相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)案主張2013年6月3日提交的名稱為“帶有涂布的壓電層的超聲波接收器(ULTRASONICRECEIVERWITHCOATEDPIEZOELECTRICLAYER)”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/830,572號(hào)(代理人案號(hào)QUALP198P/133120P1)，以及2014年2月7日提交的名稱為“帶有涂布的壓電層的超聲波接收器(ULTRASONICRECEIVERWITHCOATEDPIEZOELECTRICLAYER)”的美國專利申請(qǐng)案第14/175,876號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其中的每一份專利以引用的方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體上涉及超聲波接收器。

背景技術(shù)

在超聲波傳感器系統(tǒng)中，可以使用超聲波發(fā)射器通過超聲波透射介質(zhì)朝向有待檢測的對(duì)象發(fā)送超聲波。發(fā)射器可以操作性地與超聲波傳感器耦合，超聲波傳感器被配置成檢測從對(duì)象反射的超聲波部分。舉例來說，在超聲波指紋成像器中，可以通過在非常短的時(shí)間間隔期間開始和停止發(fā)射器，而產(chǎn)生超聲波脈沖。在超聲波脈沖遇到的每一材料界面處，反射超聲波脈沖的一部分。

舉例來說，在超聲波指紋成像器的上下文中，超聲波可以穿過一個(gè)上面放置著人的手指的壓板，以獲得指紋圖像。在穿過壓板之后，超聲波的一些部分遇到與壓板接觸的皮膚，例如，指紋脊線，而超聲波的其它部分遇到空氣，例如指紋的鄰近脊線之間的谷線，并且可以用不同的強(qiáng)度朝向超聲波傳感器反射回去。與手指相關(guān)聯(lián)的反射信號(hào)可以經(jīng)處理并且轉(zhuǎn)換成表示反射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度的數(shù)字值。當(dāng)在分布式區(qū)域上收集多個(gè)此類反射信號(hào)時(shí)，可以使用此類信號(hào)的數(shù)字值來產(chǎn)生所述分布式區(qū)域上的信號(hào)強(qiáng)度的圖形顯示，舉例來說通過將數(shù)字值轉(zhuǎn)換成圖像，由此產(chǎn)生指紋的圖像。因此，超聲波傳感器系統(tǒng)可以用作指紋成像器或其它類型的生物計(jì)量掃描儀。在一些實(shí)施方案中，所檢測到的信號(hào)強(qiáng)度可以映射成手指的等高線圖，其表示脊線結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的深度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的系統(tǒng)、方法及裝置各自具有若干創(chuàng)新方面，其中沒有單個(gè)方面單獨(dú)負(fù)責(zé)本文所揭示的合乎需要的屬性。

本發(fā)明中描述的主題的一個(gè)新穎方面可以在包含超聲波接收器的設(shè)備中實(shí)施，所述超聲波接收器用于檢測在超聲波接收器的第一表面接收到的超聲波能量。所述超聲波接收器包含安置在襯底上的像素電路陣列，所述陣列中的每一像素電路包含至少一個(gè)薄膜晶體管(TFT)元件并且具有電耦合到所述像素電路的像素輸入電極。通過形成壓電層以便與所述像素輸入電極電接觸而制造所述超聲波接收器。形成所述壓電層包含將含有聚合物的溶液涂布到所述像素電路陣列上，使所述聚合物結(jié)晶以形成結(jié)晶聚合物層，以及使所述結(jié)晶聚合物層成極。

在一個(gè)實(shí)施方案中，所述像素輸入電極可以由導(dǎo)電薄膜形成。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，形成所述壓電層可以包含將助粘劑涂布到像素電路陣列上。

在另一實(shí)施方案中，可以通過旋涂、槽縫式涂布、浸漬、施配、噴射或另一涂布工藝執(zhí)行涂布含有聚合物的溶液。

在又一實(shí)施方案中，所述聚合物可以包含鐵電聚合物。所述聚合物可以具有特性居里溫度和熔點(diǎn)，并且使聚合物結(jié)晶可以包含在居里溫度與熔點(diǎn)之間的溫度下焙烤所述聚合物至少一個(gè)小時(shí)。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以在成極之前施加導(dǎo)電材料以將像素電路的端子電短路到接地。所述導(dǎo)電材料可以是導(dǎo)電橡膠或?qū)щ娔?/p>

在另一實(shí)施方案中，所述設(shè)備可以包含沉積在壓電層上的接收器偏置電極。所述接收器偏置電極可以包含第一銅子層和第二鎳子層。所述第一子層可為約150埃厚，并且所述第二鎳子層可為約850埃厚。

在一個(gè)實(shí)施方案中，一種用于制造被配置成檢測在超聲波接收器的第一表面接收到的超聲波能量的超聲波接收器的方法包含：形成壓電層以便與像素輸入電極電接觸，其中所述超聲波接收器包含安置在襯底上的像素電路陣列，所述陣列中的每一像素電路包含至少一個(gè)薄膜晶體管(TFT)元件并且具有電耦合到像素電路的像素輸入電極。形成所述壓電層包含將含有聚合物的溶液涂布到所述像素電路陣列上，使所述聚合物結(jié)晶以形成結(jié)晶聚合物層，以及使所述結(jié)晶聚合物層成極。成極可以包含通過聚合物層施加具有每微米150伏與200伏之間的場強(qiáng)度的電場。

在一個(gè)實(shí)施方案中，一種設(shè)備包含超聲波發(fā)射器、壓板和安置在超聲波發(fā)射器與壓板之間的超聲波接收器，所述超聲波接收器包含安置在襯底上的像素電路陣列，所述陣列中的每一像素電路包含薄膜晶體管(TFT)元件并且具有電耦合到像素電路的像素輸入電極，所述超聲波接收器被配置成檢測從接觸壓板的對(duì)象反射的超聲波能量，所述反射的超聲波能量是由超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波能量與對(duì)象的相互相用產(chǎn)生的，所述超聲波接收器包含安置在像素電路陣列與壓板之間的壓電層。所述壓電層與所述像素輸入電極電接觸。所述壓電層是通過以下操作形成的：將含有聚合物的溶液涂布到所述像素電路陣列上，使所述聚合物結(jié)晶以形成結(jié)晶聚合物層，以及使所述結(jié)晶聚合物層成極。

在一個(gè)實(shí)施方案中，一種設(shè)備包含用于檢測在超聲波傳感器的第一表面接收到的超聲波能量的超聲波接收器。所述超聲波傳感器包含安置在襯底上的像素電路陣列，所述陣列中的每一像素電路包含至少一個(gè)薄膜晶體管(TFT)元件并且具有電耦合到所述像素電路的像素輸入電極，以及與所述像素輸入電極電接觸的壓電層。所述壓電層包含成極的結(jié)晶聚合物層。

在附圖及下文描述中闡述本說明書中描述的主題的一或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將從所述描述、圖式和權(quán)利要求書而變得顯而易見。應(yīng)注意，以下各圖的相對(duì)尺寸可能未按比例繪制。

附圖說明

在附圖及以下描述中闡述本說明書中描述的主題的一或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。其它特征、方面及優(yōu)點(diǎn)將從所述描述、圖式及權(quán)利要求書而變得顯而易見。應(yīng)注意，以下各圖的相對(duì)尺寸可能未按比例繪制。

各個(gè)圖式中的相同元件符號(hào)及名稱指示相同元件。

圖1A-1C展示超聲波傳感器系統(tǒng)的示意圖的實(shí)例。

圖2展示超聲波傳感器系統(tǒng)的分解圖的實(shí)例。

圖3A展示超聲波傳感器的像素的4×4像素陣列的實(shí)例。

圖3B展示超聲波傳感器系統(tǒng)的高級(jí)框圖的實(shí)例。

圖4展示根據(jù)一實(shí)施方案的超聲波傳感器系統(tǒng)的實(shí)例的幾個(gè)視圖。

圖5展示根據(jù)一實(shí)施方案的制造超聲波接收器的工藝流程的實(shí)例。

圖6圖解說明助粘劑涂覆工藝的實(shí)例實(shí)施方案。

圖7圖解說明涂布和結(jié)晶工藝的實(shí)例實(shí)施方案。

圖8圖解說明成極工藝的實(shí)例實(shí)施方案。

圖9圖解說明金屬化工藝的實(shí)例實(shí)施方案。

各個(gè)圖式中的相同元件符號(hào)及名稱指示相同元件。

具體實(shí)施方式

以下描述是針對(duì)出于描述本發(fā)明的新穎方面的目的的某些實(shí)施方案。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到，可以許多不同方式應(yīng)用本文中的教示。所述描述的實(shí)施方案可以實(shí)施在任何用于超聲波感測的裝置、設(shè)備或系統(tǒng)中。此外，預(yù)期所描述實(shí)施方案可包含在例如(但不限于)以下各者等多種電子裝置中或與所述多種電子裝置相關(guān)聯(lián)：移動(dòng)電話、具多媒體因特網(wǎng)功能的蜂窩式電話、移動(dòng)電視接收器、無線裝置、智能電話、裝置、個(gè)人數(shù)據(jù)助理(PDA)、無線電子郵件接收器、手持式或便攜式計(jì)算機(jī)、上網(wǎng)本、筆記本計(jì)算機(jī)、智能筆記本計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描儀、傳真裝置、全球定位系統(tǒng)(GPS)接收器/導(dǎo)航儀、相機(jī)、數(shù)字媒體播放器(例如，MP3播放器)、攝錄影機(jī)、游戲控制臺(tái)、腕表、時(shí)鐘、計(jì)算器、電視監(jiān)視器、平板顯示器、電子閱讀裝置(例如，電子閱讀器)、計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、自動(dòng)顯示器(包含里程表及速度計(jì)顯示器等)，駕駛艙控制件及/或顯示器、相機(jī)視圖顯示器(例如，車輛中的后視相機(jī)的顯示器)、電子照片、電子廣告牌或標(biāo)志、投影儀、建筑結(jié)構(gòu)、微波、冰箱、立體聲系統(tǒng)、卡匣記錄器或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音機(jī)、便攜式存儲(chǔ)器芯片、洗滌器、干燥器、洗滌干燥器、停車計(jì)時(shí)器、封裝(例如，在包含微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)應(yīng)用的機(jī)電系統(tǒng)(EMS)應(yīng)用以及非EMS應(yīng)用中)、美學(xué)結(jié)構(gòu)(例如，關(guān)于一件珠寶或服裝的圖像的顯示)及多種EMS裝置。本文中的教示還可用于例如但不限于下面的應(yīng)用中：電子開關(guān)裝置、射頻濾波器、傳感器、加速計(jì)、陀螺儀、運(yùn)動(dòng)感測裝置、磁力計(jì)、用于消費(fèi)型電子裝置的慣性組件、消費(fèi)型電子產(chǎn)品的零件、變?nèi)萜?、液晶裝置、電泳裝置、驅(qū)動(dòng)方案、制造工藝及電子測試裝備。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。

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(dòng)機(jī)械致動(dòng)器電動(dòng)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(dòng)應(yīng)用的大面積指紋傳感器。通過避開電動(dòng)機(jī)械致動(dòng)器電動(dòng)機(jī)，可以減小指紋傳感器的大量成本和體積。

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?jí)弘姳∧?，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(duì)TFT襯底的敏感性元件造成損害的特定技術(shù)。

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(gè)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。

圖1A-1C展示超聲波傳感器系統(tǒng)的示意圖的實(shí)例。如圖1A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(duì)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(hào)，這些時(shí)序信號(hào)使得超聲波發(fā)射器20產(chǎn)生一或多個(gè)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(hào)。控制電子器件50可以使用從超聲波接收器30接收的輸出信號(hào)構(gòu)造對(duì)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(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行采樣以檢測對(duì)象25的移動(dòng)。

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(hào)，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。可以經(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(gè)超聲波穿過壓板40朝向手指(或其它有待檢測的對(duì)象)行進(jìn)。可以反射所述波的未被有待檢測的對(duì)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?jí)弘姲l(fā)射器層22的相對(duì)側(cè)面的金屬層。

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(gè)TFT元件，并且在一些實(shí)施方案中，還可以包含一或多個(gè)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(hào)。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電耦合到像素電路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(hào)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(hào)。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(duì)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。

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?？刂齐娮悠骷?0可以基本上如先前相對(duì)于圖1A-1C所論述而操作。

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(duì)厚(例如3mm和以上)的壓板執(zhí)行檢測和成像。

可以根據(jù)多個(gè)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)。

壓電發(fā)射器層22和壓電接收器層36中的每一個(gè)的厚度可以選擇成適合于產(chǎn)生和接收超聲波。在一個(gè)實(shí)例中，PVDF壓電發(fā)射器層22的厚度大概是28μm，并且PVDF-TrFE接收器層36的厚度大概是12μm。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。

圖1A到1C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(duì)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。可使用聲學(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(duì)象反射而承載關(guān)于所述對(duì)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。

圖3A描繪超聲波接收器的像素的4×4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(dòng)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(gè)TFT以允許對(duì)像素進(jìn)行選通、尋址和復(fù)位。

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(duì)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(duì)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(duì)象選擇。舉例來說，檢測區(qū)域可以在一根手指5mm×5mm到四根手指3英寸×3英寸的范圍內(nèi)變動(dòng)。對(duì)于對(duì)象合適的話，也可以使用更小和更大的區(qū)域。

圖3B展示超聲波傳感器系統(tǒng)的高級(jí)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(lì)波形，超聲波接收器和像素電路的偏置，像素尋址，信號(hào)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(gè)對(duì)象的圖像數(shù)據(jù)，或者用于獲得指紋之外的其它用途。舉例來說，可以獲得和/或處理手掌、耳朵、面部、無生命對(duì)象或一或多個(gè)其它對(duì)象的圖像。

舉例來說，控制單元可以用規(guī)則間隔向Tx驅(qū)動(dòng)器發(fā)送發(fā)射器(Tx)激勵(lì)信號(hào)，以便使Tx驅(qū)動(dòng)器激勵(lì)超聲波發(fā)射器并且產(chǎn)生平面超聲波。控制單元可以通過接收器(Rx)偏置驅(qū)動(dòng)器發(fā)送電平選擇輸入信號(hào)以便偏置接收器偏置電極，并且允許選通像素電路的聲學(xué)信號(hào)檢測。可以使用多路分用器打開和關(guān)閉柵極驅(qū)動(dòng)器，其使得傳感器像素電路的特定行或列提供輸出信號(hào)?？梢酝ㄟ^電荷放大器、例如RC濾波器或抗混疊濾波器的濾波器和數(shù)字化器將來自像素的輸出信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理器。應(yīng)注意，系統(tǒng)的一些部分可以包含在TFT背板上，并且其它部分可以包含于相關(guān)聯(lián)的集成電路中。

本文所述的一些實(shí)施方案涉及包含壓電層的超聲波接收器。圖4展示根據(jù)一實(shí)施方案的超聲波接收器的實(shí)例的幾個(gè)視圖。超聲波接收器430可被配置成檢測在接收器的近端(輸入)表面接收到的超聲波能量。接收器430可以包含安置在襯底434上的像素電路陣列432。在所說明的實(shí)施方案中，如“平面圖”中所示，接收器430具有矩形外觀造型；在其它實(shí)施方案中，可以設(shè)想正方形或橢圓形的外觀造型。在一個(gè)實(shí)施方案中，像素陣列可以配置成1500×1600像素陣列，并且傳感器的對(duì)應(yīng)橫向尺寸可以是大約3.0×3.2英寸。

像素電路陣列432可以安置在襯底434的頂表面上。每一像素電路432可以包含一或多個(gè)TFT元件，并且可以包含像素輸入電極438，像素輸入電極438與像素電路432的輸入端電接觸。像素輸入電極438可以包含透明導(dǎo)電薄膜，其例如由氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)制成。

在一個(gè)實(shí)施方案中，可以通過在像素電路陣列432和襯底434的頂表面上形成壓電層436來制造超聲波接收器430。如下文中將更詳細(xì)描述，可以通過如下方式形成壓電層436：將含有共聚物的溶液涂布到像素電路432上，使共聚物結(jié)晶以形成結(jié)晶共聚物層，并且使所得的結(jié)晶共聚物層成極以形成壓電層436。

應(yīng)了解，為了說明的清楚起見，已經(jīng)省略了通常存在的超聲波接收器430的某些特征。舉例來說，已經(jīng)省略了接收器偏置電極(例如沉積或以其它方式附著到壓電層436的頂表面401上的導(dǎo)電層)，以及像素電路432的細(xì)節(jié)。

圖5展示根據(jù)一實(shí)施方案的制造超聲波接收器的工藝流程的實(shí)例。工藝500可以在框501處開始，其中將含有共聚物的溶液涂布到像素電路陣列(例如，像素電路陣列432)上。應(yīng)了解，可以通過旋涂、槽縫式涂布、浸漬、施配、噴射或任何其他合適的涂布工藝來施加涂布。如下文中更詳細(xì)描述的，涂布工藝可以包含將助粘劑涂覆到像素電路陣列，或者在涂布工藝前面可以將助粘劑涂覆到像素電路陣列。此外，涂布工藝可以包含干燥工藝，或者在涂布工藝之后可以是干燥工藝。在一些實(shí)施方案中，涂布工藝可以包含將含有共聚物的溶液涂布到TFT背板上。

在框502處，共聚物可以結(jié)晶。如下文中更詳細(xì)描述的，結(jié)晶工藝可以包含焙烤程序。舉例來說，在一些實(shí)施方案中，像素電路陣列432和襯底438在涂布上共聚物之后，升高到高于共聚物居里溫度但是低于共聚物熔點(diǎn)的一個(gè)溫度。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，當(dāng)共聚物保持在此溫度足夠時(shí)長時(shí)，共聚物將發(fā)生結(jié)晶。

在框503處，結(jié)晶共聚物可以極化，以便形成壓電層。如下文中更詳細(xì)描述的，成極工藝可以包含跨越材料施加強(qiáng)電場，以便使共聚物的偶極以期望取向?qū)?zhǔn)。電場的期望強(qiáng)度可以隨結(jié)晶共聚物涂層的厚度變化。舉例來說，在一些實(shí)施方案中，已發(fā)現(xiàn)，每微米涂布厚度大約150-200伏的電場強(qiáng)度能有效地形成壓電層。

在框504處，可以任選地將壓電層的表面金屬化以便形成接收器偏置電極。如下文中更詳細(xì)描述的，接收器偏置電極可以包含金屬化層，例如第一銅子層，第一銅子層上沉積著第二鎳子層。替代地，銀墨層可以安置在壓電層的表面上。

為了便于更好地理解本發(fā)明所揭示的技術(shù)的某些益處和特征，將描述特定制造工藝的一些實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。應(yīng)了解，所揭示的具體實(shí)施方案是實(shí)例，并且對(duì)這些具體實(shí)施方案的許多可能的變化和修改在本發(fā)明的預(yù)期內(nèi)。

圖6圖解說明可以在工藝501之前或者包含于工藝501中的用于將共聚物涂布到像素電路陣列和襯底上的助粘劑涂覆工藝的實(shí)例實(shí)施方案?？紤]到例如本發(fā)明設(shè)想的許多共聚物的氟化化合物的粘合特性非常不良，助粘劑涂覆工藝600可能是可取的。包含像素電路陣列和襯底的組合件601可以借助于焙烤操作602進(jìn)入工藝600?？梢詧?zhí)行焙烤操作602以幫助確保先前處理未留下可能會(huì)在涂布操作605中妨礙良好結(jié)果的油或濕氣?？梢栽诓糠只蚧旧贤耆恼婵障聢?zhí)行焙烤操作602。

在焙烤操作602之后，可以執(zhí)行涂布操作605。涂布操作605可以使得助粘劑603被涂覆到組合件601的所選表面。在一些實(shí)施方案中，助粘劑603可以是甲醇604中的硅烷或六甲基二硅氮烷(HMDS)溶液。舉例來說，已發(fā)現(xiàn)0.25％的HMDS溶液能有效地增加組合件601和共聚物的表面之間的結(jié)合強(qiáng)度。可以通過旋涂或其它手段涂覆助粘劑603。

在涂布操作605之后，工藝600可以繼續(xù)執(zhí)行干燥操作606，以便使甲醇604蒸發(fā)，并且以其它方式準(zhǔn)備組合件601以便執(zhí)行后續(xù)工藝。在一些實(shí)施方案中，水是助粘劑的固化劑，并且可以在潮濕環(huán)境中執(zhí)行干燥操作，例如在高于60％的相對(duì)濕度下。

圖7圖解說明涂布和結(jié)晶工藝的實(shí)例實(shí)施方案。舉例來說，可以結(jié)合或者替代涂布工藝501和結(jié)晶工藝502執(zhí)行工藝700。在涂布操作701期間，將共聚物層涂覆到組合件601。共聚物可以包含大約80-20、70-30或90-10的摩爾百分比的PVDF-TrFE。

在涂布操作701之后，可以對(duì)共聚物涂層的厚度執(zhí)行測量。舉例來說，涂布操作701沉積的子層的厚度可以例如是3μm-4μm，而可能期望的總涂布厚度大約是10μm-12μm。因此，結(jié)晶工藝700預(yù)期在決策框702處作出的確定將使得涂布操作701重復(fù)一或多次。在沉積每一子層之間，可以執(zhí)行部分結(jié)晶操作703。部分結(jié)晶操作703可以包含將組合件601的溫度升高到高于共聚物的居里溫度但是低于共聚物的熔點(diǎn)的一個(gè)溫度。在一些實(shí)施方案中，共聚物的居里溫度可以是135℃，并且熔點(diǎn)可以是150℃。因此，在實(shí)例工藝中，組合件601可以在足以實(shí)現(xiàn)部分而不是完整結(jié)晶的時(shí)間段中保持在135℃的溫度下。合意的是，部分結(jié)晶使得涂布操作701沉積的先前子層在后續(xù)涂布操作701期間相對(duì)不可溶解。應(yīng)了解，用于部分結(jié)晶的足夠時(shí)間段將尤其取決于共聚物的組合物。在一些實(shí)施方案中，例如，針對(duì)70-30的摩爾百分比，已發(fā)現(xiàn)三十分鐘就夠了，而針對(duì)80-20的摩爾百分比，可能一小時(shí)是優(yōu)選的。

當(dāng)在決策框702處確定已獲得期望的總涂布厚度時(shí)，工藝700可以繼續(xù)到框704，并且完成共聚物的結(jié)晶，方法是通過將組合件601的溫度升高到高于共聚物的居里溫度但是低于共聚物的熔點(diǎn)的一個(gè)溫度，保持的時(shí)間段足以允許結(jié)晶到達(dá)共聚物能夠變成壓電材料的一個(gè)點(diǎn)。操作704可以完成共聚物從非晶形材料到結(jié)晶材料的變換，這個(gè)變換起始于框703處。操作704的細(xì)節(jié)可以取決于所使用的確切共聚物(舉例來說，PVDF與TrFE的摩爾比)。針對(duì)70-30共聚物，已發(fā)現(xiàn)135℃下保持3小時(shí)是有效的，而針對(duì)80-20共聚物，已發(fā)現(xiàn)135℃下保持12小時(shí)是有效的。

在一個(gè)實(shí)施方案中，操作704的結(jié)果是實(shí)現(xiàn)一種結(jié)晶狀態(tài)，使得平均晶體大小大于偶極域長度，并且小于將不能在電場中取向的大小。應(yīng)了解，可以使用例如差示掃描熱量測定在實(shí)驗(yàn)室里確定最佳時(shí)間和溫度條件，以便描繪溫度不斷升高(或降低)時(shí)，相位變化相對(duì)于時(shí)間的曲線圖。

圖8圖解說明可以應(yīng)用于共聚物以便形成壓電層的成極工藝800的實(shí)例實(shí)施方案。舉例來說，可以結(jié)合或者替代工藝503執(zhí)行工藝800。如上所述，成極工藝可以包含跨越材料施加強(qiáng)電場以便使共聚物的偶極在期望取向中對(duì)準(zhǔn)。為了保護(hù)可以包含多個(gè)電壓敏感組件(包含TFT)的像素電路陣列，成極工藝800可以包含保護(hù)電壓敏感組件的防護(hù)措施。舉例來說，可以施加導(dǎo)電材料801，以便使像素電路的輸入和輸出端子電短路到接地。舉例來說，導(dǎo)電材料801可以是導(dǎo)電橡膠或銀墨化合物。在一些實(shí)施方案中，導(dǎo)電材料可以大概與像素電路陣列432共面，并且在像素電路陣列432周圍沿圓周延伸。舉例來說，在框802處，可以提供導(dǎo)電橡膠或銀墨的護(hù)圈和/或短路棒。

在框803處，執(zhí)行成極操作。在一些實(shí)施方案中，在干燥的部分真空中使用針陣列和銅網(wǎng)施加每微米涂布厚度大約150-200伏的場強(qiáng)度。在成極之后，可以去除護(hù)圈和/或短路棒。舉例來說，可以通過施加例如異丙醇或其它特定反應(yīng)劑的反應(yīng)劑來去除銀墨化合物，銀墨可以在這些反應(yīng)劑中溶解。在利用護(hù)圈的一些實(shí)施例中，在切割工藝期間去除護(hù)圈，舉例來說通過在切割TFT玻璃時(shí)切掉護(hù)圈。

圖9圖解說明金屬化工藝900的實(shí)例實(shí)施方案，其可以應(yīng)用于壓電層以便形成接收器偏置電極。舉例來說，可以結(jié)合或者替代工藝504執(zhí)行工藝900。在框901處，可以執(zhí)行遮蔽操作以防在不當(dāng)?shù)膮^(qū)域中發(fā)生金屬化。舉例來說，壓電層的活性區(qū)域可以在框903處金屬化，方法是通過穿過蔽蔭掩模沉積濺鍍金屬902，所述蔽蔭掩模遮擋像素電路陣列和/或襯底的一些部分以避免在遮擋的部分上沉積金屬。所得的接收器偏置電極可以包含第一銅子層，在所述第一銅子層上沉積著第二鎳子層。在一些實(shí)施方案中，所述銅子層的厚度可為大約而所述鎳子層的厚度可為大約在其它實(shí)施方案中，銅/鎳、鋁、鈦、鉻/鎳、鉻/鉬和金的一或多個(gè)子層以各種厚度組合。

本發(fā)明中描述的制造方法的一或多個(gè)操作可以在包含一或多個(gè)臺(tái)或模塊以及一個(gè)控制器的設(shè)備中實(shí)施，所述臺(tái)或模塊用于放置一或多個(gè)組件、將兩個(gè)或更多個(gè)組件結(jié)合在一起、制備和涂覆涂層、和/或施配導(dǎo)電墨水或環(huán)氧樹脂，所述控制器包含用于進(jìn)行所述制造方法的程序指令。在一些實(shí)施方案中，控制器可以包含一或多個(gè)存儲(chǔ)器裝置和一或多個(gè)處理器，所述一或多個(gè)處理器被配置成執(zhí)行程序指令，使得所述設(shè)備可以執(zhí)行根據(jù)所揭示的實(shí)施方案的方法。所述處理器可以包含中央處理單元(CPU)或計(jì)算機(jī)、模擬和/或數(shù)字輸入/輸出連接、電機(jī)控制板和其它類似組件。用于實(shí)施適當(dāng)過程操作的程序指令可以在處理器上執(zhí)行或通過處理器執(zhí)行。這些程序指令可以存儲(chǔ)在與控制器相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器裝置或其它機(jī)器可讀媒體上，或者可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)提供程序指令。

在一些實(shí)施方案中，控制器可以控制設(shè)備的操作的全部、大部分或子組。舉例來說，控制器可以控制與施配導(dǎo)電墨水或?qū)訅赫澈蟿┫嚓P(guān)聯(lián)的全部或大部分操作?？刂破骺梢詧?zhí)行系統(tǒng)控制軟件，包含用于控制方法操作的時(shí)序、壓力等級(jí)、溫度等級(jí)和相對(duì)于圖5到9進(jìn)一步描述的特定制造過程的其它參數(shù)的指令集。在一些實(shí)施方案中，可以采用存儲(chǔ)在與控制器相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器裝置上的其它計(jì)算機(jī)程序、腳本或例程。

在一些實(shí)施方案中，用戶接口可以與控制器相關(guān)聯(lián)。所述用戶接口可以包含顯示屏、用于顯示處理?xiàng)l件的圖形軟件和例如指向裝置、鍵盤、觸摸屏、麥克風(fēng)和其它類似組件的用戶輸入裝置。

在一些實(shí)施方案中，用于控制設(shè)備的操作的程序指令可以包含用比如(例如)匯編語言、C、C++、Pascal、FORTRAN或其它語言的任何常規(guī)計(jì)算機(jī)可讀編程語言編寫的計(jì)算機(jī)程序代碼?？梢酝ㄟ^控制器的處理器執(zhí)行編譯的目標(biāo)代碼或腳本以執(zhí)行程序指令中識(shí)別的任務(wù)。

在一些實(shí)施方案中，可以通過控制器的模擬和/或數(shù)字輸入連接來提供用于監(jiān)視制造過程的信號(hào)?？梢栽诳刂破鞯哪M和/或數(shù)字輸出連接上輸出用于控制制造過程的信號(hào)。

結(jié)合本文揭示的實(shí)施方案所描述的各種說明性邏輯、邏輯塊、模塊、電路及算法步驟可實(shí)施為電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或兩者的組合。硬件與軟件的互換性已大體在功能性方面加以描述，且在上文所描述的各種說明性組件、塊、模塊、電路和步驟中加以說明。此類功能性是實(shí)施為硬件還是軟件取決于特定應(yīng)用及強(qiáng)加于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)約束。

結(jié)合本文中所揭示的方面描述的用以實(shí)施各種說明性邏輯、邏輯塊、模塊和電路的硬件和數(shù)據(jù)處理設(shè)備可通過以下各者來實(shí)施或執(zhí)行：通用單芯片或多芯片處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯、離散硬件組件，或其經(jīng)設(shè)計(jì)以執(zhí)行本文中所描述的功能的任何組合。通用處理器可為微處理器或任何常規(guī)處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機(jī)。處理器還可實(shí)施為計(jì)算裝置的組合，例如，DSP與微處理器的組合、多個(gè)微處理器的組合、一或多個(gè)微處理器與DSP核心的聯(lián)合，或任何其它此類配置。在一些實(shí)施方案中，可通過給定功能所特定的電路來執(zhí)行特定步驟及方法。

在一或多個(gè)方面中，可以用硬件、數(shù)字電子電路、計(jì)算機(jī)軟件、固件(包含本說明書中所揭示的結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)等效物)或以其任何組合來實(shí)施所描述的功能。本說明書中所描述的主題的實(shí)施方案還可實(shí)施為編碼在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)媒體上以用于供設(shè)備執(zhí)行或控制設(shè)備的操作的一或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序，即，計(jì)算機(jī)程序指令的一或多個(gè)模塊。

如果用軟件實(shí)施，則可將功能作為一或多個(gè)指令或代碼存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀媒體上或經(jīng)由計(jì)算機(jī)可讀媒體傳輸。本文揭示的方法或算法的步驟可在可駐留于計(jì)算機(jī)可讀媒體上的處理器可執(zhí)行軟件模塊中實(shí)施。計(jì)算機(jī)可讀媒體包含計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)媒體和通信媒體兩者，通信媒體包含可使得能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)程序從一處傳送到另一處的任何媒體。存儲(chǔ)媒體可以是可通過計(jì)算機(jī)存取的任何可用媒體。以實(shí)例說明而非限制，此些計(jì)算機(jī)可讀媒體可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盤存儲(chǔ)裝置、磁盤存儲(chǔ)裝置或其它磁性存儲(chǔ)裝置，或可用于以指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式存儲(chǔ)所期望的程序代碼且可由計(jì)算機(jī)存取的任何其它媒體。而且，可將任何連接適當(dāng)?shù)胤Q為計(jì)算機(jī)可讀媒體。如本文中所使用，磁盤和光盤包含壓縮光盤(CD)、激光光盤、光學(xué)光盤、數(shù)字多功能光盤(DVD)、軟磁盤和藍(lán)光光盤，其中磁盤通常以磁性方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而光盤用激光以光學(xué)方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)。上述各者的組合也可包含在計(jì)算機(jī)可讀媒體的范圍內(nèi)。另外，方法或算法的操作可作為代碼及指令中的任一者或任何組合或集合駐留于可并入到計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中的機(jī)器可讀媒體或計(jì)算機(jī)可讀媒體上。

因此，已揭示了具有涂布有高分子壓電層的像素電路陣列的超聲波接收器。雖然本文描述了各種實(shí)施例，但應(yīng)了解，這些實(shí)施例只是舉例提出的，并不是作為限制。因而，應(yīng)理解，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠設(shè)計(jì)大量系統(tǒng)和方法，其雖然在本文中并未明確示出或描述，但是體現(xiàn)了本發(fā)明的所述原理，因而在隨附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。

如本文所使用，提到一列項(xiàng)目“中的至少一者”的短語是指那些項(xiàng)目的任何組合，包含單個(gè)成員。作為實(shí)例，“以下各項(xiàng)中的至少一者：a、b或c”意圖涵蓋：a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c。

對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言本發(fā)明中所描述的實(shí)施方案的各種修改可以是顯而易見的，并且在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，本文中所定義的一般原理可適用于其它實(shí)施方案。因此，權(quán)利要求書并不希望限于本文中所展示的實(shí)施方案，而被賦予與本文中所揭示的揭示內(nèi)容、原理及新穎特征相一致的最廣泛范圍。另外，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于了解，有時(shí)為了易于描述各圖而使用術(shù)語“上部”及“下部”，并且所述術(shù)語指示對(duì)應(yīng)于在適當(dāng)取向的頁面上的圖的取向的相對(duì)位置，并且可能并不反映如所實(shí)施的組件的適當(dāng)取向。

在本說明書中在單獨(dú)實(shí)施方案的上下文中描述的某些特征還可在單個(gè)實(shí)施方案中組合地實(shí)施。相反，在單個(gè)實(shí)施方案的上下文中描述的各種特征還可分開來在多個(gè)實(shí)施方案中實(shí)施或以任何合適的子組合來實(shí)施。此外，盡管上文可將特征描述為以某些組合起作用且甚至最初如此主張，但在一些情況下，可將來自所主張的組合的一或多個(gè)特征從組合中刪除，且所主張的組合可針對(duì)子組合或子組合的變化。

類似地，雖然在圖式中按特定次序描繪操作，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到，此類操作不需要按所展示的特定次序或按順序次序執(zhí)行，或應(yīng)執(zhí)行所有所說明的操作以實(shí)現(xiàn)所要結(jié)果。另外，圖式可能以流程圖形式示意性地描繪一個(gè)以上實(shí)例過程。然而，可將未描繪的其它操作并入于經(jīng)示意性說明的實(shí)例過程中。舉例來說，可在任何所說明的操作之前、之后、同時(shí)地或之間執(zhí)行一或多個(gè)額外操作。在某些情況下，多重任務(wù)處理和并行處理可為有利的。此外，上文所描述的實(shí)施方案中的各種系統(tǒng)組件的分開不應(yīng)被理解為在所有實(shí)施方案中要求此分開，且應(yīng)理解，所描述的程序組件和系統(tǒng)一般可一起集成在單個(gè)軟件產(chǎn)品中或封裝到多個(gè)軟件產(chǎn)品中。另外，其它實(shí)施方案在隨附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。在一些情況下，權(quán)利要求書中所敘述的動(dòng)作可以不同次序來執(zhí)行且仍實(shí)現(xiàn)合乎需要的結(jié)果。