CN108229409B - 超声波指纹检测组件、方法及显示装置 - Google Patents

超声波指纹检测组件、方法及显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及显示器领域，提出一种超声波指纹检测组件，该超声波指纹检测组件包括：超声波指纹检测单元和活体检测单元。超声波指纹检测单元用于进行指纹检测；活体检测单元与超声波指纹检测单元重叠，用于在超声波指纹检测单元的静默时段进行活体检测。本发明提出的超声波指纹检测组件可以使用任意类型的超声波指纹检测单元对被检主体进行指纹检测和活体检测。

Description

超声波指纹检测组件、方法及显示装置
技术领域
本发明涉及显示器技术领域，尤其涉及一种超声波指纹检测组件、方法及显示装置。
背景技术
超声波指纹检测技术是一种新兴的指纹识别技术。超声波指纹检测技术通过超声波指纹检测单元向手指发送近似平面的超声波，超声波与指纹的谷、脊作用，分别在谷和脊出发生不同的反射率，从而产生有差异的回声信号，超声波指纹检测单元可以通过接收并分析有差异的回声信号得出被检测手指的指纹信息。然而，手指的指纹信号容易被模仿，超声波指纹检测单元能否同时检测活体的问题成为备受关注的热点。
相关技术中，超声波指纹检测单元可以通过识别人体表皮和真皮的分层判断被检主体是否为活体。
然而人体的表皮厚度仅仅不到0.3mm，超声波指纹检测单元需要具有足够的纵向分辨率，因此该活体检测方法对超声波指纹检测单元具有一定的限定。
需要说明的是，在上述背景技术部分发明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
本发明的目的在于提供一种超声波指纹检测组件、方法及显示装置，该超声波指纹检测组件可以使用任意类型的超声波指纹检测单元对被检主体进行指纹检测和活体检测。
本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。
根据本发明的一个方面，提供一种超声波指纹检测组件，包括：超声波指纹检测单元和活体检测单元。超声波指纹检测单元用于进行指纹检测；活体检测单元，与所述超声波指纹检测单元重叠，用于在所述超声波指纹检测单元的静默时段进行活体检测。
本发明的一种示例性实施例中，所述超声波指纹检测单元包括多个阵列分布的超声波传感器，所述超声波传感器包括相对的第一电极和第二电极；所述组件还包括：多条第一走线和多条第二走线。多条第一走线与各所述第一电极连接，且所述多条第一走线沿第一方向平行延伸；多条第二走线与各所述第二电极连接，且所述多条第二走线沿第二方向平行延伸；所述第一方向与所述第二方向相交。
本发明的一种示例性实施例中，所述活体检测单元包括：多条第一触控电极和多条第二触控电极。多条第一触控电极沿第三方向平行延伸；多条第二触控电极沿第四方向平行延伸；所述第三方向与所述第四方向相交。
本发明的一种示例性实施例中，所述第一方向与所述第三方向为同一方向；所述第二方向与所述第四方向为同一方向。
本发明的一种示例性实施例中，部分所述第一走线形成所述第一触控电极。
本发明的一种示例性实施例中，所述第一触控电极与所述第二触控电极的非重叠部分具有菱形结构。
本发明的一种示例性实施例中，所述活体检测单元包括：多个触控电极和多条触控走线。每个所述触控电极与一条触控走线连接。
本发明的一种示例性实施例中，多条所述第一走线通过预设时序划定为若干预设区域，所述预设区域形成所述触控电极；部分所述第一走线形成所述触控走线。
本发明的一种示例性实施例中，所述超声波指纹检测单元为电容式超声波传感器阵列。
根据本发明的一个方面，提供一种超声波指纹检测方法，包括：
指纹检测阶段和活体检测阶段，所述活体检测阶段在所述指纹检测阶段的静默时段内。
本发明的一种示例性实施例中，在所述活体检测阶段，通过检测电容量的变化判断被检主体是否为活体。
本发明的一种示例性实施例中，在所述活体检测阶段，通过检测第一触控电极和第二触控电极间电容量的变化判断被检主体是否为活体。
本发明的一种示例性实施例中，在所述活体检测阶段，通过检测触控电极对地电容量的变化判断被检主体是否为活体。
本发明的一种示例性实施例中，在所述活体检测阶段，至少部分超声波传感器的电极走线形成触控电极，非共用部分的电极走线具有与活体检测单元检测信号同步的信号。
根据本发明的一个方面，提供一种显示装置，包括上述任意一种超声波指纹检测组件。
本发明提供一种超声波指纹检测组件。该超声波指纹检测组件包括超声波指纹检测单元和活体检测单元。活体检测单元在所述超声波指纹检测单元的静默时段对所述被检主体进行活体检测。一方面，该超声波指纹检测组件可以在对被检主体进行指纹检测的同时进行活体检测。另一方面，该超声波指纹检测组件可以使用任意类型的超声波指纹检测单元进行活体检测。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的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的附图。
图1为相关技术中电容式超声波传感器的结构示意图；
图2为本公开超声波指纹检测组件一种示例性实施例的结构示意图；
图3为本公开超声波指纹检测组件一种示例性实施例中超声波指纹检测单元的时序图；
图4为本公开超声波指纹检测组件一种示例性实施例的时序图；
图5为本公开超声波指纹检测组件一种示例性实施例的结构示意；
图6为本公开超声波指纹检测组件另一种示例性实施例的时序图；
图7为本公开超声波指纹检测组件一种示例性实施例的结构示意图；
图8为本公开超声波指纹检测组件另一种示例性实施例的时序图；
图9为本公开超声波指纹检测组件一种示例性实施例的结构示意图；
图10为本公开超声波指纹检测组件另一种示例性实施例的时序图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，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。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其他的方法、组元、材料、装置、步骤等。在其他情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个软件硬化的模块中实现这些功能实体或功能实体的一部分，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
如图1所示，为相关技术中电容式超声波传感器的结构示意图，其包括上电极UE、下电极LE以及振膜DI；同时，电容式超声波传感器作用机理决定电容式超声波传感器必须具有空腔结构CA，空腔结构CA使得震膜的品质因数值较大，不利于产生具有足够纵向分辨率的脉冲。因此，虽然电容式超声波传感器与玻璃基工艺具有良好匹配特性，能够与具有玻璃基板的显示屏产线更好的兼容，但由于其不具有足够的纵向分辨率，因此不能应用于具有活体检测需求的显示装置中。
基于此，本示例性实施例提供一种超声波指纹检测组件，如图2所示，为本公开超声波指纹检测组件一种示例性实施例的结构示意图。该超声波指纹检测组件包括：超声波指纹检测单元1和活体检测单元2。超声波指纹检测单元1用于进行指纹检测；活体检测单元2与所述超声波指纹检测单元1重叠，用于在所述超声波指纹检测单元1的静默时段进行活体检测。
本发明提供一种超声波指纹检测组件。该超声波指纹检测组件包括超声波指纹检测单元和活体检测单元。活体检测单元在所述超声波指纹检测单元的静默时段对所述被检主体进行活体检测。一方面，该超声波指纹检测组件可以在对被检主体进行指纹检测的同时进行活体检测。另一方面，该超声波指纹检测组件可以使用任意类型的超声波指纹检测单元进行活体检测。
本示例性实施例中，如图2所示，超声波指纹检测单元1包括阵列分布的多个超声波传感器3，所述超声波传感器3包括相对的第一电极和第二电极；所述组件还可以包括：多条第一走线41和多条第二走线42。多条第一走线41与各所述第一电极连接，且所述多条第一走线41沿第一方向平行延伸；多条第二走线42与各所述第二电极连接，且所述多条第二走线42沿第二方向平行延伸；所述第一方向与所述第二方向相交。
超声波指纹检测单元1对被检主体进行指纹检测主要分为超声波发射阶段、回声信号读取阶段以及静默时段。如图3所示，为本公开超声波指纹检测组件一种示例性实施例中超声波指纹检测单元的时序图。在超声波发射阶段，第二走线42向每个超声波传感器3的第二电极施加恒电位信号，第一走线41向每个超声波传感器3的第一电极施加脉冲信号，从而每个超声波传感器3被激励出超声波。超声波指纹检测单元1发出的超声波与指纹的谷、脊作用，分别在谷和脊出发生不同的反射率，从而产生有差异的回声信号。在回声信号读取阶段，第一走线41停止向超声波传感器3的第一电极施加脉冲信号；第二走线42逐行向超声波传感器3的第二电极发送脉冲信号，将超声波传感器3逐行打开，用以使超声波传感器3逐行接收回声信号。在静默时段，超声波传感器3不工作，用于等待回声信号完全衰减。
本示例性实施例中，如图2所示，所述活体检测单元2可以为互容式触动单元。所述活体检测单元2的一种选择方式可以包括：多条第一触控电极21和多条第二触控电极22。多条第一触控电极21沿第三方向平行延伸；多条第二触控电极22沿第四方向平行延伸；所述第三方向与所述第四方向相交。在该活体检测单元2的结构中，活体检测单元2的设置方式可以是，在超声波指纹检测单元1上方依次设置绝缘层(图中未画出)、第二触控电极22以及第一触控电极21。第一触控电极21与第二触控电极22之间设置有介电层，第一触控电极21与第二触控电极22形成电容结构。如图4所示，为本公开超声波指纹检测组件一种示例性实施例的时序图。超声波传感器3的静默时段可以作为活体检测单元2的活体检测时间。在该时间内，超声波传感器3不工作，由第二触控电极22输入脉冲信号，第一触控电极21在脉冲信号作用下生成感应电荷。如果被检主体为活体，由于活体可以导电，被检主体与第二触控电极22之间可以形成新的电容结构，从而使得第一触控电极21与第二触控电极22之间电容量减少，第一触控电极21上的电荷流向被检主体。又因为活体具有特定的导电率，活体对第一触控电极21与第二触控电极22之间电容量具有特定的影响范围。因此，当检测到第一触控电极21与第二触控电极22之间电容量在上述特定的变化范围之间变化时，可以判断被检主体为活体。需要说明的是，活体检测单元2在该设置方式中，所述第一方向与所述第三方向既可以同向也可以不同向，所述第二方向与所述第四方向既可以同向也可以不同向。
本示例性实施例中，如图2所示，所述第一触控电极21与所述第二触控电极22的非重叠部分可以具有菱形结构5。菱形结构5可以增加所述第一触控电极21与所述第二触控电极22之间的电容量，从而提高活体检测的精度。
本示例性实施例中，自容式的活体检测单元2还可以共用超声波指纹检测单元1的部分走线作为共用电极，从而简化该超声波指纹检测组件的结构并节约成本。如图5所示，为本公开超声波指纹检测组件一种示例性实施例的结构示意图。所述活体检测单元2的另一种选择方式可以是：所述第一方向与所述第三方向为同一方向；所述第二方向与所述第四方向为同一方向，部分所述第一走线41形成所述第一触控电极21。在该活体检测单元2的结构中，活体检测单元2的设置方式可以是在超声波指纹检测单元1上方依次设置介电层(图中未画出)和第二触控电极22。部分第一走线41与第二触控电极22之间形成电容结构。如图6所示，为本公开超声波指纹检测组件另一种示例性实施例的时序图。超声波传感器3的静默时段可以作为活体检测单元2的活体检测时间。在该时间内，超声波传感器3不工作，由第二触控电极22输入脉冲信号，部分第一走线41在脉冲信号作用下生成感应电荷。如果被检主体为活体，由于活体可以导电，被检主体与第二触控电极22之间可以形成新的电容结构，从而使得部分第一走线41与第二触控电极22之间电容量减少，部分第一走线41上的电荷流向被检主体。又因为活体具有特定的导电率，活体对第一触控电极21与第二触控电极22之间电容量具有特定的影响范围。因此，当检测到部分第一走线41与第二触控电极22之间电容量在特定的变化范围之间变化时，可以判断被检主体为活体。该设置可以简化该超声波指纹检测组件的结构并节约成本。
本示例性实施例中，活体检测单元2还可以选择为自容式触控单元。如图7所示，为本公开超声波指纹检测组件一种示例性实施例的结构示意图。所述活体检测单元2的另一种选择方式可以是：活体检测单元2包括：多个触控电极23和多条触控走线24。每个所述触控电极23与一条触控走线24连接。活体检测单元2的设置方式可以是在超声波指纹检测单元1上方设置绝缘层(图中未画出)，在绝缘层之上设置触控电极23和多条触控走线24，触控电极23与大地形成电容结构。如图8所示，为本公开超声波指纹检测组件另一种示例性实施例的时序图。超声波传感器3的静默时段可以作为活体检测单元2的活体检测时间。在该时间内，超声波传感器3不工作，由触控走线24输入脉冲信号，触控电极23在脉冲信号的作用下生成感应电荷。如果被检主体为活体，由于活体可以导电，被检主体与触控电极23之间可以形成新的电容结构，从而使得触控电极23与大地之间电容量增大，触控电极23上的电荷量增大。又因为活体具有特定的导电率，活体对触控电极23与大地之间电容量具有特定的影响范围。因此，当检测到触控电极23与大地之间电容量在特定的变化范围之间变化时，可以判断被检主体为活体。
触控电极23触控电极23本示例性实施例中，自容式的活体检测单元2也可以共用超声波指纹检测单元1的部分走线作为共用电极，从而简化该超声波指纹检测组件的结构并节约成本。如图9所示，为本公开超声波指纹检测组件一种示例性实施例的结构示意图。所述活体检测单元2的另一种选择方式可以是：多条所述第一走线41通过预设时序划定为若干预设区域6，所述预设区域6形成所述触控电极23；部分所述第一走线41形成所述触控走线24。如图10所示，为本公开超声波指纹检测组件另一种示例性实施例的时序图。超声波传感器3的静默时段可以作为活体检测单元2的活体检测时间。在该时间内，超声波传感器3不工作，多条所述第一走线41可以分为n组第一走线，每一组第一走线按照预设时序发送脉冲信号，各组第一走线发送脉冲信号的时刻之间具有时间差。因此，可以将每一组第一走线所在的区域设为预设区域6，可以通过检测预设区域6与大地之间电容量的变化判断被检主体是否为活体。应该理解的是，活体检测单元2还有更多的选择方式，这些都属于本发明的保护范围。
本示例性实施例中，如图4、6、8、10所示，在所述超声波指纹检测单元1的静默时段，所述超声波指纹检测单元1与所述活体检测单元2非共用部分的电极走线可以具有与所述活体检测单元检测信号同步的信号。从而避免超声波指纹检测单元1与所述活体检测单元2非共用部分的走线与活体检测单元2产生寄生电容，影响活体检测效果。需要说明的是，活体识别阶段输入的脉冲信号频率约为100KHz左右，脉冲强度约为1～10V；而超声波发射阶段，脉冲频率约在8～20MHz，脉冲强度约为50～200V。因此，如图6、10所示，在活体识别阶段，虽然部分第一走线与第二走线之间有脉冲电位差，但脉冲频率在100kHz，电位差＜10V，其远小于超声波发射的驱动电位和驱动频率，所以在活体识别阶段不会有超声波脉冲产生，该阶段仍然为超声波静默状态。本示例性实施例中，所述超声波指纹检测单元为电容式超声波传感器阵列。电容式超声波传感器与玻璃基工艺具有良好匹配特性，能够与具有玻璃基板的显示屏产线更好的兼容。需要说明的是，超声波指纹检测单元还可以选择为电压式超声波传感器阵列，这些都属于本公开的保护范围。
本示例性实施例还提供一种超声波指纹检测方法。该方法包括：
指纹检测阶段和活体检测阶段，所述活体检测阶段在所述指纹检测阶段的静默时段内。
本示例性实施例中，在所述活体检测阶段，通过检测电容量的变化判断被检主体是否为活体。
本示例性实施例中，在所述活体检测阶段，通过检测第一触控电极和第二触控电极间电容量的变化判断被检主体是否为活体。
本示例性实施例中，在所述活体检测阶段，通过检测触控电极对地电容量的变化判断被检主体是否为活体。
本示例性实施例中，在所述活体检测阶段，至少部分超声波传感器的电极走线形成触控电极，非共用部分的电极走线具有与活体检测单元检测信号同步的信号。
本示例性实施例中的超声波指纹检测方法与上述超声波指纹检测组件具有相同的技术特征和作用原理。上述内容已经做出详细的说明，此处不再赘述。
本示例性实施例还提供一种显示装置，其特征在于，包括上述的超声波指纹检测组件。
本示例性实施例中的显示装置与上述超声波指纹检测组件具有相同的技术特征和作用原理。上述内容已经做出详细的说明，此处不再赘述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。

Claims (14)

1.一种超声波指纹检测组件，其特征在于，包括：
超声波指纹检测单元，用于进行指纹检测；
活体检测单元，与所述超声波指纹检测单元重叠，用于在所述超声波指纹检测单元的静默时段进行活体检测；
所述超声波指纹检测单元包括多个阵列分布的超声波传感器，所述超声波传感器包括相对的第一电极和第二电极；所述组件还包括：
多条第一走线，所述多条第一走线沿第一方向平行延伸，所述第一走线与沿所述第一方向分布的多个所述超声波传感器的第一电极连接；
多条第二走线，所述多条第二走线沿第二方向平行延伸，所述第二走线与沿所述第二方向分布的多个所述超声波传感器的第二电极连接；
所述第一方向与所述第二方向相交。
2.根据权利要求1所述的超声波指纹检测组件，其特征在于，所述活体检测单元包括：
多条第一触控电极，沿第三方向平行延伸；
多条第二触控电极，沿第四方向平行延伸；所述第三方向与所述第四方向相交。
3.根据权利要求2所述的超声波指纹检测组件，其特征在于，
所述第一方向与所述第三方向为同一方向；
所述第二方向与所述第四方向为同一方向。
4.根据权利要求2所述的超声波指纹检测组件，其特征在于，
部分所述第一走线形成所述第一触控电极。
5.根据权利要求2或4中所述的超声波指纹检测组件，其特征在于，所述第一触控电极与所述第二触控电极的非重叠部分具有菱形结构。
6.根据权利要求1所述的超声波指纹检测组件，其特征在于，所述活体检测单元包括：
多个触控电极；
多条触控走线，每个所述触控电极与一条所述触控走线连接。
7.根据权利要求6所述的超声波指纹检测组件，其特征在于，
多条所述第一走线通过预设时序划定为若干预设区域，所述预设区域形成所述触控电极；
部分所述第一走线形成所述触控走线。
8.根据权利要求1-4、6、7任一项所述的超声波指纹检测组件，其特征在于，所述超声波指纹检测单元为电容式超声波传感器阵列。
9.一种超声波指纹检测方法，利用权利要求1-8任一项所述的超声波指纹检测组件进行检查，其特征在于，包括：
指纹检测阶段和活体检测阶段；
所述指纹检测阶段包括：超声波发射阶段、回声信号读取阶段以及静默时段；
在所述超声波发射阶段，第二走线向每个超声波传感器的第二电极施加恒电位信号，第一走线向每个超声波传感器的第一电极施加脉冲信号，以使每个超声波传感器被激励出超声波；
在回声信号读取阶段，第一走线停止向超声波传感器的第一电极施加脉冲信号，第二走线逐行向超声波传感器的第二电极发送脉冲信号，从而将超声波传感器逐行打开，以使超声波传感器逐行接收回声信号；
在静默时段，超声波传感器不工作，用于等待回声信号完全衰减；
其中，所述活体检测阶段在所述指纹检测阶段的静默时段内。
10.根据权利要求9所述的超声波指纹检测方法，其特征在于，
在所述活体检测阶段，通过检测电容量的变化判断被检主体是否为活体。
11.根据权利要求10所述的超声波指纹检测方法，其特征在于，
在所述活体检测阶段，通过检测第一触控电极和第二触控电极间电容量的变化判断被检主体是否为活体。
12.根据权利要求10所述的超声波指纹检测方法，其特征在于，
在所述活体检测阶段，通过检测触控电极对地电容量的变化判断被检主体是否为活体。
13.根据权利要求11-12中任意一项所述的超声波指纹检测方法，其特征在于，
在所述活体检测阶段，至少部分超声波传感器的电极走线形成触控电极，非共用部分的电极走线具有与活体检测单元检测信号同步的信号。
14.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的超声波指纹检测组件。
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