CN112418201A - 指纹识别模组及其驱动方法和显示装置 - Google Patents

Abstract

一种指纹识别模组及其驱动方法和显示装置。该指纹识别模组包括衬底基板和位于衬底基板上的多个指纹识别区域；各所述指纹识别区域包括多个接收电极、压电材料层和多个驱动电极；多个接收电极、压电材料层和多个驱动电极构成多个超声波传感器。各指纹识别区域对应设置至少一个驱动芯片，各指纹识别区域中的多个驱动电极与所述至少一个驱动芯片的输出端相连，至少一个驱动芯片被配置为向多个驱动电极施加驱动电压以驱动对应的指纹识别区域中的多个超声波传感器进行指纹识别。由此，该指纹识别模组可实现大面积的指纹检测，并且还可提高指纹识别性能。

Description

指纹识别模组及其驱动方法和显示装置

技术领域

本公开的实施例涉及一种指纹识别模组及其驱动方法和显示装置。

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材料层。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并发生有规律的振动，从而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，经处理后得到指纹图像。

发明内容

本公开实施例提供一种指纹识别模组及其驱动方法和显示装置。该指纹识别模组通过设置多个指纹识别区域，各指纹识别区域设置至少一个驱动芯片，来使得单个驱动芯片只需驱动较小面积的指纹识别区域，从而实现大面积的指纹检测。并且，由于单个驱动芯片只需驱动较小面积的指纹识别区域，因此该驱动芯片可采用硅基芯片、砷化镓基芯片等单晶半导体基的芯片，从而提供高性能的驱动电压，从而可提高指纹识别性能。

本公开至少一个实施例提供一种指纹识别模组，其包括衬底基板和位于衬底基板上的多个指纹识别区域，其中，各所述指纹识别区域包括：多个接收电极；压电材料层，位于所述多个接收电极的一侧；以及多个驱动电极，位于所述压电材料层远离所述多个接收电极的一侧；所述多个接收电极、所述压电材料层和所述多个驱动电极构成多个超声波传感器，各所述指纹识别区域对应设置至少一个驱动芯片，各所述指纹识别区域中的所述多个驱动电极与所述至少一个驱动芯片的输出端相连，所述至少一个驱动芯片被配置为向所述多个驱动电极施加驱动电压以驱动对应的所述指纹识别区域中的所述多个超声波传感器进行指纹识别。

例如，本公开一实施例提供的指纹识别模组还包括：互连线，将各所述指纹识别区域中的所述多个驱动电极与所述至少一个驱动芯片的多个所述输出端相连。

例如，本公开一实施例提供的指纹识别模组还包括：柔性电路板；以及外置集成电路，各所述指纹识别区域对应的所述至少一个驱动芯片的控制端通过所述柔性电路板与所述外置集成电路相连。

例如，本公开一实施例提供的指纹识别模组还包括：封装层，位于所述多个超声波传感器和所述至少一个驱动芯片远离所述衬底基板的一侧，并覆盖所述多个超声波传感器和所述至少一个驱动芯片以将所述多个超声波传感器和所述至少一个驱动芯片封装在所述衬底基板上，所述驱动芯片包括单晶半导体基底和驱动电路，所述驱动电路的一部分位于所述单晶半导体基底中。

例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，所述多个接收电极沿第一方向和第二方向阵列设置，各所述驱动电极为沿第一方向延伸的条状驱动电极，多个所述条状驱动电极沿所述第二方向间隔排列。

例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，各所述指纹识别区域对应设置一个所述驱动芯片，各所述指纹识别区域包括多个聚焦单元，各所述聚焦单元包括沿所述第二方向按次序排列的N个所述条状驱动电极，所述多个聚焦单元的具有相同次序的所述条状驱动电极电性相连并连接至所述驱动芯片的一个所述输出端，其中，N为大于等于2的正整数。

例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，所述多个指纹识别区域沿所述第一方向间隔设置并具有第一间隔，所述驱动芯片在所述衬底基板上的正投影与所述多个指纹识别区域和所述第一间隔均间隔设置，所述第一间隔在所述第一方向上的宽度小于所述指纹识别区域在所述第一方向的宽度的三分之一。

例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，各所述指纹识别区域对应设置多个所述驱动芯片，各所述指纹识别区域包括一个聚焦单元，所述聚焦单元包括沿所述第二方向按次序排列的M个所述条状驱动电极，所述M个所述条状驱动电极连接所述多个驱动芯片的M个所述输出端，其中，M为大于等于2的正整数。

例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，所述多个指纹识别区域沿所述第一方向间隔设置并具有第二间隔，所述多个驱动芯片沿所述第二方向依次设置，所述多个驱动芯片设置在对应的所述指纹识别区域在所述第一方向上的一侧，所述第二间隔在所述第一方向上的宽度小于所述指纹识别区域在所述第一方向的宽度的二分之一。

例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，所述多个指纹识别区域沿所述第一方向间隔设置并具有第三间隔，所述第三间隔小于所述条状驱动电极的宽度的两倍，所述至少一个驱动芯片在所述衬底基板上的正投影与所述多个超声波传感器在所述衬底基板上的正投影至少部分重叠，所述至少一个驱动芯片位于所述多个超声波传感器远离所述衬底基板的一侧。

例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，各所述指纹识别区域对应设置一个所述驱动芯片，各所述指纹识别区域包括一个聚焦单元，所述聚焦单元包括沿所述第二方向按次序排列的K个所述条状驱动电极，所述K个所述条状驱动电极连接至一个所述驱动芯片的K个所述输出端，所述驱动芯片设置在对应的所述指纹识别区域在所述第一方向上的一侧，其中，K为大于等于2的正整数。

例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，所述多个指纹识别区域沿所述第一方向和所述第二方向上阵列设置。

例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，所述至少一个驱动芯片在所述衬底基板上的正投影与所述压电材料层在所述衬底基板上的正投影之间具有间隔。

例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，所述至少一个驱动芯片在所述衬底基板上的正投影与所述多个超声波传感器在所述衬底基板上的正投影至少部分重叠，所述至少一个驱动芯片位于所述多个超声波传感器远离所述衬底基板的一侧。

例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，所述多个接收电极沿第一方向和第二方向阵列设置，各所述驱动电极为沿所述第一方向和所述第二方向阵列设置的块状驱动电极，所述多个接收电极与多个所述块状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，各所述指纹识别区域对应设置一个所述驱动芯片，各所述指纹识别区域包括至少一个聚焦单元，各所述聚焦单元包括沿所述第一方向和所述第二方向呈D*D矩阵设置的D*D个所述块状驱动电极，所述D*D个所述块状驱动电极与所述驱动芯片相连，其中，D为大于等于2的正整数。

例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，各所述指纹识别区域包括多个所述聚焦单元，所述多个聚焦单元的具有相同坐标的所述块状驱动电极电性相连并连接至所述驱动芯片的一个所述输出端。

例如，在本公开一实施例提供的指纹识别模组中，所述衬底基板包括玻璃基板。

本公开一实施例还提供一种显示装置，包括上述任一项所述的指纹识别模组。

例如，本公开一实施例提供的显示装置还包括：显示面板，具有一发光侧；以及粘合层，所述指纹识别模组通过所述粘合层贴附在所述显示面板远离所述发光侧的一侧，所述黏合层包括遮光层。

本公开一实施例还提供一种指纹识别模组的驱动方法，其中，所述指纹识别模组为上述任一项所述的指纹识别模组，所述驱动方法包括：获取手指触控位置对应的指纹识别区域；向所述手指触控位置对应的指纹识别区域的所述至少一个驱动芯片施加控制信号；以及所述至少一个驱动芯片在所述控制信号的控制下向所述多个驱动电极施加驱动电压以驱动对应的所述指纹识别区域进行指纹识别。

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，所述至少一个驱动芯片在所述控制信号的控制下向所述多个驱动电极施加驱动电压以驱动对应的所述指纹识别区域进行指纹识别包括：所述至少一个驱动芯片在所述控制信号的控制下向所述多个驱动电极施加相位不同的驱动电压以在所述指纹识别区域进行聚焦。

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2为根据本公开一实施例提供的一种指纹识别模组沿图1中AA方向的剖面示意图；

图3A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3B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4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5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6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7为根据本公开一实施例提供的另一种指纹识别模组的剖面示意图；

图8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9为根据本公开一实施例提供的一种显示装置的结构示意图；

图10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流程图；

图11为根据本公开一实施例提供的一种驱动芯片中的驱动电路的示意图；

图12为根据本公开一实施例提供的一种驱动电路中高压输出模块的示意图；

图13为根据本公开一实施例提供的另一种驱动电路中高压输出模块的示意图；以及

图14为根据本公开一实施例提供的另一种驱动电路中高压输出模块的示意图。

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。

在众多的指纹识别技术中，超声波指纹识别技术具有穿透力强、抗污染、抗干扰、防欺骗等显著优点，被越来越多地应用在智能手机等移动设备的身份认证中。并且，超声波指纹识别技术还可为智能手机等移动设备的全面屏设计提供一种隐藏式指纹解决方案。

在研究中，本申请的发明人注意到，当超声波指纹传感器设置在智能手机等显示装置时，由于超声波指纹传感器需设置在显示面板下方，导致超声波传感器的压电材料层往往与手指距离较大(500微米～2000微米)；而超声波在传输过程中具有发散性、衍射性，从而导致手指上相邻的谷和脊反射的超声波会发生串扰，从而会降低信号分辨率和图像对比度，进而影响指纹识别的性能和精度。对此，一方面可通过提高超声波传感器的驱动电压来提高超声波的强度，另一方面可通过将超声波聚焦来减少上述的串扰，从而可显著地提高指纹图像质量。

然而，上述的两种方式需要需要可以产生高频、高压、具有不同相位的驱动电压的驱动电路。玻璃基的薄膜晶体管电路(TFT)具有成本低、易于大面积制作的优点，但是玻璃基的薄膜晶体管电路较难产生高性能(例如，频率大于1MHz)的驱动电压，而硅基驱动电路虽然可实现高性能的驱动电压，但是其尺寸较小、成本较高，并且难以实现大面积的指纹检测。

本公开实施例提供一种指纹识别模组及其驱动方法和显示装置。该指纹识别模组包括衬底基板和位于衬底基板上的多个指纹识别区域；各所述指纹识别区域包括多个接收电极、压电材料层和多个驱动电极。多个接收电极位于衬底基板上，压电材料层位于多个接收电极远离衬底基板的一侧，多个驱动电极位于压电材料层远离多个接收电极的一侧；多个接收电极、压电材料层和多个驱动电极构成多个超声波传感器。各指纹识别区域对应设置至少一个驱动芯片，各指纹识别区域中的多个驱动电极与所述至少一个驱动芯片的输出端相连，至少一个驱动芯片被配置为向多个驱动电极施加驱动电压以驱动对应的指纹识别区域中的多个超声波传感器进行指纹识别。由此，该指纹识别模组通过设置多个指纹识别区域，各指纹识别区域设置至少一个驱动芯片，来使得单个驱动芯片只需驱动较小面积的指纹识别区域，从而实现大面积的指纹检测。并且，由于单个驱动芯片只需驱动较小面积的指纹识别区域，因此该驱动芯片可采用硅基芯片、砷化镓基芯片等单晶半导体基的芯片，从而提供高性能的驱动电压，从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及其驱动方法和显示装置进行详细的说明。

图1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2为根据本公开一实施例提供的一种指纹识别模组沿图1中AA方向的剖面示意图。如图1和2所示，该指纹识别模组100包括衬底基板110和位于衬底基板110上的多个指纹识别区域120。例如，图1示出了沿第一方向间隔设置的两个指纹识别区域120，但是本公开实施例提供的指纹识别模组中的指纹识别区域的数量不限于两个，也可为更多。如图1和2所示，各指纹识别区域120包括多个接收电极121、压电材料层122和多个驱动电极123；多个接收电极121位于衬底基板110上，压电材料层122位于多个接收电极121远离衬底基板110的一侧，多个驱动电极123位于压电材料层122远离多个接收电极121的一侧，从而多个接收电极121、压电材料层122和多个驱动电极123可构成多个超声波传感器130。如图1和2所示，各指纹识别区域120对应设置至少一个驱动芯片140，各指纹识别区域120中的多个驱动电极123与至少一个驱动芯片140的输出端142相连，至少一个驱动芯片140用于向多个驱动电极123施加驱动电压以驱动对应的指纹识别区域120中的多个超声波传感器130进行指纹识别。例如，驱动芯片140可向多个驱动电极123施加驱动电压从而使得对应的超声波传感器130发出超声波，超声波经手指的谷和脊的反射回压电材料层122并转换为电信号并被多个接收电极121接收，从而可进行指纹识别。

在本公开实施例提供的指纹识别模组中，通过设置多个指纹识别区域，各指纹识别区域设置至少一个驱动芯片，来使得单个驱动芯片只需驱动较小面积的指纹识别区域，从而实现大面积的指纹检测。并且，由于单个驱动芯片只需驱动较小面积的指纹识别区域，因此该驱动芯片可采用硅基芯片、砷化镓基芯片等单晶半导体基的芯片来提供高性能的驱动电压，并且单个驱动芯片还可单独控制每个超声波传感器的驱动电压(例如，提供不同相位的驱动电压)，从而可实现超声波聚焦等功能。由此，该指纹识别模组一方面可提高超声波传感器发出的超声波的强度和穿透力，另一方面还可实现超声波聚焦来提高超声波的方向性以减少手指上相邻的谷和脊反射的超声波之间的串扰，从而可显著地提高指纹图像质量，进而可提高指纹识别性能。另外，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。

需要说明的是，如图1和2所示，各指纹识别区域120中的多个驱动电极123与至少一个驱动芯片140的多个输出端142分别相连，也就是说，至少一个驱动芯片140具有多个输出端142，各指纹识别区域120中的多个驱动电极123连接不同的输出端142，从而可被不同的驱动电压(例如相位不同的驱动电压)驱动，进而可实现超声波聚焦等功能。

在一些示例中，如图1和2所示，该指纹识别模组100还包括互连线150，将各指纹识别区域120中的多个驱动电极123与至少一个驱动芯片140的多个输出端142相连，从而使得各指纹识别区域120中的多个驱动电极123可被不同的驱动电压(例如相位不同的驱动电压)驱动，进而可实现超声波聚焦等功能。

在一些示例中，如图2所示，该指纹识别模组100还包括柔性电路板170和外置集成电路180；各指纹识别区域120对应的至少一个驱动芯片140的控制端142通过柔性电路板170与外置集成电路180相连。由此，外置集成电路180可控制驱动芯片140是否发送驱动电压以及发送的驱动电压的电压、频率、相位等参数。并且，外置集成电路180还可同时控制多个指纹识别区域120对应的多个驱动芯片140来实现大面积的指纹识别。

在一些示例中，如图2所示，该指纹识别模组100还包括绑定区域250，多个指纹识别区域120对应设置的多个驱动芯片140的输入端141连接至绑定区域250，柔性电路板170一端与绑定区域250相连，另一端与外置集成电路180相连。

例如，上述的外置集成电路180可为CPU，例如智能手机上搭载的CPU或者专门用于指纹识别的CPU。

在一些示例中，如图2所示，该指纹识别模组100还包括封装层190；封装层190位于多个超声波传感器130和至少一个驱动芯片140远离衬底基板110的一侧，并覆盖多个超声波传感器130和至少一个驱动芯片140以将多个超声波传感器130和至少一个驱动芯片140封装在衬底基板110上。驱动芯片140包括单晶半导体基底141和驱动电路142，驱动电路142的一部分位于单晶半导体基底141中。由于驱动芯片140是基于单晶半导体基底141的，因此可提供高性能(例如，高压、高频率)的驱动电压。并且，该指纹识别模组100可将基于单晶半导体基底141的驱动芯片140集成在衬底基板110上。需要说明的是，封装层190可对单个指纹识别区域120进行封装，也可将该指纹识别模组100所有的指纹识别区域120封装，即封装层190覆盖该指纹识别模组100所有的指纹识别区域120中的超声波传感器130和驱动芯片140。

在一些示例中，上述的单晶半导体基底141包括单晶硅基底和单晶砷化镓基底中的至少之一。

在一些示例中，驱动芯片140的尺寸小于3毫米；当驱动芯片140的平面形状为矩形时，驱动芯片140的长度和宽度均小于3毫米，以保证良好的指纹检测效果。

例如，驱动芯片140的输出端142输出的驱动电压的频率大于5Mhz，例如，驱动芯片140的输出端142输出的驱动电压的频率范围可为5-30Mhz。另外，驱动芯片140的输出端142输出的驱动电压的电压的绝对值大于30V，例如，驱动芯片140的输出端142输出的驱动电压的的绝对值范围可为30-100V。从而，超声波传感器可具有较好的性能(例如，较大的能量和强度)。

在一些示例中，上述的衬底基板110包括玻璃基板。由此，该指纹识别模组100可通过玻璃基的制作设备和工艺来制作衬底基板110上的超声波传感器130，从而可制作较大尺寸的指纹识别模组，并且具有较低的成本。与此同时，该指纹识别模组100还将性能较高的单晶半导体基底的驱动芯片140集成在衬底基板110上，从而兼顾了大尺寸、低成本和高指纹识别性能。当然，本公开实施例包括但不限于此，衬底基板也可采用其他材料制作，例如衬底基板可为聚酰亚胺基板。

在一些示例中，如图1所示，该指纹识别模组100还包括行控制电路270和读取电路280，行控制电路270和读取电路280用于读取多个接收电极121上的电信号，以获取指纹图像信息。需要说明的是，上述的行控制电路270和读取电路280可与超声波传感器130采用同样的设备和工艺(即玻璃基的制作设备和工艺)制作在衬底基板上，从而可进一步节省成本。本公开实施例对于行控制电路和读取电路的具体结构不作限定。

在一些示例中，如图1和2所示，多个接收电极121沿第一方向和第二方向阵列设置，各驱动电极123为沿第一方向延伸的条状驱动电极123，多个条状驱动电极123沿所述第二方向间隔排列。由此，当沿第二方向间隔排列的多个条状驱动电极123被单独进行驱动时，可实现在第二方向上的聚焦。

图3A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。如图3A所示，多个条状驱动电极123包括沿第二方向上依次排列的第一条状驱动电极1231和第二条状驱动电极1232。此时，在第一时间点向第一条状驱动电极1231施加驱动电压以驱动第一条状驱动电极1231对应的压电材料层发出超声波，然后在第二时间点向第二条状驱动电极1232施加驱动电压以使第二条状驱动电极1232对应的压电材料层发出超声波的相位延迟于第一条状驱动电极1231对应的压电材料层发出超声波的相位，从而可在第二条状驱动电极1232的正上方(或者位于第二条状驱动电极1232远离第一驱动电极1231的其他方位)实现超声波的聚焦(相增干涉)，从而可增强第二条状驱动电极1232正上方的超声波的强度或能量。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，上述第二条状驱动电极对应的压电材料层发出超声波的相位与第一条状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3B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。如图3B所示，多个条状驱动电极123包括沿第二方向上依次排列的第一条状驱动电极1231、第二条状驱动电极1232和第三条状驱动电极1233。此时，在第一时间点向第一条状驱动电极1231和第三条状驱动电极1233施加驱动电压以驱动第一条状驱动电极1231和第三条状驱动电极1233对应的压电材料层发出超声波；以及在第二时间点向第二条状驱动电极1232施加驱动电压以使第二条状驱动电极1232对应的压电材料层发出超声波的相位延迟于第一条状驱动电极1231和第三条状驱动电极1233对应的压电材料层发出超声波的相位，从而可在第二条状驱动电极1232的正上方实现超声波的聚焦(相增干涉)，即增强第二条状驱动电极1222正上方的超声波的强度或能量。

需要说明的，图3A和3B示出了分别驱动两个或三个条状驱动电极以实现超声波聚焦的情况；然而，本公开实施例包括但不限于此，该指纹识别模组可通过分别驱动更多的条状驱动电极来实现超声波聚焦。

例如，相邻的两个条状驱动电极123的中心线之间的距离范围可为40-60微米，例如，50微米。

在一些示例中，如图1和2所示，至少一个驱动芯片140在衬底基板110上的正投影与多个超声波传感器130在衬底基板110上的正投影之间具有间隔。也就是说，至少一个驱动芯片140在衬底基板110上的正投影与多个超声波传感器130在衬底基板110上的正投影不重叠，驱动芯片140和超声波传感器130均设置在衬底基板110上。需要说明的是，驱动芯片140可采用转印或焊接的方式直接固定在衬底基板110上。

在一些示例中，如图1所示，各指纹识别区域120对应设置一个驱动芯片140，各指纹识别区域120包括多个聚焦单元125，各聚焦单元125包括沿第二方向按次序排列的N个条状驱动电极123，多个聚焦单元125的具有相同次序的条状驱动电极123电性相连并连接至驱动芯片140的一个输出端142，其中，N为大于等于2的正整数。由此，该指纹识别模组可通过一个驱动芯片140来同时驱动多个聚焦单元125，从而可降低驱动芯片140的数量，并且多个聚焦单元125可同时进行聚焦和指纹识别，从而可提高指纹识别的效率。

例如，各指纹识别区域120包括三个聚焦单元125，各聚焦单元125包括沿第二方向按次序排列的7个条状驱动电极，三个聚焦单元125次序为第一的三个条状驱动电极123可电性相连并连接至驱动芯片140的一个输出端142，三个聚焦单元125次序为第二的三个条状驱动电极123可电性相连并连接至驱动芯片140的一个输出端142，以此类推。需要说明的是，多个聚焦单元125的具有不同次序的条状驱动电极123连接的输出端142不同。

在一些示例中，如图1所示，多个指纹识别区域120沿所述第一方向间隔设置并具有第一间隔201，驱动芯片140在衬底基板110上的正投影与多个指纹识别区域120和第一间隔201均间隔设置，第一间隔201在第一方向上的宽度小于指纹识别区域120在第一方向的宽度的三分之一。由于驱动芯片140不设置在多个指纹识别区域120和第一间隔201中，从而可将驱动芯片140设置在该指纹识别模组100的触控区101周边的周边区102，并且第一间隔201在第一方向上的宽度小于指纹识别区域120在第一方向的宽度的三分之一，进而可提高多个指纹识别区域占触控区的比例，大大地降低了检测盲区。

图4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4所示，各指纹识别区域120对应设置多个驱动芯片140，各指纹识别区域120包括一个聚焦单元125，聚焦单元125包括沿第二方向按次序排列的M个条状驱动电极123，M个条状驱动电极123连接多个驱动芯片140的M个输出端，其中，M为大于等于2的正整数。也就是说，多个驱动芯片140一共具有M个输出端142，聚焦单元125的M个条状驱动电极123连接多个驱动芯片140的M个输出端142。由此，该指纹识别模组通过多个驱动芯片140来共同驱动一个聚焦单元125。

在一些示例中，如图4所示，多个指纹识别区域120沿第一方向间隔设置并具有第二间隔202，多个驱动芯片140沿第二方向依次设置，多个驱动芯片140设置在对应的指纹识别区域120在第一方向上的一侧，即图4所示的指纹识别区域120的右侧，第二间隔202在第一方向上的宽度小于指纹识别区域120在第一方向的宽度的二分之一。由此，该指纹识别模组可通过多个驱动芯片来实现在具有较大面积的聚焦单元内进行超声波聚焦和指纹识别。

图5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5所示，多个指纹识别区域120沿第一方向间隔设置并具有第三间隔203，第三间隔203小于条状驱动电极123在第二方向上的宽度的两倍，至少一个驱动芯片140在衬底基板110上的正投影与多个超声波传感器130在衬底基板110上的正投影至少部分重叠，至少一个驱动芯片140位于多个超声波传感器130远离衬底基板110的一侧。也就是说，驱动芯片140位于超声波传感器130远离衬底基板110的一侧，此时，驱动芯片140可通过过孔与条状驱动电极123相连，从而可使得驱动芯片140和互连线不占用触控区的面积，多个指纹识别区域120排列的更紧密，从而极大地降低触控盲区。

图6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6所示，各指纹识别区域120对应设置一个驱动芯片140，各指纹识别区域120包括一个聚焦单元125，聚焦单元125包括沿第二方向按次序排列的K个条状驱动电极123，所述K个条状驱动电极123连接至一个驱动芯片140的K个输出端，驱动芯片140设置在对应的指纹识别区域120在第一方向上的一侧，其中，K为大于等于2的正整数。由此，该指纹识别模组100通过一个驱动芯片140来驱动一个聚焦单元125，因此该指纹识别模组的结构简单，便于制作和维修。

在一些示例中，如图6所示，多个指纹识别区域120沿第一方向和第二方向上阵列设置。

图7为根据本公开一实施例提供的另一种指纹识别模组的剖面示意图。如图7所示，至少一个驱动芯片140在衬底基板110上的正投影与多个超声波传感器130在衬底基板110上的正投影至少部分重叠，至少一个驱动芯片140位于多个超声波传感器130远离衬底基板110的一侧。由此，驱动芯片140可不占用触控区101的面积，从而可大大降低触控盲区。

在一些示例中，如图7所示，该指纹识别模组100还包括：第一绝缘层210、反射层220和第二绝缘层230。第一绝缘层210位于多个驱动电极123远离衬底基板110的一侧，反射层220位于第一绝缘层210远离多个驱动电极123的一侧，第二绝缘层230位于反射层220远离第一绝缘层210的一侧，至少一个驱动芯片140位于第二绝缘层230远离反射层220的一侧。反射层220可将压电材料层122产生的向反射层220传播的超声波向衬底基板110反射，从而有利于增强发出的超声波的强度或能量。

例如，第二绝缘层230的材料可为掺杂SiO2、聚酰亚胺和聚对二甲苯基中的至少之一。

例如，如图7所示，可在第一绝缘层210、反射层220和第二绝缘层230中形成过孔，以使得互连线150可通过这些过孔将驱动芯片140与驱动电极123相连，这样的设计不会占用该指纹识别模组的触控区，从而可大大减少检测盲区。

例如，反射层220可采用银(Ag)制作，第一绝缘层210和第二绝缘层230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220也可采用其他具有反射超声波的特性的材料制作，第一绝缘层210和第二绝缘层230可采用树脂等其他绝缘材料制作。

图8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8所示，多个接收电极121沿第一方向和第二方向阵列设置，各驱动电极123为沿第一方向和第二方向阵列设置的块状驱动电极123，多个接收电极121与多个块状驱动电极123一一对应设置。由此，多个接收电极121和块状驱动电极123均沿第一方向和第二方向阵列设置，从而可通过分别驱动多个块状驱动电极123在第一方向和第二方向这两个维度进行聚焦。

例如，如图8所示，以图8中左上角的3*3的矩阵为例，在第一时间点向位于3*3的矩阵中心的中心块状驱动电极123施加驱动电压以驱动中心块状驱动电极123对应的压电材料层发出超声波，然后在第二时间点向与中心块状驱动电极123在第一方向上和第二方向上相邻的四个块状驱动电极123施加驱动电压以使与中心块状驱动电极123在第一方向上和第二方向上相邻的四个块状驱动电极123对应的压电材料层发出超声波的相位延迟于中心块状驱动电极1231对应的压电材料层发出超声波的相位，最后在第三时间点向位于中心块状驱动电极123的对角线的延长线上的四个块状驱动电极123施加驱动电压以使位于中心块状驱动电极123的对角线的延长线上的四个块状驱动电极123对应的压电材料层发出超声波的相位延迟于与中心块状驱动电极123在第一方向上和第二方向上相邻的四个块状驱动电极123对应的压电材料层发出超声波的相位，从而可在中心块状驱动电极123的正上方实现超声波的聚焦(相增干涉)，从而可增强中心块状驱动电极123正上方的超声波的强度或能量。也就是说，可在第一时间点驱动位于3*3的矩阵的中心的中心块状驱动电极，在第二时间点驱动3*3的矩阵中与中心块状驱动电极具有第一距离的块状驱动电极，在第三时间点驱动的3*3的矩阵中与中心块状驱动电极具有第二距离的块状驱动电极来实现超声波的二维聚焦。需要说明的是，上述的第三时间点延迟于第二时间点，上述的第二时间点延迟于第一时间点，上述的第二距离大于第一距离。

在一些示例中，如图8所示，各指纹识别区域120对应设置一个驱动芯片140，各指纹识别区域120包括至少一个聚焦单元125，各聚焦单元125包括沿第一方向和第二方向呈D*D矩阵设置的D*D个块状驱动电极123，D*D个块状驱动电极123与驱动芯片140相连，其中，D为大于等于2的正整数。

在一些示例中，如图8所示，各指纹识别区域120包括多个聚焦单元125，多个聚焦单元125的具有相同坐标的块状驱动电极123电性相连并连接至驱动芯片140的一个输出端142。由此，该指纹识别模组可通过一个驱动芯片140驱动多个聚焦单元。需要说明的是，上述的坐标是指块状驱动电极在上述D*D矩阵中的坐标。例如，多个聚焦单元中具有相同坐标的块状驱动电极是指块状驱动电极在对应聚焦单元中的相对位置相同，例如，具有相同坐标的块状驱动电极在对应的聚焦单元的矩阵的行号和列号相同。

在一些示例中，如图8所示，在各指纹识别区域120中，在第一方向上相邻的两个聚焦单元125可共用在第二方向上排列的一组块状驱动电极123，在第二方向上相邻的两个聚焦单元125可共用在第一方向上排列的一组块状驱动电极123，从而便于进行扫描驱动。

在一些示例中，驱动电极123的材料包括铜、银和铝中的一种或多种。

图9为根据本公开一实施例提供的一种显示装置的结构示意图。如图9所示，该显示装置500包括上述的指纹识别模组100。由此，该显示装置可通过设置多个指纹识别区域，各指纹识别区域设置至少一个驱动芯片，来使得单个驱动芯片只需驱动较小面积的指纹识别区域，从而实现大面积的指纹检测。并且，由于单个驱动芯片只需驱动较小面积的指纹识别区域，因此该驱动芯片可采用硅基芯片、砷化镓基芯片等单晶半导体基的芯片来提供高性能的驱动电压，并且单个驱动芯片还可单独控制每个超声波传感器的驱动电压(例如，提供不同相位的驱动电压)，从而可实现超声波聚焦等功能。由此，该指纹识别模组一方面可提高超声波传感器发出的超声波的强度和穿透力，另一方面还可实现超声波聚焦来提高超声波的方向性以减少手指上相邻的谷和脊反射的超声波之间的串扰，从而可显著地提高指纹图像质量，进而可提高指纹识别性能。另外，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。具体可参见关于上述的指纹识别模组的实施例的相关描述，在此不在赘述。

在一些示例中，如图9所示，该显示装置500还包括显示面板300和粘合层400；显示面板300具有一发光侧310，也即显示侧；指纹识别模组100通过粘合层400贴附在显示面板300远离发光侧310的一侧，黏合层400包括遮光层410，从而可屏蔽显示面板300的光照对于驱动电路140和超声波传感器130的影响，还可在电气上隔离显示面板和指纹识别模组之间的电磁干扰。

例如，粘合层400在垂直于显示面板300的方向上的厚度小于超声波传感器130发出的超声波的波长的十分之一，从而可减少对超声波的影响。

图10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流程图。该指纹识别模组可为上述的指纹识别模组。如图10所示，该指纹识别模组的驱动方法包括以下步骤S101-S103。

步骤S101：获取手指触控位置对应的指纹识别区域。

例如，该指纹识别模组的触控区可划分为多个指纹识别区域，当发生手指触控时，首先获取手指触控位置对应的指纹识别区域。

步骤S102：向手指触控位置对应的指纹识别区域的至少一个驱动芯片施加控制信号。

步骤S103：至少一个驱动芯片在控制信号的控制下向多个驱动电极施加驱动电压以驱动对应的指纹识别区域进行指纹识别。

在一些示例中，在该指纹能识模组的驱动方法中，至少一个驱动芯片在控制信号的控制下向多个驱动电极施加驱动电压以驱动对应的指纹识别区域进行指纹识别包括：至少一个驱动芯片在控制信号的控制下向多个驱动电极施加相位不同的驱动电压以在指纹识别区域进行聚焦。

图11为根据本公开一实施例提供的一种驱动芯片中的驱动电路的示意图。如图11所示，该驱动电路142包括控制逻辑模块1421、波形发生器1422、高压输出模块1423和电源升压模块1424。控制逻辑模块1421可与外置集成电路通信相连，用于接收控制信号，控制逻辑模块1421还与波形发生模块1422通信相连，并控制波形发生模块1422发出与控制信号相应的低压方波信号，高压输出模块1423与电源升压模块1424和波形发生器1422相连，高压输出模块1423与电源升压模块1424用于对波形发生模块1422发出的低压方波信号进行升压以输出高压方波信号。例如，如图11所示，高压输出模块1423可将高压方波信号输出至驱动电极123。

图12为根据本公开一实施例提供的一种驱动电路中高压输出模块的示意图。如图12所示，该高压输出模块1423包括输入端Vin、高压输入端Vdd、第一N型晶体管M1、,电阻R、齐纳二极管D1、第一电感L1和输出端Vout。输入端Vin、齐纳二极管D1的负极与第一N型晶体管M1的栅极相连于第一节点P1，第一N型晶体管M1的源极、电阻R的一端和第一电感L1的一端相连与第二节点P2，第一N型晶体管M1的漏极和齐纳二极管D的正极接地；输出端Vout与第一电感L1的另一端相连。输入端Vin被配置为输入上述的低压方波信号，低压方波信号的高电平可使第一N型晶体管M1导通，输出端Vout可输出低电平，低压方波信号的低电平可使第一N型晶体管M1截止，输出端Vout可输出高压输入端Vdd的高电平，从而可产生高压方波信号。需要说明的是，上述的齐纳二极管D1可防止输入电压过高。

图13为根据本公开一实施例提供的另一种驱动电路中高压输出模块的示意图。如图13所示，该高压输出模块1423包括第一输入端Vin_p、第二输入端Vin_n、第一电感L1、第二电感L2和电容C。第二电感L2的一端与第一输入端Vin_p相连，第二电感L2的另一端与第三节点P3相连，电容C的第一极与第二输入端Vin_n相连，电容C的第二极与第三节点P3相连，第一电感L1的一端与第三节点P3相连，第一电感L1的另一端与输出端Vout相连。第二电感L2和电容C可构成选频网络，从而将第一输入端Vin_p和第二输入端Vin_n输入的两路反向低压方波信号转换为高压正弦波。

图14为根据本公开一实施例提供的另一种驱动电路中高压输出模块的示意图。如图14所示，该高压输出模块1423包括输入端Vin、高压输入端Vdd、输出端Vdd、P型晶体管M3和第二N型晶体管M2；输入端Vin与P型晶体管M3的栅极和第二N型晶体管M2的栅极相连，P型晶体管M3的源极与高压输入端Vdd相连，P型晶体管M3的漏极、第二N型晶体管M2的源极和输出端Vout相连于第四节点P4，第二N型晶体管M2的漏极接地。由此，P型晶体管M3和第二N型晶体管M2可组成一个反相器结构。低压方波信号的高电平可使第二N型晶体管M2打开，P型晶体管M3截止，输出端Vout为低电平，低压方波信号的低电平可使第二N型晶体管M2截止，P型晶体管M3打开，输出端Vout可输出高压输入端Vdd的高电平，从而可产生高压方波信号。

有以下几点需要说明：

(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 (21)

1.一种指纹识别模组，包括衬底基板和位于衬底基板上的多个指纹识别区域，其中，各所述指纹识别区域包括：

多个接收电极；

压电材料层，位于所述多个接收电极的一侧；以及

多个驱动电极，位于所述压电材料层远离所述多个接收电极的一侧；

其中，所述多个接收电极、所述压电材料层和所述多个驱动电极构成多个超声波传感器，各所述指纹识别区域对应设置至少一个驱动芯片，各所述指纹识别区域中的所述多个驱动电极与所述至少一个驱动芯片的输出端相连，所述至少一个驱动芯片被配置为向所述多个驱动电极施加驱动电压以驱动对应的所述指纹识别区域中的所述多个超声波传感器进行指纹识别。

2.根据权利要求1所述的指纹识别模组，还包括：

互连线，将各所述指纹识别区域中的所述多个驱动电极与所述至少一个驱动芯片的多个所述输出端相连。

3.根据权利要求1所述的指纹识别模组，还包括：

柔性电路板；以及

外置集成电路，

其中，各所述指纹识别区域对应的所述至少一个驱动芯片的控制端通过所述柔性电路板与所述外置集成电路相连。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的指纹识别模组，还包括：

封装层，位于所述多个超声波传感器和所述至少一个驱动芯片远离所述衬底基板的一侧，并覆盖所述多个超声波传感器和所述至少一个驱动芯片以将所述多个超声波传感器和所述至少一个驱动芯片封装在所述衬底基板上，

其中，所述驱动芯片包括单晶半导体基底和驱动电路，所述驱动电路的一部分位于所述单晶半导体基底中。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的指纹识别模组，其中，所述多个接收电极沿第一方向和第二方向阵列设置，各所述驱动电极为沿第一方向延伸的条状驱动电极，多个所述条状驱动电极沿所述第二方向间隔排列。

6.根据权利要求5所述的指纹识别模组，其中，各所述指纹识别区域对应设置一个所述驱动芯片，各所述指纹识别区域包括多个聚焦单元，各所述聚焦单元包括沿所述第二方向按次序排列的N个所述条状驱动电极，所述多个聚焦单元的具有相同次序的所述条状驱动电极电性相连并连接至所述驱动芯片的一个所述输出端，其中，N为大于等于2的正整数。

7.根据权利要求6所述的指纹识别模组，其中，所述多个指纹识别区域沿所述第一方向间隔设置并具有第一间隔，所述驱动芯片在所述衬底基板上的正投影与所述多个指纹识别区域和所述第一间隔均间隔设置，所述第一间隔在所述第一方向上的宽度小于所述指纹识别区域在所述第一方向的宽度的三分之一。

8.根据权利要求5所述的指纹识别模组，其中，各所述指纹识别区域对应设置多个所述驱动芯片，各所述指纹识别区域包括一个聚焦单元，所述聚焦单元包括沿所述第二方向按次序排列的M个所述条状驱动电极，所述M个所述条状驱动电极连接所述多个驱动芯片的M个所述输出端，其中，M为大于等于2的正整数。

9.根据权利要求8所述的指纹识别模组，其中，所述多个指纹识别区域沿所述第一方向间隔设置并具有第二间隔，所述多个驱动芯片沿所述第二方向依次设置，所述多个驱动芯片设置在对应的所述指纹识别区域在所述第一方向上的一侧，所述第二间隔在所述第一方向上的宽度小于所述指纹识别区域在所述第一方向的宽度的二分之一。

10.根据权利要求8所述的指纹识别模组，其中，所述多个指纹识别区域沿所述第一方向间隔设置并具有第三间隔，所述第三间隔小于所述条状驱动电极的宽度的两倍，所述至少一个驱动芯片在所述衬底基板上的正投影与所述多个超声波传感器在所述衬底基板上的正投影至少部分重叠，所述至少一个驱动芯片位于所述多个超声波传感器远离所述衬底基板的一侧。

11.根据权利要求5所述的指纹识别模组，其中，各所述指纹识别区域对应设置一个所述驱动芯片，各所述指纹识别区域包括一个聚焦单元，所述聚焦单元包括沿所述第二方向按次序排列的K个所述条状驱动电极，K个所述条状驱动电极连接至一个所述驱动芯片的K个所述输出端，所述驱动芯片设置在对应的所述指纹识别区域在所述第一方向上的一侧，其中，K为大于等于2的正整数。

12.根据权利要求11所述的指纹识别模组，其中，所述多个指纹识别区域沿所述第一方向和所述第二方向上阵列设置。

13.根据权利要求1-3中任一项所述的指纹识别模组，其中，所述至少一个驱动芯片在所述衬底基板上的正投影与所述压电材料层在所述衬底基板上的正投影之间具有间隔。

14.根据权利要求1-3中任一项所述的指纹识别模组，其中，所述至少一个驱动芯片在所述衬底基板上的正投影与所述多个超声波传感器在所述衬底基板上的正投影至少部分重叠，所述至少一个驱动芯片位于所述多个超声波传感器远离所述衬底基板的一侧。

15.根据权利要求1-3中任一项所述的指纹识别模组，其中，所述多个接收电极沿第一方向和第二方向阵列设置，各所述驱动电极为沿所述第一方向和所述第二方向阵列设置的块状驱动电极，所述多个接收电极与多个所述块状驱动电极一一对应设置。

16.根据权利要求15所述的指纹识别模组，其中，各所述指纹识别区域对应设置一个所述驱动芯片，各所述指纹识别区域包括至少一个聚焦单元，各所述聚焦单元包括沿所述第一方向和所述第二方向呈D*D矩阵设置的D*D个所述块状驱动电极，所述D*D个所述块状驱动电极与所述驱动芯片相连，其中，D为大于等于2的正整数。

17.根据权利要求16所述的指纹识别模组，其中，各所述指纹识别区域包括多个所述聚焦单元，所述多个聚焦单元的具有相同坐标的所述块状驱动电极电性相连并连接至所述驱动芯片的一个所述输出端。

18.一种显示装置，包括根据权利要求1-17中任一项所述的指纹识别模组。

19.根据权利要求18的显示装置，还包括：

显示面板，具有一发光侧；以及

粘合层，

其中，所述指纹识别模组通过所述粘合层贴附在所述显示面板远离所述发光侧的一侧，所述黏合层包括遮光层。

20.一种指纹识别模组的驱动方法，其中，所述指纹识别模组为根据权利要求1-17中任一项所述的指纹识别模组，所述驱动方法包括：

获取手指触控位置对应的指纹识别区域；

向所述手指触控位置对应的指纹识别区域的所述至少一个驱动芯片施加控制信号；以及

所述至少一个驱动芯片在所述控制信号的控制下向所述多个驱动电极施加驱动电压以驱动对应的所述指纹识别区域进行指纹识别。

21.根据权利要求20所述的指纹识别模组的驱动方法，其中，所述至少一个驱动芯片在所述控制信号的控制下向所述多个驱动电极施加驱动电压以驱动对应的所述指纹识别区域进行指纹识别包括：

所述至少一个驱动芯片在所述控制信号的控制下向所述多个驱动电极施加相位不同的驱动电压以在所述指纹识别区域进行聚焦。

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