TW202305573A - 超聲波指紋識別模組、電子設備及超聲波指紋識別方法 - Google Patents

超聲波指紋識別模組、電子設備及超聲波指紋識別方法 Download PDF

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Abstract

本申請提供一種超聲波指紋識別模組,包括:壓電層,具有相對的第一表面及第二表面;共振電極層,疊層設置於第一表面上,共振電極層具有絕緣間隔設置的複數子電極,每一個子電極能被單獨驅動啟動,並用於根據觸摸位置以接收驅動訊號;TFT陣列基板,設於第二表面一側,TFT陣列基板包括畫素電路陣列及接收電極陣列,接收電極陣列耦接於壓電層,TFT陣列基板用於耦合出電訊號;及指紋識別晶片,與每一子電極電性連接,指紋識別晶片用於對電訊號進行指紋識別演算。本申請還提供一種電子裝置及超聲波指紋識別方法。

Description

超聲波指紋識別模組、電子設備及超聲波指紋識別方法
本發明涉及指紋識別技術領域,特別涉及一種超聲波指紋識別模組、電子設備及超聲波指紋識別方法。
指紋識別是將識別物件的指紋進行分類比對從而進行判別。指紋識別技術作為生物體特徵識別技術之一在新世紀逐漸成熟,進入了人類的生產生活領域。超聲波指紋識別技術相較於傳統光學指紋識別技術及電容式指紋識別技術相比,具有更好的穿透力及更高的安全性。因而,超聲波指紋識別技術成為了指紋識別的重要發展方向之一。
然習知的超聲波指紋識別技術應用在手機等電子設備時,指紋感測區域占全螢幕的比例不高,使用者需透過自身記憶或螢幕標識的指紋區域來找到解鎖區。將指紋感測區域占比增大時,又會出現消耗電力較大,解鎖時間慢等問題。
有鑑於此,有必要提供一種可以滿足大面屏超聲波指紋感測、消耗電力少、解鎖時間快的超聲波指紋識別模組,另外,本發明還提供一種具有指紋識別功能的超聲波指紋識別器件及電子設備。
本發明一方面提供一種超聲波指紋識別模組,包括: 壓電層,具有相對的第一表面及第二表面; 共振電極層,疊層設置於所述第一表面上,所述共振電極層具有絕緣間隔設置的複數子電極,每一個所述子電極能被單獨驅動啟動,並用於根據觸摸位置以接收驅動訊號; TFT陣列基板,設於所述第二表面一側,所述TFT陣列基板包括畫素電路陣列及接收電極陣列,所述接收電極陣列耦接於所述壓電層,所述共振電極層及所述接收電極陣列配合所述壓電層在超聲波發射時段發射超聲波,所述共振電極層配合所述壓電層在超聲波接收時段接收超聲波轉換為電訊號,所述TFT陣列基板用於耦合出所述電訊號;及 指紋識別晶片,與每一所述子電極電性連接,所述指紋識別晶片用於對所述電訊號進行指紋識別演算。
另一方面,提供一種電子設備,包括: 上述的超聲波指紋識別模組; 顯示模組,所述顯示模組包括用於接收觸摸操作的觸控面,所述顯示模組與所述超聲波指紋識別模組共用所述TFT陣列基板,所述觸控面具有與複數所述子電極相對應的複數觸控區域; 觸控驅動電路,用於當所述觸控面被手指觸摸時,所述觸控驅動電路判斷被觸摸的觸控區域,並輸出攜帶觸控區域資訊的觸控訊號; 超聲波驅動電路,耦接於所述觸控驅動電路及所述子電極,所述超聲波驅動電路用於根據所述觸控訊號驅動一個或複數所述子電極。
另一方面,提供一種超聲波指紋識別方法,所述超聲波指紋識別方法包括以下步驟: 觸控驅動電路接收觸摸操作並分辨被觸摸的一個或複數觸控區域並輸出觸控訊號; 超聲波驅動電路根據所述觸控訊號驅動與所述觸控區域相對應的一個或複數子電極; 壓電層接發出超聲波訊號至手指,並接收從所述手指表面反射回所述壓電層的超聲波訊號且轉化為電訊號輸出至TFT陣列基板; 所述TFT陣列基板對所述電訊號進行篩選,並且將篩選後的所述電訊號傳輸至指紋識別晶片中; 所述指紋識別晶片接收篩選後的所述電訊號並對篩選後的所述電訊號進行指紋識別演算。
實施例一
為使本公開實施例的目的、技術方案及優點更加清楚,下面將結合本公開實施例的附圖,對本公開實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然,所描述的實施例是本公開的一部分實施例,而不是全部的實施例。基於所描述的本公開的實施例,本領域普通技術人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例,都屬於本公開保護的範圍。
除非另外定義,本公開使用的技術術語或者科學術語應當為本公開所屬領域內具有一般技能的人士所理解的通常意義。本公開中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語並不表示任何順序、數量或者重要性,而只是用來區分不同的組成部分。“包括”或者“包含”等類似的詞語意指出現該詞前面的元件或者物件涵蓋出現在該詞後面列舉的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等僅用於表示相對位置關係,當被描述物件的絕對位置改變後,則該相對位置關係也可能相應地改變。
本發明通篇說明書與所附的權利要求中會使用某些詞彙來指稱特定元件。本領域技術人員應理解,電子設備製造商可能會以不同的名稱來指稱相同的元件,且本文並未意圖區分那些功能相同但名稱不同的元件。當在本說明書中使用術語"包括"、"包括"及/或"具有"時,其指定了所述特徵、區域、步驟、操作及/或元件的存在,但並不排除一個或複數其他特徵、區域、步驟、操作、元件及/或其組合的存在或增加。當諸如層或區域的元件被稱為在另一元件(或其變型)"上"或延伸到另一元件"上"時,它可以直接在另一元件上或直接延伸到另一元件上,或者兩者之間還可以存在插入的元件。另一方面,當稱一元件"直接在"另一元件(或其變型)上或者"直接"延伸到另一元件"上"時,兩者間不存在插入元件。並且,當一元件被稱作"耦接"到另一元件(或其變型)時,它可以直接連接到另一元件或藉由一或複數元件間接地連接(例如電連接)到另一元件。
請參閱圖1,本實施例的電子裝置1包括:超聲波指紋識別模組10、顯示模組20及觸控驅動電路30。觸控顯示模組20包括用於實現觸控功能的觸控感測結構21及用於顯示圖像的顯示結構23。所述顯示結構23可以為液晶顯示結構、有機發光二極體顯示結構及微型無機發光二極體顯示結構中的一種。觸控顯示模組20包括用於接收觸摸操作的觸控面201,觸控面201具有複數觸控區域202。觸控驅動電路30用於當觸控面201被手指3觸摸時,判斷被觸摸的觸控區域202,並輸出攜帶觸控區域202資訊的觸控訊號。
觸控感測結構21可為互容式觸控感測結構,包括用於接收觸控驅動訊號的驅動電極(圖未示),以及用於感測回應到的觸控感測訊號的感測電極(圖未示),其中,觸控驅動訊號由觸控驅動電路30提供,且觸控驅動電路30進一步接收與分析觸控感測訊號以獲取觸點座標,從而判斷被觸摸的觸控區域202。觸控驅動電路30可以是與觸控感測結構21通信連接的積體電路(IC)。
當顯示結構23為液晶顯示結構時,通常包括有相對設置的源矩陣基板(或者稱TFT陣列基板)及彩色濾光基板,封裝於該源矩陣基板及該彩色濾光基板之間的液晶層;以及設置於源矩陣基板遠離彩色濾光基板一側的背光模組。當顯示結構23為有機發光二極體顯示結構時,通常包括源矩陣基板(或者稱TFT陣列基板)以及形成於該源矩陣基板上的有機發光二極體陣列,該源矩陣基板上的TFT開關根據圖像資料控制所述有機發光二極體發光或不發光。當顯示結構23為微型無機發光二極體顯示結構,通常包括源矩陣基板(或者稱TFT陣列基板)以及設置於該源矩陣基板上的微型無機發光二極體陣列,該源矩陣基板上的TFT開關根據圖像資料控制所述微型無機發光二極體發光或不發光。
請參閱圖2,本實施例中,超聲波指紋識別模組10包括:共振電極層11及壓電層12。壓電層12具有相對的第一表面121及第二表面123,壓電層12可以由聚偏氟乙烯(PVDF)、鈮酸鋰(LiNbO3)、鋯鈦酸鉛(PZT)等能夠產生壓電效應的壓電材料的一種或幾種的組合構成,但不以此為限。壓電層12用於在超聲波指紋識別模組10工作時,分時發射及接收超聲波訊號。
請同時參閱圖1及圖2,電子裝置1還包括超聲波驅動電路40。共振電極層11疊層設置於第一表面121上,共振電極層11具有絕緣間隔設置的與觸控區域202相對應的複數子電極111,每一個子電極111能被單獨驅動。超聲波驅動電路40藕接於觸控驅動電路30及共振電極層11。超聲波驅動電路40用於對一個或複數子電極111提供超聲波驅動訊號。子電極111用於根據觸控驅動電路30輸出的攜帶觸控區域202資訊的觸控訊號被啟動以接收驅動訊號。超聲波驅動電路40可以單獨驅動啟動一個子電極111,也可以同時驅動啟動複數子電極111。
本實施例中,以觸控面201具有4個觸控區域202,共振電極層11具有四個子電極111進行說明,但不以此為限。在另一變更實施例中,超聲波指紋識別模組10形成有5×7個子電極111,如圖6a至圖6c所示。此時,電子裝置1可以滿足不同的指紋識別模式。當一個手指3觸摸一個觸控區域202時,僅與該觸控區域202相對應的一個子電極111會被驅動;當一個手指3同時觸摸複數觸控區域202時,僅與這些觸控區域202相對應的複數子電極111會被同時驅動;當複數手指3同時觸摸複數觸控區域202時,僅與這些觸控區域202相對應的複數子電極111會被同時驅動。
本實施例中,組成共振電極層11的材料為銀,在其他實施例中,共振電極層11也可以為其他可以導電的材料。請繼續參閱圖2,在共振電極層11遠離壓電層12的一個表面上,覆蓋有保護層17,保護層17的部分覆蓋共振電極層11,另一部分填充於共振電極層11的間隔處。保護層17的材料可為絕緣材料,例如絕緣的油墨,但不以此為限。
請繼續參閱圖2,超聲波指紋識別模組10還包括TFT陣列基板14,TFT陣列基板14設於第二表面123一側。TFT陣列基板14可為觸控顯示模組20(顯示結構23)的有源矩陣基板,該有源矩陣基板包括用於顯示圖像的顯示區(圖未示),共振電極層11與壓電層12至少覆蓋有源矩陣基板的顯示區的全部區域,此時,電子裝置1可實現全螢幕指紋識別。TFT陣列基板14包括有複數呈矩陣排列的薄膜電晶體(Thin Film Transistor,TFT)。在TFT陣列基板14還包括複數畫素電路141及複數接收電極143。複數畫素電路141呈矩陣排列,形成畫素電路陣列142;複數接收電極143呈矩陣排列,形成接收電極陣列144,接收電極陣列144耦接於壓電層12。接收電極143的材料可為透明金屬氧化物導電材料,在本實施例中,接收電極143為氧化銦錫(ITO),但不以此為限。
超聲波指紋識別模組10具有分時發射超聲波及接收超聲波的功能。共振電極層11及接收電極陣列144配合壓電層12在超聲波發射時段發射超聲波,共振電極層11配合壓電層12在超聲波接收時段接收超聲波轉換為電訊號,TFT陣列基板14用於耦合出所述電訊號。上述的電訊號為具有指紋波峰波谷特徵的電訊號。
請繼續參閱圖2,超聲波指紋識別模組10還包括絕緣的平坦層16,平坦層16絕緣設置於接收電極陣列144及壓電層12之間,平坦層16由樹脂、PET、金屬等絕緣材料製成,但不以此為限。
請參閱圖3及圖4,共振電極層11、壓電層12及TFT陣列基板14疊層設置。超聲波指紋識別模組10還包括指紋識別晶片13及柔性電路板15,指紋識別晶片13與每一子電極111電性連接。柔性電路板15的一端連接指紋識別晶片13,另一端與TFT陣列基板14相連,以將TFT陣列基板14在超聲波接收時段耦合出的電訊號傳輸至指紋識別晶片13。其中,指紋識別晶片13與所述超聲波驅動電路40可以集成為一個積體電路(IC)。
在手指3觸摸觸控面201時,觸控驅動電路30會判斷手指3觸摸的觸控區域202,並輸出攜帶觸控區域202資訊的觸控訊號至超聲波驅動電路40。在超聲波發射時段:超聲波驅動電路40會接收觸控驅動電路30發出的觸控訊號並驅動與被觸膜的觸控區域202相對應的一個或複數子電極111。其中,超聲波驅動電路40以提供頻率為2GHZ以上的交流電來驅動一個或複數子電極111。一個或複數子電極111被驅動後與平坦層16在壓電層12上下形成電勢差,壓電層12由於逆壓電效應會產生超聲波。所述超聲波會傳輸到手指3後,所述超聲波可能會被反射、吸收、分散或被反射回。大部分所述超聲波會被反射回壓電層12以進行檢測。在超聲波接收時段:壓電層12接收到反射回來的超聲波,會發生極化,在第一表面121形成電訊號。第二表面123、平坦層16及接收電極陣列144構成一耦合電容,該耦合電容用於將所述電訊號耦合至畫素電路陣列142中,畫素電路陣列142用於篩選處理並藉由柔性電路板15輸出所述電訊號至指紋識別晶片13中,最終由指紋識別晶片13辨析指紋。
接收電極陣列144耦接於壓電層12,共振電極層11及接收電極陣列144配合壓電層12在超聲波發射時段發射超聲波,共振電極層11配合壓電層12在超聲波接收時段接收超聲波轉換為電訊號。
請參閱圖5,在每一個子電極111上對應連接有一條控制線112,TFT陣列基板14上設置有複數引腳145。控制線112的另一端與超聲波驅動電路40(圖未示)在引腳145上電性連接,使超聲波驅動電路40可以驅動一個或者複數子電極111。每一個控制線112可以根據實際情況,連接於任一引腳145上。
本申請提供的超聲波指紋識別模組10可裝置與任一具有觸控功能的電子裝置1中進行超聲波指紋識別,本申請提供的超聲波指紋識別模組10在進行指紋識別的過程中,無需驅動整個共振電極層11,僅需驅動與觸控區域202向對應的一個或者複數子電極111即可完成指紋識別的過程,使得裝有超聲波指紋識別模組10的電子裝置1在指紋識別時具有更快的回應速度及起到節省電量的效果。
本申請實施例還提供一種超聲波指紋識別方法,應用於上述電子裝置1中。
請參閱圖7,本申請實施例提供的超聲波指紋識別方法包括以下步驟: 步驟S10,觸控驅動電路接收觸摸操作並分辨被觸摸的一個或複數觸控區域並輸出觸控訊號; 步驟S20,超聲波驅動電路根據所述觸控訊號驅動與所述觸控區域相對應的一個或複數子電極; 步驟S30,壓電層發出超聲波訊號至手指,並接收從所述手指表面反射回所述壓電層的超聲波訊號且轉化為電訊號輸出至TFT陣列基板; 步驟S40,所述TFT陣列基板對所述電訊號進行篩選,並且將篩選後的所述電訊號傳輸至指紋識別晶片中; 步驟S50,所述指紋識別晶片接收篩選後的所述電訊號並對篩選後的所述電訊號進行指紋識別演算。
由於接收到的帶有指紋特徵的電訊號中往往存在雜訊,本實施例中,藉由篩選電訊號,有利於得到電訊號中雜訊較少的部分,將篩選後的電訊號用於後續演算過程,有利於提升演算準確度。
本技術領域之普通技術人員應當認識到,以上之實施方式僅是用來說明本發明,而並非用作為對本發明之限定,只要於本發明之實質精神範圍之內,對以上實施例所作之適當改變及變化均落於本發明要求保護之範圍之內。
1:電子裝置 3:手指 10:超聲波指紋識別模組 11:共振電極層 111:子電極 12:壓電層 121:第一表面 123:第二表面 13:指紋識別晶片 14:TFT陣列基板 15:柔性電路板 16:平坦層 17:保護層 20:顯示模組 201:觸控面 202:觸控區域 21:觸控感測結構 23:顯示結構 30:觸控驅動電路 40:超聲波驅動電路 141:畫素電路 142:畫素電路陣列 143:接收電極 144:接收電極陣列 145:引腳
圖1為本申請實施例提供的電子裝置的結構示意圖。
圖2為本申請實施例提供的超聲波指紋識別模組的剖面結構示意圖。
圖3為圖2的超聲波指紋識別模組的疊層結構示意圖。
圖4為圖2的超聲波指紋識別模組的一部分結構示意圖。
圖5圖2的超聲波指紋識別模組的另一部分結構
圖6a為本申請變更例提供的超聲波指紋識別模組的一種手指接觸時部分結構示意圖。
圖6b為本申請變更例提供的超聲波指紋識別模組的另一種手指接觸時部分結構示意圖。
圖6c為本申請變更例提供的超聲波指紋識別模組的再一種手指接觸時部分結構示意圖。
圖7為本申請實施例提供的超聲波指紋識別方法的流程圖。
10:超聲波指紋識別模組
11:共振電極層
111:子電極
12:壓電層
121:第一表面
123:第二表面
14:TFT陣列基板
16:平坦層
17:保護層
141:畫素電路
142:畫素電路陣列
143:接收電極
144:接收電極陣列

Claims (10)

  1. 一種超聲波指紋識別模組,其改良在於,包括: 壓電層,具有相對的第一表面及第二表面; 共振電極層,疊層設置於所述第一表面上,所述共振電極層具有絕緣間隔設置的複數子電極,每一個所述子電極能被單獨驅動啟動,並用於根據觸摸位置以接收驅動訊號; TFT陣列基板,設於所述第二表面一側,所述TFT陣列基板包括畫素電路陣列及接收電極陣列,所述接收電極陣列耦接於所述壓電層,所述共振電極層及所述接收電極陣列配合所述壓電層在超聲波發射時段發射超聲波,所述共振電極層配合所述壓電層在超聲波接收時段接收超聲波轉換為電訊號,所述TFT陣列基板用於耦合出所述電訊號;及 指紋識別晶片,與每一所述子電極電性連接,所述指紋識別晶片用於對所述電訊號進行指紋識別演算。
  2. 根據請求項1所述的超聲波指紋識別模組,其中,還包括設置於所述共振電極層上的保護層。
  3. 根據請求項1所述的超聲波指紋識別模組,其中,還包括柔性電路板,所述柔性電路板的一端連接所述指紋識別晶片,另一端連接所述TFT陣列基板。
  4. 根據請求項1所述的超聲波指紋識別模組,其中,還包括:絕緣的平坦層,設置於所述接收電極陣列及壓電層之間; 複數控制線,每一個所述控制線的一端連接一個所述子電極,另一端與提供驅動訊號的驅動電路電性連接。
  5. 根據請求項1所述的超聲波指紋識別模組,其中,所述共振電極層的材料為銀。
  6. 根據請求項1所述的超聲波指紋識別模組,其中,所述TFT陣列基板為顯示面板的有源矩陣基板,包括複數薄膜電晶體,所述TFT陣列基板包括用於顯示圖像的顯示區,所述壓電層及共振電極覆蓋所述顯示區。
  7. 根據請求項1所述的超聲波指紋識別模組,其中,所述接收電極陣列的材料為透明金屬氧化物導電材料。
  8. 一種電子設備,其改良在於,包括: 如請求項1至7中任一項所述的超聲波指紋識別模組; 顯示模組,所述顯示模組包括用於接收觸摸操作的觸控面,所述顯示模組與所述超聲波指紋識別模組共用所述TFT陣列基板,所述觸控面具有與複數所述子電極相對應的複數觸控區域; 觸控驅動電路,用於當所述觸控面被手指觸摸時,所述觸控驅動電路判斷被觸摸的觸控區域,並輸出攜帶觸控區域資訊的觸控訊號; 超聲波驅動電路,耦接於所述觸控驅動電路及所述子電極,所述超聲波驅動電路用於根據所述觸控訊號驅動一個或複數所述子電極。
  9. 如請求項8所述的電子設備,其中,所述顯示模組為液晶顯示模組、有機發光二極體顯示模組及微型無機發光二極體顯示模組中的一種。
  10. 一種超聲波指紋識別方法,應用於請求項8或9所述的電子設備,其改良在於,包括以下步驟: 觸控驅動電路接收觸摸操作並分辨被觸摸的一個或複數觸控區域並輸出觸控訊號; 超聲波驅動電路根據所述觸控訊號驅動與所述觸控區域相對應的一個或複數子電極; 壓電層接發出超聲波訊號至手指,並接收從所述手指表面反射回所述壓電層的超聲波訊號且轉化為電訊號輸出至TFT陣列基板; 所述TFT陣列基板對所述電訊號進行篩選,並且將篩選後的所述電訊號傳輸至指紋識別晶片中; 所述指紋識別晶片接收篩選後的所述電訊號並對篩選後的所述電訊號進行指紋識別演算。
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