本实用新型涉及超声波指纹识别技术领域，特别涉及一种超声波指纹识别模组和显示装置。
背景技术：
超声波指纹技术与基于电容式触摸屏的指纹技术相比，具有诸多独特优势，包括能够穿透由玻璃或塑料等制成的智能手机外壳进行扫描，且扫描能够不被手指上可能存在的汗水、护手霜或凝露等污物所影响，从而提供了一种更加稳定和精确的指纹识别方法。在现有技术中，超声波信号发射单元将电压施加在压电材料上，压电材料将电信号转化为超声波信号，当手指按压超声波指纹识别模组的盖板上时，指纹的脊与盖板直接接触，而指纹的谷与盖板之间存在声阻较大的空气，因此当超声波信号经过手指表面发生反射时，谷和脊的位置反射回的超声波强度不同，这些超声波又作用在压电材料上，使得不同位置的压电材料产生了不同的电压信号，这些电压信号经过超声波信号接收单元输出至外部电路并被检测，从而可以识别指纹图像。
技术实现要素：
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种超声波指纹识别模组及其制备方法和显示装置。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种超声波指纹识别模组，包括：
衬底基板；
设置于所述衬底基板上的至少一个超声波信号发射单元和至少一个超声波信号接收单元，其中，所述超声波信号发射单元和所述超声波信号接收单元位于所述衬底基板的同一侧并沿第一方向间隔设置，所述超声波信号发射单元在所述衬底基板上的正投影与所述超声波信号接收单元在所述衬底基板上的正投影无交叠；
设置于所述超声波信号发射单元和所述超声波信号接收单元背离所述衬底基板一侧的压电传感层，所述压电传感层对应所述超声波信号发射单元的部分在垂直于所述衬底基板的方向上的厚度大于对应所述超声波信号接收单元的部分在垂直于所述衬底基板的方向上的厚度；
设置于所述压电传感层背离所述衬底基板一侧的第一电极层。
可选地，所述超声波信号接收单元包括多个沿第二方向间隔设置的超声波信号接收子单元，所述第一方向与所述第二方向交叉。
可选地，所述超声波信号发射单元包括一个沿第二方向延伸的条状超声波信号发射子单元。
可选地，所述超声波信号发射单元包括多个沿所述第二方向间隔设置的超声波信号发射子单元。
可选地，所述超声波信号发射单元包括第一薄膜晶体管电路和发射电极，所述第一薄膜晶体管电路用于将外部电路提供的电压施加在所述发射电极上，所述发射电极与所述第一电极间的电压激发所述压电传感层产生超声波；
所述超声波信号接收单元包括第二薄膜晶体管电路和接收电极，所述接收电极用于接收经手指反射的超声波在所述压电传感层中转化的电压，所述第二薄膜晶体管电路用于将所述接收电极接收的电压传递至外部电路以进行感测。
可选地，所述超声波信号接收子单元平行于衬底基板的截面形状为矩形，所述截面尺寸为50um*50um。
可选地，所述超声波信号发射子单元平行于衬底基板的截面形状为矩形，所述截面尺寸为50um*50um。
可选地，所述压电传感层对应超声波信号发射单元的部分在垂直于衬底基板的方向上的厚度为10um，对应超声波信号接收单元的部分在垂直于衬底基板的方向上的厚度为5um。
可选地，所述压电传感层的制备材料包括聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯三氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯共聚物中的一种。
可选地，所述第一电极层的制备材料包括铝。
为实现上述目的，本实用新型还提供了一种显示装置，包括：如上述的超声波指纹识别模组和显示面板，所述超声波指纹识别模组设置在所述显示面板的非出光侧。
为实现上述目的，本实用新型还提供了一种超声波指纹识别模组的制备方法，包括：
提供一衬底基板，在所述衬底基板上形成至少一个超声波信号发射单元和至少一个超声波信号接收单元，其中，所述超声波信号发射单元和所述超声波信号接收单元位于所述衬底基板的同一侧并沿第一方向间隔设置，所述超声波信号发射单元在所述衬底基板上的正投影与所述超声波信号接收单元在所述衬底基板上的正投影无交叠；
在所述超声波信号发射单元和所述超声波信号接收单元背离衬底基板一侧形成压电传感层，其中，所述压电传感层对应所述超声波信号发射单元的部分在垂直所述衬底基板的方向上的厚度大于对应所述超声波信号接收单元的部分在垂直所述衬底基板的方向上的厚度；
在所述压电传感层背离所述衬底基板一侧形成第一电极层。
可选地，所述在超声波信号发射单元和超声波信号接收单元背离衬底基板一侧形成压电传感层具体包括：
提供一转印模板，在所述转印模板上形成压电传感材料层并对所述压电传感材料层进行图案化；
将图案化的所述压电传感材料层转印至所述超声波信号发射单元和所述超声波信号接收单元背离衬底基板一侧，得到所述压电传感层。
可选地，所述在超声波信号发射单元和超声波信号接收单元背离衬底基板一侧形成压电传感层具体包括：
在所述超声波信号发射单元和所述超声波信号接收单元背离衬底基板一侧形成非晶态的压电聚合物材料层；
提供一压图模具，利用所述压图模具对所述非晶态的压电聚合物材料层进行压图；
对压图后的所述非晶态的压电聚合物材料层进行结晶化处理，得到所述压电传感层。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型提供的超声波指纹识别模组及其制备方法和显示装置的技术方案中，超声波信号发射单元和超声波信号接收单元位于衬底基板的同一侧且沿第一方向间隔设置，避免了在生产过程中基板的两侧都需要与产线传输通道直接接触而造成其中一侧破坏的问题，提高了良率，且无需进行分时控制，降低了制造难度与制造成本。另外，压电传感层对应超声波信号发射单元的部分在垂直于所述衬底基板的方向上的厚度大于对应超声波信号接收单元的部分在垂直于所述衬底基板的方向上的厚度，使得指纹识别信号可以更好地发射和接收，提高了指纹图像的识别精度。
附图说明
图1为本实用新型实施例一提供的一种超声波指纹识别模组的结构剖面图；
图2为本实用新型实施例一提供的一种超声波指纹识别模组的结构俯视图；
图3为本实用新型实施例一提供的另一种超声波指纹识别模组的结构俯视图；
图4为本实用新型实施例三提供的一种超声波指纹识别模组的制备方法的流程图；
图5a为本实用新型实施例三提供的一种超声波指纹识别模组的制备方法的示意图一；
图5b为本实用新型实施例三提供的一种超声波指纹识别模组的制备方法的示意图二；
图6a为本实用新型实施例三提供的另一种超声波指纹识别模组的制备方法的示意图一；
图6b为本实用新型实施例三提供的另一种超声波指纹识别模组的制备方法的示意图二。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型提供的一种超声波指纹识别模组及其制备方法进行详细说明，在描述过程中省略了对于本公开来说是不必要的细节和功能，以防止对本公开的理解造成混淆。在本说明书中，下述用于描述本公开原理的各种实施例只是说明，不应该以任何方式解释为限制公开的范围。参照附图的下述描述用于帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本公开的示例性实施例。下述描述包括多种具体细节来帮助理解，但这些细节应认为仅仅是示例性的。因此，本领域普通技术人员应认识到，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可以对本文中描述的实施例进行多种改变和修改。此外，为了清楚和简洁起见，省略了公知功能和结构的描述。此外，贯穿附图，相同的附图标记用于相同或相似的功能、器件和/或操作。此外，在附图中，各部分并不一定按比例来绘制。换言之，附图中的各部分的相对大小、长度等并不一定与实际比例相对应。
在本公开中，术语“包括”和“含有”及其派生词意为包括而非限制；术语“或”是包含性的，意为和/或。此外，在本公开的以下描述中，所使用的方位术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”等均用于指示相对位置关系，以辅助本领域技术人员理解本公开实施例，且因此本领域技术人员应当理解：在一个方向上的“上”/“下”，在相反方向上可变为“下”/“上”，且在另一方向上，可能变为其他位置关系，例如“左”/“右”等。
图1为本实用新型实施例一提供的一种超声波指纹识别模组的结构剖面图，该超声波指纹识别模组用于获取感测面101上手指20的指纹识别图像，该感测面101为识别手指20的指纹时提供手指20放置的平面。如图1所示，本实施例中，该超声波指纹识别模组包括：衬底基板110以及在衬底基板110同一侧且沿第一方向X间隔设置的至少一个超声波信号接收单元121和至少一个超声波信号发射单元122。在超声波信号接收单元121和超声波信号发射单元122背离所述衬底基板110的一侧表面上，设置有压电传感层130。其中，压电传感层130中对应超声波信号发射单元122的部分在垂直于衬底基板110的方向上的厚度大于压电传感层130中对应超声波信号接收单元121的部分在垂直于衬底基板110的方向上的厚度。在压电传感层130背离衬底基板110的一侧表面上设置有第一电极层140。在第一电极层140背离衬底基板110的一侧表面上还设置有绝缘层150，此绝缘层150可以起到平坦化的作用并保证第一电极层140与上层的其他结构相互绝缘。
本实施例中的超声波指纹识别模组还包括电路板，用于将超声波指纹识别模组和外部电路实现电连接。超声波信号发射单元中包括相互电连接的第一薄膜晶体管电路和发射电极，超声波信号接收单元包括相互电连接的第二薄膜晶体管电路和接收电极。当超声波指纹识别模组工作时，外部电路通过电路板对超声波信号发射单元122中的第一薄膜晶体管电路输入一电压信号并使得超声波信号发射单元122中的发射电极与第一电极层140之间存在电压差，此电压信号作用在相对应的压电传感层130上并激发该部分压电传感层130向上发射超声波，这些超声波传播至手指20时会发生反射。由于手指20的指纹谷处与指纹脊处相比存在更多的空气且空气的声阻较大，因此手指20的指纹谷处反射回来的超声波强度要大于指纹脊处反射回来的信号强度。对应于超声波信号接收单元121的压电传感层130将这些超声波信号转化为大小不同的电信号并施加在超声波信号接收单元121中的接收电极上，超声波信号接收单元121中的第二薄膜晶体管电路将这些大小不同的电信号传递至外部电路进行感测以形成指纹识别图像。
在本实施例中，由于超声波信号接收单元121和超声波信号发射单元122位于衬底基板的同一侧且沿第一方向X间隔设置，因此避免了在生产过程中基板的两侧都需要与产线传输通道直接接触而造成其中一侧被破坏的问题，提高了良率。另外，在现有技术中，一般将超声波信号发射单元和超声波信号发接收单元分别设置在基板的两侧，由于超声波信号发射单元发射超声波信号的方向垂直于衬底基板，因此为了防止超声波信号发射单元发射的超声波信号未经手指反射而直接被超声波接收单元接收并被感测，现有技术一般将超声波信号发射单元和超声波信号接收单元进行分时控制，以提高信噪比。本实用新型提供的实施例一中超声波信号接收单元121和超声波信号发射单元122位于衬底在基板的同一侧且沿第一方向X间隔设置的结构，保证了超声波信号发射单元发射的超声波信号不会未经手指反射而直接被超声波接收单元接收，因此无需对超声波信号发射单元和超声波信号接收单元进行分时控制，从而降低了制造难度与制造成本。
另外，由于超声波信号发射单元需要提供较高的电压才能激发压电感应层产生超声波，因此为了避免压电传感层被高压击穿，将压电传感层130对应超声波信号发射单元122的部分设置的相对较厚。而较薄的压电感应层对超声波更为敏感，更有利于将超声波信号转变为电信号，因此将压电传感层130对应超声波信号接收单元121的部分设置的相对较薄。总而言之，压电传感层130中对应超声波信号发射单元122的部分在垂直于衬底基板110的方向上的厚度大于压电传感层130中对应超声波信号接收单元121的部分在垂直于衬底基板110的方向上的厚度的结构，有利于超声波信号更好地发射和接收，提高了指纹图像的识别精度。
优选地，压电传感层130中对应超声波信号发射单元的部分在垂直于衬底基板110的方向上的厚度约为10um，压电传感层130中对应超声波信号接收单元的部分在垂直于衬底基板110的方向上的厚度约为5um。
如图2为该超声波指纹识别模组的结构俯视图。如图1和图2一并所示，该实施例中，超声波信号接收单元121包括多个沿第二方向Y间隔设置的超声波信号接收子单元1211。经过感测面101上的手指20反射的超声波使得不同位置的压电传感层130产生不同的电信号并传递给超声波信号接收子单元，通过电路板输出至外部电路从而形成指纹识别图像。其中，第一方向与第二方向交叉设置。优选地，本实施例中，第一方向X为图2和图3中的水平方向、第二方向Y为图2和图3中的竖直方向为例进行示例性说明，当然本实用新型中的第一方向X和第二方向Y不限于图2和图3中所示。
可选地，超声波信号接收子单元1211平行于衬底基板的截面形状为矩形，截面的边长为40um至60um，优选地，截面的尺寸约为50um*50um。由于手指20的一个谷脊周期的宽度通常约为300um，因此合理地设置超声波信号接收子单元1211的尺寸，使得手指20的一个谷脊周期可以对应于多个超声波信号接收子单元1211来进行感测，有利于保证指纹识别的清晰度，从而确保指纹识别的精确性。超声波信号接收子单元1211的尺寸在50um*50um左右时，指纹的识别效果较佳。
可选地，如图2所示，每个超声波信号发射单元122可以由单独一个沿第二方向Y延伸的长条状的超声波发射子单元122a组成。需要说明的是，由于每个超声波信号发射单元122所施加在压电传感层130上的电压信号相同，因此将超声波信号发射单元122设计成长条状并对应于第二方向Y上的每一列的多个超声波信号接收子单元1211进行设置，降低了工艺难度。另外需要说明的是，此时超声波信号发射单元122和超声波信号接收单元121与电路板电连接的走线需设置于背板的边缘区域以绕开长条状的超声波发射子单元122a，避免发生短路；或者，超声波信号发射单元122和超声波信号接收单元121之间设置有绝缘层，且超声波信号发射单元122与电路板电连接的走线可以设置于绝缘层背离长条状的超声波发射子单元122a的一侧并穿过超声波发射子单元122a所在区域，从而实现窄边框。
可选地，如图3所示，每个超声波信号发射单元122还可以由多个沿第二方向Y间隔设置的超声波发射子单元122b组成。相比较于长条状的超声波发射子单元122a，该设计可以为超声波信号发射单元122和超声波信号接收单元121与电路板电连接的走线设置在背板中间区域预留更多的空间，因此无需将所有走线均设置在背板边缘区域以绕开长条状的超声波发射子单元，从而可以实现窄边框。另外，该设计可以通过感测电信号的变化先确定手指20的接触区域，并仅仅控制该接触区域对应的超声波信号发射子单元122b和超声波信号接收子单元1211进行工作来完成对指纹图像信号的采集，从而减小了功耗。
可选地，超声波信号发射子单元122b平行于衬底基板的截面形状为矩形，截面的边长为40um至60um，优选地，截面的尺寸约为50um*50um。
另外，需要说明的是，由于超声波信号发射单元122中激发压电传感层130产生超声波所需的电压较高，因此超声波信号发射单元122中的第一薄膜晶体管电路的开关晶体管需要特别制作，以防止开关晶体管被高压击穿。
可选地，压电传感层130的材料具体可选用但不限于：聚氯乙烯、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。
优选地，第一电极层140的制备材料包括铝。
本实施例提供的超声波指纹识别模组的技术方案中，超声波信号发射单元和超声波信号接收单元位于衬底基板的同一侧且沿第一方向间隔设置，避免了在生产过程中基板的两侧都需要与产线传输通道直接接触而造成其中一侧被破坏的问题，提高了良率，且无需进行分时控制，降低了制造难度与制造成本。另外，压电传感层对应超声波信号发射单元的部分在垂直于所述衬底基板的方向上的厚度大于对应超声波信号接收单元的部分在垂直于所述衬底基板的方向上的厚度，使得指纹识别信号可以更好地发射和接收，提高了指纹图像的识别精度。
本实用新型的实施例二提供了一种显示装置，该显示装置包括：显示面板和超声波指纹识别模组，超声波指纹识别模组设置在显示面板的非出光侧。该显示面板可以包括液晶显示面板或有机电致发光显示面板，该超声波指纹识别模组采用实施例一中所示的超声波指纹识别模组，对于该超声波指纹识别模组的陈述可参见实施例一中的相应内容，此处不再赘述。
本实施例提供的显示装置的技术方案中，
超声波信号发射单元和超声波信号接收单元位于衬底基板的同一侧且沿第一方向间隔设置，避免了在生产过程中基板的两侧都需要与产线传输通道直接接触而造成其中一侧被破坏的问题，提高了良率，且无需进行分时控制，降低了制造难度与制造成本。另外，压电传感层对应超声波信号发射单元的部分在垂直于所述衬底基板的方向上的厚度大于对应超声波信号接收单元的部分在垂直于所述衬底基板的方向上的厚度，使得指纹识别信号可以更好地发射和接收，提高了指纹图像的识别精度。
图4为本实用新型实施例三提供的一种超声波指纹识别模组的制备方法的流程图，如图4所示，该制备方法用于制备实施例一中的超声波指纹识别模组，该制备方法包括：
步骤S201、提供一衬底基板，在该衬底基板上形成至少一个超声波信号发射单元和至少一个超声波信号接收单元。
其中，超声波信号发射单元和超声波信号接收单元位于衬底基板的同一侧并沿第一方向间隔设置，超声波信号发射单元在衬底基板上的正投影与超声波信号接收单元在衬底基板上的正投影无交叠。步骤S202、在超声波信号发射单元和超声波信号接收单元背离衬底基板一侧设置压电传感层。压电传感层对应超声波信号发射单元的部分在垂直于衬底基板的方向上的厚度大于对应超声波信号接收单元的部分在垂直于衬底基板的方向上的厚度
步骤S203、在压电传感层背离所述衬底基板一侧形成第一电极层。
其中，步骤S202具体包括：通过转印的方法将压电传感层形成在超声波信号发射单元和超声波信号接收单元上。具体地，如图5a所示，首先在特殊制备的具有相应图案的转印模板30上形成压电传感材料层并使得压电传感材料层图案化，然后精准对位，如图5b所示，将图案化的压电传感材料层130’转印在设置有超声波信号发射单元122和超声波信号接收单元121的基板110上以形成压电传感层130，使得压电传感层130对应超声波信号发射单元122的部分在垂直于衬底基板的方向上的厚度大于对应超声波信号接收单元121的部分在垂直于衬底基板的方向上的厚度，从而完成了压电传感层130的制备。
或者，通过压图的方法将压电传感层形成在超声波信号发射单元和超声波信号接收单元上。具体地，如图6a所示，首先在超声波信号发射单元122和超声波信号接收单元121远离基板110一侧的表面上铺设非晶态的压电聚合物材料层130’，此时，非晶态的压电聚合物材料层处于高弹态。然后利用特殊制备的具有相应图案的压图模具40在精准对位后对该压电聚合物材料层130’进行压图，如图6b所示，从而使该压电聚合物材料层130’图案化。最后将图案化的压电聚合物材料层130’结晶化处理，得到压电传感层130，并使得压电传感层130对应超声波信号发射单元122的部分在垂直于衬底基板的方向上的厚度大于对应超声波信号接收单元121的部分在垂直于衬底基板的方向上的厚度。从而完成了压电传感层130的制备。需要注意的是，为了防止在压图后压电传感层不同厚度的位置密度不同并防止对下方的超声波信号发射单元122和超声波信号接收单元121产生损坏，因此结晶化的处理过程需要在压图之后进行，即压图过程中需要始终保持压电聚合物材料层130’的非晶态。
本实施例提供的超声波指纹识别模组的制备方法可用于实现实施例一中提供的超声波指纹识别模组，对超声波指纹识别模组的具体描述可参见实施例一，此处不再赘述。
本实施例提供的超声波指纹识别模组的制备方法制备出的超声波指纹识别模组的技术方案中，超声波信号发射单元和超声波信号接收单元位于衬底基板的同一侧且沿第一方向间隔设置，避免了在生产过程中基板的两侧都需要与产线传输通道直接接触而造成其中一侧破坏的问题，提高了良率，且无需进行分时控制，降低了制造难度与制造成本。另外，压电传感层对应超声波信号发射单元的部分在垂直于所述衬底基板的方向上的厚度大于对应超声波信号接收单元的部分在垂直于所述衬底基板的方向上的厚度，使得指纹识别信号可以更好地发射和接收，提高了指纹图像的识别精度。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。