本实用新型涉及指纹识别技术领域，尤其涉及一种超声波指纹识别模组、器件及电子设备。
背景技术：
目前，指纹识别技术已经广泛应用在移动终端、智能家居、打击犯罪等多个领域。给人们的生活带来了很多的便利和安全。现在主流的指纹识别技术有光指纹识别，电容式指纹识别和超声波指纹识别，但是它们也有各自的缺点，例如光指纹识别和电容式指纹识别在手指有油污，灰尘，水等物质时，就容易无法解析指纹图像；而超声波指纹识别对于应用环境的要求没那么高，因此超声波指纹识别得到广泛应用。
但是，现有的超声波指纹识别模组的结构都十分复杂，集成度较低。
技术实现要素：
针对上述问题，本实用新型提供一种超声波指纹识别模组、器件及电子设备。
本实用新型解决技术问题的方案是提供一种超声波指纹识别模组，其用于设置在显示模组用于显示的一侧的相对侧，显示模组包括指纹识别区和非指纹识别区，所述超声波指纹识别模组包括超声波指纹识别模块、不导电基板和电路板，所述超声波指纹识别模块叠放在不导电基板靠近显示模组的表面上，该超声波指纹识别模块包括电极层，且超声波指纹识别模块在显示模组上的投影位于显示模组的指纹识别区，所述电路板与超声波指纹识别模块的电极层电性连接，且电路板在显示模组上的投影位于显示模组的非指纹识别区。
优选地，所述电极层包括上电极层和下电极层，所述超声波指纹识别模块包括进一步包括压电层，上电极层和下电极层分别设置在压电层相对的两个表面上且下电极层靠近不导电基底，所述上电极层和下电极层均与电路板电性连接。
优选地，所述上电极层包括多个阵列排布的导电块，所述导电块与电路板电性连接；和/或所述下电极层包括多个阵列排布的导电块，所述导电块与电路板电性连接。
优选地，所述压电层为原位极化的铁电聚合物薄膜。
优选地，所述不导电基板靠近超声波指纹识别模块的表面的边缘区域设置有多个引脚，所述下电极层与引脚电性连接，所述电路板与引脚电性连接。
优选地，所述超声波指纹识别模组进一步包括信号处理层，所述信号处理层在显示模组上的投影位于显示模组的非指纹识别区，且信号处理层与电路板电性连接。
优选地，所述超声波指纹识别模组进一步包括升压电路层，所述升压电路层在显示模组的投影位于显示模组的非指纹识别区，且所述升压电路层与电路板电性连接，所述升压电路层用于升高电路板传输给上电极层的电压。
本实用新型还提供一种超声波指纹识别器件，所述超声波指纹识别器件包括显示模组和如上所述的超声波指纹识别模组，所述显示模组的其中一个表面为供用户进行操作的触摸面，与触摸面相对的另一个面上设置所述超声波指纹识别模组，所述显示模组包括指纹识别区和非指纹识别区，超声波指纹识别模块在显示模组上的投影位于显示模组的指纹识别区，电路板在显示模组上的投影位于显示模组的非指纹识别区。
优选地，所述显示模组为OLED或者TFT。
本实用新型还提供一种电子设备，包括如上所述的超声波指纹识别模组。
与现有技术相比，本实用新型的超声波指纹识别模块，其用于设置在显示模组用于显示的一侧的相对侧，显示模组包括指纹识别区和非指纹识别区，所述超声波指纹识别模组包括超声波指纹识别模块、不导电基板和电路板，所述超声波指纹识别模块叠放在不导电基板靠近显示模组的表面上，该超声波指纹识别模块包括电极层，且超声波指纹识别模块在显示模组上的投影位于显示模组的指纹识别区，所述电路板与超声波指纹识别模块的电极层电性连接，且电路板在显示模组上的投影位于显示模组的非指纹识别区。本实用新型的超声波指纹识别模组具有结构简单、集成度高、厚度轻薄的优点。
另外的，本实用新型的所述压电层为原位极化的铁电聚合物薄膜，具有压电效应好、分辨率高的优点。
与现有技术相比，本实用新型的所述超声波指纹识别器件包括显示模组和如上所述的超声波指纹识别模组，所述显示模组的其中一个表面为供用户进行操作的触摸面，与触摸面相对的另一个面上设置所述超声波指纹识别模组，所述显示模组包括指纹识别区和非指纹识别区，超声波指纹识别模块在显示模组上的投影位于显示模组的指纹识别区，电路板在显示模组上的投影位于显示模组的非指纹识别区。本实用新型的超声波指纹识别器件具有结构简单、集成度高、厚度轻薄的优点。
与现有技术相比，本实用新型的电子设备，其包括如上所述的超声波指纹识别模组。本实用新型的电子设备具有集成度高，可靠性高，更轻薄的优点。
【附图说明】
图1是本实用新型第一实施例的超声波指纹识别器件的叠层结构示意图。
图2是本实用新型第一实施例的超声波指纹识别模块的结构示意图。
图3是本实用新型第二实施例的超声波指纹识别器件的叠层结构示意图。
图4是本实用新型第二实施例的超声波指纹识别模块的结构示意图。
【具体实施方式】
为了使本实用新型的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
第一实施例
请参考图1，本实用新型的第一实施例提供一种超声波指纹识别器件10，所述超声波指纹识别器件10包括超声波指纹识别模组10a、粘胶层14和显示模组16，所述显示模组16的其中一个表面为供用户进行操作的触摸面165，与触摸面165相对的另一个面上设置有粘胶层14，粘胶层14与超声波指纹识别模组10a粘合以增强超声波指纹识别模组10a与显示模组16的连接强度。所述显示模组16可以是市场现有的一些包括显示层、盖板玻璃等基本结构的显示模组，但优选为包括OLED(有机发光二极管)或者TFT(薄膜晶体管)等的显示模组。所述显示模组16包括指纹识别区161和非指纹识别区163，所述指纹识别区161和非指纹识别区163可以是按照物理结构可以明显区分的结构，例如：苹果手机的显示模组底部单独设置有指纹识别区；也可以是按照功能进行区分的结构，例如在全屏触控的显示模组的部分区域定义指纹识别区，只有在该区域内才可进行指纹识别。可以理解，所述粘胶层14可以省略，所述显示模组16靠近超声波指纹识别模组10a的表面本身带有粘性，所述显示模组16的指纹识别区161直接与超声波指纹识别模组10a粘接即可。(本实用新型中所提及的上下左右等方位词仅限于指定视图上的相对位置，而非绝对位置，可以理解，指定视图在平面内进行180°旋转后，位置词“下”即可以替换为位置词“上”。)
所述超声波指纹识别模组10a包括超声波指纹识别模块11、升压电路层13、导电基板15及电路板17。所述超声波指纹识别模块11、导电基板15和电路板17依次叠放形成叠层结构，其中导电基板15位于超声波指纹识别模块11和电路板17之间。或者说电路板17与超声波指纹识别模块11在显示模组16上的投影至少部分重叠。所述超声波指纹识别模块11和导电基板15的位置与显示模组16的指纹识别区161相对应。所述超声波指纹识别模块11与导电基板15电性连接，所述电路板17一端与导电基板15电性连接，另一端用于与外部电路电性连接，所述升压电路层13与导电基板15电性连接，其用于对导电基板15输出的电压进行升高。可以理解，优选的，在所述导电基板15靠近电路板17的表面上设置有多个引脚151，所述电路板17与该引脚151电性连接，电路板17与引脚151通过焊接的方式实现电性连接，稳固性更好，电性可靠性较佳。可以理解，所述电路板17可以是印刷电路板、柔性电路板或者其他具有导电结构的电路板，在本实用新型中优选为电路板17为柔性电路板，从而可以减小超声波指纹识别模组11的厚度。还可以理解，所述导电基板15优选为硅基晶圆。
请参考图2，所述超声波指纹识别模块11包括上电极层111、保护层112、压电层113和下电极层115，所述上电极层111和下电极层115分别设置在压电层113相对的两个表面上，其中上电极层111靠近显示模组16设置，所述上电极层111和下电极层115分别与导电基板15电性连接。所述保护层112设置在上电极层111远离压电层113的表面上并将上电极层111部分或全部覆盖，所述保护层112的作用是对上电极层111进行保护，防止其氧化或者损坏，从而大大提高了超声波指纹识别模块11的使用寿命。可以理解，所述保护层112可以省略，从而减小了超声波指纹识别模块11的厚度，更加符合电子设备轻薄化的趋势。所述保护层112的材质优选为氮化硅。
所述下电极层115包括信号处理层1155、钝化层1151和阵列排布在信号处理层1155靠近压电层113的表面上的电极块1153，所述钝化层1151设置在电极块1153靠近压电层113的表面上并将电极块1153遮盖。所述多个电极块1153用于进行超声波信号的感应，由于手指的一个谷脊周期的宽度通常为300um，通过设置电极块1153的尺寸有利于保证识别的指纹的清晰度，从而确保指纹识别的精确性。优选的，所述电极块1153的面积小于或者等于70μm＊70μm，进一步优选为小于或者等于60μm＊60μm，更进一步优选40μm＊40μm，电极块1153的尺寸在此范围内时，指纹识别效果最佳。所述钝化层1151的作用是对电极块1153进行保护，防止其氧化或者损坏，从而大大提高了超声波指纹识别模块11的使用寿命。可以理解，所述钝化层1151可以省略，从而减小了超声波指纹识别模块11的厚度，更加符合电子设备轻薄化的趋势。所述钝化层1151的材质优选为氮化硅。优选的，所述钝化层1151将电极块1153整体包覆在内，保护效果最佳。可以理解，所述信号处理层1155包括一个信号处理芯片或者多个信号处理芯片间隔设置，所述信号处理芯片用于进行电信号的收集和分析。可以理解，所述上电极层111也可以是包括多个阵列排布的电极块1153，且所述上电极层111的电极块1153的尺寸、位置与下电极层115的电极块1153的尺寸、位置一致。当上电极层111包括多个阵列排布的电极块1153时，所述下电极层115可以为一整层电极。
压电层113为压电膜，优选的，压电层113为铁电聚合物薄膜，在一具体的实施方式中，所述铁电聚合物薄膜是通过采购现有的铁电聚合物薄膜成品，然后再通过粘附在基底上来进行极化而得到。通常，这种成品的铁电聚合物薄膜需要先被拉升具有一定应力然后再通过粘合在基底上再进行极化，此种方法形成的铁电聚合物薄膜厚度均在30μm以上，不适应现有电子器件轻薄的发展趋势，而且采用这种极化膜的超声波指纹识别模块，由于压电感测膜太厚，因此分辨率较低。上述实施方式中的铁电聚合物薄膜极化方法大都是直接在铁电聚合物薄膜的上下表面之间设置高压电场来进行，但是因为铁电聚合物薄膜本身厚度的不均，所以可能容易被高压电场所击穿，压电膜113的生产合格率十分低，不利于大规模生产，而且制得的压电膜113的压电效应较差，使用寿命较短。
在另一具体的实施方式中，本实用新型的压电层113优选为原位极化形成的铁电聚合物薄膜，具体为所述压电层113是在下电极层115的一面原位形成压电膜113，所述压电膜113包括相对的第一表面和第二表面，所述第一表面即为靠近下电极层115的一面，所述第二表面为靠近上电极层111的表面。极化时候，使该压电膜113的第一表面电势为零；在所述压电膜113的第二表面所在侧提供第一电场及第二电场，第一电场的电势高于第二电场的电势；在第一电场的作用下电离所述压电膜113第二表面所在的一侧的环境气体，该环境气体穿过第二电场而聚集在压电膜113的第二表面，使所述压电膜113内形成沿薄膜厚度方向的膜内电场，对所述压电膜113进行极化形成所述压电层113。可以理解，所述铁电聚合物薄膜通过化学气相沉积，涂覆、浸涂等湿化学方法形成在下电极层115表面，因此可以形成厚度很薄且均匀的铁电聚合物薄膜，厚度可以小于30μm，优选的，厚度可以维持在9μm以下，从而减小信号的传输损耗，形成工艺简单，而且，采用这种原位形成的极化膜的超声波指纹识别模块11，分辨率大大提高。所述压电层113的厚度可进一步为小于9μm，再进一步地，其厚度可为1.5－7.4μm、1.9－7.2μm、2.2－8.6μm、2.8－8.4μm或者3.6－6.6μm，更进一步地，可以具体是1.8μm、2.4μm、2.6μm、3.7μm、3.9μm、4.2μm、4.6μm、5.6μm、5.8μm、6.7μm、8.6μm、8.7μm。
再者，相较于直接在压电层113的上下表面设置电极的极化方法，上述虚拟极化方法不会使压电层113直接承受所施加的高压电场，能避免压电层113被击穿。具体的，上述极化可采用离子体极化(具体可参见申请号为201710108374.9的中国专利申请)或X射线极化(具体可参见申请号为201611222575.3的中国专利申请)的方式形成所述压电层，所形成的压电层113能够做到很薄，而且，本实用新型的压电层113的压电效应较好以及使用寿命长，能够很好的适用在超声波指纹识别模块11中，利于实现超声波指纹识别模块11较好的识别效果。在此具体实施方式中，进行了原位极化的所述压电层113的压电常数d33的范围为20－35pC/N，进一步优选为25￣29pC/N。
可以理解，所述压电层113的材料为铁电聚合物材料，具体可选用但不限于：聚偏氟乙烯，聚氯乙烯，聚－γ－甲基－L－谷氨酸酯，聚碳酸酯、聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯PVDF、聚偏二氟乙烯三氟乙烯PVDF－TrFE、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚四氟乙烯TEFLON等共聚物中的一种或者几种的组合。
在本实用新型的一些实施例中，所述压电层113的材料选用聚偏氟乙烯的共聚物为聚偏氟乙烯－三氟乙烯共聚物，具体的为聚偏二氟乙烯三氟乙烯PVDF－TrFE，为了获得压电效应较好的压电层，所述聚偏二氟乙烯与三氟乙烯的质量比的范围是(60－95)：(5－30)，优选地，其质量比的范围是(75－86)：(15－25)，进一步优选地，其质量比为80：20或75：25或70：30，所述聚偏二氟乙烯和三氟乙烯共聚物较单独选用聚偏二氟乙烯可降低成本，且其还具有较好的压电效应。
所述铁电聚合物薄膜极化后所得的压电膜113内既有α相晶粒也有β相晶粒以及非晶态物质，β相的含量与压电膜113的压电效应相对应，当β相晶粒占总晶粒的含量为60－70％时，极化膜即具有较好的压电效应，β相的含量越高极化膜的压电效应越好。然而过度极化会产生多余的不必要的电荷等，这些多余电荷容易与聚合物表面上的其他电荷重新结合，从而影响所得压电膜的性能。在本实施例中，所述铁电聚合物压电膜113的β相晶粒与总晶粒质量比为60￣70％。
请再参阅图1，所述超声波指纹识别模组10a进一步包括分离器件18和连接器19，所述分离器件18为无法与信号处理层1155集成制作的电子元器件，所述分离器件18设置在电路板17靠近超声波指纹识别模块11的表面上并与电路板17电性连接，且其位置与显示模组16的非指纹识别区163对应。所述连接器19设置在电路板17靠近超声波指纹识别模块11的表面上，所述连接器19用于与外部电路电性连接，所述连接器19的位置与显示模组16的非指纹识别区163相对应。上述的分离器件18以及连接器19在显示模组16上的投影都落在非指纹识别区163上。可以理解，所述连接器19优选为FPC连接器，使电路板与外部电路的电性连接更稳固。
超声波指纹识别模组10a的一个工作周期包括发射阶段和接收阶段两部分。发射阶段，外部电路依次通过电路板17、导电基板15同时分别给予上电极层111和下电极层115电压信号，当给予上电极层111的电压信号高于给予下电极层115的电压信号时，无需再通过升压电路层13对给予上电极层111的电压信号进行升高；当给予上电极层111和下电极层115相同的电压信号时，升压电路层13对导电基板15传输给上电极层111的电压信号进行升高；当上电极层111的电势高于下电极层115的电势时，压电层113的两侧形成一电势差，使压电层113产生机械振动并发出超声波，外部电路停止给予上电极层111和下电极层115电压信号。接收阶段，压电层113发出的超声波接触到手指后反射，由于指纹谷处与指纹脊处相比存在更多的空气，因此手指的指纹谷和指纹脊处反射的信号强度不同，通常指纹谷所反射的超声波的能量会比指纹脊所反射的超声波能量大，即指纹谷所反射的信号强度要强于指纹脊所反射的信号强度，压电层113接收到指纹谷和指纹脊所反射回来的不同超声波信号从而产生不同的电信号，通过设置电极块1153的尺寸，使手指的一个谷脊周期对应于多个电极块1153，因此，分别对应于指纹谷和指纹脊的电极块1153由于静电耦合的作用产生不同数量的感应电荷，信号处理层1155通过检测感应电荷的数量的差异来实现指纹识别，最后将检测结果通过电路板17传递给外部电路。
本实用新型的第一实施例还提供一种电子设备，其采用如上所述的超声波指纹识别模块。所述电子设备包括但不限于手机、电脑、平板电脑、考勤机等刷指纹的设备。
第二实施例
请参考图3，本实用新型的第二实施例还提供另一种结构的超声波指纹识别器件20，所述超声波指纹识别器件20包括超声波指纹识别模组20a、显示模组26和粘胶层24，所述显示模组26的其中一个表面为供用户进行操作的触摸面265，与触摸面265相对的另一个面上设置有粘胶层24，粘胶层24与超声波指纹识别模组20a粘合以增强超声波指纹识别模组20a与显示模组26的连接强度。所述显示模组26可以是市场现有的一些包括显示层、盖板玻璃等基本结构的显示模组，但优选为包括OLED(有机发光二极管)或者TFT(薄膜晶体管)等的显示模组。所述显示模组26包括指纹识别区261和非指纹识别区263，所述指纹识别区261和非指纹识别区263可以是按照物理结构可以明显区分的结构，例如：苹果手机的显示模组底部单独设置有指纹识别区；也可以是按照功能进行区分的结构，例如在全屏触控的显示模组的部分区域定义指纹识别区，只有在该区域内才可进行指纹识别。可以理解，所述粘胶层24可以省略，所述显示模组26靠近超声波指纹识别模组20a的表面本身带有粘性，所述显示模组26的指纹识别区261直接与超声波指纹识别模组20a连接。(本实用新型中所提及的上下左右等方位词仅限于指定视图上的相对位置，而非绝对位置，例如，可以理解，指定视图在平面内进行180°旋转后，位置词“下”即可以替换为位置词“上”。)
所述超声波指纹识别模组20a包括超声波指纹识别模块21、不导电基板25及电路板27，所述超声波指纹识别模块21叠放在不导电基板25上，且超声波指纹识别模块21和不导电基板25的位置与显示模组26的指纹识别区261相对应，电路板27的位置与显示模组26的非指纹识别区263相对应，或者说电路板27与超声波指纹识别模块21在显示模组26上的投影不重叠。所述超声波指纹识别模块21与电路板27电性连接，电路板27还用于与外部电路电性连接。可以理解，所述电路板27可以是印刷电路板、柔性电路板(Flexible Printed Circuit，简称FPC)或者其他具有导电结构的电路板，在本实用新型中优选为电路板27为柔性电路板。还可以理解，所述不导电基板25优选为玻璃。
请一并参考图3和图4，所述超声波指纹识别模块21包括叠层设置的上电极层211、压电层213和下电极层215，上电极层211和下电极层215分别设置在压电层213相对的两个表面上，其中上电极层211靠近显示模组26设置，所述电路板27分别与上电极层211和下电极层215电性连接。所述下电极层215包括多个呈阵列分布的电极块2153，所述电极块2153是设置在不导电基板25靠近显示模组26的表面上的，所述电极块2153的尺寸要求与第一实施例中一致，故在此不再赘述。可以理解，所述上电极层211也可以是一整层导电或者通过设置多个阵列排布的导电块来与电路板27实现电性连接。可以理解，所述上电极层211也可以是包括多个阵列排布的电极块2153，且所述上电极层211的电极块2153的尺寸、位置与下电极层215的电极块2153的尺寸一致、位置一一对应。当上电极层211包括多个阵列排布的电极块2153时，所述下电极层215可以为一整层电极。
可以理解，所述压电层213为压电膜，优选的，压电层213为原位极化的铁电聚合物薄膜，具体的，压电层213是在带有电极块2153的不导电基板25上进行原位极化得到的，关于原位极化的内容与第一实施例中一致，故在此不再赘述。
请参考图3，可以理解，所述不导电基板25的尺寸要大于超声波指纹识别模块21的尺寸，在不导电基板25靠近超声波指纹识别模块21的表面的边缘区域设置有多个引脚251，多个电极块2153分别与多个引脚251一一对应电性连接，所述电路板27与引脚251电性连接。通过设置引脚251来实现电极块2153与电路板27的电性连接，既可以减少加工难度，不用将电极块2153一个个单独地与电路板电性连接，而且引脚251可以做成块状的，在电路板27与引脚251连接更稳固，可靠性更高，而且工艺简单。
请再参阅图3，可以理解，所述超声波识别模组20a进一步包括信号处理层28，所述信号处理层28的位置与显示模组26的非指纹识别区263相对应，即信号处理层28在显示模组26上的投影与超声波指纹识别模块21在显示模组26上的投影不重叠，且信号处理层28与电路板27电性连接。这样的结构设置可以降低超声波识别模组20a的厚度，使之更符合电子设备轻薄化的趋势。可以理解，所述信号处理层28包括单独一个信号处理芯片或者多个信号处理芯片间隔设置，所述信号处理芯片用于对电信号进行收集和分析。
可以理解，所述超声波识别模组20a进一步包括升压电路层23，所述升压电路层23的位置与显示模组26的非指纹识别区263的位置相对应，即所述升压电路层23在显示模组26上的投影与超声波指纹识别模块21在显示模组26上的投影不重叠，且所述升压电路层23与电路板27电性连接，所述升压电路层23用于升高电路板27传输给上电极层211的电压。
可以理解，所述超声波指纹识别模组20a进一步包括连接器29，所述连接器29设置在电路板27上且与电路板27电性连接，所述连接器29用于与外部电路电性连接，所述连接器29的位置与显示模组26的非指纹识别区263相对应。可以理解，所述连接器29优选为FPC连接器，使电路板与外部电路的电性连接更稳固。
本实施例的指纹识别过程与第一实施例原理一致，故在此不再赘述。
本实用新型的第二实施例还提供一种电子设备，其采用如上所述的超声波指纹识别模组。所述电子设备包括但不限于手机、电脑、平板电脑、考勤机等刷指纹的设备。
与现有技术相比，本实用新型的超声波指纹识别模块，其用于设置在显示模组用于显示的一侧的相对侧，显示模组包括指纹识别区和非指纹识别区，所述超声波指纹识别模组包括超声波指纹识别模块、不导电基板和电路板，所述超声波指纹识别模块叠放在不导电基板靠近显示模组的表面上，该超声波指纹识别模块包括电极层，且超声波指纹识别模块在显示模组上的投影位于显示模组的指纹识别区，所述电路板与超声波指纹识别模块的电极层电性连接，且电路板在显示模组上的投影位于显示模组的非指纹识别区。本实用新型的超声波指纹识别模组具有结构简单、集成度高、厚度轻薄的优点。
另外的，本实用新型的所述压电层为原位极化的铁电聚合物薄膜，具有压电效应好、分辨率高的优点。
与现有技术相比，本实用新型的所述超声波指纹识别器件包括显示模组和如上所述的超声波指纹识别模组，所述显示模组的其中一个表面为供用户进行操作的触摸面，与触摸面相对的另一个面上设置所述超声波指纹识别模组，所述显示模组包括指纹识别区和非指纹识别区，超声波指纹识别模块在显示模组上的投影位于显示模组的指纹识别区，电路板在显示模组上的投影位于显示模组的非指纹识别区。本实用新型的超声波指纹识别器件具有结构简单、集成度高、厚度轻薄的优点。
与现有技术相比，本实用新型的电子设备，其包括如上所述的超声波指纹识别模组。本实用新型的电子设备具有集成度高，可靠性高，更轻薄的优点。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本实用新型的保护范围之内。