KR102220830B1 - 압전 층을 갖는 초음파 수신기 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 초음파 수신기의 제 1 표면에서 수신된 초음파 에너지를 검출하기 위한 초음파 수신기와 관련되는 시스템들, 방법들 및 장치들을 제공한다. 초음파 수신기는 기판 상에 배치되는 픽셀 회로들의 어레이를 포함하고, 상기 어레이의 각각의 픽셀 회로는 적어도 하나의 박막 트랜지스터(TFT) 엘리먼트를 포함하고 상기 픽셀 회로에 전기적으로 커플링되는 픽셀 입력 전극을 갖는다. 초음파 수신기는 상기 픽셀 입력 전극들과 전기적으로 접촉하게 되도록 압전 층을 형성함으로써 제조된다. 상기 압전 층을 형성하는 것은 픽셀 회로들의 어레이 상에 폴리머를 함유하는 용액으로 코팅하고 결정화된 폴리머 층을 형성하도록 상기 폴리머를 결정화하는 것, 및 결정화된 폴리머 층을 포올링하는 것을 포함한다.

Description

압전 층을 갖는 초음파 수신기{ULTRASONIC RECEIVER WITH COATED PIEZOELECTRIC LAYER}
관련 출원에 대한 교차-참조
[0001] 이 출원은 2013년 6월 3일 출원되고 발명의 명칭이 "ULTRASONIC RECEIVER WITH COATED PIEZOELECTRIC LAYER"인 미국 가특허 출원 번호 61/830,572(대리인 문서 번호 QUALP198P/133120P1) 및 2014년 2월 26일 출원되고 발명의 명칭이 "ULTRASONIC RECEIVER WITH COATED PIEZOELECTRIC LAYER"인 미국 특허 출원 번호 14/175,876(대리인 문서 번호 QUALP198/133120)를 우선권으로 주장하며, 이들 각각은 그에 의해 인용에 의해 포함된다.
[0002] 본 개시는 일반적으로 초음파 수신기에 관한 것이다.
[0003] 초음파 센서 시스템에서, 초음파 전송기는 초음파 투과 매체 또는 매체들을 통해 그리고 검출될 물체 쪽으로 초음파 웨이브를 송신하는데 사용될 수 있다. 전송기는 물체로부터 반사되는 초음파 웨이브의 일부를 검출하도록 구성된 초음파 센서에 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 예를 들어, 초음파 지문 이미저에서, 초음파 펄스는 매우 짧은 시간 간격 동안 전송기를 개시하고 정지함으로써 생성될 수 있다. 초음파 펄스가 직면하는 각각의 물질 계면에서, 초음파 펄스의 일부가 반사된다.
[0004] 예를 들어, 초음파 지문 이미저의 맥락에서, 초음파 웨이브는 지문 이미지를 얻기 위해 사람의 손가락이 배치될 수 있는 플래톤을 통해 이동할 수 있다. 플래톤을 통과한 이후, 초음파 웨이브의 일부 부분들이 플래톤과 접촉하는 피부, 예를 들어, 지문 능선과 만나는 반면에, 초음파 웨이브의 다른 부분들은 공기, 예를 들어, 지문의 인접 능선 간의 골(valley)들과 만나며, 초음파 센서 쪽으로 상이한 세기들로 역으로 반사될 수 있다. 손가락과 연관되는 반사된 신호들은 프로세싱하고 반사된 신호의 신호 세기를 나타내는 디지털 값으로 변환될 수 있다. 다수의 이러한 반사된 신호들이 분산된 영역 걸쳐서 수집될 때, 이러한 신호들의 디지털 값들은 예를 들어, 디지털 값을 이미지로 변환함으로써, 분산된 영역에 걸친 신호 세기의 그래픽 디스플레이를 생성하는데 사용될 수 있어서, 지문의 이미지를 생성하게 된다. 따라서, 초음파 센서 시스템은 지문 이미저 또는 다른 타입의 생체 스캐너로서 사용될 수 있다. 일부 구현들에서, 검출된 신호 세기는 리지 구조 세부 사항의 깊이를 나타내는 손가락의 등고선도에 매핑될 수 있다.
[0005] 본 개시의 시스템들, 방법들 및 디바이스들은 여러 혁신적인 양상들을 각각 가지며, 이들 중 어떠한 단일 양상도 여기에 개시된 바람직한 속성들을 단독으로 담당하는 것은 아니다.
[0006] 본 개시에 설명된 청구 대상의 하나의 혁신적인 양상은 초음파 수신기의 제 1 표면에서 수신된 초음파 에너지를 검출하기 위한 초음파 수신기를 포함하는 장치에서 구현될 수 있다. 초음파 수신기는 기판 상에 배치되는 픽셀 회로들의 어레이를 포함하고, 어레이의 각각의 픽셀 회로는 적어도 하나의 박막 트랜지스터(TFT) 엘리먼트를 포함하고 픽셀 회로에 전기적으로 커플링되는 픽셀 입력 전극을 갖는다. 초음파 수신기는 픽셀 입력 전극들과 전기적으로 접촉하게 되도록 압전 층을 형성함으로써 제조된다. 압전 층을 형성하는 것은 픽셀 회로들의 어레이 상에 폴리머를 함유하는 용액으로 코팅하고 결정화된 폴리머 층을 형성하도록 폴리머를 결정화하는 것, 및 결정화된 폴리머 층을 포올링하는 것을 포함한다.
[0007] 일 구현에서, 픽셀 입력 전극은 전도성 막으로부터 형성될 수 있다.
[0008] 다른 구현에서, 압전 층을 형성하는 것은 픽셀 회로들의 어레이 상에 접착 촉진제를 코팅하는 것을 포함할 수 있다.
[0009] 추가의 구현에서, 폴리머를 함유한 용액을 코팅하는 것은 스핀 코팅, 슬롯 코팅, 침지, 분무, 분사, 또는 다른 코팅 프로세스에 의해 수행될 수 있다.
[0010] 또 다른 구현에서, 폴리머는 강유전성 폴리머를 포함할 수 있다. 폴리머는 특성 퀴리 온도 및 용융점을 가질 수 있고 폴리머를 결정화하는 것은 적어도 한 시간 동안 퀴리 온도 내지 용융점의 온도에서 폴리머를 베이킹하는 것을 포함할 수 있다.
[0011] 다른 구현에서, 전도성 물질은 포올링 이전에 픽셀 회로들의 단자들을 접지에 전기적으로 단락시키도록 도포될 수 있다. 전도성 물질은 전도성 고무 또는 전도성 잉크일 수 있다.
[0012] 추가의 구현에서, 장치는 압전 층 상에 증착되는 수신기 바이어스 전극을 포함할 수 있다. 수신기 바이어스 전극은 구리의 제 1 서브층 및 니켈의 제 2 서브층 포함할 수 있다. 제 1 서브층은 약 150 옹스트롬 두께일 수 있고 니켈의 제 2 서브층은 약 850 옹스트롬 두께일 수 있다.
[0013] 일 구현에서, 초음파 수신기의 제 1 표면에서 수신된 초음파 에너지를 검출하도록 구성된 초음파 수신기를 제조하기 위한 방법은 픽셀 입력 전극들과 전기적으로 접촉하게 되도록 압전 층을 형성하는 단계를 포함하고 초음파 수신기는 기판 상에 배치되는 픽셀 회로들의 어레이를 포함하고, 어레이의 각각의 픽셀 회로는 적어도 하나의 박막 트랜지스터(TFT) 엘리먼트를 포함하고 픽셀 회로에 전기적으로 커플링되는 픽셀 입력 전극을 갖는다. 압전 층을 형성하는 단계는 픽셀 회로들의 어레이 상에 폴리머를 함유하는 용액으로 코팅하는 단계, 결정화된 폴리머 층을 형성하도록 폴리머를 결정화하는 단계, 및 결정화된 폴리머 층을 포올링하는 단계를 포함한다. 포올링하는 단계는 폴리머 층을 통해 마이크론 당 150 내지 200 볼트의 필드 세기를 갖는 전기장을 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
[0014] 일 구현에서, 장치는 초음파 전송기, 플래톤, 및 초음파 전송기와 플래톤 간에 배치되는 초음파 수신기를 포함하고 초음파 수신기는 기판상에 배치되는 픽셀 회로들의 어레이를 포함하고 어레이의 각각의 픽셀 회로는 박막 트랜지스터(TFT) 엘리먼트를 포함하고 픽셀 회로에 전기적으로 커플링되는 픽셀 입력 전극을 갖고 초음파 수신기는 플래톤과 접촉하는 물체로부터 반사된 초음파 에너지를 검출하도록 구성되고, 반사된 초음파 에너지는 초음파 전송기에 의해 방출된 초음파 에너지와 물체의 상호작용으로부터 발생하고, 초음파 수신기는 픽셀 회로들의 어레이와 플래톤 간에 배치된 압전 층 포함한다. 압전 층은 픽셀 입력 전극들과 전기 접촉한다. 압전 층은, 픽셀 회로들의 어레이 상에 폴리머를 함유한 용액을 코팅하고, 결정화된 폴리머 층을 형성하도록 폴리머를 결정화하고, 및 결정화된 폴리머 코팅을 포올링함으로써 형성된다.
[0015] 일 구현에서, 장치는 초음파 센서의 제 1 표면에서 수신된 초음파 에너지를 검출하기 위한 초음파 수신기를 포함한다. 초음파 센서는 기판 상에 배치되는 픽셀 회로들의 어레이를 포함하고, 어레이의 각각의 픽셀 회로는 적어도 하나의 박막 트랜지스터(TFT) 엘리먼트를 포함하고 픽셀 회로에 전기적으로 커플링되는 픽셀 입력 전극을 갖고, 압전 층은 픽셀 입력 전극과 전기 접촉한다. 압전 층은 포올링된 결정화된 폴리머 층을 포함한다.
[0016] 본 명세서에 설명된 청구 대상 하나 이상의 구현들의 세부 사항은 첨부 도면 및 아래의 설명에서 기술된다. 다른 특징들, 양상들 및 이점들은 설명, 도면 및 청구항들로부터 명백해질 것이다. 다음의 도면들의 상대적 치수들은 제 축적대로 그려지지 않을 수 있음에 주의한다.
[0017] 본 명세서에 설명된 청구 대상의 하나 이상의 구현들의 세부 사항은 첨부 도면 및 아래의 설명에서 기술된다. 다른 특징들, 양상들 및 이점들은 설명, 도면 및 청구항들로부터 명백해질 것이다. 다음의 도면들의 상대적 치수들은 제 축적대로 그려지지 않을 수 있음에 주의한다.
[0018] 다양한 도면에서 유사한 참조 번호 및 지정들은 유사한 엘리먼트들을 나타낸다.
[0019] 도 1a-1c는 초음파 센서 시스템의 개략도의 예를 도시한다.
[0020] 도 2는 초음파 센서 시스템의 분해도의 예를 도시한다.
[0021] 도 3a는 초음파 센서에 대한 픽셀들의 4 x 4의 픽셀 어레이의 예를 도시한다.
[0022] 도 3b는 초음파 센서 시스템의 고-레벨 블록도의 예를 도시한다.
[0023] 도 4는 구현에 따라 초음파 센서 시스템의 예의 여러 뷰들을 도시한다.
[0024] 도 5는 구현에 따라 초음파 수신기를 제조하는 프로세스 흐름의 예를 도시한다.
[0025] 도 6은 접착 촉진제 도포 프로세스의 예시적인 구현을 예시한다.
[0026] 도 7은 코팅 및 결정화 프로세스의 예시적인 구현을 예시한다.
[0027] 도 8은 포올링 프로세스의 예시적인 구현을 예시한다.
[0028] 도 9는 금속화 프로세스의 예시적인 구현을 예시한다.
[0029] 다양한 도면에서 유사한 참조 번호 및 지정들은 유사한 엘리먼트들을 나타낸다.
[0030] 다음의 설명은 본 개시의 혁신적인 양상들을 설명하기 위한 특정한 구현들에 관한 것이다. 그러나 당업자는 여기서의 교시들이 다수의 상이한 방식들로 적용될 수 있다는 것을 쉽게 인지할 것이다. 설명된 구현들은 초음파 감지를 위한 임의의 디바이스, 장치 또는 시스템에서 구현될 수 있다. 또한, 설명된 구현들은 모바일 전화, 멀티미디어 인터넷 인에이블 셀룰러 전화, 모바일 텔레비전 수신기들, 무선 디바이스들, 스마트 폰들, 블루투스®, 디바이스들, 개인용 디지털 보조기기(PDA), 무선 전자 메일 수신기, 핸드-헬드 또는 휴대용 컴퓨터 넷북, 노트북, 스마트북, 태블릿, 프린터, 복사기, 스캐너, 팩시밀리 디바이스, 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS) 수신기들/네비게이터, 카메라, 디지털 미디어 플레이어(예컨대, MP3 플레이어들), 캠코더, 게임 콘솔, 손목시계, 클록, 계산기, 텔레비전 모니터, 평면 패널 디스플레이, 전자 판독 디바이스(예를 들어, e-리더들), 컴퓨터 모니터 자동 디스플레이(주행계 및 속도계 디스플레이들 등을 포함함), 조종석 제어 및/또는 디스플레이, 카메라 뷰 디스플레이들(예컨대, 운송수단의 후방 카메라의 디스플레이), 전자 사진, 전자 광고판들 또는 사인, 프로젝터, 아키텍처 구조, 전자레인지, 냉장고, 스테레오 시스템, 카세트 레코더들 또는 플레이어, DVD 플레이어, CD 플레이어, VCR, 라디오, 휴대용 메모리 칩, 세탁기, 건조기, 세탁기/건조기, 주차 미터, (예컨대, 마이크로전자기계 시스템들(MEMS) 애플리케이션들을 포함하는 전자 기계 시스템(EMS) 애플리케이션들 뿐만 아니라 비-EMS 애플리케이션들에서) 패키징, 미적 구조들(예컨대, 의류 또는 보석의 조각 상의 이미지들의 디스플레이) 및 다양한 EMS 디바이스들과 같은(그러나 이것으로 제한되지 않음) 다양한 전자 디바이스들에 포함되거나 이와 연관될 수 있다는 것이 고려된다. 여기서의 교시들은 또한 전자 스위칭 디바이스들, 라디오 주파수 필터들, 센서들, 가속도계들, 자이로스코프들, 모션-감지 디바이스들, 자력계들, 소비자 전자기기의 관성 컴포넌트들, 소비자 전자기기 물건들의 부분들, 버랙터, 액정 디바이스, 전기영동 디바이스들, 구동 방식들, 제조 프로세스들 및 전자 테스트 장비와 같은(그러나 이것으로 제한되지 않음) 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 따라서, 교시는 당업자에게 쉽게 자명하게 되는 바와 같이, 단지 도면에서 도시된 구현들로 한정되도록 의도되는 것이 아니라, 대신 넓은 응용성을 갖는다.
[0031] 본 개시에 설명된 청구 대상의 특정 구현들은 다음의 잠재적인 이점들 중 하나 이상을 실현하기 위해 구현될 수 있다. 이미지들을 생성하기 위해 전자기계 액추에이터 모터에 의해 포지셔닝되는 포커싱된 트랜스듀서를 갖는 초음파 지문 센서들에 비해, 현재 개시된 기법들은 예를 들어, 모바일 애플리케이션들에서 유리하게 이용될 수 있는 대-면적 지문 센서를 제공한다. 전자기계 액추에이터 모터를 회피함으로써, 지문 센서의 비용 질량 및 볼륨이 감소될 수 있다.
[0032] 대신, 어드레싱 가능한 감지 엘리먼트들을 갖는 박막 트랜지스터(TFT) 기판은 영역 어레이 초음파 센서를 생성하기 위해 압전 막으로 코팅된다. 보다 구체적으로, 압전 층은 TFT 기판의 엘리먼트들과 전기적으로 접촉하게 되도록 형성된다. TFT 기판의 민감성 엘리먼트에 대한 손상을 방지하도록 압전 층을 형성하기 위한 특정 기법들이 설명된다.
[0033] 여기서 설명되는 구현은 전기적으로 연결되거나 또는 그렇지 않고 압전 층에 커플링되는 픽셀 회로들의 어레이를 포함하는 초음파 센서에 관련된다. 압전 층은 어레이의 제 1 측 상에 코폴리머를 함유하는 용액을 코팅함으로써 형성될 수 있다. 코폴리머는 결정화된 코폴리머 층을 형성하도록 결정화될 수 있다. 결정화된 코폴리머 층은 그 후 압전 층을 생성하기 위해 포올링될 수 있다. 유리하게는, 압전 층은 픽셀 회로들의 어레이 상에 제조되고 그와 직접 전기적으로 접촉하게 배치된다. 예를 들어, 각각의 픽셀 회로가 하나 이상의 박막 트랜지스터(TFT) 엘리먼트를 포함하는 경우, 픽셀 회로의 픽셀 입력 전극은 압전 층에 전기적으로 커플링된다.
[0034] 도 1a-1c는 초음파 센서 시스템의 개략도의 예를 도시한다. 도 1a에서 도시된 바와 같이, 초음파 센서 시스템(10)은 플래톤(40) 하의 초음파 전송기(20) 및 초음파 수신기(30)를 포함한다. 초음파 전송기(20)는 초음파 웨이브(21)(도 1b 참조)를 생성할 수 있는 압전 전송기일 수 있다. 초음파 수신기(30)는 기판 상에 배치된 압전 물질 및 픽셀 회로들의 어레이를 포함한다. 동작에서, 초음파 전송기(20)는 플래톤(40)의 노출된 표면(42)으로 초음파 수신기(30)를 통해 이동하는 초음파 웨이브(21)를 생성한다. 플래톤(40)의 노출된 표면(42)에서, 초음파 에너지는 지문 능선(28)의 피부과 같이 플래톤(40)과 접촉하는 물체(25)에 의해 흡수 또는 산란되거나 또는 역으로 반사될 수 있다. 공기가 플래톤(40)의 노출된 표면(42)이 접촉하는 그러한 위치들, 예를 들면, 지문 능선(28) 사이에 골(27)들 에서, 초음파 웨이브(21) 대부분이 검출용 초음파 수신기(30) 쪽으로 역으로 반사될 것이다(그림 1c 참조). 제어 전자기기들(50)은 초음파 전송기(20) 및 초음파 수신기(30)에 커플링될 수 있고 초음파 전송기(20)가 하나 이상의 초음파 웨이브들(21)을 생성하게 하는 타이밍 신호들을 공급할 수 있다. 제어 전자기기(50)는 그 후 반사된 초음파 에너지(23)를 나타내는 초음파 수신기(30)로부터의 신호들을 수신할 수 있다. 제어 전자기기들(50)은 물체(25)의 디지털 이미지를 구성하도록 초음파 수신기(30)로부터 수신된 출력 신호들을 이용할 수 있다. 일부 구현들에서, 제어 전자기기(50)는 또한, 시간에 걸쳐서, 물체(25)의 이동을 검출하도록 출력 신호를 연속적으로 샘플링할 수 있다.
[0035] 도 2는 플래톤(40) 하의 초음파 전송기(20) 및 초음파 수신기(30)를 포함하는 초음파 센서 시스템(10)의 분해도의 예를 도시한다. 초음파 전송기(20)는 실질적으로 평면 압전 전송기 층(22)을 포함하는 평면 웨이브 생성기일 수 있다. 초음파 웨이브들은 인가된 신호에 의존하여, 압전 층에 전압을 인가하여 그 층을 팽창 또는 수축시킴으로써 생성될 수 있고, 그에 의해 평면 웨이브를 생성한다. 전압은 제 1 전송기 전극(24) 및 제 2 전송기 전극(26)을 통해 압전 전송기 층(22)에 인가될 수 있다. 이러한 방식으로, 초음파 웨이브는 층의 두께를 변경함으로써 이루어질 수 있다. 이 초음파 웨이브는 플래톤(40)을 통과하여, 손가락(또는 검출될 다른 물체) 쪽으로 이동한다. 검출될 물체에 의해 흡수되지 않은 웨이브의 일부는 역으로 플래톤(40)을 통과하여 전달되도록 반사되고 초음파 수신기(30)에 의해 수신될 수 있다. 제 1 및 제 2 전송기 전극들(24, 26)은 금속화된 전극 예를 들어, 압전 전송기 층(22)의 대향하는 측들을 코팅하는 금속 층들일 수 있다.
[0036] 초음파 수신기(30)는 또한 후면으로서 지칭될 수 있는, 기판(34) 상에 배치되는 픽셀 회로(32)의 어레이 및 압전 수신기 층(36)을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 각각의 픽셀 회로(32)는 하나 이상의 TFT 엘리먼트들을 그리고 일부 구현들에서, 다이오드, 커패시터 등과 같은 하나 이상의 부가적인 회로 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 각각의 픽셀 회로(32)는 픽셀 회로 부근의 압전 수신기 층(36)에서 생성된 전기 전하를 전기 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 각각의 픽셀 회로(32)는 픽셀 회로(32)에 압전 수신기 층(36)을 전기적으로 커플링하는 픽셀 입력 전극(38)을 포함할 수 있다. 예시된 구현에서, 수신기 바이어스 전극(39)은 플래톤(40) 부근의 압전 수신기 층(36)의 한 측에 배치된다. 수신기 바이어스 전극(39)은 금속화된 전극일 수 있고 어느 신호들이 TFT 어레이에 전달되는지를 제어하도록 바이어싱되거나 접지될 수 있다. 플래톤(40)의 노출(상단) 표면으로부터 반사되는 초음파 에너지는 압전 수신기 층(36)에 의해 로컬화된 전기 전하들로 변환된다. 이들 로컬화된 전하들은 픽셀 입력 전극들(38)에 의해 수집되고 하부 픽셀 회로들(32)에 전달된다. 전하는 픽셀 회로들(32)에 의해 증폭되고 그 후 증폭된 신호들을 프로세싱하는 제어 전자기기에 제공된다. 예시적인 픽셀 회로(32)의 단순화된 개략도가 도 3a에서 도시되지만, 당업자는 단순화된 개략도에 도시된 예시적인 픽셀 회로(32)에 대한 다수의 변동들 및 변형들이 고려될 수 있다는 것을 인지할 것이다.
[0037] 제어 전자기기(50)는 제 1 전송기 전극(24) 및 제 2 전송기 전극(26)은 물론, 수신기 바이어스 전극(39) 및 기판(34) 상의 픽셀 회로(32)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제어 전자기기(50)는 실질적으로 도 1a 내지 도 1c와 관하여 앞서 논의된 바와 같이 동작할 수 있다.
[0038] 플래톤(40)은 수신기에 음향적으로 커플링될 수 있는 임의의 적절한 물질일 수 있으며, 예들은 플라스틱, 세라믹 및 유리를 포함한다. 일부 구현들에서, 플래톤(40)은 커버 플레이트, 예를 들어, 디스플레이에 대한 커버 유리 또는 렌즈 유리일 수 있다. 검출 및 이미징은 원하는 경우, 예를 들어, 3mm 및 그 초과의 비교적 두꺼운 플래튼을 통해 수행될 수 있다.
[0039] 다양한 구현들에 따라 이용될 수 있는 압전 물질들의 예들은 적절한 음향 특성들, 예를 들어, 약 2.5 MRayls 내지 5 MRayls의 음향 임피던스를 갖는 압전 폴리머를 포함한다. 이용될 수 있는 압전 물질들의 특정한 예들은 폴리비닐이딘 플루오르화물(PVDF) 및 폴리비닐이딘 플루오르화물-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE) 코폴리머들과 같은 강유전성 폴리머를 포함한다. PVDF 코폴리머들의 예는 60:40(몰 퍼센트) PVDF-TrFE, 70:30 PVDF-TrFE, 80:20 PVDF-TrFE, 및 90:10 PVDR-TrFE을 포함한다. 이용될 수 있는 압전 물질들의 다른 예들은 폴리비닐이딘 염화물(PVDC) 호모폴리머 및 코폴리머들 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 호모폴리머 및 코폴리머 및 디이소프로필암모늄 브로마이드(DIPAB)를 포함한다.
[0040] 압전 전송기 층(22) 및 압전 수신기 층(36)의 각각의 두께는 초음파 웨이브들을 생성하고 수신하는데 적합하게 되도록 선택될 수 있다. 일 예에서, PVDF 압전 전송기 층(22)은 대략적으로 28㎛의 두께이고, PVDF-TrFE 수신기 층(36)은 대략적으로 12㎛의 두께이다. 초음파 웨이브의 예시적인 주파수들은 5MHz 내지 30MHz의 범위에 있고 대략 0.25 mm 또는 그 미만 정도의 파장들을 갖는다.
[0041] 도 1a 내지 도 1c 및 도 2는 초음파 센서 시스템의 초음파 전송기들 및 수신기들의 예시적인 배열들을 도시하며, 다른 배열들도 가능하다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 초음파 전송기(20)는 초음파 수신기(30) 위에 있을 수 있는데, 즉, 검출의 물체에 더 근접하다. 일부 구현들에서, 초음파 센서 시스템은 음향 지연 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 음향 지연 층은 초음파 전송기(20)와 초음파 수신기(30) 사이에서 초음파 센서 시스템(10)에 통합될 수 있다. 음향 지연 층은 초음파 펄스 타이밍을 조정하는데 이용될 수 있고, 동시에 초음파 전송기(20)로부터 초음파 수신기(30)를 전기적으로 절연시킬 수 있다. 지연 층은 실질적으로 균일한 두께를 가질 수 있고, 지연 층에 대해 이용되는 물질 및/또는 지연 층의 두께는 반사된 초음파 에너지가 초음파 수신기(30)에 도달할 시간의 원하는 지연을 제공하도록 선택된다. 이를 행하는데 있어서, 물체에 의한 반사에 의해 물체에 관한 정보를 전달하는 에너지 펄스가 초음파 수신기(30)에 도달하도록 이루어질 수 있는 시간의 범위는 초음파 센서 시스템(10)의 다른 부분들로부터 반사된 에너지가 초음파 수신기(30)에 도달할 가능성이 없는 시간 범위 동안 이다. 일부 구현들에서, TFT 기판(34) 및/또는 플래톤(40)은 음향 지연 층으로서 역할을 할 수 있다.
[0042] 도 3a는 초음파 수신기에 대한 픽셀들의 4 x 4 픽셀 어레이를 도시한다. 각각의 픽셀은, 예를 들어, 압전 센서 물질의 로컬 지역, 피크 검출 다이오드 및 판독 트랜지스터와 연관될 수 있고; 이들 엘리먼트들 중 대부분 또는 전부는 픽셀 회로를 형성하도록 후면 내에 또는 후면 상에 형성될 수 있다. 실제로, 각각의 픽셀의 압전 센서 물질의 로컬 지역은 수신된 초음파 에너지를 전기 전하들로 변환할 수 있다. 피크 검출 다이오드는 압전 센서 물질의 로컬 지역에 의해 검출된 전하의 최대량을 등록할 수 있다. 픽셀 어레이의 각각의 행은 그 후 예를 들어, 행 선택 메커니즘, 게이트 드라이버 또는 시프트 레지스터를 통해 스캔될 수 있고 각각의 열에 대한 판독 트랜지스터는 각각의 픽셀에 대한 피크 전하의 크기가, 부가적인 회로, 예를 들어, 멀티플렉서 및 A/D 변환기에 의해 판독되도록 허용하기 위해 트리거될 수 있다. 픽셀 회로는 픽셀의 게이팅, 어드레싱 및 리셋을 허용하도록 하나 이상의 TFT들을 포함할 수 있다.
[0043] 각각의 픽셀 회로(32)는 초음파 센서 시스템(10)에 의해 검출된 물체의 작은 부분에 관한 정보를 제공할 수 있다. 예시의 편의를 위해, 3a에 도시된 예가 비교적 조악한 해상도로 이루어지지만, 도 2에서 도시된 것과 실질적으로 유사한 레이어드 구조로 구성되는, 인치 당 500 픽셀 또는 그 초과 정도의 해상도를 갖는 초음파 센서 시스템이 본 발명자들에 의해 입증되었다. 초음파 센서 시스템(10)의 검출 영역은 검출의 의도된 물체에 의존하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 검출 영역은 단일 손가락에 대한 5mm X 5mm로부터 4개의 손가락에 대한 3인치 x 3 인치의 범위에 있을 수 있다. 더 작고 더 큰 영역들이 물체에 대해 적절히 사용될 수 있다.
[0044] 도 3b는 초음파 센서 시스템의 고-레벨 블록도의 예를 도시한다. 도시된 엘리먼트들 대부분이 제어 전자기기(50)(도 2 참조)의 부분을 형성할 수 있다. 센서 제어기는 센서 시스템의 다양한 양상들 예를 들어, 초음파 전송기 타이밍 및 여기 파형들, 초음파 수신기 및 픽셀 회로에 대한 바이어스 전압, 픽셀 어드레싱, 신호 필터링 및 변환, 판독 프레임 레이트 등을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함할 수 있다. 센서 제어기는 또한 초음파 센서 회로 픽셀 어레이로부터 데이터를 수신하는 데이터 프로세서를 포함할 수 있다. 데이터 프로세서는 지문의 이미지 데이터로 디지털화된 데이터를 변환하거나, 또는 추가의 프로세싱을 위해 데이터를 포맷팅할 수 있다. 일부 실시예들에서, 디지털화된 데이터는 지문을 획득하기 위한 것 이외의 목적을 위해 또는 손가락 이외의 다른 하나 이상의 물체들의 이미지 데이터로 변환된다. 예를 들어, 손바닥, 귀, 얼굴, 무생물 또는 하나 이상의 다른 물체들의 이미지가 획득되고 및/또는 프로세싱될 수 있다.
[0045] 예를 들어, 제어 유닛은 정규 간격으로 전송기(Tx) 드라이버에 Tx 여기 신호를 송신하여 Tx 드라이버가 초음파 전송기를 활성화(excite)시키고 평면 초음파 웨이브들을 생성하게 할 수 있다. 제어 유닛은 수신기 바이어스 전극을 바이어싱하고 픽셀 회로에 의해 음향 신호 검출의 게이팅을 허용하도록 수신기(Rx) 바이어스 드라이버를 통해 레벨 선택 입력 신호를 송신할 수 있다. 디멀티플렉서는 센서 픽셀 회로의 특정 행 또는 열이 출력 신호들을 제공하게 하는 게이트 드라이버를 턴 온 및 오프시키는데 사용할 수 있다. 픽셀들로부터의 출력 신호들은 전하 증폭기, RC 필터 또는 안티-앨리어싱 필터와 같은 필터, 및 디지털화기를 통해 데이터 프로세서에 송신될 수 있다. 시스템의 부분들은 TFT 후면 상에 포함될 수 있고, 다른 부분들은 연관된 직접 회로에 포함될 수 있다는 것에 주의한다.
[0046] 여기서 설명되는 일부 구현들은 압전 층을 포함하는 초음파 수신기와 관련된다. 도 4는 구현에 따라 초음파 수신기의 예의 여러 뷰들을 도시한다. 초음파 수신기(430)는 수신기의 가까운(입력) 표면에서 수신된 초음파 에너지를 검출하도록 구성될 수 있다. 수신기(430)는 기판(434) 상에 배치된 픽셀 회로들(432)의 어레이를 포함할 수 있다. 예시된 구현에서, "평면도"에서 도시된 바와 같이, 수신기(430)는 직사각형 폼 팩터를 갖고; 다른 구현들에서, 정사각형 또는 난형 폼 팩터가 고려될 수 있다. 일 구현에서, 픽셀 어레이는 1500 x 1600 픽셀 어레이로서 구성될 수 있고 센서의 대응하는 측면 치수들은 대략적으로 3.0 x 3.2 인치일 수 있다.
[0047] 픽셀 회로들(432)의 어레이는 기판(434)의 상단 표면 상에 배치될 수 있다. 각각의 픽셀 회로(432)는 하나 이상의 TFT 엘리먼트들을 포함할 수 있고 픽셀 회로(432)에 대한 입력과 전기적으로 접촉하는 픽셀 입력 전극(438)을 포함할 수 있다. 픽셀 입력 전극(438)은 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 인듐 아연 산화물(IZO)로 이루어진 투명 전도성 막을 포함할 수 있다.
[0048] 일 구현에서, 초음파 수신기(430)는 기판(434)의 상단 표면 및 픽셀 회로(432)의 어레이 위에 압전 층(436)을 형성함으로써 제조될 수 있다. 아래에서 보다 상세히 설명될 바와 같이, 압전 층(436)은 픽셀 회로(432) 상에 코폴리머를 함유하는 용액을 코팅하고, 결정화된 코폴리머 층을 형성하도록 코폴리머를 결정화하고, 압전 층(436)을 형성하도록 결과적인 결정화된 코폴리머 층을 포올링함으로써 형성될 수 있다.
[0049] 예시의 명확성을 위해 일반적으로 존재했었을 초음파 수신기(430)의 특정 기능들이 생략되었다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 수신기 바이어스 전극, 예컨대, 압전 층(436)의 상단 표면(401) 상에 증착하거나, 또는 다른 방식으로 부착된 전도성 층은 물론 픽셀 회로들(432)의 세부사항들이 생략되었다.
[0050] 도 5는 구현에 따라 초음파 수신기 제조 프로세스 흐름의 예를 도시한다. 프로세스(500)는 블록(501)에서, 픽셀 회로들의 어레이, 예를 들어, 픽셀 회로 어레이(432) 상에 코폴리머를 함유하는 용액을 코팅하는 것으로 시작할 수 있다. 코팅은 스핀 코팅, 슬롯 코팅, 디핑, 분사, 분무, 또는 임의의 다른 적합한 코팅 프로세스에 의해 도포될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 아래에서 보다 상세히 설명된 바와 같이, 코팅 프로세스는 픽셀 회로들의 어레이로의 접착 촉진제의 도포가 선행되거나 이를 포함할 수 있다. 또한, 코팅 프로세스는 건조 프로세스가 후속되거나 또는 이를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 코팅 프로세스는 TFT 후면 상에 코폴리머를 포함하는 용액을 코팅하는 것을 포함할 수 있다.
[0051] 블록(502)에서, 코폴리머는 결정화될 수 있다. 아래에서 보다 상세히 설명된 바와 같이, 결정화 프로세스는 베이킹 프로시저를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 픽셀 회로 어레이(432) 및 기판(438)은, 코폴리머로 코팅된 이후, 코폴리머의 퀴리 온도를 초과하지만 코폴리머의 용융점 미만의 온도로 상승된다. 코폴리머가 충분한 길이의 시간 동안 이러한 온도에서 유지될 때, 코폴리머의 결정화가 발생할 것임을 당업자는 인지할 것이다.
[0052] 블록(503)에서, 결정화된 코폴리머는 압전 층을 형성하도록 포올링될 수 있다. 아래에서 보다 상세히 설명된 바와 같이, 포올링 프로세스는 원하는 배향으로 코폴리머 쌍극들을 정렬하도록 물질에 걸쳐 강한 전기장을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 전기장의 원하는 세기는 결정화된 코폴리머 코팅의 두께에 따라 변동될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 대략적으로 코팅 두께의 미크론 당 150-200 볼트의 전기장 세기는 압전 층을 형성하는데 있어 효과적인 것으로 밝혀졌다.
[0053] 블록(504)에서, 선택적으로, 압전 층의 표면은 수신기 바이어스 전극을 형성하도록 금속화될 수 있다. 아래에서 보다 상세히 설명된 바와 같이, 수신기 바이어스 전극은 니켈의 제 2 서브층이 증착되는 구리의 제 1 서브층으로서 금속화된 층을 포함할 수 있다. 대안적으로, 실버 잉크의 층이 압전 층의 표면 상에 배치될 수 있다.
[0054] 현재 개시된 기법들의 특정한 이점들 및 특징들의 더 나은 이해를 제공하기 위해, 특정한 제조 프로세스들의 일부 구현의 세부사항들이 설명될 것이다. 개시된 특정한 구현들은 예들이고, 그의 다수의 가능한 변동들 및 변형들이 본 개시의 기도 내에 있다는 것이 인지될 것이다.
[0055] 도 6은 픽셀 회로 어레이 및 기판 상에 코폴리머를 코팅하기 위한 한 프로세스(501)에 선행하거나 그에 포함될 수 있는 접착 촉진제 도포 프로세스의 예시적인 구현을 예시한다. 접착 촉진제 도포 프로세스(600)는 본 개시에 의해 고려되는 대부분의 코폴리머들과 같은 플루오르화된 화합물이 매우 열등한 접착 특성들을 갖는다는 것을 고려하는 것이 바람직할 수 있다. 픽셀 회로 어레이 및 기판을 포함하는 어셈블리(601)는 베이킹 동작(602)에 의해 프로세스(600)에 진입할 수 있다. 베이킹 동작(602)은 코팅 동작(605)에서 양호한 결과들을 방해할 수 있는, 이전의 프로세싱으로부터 남겨진 오일 또는 수분이 없다는 것을 보장하는 것을 돕기 위해 수행될 수 있다. 베이킹 동작(602)은 부분적 또는 실질적으로 전체 진공하에서 수행될 수 있다.
[0056] 베이킹 동작(602)에 후속하여, 코팅 동작(605)이 수행될 수 있다. 코팅 동작(605)은 어셈블리(601)의 선택된 표면으로의 접착 촉진제(603)의 도포를 발생시킬 수 있다. 접착 촉진제(603)는 일부 구현들에서, 메탄올(604)의 실란 또는 헥사메틸디실라잔(HMDS)의 용액일 수 있다. 예를 들어, HMDS의 0.25% 용액이 어셈블리(601)의 표면과 코폴리머 간의 본딩 세기를 증가시키는데 있어 효과적인 것으로 밝혀졌다. 접착 촉진제(603)는 스핀 코팅 또는 다른 수단에 의해 도포될 수 있다.
[0057] 코팅 동작(605)에 후속하여, 프로세스(600)는 메탄올(604)을 증발하고 그렇지 않으면 후속 프로세스들을 위해 어셈블리(601)를 준비할 수 있는 건조 동작(606)으로 이어질 수 있다. 일부 구현들에서, 물이 접착 촉진제 경화제이고 건조 동작은 예를 들어, 60 % 초과의 상대적 습도의 습한 환경에서 수행될 수 있다.
[0058] 도 7은 코팅 및 결정화 프로세스의 예시적인 구현을 예시한다. 프로세스(700)는 예를 들어, 코팅 프로세스(501) 및 결정화 프로세스(502)와 함께 또는 대신 수행될 수 있다. 코팅 동작(701) 동안, 코폴리머 층이 어셈블리(601)에 도포된다. 코폴리머는 약 80-20, 70-30 또는 90-10의 몰 퍼센트 비의 PVDF-TrFE를 포함할 수 있다.
[0059] 코팅 동작(701)에 이어, 코폴리머 코팅의 두께의 측정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 코팅 동작(701)에 의해 증착된 서브층의 두께는, 예를 들어 3-4 ㎛일 수 있고 반면에 약 10-12㎛의 총 코팅 두께가 바람직할 수 있다. 이에 따라, 결정화 프로세스(700)는, 결정 블록(702)에서 내려진 결정이 코팅 동작(701)을 한번 이상 반복하게 할 수 있다는 것이 기도된다. 각각의 서브층을 증착하는 사이에, 부분적 결정화 동작(703)이 수행될 수 있다. 부분적 결정화 동작(703)은 어셈블리(601)의 온도를, 코폴리머의 퀴리 온도를 초과하지만 코폴리머의 용융점 미만인 온도로 상승시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 코폴리머의 퀴리 온도는 135℃일 수 있고, 용융점은 150℃일 수 있다. 예시적인 프로세스에서, 이에 따라, 어셈블리(601)는 완전히는 아닌 부분적인 결정화를 달성하기에 충분한 시간의 기간 동안 135℃의 온도에서 유지될 수 있다. 바람직하게는, 부분적인 결정화는 코팅 동작(701)에 의해 증착된 선행 서브층이 후속 코팅 동작(701) 동안 상대적으로 불용성이 되게 한다. 부분적인 결정화에 대한 충분한 시간의 기간은 그 중에서도, 코폴리머의 조성물에 의존할 것임이 인지될 것이다. 일부 구현들에서, 70-30의 몰 퍼센트 비에 대해, 예를 들어, 30분이 충분한 것으로 밝혀졌고, 반면에, 80-20의 몰 퍼센트 비에 대해 1시간이 바람직할 수 있다.
[0060] 원하는 총 코팅 두께가 획득되었다는 결정이 결정 블록(702)에서 내려지면, 프로세스(700)는 블록(704)으로 진행되고 코폴리머가 압전 물질이 될 수 있는 지점에 결정화가 도달하도록 허용하기에 충분한 시간의 기간 동안 어셈블리(601)의 온도를, 코폴리머의 퀴리 온도를 초과하지만 코폴리머의 용융점 미만인 온도로 상승시킴으로써 코폴리머의 결정화를 마무리할 수 있다. 동작(704)은 비정질 물질로부터 블록(703)에서 개시된 결정 물질로의 코폴리머의 변환을 완료할 수 있다. 동작(704)의 세부 사항은 사용된 정확한 코폴리머에 의존할 수 있다 (예를 들어, PVDF 대 TrFE 몰 비). 70-30 코폴리머에 대해 3 시간 동안의 135℃는 효과적인 것으로 밝혀졌고, 반면에, 80-20 코폴리머에 대해 12 시간 동안의 135℃가 효과적인 것으로 밝혀졌다.
[0061] 일 구현에서, 동작(704)은 평균 결정 크기가 쌍극 도메인 길이보다 크고 전기장에서 배향시킬 수 없는 크기 미만이 되도록 하는 결정 상태를 달성하게 한다. 최적의 시간 및 온도 컨디션들은 예를 들면, 꾸준히 증가(또는 감소)하는 온도에 대해 위상 변화 대 시간을 플로팅하도록 시차 주사 열량계를 이용하여 실험실에서 결정될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0062] 도 8은 압전 층을 형성하도록 코폴리머에 적용될 수 있는 포올링 프로세스(800)의 예시적인 구현을 예시한다. 프로세스(800)는 예를 들어, 프로세스(503)와 함께 또는 대신 수행될 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 포올링 프로세스는 원하는 배향으로 코폴리머 쌍극들을 정렬하도록 물질에 걸쳐 강한 전기장을 인가하는 것을 포함할 수 있다. TFT를 포함하는 다수의 전압-민감성 컴포넌트들을 포함할 수 있는 픽셀 회로들의 어레이를 보호하기 위해, 포올링 프로세스(800)는 전압-민감성 컴포넌트들을 보호하는 조치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전도성 물질(801)은 픽셀 회로들의 입력 및 출력 단자들을 접지에 전기적으로 단락하도록 도포될 수 있다. 전도성 물질(801)은 예를 들어, 전도성 고무 또는 실버 잉크 화합물일 수 있다. 일부 구현들에서, 전도성 물질은 픽셀 회로 어레이(432)와 대략적으로 동일 평면을 이루고 그 주위에서 원주식으로(circumferentially) 연장할 수 있다. 예를 들어, 블록(802)에서, 전도성 고무 또는 실버 잉크의 단락 바(shorting bar) 및/또는 가드 링이 제공될 수 있다.
[0063] 블록(803)에서, 포올링 동작이 실행된다. 일부 구현들에서, 코팅 두께의 마이크론 당 대략적으로 150-200 볼트의 필드 세기는 니들의 어레이 및 구리 그리드를 통해 건조한 부분적 진공에서 인가된다. 포올링에 후속하여, 가드 링 및/또는 단락 바가 제거될 수 있다. 예를 들어, 실버 잉크 화합물은 이소프로필 알코올 또는 실버 잉크가 녹는 다른 시약과 같은 시약의 도포에 의해 제거될 수 있다. 가드 링을 활용하는 몇몇 실시예들에서, 가드 링은 예를 들어, TFT 유리를 절단할 때 링을 절단함으로써 다이싱 프로세스 동안 제거된다.
[0064] 도 9는 수신기 바이어스 전극을 형성하도록 압전 층에 적용될 수 있는 금속화 프로세스(900)의 예시적인 구현을 예시한다. 프로세스(900)는 예를 들어, 프로세스(504)와 함께 또는 대신 수행될 수 있다. 블록(901)에서, 마스킹 동작은 금속화가 원하지 않는 영역들에서 발생하는 것을 방지하도록 실행될 수 있다. 예를 들어, 압전 층의 활성 영역은 블록(903)에서, 폐색된 부분들 상의 금속의 증착을 방지하도록 픽셀 회로 어레이 및/또는 기판의 부분들을 폐색하는 섀도우 마스크를 통해 스퍼터링된 금속(902)을 증착함으로써 금속화될 수 있다. 결과적인 수신기 바이어스 전극은 니켈의 제 2 서브층이 증착되는 구리의 제 1 서브층을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서 구리 서브층은 약 150Å의 두께를 가질 수 있는 반면에, 니켈 서브층은 약 850 Å의 두께를 가질 수 있다. 다른 구현들에서, 구리/니켈, 알루미늄, 티타늄, 크롬/니켈, 크롬/몰리브덴 및 금의 하나 이상의 서브층들은 다양한 두께들로 결합된다.
[0065] 본 개시에서 설명된 제조 방법들의 하나 이상의 동작들은 하나 이상의 컴포넌트들을 배치하고 두 개 이상의 컴포넌트를 함께 본딩하고 코팅들을 준비하여 도포하고 그리고/또는, 전도성 잉크 또는 에폭시들을 분사하기 위한 하나 이상의 스테이션 또는 모듈들 및 제조 방법들을 수행하기 위한 프로그램 명령들을 포함하는 제어기를 포함하는 장치에서 구현될 수 있다. 일부 구현들에서, 제어기는 하나 이상의 메모리 디바이스들 또는 장치가 개시된 구현들에 따른 방법을 수행할 수 있도록 프로그램 명령들을 실행하게 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함할 수 있다. 프로세서는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 컴퓨터, 아날로그 및/또는 디지털 입력/출력 연결들, 모터 제어기 보드들, 및 다른 유사한 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 적절한 프로세스 동작들을 구현하기 위한 프로그램 명령들은 프로세서 상에서 또는 그에 의해 실행될 수 있다. 이러한 프로그램 명령들은 제어기와 연관된 메모리 디바이스 또는 다른 머신-판독 가능 매체들 상에 저장될 수 있거나, 또는 이들은 네트워크를 통해 제공될 수 있다.
[0066] 일부 구현들에서, 제어기는 장치의 동작 모두, 대부분, 또는 그의 서브세트를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 전도성 잉크의 분사 또는 접착제의 적층과 관련된 동작들 모두 또는 대부분을 제어할 수 있다. 제어기는 프로세스 동작들의 타이밍, 압력 레벨들, 온도 레벨들 및 도 5 내지 도 9에 관하여 추가로 설명된 특정한 제조 프로세스들의 다른 파라미터들을 제어하기 위한 명령들의 세트를 포함하는 시스템 제어 소프트웨어를 실행할 수 있다. 일부 구현들에서, 제어기와 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장된 다른 컴퓨터 프로그램, 스크립트, 또는 루틴들이 이용될 수 있다.
[0067] 일부 구현들에서, 사용자 인터페이스는 제어기와 연관될 수 있다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 스크린, 프로세스 컨디션들을 디스플레이하기 위한 그래픽 소프트웨어 및 포인팅 디바이스들, 키보드들, 터치 스크린들, 마이크로폰들, 및 다른 유사한 컴포넌트와 같은 사용자 입력 디바이스들을 포함할 수 있다.
[0068] 일부 구현들에서, 장치의 동작을 제어하기 위한 프로그램 명령들은 예를 들어, 어셈블리 언어, C, C++, 파스칼, 포트란 또는 기타 등과 같은 임의의 종래의 컴퓨터 판독 가능한 프로그래밍 언어로 작성된 컴퓨터 프로그램 코드를 포함할 수 있다. 컴파일된 오브젝트 코드 또는 스크립트는 프로그램 명령들에서 식별된 작업들을 수행하도록 제어기의 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
[0069] 일부 구현들에서, 제조 프로세스를 모니터링하기 위한 신호들은 제어기의 아날로그 및/또는 디지털 입력 연결들에 의해 제공될 수 있다. 제조 프로세스를 제어하기 위한 신호들은 제어기의 아날로그 및/또는 디지털 출력 연결들 상에서 출력될 수 있다.
[0070] 여기서 개시된 구현들과 관련하여 개시된 다양한 예시적인 로직들, 로직 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들은, 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이 둘의 결합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 및 소프트웨어의 상호 호환성은 기능성의 관점에서 대체로 설명되었고 위에서 설명된 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들에서 예시되었다. 이러한 기능성이 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되는지 여부는 전체 시스템에 부과된 특정 애플리케이션 및 설계 제약들에 의존한다.
[0071] 여기서 개시된 양상들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 로직, 논리 블록, 모듈, 및 회로를 구현하는데 사용되는 하드웨어 및 데이터 프로세싱 장치는, 범용 단일- 또는 다중-칩 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA), 또는 기타 프로그래밍 가능 로직 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트, 또는 본원에 설명된 기능을 수행하도록 설계된 이들의 임의의 결합으로 구현 또는 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서, 또는, 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신일 수 있다. 프로세서는 또한 컴퓨팅 장치들의 결합, 예컨대, DSP와 마이크로프로세서의 결합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결합 된 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로 구현될 수 있다. 일부 구현들에서, 특정 단계들 및 방법들은 주어진 기능에 특정한 회로에 의해 수행될 수 있다.
[0072] 하나 이상의 양상들에서, 설명된 기능들은 본 명세서에 개시된 구조 및 그의 구조적 등가물들을 비롯해서, 디지털 전자 회로, 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들의 임의의 결합으로 구현될 수 있다. 본 명세서에 설명된 청구 대상의 구현들은 장치의 동작을 제어하거나 장치에 의한 실행을 위해 컴퓨터 저장 매체들 상에 인코딩된 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들 즉, 컴퓨터 프로그램 명령의 하나 이상의 모듈로서 또한 구현될 수 있다.
[0073] 소프트웨어로 구현되는 경우, 기능들은 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장되거나 이로서 전송될 수 있다. 본원에 개시된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 컴퓨터 판독 가능 매체에 상주할 수 있는 프로세서 실행 가능한 소프트웨어 모듈로 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 한 장소에서 다른 장소로 컴퓨터 프로그램을 전송하도록 인에이블될 수 있는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 및 컴퓨터 저장 매체 둘 다를 포함한다. 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체일 수 있다. 제한적이지 않은 예로서, 이러한 컴퓨터 판독 가능 매체는, RAM, ROM, EEPROM, FLASH 메모리, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장소, 자기 디스크 저장소 또는 다른 자기 저장 디바이스, 또는 명령 또는 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하는데 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 연결수단이 컴퓨터 판독 가능 매체라고 적절하게 지칭될 수 있다. 본원에 사용되는 디스크(disk 및 disc)는 컴팩트 disc(CD), 레이저 disc, 광학 disc, 디지털 다용도 disc(DVD), 플로피 disk 및 블루레이 disc를 포함하며, 포함하며, 여기서 disk들은 일반적으로 데이터를 자기적으로 재생하는 한편, disc들은 데이터를 레이저를 이용하여 광학적으로 재생한다. 이들의 결합은 또한 컴퓨터-판독 가능한 매체들의 범위 내에 포함될 수 있다. 또한, 방법 또는 알고리즘의 연산들은, 컴퓨터 프로그램 물건에 포함될 수 있는 기계 판독 가능 매체 및 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 코드들 및 명령들 중 하나 또는 임의의 결합 또는 세트로서 상주할 수 있다.
[0074] 따라서, 폴리머 압전 층으로 코팅된 픽셀 회로들의 어레이를 갖는 초음파 수신기가 개시되었다. 다양한 실시예들이 여기서 설명되었지만, 이들은 제한이 아나라 단지 예로서 제시되었다는 것이 이해되어야 한다. 따라서 당업자는, 여기서 명시적으로 도시하거나 설명되는지 않지만, 본 발명의 원리들을 실현하고 이에 따라 다음의 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 다수의 시스템들 및 방법들을 고안할 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0075] 본 명세서에 사용된 바와 같이, 항목들의 리스트 중 "적어도 하나"를 지칭하는 구문은 하나의 부재를 포함하는, 이들 항목의 임의의 결합을 지칭한다. 예로서, "a, b 또는 c 중 적어도 하나"는, a, b, c, a-b, a-c, b-c, 및 a-b-c를 커버하도록 의도된다.
[0076] 본 개시에 설명된 구현들에 대한 다양한 변형들이 당업자들에게 쉽게 명백하게 될 수 있으며, 본 명세서에 정의된 일반 원리들은 본 개시의 사상 또는 범위를 벗어남 없이 다른 구현들에 적용될 수 있다. 따라서, 청구항들은 본 명세서에 도시된 구현들로 한정되도록 의도되는 것이 아니라, 본 명세서에 개시된 이러한 개시들, 원리들 및 신규한 특징들에 부합하는 최광의 범위로 허여될 것이다. 부가적으로, 당업자가 쉽게 인지할 바와 같이, "상위" 및 "하위"란 용어들은 때때로 도면들의 설명을 용이하게 하기 위해 사용되고 적절히 배향된 페이지 상의 도면의 배향에 대응하는 상대적 포지션을 나타내며, 구현된 컴포넌트들의 적절한 배향을 반영하지 않을 수 있다.
[0077] 별개의 구현들의 맥락에서 본 명세서에서 설명되는 특정 기능들은 또한 단일 구현에서 결합하여 구현될 수 있다. 반대로, 단일 구현의 맥락에서 설명된 다양한 특징들은 또한 개별적으로 다수의 구현들로 또는 임의의 적합한 하위 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 특징들이 특정 결합들에서 작용하고 심지어 그처럼 초기에 청구된 대로 위에서 설명될 수 있지만, 청구된 결합으로부터의 하나 이상의 특징은 어떤 경우에는 결합으로부터 삭제될 수 있고, 청구된 결합은 하위 결합 또는 하위 결합의 변동으로 지향될 수 있다.
[0078] 유사하게, 동작들이 특정 순서로 도면에 도시되어 있지만, 이러한 동작들은 바람직한 결과를 달성하기 위해 도시된 특정한 순서 또는 순차적인 순서로 수행되거나, 또는 모든 예시된 동작들이 수행될 필요가 없다는 것을 당업자는 쉽게 인지할 것이다. 또한, 도면들은 흐름도의 형태로 하나 이상의 예시적인 프로세스들을 개략적으로 도시한다. 그러나 도시되지 않은 다른 동작들이 개략적으로 예시된 예시적인 프로세스에 통합될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 부가적인 동작들은 예시된 동작들의 임의의 동작 이전, 이 후, 동시에, 또는 그 사이에 수행될 수 있다. 특정 상황에서, 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 위에서 설명된 구현들에서 다양한 시스템 컴포넌트들의 분리는 모든 구현들에서 이러한 분리를 필요로 하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들이 일반적으로 단일 소프트웨어 물건으로 함께 통합되거나 복수의 소프트웨어 물건들로 패키징될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 다른 구현들이 이하의 청구항들의 범위 내에 있다. 일부 경우에, 청구항에 기재된 동작들은 다른 순서로 수행될 수 있고 여전히 바람직한 결과를 달성할 수 있다.

Claims (28)

  1. 초음파 수신기의 제 1 표면에서 수신되는 초음파 에너지를 검출하도록 구성된 초음파 수신기를 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 초음파 수신기는 기판 상에 배치되는 픽셀 회로들의 어레이를 포함하고,
    상기 방법은:
    상기 픽셀 회로들의 어레이의 제 1 측 상에 폴리머(polymer)를 함유한 용액을 코팅하는 단계 ― 상기 어레이의 각각의 픽셀 회로는 적어도 하나의 박막 트랜지스터(TFT) 엘리먼트 및 픽셀 입력 전극을 포함함 ―;
    상기 용액을 코팅하는 것에 후속하여, 결정화된 폴리머 층을 형성하도록 상기 폴리머를 결정화하는 단계; 및
    픽셀 입력 전극들과 전기적 접촉하는 압전 층을 형성하도록 상기 결정화된 폴리머 층에 걸쳐 전기장을 인가하는 것을 포함하는 포올링(poling) 프로세스를 실행하는 단계를 포함하는,
    초음파 수신기의 제 1 표면에서 수신되는 초음파 에너지를 검출하도록 구성된 초음파 수신기를 제조하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 픽셀 입력 전극은 전도성 막으로부터 형성되는,
    초음파 수신기의 제 1 표면에서 수신되는 초음파 에너지를 검출하도록 구성된 초음파 수신기를 제조하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 픽셀 회로들의 어레이의 상기 제 1 측 상에 상기 폴리머를 함유한 용액을 코팅하는 것은, 상기 픽셀 회로들의 어레이 상에 접착 촉진제를 코팅하는 것을 포함하는,
    초음파 수신기의 제 1 표면에서 수신되는 초음파 에너지를 검출하도록 구성된 초음파 수신기를 제조하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머를 함유한 용액을 코팅하는 것은, 스핀 코팅, 슬롯 코팅, 침지(dipping), 분사(dispensing), 분무(spraying), 또는 다른 코팅 프로세스에 의해 수행되는,
    초음파 수신기의 제 1 표면에서 수신되는 초음파 에너지를 검출하도록 구성된 초음파 수신기를 제조하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머는 강유전성(ferroelectric) 폴리머를 포함하는,
    초음파 수신기의 제 1 표면에서 수신되는 초음파 에너지를 검출하도록 구성된 초음파 수신기를 제조하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머는 특징적인 퀴리 온도 및 용융점을 갖고, 그리고
    상기 폴리머를 결정화하는 것은, 적어도 한 시간 동안 상기 퀴리 온도와 상기 용융점 사이의 온도에서 상기 폴리머를 베이킹하는 것을 포함하는,
    초음파 수신기의 제 1 표면에서 수신되는 초음파 에너지를 검출하도록 구성된 초음파 수신기를 제조하기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    전도성 물질은 상기 포올링 이전에 픽셀 회로들의 단자들을 접지에 전기적으로 단락시키도록 도포되는,
    초음파 수신기의 제 1 표면에서 수신되는 초음파 에너지를 검출하도록 구성된 초음파 수신기를 제조하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전도성 물질은 전도성 고무 또는 전도성 잉크인,
    초음파 수신기의 제 1 표면에서 수신되는 초음파 에너지를 검출하도록 구성된 초음파 수신기를 제조하기 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전 층 상에 증착되는 수신기 바이어스 전극
    을 더 포함하는,
    초음파 수신기의 제 1 표면에서 수신되는 초음파 에너지를 검출하도록 구성된 초음파 수신기를 제조하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 수신기 바이어스 전극은 구리의 제 1 서브층 및 니켈의 제 2 서브층을 포함하는,
    초음파 수신기의 제 1 표면에서 수신되는 초음파 에너지를 검출하도록 구성된 초음파 수신기를 제조하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 서브층은 150 옹스트롬(angstroms) 두께이고, 그리고
    상기 니켈의 제 2 서브층은 850 옹스트롬 두께인,
    초음파 수신기의 제 1 표면에서 수신되는 초음파 에너지를 검출하도록 구성된 초음파 수신기를 제조하기 위한 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    포올링은 상기 폴리머 층을 통해 마이크론(micron) 당 150 내지 200 볼트의 전기장 세기를 갖는 전기장을 인가하는 것을 포함하는,
    초음파 수신기의 제 1 표면에서 수신되는 초음파 에너지를 검출하도록 구성된 초음파 수신기를 제조하기 위한 방법.
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