CN107563273A - 超声波感测模组及其制作方法、电子装置 - Google Patents

超声波感测模组及其制作方法、电子装置 Download PDF

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Abstract

一种超声波感测模组，其包括一压电层，所述压电层的一表面上设置有薄膜晶体管阵列；所述压电层远离薄膜晶体管阵列的一表面设置有一电极；所述压电层具有发送和接收感测信号的功能。本发明的超声波感测模组可以在制作过程中减少切割次数，简化制作流程、降低制作成本并减少超声波感测模组的厚度。

Description

超声波感测模组及其制作方法、电子装置
技术领域
本发明涉及一种超声波感测模组及该超声波感测模组的制作方法，本发明还涉及一种应用该超声波感测模组的电子装置。
背景技术
电子装置可以包括感测模组，感测模组已经广泛地应用于工业、国防、消防、电子等不同领域。根据不同的感测原理，感测模组的类型有很多种，如光学式感测模组，电容式感测模组，物质波式感测模组等。一种典型的物质波式感测模组为超声波感测模组，其通过产生超声波信号并接收被待测物反射回的超声波信号，基于接收到的超声波信号产生感测信号以感测被测物。超声波感测模组利用声波覆盖整个用于感测的表面，而被测物会阻断这些驻波图样，此时可检测出相应的衰减，从而能进行感测操作。
但是现有的超声波感测模组的批量化制作工艺较为复杂且需要较大的成本。以一种超声波感测模组的制作为例，通常是在一具有多个TFT的母基板两侧分别形成压电层，母基板的材料以玻璃为主，在切割母基板以形成多个感测模组时，需分别先切割母基板两侧的压电层，才能切割母基板，如此需要至少三次切割工艺。此外，得到的超声波感测模组厚度较大，难以满足电子装置日益轻薄化的需求。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种低成本的超声波感测模组。
一种超声波感测模组，其包括一压电层，所述压电层的一表面上设置有薄膜晶体管阵列；所述压电层远离薄膜晶体管阵列的一表面设置有一电极；
所述压电层具有发送和接收感测信号的功能。
本发明还提供一种超声波感测模组的制作方法，包括以下步骤：
一种超声波感测模组的制作方法，包括以下步骤：
提供一母压电层，所述母压电层为压电材料；
在母压电层上形成多个薄膜晶体管阵列及在母压电层与所述多个薄膜晶体管阵列相对的一表面形成一图案化的电极材料层，所述母压电层形成有将母压电层切割成多个压电层的切割位置，两相邻的所述薄膜晶体管阵列之间具有一暴露所述切割位置的第一间隙，所述图案化的电极材料层形成有暴露所述切割位置的第二间隙，所述母压电层、电极材料层、薄膜晶体管阵列共同构成一层叠体；
将所述层叠体沿切割位置切割，形成多个独立的超声波感测模组。
此外，本发明还提供一种应用上述超声波感测模组的电子装置。
相较于现有技术，本发明的超声波感测模组及超声波感测模组的制作方法可以在制作过程中减少切割次数，简化制作流程并降低制作成本、减小超声波感测模组的厚度。
附图说明
图1是本发明第一实施例的电子装置的立体示意图。
图2是本发明第一实施例的超声波感测模组的立体示意图。
图3是图2沿III-III线的局部剖面示意图。
图4是本发明第二实施例的超声波感测模组的局部剖面图。
图5-图6是本发明第一实施例的超声波感测模组的制作方法的示意图。
主要元件符号说明
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
附图中示出了本发明的实施例，本发明可以通过多种不同形式实现，而并不应解释为仅局限于这里所阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本发明更为全面和完整的公开，并使本领域的技术人员更充分地了解本发明的范围。为了清晰可见，在图中，层和区域的尺寸被放大了。
本实施例以指纹识别模组为例进行说明，但是，并不仅限于指纹识别模组，在其他的实施例中，本发明的超声波感测模组可以为适用于本技术方案的其他类型的超声波感测模组。具体地，以下将以指纹识别模组为例说明本发明的超声波感测模组的具体实施例。
请一并参考图1及图2，图1是第一实施例的电子装置100的立体示意图，图2是本发明第一实施例的超声波感测模组的立体示意图。电子装置100包括一超声波感测模组10，在本实施例中，超声波感测模组10为一指纹识别模组。在其他实施例中，超声波感测模组10可以根据装置的不同而具有不同的功能和结构。电子装置100可以为智能手机、平板电脑等等。在本实施例中，电子装置100包括超声波感测模组10和信号传输模组(图未示)，超声波感测模组10用于识别放置在电子装置100上的用户手指的指纹，并形成对应用户指纹的图像信息传送至该信号传输模组，该信号传输模组将接收到的来自所述超声波感测模组10的所述图像信息输出至外部其他功能性模组，例如图像显示模组等(图未示)。
请一并参考图2及图3，图3是图2沿III-III线的局部剖面示意图(图中省略了盖板、外壳等元件)。超声波感测模组10包括一压电层1，所述压电层1一表面设置有多个呈矩阵排列的薄膜晶体管2(Thin Film Transistor,TFT)，该多个矩阵排列的薄膜晶体管2形成薄膜晶体管阵列20。每一薄膜晶体管2包括形成于压电层1一侧上的栅极21、覆盖栅极21的绝缘层22以及形成于绝缘层22上的通道层23，每一薄膜晶体管2还包括形成于通道层23远离压电层1一侧的源极24和漏极25。优选的，所述薄膜晶体管2为有机薄膜晶体管(OrganicThin Film Transistor，OTFT)。采用有机薄膜晶体管可使超声波感测模组10得以在低温的操作条件下制作。所述压电层1的远离薄膜晶体管阵列20的一表面设置有一电极3。
在本实施例中，压电层1为压电材料。优选地，所述压电层1的材料可选自聚二氟亚乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)及锆钛酸铅压电陶瓷(piezoelectric ceramictransducer，PZT)中的至少一种，但不限于此。在本实施例中，压电层1为聚二氟亚乙烯。
所述电极3可选自氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(Poly(3，4-ethylenedioxythiophene)，PEDOT)、碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)、银纳米线(Ag nano wire，ANW)以及石墨烯(graphene)中的一种，但不以此为限。
在本实施例中，所述薄膜晶体管2为有机薄膜晶体管，具体地，所述薄膜晶体管2的通道层23为有机半导体材料，如并五苯(Pentacene)。所述有机薄膜晶体管可以为顶栅型有机薄膜晶体管，但不限于此，所述有机薄膜晶体管也可以为底栅型有机薄膜晶体管(图未示)。
优选地，压电层1采用柔性的压电薄膜，如聚二氟亚乙烯薄膜，此时所述超声波感测模组10为柔性的超声波感测模组，使得超声波感测模组10还可以应用于其他柔性电子装置或者3D(3Dimensions)电子装置中。优选地，所述压电层1、薄膜晶体管阵列20、电极3均为透明的，所述压电层1、薄膜晶体管阵列20、电极3的透光度均大于95％。此时，所述超声波感测模组10为透明的，所述超声波感测模组10的透光度大于95％。
所述压电层1不仅作为薄膜晶体管阵列20的承载基底，还同时兼具感测信号的发送与接收功能。具体地，可以通过一驱动IC(图未示)控制压电层1在不同时段中分别进行感测信号的发送与接收。
所述超声波感测模组10工作时，电极3和薄膜晶体管2中的导电元件或者线路(图未示)之间形成电势差，比如，电极3可以和薄膜晶体管2中的像素电极(图未示)之间形成电势差等等。在本实施例中，电极3和薄膜晶体管2中的像素电极之间形成电势差。所述压电层1在该电势差的作用下产生振动从而发出超声波。当手指放置在电子装置100上面时，所述超声波被手指反射至压电层1，受手指指纹上凹和脊的形状影响，被反射的超声波发生相应的变化，所述压电层1将接收到的超声波转化为电信号，并将所述电信号直接传递至所述薄膜晶体管阵列，通过薄膜晶体管阵列对所述电信号进行处理，以利于计算中心(图未示)将该经处理的电信号转化为指纹的灰度图像，最终获得指纹图像。
请参考图4，图4是本发明第二实施例的超声波感测模组的局部剖面示意图，在本实施例中，为了描述方便，沿用第一实施例的元件符号，与第一实施例的超声波感测模组10具有相同的结构和功能的元件在此不再累述。
在本实施例中，超声波感测模组10包括一压电层1，所述压电层1上设置有多个矩阵排列的薄膜晶体管2(Thin Film Transistor,TFT)。与第一实施例的超声波感测模组10的区别在于：每一薄膜晶体管2包括形成于压电层1一表面上的栅极21、绝缘层22、源极24、漏极25和通道层23，所述通道层23设置于源极24、漏极25远离压电层1的一侧。优选的，该薄膜晶体管2为有机薄膜晶体管(Organic Thin Film Transistor，OTFT)。该多个呈矩阵排列的薄膜晶体管2形成薄膜晶体管阵列。所述压电层1的远离薄膜晶体管2的一表面设置有一电极3。
第二实施例的超声波感测模组10工作时，电极3和薄膜晶体管2中的导电元件或者线路(图未示)之间形成电势差，比如，电极3可以和薄膜晶体管2中的像素电极(图未示)之间形成电势差等等。在本实施例中，电极3和薄膜晶体管2中的像素电极之间形成电势差。所述压电层1在该电势差的作用下产生振动从而发出超声波。当手指放置在电子装置100上面时，所述超声波被手指反射至压电层1，受手指指纹上凹和脊的形状影响，被反射的超声波发生相应的变化，所述压电层1将接收到的超声波转化为电信号，并将所述电信号直接传递至所述薄膜晶体管阵列，通过薄膜晶体管阵列对所述电信号进行处理，以利于计算中心(图未示)将该经处理的电信号转化为指纹的灰度图像，最终获得指纹图像。
图5到图6为本发明实施例提供的超声波感测模组10的制作方法。超声波感测模组10的制造方法包括如下步骤：
步骤一：请参考图5，提供一母压电层11，所述母压电层11为压电材料；在母压电层11的一表面形成所述多个薄膜晶体管阵列20，及在母压电层11与所述多个薄膜晶体管阵列20相对的一表面形成一图案化的电极材料层31。所述图案化的电极材料层31包括多个间隔设置的电极3，每一薄膜晶体管阵列20与一电极3一一对应。所述母压电层11形成有将母压电层11切割成多个压电层1的切割位置4，两相邻薄膜晶体管阵列20之间具有一暴露切割位置4的第一间隙(图未示),所述图案化的电极材料层31形成有暴露切割位置4的第二间隙(图未示)。所述电极材料层31可以以丝网印刷的方式形成于母压电层11上，但不限于此。上述母压电层11、电极材料层31、薄膜晶体管阵列20共同构成一层叠体5。
步骤二：请参考图6，将上述层叠体5沿切割位置4切割，形成多个独立的超声波感测模组10。如此，只需切到母压电层11，而层叠体5的其他层(如电极材料层31、薄膜晶体管阵列20)不会被切。在本实施例中，由于母压电层101可同时作为感测信号的发送、接收的元件及薄膜晶体管阵列20的基板，无需在薄膜晶体管阵列20的基板两侧再形成包括压电材料的信号发送层和信号接收层形成多层结构，在切割层叠体5时，仅需一道切割工艺，对母压电层11进行切割，便可以形成多个独立的超声波感测模组10。可以减少超声波感测模组10制作过程中切割的次数，简化制作工序、降低制作成本并且降低超声波感测模组10的厚度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种超声波感测模组，其包括一压电层，其特征在于：
所述压电层的一表面上设置有薄膜晶体管阵列；
所述压电层远离薄膜晶体管阵列的一表面设置有一电极；
所述压电层具有发送和接收感测信号的功能。
2.如权利要求1所述的超声波感测模组，其特征在于：所述压电层为一压电薄膜。
3.如权利要求1所述的超声波感测模组，其特征在于：所述压电层的材料为聚二氟亚乙烯。
4.如权利要求1所述的超声波感测模组，其特征在于：所述薄膜晶体管阵列包括多个阵列排布的薄膜晶体管，每一薄膜晶体管包括一像素电极，该像素电极与所述电极之间形成一电势差。
5.如权利要求1所述的超声波感测模组，其特征在于：所述超声波感测模组的透光率大于95％。
6.如权利要求1所述的超声波感测模组，其特征在于：所述压电层、薄膜晶体管阵列、电极的透光率均大于95％。
7.如权利要求4所述的超声波感测模组，其特征在于：所述薄膜晶体管包括一通道层，所述通道层的材料为有机半导体。
8.一种超声波感测模组的制作方法，包括以下步骤：
提供一母压电层，所述母压电层为压电材料；
在母压电层上形成多个薄膜晶体管阵列及在母压电层与所述多个薄膜晶体管阵列相对的一表面形成一图案化的电极材料层，所述母压电层形成有将母压电层切割成多个压电层的切割位置，两相邻的所述薄膜晶体管阵列之间具有一暴露所述切割位置的第一间隙，所述图案化的电极材料层形成有暴露所述切割位置的第二间隙，所述母压电层、电极材料层、薄膜晶体管阵列共同构成一层叠体；
将所述层叠体沿切割位置切割，形成多个独立的超声波感测模组。
9.如权利要求8所述的超声波感测模组的制作方法，其特征在于：所述电极材料层通过丝网印刷的方式形成。
10.一种电子装置，其包括权利要求1～7任一项所述的超声波感测模组。
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