TWI843794B - 具有電性非導電聲學層之超音波指紋感測器 - Google Patents

Abstract

本發明之一種超音波指紋感測器系統可具備一厚電性非導電聲學層及耦接至一超音波發射器或收發器之一壓電層的薄電極層。該厚電性非導電聲學層可具有一高密度或高聲學阻抗值，且可鄰近於該壓電層。該薄電極層可分成電極區段。該超音波指紋感測器系統可使用可撓性或剛性基板，且可使用一超音波收發器或與一超音波接收器分離之一超音波發射器。

Description

具有電性非導電聲學層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，且更特定而言，係關於包括電性非導電聲學層之超音波指紋感測器系統。

在超音波感測器系統中，可使用超音波發射器以經由超音波發射介質且朝向待偵測之物件發送超音波。發射器可操作性地與超音波感測器耦接，該超音波感測器經組態以偵測超音波之自物件反射的部分。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發射器來產生。在超音波脈衝遭遇之每一材料界面處，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內容背景下，超音波可行進穿過可供置放個人之手指的壓板以獲得指紋影像。在穿過壓板之後，超音波之一些部分遭遇與壓板接觸之皮膚，例如指紋脊紋，而超音波之其他部分遭遇空氣，例如指紋之鄰近脊紋之間的谷紋，且可以不同強度朝向超音波感測器反射回。與手指相關聯之所反射信號可經處理且轉換為表示所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類所反射信號時，此類信號之數位值可用以例如藉由將數位值轉換為影像來產生分佈式區域上之信號強度的圖形顯示，藉此產生指紋之影像。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器。在一些實施方案中，偵測到之信號強度可映射成手指之等高線圖，該等高線圖表示脊紋結構細節之深度。

超音波感測器系統可作為指紋感測器系統併入顯示裝置中以鑑認使用者。顯示裝置之進步已產生可撓性顯示器、三維覆蓋玻璃及無槽框設計。因此，愈來愈多之顯示裝置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裝置之顯示器周邊。玻璃下及顯示器下指紋感測器系統可為顯示裝置提供額外功能性及空間，且可開啟額外鑑認軟體應用程式以用於改良使用者介面。

本發明之裝置、系統及方法各自具有若干態樣，該等態樣中之單個態樣皆不單獨負責本文中所揭示之合乎需要的屬性。

本發明之主題的一個態樣可實施於超音波指紋感測器系統中。該超音波指紋感測器系統包括：基板，其具有複數個感測器電路；該基板上方之超音波收發器，其包括經組態以產生超音波之壓電層；電性非導電高聲學阻抗層，其鄰近於壓電層且在壓電層上方；及一或多個電性導電層，其處於壓電層與電性非導電高聲學阻抗層之間。該電性非導電高聲學阻抗層之厚度實質上大於一或多個電性導電層中之每一者的厚度。

在一些實施方案中，該電性非導電高聲學阻抗層包括介電材料，其具有大於約8.0兆瑞利(MRayls)之聲學阻抗值。在一些實施方案中，一或多個電性導電層包括安置於壓電層上之電極層，其中該電極層包括複數個電極區段。在一些實施方案中，複數個電極區段中之鄰近區段之間的平均間隙距離等於或小於約200 μm。在一些實施方案中，複數個電極區段經配置為具有電性絕緣間隙之條帶，該等電性絕緣間隙沿著超音波指紋感測器系統之側向尺寸分離複數個電極區段。在一些實施方案中，複數個電極區段經配置為具有電性絕緣間隙之2維島狀物之陣列，該等電性絕緣間隙沿著超音波指紋感測器系統之正交於彼此的側向尺寸分離2維島狀物。在一些實施方案中，一或多個電性導電層中之每一者的厚度介於約10 nm與約2 μm之間。在一些實施方案中，一或多個電性導電層中之每一者包括鋁、鎳、銅或其組合。在一些實施方案中，該基板為可撓性基板，且該電性非導電高聲學阻抗層定位於壓電層與顯示器之間的超音波之聲學路徑中，該超音波指紋感測器系統經組態以附接至顯示器。在一些實施方案中，該基板為剛性基板，且該電性非導電高聲學阻抗層定位於基板之面向顯示器的相對側上，該超音波指紋感測器系統經組態以附接至顯示器。

本發明中所描述之主題的另一創新態樣可實施於超音波指紋感測器系統中。該超音波指紋感測器系統包括：基板，其具有複數個感測器電路；及超音波發射器，其包括經組態以產生超音波之壓電發射器層；電性非導電高聲學阻抗層，其鄰近於壓電發射器層；及第一電性導電層，其處於電性非導電高聲學阻抗層與壓電發射器層之間。該電性非導電高聲學阻抗層之厚度實質上大於第一電性導電層中之厚度。該超音波指紋感測器系統進一步包括超音波接收器，其中該超音波接收器包括經組態以接收超音波之反射的壓電接收器層。

在一些實施方案中，該電性非導電高聲學阻抗層包括介電材料，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，第一電性導電層包括複數個電極區段。在一些實施方案中，超音波發射器進一步包括在壓電發射器層之與第一電性導電層相對的側上之第二電性導電層。在一些實施方案中，第二電性導電層包括複數個電極區段且第一電性導電層在超音波發射器之跨度上為連續的，其中第二電性導電層具有實質上大於第一電性導電層之厚度的厚度。在一些實施方案中，第一電性導電層之厚度介於約10 nm與約2 μm之間。在一些實施方案中，第一電性導電層包括鋁、鎳、銅或其組合。在一些實施方案中，該基板為剛性基板，且該超音波接收器在基板上方，且該超音波發射器下伏於該基板，其中該電性非導電高聲學阻抗層處於壓電發射器層與基板之間。在一些實施方案中，該基板為可撓性基板，且該超音波接收器在基板上方，且該超音波發射器在超音波接收器上方，其中該電性非導電高聲學阻抗層在壓電發射器層上方。

根據35 U.S.C. §119主張優先權

本專利申請案主張2019年1月18日申請之題為「具有電性非導電聲學層之超音波指紋感測器(ULTRASONIC FINGERPRINT SENSOR WITH ELECTRICALLY NONCONDUCTIVE ACOUSTIC LAYER)」的非臨時申請案第16/252,408號之優先權，該案已讓渡給本發明之受讓人且據此以引用之方式明確地併入本文中。

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，本文中之教示可按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裝置、設備或系統中。此外，預期到，所描述實施方案可包括於諸如但不限於以下各者之多種電子裝置中或與其相關聯：行動電話、具備多媒體網際網路能力之蜂巢式電話、行動電視接收器、無線裝置、智慧型手機、智慧卡、可穿戴式裝置(諸如，手鐲、臂帶、腕帶、戒指、頭帶及貼片等)、Bluetooth®裝置、個人資料助理(PDA)、無線電子郵件接收器、手持型或攜帶型電腦、迷你筆記型電腦、筆記型電腦、智慧筆記型電腦、平板電腦、印表機、影印機、掃描器、傳真裝置、全球定位系統(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、腕錶、時鐘、計算器、電視監視器、平板顯示器、電子閱讀裝置(例如，電子閱讀器)、行動健康裝置、電腦監視器、汽車顯示器(包括里程表及速度計顯示器等)、座艙控制器及/或顯示器、攝影機視圖顯示器(諸如，載具中之後視攝影機之顯示器)、電子相片、電子廣告牌或標識、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、攜帶型記憶體晶片、洗衣機、乾衣機、洗衣機/乾衣機、自動櫃員機(ATM)、停車計時器、封裝(諸如，在包括微機電系統(MEMS)應用之機電系統(EMS)應用以及非EMS應用中)、美學結構(諸如，一件珠寶或服裝上之影像的顯示)及多種EMS裝置。本文中之教示亦可用於諸如但不限於以下各者之應用中：電子開關裝置、射頻濾波器、感測器、加速度計、陀螺儀、運動感測裝置、磁力計、用於消費型電子裝置之慣性組件、消費型電子裝置產品之零件、可變電抗器、液晶裝置、電泳裝置、驅動方案、製造程序及電子測試設備。因此，該等教示並不意欲限於僅在圖式中描繪之實施方案，而實情為，具有如一般熟習此項技術者將容易顯而易見之廣泛適用性。

指紋感測器系統可能在鑑認電子裝置之使用者時適用且有效。基於電容之指紋感測器可能需要電磁信號，該等電磁信號可能會干擾顯示器之電功能。在顯示器內產生或傳送之信號連同相關聯之導電跡線一起可降低電容式指紋感測能力。基於光學之指紋系統在顯示裝置包括光阻擋層或大量金屬跡線之情況下可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經掃描指紋之詳細再現。用於指紋掃描之基於超音波之指紋感測器可併入顯示裝置中。基於超音波之指紋感測器可經由電屏蔽層及光阻擋層發射及接收超音波。因此，指紋之超音波成像可基本上不受各種顯示器類型中之小特徵、觸控式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(OLED)顯示器或主動矩陣有機發光二極體(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被稱作可撓性OLED顯示器之塑膠有機發光二極體(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、曲面覆蓋玻璃及新興的2.5維或3維顯示器一起使用。

本發明之超音波指紋感測器系統可具備鄰近於壓電層之電性非導電聲學層。該電性非導電聲學層為高密度層，其提供與超音波發射器或收發器之壓電層的聲學耦合。以彼方式，超音波可傳播且經反射之超音波可藉由超音波指紋感測器系統在具有最小聲學干擾之情況下偵測到。諸如分成複數個電極區段之電極層的電性導電層安置於壓電層上且定位於電性非導電聲學層與壓電層之間。相較於電性導電層，該電性非導電聲學層極厚。替代使用鄰近於壓電層之極厚金屬電極，其中極厚金屬電極可導致電極區段之間的非想要的大間隙，本發明提供與極薄電性導電層組合之極厚電性非導電聲學層，其中極薄電性導電層可沈積為在電極區段之間具有顯著較小間隙。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統包括諸如可撓性基板(例如，聚醯亞胺基板)或剛性基板(例如，玻璃基板)之基板。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統包括超音波收發器，或超音波指紋感測器系統包括與超音波接收器分離之超音波發射器。

可實施本發明中所描述之主題的特定實施方案以實現以下潛在優點中之一或多者。併入電性非導電聲學層會提供具有高密度及/或高聲學阻抗之層，以增強超音波指紋感測器系統中之聲學耦合，藉此限制由於聲學干擾之失真且增強影像品質。極厚電性非導電聲學層具備分成複數個電極區段之極薄電性導電層，其中複數個電極區段具有小間隙。分成複數個電極區段會減小發射器電容，此減小驅動超音波發射器/收發器所需之電壓。此減小待供應至超音波指紋感測器系統之所需峰值電流。此外，相比於具有大間隙，在電極區段之間具有小間隙藉由最少化影像不連續性及假影來改善影像品質。在一些實施方案中，使用可撓性基板允許將超音波指紋感測器系統設置於顯示器中超出用於指紋掃描之局部小區域。此使得能夠在大得多的區域上且甚至在顯示器之整個顯示區域上進行超音波指紋感測，藉此實現顯示器上任何處之手指的持續使用者鑑認及驗證。因此，使用可撓性基板允許較大感測器作用區域，其增加顯示裝置之顯示區域的功能性，改善效能，允許感測器置放之更多靈活性且提供較佳使用者體驗。此外，較大感測器作用區域可藉由掃描額外手指、掌紋或手紋來添加更多鑑認等級。具有可撓性基板會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裝置、三維顯示器及曲面顯示器中以獲得額外功能性。

圖1展示包括超音波感測系統之實例行動裝置100的圖解表示。行動裝置100可表示例如各種攜帶型計算裝置，諸如蜂巢式電話、智慧型手機、智慧型手錶、多媒體裝置、個人遊戲裝置、平板電腦及膝上型電腦外加其他類型之攜帶型計算裝置。然而，本文中所描述之各種實施方案在應用上並不限於攜帶型計算裝置。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裝置及系統中，諸如應用於電腦監視器、電視顯示器、資訊站(kiosk)、載具導航裝置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上並不限於包括顯示器之裝置。

行動裝置100通常包括殼體(亦被稱作「外殼」或「機殼」) 102，各種電路、感測器及其他電組件駐留於該殼體內。在所說明之實例實施方案中，行動裝置100亦包括觸控式螢幕顯示器(在本文中亦被稱作「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至顯示器中或與顯示器整合。顯示器104可通常表示使用多種合適顯示技術中之任一者的多種合適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(LED)顯示器、有機LED (OLED)顯示器、液晶顯示器(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(UI)系統使用的另一類型之顯示器。

行動裝置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之各種其他裝置或組件。舉例而言，行動裝置100可包括一或多個麥克風106、一或多個揚聲器108及在一些狀況下之一或多個至少部分機械式按鈕110。行動裝置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)及一或多個非無線介面116 (例如，通用串列匯流排(USB)介面或HDMI介面)。

行動裝置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。通常，如圖1中所展示，超音波感測系統118可充當觸敏式控制按鈕。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超音波感測系統整合之機械或電性壓敏式系統來實施。換言之，由超音波感測系統118佔用之區可充當用以控制行動裝置100之使用者輸入按鈕以及啟用諸如使用者鑑認特徵之安全特徵的指紋感測器兩者。在一些實施方案中，如本文中所描述，超音波感測系統118可定位於顯示器之覆蓋玻璃下方或顯示器自身之一部分下方。在一些實施方案中，如本文中所描述，超音波感測系統118可定位於至少顯示器自身之基本全部下方，藉此允許感測器之作用區域橫跨整個顯示器。在一些實施方案中，超音波感測系統118可定位於行動裝置殼體102之側壁上或背側上。

圖2A展示根據一些實施方案之實例超音波感測系統200之組件的方塊圖表示。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，該資料可用以獲得物件簽名，例如人類手指之指紋。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到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，其能夠將諸如原始或經處理所量測影像資料之資料傳輸至超音波感測系統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，將該資料發送至在超音波感測系統外部之各種組件、裝置或其他系統，或自該等各種組件、裝置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的實例行動裝置210之組件的方塊圖表示。舉例而言，行動裝置210可為展示於以上圖1中且參看圖1所描述之行動裝置100之方塊圖表示。行動裝置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。雖然將控制器214展示及描述為單個組件，但在一些實施方案中，控制器214可共同地指彼此電通信之兩個或多於兩個相異控制單元或處理單元。在一些實施方案中，控制器214可包括以下各者中之一或多者：通用單晶片或多晶片處理器、中央處理單元(CPU)、數位信號處理器(DSP)、應用程式處理器、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裝置(PLD)、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，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、韌體及軟體之任何合適組合。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，儀表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(ADC)、被動濾波器或主動類比濾波器外加其他者。在一些實施方案中，此類電路或電路組件中之一或多者可整合於控制器214內，例如，其中控制器214實施為系統單晶片(SoC)或系統級封裝(SIP)。在一些實施方案中，此類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電路或電路組件中之一或多者執行的一或多個操作可替代地由一或多個軟體模組執行，該一或多個軟體例如在控制器214之處理單元中(諸如，通用處理器或DSP中)執行。在一些實施方案中，影像處理模組218或其部分可用軟體實施，該軟體可在諸如與行動裝置210相關聯之處理器220的應用程式處理器上執行。應用程式處理器可具有用於應用程式處理器(有時被稱作「信任分區」)內之生物測定影像資料之安全處理的專用共處理器及/或軟體模組。

在一些實施方案中，除超音波感測系統200以外，行動裝置210可包括分開之處理器220、記憶體222、介面216及電源供應器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，且行動裝置210之處理器220可控制行動裝置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。在一些此類實施方案中，控制器214可將包括例如原始或經處理影像資料(亦被稱作「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。在一些此類實施方案中，因為控制器214之功能可藉由行動裝置210之處理器220執行，所以可能不需要用於超音波感測系統200之分開之控制器214。

取決於實施方案，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所量測影像資料、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經改進影像資料。記憶體222可儲存處理器可執行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(或使得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的任一者。亦應理解，記憶體222可共同地指一或多個記憶體裝置(或「組件」)。舉例而言，取決於實施方案，控制器214可存取不同於處理器220之記憶體裝置中的資料且將資料儲存於該記憶體裝置中。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，諸如一種類型之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接收的資料。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判定的資料。介面216可共同地指一或多種類型之一或多個介面。在一些實施方案中，介面216可包括用於自諸如抽取式記憶體裝置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可包括使得能夠將原始或經處理資料傳送至外部計算裝置、系統或伺服器以及使得能夠自外部計算裝置、系統或伺服器接收資料之一或多個無線網路介面或一或多個有線網路介面。

電源供應器224可將電力提供至行動裝置210中之組件中的一些或全部。電源供應器224可包括多種能量儲存裝置中之一或多者。舉例而言，電源供應器224可包括可再充電電池組，諸如鎳鎘電池組或鋰離子電池組。另外或替代地，電源供應器224可包括一或多個超級電容器。在一些實施中，電源供應器224可為使用自例如壁式插座(或「電源插座」)或與行動裝置210整合之光伏打裝置(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，電源供應器224可為可無線充電的。電源供應器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」係指以下各者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裝置的分開之處理器(例如，處理器220)。換言之，下文描述為由處理器單元執行或使用處理單元執行的操作可藉由以下各者中之一或多者執行：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裝置的分開之處理器。

圖3A展示根據一些實施方案之實例超音波感測系統300之一部分的圖解表示之橫截面投影圖。圖3B展示根據一些實施方案之圖3A之實例超音波感測系統300的放大橫截面側視圖。舉例而言，超音波感測系統300可實施參看圖1所描述之超音波感測系統118或參看圖2A及圖2B所展示及描述之超音波感測系統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「覆蓋玻璃」) 306之超音波換能器302。超音波換能器302可包括超音波發射器308及超音波接收器310中之一者或兩者。

超音波發射器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之上表面上的人類手指312發射超音波。在一些實施方案中，更具體而言，超音波發射器308可經組態以產生超音平面波且朝向壓板306發射該等超音平面波。舉例而言，超音波發射器308之壓電材料可經組態以將由超音波感測系統之控制器提供之電信號轉換成掃描頻率下之連續或脈衝式超音平面波序列。在一些實施方案中，超音波發射器308包括壓電材料層，諸如聚偏二氟乙烯(PVDF)或PVDF共聚物，諸如PVDF-TrFE。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發射器308及/或超音波接收器310中。在一些實施方案中，超音波發射器308及/或超音波接收器310可另外或替代地包括諸如電容式微機械加工型超音波換能器(CMUT)之電容式超音波裝置或諸如壓電式微機械加工型超音波換能器(PMUT，亦被稱作「壓電式微機械超音波換能器」)的壓電式超音波裝置。

超音波接收器310通常經組態以偵測由超音波發射器308所發射之超音波與界定正被掃描之手指312之指紋的脊紋316及谷紋318之相互作用引起的超音波反射314。在一些實施方案中，超音波發射器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可上覆於超音波發射器308 (如在下文描述之圖4A中所展示)。超音波接收器310可經組態以產生及輸出對應於偵測到之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發射器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合適的壓電材料，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(TFT)層。在一些此類實施方案中，TFT層可包括感測器像素電路陣列，其經組態以放大或緩衝由超音波接收器310之壓電層產生的電輸出信號。由感測器像素電路陣列提供之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，鑑認與指紋相關聯之使用者。在一些實施方案中，單個壓電層可充當超音波發射器308及超音波接收器310 (如下文描述之圖4B中所展示)，且在下文中可被稱作超音波收發器。在一些實施方案中，基板304可為玻璃、塑膠或矽基板，電子電路系統可製造於該基板上。在一些實施方案中，超音波接收器310之感測器像素電路陣列及相關聯介面電路系統可自形成於基板304中或基板上之CMOS電路系統來組態。在一些實施方案中，基板304可定位於壓板306與超音波發射器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、黏接層、裝飾層、導電層、非導電層或塗層(未圖示)。

壓板306可由可聲學耦合至超音波發射器308之任何合適材料形成。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，諸如下伏顯示器之覆蓋玻璃或透鏡玻璃。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，且實質上可更薄。在一些實施方案中，壓板306可具有在約10微米(µm)至約1000 µm或大於約1000 µm之範圍內的厚度。

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(未圖示)。舉例而言，聚焦層可定位於超音波發射器308上方。聚焦層可通常包括能夠變更由超音波發射器308發射之超音波之路徑的一或多個聲學透鏡。在一些實施方案中，透鏡可實施為柱面透鏡、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定位於壓板306上之物件(諸如，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，則聲學阻抗亦將在聲學速率保持恆定之情況下根據密度改變而改變。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的超音波反射。舉例而言，自透鏡之焦點傳回的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，從而滿足聲學互易原理。取決於自散射場傳回之信號強度，有可能調整數個主動接收器元件。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(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之圖3A及圖3B的實例超音波感測系統300之實例組件的分解投影圖。超音波發射器308可包括能夠充當平面波產生器的基本上平面的壓電發射器層422。取決於所施加之電壓信號，超音波可藉由在壓電發射器層422上施加電壓以擴展或收縮層來產生，藉此產生平面波。在此實例中，處理單元(未圖示)能夠使得經由第一發射器電極424及第二發射器電極426在壓電發射器層422上施加發射器激勵電壓。第一發射器電極424及第二發射器電極426可為金屬化電極，例如，塗佈壓電發射器層422之相對側的金屬層。由於壓電效應，所施加之發射器激勵電壓引起壓電發射器層422之厚度的改變，且以此方式產生處於發射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。超音波之未由目標物件吸收或傳輸的部分可穿過壓板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發射器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之陣列以及壓電接收器層436。在一些實施方案中，每一感測器像素電路432可包括一或多個TFT或矽類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、電容器及其類似者。每一感測器像素電路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。每一感測器像素電路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安置於壓電接收器層436之接近壓板306的一側上。接收器偏壓電極440可為金屬化電極，且可接地或經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之曝露(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。所產生之表面電荷可耦接至像素輸入電極438及下伏感測器像素電路432。電荷信號可藉由感測器像素電路432放大或緩衝，且提供至處理單元。處理單元可與第一發射器電極424及第二發射器電極426電連接(直接或間接地)，以及與接收器偏壓電極440及基板434上之感測器像素電路板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而操作。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。

可用以形成壓電發射器層422或壓電接收器層436之合適壓電材料的一些實例包括具有適當聲學性質(例如，介於約2.5兆瑞利與5兆瑞利之間的聲學阻抗)之壓電聚合物。可使用之壓電材料的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及90:10之PVDR-TrFE。可利用之壓電材料的其他實例包括聚偏二氯乙烯(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)或鈦酸鉍鈉之其他壓電材料可用於壓電發射器層422及/或壓電接收器層436中。

壓電發射器層422及壓電接收器層436中之每一者的厚度經選擇以便適合於分別產生及接收超音波。在一些實施方案中，每一層之厚度介於約5 μm與約30 μm之間，或介於約5 μm與約15 μm之間。在一個實例中，PVDF壓電發射器層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，其中波長為約一毫米或小於一毫米。

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中的超音波收發器陣列之實例組件的分解投影視圖。在此實例中，超音波感測系統300包括在壓板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中且上文所描述之超音波感測器陣列212。超音波收發器陣列450可包括能夠充當平面波產生器的基本上平面的壓電收發器層456。超音波可藉由在收發器層456上施加電壓來產生。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施加於壓電收發器層456上。所產生的超音波可穿過壓板306朝向手指或待偵測之其他物件行進。該波之未由物件吸收或傳輸的部分可經反射以便穿過壓板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可使用單個壓電收發器層456來充當超音波發射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上之感測器像素電路432的陣列。在一些實施方案中，每一感測器像素電路432可包括一或多個TFT或矽類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、電容器及其類似者。每一感測器像素電路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安置於壓電收發器層456之接近壓板306的一側上。收發器偏壓電極460可為金屬化電極，且可接地或經加偏壓以控制可產生哪些信號且可將哪些所反射信號傳遞至感測器像素電路432之陣列。自壓板306之曝露(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合至像素輸入電極438及下伏感測器像素電路432。電荷信號可由感測器像素電路432放大或緩衝且提供至控制系統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以及感測器基板434上之感測器像素電路432。在一些實施中，控制系統204可大體上如上文所描述而操作。舉例而言，控制系統204可能夠處理自感測器像素電路432接收到之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可能夠提供功能性，諸如本文中所描述之功能性，諸如本文中參看圖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。

在具有超音波收發器陣列之超音波感測器系統的其他實例中，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，由壓電收發器層456產生之超音波可行進穿過感測器基板434及壓板306，自壓板306之表面442反射，且返回行進穿過壓板306及感測器基板434，之後由基板感測器434上或中之感測器像素電路432偵測。

包括行動裝置及智慧型手機之許多電子裝置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上面置放有個人之手指的壓板。超音波之一些部分遭遇與壓板接觸之皮膚，諸如指紋脊紋，而超音波之其他部分遭遇空氣，例如，指紋之兩個脊紋之間的谷紋。超音波以不同強度朝向超音波感測器陣列反射回。與手指相關聯之所反射信號可經處理且轉換為表示所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)之實例壓板下超音波感測器系統的橫截面圖。在圖5中，超音波感測器系統500位於壓板510之下或下伏於壓板。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」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」壓板。如本文中所使用之此類術語為取決於裝置之定向的相對術語。在一些實施方案中，超音波感測器系統500藉由第一黏接劑560耦接至壓板510。手指505可按壓在壓板510上以啟動超音波感測器系統500。在一些實施方案中，壓板510可為顯示裝置(例如，行動裝置)之覆蓋玻璃。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)顯示器之一部分。

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及電極層515。收發器層520可被稱作「壓電層」或「壓電收發器層」。電極層515可被稱作「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及壓電發射器層422中的一者或兩者。超音波感測器系統500可進一步包括鈍化層(未圖示)。不同實施方案可將不同材料用於感測器基板540。舉例而言，感測器基板540可包括矽基板、絕緣體上矽(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可形成於感測器基板540上方或上，諸如TFT電路形成於TFT基板上，或互補金氧半導體(CMOS)電路形成於矽基板上或中。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可充當超音波之發射器及接收器兩者，其中收發器層520經組態以發射至少一個超音波/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發射及接收超音波。

超音波為具有高於約20 kHz之頻率的聲波。在一些實施方案中，超音波具有介於約1 MHz與約100 MHz之間，諸如介於約5 MHz與約20 MHz之間的頻率。聲波為具有與行進方向相同之振動方向的縱向波。聲波推動介質中之粒子，而不論該介質為固體、液體抑或氣體。聲波以聲速行進，該聲速取決於聲波穿過之介質。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流之阻力。聲學阻抗使得能夠判定聲能在邊界處之反射及傳輸(透射)。若兩種介質之聲學阻抗極其不同，則大部分聲能將被反射，而非跨越邊界傳輸。聲學阻抗可以瑞利(Rayls)或兆瑞利(MRayls)為單位依據帕斯卡-秒每公尺(Pa-s/m或kg/s/m² )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，其中每一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之超音波而將由接近於該像素電路之收發器層產生的電荷轉換成電信號。來自感測器電路545之輸出信號可經發送至控制器或用於信號處理的其他電路系統。

在一些實施方案中，收發器電極層515可安置、定位、置放或形成於收發器層520上方。收發器電極層515可包括耦接至收發器層520之一或多個電性導電層/跡線。在一些實施方案中，收發器電極層515可包括銀墨。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至收發器電極層515來產生及發射。此外，鈍化層(未圖示)可安置、定位、置放或形成於收發器電極層515之至少數個部分上方。鈍化層可包括電性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)或其他電路系統。FPC 525可被稱作撓性帶、撓性纜線、撓性電路或簡單地被稱作「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用於對至/自感測器電路545之信號進行信號處理的其他電路系統。在一些實施方案中，FPC 525可自超音波感測器系統500之前側環繞至超音波感測器系統500之背側。

在圖5中，超音波感測器系統500可使用第一黏接劑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之感測器外殼或罩蓋530。感測器外殼530可經由第二黏接劑565耦接至壓板510之一部分，且可經由第三黏接劑550耦接至感測器基板540之一部分及FPC 525之一部分。在一些實施方案中，感測器外殼530可大部分懸挑於感測器基板540之作用區域上方。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之背側與感測器外殼530之間形成空腔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及空腔535可允許感測器基板540與空腔535之間的界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，空腔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可環繞感測器基板540及感測器外殼530，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可設置於顯示裝置中，如圖5中所展示。壓板下超音波感測器系統500可位於顯示裝置之離散局部區域中，其中壓板下超音波感測器系統500可位於帶槽框、邊界或顯示裝置之顯示區域外部的其他區內。圖6中展示具有壓板下超音波感測器系統或至少具有不處於顯示器下方之超音波感測器系統之顯示裝置的使用。相比之下，不同於壓板下超音波感測器系統之顯示器下超音波感測器系統可設置於顯示裝置中。圖9中展示顯示器下超音波感測器系統995之實例膜堆疊及建構，而圖5中展示壓板下超音波感測器系統500之實例膜堆疊及建構。因此，包括顯示器下超音波感測器系統之顯示裝置可按不同於壓板下超音波感測器系統之方式來建構。圖7至圖8中展示具有顯示器下超音波感測器系統之顯示裝置的使用。

圖6展示使用指紋感測器之實例，其中該指紋感測器不處於顯示器下方。在圖6中，顯示裝置605 (例如，行動裝置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)之控制器電路(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中以判定物件已觸碰超音波感測器之接收器偏壓電極抑或定位於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中以判定彼物件是否為手指615。

如圖6中所展示，在時間650處，手指615置放於作為顯示裝置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插入穿過顯示器610之覆蓋玻璃中的切口區。因此，感測器625可與視覺影像內容在顯示器610中顯示之處分離地定位。在時間650處，顯示裝置605可處於鎖定狀態中、斷開或處於相對低電力之「睡眠」模式中。可判定物件或手指615已定位於顯示器610、感測器625或其他感測電極附近或上。接著，在時間655處，控制器電路可「喚醒」應用程式處理器，且在手指615之指紋經鑑認的情況下使顯示器610接通。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裝置605之經授權使用者的指紋。經授權指紋之影像資料可能先前已由使用者(例如，擁有者)例如在顯示裝置605之設置期間或在顯示裝置605之安全特徵的註冊及設置期間提供。

圖7展示根據一些實施方案之使用指紋感測器的實例，其中該指紋感測器處於顯示器下方。處於顯示器下方之指紋感測器亦可被視為處於顯示器中之指紋感測器。在圖7中，顯示裝置705 (例如，行動裝置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)。相比於感測器625置放於顯示器610之覆蓋玻璃之切口區中的圖6，圖7中之感測器725置放於顯示器710之可供顯示視覺影像內容的區中。使感測器725處於顯示器710之顯示區域中可改良使用者介面，且增加顯示裝置705之顯示器710的功能性。感測器725可位於顯示器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之指紋影像資料表示顯示裝置705之經授權使用者的指紋時，控制器電路可「喚醒」顯示裝置705之顯示器710。感測器725不必為如圖6中所論述之機電按鈕的部分。因此，當手指715定位於感測器725附近或上時，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之實例顯示裝置的影像，其中指紋感測器處於顯示器下方且橫跨整個顯示區域。在圖8中，顯示裝置805 (例如，行動裝置210)包括可操作感測器825 (例如，如圖10至圖15C中所展示之超音波感測器系統中之任一者)之控制器電路(例如，圖2B中之控制器214)。相比於指紋感測器625、725置放於局部固定區域中之圖6至圖7，圖8中之感測器825及其感測器作用區域可延伸至顯示裝置之顯示器810的整個區域。此允許顯示裝置805鑑認在顯示器810上之任何處的使用者指紋。當應用程式處理器例如判定所獲得之指紋影像資料表示顯示裝置805之經授權使用者的指紋時，控制器電路可「喚醒」顯示裝置805之顯示器810。感測器825不必為如圖6中所論述之機電按鈕的部分。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，但可包括對諸如掌紋及手紋之其他使用者屬性的感測。

使用者鑑認技術之進步已導致對改善安全性、效能及使用者體驗之需求增加。實施超出顯示器之局部離散區域的超音波指紋感測器會增強安全性、效能及使用者體驗。較大感測器作用區域允許額外匹配準則用於使用者鑑認。舉例而言，可進一步藉由匹配指紋掃描與額外手指之額外指紋掃描、掌紋掃描及/或手紋掃描來鑑認使用者。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之生物測定效能，以最少化偽陽性及偽陰性。此外，具有較大感測器作用區域允許將使用者之手指、手掌、手部或其他附件置放於顯示區域中之任何處，使得無需準確置放於精確位置中。在顯示器上之任何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之實例顯示裝置的橫截面示意圖。圖9亦展示根據一些實施方案的超音波自超音波指紋感測器系統穿過顯示器之聲學路徑。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)或其他電路系統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為經組態以發射及接收超音波之超音波收發器的部分。將瞭解，在一些實施方案中，超音波發射器及接收器功能可分離成具有電極接收器層之相異壓電接收器層及具有電極發射器層之相異壓電發射器層。圖14A至圖14C及圖15A至圖15C中展示具有分開之超音波發射器及超音波接收器之超音波感測器系統的實例。

超音波指紋感測器系統995可經組態以發射及接收在穿過顯示裝置900之顯示器965之聲學路徑950中行進的超音波，其中超音波指紋感測器系統995下伏於顯示裝置900之顯示器65。顯示器965可包括複數個薄膜層，該複數個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之另一類型的顯示器。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可包括以矩陣配置之複數個像素。自超音波指紋感測器系統995發射之超音波中的至少一些可藉由定位於顯示器965、觸控式螢幕、覆蓋玻璃、蓋板或壓板905之外表面上的物件930 (例如，手指)反射回。聲學路徑950可藉由至及自超音波指紋感測器系統995之超音波的傳播來界定，該超音波指紋感測器系統允許對置放成與顯示器965之外表面或壓板905之外表面接觸的諸如手指之物件930進行成像。為將顯示器965與下伏超音波指紋感測器系統995整合，多功能膜955可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處於聲學路徑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、黏接層及機械應力隔離層中之一或多者，前述各者中之一或多者處於聲學路徑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整合的細節描述於在2018年6月12日申請且題為「ULTRASONIC FINGERPRINT SENSOR FOR UNDER-DISPLAY APPLICATIONS」之美國專利申請案第16,006,640號中，該申請案以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可包括黏接層，該黏接層可為壓敏黏接劑或環氧樹脂。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，其中可另外或與黏接層交替地提供間隔物層。

在一些實施方案中，感測器基板970定位於聲學路徑950中。在此類實施方案中，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。在此類實施方案中，感測器基板970可為剛性基板，諸如玻璃基板。剛性基板提供對超音波指紋感測器之保護及與超音波指紋感測器之聲學耦合。結果，超音波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於破裂或受到其他實體損壞。舉例而言，在諸如30 mm×20 mm、60 mm×40 mm、70 mm×150 mm或其他大面積(例如，整個顯示區域)尺寸之大面積感測器上的製造可導致玻璃基板之破裂，尤其在諸如層壓之製造操作期間。此製造困難不利地影響良率及可靠性。

在一些實施方案中，感測器基板970不定位於聲學路徑950中。在此類實施方案中，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。在此類實施方案中，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，該等大面積超音波指紋感測器系統避免或最小化與玻璃基板相關聯之製造困難。此增加顯示器中之超音波指紋感測器系統的感測器作用區域。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、曲面覆蓋玻璃及新興的2.5維或3維顯示器整合。然而，用可撓性基板替換玻璃基板導致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。具體而言，因為可撓性基板與壓電發射器/收發器之間的類似聲學阻抗值，在可撓性基板與壓電發射器/收發器之間產生低聲學壓力界面。結果，影像品質及效能降低。

提供具有顯示器之大面積超音波指紋感測器系統呈現許多挑戰。如上文所描述，將可撓性基板與大面積超音波指紋感測器系統合併可呈現聲學相關挑戰。此外，在大面積超音波指紋感測器系統中具有增加之電極大小可呈現電力管理上之挑戰。壓電層可回應於施加至電極之驅動電壓而撓曲、彎曲或振動以產生超音波。對於大面積超音波感測器，隨著電極面積增加，發射器電容顯著增大。驅動超音波發射器/收發器以用於產生超音波的驅動電壓變得極大且為約數百伏特，例如介於約100 V與約200 V之間。需要顯著較高的峰值電流來提供此類較高驅動電壓，且此電力可能無法自電力處理能力有限之控制電路(例如，驅動器晶片ASIC)汲取，或至少導致顯著的電力浪費。

在一些實施方案中，耦接至或鄰近於用於產生超音波之壓電發射器/收發器的電極可分段成複數個電極區段。將電極分成較小電極區段會減小施加至特定電極區段之驅動電壓。可針對複數個電極區段當中之特定電極區段產生超音波，而非在連續的大電極上產生超音波。所驅動之電極區段可為包圍或下伏於正成像之物件的電極區段。此類特定電極區段之驅動亦可被稱作「音調叢發」或「音調叢發電壓」。因此，藉由將電極分段成較小電極區段，減少對物件成像中之電力消耗。然而，將電極分段亦在電極區段之間引入間隙，其中此類間隙可在對物件成像時引入影像失真、影像不連續性及其他影像假影。

圖10A至圖10C展示根據一些實施方案之各種電極層的橫截面示意圖，該等電極層耦接至經組態以產生超音波之超音波發射器/收發器的壓電層。一般而言，耦接至壓電層之電極層為厚金屬層。厚金屬層可能足夠厚且由適合與超音波指紋感測器系統聲學耦合之金屬製成。舉例而言，厚金屬層可具有大於約5 μm之厚度，諸如介於約10 μm與約50 μm之間，且可包括銀墨。然而，形成厚金屬層可導致較大間隙。

圖10A展示橫截面示意圖具有銀墨電極之超音波發射器/收發器。超音波發射器/收發器1000a包括可具有複數個感測器電路之感測器基板1010、耦接至感測器基板1010之壓電層1020及耦接至壓電層1020之厚銀墨電極1030。厚銀墨電極1030分成多個電極區段。形成厚銀墨電極1030可導致鄰近區段之間的大間隙距離，諸如大於約200 μm、大於約300 μm或介於約300 μm與約600 μm之間(例如，500 μm)的間隙距離。在一些實施方案中，厚銀墨電極1030之厚度可介於約10 μm與約50 μm之間。當沈積銀墨時，可將銀墨網版印刷兩層或多於兩層。當添加更多銀墨層時，對準誤差之容限在網版印刷中變得愈來愈大，藉此導致厚銀墨電極1030之電極區段之間的較大間隙/空間。

圖10B展示具有銀墨電極及電性非導電聲學層之超音波發射器/收發器的橫截面示意圖。超音波發射器/收發器1000b包括可具有複數個感測器電路之感測器基板1010、耦接至感測器基板1010之壓電層1020、耦接至壓電層1020之薄銀墨電極1040及安置於薄銀墨電極1040上之電性非導電聲學層1060。薄銀墨電極1040分成多個電極區段。相比圖10A中，形成薄銀墨電極1040可導致鄰近區段之間的較小間隙距離，其中該等間隙距離可介於約100 μm與約500 μm之間或介於約150 μm與約400 μm之間(例如，200 μm)。在一些實施方案中，薄銀墨電極1040之厚度可介於約2 μm與約20 μm之間。具有較少銀墨層不會導致網版印刷出現如此多的對準誤差情況，藉此導致薄銀墨電極1040之電極區段之間的較小間隙/空間。另外，在圖10B中提供電性非導電聲學層1060以替換圖10A中之厚銀墨電極1030的聲學相關功能。電性非導電聲學層1060具有類似於厚銀墨電極1030之聲學性質，使得電性非導電聲學層1060提供與超音波指紋感測器系統之聲學耦合。如本文中所使用，「電性非導電聲學層」亦可被稱作「電性非導電高聲學阻抗層」或「電性非導電高密度層」。下文更詳細地描述電性非導電聲學層之各種態樣。

圖10C展示具有薄金屬電極及電性非導電聲學層之超音波發射器/收發器的橫截面示意圖。超音波發射器/收發器1000c包括可具有複數個感測器電路之感測器基板1010、耦接至感測器基板1010之壓電層1020、耦接至壓電層1020之薄金屬電極1050及安置於薄金屬電極1050上之電性非導電聲學層1060。薄金屬電極1050分成多個電極區段。相比圖10A及圖10B中，形成薄金屬電極1050可導致鄰近區段之間的甚至更小之間隙距離，其中該等間隙距離可介於約25 μm與約200 μm之間或介於約50 μm與約150 μm之間(例如，100 μm)。薄金屬電極1050可使用諸如物理氣相沈積(PVD)、化學氣相沈積(CVD)、原子層沈積(ALD)或電鍍之任何合適的沈積技術來沈積。在一些實施方案中，薄金屬電極之厚度介於約10 nm與約2000 nm之間或介於約20 nm與約1000 nm之間。另外，在圖10C中提供電性非導電聲學層1060以替換圖10A中之厚銀墨電極1030的聲學相關功能。

分段電極可為本發明中之超音波指紋感測器系統的部分。在一些實施方案中，分段電極之間的間隙大小可藉由使用鄰近於薄電性導電層之厚電性非導電聲學層來減小。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統包括可撓性基板或剛性基板。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統包括超音波收發器或與超音波接收器分離之超音波發射器。取決於使用可撓性基板抑或剛性基板，使用超音波收發器抑或與超音波接收器分離之超音波發射器以及超音波發射器/收發器使用厚金屬層抑或厚電性非導電聲學層，用於超音波指紋感測器系統之膜堆疊發生變化。圖11A至圖11B、圖12A至圖12B、圖13A至圖13B、圖14A至圖14C及圖15A至圖15C展示附接至且下伏於顯示器之超音波指紋感測器系統的各種實施方案之實例膜堆疊。應瞭解，圖11A至圖11B、圖12A至圖12B、圖13A至圖13B、圖14A至圖14C及圖15A至圖15C中之膜堆疊的配置及描述為說明性而非限制性的，且超音波指紋感測器系統之實施方案並不意欲限於下文所描述之實例。

圖11A展示根據一些實施方案的具有下伏於顯示器之剛性基板之實例超音波指紋感測器系統的橫截面示意圖。超音波指紋感測器系統1110包括具有複數個感測器電路1112之剛性基板1111。超音波指紋感測器系統1110包括耦接至剛性基板1111之超音波收發器1113，其中超音波收發器1113包括耦接至剛性基板1111之壓電層1114及耦接至壓電層1114之電極層1115。在一些實施方案中，電極層1115可分成複數個電極區段。電極層1115可包括厚金屬層，諸如，如上文所描述之厚銀墨電極。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統1110進一步包括覆蓋電極層1115之鈍化層1116。鈍化層1116可用以電性絕緣及保護電極層1115。在一些實施方案中，FPC (未圖示)可耦接至剛性基板1111，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用於對至/自感測器電路1112之信號進行處理的其他電路系統。

剛性基板1111可藉由黏接劑1118附接至顯示器1117。壓板、覆蓋玻璃、蓋板或外層(未圖示)可安置於顯示器1117上方。如圖11A中所展示，包括電極層1115之超音波收發器1113定位於剛性基板1111之面向顯示器1117的相對側上。在一些實施方案中，剛性基板1111具有介於約5 μm與約500 μm之間、介於約50 μm與約200 μm之間或介於約80 μm與約120 μm之間的厚度。剛性基板1111可提供與超音波指紋感測器系統1110之聲學耦合，使得合適的聲學邊界條件使得超音波能夠以最小干擾進行傳播及反射。在一些實施方案中，剛性基板1111為玻璃基板。在超音波指紋感測器系統1110中，玻璃基板通常提供與壓電層1114之足夠聲學耦合。玻璃基板充當聲學反射器及濾波器使得可傳播超音波，且經反射超音波可藉由超音波指紋感測器系統1110以最小聲學干擾進行偵測。

圖11B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之實例超音波指紋感測器系統的橫截面示意圖。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電極。在一些實施方案中，FPC (未圖示)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用於對至/自感測器電路1122之信號進行處理的其他電路系統。

超音波收發器1123可藉由黏接劑1128附接至顯示器1127。壓板、覆蓋玻璃、蓋板或外層(未圖示)可安置於顯示器1127上方。如圖11B中所展示，包括電極層1125之超音波收發器1123定位於可撓性基板1121之面向顯示器1127的側上。在一些實施方案中，間隔物層1129可安置於黏接劑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之厚度介於約10 μm與約100 μm之間、介於約25 μm與約75 μm之間或為約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按「接收器向下」定向或「接收器向上」定向進行定向。在「接收器向下」定向中，壓電層(收發器或接收器)下伏於基板，且基板可在超音波穿過顯示器之聲學路徑中。在「接收器向上」定向中，壓電層(收發器或接收器)上覆於基板，且基板未必在超音波穿過顯示器之聲學路徑中。確切而言，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1110處於「接收器向下」定向，其中剛性基板1111在聲學路徑中。在圖11B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」、「下伏於」、「在……上」、「上覆於」、「在……下方」、「在……上方」、「頂部」、「底部」、「向上」、「向下」、「前方」、「後方」及其類似者之術語為相對術語，且可為易於描述諸圖而使用，且可用以指示對應於圖在正確定向頁面上之定向的相對位置。然而，此等術語並非限制性的，且可能不反映如所實施之元件的實際定向或相對位置。

圖11A至圖11B中之電極層1115、1125可充當具有高聲學阻抗值之層。在圖11A中，電極層1115可下伏於壓電層1114，且在圖11B中，電極層1125可上覆壓電層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之有效聲學耦合。在圖11A中，剛性基板1111及/或電極層1115可充當鄰近於壓電層1114之具有高聲學阻抗值的層，其中剛性基板1111在聲學路徑中。在圖11B中，電極層1125可充當鄰近於壓電層1124之具有高聲學阻抗值的層，其中電極層1125在聲學路徑中。

聲波為具有與行進方向相同之振動方向的縱向波。聲波推動介質中之粒子，而不論該介質為固體、液體抑或氣體。聲波以聲速行進，該聲速取決於聲波穿過之介質。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流之阻力。聲學阻抗使得能夠判定聲能在邊界處之反射及傳輸(透射)。若兩種介質之聲學阻抗極其不同，則大部分聲能將被反射或吸收，而非跨越邊界傳輸。聲學阻抗值可依據帕斯卡-秒每公尺(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被稱作「硬」材料，且具有低聲學阻抗值之層或材料在本文中可被稱作「軟」材料。聲學阻抗值可以瑞利或兆瑞利為單位來量測。聲學阻抗值為介質之密度乘以聲音穿過介質之速度的函數。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，且低聲學阻抗值可介於約0.0兆瑞利與約5.0兆瑞利之間。一般而言，金屬、陶瓷及玻璃可被視為具有高聲學阻抗值；塑膠及聚合物可被視為具有低聲學阻抗值；且空氣可被視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	8.9
壓電聚合物	4.0
環氧樹脂	3.4
聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)	3.3
鈍化環氧樹脂膜	3.1
壓敏黏接劑	2.0
空氣	0.0

如由表1所表明，相對於壓電聚合物，厚的銅層、玻璃層或銀墨層可提供具有高聲學阻抗值之層。此等材料可實現超音波指紋感測器系統中之有效聲學耦合以改善影像品質。然而，此類材料可導致超音波指紋感測器系統中之其他問題。舉例而言，玻璃基板可限制建置可撓性顯示器及建置橫跨較大區域之感測器，且銀墨電極可限制形成具有小間隙大小之電極區段。在一些實施方案中，替代玻璃基板，可撓性基板可用於超音波指紋感測器系統中，同時併有具有高聲學阻抗值之層。在一些實施方案中，替代銀墨電極，可具有高聲學阻抗值(或至少高密度)之電性非導電聲學層可用於超音波指紋感測器系統中。

圖12A展示根據一些實施方案的具有剛性基板及電性非導電聲學層之實例超音波指紋感測器系統的橫截面示意圖。超音波指紋感測器系統1210包括具有複數個感測器電路1212之剛性基板1211。複數個感測器電路1212可包括以陣列配置之複數個感測器像素電路，其中每一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1210包括耦接至剛性基板1211之超音波收發器1213，其中超音波收發器1213下伏於剛性基板1211且處於「接收器向下」定向。超音波收發器1213包括耦接至剛性基板1211之壓電層1214、耦接至壓電層1214之電極層1215及鄰近且下伏於壓電層1214之電性非導電聲學層1216。電極層1215可處於壓電層1214與電性非導電聲學層1216之間。在一些實施方案中，電極層1215可分成複數個電極區段。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統1210進一步包括下伏於電性非導電聲學層1216之鈍化層1217。在一些實施方案中，FPC (未圖示)可耦接至剛性基板1211。

超音波指紋感測器系統1210可藉由黏接劑1219附接至顯示器1218，其中剛性基板1211特定地藉由黏接劑1219附接至顯示器1218。在一些實施方案中，黏接劑1219包括壓敏黏接劑或環氧樹脂。在一些實施方案中，顯示器1218包括OLED顯示器。壓板、覆蓋玻璃、蓋板或外層(未圖示)可安置於顯示器1218上方。如圖12A中所展示，包括電性非導電聲學層1216之超音波收發器1213定位於剛性基板1211之面向顯示器1218的相對側上。

在一些實施方案中，剛性基板1211具有介於約5 μm與約500 μm之間、介於約50 μm與約200 μm之間或介於約80 μm與約120 μm之間的厚度。在一些實施方案中，剛性基板1211包括玻璃基板。剛性基板1211之厚度及組成可經組態以用於與超音波指紋感測器系統1210聲學耦合。在一些實施方案中，壓電層1214具有介於約5 μm與約30 μm之間或介於約5 μm與約15 μm之間的厚度。壓電層1214經組態以產生超音波。壓電層1214亦經組態以接收超音波之反射。在一些實施方案中，壓電層1214亦可被稱作壓電收發器層或收發器層。合適的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1215包括耦接至壓電層1214且下伏於壓電層1214之薄電性導電層。電性非導電聲學層1216包括具有高密度或高聲學阻抗值之厚層，其中電性非導電聲學層1216下伏於電極層1215且鄰近於壓電層1214。如本文中所使用，「鄰近於」壓電層可指定位於壓電層之20 μm或小於20 μm內之層。此可能無關於電性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，電性非導電聲學層1216之厚度實質上大於電極層1215。如本文中所使用，「實質上較大」可指電性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，電性非導電聲學層1216之厚度介於約5 μm與約50 μm之間、介於約10 μm與約30 μm之間或介於約15 μm與約25 μm之間。在一些實施方案中，電極層1215之厚度介於約5 nm與約3000 nm之間、介於約10 nm與約2000 nm之間或介於約100 nm與約1000 nm之間。此厚度範圍在電極層1215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1215之厚度介於約3 μm與約12 μm之間或介於約5 μm與約10 μm之間。此厚度範圍在電極層1215包括銀墨之情況下可為合適的。在一些實施方案中，電性非導電聲學層1216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1215包括鋁、鎳、銅或其組合。在一些實施方案中，鈍化層1217包括充當超音波收發器1213之背襯層的電性絕緣材料，其中鈍化層1217提供平滑表面以減少雜訊。在一些實施方案中，鈍化層1217之外表面具有等於或小於約5 nm之粗糙度值(依據RMS)。在一些實施方案中，鈍化層1217包括光阻、光可成像環氧樹脂或其他平滑電性絕緣材料。

圖12B展示根據一些實施方案的具有可撓性基板及電性非導電聲學層之實例超音波指紋感測器系統的橫截面示意圖。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可包括以陣列配置之複數個感測器像素電路，其中每一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及鄰近且上覆於壓電層1224之電性非導電聲學層1226。電極層1225可處於壓電層1224與電性非導電聲學層1226之間。在一些實施方案中，電極層1225及電性非導電聲學層1226在聲學路徑中。在一些實施方案中，電極層1225可分成複數個電極區段。在一些實施方案中，FPC (未圖示)可耦接至可撓性基板1221。

超音波指紋感測器系統1220可藉由黏接劑1228附接至顯示器1227，其中電性非導電聲學層1226或鈍化層(未圖示)特定地藉由黏接劑1228附接至顯示器1227。在一些實施方案中，黏接劑1228包括壓敏黏接劑或環氧樹脂。在一些實施方案中，顯示器1227包括OLED顯示器。壓板、覆蓋玻璃、蓋板或外層(未圖示)可安置於顯示器1227上方。在一些實施方案中，間隔物層1229可安置於黏接劑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12B中所展示，包括電性非導電聲學層1226之超音波收發器1223定位於可撓性基板1221之面向顯示器1227的側上。電性非導電聲學層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具有介於約10 μm與約100 μm之間、介於約25 μm與約75 μm之間或為約50 μm的厚度。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。在一些實施方案中，壓電層1224具有介於約5 μm與約30 μm之間或介於約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。合適的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之薄電性導電層。電性非導電聲學層1226包括具有高密度或高聲學阻抗值之厚層，其中電性非導電聲學層1226上覆於電極層1225且鄰近於壓電層1224。在一些實施方案中，電性非導電聲學層1226之厚度實質上大於電極層1225。在一些實施方案中，電性非導電聲學層1226之厚度介於約5 μm與約50 μm之間、介於約10 μm與約30 μm之間或介於約15 μm與約25 μm之間。在一些實施方案中，電極層1225之厚度介於約5 nm與約3000 nm之間、介於約10 nm與約2000 nm之間或介於約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之厚度介於約3 μm與約12 μm之間或介於約5 μm與約10 μm之間。此厚度範圍在電極層1225包括銀墨之情況下可為合適的。在一些實施方案中，電性非導電聲學層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可進一步包括額外層，諸如具有鋁、鎳及/或銅之黏接層(例如，TiN)。

如圖12A至圖12B中所展示，厚電性非導電聲學層具備薄電性導電層。貫穿本發明，此亦展示於圖13A至圖13B、圖14A至圖14C、圖15A至圖15C及其他超音波指紋感測器系統中之一些中。具體而言，厚電性非導電聲學層安置於薄電性導電層上且接觸該薄電性導電層。厚電性非導電聲學層可直接下伏於或直接上覆於薄電性導電層，且可覆蓋整個或基本整個薄電性導電層。厚電性非導電聲學層及薄電性導電層可鄰近於超音波發射器/收發器之壓電層。在一些實施方案中，厚電性非導電聲學層及薄電性導電層耦接至壓電層，且可直接接觸壓電層。圖11A至圖11B中之膜堆疊整合高聲學阻抗功能與電極層(例如，銀墨電極或厚金屬層)中之電極功能，而圖12A至圖12B、圖13A至圖13B、圖134至圖14C及圖15A至圖15C中之膜堆疊分離電性非導電聲學層(例如，厚高Z層)中之高聲學阻抗功能與電極層(例如，薄電性導電層)中之電極功能。

電性非導電聲學層具有高密度。在一些實施方案中，電性非導電聲學層可具有介於約3500 kg/m³ 與約10000 kg/m³ 之間的密度。電性非導電聲學層為電性絕緣的。在一些實施方案中，電性非導電聲學層之體電阻率可等於或大於約1×10⁹ 歐姆-公尺、等於或大於約1×10¹¹ 歐姆-公尺或等於或大於約1×10¹¹ 歐姆-公尺。在一些實施方案中，電性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，電性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，聲音穿過電性非導電聲學層(在25℃下)之速度可介於約1500 m/s與約4000 m/s之間。在一些實施方案中，聲波穿過電性非導電聲學層之衰減可等於或小於約25 db/cm。在一些實施方案中，在電性非導電聲學層中可存在空隙及/或粒子。電性非導電聲學層中之最大粒徑介於約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，電性非導電層之玻璃轉化溫度低於等於或低於約60℃。電性非導電聲學層亦可被稱作高聲學阻抗層、高Z層、高Z聲學層、高密度層、高密度聲學層及其類似者。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層可為在基質中具有複數個粒子之有機黏接劑。在一些實施方案中，高Z層可經網版印刷、模板印刷或層壓為乾膜。

圖13A展示根據一些實施方案的具有剛性基板、電性非導電聲學層及複數個電性導電層之實例超音波指紋感測器系統的橫截面示意圖。超音波指紋感測器系統1310包括具有複數個感測器電路1312之剛性基板1311。超音波指紋感測器系統1310包括耦接至剛性基板1311之超音波收發器1313，其中超音波收發器1313下伏於剛性基板1311且處於「接收器向下」定向。超音波收發器1313包括耦接至剛性基板1311之壓電層1314、耦接至壓電層1314之電極層1315a及鄰近且下伏於壓電層1314之電性非導電聲學層1316。電極層1315a可處於壓電層1314與電性非導電聲學層1316之間。超音波收發器1313進一步包括佈線層1315b及電性絕緣層1317，其中電性絕緣層1317包夾於電極層1315a與佈線層1315b之間。在一些實施方案中，電極層1315a可分成複數個電極區段。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統1310進一步包括下伏於電性非導電聲學層1316之鈍化層1318。在一些實施方案中，FPC (未圖示)可耦接至剛性基板1311。

超音波指紋感測器系統1310可藉由黏接劑1320附接至顯示器1319，其中剛性基板1311藉由黏接劑1320特定地附接至顯示器1319。在一些實施方案中，黏接劑1320包括壓敏黏接劑或環氧樹脂。在一些實施方案中，顯示器1319包括OLED顯示器。壓板、覆蓋玻璃、蓋板或外層(未圖示)可安置於顯示器1319上方。如圖13A中所展示，包括電性非導電聲學層1316之超音波收發器1313定位於剛性基板1311之面向顯示器1319的相對側上。

在一些實施方案中，剛性基板1311具有介於約5 μm與約500 μm之間、介於約50 μm與約200 μm之間或介於約80 μm與約120 μm之間的厚度。在一些實施方案中，剛性基板1311包括玻璃基板。剛性基板1311之厚度及組成可經組態以用於與超音波指紋感測器系統1310聲學耦合。在一些實施方案中，壓電層1314具有介於約5 μm與約30 μm之間或介於約5 μm與約15 μm之間的厚度。壓電層1314經組態以產生超音波。壓電層1314亦經組態以接收超音波之反射。合適的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1315a包括耦接至壓電層1314且下伏於壓電層1314之薄電性導電層。電性非導電聲學層1316包括具有高密度或高聲學阻抗值之厚層，其中電性非導電聲學層1316下伏於電極層1315a及佈線層1315b，且鄰近於壓電層1314。電性非導電聲學層1316可藉由電極層1315a、佈線層1315b及電性絕緣層1317與壓電層1314間隔開。然而，電極層1315a、佈線層1315b及電性絕緣層1317之厚度不足以使得電性非導電聲學層1316不被視為鄰近於壓電層1314。在一些實施方案中，電性絕緣層1317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，其具有等於或低於約150℃、等於或低於約140℃或等於或低於約120℃之固化溫度。舉例而言，光可成像環氧樹脂可包括SU-8。電性絕緣層1317可具有介於約3 μm與約15 μm之間或介於約5 μm與約10 μm之間的厚度。電性絕緣層1317可足夠厚以減少電極層1315a與佈線層1315b之間的電耦接且最小化額外負載。然而，電性絕緣層1317足夠薄以確保電性非導電聲學層1316與壓電層1314之間的聲學耦合。因此，由電性絕緣層1317之厚度引起的分離不會顯著大使得高Z層(亦即，電性非導電聲學層1316)不再鄰近於壓電層1314，否則可減小超音波之信號強度。在一些實施方案中，電性非導電聲學層1316之厚度實質上大於電極層1315a及佈線層1315b中之每一者。在一些實施方案中，電性非導電聲學層1316之厚度介於約5 μm與約50 μm之間、介於約10 μm與約30 μm之間或介於約15 μm與約25 μm之間。在一些實施方案中，電極層1315a及佈線層1315b中之每一者的厚度介於約5 nm與約3000 nm之間、介於約10 nm與約2000 nm之間或介於約100 nm與約1000 nm之間。此厚度範圍在電極層1315a及佈線層1315b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1315a之厚度介於約3 μm與約12 μm之間或介於約5 μm與約10 μm之間。此厚度範圍在電極層1315a包括銀墨之情況下可為合適的。在一些實施方案中，電性非導電聲學層1316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1315a及佈線層1315b中之一者或兩者包括鋁、鎳、銅或其組合。在一些實施方案中，鈍化層1318包括充當超音波收發器1313之背襯層的電性絕緣材料，其中鈍化層1318提供平滑表面以減少雜訊。在一些實施方案中，鈍化層1318之外表面具有等於或小於約5 nm之粗糙度值(依據RMS)。在一些實施方案中，鈍化層1318包括光阻、光可成像環氧樹脂或其他平滑電性絕緣材料。

圖13B展示根據一些實施方案的具有可撓性基板、電性非導電聲學層及複數個電性導電層之實例超音波指紋感測器系統的橫截面示意圖。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及鄰近且上覆於壓電層1334之電性非導電聲學層1336。電極層1335a可處於壓電層1334與電性非導電聲學層1336之間。超音波收發器1333進一步包括佈線層1335b及電性絕緣層1337，其中電性絕緣層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及電性非導電聲學層1336在聲學路徑中。在一些實施方案中，電極層1335a可分成複數個電極區段。在一些實施方案中，FPC (未圖示)可耦接至可撓性基板1331。

超音波指紋感測器系統1330可藉由黏接劑1339附接至顯示器1338，其中電性非導電聲學層1336或鈍化層(未圖示)特定地藉由黏接劑1339附接至顯示器1338。在一些實施方案中，黏接劑1339包括壓敏黏接劑或環氧樹脂。在一些實施方案中，顯示器1338包括OLED顯示器。壓板、覆蓋玻璃、蓋板或外層(未圖示)可安置於顯示器1338上方。在一些實施方案中，間隔物層1340可安置於黏接劑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13B中所展示，包括電性非導電聲學層1336之超音波收發器1333定位於可撓性基板1331之面向顯示器1338的側上。電性非導電聲學層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具有介於約10 μm與約100 μm之間、介於約25 μm與約75 μm之間或為約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。在一些實施方案中，壓電層1334具有介於約5 μm與約30 μm之間或介於約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。合適的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之薄電性導電層。電性非導電聲學層1336包括具有高密度或高聲學阻抗值之厚層，其中電性非導電聲學層1336上覆於電極層1335a及佈線層1335b，且鄰近於壓電層1334。電性非導電聲學層1336可藉由電極層1335a、佈線層1335b及電性絕緣層1337與壓電層1334間隔開。然而，電極層1335a、佈線層1335b及電性絕緣層1337之厚度不足以使得電性非導電聲學層1336不被視為鄰近於壓電層1334。在一些實施方案中，電性絕緣層1337包括光可成像環氧樹脂，諸如SU-8。電性絕緣層1337可具有介於約3 μm與約15 μm之間或介於約5 μm與約10 μm之間的厚度。電性絕緣層1337可足夠厚以減少電極層1335a與佈線層1335b之間的電耦接且最小化額外負載。然而，電性絕緣層1337足夠薄以確保電性非導電聲學層1336與壓電層1334之間的聲學耦合。在一些實施方案中，電性非導電聲學層1336之厚度實質上大於電極層1335a及佈線層1335b中之每一者。在一些實施方案中，電性非導電聲學層1336之厚度介於約5 μm與約50 μm之間、介於約10 μm與約30 μm之間或介於約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中之每一者的厚度介於約5 nm與約3000 nm之間、介於約10 nm與約2000 nm之間或介於約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合適的。在一些實施方案中，電極層1335a之厚度介於約3 μm與約12 μm之間或介於約5 μm與約10 μm之間。此厚度範圍在電極層1335a包括銀墨之情況下可為合適的。在一些實施方案中，電性非導電聲學層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額外層，諸如具有鋁、鎳及/或銅之黏接層(例如，TiN)。

圖14A至圖14C展示根據一些實施方案的在剛性基板上且具有分開之超音波發射器及接收器之各種實例超音波指紋感測器系統的橫截面示意圖。如圖14A至圖14C及圖15A至15C中所展示將超音波指紋感測器系統之接收器功能與發射器功能分離可改善效能及效率，但可能增添超音波指紋感測器系統之複雜度/成本。

在圖14A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之剛性基板1411。超音波指紋感測器系統1410包括經組態以接收超音波之超音波接收器1413及經組態以產生超音波之超音波發射器1423。超音波指紋感測器系統1410處於「接收器向上」定向，其中超音波接收器1413耦接至且上覆於剛性基板1411。超音波接收器1413包括耦接至剛性基板1411之壓電接收器層1414及耦接至且上覆於壓電接收器層1414之電極接收器層1415。超音波發射器1423在剛性基板1411之與超音波接收器1413相對的側上下伏於剛性基板1411。超音波發射器1423包括壓電發射器層1424及耦接至壓電發射器層1424之第一電極發射器層1425a，其中第一電極發射器層1425a處於剛性基板1411與壓電發射器層1424之間。在一些實施方案中，超音波發射器1423可進一步包括第二電極發射器層1425b，使得金屬化電極可包夾壓電發射器層1424且施加電壓以驅動壓電發射器層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接劑1418附接至顯示器1417，且具體而言，超音波接收器1413可經組態以經由第一黏接劑1418附接至顯示器1417。在一些實施方案中，超音波發射器1423可經組態以經由諸如環氧樹脂之第二黏接劑1428附接至剛性基板1411。在一些實施方案中，FPC (未圖示)可耦接至剛性基板1411。

在一些實施方案中，剛性基板1411具有介於約5 μm與約500 μm之間、介於約50 μm與約200 μm之間或介於約80 μm與約120 μm之間的厚度。在一些實施方案中，剛性基板1411包括玻璃基板。剛性基板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。在一些實施方案中，壓電接收器層1414及壓電發射器層1424各自具有介於約5 μm與約30 μm之間或介於約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，且壓電發射器層1424經組態以產生超音波。合適的壓電材料之實例包括PVDF或PVDF-TrFE共聚物。

電極接收器層1415為連續的且不分段。電極接收器層1415在超音波接收器1413之跨度上可為連續的。在一些實施方案中，電極接收器層1415可耦接至FPC。在一些實施方案中，電極接收器層1415具有介於約2 μm與約100 μm之間或介於約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1415包括銀墨、鋁、銅、鎳或其組合。舉例而言，電極接收器層1415包括20 μm厚之銀墨層。

第一電極發射器層1425a及第二電極發射器層1425b中之一者或兩者分成複數個電極區段。在一些實施方案中，第一電極發射器層1425a或第二電極發射器層1425b為連續的且不分段。第一電極發射器層1425a耦接至且上覆於壓電發射器層1424，且第二電極發射器層1425b安置於壓電發射器層1424之與第一電極發射器層1425a相對的側上。在一些實施方案中，第二電極發射器層1425b具有介於約2 μm與約100 μm之間或介於約5 μm與約50 μm之間的厚度，且可包括銀墨、鋁、銅、鎳或其組合。舉例而言，第二電極發射器層1425b包括30 μm厚之銀墨層。在一些實施方案中，第一電極發射器層1425a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。在一些實施方案中，第一電極發射器層1425a具有介於約2 μm與約100 μm之間或介於約5 μm與約50 μm之間的厚度。在一些實施方案中，第一電極發射器層1425a包括具有高聲學阻抗值之銀墨。然而，將瞭解，第一電極發射器層1425a可包括厚電性非導電聲學層，諸如具有大於約8.0兆瑞利之聲學阻抗值的介電層；及薄電性導電層，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1410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接，提供層之間的額外分離，保護超音波指紋感測器系統1410之組件，在具有高聲學阻抗值之層上提供光滑表面以減少雜訊，充當高聲學阻抗層與低聲學阻抗層之間的阻抗匹配層，及/或提供超音波指紋感測器系統1410之組件的電隔離。在一些實施方案中，第一保護層1419可視情況設置於第一黏接劑1418與電極接收器層1415之間。在一些實施方案中，第二保護層1427可視情況設置於第二黏接劑1428與第一電極發射器層1425a之間。在一些實施方案中，第三保護層1429可視情況設置為下伏於第二電極發射器層1425b。在一些實施方案中，保護層1419、1427及1429可各自具有介於約2 μm與約30 μm之間或介於約5 μm與約20 μm之間的厚度。在一些實施方案中，保護層1419、1427及1429可包括丙烯酸系樹脂。

在圖14B中，超音波指紋感測器系統1430包括具有複數個感測器電路1432之剛性基板1431。超音波指紋感測器系統1430包括經組態以接收超音波之超音波接收器1433及經組態以產生超音波之超音波發射器1443。超音波接收器1433耦接至且上覆於剛性基板1431。超音波接收器1433包括耦接至剛性基板1431之壓電接收器層1434及耦接至且上覆於壓電接收器層1434之電極接收器層1435。超音波發射器1443在剛性基板1431之與超音波接收器1433相對的側上下伏於剛性基板1431。超音波發射器1443包括壓電發射器層1444及耦接至壓電發射器層1444之第一電極發射器層1445a，其中第一電極發射器層1445a處於剛性基板1431與壓電發射器層1444之間。在一些實施方案中，超音波發射器1443可進一步包括第二電極發射器層1445b，使得金屬化電極可包夾壓電發射器層1444且施加電壓以驅動壓電發射器層1444。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統1430可經組態以經由諸如環氧樹脂之第一黏接劑1438附接至顯示器1437，且具體而言，超音波接收器1433可經組態以經由第一黏接劑1438附接至顯示器1437。在一些實施方案中，超音波發射器1443可經組態以經由諸如環氧樹脂之第二黏接劑1448附接至剛性基板1431。在一些實施方案中，FPC (未圖示)可耦接至剛性基板1431。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統1430包括背襯層1449，其中背襯層1449用以電隔離及保護第二電極發射器層1445b。背襯層1449可包括諸如聚醯亞胺之電性絕緣材料。

圖14B中之剛性基板1431、壓電接收器層1434、壓電發射器層1444及電極接收器層1435的態樣可在上文圖14A中描述。然而，替代耦接至壓電發射器層1444之包括厚金屬化電極層(例如，銀墨電極)的第一電極發射器層，超音波發射器1443包括處於剛性基板1431與壓電發射器層1444之間的電性非導電聲學層1446。電性非導電聲學層1446可安置於第一電極發射器層1445a上且直接上覆於第一電極發射器層，且電性非導電聲學層1446可被視為鄰近於壓電發射器層1444。在一些實施方案中，電性非導電聲學層1446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1430之有效聲學耦合。在一些實施方案中，第一電極發射器層1445a可分成複數個電極區段。在一些實施方案中，電性非導電聲學層1446可具有實質上大於第一電極發射器層1445a之厚度的厚度。在一些實施方案中，電性非導電聲學層1446具有介於約5 μm與約100 μm之間、介於約10 μm與約50 μm之間或介於約15 μm與約40 μm之間的厚度，且可包括具有大於約8.0兆瑞利之聲學阻抗值的介電材料。在一些實施方案中，第一電極發射器層1445a具有介於約5 nm與約3000 nm之間、介於約10 nm與約2000 nm之間或介於約100 nm與約1000 nm之間的厚度，且可包括鋁、銅、鎳或其組合。在一些實施方案中，第二電極發射器層1445b具有介於約2 μm與約100 μm之間或介於約5 μm與約50 μm之間的厚度，且可包括銀墨、鋁、銅、鎳或其組合。舉例而言，第二電極發射器層1445b包括30 μm厚之銅層。在一些實施方案中，第二電極發射器層1445b可為連續的且不分段。

在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統1430可視情況包括一或多個保護層。在一些實施方案中，第一保護層1439可視情況設置於第一黏接劑1438與電極接收器層1435之間。在一些實施方案中，第二保護層1447可視情況設置於第二黏接劑1448與第一電極發射器層1445a之間。在一些實施方案中，保護層1439及1447可各自具有介於約2 μm與約30 μm之間或介於約5 μm與約20 μm之間的厚度。在一些實施方案中，保護層1439及1447可包括丙烯酸系樹脂。

在圖14C中，超音波指紋感測器系統1450包括具有複數個感測器電路1452之剛性基板1451。超音波指紋感測器系統1450包括經組態以接收超音波之超音波接收器1453及經組態以產生超音波之超音波發射器1463。超音波接收器1453耦接至且上覆於剛性基板1451。超音波接收器1453包括耦接至剛性基板1451之壓電接收器層1454及耦接至且上覆於壓電接收器層1454之電極接收器層1455。超音波發射器1463在剛性基板1451之與超音波接收器1453相對的側上下伏於剛性基板1451。超音波發射器1463包括壓電發射器層1464及耦接至壓電發射器層1464之第一電極發射器層1465a，其中第一電極發射器層1465a處於剛性基板1451與壓電發射器層1464之間。在一些實施方案中，超音波發射器1443可進一步包括耦接至壓電發射器層1464之第二電極發射器層1465b，使得金屬化電極可包夾壓電發射器層1464且施加電壓以驅動壓電發射器層1464。此外，超音波發射器1463可進一步包括安置於第一電極發射器層1465a上且直接上覆於第一電極發射器層之電性非導電聲學層1466，其中電性非導電聲學層1466可被視為鄰近於壓電發射器層1464。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統1450可經組態以經由諸如環氧樹脂之第一黏接劑1458附接至顯示器1457，且具體而言，超音波接收器1453可經組態以經由第一黏接劑1458附接至顯示器1457。在一些實施方案中，超音波發射器1463可經組態以經由諸如環氧樹脂之第二黏接劑1468附接至剛性基板1451。在一些實施方案中，FPC (未圖示)可耦接至剛性基板1451。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統1450包括背襯層1469，其中背襯層1469用以電隔離及保護第二電極發射器層1465b。背襯層1469可包括諸如聚醯亞胺之電性絕緣材料。

圖14C中之剛性基板1451、壓電接收器層1454、壓電發射器層1464及電極接收器層1455的態樣可在上文圖14A中描述。此外，圖14C中之電性非導電聲學層1466的態樣可在上文圖14B中描述。然而，相比於圖14B，第二電極發射器層1465b可分成複數個電極區段，且第一電極發射器層1465a可為連續的且不分段。此外或在替代例中，超音波發射器1463進一步包括下伏於背襯層1469之佈線層1465c，其中佈線層1465c提供超音波指紋感測器系統1450中之額外電佈線，可電連接至複數個電極區段，在一些實施方案中，佈線層1465c具有介於約介於約5 nm與約3000 nm之間、介於約10 nm與約2000 nm之間或介於約100 nm與約1000 nm之間的厚度，且可包括鋁、銅、鎳或其組合。

在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統1450可視情況包括一或多個保護層。在一些實施方案中，第一保護層1459可視情況設置於第一黏接劑1458與電極接收器層1455之間。在一些實施方案中，第二保護層1467可視情況設置於第二黏接劑1468與第一電極發射器層1465a之間。在一些實施方案中，保護層1459及1467可各自具有介於約2 μm與約30 μm之間或介於約5 μm與約20 μm之間的厚度。在一些實施方案中，保護層1459及1467可包括丙烯酸系樹脂。

圖15A至圖15C展示根據一些實施方案的在可撓性基板上且具有分開之超音波發射器及接收器之各種實例超音波指紋感測器系統的橫截面示意圖。

在圖15A中，超音波指紋感測器系統1510包括具有複數個感測器電路1512之可撓性基板1511。超音波指紋感測器系統1510包括經組態以產生超音波之超音波發射器1523及經組態以接收超音波之超音波接收器1513。超音波接收器1513耦接至且上覆於可撓性基板1511，且超音波發射器1523耦接至且上覆於超音波接收器1513。超音波接收器1513包括耦接至可撓性基板1511之壓電接收器層1514及耦接至且上覆於壓電接收器層1514之第一電極層1515。在一些實施方案中，第一電極層1515充當壓電接收器層1514之電極接收器層。超音波發射器1523包括壓電發射器層1524及耦接至壓電發射器層1524之第二電極層1525，其中第二電極層1525上覆於壓電發射器層1524。在一些實施方案中，壓電發射器層1524處於第一電極層1515與第二電極層1525之間，使得金屬化電極可包夾壓電發射器層1524且施加電壓以驅動壓電發射器層1524。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統1510可經組態以經由諸如環氧樹脂之第一黏接劑1518附接至顯示器1517，且具體而言，超音波發射器1523可經組態以經由第一黏接劑1518附接至顯示器1517。在一些實施方案中，FPC (未圖示)可耦接至可撓性基板1511。

在一些實施方案中，可撓性基板1511具有介於約10 μm與約100 μm之間、介於約25 μm與約75 μm之間或為約40 μm之厚度。可撓性基板1511可包括塑膠材料，諸如聚醯亞胺、PET或PEN。可撓性基板1511之厚度及組成可經組態以用於與超音波指紋感測器系統1510聲學耦合。在一些實施方案中，壓電接收器層1514及壓電發射器層1524各自具有介於約5 μm與約30 μm之間或介於約5 μm與約15 μm之間的厚度。壓電接收器層1514經組態以接收超音波之反射，且壓電發射器層1524經組態以產生超音波。合適的壓電材料之實例包括PVDF或PVDF-TrFE共聚物。

第一電極層1515可為連續的且不分段。第一電極層1515在超音波接收器1513之跨度上可為連續的。在一些實施方案中，第一電極層1515可耦接至FPC。在一些實施方案中，第一電極層1515具有介於約3 μm與約12 μm之間或介於約5 μm與約10 μm之間的厚度。此厚度範圍在第一電極層1515包括銀墨之情況下為合適的。在一些實施方案中，第一電極層1515具有介於約5 nm與約3000 nm之間、介於約10 nm與約2000 nm之間或介於約100 nm與約1000 nm之間的厚度。此厚度範圍在第一電極層1515包括鋁、銅、鎳或其組合之情況下為合適的。

第二電極層1525可分成複數個電極區段。第二電極層1525耦接至且上覆於壓電發射器層1524，且第一電極層1515安置於壓電發射器層1524之與第二電極層1525相對的側上。在一些實施方案中，第二電極層1525具有介於約2 μm與約100 μm之間或介於約5 μm與約50 μm之間的厚度，且可包括銀墨、鋁、銅、鎳或其組合。舉例而言，第二電極層1525包括30 μm厚之銀墨層。在一些實施方案中，第二電極層1525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1510之有效聲學耦合，其中第二電極層1525定位於壓電發射器層1524與顯示器1517之間的聲學路徑中。然而，將瞭解，第二電極層1525可包括厚電性非導電聲學層，諸如具有大於約8.0兆瑞利之聲學阻抗值的介電層；及薄電性導電層，諸如鋁、銅、鎳或其組合之薄層。

在圖15B中，超音波指紋感測器系統1530包括具有複數個感測器電路1532之可撓性基板1531。超音波指紋感測器系統1530包括經組態以產生超音波之超音波發射器1543及經組態以接收超音波之超音波接收器1533。超音波接收器1533耦接至且上覆於可撓性基板1531，且超音波發射器1543耦接至且上覆於超音波接收器1533。超音波接收器1533包括耦接至可撓性基板1531之壓電接收器層1534及耦接至且上覆於壓電接收器層1534之第一電極層1535。在一些實施方案中，第一電極層1535充當壓電接收器層1534之電極接收器層。超音波發射器1543包括壓電發射器層1544及耦接至壓電發射器層1544之第二電極層1545，其中第二電極層1545上覆於壓電發射器層1544。在一些實施方案中，壓電發射器層1544處於第一電極層1535與第二電極層1545之間，使得金屬化電極可包夾壓電發射器層1544且施加電壓以驅動壓電發射器層1544。在一些實施方案中，超音波指紋感測器系統1530可經組態以經由諸如環氧樹脂之第一黏接劑1538附接至顯示器1537，且具體而言，超音波發射器1543可經組態以經由第一黏接劑1538附接至顯示器1537。在一些實施方案中，FPC (未圖示)可耦接至可撓性基板1531。

圖15B中之可撓性基板1531、壓電接收器層1534及壓電發射器層1544的態樣可在上文圖15A中描述。第一電極層1535可能分成或可能不分成複數個電極區段。第二電極層1545可能分成或可能不分成複數個電極區段。在一些實施方案中，第一電極層1535之電極區段可對應於第二電極層1545之電極區段。在一些實施方案中，第一電極層1535具有介於約3 μm與約12 μm之間或介於約5 μm與約10 μm之間的厚度。此厚度範圍在第一電極層1535包括銀墨之情況下為合適的。在一些實施方案中，第一電極層1535具有介於約5 nm與約3000 nm之間、介於約10 nm與約2000 nm之間或介於約100 nm與約1000 nm之間的厚度。此厚度範圍在第一電極層1535包括鋁、銅、鎳或其組合之情況下為合適的。在一些實施方案中，替代包括諸如銀墨之厚金屬層的第二電極層1545，第二電極層1545可包括FPC及適度厚之金屬層，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1545之適度厚的金屬層具有介於約5 μm與約50 μm之間或介於約10 μm與約30 μm之間的厚度，且第二電極層1545之FPC具有介於約5 μm與約50 μm之間或介於約10 μm與約30 μm之間的厚度。在一些實施方案中，第二電極層1545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1530之有效聲學耦合，其中第二電極層1545定位於壓電發射器層1544與顯示器1537之間的聲學路徑中。

在圖15C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發射器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。超音波發射器1563在可撓性基板1551之與超音波接收器1553相對的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。超音波發射器1563包括壓電發射器層1564、耦接至且上覆於壓電發射器層1564之第一電極發射器層1565a及耦接至且下伏於壓電發射器層1564之第二電極發射器層1565b。壓電發射器層1564處於第一電極發射器層1565a與第二電極發射器層1565b之間，使得金屬化電極可包夾壓電發射器層1564且施加電壓以驅動壓電發射器層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接劑1558附接至顯示器1557，且具體而言，超音波接收器1553可經組態以經由第一黏接劑1558附接至顯示器1557。在一些實施方案中，超音波發射器1563可經組態以經由諸如環氧樹脂之第二黏接劑1568附接至可撓性基板1551。在一些實施方案中，FPC (未圖示)可耦接至可撓性基板1551。

圖15C中之可撓性基板1551、壓電接收器層1554及壓電發射器層1564的態樣可在上文圖15A中描述。電極接收器層1555可為連續的且不分段。電極接收器層1555在超音波接收器1553之跨度上可為連續的。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具有介於約3 μm與約12 μm之間或介於約5 μm與約10 μm之間的厚度。此厚度範圍在電極接收器層1555包括銀墨之情況下為合適的。在一些實施方案中，電極接收器層1555具有介於約5 nm與約3000 nm之間、介於約10 nm與約2000 nm之間或介於約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合適的。

第一電極發射器層1565a及第二電極發射器層1565b中之一者或兩者可分成複數個電極區段。第一電極發射器層1565a耦接至且上覆於壓電發射器層1564，且第二電極發射器層1565b安置於壓電發射器層1564之與第一電極發射器層1565a相對的側上。在一些實施方案中，第一電極發射器層1565a具有介於約2 μm與約100 μm之間、介於約5 μm與約50 μm之間或介於約10 μm與約40 μm之間的厚度，且可包括銀墨、鋁、銅、鎳或其組合。舉例而言，第一電極發射器層1565a包括30 μm厚之銅層。在一些實施方案中，第一電極發射器層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，其中第一電極發射器層1565a定位於壓電發射器層1564與顯示器1557之間的聲學路徑中。然而，將瞭解，第一電極發射器層1565a可包括厚電性非導電聲學層，諸如具有大於約8.0兆瑞利之聲學阻抗值的介電層；及薄電性導電層，諸如鋁、銅、鎳或其組合之薄層。在一些實施方案中，第二電極發射器層1565b具有介於約20 μm與約500 μm之間、介於約50 μm與約300 μm之間或介於約75 μm與約150 μm之間的厚度，且可包括銀墨、鋁、銅、鎳或其組合。舉例而言，第二電極發射器層1565b包括100 μm厚之銅層。在一些實施方案中，第二電極發射器層1565b可充當超音波指紋感測器系統1550之聲學背襯層以增強與超音波指紋感測器系統1550之聲學耦合。

如上文所論述，一或多個電極層可鄰近於壓電發射器或壓電收發器定位以驅動用於產生超音波之壓電層。為減小驅動電壓，電極層可分成複數個電極區段，其中複數個電極區段可藉由電性絕緣間隙彼此分離。電極層之分段用以保存能量且使得能夠在整個陣列上驅動壓電發射器或壓電收發器。在一些實施方案中，複數個電極區段可按「條帶」設計分段，如圖16A中所展示。在一些實施方案中，複數個電極區段可按「2維島狀物」設計分段，如圖16B中所展示。

圖16A展示根據一些實施方案的具有呈「條帶」設計之分段電極之實例超音波指紋感測器系統的示意圖。電子裝置之超音波指紋感測器系統包括具有電性絕緣間隙1620之複數個電極區段1610，該等電性絕緣間隙使複數個電極區段1610彼此分離。複數個電極區段1610及電性絕緣間隙1620覆蓋電子裝置之整個或基本整個顯示器。電性絕緣間隙1620沿著側向尺寸分離複數個電極區段1610。具體而言，電性絕緣間隙1620沿著顯示器之y尺寸分離複數個電極區段1610。電性絕緣間隙1620中之每一者以等於或小於約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或介於約10 μm與約100 μm之間的平均間隙距離來分離複數個電極區段1610。複數個電極區段1610彼此共面且平行。複數個電極區段1610可連接至電路晶片1630，其中電路晶片1630可經組態以將驅動電壓施加至複數個電極區段1610中之一或多者。如圖16A中所展示，複數個電極區段1610由三個電極區段組成，該三個電極區段橫跨電子裝置之y尺寸且藉由電性絕緣間隙1620分離。在一些實施方案中，圖12A至圖12B及圖15A至圖15C中展示實例膜堆疊，其提供電連接至電路晶片1630 (無電佈線)之複數個電極區段1610。

圖16B展示根據一些實施方案的具有呈「2維島狀物」設計之分段電極之實例超音波指紋感測器系統的示意圖。電子裝置之超音波指紋感測器系統包括具有電性絕緣間隙1660之複數個電極區段1650，該等電性絕緣間隙使複數個電極區段1650彼此分離。複數個電極區段1650及電性絕緣間隙1660覆蓋電子裝置之整個或基本整個顯示器。複數個電極區段1650可經配置為跨越顯示器之陣列。特定而言，複數個電極區段1650可經配置為電極區段1650之m×n陣列，其中m及n為整數。電性絕緣間隙1660沿著顯示器之側向尺寸分離複數個電極區段1650，其中顯示器之側向尺寸正交於彼此。具體而言，電性絕緣間隙1660沿著顯示器之y尺寸及x尺寸使複數個電極區段1610分離。電性絕緣間隙1660中之每一者以等於或小於約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或介於約10 μm與約100 μm之間的平均間隙距離分離複數個電極區段1650。複數個電極區段1660彼此共面。電佈線1670在電路晶片1680與複數個電極區段1650中之每一者之間提供電互連。具體而言，複數個電極區段1650中之每一者藉由電佈線1670之相異線路連接至電路晶片1680。以彼方式，電路晶片1680可經組態以驅動一相異電極區段1650或一組相異電極區段1650。如圖16B中所展示，複數個電極區段1650係由12個電極區段組成，該等電極區段經配置為3×4陣列且藉由電性絕緣間隙1660分離。在一些實施方案中，圖13A至圖13B及圖14C中展示實例膜堆疊，其提供電連接至複數個電極區段1650之電佈線1670。

圖17A至圖17B展示根據一些實施方案的製造超音波指紋感測器系統之實例方法中之階段的橫截面示意圖，該超音波指紋感測器系統具有呈「條帶」設計之超音波收發器的分段電極。將瞭解，製造超音波指紋感測器系統之方法可包括比圖17A至圖17B中所展示更少、額外或不同的操作。

在圖17A中，提供感測器基板1710。感測器基板1710可包括任何合適之可撓性材料，諸如聚醯亞胺；或任何合適之剛性材料，諸如玻璃。壓電層1720可耦接至感測器基板1710且安置於感測器基板上方。壓電層1720可充當經組態以產生及接收超音波之超音波收發器。電極層1730可耦接至壓電層1720且安置於壓電層上方，其中電極層1730可分成複數個電極區段。

在圖17B中，在電極層1730上方形成電性非導電層1740。電性非導電層1740可覆蓋電極層1730之電極區段且藉由電性絕緣間隙分離電極區段。在一些實施方案中，在電極層1730具有足夠厚度及某一組成以充當高聲學阻抗層的情況下，電性非導電層1740可包括未必具有高密度或高Z值之電性絕緣材料。舉例而言，電極層1730可包括厚銀墨電極(例如，大於約10 μm)且電性非導電層1740可包括丙烯酸塗層。如圖16A中所展示，電極區段可按「條帶」設計藉由等於或大於約200 μm、等於或大於約300 μm或等於或大於約500 μm之間隙分離。在一些實施方案中，在電極層1730不充當高聲學阻抗層之情況下，電性非導電層1740具有高密度或高Z值。舉例而言，電極層1730可包括薄銀墨電極(例如，小於約10 μm)且電性非導電層1740可包括具有大於約8.0兆瑞利之聲學阻抗值的介電材料。

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之實例方法中之階段的橫截面示意圖，該超音波指紋感測器系統具有呈「2維島狀物」設計之超音波收發器的分段電極。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，提供感測器基板1810。感測器基板1810可包括任何合適之可撓性材料，諸如聚醯亞胺；或任何合適之剛性材料，諸如玻璃。壓電層1820可耦接至感測器基板1810且安置於感測器基板上方。壓電層1820可充當經組態以產生及接收超音波之超音波收發器。電極層1830可耦接至壓電層1820且安置於壓電層上方，其中電極層1830可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電性導電材料(例如，介於約5 nm與約3000 nm之間)。如圖16B中所展示，電極區段可按「2維島狀物」設計藉由等於或小於約300 μm、等於或小於約200 μm、等於或小於約100 μm或介於約10 μm與約100 μm之間的間隙分離。

在圖18B中，在電極層1830上方形成電性絕緣層1840。在一些實施方案中，電性絕緣層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，其具有等於或低於約150℃、等於或低於約140℃或等於或低於約120℃之固化溫度。舉例而言，光可成像環氧樹脂可包括SU-8。電性絕緣層1840可具有介於約3 μm與約15 μm之間或介於約5 μm與約10 μm之間的厚度。電性絕緣層1840可經圖案化以形成開口，使得可曝露電極層1830之電極區段中之至少一者。

在圖18C中，在電性絕緣層1840上方形成電佈線層1850。電佈線層1850可形成為穿過開口以與電極層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具有介於約5 nm與約3000 nm之間、介於約10 nm與約2000 nm之間或介於約10 nm與約1000 nm之間的厚度。電佈線層1850藉由用於驅動電極區段中之每一者的電路系統為複數個電極區段提供佈線。以彼方式，可將電極層1830之複數個電極區段分段成「2維島狀物」設計，如圖16B中所展示。

在圖18D中，在電佈線層1850上方形成電性非導電聲學層1860。電性非導電聲學層1860可包括具有大於約8.0兆瑞利之聲學阻抗值的介電材料。在一些實施方案中，可在電性非導電聲學層1860上方形成鈍化層(未圖示)以使電性非導電聲學層1860中之粗糙度平滑。在一些實施方案中，鈍化層具有介於約10 μm與約50 μm之間的厚度及等於或小於約5 nm之粗糙度值(依據RMS)。在一些實施方案中，鈍化層可經層壓至電性非導電聲學層1860上。電性絕緣層1840可足夠厚以減少電極層1830與電佈線層1850之間的電耦接且最小化額外負載。然而，電性絕緣層1840可足夠薄以確保電性非導電聲學層1860與壓電層1820之間的有效聲學耦合。因此，由電性絕緣層1840之厚度引起的分離不會顯著大使得高Z層(亦即，電性非導電聲學層1860)不再鄰近於壓電層1820，否則可減小超音波之信號強度。

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之實例方法中之階段的橫截面示意圖，該超音波指紋感測器系統具有呈「條帶」設計之超音波發射器的分段電極。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，提供載體基板1910。載體基板1910可包括任何合適之基板材料。FPC 1920可耦接至載體基板1910且安置於載體基板上方。FPC 1920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 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且安置於其上方。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、銅、鋁、鎳或其組合。在一些實施方案中，第一電極層1930可分成複數個第一電極區段。

在圖19B中，在第一電極層1930上方形成壓電層1940。壓電層1940可充當經組態以產生超音波之超音波發射器。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經受極化，該極化將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，在壓電層1940上方形成第二電極層1950。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可包括伴有高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、銅、鋁、鎳或其組合。在一些實施方案中，第二電極層1950可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為小的或可為大的，此係因為在超音波發射器與超音波接收器分開之實施方案中，大的間隙可能不會對影像品質產生顯著不利的影響。因此，第二電極層1950可包括厚銀墨層。複數個第二電極區段可對應於複數個第一電極區段。複數個第二電極區段及複數個第一電極區段可按「條帶」設計來配置，如圖16A中所展示。

在圖19E中，在第二電極層1950上方形成電性非導電層1960。電性非導電層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，電性非導電層1960可包括具有高密度或高Z值之介電材料，諸如大於約8.0兆瑞利之聲學阻抗值。在一些實施方案中，電性非導電層1960未必具有高密度或高Z值。在第二電極層1950具有高Z值之實施方案中可為如此情況。舉例而言，電性非導電層1960包括丙烯酸塗層。在一些實施方案中，電性非導電層1960可為具有光滑表面之背襯層或鈍化層，其中鈍化層具有介於約10 μm與約50 μm之間的厚度且具有等於或小於約5 nm之粗糙度值(依據RMS)。

在圖19F中，可移除載體基板1910。載體基板1910之移除形成超音波發射器，該超音波發射器包括FPC 1920、第一電極層1930、壓電層1940、第二電極層1950及電性非導電層1960。圖19F之超音波發射器可與超音波接收器(未圖示)附接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之實例方法中之階段的橫截面示意圖，該超音波指紋感測器系統具有呈「2維島狀物」設計之超音波發射器的分段電極。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，提供載體基板2010。載體基板2010可包括任何合適之基板材料。FPC 2020可耦接至載體基板2010且安置於載體基板上方。FPC 2020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 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且安置於其上方。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、銅、鋁、鎳或其組合。在一些實施方案中，第一電極層2030可為連續的且不分段。

在圖20B中，在第一電極層2030上方形成壓電層2040。壓電層2040可充當經組態以產生超音波之超音波發射器。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，可提供黏接促進劑(未圖示)以促進第一電極層2030與壓電層2040之間的黏接。

在圖20C中，壓電層2040經受極化，該極化將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，在壓電層2040上方形成第二電極層2050。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可包括伴有高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具有介於約5 nm與約3000 nm之間、介於約10 nm與約2000 nm之間或介於約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可分成複數個電極區段。複數個電極區段之間的間隙可為小的或可為大的，此係因為在超音波發射器與超音波接收器分開之實施方案中，大的間隙可能不會對影像品質產生顯著不利的影響。複數個電極區段可分段成「2維島狀物」設計，如圖16B中所展示。

在圖20E中，在第二電極層2050上方形成電性絕緣層2060。在一些實施方案中，電性絕緣層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，其具有等於或低於約150℃、等於或低於約140℃或等於或低於約120℃之固化溫度。舉例而言，光可成像環氧樹脂可包括SU-8。電性絕緣層2060可具有介於約3 μm與約15 μm之間或介於約5 μm與約10 μm之間的厚度。電性絕緣層2060可經圖案化以形成開口，使得可曝露第二電極層2050之電極區段中之至少一者。

在圖20F中，在電性絕緣層2060上方形成電佈線層2070。電佈線層2070可形成為穿過開口以與第二電極層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具有介於約5 nm與約3000 nm之間、介於約10 nm與約2000 nm之間或介於約10 nm與約1000 nm之間的厚度。電佈線層2070藉由用於驅動電極區段中之每一者的電路系統為複數個電極區段提供佈線。以彼方式，可將第二電極層2050之複數個電極區段分段成「2維島狀物」設計，如圖16B中所展示。

在圖20G中，在電佈線層2070上方形成電性非導電聲學層2080。電性非導電聲學層2080可包括具有大於約8.0兆瑞利之聲學阻抗值的介電材料。在一些實施方案中，可在電性非導電聲學層2080上方形成鈍化層(未圖示)以使電性非導電聲學層2080中之粗糙度平滑。在一些實施方案中，鈍化層具有介於約10 μm與約50 μm之間的厚度及等於或小於約5 nm之粗糙度值(依據RMS)。在一些實施方案中，鈍化層可經層壓至電性非導電聲學層2080上。電性絕緣層2060可足夠厚以減少第二電極層2050與電佈線層2070之間的電耦接且最小化額外負載。然而，電性絕緣層2060可足夠薄以確保電性非導電聲學層2080與壓電層2040之間的有效聲學耦合。因此，由電性絕緣層2060之厚度引起的分離不會顯著大使得高Z層(亦即，電性非導電聲學層2080)不再鄰近於壓電層2040，否則可減小超音波之信號強度。

在圖20H中，可移除載體基板2010。移除載體基板2010形成包括以下各者之超音波發射器：FPC 2020、第一電極層2030、壓電層2040、第二電極層2050、電性絕緣層2060、電佈線層2070及電性非導電聲學層2080。圖20H之超音波發射器可與超音波收發器(未圖示)附接以形成超音波指紋感測器系統。

如本文中所使用，提及項目清單「中之至少一者」的片語係指彼等項目之任何組合，包括單個成員。作為實例，「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的各種說明性邏輯、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按功能性加以描述，且說明於上文所描述之各種說明性組件、區塊、模組、電路及程序中。將此功能性以硬體抑或軟體實施取決於特定應用及強加於整個系統上之設計約束。

用以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設備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裝置、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裝置之組合，例如，一DSP與一微處理器之組合、複數個微處理器、一或多個微處理器結合DSP核心，或任何其他此組態。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系統來執行。

在一或多個態樣中，所描述之功能可以硬體、數位電子電路系統、電腦軟體、韌體、本說明書中所揭示之結構及其結構等效物或其任何組合來實施。本說明書中所描述之主題的實施方案可實施為一或多個電腦程式，亦即，編碼於電腦儲存媒體上以供資料處理設備執行或控制資料處理設備之操作的電腦程式指令之一或多個模組。

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。本文中所揭示之方法或演算法的程序可實施於可駐留於電腦可讀媒體上之處理器可執行軟體模組中。電腦可讀媒體包括電腦儲存媒體及通信媒體(包括可經啟用以將電腦程式自一處傳送至另一處的任何媒體)兩者。儲存媒體可為可由電腦存取之任何可用媒體。作為實例且非限制，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裝置，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的任何其他媒體。又，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(CD)、雷射光碟、光學光碟、數位影音光碟(DVD)、軟碟及藍光光碟，其中磁碟通常以磁性方式再現資料，而光碟藉由雷射以光學方式再現資料。以上各者的組合亦應包括於電腦可讀媒體之範圍內。另外，方法或演算法之操作可作為程式碼及指令中之一者或任何組合或集合而駐留於可併入至電腦程式產品中之機器可讀媒體及電腦可讀媒體上。

本發明中所描述之實施方案的各種修改對於彼等一般熟習此項技術者而言可為易於顯而易見的，且本文中所定義之一般原理可在不脫離本發明之精神或範圍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，而應符合與本文中所揭示之申請專利範圍、原理及新穎特徵相一致之最廣泛範圍。

在分開實施方案之內容背景下描述於本說明書中的某些特徵亦可在單個實施方案中以組合形式實施。相反，在單個實施方案之內容背景下描述的各種特徵亦可分開地在多個實施方案中或以任何合適子組合實施。此外，儘管上文可將特徵描述為以某些組合起作用且最初甚至按此來主張，但來自所主張組合之一或多個特徵在一些狀況下可自該組合刪除，且所主張之組合可針對子組合或子組合之變化。

類似地，雖然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的特定次序或以順序次序執行此等操作，或執行所有所說明操作以達成合乎需要之結果。在某些情形中，多任務及並行處理可為有利的。此外，不應將上文所描述之實施方案中的各種系統組件之分離理解為在所有實施方案中需要此分離，且應理解，所描述之程式組件及系統可通常在單個軟體產品中整合在一起或經封裝至多個軟體產品中。另外，其他實施方案係在以下申請專利範圍之範圍內。在一些狀況下，申請專利範圍中所敍述之動作可按不同次序執行且仍達成合乎需要之結果。

將理解，除非明確地識別特定所描述實施方案中之任一者中的特徵彼此不相容，或周圍上下文暗示其相互排斥且可能不容易在互補及/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地組合，以提供一或多個全面、但稍許不同之技術解決方案。因此，將進一步瞭解，已僅作為實例給出以上描述，且可在本發明之範圍內進行詳細修改。

100:行動裝置 102:行動裝置殼體 104:觸控式螢幕顯示器 106:麥克風 108:揚聲器 110:機械式按鈕 112:視訊或靜態影像攝影機 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:行動裝置 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:電源供應器 300:超音波感測系統 302:超音波換能器 304:基板 306:壓板 308:超音波發射器 310:超音波接收器 312:手指 314:超音波反射 316:脊紋 318:谷紋 422:壓電發射器層 424:第一發射器電極 426:第二發射器電極 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:曝露(上部/頂部)表面 450:超音波收發器陣列 456:壓電收發器層 460:上覆收發器偏壓電極 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(FPC) 530:感測器外殼或罩蓋 535:空腔 540:感測器基板 545:感測器電路 550:第三黏接劑 555:邊緣密封劑 560:第一黏著劑 565:第二黏著劑 605:顯示裝置 610:顯示器 615:物件/手指 625:感測器 650:時間 655:時間 705:顯示裝置 710:顯示器 715:手指 725:感測器 805:顯示裝置 810:顯示器 825:感測器 900:顯示裝置 905:壓板 930:物件 950:聲學路徑 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:顯示器下超音波感測器系統 1000a:超音波發射器/收發器 1000b:超音波發射器/收發器 1000c:超音波發射器/收發器 1010:感測器基板 1020:壓電層 1030:厚銀墨電極 1040:薄銀墨電極 1050:薄金屬電極 1060:電性非導電聲學層 1110:超音波指紋感測器系統 1111:剛性基板 1112:感測器電路 1113:超音波收發器 1114:壓電層 1115:電極層 1116:鈍化層 1117:顯示器 1118:黏接劑 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:黏接劑 1129:間隔物層 1210:超音波指紋感測器系統 1211:剛性基板 1212:感測器電路 1213:超音波收發器 1214:壓電層 1215:電極層 1216:電性非導電聲學層 1217:鈍化層 1218:顯示器 1219:黏接劑 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:電性非導電聲學層 1227:顯示器 1228:黏接劑 1229:間隔物層 1310:超音波指紋感測器系統 1311:剛性基板 1312:感測器電路 1313:超音波收發器 1314:壓電層 1315a:電極層 1315b:佈線層 1316:電性非導電聲學層 1317:電性絕緣層 1318:鈍化層 1319:顯示器 1320:黏接劑 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:電性非導電聲學層 1337:電性絕緣層 1338:顯示器 1339:黏接劑 1340:間隔物層 1410:超音波指紋感測器系統 1411:剛性基板 1412:感測器電路 1413:超音波接收器 1414:壓電接收器層 1415:電極接收器層 1417:顯示器 1418:第一黏接劑 1419:第一保護層 1423:超音波發射器 1424:壓電發射器層 1425a:第一電極發射器層 1425b:第二電極發射器層 1427:第二保護層 1428:第二黏接劑 1429:第三保護層 1430:超音波指紋感測器系統 1431:剛性基板 1432:感測器電路 1433:超音波接收器 1434:壓電接收器層 1435:電極接收器層 1437:顯示器 1438:第一黏接劑 1439:第一保護層 1443:超音波發射器 1444:壓電發射器層 1445a:第一電極發射器層 1445b:第二電極發射器層 1446:電性非導電聲學層 1447:第二保護層 1448:第二黏接劑 1449:背襯層 1450:超音波指紋感測器系統 1451:剛性基板 1452:感測器電路 1453:超音波接收器 1454:壓電接收器層 1455:電極接收器層 1457:顯示器 1458:第一黏接劑 1459:第一保護層 1463:超音波發射器 1464:壓電發射器層 1465a:第一電極發射器層 1465b:第二電極發射器層 1465c:佈線層 1466:電性非導電聲學層 1467:第二保護層 1468:第二黏接劑 1469:背襯層 1510:超音波指紋感測器系統 1511:可撓性基板 1512:感測器電路 1513:超音波接收器 1514:壓電接收器層 1515:第一電極層 1517:顯示器 1518:第一黏接劑 1523:超音波發射器 1524:壓電發射器層 1525:第二電極層 1530:超音波指紋感測器系統 1531:可撓性基板 1532:感測器電路 1533:超音波接收器 1534:壓電接收器層 1535:第一電極層 1537:顯示器 1538:第一黏接劑 1543:超音波發射器 1544:壓電發射器層 1545: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:第一黏接劑 1563:超音波發射器 1564:壓電發射器層 1565a:第一電極發射器層 1565b:第二電極發射器層 1568:第二黏接劑 1610:電極區段 1620:電性絕緣間隙 1630:電路晶片 1650:電極區段 1660:電性絕緣間隙 1670:電佈線 1680:電路晶片 1710:感測器基板 1720:壓電層 1730:電極層 1740:電性非導電層 1810:感測器基板 1820:壓電層 1830:電極層 1840:電性絕緣層 1850:電佈線層 1860:電性非導電聲學層 1910:載體基板 1920:FPC 1930:第一電極層 1940:壓電層 1950:第二電極層 1960:電性非導電層 2010:載體基板 2020:FPC 2030:第一電極層 2040:壓電層 2050:第二電極層 2060:電性絕緣層 2070:電佈線層 2080:電性非導電聲學層

本說明書中所描述之主題的一或多個實施方案之細節闡述於隨附圖式及以下描述中。其他特徵、態樣及優點自描述、圖式及申請專利範圍將變得顯而易見。應注意，以下諸圖之相對尺寸可能未按比例繪製。

各種圖式中之相同參考編號及名稱指示相同元件。

圖1展示包括超音波感測系統之實例行動裝置之圖解表示的正視圖。

圖2A展示根據一些實施方案之實例超音波感測系統之組件的方塊圖表示。

圖2B展示包括圖2A之超音波感測系統的實例行動裝置之組件的方塊圖表示。

圖3A展示根據一些實施方案之實例超音波感測系統的一部分之圖解表示的橫截面投影圖。

圖3B展示根據一些實施方案之圖3A之實例超音波感測系統的放大橫截面側視圖。

圖4A展示根據一些實施方案之圖3A至圖3B的實例超音波感測系統之實例組件的分解投影圖。

圖4B展示根據一些實施方案之圖3A至圖3B的超音波感測器系統中之超音波收發器陣列之實例組件的分解投影圖。

圖5展示具有可撓性印刷電路(FPC)之實例壓板下超音波感測器系統的橫截面圖。

圖6展示使用指紋感測器之實例，其中該指紋感測器不處於顯示器下方。

圖7展示根據一些實施方案之使用指紋感測器的實例，其中該指紋感測器處於顯示器下方。

圖8展示根據一些實施方案之實例顯示裝置的影像，其中指紋感測器處於顯示器下方且橫跨整個顯示區域。

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之實例顯示裝置的橫截面示意圖。

圖10A至圖10C展示根據一些實施方案之各種電極層的橫截面示意圖，該等電極層耦接至經組態以產生超音波之超音波發射器/收發器的壓電層。

圖11A展示根據一些實施方案的具有下伏於顯示器之剛性基板之實例超音波指紋感測器系統的橫截面示意圖。

圖11B展示根據一些實施方案的具有下伏於顯示器之可撓性基板之實例超音波指紋感測器系統的橫截面示意圖。

圖12A展示根據一些實施方案的具有剛性基板及電性非導電聲學層之實例超音波指紋感測器系統的橫截面示意圖。

圖12B展示根據一些實施方案的具有可撓性基板及電性非導電聲學層之實例超音波指紋感測器系統的橫截面示意圖。

圖13A展示根據一些實施方案的具有剛性基板、電性非導電聲學層及複數個電性導電層之實例超音波指紋感測器系統的橫截面示意圖。

圖13B展示根據一些實施方案的具有可撓性基板、電性非導電聲學層及複數個電性導電層之實例超音波指紋感測器系統的橫截面示意圖。

圖14A至圖14C展示根據一些實施方案的在剛性基板上且具有分開之超音波發射器及接收器之各種實例超音波指紋感測器系統的橫截面示意圖。

圖15A至圖15C展示根據一些實施方案的在可撓性基板上且具有分開之超音波發射器及接收器之各種實例超音波指紋感測器系統的橫截面示意圖。

圖16A展示根據一些實施方案的具有呈「條帶」設計之分段電極之實例超音波指紋感測器系統的示意圖。

圖16B展示根據一些實施方案的具有呈「2維島狀物」設計之分段電極之實例超音波指紋感測器系統的示意圖。

圖17A至圖17B展示根據一些實施方案的製造超音波指紋感測器系統之實例方法中之階段的橫截面示意圖，該超音波指紋感測器系統具有呈「條帶」設計之超音波收發器的分段電極。

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之實例方法中之階段的橫截面示意圖，該超音波指紋感測器系統具有呈「2維島狀物」設計之超音波收發器的分段電極。

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之實例方法中之階段的橫截面示意圖，該超音波指紋感測器系統具有呈「條帶」設計之超音波發射器的分段電極。

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之實例方法中之階段的橫截面示意圖，該超音波指紋感測器系統具有呈「2維島狀物」設計之超音波發射器的分段電極。

1310:超音波指紋感測器系統

1311:剛性基板

1312:感測器電路

1313:超音波收發器

1314:壓電層

1315a:電極層

1315b:佈線層

1316:電性非導電聲學層

1317:電性絕緣層

1318:鈍化層

1319:顯示器

1320:黏接劑

Claims (12)

1. 一種超音波指紋感測器系統，其包含：一感測器基板；直接在該感測器基板上的複數個感測器電路；及耦接至該感測器基板的一超音波收發器，其中該超音波收發器包含：一壓電層，其耦接至該感測器基板並且經組態以產生超音波；一電性非導電高聲學阻抗層，其鄰近於該壓電層，其中該電性非導電高聲學阻抗層定位於該基板之面向一顯示器的一相對側上，該超音波指紋感測器系統經組態以附接至該顯示器，其中該電性非導電高聲學阻抗層包括具有大於約8.0兆瑞利之一聲學阻抗值的一介電材料；及一或多個電性導電層，其處於該壓電層與該電性非導電高聲學阻抗層之間並且處於該電性非導電高聲學阻抗層與該複數個感測器電路之間，其中該電性非導電高聲學阻抗層之一厚度大於該一或多個電性導電層中之每一者的一厚度至少兩倍。
2. 如請求項1之超音波指紋感測器系統，其中該一或多個電性導電層包括安置於該壓電層上之一電極層，其中該電極層包括複數個電極區段。
3. 如請求項2之超音波指紋感測器系統，其中該複數個電極區段中之鄰近區段之間的一平均間隙距離等於或小於約200μm。
4. 如請求項2之超音波指紋感測器系統，其中該複數個電極區段經配置為具有電性絕緣間隙之條帶，該電性絕緣間隙沿著該超音波指紋感測器系統之一側向尺寸分離該複數個電極區段。
5. 如請求項2之超音波指紋感測器系統，其中該一或多個電性導電層進一步包括鄰近於該電極層之一佈線層。
6. 如請求項5之超音波指紋感測器系統，其中該超音波收發器進一步包含：一電性絕緣層，其處於該電極層與該佈線層之間。
7. 如請求項6之超音波指紋感測器系統，其中該電性絕緣層包括一光可成像環氧樹脂。
8. 如請求項6之超音波指紋感測器系統，其中該複數個電極區段經配置為具有電性絕緣間隙之2維島狀物之一陣列，該電性絕緣間隙沿著該超音波指紋感測器系統之正交於彼此的側向尺寸分離該等2維島狀物。
9. 如請求項1之超音波指紋感測器系統，其中該一或多個電性導電層中之每一者的一厚度介於約10nm與約2μm之間。
10. 如請求項9之超音波指紋感測器系統，其中該一或多個電性導電層中 之每一者包括鋁、鎳、銅或其組合。
11. 如請求項1之超音波指紋感測器系統，其中該電性非導電高聲學阻抗層具有介於約3500kg/m³與約10000kg/m³之間的一密度。
12. 如請求項1之超音波指紋感測器系統，其中該基板為一剛性基板。