JP2017182068A - 埋込型アクティブマトリクス方式有機発光ダイオード(amoled)指紋センサおよび自己補償amoled - Google Patents
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Abstract
Description
これらの種類のコンピューティング・デバイスを設計する人々のために、ユーザ・エクスペリエンスを強化する製品設計を改良するとともに、製品コストの競争性を保つためのリソースを保存するための挑戦が続いている。
様々な実施形態では、デバイスのディスプレイ・アクティブ・エリアに埋め込まれた指紋センサを備えるコンピューティング・デバイス(ハンドヘルド・コンピューティング・デバイスまたは携帯電話など)が提供される。指紋センサは、受光モードで動作するように構成されている一連のPINダイオードから構成される。様々な実施形態では、PINダイオードは、アクティブマトリクス方式有機発光ダイオード(AMOLED)としてディスプレイ・アクティブ・エリアにおけるピクセル間の間隙内に少なくとも部分的に形成される。PINダイオードの密度は、隣接するピクセル毎、2つのピクセル毎、4つのピクセル毎に形成されることなどによって、変化させることが可能である。指紋センサとして働くPINダイオードは、タッチされた領域に隣接して配置されているピクセルがタッチされた領域を照らしてPINダイオードに対して入力される光を増加させるように、タッチ・センサ、フォース・タッチ(force touch)センサ、または指を検出する任意の他の適切なセンサに接続されることが可能である。これによって、以下により詳細に記載するように、指紋がデバイスに検出されることができる。
OLEDは、発光モードおよび光感知モードの両方により動作することが可能である。
発光モードでは、OLEDは、エレクトロルミネセンスによって電気的なエネルギーを光に変換する。このモードでは、OLEDには、OLEDの有機(炭素系の)材料に電子およびホールが注入されるように、外部電圧によって順方向のバイアスが加えられる。電子およびホールは有機材料中で結合して電子−ホール対となり、その過程において、光の光子を放出する。
光感知モードで動作するために、ピクセル回路200におけるOLED202は、光起電力および/または光伝導モードとされる。光起電力モードではOLED202にはバイアスが加えられない一方、光伝導モードではOLED202に外部の逆方向バイアスが与えられる。OLED202にバイアスが加えられていない(光起電力モードにおいて)またはOLED202が逆方向バイアス下にある(光伝導モードにおいて)場合、OLED202は、その表面に達した光を電流に変換することができるフォトダイオードとして動作する。
指紋センサのレイアウト例
図3には、1以上の実施形態による一例の指紋センサの態様を一般に300で示す。この例では、指紋センサは、4つのピクセル・セルからなるピクセル・アレイを備える。第1の4つのピクセル・セルは、ピクセル302,304,306,308を含む。第2の4つのピクセル・セルは、ピクセル310,312,314,316を含む。この例では、ピクセル302は赤のピクセルであり、ピクセル304は緑のピクセルであり、ピクセル306は青のピクセルであり、ピクセル308は緑のピクセルである、などである。各個々のピクセルは、ピクセル回路200(図2)など、対応するピクセル回路を有する。ピクセル回路が製造されるとき、各ピクセル間に間隙が残される。間隙サイズは解像度に基づき異なってよいが、しかしながら、間隙幅は、典型的には、20〜50マイクロメートルの範囲である。したがって、例えば、第1の間隙はピクセル304,310の間に示され、第2の間隙はピクセル304,308の間に示される。列352,354は、以下でより詳細に記載するように、スイッチング・トランジスタを制御し、キャパシタ上の蓄積電荷を検出するために利用される制御線および検出線をそれぞれ構成する。
PINダイオード回路例
図5には、1以上の実施形態による一例のPINダイオード回路を、一般に500で示す。この例では、PINダイオード回路は、PINダイオード504と、PIN504ダイオードを通じて接続されているキャパシタ506とを含む光感知ブロック502を備える。この図示および説明する実施形態では、PINダイオード504は、有機発光ダイオード(OLED)、より詳細には、アクティブマトリクス方式の有機発光ダイオード(AMOLED)として実装される。スイッチング・トランジスタ508が光感知ブロック502に対し接続されている。スイッチング・トランジスタ508は、走査可能回路510に対し接続されているゲートを有する。電荷検出回路512は、スイッチング・トランジスタ508(p型またはn型のトランジスタ)のソースに対し接続されている。
ピン・ダイオード最適化の例
典型的には、AMOLEDディスプレイを形成するとき、その比較的高い電子およびホール移動度から低温多結晶シリコン(LTPS)が用いられる。LTPSは、基板(ガラスなど)上に最初にアモルファス・シリコン層を堆積させることによって形成される。このアモルファス・シリコン層は、次いで、アモルファス・シリコン層をレーザに晒すことによって、多結晶シリコンに再結晶させられる(エキシマ・レーザ・アニール(ELA)処理中など)。しかしながら、ダングリングボンドの濃度が高いため、アモルファス・シリコンは、光センサの形成を容易にする光感度を本来的に有する。
基板602が提供される。基板602は、ガラス、ポリイミドなどの任意の適切な種類の材料を含むことが可能である。ブロッキング材料604の層が基板の上に形成される。ブロッキング材料604は、任意の適切な種類のレーザ吸収またはレーザ反射材料を含むことが可能である。一部の例では、ブロッキング材料604は、モリブデン、アルミニウムなどの金属材料を含むことが可能である。典型的には、ブロッキング材料が基板の上に形成され、続いて、ブロッキング材料のアイランドを後に残すようにパターニングおよびエッチングされることが可能である。次に、アモルファス・シリコン606の層が基板600の上に形成される。この基板が次にレーザ・アニーリング処理(基板600の下方の矢印によって示す)に晒され、それによってアモルファス・シリコン606は多結晶シリコン608の層へと再結晶される。なお、ブロッキング材料604によって、アモルファス・シリコン610からなる上に位置する層がポリシリコンにおいて再結晶することが妨げられている。これに至り、アモルファス・シリコン610の層は、PINダイオード回路において光センサとして働くことが可能である。
動作時
図7には、一例のコンピューティング・デバイスを一般に700で示す。コンピューティング・デバイス700は、図2に記載したものなどピクセル回路のアレイと上述のものなど指紋センサのアレイとを用いて実装されるディスプレイ702を備える。この例では、コンピューティング・デバイス700は、最も左の図示では、アクティブに使用されておらず、ロックされた状態にある。ここで、ユーザはデバイスを拾い上げ、そのロックの解除を望むと仮定する。任意の領域においてディスプレイ702に触れることによって、それらがなされてもよい。コンピューティング・デバイス700は、ユーザがディスプレイに触れる時を検出するタッチ・センサを備える。タッチ入力を感知すると、最も右の図示により示されるように、タッチ・センサは、ユーザの指からの反射を最大化するべく、白色光または別の色など、任意の適切な種類の光とともにディスプレイをオンにする。これが起きるとき、指紋センサは指から反射された光を検出することが可能である。この反射光は、次いで指紋を得るべく処理されることが可能であり、この指紋は、次いで、マッチのイベント時にデバイスのロックを解除したり、非マッチのイベント時にデバイスをロックされたままとしたりするために用いられることが可能である。一部の実施形態では、指紋は、電荷検出回路512(図5)がPINダイオード回路における各キャパシタ上に蓄積された電荷を最初に読み取ることによって取得される。この値は、次いで、適切に構成されたアプリケーションによって、指紋または指紋のプロフィールを取得可能なグレースケール画像に対しマッピングされることが可能である。
上述の通り、種々の実施形態では、アクティブマトリクス方式有機発光ダイオード(AMOLED)として形成された一連のPINダイオードは、関連するディスプレイが自己補償されることを可能とすることができる。これは、図5のPINダイオード回路500などPINダイオード回路の一部としてPINダイオードを用いることによって行われることが可能である。このように、PINダイオード回路は、焼き付き問題およびムラ問題を緩和するようにディスプレイ・ピクセルを自己補償するために用いられる、自己補償システムの部分を備える。PINダイオード回路は、図3および図4に記載したのと同一の方式によりレイアウトされることが可能であり、上述の実施形態のいずれかを含むことが可能である。詳細には、PINダイオードまたはPINダイオード回路は、ディスプレイの一領域の輝度を感知するために用いられることが可能である。すなわち、PINダイオード回路に隣接する個々のピクセルが照明されるとき、対応するPINダイオード回路は、ディスプレイの一領域の輝度を検出することが可能である。1または複数のピクセルの照明は、個々のPINダイオード回路の対応するキャパシタに荷電する。走査可能回路(走査可能回路510(図5)など)が、次いで、上述の通り、電荷検出回路512が個々のキャパシタ上の電荷を検出することを可能にするように、スイッチング・キャパシタ508をオンにする。個々のキャパシタ上の電荷の値は、次いで、補償因子の計算を可能にするように、電荷検出回路または別の処理構成要素によって用いられることが可能である。この補償因子は、次いで、較正された輝度値を計算するために用いられることが可能である。この較正された輝度値は、個々のピクセル、すなわち、より正確には、ディスプレイの個々のピクセル回路をプログラムまたは駆動するために用いられることが可能である。
実装詳細
一部の実施形態では、上記指紋センサ機能はワンチップ構成により実装されることが可能である。このワンチップ構成は、ROIC(read−out integrated circuit)やディスプレイ・ドライバ集積回路を含む。他の実施形態では、上記指紋センサ機能は、指紋センサが1つのチップ上に存在し、感知集積回路(上述における電荷検出回路512)が第2のチップ上に存在し、2つの間がフレックス材料によって動作可能に接続されている2チップ構成により実装されることが可能である。ROICに関連するノイズ増幅パラメータが低いのに対してディスプレイ・ドライバの破壊電圧は比較的高いので、異なるチップ上にROICおよびディスプレイ・ドライバ集積回路を維持することによって、両方の動作が容易となる。
動作中、PINダイオードからの一部のリーク電流によって、関連するキャパシタが望ましくない小さな電荷を得る場合がある。そうした例では、感知回路、すなわち、走査可能回路510(図5)は、このプリチャージされた電子を除くことによって、ストレージ・キャパシタを除去することが可能である。これによって、指紋スキャナが動作可能である場合、センサ精度を改良することが可能である。
一部の実施形態では、指紋センサおよび自己補償の実施形態の両方、マルチプレクサ(MUX)が光感知のために組み込まれることが可能である。光感知の場合、比較的高いリフレッシュレート(60Hzなど)は不要である。むしろ、1Hz,2Hz,3Hzなど、はるかに低いリフレッシュレートを利用することが可能である。これによって、50:1(1列が50個のピクセルを共有可能である)など、大きなMUXの使用を可能とすることができる。したがって、MUXを用いて、複数のセンサ列は1列に接続することが可能であり、動作をタイミングに基づいて分散させることが可能である。このように、例えば、50:1のMUXでは、第1のセンサ列は0〜0.02秒のタイミングを用いて走査され、第2のセンサ列は0.02〜0.04のタイミングを用いて走査され、などが可能である。
一部の実施形態では、酸化物TFTを利用してPINダイオードを実装することが可能である。これは、より低いリーク電流を含む、よりよい性能のためである。
一部の自己補償の場合、PINダイオードは、PINダイオードによって受け取られる光の量を増加させるマイクロミラーを備えるように形成されることが可能である。これは、製造中、AMOLEDに隣接する反射堆積層のパターニングを行うことによって行うことが可能である。当業者によって認められるように、任意の適切な種類の反射堆積層を利用することが可能である。加えて、図5のPINダイオード504など、光感知ブロックにおける個々のPINダイオードは、PINダイオードの関連する1または複数のピクセルからの受光を強化するとともに他のピクセルから受け取られる光をブロックまたはその量を減少させる光ガイド構造を備えるように形成されることが可能である。一例として、図6では、異方性エッチングされたサイドウォールは、PINダイオードの関連する1または複数のピクセルからの光のチャネリングを行うとともに近隣のピクセルからの少なくとも一部の光をブロックするための所望の高さにアモルファス・シリコン610に隣接して形成されることが可能である。
少なくとも一部の実施形態では、自己補償機能をサポートする限りにおいて、指紋センサを提供する一連のPINダイオードは、二役(デュアル・ロール;dual role)を担うことが可能である。これらの例では、設計において、補償に用いられるディスプレイ入力から指紋センサを分離することが考慮される。詳細には、適切なアルゴリズムを用いて分離を達成することが可能である。例えば、ディスプレイ入力が測定され、基本ノイズとして正規化されることが可能である。指紋入力が得られるとき、このノイズが減算されることが可能である。
図11には、上述の指紋センサの実施形態が実装されることの可能な一例のデバイス1100の様々な構成要素を示す。この例のデバイス1100は、テレビなど大きなディスプレイを備えるデバイス、任意の種類のクライアント・デバイス、モバイルフォン、タブレット・デバイス、娯楽装置、ゲーム・デバイス、メディア再生デバイスなどハンドヘルド・デバイス、および/または他の種類のデバイスとして実装されることが可能である。例えば、図7および8のデバイスが、この例のデバイス1100として実装されてもよい。
Claims (20)
- コンピューティング・デバイス用のディスプレイであって、
基板と、
前記基板上に形成された複数のピクセルからなるピクセル・アレイであって、個々のピクセルは対応するピクセル回路を含み、各ピクセル回路はアクティブマトリクス方式有機発光ダイオード(AMOLED)を含み、個々のピクセルは間隙によって他のピクセルから分離されている、ピクセル・アレイと、
前記基板上に形成された複数のPINダイオード回路であって、各PINダイオード回路は個々のピクセルを分離するそれぞれの個々の間隙内に少なくとも部分的に形成されている、複数のPINダイオード回路と、を備え、
各個々のPINダイオード回路は、前記ピクセル・アレイの1以上のピクセルに関連付けられており、前記ピクセル・アレイが自己補償されることを可能とするように構成されている、ディスプレイ。 - 前記PINダイオード回路は、個々のピクセルを分離する関連する前記間隙内に完全に位置する、請求項1に記載のディスプレイ。
- 前記PINダイオード回路は、アクティブマトリクス方式有機発光ダイオード(AMOLED)として実装されたPINダイオードを含む、請求項1に記載のディスプレイ。
- 前記ピクセル・アレイは複数の4ピクセル・セルを含み、個々の4ピクセル・セルは関連するPINダイオード回路を有する、請求項1に記載のディスプレイ。
- 各PINダイオード回路は、PINダイオードと前記PINダイオードを通じて接続されているキャパシタとを含む光感知ブロックと、前記光感知ブロックに接続されているスイッチング・トランジスタとを含む、請求項1に記載のディスプレイ。
- 前記PINダイオード回路は、少なくとも一部がアモルファス・シリコンを含むアクティブマトリクス方式有機発光ダイオード(AMOLED)として実装されたPINダイオードを含む、請求項1に記載のディスプレイ。
- 前記PINダイオード回路は、個々のピクセルを分離する関連する前記間隙内に完全に位置し、各PINダイオード回路は、PINダイオードと前記PINダイオードを通じて接続されているキャパシタとを含む光感知ブロックと、前記光感知ブロックに接続されているスイッチング・トランジスタとを含む、
請求項1に記載のディスプレイ。 - 各PINダイオード回路は、PINダイオードと前記PINダイオードを通じて接続されているキャパシタとを含む光感知ブロックと、前記光感知ブロックに接続されているスイッチング・トランジスタとを含み、前記PINダイオードは、少なくとも一部がアモルファス・シリコンを含むアクティブマトリクス方式有機発光ダイオード(AMOLED)として実装されている、請求項1に記載のディスプレイ。
- コンピューティング・デバイスであって、
処理システムと、
ディスプレイと、を備え、前記ディスプレイは、
基板と、
前記基板上に形成された複数のピクセルからなるピクセル・アレイであって、個々のピクセルは対応するピクセル回路を含み、各ピクセル回路はアクティブマトリクス方式有機発光ダイオード(AMOLED)を含み、個々のピクセルは間隙によって他のピクセルから分離されている、ピクセル・アレイと、
前記基板上に形成された自己補償システムであって、複数のPINダイオード回路を含み、各PINダイオード回路は個々のピクセルを分離するそれぞれの個々の間隙内に少なくとも部分的に形成されている、自己補償システムと、を備えるコンピューティング・デバイス。 - 前記PINダイオード回路は、個々のピクセルを分離する関連する前記間隙内に完全に位置する、請求項9に記載のコンピューティング・デバイス。
- 前記PINダイオード回路は、アクティブマトリクス方式有機発光ダイオード(AMOLED)として実装されたPINダイオードを含む、請求項9に記載のコンピューティング・デバイス。
- 各PINダイオード回路は、PINダイオードと前記PINダイオードを通じて接続されているキャパシタとを含む光感知ブロックと、前記光感知ブロックに接続されているスイッチング・トランジスタとを含み、前記複数のPINダイオード回路はデュアル・ロール指紋センサを備える、請求項9に記載のコンピューティング・デバイス。
- 前記PINダイオード回路は、少なくとも一部がアモルファス・シリコンを含むアクティブマトリクス方式有機発光ダイオード(AMOLED)として実装されたPINダイオードを含む、請求項9に記載のコンピューティング・デバイス。
- アクティブマトリクス方式有機発光ダイオード(AMOLED)ディスプレイの自己補償を行うための方法であって、
ピクセル回路を用いて、ディスプレイ・デバイスの1以上のピクセルを照明する工程であって、個々のピクセルは間隙によって他のピクセルから分離されている、工程と、
前記ディスプレイ・デバイスのそれぞれのピクセルのピクセル回路間の間隙内に少なくとも部分的に形成されている1以上のPINダイオード回路を用いて、対応する輝度を検出する工程と、
検出された前記輝度を用いて補償因子を確認する補償因子確認工程と、
前記補償因子を用いて、較正された輝度値を計算する工程と、
較正された前記輝度値を用いて1以上のピクセルに関連するピクセル回路を駆動する工程と、を備える方法。 - 前記補償因子確認工程は、前記1以上のPINダイオード回路のキャパシタに対する電荷を対応する補償因子に対しマッピングするルックアップ・テーブルを用いる工程を含む、請求項14に記載の方法。
- 前記1以上のPINダイオード回路は、PINダイオードと前記PINダイオードを通じて接続されているキャパシタとを含む光感知ブロックと、前記光感知ブロックに接続されているスイッチング・トランジスタとを含む、請求項14に記載の方法。
- 前記1以上のPINダイオード回路は、完全にピクセル回路間の前記間隙内に位置する、請求項14に記載の方法。
- 前記1以上のPINダイオード回路は、アクティブマトリクス方式有機発光ダイオード(AMOLED)として実装されたPINダイオードを含む、請求項14に記載の方法。
- 前記1以上のPINダイオード回路は、PINダイオードと前記PINダイオードを通じて接続されているキャパシタとを含む光感知ブロックと、前記光感知ブロックに接続されているスイッチング・トランジスタとを含み、前記PINダイオードは、アクティブマトリクス方式有機発光ダイオード(AMOLED)として実装されている、請求項14に記載の方法。
- 前記1以上のPINダイオード回路は、完全にピクセル回路間の前記間隙内に位置し、
前記1以上のPINダイオード回路は、PINダイオードと前記PINダイオードを通じて接続されているキャパシタとを含む光感知ブロックと、前記光感知ブロックに接続されているスイッチング・トランジスタとを含む、請求項14に記載の方法。
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