CN109829419A - 指纹识别模组及其驱动方法和制作方法、显示装置 - Google Patents

指纹识别模组及其驱动方法和制作方法、显示装置 Download PDF

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Abstract

一种指纹识别模组、指纹识别模组的驱动方法、指纹识别模组的制作方法和显示装置。该指纹识别模组包括：接收电极层，包括多个接收电极，多个接收电极沿第一方向和第二方向阵列设置；压电材料层，设置在多个接收电极层的一侧；以及驱动电极层，设置在层压电材料层远离层接收电极层的一侧且包括沿层第二方向排列的多个驱动电极，各层驱动电极为沿第一方向延伸的条状电极，且与沿第一方向排列的多个接收电极交叠。该指纹识别模组的驱动电极层可实现超声波的聚焦，从而可提高该指纹识别性能。

Description

指纹识别模组及其驱动方法和制作方法、显示装置
技术领域
本公开的实施例涉及一种指纹识别模组、指纹识别模组的驱动方法、指纹识别模组的制作方法和显示装置。
背景技术
随着科学技术的不断发展，指纹识别技术已经逐渐应用到人们的日常生活中。指纹识别技术可通过比较不同指纹的细节特征点来进行鉴别，从而达到身份识别的功能。通常，指纹识别技术可分为光学式指纹识别技术、硅芯片式指纹识别技术和超声波式指纹识别技术。
目前，超声波式指纹识别技术是各大厂商热门的研究方向。超声波指纹识别结构主要为三叠层结构，包括驱动电极、接收电极以及位于两者之间的压电层。当对驱动电极和接收电极加载驱动电压时，压电层受到电压激发产生逆压电效应，向外发射第一超声波。该第一超声波接触手指后，被手指反射回第二超声波。由于指纹包括谷和脊，所以被指纹反射回到压电层的第二超声波震动强度有差异，此时，对驱动电极加载固定电压，则压电层可将第二超声波转换成电压信号，该电压信号通过接收电极传输给指纹识别模块，根据该电压信号判断指纹中谷和脊的位置。
发明内容
本公开实施例提供一种指纹识别模组、指纹识别模组的驱动方法、指纹识别模组的制作方法和显示装置。该指纹识别模组包括：接收电极层，包括多个接收电极，多个接收电极沿第一方向和第二方向阵列设置；压电材料层，设置在多个接收电极层的一侧；以及驱动电极层，设置在层压电材料层远离层接收电极层的一侧且包括沿层第二方向排列的多个驱动电极，各层驱动电极为沿第一方向延伸的条状电极，且与沿第一方向排列的多个接收电极交叠。该指纹识别模组的驱动电极层可实现超声波的聚焦，从而可提高该指纹识别性能。
本公开至少一个实施例提供一种指纹识别模组，其包括：接收电极层，包括多个接收电极，所述多个接收电极沿第一方向和第二方向阵列设置；压电材料层，设置在所述接收电极层的一侧；以及驱动电极层，设置在所述压电材料层远离所述接收电极层的一侧且包括沿所述第二方向排列的多个驱动电极，各所述驱动电极为沿所述第一方向延伸的条状电极，且与沿所述第一方向排列的多个接收电极交叠。
例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，所述驱动电极层还包括：挡墙，位于相邻的两个所述驱动电极之间。
例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，所述挡墙在垂直于所述驱动电极层的方向上的尺寸范围为1-20微米，所述驱动电极在垂直于所述驱动电极层的方向上的尺寸范围为1-20微米。
例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，所述压电材料层包括沿所述第二方向排列的多个子压电材料层，所述多个子压电材料层与所述多个驱动电极一一对应设置。
例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，所述驱动电极的材料包括铜、银和铝中的一种或多种。
例如，本公开一实施例提供的指纹识别模组还包括：基板，位于所述接收电极层远离所述压电材料层的一侧，且包括被配置为与指纹接触的接触面。
例如，本公开一实施例提供的指纹识别模组还包括：反射层，位于所述驱动电极层远离所述压电材料的一侧；以及绝缘层，位于所述反射层与所述驱动电极层之间。
例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，所述基板包括玻璃基板。
例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，所述基板包括聚酰亚胺基板，所述基板的厚度范围为5-20微米。
例如，本公开一实施例提供的指纹识别模组还包括：驱动电路，所述驱动电路包括：存储电容，包括第一极和第二极；第一薄膜晶体管，包括第一栅极、第一源极和第一漏极；以及信号读取单元，所述接收电极、所述第一源极和所述第一极连接到存储节点，所述信号读取单元被配置读取所述存储电容中存储的电信号。
例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，所述第一薄膜晶体管为氧化物薄膜晶体管。
例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，所述信号读取单元包括：第二薄膜晶体管，包括第二栅极、第二源极和第二漏极；以及第三薄膜晶体管，包括第三栅极、第三源极和第三漏极，所述第二栅极连接至所述存储节点，所述第二漏极连接至所述第三源极，所述第二源极被配置为施加固定电压，所述第三栅极被配置为施加读出指令信号，所述第三漏极被配置为输出信号。
本公开至少一个实施例还提供一种显示装置，包括上述任一项提供的指纹识别模组。
例如，本公开一实施例提供的显示装置还包括：显示模组，所述显示模组的面积与所述指纹识别模组的面积大致相同。
本公开至少一个实施例还提供一种指纹识别模组的驱动方法，该指纹识别模组包括上述的指纹识别模组，该驱动方法包括：向所述驱动电极施加驱动电压以驱动所述驱动电极对应的压电材料层发出超声波；以及利用所述压电材料层接收被指纹反射的超声波并通过所述接收电极输出相应的指纹电信号。
例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组的驱动方法中，所述多个驱动电极包括第一驱动电极和第二驱动电极，所述驱动方法包括：在第一时间点向所述第一驱动电极施加驱动电压以驱动所述第一驱动电极对应的所述压电材料层发出超声波；以及在第二时间点向所述第二驱动电极施加驱动电压以使所述第二驱动电极对应的所述压电材料层发出超声波的相位延迟于所述第一驱动电极对应的所述压电材料层发出超声波的相位，所述第二时间点延迟于所述第一时间点。
例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组的驱动方法中，利用所述压电材料层接收被指纹反射的超声波并通过所述接收电极输出相应的指纹电信号包括：根据所述第二驱动电极的反射回波时间开启与所述第二驱动电极对应的所述接收电极，以接收反射回波。
例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组的驱动方法中，所述多个驱动电极还包括第三驱动电极，所述第二驱动电极位于所述第一驱动电极和所述第三驱动电极之间，所述驱动方法包括：在第一时间点向所述第一驱动电极和所述第三驱动电极施加驱动电压以驱动所述第一驱动电极和所述第三驱动电极对应的所述压电材料层发出超声波；以及在第二时间点向所述第二驱动电极施加驱动电压以使所述第二驱动电极对应的所述压电材料层发出超声波的相位延迟于所述第一驱动电极和所述第三驱动电极对应的所述压电材料层发出超声波的相位，所述第二时间点延迟于所述第一时间点。
例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组的驱动方法中，利用所述压电材料层接收被指纹反射的超声波并通过所述接收电极输出相应的指纹电信号包括：根据所述第二驱动电极的反射回波时间开启与所述第二驱动电极对应的所述接收电极，以接收反射回波。
例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组的驱动方法中，该指纹识别模组还包括：驱动电路，所述驱动电路包括：存储电容，包括第一极和第二极；第一薄膜晶体管，包括第一栅极、第一源极和第一漏极；以及信号读取单元，所述接收电极、所述第一源极和所述第一极连接到存储节点，利用所述压电材料层接收被指纹反射的超声波并通过所述接收电极输出相应的指纹电信号包括：在向所述驱动电极施加驱动电压以驱动所述驱动电极对应的压电材料层发出超声波时，向所述第一栅极施加开启信号以打开所述第一薄膜晶体管；根据表面回波到达时间，向所述第一漏极施加偏置电压，以对所述接收电极上的指纹电信号进行抬升，并将抬升后的所述指纹电信号存储在所述存储电容中；以及使用所述信号读取单元将抬升后的所述指纹电信号读出。
本公开至少一个实施例还提供一种指纹识别模组的制作方法，其包括：提供衬底基板；在所述衬底基板的一侧形成接收电极层，所述接收电极层包括沿第一方向和第二方向阵列设置的多个接收电极；在所述接收电极层远离所述基板的一侧形成压电材料层；以及在所述压电材料层远离所述接收电极层的一侧形成驱动电极层，所述驱动电极层包括沿所述第二方向排列的多个驱动电极，各所述驱动电极为沿所述第一方向延伸的条状电极，且与沿所述第一方向排列的多个所述接收电极交叠。
例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组的制作方法中，在所述压电材料层远离所述接收电极层的一侧形成所述驱动电极层包括：通过图案化工艺形成多个第一子驱动电极，各所述第一子驱动电极为沿所述第一方向延伸的条状子电极；在相邻的所述第一子驱动电极之间形成挡墙；以及通过电镀工艺在所述多个第一子驱动电极远离所述衬底基板的一侧形成与所述多个第一子驱动电极一一对应设置的多个第二子驱动电极，所述挡墙在垂直于所述驱动电极层的方向上的高度大于所述第一子驱动电极在垂直于所述驱动电极层的方向上的高度，所述多个第一子驱动电极和所述多个第二子驱动电极构成所述多个驱动电极。
例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组的制作方法中，所述第一子驱动电极和所述第二子驱动电极的材料相同。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为一种指纹识别模组发射超声波的示意图；
图2为一种指纹识别模组接收超声波的示意图；
图3为一种指纹识别模组进行指纹识别的示意图；
图4为一种指纹识别模组的结构示意图；
图5为根据本公开一实施例提供的一种指纹识别模组的结构示意图；
图6为根据本公开一实施例提供的一种指纹识别模组的平面示意图；
图7A为本公开一实施例提供的一种指纹识别模组实现超声波聚焦的示意图；
图7B为本公开一实施例提供的另一种指纹识别模组实现超声波聚焦的示意图；
图8A为本公开一实施例提供的一种指纹识别模组发出的超声波聚焦到指纹的谷的示意图；
图8B为本公开一实施例提供的一种指纹识别模组发出的超声波聚焦到指纹的脊的示意图；
图9为根据本公开一实施例提供的另一种指纹识别模组的平面示意图；
图10为根据本公开一实施例提供的另一种指纹识别模组的结构示意图；
图11为根据本公开一实施例提供的一种指纹识别模组中驱动电路的示意图；
图12为根据本公开一实施例提供的一种指纹识别模组的驱动方法的时序图；以及
图13为根据本公开一实施例提供的显示装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例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公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
图1为一种指纹识别模组发射超声波的示意图；图2为一种指纹识别模组接收超声波的示意图。
如图1所示，该指纹识别模组包括超声波传感器10；超声波传感器10包括上电极11、下电极12和位于上电极11和下电极12之间的压电层13；压电层13采用压电材料制作，可被电压激发产生逆压电效应。如图1所示，当上电极11和下电极12输入交变电压(AC电压)时(例如，上电极11接地，下电极12上施加交流方波)，压电层13因逆压电效应会发生形变或者带动压电层13的上方和下方的膜层一起振动，从而可产生超声波并向外发射。需要说明的是，当上电极11远离压电层13的一侧或者下电极12远离压电层13的一侧设置有空腔(例如空气腔)时，该超声波传感器发出的超声波会得到加强，从而可更好地将超声波发射出去。
如图2所示，超声波传感器10发出的超声波被指纹500反射，反射回来的超声波在压电层会转化为交变电压；此时，将上电极11接地，下电极12则可作为接收电极，接收压电层产生的交变电压。由于指纹500包括谷510和脊520，它们对于超声波的反射能力不同(谷510对超声波的反射能力较强)，导致被谷510和脊520反射回来的超声波的强度不同。因此，可通过接收电极接收到的交变电压判断该超声波是被谷还是脊反射的超声波。
图3为一种指纹识别模组进行指纹识别的示意图。如图3所示，该指纹识别模组包括上电极11、多个下电极12、位于上电极11和多个下电极12之间的压电层13、位于上电极11远离压电层13的一侧的基板80和位于多个下电极12远离压电层13的一侧的保护层90；下电极12、压电层13和多个上电极11组成的超声波传感器10可发射超声波也可接受超声波，也就是说，该超声波传感器10即作为超声波发射传感器又作为超声波接收传感器。当指纹与基板80接触时，超声波传感器10发射的超声波被指纹500反射，反射回来的超声波在压电层会转化为交变电压；此时，将上电极11接地，多个下电极12则可作为接收电极，从而实现在不同的位置接收压电层产生的交变电压。由于指纹500包括谷510和脊520，它们对于超声波的反射能力不同(谷510对超声波的反射能力较强)，导致被谷510和脊520反射回来的超声波的强度不同。因此，可通过多个下电极12接收到的交变电压来得到该指纹500中谷和脊的位置信息，从而可实现指纹识别。
图4为一种指纹识别模组的结构示意图。如图4所示，上电极11、下电极12和压电层13可均制作在薄膜晶体管基板91的同一侧。该指纹识别模组还包括：偏置电阻60和绑定垫片70；偏置电阻60可用于校准电压，绑定垫片70可用于绑定外接的电路。
在研究中，本申请的发明人发现上述的指纹识别模组在发射超声波的过程中，整个指纹识别模组同时进行发射，指纹识别的性能较差。
本公开实施例提供一种指纹识别模组、指纹识别模组的驱动方法、指纹识别模组的制作方法和显示装置。该指纹识别模组包括：接收电极层，包括多个接收电极，多个接收电极沿第一方向和第二方向阵列设置；压电材料层，设置在多个接收电极层的一侧；以及驱动电极层，设置在层压电材料层远离层接收电极层的一侧且包括沿层第二方向排列的多个驱动电极，各层驱动电极为沿第一方向延伸的条状电极，且与沿第一方向排列的多个接收电极交叠。该指纹识别模组的驱动电极层包括多个驱动电极，从而通过分别驱动上述的多个驱动电极来实现超声波的聚焦(相增干涉)，一方面可提高发出的超声波在特定区域的强度或能量，从而提高该指纹识别性能，另一方面可使得发出的超声波具有较好的方向性，从而可降低指纹的谷和脊之间的串扰，进而可提高指纹识别性能。
下面，结合附图对本公开实施例提供的指纹识别模组、指纹识别模组的驱动方法、指纹识别模组的制作方法和显示装置进行详细的说明。
本公开一实施例提供一种指纹识别模组。图5为根据本公开一实施例提供的一种指纹识别模组的结构示意图；图6为根据本公开一实施例提供的一种指纹识别模组的平面示意图。
如图5和6所示，该指纹识别模组100包括接收电极层110、驱动电极层120和压电材料层130；接收电极层110包括多个接收电极112，多个接收电极112沿第一方向和第二方向阵列设置；压电材料层130设置在多个接收电极层110的一侧；驱动电极层120设置在压电材料层130远离接收电极层110的一侧且包括沿第二方向排列的多个驱动电极122。各驱动电极122为沿第一方向延伸的条状电极，且与沿第一方向排列的多个接收电极112交叠。需要说明的是，上述的交叠是指各驱动电极在压电材料层上的正投影与沿第一方向排列的多个接收电极在压电材料层上的正投影至少部分重叠。
在本实施例提供的指纹识别模组中，各驱动电极122、该驱动电极122对应的压电材料层130以及与该驱动电极122交叠的沿第一方向排列的多个接收电极112可构成一个超声波发射元件；各接收电极112、该接收电极112对应的压电材料层130和与该接收电极112交叠的驱动电极122可构成一个超声波接收元件。当该指纹识别模组进行指纹识别时，可将接收电极112接地，然后分别向沿第二方向排列的多个驱动电极122施加交变电压，与驱动电极122对应的压电材料层130因逆压电效应会发生形变或者带动压电材料层130的上方和下方的膜层一起振动，从而可产生超声波并向外发射。由于该指纹识别模组的驱动电极层包括多个驱动电极，可构成多个上述的超声波发射元件，从而通过分别驱动上述的多个驱动电极来实现超声波的聚焦，一方面可提高发出的超声波在特定区域或特定方向的强度或能量，从而提高该指纹识别性能，另一方面可使得发出的超声波具有较好的方向性，从而可降低指纹的谷和脊之间的串扰，进而可提高指纹识别性能。当发出的超声波被指纹反射回该指纹识别模组时，多个接收电极112对应的多个超声波接收元件可接收反射回来的超声波，并将该超声波信号转化为电信号，从而实现指纹识别。
另一方面，当该指纹识别模组通过实现超声波的聚焦来提高发出的超声波在特定区域或特定方向的强度或能量时，该指纹识别模组不仅可实现指纹识别，还可穿透手指，分辨该指纹是否为真的皮肤。
图7A为本公开一实施例提供的一种指纹识别模组实现超声波聚焦的示意图。图7A示出了该指纹识别模组实现超声波聚焦的一个示例。如图7A所示，多个驱动电极122包括第一驱动电极1221和第二驱动电极1222。此时，在第一时间点向第一驱动电极1221施加驱动电压(例如交变电压)以驱动第一驱动电极1221对应的压电材料层发出超声波，然后在第二时间点向第二驱动电极1222施加驱动电压以使第二驱动电极1222对应的压电材料层发出超声波的相位延迟于第一驱动电极1221对应的压电材料层发出超声波的相位，从而可在第二驱动电极1222的正上方(或者位于第二驱动电极1222远离第一驱动电极1221的其他方位)实现超声波的聚焦(相增干涉)，即增强第二驱动电极1222正上方的超声波的强度或能量，从而使得该指纹识别模组不仅可实现指纹识别，还可穿透手指，分辨该指纹是否为真的皮肤。需要说明的是，上述的第二时间点延迟于第一时间点。需要说明的是，上述第二驱动电极对应的压电材料层发出超声波的相位与第一驱动电极对应的压电材料层发出超声波的相位的延迟量可根据实际情况进行测试得到。
图7B为本公开一实施例提供的另一种指纹识别模组实现超声波聚焦的示意图。图7B示出了该指纹识别模组实现超声波聚焦的另一个示例。如图7B所示，多个驱动电极122包括第一驱动电极1221、第二驱动电极1222和第三驱动电极1223。此时，在第一时间点向第一驱动电极1221和第三驱动电极1223施加驱动电压以驱动第一驱动电极1221和第三驱动电极1223对应的压电材料层发出超声波；以及在第二时间点向第二驱动电极1222施加驱动电压以使第二驱动电极1222对应的压电材料层发出超声波的相位延迟于第一驱动电极1221和第三驱动电极1223对应的压电材料层发出超声波的相位，从而可在第二驱动电极1222的正上方实现超声波的聚焦(相增干涉)，即增强第二驱动电极1222正上方的超声波的强度或能量，从而使得该指纹识别模组不仅可实现指纹识别，还可穿透手指，分辨该指纹是否为真的皮肤。
例如，在图7A和图7B所示的将两个以上的驱动电极进行分别驱动，以发射超声波，并使超声波聚焦在延迟驱动的驱动电极的正上方。从而，可以根据延迟驱动的驱动电极的反射回波时间开启与该延迟驱动的驱动电极对应的(交叠的)接收电极构成的超声波接收元件，以接收反射回波。
需要说明的是，当采用如图7A或图7B所示的方法驱动多个驱动电极时，可以2个或2个以上的驱动电极作为一组驱动电极组，各驱动电极组内可按照图7A或图7B所示的方法进行延迟驱动，但是不同的驱动电极组，相互没有影响，可以同时驱动或者扫描驱动，从而减少整个指纹识别模组的识别时间。
图8A为本公开一实施例提供的一种指纹识别模组发出的超声波聚焦到指纹的谷的示意图；图8B为本公开一实施例提供的一种指纹识别模组发出的超声波聚焦到指纹的脊的示意图。
如图8A所示，当采用上述的指纹识别模组发出的超声聚焦到指纹500的谷510时，谷510反射的超声波的能量或强度更大；如图8B所示，当采用上述的指纹识别模组发出的超声聚焦到指纹500的脊520时，脊520反射的超声波的能量或强度更小。因此，指纹500的谷510和脊520反射的超声波的强度和能量的差值也更大，从而有利于提高指纹识别性能。另一方面，如图8A和8B所示，该指纹识别模组发出的超声波具有较好的方向性，从而可降低指纹的谷和脊之间的串扰，进而可提高指纹识别性能。
例如，在一些示例中，如图5所示，驱动电极层120还包括挡墙124，位于相邻的两个驱动电极122之间。为了使得该指纹识别模组100对超声波具有较高的接收灵敏度，压电材料层130通常采用PVDF(聚偏氟乙烯)等压电电压常数较高的压电材料制作；而PVDF(聚偏氟乙烯)等压电电压常数较高的压电材料需要较高的驱动电压，以产生具有较高强度的超声波。因此驱动电极122需要制作得较厚，例如，大于10微米，从而适于加载较高的电压。通过上述的挡墙124，可先在压电材料层130远离接收电极层110的一侧形成图案化的金属层，该金属层无需制作得较厚；然后利用挡墙124和电镀工艺在该图案化的金属层上电镀金属层，从而得到厚度较厚的驱动电极。需要说明的是，在电镀工艺中，在电场的作用下，只有图案化的金属层上才能继续生长金属层，挡墙可以起到分隔作用，防止电镀的金属层互相连接。
例如，在一些示例中，如图5所示，各驱动电极122可包括第一子驱动电极1291，各第一子驱动电极1291同样为沿第一方向延伸的条状子电极；以及与第一子驱动电极1291一一对应设置的第二子驱动电极1292。第一子驱动电极1291可为采用图案化工艺形成的金属层，第二子驱动电极1292可为采用电镀工艺形成的金属层。挡墙124在垂直于驱动电极层120的方向上的高度大于第一子驱动电极1291在垂直于驱动电极层120的方向上的高度，多个第一子驱动电极1291和多个第二子驱动电极1292构成多个驱动电极122。
例如，在一些示例中，挡墙124在垂直于驱动电极层120的方向上的尺寸范围为1-20微米，驱动电极122在垂直于驱动电极层120的方向上的尺寸范围为1-20微米。由于驱动电极122的厚度较厚，因此驱动电极122的电阻较小，且表面的均一性较好，从而即可实现较好的电学性能(例如，加载较高的驱动电压)，还可实现超声波的均匀反射，有利于指纹的谷和脊的识别。
例如，在一些示例中，驱动电极的材料包括铜、银和铝中的一种或多种。
例如，挡墙124可采用树脂材料制作，从而可具有较低的成本和较低的制作难度。
例如，在一些示例中，如图5所示，该指纹识别模组100还包括：基板180，位于接收电极层110远离压电材料层130的一侧，且包括被配置为与指纹接触的接触面181。当指纹与接触面181接触时，该指纹识别模组100可通过向指纹发射超声波，并接收被指纹500反射回来的超声波(回波)来实现对指纹的识别。当然，本公开实施例包括但不限于此，当该指纹识别模组100用于显示装置时，基板180可为显示装置的盖板。
例如，在一些示例中，基板180包括玻璃基板。
例如，在一些示例中，基板180包括聚酰亚胺基板。由此，基板180可制作得较薄，基板180的厚度范围为5-20微米。需要说明的是，当基板180为聚酰亚胺基板时，可先在玻璃基板上形成聚酰亚胺层，然后在聚酰亚胺层形成接收电极层、压电材料层、驱动电极层等层结构，最后再将玻璃基板去除，从而得到该示例所描述的指纹识别模组。
例如，在一些示例中，如图5所示，该指纹识别模组100还包括：保护层190，位于驱动电极层120远离压电材料层130的一侧。保护层190可对驱动电极层120中的驱动电极122进行保护。例如，保护层190的材料可为环氧树脂。
例如，在一些示例中，如图5所示，该指纹识别模组100还包括：绑定垫片170，用于与外接电路绑定。
图9为根据本公开一实施例提供的另一种指纹识别模组的平面示意图。如图9所示，压电材料层130包括沿第二方向排列的多个子压电材料层132，多个子压电材料层132与多个驱动电极122一一对应设置。此时，各驱动电极122、该驱动电极122对应的子压电材料层132以及与该驱动电极122交叠的沿第一方向排列的多个接收电极112可构成一个超声波发射元件，从而可降低不同驱动电极122之间的相互干扰。值得注意的是，压电材料层还可进一步图案化为多个子压电材料块，与多个接收电极一一对应，本公开实施例在此不再赘述。
图10为根据本公开一实施例提供的另一种指纹识别模组的结构示意图。如图10所示，该指纹识别模组还包括反射层150和绝缘层160。反射层150位于驱动电极层120远离压电材料层120的一侧；绝缘层160位于反射层150与驱动电极层120之间。反射层150可将压电材料层120产生的向反射层150传播的超声波向接收电极层110反射，从而有利于增强发出的超声波的强度或能量。
例如，反射层150可采用银(Ag)制作，绝缘层160可采用氮化硅(SiNx)制作。当然，本公开实施例包括但不限于此，反射层150也可采用其他具有反射超声波的特性的材料制作，绝缘层160可采用树脂等其他绝缘材料制作。
例如，在一些示例中，该指纹识别模组还包括驱动电路130。图11为根据本公开一实施例提供的一种指纹识别模组中驱动电路的示意图；如图11所示，该驱动电路130包括存储电容131、第一薄膜晶体管132和信号读取单元133。存储电容131包括第一极1311和第二极1312；第一薄膜晶体管132包括第一栅极1321、第一源极1322和第一漏极1323；接收电极112、第一源极1322和第一极1311连接到存储节点134，从而可将接收电极112接收到的指纹电信号存储在存储电容131中，信号读取单元133被配置读取存储电容131中存储的指纹电信号(电信号)，即接收电极112接收到的电压信号。另外，在将接收电极112接收到的指纹电信号存储在存储电容131的过程中，可通过向第一漏极1323施加偏置电压，从而使得接收电极112接收到的交变电压进行抬升，得到对比度较大的检测信号。
例如，在一些示例中，第一薄膜晶体管132为氧化物薄膜晶体管，例如铟镓锌氧化物(IGZO)薄膜晶体管。当将接收电极112接收到的指纹电信号存储在存储电容131之后，存储节点134的电压会从接收电极112所对应的压电结构和第一薄膜晶体管进行漏电，由于该压电结构的漏电流量级为10-15A，低温多晶硅薄膜晶体管的漏电流量级为10-12A，氧化物薄膜晶体管，例如IGZO薄膜晶体管的漏电流量级为10-15A，当第一薄膜晶体管132为氧化物薄膜晶体管，可降低该驱动电路的整体漏电流，从而保证了存储节点134上的指纹电信号的稳定性，从而可提高该指纹识别模组的指纹识别性能。
例如，在一些示例中，信号读取单元133包括：第二薄膜晶体管135和第三薄膜晶体管136；第二薄膜晶体管135包括第二栅极1351、第二源极1352和第二漏极1353；第三薄膜晶体管136包括第三栅极1361、第三源极1362和第三漏极1363。第二栅极1351连接至存储节点134，第二漏极1353连接至第三源极1362，第二源极1352被配置为施加固定电压，第三栅极1361被配置为施加读出指令信号，第三漏极1363被配置为输出信号，从而可读取存储电容131中存储的检测信号(电信号)。
图12为根据本公开一实施例提供的一种指纹识别模组的驱动方法的时序图。如图12所示，在向驱动电极施加驱动电压(如图12中Vtx所示)以驱动该驱动电极对应的压电材料层发出超声波时，向第一栅极施加开启信号(如图12中Vrst所示)以打开第一薄膜晶体管，以消除余震；根据表面回波到达时间(例如，从开始发射超声波之后延迟t0)，向第一漏极施加偏置电压，以对接收电极上的指纹电信号进行抬升，并将抬升后的指纹电信号存储在存储电容中；以及使用信号读取单元将抬升后的指纹电信号读出，例如，向第三栅极施加读取指令信号(如图12中Vsel所示)。需要说明的是，图12示出的时序图仅为本公开提供的一个示例，本公开实施例提供的驱动电路还可根据实际情况采用其他时序进行驱动。
本公开一实施例还提供一种显示装置。图13为根据本公开一实施例提供的显示装置的结构示意图。该显示装置包括上述实施例提供的指纹识别模组100。由此，该显示装置可通过分别驱动上述的多个驱动电极来实现超声波的聚焦(相增干涉)，一方面可提高发出的超声波在特定区域或特定方向的强度或能量，从而提高该指纹识别性能，另一方面可使得发出的超声波具有较好的方向性，从而可降低指纹的谷和脊之间的串扰，进而可提高指纹识别性能。另一方面，该显示装置还可通过上述的指纹识别模组实现分辨该指纹是否为真的皮肤。具体可参见上述实施例的相关描述，在此不在赘述。
例如，在一些示例中，如图13所示，该显示装置还包括显示模组200，显示模组200的面积与指纹识别模组100的面积大致相同，从而可实现全屏指纹识别。此时，该指纹识别模组还可实现触控功能，从而可不用设置额外的触控装置，例如，电容式触控面板，从而可降低该显示装置的成本。当然，本公开实施例包括但不限于此，显示模组的面积与指纹识别模组的面积也可不相等，指纹识别模组可仅设置在需要进行指纹识别的区域。
例如，在一些示例中，该显示装置还包括盖板210，位于显示模组200远离指纹识别模组100的一侧以及底板230，位于显示模组200与指纹识别模组100的一侧，以及胶层240，用于将显示模组200与盖板210粘结。
例如，该显示装置可为电视机、手机、电脑、笔记本电脑、电子相册、导航仪等具有显示功能的电子设备。
本公开一实施例还提供一种指纹识别模组的驱动方法。该指纹识别模组可为上述实施例提供的任一种指纹识别模组。该驱动方法包括：向驱动电极施加驱动电压以驱动该驱动电极对应的压电材料层发出超声波；以及利用压电材料层接收被指纹反射的超声波并通过接收电极输出相应的指纹电信号。
例如，在一些示例中，多个驱动电极包括第一驱动电极和第二驱动电极，该驱动方法包括：在第一时间点向第一驱动电极施加驱动电压以驱动第一驱动电极对应的压电材料层发出超声波；以及在第二时间点向第二驱动电极施加驱动电压以使第二驱动电极对应的压电材料层发出超声波的相位延迟于第一驱动电极对应的压电材料层发出超声波的相位，第二时间点延迟于第一时间点。由此，该驱动方法可在第二驱动电极的正上方实现超声波的聚焦(相增干涉)，即增强第二驱动电极正上方的超声波的强度或能量，从而不仅可实现指纹识别，还可穿透手指，分辨该指纹是否为真的皮肤。需要说明的是，上述第二驱动电极对应的压电材料层发出超声波的相位与第一驱动电极对应的压电材料层发出超声波的相位的延迟量可根据实际情况进行测试得到。具体的超声波聚焦过程可参见图7A的相关描述。
例如，在一些示例中，该驱动方法还包括：根据第二驱动电极的反射回波时间开启与第二驱动电极对应的(交叠的)接收电极构成的超声波接收元件，以接收反射回波。
例如，在一些示例中，多个驱动电极还包括第三驱动电极，第二驱动电极位于第一驱动电极和第三驱动电极之间，该驱动方法包括：在第一时间点向第一驱动电极和第三驱动电极施加驱动电压以驱动第一驱动电极和第三驱动电极对应的压电材料层发出超声波；以及在第二时间点向第二驱动电极施加驱动电压以使第二驱动电极对应的压电材料层发出超声波的相位延迟于第一驱动电极和第三驱动电极对应的压电材料层发出超声波的相位，第二时间点延迟于第一时间点。由此，该驱动方法可在第二驱动电极的正上方实现超声波的聚焦(相增干涉)，进一步增强第二驱动电极正上方的超声波的强度或能量，从而不仅可实现指纹识别，还可穿透手指，分辨该指纹是否为真的皮肤。需要说明的是，上述第二驱动电极对应的压电材料层发出超声波的相位与第一驱动电极和第三驱动电极对应的压电材料层发出超声波的相位的延迟量可根据实际情况进行测试得到。具体的超声波聚焦过程可参见图7B的相关描述。
例如，在一些示例中，该驱动方法还包括：根据第二驱动电极的反射回波时间开启与第二驱动电极对应的(交叠的)接收电极构成的超声波接收元件，以接收反射回波。需要说明的是，上述的反射回波是指第二驱动电极发出的超声波被指纹反射回来的超声波。
例如，在一些示例中，该指纹识别模组还包括：驱动电路；驱动电路包括：存储电容，包括第一极和第二极；第一薄膜晶体管，包括第一栅极、第一源极和第一漏极；以及信号读取单元，所述接收电极、所述第一源极和所述第一极连接到存储节点。在该驱动方法中，如图12所示，利用压电材料层接收被指纹反射的超声波并通过接收电极输出相应的指纹电信号包括：在向驱动电极施加驱动电压(如图12中Vtx所示)以驱动该驱动电极对应的压电材料层发出超声波时，向第一栅极施加开启信号(如图12中Vrst所示)以打开第一薄膜晶体管，以消除余震；根据表面回波到达时间，向第一漏极施加偏置电压，以对接收电极上的指纹电信号进行抬升，并将抬升后的指纹电信号存储在存储电容中；以及使用信号读取单元将抬升后的指纹电信号读出。
例如，在一些示例中，为了减少噪声信号，在指纹没有触摸该指纹识别模组时，可先发射超声波并接收反射回波以获得一个基准值(base value)；然后在指纹触摸到该指纹识别模组时，发射超声波并接收反射回波以获得一个指纹电信号；将指纹电信号与基准值相减，从而去掉噪声影响。
本公开一实施例还提供一种指纹识别模组的制作方法。该制作方法包括：提供衬底基板；在衬底基板的一侧形成接收电极层，接收电极层包括沿第一方向和第二方向阵列设置的多个接收电极；在接收电极层远离基板的一侧形成压电材料层；以及在压电材料层远离接收电极层的一侧形成驱动电极层，驱动电极层包括沿第二方向排列的多个驱动电极，各驱动电极为沿第一方向延伸的条状电极，且与沿第一方向排列的多个接收电极交叠。
该制作方法制作的指纹识别模组进行指纹识别时，可将接收电极接地，然后分别向沿第二方向排列的多个驱动电极施加交变电压，与驱动电极对应的压电材料层因逆压电效应会发生形变或者带动压电材料层的上方和下方的膜层一起振动，从而可产生超声波并向外发射。由于该指纹识别模组的驱动电极层包括多个驱动电极，可构成多个上述的超声波发射元件，从而通过分别驱动上述的多个驱动电极来实现超声波的聚焦，一方面可提高发出的超声波在特定区域或特定方向的强度或能量，从而提高该指纹识别性能，另一方面可使得发出的超声波具有较好的方向性，从而可降低指纹的谷和脊之间的串扰，进而可提高指纹识别性能。当发出的超声波被指纹反射回该指纹识别模组时，由多个接收电极构成的多个超声波接收元件可接收反射回来的超声波，并将该超声波信号转化为电信号，从而实现指纹识别。
另一方面，当该制作方法制作的指纹识别模组通过实现超声波的聚焦来提高发出的超声波在特定区域或特定方向的强度或能量时，该指纹识别模组不仅可实现指纹识别，还可穿透手指，分辨该指纹是否为真的皮肤。
例如，在一些示例中，在压电材料层远离接收电极层的一侧形成驱动电极层包括：通过图案化工艺形成多个第一子驱动电极，各第一子驱动电极为沿第一方向延伸的条状子电极；在相邻的第一子驱动电极之间形成挡墙；以及通过电镀工艺在多个第一子驱动电极远离基板的一侧形成与多个第一驱动电极一一对应设置的多个第二子驱动电极，挡墙在垂直于驱动电极层的方向上的高度大于第一子驱动电极在垂直于驱动电极层的方向上的高度，多个第一子驱动电极和多个第二子驱动电极构成多个驱动电极。
为了使得该指纹识别模组对超声波具有较高的接收灵敏度，压电材料层通常采用PVDF(聚偏氟乙烯)等压电电压常数较高的压电材料制作；而PVDF(聚偏氟乙烯)等压电电压常数较高的压电材料需要较高的驱动电压，以产生具有较高强度的超声波。因此驱动电极需要制作得较厚，例如，大于10微米，从而适于加载较高的电压。通过上述的制作方法，可先在压电材料层远离接收电极层的一侧形成多个第一子驱动电极，第一子驱动电极无需制作得较厚，例如，第一子驱动电极的厚度范围为0.4-1微米；然后利用挡墙和电镀工艺在多个第一子驱动电极上电镀形成多个第二子驱动电极，从而得到厚度较厚的驱动电极。需要说明的是，在电镀工艺中，在电场的作用下，只有图案化的金属层上才能继续生长金属层，挡墙可以起到分隔作用，防止电镀的金属层互相连接。
例如，在一些示例中，挡墙在垂直于驱动电极层的方向上的尺寸范围为1-20微米，驱动电极在垂直于驱动电极层的方向上的尺寸范围为1-20微米。由于驱动电极的厚度较厚，因此驱动电极的电阻较小，另外，由于电镀工艺形成的第二子驱动电极的表面的均一性较好，从而即可实现较好的电学性能(例如，加载较高的驱动电压)，还可实现超声波的均匀反射，有利于指纹的谷和脊的识别。
例如，在一些示例中，驱动电极的材料包括铜、银和铝中的一种或多种。
例如，挡墙可采用树脂材料制作，从而可具有较低的成本和较低的制作难度。
例如，在一些示例中，第一子驱动电极和第二子驱动电极的材料相同。
(1)本公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)在不冲突的情况下，本公开同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (23)

1.一种指纹识别模组，包括：
接收电极层，包括多个接收电极，所述多个接收电极沿第一方向和第二方向阵列设置；
压电材料层，设置在所述接收电极层的一侧；以及
驱动电极层，设置在所述压电材料层远离所述接收电极层的一侧且包括沿所述第二方向排列的多个驱动电极，
其中，各所述驱动电极为沿所述第一方向延伸的条状电极，且与沿所述第一方向排列的多个接收电极交叠。
2.根据权利要求1所述的指纹识别模组，其中，所述驱动电极层还包括：挡墙，位于相邻的两个所述驱动电极之间。
3.根据权利要求1所述的指纹识别模组，其中，所述挡墙在垂直于所述驱动电极层的方向上的尺寸范围为1-20微米，所述驱动电极在垂直于所述驱动电极层的方向上的尺寸范围为1-20微米。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的指纹识别模组，其中，所述压电材料层包括沿所述第二方向排列的多个子压电材料层，
其中，所述多个子压电材料层与所述多个驱动电极一一对应设置。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的指纹识别模组，其中，所述驱动电极的材料包括铜、银和铝中的一种或多种。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的指纹识别模组，还包括：
基板，位于所述接收电极层远离所述压电材料层的一侧，且包括被配置为与指纹接触的接触面。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的指纹识别模组，还包括：
反射层，位于所述驱动电极层远离所述压电材料的一侧；以及
绝缘层，位于所述反射层与所述驱动电极层之间。
8.根据权利要求6所述的指纹识别模组，其中，所述基板包括玻璃基板。
9.根据权利要求6所述的指纹识别模组，其中，所述基板包括聚酰亚胺基板，所述基板的厚度范围为5-20微米。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的指纹识别模组，还包括：驱动电路，所述驱动电路包括：
存储电容，包括第一极和第二极；
第一薄膜晶体管，包括第一栅极、第一源极和第一漏极；以及
信号读取单元，
其中，所述接收电极、所述第一源极和所述第一极连接到存储节点，所述信号读取单元被配置读取所述存储电容中存储的电信号。
11.根据权利要求10所述的指纹识别模组，其中，所述第一薄膜晶体管为氧化物薄膜晶体管。
12.根据权利要求10所述的指纹识别模组，其中，所述信号读取单元包括：
第二薄膜晶体管，包括第二栅极、第二源极和第二漏极；以及
第三薄膜晶体管，包括第三栅极、第三源极和第三漏极，
其中，所述第二栅极连接至所述存储节点，所述第二漏极连接至所述第三源极，所述第二源极被配置为施加固定电压，所述第三栅极被配置为施加读出指令信号，所述第三漏极被配置为输出信号。
13.一种显示装置，包括根据权利要求1-12中任一项所述的指纹识别模组。
14.根据权利要求10所述的显示装置，还包括：
显示模组，
其中，所述显示模组的面积与所述指纹识别模组的面积大致相同。
15.一种根据权利要求1-3中任一项所述的指纹识别模组的驱动方法，包括：
向所述驱动电极施加驱动电压以驱动所述驱动电极对应的压电材料层发出超声波；以及
利用所述压电材料层接收被指纹反射的超声波并通过所述接收电极输出相应的指纹电信号。
16.一种根据权利要求15所述的指纹识别模组的驱动方法，其中，所述多个驱动电极包括第一驱动电极和第二驱动电极，所述驱动方法包括：
在第一时间点向所述第一驱动电极施加驱动电压以驱动所述第一驱动电极对应的所述压电材料层发出超声波；以及
在第二时间点向所述第二驱动电极施加驱动电压以使所述第二驱动电极对应的所述压电材料层发出超声波的相位延迟于所述第一驱动电极对应的所述压电材料层发出超声波的相位，
其中，所述第二时间点延迟于所述第一时间点。
17.根据权利要求16所述的指纹识别模组的驱动方法，其中，利用所述压电材料层接收被指纹反射的超声波并通过所述接收电极输出相应的指纹电信号包括：
根据所述第二驱动电极的反射回波时间开启与所述第二驱动电极对应的所述接收电极，以接收反射回波。
18.根据权利要求16所述的指纹识别模组的驱动方法，其中，所述多个驱动电极还包括第三驱动电极，所述第二驱动电极位于所述第一驱动电极和所述第三驱动电极之间，所述驱动方法包括：
在第一时间点向所述第一驱动电极和所述第三驱动电极施加驱动电压以驱动所述第一驱动电极和所述第三驱动电极对应的所述压电材料层发出超声波；以及
在第二时间点向所述第二驱动电极施加驱动电压以使所述第二驱动电极对应的所述压电材料层发出超声波的相位延迟于所述第一驱动电极和所述第三驱动电极对应的所述压电材料层发出超声波的相位，
其中，所述第二时间点延迟于所述第一时间点。
19.根据权利要求18所述的指纹识别模组的驱动方法，其中，利用所述压电材料层接收被指纹反射的超声波并通过所述接收电极输出相应的指纹电信号包括：
根据所述第二驱动电极的反射回波时间开启与所述第二驱动电极对应的所述接收电极，以接收反射回波。
20.根据权利要求15所述的指纹识别模组的驱动方法，其中，所述指纹识别模组还包括：驱动电路，所述驱动电路包括：存储电容，包括第一极和第二极；第一薄膜晶体管，包括第一栅极、第一源极和第一漏极；以及信号读取单元，所述接收电极、所述第一源极和所述第一极连接到存储节点，其中，利用所述压电材料层接收被指纹反射的超声波并通过所述接收电极输出相应的指纹电信号包括：
在向所述驱动电极施加驱动电压以驱动所述驱动电极对应的压电材料层发出超声波时，向所述第一栅极施加开启信号以打开所述第一薄膜晶体管；
根据表面回波到达时间，向所述第一漏极施加偏置电压，以对所述接收电极上的指纹电信号进行抬升，并将抬升后的所述指纹电信号存储在所述存储电容中；以及
使用所述信号读取单元将抬升后的所述指纹电信号读出。
21.一种指纹识别模组的制作方法，包括：
提供衬底基板；
在所述衬底基板的一侧形成接收电极层，所述接收电极层包括沿第一方向和第二方向阵列设置的多个接收电极；
在所述接收电极层远离所述基板的一侧形成压电材料层；以及
在所述压电材料层远离所述接收电极层的一侧形成驱动电极层，所述驱动电极层包括沿所述第二方向排列的多个驱动电极，
其中，各所述驱动电极为沿所述第一方向延伸的条状电极，且与沿所述第一方向排列的多个所述接收电极交叠。
22.根据权利要求21所述的指纹识别模组的制作方法，其中，在所述压电材料层远离所述接收电极层的一侧形成所述驱动电极层包括：
通过图案化工艺形成多个第一子驱动电极，各所述第一子驱动电极为沿所述第一方向延伸的条状子电极；
在相邻的所述第一子驱动电极之间形成挡墙；以及
通过电镀工艺在所述多个第一子驱动电极远离所述衬底基板的一侧形成与所述多个第一子驱动电极一一对应设置的多个第二子驱动电极，
其中，所述挡墙在垂直于所述驱动电极层的方向上的高度大于所述第一子驱动电极在垂直于所述驱动电极层的方向上的高度，所述多个第一子驱动电极和所述多个第二子驱动电极构成所述多个驱动电极。
23.根据权利要求22所述的指纹识别模组的制作方法，其中，所述第一子驱动电极和所述第二子驱动电极的材料相同。
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