JP2017194676A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

【課題】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ハンドヘルド・コンピューティング・デバイス（携帯電話など）が提供される。
【解決手段】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３５０から構成される。他には、ＰＩＮダイオード３５０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３０２−３１６間の間隙内に少なくとも部分的に形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、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）指紋センサに関する。
多くのデバイスは、そのデバイスに一定のセキュリティを提供するために指紋センサを備える。詳細には、携帯電話または他の携帯機器などのデバイスは指紋センサを備えており、ユーザがデバイスをロックし、次いで自分の指紋を指紋センサに走査させることによってデバイスのロックを解除することを可能とすることができる。指紋がデバイス上に記憶されている指紋プロフィールとマッチする場合、デバイスのロックは解除される。一方、指紋がデバイス上に記憶されている指紋プロフィールとマッチしない場合、デバイスのロックを解除することはできない。
典型的には、指紋センサは、デバイスのハウジング上のいずれかの場所に配置される。例えば、多くの携帯電話は、ディスプレイ・アクティブ・エリアの外部において、デバイスのベゼルと考えられる部分に配置された指紋センサを備える。これによってデバイスの土地が消費されるので、ディスプレイ・サイズが減少することがある。
有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を示す図。 ＡＭＯＬＥＤディスプレイ用の一例のピクセル回路を示す図。 一実施形態による埋込型の指紋センサを備えるＡＭＯＬＥＤディスプレイを示す図。 一実施形態による埋込型の指紋センサを備えるＡＭＯＬＥＤディスプレイを示す図。 １以上の実施形態による一例のＰＩＮダイオード回路を示す図。 １以上の実施形態による基板およびセンサの形成プロセスを示す図。 １以上の実施形態による一例のコンピューティング・デバイスを示す図。 １以上の実施形態による一例のコンピューティング・デバイスを示す図。 １以上の実施形態による方法における工程について記載するフローチャート。 １以上の実施形態によるコンピューティング・デバイスを示す図。
ディスプレイ・アクティブ・エリアにおける埋込型のアクティブマトリクス方式有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）指紋センサの実施形態について、添付の図面を参照して記載する。図面に示す同様の特徴または構成要素を参照する場合、一貫して同じ番号が用いられる。
概要
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ハンドヘルド・コンピューティング・デバイス（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。
ディスプレイ・アクティブ・エリアへ指紋センサを統合することによって、ハンドヘルド・コンピューティング・デバイスを製造するコストを減少させることができ、ディスプレイ・アクティブ・エリアのサイズを増加させることができる。さらにまた、追加の指紋センサの柔軟性は不要であり、センシング集積回路はディスプレイ・フレックスにマウントすることができる。さらにまた、柔軟性は、指紋センサＰＩＮダイオードをディスプレイ・アクティブ・エリアのすべてではないまでも大半に組み込むことによって強化される。このようにして、ユーザによってタッチされるディスプレイ・アクティブ・エリア上の任意の領域を指紋センサとして働かせることができる。これによって、デバイス設計および携帯電話設計における自由が増す。さらに、一部の実施形態では、ＡＭＯＬＥＤを用いてＰＩＮダイオードを実装することによって、タッチされる領域だけが照明されるので、電力消費は極めて小さくなる。さらに、本明細書に記載の指紋センサを組み込んでいるデバイスまたは電話機は、ディスプレイ・アクティブ・エリア全体が光センサとして働くことができるので、便利なスキャナとして働くことができる。さらにまた、ダイオード層は、雰囲気光センサとしても働くことができる。
様々な実施形態について記載する前に、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、また特にアクティブマトリクス方式の有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）に関する読み手の理解を容易にするために、以下の説明を提供する。
有機発光ダイオード
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。
図１には、一例のＯＬＥＤを一般に１００で示す。ＯＬＥＤは、基板（ガラスなど）１０２上に形成され、アノード１０４と、カソード１０６と、有機材料１０８からなる２つ以上の層とを備える。電圧ソース１１０からの電圧が十分な電位で印加される場合、ＯＬＥＤ１００に順方向バイアスが加えられ、電流がカソード１０６からアノード１０４に流れる。カソード１０６は有機材料１０８に電子を提供し、アノード１０４は有機材料１０８から電子を除去する、つまり、有機材料１０８にホールを提供する。電子御ホールは有機材料１０８中で結合し、エレクトロルミネセンスによって光の光子を放出する。
一般に、カソード１０６からアノード１０４に流れる電流が増大するにつれ、より多くの電子およびホールが有機材料１０８中に注入され、より多くの光の光子が放出されて、ＯＬＥＤ１００の明るさ、すなわち、輝度を増加させる。ＯＬＥＤ１００によって放出される光の色は、有機材料１０８における有機分子の種類に応じて異なる。
複数のＯＬＥＤ（ＯＬＥＤ１００など）からなるＯＬＥＤのアレイを、ディスプレイを形成するように基板上に堆積してパターニングすることが可能である。アレイ中の各ＯＬＥＤの明るさ、すなわち、輝度は、ディスプレイ上に視認可能な画像を形成するように、個々に制御されることが可能である。今日では、ＯＬＥＤディスプレイ技術は、小さなハンドヘルド・モバイルフォンから大パネル・テレビまで、広い範囲の電子装置および機器に用いられている。ＯＬＥＤディスプレイに関連する電力消費は、多くの場合には液晶ディスプレイより優れているものの、比較的高くなることがある。これは、多くの場合、そうしたＯＬＥＤディスプレイはそれが動作させられる最も強い雰囲気光環境（日光が強くなり得る屋外環境など）に匹敵するのに十分な光出力を提供するのに十分な力によって駆動されるためである。
上述の通り、ＯＬＥＤの明るさ、すなわち、輝度は、順方向バイアスが加えられているとき、それを通じて流れる電流を調整することによって制御することができる。したがって、ＯＬＥＤディスプレイでは、画像がフォーマットされることが可能であるように、ディスプレイを構築するＯＬＥＤを通じる電流を制御するために、ピクセル回路が用いられる。例えば、アクティブマトリクス方式ＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイでは、ピクセル回路は、ＯＬＥＤを通じる電流を制御するために、２つ以上の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と１つのストレージ・キャパシタと備え得る。
図２には、ＯＬＥＤ２０２と、駆動薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２０４と、ストレージ・キャパシタ２０６と、アクセスＴＦＴ２０８とを備える、ＡＭＯＬＥＤディスプレイ用のそうしたピクセル回路２００の一例を示す。
動作時には、コントローラ（図示せず）は、選択線２１０を用いてピクセル回路のアレイにおけるピクセル回路２００を選択し、データ線２１２を用いてＯＬＥＤ２０２の明るさ、すなわち、輝度をプログラムする。より詳細には、コントローラは、アクセスＴＦＴ２０８をオンとするために選択線２１０に対し適切な電圧を与え、アクセスＴＦＴ２０８がオンとなると、コントローラは、ＯＬＥＤ２０２が所望の明るさ、すなわち、輝度を提供するように、駆動ＴＦＴ２０４のゲートに対する電圧をプログラムするべくデータ線２１２に対し適切な電圧を与える。
ストレージ・キャパシタ２０６は、駆動ＴＦＴ２０４のゲートに対しプログラムされた電圧の放電（アクセスＴＦＴ２０８を通じるリークによる）を防止するために用いられる。駆動ＴＦＴ２０４のゲートに対しプログラムされた電圧の放電を防止することによって、ストレージ・キャパシタ２０６が、所望の明るさ、すなわち、輝度での駆動ＴＦＴ２０４によるＯＬＥＤ２０２の連続的な駆動を可能とするとともに、ディスプレイにおける他のピクセルが選択されプログラムされる。駆動ＴＦＴ２０４は、第１のバイアス電圧線２１４と第２のバイアス電圧線２１６との間に結合される正電圧ソースによって供給される電力を用いて、ＯＬＥＤ２０４を駆動する。また、この正電圧ソースは、ＯＬＥＤ２０２に順方向バイアスを加える。
駆動ＴＦＴ２０４には、駆動ＴＦＴ２０４がそのゲートに対しプログラムされた電圧によって制御される定電流ソースとして振る舞うように、ピクセル回路２００の通常動作中、飽和のバイアスが加えられる（つまり、｜Ｖｄ｜＞｜Ｖｇｓ−Ｖｔ｜）。したがって、駆動ＴＦＴ２０４のゲートに対しプログラムされた電圧を変化させることによって、ＯＬＥＤ２０２を通じる電流が変化し、それによって、その明るさ、すなわち、輝度が予測可能に制御される。ピクセル・アレイにおける各ＯＬＥＤの明るさ、すなわち、輝度は、表示用の画像をフォーマットするように、ピクセル回路２００の構成を用いて個々にプログラムされることが可能である。
また、ピクセル回路２００は光感知モードで動作することも可能であり、その原理は、後述の本発明の指紋センサにより利用されることが可能である。
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。
コントローラ（図示せず）は、第１のバイアス電圧線２１４と第２のバイアス電圧線２１６との間に印加される電圧を制御することによって、ＯＬＥＤ２０２を光起電力モードおよび／または光伝導モードとするように構成されている。より詳細には、コントローラは、第１のバイアス電圧線２１４と第２のバイアス電圧線２１６との間に印加される電圧を、表示モードでの動作中の正の電圧（ＯＬＥＤ２０２に順方向バイアスを加えるのに十分である）から感知モードでの動作中の０または負の電圧（ＯＬＥＤ２０２に逆方向バイアスを加えるのに十分である）へと、交互に切り替えることが可能である。ピクセル回路２００が光感知モードで動作することになるとき、コントローラは、ピクセル回路２００が表示モードで機能しているときの飽和領域ではなく、その線形領域（つまり、｜Ｖｄ｜＜｜Ｖｇｓ−Ｖｔ｜）において駆動ＴＦＴ２０４にバイアスを加えるようにさらに構成されている。コントローラは、駆動ＴＦＴ２０４のゲートに対し適切な電圧をプログラムすることによって、これを行うことが可能である。
なお、ピクセル回路２００はＡＭＯＬＥＤディスプレイ用のピクセル回路の単なる一例を提供するものである。他のピクセル回路が本開示の実施形態においてさらに用いられることが可能である。例えば、追加の回路（例えば、ＴＦＴに関連する非一様性および安定性の問題を補償するための）を備える他のピクセル回路、異なるＴＦＴタイプ（例えば、ｐ型でなくｎ型）、および／または異なるプログラム方法（例えば、電圧プログラムでなく電流プログラム）が用いられることが可能である。
有機発光ダイオードの一部の動作特性について検討したが、ここで、１以上の実施形態による指紋センサについて考える。
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。
図示および説明する実施形態では、指紋センサは、ピクセル間の間隙内に少なくとも部分的に形成された複数のＰＩＮダイオード回路３５０も備える。この特定の例では、４つのピクセル・セル毎に１つのＰＩＮダイオード回路が形成される。しかしながら、特許請求の範囲の精神および範囲から逸脱することなく他の密度が用いられてよいことが認められ、理解される。この特定の例では、ＰＩＮダイオード回路３５０は、完全にピクセル間の間隙内に存在する。しかしながら、他の構成が可能である。一例として、図４を考慮されたい。
図４には、１以上の他の実施形態による一例の指紋センサの態様を一般に４００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４０２，４０４，４０６，４０８を含む。第２の４つのピクセル・セルは、ピクセル４１０，４１２，４１４，４１６を含む。この例では、ピクセル４０２は赤のピクセルであり、ピクセル４０４は緑のピクセルであり、ピクセル４０６は青のピクセルであり、ピクセル４０８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。したがって、例えば、第１の間隙はピクセル４０４，４１０の間に示され、第２の間隙はピクセル４０４，４０８の間に示される。
図示および説明する実施形態では、指紋センサは、ピクセル間の間隙内に少なくとも部分的に形成されたＰＩＮダイオード回路４５０も備える。ここでは、しかしながら、ＰＩＮダイオード回路が完全に間隙内に形成されている図３の実施形態とは異なり、各ＰＩＮダイオード回路と隣接したピクセルとの間には一定の領域の重なりが存在する。この特定の例では、４つのピクセル・セル毎に１つのＰＩＮダイオード回路が形成される。しかしながら、特許請求の範囲の精神および範囲から逸脱することなく他の密度が用いられてよいことが認められ、理解される。列４５２，４５４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。
１以上の実施形態による指紋センサのレイアウト例について検討したが、ここで、１以上の実施形態による一例のＰＩＮダイオード回路について考える。
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。
動作時、光感知ブロック５０２は、上述の方式により入って来る光を感知するように構成されている。スイッチング・トランジスタ５０８がオフにされているとき、ＰＩＮダイオード５０４によって受光される光は、キャパシタ５０６を荷電するために用いられることが可能である。キャパシタ上の電荷を読み取るには、走査可能回路５１０はスイッチング・トランジスタ５０８をオンにし、それによって電荷検出回路５１２がキャパシタに蓄積された電荷を検出することを可能とする。
一部の実施形態では、ＰＩＮダイオード回路は、ピクセル回路２００（図２）を形成するために用いられるマスク数を増加させることなく形成されることが可能である。マスク数は、アーキテクチャに応じて５〜８マスクの間の範囲であってよい。経済的なマスク数が達成されるのは、材料が各ピクセル回路のＯＬＥＤを形成するために堆積される垂直のＰＩＮ構造をＰＩＮダイオード回路が備えているからである。
一例のＰＩＮダイオード回路について検討したが、ここで、ＰＩＮダイオード回路を形成する際に利用可能な１つの最適化について考える。
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。
図６には、改良されたＡＭＯＬＥＤが形成される処理を一般に６００で示す。
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。
改良されたＡＭＯＬＥＤが形成される一例の処理について検討したが、ここで、上述の実施形態により構成されるデバイスについて考える。
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。
別の例として、図８を考える。図８には、一例のコンピューティング・デバイスを一般に８００で示す。コンピューティング・デバイス８００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８０２を備える。この例では、コンピューティング・デバイス８００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８０２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８００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、タッチに関連する局所的な領域（破線の円によって示す）において、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、この局所的な領域における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読み取ることによって最初に取得される。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。
図９は、１以上の実施形態による方法における工程について記載するフローチャートである。この方法は、任意の適切なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせとともに実装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、この方法は、適切に構成されたハンドヘルド・コンピューティング・デバイス（携帯電話など）によって実装される。その例は、前述および後述において提供されている。
工程９００では、ハンドヘルド・コンピューティング・デバイスのディスプレイ・デバイス上で受信されるタッチ入力を検出する。この工程は、デバイス上の適切に構成されたタッチ・センサを用いることによって実行されることが可能である。一部の実施形態では、タッチ入力は、ディスプレイ・デバイスの任意の場所において検出されることが可能である。他の実施形態では、ディスプレイ・デバイスの所定の領域（例えば、ディスプレイ・デバイスの下側半分、ディスプレイ・デバイスの右下角など）が指紋領域として指定されてもよい。工程９０２では、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複数のＰＩＮダイオード回路を用いて、指紋を検出する。少なくとも一部の実施形態では、この工程は、タッチ入力からの光の反射を最大化するべく、ディスプレイ・デバイスのピクセルのすべてまたは大半を照明することによって、実行されることが可能である。少なくとも一部の他の実施形態では、この工程はタッチ入力が生じた局所的な領域またはエリアにおける複数のピクセルを照明することによって実行されることが可能である。局所的な領域において照明されるピクセルの数は、全ての場合ではないにしても大半の場合では、ディスプレイ・デバイスを含む総ピクセル数の半分未満、４分の１未満、または８分の１未満である。
工程９０４では、検出された指紋がコンピューティング・デバイス上に記憶されている指紋または指紋のプロフィールとマッチするか否かを確認する。検出された指紋が記憶されている指紋とマッチする場合、工程９０６ではハンドヘルド・コンピューティング・デバイスのロックを解除する。他方、検出された指紋が記憶されている指紋とマッチしない場合、工程９０８ではハンドヘルド・コンピューティング・デバイスのロックを解除しない。
実装詳細
一部の実施形態では、上記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。
ストレージ・キャパシタの除去
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。
マルチプレクサの使用
一部の実施形態では、指紋センサにマルチプレクサ（ＭＵＸ）を組み込むことが可能である。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。
コンピューティング・デバイスの例
図１０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１０００の様々な構成要素を示す。この例のデバイス１０００は、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、および／または他の種類のデバイスなど、ハンドヘルド・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１０００として実装されてもよい。
デバイス１０００は、他のデバイスとのデバイス・データ１００４の有線および／または無線通信を可能とする通信トランシーバ１００２を備える。これに加えて、デバイス・データは、任意の種類のオーディオ、ビデオ、および／またはイメージ・データを含むことが可能である。トランシーバの例には、種々のＩＥＥＥ８０２．１５（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））規格に準拠した無線パーソナル・ネットワーク（ＷＰＡＮ）無線機、種々のＩＥＥＥ８０２．１１（ＷｉＦｉ（登録商標））規格のいずれかに準拠した無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）無線機、セルラー式電話通信用の無線ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＷＡＮ）無線機、種々のＩＥＥＥ８０２．１５（ＷｉＭＡＸ（登録商標））規格に準拠した無線・メトロポリタン・エリア・ネットワーク（ＷＭＡＮ）無線機、およびネットワーク・データ通信用の有線のローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）・イーサネット（登録商標）・トランシーバが含まれる。
また、デバイス１０００は、それを介して任意の種類のデータ、メディア・コンテンツ、および／または入力（デバイスに対するユーザ選択可能な入力、メッセージ、音楽、テレビ・コンテンツ、記録されたコンテンツ、ならびに任意のコンテンツ・ソースおよび／またはデータ・ソースから受信される任意の他の種類のオーディオ、ビデオおよび／またはイメージ・データなど）が受信されることの可能な１以上のデータ入力ポート１００６も備えてよい。データ入力ポートは、フラッシュ・メモリ、ＤＶＤ、ＣＤなどのためのＵＳＢポート、同軸ケーブル・ポート、および他のシリアルまたはパラレル・コネクタ（内部コネクタを含む）を備えてよい。それらのデータ入力ポートは、任意の種類の構成要素、周辺装置、またはアクセサリ（マイクロホンおよび／またはカメラなど）にデバイスを結合するために用いられてもよい。
デバイス１０００は、１以上のプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ、コントローラなどのいずれか）からなる処理システム１００８および／またはコンピュータが実行可能な命令を処理するシステム・オン・チップ（ＳｏＣ）として実装されたプロセッサ−メモリ・システムを備える。プロセッサ・システムは、少なくとも部分的にはハードウェアにより実装されてよく、ハードウェアには、集積回路またはオンチップ・システム、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、ＣＰＬＤ（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、ならびにシリコンおよび／または他のハードウェアによる他の実装の構成要素が含まれる。これに代えて、または加えて、デバイスは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、または処理および制御回路（一般に１０１０にて識別される）とともに実装される固定の論理回路のいずれかまたは任意の組み合わせにより実装されることが可能である。デバイス１０００は、デバイス内の種々の構成要素を結合する任意の種類のシステム・バスまたは他のデータおよびコマンド転送システムをさらに備えてもよい。システム・バスは、制御線およびデータ線のほか、様々なバス構造およびアーキテクチャのいずれかまたは任意の組み合わせを含むことが可能である。
デバイス１０００は、データ記憶を可能とし（コンピューティング・デバイスによってアクセスされることが可能なデータ・ストレージ・デバイスなど）、データおよび実行可能な命令（例えば、ソフトウェア・アプリケーション、プログラム、関数など）を持続的に記憶するコンピュータ可読記憶メモリ１０１２も備える。コンピュータ可読記憶メモリ１０１２の例には、揮発性メモリおよび不揮発性メモリ、固定およびリムバーブル・メディア装置、およびコンピューティング・デバイスのアクセス用にデータを維持する任意の適切なメモリ・デバイスまたは電子データ・ストレージが含まれる。コンピュータ可読記憶メモリは、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュ・メモリ、および種々のメモリ・デバイス構成による他の種類の記憶媒体の種々の実装を含むことが可能である。デバイス１０００は、マス・ストレージ・メディア・デバイスをさらに備えてもよい。
コンピュータ可読記憶メモリ１０１２は、デバイス・データ１００４、他の種類の情報および／またはデータ、ならびに種々のデバイス・アプリケーション１０１４（例えば、ソフトウェア・アプリケーション）を記憶するためのデータ・ストレージ機構を提供する。例えば、オペレーティング・システム１０１６は、メモリ・デバイスによりソフトウェア命令として維持されるとともに処理システム１００８によって実行されることが可能である。デバイス・アプリケーションは、デバイス・マネージャ（任意の形態の制御アプリケーション、ソフトウェア・アプリケーション、信号処理および制御モジュール、特定のデバイスに対するネイティブ・コード、特定のデバイス用のハードウエア・アブストラクション・レイヤなど）を含んでもよい。デバイス・アプリケーションは、前述および後述のように指紋センサによって感知される指紋に基づき認証を実行するアプリケーションも含むことが可能である。
デバイス１０００は、オーディオ・システム１０２２用のオーディオ・データの生成、ディスプレイ・システム１０２４用のディスプレイ・データの生成、またはその両方を行う、オーディオおよび／またはビデオ処理システム１０２０も備える。ディスプレイ・システム１０２４は、上述の指紋センサ１０２５を備える。オーディオ・システムおよび／またはディスプレイ・システムは、オーディオ、ビデオ、ディスプレイ、および／またはイメージ・データの処理、表示、および／またはその他のレンダリングを行う、任意のデバイスを備えてよい。ディスプレイ・データおよびオーディオ信号は、ＲＦ（無線周波数）リンク、Ｓビデオ・リンク、ＨＤＭＩ（ｈｉｇｈ−ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）（登録商標）、コンポジット・ビデオ・リンク、コンポーネント・ビデオ・リンク、ＤＶＩ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｉｄｅｏ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、アナログ・オーディオ接続、または他の同様の通信リンク（メディア・データポート１０２６など）を介し、オーディオ構成要素および／またはディスプレイ構成要素に対し伝達されることが可能である。複数の実装では、オーディオ・システムおよび／またはディスプレイ・システムは、この例のデバイスの集積部品である。あるいは、オーディオ・システムおよび／またはディスプレイ・システムは、この例のデバイスに対して外部の周辺機器である。
デバイス１０００は、デバイスがモバイル・デバイスとして実装される場合など、１以上の動力源１０２８も備えることが可能である。この動力源は、充電システムおよび／または電力システムを含んでもよく、フレキシブル・ストリップ・バッテリ、充電式バッテリ、蓄電スーパーキャパシタ、および／または他の種類のアクティブまたはパッシブ動力源として実装されることが可能である。
指紋センサが組み込まれているアクティブマトリクス方式有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイの実施形態について機能および／または方法を特定して説明したが、添付の特許請求の範囲の主題は、記載の特定の機能または方法に必ずしも限定されるものではない。むしろ、特定の機能および方法は、指紋センサが組み込まれているアクティブマトリクス方式有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイの実装例として開示されており、他の均等の機能および方法が添付の特許請求の範囲の内にあることが意図される。さらに、種々の異なる実施形態について記載されているが、記載の各実施形態は、独立して、または１以上の他の記載の実施形態とともに、実装されることが可能である。

Claims (20)

  1. ハンドヘルド・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指紋センサであって、前記指紋センサは複数の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、指紋センサと、を備えるディスプレイ。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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・セルは関連する指紋センサを有する、請求項１に記載のディスプレイ。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 個々のピクセルは前記ディスプレイ上のタッチ入力に応答して照明するように構成されている、請求項１に記載のディスプレイ。
  8. 個々のピクセルは前記ディスプレイ上のタッチ入力に応答して局所的な領域を照明するように構成されている、請求項１に記載のディスプレイ。
  9. ハンドヘルド・コンピューティング・デバイスであって、
    処理システムと、
    １以上のメモリ・デバイスと、
    前記１以上のメモリ・デバイス上に記憶されており前記処理システムによって実行可能なアプリケーションであって、指紋認証を実行するように構成されているアプリケーションと、
    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指紋センサであって、前記指紋センサは複数の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、指紋センサと、を備え、
    前記アプリケーションは、前記指紋センサによって感知される指紋に基づき前記指紋認証を実行するように構成されている、ハンドヘルド・コンピューティング・デバイス。
  10. 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に記載のハンドヘルド・コンピューティング・デバイス。
  11. 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に記載のハンドヘルド・コンピューティング・デバイス。
  12. 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９に記載のハンドヘルド・コンピューティング・デバイス。
  13. 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に記載のハンドヘルド・コンピューティング・デバイス。
  14. 指紋を検出する方法であって、
    ハンドヘルド・コンピューティング・デバイスが、前記ハンドヘルド・コンピューティング・デバイスのディスプレイ・デバイス上のタッチ入力を検出する工程と、
    前記ディスプレイ・デバイスのピクセルのそれぞれのピクセル回路間のそれぞれ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ダイオード回路を用いて前記タッチ入力に関連する指紋を検出する工程と、
    検出された指紋が前記ハンドヘルド・コンピューティング・デバイス上に記憶されている指紋プロフィールとマッチするか否かを確認する工程と、
    検出された前記指紋が前記指紋プロフィールとマッチすることに応じて、前記ハンドヘルド・コンピューティング・デバイスのロックを解除する工程と、
    を備える方法。
  15. 前記検出は、前記ピクセルの半数以上を照明することを含む、請求項１４に記載の方法。
  16. 前記検出は、前記タッチ入力が生じた局所的な領域における複数のピクセルを照明することを含む、請求項１４に記載の方法。
  17. 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１４に記載の方法。
  18. 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１４に記載の方法。
  19. 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１４に記載の方法。
  20. 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１４に記載の方法。
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