TW202027569A - 具有可撓性基板之超音波指紋感測器 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種超音波指紋感測器系統，其可具備一可撓性基板。該超音波指紋感測器系統可包括安置於該可撓性基板上之一膜堆疊，該膜堆疊提供可接受的聲學耦合以用於指紋感測。該超音波指紋感測器系統包括穿過一顯示器的超音波之一聲學路徑中的一高聲學阻抗層。該高聲學阻抗層可為導電或非導電的。在一些實施方案中，該超音波指紋感測器系統包括一超音波收發器或與一超音波接收器分開之一超音波傳輸器。

Description

具有可撓性基板之超音波指紋感測器
本發明大體上係關於超音波指紋感測器系統，且更特定言之，關於具有可撓性基板之超音波指紋感測器系統。
在超音波感測器系統中，可使用超音波傳輸器以經由一或多個超音波傳輸媒體且朝向待偵測之物件發送超音波。傳輸器可以操作方式與超音波感測器耦接，該超音波感測器經組態以偵測自物件反射的超音波之數個部分。舉例而言，在超音波指紋成像器中，超音波脈衝可藉由在極短時間間隔期間啟動及停止傳輸器來產生。在超音波脈衝遇到之各材料界面處，反射超音波脈衝之一部分。
舉例而言，在超音波指紋成像器之情形下，超音波可行進穿過壓板，個人之手指可置放於該壓板上以獲得指紋影像。在穿過壓板之後，超音波之一些部分遇到與壓板接觸之皮膚，例如指紋脊線，而超音波之其他部分遇到空氣，例如指紋之鄰近脊線之間的谷紋，且可以不同強度朝向超音波感測器反射回。與手指相關聯之經反射信號可經處理且轉換為表示經反射信號之信號強度的數位值。當在分佈式區域上收集到多個此等經反射信號時，此等信號之數位值可用以例如藉由將數位值轉換為影像而在分佈式區域上方產生信號強度之圖形顯示，由此產生指紋之影像。因此，超音波感測器系統可用作指紋成像器或其他類型之生物測定掃描儀。在一些實施方案中，所偵測信號強度可映射成手指之等高線圖，該等高線圖表示脊線結構細節之深度。
超音波感測器系統可作為指紋感測器系統併入於顯示器件中以鑑認使用者。顯示器件之發展已產生可撓性顯示器、三維防護玻璃罩及無槽框設計。因此，愈來愈多之顯示器件具有有限空間來併入用於指紋感測器系統或玻璃下指紋感測器系統之離散按鈕，該指紋感測器系統或玻璃下指紋感測器系統定位於顯示器件之顯示器的周邊。玻璃下及顯示器下指紋感測器系統可向顯示器件提供額外功能性及空間，且可對額外鑑認軟體應用程式開放經改良使用者介面。
本發明之器件、系統及方法各自具有若干態樣，該等態樣中之單一態樣皆不單獨負責本文中所揭示之所要屬性。
本發明之主題之一個態樣可在超音波指紋感測器系統中實施。該系統包括一可撓性電路，該可撓性電路具有安置於其上之複數個感測器電路及安置於可撓性基板上方之一超音波收發器。該超音波收發器包括一壓電層，其經組態以產生超音波；及一高聲學阻抗層，其鄰近於該壓電層且安置於面向顯示器的該壓電層之一側上或上方，其中該超音波指紋感測器系統經組態以附接至該顯示器。
在一些實施方案中，該高聲學阻抗層包括一導電層。該導電層可包括銀墨料。在一些實施方案中，該高聲學阻抗層包括安置於一導電結構上之一非導電層。該非導電層可包括一介電材料，該介電材料具有大於約8.0兆瑞利(MRayl)之一聲學阻抗值。該導電結構可包括一金屬層，其中該金屬層具有約10 nm與約2 μm之間的一厚度。在一些實施方案中，該導電結構包括兩個金屬層之間的一光可成像環氧樹脂，其中該等金屬層中之每一者具有約10 nm與約2 μm之間的一厚度。在一些實施方案中，該可撓性基板具有約25 μm與約75 μm之間的一厚度。
本發明中描述之主題之另一新穎態樣可在超音波指紋感測器系統中實施。該系統包括一可撓性基板，其具有安置於其上之複數個感測器電路、一超音波傳輸器以及安置於該可撓性基板上方之一超音波接收器。該超音波傳輸器包括及一壓電傳輸器層，其經組態以產生超音波。該超音波接收器包括一壓電接收器層，其經組態以接收該等超音波之反射；及一薄導電層，其安置於該壓電接收器層上方。該超音波指紋感測器系統經組態以附接至一顯示器。
在一些實施方案中，該超音波傳輸器安置於該超音波接收器上方，其中該一或多個厚導電層安置於該壓電傳輸器層上方。該一或多個厚導電層可包括銀墨料。該一或多個厚導電層可包括一非導電高聲學阻抗層及一或多個薄金屬層。該一或多個厚導電層可包括一厚金屬層，其中該厚金屬層包括鋁、鎳、銅，或其組合。在一些實施方案中，該超音波傳輸器安置於該可撓性基板下方。在一些實施方案中，該一或多個厚導電層包括一第一金屬層及一第二金屬層，其中該壓電傳輸器層在該第一金屬層與該第二金屬層之間。在一些實施方案中，該薄導電層具有約10 nm與約2 μm之間的一厚度。
本發明中描述之主題之另一新穎態樣可在製造超音波指紋感測器系統之方法中實施。該方法包括在一可撓性基板上形成一壓電層，其中複數個感測器電路安置於該可撓性基板上，且其中該壓電層經組態以產生超音波。該方法進一步包含在該壓電層上方形成一第一導電層，其中該第一導電層劃分成複數個區段；以及在該導電層上方形成一非導電層。
在一些實施方案中，該方法進一步包含在該非導電層與該第一導電層之間形成一光可成像環氧樹脂層，以及在該光可成像環氧樹脂層上形成一第二導電層且下伏於該非導電層，其中該第二導電層電連接至該第一導電層。在一些實施方案中，該非導電層包括一介電材料，其具有大於約8.0兆瑞利之一聲學阻抗值。在一些實施方案中，該第一導電層包括銀墨料。在一些實施方案中，該第一導電層包括具有約10 nm與約2 μm之間的一厚度的薄金屬層，其中該薄金屬層包括鋁、鎳、銅，或其組合。
以下描述係針對出於描述本發明之創新態樣之目的的某些實施方案。然而，一般熟習此項技術者將容易認識到，本文中之教示可以許多不同方式來應用。所描述實施方案可實施於包括如本文中所揭示之用於超音波感測之生物測定系統的任何器件、裝置或系統中。另外，預期所描述實施方案可包括於各種電子器件中或與各種電子器件相關聯，該等電子器件諸如但不限於：行動電話；具備多媒體網際網路功能之蜂巢式電話；行動電視接收器；無線器件；智慧型電話；智慧卡；可穿戴式器件，諸如手環、臂帶、腕帶、指環、頭帶及貼片等；Bluetooth®器件；個人資料助理(personal data assistant；PDA)；無線電子郵件接收器；手持式或便攜式電腦；迷你筆記型電腦；筆記型電腦；智慧筆記型電腦；平板電腦；列印機；影印機；掃描器；傳真器件；全球定位系統(global positioning system；GPS)接收器/導航器；攝影機；數位媒體播放器(諸如MP3播放器)；攝錄影機；遊戲控制台；手錶；時鐘；計算器；電視監視器；平板顯示器；電子閱讀器件(例如，電子閱讀器)；行動健康器件；電腦監視器；汽車顯示器(包括里程錶及速度計顯示器等)；座艙控制器及/或顯示器；攝影機查看顯示器(諸如載具中之後視攝影機之顯示器)；電子像片；電子廣告牌或指示牌；投影儀；建築結構；微波爐；冰箱；立體聲系統；卡式錄音機或播放器；DVD播放器；CD播放器；VCR；收音機；便攜式記憶體晶片；清洗機；乾燥機；清洗機/乾燥機；自動櫃員機(automatic teller machine；ATM)；停車計時器；封裝(諸如在包括微機電系統(MEMS)應用以及非EMS應用的機電系統(EMS) 應用中)；美學結構(諸如珠寶或服飾之零件上的影像之顯示器)；及多種EMS器件。本文中之教示亦可用於諸如(但不限於)以下之應用中：電子開關器件、射頻濾波器、感測器、加速度計、迴轉儀、運動感測器件、磁力計、用於消費型電子器件之慣性組件、消費型電子產品之部件、可變電抗器、液晶器件、電泳器件、驅動方案、製造製程及電子測試設備。因此，該等教示並不意欲限於僅在圖式中描繪之實施方案，而實情謂為，具有如一般熟習此項技術者將顯而易見之廣泛適用性。
指紋感測器系統可能在鑑認電子器件之使用者時有用且有效。基於電容之指紋感測器可需要可能干擾顯示器之電功能的電磁信號。在顯示器內連同相關聯導電跡線一起產生或傳送之信號可減小電容指紋感測能力。基於光學之指紋系統可在顯示器件包括光阻擋層或大量金屬跡線之處受到限制或顯現為無用的。基於超音波之指紋感測器使用超音波來產生所掃描指紋之詳細再現。用於指紋掃描的基於超音波之指紋感測器可併入顯示器件中。基於超音波之指紋感測器可經由電屏蔽層及光阻擋層傳輸且接收超音波。因此，指紋之超音波成像可很大程度上不受各種顯示器類型中之較小特徵、觸控螢幕電極或像素影響。基於超音波之指紋感測器可併入「顯示器下方」或「顯示器中」，使得可在顯示區域中執行指紋掃描。
許多超音波指紋感測器系統可使用有機發光二極體(organic light-emitting diode；OLED)顯示器或主動矩陣有機發光二極體(active matrix organic light-emitting diode；AMOLED)顯示器附接至顯示器或併入顯示器中。本發明之一些顯示器可設置於亦可稱為可撓性OLED顯示器的塑膠有機發光二極體(plastic organic light-emitting diode；pOLED)顯示器中。超音波指紋感測器系統之一些組態及技術可適合與可撓性顯示器、曲面顯示器、曲面防護玻璃罩及新興2.5D或3D顯示器一起使用。
本發明之超音波指紋感測器系統可具備可撓性基板(例如，聚醯亞胺基板)。超音波指紋感測器系統可包括安置於可撓性基板上之膜堆疊，該膜堆疊確保與顯示器之組件/層的可接受聲學耦合以用於指紋感測。超音波指紋感測器系統可包括穿過顯示器的超音波之聲學路徑中的高聲學阻抗層。高聲學阻抗層可為導電的(例如，厚金屬層)或可為非導電的(例如，高Z或高密度層)。在高聲學阻抗層為非導電時，一或多個薄金屬層可鄰近於高聲學阻抗層安置。超音波指紋感測器系統可定向為處於「接收器向上」定向或「接收器向下」定向。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統可包括超音波收發器，在一些其他實施方案中，超音波傳輸器與超音波接收器分開。
可實施本發明中所描述之主題之特定實施方案以實現以下潛在優勢中之一或多者。超音波指紋感測器系統典型地定位於器件之較小離散區域中以用於指紋掃描。使用可撓性基板允許將超音波指紋感測器系統設置於超出局部較小區域的顯示器中以用於指紋掃描。此使得能夠越過大得多的區域且甚至越過顯示器之全部顯示區域進行超音波指紋感測，其使得能夠進行連續使用者鑑認且在顯示器上之任何位置校驗手指。因此，使用可撓性基板允許更大感測器有效面積，此增加顯示器件之顯示區域之功能性，改善效能，允許感測器置放中之更多可撓性，且提供較佳的使用者體驗。此外，更大感測器有效面積可藉由掃描額外手指、掌紋或手紋來增添更多鑑認級別。此外，具有可撓性基板提供可撓性指紋感測器，該可撓性指紋感測器可併入可撓性電子件、三維顯示器以及用於額外功能性之曲面顯示器中。
圖1展示包括超音波感測系統之實例行動器件100之圖解表示。行動器件100可表示例如各種攜帶型計算器件，諸如蜂巢式電話、智慧型電話、智慧型手錶、多媒體器件、個人遊戲器件、平板電腦及膝上型電腦外加其他類型之攜帶型計算器件。然而，本文中所描述之各種實施方案在應用中並不限於攜帶型計算器件。實際上，本文中所揭示之各種技術及原理在傳統上可應用於非攜帶型器件及系統中，諸如用於電腦監視器、電視顯示器、資訊站(kiosk)、載具導航器件及音訊系統外加其他應用中。另外，本文中所描述之各種實施方案在應用中並不限於包括顯示器的器件。
行動器件100一般包括罩殼(亦稱為「外殼」或「殼」)102，各種電路、感測器及其他電組件駐存於該罩殼內。在所說明之實例實施方案中，行動器件100亦包括觸控式螢幕顯示器(在本文中亦稱為「觸敏式顯示器」) 104。觸控式螢幕顯示器104通常包括顯示器及觸控式螢幕，該觸控式螢幕配置於顯示器上方或以其他方式併入顯示器中或與顯示器整合。顯示器104可通常表示採用多種適合顯示技術中之任一者的多種合的顯示器類型中之任一者。舉例而言，顯示器104可為基於數位微型快門(digital micro-shutter；DMS)之顯示器、發光二極體(light-emitting diode；LED)顯示器、有機LED (OLED)顯示器、液晶顯示器(liquid crystal display；LCD)、使用LED作為背光之LCD顯示器、電漿顯示器、基於干涉式調變器(IMOD)之顯示器，或適合於結合觸敏式使用者介面(user interface；UI)系統使用的另一類型之顯示器。
行動器件100可包括用於與使用者互動或以其他方式將資訊傳達至使用者或自使用者接收資訊的各種其他器件或組件。舉例而言，行動器件100可包括一或多個麥克風106、一或多個揚聲器108且在一些情況下包括一或多個至少部分機械式按鈕110。行動器件100可包括實現額外特徵之各種其他組件，諸如一或多個視訊或靜態影像攝影機112、一或多個無線網路介面114 (例如，藍芽、WiFi或蜂巢式)，以及一或多個非無線介面116 (例如，通用串列匯流排(universal serial bus；USB)介面或HDMI介面)。
行動器件100可包括能夠掃描諸如指紋、掌紋或手紋之物件簽名及對物件簽名成像的超音波感測系統118。典型地，如圖1中所示，超音波感測系統118可用作觸敏式控制按鈕。觸敏式控制按鈕可藉由定位於超音波感測系統118下方或以其他方式與該超音波感測系統整合的機械或電壓敏系統來實施。換言之，由超音波感測系統118所佔據的區域可用作用以控制行動器件100之使用者輸入按鈕以及實現安全特徵(諸如使用者鑑認特徵)之指紋感測器兩者。在一些實施方案中，超音波感測系統118可定位於顯示器之防護玻璃罩下方或顯示器自身之部分下方，如本文中所描述。在一些實施方案中，超音波感測系統118可如本文中所描述定位於至少大體上整個顯示器自身下方，由此允許感測器之有效面積橫跨全部顯示器。在一些實施方案中，超音波感測系統118可定位於行動器件殼體102之一側壁上或背側上。
圖2A展示根據一些實施方案的實例超音波感測系統200之組件之方塊圖表示。如所展示，超音波感測系統200可包括感測器系統202及電耦接至感測器系統202之控制系統204。感測器系統202可能夠掃描物件且提供原始所量測影像資料以獲得物件簽名，諸如人手指之指紋。控制系統204可能夠控制感測器系統202且處理自感測器系統接收之原始所量測影像資料。在一些實施方案中，超音波感測系統200可包括介面系統206，其能夠傳輸諸如原始或經處理之所量測影像資料的資料至超音波感測系統200內或與該超音波感測系統整合之各種組件或自該等各種組件接收該資料，或在一些實施方案中，傳輸該資料至超音波感測系統外部之各種組件、器件或其他系統，或自該等各種組件、器件或其他系統接收該資料。
圖2B展示包括圖2A之超音波感測系統200的實例行動器件210之組件之方塊圖表示。舉例而言，行動器件210可為展示於以上圖1中且參考圖1描述的行動器件100之方塊圖表示。行動器件210之超音波感測系統200的感測器系統202可藉由超音波感測器陣列212實施。超音波感測系統200之控制系統204可藉由電耦接至超音波感測器陣列212之控制器214實施。雖然控制器214展示並描述為單一組件，但在一些實施方案中，控制器214可共同指彼此電連通之兩個或更多個不同控制單元或處理單元。在一些實施方案中，控制器214可包括以下中之一或多者：通用單晶片或多晶片處理器、中央處理單元(central processing unit；CPU)、數位信號處理器(digital signal processor；DSP)、應用程式處理器、特殊應用積體電路(application specific integrated circuit；ASIC)、場可程式化閘陣列(field programmable gate array；FPGA)或其他可程式化邏輯器件(programmable logic device；PLD)、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件，或經設計以執行本文中所描述之功能及操作的任何組合。
圖2B之超音波感測系統200可包括影像處理模組218。在一些實施方案中，藉由超音波感測器陣列212提供之原始所量測影像資料可經發送、傳輸、傳達或以其他方式提供至影像處理模組218。影像處理模組218可包括經組態、經調適或以其他方式可操作以處理由超音波感測器陣列212提供之影像資料的硬體、韌體及軟體之任何適合組合。在一些實施方案中，影像處理模組218可包括信號或影像處理電路或電路組件，包括例如放大器(諸如測試設備放大器或緩衝器放大器)、類比或數位混合器或乘法器、交換器、類比至數位轉換器(analog-to-digital converter；ADC)、被動或主動類比濾波器外加其他。在一些實施方案中，此等電路或電路組件中之一或多者可整合於控制器214內，例如，其中該控制器214實施為系統單晶片(system-on-chip；SoC)或封裝內系統(system-in-package；SIP)。在一些實施方案中，此等電路或電路組件中之一或多者可整合於DSP內，該DSP包括於控制器214內或耦接至該控制器。在一些實施方案中，影像處理模組218可至少部分地經由軟體實施。舉例而言，剛剛描述之電路或電路組件中之一或多者的一或多個功能或由該等電路或電路組件中之一或多者執行的一或多個操作可實情為藉由例如在控制器214之處理單元中(諸如在通用處理器或DSP中)執行之一或多個軟體模組來執行。在一些實施方案中，影像處理模組218或其部分可實施於軟體中，該軟體可在與行動器件210相關聯的諸如處理器220之應用程式處理器上運行。應用程式處理器可具有用於安全處理應用程式處理器(有時稱為「信任區」)內之生物測定影像資料的專用共處理器及/或軟體模組。
在一些實施方案中，除超音波感測系統200以外，行動器件210可包括單獨處理器220、記憶體222、介面216及電力供應器224。在一些實施方案中，超音波感測系統200之控制器214可控制超音波感測器陣列212及影像處理模組218，且行動器件210之處理器220可控制行動器件210之其他組件。在一些實施方案中，處理器220將包括例如指令或命令之資料傳達至控制器214。在一些此等實施方案中，控制器214可將包括例如原始或經處理影像資料(亦稱為「影像資訊」)之資料傳達至處理器220。亦應理解，在一些其他實施方案中，控制器214之功能性可完全或至少部分地由處理器220實施。在一些此等實施方案中，因為控制器214之功能可由行動器件210之處理器220執行，故可能不需要用於超音波感測系統200之單獨控制器214。
視實施方案而定，控制器214及處理器220中之一者或兩者可將資料儲存於記憶體222中。舉例而言，儲存於記憶體222中之資料可包括原始經量測影像資料、經濾波或以其他方式處理之影像資料、所估計影像資料或最終細化之影像資料。記憶體222可儲存處理器可執行之程式碼或其他可執行電腦可讀指令，該程式碼或該等指令能夠由控制器214及處理器220中之一者或兩者執行以執行各種操作(或促使諸如超音波感測器陣列212、影像處理模組218或其他模組之其他組件執行操作)，該等操作包括演算、計算、估計或本文中所描述之其他判定中之任一者。亦應理解，記憶體222可共同指一或多個記憶體器件(或「組件」)。舉例而言，視實施方案而定，與處理器220相比，控制器214可存取及儲存記憶體器件中之資料。在一些實施方案中，記憶體組件中之一或多者可實施為基於NOR或基於NAND之快閃記憶體陣列。在一些其他實施方案中，記憶體組件中之一或多者可實施為不同類型之非揮發性記憶體。另外，在一些實施方案中，記憶體組件中之一或多者可包括揮發性記憶體陣列，諸如一類型之RAM。
在一些實施方案中，控制器214或處理器220可經由介面216傳達儲存於記憶體222中之資料或直接自影像處理模組218接收之資料。舉例而言，此經傳達資料可包括影像資料或自影像資料導出或以其他方式自影像資料判定的資料。介面216可共同指一或多個各種類型之一或多個介面。在一些實施方案中，介面216可包括用於自諸如可移式記憶體器件之外部記憶體接收資料或將資料儲存至該外部記憶體的記憶體介面。另外或替代地，介面216可包括啟用原始或經處理資料至外部計算器件、系統或伺服器之傳送以及資料自外部計算器件、系統或伺服器的接收之一或多個無線網路介面或一或多個有線網路介面。
電力供應器224可將電力提供至行動器件210中之組件中的一些或全部。電力供應器224可包括多種能量儲存器件中之一或多者。舉例而言，電力供應器224可包括可再充電電池，諸如鎳鎘電池或鋰離子電池。另外或替代地，電力供應器224可包括一或多個超級電容器。在一些實施方案中，電力供應器224可為使用自例如壁式插座(或「電源插座(outlet)」)或與行動器件210整合之光伏打器件(或「太陽能電池」或「太陽能電池陣列」)存取的電力可充電的(或「可再充電的」)。另外或替代地，電力供應器224可為可無線地充電的。電力供應器224可包括電力管理積體電路及電力管理系統。
如下文中所使用，術語「處理單元」係指以下中之一或多者的任何組合：超音波系統之控制器(例如，控制器214)、影像處理模組(例如，影像處理模組218)，或包括超音波系統之器件的單獨處理器(例如，處理器220)。換言之，下文描述為藉由或使用處理器單元執行或使用處理單元執行的操作可藉由以下中之一或多者來執行：超音波系統之控制器、影像處理模組，或包括超音波感測系統之器件的單獨處理器。
圖3A展示根據一些實施方案的實例超音波感測系統300之部分之圖解表示之截面投影圖。圖3B展示根據一些實施的圖3A之實例超音波感測系統300之放大截面側視圖。舉例而言，超音波感測系統300可實施參看圖1描述的超音波感測系統118或參看圖2A及圖2B展示及描述的超音波感測系統200。超音波感測系統300可包括上覆於基板304且下伏於壓板(例如，「蓋板」或「防護玻璃罩」) 306的超音波換能器302。超音波換能器302可包括超音波傳輸器308及超音波接收器310中之一者或兩者。
超音波傳輸器308通常經組態以產生超音波且朝向壓板306，且在所說明之實施方案中朝向定位於壓板306之上部表面上的人類手指312傳輸超音波。在一些實施方案中，超音波傳輸器308可更特定言之經組態以產生超音波平面波且朝向壓板306傳輸超音波平面波。舉例而言，超音波傳輸器308之壓電材料可經組態以在掃描頻率下將藉由超音波感測系統之控制器提供之電信號轉換為連續或脈衝的超音波平面波序列。在一些實施方案中，超音波傳輸器308包括壓電材料層，諸如聚偏二氟乙烯(PVDF)或諸如PVDF-TrFE之PVDF共聚物。在一些實施方案中，諸如氮化鋁(AlN)、鋯鈦酸鉛(PZT)或鈦酸鉍鈉之其他壓電材料可用於超音波傳輸器308及/或超音波接收器310中。在一些實施方案中，超音波傳輸器308及/或超音波接收器310可另外或替代地包括諸如電容微機電超音波換能器(capacitive micromachined ultrasonic transducer；CMUT)之電容超音波器件或諸如壓電微機電超音波換能器(PMUT，亦稱為「壓電微機械超音波換能器」)的壓電超音波器件。
超音波接收器310通常經組態以偵測由藉由超音波傳輸器308傳輸之超音波與界定所掃描之手指312之指紋的脊線316及谷紋318之互動引起的超音波反射314。在一些實施方案中，超音波傳輸器308上覆於超音波接收器310，如例如圖3A及圖3B中所說明。在一些實施方案中，超音波接收器310可上覆於超音波傳輸器308 (如下文描述之圖4A中所示)。超音波接收器310可經組態以產生且輸出對應於所偵測超音波反射的電輸出信號。在一些實施方案中，超音波接收器310可包括不同於超音波傳輸器308之壓電層的第二壓電層。舉例而言，超音波接收器310之壓電材料可為任何適合壓電材料，諸如PVDF或PVDF-TrFE共聚物層。超音波接收器310之壓電層可將由超音波反射引起之振動轉換成電輸出信號。在一些實施方案中，超音波接收器310進一步包括薄膜電晶體(thin-film transistor；TFT)層。在一些此等實施方案中，TFT層可包括感測器像素電路之陣列，其經組態以放大或緩衝藉由超音波接收器310之壓電層產生的電輸出信號。藉由感測器像素電路之陣列提供的電輸出信號可接著作為原始所量測影像資料提供至處理單元，以用於處理影像資料、識別與影像資料相關聯之指紋且在一些應用中鑑認與指紋相關聯的使用者。在一些實施方案中，單壓電層可充當超音波傳輸器308及超音波接收器310 (如下文描述之圖4B中所示)，且可在下文中被稱為超音波收發器。在一些實施方案中，基板304可為可在其上製作電子電路之玻璃、塑膠或矽基板。在一些實施方案中，超音波接收器310之感測器像素電路之陣列及相關聯介面電路可由形成於基板304中或該基板上之CMOS電路來組態。在一些實施方案中，基板304可定位於壓板306與超音波傳輸器308及/或超音波接收器310之間。在一些實施方案中，基板304可充當壓板306。在基板304及壓板306之一或多個側上可包括一或多個保護層、聲學匹配層、聲學阻抗層、抗污層、黏著層、裝飾層、導電層、非導電層或塗層(未展示)。
壓板306可由可聲學耦接至超音波傳輸器308之任何適合材料形成。舉例而言，壓板306可由玻璃、塑膠、陶瓷、藍寶石、金屬或金屬合金中之一或多者形成。在一些實施方案中，壓板306可為蓋板，諸如下伏於顯示器之防護玻璃罩或透鏡玻璃。在一些實施方案中，壓板306可包括一或多種聚合物，諸如一或多種類型之聚對二甲苯，且可大體上更薄。在一些實施方案中，壓板306可具有約10微米(µm)至約1000 µm之範圍內或更大的厚度。
在一些實施方案中，超音波感測系統300可進一步包括聚焦層(未展示)。舉例而言，聚焦層可定位於超音波傳輸器308上方。聚焦層可通常包括能夠變更藉由超音波傳輸器308傳輸之超音波之路徑的一或多個聲學透鏡。在一些實施方案中，透鏡可實施為圓筒形透鏡、球面透鏡或分區透鏡。在一些實施方案中，透鏡中之一些或全部可為凹透鏡，而在一些其他實施方案中，透鏡中之一些或全部可為凸透鏡，或包括凹透鏡與凸透鏡之組合。
在包括此聚焦層之一些實施方案中，超音波感測系統300可另外包括聲學匹配層以確保聚焦透鏡與物件(諸如定位於壓板306上之手指)之間的適當聲學耦合。舉例而言，聲學匹配層可包括環氧樹脂，該環氧樹脂摻雜有改變聲學匹配層之密度的粒子。若聲學匹配層之密度改變，則在聲學速率保持恆定之情況下，聲學阻抗亦將根據密度之改變而改變。在替代實施方案中，聲學匹配層可包括摻雜有金屬或陶瓷粉末之聚矽氧橡膠。在一些實施方案中，可實施用於處理輸出信號之取樣策略，該等取樣策略利用經由聚焦層之透鏡接收到之超音波反射。舉例而言，自透鏡之焦點傳回之超音波將行進至透鏡中，且可朝向接收器陣列中之多個接收器元件傳播，從而滿足聲學互反性原理。視自散射場傳回之信號強度而定，數個主動接收器元件之調整為可能的。一般而言，經啟動以接收傳回之超音波的接收器元件愈多，則信雜比(signal-to-noise ratio；SNR)愈高。在一些實施方案中，一或多個聲學匹配層可在具有或不具有聚焦層之情況下定位於壓板306之一側或兩側上。
圖4A展示根據一些實施方案的圖3A及圖3B之實例超音波感測系統300之實例組件之分解投影視圖。超音波傳輸器308可包括能夠充當平面波產生器的大體上平面的壓電傳輸器層422。視所施加之電壓信號而定，超音波可藉由越過壓電傳輸器層422施加電壓以擴展或收縮層來產生，由此產生平面波。在此實例中，處理單元(未展示)能夠促使傳輸器激勵電壓經由第一傳輸器電極424及第二傳輸器電極426越過壓電傳輸器層422而施加。第一傳輸器電極424及第二傳輸器電極426可為金屬化電極，例如塗佈壓電傳輸器層422之相對側的金屬層。由於壓電效應，所施加之傳輸器激勵電壓引起壓電傳輸器層422之厚度的改變，且以此方式產生處於傳輸器激勵電壓之頻率的超音波。
超音波可穿過壓板306朝向諸如手指之目標物件行進。未由目標物件吸收或傳輸的超音波之部分可經由壓板306反射回且由超音波接收器310接收，該超音波接收器在圖4A中所說明之實施方案中上覆於超音波傳輸器308。超音波接收器310可包括安置於基板434上之感測器像素電路432之陣列及壓電接收器層436。在一些實施方案中，各感測器像素電路432可包括一或多個TFT或基於矽之CMOS電晶體元件、電互連跡線且在一些實施方案中包括一或多個額外電路元件，諸如二極體、電容器及類似者。各感測器像素電路432可經組態以將接近於像素電路之壓電接收器層436中產生的表面電荷轉換成電信號。各感測器像素電路432可包括像素輸入電極438，其將壓電接收器層436電耦接至感測器像素電路432。
在所說明之實施方案中，接收器偏壓電極440安置於靠近壓板306的壓電接收器層436之一側上。接收器偏壓電極440可為金屬化電極，且可接地或偏壓以控制可將哪些信號傳遞至感測器像素電路432之陣列。自壓板306之暴露(上部/頂部)表面442反射的超音波能量可藉由壓電接收器層436轉換成表面電荷。所產生的表面電荷可耦接至像素輸入電極438且下伏於感測器像素電路432。電荷信號可由感測器像素電路432放大或緩衝且提供給處理單元。處理單元可與第一傳輸器電極424及第二傳輸器電極426電連接(直接或間接地)，以及與基板434上之接收器偏壓電極440及感測器像素電路432電連接。在一些實施方案中，處理單元可大體上如上文所描述操作。舉例而言，處理單元可能夠處理自感測器像素電路432接收之信號。
可用於形成壓電傳輸器層422或壓電接收器層436的適合壓電材料之一些實例包括具有例如約2.5兆瑞利與5兆瑞利之間的聲學阻抗之適當聲學性質的壓電聚合物。可採用的壓電材料之特定實例包括鐵電聚合物，諸如聚偏二氟乙烯(PVDF)及聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)共聚物。PVDF共聚物之實例包括60:40 (莫耳百分比)之PVDF-TrFE、70:30之PVDF-TrFE、80:20之PVDF-TrFE以及90:10之PVDR-TrFE。可利用的壓電材料之其他實例包括聚二氯亞乙烯(PVDC)均聚物及共聚物、聚四氟乙烯(PTFE)均聚物及共聚物以及溴化二異丙胺(DIPAB)。在一些實施方案中，諸如氮化鋁(AlN)、鋯鈦酸鉛(PZT)或鈦酸鉍鈉的其他壓電材料可用於壓電傳輸器422及/或壓電接收器層436中。
壓電傳輸器層422及壓電接收器層436中之每一者之厚度經選擇以便適合於分別產生且接收超音波。在一些實施方案中，各自之厚度在約5 μm與約30 μm之間，或在約5 μm與約15 μm之間。在一個實例中，PVDF壓電傳輸器層422為大約28 µm厚，且PVDF-TrFE接收器層436為大約12 µm厚。超音波之實例頻率可在約1兆赫茲(MHz)至約100 MHz之範圍內，其中波長為約1厘米或更短。
圖4B展示根據一些實施方案的圖3A及圖3B之超音波感測系統300中之超音波收發器陣列之實例組件之分解投影圖。在此實例中，超音波感測系統300包括壓板306下方之超音波收發器陣列450。超音波收發器陣列450可充當展示於圖2B中且上文所描述的超音波感測器陣列212。超音波收發器陣列450可包括能夠用作平面波產生器的大體上平面的壓電收發器層456。超音波可藉由越過收發器層456施加電壓而產生。控制系統204可能夠產生收發器激勵電壓，該收發器激勵電壓可經由一或多個下伏像素輸入電極438或一或多個上覆收發器偏壓電極460而越過壓電收發器層456施加。所產生之超音波可穿過壓板306朝向手指或待偵測之其他物件行進。未由物件吸收或傳輸的波之部分可經反射以便經由壓板306傳遞回且由超音波收發器陣列450接收。超音波收發器陣列450可使用單一壓電收發器層456充當超音波傳輸器及超音波接收器兩者。
超音波收發器陣列450可包括安置於感測器基板434上的感測器像素電路432之陣列。在一些實施方案中，各感測器像素電路432可包括一或多個TFT或基於矽之CMOS元件、電互連跡線且在一些實施方案中包括一或多個額外電路元件，諸如二極體、電容器及類似者。各感測器像素電路432可包括像素輸入電極438，其將壓電收發器層456電耦接至感測器像素電路432。
在所說明之實施方案中，收發器偏壓電極460安置於靠近壓板306的壓電收發器層456之一側上。收發器偏壓電極460可為金屬化電極且可接或偏壓以控制可產生哪些信號且哪些反射信號可傳遞至感測器像素電路432之陣列。自壓板306之暴露(頂部)表面442反射的超音波能量可由壓電收發器層456轉換成表面電荷。所產生的表面電荷可耦接至像素輸入電極438且下伏於感測器像素電路432。電荷信號可由感測器像素電路432放大或緩衝且提供給控制系統204。
控制系統204可電連接(直接或間接地)至收發器偏壓電極460及感測器基板434上之感測器像素電路432。在一些實施方案中，控制系統204可大體上如上文所描述來操作。舉例而言，控制系統204可能夠處理自感測器像素電路432接收到的經放大或緩衝的電輸出信號。
控制系統204可能夠控制超音波收發器陣列450以獲得超音波影像資料，該超音波影像資料可包括指紋影像資料。根據一些實施方案，控制系統204可能夠提供諸如本文中所描述之功能性，諸如本文中參考圖1、圖2A至圖2B、圖3A至圖3B、圖4A至圖4B、圖5至圖7、圖9至圖10、圖11A至圖11C、圖12A至圖12B及圖13A至圖13B所描述之功能性。
在具有超音波收發器陣列的超音波感測器系統之其他實例中，感測器基板434之背側可直接或間接地附接至上覆壓板306。在操作中，藉由壓電收發器層456產生的超音波可行進穿過感測器基板434及壓板306，反射離開壓板306之表面442，且在由基板感測器434上或中之感測器像素電路432偵測到之前經由壓板306及感測器基板434行進返回。
包括行動器件及智慧型電話之許多電子器件使用指紋鑑認作為存取控制之一種方法。超音波指紋感測器可鑑認使用者之指紋，其中由壓電材料產生之超音波可行進穿過其上置放有個人之手指的壓板。超音波之一些部分遇到與壓板接觸之皮膚，例如指紋脊線，而超音波之其他部分遇到空氣，例如指紋之兩個脊線之間的谷紋。超音波以不同強度朝向超音波感測器陣列反射回。與手指相關聯之經反射信號可經處理且轉換為表示經反射信號之信號強度的數位值，且可獲得指紋影像。
圖5展示具有可撓性印刷電路(FPC)的實例壓板下超音波感測器系統之截面視圖。在圖5中，超音波感測器系統500定位於壓板510下方或下伏於該壓板。壓板510可被視為在超音波感測器系統500「前方」、「上方」或「上覆於」該超音波感測器系統，且超音波感測器系統500可被視為在壓板510「後方」、「下方」或「下伏於」該壓板。如本文中所使用之此等術語為視器件之定向而定的相對術語。在一些實施方案中，超音波感測器系統500藉由第一黏著劑560耦接至壓板510。手指505可按壓壓板510以啟動超音波感測器系統500。在一些實施方案中，壓板510可為顯示器件(例如，行動器件)之防護玻璃罩。在一些實施方案中，壓板510可包括諸如有機發光二極體(OLED)或主動矩陣有機發光二極體(AMOLED)顯示器的顯示器之部分。
超音波感測器系統500可包括感測器基板540、安置於感測器基板540上之複數個感測器電路545、收發器層520以及電極層515。收發器層520可稱為「壓電層」或「壓電收發器層」。電極層515可稱為「收發器電極層」。在一些實施方案中，收發器層520可對應於圖4B之壓電收發器層456，或可對應於圖4A之壓電接收器層436及壓電傳輸器層422中之一者或兩者。超音波感測器系統500可進一步包括鈍化層(未展示)。對於感測器基板540，不同實施方案可使用不同材料。舉例而言，感測器基板540可包括矽基板、絕緣體上矽(silicon-on-insulator；SOI)基板、薄膜電晶體(TFT)基板、玻璃基板、塑膠基板、陶瓷基板，及/或其組合。
複數個感測器電路545可在感測器基板540上方或其上形成，諸如形成於TFT基板上之TFT電路或形成於矽基板上或其中的互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide-semiconductor；CMOS)電路。在一些實施方案中，收發器層520可定位於複數個感測器電路545上方。收發器層520可充當超音波之傳輸器及接收器兩者，其中收發器層520經組態以傳輸至少一個超音波/信號，且接收或偵測至少一個超音波/信號。因此，收發器層520可包括一或多個壓電層及一或多個電極層以使得收發器層能夠傳輸及接收超音波。
超音波為頻率高於約20 kHz之聲波。在一些實施方案中，超音波具有約1 MHz與約100 MHz之間，諸如約5 MHz與約20 MHz之間的頻率。聲波為具有與其行進方向相同之振動方向的縱波。聲波推動媒體中之粒子，而不論媒體為固體、液體或氣體。聲波以聲速行進，該聲速視聲波穿過之媒體而定。材料中之聲學阻抗量測對由施加至材料之聲學壓力產生的聲學流動之反抗。聲學阻抗使得能夠判定聲能在邊界處的反射及傳輸。若兩種媒體之聲學阻抗極其不同，則大部分聲能將被反射，而非越過邊界進行傳輸。聲學阻抗可以瑞利或兆瑞利為單位依據帕斯卡-秒/公尺(Pa-s/m或kg/s/m2 )來量測。
複數個感測器電路545可包括薄膜電晶體電路之陣列。舉例而言，感測器電路545可包括像素電路之陣列，其中各像素電路可包括一或多個TFT。像素電路可經組態以回應於所接收到之超音波將由接近於像素電路之收發器層產生的電荷轉換成電信號。可將來自感測器電路545之輸出信號發送至控制器或其他電路以用於信號處理。
在一些實施方案中，收發器電極層515可在收發器層520上方安置、定位、置放或形成。收發器電極層515可包括耦接至收發器層520之一或多個導電層/跡線。在一些實施方案中，收發器電極層515可包括銀墨料。在一些實施方案中，收發器電極層515可包括銅、鋁、鎳，或其組合。超音波可藉由將電信號提供給收發器電極層515來產生且傳輸。另外，鈍化層(未展示)可在收發器電極層515之至少部分上方安置、定位、置放或形成。鈍化層可包括電絕緣材料之一或多個層。感測器基板540及感測器電路545、壓電收發器層520及收發器電極層515可定位於壓板510下方。
圖5展示耦接至感測器基板540之可撓性印刷電路(FPC) 525。然而，將理解，在本發明中，感測器基板540可耦接至剛性印刷電路板(PCB)或其他電路。FPC 525可稱為撓性條帶、撓性纜線、撓性電路或簡單地稱為「撓性件」。FPC 525可包括一或多個介電層及一或多個互連件(例如，跡線、通孔及襯墊)。在一些實施方案中，FPC 525可電耦接至控制器或其他電路以用於對至/來自感測器電路545之信號進行信號處理。在一些實施方案中，FPC 525可自超音波感測器系統500之前側纏繞至超音波感測器系統500之後側。
在圖5中，超音波感測器系統500可使用第一黏著劑560及邊緣密封劑555附接至壓板510。超音波感測器系統500可進一步包括用於保護超音波感測器系統500之感測器外殼或封蓋530。感測器外殼530可經由第二黏著劑565耦接至壓板510之部分，且可經由第三黏著劑550耦接至感測器基板540之部分及FPC 525之部分。在一些實施方案中，感測器外殼530可主要懸挑於感測器基板540之有效面積上方。感測器外殼530可耦接至感測器基板540，使得在感測器基板540之後側與感測器外殼530之間形成腔室535。在一些實施方案中，感測器外殼530可包括塑膠或金屬之一或多個層。在一些實施方案中，感測器外殼530及腔室535可允許感測器基板540與腔室535之間的介面操作為用於超音波感測器系統500之聲學障壁。在一些實施方案中，腔室535可提供用於容納聲學屏蔽結構之空間，該聲學屏蔽結構經組態以吸收、截獲或以其他方式衰減超音波。FPC 525可纏繞於感測器基板540及感測器外殼530周圍，其中FPC 525附接至感測器外殼530之背側。
壓板下超音波感測器系統500可設置於如圖5中所示之顯示器件中。壓板下超音波感測器系統500可定位於顯示器件之離散局部區域中，其中壓板下超音波感測器系統500可定位於顯示器件之顯示區域外部的邊框、邊界或其他區域內。圖6中展示具有壓板下超音波感測器系統或不在顯示器下方之至少一個超音波感測器系統的顯示器件之用途。相比之下，顯示器下超音波感測器系統可設置於不同於壓板下超音波感測器系統中之顯示器件中。圖9中展示顯示器下超音波感測器系統995之實例膜堆疊及構造，而圖5中展示壓板下超音波感測器系統500之實例膜堆疊及構造。因此，包括顯示器下超音波感測器系統之顯示器件可以不同於壓板下超音波感測器系統之方式來構造。圖7至圖8中展示具有顯示器下超音波感測器系統的顯示器件之用途。
圖6展示使用其中指紋感測器不在顯示器下方的指紋感測器之一實例。在圖6中，顯示器件605 (例如，行動器件210)包括可操作感測器625 (例如，圖5中之超音波感測器系統500)的控制器電路(例如，圖2B中之控制器214)。在一些實施方案中，控制器電路可切換感測器625以在電容感測模式與超音波感測模式之間操作。舉例而言，感測器625可經組態以處於電容感測模式以判定物件已經觸控或定位於超音波感測器之接收器偏壓電極附近，且接著隨後經組態以處於超音波感測模式以判定物件是否為手指615。
如圖6中所示，在時間650處，手指615置放於作為顯示器件605之超音波鑑認按鈕(例如，「首頁按鈕」)之部分的感測器625上方。在一些實施方案中，感測器625可為機電按鈕之部分，該機電按鈕可鑑認使用者且經由顯示器610之防護玻璃罩中的切口區域插入。因此，感測器625可經定位與視覺影像內容顯示於顯示器610中之處分開。在時間650處，顯示器件605可處於鎖定狀態、斷開或處於相對低電力「睡眠」模式。可判定物件或手指615定位於顯示器610、感測器625或其他感測電極附近或其上。接著在時間655處，控制器電路可「喚醒」應用程式處理器，且在鑑認手指615之指紋時促使接通顯示器610。舉例而言，應用程式處理器可獲得指紋影像資料(例如，藉由接收由控制器電路儲存於記憶體中之對應資料)，且接著判定指紋影像資料是否表示顯示器件605之授權使用者之指紋。授權指紋之影像資料可預先由使用者(例如，擁有者)例如在顯示器件605之設置期間或在顯示器件605之安全特徵之登記及設置期間提供。
圖7展示使用根據一些實施方案的其中指紋感測器在顯示器下方的指紋感測器之一實例。亦可將顯示器下方之指紋感測器視為在顯示器中之指紋感測器。在圖7中，顯示器件705 (例如，行動器件210)包括可操作感測器725 (例如，圖9中之超音波感測器系統995)的控制器電路(例如，圖2B中之控制器214)。與其中感測器625置放於顯示器610之防護玻璃罩之切口區域中的圖6相比，圖7中之感測器725置放於顯示器710之區域中，經由該顯示器可顯示視覺影像內容。使感測器725在顯示器710之顯示區域中可改善使用者介面且增加顯示器件705之顯示器710之功能性。感測器725可定位於顯示器710之局部固定區域中以執行指紋掃描。當應用程式處理器例如判定所獲得指紋影像資料表示顯示器件705之授權使用者之指紋時，控制器電路可「喚醒」顯示器件705之顯示器710。感測器725不必須為如圖6中所論述的機電按鈕之部分。因此，當手指715定位於感測器725附近或其上時，感測器725可鑑認使用者之指紋。感測器725可使用如本文中所描述之超音波指紋感測器系統來鑑認使用者之指紋。
圖8展示根據一些實施方案的其中指紋感測器在顯示器下方且橫跨全部顯示區域的實例顯示器件之影像。在圖8中，顯示器件805 (例如，行動器件210)包括可操作感測器825 (例如，如圖9至圖16中所示之超音波感測器系統中之任一者)的控制器電路(例如，圖2B中之控制器214)。與其中指紋感測器625、指紋感測器725置放於局部固定區域中的圖6至圖7相比，圖8中之感測器825及其感測器有效面積可延伸至顯示器件之顯示器810之全部區域。此允許顯示器件805鑑認在顯示器810上之任何位置處的使用者之指紋。當應用程式處理器例如判定所獲得指紋影像資料表示顯示器件805之授權使用者之指紋時，控制器電路可「喚醒」顯示器件805之顯示器810。感測器825不必須為如圖6中所論述的機電按鈕之部分。在一些實施方案中，感測器825為超音波感測器。如本文中所使用，超音波感測器可指超音波指紋感測器、超音波指紋感測器系統、超音波感測器系統或超音波感測器陣列，其不限於指紋感測，但可包括感測其他使用者屬性，諸如掌紋及手紋。
使用者鑑認技術之進步已引起對經改善安全性、效能及使用者體驗的需求增加。實施超音波指紋感測器超出顯示器之局部離散區域增強了安全性、效能及使用者體驗。更大感測器有效面積允許用於使用者鑑認之額外匹配標準。舉例而言，可藉由將指紋掃描與額外手指之額外指紋掃描、掌紋掃描及/或手紋掃描匹配來進一步鑑認使用者。多個手指鑑認、掌紋鑑認及/或手紋鑑認可提供額外安全層及經改善生物測定效能以最小化誤報(false positives)及漏報(false negatives)。此外，具有更大感測器有效面積允許將使用者之手指、手掌、手部或其他附肢置放於顯示區域中之任何位置處，使得無需準確置放於精確位置中。顯示器上之任何位置處的連續鑑認增強使用者體驗。
圖9展示根據一些實施方案的包括下伏於顯示器之超音波指紋感測器系統的實例顯示器件之截面示意圖。圖9亦展示根據一些實施方案的自超音波指紋感測器系統穿過顯示器的超音波之聲學路徑。如上文所描述，超音波指紋感測器系統995可包括感測器基板970，該感測器基板包括複數個感測器電路972。超音波指紋感測器系統995可進一步包括耦接至感測器基板970之壓電層980及耦接至壓電層980之電極層985。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統995可視情況包括鈍化層990。印刷電路975 (例如，可撓性印刷電路)或其他電路可耦接至感測器基板970且可電耦接至一或多個感測器電路972。在一些實施方案中，壓電層980及電極層985為經組態以傳輸且接收超音波952的超音波收發器之部分。將瞭解，在一些實施方案中，超音波傳輸器及接收器功能可分成具有電極接收器層之不同壓電接收器層及具有電極傳輸器層之不同壓電傳輸器層。圖14及圖15中展示具有單獨超音波傳輸器及超音波接收器的超音波感測器系統之實例。
超音波指紋感測器系統995可經組態以傳輸且接收在聲學路徑950中行進穿過顯示器件900之顯示器965的超音波952，其中超音波指紋感測器系統995下伏於顯示器件900之顯示器965。顯示器965可包括複數個薄膜層，該複數個薄膜層中之一些可包括有機或塑膠材料。顯示器965可包括基於DMS之顯示器、LED顯示器、OLED顯示器、LCD、電漿顯示器、基於IMOD之顯示器，或適合與觸敏式使用者介面結合使用的另一類型之顯示器。舉例而言，顯示器965為具有複數個薄膜層之OLED顯示器。顯示器965可包括以矩陣佈置之複數個像素。自超音波指紋感測器系統995傳輸的超音波952中之至少一些可藉由定位於顯示器965之外部表面、觸控螢幕、防護玻璃罩、蓋板或壓板905上的物件930 (例如，手指)反射回。聲學路徑950可藉由傳播至及來自超音波指紋感測器系統995的超音波952來界定，該超音波指紋感測器系統允許所置放之諸如手指之物件930與顯示器965之外部表面或待成像的壓板905之外部表面接觸。為整合顯示器965與下伏超音波指紋感測器系統995，可將多功能膜955定位於超音波指紋感測器系統995與顯示器965之間，使得多功能膜955在聲學路徑950中。在一些實施方案中，多功能膜955包括光阻擋層、電屏蔽層、黏著層及機械應力隔離層中之一或多者，前述中之一或多者在聲學路徑950中。關於多功能膜955及將超音波指紋感測器系統995與顯示器965整合的細節描述於2018年6月12日申請且標題為「ULTRASONIC FINGERPRINT SENSOR FOR UNDER-DISPLAY APPLICATIONS」之美國專利申請案第16/006,640號中，該美國專利申請案以其全文引用之方式且出於所有目的併入。在一些實施方案中，多功能膜955可包括黏著層，該黏著層可為壓敏黏著劑或環氧樹脂。在一些實施方案中，多功能膜955可包括間隔物層，該間隔物層可為諸如聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)之塑膠材料，其中間隔物層另外或在替代方案中具備黏著層。
在一些實施方案中，感測器基板970定位於聲學路徑950中。在此等實施方案中，感測器基板970經由多功能膜955附接至顯示器965，壓電層980下伏於感測器基板970，電極層985下伏於壓電層980，且鈍化層990下伏於電極層985。在一些此等實施方案中，感測器基板970可為剛性基板，諸如玻璃基板。然而，將理解，在其他實施方案中，感測器基板970可為可撓性基板，諸如聚醯亞胺基板。剛性基板提供對超音波指紋感測器的保護且與超音波指紋感測器聲學耦合。因此，超音波952可經由顯示器傳播及反射而不使指紋影像失真。然而，當製造為大面積基板時，諸如玻璃基板之剛性基板可能易受開裂或其他實體損害影響。舉例而言，在大面積感測器(諸如30 mm×20 mm、60 mm×40 mm、70 mm×150 mm或其他大面積(例如，全部顯示區域))尺寸上製造可引起玻璃基板之開裂，尤其在製造諸如層壓之操作期間。此製造困難有害地影響產率及可靠性。
在一些實施方案中，感測器基板970不定位於聲學路徑950中。在此等實施方案中，電極層985經由多功能膜955附接至顯示器965，壓電層980下伏於電極層985，且感測器基板970下伏於壓電層980。在一些此等實施方案中，感測器基板970可為可撓性基板，諸如塑膠基板。可撓性基板可使得能夠製造大面積超音波指紋感測器系統，其避免或最小化與玻璃基板相關聯的製造困難。此增加超音波指紋感測器系統在顯示器中的感測器有效面積。可撓性基板上之超音波指紋感測器系統亦使得能夠與可撓性顯示器、曲面顯示器、曲面防護玻璃罩及新興2.5D或3D顯示器整合。然而，用可撓性基板置換玻璃基板造成超音波指紋感測器系統與顯示器/壓板之間的不良聲學耦合。特定言之，因為可撓性基板與壓電傳輸器/收發器之間的類似聲學阻抗值，在可撓性基板與壓電傳輸器/收發器之間產生低聲學壓力介面。因此，降低了影像品質及效能。
提供具有顯示器之大面積超音波指紋感測器系統存在許多挑戰。如本文中所使用，大面積超音波指紋感測器系統可指在顯示器上具有等於或大於約600 mm2 或等於或大於約1000 mm2 之表面積的超音波感測器。將可撓性基板與大面積超音波指紋感測器系統合併可存在聲學相關之挑戰。
圖10A展示處於「接收器向下」定向且具有下伏於顯示器之剛性基板的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。超音波指紋感測器系統可以「接收器向上」或「接收器向下」定向來定向。在「接收器向上」定向中，超音波收發器/接收器定位於感測器基板與顯示器之間。換言之，超音波收發器/接收器在超音波指紋感測器系統之聲學路徑中，且感測器基板不在超音波指紋感測器系統之聲學路徑中。在「接收器向下」定向中，超音波收發器/接收器相對於感測器基板定位，使得感測器基板在超音波收發器/接收器與顯示器之間。換言之，感測器基板在超音波指紋感測器系統之聲學路徑中，且超音波收發器/接收器不在超音波指紋感測器系統之聲學路徑中。
圖10A之超音波指紋感測器系統1010包括具有複數個感測器電路1012之剛性基板1011。超音波指紋感測器系統1010包括耦接至剛性基板1011之超音波收發器1013，其中超音波收發器1013包括耦接至剛性基板1011之壓電層1014及耦接至壓電層1014之電極層1015。在一些實施方案中，電極層1015可劃分成複數個電極區段。電極層1015可包括厚金屬層，諸如厚銀墨料電極。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統1010進一步包括覆蓋電極層1015之鈍化層1016。鈍化層1016可用於電絕緣且保護電極層1015。在一些實施方案中，FPC (未展示)可耦接至剛性基板1011，其中FPC可包括一或多個介電層及一或多個互連件(例如，跡線、通孔、襯墊)。FPC可電耦接至控制器或其他電路以用於至/來自感測器電路1012的信號處理。
剛性基板1011可藉由黏著劑1018附接至顯示器1017。壓板、防護玻璃罩、蓋板或外部層(未展示)可安置於顯示器1117上方。如圖10A中所示，包括電極層1015的超音波收發器1013定位於面向顯示器1017的剛性基板1011之相對側上。在一些實施方案中，剛性基板1011具有約5 μm與約500 μm之間、約50 μm與約200 μm之間或約80 μm與約120 μm之間的厚度。剛性基板1011可提供與超音波指紋感測器系統1010之聲學耦合，使得適合聲學邊界條件使得能夠以最小干擾傳播及反射超音波。在一些實施方案中，剛性基板1011為玻璃基板。在超音波指紋感測器系統1010中，玻璃基板通常提供與壓電層1014之適當聲學耦合。玻璃基板充當聲學反射器及濾波器以使得可傳播超音波，且經反射超音波可由超音波指紋感測器系統1010以最小聲學干擾偵測到。
圖10B展示處於「接收器向上」定向且具有下伏於顯示器之剛性基板的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。圖10B之超音波指紋感測器系統1020包括具有複數個感測器電路1022之剛性基板1021。超音波指紋感測器系統1020包括經組態以接收超音波之超音波接收器1023及經組態以產生超音波之超音波傳輸器1033。超音波指紋感測器系統1020以「接收器向上」定向來定向，使得超音波接收器1023耦接至剛性基板1021且上覆於該剛性基板。超音波接收器1023包括耦接至剛性基板1021之壓電接收器層1024及耦接至且上覆於壓電接收器層1024之電極接收器層1025。超音波傳輸器1033在與超音波接收器1023相對的剛性基板1021之一側上下伏於剛性基板1021。超音波傳輸器1033包括壓電傳輸器層1034及耦接至壓電傳輸器層1034之第一電極傳輸器層1035a，其中第一電極傳輸器層1035a在剛性基板1021與壓電傳輸器層1034之間。在一些實施方案中，超音波傳輸器1033可進一步包括第二電極傳輸器層1035b，使得金屬化電極可包夾壓電傳輸器層1034且施加電壓以驅動壓電傳輸器層1034。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統1020可經組態以經由諸如環氧樹脂之第一黏著劑1028附接至顯示器1027，且特定言之，超音波接收器1023可經組態以經由第一黏著劑1028附接至顯示器1027。在一些實施方案中，超音波傳輸器1033可經組態以經由諸如環氧樹脂之第二黏著劑1038附接至剛性基板1021。在一些實施方案中，FPC (未展示)可耦接至剛性基板1021。
在一些實施方案中，剛性基板1021具有約5 μm與約500 μm之間、約50 μm與約200 μm之間或約80 μm與約120 μm之間的厚度。在一些實施方案中，剛性基板1021包括玻璃基板。剛性基板1021之厚度及組成可經組態以用於與超音波指紋感測器系統1020聲學耦合。在一些實施方案中，壓電接收器層1024及壓電傳輸器層1034各自具有約5 μm與約30 μm之間或約5 μm與約15 μm之間的厚度。壓電接收器層1024經組態以接收超音波之反射，且壓電傳輸器層1034經組態以產生超音波。適合壓電材料之實例包括PVDF或PVDF-TrFE共聚物。
電極接收器層1025可為連續的及不分段的。電極接收器層1025可在超音波接收器1023之跨距上為連續的。在一些實施方案中，電極接收器層1025可耦接至FPC。在一些實施方案中，電極接收器層1025具有約2 μm與約100 μm之間或約5 μm與約50 μm之間的厚度。在一些實施方案中，電極接收器層1025包括銀墨料、鋁、銅、鎳，或其組合。舉例而言，電極接收器層1025包括20 μm厚之銀墨料層。
第一電極傳輸器層1035a及第二電極傳輸器層1035b中之一者或兩者可劃分成複數個電極區段。在一些實施方案中，第一電極傳輸器層1035a或第二電極傳輸器層1035b可為連續的及不分段的。第一電極傳輸器層1035a耦接至且上覆於壓電傳輸器層1034，且第二電極傳輸器層1035b安置於與第一電極傳輸器層1035a相對的壓電傳輸器層1034之一側上。在一些實施方案中，第二電極傳輸器層1035b具有約2 μm與約100 μm之間或約5 μm與約50 μm之間的厚度，且可包括銀墨料、鋁、銅、鎳，或其組合。舉例而言，第二電極傳輸器層1035b包括30μm厚之銀墨料層。在一些實施方案中，第一電極傳輸器層1035a充當具有高聲學阻抗值之層，以提供與超音波指紋感測器系統1020的有效聲學耦合。在一些實施方案中，第一電極傳輸器層1035a具有約2 μm與約100 μm之間或約5 μm與約50 μm之間的厚度。在一些實施方案中，第一電極傳輸器層1035a包括銀墨料，其具有高聲學阻抗值。然而，將瞭解，第一電極傳輸器層1035a可包括厚非導電聲學層，諸如具有大於約8.0兆瑞利之聲學阻抗值的介電層；及薄導電層，諸如鋁、銅、鎳或其組合之薄層。
在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統1020可視情況包括一或多個保護層。一或多個保護層可用以改善層之間的黏著力，提供層之間的額外分離，保護超音波指紋感測器系統1020之組件，在具有高聲學阻抗值之層上方提供光滑表面以降低雜訊，充當高聲學阻抗層與低聲學阻抗層之間的阻抗匹配層，及/或提供對超音波指紋感測器系統1020之組件之電隔離。在一些實施方案中，第一保護層1029可視情況設置於第一黏著劑1028與電極接收器層1025之間。在一些實施方案中，第二保護層1037可視情況設置於第二黏著劑1038與第一電極傳輸器層1035a之間。在一些實施方案中，第三保護層1039可視情況經設置下伏於第二電極傳輸器層1035b。在一些實施方案中，保護層1029、1037及1039可各自具有約2 μm與約30 μm之間或約5 μm與約20 μm之間的厚度。在一些實施方案中，保護層1029、1037及1039可包括丙烯酸類樹脂。
圖11A展示根據一些實施方案的具有下伏於顯示器之可撓性基板的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。超音波指紋感測器系統1120包括具有複數個感測器電路1122之可撓性基板1121。超音波指紋感測器系統1120包括耦接至可撓性基板1121之超音波收發器1123，其中超音波收發器包括耦接至可撓性基板1121之壓電層1124及耦接至壓電層1124之電極層1125。在一些實施方案中，電極層1125可劃分成複數個電極區段。電極層1125可包括厚金屬層，諸如，如上文所描述之厚銀墨料電極。在一些實施方案中，FPC (未展示)可耦接至可撓性基板1121，其中FPC可包括一或多個介電層及一或多個互連件(例如，跡線、通孔、襯墊)。FPC可電耦接至控制器或其他電路以用於至/來自感測器電路1122的信號處理。
超音波收發器1123可藉由黏著劑1128附接至顯示器1127。壓板、防護玻璃罩、蓋板或外部層(未展示)可安置於顯示器1127上方。如圖11B中所示，包括電極層1125的超音波收發器1123定位於面向顯示器1127的可撓性基板1121之一側上或上方。在一些實施方案中，間隔物層1129可安置於黏著劑1128與顯示器1127之間以在超音波收發器1123與顯示器1127之間提供額外分離。在一些實施方案中，可撓性基板1121之厚度在約10 μm與約100 μm之間、約25 μm與約75 μm之間或約50 μm。可撓性基板1121可包括塑膠材料，諸如聚醯亞胺、聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)或聚乙烯萘二甲酸酯(PEN)。在一些實施方案中，可撓性基板1121包括聚醯亞胺。可撓性基板1121之厚度及組成可經組態以用於與超音波指紋感測器系統1120聲學耦合。
一般而言，超音波指紋感測器系統可以「接收器向下」定向或「接收器向上」定向來定向。在「接收器向下」定向中，壓電層(收發器或接收器)下伏於基板，且基板可在穿過顯示器的超音波之聲學路徑中。在「接收器向上」定向中，壓電層(收發器或接收器)上覆於基板，且基板不必在穿過顯示器的超音波之聲學路徑中。相反，電極層在聲學路徑中。在圖11A至圖11B中，壓電層耦接至基板。在圖11A中，超音波指紋感測器系統1120處於「接收器向上」定向，其中電極層1125在聲學路徑中。如本文中所使用，諸如「在……下方」、「下伏於」、「在……上方」、「上覆於」、「在……下」、「在……上」、「頂部」、「底部」、「向上」、「向下」、「前方」、「後方」及類似者之術語為相對術語，且可出於易於描述圖式而使用，且可用於指示對應於在正確定向頁面上的圖式之定向的相對位置。然而，此等術語不為限制性的且可能不反映如所實施的元件之實際定向或相對位置。
圖11A中之電極層1125可充當具有高聲學阻抗值之層。電極層1125可上覆於圖11A中之壓電層1124。無論如何，具有高聲學阻抗值之層(諸如電極層)可鄰近於或靠近壓電層定位。具有高聲學阻抗值之層可提供與超音波指紋感測器系統的有效聲學耦合。在圖10A中，剛性基板1011及/或電極層1015可充當鄰近於壓電層1014的具有高聲學阻抗值之層，其中剛性基板1011在聲學路徑中。在圖11A中，電極層1125可充當鄰近於壓電層1124的具有高聲學阻抗值之層，其中電極層1125在聲學路徑中。在一些實施方案中，電極層1125安置於面向顯示器1127的壓電層1124之一側上或上方。
聲波為具有與其行進方向相同之振動方向的縱波。聲波推動媒體中之粒子，而不論媒體為固體、液體或氣體。聲波以聲速行進，該聲速視聲波穿過之媒體而定。材料中之聲學阻抗量測對由施加至材料之聲學壓力產生的聲學流動之反抗。聲學阻抗使得能夠判定聲能在邊界處的反射及傳輸。若兩種媒體之聲學阻抗極其不同，則大部分聲能將被反射或吸收，而非越過邊界進行傳輸。聲學阻抗值可依據帕斯卡秒/公尺(Pa-s/m)或瑞利來量測。
具有高聲學阻抗值之層或材料在本文中可稱為「硬質」材料，且具有低聲學阻抗值之層或材料在本文中可稱為「軟性」材料。聲學阻抗值可以瑞利或兆瑞利為單位來量測。聲學阻抗值為媒體之密度乘以穿過媒體的聲音之速度的函數。以下表1列出一系列材料及其聲學阻抗值。高聲學阻抗值可大於約5.0兆瑞利或大於約8.0兆瑞利，且低聲學阻抗值可在約0.0兆瑞利與約5.0兆瑞利之間。一般而言，金屬、陶瓷及玻璃可被認為具有高聲學阻抗值；塑膠及聚合物可被認為具有低聲學阻抗值；且空氣可被認為具有極低聲學阻抗值。表 1
材料 聲學阻抗 ( 兆瑞利 )
不鏽鋼 45.7
銅 39.1
玻璃 13.1
銀墨料 8.9
壓電聚合物 4.0
環氧樹脂 3.4
PET(聚對苯二甲酸伸乙酯) 3.3
鈍化環氧樹脂膜 3.1
壓敏黏著劑 2.0
空氣 0.0
如由表1所表明，相對於壓電聚合物，較厚銅層、玻璃層或銀墨料層可提供具有高聲學阻抗值之層。此等材料可在超音波指紋感測器系統中實現有效聲學耦合以供改善影像質量。然而，此等材料可引起超音波指紋感測器系統中之其他問題。舉例而言，玻璃基板可限制建造可撓性顯示器且建造跨越更大面積之感測器，且銀墨料電極可限制形成具有較小間隙大小之電極區段。在一些實施方案中，在將層與高聲學阻抗值合併時，可撓性基板可用於超音波指紋感測器系統中而非玻璃基板中。在一些實施方案中，可具有高聲學阻抗值(或至少高密度)之非導電聲學層可用於超音波指紋感測器系統中而非銀墨料電極中。
圖11B展示根據一些實施方案的具有下伏於顯示器之具有襯背層之可撓性基板的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。圖11B中之超音波指紋感測器系統1130與圖11A中之超音波指紋感測器系統1120相同，其中至少例外為，襯背層1126安置於可撓性基板1121上且下伏於該可撓性基板。襯背層1126可用以保護可撓性基板1121且/或降低雜訊。在一些實施方案中，襯背層1126可提供光滑表面，諸如等於或小於約5 nm之粗糙度值(就RMS而言)，其中光滑表面降低雜訊。此外，襯背層1126可耦接至可撓性基板1121且用以減小可撓性基板1121之厚度。在一些實施方案中，襯背層1126可包括諸如PET之塑膠材料或諸如銀墨料之金屬材料。在一些實施方案中，襯背層1126之厚度可在約10 μm與約100 μm之間、約10 μm與約50 μm之間或約15 μm與約40 μm之間。在一些實施方案中，圖11B中之可撓性基板1121之厚度可小於圖11A中之可撓性基板1121之厚度，其中圖11B中之可撓性基板1121之厚度可等於或小於約50 μm、在約5 μm與約50 μm之間、約10 μm與約40 μm之間或約15 μm與約40 μm之間。另外，如圖11B中所示，無間隔物層1129設置於黏著劑1128與顯示器1127之間。然而，黏著劑1128之厚度可補償間隔物層1129之缺失，其中黏著劑1128之厚度可在約5 μm與約100 μm之間、約10 μm與約50 μm之間或約15 μm與約40 μm之間。然而，將理解，在圖11B中之一些實施方案中，間隔物層1129可設置於黏著劑1128與顯示器1127之間。
圖12展示根據一些實施方案的具有可撓性基板及非導電聲學層的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。超音波指紋感測器系統1220包括具有複數個感測器電路1222之可撓性基板1221。複數個感測器電路1222可包括以陣列佈置之複數個感測器像素電路，其中各感測器像素電路可經組態以將壓電層中產生之表面電荷轉換成電信號。超音波指紋感測器系統1220包括耦接至可撓性基板1221之超音波收發器1223，其中超音波收發器1223上覆於可撓性基板1221且處於「接收器向上」定向。超音波收發器1223包括耦接至可撓性基板1221之壓電層1224、耦接至壓電層1224之電極層1225以及鄰近且上覆於壓電層1224之非導電聲學層1226。電極層1225可在壓電層1224與非導電聲學層1226之間。在一些實施方案中，電極層1225及非導電聲學層1226在聲學路徑中。在一些實施方案中，電極層1225及非導電聲學層1226安置於面向顯示器1227的壓電層1224之一側上或上方。在一些實施方案中，電極層1225可劃分成複數個電極區段。在一些實施方案中，FPC (未展示)可耦接至可撓性基板1221。
超音波指紋感測器系統1220可藉由黏著劑1228附接至顯示器1227，其中特定言之，非導電聲學層1226或鈍化層(未展示)藉由黏著劑1228附接至顯示器1227。在一些實施方案中，黏著劑1228包括壓敏黏著劑或環氧樹脂。在一些實施方案中，顯示器1227包括OLED顯示器。壓板、防護玻璃罩、蓋板或外部層(未展示)可安置於顯示器1227上方。在一些實施方案中，間隔物層1229可安置於黏著劑1228與顯示器1227之間以在超音波收發器1223與顯示器1227之間提供額外分離。如圖12中所示，包括非導電聲學層1226之超音波收發器1223定位於面向顯示器1227的可撓性基板1221之一側上或上方。非導電聲學層1226定位於壓電層1224與顯示器1227之間的聲學路徑中。
在一些實施方案中，可撓性基板1221具有約10 μm與約100 μm之間、約25 μm與約75 μm之間或約50 μm之厚度。可撓性基板1221可包括塑膠材料，諸如聚醯亞胺、PET或PEN。在一些實施方案中，可撓性基板1221包括聚醯亞胺。可撓性基板1221之厚度及組成可經組態以用於與超音波指紋感測器系統1220聲學耦合。將理解，當襯背層(未展示)安置於可撓性基板1221上且下伏於該可撓性基板時，可減小可撓性基板1221之厚度。在一些實施方案中，可撓性基板1221之厚度可在約5 μm與約50 μm之間。舉例而言，襯背層可包括諸如PET層之塑膠層或諸如銀墨料層之金屬層。在一些實施方案中，壓電層1224具有約5 μm與約30 μm之間或約5 μm與約15 μm之間的厚度。壓電層1224經組態以產生超音波。壓電層1224亦經組態以接收超音波之反射。適合壓電材料之實例包括PVDF或PVDF-TrFE共聚物。
在一些實施方案中，電極層1225包括耦接至壓電層1224且上覆於壓電層1224之薄導電層。非導電聲學層1226包括具有高密度或高聲學阻抗值之厚層，其中非導電聲學層1226上覆於電極層1225且鄰近於壓電層1224。如本文中所使用，「鄰近」於壓電層可指定位於25 μm或更少壓電層內之層。此可不考慮非導電聲學層下伏於抑或上覆於壓電層。在一些實施方案中，非導電聲學層1226之厚度大體上大於電極層1225。如本文中所使用，「大體上較大」可指非導電聲學層之厚度比電極層之厚度大至少兩倍。在一些實施方案中，非導電聲學層1226之厚度在約5 μm與約50 μm之間、約10 μm與約30 μm之間或約15 μm與約25 μm之間。在一些實施方案中，電極層1225之厚度在約5 nm與約3000 nm之間、約10 nm與約2000 nm之間或約100 nm與約1000 nm之間。此厚度範圍在電極層1225包括鋁、鎳、銅或其組合之情況下可為合適的。在一些實施方案中，電極層1225之厚度在約3 μm與約12 μm之間或約5 μm與約10 μm之間。此厚度範圍在電極層1225包括銀墨料之情況下可為適合的。在一些實施方案中，非導電聲學層1226包括介電材料，其具有大於約8.0兆瑞利之聲學阻抗值。在一些實施方案中，電極層1225包括鋁、鎳、銅或其組合。電極層1225可進一步包括其他層，諸如具有鋁、鎳及/或銅之黏著層(例如，TiN)。
如圖12中所示，厚非導電聲學層具備薄導電層。此亦在圖13及貫穿本發明之其他超音波指紋感測器系統中展示。特定言之，厚非導電聲學層安置於薄導電層上且接觸薄導電層。厚非導電聲學層可直接下伏於或直接上覆於薄導電層，且可覆蓋整個或大體上整個薄導電層。厚非導電聲學層及薄導電層可鄰近於超音波傳輸器/收發器之壓電層。在一些實施方案中，厚非導電聲學層及薄導電層耦接至壓電層，且可直接接觸壓電層。圖11A至圖11B中之膜堆疊將高聲學阻抗功能與電極層(例如，銀墨料電極或厚金屬層)中之電極功能整合，而圖12及圖13中之膜堆疊將非導電聲學層(例如，厚高Z層)中之高聲學阻抗功能與電極層(例如，薄導電層)中之電極功能分開。
非導電聲學層具有高密度。在一些實施方案中，非導電聲學層可具有約3500 kg/m3 與約10000 kg/m3 之間的密度。非導電聲學層為電絕緣的。在一些實施方案中，非導電聲學層之體電阻率可等於或大於約1×109 ohm-m、等於或大於約1×1011 ohm-m或等於或大於約1×1011 ohm-m。在一些實施方案中，非導電聲學層具有高聲學阻抗值，諸如大於約8.0兆瑞利之聲學阻抗值。在一些實施方案中，非導電聲學層之擊穿場強可等於或大於約10 MV/m。在一些實施方案中，穿過非導電聲學層(在25℃下)的聲音之速度可在約1500 m/s與約4000 m/s之間。在一些實施方案中，穿過非導電聲學層的聲波之衰減可等於或小於約25 db/cm。在一些實施方案中，在非導電聲學層中可存在空隙及/或粒子。非導電聲學層中之最大粒度在約0.5 μm與約3 μm之間，且最大空隙大小等於或小於約1 μm。在一些實施方案中，非導電層之玻璃轉化溫度等於或小於約60℃。非導電聲學層亦可稱為高聲學阻抗層、高Z層、高Z聲學層、高密度層、高密度聲學層及類似者。在一些實施方案中，高Z層包括複數個緻密粒子。舉例而言，高Z層可為具有呈矩陣形式之複數個粒子的有機黏著劑。在一些實施方案中，高Z層可經絲網印刷、模板印刷或層壓為乾膜。
圖13展示根據一些實施方案的具有可撓性基板、非導電聲學層及複數個導電層的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。超音波指紋感測器系統1330包括具有複數個感測器電路1332之可撓性基板1331。超音波指紋感測器系統1330包括耦接至可撓性基板1331之超音波收發器1333，其中超音波收發器1333上覆於可撓性基板1331且處於「接收器向上」定向。超音波收發器1333包括耦接至可撓性基板1331之壓電層1334、耦接至壓電層1334之電極層1335a以及鄰近且上覆於壓電層1334之非導電聲學層1336。電極層1335a可在壓電層1334與非導電聲學層1336之間。超音波收發器1333進一步包括佈線層1335b及電絕緣層1337，其中電絕緣層1337包夾於電極層1335a與佈線層1335b之間。在一些實施方案中，電極層1335a及非導電聲學層1336在聲學路徑中。在一些實施方案中，電極層1335a可劃分成複數個電極區段。在一些實施方案中，FPC (未展示)可耦接至可撓性基板1331。
超音波指紋感測器系統1330可藉由黏著劑1339附接至顯示器1338，其中特定言之，非導電聲學層1336或鈍化層(未展示)藉由黏著劑1339特定地附接至顯示器1338。在一些實施方案中，黏著劑1339包括壓敏黏著劑或環氧樹脂。在一些實施方案中，顯示器1338包括OLED顯示器。壓板、防護玻璃罩、蓋板或外部層(未展示)可安置於顯示器1338上方。在一些實施方案中，間隔物層1340可安置於黏著劑1339與顯示器1338之間以在超音波收發器1333與顯示器1338之間提供額外分離。如圖13中所示，包括非導電聲學層1336之超音波收發器1333定位於面向顯示器1338的可撓性基板1331之一側上或上方。非導電聲學層1336定位於壓電層1334與顯示器1338之間的聲學路徑中。
在一些實施方案中，可撓性基板1331具有約10 μm與約100 μm之間、約25 μm與約75 μm之間或約50 μm之厚度。可撓性基板1331可包括塑膠材料，諸如聚醯亞胺、PET或PEN。在一些實施方案中，可撓性基板1331包括聚醯亞胺。可撓性基板1331之厚度及組成可經組態以用於與超音波指紋感測器系統1330聲學耦合。將理解，當襯背層(未展示)安置於可撓性基板1331上且下伏於該可撓性基板時，可減小可撓性基板1331之厚度。在一些實施方案中，可撓性基板1331之厚度可在約5 μm與約50 μm之間。舉例而言，襯背層可包括諸如PET層之塑膠層或諸如銀墨料層之金屬層。在一些實施方案中，壓電層1334具有約5 μm與約30 μm之間或約5 μm與約15 μm之間的厚度。壓電層1334經組態以產生超音波。壓電層1334亦經組態以接收超音波之反射。適合壓電材料之實例包括PVDF或PVDF-TrFE共聚物。
在一些實施方案中，電極層1335a包括耦接至壓電層1334且上覆於壓電層1334之薄導電層。非導電聲學層1336包括具有高密度或高聲學阻抗值之厚層，其中非導電聲學層1336上覆於電極層1335a及佈線層1335b，且鄰近於壓電層1334。非導電聲學層1336可藉由電極層1335a、佈線層1335b及電絕緣層1337與壓電層1334間隔開。然而，電極層1335a、佈線層1335b及電絕緣層1337對於造成非導電聲學層1336不被視為鄰近於壓電層1334而言不夠厚。在一些實施方案中，電絕緣層1337包括光可成像環氧樹脂。光可成像環氧樹脂可為聚合物材料，其具有等於或小於約150℃、等於或小於約140℃或等於或小於約120℃之固化溫度。舉例而言，光可成像環氧樹脂可包括SU-8。電絕緣層1337可具有約3 μm與約15 μm之間或約5 μm與約10 μm之間的厚度。電絕緣層1337可足夠厚以減小電極層1335a與佈線層1335b之間的電耦合且最小化額外負載。然而，電絕緣層1337足夠薄以確保非導電聲學層1336與壓電層1334之間的聲學耦合。因此，由電絕緣層1337之厚度造成之分離不會太大以致使高Z層(亦即非導電聲學層1336)不再鄰近於壓電層1334 (其可能以其他方式降低超音波之信號強度)。在一些實施方案中，非導電聲學層1336之厚度大體上大於電極層1335a及佈線層1335b中之每一者。在一些實施方案中，非導電聲學層1336之厚度在約5 μm與約50 μm之間、約10 μm與約30 μm之間或約15 μm與約25 μm之間。在一些實施方案中，電極層1335a及佈線層1335b中之每一者之厚度在約5 nm與約3000 nm之間、約10 nm與約2000 nm之間或約100 nm與約1000 nm之間。此厚度範圍在電極層1335a及佈線層1335b包括鋁、鎳、銅或其組合之情況下可為適合的。在一些實施方案中，電極層1335a之厚度在約3 μm與約12 μm之間或約5 μm與約10 μm之間。此厚度範圍在電極層1335a包括銀墨料之情況下可為適合的。在一些實施方案中，非導電聲學層1336包括介電材料，其具有大於約8.0兆瑞利之聲學阻抗值。在一些實施方案中，電極層1335a及佈線層1335b中之一者或兩者包括鋁、鎳、銅或其組合。電極層1335a及佈線層1335b中之每一者可進一步包括其他層，諸如具有鋁、鎳及/或銅之黏著層(例如，TiN)。
圖14及圖15展示根據一些實施方案的具有單獨超音波傳輸器及接收器之可撓性基板上的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。如圖14及圖15中所示將超音波指紋感測器系統之接收器功能與傳輸器功能分開可改善效能及效率，但可能增添超音波指紋感測器系統之複雜度/成本。
圖14展示根據一些實施方案的具有可撓性基板且具有單獨超音波傳輸器及接收器的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。在圖14中，超音波指紋感測器系統1410包括具有複數個感測器電路1412之可撓性基板1411。超音波指紋感測器系統1410包括經組態以產生超音波之超音波傳輸器1423及經組態以接收超音波之超音波接收器1413。超音波接收器1413耦接至且上覆於可撓性基板1411，且超音波傳輸器1423耦接至且上覆於超音波接收器1413。超音波接收器1413包括耦接至可撓性基板1411之壓電接收器層1414及耦接至且上覆於壓電接收器層1414之第一電極層1415。超音波指紋感測器系統1410處於「接收器向上」定向，其中壓電接收器層1414上覆於可撓性基板1411，且第一電極層1415在聲學路徑中。在一些實施方案中，第一電極層1415用作壓電接收器層1414之電極接收器層。超音波傳輸器1423包括壓電傳輸器層1424及耦接至壓電傳輸器層1424之第二電極層1425，其中第二電極層1425上覆於壓電傳輸器層1424。在一些實施方案中，壓電傳輸器層1424在第一電極層1415與第二電極層1425之間，使得金屬化電極可包夾壓電傳輸器層1424且施加電壓以驅動壓電傳輸器層1424。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統1410可經組態以經由諸如環氧樹脂之第一黏著劑1418附接至顯示器1417，且特定言之，超音波傳輸器1423可經組態以經由第一黏著劑1418特定地附接至顯示器1417。在一些實施方案中，FPC (未展示)可耦接至可撓性基板1411。
在一些實施方案中，可撓性基板1411具有約10 μm與約100 μm之間、約25 μm與約75 μm之間或約40 μm之厚度。可撓性基板1411可包括塑膠材料，諸如聚醯亞胺、PET或PEN。可撓性基板1411之厚度及組成可經組態以用於與超音波指紋感測器系統1410聲學耦合。將理解，當襯背層(未展示)安置於可撓性基板1411上且下伏於該可撓性基板時，可減小可撓性基板1411之厚度。在一些實施方案中，可撓性基板1411之厚度可在約5 μm與約50 μm之間。舉例而言，襯背層可包括諸如PET層之塑膠層或諸如銀墨料層之金屬層。在一些實施方案中，壓電接收器層1414及壓電傳輸器層1424各自具有約5 μm與約30 μm之間或約5 μm與約15 μm之間的厚度。壓電接收器層1414經組態以接收超音波之反射，且壓電傳輸器層1424經組態以產生超音波。適合壓電材料之實例包括PVDF或PVDF-TrFE共聚物。
第一電極層1415可為連續的及不分段的。第一電極層1415可在超音波接收器1413之跨距上為連續的。在一些實施方案中，第一電極層1415可耦接至FPC。在一些實施方案中，第一電極層1415具有約3 μm與約12 μm之間或約5 μm與約10 μm之間的厚度。此厚度範圍在第一電極層1415包括銀墨料之情況下為適合的。在一些實施方案中，第一電極層1415具有約5 nm與約3000 nm之間、約10 nm與約2000 nm之間或約100 nm與約1000 nm之間的厚度。此厚度範圍在第一電極層1415包括鋁、銅、鎳或其組合之情況下為適合的。
第二電極層1425可劃分成複數個電極區段。第二電極層1425耦接至且上覆於壓電傳輸器層1424，且第一電極層1415安置於與第二電極層1425相對的壓電傳輸器層1424之一側上。在一些實施方案中，第二電極層1425具有約2 μm與約100 μm之間或約5 μm與約50 μm之間的厚度，且可包括銀墨料、鋁、銅、鎳或其組合。舉例而言，第二電極層1425包括30 μm厚之銀墨料層。在一些實施方案中，第二電極層1425充當具有高聲學阻抗值之層，以提供與超音波指紋感測器系統1410之有效聲學耦合，其中第二電極層1425定位於壓電傳輸器層1424與顯示器1417之間的聲學路徑中。然而，將瞭解，第二電極層1425可包括厚非導電聲學層，諸如具有大於約8.0兆瑞利之聲學阻抗值的介電層；及薄導電層，諸如鋁、銅、鎳或其組合之薄層。
第一電極層1415可或可不劃分成複數個電極區段。第二電極層1425可或可不劃分成複數個電極區段。在一些實施方案中，第一電極層1415之電極區段可對應於第二電極層1425之電極區段。在一些實施方案中，第一電極層1415具有約5 nm與約3000 nm之間、約10 nm與約2000 nm之間或約100 nm與約1000 nm之間的厚度。此厚度範圍在第一電極層1415包括鋁、銅、鎳或其組合之情況下為適合的。在一些實施方案中，勝於包括諸如銀墨料之厚金屬層的第二電極層1425，第二電極層1425可包括FPC及適度厚金屬層，諸如鋁、銅、鎳或其組合。在一些實施方案中，FPC可包括塑膠材料，諸如聚醯亞胺。在一些實施方案中，第二電極層1425之適度厚金屬層具有約5 μm與約50 μm之間或約10 μm與約30 μm之間的厚度，且第二電極層1545之FPC具有約5 μm與約50 μm之間或約10 μm與約30 μm之間的厚度。在一些實施方案中，第二電極層1425充當具有高聲學阻抗值之層，以提供與超音波指紋感測器系統1410之有效聲學耦合，其中第二電極層1425定位於壓電傳輸器層1424與顯示器1417之間的聲學路徑中。
圖15展示根據一些其他實施方案的具有可撓性基板且具有單獨超音波傳輸器及接收器的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。在圖15中，超音波指紋感測器系統1550包括具有複數個感測器電路1552之可撓性基板1551。超音波指紋感測器系統1550包括經組態以產生超音波之超音波傳輸器1563及經組態以接收超音波之超音波接收器1553。超音波指紋感測器系統1550處於「接收器向上」定向，其中超音波接收器1553耦接至且上覆於可撓性基板1551。超音波傳輸器1563在與超音波接收器1553相對的可撓性基板1551之一側上下伏於可撓性基板1551。超音波接收器1553包括耦接至可撓性基板1551之壓電接收器層1554及耦接至且上覆於壓電接收器層1554之電極接收器層1555。電極接收器層1555在處於「接收器向上」定向之聲學路徑中。超音波傳輸器1563包括壓電傳輸器層1564、耦接至且上覆於壓電傳輸器層1564之第一電極傳輸器層1565a及耦接至且下伏於壓電傳輸器層1564之第二電極傳輸器層1565b。壓電傳輸器層1564在第一電極傳輸器層1565a與第二電極傳輸器層1565b之間，使得金屬化電極可包夾壓電傳輸器層1564且施加電壓以驅動壓電傳輸器層1564。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統1550可經組態以經由諸如環氧樹脂之第一黏著劑1558附接至顯示器1557，且特定言之，超音波接收器1553可經組態以經由第一黏著劑1558附接至顯示器1557。在一些實施方案中，超音波傳輸器1563可經組態以經由諸如環氧樹脂之第二黏著劑1568附接至可撓性基板1551。在一些實施方案中，FPC (未展示)可耦接至可撓性基板1551。
在一些實施方案中，可撓性基板1551具有約10 μm與約100 μm之間、約25 μm與約75 μm之間或約40 μm之厚度。可撓性基板1551可包括塑膠材料，諸如聚醯亞胺、PET或PEN。可撓性基板1551之厚度及組成可經組態以用於與超音波指紋感測器系統1550聲學耦合。將理解，當襯背層/間隔物層(未展示)安置於可撓性基板1551上且下伏於該可撓性基板時，可減小可撓性基板1551之厚度。在一些實施方案中，可撓性基板1551之厚度可在約5 μm與約50 μm之間。舉例而言，襯背層/間隔物層可包括諸如PET層之塑膠層或諸如銀墨料層之金屬層。在一些實施方案中，壓電接收器層1554及壓電傳輸器層1564各自具有約5 μm與約30 μm之間或約5 μm與約15 μm之間的厚度。壓電接收器層1554經組態以接收超音波之反射，且壓電傳輸器層1564經組態以產生超音波。適合壓電材料之實例包括PVDF或PVDF-TrFE共聚物。
電極接收器層1555可為連續的及不分段的。電極接收器層1555可在超音波接收器1553之跨距上為連續的。在一些實施方案中，電極接收器層1555可耦接至FPC。在一些實施方案中，電極接收器層1555具有約3 μm與約12 μm之間或約5 μm與約10 μm之間的厚度。此厚度範圍在電極接收器層1555包括銀墨料之情況下為適合的。在一些實施方案中，電極接收器層1555具有約5 nm與約3000 nm之間、約10 nm與約2000 nm之間或約100 nm與約1000 nm之間的厚度。此厚度範圍在電極接收器層1555包括鋁、銅、鎳或其組合之情況下為適合的。
第一電極傳輸器層1565a及第二電極傳輸器層1565b中之一者或兩者可劃分成複數個電極區段。第一電極傳輸器層1565a耦接至且上覆於壓電傳輸器層1564，且第二電極傳輸器層1565b安置於與第一電極傳輸器層1565a相對的壓電傳輸器層1564之一側上。在一些實施方案中，第一電極傳輸器層1565a具有約2 μm與約100 μm之間、約5 μm與約50 μm之間或約10 μm與約40 μm之間的厚度，且可包括銀墨料、鋁、銅、鎳或其組合。舉例而言，第一電極傳輸器層1565a包括30 μm厚之銅層。在一些實施方案中，第一電極傳輸器層1565a充當具有高聲學阻抗值之層，以提供與超音波指紋感測器系統1550之有效聲學耦合，其中第一電極傳輸器層1565a定位於壓電傳輸器層1564與顯示器1557之間的聲學路徑中。然而，將瞭解，第一電極傳輸器層1565a可包括厚非導電聲學層，諸如具有大於約8.0兆瑞利之聲學阻抗值的介電層；及薄導電層，諸如鋁、銅、鎳或其組合之薄層。第一電極傳輸器層1565a鄰近於壓電傳輸器層1564定位，該壓電傳輸器層安置於面向顯示器1557的壓電傳輸器層1564之一側上或上方。在一些實施方案中，第二電極傳輸器層1565b具有約20 μm與約500 μm之間、約50 μm與約300 μm之間或約75 μm與約150 μm之間的厚度，且可包括銀墨料、鋁、銅、鎳或其組合。舉例而言，第二電極傳輸器層1565b包括100 μm厚之銅層。在一些實施方案中，第二電極傳輸器層1565b可充當超音波指紋感測器系統1550之聲學襯背層，以增強與超音波指紋感測器系統1550之聲學耦合。
圖16展示根據一些實施方案的處於「接收器向下」定向且具有下伏於顯示器之可撓性基板的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。在圖16中，超音波指紋感測器系統1610包括具有複數個感測器電路1612之可撓性基板1611。超音波指紋感測器系統1610包括耦接至可撓性基板1611之超音波收發器1613，其中超音波收發器1613經組態以產生且接收超音波。超音波收發器1613包括耦接至可撓性基板1611之壓電層1614及耦接至壓電層1614之電極層1615。超音波指紋感測器系統1610處於「接收器向下」定向，其中超音波收發器1613耦接至且下伏於可撓性基板1611。超音波收發器1613在背對顯示器1617的可撓性基板1611之一側上下伏於可撓性基板1611。電極層1615不在處於「接收器向下」定向的顯示器1617之聲學路徑中。
金屬層1625可定位於超音波指紋感測器系統1610與顯示器1617之間。金屬層1625可上覆於可撓性基板1611且在聲學路徑中。在一些實施方案中，金屬層1625可充當電屏蔽層以防止或以其他方式限制電干擾顯示器1617，尤其在顯示器1617正運作或接通時。在一些實施方案中，金屬層1625可充當具有高聲學阻抗值之層，以確保金屬層1625與壓電層1614之間的聲學耦合。在一些實施方案中，金屬層1625具有約3 μm與約30 μm之間、約5 μm與約30 μm之間或約5 μm與約20 μm之間的厚度。在一些實施方案中，金屬層1625包括銅。金屬層1625可鄰近於壓電層1614定位，該壓電層安置於面向顯示器1617的壓電層1614之一側上或上方。
壓電層1614與金屬層1625之間的分開距離可經最小化以確保較強聲學耦合。在一些實施方案中，在減小可撓性基板1611之厚度的情況下，可最小化分開距離。如此，金屬層1625可鄰近於或接近於壓電層1614。舉例而言，可撓性基板1611之厚度可在約5 μm與約50 μm之間、約10 μm與約50 μm之間或約10 μm與約40 μm之間。可撓性基板1611可包括塑膠材料，諸如聚醯亞胺、PET或PEN。在一些實施方案中，可撓性基板1611包括聚醯亞胺。可撓性基板1611之厚度及組成可經組態以用於與超音波指紋感測器系統1610聲學耦合。在一些實施方案中，FPC (未展示)可耦接至可撓性基板1611。
超音波指紋感測器系統1610可下伏於顯示器1617。壓板、防護玻璃罩、蓋板或外部層(未展示)可安置於顯示器1617上方。顯示器1617可經組態以經由諸如壓敏黏著劑或環氧樹脂之第一黏著劑1618附接至金屬層1625。在一些實施方案中，第一黏著劑1618具有約1 μm與約20 μm之間或約3 μm與約15 μm之間的厚度。金屬層1625可經組態以經由諸如壓敏黏著劑或環氧樹脂之第二黏著劑1628附接至可撓性基板1611。換言之，金屬層1625可經由第二黏著劑1628附接至超音波指紋感測器系統1610。在一些實施方案中，第二黏著劑1628具有約1 μm與約10 μm之間或約1 μm與約5 μm之間的厚度。
在一些實施方案中，壓電層1614具有約5 μm與約30 μm之間或約5 μm與約15 μm之間的厚度。壓電接收器層1614經組態以接收超音波之反射且經組態以產生超音波。適合壓電材料之實例包括PVDF或PVDF-TrFE共聚物。
電極層1615可劃分成複數個電極區段。電極層1615耦接至且下伏於壓電層1614。電極層1615可包括厚金屬層，諸如，如上文所描述之厚銀墨料電極。在一些實施方案中，電極層1615具有約3 μm與約12 μm之間或約5 μm與約10 μm之間的厚度。此厚度範圍在電極層1615包括銀墨料之情況下為適合的。在一些實施方案中，電極層1615具有約5 nm與約3000 nm之間、約10 nm與約2000 nm之間或約100 nm與約1000 nm之間的厚度。此厚度範圍在電極層1615包括鋁、銅、鎳或其組合之情況下為適合的。在此等實施方案中，非導電聲學層可安置於電極層1615上且下伏於該電極層。
在一些實施方案中，襯背層1616安置於電極層1615上且下伏於該電極層。襯背層1616可用以保護超音波收發器1613且/或降低雜訊。在一些實施方案中，襯背層1616可提供光滑表面，諸如等於或小於約5 nm之粗糙度值(就RMS而言)，其中光滑表面降低雜訊。在一些實施方案中，襯背層1616可包括塑膠材料或金屬材料，諸如銀墨料。在一些實施方案中，襯背層1616之厚度可在約2 μm與約40 μm之間、約3 μm與約20 μm之間或約5 μm與約15 μm之間。
如上文所論述，一或多個電極層可鄰近於壓電傳輸器或壓電收發器定位，以驅動用於產生超音波之壓電層。為降低驅動功率，電極層可劃分成複數個電極區段，其中複數個電極區段可藉由電絕緣間隙彼此分開。電極層之分段用以藉由啟用待掃描陣列中之較少區段來降低功耗。如此，可在陣列之一些區段上略過來自壓電傳輸器或收發器之非必需高傳輸器激勵電壓。在一些實施方案中，複數個電極區段可以「條帶」設計分段，如圖17A中所示。在一些實施方案中，複數個電極區段可以「島狀」設計分段，如圖17B中所示。然而，將瞭解，電極區段之佈置不限於圖17A中之「條帶」設計及圖17B中之「島狀」設計，且亦適用其他適合佈置。
圖17A展示根據一些實施方案的具有呈「條帶」設計之分段電極的實例超音波指紋感測器系統之示意圖。電子器件之超音波指紋感測器系統包括具有電絕緣間隙1720之複數個電極區段1710，該等電絕緣間隙使複數個電極區段1710彼此分開。複數個電極區段1710及電絕緣間隙1720覆蓋電子器件之整個或大體上整個顯示器。複數個電極區段1710中之每一者可電連接至控制器或電路晶片1730。電路晶片1730可包括用於將電壓突發或驅動電壓施加至一或多個電極區段1710的ASIC及一或多個共振電路。
複數個電極區段1710可彼此共面或大體上共面。複數個電極區段1710可彼此在表面積上相等或在表面積上大體上相等。複數個電極區段1710可彼此平行或大體上平行。複數個電極區段1710中之每一者可由二維空間中之形狀表徵。在圖17A中，複數個電極區段1710中之每一者在形狀上為矩形，其縱向尺寸(例如，長度)大於橫向尺寸(例如，寬度)。電絕緣間隙1720沿複數個電極區段1710之縱向尺寸將複數個電極區段1710分開。特定言之，電絕緣間隙1720沿顯示器之y尺寸將複數個電極區段1710分開。電絕緣間隙1720中之每一者將複數個電極區段1710分開等於或小於約500 μm、等於或小於約300 μm、等於或小於約200 μm、等於或小於約100 μm或在約10 μm與約100 μm之間的平均間隙距離。複數個電極區段1710可包括至少三個電極區段。如圖17A中所示，複數個電極區段1710由跨越電子器件之y尺寸且由電絕緣間隙1720分開的三個電極區段組成。在一些實施方案中，複數個電極區段1710可為超音波收發器之電極層之部分且安置於壓電收發器層之單側上。在一些實施方案中，複數個電極區段1710可為超音波傳輸器之電極層之部分且安置於壓電傳輸器層之單側上，其中超音波傳輸器與超音波接收器分開。
圖17B展示根據一些實施方案的具有呈「島狀」設計之分段電極的實例超音波指紋感測器系統之示意圖。電子器件之超音波指紋感測器系統包括具有電絕緣間隙1760之複數個電極區段1750，該等電絕緣間隙將複數個電極區段1750彼此分開。複數個電極區段1750及電絕緣間隙1760覆蓋電子器件之整個或大體上整個顯示器。複數個電極區段1750中之每一者可電連接至控制器或電路晶片1780。電路晶片1780可包括用於將電壓突發或驅動電壓施加至一或多個電極區段1750的ASIC及一或多個共振電路。電佈線1770在電路晶片1780與複數個電極區段1750中之每一者之間提供電互連。特定言之，複數個電極區段1750中之每一者藉由電佈線1770之不同線路連接至電路晶片1780。在薄膜堆疊中，呈「島狀」設計之複數個電極區段1750可耦接至壓電層之至少一個側且安置於該至少一個側上，且電佈線1770安置於複數個電極區段1750上方且由電絕緣層分開。舉例而言，光可成像環氧樹脂可將複數個電極區段1750與如圖13中所示之電佈線分開。
複數個電極區段1750可彼此共面或大體上共面。複數個電極區段1750可彼此在表面積上相等或在表面積上大體上相等。複數個電極區段1750可彼此平行或大體上平行。複數個電極區段1750中之每一者可由二維空間中之形狀表徵。在圖17B中，複數個電極區段1750中之每一者在形狀上為正方形，其具有相對均等之橫向尺寸(例如，長度及寬度)。電絕緣間隙1760沿複數個電極區段1750之橫向尺寸將複數個電極區段1710分開。特定言之，電絕緣間隙1760沿顯示器之x尺寸及y尺寸將複數個電極區段1710分開。電絕緣間隙1760中之每一者將複數個電極區段1710分開等於或小於約500 μm、等於或小於約300 μm、等於或小於約200 μm、等於或小於約100 μm或在約10 μm與約100 μm之間的平均間隙距離。可將複數個電極區段1750佈置為顯示器上之陣列。特定而言，可將複數個電極區段1750佈置為電極區段1750之M×N個陣列，其中M及N為整數。複數個電極區段1750可包括至少四個電極區段。如圖17B中所示，複數個電極區段1750由十二個電極區段組成，該等電極區段佈置為3×4陣列且由電絕緣間隙1760分開。在一些實施方案中，複數個電極區段1750可為超音波收發器之電極層之部分且安置於壓電收發器層之單側上。在一些實施方案中，複數個電極區段1750可為超音波傳輸器之電極層之部分且安置於壓電傳輸器層之單側上，其中超音波傳輸器與超音波接收器分開。在一些實施方案中，複數個電極區段1750可為超音波傳輸器之電極層之部分且安置於壓電傳輸器層之相對側上，其中超音波傳輸器與超音波接收器分開。
圖18A至圖18D展示根據一些實施方案的製造超音波指紋感測器系統的實例方法中之階段之截面示意圖，該超音波指紋感測器系統具有呈「島狀」設計之超音波收發器之分段電極。將瞭解，製造超音波指紋感測器系統之方法可包括比圖18A至圖18D中所展示更少、額外或不同的操作。
在圖18A中，設置感測器基板1810。感測器基板1810可包括任何適合可撓性材料，諸如聚醯亞胺；或任何適合剛性材料，諸如玻璃。壓電層1820可耦接至感測器基板1810且安置於該感測器基板上方。壓電層1820可充當經組態以產生且接收超音波的超音波收發器。電極層1830可耦接至壓電層1820且安置於該壓電層上方，其中電極層1830可劃分成複數個電極區段。在一些實施方案中，電極層1830可包括由銅、鋁、鎳或其組合製成之薄導電材料(例如，在約5 nm與約3000 nm之間)。電極區段可在如圖17B中所示之「島狀」設計中分開等於或小於約300 μm、等於或小於約200 μm、等於或小於約100 μm或在約10 μm與約100 μm之間的間隙。
在圖18B中，電絕緣層1840在電極層1830上方形成。在一些實施方案中，電絕緣層1840包括光可成像環氧樹脂。光可成像環氧樹脂可為聚合物材料，其具有等於或小於約150℃、等於或小於約140℃或等於或小於約120℃之固化溫度。舉例而言，光可成像環氧樹脂可包括SU-8。電絕緣層1840可具有約3 μm與約15 μm之間或約5 μm與約10 μm之間的厚度。電絕緣層1840可經圖案化以形成開口，使得可暴露電極層1830之電極區段中之至少一者。
在圖18C中，電佈線層1850在電絕緣層1840上方形成。電佈線層1850可經由開口形成以與電極層1830之電極區段中之至少一者電連接。因此，電佈線層1850填充開口以接觸電極層1830。在一些實施方案中，電佈線層1850由與電極層1830相同之材料形成。在一些實施方案中，電佈線層1850由與電極層1830不同之材料形成。在一些實施方案中，電佈線層1850具有約5 nm與約3000 nm之間、約10 nm與約2000 nm之間或約10 nm與約1000 nm之間的厚度。電佈線層1850為複數個電極區段之佈線提供電路以用於驅動電極區段中之每一者。如此，電極層1830之複數個電極區段可分段成如圖17B中所示的「島狀」設計。
在圖18D中，非導電聲學層1860在電佈線層1850上方形成。非導電聲學層1860可包括介電材料，該介電材料具有大於約8.0兆瑞利之聲學阻抗值。在一些實施方案中，鈍化層(未展示)可在非導電聲學層1860上方形成，以平滑非導電聲學層1860中之粗糙度。在一些實施方案中，鈍化層具有約10 μm與約50 μm之間的厚度，其中粗糙度值(就RMS而言)等於或小於約5 nm。在一些實施方案中，可將鈍化層層壓至非導電聲學層1860上。電絕緣層1840可足夠厚以減小電極層1830與電佈線層1850之間的電耦合且最小化額外負載。然而，電絕緣層1840可足夠薄以確保非導電聲學層1860與壓電層1820之間的有效聲學耦合。因此，由電絕緣層1840之厚度造成之分離不會太大以致使高Z層(亦即非導電聲學層1860)不再鄰近於壓電層1820 (其可以其他方式降低超音波之信號強度)。
圖19A至圖19F展示根據一些實施方案的製造超音波指紋感測器系統的實例方法中之階段之截面示意圖，該超音波指紋感測器系統具有呈「條帶」設計之超音波傳輸器之分段電極。將瞭解，製造超音波指紋感測器系統之方法可包括比圖19A至圖19F中所展示更少、額外或不同的操作。
在圖19A中，設置載體基板1910。載體基板1910可包括任何適合基板材料。FPC 1920可耦接至載體基板1910且安置於該載體基板上方。FPC 1920可包括一或多個介電層、一或多個互連件(例如，跡線、通孔、襯墊)、一或多個共振電路及積體電路(諸如驅動器晶片ASIC)。在一些實施方案中，FPC 1920可包括可撓性材料，諸如聚醯亞胺。第一電極層1930可耦接至FPC 1920且安置於該FPC上方。在一些實施方案中，第一電極層1930可包括厚金屬層(例如，大於約10 μm之厚度)。在一些實施方案中，第一電極層1930可包括銀墨料、銅、鋁、鎳或其組合。在一些實施方案中，第一電極層1930可劃分成複數個第一電極區段。在一些其他實施方案中，第一電極層1930可保持未分段且在壓電層1940之主表面上連續。
在圖19B中，壓電層1940在第一電極層1930上方形成。壓電層1940可充當經組態以產生超音波之超音波傳輸器。第一電極層1930耦接至且下伏於壓電層1940。
在圖19C中，壓電層1940經歷極化，該極化將較強電場施加於壓電層1940上，使得壓電層1940中之電偶極以所要方向定向。
在圖19D中，第二電極層1950在壓電層1940上方形成。第二電極層1950耦接至且上覆於壓電層1940，使得金屬化電極可包夾壓電層1940。在一些實施方案中，第二電極層1950可包括附有高Z層之厚金屬層(例如，大於約10 μm之厚度)或薄金屬層(例如，小於約10 μm之厚度)。在一些實施方案中，第二電極層1950可包括銀墨料、銅、鋁、鎳或其組合。在一些實施方案中，第二電極層1950可劃分成複數個第二電極區段。複數個第二電極區段之間的間隙可能較小或可能較大，此係因為較大間隙在有害影響單獨超音波傳輸器及超音波接收器實施方案中的影像品質方面可能並不如此顯著。因此，第二電極層1950可包括厚銀墨料層。在一些實施方案中，複數個第二電極區段可對準複數個第一電極區段。在第一電極層1930或第二電極層1950未分段之情況下，可對壓電層1940執行如下文所論述之單端驅動以產生超音波。在將第一電極層1930及第二電極層1950兩者劃分成複數個區段之情況下，可對壓電層1940執行如下文所論述之差動驅動。複數個第二電極區段及/或複數個第一電極區段可以如圖17A中所示之「條帶」設計來佈置。
在圖19E中，非導電層1960在第二電極層1950上方形成。非導電層1960亦可在第二電極層1950、壓電層1940及第一電極層1930上方及周圍形成。在一些實施方案中，非導電層1960可包括具有高密度或高Z值，諸如大於約8.0兆瑞利之聲學阻抗值的介電材料。在一些實施方案中，非導電層1960未必具有高密度或高Z值。此可在第二電極層1950具有高Z值之實施方案中成立。舉例而言，非導電層1960包括丙烯酸塗層。在一些實施方案中，非導電層1960可為具有光滑表面之襯背層或鈍化層，其中鈍化層具有約10 μm與約50 μm之間的厚度，其中具有等於或小於約5 nm之粗糙度值(就RMS而言)。
在圖19F中，可移除載體基板1910。移除載體基板1910形成包括以下之超音波傳輸器：FPC 1920、第一電極層1930、壓電層1940、第二電極層1950及非導電層1960。圖19F之超音波傳輸器可附接有超音波接收器(未展示)以形成超音波指紋感測器系統。
圖20A至圖20H展示根據一些實施方案的製造超音波指紋感測器系統的實例方法中之階段之截面示意圖，該超音波指紋感測器系統具有呈「島狀」設計之超音波傳輸器之分段電極。將瞭解，製造超音波指紋感測器系統之方法可包括比圖20A至圖20H中所展示更少、額外或不同的操作。
在圖20A中，設置載體基板2010。載體基板2010可包括任何適合基板材料。FPC 2020可耦接至載體基板2010且安置於該載體基板上方。FPC 2020可包括一或多個介電層、一或多個互連件(例如，跡線、通孔、襯墊)、一或多個共振電路及積體電路(諸如驅動器晶片ASIC)。在一些實施方案中，FPC 2020可包括可撓性材料，諸如聚醯亞胺。第一電極層2030可耦接至FPC 2020且安置於該FPC 2020上方。在一些實施方案中，第一電極層2030可包括厚金屬層(例如，大於約10 μm之厚度)。在一些實施方案中，第一電極層2030可包括銀墨料、銅、鋁、鎳或其組合。在一些實施方案中，第一電極層2030可為連續的及不分段的。在一些其他實施方案中，第一電極層2030可劃分成複數個電極區段。
在圖20B中，壓電層2040在第一電極層2030上方形成。壓電層2040可充當經組態以產生超音波之超音波傳輸器。第一電極層2030耦接至且下伏於壓電層2040。在一些實施方案中，可提供黏著促進劑(未展示)以促進第一電極層2030與壓電層2040之間的黏著力。
在圖20C中，壓電層2040經歷極化，該極化將較強電場施加於壓電層2040上，使得壓電層2040中之電偶極以所要方向定向。
在圖20D中，第二電極層2050在壓電層2040上方形成。第二電極層2050耦接至且上覆於壓電層2040，使得金屬化電極可包夾壓電層2040。在一些實施方案中，第二電極層2050可包括附有高Z層之薄金屬層(例如，小於約10 μm之厚度)。在一些實施方案中，第二電極層2050可包括銅、鋁、鎳或其組合。在一些實施方案中，第二電極層2050具有約5 nm與約3000 nm之間、約10 nm與約2000 nm之間或約10 nm與約1000 nm之間的厚度。在一些實施方案中，第二電極層2050可劃分成複數個電極區段。複數個電極區段之間的間隙可能較小或可能較大，此係因為較大間隙在有害影響單獨超音波傳輸器與超音波接收器實施方案中的影像品質方面可能並不如此顯著。複數個電極區段可分段為如圖17B中所示之「島狀」設計。
在圖20E中，電絕緣層2060在第二電極層2050上方形成。在一些實施方案中，電絕緣層2060包括光可成像環氧樹脂。光可成像環氧樹脂可為聚合物材料，其具有等於或小於約150℃、等於或小於約140℃或等於或小於約120℃之固化溫度。舉例而言，光可成像環氧樹脂可包括SU-8。電絕緣層2060可具有約3 μm與約15 μm之間或約5 μm與約10 μm之間的厚度。電絕緣層2060可經圖案化以形成開口，使得可暴露第二電極層2050之電極區段中之至少一者。
在圖20F中，電佈線層2070在電絕緣層2060上方形成。電佈線層2070可經由開口形成以與第二電極層2050之電極區段中之至少一者電連接。因此，電佈線層2070填充開口以接觸第二電極層2050。在一些實施方案中，電佈線層2070由與第二電極層2050相同之材料形成。在一些實施方案中，電佈線層2070由與第二電極層2050不同之材料形成。在一些實施方案中，電佈線層2070具有約5 nm與約3000 nm之間、約10 nm與約2000 nm之間或約10 nm與約1000 nm之間的厚度。電佈線層2070為複數個電極區段之佈線提供電路以用於驅動電極區段中之每一者。如此，第二電極層2050之複數個電極區段可分段為如圖17B中所示的「島狀」設計。
在圖20G中，非導電聲學層2080在電佈線層2070上方形成。非導電聲學層2080可包括介電材料，該介電材料具有大於約8.0兆瑞利之聲學阻抗值。在一些實施方案中，鈍化層(未展示)可在非導電聲學層2080上方形成以平滑非導電聲學層2080之粗糙度。在一些實施方案中，鈍化層具有約10 μm與約50 μm之間的厚度，其中粗糙度值(就RMS而言)等於或小於約5 nm。在一些實施方案中，可將鈍化層層壓至非導電聲學層2080上。電絕緣層2060可足夠厚以減小第二電極層2050與電佈線層2070之間的電耦合且最小化額外負載。然而，電絕緣層2060可足夠薄以確保非導電聲學層2080與壓電層2040之間的有效聲學耦合。因此，由電絕緣層2060之厚度造成之分離不會太大以致使高Z層(亦即非導電聲學層2080)不再鄰近於壓電層2040 (其可能以其他方式降低超音波之信號強度)。
在圖20H中，可移除載體基板2010。移除載體基板2010形成包括以下之超音波傳輸器：FPC 2020、第一電極層2030、壓電層2040、第二電極層2050、電絕緣層2060、電佈線層2070及非導電聲學層2080。圖20H之超音波傳輸器可附接有超音波接收器(未展示)以形成超音波指紋感測器系統。
如本文中所使用，參考項目之清單「中之至少一者」的片語係指彼等項目之任何組合，包括單一成員。作為一實例，「a、b或c中之至少一者」意欲涵蓋：a、b、c、a-b、a-c、b-c及a-b-c。
結合本文中所揭示之實施方案所描述之各種說明性邏輯、邏輯區塊、模組、電路及演算法程序可實施為電子硬體、電腦軟體或兩者之組合。硬體與軟體之互換性已大體上依據功能性加以描述，且在上文所描述之各種說明性組件、區塊、模組、電路及程序中加以說明。將此功能性實施於硬體抑或軟體中視特定應用及強加於整個系統上之設計約束而定。
用於實施結合本文中所揭示之態樣而描述的各種說明性邏輯、邏輯區塊、模組及電路之硬體及資料處理裝置可藉由通用單晶片或多晶片處理器、數位信號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯器件、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其經設計以執行本文中所描述之功能的任何組合來實施或執行。通用處理器可為微處理器，或任何習知處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器可實施為計算器件之組合，例如DSP與一微處理器、複數個微處理器、一或多個微處理器以及DSP核或任何其他此組態之組合。在一些實施方案中，特定程序及方法可由特定於給定功能之電路來執行。
在一或多個態樣中，所描述之功能可實施於硬體、數位電子電路、電腦軟體、韌體、在本說明書中揭示之結構及其結構等效物或其任何組合中。本說明書中所描述之主題之實施方案可實施為一或多個電腦程式，亦即電腦程式指令之一或多個模組，其在電腦儲存媒體上編碼以用於藉由資料處理裝置執行或控制資料處理裝置之操作。
若以軟體實施，則該等功能可作為一或多個指令或程式碼而儲存於電腦可讀媒體(諸如非暫時性媒體)上或經由電腦可讀媒體傳輸。本文中所揭示的方法或演算法之程序可以可駐留於電腦可讀媒體上之處理器可執行軟體模組來實施。電腦可讀媒體包括電腦儲存媒體及通信媒體兩者，包括可經啟用以將電腦程式自一處傳送至另一處之任何媒體。儲存媒體可為可由電腦存取之任何可用媒體。藉助於實例且非限制，非暫時性媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟儲存器、磁碟儲存器或其他磁性儲存器件，或可用於以指令或資料結構之形式儲存所要程式碼且可由電腦存取之任何其他媒體。另外，可將任何連接恰當地稱為電腦可讀媒體。如本文中所使用，磁碟及光碟包括緊密光碟(compact disc；CD)、雷射光碟、光學光碟、數位多功能光碟(digital versatile disc；DVD)、軟碟及藍光光碟，其中磁碟通常以磁性方式再生資料，而光碟用雷射以光學方式再生資料。以上之組合亦應包括於電腦可讀媒體之範疇內。另外，方法或演算法之操作可作為程式碼及指令之一個或任何組合或集合駐存於機器可讀媒體及電腦可讀媒體上，該等媒體可併入至電腦程式產品中。
本發明中所描述之實施方案之各種修改對於具有一般技術者而言可為顯而易見的，且本文中所界定之一般原理可在不脫離本發明之精神或範疇的情況下應用於其他實施方案。因此，本發明並不意欲限於本文中所展示之實施方案，而應符合與本文中揭示之申請專利範圍、原理及新穎特徵一致的最廣泛範疇。
在單獨實施方案之情況下描述於此說明書中之某些特徵亦可在單一實施方案中以組合形式實施。相反，在單一實施方案之情況下所描述之各種特徵亦可單獨地在多個實施方案中或以任何適合子組合來實施。此外，儘管上文可將特徵描述為以某些組合起作用且甚至最初如此來主張，但來自所主張組合之一或多個特徵在一些情況下可自該組合刪除，且所主張組合可針對子組合或子組合之變化。
類似地，儘管在圖式中以特定次序來描繪操作，但不應將此理解為需要以所展示之特定次序或以順序次序來執行此等操作，或執行所有所說明操作以達成所要結果。在某些情形下，多任務及並行處理可為有利的。此外，不應將在上述實施方案中之各種系統組件之分離理解為需要在所有實施方案中進行此分離，且應理解，所描述之程式組件及系統可大體上在單一軟體產品中整合在一起或經封裝至多個軟體產品中。另外，其他實施方案在以下申請專利範圍之範疇內。在一些情況下，申請專利範圍中所敍述之動作可以不同次序執行且仍達成所要結果。
將理解，除非明確地將特別描述之實施方案中之任一者的特徵鑑別為彼此不相容，或周圍上下文暗示其具有相互排他性且不易於在互補及/或支援意義上組合，否則本發明之全部內容預期且設想彼等互補實施方案之特定特徵可經選擇性組合，以提供一或多個全面但稍許不同的技術解決方案。因此將進一步瞭解，已僅藉助於實例給出以上描述，且詳細修改可在本發明之範疇內進行。
100:行動器件 102:罩殼 104:顯示器 106:麥克風 108:揚聲器 110:按鈕 112:攝影機 114:無線網路介面 116:非無線介面 118:超音波感測系統 200:超音波感測系統 202:感測器系統 204:控制系統 206:介面系統 210:行動器件 212:超音波感測器陣列 214:控制器 216:介面 218:影像處理模組 220:處理器 222:記憶體 224:電力供應器 300:超音波感測系統 302:超音波換能器 304:基板 306:壓板 308:超音波傳輸器 310:超音波接收器 312:手指 314:超音波反射 316:脊線 318:谷紋 422:壓電傳輸器層 424:第一傳輸器電極 426:第二傳輸器電極 432:感測器像素電路 434:基板 436:壓電接收器層 438:像素輸入電極 440:接收器偏壓電極 442:表面 450:超音波收發器陣列 456:壓電收發器層 460:收發器偏壓電極 500:超音波感測器系統 505:手指 510:壓板 515:電極層 520:收發器層 525:可撓性印刷電路 530:感測器外殼 535:腔室 540:感測器基板 545:感測器電路 550:第三黏著劑 555:邊緣密封劑 560:第一黏著劑 565:第二黏著劑 605:顯示器件 610:顯示器 615:手指 625:感測器 650:時間 655:時間 705:顯示器件 710:顯示器 715:手指 725:感測器 805:顯示器件 810:顯示器 825:感測器 900:顯示器件 905:壓板 930:物件 950:聲學路徑 952:超音波 955:多功能膜 965:顯示器 970:感測器基板 972:感測器電路 975:印刷電路 980:壓電層 985:電極層 990:鈍化層 995:超音波感測器系統/超音波指紋感測器系統 1010:超音波指紋感測器系統 1011:剛性基板 1012:感測器電路 1013:超音波收發器 1014:壓電層 1015:電極層 1016:鈍化層 1017:顯示器 1018:黏著劑 1020:超音波指紋感測器系統 1021:剛性基板 1022:感測器電路 1023:超音波接收器 1024:壓電接收器層 1025:電極接收器層 1027:顯示器 1028:第一黏著劑 1029:保護層 1033:超音波傳輸器 1034:壓電傳輸器層 1035a:第一電極傳輸器層 1035b:第二電極傳輸器層 1037:保護層 1038:第二黏著劑 1039:保護層 1120:超音波指紋感測器系統 1121:可撓性基板 1122:感測器電路 1123:超音波收發器 1124:壓電層 1125:電極層 1126:襯背層 1127:顯示器 1128:黏著劑 1129:間隔物層 1130:超音波指紋感測器系統 1220:超音波指紋感測器系統 1221:可撓性基板 1222:感測器電路 1223:超音波收發器 1224:壓電層 1225:電極層 1226:非導電聲學層 1227:顯示器 1228:黏著劑 1229:間隔物層 1330:超音波指紋感測器系統 1331:可撓性基板 1332:感測器電路 1333:超音波收發器 1334:壓電層 1335a:電極層 1335b:佈線層 1336:非導電聲學層 1337:電絕緣層 1338:顯示器 1339:黏著劑 1340:間隔物層 1410:超音波指紋感測器系統 1411:可撓性基板 1412:感測器電路 1413:超音波接收器 1414:壓電接收器層 1415:第一電極層 1417:顯示器 1418:第一黏著劑 1423:超音波傳輸器 1424:壓電傳輸器層 1425:第二電極層 1550:超音波指紋感測器系統 1551:可撓性基板 1552:感測器電路 1553:超音波接收器 1554:壓電接收器層 1555:電極接收器層 1557:顯示器 1558:第一黏著劑 1563:超音波傳輸器 1564:壓電傳輸器層 1565a:第一電極傳輸器層 1565b:第二電極傳輸器層 1568:第二黏著劑 1610:超音波指紋感測器系統 1611:可撓性基板 1612:感測器電路 1613:超音波收發器 1614:壓電層 1615:電極層 1616:襯背層 1617:顯示器 1618:第一黏著劑 1625:金屬層 1628:第二黏著劑 1710:電極區段 1720:電絕緣間隙 1730:電路晶片 1750:電極區段 1760:電絕緣間隙 1770:電佈線 1780:電路晶片 1810:感測器基板 1820:壓電層 1830:電極層 1840:電絕緣層 1850:電佈線層 1860:非導電聲學層 1910:載體基板 1920:可撓性印刷電路(FPC) 1930:第一電極層 1940:壓電層 1950:第二電極層 1960:非導電層 2010:載體基板 2020:可撓性印刷電路(FPC) 2030:第一電極層 2040:壓電層 2050:第二電極層 2060:電絕緣層 2070:電佈線層 2080:非導電聲學層
此說明書中所描述之主題之一或多個實施方案的細節闡述於隨附圖式及以下描述中。其他特徵、態樣及優點將自描述、圖式及申請專利範圍變得顯而易見。應注意，以下圖式之相對尺寸可能未按比例繪製。
各種圖式中之相同參考數字及名稱指示相同元件。
圖1展示包括超音波感測系統的實例行動器件之圖解表示之正視圖。
圖2A展示根據一些實施方案的實例超音波感測系統之組件之方塊圖表示。
圖2B展示包括圖2A之超音波感測系統的實例行動器件之組件之方塊圖表示。
圖3A展示根據一些實施方案的實例超音波感測系統之部分之圖解表示之截面投影圖。
圖3B展示根據一些實施方案的圖3A之實例超音波感測系統之放大截面側視圖。
圖4A展示根據一些實施方案的圖3A至圖3B之實例超音波感測系統之實例組件之分解投影圖。
圖4B展示根據一些實施方案的圖3A至圖3B之超音波感測器系統中之超音波收發器陣列之實例組件之分解投影圖。
圖5展示具有可撓性印刷電路(flexible printed circuit；FPC)的實例壓板下超音波感測器系統之截面視圖。
圖6展示使用其中指紋感測器不在顯示器下方的指紋感測器之一實例。
圖7展示使用根據一些實施方案的其中指紋感測器在顯示器下方的指紋感測器之一實例。
圖8展示根據一些實施方案的其中指紋感測器在顯示器下方且橫跨全部顯示區域的實例顯示器件之影像。
圖9展示根據一些實施方案的包括下伏於顯示器之超音波指紋感測器系統的實例顯示器件之截面示意圖。
圖10A展示處於「接收器向下(receiver down)」定向且具有下伏於顯示器之剛性基板的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。
圖10B展示處於「接收器向上(receiver up)」定向且具有下伏於顯示器之剛性基板的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。
圖11A展示根據一些實施方案的具有下伏於顯示器之可撓性基板的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。
圖11B展示根據一些實施方案的具有下伏於顯示器之具有襯背層之可撓性基板的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。
圖12展示根據一些實施方案的具有可撓性基板及非導電聲學層的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。
圖13展示根據一些實施方案的具有可撓性基板、非導電聲學層及複數個導電層的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。
圖14展示根據一些實施方案的具有可撓性基板且具有單獨超音波傳輸器及接收器的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。
圖15展示根據一些其他實施方案的具有可撓性基板且具有單獨超音波傳輸器及接收器的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。
圖16展示根據一些實施方案的處於「接收器向下」定向且具有下伏於顯示器之可撓性基板的實例超音波指紋感測器系統之截面示意圖。
圖17A展示根據一些實施方案的具有呈「條帶」設計之分段電極的實例超音波指紋感測器系統之示意圖。
圖17B展示根據一些實施方案的具有呈「島狀」設計之分段電極的實例超音波指紋感測器系統之示意圖。
圖18A至圖18D展示根據一些實施方案的製造超音波指紋感測器系統的實例方法中之階段之截面示意圖，該超音波指紋感測器系統具有呈「島狀」設計之超音波收發器之分段電極。
圖19A至圖19F展示根據一些實施方案的製造超音波指紋感測器系統的實例方法中之階段之截面示意圖，該超音波指紋感測器系統具有呈「條帶」設計之超音波傳輸器之分段電極。
圖20A至圖20H展示根據一些實施方案的製造超音波指紋感測器系統的實例方法中之階段之截面示意圖，該超音波指紋感測器系統具有呈「島狀」設計之超音波傳輸器之分段電極。
1120:超音波指紋感測器系統
1121:可撓性基板
1122:感測器電路
1123:超音波收發器
1124:壓電層
1125:電極層
1127:顯示器
1128:黏著劑
1129:間隔物層

Claims (20)

  1. 一種超音波指紋感測器系統，其包含： 一可撓性基板，其具有複數個感測器電路；及 一超音波收發器，其耦接至該可撓性基板，其中該超音波收發器包含： 一壓電層，其經組態以產生超音波且接收超音波之反射；及 一高聲學阻抗層，其鄰近於該壓電層且安置於面向顯示器的該壓電層之一側上或上方，其中該超音波指紋感測器系統下伏於該顯示器且經組態以附接至該顯示器。
  2. 如請求項1之系統，其中該高聲學阻抗層包括耦接至該壓電層之一電極層。
  3. 如請求項2之系統，其中該電極層包括銀墨料。
  4. 如請求項2之系統，其中該電極層劃分成複數個電極區段。
  5. 如請求項1之系統，其中該高聲學阻抗層包括安置於一導電層上之一非導電聲學層，其中該非導電聲學層包括具有大於約8.0兆瑞利之一聲學阻抗值的一介電材料。
  6. 如請求項5之系統，其中該導電結構包括銀墨料。
  7. 如請求項5之系統，其中該導電層包括一金屬層，其中該金屬層具有約10 nm與約2 μm之間的一厚度，其中該金屬層包括鋁、鎳、銅，或其組合。
  8. 如請求項5之系統，其中該超音波收發器進一步包含一佈線層及該非導電聲學層與該壓電層之間的一光可成像環氧樹脂層，其中該光可成像環氧樹脂層包夾於該佈線層與該導電層之間。
  9. 如請求項1之系統，其中該可撓性基板包括聚醯亞胺且具有約25 μm與約75 μm之間的一厚度。
  10. 如請求項1之系統，其中該超音波收發器下伏於該可撓性基板，使得該可撓性基板在該顯示器與該壓電層之間。
  11. 如請求項10之系統，其中該高聲學阻抗層為該可撓性基板與該顯示器之間的一金屬層，其中該可撓性基板具有約5 μm與約50 μm之間的一厚度，其中該金屬層具有約3 μm與約30 μm之間的一厚度。
  12. 如請求項1之系統，其中該超音波收發器上覆於該可撓性基板，使得該壓電層在該可撓性基板與該顯示器之間。
  13. 如請求項12之系統，其進一步包含： 一襯背層，其安置於該可撓性基板上且下伏於該可撓性基板，其中該可撓性基板具有約5 μm與約50 μm之間的一厚度，其中該襯背層具有約5 μm與約50 μm之間的一厚度。
  14. 一種超音波指紋感測器系統，其包含： 一可撓性基板，其具有複數個感測器電路； 一超音波傳輸器，其中該超音波傳輸器包括經組態以產生超音波之一壓電傳輸器層及耦接至該壓電傳輸器層之一電極傳輸器層；及 一超音波接收器，其定位於該可撓性基板與顯示器之間，其中該超音波接收器包括經組態以接收該等超音波之反射的一壓電接收器層及耦接至該壓電接收器層之一電極接收器層，其中該超音波指紋感測器系統經組態以附接至一顯示器。
  15. 如請求項14之系統，其中該超音波傳輸器定位於該超音波接收器與該顯示器之間。
  16. 如請求項14之系統，其中該超音波傳輸器經定位以使得該可撓性基板在該超音波傳輸器與該顯示器之間。
  17. 如請求項14之系統，其中該電極傳輸器層包括銀墨料、鋁、鎳、銅，或其組合。
  18. 如請求項17之系統，其中該電極傳輸器層之一厚度在約2 μm與約100 μm之間。
  19. 如請求項14之系統，其中該可撓性基板包括聚醯亞胺且具有約25 μm與約75 μm之間的一厚度。
  20. 如請求項14之系統，其中該電極接收器層為連續的且該電極傳輸器層劃分成複數個電極區段。
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