(57)【要約】      （修正有）【課題】スマートフォン又は同様なデバイスのガラスパネルユーザインタフェース内に実装される指紋センサを提供する。【解決手段】指紋センサアセンブリは、ガラスの薄い層２２の下に配置された容量型指紋センサ１６と、ガラス層とセンサとの間の接着層２６、２８によって結合された相対的に高い誘電率の材料の強化層２４と、を含む。【選択図】図１
2018010627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量型指紋センサと、
前記指紋センサ上に配置され、１０より小さい誘電率と、３００μｍより薄い厚さとを有するカバー層と、
前記指紋センサと前記カバー層との間にあって、前記カバー層に結合され、又は、モールドされ、少なくとも２０の誘電率を有し、前記カバー層の厚さの１０％から２００％の前記厚さを有する強化層と、
を備える、指紋センサアセンブリ。
【請求項２】
前記強化層は、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニア、及びチタン酸バリウム＋エポキシベース系からなるグループから選択された材料を含む、請求項１に記載の指紋センサアセンブリ。
【請求項３】
前記強化層は、接着剤によって、前記カバー層に結合された強化パネルを備え、前記接着剤は、圧力感応接着剤、Ｂステージシート接着剤、絆層接着剤、アクリルベース熱硬化接着剤、高弾性率／多くの架橋を有するエポキシタイプ熱硬化接着剤、前記接着剤の弾性率を増加するために粒子充填物を有する接着剤、及び、高誘電率を有する充填物質を有する接着剤、からなるグループから選択された１以上の材料を含む、請求項１又は請求項２に記載の指紋センサアセンブリ。
【請求項４】
前記強化層は、前記指紋センサに結合され、前記接着剤は、圧力感応接着剤、Ｂステージシート接着剤、絆層接着剤、アクリルベース熱硬化接着剤、高弾性率／多くの架橋を有するエポキシタイプ熱硬化接着剤、前記接着剤の弾性率を増加するために粒子充填物を有する接着剤、及び、高誘電率を有する充填材料を有する接着剤、からなるグループから選択された１以上の材料を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の指紋センサアセンブリ。
【請求項５】
前記カバー層は、ガラスカバーを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の指紋センサアセンブリ。
【請求項６】
前記カバー層は、モバイル電子デバイスのカバーガラススクリーンの薄い領域を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の指紋センサアセンブリ。
【請求項７】
前記カバー層厚さは、２００μｍ以下であり、前記強化層厚さは、少なくとも５０μｍである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の指紋センサアセンブリ。
【請求項８】
前記強化層は、少なくとも４００から１５００Ｍｐａの曲げ強さを有する材料を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の指紋センサアセンブリ。
【請求項９】
前記強化層は、１５００Ｍｐａより大きい曲げ強さを有する材料を含む、請求項８に記載の指紋センサアセンブリ。
【請求項１０】
前記強化層は、３．５から１５ＭＰａｍ１／２の破砕強度を有する材料を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の指紋センサアセンブリ。
【請求項１１】
前記強化層と前記カバー層は、実質的に同一の熱膨張係数を有する材料を含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の指紋センサアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願への参照＞
この出願は、２０１６年６月２４日出願の仮特許出願第６２／３５４，２１０号の出願日の35 Ｕ．Ｓ．Ｃ． § １１９(ｅ)の下の利益を享受する権利を主張し、仮特許出願第６２／３５４，２１０号の開示は、参照によりここに組み込まれる。
【０００２】
＜技術分野＞
この開示は、スマートフォン又は同様なデバイスのガラスパネルユーザインタフェース内に実装される指紋センサに関する。
【背景技術】
【０００３】
スマートフォン、ハンドヘルドコンピュータ、及び、デバイスへのアクセスを保証し、制御する他の同様なデバイスへの電子指紋センサの組み込みは、広く行われるようになってきた。容量型指紋センサなどの電子指紋センサは、指紋パターンの溝及び隆起に対応する空間スケールについてのセンサの異なる部分内の電気的特性の小さな変化を検出することにより機能する。
【０００４】
美的理由及び機能的理由により、モバイルスマートフォン又は他の同様なデバイスのディスプレイガラスに指紋センサを一体化する事が望ましい。しかし、例えば、線形導体などのセンサ電子機器の、ディスプレイガラスへの実際の一体化は、技術的と、製造インフラについての観点との両方に於ける問題を含む。基板ベースのセンサ（つまり、駆動導体と、誘電体基板によって駆動導体から分離された検知又はピックアップ導体とを有する容量型センサ）によってそのようにすることは、例えば、ガラスの上面から下面へ相互接続するためのガラス貫通ビアと、センサ技術を一体化するために、ディスプレイガラスの両面上の再分配回路層とを必要とするだろう。
【０００５】
同様に、オンチップ又はオフチップ容量型センサなどのセンサをディスプレイガラスの背後に配置することは、センサに対する信号対ノイズ比（ＳＮＲ)の大きな、かつ、典型的には許容範囲外の劣化を引き起こし、同様に、画像化された（検知された）指紋のかすれの増加を引き起こすだろう。特に、ディスプレイガラスは、デバイスの通常扱いを通して、その機械的一体化を維持するのに十分厚い必要があるからである。スマートフォンに用いられる典型的な強化ガラスは、例えば、３．５から１０の範囲の相対的に低い誘電率（Ｄｋ）値を有し、容量型センサの上の所定の厚さの材料に対する信号対ノイズ比（「ＳＮＲ」）の劣化は、材料の誘電率が減少するに従い大きくなる。従って、スマートフォン用の「ガラスの背後の」指紋センサにおける高ＳＮＲの開発は、できるだけ薄い、又は、センサが配置される領域に於ける薄いガラスの局所領域を有する非常に薄いガラスカバー材料の使用を必要とする。
【０００６】
残念なことに、指紋センサ上の薄さを可能とすることを維持するための、モバイルデバイス上の非常に薄いガラスカバーの使用の結果として、負荷下でのガラスの曲がりを望ましくないほど増加すると共に、ガラスの衝撃に対する機械的強度を減少させ、それによって、前からあったガラス内の欠陥が、亀裂として伝搬することを引き起こし得る。これらの現象は、指紋センサの信頼性に悪い影響を与える。
【０００７】
この問題に対する既存の解決法は、指紋センサ上により厚いガラスカバーを用い、関連する性能の劣化を伴うセンサに対して結果として生じるＳＮＲの減少を受け入れ、他人受入率／本人拒否率（ｆａｌｓｅ  ａｃｃｅｐｔ  ｒａｔｅ／ｆａｌｓｅ  ｒｅｊｅｃｔ  ｒａｔｅ（ＦＡＲ／ＦＲＲ））と信頼性とを増加する事である。
【発明の概要】
【０００８】
以下は、本明細書で記述する、ある側面の基本的理解を提供するために、簡単な概要を提示する。この概要は、請求される主題の網羅的な概観ではない。これは、請求される主題のキーとなる又は重要な要素を特定することも、その範囲を叙述することも意図されていない。その唯一の目的は、後に提示されるより詳細な記述への導入として、簡単化された態様における幾つかの概念を提供することである。
【０００９】
この開示の態様は、高Ｄｋ（例えば、１０より大きい、より典型的には、１５から４０以上の範囲のＤｋ）のセラミック及びポリマー−ディスプレイ及びタッチスクリーンとしても機能することが出来る、モバイルデバイスカバーガラスに一体化される容量型指紋センサアセンブリの一体化部分としてのセラミック合成物−の使用を含む。
【００１０】
本明細書で開示されるアセンブリは、非常に薄いガラスカバーを有する「ガラスの背後の」一以上の容量型センサの機械的強度、機能、及び信頼性を改善し、容量型センサ性能（例えば、ＳＮＲ)の劣化を最小化し、それによって、センサの全体の電気機能への悪影響を最小化する。モノリシックなセラミック挿入物（つまり、（高Ｄｋセラミック充填物を有するポリマーなどの）層化材料もしくは合成物材料ではなく、一片の均一なセラミック材料）、高Ｄｋセラミック含有合成挿入物又は高Ｄｋセラミック含有充填材料などの高Ｄｋセラミック材料の、センサとカバーガラスの下部との間の領域への組み込みによって、これは達成される。
【００１１】
一実施形態においては、指紋センサ（例えば、容量型指紋センサ）のモバイル電子デバイスのカバーガラス／ディスプレイ／タッチスクリーンへの堅固な一体化を提供する構造が開示される。一実施形態においては、指紋センサ（ＦＰＳ)は、カバーガラス内に形成されたブラインド又は貫通開口部へ一体化される。ある実施形態においては、非常に薄いガラスカバーは、完成カバーガラスの理想的美観及び工業設計のために、ＦＰＳ上に配置される。ガラスカバーは、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）によるＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスに類似した、熱強化（テンパリング）プロセスによって、又は、化学強化（イオン交換）プロセスによってなどで、強化されることが出来る。ガラスカバーは、５０から２００ミクロンの範囲の厚さを有し、好ましくは、７０から１２０μｍの範囲の厚さを有することが出来る。カバーは、同様のサイズのセラミック又はセラミック合成物支持又は強化パネルに密着して結合される。セラミック強化パネルは、非常に誘電率の高い材料で構成されることができ、また、非常に硬く（例えば、４００から１５００MPa以上の曲げ強さ）、高い破砕強度（例えば、３．５から１５MPam1/2）を有することも出来る。例示的材料は、ジルコニア（典型的には、Ｄｋ＝２５から４０）又は、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム（ｂａｒｉｕｍ  ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ  ｔｉｔａｎａｔｅ ）（典型的には、２０００までのＤｋ）などを含む。セラミック支持物は、ガラスカバーの強度を改善するために、薄い強化ガラスカバー及びＦＰＳの間に配置され、厚くなったカバーに付随し得るセンサ性能の劣化を最小化する。理想的には、セラミック支持物の熱膨張係数（ＣＴＥ)は、薄いガラスカバーと適合される。例えば、Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスなどの強化ガラスは、典型的には、８．４ppm/CのＣＴＥを有する。ジルコニアは、典型的は、１０．３ppm/CのＣＴＥを有し、セラミックとガラスとの間の界面応力を最小化するために、精密に適合されたＣＴＥを提供する。セラミック支持物は、ガラスカバーの強度及びセンサの電気的性能を最適化するために、厚さ、誘電特性、及び、機械的特性について設計される。
【００１２】
他の実施形態においては、モバイル電子デバイスのカバーガラス／ディスプレイ／タッチスクリーンは、センサが配置されるだろう局所領域において、ガラスの厚さが実質的に減少される薄い領域を有する。薄い領域の意図は、カバーガラスの厚さと低い誘電率によって発生するセンサ機能の劣化を減少することである。セラミック又はセラミック合成物強化パネルは、カバーガラスとＦＰＳとの間のカバーガラスの薄い領域に、密接に結合されるか、又は、モールドされる。セラミック支持物は、非常に誘電率の高い材料からなり、また、非常に硬く、高い曲げ強さを有し、好ましくは、カバーガラスに対してＣＴＥが精密に適合される。セラミック強化部材は、センサの性能の劣化を最小化しつつ、薄いカバーガラスの機械的強度を改善するために、薄いカバーガラスとＦＰＳとの間に配置される。
【００１３】
動作の方法、構造及び部品の組み合わせの関連した要素の機能、及び、製造の経済性と共に、この開示の主題の他の特徴と特性は、添付の図面を参照して、以下記述と添付の請求項を考慮に入れると、より明らかになるだろう。全図面は、この明細書の一部を形成し、同様な参照番号は、様々な図において、対応する部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
ここに組み込まれ、明細書の一部を形成する添付の図面は、この開示の主題の様々な実施形態を図示する。図面において、同様な参照番号は、同一又は機能的に同様な要素を示す。
【００１５】
【図１】本明細書に開示されるように、カバーと強化部材又は支持パネルを用いる指紋センサ実装の横断的断面である。
【図２】指紋センサ上の薄い領域に結合されるか、又は、モールドされる強化又は支持材料を用いる、スマートフォンカバーガラスの薄い領域の下の指紋センサの実装の横断的断面である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示の主題の態様は、様々な形態で具現化されることができ、以下の記述及び添付の図面は、単に、主題の特定の例として、これらの形態の幾つかを開示することを意図されている。従って、この開示の主題は、そのように記述され、及び、図示された形態又は実施形態に限定されることは意図されていない。
【００１７】
他様に規定されない限り、当技術の全ての語句、記号、他の技術用語、又は、本明細書で用いられる語句は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で参照する全ての特許、出願、公開出願、及び他の出版物は、その全体が、参照によってここに組み込まれる。この項で述べられる定義が、ここに、参照によって組み込まれる、それらの特許、出願、公開出願、及び他の出版物で述べられる定義と相違する、又は、他の場合不整合である場合、この項で述べられる定義が、ここに参照により組み込まれる定義に優先する。
【００１８】
他様に示され、又は、文脈が他様に示唆しない限り、本明細書で使用されるように、「ａ」又は「ａｎ」は、「少なくとも一つ」又は、「１以上」を意味する。
【００１９】
この記述は、コンポーネント、装置、場所、特徴、又は、それらの一部の位置及び／又は方向を記述するのに、相対空間的及び／又は方向的語句を用いることが出来る。特に述べられない、又は、記述の文脈によって他様に示されない限り、これらには限定されないが、上、下、上に、下に、底に、天辺に、上部、下部、左の、右の、前部の、背後の、横の、隣接した、間の、水平の、垂直の、対角の、縦方向の、横方向の、放射状の、軸に沿ったなどを含むそのような語句は、図面において、そのようなコンポーネント、装置、場所、特徴、又は、それらの一部を参照するための簡便性のため用いられ、限定する意図はない。
【００２０】
更に、他様に述べられない限り、この記述において述べられるいかなる特定の寸法も、開示の態様を具現化するデバイスの例示的実装の単なる表現であり、限定することは意図されていない。
【００２１】
語句「約」の使用は、明示的に示されているかいないかに関わらず、ここに特定された全ての数字的値について適用される。この語句は、一般に、本開示の文脈の中で、引用された数値に対する妥当な（つまり、等価な機能又は結果を有する）量の偏差と当業者が考えるだろう数字の範囲をさす。例えば、限定する意図なしに、この語句は、そのような偏差が値の最終的な機能又は結果を変化させないならば、与えられた数値の±１０％の偏差を含むとして解釈されることが出来る。従って、当業者によって理解されるだろう幾つかの状況下では、約１％の値は、０．９％から１．１％の範囲と解釈されることが出来る。
【００２２】
本明細書で用いられるように、語句「集合」は、１以上の物体の集まりをさす。従って、例えば、物体の集合は、単一の物体又は複数の物体を含むことが出来る。集合の物体は、また、集合のメンバーとも呼ばれることが出来る。集合の物体は、同一でも異なっても良い。幾つかの例においては、集合の物体は、１以上の共通の特性を共有することが出来る。
【００２３】
本明細書で使用されるように、語句「隣接」は、近く、又は、付近にあることを指す。隣接する物体は、互いに離間することができ、又は、互いに実際に、もしくは直接接触することが出来る。幾つかの例においては、隣接する物体は、互いに結合することができ、又は、互いに一体化して形成されることが出来る。
【００２４】
本明細書で用いられるように、語句「実質的に」及び「実質」は、かなりの度合い又は程度をさす。例えば、イベント、環境、特性、又は、性質と共に用いられる場合、この語句は、そのイベント、環境、特性、又は性質が、正確に起こる場合と共に、そのイベント、環境、特性、又は、性質が、本明細書で記述する実施形態の典型的な許容レベル又は変化性を考慮に入れるなど、近い近似にまで起こる場合をさす事が出来る。
【００２５】
本明細書で用いられるように、語句「任意に」及び「オプションとして」は、順次記述される、コンポーネント、構造、要素、イベント、環境、特性、性質などが、含まれるか、もしくは発生することができ、又は、含まれないか、もしくは発生しなくても良く、記述は、コンポーネント、構造、要素、イベント、環境、特性、性質などが、含まれるか、又は発生する場合と、それらが含まれないか、又は、発生しない場合を含む、ことを意味する。
【００２６】
本明細書で用いられるように、語句「指紋」は、パターン源からの振幅要素のコントラストを示すマップを意味する。このように、人間の指の隆起／溝パターンが、指紋として含まれる。更に、縦じまパターン、毛脈静脈パターン、又は、振幅要素のコントラストを示す他の集合は、同様に、コントラスト付けされた要素の複数の十分長い連続の集合を有する。
【００２７】
本明細書で記述される実施形態は、スマートフォン又は、ガラスユーザインタフェースを有する他のデバイスに組み込まれる「ガラス下」又は「ガラス貫通」容量型指紋センサについて、非常に薄いガラス（例えば、５００μｍ厚より薄い）の使用から帰結する減少された機械的信頼性の問題を軽減する。電場等価真空誘電厚Ｔｖ は、厚さｔ及び誘電率Ｄｋの誘電層の電界に対する複合効果の従来の測定であり、以下の式によって与えられる：
2018010627.tif 000003
【００２８】
与えられた誘電層厚さｔについて、Ｄｋが増加すると、Ｔｖ が減少する。容量型ＦＰＳの検知素子上の非常に薄いガラスが用いられる。というのも、容量型指紋センサについては、小型の電場等価真空厚さ(Ｔｖ)が、検知回路とユーザの指紋の面との間に必要とされるからである。例えば、Ｄｋ＝７のガラスについて、ｔ＝５００μｍの厚さは、Ｔｖ = 500 mm/7 = 71 mm となるだろう。そのような、大きな等価真空厚さは、十分なＳＮＲ値又は、事実、容量型センサに対しての、価値あるいかなるイメージを得ることも不可能とするだろう。センサについて、許容範囲のＳＮＲ値を達成するためには、ガラス厚さは、典型的には、１００μｍまで、おそらく、７０μｍ程度まで減少されなければならないことがありうる。１００μｍガラスの場合、Ｔｖ＝１００μｍ／７＝１４μｍである。７０μｍガラスの場合、Ｔｖ＝７０μｍ／７＝１０μｍである。。
【００２９】
しかし、ガラスの厚さが、許容範囲のイメージング能力とＳＮＲ値とを維持するように減少されると、カバーガラスの機械的強度と信頼性も減少する。例えば、衝撃又は非常に局所化した負荷へのガラスの抵抗力は減少し、カバーガラスの破損の可能性が増加する。
【００３０】
スマートフォンなどの消費者電子製品は、扱いや扱いミスからの日常の衝撃に耐えることができなくてはならない。消費者ポータブル電子製品の機械的強度の評価は、インデンテーションテスト（又は、パンクチャテスト）、ボール落下テスト、転落テスト（ｔｕｍｂｌｅ  ｔｅｓｔｉｎｇ）、及び、デバイス落下テストを含むことが出来る。ボール落下テストは、指紋センサ上のガラスカバーの面上に、異なる高さから金属ボールを落下させることを含む。落下テストの激しさは、ボールの直径、ボールの質量、及び落下高さによって決定される。落下テストの激しさに依存して、ガラスカバーは、割れにつながるような曲がりによって、又は、ぶつかりによってダメージを受け、テスト条件、ガラス厚さ、層の性質に依存して、ガラス下に積み重なる。この積み重なりは、低弾性率の接着剤及び他のポリマーなどの低弾性率を有する幾つかの層を含む、金属の層及び非金属の層を含むことが出来る。ガラスカバーが薄く、積み重なった層によって提供される不十分な支持しかない場合、ガラスカバーは、インデンテーション又はボール衝撃の間、余分に曲がる傾向があり、ガラスの破損となりうる。
【００３１】
本明細書で記述する実施形態は、センサアセンブリ積み重なりと非常に薄いガラスカバーとの間、又は、センサと、センサを収容するように設計されたカバーガラスの局所化された薄い領域との間に、堅固な、高いＤｋの（例えば、少なくとも２０及び、おそらくは、数千までの範囲の）強化材料を組み込むことにより、この問題を軽減する。十分な機械的支持を提供するために、この材料は、十分厚くなければならない。支持材料が、低Ｄｋ値を有した場合、これは、厚いガラスと同様に、センサのＳＮＲを劣化させ、センサを使えなくするだろう。
【００３２】
本明細書で開示された概念を具現化する例示的アセンブリが図１に示される。アセンブリ１０は、指紋センサ又はセンササブアセンブリ１６を受けるために、開口部１４が形成されたスマートフォン又は同様なデバイスのユーザインタフェーススクリーンのカバーガラス１２を備える。実施形態においては、指紋センサ１６は、堅固な基板上に折り込まれたとき、協働してセンサマトリックスを形成する導電線がその上に形成された柔軟な誘電体で包まれた堅固なガラス基板を含むアセンブリを備えることが出来る。ＡＳＩＣなどの回路素子１８は、柔軟な基板に取り付けられ、導電素子に接続されることが出来る。このタイプの指紋センサの例示的実施形態は、所有者が本願と同じ、米国特許出願公開公報第２０１７／０１４７８５２号に記載されており、この開示は、ここに、参照により組み込まれる。開口部１４は、カバーガラス１２を完全に貫通して形成され、又は、カバーガラスを完全には貫通して延伸せず、指紋センサ１６が配置されるブラインドホールを形成することが出来る。指紋センサ１６は、指紋センサ１６を部分的に又は完全に囲むスペーサ素子２０内の開口部１４内に載置されることができ、スペーサとセンサは、米国特許出願公開公報第２０１７／０１４７８５２号に記載されるように、適切な接着剤によって、開口部１４内に固定されることが出来る。
【００３３】
開口部１４及び指紋センサ１６は、ガラスカバー（又はカバー層）２２によって覆われる。ガラスカバー２２は、カバーガラス１２から分離したガラスの個別のパネルであり、図１に示すようにスペーサ素子２０内に配置されることができ、又は、スペーサ素子２０上に静置されることが出来る。ガラスカバー２２が、カバーガラス１２の上面上で、同一平面となり、下に収まらせ、又は、上へ突出されることが出来るように、アセンブリは、構成されることが出来る。高強度の、高Ｄｋ強化パネル２４は、指紋センサ１６とガラスカバー２２の間に配置され、接着層２６によって、ガラスカバー２２２に密接に結合される。更に、強化パネル２４は、接着層２８によって、指紋センサ１６に固定されることが出来る。様々な実施形態においては、ガラスカバーが完全にパネルによって支持されるように、つまり、支持されないガラスが、強化パネルから垂れ下がらないように、強化パネルは、少なくともガラスカバーと同一のサイズである。整列許容量のために、これは、幾つかの実施形態においては、強化パネルが、ガラスカバーよりわずかに大きい必要があるだろうことを意味するだろう。他の実施形態においては、強化材料とガラスは、最初に一緒に結合され、それから、カバーの形状が、例えば、レーザによって、結合材料から切り取られ、ガラスカバーとパネルとの間の整列許容量は、本質的にゼロ（つまり、整列ミスがない）となるようにする。
【００３４】
本明細書で開示される概念を具現化する別のアセンブリ３０が図２に示される。アセンブリ３０は、上記したように、指紋センサ又はセンササブアセンブリ３４を収容し、センサ又はセンサアセンブリ上にカバー層を形成するためにカバーガラスが薄くされる領域３６におけるカバーガラス３２に下に配置されるセンサ体３４と共に、スマートフォンなどのユーザインタフェーススクリーンのカバーガラス３２を、備える。強化材料３８は、センサ体３４上のカバーガラス３２の薄いセクション３６内に結合され、又は、モールドされる。
【００３５】
カバーガラス３２は、一体型タッチパネル及びディスプレイを備えることができ、一般に、通常使用条件下で、製品寿命と信頼性に対する消費者の期待に沿うために、十分な堅固さを提供する厚さであることができる。商業利用可能なイオン交換強化ガラス材料の場合、厚さは、０．３から０．７ｍｍのガラスの範囲とすることができ、例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスが、０．４ｍｍから１ｍｍ又は２ｍｍの厚さで購入できる。この実施形態においては、ガラスは、指紋センサ３４（例えば、容量型指紋センサ）が配置されるべき領域３６において局所的に薄くされる。カバーガラスは、機械加工により、又は、選択的化学エッチングにより、領域３６において薄くされることが出来る。この局所的に薄くされた領域は、機械的強度が小さくなっているが、センサが、全厚さのカバーガラスの背後に配置されたならば起こったであろう劣化に対し、比較的低いＤｋガラスの厚さの減少は、センサＳＮＲの劣化を軽減する。局所的に薄くされた領域においては、高Ｄｋセラミック又はセラミックポリマー合成物などの非常に高い誘電率と高強度を有する材料３８は、局所的に薄くされた領域又はその一部を埋め、ＳＮＲに於ける減少を最小化しながら、センサ性能の劣化を最小化しつつ、薄いガラスへの機械的強化を提供する。様々な実施形態においては、機械的強化部材は、強化部材とガラスとの間の密接な接触が維持されることを保証するように、ガラスカバーへ結合される。強化材料が、薄い領域３６内に流し込まれるか、又は注入される流体状材料である場合、硬化又は凝固の間、ガラスへの結合を自然に形成することができ、合成物に面したガラス面は、結合を増強するために処理されることができる（例えば、洗浄及び／又は粗化のためのプラズマ処理、洗浄／粗化のための機械的又は化学的処理、シランなどの結合剤など）。強化材料が、薄い領域３６に収まるように予め作られたパネルの形態である場合、 接着剤、特に、ガラスと強化パネルとの間に空気ギャップがないことを保証するだろう流体状接着剤によってガラスに固定されることができる。
【００３６】
アセンブリ１０、３０、夫々において用いられる、挿入物又は充填物であることが出来る強化材料２４又は支持材料３８は、高い硬さ（例えば、曲げ強さが、４００から１５００ＭＰａ以上）の、非常に高いＤｋ値の材料で作られる。一実施形態においては、支持材料は、これらに限定されるわけではないが、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム（「ＢＳＴ」）、ジルコニア、これらの材料のセラミック合成物、合成セラミックポリマー材料オプション又は他の例を含む、１以上の非常に高いＤｋセラミックスで、全体的に、又は、部分的に構成される。支持材料の厚さは、計算されたＴｖ 値によって部分的に決定される。例えば、Ｄｋ＝１００の１００μｍ厚さの材料は、全体の等価真空誘電厚さにそれほど多くは寄与しないだろう、有効Ｔｖ＝１００μｍ／１００＝１μｍ を有するだろう。幾つかの実施形態においては、強化層の厚さは、カバーの厚さの１０％から２００％である。タイタニア（ＴｉＯ２）（天然の酸化チタンであり、二酸化チタン、酸化チタン、タイタニアと様々に呼ばれる）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、及びチタン酸バリウムストロンチウムなどの高Ｄｋモノリシックセラミック金属酸化物は、ポリマー＋セラミック合成物及び、例えば、チタン酸バリウム＋エポキシベースの系などのナノ合成物高Ｄｋ材料と共に、例示的な、適切な材料と考える。
【００３７】
一実施形態においては、非常に高いＤｋセラミック挿入物は、カバーガラスに形成される切り欠き内に配置されるセンササブアセンブリ上のガラスカバーに取り付けられる前に、ガラスカバーの背面に接着剤によって結合される。例えば、非常に高いＤｋ挿入物は分配されるか、スプレーされるか、もしくは、印刷される接着剤、Bステージエポキシなどのフィルム接着剤、絆層接着剤（ｂｏｎｄ  ｐｌｙ  ａｄｈｅｓｉｖｅ ）又は、変性アクリル接着剤を用いて、結合されることができ、あるいは、圧力感応接着剤を用いて（支持され、もしくは、独立のいずれかで、シート形状で利用できるか、スクリーン印刷されるか、又は、潜在的に１０μｍ厚より薄く、ＵＶ硬化可能なマスク堆積により適用される）、又は、ガラスをセラミックに結合する他の手段により、取り付けられることが出来る。例示的な適切な接着剤は、ＤｕＰｏｎｔ  Ｐｙｒａｌｕｘ  ＬＦもしくはＰｙｒａｌｕｘ  ＦＲ シート接着剤又は、絆層接着剤などのアクリルベースの熱硬化接着剤を含む。接着剤は、高い弾性率／多く架橋した、エポキシタイプの熱硬化接着剤及び／又は、接着剤の弾性率を更に増加するために、粒子充填物、ナノ充填物又は他の充填物を有する接着剤を含むことが出来る。様々な実施形態においては、そのような接着剤充填物は、また、接着剤の厚さの信号対ノイズ比に対する負の影響を減少するために、高い誘電率を有する堅固な充填材料などの、接着剤の他の特性を調整するために用いられることが出来る。
【００３８】
他の実施形態においては、硬化した合成材料は、高強度エポキシなどの多く架橋することが出来るポリマーを含み、非常に高いＤｋセラミック合成材料（例えば、ナノ合成ポリマー合成誘電体）は、センササブアセンブリへガラスカバーを取り付ける前に、ガラスカバーの背面に接着剤によって結合される。
【００３９】
上記実施形態のすべては、下にセンサが搭載される薄いガラス領域を残すために、レーザ除去、酸エッチング、機械工作、又は他の方法を例えば用いて、カバーガラスの背面の領域を薄くする構成に適用されることが出来る。実施形態は、スマートフォンカバーガラスのセクションが、切り欠かれ、除去される構成に同様に適用されることが出来、薄いガラスカバーを有するセンサアセンブリは、穴内に挿入される（周辺ガスケットもしくは接着剤を用いて、又は、カバーガラス内にそれをモールド配置することにより、おそらく閉止される）。
【００４０】
例示的実施形態
実施形態１  容量型指紋センサと；指紋センサ上に配置され、１０より小さい誘電率と３００μｍより薄い厚さとを有するカバー層と；指紋センサとカバー層との間にあって、カバー層に結合され、又は、モールドされ、少なくとも２０の誘電率を有し、カバー層の厚さの１０％から２００％の厚さを有する材料を含む強化層と、を備える、指紋センサアセンブリ。
【００４１】
実施形態２  強化層は、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニア、及び、チタン酸バリウム＋エポキシベース系からなるグループから選択された材料を含む、実施形態１に記載の指紋センサアセンブリ。
【００４２】
実施形態３  強化層は、接着剤によってカバー層に結合される強化パネルを含み、接着剤は、圧力感応接着剤、Ｂステージシート接着剤、絆層接着剤、アクリルベース熱硬化接着剤、高弾性率／多くの架橋を有するエポキシタイプ熱硬化接着剤、接着剤の弾性率を増加するための粒子充填物を有する接着剤、及び、高誘電率を有する充填材料を有する接着剤、からなるグループから選択された１以上の材料を含む、実施形態１又は実施形態２に記載の指紋センサアセンブリ。
【００４３】
実施形態４  強化層は、指紋センサに結合され、接着剤は、圧力感応接着剤、Ｂステージシート接着剤、絆層接着剤、アクリルベース熱硬化接着剤、高弾性率／多くの架橋を有するエポキシタイプ熱硬化接着剤、接着剤の弾性率を増加するために粒子充填物を有する接着剤、高誘電率を有する充填材料を有する接着剤、からなるグループから選択された１以上の材料を含む、実施形態１〜３のいずれか１項に記載の指紋センサアセンブリ。
【００４４】
実施形態５  カバー層は、ガラスカバーを含む、実施形態１〜４のいずれか１項に記載の指紋センサアセンブリ。
【００４５】
実施形態６  カバー層は、モバイル電子デバイスのカバーガラススクリーンの薄い領域を含む、実施形態１〜４のいずれか１項に記載の指紋センサアセンブリ。
【００４６】
実施形態７  カバー層厚さは、２００μｍ以下であり、強化層厚さは、少なくとも５０μｍである、実施形態１〜６のいずれか１項に記載の指紋センサアセンブリ。
【００４７】
実施形態８  強化層は、少なくとも４００から１５００Ｍｐａの曲げ強さを有する材料を含む、実施形態１〜７のいずれか１項に記載の指紋センサアセンブリ。
【００４８】
実施形態９  強化層は、１５００Ｍｐａより大きい曲げ強さを有する材料を含む、実施形態８に記載の指紋センサアセンブリ。
【００４９】
実施形態１０  強化層は、３．５から１５ＭＰａｍ１／２の破砕強度を有する材料を含む、実施形態１〜９のいずれか１項に記載の指紋センサアセンブリ。
【００５０】
実施形態１１  強化層及びカバー層は、実質的に同一の熱膨張係数を有する材料を含む、実施形態１〜１０のいずれか１項に記載の指紋センサアセンブリ。
【００５１】
この開示の主題が、特徴の様々な組み合わせ及びサブコンビネーションを含む、ある図示的実施形態を参照して、かなり詳しく記述され、示されたが、当業者は、他の実施形態及び変形、及びその改変を、本開示の範囲内に含まれるとして、容易に理解するだろう。更に、そのような実施形態、組み合わせ、サブコンビネーションの記述は、請求された主題が、請求項に明示的に記載されたものではない特徴又は、特徴の組み合わせを必要とすることを伝えることを意図するものではない。従って、この開示の範囲は、以下の添付された請求項の精神及び範囲内に含まれる全ての改変及び変形を含むことを意図されている。
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
【発明の名称】
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【技術分野】
【０００１】
2018010627.tif 000007
【０００２】
2018010627.tif 000008
【０００３】
2018010627.tif 000009
【０００４】
2018010627.tif 000010
【発明の概要】
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2018010627.tif 000012
2018010627.tif 000013
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【図面の簡単な説明】
【０００５】
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【発明を実施するための形態】
【０００６】
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【要約】
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【選択図】なし
【図１】
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【図２】
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