上分布有多个成像孔，由于该片状的第一压感电极11的面积较大，而指纹采集的区域较小，因此，在该片状的第一压感电极11上确定指纹采集区域，即保证在该指纹采集区域中必然具有成像孔，以使指纹识别传感器12能够设置在第一压感电极11的下方，且其在第一压感电极11上的投影对应该指纹采集区域的成像孔，对指纹图像进行采集并识别。在一实施例中，该第一压感电极为金属片，具有遮光的作用，还可以是其他材料，只要能够作为电极并且遮光均可，在此不做限定。

此外，请参考图2，本发明中的传感结构还包括压力触控驱动芯片13以及多条金属导线14。金属导线14的一端连接第一压感电极11，另一端连接压力触控驱动芯片13。

该压力触控驱动芯片13包括内部电源、振荡频率信号产生电路和振荡频率信号处理模块，能够对第一压感电极11进行充放电，该压力触控驱动芯片13为本领域技术人员所公知，关于其具体结构，在此不再赘述。

实现压力触控的原理是，第一压感电极11与第二压感电极17形成一个压力检测电容，该压力检测电容具有对地电容。压力触控驱动芯片13对该压力检测电容进行反复地充放电，形成振荡电路。当没有按压压力时，第一压感电极11(即导电遮光层)与第二压感电极17之间的距离不会发生变化，电容值也不发生变化，产生一个振荡频率信号，当有按压压力时，第一压感电极11与第二压感电极17之间的距离会发生变化，电容值也会发生变化，产生另一个振荡频率信号，压力触控驱动芯片13根据两个振荡频率信号的差值转换为压力值输出。

然而，由于一般片状的第一压感电极11的面积较大，其形成的压力检测电容较大，充放电过程会变得缓慢，导致压力触控不灵敏。因此，请参考图2，可以将多个遮光子电极通过绝缘胶进行粘接，即最终多个较小的遮光子电极拼接形成一块第一压感电极11，且相邻的遮光子电极之间彼此绝缘。金属导线14的数量与遮光子电极的数量相同，使得每块遮光子电极分别通过一根金属导线14与压力触控驱动芯片13连接。通过多个遮光子电极的绝缘拼接，形成多个较小的压力检测电容，提高了压力触控检测的灵敏度。此外，由于该拼接后的第一压感电极11仍然发挥指纹识别的功能，为了防止在指纹识别时，光透过绝缘胶产生杂散光，进而影响指纹成像质量，本发明实施例中的绝缘胶采用黑色的绝缘胶。在一实施例中，遮光子电极均为金属片。

在一实施例中，每个遮光子电极上均具有至少一个成像孔，且均匀分布，以提高最终的显示质量。

在一实施例中，传感结构1未设置第二压感电极17，而是利用电子终端设备的金属中框3作为第二压感电极。

本发明中传感结构1可以放置在任何需要指纹识别功能以及压力触控功能的电子终端设备中，请参考图5至图6，放置于电子终端设备中后，电子终端设备的金属中框3与第一压感电极11形成压力检测电容，金属中框3与第二压感电极17发挥相同的作用，其取代传感结构1中的第二压感电极17，使得该压力检测电容具有对地电容。

当然，在另一实施例中，该传感结构1中的第二压感电极17也可以为一金属片，其发挥的作用与上述实施例中的金属中框3的作用相同，与第一压感电极11形成压力检测电容。当在某些电子终端设备中不适宜采用金属中框3作为第二压感电极时，可以采用本实施例中的金属片作为第二压感电极。

金属中框3即为保护电子设备的类似壳体的部件，一般设置有金属板，在金属板上开设有通孔，该金属板用于承载电子设备中的不同模组，如手机中框、iPad中框。

如图1所示，在一实施例中，该传感结构1还可以包括透明绝缘层15，该透明绝缘层15设置在第一压感电极11靠近指纹识别传感器12的一侧，即设置在第一压感电极11的下方。由于指纹识别传感器12也设置于第一压感电极11的下方，因此，可以在透明绝缘层15靠近第一压感电极11的一侧的表面或背离第一压感电极11一侧的表面上设置第一凹槽151，该第一凹槽151在第一压感电极11上的投影对应指纹采集区域的成像孔，该指纹识别传感器12设置在该第一凹槽151中，请参考图4和图5。在本实施例中，第二压感电极17设置在透明绝缘层15背离第一压感电极11的一侧，具体为与透明绝缘层15的下表面接触。在一实施例中，该透明绝缘层15可以为透明PI柔性基板，PI为聚酰亚胺，或者该透明绝缘层15为其他透明绝缘材料形成，在此不做限定。

如图3所示，在一实施例中，该传感结构1还可以包括设置在第一压感电极11靠近指纹识别传感器12的一侧的透明绝缘层15和泡棉绝缘层16，该透明绝缘层15位于第一压感电极11与泡棉绝缘层16之间。在泡棉绝缘层16靠近透明绝缘层15的表面开设有第一窗口161，该第一窗口161在第一压感电极11上的投影对应指纹采集区域的成像孔，指纹识别传感器12设置在该第一窗口161中，即泡棉绝缘层16用于固定指纹识别传感器12，同时作为压力检测电容的绝缘介质。该第一窗口161可以贯穿该泡棉绝缘层16，也可以是从泡棉绝缘层16的上表面向下表面具有一定深度的凹槽，只要保证指纹识别传感器12能够顺利采集到指纹图像即可，在此不做限定。在本实施例中，第二压感电极17设置在泡棉绝缘层16背离透明绝缘层15的一侧，具体为与泡棉绝缘层16的下表面接触。

上述实施例说明了指纹识别传感器12不同的设置方式，本领域技术人员可以根据指纹识别传感器12的大小、厚度或型号等去选择合适的设置方式。优选的，若指纹识别传感器12较薄，则将其设置在透明绝缘层15的第一凹槽151中，进而可以减少整个器件的厚度。

上述实施例中的传感结构1将两个功能集中到一个器件中，简化了结构，并且降低了器件的厚度，增加了器件的柔性，降低了成本。

本发明还提供了一种显示设备，其包括显示面板以及上述传感结构1，该显示设备，将指纹识别和压力触控功能集成到一个器件中，避免了使用公知的压力传感膜，进而降低了显示设备的整体厚度，降低了成本并增加了显示设备的柔性。

如图4至6所示，该显示面板为OLED显示面板2，OLED显示面板2的一侧设置有如上所述的传感结构1。该OLED显示面板2具体包括：从下向上依次堆叠设置的绝缘层21、TFT阵列电路层22、电致发光阳极层23、电致发光层24、电致发光阴极层25和薄膜封装层26，其中，绝缘层21背离TFT阵列电路层的表面与传感结构1的第一压感电极11接触。具体的，第一压感电极11的上表面与绝缘层21的下表面接触。TFT为薄膜晶体管(Thin Film Transistor)。

在一实施例中，该传感结构1包括第一压感电极11、指纹识别传感器12、第二压感电极17。该第一压感电极11具有至少一个成像孔111。指纹识别传感器12设置在第一压感电极11的一侧，且其在第一压感电极11上的投影对应成像孔111。第二压感电极17设置在指纹识别传感器12背离第一压感电极11的一侧，与第一压感电极11形成压力检测电容。

在一实施例中，该第一压感电极11具有多个遮光子电极，至少一个遮光子电极具有至少一个成像孔，相邻的遮光子电极之间设置有黑色绝缘材料使其彼此绝缘。

此外，该传感结构1还包括压力触控驱动芯片13以及多条金属导线14。金属导线14的一端连接第一压感电极11，另一端连接压力触控驱动芯片13。并且，金属导线14的数量与遮光子电极的数量相同，使得每块遮光子电极分别通过一根金属导线14与压力触控驱动芯片13连接。

压力触控驱动芯片13，包括内部电源、振荡频率信号产生电路和振荡频率信号处理模块，能够对第一压感电极11进行充放电，该压力触控驱动芯片13为本领域技术人员所公知，关于其具体结构，在此不再赘述。

根据上述的压力触控原理，本发明中的第一压感电极11与金属中框3形成一压力检测电容，即传感结构1中的第二压感电极被配置为金属中框3，使得该压力检测电容具有对地电容。

本发明中的显示设备中还包括一显示驱动IC(Display Driver IC)，该显示驱动IC与压力触控驱动芯片13电连接，将其帧同步信号发送至压力触控驱动芯片13，即在显示面板的非显示时间内，驱动该压力触控驱动芯片13对压力检测电容进行充放电。显示驱动IC与压力触控驱动芯片13具体连接为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。通过显示驱动IC的信号传输，能够实现在显示面板的非显示时间内，压力触控驱动芯片13对第一压感电极11进行充放电，进而实现压力触控功能。

本发明还提供了一种传感结构的驱动方法，该驱动方法包括：

在任何时间内，当有手指按压时，第一压感电极11通过其成像孔111对指纹进行成像，通过指纹识别传感器12进行指纹识别。

在压力触控时间内，由第一压感电极11和第二压感电极17形成的压力检测电容进行充放电，当第一压感电极11受到压力作用时，压力检测电容值的变换量转换为触控压力值输出，在非压力触控时间内，压力检测电容停止充放电。

对压力检测电容充放电的器件为外在的器件，如压力触控驱动芯片13或其他能够进行充电的器件，在此不做限定；关于电容值的变化量转换为触控压力值并输出，可以由压力触控驱动芯片13实现，也可以有其他现有的器件实现，关于如何对压力检测电容进行充放电以及将电容值变化量转换为触控压力值并输出为本领域技术人员公知的，在此不再赘述。

此外，本发明中的具有上述传感结构的OLED显示设备的指纹识别功能以及压力触控功能的具体的实现过程为：

在任何时间内，第一压感电极11能够进行指纹识别。具体包括：手指按压在第一压感电极11正对的显示面板的显示屏上，第一压感电极11上的成像孔111对该指纹进行成像，指纹识别传感器12采集并识别该指纹成像。

当显示面板处于非显示时间时，压力触控驱动芯片13对压力检测电容进行充放电，并将压力检测电容值的变化量转换为触控压力值输出。当显示面板处于显示时间时，压力触控驱动芯片13停止对压力检测电容的充放电。

通过以上内容可知，本发明中显示设备的指纹识别功能随时都能使用，本发明的压力触控功能是在显示面板非显示时间内实现；因此，在显示时间内，压力触控驱动芯片13不会对第一压感电极11进行充放电，防止第一压感电极11上加载相关驱动检测信号对OLED显示面板的像素驱动电路产生影响，进而可能影响图像质量；同时，也节省了压力检测产生的功耗。请进一步参考图7，在显示面板的显示时间(DE高电平区域)，压力触控驱动芯片13未对第一压感电极11进行充放电，在显示面板的非显示时间(DE低电平区)，其对应帧同步信号VS，压力触控驱动芯片13对导电遮光层11进行充放电。其中，VS为帧同步信号，DE为数据使能信号，Tx为压力触控驱动信号。

综上所述，本发明中的传感结构1将两种功能集中到一种器件上，减少了器件的厚度，同时降低了成本，提高了器件的柔性。应用到显示设备中，降低了整个显示设备的厚度，同时也提高了其柔性，降低生产成本。

已经针对附图给出了对本发明的特定示例性实施例的前面的描述。这些示例性实施例并不意图是穷举性的或者将本发明局限于所公开的精确形式，并且明显的是，在以上教导的启示下，本领域普通技术人员能够做出许多修改和变化。因此，本发明的范围并不意图局限于前述的实施例，而是意图由权利要求和它们的等同物所限定。

Claims (10)

1.一种传感结构，其特征在于，包括：

第一压感电极，具有至少一个成像孔；

指纹识别传感器，设置在所述第一压感电极的一侧，并且所述指纹识别传感器在所述第一压感电极上的投影至少覆盖一个所述成像孔；

第二压感电极，设置在所述指纹识别传感器背离所述第一压感电极的一侧，与所述第一压感电极形成压力检测电容。

2.根据权利要求1所述的传感结构，其特征在于，所述第一压感电极具有多个遮光子电极，至少一个所述遮光子电极具有至少一个成像孔，并且相邻的所述遮光子电极之间设置有黑色绝缘材料。

3.根据权利要求2所述的传感结构，其特征在于，还包括压力触控驱动芯片以及多条金属导线，所述金属导线的数量与所述遮光子电极的数量相同，每个所述遮光子电极分别通过一根所述金属导线与所述压力触控驱动芯片连接。

4.根据权利要求1或2所述的传感结构，其特征在于，还包括透明绝缘层，设置在所述第一压感电极靠近所述指纹识别传感器的一侧，在所述透明绝缘层靠近所述第一压感电极一侧的表面上或背离所述第一压感电极一侧的表面上设置有第一凹槽，所述指纹识别传感器设置在所述第一凹槽中。

5.根据权利要求1或2所述的传感结构，其特征在于，还包括设置在所述第一压感电极靠近所述指纹识别传感器的一侧的透明绝缘层和泡棉绝缘层，所述透明绝缘层位于所述第一压感电极与所述泡棉绝缘层之间，在所述泡棉绝缘层靠近所述透明绝缘层的表面开设有第一窗口，所述指纹识别传感器设置在所述第一窗口中。

6.根据权利要求2所述的传感结构，其特征在于，所述遮光子电极均为金属片。

7.一种显示设备，包括显示面板以及如权利要求1至6中任一项所述的传感结构。

8.根据权利要求7所述的显示设备，其特征在于，所述显示面板为OLED显示面板，包括：依次堆叠设置的绝缘层、TFT阵列电路层、电致发光阳极层、电致发光层、电致发光阴极层和薄膜封装层，所述绝缘层背离所述TFT阵列电路层的表面与所述传感结构的第一压感电极接触。

9.根据权利要求8所述的显示设备，其特征在于，所述传感结构中的第二压感电极被配置为所述显示设备的金属中框。

10.一种如权利要求1至6中任一项所述的传感结构的驱动方法，其特征在于，包括：

在任何时间内，第一压感电极通过其成像孔对指纹进行成像，通过指纹识别传感器进行指纹识别；

在压力触控时间内，压力检测电容进行充放电，当第一压感电极受到压力作用时，压力检测电容值的变化量转换为触控压力值输出；在非压力触控时间内，压力检测电容充放电停止。