利用压电聚合物技术的音频扬声器和接近传感器的制作方法

利用压电聚合物技术的音频扬声器和接近传感器
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求题为“audio speaker and proximity sensor with piezoelectric polymer technology”并于2021年5月11日提交的美国专利申请第17/302714号的优先权，该申请通过引用整体结合于此并用于所有目的。本技术还要求题为“in-display speaker and gesture sensor with piezoelectric polymer technology”并于2020年5月29日提交的美国临时专利申请第62/704825号的优先权，该申请通过引用整体结合于此并用于所有目的。
技术领域
3.本公开总体上涉及移动设备中的传感器系统，更具体地，涉及使用可以充当音频扬声器和接近或手势传感器的压电聚合物材料的移动设备中的超声传感器系统。


背景技术：

4.许多移动设备包括用于向移动设备认证用户的传感器，诸如指纹传感器。例如，在超声传感器系统中，超声发射器可以用于向待检测对象发送超声波。在穿过人的手指可以放置在其上的压板(platen)之后，超声波的一些部分遇到与压板接触的皮肤，例如指纹纹线，而超声波的其他部分遇到空气。可以基于与人的手指相关联的反射信号来获得指纹图像。
5.移动设备的进步带来了柔性显示器、三维覆盖玻璃和无边框设计。因此，越来越多的移动设备具有有限的空间来整合如此多的不同组件。移动设备可以装配有许多组件，包括接近传感器、耳机扬声器、麦克风和用于认证用户的传感器。这些组件中的每一个都构成了进入移动设备的附加组件，并且需要额外的组装步骤。


技术实现要素：

6.本公开的设备、系统和方法各自具有几个方面，其中没有一个方面单独负责本文公开的期望属性。
7.本公开的主题的一个方面可以在移动设备中实施。该移动设备包括压板、位于压板下面的显示器、位于显示器下面的薄膜晶体管(tft)层、与tft层相邻并耦合到tft层的压电聚合物层、以及与压电聚合物层相邻并耦合到压电聚合物层的电极层，其中压电聚合物层位于电极层与tft层之间。压电聚合物层被配置为产生声波并在d33拉伸模式和d31弯曲模式下工作，其中d33拉伸模式在大约1mhz与大约100mhz之间的第一频率范围内工作以作为超声传感器，并且其中d31弯曲模式(1)在大约20khz与大约1mhz之间的第二频率范围内工作以充当接近传感器，或者(2)在大约20hz与大约20khz之间的第三频率范围内工作以充当音频扬声器或麦克风。
8.在一些实施方式中，移动设备还包括位于压电聚合物层与显示器之间的间隔层，其中间隔层包括塑料、金属或玻璃材料。在一些实施方式中，间隔层被配置为在一个或多个
频率范围内调节由压电聚合物层产生的声波的信号输出和/或移动由压电聚合物层产生的声波的峰值频率。在一些实施方式中，间隔层的厚度至少比压电聚合物层的厚度大两倍。在一些实施方式中，tft层的厚度至少比压板的厚度小两倍。在一些实施方式中，移动设备还包括位于tft层与显示器之间的刚性环氧树脂粘胶层。在一些实施方式中，移动设备还包括附着到压电聚合物层的一个或多个质量特征，其中一个或多个质量特征包括塑料、金属或玻璃材料。在一些实施方式中，压电聚合物层的主表面跨越显示器的多于大约50％。在一些实施方式中，移动设备还包括位于压电聚合物层下面的一个或多个附加压电聚合物层。
9.本公开中描述的主题的另一创新方面可以在移动设备中实施。该移动设备包括压板、位于压板下面的显示器、位于显示器下面的tft层、与tft层相邻并耦合到tft层的第一压电聚合物层、与第一压电聚合物层相邻并耦合到第一压电聚合物层的电极层、以及位于显示器下面的第二压电聚合物层，其中第一压电聚合物层位于电极层与tft层之间，其中tft层和第一压电聚合物层形成被配置为在d33拉伸模式下工作的超声传感器，其中第二压电聚合物层被配置为在d31弯曲模式下工作。
10.在一些实施方式中，d33拉伸模式被配置为在大约1mhz与大约100mhz之间的第一频率范围内工作，其中d31弯曲模式被配置为(1)在大约20khz与大约1mhz之间的第二频率范围内工作以充当接近传感器，或者(2)在大约20hz与大约20khz之间的第三频率范围内工作以充当音频扬声器。在一些实施方式中，第一压电聚合物层是被配置为在d33拉伸模式或d31弯曲模式下工作的压电聚合物接收器层，其中d31弯曲模式被配置为在大约20hz与大约20khz之间的频率范围内工作以充当麦克风。在一些实施方式中，第二压电聚合物层在显示器的与超声传感器所占据的区域分离的区域中机械耦合到显示器。在一些实施方式中，第二压电聚合物层机械耦合到超声传感器并位于超声传感器下面。在一些实施方式中，移动设备还包括第二压电聚合物层与显示器之间的间隔层，其中间隔层包括塑料、金属或玻璃材料。在一些实施方式中，第二压电聚合物层被配置为产生声波，并且间隔层被配置为在一个或多个频率范围内调节由第二压电聚合物层产生的声波的信号输出和/或移动由第二压电聚合物层产生的声波的峰值频率。在一些实施方式中，间隔层的厚度至少比第二压电聚合物层的厚度大两倍。在一些实施方式中，tft层的厚度至少比压板的厚度小两倍。在一些实施方式中，移动设备还包括位于tft层与显示器之间的刚性环氧树脂粘胶层。在一些实施方式中，第二压电聚合物层的主表面跨越显示器的多于大约50％。
附图说明
11.本说明书中描述的主题的一个或多个实施方式的细节在附图和以下描述中阐述。从描述、附图和权利要求中，其他特征、方面和优点将变得清晰。注意，下图的相对尺寸可能没有按比例绘制。
12.各个附图中相同的附图标记和名称指示相同的元素。
13.图1a示出了根据一些实施方式的示例超声感测系统的组件的框图表示。
14.图1b示出了包括图1a的超声感测系统的示例移动设备的组件的框图表示。
15.图1c示出了根据一些实施方式的示例移动设备的组件的框图表示，该示例移动设备包括超声传感器阵列、音频扬声器/麦克风和接近传感器阵列。
16.图2示出了根据一些实施方式的具有用于超声指纹成像的超声指纹传感器系统的
示例装置的截面示意图。
17.图3示出了根据一些实施方式的包括具有位于显示器下面的压电聚合物层的超声传感器系统的示例装置的截面示意图示，其中压电聚合物层被配置为在d33拉伸模式或d31弯曲模式下工作。
18.图4a示出了根据一些实施方式的包括具有位于显示器下面的第一压电聚合物层的超声传感器系统的示例装置的截面示意图示，其中该装置还包括集成在显示器下面与超声传感器系统分离的区域中的第二压电聚合物层。
19.图4b示出了根据一些实施方式的包括具有位于显示器下面的第一压电聚合物层的超声传感器系统的示例装置的截面示意图示，其中该装置还包括集成在与超声传感器系统相同的区域中的第二压电聚合物层。
20.图5a示出了根据一些实施方式的包括超声传感器系统的示例装置的截面示意图示，其中压电层位于显示器下面与超声传感器系统分离的区域中。
21.图5b示出了根据一些实施方式的包括超声传感器系统的示例装置的截面示意图示，其中压电层位于显示器下面与超声传感器系统相同的区域中。
22.图6示出了根据一些实施方式的跨越显示器的较大面积的压电聚合物层的示意图示。
23.图7a示出了根据一些实施方式的使得压电聚合物层以相同的极性驱动的多个压电聚合物层的单极布置的示意图示。
24.图7b示出了根据一些实施方式的使得交替的压电聚合物层以相反的极性驱动的多个压电聚合物层的双极布置的示意图示。
25.图8a示出了根据一些实施方式的具有使用柔性粘胶层附着的多个压电聚合物层的示例薄膜叠层(stack)的示意图示。
26.图8b示出了根据一些实施方式的具有使用刚性环氧树脂粘胶层附着的多个压电聚合物层的示例薄膜叠层的示意图示。
27.图9a示出了根据一些实施方式的具有位于压电聚合物层与刚性基板之间的由塑料制成的间隔层的示例薄膜叠层的示意图示。
28.图9b示出了根据一些实施方式的具有位于压电聚合物层与刚性基板之间的由不锈钢制成的间隔层的示例薄膜叠层的示意图示。
29.图10示出了根据一些实施方式的位于显示器下面并且具有附着到压电层背面的质量特征的压电层的截面示意图示。
30.图11a示出了根据一些实施方式的包括具有压电层和带有传感器像素阵列的tft层的薄膜叠层的示例装置的截面示意图示，该传感器像素阵列具有减小的尺寸。
31.图11b示出了根据一些实施方式的具有减小的尺寸的传感器像素阵列的tft层的俯视示意图示。
32.图12示出了根据一些实施方式的包括具有厚压电聚合物层和薄tft层的薄膜叠层的示例装置的截面示意图示。
33.图13a示出了图示针对具有标准尺寸的压电层的薄膜叠层的信号输出随频率变化的曲线图。
34.图13b示出了图示针对具有32个压电层的薄膜叠层的信号输出随频率变化的曲线
图。
35.图13c示出了图示针对具有10个压电层的薄膜叠层的信号输出随频率变化的曲线图。
36.图13d示出了图示针对具有32个压电层的薄膜叠层的信号输出随频率变化的曲线图，每个压电层比标准压电层长三倍。
37.图13e示出了图示针对具有32个压电层的薄膜叠层的信号输出随频率变化的曲线图，每个压电层比标准压电层长三倍并且比标准压电层宽五倍。
38.图14a示出了图示针对具有压电层但没有间隔层的薄膜叠层的信号输出随频率变化的曲线图。
39.图14b示出了图示针对具有压电层和间隔层的薄膜叠层的信号输出随频率变化的曲线图。
40.图15a示出了图示对使用由不同材料制成的间隔层的效果进行比较的信号输出随频率变化的曲线图。
41.图15b示出了图示对使用由不同材料制成的不同质量特征的效果进行比较的信号输出随频率变化的曲线图。
42.图16示出了超声指纹传感器系统的传感器像素的示例4
×
4像素阵列的示意图。
43.图17a-图17b示出了示例超声指纹传感器系统中的超声发射器和接收器的示例布置，而其他布置也是可能的。
具体实施方式
44.出于描述本公开的创新方面的目的，以下描述针对某些实施方式。然而，本领域普通技术人员将容易认识到，本文的教导可以以多种不同的方式应用。所描述的实施方式可以在包括显示器的任何设备、装置或系统中实施。此外，预期所描述的实施方式可以被包括在各种电子设备中或与各种电子设备相关联，这些电子设备诸如是但不限于：移动电话、支持多媒体互联网的蜂窝电话、移动电视接收器、无线设备、智能电话、智能卡、可穿戴设备(诸如手镯、臂带、腕带、戒指、头带和徽章等)、设备、个人数据助理(pda)、无线电子邮件接收器、手持式或便携式计算机、上网本、笔记本、智能本、平板电脑、打印机、复印机、扫描仪、传真设备，全球定位系统(gps)接收器/导航器、相机、数字媒体播放器(诸如mp3播放器)、摄像机、游戏控制台、腕表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、电子阅读设备(例如，电子阅读器)、移动健康设备、计算机监视器、汽车显示器(包括里程表和速度计显示器等)、驾驶舱控制和/或显示器、相机视图显示器(诸如车辆中的后视相机的显示器)、电子照片、电子广告牌或标志、投影仪、建筑结构、微波炉、冰箱、立体声系统、盒式录音机或播放器、dvd播放器、cd播放器、vcr、无线电设备、便携式存储器芯片、洗衣机、烘干机、洗衣机/烘干机、自动柜员机(atm)、停车计时器、封装(诸如在机电系统(ems)应用(包括微机电系统(mems)应用)以及非ems应用中的封装)、美学结构(诸如在一件珠宝或衣服上显示图像)以及各种ems设备。本文的教导也可以在各种应用中使用，所述应用诸如但不限于电子开关设备、射频滤波器、传感器、加速度计、陀螺仪、运动感测设备、磁力计、消费电子器件的惯性部件、消费电子器件的部件、变容二极管、液晶设备、电泳设备、驱动方案、制造工艺和电子测试设备。因此，该教导不旨在局限于仅在附图中描绘的实施方式，而是具有广泛的适用性，
如将对于本领域普通技术人员容易清晰的。
45.许多电子设备正在朝着柔性显示器、更小或更薄的显示器、三维覆盖玻璃(cover glass)和无边框设计的方向发展。同时，更多的组件被添加到这样的设备中，或者在设备中占据更多的空间(real estate)。这些组件中的一些可能很重、很大和/或很贵。这些部件通常需要附加的组装步骤。显示设备中的组件的示例可以包括超声传感器系统、音频扬声器或麦克风、以及接近或手势传感器系统。移除这些组件或将这些组件集成到同一硬件中可以减少组装步骤，并在显示设备中提供增多的功能和空间。
46.典型地，音频扬声器是在存在磁场的情况下使电流穿过线圈的电动扬声器。引力和斥力被用于移动扬声器锥体，从而在空气中产生扰动。压电材料可以充当音频扬声器，因为施加到压电材料的电场可以导致压电材料改变形状，从而导致空气中的扰动并产生声音。压电音频扬声器是一种值得考虑的对电动扬声器的替代品，因为它们通常更薄、更轻且消耗更少功率。然而，压电音频扬声器一般比电动扬声器产生更小的声压和更差的声音质量。
47.接近或手势检测传感器可以在显示设备中实施。一般，接近或手势检测传感器可以是电容式、电感式、磁性或光学传感器，以及其他类型。压电材料可以产生被对象反射的声波以用于对象检测。有效的对象检测可能取决于声波属性和接收器的灵敏度。
48.本公开的装置将移动设备中的超声传感器系统与音频扬声器/麦克风系统和接近感测系统之一或两者集成在一起。超声传感器系统包括耦合到电极层的压电聚合物层。相应地，移动设备与用于使用超声指纹技术认证用户的现有电路相结合。然而，这些系统可以用超声传感器系统的现有硬件来实施，而不是为扬声器/麦克风系统和接近传感器系统增加附加的电路和硬件。压电聚合物层可以被配置为在d33拉伸模式或d31弯曲模式下工作，使得压电聚合物层可以被电气驱动，以在d33拉伸模式下在用于超声感测的兆赫(mhz)范围内工作，并且还在d31弯曲模式下在用于接近感测的子兆赫范围内工作，或者在d31弯曲模式下在子千赫(khz)至千赫(khz)范围内工作以作为音频扬声器/麦克风。替代地，附加压电聚合物层可以被形成为与超声传感器系统相邻或位于超声传感器系统下面，其中附加压电聚合物层可以被配置为在d31弯曲模式下工作，使得附加压电聚合物层可以被电气驱动，以在用于接近感测的子兆赫范围内工作，或者在子千赫至千赫范围内工作以作为音频扬声器/麦克风。正如超声传感器系统可以被提供“在显示器下面”或“在显示器中”以使得可以在移动设备的显示区域中执行指纹扫描，扬声器/麦克风系统和/或接近传感器系统可以被提供“在显示器下面”或“在显示器中”。
49.通常而言，压电材料(尤其是压电聚合物材料)传输低声压以用于扬声器声音和接近感测。返回信号还需要通过高阻抗介质传播以用于麦克风声音和接近感测。因此，典型地，用于超声传感器系统的压电材料在声音质量和接近检测方面存在不足。与压电聚合物相比，压电陶瓷可以在声压和质量方面提供改善，但是与现有技术相比，现有的压电陶瓷在声压和质量方面相对较差。压电聚合物甚至更糟，但是比压电陶瓷更便宜且更柔韧。
50.可以通过使用一种或多种方法来改善声音输出或接收器灵敏度。这些改善可以在压电层中实施，该压电层集成在超声传感器薄膜叠层中，与超声传感器薄膜叠层相邻，或者在超声传感器薄膜叠层下面或附着到超声传感器薄膜叠层。在一些实施方式中，压电层可以跨越大的面积。在一些实施方式中，多个压电层可以布置在薄膜叠层中。这提供了多于一
个活性层。多个压电层可以以单极方式驱动，意味着所有压电层以相同的极性驱动。或者，多个压电层可以以双极方式驱动，意味着交替的压电层以相反的极性驱动。在一些实施方式中，压电层可以使用刚性环氧树脂粘胶层附着在移动设备中，以用于改善声音输出。例如，多个压电层可以使用刚性环氧树脂粘胶附着到彼此。在一些实施方式中，间隔层可以被添加在具有一个或多个压电层的薄膜叠层中，以充当附加的谐振器。间隔层可以具有一定的厚度或者由特定的材料组成，以调制声音输出。在一些实施方式中，一个或多个质量特征(mass feature)可以被添加以附着到一个或多个压电层或者附着到超声传感器膜的背面，以充当附加的谐振器。一个或多个质量特征可以具有特定的几何形状或者由特定的材料组成，以调制声音输出。在一些实施方式中，超声传感器薄膜叠层中的tft层可以减小厚度以增加声音输出。例如，tft层可以等于或小于大约250μm。在一些实施方式中，超声传感器薄膜叠层中的tft层可以减小厚度并且超声传感器薄膜叠层中的压电层可以增加厚度，以增加压电层的接收器灵敏度。在一些实施方式中，tft层中的像素电极阵列可以减小面积，以增加压电层的接收器灵敏度。
51.压电层被集成在具有超声传感器系统的移动设备中，以充当音频扬声器/麦克风和接近传感器之一或两者，其中可以使用上述各种方法来改善或调制声音输出。将理解，在本公开中，“声音功率”、“声音输出”、“声音压力(声压)”、“声学功率”、“声学输出”和“声学压力(声压)”可以互换使用。将理解，调制声音输出可能需要加强(boost)(放大)某些频率范围内的信号输出、减弱(dampen)某些频率范围内的信号输出、或者将峰值频率移动到不同的频率。放大或减弱一个或多个频率范围内的信号输出可以发生在所需或期望的频率范围内，诸如人类可听范围(即，大约20hz与大约20khz之间)。在一些情况下，对其他频率范围(诸如超声范围)的影响可能与人类可听范围不同。关于移动峰值频率，峰值频率可以被移动到人类可听范围之外的频率。
52.图1a示出了根据一些实施方式的示例超声感测系统100的组件的框图表示。如图所示，超声感测系统100可以包括传感器系统102和电气耦合到传感器系统102的控制系统104。传感器系统102能够扫描对象并提供可用于获得对象签名(诸如人类手指的指纹)的原始测量图像数据。控制系统104能够控制传感器系统102并处理从传感器系统接收的原始测量图像数据。在一些实施方式中，超声感测系统100可以包括接口系统106，接口系统106能够向超声感测系统100内或与超声感测系统100集成的各种组件发送数据或从其接收数据(诸如原始的或经处理的测量图像数据)，或者在一些实施方式中，向超声感测系统外部的各种组件、设备或其他系统发送数据或从其接收数据。
53.图1b示出了包括图1a的超声感测系统100的示例移动设备110的组件的框图表示。移动设备110的超声感测系统100的传感器系统102可以用超声传感器阵列112来实施。超声感测系统100的控制系统104可以用电气耦合到超声传感器阵列112的控制器114来实施。虽然控制器114被示出和描述为单个组件，但是在一些实施方式中，控制器114可以统称为彼此电气通信的两个或更多个不同的控制单元或处理单元。在一些实施方式中，控制器114可以包括通用单芯片或多芯片处理器、中央处理单元(cpu)、数字信号处理器(dsp)、应用处理器、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他可编程逻辑器件(pld)、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件中的一个或多个，或者被设计为执行本文所述的功能和操作的其任何组合。
54.图1b的超声感测系统100可以包括图像处理模块118。在一些实施方式中，由超声传感器阵列112提供的原始测量图像数据可以被发送、传输、传送或以其他方式提供给图像处理模块118。图像处理模块118可以包括硬件、固件和软件的任何合适的组合，这些硬件、固件和软件被配置、适配或以其他方式可操作来处理由超声传感器阵列112提供的图像数据。在一些实施方式中，图像处理模块118可以包括信号或图像处理电路或电路组件，包括例如放大器(诸如仪表放大器或缓冲放大器)、模拟或数字混频器或乘法器、开关、模数转换器(adc)、无源滤波器或有源模拟滤波器等。在一些实施方式中，一个或多个这样的电路或电路组件可以被集成在控制器114内，例如，其中控制器114被实施为片上系统(soc)或系统级封装(sip)。在一些实施方式中，一个或多个这样的电路或电路组件可以被集成在包括在控制器114内或耦合到控制器114的dsp内。在一些实施方式中，图像处理模块118可以至少部分地经由软件来实施。例如，刚刚描述的一个或多个电路或电路组件的一个或多个功能或者由这样的电路或电路组件执行的操作可以替代地由例如在控制器114的处理单元中(诸如在通用处理器或dsp中)执行的一个或多个软件模块来执行。在一些实施方式中，图像处理模块118或其部分可以在可运行在应用处理器(诸如与移动设备110相关联的处理器120)上的软件中实施。应用处理器可以具有专用的协处理器和/或软件模块，以用于应用处理器内对生物特征图像数据的安全处理。
55.在一些实施方式中，除了超声感测系统100之外，移动设备110还可以包括单独的处理器120、存储器122、接口116和电源124。在一些实施方式中，超声感测系统100的控制器114可以控制超声传感器阵列112和图像处理模块118，并且移动设备110的处理器120可以控制移动设备110的其他组件。在一些实施方式中，处理器120向控制器114传送数据，包括例如指令或命令。在一些这样的实施方式中，控制器114可以向处理器120传送数据，包括例如原始的或经处理的图像数据(也称为“图像信息”)。还应理解，在一些其他实施方式中，控制器114的功能可以完全或至少部分地由处理器120实施。在一些这样的实施方式中，可能不需要用于超声感测系统100的单独的控制器114，因为控制器114的功能可以由移动设备110的处理器120来执行。
56.取决于实施方式，控制器114和处理器120之一或两者可以将数据存储在存储器122中。例如，存储在存储器122中的数据可以包括原始的测量图像数据、经滤波的或以其他方式处理过的图像数据、估计的图像数据或最终细化的图像数据。存储器122可以存储能够由控制器114和处理器120之一或两者执行的处理器可执行代码或其他可执行计算机可读指令，以执行各种操作(或使其他组件(诸如超声传感器阵列112、图像处理模块118或其他模块)执行操作)，包括本文描述的计算、运算、估计或其他确定中的任何一个。还应理解，存储器122可以共同指代一个或多个存储器设备(或“组件”)。例如，取决于实施方式，控制器114能够访问数据并且可以将数据存储在与处理器120不同的存储器设备中。在一些实施方式中，一个或多个存储器组件可以被实施为基于nor或nand的闪速存储器阵列。在一些其他实施方式中，一个或多个存储器组件可以被实施为不同类型的非易失性存储器。另外，在一些实施方式中，一个或多个存储器组件可以包括易失性存储器阵列，例如一种ram。
57.在一些实施方式中，控制器114或处理器120可以通过接口116传送存储在存储器122中的数据或直接从图像处理模块118接收的数据。例如，这种传送的数据可以包括图像数据或者从图像数据中推导出或以其他方式确定的数据。接口116可以共同指代一个或多
个不同类型的一个或多个接口。在一些实施方式中，接口116可以包括用于从外部存储器(诸如可移动存储器设备)接收数据或将数据存储到外部存储器(诸如可移动存储器设备)的存储器接口。附加地或替代地，接口116可以包括一个或多个无线网络接口或一个或多个有线网络接口，使得能够向外部计算设备、系统或服务器传递原始的或经处理的数据，以及从外部计算设备、系统或服务器接收数据。
58.电源124可以向移动设备110中的一些或所有组件提供电力。电源124可以包括各种能量存储设备中的一种或多种。例如，电源124可以包括可充电电池，诸如镍镉电池或锂离子电池。附加地或替代地，电源124可以包括一个或多个超级电容器。在一些实施方式中，电源124可以使用从例如墙壁插座(或“插口”)或与移动设备110集成的光伏设备(或“太阳能电池”或“太阳能电池阵列”)获取的电力来充电(或“再充电”)。附加地或替代地，电源124可以是无线充电的。电源124可以包括电源管理集成电路和电源管理系统。
59.如在下文中使用的，术语“处理单元”是指控制器(例如，控制器114)、图像处理模块(例如，图像处理模块118)、或包括超声系统的设备的单独的处理器(例如，处理器120)中的一个或多个的任何组合。换句话说，下面描述的由处理单元执行的操作或使用处理单元的操作可以由超声系统的控制器、图像处理模块或包括超声感测系统的设备的单独的处理器中的一个或多个来执行。
60.图1c示出了根据一些实施方式的包括超声传感器阵列、扬声器/麦克风和接近传感器阵列的示例移动设备的组件的框图表示。图1a和图1b中的超声传感器系统100可以由多功能传感器系统140代替，其中多功能传感器系统140可以包括超声传感器阵列152a、扬声器/麦克风152b和接近传感器阵列152c。一般，超声传感器阵列152a、扬声器/麦克风152b和接近传感器阵列152c作为移动设备中的分立组件而存在。例如，超声传感器阵列152a可以位于移动设备中的“主页”按钮处，扬声器/麦克风152b可以定位成与移动设备中的洞或端口相邻，并且接近传感器阵列152c可以定位成与移动设备中的相机相邻。组件的这种布置提高了形状因数并增加了制造成本。
61.在本公开中，超声传感器阵列152a、扬声器/麦克风152b和接近传感器阵列152c中的每一个都可以共享一个或多个压电层，以用于产生声波并接收声波的反射。因此，将会理解，超声传感器阵列152a、扬声器/麦克风152b和接近传感器阵列152不一定构成单独的组件，而是可以表示具有一个或多个可在不同工作模式之间切换的压电层的单个声学传感器系统。控制器114可以在d33拉伸模式或d31弯曲模式下驱动压电层。在d33拉伸模式下，控制器114可以驱动压电层充当(1)超声传感器阵列152a中的超声传感器。在d31弯曲模式下，控制器114可以驱动压电层充当(2)音频扬声器/麦克风152b或者(3)接近传感器阵列152c中的接近传感器。作为超声传感器，一个或多个压电层被配置为发射超声波并接收超声波的反射，以向移动设备110认证人的手指。作为音频扬声器/麦克风，一个或多个压电层被配置为作为扬声器发射人类可听范围内的声波，或者作为麦克风接收人类可听范围内的声波。作为接近传感器，一个或多个压电层被配置为使用声波来检测移动设备110附近的对象或手势。
62.控制器114可以施加不同的电压来驱动一个或多个压电层。取决于所施加的电压，一个或多个压电层可以在d33谐振模式或d31谐振模式下驱动。d33谐振模式和d31谐振模式是指激励(excitation)的模式。在d33谐振模式下，电场平行于所施加的应力，从而导致涉
及拉伸和收缩运动的振荡运动。这也可以被称为d33拉伸模式。在d31谐振模式下，电场垂直于所施加的应力，从而导致涉及弯曲运动的振荡运动。这也可以被称为d31弯曲模式。如下所述，取决于一个或多个压电层是在d33拉伸模式还是d31弯曲模式下被驱动，一个或多个压电层可以被驱动以产生特定频率范围内的声波。例如，在d33拉伸模式下，压电层可以产生在大约1mhz与大约100mhz之间的超声频率范围内的声波。在d31弯曲模式下，压电层可以产生在大约20hz与大约20khz之间的人类可听范围内或者在大约20khz与大约1mhz之间的手势检测范围内的声波。
63.图2示出了根据一些实施方式的具有用于超声指纹成像的超声指纹传感器系统的装置的截面示意图。超声传感器系统201包括与超声接收器阵列202分离的超声发射器205。在一些实施方式中，超声发射器205可以包括压电发射器层，发射器激励电极设置在压电发射器层的每一侧。在该示例中，目标对象是被所发射的超声波214声穿透的手指206。
64.在该示例中，所发射的超声波214已经从超声发射器205发射穿过传感器叠层217并进入覆盖的手指206。在一些示例中，传感器叠层217的各层可以包括对可见光基本透明的玻璃或其他材料(诸如塑料或蓝宝石)的一个或多个基板。传感器叠层217包括基板210。基板210耦合到tft基板212。
65.在一些示例中，超声接收器阵列202可以包括部分由tft电路形成的像素输入电极和传感器像素的阵列、压电材料(诸如pvdf或pvdf-trfe)的覆盖(overlaying)压电接收器层220、以及位于压电接收器层220上的上电极层，上电极层在本文中有时被称为接收器偏置电极。
66.图3示出了根据一些实施方式的包括具有位于显示器下面的压电聚合物层的超声传感器系统的示例装置的截面示意图示，其中压电聚合物层被配置为在d33拉伸模式或d31弯曲模式下工作。该装置可以是移动设备300。移动设备300可以包括显示器310。尽管未示出，移动设备300还可以包括压板，其中显示器310位于压板下面。在一些实施方式中，显示器310可以包括基于dms的显示器、led显示器、oled显示器、lcd、等离子显示器、基于imod的显示器或者适于与触敏用户界面结合使用的另一类型的显示器。移动设备300还可以包括位于显示器310下面的tft基板或tft层320。tft层320可以通过粘胶层312耦合到显示器310。在一些实施方式中，tft层320包括布置成阵列的多个传感器电路或传感器像素电路322。在一些实施方式中，tft层320可以包括刚性基板材料(诸如玻璃)或柔性基板材料(诸如塑料)。印刷电路324(例如，柔性印刷电路)可以耦合到tft层320，并且可以电气耦合到一个或多个传感器电路322。如图3所示，印刷电路324可以是片上柔性电路，并且可以定位成与tft层320相邻。印刷电路324也可以被称为电子层，其中电子层可以包括控制器、处理器、存储器和其他电路组件。
67.移动设备300还包括超声传感器系统(或声学传感器系统)，其中超声传感器系统包括tft层320、压电层330和电极层340。压电层330与tft层320相邻并耦合到tft层320，其中压电层330位于显示器310下面。此外，电极层340与压电层330相邻并耦合到压电层330，其中压电层330位于电极层340与tft层320之间。在一些实施方式中，压电层330是压电聚合物层，诸如pvdf或pvdf-trfe共聚物。压电层330被配置为产生声波，诸如超声波。压电层330可以由印刷电路324所产生的信号来驱动，其中印刷电路324可以包括asic，诸如驱动芯片asic。印刷电路324可以被配置为向压电层330以及tft层320的一个或多个传感器电路322
提供控制信号。在一些实施方式中，钝化层350位于电极层340下面，以对电极层340进行电气绝缘和保护。
68.压电层330可以充当压电收发器。作为发射器，压电层330可以由提供低频信号的驱动器芯片asic改变来驱动。驱动器芯片asic施加电压，这导致压电层330在d33拉伸模式或d31弯曲模式下的激励。作为接收器，压电层330可以直接对反射的声波进行采样。ac信号可以直接由压电层330感测，从而绕过传感器像素电路322和tft层320。
69.移动设备300的超声传感器系统不仅可以作为超声传感器工作，还可以作为音频扬声器/麦克风和作为接近传感器工作。压电层330可以被驱动以在不同的谐振模式下(包括在d33拉伸模式和d31弯曲模式下)工作。在d33拉伸模式下，移动设备300可以在大约1mhz与大约100mhz之间的第一频率范围内作为超声传感器工作。在d31弯曲模式下，移动设备300可以在大约20hz与大约20khz之间的第二频率范围内作为音频扬声器或麦克风工作，或者在大约20khz与大约1mhz之间的第三频率范围内作为接近传感器工作。因此，本公开的移动设备300的压电层330不仅在兆赫范围内工作，而且在子千赫至子兆赫范围内工作。
70.在扬声器模式或接近感测模式下操作压电层是存在挑战的。许多智能电话使用磁感应技术来产生出色的声音输出和质量，而使用压电技术的设备往往产生低的声音输出和差的声音质量。然而，应用压电技术可能是有价值的，使得这种压电技术可以与现有的硬件(例如，超声传感器阵列)集成，并且可以集成在显示器下面。此外，磁感应技术通常需要附加的空间并与耳朵紧密接触，以获得高质量的声音输出。利用压电技术而不是具有单独的音频扬声器或单独的接近传感器可以为移动设备增加显著的价值。
71.压电层可以通过使空气振动来产生声音。更具体地，压电层可以通过使移动设备的覆盖玻璃或压板振动，这从而以大约20hz与大约20khz之间的频率范围使空气振动，来充当音频扬声器。压电层可以通过接收前述频率范围内的声波来充当麦克风。压电层可以通过以大约20khz与大约1mhz之间的频率范围发射声波来检测对象或非接触式手势，并且当检测到对象时接收声波的反射。
72.压电层可以是压电陶瓷层或压电聚合物层。一些超声传感器阵列使用压电陶瓷层，诸如锆钛酸铅(pzt)。在一些实施方式中，压电陶瓷层包括钛酸铅(pt)、氧化锌(zno)、氮化铝(aln)、铌酸锂(linbo3)或其他压电陶瓷或压电单晶。一些超声传感器阵列使用压电聚合物层，诸如pvdf或pvdf-trfe共聚物。然而，压电聚合物层的声音输出明显低于压电陶瓷层，如下表1所示。
73.表1
[0074][0075]
图4a示出了根据一些实施方式的包括具有位于显示器下面的第一压电聚合物层
的超声传感器系统的示例装置的截面示意图示，其中该装置还包括集成在显示器下面与超声传感器系统分离的区域中的第二压电聚合物层。图4a类似于图3，除了第二压电层与超声传感器系统远离地集成在移动设备中。在图3中描述了图4a的各个方面及其组件。在图4a中，第一压电层可以起到超声感测的功能，而第二压电层可以起到接近感测的功能或者充当音频扬声器/麦克风。
[0076]
图4a中的装置可以是移动设备400a。移动设备400a可以包括显示器410。尽管未示出，移动设备400a还可以包括压板，其中显示器410位于压板下面。移动设备400a还可以包括位于显示器410下面的tft层420。tft层420可以通过粘胶层412耦合到显示器410。在一些实施方式中，tft层420包括布置成阵列的多个传感器电路或传感器像素电路422。印刷电路424(例如，柔性印刷电路)可以耦合到tft层420，并且可以电气耦合到一个或多个传感器电路422。
[0077]
移动设备400a还包括声学传感器系统，其中声学传感器系统包括tft层420、第一压电层430和电极层440。第一压电层430与tft层420相邻并耦合到tft层420，其中第一压电层430位于显示器410下面。此外，电极层440与第一压电层430相邻并耦合到第一压电层430，其中第一压电层430位于电极层440与tft层420之间。在一些实施方式中，第一压电层430是压电聚合物层，诸如pvdf或pvdf-trfe共聚物。在一些实施方式中，钝化层450位于电极层440下面，以对电极层440进行电气绝缘和保护。
[0078]
第一压电层430被集成在声学传感器系统中。第二压电层460机械耦合到显示器410，其中第二压电层460位于显示器410的与声学传感器系统分离的区域中。换句话说，第二压电层460位于显示器410的与第一压电层430分离的区域中。在一些实施方式中，第二压电层460是压电聚合物层。第二压电层460可以由pvdf或pvdf-trfe共聚物制成。替代地，在一些实施方式中，第二压电层460可以由压电陶瓷层(诸如pzt)制成。尽管未示出，第二压电层460可以由印刷电路424所产生的信号来驱动。
[0079]
在一些实施方式中，第二压电层460可以是压电发射器。作为发射器的第二压电层460可以被驱动以产生超声频率的声波，从而在d33拉伸模式下工作。此外，作为发射器的第二压电层460可以被驱动以产生在人类可听范围(20hz至20khz)或在用于非接触式接近检测的范围(20khz至1mhz)内的声波，从而在d31弯曲模式下工作。当第二压电层460作为声波的发射器工作时，第一压电层430可以是压电接收器。作为接收器的第一压电层430接收声波的反射，以使第一压电层430改变形状，从而产生可被转换以输出电气信号的表面电荷。第一压电层430可以在d33拉伸模式下拉伸和收缩，或者在d31弯曲模式下弯曲。
[0080]
在一些实施方式中，第二压电层460可以是d31弯曲模式下的压电发射器。第一压电层430可以是d31弯曲模式下的压电接收器。第一压电层430可以是d33拉伸模式下的压电发射器和d33拉伸模式下的压电接收器。在一些实施方式中，在d31弯曲模式和/或d33拉伸模式下，第二压电层460可以是压电接收器，而第一压电层430可以是压电发射器。在第二压电层460充当接收器的情况下，各种电路(未示出)连接到第二压电层460，以用于将反射的声波转换和处理成电气信号。
[0081]
图4b示出了根据一些实施方式的包括具有位于显示器下面的第一压电聚合物层的超声传感器系统的示例装置的截面示意图示，其中该装置还包括集成在与超声传感器系统相同的区域中的第二压电聚合物层。图4b类似于图3，除了第二压电层被集成在移动设备
中与超声传感器系统相同的区域中。在图3中描述了图4b的各个方面及其组件。在图4b中，第一压电层可以起到超声感测的功能，而第二压电层可以起到接近感测的功能或者充当音频扬声器/麦克风。或者，第一压电层可以起到作为接收器的功能，并且第二压电层可以起到作为发射器(例如，超声发射器、音频扬声器或手势检测发射器)的功能。
[0082]
图4b中的装置可以是移动设备400b。上面关于图4a描述了移动设备400b的各方面，包括显示器410、压板(未示出)、tft层420、粘胶层412、多个传感器像素电路422、印刷电路424、第一压电层430、电极层440和钝化层450。然而，第二压电层470在显示器410下面位于显示器410的与超声传感器系统相同的区域中，而不是在显示器410的与超声传感器系统分离的区域中具有第二压电层。超声传感器系统包括tft层420、第一压电层430和电极层440。
[0083]
第二压电层470与第一压电层430位于显示器410的相同区域中。在一些实施方式中，第二压电层470是压电聚合物层。第二压电层470可以由pvdf或pvdf-trfe共聚物制成。替代地，在一些实施方式中，第二压电层470可以由压电陶瓷层(诸如pzt)制成。尽管未示出，第二压电层470可以由印刷电路424所产生的信号来驱动。第二压电层470可以经由超声传感器系统的薄膜叠层机械耦合到显示器410。
[0084]
在一些实施方式中，第二压电层470可以是压电发射器。作为发射器的第二压电层470可以被驱动以产生超声频率的声波，从而在d33拉伸模式下工作。此外，作为发射器的第二压电层470可以被驱动以产生在人类可听范围(20hz至20khz)或在用于非接触式接近检测的范围(20khz至1mhz)内的声波，从而在d31弯曲模式下工作。当第二压电层470作为声波的发射器工作时，第一压电层430可以是压电接收器。作为接收器的第一压电层430接收声波的反射，以使第一压电层430改变形状，从而产生可被转换以输出电气信号的表面电荷。第一压电层430可以在d33拉伸模式下拉伸和收缩，或者在d31弯曲模式下弯曲。
[0085]
在一些实施方式中，第二压电层470可以是d31弯曲模式下的压电发射器。第一压电层430可以是d31弯曲模式下的压电接收器。第一压电层430可以是d33拉伸模式下的压电发射器和d33拉伸模式下的压电接收器。然而，将理解，在一些实施方式中，第二压电层470可以充当接收器，并且第一压电层430可以充当发射器。
[0086]
图5a示出了根据一些实施方式的包括超声传感器系统的示例装置的截面示意图示，其中压电层位于显示器下面与超声传感器系统分离的区域中。装置可以是移动设备500a。移动设备500a包括压板505，压板505可以是盖板(cover plate)、覆盖玻璃、塑料或其他基板材料。移动设备500a还包括位于压板505下面的显示器510。例如，显示器510可以是oled显示器。各个层可以支撑或保护显示器510。这样的层可以包括挡光层514和电气屏蔽层516。挡光层514对于可见光可以是不透光的或基本不透光的。本文所使用的基本不透光或基本不透明可以被定义为可见光吸收率大约70％或更高，诸如大约80％或更高，或者甚至大约90％或更高。这可以防止或限制可见光透射到移动设备500a背面。电气屏蔽层516可以包括一个或多个导电层，并且可以电气接地。电气屏蔽层516可以用来防止或限制对显示器510的电气干扰。例如，电气屏蔽层516可以限制来自诸如电池充电器、数字或模拟电子器件、rf组件等附近的电子器件的电气干扰。此外，电气屏蔽层516可以在显示器510背面处提供散热并提高温度均匀性。
[0087]
显示器510的一部分可以具有直接位于显示器510下面而不是挡光层514和电气屏
蔽层516下面的声学传感器系统。声学传感器系统可以经由粘胶512耦合到显示器510。声学传感器系统可以包括含有多个传感器像素电路的tft层520、耦合到tft层520的第一压电层530、耦合到第一压电层530的电极层540(其中第一压电层530位于电极层540和tft层520之间)、以及耦合到电极层540并位于电极层540下面的钝化层550。电子层524(诸如印刷电路板)可以电气耦合到tft层520的多个传感器像素电路，并且电气耦合到电极层540以用于驱动第一压电层530。第二压电层560可以位于显示器510的与声学传感器系统分离的区域中。第二压电层560可以附着到电气屏蔽层516。第二压电层560可以电气耦合到电子层524。在一些实施方式中，第二压电层560可以是由共聚物(诸如pvdf或pvdf-trfe共聚物)制成的压电聚合物层。在一些实施方式中，第二压电层560可以是由陶瓷材料(诸如pzt)制成的压电陶瓷层。在一些实施方式中，第二压电层560可以被电气驱动以在d31弯曲模式下工作。在一些实施方式中，第一压电层530可以被电气驱动以在d33拉伸模式下工作。这样，与第二压电层560结合的声学传感器系统可以使移动设备500a能够充当超声传感器(例如，超声指纹传感器)、非接触式接近或手势检测器以及音频扬声器/麦克风。
[0088]
图5b示出了根据一些实施方式的包括超声传感器系统的示例装置的截面示意图示，其中压电层位于显示器下面与超声传感器系统相同的区域中。上面关于图5a中的移动设备500a描述了图5b中的移动设备500b的各方面，包括压板505、显示器510、粘胶512、挡光层514、电气屏蔽层516、tft层520、第一压电层530、电极层540、钝化层550和电子层524。然而，第二压电层570位于显示器510的相同区域中的声学传感器系统的下面，而不是在显示器510的与声学传感器系统分离的区域中具有第二压电层。如图5b所示，第二压电层570可以耦合并附着到钝化层550。第二压电层570位于显示器510的与第一压电层530相同的区域中。在一些实施方式中，第二压电层570可以是由共聚物(诸如pvdf或pvdf-trfe共聚物)制成的压电聚合物层。在一些实施方式中，第二压电层570可以由陶瓷材料(诸如pzt)制成。在一些实施方式中，第二压电层570可以被电气驱动以在d31弯曲模式下工作。在一些实施方式中，第一压电层530可以被电气驱动以在d33拉伸模式下工作。这样，与第二压电层570结合的声学传感器系统可以使移动设备500b能够充当超声传感器(例如，超声指纹传感器)、非接触式接近或手势检测器以及音频扬声器/麦克风。
[0089]
如上所述，压电聚合物层可能具有低的传输效率，从而导致相对低的输出。压电发射器和接收功能可以分隔开，如图4a、图4b、图5a和图5b所示。在一些情况下，将压电陶瓷层作为发射器并将压电聚合物层作为接收器可以使移动设备达到宽带响应。
[0090]
在压电陶瓷层被放置在显示器的与压电聚合物层分离的区域中的情况下，信号输出大于压电聚合物层既用作发射器又用作接收器的情况。然而，在压电陶瓷层被放置在显示器的与压电聚合物层相同的区域中的情况下，信号输出大于压电陶瓷层被放置在显示器的单独区域中的情况。在不受任何理论限制的情况下，这可能表明在薄膜叠层中的压电聚合物层下面具有压电陶瓷层产生了加强或放大信号输出的谐振器(或空腔)。
[0091]
在提供另一压电聚合物层的实施方式中，加强或放大信号输出以及提供更灵敏的接收器是存在挑战的。如果提供单个压电聚合物层来用作发射器和接收器，则也存在这样的挑战。可能期望利用一个或多个压电聚合物层来代替压电陶瓷层，因为诸如pvdf或pvdf-trfe共聚物的聚合物包含优于pzt的环境友好物质。(多个)压电聚合物层可以是声学传感器叠层的一部分或者耦合到声学传感器叠层。本公开提供了几种设计策略，用于在将一个
或多个压电聚合物层用于d33拉伸模式和d31弯曲模式时提高信号输出和接收器灵敏度。
[0092]
扩大的面积：在一些实施方式中，信号输出可以通过增加压电聚合物层的表面积来放大。具有扩大的面积可以增加声学传感器系统的信号输出以及增加声学传感器系统的接收器灵敏度。如本文所使用的，“声学传感器系统”包括一个或多个压电聚合物层、任何电极层、任何tft层以及声学耦合到一个或多个压电聚合物层的其他层。使用基于聚合物的压电材料的一个优点在于，这种材料可以容易地层压或者以其他方式形成大的表面积。基于聚合物的压电材料可以跨越显示器的更大区域以改善声音输出，特别是当在d31弯曲模式下工作时。
[0093]
图6示出了根据一些实施方式的跨越显示器的较大面积的压电聚合物层的示意图示。压电聚合物层620可以跨越显示器610的大部分面积。压电聚合物层620可以位于显示器610下面。在一些实施方式中，压电聚合物层620的主表面可以跨越显示器610的主表面的多于50％、显示器610的主表面的多于60％、显示器610的主表面的多于70％或显示器610的主表面的多于80％。在图6中，通过平行布置多个压电聚合物层620(诸如布置成压电聚合物层620的2
×
2阵列)，可以获得扩大的面积。然而，将理解，在一些实施方式中，压电聚合物层620的主表面可以跨越较小的区域，诸如显示器610的主表面的少于50％、显示器610的主表面的少于20％、显示器610的主表面的少于10％或显示器610的主表面的少于5％。
[0094]
多层：在一些实施方式中，信号输出可以通过在薄膜叠层中布置多层压电聚合物层或者增加单个压电聚合物层的厚度来放大。堆叠多层或增加厚度可以增加声学传感器系统的信号输出以及增加声学传感器系统的接收器灵敏度。在一些实施方式中，声学传感器系统的薄膜叠层包括两个或更多个压电聚合物层、三个或更多个压电聚合物层、四个或更多个压电聚合物层、五个或更多个压电聚合物层、或者十个或更多个压电聚合物层。在一些实施方式中，压电聚合物层的厚度等于或大于电极层的厚度。在一些实施方式中，压电聚合物层的厚度等于或大于大约5μm，等于或大于大约20μm，等于或大于大约30μm，或者在大约5μm与大约30μm之间。在一些实施方式中，压电聚合物层的更大厚度可以增加接收器灵敏度。
[0095]
双极或单极驱动：在一些实施方式中，信号输出可以通过以单极方式或双极方式驱动薄膜叠层中的多个压电聚合物层来放大。当以单极方式驱动时，这意味着多个压电聚合物层中的每一个都是用以相同极性施加的电压(即，都为正电压或都为负电压)来驱动的。例如，如果压电聚合物层被配置为在正电压下膨胀并且在负电压下收缩，那么所有多个压电聚合物层将一起膨胀或一起收缩。当以双极方式驱动时，这意味着多个压电聚合物层的交替层是用以相反极性施加的电压(即，在正负电压之间交替)来驱动的。例如，如果压电聚合物层被配置为在正电压下沿一个方向移动，并且在负电压下沿另一方向移动，那么当以双极方式驱动时，所有多个压电聚合物层将交替地沿不同方向移动。
[0096]
图7a示出了根据一些实施方式的使得压电聚合物层以相同的极性驱动的多个压电聚合物层的单极布置的示意图示。声学传感器系统的薄膜叠层700a包括多个压电聚合物层705a、705b、705c和705d。多个压电聚合物层705a、705b、705c和705d经由多个粘胶层720a、720b、720c和720d彼此粘合。薄膜叠层700a可以附着到刚性基板730，诸如覆盖玻璃。如图7a所示，多个压电聚合物层705a、705b、705c和705d中的每一个都被电气驱动，使得电场极化处于“向上”方向。这种极化可以增加信号输出。
[0097]
图7b示出了根据一些实施方式的使得交替的压电聚合物层以相反的极性驱动的
多个压电聚合物层的双极布置的示意图示。声学传感器系统的薄膜叠层700b包括多个压电聚合物层710a、710b、710c和710d。多个压电聚合物层710a、710b、710c和710d经由多个粘胶层720a、720b、720c和720d彼此粘合。薄膜叠层700b可以附着到刚性基板730，诸如覆盖玻璃。如图7b所示，第一压电聚合物层710a和第三压电聚合物层710c被电气驱动，使得电场极化处于“向下”方向，并且第二压电聚合物层710c和第四压电聚合物层710d被电气驱动，使得电场极化处于“向上”方向。以相反的极性驱动多个压电聚合物层710a、710b、710c和710d可以增加信号输出并增加总体的接收器灵敏度。
[0098]
刚性粘胶：在一些实施方式中，信号输出可以通过优化用于粘合多个压电聚合物层或将压电聚合物层粘合到另一层的粘胶材料来放大。具有适当的粘胶材料可以增加声学传感器系统的信号输出。例如，应用刚性粘胶层可以增加信号输出。在不受任何理论限制的情况下，使刚性材料弯曲可能导致声学传感器系统中的层更加剧烈地振动。然而，使更柔软或更柔性的材料弯曲可能趋于抵消声学传感器系统中的移动。在一些实施方式中，刚性粘胶层的杨氏模量可以等于或大于大约0.5gpa、等于或大于大约1.0gpa、或者等于或大于大约1.2gpa。然而，柔性粘胶层的杨氏模量可以等于或小于大约0.2gpa、等于或小于大约0.1gpa、或者等于或小于大约0.05gpa。
[0099]
图8a示出了根据一些实施方式的具有使用柔性粘胶层附着的多个压电聚合物层的示例薄膜叠层的示意图示。声学传感器系统的薄膜叠层800a包括至少两个压电聚合物层810a、810b。第一压电聚合物层810a可以用第一粘胶层820a粘合到第二压电聚合物层810b。第二压电聚合物层810b可以用第二粘胶层820b粘合到刚性基板830，诸如覆盖玻璃。第一粘胶层820a和第二粘胶层820b中的每一个可以包括柔性粘胶材料，诸如双面胶带。然而，使用柔性粘胶材料可能不会增加压电聚合物层810a、810b的信号输出。
[0100]
图8b示出了根据一些实施方式的具有使用刚性环氧树脂粘胶层附着的多个压电聚合物层的示例薄膜叠层的示意图示。声学传感器系统的薄膜叠层800b包括至少两个压电聚合物层810a、810b。第一压电聚合物层810a可以用刚性环氧树脂粘胶层840粘合到第二压电聚合物层810b。第二压电聚合物层810b可以用柔性粘胶层820粘合到刚性基板830，诸如覆盖玻璃。刚性环氧树脂粘胶层840可以包括刚性环氧树脂粘胶材料，诸如氰基丙烯酸酯(例如，强力胶)。刚性环氧树脂粘胶材料的其他示例包括ablestik nca 3280、环氧树脂rbc和scotch-weld
tm
环氧树脂粘胶dp270。当作为音频扬声器工作时，这意味着与薄膜叠层800a的压电层810a、810b相比，薄膜叠层800b的压电层810a、810b可以产生更大的声音。柔性粘胶层820可以包括柔性粘胶材料，诸如双面胶带。
[0101]
间隔层：在一些实施方式中，信号输出可以通过添加用于与压电聚合物层声学耦合的间隔层来放大或调制。间隔层可以位于压电聚合物层与显示器之间。在不受任何理论限制的情况下，活性层(压电层)与显示器之间的间隔层可以充当在一个或多个频率范围内调节信号输出的谐振器或空腔。间隔层不是活性层。在一些实施方式中，间隔层包括塑料、金属或玻璃材料。在一个示例中，间隔层可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。在另一示例中，间隔层可以包括不锈钢。
[0102]
间隔层可以在一个或多个频率范围(诸如大约20hz与大约20khz之间的频率范围)内调节信号输出。因此，位于活性层与显示器之间的间隔层可以加强或放大人类可听范围内的信号输出。间隔层还可以在超声范围或其他频率范围内调节信号输出。附加地或替代
地，间隔层可以减弱一个或多个频率范围(诸如大约20hz与大约20khz之间的频率范围)内的信号输出。这最终提供了宽带响应。尽管吸收器通常减弱信号输出而不管频率如何，但是间隔层可以放大或减弱期望频率范围内的信号输出。附加地或替代地，间隔层可以将信号输出的峰值频率移动到不同的频率。例如，峰值频率可以被移动到人类可听范围之外的频率。间隔层可以最终取决于间隔层的材料、厚度、几何形状和/或放置来调谐信号输出的响应。这些参数提供了用于调谐信号输出行为的附加旋钮，其中调谐信号输出行为可以包括但不限于加强一个或多个频率范围(例如，人类可听范围和/或超声范围)内的输出信号，减弱一个或多个频率范围(例如，人类可听范围和/或超声范围)内的信号输出的峰值，和/或将峰值频率移动到不同的频率(例如，在人类可听范围之外)。
[0103]
图9a示出了根据一些实施方式的具有位于压电聚合物层与刚性基板之间的由塑料制成的间隔层的示例薄膜叠层的示意图示。声学传感器系统的薄膜叠层900a包括压电聚合物层910、介电间隔层940和刚性基板930(诸如覆盖玻璃)，其中介电间隔层940位于刚性基板930与压电聚合物层910之间。使用第一粘胶层920a将压电聚合物层910粘合到介电间隔层940，第一粘胶层920a可以是柔性或刚性粘胶材料。使用第二粘胶层920b将介电间隔层940粘合到刚性基板930，第二粘胶层920b可以是柔性或刚性粘胶材料。在一些实施方式中，介电间隔层940可以包括基于聚合物的介电材料，诸如pet。在一些实施方式中，介电间隔层940可以包括诸如玻璃的介电材料。
[0104]
图9b示出了根据一些实施方式的具有位于压电聚合物层与刚性基板之间的由不锈钢制成的间隔层的示例薄膜叠层的示意图示。声学传感器系统的薄膜叠层900b包括压电聚合物层910、金属间隔层940和刚性基板930(诸如覆盖玻璃)，其中金属间隔层940位于刚性基板930与压电聚合物层910之间。使用第一粘胶层920a将压电聚合物层910粘合到金属间隔层940，第一粘胶层920a可以是柔性或刚性粘胶材料。使用第二粘胶层920b将金属间隔层940粘合到刚性基板930，第二粘胶层920b可以是柔性或刚性粘胶材料。在一些实施方式中，金属间隔层940可以包括诸如不锈钢的金属材料。
[0105]
图9a和图9b中的间隔层940和950中的每一个可以与声学传感器系统中的压电聚合物层910声学耦合。如图9a和图9b所示，间隔层940和950增加了活性层与刚性基板930之间的更大的间隔。举例来说，间隔层940和950中的每一个的厚度可以是大约100μm，从而增加了100μm的非活性材料与刚性基板930的附加间隔。在一些实施方式中，压电聚合物层910的厚度在大约5μm与大约40μm之间，并且粘胶层920a、920b中的每一个的厚度在大约1μm与大约8μm之间。在一些实施方式中，间隔层940、950的厚度大于压电聚合物层910的厚度，至少比压电聚合物层910的厚度大两倍，至少比压电聚合物层910的厚度大三倍，或者至少比压电聚合物层910的厚度大五倍。在一些实施方式中，间隔层940、950的厚度至少比粘胶层920a、920b的厚度大两倍，至少比粘胶层920a、920b的厚度大五倍，或者至少比粘胶层920a、920b的厚度大十倍。
[0106]
质量特征：在一些实施方式中，信号输出可以通过添加一个或多个具有压电聚合物层的质量特征来放大或调制。一个或多个质量特征也可被称为“(多个)压载质量”、“(多个)背衬材料”、“(多个)衬底层”或“(多个)衬底材料”。一个或多个质量特征可以包括非活性材料，该非活性材料附着到活性层(诸如压电聚合物层)或者位于压电聚合物层下面，使得一个或多个特征位于压电层的背离显示器的一侧上。换句话说，一个或多个质量特征可
以附着到包括压电聚合物层的薄膜叠层的背面，其中该背面背离移动设备的显示器。一个或多个质量特征是向包括压电聚合物层的薄膜叠层增加质量的附加结构。附加质量可以放大或调制由压电聚合物层产生的信号输出。
[0107]
位置和/或所覆盖的表面积可能影响压电聚合物层的信号输出行为。在一些实施方式中，一个或多个质量特征可以部分覆盖具有压电聚合物层的薄膜叠层的背面的主表面或压电聚合物层的背面。在一些实施方式中，一个或多个质量特征可以位于压电聚合物层或其他层的背面的外边缘上。一个或多个质量特征的几何形状和组成可以影响一个或多个质量特征的信号输出行为。在一些实施方式中，一个或多个质量特征包括塑料、金属或玻璃材料。例如，一个或多个质量特征可以包括pet。在一些实施方式中，一个或多个质量特征是环形、椭圆形或矩形。在一些实施方式中，一个或多个质量特征是无孔(实心)的材料块。
[0108]
在一些情况下，一个或多个质量特征可以在一个或多个频率范围(诸如大约20hz与大约20khz之间的频率范围)内调节信号输出，和/或将信号输出的峰值频率移动到不同的频率。例如，一个或多个质量特征可以放大或减弱在至少人类可听范围内的信号输出，和/或将信号输出的峰值频率移动到人类可听范围之外的频率。可以通过选择一个或多个质量特征的适当材料、厚度、几何形状和放置来调谐或控制信号输出行为。这些参数提供了用于调谐信号输出行为的附加旋钮，其中调谐信号输出行为可以包括但不限于加强一个或多个频率范围(例如，人类可听范围和/或超声范围)内的输出信号，减弱一个或多个频率范围(例如，人类可听范围和/或超声范围)内的信号输出的峰值，和/或将峰值频率移动到不同的频率(例如，在人类可听范围之外)。
[0109]
图10示出了根据一些实施方式的位于显示器下面并且具有附着到压电层背面的质量特征的压电层的截面示意图示。声学传感器系统的薄膜叠层1000可以包括压电聚合物层1030和附着到压电聚合物层1030背面的一个或多个质量特征1040。薄膜叠层1000可以使用粘胶层1020附着到显示器1010，其中粘胶层1020可以包括柔性粘胶材料或刚性粘胶材料。在一些实施方式中，显示器1010可以是oled显示器。压电聚合物层1030可以包括诸如pvdf或pvdf-trfe共聚物的共聚物。一个或多个质量特征1040可以由非活性材料(诸如塑料、金属或玻璃材料)制成。一个或多个质量特征1040可以向活性层提供附加的质量/厚度，其中活性层包括压电聚合物层1030。在图10中，一个或多个质量特征部分覆盖压电聚合物层1030背面的主表面。压电聚合物层1030背面上的一个或多个质量特征的存在放大或调制由压电聚合物层1030产生的声波的信号输出。
[0110]
像素感测元件尺寸：在一些实施方式中，压电聚合物层的接收器灵敏度可以通过减小tft层中像素感测元件的尺寸来增加。tft层包括多个像素感测元件。具有较小面积的像素感测元件增加了压电聚合物层的接收器灵敏度。像素感测元件也可以被称为像素电极，诸如图17a中的像素输入电极。在不受任何理论限制的情况下，接收器灵敏度可以与tft层的刚度成反比，并且向像素感测元件增加更多的面积可以归因于tft层的刚度增加。给定tft层、电极层和压电聚合物层一起振动，tft层的刚度影响振动模式以及在特定振动模式下发生多少偏转，其中发生多少偏转与接收器灵敏度相关。通过添加“空隙”或用柔性材料填充像素感测元件中形成的“空隙”，可以实现减小像素感测元件所占据的面积。这种“空隙”可以是像素感测元件中的空腔、开口或空的空间。在一些实施方式中，较小的像素感测元件可以移动频率响应的峰值频率和/或放大期望频率范围内的频率响应。在一些实施方
式中，像素感测元件的宽度可以等于或小于大约20mm，等于或小于大约12mm，或者等于或小于大约8mm。一般，像素感测元件的宽度大于大约20mm。在一些实施方式中，压电聚合物层的接收器灵敏度可以在用于非接触式接近感测的频率范围内提高，其中频率范围在大约20khz与大约100khz之间。
[0111]
图11a示出了根据一些实施方式的包括具有压电层和带有传感器像素阵列的tft层的薄膜叠层的示例装置的截面示意图示，该传感器像素阵列具有减小的尺寸。该装置可以是移动设备1100。移动设备1100可以包括显示器1110，诸如oled显示器。尽管未示出，但是移动设备1100还可以包括诸如盖板或覆盖玻璃的压板，其中显示器1110位于压板下面。移动设备1100包括位于显示器1110下面的声学传感器系统，其中声学传感器系统包括tft层1120、压电聚合物层1130和电极层1140。压电聚合物层1130可以位于tft层1120与电极层1140之间，其中tft层1120可以位于压电聚合物层1130的面向显示器1110的一侧，并且电极层1140可以位于压电聚合物层1130的背离显示器1110的一侧。声学传感器系统还可以包括位于电极层1140下面的钝化层1150。在一些实施方式中，移动设备1100还包括将声学传感器系统粘合到显示器1110的粘胶层1112。声学传感器系统的tft层1120可以包括传感器像素1122的阵列。
[0112]
传感器像素1122的阵列不是占据压电聚合物层1130的整个表面积，而是在压电聚合物层1130的主表面上仅占据压电聚合物层1130的主表面的一部分。像素区域可以根据相邻像素1122之间的间距来定义。在一些实施方式中，像素1122的尺寸等于或小于两个相邻像素1122之间的距离的大约70％，等于或小于该距离的大约50％，等于或小于该距离的大约30％。尽管压电聚合物层1130可以跨越较大面积以用于增加传输效率，但是传感器像素1122的阵列可以跨越较小面积以用于增加压电聚合物层1130的接收器灵敏度。为了减小传感器像素1122的阵列所占据的面积，可以在传感器像素1122的阵列中的传感器像素1122之间形成未被占据的区域1124。这种未被占据的区域1124可以是空隙(空的空间)或者用柔性材料填充。在一些实施方式中，传感器像素1122可以等距隔开。
[0113]
图11b示出了根据一些实施方式的具有减小的尺寸的传感器像素阵列的tft层的俯视示意图示。tft层1120可以包括传感器像素1122的阵列。每个传感器像素1122可以具有未被占据的区域1124。在一些实施方式中，未被占据的区域1124可以是洞、空腔、开口或空隙。在一些实施方式中，未被占据的区域1124可以是用柔性材料填充的空隙。如图11b所示，未被占据的区域1124可以被限定在每个传感器像素1122的中心，使得传感器像素1122的材料围绕未被占据的区域1124。因此，传感器像素1122和未被占据的区域被布置为tft层1120中的阵列。
[0114]
厚压电、薄tft：在一些实施方式中，信号输出可以通过增加压电聚合物层的厚度和/或减少tft层的厚度来放大或调制。另外，接收器灵敏度可以通过增加压电聚合物层的厚度和/或减少tft层的厚度来增加。通过控制介电层厚度与压电聚合物层厚度的比率，可以提高传输效率和接收器灵敏度。在一些实施方式中，可以通过控制tft层的厚度来调谐介电层厚度。在一些情况下，tft层的厚度可以减小，以提供改善的接收器灵敏度和传输效率。例如，可以在大约100hz与大约20khz之间的频率范围内以及在大约20khz与大约40khz之间的频率范围内表现出这种改善。换句话说，薄tft层可以在人类可听范围和非接触式接近感测范围内提高传输效率和接收器灵敏度。在一些实施方式中，可以增加压电聚合物层厚度，
以提供改善的传输效率。这可以加强声学传感器系统的信号输出。例如，对于非接触式接近感测，可以在大约20khz与大约40khz之间的频率范围内表现出改善。
[0115]
在一些实施方式中，tft层的厚度可以等于或小于大约400μm，等于或小于大约250μm，或者等于或小于大约150μm。在一些实施方式中，tft层的厚度可以比压电聚合物层的厚度大不超过五倍或者大不超过三倍。在一些实施方式中，压电聚合物层的厚度可以等于或大于大约5μm，等于或大于大约20μm，等于或大于大约30μm，或者在大约5μm与大约30μm之间。在一些实施方式中，tft层厚度与压电聚合物层厚度的比率为大约5:1或更小，大约3:1或更小，或者大约2:1或更小。
[0116]
图12示出了根据一些实施方式的包括具有厚压电聚合物层和薄tft层的薄膜叠层的示例装置的截面示意图示。该装置可以是移动设备1200。移动设备1200包括压板1205，诸如盖板或覆盖玻璃。移动设备1200还包括位于压板1205下面的显示器1210，其中显示器1210可以是oled显示器。显示器1210可以包括多个显示层1211、1212、1213、1214、1215和1216。显示器1210可以是作为多层结构的oled叠层，包括可选的第一粘胶层1211、至少两个偏振器1212、1213、至少oled显示器1214、可选的第二粘胶层1215和至少背板1216。声学传感器系统1225可以粘合到显示器1210并位于显示器1210下面。粘胶层1218(诸如压敏粘胶)可以将声学传感器系统1225粘合到显示器1210。声学传感器系统1225可以包括具有多个传感器像素电路的tft层1220、压电聚合物层1230和电极层1240。压电聚合物层1230可以位于tft层1220与电极层1240之间，其中tft层1220位于压电聚合物层1230的面向显示器1210的一侧，并且电极层1240位于压电聚合物层1230的背离显示器1210的一侧。压电聚合物层1230可以包括诸如pvdf或pvdf-trfe共聚物的共聚物。在一些实施方式中，移动设备1200的声学传感器系统1225还包括位于tft层1220与显示器1210之间的间隔层1270，其中间隔层1270可以放大或调制压电聚合物层1230中的信号输出。间隔层1270可以由非活性材料(诸如塑料、金属或玻璃材料)制成。在一些实施方式中，声学传感器系统1225还包括位于电极层1240下面的钝化层1250。在一些实施方式中，一个或多个质量特征1260可以附着到声学传感器系统1225背面，其中一个或多个质量特征1260可以放大或调制压电聚合物层1230中的信号输出。一个或多个质量特征1260可以由非活性材料(诸如塑料、金属或玻璃材料)制成。
[0117]
优化的声学传感器系统1225可以具有厚的压电聚合物层1230和薄的tft层1220，以用于优化信号输出。增加的聚合物厚度和减小的介电(tft层1220)厚度可以加强来自压电聚合物层1230的信号输出。在一些实施方式中，压电聚合物层1230的厚度可以等于或大于大约5μm，并且tft层1220的厚度可以等于或小于大约250μm。在一些实施方式中，tft层厚度与压电聚合物层厚度的比率为大约5:1或更小，大约3:1或更小，或者大约2:1或更小。
[0118]
可以用压电聚合物层或在压电聚合物层中实施任何前述设计或策略，以用于改善或调制信号性能。这样，当在d33拉伸模式或d31弯曲模式下工作时，压电聚合物层可以具有改善的声音输出和/或增加的接收器灵敏度。如上所述且在图6-12中的这些设计或策略可以在具有压电聚合物层的移动设备中实施。任何前述的设计或策略可以以不同的组合彼此结合，以改善或调制信号性能。例如，更大的面积可以与多个压电层结合，多个压电层可以与具有间隔层结合，更大的面积可以与更小的像素感测元件和厚压电聚合物层结合，并且刚性环氧树脂粘胶层可以与具有间隔层结合，以及其他可能的组合和配置。任何前述设计
和策略或者前述设计和策略的任何组合都可以结合到图3、图4a、图4b、图5a或图5b所示的传感器配置中。例如，尽管在图3中仅示出了单个压电层330，但是可以将多个压电聚合物层堆叠成多层叠层以代替单个压电层330。
[0119]
图13a示出了图示针对具有标准尺寸的压电层的薄膜叠层的信号输出随频率变化的曲线图。薄膜叠层具有单个压电层，并且不包括间隔层或质量特征。峰值频率具有大约105db的振幅，其中db指示信号输出或声压。
[0120]
图13b示出了图示针对具有32个压电层的薄膜叠层的信号输出随频率变化的曲线图。薄膜叠层不包括间隔层或质量特征。在与图13a相同的峰值频率下，增加薄膜叠层中压电层的数量将信号输出或声压从大约105db增加到大约120db。
[0121]
图13c示出了图示针对具有10个压电层的薄膜叠层的信号输出随频率变化的曲线图。薄膜叠层不包括间隔层或质量特征。在与图13a相同的峰值频率下，信号输出或声压从大约105db增加到大约115db。然而，与具有32个压电层的薄膜叠层相比，具有10个压电层的薄膜叠层具有更小的信号输出或声压。
[0122]
图13d示出了图示针对具有32个压电层的薄膜叠层的信号输出随频率变化的曲线图，每个压电层比标准压电层长三倍。增加的长度可以对应于增加的压电层面积。如图13d所示，针对具有32个压电层的薄膜叠层，压电层的增加的面积将信号输出或声压从120db增加到大约125db。
[0123]
图13e示出了图示针对具有32个压电层的薄膜叠层的信号输出随频率变化的曲线图，每个压电层比标准压电层长三倍并且比其宽五倍。增加的宽度可以对应于增加的压电层厚度。如图13e所示，针对具有32个压电层的薄膜叠层，压电层的增加的厚度将信号输出或声压从125db增加到大约133db。
[0124]
图14a示出了图示针对具有压电层但没有间隔层的薄膜叠层的信号输出随频率变化的曲线图。峰值频率位于大约1khz处，其振幅大约为122db。
[0125]
图14b示出了图示针对具有压电层和间隔层的薄膜叠层的信号输出随频率变化的曲线图。具有间隔层可以减弱或放大在一个或多个频率范围(诸如人类可听范围)内的信号输出，和/或将信号输出的峰值频率移动(shift)到不同的频率。这可以降低由活性层产生的噪声，并且这可以将峰值频率移动到一些个人不太敏感的频率。如图14b所示，信号输出的峰值频率从大约1khz移动到大约3khz，并且振幅可以从大约122db减弱到大约116db。优化间隔层的厚度可以在期望的频率范围内调节信号输出。例如，如果期望的频率范围是超声范围，则间隔层的最佳厚度可以使信号输出在10mhz时最大。
[0126]
图15a示出了图示对使用由不同材料制成的间隔层的效果进行比较的信号输出随频率变化的曲线图。不同的材料可以由间隔层中的不同属性来定义。因此，间隔层可以是：(1)基线材料，(2)质量大100倍的材料，(3)柔度大100倍的材料，或者(4)阻尼大100倍的材料。改变间隔层中的材料属性至少在人类可听范围内调节信号输出的峰值频率。如图15a所示，通过对基线间隔层、质量比基线间隔层大100倍的间隔层、柔度比基线间隔层大100倍的间隔层和阻尼比基线间隔层大100倍的间隔层进行比较，不同的材料可以移动数学模型中的信号输出行为。
[0127]
图15b示出了图示对使用由不同材料制成的不同质量特征的效果进行比较的信号输出随频率变化的曲线图。质量特征可以位于压电层的背面，并且仅部分覆盖压电层的表
面。质量特征可以在一个或多个频率范围内(诸如大约20hz与大约20khz之间的频率范围)调节信号输出，和/或将信号输出的峰值频率移动到不同的频率。例如，一个或多个质量特征可以放大或减弱在至少人类可听范围内的信号输出，和/或将信号输出的峰值频率移动到人类可听范围之外的频率。信号输出行为可以通过选择质量特征的适当材料、厚度、几何形状和放置来调谐或控制。如图15b所示，通过对基线质量特征、质量为基线质量特征1％的质量特征以及阻尼比基线质量特征大十倍的质量特征进行比较，不同的材料可以移动数学模型中的信号输出行为。
[0128]
图16代表性地描绘了用于超声传感器系统的传感器像素的4
×
4像素阵列的各方面。每个像素1634可以例如与压电传感器材料(psm)的局部区域、峰值检测二极管(d1)和读出晶体管(m3)相关联；许多或所有这些元件可以形成在基板上或基板中，从而形成像素电路1636。在实践中，每个像素1634的压电传感器材料的局部区域可以将接收到的超声能量转换成电荷。峰值检测二极管d1可以寄存由压电传感器材料psm的局部区域检测到的最大电荷量。像素阵列1635的每一行然后可以例如通过行选择机构、栅极驱动器或移位寄存器来扫描，并且每一列的读出晶体管m3可以被触发以允许每个像素1634的峰值电荷的幅度由附加电路(例如，复用器和a/d转换器)读取。像素电路1636可以包括一个或多个tft，以允许像素1634的选通、寻址和复位。
[0129]
每个像素电路1636可以提供关于由超声传感器系统检测的对象的一小部分的信息。虽然为了便于说明，图16所示的示例具有相对粗糙的分辨率，但是具有每英寸500像素或更高的量级的分辨率的超声传感器可以配置有适当比例的结构。超声传感器系统的检测区域可以取决于预期的检测对象来选择。例如，检测区域的范围可以从单个手指的大约5mm
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5mm到四个手指的大约3英寸
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3英寸。更小和更大的区域(包括正方形、矩形和非矩形几何形状)可以被适当地用于目标对象。
[0130]
图17a示出了超声传感器系统的分解图的示例。在该示例中，超声传感器系统1700a包括位于压板40下面的超声发射器20和超声接收器30。根据一些实施方式，超声接收器30可以是图2所示且如上所述的超声传感器系统202的示例。在一些实施方式中，超声发射器20可以是图2所示且如上所述的可选的超声发射器的示例。超声发射器20可以包括基本上平面的压电发射器层22，并且能够用作平面波发生器。取决于所施加的信号，可以通过向压电层施加电压以膨胀或收缩该层来产生超声波，从而产生平面波。在该示例中，控制系统50能够产生可以经由第一发射器电极24和第二发射器电极26施加到平面压电发射器层22的电压。以这种方式，可以通过经由压电效应改变层的厚度来形成超声波。该超声波可以朝向手指(或其他待检测对象)行进，从而穿过压板40。未被待检测对象吸收或透射的一部分波可以被反射以便返回穿过压板40，并且被超声接收器30的至少一部分接收。第一发射器电极24和第二发射器电极26可以是金属化电极，例如，涂覆压电发射器层22的相对侧的金属层。
[0131]
超声接收器30可以包括设置在基板34(其也可以被称为底板)上的传感器像素电路32的阵列以及压电接收器层36。在一些实施方式中，每个传感器像素电路32可以包括一个或多个tft元件、电气互连迹线，并且在一些实施方式中包括一个或多个附加电路元件，诸如二极管、电容器等。每个传感器像素电路32可以被配置为将像素电路附近的压电接收器层36中产生的电荷转换成电气信号。每个传感器像素电路32可以包括将压电接收器层36
电气耦合到传感器像素电路32的像素输入电极38。
[0132]
在所示的实施方式中，接收器偏置电极39被设置在压电接收器层36靠近压板40的一侧。接收器偏置电极39可以是金属化电极，并且可以被接地或偏置，以控制哪些信号可以传递到传感器像素电路32的阵列。从压板40的暴露(顶部)表面反射的超声能量可以被压电接收器层36转换成局部化电荷。这些局部化电荷可以由像素输入电极38收集，并被传递到下面的传感器像素电路32。电荷可以被传感器像素电路32放大或缓冲，并被提供给控制系统50。
[0133]
控制系统50可以与第一发射器电极24和第二发射器电极26以及与基板34上的接收器偏置电极39和传感器像素电路32电气连接(直接或间接地)。在一些实施方式中，控制系统50可以基本上如上所述地工作。例如，控制系统50能够处理从传感器像素电路32接收的放大信号。
[0134]
控制系统50能够控制超声发射器20和/或超声接收器30，以(例如通过获得指纹图像)获得超声图像数据。无论超声传感器系统1700a是否包括超声发射器20，控制系统50都能够从超声图像数据中获得属性信息。在一些示例中，控制系统50能够至少部分基于属性信息来控制对一个或多个设备的访问。超声传感器系统1700a(或相关联的设备)可以包括含有一个或多个存储器设备的存储器系统。在一些实施方式中，控制系统50可以包括存储器系统的至少一部分。控制系统50能够从超声图像数据中获得属性信息，并将该属性信息存储在存储器系统中。在一些实施方式中，控制系统50能够捕获指纹图像，从指纹图像中获得属性信息，并且将从指纹图像中获得的属性信息(其在本文可以称为指纹图像信息)存储在存储器系统中。根据一些示例，控制系统50能够捕获指纹图像，从指纹图像中获得属性信息，并且甚至在维持超声发射器20处于“关闭”状态的同时存储从指纹图像中获得的属性信息。
[0135]
在一些实施方式中，控制系统50能够在超声成像模式或力感测模式下操作超声传感器系统1700a。在一些实施方式中，当在力感测模式下操作超声传感器系统时，控制系统能够将超声发射器20维持在“关闭”状态。当超声传感器系统1700a在力感测模式下工作时，超声接收器30能够用作力传感器。在一些实施方式中，控制系统50能够控制其他设备，诸如显示系统、通信系统等。在一些实施方式中，控制系统50能够在电容成像模式下操作超声传感器系统1700a。
[0136]
压板40可以是能够声学耦合到接收器的任何适当的材料，其示例包括塑料、陶瓷、蓝宝石、金属和玻璃。在一些实施方式中，压板40可以是盖板，例如用于显示器的覆盖玻璃或透镜玻璃。特别是当使用超声发射器20时，指纹检测和成像可以通过相对厚的压板(例如，3mm及以上)来执行，如果期望的话。然而，对于其中超声接收器30能够在力检测模式或电容检测模式下对指纹进行成像的实施方式，可能期望更薄且相对更柔顺的压板40。根据一些这样的实施方式，压板40可以包括一种或多种聚合物，诸如一种或多种聚对二甲苯，并且可以实质上更薄。在一些这样的实施方式中，压板40可以是几十微米厚或者甚至小于10微米厚。
[0137]
可以用于形成压电接收器层36的压电材料的示例包括具有适当声学特性的压电聚合物，例如，声学阻抗在大约2.5mrayl与5mrayl之间。可以采用的压电材料的具体示例包括铁电聚合物，诸如聚偏二氟乙烯(pvdf)和聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(pvdf-trfe)共聚物。
pvdf共聚物的示例包括60:40(摩尔百分比)的pvdf-trfe、70:30的pvdf-trfe、80:20的pvdf-trfe和90:10的pvdr-trfe。可以采用的压电材料的其他示例包括聚偏二氯乙烯(pvdc)均聚物和共聚物、聚四氟乙烯(ptfe)均聚物和共聚物以及二异丙基溴化铵(dipab)。
[0138]
可以选择压电发射器层22和压电接收器层36中的每一个的厚度，以便适于产生和接收超声波。在一个示例中，pvdf平面压电发射器层22大约28μm厚，并且pvdf-trfe接收器层36大约12μm厚。超声波的示例频率可以在5mhz至30mhz的范围内，其波长在毫米或更小的数量级。
[0139]
图17b示出了超声传感器系统的替代示例的分解图。在该示例中，压电接收器层36已经形成为分立元件37。在图17b所示的实施方式中，每个分立元件37对应于单个像素输入电极38和单个传感器像素电路32。然而，在超声传感器系统1300b的替代实施方式中，在每个分立元件37、单个像素输入电极38和单个传感器像素电路32之间不一定存在一一对应。例如，在一些实施方式中，对于单个分立元件37，可以有多个像素输入电极38和传感器像素电路32。
[0140]
图17a和图17b示出了超声传感器系统中的超声发射器和接收器的示例性布置，其他布置也是可能的。例如，在一些实施方式中，超声发射器20可以在超声接收器30上方，因此更靠近(多个)待检测对象。在一些实施方式中，超声发射器可以与超声传感器阵列一起被包括(例如，单层发射器和接收器)。在一些实施方式中，超声传感器系统可以包括声学延迟层。例如，声学延迟层可以被结合到位于超声发射器20与超声接收器30之间的超声传感器系统中。可以采用声学延迟层来调节超声脉冲定时，并且同时将超声接收器30与超声发射器20电气绝缘。声学延迟层可以具有基本均匀的厚度，其中选择用于延迟层的材料和/或延迟层的厚度，以提供所反射的超声能量到达超声接收器30的期望时间延迟。在这样做时，在从超声传感器系统的其他部分反射的能量不太可能到达超声接收器30的时间范围期间，可以使通过被对象反射而携带关于对象的信息的能量脉冲到达超声接收器30的时间范围。在一些实施方式中，基板34和/或压板40可以充当声学延迟层。
[0141]
如本文所使用的，涉及项目列表中的
“…
中的至少一个”的短语是指那些项目的任何组合，包括单个成员。作为示例，“a、b或c中的至少一个”旨在覆盖a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c。
[0142]
结合本文公开的实施方式描述的各种示例性逻辑、逻辑块、模块、电路和算法过程可以被实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。硬件和软件的可互换性已经在功能性方面进行了一般描述，并且在上述各种说明性组件、块、模块、电路和过程中进行了说明。这种功能是用硬件还是用软件实施取决于特定的应用和对整体系统施加的设计约束。
[0143]
用于实施结合本文公开的方面描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件和数据处理装置可以用通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件、或者被设计成执行本文描述的功能的其任何组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器或任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器可以被实施为计算设备的组合，例如，dsp和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与dsp核的结合、或者任何其他这样的配置。在一些实施方式中，特定的过程和方法可以由特定于给定功能的电路来执行。
[0144]
在一个或多个方面，所描述的功能可以用硬件、数字电子电路、计算机软件、固件、本说明书中公开的结构及其结构等同物、或者它们的任何组合来实施。本说明书中描述的主题的实施方式可以被实施为一个或多个计算机程序，即一个或多个计算机程序指令模块，其被编码在计算机存储介质上以用于由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作。
[0145]
如果在软件中实施，则这些功能可以作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质(诸如非暂时性介质)上或在其上传输。本文公开的方法或算法的过程可以在驻留在计算机可读介质上的处理器可执行软件模块中实施。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质(包括能够将计算机程序从一个地方传输到另一个地方的任何介质)两者。存储介质可以是可由计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限制，非暂时性介质可以包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备，或者可以用于以指令或数据结构的形式存储期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。此外，任何连接都可以被恰当地称为计算机可读介质。如本文所使用的，磁盘和光盘包括压缩光盘(cd)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(dvd)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘用激光光学地再现数据。上述的组合也应当被包括在计算机可读介质的范围内。另外，方法或算法的操作可以作为一个或任何组合或一组代码和指令驻留在机器可读介质和计算机可读介质上，其可以结合到计算机程序产品中。
[0146]
对本公开中描述的实施方式的各种修改对于本领域普通技术人员来说会是清晰的，并且在不脱离本公开的精神或范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其他实施方式。因此，本公开不旨在限于本文所示的实施方式，而是符合与本文公开的权利要求、原理和新颖特征相一致的最宽范围。
[0147]
本说明书中在单独的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施方式中单独实施或者以任何合适的子组合实施。此外，尽管特征可能在上面被描述为在某些组合中起作用，并且甚至最初被如此要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合中删除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变体。
[0148]
类似地，虽然在附图中以特定的次序描绘了操作，但是这不应被理解为要求这些操作以所示的特定次序或顺序次序执行，或者要求所有示出的操作都被执行，以获得期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施方式中的各种系统组件的分离不应被理解为在所有实施方式中都需要这样的分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中或者封装到多个软件产品中。另外，其他实施方式也在所附权利要求的范围内。在一些情况下，权利要求中所述的动作可以以不同的次序执行，并且仍然可以获得期望的结果。
[0149]
将理解，除非任何具体描述的实施方式中的特征被明确地标识为彼此不兼容，或者周围的上下文暗示它们是互斥的，并且不容易在互补和/或支持的意义上组合，否则本公开的整体构思和设想了那些互补实施方式的特定特征可以被选择性地组合，以提供一个或多个全面但略有不同的技术方案。因此，将进一步理解，以上描述仅通过示例的方式给出，并且可以在本公开的范围内进行细节上的修改。