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CN117711037A - 一种基于Micro-led的屏幕指纹识别装置和方法 - Google Patents

一种基于Micro-led的屏幕指纹识别装置和方法 Download PDF

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CN117711037A
CN117711037A CN202311728500.2A CN202311728500A CN117711037A CN 117711037 A CN117711037 A CN 117711037A CN 202311728500 A CN202311728500 A CN 202311728500A CN 117711037 A CN117711037 A CN 117711037A
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CN
China
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mos tube
micro
led chip
chip
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CN202311728500.2A
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罗利英
陈宁
田朝勇
蒲周平
张亚楠
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Sichuan Cric Technology Co ltd
Sichuan Changhong Electronic Holding Group Co Ltd
Original Assignee
Sichuan Cric Technology Co ltd
Sichuan Changhong Electronic Holding Group Co Ltd
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Publication date
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明主要涉及LED显示技术领域。为了解决目前的Micro‑led的屏幕指纹识别需要设置额外的传感器，产生额外的光口比的问题，以及需要用户触摸指定的区域进行解锁，操作不简便的问题；本发明提供一种基于Micro‑led屏幕的指纹识别装置，当需要指纹识别功能时，触摸感应模块确认手指的按压位置，手指下方的第一LED芯片用作指纹识别的光源，与第二LED芯片连接的像素驱动电路测量第一LED芯片发射的光线经过指纹凸起和凹陷处的反射光在第二LED芯片上产生的光电流的电压差，确定指纹的形状；指纹识别功能完成，Micro‑led屏幕恢复正常显示状态。

Description

一种基于Micro-led的屏幕指纹识别装置和方法
技术领域
本发明主要涉及LED显示技术领域，尤其是涉及一种基于Micro-led的屏幕指纹识别装置和方法。
背景技术
微型发光二极管(Micro-LED)显示器具有快速响应、高分辨率、高对比度等优点已经成为显示器的重要发展方向之一。除了显示功能外，由于LED的反向电流受到入射光的影响，Micro-LED可以用作光电探测器来感知入射光的强度，因此，Micro-LED也可用作指纹传感器。指纹识别功能已广泛应用于手机屏幕等场合，然而现有的指纹识别方案都需要额外的传感器来识别指纹，并且用户必须触摸传感器附着的预定小区域。
此外，Micro-LED驱动电路中的晶体管，由于生产工艺产生的阈值电压偏差会对显示效果产生负面影响，因而需要补偿。通常的补偿方法需要六个甚至更多的晶体管，由此产生的光口比降低难以避免。
发明内容
本发明所要解决的技术问题
提供一种基于Micro-led的屏幕指纹识别装置，解决目前的Micro-led的屏幕指纹识别需要设置额外的传感器，开口率降低的问题，以及需要用户触摸指定的区域进行解锁，操作不简便的问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案
一种基于Micro-led的屏幕指纹识别装置，包括触摸感应检测模块、控制芯片和多个像素驱动电路；所述像素驱动电路与组成Micro-led屏幕的LED芯片个数相同，每一个像素驱动电路分别与一个LED芯片的阴极连接；
所述触摸感应检测模块用于检测Micro-led屏幕上进行指纹识别的位置，指纹识别位置处的LED芯片为第一LED芯片，所述第一LED芯片用于中断图像显示，按照设定亮度发光，作为指纹检测的光源；
所述像素驱动电路用于检测第一LED芯片发射的光线经过指纹反射到第二LED芯片上产生的光电流；
所述控制芯片根据像素驱动电路检测的第二LED芯片上产生的光电流的电压差确定指纹形状。
进一步的，所述像素驱动电路包括开关电路和驱动MOS管，所述驱动MOS管的源极与LED芯片的阴极连接，LED芯片的阳极与LED芯片电源的正极连接，驱动MOS管的漏极与LED芯片电源的负极连接，所述开关电路用于控制驱动MOS管的通断。
进一步的，所述开关电路包括第一开关MOS管、第二开关MOS管、第三开关MOS管和储能电容；
第一开关MOS管的源极与驱动MOS管的栅极和储能电容连接，储能电容的另一端和驱动MOS管的源极连接，驱动MOS管的源极同时与第二开关MOS管和第三开关MOS管的漏极连接，第二开关MOS管的源极与控制芯片连接，第三开关MOS管的源极与第二LED芯片的阳极连接。
进一步的，还包括模式控制芯片，用于控制所述第一LED芯片中断图像显示，按照设定亮度发光，作为指纹识别的光源。
基于上述的Micro-led的屏幕指纹识别装置，本发明还提供一种基于Micro-led的屏幕指纹识别方法，具体包括：
触摸感应模块检测Micro-led的屏幕上被用户手指遮挡的LED芯片的位置，对应位置处的LED芯片为第一LED芯片；
模式控制芯片控制第一LED芯片中断图像显示，按照设定的亮度发光，作为指纹识别的光源；
第一LED模块作为光源发射的光线反射到第二LED模块，与第二LED模块连接的像素驱动电路检测第二LED模块产生光电流；
控制芯片根据电压差确定指纹形状，并与预存的指纹形状进行比较，判断是否对设备进行解锁。
进一步的，所述与第二LED模块连接的像素驱动电路检测第二LED模块产生光电流具体包括：控制芯片向像素驱动电路的数据电压端输入预设电压，控制驱动MOS管关闭，第二LED芯片产生的电流从所述像素驱动电路输出。
进一步的，所述方法还包括：当LED进行图像显示时，控制驱动MOS管导通控制芯片向像素驱动电路的数据电压端输入包含MOS管阈值电压补偿的图像数据电压。
进一步的，所述方法还包括：结束指纹识别后，控制LED阳极电压进行初始化，恢复图显示。
本发明的有益效果
本发明所述的一种基于Micro-led的屏幕指纹识别装置，通过为组成Micro-led的屏幕的每一个LED芯片设置像素驱动电路，在不同的电压状态下可以分别进行图像显示和指纹识别，无需添加额外的传感器模组；该像素驱动电路所需的晶体管数量仅为4个，减少了晶体管的数量，能够起到节约制造成本的效果。
本发明所述的一种基于Micro-led的屏幕指纹识别装置还设置了触摸感应模块，触摸感应模块与控制芯片连接，用于检测Micro-led的屏幕上进行指纹识别的位置，用户在进行指纹识别时可以自由选择指纹识别的位置，操不需要在指定位置上进行指纹识别，能够提高用户使用的简便性。
附图说明
图1为本发明所述一种用于Micro-led屏幕的指纹识别装置的方法流程图；
图2为本发明所述一种用于Micro-led屏幕的指纹识别装置的架构示意图；
图3为本发明所述一种用于Micro-led屏幕的指纹识别装置的像素驱动电路图；
图4为本发明所述一种用于Micro-led屏幕的指纹识别装置的控制信号时序图；
附图标记：M1-第一开关MOS管，M2-驱动MOS管，M3-第二开关MOS管，M4-第三开关MOS管，CS-储能电容，PD-LED芯片，CLED-LED电容。
具体实施方式
本发明所述的一种基于Micro-led屏幕的指纹识别装置，为组成Micro-led的屏幕的每一个LED芯片设置像素驱动电路，正常状态下Micro-led屏幕作显示器件正常进行图像显示。如图1所示：当需要指纹识别功能时，触摸感应模块确认手指的按压位置，手指放在显示屏上时会阻挡来自LED芯片的光，因此手指下方的LED芯片不需要发出与图像数据相关的光，可以用作指纹识别的光源，即第一LED芯片，第二LED芯片根据来自手指凸起或凹陷处产生的反射光产生光电流，与第二LED芯片连接的像素驱动电路测量指纹凸起和凹陷出的反射光在第二LED芯片上产生的光电流的电压差，确定指纹的形状；指纹识别功能完成，Micro-led屏幕恢复正常显示状态。
实施例：
图2为指纹识别设计的架构示意图。当Micro-led屏幕处于指纹识别状态下，模式控制芯片控制被指纹覆盖的绿色LED芯片作为第一LED芯片发射光线，发出的光线经过指纹的凸起和凹陷处反射后的光线被作为第二LED芯片的红色LED接收，第二LED芯片产生的光电流经像素驱动电路被控制芯片获取和处理。
所述像素驱动电路如图3所示，包括开关电路和驱动MOS管M2，所述驱动MOS管M2的源极与LED芯片的阴极连接，LED芯片的阳极与LED芯片电源的正极连接，驱动MOS管M2的漏极与LED芯片电源的负极连接，所述开关电路用于控制驱动MOS管M2的通断。所述开关电路包括第一开关MOS管、第二开关MOS管M3、第三开关MOS管M4和储能电容；第一开关MOS管的源极与驱动MOS管M2的栅极和储能电容连接，储能电容的另一端和驱动MOS管M2的源极连接，驱动MOS管M2的的源极同时与第二开关MOS管M3和第三开关MOS管M4的漏极连接，第二开关MOS管M3的源极与控制芯片连接，第三开关MOS管M4的源极与第二LED芯片的阴极连接。
VDD、VSS、VF和VDATA分别为LED芯片的电源正极、LED芯片的电源负极、第一开关晶体管第一开关MOS管M1的栅极控制电压和LED芯片的图像数据电压。本实施例中，VDD、VSS、VF分别设为5V，0V和-3V。VG、VS分别为驱动晶体管驱动MOS管M2的栅极电压和源极电压。储能电容CS、和LED电容CLED分别为500fF和30pF。
图4为像素驱动电路的控制信号时序图，S1[n]、S2[n]、S3[n]分别为第一开关MOS管M1、第二开关MOS管M3和第三开关MOS管M4的为控制信号，电压范围为-7至7V。阶段(1)(2)(3)(4)为一个控制周期。在阶段(1)，S1[n]和S2[n]处于高电平，S3[n]处于低电平，此时第一开关MOS管M1、第二开关MOS管M3导通，第三开关MOS管M4关闭，驱动MOS管M2的栅源电压为预设值，VS大于VG，驱动MOS管M2关闭。在阶段(2)，S1[n]处于低电平，S2[n]、S3[n]处于高电平，此时第一开关MOS管M1、驱动MOS管M2关闭，第二开关MOS管M3、第三开关MOS管M4导通，第二LED芯片的阳极电压由进行初始化。
当LED进行正常显示时，在阶段(3)，S1[n]和S2[n]处于高电平，S3[n]处于低电平，此时第一开关MOS管M1、第二开关MOS管M3导通，第三开关MOS管M4关闭。VDATA为包含晶体管阈值电压补偿的图像数据电压，将驱动MOS管M2的栅源电压重新设置，使得驱动MOS管M2导通；在阶段(4)，S1[n]、S2[n]处于低电平，S3[n]处于高电平，此时第一开关MOS管M1、第二开关MOS管M3关闭，驱动MOS管M2、第三开关MOS管M4导通，因为CLED远高于VS节点的寄生电容，VS在阶段(4)开始时急剧降低，随着驱动MOS管M2的导通增大，使第二LED芯片的电流与驱动MOS管M2的栅、源极电压所确定的电流匹配，达到目标亮度。
当LED进行指纹检测时，第一开关MOS管M1、第二开关MOS管M3、第三开关MOS管M4通断与正常显示时相同，在阶段(3)，驱动MOS管M2的栅、源极电压被设置为使得驱动MOS管M2关闭；在阶段(4)，驱动MOS管M2保持关闭，VS电压随着第二LED芯片光电流的产生而增大；在第二个控制周期的阶段(1)，驱动MOS管M2的栅源电压被复原为预设值，在第二个控制周期的阶段(2)，由于CST的一个节点浮空且LED电容CLED很大，VS几乎与上一周期阶段(4)中的LED最终阳极电压相同，光电流引起的积累电荷通过数据电压端VDATA被读取。在本实施例中，皮肤凸起与凹陷处产生的光电压差值达到3.5V，可以被准确识别。结束指纹识别后，进入控制周期阶段(1)，控制第二LED芯片阳极电压进行初始化，恢复图显示。

Claims (8)

1.一种基于Micro-led的屏幕指纹识别装置，其特征在于，包括触摸感应检测模块、控制芯片和多个像素驱动电路；所述像素驱动电路与组成Micro-led屏幕的LED芯片个数相同，每一个像素驱动电路分别与一个LED芯片的阳极连接；
所述触摸感应检测模块用于检测Micro-led屏幕上进行指纹识别的位置，指纹识别位置处的LED芯片为第一LED芯片，所述第一LED芯片用于中断图像显示，按照设定亮度发光，作为指纹检测的光源；
所述像素驱动电路用于检测第一LED芯片发射的光线经过指纹反射到第二LED芯片上产生的光电流；
所述控制芯片根据像素驱动电路检测的第二LED芯片上产生的光电流的电压差确定指纹形状。
2.根据权利要求1所述的一种基于Micro-led的屏幕指纹识别装置，其特征在于，所述像素驱动电路包括开关电路和驱动MOS管，所述驱动MOS管的源极与LED芯片的阳极连接，LED芯片的阴极与LED芯片电源的阴极连接，驱动MOS管的漏极与LED芯片电源的负极连接，所述开关电路用于控制驱动MOS管的通断。
3.根据权利要求2所述的一种基于Micro-led的屏幕指纹识别装置，其特征在于，所述开关电路包括第一开关MOS管、第二开关MOS管、第三开关MOS管和储能电容；
第一开关MOS管的源极与驱动MOS管的栅极和储能电容连接，储能电容的另一端和驱动MOS管的源极连接，驱动MOS管的的源极同时与第二开关MOS管和第三开关MOS管的漏极连接，第二开关MOS管的源极与控制芯片连接，第三开关MOS管的源极与第二LED芯片的阳极连接。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种基于Micro-led的屏幕指纹识别装置，其特征在于，还包括模式控制芯片，用于控制所述第一LED芯片中断图像显示，按照设定亮度发光，作为指纹识别的光源。
5.一种基于Micro-led的屏幕指纹识别方法，应用于权利要求1-4任意一项所述的一种基于Micro-led的屏幕指纹识别装置，其特征在于，包括：
触摸感应模块检测Micro-led的屏幕上被用户手指遮挡的LED芯片的位置，对应位置处的LED芯片为第一LED芯片；
模式控制芯片控制第一LED芯片中断图像显示，按照设定的亮度发光，作为指纹识别的光源；
第一LED模块作为光源发射的光线反射到第二LED模块，与第二LED模块连接的像素驱动电路检测第二LED模块产生光电流；
控制芯片根据电压差确定指纹形状，并与预存的指纹形状进行比较，判断是否对设备解锁。
6.根据权利要求5所述的一种基于Micro-led的屏幕指纹识别方法，其特征在于，所述与第二LED模块连接的像素驱动电路检测第二LED模块产生光电流具体包括：控制芯片向像素驱动电路的数据电压端输入预设电压，控制驱动MOS管关闭，第二LED芯片产生的电流从所述像素驱动电路输出。
7.根据权利要求5所述的一种基于Micro-led的屏幕指纹识别方法，其特征在于，所述方法还包括：当LED进行图像显示时，控制驱动MOS管导通控制芯片向像素驱动电路的数据电压端输入包含MOS管阈值电压补偿的图像数据电压。
8.根据权利要求5所述的一种基于Micro-led的屏幕指纹识别方法，其特征在于，所述方法还包括：结束指纹识别后，控制第二LED芯片阳极电压进行初始化，恢复图显示。
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