超声波指纹识别模组、制备方法及电子设备
技术领域
本发明涉及超声波指纹识别领域,特别是涉及一种超声波指纹识别模组、制备方法及电子设备。
背景技术
随着,超声波指纹识别模组中,采用具有柔韧性的聚合物薄膜层作为其压电复合层。然而,聚合物薄膜的压电常数较低,仅为15pC/N-28pC/N,且其膜厚较薄,从而导致超声波指纹识别模组的识别性能较弱。
发明内容
基于此,有必要提供一种可以提高识别性能的超声波指纹识别模组。
一种超声波指纹识别模组,包括:
基板;以及
压电复合层,设于所述基板上;所述压电复合层包括设于所述基板上的聚合物薄膜层以及分散于所述聚合物薄膜层内的压电陶瓷粉体颗粒。
上述超声波指纹识别模组,由于压电陶瓷的压电常数高于聚合物薄膜的压电常数,且压电陶瓷以粉体颗粒的形式分散在聚合物薄膜层内,故可在不降低压电复合层的柔韧性的同时,增大压电复合层的压电常数。进而可在不改变压电复合层厚度的情况下,提高超声波指纹识别模组的信噪比,提高超声波指纹识别模组的识别性能。
在其中一个实施例中,所述压电陶瓷粉体颗粒的外径为0.05μm-5μm。一方面,可以避免压电陶瓷粉体颗粒过大而影响压电复合层的柔韧性。另一方面,还能使得压电陶瓷粉体颗粒能够更均匀的分散在聚合物薄膜层内。
在其中一个实施例中,所述压电陶瓷粉体颗粒的外径为0.1μm-2μm。可以在保证压电复合层具有较好的柔韧性的同时,将较多的压电陶瓷粉体颗粒分散在聚合物薄膜层内。即在保证压电复合层的柔韧性的同时,较大的增加压电复合层的压电系数。
在其中一个实施例中,所述压电复合层中,所述压电陶瓷粉体颗粒的质量百分比为1wt%-60wt%。在不过大的影响压电复合层的柔韧性的情况下,使得压电复合层具有较高的压电常数,即使得超声波指纹识别模组具有较好的识别性能。
在其中一个实施例中,所述聚合物薄膜层为PVDF层或共聚物层。PVDF和共聚物均为超声波指纹识别模组中常用的压电复合层的常用材料,成本低,且方便采购。
在其中一个实施例中,所述压电陶瓷粉体颗粒为钛酸钡系压电陶瓷粉体颗粒、钛酸铅系压电陶瓷粉体颗粒、锆酸铅系压电陶瓷粉体颗粒中的一种或者几种。
本发明还提供一种超声波指纹识别模组的制备方法。
一种超声波指纹识别模组的制备方法,包括步骤:
提供基板以及压电浆料;其中,所述压电浆料包括聚合物以及混合在所述聚合物中的压电陶瓷粉体颗粒;
将所述压电浆料涂覆在所述基板上,并进行烘干处理,形成压电复合层初体;
在所述压电复合层初体上形成外电极层,并进行极化处理,得到超声波指纹识别模组。
上述制备方法制备的超声波指纹识别模组中,由于压电陶瓷的压电常数高于聚合物薄膜的压电常数,且压电陶瓷以粉体颗粒的形式分散在聚合物薄膜层内,故可在不降低压电复合层的柔韧性的同时,增大压电复合层的压电常数。进而可在不改变压电复合层厚度的情况下,提高超声波指纹识别模组的信噪比,提高超声波指纹识别模组的识别性能。
在其中一个实施例中,在提供基板以及压电浆料的步骤,提供的压电浆料中,所述压电陶瓷粉体颗粒的外径为0.05μm-5μm。一方面,可以避免压电陶瓷粉体颗粒过大而影响形成的压电复合层的柔韧性。另一方面,还能使得压电陶瓷粉体颗粒能够更均匀的分散在聚合物内。
在其中一个实施例中,提供基板以及压电浆料的步骤提供的压电浆料中,所述压电陶瓷粉体颗粒的外径为0.1μm-2μm。可以在保证形成的压电复合层具有较好的柔韧性的同时,将较多的压电陶瓷粉体颗粒分散在聚合物内。即在保证压电复合层的柔韧性的同时,较大的增加压电复合层的压电系数。
在其中一个实施例中,所述压电浆料中,提供基板以及压电浆料的步骤提供的压电浆料中,所述压电陶瓷粉体颗粒的质量百分比为1wt%-60wt%。在不过大的影响压电复合层的柔韧性的情况下,使得压电复合层具有较高的压电常数,即使得超声波指纹识别模组具有较好的识别性能。
在其中一个实施例中,提供基板以及压电浆料的步骤提供的压电浆料中,所述聚合物为PVDF或共聚物。PVDF和共聚物均为超声波指纹识别模组中常用的压电复合层的常用材料,成本低,且方便采购。
在其中一个实施例中,提供基板以及压电浆料的步骤提供的压电浆料中,所述压电陶瓷粉体颗粒为钛酸钡系压电陶瓷粉体颗粒、钛酸铅系压电陶瓷粉体颗粒、锆酸铅系压电陶瓷粉体颗粒中的一种或者几种。
在其中一个实施例中,在进行烘干处理的步骤中,烘干温度为150℃-250℃,烘干时间为0.5h-6h。能够使得涂覆在基板上的压电浆料很好的成型并与基板粘合。
在其中一个实施例中,在进行极化处理的步骤中,极化电压为3kV/mm-10kV/mm,极化温度100℃-250℃,极化时间为30分钟-120分钟。以使得压电复合层初体具有较好的压电效应,即得到压电效应较好的压电复合层,即使得压电复合层具有较好的压电常数。
本发明还提供一种电子设备。
一种电子设备,包括本发明提供的超声波指纹识别模组。
上述电子设备,压电陶瓷的压电常数高于聚合物薄膜的压电常数,且压电陶瓷以粉体颗粒的形式分散在聚合物薄膜层内,故可在不降低压电复合层的柔韧性的同时,增大压电复合层的压电常数。进而可在不改变压电复合层厚度的情况下,提高超声波指纹识别模组的信噪比,提高超声波指纹识别模组的识别性能,即提高电子设备的识别性能。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的超声波指纹识别模组的截面示意图。
100、超声波指纹识别模组;110、基板;130、压电复合层;131、聚合物薄膜层;133、压电陶瓷粉体颗粒;150、外电极。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”、“设于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示,本发明一实施例提供的超声波指纹识别模组100,包括:基板110以及设于基板110上的压电复合层130。具体地,压电复合层130包括设于基板110上的聚合物薄膜层131以及分散于所述聚合物薄膜层131内的压电陶瓷粉体颗粒133。
当然,超声波指纹识别模组100还包括设于压电复合层130上的外电极150等结构。可以理解的是,外电极150位于超压电复合层130的远离基板110的一侧。外电极150等采用本领域常规技术手段进行设置即可,此处不再赘述。
可以理解的是,基板110可以构成对压电复合层130的支撑作用,且作为压电复合层130在成型时的载体。
可选地,本实施例中,基板110为TFT基板。具体地,基板110包括若干按照阵列方式排布的薄膜晶体管。基板110与外电极150可施加具有压差的电信号给压电复合层130使其发出超声波。并压电复合层130接收返回的超声波后,基板110可以接收压电复合层130基于返回的超声波产生的电信号。
需要说明的是,在另外可行的实施例中,基板110不限于TFT基板110,还可以是硅片等结构,能作为载体便于压电复合层130成型即可。
上述超声波指纹识别模组100,由于压电陶瓷的压电常数高于聚合物薄膜的压电常数,且压电陶瓷以粉体颗粒的形式分散在聚合物薄膜层131内,故可在不降低压电复合层130的柔韧性的同时,增大压电复合层130的压电常数。进而可在不改变压电复合层130厚度的情况下,提高超声波指纹识别模组100的信噪比,提高超声波指纹识别模组100的识别性能。
另外,由于压电复合层130的压电常数增加,故与传统的超声波指纹识别模组100相比,获得信噪比相同的超声波指纹识别模组100,本申请提供的超声波指纹识别模组100中的压电复合层130的厚度较小,从而减小超声波指纹识别模组100的厚度,满足超声波指纹识别模组100的薄形化需求。
可选地,本实施例中,压电陶瓷粉体颗粒133均匀的分散于所述聚合物薄膜层131内。当然,受工艺精度等的影响,压电陶瓷粉体颗粒133也可以不完全均匀的分散于所述聚合物薄膜层131内,即压电陶瓷粉体颗粒133在压电复合层130的不同位置的密度有差别。
可选地,压电陶瓷粉体颗粒133的外径为0.05μm-5μm。一方面,可以避免压电陶瓷粉体颗粒133过大而影响压电复合层130的柔韧性。另一方面,还能使得压电陶瓷粉体颗粒133足够小,进而能够更均匀的分散在聚合物薄膜层131内。具体地,压电陶瓷粉体颗粒133的外径可以是0.05μm、0.06μm、0.07μm、0.08μm、0.09μm、0.1μm、0.12μm、0.15μm、0.18μm、0.2μm、0.25μm、0.3μm、0.35μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.8μm、1μm、1.1μm、1.3μm、1.5μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm、2μm、2.1μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm。当然,压电陶瓷粉体颗粒133的外径不限于此,还可以是0.05μm-5μm之间的任意数值。
进一步地,可选地,压电陶瓷粉体颗粒133的外径为0.1μm-2μm。可以在保证压电复合层130具有较好的柔韧性的同时,将较多的压电陶瓷粉体颗粒133分散在聚合物薄膜层131内。即在保证压电复合层130的柔韧性的同时,较大的增加压电复合层130的压电系数。
可选地,压电复合层130中,压电陶瓷粉体颗粒133的质量百分比为1wt%-60wt%。在不过大的影响压电复合层130的柔韧性的情况下,使得压电复合层130具有较高的压电常数,即使得超声波指纹识别模组100具有较好的识别性能。具体地,压电复合层130中,压电陶瓷粉体颗粒133的质量百分比为1wt%、2wt%、5wt%、8wt%、10wt%、13wt%、15wt%、18wt%、20wt%、25wt%、28wt%、30wt%、33wt%、35wt%、38wt%、40wt%、45wt%、50wt%、52wt%、55wt%、58wt%、60wt%。当然,压电陶瓷粉体颗粒133的质量百分比不限于此,还可以是1wt%-60wt%之间的任意数值。
可以理解的是,图1仅示意性的标示压电复合层130中的压电陶瓷粉体颗粒133埋设在聚合物薄膜层133内,并不表示所包含的压电陶瓷粉体颗粒133的大小、个数和形状。
可选地,聚合物薄膜层131为PVDF(poly vinylidene fluoride,聚偏氟乙烯)层或共聚物层。具体地,共聚物层可以是聚偏氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)共聚物层或聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)共聚物层。PVDF和共聚物均为超声波指纹识别模组100中常用的压电复合层130的常用材料,成本低,且方便采购。当然,可以理解的是,在另外可行的实施例中,聚合物薄膜层131不限于PVDF层和共聚物层,还可以是由其它聚合物形成的聚合物薄膜层131。
可选地,压电陶瓷粉体颗粒133为钛酸钡系压电陶瓷粉体颗粒、钛酸铅系压电陶瓷粉体颗粒、锆酸铅系压电陶瓷粉体颗粒中的一种或者几种。当然,在另外可行的实施例中,压电陶瓷粉体颗粒133不限于此,还可以是其它压电陶瓷材料形成的粉体颗粒。
为证实压电陶瓷粉体颗粒在压电复合层中所占的质量百分比与压电复合层的压电常数之间的关系,发明人以PVDF层作为聚合物薄膜层,在聚合物薄膜层内增加质量百分比不同的压电陶瓷粉体颗粒,以形成多个超声波指纹识别模组的测试样本,并测试其压电常数,测试结果如下:
如上表所示,压电陶瓷粉体颗粒的质量百分比越高,压电复合层的压电常数越高。另外,发明人还测试了该样本的超声波指纹识别模组的介电常数,根据上表所示测试结果可知,压电陶瓷粉体颗粒的质量百分比越高,压电复合层的介电常数越高。由于压电复合层的介电常数同样影响超声波指纹识别模组的信噪比,且压电复合层的介电常数越高,超声波指纹识别模组的信噪比越大,进而可以提高超声波指纹识别模组的识别性能。
另外,根据上表所示,压电陶瓷粉体颗粒的质量百分比过低,则使得压电复合层的压电常数和介电常数提高的较少。另外,若压电陶瓷粉体颗粒的质量百分比过高,虽然会较好的提高压电复合层的压电常数和介电常数,有利于信号发射和采集,但压电复合层的成膜性和附着力越差。
经发明人实验证实,当压电陶瓷粉体颗粒的质量百分比为2wt%-60wt%时,可在保证压电复合层具有较好的成膜性和附着力的情况下,具有较高的压电常数和介电常数。进一步地,当压电陶瓷粉体颗粒的质量百分比为2wt%-30wt%时,可以在压电复合层具有较好的成膜性和附着力,且具有较高的压电常数和介电常数之间达到一个更好的平衡。
另外,为了证实压电复合层厚度与超声波指纹识别模组的信噪比的关系,发明人以PVDF层作为聚合物薄膜层,在聚合物薄膜层内增加质量百分比为30wt%的压电陶瓷粉体颗粒,以形成多个压电复合层厚度不同的超声波指纹识别模组的测试样本,并直接测试其器件化信噪比,测试结果如下:
由上表可知,压电复合层的厚度越大,超声波指纹识别模组的信噪比越大,从而使得超声波指纹识别模组的识别性能越好。另外,与传统的压电复合层中不包含压电陶瓷粉体颗粒的超声波指纹识别模组相比,在厚度不变的情况下,本申请提供的压电复合层中包含压电陶瓷粉体颗粒的超声波指纹识别模组的信噪比较大,即压电陶瓷粉体颗粒的设置,可以较好的提高超声波指纹识别模组的识别性能。
再者,压电复合层的厚度越大,超声波指纹识别模组的信噪比越大。故在需要达到相同器件化信噪比的需求时,本申请的包含压电陶瓷粉体颗粒的压电复合层的厚度较小,从而可以满足超声波指纹识别模组的薄型化的需求。
本发明一实施例还提供一种超声波指纹识别模组的制备方法,包括步骤:
S01、提供基板以及压电浆料;其中,压电浆料包括聚合物以及混合在聚合物中的压电陶瓷粉体颗粒。
可选地,步骤S01中,基板为TFT基板。基板包括若干按照阵列方式排布的薄膜晶体管,薄膜晶体管可以对压电复合层根据反射的超声波转换得到的电信号进行放大等处理。故,除支撑作用外,基板还能对压电复合层根据反射的超声波转换得到的电信号进行放大等处理。
需要说明的是,在另外可行的实施例中,基板不限于TFT基板,还可以是硅片等结构,能作为载体便于压电复合层成型即可。
S02、将所述压电浆料涂覆在所述基板上,并进行烘干处理,形成压电复合层初体。
S03、在所述压电复合层初体上形成外电极层,并进行极化处理,得到超声波指纹识别模组。
可以理解的是,步骤S03后,经过极化处理的压电复合层初体形成了压电复合层。
可以理解的是,上述制备方法制备的超声波指纹识别模组,即为本发明提供的超声波指纹识别模组。
上述制备方法制备的超声波指纹识别模组中,由于压电陶瓷的压电常数高于聚合物薄膜的压电常数,且压电陶瓷以粉体颗粒的形式分散在聚合物薄膜层内,故可在不降低压电复合层的柔韧性的同时,增大压电复合层的压电常数。进而可在不改变压电复合层厚度的情况下,提高超声波指纹识别模组的信噪比,提高超声波指纹识别模组的识别性能。
另外,由于压电复合层的压电常数增加,故与传统的超声波指纹识别模组相比,获得信噪比相同的超声波指纹识别模组,本申请提供的制备方法制备的超声波指纹识别模组,压电复合层的厚度较小,从而减小超声波指纹识别模组的厚度,满足超声波指纹识别模组的薄形化需求。
可选地,步骤S01提供的压电浆料中,压电陶瓷粉体颗粒均匀的分散于聚合物内。当然,受工艺精度等的影响,压电陶瓷粉体颗粒也可以不完全均匀的分散于所述聚合物内。
可选地,步骤S01提供的压电浆料中,压电陶瓷粉体颗粒的外径为0.05μm-5μm。一方面,可以避免压电陶瓷粉体颗粒过大而影响步骤S03形成的压电复合层的柔韧性。另一方面,还能使得压电陶瓷粉体颗粒能够更均匀的分散在聚合物内。具体地,压电陶瓷粉体颗粒的外径可以是0.05μm、0.06μm、0.07μm、0.08μm、0.09μm、0.1μm、0.12μm、0.15μm、0.18μm、0.2μm、0.25μm、0.3μm、0.35μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.8μm、1μm、1.1μm、1.3μm、1.5μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm、2μm、2.1μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm。当然,压电陶瓷粉体颗粒的外径不限于此,还可以是0.05μm-5μm之间的任意数值。
进一步地,可选地,压电陶瓷粉体颗粒的外径为0.1μm-2μm。
可选地,步骤S01提供的压电浆料中,压电陶瓷粉体颗粒的质量百分比为1wt%-60wt%。在不过大的影响在步骤S03形成的压电复合层的柔韧性的情况下,使得压电复合层具有较高的压电常数,即使得步骤S03得到的超声波指纹识别模组具有较好的识别性能。具体地,压电陶瓷粉体颗粒的质量百分比可以为1wt%、2wt%、5wt%、8wt%、10wt%、13wt%、15wt%、18wt%、20wt%、25wt%、28wt%、30wt%、33wt%、35wt%、38wt%、40wt%、45wt%、50wt%、52wt%、55wt%、58wt%、60wt%。当然,压电陶瓷粉体颗粒的质量百分比不限于此,还可以是1wt%-60wt%之间的任意数值。
可选地,步骤S01提供的压电浆料中,聚合物为PVDF(poly vinylidene fluoride,聚偏氟乙烯)或共聚物。PVDF(poly vinylidene fluoride,聚偏氟乙烯)和共聚物均为超声波指纹识别模组中常用的压电复合层。当然,可以理解的是,在另外可行的实施例中,聚合物不限于PVDF(poly vinylidene fluoride,聚偏氟乙烯)和共聚物,还可以是其它具有压电性能的聚合物。
可选地,步骤S01提供的压电浆料中,压电陶瓷粉体颗粒为钛酸钡系压电陶瓷粉体颗粒、钛酸铅系压电陶瓷粉体颗粒、锆酸铅系压电陶瓷粉体颗粒中的一种或者几种。当然,在另外可行的实施例中,压电陶瓷粉体颗粒不限于此,还可以是其它压电陶瓷材料形成的粉体颗粒。
可选地,步骤S02中,在进行烘干处理时,烘干温度为100℃-250℃,烘干时间为0.5h-6h。能够使得涂覆在基板上的压电浆料很好的成型并与基板粘合,又能避免导电浆料因烘干温度过高或时间过长而出现裂纹等。
进一步地,可选地,在进行烘干处理时,烘干温度为120℃-180℃,烘干时间为1h-2h。能在使得涂覆在基板上的压电浆料很好的成型并与基板很好的粘合,与很好的避免导电浆料因烘干温度过高或时间过长而出现裂纹之间达到一个较好的平衡。
可选地,步骤S03中,在进行极化处理的过程中,极化电压为3kV/mm-10kV/mm,极化温度100℃-250℃,极化时间为30分钟-120分钟。以使得压电复合层初体具有较好的压电效应,即得到压电效应较好的压电复合层,即使得压电复合层具有较好的压电常数。
进一步地,可选地,在进行极化处理的过程中,极化电压为3.5kV/mm-5.5kV/mm,极化温度为120℃-180℃,极化时间为30分钟-60分钟,从而使得压电复合层具有较高的压电常数,使得超声波指纹识别模组具有较好的的识别性能。
本发明一实施例还提供一种电子设备,其包括本发明提供的超声波指纹识别模组。
上述电子设备,压电陶瓷的压电常数高于聚合物薄膜的压电常数,且压电陶瓷以粉体颗粒的形式分散在聚合物薄膜层内,故可在不降低压电复合层的柔韧性的同时,增大压电复合层的压电常数。进而可在不改变压电复合层厚度的情况下,提高超声波指纹识别模组的信噪比,提高超声波指纹识别模组的识别性能,即提高电子设备的识别性能。
具体地,电子设备可以是移动设备、通讯设备、显示设备等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。