CN112835052A - 超声波传感模块、超声波传感装置及控制方法、显示设备 - Google Patents

超声波传感模块、超声波传感装置及控制方法、显示设备 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种超声波传感模块、超声波传感装置及控制方法、显示设备。超声波传感模块包括第一电极层、压电层、绝缘层、接收电极层和发射电极层；第一电极层设置在压电层的一侧；接收电极层、绝缘层和发射电极层依次层叠，设置在压电层的另一侧；发射电极层包括多个间隔设置的发射电极，每个发射电极用于与第一电极层构成发射电极对；接收电极层包括多个间隔设置的接收电极，每个接收电极用于与第一电极层构成接收电极对。发射电极对和接收电极对在结构和功能上相互独立，可以省略现有的超声波传感模块中用于切换发射和接收功能的薄膜晶体管，超声波的发射过程和接收过程的能够单独控制，显著地提高了信号传输速率，有助于实现超声波束控制。

Description

超声波传感模块、超声波传感装置及控制方法、显示设备
技术领域
本申请涉及超声波传感的技术领域，具体而言，本申请涉及一种超声波传感模块、超声波传感装置及控制方法、显示设备。
背景技术
基于压电原理的超声波传感器，可以利用充当发射器的压电材料的逆压电效应(在特定方向施加交变电压使压电材料振动)发射出特定频率的超声波，超声波在传播过程中存在能量衰减或相位变化(时间延迟)。到达超声波到达充当接收器的压电材料时，压电材料发生正压电效应(压电材料在压力作用下产生电荷)，超声波的能量或相位变化被检测到。
多个这样的发射器和接收器按照一定规律组成阵列，就可以检测多条路径上的超声波传播状况。从而可以借助压电传感器阵列对超声波传播路径中的物理环境做出判断，比如指纹识别器、触摸开关、压力传感器、人体内脏器官成像、金属制品探伤等。
现有的基于上述压电原理的超声波传感模块，通常包括第一种电极、第二种电极和压电层，第一种电极和第二种电极分别设置在压电层的两侧。第一种电极和第二种电极构成电极对，该电极对既需要充当发射电极对来向压电层发送电信号(如交变电压)，又需要充当接收电极对来接收压电层所输出的电信号。现有的超声波传感模块需要将一个薄膜晶体管作为电子开关，来切换电极对的两种功能，实现电极对的两种功能的时分复用。然而，由于薄膜晶体管无法实现较高的开关频率，会限制信号传输速率，导致现有的超声波传感模块无法实现超声波束控制。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点，提出一种超声波传感模块、超声波传感装置及控制方法、显示设备，用以解决现有的超声波传感模块无法实现超声波束控制的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种，包括第一电极层、压电层、绝缘层、接收电极层和发射电极层；
第一电极层设置在压电层的一侧；接收电极层、绝缘层和发射电极层依次层叠，设置在压电层的另一侧；
发射电极层包括多个间隔设置的发射电极，每个发射电极用于与第一电极层构成发射电极对；
接收电极层包括多个间隔设置的接收电极，每个接收电极用于与第一电极层构成接收电极对。
第二方面，本申请实施例提供了一种超声波传感装置，包括激励信号发射电路、像素电路以及本申请实施例提供的超声波传感模块；
激励信号发射电路的输出端与超声波传感模块的发射电极电连接，像素电路的输入端与超声波传感模块的接收电极电连接。
第三方面，本申请实施例提供了一种显示设备，包括本申请实施例提供的超声波传感装置。
第四方面，本申请实施例提供了一种超声波传感装置的控制方法，应用于本申请实施例提供的超声波传感装置，包括：
控制激励信号发射电路通过发射电极向压电层发送激励信号；
控制像素电路通过接收电极接收压电层输出的反馈信号，并将反馈信号做预设处理后进行输出。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：
在本申请实施例的超声波传感模块中，发射电极和第一电极层所构成发射电极对，用于接收超声波传感模块之外的部件(如激励信号发射电路102)输出的激励信号(如交变电压)，使得压电层振动而对外发射超声波。接收电极和第一电极层所构成接收电极对，用于接收压电层输出的反馈信号，将反馈信号输出至超声波传感模块之外的部件(如像素电路)。例如，压电层发射出的超声波被发射回压电层时，压电层在超声波压力的作用下产生相应的电荷，从而向接收电极对输出回波信号；压电层未发射和接收超声波时，向接收电极对输出背景信号。
发射电极对和接收电极对在结构和功能上相互独立，可以省略现有的超声波传感模块中用于切换发射和接收功能的薄膜晶体管，超声波的发射过程和接收过程的能够单独控制，显著地提高了信号传输速率，有助于实现超声波束控制。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例提供的一种超声波传感模块的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种接收电极在压电层上的分布示意图；
图3为本申请实施例提供的发射电极与导线的一种位置关系示意图；
图4为本申请实施例提供的发射电极与接收电极的一种位置关系示意图；
图5为本申请实施例提供的发射电极与接收电极的另一种位置关系示意图；
图6为本申请实施例提供的超声波传感装置的第一种部分结构示意图，示出了激励信号发射电路与发射电极的连接示意图；
图7为本申请实施例提供的超声波传感装置的第二种部分结构示意图，示出了像素电路与发射电极的连接示意图；
图8为本申请实施例提供的超声波传感装置的第三种部分结构示意图，示出了超声波传感模块与阵列基板的位置关系意图；
图9为本申请实施例提供的显示设备的一种部分结构示意图；
图10为本申请实施例提供的一种超声波传感装置的控制方法的流程示意图；
图11是本申请实施例提供的步骤S20的一种具体方法的流程示意图；
图12是本申请实施例提供的与像素电路连接的各信号端工作时序图。
附图标号的说明如下：
101-超声波传感模块；102-激励信号发射电路；
103-像素电路；104-阵列基板；
1-第一电极层；2-压电层；3-绝缘层；
4-接收电极层；41-接收电极；
5-发射电极层；51-发射电极；
6-导线；
200-显示面板或保护盖板。
具体实施方式
下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
本申请实施例提供了一种超声波传感模块101，如图1所示，包括第一电极层1、压电层2、绝缘层3、接收电极层4和发射电极层5。
第一电极层1设置在压电层2的一侧；接收电极层4、绝缘层3和发射电极层5依次层叠，设置在压电层2的另一侧。
发射电极层5包括多个间隔设置的发射电极51，每个发射电极51用于与第一电极层1构成发射电极51对。
接收电极层4包括多个间隔设置的接收电极41，每个接收电极41用于与第一电极层1构成接收电极41对。
发射电极51和接收电极41分别设置在绝缘层3连个相背的表面，二者在结构上相互独立，能够分别用于形成功能独立的发射电极51对和接收电极41对。
发射电极51和第一电极层1所构成发射电极51对，用于接收超声波传感模块101之外的部件(如激励信号发射电路102)输出的激励信号(如交变电压)，使得压电层2振动而对外发射超声波。
接收电极41和第一电极层1所构成接收电极41对，用于接收压电层2输出的反馈信号，将反馈信号输出至超声波传感模块101之外的部件(如像素电路103)。例如，压电层2发射出的超声波被发射回压电层2时，压电层2在超声波压力的作用下产生相应的电荷，从而向接收电极41对输出回波信号；压电层2未发射和接收超声波时，向接收电极41对输出背景信号。
在本申请实施例的超声波传感模块101中，发射电极51对和接收电极41对在结构和功能上相互独立，可以省略现有的超声波传感模块101中用于切换发射和接收功能的薄膜晶体管，超声波的发射过程和接收过程的能够单独控制，显著地提高了信号传输速率，有助于实现超声波束控制。
在本申请的一个实施例中，如图1和图2所示，各接收电极41贴合于压电层2，绝缘层3贴合于各接收电极41的远离压电层2的一侧，各发射电极51贴合于接收绝缘层3的远离压电层2的一侧。
在图1中，压电层2、接收电极41、绝缘层3和发射电极51由下至上依次层叠，也就是说，接收电极41距离压电层2较近，发射电极51距离压电层2较远，这可以减少接收电极41对发射电极51输出的激励信号的屏蔽，同时也可以增加接收灵敏度。
应当说明的是，发射电极51和接收电极41都可以采用平面光刻工艺制作而成，发射电极51和接收电极41的形状、数量以及分布方式可以根据实际的设计需要而定。
如图1所示，由于接收电极41被绝缘层3覆盖，为了进一步方便接收电极41与超声波传感模块101之外的部件(如像素电路103)电连接，在本申请的一个实施例中，如图1和图2所示，每个接收电极41电连接有导线6。导线6沿绝缘层3的厚度方向穿设于绝缘层3，且与发射电极51保持绝缘。
导线6的一端与接收电极41电连接，导线6的另一端穿过绝缘层3，用于与超声波传感模块101之外的部件(如像素电路103)电连接。
在本申请的一个实施例中，如图3所示，可以将导线6与发射电极51间隔预设距离以使得二者之间保持绝缘。或者，在导线6与发射电极51之间填充绝缘材料以使得二者之间保持绝缘。
在本申请的一个实施例中，导线6为金属线。当然，导线6也可以由其他具有导电功能的材料制成。
在本申请的一个实施例中，每个接收电极41的部分区域被发射电极51覆盖，导线6连接于接收电极41中未被发射电极51覆盖的区域。
应当说明的是，本实施例中所述的接收电极41的部分区域被发射电极51覆盖，是指在垂直于绝缘层3的平面中，发射电极51的投影与接收电极41的投影至少部分地交叠。而不是指接收电极41与发射电极51真正地发生接触。
本领域的技术人员可以理解，将导线6连接于接收电极41中未被发射电极51覆盖的区域，当导线6沿绝缘层3的厚度方向穿设于绝缘层3，能够保证导线6与发射电极51之间不发生接触，使得导线6与发射电极51保持绝缘。
为了满足导线6与发射电极51保持绝缘，发射电极51、接收电极41和导线6之间可以具有多种布置方式，本申请提供了如下两种布置方式作为示例：
第一种：如图4所示，多个接收电极41呈阵列排布，发射电极51呈长条形。每行接收电极41的两个相对的侧边区域，分别被两个相邻的发射电极51覆盖；导线6连接于接收电极41中未被发射电极51覆盖的中部区域。
如图4所示，超声波传感模块101包括4行接收电极41，每行包括7个接收电极41；超声波传感模块101还包括5个长条形的发射电极51。
每行接收电极41的两个相对的侧边区域，分别被两个相邻的发射电极51覆盖。例如，第1行接收电极41的一个侧边区域被第1个发射电极51覆盖，第1行接收电极41的另一个侧边区域被第2个发射电极51覆盖；第2行接收电极41的一个侧边区域被第2个发射电极51覆盖，第2行接收电极41的另一个侧边区域被第3个发射电极51覆盖。其他行接收电极41与发射电极51之间的位置关系参照上述描述，此处不再赘述。
由于每个接收电极41的中部区域未被发射电极51覆盖，因此将导线6连接于接收电极41中部区域，当导线6沿绝缘层3的厚度方向穿设于绝缘层3，能够保证导线6与发射电极51之间不发生接触，使得导线6与发射电极51保持绝缘。
第二种：如图5所示，多个接收电极41呈阵列排布，发射电极51呈长条形。每个发射电极51，覆盖一行接收电极41的中部区域，导线6连接于接收电极41中未被发射电极51覆盖的侧边区域。
如图5所示，超声波传感模块101包括5行接收电极41，每行包括7个接收电极41；超声波传感模块101还包括5个长条形的发射电极51。
第1行接收电极41的中部区域被第1个发射电极51覆盖，第2行接收电极41的中部区域被第2个发射电极51覆盖。其他行接收电极41与发射电极51之间的位置关系参照上述描述，此处不再赘述。
由于每个接收电极41的侧边区域未被发射电极51覆盖，因此将导线6连接于接收电极41的侧边区域，当导线6沿绝缘层3的厚度方向穿设于绝缘层3，能够保证导线6与发射电极51之间不发生接触，使得导线6与发射电极51保持绝缘。
在本申请的一个实施例中，接收电极41中相对的两个侧边之间的距离为50～300微米，相邻两个接收电极41之间的间隔距离为1～10微米。
如图2所示，以接收电极41的底面呈正方形为例，接收电极41的底面的宽度为50～300微米。每个接收电极41与任意一个相邻的接收电极41之间的间隔距离为1～10微米。
当然，接收电极41的底面也可以为其他形状，如蛇形或环形等。对于其他形状的接收电极41中相对的两个侧边之间的距离，可以是指接收电极41的底面在某一预设方向的尺寸。
在本申请的一个实施例中，发射电极51的材料包括铝、钼、钛、铜和金中的至少一种。可选地，发射电极51可以是上述至少两种金属形成的层叠结构。发射电极51的厚度可以根据实际的设计需要而定，例如，发射电极51的厚度可以为0.2微米。
在本申请的一个实施例中，绝缘层3的材料包括氧化硅或氮化硅。
在本申请的一个实施例中，绝缘层3的厚度为0.1～1微米。
在本申请的一个实施例中，如图1所示，超声波传感模块101包括保护膜7，保护膜7设置在第一电极层1的远离压电层2的一侧。
本领域的技术人员可以理解，超声波传感模块101除了包括上述各实施例介绍的结构外，还可以根据声学性能、物理连接关系等增加其他的膜层，本说明书中不再具体介绍。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种超声波传感装置，结合图6和图7所示，超声波传感装置包括激励信号发射电路102、像素电路103以及本申请上述各实施例提供的超声波传感模块101。
激励信号发射电路102的输出端与超声波传感模块101的发射电极51电连接，像素电路103的输入端与超声波传感模块101的接收电极41电连接。
应当说明的是，图7中Vin端为像素电路103的输入端，Vin端所连接的为超声波传感模块101的接收电极41；图7中Vtx端为激励信号发射电路102的输出端，Vtx端所连接的为超声波传感模块101的发射电极51；图7中的参考电平端Ve2所连接的为超声波传感模块101的第一电极层1。本领域的技术人员可以理解，将图6中的激励信号发射电路102补入图7中，即形成较完整的超声波传感装置。
激励信号发射电路102向发射电极51发送的激励信号(如交变电压)，发射电极51将激励信号输出至压电层2，使得压电层2振动而对外发射超声波。
接收电极41接收压电层2输出的反馈信号，将反馈信号输出至像素电路103。例如，压电层2发射出的超声波被发射回压电层2时，压电层2在超声波压力的作用下产生相应的电荷，从而向接收电极41对输出回波信号，接收电极41将回波信号输出至像素电路103；压电层2未发射和接收超声波时，向接收电极41对输出背景信号，接收电极41将背景信号输出至像素电路103。
在应用超声波束控制时，需要向发射电极51发送高速激励信号，因此信号延迟时间的控制非常重要，现有的玻璃基晶体管器件难以实现向发射电极51发送高速激励信号，因此本申请实施例中采用激励信号发射电路102来向发射电极51发送高速激励信号。
在本申请的一个实施例中，如图7所示，像素电路103包括第一开关器件M1、第二开关器件M2、第三开关器件M3、第四开关器件M4、以及储能器件Cp。
第一开关器件M1的第二极、第二开关器件M2的控制极和储能器件Cp的第一端，与像素电路103的输入端电连接。
第二开关器件M2的第一极、第三开关器件M3的第二极、第四开关器件M4的第一极电连接于同一节点(图7中的节点Vn)。
第一开关器件M1的第一极、控制极，分别用于与复位电平信号端Vrst、偏置电平信号端Vbias电连接。
第三开关器件M3的第一极和控制极用于与电平输入端Vdd电连接；第四开关器件M4的第二极、控制极，分别用于与电平输出端Vout、驱动电平信号端Vsel电连接；第二开关器件M2的第二极和储能器件Cp的第二端用于与参考电平端Ve1电连接。
可选地，第一至第四开关器件可以均为薄膜晶体管。开关器件的第一极为薄膜晶体管的源极，开关器件的第二极为薄膜晶体管的漏极，开关器件的控制极为薄膜晶体管的栅极。
在本申请的一个实施例中，如图8所示，超声波传感装置包括阵列基板104，像素电路103集成于阵列基板104，阵列基板104设置于发射电极层5的远离绝缘层3的一侧。像素电路103的输出端，通过穿设于绝缘层3的导线6与接收电极41电连接。
在图8中，压电层2、接收电极41、绝缘层3、发射电极51和阵列基板104由下至上依次层叠。导线6的一端与接收电极41电连接，导线6的另一端穿过绝缘层3，与阵列基板104上的像素电路103的输出端电连接。接收电极41接收压电层2输出的反馈信号，将反馈信号通过导线6输出至像素电路103。
在本申请的一个实施例中，阵列基板104可以为玻璃基板。
在本申请的一个实施例中，如图6所示，激励信号发射电路102包括复用器(Multiplexer，MUX)，复用器的每个输出端与对应的发射电极51电连接，激励信号通过复用器输出至发射电极51。
本申请实施例提供的超声波传感装置，与前面的各实施例具有相同的发明构思及相同的有益效果，该超声波传感装置中未详细示出的内容可参照前面的各实施例，在此不再赘述。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种显示设备，如图9所示，显示设备包括本申请上述各实施例提供的超声波传感装置。
可选地，在本申请的一个实施例中，如图9所示，显示设备包括显示面板和保护盖板。应当说明的是，在图9中标号为200的部件，即可表示显示面板，也可以表示保护盖板。
超声波传感装置的阵列基板104中远离绝缘层3的一侧，与显示面板或保护盖板贴合。
在图9中，压电层2、接收电极41、绝缘层3、发射电极51、阵列基板104和显示面板(或保护盖板)由下至上依次层叠。
在本申请的一个实施例中，阵列基板104和显示面板(或保护盖板)之间可以通过胶体连接。为了尽可能避免胶体对超声波传播时的衰减影响，胶体厚度可以设置为小于100微米。可选地，胶体可为光学透明胶(Optically Clear Adhesive，OCA)。
可选地，显示面板和保护盖板的结构可以根据声波传输效率作相应的优化设计。
本申请实施例提供的显示设备，与前面的各实施例具有相同的发明构思及相同的有益效果，该显示设备中未详细示出的内容可参照前面的各实施例，在此不再赘述。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种超声波传感装置的控制方法，应用于本申请上述各实施例提供的超声波传感装置。该控制方法的流程示意图如图10所示，包括：
S10：控制激励信号发射电路102通过发射电极51向压电层2发送激励信号。
S20：控制像素电路103通过接收电极41接收压电层2输出的反馈信号，并将反馈信号做预设处理后进行输出。
应当说明的是，步骤S10可以与步骤S20中的部分子步骤同时进行。步骤S10以及步骤S20中的部分子步骤都在t0至t1时段内执行。
在步骤S10中，控制激励信号发射电路102向发射电极51输出激励信号，发射电极51将激励信号输出子压电层2，使得压电层2振动而对外发射超声波。
在步骤S20中，压电层2向接收电极41输出的反馈信号，接收电极41将反馈信号输出至像素电路103，像素电路103将馈信号做预设处理后进行输出。
例如，压电层2发射出的超声波被发射回压电层2时，压电层2在超声波压力的作用下产生相应的电荷，从而向接收电极41对输出回波信号，接收电极41将回波信号输出至像素电路103，像素电路103将回波信号做预设处理后进行输出。
压电层2未发射和接收超声波时，向接收电极41对输出背景信号，接收电极41将背景信号输出至像素电路103，像素电路103将背景信号做预设处理后进行输出。
本申请实施例提供的超声波传感装置的控制方法，与前面的各实施例具有相同的发明构思及相同的有益效果，该超声波传感装置的控制方法中未详细示出的内容可参照前面的各实施例，在此不再赘述。
可选地，本申请的一个实施例还提供了步骤S20的一种具体的方法，步骤S20可以分为多个阶段，步骤S20的各阶段与图12中的各时段存在大致的对应关系。步骤S20的第一阶段大致对应图12中的t0至t1时段，步骤S20的第二阶段大致对应图12中的t1至t2时段，步骤S20的第三阶段大致对应图12中的t2至t3时段。
应当说明的是，上述内容所介绍的是步骤S20的各阶段与图12中的各时段大致的对应关系，因此图12中的各时刻(如t0、t1和t2等)，并不能严格地作为步骤S20各阶段之间的分界。
步骤S20的一种具体的方法的流程示意图如图11所示，包括：
S201：第一阶段，在控制激励信号发射电路102通过发射电极51向压电层2发送激励信号的过程中，像素电路103中第一开关器件M1的控制极接收到复位电平信号端Vrst输出的第一复位电平时，第一开关器件M1关闭；像素电路103中第四开关器件M4的控制极接收到驱动电平信号端Vsel输出的第一驱动电平时，第四开关器件M4关闭。
在本申请实施例中，复位电平信号端Vrst能够输出第一复位电平和第二复位电平，且第一复位电平低于第二复位电平。当复位电平信号端Vrst输出第一复位电平时，第一开关器件M1关闭；当复位电平信号端Vrst输出第二复位电平时，第一开关器件M1开启。
驱动电平信号端Vsel能够输出第一驱动电平和第二驱动电平，且第一驱动电平低于第二驱动电平。当驱动电平信号端Vsel输出第一驱动电平时，第四开关器件M4关闭；当驱动电平信号端Vsel输出第二驱动电平时，第四开关器件M4开启。
在图12中，t0至t1时段中对应于Vtx的波形，表示激励信号发射电路102输出的激励信号。可见，步骤S201和步骤S10可同时执行。第一开关器件M1关闭可使得超声波传感装置的接收电极41的电位悬浮，此时超声波传感装置的发射电极51接收激励信号发射电路102输出的激励信号，压电层2向外发射超声波。
在第一阶段，第一开关器件M1应当具备较大的关断电阻，以保证使接收电极41能够处于较好的浮地状态，避免发射电极51输出的激励信号被屏蔽。另外，在满足发射强度的前提下，发射电极51输出的激励信号的峰峰值电压应当较低(例如在100V以内)，以防止晶体管被击穿。
可选地，如图12所示，在第一阶段，偏置电平信号端Vbias输出第一偏置电平。
S202：第二阶段，在激励信号发射电路102停止发送激励信号的过程中，第一开关器件M1的控制极接收到复位电平信号端Vrst输出的第二复位电平时，第一开关器件M1开启；在第一开关器件M1开启第一预设时间ta后，第一开关器件M1的第一极接收偏置电平信号端Vbias输出的第二偏置电平，使得像素电路103的储能器件Cp积累来自压电层2的回波信号。
在步骤S202中，激励信号发射电路102在t1时刻停止发送激励信号。第一开关器件M1的控制极先接收到复位电平信号端Vrst输出的第二复位电平，以使第一开关器件M1开启，此时偏置电平信号端Vbias仍输出第一偏置电平。在第一开关器件M1开启第一预设时间ta后，偏置电平信号端Vbias输出第二偏置电平，第一开关器件M1的第一极接收偏置电平信号端Vbias输出的第二偏置电平，使得像素电路103的储能器件Cp积累压电层2输出的回波信号。在图12中，t1时刻之后中对应于Vin的波形，表示压电层2输出的回波信号。
如图12所示，偏置电平信号端Vbias输出的第二偏置电平高于第一偏置电平，第一开关器件M1的第一极在第二阶段接收第二偏置电平的时长，可以是步骤S10中控制激励信号发射电路102输出激励信号的周期的四分之一或二分之一。第一开关器件M1的第一极在第二阶段接收第二偏置电平的时长，也可以为其他值。
S203：第三阶段，第一开关器件M1的控制极接收到复位电平信号端Vrst输出的第一复位电平时，第一开关器件M1关闭；像素电路103的第二开关器件M2的控制极接收储能器件Cp输出的回波信号；第四开关器件M4的控制极接收到驱动电平信号端Vsel输出的第二驱动电平时，第四开关器件M4开启，第四开关器件M4的第二极向电平输出端Vout输出与回波信号对应的放大信号。
在步骤S203中，如图12所示，复位电平信号端Vrst在t2时刻输出的第一复位电平，第一开关器件M1的控制极接收到复位电平信号端Vrst输出的第一复位电平，使得第一开关器件M1关闭。
偏置电平信号端Vbias可以在t2时刻输出第三偏置电平；如图12所示，偏置电平信号端Vbias也可以在t2时刻之后，在距离t2时刻时长较短的一个时刻输出第三偏置电平。偏置电平信号端Vbias输出的第三偏置电平，高于第一偏置电平且低于第二偏置电平。
如图12所示，驱动电平信号端Vsel在t2时刻与t3时刻之间的一个时刻输出第二驱动电平，第四开关器件M4的控制极接收到驱动电平信号端Vsel输出的第二驱动电平，使得第四开关器件M4开启。储能器件Cp积累的回波信号经第二开关器件M2和第三开关器件M3被放大，第四开关器件M4的第二极向电平输出端Vout输出与回波信号对应的放大信号。
在本申请的一个实施例中，步骤S20还可以包括第四阶段和第五阶段，步骤S20的第四阶段大致对应图12中的t3至t4时段，步骤S20的第五阶段大致对应图12中的t4至t6时段。
应当说明的是，上述内容所介绍的是步骤S20的第四阶段和第五阶段与图12中的各时段大致的对应关系，因此图12中的各时刻(如t3、t3和t5等)，并不能严格地作为步骤S20各阶段之间的分界。
可选地，步骤S20的一种具体的方法的流程示意图如图11所示，还包括：
S204：第四阶段，第一开关器件M1的控制极接收到复位电平信号端Vrst输出的第二复位电平时，第一开关器件M1开启；在第一开关器件M1开启第二预设时间tb后，第一开关器件M1的第一极接收偏置电平信号端Vbias输出的第二偏置电平，使得储能器件Cp积累压电层2输出的背景信号。
如图12所示，复位电平信号端Vrst在t3时刻之后，在距离t3时刻时长较短的一个时刻输出第二复位电平，第一开关器件M1的控制极接收到复位电平信号端Vrst输出的第二复位电平，使得第一开关器件M1开启。偏置电平信号端Vbias在t3时刻之后，在距离t3时刻时长较短的一个时刻输出第一偏置电平。第二开关器件M2的控制极的信号被清除。
如图12所示，驱动电平信号端Vsel在t3时刻输出第一驱动电平，第四开关器件M4的控制极接收到驱动电平信号端Vsel输出的第一驱动电平，使得第四开关器件M4关闭。
如图12所示，在第一开关器件M1开启第二预设时间tb后，偏置电平信号端Vbias输出第二偏置电平，第一开关器件M1的第一极接收偏置电平信号端Vbias输出的第二偏置电平，使得像素电路103的储能器件Cp积累压电层2输出的背景信号。
第一开关器件M1的第一极在第四阶段接收第二偏置电平的时长，可以是步骤S10中控制激励信号发射电路102输出激励信号的周期的四分之一或二分之一。第一开关器件M1的第一极在第四阶段接收第二偏置电平的时长，也可以为其他值。
S205：第五阶段，第一开关器件M1的控制极接收到复位电平信号端Vrst输出的第一复位电平时，第一开关器件M1关闭；第二开关器件M2的控制极接收储能器件Cp输出的背景信号；第四开关器件M4的控制极接收到驱动电平信号端Vsel输出的第二驱动电平时，第四开关器件M4开启，第四开关器件M4的第二极向电平输出端Vout输出与背景信号对应的放大信号。
在步骤S205中，复位电平信号端Vrst在t4时刻输出的第一复位电平，第一开关器件M1的控制极接收到复位电平信号端Vrst输出的第一复位电平，使得第一开关器件M1关闭。偏置电平信号端Vbias在t4时刻输出第三偏置电平。
如图12所示，驱动电平信号端Vsel在t5时刻输出第二驱动电平，第四开关器件M4的控制极接收到驱动电平信号端Vsel输出的第二驱动电平，使得第四开关器件M4开启。储能器件Cp积累的背景信号经第二开关器件M2和第三开关器件M3被放大，第四开关器件M4的第二极向电平输出端Vout输出与背景信号对应的放大信号。
如图12所示，驱动电平信号端Vsel在t5时刻与t6之间的一个时刻输出第一驱动电平，第四开关器件M4的控制极接收到驱动电平信号端Vsel输出的第一驱动电平，使得第四开关器件M4关闭，超声波传感装置的一个控制周期结束。
应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：
1、超声波传感模块中的发射电极对和接收电极对在结构和功能上相互独立，可以省略现有的超声波传感模块中用于切换发射和接收功能的薄膜晶体管，超声波的发射过程和接收过程的能够单独控制，显著地提高了信号传输速率，有助于实现超声波束控制。
2、在超声波传感模块中，接收电极距离压电层较近，发射电极距离压电层较远，这可以减少接收电极对发射电极输出的激励信号的屏蔽，同时也可以增加接收灵敏度。
本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (15)

1.一种超声波传感模块，其特征在于，包括第一电极层(1)、压电层(2)、绝缘层(3)、接收电极层(4)和发射电极层(5)；
所述第一电极层(1)设置在所述压电层(2)的一侧；所述接收电极层(4)、所述绝缘层(3)和所述发射电极层(5)依次层叠，设置在所述压电层(2)的另一侧；
所述发射电极层(5)包括多个间隔设置的发射电极(51)，每个所述发射电极(51)用于与所述第一电极层(1)构成发射电极(51)对；
所述接收电极层(4)包括多个间隔设置的接收电极(41)，每个所述接收电极(41)用于与所述第一电极层(1)构成接收电极(41)对。
2.根据权利要求1所述的超声波传感模块，其特征在于，
各所述接收电极(41)贴合于所述压电层(2)；
所述绝缘层(3)贴合于各所述接收电极(41)的远离所述压电层(2)的一侧；
各所述发射电极(51)贴合于所述接收绝缘层(3)的远离所述压电层(2)的一侧。
3.根据权利要求2所述的超声波传感模块，其特征在于，每个所述接收电极(41)电连接有导线(6)；所述导线(6)沿所述绝缘层(3)的厚度方向穿设于所述绝缘层(3)，且与所述发射电极(51)保持绝缘。
4.根据权利要求3所述的超声波传感模块，其特征在于，每个所述接收电极(41)的部分区域被所述发射电极(51)覆盖，所述导线(6)连接于所述接收电极(41)中未被所述发射电极(51)覆盖的区域。
5.根据权利要求4所述的超声波传感模块，其特征在于，多个所述接收电极(41)呈阵列排布，所述发射电极(51)呈长条形；
每行所述接收电极(41)的两个相对的侧边区域，分别被两个相邻的所述发射电极(51)覆盖；所述导线(6)连接于所述接收电极(41)中未被所述发射电极(51)覆盖的中部区域。
6.根据权利要求4所述的超声波传感模块，其特征在于，多个所述接收电极(41)呈阵列排布，所述发射电极(51)呈长条形；
每个所述发射电极(51)，覆盖一行所述接收电极(41)的中部区域，所述导线(6)连接于所述接收电极(41)中未被所述发射电极(51)覆盖的侧边区域。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的超声波传感模块，其特征在于，包括如下至少一项：
所述接收电极(41)中相对的两个侧边之间的距离为50～300微米，相邻两个所述接收电极(41)之间的间隔距离为1～10微米；
所述发射电极(51)的材料包括铝、钼、钛、铜和金中的至少一种；
所述绝缘层(3)的材料包括氧化硅或氮化硅；
所述绝缘层(3)的厚度为0.1～1微米。
8.一种超声波传感装置，其特征在于，包括激励信号发射电路(102)、像素电路(103)以及如权利要求1-7中任一项所述的超声波传感模块(101)；
所述激励信号发射电路(102)的输出端与所述超声波传感模块(101)的发射电极(51)电连接，所述像素电路(103)的输入端与所述超声波传感模块(101)的接收电极(41)电连接。
9.根据权利要求8所述的超声波传感装置，其特征在于，所述像素电路(103)包括第一至第四开关器件、以及储能器件；
所述第一开关器件的第二极、所述第二开关器件的控制极和所述储能器件的第一端，与所述像素电路(103)的输入端电连接；所述第二开关器件的第一极、所述第三开关器件的第二极、所述第四开关器件的第一极电连接于同一节点；
所述第一开关器件的第一极、控制极，分别用于与复位电平信号端、偏置电平信号端电连接；
所述第三开关器件的第一极和控制极用于与电平输入端电连接；
所述第四开关器件的第二极、控制极，分别用于与电平输出端、驱动电平信号端电连接；
所述第二开关器件的第二极和所述储能器件的第二端用于与参考电平端电连接。
10.根据权利要求8所述的超声波传感装置，其特征在于，包括阵列基板(104)，所述像素电路(103)集成于所述阵列基板(104)，所述阵列基板(104)设置于所述发射电极层(5)的远离所述绝缘层(3)的一侧；
所述像素电路(103)的输出端，通过穿设于所述绝缘层(3)的导线(6)与所述接收电极(41)电连接。
11.一种显示设备，其特征在于，包括权利要求8至10中任一项所述的超声波传感装置。
12.根据权利要求11所述的显示设备，其特征在于，包括显示面板和保护盖板；所述超声波传感装置的阵列基板(104)中远离绝缘层(3)的一侧，与所述显示面板或所述保护盖板贴合。
13.一种超声波传感装置的控制方法，应用于如权利要求8至10中任一项所述的超声波传感装置，其特征在于，包括：控制激励信号发射电路(102)通过发射电极(51)向压电层(2)发送激励信号；
控制像素电路(103)通过接收电极(41)接收所述压电层(2)输出的反馈信号，并将所述反馈信号做预设处理后进行输出。
14.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述控制像素电路(103)通过接收电极(41)接收所述压电层(2)输出的反馈信号，并将所述反馈信号做预设处理后进行输出，包括：
第一阶段，在控制激励信号发射电路(102)通过发射电极(51)向压电层(2)发送激励信号的过程中，所述像素电路(103)中第一开关器件的控制极接收到复位电平信号端输出的第一复位电平时，所述第一开关器件关闭；所述像素电路(103)中第四开关器件的控制极接收到驱动电平信号端输出的第一驱动电平时，所述第四开关器件关闭；
第二阶段，在所述激励信号发射电路(102)停止发送激励信号的过程中，所述第一开关器件的控制极接收到所述复位电平信号端输出的第二复位电平时，所述第一开关器件开启；在所述第一开关器件开启第一预设时间后，所述第一开关器件的第一极接收偏置电平信号端输出的第二偏置电平，使得所述像素电路(103)的储能器件积累来自所述压电层(2)的回波信号；
第三阶段，所述第一开关器件的控制极接收到所述复位电平信号端输出的第一复位电平时，所述第一开关器件关闭；所述像素电路(103)的第二开关器件的控制极接收所述储能器件输出的所述回波信号；所述第四开关器件的控制极接收到所述驱动电平信号端输出的第二驱动电平时，所述第四开关器件开启，所述第四开关器件的第二极向电平输出端输出与所述回波信号对应的放大信号。
15.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述控制像素电路(103)通过接收电极(41)接收所述压电层(2)输出的反馈信号，并将所述反馈信号做预设处理后进行输出，还包括：
第四阶段，所述第一开关器件的控制极接收到所述复位电平信号端输出的第二复位电平时，所述第一开关器件开启；在所述第一开关器件开启第二预设时间后，所述第一开关器件的第一极接收偏置电平信号端输出的第二偏置电平，使得所述储能器件积累所述压电层(2)输出的背景信号；
第五阶段，所述第一开关器件的控制极接收到所述复位电平信号端输出的第一复位电平时，所述第一开关器件关闭；所述第二开关器件的控制极接收所述储能器件输出的所述背景信号；所述第四开关器件的控制极接收到所述驱动电平信号端输出的第二驱动电平时，所述第四开关器件开启，所述第四开关器件的第二极向所述电平输出端输出与所述背景信号对应的放大信号。
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