CN112883888A - 超声指纹识别电路及驱动方法、指纹识别单元、显示装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种超声指纹识别电路及其驱动方法、指纹识别单元、显示装置。所述超声指纹识别电路包括：超声波传感器，被配置为基于输入信号生成用于指纹检测的第一超声波信号，并基于指纹检测后的回波信号生成交流回波信号；信号转换单元，一端与所述超声波传感器连接，被配置为接收所述交流回波信号，并将所述交流回波信号转换为直流信号；信号输出单元，与所述信号转换单元的另一端连接，被配置为接收所述直流信号，并基于所述直流信号生成指纹识别信号。本公开所述超声指纹识别电路及其驱动方法、指纹识别单元、显示装置，无需提供自举电压即可对指纹检测后的回波信号进行识别，降低了工艺难度。

Description

超声指纹识别电路及驱动方法、指纹识别单元、显示装置

技术领域

本公开涉及指纹识别技术领域，尤其涉及一种超声指纹识别电路及其驱动方法、指纹识别单元、显示装置。

背景技术

指纹识别技术能够通过指纹对用户进行鉴权，从而可以提高显示装置的安全性。其中，超声指纹识别技术作为一种新兴的指纹识别技术，逐渐被人们所关注。由于超声波穿透性强，因此在手指表面存在水渍、污渍的情况下，也能够对指纹进行识别，因而超声指纹识别技术的应用越来越广泛。

然而，目前的超声指纹识别的集成方案当中采用滤波积分信号的方式，由于滤波信号比较弱，会出现采集电流信号偏小出现错报误报点的问题，这就会出现需要对电路走线的电阻提出要求，加大了工艺难度。

发明内容

有鉴于此，本公开的目的在于提出一种超声指纹识别电路及其驱动方法、指纹识别单元、显示装置。

基于上述目的，本公开提供了一种超声指纹识别电路，包括：

超声波传感器，被配置为基于输入信号生成用于指纹检测的第一超声波信号，并基于指纹检测后的回波信号生成交流回波信号；

信号转换单元，一端与所述超声波传感器连接，被配置为接收所述交流回波信号，并将所述交流回波信号转换为直流信号；

信号输出单元，与所述信号转换单元的另一端连接，被配置为接收所述直流信号，并基于所述直流信号生成指纹识别信号。

可选的，所述超声波传感器包括发射电极、接收电极以及设置于所述发射电极、所述接收电极之间的压电层；

所述发射电极，被配置为接收所述输入信号并基于所述输入信号向所述压电层输入第一电压；所述输入信号为交流信号；

所述压电层，被配置为响应于所述第一电压发射所述第一超声波信号，以及响应于指纹反射的回波信号并通过所述接收电极生成所述交流回波信号输出至所述信号转换单元。

可选的，所述信号转换单元包括反相器以及与所述反相器连接的第一电压信号端、第二电压信号端；

所述反相器被配置为：基于所述交流回波信号、所述第一电压信号端输入的第一电压信号、所述第二电压信号端输入的第二电压信号生成所述直流信号。

可选的，所述反相器包括第一场效应管以及第二场效应管；

所述第一场效应管的控制极与所述超声波传感器连接，所述第一场效应管的第一极与所述第一电压信号端连接，所述第一场效应管的第二极与所述信号输出单元连接；

所述第二场效应管的控制极与所述超声波传感器连接，所述第二场效应管的第一极与所述第二电压信号端连接，所述第二场效应管的第二极与所述信号输出单元连接。

可选的，所述第一场效应管及所述第二场效应管中，其中之一为P型场效应管，另一个为N型场效应管。

可选的，所述第一场效应管的第一极及所述第二场效应管的第一极为源极，所述第一场效应管的第二极及所述第二场效应管的第二极为漏极。

可选的，所述信号输出单元包括第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管；

所述第一薄膜晶体管的控制极分别与所述第一场效应管的第二极、所述第二场效应管的第二极连接，所述第一薄膜晶体管的第一极连接第三电压信号端，所述第一薄膜晶体管的第二极连接所述第二薄膜晶体管的第一极；

所述第二薄膜晶体管的控制极连接第四电压信号端，所述第二薄膜晶体管的第二极连接所述信号输出单元的信号输出端。

本公开还提供了一种指纹识别单元，包括至少一个如上述任一项实施例所述的超声指纹识别电路。

本公开还提供了一种显示装置，包括显示模组和如上述实施例所述的指纹识别单元，其中，所述指纹识别单元贴附于所述显示模组的出光面或背光面。

可选的，所述指纹识别单元包括层叠设置的指纹识别背板以及超声波传感器膜层，所述指纹识别背板设置于所述显示模组的一侧，所述超声波传感器膜层设置于所述指纹识别背板远离所述显示模组的一侧或者设置于所述指纹识别背板与所述显示模组之间。

可选的，所述显示模组包括依次层叠设置的显示基板、像素驱动电路单元以及发光单元，所述发光单元包括远离所述像素驱动电路单元依次层叠设置的阳极层、发光层以及阴极层，所述指纹识别单元包括设置于所述显示基板与所述阴极层之间的指纹识别背板以及超声波传感器膜层。

可选的，所述指纹识别背板包括信号转换单元以及信号输出单元，所述超声波传感器膜层包括设置于所述指纹识别背板一侧的发射电极、设置于所述指纹识别背板与所述发射电极之间的接收电极以及设置于所述发射电极与所述接收电极之间的压电层。

可选的，所述发射电极与所述接收电极一一对应设置，且发射电极在所述显示基板上的正投影与所述接收电极在所述显示基板上的正投影重合。

本公开还提供了一种超声指纹识别电路的驱动方法，包括：

在发射阶段，超声波传感器接收输入信号生成用于指纹检测的第一超声波信号；

在接收阶段，超声波传感器接收指纹检测后的回波信号生成交流回波信号并发送给信号转换单元；所述信号转换单元将所述交流回波信号转换为直流信号并发送给信号输出单元；所述信号输出单元基于所述直流信号生成指纹识别信号。

从上面所述可以看出，本公开提供的超声指纹识别电路及其驱动方法、指纹识别单元、显示装置，通过超声波传感器生成用于检测指纹的第一超声波信号，并基于指纹检测后的回波信号生成交流回波信号；通过信号转换单元将交流回波信号转换为直流信号并输出给信号输出单元，从而使得信号输出单元可以生成用于指纹识别的指纹识别信号；信号转换单元既能够转换正电压信号也能够转换负电压信号，因此将交流回波信号转换为直流信号时无需额外的举升电压即可对交流回波信号中的正负电压均进行转换，从而即使没有提供自举电压的Dbias信号也不会损失交流回波信号中的负电压部分，从而降低了因设计Dbias部分导致的工艺难度增加的问题，降低了电路制作过程中的工艺难度。

附图说明

为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，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为现有技术中超声指纹识别电路的电路结构示意图；

图2为现有技术中超声指纹识别电路的工作时序示意图；

图3为本公开实施例的超声指纹识别电路的结构框图；

图4为本公开实施例的超声指纹识别电路的另一结构框图；

图5为本公开实施例的超声指纹识别电路的电路结构示意图；

图6为本公开实施例的反相器的输入输出电压曲线示意图；

图7为本公开实施例在不同电压条件下反相器各个电压指标示意图；

图8a为本公开实施例指纹识别单元设置于显示模组出光侧的显示装置结构示意图；

图8b为本公开实施例指纹识别单元设置于显示模组出光侧的另一显示装置结构示意图；

图8c为本公开实施例指纹识别单元设置于显示模组背光侧的显示装置结构示意图；

图8d为本公开实施例指纹识别单元设置于显示模组背光侧的另一显示装置结构示意图；

图9a为本公开实施例指纹识别单元设置于显示基板与阴极层之间的显示装置结构示意图；

图9b为本公开实施例指纹识别单元设置于显示基板与阴极层之间的另一显示装置结构示意图；

图10a为本公开实施例显示装置的一个具体结构示意图；

图10b为本公开实施例显示装置的另一个具体结构示意图；

图11为本公开实施例超声指纹识别电路的驱动方法的流程图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例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。本公开实施例中使用的“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。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。指纹识别，即指通过比较不同指纹的细节特征点来进行鉴别。由于每个人的指纹不同，即使同一人的十指之间指纹也有明显区别，因此指纹可用于身份鉴定，其终身不变性、唯一性和方便性，已几乎成为生物特征识别的代名词。指纹是人体独一无二的特征，极难被破解，同时指纹识别扫描速度很快，应用于手机等移动显示设别，这无疑让手机的解锁、移动支付等变得更加安全，更加方便快捷。

指纹识别，即指通过比较不同指纹的细节特征点来进行鉴别。由于每个人的指纹不同，且同一人的十指之间指纹也有明显区别，因此指纹可用于身份鉴定，其终身不变性、唯一性和方便性等优点已几乎成为生物特征识别的代名词。指纹是人体独一无二的特征，极难被破解，同时指纹识别扫描速度很快，应用于手机等移动显示设别，这无疑让手机的解锁、移动支付等变得更加安全，更加方便快捷。

指纹识别技术是目前最主流的生物识别方式，其应用普及程度远超其他识别手段，比如虹膜识别、静脉识别、人脸识别。随着工业设计的进一步发展，对技术的要求也越来越高，传统的指纹解锁技术不能满足更苛刻的工艺水平要求。

图1为现有技术中超声指纹识别电路的电路图。图2为为现有技术中超声指纹识别电路的工作时序图。如图1、图2所示，在t0-t1之间的发射阶段，复位信号Vrst的输入电压为高电平，Dbias的输入信号为低电平，晶体管T0打开，接收电极偏置为为固定电位(0)，发射电极接收交流信号vtx，压电层振动向外发射超声波；在t1-t2之间的采样阶段，复位信号rst的输入电压为低电平，Dbias的输入信号短暂拉高，向接收节点N充电，电压存储在寄生电容Cp上，压电层接收回波并向接收电极输出超声回波信号，最终电位高低受超声波回波信号影响；在t2-t3之间的保持阶段，Dbias的输入信号适当偏置，使得晶体管T0的漏电流最小；在t3-t4之间的读出阶段，晶体管SEL的栅极处输入的Vread信号被拉高，晶体管SEL被打开，接收节点N的电位通过开关管SF变换为用于指纹识别的电压信号，并对外输出。

在上述超声指纹识别电路中，由于压电层材料的特性，当输入的交流信号vtx为200V左右时，通过压电层之后的电压仅为1V左右，信号损失很大；由于超声波回波信号也为交流信号，其包括正电压和负电压，而负电压不能开启开关管SF，为了开启开关管SF，需要有Dbias输入的自举电压将超声波回波信号举升为正电压信号，从而成功打开开关管SF输出用于指纹识别的电压信号。在这种情况下，为保证开关管SF能够顺利打开并输出用于指纹识别的电流信号，需满足以下要求：提供自举电压的Dbias信号需为全局信号，带宽高(50ns方波)，要求走线延时小、波形完整；AP需为全局信号，需提供阵列电源，并要求电阻小；复位信号Vrst与下一行Vsel相连，每两行引出，要求电阻小；信号输出端Dn要求每列引出，走线尽量短、噪声小。这极大的增加了超声指纹识别电路制作的工艺复杂性，提高了电路制作的工艺难度。

申请人在实现本公开的过程中发现，若能够直接对超声回波信号的交流信号进行处理，而无需Dbias提供的自举电压即可将超声回波信号由交流信号转为直流信号，且不损失交流信号中的负电压信号即可实现开关管SF的开启，则可在保证指纹识别功能的精确性的同时，降低工艺负担。

以下，通过具体的实施例进一步详细说明本公开的技术方案。

图3为本公开的一个或多个实施例提供的一种超声指纹识别电路的结构框图。如图3所示，本公开的一个或多个实施例提供的一种超声指纹识别电路，包括超声波传感器1、信号转换单元2以及信号输出单元3。

其中，超声波传感器1被配置为基于输入信号生成用于指纹检测的第一超声波信号，并基于指纹检测后的回波信号生成交流回波信号。在本实施例中，超声波传感器1与信号输入端10连接，信号输入端10生成输入信号并将输入信号输入超声波传感器1，超声波传感器1接收输入信号，生成并发射第一超声波信号，该第一超声波信号到达用户手指后，指纹的谷脊部分对第一超声波信号进行反射生成回波信号，回波信号被超声波传感器1吸收后生成交流回波信号发送给信号转换单元2。

信号转换单元2的一端与所述超声波传感器1连接，信号转换单元2被配置为接收所述交流回波信号，并将所述交流回波信号转换为直流信号。在本实施例中，信号转换单元2能够对正电压以及负电压进行转换，因此在将交流回波信号转换为直流信号时，不会损失交流回波信号中的负电压部分，从而相比于直接将交流回波信号输出给信号输出单元3能够对回波信号进行一定的放大。

信号输出单元3与所述信号转换单元2的另一端连接，信号输出单元3被配置为接收所述直流信号，并基于所述直流信号生成指纹识别信号后发送给信号输出端30。在本实施例中，信号输出端30接收信号输出单元3输出的指纹识别信号，对指纹识别信号进行解析、处理，从而实现指纹识别功能。

在本实施例中，通过超声波传感器1生成用于检测指纹的第一超声波信号，并基于指纹检测后的回波信号生成交流回波信号；通过信号转换单元2将交流回波信号转换为直流信号并输出给信号输出单元3，从而使得信号输出单元3可以生成用于指纹识别的指纹识别信号；信号转换单元2既能够转换正电压信号也能够转换负电压信号，因此将交流回波信号转换为直流信号时无需额外的举升电压即可对交流回波信号中的正负电压均进行转换，从而即使没有提供自举电压的Dbias信号也不会损失交流回波信号中的负电压部分，从而降低了因设计Dbias部分导致的工艺难度增加的问题，降低了电路制作过程中的工艺难度。

在本公开的一些实施例中，如图5所示，所述超声波传感器1包括发射电极11、接收电极13以及设置于所述发射电极11、所述接收电极13之间的压电层12。其中，所述发射电极11被配置为接收所述输入信号并基于所述输入信号向所述压电层12输入第一电压；所述输入信号为交流信号。所述压电层12被配置为响应于所述第一电压发射所述第一超声波信号，以及响应于指纹反射的回波信号并通过所述接收电极13生成所述交流回波信号输出至所述信号转换单元2。

在具体应用时，发射电极11可以被配置为在发射阶段接收交流信号，并基于该交流信号向压电层12输入第一电压。其中，交流信号可以通过信号输入端10输入。在工作过程中，接收电极13与信号转换单元2之间会有残存的电压，从而可以在接收电极13上形成第二电压。这样，压电层13可以被配置为在发射阶段响应于发射电极11上的交流信号和接收电极13上的第二电压，发射第一超声波信号。即压电层12基于压电特性，可以在发射电极11上的交流信号和接收电极13上的第二电压的共同作用下发生振动，从而产生第一超声波信号并发射出去。可选的，压电层12的材料可以包括PVDF(聚偏氟乙烯)、AlN(氮化铝)、氮化铝(AlN)、PZT(锆钛酸铅)、ZnO(氧化锌)、铌酸锂(LiNbO3)、石英(Quartz)、铌酸钾(KNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)中的至少一种；发射电极11的材料可以为金(Au)、钼(Mo)、铂(Pt)、铝(Al)、银(Ag)、钛(Ti)等金属材料；接收电极13的材料可以为、金(Au)、钼(Mo)、铂(Pt)、铝(Al)、银(Ag)、钛(Ti)、ITO(氧化铟锡)等，本发明实施例对此不作具体限定。

可选的，也可向接收电极13充电从而在接收电极13上形成第二电压，以用于生成第一超声波信号。

当第一超声波信号到达用户手指时，指纹的谷脊部分可以对第一超声波信号进行反射，从而形成回波信号。指纹反射产生的回波信号到达压电层12时，压电层12可以产生振动，并在压电层12界面产生相对于第一电压的电压变化。其中，该电压变化包括由于指纹中的谷产生的谷信号以及由于指纹中的脊产生的脊信号。压电层12生成的谷信号或脊信号被接收电极13接收从而生成交流回波信号，进而接收电极13可以将该交流回波信号传输至信号转换单元2。

在本公开的一些实施例中，如图4所示，所述信号转换单元2包括反相器21以及与所述反相器21连接的第一电压信号端22、第二电压信号端23。其中，所述反相器21被配置为基于所述交流回波信号、所述第一电压信号端22输入的第一电压信号、所述第二电压信号端23输入的第二电压信号生成所述直流信号。在本实施例中，反相器能够将正电压信号以及负电压信号均转换为正电压信号，同时反相器可以起到滤波作用，将交流回波信号转换为直流信号时无需额外的举升电压即可对交流回波信号中的正负电压均进行转换，这样对信号输出单元中晶体管的开启更加完全，即使没有提供自举电压的Dbias信号也不会损失交流回波信号中的负电压部分，从而降低了因设计Dbias部分导致的工艺难度增加的问题，降低了电路制作过程中的工艺难度。

同时，如图6所示，本实施例中利用反相器的过渡区，即当交流回波信号处于反相器的最小输入电压VIL和最大输入电压VIH之间时，输出的直流信号还具有一定的放大作用。在一个具体的实施例中，如图7所示，当第一电压信号VDD为4V，最小输入电压VIL＝1.74V、最大输入电压VIH＝2.32V时，其对应的最小输出电压VOL＝0V且最大输出电压VOH＝4V，即输入的交流回波信号的最小输入电压VIL与最大输入电压VIH之间的变化量为0.58V，而经过反相器21输出的直流信号的变化量为4V，这样即使超声波传感器1返回的交流回波信号仅有1V左右，经过反相器21后输出的直流电压也有4V，相当于进行了放大作用。在这种情况下，当直流信号继续输入信号输出单元时，由于直流信号的变化量更大，对于信号输出单元3中开关管的控制也更加灵敏，这样最终生成的指纹识别信号进行指纹识别时其精度也更高。

可选的，在上述实施例中，通过反相器21的过渡区对交流回波信号进行放大的放大倍数与反相器21过渡区的斜率有关，放大后输出的直流信号与反相器21的最小输出电压VOL及最大输出电压VOH有关，因此通过工艺调整反相器21的过渡区曲线即可实现对放大倍数的调整。

在本公开的一些可选实施例中，如图5所示，所述反相器21包括第一场效应管211以及第二场效应管212。其中，所述第一场效应管211的控制极与所述超声波传感器1连接，所述第一场效应管211的第一极与所述第一电压信号端22连接，所述第一场效应管211的第二极与所述信号输出单元3连接；所述第二场效应管212的控制极与所述超声波传感器1连接，所述第二场效应管212的第一极与所述第二电压信号端23连接，所述第二场效应管212的第二极与所述信号输出单元3连接。

可选的，所述第一场效应管211及所述第二场效应管212中，其中之一为P型场效应管，另一个为N型场效应管。在一个具体的实施例中，令第一场效应管211为P型场效应管，令第二场效应管212为N型场效应管。由于N型场效应管在栅极正电压状态下工作，P型场效应管在栅极负电压状态下工作，因此当接收电极13输出交流回波信号中的正电压时，第二场效应管212基于交流回波信号及第二电压信号输出直流信号；当接收电极13输出交流回波信号中的负电压时，第一场效应管211基于交流回波信号及第二电压信号输出直流信号。这样，交流回波信号中的正电压信号以及负电压信号均可输出，无需额外提供自举电压。

可选的，所述第一场效应管211的控制极及所述第二场效应管212的控制极为栅极，所述第一场效应管211的第一极及所述第二场效应管212的第一极为源极，所述第一场效应管211的第二极及所述第二场效应管212的第二极为漏极。

如图5所示，第一场效应管211的栅极与超声波传感器1的接收电极13连接，通过接收电极13上的第二电压控制第一场效应管211的栅极的工作状态。第一场效应管211的源极与与第一电压信号端22连接，用于接收第一电压信号端22输入的第一电压信号；基于图6、图7可知，反相器21输出的直流信号的大小与第一电压信号有关，因此通过调整第一电压信号端22输入的第一电压信号的大小可以影响反相器21输出的直流信号的大小，在制作电路时可以根据电路特性调节第一电压信号的大小；调节结束后，第一电压信号端22输入稳定的第一电压信号。第一场效应管211的漏极与信号输出单元3中第一薄膜晶体管31的栅极连接。

如图5所示，第二场效应管212的栅极与超声波传感器1的接收电极13连接，通过接收电极13上的第二电压控制第二场效应管212的栅极的工作状态。第二场效应管212的源极与与第二电压信号端23连接，用于接收第二电压信号端23输入的第二电压信号；基于图6、图7可知反相器21输出的直流信号的大小与第二电压信号也有关，因此通过调整第二电压信号端23输入的第二电压信号的大小可以影响反相器21输出的直流信号的大小，在制作电路时可以根据电路特性调节第二电压信号的大小；调节结束后，第二电压信号端23输入稳定的第二电压信号。第二场效应管212的漏极与信号输出单元3中第一薄膜晶体管31的栅极连接。

如图7所示，以第一电压信号为例，当第一电压信号为4V时，反相器21的最小输入电压VIL＝2.42V、最大输入电压VIH＝3.58V时，其对应的最小输出电压VOL＝0V且最大输出电压VOH＝4V；当第一电压信号为6V时，反相器21的最小输入电压VIL＝1.74V、最大输入电压VIH＝2.32V时，其对应的最小输出电压VOL＝0V且最大输出电压VOH＝6V；当第一电压信号为8V时，反相器21的最小输入电压VIL＝3.08V、最大输入电压VIH＝4.82V时，其对应的最小输出电压VOL＝0V且最大输出电压VOH＝8V；当第一电压信号为10V时，反相器21的最小输入电压VIL＝3.70V、最大输入电压VIH＝6.10V时，其对应的最小输出电压VOL＝0V且最大输出电压VOH＝10V。从而可以看出，经过反相器21后输出的直流电压的大小与第一电压信号的大小也有关，同理，反相器21后输出的直流电压的大小与第二电压信号的大小也有关。因此，可以根据调节第一电压信号、第二电压信号的大小来进一步实现对反相器输出的直流电压的大小的调节，从而可以更好的控制信号输出单元3中的第一薄膜晶体管31的开启。

可选的，在上述实施例中，当反相器21中第一场效应管211、第二场效应管212这两个场效应管的阈值电压Vth为比较对称的参数时更有利于反相器21电压的输出。

在本公开的另一些可选实施例中，如图5所示，所述信号输出单元3包括第一薄膜晶体管31和第二薄膜晶体管32。所述第一薄膜晶体管31的控制极分别与所述第一场效应管211的第二极、所述第二场效应管212的第二极连接，所述第一薄膜晶体管31的第一极连接第三电压信号端33，所述第一薄膜晶体管31的第二极连接所述第二薄膜晶体管32的第一极；所述第二薄膜晶体管32的控制极连接第四电压信号端34，所述第二薄膜晶体管32的第二极连接所述信号输出单元3的信号输出端30。其中，第一薄膜晶体管31的控制极以及第二薄膜晶体管32的控制极为栅极，第一薄膜晶体管31的第一极以及第二薄膜晶体管32的第一极为源级或漏极，第一薄膜晶体管31的第二极以及第二薄膜晶体管32的第二极相应的为漏极或源级。

在本实施例中，第一薄膜晶体管31的栅极分别与第一场效应管211的漏极以及第二场效应管212的漏极连接，通过第一场效应管211的漏极、第二场效应管212的漏极中至少一个输出的直流信号控制第一薄膜晶体管31的开启；同时，第三电压信号端33输入第三电压信号，同时与第二薄膜晶体管32的栅极连接的第四电压信号端34输入第四电压信号以控制第二薄膜晶体管32开启，这样，在直流信号的控制下，及与直流信号以及第三电压信号生成并输出指纹识别信号给信号输出端30。

基于同一发明构思，与上述任意实施例所述超声指纹识别电路相对应的，本公开一个或多个实施例还提供了一种指纹识别单元，该指纹识别单元包括至少一个如上述任一项实施例所述的超声指纹识别电路。

上述实施例的指纹识别单元包括前述任一实施例中相应的超声指纹识别电路，并且具有相应的超声指纹识别电路实施例的有益效果，在此不再赘述。

基于同一发明构思，与上述任意实施例所述指纹识别单元相对应的，本公开一个或多个实施例还提供了一种显示装置。如图8a-8d所示，该显示装置包括显示模组5和如上述任一项实施例所述的指纹识别单元。其中，如图8a、8b所示，所述指纹识别单元贴附于所述显示模组5的出光面；或者，如图8c、8d所示，所述指纹识别装置100贴附于所述显示模组5的背光面。

如图8a-8d所示，所述指纹识别单元100包括层叠设置的指纹识别背板4以及超声波传感器膜层6，其中超声波传感器膜层6设置有超声波传感器1中的各个结构。所述指纹识别背板4设置于所述显示模组5的一侧，所述超声波传感器膜层6设置于所述指纹识别背板4远离所述显示模组5的一侧或者设置于所述指纹识别背板4与所述显示模组5之间。

在一些具体的实施例中，如图8a所示，指纹识别背板4设置于显示模组5的出光面，超声波传感器膜层6设置于所述指纹识别背板4远离所述显示模组5的一侧；如图8b所示，指纹识别背板4设置于显示模组5的出光面，超声波传感器膜层6设置于所述指纹识别背板4与所述显示模组5之间；如图8c所示，指纹识别背板4设置于显示模组5的背光面，超声波传感器膜层6设置于所述指纹识别背板4远离所述显示模组5的一侧；如图8d所示，指纹识别背板4设置于显示模组5的背光面，超声波传感器膜层6设置于所述指纹识别背板4与所述显示模组5之间。

在一些可选的实施例中，所述显示模组5包括依次层叠设置的显示基板51、像素驱动电路单元以及发光单元，所述发光单元包括远离所述像素驱动电路单元依次层叠设置的阳极层、发光层以及阴极层59。如图9a、9b所示，所述指纹识别单元11包括设置于所述显示基板51与所述阴极层59之间。其中，指纹识别单元11包括层叠设置的指纹识别背板4以及超声波传感器膜层6，指纹识别背板4以及超声波传感器膜层6均设置于显示基板51与阴极层59之间。如图9a所示，超声波传感器膜层6设置于显示基板51与指纹识别背板4之间；如图9b所示，超声波传感器膜层6设置于阴极层59与指纹识别背板4之间。

在本实施例中，所述指纹识别背板4包括信号转换单元2以及信号输出单元3中的各个结构，信号转换单元2中的第一场效应管211、第二场效应管212以及信号输出单元3包括第一薄膜晶体管31、第二薄膜晶体管32等结构均制作于指纹识别背板4中，从而可以同时制作信号转换单元2以及信号输出单元3中的各个结构，从而可以减少工艺步骤。

可选的，所述超声波传感器膜层6包括设置于所述指纹识别背板4一侧的发射电极11、设置于所述指纹识别背板4与所述发射电极11之间的接收电极13以及设置于所述发射电极11与所述接收电极13之间的压电层12。其中，发射电极11与接收电极13一一对应设置，且发射电极11在显示模组5或者显示基板51上的正投影与接收电极13在显示模组5或者显示基板51上的正投影重合，从而可以实现第一超声波信号的发出并基于压电层12接收的回波信号生成交流回波信号。

可选的，在上述实施例中，当发射电极11、接收电极13等结构采用非透光材料制作且指纹识别单元100贴附于所述显示模组5的出光面时，需保证指纹识别单元100的非透光结构不会遮挡显示模组5的发光单元，因此将指纹识别单元100安装于显示模组5的出光面时需设置发射电极11、接收电极13在显示模组5的基底上的正投影与显示模组5的发光单元在显示模组5的基底上的正投影不重合，从而在实现指纹识别的功能的同时，不会影响显示装置的发光效率。

可选的，当指纹识别单元100设置于所述显示基板51与所述阴极层59之间时，也可以将信号转换单元2中的第一场效应管211、第二场效应管212以及信号输出单元3包括第一薄膜晶体管31、第二薄膜晶体管32与显示模组5中的像素电路、像素驱动电路等电路结构同层设置，这样在制作像素电路、像素驱动电路等电路结构时，可同步完成信号转换单元2中的第一场效应管211、第二场效应管212以及信号输出单元3包括第一薄膜晶体管31、第二薄膜晶体管32的制作，减少工艺步骤。此外，指纹识别单元100中的各个结构也可设置在显示基板51与阴极层59之间的其他任意膜层。

在一个具体的实施例中，如图10a所示，指纹识别背板4设置于显示基板51靠近阴极层59的一侧，接收电极13设置于指纹识别背板4远离显示基板51的一侧，发射电极11设置于接收电极13远离显示基板51的一侧，发射电极11与接收电极13之间设置压电层12。，发射电极11远离所述接收电极13的一侧设置有薄膜封装层(Thin Film Encapsulation，TFE)14，薄膜封装层14用于保护发射电极11、压电层12、接收电极13等结构。可选的，如图10b所示，阴极层59远离显示基板51的一侧依次设置薄膜封装层14、发射电极11、压电层12、接收电极13以及指纹识别背板4。

可选的，在上述实施例中，显示模组5可以为机电致发光器显示面板(OrganicLight-Emitting Diode，OLED)，显示基板51为OLED显示基板。此外，上述实施例所述显示模组5也可为其他任意类型的显示面板。

上述实施例的显示装置包括前述实施例中相应的指纹识别单元，并且具有相应的指纹识别单元实施例的有益效果，在此不再赘述。

基于同一发明构思，与上述任意实施例所述超声指纹识别电路相对应的，本公开一个或多个实施例还提供了一种超声指纹识别电路的驱动方法。如图11所示，所述驱动方法包括：

步骤S101，在发射阶段，超声波传感器接收输入信号生成用于指纹检测的第一超声波信号。

其中，超声波传感器1包括发射电极11、接收电极13以及设置于所述发射电极11、所述接收电极13之间的压电层12。所述发射电极11被配置为接收所述输入信号并基于所述输入信号向所述压电层12输入第一电压；所述输入信号为交流信号。所述压电层12被配置为响应于所述第一电压发射所述第一超声波信号，用于对用户手指的指纹进行检测。

步骤S102，在接收阶段，超声波传感器接收指纹检测后的回波信号生成交流回波信号并发送给信号转换单元；所述信号转换单元将所述交流回波信号转换为直流信号并发送给信号输出单元；所述信号输出单元基于所述直流信号生成指纹识别信号。

当第一超声波信号到达用户手指时，指纹的谷脊部分可以对第一超声波信号进行反射，从而形成回波信号。指纹反射产生的回波信号到达压电层12时，压电层12可以产生振动，并在压电层12界面产生相对于第一电压的电压变化，从而在接收电极13上生成交流回波信号并发送给信号转换单元2。

信号转换单元2包括反相器21以及与反相器21连接的第一电压信号端22、第二电压信号端23。反相器21被配置为基于所述交流回波信号、所述第一电压信号端22输入的第一电压信号、所述第二电压信号端23输入的第二电压信号生成所述直流信号。

在本实施例中，反相器能够将正电压信号以及负电压信号均转换为正电压信号，同时反相器可以起到滤波作用，将交流回波信号转换为直流信号时无需额外的举升电压即可对交流回波信号中的正负电压均进行转换，这样对信号输出单元中晶体管的开启更加完全，即使没有提供自举电压的Dbias信号也不会损失交流回波信号中的负电压部分，从而降低了因设计Dbias部分导致的工艺难度增加的问题，降低了电路制作过程中的工艺难度。同时，利用反相器的过渡区，即当交流回波信号处于反相器的最小输入电压VIL和最大输入电压VIH之间时，输出的直流信号还具有一定的放大作用。其中，通过反相器21的过渡区对交流回波信号进行放大的放大倍数与反相器21过渡区的斜率有关，放大后输出的直流信号与反相器21的最小输出电压VOL及最大输出电压VOH有关，因此通过工艺调整反相器21的过渡区曲线即可实现对放大倍数的调整。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本公开实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本公开实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本公开实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本公开实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种超声指纹识别电路，包括：

超声波传感器，被配置为基于输入信号生成用于指纹检测的第一超声波信号，并基于指纹检测后的回波信号生成交流回波信号；

信号转换单元，一端与所述超声波传感器连接，被配置为接收所述交流回波信号，并将所述交流回波信号转换为直流信号；

信号输出单元，与所述信号转换单元的另一端连接，被配置为接收所述直流信号，并基于所述直流信号生成指纹识别信号。

2.根据权利要求1所述的超声指纹识别电路，其中，所述超声波传感器包括发射电极、接收电极以及设置于所述发射电极、所述接收电极之间的压电层；

所述发射电极，被配置为接收所述输入信号并基于所述输入信号向所述压电层输入第一电压；所述输入信号为交流信号；

所述压电层，被配置为响应于所述第一电压发射所述第一超声波信号，以及响应于指纹反射的回波信号并通过所述接收电极生成所述交流回波信号输出至所述信号转换单元。

3.根据权利要求1所述的超声指纹识别电路，其中，所述信号转换单元包括反相器以及与所述反相器连接的第一电压信号端、第二电压信号端；

所述反相器被配置为：基于所述交流回波信号、所述第一电压信号端输入的第一电压信号、所述第二电压信号端输入的第二电压信号生成所述直流信号。

4.根据权利要求3所述的超声指纹识别电路，其中，所述反相器包括第一场效应管以及第二场效应管；

所述第一场效应管的控制极与所述超声波传感器连接，所述第一场效应管的第一极与所述第一电压信号端连接，所述第一场效应管的第二极与所述信号输出单元连接；

所述第二场效应管的控制极与所述超声波传感器连接，所述第二场效应管的第一极与所述第二电压信号端连接，所述第二场效应管的第二极与所述信号输出单元连接。

5.根据权利要求4所述的超声指纹识别电路，其中，所述第一场效应管及所述第二场效应管中，其中之一为P型场效应管，另一个为N型场效应管。

6.根据权利要求4所述的超声指纹识别电路，其中，所述第一场效应管的第一极及所述第二场效应管的第一极为源极，所述第一场效应管的第二极及所述第二场效应管的第二极为漏极。

7.根据权利要求4所述的超声指纹识别电路，其中，所述信号输出单元包括第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管；

所述第一薄膜晶体管的控制极分别与所述第一场效应管的第二极、所述第二场效应管的第二极连接，所述第一薄膜晶体管的第一极连接第三电压信号端，所述第一薄膜晶体管的第二极连接所述第二薄膜晶体管的第一极；

所述第二薄膜晶体管的控制极连接第四电压信号端，所述第二薄膜晶体管的第二极连接所述信号输出单元的信号输出端。

8.一种指纹识别单元，包括至少一个如权利要求1-7任一项所述的超声指纹识别电路。

9.一种显示装置，包括显示模组和如权利要求8所述的指纹识别单元，其中，所述指纹识别单元贴附于所述显示模组的出光面或背光面。

10.根据权利要求9所述的显示装置，其中，所述指纹识别单元包括层叠设置的指纹识别背板以及超声波传感器膜层，所述指纹识别背板设置于所述显示模组的一侧，所述超声波传感器膜层设置于所述指纹识别背板远离所述显示模组的一侧或者设置于所述指纹识别背板与所述显示模组之间。

11.根据权利要求9所述的显示装置，其中，所述显示模组包括依次层叠设置的显示基板、像素驱动电路单元以及发光单元，所述发光单元包括远离所述像素驱动电路单元依次层叠设置的阳极层、发光层以及阴极层，所述指纹识别单元包括设置于所述显示基板与所述阴极层之间的指纹识别背板以及超声波传感器膜层。

12.根据权利要求10或11所述的显示装置，其中，所述指纹识别背板包括信号转换单元以及信号输出单元，所述超声波传感器膜层包括设置于所述指纹识别背板一侧的发射电极、设置于所述指纹识别背板与所述发射电极之间的接收电极以及设置于所述发射电极与所述接收电极之间的压电层。

13.根据权利要求12所述的显示装置，其中，所述发射电极与所述接收电极一一对应设置，且发射电极在所述显示基板上的正投影与所述接收电极在所述显示基板上的正投影重合。

14.一种超声指纹识别电路的驱动方法，包括：

在发射阶段，超声波传感器接收输入信号生成用于指纹检测的第一超声波信号；

在接收阶段，超声波传感器接收指纹检测后的回波信号生成交流回波信号并发送给信号转换单元；所述信号转换单元将所述交流回波信号转换为直流信号并发送给信号输出单元；所述信号输出单元基于所述直流信号生成指纹识别信号。

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