因此，所述教示并不希望僅限于圖中所描繪的實(shí)施方案，而 是具有如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易顯而易見的廣泛適用性。
[0032] 可實(shí)施本發(fā)明中所描述的主題的特定實(shí)施方案以實(shí)現(xiàn)以下潛在優(yōu)點(diǎn)中的一或多 者。與具有通過電動機(jī)械致動器電動機(jī)定位以產(chǎn)生圖像的聚焦變換器的超聲波指紋傳感器 相比，本發(fā)明所揭示的技術(shù)提供了可以有利地例如用于移動應(yīng)用的大面積指紋傳感器。通 過避開電動機(jī)械致動器電動機(jī)，可以減小指紋傳感器的大量成本和體積。
[0033] 實(shí)情為，在具有可尋址傳感元件的薄膜晶體管（TFT)襯底上涂布壓電薄膜，以形 成區(qū)域陣列超聲波傳感器。更具體來說，形成壓電層以便與TFT襯底的元件電接觸。描述 用于形成壓電層以免對TFT襯底的敏感性元件造成損害的特定技術(shù)。
[0034] 本文所述的實(shí)施方案涉及一種超聲波傳感器，其包含電連接或以其它方式耦合到 壓電層的像素電路陣列?？梢酝ㄟ^將含有共聚物的溶液涂布到陣列的第一側(cè)面上形成壓電 層。共聚物可以結(jié)晶以形成結(jié)晶共聚物層。結(jié)晶共聚物層可以接著極化，以便形成壓電層。 有利的是，壓電層制造在像素電路陣列上，并且安置成與像素電路陣列直接電接觸。舉例來 說，在每一像素電路包含一或多個薄膜晶體管（TFT)元件的情況下，像素電路的像素輸入 電極電耦合到壓電層。
[0035] 圖1A-1C展示超聲波傳感器系統(tǒng)的示意圖的實(shí)例。如圖IA中所示，超聲波傳感器 系統(tǒng)10包含壓板40下面的超聲波發(fā)射器20和超聲波接收器30。超聲波發(fā)射器20可以 是可以產(chǎn)生超聲波21 (參見圖1B)的壓電發(fā)射器。超聲波接收器30包含安置在襯底上的 壓電材料和像素電路陣列。在操作中，超聲波發(fā)射器20產(chǎn)生超聲波21，其穿過超聲波接收 器30到達(dá)壓板40的暴露表面42。在壓板40的暴露表面42處，超聲波能量可以被與壓板 40接觸的對象25 (例如指紋脊線28的皮膚）吸收或分散，或者反射回來。在空氣接觸壓板 40的暴露表面42的位置（例如，指紋脊線28之間的谷線27)中，大多數(shù)超聲波21將朝超 聲波接收器30反射回去以供檢測（參見圖1C)。電子控制器50可以耦合到超聲波發(fā)射器 20和超聲波接收器30,并且可以供應(yīng)時(shí)序信號，這些時(shí)序信號使得超聲波發(fā)射器20產(chǎn)生一 或多個超聲波21。電子控制器50可以接著從超聲波接收器30接收指示反射的超聲波能量 23的信號?？刂齐娮悠骷?0可以使用從超聲波接收器30接收的輸出信號構(gòu)造對象25的 數(shù)字圖像。在一些實(shí)施方案中，控制電子器件50還可隨時(shí)間連續(xù)地對輸出信號進(jìn)行采樣以 檢測對象25的移動。
[0036] 圖2展示超聲波傳感器系統(tǒng)10的分解圖的實(shí)例，超聲波傳感器系統(tǒng)10包含壓板 40下面的超聲波發(fā)射器20和超聲波接收器30。超聲波發(fā)射器20可以是平面波產(chǎn)生器，其 包含基本上平面的壓電發(fā)射器層22?？梢愿鶕?jù)所施加的信號，通過向壓電層施加電壓以使 所述層膨脹或收縮而產(chǎn)生超聲波，由此產(chǎn)生平面波?？梢越?jīng)由第一發(fā)射器電極24和第二發(fā) 射器電極26向壓電發(fā)射器層22施加電壓。以此方式，可以通過改變層的厚度來形成超聲 波。這個超聲波穿過壓板40朝向手指（或其它有待檢測的對象）行進(jìn)?？梢苑瓷渌霾?的未被有待檢測的對象吸收的部分，以便往回穿過壓板40且被超聲波接收器30接收。第 一和第二發(fā)射器電極24和26可以是金屬化電極，例如，涂布壓電發(fā)射器層22的相對側(cè)面 的金屬層。
[0037] 超聲波接收器30可以包含安置在襯底34上的像素電路陣列32以及壓電接收器 層36,襯底34也可被稱為背板。在一些實(shí)施方案中，每一像素電路32可以包含一或多個 TFT元件，并且在一些實(shí)施方案中，還可以包含一或多個額外電路元件，例如二極管、電容器 及其類似物。每一像素電路32可被配置成將接近像素電路的壓電接收器層36中產(chǎn)生的電 荷轉(zhuǎn)換成電信號。每一像素電路32可以包含像素輸入電極38,其將壓電接收器層36電親 合到像素電路32。在所說明的實(shí)施方案中，接收器偏置電極39安置在壓電接收器層36的 接近壓板40的一側(cè)上。接收器偏置電極39可以是金屬化電極，并且可以被接地或偏置，以 控制哪些信號被傳遞到TFT陣列。從壓板40的暴露（頂）表面反射的超聲波能量通過壓電 接收器層36轉(zhuǎn)換成局部化的電荷。這些局部化的電荷被像素輸入電極38收集，并且傳遞 到下伏像素電路32上。電荷通過像素電路32放大，然后被提供到控制電子器件，控制電子 器件處理經(jīng)過放大的信號。圖3A中展示了實(shí)例像素電路32的簡化示意圖，但是所屬領(lǐng)域 的技術(shù)人員將理解，可以設(shè)想對簡化示意圖中展示的實(shí)例像素電路32的許多變化和修改。
[0038] 控制電子器件50可以與第一發(fā)射器電極24和第二發(fā)射器電極26并且與接收器 偏置電極39和襯底34上的像素電路32電連接。控制電子器件50可以基本上如先前相對 于圖1A-1C所論述而操作。
[0039] 壓板40可以是可以聲學(xué)耦合到接收器的任何適當(dāng)材料，其實(shí)例包含塑料、陶瓷和 玻璃。在一些實(shí)施方案中，壓板40可以是蓋板，例如顯示器的玻璃蓋片或鏡頭玻璃。必要 時(shí)，可以通過相對厚（例如3mm和以上）的壓板執(zhí)行檢測和成像。
[0040] 可以根據(jù)多個實(shí)施方案采用的壓電材料的實(shí)例包含具有適當(dāng)聲學(xué)屬性的壓電聚 合物，例如聲學(xué)阻抗在大約2. 5MRayls與5MRayls之間。可以采用的壓電材料的具體實(shí)例 包含鐵電聚合物，例如聚偏二氟乙烯（PVDF)和聚偏二氟乙烯-三氟乙烯（PVDF-TrFE)共 聚物。PVDF共聚物的實(shí)例包含60 :40(摩爾百分比）的PVDF-TrFE、70:30的PVDF-TrFE、 80:20的PVDF-TrFE和90:10的PVDR-TrFE?？梢圆捎玫膲弘姴牧系钠渌鼘?shí)例包含聚偏二 氯乙烯（PVDC)均聚物和共聚物，聚四氟乙烯（PTFE)均聚物和共聚物以及溴化二異丙基銨 (DIPAB)〇
[0041 ] 壓電發(fā)射器層22和壓電接收器層36中的每一個的厚度可以選擇成適合于產(chǎn)生和 接收超聲波。在一個實(shí)例中，PVDF壓電發(fā)射器層22的厚度大概是28 μ m，并且PVDF-TrFE 接收器層36的厚度大概是12 μ m。超聲波的實(shí)例頻率在5MHz到30MHz的范圍內(nèi)，波長大約 是四分之一毫米或更小。
[0042] 圖IA到IC和2展示了超聲波傳感器系統(tǒng)中的超聲波發(fā)射器和接收器的實(shí)例布 置，而其它布置也是可能的。舉例來說，在一些實(shí)施方案中，超聲波發(fā)射器20可以在超聲波 接收器30上方，即，更接近檢測對象。在一些實(shí)施方案中，超聲波傳感器系統(tǒng)可以包含聲學(xué) 延遲層。舉例來說，聲學(xué)延遲層可以并入到超聲波傳感器系統(tǒng)10中，在超聲波發(fā)射器20與 超聲波接收器30之間?？墒褂寐晫W(xué)延遲層來調(diào)整超聲波脈沖時(shí)序，并且同時(shí)將超聲波接收 器30與超聲波發(fā)射器20電絕緣。延遲層可以具有基本上均勻的厚度，用于延遲層的材料 和/或延遲層的厚度選擇成提供反射的超聲波能量到達(dá)超聲波接收器30的時(shí)間的期望延 遲。通過這種做法，可以使通過被對象反射而承載關(guān)于所述對象的信息的能量脈沖在從超 聲波傳感器系統(tǒng)10的其它部分反射的能量不大可能到達(dá)超聲波接收器30的時(shí)間范圍期間 到達(dá)超聲波接收器30。在一些實(shí)施方案中，TFT襯底34和/或壓板40可以充當(dāng)聲學(xué)延遲 層。
[0043] 圖3A描繪超聲波接收器的像素的4X4像素陣列。每一像素可以例如與壓電式傳 感器材料的局部區(qū)域、峰值檢測二極管和讀出晶體管相關(guān)聯(lián)；許多或所有這些元件可以形 成于背板上或形成于背板中以形成像素電路。實(shí)際上，每一像素的壓電式傳感器材料的局 部區(qū)域可以將接收到的超聲波能量變換成電荷。峰值檢測二極管可以寄存壓電式傳感器材 料的局部區(qū)域檢測到的最大電荷量。接著可以掃描每一行像素陣列，例如，通過行選擇機(jī) 構(gòu)、柵極驅(qū)動器或移位寄存器，并且可以觸發(fā)每一列的讀出晶體管以允許通過另外的電路 (例如多路復(fù)用器和A/D轉(zhuǎn)換器）來讀取每一像素的峰值電荷量值。像素電路可以包含一 或多個TFT以允許對像素進(jìn)行選通、尋址和復(fù)位。
[0044] 每一像素電路32可以提供關(guān)于超聲波傳感器系統(tǒng)10檢測到的對象的一小部分的 信息。雖然，為圖示方便起見，圖3A中展示的實(shí)例具有相對粗略的分辨率，但是具有每英寸 約500像素或更高分辨率的超聲波傳感器系統(tǒng)配置有分層結(jié)構(gòu)，其大體類似于本發(fā)明人已 闡釋的圖2中所展示的結(jié)構(gòu)。超聲波傳感器系統(tǒng)10的檢測區(qū)域可以根據(jù)既定檢測對象選 擇。舉例來說，檢測區(qū)域可以在一根手指5mmX 5mm到四根手指3英寸X 3英寸的范圍內(nèi)變 動。對于對象合適的話，也可以使用更小和更大的區(qū)域。
[0045] 圖3B展示超聲波傳感器系統(tǒng)的高級框圖的實(shí)例。所展示的許多元件可以形成控 制電子器件50的一部分（參見圖2)。傳感器控制器可以包含控制單元，其被配置成控制傳 感器系統(tǒng)的各種方面，例如，超聲波發(fā)射器時(shí)序和激勵波形，超聲波接收器和像素電路的偏 置，像素尋址，信號過濾和轉(zhuǎn)換，讀出幀率，等等。傳感器控制器還可包含數(shù)據(jù)處理器，其從 超聲波傳感器電路像素陣列接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理器可以將數(shù)字化數(shù)據(jù)翻譯成指紋的圖像數(shù) 據(jù)，或者將數(shù)據(jù)格式化以供進(jìn)一步處理。在一些實(shí)施例中，將數(shù)字化數(shù)據(jù)翻譯成手指之外的 一或多個對象的圖像數(shù)據(jù)，或者用