CN111145672A - 超声波传感器、超声波感测装置以及显示装置 - Google Patents

超声波传感器、超声波感测装置以及显示装置 Download PDF

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Abstract

本公开涉及超声波传感器、超声波感测装置以及显示装置。超声波传感器包括：其中设置有第一电极的薄膜晶体管阵列；压电材料；以及第二电极。为了生成超声波并且执行感测，第二电极以其中第二电极被分成多个第二电极的图案化结构设置，并且脉冲形式的高电压被施加至第二电极。因此，根据本公开的实施方式，高电压没有被施加至薄膜晶体管阵列；因此，可以减少或克服设置在薄膜晶体管阵列中的电路元件的劣化。因此，可以在执行感测的同时提高设置在薄膜晶体管阵列中的电路元件的可靠性和寿命。

Description

超声波传感器、超声波感测装置以及显示装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年11月2日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0133761号的优先权权益，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及超声波传感器、超声波感测装置以及超声波显示装置。
背景技术
随着信息社会的快速发展，对采用先进技术和更有效方法的显示装置的需求日益增长。近来，已经开发和利用了各种类型的显示装置，例如，液晶显示器(LCD)、等离子体显示面板(PDP)和有机发光显示器(OLED)装置。
为了向用户提供更多种功能，一些支持触摸感测的显示装置提供下述功能：在显示面板上检测用户相关联的介质(例如，触控笔或用户身体的一部分)的触摸、或者识别接触或接近显示面板的用户身体的一部分(例如，指纹)，并且然后基于检测到的信息或识别的信息执行相关联的操作。
作为提供这种功能的一种场景，可以使用光学传感器来检测生物计量信息；然而，当光学传感器设置在显示面板的边框区域中时，存在有源区域变窄的问题。此外，当光学传感器设置在显示面板的内部时，存在影响显示驱动或导致感测准确度降低的问题。
在这种情况下，需要防止显示面板的有源区域减小，并且同时提高相对于显示面板的感测生物计量信息的准确度。
发明内容
因此，本公开涉及基本上消除了由于现有技术的限制和缺点而导致的一个或更多个问题的超声波传感器、超声波感测装置以及超声波显示装置。本公开的至少一个目的是提供一种超声波传感器、超声波感测装置以及包括超声波传感器和/或超声波感测装置的显示装置，其能够识别接触或接近显示面板的用户的生物计量信息。
本公开的至少一个目的是提供一种能够执行超声波感测并且减少超声波传感器的薄膜晶体管阵列的劣化的超声波传感器和超声波感测装置。
本公开的至少一个目的是提供一种能够增大超声波传感器的薄膜晶体管阵列中的用于执行感测的区域的超声波传感器和超声波感测装置。
一些实施方式涉及一种超声波传感器，该超声波传感器包括：薄膜晶体管阵列；多个第一电极；设置在薄膜晶体管阵列之上的压电材料；以及设置在压电材料之上的多个第二电极。在超声波传感器中，在时间间隔中，第一驱动电压被施加至多个第一电极中的至少一个第一电极，并且第二驱动电压被施加至多个第二电极中的至少一个第二电极。第二驱动电压可以是具有比第一驱动电压的最大电压更大的最大电压的AC(交流)电压。
在一些实施方式中，第一驱动电压是基本恒定的(例如，DC(直流))电压。
在一些实施方式中，薄膜晶体管阵列包括多条扫描线、多条感测线和多个像素。第二电极沿设置多条扫描线的方向设置。
在一些实施方式中，第二驱动电压被顺序地提供至多个第二电极。
在一些实施方式中，超声波传感器包括控制器，该控制器直接电连接至多个第二电极或者通过与薄膜晶体管阵列电隔离的连接单元电连接至多个第二电极。多个第二电极从控制器接收第二驱动电压。在一些实施方式中，多个第一电极从与控制器分离的驱动电路接收第一驱动电压。
在一些实施方式中，多个第二电极从控制器接收第二驱动电压，该控制器通过设置在薄膜晶体管阵列中的焊盘电连接至多个第二电极。
在一些实施方式中，薄膜晶体管阵列包括多条扫描线、多条感测线和多个像素。多个像素中的每一个包括：第一晶体管、第二晶体管以及第三晶体管。设置在第N像素列中的第一晶体管由施加至多条扫描线中的至少一条扫描线的扫描信号控制，并且连接在第一电极中的至少一个第一电极与第一驱动电压线之间。设置在第(N+1)像素列中的第二晶体管由施加至多条扫描线中的至少一条扫描线的扫描信号控制，并且连接至多条感测线中的至少一条感测线。第三晶体管由第一电极中的至少一个第一电极的电压电平控制，并且连接在第二晶体管与感测电压线之间。第一晶体管和第二晶体管由相同的扫描线驱动。在一些实施方式中，多个第二电极中的每一个在下述时间间隔中接收第二驱动电压，在该时间间隔中，具有能够使多个第一电极中的至少一个第一电极导通的电平的扫描信号被施加至与多个第二电极中的至少一个第二电极对应的多条扫描线中的至少一条扫描线。在一些实施方式中，设置在第(N+1)像素列中的第二电极在设置在第N像素列中的第一晶体管导通的时间间隔中导通，并且在设置在第N像素列中的第一晶体管关断的间隔中关断。
在一些实施方式中，薄膜晶体管阵列包括多条扫描线、多条感测线和多个像素，并且超声波传感器还包括：扫描驱动电路，该扫描驱动电路将一个或更多个扫描信号输出至多条扫描线，以及感测电路，该感测电路通过多条感测线检测一个或更多个感测信号。
在一些实施方式中，在扫描驱动电路将具有能够使连接至多条扫描线中的至少一条扫描线的晶体管导通的电平的扫描信号输出至多条扫描线中的至少一条扫描线的时间间隔中，控制器将第二驱动电压输出至多个第二电极中的与扫描信号被施加至的多条扫描线中的至少一条扫描线对应的至少一个第二电极。
在一些实施方式中，显示装置包括显示面板和超声波传感器。
可替选的实施方式涉及一种超声波传感器，该超声波传感器包括：薄膜晶体管(TFT)；耦接至TFT中的一个或更多个的第一电极；耦接至第一电极的压电材料；以及耦接至压电材料并且通过至少压电材料与TFT电隔离的第二电极。第一驱动电压通过TFT中的一个或更多个被施加至第一电极中的至少一个第一电极，并且第二驱动电压被施加至第二电极中的至少一个第二电极。第二驱动电压具有比第一驱动电压的幅度大的幅度。
在一些实施方式中，超声波传感器的像素包括：第一晶体管、第二晶体管以及第三晶体管。第一晶体管连接至第一电极中的一个第一电极和驱动电压线。第一驱动电压被施加至驱动电压线。第二晶体管连接至感测线。第三晶体管连接至第二晶体管和感测电压线。第三晶体管的栅电极电连接至第一电极。扫描线电连接至第一晶体管的栅电极和超声波传感器的相邻像素中的另外的第二晶体管的栅电极。
在一些实施方式中，超声波传感器还包括驱动电路以及控制器。驱动电路通过TFT中的一个或更多个将驱动电压施加至第一电极中的至少一个第一电极。控制器在物理上不同于驱动电路，并且将第二驱动电压施加至第二电极中的至少一个第二电极，其中，第二驱动电压不通过薄膜晶体管。
在一些实施方式中，超声波传感器包括像素阵列。像素中的每一个包括TFT中的一个或更多个以及第一电极中的一个或更多个。第二电极与像素阵列的像素列对准。根据本公开的实施方式，通过将第一驱动电压施加至像素列的第一像素列中的一个或更多个第一电极并且将第二驱动电压施加至与第一像素列对准的第二电极中的一个或更多个，从与第一像素列对应的压电材料发射超声波。根据本公开的实施方式，在与像素列对应的压电材料发射超声波时，相邻像素列中的压电材料检测超声波。根据本公开的实施方式，相邻列中的第一部分像素在第一时段期间检测超声波，并且相邻列中的第二部分像素在第一时段之后的第二时段期间检测超声波。
在一些实施方式中，第一驱动电压是DC(直流)电压，并且第二驱动电压是AC(交流)电压。
根据本公开的实施方式，当超声波传感器执行感测时，可以将低电压施加至薄膜晶体管阵列；因此，可以防止薄膜晶体管阵列劣化，并且因此在没有劣化的情况下执行超声波感测。
根据本公开的实施方式，设置与设置在超声波传感器的薄膜晶体管阵列中的第一电极形成电容的第二电极并且对第二电极进行图案化；因此，可以按薄膜晶体管阵列的每个像素列或像素行执行感测。
根据本公开的实施方式，向超声波传感器的第二电极提供高电压的控制器直接向第二电极提供电压而不通过薄膜晶体管阵列；因此，可以增大薄膜晶体管阵列中的感测区域。
本公开的附加特征和优点将在下面的描述中阐述，并且部分地根据描述将是明显的，或者可以通过本公开的实践来学习。本公开的目的和其他优点将通过所撰写的说明书及其权利要求书连同附图中特别地指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1是示出根据本公开的实施方式的其中超声波传感器设置在显示装置中的结构的图。
图2是示出根据本公开的实施方式的超声波传感器的像素阵列的电路结构和驱动方案的图。
图3是示出根据本公开的实施方式的超声波传感器的像素阵列的另外的电路结构和驱动方案的图。
图4是示出根据本公开的实施方式的超声波传感器的截面结构的图。
图5是示出根据本公开的实施方式的超声波传感器的另外的截面结构的图。
图6是示出根据本公开的实施方式的其中在图5中所示的超声波传感器中第二电极被图案化的超声波传感器结构的图。
图7是示出根据本公开的实施方式的图5中所示的超声波传感器的感测方案的图。
图8是示出根据本公开的实施方式的图5中所示的超声波传感器的感测定时的时序图。
图9是示出根据本公开的实施方式的图5中所示的超声波传感器的像素阵列的电路结构的图。
图10和图11是示出根据本公开的实施方式的在图9中所示的电路结构中执行的感测方案的图。
图12是示出根据本公开的实施方式的由超声波传感器根据图10和图11中所示的感测方案执行的感测处理的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本公开的本实施方式。在通过附图标记表示附图的元件时，虽然元件在不同的附图中示出，但是相同的元件将由相同的附图标记表示。在本公开的以下描述中，在对本文中所包含的已知功能和配置的详细描述可能使本公开的主题相当不清楚时，可以省略该详细描述。
在本文中可以使用诸如第一、第二、A、B、(a)或(b)的术语来描述本公开的元件。术语中的每一个不用于限定元件的本质、顺序、次序或数目，而仅用于将对应元件与另外的元件进行区分。当提到元件“连接”或“耦接”至另外的元件时，应当解释为其他元件可以“插入”在这些元件之间或者这些元件可以经由其他元件彼此“连接”或“耦接”，以及一个元件直接地连接或耦接至另外的元件。
图1是示出根据本公开的实施方式的其中超声波传感器200设置在显示装置中的结构的图。
参照图1，根据本公开的实施方式的显示装置可以包括：设置有多条栅极线、多条数据线和多个子像素的显示面板110；以及用于驱动设置在显示面板110中的信号线和电压线的若干类型的驱动电路。
用于感测接触或接近显示面板110的生物计量信息(例如，指纹)的超声波传感器200或超声波感测装置可以设置在显示装置的至少一个表面上。
例如，超声波传感器200可以设置在显示面板110的图像显示表面的相对表面上。超声波传感器200可以通过粘合剂300附接至显示面板110。粘合剂300可以例如由树脂形成。
超声波传感器200可以生成超声波、检测从接触盖玻璃120的指纹反射的超声波、并且然后检测与盖玻璃120接触的指纹。
具体地，当从超声波传感器200生成的超声波到达指纹的谷时，超声波接触存在于盖玻璃120与谷的皮肤之间的空气。此处，由于盖玻璃120的声阻抗与空气的声阻抗之间的差异，因此与空气接触的大多数超声波可以被反射。
此外，当从超声波传感器200生成的超声波到达指纹的脊时，超声波到达与盖玻璃120接触的指纹的谷的皮肤。此处，已经到达脊的皮肤的一些超声波可以被反射，但是大多数超声波可以一直行进至皮肤的内部，并且然后从皮肤的内部区域反射。
因此，超声波传感器200可以通过基于在已经到达指纹的脊和谷之后反射的超声波的接收强度或接收时间(接收延迟)来区分脊与谷的指纹特征而检测指纹。
因此，由于超声波传感器200使用使得能够感测皮肤的内部区域的感测方案，因此超声波传感器200对皮肤表面的污染或状况不敏感，并且可以提供与对应于个人信息的指纹有关的高安全性。另外，显示面板110使得显示装置能够在不减少显示图像的区域的情况下检测指纹。
超声波传感器200可以包括用于生成超声波的材料以及用于生成和感测超声波的若干电路元件。
例如，超声波传感器200可以包括基板210、设置在基板210之上的薄膜晶体管阵列221、第一焊盘222以及第二焊盘223。薄膜晶体管阵列221可以包括第一电极E1，并且压电材料224和第二电极E2可以顺序地设置在薄膜晶体管阵列221上。
第二电极E2可以通过粘合剂层230粘附至反射层240，并且可以在反射层240上设置钝化层250。
向薄膜晶体管阵列221和第二电极E2等提供信号、电压等的控制器280可以通过柔性印刷电路270和导电接合件260电连接至设置在基板210上的第二焊盘223。
用于使得能够生成超声波并且感测从指纹反射的超声波的晶体管以及用于形成电容的第一电极E1可以设置在薄膜晶体管阵列221中。
形成电容的第一电极E1设置在薄膜晶体管阵列221中，并且可以在第一电极E1与第二电极E2之间形成电容器C。
此外，压电材料224可以通过施加至第二电极E2和设置在薄膜晶体管阵列221中的第一电极E1的电压而振动，并且因此可以生成超声波。
包括第一电极E1的薄膜晶体管阵列221、压电材料224以及第二电极E2可以被理解成构成电路中的像素阵列。
可以使用涂覆银墨的方案来设置第二电极E2，或者可以将第二电极E2设置成覆盖压电材料224的整个区域或者按预先配置的图案来设置第二电极E2。
反射层240可以由诸如铜等的金属形成，并且可以执行将从指纹反射的超声波反射至薄膜晶体管阵列221的功能。
钝化层250可以由聚酰亚胺形成，并且可以执行覆盖超声波传感器200的像素阵列和反射层240等的功能。
可以从控制器280提供用于驱动像素阵列的信号和电压。在一些实施方式中，可以从设置用于驱动显示面板110的驱动电路提供不需要高电压的信号等。
应当注意的是，虽然在上文中以超声波传感器200设置在显示装置中的示例描述了根据本公开的实施方式的超声波传感器的结构，然而根据本公开的实施方式的超声波传感器不限于设置在显示装置中，并且本领域技术人员可以根据需要，单独使用根据本公开的实施方式的超声波传感器或者将超声波传感器设置在其他装置中。
在下文中，将参照像素阵列的电路结构讨论超声波传感器200的驱动和感测方案。
图2是示出根据本公开的实施方式的超声波传感器200的像素阵列的电路结构和驱动方案的图。
参照图2，可以在超声波传感器200的像素阵列中设置多条扫描线SCL和多条感测线SSL。扫描线SCL和感测线SSL可以通过彼此交叉来设置，并且可以在通过扫描线SCL与感测线SSL的交叉限定的区域中设置多个像素。
另外，可以在像素阵列中设置电压线，以用于提供用于生成和感测超声波的驱动电压DV、感测电压SV等。
超声波传感器200可以包括用于驱动设置在像素阵列中的多条扫描线的电路系统、用于通过多条感测线检测感测信号的电路系统等。
像素阵列的每个像素可以包括用于生成和感测超声波的若干电路元件。
例如，每个像素可以包括：第一晶体管T1和第二晶体管T2，该第一晶体管T1和第二晶体管T2由施加至一条或更多条扫描线SCL的一个或更多个扫描信号SCO控制；第三晶体管T3，该第三晶体管T3由第一节点N1中的电压控制；以及一个电容器C。电容器还可以包括第一电极、压电材料和第二电极。在一些其他上下文中，对像素的提及可以不包括压电材料或第二电极。
此处，第一晶体管T1、第二晶体管和第三晶体管T3全部表示n型晶体管，但是本公开的实施方式不限于此。例如，第一晶体管T1、第二晶体管和第三晶体管T3可以由p型晶体管实现。作为另外的示例，第一晶体管T1和第二晶体管可以由相同的类型实现，但是第三晶体管T3可以由不同的类型实现。
第一晶体管T1由施加至扫描线SCL的扫描信号SCO控制，并且电连接在第一驱动电压线DVL1与第一节点N1之间。
第一驱动电压线DVL1可以向像素阵列提供用于生成超声波的第一驱动电压DV1。这种第一驱动电压DV1可以是具有脉冲形式的高电压电平的AC电压，例如，在+100V与-100V之间摆动的AC电压。
第二晶体管T2由施加至扫描线SCL的扫描信号SCO控制，并且电连接在感测线SSL与第三晶体管T3之间。
设置在彼此相邻的像素中的第一晶体管T1和第二晶体管T2可以由同一扫描线SCL驱动。
也就是说，如图2所示，设置在A列中的第一晶体管T1和设置在B列中的第二晶体管T2连接至相同的第n扫描线SCL(n)，并且可以由施加至第n扫描线SCL(n)的第n扫描信号SCO(n)同时驱动。
第三晶体管T3可以由第一节点N1中的电压电平控制，并且可以电连接在感测电压线SVL与第二晶体管T2之间。
施加至感测电压线SVL的感测电压SV可以是恒定电压。
电容器C可以电连接在第一节点N1与第二驱动电压线DVL2之间。
也就是说，电容器C的连接至第一节点N1的一个电极可以表示用于形成设置在上述薄膜晶体管阵列221中的电容的第一电极E1，并且电容器C的连接至第二驱动电压线DVL2的另一电极可以表示第二电极E2。
第二电极E2可以是共同连接到至少两个像素的电极。
第二驱动电压线DVL2可以向一个或更多个像素提供用于生成超声波的第二驱动电压DV2，并且第二驱动电压DV2可以是低于第一驱动电压DV1的最大电压的基本恒定的电压(例如，DC电压)。
将扫描信号SCO顺序地施加至设置在像素阵列中的扫描线SCL；因此，可以生成超声波，并且可以执行感测。
例如，当将第n扫描信号SCO(n)(例如，具有能够使第一晶体管导通的电平)施加至第n扫描线SCL(n)时，设置在A列中的第一晶体管T1变为导通。
由于第一晶体管T1导通，因此第一驱动电压DV1被施加至第一节点N1。
由于脉冲形式的高电压以及低恒定电压被施加至电容器C的两个电极，因此设置在电容器C的电极之间的压电材料224可以振动，并且因此可以生成超声波。
也就是说，在第一晶体管T1导通的A列中生成超声波。
此时，由于具有能够使第一晶体管导通的电平的第n扫描信号SCO(n)被施加至第n扫描线SCL(n)，因此设置在B列中的第二晶体管T2变为导通。
在设置在B列中的第一晶体管T1关断的情况下，当从指纹反射的超声波到达B列时，设置在B列中的像素的第一节点N1中的电压电平可以改变。也就是说，设置在第一电极E1与第二电极E2之间的压电材料224的极化状态可以通过反射的超声波而改变，并且因此第一电极E1、即第一节点N1的电压电平可以改变。
当第一节点N1的电压电平改变时，第三晶体管T3变为导通或关断，并且如果第二晶体管T2导通，则可以通过感测线SSL检测感测电压SV。
也就是说，可以在第二晶体管T2导通的B列中感测反射的超声波。
因此，由于设置在彼此相邻的像素列中的第一晶体管T1和第二晶体管T2由同一扫描线SCL驱动，因此可以在相邻的像素列中执行超声波的生成和感测。
此时，由于作为用于生成超声波的高电压的第一驱动电压DV1被提供至薄膜晶体管阵列221，高电压可能导致设置在薄膜晶体管阵列221中的晶体管等劣化。
根据本公开的实施方式，提供了用于施加高电压和低电压以用于通过使压电材料224振动来生成超声波并且用于减少薄膜晶体管阵列221的劣化的方法和装置。
图3是示出根据本公开的实施方式的超声波传感器200的像素阵列的另外的电路结构和驱动方案的图。
参照图3，可以在超声波传感器200的像素阵列中设置彼此交叉的多条扫描线SCL和多条感测线SSL，并且可以在通过扫描线SCL与感测线SSL的交叉限定的区域中设置多个像素。
每个像素可以包括：第一晶体管T1和第二晶体管T2，该第一晶体管T1和第二晶体管T2由施加至扫描线SCL的扫描信号SCO控制；第三晶体管T3，该第三晶体管T3由第一节点N1中的电压控制；以及电容器C，该电容器C包括第一电极E1和第二电极E2。
第一晶体管T1的栅电极电连接至扫描线SCL，并且电连接在第一驱动电压线DVL1与第一节点N1之间。
第二晶体管T2的栅电极电连接至扫描线SCL，并且电连接在感测线SSL与第三晶体管T3之间。
设置在彼此相邻的像素中的第一晶体管T1和第二晶体管T2可以连接至同一扫描线SCL。第一晶体管T1和第二晶体管T2可以由施加至同一扫描线SCL的扫描信号SCO基本上同时驱动。
第三晶体管T3可以由第一节点N1中的电压电平控制，并且可以电连接在感测电压线SVL与第二晶体管T2之间。
在像素阵列中，在执行超声波生成和感测的间隔期间，可以将具有能够使第一晶体管T1导通的电平的扫描信号SCO施加至扫描线SCL。
例如，当将第n扫描信号SCO(n)施加至第n扫描线SCL(n)时，设置在A列中的第一晶体管可以变为导通。此外，设置在B列中的第二晶体管T2也可以导通。
由于第一晶体管T1变为导通，因此通过第一驱动电压线DVL1提供的第一驱动电压DV1被施加至设置在A列中的像素的第一节点N1、即第一电极E1。第二驱动电压DV2可以被施加至第二电极E2。
此处，施加至第一电极E1的第一驱动电压DV1可以是恒定电压(例如，DC电压)。施加至第二电极E2的第二驱动电压DV2可以是最大电压大于第一驱动电压DV1的AC电压。
也就是说，可以将低恒定电压施加至第一电极E1，并且可以将脉冲形式的高电压施加至第二电极E2。在一些实施方式中，可以将脉冲形式的第一驱动电压DV1施加至第一电极E1，该第一驱动电压DV1的幅度小于第二驱动电压DV2的幅度。
由于低恒定电压和脉冲形式的高电压被施加至形成电容器C的两个电极，因此设置在第一电极E1与第二电极E2之间的压电材料224可以振动，并且因此可以从设置在A列中的像素生成超声波。
此外，由于设置在B列中的第二晶体管T2导通，因此当第一节点中的电压通过反射的超声波而改变时，第三晶体管T3导通或关断，并且因此可以通过感测线SSL检测感测电压SV。
因此，可以经由通过一条或更多条扫描线SCL施加的扫描信号SCO来顺序地驱动一个或更多个像素列，并且因此，可以执行超声波生成和感测。
像这样，在像素阵列中，具有低电平的恒定电压被施加至设置在薄膜晶体管阵列221中的第一电极E1，并且具有高电平的AC电压被施加至设置在压电材料224之上的第二电极E2；因此，压电材料224可以振动，并且可以执行感测。
此外，低电压被施加至设置在薄膜晶体管阵列221中的第一电极E1；因此，不需要将高电压施加至薄膜晶体管阵列221以执行感测。
因此，在感测超声波的过程中，由于高电压没有被施加至薄膜晶体管阵列221，因此可以减少或克服设置在薄膜晶体管阵列221中的电路元件的劣化，并且提高电路元件的可靠性、可操作性和/或寿命。
由于脉冲形式的高电压被施加至第二电极E2，因此这种超声波传感器200可以包括具有图案化结构的第二电极E2，以用于顺序地驱动像素列。
图4是示出根据本公开的实施方式的超声波传感器200的截面结构的图。
参照图4，超声波传感器200可以包括基板210、设置在基板210之上的薄膜晶体管阵列221、第一焊盘222以及第二焊盘223。薄膜晶体管阵列221可以包括施加有第一驱动电压DV1的第一电极E1，并且压电材料224和第二电极E2可以顺序地设置在薄膜晶体管阵列221上。
第二电极E2可以通过粘合剂层230粘附至反射层240，并且可以在反射层240上设置钝化层250。
向薄膜晶体管阵列221、第二电极E2等提供信号、电压等的控制器280可以通过柔性印刷电路270和导电接合件260电连接至设置在基板210上的第二焊盘223。
第二电极E2可以按多个分开的第二电极的形式设置，多个分开的第二电极中的每一个对应于像素列或像素行(例如，参见图4中的下部图)。可替选地，在一些实施方式中，第二电极E2可以被设置成对应于设置在薄膜晶体管阵列221中的一个或更多个像素。
例如，第二电极E2可以在其中设置在薄膜晶体管阵列221中的多条扫描线被设置的方向上设置，并且分开的第二电极中的每一个可以被设置成对应于每条扫描线SCL。
也就是说，在薄膜晶体管阵列221具有其中在每个像素列中设置每条扫描线SCL的结构的情况下，分开的第二电极E2中的每一个可以被设置成对应于包括根据扫描线SCL的控制而被施加有第一驱动电压DV1的第一电极E1的像素列。
此处，图4的示例中所示的薄膜晶体管阵列221表示其中包括第一电极E1的像素列具有对应于分开的第二电极E2的分开的部分的结构；然而，这不需要薄膜晶体管阵列221具有分开的部分。
具有脉冲形式的高电平的第二驱动电压DV2可以被施加至第二电极E2，并且低恒定电压可以被施加至设置在对应于分开的第二电极E2的像素列中的第一电极E1。
第二驱动电压DV2可以被顺序地施加至分开的第二电极E2。
也就是说，当扫描信号被顺序地施加至设置在薄膜晶体管阵列221中的扫描线SCL时，第一驱动电压DV1被施加至设置在薄膜晶体管阵列221中的第一电极E1。此时，可以在像素列的基础上顺序地施加第一驱动电压。
另外，第二驱动电压DV2被顺序地施加至被设置成对应于像素列的分开的第二电极E2；因此，设置在被施加有低恒定电压的第一电极E1与被施加有脉冲形式的高电压的第二电极E2之间的压电材料224可以振动，并且因此可以生成超声波。
因此，由于用于生成超声波的高电压被施加至不同于设置在薄膜晶体管阵列221中的第一电极E1的第二电极E2，因此，可以减少薄膜晶体管阵列221的劣化。
另外，由于第二电极E2以因图案化而生成的多个分开的第二电极的形式设置，因此可以基于薄膜晶体管阵列221的像素列来执行超声波生成和感测。
在这种超声波传感器200中，高电压被施加至第二电极E2；因此，第二电极E2可以直接电连接至输出高驱动电压的控制器280。
图5是示出根据本公开的实施方式的超声波传感器200的另外的截面结构的图。
参照图5，超声波传感器200可以包括基板210和设置在基板210之上的薄膜晶体管阵列221。薄膜晶体管阵列221可以包括第一电极E1，并且压电材料224和第二电极E2可以顺序地设置在薄膜晶体管阵列221上。
第二电极E2可以通过粘合剂层230粘附至反射层240，并且可以在反射层240上设置钝化层250。
向第二电极E2提供具有高电平的第二驱动电压DV2的控制器280可以通过柔性印刷电路270和导电接合件260电连接至第二电极E2。
也就是说，控制器280可以直接电连接至第二电极E2，或者通过未连接至基板210的连接单元电连接至第二电极E2。
因此，从控制器280输出的第二驱动电压DV2、即高电压可以在不通过薄膜晶体管阵列221的情况下被提供至第二电极E2。由于没有向薄膜晶体管阵列221提供高电压，因此可以进一步减少薄膜晶体管阵列221的劣化。
另外，由于第二电极E2与控制器280直接电连接；因此，可以去除设置在薄膜晶体管阵列221中的焊盘(例如，图4所示的焊盘222和223)，并且由于去除焊盘而增大了薄膜晶体管阵列221中的感测区域。
此时，具有低电压电平的信号或电压被提供至薄膜晶体管阵列221，并且可以从包括在例如显示装置的包括超声波传感器200的装置中的驱动电路输出具有该低电压电平的信号或电压。
像这样，高电压被施加至图案化的第二电极E2、即多个分开的电极形式的第二电极E2；因此，可以减少或防止薄膜晶体管阵列221的劣化以执行超声波生成和感测。
另外，向第二电极E2提供高电压的控制器280与向薄膜晶体管阵列221提供信号的电路系统隔离；因此，可以进一步减少或防止薄膜晶体管阵列221的劣化并且增大超声波传感器200的感测区域。
图6是示出根据本公开的实施方式的其中在图5中所示的超声波传感器200中第二电极E2被图案化的超声波传感器结构的图。
参照图6，可以在超声波传感器200的薄膜晶体管阵列221中设置多条扫描线SCL和多条感测线SSL。
薄膜晶体管阵列221可以包括：扫描驱动电路610，该扫描驱动电路610将扫描信号SCO输出至多条扫描线SCL；以及感测电路620，该感测电路620从多条感测线SSL检测感测信号。
向第一电极E1提供第一驱动电压DV1的第一驱动电压线DVL1和向第二电极E2提供第二驱动电压DV2的第二驱动电压线DVL2可以设置在薄膜晶体管阵列221中。
此处，第二电极E2可以被设置成对应于设置在薄膜晶体管阵列221中的扫描线SCL(例如，在扫描线SCL的方向上、与扫描线SCL对准或与扫描线SCL平行)或者由扫描线驱动的像素列。
因此，可以基于薄膜晶体管阵列221的像素列来执行超声波生成和感测。
从控制器280输出的具有脉冲形式的高电平的第二驱动电压DV2可以被施加至电连接至控制器280的第二电极E2。
此时，设置在薄膜晶体管阵列221中的第一电极E1可以从不同于控制器280的单独电路系统接收信号或电压等。例如，第一电极E1可以从包括超声波传感器200的显示装置的显示驱动电路700接收各种信号和电压。
因此，从控制器280输出的高电压没有被施加至薄膜晶体管阵列221，并且仅被提供至第二电极E2；因此，可以通过施加脉冲形式的高电压来减少或防止执行超声波生成和感测的超声波传感器200的薄膜晶体管阵列221的劣化。
此外，由于防止了设置在薄膜晶体管阵列221中的电路元件的劣化，因此可以提高电路元件的可靠性和寿命并且提供感测功能。
图7是示出根据本公开的实施方式的图5中所示的超声波传感器200的感测方案的图。图8是示出根据本公开的实施方式的图5中所示的超声波传感器200的感测定时的时序图。
如前所述，在超声波传感器200中，扫描信号SCO可以被顺序地施加至设置在像素阵列中的多条扫描线SCL，并且具有脉冲形式的高电平的第二驱动电压DV2可以被施加至被设置成对应于像素列的第二电极E2。因此，可以在像素列的基础上生成超声波。另外，可以在与生成超声波的像素列相邻的像素列中感测反射的超声波。
设置在这种像素阵列中的像素可以在像素行的基础上连接至感测电路620，并且通过借助于由从移位寄存器SR输出的移位寄存器信号SRO控制的多路复用器MUX连接至感测电路620来传送感测信号。
参照图7，例如，可以从设置在A列中的像素(例如，通过施加至扫描线SCL的扫描信号SCO)生成超声波。另外，可以在与A列相邻的B列中感测反射的超声波。
此时，当第一多路复用器MUX1通过从移位寄存器SR输出的移位寄存器信号SRO变为导通时，感测信号可以通过至少一条接收线RX从设置在B列的奇数行中的像素传送至感测电路620。
当第二多路复用器MUX2通过移位寄存器信号SRO变为导通时，感测信号可以通过至少一条接收线RX从设置在B列的偶数行中的像素传送至感测电路620。
参照图8，可以在P(n-1)间隔中输出具有能够使设置在A列的前一个像素列中的第一晶体管T1导通的电平的第(n-1)扫描信号SCO(n-1)。因此，在A列的前一个像素列中生成超声波，并且设置在A列中的第二晶体管T2变为导通，并且因此可以在A列中执行感测。
在P(n-1)间隔中，移位寄存器SR顺序地输出移位寄存器信号SRO，并且因此第一多路复用器MUX1和第二多路复用器MUX2可以交替地变为导通。
在第一多路复用器MUX1导通的间隔期间，可以从设置在A列的奇数行中的像素(A1、A3、A5、A7、……、A21、A23)检测感测信号。在第二多路复用器MUX2导通的间隔期间，可以从设置在A列的偶数行中的像素(A2、A4、A6、A8、……、A22、A24)检测感测信号。
在P(n)间隔中，第(n-1)扫描信号SCO(n-1)保持具有能够使第一晶体管T1关断的电平，并且第n扫描信号SCO(n)被提供有能够使第一晶体管T1导通的电平。
因此，可以在A列中生成超声波，并且可以针对从与A列相邻的并且其中第二晶体管T2通过第n扫描信号SCO(n)变为导通的B列反射的超声波执行感测。
同样地，在第一多路复用器MUX1通过从移位寄存器SR输出的移位寄存器信号SRO导通的间隔期间，可以从设置在B列的奇数行中的像素(B1、B3、B5、B7、……、B21、B23)检测感测信号。在第二多路复用器MUX2导通的间隔期间，可以从设置在B列的偶数行中的像素(B2、B4、B6、B8、……、B22、B24)检测感测信号。
像这样，在超声波传感器200的像素阵列中，可以顺序地驱动扫描线SCL，并且将高电压顺序地提供至与由扫描线SCL驱动的像素列对应地图案化的第二电极E2。因此，可以通过顺序地驱动像素列来执行超声波生成和感测。
图9是示出根据本公开的实施方式的图5中所示的超声波传感器200的像素阵列的电路结构的图。
参照图9，可以在超声波传感器200的像素阵列中设置彼此交叉的多条扫描线SCL和多条感测线SSL。
设置在通过感测线SSL与扫描线SCL的交叉限定的区域中的每个像素可以包括第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3以及包括第一电极E1和第二电极E2的电容器C。
连接至第三晶体管T3的感测电压线SVL、提供第一驱动电压DV1的第一驱动电压线DVL1以及提供第二驱动电压DV2的第二驱动电压线DVL2可以设置在像素阵列中。
此处，第二驱动电压线DVL2设置在与设置至少一条扫描线的方向相同的方向上，并且可以电连接至设置在相同的像素列中的电容器C的第二电极E2。
也就是说，第二电极E2以因其图案化而生成的多个分开的电极的形式设置，每一个分开的电极对应于扫描线SCL或由扫描线SCL驱动的像素列；因此，可以看出，像素阵列中的第二驱动电压线DVL2设置在与设置至少一条扫描线的方向相同的方向上。
此外，控制器280根据扫描信号SCO被施加至扫描线SCL的定时将第二驱动电压DV2顺序地输出至第二驱动电压线DVL2；因此，可以通过具有低恒定电压的第一驱动电压DV1和具有脉冲形式的高电压的第二驱动电压DV2生成超声波。
图10和图11是示出在图9中所示的电路结构中执行的感测方案的图。
图10和图11表示其中具有能够使第一晶体管T1导通的电平的第三扫描信号SCO3被施加至第三扫描线SCL3的间隔。
当第三扫描信号SCO3被施加至第三扫描线SCL3时，设置在B列中的第一晶体管T1变为导通，并且具有低恒定电压的第一驱动电压DV1被施加至第一节点、即第一电极E1。
在第一驱动电压DV1被施加至设置在B列中的第一电极E1的间隔中，具有脉冲形式的高电平的第二驱动电压DV2可以被施加至连接至设置在B列中的第二电极E2的第二驱动电压线DVL2。
此处，提供第二驱动电压DV2的控制器280可以仅将第二驱动电压DV2输出至设置在B列中的第二驱动电压线DVL2。
因此，压电材料224可以通过施加至设置在B列中的第一电极E1和第二电极E2的电压而振动，并且因此可以生成超声波。
也就是说，即使在高电压没有被施加至像素阵列中的其中设置有电路元件等的薄膜晶体管阵列221的情况下，也可以基于像素列生成超声波。
在B列中生成超声波的间隔期间，设置在C列中的第二晶体管T2通过施加至第三扫描线SCL3的第三扫描信号SCO3而变为导通。因此，当设置在C列中的像素中包括的第一节点N1的电压电平通过反射的超声波而改变时，第三晶体管T3变为导通或关断，并且可以通过感测线SSL检测感测电压SV。
如图10所示，在第一多路复用器MUX1导通的情况下，通过设置在C列的奇数行中的像素的第二晶体管T2检测到的感测信号可以通过至少一条接收线RX传送至感测电路620。
如图11所示，在第二多路复用器MUX2导通的情况下，通过设置在C列的偶数行中的像素的第二晶体管T2检测到的感测信号可以通过至少一条接收线RX传送至感测电路620。
同样地，根据扫描线SCO的顺序驱动，具有脉冲形式的高电平的第二驱动电压DV2被顺序地施加至第二电极E2，并且可以在C列、D列等中执行超声波生成和感测。
图12是示出根据本公开的实施方式的由超声波传感器200根据图10和图11中所示的感测方案执行的感测处理的图。
参照图12，在具有导通电平的第三扫描信号SCO3被施加至第三扫描线SCL3的间隔中，可以从B列生成超声波，并且可以在C列中执行感测。
此时，在通过两个多路复用器MUX和六条接收线RX执行感测的情况下，第一多路复用器MUX1和第二多路复用器MUX2交替地导通，并且在一个多路复用器MUX导通的间隔中，可以检测来自6个像素的感测信号。
因此，在B列中生成超声波的间隔期间，可以在C列中在特定数目的像素行的基础上执行感测。
此外，当具有导通电平的第四扫描信号SCO4被施加至第四扫描线SCL4时，可以从C列生成超声波，并且可以在D列中执行感测。
同样地，在C列中生成超声波的间隔期间，第一多路复用器MUX1和第二多路复用器MUX2交替地导通，并且可以在像素行的基础上执行感测。
像这样，在执行感测时，由于驱动电压应当被施加至设置在生成超声波的像素列中的第一电极E1和第二电极E2，因此在感测间隔期间连续地提供高电压。
根据本公开的实施方式，由于脉冲高电压在不通过薄膜晶体管阵列221的情况下被施加至第二电极E2，因此由于在长间隔期间施加的高电压而引起的薄膜晶体管阵列221的劣化可以减少。因此，可以提高设置在薄膜晶体管阵列221中的电路元件的可靠性和寿命。
另外，根据本公开的一些实施方式，由于第二电极E2被图案化(例如，被分割)并且以图案化结构设置，并且脉冲形式的高电压被顺序地提供，因此可以在像素列的基础上执行超声波生成和感测。
此外，根据本公开的一些实施方式，由于控制器280通过直接连接至第二电极E2的驱动电压线DVL提供高电压，因此从控制器280输出的高电压不通过薄膜晶体管阵列221。因此，可以进一步减少或防止电路元件的劣化，并且由于不需要相关联的焊盘等而增大感测区域。
本公开还提供了一种包括上述超声波传感器200的超声波感测装置。该超声波感测装置还可以包括用于驱动超声波传感器200的驱动单元。
虽然已经出于说明性目的描述了本公开的实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求书中公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。虽然已经出于说明性目的描述了示例性实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的本质特征的情况下，各种修改和应用是可能的。例如，可以对示例性实施方式的特定部件进行各种修改。可以对上述各种实施方式进行组合以提供另外的实施方式。可以根据以上详细描述对实施方式进行这些和其他改变。通常，在所附权利要求书中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制于说明书和权利要求书中公开的具体实施方式，而应被解释为包括所有可能的实施方式连同这种权利要求书所享有的等同物的全部范围。因此，权利要求书不受本公开的限制。

Claims (23)

1.一种超声波传感器，包括：
薄膜晶体管阵列；
多个第一电极；
设置在所述薄膜晶体管阵列之上的压电材料；以及
设置在所述压电材料之上的多个第二电极，
其中，在时间间隔中，第一驱动电压被施加至所述多个第一电极中的至少一个第一电极，并且第二驱动电压被施加至所述多个第二电极中的至少一个第二电极，并且
其中，所述第二驱动电压是具有比所述第一驱动电压的最大电压更大的最大电压的交流AC电压。
2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中，所述第一驱动电压是直流DC电压。
3.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中，所述薄膜晶体管阵列包括多条扫描线、多条感测线和多个像素，并且其中，所述多个第二电极设置在设置所述多条扫描线的方向上。
4.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中，所述第二驱动电压被顺序地提供至所述多个第二电极。
5.根据权利要求1所述的超声波传感器，还包括控制器，所述控制器直接电连接至所述多个第二电极或者通过与所述薄膜晶体管阵列电隔离的连接单元电连接至所述多个第二电极，所述多个第二电极从所述控制器接收所述第二驱动电压。
6.根据权利要求5所述的超声波传感器，其中，所述多个第一电极从与所述控制器分开的驱动电路接收所述第一驱动电压。
7.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中，所述多个第二电极从如下控制器接收所述第二驱动电压：该控制器通过设置在所述薄膜晶体管阵列中的焊盘电连接至所述多个第二电极。
8.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中，所述薄膜晶体管阵列包括多条扫描线、多条感测线和多个像素，并且其中，所述多个像素中的每一个包括：
第一晶体管，所述第一晶体管由施加至所述多条扫描线中的至少一条扫描线的扫描信号控制，并且连接在所述多个第一电极中的所述至少一个第一电极与第一驱动电压线之间；
第二晶体管，所述第二晶体管由施加至所述多条扫描线中的所述至少一条扫描线的所述扫描信号控制，并且连接至所述多条感测线中的至少一条感测线；以及
第三晶体管，所述第三晶体管由所述多个第一电极中的所述至少一个第一电极的电压电平控制，并且连接在所述第二晶体管与感测电压线之间，
其中，设置在第N像素列中的第一晶体管和设置在第(N+1)像素列中的第二晶体管由同一扫描线驱动。
9.根据权利要求8所述的超声波传感器，其中，所述多个第二电极中的每一个在下述时间间隔中接收所述第二驱动电压，在所述时间间隔中，具有能够使与所述多个第一电极中的所述至少一个第一电极连接的第一晶体管导通的电平的扫描信号被施加至与所述多个第二电极中的所述至少一个第二电极对应的所述多条扫描线中的所述至少一条扫描线。
10.根据权利要求8所述的超声波传感器，其中，设置在所述第(N+1)像素列中的所述第二晶体管在设置在所述第N像素列中的所述第一晶体管导通的时间间隔中导通，并且在设置在所述第N像素列中的所述第一晶体管关断的时间间隔中关断。
11.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中，所述薄膜晶体管阵列包括多条扫描线、多条感测线和多个像素，并且所述超声波传感器还包括：
扫描驱动电路，所述扫描驱动电路将扫描信号输出至所述多条扫描线，以及
感测电路，所述感测电路通过所述多条感测线检测一个或更多个感测信号。
12.根据权利要求11所述的超声波传感器，其中，在其中所述扫描驱动电路将具有能够使连接至所述多条扫描线中的至少一条扫描线的晶体管导通的电平的所述扫描信号输出至所述多条扫描线中的所述至少一条扫描线的时间间隔中，控制器将所述第二驱动电压输出至所述多个第二电极中的与所述扫描信号被施加至的所述多条扫描线中的所述至少一条扫描线对应的所述至少一个第二电极。
13.一种超声波传感器，包括：
薄膜晶体管TFT；
耦接至所述TFT中的一个或更多个的第一电极；
耦接至所述第一电极的压电材料；以及
耦接至所述压电材料并且通过至少所述压电材料与所述TFT电隔离的第二电极，
其中，第一驱动电压通过所述TFT中的一个或更多个被施加至所述第一电极中的至少一个第一电极，并且第二驱动电压被施加至所述第二电极中的至少一个第二电极，其中，所述第二驱动电压具有比所述第一驱动电压的幅度更大的幅度。
14.根据权利要求13所述的超声波传感器，其中，所述超声波传感器的像素包括：
连接至所述第一电极中的至少一个第一电极和驱动电压线的第一晶体管，其中，所述第一驱动电压被施加至所述驱动电压线；
连接至感测线的第二晶体管；以及
连接至所述第二晶体管和感测电压线的第三晶体管；
其中，所述第三晶体管的栅电极电连接至所述第一电极，并且
其中，一个像素中的第一晶体管的栅电极和相邻像素中的第二晶体管的栅电极电连接至同一扫描线。
15.根据权利要求13所述的超声波传感器，还包括：
驱动电路，所述驱动电路通过所述TFT中的一个或更多个将所述第一驱动电压施加至所述第一电极中的所述至少一个第一电极；以及
控制器，所述控制器在物理上不同于所述驱动电路，并且将所述第二驱动电压施加至所述第二电极中的所述至少一个第二电极，其中，所述第二驱动电压不通过所述薄膜晶体管。
16.根据权利要求13所述的超声波传感器，其中，所述超声波传感器包括像素阵列，所述像素阵列中的每一个像素包括所述TFT中的一个或更多个和所述第一电极中的一个或更多个，并且其中，所述第二电极与所述像素阵列的像素列对准。
17.根据权利要求16所述的超声波传感器，其中，通过将所述第一驱动电压施加至所述像素列中的第一像素列中的一个或更多个第一电极并且将所述第二驱动电压施加至与所述第一像素列对准的所述第二电极中的一个或更多个，从与所述第一像素列对应的所述压电材料发射超声波。
18.根据权利要求17所述的超声波传感器，其中，当与所述像素列对应的所述压电材料发射超声波时，相邻像素列中的所述压电材料检测超声波。
19.根据权利要求18所述的超声波传感器，其中，所述相邻像素列中的一部分像素在第一时段期间检测超声波，并且所述相邻像素列中的第二部分像素在所述第一时段之后的第二时段期间检测超声波。
20.根据权利要求13所述的超声波传感器，其中，所述第一驱动电压是直流DC电压，并且所述第二驱动电压是交流AC电压。
21.一种显示装置，包括显示面板和根据权利要求1至20中任一项所述的超声波传感器。
22.一种超声波感测装置，包括根据权利要求1至20中任一项所述的超声波传感器。
23.据权利要求22所述的超声波感测装置，其中，所述超声波感测装置还包括用于驱动所述超声波传感器的驱动单元。
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