TWI668463B - 超音波感測模組及其製作方法、電子裝置 - Google Patents

超音波感測模組及其製作方法、電子裝置 Download PDF

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Abstract

一種超音波感測模組,其包括一壓電層,所述壓電層的一表面上設置有薄膜電晶體陣列;所述壓電層遠離薄膜電晶體陣列的一表面設置有一電極;所述壓電層具有發送和接收感測信號的功能。本發明的超音波感測模組可以在製作過程中減少切割次數,簡化製作流程、降低製作成本並減少超音波感測模組的厚度。

Description

超音波感測模組及其製作方法、電子裝置
本發明涉及一種超音波感測模組及該超音波感測模組的製作方法,本發明還涉及一種應用該超音波感測模組的電子裝置。
電子裝置可以包括感測模組,感測模組已經廣泛地應用於工業、國防、消防、電子等不同領域。根據不同的感測原理,感測模組的類型有很多種,如光學式感測模組,電容式感測模組,物質波式感測模組等。一種典型的物質波式感測模組為超音波感測模組,其通過產生超音波信號並接收被待測物反射回的超音波信號,基於接收到的超音波信號產生感測信號以感測被測物。超音波感測模組利用聲波覆蓋整個用於感測的表面,而被測物會阻斷這些駐波圖樣,此時可檢測出相應的衰減,從而能進行感測操作。
但是習知的超音波感測模組的批量化製作工藝較為複雜且需要較大的成本。以一種超音波感測模組的製作為例,通常是在一具有複數個TFT的母基板兩側分別形成壓電層,母基板的材料以玻璃為主,在切割母基板以形成複數個感測模組時,需分別先切割母基板兩側的壓電層,才能切割母基板,如此需要至少三次切割工藝。此外,得到的超音波感測模組厚度較大,難以滿足電子裝置日益輕薄化的需求。
鑒於此,有必要提供一種低成本的超音波感測模組。
一種超音波感測模組,其包括一壓電層,所述壓電層的一表面上設置有薄膜電晶體陣列;所述壓電層遠離薄膜電晶體陣列的一表面設置有一電極;所述壓電層具有發送和接收感測信號的功能。
本發明還提供一種超音波感測模組的製作方法,包括以下步驟:一種超音波感測模組的製作方法,包括以下步驟:提供一母壓電層,所述母壓電層為壓電材料;在母壓電層上形成複數個薄膜電晶體陣列及在母壓電層與所述複數個薄膜電晶體陣列相對的一表面形成一圖案化的電極材料層,所述母壓電層形成有將母壓電層切割成複數個壓電層的切割位置,兩相鄰的所述薄膜電晶體陣列之間具有一暴露所述切割位置的第一間隙,所述圖案化的電極材料層形成有暴露所述切割位置的第二間隙,所述母壓電層、電極材料層、薄膜電晶體陣列共同構成一層疊體;將所述層疊體沿切割位置切割,形成複數個獨立的超音波感測模組。
此外,本發明還提供一種應用上述超音波感測模組的電子裝置。
相較於習知技術,本發明的超音波感測模組及超音波感測模組的製作方法可以在製作過程中減少切割次數,簡化製作流程並降低製作成本、減小超音波感測模組的厚度。
100‧‧‧電子裝置
10‧‧‧超音波感測模組
1‧‧‧壓電層
2‧‧‧薄膜電晶體
20‧‧‧薄膜電晶體陣列
21‧‧‧閘極
22‧‧‧絕緣層
23‧‧‧通道層
24‧‧‧源極
25‧‧‧汲極
3‧‧‧電極
11‧‧‧母壓電層
31‧‧‧電極材料層
4‧‧‧切割位置
5‧‧‧層疊體
圖1是本發明第一實施例的電子裝置的立體示意圖。
圖2是本發明第一實施例的超音波感測模組的立體示意圖。
圖3是圖2沿III-III線的局部剖面示意圖。
圖4是本發明第二實施例的超音波感測模組的局部剖面圖。
圖5-圖6是本發明第一實施例的超音波感測模組的製作方法的示意圖。
附圖中示出了本發明的實施例,本發明可以通過多種不同形式實現,而並不應解釋為僅局限於這裡所闡述的實施例。相反,提供這些實施例是為了使本發明更為全面和完整的公開,並使本領域的技術人員更充分地瞭解本發明的範圍。為了清晰可見,在圖中,層和區域的尺寸被放大了。本實施例以指紋識別模組為例進行說明,但是,並不僅限於指紋識別模組,在其他的實施例中,本發明的超音波感測模組可以為適用於本技術方案的其他類型的超音波感測模組。具體地,以下將以指紋識別模組為例說明本發明的超音波感測模組的具體實施例。
請一併參考圖1及圖2,圖1是第一實施例的電子裝置100的立體示意圖,圖2是本發明第一實施例的超音波感測模組的立體示意圖。電子裝置100包括一超音波感測模組10,在本實施例中,超音波感測模組10為一指紋識別模組。在其他實施例中,超音波感測模組10可以根據裝置的不同而具有不同的功能和結構。電子裝置100可以為智慧手機、平板電腦等等。在本實施例中,電子裝置100包括超音波感測模組10和信號傳輸模組(圖未示),超音波感測模組10用於識別放置在電子裝置100上的使用者手指的指紋,並形成對應使用者指紋的圖像資訊傳送至該信號傳輸模組,該信號傳輸模組 將接收到的來自所述超音波感測模組10的所述圖像資訊輸出至外部其他功能性模組,例如圖像顯示模組等(圖未示)。
請一併參考圖2及圖3,圖3是圖2沿III-III線的局部剖面示意圖(圖中省略了蓋板、外殼等元件)。超音波感測模組10包括一壓電層1,所述壓電層1一表面設置有複數個呈矩陣排列的薄膜電晶體2(Thin Film Transistor,TFT),該複數個矩陣排列的薄膜電晶體2形成薄膜電晶體陣列20。每一薄膜電晶體2包括形成於壓電層1一側上的閘極21、覆蓋閘極21的絕緣層22以及形成於絕緣層22上的通道層23,每一薄膜電晶體2還包括形成於通道層23遠離壓電層1一側的源極24和汲極25。優選的,所述薄膜電晶體2為有機薄膜電晶體(Organic Thin Film Transistor,OTFT)。採用有機薄膜電晶體可使超音波感測模組10得以在低溫的操作條件下製作。所述壓電層1的遠離薄膜電晶體陣列20的一表面設置有一電極3。
在本實施例中,壓電層1為壓電材料。優選地,所述壓電層1的材料可選自聚二氟亞乙烯(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)及鋯鈦酸鉛壓電陶瓷(piezoelectric ceramic transducer,PZT)中的至少一種,但不限於此。在本實施例中,壓電層1為聚二氟亞乙烯。
所述電極3可選自氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene),PEDOT)、碳納米管(Carbon Nanotube,CNT)、銀納米線(Ag nano wire,ANW)以及石墨烯(graphene)中的一種,但不以此為限。
在本實施例中,所述薄膜電晶體2為有機薄膜電晶體,具體地,所述薄膜電晶體2的通道層23為有機半導體材料,如並五苯(Pentacene)。所述有機薄膜電晶體可以為頂柵型有機薄膜電晶體,但不限於此,所述有機薄膜電晶體也可以為底柵型有機薄膜電晶體(圖未示)。
優選地,壓電層1採用柔性的壓電薄膜,如聚二氟亞乙烯薄膜,此時所述超音波感測模組10為柔性的超音波感測模組,使得超音波感測模組10還可以應用於其他柔性電子裝置或者3D(3 Dimensions)電子裝置中。優選地,所述壓電層1、薄膜電晶體陣列20、電極3均為透明的,所述壓電層1、薄膜電晶體陣列20、電極3的透光度均大於95%。此時,所述超音波感測模組10為透明的,所述超音波感測模組10的透光度大於95%。
所述壓電層1不僅作為薄膜電晶體陣列20的承載基底,還同時兼具感測信號的發送與接收功能。具體地,可以通過一驅動IC(圖未示)控制壓電層1在不同時段中分別進行感測信號的發送與接收。
所述超音波感測模組10工作時,電極3和薄膜電晶體2中的導電元件或者線路(圖未示)之間形成電勢差,比如,電極3可以和薄膜電晶體2中的畫素電極(圖未示)之間形成電勢差等等。在本實施例中,電極3和薄膜電晶體2中的畫素電極之間形成電勢差。所述壓電層1在該電勢差的作用下產生振動從而發出超音波。當手指放置在電子裝置100上面時,所述超音波被手指反射至壓電層1,受手指指紋上凹和脊的形狀影響,被反射的超音波發生相應的變化,所述壓電層1將接收到的超音波轉化為電信號,並將所述電信號直接傳遞至所述薄膜電晶體陣列,通過薄膜電晶體陣列對所述電信號進行處理,以利於計算中心(圖未示)將該經處理的電信號轉化為指紋的灰度圖像,最終獲得指紋圖像。
請參考圖4,圖4是本發明第二實施例的超音波感測模組的局部剖面示意圖,在本實施例中,為了描述方便,沿用第一實施例的元件符號,與第一實施例的超音波感測模組10具有相同的結構和功能的元件在此不再累述。 在本實施例中,超音波感測模組10包括一壓電層1,所述壓電層1上設置有複數個矩陣排列的薄膜電晶體2(Thin Film Transistor,TFT)。與第一實施例的超音波感測模組10的區別在於:每一薄膜電晶體2包括形成於壓電層1一表面上的閘極21、絕緣層22、源極24、汲極25和通道層23,所述通道層23設置於源極24、汲極25遠離壓電層1的一側。優選的,該薄膜電晶體2為有機薄膜電晶體(Organic Thin Film Transistor,OTFT)。該複數個呈矩陣排列的薄膜電晶體2形成薄膜電晶體陣列。所述壓電層1的遠離薄膜電晶體2的一表面設置有一電極3。
第二實施例的超音波感測模組10工作時,電極3和薄膜電晶體2中的導電元件或者線路(圖未示)之間形成電勢差,比如,電極3可以和薄膜電晶體2中的畫素電極(圖未示)之間形成電勢差等等。在本實施例中,電極3和薄膜電晶體2中的畫素電極之間形成電勢差。所述壓電層1在該電勢差的作用下產生振動從而發出超音波。當手指放置在電子裝置100上面時,所述超音波被手指反射至壓電層1,受手指指紋上凹和脊的形狀影響,被反射的超音波發生相應的變化,所述壓電層1將接收到的超音波轉化為電信號,並將所述電信號直接傳遞至所述薄膜電晶體陣列,通過薄膜電晶體陣列對所述電信號進行處理,以利於計算中心(圖未示)將該經處理的電信號轉化為指紋的灰度圖像,最終獲得指紋圖像。
圖5到圖6為本發明實施例提供的超音波感測模組10的製作方法。超音波感測模組10的製造方法包括如下步驟:
步驟一:請參考圖5,提供一母壓電層11,所述母壓電層11為壓電材料;在母壓電層11的一表面形成所述複數個薄膜電晶體陣列20,及在母壓電層11與所述複數個薄膜電晶體陣列20相對的一表面形成一圖案化的電極材料層31。所述圖案化的電極材料層31包括複數個間隔設置的電極3,每 一薄膜電晶體陣列20與一電極3一一對應。所述母壓電層11形成有將母壓電層11切割成複數個壓電層1的切割位置4,兩相鄰薄膜電晶體陣列20之間具有一暴露切割位置4的第一間隙(圖未示),所述圖案化的電極材料層31形成有暴露切割位置4的第二間隙(圖未示)。所述電極材料層31可以以絲網印刷的方式形成於母壓電層11上,但不限於此。上述母壓電層11、電極材料層31、薄膜電晶體陣列20共同構成一層疊體5。
步驟二:請參考圖6,將上述層疊體5沿切割位置4切割,形成複數個獨立的超音波感測模組10。如此,只需切到母壓電層11,而層疊體5的其他層(如電極材料層31、薄膜電晶體陣列20)不會被切。在本實施例中,由於母壓電層11可同時作為感測信號的發送、接收的元件及薄膜電晶體陣列20的基板,無需在薄膜電晶體陣列20的基板兩側再形成包括壓電材料的信號發送層和信號接收層形成多層結構,在切割層疊體5時,僅需一道切割工藝,對母壓電層11進行切割,便可以形成複數個獨立的超音波感測模組10。可以減少超音波感測模組10製作過程中切割的次數,簡化製作工序、降低製作成本並且降低超音波感測模組10的厚度。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制,儘管參照較佳實施對本發明進行了詳細說明,本領域的普通技術人員應當理解,可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換,而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。

Claims (9)

  1. 一種超音波感測模組,其包括一壓電層,其改良在於:所述壓電層的一表面上設置有薄膜電晶體陣列;所述壓電層遠離薄膜電晶體陣列的一表面設置有一電極;所述壓電層具有發送和接收感測信號的功能;所述薄膜電晶體陣列包括複數個陣列排布的薄膜電晶體,每一薄膜電晶體包括畫素電極,該畫素電極與所述電極之間形成電勢差。
  2. 如請求項1所述的超音波感測模組,其中:所述壓電層為一壓電薄膜。
  3. 如請求項1所述的超音波感測模組,其中:所述壓電層的材料為聚二氟亞乙烯。
  4. 如請求項1所述的超音波感測模組,其中:所述超音波感測模組的透光率大於95%。
  5. 如請求項1所述的超音波感測模組,其中:所述壓電層、薄膜電晶體陣列、電極的透光率均大於95%。
  6. 如請求項1所述的超音波感測模組,其中:所述薄膜電晶體包括一通道層,所述通道層的材料為有機半導體。
  7. 一種超音波感測模組的製作方法,包括以下步驟:提供一母壓電層,所述母壓電層為壓電材料;在母壓電層上形成複數個薄膜電晶體陣列及在母壓電層與所述複數個薄膜電晶體陣列相對的一表面形成一圖案化的電極材料層,所述母壓電層形成有將母壓電層切割成複數個壓電層的切割位置,兩相鄰的所述薄膜電晶體陣列之間具有一暴露所述切割位置的第一間隙,所述圖案化的電極材料層形成有暴露所述切割位置的第二間隙,所述母壓電層、電極材料層、薄膜電晶體陣列共同構成一層疊體; 將所述層疊體沿切割位置切割,形成複數個獨立的超音波感測模組。
  8. 如請求項7所述的超音波感測模組的製作方法,其中:所述電極材料層通過絲網印刷的方式形成。
  9. 一種電子裝置,其包括請求項1~6任一項所述的超音波感測模組。
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