(57)【要約】  超音波指紋センシング能力または超音波バイオメトリックセンシング能力を一体化したピクセルで構成されたディスプレイモジュールを提供する様々な技法および装置を開示する。いくつかの実装形態では、超音波指紋センサおよびディスプレイモジュールのディスプレイ構成要素は、共通のバックプレーンを共有し得る。いくつかの実装形態では、超音波指紋センサは、フレックスケーブルをディスプレイモジュール内の他の構成要素と共有し得る。いくつかの実装形態では、超音波指紋センサは、ディスプレイモジュールへのタッチ入力を提供するために使用されるカバーガラス上の導電性トレースを活用し得る。
2016530902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の面および対向する第2の面を有する基板と、
前記第1の面上に配置されたディスプレイピクセル回路のアレイであって、各ディスプレイピクセル回路が、薄膜トランジスタ(TFT)バックプレーンに接続可能なディスプレイデバイスのディスプレイピクセルに光放出、光透過または光反射の状態を変更させるように構成された、ディスプレイピクセル回路のアレイと、
前記第1の面上に配置されたセンサピクセル回路のアレイであって、各センサピクセル回路が、アレイロケーションからセンサ回路に供給される電荷を読み取るように構成された前記センサ回路の一部を形成するように構成された、センサピクセル回路のアレイとを備え、
ディスプレイピクセル回路の前記アレイおよびセンサピクセル回路の前記アレイが、前記TFTバックプレーンの非重複領域を占有する、薄膜トランジスタ(TFT)バックプレーン。
【請求項２】
センサピクセル回路の前記アレイが、圧電超音波バイオメトリックセンサに対する圧電センサ回路の一部を形成するように構成される、請求項1に記載のTFTバックプレーン。
【請求項３】
前記圧電超音波バイオメトリックセンサが、指紋センサである、請求項2に記載のTFTバックプレーン。
【請求項４】
前記指紋センサが、同時に少なくとも2本の指から指紋をキャプチャするようにサイズ決定される、請求項3に記載のTFTバックプレーン。
【請求項５】
前記圧電超音波バイオメトリックセンサが、掌紋センサである、請求項2に記載のTFTバックプレーン。
【請求項６】
センサピクセル回路の前記アレイと個別の単一のセンサピクセル回路をさらに備え、前記単一のピクセル回路が、超音波ボタンとして作動するように構成される、請求項1に記載のTFTバックプレーン。
【請求項７】
ピクセル入力電極のアレイをさらに備え、
各ピクセル入力電極が、センサピクセル回路の前記アレイ内のセンサピクセル回路をオーバーレイし、
前記センサピクセル回路が、第1の方向に第1のピッチ間隔において離隔され、
各ピクセル入力電極が、前記第1の方向に前記第1のピッチ間隔の約70%より大きく前記第1のピッチ間隔より小さい公称幅を有する、請求項1に記載のTFTバックプレーン。
【請求項８】
センサピクセル回路の前記アレイをオーバーレイする圧電層をさらに備える、請求項1に記載のTFTバックプレーン。
【請求項９】
前記センサピクセル回路が、約500センサピクセル回路パーインチより高い密度で配列される、請求項1に記載のTFTバックプレーン。
【請求項１０】
ディスプレイピクセル回路の前記アレイによって占有された前記TFTバックプレーンの前記領域内の、互いに実質的に平行であり、第1のピッチ間隔だけ離隔された複数のディスプレイデータトレースと、
ディスプレイファンアウトとをさらに備え、
前記ディスプレイデータトレースが、前記第1のピッチ間隔だけ離隔された前記ディスプレイファンアウトに入り、前記第1のピッチ間隔未満の第2のピッチ間隔だけ離隔された前記ディスプレイファンアウトを退出し、
前記ディスプレイファンアウトが、実質的にセンサピクセル回路の前記アレイとディスプレイピクセル回路の前記アレイとの間に配置される、請求項1に記載のTFTバックプレーン。
【請求項１１】
センサピクセル回路の前記アレイによって占有された前記TFTバックプレーンの前記領域内の、互いに実質的に平行であり、第3のピッチ間隔だけ離隔された複数のディスプレイデータトレースと、
センサファンアウトとをさらに備え、前記センサデータトレースが、前記第3のピッチ間隔だけ離隔された前記センサファンアウトに入り、前記第3のピッチ間隔未満の第4のピッチ間隔だけ離隔された前記センサファンアウトを退出する、請求項10に記載のTFTバックプレーン。
【請求項１２】
前記TFTバックプレーン上に配置されたディスプレイドライバチップと、
前記TFTバックプレーン上に配置されたセンサドライバチップとをさらに備え、
前記ディスプレイドライバチップが、前記ディスプレイファンアウトを退出する前記ディスプレイデータトレースに電気的に接続され、
前記センサドライバチップが、前記センサファンアウトを退出する前記センサデータトレースに電気的に接続され、
前記センサドライバチップおよび前記ディスプレイドライバチップが、別個のチップである、請求項11に記載のTFTバックプレーン。
【請求項１３】
前記TFTバックプレーン上に配置された、組み合わされたディスプレイおよびセンサのドライバチップをさらに備え、
前記組み合わされたディスプレイおよびセンサのドライバチップが、前記ディスプレイファンアウトを退出する前記ディスプレイデータトレースと、前記センサファンアウトを退出する前記センサデータトレースとに電気的に接続され、
前記組み合わされたディスプレイおよびセンサのドライバチップが単一の集積チップである、請求項11に記載のTFTバックプレーン。
【請求項１４】
ディスプレイモジュールのアクティブ表示領域より大きくサイズ決定されたカバーガラスと、
第1の面および対向する第2の面を有する薄膜トランジスタ(TFT)バックプレーンであって、
前記第1の面上に配置されたディスプレイピクセル回路のアレイ、および
前記第1の面上に配置されたセンサピクセル回路のアレイにおいて、各センサピクセル回路が圧電センサに対する圧電センサ回路の一部を形成するように構成され、ディスプレイピクセル回路の前記アレイおよびセンサピクセル回路の前記アレイが前記TFTバックプレーンの非重複領域を占有する、センサピクセル回路のアレイを有する、薄膜トランジスタ(TFT)バックプレーンと、
前記カバーガラスと前記TFTバックプレーンとの間に配置され、ディスプレイピクセル回路の前記アレイとともに、前記ディスプレイモジュールに対する表示機能を与えるように構成された、1つまたは複数のディスプレイ構成要素と、
超音波センサシステムとを備え、
前記超音波センサシステムの少なくとも一部が前記TFTバックプレーンと前記カバーガラスとの間に配置され、
センサピクセル回路の前記アレイが、前記超音波センサシステムの一部を形成する、ディスプレイモジュール。
【請求項１５】
前記超音波センサシステムが、積層配置における超音波送信機と超音波受信機とを含み、
前記超音波送信機と前記カバーガラスとの間の間隔および前記超音波受信機と前記カバーガラスとの間の前記間隔が、ともに、実質的にギャップがない状態である、請求項14に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１６】
前記超音波送信機が、第1の送信機電極と第2の送信機電極との間に介挿された圧電超音波送信機層を含み、前記超音波受信機が、センサピクセル回路の前記アレイと受信機バイアス電極との間に介挿された圧電超音波受信機層を含む、請求項15に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１７】
前記超音波受信機が、前記TFTバックプレーンと前記カバーガラスとの間に介挿される、請求項16に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１８】
前記カバーガラス上に形成された導電性タッチ層をさらに備え、前記受信機バイアス電極が、前記導電性タッチ層の一部によって提供される、請求項16に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１９】
センサピクセル回路の前記アレイ周りの前記導電性タッチ層が、電気的増強材料を用いて電気的に増強され、センサピクセル回路の前記アレイ内の前記導電性タッチ層が、実質的に前記電気的増強材料がない状態である、請求項18に記載のディスプレイモジュール。
【請求項２０】
前記電気的増強材料が銀インクである、請求項19に記載のディスプレイモジュール。
【請求項２１】
前記超音波受信機と積層構成に配置された1つまたは複数のスペーサをさらに備え、
前記カバーガラスと前記TFTバックプレーンとの間に配置された前記1つまたは複数のディスプレイ構成要素が、前記カバーガラスと前記TFTバックプレーンとの間のオフセットを規定するディスプレイ積層体厚さを有し、
前記受信機バイアス電極を含む前記超音波受信機が、前記ディスプレイ積層体厚さ未満の超音波受信機厚さを有し、
前記受信機バイアス電極と、前記超音波受信機と前記1つまたは複数のスペーサとの間の任意の粘着層または接着層とを含む、前記1つまたは複数のスペーサおよび前記超音波受信機の前記積層構成が、前記ディスプレイ積層体厚さに実質的に等しい第1の積層体厚さを有する、請求項17に記載のディスプレイモジュール。
【請求項２２】
第1の面および対向する第2の面を有する基板と、
前記第1の面上に配置されたディスプレイピクセル回路のアレイであって、各ディスプレイピクセル回路が、薄膜トランジスタ(TFT)バックプレーンと関連付けられたディスプレイデバイスのディスプレイピクセルに光放出、光透過または光反射の状態を変更させるように構成された、ディスプレイピクセル回路のアレイと、
前記第1の面上に配置され、センサ回路に供給される電荷を読み取るように構成された前記センサ回路の一部を形成するように構成された、センサピクセル回路とを備え、
ディスプレイピクセル回路の前記アレイおよび前記センサピクセル回路が、前記TFTバックプレーンの非重複領域を占有する、薄膜トランジスタ(TFT)バックプレーン。
【請求項２３】
前記センサピクセル回路が、ボタン制御であるように構成される、請求項22に記載のTFTバックプレーン。
【請求項２４】
1つまたは複数の追加のセンサピクセル回路をさらに備える、請求項22に記載のTFTバックプレーン。
【請求項２５】
前記センサピクセル回路および前記1つまたは複数の追加のセンサピクセル回路が、スライダー制御を提供するように構成される、請求項24に記載のTFTバックプレーン。
【請求項２６】
前記第1の面上に配置された第2のセンサピクセル回路のアレイであって、各第2のセンサピクセル回路が、アレイロケーションから第2のセンサ回路に供給される電荷を読み取るように構成された前記第2のセンサ回路の一部を形成するように構成された、第2のセンサピクセル回路のアレイをさらに備え、
ディスプレイピクセル回路の前記アレイおよび第2のセンサピクセル回路の前記アレイが、前記TFTバックプレーンの非重複領域を占有する、請求項22に記載のTFTバックプレーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、2013年6月3日に出願された米国特許仮出願第61/830,582号、および2013年11月14日に出願された米国特許出願第14/071,362号への、米国特許法第119条(e)による優先権の利益を主張するものであり、両出願は、参照によりその全体がすべての目的に対して本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、一般に、ピクセルで構成されたデジタルディスプレイモジュールに関する。より詳細には、本開示は、ディスプレイモジュールに一体化された超音波指紋およびバイオメトリックセンサを有するディスプレイモジュールに関する。
【背景技術】
【０００３】
超音波センサシステムでは、超音波送信機が、1つまたは複数の超音波伝導性媒体を通して検出されるべき対象物に向けて超音波(ultrasonic wave)を送出するために使用され得る。送信機は、対象物から反射される超音波の部分を検出するように構成された超音波センサと動作可能に結合され得る。たとえば、超音波指紋イメージャでは、超音波パルスが、極めて短い時間間隔の間に送信機を始動停止することによって発生され得る。超音波パルスが遭遇する各材料界面において、超音波パルスの一部が反射される。
【０００４】
たとえば、超音波指紋イメージャの文脈では、超音波は、指紋画像を取得するために人の指が置かれ得るプラテンを通して進行し得る。プラテンを通って進んだ後、超音波の一部分は、プラテンと接触している皮膚、たとえば指紋隆線に遭遇する一方、超音波の他の部分は、空気、たとえば指紋の隣接する隆線の間の谷に遭遇し、異なる強度で超音波センサに向かって後ろに反射され得る。指と関連付けられた反射信号は、処理されて、反射信号の信号強度を表すデジタル値に変換され得る。多数のそのような反射信号が分散領域にわたって収集されるとき、そのような信号のデジタル値は、分散領域にわたる信号強度のグラフィカルディスプレイを、たとえばデジタル値を画像に変換することによって作成し、それによって指紋の画像を作成するために使用され得る。したがって、超音波センサシステムは、指紋センサまたは他のタイプのバイオメトリックセンサとして使用され得る。いくつかの実装形態では、検出された信号強度は、隆線構造細部の深さを表す指の等高線図にマッピングされ得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示のシステム、方法、およびデバイスは、それぞれ、複数の発明的態様を有し、それらの態様のうちのどれ1つ本明細書に開示されている望ましい属性に単独で関与することはない。
【０００６】
いくつかの実装形態では、薄膜トランジスタ(TFT)バックプレーンが提供される。TFTバックプレーンは、第1の面と、対向する第2の面とを有する基板を含み得る。ディスプレイピクセル回路のアレイが第1の面上または面内に配置され得、各ディスプレイピクセル回路が、TFTバックプレーンに接続可能なディスプレイデバイスのディスプレイピクセルに、光放出、光透過または光反射の状態を変更させるように構成される。センサピクセル回路のアレイが第1の面上または面内に配置され得、各センサピクセル回路が、アレイロケーションからセンサ回路に供給される電荷を読み取るように構成されたセンサ回路の一部を形成するように構成される。ディスプレイピクセル回路のアレイおよびセンサピクセル回路のアレイは、TFTバックプレーンの非重複領域を占有し得る。
【０００７】
TFTバックプレーンのいくつかの実装形態では、センサピクセル回路のアレイが、圧電超音波バイオメトリックセンサに対する圧電センサ回路の一部を形成するように構成され得る。いくつかのそのような実装形態では、圧電超音波バイオメトリックセンサは、指紋センサであり得る。いくつかの追加のそのような実装形態では、指紋センサは、同時に少なくとも2本の指から指紋をキャプチャするのに十分な大きさであり得る。いくつかの実装形態では、圧電超音波バイオメトリックセンサは、掌紋センサであり得る。
【０００８】
TFTバックプレーンのいくつかの実装形態では、TFTバックプレーンはまた、センサピクセル回路のアレイから分離した単一のセンサピクセル回路を含み、単一のピクセル回路は超音波ボタンとして作動するように構成され得る。
【０００９】
TFTバックプレーンのいくつかの実装形態では、TFTバックプレーンはまた、ピクセル入力電極のアレイを含み得る。そのような実装形態では、各ピクセル入力電極は、センサピクセル回路のアレイ内のセンサピクセル回路をオーバーレイすることがある。センサピクセル回路は、第1の方向に第1のピッチ間隔において離隔され得、各ピクセル入力電極は、第1の方向に、第1のピッチ間隔の約70%より大きく第1のピッチ間隔より小さい公称幅を有し得る。
【００１０】
TFTバックプレーンのいくつかの実装形態では、TFTバックプレーンはまた、センサピクセル回路のアレイをオーバーレイする圧電層を含み得る。
【００１１】
TFTバックプレーンのいくつかの実装形態では、センサピクセル回路は、約500センサピクセル回路パーインチ以上の密度で配列され得る。
【００１２】
TFTバックプレーンのいくつかの実装形態では、TFTバックプレーンはまた、ディスプレイピクセル回路のアレイによって占有されたTFTバックプレーンの領域内の、互いに実質的に平行であり、第1のピッチ間隔だけ離隔された複数のディスプレイデータトレースを含み得る。そのような実装形態では、TFTバックプレーンはまた、ディスプレイファンアウトを含み得る。ディスプレイデータトレースは、第1のピッチ間隔だけ離隔されたディスプレイファンアウトに入り、第1のピッチ間隔未満の第2のピッチ間隔だけ離隔されたディスプレイファンアウトを退出することができる。ディスプレイファンアウトは、実質的にセンサピクセル回路のアレイとディスプレイピクセル回路のアレイとの間に配置され得る。
【００１３】
TFTバックプレーンのいくつかのそのような実装形態では、TFTバックプレーンはまた、センサピクセル回路のアレイによって占有されたTFTバックプレーンの領域内の、互いに実質的に平行であり、第3のピッチ間隔だけ離隔された複数のセンサデータトレースを含み得る。そのようなTFTバックプレーンの実装形態では、TFTバックプレーンはまた、センサファンアウトを含み得る。センサデータトレースは、第3のピッチ間隔だけ離隔されたセンサファンアウトに入り、第3のピッチ間隔未満の第4のピッチ間隔だけ離隔されたセンサファンアウトを退出することができる。
【００１４】
TFTバックプレーンのいくつかの追加のそのような実装形態では、TFTバックプレーンはまた、いずれもTFTバックプレーン上に配置された、ディスプレイドライバチップおよびセンサドライバチップを含み得る。ディスプレイドライバチップは、ディスプレイファンアウトを退出し、第2のピッチ間隔を有するディスプレイデータトレースに電気的に接続され得、センサドライバチップは、センサファンアウトを退出し、第4のピッチ間隔を有するセンサデータトレースに電気的に接続され得る。センサドライバチップおよびディスプレイドライバチップは、別個のチップであり得る。
【００１５】
TFTバックプレーンのいくつかの追加の実装形態では、TFTバックプレーンはまた、TFTバックプレーン上に配置された、組み合わされたディスプレイおよびセンサドライバチップを含み得る。組み合わされたディスプレイおよびセンサドライバチップは、ディスプレイファンアウトを退出し、第2のピッチ間隔を有するディスプレイデータトレースに電気的に接続され、同様に、センサファンアウトを退出し、第4のピッチ間隔を有するセンサデータトレースに電気的に接続され得る。組み合わされたディスプレイおよびセンサドライバチップは、単一の集積チップであり得る。
【００１６】
いくつかの実装形態では、ディスプレイモジュールが提供され得る。ディスプレイモジュールは、ディスプレイモジュールのアクティブ表示領域より大きくサイズ決定されたカバーガラスを有し得る。ディスプレイモジュールはまた、第1の面と、対向する第2の面とを有する薄膜トランジスタ(TFT)バックプレーンを含み得る。TFTバックプレーンは、第1の面上または面内に配置されたディスプレイピクセル回路のアレイと、第1の面上または面内に配置されたセンサピクセル回路のアレイとを有し得、各センサピクセル回路は、圧電センサに対する圧電センサ回路の一部を形成するように構成される。ディスプレイピクセル回路のアレイおよびセンサピクセル回路のアレイは、TFTバックプレーンの非重複領域を占有し得る。ディスプレイモジュールはまた、カバーガラスとTFTバックプレーンとの間に積層され、ディスプレイピクセル回路のアレイとともに、ディスプレイモジュールに対する表示機能を与えるように構成された、1つまたは複数のディスプレイ構成要素を含み得る。ディスプレイモジュールはまた、超音波センサシステムを含み得る。超音波センサシステムの少なくとも一部は、TFTバックプレーンとカバーガラスとの間に配置され得、センサピクセル回路のアレイは、超音波センサシステムの一部を形成し得る。
【００１７】
いくつかのそのようなディスプレイモジュール実装形態では、超音波センサシステムは、積層配置における超音波送信機と超音波受信機とを含み得、超音波送信機とカバーガラスとの間の間隔および超音波受信機とカバーガラスとの間の間隔は、ともに、実質的にギャップがない状態であり得る。
【００１８】
いくつかのそのようなディスプレイモジュール実装形態では、超音波送信機は、第1の送信機電極と第2の送信機電極との間に介挿された圧電超音波送信機層を含み得、超音波受信機は、センサピクセル回路のアレイと受信機バイアス電極との間に介挿された圧電超音波受信機層を含み得る。ディスプレイモジュールのいくつかの追加のそのような実装形態では、超音波受信機は、TFTバックプレーンとカバーガラスとの間に介挿され得る。
【００１９】
いくつかの実装形態では、ディスプレイモジュールは、カバーガラス上に形成された導電性タッチ層を含み得、受信機バイアス電極は、導電性タッチ層の一部によって提供され得る。いくつかの追加のそのような実装形態では、センサピクセル回路のアレイ周りの導電性タッチ層は、銀インクで電気的に増強され得、センサピクセル回路のアレイ内の導電性タッチ層は、実質的に銀インクがない状態であり得る。本明細書で使用するように、導電性タッチ層の電気的に増強された部分は、導電性タッチ層の残部の平均のまたは公称の電気伝導率より実質的に高い電気伝導率を有し得る。
【００２０】
ディスプレイモジュールのいくつかの実装形態では、ディスプレイモジュールは、超音波受信機と積層構成に配置された1つまたは複数のスペーサを含み得る。カバーガラスとTFTバックプレーンとの間に積層された1つまたは複数のディスプレイ構成要素は、ディスプレイ積層体厚さを有し得る。受信機バイアス電極を含む超音波受信機は、ディスプレイ積層体厚さ未満である超音波受信機厚さを有し得、受信機バイアス電極と、超音波受信機および1つまたは複数のスペーサの間の任意の粘着層または接着層とを含む、1つまたは複数のスペーサおよび超音波受信機の積層構成は、ディスプレイ積層体厚さに実質的に等しい第1の積層体厚さを有し得る。
【００２１】
いくつかの実装形態では、薄膜トランジスタ(TFT)バックプレーンが提供され得る。TFTバックプレーンは、第1の面および対向する第2の面を有する基板と、第1の面上または面内に配置されたディスプレイピクセル回路のアレイであって、各ディスプレイピクセル回路が、TFTバックプレーンに接続可能なディスプレイデバイスのディスプレイピクセルに光放出、光透過または光反射の状態を変更させるように構成された、ディスプレイピクセル回路のアレイと、第1の面上または面内に配置され、センサ回路に供給される電荷を読み取るように構成されたセンサ回路の一部を形成するように構成されたセンサピクセル回路とを含み得る。ディスプレイピクセル回路のアレイおよびセンサピクセル回路は、TFTバックプレーンの非重複領域を占有し得る。
【００２２】
いくつかのそのような実装形態では、TFTバックプレーンは、1つまたは複数の追加のセンサピクセル回路を含み得る。さらにいくつかのそのような実装形態では、センサピクセル回路および1つまたは複数の追加のセンサピクセル回路は、スライダー制御を提供するように構成され得る。
【００２３】
TFTバックプレーンのいくつかの実装形態では、センサピクセル回路は、ボタン制御であるように構成され得る。
【００２４】
TFTバックプレーンのいくつかの実装形態では、TFTバックプレーンはまた、第1の面上または面内に配置された第2のセンサピクセル回路のアレイを含み得、各第2のセンサピクセル回路は、アレイロケーションから第2のセンサ回路に供給される電荷を読み取るように構成された第2のセンサ回路の一部を形成するように構成される。ディスプレイピクセル回路のアレイおよび第2のセンサピクセル回路のアレイは、TFTバックプレーンの非重複領域を占有し得る。
【００２５】
本明細書で説明する主題の1つまたは複数の実装形態の詳細について、添付の図面および以下の説明において述べる。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。以下の図の相対的な寸法は、一定の縮尺で描かれていない可能性があることに留意されたい。
【００２６】
様々な図面中の同様の参照番号および名称は、同様の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】超音波センサシステムの概略図の一例である。
【図１Ｂ】超音波センサシステムの概略図の一例である。
【図１Ｃ】超音波センサシステムの概略図の一例である。
【図２】超音波センサシステムの分解組立図の一例である。
【図３Ａ】超音波センサに対するピクセルの4×4ピクセルアレイの一例である。
【図３Ｂ】超音波センサシステムのハイレベルブロック図の一例である。
【図４】一体型超音波バイオメトリックセンサを有するディスプレイモジュールの一例である。
【図５】一体型超音波バイオメトリックセンサを有するディスプレイモジュールの別の例である。
【図６】一体型超音波バイオメトリックセンサを有していないディスプレイモジュールの一例である。
【図７】一体型超音波バイオメトリックセンサを収容するように修正されたファンアウトを有する図6のディスプレイモジュールの一例である。
【図８Ａ】高い幅(high-width)の超音波バイオメトリックセンサを有する図4のディスプレイモジュールの一例である。
【図８Ｂ】掌紋センサとして使用される高い幅の超音波バイオメトリックセンサを有する例示的なディスプレイモジュールの側面図である。
【図９】一体型超音波バイオメトリックセンサを有するディスプレイモジュールの一例の概念的側面図である。
【図１０】一体型超音波バイオメトリックセンサを有するディスプレイモジュールの別の例の概念的側面図である。
【図１１】一体型超音波バイオメトリックセンサを有するディスプレイモジュールの別の例の概念的側面図である。
【図１２】図4に示すディスプレイモジュールと同様であるがバックプレーン上に一体化された追加の超音波ボタンを有するディスプレイモジュールの平面図である。
【図１３】図11に示すディスプレイモジュールに対するタッチ層の概念的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下の説明は、本開示の発明的態様について説明する目的で、いくつかの実装形態を対象とする。ただし、本明細書の教示が多数の異なる方法で適用されてもよいことを、当業者は容易に認識されよう。説明する実装形態は、超音波センシングのための任意のデバイス、装置またはシステム内に実装され得る。加えて、説明する実装形態は、モバイル電話、マルチメディアインターネット対応携帯電話、モバイルテレビ受像機、ワイヤレスデバイス、スマートフォン、Bluetooth(登録商標)デバイス、携帯情報端末(PDA)、ワイヤレス電子メール受信機、ハンドヘルドコンピュータまたはポータブルコンピュータ、ネットブック、ノートブック、スマートブック、タブレット、プリンタ、複写機、スキャナ、ファクシミリデバイス、全地球測位システム(GPS)受信機/ナビゲータ、カメラ、デジタルメディアプレーヤ(たとえば、MP3プレーヤ)、カムコーダ、ゲームコンソール、腕時計、時計、計算機、テレビモニタ、フラットパネルディスプレイ、電子読取りデバイス(たとえば、電子リーダー)、モバイルヘルスデバイス、コンピュータモニタ、自動車用ディスプレイ(走行距離計ディスプレイおよび速度計ディスプレイなどを含む)、コックピット制御機器および/またはディスプレイ、カメラ視野ディスプレイ(車両における後方視野カメラのディスプレイなど)、電子写真、街頭ビジョンまたは電子看板、映写機、建築構造、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダまたはプレーヤ、DVDプレーヤ、CDプレーヤ、VCR、ラジオ、ポータブルメモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯/乾燥機、駐車メータ、パッケージ構造(マイクロ電気機械システム(MEMS)アプリケーションを含む電気機械システム(EMS)アプリケーション、ならびに非EMSアプリケーションにおけるものなど)、美的構造(宝石または衣服上への画像の表示など)、ならびに様々なEMSデバイスなどであるがそれらに限らない様々な電子デバイスに含まれるかまたはそれらの電子デバイスに関連付けられてもよいことが企図されている。本明細書の教示は、電子スイッチングデバイス、無線周波数フィルタ、センサ、加速度計、ジャイロスコープ、動作検知デバイス、磁気計、家庭用電子機器用の慣性構成要素、家庭用電化製品の部品、バラクタ、液晶デバイス、電気泳動デバイス、駆動方式、製造プロセス、および電子試験機器などであるがそれらに限らない用途に使用されてもよい。したがって、この教示は、各図にのみ示されている実装形態に限定されるものではなく、その代わりに当業者に容易に明らかになる広い適用性を有する。
【００２９】
本明細書で説明する実装形態は、ディスプレイモジュールの表示領域の周辺のロケーションにおいて、指紋センサなどの超音波バイオメトリックセンサを組み込む、ピクセルで構成されたディスプレイモジュールに関する。本明細書で概説する様々な概念は、主に、液晶ディスプレイとの一体化に関して説明されるが、OLED、LED、eインク、マイクロ電気機械システム(MEMS)ベースの反射型ディスプレイなどを含む他のタイプのディスプレイ技術を使用するディスプレイモジュール内で実装されてもよい。たとえば、カバーガラスを有する任意のディスプレイは、本開示において後でより詳細に説明するように、カバーガラスに搭載される超音波バイオメトリックセンサとの一体化に対する潜在的な候補として働き得る。加えて、ディスプレイピクセル回路を設けるバックプレーンを有する任意のディスプレイは、バックプレーンがピクセル回路の2つのアレイ、すなわち、ディスプレイピクセルに電圧または電流を伝えるように構成されたディスプレイピクセル回路のアレイと、圧電受信機層内で生成された電荷を検出するように構成されたセンサピクセル回路の別個のアレイとを含むような、超音波バイオメトリックセンサとの一体化のための潜在的な候補として働き得る。そのような概念についても、本開示において後でより詳細に説明する。
【００３０】
本明細書で概説する様々な概念は、一般に、いくつかの方法において有利であり得る。たとえば、本明細書で説明する実装形態の多くによって提供される1つの顕著な利点は、表示領域の周辺付近に一体化された超音波指紋センサを有するセルフォンサイズのディスプレイモジュールが、提供され得ることである。そのような超音波指紋センサは、たとえば、内部回路または多くの人が美的でないと考える他のデバイスフィーチャを外観から隠すためにスクリーン印刷された、またはさもなければ不透明にされたカバーガラスの部分など、光を通さないカバーガラスの部分を通る場合でさえ、カバーガラス越しの指紋撮像を可能にすることができる。これは、そのようなディスプレイモジュールを利用する携帯型電子デバイスに対するバイオメトリックアクセス制御を可能にし、それは、携帯型デバイスの全体的設計美を犠牲にすることなく、デバイスオーナーに対する付加的保護レベルを表す。
【００３１】
以下でさらに説明する別の利点は、超音波指紋センサに対するセンサピクセル回路が、既存のディスプレイピクセル回路に対して(または、そのようなディスプレイピクセル回路を作成するために使用される製造工程に対して)ほとんどまたはまったく変更なしに既存のディスプレイピクセル回路のバックプレーン上に実装され得ることである。いくつかの実装形態では、センサピクセル回路のアレイに対する設計は、単に、最小の追加の努力でバックプレーン設計上にコピーされ得る。いくつかの場合には、回路構成要素設計、たとえば既存のバックプレーン上のディスプレイピクセル回路内ですでに実証または使用されているマルチプレクサ、ドライバなどが、同様に、センサピクセル回路または付随するセンサ回路における回路機能を提供するために使用され得る。さらなる利点は、バックプレーン上にディスプレイ関連回路の構築を統制するために定式化された設計ルールが、同じバックプレーン上に設けられる超音波指紋センサ関連回路に同様に適用可能であり得ることである。したがって、ディスプレイピクセル回路のアレイとセンサピクセル回路のアレイの両方を設けるバックプレーンを実装することは、そうでなければ、他の手段を使用してディスプレイモジュールに指紋センシング能力を与えるために費やされるより大幅に低減された努力で達成可能であり得る。
【００３２】
そのような利点の完全な含意は、容易には識別されないので、少なくとも何らかのコメントを行う価値がある。新しいTFTバックプレーン設計を最初から作成することは、バックプレーン製造者が資源を多大に費やすことを伴うことがある。その結果、顧客が数百、数千または数百万のバックプレーンを購入することを進んで約束する場合を除いて、そのような製造者は、実際には、しばしば、そのような冒険に着手することを嫌う。同じく、潜在顧客は、しばしば、そのような出費を約束することはできず、したがって、新しいバックプレーン設計を実施することに対する著しい障害が存在する。しかしながら、バックプレーン製造者が、既存の実証されたディスプレイバックプレーンを活用し、容易に超音波指紋走査能力を一体化すること、またはバックプレーン内にサポートすることができるならば、製造者がそのような設計を進んで追求する可能性は非常に高い。
【００３３】
超音波指紋センサを既存のディスプレイモジュール内に一体化することの別の利点は、そのような指紋センサは、ディスプレイモジュール内の、表示領域の外部すなわち表示領域の周辺にあるロケーションに配置されるので、様々な一般的に使用されるタッチインターフェース技術が、ほとんどまたはまったく性能における変化なしにディスプレイモジュールのディスプレイ部分と併せて使用されることを可能にすることができる。たとえば、ディスプレイモジュール内の、表示領域の外部の領域に配置された超音波指紋センサは、表示領域上にオーバーレイされた抵抗性または容量性のタッチセンサ層と干渉することはない。したがって、本明細書で概説するディスプレイモジュールに関する超音波指紋センサ配置および一体化の概念は、多種多様な異なるタッチセンシング技術とともに使用され得る。
【００３４】
概して、現代の電気的構成要素の設計においてしばしば追求される、2つの設計パラダイムが存在する。第1に、構成要素は区画化され、容易に交換される。すなわち、それらは、それらの接続、電力要件、入出力などに関して標準化され得、それらがアセンブリに容易に一体化されることを可能にする。そのような区画化は、デバイス設計者、たとえばモバイルデバイス設計者に、デバイス内で使用され得る構成要素の選択に関して高度の柔軟性を与える。
【００３５】
対照的な手法は、通常、個別の構成要素によって提供される機能を単一のデバイスに一体化することである。この手法は、ほとんどの場合、回路の共通のセットが、通常、2つの個別の構成要素によって提供される機能を提供するために使用され得るとき、または2つの構成要素が補完的機能を有するときに使用される。たとえば、タッチスクリーンセンサは、ディスプレイパネルの一体部分として設けられ、たとえば、ディスプレイカバーガラス上の容量性タッチ層によって設けられ得る。タッチスクリーンセンサはディスプレイパネルを補完し、ディスプレイパネルと同じ場所に配置されるので、そのような一体化解法は、この場合は論理にかなっている。
【００３６】
本明細書で説明する、ディスプレイに対して周辺に配置されるセンサの概念は、これらの設計パラダイムの両方から顕著なかい離を表す。バックプレーン上のディスプレイピクセル回路のアレイの周辺の領域における共通のバックプレーンに、指紋または他のタイプのセンサピクセル回路を一体化することによって、そうでなければ2つの個別のシステムが、共通の構成要素に一体化され、したがって、使用する異なるセンサ、たとえば指紋スキャナの間で、異なるディスプレイモジュールと容易に切り替える能力を無効にし、これは、区画化設計パラダイムに反する。同時に、機能を共有しないかまたは補完的機能を有する2つのシステム、すなわちディスプレイモジュールおよびディスプレイモジュールの周辺に配置されたセンサは、共通の構成要素に一体化される。エンドユーザデバイスにおけるそれらの使用に基づいて2つのシステムを組み合わせることに対して機能的理由は存在しないので、これは、一体化機能設計パラダイムに反する。したがって、本明細書で概説する概念は、センサピクセル回路を共通のバックプレーン内でディスプレイピクセル回路と一体化することに対して、反直観的手法を表す。
【００３７】
図1A〜図1Cは、超音波センサシステムの概略図の一例を示す。図1Aに示すように、超音波センサシステム10は、プラテン40の下に超音波送信機20と超音波受信機30とを含み得る。超音波送信機20は、超音波21(図1B参照)を生成し得る圧電送信機であってよい。超音波受信機30は、圧電材料と、基板上に配設されたピクセル回路のアレイとを含む。動作中、超音波送信機20は、超音波受信機30を通ってプラテン40の露出面42まで進行する超音波21を生成する。プラテン40の露出面42において、超音波エネルギーは、指紋隆線28の皮膚など、プラテン40と接触している対象物25によって吸収もしくは散乱されるか、または後ろに反射されるかのいずれかであり得る。空気がプラテン40の露出面42に接触するそれらのロケーション、たとえば指紋隆線28の間の谷27において、超音波21のほとんどは、反射して検出のための超音波受信機30の方に戻されることになる(図1C参照)。制御用電子機器50は、超音波送信機20と超音波受信機30とに結合され得、1つまたは複数の超音波21を超音波送信機20に生成させるタイミング信号を供給し得る。次いで、制御用電子機器50は、反射された超音波エネルギー23を示す、超音波受信機30からの信号を受信し得る。制御用電子機器50は、対象物25のデジタル画像を構成するために、超音波受信機30から受信された出力信号を使用し得る。いくつかの実装形態では、制御用電子機器50はまた、対象物25の動きを検出するために、経時的に、連続的に出力信号をサンプリングすることができる。
【００３８】
図2は、プラテン40の下に超音波送信機20と超音波受信機30とを含む超音波センサシステム10の分解組立図の一例を示す。超音波送信機20は、実質的に平坦な圧電送信機層22を含む平面波発生器であってよい。超音波は、印加される信号に応じて層を拡張または収縮させるために圧電層に電圧を印加し、それにより平面波を生成することによって生成され得る。電圧は、第1の送信機電極24および第2の送信機電極26を介して圧電送信機層22に印加され得る。このようにして、超音波は、圧電効果によって層の厚さを変えることによって作成され得る。この超音波は、プラテン40を通過して指(または検出されるべき他の対象物)に向かって進行する。検出されるべき対象物によって吸収されない波の一部は、反射され、プラテン40を通って後ろに進み、超音波受信機30によって受信され得る。第1および第2の送信機電極24および26は、金属化電極、たとえば圧電送信機層22の対向する両面を被覆する金属層であり得る。
【００３９】
超音波受信機30は、バックプレーンと呼ばれることもある基板34上に配設されたピクセル回路32のアレイと、圧電受信機層36とを含み得る。いくつかの実装形態では、各ピクセル回路32は、1つまたは複数のTFT要素と、電気的相互接続トレースとを含み得、いくつかの実装形態では、ダイオード、キャパシタなどの1つまたは複数の追加の回路要素を含み得る。各ピクセル回路32は、ピクセル回路に隣接する圧電受信機層36内に生成された電荷を電気信号に変換するように構成され得る。各ピクセル回路32は、圧電受信機層36をピクセル回路32に電気的に結合するピクセル入力電極38を含み得る。
【００４０】
図示の実装形態では、受信機バイアス電極39は、プラテン40に隣接する圧電受信機層36の一面上に配設される。受信機バイアス電極39は、金属化電極であってよく、どの信号をTFTアレイに通すかを制御するために接地またはバイアスされてよい。プラテン40の露出面(頂面)42から反射された超音波エネルギーは、圧電受信機層36によって局所化された電荷に変換される。これらの局所化された電荷は、ピクセル入力電極38によって収集され、下にあるピクセル回路32に送られる。電荷は、ピクセル回路32によって増幅され、出力信号を処理する制御用電子機器に供給され得る。例示的なピクセル回路32の簡略図を図3Aに示すが、簡略図に示す例示的なピクセル回路32に対する多くの変形形態および修正形態が企図され得ることは、当業者には諒解されよう。
【００４１】
制御用電子機器50は、第1の送信機電極24および第2の送信機電極26、ならびに受信機バイアス電極39および基板34上のピクセル回路32に、電気的に接続され得る。制御用電子機器50は、実質的に、図1A〜図1Cに関して前に説明したように動作し得る。
【００４２】
プラテン40は、プラスチック、セラミック、ガラス、およびサファイアを含む例を用いて受信機に音響的に結合され得る任意の適切な材料であってよい。いくつかの実装形態では、プラテン40は、カバープレート、たとえばディスプレイ用のカバーガラスまたはレンズガラスであってよい。検出および撮像は、必要な場合、たとえば3mm以上の比較的厚いプラテンを通して実行され得る。
【００４３】
様々な実装形態によって利用され得る圧電材料の例には、適切な音響特性、たとえば約2.5MRaylsと5MRaylsとの間の音響インピーダンスを有する圧電ポリマーが含まれる。利用され得る圧電材料の具体的な例には、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)およびポリフッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン(PVDF-TrFE)コポリマーなどの強誘電体ポリマーが含まれる。PVDFコポリマーの例には、60:40(モルパーセント)PVDF-TrFE、70:30 PVDF-TrFE、80:20 PVDF-TrFE、および90:10 PVDF-TrFEが含まれる。利用され得る圧電材料の他の例には、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)ホモポリマーおよびコポリマー、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)ホモポリマーおよびコポリマー、ならびに臭化ジイソプロピルアンモニウム(DIPAB)が含まれる。
【００４４】
圧電送信機層22および圧電受信機層36の各々の厚さは、超音波を生成および受信するのに好適であるように選択され得る。一例では、PVDF圧電送信機層22は約28μm厚であり、PVDF-TrFE受信機層36は約12μm厚である。超音波の例示的な周波数は、5MHz〜30MHzの範囲内であり、波長は、1/4ミリメートル以下程度である。
【００４５】
図1A〜図1Cおよび図2は、超音波センサシステムにおける超音波送信機および超音波受信機の例示的な配置を示しており、他の配置も可能である。たとえば、いくつかの実装形態では、超音波送信機20は、超音波受信機30の上、すなわち検出対象物のより近くにあってもよい。いくつかの実装形態では、超音波センサシステムは、音響遅延層を含み得る。たとえば、音響遅延層が、超音波送信機20と超音波受信機30との間で超音波センサシステム10に組み込まれ得る。音響遅延層は、超音波パルスタイミングを調整すると同時に、超音波受信機30を超音波送信機20から電気的に絶縁するために利用され得る。遅延層は、実質的に均一の厚さを有してよく、遅延層のために使用される材料および/または遅延層の厚さは、反射された超音波エネルギーが超音波受信機30に到達する時間における望ましい遅延を与えるように選択される。そうする際に、対象物によって反射されたために対象物についての情報を搬送するエネルギーパルスを超音波受信機30に到達させ得る時間の範囲は、超音波センサシステム10の他の部分から反射されたエネルギーが超音波受信機30に到着している可能性がない時間範囲の間である。いくつかの実装形態では、TFT基板34および/またはプラテン40は、音響遅延層として働き得る。
【００４６】
図3Aは、超音波センサに対するピクセルの4×4ピクセルアレイを示す。各ピクセルは、たとえば、圧電センサ材料、ピーク検出ダイオード、および読出しトランジスタの局所領域と関連付けられ得、これらの要素の多くまたはすべては、ピクセル回路を形成するためにバックプレーンの上または中に形成され得る。実際には、各ピクセルの圧電センサ材料の局所領域は、受信された超音波エネルギーを電荷に変換し得る。ピーク検出ダイオードは、圧電センサ材料の局所領域によって検出された電荷の最大量を記録し得る。次いで、ピクセルアレイの各行が、たとえば行選択メカニズム、ゲートドライバ、またはシフトレジスタを介して走査され得、各ピクセルに対するピーク電荷の大きさが追加の回路、たとえばマルチプレクサおよびA/Dコンバータによって読み出されることを可能にするために、各列に対する読出しトランジスタがトリガされ得る。ピクセル回路は、ピクセルのゲーティング、アドレッシング、およびリセッティングを可能にするために、1つまたは複数のTFTを含み得る。
【００４７】
各ピクセル回路32は、超音波センサシステム10によって検出された対象物の小部分についての情報を提供し得る。図示を容易にするために、図3Aに示す例は比較的粗い解像度であるが、図2に示すものと実質的に同様の層構造によって構成される、500ピクセルパーインチ以上程度の解像度を有する超音波センサシステムが、現在の発明者によって実証されている。超音波センサシステム10の検出領域は、意図された検出対象物に応じて選択され得る。たとえば、検出領域は、1本の指に対する約5mm×5mmから、4本の指に対する約3インチ×3インチまでの範囲で変動することがある。正方形、矩形および非矩形の形状を含め、より小さい領域およびより大きい領域が、対象物に対して適宜使用され得る。
【００４８】
図3Bは、超音波センサシステムのハイレベルブロック図の一例を示す。図示の要素の多くは、制御用電子機器50の一部を形成することができる。センサコントローラは、センサシステムの様々な態様、たとえば超音波送信機のタイミングおよび励起波形、超音波受信機およびピクセル回路に対するバイアス電圧、ピクセルアドレッシング、信号のフィルタリングおよび変換、読出しフレームレートなどを制御するように構成された制御ユニットを含み得る。センサコントローラはまた、超音波センサ回路のピクセルアレイからデータを受信するデータプロセッサを含み得る。データプロセッサは、デジタル化データを指紋の画像データに変換するか、またはさらなる処理のためにデータをフォーマットすることができる。
【００４９】
たとえば、制御ユニットは、送信機(Tx)ドライバに超音波送信機を励起させて平面超音波を発生させるために、Tx励起信号を一定間隔でTxドライバに送ることができる。制御ユニットは、受信機バイアス電極にバイアスをかけてピクセル回路による音響信号検出のゲーティングを可能にするために、受信機(Rx)バイアスドライバを介してレベル選択入力信号を送ることができる。デマルチプレクサは、センサピクセル回路の特定の行または列にセンサ出力信号を発生させるゲートドライバをターンオンおよびターンオフするために使用され得る。ピクセルからの出力信号は、電荷増幅器、RCフィルタまたはアンチエイリアシングフィルタなどのフィルタ、およびデータプロセッサに対するデジタイザを介して送られ得る。システムの一部がTFTバックプレーン上に含まれてよく、他の部分が関連集積回路内に含まれてよいことに留意されたい。
【００５０】
例示的な超音波指紋センサについてある程度詳細に説明してきたが、以下の説明は、典型的なディスプレイモジュールの特性について述べる。コンピュータモニタ、テレビジョン、モバイルデバイス、および他の電子機器における使用のための近代的なピクセルで構成されたディスプレイデバイスを提供するために使用され得る多くの異なる技術が存在する。液晶ディスプレイ(LCD)および有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイは、2つのそのような技術の例である。前述のように、本開示における例の多くは、超音波指紋センサをLCDタイプのディスプレイアーキテクチャに一体化することに焦点を合わせているが、本明細書で概説する一般的な技法、設計ルール、および概念はまた、他のタイプのディスプレイ技術にも適用可能である。
【００５１】
LCDにおいて、均一に照明されたバックライトから放出された光は、互いに平行であるが、それらの偏光軸が互いに直交するように方向付けられた2つの偏光子を通過する。液晶のセルまたはピクセルのアレイは、2つの偏光子の間に介挿される。各液晶セルは、一般的に、電圧が液晶セルに印加されないとき、液晶内部が「ねじれネマチック状態」に「弛緩する」ように構成される。ねじれネマチック状態において、液晶は、液晶セルとバックライトとの間に介挿された偏光子を通過する偏光が90°だけねじられることを生じさせて、光が残りの偏光子を通過することを可能にする。
【００５２】
電圧が液晶セルにわたって印加されると、液晶はねじれが解消され、液晶を通過する最初の偏光があまりねじられなくなることを生じさせ、第2の偏光子を通る光がほとんど伝送されない結果をもたらす。光のねじれ/ねじれ解消の量は、印加される電圧によって決まり、二重偏光子積層体(dual-polarizer stack)を通過する光の量が調節されることを可能にする。そのような液晶セルの各々は、ディスプレイデバイスのピクセルまたはサブピクセルとして働き得る。色出力が望まれる場合、カラーフィルタアレイが、液晶層とディスプレイの閲覧面との間に設置され得る。カラーフィルタアレイは、光が実質的に単色、たとえば赤、緑、または青になるように、各ピクセルによって作成される光をフィルタリングすることができる。複数のピクセル、たとえば赤ピクセル、緑ピクセル、および青ピクセルの出力を組み合わせることによって、そのような各ピクセルのグループ化によって作成される混合色をチューニングすることが可能である。そのような場合、ピクセル要素はサブピクセルと呼ばれ、特定の色の混合光を作成するためにチューニングされ得るサブピクセルのグループ化の各々は、ピクセルと呼ばれることがある。
【００５３】
OLEDディスプレイは、光を供給するために、より直接的な技法を利用する。OLEDディスプレイでは、各ピクセル、または各サブピクセルは、単一の発光ダイオードである。各ダイオードは、特定の色の光の変化量を作成するために、個別に制御され得る。これは、偏光フィルムおよび液晶要素の必要性を回避し、LCDディスプレイパネルと比較してディスプレイパネルによって「浪費される」光の量を低減する。
【００５４】
LCDおよびOLEDディスプレイは、光を作成するために非常に異なる技法を使用するが、各タイプのディスプレイは、各ディスプレイのピクセルまたはサブピクセルを個別に制御するためのメカニズムを必要とする。そのような制御を提供するために、これらのディスプレイは、薄膜トランジスタ(TFT)のアレイを利用する。LCDに対するTFTは、バックライトからバックプレーンを通って液晶セル内に光が伝達することを容易にするために、通常、透明なTFTバックプレーン(本明細書では単に「バックプレーン」とも呼ばれる)、たとえばガラスまたは透明ポリマーの上に作製される。OLEDディスプレイに対するTFTもまた、透明なバックプレーン上に製作され得るが、不透明なバックプレーンがそのようなタイプのディスプレイに使用されることもある。
【００５５】
ディスプレイモジュールの各ディスプレイピクセルは、そのディスプレイピクセルの挙動を制御する回路内に、時には他の回路要素と組み合わせて配置された1つまたは複数のTFTを含み得、そのようなピクセルレベルの回路は、本明細書ではディスプレイピクセル回路と呼ばれる。ディスプレイピクセル回路は、ディスプレイピクセルアレイと実質的に同延であるアレイ内でバックプレーン上に配置される。ディスプレイ内のピクセルを制御するディスプレイピクセル回路のすべてに同時にアドレス指定し、あらゆるディスプレイピクセル回路に対して個別のトレースを必要とするのではなく、そのようなディスプレイモジュールに対する制御用電子機器は、一般的に、ディスプレイピクセル回路の各行または各列を介して非常に高い周波数において連続的に「走査する」。そのような制御を容易にするために、各列がたとえば個別の「データ」の線またはトレースを有し、各行が個別の「走査」の線またはトレースを有することができる。代替として、各行が個別のデータの線またはトレースを有し、各列が個別の走査の線またはトレースを有してもよい。各ディスプレイピクセル回路は、一般的に、1本の走査トレースと1本のデータトレースとに接続され得る。一般的に、電力が走査トレース1本ずつに印加され、電力が特定の走査トレースに印加されている間に、給電される走査トレースと関連付けられたディスプレイピクセル回路が、それらのそれぞれのデータトレースに印加された信号によって、個別に制御され得る。
【００５６】
走査配置の使用により、ディスプレイに対して収容されなければならない個別のトレースの数を、潜在的には数百万のトレースから数百または数千のトレースに低減することが可能になる。しかしながら、これは、依然として、対応するには望ましくないほど大きいトレースの数であり、それにより、ディスプレイパネルは、しばしば、各データトレースおよび走査トレースと通信することと、入力または入力のセットから供給される画像データを、走査トレースおよびデータトレースに出力される走査信号およびデータ信号の連続的なセットに変換することとを行う、1つまたは複数のドライバチップを含む。ドライバチップは、一般的に、数十または数百の導体を有するフレックスケーブルを介して画像データを供給するプロセッサまたは他のデバイスに接続される。したがって、数百万ピクセルのディスプレイは、大幅に少ない、たとえば4〜6桁程度少ない数の導体を有するフレキシブルケーブルによって制御され得る。
【００５７】
そのようなドライバチップは、占有面積においてディスプレイより極めて小さくなり得る。そのようなサイズ差に適応するために、データトレースおよび/または走査トレースの間の間隔は、ディスプレイピクセル回路アレイとドライバチップとの間に縮小され得る。ドライバチップの観点から、トレースは、ディスプレイピクセル回路のアレイに向かって「扇形に広がる」ように見え、本明細書では「ファンアウト」と呼ばれることがある。1つまたは複数のドライバチップとそれぞれのファンアウトとを収容するために、TFTバックプレーンは、ディスプレイピクセル回路のアレイより大きくサイズ決定され得る。いくつかの場合には、ファンアウトは、ドライバチップにおいて終端せず、代わりに、フレックスケーブル接続において終端する。そのような場合におけるドライバチップは、フレックスケーブルの反対側の端子端部における構成要素上に配置され得る。
【００５８】
本発明者は、ディスプレイモジュールに対するTFTバックプレーンは、既存の回路パターニングの変更を最小限にとどめるかまたは変更なしに、ファンアウトの近傍にピクセル回路の第2のアレイを収容するように設計され得ることを認識した。そのようなピクセル回路の第2のアレイは、ディスプレイデバイスの非表示領域に超音波センシング機能を設けるために使用され得、したがって、第2のアレイ内のピクセル回路は、本明細書では(前に説明したディスプレイピクセル回路と対照的に)センサピクセル回路と呼ばれることがある。そのようなセンシング機能は、たとえば、超音波指紋センシング能力を提供するために使用され得る。これは、紛失または盗難に遭った場合にデバイスおよびデバイス中のデータの安全を確保するのを助けるために、バイオメトリック識別手段が美的に満足できる方式でデバイス上に実装されることを可能にするために、モバイル電子デバイスにおいて特に関心があることを、本発明者はさらに認識した。
【００５９】
図4は、概念的な43×59ピクセルディスプレイデバイス(合計2537ピクセル)の概略平面図を示しており、ディスプレイピクセル回路406は、各ピクセルと関連付けられ、各ピクセルの近傍に配置され、バックプレーン402上に配置される。この例では、ディスプレイ走査トレース408は、ディスプレイピクセル回路406の各列と関連付けられ、ディスプレイデータトレース410は、ディスプレイピクセル回路406の各行と関連付けられる。ディスプレイドライバチップ414は、ディスプレイピクセルアレイ418の片側に配置される。ディスプレイ走査選択回路420は、各ディスプレイ走査トレース408の個別制御のために構成され得る。ディスプレイ走査選択回路420は、ディスプレイドライバチップ414からまたは別のソースによって駆動され得る。ディスプレイデータトレース410は、ディスプレイデータトレース410の間の間隔とディスプレイドライバチップ414のピン配列間隔との差に適応するように、ディスプレイファンアウト412を介してルーティングされる。ディスプレイモジュール400が、出力のためにディスプレイモジュール400にデータを送ることができる他の構成要素、たとえばプロセッサと通信可能に接続されることを可能にするために、ディスプレイフレックスケーブル416は、ディスプレイドライバチップ414の入力/出力トレースと接続され得る。
【００６０】
同じく、図4に、センサピクセルアレイ438内のセンサピクセル回路426のより小さいアレイが示されている。センサピクセルアレイ438内の各センサピクセル回路426は、センサ走査トレース428およびセンサデータトレース430に接続され得る。データトレース430は、センサファンアウト432を介してセンサドライバチップ434にルーティングされ得る。センサ走査選択回路424は、各センサ走査トレース428の個別制御のために構成され得る。センサ走査選択回路424は、センサドライバチップ434からまたは別のソースによって駆動され得る。センサフレックスケーブル436は、センサドライバチップ434のピン配列に接続され得る。各センサピクセル回路426は、1つまたは複数のTFTを含み得、いくつかの実装形態では、キャパシタ、ダイオードなど、1つまたは複数の他の回路要素を含み得る。液晶要素またはOLED要素に電圧または電流を供給するように構成され得る、ディスプレイピクセルを駆動するディスプレイピクセル回路406とは対照的に、センシング要素426は、代わりに、センサピクセルアレイ438をオーバーレイする圧電超音波受信機層によって作成される電荷を受信するように構成され得る。
【００６１】
図4に示す構成要素は、縮尺通りに描かれておらず、他の実装形態は、図示の実装形態と著しく異なることがあることを理解されたい。たとえば、図示のディスプレイのピクセル解像度は、比較的小さいが、同じバックプレーン配置は、より高い解像度のディスプレイ、たとえば1136×640ピクセルのディスプレイ、1920×1080ピクセルのディスプレイなどとともに使用され得る。同様にして、センサピクセルアレイは、図示の11×14ピクセルのセンサピクセルアレイ438より大きいことがあり得る。たとえば、センサピクセルアレイ438の解像度は、約500ピクセルパーインチ(ppi)のピクセル密度を作成し得、これは、指紋を走査およびセンシングする目的に十分に適合し得る。
【００６２】
図4に示す実装形態では、ディスプレイピクセルアレイ418およびセンサピクセルアレイ438は、共通のバックプレーン402上に配置されることを除いて、それ以外では互いに完全に分離している。ディスプレイピクセルアレイ418は、それ自体のディスプレイドライバチップ414およびディスプレイフレックスケーブル416と通信しており、センサピクセルアレイ438は、それ自体のセンサドライバチップ434およびセンサフレックスケーブル436と通信している。
【００６３】
ディスプレイモジュール400のより一体化されたバージョンを、図5に示す。図5では、図示の構造は、大部分は図4に示す構造と同じである。図4における同様の構造と同じ下二桁を有するコールアウトで番号付けされた図5の要素は、図4の対応する構造と実質的に同様であるものと理解されるべきである。繰り返しを避けるために、読者は、図5に関して、図4に対するそのような要素についての前の説明に言及されている。
【００６４】
図4と図5との間の1つの顕著な差は、ディスプレイドライバチップ514およびセンサドライバチップ534が互いに隣接し、共通のタッチおよび超音波フレックスケーブル540に接続されていることである。いくつかの実装形態では、ディスプレイドライバチップ514およびセンサドライバチップ534の機能が、単一の集積チップによって提供され得る。
【００６５】
図4および図5に示す構成は、ディスプレイピクセルアレイ418/518を変更する必要はないので、容易に既存のTFTバックプレーン内に実装され得る。加えて、センサピクセル回路426/526、たとえばセンサピクセル回路426/526を形成するTFTおよび他の回路要素は、ディスプレイピクセル回路406/506を形成するために使用される同じプロセス中に形成され得る。したがって、TFTバックプレーン製造者は、ディスプレイピクセルアレイ418/518の再設計を回避し、指紋走査機能をディスプレイピクセルに隣接する領域に、低減された開発コストで追加することが可能になる。その上、ディスプレイピクセルアレイ418/518を作成するためにすでに使用されたものと同じプロセスが、センサピクセルアレイ438/538を同時に作成するために活用され得るので、図示のようなセンサピクセルアレイ438/538を有するTFTバックプレーンの実際の生産には、無視できるほどの追加コストしかかからない。
【００６６】
いくつかの実装形態では、より大きいサイズの第2のTFTアレイをバックプレーン上に接地することを可能にするために、ディスプレイファンアウトの何らかの再ルーティングが実行されることがある。図6および図7は、そのような再ルーティングの例を示す。図6では、ディスプレイピクセルアレイ618を有するディスプレイモジュール600を示す。ディスプレイモジュール600は、付随するセンサピクセルアレイを持たないが、それ以外は、図4および図5に示すディスプレイモジュールと非常に似ている。図7では、付随するセンサデータトレース730、走査トレース728、センサドライバチップ734などを有するセンサピクセルアレイ738がバックプレーン702に追加されていることを除いて、ディスプレイモジュール600と実質的に同じであるディスプレイモジュール700を示す。わかるように、バックプレーン702を作成するために必要な、バックプレーン602に対する唯一の修正は、ディスプレイファンアウト712においてデータトレース610の一部を再ルーティングすることである。トレースルーティングにおける変更はそのように軽微であるので、既存のディスプレイモジュール600の設計をディスプレイモジュール700の設計に類似するように変更することに関する再設計コストに及ぼす影響は小さい。
【００６７】
図8Aは、高い幅の超音波指紋センサを有する図4のディスプレイモジュールの一例を示す。図8Aでは、図示の構造は、大部分は図4に示す構造と同じである。図4における同様の構造と同じ下二桁を有するコールアウトで番号付けされた図8Aの要素は、図4の対応する構造と実質的に同様であるものと理解されるべきである。繰り返しを避けるために、読者は、図8Aに関して、図4に対するそのような要素についての前の説明に言及されている。
【００６８】
わかるように、図8Aにおけるセンサピクセルアレイ838は、図4におけるセンサピクセルアレイ438よりも、幅において、すなわち図の垂直方向にわたって相当大きい。これは、複数の指紋がセンサピクセルアレイ838上に同時に置かれることを可能にし、複数の指先にわたる同時指紋認識を可能にする。その上、そのようなより大きい占有面積のセンサピクセルアレイはまた、他のバイオメトリック情報を取得するために使用され得、たとえば、人が彼らの手の掌をディスプレイのカバーガラスに押し付けると、掌紋(または部分的掌紋)が取得され得る。同様にして、人体の他の部分がカバーガラスに押し付けられると、他のバイオメトリックデータ、たとえば耳紋(ear print)、頬紋(cheek print)などが取得され得る。同時に、より大きいセンサピクセルアレイはまた、追加の入力機能を可能にし得る。たとえば、センサピクセルアレイは、スタイラスがカバーガラスに接触しているときを検出し、スタイラスの動きを追跡するように構成され得る。スタイラス先端に対して得られたXY位置データは、たとえば、ユーザの署名を取得するため、またはテキスト入力もしくはメニュー選択などの目的でスタイラス入力を受信するために使用され得る。パッケージング配置に応じて、センサピクセルアレイは、図示のように、すなわちディスプレイモジュール800の、ディスプレイファンアウト812と同じ面上に配置されてよく、またはディスプレイモジュール800の反対の面上、すなわちディスプレイピクセルアレイ818の、ディスプレイファンアウト812と反対の面上に配置されてもよい。前者の場合、センサピクセルアレイ838は、バックプレーンのスペースをディスプレイファンアウト812と共有しなければならない。後者の場合、センサピクセルアレイ838は、比較的妨げなく、ディスプレイモジュール800の全幅(図8Aの方位に関して垂直の高さ)にわたって延びることができる。次いで、センサピクセルアレイ838およびディスプレイピクセルアレイ818が共通のバックプレーンを共有しない実装形態では、ディスプレイピクセルアレイ818の、ディスプレイファンアウト812と同じ面上に同じく配置されながら、ディスプレイファンアウト812と干渉しない全幅のセンサピクセルアレイ838が、実装され得る。
【００６９】
図8Bは、掌紋センサとして使用される高い幅の超音波指紋センサを有する例示的なディスプレイモジュールの側面図を示す。わかるように、ユーザは、ディスプレイピクセルアレイ818およびセンサピクセルアレイ838の上にあるカバーガラス850に彼らの手の掌829を押し付けることができる。センサピクセルアレイ838が、たとえば図8Aに示すような幅広のアレイであるとき、センサピクセルアレイ838は、本明細書で概説した超音波技術を使用してユーザの掌の一部または全部の掌紋の読みを取得するために使用され得る。
【００７０】
図9は、図4のディスプレイモジュール400とほとんど同じ方式で構成されたディスプレイモジュール900の概念的側面図を示す。図9では、ディスプレイモジュール900は、バックプレーン上に形成されたディスプレイTFTアレイ918を有するバックプレーン902を含む。ディスプレイTFTアレイは、規則的なパターンに配列された複数のディスプレイTFT回路906を含む。液晶層958は、バックプレーン902およびディスプレイTFTアレイ918の上部に配置され得、液晶層958は、異なるディスプレイTFT回路906とそれぞれに関連付けられた個別の液晶セルを有し得る。液晶電極層962は、液晶層958の反対の面上に配置され得る。液晶電極層962とディスプレイTFT回路906のうちの1つとの間に電圧を印加することにより、液晶電極層962とディスプレイTFT回路906との間に配置された個別の液晶セルに状態を変更させ、したがって、液晶セルを通過する偏光に、より多いまたはより少ないねじりを生じさせることができる。
【００７１】
バックライト960は、バックプレーン902の、ディスプレイTFTアレイ918と反対の面上に配置され得る。第1の偏光子952は、バックプレーン902とバックライト960との間に介挿され、第2の偏光子954は、液晶層958の、第1の偏光子952と反対の面上に配置され得る。第1の偏光子952および第2の偏光子954は、それらの偏光方向が互いに直交するように方向付けられ得る。
【００７２】
同じく、第2の偏光子954とカバーガラス950との間に設置されたカラーフィルタアレイ956が、図9に見られる。カラーフィルタアレイ956は、各個々の液晶セルが実質的に単色となるように、個別の液晶セルと第1の偏光子952と第2の偏光子954とを通過する光をフィルタリングすることができる。隣接するピクセルからの単色光の異なる波長が、大きく変化する色の範囲を生じるように組み合わされ得る。当然、2色ディスプレイ、たとえば白と黒において、カラーフィルタアレイ956は省略され得る。面順次多色ディスプレイにおいて、ディスプレイTFT回路906および液晶層958が、照明シーケンスおよび表示されるべき画像に対応して状態を急速に変化させるのにつれて、順次に着色されたバックライト(たとえば、赤、次いで緑、次いで青)が所望の着色光を供給するので、カラーフィルタアレイ956は、同様に省略され得る。
【００７３】
同じく、圧電超音波受信機層972および圧電超音波送信機層970を、図9に示す。この場合、圧電超音波送信機層970は、バックプレーン902の、カバーガラス950と反対の面上に配置され、圧電超音波受信機層972は、バックプレーン902とカバーガラス950との間に介挿される。しかしながら、いくつかの他の実装形態では、圧電超音波送信機層970および圧電超音波受信機層972のロケーションは取り換えられてよく、または、圧電超音波送信機層970と圧電超音波受信機層972の両方が、バックプレーン902の同じ面上に配置されてもよい。
【００７４】
電圧が、第1の送信機電極978および第2の送信機電極980にわたって印加されるとき、圧電超音波送信機層970は、カバーガラス950の方に方向付けられた平面超音波を発生させ得る。第1の送信機電極978および第2の送信機電極980にわたる電圧の印加の時間を調節することによって、圧電超音波送信機層970によって生じる超音波のタイミングおよび持続時間が変調され得る。
【００７５】
PVDFまたはPVDF-TrFEなどの圧電超音波受信機層972は、入射超音波によって生じた音圧を受けると、測定可能な電荷を生じる圧電結晶を含み得る。圧電超音波受信機層972内の圧電結晶は、共通の受信機層電極976と、複数のピクセル入力電極974のうちの1つとの間に挟まれ得る。特定のピクセル入力電極974と関連付けられた圧電結晶によって生じた任意の電荷は、ピクセル入力電極974に導電接続されたセンサピクセル回路926によって検出され得る。これは、大半の圧電結晶に対して事実であるが、圧電センサ層内のいくつかの圧電結晶は、そのように挟まれないことがある(たとえば、丸いピクセル入力電極が使用される場合、隣接するピクセル入力電極の間の隙間をオーバーレイする圧電結晶は、そのように挟まれないことがある)。各ピクセル入力電極974は、一方向において公称幅を有し得、その幅は、その方向におけるピクセルピッチ間隔の約70%より大きく、また、その方向におけるピクセルピッチ間隔より小さい。いくつかの実装形態では、ピクセル入力電極974は、一方向において公称幅を有し得、その幅は、その方向におけるピクセルピッチ間隔の約50%より大きく、また、その方向におけるピクセルピッチ間隔より小さい。他の実装形態、たとえばボタン制御またはスライダー制御などの非結像型実装形態(本明細書における後の説明を参照のこと)では、ピクセル入力電極の寸法は、ピクセルピッチよりかなり小さい。
【００７６】
ピクセル入力電極974およびセンサピクセル回路926が2次元アレイ、たとえば図2のピクセル入力電極38およびセンサピクセル回路32の配置と同様の配置に配置されるとき、得られたアレイは、図2のプラテン40と同様の方式で作動し得るカバーガラス950の露出面における超音波の反射強度に対応する圧電超音波受信機層972内の超音波強度/圧力の2次元マップを提供するために使用され得る。
【００７７】
積層された、圧電超音波送信機層970、第1および第2の送信機電極978および980、バックプレーン902、センサピクセル回路926、ピクセル入力電極974、圧電超音波受信機層972、圧電超音波受信機層電極976、およびカバーガラス950は、積層されたアセンブリ内のエアギャップなどの空所の存在を回避するために、実質的に切れ目のない材料のブロックを形成することができる。これは、圧電超音波送信機層970によって生成された超音波が、積層されたアセンブリを通ってカバーガラス950の露出面の方に進むときに通過する様々な材料の間の音響インピーダンス不整合を防止または低減する。いくつかの実装形態では、バックプレーン902とカバーガラス950との間に配置され得る、図9に示す超音波センサ関連構成要素は、カバーガラス950とバックプレーン902との間のギャップ距離未満の全厚さを有し得る。そのような実装形態では、残された空間は、空のギャップの存在を回避するためにスペーサガラスまたは他の材料で充填され得る。超音波センサ積層体内の様々な層/構成要素は、潜在的な空のギャップを回避するために、粘着剤を用いてまたは他のメカニズムを介して互いに接着され得る。
【００７８】
図9に示す構成要素および層は縮尺通りに描かれていないが、超音波指紋センサは、非常に小さな規模で実装され得る。たとえば、圧電超音波送信機層および圧電超音波受信機層に対して使用される圧電層は0.005〜0.1mm程度の厚さであり得、送信機および受信機のバイアス電極は0.0001〜0.02mm程度の厚さであり得、カバーガラスおよびバックプレーンは0.1〜1mm程度の厚さであり得、センサピクセル回路およびピクセル入力電極は0.0005〜0.002mm程度の厚さであり得る。これらの厚さの値は、単に例として、超音波指紋センサの大まかな規模の感覚を読者に与えるために提供される。これらの構成要素はまた、それらの表にされた厚さ以外の厚さを有することもある。
【００７９】
超音波センサアレイは、同じく、他の方法でディスプレイモジュール設計の中で一体化され得る。たとえば、超音波センサアレイは、以下で説明するいくつかのタッチセンシティブディスプレイモジュールに一体化され得る。
【００８０】
タッチインターフェース機能を有するいくつかのディスプレイでは、タッチ入力層が、様々なディスプレイ構成要素、たとえば偏光子、バックプレーン、カラーフィルタ、液晶層、OLEDなどの構成要素とカバーガラスとの間に挟在されることがある。いくつかのそのようなデバイスでは、タッチ入力層は、カバーガラスの背面上に形成され得る。タッチ入力層は、たとえば、投影型静電容量タッチ(PCT)入力層であってよく、アレイの近傍における指の存在によって生じるキャパシタンスの変化の配置を検出するために使用され得る可変キャパシタのアレイを形成する導電性トレースのパターンを利用し得る。
【００８１】
そのようなタッチ入力層は、タッチ入力層と、たとえばタッチコントローラとの間の電気通信を可能にするためにフレックスケーブルに接続され得る。フレックスケーブルは、ディスプレイモジュールの一縁部に沿って、またはその近くに配置されたタッチ入力層内の接点にはんだ付けされ得るかまたは他の方法で接続され得る。
【００８２】
図2に示すような超音波センサは、そのようなディスプレイモジュールのカバーガラスに接着され得、タッチ入力層と接続するために使用される同じフレックスケーブルに電気的に接続され得る。そのような配置を、図10に示す。
【００８３】
図10において、図9に示すものと同様のディスプレイモジュールの概念的側面図を示す。図9における構成要素と同じ下二桁で番号付けされた図10における構成要素は、別段に説明されない限り、同じ下二桁で番号付けされ、本開示において前に説明した、図9における構成要素と実質的に同様であるものと見なされ得る。
【００８４】
図10においてわかるように、タッチ層1064は、第2の偏光子1054とカバーガラス1050との間に介在されている。タッチ層1064は、たとえば、接着剤層1082を用いて第2の偏光子1054と接着され得る。タッチ層1064の一部は、タッチフレックスケーブル1088のタッチフレックスリード1090がタッチ層1064の導通性トレースに接続されることを可能にするために、第2の偏光子1054の縁部を超えて突出し得る。
【００８５】
図10においてさらにわかるように、ディスプレイモジュール1000の超音波センサ部は、図9の超音波センサ部と少し異なっている。図10では、超音波センサは、図9と同様に、圧電超音波送信機層1070および圧電超音波受信機層1072、ならびにピクセル入力電極1074およびセンサピクセル回路1026を含む。しかしながら、図9に示す変形態とは対照的に、センサピクセル回路1026は、バックプレーン1002と分離した超音波センサバックプレーン1004上に設けられている。さらに、スペーサ1084が、受信機バイアス電極1076とカバーガラス1050との間に配置されている。スペーサ1084は、タッチフレックスケーブル1088の超音波フレックスリード1092が、カバーガラス1050に面する受信機バイアス電極1076の表面に導電接続されることを可能にするために使用され得る。これは、タッチ層1064および受信機バイアス電極1076に接続する端子端部の一方だけの面上に露出した導体を有するフレックスケーブルが、タッチフレックスケーブル1088として使用されることを可能にする。タッチフレックスケーブル1088は、タッチフレックスケーブルリード1090および超音波ケーブルリード1092が、図示のように反対方向にルーティングされることを可能にするために、ある距離の間、その長さに沿って分割され得る。端子端部の両面上に露出した導体を有するフレックスケーブルが使用される場合、スペーサ1084は省略され得る。
【００８６】
図10に示す分割-フレックス配置はまた、たとえば図9に示すようなディスプレイピクセル回路を有する共通のバックプレーンを共有するセンサピクセル回路を有する超音波指紋センサを有するディスプレイモジュール上に実装され得る。図10では、タッチフレックスケーブル1088は、第2の送信機電極1080とバックプレーン1002との間を通るように、すなわち、ディスプレイピクセル回路1006およびセンサピクセル回路1026が、共通のバックプレーン上ではなく、個別のバックプレーン、たとえば、バックプレーン1002と超音波センサバックプレーン1004との上に配置されたディスプレイモジュール内に設けられ得る、超音波構成要素積層体とバックプレーン1002との間のギャップを利用するように示されている。しかしながら、タッチフレックスケーブル1088と同様のタッチフレックスケーブルはまた、たとえば図9に示すような、共通のバックプレーン上に設けられたディスプレイピクセル回路およびセンサピクセル回路を特徴とするディスプレイモジュールに対しても使用され得る。そのような実装形態では、タッチフレックスケーブルは、超音波構成要素とバックプレーンとの間にルーティングされるのではなく、側面に、すなわち図10に関するページの中または外にルーティングされ得る。超音波構成要素によって占有された体積を通過した後、タッチフレックスケーブルは、ディスプレイモジュール1000の所望の縁部、たとえば、超音波センサ構成要素、ディスプレイドライバなどを挟むディスプレイモジュールの3つの縁部のいずれかに向かってルーティングされてよい。受信機バイアス電極1076は動作するために1つだけの導電性トレースを必要とするので、タッチフレックスケーブルは、1つの追加の導体を必要とするだけである。いくつかの実装形態では、タッチセンシティブ層に対する既存のタッチフレックスケーブルは、この目的で利用され得る未使用の予備の導体をすでに有していることがある。
【００８７】
図11では、別のディスプレイモジュールの概念的側面図を示す。図10における構成要素と同じ下二桁で番号付けされた図11における構成要素は、別段に説明されない限り、同じ下二桁で番号付けされ、本開示において前に説明された、図10における構成要素と実質的に同様であるものと見なされ得る。図13は、図11の説明に関連して参照され得るディスプレイモジュールに対するタッチ層の平面図を示す。
【００８８】
図10におけるように、センサピクセル回路1126は、別個の超音波センサバックプレーン1104上に配置されるが、ディスプレイピクセル回路1106とセンサピクセル回路1126の両方を設ける共通のバックプレーンを特徴とする変形態も使用され得る。図11に示すディスプレイモジュール1100は、図示の特定の実装形態が導電性タッチ層1166および銀インク層1168を特徴とする点で、図10に示すディスプレイモジュール1000と異なる。たとえば、図10からのタッチ層1064が抵抗タッチ層である場合、それは、ディスプレイモジュールの表示領域の上の、重複するが接触しない導電性トレース(図13の導電性トレース1344参照)のグリッドを特徴とすることができる。導電性トレース1344は、透明導電材料、たとえばインジウムすず酸化物(ITO)から形成されてよく、したがって、導電性タッチ層1166と同様の構造を形成する。導電性タッチ層は、各グリッドトレースが個別にアドレス指定されることを可能にする複数の個別の電気的トレースを特徴とする。導電性タッチ層1166の電気的性能を強化するために、導電性タッチ層1166は、電気的に増強する導電材料、たとえば銀インク1368、または銀ウレタンコーティング、充填ポリマー、導体ペースト、導電性インク、スクリーン印刷導体、もしくは導電性コーティングなどの他の高伝導率材料の追加層を使用して電気的に「増強」され得る。そのような材料は、一般的に、ディスプレイモジュールの表示領域と重複しない領域内で導電性タッチ層1166のトレースに貼り付けられ、そのような、より高伝導率の材料は、一般的に、不透明または反射性である。
【００８９】
グリッドトレースに接続されたトレースは、タッチ入力を受信および/または処理し得るプロセッサに接続され得るフレックスケーブル1342に接続され得る。いくつかのタッチセンサでは、信号調整、A/D変換、および/またはタッチセンシングを支援し得る、カバーガラス1150上(または、より正確には、導電性タッチ層1166または銀インク層1168の上)に配置されたドライバチップが存在することがある。
【００９０】
図11に示すような実装形態では、受信機バイアス電極は、圧電超音波受信機層1172と接触している導電性タッチ層1166の領域1345によって設けられ得る。この領域1345は、導電性タッチ層1166内の他のトレースから電気的に分離され得、導電性タッチ層1166内のトレースを介して導電性タッチ層1166とインターフェースするために使用される同じフレックスケーブル1342に電気的に接続され得る。その領域をフレックスケーブルと電気的に接続するトレース、ならびに圧電超音波受信機層1172と接触している領域を取り囲む導電性タッチ層1166(取り囲む部分は1348で示される)は、同様に、銀インク層1168から銀インクを用いて電気的に増強または増大され得る。しかしながら、圧電超音波受信機層1172を実際にオーバーレイする導電性タッチ層の部分は、銀インクがない状態に保たれ得る。これは、金属化合物である銀インクが、圧電超音波送信機層1170によって作成され、圧電超音波受信機層1172によって受信される超音波の伝送経路中に直接入ることを防ぐために実施され得る。圧電超音波受信機層1172の音響インピーダンスに対して、そのような金属化合物の高い音響インピーダンスは、入射超音波の大部分が、カバーガラス上の対象物の走査を可能にするためにカバーガラス1150を通過するのではなく、金属化合物から後方に反射される結果をもたらすことがある。したがって、圧電超音波受信機層1172をオーバーレイする導電性タッチ層の部分は、一般に、隣接する材料に対して高い音響インピーダンス不整合を有する材料がない状態に保たれるべきである。
【００９１】
圧電超音波受信機層1172は、画像データを生成するためにバイアスされるとき、一時的に大量の電流を消費するので、圧電超音波受信機層1172をオーバーレイする導電性タッチ層の部分の周りの電気的増強は有用であり得る。電流の量は非常に大きく、導電性タッチ層1166、たとえばITOを作成するために使用される材料は、使用される一般的なトレース厚さと相まって、受信機層1172の表面にわたって電圧が過度に低下することなしに電流を十分に伝導することができないことがある。しかしながら、圧電超音波受信機層1172をオーバーレイする導電性タッチ層の部分をフレックスケーブルと接続するトレースが高導電率材料を用いて電気的に増強されるならば、この問題は対処され得る。
【００９２】
本明細書で説明した図のいくつかにおいて、様々な電気的接続が、何らかのフレックスケーブル(時々、フレキシブルプリント回路またはFPCと呼ばれる)を介して提供されるように示されている。フレックスケーブルは(高密度の導体、特定のルーティング経路にフレックスケーブルを調整することの容易さ、および低い製造コストによって)そのような接続に好適であるが、他の電気的接続技法が、説明した様々な構成要素をプロセッサ、ドライバ、および/または他の制御ハードウェアと接続するために使用され得ることを理解されたい。たとえば、個別のワイヤが、いくつかの電気的接続を作製するために使用され得、たとえば、個別のワイヤが、超音波指紋センサの受信機バイアス電極などの単一の要素への電気的接続を作製するために使用され得、または、層間ビアが使用されてよく、たとえば、圧電超音波受信機層を通過し、受信機バイアス電極およびバックプレーン上のドライバ回路と導電性接触する絶縁された導電性ポストが、センサピクセル回路を提供する。様々な電気的構成要素に対する具体的な電気的接続は、過度の乱雑さを避けるために多くの図において示されていないが、そのような電気的構成要素が様々な制御、信号および電力のシステムに電気的に接続されることを当業者なら認識するであろうことをさらに理解されたい。たとえば、第1および第2の送信機電極は、電圧が圧電超音波送信機層にわたって印加されることを可能にするために、ドライバ回路に接続される。そのような電気的接続を認識し、設立することは、当業者のスキルの範疇である。
【００９３】
本明細書で説明する様々な構成要素のうちの1つまたは複数が、様々な他の構成要素、たとえばプロセッサに、共通のケーブル、たとえばシングルフレックスケーブルを介して電気的に接続されてもよいことも認識されたい。たとえば、シングルフレックスケーブルは、プロセッサまたはプリント基板と、ディスプレイモジュールのタッチ層および超音波指紋センサとの間の電気的接続を設けるために使用され得る。そのような配置は、作製され、特定のデバイス内でルーティングされる必要があるケーブルの総数を低減し得るが、そのようなケーブルの統合は必須ではない。したがって、いくつかの実装形態では、フレックスケーブルまたは他のタイプのケーブルは、1つの構成要素だけに電気的に接続されてよく、たとえば、フレックスケーブルは、超音波指紋センサに対するセンサドライバチップだけに接続されてよい。
【００９４】
本明細書に含まれる多くの例において、センサドライバチップ(およびディスプレイドライバチップ)を説明した。図示の例では、これらのチップは、超音波指紋センサを有するディスプレイモジュールの1つまたは複数のバックプレーン上に配置されており、これは、当業界において「チップオングラス」(COG)と呼ばれる。そのようなチップ、およびそれらが収容する回路は、ディスプレイモジュールから完全に離れたロケーションを含む他のロケーションにも配置され得ることを理解されたい。たとえば、そのようなチップのうちの1つまたは複数は、フレックスケーブルの中または上に一体化され得、それらは、当業界では「チップオンフレックス」(COF)と呼ばれる。別の例では、そのようなチップのうちの1つまたは複数は、フレックスケーブルの反対端部に接続された回路板上に配置され得る。そのような代替のチップ配置を特徴とする一体型超音波指紋タッチセンサを有するディスプレイモジュールもまた、本開示の範囲に入ることを理解されたい。
【００９５】
本開示は、主に、指紋認識のためのアレイ化された圧電超音波センサの一体化に焦点を合わせたが、本明細書で概説した超音波センサ一体化の概念は、シングルピクセル(または他の、指紋走査のためには不適当な解像度の減じられたピクセル数のセンサ)の超音波センサにも適用され得る。たとえば、単一の大きい受信機ピクセル(アレイ内のセンサピクセル要素の数が1であるセンサピクセル、すなわちシングルセンサピクセル要素)を有する超音波センサは、指がその上部に置かれたときを検出することはできるが、その指紋の実際の指紋に関する有用な情報を提供することはまったくできない。代わりに、それは、単に、指紋の詳細のシングル-ピクセル「平均」を提供し得る。それにもかかわらず、そのような平均化画像は、そのようなセンサの上のカバーガラス上に指が存在するとき、カバーガラス上に指が存在しないときのものと顕著に異なることになるので、この指紋の「平均」画像は有用である。したがって、シングル-ピクセル超音波センサは、単なるデジタルボタンとして使用されてよく、センサの上のカバーガラス上に指が存在するとき、指が検出され、ボタン押下として取り扱われ得る。反対に、指が存在しない場合、これもまた検出され、ボタン非押下またはボタン開放として検出され、取り扱われ得る。
【００９６】
そのような「ボタン」超音波センサは、本質的に、本明細書で「ボタンピクセル回路」と呼ばれるシングルセンサピクセル回路を必要とすることがある。したがって、それらの実装形態は、指紋走査のために有用なアレイ化されたセンサピクセル回路と比較して、比較的簡単である。ボタンピクセル回路は、たとえば、センサピクセルアレイ内のセンサピクセル回路に加え、およびディスプレイピクセルアレイ内のディスプレイピクセル回路に加えた追加のピクセル回路と同じ、ディスプレイモジュールに対するディスプレイピクセル回路を提供するバックプレーン内に形成され得る。複数の個別のボタンを可能にするために、単一のバックプレーン上に設けられた複数の個別のボタンピクセル回路が存在し得る。そのようなボタンピクセル回路は、バックプレーン上の他の構成要素に接続され得るか、またはフレックスケーブルに接続され得る。任意のディスプレイファンアウトまたはセンサファンアウトが、ボタンピクセル回路がない状態にとどまるために再ルーティングされ得る。
【００９７】
図12は、図4に示すディスプレイモジュールと同様であるがバックプレーン上に一体化された追加の超音波ボタンを有するディスプレイモジュールの平面図である。図12では、図示の構造は、大部分は図4に示す構造と同じである。図4における同様の構造と同じ下二桁を有するコールアウトで番号付けされた図12の要素は、図4の対応する構造と実質的に同様であるものと理解されるべきである。繰り返しを避けるために、読者は、図5に関して、図4に対するそのような要素についての前の説明に言及されている。
【００９８】
図12においてわかるように、ディスプレイドライバチップ1214は、ディスプレイモジュールの中心からオフセットされ、バックプレーン1202の一部を開放し、2つの超音波ボタンセンサ1225のバックプレーン上への一体化を可能にする。上記で説明したように、超音波ボタンセンサ1225は、シングル-ピクセル超音波デバイスであってよく、超音波ボタンセンサの各々に対するシングルピクセル回路は、ディスプレイピクセル回路1206およびセンサピクセル回路1226と同様に、バックプレーン上に設けられてよい。ボタンフレックスケーブル1223は、超音波ボタンセンサ1225を制御するように構成されたコントローラまたは他のデバイスに超音波ボタンセンサ1225を接続し得る。2つのボタンセンサ1225がバックプレーン1202上に形成され得るのと同様に、線形アレイなどの一連の超音波ボタン1225が、バックプレーン上に形成され得る。一構成では、ボタンのセットが、線形アレイ内に配置され得、音量調節のために、またはユーザがセンサにわたって指をスワイプするとモバイルデバイスをオンにするかまたはアンロックするためのスワイプセンサなどのジェスチャー入力デバイスとして使用され得る超音波スライダー制御を形成する。一動作モードでは、ユーザは、指のスワイプによってモバイルデバイスを電源投入し、次いで、指先を指紋センサ上に置いてユーザを確認し、モバイルデバイスをアンロックすることができる。別の動作モードでは、ユーザは、超音波ボタンまたは線形アレイのうちの1つまたは複数をタップしてモバイルデバイスを起動し、次いで、指を超音波指紋センサ上に置いて認証され得る。1つまたは複数のボタンをタップ-タップ-休止-タップのような特定のシーケンスでタップすることによって、ユーザは、モバイルデバイスにアクセスすること、またはモバイルデバイス上で動作するアプリケーションを使用することが可能になる。別の構成では、3つ以上の超音波ボタンが、たとえばバックボタン、ホームボタン、またはメニュー/入力/選択ボタンとして働くために、ディスプレイの周辺付近に配置されてよい。これらのボタンは、ボタン内にユーザ認証能力を有してまたは有さずに、これらの機能または他の機能へのアクセスを提供し得る。ボタンは、ボタン上のタッチを検出するのに適したわずか1つのピクセルを有し得る。代替として、ボタンは、タッチを検出し、機能を実行する前にユーザを認証するための、センサピクセルの高解像度アレイを有し得る。一動作モードでは、ボタンは、超音波送信機をオンにすることなく指または他の対象物の存在を判断するために、音響放出またはキャパシタンス変化を検出し得る。別のモードでは、ボタンは、超音波送信機を動作しながらセンサから生成された画像情報を使用して対象物の存在を検出し得る。別のモードでは、ボタンは、最初に、送信機をオンにすることなく対象物の存在を検出し、次いで、送信機を動作しながら対象物についての情報をさらに生成することができる。超音波ボタンの上のカバーガラスまたはカバーレンズは、たとえばユーザがボタンの上を彼/彼女の指でこするときに、音が生成されるのを助長するために、粗面化または場合によってはテクスチャ化されることがある。
【００９９】
別の構成では、超音波ピクセルの矩形アレイは、表示領域の一面から離れたタッチパッドまたは署名パッドを形成し得る。タッチパッドまたは署名パッドは、たとえば、ディスプレイデバイスの動作に対するナビゲーション入力を提供するため、またはディスプレイデバイスを有するユーザの署名確認を可能にするために使用されることがある。いくつかの実装形態では、タッチパッドまたは署名パッドの上の領域は、スタイラスの検出を助けるようにテクスチャ化されることがある。
【０１００】
本明細書で説明する超音波指紋センサに加えて、本発明者は、いくつかの実装形態において、指紋センサの超音波構成要素を完全に省略して、圧電超音波受信機層と通常にインターフェースするセンサピクセル回路の容量性挙動に全体的に依存することが可能であることを認識した。たとえば、そのようなセンサピクセル回路は、ピクセル入力電極(または下にあるピクセル入力電極へのセンサピクセル回路接続部)が、空気、たとえば指紋の谷と比較して、人間の皮膚、たとえば指紋隆線に接触または密接に接触したとき、異なる大きさの電荷を記録する。センサピクセル回路のアレイが十分に小さいピッチ、たとえば500ppiを有する場合、センサピクセル回路のアレイから得られる出力は、圧電超音波受信機層を用いて実装されるときに出力が使用されるのとほとんど同じ方式で、指紋の画像を作成するために使用され得る。そのような容量性センサに対する1つの制約は、撮像される対象物、たとえば指紋がセンサピクセル回路の入力電極に非常に近いときだけ、それらが有効であることである。たとえば、指紋が、センサピクセル回路の入力電極から指紋隆線の幅より大きくオフセットされる場合、各センサピクセル回路によって伝えられる値は不正確となり、指紋が再構成されることはできないことになる。いくつかの実装形態では、容量的に構成されたセンサは、約1ミクロン〜20ミクロンの厚さのコーティングで覆われることがある。
【０１０１】
容量性指紋センサが、超音波指紋センサの代わりに使用される場合、容量性センサは、大部分のディスプレイモジュールの上で使用されるカバーガラスよりずっと薄い、たとえば指紋隆線間の間隔よりずっと小さい厚さを有するカバーガラスのセクションの後ろに装着される必要がある。代替として、容量性指紋センサは、別の材料、たとえばパリレンの保護層の後ろに配置されてよく、まったくカバーガラスで覆われず、たとえば、カバーガラスのカットアウト領域内、またはカバーガラスの縁部を超えたロケーション内に配置されてもよい。
【０１０２】
ディスプレイピクセル回路の第1のアレイおよびセンサピクセル回路の第2のアレイを有する本明細書で説明するバックプレーンはまた、圧電センサ以外のセンサ内で使用され得ることも理解されたい。たとえば、センサピクセルまたはセンサピクセルのアレイは、雰囲気温度測定のために使用されてよく、または磁場検出用に構成されてもよい。表示部および非表示部は、ディスプレイを駆動するため、および非表示部またはセンサ部からデータを得るために、共通のまたは個別のフレックスケーブルを有し得る。
【０１０３】
本明細書で説明するようなディスプレイモジュールは、様々なプロセスを使用して作製され得る。たとえば、図9によるディスプレイモジュールは、最初に、少なくとも2つの個別のピクセル回路のアレイ、すなわちディスプレイピクセル回路のアレイおよびセンサピクセル回路のアレイを有するバックプレーンを作成するかまたは設けることによって作製され得る(バックプレーンはセンサピクセル回路のアレイのためのピクセル入力電極も含み得る)。様々なディスプレイ関連構成要素は、そのようなディスプレイモジュールの組み立ての間に通常行われるように、バックプレーンに組み立てられ得る。たとえば、液晶層は、ディスプレイピクセル回路のアレイを有するバックプレーンの面に貼り付けられ、次いで、液晶は所望の方向に方向付けられ得る。次いで、電極が液晶層に貼り付けられ、次いで、カラーフィルタアレイおよび偏光子が、この電極の上部に層を形成され得る。次いで、バックライトがバックプレーンの反対の面に貼り付けられ得る。ほとんどのディスプレイ関連構成要素の組み立ての前、それと同時、またはその後に、圧電膜が、圧電超音波受信機層を形成するためにピクセル入力電極に貼り付けられ得る。次いで、受信機バイアス電極が圧電超音波受信機層に貼り付けられ得る。必要ならば、スペーサ、たとえばスペーサガラスが、バックプレーン上の超音波層積層体をバックプレーン上のディスプレイ層積層体と高さ調節するために、受信機バイアス電極に貼り付けられ得る。次いで、カバーガラスならびに任意のオプションのタッチスクリーンインターフェースが、2つの個別の積層体上に接着され得る。バックプレーンのピクセル回路面上に組み立てられた構成要素に加えて、追加の構成要素が、バックプレーンの反対の面上に組み立てられ得る。たとえば、ディスプレイ構成要素のためのバックライトが、バックプレーンの反対の面上に装着され得る。加えて、第1の送信機電極が、同様に、バックプレーンの反対の面上に装着され得、続いて、圧電超音波送信機層を形成するために圧電層がさらに貼り付けられる。次いで、第2の送信機電極が貼り付けられ、次いで、絶縁コーティングまたは背面キャップが、意図しない短絡回路から保護するために貼り付けられ得る。
【０１０４】
別の可能な組み立て技法が、カバーガラスの下に配置されない超音波指紋センサを特徴とするディスプレイモジュールを提供するために使用され得、そのような技法もまた、カバーガラスの厚さの後ろで機能しない容量性指紋センサを用いて使用され得る。そのような技法は、カバーガラスの「下」の指紋センサに関して上記で説明した技法と非常に類似し得るが、追加の行動が取られることがある。たとえば、穴または開口が、超音波指紋センサ周りのカバーガラスに設けられ、指紋センサは、カバーガラスで覆われるのではなく、別個のカバー、たとえばスペーサガラス、またはたとえばパリレンのコーティングを有し得る。代替として、カバーガラスは、超音波指紋センサの上に展開しないだけでよい。
【０１０５】
当業者には、本開示において説明した実装形態の様々な修正形態が容易に明らかになろう。本明細書において定められた一般原則は、本開示の趣旨または範囲から逸脱せずに他の実装形態に適用されてもよい。したがって、本開示は、本明細書において示されている実装形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、本明細書において開示された原則および新規の特徴に整合した最も広い範囲が与えられるべきである。「例示的な」という単語は、本明細書では、「例、事例、または例示の働きをすること」を意味するためにのみ使用される。本明細書で「例示的な」と記載されるいかなる実装形態も、必ずしも他の実装形態よりも好ましいか、または有利であると解釈されるべきではない。
【０１０６】
本明細書において別々の実装形態の文脈で説明したいくつかの特徴は、単一の実装形態において組み合わされて実現されてもよい。逆に、単一の実装形態の文脈で説明した様々な特徴を複数の実装形態において別々に実現しても、任意の適切な部分組合せとして実現してもよい。さらに、各特徴は、上記ではある組合せにおいて働くように記載されており、場合によっては最初からそのように請求されているが、請求された組合せの1つまたは複数の特徴は、場合によってはその組合せから実現されてもよく、請求された組合せは、部分組合せまたは部分組合せの変形例を対象とするものであってもよい。
【０１０７】
同様に、動作は特定の順序で図面に示されているが、そのような動作は、望ましい結果を達成するために、示される特定の順序でもしくは順番に実行される必要がないことを、またはすべての図示の動作が実行される必要があるとは限らないことを、理解されたい。ある状況では、マルチタスキングおよび並列処理が有利である場合がある。さらに、上記で説明した各実装形態における様々なシステム構成要素の分離は、すべての実装形態においてそのような分離が必要とされるものと理解されるべきではなく、前述のプログラム構成要素およびシステムが概して単一のソフトウェアプロダクトとして一体化されるかまたは複数のソフトウェアプロダクトとしてパッケージ化されてもよいことを理解されたい。また、他の実装形態も以下の特許請求の範囲の範囲内である。場合によっては、特許請求の範囲に記載された動作を異なる順序で実行してもよく、しかも望ましい結果を実現することができる。
【０１０８】
説明した特定の実装形態のうちのいずれかにおける複数の特徴が互いに不適合であると明確に確認されること、またはそれらの特徴が、相互排他的であり、補完および/または支援の意味で容易に組み合わせることができないことを周囲の文脈が示唆することがない限り、本開示の全体は、それらの補完的実装形態の特定の特徴が、1つまたは複数の包括的であるがわずかに異なる技術的解法を提供するために、選択的に組み合わされ得ることを企図し、想定していることが理解されよう。したがって、上記の説明は、例として与えられているにすぎず、細部における修正形態は、本開示の範囲内で作成され得ることはさらに諒解されよう。
【符号の説明】
【０１０９】
10  超音波センサシステム
20  超音波送信機
21  超音波
22  圧電送信機層
23  超音波エネルギー
24  第1の送信機電極
25  対象物
26  第2の送信機電極
27  指紋隆線の間の谷
28  指紋隆線
30  超音波受信機
32  ピクセル回路
34  基板
36  圧電受信機層
38  ピクセル入力電極
39  受信機バイアス電極
40  プラテン
42  プラテンの露出面
50  制御用電子機器
400  ディスプレイモジュール
402  バックプレーン
406  ディスプレイピクセル回路
408  ディスプレイ走査トレース
410  ディスプレイデータトレース
412  ディスプレイファンアウト
414  ディスプレイドライバチップ
416  ディスプレイフレックスケーブル
418  ディスプレイピクセルアレイ
420  ディスプレイ走査選択回路
424  センサ走査選択回路
426  センサピクセル回路、センシング要素
428  センサ走査トレース
430  データトレース、センサデータトレース
432  センサファンアウト
434  センサドライバチップ
436  センサフレックスケーブル
438  センサピクセルアレイ
506  ディスプレイピクセル回路
514  ディスプレイドライバチップ
518  ディスプレイピクセルアレイ
526  センサピクセル回路
534  センサドライバチップ
538  センサピクセルアレイ
540  超音波フレックスケーブル
600  ディスプレイモジュール
602  バックプレーン
610  データトレース
618  ディスプレイピクセルアレイ
700  ディスプレイモジュール
702  バックプレーン
712  ディスプレイファンアウト
728  走査トレース
730  センサデータトレース
734  センサドライバチップ
738  センサピクセルアレイ
800  ディスプレイモジュール
812  ディスプレイファンアウト
818  ディスプレイピクセルアレイ
829  手の掌
838  センサピクセルアレイ
850  カバーガラス
900  ディスプレイモジュール
902  バックプレーン
906  ディスプレイ薄膜トランジスタ(TFT)回路
918  ディスプレイTFTアレイ
926  センサピクセル回路
950  カバーガラス
952  第1の偏光子
954  第2の偏光子
956  カラーフィルタアレイ
958  液晶層
960  バックライト
962  液晶電極層
970  圧電超音波送信機層
972  圧電超音波受信機層
974  ピクセル入力電極
976  受信機層電極
978  第1の送信機電極
980  第2の送信機電極
1000  ディスプレイモジュール
1002  バックプレーン
1004  超音波センサバックプレーン
1006  ディスプレイピクセル回路
1026  センサピクセル回路
1050  カバーガラス
1054  第2の偏光子
1064  タッチ層
1070  圧電超音波送信機層
1072  圧電超音波受信機層
1074  ピクセル入力電極
1076  受信機バイアス電極
1080  第2の送信機電極
1082  接着剤層
1084  スペーサ
1088  タッチフレックスケーブル
1090  タッチフレックスケーブルリード、タッチフレックスリード
1092  超音波フレックスリード、超音波ケーブルリード
1100  ディスプレイモジュール
1104  超音波センサバックプレーン
1106  ディスプレイピクセル回路
1126  センサピクセル回路
1150  カバーガラス
1166  導電性タッチ層
1168  銀インク層
1170  圧電超音波送信機層
1172  圧電超音波受信機層
1202  バックプレーン
1206  ディスプレイピクセル回路
1214  ディスプレイドライバチップ
1223  ボタンフレックスケーブル
1225  超音波ボタンセンサ
1226  センサピクセル回路
1342  フレックスケーブル
1344  導電性トレース
1345  領域
1348  取り囲む部分
1368  銀インク
【図１Ａ】
2016530902.tif 000003
【図１Ｂ】
2016530902.tif 000004
【図１Ｃ】
2016530902.tif 000005
【図２】
2016530902.tif 000006
【図３Ａ】
2016530902.tif 000007
【図３Ｂ】
2016530902.tif 000008
【図４】
2016530902.tif 000009
【図５】
2016530902.tif 000010
【図７】
2016530902.tif 000011
【図８Ａ】
2016530902.tif 000012
【図８Ｂ】
2016530902.tif 000013
【図９】
2016530902.tif 000014
【図１０】
2016530902.tif 000015
【図１１】
2016530902.tif 000016
【図１２】
2016530902.tif 000017
【図６】
2016530902.tif 000018
【図１３】
2016530902.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月6日(2015.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイモジュールであって、
第1の面および対向する第2の面を有する基板と、
前記第1の面に配置されたディスプレイピクセル回路のアレイであって、各ディスプレイピクセル回路が、前記TFTバックプレーンに接続可能なディスプレイデバイスのディスプレイピクセルに光放出、光透過または光反射の状態を変更させるように構成された、ディスプレイピクセル回路のアレイと、
を備える薄膜トランジスタ(TFT)バックプレーンと、
前記第1の面に配置されたセンサピクセル回路のアレイであって、各センサピクセル回路が、圧電超音波指紋センサ回路の一部を形成するように構成され、かつセンサピクセル回路の前記アレイ内のアレイロケーションから前記圧電超音波指紋センサ回路に供給される電荷を読み取るように構成され、ディスプレイピクセル回路の前記アレイおよびセンサピクセル回路の前記アレイが、前記TFTバックプレーンの非重複領域を占有する、センサピクセル回路のアレイとを含む、薄膜トランジスタ(TFT)バックプレーンと、
カバーガラスと前記TFTバックプレーンとの間に配置され、ディスプレイピクセル回路の前記アレイとともに、前記ディスプレイモジュールに対する表示機能を与えるように構成された、1つまたは複数のディスプレイ構成要素と、
圧電超音波指紋センサとを備え、
前記圧電超音波指紋センサの少なくとも一部が、前記TFTバックプレーンと前記カバーガラスとの間に配置され、
センサピクセル回路の前記アレイが、前記圧電超音波指紋センサの一部を形成し、
前記TFTバックプレーンから最も遠い前記圧電超音波指紋センサの表面が、前記TFTバックプレーンから、前記TFTバックプレーンから最も遠い前記1つまたは複数のディスプレイ構成要素の表面と同じ距離にあるように、前記圧電超音波指紋センサが、材料の1つまたは複数の層を含む、ディスプレイモジュール。
【請求項２】
前記指紋センサが、同時に少なくとも2本の指から指紋をキャプチャするようにサイズ決定される、請求項1に記載のディスプレイモジュール。
【請求項３】
前記圧電超音波バイオメトリックセンサが、掌紋センサである、請求項1に記載のディスプレイモジュール。
【請求項４】
センサピクセル回路の前記アレイと個別の単一のセンサピクセル回路をさらに備え、前記単一のピクセル回路が、超音波ボタンとして作動するように構成される、請求項1に記載のディスプレイモジュール。
【請求項５】
ピクセル入力電極のアレイをさらに備え、
各ピクセル入力電極が、センサピクセル回路の前記アレイ内のセンサピクセル回路をオーバーレイし、
前記センサピクセル回路が、第1の方向に第1のピッチ間隔において離隔され、
各ピクセル入力電極が、前記第1の方向に前記第1のピッチ間隔の約70%より大きく前記第1のピッチ間隔より小さい公称幅を有する、請求項1に記載のディスプレイモジュール。
【請求項６】
センサピクセル回路の前記アレイをオーバーレイする圧電層をさらに備える、請求項1に記載のディスプレイモジュール。
【請求項７】
前記センサピクセル回路が、約500センサピクセル回路パーインチより高い密度で配列される、請求項1に記載のディスプレイモジュール。
【請求項８】
ディスプレイピクセル回路の前記アレイによって占有された前記TFTバックプレーンの前記領域内の、互いに実質的に平行であり、第1のピッチ間隔だけ離隔された複数のディスプレイデータトレースと、
ディスプレイファンアウトとをさらに備え、
前記ディスプレイデータトレースが、前記第1のピッチ間隔だけ離隔された前記ディスプレイファンアウトに入り、前記第1のピッチ間隔未満の第2のピッチ間隔だけ離隔された前記ディスプレイファンアウトを退出し、
前記ディスプレイファンアウトが、実質的にセンサピクセル回路の前記アレイとディスプレイピクセル回路の前記アレイとの間に配置される、請求項1に記載のディスプレイモジュール。
【請求項９】
センサピクセル回路の前記アレイによって占有された前記TFTバックプレーンの前記領域内の、互いに実質的に平行であり、第3のピッチ間隔だけ離隔された複数のディスプレイデータトレースと、
センサファンアウトとをさらに備え、前記センサデータトレースが、前記第3のピッチ間隔だけ離隔された前記センサファンアウトに入り、前記第3のピッチ間隔未満の第4のピッチ間隔だけ離隔された前記センサファンアウトを退出する、請求項8に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１０】
前記TFTバックプレーン上に配置されたディスプレイドライバチップと、
前記TFTバックプレーン上に配置されたセンサドライバチップとをさらに備え、
前記ディスプレイドライバチップが、前記ディスプレイファンアウトを退出する前記ディスプレイデータトレースに電気的に接続され、
前記センサドライバチップが、前記センサファンアウトを退出する前記センサデータトレースに電気的に接続され、
前記センサドライバチップおよび前記ディスプレイドライバチップが、別個のチップである、請求項9に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１１】
前記TFTバックプレーン上に配置された、組み合わされたディスプレイおよびセンサのドライバチップをさらに備え、
前記組み合わされたディスプレイおよびセンサのドライバチップが、前記ディスプレイファンアウトを退出する前記ディスプレイデータトレースと、前記センサファンアウトを退出する前記センサデータトレースとに電気的に接続され、
前記組み合わされたディスプレイおよびセンサのドライバチップが単一の集積チップである、請求項9に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１２】
ディスプレイモジュールのアクティブ表示領域より大きくサイズ決定されたカバーガラスと、
第1の面および対向する第2の面を有する薄膜トランジスタ(TFT)バックプレーンであって、
前記第1の面に配置されたディスプレイピクセル回路のアレイ、および
前記第1の面に配置されたセンサピクセル回路のアレイにおいて、各センサピクセル回路が圧電超音波指紋センサに対する圧電超音波指紋センサ回路の一部を形成するように構成され、ディスプレイピクセル回路の前記アレイおよびセンサピクセル回路の前記アレイが前記TFTバックプレーンの非重複領域を占有する、センサピクセル回路のアレイを有する、薄膜トランジスタ(TFT)バックプレーンと、
前記カバーガラスと前記TFTバックプレーンとの間に配置され、ディスプレイピクセル回路の前記アレイとともに、前記ディスプレイモジュールに対する表示機能を与えるように構成された、1つまたは複数のディスプレイ構成要素と、
前記圧電超音波指紋センサであって、
前記圧電超音波指紋センサの少なくとも一部が前記TFTバックプレーンと前記カバーガラスとの間に配置され、
センサピクセル回路の前記アレイが、前記圧電超音波指紋センサの一部を形成する、前記圧電超音波指紋センサと、
前記圧電超音波指紋センサと前記カバーガラスとの間に介挿され、前記圧電超音波指紋センサと前記カバーガラスとの間にギャップがない、材料の1つまたは複数の層とを備える、ディスプレイモジュール。
【請求項１３】
前記超音波センサシステムが、積層配置における超音波送信機と超音波受信機とを含み、
前記超音波送信機と前記カバーガラスとの間の間隔および前記超音波受信機と前記カバーガラスとの間の前記間隔が、ともに、実質的にギャップがない状態である、請求項12に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１４】
前記超音波送信機が、第1の送信機電極と第2の送信機電極との間に介挿された圧電超音波送信機層を含み、前記超音波受信機が、センサピクセル回路の前記アレイと受信機バイアス電極との間に介挿された圧電超音波受信機層を含む、請求項13に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１５】
前記超音波受信機が、前記TFTバックプレーンと前記カバーガラスとの間に介挿される、請求項14に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１６】
前記カバーガラスに形成された導電性タッチ層をさらに備え、前記受信機バイアス電極が、前記導電性タッチ層の一部によって提供される、請求項14に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１７】
センサピクセル回路の前記アレイの周りの前記導電性タッチ層が、電気的増強材料を用いて電気的に増強され、センサピクセル回路の前記アレイ内の前記導電性タッチ層が、実質的に前記電気的増強材料がない状態である、請求項16に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１８】
前記電気的増強材料が銀インクである、請求項17に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１９】
材料の前記1つまたは複数の層は前記超音波受信機と積層構成に配置された1つまたは複数のスペーサを含み、
前記カバーガラスと前記TFTバックプレーンとの間に配置された前記1つまたは複数のディスプレイ構成要素が、前記カバーガラスと前記TFTバックプレーンとの間のオフセットを規定するディスプレイ積層体厚さを有し、
前記受信機バイアス電極を含む前記超音波受信機が、前記ディスプレイ積層体厚さ未満の超音波受信機厚さを有し、
前記受信機バイアス電極と、前記超音波受信機と前記1つまたは複数のスペーサとの間の任意の粘着層または接着層とを含む、前記1つまたは複数のスペーサおよび前記超音波受信機の前記積層構成が、前記ディスプレイ積層体厚さに実質的に等しい第1の積層体厚さを有する、請求項15に記載のディスプレイモジュール。
【請求項２０】
ディスプレイモジュールであって、
第1の面および対向する第2の面を有する基板と、
前記第1の面に配置されたディスプレイピクセル回路のアレイであって、各ディスプレイピクセル回路が、前記TFTバックプレーンと関連付けられたディスプレイデバイスのディスプレイピクセルに光放出、光透過または光反射の状態を変更させるように構成された、ディスプレイピクセル回路のアレイと、
前記第1の面に配置された圧電超音波センサピクセル回路であって、前記センサピクセル回路が、圧電超音波センサ回路に供給される電荷を読み取るように構成された前記圧電超音波センサ回路の一部を形成するように構成され、ディスプレイピクセル回路の前記アレイおよび前記センサピクセル回路が、前記TFTバックプレーンの非重複領域を占有する、圧電超音波センサピクセル回路と、
カバーガラスと前記TFTバックプレーンとの間に配置され、ディスプレイピクセル回路の前記アレイとともに、前記ディスプレイモジュールに対する表示機能を与えるように構成された、1つまたは複数のディスプレイ構成要素と、
を含む、薄膜トランジスタ(TFT)バックプレーンと、
圧電超音波センサとを備え、
前記圧電超音波センサの少なくとも一部が前記TFTバックプレーンと前記カバーガラスとの間に配置され、
前記圧電超音波センサピクセル回路が、前記圧電超音波センサの一部を形成し、
前記TFTバックプレーンから最も遠い前記圧電超音波センサの表面が、前記TFTバックプレーンから、前記TFTバックプレーンから最も遠い前記1つまたは複数のディスプレイ構成要素の表面と同じ距離にあるように、前記圧電超音波センサが、材料の1つまたは複数の層を含む、ディスプレイモジュール。
【請求項２１】
前記圧電超音波センサが、ボタン制御であるように構成される、請求項20に記載のディスプレイモジュール。
【請求項２２】
前記圧電超音波センサのさらなる一部を形成する1つまたは複数の追加の圧電超音波センサピクセル回路をさらに備える、請求項20に記載のディスプレイモジュール。
【請求項２３】
前記圧電超音波センサピクセル回路および前記1つまたは複数の追加の圧電超音波センサピクセル回路が、スライダー制御を提供するように構成される、請求項22に記載のディスプレイモジュール。
【請求項２４】
前記第1の面に配置された第2の圧電超音波センサピクセル回路のアレイであって、各第2の圧電超音波センサピクセル回路が、アレイロケーションから第2の圧電超音波センサ回路に供給される電荷を読み取るように構成された前記第2の圧電超音波センサ回路の一部を形成するように構成された、第2の圧電超音波センサピクセル回路のアレイをさらに備え、
ディスプレイピクセル回路の前記アレイおよび第2の圧電超音波センサピクセル回路の前記アレイが、前記TFTバックプレーンの非重複領域を占有する、請求項20に記載のディスプレイモジュール。
【国際調査報告】
2016530902.tif 000020
2016530902.tif 000021
2016530902.tif 000022