CN105393261B - 具有外围配置的超声波生物计量传感器的显示器 - Google Patents

Abstract

本发明揭示提供集成超声波指纹或生物计量感测能力的像素化显示模块的各种技术和设备。在一些实施方案中，所述超声波指纹传感器和所述显示模块的所述显示组件可共享共同底板。在一些实施方案中，所述超声波指纹传感器可与所述显示模块中的其它组件共享弯曲电缆。在一些实施方案中，所述超声波指纹传感器可利用用于提供到所述显示模块的触摸输入的玻璃盖片上的导电迹线。

Description

具有外围配置的超声波生物计量传感器的显示器

相关申请案的交叉参考

本申请案依据35 U.S.C.§119(e)主张2013年6月3日申请的第61/830,582号美国临时专利申请案以及2013年11月14日申请的第14/071,362号美国专利申请案的优先权，所述申请案两者出于所有目的全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及像素化数字显示模块。更确切地说，本发明涉及具有集成在其中的超声波指纹和生物计量传感器的显示模块。

背景技术

在超声波传感器系统中，可以使用超声波发射器通过超声波透射介质或媒介朝向有待检测的物体发送超声波。发射器可以操作性地与超声波传感器耦合，超声波传感器被配置成检测从物体反射的超声波部分。举例来说，在超声波指纹成像器中，可以通过在非常短的时间间隔期间开始和停止发射器，而产生超声波脉冲。在超声波脉冲遇到的每一材料界面处，反射超声波脉冲的一部分。

举例来说，在超声波指纹成像器的上下文中，超声波可行进穿过上面可放置人的手指的压板，以获得指纹图像。在穿过压板之后，超声波的一些部分遇到与压板接触的皮肤，例如，指纹脊线，而超声波的其它部分遇到空气，例如指纹的邻近脊线之间的谷线，并且可以用不同的强度朝向超声波传感器反射回去。与手指相关联的反射信号可以经处理并且转换成表示反射信号的信号强度的数字值。当在分布式区域上收集多个此类反射信号时，可以使用此类信号的数字值来产生所述分布式区域上的信号强度的图形显示，举例来说通过将数字值转换成图像，由此产生指纹的图像。因此，超声波传感器系统可以用作指纹成像器或其它类型的生物计量传感器。在一些实施方案中，所检测到的信号强度可以映射成手指的等高线图，其表示脊线结构细节的深度。

发明内容

本发明的系统、方法和装置各自具有若干创新方面，其中没有单个方面单独负责本文所揭示的合乎需要的属性。

在一些实施方案中，可提供一种薄膜晶体管(TFT)底板。所述TFT底板可包含具有第一侧和对置第二侧的衬底。显示像素电路的阵列可位于第一侧之上或之中，每一显示像素电路经配置以致使显示装置的显示像素可连接到TFT底板以改变光发射、光透射或光反射状态。传感器像素电路的阵列可位于第一侧之上或之中，每一传感器像素电路经配置以形成传感器电路的经配置以读取从阵列位置提供到传感器电路的电荷的部分。显示像素电路的阵列和传感器像素电路的阵列可占据TFT底板的不重叠区域。

在TFT底板的一些实施方案中，传感器像素电路的阵列可经配置以形成用于压电超声波生物计量传感器的压电传感器电路的部分。在一些此类实施方案中，压电超声波生物计量传感器可为指纹传感器。在一些额外此些实施方案中，指纹传感器可足够大以同时从至少两个手指俘获指纹。在一些实施方案中，压电超声波生物计量传感器可为掌纹传感器。

在TFT底板的一些实施方案中，TFT底板还可包含与传感器像素电路的阵列分离的单一传感器像素电路，所述单一像素电路经配置以执行为超声波按钮。

在TFT底板的一些实施方案中，TFT底板还可包含像素输入电极的阵列。在此些实施方案中，每一像素输入电极可上覆在传感器像素电路的阵列中的一传感器像素电路上。传感器像素电路可在第一方向上隔开第一间距距离，且每一像素输入电极可具有大于第一间距距离的约70％且小于所述第一间距距离的在第一方向上的标称宽度。

在TFT底板的一些实施方案中，TFT底板还可包含上覆在传感器像素电路的阵列上的压电层。

在TFT底板的一些实施方案中，传感器像素电路可以每英寸近似500个传感器像素电路或更高的密度排列。

在TFT底板的一些实施方案中，TFT底板还可包含多个显示数据迹线，其大体上彼此平行且在TFT底板的由显示像素电路的阵列占据的区域内隔开第一间距距离。在此些实施方案中，TFT底板还可包含显示扇出。显示数据迹线可隔开第一间距距离而进入所述显示扇出，且可隔开小于所述第一间距距离的第二间距距离而退出所述显示扇出。所述显示扇出可大体上位于传感器像素电路的阵列与显示像素电路的阵列之间。

在TFT底板的一些此类实施方案中，TFT底板还可包含多个传感器数据迹线，其大体上彼此平行且在TFT底板的由传感器像素电路的阵列占据的区域内隔开第三间距距离。在此些TFT底板实施方案中，TFT底板还可包含传感器扇出。传感器数据迹线可隔开第三间距距离而进入所述传感器扇出，且隔开小于所述第三间距距离的第四间距距离而退出所述传感器扇出。

在TFT底板的一些额外此些实施方案中，TFT底板还可包含显示驱动器芯片和传感器驱动器芯片，其两者都位于TFT底板上。显示驱动器芯片可电连接到退出显示扇出且具有第二间距距离的显示数据迹线，且传感器驱动器芯片可电连接到退出传感器扇出且具有第四间距距离的传感器数据迹线。传感器驱动器芯片和显示驱动器芯片可为单独芯片。

在TFT底板的一些额外实施方案中，TFT底板还可包含位于TFT底板上的组合式显示和传感器驱动器芯片。所述组合式显示和传感器驱动器芯片可电连接到退出显示扇出且具有第二间距距离的显示数据迹线以及退出传感器扇出且具有第四间距距离的传感器数据迹线。所述组合式显示和传感器驱动器芯片可为单一集成芯片。

在一些实施方案中，可提供显示模块。所述显示模块可具有经设定大小为大于显示模块的主动显示区域的玻璃盖片。显示模块还可包含具有第一侧和对置第二侧的薄膜晶体管(TFT)底板。TFT底板可具有位于第一侧之上或之中的显示像素电路的阵列和位于第一侧之上或之中的传感器像素电路的阵列，每一传感器像素电路经配置以形成用于压电传感器的压电传感器电路的一部分。显示像素电路的阵列和传感器像素电路的阵列可占据TFT底板的不重叠区域。显示模块还可包含一或多个显示组件，其堆叠在玻璃盖片与TFT底板之间且经配置以结合显示像素电路的阵列而提供显示模块的显示功能性。显示模块还可包含超声波传感器系统。超声波传感器系统的至少一部分可位于TFT底板与玻璃盖片之间，且传感器像素电路的阵列可形成超声波传感器系统的一部分。

在一些此些显示模块实施方案中，超声波传感器系统可包含堆叠布置中的超声波发射器和超声波接收器，且超声波发射器与玻璃盖片之间的距离和超声波接收器与玻璃盖片之间的距离可均实质上不含间隙。

在一些此些显示模块实施方案中，超声波发射器可包含插入在第一发射器电极与第二发射器电极之间的压电超声波发射器层，且超声波接收器可包含插入在传感器像素电路的阵列与接收器偏压电极之间的压电超声波接收器。在显示模块的一些额外此些实施方案中，超声波接收器可插入在TFT底板与玻璃盖片之间。

在一些实施方案中，显示模块可包含形成于玻璃盖片上的导电触摸层，且接收器偏压电极可由导电触摸层的一部分提供。在一些额外此些实施方案中，围绕传感器像素电路的阵列的导电触摸层可用银墨电加固，且传感器像素电路的阵列内的导电触摸层可实质上不含银墨。如本文所使用，导电触摸层的电加固部分可与导电触摸层的剩余物的平均或标称电导率相比具有实质上较高电导率。

在显示模块的一些实施方案中，显示模块可包含与超声波接收器布置在堆叠配置中的一或多个隔片。堆叠在玻璃盖片与TFT底板之间的所述一或多个显示组件可具有显示堆叠厚度。超声波接收器(包括接收器偏压电极)可具有小于显示堆叠厚度的超声波接收器厚度，且所述一或多个隔片和所述超声波接收器(包括接收器偏压电极和超声波接收器与所述一或多个隔片之间的任何粘合剂或粘结层)的所述堆叠配置可具有实质上等于显示堆叠厚度的第一堆叠厚度。

在一些实施方案中，可提供一种薄膜晶体管(TFT)底板。TFT底板可包含：衬底，其具有第一侧和对置第二侧；显示像素电路的阵列，其位于所述第一侧之上或之中，每一显示像素电路经配置以致使显示装置的显示像素可与TFT底板连接以改变光发射、光透射或光反射状态；以及传感器像素电路，其位于所述第一侧之上或之中，所述传感器像素电路经配置以形成传感器电路的经配置以读取提供到所述传感器电路的电荷的部分。显示像素电路的阵列和传感器像素电路可占据TFT底板的不重叠区域。

在一些此类实施方案中，TFT底板可包含一或多个额外传感器像素电路。在一些进一步此些实施方案中，传感器像素电路和所述一或多个额外传感器像素电路可经配置以提供滑件控制。

在TFT底板的一些实施方案中，传感器像素电路可经配置为按钮控制。

在TFT底板的一些实施方案中，TFT底板还可包含位于所述第一侧之上或之中的第二传感器像素电路的阵列，每一第二传感器像素电路经配置以形成第二传感器电路的经配置以读取从阵列位置提供到所述第二传感器电路的电荷的部分。显示像素电路的阵列和第二传感器像素电路的阵列可占据TFT底板的不重叠区域。

附图说明

在附图和下文描述中阐述本说明书中描述的标的物的一或多个实施方案的细节。其它特征、方面和优点将从所述描述、图式和权利要求书而变得显而易见。应注意，以下各图的相对尺寸可能未按比例绘制。

各个图式中的相同参考标号和名称指示相同元件。

图1A-1C展示超声波传感器系统的示意图的实例。

图2展示超声波传感器系统的分解图的实例。

图3A展示超声波传感器的像素的4×4像素阵列的实例。

图3B展示超声波传感器系统的高级框图的实例。

图4描绘具有集成超声波生物计量传感器的显示模块的实例。

图5描绘具有集成超声波生物计量传感器的显示模块的另一实例。

图6描绘不具有集成超声波生物计量传感器的显示模块的实例。

图7描绘具有经修改以容纳集成超声波生物计量传感器的扇出的图6的显示模块的实例。

图8A描绘具有高宽度超声波生物计量传感器的图4的显示模块的实例。

图8B描绘具有用作掌纹传感器的高宽度超声波生物计量传感器的实例显示模块的侧视图。

图9描绘具有集成超声波生物计量传感器的显示模块的实例的概念侧视图。

图10描绘具有集成超声波生物计量传感器的显示模块的另一实例的概念侧视图。

图11描绘具有集成超声波生物计量传感器的显示模块的另一实例的概念侧视图。

图12描绘类似于图4中展示的但具有集成到底板上的额外超声波按钮的显示模块的平面图。

图13描绘图11中展示的显示模块的触摸层的概念平面图。

具体实施方式

以下描述针对出于描述本发明的创新方面的目的的某些实施方案。然而，所属领域的一般技术人员将容易认识到，可以许多不同方式应用本文中的教示。所描述的实施方案可以实施在任何用于超声波感测的装置、设备或系统中。此外，预期所描述的实施方案可包含在多种电子装置中或与其相关联，例如(但不限于)：移动电话、具多媒体因特网功能的蜂窝式电话、移动电视接收器、无线装置、智能电话、装置、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、笔记本计算机、智能笔记本计算机、平板计算机、打印机、复印机、扫描仪、传真装置、全球定位系统(GPS)接收器/导航仪、相机、数字媒体播放器(例如，MP3播放器)、便携式摄像机、游戏控制台、腕表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、电子阅读装置(例如，电子阅读器)、移动健康装置、计算机监视器、汽车显示器(包含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(例如，车辆中的后视相机的显示器)、电子照片、电子布告板或标牌、投影仪、建筑结构、微波、冰箱、立体声系统、盒式记录器或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、无线电装置、便携式存储器芯片、洗衣机、烘干机、洗衣机/烘干机、停车计时器、包装(例如，机电系统(EMS)应用中，包含微机电系统(MEMS)应用以及非EMS应用)、美观性结构(例如，关于一件珠宝或服装的图像的显示)和多种EMS装置。本文中的教示还可用于例如但不限于以下应用中：电子开关装置、射频滤波器、传感器、加速计、陀螺仪、运动感测装置、磁力计、用于消费型电子装置的惯性组件、消费型电子产品的零件、变容器、液晶装置、电泳装置、驱动方案、制造工艺和电子测试装备。因而，所述教示并不希望仅限于图中所描绘的实施方案，而实际上具有广阔的适用性，如所属领域的一般技术人员将容易明白的。

本文中所描述的实施方案涉及像素化显示模块，其在显示模块的显示区域外围的位置处并入有例如指纹传感器等超声波生物计量传感器。本文概述的各种概念主要相对于与液晶显示器集成而论述，但可使用其它类型的显示技术实施在显示模块中，所述显示技术包含OLED、LED、电子墨水、基于微机电系统(MEMS)的反射式显示器等。举例来说，具有玻璃盖片的任何显示器可充当用于与安装到玻璃盖片的超声波生物计量传感器集成的潜在候选者，如本发明中稍后更详细论述。另外，具有显示像素电路提供底板的任何显示器可充当用于与超声波生物计量传感器集成的潜在候选者，使得所述底板含有像素电路的两个阵列-经配置以将电压或电流递送到显示像素的显示像素电路的阵列，以及经配置以检测压电接收器层中产生的电荷的传感器像素电路的单独阵列。本发明中稍后也更详细论述此些概念。

本文概述的各种概念可通常以若干方式有利。举例来说，本文中所描述的实施方案中的许多实施方案提供的一个显著优点为，可提供具有集成在显示区域的外围附近的超声波指纹传感器的蜂窝式电话大小的显示模块。此超声波指纹传感器可允许经由玻璃盖片指纹成像，即使玻璃盖片的部分对光为不透明，例如所述玻璃盖片的经屏幕印刷或以其它方式渲染为不透明以便使内部电路模糊的部分，或从外部视图来看许多人认为非美观的其它装置特征。此可允许针对利用此显示模块的便携式电子装置的生物计量访问控制，其表示对装置所有者增加的防护级别，而不牺牲便携式装置的总体设计美学。

如下文中进一步描述，另一优点为，用于超声波指纹传感器的传感器像素电路可实施在现有显示像素电路底板上，对现有显示像素电路(或对用于产生此些显示像素电路的制造工艺)具有极少改变或无改变。在一些实施方案中，传感器像素电路的阵列的设计可在最小额外工作量的情况下简单地复制到底板设计上。在一些情况下，已经论证且在现有底板上的显示像素电路中使用的例如多路复用器、驱动程序等电路组件设计还可用于提供传感器像素电路或伴随的传感器电路中的电路功能性。另一益处为，经制定以控管底板上的显示器相关电路的构造的设计规则可同样适用于相同底板上提供的超声波指纹传感器相关电路。因此，实施提供显示像素电路的阵列和传感器像素电路的阵列两者的底板可与可能以其它方式消耗以便使用其它途径向显示模块提供指纹感测能力相比以显著减小的工作量来实现。

此些益处的完全含义不容易了解，且需要至少一些评论。从头开始产生新TFT底板设计可涉及底板制造商的相当大的资源支出。因此，在实用的意义上，此些制造商常常不愿意从事此些冒险，除非消费者愿意购买数十万或数百万的底板。并且，潜在顾客常常不能够答应此些花费，且因此实施新底板设计存在显著阻碍。然而，如果底板制造商可利用现有的经论证显示底板且容易将超声波指纹扫描能力或支持集成到底板中，那么制造商更可能愿意接受实行此设计。

将超声波指纹传感器集成到现有显示模块中的另一优点为，此些指纹传感器归因于定位于显示模块中的在显示区域外部的位置中(即，在显示区域外围)而可允许在作出性能的极少改变或无性能改变的情况下结合显示模块的显示部分使用各种常用触摸接口技术。举例来说，定位于显示模块中在显示区域外部的区域中的超声波指纹传感器将不会干扰上覆在显示区域上的电阻性或电容性触摸传感器层。因此，本文概述的相对于显示模块的超声波指纹传感器放置和集成概念可与广泛多种不同触摸感测技术一起使用。

一般来说，存在现代电组件的设计中常常遵循的两个设计范例。首先，组件区室化且容易地互换，其可依据其连接、功率要求、输入和输出等标准化，从而允许其容易地集成为组合件。此区室化允许装置设计者(例如移动装置设计者)在选择可用于装置中的组件方面具有高度灵活性。

对比方法为，将单独组件通常提供的功能性集成到单一装置中。此方法最常在一组共同电路可用于提供两个单独组件通常提供的功能性时或在两个组件具有互补功能性时使用。举例来说，触摸屏传感器可提供为例如由显示器玻璃盖片上的电容性触摸层提供的显示面板的组成部分。此集成解决方案在此情况下为合理的，因为触摸屏传感器补充显示面板且与显示面板协同定位。

本文论述的相对于显示传感器在外围定位的概念表示与这两个设计范例的明显偏离。通过将指纹或其它类型的传感器像素电路集成到底板上的显示像素电路的阵列外围的区域中的共同底板中，两个另外单独系统集成到共同组件中，因此取消了在使用不同传感器(例如，指纹扫描仪)以及不同显示模块之间容易地切换的能力，这与区室化设计范例背道而驰。同时，并不共享功能性或具有互补功能性的两个系统(即，显示模块和位于显示模块外围的传感器)集成到共同组件中。这与集成功能性设计范例相反，因为不存在用于基于其在终端用户装置中的使用而组合所述两个系统的功能原因。因此，本文概述的概念表示共同底板中的传感器像素电路与显示像素电路的集成的反直观方法。

图1A-1C展示超声波传感器系统的示意图的实例。如图1A中所示，超声波传感器系统10可包含压板40下方的超声波发射器20和超声波接收器30。超声波发射器20可以是可产生超声波21(参见图1B)的压电发射器。超声波接收器30包含安置在衬底上的压电材料和像素电路阵列。在操作中，超声波发射器20产生超声波21，其行进穿过超声波接收器30到达压板40的暴露表面42。在压板40的暴露表面42处，超声波能量可以被与压板40接触的物体25(例如指纹脊线28的皮肤)吸收或分散，或者反射回来。在空气接触压板40的暴露表面42的位置(例如，指纹脊线28之间的谷线27)中，大多数超声波21将朝超声波接收器30反射回去以供检测(参见图1C)。电子控制器50可以耦合到超声波发射器20和超声波接收器30，并且可以供应定时信号，这些定时信号使得超声波发射器20产生一或多个超声波21。电子控制器50可以接着从超声波接收器30接收指示反射的超声波能量23的信号。控制电子器件50可以使用从超声波接收器30接收的输出信号来构造物体25的数字图像。在一些实施方案中，控制电子器件50还可随时间连续地对输出信号进行取样以检测物体25的移动。

图2展示超声波传感器系统10的分解图的实例，超声波传感器系统10包含压板40下方的超声波发射器20和超声波接收器30。超声波发射器20可以是平面波产生器，其包含基本上平面的压电发射器层22。可以根据所施加的信号，通过向压电层施加电压以使所述层膨胀或收缩而产生超声波，由此产生平面波。可以经由第一发射器电极24和第二发射器电极26向压电发射器层22施加电压。以此方式，可通过经由压电效应改变层的厚度而产生超声波。此超声波穿过压板40朝向手指(或其它有待检测的物体)行进。可以反射所述波的未被有待检测的物体吸收的部分，以便往回穿过压板40且被超声波接收器30接收。第一和第二发射器电极24和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。

超声波接收器30可以包含安置在衬底34(其也可被称为底板)上的像素电路阵列32以及压电接收器层36。在一些实施方案中，每一像素电路32可包含一或多个TFT元件、电互连迹线以及(在一些实施方案中)例如二极管、电容器等一或多个额外电路元件。每一像素电路32可被配置成将接近像素电路的压电接收器层36中产生的电荷转换成电信号。每一像素电路32可以包含像素输入电极38，其将压电接收器层36电耦合到像素电路32。

在所说明的实施方案中，接收器偏压电极39安置在压电接收器层36的接近压板40的一侧上。接收器偏压电极39可以是金属化电极，并且可以被接地或偏压，以控制哪些信号被传递到TFT阵列。从压板40的暴露(顶部)表面42反射的超声波能量通过压电接收器层36转换成局部化的电荷。这些局部化的电荷被像素输入电极38收集，并且传递到下伏像素电路32上。电荷可由像素电路32放大且提供到控制电子器件，控制电子器件处理输出信号。图3A中展示了实例像素电路32的简化示意图，但是所属领域的一般技术人员将理解，可预期对简化示意图中展示的实例像素电路32的许多变化和修改。

控制电子器件50可电连接到第一发射器电极24和第二发射器电极26并且与接收器偏压电极39和衬底34上的像素电路32电连接。控制电子器件50可以基本上如先前关于图1A-1C所论述而操作。

压板40可以是可以声学耦合到接收器的任何适当材料，其实例包含塑料、陶瓷、玻璃和蓝宝石。在一些实施方案中，压板40可以是盖板，例如显示器的玻璃盖片或镜头玻璃。必要时，可以通过相对厚(例如3mm和以上)的压板执行检测和成像。

可以根据各种实施方案采用的压电材料的实例包含具有适当声学特性的压电聚合物，例如声学阻抗在约2.5MRayls与5MRayls之间。可以采用的压电材料的特定实例包含铁电聚合物，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共聚物的实例包含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它实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二异丙胺溴化物(DIPAB)。

压电发射器层22和压电接收器层36中的每一者的厚度可以选择成适合于产生和接收超声波。在一个实例中，PVDF压电发射器层22的厚度近似是28μm，且PVDF-TrFE接收器层36的厚度近似是12μm。超声波的实例频率在5MHz到30MHz的范围内，波长大约是四分之一毫米或更小。

图1A到图1C和图2展示了超声波传感器系统中的超声波发射器和接收器的实例布置，而其它布置也是可能的。举例来说，在一些实施方案中，超声波发射器20可以在超声波接收器30上方，即，更接近检测物体。在一些实施方案中，超声波传感器系统可以包含声学延迟层。举例来说，声学延迟层可以并入到超声波传感器系统10中，在超声波发射器20与超声波接收器30之间。可使用声学延迟层来调整超声波脉冲定时，且同时将超声波接收器30与超声波发射器20电绝缘。延迟层可以具有基本上均匀的厚度，用于延迟层的材料和/或延迟层的厚度选择成提供反射的超声波能量到达超声波接收器30的时间的所要延迟。通过这种做法，可以使由于已被物体反射而携载关于所述物体的信息的能量脉冲在从超声波传感器系统10的其它部分反射的能量不大可能到达超声波接收器30的时间范围期间到达超声波接收器30。在一些实施方案中，TFT衬底34和/或压板40可以充当声学延迟层。

图3A描绘超声波传感器的像素的4×4像素阵列。每一像素可以例如与压电传感器材料的局部区、峰值检测二极管和读出晶体管相关联；许多或所有这些元件可以形成于底板上或形成于底板中以形成像素电路。在实践中，每一像素的压电式传感器材料的局部区可以将接收到的超声波能量变换成电荷。峰值检测二极管可以寄存压电式传感器材料的局部区检测到的最大电荷量。接着可以扫描每一行像素阵列，例如，经由行选择机构、栅极驱动器或移位寄存器，并且可以触发每一列的读出晶体管以允许通过额外电路(例如多路复用器和A/D转换器)来读取每一像素的峰值电荷的量值。像素电路可以包含一或多个TFT以允许对像素进行选通、寻址和复位。

每一像素电路32可以提供关于超声波传感器系统10检测到的物体的一小部分的信息。虽然为说明方便起见，图3A中展示的实例具有相对粗略的分辨率，但是具有每英寸约500像素或更高分辨率的超声波传感器系统配置有分层结构，其大体类似于本发明人已阐释的图2中所展示的结构。超声波传感器系统10的检测区域可以根据既定检测物体选择。举例来说，检测区域可以在一根手指约5mm×5mm到四根手指约3英寸×3英寸的范围内变动。包含正方形、矩形和非矩形几何形状的较小和较大区域可视物体的需要而使用。

图3B展示超声波传感器系统的高级框图的实例。所展示的许多元件可形成控制电子器件50的一部分。传感器控制器可以包含控制单元，其被配置成控制传感器系统的各种方面，例如，超声波发射器定时和激励波形，超声波接收器和像素电路的偏压，像素寻址，信号滤波和转换，读出帧速率，等等。传感器控制器还可包含数据处理器，其从超声波传感器电路像素阵列接收数据。数据处理器可以将数字化数据转译成指纹的图像数据，或者将数据格式化以供进一步处理。

举例来说，控制单元可以用规则间隔向Tx驱动器发送发射器(Tx)激励信号，以便使Tx驱动器激励超声波发射器并且产生平面超声波。控制单元可以经由接收器(Rx)偏压驱动器发送层级选择输入信号以便对接收器偏压电极施加偏压，且允许选通像素电路的声学信号检测。可以使用多路分用器接通和关断栅极驱动器，其致使传感器像素电路的特定行或列提供传感器输出信号。可以通过电荷放大器、例如RC滤波器或抗混叠滤波器等滤波器和数字化器将来自像素的输出信号发送到数据处理器。应注意，系统的一些部分可以包含在TFT底板上，且其它部分可以包含于相关联的集成电路中。

已详细描述实例超声波指纹传感器，以下论述阐述典型显示模块的特性。存在可用于提供供在计算机监视器、电视机、移动装置和其它电子设备中使用的现代像素化显示装置的许多不同技术。液晶显示器(LCD)和有机发光二极管(OLED)显示器是这两种技术的实例。如先前所提到，本发明中的许多实例聚焦于超声波指纹传感器与LCD型显示架构集成，但本文概述的一般技术、设计规则和概念也可应用于其它类型的显示技术。

在LCD中，从均一地发光的背光发出的光穿过彼此平行但极化轴彼此垂直定向的两个偏光器。液晶单元或像素的阵列插入在两个偏光器之间。每一液晶单元通常经配置使得内部的液晶在无电压施加到液晶单元时“放松”到“扭曲向列型状态”。在扭曲向列型状态中，液晶致使穿过插入在液晶单元与背光之间的偏光器的偏光扭曲90°，从而允许光随后穿过剩余偏光器。

当跨越液晶单元施加电压时，液晶解开，从而致使穿过液晶的初始偏光扭曲到更小程度，导致光经由第二偏光器的较少发射。光扭曲/解开的量取决于所施加电压，从而允许调制穿过双偏光器堆叠的光的量。每一此类液晶单元可充当显示装置的像素或子像素。如果需要彩色输出，那么彩色滤光片阵列可放置在显示器的液晶层与观看表面之间。彩色滤光片阵列可对每一像素产生的光进行滤波使得其实质上为单色，例如红、绿或蓝。通过组合例如红像素、绿像素和蓝像素等多个像素的输出，有可能调谐每一此像素分组产生的混合颜色。在此些情况下，像素元素可被称为子像素，且可经调谐以产生特定颜色的混合光的子像素的每一分组可被称为像素。

OLED显示器利用较直接技术来提供光。在OLED显示器中，每一像素或子像素为单一发光二极管。每一二极管可个别地控制以便产生特定颜色的不同量的光。此不需要偏光器膜和液晶元件且相比于LCD显示面板减少显示面板“浪费”的光的量。

虽然LCD和OLED显示器使用极其不同的技术来产生光，但每一类型的显示器需要用于个别地控制每一显示像素或子像素的机构。为提供此控制，这些显示器利用薄膜晶体管(TFT)的阵列。LCD的TFT通常制造在透明TFT底板(也在本文中简称为“底板”，例如玻璃或透明聚合物)上，以促进从背光经由底板到液晶单元中的光透射。OLED显示器的TFT也可制造在透明底板上，但不透明底板可用于此些类型的显示器中。

显示模块的每一显示像素可包含有时结合其它电路元件布置在控制所述显示像素的行为的电路中的一或多个TFT；此些像素层级电路在本文中被称作显示像素电路。显示像素电路布置在底板上在实质上与显示像素阵列共同延伸的阵列中。代替于同时寻址控制显示器中的像素的所有显示像素电路(其将需要用于每一个显示像素电路的单独迹线)，此些显示模块的控制电子器件通常以极高频率循序“扫描”经过显示像素电路的每一行或列。为促进此控制，每一列可(例如)具有单独“数据”线或迹线，且每一行可具有单独“扫描”线或迹线。或者，每一行可具有单独数据线或迹线，且每一列可具有单独扫描线或迹线。每一显示像素电路可通常连接到一个扫描迹线和一个数据迹线。通常，功率一次一个地施加到扫描迹线且当功率施加到特定扫描迹线时，与被供电扫描迹线相关联的显示像素电路可由施加到其相应数据迹线的信号个别地控制。

扫描布置的使用允许必须针对显示器适应的个别迹线的数目从潜在地数百万迹线减小到数百或数千迹线。然而，此仍为待处理的不合需要的大量迹线，且因此显示面板常常包含一或多个驱动器芯片，所述驱动器芯片与每一数据迹线和扫描迹线通信且将从输入或一组输入提供的图像数据转译为输出到扫描迹线和数据迹线的循序组的扫描信号和数据信号。驱动器芯片通常连接到处理器或经由具有数十或数百导体的弯曲电缆提供图像数据的其它装置。因此，数百万像素显示器可由具有明显较低数目的导体(例如，低约4-6数量级)的柔性电缆控制。

此些驱动器芯片的占用面积可与显示器可能的占用面积相比显著较小。为适应此大小差异，数据迹线和/或扫描迹线之间的间距可在显示像素电路阵列与驱动器芯片之间减小。从驱动器芯片的角度来看，迹线可呈现为朝向显示像素电路的阵列“扇出”，在本文中被称作“扇出”。为适应一或多个驱动器芯片和相应扇出，TFT底板可设定大小为大于显示像素电路的阵列。在一些情况下，扇出并不端接在驱动器芯片处，而是实际上端接在弯曲电缆连接处。在此些情况下的驱动器芯片可位于组件上在弯曲电缆的对置末端处。

本发明人已认识到，显示模块的TFT底板可在对现有电路图案化的最小更改或无更改的情况下经设计以适应扇出附近的像素电路的第二阵列。此像素电路的第二阵列可用于将超声波感测功能性提供到显示装置的非显示区；因此，第二阵列中的像素电路可在本文中被称作传感器像素电路(相较于较早论述的显示像素电路)。此感测功能性可(例如)用于提供超声波指纹感测能力。本发明人已进一步认识到，移动电子装置中可能备受关注的是，允许生物计量识别措施以美观性上合意的方式实施在所述装置上以帮助在丢失或偷窃的情况下保护所述装置和其中的数据。

图4描绘概念43乘59像素显示装置(总共2537像素)的示意性平面图；显示像素电路406与每一像素相关联且定位于每一像素附近并位于底板402上。在此实例中，显示扫描迹线408与显示像素电路406的每一列相关联，且显示数据迹线410与显示像素电路406的每一行相关联。显示驱动器芯片414位于显示像素阵列418的一侧。显示扫描选择电路420可经配置用于每一显示扫描迹线408的个别控制。显示扫描选择电路420可从显示驱动器芯片414或由另一源驱动。显示数据迹线410经由显示扇出412布线以便适应显示数据迹线410之间的间距与显示驱动器芯片414的插脚引线间距的差异。显示弯曲电缆416可与显示驱动器芯片414的输入/输出迹线连接以允许显示模块400以通信方式与可将数据发送到显示模块400以用于输出的其它组件(例如，处理器)连接。

图4中还描绘传感器像素阵列438中的传感器像素电路426的较小阵列。传感器像素阵列438中的每一传感器像素电路426可连接到传感器扫描迹线428和传感器数据迹线430。数据迹线430可经由传感器扇出432布线到传感器驱动器芯片434。传感器扫描选择电路424可经配置用于每一传感器扫描迹线428的个别控制。传感器扫描选择电路424可从传感器驱动器芯片434或由另一源驱动。传感器弯曲电缆436可连接到传感器驱动器芯片434的插脚引线。每一传感器像素电路426可包含一或多个TFT，以及在一些实施方案中例如电容器、二极管等一或多个其它电路元件。与驱动显示像素(其可经配置以将电压或电流供应到液晶元件或供应到OLED元件)的显示像素电路406相比，传感元件426可实际上经配置以接收由上覆在传感器像素阵列438上的压电超声波接收器层产生的电荷。

应理解，图4中展示的组件并非按比例绘制，且其它实施方案可与所展示的显著不同。举例来说，所展示的显示器的像素分辨率相对较小，但相同底板布置可与例如1136x640像素显示器、1920x1080像素显示器等较高分辨率显示器一起使用。以相同方式，传感器像素阵列可大于所展示的11x14像素传感器像素阵列438。举例来说，传感器像素阵列438的分辨率可产生近似500像素/英寸(ppi)的像素密度，其可非常适于指纹扫描和感测目的。

在图4中展示的实施方案中，显示像素阵列418和传感器像素阵列438除位于共同底板402上以外还以其它方式彼此完全分离。显示像素阵列418与其自身的显示驱动器芯片414和显示弯曲电缆416通信，且传感器像素阵列438与其自身的传感器驱动器芯片434和传感器弯曲电缆436通信。

图5中描绘显示模块400的较集成版本。图5中，所展示的结构很大程度上等同于图4中展示的结构。图5中的以与图4中的类似结构具有相同最后两个数字的编号进行编号的元件应理解为大体类似于图4中的对应结构。为避免重复，关于图5，读者参考相对于图4的此些元件的较早描述。

图4与图5之间的一个显著差异为，显示驱动器芯片514和传感器驱动器芯片534彼此邻近且连接到共同触摸和超声波弯曲电缆540。在一些实施方案中，显示驱动器芯片514和传感器驱动器芯片534的功能性可由单一集成芯片提供。

图4和5中展示的配置可容易地实施在现有TFT底板中，因为不需要对显示像素阵列418/518的改变。另外，传感器像素电路426/526(例如TFT和形成传感器像素电路426/526的其它电路元件)可在用于形成显示像素电路406/506的相同过程期间形成。TFT底板制造商因此省去了显示像素阵列418/518的任何再设计，从而允许以减小的开发成本将指纹扫描功能性添加到邻近于显示像素的区域。此外，例如所展示的具有传感器像素阵列438/538的TFT底板的实际产生可涉及可忽略的额外成本，因为可利用已经用于产生显示像素阵列418/518的相同过程来同时产生传感器像素阵列438/538。

在一些实施方案中，可执行显示扇出的某一重新布线以允许较大大小的第二TFT阵列放置在底板上。图6和7描绘此重新布线的实例。图6中，展示具有显示像素阵列618的显示模块600。显示模块600并不具有伴随的传感器像素阵列，但以其它方式极其类似于图4和5中展示的显示模块。在图7中，描绘显示模块700，其实质上与显示模块600相同，只是传感器像素阵列738以及伴随的传感器数据迹线730、扫描迹线728、传感器驱动器芯片734等已添加到底板702。可以看出，产生底板702所需的对底板602的唯一修改是，在显示扇出712中重新布线一些数据迹线610。迹线布线的此些微小更改可对与转换现有显示模块600的设计以便类似于显示模块700的设计相关联的再设计成本具有较小影响。

图8A描绘具有高宽度超声波指纹传感器的图4的显示模块的实例。图8A中，所展示的结构很大程度上等同于图4中展示的结构。图8A中的以与图4中的类似结构具有相同最后两个数字的编号进行编号的元件应理解为大体类似于图4中的对应结构。为避免重复，关于图8A，读者参考相对于图4的此些元件的较早描述。

可以看出，图8A中的传感器像素阵列838与图4中的传感器像素阵列438相比在宽度方面(即，跨越图中的垂直方向)显著较大。此可允许多个指尖同时放置在传感器像素阵列838上，从而允许跨越多个指尖的同时指纹辨识。此外，此些较大占用面积传感器像素阵列还可用于获得其它生物计量信息，例如当人将其手的手掌抵靠显示器的玻璃盖片按压时可获得手掌印记(或部分手掌印记)。以相同方式，当人体的其它部分抵靠玻璃盖片按压时可获得其它生物计量数据，例如耳朵印记、脸颊印记等。同时，较大传感器像素阵列还可允许额外输入功能性。举例来说，传感器像素阵列可经配置以检测何时触笔与玻璃盖片接触并跟踪触笔的运动。触笔尖端的所产生的XY位置数据可用于(例如)获得用户的签名，或接收触笔输入用于例如文本输入或菜单选择等目的。依据封装布置，传感器像素阵列可如所展示定位，即在显示模块800的与显示扇出812相同的侧上，或可位于显示模块800的相对侧上，即在显示像素阵列818的与显示扇出812相对的侧上。在前一情况中，传感器像素阵列838可必须与显示扇出812共享底板占据面积。在后一情况下，传感器像素阵列838可跨越显示模块800的整个宽度(相对于图8A的定向的垂直高度)相对不受阻地延伸。在其中传感器像素阵列838和显示像素阵列818并不共享共同底板的实施方案中，那么可实施完全宽度传感器像素阵列838，其并不干扰显示扇出812同时仍位于显示像素阵列818的与显示扇出812相同的侧上。

图8B描绘具有用作掌纹传感器的高宽度超声波指纹传感器的实例显示模块的侧视图。可以看出，用户可抵靠上覆于显示像素阵列818和传感器像素阵列838的玻璃盖片850而按压其手829的手掌。当传感器像素阵列838为宽阵列时，例如(例如)图8A中展示，那么传感器像素阵列838可用于使用本文概述的超声波技术获得用户的手掌的部分或完整掌纹读数。

图9描绘以与图4的显示模块400很大程度相同的方式配置的显示模块900的概念侧视图。图9中，显示模块900包含具有形成于其上的显示TFT阵列918的底板902。显示TFT阵列包含布置成规则图案的多个显示TFT电路906。液晶层958可位于底板902和显示TFT阵列918的顶部上；液晶层958可具有各自与不同显示TFT电路906相关联的个别液晶单元。液晶电极层962可位于液晶层958的相对侧上。在液晶电极层962与显示TFT电路906中的一者之间施加电压可致使位于液晶电极层962与显示TFT电路906之间的个别液晶单元改变状态，因此致使穿过液晶单元的偏光或多或少扭曲。

背光960可位于底板902的与显示TFT阵列918相对的侧上。第一偏光器952可插入在底板902与背光960之间，且第二偏光器954可位于液晶层958的与第一偏光器952相对的侧上。第一偏光器952和第二偏光器954可经定向使得其极化方向彼此垂直。

图9中还可见放置在第二偏光器954与玻璃盖片950之间的彩色滤光片阵列956。彩色滤光片阵列956可对穿过个别液晶单元以及第一和第二偏光器952和954的光滤波使得每一个别液晶单元实质上为单色。来自邻近像素的不同波长的单色光可组合以产生较大且变化的颜色范围。当然，在双色显示器(例如白色和黑色)中，彩色滤光片阵列956可省略。在场序多色显示器中，彩色滤光片阵列956也可省略，因为循序彩色背光(例如红随后绿随后蓝)随着显示TFT电路906和液晶层958快速改变对应于照明序列和待显示的图像的状态而提供所要彩色光。

图9中还展示压电超声波接收器层972和压电超声波发射器层970。压电超声波发射器层970在此情况下位于底板902的与玻璃盖片950相对的侧上，且压电超声波接收器层972插入在底板902与玻璃盖片950之间。然而，在一些其它实施方案中，压电超声波发射器层970与压电超声波接收器层972的位置可调换，或压电超声波发射器层970和压电超声波接收器层972两者可位于底板902的相同侧上。

压电超声波发射器层970可在跨越第一发射器电极978和第二发射器电极980施加电压时产生导向玻璃盖片950的平面超声波。通过对跨越第一发射器电极978和第二发射器电极980施加电压定时，可调制压电超声波发射器层970产生的超声波的定时和持续时间。

例如PVDF或PVDF-TrFE层等压电超声波接收器层972可包含当经受由入射超声波引起的声压时产生可测量电荷的压电结晶。压电超声波接收器层972中的压电晶体可用托承在共同接收器层电极976与多个像素输入电极974中的一者之间。与特定像素输入电极974相关联的压电结晶产生的任何电荷可由导电性地连接到像素输入电极974的传感器像素电路926检测到。对于大多数压电结晶情况如此，但压电传感器层中的一些压电结晶可不如此托承(例如如果使用圆形像素输入电极，那么上覆在邻近像素输入电极之间的间隙上的压电结晶可不如此托承)。每一像素输入电极974可具有在一个方向中的大于所述方向中的像素间距距离的约70％且还小于所述方向中的像素间距距离的标称宽度。在一些实施方案中，像素输入电极974可具有在一个方向中的大于所述方向中的像素间距距离的约50％且还小于所述方向中的像素间距距离的标称宽度。在其它实施方案中，例如比如按钮或滑件控制(参看本文稍后论述)等非成像实施方案，像素输入电极尺寸可显著小于像素间距。

当像素输入电极974和传感器像素电路926布置在二维阵列中(例如，类似于图2的像素输入电极38和传感器像素电路32的布置的布置)时，所产生的阵列可用于提供压电超声波接收器层972内的对应于玻璃盖片950(其可以类似于图2的压板40的方式作用)的暴露表面处的超声波的反射强度的超声波强度/压力的二维图。

堆叠的压电超声波发射器层970、第一和第二发射器电极978和980、底板902、传感器像素电路926、像素输入电极974、压电超声波接收器层972、压电超声波接收器层电极976，以及玻璃盖片950可形成实质上连续的材料块以便避免堆叠组合件内存在空隙空间(例如空气间隙)。此防止或减少各种材料之间的声学阻抗错配，由压电超声波发射器层970产生的超声波可在其穿过堆叠组合件且朝向玻璃盖片950的暴露表面通过时行进穿过所述各种材料。在一些实施方案中，可位于底板902与玻璃盖片950之间的图9中展示的超声波传感器相关组件可具有小于玻璃盖片950与底板902之间的间隙距离的总体厚度。在此些实施方案中，剩余空间可用垫片玻璃或其它材料填充以避免存在开放间隙。超声波传感器堆叠中的各种层/组件可用粘合剂或经由其它机构彼此结合以避免潜在开放间隙。

虽然图9中展示的组件和层未按比例绘制，但超声波指纹传感器可以极小比例实施。举例来说，用于压电超声波发射器层和压电超声波接收器层的压电层的厚度可约0.005到0.1mm，发射器和接收器偏压电极的厚度可约0.0001到0.02mm，玻璃盖片和底板的厚度可约0.1到1mm，且传感器像素电路和像素输入电极的厚度可约0.0005到0.002mm。这些厚度值仅提供作为一实例且为给予读者超声波指纹传感器的近似比例的含义。这些组件还可具有除所列厚度以外的厚度。

超声波传感器阵列还可以其它方式集成到显示模块设计中。举例来说，超声波传感器阵列可集成到如下文陈述的一些触敏显示模块中。

在具有触摸接口功能性的一些显示器中，触摸输入层可夹在例如比如偏光器、底板、彩色滤光片、液晶层、OLED等组件等各种显示组件与玻璃盖片之间。在一些此类装置中，触摸输入层可形成于玻璃盖片的背侧上。触摸输入层可(例如)为投影电容性触摸(PCT)输入层且可利用形成可变电容器的阵列的导电迹线的图案，所述可变电容器可用于检测由阵列附近手指的存在所导致的电容的位置改变。

此些触摸输入层可连接到弯曲电缆以允许触摸输入层与例如触摸控制器之间的电连通。弯曲电缆可焊接或以其它方式连接到沿着显示模块的一个边缘或在其附近定位的触摸输入层中的接触件。

例如图2中所描绘的超声波传感器可结合到此显示模块的玻璃盖片，且可电连接到用于与触摸输入层连接的相同弯曲电缆。图10中展示此布置。

在图10中，展示类似于图9中展示的显示模块的显示模块的概念侧视图。图10中的以与图9中的组件相同的最后两个数字编号的组件可(除非另外描述)被认为大体类似于图9中的以相同最后两个数字编号且在本发明中较早描述的组件。

如在图10中可以看出，触摸层1064已插入在第二偏光器1054与玻璃盖片1050之间。触摸层1064可(例如)用粘合剂层1082结合到第二偏光器1054。触摸层1064的一部分可伸出超出第二偏光器1054的边缘以便允许触摸弯曲电缆1088的触摸弯曲导线1090连接到触摸层1064的导电迹线。

如图10中进一步可见，显示模块1000的超声波传感器部分稍微不同于图9的超声波传感器部分。在图10中，超声波传感器(如图9中)包含压电超声波发射器层1070和压电超声波接收器层1072，以及像素输入电极1074和传感器像素电路1026。然而，与图9中展示的变型相比，传感器像素电路1026提供在与底板1002分离的超声波传感器底板1004上。此外，垫片1084位于接收器偏压电极1076与玻璃盖片1050之间。垫片1084可用于允许触摸弯曲电缆1088的超声波弯曲导线1092导电性地连接到接收器偏压电极1076的面向玻璃盖片1050的表面。此允许具有连接到触摸层1064和接收器偏压电极1076的末端的仅一侧上的暴露导体的弯曲电缆用作触摸弯曲电缆1088。触摸弯曲电缆1088可沿着其长度分割某一距离以允许触摸弯曲电缆导线1090和超声波电缆导线1092在相反方向中布线，如图所示。如果使用具有末端的两侧上的暴露导体的弯曲电缆，那么可省略垫片1084。

图10中展示的分割-弯曲布置还可实施在具有超声波指纹传感器的显示模块上，其中传感器像素电路与例如图9中展示的的显示像素电路共享共同底板。在图10中，触摸弯曲电缆1088展示为在第二发射器电极1080与底板1002之间通过，即利用超声波组件堆叠与可提供于显示模块中的底板1002之间的间隙，其中显示像素电路1006和传感器像素电路1026位于单独底板(例如底板1002和超声波传感器底板1004)上，而非共同底板上。然而，类似于触摸弯曲电缆1088的触摸弯曲电缆也可用于以提供在例如图9中展示的共同底板上的显示像素电路和传感器像素电路为特征的显示模块。在此些实施方案中，触摸弯曲电缆可代替于布线在超声波组件与底板之间而布线到侧部，即相对于图10进入页面或从页面出来。在清除超声波组件占据的体积之后，触摸弯曲电缆可随后朝向显示模块1000的所要边缘布线，例如托承超声波传感器组件、显示驱动器芯片等的显示模块的三个边缘中的任一者。因为接收器偏压电极1076需要仅一个导电迹线来操作，所以触摸弯曲电缆可仅需要一个额外导体。在一些实施方案中，用于触敏层的现有触摸弯曲电缆可已经具有可为此目的利用的未使用的备用导体。

图11中，描绘另一显示模块的概念侧视图。图11中的以与图10中的组件相同的最后两个数字编号的组件可(除非另外描述)被认为大体类似于图10中的以相同最后两个数字编号且在本发明中较早描述的组件。图13描绘可相对于图11的论述参考的显示模块的触摸层的平面图。

如图10中，传感器像素电路1126位于单独超声波传感器底板1104上，但还可使用以提供显示像素电路1106和传感器像素电路1126两者的共同底板为特征的变型。图11中展示的显示模块1100不同于图10中展示的显示模块1000，因为所展示的特定实施方案以导电触摸层1166和银墨层1168为特征。举例来说，如果来自图10的触摸层1064为电阻性触摸层，那么其可以显示模块的显示区域上方的重叠但非接触导电迹线(参看图13，导电迹线1344)的栅格为特征。导电迹线1344可由透明导电材料形成，例如氧化铟锡(ITO)，因此形成类似于导电触摸层1166的结构。导电触摸层可以允许单独地寻址每一栅格迹线的多个单独电迹线为特征。为增强导电触摸层1166的电性能，导电触摸层1166可使用电加固导电材料的添加剂层电“加固”，所述电加固导电材料例如银墨1368或其它高导电性材料，例如银-胺基甲酸酯涂层、填充聚合物、导电膏、导电墨水、丝网-印刷导体，或导电涂层。此些材料可通常施加到与显示模块的显示区域不重叠的区域中的导电触摸层1166的迹线，因为此些较高导电性材料通常不透明或具有反射性。

连接到栅格迹线的迹线可连接到弯曲电缆1342，弯曲电缆1342可连接到可接收和/或处理触摸输入的处理器。在一些触摸传感器中，可存在位于玻璃盖片1150上(或更准确地位于导电触摸层1166或银墨层1168上)的驱动器芯片，其可辅助信号调节、A/D转换和/或触摸感测。

在例如图11中展示的实施方案的实施方案中，接收器偏压电极可由导电触摸层1166的与压电超声波接收器层1172接触的区1345提供。此区1345可与导电触摸层1166中的其它迹线电绝缘，且可电连接到用于经由导电触摸层1166中的迹线与导电触摸层1166介接的相同弯曲电缆1342。将所述区与弯曲电缆电连接的迹线以及包围与压电超声波接收器层1172接触的区(所述包围部分由1348指示)的导电触摸层1166也可用来自银墨层1168的银墨电加固或扩增。然而，导电触摸层的实际上上覆在压电超声波接收器层1172上的部分可保持无银墨。此可用以防止作为金属复合物的银墨在由压电超声波发射器层1170产生且由压电超声波接收器层1172接收的超声波的直接发射路径中。此金属复合物相对于压电超声波接收器层1172的声学阻抗的高声学阻抗可导致入射超声波的较大分数从金属复合物反射回去而非穿过玻璃盖片1150以便准许玻璃盖片上物体的扫描。因此，导电触摸层的上覆在压电超声波接收器层1172上的部分应通常保持无具有相对于邻近材料的高声学阻抗错配的材料。

围绕导电触摸层的上覆在压电超声波接收器层1172上的部分的电加强可为有用的，因为压电超声波接收器层1172可在被施加偏压以产生图像数据时临时消耗大量电流。电流的量可足够大以致于用于产生导电触摸层1166的材料(例如ITO)可能结合所使用的典型迹线厚度不能够在不丢弃跨越接收器层1172的表面的过量电压的情况下传导足够电流。然而，如果将导电触摸层的上覆在压电超声波接收器层1172上的部分与弯曲电缆连接的迹线用高导电性材料电加固，那么可解决此问题。

在本文论述的一些图中，各种电连接展示为经由一些种类的弯曲电缆(有时被称作柔性印刷电路或FPC)提供。应理解，虽然弯曲电缆非常适合于此些连接(归因于导体的高密度、弯曲电缆容易依据特定布线路径定制，和低制造成本)，但其它电连接技术可用于将所论述的各种组件与处理器、驱动程序和/或其它控制硬件连接。举例来说，个别电线可用于进行一些电连接，例如个别电线可用于进行到单一元件(例如超声波指纹传感器的接收器偏压电极)的电连接，或可使用层间通孔，例如穿过压电超声波接收器层且与接收器偏压电极和提供传感器像素电路的底板上的驱动器电路呈导电接触的绝缘导电柱。应进一步理解，虽然许多图中未图示到各种电组件的特定电连接以免过度混乱，但所属领域的一般技术人员将认识到，此些电组件将电连接到各种控制、信号和电源系统。举例来说，第一和第二发射器电极将连接到驱动器电路以允许跨越压电超声波发射器层施加电压。辨识和建立此些电连接在所属领域的一般技术人员的技能内。

还认识到，本文中所描述的各种组件中的一或多者可经由例如单一弯曲电缆等共同电缆电连接到例如处理器等各种其它组件。举例来说，单一弯曲电缆可用于提供处理器或印刷电路板与显示模块的触摸层和超声波指纹传感器之间的电连接。虽然此些布置可减小在特定装置内形成和布线可需要的电缆的总数，但此电缆集成并非绝对必需。因此，在一些实施方案中，弯曲电缆或其它类型的电缆可电连接到仅单一组件，例如弯曲电缆可仅与用于超声波指纹传感器的传感器驱动器芯片连接。

在本文包含的许多实例中，论述传感器驱动器芯片(和显示驱动器芯片)。在所说明实例中，这些芯片位于具有超声波指纹传感器的显示模块的(一或多个)底板上；此在业界被称作“玻璃上芯片”(COG)。应理解，此些芯片和其容纳的电路也可定位于其它位置中，包含与显示模块完全分离的位置中。举例来说，此些芯片中的一或多者可集成到弯曲电缆中或上，其在业界被称作“弯曲芯片”(COF)。在另一实例中，此些芯片中的一或多者可位于连接到弯曲电缆的相对端的电路板上。应理解，具有以此些交替芯片放置为特征的集成超声波指纹触摸传感器的显示模块也在本发明的范围内。

虽然本发明已主要聚焦于用于指纹辨识的经排列压电超声波传感器的集成，但本文概述的超声波传感器集成概念还可应用于单一像素(或用于指纹扫描目的的不合适分辨率的其它减小像素计数传感器)超声波传感器。举例来说，具有单一较大接收器像素的超声波传感器(传感器像素阵列，其中阵列中传感器像素元素的数目为1，即单一传感器像素元素)可能够检测何时手指放置在其顶部上，但可能完全不能够提供关于所述指纹的实际指纹的任何有用信息。实际上，其可简单地提供指纹细节的单一像素“平均”。然而指纹的此“平均”图像是有用的，因为此平均图像在手指在此传感器上方呈现于玻璃盖片上时与当手指并不呈现于玻璃盖片上时的情况相比将显著不同。因此，单一像素超声波传感器可在手指在传感器上方呈现于玻璃盖片上时用作简单数字按钮，其可检测和处理为按钮按压。相反，如果不存在手指，那么此还可检测和处理为按钮非按压或按钮释放。

此些“按钮”超声波传感器可本质上需要单一传感器像素电路，在本文中被称作“按钮像素电路”。其实施方案相比于可用于指纹扫描的经排列传感器像素电路因此是相对简单的。按钮像素电路可形成于提供显示模块的显示像素电路的相同底板中，例如作为除传感器像素阵列中的传感器像素电路之外且除显示像素阵列中的显示像素电路之外的额外像素电路。可存在提供在单一底板上的多个个别按钮像素电路以允许多个离散按钮。此些按钮像素电路可连接到底板上的其它组件，或可连接到弯曲电缆。任何显示扇出或传感器扇出可重新布线以便保持无按钮像素电路。

图12描绘类似于图4中展示的但具有集成到底板上的额外超声波按钮的显示模块的平面图。图12中，所展示的结构很大程度上等同于图4中展示的结构。图12中的以与图4中的类似结构具有相同最后两个数字的编号进行编号的元件应理解为大体类似于图4中的对应结构。为避免重复，读者参考相对于图4和关于图5的此些元件的较早描述。

如图12中可见，显示驱动器芯片1214从显示模块的中心偏移，从而释放底板1202的一部分并允许两个超声波按钮传感器1225集成到底板上。如上文所论述，超声波按钮传感器1225可为单一像素超声波装置；用于超声波按钮传感器中的每一者的单一像素电路可提供在底板上，与显示像素电路1206和传感器像素电路1226非常类似。按钮弯曲电缆1223可将超声波按钮传感器1225连接到控制器或经配置以控制超声波按钮传感器1225的其它装置。与两个按钮传感器1225可形成于底板1202上非常类似，例如线性阵列等一系列超声波按钮1225可形成于底板上。在一个配置中，一组按钮可定位在线性阵列中，从而形成超声波滑件控制，其可用于音量控制目的或用作例如滑移传感器等手势输入装置以在用户跨越传感器滑移手指时接通或解锁移动装置。在一个操作模式中，用户可用手指的滑移为移动装置通电，且随后将手指的指尖放置到指纹传感器上以验证用户和解锁移动装置。在另一操作模式中，用户可点击超声波按钮中的一或多者或线性阵列以唤醒移动装置，且随后将手指放置在待认证的超声波指纹传感器上。例如一或多个按钮上的点击-点击-暂停-点击等点击的特定序列可允许用户存取移动装置或使用移动装置上运行的应用。在另一配置中，三个或三个以上超声波按钮可定位在显示器的外围附近以充当(例如)返回按钮、首页按钮或菜单/进入/选择按钮。这些按钮可在按钮内含或不含用户认证能力的情况下提供对这些或其它功能的访问。所述按钮可具有适合于检测按钮上的触摸的少至一个像素。或者，所述按钮可具有传感器像素的高分辨率阵列以在执行功能之前检测触摸和认证用户。在一个操作模式中，所述按钮可在不接通超声波发射器的情况下检测声学发射或电容的改变以确定手指或其它物体的存在。在另一模式中，按钮可在操作超声波发射器的同时使用从传感器产生的图像信息检测物体的存在。在另一模式中，按钮可首先在发射器不接通的情况下检测物体的存在，且随后在操作发射器的同时产生关于物体的进一步信息。超声波按钮上方的玻璃盖片或覆盖镜头可变粗糙或以其它方式纹理化以辅助在(例如)用户在按钮上方刷他的/她的手指时产生声音。

在另一配置中，超声波像素的矩形阵列可形成在显示区的一侧之外的触控板或签名垫。触控板或签名垫可用于(例如)提供对显示装置的操作的导航输入或允许用户利用显示装置进行签名验证。在一些实施方案中，触控板或签名垫上方的区可纹理化以辅助检测触笔。

除本文论述的超声波指纹传感器之外，本发明人还已认识到，在一些实施方案中，有可能完全省略指纹传感器的超声波组件且完全依赖于通常与压电超声波接收器层介接的传感器像素电路的电容行为。举例来说，此些传感器像素电路在像素输入电极(或到像素输入电极的下伏传感器像素电路连接)与人类皮肤(例如，指纹脊线)接触或紧密接触时寄存相比于空气(例如指纹谷线)不同量值的电荷。如果传感器像素电路的阵列具有小的足够间距(例如500ppi)，那么来自传感器像素电路的阵列的所产生的输出可用于以与在用压电超声波接收器层实施时将使用的方式非常类似的方式产生指纹的图像。对此些电容性传感器的一个限制为，其仅在正成像的物体(例如指纹)极其接近传感器像素电路的输入电极时有效。举例来说，如果指纹从传感器像素电路的输入电极偏移超过指纹脊线的宽度，那么每一传感器像素电路报告出的值将不准确且指纹将不能够被重建。在一些实施方案中，电容性配置的传感器可具有厚度在约1与20微米之间的上覆涂层。

如果使用电容性指纹传感器代替超声波指纹传感器，那么电容性传感器可需要安装在玻璃盖片的比显示模块的大部分上方所使用的薄的多的区段(例如具有比指纹脊线之间的间距小得多的厚度)后方。或者，电容性指纹传感器可位于另一材料(例如聚对二甲苯基)的保护层后方，且可完全不被玻璃盖片覆盖，例如定位于玻璃盖片的切口区域中或定位于超过玻璃盖片的边缘的位置中。

还应理解，本文中所描述的底板以及显示像素电路的第一阵列和传感器像素电路的第二阵列也可在除压电传感器外的传感器中使用。举例来说，传感器像素或传感器像素的阵列可用于环境温度测量或经配置用于磁场检测。显示部分和非显示部分可具有共同或单独弯曲电缆用于驱动显示器和用于获取来自非显示或传感器部分的数据。

例如本文中所描述的显示模块可使用多种工艺制造。举例来说，根据图9的显示模块可通过首先产生或提供具有像素电路的至少两个单独阵列的底板而制造：显示像素电路的阵列和传感器像素电路的阵列(底板也可包含用于传感器像素电路的阵列的像素输入电极)。各种显示相关组件可组装到底板，如此显示模块的组装期间通常进行的。举例来说，液晶层可施加到底板的具有显示像素电路的阵列的一侧，且液晶可随后定向在所要定向中。电极可随后施加到液晶层，且彩色滤光片阵列和偏光器可随后在此电极的顶部上分层。背光可随后施加到底板的相对侧。在大部分显示相关组件的组装之前、同时或之后，压电膜可施加到像素输入电极从而形成压电超声波接收器层。接收器偏压电极可随后施加到压电超声波接收器层。必要时，例如垫片玻璃等垫片可施加到接收器偏压电极以使底板上的超声波层堆叠与底板上的显示层堆叠在高度上匹配。玻璃盖片以及任何任选触摸屏接口可随后结合在两个单独堆叠上。除组装到底板的像素电路侧上的组件外，额外组件可组装到底板的相对侧上。举例来说，用于显示组件的背光可安装到底板的相对侧上。另外，第一发射器电极也可安装到底板的相对侧上，随后施加另一压电层从而形成压电超声波发射器层。可随后施加第二发射器电极，且绝缘涂层或背面帽可随后施加以防范无意的短路。

另一可能组装技术可用于提供以不位于玻璃盖片下部的超声波指纹传感器为特征的显示模块；此些技术还可与可不在玻璃盖片的厚度后方起作用的电容性指纹传感器一起使用。此技术可极其类似于上文关于玻璃盖片“下方”的指纹传感器描述的技术，但可存在所采取的额外动作。举例来说，孔或开口可提供于玻璃盖片中围绕超声波指纹传感器，且指纹传感器代替于由玻璃盖片覆盖而可具有单独覆盖物(例如垫片玻璃)或涂层(例如聚对二甲苯基)。或者，玻璃盖片可简单地不在超声波指纹传感器上方延伸。

所属领域的一般技术人员可容易地显而易见对本发明中所描述的实施方案的各种修改，且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文中所定义的一般原理可应用于其它实施方案。因此，本发明并不希望限于本文中所展示的实施方案，而应被赋予与权利要求书、本文中所揭示的原理和新颖特征相一致的最广泛范围。词语“示范性”在本文中专门使用(如果完全)以表示“充当实例、例子或说明”。本文中描述为“示范性”的任何实施方案未必应解释为比其它实施方案优选或有利。

在本说明书中在单独实施方案的上下文中描述的某些特征也可在单一实施方案中组合地实施。相反地，在单一实施方案的上下文中描述的各种特征也可单独地在多个实施方案中实施或以任何合适的子组合来实施。此外，尽管上文可将特征描述为以某些组合起作用乃至最初如此主张，但在一些情况下，可将来自所主张的组合的一或多个特征从组合中删除，并且所主张的组合可针对子组合或子组合的变化。

类似地，虽然在图式中按特定次序描绘操作，但此不应被理解为要求按所展示的特定次序或按循序次序执行这些操作，或执行所有所说明的操作，以实现合乎需要的结果。在某些情况下，多重任务处理和并行处理可为有利的。此外，上文所描述的实施方案中的各种系统组件的分开不应被理解为在所有实施方案中要求此分开，且应理解，所描述的程序组件和系统一般可一起集成在单个软件产品中或包装到多个软件产品中。另外，其它实施方案是在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，权利要求书中所叙述的动作可以不同次序来执行且仍实现所要结果。

将理解，除非明确地指示特定所描述实施方案中的任一者中的特征彼此不兼容，或周围上下文暗示其相互排斥且不容易在互补和/或支持性意义上组合，否则本发明的全部内容预期且设想那些互补实施方案的特定特征可经选择性组合，以提供一或多个全面、但稍许不同的技术解决方案。因此，将进一步了解，已仅借助于实例给出以上描述，且详细修改可在本发明的范围内进行。

Claims (24)

1.一种显示模块，其包括：

薄膜晶体管TFT底板，其包含：

衬底，其具有第一侧和对置第二侧，

显示像素电路的阵列，其位于所述第一侧上，每一显示像素电路经配置以致使显示装置的显示像素可连接到所述TFT底板以改变光发射、光透射或光反射状态，以及

传感器像素电路的阵列，其位于所述第一侧上，每一传感器像素电路经配置以形成压电超声波指纹传感器电路的一部分且经配置以读取从传感器像素电路的所述阵列中的阵列位置提供到所述压电超声波指纹传感器电路的电荷，其中显示像素电路的所述阵列和传感器像素电路的所述阵列占据所述TFT底板的不重叠区域；

一或多个显示组件，其定位在玻璃盖片与所述TFT底板之间，所述一或多个显示组件经配置以结合显示像素电路的所述阵列而提供所述显示模块的显示功能性；

压电超声波指纹传感器，其中：

所述压电超声波指纹传感器的至少一部分定位在所述TFT底板与所述玻璃盖片之间，

传感器像素电路的所述阵列形成所述压电超声波指纹传感器的一部分，且

所述压电超声波指纹传感器包含一或多个材料层使得最远离所述TFT底板的所述压电超声波指纹传感器的表面与最远离所述TFT底板的所述一或多个显示组件的表面距所述TFT底板相同距离。

2.根据权利要求1所述的显示模块，其中所述指纹传感器经设定大小以同时俘获来自至少两个手指的指纹。

3.根据权利要求1所述的显示模块，其中所述压电超声波生物计量传感器为掌纹传感器。

4.根据权利要求1所述的显示模块，其进一步包括与传感器像素电路的所述阵列分离的单一传感器像素电路，所述单一传感器像素电路经配置以执行为超声波按钮。

5.根据权利要求1所述的显示模块，其进一步包括像素输入电极的阵列，其中：

每一像素输入电极上覆在传感器像素电路的所述阵列中的传感器像素电路上，

所述传感器像素电路在第一方向上隔开第一间距距离，且

每一像素输入电极具有在所述第一方向上的大于所述第一间距距离的70％且小于所述第一间距距离的标称宽度。

6.根据权利要求1所述的显示模块，其进一步包括上覆在传感器像素电路的所述阵列上的压电层。

7.根据权利要求1所述的显示模块，其中所述传感器像素电路以500个传感器像素电路/英寸或更高的密度排列。

8.根据权利要求1所述的显示模块，其进一步包括：

多个显示数据迹线，其实质上彼此平行且在所述TFT底板的由显示像素电路的所述阵列占据的区域内隔开第一间距距离；以及

显示扇出，其中：

所述显示数据迹线隔开所述第一间距距离而进入所述显示扇出，且隔开小于所述第一间距距离的第二间距距离而退出所述显示扇出，且

所述显示扇出位于传感器像素电路的所述阵列与显示像素电路的所述阵列之间。

9.根据权利要求8所述的显示模块，其进一步包括：

多个传感器数据迹线，其实质上彼此平行且在所述TFT底板的由传感器像素电路的所述阵列占据的区域内隔开第三间距距离；以及

传感器扇出，其中所述传感器数据迹线隔开所述第三间距距离而进入所述传感器扇出，且隔开小于所述第三间距距离的第四间距距离而退出所述传感器扇出。

10.根据权利要求9所述的显示模块，其进一步包括：

显示驱动器芯片，其位于所述TFT底板上；以及

传感器驱动器芯片，其位于所述TFT底板上，其中：

所述显示驱动器芯片电连接到退出所述显示扇出的所述显示数据迹线，

所述传感器驱动器芯片电连接到退出所述传感器扇出的所述传感器数据迹线，且

所述传感器驱动器芯片和所述显示驱动器芯片为单独芯片。

11.根据权利要求9所述的显示模块，其进一步包括：

组合显示和传感器驱动器芯片，其位于所述TFT底板上，其中：

所述组合显示和传感器驱动器芯片电连接到退出所述显示扇出的所述显示数据迹线和退出所述传感器扇出的所述传感器数据迹线，且

所述组合显示和传感器驱动器芯片为单一集成芯片。

12.一种显示模块，其包括：

玻璃盖片，其经设定大小为大于所述显示模块的主动显示区域；

薄膜晶体管TFT底板，其具有第一侧和对置第二侧，其中所述TFT底板具有：

显示像素电路的阵列，其位于所述第一侧上，以及

传感器像素电路的阵列，其位于所述第一侧上，每一传感器像素电路经配置以形成用于压电超声波指纹传感器的压电超声波指纹传感器电路的部分，其中显示像素电路的所述阵列和传感器像素电路的所述阵列占据所述TFT底板的不重叠区域；

一或多个显示组件，其定位在所述玻璃盖片与所述TFT底板之间，所述一或多个显示组件经配置以结合显示像素电路的所述阵列而提供所述显示模块的显示功能性；

所述压电超声波指纹传感器，其中：

所述压电超声波指纹传感器的至少一部分位于所述TFT底板与所述玻璃盖片之间，且

传感器像素电路的所述阵列形成所述压电超声波指纹传感器的一部分；以及

一或多个材料层，其插入在所述压电超声波指纹传感器与所述玻璃盖片之间，其中所述一或多个材料层不含所述压电超声波传感器与所述玻璃盖片之间的间隙。

13.根据权利要求12所述的显示模块，其中：

所述超声波传感器包含处于堆叠布置中的超声波发射器和超声波接收器，且

所述超声波发射器与所述玻璃盖片之间的距离和所述超声波接收器与所述玻璃盖片之间的距离两者实质上不含间隙。

14.根据权利要求13所述的显示模块，其中：

所述超声波发射器包含插入在第一发射器电极与第二发射器电极之间的压电超声波发射器层，且所述超声波接收器包含插入在传感器像素电路的所述阵列与接收器偏压电极之间的压电超声波接收器层。

15.根据权利要求14所述的显示模块，其中所述超声波接收器插入在所述TFT底板与所述玻璃盖片之间。

16.根据权利要求14所述的显示模块，其进一步包括形成于所述玻璃盖片上的导电触摸层，其中所述接收器偏压电极由所述导电触摸层的一部分提供。

17.根据权利要求16所述的显示模块，其中围绕传感器像素电路的所述阵列的所述导电触摸层用电加固材料电加固，且传感器像素电路的所述阵列内的所述导电触摸层实质上不含所述电加固材料。

18.根据权利要求17所述的显示模块，其中所述电加固材料为银墨。

19.根据权利要求15所述的显示模块，其进一步包括

所述一或多个材料层包含与所述超声波接收器布置在堆叠配置中的一或多个隔片，其中：

定位在所述玻璃盖片与所述TFT底板之间的所述一或多个显示组件具有界定所述玻璃盖片与所述TFT底板之间的偏移的显示堆叠厚度，

所述超声波接收器，包含所述接收器偏压电极，具有小于所述显示堆叠厚度的超声波接收器厚度，且

所述一或多个隔片与所述超声波接收器的所述堆叠配置，包含所述接收器偏压电极和所述超声波接收器与所述一或多个隔片之间的任何粘合剂或粘结层，具有实质上等于所述显示堆叠厚度的第一堆叠厚度。

20.一种显示模块，其包括：

薄膜晶体管TFT底板，其包含：

衬底，其具有第一侧和对置第二侧；

显示像素电路的阵列，其位于所述第一侧上，每一显示像素电路经配置以致使与所述TFT底板相关联的显示装置的显示像素改变光发射、光透射或光反射状态；以及

压电超声波传感器像素电路，其位于所述第一侧上，所述传感器像素电路经配置以形成压电超声波传感器电路的经配置以读取提供到所述压电超声波传感器电路的电荷的部分，其中显示像素电路的所述阵列和所述传感器像素电路占据所述TFT底板的不重叠区域；

一或多个显示组件，其定位在玻璃盖片与所述TFT底板之间，所述一或多个显示组件经配置以结合显示像素电路的所述阵列而提供所述显示模块的显示功能性；以及

压电超声波传感器，其中：

所述压电超声波传感器的至少一部分定位在所述TFT底板与所述玻璃盖片之间，

所述压电超声波传感器像素电路形成所述压电超声波传感器的一部分，且

所述压电超声波传感器包含一或多个材料层使得最远离所述TFT底板的所述压电超声波传感器的表面与最远离所述TFT底板的所述一或多个显示组件的表面距所述TFT底板相同距离。

21.根据权利要求20所述的显示模块，其中所述压电超声波传感器被配置成按钮控制。

22.根据权利要求20所述的显示模块，其进一步包括形成所述压电超声波传感器的又一部分的一或多个额外压电超声波传感器像素电路。

23.根据权利要求22所述的显示模块，其中所述压电超声波传感器像素电路和所述一或多个额外压电超声波传感器像素电路经配置以提供滑件控制。

24.根据权利要求20所述的显示模块，其进一步包括：

第二压电超声波传感器像素电路的阵列，其位于所述第一侧上，每一第二压电超声波传感器像素电路经配置以形成第二压电超声波传感器电路的经配置以读取从阵列位置提供到所述第二压电超声波传感器电路的电荷的部分，其中：

显示像素电路的所述阵列和第二压电超声波传感器像素电路的所述阵列占据所述TFT底板的不重叠区域。