JP2016535338A - 圧電力検知アレイ - Google Patents

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Abstract

タッチセンシングシステムは、圧電検知アレイに加えられた動圧または原動力を検知することのできる圧力および力検知デバイスを含んでもよい。そのような実装形態では、加えられた力が、その力が加えられ変化している時間の間に検出され(場合によっては記録され)てもよい。力検知デバイスは、指紋センサーとして働くのに十分な程度に高い分解能を有してもよい。タッチセンシングシステムは、デバイスが指(または別の対象物)を詳しく撮像することができる超音波トランスデューサになるのを可能にする超音波トランスミッタなどの、指紋検知が可能な1つまたは複数の追加の構成要素を含んでもよい。力検知デバイスはまた、超音波レシーバとして働くことが可能であってもよい。

Description

優先権の主張
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、2013年11月4日に出願した「PIEZOELECTRIC FORCE SENSING ARRAY」と題する米国出願第14/071,320号の優先権を主張する。
本開示は、一般に、タッチセンシングシステムに関する。
タッチセンシングシステムの基本機能は、タッチパネルの近くまたはタッチパネル上に1本または複数の指もしくはペン、または1つまたは複数の他の対象物が存在することが検出されたときにその情報を位置情報に変換することである。そのような位置情報は、モバイルフォン、コンピュータ、または別のそのようなデバイス上でのさらなるアクションのための入力として使用することが可能である。
様々な種類のタッチセンシングシステムが現在使用されている。いくつかのタッチセンシングシステムは、抵抗率またはキャパシタンスにおける変化の検出、音響表面弾性波応答、赤外線ビームの中断などに基づく。現在、最も広く使用されているタッチセンシング技法は、投影型静電容量法であり、この場合、導電体(指、導電性スタイラスなど)の存在が一対の電極間の局所キャパシタンスにおける変化として検知される。いくつかの実装形態では、一対の電極はディスプレイデバイスの一部であってもよい。たとえば、電極は、実質的に透明なカバー基板(「カバーガラス」)または実質的に透明なディスプレイ基板(「ディスプレイガラス」)の内面であってもよい。
以前に開示されているタッチセンシングシステムよりも高い感度、ロバストネス、および/またはエネルギー効率を有するタッチセンシングシステムを有し、かつ導電性対象物による接触を必要としないタッチセンシングシステムを有することが望ましい。
本開示のシステム、方法、およびデバイスの各々は、複数の発明的態様を有し、それらの態様のうちのどれも本明細書に開示されている望ましい属性に単独で関与することはない。
本開示で説明する主題の1つの発明的態様は、タッチセンシングシステムを含む装置において実現することが可能である。タッチセンシングシステムは、力検知デバイスを含んでもよい。タッチセンシングデバイスは、基板と、基板上に配設されたセンサーピクセル回路のアレイと、圧電フィルム層の個別素子とを含んでもよい。圧電フィルム層の個別素子は、個々のセンサーピクセル回路に対応してもよい。
力検知デバイスは、複数のピクセル入力電極を含んでもよい。各ピクセル入力電極は、圧電層の個別素子の第1の面とセンサーピクセル回路の1つとの間の電気的接続を確立するように構成されてもよい。力検知デバイスは、圧電層の個別素子の第2の面との電気的接続を確立するように構成されたレシーババイアス電極を含んでもよい。
いくつかの実装形態では、力検知デバイスは、センサーピクセル回路のうちの1つまたは複数の回路から信号を受信することができ、かつ力を及ぼす対象物の位置を判定することができる制御システムを含んでもよい。信号は、圧電フィルム層の1つまたは複数の個別素子に加えられた力に対応してもよい。いくつかの実装形態では、力検知デバイスは、指紋センサーとして働くのに十分な程度に高い分解能を有してもよい。
いくつかの実装形態では、各センサーピクセル回路は、ピクセル入力電極から受け取った電荷を増幅することができる電荷増幅器を含んでもよい。いくつかのそのような実装形態によれば、各センサーピクセル回路はまた、加えられた力によって生成される最大量の電荷を記録することのできるピーク検出回路を含んでもよい。各センサーピクセル回路はまた、ピーク検出回路から蓄積した電荷を除去することができるリセットデバイスを含んでもよい。
タッチセンシングシステムはまた、超音波トランスミッタを含んでもよい。いくつかのそのような実施形態では、制御システムは、タッチセンシングシステムを超音波撮像モードまたは力検知モードにおいて動作させることが可能であってもよい。制御システムは、いくつかの例では、タッチセンシングシステムを力検知モードで動作させるときに超音波トランスミッタを「オフ」状態に維持することが可能であってもよい。
タッチセンシングシステムは、メモリシステムを含んでもよい。制御システムは、超音波トランスミッタを「オフ」状態に維持しつつ、指紋画像をキャプチャし、指紋画像データをメモリシステムに記憶することが可能であってもよい。
いくつかの実装形態では、制御システムは、指紋画像データに対応する指紋データに少なくとも部分的に基づいて1つまたは複数のデバイスへのアクセスを制御することが可能であってもよい。そのような指紋データは、指紋特徴点の種類、位置、および/または間隔に対応するデータを含んでもよい。
いくつかの例では、力検知デバイスは、タッチセンシングシステムが超音波撮像モードで動作するときに超音波レシーバとして動作することが可能であってもよい。いくつかの実装形態では、制御システムは、力検知デバイスを介して受け取られたタッチまたはタップを検出し、タッチまたはタップに応答して超音波トランスミッタをオンに切り替えることが可能であってもよい。
基板は、いくつかの実装形態では、薄膜トランジスタ(TFT)基板であってもよい。センサーピクセル回路はTFTセンサーピクセル回路を含んでもよい。
いくつかの実装形態では、モバイルディスプレイデバイスはタッチセンシングシステムを含んでもよい。制御システムは、力検知デバイスを介して受け取られたタッチまたはタップを検出し、タッチまたはタップに応答してモバイルディスプレイデバイスの少なくとも1つの機能をアクティブ化することが可能であってもよい。たとえば、制御システムは、非アクティビティ期間の間モバイルディスプレイデバイスをスリープモードで動作させ、力検知デバイスを介して受け取られたタッチまたはタップを検出し、タッチまたはタップに応答してモバイルディスプレイデバイスをスリープモードからウェイクさせることが可能であってもよい。
本開示で説明する主題の他の発明的態様は、タッチセンシングシステムの力検知デバイスからユーザのタッチまたはタップの表示を受信することを含んでもよい方法において実現することが可能である。この方法は、タッチまたはタップに少なくとも部分的に基づいてタッチセンシングシステムを超音波撮像モードで動作させることを含んでもよい。
いくつかの実装形態では、受信プロセスは、超音波トランスミッタがオフに切り替えられている間に超音波レシーバから表示を受信することを含んでもよい。この動作プロセスは超音波トランスミッタをオンに切り替えることを含んでもよい。
本開示で説明する主題の他の発明的態様は、超音波レシーバを含むタッチセンシングシステムにおいて実現することが可能である。超音波レシーバは、圧電フィルム層とセンサーピクセル回路のアレイとを含んでもよい。タッチセンシングシステムは、超音波トランスミッタと制御システムとを含んでもよい。制御システムは、超音波トランスミッタがオフに切り替えられている間に超音波レシーバのセンサーピクセル回路のうちの1つまたは複数から信号を受信することが可能であってもよい。この信号は、圧電フィルム層に加えられた力に対応してもよい。制御システムは、信号に応答して超音波トランスミッタ手段をオンに切り替えることが可能であってもよい。制御システムは、位置を判定することが可能であってもよく、あるいは1つまたは複数の対象物の動きが受信手段によって受信される複数の信号に対応してもよい。
いくつかの実装形態では、モバイルディスプレイデバイスはタッチセンシングシステムを含んでもよい。いくつかのそのような実装形態では、制御システムは、非アクティビティ期間の間モバイルディスプレイデバイスをスリープモードで動作させることが可能であってもよく、信号に応答してモバイルディスプレイデバイスをスリープモードからウェイクさせることが可能であってもよい。本明細書において説明する主題の1つまたは複数の実装形態の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。他の特徴、態様および利点は、説明、図面および特許請求の範囲から明らかになるであろう。以下の図の相対寸法は、場合によってはスケール通りには描かれていないことに留意されたい。
本明細書において説明する主題の1つまたは複数の実装形態の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。他の特徴、態様および利点は、説明、図面および特許請求の範囲から明らかになるであろう。以下の図の相対寸法は、場合によってはスケール通りには描かれていないことに留意されたい。様々な図面中の同様の参照番号および名称は、同様の要素を示す。
タッチセンシングシステムの一例のブロック図である。 図1Aに示すタッチセンシングシステムの例の概略図であり、単一のセンサーピクセルの追加の詳細を示す図である。 図1Aに示すタッチセンシングシステムの例の概略図であり、単一のセンサーピクセルの追加の詳細を示す図である。 力検知デバイスからユーザ入力を受信し、ユーザ入力に応じて超音波トランスミッタをオンまたはオフに切り替えるプロセスの一例を概略的に示す流れ図である。 図2に概略的に示すプロセスの例を示す図である。 図2に概略的に示すプロセスの例を示す図である。 図2に概略的に示すプロセスの例を示す図である。 タッチセンシングシステムの分解図の一例である。 タッチセンシングシステムの代替例の分解図である。 タッチセンシングシステムに関するセンサーピクセル回路の4×4ピクセルアレイを示す図である。 タッチセンシングシステムのハイレベルブロック図の一例を示す図である。 本明細書で説明するようにタッチセンシングシステムを含むディスプレイデバイスを示すシステムブロック図である。 本明細書で説明するようにタッチセンシングシステムを含むディスプレイデバイスを示すシステムブロック図である。
以下の説明は、本開示の発明的態様ついて説明する目的で、いくつかの実装形態を対象とする。しかしながら本明細書における教示は、多くの異なる方法で適用することができることは当業者には容易に認識されよう。説明する実装形態は、タッチセンシングシステムを含む任意のデバイス、装置またはシステム内に実装されてもよい。さらに、説明された実施態様は、限定はしないが、モバイル電話、マルチメディアインターネット対応セルラー電話、モバイルテレビジョン受像機、ワイヤレスデバイス、スマートフォン、Bluetooth(登録商標)デバイス、携帯情報端末(PDA)、ワイヤレス電子メール受信機、ハンドヘルドコンピュータまたはポータブルコンピュータ、ネットブック、ノートブック、スマートブック、タブレット、プリンタ、複写機、スキャナ、ファクシミリデバイス、全地球測位システム(GPS)受信機/ナビゲータ、カメラ、デジタルメディアプレーヤ(たとえば、MP3プレーヤ)、カムコーダ、ゲームコンソール、腕時計、時計、計算機、テレビジョンモニタ、フラットパネルディスプレイ、電子読取りデバイス(たとえば、電子リーダー)、コンピュータモニタ、自動車用ディスプレイ(走行距離計ディスプレイおよび速度計ディスプレイなどを含む)、コックピット制御機器および/またはディスプレイ、カメラ視野ディスプレイ(車両における後方視野カメラの表示など)、電子写真、街頭ビジョンまたは電子看板、映写機、建築構造、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダまたはプレーヤ、DVDプレーヤ、CDプレーヤ、VCR、ラジオ、ポータブルメモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯/乾燥機、駐車メータ、パッケージ構造(マイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)アプリケーションを含む電気機械システム(EMS)、ならびに非EMSアプリケーションにおけるものなど)、美的構造(たとえば、宝石または洋服への画像の表示)、ならびに様々なEMSデバイスなどの様々な電子デバイスに含まれる場合があるか、またはそれらの電子デバイスに関連付けられる場合があると考えられる。本明細書の教示はまた、電子スイッチングデバイス、無線周波数フィルタ、センサー、加速度計、ジャイロスコープ、動き検知デバイス、磁気計、家庭用電子機器用の慣性構成要素、家庭用電化製品の部品、バラクタ、液晶デバイス、電気泳動デバイス、駆動方式、製造プロセス、および電子試験機器などであるがそれらに限らない用途に使用されてもよい。したがってこれらの教示には、単に図に示されている実装形態に限定されることは意図されておらず、その代わりに、当業者には容易に明らかであるように、広範囲にわたる適用性を有している。
本明細書で説明する様々な実装形態は、動圧または原動力を検知することのできる圧力および力検知デバイスを含むタッチセンシングシステムに関する。説明を簡単にするために、本明細書ではそのような圧力および力検知デバイスを単に「力検知デバイス」と呼ぶ場合がある。同様に、本明細書では、対象物によって力を加えることは圧力を加えることも含むとの理解の下に、加えられた圧力および力を単に「加えられた力」と呼ぶ場合がある。いくつかの実装形態では、タッチセンシングシステムは、圧電検知アレイを含んでもよい。そのような実装形態では、加えられた力が、その力が加えられ変化している時間の間に検出され(場合によっては記録され)てもよい。いくつかの実装形態では、力検知デバイスは、指紋センサーとして働くのに十分な程度に高い分解能を有してもよい。本明細書で使用する「指」いう用語は親指またはその他の指を指す。したがって、「指紋」は、親指またはその他の指の指紋であってもよい。
いくつかの実装形態では、タッチセンシングシステムは、デバイスが指を詳しく撮像することができる超音波トランスデューサになるのを可能にする超音波トランスミッタなどの、指紋検知が可能な1つまたは複数の追加の構成要素を含んでもよい。いくつかのそのような実装形態では、力検知デバイスはまた、超音波レシーバとして働くことが可能であってもよい。
以下の潜在的な利点のうちの1つまたは複数を実現するために、本開示において説明する主題の特定の実装形態が実施されてもよい。いくつかの実装形態では、ある機能に関して力検知デバイスに供給される電力がほとんどまたはまったく必要ない場合がある。その理由は、ユーザのタッチの機械的エネルギーを圧電材料を介して電気的エネルギーに変換することによって供給されてもよい。超音波トランスミッタを含むいくつかのタッチセンシングシステムはまた、力検知デバイスからユーザ入力を受信し、ユーザ入力に応じて超音波トランスミッタをオンまたはオフに切り替えることのできる制御システムを含んでもよい。いくつかの実装形態では、力検知デバイスは、受動検知モードにおいて指または他の対象物からの初期タップまたは圧力を検出し、次いで、より高解像度の超音波撮像を行うために超音波トランスミッタをオンに切り替えるか、別のデバイスをウェイクアップするか、または別の機能を起動してもよい。そのような実装形態は、比較的エネルギー消費量の多いデバイスが使用されていないときにはそのデバイスをオフに切り替え、それによってエネルギーを節約する。いくつかの実装形態では、制御システムは、力検知デバイスからの入力に応じてモバイルディスプレイデバイスの1つまたは複数の機能(ハードウェア素子、ソフトウェアアプリケーション、などであってもよい)をスリープモードからウェイクアップすることが可能であってもよい。そのような実装形態によってもエネルギーが節約される場合がある。
いくつかの実装形態は、任意の対象物が導電性を有するかどうかにかかわらず、その対象物からのタッチ(および/またはその対象物が近接していること)を検出する能力を実現する場合がある。いくつかの実装形態は、ユーザが力検知デバイスに加えている力の量を測定することが可能であってもよい。いくつかの実装形態では、局所化された力測定値に対応する接触対象物(たとえば、指)の画像が、たとえば指紋画像として迅速に利用可能になる場合がある。指紋画像に対応する指紋データは、1つまたは複数のデバイスへのアクセスを制御するために認証プロセスなどの認証プロセスの一部として使用されてもよい。
図1Aは、タッチセンシングシステムの一例のブロック図である。図1Bおよび図1Cは、図1Aに示すタッチセンシングシステムの例の概略図であり、単一のセンサーピクセルの追加の詳細を示す図である。まず図1Aを参照するとわかるように、この例では、タッチセンシングシステム10は、基板34上に配設されたセンサーピクセル32のアレイを有する力検知デバイス30を含み、センサーピクセル32のアレイは、ピクセル入力電極38を介して圧電フィルム層36から電荷を受け取ることが可能である。この例では、圧電フィルム層36は、レシーババイアス電極39に電気的に接触するようにも構成される。制御システム50は、たとえば後述のように力検知デバイス30を制御することが可能である。
図1Bに示す例では、基板34は薄膜トランジスタ(TFT)基板である。センサーセンサーピクセル32のアレイはTFT基板上に配設される。ここで、センサーピクセル32の各々は、圧電フィルム層36の個別素子37に電気的に接続できるように構成された対応するピクセル入力電極38を有する。この例では外部から印加されたレシーババイアス電圧6に接続されたレイヤレシーババイアス電極39は、ピクセル入力電極38に対して圧電フィルム層36の反対側に配設される。この例では、加えられるレシーババイアス電圧6はグランドである。いくつかの実装形態は、センサーピクセル32の行または列ごとに連続するレシーババイアス電極39を含んでもよい。代替実装形態は、センサーピクセルアレイ内のすべてのセンサーピクセル32の上方に連続的なレシーババイアス電極39を含んでもよい。
この例では指である対象物25によって加えられた力によって、圧電層36の個別素子37のうちの少なくともいくつかが潰れることもあるいは場合によっては変形することもある。レシーババイアス電極39およびピクセル入力電極38は、センサーピクセル32のアレイが、個別素子37が変形することによって得られる圧電層36の個別素子37の表面上に生成される電荷を測定するのを可能にする。
図1Bは、単一のセンサーピクセル32aの一例の拡大図である。この例では、各センサーピクセルのピクセル入力電極の各々において生成された電荷は電荷増幅器7に入力される。電荷増幅器7からの増幅された電荷は、この例ではピーク検出回路8に供給される。ピーク検出回路8は、電荷増幅器7によって増幅された、圧電層36に加えられた力によって生成された電荷の最大量を記録することが可能であってもよい。ピーク検出回路8からの出力信号12は、対応する出力接続部から読み出されてもよい。この実装形態では、リセットデバイス9は、ピーク検出回路8の蓄積キャパシタを放電させることが可能であり、それによって、力検知デバイス30は以後の力または圧力インスタンスを検出してもよい。この例では、電荷は、対応する信号が、図1Aに示す制御システム50などの制御システムに供給されるまで保持される。センサーピクセル32の各行または列は、行選択機構、ゲートドライバ、シフトレジスタなどを介して走査されてもよい。以下に、いくつかの例について説明する。
制御システム50は、1つまたは複数の汎用シングルまたはマルチチッププロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくはその他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、またはそれらの組合せを含んでもよい。制御システム50はまた、1つまたは複数のランダムアクセスメモリ(RAM)デバイス、読取り専用メモリ(ROM)デバイスなどの1つまたは複数のメモリデバイスを含んでもよい(および/またはそのようなメモリデバイスと通信できるように構成されてもよい)。制御システム50は、複数のセンサーピクセル32によって供給される信号に従って、対象物25が力検知デバイス30に力を及ぼしている位置を判定することが可能であってもよい。いくつかの実装形態では、制御システム50は、複数の対象物25の位置および/または動きを判定することが可能であってもよい。いくつかのそのような実装形態によると、制御システム50は、判定された1つまたは複数の位置および/または動きに応じてデバイスを制御することが可能であってもよい。たとえば、いくつかの実装形態では、制御システム50は、判定された1つまたは複数の位置および/または動きに従って、図7Aおよび図7Bに示すディスプレイデバイス740などのモバイルディスプレイデバイスを制御することが可能であってもよい。
いくつかの実装形態では、力検知デバイス30は、タッチセンシングシステム10が指紋センサーとして働くことができるほど高い分解能を有してもよい。一部の実装形態について以下で説明するいくつかの実装形態では、タッチセンシングシステム10は、超音波トランスミッタを含んでもよく、力検知デバイス30は、超音波レシーバとして働くことが可能であってもよい。制御システム50は、たとえば、指紋画像をキャプチャすることによって指紋画像データを取得するように超音波トランスミッタおよび/または力検知デバイス30を制御することが可能であってもよい。タッチセンシングシステム10が超音波トランスミッタを含むかどうかにかかわらず、制御システム50は、指紋画像データに少なくとも部分的に基づいて1つまたは複数のデバイスを制御することが可能であってもよい。
いくつかのそのような実施形態では、制御システム50は、タッチセンシングシステムを超音波撮像モードまたは力検知モードにおいて動作させることが可能であってもよい。いくつかの実装形態では、制御システムは、タッチセンシングシステムを力検知モードで動作させるときに超音波トランスミッタを「オフ」状態に維持することが可能であってもよい。
この例では、リセットデバイス9は、電荷を読み取った後でピーク検出回路8をリセットし、それによって、ピーク検出回路8が電荷増幅器7から以後の電荷を読み取るのを可能にすることができる。いくつかの実装形態では、アドレス指定機能および/またはリセット機能はTFTアレイ1のTFTによって実現されてもよい。行または列ごとの読出しトランジスタは、図1には示されていない追加の回路、たとえば、マルチプレクサおよび/またはA/D変換器によってピクセルごとのピーク電流を読み取るのを可能にするようにトリガされてもよい。いくつかの例が図5および図6に示されており、これらの例について以下に説明する。
図1Aおよび図1Bに示す力検知デバイス30の要素は一例にすぎない。力検知デバイス30の代替実施形態を図1Cに示す。この例では、電荷増幅器7は、ダイオードとキャパシタとを含む統合電荷増幅器である。この実装形態では、センサーピクセル32のアレイは、タップされるか、潰されるか、またはさもなければ変形された影響を受けた各々のセンサーピクセル32に対応する個別素子37から生じた、圧電層36全体にわたって生成された電荷を測定することが可能であってもよい。ここで、影響を受けた各々のセンサーピクセル32の電荷は、統合電荷増幅器に入力される。統合電荷増幅器からの電荷は実質的に上述のように処理されてもよい。
いくつかの実装形態では、タッチセンシングシステム10は、タッチセンシングシステム10が指を詳しく撮像することができる超音波トランスデューサとして働くのを可能にする超音波トランスミッタなどの、1つまたは複数の追加の構成要素を含んでもよい。いくつかのそのような実装形態では、力検知デバイス30は、超音波レシーバとして働くことが可能であってもよい。
図2は、力検知デバイスからユーザ入力を受信し、ユーザ入力に応じて超音波トランスミッタをオンまたはオフに切り替えるプロセスの一例を概略的に示す流れ図である。この例では、方法200は、タッチセンシングシステム10の力検知デバイス30からユーザタッチまたはタップの表示を受信することを含むブロック205から始まる。ブロック210は、タッチまたはタップに少なくとも部分的に基づいてタッチセンシングシステム10を超音波撮像モードで動作させることを含む。
図3A〜図3Cは、図2に概略的に示すプロセスの例を示す。図3Aに示すように、タッチセンシングシステム10は、プラテン40の下に超音波トランスミッタ20と力検知デバイス30とを含む。ここで、制御システム50は、超音波トランスミッタ20および力検知デバイス30と(直接的または間接的に)電気的に接続される。この例では、力検知デバイス30は、超音波レシーバとして働くことができる。ここで、力検知デバイス30は、基板上に配設された圧電材料とセンサーピクセル回路のアレイとを含む。
超音波トランスミッタ20は、超音波21(図3B参照)を生成することができる圧電トランスミッタであってもよい。しかし、図3Aに示す瞬間に、超音波トランスミッタ20はオフまたは低電力「スリープ」モードに切り替えられてもよい。制御システム50は、力検知デバイス30からユーザタッチまたはタップの表示を受信したときに、超音波トランスミッタ20をオンに切り替えることが可能であってもよい。
図3Bに示す例では、制御システム50は、超音波を生成するように超音波トランスミッタ20を制御することができる。たとえば、制御システム50は、1つまたは複数の超音波21を超音波トランスミッタ20に生成させるタイミング信号を供給してもよい。図3Bに示す例では、力検知デバイス30を通ってプラテン40の露出面42に達する超音波21が示されている。露出面42において、超音波21に対応する超音波エネルギーは、指紋隆線28の皮膚など、プラテン40と接触している対象物25によって吸収もしくは散乱されるか、または後ろに反射される場合がある。
図3Cに示すように、空気がプラテン40の露出面42に接触する位置、たとえば指紋隆線28の間の谷線27において、超音波21のほとんどは、力検知デバイス30に向かって反射されて検出される。次いで、制御システム50は、反射された超音波エネルギー23を示す力検知デバイス30からの信号を受信してもよい。制御システム50は、対象物25の位置の判定および/または対象物25のデジタル画像の構成を行うために力検知デバイス30から受信された出力信号を使用してもよい。いくつかの実装形態では、制御システム50は、複数の対象物25に対応する出力信号を同時に処理するように構成されてもよい。いくつかの実装形態によれば、制御システム50はまた、1つまたは複数の対象物25の動きを検出するために出力信号を経時的に連続的にサンプリングしてもよい。
図4Aは、タッチセンシングシステムの分解図の一例を示す。この例では、タッチセンシングシステム10は、プラテン40の下方に超音波トランスミッタ20と力検知デバイス30とを含む。超音波トランスミッタ20は、実質的に平面の圧電トランスミッタ層22を含んでもよく、平面波生成装置として働くことが可能であってもよい。超音波は、圧電層に電圧を印加し、印加された信号に応じて層を膨張または収縮させ、それにより平面波を生成することによって生成されてもよい。この例では、制御システム50は、第1のトランスミッタ電極24および第2のトランスミッタ電極26を介して圧電トランスミッタ層22に電圧を印加させることが可能であってもよい。このようにして、層の厚さを変えることによって超音波が生成されてもよい。この超音波は、プラテン40を通過して指(または検出されるべき他の対象物)に向かってもよい。検出すべき対象物によって吸収されない波の一部は、反射され、再びプラテン40を通過し、力検知デバイス30によって受信されてもよい。第1および第2のトランスミッタ電極24および26は、金属化電極、たとえば圧電トランスミッタ層22の両面を被覆する金属層であってもよい。
力検知デバイス30は、バックプレーンと呼ばれることもある基板34上に配設されたセンサーピクセル回路32のアレイと、圧電フィルム層36とを含んでもよい。いくつかの実装形態では、各センサーピクセル回路32は、1つまたは複数のTFT素子を含んでもよく、いくつかの実装形態では、ダイオード、キャパシタなどの1つまたは複数の追加回路素子を含んでもよい。各センサーピクセル回路32は、圧電フィルム層36においてピクセル回路に近接する位置で生成された電荷を電気信号に変換するように構成されてもよい。各センサーピクセル回路32は、圧電フィルム層36をセンサーピクセル回路32に電気的に結合するピクセル入力電極38を含んでもよい。
図示の実装形態では、レシーババイアス電極39は、プラテン40に近接する位置で圧電フィルム層36の一面上に配設される。レシーババイアス電極39は、金属化電極であってもよく、どの信号をセンサーピクセル回路32に渡すかを調整するために接地されるかまたはバイアスをかけられてもよい。プラテン40の露出面(頂面)42から反射された超音波エネルギーは、圧電フィルム層36によって局所化された電荷に変換されてもよい。これらの局所化された電荷は、ピクセル入力電極38によって収集され、下にあるセンサーピクセル回路32に渡されてもよい。電荷は、センサーピクセル回路32によって増幅され、次いで制御システム50に供給されてもよい。センサーピクセル回路32の簡略化された例を図1B、図1C、および図5に示す。しかし、当業者には、例示的なセンサーピクセル回路32の多数の変形および修正が考えられる場合があることが理解されよう。
制御システム50は、(直接的または間接的に)第1のトランスミッタ電極24および第2のトランスミッタ電極26に電気的に接続するとともに、基板34上のレシーババイアス電極39およびセンサーピクセル回路32に電気的に接続してもよい。いくつかの実装形態では、制御システム50は実質的に上述のように動作してもよい。たとえば、制御システム50は、センサーピクセル回路32から受信された増幅された信号を処理することが可能であってもよい。
制御システム50は、たとえば、指紋画像を取得することによって指紋画像データを取得するように超音波トランスミッタ20および/または力検知デバイス30を制御することが可能であってもよい。タッチセンシングシステム10が超音波トランスミッタ20を含むかどうかにかかわらず、制御システム50は、指紋画像データに少なくとも部分的に基づいて1つまたは複数のデバイスを制御することが可能であってもよい。タッチセンシングシステム10(または関連するデバイス)は、1つまたは複数のメモリデバイスを含むメモリシステムを含んでもよい。いくつかの実装形態では、制御システム50は、メモリシステムの少なくとも一部を含んでもよい。制御システム50は、指紋画像をキャプチャし、指紋画像データをメモリシステムに記憶することが可能であってもよい。いくつかの実装形態では、制御システム50は、超音波トランスミッタ20を「オフ」状態に維持しつつ、画像をキャプチャし、指紋画像データをメモリシステムに記憶することが可能であってもよい。
いくつかの実施形態では、制御システム50は、タッチセンシングシステムを超音波撮像モードまたは力検知モードにおいて動作させることが可能であってもよい。いくつかの実装形態では、制御システムは、タッチセンシングシステムを力検知モードで動作させるときに超音波トランスミッタ20を「オフ」状態に維持することが可能であってもよい。力検知デバイス30は、タッチセンシングシステム10が超音波撮像モードで動作するときに超音波レシーバとして動作することが可能であってもよい。
いくつかの実装形態では、制御システム50は、ディスプレイシステム、通信システムなどの他のデバイスを制御することが可能であってもよい。いくつかの実装形態では、たとえば、制御システム50は、図7Aおよび図7Bを参照して以下で説明する、ディスプレイデバイス740などのデバイスの1つまたは複数の構成要素に電源を投入することが可能であってもよい。したがって、いくつかの実装形態では、制御システム50はまた、図7Bに示すプロセッサ721、アレイドライバ722、および/またはドライバコントローラ729と同様な1つまたは複数の構成要素を含んでもよい。いくつかの実装形態では、制御システム50は、力検知デバイス30を介して受け取られたタッチまたはタップを検出し、タッチまたはタップに応答してモバイルディスプレイデバイスの少なくとも1つの機能をアクティブ化することが可能であってもよい。この「機能」は構成要素、ソフトウェアアプリケーションなどであってもよい。
プラテン40は、レシーバに音響結合することができる任意の適切な材料であってもよく、この材料の例にはプラスチック、セラミックおよびガラスが含まれる。いくつかの実装形態では、プラテン40はカバープレートであってもよく、たとえばディスプレイ用のカバーガラスまたはレンズガラスであってもよい。特に、超音波トランスミッタ20が使用中であるときには、指紋検出および撮像は、必要に応じて、たとえば3mm以上の比較的厚いプラテンによって実行され得る。しかし、力検知デバイス30が力検知モードで指紋を撮像することができる実装形態では、より薄くかつ比較的柔軟なプラテン40が望ましい場合がある。いくつかのそのような実装形態によれば、プラテン40は、1つまたは複数の種類のパリレンなどの1つまたは複数のポリマーを含んでもよく、大幅により薄くてもよい。いくつかのそのような実装形態では、プラテン40は、厚さが数十ミクロンまたは場合によっては10ミクロン未満であってもよい。
圧電フィルム層36を形成するのに使用される場合がある圧電材料の例には、適切な音響特性、たとえば約2.5MRaylsと5MRaylsとの間の音響インピーダンスを有する圧電ポリマーが含まれる。使用することができる圧電材料の特定の例には、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)およびポリフッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン(PVDF-TrFE)共重合体などの強誘電性重合体がある。PVDF共重合体の例には、60:40(モルパーセント)PVDF-TrFE、70:30 PVDF-TrFE、80:20 PVDF-TrFEおよび90:10 PVDF-TrFEがある。利用されてもよい圧電材料の他の例には、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)ホモポリマーおよびコポリマー、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)ホモポリマーおよびコポリマー、ならびに臭化ジイソプロピルアンモニウム(DIPAB)が含まれる。
圧電トランスミッタ層22および圧電フィルム層36の各々の厚さとしては、超音波を生成および受信するのに好適である厚さが選択されてもよい。一例では、PVDF圧電トランスミッタ層22は約28μm厚であり、PVDF-TrFEレシーバ層36は約12μm厚である。超音波の例示的な周波数は、5MHz〜30MHzの範囲内であり、波長は、1/4ミリメートル以下程度である。
図4Bは、タッチセンシングシステムの代替例の分解図を示す。この例では、圧電フィルム層36は個別素子37として形成されている。図4Bに示す実装形態では、個別素子37の各々は単一の入力電極38および単一のセンサーピクセル回路32に相当する。しかし、タッチセンシングシステム10の代替実装形態では、個別素子37、単一のピクセル入力電極38、および単一のセンサーピクセル回路32の各々の間には必ずしも1対1の対応があるとは限らない。たとえば、いくつかの実装形態では、単一の個別素子37に対して複数のピクセル入力電極38およびセンサーピクセル回路32があってもよい。
図3A〜図4Bは、タッチセンシングシステムにおける超音波トランスミッタおよび超音波レシーバの例示的な配置を示しており、他の配置も可能である。たとえば、いくつかの実装形態では、超音トランスミッタ20は、力検知デバイス30の上方、ひいては検出すべき対象物25のより近くに位置してもよい。いくつかの実装形態では、タッチセンシングシステム10は、音響遅延層を含んでもよい。たとえば、音響遅延層は、タッチセンシングシステム10において超音波トランスミッタ20と力検知デバイス30との間に組み込まれてもよい。音響遅延層は、超音波パルスタイミングを調整し、同時に、力検知デバイス30を超音波トランスミッタ20から電気的に絶縁するのに使用することが可能である。遅延層は、実質的に均一の厚さを有してもよく、遅延層に使用される材料および/または遅延層の厚さとしては、反射された超音波エネルギーが力検知デバイス30に到達するための時間に望ましい遅延を生じさせる材料および/または厚さが選択される。そうする際に、対象物によって反射されたために対象物についての情報を伝送するエネルギーパルスを力検知デバイス30に到達させる場合がある時間の範囲は、タッチセンシングシステム10の他の部分から反射されたエネルギーが力検知デバイス30に到着する可能性がない時間範囲である。いくつかの実装形態では、基板34および/またはプラテン40は、音響遅延層として働く場合がある。
図5は、タッチセンシングシステムに関するセンサーピクセル回路の4×4ピクセルアレイを示す図である。各センサーピクセル32はたとえば、圧電センサー材料の個別素子37、ピーク検出回路8(この例ではダイオード)、および読出しトランジスタに関連付けられてもよい。これらの素子の多くまたはすべては、センサーピクセル回路32を形成するようにバックプレーン(たとえば、図1A〜図1Cに示す基板34)上またはバックプレーン内に形成されてもよい。実際には、各センサーピクセル回路32の圧電センサー材料の個別素子37は、受け取られた超音波エネルギーを電荷に変換してもよい。ピーク検出回路8は、圧電センサー材料の個別素子37によって検出された電荷の最大量を記録してもよい。次いで、センサーピクセルアレイの各行が、たとえば行選択メカニズム、ゲートドライバ、またはシフトレジスタを介して走査されてもよく、各列に関する読出しトランジスタが、各ピクセルに関するピーク電荷の大きさが追加の回路、たとえばマルチプレクサおよびA/D変換器によって読み出されるのを可能にするためにトリガされてもよい。センサーピクセル回路32は、センサーピクセル回路32のゲーティング、アドレス指定、およびリセットを可能にするために、1つまたは複数のTFTを含んでもよい。
各センサーピクセル回路32は、タッチセンシングシステム10によって検出された対象物の小さい部分についての情報を提供してもよい。図示の便宜上、図5に示す例は比較的粗い解像度を有するが、図4Aおよび図4Bに示す構造と実質的に同様の積層構造によって構成される、1インチ当たり500ピクセル以上程度の解像度を有するタッチセンシングシステム10が、本発明者によって実証されている。タッチセンシングシステム10の検出領域は、意図された検出対象物に応じて選択されてもよい。たとえば、検出面積は、1本の指の場合の5mm×5mmから4本の指の場合の3インチ×3インチまでの範囲であってもよい。検出および/または撮像の対象とする物体の必要に応じて、上記よりも狭い面積および上記よりも広い面積が使用されてもよい。
図6は、タッチセンシングシステムのハイレベルブロック図の一例を示す。図示の素子の多くは、制御用電子機器50の一部を形成することができる。センサーコントローラは、センサーシステムの様々な態様、たとえば超音波トランスミッタのタイミングおよび励起波形、超音波レシーバおよびセンサーピクセル回路用のバイアス電圧、ピクセルアドレス指定、信号のフィルタリングおよび変換、読出しフレームレートなどを制御するように構成された制御ユニットを含んでもよい。センサーコントローラはまた、センサーピクセル回路アレイからデータを受信するデータプロセッサを含んでもよい。データプロセッサは、デジタル化データを指紋の画像データに変換するか、またはさらなる処理のためにデータをフォーマットしてもよい。
たとえば、制御ユニットは、トランスミッタ(Tx)ドライバに超音波トランスミッタを励起させて平面超音波を発生させるために、Tx励起信号を一定間隔でTxドライバに送信してもよい。制御ユニットは、レシーババイアス電極にバイアスをかけてピクセル回路による音響信号検出のゲーティングを可能にするために、レシーバ(Rx)バイアスドライバを介してレベル選択入力信号を送信してもよい。センサーピクセル回路の特定の行または列に出力信号を生成させるゲートドライバのオンおよびオフを切り替えるためにデマルチプレクサが使用されてもよい。ピクセルからの出力信号は、電荷増幅器、RCフィルタまたはアンチエイリアシングフィルタなどのフィルタ、およびデジタイザを介してデータプロセッサに送信されてもよい。システムの一部は、TFTバックプレーン上に含められてもよく、他の部分は、関連する集積回路内に含められてもよいことに留意されたい。
図7Aおよび図7Bは、本明細書で説明するようにタッチセンシングシステムを含むディスプレイデバイスを示すシステムブロック図の例を示す。このディスプレイデバイス740はたとえば、スマートフォン、セルラー電話またはモバイル電話などのモバイルディスプレイデバイスであってもよい。しかし、ディスプレイデバイス740の同じ構成要素またはそれらのわずかな変形例は、テレビジョン、コンピュータ、タブレット、電子リーダー、ハンドヘルドデバイスおよびポータブルメディアデバイスのような様々な種類のディスプレイデバイスも例示している。
ディスプレイデバイス740は、ハウジング741と、ディスプレイ730と、タッチセンシングシステム10と、アンテナ743と、スピーカ745と、入力デバイス748と、マイクロフォン746とを含む。ハウジング741は、射出成形および真空成形を含む様々な製造プロセスのいずれによって形成されてもよい。また、ハウジング741は、プラスチック、金属、ガラス、ゴム、およびセラミック、またはそれらの組合せを含むがそれらに限らない様々な材料のいずれから作られてもよい。ハウジング741は、異なる色を有するかまたはそれぞれに異なるロゴ、絵、または記号を含む取外し可能な他の部分と交換されてもよい取外し可能な部分(図示せず)を含んでもよい。
ディスプレイ730は、プラズマディスプレイ、有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイ、または液晶ディスプレイ(LCD)などのフラットパネルディスプレイ、あるいは陰極線管(CRT)または他のチューブデバイスなどの非フラットパネルディスプレイを含む様々なディスプレイのいずれであってもよい。また、ディスプレイ30は、干渉変調器(IMOD)ベースのディスプレイを含んでもよい。
ディスプレイデバイス740の一例の構成要素を図7Bに概略的に示す。ディスプレイデバイス740は、ハウジング741を含み、ディスプレイデバイス740内に少なくとも部分的に密閉された追加の構成要素を含んでもよい。たとえば、ディスプレイデバイス740は、トランシーバ747に結合されてもよいアンテナ743を含むネットワークインターフェース727を含む。ネットワークインターフェース727は、ディスプレイデバイス740に表示することのできる画像データのソースであってもよい。したがって、ネットワークインターフェース727は、画像ソースモジュールの一例であるが、プロセッサ721および入力デバイス748も画像ソースモジュールとして働いてよい。トランシーバ747は、調整ハードウェア752に接続されたプロセッサ721に接続される。調整ハードウェア752は、信号を調整する(たとえば、信号をフィルタリングする、またはさもなければ処理する)ように構成されてもよい。調整ハードウェア752は、スピーカ745およびマイクロフォン746に接続されてもよい。プロセッサ721はまた、入力デバイス748およびドライバコントローラ729に接続されてもよい。ドライバコントローラ729は、フレームバッファ728およびアレイドライバ722に結合されてもよく、アレイドライバ722はディスプレイアレイ730に結合されてもよい。図7Bに特に示されていない要素を含む、表示デバイス740における1つまたは複数の要素は、メモリデバイスとし働くことが可能であり、かつプロセッサ721または制御システムの他の構成要素と通信することが可能であってもよい。いくつかの実装形態では、電源750は、特定のデバイスデバイス740設計において実質的にすべての構成要素に電力を供給してもよい。
この例では、ディスプレイデバイス740は、タッチおよび指紋コントローラ777も含む。タッチおよび指紋コントローラ777は、たとえば、上述のような制御システム50の一部であってもよい。したがって、いくつかの実装形態では、タッチおよび指紋コントローラ777(および/または制御システム50の他の構成要素)は1つまたは複数のメモリシステムを含んでもよい。いくつかの実装形態では、制御システム50はまた、図7Bに示すプロセッサ721、アレイドライバ722、および/またはドライバコントローラ729などの構成要素を含んでもよい。タッチおよび指紋コントローラ777は、たとえば配線を介してタッチセンシングシステム10と通信することが可能であってもよく、タッチセンシングシステム10を制御することが可能であってもよい。タッチおよび指紋コントローラ777は、タッチセンシングシステム10上の指などの1つまたは複数の対象物の位置および/または動きあるいはタッチセンシングシステム10に近接した対象物の位置および/または動きを判定することが可能であってもよい。しかし、代替実施形態では、プロセッサ721(または制御システム50の別の部分)はこの機能の一部またはすべてを実現することが可能であってもよい。
タッチおよび指紋コントローラ777(および/または制御システム50の別の素子)は、1つまたは複数のタッチ位置に応じてディスプレイデバイス740を制御するための入力を生成することが可能であってもよい。いくつかの実装形態では、タッチおよび指紋コントローラ777は、1つまたは複数の位置の動きを判定し、動きに応じてディスプレイデバイス740を制御するための入力を生成することが可能であってもよい。代替または追加として、タッチおよび指紋コントローラ777は、ディスプレイデバイス740に近接する対象物の位置および/または動きを判定することが可能であってもよい。したがって、タッチおよび指紋コントローラ777は、ディスプレイデバイス40への接触がない場合でも指またはスタイラスの動き、手によるジェスチャーなどを検出することが可能であってもよい。タッチおよび指紋コントローラ777は、そのような検出された動きおよび/またはジェスチャーに応じてディスプレイデバイス40を制御するための入力を生成することが可能であってもよい。
本明細書の他の個所で説明したように、タッチおよび指紋コントローラ777(または制御システム50の別の素子)は、1つまたは複数の指紋検出動作モードを実現することが可能であってもよい。したがって、いくつかの実装形態では、タッチおよび指紋コントローラ777(または制御システム50の別の素子)は指紋画像を生成することが可能であってもよい。
いくつかの実装形態では、タッチセンシングシステム10は、本明細書の他の個所で説明するような力検知デバイス30および/または超音波トランスミッタ20を含んでもよい。いくつかのそのような実装形態によれば、タッチおよび指紋コントローラ777(または制御システム50の別の素子)は、力検知デバイス30から入力を受信し、ディスプレイデバイス740の超音波トランスミッタ20および/または別の構成要素の電源投入または「ウェイクアップ」を行うことが可能であってもよい。
ネットワークインターフェース727は、ディスプレイデバイス740がネットワークを介して1つまたは複数のデバイスと通信することができるようにアンテナ743とトランシーバ747とを含む。ネットワークインターフェース727は、たとえばプロセッサ721のデータ処理要件を軽減するいくつかの処理機能を有してもよい。アンテナ743は、信号を送受信してもよい。いくつかの実装形態では、アンテナ43は、IEEE16.11(a)、IEEE16.11(b)、またはIEEE16.11(g)を含むIEEE16.11標準、あるいはIEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11nを含むIEEE802.11標準、およびそのさらなる実装形態に従ってRF信号を送受信する。いくつかの他の実装形態では、アンテナ43は、Bluetooth(登録商標)標準に従ってRF信号を送受信する。セルラー電話の場合、アンテナ743は、符号分割多元接続(CDMA)、周波数分割多元接続(FDMA)、時分割多元接続(TDMA)、モバイル通信用グローバルシステム(GSM(登録商標))、GSM/汎用パケット無線サービス(GPRS)、拡張データGSM環境(EDGE)、地上基盤無線(TETRA)、広帯域CDMA(W-CDMA)、エボリューションデータオプティマイズド(EV-DO)、1xEV-DO、EV-DO Rev A、EV-DO Rev B、高速パケットアクセス(HSPA)、高速ダウンリンクパケットアクセス(HSDPA)、高速アップリンクパケットアクセス(HSUPA)、発展型高速パケットアクセス(HSPA+)、ロングタームエボリューション(LTE)、AMPS、または3G技術、4G技術、もしくは5G技術を利用するシステムのような、ワイヤレスネットワーク内で通信するのに使用される他の公知の信号を受信するように設計されてもよい。トランシーバ747は、アンテナ43から受信された信号をプロセッサ721によって受信しさらに処理することができるように前処理してもよい。トランシーバ747は、プロセッサ721から受信された信号をディスプレイデバイス740からアンテナ743を介して送信することができるように処理してもよい。
いくつかの実装形態では、トランシーバ747は受信機と置き換えられてもよい。また、いくつかの実装形態では、ネットワークインターフェース727は、プロセッサ721に送信すべき画像データを記憶または生成する場合がある画像ソースと置き換えられてもよい。プロセッサ721は、ディスプレイデバイス740の動作全体を制御してもよい。プロセッサ721は、圧縮された画像データなどのデータをネットワークインターフェース727または画像ソースから受信し、データを処理して生画像データまたは生の画像データに容易に処理することのできるフォーマットに変換する。プロセッサ721は、処理済みのデータを記憶できるようにドライバコントローラ729またはフレームバッファ728に送ってもよい。生データは通常、画像内の各位置での画像特性を識別する情報を指す。たとえば、そのような画像特性は、色、彩度、およびグレースケールレベルを含んでもよい。
プロセッサ721は、ディスプレイデバイス740の動作を制御するマイクロコントローラ、CPU、または論理ユニットを含んでもよい。調整ハードウェア752は、信号をスピーカ745に送信し、マイクロフォン46から信号を受信するための増幅器およびフィルタを含んでもよい。調整ハードウェア752は、ディスプレイデバイス40内の個別構成要素であってもよく、あるいはプロセッサ721または他の構成要素内に組み込まれてもよい。
ドライバコントローラ729は、プロセッサ721によって生成された生画像データをプロセッサ721から直接取り込んでも、あるいはフレームバッファ728から取り込んでもよく、かつ生画像データをアレイドライバ722に高速に送信できるように適切に再フォーマットしてもよい。いくつかの実装形態では、ドライバコントローラ729は、生画像をラスタ状フォーマットを有するデータフローに再フォーマットしてもよく、それによって、ドライバコントローラ29は、ディスプレイアレイ730全体にわたってスキャンするのに適した時間順を有する。次いで、ドライバコントローラ729は、フォーマット済みの情報をアレイドライバ722に送信する。LCDコントローラなどのドライバコントローラ729は、スタンドアロン集積回路(IC)としてのシステムプロセッサ721に関連付けられることが多いが、そのようなコントローラは多数の方法で実現されてもよい。たとえば、コントローラは、ハードウェアとしてプロセッサ721に埋め込まれても、ソフトウェアとしてプロセッサ721に埋め込まれても、ハードウェアにおいてアレイドライバ722と完全に一体化されてもよい。
アレイドライバ722は、ドライバコントローラ729からフォーマット済みの情報を受信してもよく、ディスプレイ素子のディスプレイのx-yマトリックスからの数百本、場合によっては数千本(またはそれよりも多く)のリード線に1秒当たりに何度も印加される互いに平行な波形のセットに、映像データを再フォーマットしてもよい。
いくつかの実装形態では、ドライバコントローラ729、アレイドライバ722、およびディスプレイアレイ730は、本明細書において説明するディスプレイの種類のうちのいずれにも適切である。たとえば、ドライバコントローラ729は、従来のディスプレイコントローラまたは双安定ディスプレイコントローラ(IMODディスプレイ素子コントローラなど)であってもよい。また、アレイドライバ722は、従来のドライバまたは双安定ディスプレイドライバであってもよい。さらに、アレイドライバ730は、従来のディスプレイアレイまたは双安定ディスプレイであってもよい。いくつかの実装形態では、ドライバコントローラ729は、アレイドライバ722と一体化されてもよい。そのような実装形態は、高集積度システム、たとえば、モバイルフォン、ポータブル電子デバイス、腕時計またはスモールエリアディスプレイにおいて有用である場合がある。
いくつかの実装形態では、入力デバイス748は、たとえばユーザがディスプレイデバイス740の動作を制御するのが可能であってもよい。入力デバイス748は、QWERTYキーボードもしくは電話キーパッドのようなキーパッド、ボタン、スイッチ、ロッカー、タッチセンシティブスクリーン、ディスプレイアレイ730と一体化されたタッチセンシティブスクリーン、または圧力感応膜もしくは感熱膜を含んでもよい。マイクロフォン746は、ディスプレイデバイス740用の入力デバイスとして働くことが可能であってもよい。いくつかの実施形態では、マイクロフォン746を通じた音声コマンドがディスプレイデバイス40の動作を制御するのに使用されてもよい。
電源750は、様々なエネルギー貯蔵デバイスを含んでもよい。たとえば、電源750は、ニッケルカドミウム電池またはリチウムイオン電池のような充電式バッテリーであってもよい。充電式バッテリーを使用する実装形態では、充電式バッテリーは、たとえば、壁コンセントあるいは光起電性デバイスまたはアレイからの電力を使用して充電可能であってもよい。代替的に、充電式バッテリーはワイヤレス充電可能であってもよい。電源750は、再生可能なエネルギー源、キャパシタ、またはプラスチック太陽電池もしくは塗料型太陽電池を含む太陽電池であってもよい。電源750は、壁コンセントから電力を受けることが可能であってもよい。
いくつかの実装形態では、電子ディスプレイシステム内のいくつかの場所に配置されてもよいドライバコントローラ729に制御プログラマビリティが存在する。いくつかの他の実装形態では、アレイドライバ722に制御プログラマビリティが存在する。上述の最適化は、任意の数のハードウェア構成要素および/またはソフトウェア構成要素ならびに様々な構成において実施されてもよい。
本明細書で使用する項目のリストのうちの「少なくとも1つ」を指す語句は、単一の部材を含む、それらの項目の任意の組合せを指す。一例として、「a、b、またはcのうちの少なくとも1つ」は、a、b、c、a-b、a-c、b-c、およびa-b-cを包含するものとする。
本明細書において開示されている実装形態に関連して説明した様々な実例論理、論理ブロック、モジュール、回路およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェアまたは両方の組合せとして実装されてもよい。ハードウェアおよびソフトウェアの互換性については、概ね機能に関して説明し、上で説明した様々な実例構成要素、ブロック、モジュール、回路およびステップにおいて例示した。そのような機能がハードウェアに実装されるか、あるいはソフトウェアに実装されるかどうかは、全体的なシステムに課される特定のアプリケーションおよび設計制約で決まる。
本明細書において開示された態様に関連して説明した様々な例示的な論理、論理ブロック、モジュールおよび回路を実装するために使用されるハードウェアおよびデータ処理装置は、本明細書において説明した機能を実施するために設計された、汎用シングルチップまたはマルチチッププロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、または他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートまたはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、またはそれらの任意の組合せを使用して実装または実施されてもよい。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであっても、あるいは任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラまたはステートマシンであってもよい。プロセッサは、複数のコンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、DSPとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連動する1つまたは複数のマイクロプロセッサ、またはそのような任意の他の構成として実現されてもよい。いくつかの実装形態では、特定のプロセスおよび方法は、所定の機能に特有の回路で実行されてもよい。
1つまたは複数の態様では、前述の機能は、本明細書において開示された構造およびそれらの構造等価物を含むハードウェア、デジタル電子回路、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せに実装されてもよい。本明細書において説明した主題の実装形態は、1つまたは複数のコンピュータプログラム、すなわち、データ処理装置によって実行できるようにコンピュータ記憶媒体上に符号化されるかあるいはデータ処理装置の動作を制御するためにコンピュータ記憶媒体上に符号化されたコンピュータプログラム命令の1つまたは複数のモジュールとして実現されてもよい。
それらの機能は、ソフトウェアに実装される場合、1つまたは複数の命令またはコードとして、非一時的媒体などのコンピュータ可読媒体上に記憶されてもあるいはコンピュータ可読媒体を介して送信されてもよい。本明細書で開示した方法またはアルゴリズムのプロセスは、コンピュータ可読媒体上に存在する場合があるプロセッサ実行可能ソフトウェアモジュールにおいて実施されてもよい。コンピュータ可読媒体は、ある場所から別の場所にコンピュータプログラムを転送することが可能になる場合がある任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体と通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされる場合がある任意の利用可能な媒体であってもよい。限定ではなく例として、そのような非一時的プロセッサ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMもしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶デバイス、または、命令もしくはデータ構造の形式で所望のプログラムコードを記憶するために使用される場合があるとともに、コンピュータによってアクセスされる場合がある任意の他の媒体を含んでもよい。また、任意の接続がコンピュータ可読媒体と呼ばれてもよい。本明細書では、ディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザディスク(disc)、光ディスク(disc)、デジタルバーサタイルディスク(disc)(DVD)、フロッピーディスク(disk)、およびブルーレイディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は通常、データを磁気的に再生し、一方、ディスク(disc)はデータをレーザで光学的に再生する。上述したものの組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含められるべきである。加えて、方法またはアルゴリズムの動作は、コンピュータプログラム製品に組み込まれてもよい、機械可読媒体およびコンピュータ可読媒体上のコードおよび命令の1つまたは任意の組合せまたはセットとして存在してもよい。
当業者には、本開示において説明した実装形態の様々な修正形態が容易に明らかになろう。本明細書において定められた一般原則は、本開示の趣旨または範囲から逸脱せずに他の実装形態に適用されてもよい。したがって、本開示は、本明細書において示されている実装形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、本明細書において開示された原則および新規の特徴に整合した最も広い範囲が与えられるべきである。「例示的な」という単語は、本明細書では、「例、事例、または例示の働きをすること」を意味するためにのみ使用される。本明細書で「例示的な」と記載されるいかなる実装形態も、必ずしも他の実装形態よりも好ましいか、または有利であると解釈されるべきではない。
また、本明細書において個別の実装形態の文脈で説明した特定の特徴は、単一の実装形態において組み合わせて実現されてもよい。それとは逆に、単一の実装形態の文脈で説明する様々な特徴はまた、複数の実装形態において個別に実現されても、あるいは任意の適切な副組合せで実現されてもよい。さらに、各特徴は、上記では、特定の組合せで作用するものとして説明することがあり、場合によっては最初にそのようなものとして請求されることもあるが、請求される組合せによる1つまたは複数の特徴は、場合によっては、組合せから削除されてもよく、請求される組合せが、副組合せまたは副組合せの変形形態を対象としてもよい。
同様に、動作は特定の順序で図面に示されているが、そのような動作は、望ましい結果を達成するために、示された特定の順序でもしくは逐次的に実行される必要がないこと、またはすべての図示の動作が実行される必要があるとは限らないことを理解されたい。特定の状況では、マルチタスキングおよび並列処理が有利である場合がある。さらに、上で説明した実装形態における様々なシステム構成要素の分類は、そのような分類がすべての実装形態に必要であるものとして理解してはならず、前述のプログラムコンポーネントおよびシステムは、通常、単一のソフトウェア製品として統合されてもあるいは複数のソフトウェア製品としてパッケージ化されてもよいことを理解すべきである。さらに、他の実装形態も以下の特許請求の範囲内である。いくつかのケースでは、特許請求に記載されているアクションは、異なる順序で実施されてもよく、依然として望ましい結果を達成する場合がある。
説明した特定の実装形態のうちのいずれかにおける複数の特徴が互いに不適合であると明確に確認されること、またはそれらの特徴が、相互排他的であり、補完および/または支援の意味で容易に組み合わせることができないことを周囲の文脈が示唆することがない限り、本開示の全体は、それらの補完的実装形態の特定の特徴が、1つまたは複数の包括的であるがわずかに異なる技術的解法を提供するために、選択的に組み合わされてもよいことを企図し、想定していることが理解されよう。したがって、上記の説明は、例として与えられているにすぎず、本開示の範囲内で細部の修正が施されてもよいことがさらに諒解されよう。
1 TFTアレイ
6 レシーババイアス電圧
7 電荷増幅器
8 ピーク検出回路
9 リセットデバイス
10 タッチセンシングシステム
12 出力信号
20 超音波トランスミッタ
21 プロセッサ
22 圧電トランスミッタ層
24 トランスミッタ電極
25 対象物
26 トランスミッタ電極
28 指紋隆線
29 ドライバコントローラ
30 力検知デバイス
32 センサーピクセル回路
32a センサーピクセル
34 基板
36 圧電フィルム層
37 個別素子
38 ピクセル入力電極
39 レシーババイアス電極
40 ディスプレイデバイス
42 露出面
43 アンテナ
46 マイクロフォン
50 制御システム
721 システムプロセッサ
722 アレイドライバ
727 ネットワークインターフェース
728 フレームバッファ
729 ドライバコントローラ
730 ディスプレイアレイ
740 ディスプレイデバイス
741 ハウジング
743 アンテナ
745 スピーカ
747 トランシーバ
748 入力デバイス
750 電源
752 調整ハードウェア
777 指紋コントローラ

Claims (20)

  1. 力検知デバイスを含むタッチセンシングシステムであって、
    基板と、
    前記基板上に配設されたセンサーピクセル回路のアレイと、
    各個別素子が個々のセンサーピクセル回路に対応する、圧電フィルム層の個別素子と、
    各ピクセル入力電極が、前記圧電層の個別素子の第1の面と前記センサーピクセル回路の1つとの間の電気的接続を確立するように構成された、複数のピクセル入力電極と、
    前記圧電層の個別素子の第2の面との電気的接続を確立するように構成されたレシーババイアス電極と、
    制御システムであって、
    前記圧電フィルム層の1つまたは複数の個別素子に加えられた力に対応する、前記センサーピクセル回路のうちの1つまたは複数からの信号を受信し、
    前記力を及ぼす対象物の位置を判定する
    ことができる、制御システムと
    を備える、タッチセンシングシステム。
  2. 各センサーピクセル回路は、
    前記ピクセル入力電極から受け取った電荷を増幅することのできる電荷増幅器を備える、請求項1に記載のタッチセンシングシステム。
  3. 各センサーピクセル回路は、
    加えられた力によって発生する電荷の最大量を記録することのできるピーク検出回路をさらに備える、請求項1に記載のタッチセンシングシステム。
  4. 各センサーピクセル回路は、
    前記ピーク検出回路から蓄積した電荷を除去することができるリセットデバイスをさらに備える、請求項3に記載のタッチセンシングシステム。
  5. 前記力検知デバイスは、指紋センサーとして働くのに十分な程度に高い分解能を有する、請求項1に記載のタッチセンシングシステム。
  6. 超音波トランスミッタをさらに備え、前記制御システムは、前記タッチセンシングシステムを超音波撮像モードまたは力検知モードにおいて動作させることができる、請求項1に記載のタッチセンシングシステム。
  7. 前記制御システムは、前記タッチセンシングシステムを力検知モードで動作させるときに前記超音波トランスミッタを「オフ」状態に維持することができる、請求項6に記載のタッチセンシングシステム。
  8. メモリシステムをさらに含み、前記制御システムは、前記超音波トランスミッタを前記「オフ」状態に維持しつつ、指紋画像をキャプチャし、指紋画像データを前記メモリシステムに記憶することができる、請求項7に記載のタッチセンシングシステム。
  9. 前記制御システムは、前記指紋画像データに少なくとも部分的に基づいて1つまたは複数のデバイスへのアクセスを制御することができる、請求項8に記載のタッチセンシングシステム。
  10. 前記力検知デバイスは、前記タッチセンシングシステムが前記超音波撮像モードで動作するときに超音波レシーバとして働くことができる、請求項6に記載のタッチセンシングシステム。
  11. 前記制御システムは、前記力検知デバイスを介して受け取られたタッチまたはタップを検出し、前記タッチまたはタップに応答して前記超音波トランスミッタをオンに切り替えることができる、請求項6に記載のタッチセンシングシステム。
  12. 前記基板は薄膜トランジスタ(TFT)基板であり、前記センサーピクセル回路はTFTセンサーピクセル回路を含む、請求項1に記載のタッチセンシングシステム。
  13. 請求項1の前記タッチセンシングシステムを含むモバイルディスプレイデバイス。
  14. 前記制御システムは、前記力検知デバイスを介して受け取られたタッチまたはタップを検出し、前記タッチまたはタップに応答して前記モバイルディスプレイデバイスの少なくとも1つの機能をアクティブ化することができる、請求項13に記載のモバイルディスプレイデバイス。
  15. 前記制御システムは、
    非アクティビティ期間の間前記モバイルディスプレイデバイスをスリープモードで動作させ、
    前記力検知デバイスを介して受けられたタッチまたはタップを検出し、
    前記タッチまたはタップに応答して前記モバイルディスプレイデバイスを前記スリープモードからウェイクすることができる、請求項14に記載のモバイルディスプレイデバイス。
  16. タッチセンシングシステムの力検知デバイスからユーザのタッチまたはタップの表示を受信するステップと、
    前記タッチまたはタップに少なくとも部分的に基づいて前記タッチセンシングシステムを超音波撮像モードで動作させるステップと
    を含む方法。
  17. 前記受信するステップは、超音波トランスミッタがオフに切り替えられる間超音波レシーバから表示を受信するステップを含み、前記動作させるステップは、前記超音波トランスミッタをオンに切り替えるステップを含む、請求項16に記載の方法。
  18. 圧電フィルム層とセンサーピクセル回路のアレイとを含む超音波レシーバと、
    超音波トランスミッタ手段と、
    制御手段であって、
    前記超音波トランスミッタ手段がオフに切り替えられる間、前記超音波レシーバの前記センサーピクセル回路のうちの1つまたは複数から信号を受信するための手段であって、前記信号は、前記圧電フィルム層に加えられた力に対応する手段と、
    前記信号に応答して前記超音波トランスミッタ手段をオンに切り替えるための手段と
    を備える、制御手段と
    を備えるタッチセンシングシステム。
  19. 前記制御手段は、前記受信手段によって受信された複数の信号に対応する1つまたは複数の対象物の位置または動きを判定するための手段を含む、請求項18に記載のタッチセンシングシステム。
  20. 請求項18の前記タッチセンシングシステムを含むモバイルディスプレイデバイスであって、前記制御手段は、
    非アクティビティ期間の間前記モバイルディスプレイデバイスをスリープモードで動作させるための手段と、
    前記信号に応答して前記モバイルディスプレイデバイスを前記スリープモードからウェイクするための手段とを備える、モバイルディスプレイデバイス。
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