CN109614963A - 指纹识别结构以及显示装置 - Google Patents
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Abstract
本公开的至少一实施例提供一种指纹识别结构以及显示装置。本公开的至少一实施例提供一种指纹识别结构，包括：超声波发射部，包括沿平行于一平面的方向二维阵列排布的多个超声波发射单元；以及超声波检测部，包括沿平行于所述平面的方向二维阵列排布的多个超声波检测单元。超声波发射部和超声波检测部为两个彼此独立的结构，且相邻两个超声波发射单元在所述平面上的两个正投影之间包括至少一个超声波检测单元在平面上的正投影。指纹识别结构包括的超声波发射部由多个超声波发射单元构成，每个超声波发射单元对应一定范围内的目标对象，不需要紧密排布，从而可以节省工艺和成本。
Description
技术领域
本公开至少一个实施例涉及一种指纹识别结构以及显示装置。
背景技术
超声波技术应用于指纹识别是热门的研究方向。超声波指纹识别结构为三叠层结构，包括驱动电极、接收电极以及位于两者之间的压电层。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，向外发射超声波。该超声波接触手指后，被手指反射。由于手指包括谷和脊，所以被手指反射回到压电层的超声波震动强度有差异，通过对驱动电极加载固定电压，接收电极不施加电压，压电层可以将接收的超声波转换成电压信号，并通过接收电极传输给指纹识别模块，根据该电压信号可以判断谷和脊的位置。
发明内容
本公开的至少一实施例提供一种指纹识别结构以及显示装置。
本公开的至少一实施例提供一种指纹识别结构，包括：超声波发射部，包括沿平行于一平面的方向二维阵列排布的多个超声波发射单元；以及超声波检测部，包括沿平行于所述平面的方向二维阵列排布的多个超声波检测单元。所述超声波发射部和所述超声波检测部为两个彼此独立的结构，且相邻两个所述超声波发射单元在所述平面上的两个正投影之间包括至少一个所述超声波检测单元在所述平面上的正投影。
例如，每个所述超声波发射单元包括依次层叠设置的第一电极、第一压电层以及第二电极，每个所述超声波检测单元包括依次层叠设置的第三电极、第二压电层和第四电极。
例如，所述第一压电层的压电应变常数大于所述第二压电层的压电应变常数，所述第二压电层的压电电压常数大于所述第一压电层的压电电压常数。
例如，指纹识别结构，还包括：平行于所述平面的绝缘层，其中，所述超声波发射部和所述超声波检测部分别位于所述绝缘层的两侧；或者，所述超声波发射部与所述超声波检测部位于所述绝缘层的同侧，且所述超声波发射部和超声波检测部位于同一层。
例如，沿平行于所述平面的方向，每个所述超声波发射单元的最小尺寸不小于500μm。
例如，相邻的两个所述超声波发射单元之间的距离为500μm-5mm。
例如，所述超声波发射部和所述超声波检测部分别位于所述绝缘层的两侧，至少两个所述超声波检测单元在所述平面上的正投影位于一个所述超声波发射单元在所述平面上的正投影内。
例如，沿平行于所述平面的方向，每个所述超声波发射单元包括多个超声波发射子单元。
例如，沿平行于所述平面的方向，每个所述超声波发射单元的最大尺寸小于100μm。
例如，相邻的两个所述超声波发射单元之间的距离为500μm-1mm。
例如，所述绝缘层为衬底基板，所述超声波激发部贴合在所述衬底基板上。
本公开的至少一实施例提供一种显示装置，包括显示面板、盖板以及权上述指纹识别结构，所述超声波检测部位于所述超声波发射部面向所述盖板的一侧，相邻的所述超声波发射单元辐射到所述盖板远离所述指纹识别结构的表面的声场区域之间没有间隙。
例如，所述显示面板位于所述指纹识别结构和所述盖板之间，沿平行于所述平面的方向，每个所述超声波发射单元的最小尺寸不小于500μm，且相邻的两个所述超声波发射单元之间的距离为500μm-5mm。
例如，所述指纹识别结构贴合在所述盖板上，沿平行于所述平面的方向，每个所述超声波发射单元的最大尺寸小于100μm，且相邻的两个所述超声波发射单元之间的距离为500μm-1mm。
例如，所述显示面板的显示区在所述盖板上的正投影与所述指纹识别结构在所述盖板上的正投影没有交叠。
例如，每个所述超声波发射单元辐射到所述盖板的声场区域包括主瓣区以及围绕所述主瓣区的旁瓣区，相邻两个所述超声波发射单元辐射到所述盖板的旁瓣区彼此邻接或部分重叠；或者，相邻两个所述超声波发射单元辐射到所述盖板的主瓣区彼此邻接或部分重叠。
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1A和图1B为两种不同的包括超声波指纹识别结构的显示装置；
图2A为本公开一实施例的一示例提供的指纹识别结构的局部截面示意图；
图2B为图2A所示的指纹识别结构中的超声波发射部和超声波检测部的正投影关系示意图；
图2C为图2A所示的超声波发射单元发射的超声波在传播过程中的状态示意图；
图2D为本公开一实施例的另一示例提供的指纹识别结构的局部截面示意图；
图3A为本公开一实施例的另一示例提供的指纹识别结构的局部截面示意图；
图3B为本公开一实施例的另一示例提供的指纹识别结构的局部截面示意图；
图4A为本公开一实施例的另一示例提供的指纹识别结构的局部截面示意图；
图4B为图4A所示的超声波发射单元发射的超声波的辐射声场区域示意图；
图4C为本公开一实施例的另一示例提供的指纹识别结构的局部截面示意图；
图5为本公开另一实施例的一示例提供的显示装置的局部结构示意图；以及
图6A和图6B为本公开另一实施例的另一示例提供的显示装置的局部结构示意图。
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它实施例，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。
图1A和图1B为包括超声波指纹识别结构的两种不同显示装置。如图1A所示，显示装置示意性的示出盖板30、显示面板20以及指纹识别结构10，盖板30与显示面板20之间以例如光学透明胶40进行粘结，显示面板20与指纹识别结构10之间以粘结胶50实现粘结。该显示面板20可以为液晶显示面板，也可以为有机发光二极管显示面板。指纹识别结构10包括驱动电极11、接收电极13以及位于驱动电极11和接收电极13之间的压电层12，其中的驱动电极11可以为整面金属层，接收电极13为阵列排布的金属电极。接收电极13通过设置在背板70上的开关晶体管60实现加载驱动电压以及将压电层12转换的电压信号传输给指纹识别模块，也就是该指纹识别结构既用于发射超声波，又用于接收超声波，是收发一体化结构，即该指纹识别结构中的超声波发射部复用为超声波检测部。开关晶体管60可以为薄膜晶体管，包括栅极、栅极绝缘层、源极、漏极以及有源层等膜层。
如图1A所示，对驱动电极11加载高压正弦电信号，对接收电极13加载固定电压时，压电层12受到电压激发产生逆压电效应，向外发射第一超声波。该第一超声波接触到放置在盖板30远离指纹识别结构10的一侧表面上的手指后，被手指反射回第二超声波。由于手指包括谷和脊，所以被手指反射回到压电层12的第二超声波震动强度有差异，此时，停止对接收电极13的驱动，将对驱动电极11的驱动变为固定电压，则压电层12将第二超声波转化成电压信号，该电压信号通过接收电极13传输给集成电路，根据该电压信号判断手指的谷和脊的位置。
如图1B所示，与图1A不同之处在于盖板30直接通过粘结胶40与指纹识别结构10粘结，即，指纹识别结构10与盖板30之间没有设置显示面板。与图1A所示的显示装置相比，图1B所示的显示装置中的指纹识别结构10发射的超声波传输至位于盖板玻璃30外表面的手指处的传输路径较短，传输损耗较低。
本公开的实施例提供一种指纹识别结构以及显示装置。该指纹识别结构包括超声波发射部和超声波检测部。超声波发射部包括阵列排布的多个超声波发射单元，超声波检测部包括阵列排布的多个超声波检测单元，超声波发射部和超声波检测部为两个彼此独立的结构，且相邻两个超声波发射单元在一平面上的两个正投影之间包括至少一个超声波检测单元在该平面上的正投影。本实施例提供的指纹识别结构包括的超声波发射部由多个超声波发射单元构成，每个超声波发射单元对应一定范围内的目标对象，不需要紧密排布，从而可以节省工艺和成本。
下面结合附图对本公开实施例提供的指纹识别结构以及显示装置进行描述。
本公开一实施例提供一种指纹识别结构，图2A为本公开实施例的一示例提供的指纹识别结构的局部截面示意图，图2B为图2A所示的指纹识别结构中的超声波发射部和超声波检测部的正投影关系示意图。如图2A和图2B所示，本实施例中的指纹识别结构1000包括超声波发射部100和超声波检测部200。超声波发射部100包括阵列排布的多个超声波发射单元110，超声波检测部200包括阵列排布的多个超声波检测单元210，超声波发射部100和超声波检测部200为两个彼此独立的结构，相邻两个超声波发射单元110在一平面1001上的两个第一正投影111之间包括至少一个超声波检测单元210在平面1001上的第二正投影211。本实施例的指纹识别结构包括的超声波发射部由多个超声波发射单元构成，每个超声波发射单元对应一定范围内的目标对象，不需要紧密排布，从而可以节省工艺和成本。
上述的超声波发射部和超声波检测部为两个彼此独立的结构指超声波发射部仅用于发射超声波，超声波检测部仅用于接收超声波，两者均不是收发一体结构，即超声波发射部不能复用为超声波检测部。图2A和图2B所示的示意图中，相邻的两个超声波发射单元之间的空隙处设置超声波检测单元的数量仅是示意性的，即，相邻的两个第一正投影之间的第二正投影的数量仅是示意性的。例如，可以为1-100个，例如，可以为10个、20个、50个或者70个，本实施例对此不作限制。
例如，如图2A所示，每个超声波发射单元110包括依次层叠设置的第一电极112、第一压电层113以及第二电极114。对第一电极112和第二电极114之一加载高压正弦电信号，对另一个加载固定电压时，第一压电层113受到电压激发产生逆压电效应，向外发射第一超声波，第一超声波接触到手指后，被手指反射回第二超声波。这里的第一电极和第二电极的位置是可以互换的，只要可以起到激发第一压电层发射超声波的作用即可。
例如，如图2A所示，每个超声波检测单元210包括依次层叠设置的第三电极212、第二压电层213和第四电极214。第三电极212和第四电极214之一可以为用作加载固定电压的公共电极，另一个为用于向外传输电信号的接收电极。本实施例以第三电极212为公共电极，第四电极214为接收电极为例，由于超声波检测部200包括的第四电极214为多个呈阵列排布的电极，因此，沿垂直于平面1001的方向，在与每个第四电极214对应位置处的第二压电层213、第三电极212以及该第四电极214构成了一个超声波检测单元210，即为图2A中虚线圈出的区域。
图2A示意性的示出超声波检测部210包括的第二压电层213为整层结构，第三电极212为整层金属层，但不限于此，第二压电层也可以为与多个第四电极一一对应的多个压电层，第三电极也可以为与多个第四电极一一对应的多个电极，此时与每个第四电极对应的一个压电层、一个第三电极与该第四电极构成一个超声波检测单元210。
在对第三电极212加载固定电压，第四电极214不施加电压时，第二压电层213将第二超声波信号转化为电信号，第四电极214将该电信号传输给集成电路，从而对指纹进行识别。
本实施例中的第四电极可以位于第二压电层面向超声波发射部的一侧，也可以位于第二压电层远离超声波发射部的一侧，本实施例对此不作限制。
在研究中，本申请的发明人发现：一般的指纹识别结构中的压电层的材料为聚偏氯乙烯(PVDF)，聚偏氯乙烯是一种接受型压电材料，其具有高压电电压常数(g)，因此具有较高的超声波接收灵敏度。但是其压电应变常数(d)偏低，因此发射超声波的能力较低，在有限的驱动条件下，所能产生的超声波能量较低。如果将具有这种材料的指纹识别结构设置在图1A所示的显示装置中，压电层发射的超声波需要穿过较长的距离才能到达位于盖板外表面的指纹界面，其传输损耗较大，导致到达指纹界面的超声波能量很低，影响指纹识别性能。
例如，如图2A所示，本实施例中的第一压电层的材料与第二压电层的材料不同。第一压电层113的压电应变常数大于第二压电层213的压电应变常数，第二压电层213的压电电压常数大于第一压电层113的压电电压常数。即，第一压电层113发射超声波的能力比第二压电层213发射超声波的能力强，第二压电层213接收超声波的灵敏度比第一压电层113接收超声波的灵敏度高。例如，第一压电层的材料可以为锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)或者氮化铝(AlN)，在第一压电层的材料为氮化铝时，超声波发射单元适用于压电微机械超声换能器(PMUT)。因此相比于采用聚偏氯乙烯(PVDF)的收发一体化指纹识别结构，本实施例将第一压电层用于发射超声波，将第二压电层用于接收超声波可以实现具有高发射效率和高接收灵敏度性能的指纹识别结构，既节省了超声波发射部的尺寸，也还可提高指纹的识别性能。
例如，如图2A和图2B所示，指纹识别结构1000还包括平行于平面1001的绝缘层300，超声波发射部100和超声波检测部200分别位于绝缘层300的两侧。
例如，该绝缘层300可以为衬底基板，用于贴合超声波发射部100和超声波检测部200。采用贴合工艺可以方便超声波发射部和超声波检测部的制作，工艺灵活。例如超声波发射单元可以是独立制作的硅基微型发射器，也可以是由大尺寸发射器切割而成的多个微型发射器。或者超声波发射部也可以在硅基上制作后，通过微转印工艺剥离转印至衬底基板上。
例如，图2C为超声波发射单元发射的超声波在传播过程中的状态示意图。如图2A-图2C所示，沿平行于平面1001的方向，每个超声波发射单元110的最小尺寸不小于500μm，本示例中的每个超声波发射单元110包括的第一电极112、第一压电层113以及第二电极114均为连续膜层。每个超声波发射单元110的最小尺寸大于超声波的波长。这里的超声波发射单元110可以称为面声源，这种声源具有良好的指向性，声束能够集中在特定方向上。从声源发出的超声波在传播过程的路径包括靠近声源的近场区和远离声源的远场区。近场区指声源附近由于波的干涉而出现一系列声压极大极小值的区域，最后一个声压极大值处与声源的距离为近场长度L1，L1值以内的区域为近场区，L1值以外的区域为远场区。该近场区可以称为圆柱区，近场区长度L＝r2/λ，其中的r为声源的半径，λ为超声波的波长；远场区的声束扩散，可以称为发散区，声束的扩散角满足sinθ＝1.22λ/(2r)。
例如，如图2C所示，如果包括该超声波发射单元的显示装置还包括显示面板和盖板，且显示面板位于指纹识别结构和盖板之间，超声波发射单元位于超声波检测单元远离盖板的一侧，则超声波发射单元距盖板用于放置手指的指纹识别面的距离L0例如为1.5mm。以超声波发射单元110的尺寸约为1mm2，其半径r约为0.5mm，超声波的波长为500μm为例，则近场区长度L1＝0.5mm，扩散角sinθ＝0.61，S＝2.58mm。由此对于尺寸约1mm2的每个超声波发射单元，其发射的超声波经过1.5mm的传输距离到达手指后可辐照范围约为2.5mm*2.5mm。若超声波检测单元的尺寸约为50μm*50μm，则上述辐照范围可对应约50*50个超声波检测单元。
例如，如图2A和图2B所示，相邻的两个超声波发射单元110之间的距离可以为500μm-5mm。例如，相邻的两个超声波发射单元110之间的距离可以为500μm-2mm，1.5mm-2.5mm，2.5-3.5mm等，本实施例对此不作限制，只要相邻两个超声波发射单元辐射到盖板的声场区域之间没有间隙，可以紧密衔接即可。
例如，如图2A和图2B所示，至少两个超声波检测单元210在平面1001上的第二正投影211位于一个超声波发射单元110在平面1001上的第一正投影111内。
图2B仅示意性的示出位于一个第一正投影111内的第二正投影211的数量，例如，第一正投影111内的第二正投影211的数量可以为10-20个，30-100个，50-300个，200-2000个等，本实施例对此不做限定，可以根据实际工艺和需求设计第一正投影内的第二正投影的数量。
本实施例中的超声波发射单元发射的超声波的声场为扩散声场，该扩散声场到达位于盖板上的手指不同位置处的相位不同，即该扩散声场到达手指各位置的声波存在相位差，因此被手指反射的超声波到达不同超声波检测单元的时间不同，不同超声波检测单元接收超声波的时间有差异。例如，多个超声波发射单元可以同时发射超声波，或者以一定的时间差先后发射超声波。在多个超声波发射单元以一定的时间差先后发射超声波时，可以使每个超声波发射单元发射的超声波在目标区域形成相增干涉，增强该区域的声波能量。
图2D为本实施例的另一示例提供的指纹识别结构的局部截面示意图。如图2D所示，本示例中的每个超声波发射单元110的最小尺寸不小于500μm，每个超声波发射单元110是面声源，且每个超声波发射单元110包括多个超声波发射子单元101，即该面声源是由多个超声波发射子单元101组成的，也就是每个超声波发射单元110包括的第一电极112、第一压电层113以及第二电极114均不是连续膜层，或者至少一个电极不是连续膜层。例如，每个超声波发射单元110包括的超声波发射子单元101在绝缘层300上阵列排布。与图2A所示的示例相比，本示例将图2A中的电极以及第一压电层为连续形状的超声波发射单元替换为多个独立的小面积的超声波发射子单元，每个超声波发射单元的发射性能以及整体声场辐射区域并没有发生改变。例如，本示例中的超声波发射子单元为压电微机械超声换能器(PMUT)时，超声波发射子单元的中心频率(超声波发射子单元在其中心频率下发射的超声波强度最大)与超声波发射子单元的振膜尺寸(略小于每个超声波发射子单元平行于绝缘层的最大尺寸，例如直径)有关。10MHz左右的中心频率需要的振膜尺寸大概为50～80μm，则该超声波发射子单元的尺寸为50～100μm，此时，需要多个尺寸为50～100μm(小尺寸)的超声波发射子单元组成一个较大的超声波发射单元以使发射的超声波的强度较强。
本示例中的超声波发射单元的排布以及特性，以及超声波检测单元的排布以及特性均与图2A所示的超声波发射单元和超声波检测单元相同，这里不再赘述。
图3A为本实施例的另一示例提供的指纹识别结构的局部截面示意图。如图3A所示，超声波发射部100与超声波检测部200位于绝缘层300的同侧，且超声波发射部100和超声波检测部200位于同一层。这里的超声波发射部100与超声波检测部200位于同一层指两者均设置在绝缘层300上。以相邻的两个超声波发射单元110之间的多个超声波检测单元210为一超声波检测单元组为例，则沿平行于绝缘层300的方向，例如X方向，超声波发射单元110与超声波检测单元组交替排列。在超声波发射部100与超声波检测部200位于同一层时，超声波检测部200包括的第二压电层213以及第三电极212例如不能为整层膜层，但是超声波检测单元组中的第二压电层213以及第三电极212可以为连续膜层。例如，超声波检测单元的一个电极与超声波发射单元的一个电极位于同一层，超声波检测单元的另一个电极与超声波的另一个电极位于同一层，超声波检测单元的压电层和超声波发射单元的压电层位于同一层。
本示例中的超声波发射部和超声波检测部位于同一层，超声波发射部距手指的距离可以减小，其发射的超声波的衰减程度可以得到有效的降低，从而可以降低对超声波发射部中的第一压电层的压电应变常数的要求。例如，本示例中，超声波发射部的第一压电层的材料和超声波检测部的第二压电层的材料可以相同，例如均为聚偏氯乙烯(PVDF)。并且，这种将超声波发射部和超声波检测部设置于同一层的方式不会对超声波的接收产生影响，即不会影响指纹识别结构的识别性能。
本示例中的超声波发射单元的排布以及特性，以及超声波检测单元的排布以及特性均与图2A所示的超声波发射单元超声波检测单元相同，这里不再赘述。
图3B为本实施例的另一示例提供的指纹识别结构的局部截面示意图。如图3B所示，与图3A所示的示例相比，本示例将图3A中的电极以及第一压电层为连续形状的超声波发射单元替换为多个独立的小面积的超声波发射子单元，每个超声波发射单元的发射性能以及整体声场辐射区域并没有发生改变。且本示例中，即使在每个超声波发射单元中的一个或者几个超声波发射子单元出现损坏而不能发射超声波时，只要其他超声波发射子单元发射的超声波的声场覆盖区域能够实现覆盖需求，该超声波发射单元的就可以正常工作，从而提高了超声波发射部的良率。
本示例中的超声波发射单元的排布以及特性，以及超声波检测单元的排布以及特性均与图2A所示的超声波发射单元和超声波检测单元相同，这里不再赘述。
图4A为本实施例的另一示例提供的指纹识别结构的局部截面示意图。如图4A所示，本示例中的超声波发射部100和超声波检测部200分别位于绝缘层300的两侧，该绝缘层300可以为衬底基板，用于贴合超声波发射部100和超声波检测部200；或者，超声波发射部100也可以在硅基上制作后，通过微转印工艺剥离转印至衬底基板上。
例如，如图4A所示，沿平行于绝缘层300的方向，每个超声波发射单元110的最大尺寸小于100μm。每个超声波发射单元110的最大尺寸小于超声波的波长，该超声波发射单元110可以称为点声源，点声源的声场辐射类似于球面，扩散能力较强，可以覆盖更大的区域。但由于点声源的声场扩散强，导致声场衰减严重，其衰减程度与距离的平方成反比，所以点声源适用于设置在距盖板较近的位置以实现指纹的识别。
例如，图4B为点声源辐射声场区域示意图。如图4B所示，如果包括该超声波发射单元的显示装置还包括盖板，超声波发射单元位于超声波检测单元远离盖板的一侧，且该指纹识别结构与盖板直接贴合。则超声波发射单元距盖板用于放置手指的指纹识别面的距离L0(O点为超声波发射单元的位置，B点为手指的位置)例如为750μm。为了保证到达手指的声波强度尽量均匀，设定点A处声波强度为点B处声波强度的80％，根据衰减规律，r值约为850μm，从而得到S约为700μm～800μm，例如可以设计相邻的两个超声波发射单元之间的间距为700μm～800μm。由此，每个超声波发射单元发射的超声波经过850μm的传输距离到达手指后可辐照范围约为800μm*800μm，一个超声波发射单元发射的超声波的声场区域可以覆盖例如10～15*10～15个超声波检测单元。
例如，如图4A所示，相邻的两个超声波发射单元110之间的距离为500μm-1mm。例如，相邻的两个超声波发射单元110之间的距离可以为500μm-800μm，700μm-900μm，800μm-1mm等，本实施例对此不作限制，只要相邻两个超声波发射单元辐射到盖板的声场区域之间没有间隙，可以紧密衔接即可。
图4C为本实施例的另一示例提供的指纹识别结构的局部截面示意图。如图4C所示，超声波发射部100与超声波检测部200位于绝缘层300的同侧，且超声波发射部100和超声波检测部200位于同一层。这里的超声波发射部100与超声波检测部200位于同一层指两者均设置在绝缘层300上。以相邻的两个超声波发射单元110之间的多个超声波检测单元210为一超声波检测单元组为例，则沿平行于绝缘层300的方向，例如X方向，超声波发射单元110与超声波检测单元组交替排列。例如，超声波检测单元的一个电极与超声波发射单元的一个电极位于同一层，超声波检测单元的另一个电极与超声波的另一个电极位于同一层，超声波检测单元的压电层和超声波发射单元的压电层位于同一层。
本示例中的超声波发射部和超声波检测部位于同一层，超声波发射部距手指的距离可以减小，其发射的超声波的衰减程度可以得到有效的降低，从而可以降低对超声波发射部中的第一压电层的压电应变常数的要求。例如，本示例中，超声波发射部的第一压电层的材料和超声波检测部的第二压电层的材料可以相同，例如均为聚偏氯乙烯(PVDF)。
图5为本公开另一实施例的一示例提供的显示装置的局部结构示意图。本实施例中的显示装置包括上述任一示例提供的指纹识别结构，图5示意性的示出指纹识别结构1000为图2A所示的指纹识别结构。如图5所示，显示装置还包括显示面板2000和盖板3000，超声波检测部200位于超声波发射部100面向盖板3000的一侧，相邻的超声波发射单元110辐射到盖板3000的远离指纹识别结构1000的表面的声场区域1100之间没有间隙。
例如，如图5所示，每个超声波发射单元110辐射到盖板3000的声场区域1100包括主瓣区1101以及围绕主瓣区1101的旁瓣区1102。主瓣区1101为声波能量的主要分布区域，即主波束，该区域的声波辐射强度分布最为集中。主瓣区1101为主波束声波辐射强度衰减不大于3dB(功率密度降低一半)的区域，旁瓣区1102内为小部分声波能量的分布区域，是主波束周边分布的能量较弱的波束，其声波辐射强度小于主瓣区1101内的声波辐射强度。
本实施例中的相邻的超声波发射单元110辐射到盖板3000的声场区域1100之间没有空隙包括：在相邻两个超声波发射单元110辐射到盖板3000的主瓣区1101之间具有间隙，且相邻两个超声波发射单元110辐射到盖板3000的旁瓣区1102彼此邻接或部分重叠；相邻两个超声波发射单元110辐射到盖板3000的主瓣区1101彼此邻接或部分重叠。
例如，在相邻两个超声波发射单元110辐射到盖板3000的主瓣区1101彼此邻接或部分重叠时，超声波发射单元110辐射到盖板3000的声波辐射强度均较强，可以实现较好的指纹识别性能。
例如，在相邻两个超声波发射单元110辐射到盖板3000的主瓣区1101之间具有间隙，且相邻两个超声波发射单元110辐射到盖板3000的旁瓣区1102彼此邻接或部分重叠时，旁瓣区1102内的声波辐射强度虽然没有主瓣区1101内的强度高，但是旁瓣区1102内的声波辐射强度均匀，不会影响指纹识别结构的指纹识别性能。并且通过相邻两个超声波发射单元110辐射到盖板3000的旁瓣区1102彼此邻接或部分重叠以实现相邻两个超声波发射单元110辐射到盖板3000的声场区域1100没有间隙的方式，可以使得相邻的超声波发射单元110之间的间距可以设置的更大，以进一步节省超声波发射单元110的数量。
例如，本实施例的一示例中，显示面板2000位于指纹识别结构1000和盖板3000之间，该显示装置中的超声波发射单元110距盖板3000远离显示面板2000一侧的表面的距离较远，超声波发射单元110发射的超声波需要经过较长的距离才能到达位于盖板3000外表面的指纹界面，其传输损耗较大。因此，超声波发射单元110中的第一压电层113采用压电应变常数较高的压电材料(例如锆钛酸铅压电陶瓷(PZT))，可以使发射的超声波的能量较高，提高显示装置的指纹识别性能。并且，沿平行于盖板3000的方向，每个超声波发射单元110的最小尺寸不小于500μm，即，超声波发射单元110采用面声源，且相邻的两个超声波发射单元之间的距离为500μm-5mm。每个超声波发射单元对应一定范围内的目标对象，不需要紧密排布，从而可以节省工艺和成本。本实施例中各部件之间位置关系的设置以及超声波发射单元的尺寸、材料以及排列方式的选择，可以使发射的超声波的声强和声场分布效果较好。
图6A和图6B为本实施例的另一示例提供的显示装置的局部结构示意图，图6B为沿图6A中的AA线所截的局部截面示意图。本示例中的显示装置包括上述任一示例提供的指纹识别结构，图6B示意性的示出指纹识别结构1000为图4A所示的指纹识别结构。与图5所示的示例不同之处在于，如图6A和图6B所示的示例中的显示面板没有位于指纹识别结构1000和盖板3000之间，即指纹识别结构1000直接贴合在盖板3000上。例如，本示例中的显示面板的显示区2001在盖板3000上的正投影与指纹识别结构1000在盖板3000上的正投影1002没有交叠，即，指纹识别结构1000可以位于显示面板的非显示区，也可以与显示面板在垂直于盖板3000的方向上没有交叠。本示例中的超声波发射单元110距盖板3000远离显示面板2000一侧的表面的距离较近，可以降低超声波发射单元110发射的超声波的传输损耗，因此，可以降低对超声波发射部中的第一压电层的压电应变常数的要求。
例如，沿平行于盖板3000的方向，每个超声波发射单元110的最大尺寸小于100μm，即，超声波发射单元110可以为点声源，其声场辐射扩散能力较强，可以覆盖更大的区域，由此相邻两个超声波发射单元110之间的距离可以设计的较大，例如相邻的两个超声波发射单元之间的距离为500μm-1mm。本示例中的每个超声波发射单元对应一定范围内的目标对象，不需要紧密排布，从而可以节省工艺和成本。
本实施例中不限于显示面板远离盖板的一侧设置的超声波发射单元为面声源，也不限于与盖板直接贴合的指纹识别结构中的超声波发射单元为点声源，上述两种情况中的面声源和点声源可以互换，只要不影响指纹识别结构的指纹识别性能即可。
例如，该显示装置可以为液晶显示装置、有机显示二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示装置等显示器件以及包括该显示装置的电视、数码相机、手机、手表、平板电脑、笔记本电脑、导航仪等任何具有显示功能的产品或者部件，本实施例不限于此。
有以下几点需要说明：
(1)本公开的实施例附图中，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，本公开的同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。
以上所述仅是本公开的示范性实施方式，而非用于限制本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。
Claims (16)
1.一种指纹识别结构，包括：
超声波发射部，包括沿平行于一平面的方向二维阵列排布的多个超声波发射单元；以及
超声波检测部，包括沿平行于所述平面的方向二维阵列排布的多个超声波检测单元，
其中，所述超声波发射部和所述超声波检测部为两个彼此独立的结构，且相邻两个所述超声波发射单元在所述平面上的两个正投影之间包括至少一个所述超声波检测单元在所述平面上的正投影。
2.根据权利要求1所述的指纹识别结构，其中，每个所述超声波发射单元包括依次层叠设置的第一电极、第一压电层以及第二电极，每个所述超声波检测单元包括依次层叠设置的第三电极、第二压电层和第四电极。
3.根据权利要求2所述的指纹识别结构，其中，所述第一压电层的压电应变常数大于所述第二压电层的压电应变常数，所述第二压电层的压电电压常数大于所述第一压电层的压电电压常数。
4.根据权利要求1-3任一项所述的指纹识别结构，还包括：
平行于所述平面的绝缘层，
其中，所述超声波发射部和所述超声波检测部分别位于所述绝缘层的两侧；或者，所述超声波发射部与所述超声波检测部位于所述绝缘层的同侧，且所述超声波发射部和超声波检测部位于同一层。
5.根据权利要求4所述的指纹识别结构，其中，沿平行于所述平面的方向，每个所述超声波发射单元的最小尺寸不小于500μm。
6.根据权利要求5所述的指纹识别结构，其中，相邻的两个所述超声波发射单元之间的距离为500μm-5mm。
7.根据权利要求5所述的指纹识别结构，其中，所述超声波发射部和所述超声波检测部分别位于所述绝缘层的两侧，至少两个所述超声波检测单元在所述平面上的正投影位于一个所述超声波发射单元在所述平面上的正投影内。
8.根据权利要求5所述的指纹识别结构，其中，沿平行于所述平面的方向，每个所述超声波发射单元包括多个超声波发射子单元。
9.根据权利要求4所述的指纹识别结构，其中，沿平行于所述平面的方向，每个所述超声波发射单元的最大尺寸小于100μm。
10.根据权利要求9所述的指纹识别结构，其中，相邻的两个所述超声波发射单元之间的距离为500μm-1mm。
11.根据权利要求4所述的指纹识别结构，其中，所述绝缘层为衬底基板，所述超声波激发部贴合在所述衬底基板上。
12.一种显示装置，包括显示面板、盖板以及权利要求1-4任一项所述的指纹识别结构，所述超声波检测部位于所述超声波发射部面向所述盖板的一侧，
其中，相邻的所述超声波发射单元辐射到所述盖板远离所述指纹识别结构的表面的声场区域之间没有间隙。
13.根据权利要求12所述的显示装置，其中，所述显示面板位于所述指纹识别结构和所述盖板之间，沿平行于所述平面的方向，每个所述超声波发射单元的最小尺寸不小于500μm，且相邻的两个所述超声波发射单元之间的距离为500μm-5mm。
14.根据权利要求12所述的显示装置，其中，所述指纹识别结构贴合在所述盖板上，沿平行于所述平面的方向，每个所述超声波发射单元的最大尺寸小于100μm，且相邻的两个所述超声波发射单元之间的距离为500μm-1mm。
15.根据权利要求14所述的显示装置，其中，所述显示面板的显示区在所述盖板上的正投影与所述指纹识别结构在所述盖板上的正投影没有交叠。
16.根据权利要求12-15任一项所述的显示装置，其中，每个所述超声波发射单元辐射到所述盖板的声场区域包括主瓣区以及围绕所述主瓣区的旁瓣区，相邻两个所述超声波发射单元辐射到所述盖板的旁瓣区彼此邻接或部分重叠；或者，相邻两个所述超声波发射单元辐射到所述盖板的主瓣区彼此邻接或部分重叠。
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