BR112016013140B1 - MICROMECHANICAL ULTRASONIC TRANSDUCERS AND SCREEN - Google Patents

MICROMECHANICAL ULTRASONIC TRANSDUCERS AND SCREEN Download PDF

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BR112016013140B1
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Suryaprakash Ganti
David William Burns
Jonathan Charles Griffiths
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Qualcomm Incorporated
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Abstract

TRANSDUTORES ULTRASSÔNICOS MICROMECÂNICOS E TELA. Um equipamento pode incluir uma matriz uni- ou bidimensional de elementos transdutores ultrassônicos (PMUT) posicionados abaixo, ao lado, com, sobre ou acima de uma placa posterior de uma tela visual. A placa posterior pode ser uma placa posterior de transistor de película fina (TFT). A matriz de elementos PMUT pode ser uma matriz de transdutor ultrassônico micromecânico piezoelétrico (PMUT) ou uma matriz de transdutor ultrassônico micromecânico capacitivo (CMUT). A matriz PMUT pode ser configurável para funcionar em modos correspondendo à várias faixas de frequência. Quando em funcionamento no modo de baixa frequência, o equipamento pode ser capaz da detecção de gesto. Um modo de alta frequência pode incluir um modo de detecção de impressão digital ou um modo de detecção de caneta gráfica.MICROMECHANICAL AND SCREEN ULTRASONIC TRANSDUCERS. A device may include a one- or two-dimensional array of ultrasonic transducer elements (PMUT) positioned below, beside, with, on, or above a backplate of a visual screen. The backplate may be a thin-film transistor (TFT) backplate. The PMUT element array can be either a piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer (PMUT) array or a capacitive micromechanical ultrasonic transducer (CMUT) array. The PMUT matrix can be configured to work in modes corresponding to various frequency bands. When operating in low frequency mode, the equipment may be capable of gesture detection. A high frequency mode may include a fingerprint detection mode or a stylus detection mode.

Description

REIVINDICAÇÕES DE PRIORIDADEPRIORITY CLAIMS

[0001] Este pedido reivindica a prioridade sobre o Pedido de patente provisório US n° 61/915.361, depositado em 12 de dezembro de 2013 e intitulado “MICROMECHANICAL ULTRASONIC TRANSDUCERS AND DISPLAY,”e ao Pedido de patente provisório US n° 62/022.140, depositado em 8 de julho de 2014 e intitulado “PIEZOELECTRIC ULTRASONIC TRANSDUCER AND PROCESS,” os quais estão aqui incorporados, por referência.[0001] This application claims priority over US Provisional Patent Application No. 61/915,361, filed on December 12, 2013 and entitled “MICROMECHANICAL ULTRASONIC TRANSDUCERS AND DISPLAY,” and US Provisional Patent Application No. 62/022,140 , filed July 8, 2014 and entitled “PIEZOELECTRIC ULTRASONIC TRANSDUCER AND PROCESS,” which are incorporated herein by reference.

CAMPO TÉCNICOTECHNICAL FIELD

[0002] Esta revelação se refere às telas que incluem elementos de sensor, e mais particularmente a um transdutor ultrassônico piezoelétrico adequado para uso em um arranho de sensor eletrônico ou tela interativa para detecção biométrica, imageamento e reconhecimento de toque ou gesto.[0002] This disclosure relates to screens that include sensor elements, and more particularly to a piezoelectric ultrasonic transducer suitable for use in an electronic sensor array or interactive screen for biometric detection, imaging, and touch or gesture recognition.

DESCRIÇÃO DA TECNOLOGIA RELACIONADARELATED TECHNOLOGY DESCRIPTION

[0003] As telas de exibição sensíveis ao toque atuais, tais como telas sensíveis ao toque de monitores de cristal líquido (LCD) e de diodo emissor de luz orgânico (OLED), geralmente incluem pixels com pelo menos três (por exemplo, RGB) elementos de sub-pixel e contam com telas de toque capacitivo sobrepostas para detectar o toque de um dedo. A resolução das telas de toque capacitivo é geralmente insuficiente para imagens de impressões digitais ou detecção de caneta gráfica, e a faixa de detecção é geralmente insuficiente para a detecção de gesto, porque a detecção de toque capacitivo é normalmente limitada a alguns milímetros da superfície da tela sensível ao toque.[0003] Current touch-sensitive display screens, such as liquid crystal display (LCD) and organic light-emitting diode (OLED) touch-sensitive screens, generally include pixels of at least three (e.g. RGB) sub-pixel elements and have overlay capacitive touch screens to detect a finger touch. The resolution of capacitive touch screens is generally insufficient for fingerprint imaging or stylus detection, and the detection range is generally insufficient for gesture detection, because capacitive touch detection is usually limited to a few millimeters from the surface of the screen. touch screen.

SUMÁRIOSUMMARY

[0004] Os sistemas, métodos e dispositivos da revelação, cada, tem vários aspectos inovadores, nenhum único dos quais é somente responsável para os atributos desejáveis aqui descritos. Um aspecto inovador do assunto descrito na presente revelação pode ser implementado em um equipamento que inclui uma matriz de elementos transdutores ultrassônicos micromecânicos piezoelétricos (PMUT) posicionada na proximidade (por exemplo, abaixo, ao lado, sobre ou acima) de uma tela. O aparelho pode incluir um sistema de controle.[0004] The systems, methods, and devices of disclosure each have several innovative aspects, no single one of which is solely responsible for the desirable attributes described herein. An innovative aspect of the subject matter described in the present disclosure can be implemented in equipment that includes an array of piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer elements (PMUT) positioned in close proximity (e.g., below, to the side, on or above) a screen. The apparatus may include a control system.

[0005] Em algumas implementações, o sistema de controle pode ser capaz de fazer uma determinação de quando operar, pelo menos, uma porção da matriz PMUT em um modo de baixa frequência e/ou em um modo de alta frequência. O sistema de controle pode ser capaz de controlar pelo menos uma porção da matriz PMUT para operar no modo de baixa frequência e/ou no modo de alta frequência, de acordo com a determinação. O dispositivo de exibição pode incluir um sistema de interface. Em alguns exemplos, a determinação pode ser feita, pelo menos em parte, de acordo com a entrada recebida a partir do sistema de interface.[0005] In some implementations, the control system may be able to make a determination of when to operate at least a portion of the PMUT matrix in a low-frequency mode and/or in a high-frequency mode. The control system may be capable of controlling at least a portion of the PMUT matrix to operate in the low frequency mode and/or the high frequency mode, as determined. The display device may include an interface system. In some examples, the determination may be made, at least in part, according to input received from the interface system.

[0006] De acordo com algumas implementações, o modo de baixa frequência pode corresponder a uma faixa de frequências de aproximadamente 50 kHz a 200 kHz. Em alguns exemplos, o modo de baixa frequência pode corresponder a um modo de detecção de gestos, sendo que os gestos no espaço livre próximo à tela podem ser detectados. De acordo com algumas implementações, o modo de alta frequência pode corresponder a uma faixa de frequência de aproximadamente 1 MHz a 25 MHz. Em alguns exemplos, o modo de alta frequência pode corresponder a modo de sensor de impressão digital ou um modo de detecção de caneta gráfica.[0006] According to some implementations, the low frequency mode can correspond to a frequency range from approximately 50 kHz to 200 kHz. In some examples, the low frequency mode may correspond to a gesture detection mode, whereby gestures in the free space close to the screen can be detected. According to some implementations, the high frequency mode may correspond to a frequency range from approximately 1 MHz to 25 MHz. In some examples, the high frequency mode may correspond to a fingerprint sensor mode or a fingerprint detection mode. graphic pen.

[0007] Em algumas implementações, o sistema de controle pode ser capaz de realizar um processo de autenticação com base, pelo menos em parte, nos dados de impressão digital adquiridos enquanto a matriz PMUT opera no modo de sensor de impressão digital. Em alguns exemplos, o equipamento pode incluir um sistema de memória. Em alguns desses exemplos, o processo de autenticação pode envolver o seguinte: o fornecimento de uma instrução, por meio da tela, para colocar, pelo menos, um dedo sobre uma superfície do dispositivo de exibição; receber, através de pelo menos uma porção da matriz PMUT, pelo menos, uma imagem de impressão digital; determinar os dados de impressões digitais recebidos correspondentes à pelo menos uma imagem da impressão digital; e comparar os dados das impressões digitais recebidos com os dados de impressão digital armazenados no sistema de memória.[0007] In some implementations, the control system may be able to perform an authentication process based, at least in part, on the acquired fingerprint data while the PMUT matrix operates in fingerprint sensor mode. In some examples, the equipment may include a memory system. In some of these examples, the authentication process might involve the following: providing an instruction, via the screen, to place at least one finger on a surface of the display device; receiving, via at least a portion of the PMUT matrix, at least one fingerprint image; determining received fingerprint data corresponding to the at least one fingerprint image; and comparing the received fingerprint data with the fingerprint data stored in the memory system.

[0008] De acordo com algumas implementações, o sistema de controle pode ser capaz de fazer uma determinação de quando operar, pelo menos, uma porção da matriz da PMUT no modo de alta frequência, e/ou um modo de frequência média. O sistema de controle pode ser capaz de controlar pelo menos uma porção da matriz PMUT para operar no modo de alta frequência, no modo de baixa frequência e/ou no modo de frequência média, de acordo com a determinação. Em alguns exemplos, o modo de frequência média pode corresponder a uma faixa de frequência de aproximadamente 200 kHz a 1 MHz. De acordo com algumas implementações, o dispositivo de exibição pode ser capaz de fornecer a funcionalidade de sensor de toque quando o sistema de controle está controlando pelo menos uma porção da matriz PMUT para operar no modo de frequência média.[0008] According to some implementations, the control system may be able to make a determination of when to operate at least a portion of the PMUT matrix in a high frequency mode, and/or a medium frequency mode. The control system may be capable of controlling at least a portion of the PMUT matrix to operate in high frequency mode, low frequency mode and/or medium frequency mode, as determined. In some examples, the mid-frequency mode may correspond to a frequency range of approximately 200 kHz to 1 MHz. In accordance with some implementations, the display device may be capable of providing touch sensor functionality when the control system is controlling at least a portion of the PMUT matrix to operate in medium frequency mode.

[0009] Em algumas implementações, o sistema de controle pode ser capaz de controlar alguns elementos de PMUT da matriz PMUT para operar no modo de baixa frequência e os outros elementos de PMUT da matriz PMUT para operar no modo de alta frequência. Alternativa ou adicionalmente, o sistema de controle pode ser capaz de controlar o mesmo elemento de PMUT da matriz PMUT para operar no modo de baixa frequência e para operar no modo de alta frequência. Em alguns exemplos, a matriz de PMUT pode ser uma matriz de transdutor ultrassônico micromecânico piezoelétrico (pMUT) ou uma matriz de transdutor ultrassônico micromecânico capacitivo (cMUT).[0009] In some implementations, the control system may be able to control some PMUT elements of the PMUT matrix to operate in low frequency mode and the other PMUT elements of the PMUT matrix to operate in high frequency mode. Alternatively or additionally, the control system may be able to control the same PMUT element of the PMUT matrix to operate in low frequency mode and to operate in high frequency mode. In some examples, the PMUT array may be a piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer array (pMUT) or a capacitive micromechanical ultrasonic transducer array (cMUT).

[0010] De acordo com algumas implementações, o sistema de controle pode ser capaz de endereçar pelo menos uma porção da matriz PMUT para pelo menos um dentre formação de feixe da frente de onda, direcionamento do feixe, formação de feixe no lado da recepção ou leitura seletiva dos sinais devolvidos. Por exemplo, em algumas implementações, o sistema de controle pode ser capaz de endereçar pelo menos uma porção da matriz PMUT para produzir frentes d onda de um formato substancialmente plano, esférico ou cilíndrico. Em algumas implementações, o sistema de controle pode ser capaz de endereçar pelo menos uma porção da matriz PMUT para produzir interferência construtiva ou destrutiva em pelo menos um local.[0010] According to some implementations, the control system may be able to address at least a portion of the PMUT matrix to at least one of wavefront beamforming, beam steering, receive-side beamforming, or selective reading of returned signals. For example, in some implementations, the control system may be able to address at least a portion of the PMUT matrix to produce wavefronts of a substantially flat, spherical or cylindrical shape. In some implementations, the control system may be able to address at least a portion of the PMUT matrix to produce constructive or destructive interference at at least one location.

[0011] Em alguns exemplos, o sistema de controle pode ser capaz de excitar os elementos PMUT da matriz PMUT e detectar respostas através dos mesmos elementos de PMUT. Alternativa ou adicionalmente, o sistema de controle pode ser capaz de controlar um primeiro elemento de PMUT da matriz PMUT como um transmissor acústico e um segundo elemento de PMUT da matriz PMUT como um receptor acústico.[0011] In some examples, the control system may be able to excite the PMUT elements of the PMUT matrix and detect responses through the same PMUT elements. Alternatively or additionally, the control system may be capable of controlling a first PMUT element of the PMUT matrix as an acoustic transmitter and a second PMUT element of the PMUT matrix as an acoustic receiver.

[0012] De acordo com algumas implementações, pelo menos uma porção da matriz PMUT pode ser uma matriz PMUT de matriz ativa. Em alguns exemplos, a matriz PMUT de matriz ativa pode incluir circuito de acionamento e circuito de detecção. Em algumas implementações, a matriz PMUT da matriz ativa pode incluir pelo menos um dentre circuito de endereçamento de fileira e coluna, circuito do multiplexador, circuito do demultiplexador, circuito de amplificação local e/ou circuito de conversor analógico- digital.[0012] According to some implementations, at least a portion of the PMUT matrix may be an active matrix PMUT matrix. In some examples, the active matrix PMUT matrix may include trigger circuit and detection circuit. In some implementations, the PMUT matrix of the active matrix may include at least one of a row and column addressing circuit, multiplexer circuit, demultiplexer circuit, local amplification circuit, and/or analog-to-digital converter circuit.

[0013] Em algumas implementações, pelo menos uma porção da matriz PMUT é disposta substancialmente atrás de toda a tela. Em algumas dessas implementações, um único elemento PMUT da matriz PMUT pode corresponder a um segundo pixel da tela. Entretanto, em alguns exemplos, pelo menos uma porção da matriz PMUT é disposta substancialmente somente de uma parte da tela.[0013] In some implementations, at least a portion of the PMUT matrix is arranged substantially behind the entire screen. In some of these implementations, a single PMUT element of the PMUT array may correspond to a second screen pixel. However, in some examples, at least a portion of the PMUT matrix is disposed of substantially only a portion of the screen.

[0014] Alternativa ou adicionalmente, pelo menos uma porção da matriz PMUT é disposta em uma área periférica da tela. De acordo com algumas implementações, o sistema de controle pode ser capaz de controlar uma porção da matriz PMUT que está disposta na área periférica da tela para a funcionalidade de sensor de impressão digital, funcionalidade de almofada de assinatura, funcionalidade de detecção de caneta gráfica, funcionalidade de detecção de gestos e/ou funcionalidade de botão.[0014] Alternatively or additionally, at least a portion of the PMUT matrix is disposed in a peripheral area of the screen. According to some implementations, the control system may be capable of controlling a portion of the PMUT matrix that is disposed in the peripheral area of the screen for fingerprint sensor functionality, signature pad functionality, stylus detection functionality, gesture detection functionality and/or button functionality.

[0015] Em alguns exemplos, pelo menos uma porção da matriz PMUT é disposta sobre um substrato.. De acordo com algumas implementações, o substrato pode ser um substrato de vidro. No entanto, em implementações alternativas o substrato pode ser formado por outro material adequado, o qual pode ou não ser transparente de acordo com a implementação específica.[0015] In some examples, at least a portion of the PMUT array is disposed on a substrate. According to some implementations, the substrate may be a glass substrate. However, in alternative implementations the substrate may be formed of another suitable material, which may or may not be transparent depending on the specific implementation.

[0016] De acordo com algumas implementações, pelo menos, uma matriz de transistores de película fina (TFTs) também pode ser disposta sobre o substrato. Em algumas dessas implementações, pelo menos uma matriz de TFTs pode incluir circuito para controlar a tela. Em alguns exemplos, pelo menos uma matriz de TFTs pode incluir circuito para controlar pelo menos uma porção da matriz PMUT. Em algumas dessas implementações, o circuito para controlar pelo menos uma porção da matriz PMUT e o circuito para controlar a tela podem ser capazes de compartilhar um cablo flexível. De acordo com algumas implementações, pelo menos, uma matriz de TFTs que inclui circuitos para controlar a exibição pode ser disposta sobre um segundo substrato.[0016] According to some implementations, at least one array of thin-film transistors (TFTs) may also be disposed on the substrate. In some of these implementations, at least one array of TFTs may include circuitry to control the display. In some examples, at least one array of TFTs may include circuitry for controlling at least a portion of the PMUT array. In some of these implementations, the circuit to control at least a portion of the PMUT matrix and the circuit to control the screen may be able to share a flexible cable. According to some implementations, at least one array of TFTs including circuitry for controlling the display can be disposed on a second substrate.

[0017] Em algumas implementações, o equipamento pode incluir uma cobertura de vidro e eletrodos dispostos na cobertura de vidro. Os eletrodos podem ser configurados para conexões elétricas no lado de cima ao circuito para controlar pelo menos uma porção da matriz PMUT. Em algumas dessas implementações, os eletrodos podem ser configurados para conexões com o circuito para pelo menos um elemento PMUT que pode ser disposto sobre uma periferia da tela.[0017] In some implementations, the equipment may include a glass cover and electrodes arranged in the glass cover. The electrodes may be configured for electrical connections on the top side of the circuit to control at least a portion of the PMUT matrix. In some of these implementations, the electrodes may be configured for connections to the circuit for at least one PMUT element which may be disposed about a periphery of the screen.

[0018] Outras características, aspectos e vantagens serão evidentes a partir de uma análise da divulgação. Observe que as dimensões relativas dos desenhos e outros diagramas da presente revelação podem não estar desenhados em escala. Os tamanhos, espessuras, arranjos, materiais, etc., mostrados e descritos na presente divulgação são feitos apenas a título de exemplo e não devem ser interpretados como limitantes.[0018] Other features, aspects and advantages will be evident from an analysis of the disclosure. Note that the relative dimensions of the drawings and other diagrams of the present disclosure may not be drawn to scale. The sizes, thicknesses, arrangements, materials, etc. shown and described in the present disclosure are by way of example only and should not be construed as limiting.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0019] A Figura 1A é um diagrama de blocos que mostra exemplos de elementos de um dispositivo de exibição.[0019] Figure 1A is a block diagram showing examples of elements of a display device.

[0020] A Figura 1B mostra um exemplo de um elemento PMUT.[0020] Figure 1B shows an example of a PMUT element.

[0021] A Figura 1C mostra um exemplo de um elemento CMUT.[0021] Figure 1C shows an example of a CMUT element.

[0022] A Figura 2 é um gráfico que mostra exemplos de faixas de frequência para excitação de PMUT.[0022] Figure 2 is a graph showing examples of frequency ranges for PMUT excitation.

[0023] A Figura 3A mostra um exemplo de uma matriz PMUT.[0023] Figure 3A shows an example of a PMUT matrix.

[0024] As Figuras 3B-3F mostram vários exemplos de elementos de circuito e elementos PMUT.[0024] Figures 3B-3F show several examples of circuit elements and PMUT elements.

[0025] A Figura 4 mostra outro exemplo de componentes ativos e uma matriz PMUT sobre o mesmo substrato.[0025] Figure 4 shows another example of active components and a PMUT matrix on the same substrate.

[0026] A Figura 5A mostra um exemplo de um dispositivo de exibição que inclui uma matriz PMUT.[0026] Figure 5A shows an example of a display device that includes a PMUT matrix.

[0027] A Figura 5B mostra um exemplo de um dispositivo de exibição que tem uma matriz PMUT que é coextensiva com uma matriz de pixels de tela.[0027] Figure 5B shows an example of a display device that has a PMUT matrix that is coextensive with a screen pixel matrix.

[0028] A Figura 5C mostra uma pilha exemplar para um dispositivo de exibição que inclui uma tela LCD e uma matriz PMUT.[0028] Figure 5C shows an exemplary stack for a display device that includes an LCD screen and a PMUT matrix.

[0029] A Figura 5D mostra uma pilha exemplar para um dispositivo de exibição que inclui uma tela OLED e uma matriz PMUT.[0029] Figure 5D shows an exemplary stack for a display device that includes an OLED screen and a PMUT matrix.

[0030] A Figura 6A mostra um exemplo de um dispositivo de exibição que inclui uma matriz PMUT atrás somente de uma porção de uma tela.[0030] Figure 6A shows an example of a display device that includes a PMUT matrix behind only a portion of a screen.

[0031] As Figuras 6B-D mostram um exemplo de um dispositivo de exibição que inclui uma matriz PMUT próxima a uma periferia de uma tela.[0031] Figures 6B-D show an example of a display device that includes a PMUT matrix near a periphery of a screen.

[0032] As Figuras 7A-7F mostram exemplos de matrizes PMUT dispostas em áreas periféricas de uma tela.[0032] Figures 7A-7F show examples of PMUT arrays arranged in peripheral areas of a screen.

[0033] As Figuras 8A e 8B mostram exemplos de diagrama de blocos do sistema ilustrando um dispositivo de exibição que inclui pelo menos uma matriz PMUT conforme descrito aqui.[0033] Figures 8A and 8B show sample system block diagrams illustrating a display device that includes at least one PMUT matrix as described herein.

[0034] Números de referência e designações similares nos vários desenhos indicam elementos similares.[0034] Reference numbers and similar designations in the various drawings indicate similar elements.

DESCRIÇÃO DETALHADADETAILED DESCRIPTION

[0035] A seguinte descrição refere-se a certas implementações para os fins de descrição dos aspectos inovadores desta divulgação. No entanto, uma pessoa versada na técnica reconhecerá facilmente que os ensinamentos aqui descritos podem ser aplicados de uma variedade de maneiras diferentes. As implementações descritas podem ser implementadas em qualquer dispositivo, aparelho ou sistema que possa ser capaz de exibir uma imagem, mesmo em movimento (como vídeo) ou estacionária (como imagens estáticas), e se textual, gráfica ou pictórica. Mais particularmente, está contemplado que as implementações descritas podem ser incluídas em, ou associadas com uma variedade de dispositivos eletrônicos, como, mas não limitados a: telefones móveis, telefones celulares habilitados com Internet multimídia, receptores de televisão móveis, dispositivos sem fios, smartphones, dispositivos Bluetooth, assistentes de dados pessoais (PDAs), receptores de correio eletrônico sem fio, computadores de mão ou portáteis, netbooks, notebooks, smartbooks, tablets, impressoras, copiadoras, scanners, dispositivos de fax, rceptores/navegadores de sistema de posicionamento global (GPS), câmeras, reprodutores de mídia digital (como leitores de MP3), câmaras de vídeo, consoles de jogos, relógios de pulso, relógios, calculadoras, monitores de televisão, monitores de tela plana, aparelhos de leitura eletrônica (por exemplo, e-readers), dispositivos móveis de saúde, monitores de computador, auto monitores ( incluindo telas de odômetro e velocímetro, etc.), controles e/ou telas da cabine, telas de vista de câmera (como a tela de uma câmera de visão traseira em um veículo), fotografias eletrônicas, painéis ou sinais eletrônicos, projetores, estruturas arquitetônicas, microondas, refrigeradores, aparelhos de som, gravadores ou tocadores de cassetes, reprodutores de DVD, reprodutores de CD, videocassetes, rádios, chips de memória portáteis, lavadoras, secadoras, lavadoras/secadoras, parquímetros, empacotamento (como em aplicativos de sistemas eletromecânicos (EMS), incluindo aplicativos de sistemas microeletromecânicos (MEMS), bem como aplicativos não-EMS), estruturas estéticas (como a tela de imagens em um pedaço de jóias ou roupas) e uma variedade de dispositivos EMS. Os ensinamentos aqui também podem ser utilizados em aplicativos de não-visualização, como, mas não limitados a, dispositivos de comutação eletrônicos, filtros de radiofrequência, sensores, acelerômetros, giroscópios, dispositivos com sensores de movimento, magnetômetros, componentes inerciais para eletrônicos de consumo, peças de produtos eletrônicos de consumidor, varactors, dispositivos de cristais líquidos, dispositivos de eletroforese, esquemas de acionamento, processos de fabricação e equipamentos de teste eletrônico. Assim, os ensinamentos não têm a intenção de ser limitados às execuções representadas unicamente nas Figuras, mas em vez disso tem uma ampla aplicabilidade como será prontamente aparente para uma pessoa versada na técnica.[0035] The following description refers to certain implementations for the purposes of describing the innovative aspects of this disclosure. However, a person skilled in the art will readily recognize that the teachings described herein can be applied in a variety of different ways. The described implementations can be implemented in any device, device or system that can be capable of displaying an image, whether moving (such as video) or stationary (such as still images), and whether textual, graphic or pictorial. More particularly, it is contemplated that the described implementations may be included in, or associated with, a variety of electronic devices, such as, but not limited to: mobile phones, multimedia Internet-enabled cellular phones, mobile television receivers, wireless devices, smartphones , Bluetooth devices, personal data assistants (PDAs), wireless e-mail receivers, handheld or portable computers, netbooks, notebooks, smartbooks, tablets, printers, copiers, scanners, fax devices, positioning system receivers/navigators global (GPS), cameras, digital media players (such as MP3 players), camcorders, game consoles, wristwatches, watches, calculators, television monitors, flat panel monitors, electronic reading devices (e.g. , e-readers), mobile health devices, computer monitors, auto monitors (including odometer and speedometer screens, etc.), cockpit controls and/or displays, camera view screens (such as a rear view on a vehicle), electronic photographs, electronic billboards or signs, projectors, architectural structures, microwaves, refrigerators, stereos, tape recorders or cassette players, DVD players, CD players, VCRs, radios, portable memory chips , washers, dryers, washer/dryers, parking meters, packaging (such as in electromechanical systems (EMS) applications, including microelectromechanical systems (MEMS) applications as well as non-EMS applications), aesthetic structures (such as the display of images in a piece of jewelry or clothing) and a variety of EMS devices. The teachings here can also be used in non-visualization applications such as, but not limited to, electronic switching devices, radio frequency filters, sensors, accelerometers, gyroscopes, motion sensing devices, magnetometers, inertial components for consumer electronics , consumer electronics parts, varactors, liquid crystal devices, electrophoresis devices, drive schemes, manufacturing processes, and electronic test equipment. Thus, the teachings are not intended to be limited to the embodiments represented solely in the Figures, but rather have wide applicability as will be readily apparent to a person skilled in the art.

[0036] Pode ser um desafio fornecer um sistema de detecção de gestos e/ou um sistema de imagem de impressão digital em um dispositivo de exibição, especialmente em um dispositivo de exibição móvel. Sistemas de toque capacitivo (por exemplo, toque capacitivo projetado ou PCT) são incluídos com um dispositivo de exibição móvel. No entanto, a resolução de telas de toque capacitivo é geralmente insuficiente para imagens de impressões digitais ou detecção de caneta gráfica. Além disso, a faixa de detecção fornecida por telas de toque capacitivo é geralmente insuficiente para a detecção de gesto, porque a detecção de toque capacitivo é normalmente limitada a alguns milímetros da superfície da tela sensível ao toque.[0036] It can be challenging to provide a gesture detection system and/or a fingerprint imaging system on a display device, especially on a mobile display device. Capacitive touch systems (eg projected capacitive touch or PCT) are included with a mobile display device. However, the resolution of capacitive touch screens is generally insufficient for fingerprint imaging or stylus detection. Furthermore, the detection range provided by capacitive touch screens is generally insufficient for gesture detection, because capacitive touch detection is typically limited to a few millimeters from the surface of the touchscreen.

[0037] Algumas implementações reveladas aqui incluem um equipamento que tem matriz mono- ou bidirecional dos elementos transdutores ultrassônicos (PMUT) posicionados adjacentes (ex., abaixo, ao lado, com, sobre ou acima) de uma placa posterior de uma tela. A placa posterior, por exemplo, pode ser uma placa posterior de transistor de película fina (TFT). A matriz PMUT ou sub- matrizes das mesmas pode ser configurável para funcionar em modos correspondendo à várias faixas de frequência. Quando em funcionamento no modo de baixa frequência, o equipamento pode ser capaz da detecção de gesto. Um modo de alta frequência pode, por exemplo, ser um modo de detecção de impressão digital, um modo de detecção de caneta gráfica ou um modo de detecção de toque. Em algumas implementações, uma porção dos elementos da matriz PMUT ou da sub-matriz PMUT pode funcionar em um modo de baixa frequência, e uma segunda porção da matriz de PMUT ou sub-matriz pode funcionar em um modo de alta frequência. Em algumas implementações, os elementos PMUT da matriz PMUT podem operar em qualquer de um modo de alta frequência ou modo de baixa frequência.[0037] Some implementations disclosed here include equipment that has a mono- or bidirectional array of ultrasonic transducer elements (PMUT) positioned adjacent (eg, below, beside, with, on, or above) a backplate of a screen. The backplane, for example, may be a thin-film transistor (TFT) backplane. The PMUT matrix or sub-matrices thereof can be configurable to work in modes corresponding to various frequency bands. When operating in low frequency mode, the equipment may be capable of gesture detection. A high frequency mode can, for example, be a fingerprint detection mode, a stylus detection mode or a touch detection mode. In some implementations, a portion of the PMUT matrix or PMUT sub-matrix elements may operate in a low-frequency mode, and a second portion of the PMUT matrix or sub-array may operate in a high-frequency mode. In some implementations, the PMUT elements of the PMUT matrix can operate in either a high-frequency mode or a low-frequency mode.

[0038] Aspectos particulares do assunto descrito na presente revelação pode ser implementado para realizar uma ou mais das seguintes vantagens potenciais. Algumas implementações podem fornecer uma matriz PMUT capaz tanto da detecção de gestos e e imagens de impressões digitais. Em algumas dessas implementações, a matriz PMUT pode ser capaz de transmitir e receber sinais ultrassônicos através de pelo menos uma porção de uma matriz de pixels de exibição. Tais implementações podem reduzir a área periférica de um dispositivo de exibição que não está ocupada pela tela. Em algumas implementações, a matriz PMUT também pode fornecer a funcionalidade de sensor de toque. Em algumas dessas implementações, a tela táctil normalmente fornecida com um dispositivo de visualização pode ser omitida. No entanto, em outras implementações, pelo menos, de uma porção da matriz de PMUT, que pode fornecer a funcionalidade de sensor de impressões digitais, de almofada de assinatura, de detecção de caneta gráfica, de detecção de gesto e/ou de botão, pode ser localizada em uma zona periférica.[0038] Particular aspects of the subject described in the present disclosure may be implemented to realize one or more of the following potential advantages. Some implementations may provide a PMUT matrix capable of both gesture detection and fingerprint imaging. In some of these implementations, the PMUT array may be capable of transmitting and receiving ultrasonic signals through at least a portion of an array of display pixels. Such implementations can reduce the peripheral area of a display device that is not occupied by the screen. In some implementations, the PMUT matrix may also provide touch sensor functionality. In some of these implementations, the touchscreen normally provided with a display device may be omitted. However, in other implementations, at least a portion of the PMUT array, which may provide fingerprint sensor, signature pad, stylus detection, gesture detection and/or button functionality, may be located in a peripheral zone.

[0039] Além disso, os dispositivos PMUT têm sido geralmente fabricados sobre um substrato de silício ou isolante sobre silício (SOI) com conexões feitas ao circuito externo para o substrato. Tais configurações podem limitar o número de dispositivos PMUT em uma matriz, podem exigir um grande número de interconexões para o circuito externo, e podem, potencialmente, adicionar despesa, restrições de embalagem, e perda de integridade do sinal. Em algumas implementações fornecidas aqui, uma matriz PMUT pode ser co-fabricada com circuitos TFT no mesmo substrato, o que pode reduzir o número de circuitos externos para interconexões e pode, potencialmente, reduzir custos e melhorar a integridade do sinal. A co-fabricação de elementos PMUT com circuito TFT permite grandes tamanhos de matriz típicos e telas móveis e estacionárias. A co- fabricação de elementos PMUT e circuitos TFT no mesmo substrato (por exemplo, comum) reduz o número de peças a montar em um dispositivo de exibição, e pode reduzir a espessura total do dispositivo de exibição. O número de interconexões externas pode ser muito reduzido, com grandes tamanhos de matriz, já que muitas das interconexões entre elementos PMUT e circuito TFT podem ser feitas com traços de metal sobre o substrato TFT.[0039] Furthermore, PMUT devices have generally been fabricated on a silicon substrate or insulator on silicon (SOI) with connections made to the circuit external to the substrate. Such configurations can limit the number of PMUT devices in an array, can require a large number of interconnects for external circuitry, and can potentially add expense, packaging restrictions, and loss of signal integrity. In some implementations provided here, a PMUT matrix can be co-fabricated with TFT circuits on the same substrate, which can reduce the number of external circuits to interconnect and can potentially reduce costs and improve signal integrity. Co-fabrication of PMUT elements with TFT circuit allows for typical large die sizes and mobile and stationary screens. Co-fabrication of PMUT elements and TFT circuits on the same (eg common) substrate reduces the number of parts to assemble into a display device, and can reduce the overall thickness of the display device. The number of external interconnections can be greatly reduced with large die sizes, as many of the interconnections between PMUT elements and TFT circuitry can be made with metal traces on the TFT substrate.

[0040] Uma matriz de transdutor ultrassônico micromecânica piezoelétrico (PMUT) pode incluir uma ou mais microestruturas, tais como diafragmas, placas, membranas ou fitas que podem ser acionadas piezoeletricamente. Uma camada piezoelétrica de película fina depositada e eletrodos associados formados sobre, dentro ou sob a microestrutura pode servir para acionar a microestrutura em um ou mais modos para gerar ondas de ultrassônicas. As ondas ultrassônicas podem ser usadas para detectar gestos de espaço livre em algumas implementações. Em outras implementações, as ondas ultrassônicas podem ser usadas para detectar toques na superfície de um dispositivo de exibição. As ondas ultrassônicas de frequências altas (comprimentos de onda menores), podem ser utilizadas para detectar uma caneta gráfica ou outro objeto pequeno ou finamente caracterizado colocado sobre a superfície da tela. Em algumas implementações, uma alta densidade (por exemplo, cerca de 500 pixels por polegada) de elementos PMUT em uma matriz de tamanho suficiente pode ser utilizada para detectar uma ponta de uma caneta gráfica e/ou imagem dos cumes e vales de uma impressão digital para verificação ou autenticação de um usuário. Os elementos PMUT podem ser usados como receptores de ultrassônicos, configurados para detectar ondas ultrassônicas que podem ser recebidas depois de serem refletidas a partir de um objeto no ar ou na superfície da tela. Muitos exemplos de matrizes PMUT são fornecidos nesta divulgação e aplicações associadas incorporadas por referência no presente pedido. No entanto, em algumas implementações uma matriz de transdutor ultrassônico micromecânico (MUT) pode incluir outros tipos de elementos MUT, tais como elementos transdutores ultrassônicos micromecânicos capacitivos (CMUT). Uma descrição mais detalhada dos elementos PMUT e CMUTs é descrita abaixo com relação às Figuras 1B e 1C.[0040] A piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer (PMUT) array may include one or more microstructures such as diaphragms, plates, membranes, or ribbons that can be piezoelectrically actuated. A piezoelectric layer of deposited thin film and associated electrodes formed on, in, or under the microstructure can serve to drive the microstructure in one or more ways to generate ultrasonic waves. Ultrasonic waves can be used to detect free space gestures in some implementations. In other implementations, ultrasonic waves can be used to detect touches on the surface of a display device. Ultrasonic waves of high frequencies (smaller wavelengths) can be used to detect a stylus or other small or finely-featured object placed on the screen surface. In some implementations, a high density (e.g., about 500 pixels per inch) of PMUT elements in an array of sufficient size can be used to detect a stylus tip and/or image the peaks and valleys of a fingerprint. for verifying or authenticating a user. PMUT elements can be used as ultrasonic receivers, configured to detect ultrasonic waves that can be received after being reflected from an object in the air or on the surface of the screen. Many examples of PMUT matrices are provided in this disclosure and associated applications incorporated by reference in the present application. However, in some implementations a micromechanical ultrasonic transducer (MUT) array may include other types of MUT elements, such as capacitive micromechanical ultrasonic transducer (CMUT) elements. A more detailed description of the PMUT elements and CMUTs is described below with reference to Figures 1B and 1C.

[0041] A Figura 1A é um diagrama de blocos que mostra exemplos de elementos de um dispositivo de exibição. Neste exemplo, o dispositivo de exibição 40 inclui uma tela 30, uma matriz PMUT 105 e um sistema de controle 110. A matriz PMUT 105 pode estar adjacente à tela 30. Em algumas implementações, a matriz PMUT 105 pode ser co-extensiva com a área de exibição ativa e formada substancialmente no mesmo plano que os subpixels da tela (por exemplo, configurações em células). Em algumas implementações, a matriz PMUT 105 pode ser substancialmente do mesmo tamanho que a tela 30 ainda posicionada atrás da área ativa da tela. Em algumas implementações, pelo menos uma porção da matriz PMUT 105 pode estar disposta substancialmente atrás de toda a tela 30. Em algumas implementações, a matriz PMUT 105 pode estar disposta substancialmente atrás de uma porção da tela 30. Alternativamente, ou adicionalmente, pelo menos uma porção da matriz PMUT 105 pode ser disposta em uma área periférica da tela 30, como uma área fora da área de exibição ativa de um módulo de exibição. Numerosos exemplos destas e de outras configurações são fornecidos aqui.[0041] Figure 1A is a block diagram showing examples of elements of a display device. In this example, the display device 40 includes a screen 30, a PMUT matrix 105 and a control system 110. The PMUT matrix 105 may be adjacent to the screen 30. In some implementations, the PMUT matrix 105 may be co-extensive with the display area active and formed substantially on the same plane as the screen subpixels (eg cell configurations). In some implementations, the PMUT matrix 105 can be substantially the same size as the screen 30 still positioned behind the active area of the screen. In some implementations, at least a portion of the PMUT matrix 105 may be disposed substantially behind the entire screen 30. In some implementations, the PMUT matrix 105 may be disposed substantially behind a portion of the screen 30. Alternatively, or additionally, at least a portion of the PMUT matrix 105 may be disposed in a peripheral area of the screen 30, such as an area outside the active display area of a display module. Numerous examples of these and other configurations are provided here.

[0042] Porções da matriz PMUT 105 dispostas em uma área periférica da tela 30 podem, por exemplo, ser controladas pelo sistema de controle 110 para fornecer a funcionalidade do sensor de impressões digitais, funcionalidade de almofada de assinatura ou touchpad (por exemplo, caneta gráfica) , funcionalidade de detecção de caneta gráfica, funcionalidade de detecção de gestos e/ou funcionalidade do botão. A funcionalidade do botão de controle pode envolver algum aspecto do dispositivo de exibição 40, com ou sem funcionalidade de autenticação. Deste modo, estes botões podem ser referidos como botões de “autenticação” ou botões de “não-autenticação”.[0042] Portions of the PMUT matrix 105 disposed in a peripheral area of the screen 30 can, for example, be controlled by the control system 110 to provide fingerprint sensor functionality, signature pad functionality or touchpad (e.g. stylus graphic) , graphic pen detection functionality, gesture detection functionality, and/or button functionality. Control button functionality may involve some aspect of display device 40, with or without authentication functionality. Therefore, these buttons can be referred to as “authentication” buttons or “de-authentication” buttons.

[0043] A matriz PMUT 105 pode, por exemplo, ser uma matriz PMUT ou em algumas implementações uma matriz CMUT. O sistema de controle 110 pode incluir um ou mais processadores, como um ou mais processadores de único ou múltiplos chips de uso geral, processadores de sinal digital (DSPs), circuitos integrados de aplicação específica (ASIC), arranjos de portas programáveis em campo (FPGA) ou outros dispositivos lógicos programáveis, porta discreta ou lógica de transístor, como TFTs, componentes de hardware discretos, ou suas combinações. O sistema de controle 110 pode ser capaz de realizar os métodos aqui descritos, pelo menos em parte.[0043] The PMUT matrix 105 may, for example, be a PMUT matrix or in some implementations a CMUT matrix. Control system 110 may include one or more processors, such as one or more general purpose single- or multi-chip processors, digital signal processors (DSPs), application-specific integrated circuits (ASICs), field-programmable gate arrays ( FPGA) or other programmable logic devices, discrete gate or transistor logic such as TFTs, discrete hardware components, or combinations thereof. Control system 110 may be capable of performing the methods described herein, at least in part.

[0044] Por exemplo, o sistema de controle 110 pode ser capaz de determinar quando operar, pelo menos, uma porção da matriz PMUT 105 em um modo de baixa frequência ou um modo de alta frequência e controlar pelo menos uma porção da matriz PMUT 105 de acordo com a determinação. Algumas implementações do dispositivo de exibição 40 podem incluir um sistema de interface. O processo de determinação pode ser feito, pelo menos em parte, de acordo com a entrada recebida a partir do sistema de interface. O sistema de interface pode, por exemplo, incluir uma ou mais interfaces de rede, interfaces de usuário, etc. O sistema de interface pode incluir uma ou mais interfaces de barramento serial (USB) ou interfaces semelhantes. O sistema de interface pode incluir interfaces sem fio ou com fio.[0044] For example, the control system 110 may be able to determine when to operate at least a portion of the PMUT matrix 105 in a low frequency mode or a high frequency mode and control at least a portion of the PMUT matrix 105 according to the determination. Some implementations of display device 40 may include an interface system. The determination process can be done, at least in part, according to the input received from the interface system. The interface system may, for example, include one or more network interfaces, user interfaces, etc. The interface system may include one or more serial bus (USB) interfaces or similar interfaces. The interface system can include wireless or wired interfaces.

[0045] A Figura 2 é um gráfico que mostra exemplos de faixas de frequência para excitação de PMUT. Na Figura 2, o eixo horizontal indica frequências de excitação potenciais de acordo com uma escala logarítmica, e o eixo vertical corresponde a uma tensão de saída típica (Vout) de um ou mais elementos PMUT em uma matriz PMUT. Neste exemplo, um modo de baixa frequência corresponde a uma faixa de frequências entre cerca de 50 kHz e 400 kHz e um modo de alta frequência corresponde a uma faixa de frequências entre cerca de 5 MHz e 50 MHz. No entanto, em implementações alternativas, o modo de baixa frequência e/ou o modo de alta frequência podem corresponder a diferentes faixas de frequências. Em algumas dessas implementações, o modo de baixa frequência pode corresponde a uma faixa de frequências de cerca de 50 kHz a 200 kHz e o modo de alta frequência pode corresponde a uma faixa de frequência de aproximadamente 1 MHz a 25 MHz. Alternativamente, ou adicionalmente, em algumas implementações, a matriz PMUT pode ser configurável para operar em um modo de média frequência que corresponde a uma faixa de frequência entre a faixa de baixa frequência e a faixa de alta frequência (por exemplo, cerca de 200 kHz a cerca de 1 MHz). Quando se opera no modo de média frequência, o equipamento pode ser capaz de proporcionar a funcionalidade de sensor de toque e capacidade de detecção de gesto, mas com um pouco menos de resolução que o modo de alta frequência.[0045] Figure 2 is a graph showing examples of frequency ranges for PMUT excitation. In Figure 2, the horizontal axis indicates potential excitation frequencies according to a logarithmic scale, and the vertical axis corresponds to a typical output voltage (Vout) of one or more PMUT elements in a PMUT matrix. In this example, a low frequency mode corresponds to a frequency range between about 50 kHz and 400 kHz and a high frequency mode corresponds to a frequency range between about 5 MHz and 50 MHz. low frequency mode and/or high frequency mode can correspond to different frequency ranges. In some of these implementations, the low frequency mode can correspond to a frequency range from about 50 kHz to 200 kHz and the high frequency mode can correspond to a frequency range from approximately 1 MHz to 25 MHz. Alternatively, or in addition , in some implementations, the PMUT matrix may be configurable to operate in a mid-frequency mode that corresponds to a frequency range between the low-frequency range and the high-frequency range (e.g., about 200 kHz to about 1 MHz). When operating in medium frequency mode, the equipment may be able to provide touch sensor functionality and gesture detection capability, but with slightly less resolution than high frequency mode.

[0046] Referindo-nos novamente à Figura 1, A, em algumas implementações, quando o sistema de controle opera pelo menos uma porção da matriz PMUT 105 no modo de baixa frequência, o dispositivo de visualização 40 pode ser capaz de emitir ondas sonoras que são capazes de relativamente maior penetração de ar do que quando o dispositivo de exibição 40 está a operar no modo de alta frequência. Em alguns exemplos, tais ondas sonoras de frequência inferior podem ser transmitidas através de várias camadas sobrepostas, como um vidro de cobertura, uma tela tátil, uma matriz de exibição, uma retroiluminação, e/ou outras camadas que podem variar de acordo com a implementação. Em algumas implementações, as ondas de som de frequência inferior podem ser transmitidas através de um ou mais orifícios na cobertura de vidro ou lentes da cobertura do dispositivo de exibição. Várias configurações estão divulgadas aqui.[0046] Referring again to Figure 1, A, in some implementations, when the control system operates at least a portion of the PMUT array 105 in low frequency mode, the display device 40 may be able to emit sound waves that are capable of relatively greater air penetration than when display device 40 is operating in high frequency mode. In some instances, such lower frequency sound waves may be transmitted through multiple overlapping layers, such as a cover glass, a touchscreen, a display matrix, a backlight, and/or other layers that may vary by implementation. . In some implementations, lower frequency sound waves may be transmitted through one or more holes in the glass cover or lens of the display cover. Various configurations are disclosed here.

[0047] Em algumas implementações, uma porta pode ser aberta através de uma ou mais camadas sobrejacentes para otimizar o acoplamento da matriz PMUT 105 ao ar. As ondas sonoras de frequência inferior podem ser trasmitidas através do ar acima da superfície da tela, refletidas a partir de um ou mais objetos próximos à superfície do dispositivo de exibição 40, transmitidas através do ar e de volta através das camadas sobrejacentes, e detectadas por um receptor ultrassônico (ex., da matriz PMUT 105). Consequentemente, quando funcionando no modo de baixa frequência, o dispositivo de exibição 40 pode ser capaz de funcionar em um modo de detecção de gestos, sendo que os gestos no espaço livre próximo à tela podem ser detectados.[0047] In some implementations, a port may be opened through one or more overlying layers to optimize coupling of the PMUT 105 array to air. Lower frequency sound waves can be transmitted through the air above the surface of the screen, reflected from one or more objects near the surface of the display device 40, transmitted through the air and back through the overlying layers, and detected by an ultrasonic receiver (eg from the PMUT 105 matrix). Consequently, when operating in low frequency mode, the display device 40 may be able to operate in a gesture detection mode, whereby gestures in free space close to the screen can be detected.

[0048] Quando funcionando no modo de alta frequência, o dispositivo de exibição 40 pode ser capaz de fazer a imagem em resolução relativamente mais alta. Consequentemente, o dispositivo de exibição 40 pode ser capaz de detectar informações de toque, impressão digital, caneta gráfica e/ou biométricas d um objeto como um dedo colocado sobre a superfície do dispositivo de exibição 40. Em algumas implementações, o modo de alta frequência pode corresponder a modo de detecção de toque e/ou um modo de detecção de caneta gráfica. Em algumas implementações, o modo de alta frequência pode corresponder a modo de sensor de impressão digital.[0048] When operating in the high frequency mode, the display device 40 may be able to image at relatively higher resolution. Accordingly, display device 40 may be able to detect touch, fingerprint, stylus, and/or biometric information from an object such as a finger placed on the surface of display device 40. In some implementations, the high frequency mode can correspond to touch detection mode and/or a stylus detection mode. In some implementations, high frequency mode may correspond to fingerprint sensor mode.

[0049] Em alguns casos, o sistema de controle 110 pode ser capaz de realizar um processo de autenticação com base, pelo menos em parte, nos dados de impressão digital adquiridos enquanto pelo menos uma porção da matriz PMUT 105 opera no modo de sensor de impressão digital. O processo de autenticação pode envolver fornecer uma instrução, através da tela, para colocar, pelo menos, um dedo sobre uma superfície do dispositivo de exibição e receber, através de pelo menos uma porção da matriz PMUT 105, pelo menos uma imagem da impressão digital. Em algumas implementações, a porção da matriz de PMUT 105 que o sistema de controle 110 controla para obter a imagem(s) da impressão digital pode ser colocada em uma zona periférica do dispositivo de exibição 40, como em uma borda, lado ou canto da tela 30.[0049] In some cases, the control system 110 may be able to perform an authentication process based, at least in part, on the acquired fingerprint data while at least a portion of the PMUT matrix 105 operates in fingerprint sensor mode. fingerprint. The authentication process may involve providing an instruction, via the screen, to place at least one finger on a surface of the display device and receive, via at least a portion of the PMUT matrix 105, at least one fingerprint image. . In some implementations, the portion of the PMUT array 105 that the control system 110 controls to obtain the fingerprint image(s) may be placed in a peripheral zone of the display device 40, such as at an edge, side or corner of the screen 30.

[0050] O sistema de controle 110 pode ser capaz de determinar dados de impressões digitais recebidos correspondentes à imagem(s) da impressão digital recebida. O termo “dados de impressões digitais”, como aqui utilizado, inclui dados que podem ser utilizados para caracterizar minúcias da impressão digital, tais como dados correspondentes aos tipos, locais, orientações e/ou espaçamento das minúcias da impressão digital. Os dados de impressão digital também pode incluir informação de padrão ou de imagem de impressões digitais de superfície e outros dados biométricos associados com feições da sub-superfície.[0050] The control system 110 may be able to determine received fingerprint data corresponding to the received fingerprint image(s). The term "fingerprint data", as used herein, includes data that can be used to characterize fingerprint minutiae, such as data corresponding to the types, locations, orientations and/or spacing of fingerprint minutiae. The fingerprint data may also include surface fingerprint pattern or image information and other biometric data associated with subsurface features.

[0051] O sistema de controle 110 pode ser capaz de comparar os dados digitais recebidos com os dados das impressões digitais armazenadas como parte do processo de autenticação. Em algumas implementações, os dados de impressão digital armazenados podem ser armazenados em um sistema de memória do dispositivo de exibição 40. O sistema de memória pode incluir uma ou mais mídias não transitórias, como a memória de acesso aleatório (RAM) e/ou memória somente leitura (ROM). O sistema de memória pode incluir um ou mais outros tipos adequados de mídias de armazenamento não transitórias, como memória flash, uma ou mais unidades de disco rígido, etc. Em algumas implementações, um sistema de interface pode incluir pelo menos uma interface entre o sistema de controle 110 e o sistema de memória. No entanto, em algumas implementações, o processo de autenticação pode envolver a recuperação de dados de impressões digitais armazenados a partir de outro dispositivo por meio do sistema de interface. Por exemplo, os dados das impressões digitais armazenados podem residir em um servidor acessível através da Internet.[0051] The control system 110 may be able to compare the digital data received with the fingerprint data stored as part of the authentication process. In some implementations, the stored fingerprint data may be stored in a memory system of display device 40. The memory system may include one or more non-transient media, such as random access memory (RAM) and/or memory. read-only (ROM). The memory system may include one or more other suitable types of non-transient storage media, such as flash memory, one or more hard disk drives, etc. In some implementations, an interface system may include at least one interface between the control system 110 and the memory system. However, in some implementations, the authentication process may involve retrieving stored fingerprint data from another device through the interface system. For example, stored fingerprint data may reside on a server accessible over the Internet.

[0052] Em algumas implementações, o sistema de controle 110 pode ser capaz de controlar a matriz PMUT 105 para funcionar em um modo de frequência média. Em algumas implementações, o modo de frequência média pode corresponder à operação em uma faixa de frequência de aproximadamente 200 kHz a 1 MHz. O dispositivo de exibição 40 pode ser capaz de fornecer a funcionalidade de sensor de toque quando o sistema de controle 110 está controlando pelo menos uma porção da matriz PMUT 105 para operar no modo de frequência média. De acordo com algumas implementações, o sistema de controle 110 pode ser capaz de determinar quando operar pelo menos uma porção da matriz PMUT 105 no modo de alta frequência, o modo de baixa frequência ou o modo de frequência média; e controlar pelo menos uma porção da matriz PMUT 105 para operar no modo de alta frequência, no modo de baixa frequência ou no modo de frequência média, de acordo com a determinação.[0052] In some implementations, the control system 110 may be able to control the PMUT matrix 105 to operate in a medium frequency mode. In some implementations, the mid-frequency mode may correspond to operation over a frequency range of approximately 200 kHz to 1 MHz. Display device 40 may be capable of providing touch sensing functionality when control system 110 is controlling at least a portion of PMUT matrix 105 for operating in medium frequency mode. According to some implementations, the control system 110 may be able to determine when to operate at least a portion of the PMUT matrix 105 in the high frequency mode, the low frequency mode or the medium frequency mode; and controlling at least a portion of the PMUT matrix 105 to operate in the high frequency mode, the low frequency mode or the medium frequency mode, in accordance with the determination.

[0053] Em algumas implementações, o sistema de controle 110 pode ser capaz de endereçar pelo menos uma porção da matriz PMUT 105 para formação de feixe da frente de onda, direcionamento do feixe, formação de feixe no lado da recepção e/ou leitura seletiva dos sinais devolvidos. Em algumas implementações, o sistema de controle 110 pode controlar uma matriz de transmissores da matriz PMUT 105 para produzir as frentes de onda de uma forma específica, como frentes de onda planas, circulares (esféricas) ou cilíndricas. O sistema de controle 110 pode controlar a amplitude e/ou fase da matriz de transmissores da matriz PMUT 105 para produzir a interferência construtiva ou destrutiva em locais desejados. Por exemplo, o sistema de controle 110 pode controlar a amplitude e/ou fase da matriz de transmissores para produzir interferência construtiva em um ou mais locais do dispositivo de exibição 40, no qual um toque ou gesto foi detectado.[0053] In some implementations, the control system 110 may be able to address at least a portion of the PMUT array 105 for wavefront beamforming, beam steering, receive-side beamforming, and/or selective reading of the returned signals. In some implementations, control system 110 may control an array of PMUT array transmitters 105 to produce wavefronts of a specific shape, such as flat, circular (spherical), or cylindrical wavefronts. Control system 110 can control the amplitude and/or phase of the PMUT array transmitter array 105 to produce constructive or destructive interference at desired locations. For example, control system 110 can control the amplitude and/or phase of the array of transmitters to produce constructive interference at one or more locations on display device 40 where a touch or gesture has been detected.

[0054] A geração e a emissão das ondas ultrassônicas planas (por exemplo, ondas planas) podem ser conseguidas através da excitação e acionamento de um grande número de elementos PMUT na matriz PMUT 105 de um modo simultâneo, o que pode gerar uma onda ultrassônicas com uma frente de onda substancialmente plana. O acionamento dos elementos PMUT individuais na matriz PMUT 105 pode gerar ondas substancialmente esféricas, em uma direção para a frente, com o elemento PMUT que serve como a fonte das ondas esféricas. Alternativamente, as ondas esféricas podem ser geradas através da seleção e excitação de um elemento PMUT indivíduo (o elemento central), determinação de um primeiro anel de elementos PMUT em torno do centro do elemento PMUT e acionamento do primeiro anel de uma forma atrasada, determinação de um segundo anel de PMUT elementos em torno do primeiro anel e acionamento do segundo anel de um modo ainda mais atrasado, e assim por diante, conforme necessário. O sincronismo das excitações pode ser selecionado para formar uma frente de onda substancialmente esférica. Do mesmo modo, uma onda cilíndrica pode ser gerada através da seleção e excitação de um grupo de elementos PMUT em uma fileira, com a fileira de elementos PMUT que servem como fonte de ondas cilíndricas. Alternativamente, as ondas cilíndricas podem ser geradas através da seleção e excitação de uma fileira de elementos PMUT (a fileira central), determinação e excitação das fileiras adjacentes de elementos PMUT equidistantes da fileira central, com um atraso de tempo controlado, e assim por diante. O sincronismo das excitações pode ser selecionado para formar uma frente de onda substancialmente cilíndrica.[0054] The generation and emission of plane ultrasonic waves (for example, plane waves) can be achieved by exciting and driving a large number of PMUT elements in the PMUT array 105 simultaneously, which can generate an ultrasonic wave with a substantially flat wavefront. Driving the individual PMUT elements in the PMUT array 105 can generate substantially spherical waves, in a forward direction, with the PMUT element serving as the source of the spherical waves. Alternatively, spherical waves can be generated by selecting and exciting an individual PMUT element (the center element), determining a first ring of PMUT elements around the center of the PMUT element, and driving the first ring in a delayed fashion, determining of a second ring of PMUT elements around the first ring and driving the second ring in an even more delayed fashion, and so on, as needed. The timing of the excitations can be selected to form a substantially spherical wavefront. Likewise, a cylinder wave can be generated by selecting and exciting a group of PMUT elements in a row, with the row of PMUT elements serving as the source of cylinder waves. Alternatively, cylinder waves can be generated by selecting and exciting one row of PMUT elements (the center row), determining and exciting adjacent rows of PMUT elements equidistant from the center row, with a controlled time delay, and so on. . The timing of the excitations can be selected to form a substantially cylindrical wavefront.

[0055] Enquanto uma matriz de elementos PMUT é excitada simultaneamente ela pode produzir uma onda plana ultrassônca que viaja perpendicular à matriz PMUT, o controle de fase da excitação de PMUT pode permitir o redirecionamento da onda plana em várias direções, dependendo da quantidade de atraso de fase. Por exemplo, se um atraso de fase de 10 graus é aplicado nas fileiras adjacentes dos elementos PMUT que estão posicionados a uma distância de um décimo de um comprimento de onda separados, em seguida, a frente de onda vai transmitir uma onda plana em um ângulo de cerca de 15,5 ° em relação à normal. Digitalizar uma onda plana em ângulos diferentes enquanto detecta ecos (porções refletidas) de um objeto posicionado em frente da matriz PMUT pode permitir a detecção da forma aproximada, distância e posição do objeto. Determinações consecutivas da distância do objeto e a posição podem permitir a determinação de gestos de ar.[0055] While an array of PMUT elements is excited simultaneously it can produce an ultrasonic plane wave that travels perpendicular to the PMUT array, phase control of the PMUT excitation can allow redirection of the plane wave in various directions depending on the amount of delay of phase. For example, if a phase delay of 10 degrees is applied to adjacent rows of PMUT elements that are positioned one tenth of a wavelength apart, then the wavefront will transmit a plane wave at an angle of about 15.5° from normal. Scanning a plane wave at different angles while detecting echoes (reflected portions) from an object positioned in front of the PMUT array can allow detection of the approximate shape, distance and position of the object. Consecutive determinations of object distance and position can allow determination of air gestures.

[0056] Outras formas da formação de feixe do lado transmissor podem ser utilizadas. Por exemplo, um conjunto de elementos PMUT na matriz PMUT 105 pode ser disparado de modo a concentrar a frente de onda de uma onda ultrassônica em uma localização particular em frente da matriz. Por exemplo, a frente de onda focalizada pode ser cilíndrica ou esférica, ajustando a temporização (por exemplo, fase) de elementos PMUT selecionados de modo que a onda gerada a partir de cada elemento PMUT selecionado chegue a um local predeterminado na região em frente da matriz PMUT em uma tempo predeterminado. As frentes de onda focadas podem gerar sensivelmente maior pressão acústica em um ponto de interesse, e o sinal refletido de um objeto no ponto de interesse pode ser detectado através da operação da matriz PMUT em um modo de recepção. As frentes de onda emitidas a partir de vários elementos PMUT podem interferir de forma construtiva na região focal. As frentes de onda a partir de vários elementos PMUT podem interferir destrutivamente nas regiões perto da região focal, proporcionando um isolamento ainda maior da energia do feixe focado (amplitude) e aumentando a razão sinal-ruído do sinal de retorno. Da mesma forma, o controle da fase na qual a detecção ocorre por vários elementos PMUT na matriz PMUT 105 permite a formação de feixe no lado receptor, no qual os sinais de retorno podem ser correlacionados com a distância a partir de uma região no espaço e combinados em conformidade para gerar uma imagem de um objeto na região de detecção. Controlar a frequência, amplitude e fase das ondas transmitidas a partir de elementos PMUT na matriz PMUT 105 também pode permitir a moldagem de feixe e formação de feixe. Em algumas implementações, nem todos os elementos PMUT na matriz PMUT precisam ser lidos para cada modo de funcionamento, ou para cada quadro. Para economizar tempo de processamento e reduzir o consumo de bateria, os sinais de retorno detectados por um seleto grupo de elementos PMUT podem ser lidos durante a aquisição. O sistema de controle 110 pode ser configurado para endereçar pelo menos uma porção da matriz PMUT para pelo menos um dentre formação de feixe da frente de onda, direcionamento do feixe, formação de feixe no lado da recepção ou leitura seletiva dos sinais devolvidos.[0056] Other ways of transmitting beamforming can be used. For example, a set of PMUT elements in the PMUT array 105 can be fired so as to focus the wavefront of an ultrasonic wave at a particular location in front of the array. For example, the focused wavefront can be cylindrical or spherical, by adjusting the timing (eg, phase) of selected PMUT elements so that the wave generated from each selected PMUT element arrives at a predetermined location in the region in front of the PMUT array at a predetermined time. Focused wavefronts can generate significantly higher acoustic pressure at a point of interest, and the reflected signal from an object at the point of interest can be detected by operating the PMUT matrix in a receive mode. Wavefronts emitted from various PMUT elements can constructively interfere in the focal region. Wavefronts from multiple PMUT elements can destructively interfere with regions close to the focal region, providing even greater isolation of focused beam energy (amplitude) and increasing the signal-to-noise ratio of the return signal. Likewise, control of the phase in which detection occurs by various PMUT elements in the PMUT array 105 allows beamforming on the receiving side, in which the returning signals can be correlated with distance from a region in space and combined accordingly to generate an image of an object in the detection region. Controlling the frequency, amplitude and phase of waves transmitted from PMUT elements in the PMUT array 105 can also allow for beam shaping and beam forming. In some implementations, not all PMUT elements in the PMUT array need to be read for every operating mode, or for every frame. To save processing time and reduce battery consumption, feedback signals detected by a select group of PMUT elements can be read during acquisition. Control system 110 may be configured to address at least a portion of the PMUT matrix to at least one of wavefront beamforming, beam steering, receive-side beamforming, or selective readout of returned signals.

[0057] Em algumas implementações, a matriz PMUT 105 pode incluir uma ou mais matrizes PMUT de matriz ativa. Em tais implementações, as matrizes PMUT da matriz ativa podem eliminar o grande número de interconexões externas que podem ser necessárias pra as matrizes PMUT passivas pela inclusão de componentes ativos (ex., TFTs) no mesmo substrato. Tais componentes ativos podem ser parte do sistema de controle 110. Algumas dessas matrizes PMUT de matriz ativa podem incluir ambos circuito de acionamento e circuito de detecção. Em algumas dessas implementações, os TFTs podem ser capazes de acionar os elementos PMUT da matriz PMUT 105 de uma maneira síncrona. Alternativa ou adicionalmente, em algumas implementações, os TFTs podem ser capazes de acionar os elementos PMUT da matriz PMUT 105 de uma maneira faseada. A matriz ativa também pode incluir circuitos de detecção para detectar sinais de retorno dos elementos PMUT da matriz PMUT 105.[0057] In some implementations, PMUT array 105 may include one or more active-matrix PMUT arrays. In such implementations, active matrix PMUT matrices can eliminate the large number of external interconnections that may be required for passive PMUT matrices by including active components (eg, TFTs) on the same substrate. Such active components may be part of the control system 110. Some of these active matrix PMUT matrices may include both a driver circuit and a detection circuit. In some of these implementations, the TFTs may be able to drive the PMUT elements of the PMUT array 105 in a synchronous manner. Alternatively or additionally, in some implementations, TFTs may be able to drive the PMUT elements of the PMUT matrix 105 in a phased manner. The active matrix may also include detection circuits for detecting feedback signals from the PMUT elements of the PMUT matrix 105.

[0058] Em alguns exemplos, o sistema de controle 110 pode incluir circuitos de endereçamento de fileiras e colunas. Em algumas implementações, o sistema de controle 110 pode incluir circuito multiplexador e/ou demultiplexador, um circuito de amplificação local, circuito de conversão de análogo para digital (A/D) e/ou outros circuitos de controle.[0058] In some examples, control system 110 may include row and column addressing circuitry. In some implementations, control system 110 may include multiplexer and/or demultiplexer circuitry, a local amplification circuit, analog-to-digital (A/D) conversion circuitry, and/or other control circuitry.

[0059] A Figura 1B mostra um exemplo de um elemento PMUT. O elemento PMUT 100a pode ter uma ou mais camadas de material piezoelétrico como nitreto de alumínio (AIN) ou titanato de zircônio de chumbo (PZT) em uma camada piezoelétrica que pode ser utilizada para acionar o elemento PMUT para gerar ondas ultrassônicas ou para detectar ondas de ultrassônicas recebidas. A pilha de camada piezoelétrica pode incluir uma camada de eletrodo inferior 112, uma camada piezoelétrica 115, e uma camada de eletrodo superior 114, com a camada piezoelétrica 115 ensanduichada entre, pelo menos, uma porção dos eletrodos inferiores e superiores 112 e 114. Uma ou mais camadas dielétricas 116 pode fornecer o isolamento elétrico para uma camada de interligação de metal 118, enquanto permite as conexões aos eletrodos inferiores e superiores 112 e 114, respectivamente. A pilha da camada piezoelétrica pode ser disposta sobre, acima ou abaixo da camada mecânica 130. Uma estrutura de ancoragem 170 pode suportar a membrana ou diafragma PMUT que é suspensa sobre uma cavidade 120 e um substrato 160. O substrato 160 pode ter circuitos TFT para o acionamento e a detecção de PMUT 100a e para geração de uma exibição visual. A pilha de camada piezoelétrica e camada mecânica 130 podem flexionar, dobrar ou vibrar em resposta às tensões de acionamento Va e Vb aplicadas em toda as camadas de eletrodo 114 e 112, respectivamente. Vibrações do elemento PMUT 100a podem gerar ondas ultrassônicas 190 a uma frequência determinada pela frequência de excitação das tensões de acionamento. As ondas ultrassônicas que golpeiam o diafragma PMUT podem resultar na geração de tensões de deteção Va e Vb com flexão do diafragma. Uma cavidade subjacente 120 permite desvios do elemento PMUT 100a sem contato com o substrato subjacente 160. As frequências de funcionamento dos elementos PMUT 100a podem ser adaptados para a operação de alta frequência, operação de baixa frequência, operação de média frequência, ou uma combinação de frequências.[0059] Figure 1B shows an example of a PMUT element. The PMUT 100a element can have one or more layers of piezoelectric material such as aluminum nitride (AIN) or lead zirconium titanate (PZT) in a piezoelectric layer that can be used to drive the PMUT element to generate ultrasonic waves or to detect waves. of received ultrasonics. The piezoelectric layer stack may include a bottom electrode layer 112, a piezoelectric layer 115, and an top electrode layer 114, with the piezoelectric layer 115 sandwiched between at least a portion of the bottom and top electrodes 112 and 114. or more dielectric layers 116 may provide electrical insulation for a metal interconnect layer 118, while allowing connections to lower and upper electrodes 112 and 114, respectively. The piezoelectric layer stack can be disposed on, above, or below the mechanical layer 130. An anchor structure 170 can support the PMUT membrane or diaphragm that is suspended over a cavity 120 and a substrate 160. The substrate 160 can have TFT circuitry for the triggering and detection of PMUT 100a and for generating a visual display. The stack of piezoelectric layer and mechanical layer 130 can flex, bend or vibrate in response to driving voltages Va and Vb applied across electrode layers 114 and 112, respectively. Vibrations of the PMUT element 100a can generate ultrasonic waves 190 at a frequency determined by the excitation frequency of the drive voltages. Ultrasonic waves striking the PMUT diaphragm can result in the generation of sensing voltages Va and Vb with flexion of the diaphragm. An underlying cavity 120 allows deviations of the PMUT element 100a without contacting the underlying substrate 160. The operating frequencies of the PMUT elements 100a can be adapted for high frequency operation, low frequency operation, medium frequency operation, or a combination of frequencies.

[0060] A Figura 1C mostra um exemplo de um elemento CMUT. O elemento CMUT 100b pode ter uma camada mecânica 130 suportada acima de uma cavidade 120 e um substrato 160 por uma estrutura de ancoragem 170. O eletrodo inferior 112 sobre o substrato abaixo da cavidade e do eletrodo superior 114 acima da cavidade 120 pode ser acionado com uma tensão de excitação aplicada aos terminais Va e Vb para gerar ondas ultrassônicas 190. Uma diferença de potencial entre os eletrodos 112 e 114 provoca uma força eletrostática a ser gerada que atrai o diafragma flexível do elemento CMUT 100b para baixo na direção do substrato. Como as forças eletrostáticas são atrativas nesta configuração se Va é maior do que Vb ou Vb é maior do que Va, um dos eletrodos pode precisar ser inclinado a uma tensão DC relativamente alta, para permitir que as pequenas tensões AC aplicadas acionem o diafragma para cima e para baixo. A polarização também é necessária para detectar deflexões do diafragma CMUT acima da cavidade 120.[0060] Figure 1C shows an example of a CMUT element. The CMUT element 100b can have a mechanical layer 130 supported above a cavity 120 and a substrate 160 by an anchor structure 170. The bottom electrode 112 on the substrate below the cavity and the top electrode 114 above the cavity 120 can be driven with an excitation voltage applied to terminals Va and Vb to generate ultrasonic waves 190. A potential difference between electrodes 112 and 114 causes an electrostatic force to be generated which draws the flexible diaphragm of the CMUT element 100b downwards towards the substrate. As electrostatic forces are attractive in this configuration if Va is greater than Vb or Vb is greater than Va, one of the electrodes may need to be tilted at a relatively high DC voltage to allow the small applied AC voltages to drive the diaphragm upwards. and down. Bias is also required to detect CMUT diaphragm deflections above cavity 120.

[0061] O elemento PMUT 100a, enquanto um pouco mais complexo para fabrica do que o elemento CMUT 100b, em geral, exige tensões operacionais menores do que o elemento 100b CMUT para gerar energia acústica semelhante. O elemento PMUT 100a não sofre tensões de franzimento consequentes para dispositivos eletrostáticos como elemento CMUT 100b, permitindo uma faixa mais completa de percurso. Além disso, os elementos CMUT 100b podem exigir tensões de polarização significativamente mais elevadas para permitir a detecção de ondas ultrassônicas de entrada.[0061] The PMUT 100a element, while slightly more complex to manufacture than the CMUT 100b element, generally requires lower operating voltages than the CMUT 100b element to generate similar acoustic energy. The PMUT 100a element does not suffer consequential crimping stresses for electrostatic devices like the CMUT 100b element, allowing for a fuller range of travel. In addition, CMUT 100b elements may require significantly higher bias voltages to allow detection of incoming ultrasonic waves.

[0062] A Figura 3A mostra um exemplo de uma matriz PMUT. Neste exemplo, a matriz PMUT 105 foi cofabricada com o circuito TFT no mesmo substrato 305 que pode ser um substratos de vidro ou de plástico em algumas implementações. O circuito TFT pode ser parte do sistema de controle 110 da Figura 1A.[0062] Figure 3A shows an example of a PMUT matrix. In this example, the PMUT matrix 105 has been co-fabricated with the TFT circuit on the same substrate 305 which may be a glass or plastic substrate in some implementations. The TFT circuit may be part of the control system 110 of Figure 1A.

[0063] O circuito TFT pode incluir os circuitos eletrônicos de endereçamento de fileira e coluna, multiplexadores, estágios de amplificação local e circuito de controle. Em alguns exemplos, pelo menos uma matriz de TFTs inclui circuito para controlar a tela. De acordo com algumas implementações, pelo menos, uma matriz de TFTs que inclui circuitos para controlar a exibição pode ser disposta sobre um segundo substrato. Em algumas implementações, pelo menos uma matriz de TFTs inclui circuito para controlar pelo menos uma porção da matriz PMUT. De acordo com algumas dessas implementações, o circuito para controlar pelo menos uma porção da matriz PMUT e o circuito para controlar a tela podem ser capazes de compartilhar um cablo flexível.[0063] The TFT circuit may include row and column addressing electronic circuits, multiplexers, local amplification stages and control circuitry. In some examples, at least one array of TFTs includes circuitry for controlling the display. According to some implementations, at least one array of TFTs including circuitry for controlling the display can be disposed on a second substrate. In some implementations, at least one array of TFTs includes circuitry for controlling at least a portion of the PMUT array. According to some of these implementations, the circuit for controlling at least a portion of the PMUT matrix and the circuit for controlling the screen may be able to share a flexible cable.

[0064] As Figuras 3B-3F mostram vários exemplos de elementos de circuito e elementos PMUT. A Figura 3B mostra um elemento PMUT único 310 que é um elemento pMUT nesse caso. A matriz PMUT, como a matriz PMUT 105 da Figura 3A, pode incluir vários casos do elemento PMUT 310 e/ou de outros tipos de elementos PMUT aqui revelados. Em alguns exemplos, como descrito em mais detalhe em outro lugar aqui, pelo menos alguns elementos PMUT 310 de uma matriz PMUT 105 podem corresponder com pixels individuais de uma tela 30.[0064] Figures 3B-3F show several examples of circuit elements and PMUT elements. Figure 3B shows a single PMUT element 310 which is a pMUT element in this case. The PMUT matrix, like the PMUT matrix 105 of Figure 3A, can include various instances of the PMUT element 310 and/or other types of PMUT elements disclosed herein. In some examples, as described in more detail elsewhere here, at least some PMUT elements 310 of a PMUT matrix 105 may correspond with individual pixels of a screen 30.

[0065] No exemplo mostrado na Figura 3B, o elemento PMUT 310 pode ser configurado tanto como um elemento de transmissão (Tx) quanto como um elemento de recepção (Rx). Nesta implementação, o elemento de circuito TFT 315 pode incluir um estágio de acionamento e um estágio de detecção. Por conseguinte, neste exemplo, o elemento de circuito TFT 315 é capaz de fazer com que o elemento PMUT 310 emita ondas ultrassônicas. Além disso, neste exemplo, o elemento de circuito TFT 315 é capaz de detectar as respostas a partir do mesmo elemento PMUT 310, correspondente às ondas ultrassônicas detectadas pelo elemento PMUT 310.[0065] In the example shown in Figure 3B, the PMUT element 310 can be configured both as a transmit element (Tx) and as a receive element (Rx). In this implementation, the TFT circuit element 315 may include a drive stage and a detection stage. Therefore, in this example, the TFT circuit element 315 is capable of causing the PMUT element 310 to emit ultrasonic waves. Furthermore, in this example, the TFT circuit element 315 is capable of detecting the responses from the same PMUT element 310, corresponding to the ultrasonic waves detected by the PMUT element 310.

[0066] Na implementação mostrada na Figura 3C, o elemento PMUT 310a é capaz de funcionar como um transmissor acústico e um segundo elemento PMUT 310b é capaz de funcionar como um receptor acústico. Neste exemplo, o elemento de circuito TFT 315A é capaz de controlar o elemento PMUT 310a e a o elemento do circuito TFT 315b é capaz de fornecer os sinais correspondentes às ondas ultrassônicas detectadas pelo elemento PMUT 310b.[0066] In the implementation shown in Figure 3C, the PMUT element 310a is capable of functioning as an acoustic transmitter and a second PMUT element 310b is capable of functioning as an acoustic receiver. In this example, the TFT circuit element 315A is capable of controlling the PMUT element 310a and the TFT circuit element 315b is capable of providing the signals corresponding to the ultrasonic waves detected by the PMUT element 310b.

[0067] Em algumas configurações, diferentes elementos PMUT 310 da matriz PMUT 105 podem ser capazes de funcionar em baixa e alta frequência (por exemplo, para detecção de gestos e detecção de impressões digitais/caneta gráfica). No exemplo mostrado na Figura 3D, o elemento PMUT 310c é capaz de funcionar como um transmissor e receptor acústico de alta frequência (A-Freq), e o elemento PMUT 310d é capaz de funcionar como um transmissor e receptor acústico de baixa frequência (B Freq.). Embora na Figura 3D o elemento PMUT 310c e o elemento PMUT 310D sejam mostrados para ser aproximadamente do mesmo tamanho, em alguns exemplos, o elemento PMUT 310c pode ser menor do que o elemento PMUT 310d. Nesta implementação, o elemento de circuito TFT 315c é capaz de controlar o elemento PMUT 310c para a operação de alta frequência e elemento de circuito TFT 315D é capaz de controlar o elemento PMUT 310d para uma operação de baixa frequência.[0067] In some configurations, different PMUT 310 elements of the PMUT 105 array may be able to operate at low and high frequency (eg, for gesture detection and fingerprint/graphic pen detection). In the example shown in Figure 3D, PMUT element 310c is capable of functioning as a high-frequency acoustic transmitter and receiver (A-Freq), and PMUT element 310d is capable of functioning as a low-frequency acoustic transmitter and receiver (B frequency). Although in Figure 3D the PMUT element 310c and the PMUT element 310D are shown to be approximately the same size, in some examples, the PMUT element 310c may be smaller than the PMUT element 310d. In this implementation, TFT circuit element 315c is capable of controlling PMUT element 310c for high frequency operation and TFT circuit element 315D is capable of controlling PMUT element 310d for low frequency operation.

[0068] Em outras configurações, o mesmo elemento PMUT 310 pode ser usado para operação de baixa e alta frequência. No exemplo mostrado na Figura 3E, o elemento PMUT 310e é capaz de funcionar como um transmissor e receptor acústico de alta frequência, e como um transmissor e receptor acústico de baixa frequência. Nesta implementação, o elemento de circuito TFT 315e é capaz de controlar o elemento PMUT 310e para a operação de alta frequência e para uma operação de baixa frequência. Em um modo de operação, o elemento de circuito TFT 315e pode controlar o elemento PMUT 310E para operar em qualquer modo de alta frequência (por exemplo, para o toque, caneta gráfica ou detecção de impressões digitais) ou um modo de baixa frequência (por exemplo, por gesto ou detecção de toque de baixa resolução). Em outro modo de operação, o elemento de circuitos TFT 315e pode controlar o elemento PMUT 310E para operar em um modo alternado, lançando a uma velocidade relativamente elevada (por exemplo, com uma taxa de entre cerca de 5 e cerca de 240 quadros por segundo) entre os modos de alta frequência e de baixa frequência. Em outro modo de operação, o elemento PMUT 310E pode ser excitado com um sinal de acionamento que tem um componente de alta frequência e um componente de baixa frequência, de modo que os gestos de baixa resolução e imageamento da impressão digital de alta resolução podem ser realizados ao mesmo tempo. A filtragem eletrônica pode ser usada para distinguir os sinais de retorno para as várias frequências.[0068] In other configurations, the same PMUT 310 element can be used for both low and high frequency operation. In the example shown in Figure 3E, the PMUT 310e element is capable of functioning as a high frequency sounder transmitter and receiver, and as a low frequency sounder transmitter and receiver. In this implementation, the TFT circuit element 315e is capable of controlling the PMUT element 310e for high frequency operation and for low frequency operation. In one mode of operation, the 315e TFT circuit element can control the 310E PMUT element to operate in either a high frequency mode (e.g., for touch, stylus, or fingerprint detection) or a low frequency mode (e.g., for example, by gesture or low-resolution touch detection). In another mode of operation, the TFT circuitry element 315e can control the PMUT element 310E to operate in an alternate mode, firing at a relatively high speed (e.g., with a rate of between about 5 and about 240 frames per second ) between high frequency and low frequency modes. In another mode of operation, the PMUT 310E element can be excited with a trigger signal having a high-frequency component and a low-frequency component, so that low-resolution gestures and high-resolution fingerprint imaging can be performed at the same time. Electronic filtering can be used to distinguish the return signals for the various frequencies.

[0069] A Figura 3F mostra um exemplo de uma matriz PMUT 105. A matriz PMUT 105 mostrada na Figura 3F pode, por exemplo, ser uma sub-matriz que é uma porção de uma matriz PMUT maior 105. Neste exemplo, a matriz PMUT 105 inclui os elementos PMUT 310f e 310i. Aqui, o elemento de circuito TFT 315f inclui circuitos eletrônicos de endereçamento de fileira e coluna para controlar os elementos PMUT 310f-310i. Neste exemplo, o elemento de circuito TFT 315q inclui o circuito multiplexador e circuito de amplificação local.[0069] Figure 3F shows an example of a PMUT matrix 105. The PMUT matrix 105 shown in Figure 3F may, for example, be a sub-matrix that is a portion of a larger PMUT matrix 105. In this example, the PMUT matrix 105 includes PMUT elements 310f and 310i. Here, the 315f TFT circuit element includes row and column addressing electronics to control the 310f-310i PMUT elements. In this example, the TFT circuit element 315q includes the multiplexer circuit and local amplification circuit.

[0070] A Figura 4 mostra outro exemplo de componentes ativos e uma matriz PMUT sobre o mesmo substrato. Neste exemplo, a matriz PMUT 105 e circuito TFT são ambos fornecidos sobre o substrato comum 305 que pode ser de vidro ou de plástico em algumas implementações. Aqui, o circuito TFT inclui acionadores de fileira 405a e 405b, bem como multiplexador de dados e o circuito de controle 410. Aqui, os acionadores de fileira 405a e 405b são capazes de lidar com fileiras individuais da matriz PMUT 105. Em alguns exemplos, os circuitos TFT pode ser capazes de lidar com as colunas individuais, fileiras, elementos PMUT 310 e/ou grupos de elementos PMUT 310 da matriz PMUT 105.[0070] Figure 4 shows another example of active components and a PMUT array on the same substrate. In this example, the PMUT matrix 105 and TFT circuit are both provided over common substrate 305 which may be glass or plastic in some implementations. Here, the TFT circuit includes row drivers 405a and 405b, as well as the data multiplexer and control circuit 410. Here, the row drivers 405a and 405b are capable of handling individual rows of the PMUT matrix 105. In some examples, the TFT circuits may be capable of handling the individual columns, rows, PMUT elements 310 and/or groups of PMUT elements 310 of the PMUT matrix 105.

[0071] Neste exemplo, uma matriz de almofadas flexíveis 415 pode fornecer conectividade com outros componentes de um dispositivo. De acordo com algumas implementações, os componentes mostrados na Figura 4 são parte de um dispositivo de visualização, como o dispositivo de exibição 40 da Figura 1A. Consequentemente, o circuito TFT mostrado na Figura 4 pode ser parte do sistema de controle 110 da Figura 1A. Em algumas implementações, os sinais de controle e/ou dados sendo inseridos através das almofadas flexíveis 415 podem ser enviados a partir do sistema de controle 110, e os dados sendo produzidos através das almofadas flexíveis 415 podem ser enviados para o sistema de controle 110, por exemplo, através de um cabo flexível. Em alguns exemplos, o circuito TFT e o conjunto de circuitos para controlar a exibição pode ser capaz de compartilhar um cabo flexível ligado às almofadas flexíveis 415. Em algumas implementações, o circuito TFT (e/ou outros componentes do sistema de controle 110) pode ser capaz de endereçar pelo menos uma porção da matriz PMUT para pelo menos um dentre formação de feixe da frente de onda, direcionamento do feixe, formação de feixe no lado da recepção ou leitura seletiva dos sinais devolvidos.[0071] In this example, an array of flexible pads 415 can provide connectivity with other components of a device. According to some implementations, the components shown in Figure 4 are part of a display device, such as the display device 40 of Figure 1A. Accordingly, the TFT circuit shown in Figure 4 can be part of the control system 110 of Figure 1A. In some implementations, control signals and/or data being input through flexible pads 415 may be sent from control system 110, and data being output through flexible pads 415 may be sent to control system 110, for example, via a flexible cable. In some examples, the TFT circuit and the circuitry for controlling the display may be able to share a flexible cable connected to the flexible pads 415. In some implementations, the TFT circuit (and/or other components of the control system 110) may be capable of addressing at least a portion of the PMUT matrix to at least one of wavefront beamforming, beam steering, receive-side beamforming, or selective readout of returned signals.

[0072] A Figura 5A mostra um exemplo de um dispositivo de exibição que inclui uma matriz PMUT. Neste exemplo, um pixel de tela único 505 do dispositivo de exibição 40 corresponde a um único elemento PMUT 310 da matriz PMUT 105. Estas implementações podem ser aqui referidas como implementações “na-célula”. Em algumas implementações, um elemento PMUT 310 pode corresponder com cada pixel da tela 505 na tela 30. Em algumas implementações, os elementos PMUT 310 podem ser posicionados em uma porção de pixels da tela 505, ou em áreas selecionadas da tela 30 como próximo a um canto ou borda da área de exibição ativa.[0072] Figure 5A shows an example of a display device that includes a PMUT matrix. In this example, a single screen pixel 505 of display device 40 corresponds to a single PMUT element 310 of PMUT matrix 105. These implementations may be referred to herein as "in-cell" implementations. In some implementations, a PMUT element 310 may correspond with each screen pixel 505 on screen 30. In some implementations, PMUT elements 310 may be positioned in a pixel portion of screen 505, or in selected areas of screen 30 as close to a corner or edge of the active display area.

[0073] Neste exemplo, o pixel de tela 505 inclui um subpixel vermelho 505a, um subpixel verde 505b e um subpixel azul 505c. Outras implementações na-célula podem incluir a pixels de tela 505 com diferentes números e/ou cores de subpixels. Ainda outras implementações na- célula podem ter pixels de tela 505 que não incluem subpixels, como pixels IMOD de multi-estado, cada um dos quais pode fornecer uma faixa de cores.[0073] In this example, the screen pixel 505 includes a red subpixel 505a, a green subpixel 505b and a blue subpixel 505c. Other in-cell implementations may include 505 screen pixels with different numbers and/or colors of subpixels. Still other in-cell implementations may have 505 screen pixels that do not include subpixels, such as multi-state IMOD pixels, each of which may provide a range of colors.

[0074] Em algumas implementações de alta resolução do dispositivo de exibição 40, a tela 30 pode incluir pixels 500 tendo um espaçamento ou passo de 50 mícrons, que é de aproximadamente 500 pontos ou pixels por polegada. A fim de ter uma resolução suficientemente alta para detecção de impressões digitais, as matrizes de sensores de impressões digitais também podem precisar ter um espaçamento da ordem de 500 pontos ou pixels por polegada. Por conseguinte, em algumas implementações na- célula de um dispositivo de exibição 40, como o mostrado na Figura 5A, podem fornecer uma tela de alta resolução de 30 e uma matriz PMUT 105 tendo uma resolução suficientemente alta para a funcionalidade do sensor de impressões digitais.[0074] In some high resolution implementations of the display device 40, the screen 30 may include 500 pixels having a spacing or pitch of 50 microns, which is approximately 500 dots or pixels per inch. In order to have a high enough resolution for fingerprint detection, fingerprint sensor arrays may also need to be spaced on the order of 500 dots or pixels per inch. Therefore, in some in-cell implementations a display device 40, as shown in Figure 5A, can provide a high resolution screen 30 and a PMUT matrix 105 having a sufficiently high resolution for fingerprint sensor functionality. .

[0075] Na implementação na-célula mostrada na Figura 5A, os elementos PMUT 310, da matriz PMUT 105 são posicionados substancialmente no mesmo plano que os subpixels da tela, de modo que uma porção da área da tela seja usada pelos elementos PMUT. Em tais implementações, é desejável que os elementos PMUT 310 sejam não transparentes ou substancialmente não-transparentes. Em outras implementações na-célula, uma porção ou todos de cada elemento PMUT 310 da matriz PMUT 105 pode ser posicionada acima ou abaixo de um ou mais subpixels de tela dos pixels de tela 505. Em tais implementações, é desejável que os elementos PMUT 310 sejam transparentes ou substancialmente transparentes.[0075] In the in-cell implementation shown in Figure 5A, the PMUT elements 310 of the PMUT matrix 105 are positioned in substantially the same plane as the screen subpixels, so that a portion of the screen area is used by the PMUT elements. In such implementations, it is desirable for the PMUT elements 310 to be non-transparent or substantially non-transparent. In other in-cell implementations, a portion or all of each PMUT element 310 of PMUT array 105 may be positioned above or below one or more screen subpixels of screen pixels 505. In such implementations, it is desirable that PMUT elements 310 are transparent or substantially transparent.

[0076] De acordo com algumas implementações, pelo menos uma porção da matriz PMUT 105 pode ser disposta substancialmente atrás de toda a tela 30. A Figura 5B mostra um exemplo de um dispositivo de exibição que tem uma matriz PMUT que é coextensiva com uma matriz de pixels de tela. Neste exemplo, a matriz PMUT 105 é posicionada atrás da tela 30: os pixels da tela 505 estão entre os elementos PMUT 310 e um espectador 510. Neste exemplo, a matriz PMUT 105 está disposta sobre o substrato 305, que pode ser formado de qualquer material adequado. Para implementações nas quais a luz será transmitida através do substrato 305 (por exemplo, se o substrato 305 está posicionado entre a tela 30 e um painel de retroiluminação), o substrato 305 pode ser um vidro, plástico ou outro material transparente ou substancialmente transparente. No entanto, se não for necessário que a luz seja transmitida através do substrato 305 (por exemplo, se o substrato 305 está posicionado abaixo de um painel de retroiluminação ou se a tela 30 é uma tela emissiva, como uma tela de díodo emissor de luz orgânica (OLED)), o substrato 305 não precisa ser formado de um material transparente ou substancialmente transparente. Aqui, a tela 30 inclui uma matriz de pixels de tela 505 sobre um substrato 515, que pode ser um substrato de vidro ou de plástico, em algumas implementações.[0076] According to some implementations, at least a portion of the PMUT matrix 105 can be arranged substantially behind the entire screen 30. Figure 5B shows an example of a display device that has a PMUT matrix that is coextensive with a matrix of screen pixels. In this example, PMUT matrix 105 is positioned behind screen 30: screen pixels 505 are between PMUT elements 310 and a viewer 510. In this example, PMUT matrix 105 is disposed on substrate 305, which may be formed of any suitable material. For implementations in which light will be transmitted through substrate 305 (for example, if substrate 305 is positioned between screen 30 and a backlit panel), substrate 305 can be a transparent or substantially transparent glass, plastic, or other material. However, if it is not necessary for light to be transmitted through the substrate 305 (for example, if the substrate 305 is positioned below a backlit panel or if the screen 30 is an emissive screen, such as a light-emitting diode screen (OLED)), the substrate 305 need not be formed of a transparent or substantially transparent material. Here, screen 30 includes an array of screen pixels 505 on a substrate 515, which may be a glass or plastic substrate in some implementations.

[0077] A matriz PMUT 105 pode incluir vários tipos de elementos PMUT 310, dependendo da implementação em particular. Em algumas implementações, a matriz PMUT 105 pode incluir elementos PMUT 310 configuráveis como emissores de baixa frequência e/ou receptores para detecção gesto de ultrassônica. Em algumas implementações, a matriz PMUT 105 pode incluir elementos PMUT 310 configuráveis como emissores de alta frequência e/ou receptores, por exemplo, detecção de impressão digital, caneta gráfica e/ou outras detecção biométrica ultrassônica. Em algumas implementações, a matriz PMUT 105 pode incluir elementos PMUT 310 configuráveis como ambos emissores de baixa frequência e alta frequência e/ou receptores, por exemplo, para detecção de gestos e detecção biométrica. Em algumas configurações, a matriz PMUT 105 pode incluir elementos PMUT 310 que são capazes da funcionalidade do botão, que pode ser funcionalidade de botão de autenticação e/ou funcionalidade de botão de não-autenticação. Em algumas implementações, a matriz PMUT 105 pode incluir elementos PMUT 310 configurados para operar em um modo de frequência médio. Quando se opera no modo de média frequência, o dispositivo de exibição 40 pode ser capaz de proporcionar a capacidade de detecção de gesto e/ou funcionalidade de sensor de toque, mas com um pouco menos de resolução que a operação no modo de baixa frequência ou alta frequência.[0077] The PMUT array 105 may include various types of PMUT elements 310, depending on the particular implementation. In some implementations, the PMUT matrix 105 may include PMUT elements 310 configurable as low frequency emitters and/or receivers for ultrasonic gesture detection. In some implementations, the PMUT matrix 105 may include configurable PMUT elements 310 as high frequency emitters and/or receivers, for example, fingerprint detection, stylus and/or other ultrasonic biometric detection. In some implementations, the PMUT matrix 105 may include PMUT elements 310 configurable as both low frequency and high frequency emitters and/or receivers, for example, for gesture detection and biometric detection. In some configurations, the PMUT matrix 105 may include PMUT elements 310 that are capable of button functionality, which may be authenticate button functionality and/or deauthenticate button functionality. In some implementations, the PMUT matrix 105 may include PMUT elements 310 configured to operate in a medium frequency mode. When operating in mid-frequency mode, display device 40 may be able to provide gesture sensing capability and/or touch sensor functionality, but with slightly less resolution than operating in low-frequency mode or high frequency.

[0078] No exemplo mostrado na Figura 5B, o substrato 305 e o substrato 515 podem ser unidos por meio de um agente de acoplamento 520. Aqui, o substrato 515 e a tampa de vidro 525 são unidos através de um adesivo 530. O agente de acoplamento 520 pode incluir silicone, um adesivo como epoxi, um adesivo sensível à pressão (PSA), ou outro material adequado com propriedades acústicas e óticas. Por exemplo, o agente de acoplamento 520 pode ter uma pequena ou diferença de impedância acústica substancialmente nula com o substrato 305 e o substrato 515. De modo similar, o adesivo 530 pode ter uma pequena ou diferença de impedância acústica substancialmente nula com o substrato 515 e o substrato 525. De preferência, não há substancialmente nenhuma lacuna de ar entra a matriz PMUT 105 e a tampa de vidro 525.[0078] In the example shown in Figure 5B, the substrate 305 and the substrate 515 can be joined by means of a coupling agent 520. Here, the substrate 515 and the cover glass 525 are joined by means of an adhesive 530. The agent coupling element 520 can include silicone, an adhesive such as epoxy, a pressure sensitive adhesive (PSA), or other suitable material with acoustic and optical properties. For example, coupling agent 520 may have little or substantially zero acoustic impedance difference with substrate 305 and substrate 515. Similarly, adhesive 530 may have little or substantially zero acoustic impedance difference with substrate 515 and substrate 525. Preferably, there is substantially no air gap between PMUT matrix 105 and cover glass 525.

[0079] A Figura 5C mostra uma pilha exemplar para um dispositivo de exibição que inclui uma tela LCD e uma matriz PMUT. Por uma questão de simplicidade, as camadas adesivas da pilha não são mostradas. Aqui, o dispositivo de exibição 40 pode incluir uma matriz PMUT 105, um painel de retroiluminação 532, um módulo de tela LCD 535, um painel de toque 540 e uma tampa de vidro 525.[0079] Figure 5C shows an exemplary stack for a display device that includes an LCD screen and a PMUT matrix. For the sake of simplicity, the sticky layers of the stack are not shown. Here, the display device 40 may include a PMUT matrix 105, a backlight panel 532, an LCD screen module 535, a touch panel 540, and a glass cover 525.

[0080] Neste exemplo, a matriz PMUT 105 pode incluir uma matriz pMUT e circuito TFT em um substrato 305. Aqui, o painel retroiluminação 532 inclui um substrato de retroiluminação, um filme refletor, um filme difusor e um filme de realce de brilho (BEF). Nesta implementação, o módulo de tela LCD 535 inclui camadas de polarização, um substrato TFT, circuitos TFT, material de cristal líquido, filtros de cor e um vidro do filtro de cor. Neste exemplo, o painel de toque 540 inclui um substrato de painel de toque, o qual é formado de vidro neste caso, assim como camadas de eletrodos transparentes, que são as camadas de óxido de estanho de índio (ITO) nesta implementação. Em algumas implementações, o circuito TFT para controlar a matriz PMUT 105 e o circuito TFT para controlar o módulo de tela do LCD 535 podem ser capazes de compartilhar um cabo flexível.[0080] In this example, the PMUT matrix 105 may include a pMUT matrix and TFT circuit on a substrate 305. Here, the backlight panel 532 includes a backlight substrate, a reflector film, a diffuser film, and a gloss enhancement film ( BEF). In this implementation, the LCD display module 535 includes polarization layers, a TFT substrate, TFT circuitry, liquid crystal material, color filters, and a color filter glass. In this example, touch panel 540 includes a touch panel substrate, which is formed of glass in this case, as well as transparent electrode layers, which are the indium tin oxide (ITO) layers in this implementation. In some implementations, the TFT circuit for controlling the PMUT matrix 105 and the TFT circuit for controlling the LCD display module 535 may be able to share a flex cable.

[0081] A Figura 5D mostra uma pilha exemplar para um dispositivo de exibição que inclui uma tela OLED e uma matriz PMUT. Neste exemplo, a pilha é substancialmente mais simples do que a mostrada na Figura 5C. O módulo de tela de OLED 545, que inclui um substrato TFT, circuito TFT e material de OLED, é substancialmente mais simples do que o módulo de tela do LCD 535 mostrado na Figura 5C. Além disso, porque o módulo de tela OLED 545 é um módulo de visualização emissivo, nenhum painel de retroiluminação é necessário. Em algumas implementações, o circuito TFT para controlar a matriz PMUT 105 e o circuito TFT para controlar o módulo de tela do LCD 545 podem ser capazes de compartilhar um cabo flexível.[0081] Figure 5D shows an exemplary stack for a display device that includes an OLED screen and a PMUT matrix. In this example, the stack is substantially simpler than that shown in Figure 5C. The OLED screen module 545, which includes a TFT substrate, TFT circuit and OLED material, is substantially simpler than the LCD screen module 535 shown in Figure 5C. Furthermore, because the OLED 545 display module is an emissive display module, no backlight panel is required. In some implementations, the TFT circuit for controlling the PMUT matrix 105 and the TFT circuit for controlling the LCD display module 545 may be able to share a flex cable.

[0082] Como mencionado acima, tendo uma matriz PMUT de “tamanho completo” 105 que é co-extensiva com uma variedade de pixels de tela pode proporcionar várias vantagens potenciais. No entanto, uma matriz PMUT de tamanho integral 105 fixada na parte traseira de uma tela 30 pode aumentar substancialmente a despesa e aumentar a espessura do dispositivo de exibição.[0082] As mentioned above, having a "full size" PMUT matrix 105 that is co-extensive with a variety of screen pixels can provide several potential advantages. However, a full-size PMUT matrix 105 attached to the rear of a screen 30 can substantially increase the expense and increase the thickness of the display device.

[0083] Entretanto, em alguns exemplos, pelo menos uma porção da matriz PMUT 105 pode ser disposta atrás somente de uma parte da tela. A Figura 6 A mostra um exemplo de um dispositivo de exibição que inclui uma matriz PMUT atrás somente de uma porção de uma tela. Os elementos mostrados na Figura 6A são substancialmente similares aos mostrados na Figura 5B. No entanto, no exemplo da Figura 6A, a área 605 ocupada pela matriz PMUT 105 é substancialmente menor que a área 610 ocupada pela tela 30.[0083] However, in some examples, at least a portion of the PMUT matrix 105 may be arranged behind only a portion of the screen. Figure 6A shows an example of a display device that includes a PMUT matrix behind only a portion of a screen. The elements shown in Figure 6A are substantially similar to those shown in Figure 5B. However, in the example of Figure 6A, the area 605 occupied by the PMUT matrix 105 is substantially smaller than the area 610 occupied by the screen 30.

[0084] Em algumas implementações, a matriz PMUT 105 pode incluir elementos PMUT 310 configuráveis como emissores de alta frequência e/ou receptores, por exemplo, detecção de impressão digital, caneta gráfica e/ou outras detecção biométrica ultrassônica. Em algumas dessas implementações, a matriz PMUT 105 pode corresponder a uma área do sensor de impressões digitais ou área de touchpad ultrassônica do dispositivo de exibição 40. Em algumas implementações, a matriz PMUT 105 pode incluir elementos PMUT 310 configuráveis como emissores de baixa frequência e/ou receptores para detecção gesto de ultrassônica. Nessas implementações, o dispositivo de exibição 40 pode incluir várias áreas 605 cada uma das quais correspondente a uma matriz PMUT 105. Em algumas implementações, a matriz PMUT 105 pode incluir elementos PMUT 310 configuráveis como ambos emissores de baixa frequência e alta frequência e/ou receptores, por exemplo, para detecção de gestos e detecção biométrica. Em algumas implementações, a matriz PMUT 105 pode incluir elementos PMUT 310 configurados para operar em um modo de frequência médio, por exemplo, para detecção de gesto de resolução inferior e/ou funcionalidade de sensor de toque.[0084] In some implementations, the PMUT matrix 105 may include configurable PMUT elements 310 as high-frequency emitters and/or receivers, for example, fingerprint detection, pen graph and/or other ultrasonic biometric detection. In some of these implementations, PMUT matrix 105 may correspond to a fingerprint sensor area or ultrasonic touchpad area of display device 40. In some implementations, PMUT matrix 105 may include PMUT elements 310 configurable as low frequency emitters and /or receivers for ultrasonic gesture detection. In these implementations, display device 40 may include multiple areas 605 each of which correspond to a PMUT matrix 105. In some implementations, PMUT matrix 105 may include PMUT elements 310 configurable as both low frequency and high frequency emitters and/or receivers, for example, for gesture detection and biometric detection. In some implementations, the PMUT matrix 105 may include PMUT elements 310 configured to operate in a mid-frequency mode, for example, for lower resolution gesture detection and/or touch sensor functionality.

[0085] De acordo com algumas implementações, pelo menos uma porção da matriz PMUT 105 pode ser disposta em uma área periférica da tela 30. Um sistema de controle, como o sistema de controle 110 da Figura 1A, pode ser capaz de controlar uma porção da matriz PMUT 105 que está disposta na área periférica da tela 30 para a funcionalidade de sensor de biométrico (como funcionalidade de sensor de impressão digital), funcionalidade de almofada touchpad ou assinatura (ex., caneta gráfica), funcionalidade de detecção de gestos e/ou funcionalidade de botão.[0085] According to some implementations, at least a portion of the PMUT matrix 105 may be arranged in a peripheral area of the screen 30. A control system, such as the control system 110 of Figure 1A, may be able to control a portion of the PMUT matrix 105 that is disposed in the peripheral area of the screen 30 for biometric sensor functionality (such as fingerprint sensor functionality), touchpad or signature pad functionality (eg, stylus), gesture detection functionality, and /or button functionality.

[0086] As Figuras 6B-D mostram um exemplo de um dispositivo de exibição que inclui uma matriz PMUT próxima a uma periferia de uma tela. Como mostrado na Figura 6B, um dispositivo de exibição 40 (uma porção da qual é mostrada) pode incluir uma tela 30 formada sobre um substrato 660 juntamente com uma matriz PMUT 105. A tela 30 pode ser oticamente e mecanicamente acoplada a uma lente de cobertura ou vidro de cobertura 630. Um ou mais orifícios 180 podem ser formados no vidro de cobertura 630 para permitir a transmissão e a recepção das ondas acústicas e ultrassônicas 190. Os orifícios 180 podem incluir, por exemplo, um ou mais orifícios circulares, quadrados ou retangulares, orifícios alongados, orifícios afunilados ou ranhuras. A Figura 6C mostra uma porção de um dispositivo de exibição 40 com uma tela 30 e uma matriz PMUT 105 formada sobre um substrato 660, com o conjunto ótica e mecanicamente acoplados a um vidro de cobertura 630 que tem um ou mais orifícios 180 formados nele. Os orifícios 180 podem ser cheios com um material de acoplamento acústico 186 como um gel de silicone para proporcionar alguma proteção ambiental para a matriz PMUT 105 ao mesmo tempo permitindo a transmissão e recepção de ondas ultrassônicas 190. A Figura 6D mostra uma cobertura fina ou revestimento 188 disposto sobre um material de acoplamento 186 posicionado dentro de um orifício 180 formado em um vidro de cobertura 630. Uma camada adesiva 184 pode conectar uma membrana de proteção 182 ao vidro de cobertura 630, enquanto que a membrana de proteção pode ser ligada à matriz PMUT 105 que pode ser formado no substrato 660 juntamente com a exibição visual 30. O revestimento 188 pode ser um revestimento duro como carbono tipo diamante (DLC), um acrílico, ou outro material de revestimento adequado que seja suficientemente compatível para a transmissão das ondas ultrassônicas 190, proporcionando proteção ambiental adicional para a matriz PMUT 105, os circuitos associados e tela 30 do dispositivo de exibição 40.[0086] Figures 6B-D show an example of a display device that includes a PMUT matrix near a periphery of a screen. As shown in Figure 6B, a display device 40 (a portion of which is shown) may include a screen 30 formed on a substrate 660 along with a PMUT matrix 105. The screen 30 may be optically and mechanically coupled to a cover lens or cover glass 630. One or more holes 180 may be formed in the cover glass 630 to allow transmission and reception of acoustic and ultrasonic waves 190. The holes 180 may include, for example, one or more circular, square or rectangular, elongated holes, tapered holes or slots. Figure 6C shows a portion of a display device 40 with a screen 30 and a PMUT matrix 105 formed on a substrate 660, with the assembly optically and mechanically coupled to a cover glass 630 that has one or more holes 180 formed therein. Holes 180 may be filled with an acoustic coupling material 186 such as a silicone gel to provide some environmental protection for the PMUT array 105 while also allowing transmission and reception of ultrasonic waves 190. Figure 6D shows a thin covering or coating 188 disposed over a mating material 186 positioned within a hole 180 formed in a cover glass 630. An adhesive layer 184 can connect a protective membrane 182 to the covering glass 630, while the protective membrane can be bonded to the matrix PMUT 105 which may be formed on substrate 660 along with visual display 30. Coating 188 may be a hard coating such as diamond-like carbon (DLC), an acrylic, or other suitable coating material that is sufficiently compatible for wave transmission. ultrasonic beams 190, providing additional environmental protection for the PMUT matrix 105, associated circuitry and screen 30 of display device 40.

[0087] As Figuras 7A-7F mostram exemplos de matrizes PMUT dispostas em áreas periféricas de uma tela. Nestes exemplos, o circuito TFT para a tela e circuito TFT para as matrizes PMUT 105 são disposto no mesmo substrato (ex., comum).[0087] Figures 7A-7F show examples of PMUT arrays arranged in peripheral areas of a screen. In these examples, the TFT circuit for the screen and the TFT circuit for the PMUT 105 matrices are arranged on the same substrate (eg common).

[0088] Na Figura 7A, por exemplo, o circuito TFT 705 para a matriz PMUT 105 é disposto sobre o mesmo substrato (o substrato 305) como circuito TFT 730 para uma tela. A tela pode, por exemplo, ser uma tela LCD ou uma OLED. Aqui, o multiplexador de dados e circuito de controle 410 podem ser conectados às almofadas flexíveis através da região de fanout 710. Neste exemplo, a matriz PMUT 105 é uma martiz PMUT configurável como um sensor de impressão digital ou elemento sensível ao toque ultrassônico. Entretanto, em implementações alternativas pelo menos uma porção da matriz PMUT 105 pode ser configurável para outra funcionalidade, como funcionalidade de detecção de gesto e/ou funcionalidade de botão. Nesta implementação, a matriz PMUT 105 é disposta em um canto do dispositivo de exibição 40 fora de uma área de exibição ativa. A área de exibição pode ser aproximadamente coextensiva com a área do circuito TFT 730 mostrado na Figura 7A. Em algumas implementações, uma ou mais almofadas flexíveis no substrato 305 podem fornecer a conexão elétrica entre o circuito TFT 705 e circuito externo. Um ou mais cabos flexíveis podem ser fixados ou eletricamente conectados a pelo menos uma porção das almofadas flexíveis 415 no substrato 305. Por exemplo, um cabo flexível pode ser compartilhado entre o circuito para controlar pelo menos uma porção da matriz PMUT 105 e circuito TFT 730 para controlar a tela.[0088] In Figure 7A, for example, the TFT circuit 705 for the PMUT matrix 105 is disposed on the same substrate (the substrate 305) as the TFT circuit 730 for a screen. The screen can, for example, be an LCD screen or an OLED screen. Here, the data multiplexer and control circuit 410 can be connected to the flexible pads through the fanout region 710. In this example, the PMUT matrix 105 is a PMUT matrix configurable as a fingerprint sensor or ultrasonic touch sensitive element. However, in alternative implementations at least a portion of the PMUT matrix 105 may be configurable for other functionality, such as gesture detection functionality and/or button functionality. In this implementation, PMUT matrix 105 is disposed in a corner of display device 40 outside an active display area. The display area can be approximately coextensive with the area of the TFT circuit 730 shown in Figure 7A. In some implementations, one or more flexible pads on substrate 305 may provide the electrical connection between TFT circuit 705 and external circuitry. One or more flexible cables may be attached or electrically connected to at least a portion of the flexible pads 415 on the substrate 305. For example, a flexible cable may be shared between circuitry for controlling at least a portion of the PMUT matrix 105 and TFT circuit 730 to control the screen.

[0089] Na Figura 7B, o circuito TFT 705 para a matriz PMUT 105 é disposto sobre o mesmo substrato 305 como o circuito TFT 730 para uma tela. Neste exemplo, a matriz PMUT 105 inclui sub-matrizes PMUT 105a e 105b. Nesta implementação, as sub-matrizes PMUT 105a-b são dispostas fora da área de exibição ativa. Nesta implementação, as sub-matrizes PMUT 105a e 105b podem se estender ao longo de pelo menos uma porção dos lados 715a e 715b, respectivamente, do dispositivo de exibição 40. Por exemplo, uma cadeia unidimensional dos elementos PMUT de baixa frequência podem ser posicionados ao longo de um primeiro lado 715a do dispositivo de exibição 40, e outra cadeia dos elementos PMUT de baixa frequência podem ser posicionados ao longo de um segundo lado 715b do dispositivo de exibição 40. Em outro exemplo, um primeiro elemento PMUT pode ser posicionado ao longo do primeiro lado 715a próximo a um canto do dispositivo de exibição 40 e um segundo elemento PMUT pode ser posicionado ao longo do primeiro lado 715a próximo a um segundo canto do dispositivo de exibição 40. Um terceiro e quarto elemento PMUT pode ser posicionado ao longo do segundo lado 715b próximo a um terceiro e quarto canto do dispositivo de exibição 40. Os elementos PMUT configurados próximos a cada um dos quatro cantos do dispositivo de exibição 40 podem permitir a detecção de gesto através da triangulação de um dedo, mão ou outro objeto posicionado acima do dispositivo de exibição 40. Mais de um elemento PMUT em uma sub-matriz pode ser configurado em cada canto ou ao longo de um ou mais lados do dispositivo de exibição 40. Em alguns exemplos, as sub-matrizes PMUT 105a e 105b podem ser configuráveis para detecção de gesto. Nesta implementação, as sub-matrizes PMUT 105F podem ser acionadas pelo circuito TFT 705 que pode ser disposto em dois cantos do dispositivo de exibição 40. Em implementações alternativas, o circuito TFT 705 e matrizes PMUT 105 podem ser configurável para outra funcionalidade, como funcionalidade de detecção de impressão digital e/ou funcionalidade de botão.[0089] In Figure 7B, the TFT circuit 705 for the PMUT matrix 105 is disposed on the same substrate 305 as the TFT circuit 730 for a screen. In this example, PMUT matrix 105 includes PMUT sub-matrices 105a and 105b. In this implementation, the PMUT 105a-b sub-arrays are laid out outside the active display area. In this implementation, PMUT sub-arrays 105a and 105b may extend along at least a portion of sides 715a and 715b, respectively, of display device 40. For example, a one-dimensional string of low-frequency PMUT elements may be positioned along a first side 715a of display device 40, and another string of low-frequency PMUT elements may be positioned along a second side 715b of display device 40. In another example, a first PMUT element may be positioned along a second side 715b of display device 40. along first side 715a near a corner of display device 40 and a second PMUT element may be positioned along first side 715a near a second corner of display device 40. A third and fourth PMUT element may be positioned along of the second side 715b near a third and fourth corner of the display device 40. PMUT elements configured near each of the four corners of the display device 40 can allow for gesture detection through triangulation of a finger, hand or other object positioned above display device 40. More than one PMUT element in a sub-array can be configured at each corner or along one or more sides of display device 40. In some examples, PMUT sub-arrays 105a and 105b can be configurable for gesture detection. In this implementation, PMUT sub-arrays 105F may be driven by TFT circuit 705 which may be disposed in two corners of display device 40. In alternative implementations, TFT circuit 705 and PMUT matrices 105 may be configurable for other functionality, such as functionality fingerprint detection and/or button functionality.

[0090] Na Figura 7C, a matriz PMUT 105 inclui sub-matrizes PMUT 105a, 105b e 105f, todas as quais são dispostas fora da área ativa da tela. Como na implementação mostrada na Figura 7B, as sub-matrizes PMUT 105a e 105b podem se estender ao longo de uma porção ou todos os lados 715a e 715b, respectivamente, do dispositivo de exibição 40. Em alguns exemplos, as sub-matrizes PMUT 105a e 105b podem ser configuráveis para detecção de gesto. Nesta implementação, a sub-matriz 105f pode ser configurável para a funcionalidade de sensor de impressão digital ou de touchpad ultrassônico. Consequentemente, neste exemplo, o circuito TFT 705 para a matriz PMUT 105 pode incluir o circuito TFT para a funcionalidade de sensor de impressão digiral e de detecção de gesto.[0090] In Figure 7C, the PMUT matrix 105 includes PMUT sub-arrays 105a, 105b and 105f, all of which are disposed outside the active area of the screen. As in the implementation shown in Figure 7B, PMUT sub-arrays 105a and 105b may extend along a portion or all sides 715a and 715b, respectively, of display device 40. In some examples, PMUT sub-arrays 105a and 105b may be configurable for gesture detection. In this implementation, the 105f sub-array can be configurable for either fingerprint sensor or ultrasonic touchpad functionality. Accordingly, in this example, the TFT circuit 705 for the PMUT matrix 105 may include the TFT circuit for the fingerprint sensor and gesture detection functionality.

[0091] Na Figura 7C, a matriz PMUT 105 inclui sub-matrizes PMUT 105g-105i, todas as quais são dispostas fora da área ativa da tela. Aqui, a região de fanout 710 e as almofadas flexíveis 415 são compensadas para permitir espaço para as sub-matrizes PMUT 105g-105i. Nesta implementação, as sub-matrizes 105g-105i podem ser configuráveis para a funcionalidade de botão. Consequentemente, neste exemplo, o circuito TFT 705 para a matriz PMUT 105 pode incluir o circuito TFT para a funcionalidade de botão. A funcionalidade do botão de controle pode envolver algum aspecto do dispositivo de exibição 40, com ou sem funcionalidade de autenticação. Deste modo, estes botões podem ser referidos como botões de “autenticação” ou botões de “não-autenticação”. As sub- matrizes PMUT para botões de autenticação podem incluir substancialmente mais elementos PMUT 310 do que as sub- matrizes PMUT para botões de não autenticação, para permitir o imageamento de resolução mais alta das impressões digitais. Em alguns exemplos, um botão de não- autenticação pode corresponder com um único elemento PMUT 310, uma pequena (ex., dois por dois) matriz dos elementos PMUT 310, ou uma matriz maior de elementos PMUT 310.[0091] In Figure 7C, the PMUT matrix 105 includes PMUT sub-arrays 105g-105i, all of which are disposed outside the active area of the screen. Here, the fanout region 710 and the flex pads 415 are offset to allow space for the PMUT 105g-105i sub-arrays. In this implementation, sub-arrays 105g-105i may be configurable for button functionality. Accordingly, in this example, the TFT circuit 705 for the PMUT matrix 105 may include the TFT circuit for button functionality. Control button functionality may involve some aspect of display device 40, with or without authentication functionality. Therefore, these buttons can be referred to as “authentication” buttons or “de-authentication” buttons. The PMUT sub-arrays for authentication buttons can include substantially more PMUT elements 310 than the PMUT sub-arrays for de-authentication buttons, to allow higher resolution imaging of fingerprints. In some examples, a de-authenticate button may correspond with a single PMUT element 310, a small (e.g., two by two) array of PMUT elements 310, or a larger array of PMUT elements 310.

[0092] Em algumas implementações, pelo menos uma das sub-matrizes PMUT 105g-105i pode ser configurada para a a funcionalidade do botão de autenticação e, pelo menos, uma das sub-matrizes PMUT 105g-105i pode ser configurada para a funcionalidade do botão de não autenticação. Em tais implementações, o circuito TFT 705 para a matriz PMUT 105 pode incluir circuitos TFT para a funcionalidade do botão de autenticação (por exemplo, a funcionalidade do sensor de impressões digitais) e funcionalidade do botão de não-autenticação. Em algumas implementações, um botão de autenticação também pode servir como um botão de não-autenticação.[0092] In some implementations, at least one of PMUT sub-arrays 105g-105i may be configured for authentication button functionality, and at least one of PMUT sub-arrays 105g-105i may be configured for button functionality of non-authentication. In such implementations, TFT circuitry 705 for PMUT matrix 105 may include TFT circuitry for authentication button functionality (e.g., fingerprint sensor functionality) and de-authentication button functionality. In some implementations, an authenticate button can also serve as a de-authenticate button.

[0093] A Figura 7E inclui sub-matrizes PMUT 105j e 105k, cada uma das quais pode estar localizada em um canto do dispositivo de exibição 40. Neste exemplo, a sub- matriz PMUT 105j é capaz da funcionalidade de sensor de impressão digital e a sub-matriz PMUT 105K é capaz da funcionalidade do botão. Por conseguinte, neste exemplo, o circuito TFT 705a para a matriz PMUT 105 inclui circuitos TFT para a funcionalidade de sensor de impressão digital e o circuito TFT 705b inclui circuitos TFT para a funcionalidade do botão, que pode ser a funcionalidade do botão de autenticação ou do botão de não-autenticação.[0093] Figure 7E includes PMUT sub-arrays 105j and 105k, each of which may be located in a corner of display device 40. In this example, PMUT sub-array 105j is capable of fingerprint sensor functionality and the PMUT 105K sub-matrix is capable of button functionality. Therefore, in this example, TFT circuit 705a for PMUT matrix 105 includes TFT circuitry for fingerprint sensor functionality and TFT circuit 705b includes TFT circuitry for button functionality, which can be authentication button functionality or the de-authenticate button.

[0094] A Figura 7F inclui sub-matrizes PMUT 105a, 105b e 1051-105n. Como na implementação mostrada na Figura 7B, as sub-matrizes PMUT 105a e 105b se estendem ao longo de uma porção ou todos os lados 715a e 715b, respectivamente, do dispositivo de exibição 40. Neste exemplo, as sub-matrizes PMUT 105 a e 105b são configuráveis para detecção de gesto.[0094] Figure 7F includes PMUT sub-arrays 105a, 105b and 1051-105n. As in the implementation shown in Figure 7B, PMUT sub-arrays 105a and 105b extend along a portion or all sides 715a and 715b, respectively, of display device 40. In this example, PMUT sub-arrays 105a and 105b are configurable for gesture detection.

[0095] Nesta implementação, a sub-matriz PMUT 1051 é capaz de fornecer a funcionalidade do sensor de impressão digital e funcionalidade de detecção de gesto. Aqui, a sub-matriz PMUT 105m é capaz da funcionalidade do botão. Neste exemplo, a sub-matriz PMUT 105n é capaz de fornecer ambas as funcionalidade de detecção de gesto e funcionalidade de botão. Consequentemente, neste exemplo, o circuito TFT 705 para a matriz PMUT 105 inclui o circuito TFT para a funcionalidade de sensor de impressão digital e de detecção de gesto. Aqui, o circuito de TFT 705d inclui circuitos TFT para a funcionalidade do botão, que pode ser a funcionalidade do botão de autenticação ou funcionalidade do botão de não autenticação, bem como circuitos TFT para funcionalidade de detecção de gesto.[0095] In this implementation, the PMUT sub-array 1051 is capable of providing fingerprint sensor functionality and gesture detection functionality. Here, the PMUT 105m sub-matrix is capable of button functionality. In this example, the PMUT 105n sub-array is capable of providing both gesture detection functionality and button functionality. Accordingly, in this example, the TFT circuit 705 for the PMUT matrix 105 includes the TFT circuit for the fingerprint sensor and gesture detection functionality. Here, the TFT circuit 705d includes TFT circuits for button functionality, which can be authentication button functionality or de-authentication button functionality, as well as TFT circuits for gesture detection functionality.

[0096] Em vista do acima exposto, será evidente para aqueles versados na técnica que várias outras configurações estão dentro do escopo da presente revelação. Por exemplo, algumas implementações alternativas podem incluir sub-matrizes PMUT dispostas em cada canto da periferia da tela que são capazes de fornecer a funcionalidade de detecção de gesto. As sub-matrizes PMUT podem proporcionar plena capacidade de enviar e receber sinais ultrassônicos para detecção de gesto. Em algumas implementações, um ou mais microfones em um dispositivo móvel podem ser utilizados para receber ondas ultrassônicas geradas pelos elementos PMUT para um novo auxílio na detecção de gesto. Microfones típicos têm faixa de áudio limitada (por exemplo, resposta de 100 a 10.000 Hz), enquanto microfones de áudio com melhor desempenho podem ser sensíveis às frequências ultrassônicas de até 180 kHz ou 200 kHz. Os microfones podem ser posicionados em várias localizações no dispositivo móvel, como perto da parte inferior da face do dispositivo. Telefones de alto desempenho podem ter vários microfones na parte dianteira e/ou traseira do gabinete telefone para maior clareza de áudio e cancelamento de ruído. Os microfones com uma resposta de alta frequência podem ajudar na detecção de gesto, juntamente com elementos PMUT que operam em um modo de recepção. Portanto, em algumas implementações alternativas, pelo menos, alguns receptores utilizados para a detecção de gesto podem ser microfones de um dispositivo de exibição.[0096] In view of the foregoing, it will be apparent to those skilled in the art that various other configurations are within the scope of the present disclosure. For example, some alternative implementations may include PMUT sub-arrays arranged at each corner of the screen periphery that are capable of providing gesture detection functionality. PMUT sub-arrays can provide full capability to send and receive ultrasonic signals for gesture detection. In some implementations, one or more microphones on a mobile device may be used to receive ultrasonic waves generated by PMUT elements to further aid in gesture detection. Typical microphones have a limited audio range (eg, 100 to 10,000 Hz response), while better performing audio microphones may be sensitive to ultrasonic frequencies up to 180 kHz or 200 kHz. Microphones can be placed in a variety of locations on the mobile device, such as near the bottom of the device's face. High performance phones may have multiple microphones on the front and/or back of the phone case for increased audio clarity and noise cancellation. Microphones with a high frequency response can help with gesture detection, along with PMUT elements that operate in a receive mode. Therefore, in some alternative implementations, at least some of the receivers used for gesture detection may be microphones on a display device.

[0097] Em algumas implementações, um painel sensível ao toque e pelo menos porções da matriz PMUT 105 podem compartilhar um cabo flexível comum. De acordo com algumas implementações, um substrato do painel de toque ou um vidro de cobertura pode ter eletrodos adicionais para as conexões elétricas do lado de cima para, pelo menos, uma porção da matriz PMUT 105 localizada na periferia de uma área de exibição. Em algumas dessas implementações, esses eletrodos adicionais podem proporcionar conectividade elétrica com pelo menos uma porção de um sistema de controle.[0097] In some implementations, a touch panel and at least portions of the PMUT 105 matrix may share a common flex cable. In accordance with some implementations, a touch panel substrate or cover glass may have additional electrodes for the topside electrical connections to at least a portion of the PMUT array 105 located at the periphery of a display area. In some of these implementations, these additional electrodes may provide electrical connectivity with at least a portion of a control system.

[0098] Algumas de tais implementações podem ter um sistema de controle que inclui um circuito TFT separado disposto sobre substratos separados para a tela e para pelo menos uma porção da matriz PMUT 105, que pode ser disposta sobre uma periferia da tela. Em algumas dessas implementações, esses eletrodos adicionais podem ser configurados para conectividade elétrica com circuitos, como circuitos TFT, com uma porção da matriz PMUT 105 configurada para a funcionalidade de sensor de impressões digitais e/ou funcionalidade de detecção de gesto. Em algumas dessas implementações, esses eletrodos adicionais podem ser configurados para conectividade elétrica com circuitos, como circuitos TFT, com uma porção da matriz PMUT 105 configurada para a funcionalidade de botão (ex., funcionalidade de botão de autenticação ou não- autenticação).[0098] Some such implementations may have a control system that includes a separate TFT circuit disposed on separate substrates for the screen and for at least a portion of the PMUT matrix 105, which may be disposed on a periphery of the screen. In some of these implementations, these additional electrodes may be configured for electrical connectivity to circuits, such as TFT circuits, with a portion of the PMUT array 105 configured for fingerprint sensor functionality and/or gesture detection functionality. In some of these implementations, these additional electrodes may be configured for electrical connectivity to circuits, such as TFT circuits, with a portion of the PMUT matrix 105 configured for button functionality (eg, authenticate or de-authenticate button functionality).

[0099] As Figuras 8A e 8B mostram exemplos de diagrama de blocos do sistema ilustrando um dispositivo de exibição que inclui pelo menos uma matriz PMUT conforme descrito aqui. O dispositivo de exibição 40 pode ser, por exemplo, um telefone celular ou móvel. No entanto, os mesmos componentes do dispositivo de exibição 40 ou ligeiras variações dos mesmos também são ilustrativos de vários tipos de dispositivos de exibição, como televisores, computadores, tablets, e-readers, dispositivos portáteis e dispositivos de mídia portáteis.[0099] Figures 8A and 8B show sample system block diagrams illustrating a display device that includes at least one PMUT matrix as described herein. The display device 40 can be, for example, a cellular or mobile phone. However, the same components of display device 40 or slight variations thereof are also illustrative of various types of display devices, such as televisions, computers, tablets, e-readers, handheld devices, and portable media devices.

[0100] O dispositivo de exibição 40 inclui um invólucro 41, uma tela 30, uma antena 43, um altofalante 45, um dispositivo de entrada 48 e um ou mais microfones 46. O invólucro 41 pode ser formado a partir de qualquer um de uma variedade de processos de fabricação, incluindo moldagem por injeção e moldagem a vácuo. Além disso, o invólucro 41 pode ser feito a partir de qualquer um de uma variedade de materiais, incluindo, mas não se limitando a: plástico, metal, vidro, borracha e cerâmica, ou uma combinação dos mesmos. O invólucro 41 pode incluir porções removíveis (não mostradas) que podem ser intercambiadas com outras porções removíveis de cor diferente, ou com diferentes logotipos, imagens ou símbolos[0100] The display device 40 includes a housing 41, a screen 30, an antenna 43, a speaker 45, an input device 48 and one or more microphones 46. The housing 41 may be formed from any one of a variety of manufacturing processes including injection molding and vacuum molding. Furthermore, housing 41 can be made from any of a variety of materials, including, but not limited to: plastic, metal, glass, rubber, and ceramic, or a combination thereof. The wrapper 41 may include removable portions (not shown) that may be interchanged with other removable portions of a different color, or with different logos, images or symbols.

[0101] A tela 30 pode ser qualquer uma de uma variedade de telas, incluindo uma tela bi-estável ou analógica, como é descrito aqui. O tela 30 também pode incluir um monitor de tela plana, como plasma, EL, OLED, LCD STN, ou LCD TFT, ou um monitor de tela não-plana, como um CRT ou outro dispositivo de tubo. Além disso, a tela 30 pode incluir uma tela baseada em modulador interferométrico (IMOD).[0101] Screen 30 can be any of a variety of screens, including a bistable or analog screen, as described herein. The display 30 can also include a flat panel display, such as plasma, EL, OLED, STN LCD, or TFT LCD, or a non-flat panel display, such as a CRT or other tube device. Additionally, screen 30 may include an interferometric modulator (IMOD) based screen.

[0102] Os componentes do dispositivo de exibição 40 são ilustrados esquematicamente na Figura 8B. O dispositivo de exibição 40 inclui um invólucro 41 e pode incluir componentes adicionais, pelo menos parcialmente envoltos nele. Por exemplo, o dispositivo de exibição 40 inclui uma interface de rede 27 que inclui uma antena 43 que pode ser acoplada a um transceptor 47. A interface de rede 27 pode ser uma fonte para dados de imagem que podem ser exibidos no dispositivo de exibição 40. Por conseguinte, a interface de rede 27 é um exemplo de um módulo de fonte de imagem, mas o processador 21 e o dispositivo de entrada 48 também podem servir como um módulo de fonte de imagem. O transceptor 47 está ligado a um processador 21, que está ligado ao hardware de condicionamento 52. O hardware de condicionamento de 52 pode ser capaz de condicionar um sinal (como um filtro ou de outro modo manipular um sinal). O hardware de condicionamento 52 pode ser ligado a um altofalante 45 e um microfone 46. O processador 21 também pode ser conectado a um dispositivo de entrada 48 e um controlador de acionador 29. O controlador de acionador 29 pode ser acoplado a um buffer do quadro 28, e a um acionador de matriz 22, que por sua vez pode ser acoplado a uma matriz de exibição 30. Um ou mais elementos no dispositivo de exibição 40, incluindo elementos não especificamente representados na Figura 8B, podem ser capazes de funcionar como um dispositivo de memória e ser capazes de se comunicar com o processador 21. Em algumas implementações, uma fonte de alimentação 50 pode fornecer energia para praticamente todos os componentes do projeto de dispositivo de exibição específico 40.[0102] The components of the display device 40 are schematically illustrated in Figure 8B. Display device 40 includes housing 41 and may include additional components at least partially encased therein. For example, display device 40 includes a network interface 27 that includes an antenna 43 that can be coupled to a transceiver 47. Network interface 27 can be a source for image data that can be displayed on display device 40 Therefore, network interface 27 is an example of an image source module, but processor 21 and input device 48 can also serve as an image source module. Transceiver 47 is connected to a processor 21, which is connected to conditioning hardware 52. Conditioning hardware 52 may be capable of conditioning a signal (such as a filter or otherwise manipulating a signal). The conditioning hardware 52 can be connected to a speaker 45 and a microphone 46. The processor 21 can also be connected to an input device 48 and a trigger controller 29. The trigger controller 29 can be coupled to a frame buffer 28, and to a matrix driver 22, which in turn may be coupled to a display matrix 30. One or more elements on display device 40, including elements not specifically depicted in Figure 8B, may be capable of functioning as a memory device and be able to communicate with the processor 21. In some implementations, a power supply 50 can supply power to virtually all components of the specific display device design 40.

[0103] Neste exemplo, o dispositivo de exibição 40 também pode incluir uma ou mais matrizes bidimensionais lineares ou ramificadas PMUT 77. Em algumas implementações, pelo menos uma porção da matriz PMUT 77 pode estar disposta substancialmente atrás da tela 30. Em algumas dessas implementações, uma matriz PMUT 77 pode ser disposta atrás apenas de parte da tela 30, ao passo que em outras implementações de uma matriz PMUT 77 pode ser disposta atrás, substancialmente da totalidade da área da tela 30. Em algumas implementações, pelo menos uma porção da matriz PMUT 77 pode ser incluída dentro de um ou mais pixels de visualização da matriz de exibição 30. O processador 21 pode ser uma porção de um sistema de controle que é capaz de controlar a matriz PMUT 77 (pelo menos em parte), tal como aqui descrito. Por conseguinte, um sistema de controle 110, como descrito aqui em outro local pode incluir o processador 21 e/ou outros elementos do dispositivo de exibição 40, como TFTs.[0103] In this example, the display device 40 may also include one or more two-dimensional linear or branched PMUT arrays 77. In some implementations, at least a portion of the PMUT array 77 may be disposed substantially behind the screen 30. In some of these implementations , a PMUT matrix 77 may be disposed behind only part of the screen 30, whereas in other implementations a PMUT matrix 77 may be disposed behind substantially the entire area of the screen 30. In some implementations, at least a portion of the PMUT matrix 77 may be included within one or more display pixels of display matrix 30. Processor 21 may be a portion of a control system that is capable of controlling PMUT matrix 77 (at least in part), such as described here. Accordingly, a control system 110 as described elsewhere herein may include processor 21 and/or other elements of display device 40, such as TFTs.

[0104] Em algumas implementações, o processador 21 (e/ou um outro elemento do sistema de controle 110) pode ser capaz de fornecer a entrada para controlar o dispositivo de exibição 40 de acordo com um ou mais gestos detectados quando a matriz PMUT 77 está funcionando em um modo de baixa frequência. Em algumas implementações, o processador 21 (e/ou um outro elemento do sistema de controle 110) pode ser capaz de fornecer a entrada para controlar o dispositivo de exibição 40 de acordo com um ou mais locais de toque e/ou movimentos determinados quando a matriz PMUT 77 está funcionando em um modo de média frequência. Em algumas implementações, o processador 21 (e/ou um outro elemento do sistema de controle 110) pode ser capaz de fornecer a entrada para controlar o dispositivo de exibição 40 de acordo com um ou mais dados de impressão digital ou dados de entrada da caneta gráfica determinados quando a matriz PMUT 77 está funcionando em um modo de alta frequência.[0104] In some implementations, the processor 21 (and/or another element of the control system 110) may be able to provide input to control the display device 40 in accordance with one or more gestures detected when the PMUT matrix 77 it is running in a low frequency mode. In some implementations, processor 21 (and/or another element of control system 110) may be capable of providing input to control display device 40 in accordance with one or more designated touch locations and/or motions when the matrix PMUT 77 is working in a medium frequency mode. In some implementations, processor 21 (and/or another element of control system 110) may be capable of providing input to control display device 40 in accordance with one or more fingerprint data or pen input data. graphics determined when the PMUT 77 matrix is running in a high frequency mode.

[0105] A interface de rede 27 inclui a antena 43 e o transceptor 47 de modo que o dispositivo de exibição 40 pode se comunicar com um ou mais dispositivos através de uma rede. A interface de rede 27 também pode ter alguns recursos de processamento para aliviar, por exemplo, os requisitos de processamento de dados do processador 21. A antena 43 pode transmitir e receber sinais. Em algumas implementações, a antena 43 transmite e recebe os sinais de RF de acordo com o padrão IEEE 16.11, incluindo IEEE 16.11(a), (b), ou (g), ou o padrão IEEE 802.11, incluindo IEEE 802.11a, b, g, n, e outras implementações dos mesmos. Em algumas outras implementações, a antena 43 transmite e recebe os sinais de RF de acordo com o padrão Bluetooth. No caso de um telefone celular, a antena 43 pode ser concebida para receber sinais do acesso múltiplo por divisão de código (CDMA), FDMA (FDMA), TDMA (TDMA), Sistema Global para Comunicações Móveis (GSM), Serviço de Rádio de Pacote Geral/GSM (GPRS), ambiente GSM de Dados Aprimorados (EDGE), Rádio Truncado Terrestre (TETRA), CDMA de banda larga (W- CDMA), os Dados de Evolução Otimizados (EV-DO), 1xEV-DO, EV-DO Rev A, EV-DO Rev B, Acesso a Pacote de Alta Velocidade (HSPA), Acesso a Pacote Downlink de Alta Velocidade (HSDPA), Acesso a Pacote Uplink de Alta Velocidade (HSUPA), Acesso a Pacote de alta velocidade evoluído (HSPA+), Evolução a Longo Prazo (LTE), AMPS, ou outros sinais conhecidos que são utilizados para se comunicar dentro de uma rede sem fios, como um sistema que utiliza a tecnologia 3G, 4G ou 5G. O transceptor 47 pode pré-processar os sinais recebidos a partir da antena 43, para que eles possam ser recebidos por e ainda manipulado pelo processador 21. O transceptor 47 também pode processar os sinais recebidos a partir do processador 21, de modo que eles podem ser transmitidos a partir do dispositivo de exibição 40 através da antena 43.[0105] The network interface 27 includes the antenna 43 and the transceiver 47 so that the display device 40 can communicate with one or more devices over a network. Network interface 27 may also have some processing resources to alleviate, for example, the data processing requirements of processor 21. Antenna 43 may transmit and receive signals. In some implementations, antenna 43 transmits and receives RF signals in accordance with the IEEE 16.11 standard, including IEEE 16.11(a), (b), or (g), or the IEEE 802.11 standard, including IEEE 802.11a, b , g, n, and other implementations thereof. In some other implementations, the antenna 43 transmits and receives the RF signals in accordance with the Bluetooth standard. In the case of a cellular telephone, antenna 43 may be designed to receive code division multiple access (CDMA), FDMA (FDMA), TDMA (TDMA), Global System for Mobile Communications (GSM), General Packet/GSM (GPRS), GSM Enhanced Data Environment (EDGE), Truncated Radio Terrestrial (TETRA), Broadband CDMA (W-CDMA), Evolution Data Enhanced (EV-DO), 1xEV-DO, EV -DO Rev A, EV-DO Rev B, High Speed Packet Access (HSPA), High Speed Downlink Packet Access (HSDPA), High Speed Uplink Packet Access (HSUPA), Evolved High Speed Packet Access (HSPA+), Long Term Evolution (LTE), AMPS, or other known signals that are used to communicate within a wireless network, such as a system using 3G, 4G, or 5G technology. Transceiver 47 can pre-process signals received from antenna 43 so that they can be received by and further manipulated by processor 21. Transceiver 47 can also process signals received from processor 21 so that they can be transmitted from display device 40 via antenna 43.

[0106] Em algumas implementações, o transceptor 47 pode ser substituído por um receptor. Além disso, em algumas implementações, a interface de rede 27 pode ser substituída por uma fonte de imagem, a qual pode armazenar ou gerar dados de imagem para ser enviados para o processador 21. O processador 21 pode controlar o funcionamento global do dispositivo de exibição 40. O processador 21 recebe os dados, como dados de imagem comprimidos a partir da interface de rede 27, ou uma fonte de imagem, e processa os dados em dados de imagem brutos ou em um formato que pode ser facilmente transformado em dados de imagem brutos. O processador 21 pode enviar os dados processados para o controlador do acionador 29 ou para o buffer do quadro 28 para armazenamento. Os dados brutos normalmente referem-se à informação que identifica as características da imagem em cada local dentro dentro de uma imagem. Por exemplo, essas características da imagem podem incluir cor, saturação e nível de escala de cinza.[0106] In some implementations, the transceiver 47 can be replaced by a receiver. Furthermore, in some implementations, the network interface 27 may be replaced by an image source, which may store or generate image data to be sent to processor 21. Processor 21 may control the overall operation of the display device. 40. Processor 21 receives data, such as compressed image data, from network interface 27, or an image source, and processes the data into raw image data or a format that can be easily transformed into image data. gross. Processor 21 may send the processed data to trigger controller 29 or frame buffer 28 for storage. Raw data typically refers to information that identifies image features at each location within an image. For example, these image characteristics might include color, saturation, and grayscale level.

[0107] O processador 21 pode incluir um microcontrolador, PCU ou unidade lógica para controlar a operação do dispositivo de exibição 40. O hardware de condicionamento 52 pode incluir amplificadores e filtros para a transmissão de sinais para o altofalante 45, e para receber sinais a partir do microfone 46. O hardware de condicionamento 52 pode ser componentes discretos dentro do dispositivo de exibição 40, ou pode ser incorporado dentro do processador 21 ou outros componentes.[0107] The processor 21 may include a microcontroller, PCU or logic unit to control the operation of the display device 40. The conditioning hardware 52 may include amplifiers and filters for transmitting signals to the speaker 45, and for receiving signals from from microphone 46. Conditioning hardware 52 may be discrete components within display device 40, or may be incorporated within processor 21 or other components.

[0108] O controlador do acionador 29 pode obter os dados de imagem brutos gerados pelo processador 21, quer diretamente a partir do processador 21 ou a partir do buffer do quadro 28 e pode re-formatar os dados de imagem não processados de forma adequada para transmissão de alta velocidade para o acionador da matriz 22. Em algumas implementações, o controlador do acionador 29 pode voltar a formatar os dados de imagem brutos em um fluxo de dados, que tem um formato de varredura semelhante, de modo que tem uma ordem de tempo adequada para a digitalização em toda a matriz de exibição 30. Em seguida, o controlador do acionador 29 envia a informação formatada para o controlador da matriz 22. Embora um controlador do acionador 29, como um controlador de LCD, esteja muitas vezes associado com o processador do sistema 21 como um circuito integrado autônomo (IC), tais controladores podem ser implementados de muitas maneiras. Por exemplo, os controladores podem ser incorporados no processador 21 como hardware, incorporado no processador 21, como software, ou totalmente integrados em hardware com o acionador da matriz 22.[0108] The driver controller 29 can obtain the raw image data generated by the processor 21 either directly from the processor 21 or from the frame buffer 28 and can re-format the raw image data appropriately for high-speed transmission to matrix driver 22. In some implementations, driver controller 29 can re-format the raw image data into a data stream, which has a similar raster format, so that it has an order of adequate time for scanning across the display matrix 30. Next, the trigger controller 29 sends the formatted information to the matrix controller 22. Although a trigger controller 29, such as an LCD controller, is often associated with system processor 21 as a stand-alone integrated circuit (IC), such controllers can be implemented in many ways. For example, the controllers may be built into processor 21 as hardware, built into processor 21 as software, or fully integrated into hardware with matrix driver 22.

[0109] O acionador da matriz 22 pode receber a informação formatada a partir do controlador do acionador 29 e pode voltar a formatar os dados de vídeo em um conjunto paralelo de formas de onda que são aplicadas muitas vezes por segundo às centenas e, às vezes, milhares (ou mais), de ligações provenientes da matriz x-y das telas dos elementos de exibição[0109] The matrix driver 22 can receive the formatted information from the driver controller 29 and can re-format the video data into a parallel set of waveforms that are applied many times per second to hundreds and sometimes , thousands (or more) of links coming from the x-y matrix of display element screens

[0110] Em algumas implementações, o controlador do acionador 29, o acionador da matriz 22, e a tela 30 são apropriados para qualquer um dos tipos de telas aqui descritos. Por exemplo, o controlador do acionador 29 pode ser um controlador de tela convencional ou um controlador de elemento de exibição IMOD, como um IMOD de multi-estado (controlador do elemento de exibição MS-IMOD). Além disso, o controlador de matriz 22 pode ser um acionador convencional ou um acionador de tela bi-estável (como um controlador de elemento de exibição MS-IMOD). Além disso, a tela 30 pode ser uma tela de matriz convencional ou uma matriz de exibição de bi-estável (como uma tela, incluindo uma matriz de elementos de exibição IMOD). Em algumas implementações, o controlador do acionador 29 pode ser integrado com o acionador da matriz 22. Tal implementação pode ser útil em sistemas altamente integrados, por exemplo, telefones celulares, dispositivos portáteis-eletrônicos, relógios ou telas de pequenas áreas.[0110] In some implementations, the trigger controller 29, the matrix trigger 22, and the screen 30 are suitable for any of the types of screens described herein. For example, the trigger controller 29 can be a conventional screen controller or an IMOD display element controller, such as a multi-state IMOD (MS-IMOD display element controller). Furthermore, the matrix controller 22 can be a conventional trigger or a bistable screen trigger (such as an MS-IMOD display element controller). Furthermore, the screen 30 can be a conventional matrix screen or a bistable display matrix (such as a screen including a matrix of IMOD display elements). In some implementations, driver controller 29 may be integrated with matrix driver 22. Such an implementation may be useful in highly integrated systems, for example, cell phones, handheld electronic devices, watches or small area displays.

[0111] Em algumas implementações, o dispositivo de entrada 48 pode ser capaz de permitir, por exemplo, que um usuário controle a operação do dispositivo de exibição 40. O dispositivo de entrada 48 pode incluir um teclado, como um teclado QWERTY ou um teclado de telefone, um botão, um interruptor, um oscilador, uma tela sensível ao toque, um tela sensível ao toque integrada com a matriz de exibição 30, ou uma membrana sensível à pressão ou ao calor. O microfone 46 pode ser capaz de funcionar como um dispositivo de entrada para o dispositivo de exibição 40. Em algumas implementações, comandos de voz por meio do microfone 46 podem ser utilizados para controlar as operações do dispositivo de exibição 40.[0111] In some implementations, input device 48 may be capable of allowing, for example, a user to control the operation of display device 40. Input device 48 may include a keyboard, such as a QWERTY keyboard or a keyboard. telephone, a button, a switch, an oscillator, a touch screen, a touch screen integrated with the display matrix 30, or a pressure or heat sensitive membrane. Microphone 46 may be capable of functioning as an input device for display device 40. In some implementations, voice commands through microphone 46 may be used to control operations of display device 40.

[0112] A fonte de alimentação 50 pode incluir uma variedade de dispositivos de armazenamento de energia. Por exemplo, a fonte de alimentação 50 pode ser uma bateria recarregável, como uma bateria de níquel-cádmio ou uma bateria de íons de lítio. Em implementações que utilizam uma bateria recarregável, a bateria recarregável pode ser exigível utilizando a energia proveniente de, por exemplo, uma tomada de parede ou de um dispositivo fotovoltaico ou matriz. Alternativamente, a bateria recarregável pode ser carregável remotamente. A fonte de alimentação 50 também pode ser uma fonte de energia renovável, um capacitor, ou uma célula solar, que inclui uma célula solar de plástico ou tinta de células solares. A fonte de alimentação 50 também pode ser capaz de receber energia a partir de uma tomada de parede.[0112] Power supply 50 may include a variety of energy storage devices. For example, the power source 50 can be a rechargeable battery such as a nickel cadmium battery or a lithium ion battery. In implementations that use a rechargeable battery, the rechargeable battery may be chargeable using energy from, for example, a wall outlet or from a photovoltaic device or array. Alternatively, the rechargeable battery can be remotely recharged. The power supply 50 can also be a renewable energy source, a capacitor, or a solar cell, which includes a plastic solar cell or solar cell ink. Power supply 50 may also be capable of receiving power from a wall outlet.

[0113] Em algumas implementações, a programabilidade do controle reside no controlador do acionador 29, que pode ser localizado em vários lugares no sistema de exibição eletrônico. Em algumas outras implementações, a programabilidade de controle reside no acionador da matriz 22. A otimização acima descrita pode ser implementada em um qualquer número de componentes de hardware e/ou software e em várias configurações.[0113] In some implementations, the programmability of the control resides in the actuator controller 29, which may be located in various places on the electronic display system. In some other implementations, the control programmability resides in the matrix driver 22. The above-described optimization can be implemented on any number of hardware and/or software components and in various configurations.

[0114] Como usada aqui, uma frase referindo-se a “pelo menos um de uma lista de itens refere-se a qualquer combinação desses itens, incluindo membros individuais. Como um exemplo, “pelo menos um de: a, b, ou c” destina-se a cobrir: a, b, c, a-b, a-c, b-c e a-b-c.[0114] As used here, a phrase referring to “at least one of a list of items refers to any combination of those items, including individual members. As an example, "at least one of: a, b, or c" is intended to cover: a, b, c, a-b, a-c, b-c, and a-b-c.

[0115] As várias lógicas, blocos, módulos, circuitos e processos de algoritmo lógicos ilustrativos descritos em relação às implementações aqui reveladas podem ser implementados como hardware eletrônico, software de computador, ou combinações de ambos. A permutabilidade de hardware e software foi descrita em geral, em termos de funcionalidade, e ilustrada nos vários componentes ilustrativos, blocos, módulos, circuitos e processos descritos acima. Se tal funcionalidade é implementada em hardware ou software depende da aplicação e limitações de design específicas impostas ao sistema global.[0115] The various illustrative logic, blocks, modules, circuits, and algorithm logic processes described in connection with the implementations disclosed herein may be implemented as electronic hardware, computer software, or combinations of both. The interchangeability of hardware and software has been described generally in terms of functionality and illustrated in the various illustrative components, blocks, modules, circuits and processes described above. Whether such functionality is implemented in hardware or software depends on the application and specific design limitations imposed on the overall system.

[0116] O hardware e aparelhos de processamento de dados usados para implementar as várias lógicas, módulos e circuitos lógicos ilustrativos descritos em relação com os aspectos apresentados na presente invenção podem ser implementados ou executados com um processador de único ou vários chips de uso geral, um processador de sinal digital (DSP), um Circuito Integrado de Aplicação Específica (ASIC), um Arranjo de Porta Programável em Campo (FPGA) ou outro dispositivo lógico programável, porta discreta ou lógica de transistor, componentes de hardware discretos, ou qualquer combinação dos mesmos concebida para executar as funções aqui descritas. Um processador de uso geral pode ser um microprocessador ou qualquer processador, controlador, microcontrolador, ou máquina de estados convencionais. Um processador também pode ser implementado como uma combinação de dispositivos de computação, por exemplo, uma combinação de um DSP e um microprocessador, uma pluralidade de microprocessadores, um ou mais microprocessadores em conjunto com um núcleo de DSP, ou qualquer outro tipo de configuração. Em algumas implementações, processos e métodos específicos podem ser realizados pelo circuito que é específico para uma dada função.[0116] The hardware and data processing apparatus used to implement the various logic, modules and illustrative logic circuits described in connection with the aspects presented in the present invention can be implemented or executed with a single processor or several general purpose chips, a digital signal processor (DSP), an Application Specific Integrated Circuit (ASIC), a Field Programmable Gate Array (FPGA) or other programmable logic device, discrete gate or transistor logic, discrete hardware components, or any combination designed to perform the functions described here. A general purpose processor can be a microprocessor or any conventional processor, controller, microcontroller, or state machine. A processor can also be implemented as a combination of computing devices, for example a combination of a DSP and a microprocessor, a plurality of microprocessors, one or more microprocessors together with a DSP core, or any other type of configuration. In some implementations, specific processes and methods may be performed by circuitry that is specific to a given function.

[0117] Em um ou mais aspectos, as funções descritas podem ser implementadas em hardware, circuitos eletrônicos digitais, software, firmware, incluindo as estruturas divulgadas na presente memória descritiva e os seus equivalentes estruturais, ou em qualquer combinação dos mesmos. As implementações do assunto descritas na presente memória descritiva também podem ser implementadas como um ou mais programas de computador, ou seja, um ou mais módulos de instruções de programa de computador, codificadas na mídia de armazenamento de computador para a execução de, ou para controlar a operação do aparelho de processamento de dados.[0117] In one or more aspects, the described functions can be implemented in hardware, digital electronic circuits, software, firmware, including the structures disclosed in this specification and their structural equivalents, or in any combination thereof. The subject implementations described herein may also be implemented as one or more computer programs, i.e., one or more computer program instruction modules, encoded on computer storage media for executing or controlling the operation of the data processing apparatus.

[0118] Se implementadas em software, as funções podem ser armazenadas em ou transmitidas através de uma ou mais instruções ou código em uma mídia legível por computador, como uma mídia não transitória. Os processos de um método ou algoritmo descrito aqui podem ser implementados em um módulo de software executável por processador que pode residir em uma mídia legível por computador. Mídias legíveis por computador incluem meios de armazenamento de computador e meios de comunicação, incluindo qualquer meio que pode ser habilitada para a transferência de um programa de computador a partir de um lugar para outro. A mídia de armazenamento pode ser qualquer mídia disponível que pode ser acessada por um computador. A título de exemplo, e não como limitação, a mídia não transitória pode incluir RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM ou outro armazenamento em disco ótico, armazenamento em disco magnético ou outros dispositivos de armazenamento magnéticos, ou qualquer outro meio que possa ser utilizado para armazenar código de programa desejado sob a forma de instruções ou estruturas de dados e que pode ser acessado por um computador. Também, qualquer conexão pode ser adequadamente chamada de uma mídia legível por computador. Disco e disquete, como aqui utilizados, incluem disco compacto (CD), disco a laser, disco ótico, disco versátil digital (DVD), disquete e disco Blu-ray onde os disquetes geralmente reproduzem dados magneticamente, enquanto que os discos reproduzem dados oticamente com lasers. Combinações dos anteriores também devem ser incluídas dentro do escopo de mídias legíveis por computador. Adicionalmente, as operações de um método ou algoritmo podem residir como uma ou qualquer combinação ou conjunto de códigos e instruções em uma mídia legível por máquina e mídia legível por computador, que pode ser incorporada em um produto de programa de computador.[0118] If implemented in software, the functions may be stored in or transmitted through one or more instructions or code on a computer-readable medium, such as a non-transient medium. The processes of a method or algorithm described herein may be implemented in a processor-executable software module that may reside on computer-readable media. Computer-readable media include computer storage media and communication media, including any medium that can be enabled for transferring a computer program from one place to another. Storage media can be any available media that can be accessed by a computer. By way of example, and not limitation, non-transient media may include RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM or other optical disk storage, magnetic disk storage or other magnetic storage devices, or any other medium that may be Used to store desired program code in the form of instructions or data structures that can be accessed by a computer. Also, any connection can properly be called a computer-readable medium. Disk and floppy disk as used herein include compact disk (CD), laser disk, optical disk, digital versatile disk (DVD), floppy disk and Blu-ray disk where floppy disks generally play data magnetically while disks play data optically with lasers. Combinations of the foregoing should also be included within the scope of computer-readable media. Additionally, the operations of a method or algorithm may reside as one or any combination or set of codes and instructions on machine-readable media and computer-readable media, which may be incorporated into a computer program product.

[0119] Várias modificações às implementações descritas nesta revelação podem ser prontamente evidentes para os versados na técnica, e os princípios genéricos aqui definidos podem ser aplicados a outras implementações sem que se afaste do espírito e escopo desta revelação. Assim, as reivindicações não pretendem ser limitada às implementações mostradas aqui, mas devem estar de acordo com o mais vasto escopo consistente esta revelação, com os princípios e as novas características aqui descritas. Além disso, uma pessoa versada na técnica compreenderá facilmente, que os termos “superior” e “inferior”, “acima” e “bso” e “sobreponsto” e “subjacente” são às vezes utilizados para facilitar a descrição das figuras, e indicam posições relativas correspondem à orientação da figura em uma página com orientação adequada, e podem não refletir a orientação adequada do dispositivo, como implementado.[0119] Various modifications to the implementations described in this disclosure may be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein can be applied to other implementations without departing from the spirit and scope of this disclosure. Thus, the claims are not intended to be limited to the implementations shown herein, but are to accord with the widest scope consistent with this disclosure, the principles and novel features described herein. Furthermore, a person skilled in the art will easily understand, that the terms "superior" and "inferior", "above" and "bso" and "superimposed" and "underlying" are sometimes used to facilitate the description of the figures, and indicate Relative positions correspond to the orientation of the figure on a properly oriented page, and may not reflect the proper orientation of the device as implemented.

[0120] Algumas características que são descritas na presente memória descritiva, no contexto de implementações separadas também podem ser implementadas em combinação em uma única aplicação. Por outro lado, várias características que são descritas no contexto de uma única implementação também pode ser implementadas em várias implementações separadamente ou em qualquer sub-combinação adequada. Além disso, embora as características possam ser descritas acima como agindo em certas combinações e ainda inicialmente reivindicadas como tal, uma ou mais características de uma combinação reivindicada pode em alguns casos ser excisada a partir da combinação, e a combinação reivindicada pode ser direcionada para uma subcombinação ou variação de uma subcombinação.[0120] Some features that are described in this descriptive memory, in the context of separate implementations can also be implemented in combination in a single application. On the other hand, various features that are described in the context of a single implementation may also be implemented in several implementations separately or in any suitable sub-combination. Furthermore, although features may be described above as acting in certain combinations and still initially claimed as such, one or more features of a claimed combination may in some cases be excised from the combination, and the claimed combination may be directed towards a subcombination or variation of a subcombination.

[0121] Do mesmo modo, enquanto que as operações são representadas nos desenhos em uma ordem particular, estas não devem ser entendidas como requerendo que essas operações sejam realizadas na ordem particular mostrada ou em ordem sequencial, ou que todas as operações ilustradas serem realizadas, para alcançar resultados desejáveis. Além disso, os desenhos podem representar esquematicamente um ou mais processos exemplares, na forma de um diagrama de fluxo. No entanto, outras operações que não são descritas podem ser incorporadas nos processos exemplares que são esquematicamente ilustrados. Por exemplo, uma ou mais operações adicionais podem ser realizadas antes, depois, simultaneamente, ou entre qualquer uma das operações ilustradas. Em certas circunstâncias, o processamento multitarefa e paralelo pode ser vantajoso. Além disso, a separação dos vários componentes do sistema nas implementações descritas acima não deve ser entendida como requerendo tal separação em todas as implementações, e deve ser entendido que os componentes de programa descritos e sistemas podem geralmente ser integrados juntos em um único produto de software ou empacotado em vários produtos de software. Além disso, outras implementações estão dentro do escopo das reivindicações a seguir. Em alguns casos, as ações enumeradas nas reivindicações podem ser efetuadas em uma ordem diferente e ainda conseguir resultados desejáveis.[0121] Likewise, while operations are represented in the drawings in a particular order, these should not be understood as requiring that these operations be performed in the particular order shown or in sequential order, or that all illustrated operations be performed, to achieve desirable results. In addition, the drawings may schematically represent one or more exemplary processes in the form of a flowchart. However, other operations that are not described can be incorporated in the exemplary processes that are schematically illustrated. For example, one or more additional operations can be performed before, after, simultaneously with, or between any of the illustrated operations. In certain circumstances, multithreading and parallel processing can be advantageous. Furthermore, the separation of the various system components in the implementations described above should not be construed as requiring such separation in all implementations, and it should be understood that the described program components and systems can generally be integrated together into a single software product. or packaged in various software products. Furthermore, other implementations are within the scope of the following claims. In some cases, the actions listed in the claims can be performed in a different order and still achieve desirable results.

Claims (14)

1. Dispositivo de exibição (40) compreendendo: um substrato; um visor (30) acoplado ao substrato; um arranjo de transdutor ultrassônico micromecânico piezoelétrico, PMUT, próximo ao visor (105), em que pelo menos uma porção do arranjo PMUT reside no substrato; uma pluralidade de transistores de filme fino, TFTs, pelo menos um primeiro arranjo de TFTs residindo no substrato e incluindo circuito para controlar o visor e pelo menos um segundo arranjo dos TFTs residindo no substrato e incluindo circuito para controlar pelo menos uma porção do arranjo PMUT; e um sistema de controle (110); e o sistema de controle caracterizado por ter capacidade para: fazer uma determinação da possibilidade de operar pelo menos uma porção do arranjo de PMUT em pelo menos um dentre um modo de baixa frequência ou um modo de alta frequência; e controlar pelo menos uma porção do arranjo de PMUT para operar em pelo menos um dentre o modo de baixa frequência ou o modo de alta frequência, de acordo com a determinação.1. Display device (40) comprising: a substrate; a display (30) coupled to the substrate; a piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer array, PMUT, next to the display (105), wherein at least a portion of the PMUT array resides on the substrate; a plurality of thin-film transistors, TFTs, at least a first array of TFTs residing in the substrate and including circuitry for controlling the display, and at least a second array of TFTs residing in the substrate and including circuitry for controlling at least a portion of the PMUT array ; and a control system (110); and the control system characterized by being capable of: making a determination of the possibility of operating at least a portion of the PMUT array in at least one of a low frequency mode or a high frequency mode; and controlling at least a portion of the PMUT array to operate in at least one of a low frequency mode or a high frequency mode, as determined. 2. Dispositivo de exibição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir adicionalmente um sistema de interface, sendo que a determinação é feita, pelo menos em parte, de acordo com a entrada recebida a partir do sistema de interface; e de preferência, em que o modo de baixa frequência corresponde a uma faixa de frequência de aproximadamente 50 kHz a 200 kHz; ou em que o modo de baixa frequência corresponde a um modo de detecção de gesto, em que os gestos de espaço livre próximos ao visor podem ser detectados; ou em que o modo de alta frequência correspondente a uma faixa de frequência de aproximadamente 1 MHz a 25 MHz.2. Display device according to claim 1, characterized in that it additionally includes an interface system, whereby the determination is made, at least in part, according to the input received from the interface system; and preferably, wherein the low frequency mode corresponds to a frequency range of approximately 50 kHz to 200 kHz; or wherein the low frequency mode corresponds to a gesture detection mode, wherein free space gestures close to the display can be detected; or wherein the high frequency mode corresponding to a frequency range of approximately 1 MHz to 25 MHz. 3. Dispositivo de exibição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo modo de alta frequência corresponder a um modo de sensor de impressão digital ou a um modo de detecção por caneta tipo Stylus; e, de preferência, em que o sistema de controle tem capacidade para realizar um processo de autenticação com base, pelo menos parcialmente, em dados de impressão digital adquiridos ao mesmo tempo que o arranjo de PMUT opera no modo de sensor de impressão digital; e, de preferência, inclui adicionalmente um sistema de memória em que o processo de autenticação envolve: fornecer um aviso, por meio do visor, para colocar pelo menos um dedo em uma superfície do dispositivo de exibição; receber, por meio de pelo menos uma porção do arranjo de PMUT, pelo menos uma imagem de impressão digital; determinar os dados de impressão digital recebidos correspondentes a pelo menos uma imagem de impressão digital; e comparar os dados de impressão digital recebidos com dados de impressão digital no sistema de memória.Display device according to claim 1, characterized in that the high-frequency mode corresponds to a fingerprint sensor mode or a stylus-type detection mode; and, preferably, wherein the control system is capable of performing an authentication process based at least partially on fingerprint data acquired while the PMUT array operates in fingerprint sensor mode; and preferably further includes a memory system wherein the authentication process involves: providing a prompt, via the display, to place at least one finger on a surface of the display device; receiving, by means of at least a portion of the PMUT array, at least one fingerprint image; determining received fingerprint data corresponding to the at least one fingerprint image; and comparing the received fingerprint data with fingerprint data in the memory system. 4. Dispositivo de exibição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sistema de controle ter capacidade para: fazer uma determinação da possibilidade de operar pelo menos uma porção do arranjo de PMUT no modo de alta frequência, no modo de baixa frequência ou em um modo de frequência média; e controlar pelo menos uma porção do arranjo de PMUT para operar no modo de alta frequência, no modo de baixa frequência ou no modo de frequência média, de acordo com a determinação; e, de preferência, em que o dispositivo de exibição tem capacidade para fornecer funcionalidade de sensor de toque quando o sistema de controle estiver controlando pelo menos uma porção do arranjo de PMUT para operar no modo de frequência média; ou em que o modo de frequência média corresponde a uma faixa de frequência de aproximadamente 2kHz a 1 MHz.4. Display device according to claim 1, characterized in that the control system has the ability to: make a determination of the possibility of operating at least a portion of the PMUT array in high-frequency mode, in low-frequency mode or in a medium frequency mode; and controlling at least a portion of the PMUT array to operate in the high frequency mode, the low frequency mode or the medium frequency mode, in accordance with the determination; and, preferably, wherein the display device is capable of providing touch sensor functionality when the control system is controlling at least a portion of the PMUT array to operate in the medium frequency mode; or where the medium frequency mode corresponds to a frequency range of approximately 2kHz to 1 MHz. 5. Dispositivo de exibição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sistema de controle ter capacidade para controlar primeiros elementos de PMUT do arranjo de PMUT para operar no modo de baixa frequência e segundos elementos de PMUT do arranjo de PMUT para operar no modo de alta frequência; ou em que o sistema de controle tem capacidade para controlar um elemento de PMUT do arranjo de PMUT para operar no modo de baixa frequência e para operar no modo de alta frequência.5. Display device according to claim 1, characterized in that the control system has the ability to control first PMUT elements of the PMUT array to operate in low-frequency mode and second PMUT elements of the PMUT array to operate in low-frequency mode. high frequency; or wherein the control system is capable of controlling a PMUT element of the PMUT array to operate in the low frequency mode and to operate in the high frequency mode. 6. Dispositivo de exibição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo arranjo de PMUT ser um arranjo de transdutor ultrassônico micromecânico piezoelétrico, pMUT, ou um arranjo de transdutor ultrassônico micromecânico capacitivo, cMUT.6. Display device according to claim 1, characterized by the PMUT array being a piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer array, pMUT, or a capacitive micromechanical ultrasonic transducer array, cMUT. 7. Dispositivo de exibição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sistema de controle ter capacidade para endereçar pelo menos uma porção do arranjo de PMUT para pelo menos um dentre formação de feixe da frente de onda, direcionamento de feixe, formação de feixe no lado do recebimento ou leitura seletiva de sinais retornados; e, de preferência, em que o sistema de controle tem capacidade para endereçar pelo menos uma porção do arranjo de PMUT para produzir frentes de onda de um formato substancialmente plano, esférico ou cilíndrico; ou em que o sistema de controle tem capacidade para endereçar pelo menos uma porção do arranjo de PMUT a fim de produzir interferência construtiva ou destrutiva em pelo menos uma localização.7. Display device according to claim 1, characterized in that the control system is capable of addressing at least a portion of the PMUT array for at least one of wavefront beamforming, beam steering, beamforming on the receiving side or selective reading of returned signals; and, preferably, wherein the control system is capable of addressing at least a portion of the PMUT array to produce wavefronts of substantially flat, spherical or cylindrical shape; or wherein the control system is capable of addressing at least a portion of the PMUT array to produce constructive or destructive interference at at least one location. 8. Dispositivo de exibição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sistema de controle ter capacidade para excitar elementos de PMUT do arranjo de PMUT e detectar resposta por meio de elementos de PMUT; em que o sistema de controle tem capacidade para controlar um primeiro elemento de PMUT do arranjo de PMUT como um transmissor acústico e um segundo elemento de PMUT do arranjo de PMUT como um receptor acústico.8. Display device according to claim 1, characterized in that the control system has the ability to excite PMUT elements of the PMUT array and detect response through PMUT elements; wherein the control system is capable of controlling a first PMUT element of the PMUT array as an acoustic transmitter and a second PMUT element of the PMUT array as an acoustic receiver. 9. Dispositivo de exibição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos uma porção do arranjo de PMUT ser um arranjo de PMUT de matriz ativa; e, de preferência, em que o arranjo de PMUT de matriz ativa inclui conjunto de circuitos de acionamento e conjunto de circuitos de captação; ou em que o arranjo de PMUT de matriz ativo inclui pelo menos uma linha e coluna de conjunto de circuitos de endereçamento, conjunto de circuitos de demultiplexador, conjunto de circuitos de amplificação local ou conjuntos de circuitos de conversão de analógico para digital.9. Display device according to claim 1, characterized in that at least a portion of the PMUT array is an active matrix PMUT array; and preferably wherein the active matrix PMUT arrangement includes driver circuitry and pickup circuitry; or wherein the active matrix PMUT array includes at least one row and column of addressing circuitry, demultiplexer circuitry, local amplification circuitry, or analog-to-digital conversion circuitry. 10. Dispositivo de exibição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos uma porção do arranjo de PMUT estar disposta atrás somente de apenas uma parte do visor; em que pelo menos uma porção do arranjo de PMUT está disposta em uma área periférica do visor; ou em que o sistema de controle tem capacidade para controlar uma porção do arranjo de PMUT que está disposta na área periférica do visor para pelo menos uma dentre funcionalidade de sensor de impressão digital, funcionalidade de bloco de assinatura, funcionalidade de detecção de caneta tipo Stylus, funcionalidade de detecção de gestos ou funcionalidade de botão; ou em que pelo menos uma porção do arranjo PMUT está disposta substancialmente atrás de todo o visor.10. Display device according to claim 1, characterized in that at least a portion of the PMUT array is arranged behind only a portion of the display; wherein at least a portion of the PMUT array is disposed in a peripheral area of the display; or wherein the control system is capable of controlling a portion of the PMUT array that is disposed in the peripheral area of the display for at least one of fingerprint sensor functionality, signature pad functionality, stylus pen detection functionality , gesture detection functionality or button functionality; or wherein at least a portion of the PMUT array is disposed substantially behind the entire display. 11. Dispositivo de exibição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos uma porção do arranjo de PMUT está disposta em um substrato; e, de preferência, em que o substrato é um substrato de vidro; e, com mais preferência, em que pelo menos um arranjo de transistores de filme fino, TFTs, está disposto também no substrato.11. Display device according to claim 1, characterized in that at least a portion of the PMUT array is arranged on a substrate; and preferably wherein the substrate is a glass substrate; and, more preferably, wherein at least one array of thin film transistors, TFTs, is also disposed on the substrate. 12. Dispositivo de exibição, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por pelo menos um arranjo de TFTs incluir conjunto de circuitos para controlar a exibição; ou em que pelo menos um arranjo de TFTs inclui conjunto de circuitos para controlar pelo menos uma porção do arranjo de PMUT; e, de preferência, em que o conjunto de circuitos para controlar pelo menos uma porção do arranjo de PMUT e o conjunto de circuitos para controlar a exibição têm capacidade para compartilhar um cabo flexível.12. Display device according to claim 11, characterized in that at least one array of TFTs includes circuitry for controlling the display; or wherein the at least one array of TFTs includes circuitry for controlling at least a portion of the PMUT array; and, preferably, wherein the circuitry for controlling at least a portion of the PMUT array and the circuitry for controlling the display are capable of sharing a flexible cable. 13. Dispositivo de exibição, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por pelo menos um arranjo de TFTs incluir conjunto de circuitos para controlar pelo menos uma porção do arranjo de PMUT e em que pelo menos um arranjo de TFTs que inclui conjunto de circuitos para controlar o visor está disposto em um segundo substrato; e, de preferência, que compreende adicionalmente: um vidro de cobertura; eletrodos dispostos no vidro de cobertura, sendo que os eletrodos são configurados para conexões elétricas no lado superior ao conjunto de circuitos para controlar pelo menos uma porção do arranjo de PMUT; e, com mais preferência, em que os eletrodos são configurados para conexão com conjunto de circuitos para pelo menos um elemento de PMUT que está disposto em uma periferia do visor.13. The display device of claim 11, characterized in that at least one array of TFTs includes circuitry for controlling at least a portion of the PMUT array and wherein at least one array of TFTs includes circuitry for controlling at least one portion of the PMUT array. controlling the display is disposed on a second substrate; and preferably further comprising: a cover glass; electrodes disposed in the cover glass, the electrodes being configured for electrical connections on the upper side of the circuitry for controlling at least a portion of the PMUT array; and, more preferably, wherein the electrodes are configured for connection with circuitry for at least one PMUT element that is disposed at a periphery of the display. 14. Dispositivo de exibição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um único elemento de PMUT do arranjo de PMUT corresponder a um único pixel do visor.14. Display device according to claim 1, characterized in that a single PMUT element of the PMUT array corresponds to a single pixel of the display.
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