CN111814632A - 电容屏和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电容屏和电子设备，属于指纹识别领域。其中，电容屏由多个像素点组成，像素点包括：互电容，包括相对设置的第一电极和第二电极，第二电极为电容屏的指纹接触电极，且第一电极连接在电容屏的电源端；复位开关，复位开关连接在电容屏的电源端与第二电极之间；源跟随器，源跟随器的输入端与第二电极连接，源跟随器的输出端为像素点的指纹信号输出端，源跟随的电源端与电容屏的电源端连接；第一控制单元，第一控制单元的第一开关控制信号输出端与源跟随器的控制端连接；第二控制单元，第二控制单元的第二开关控制信号输出端与复位开关的控制端连接。本申请解决了对于被动式指纹识别方案，信噪比低以及指纹脊与指纹谷对比度低的问题。

Description

电容屏和电子设备

技术领域

本申请属于指纹识别技术领域，具体涉及一种电容屏和一种电子设备。

背景技术

电容型指纹识别技术因稳定性好，工艺简易，成本低的优点，被广泛应用于智能终端、门锁安防、身份记录等领域。

目前，电容型指纹识别的原理如图1所示，当用户手指按压到指纹识别设备表面时，由于人的指纹为高低起伏状，因此，指纹脊与指纹识别设备表面紧密接触而不留空隙，指纹谷与指纹识别设备表面未紧密接触而存在一空气间隙。这样，由于指纹谷和指纹脊分别与指纹识别设备表面的接触情况存在差异，导致了指纹识别设备内各处发射端(Transmit；Tx)和接收端(Receive；Rx)之间的电容不同。指纹识别设备通过对各处不同的电容信号进行处理，即可得到指纹图像。其中，指纹识别设备的表面为一盖板或涂层，Tx与Rx设置在与盖板或涂层相邻的绝缘层中，绝缘层的另一面设置有传感器基板。

基于上述电容型指纹识别原理，目前提出了被动式电容型指纹识别方案。但是，对于被动式指纹识别方案，存在信噪比低，以及指纹脊处对应的电容信号C_脊与指纹谷处对应的电容信号C_谷相差小，即指纹脊与指纹谷对比度低的问题，这导致了被动式指纹识别方案的使用场景受限。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种电容屏，能够解决对于被动式指纹识别方案，信噪比低以及指纹脊与指纹谷对比度低的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种电容屏，所述电容屏由多个像素点组成，所述像素点包括：

互电容，包括相对设置的第一电极和第二电极，其中，第二电极为电容屏的指纹接触电极，且所述第一电极连接在所述电容屏的电源端；

复位开关，所述复位开关连接在所述电容屏的电源端与第二电极之间；

源跟随器，所述源跟随器的输入端与所述第二电极连接，所述源跟随器的输出端为所述像素点的指纹信号输出端，所述源跟随器的电源端与所述电容屏的电源端连接；

第一控制单元，所述第一控制单元的第一开关控制信号输出端与所述源跟随器的控制端连接；

第二控制单元，所述第二控制单元的第二开关控制信号输出端与所述复位开关的控制端连接。

第二方面，本申请实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括第一方面所述的电容屏。

在本申请实施例中，提供了一种电容屏。该电容屏由多个像素点组成，像素点包括：互电容、复位开关、源跟随器、第一控制单元及第二控制单元。其中，第二控制单元的第二开关控制信号的输出端与复位开关的控制端连接，这样，第二控制单元输出的第二开关控制信号通过复位开关的控制端输入至复位开关中，使得复位开关可对源跟随器进行定周期复位。在用户的手指触摸电容屏时，互电容可以感应用户手指的指纹对第二电极的触摸，从而实现互电容的电压变化。第一控制单元的第一开关控制信号的输出端与源跟随器的控制端连接，这样，在复位开关对源跟随器复位后，第一控制单元输出的第一开关控制信号通过源跟随器的控制端输入至源跟随器中，以使得源跟随器输出其对互电容进行电压感应并放大得到的感应信号，即指纹信号。由于本申请实施例提供的电容屏中的像素点，可通过源跟随器对互电容进行电压感应，并对感应到的指纹信号进行放大并输出，这样，可得到大幅值的对应于用户手指的指纹触摸电容屏的指纹信号，进一步的，使得像素点的信噪比提高，以及指纹脊和指纹谷对应像素点的指纹信号的差值增大，即提高了指纹脊和指纹谷的对比度。这样，本申请实施例提供的电容屏可适用于更广泛的指纹识别场景。

附图说明

图1是电容型指纹识别原理的示意图；

图2是本申请实施例提供的一种电容屏的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种电平信号时序示意图；

图4是本申请实施例提供的一种源跟随器与复位开关的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的另一种源跟随器与复位开关的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种电容屏的结构示意图；

图7是本申请实施例提供的一种像素点的工艺结构示意图；

图8是本申请实施例提供的一种电容屏中感应指纹谷的像素点模型的示意图；

图9是本申请实施例提供的一种电容屏中感应指纹脊的像素点模型的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的电容屏和电子设备进行详细地说明。

本申请实施例提供了一种电容屏，如图2所示，该电容屏由多个像素点组成，在本申请实施例中，对于电容屏中包含的像素点的个数不做限定。

对于电容屏中的像素点，包括：互电容10、复位开关20、源跟随器30、第一控制单元40以及第二控制单元50。

其中，互电容10，包括相对设置的第一电极101和第二电极102，其中，第二电极102为电容屏的指纹接触电极，且第一电极101连接在电容屏的电源端60；

复位开关20，复位开关20连接在电容屏的电源端60与第二电极之间102；

源跟随器30，源跟随器30的输入端与第二电极连接102，源跟随器30的输出端为像素点的指纹信号输出端，源跟随器30的电源端与电容屏的电源端60连接；

第一控制单元40，第一控制单元40的第一开关控制信号输出端与源跟随器30的控制端连接；

第二控制单元50，第二控制单元50的第二开关控制信号输出端与复位开关20的控制端连接。

在本申请实施例中，互电容10的第一电极101作为如图1所示的发射端Tx，第二电极102作为如图1所示的接收端Rx。互电容用于感应用户手指对第二电极102的触摸，从而实现互电容10的电压变化。

可以理解的是，用户手指对第二电极102的触摸，实质上是用户手指的指纹对第二电极102的触摸。以及，在用户的手指未对第二电极102进行触摸的情况下，互电容10的电压将不发生变化。

第二控制单元50通过第二开关控制信号输出端输出的第二开关控制信号，为周期性的电平信号Vreset。该电平信号Vreset通过复位开关20的控制端输入至复位开关20中，以使得控制复位开关20可对源跟随器30进行定周期复位。

第一控制单元40通过第一开关控制信号输出端输出的第一开关控制信号，为周期性的电平信号Vgate。在复位开关20对源跟随器30复位后，该电平信号Vgate通过源跟随器30的控制端输入至源跟随器30中，以使得源跟随器30输出其对互电容10进行电压感应并放大得到的感应信号，即指纹信号。

在本申请实施例中，电平信号Vreset与电平信号Vgate存在关联关系，如图3所示，具体为：在t1时刻，电平信号Vreset处于高电平，而Vgate处于低电平；在t2时刻，电平信号Vreset处于低电平，而Vgate处于低电平；在t3时刻Vreset处于低电平，而Vgate处于高电平。继续的，重复上述t1～t3时刻。

结合上述图3，一个像素点的工作流程为：在t1时刻，电平信号Vreset处于高电平，而Vgate处于低电平，此时，源跟随器30复位。在t2时刻，电平信号Vreset处于低电平，且Vgate处于低电平，若用户手指触摸第二电极，此时，互电容10的电压发生变化，源跟随器30对互电容10进行电压感应，并对感应信号Signal进行放大。在t3时刻，Vreset处于低电平，而Vgate处于高电平，源跟随器30对放大后的感应信号Signal进行输出。基于此，t1时刻可理解为复位时刻，t2时刻可理解为采样时刻，t3时刻可理解为输出时刻。

在本申请的一个实施例中，对于电容屏中的每一个像素点，可包含独立的第一控制单元40和独立的第二控制单元50。在该实施例中，对于处于同一扫描行或列的像素点，第二控制单元50输出的第二开关控制信号为相同的周期性电平信号Vreset，这样，同一扫描行或扫描列中的像素点同时复位，即可实现电容屏的行或列复位。

或者，对于电容屏中的每一像素点，第二控制单元50输出的第二开关控制信号为相同的周期性的电平信号Vreset，这样，电容屏中的所有像素点同时复位，即可实现电容屏的帧复位。

以及，对于处于同一扫描行或列的像素点，第一控制单元40输出的第一开关控制信号为相同的周期性电平信号Vgate，这样，对处于同一扫描行或列的像素点的对应源跟随器30可同时输出感应信号Signal。

需要说明的是，如图3所示，在电容屏实现行或列复位的情况下，前一扫描行或列的像素点在第一控制单元40的第一开关控制信号输出高电平后，当前扫描行或列的像素点的第一控制单元40的第一开关控制信号输出高电平。基于此，可以实现逐行或列的像素点中，对应源跟随器30同时输出感应信号Signal。其中，Vgate1表示的是第一扫描行或列的像素点对应第一控制单元40输出的第一开关控制信号Vgate。Vgate N表示的是第N扫描行或列的像素点对应第一控制单元40输出的第一开关控制信号Vgate。

基于上述实施例中对第一控制单元40和第二控制单元50的说明，在本申请的一个实施例中，对于电容屏中的同一扫描行或列的像素点，可共用同一第一控制单元40和第二控制单元50，这样，可降低电容屏的布线负载，从而提高像素点的信噪比。

基于上述实施例中对第一控制单元40和第二控制单元50的说明，在本申请的另一个实施例中，对于电容屏中的每一个像素点，可共用同一第二控制单元50。即电容屏中不同像素点的复位开关20的控制端与同一第二控制单元50的第二开关控制信号的输出端连接。以及，对于同一扫描行或列的像素点可共用同一第一控制单元40。这样，通过共用的方式可降低电容屏的布线负载，从而提高像素点的信噪比。

另外，基于上述第一控制单元40和第二控制单元50，可以理解的是，本申请实施例提供的电容屏为一种主动式指纹识别的电容屏。

在本申请实施例中，提供了一种电容屏。该电容屏由多个像素点组成，像素点包括：互电容、复位开关、源跟随器、第一控制单元及第二控制单元。其中，第二控制单元的第二开关控制信号的输出端与复位开关的控制端连接，这样，第二控制单元输出的第二开关控制信号通过复位开关的控制端输入至复位开关中，使得复位开关可对源跟随器进行定周期复位。在用户的手指触摸电容屏时，互电容可以感应用户手指的指纹对第二电极的触摸，从而实现互电容的电压变化。第一控制单元的第一开关控制信号的输出端与源跟随器的控制端连接，这样，在复位开关对源跟随器复位后，第一控制单元输出的第一开关控制信号通过源跟随器的控制端输入至源跟随器中，以使得源跟随器输出其对互电容进行电压感应并放大得到的感应信号，即指纹信号。由于本申请实施例提供的电容屏中的像素点，可通过源跟随器对互电容进行电压感应，并对感应到的信号进行放大并输出，这样，可得到大幅值的对应于用户手指的指纹触摸电容屏的指纹信号，进一步的，使得像素点的信噪比提高，以及指纹脊和指纹谷对应像素点的指纹信号的差值增大，即提高了指纹脊和指纹谷的对比度。这样，本申请实施例提供的电容屏可适用于更广泛的指纹识别场景。其中，上述的更广泛的指纹识别场景包括：互电容的第一电极和第二电极之间间隔更大的指纹识别场景；以及更大面积的电容屏的指纹识别场景。

在一个实施例中，如图4所示，上述的源跟随器30包括第一薄膜晶体管301和第二薄膜晶体管302，复位开关20为第三薄膜晶体管201。

第一薄膜晶体管301的漏极作为源跟随器的输出端，第一薄膜晶体管301的栅极作为源跟随器30的控制端，第一薄膜晶体管301的源极与第二薄膜晶体管302的漏极连接。

第二薄膜晶体管302的栅极作为源跟随器30的输入端，第二薄膜晶体管302的源极作为源跟随器30的电源端。

第三薄膜晶体管201的栅极作为复位开关的控制端，第三薄膜晶体管201的漏极与第二电极102连接，第三薄膜晶体管201的源极与电容屏的电源端60连接。

在本申请实施例中，由于薄膜晶体管的源极和漏极是完全对称的，因此，上述的第一薄膜晶体管301、第二薄膜晶体管302以及第三薄膜晶体管201的源极和漏极可互换。

需要说明的是，图4中虚线处表示用户手指触摸的位置。

在本实施例中，可通过3个薄膜晶体管(TFT；Thin Film Transistor)来实现复位开关20以及源跟随器30。这样，可降低像素点的结构复杂度。

如图4所示，在电容屏为扫描行或列复位时，处于同一扫描行或扫描列的像素点中包含的第二控制单元40，可以为上一扫描行或列的像素点中的第一控制单元50。在本实施例中，通过共用的方式可降低电容屏的布线负载，从而提高像素点的信噪比。

在本申请的一个实施例中，如图5所示，上述的源跟随器30包括：第四薄膜晶体管303、第五薄膜晶体管304，复位开关20为PMOS管202。

PMOS管202的源极与电容屏的电源端60连接，PMOS管202管的栅极作为复位开关的控制端，PMOS管202的漏极与第二电极102连接。

第四薄膜晶体管303的栅极作为源跟随器30的控制端，第四薄膜晶体管的303漏极作为源跟随器30的控制输出端，第四薄膜晶体管303的源极与第五薄膜晶体管304的漏极连接。

第五薄膜晶体管304的栅极作为源跟随器30的输入端，第五薄膜晶体管304的源极与电容屏的电源端60连接。

在本申请实施例中，由于薄膜晶体管的源极和漏极是完全对称的，因此，上述的第四薄膜晶体管303和第五薄膜晶体管304的源极和漏极可互换。

需要说明的是，图5中虚线处表示用户手指触摸的位置。

在本申请实施例中，通过2个TFT和1个PMOS管来实现复位开关20以及源跟随器30。这样，可降低像素点的结构复杂度。

在上述第四薄膜晶体管303、第五薄膜晶体管304以及PMOS管202的基础上，第一控制单元40和第二控制单元50可以为同一控制单元。这样，可降低像素点的控制单元个数，进一步的降低了电容屏的布线负载，从而提高像素点的信噪比。

在本申请的一个实施例中，电容屏中不同像素点的第一电极101相互独立，以及不同像素点中的第二电极102互相独立。

在另一个实施例中，由于电容屏中像素点的第一电极101均是连接在电容屏的电源端，因此，电容屏中不同像素点的第一电极101可以相互导通。如图6所示，电容屏中不同像素点的第一电极101相互导通，以及不同像素点中的第二电极102互相独立。

需要说明的是，图6中以电容屏中不同像素点的第一电极101组成一个整体进行示出。以及，图6中以4个像素点进行说明。

在本申请实施例中，由于电容屏中不同像素点的第一电极相互导通，则电容屏中可仅将其中一个像素点的第一电极连接在电容屏的电源端上，即可实现每一像素点均与电容屏的电源端连接，这样，可降低电容屏的布线负载，从而提高像素点的信噪比，同时降低电容屏的设计难度。

为了避免像素点之间的间隔过大，影响像素点的互电容的感应面积，以及避免像素之间的间隔过小，影响像素点的互电容间的电场的耦合，在本申请的一个实施例中，如图6所示，电容屏中相邻两像素点的间隔d为5um。以及，像素点的长和宽相同，且尺寸为30um至80um之间。

可以理解的是，电容屏中相邻两像素点的间隔，以及像素点的长和宽可设置为其他尺寸。

在一个实施例中，复位开关20与源跟随器30可偏离互电容10设置。

在另一个实施例中，复位开关20与源跟随器30组成的整体、与第二电极102分别设置在第一电极101的两侧。这样，一方面可降低电容屏的面积，另一方面，第一电极101可屏蔽复位开关20与源跟随器30组成的整体对第二电极102的信号干扰。

在复位开关20与源跟随器30组成的整体、与第二电极102分别设置在第一电极101的两侧的情况下，源跟随器30的输入端与复位开关20的连接第二电极102的一端，通过第一电极101的通孔与第二电极102连接。基于此，在一个实施例中，如图6所示，电容屏中第一电极101呈现“回”字型。

基于上述实施例，本申请实施例提供的电容屏中一个像素点的工艺结构可如图7所示。具体地，工艺采用低温多晶硅(LTPS；Low Temperature Poly-Silicon)工艺，以及8道Mask(掩膜板)工序。其中，Poly、Gate、ILD、SD 4道Mask实现TFT器件的图形化，以及在包含3个TFT的像素点中，第一电极101和第二电极102的两侧，分别采用绝缘层隔离。需要说明的是，因工序以及材料选定的调控性，以上Mask数不作限定。

其中，图7中的，Glass指的是玻璃；Poly指的是多晶硅；GI指的是Gate Insulator栅极绝缘层；Gate指的是栅极；ILD指的是Inter Layer Dielectric指的是层间介电层；SD指的是Source and Drain，即源漏极；Metal指的是第一电极和第二电极对应的金属层；INS指的是绝缘层Insulator；1st Metal指的是第一电极；2nd Metal指的是第二电极。

结合上述图7，本实施例提供的电容屏中感应指纹谷的像素点模型的示意图可如图8所示。以及，本实施例提供的电容屏中感应指纹脊的像素点模型的示意图可如图9所示。INS1为了更好的平坦效果以及第一电极下端的TFT的屏蔽效果，同时考虑工艺可行性，优选树脂(Resin)材料，厚度为1.5-3um；INS2优选低介电常数的Resin材料，厚度1.5-3um；INS3作为电容屏表面的保护膜层，可优选环境信赖性以及静电释放(Electro-Staticdischarge；ES)防护效果较好的Coating层，厚度可选3-50um。其中，Coating层厚度越高，防护效果更佳，但影响指纹谷和指纹脊图像的效果。图中标示的TX、RX分别为第一电极以及第二电极，其金属材料不作限定，优选氧化铟锡(Indium Tin Oxides；ITO)。

在上述任一实施例的基础上，本申请实施例提供的电容屏还包括处理单元。其中，处理单元根据像素点输出端输出的指纹信号，确定对应像素处的指纹信息。

其中，指纹信息包含对应像素处是否存在指纹脊，以及是否存在指纹谷。

在一个实施例中，处理单元对像素点的输出端输出的信号的幅值进行判断，在幅值大于预设值的情况下，确定对应像素处为指纹脊。在小于或等于预设值，且大于0的情况下，确定对应像素处为指纹谷。在等于0的情况下，确定对应像素处既不存在指纹脊，也不存在指纹谷。

基于上述内容，结合电容屏上的每一个像素点，在用户触摸电容屏的情况下，可得到用户指纹图像。其中，预设值可根据经验，或者实验得到。

本实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述任一实施例提供的电容屏。

在本实施例中，电子设备可以为指纹机、指纹锁、智能终端等。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种电容屏，其特征在于，所述电容屏由多个像素点组成，所述像素点包括：

互电容，包括相对设置的第一电极和第二电极，其中，第二电极为电容屏的指纹接触电极，且所述第一电极连接在所述电容屏的电源端；

复位开关，所述复位开关连接在所述电容屏的电源端与第二电极之间；

源跟随器，所述源跟随器的输入端与所述第二电极连接，所述源跟随器的输出端为所述像素点的指纹信号输出端，所述源跟随器的电源端与所述电容屏的电源端连接；

第一控制单元，所述第一控制单元的第一开关控制信号输出端与所述源跟随器的控制端连接；

第二控制单元，所述第二控制单元的第二开关控制信号输出端与所述复位开关的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的电容屏，其特征在于，所述源跟随器包括第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管，所述复位开关为第三薄膜晶体管；

所述第一薄膜晶体管的漏极作为所述源跟随器的输出端，所述第一薄膜晶体管的栅极作为所述源跟随器的控制端，所述第一薄膜晶体管的源极与所述第二薄膜晶体管的漏极连接；

所述第二薄膜晶体管的栅极作为所述源跟随器的输入端，所述第二薄膜晶体管的源极作为所述源跟随器的电源端；

所述第三薄膜晶体管的栅极作为所述复位开关的控制端，所述第三薄膜晶体管的漏极与所述第二电极连接，所述第三薄膜晶体管的源极与所述电容屏的电源端连接。

3.根据权利要求1所述的电容屏，其特征在于，所述源跟随器包括包括：第四薄膜晶体管、第五薄膜晶体管，所述复位开关为PMOS管；

所述PMOS管的源极与所述电容屏的电源端连接，所述PMOS管的栅极作为所述复位开关的控制端，所述PMOS管的漏极与所述第二电极连接；

所述第四薄膜晶体管的栅极作为所述源跟随器的控制端，所述第四薄膜晶体管的漏极作为所述源跟随器的输出端，所述第四薄膜晶体管的源极与所述第五薄膜晶体管的漏极连接；

所述第五薄膜晶体管的栅极作为所述源跟随器的输入端，所述第五薄膜晶体管的源极与所述电容屏的电源端连接。

4.根据权利要求3所述的电容屏，其特征在于，所述第一控制单元与所述第二控制单元为同一控制单元。

5.根据权利要求1所述的电容屏，其特征在于，不同像素点中的第一电极相互导通，以及不同像素点中的第二电极互相独立。

6.根据权利要求1所述的电容屏，其特征在于，相邻两像素点的间隔为5um；所述像素点的长和宽相同，且尺寸为与30um至80um之间。

7.根据权利要求1所述电容屏，其特征在于，所述源跟随器的输入端与所述复位开关的连接所述第二电极的一端，通过所述第一电极的通孔与所述第二电极连接。

8.根据权利要求1所述的电容屏，其特征在于，所述电容屏中不同像素点的所述复位开关的控制端，与同一所述第二控制单元的第二开关控制信号的输出端连接。

9.根据权利要求1所述的电容屏，其特征在于，所述电容屏还包括处理单元；

所述处理单元根据所述像素点输出端输出的指纹信号，确定对应像素处是否存在指纹信息。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1-9任一项所述的电容屏。

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