[发明专利]超声波传感器阵列

说明书

一种超声波传感器阵列包括多个超声波换能器，每个换能器包括压电构件。所述换能器中的每一个包括驻极体构件，接收(Rx)层被配置为呈现第一d33谐振模式系数以及发射(Tx)层被配置为呈现第二d33谐振模式系数，所述第一系数不同于所述第二系数。所述换能器设置在柔性衬底上。

优先权声明

本申请要求于2019年6月27日提交的题为“ULTRASONIC SENSOR ARRAY”的序列号为16/455,472的美国非临时申请的优先权，该美国非临时申请被转让给了本申请的受让人并在此通过引用明确并入本文。

技术领域

本公开涉及用于生物感测、成像和/或触摸识别的超声波传感器阵列，更具体地，涉及具有超声波换能器的传感器阵列，所述超声波换能器配置有呈现不同机电滞后特性的驻极体材料层、柔性衬底和/或单独的发射和接收层。

背景技术

超声波传感器系统可以使用发射器来产生超声波，并将超声波发送穿过透射介质并且朝向要检测和/或成像的对象。超声波发射器可以可操作地与超声波传感器阵列耦合，该超声波传感器阵列被配置为检测从对象反射的超声波的部分。在遇到超声波脉冲的每个材料界面处，超声波脉冲的一部分可能被反射。在一些实现方式中，可以通过在短时间间隔(例如，小于1微秒)期间启动和停止发射器来产生超声波脉冲。超声波传感器系统可以包括生物传感器，例如指纹或手印传感器和/或其他超声波成像应用。

薄膜压电声学换能器是用于包括生物传感器的此类应用的有吸引力的候选者，该生物传感器例如是指纹传感器、触摸和手势检测设备以及超声波成像设备。压电层可以将由超声波反射引起的振动转换成电输出信号。在一些实现方式中，超声波传感器系统还包括薄膜晶体管(TFT)层，该薄膜晶体管层可以包括传感器像素电路的阵列，而该传感器像素电路可以例如放大由压电层产生的电输出信号。压电层可以包括锆钛酸铅(leadzirconate titanate，PZT)、单晶铌酸铅镁-钛酸铅(single crystal lead magnesiumniobate-lead titanate，PMN-PT)、PZT陶瓷、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)、聚(偏二氟乙烯-共三氟乙烯)(poly(vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene)，PVDF-TrFE)和/或另一种PVDF共聚物中的一种或多种。

在一些应用中，大量换能器元件的二维阵列可以与被配置为用户与之进行交互的显示屏的压板(“盖板”或“盖玻璃”)集成，并设置在该压板的后面或在该压板“下面”。例如，该显示屏可以提供用户触摸界面和/或结合在例如移动电话或平板电脑的个人电子设备中，并且可以包括玻璃、塑料和/或粘合剂层的多层堆叠。

至少对于生物感测以及触摸和手势检测，大面积(例如大于10平方英寸)的传感器阵列和/或柔性阵列是需要的。这种增大面积的传感器阵列可能是便携式设备(例如移动电话和平板电脑)所需要的，尤其是在需要避免物理按钮的应用中。在没有当前公开的技术的情况下，增大面积的传感器阵列表现出更高的电容，并且需要增大的Tx/Rx灵敏度，或者(不利地)需要在10兆赫兹(MHz)或更高频率下操作的高压(100伏)发射器。因此，针对这种传感器阵列的超声波换能器的改进的布置是需要的。

发明内容

本公开的系统、方法和设备各自具有一些创新方面，其中没有单个方面单独对本文公开的期望属性负责。

本公开中描述的主题的一个创新方面涉及一种超声波传感器阵列包括：多个超声波换能器，每个换能器包括压电构件。所述换能器中的每一个包括驻极体构件，接收(Rx)层被配置为呈现第一d33谐振模式系数以及发射(Tx)层被配置为呈现第二d33谐振模式系数，所述第一系数不同于所述第二系数。所述换能器设置在柔性衬底上。

在一些示例中，所述驻极体构件由含氟聚合物构成。

在一些示例中，所述Tx层包括所述压电构件以及所述Rx层包括所述驻极体构件。