CN117218689A - 显示设备、指纹采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种显示设备、指纹采集装置及方法，其中的指纹采集装置包括激励电路、读出电路、玻璃基板和设置在玻璃基板上的超声换能器阵列和驱动电路；超声换能器阵列包括多个电容式微机械超声换能器，电容式微机械超声换能器包括第一极板和第二极板；第一极板连接激励电路，激励电路被配置为向第一极板施加交流激励电压；驱动电路的数量与电容式微机械超声换能器的数量相等，一个驱动电路的第一端连接一个电容式微机械超声换能器的第二极板，第二端连接读出电路。该指纹采集装置具有更简化的结构和更高的指纹采集精度。

Description

显示设备、指纹采集装置及方法

技术领域

本申请涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示设备、指纹采集装置及方法。

背景技术

目前智能手机、平板电脑、笔记本电脑等电子设备越来越多的搭载指纹采集识别系统，应用于移动支付、设备解锁等场景。指纹采集与识别的一种方案为超声波传感方案，以高通的屏下指纹采集方案为例，通过超声波发射传感器(Tx Sensor)、压电材料PVDF(Polyvinylidene Difluoride，聚偏氟乙烯)和超声波接收传感器(Rx Sensor)组成指纹采集装置。在启动指纹采集与识别时，在电压激励下使超声波发射传感器(Tx Sensor)发射超声波信号，超声波信号在遇到手指后被反射，反射超声波信号通过PVDF压电材料和超声波接收传感器(Rx Sensor)转换为电信号，利用超声波在碰到指纹的谷和脊时的反射能量不同(谷强脊弱)的规律，可将反射超声波转成指纹影像判读，从而实现指纹采集。

然而，上述基于PVDF的指纹采集方案，需要分别设置超声波的发射传感器(TxSenor)和接收传感器(Rx Senor)，一方面造成指纹采集装置结构复杂，另一方面也受限于PVDF材料的压电性能，存在指纹采集精度欠佳的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本公开提供了一种显示设备、指纹采集装置及方法，能够简化采集装置的结构，且具有更高的指纹采集精度。

第一方面，本公开通过一实施例提供如下的技术方案：

一种指纹采集装置，包括激励电路、读出电路、玻璃基板和设置在玻璃基板上的超声换能器阵列和驱动电路；所述超声换能器阵列包括多个电容式微机械超声换能器，所述电容式微机械超声换能器包括第一极板和第二极板；所述第一极板连接所述激励电路，所述激励电路被配置为向所述第一极板施加交流激励电压；

所述驱动电路的数量与所述电容式微机械超声换能器的数量相等，一个所述驱动电路的第一端连接一个所述电容式微机械超声换能器的第二极板，第二端连接所述读出电路；所述驱动电路被配置为在所述激励电路向所述第一极板施加交流激励电压时，向所述第二极板施加偏置电压，以使所述电容式微机械超声换能器发射第一超声波；以及被配置为在所述激励电路停止向所述第一极板施加所述交流激励电压时，接收所述电容式微机械超声换能器转换的第二超声波的电流信号，并将所述电流信号输出至所述读出电路，以使所述读出电路基于所述电流信号获得目标指纹；所述第二超声波为所述第一超声波在所述目标指纹处的反射超声波。

在一些实施例中，所述驱动电路包括偏置电压输入子电路、开关子电路、电荷存储子电路和信号放大子电路；

所述偏置电压输入子电路的输入端连接偏置电压信号端，控制端连接重置信号端，输出端与所述电容式微机械超声换能器的第二极板、所述开关子电路的输入端连接至第一节点，用于向所述第一节点输入所述偏置电压；

所述开关子电路的控制端连接开关信号端，输出端与所述电荷存储子电路、所述信号放大子电路的控制端连接至第二节点；所述开关子电路用于连通或断开所述第一节点和所述第二节点，所述电荷存储子电路用于存储所述电流信号；

所述信号放大子电路的输入端连接电源电压信号端，控制端连接扫描信号端，输出端连接所述读出电路，用于将所述电流信号放大后输出至所述读出电路。

在一些实施例中，所述偏置电压输入子电路包括第一晶体管，所述开关子电路包括第二晶体管，所述电荷存储子电路包括存储电容，所述信号放大子电路包括第三晶体管和第四晶体管；

所述第一晶体管的第一极连接所述偏置电压信号端，控制极连接所述重置信号端；

所述第一晶体管的第二极、所述电容式微机械超声换能器的第二极板和所述第二晶体管的第一极连接至所述第一节点；

所述第二晶体管的控制极连接所述开关信号端；

所述第二晶体管的第二极、所述存储电容和所述第三晶体管的控制极连接至所述第二节点；

所述第三晶体管的第一极连接所述电源电压信号端，第二极连接第四晶体管的第一极；

所述第四晶体管的控制极连接所述扫描信号端，第二极连接所述读出电路。

在一些实施例中，所述偏置电压输入子电路包括N个所述第一晶体管，N≥2且为整数，N个所述第一晶体管并联。

在一些实施例中，所述激励电路包括依次串联的方波信号源、谐振电感和隔直电容，所述隔直电容连接至所述谐振电感和所述第一极板之间；或者，所述激励电路包括正弦波信号源，所述正弦波信号源连接所述第一极板。

在一些实施例中，所述激励电路包括：交流激励子电路以及与所述交流激励子电路并联的直流激励子电路；所述直流激励子电路包括串联的直流信号源和电阻，所述电阻连接在所述直流信号源和所述第一极板之间。

在一些实施例中，所述读出电路包括多路选通开关和转换子电路；所述多路选通开关的一端连接所有的所述驱动电路的第二端，另一端连接所述转换子电路，用于选通每个所述驱动电路输出的所述电流信号；所述转换子电路用于将所述电流信号转换为数字电压信号。

第二方面，基于同一发明构思，本公开通过一实施例提供如下技术方案：

一种指纹采集方法，应用于第一方面实施例提供的指纹采集装置，所述方法包括：

在发射阶段，控制所述激励电路向所述第一极板施加交流激励电压，控制所述驱动电路向所述第二极板施加第一偏置电压，以使所述电容式微机械超声换能器发射第一超声波；

在采集阶段，控制所述激励电路停止向所述第一极板施加交流激励电压，接收所述电容式微机械超声换能器转换的第二超声波的电流信号；所述第二超声波为所述第一超声波在目标指纹处的反射超声波；

在读出阶段，控制所述驱动电路将所述电流信号输出至所述读出电路，以使所述读出电路基于所述电流信号获得所述目标指纹。

第三方面，基于同一发明构思，本公开通过一实施例提供如下技术方案：

一种指纹采集方法，应用于第一方面实施例提供的指纹采集装置，所述激励电路包括并联的交流激励子电路和直流激励子电路；所述方法包括：

在发射阶段，控制所述激励电路向所述第一极板施加直流激励电压和交流激励电压，控制所述驱动电路向所述第二极板施加第二偏置电压，以使所述电容式微机械超声换能器发射第一超声波；所述第二偏置电压小于第一偏置电压；

在采集阶段，控制所述激励电路向所述第一极板施加所述直流激励电压，接收所述电容式微机械超声换能器转换的第二超声波的电流信号；所述第二超声波为所述第一超声波在目标指纹处的反射超声波；

在读出阶段，控制所述驱动电路将所述电流信号输出至所述读出电路，以使所述读出电路基于所述电流信号获得所述目标指纹。

第四方面，基于同一发明构思，本公开通过一实施例提供如下技术方案：

一种显示设备，包括第一方面实施例提供的指纹采集装置。

通过本公开的一个或者多个技术方案，本公开具有以下有益效果或者优点：

本公开提供了一种指纹采集装置，采用电容式微机械超声换能器(CMUT)组成的超声换能器阵列来代替PVDF超声换能器进行指纹采集，具有：第一，通过CMUT器件同时起到发射超声波和接收超声波的作用，相比PVDF指纹采集装置分别设置发射传感器和接收传感器，能够简化指纹装置的构造；第二，基于CMUT器件和驱动电路的特性，调整了信号激励和超声波信号的采集方式，通过在玻璃基板上制作CMUT阵列和对应的驱动电路，一个驱动电路连接至一个CMUT器件的第二极板，用于驱动CMUT器件进行超声波发射或采集，而设置在玻璃基板外部的、用于提供交流激励信号的激励电路连接至CMUT器件的第一极板，如此可将大电压的交流激励信号与玻璃基板上的不耐高压的驱动电路进行隔离，再结合读出电路进行指纹信息的读出，实现了集成在玻璃基板上的、大阵列CMUT超声波信号的高精度自发自收，提高了指纹采集的精度。

上述说明仅是本公开技术方案的概述，为了能够更清楚了解本公开的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本公开的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本公开的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本公开的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。

在附图中：

图1A示出了基于PVDF材料的超声波指纹采集方案的示意图；

图1B示出了硅基CMUT的微观结构照片；

图1C提供了一种激励电路与选通电路、CMUT阵列的连接示意图；

图2示出了根据本公开实施例的基于CMUT超声换能器阵列的指纹采集装置的示意图；

图3示出了根据本公开实施例的电容式微机械超声换能器的结构示意图；

图4示出了根据本公开实施例的指纹采集装置的电路结构示意图；

图5示出了根据本公开实施例的激励电路包括交流激励子电路时的电路结构图；

图6示出了根据本公开实施例的激励电路包括并联的直流激励子电路和交流激励子电路时的电路结构图；

图7A示出了根据本公开实施例的交流激励子电路采用正弦波信号源的电路结构示意图；

图7B示出了根据本公开实施例的交流激励子电路采用方波信号源的电路结构示意图；

图8示出了根据本公开实施例的驱动电路的模块示意图；

图9示出了根据本公开实施例的4T1C驱动电路的结构示意图；

图10A示出了图9中的第一晶体管与交流激励子电路的等效电路结构示意图；

图10B示出了根据本公开实施例的多个第一晶体管并联的电路结构示意图；

图11示出了根据本公开实施例的读出电路的结构示意图；

图12示出了根据本公开实施例的指纹采集方法的流程示意图；

图13A示出了根据本公开实施例的在激励电路提供交流激励时，CMUT阵列和对应的驱动电路的结构示意图；

图13B示出了根据图13A的驱动电路与后端的读出电路的连接示意图；

图13C示出了根据图13A的像素电路的时序控制示意图；

图14示出了根据本公开实施例的另一种指纹采集方法的流程示意图；

图15A示出了根据本公开实施例的在激励电路提供交流激励和直流激励时，CMUT阵列和对应的驱动电路的结构示意图；

图15B示出了根据图15A的像素电路的时序控制示意图；

图16示出了根据本公开实施例的显示面板示意图；

图17示出了根据本公开实施例的显示装置示意图；

附图标记说明：

10、玻璃基板；20、超声换能器阵列；CMUT、电容式微机械超声换能器；21、第一极板；22、第二极板；23、振膜；24、空腔；

30、激励电路；31、直流激励子电路；DC、直流信号源；R、电阻；32、交流激励子电路；AC1、方波信号源；AC2、正弦波信号源；L、谐振电感；Cb、隔直电容；

40、驱动电路；41、偏置电压输入子电路；42、开关子电路；43、电荷存储子电路；44、信号放大子电路；T1、第一晶体管；T2、第二晶体管；T3、第三晶体管；T4、第四晶体管；C1、存储电容；N1、第一节点；N2、第二节点；Vbias、偏置电压信号端；VDD、电源电压信号端；Vrst、重置信号端；Vclose、开关信号端；Gate、扫描信号端；

50、读出电路；51、多路选通开关；52、转换子电路；

EN、封装层；OLED、电致发光器件层；Platen、盖板层；ML、匹配层。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

在本公开的上下文中，如无特别说明，以显示面板的出光侧为“顶侧”或“上侧”，其相反侧为“底侧”或“下侧”，以便于描述相对方向。相应地，与底侧到顶侧的方向为显示面板的厚度方向，与厚度方向垂直的方向则是显示面板的“平面方向”或“延伸方向”。应当理解，这些方向都是相对方向而非绝对方向。

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。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“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。

一种基于PVDF超声换能器的屏下指纹采集方案可参阅图1A所示的显示面板，由下至上包括依次层叠的发射电极层Tx Sensor、玻璃基板TFT Glass、接收电极层Rx Sensor、压电材料层PVDF、压电电极层PE和盖板层Platen，其中，发射电极层Tx Sensor为发射超声信号的换能器，能够将电信号转为超声信号进行发射；接收电极层Rx Sensor作为接收超声信号的传感器，结合压电材料PVDF将反射回来的超声信号转为Rx Sensor上的电压信号。因此，上述显示面板的指纹采集与识别流程为：在电压激励下，发射电极层Tx Sensor发射的超声信号分别经过玻璃基板TFT Glass、接收电极层Rx Sensor、压电材料层PVDF和显示层后到达手指，手指上的指纹的微观形貌包括谷和脊，超声波在指纹的谷和脊上的反射能量不同，其中谷反射较强，脊反射较弱，如此指纹形貌(即谷脊的分布)可通过超声波反射信号的能量强度反映出来；反射的超声信号被压电材料层PVDF和接收电极层Rx Sensor再次接收，实现了指纹采集或识别。

随着超声波指纹采集技术的发展和PVDF超声换能器的采集精度的限制，基于电容式微机械超声换能器(Capacitive Micro Machined Ultrasonic Transducer，以下简称CMUT器件)的超声波指纹采集方案开始应用。在一些指纹识别方案中，采用的CMUT器件为硅基微机电系统MEMS技术制造的超声换能器。例如，Butterfly Network提供了一款CMUT产品，属于相控阵超声波换能器，是根据140×64排列的8960个CMUT换能器构成大型阵列。这些换能器能够发出超声波信号，并以超声波的形式接收反射回波。8960个换能器组成的阵列与专用集成电路(ASIC)芯片集成，可实现高效的2D相控阵传感器。得益于CMUT器件的小型化，Butterfly iQ超声波探头可以进行曲线、线性和相位分析。而在使用其它常规设备的情况下，必须使用三个不同的超声波探头才能实现相同的分析过程。图1B提供了该硅基CMUT器件的微观结构照片，它采用硅基MEMS技术制造而成。其中体硅工艺和薄膜微加工工艺应用于CMUT器件中的电极和空腔的形成。该CMUT器件的技术秘诀不仅在于MEMS芯片，还在于与ASIC芯片的集成技术。该ASIC芯片具有驱动超声波脉冲生成和测量回波的功能，此外，它还能够运行Butterfly Network研发的算法，以及具有与印刷电路板(PCB)上的处理器进行通信的功能。每个CMUT换能器由集成CMOS逻辑电路、模拟读取电路和LDMOS晶体管的模块驱动发射超声波。ASIC芯片和MEMS芯片采用晶圆级键合技术，并通过硅通孔(TSV)实现电气连接。

基于硅基CMUT器件的指纹采集电路结构可参阅图1C，CMUT器件以硅片为衬底，即CMUT阵列设置在硅基板上；通过将直流偏置电压Vdc和高压交流脉冲激励Vac分别置于CMUT器件的上、下电极实现超声波信号的接收和发射。高压交流脉冲激励可由现场可编程门阵列FPGA芯片控制，高压交流脉冲电路连接在T/R收发组件的一侧，接收电路Rx连接在T/R组件的另一侧，超声波的发射和接收通过T/R组件进行隔离。与PVDF方案的区别在于，激励CMUT器件发射超声波所需的交流脉冲激励的电压更高，要求T/R组件的耐压性要好，故而作为隔离模块的T/R组件可采用硅基的场效应晶体管(MOS)组成的门电路，硅基MOS管可以具有很高的耐压能力，能够实现高压交流脉冲激励Vac和接收电路(Rx)的隔离。

为了解决PVDF的指纹采集方案存在的结构复杂，指纹采集精度不足的问题，第一方面，在一个可选的实施例中，请参阅图2～图4，提供了一种可应用在玻璃基底的、基于CMUT阵列的指纹采集装置，具体如下：

指纹采集装置包括激励电路30、读出电路50、玻璃基板10和设置在玻璃基板10上的超声换能器阵列20和驱动电路40；超声换能器阵列20包括多个电容式微机械超声换能器CMUT，电容式微机械超声换能器CMUT包括第一极板21和第二极板22；第一极板21连接激励电路30。驱动电路40的数量与电容式微机械超声换能器CMUT的数量相等，一个驱动电路40的第一端连接一个电容式微机械超声换能器CMUT的第二极板22，第二端连接读出电路50。

其中，玻璃基板10可以用于是制造显示面板的阵列基板或驱动背板的玻璃基底，在玻璃基板10可形成驱动像素的薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称TFT)。超声换能器阵列20包括形成在玻璃基板10上的多个电容式微机械超声换能器CMUT的阵元，一个CMUT阵元表示一个CMUT器件，“多个”是指超声换能器阵列20包括至少两个CMUT器件。CMUT器件的结构可参阅图3，包括在玻璃基板10上由下至上依次层叠的第二极板22、振膜23和第一极板21。根据层叠位置，可将第二极板22作为CMUT的下极板，第一极板21作为CMUT的上极板；在第二极板22和振膜23之间形成有空腔24。第一极板21、第二极板22可与玻璃基板10上的金属走线层同层设置，如第一电极层与源漏金属层同层设置，且第二电极层与栅金属层同层设置，而振膜23可与绝缘层如栅绝缘层同层设置，本实施例对此不做限定。

一种在玻璃基板10上制作CMUT器件或阵元的工艺流程如下：

1)在玻璃基板10(TFT Glass)上制作像素电路作为驱动电路40，驱动电路40的上层为CMUT器件的下电极：第二极板22；

2)通过等离子增强化学气相淀积(PECVD)沉积氮化硅SiNx薄膜做绝缘层，防止第二极板22短路；

3)溅射(Sputter)金属作为牺牲层，在图案化(pattern)后只留下CMUT器件的腔室处金属，溅射金属的材质可以是Mo、Cu、Al等；

4)沉积SiNx作为腔室固支的壁和振膜23，并根据所需振膜23厚度进行刻蚀，并在预留刻蚀孔处的SiNx打孔，露出牺牲层金属；

5)通过溅射Sputter形成上电极：第一极板21，并进行图案化；

6)牺牲层刻蚀液经预留刻蚀孔将腔室处牺牲层刻蚀，形成空腔24；

7)沉积一层SiNx进行封装，完成CMUT器件的制作。

通过上述方法，可以实现半径为10μm的CMUT器件密集排布，在8mm×8mm的玻璃基板10上制作107×107个CMUT阵元。

CMUT器件作为电容性的器件，它在发射超声波时的工作原理为：在施加直流的偏置电压时，极板产生并聚集相反电荷，产生相互吸引的静电力，静电力使振膜23向下弯曲并拉紧振膜23；在对第一极板21或第二极板22施加交流电压时，会使聚集在第一极板21和第二极板22上的电荷数发生改变，电荷数的改变导致静电力改变，进而带动振膜23上下振动，振膜23共振推动周围介质做功产生超声波。它在接收超声波时的工作原理为：在直流的偏置电压拉紧振膜23的状态下，入射超声波使振膜23振动，从而改变CMUT器件的电容，在直流的偏置电压驱动下，第一极板21和第二极板22之间的电荷变化转为电流信号输出。

故而，为了实现超声波指纹采集，本公开实施例提供的指纹采集装置的配置可以是：

激励电路30被配置为向第一极板21施加交流激励电压；驱动电路40被配置为在激励电路30向第一极板21施加交流激励电压时，向第二极板22施加偏置电压，以使电容式微机械超声换能器CMUT发射第一超声波；以及在激励电路30停止向第一极板21施加交流激励电压时，接收电容式微机械超声换能器CMUT转换的第二超声波的电流信号，并将电流信号输出至读出电路50，以使读出电路50基于电流信号获得目标指纹；第二超声波为第一超声波在目标指纹处的反射超声波。

具体的，激励电路30是用于提供交流激励，配合驱动电路40以控制CMUT器件发射或接收超声波的电路。在激励电路30对第一极板21施加交流激励、驱动电路40对第二极板22施加直流激励时，CMUT器件满足超声波发射条件，发出的第一超声波在遇到用户的指纹后产生反射信号：第二超声波。在第二超声波返回到CMUT器件的振膜23时驱使振膜23振动，从而产生相应的电流信号。可以理解，为了保证指纹采集识别的准确性，在超声波发射完成后应禁止激励电路30继续输出交流激励。由于目标指纹的谷和脊使第二超声波的振幅或强度分布不同，因此第二超声波携带了目标指纹的形貌信号，通过CMUT器件接收第二超声波信号并将其转换为电流信号输出并分析，可以实现用户指纹的采集和识别。

在本公开实施例中，控制CMUT器件发射第一超声波的激励电路30设置在玻璃基板10的外部。例如，激励电路30可以采用集成电路芯片IC的方式设置在时序控制器TCON电路板上，输出端通过引线连接玻璃基板10上的CMUT器件，控制端连接至时序控制器，由时序控制器控制激励电路30输出交流激励的时序。如此设计的原因是玻璃基板10在作为显示面板的显示基板或驱动背板时，常通过Array制程形成薄膜晶体管作为像素电路的开关器件，而驱动CMUT器件发射超声波所需求的交流激励电压很高，超出了玻璃基板10上的薄膜晶体管TFT的耐压范围，因此若将激励电路30设置在玻璃基板10上，则容易造成薄膜晶体管损坏的质量问题。而制作在硅基板上的硅基场效应晶体管(MOS)可以具有很高的耐压能力，因此对于硅基CMUT阵列，将激励电路30集成在硅基板上并不存在这个问题。

连接CMUT器件的驱动电路40，一方面是用于在第二极板22上施加直流偏置电压Vbias，结合激励电路30提供的交流激励电压使CMUT器件发射超声波，还可以在接收到反射回的第二超声波之前拉紧CMUT的第一极板21和第二极板22，以精确地将第二超声波转换为电流信号；另一方面是通过电流输出端将CMUT器件转换的电流信号输出至读出电路50。驱动电路40形成在玻璃基板10上，可采用基于Array制程形成的薄膜晶体管T-电容C的像素电路，驱动电路40的控制端通过走线连接时序控制器实现超声波的收发控制。

读出电路50可以设置在玻璃基板10上，也可以设置在玻璃基板10的外部，可通过电路板或导线连接至驱动电路40的电流输出端，以实现电流信号的转换和读出。

本公开实施例提供的指纹采集装置，采用电容式微机械超声换能器CMUT(CMUT)组成的超声换能器阵列20来代替PVDF超声换能器进行指纹采集；第一，通过CMUT器件同时起到发射超声波和接收超声波的作用，相比PVDF指纹采集装置分别设置发射传感器和接收传感器，能够简化指纹装置的构造；第二，基于CMUT器件和驱动电路40的特性，调整了信号激励和超声波信号的采集方式，通过在玻璃基板10上制作CMUT阵列和对应的驱动电路40，一个驱动电路40连接至一个CMUT器件的第二极板22，用于驱动CMUT器件进行超声波发射或采集，而设置在玻璃基板10外部的、用于提供交流激励信号的激励电路30连接至CMUT器件的第一极板21，如此可将大电压的交流激励信号与玻璃基板10上的不耐高压的驱动电路40进行隔离，再结合读出电路50进行指纹信息的读出，实现了集成在玻璃基板10上的、大阵列CMUT超声波信号的高精度自发自收，进而提高了指纹采集的精度。

故而，本公开提供了一种全新的基于CMUT阵列的指纹采集方案，可应用于各类采用玻璃基板为衬底的显示面板和显示设备。

在一些实施例中，请参阅图5，激励电路30包括交流激励子电路32，交流激励子电路32用于向第一极板21施加交流激励电压。此时驱动电路40可持续将直流偏置电压作用在第二极板22上，以满足超声波的发射和接收条件。

在另一些实施例中，请参阅图6，激励电路30并联设置的交流激励子电路32和直流激励子电路31；其中交流激励子电路32用于向第一极板21施加交流激励电压，直流激励子电路31用于向第一极板21施加直流激励电压。在激励电路30同时向第一极板21输入直流激励电压和交流激励电压、驱动电路40向第二极板22输入直流偏置电压时，CMUT器件可发射超声波；而在激励电路30向第一极板21输入直流激励电压、驱动电路40向第二极板22输入直流偏置电压时，CMUT器件可接收超声波。

需要说明的是，激励电路30的结构与驱动电路40中的电路元件的耐压性相关，若驱动电路40的耐压性良好，则激励电路30可以只提供交流激励电压，以使CMUT器件满足发射和接收超声波的条件。若驱动电路40中的电路元件耐压性较差，则激励电路30需要同时提供直流激励电压和交流激励电压，其中，直流激励电压可以持续作用在第一极板21上，而交流激励电压则是在需要CMUT器件发射超声波时，和直流激励电压一起作用到第一极板21上。

在一些实施例中，交流激励子电路32可以采用正弦波信号源AC2输出交流激励，也可以采用方波信号源AC1输出交流激励。在采用正弦波信号源AC2时，请参阅图7A，交流激励子电路32包括正弦波信号源AC2，正弦波信号源AC2连接第一极板21。在采用方波信号源AC1时，请参阅图7B，交流激励子电路32包括依次串联的方波信号源AC1、谐振电感L和隔直电容Cb，隔直电容Cb连接至谐振电感L和第一极板21之间。对于直流激励，直流激励子电路31包括串联的直流信号源DC和电阻R，电阻R连接在直流信号源DC和第一极板21之间。

其中，方波信号源AC1的输入端可以选择能够提供方波信号的芯片，如TC6320等，再经过LC谐振变为正弦激励信号，为第一极板21提供合适的交流激励电压。因此，在方波信号源AC1所在的支路上串联有谐振电感L和隔直电容Cb，其中谐振电感L用于与CMUT器件形成LC谐振，将方波信号转换为正弦波信号；隔直电容Cb则可用于隔离直流信号，从而进一步提高交流激励电压的信号质量。隔直电容Cb的容值需远大于CMUT器件的容值。

直流信号源DC可以选择DCDC电源芯片，如LT1085、LT8365等芯片来产生直流激励电压；与直流信号源DC串联的电阻R可用于控制输出直流激励电压，起到保护CMUT器件的作用。

在一些实施例中，请参阅图8，驱动电路40包括偏置电压输入子电路41、开关子电路42、电荷存储子电路43和信号放大子电路44；偏置电压输入子电路41的输入端连接偏置电压信号端Vbias，控制端连接重置信号端Vrst，输出端与电容式微机械超声换能器CMUT的第二极板22、开关子电路42的输入端连接至第一节点N1，用于向第一节点N1输入偏置电压；开关子电路42的控制端连接开关信号端Vclose，输出端与电荷存储子电路43、信号放大子电路44的控制端连接至第二节点N2；开关子电路42用于连通或断开第一节点N1和第二节点N2，电荷存储子电路43用于存储电流信号；信号放大子电路44的输入端连接电源电压信号端VDD，控制端连接扫描信号端Gate，输出端连接读出电路50，用于将电流信号放大后输出至读出电路50。

其中，偏置电压输入子电路41用于向第二极板22施加直流的偏置电压信号，开关子电路42用于控制电路的通断，在开关子电路42关断时，偏置电压输入子电路41可对第一节点N1充电，将节点电压升高到偏置电压，同时也将偏置电压信号施加到CMUT器件的第二极板22；在开关子电路42导通时，偏置电压输入子电路41可对第二节点N2充电，CMUT器件转换第二超声波得到的电流信号可以存储至电荷存储子电路43。电荷存储子电路43的另一端可以连接固定电位或接地端。信号放大子电路44可进一步放大第二超声波的电流信号，并将该电流信号通过电流输出端输出至读出电路50。

在指纹采集装置应用到显示模组或显示设备时，驱动电路40可采用玻璃基板10上的像素电路进行驱动，像素电路通过时序控制器进行控制。

在一些实施例中，请参阅图9，提供了一种4T1C的像素电路作为每一个CMUT器件的驱动电路40，其中，T表示晶体管，C表示电容。偏置电压输入子电路41包括第一晶体管T1，开关子电路42包括第二晶体管T2，电荷存储子电路43包括存储电容C1，信号放大子电路44包括第三晶体管T3和第四晶体管T4；具体的，第一晶体管T1的第一极连接偏置电压信号端Vbias，控制极连接重置信号端Vrst；第一晶体管T1的第二极、电容式微机械超声换能器CMUT的第二极板22和第二晶体管T2的第一极连接至第一节点N1；第二晶体管T2的控制极连接开关信号端Vclose；第二晶体管T2的第二极、存储电容C1和第三晶体管T3的控制极连接至第二节点N2；第三晶体管T3的第一极连接电源电压信号端VDD，第二极连接第四晶体管T4的第一极；第四晶体管T4的控制极连接扫描信号端Gate，第二极连接读出电路50。

其中，偏置电压信号端Vbias用于提供直流偏置电压，电源电压信号端VDD用于提供VDD电源电压；扫描信号端Gate可连接栅线，重置信号端Vrst和开关信号端Vclose可通过对应的走线连接至时序控制器，通过时序控制器进行晶体管的通断控制。

驱动电路40中使用的晶体管可以是薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)。由于晶体管的源极和漏极在一定条件下可以互换，所以源极、漏极从连接关系的描述上并无本质区别。因此为区分晶体管的源极和漏极，将其中一极称为第一极，另一极称为第二极，并且将栅极称为控制极。晶体管按照特性区分可以分为N型和P型，上述方案是以晶体管为N型晶体管进行说明的。当采用N型晶体管时，第一极为晶体管的源极，第二极为晶体管的漏极，并且当栅极输入高电平时，N型晶体管导通。P型晶体管的情况相反。本领域技术人员可以采用P型晶体管来替换附图中的一个或多个N型晶体管而不脱离本公开的精神和范围。

另一方面，考虑到指纹采集精度与超声波信号强度正相关，而超声波信号强度与CMUT器件的交流激励电压正相关，结合交流电和电容性器件的特性，进一步提高的交流激励电压Vac可能通过CMUT器件对TFT造成影响，超出目前的薄膜晶体管TFT的耐压值导致其损坏。请参阅图10A的等效电路，正弦波信号源AC2输出的交流激励电压Vac作用在正弦波信号源AC2的内阻R0、CMUT器件和第一晶体管T1上，由于第一晶体管T1的内阻大，所以Vac中的较多电压作用到了第一晶体管T1上，一方面使CMUT器件上的分压降低，造成CMUT器件发射超声波的能力降低，致使指纹采集精度下降；另一方面也容易因为分压超过耐压范围导致第一晶体管T1损坏。

为了改善上述问题，请参阅图10B，偏置电压输入子电路41可以采用N个第一晶体管T1进行并联，N≥2且为整数。并联的第一晶体管T1能够有效地降低电阻，从而降低作用在第一晶体管T1上的分压，并提高CMUT器件的第一极板21和第二极板22的电压，如此既能实现高压交流激励，通过发射声压更高的超声波来提高指纹采集和识别精度，又能有效地保护第一晶体管T1，延长使用寿命。第一晶体管T1的数量N根据CMUT器件的需求电压和并联后的第一晶体管T1的电阻值综合确定，CMUT器件所需的交流激励电压Vac越高，第一晶体管T1的耐压能力越差，则N值越大。图10B中的3个第一晶体管T1的并联是用于示例性展示，并不是对N的取值进行限定。

在一些实施例中，请参阅图11，读出电路50包括多路选通开关51和转换子电路52；多路选通开关51连接在驱动电路40的第二端和转换子电路52之间，用于选通一个或多个CMUT器件传输的第二超声波的电流信号。转换子电路52可包括电流-电压变换子电路IV和模数转换子电路52(ADC)，用于将电流信号转换为数字电压信号，通过对数字电压信号的分析和转化可绘制出指纹图像。

总的来说，本公开实施例提供的指纹采集装置，相比于硅基CMUT超声波指纹采集方案，改变了激励和信号采集方式，单CMUT阵元信号可通过玻璃基板10上的驱动电路40(像素电路)实现信号采集，并且基于CMUT器件和玻璃基板10上的驱动电路40的特性提供系统激励和驱动方案，如此实现了：①指纹采集装置在玻璃基板10上的集成；②将指纹采集所需的系统激励、CMUT阵列器件与驱动电路40结合，通过时序控制配合实现超声波的整面发射和整面接收一体化，实现大阵列CMUT超声信号的自发自收；③克服了玻璃基的薄膜晶体管TFT不耐高压交流激励的问题，从而提供了一种全新的阵列CMUT的指纹采集方案。

第二方面，基于第一方面实施例提供的指纹采集装置，请参阅图12，提供了一种对应的指纹采集方法，包括步骤S1201～S1203，具体如下：

S1201：在发射阶段，控制激励电路30向第一极板21施加交流激励电压，控制驱动电路40向第二极板22施加第一偏置电压，以使电容式微机械超声换能器CMUT发射第一超声波；

S1202：在采集阶段，控制激励电路30停止向第一极板21施加交流激励电压，接收电容式微机械超声换能器CMUT转换的第二超声波的电流信号；第二超声波为第一超声波在目标指纹处的反射超声波；

S1203：在读出阶段，控制驱动电路40将电流信号输出至读出电路50，以使读出电路50基于电流信号获得目标指纹。

上述方案适用于驱动电路40中的电路元件的耐压性足够，能够支撑驱动电路40输出较高的第一偏置电压信号的情况，此时激励电路30只需要设置交流激励子电路32，在超声波的发射阶段输出交流激励电压以使CMUT器件发射超声波。

以图13A和图13B提供的，应用在某显示装置中的指纹采集电路方案为例进行说明。超声换能器阵列20包括100×100个CMUT器件，激励电路30包括交流激励子电路32，连接至超声换能器阵列20中所有的CMUT器件的第一极板21，用于对第一极板21施加交流激励电压；交流激励子电路32可采用能够产生方波信号的芯片(如TC6320)，再经过LC谐振变为正弦激励信号。驱动电路40的数量与CMUT器件的数量相等并且一一对应设置，即每一个CMUT器件连接一个驱动电路40。驱动电路40可采用如图9所示的4T1C结构，用于为CMUT的第二极板22施加第一偏置电压，以及将CMUT转换的第二超声波的电流信号通过电流输出端Iout发送至读出电路50。若无特别说明，第一极板21对应CMUT器件的上极板或上电极，第二极板22对应CMUT器件的下极板或下电极。读出电路50包括多路选通开关51和转换子电路52；多路选通子电路的输入端连接所有驱动电路40的电流输出端Iout，输出端连接转换子电路52，转换子电路52中的电流-电压转换子电路52IV用于将第二超声波的电流信号转为电压信号，再经过模数转换电路ADC转换为数字电压信号。

指纹采集控制时序可参阅图13C，可通过时序控制器进行控制，具体如下：

发射阶段(t1～t2)：控制激励电路30向第一极板21施加交流激励电压Vac，控制重置信号端Vrst输入高电平信号，开关信号端Vclose输入低电平信号，以使第一晶体管T1开启，第二晶体管T2关闭，偏置电压信号端Vbias通过第一晶体管T1向CMUT器件的第二极板22施加第一偏置电压；此时符合超声波发射条件，CMUT器件开始向外发射超声波，超声波在碰到指纹的谷脊后反射回来，形成第二超声波。

写入阶段(t2～t3)：控制开关信号端Vclose输入高电平信号，以使第二晶体管T2开启，将第二节点N2的电压升高至第一偏置电压。

采集阶段(t3～t4)：控制重置信号端Vrst输入低电平信号，开关信号端Vclose输入高电平信号，以使第一晶体管T1关闭，此时第一节点N1的电压维持在第一偏置电压，符合CMUT器件的超声波接收条件，在第二超声波返回至CMUT器件的振膜23时使振膜23振动，将第二超声波转换为对应的电流信号，由于第二晶体管T2开启，第四晶体管T4关闭，因此将电流信号储存在存储电容C1内。可选的，在采集阶段也可以使重置信号端Vrst继续输入高电平信号，使第一晶体管T1保持在开启状态，持续向第一极板21施加第一偏置电压。

读出阶段(t4及以后)：控制开关信号端Vclose输入低电平信号，扫描信号端Gate输出高电平信号，以使第二晶体管T2关闭，第四晶体管T4开启，存储电容C1中的电流信号在被第三晶体管T3跨导放大后，通过电流输出端Iout输出至读出电路50。在本阶段，时序控制器通过扫描信号端Gate逐行开启第四晶体管T4，配合读出电路50逐行读出第二超声波的电流信号。每一行扫描信号端Gate控制第四晶体管T4的开启时间为t_gate，相邻两行扫描信号端Gate开启第四晶体管T4的延迟时间为t_n。

在上述控制过程中，第一偏置电压充当直流激励信号持续作用在CMUT器件的第二极板22上，因此重置信号端Vrst输出常高信号，电源电压信号端VDD和偏置电压信号端Vbias同样输出常高信号。

如前，上述方案的适用条件是驱动电路40中的薄膜晶体管具有足够的耐压性，若耐压性不足，那么偏置电压信号端Vbias就无法输出能够充当直流激励信号的第一偏置电压，则此时激励电路30需要同时输出交流激励电压和直流激励电压，即激励电路30包括并联的交流激励子电路32和直流激励子电路31，此时对应的指纹采集方法可参阅图14，包括步骤S1401～S1403，具体如下：

S1401：在发射阶段，控制激励电路30向第一极板21施加直流激励电压Vac和交流激励电压Vdc，控制驱动电路40向第二极板22施加第二偏置电压，以使电容式微机械超声换能器CMUT发射第一超声波；第二偏置电压小于第一偏置电压；

S1402：在采集阶段，控制激励电路30向第一极板21施加直流激励电压Vdc，接收电容式微机械超声换能器CMUT转换的第二超声波的电流信号；第二超声波为第一超声波在目标指纹处的反射超声波；

S1403：在读出阶段，控制驱动电路40将电流信号输出至读出电路50，以使读出电路50基于电流信号获得目标指纹。

以图15A提供的应用在某显示装置中的指纹采集电路方案为例进行说明，超声换能器阵列20包括100×100个CMUT器件，激励电路30包括并联的交流激励子电路32和直流激励子电路31，两者同时连接至所有CMUT器件的第一极板21，用于对第一极板21施加交流激励电压Vac和直流激励电压Vdc；直流激励子电路31可以选择DCDC电源芯片，如LT1085、LT8365等；交流激励可以选择提供方波信号的芯片，如TC6320，再经过LC谐振变为正弦激励信号。驱动电路40的数量与CMUT器件的数量相等并且一一对应设置，即每一个CMUT器件连接一个驱动电路40。驱动电路40可采用如图9所示的4T1C结构，用于为CMUT的第二极板22施加第二偏置电压，以及将CMUT转换的第二超声波的电流信号通过电流输出端Iout发送至读出电路50，驱动电路40和读出电路50的架构图与图11相同。读出电路50包括多路选通开关51和转换子电路52；多路选通子电路的输入端连接所有驱动电路40的电流输出端Iout，输出端连接转换子电路52，转换子电路52中的电流-电压转换子电路52IV用于将第二超声波的电流信号转为电压信号，再经过模数转换电路ADC转换为数字电压信号。

指纹采集控制时序可参阅图15B，可通过时序控制器实现，具体如下：

发射阶段：控制直流激励子电路31向第一极板21施加直流激励电压Vdc，交流激励子电路32向第一极板21交流激励电压Vac，控制重置信号端Vrst输入高电平信号，开关信号端Vclose输入低电平信号，以使第一晶体管T1开启，第二晶体管T2关闭，偏置电压信号端Vbias通过第一晶体管T1向第二极板22施加第二偏置电压；此时符合超声波发射条件，CMUT器件开始向外发射超声波，超声波在碰到指纹的谷脊后反射回来，形成第二超声波。

写入阶段：控制开关信号端Vclose输入高电平信号，以使第二晶体管T2开启，将第二节点N2的电压升高至第二偏置电压；

采集阶段：控制重置信号端Vrst输入低电平信号，开关信号端Vclose输入高电平信号，以使第一晶体管T1关闭，此时符合CMUT器件的超声波接收条件，在第二超声波返回至CMUT器件的振膜23时使振膜23振动，将第二超声波转换为对应的电流信号，由于第二晶体管T2开启，第四晶体管T4关闭，因此电流信号储存在存储电容C1内。同理，重置信号端Vrst也可以输入高电平信号，使第一晶体管T1保持在开启状态。

读出阶段：控制开关信号端Vclose输入低电平信号，扫描信号端Gate输出高电平信号，以使第二晶体管T2关闭，第四晶体管T4开启，存储电容C1中的电流信号在被第三晶体管T3跨导放大后，通过电流输出端Iout输出至读出电路50。在这一过程中，时序控制器通过扫描信号端Gate逐行开启第四晶体管T4，配合读出电路50逐行读出第二超声波的电流信号。每一行扫描信号端Gate控制第四晶体管T4的开启时间为t_gate，相邻两行扫描信号端Gate开启第四晶体管T4的延迟时间为t_n。

在上述过程中，直流激励信号始终作用在CMUT器件的第一极板21上，同时电源电压信号端VDD和偏置电压信号端Vbias输出常高信号。

第三方面，基于相同的发明构思，在另一个可选的实施例中，提供了一种显示设备，包括第一方面实施例提供的指纹采集装置。其中，该显示设备可以是搭载有本公开实施例提供的指纹采集装置的显示面板，或者是使用该显示面板的显示装置。

对于显示面板，其类型可以是液晶类(LCD)或发光二极管(LED)类，以有机发光二极管OLED类显示面板为例，可参阅图16，除了玻璃基板10、形成在玻璃基板10上的CMUT阵列之外，显示面板还包括：

封装层EN，覆盖超声换能器阵列20设置；封装层EN可以采用氮化硅或制造平坦层的有机功能材料形成；

电致发光器件层OLED，设置在封装层EN上；

盖板层Platen，覆盖电致发光器件层OLED设置。

其中，电致发光器件层OLED以及对应的像素驱动电路40，可与盖板层Platen整合形成显示层。在封装层EN和电致发光器件层OLED之间还可以设置匹配层ML，匹配层ML用于贴合封装层EN和电致发光器件层OLED，其作用是使超声波更容易传输，若超声波透过率较高，也可以省略匹配层ML。

对于显示装置，可以是台式电脑用显示器、一体式电脑、笔记本电脑、平板电脑、平板电视、会议一体机、智能手机、车载显示器等电子设备，该显示装置使用的显示面板包括第一方面实施例的指纹采集装置，如图17所示。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种指纹采集装置，其特征在于，包括激励电路、读出电路、玻璃基板和设置在玻璃基板上的超声换能器阵列和驱动电路；所述超声换能器阵列包括多个电容式微机械超声换能器，所述电容式微机械超声换能器包括第一极板和第二极板；所述第一极板连接所述激励电路，所述激励电路被配置为向所述第一极板施加交流激励电压；

所述驱动电路的数量与所述电容式微机械超声换能器的数量相等，一个所述驱动电路的第一端连接一个所述电容式微机械超声换能器的第二极板，第二端连接所述读出电路；所述驱动电路被配置为在所述激励电路向所述第一极板施加交流激励电压时，向所述第二极板施加偏置电压，以使所述电容式微机械超声换能器发射第一超声波；以及被配置为在所述激励电路停止向所述第一极板施加所述交流激励电压时，接收所述电容式微机械超声换能器转换的第二超声波的电流信号，并将所述电流信号输出至所述读出电路，以使所述读出电路基于所述电流信号获得目标指纹；所述第二超声波为所述第一超声波在所述目标指纹处的反射超声波。

2.如权利要求1所述的指纹采集装置，其特征在于，所述驱动电路包括偏置电压输入子电路、开关子电路、电荷存储子电路和信号放大子电路；

所述偏置电压输入子电路的输入端连接偏置电压信号端，控制端连接重置信号端，输出端与所述电容式微机械超声换能器的第二极板、所述开关子电路的输入端连接至第一节点，用于向所述第一节点输入所述偏置电压；

所述开关子电路的控制端连接开关信号端，输出端与所述电荷存储子电路、所述信号放大子电路的控制端连接至第二节点；所述开关子电路用于连通或断开所述第一节点和所述第二节点，所述电荷存储子电路用于存储所述电流信号；

所述信号放大子电路的输入端连接电源电压信号端，控制端连接扫描信号端，输出端连接所述读出电路，用于将所述电流信号放大后输出至所述读出电路。

3.如权利要求2所述的指纹采集装置，其特征在于，所述偏置电压输入子电路包括第一晶体管，所述开关子电路包括第二晶体管，所述电荷存储子电路包括存储电容，所述信号放大子电路包括第三晶体管和第四晶体管；

所述第一晶体管的第一极连接所述偏置电压信号端，控制极连接所述重置信号端；

所述第一晶体管的第二极、所述电容式微机械超声换能器的第二极板和所述第二晶体管的第一极连接至所述第一节点；

所述第二晶体管的控制极连接所述开关信号端；

所述第二晶体管的第二极、所述存储电容和所述第三晶体管的控制极连接至所述第二节点；

所述第三晶体管的第一极连接所述电源电压信号端，第二极连接第四晶体管的第一极；

所述第四晶体管的控制极连接所述扫描信号端，第二极连接所述读出电路。

4.如权利要求3所述的指纹采集装置，其特征在于，所述偏置电压输入子电路包括N个所述第一晶体管，N≥2且为整数，N个所述第一晶体管并联。

5.如权利要求1所述的指纹采集装置，其特征在于，所述激励电路包括依次串联的方波信号源、谐振电感和隔直电容，所述隔直电容连接至所述谐振电感和所述第一极板之间；或者，所述激励电路包括正弦波信号源，所述正弦波信号源连接所述第一极板。

6.如权利要求1所述的指纹采集装置，其特征在于，所述激励电路包括：交流激励子电路以及与所述交流激励子电路并联的直流激励子电路；所述直流激励子电路包括串联的直流信号源和电阻，所述电阻连接在所述直流信号源和所述第一极板之间。

7.如权利要求1所述的指纹采集装置，其特征在于，所述读出电路包括多路选通开关和转换子电路；所述多路选通开关的一端连接所有的所述驱动电路的第二端，另一端连接所述转换子电路，用于选通每个所述驱动电路输出的所述电流信号；所述转换子电路用于将所述电流信号转换为数字电压信号。

8.一种指纹采集方法，其特征在于，应用于如权利要求1～7任一项所述的指纹采集装置，所述方法包括：

在发射阶段，控制所述激励电路向所述第一极板施加交流激励电压，控制所述驱动电路向所述第二极板施加第一偏置电压，以使所述电容式微机械超声换能器发射第一超声波；

在采集阶段，控制所述激励电路停止向所述第一极板施加交流激励电压，接收所述电容式微机械超声换能器转换的第二超声波的电流信号；所述第二超声波为所述第一超声波在目标指纹处的反射超声波；

在读出阶段，控制所述驱动电路将所述电流信号输出至所述读出电路，以使所述读出电路基于所述电流信号获得所述目标指纹。

9.一种指纹采集方法，其特征在于，应用于如权利要求1～7任一项所述的指纹采集装置，所述激励电路包括并联的交流激励子电路和直流激励子电路；所述方法包括：

在发射阶段，控制所述激励电路向所述第一极板施加直流激励电压和交流激励电压，控制所述驱动电路向所述第二极板施加第二偏置电压，以使所述电容式微机械超声换能器发射第一超声波；所述第二偏置电压小于第一偏置电压；

在采集阶段，控制所述激励电路向所述第一极板施加所述直流激励电压，接收所述电容式微机械超声换能器转换的第二超声波的电流信号；所述第二超声波为所述第一超声波在目标指纹处的反射超声波；

在读出阶段，控制所述驱动电路将所述电流信号输出至所述读出电路，以使所述读出电路基于所述电流信号获得所述目标指纹。

10.一种显示设备，其特征在于，包括如权利要求1～7任一项所述的指纹采集装置。