JP2017503255A - マイクロメカニカル超音波トランスデューサおよびディスプレイ - Google Patents

Abstract

装置は、視覚的ディスプレイのバックプレーンの下に、その横に、それとともに、その上に、またはその上方に配置されたマイクロメカニカル超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）素子の１次元または２次元アレイを含むことができる。バックプレーンは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）バックプレーンであり得る。ＰＭＵＴ素子のアレイは、圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）アレイまたは容量式マイクロメカニカル超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）アレイであり得る。ＰＭＵＴアレイは、複数の周波数範囲に対応するモードで動作するように構成可能であり得る。低周波数モードで動作するとき、装置は、ジェスチャ検出が可能であり得る。高周波数モードは、指紋センサモードまたはスタイラス検出モードを含むことができる。

Description

［優先権主張］
本出願は、参照により本明細書に組み込まれている、２０１３年１２月１２日に出願した「ＭＩＣＲＯＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳ ＡＮＤ ＤＩＳＰＬＡＹ」と題する米国仮出願第６１／９１５３６１号、および２０１４年７月８日に出願した「ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲ ＡＮＤ ＰＲＯＣＥＳＳ」と題する米国仮出願第６２／０２２１４０号の優先権を主張するものである。

本開示は、センサ素子を含むディスプレイに関し、より詳細には、生体感知、画像化、およびタッチまたはジェスチャ認識のための電子センサアレイまたは対話式ディスプレイにおける使用に適した圧電超音波トランスデューサに関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ，ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）および有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ，ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）タッチスクリーンなどの現在のディスプレイタッチスクリーンは、一般的に、少なくとも３つ（たとえば、ＲＧＢ）のサブピクセル要素を有するピクセルを含み、指のタッチを検出するための覆っている容量式タッチスクリーンに依存している。容量式タッチスクリーンの解像度は、一般的に、指紋画像化またはスタイラス検出のためには不十分であり、容量式タッチスクリーンは、典型的には、タッチスクリーン表面から数ミリメートルに限定されているので、検出の範囲は、一般的に、ジェスチャ検出のためには不十分である。

本開示のシステム、方法、およびデバイスは、各々、いくつかの革新的な態様を有し、それらの態様のどれも、本明細書に開示された所望の属性に単独で関与するものではない。本開示で説明される主題の１つの革新的な態様は、ディスプレイに近接して（たとえば、下、横、上、または上方）配置された圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）素子のアレイを含む装置において実施され得る。装置は、制御システムを含むことができる。

いくつかの実施形態では、制御システムは、ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を低周波数モードおよび／または高周波数モードで動作させるかどうかの決定を行うことが可能であり得る。制御システムは、決定に従って低周波数モードおよび／または高周波数モードで動作させるようにＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を制御することが可能であり得る。ディスプレイデバイスは、インターフェースシステムを含むことができる。いくつかの例では、決定は、少なくとも部分的に、インターフェースシステムから受信した入力に従って行われ得る。

いくつかの実施形態によれば、低周波数モードは、約５０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの周波数範囲に対応することができる。いくつかの例では、低周波数モードは、ジェスチャ検出モードに対応することができ、ジェスチャ検出モードでは、ディスプレイに近い自由空間ジェスチャが検出され得る。いくつかの実施形態によれば、高周波数モードは、約１ＭＨｚ〜２５ＭＨｚの周波数範囲に対応することができる。いくつかの例では、高周波数モードは、指紋センサモードまたはスタイラス検出モードに対応することができる。

いくつかの実施形態では、制御システムは、ＰＭＵＴアレイが指紋センサモードで動作する間に取得された指紋データに少なくとも部分的に基づいて認証処理を実行することが可能であり得る。いくつかの例では、装置は、メモリシステムを含むことができる。いくつかのそのような例では、認証プロセスは、以下のステップ、すなわちディスプレイデバイスの表面上に少なくとも１つの指を置くようにディスプレイを介してプロンプトを提供するステップと、ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を介して少なくとも１つの指紋画像を受信するステップと、少なくとも１つの指紋画像に対応する受信指紋データを決定するステップと、受信指紋データをメモリシステム内に記憶された指紋データと比較するステップとを含むことができる。

いくつかの実施形態によれば、制御システムは、ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を高周波数モード、低周波数モード、および／または中周波数モードで動作させるかどうかの決定を行うことが可能であり得る。制御システムは、決定に従ってＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を高周波数モード、低周波数モード、および／または中周波数モードで動作するように制御することが可能であり得る。いくつかの例では、中周波数モードは、約２００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数範囲に対応することができる。いくつかの実施形態によれば、ディスプレイデバイスは、制御システムがＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を中周波数モードで動作するように制御しているとき、タッチセンサ機能を提供することが可能であり得る。

いくつかの実施形態では、制御システムは、ＰＭＵＴアレイのいくつかのＰＭＵＴ素子を低周波数モードで動作するように制御し、ＰＭＵＴアレイの他のＰＭＵＴ素子を高周波数モードで動作するように制御することが可能であり得る。代替的にまたは付加的に、制御システムは、ＰＭＵＴアレイの同じＰＭＵＴ素子を低周波数モードで動作するとともに高周波数モードで動作するように制御することが可能であり得る。いくつかの例では、ＰＭＵＴアレイは、圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ（ｐＭＵＴ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）アレイまたは容量式マイクロメカニカル超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ，ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）アレイであり得る。

いくつかの実施形態によれば、制御システムは、波面ビームフォーミング、ビームステアリング、受信側ビームフォーミング、または戻り信号の選択読出しのうちの少なくとも１つのためのＰＭＵＴアレイの少なくとも一部をアドレス指定することが可能であり得る。たとえば、いくつかの実施形態では、制御システムは、実質的に平面状、球状、または円筒状の波面を生成するためにＰＭＵＴアレイの少なくとも一部をアドレス指定することが可能であり得る。いくつかの実施形態では、制御システムは、少なくとも１つの場所において強め合うまたは弱め合う干渉を生成するためにＰＭＵＴアレイの少なくとも一部をアドレス指定することが可能であり得る。

いくつかの例では、制御システムは、ＰＭＵＴアレイのＰＭＵＴ素子を励起させ、同じＰＭＵＴ素子を介して応答を検出することが可能であり得る。代替的にまたは付加的に、制御システムは、ＰＭＵＴアレイの第１のＰＭＵＴ素子を音響送信機として制御し、ＰＭＵＴアレイの第２のＰＭＵＴ素子を音響受信機として制御することが可能であり得る。

いくつかの実施形態によれば、ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部は、アクティブマトリクスＰＭＵＴアレイであり得る。いくつかの例では、アクティブマトリクスＰＭＵＴアレイは、駆動回路と感知回路とを含むことができる。いくつかの実施形態では、アクティブマトリクスＰＭＵＴアレイは、行および列アドレス指定回路、マルチプレクサ回路、デマルチプレクサ回路、ローカル増幅回路、ならびに／またはアナログ‐デジタル変換回路を含むことができる。

いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部は、ディスプレイの実質的にすべての背後に配置され得る。いくつかのそのような実施形態では、ＰＭＵＴアレイの単一のＰＭＵＴ素子は、ディスプレイの単一のピクセルに対応することができる。しかしながら、いくつかの例では、ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部は、ディスプレイの一部のみの背後に配置され得る。

代替的にまたは付加的に、ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部は、ディスプレイの周辺領域内に配置され得る。いくつかの実施形態によれば、制御システムは、指紋センサ機能、署名パッド機能、スタイラス検出機能、ジェスチャ検出機能、および／またはボタン機能のためのディスプレイの周辺領域内に配置されたＰＭＵＴアレイの一部を制御することが可能であり得る。

いくつかの例では、ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部は、基板上に配置され得る。いくつかの実施形態によれば、基板は、ガラス基板であり得る。しかしながら、代替の実施形態では、基板は、別の基板材料から形成され得、別の基板材料は、特定の実施形態に応じて透明であってもなくてもよい。

いくつかの実施形態によれば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ，ｔｈｉｎ‐ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の少なくとも１つのアレイは、また、基板上に配置され得る。いくつかのそのような実施形態では、ＴＦＴの少なくとも１つのアレイは、ディスプレイを制御するための回路を含むことができる。いくつかの例では、ＴＦＴの少なくとも１つのアレイは、ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を制御するための回路を含むことができる。いくつかのそのような実施形態では、ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を制御するための回路、およびディスプレイを制御するための回路は、フレックスケーブルを共有することが可能であり得る。いくつかの実施形態によれば、ディスプレイを制御するための回路を含むＴＦＴの少なくとも１つのアレイは、第２の基板上に配置され得る。

いくつかの実施形態では、装置は、カバーガラスと、カバーガラス上に配置された電極とを含むことができる。電極は、ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を制御するための回路への上面の電気的接続のために構成され得る。いくつかのそのような実施形態では、電極は、ディスプレイの周辺部上に配置され得る少なくとも１つのＰＭＵＴ素子のための回路との接続のために構成され得る。

他の特徴、態様、および利点は、本開示の検討から明らかになるであろう。本開示の図面および他の図面の相対的な寸法は、縮尺通りに描かれていないことがあることに留意されたい。本開示に図示され、記載されたサイズ、厚さ、配置、材料などは、単なる例としてなされ、限定するものとして解釈されるべきではない。

ディスプレイデバイスの素子の例を示すブロック図である。 ＰＭＵＴ素子の一例を示す図である。 ＣＭＵＴ素子の一例を示す図である。 ＰＭＵＴ励起のための周波数範囲の例を示すグラフである。 ＰＭＵＴアレイの一例を示す図である。 ＴＦＴ回路素子およびＰＭＵＴ素子の例を示す図である。 ＴＦＴ回路素子およびＰＭＵＴ素子の例を示す図である。 ＴＦＴ回路素子およびＰＭＵＴ素子の例を示す図である。 ＴＦＴ回路素子およびＰＭＵＴ素子の例を示す図である。 ＴＦＴ回路素子およびＰＭＵＴ素子の例を示す図である。 同じ基板上のアクティブ構成要素およびＰＭＵＴアレイの別の例を示す図である。 ＰＭＵＴアレイを含むディスプレイデバイスの一例を示す図である。 ディスプレイピクセルのアレイと同一の広がりを持つＰＭＵＴアレイを有するディスプレイデバイスの一例を示す図である。 ＬＣＤディスプレイとＰＭＵＴアレイとを含むディスプレイデバイスのための例示的な積層体を示す図である。 ＯＬＥＤディスプレイとＰＭＵＴアレイとを含むディスプレイデバイスのための例示的な積層体を示す図である。 ディスプレイの一部のみの背後にＰＭＵＴアレイを含むディスプレイデバイスの一例を示す図である。 ディスプレイの周辺部の近くにＰＭＵＴアレイを含むディスプレイデバイスの例を示す図である。 ディスプレイの周辺部の近くにＰＭＵＴアレイを含むディスプレイデバイスの例を示す図である。 ディスプレイの周辺部の近くにＰＭＵＴアレイを含むディスプレイデバイスの例を示す図である。 ディスプレイの周辺領域内に配置されたＰＭＵＴアレイの例を示す図である。 ディスプレイの周辺領域内に配置されたＰＭＵＴアレイの例を示す図である。 ディスプレイの周辺領域内に配置されたＰＭＵＴアレイの例を示す図である。 ディスプレイの周辺領域内に配置されたＰＭＵＴアレイの例を示す図である。 ディスプレイの周辺領域内に配置されたＰＭＵＴアレイの例を示す図である。 ディスプレイの周辺領域内に配置されたＰＭＵＴアレイの例を示す図である。 本明細書に記載のような少なくとも１つのＰＭＵＴアレイ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一例を示す図である。 本明細書に記載のような少なくとも１つのＰＭＵＴアレイ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一例を示す図である。

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。

以下の説明は、本開示の革新的な態様を説明する目的のための特定の実施形態に向けられている。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。説明される実施形態は、運動（ビデオなど）または静止（静止画像など）のいずれであっても、テキスト、グラフィック、または絵画のいずれであっても、画像を表示することが可能であり得る任意のデバイス、装置、またはシステムにおいて実施され得る。より具体的には、限定はしないが、携帯電話、マルチメディアインターネット対応セルラー電話、モバイルテレビ受信機、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，ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄａｔａ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ワイヤレス電子メール受信機、ハンドヘルド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、コピー、スキャナ、ファクシミリデバイス、全地球測位システム（ＧＰＳ，ｇｌｏｂａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）、受信機／ナビゲータ、カメラ、デジタルメディアプレーヤ（ＭＰ３プレーヤなど）、カムコーダ、ゲームコンソール、腕時計、時計、計算機、ＴＶ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、電子書籍リーダ）、モバイル健康デバイス、コンピュータモニタ、オートディスプレイ（オドメータおよびスピードメータディスプレイなどを含む）、コクピットコントロールおよび／またはディスプレイ、カメラビューディスプレイ（車両内のリアビューカメラのディスプレイなど）、電子写真、電子ビルボードまたはサイン、プロジェクタ、建築構造物、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、洗濯機／乾燥機、パーキングメータ、パッケージング（微小電気機械システム（ＭＥＭＳ，ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）を含む電気機械システム（ＥＭＳ，ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）アプリケーションならびに非ＥＭＳアプリケーションなど）、美的構造物（宝石または衣服上の画像の表示など）、ならびに様々なＥＭＳデバイスなどの様々な電子デバイス内に含まれ得、またはそれらに関連付けられ得ることが企図される。本明細書の教示は、また、限定はしないが、電子スイッチングデバイス、無線周波数フィルタ、センサ、加速度計、ジャイロスコープ、動き感知デバイス、磁力計、家庭用電子機器用の慣性構成要素、家庭用電子機器製品の部品、バラクタ、液晶デバイス、電気泳動デバイス、駆動スキーム、製造プロセス、および電子試験機器などの非ディスプレイ装置において使用され得る。したがって、教示は、図面中に単独で示された実施形態に限定されるものではなく、当業者に容易に明らかであるように、広い適用性を有する。

ディスプレイデバイス上、特にモバイルディスプレイデバイス上にジェスチャ検出システムおよび／または指紋画像化システムを設けることは、困難であり得る。容量式タッチシステム（たとえば、投影型静電容量タッチ（ＰＣＴ，ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｔｏｕｃｈ））は、一般的にモバイルディスプレイデバイスに含まれる。しかしながら、容量式タッチスクリーンの解像度は、一般に、指紋画像化またはスタイラス検出のためには不十分である。その上、容量式タッチ検出は、典型的には、タッチスクリーン表面から数ミリメートルに限定されるので、容量式タッチスクリーンによって提供される検出の範囲は、一般に、ジェスチャ検出のためには不十分である。

本明細書で開示されるいくつかの実施形態は、ディスプレイのバックプレーンの近く（たとえば、下、横、上、または上方）に配置された圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）素子の１次元または２次元アレイを有する装置を含む。バックプレーンは、たとえば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）バックプレーンであり得る。ＰＭＵＴアレイまたはそのサブアレイは、複数の周波数範囲に対応するモードで動作するように構成可能であり得る。低周波数モードで動作するとき、装置は、ジェスチャ検出が可能であり得る。高周波数モードは、たとえば、指紋センサモード、スタイラス検出モード、またはタッチ検出モードであり得る。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイまたはサブアレイのＰＭＵＴ素子の一部は、低周波数モードで動作することができ、ＰＭＵＴアレイまたはサブアレイのＰＭＵＴ素子の第２の部分は、高周波数モードで動作することができる。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイのＰＭＵＴ素子は、低周波数または高周波数モードのいずれかで動作することができる。

本開示で説明される主題の特定の態様は、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ように実施され得る。いくつかの実施形態は、ジェスチャ検出と指紋画像化の両方が可能なＰＭＵＴアレイを提供することができる。いくつかのそのような実施形態では、ＰＭＵＴアレイは、ディスプレイピクセルのアレイの少なくとも一部を介して超音波信号を送信および受信することが可能であり得る。そのような実施形態は、ディスプレイによって占有されないディスプレイデバイスの周辺領域を減少させることができる。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイは、また、タッチセンサ機能を提供することができる。いくつかのそのような実施形態では、通常はディスプレイデバイスを備えるタッチスクリーンは、省略され得る。しかしながら、他の実施形態では、指紋センサ、署名パッド、スタイラス検出、ジェスチャ検出、および／またはボタン機能を提供することができるＰＭＵＴアレイの少なくとも一部は、周辺領域内に配置され得る。

その上、ＰＭＵＴデバイスは、一般的に、基板の外部の回路への接続がなされたシリコンまたはシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ，ｓｉｌｉｃｏｎ‐ｏｎ‐ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板上に製造されている。そのような構成は、アレイ内のＰＭＵＴデバイスの数を制限することがあり、外部回路との多数の相互接続を必要とすることがあり、潜在的に、費用、パッケージング制約、および信号整合における損失を追加することがある。本明細書で提供されるいくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイは、同じ基板上のＴＦＴ回路と同時製造され得、これは、外部回路との相互接続の数を減少させることができ、潜在的に、費用を減少し、信号整合を向上させることができる。ＴＦＴ回路とＰＭＵＴ素子の同時製造は、モバイルディスプレイおよび固定ディスプレイの典型的な大きいアレイサイズを可能にする。同じ（たとえば、共通）基板上のＰＭＵＴ素子およびＴＦＴ回路の同時製造は、ディスプレイデバイス内で組み立てるための部品の数を減少させ、ディスプレイデバイスの全体の厚さを減少させることができる。ＰＭＵＴ素子とＴＦＴ回路との間の相互接続の多くがＴＦＴ基板上の金属トレースを用いて行われ得るとき、外部相互接続の数は、大きいアレイサイズで非常に減少され得る。

圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）アレイは、圧電差動され得る、ダイアフラム、プレート、膜、またはリボンなどの１つまたは複数の微細構造を含むことができる。微細構造の上、内、または下に形成された堆積薄膜圧電層および関連する電極は、超音波を生成するために微細構造を１つまたは複数のモードで作動させるように働くことができる。超音波は、いくつかの実施形態では、自由空間ジェスチャを検出するために使用され得る。他の実施形態では、超音波は、ディスプレイデバイスの表面上のタッチを検出するために使用され得る。より高い周波数（より小さい波長）における超音波は、ディスプレイ表面上に配置されたスタイラスまたは他の小さいもしくは微細に特徴付けられた物体を検出するために使用され得る。いくつかの実施形態では、十分なサイズのアレイにおける高密度（たとえば、１インチ当たり約５００ピクセル）のＰＭＵＴ素子は、スタイラスの先端を検出する、および／またはユーザの確認もしくは認証のための指紋の凹凸を画像化するために使用され得る。ＰＭＵＴ素子は、空気中またはディスプレイの表面上の物体から反射された後に受信され得る超音波を検出するように構成された超音波受信機として使用され得る。ＰＭＵＴアレイの多くの例は、本開示、および本出願に参照により組み込まれている関連出願において提供される。しかしながら、いくつかの実施形態では、マイクロメカニカル超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）アレイは、容量式マイクロメカニカル超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）素子などの他のタイプのＭＵＴ素子を含むことができる。ＣＭＵＴ素子およびＰＭＵＴ素子のさらなる説明は、図１Ｂおよび図１Ｃに関連して以下に説明される。

図１Ａは、ディスプレイデバイスの要素の例を示すブロック図である。この例では、ディスプレイデバイス４０は、ディスプレイ３０と、ＰＭＵＴアレイ１０５と、制御システム１１０とを含む。ＰＭＵＴアレイ１０５は、ディスプレイ３０に近接し得る。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、アクティブディスプレイ領域と同一の広がりを持つことができ、ディスプレイサブピクセル（たとえば、インセル構成）と実質的に同じ平面内に形成され得る。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、ディスプレイのアクティブ領域の後ろにこれまでに配置されていたディスプレイ３０と実質的に同じサイズであり得る。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部は、実質的にディスプレイ３０全体の後ろに配置され得る。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、ディスプレイ３０の一部のみの後ろに配置され得る。代替的にまたは付加的に、ＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部は、ディスプレイモジュールのアクティブディスプレイ領域の外側の領域などの、ディスプレイ３０の周辺領域内に配置され得る。これらおよび他の構成の多数の例は、本明細書で提供される。

ディスプレイ３０の周辺領域内に配置されたＰＭＵＴアレイ１０５の一部は、たとえば、指紋センサ機能、タッチパッドもしくは署名（たとえば、スタイラス）パッド機能、スタイラス検出機能、ジェスチャ検出機能、および／またはボタン機能を提供するために、制御システム１１０によって制御され得る。ボタン機能は、認証機能ありまたはなしのディスプレイデバイス４０のいくつかの態様を制御することを含むことができる。したがって、そのようなボタンは、「認証」ボタンまたは「非認証」ボタンと呼ばれ得る。

ＰＭＵＴアレイ１０５は、たとえば、ＰＭＵＴアレイであり得、または、いくつかの実施形態では、ＣＭＵＴアレイであり得る。制御システム１１０は、１つもしくは複数の汎用シングルもしくはマルチチッププロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ，ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ，ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）もしくは他のプログラマブル論理デバイス、ＴＦＴなどのディスクリートゲートもしくはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェア構成要素、またはそれらの組合せなどの、１つまたは複数のプロセッサを含むことができる。制御システム１１０は、少なくとも部分的に、本明細書に記載の方法を実行することが可能であり得る。

たとえば、制御システム１１０は、ＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部を低周波数モードまたは高周波数モードで動作させるかどうかを決定することと、決定に従ってＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部を制御することとが可能であり得る。ディスプレイデバイス４０のいくつかの実施形態は、インターフェースシステムを含むことができる。決定プロセスは、少なくとも部分的に、インターフェースシステムから受信した入力に従って実行され得る。インターフェースシステムは、たとえば、１つまたは複数のネットワークインターフェース、ユーザインターフェース、などを含むことができる。インターフェースシステムは、１つまたは複数のユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ，ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｓｅｒｉａｌ ｂｕｓ）インターフェースシステムまたは類似のインターフェースを含むことができる。インターフェースシステムは、ワイヤレスまたはワイヤードインターフェースを含むことができる。

図２は、ＰＭＵＴ励起のための周波数範囲の例を示すグラフである。図２では、横軸は、対数目盛りに従って潜在的な励起周波数を示し、縦軸は、ＰＭＵＴアレイ内の１つまたは複数のＰＭＵＴ素子からの典型的な出力電圧（Ｖｏｕｔ）に対応する。この例では、低周波数モードは、約５０ｋＨｚと４００ｋＨｚとの間の周波数範囲に対応し、高周波数モードは、約５ＭＨｚと５０ＭＨｚとの間の周波数範囲に対応する。しかしながら、代替実施形態では、低周波数モードおよび／または高周波数モードは、異なる周波数範囲に対応することができる。いくつかのそのような実施形態では、低周波数モードは、約５０ｋＨｚと２００ｋＨｚとの間の周波数範囲に対応することができ、高周波数モードは、約１ＭＨｚと２５ＭＨｚとの間の周波数範囲に対応することができる。代替的にまたは付加的に、いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイは、低周波数範囲と高周波数範囲との間の周波数範囲（たとえば、約２００ｋＨｚ〜約１ＭＨｚ）に対応する中周波数モードで動作する構成可能であり得る。中周波数モードで動作するとき、装置は、高周波数モードよりもいくぶん低い解像度であるが、タッチセンサ機能とジェスチャ検出機能とを提供することが可能であり得る。

図１Ａを再び参照すると、いくつかの実施形態では、制御システムがＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部を低周波数モードで動作させるとき、ディスプレイデバイス４０は、ディスプレイデバイス４０が高周波数モードで動作しているときよりも比較的大きく空気中に侵入することができる音波を放射することが可能であり得る。いくつかの例では、そのようなより低い周波数の音波は、カバーガラス、タッチスクリーン、ディスプレイアレイ、バックライト、および／または、実施形態に応じて変化し得る他の層などの、様々な上に重なる層を透過することができる。いくつかの実施形態では、より低い周波数の音波は、ディスプレイデバイスのカバーガラスまたはカバーレンズ内の１つまたは複数の穴を透過することができる。様々な構成が、本明細書で開示されている。

いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５から空気中への結合を最適化するために、上に重なる層の１つまたは複数を貫通して、ポートが開口され得る。より低い周波数の音波は、ディスプレイの上方の空気を透過し、ディスプレイデバイス４０の表面近くの１つまたは複数の物体から反射され、空気を透過し、上に重なる層を通って戻り、（たとえば、ＰＭＵＴアレイ１０５の）超音波受信機によって検出され得る。したがって、低周波数モードで動作するとき、ディスプレイデバイス４０は、ディスプレイの近くの自由空間ジェスチャが検出され得るジェスチャ検出モードで動作することが可能であり得る。

高周波数モードで動作するとき、ディスプレイデバイス４０は、比較的より高い解像度で画像化が可能であり得る。したがって、ディスプレイデバイス４０は、タッチ、指紋、スタイラス、および／または、ディスプレイデバイス４０の表面上に置かれた指などの物体からの生体情報を検出することが可能であり得る。いくつかの実施形態では、高周波数モードは、タッチ検出モードおよび／またはスタイラス検出モードに対応することができる。いくつかの実施形態では、高周波数モードは、指紋センサモードに対応することができる。

いくつかの例では、制御システム１１０は、ＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部が指紋センサモードで動作する間、取得された指紋データに少なくとも部分的に基づいて認証プロセスを実行することが可能であり得る。認証プロセスは、ディスプレイデバイスの表面上に少なくとも１つの指を置くようにディスプレイを介してプロンプトを提供することと、ＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部を介して少なくとも１つの指紋画像を受信することとを含むことができる。いくつかの実施形態では、制御システム１１０が指紋画像を取得するために制御するＰＭＵＴアレイ１０５の一部は、ディスプレイ３０の縁部、側部、または角部などの、ディスプレイデバイス４０の周辺領域内に配置され得る。

制御システム１１０は、受信した指紋画像に対応する受信指紋データを決定することが可能であり得る。本明細書で使用される「指紋データ」という用語は、指紋特徴点のタイプ、位置、向き、および／または間隔に対応するデータなどの、指紋特徴点を特徴付けるために使用され得るデータを含む。指紋データは、また、表面指紋のパターンまたは画像情報と、表面下の特徴に関連する他の生体データとを含むことができる。

制御システム１１０は、認証プロセスの一部として、受信した指紋データを記憶された指紋データと比較することが可能であり得る。いくつかの実施形態では、記憶された指紋データは、ディスプレイデバイス４０のメモリシステム内に記憶され得る。メモリシステムは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ，ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）および／または読出し専用メモリ（ＲＯＭ，ｒｅａｄ‐ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）などの、１つまたは複数の非一時的媒体を含むことができる。メモリシステムは、フラッシュメモリ、１つまたは複数のハードドライブなどの、１つまたは複数の他の適切なタイプの非一時的記憶媒体を含むことができる。いくつかの実施形態では、インターフェースシステムは、制御システム１１０とメモリシステムとの間に少なくとも１つのインターフェースシステムを含むことができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、認証プロセスは、インターフェースシステムを介して別のデバイスから記憶された指紋データを取得することを含むことができる。たとえば、記憶された指紋データは、インターネットを介してアクセス可能なサーバ上に存在することができる。

いくつかの実施形態では、制御システム１１０は、中周波数モードで動作するようにＰＭＵＴアレイ１０５を制御することが可能であり得る。いくつかの実施形態では、中周波数モードは、約２００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数範囲での動作に対応することができる。ディスプレイデバイス４０は、制御システム１１０が中周波数モードで動作するようにＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部を制御しているとき、タッチセンサ機能を提供することが可能であり得る。いくつかの実施形態では、制御システム１１０は、ＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部を高周波数モード、低周波数モード、または中周波数モードで動作させるかどうかを決定することと、決定に従って、高周波数モード、低周波数モード、または中周波数モードで動作するようにＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部を制御することとが可能であり得る。

いくつかの実施形態では、制御システム１１０は、波面ビームフォーミング、ビームステアリング、受信側ビームフォーミング、および／または戻り信号の選択読出のためのＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部をアドレス指定することが可能であり得る。いくつかの実施形態では、制御システム１１０は、平面状、円状（球状）、または円筒状の波面などの特定の形状の波面を生成するために、ＰＭＵＴアレイ１０５の送信機のアレイを制御することができる。制御システム１１０は、所望の場所において強め合うまたは弱め合う干渉を生成するためにＰＭＵＴアレイ１０５の送信機のアレイの振幅および／または位相を制御することができる。たとえば、制御システム１１０は、タッチまたはジェスチャが検出されているディスプレイデバイス４０の１つまたは複数の場所において強め合う干渉を生成するために送信機のアレイの振幅および／または位相を制御することができる。

平面超音波（たとえば、平面波）の生成および放射は、ＰＭＵＴアレイ１０５内の多数のＰＭＵＴ素子を同時に励起し、作動させることによって達成され得、これは、実質的に平坦な波面を有する超音波を生成することができる。ＰＭＵＴアレイ１０５内の単一のＰＭＵＴ素子の作動は、ＰＭＵＴ素子を球面波のソースとして機能させると、順方向に実質的に球面波を生成することができる。代替的には、球面波は、個々のＰＭＵＴ素子（中心素子）を選択し、励起させ、中心ＰＭＵＴ素子の周りのＰＭＵＴ素子の第１のリングを決定し、第１のリングを遅延させて作動させ、第１のリングの周りのＰＭＵＴ素子の第２のリングを決定し、第２のリングをさらに遅延させて作動させるなど必要に応じたことによって生成され得る。励起のタイミングは、実質的に球面の波面を形成するように選択され得る。同様に、円筒波は、ＰＭＵＴ素子の行を円筒波のソースとして機能させると、行におけるＰＭＵＴ素子のグループを選択し、励起することによって生成され得る。代替的には、円筒波は、ＰＭＵＴ素子の行（中央行）を選択し、励起させ、制御された時間遅延で中央行から等距離のＰＭＵＴ素子の隣接行を決定し、励起させ、同様に続けることによって生成され得る。励起のタイミングは、実質的に円筒状の波面を形成するように選択され得る。

ＰＭＵＴ素子のアレイを同時に励起させることは、ＰＭＵＴアレイに垂直に進行する超音波平面波を生成することができるが、ＰＭＵＴ励起の位相制御は、位相遅延の量に応じて、様々な方向における平面波の転向を可能にすることができる。たとえば、１０度の位相遅延が、波長１０分の１の距離を離れて位置するＰＭＵＴ素子の隣接する行に適用される場合、波面は、法線から約１５．５度の角度で平面波を送信することになる。ＰＭＵＴアレイの前方に配置された物体からのエコー（反射された部分）を検出しながら、異なる角度で平面波を走査することは、物体のおおよその形状、距離、および位置の検出を可能にすることができる。物体の距離および位置の連続的な決定は、空気ジェスチャの決定を可能にする。

送信側ビームフォーミングの他の形態が利用され得る。たとえば、ＰＭＵＴアレイ１０５内の１組のＰＭＵＴ素子は、アレイの前方における特定の位置において超音波の波面を集束させるように発射され得る。たとえば、集束波面は、各々の選択されたＰＭＵＴ素子から生成された波が所定の時間にＰＭＵＴアレイの前方の領域内の所定の位置に到達するように、選択されたＰＭＵＴ素子のタイミング（たとえば、位相）を調整することによって円筒状または球状であり得る。集束波面は、着目点においてかなりより高い音圧を生成することができ、着目点において物体から反射された信号は、ＰＭＵＴアレイを受信モードで動作させることによって検出され得る。様々なＰＭＵＴ素子から放射された波面は、焦点領域において強め合って干渉することができる。様々なＰＭＵＴ素子からの波面は、焦点領域に近い領域において弱め合って干渉することができ、集束されたビームエネルギー（振幅）のさらなる分離を提供し、戻り信号の信号対雑音比を向上させる。同様に、検出がＰＭＵＴアレイ１０５内の様々なＰＭＵＴ素子のために生じる位相の制御は、受信側ビームフォーミングを可能にし、戻り信号は、空間内の領域からの距離と相関され得、検出領域内の物体の画像を生成するために適宜に組み合わされ得る。ＰＭＵＴアレイ１０５内のＰＭＵＴ素子から送信された波の周波数、振幅、および位相を制御することは、また、ビーム整形およびビームフォーミングを可能にすることができる。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイ内のＰＭＵＴ素子のすべてが、動作モードごとまたはフレームごとに読み出される必要はない。処理時間を節約し、バッテリ寿命の消耗を低減するために、ＰＭＵＴ素子の選択グループによって検出された戻り信号は、取得中に読み出され得る。制御システム１１０は、波面ビームフォーミング、ビームステアリング、受信側ビームフォーミング、または戻り信号の選択的読出しのためのＰＭＵＴアレイの一部に対処するように構成され得る。

いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、１つまたは複数のアクティブマトリクスＰＭＵＴアレイを含むことができる。そのような実施形態では、アクティブマトリクスＰＭＵＴアレイは、同じ基板上のアクティブ構成要素（たとえば、ＴＦＴ）を含むことによって、パッシブＰＭＵＴアレイのために必要とされ得る多数の外部相互接続を排除することができる。そのようなアクティブ構成要素は、制御システム１１０の一部であり得る。いくつかのそのようなアクティブマトリクスＰＭＵＴアレイは、駆動回路と感知回路の両方を含むことができる。いくつかのそのような実施形態では、ＴＦＴは、ＰＭＵＴアレイ１０５のＰＭＵＴ素子を同期して駆動することが可能であり得る。代替的にまたは付加的に、いくつかの実施形態では、ＴＦＴは、ＰＭＵＴアレイ１０５のＰＭＵＴ素子を段階的に駆動することが可能であり得る。アクティブマトリクスは、また、ＰＭＵＴアレイ１０５のＰＭＵＴ素子からの戻り信号を検出する感知回路を含むことができる。

いくつかの例では、制御システム１１０は、行および列アドレス回路を含むことができる。いくつかの実施形態では、制御システム１１０は、マルチプレクサおよび／もしくはデマルチプレクサ回路、ローカル増幅回路、アナログ‐デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路、ならびに／または他の制御回路を含むことができる。

図１Ｂは、ＰＭＵＴ素子の一例を示す。ＰＭＵＴ素子１００ａは、超音波を生成するまたは受信した超音波を検出するためにＰＭＵＴ素子を作動させるために使用され得る圧電層内に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）またはチタン酸鉛ジルコニウム（ＰＺＴ）などの圧電材料の１つまたは複数の層を有することができる。圧電層スタックは、下側電極層１１２と、圧電層１１５と、上側電極層１１４とを含むことができ、圧電層１１５が、下側電極層１１２と上側電極層１１４の少なくとも一部の間に挟まれている。１つまたは複数の誘電体層１１６は、それぞれ、下側電極層１１２および上側電極層１１４への接続を可能にしながら、金属相互接続層１１８のための電気的絶縁を提供することができる。圧電層スタックは、機械層１３０の上、下、または上方に配置され得る。アンカー構造１７０は、空洞１２０および基板１６０の上に懸架されたＰＭＵＴ膜またはダイアフラムを支持することができる。基板１６０は、ＰＭＵＴ１００ａを駆動および感知し、視覚表示を生成するためのＴＦＴ回路を有することができる。圧電層スタックおよび機械層１３０は、電極層１１４および電極層１１２それぞれにわたり印加された駆動電圧ＶａおよびＶｂに応答して、曲がる、たわむ、または振動することができる。ＰＭＵＴ素子１００ａの振動は、駆動電圧の励起周波数によって決定される周波数において超音波１９０を生成することができる。ＰＭＵＴダイアフラムに衝突する超音波は、ダイアフラムの屈曲により感知電圧ＶａおよびＶｂの生成をもたらすことができる。下にある空洞１２０は、下にある基板１６０に接触することなく、ＰＭＵＴ素子１００ａのたわみを可能にする。ＰＭＵＴ素子１００ａの動作周波数は、高周波数動作、低周波数動作、中周波数動作、または周波数の組合せのために調整され得る。

図１Ｃは、ＣＭＵＴ素子の一例を示す。ＣＭＵＴ素子１００ｂは、アンカー構造１７０によって空洞１２０および基板１６０の上に指示された機械層１３０を有することができる。空洞の下の基板上の下側電極１１２、および空洞１２０の上方の上側電極１１４は、超音波１９０を生成するために、端子ＶａおよびＶｂに印加される励起電圧によって駆動され得る。電極１１２と電極１１４との間の電位差は、ＣＭＵＴ素子１００ｂの可撓性ダイアフラムを基板に向けて下向きに引き付ける静電気力を生成させる。静電気力は、この構成では、ＶａがＶｂよりも高いか、またはＶｂがＶａよりも高いかで引き付けられるので、電極のうちの１つは、小さい印加ＡＣ電圧がダイアフラムを上下に駆動することを可能にするために比較的高いＤＣ電圧でバイアスされる必要があり得るバイアスは、また、空洞１２０の上方のＣＭＵＴダイアフラムのたわみを感知するために必要とされる。

ＰＭＵＴ素子１００ａは、製造するのがＣＭＵＴ素子１００ｂよりもいくぶん複雑であるが、一般的に、同様の音響出力を生成するために、ＣＭＵＴ素子１００ｂよりも小さい動作電圧を必要とする。ＰＭＵＴ素子１００ａは、ＣＭＵＴ素子１００ｂなどの静電デバイスのための必然的なプルイン電圧に悩まされることはなく、より完全な範囲の進行を可能にする。さらに、ＣＭＵＴ素子１００ｂは、入ってくる超音波の検出を可能にするために有意により高いバイアス電圧を必要とする可能性がある。

図３Ａは、ＰＭＵＴアレイの一例を示す。この例では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、いくつかの実施形態ではガラスまたはプラスチック基板であり得る同じ基板３０５上のＴＦＴ回路と同時製造されている。ＴＦＴ回路は、図１Ａの制御システム１１０の一部であり得る。

ＴＦＴ回路は、行および列アドレス指定エレクトロニクスと、マルチプレクサと、ローカル増幅段と、制御回路とを含むことができる。いくつかの例では、ＴＦＴの少なくとも１つのアレイは、ディスプレイを制御するための回路を含む。いくつかの実施形態によれば、ディスプレイを制御するための回路を含むＴＦＴの少なくとも１つのアレイは、第２の基板上に配置され得る。いくつかの実施形態では、ＴＦＴの少なくとも１つのアレイは、ＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部を制御するための回路を含む。いくつかのそのような実施形態によれば、ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を制御するための回路、およびディスプレイを制御するための回路は、フレックスケーブルを共有することが可能であり得る。

図３Ｂ〜図３Ｆは、ＴＦＴ回路要素およびＰＭＵＴ素子の様々な例を示す。図３Ｂは、この例ではｐＭＵＴ素子である単一のＰＭＵＴ素子３１０を示す。図３ＡのＰＭＵＴアレイ１０５などのＰＭＵＴアレイは、ＰＭＵＴ素子３１０および／または本明細書で開示される他のタイプのＰＭＵＴ素子の複数の例を含むことができる。いくつかの例では、本明細書の他の箇所でより詳細に説明されているように、ＰＭＵＴアレイ１０５のＰＭＵＴ素子３１０の少なくともいくつかは、ディスプレイ３０の個々のピクセルに対応することができる。

図３Ｂに示す例では、ＰＭＵＴ素子３１０は、送信要素（Ｔｘ）と受信要素（Ｒｘ）の両方として構成され得る。この実施形態では、ＴＦＴ回路要素３１５は、ドライバ段と感知段とを含むことができる。したがって、この例では、ＴＦＴ回路要素３１５は、ＰＭＵＴ素子３１０に超音波を放射させることができる。その上、この例では、ＴＦＴ回路要素３１５は、ＰＭＵＴ素子３１０によって感知された超音波に対応する、同じＰＭＵＴ素子３１０からの応答を検出することができる。

図３Ｃに示す実施形態では、ＰＭＵＴ素子３１０ａは、音響送信機として機能することができ、第２のＰＭＵＴ素子３１０ｂは、音響受信機として機能することができる。この例では、ＴＦＴ回路要素３１５ａは、ＰＭＵＴ素子３１０ａを制御することができ、ＴＦＴ回路要素３１５ｂは、ＰＭＵＴ素子３１０ｂによって感知された超音波に対応する信号を提供することができる。

いくつかの構成では、ＰＭＵＴアレイ１０５の異なるＰＭＵＴ素子３１０は、（たとえば、ジェスチャのため、および指紋／スタイラス検出のための）低および高周波数動作が可能であり得る。図３Ｄに示す例では、ＰＭＵＴ素子３１０ｃは、高周波数（Ｈｉ‐Ｆ）音響送信機および受信機として機能することができ、ＰＭＵＴ素子３１０ｄは、低周波数（Ｌｏ‐Ｆ）音響送信機および受信機として機能することができる。図３Ｄでは、ＰＭＵＴ素子３１０ｃおよびＰＭＵＴ素子３１０ｄは、ほぼ同じサイズであるように示されているが、いくつかの例では、ＰＭＵＴ素子３１０ｃは、ＰＭＵＴ素子３１０ｄよりも小さくてもよい。この実施形態では、ＴＦＴ回路要素３１５ｃは、高周波数動作のためのＰＭＵＴ素子３１０ｃを制御することができ、ＴＦＴ回路要素３１５ｄは、低周波数動作のためのＰＭＵＴ素子３１０ｄを制御することができる。

他の構成では、同じＰＭＵＴ素子３１０は、低および高周波数動作のために使用され得る。図３Ｅに示す例では、ＰＭＵＴ素子３１０ｅは、高周波数音響送信機および受信機として、ならびに、低周波数音響送信機受信機として機能することができる。この実施形態では、ＴＦＴ回路要素３１５ｅは、高周波数動作のためおよび低周波数動作のためのＰＭＵＴ素子３１０ｅを制御することができる。１つの動作モードでは、ＴＦＴ回路要素３１５ｅは、（たとえば、タッチ、スタイラス、もしくは指紋検出のための）高周波数モード、または（たとえば、ジェスチャもしくは低解像度タッチ検出のための）低周波数モードのいずれかで動作するようにＰＭＵＴ素子３１０ｅを制御することができる。別の動作モードでは、ＴＦＴ回路要素３１５ｅは、高周波数モードと低周波数モードとの間を比較的速い速度で（たとえば、約５フレーム毎秒と約２４０フレーム毎秒との間のフレームレートで）反転する交互モードで動作するようにＰＭＵＴ素子３１０ｅを制御することができる。別の動作モードでは、ＰＭＵＴ素子３１０ｅは、低解像度ジェスチャおよび高解像度指紋画像化が同時に実行され得るように、高周波数成分と低周波数成分とを有する駆動信号で励起され得る。電子フィルタリングは、様々な周波数における戻り信号を識別するために使用され得る。

図３Ｆは、ＰＭＵＴアレイ１０５の一例を示す。図３Ｆに示すＰＭＵＴアレイ１０５は、たとえば、より大きいＰＭＵＴアレイ１０５の一部であるＰＭＵＴサブアレイであり得る。この例では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、ＰＭＵＴ素子３１０ｆ〜３１０ｉを含む。ここで、ＴＦＴ回路要素３１５ｆは、ＰＭＵＴ素子３１０ｆ〜３１０ｉを制御するための行および列アドレス指定エレクトロニクスを含む。この例では、ＴＦＴ回路要素３１５ｇは、マルチプレクサ回路とローカル増幅回路とを含む。

図４は、同じ基板上のアクティブ構成要素およびＰＭＵＴアレイの別の例を示す。この例では、ＰＭＵＴアレイ１０５およびＴＦＴ回路は、両方とも、いくつかの実施形態ではガラスまたはプラスチックであり得る共通基板３０５上に設けられる。ここで、ＴＦＴ回路は、行ドライバ４０５ａおよび４０５ｂ、ならびに、データマルチプレクサおよび制御回路４１０を含む。ここで、行ドライバ４０５ａおよび４０５ｂは、ＰＭＵＴアレイ１０５の個々の行をアドレス指定することができる。いくつかの例では、ＴＦＴ回路は、ＰＭＵＴアレイ１０５の個々の列、行、ＰＭＵＴ素子３１０、および／またはＰＭＵＴ素子３１０のグループをアドレス指定することが可能であり得る。

この例では、フレックスパッド４１５のアレイは、デバイスの他の構成要素との接続を提供することができる。いくつかの実施形態によれば、図４に示す構成要素は、図１Ａのディスプレイデバイス４０などのディスプレイデバイスの一部である。したがって、図４に示すＴＦＴ回路は、図１Ａの制御システム１１０の一部であり得る。いくつかの実施形態では、フレックスパッド４１５を介して入力される制御信号および／またはデータは、制御システム１１０から送信され得、フレックスパッド４１５を介して出力されるデータは、たとえば、フレックスケーブルを介して、制御システム１１０に送信され得る。いくつかの例では、ＴＦＴ回路、およびディスプレイを制御するための回路は、フレックスパッド４１５に接続されたフレックスケーブルを共有することが可能であり得る。いくつかの実施形態では、ＴＦＴ回路（および／または制御システム１１０の他の構成要素）は、波面ビームフォーミング、ビームステアリング、受信側ビームフォーミング、および／または戻り信号の選択的読出しのためのＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部をアドレス指定することが可能であり得る。

図５Ａは、ＰＭＵＴアレイを含むディスプレイデバイスの一例を示す。この例では、ディスプレイデバイス４０の単一のディスプレイピクセル５０５は、ＰＭＵＴアレイ１０５の単一のＰＭＵＴ素子３１０に対応する。そのような実施形態は、本明細書では「インセル」実施形態と呼ばれることがある。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴ素子３１０は、ディスプレイ３０内の各ディスプレイピクセル５０５に対応することができる。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴ素子３１０は、ディスプレイピクセル５０５の一部内、または、アクティブディスプレイ領域の角部もしくは縁部の近くなどのディスプレイ３０の選択領域内に配置され得る。

この例では、ディスプレイピクセル５０５は、赤色サブピクセル５０５ａと、緑色サブピクセル５０５ｂと、青色サブピクセル５０５ｃとを含む。他のインセル実施形態は、異なる数および／または色のサブピクセルを有するディスプレイピクセル５０５を含むことができる。さらに他のインセル実施形態は、各々がある範囲の色を提供することができる多状態ＩＭＯＤピクセルなどの、サブピクセルを含まないディスプレイピクセル５０５を有することができる。

ディスプレイデバイス４０のいくつかの高解像度実施形態では、ディスプレイ３０は、１インチ当たり約５００ドットまたはピクセルである５０ミクロンの間隔またはピッチを有するピクセル５００を含むことができる。指紋検出のための十分に高い解像度を有するために、指紋センサアレイは、また、１インチ当たり５００ドットまたはピクセル程度の間隔を有することが必要である可能性がある。したがって、図５Ａに示すものなどのディスプレイデバイス４０のいくつかのインセル実施形態は、指紋センサ機能のための十分な高解像度を有する高解像度ディスプレイ３０とＰＭＵＴアレイ１０５とを提供することができる。

図５Ａに示すインセル実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５のＰＭＵＴ素子３１０は、ディスプレイ領域の一部がＰＭＵＴ素子によって利用されるように、表示サブピクセルと実質的に同じ平面内に配置される。そのような実施形態では、ＰＭＵＴ素子３１０が不透明または実質的に不透明であることが望ましい。他のインセル実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５の各ＰＭＵＴ素子３１０の一部またはすべては、ディスプレイピクセル５０５の１つまたは複数の表示サブピクセルの上方または下方に配置され得る。そのような実施形態では、ＰＭＵＴ素子３１０が透明または実質的に透明であることが望ましい。

いくつかの実施形態によれば、ＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部は、ディスプレイ３０の実質的にすべての後ろに配置され得る。図５Ｂは、ディスプレイピクセルのアレイと同一の広がりを持つＰＭＵＴアレイを有するディスプレイデバイスの一例を示す。この例では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、ディスプレイ３０の後ろに配置され、ディスプレイピクセル５０５は、ＰＭＵＴ素子３１０と観察者５１０との間にある。この例では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、任意の適切な材料から形成され得る基板３０５上に配置される。（たとえば、基板３０５がディスプレイ３０とバックライトパネルとの間に配置された場合）光が基板３０５を透過することになる実施形態に関して、基板３０５は、ガラス、プラスチック、または別の透明もしくは実質的に透明な材料であり得る。しかしながら、光が基板３０５を透過する必要がない場合（たとえば、基板３０５がバックライトパネルの下に配置された場合、またはディスプレイ３０が有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイなどの発光ディスプレイである場合）、基板３０５は、透明もしくは実質的に透明な材料で形成される必要はない。ここで、ディスプレイ３０は、いくつかの実施形態ではガラスまたはプラスチック基板であり得る基板５１５上にディスプレイピクセル５０５のアレイを含む。

ＰＭＵＴアレイ１０５は、特定の実施形態に応じて様々なタイプのＰＭＵＴ素子３１０を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、超音波ジェスチャ検出のための低周波数エミッタおよび／または受信機として構成可能なＰＭＵＴ素子３１０を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、たとえば、超音波指紋、スタイラス、および／または他の生体検出のための高周波数エミッタおよび／または受信機として構成可能なＰＭＵＴ素子３１０を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、たとえば、ジェスチャ検出および生体感知のための低周波数と高周波数の両方のエミッタおよび／または受信機として構成可能なＰＭＵＴ素子３１０を含むことができる。いくつかの構成では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、認証ボタン機能および／または非認証ボタン機能であり得るボタン機能が可能であるＰＭＵＴ素子３１０を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、中周波数モードで動作するように構成可能なＰＭＵＴ素子３１０を含むことができる。低周波または高周波数モードでの動作よりもいくぶん低い解像度であるが、中周波数モードで動作するとき、ディスプレイデバイス４０は、ジェスチャ検出機能および／またはタッチセンサ機能を提供することが可能であり得る。

図５Ｂに示す例では、基板３０５および基板５１５は、カップリング剤５２０を介して接合され得る。ここで、基板５１５およびカバーガラス５２５は、接着剤５３０を介して接合される。カップリング剤５２０は、シリコーン、エポキシなどの接着剤、感圧性接着剤（ＰＳＡ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ）、または、適切な音響特性および光学的特性を有する他の材料を含むことができる。たとえば、カップリング剤５２０は、基板３０５および基板５１５との小さいまたは実質的にゼロの音響インピーダンス不整合を有することができる。同様に、接着剤５３０は、基板５１５およびカバーガラス５２５との小さい音響インピーダンス不整合を有することができる。好ましくは、ＰＭＵＴアレイ１０５とカバーガラス５２５との間には、エアギャップは、実質的に存在しない。

図５Ｃは、ＬＣＤディスプレイとＰＭＵＴアレイとを含むディスプレイデバイスのための例示的なスタックを示す。簡略化のため、スタックの接着剤層は、図示されていない。ここで、ディスプレイデバイス４０は、ＰＭＵＴアレイ１０５と、バックライトパネル５３２と、ＬＣＤディスプレイモジュール５３５と、タッチパネル５４０と、カバーガラス５２５とを含むことができる。

この例では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、基板３０５上にｐＭＵＴアレイとＴＦＴ回路とを含むことができる。ここで、バックライトパネル５３２は、バックライト基板と、反射膜と、拡散膜と、輝度向上膜（ＢＥＦ，ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｆｉｌｍ）とを含む。この実施形態では、ＬＣＤディスプレイモジュール５３５は、偏光層と、ＴＦＴ基板と、ＴＦＴ回路と、液晶材料と、カラーフィルタと、カラーフィルタガラスとを含む。この例では、タッチパネル５４０は、この例ではガラスから形成されたタッチパネル基板、ならびに、この実施形態ではインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層である透明電極層を含む。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５を制御するためのＴＦＴ回路、および、ＬＣＤディスプレイモジュール５３５を制御するためのＴＦＴ回路は、フレックスケーブルを共有することが可能であり得る。

図５Ｄは、ＯＬＥＤディスプレイとＰＭＵＴアレイとを含むディスプレイデバイスのための例示的なスタックを示す。この例では、スタックは、実質的に図５Ｃに示すものよりも単純である。ＴＦＴ基板と、ＴＦＴ回路と、ＯＬＥＤ材料とを含むＯＬＥＤディスプレイモジュール５４５は、実質的に図５Ｃに示すＬＣＤディスプレイモジュール５３５よりも単純である。その上、ＯＬＥＤディスプレイモジュール５４５は、発光ディスプレイモジュールであるので、バックライトパネルは、必要とされない。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５を制御するためのＴＦＴ回路、および、ＯＬＥＤディスプレイモジュール５４５を制御するためのＴＦＴ回路は、フレックスケーブルを共有することが可能であり得る。

上述のように、ディスプレイピクセルのアレイと同一の広がりを持つ「フルサイズ」ＰＭＵＴアレイ１０５を有することは、様々な潜在的な利点を提供することができる。しかしながら、ディスプレイ３０の背面に取り付けられたフルサイズＰＭＵＴアレイ１０５は、実質的に費用を追加し、ディスプレイデバイスの厚さを増加させる可能性がある。

いくつかの実施形態によれば、ＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部は、ディスプレイ３０の一部のみの後ろに配置され得る。図６Ａは、ディスプレイの一部のみの後ろにＰＭＵＴアレイを含むディスプレイデバイスの一例を示す。図６Ａに示す要素は、図５Ｂに示すものと実質的に同様である。しかしながら、図６Ａの例では、ＰＭＵＴアレイ１０５によって占められる領域６０５は、実質的にディスプレイ３０によって占められる領域６１０よりも小さい。

いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、たとえば、超音波指紋、スタイラス、および／または他の生体検出のための高周波数エミッタおよび／または受信機として構成可能なＰＭＵＴ素子３１０を含むことができる。いくつかのそのような実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、ディスプレイデバイス４０の指紋センサ領域または超音波タッチパッド領域に対応することができる。いくつかのそのような実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、超音波ジェスチャ検出のための低周波数エミッタおよび／または受信機として構成可能なＰＭＵＴ素子３１０を含むことができる。いくつかのそのような実施形態では、ディスプレイデバイス４０は、各々がＰＭＵＴアレイ１０５に対応する複数の領域６０５を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、たとえば、ジェスチャ検出および生体感知のための低周波数エミッタおよび／または受信機と高周波数エミッタおよび／または受信機の両方として構成可能なＰＭＵＴ素子３１０を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、たとえば、より低い解像度のジェスチャ検出および／またはタッチセンサ機能のための中周波数モードで動作するように構成可能なＰＭＵＴ素子３１０を含むことができる。

いくつかの実施形態によれば、ＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部は、ディスプレイ３０の周辺領域内に配置され得る。図１Ａの制御システム１１０などの制御システムは、（指紋センサ機能などの）生体センサ機能、タッチパッドもしくは署名（たとえば、スタイラス）パッド機能、ジェスチャ検出機能、および／またはボタン機能のための、ディスプレイ３０の周辺領域内に配置されたＰＭＵＴアレイ１０５の一部を制御することが可能であり得る。

図６Ｂ〜図６Ｄは、ディスプレイの周辺部近くにＰＭＵＴアレイを含むディスプレイデバイスの例を示す。図６Ｂに示すように、ディスプレイデバイス４０（その一部が示されている）は、ＰＭＵＴアレイ１０５とともに基板６６０上に形成された視覚的ディスプレイ３０を含むことができる。ディスプレイ３０は、カバーレンズまたはカバーガラス６３０に光学的かつ機械的に結合され得る。１つまたは複数の穴１８０は、音波および超音波１９０の送信および受信を可能にするために、カバーガラス６３０において形成され得る。穴１８０は、たとえば、１つまたは複数の円形の穴、長方形もしくは正方形の穴、長穴、テーパ状の穴、またはスロットを含むことができる。図６Ｃは、１つまたは複数の穴１８０が形成されたカバーガラス６３０に組立体が光学的かつ機械的に結合され、基板６６０上に形成されたディスプレイ３０およびＰＭＵＴアレイ１０５を有するディスプレイデバイス４０の一部を示す。穴１８０は、超音波１９０の送信および受信を可能にしながら、ＰＭＵＴアレイ１０５のためのいくらかの環境的保護を提供するために、シリコーンゲルなどの音響結合剤１８６で充填され得る。図６Ｄは、カバーガラス６３０において形成された穴１８０の内側に位置する結合剤１８６の上方に配置された薄いカバーまたはコーティング１８８を示す。接着剤層１８４は、保護膜１８２をカバーガラス６３０に接続することができ、保護膜は、視覚的ディスプレイ３０とともに基板６６０上に形成され得るＰＭＵＴアレイ１０５に取り付けられ得る。コーティング１８８は、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）、アクリル、または、ディスプレイデバイス４０のＰＭＵＴアレイ１０５、関連する回路、およびディスプレイ３０のための追加の環境的保護を提供しながら、超音波１９０の伝送のために十分に対応する他の適切なコーティング材料などの、ハードコーティングであり得る。

図７Ａ〜図７Ｆは、ディスプレイの周辺領域内に配置されたＰＭＵＴアレイの例を示す。これらの例では、ディスプレイのためのＴＦＴ回路、およびＰＭＵＴアレイ１０５のためのＴＦＴ回路は、同じ（たとえば、共通）基板上に配置される。

図７Ａでは、たとえば、ＰＭＵＴアレイ１０５のためのＴＦＴ回路７０５は、ディスプレイのためのＴＦＴ回路７３０と同じ基板（基板３０５）上に配置される。ディスプレイは、たとえば、ＬＣＤまたはＯＬＥＤディスプレイであり得る。ここで、データマルチプレクサおよび制御回路４１０は、ファンアウト領域７１０を介してフレックスパッド４１５に接続され得る。この例では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、指紋センサまたは超音波タッチパッドとして構成可能な単一のｐＭＵＴアレイである。しかしながら、代替実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部は、ジェスチャ検出機能および／またはボタン機能などの他の機能のために構成可能であり得る。この実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、アクティブディスプレイ領域の外部の、ディスプレイデバイス４０の角部において配置される。ディスプレイ領域は、図７Ａに示すＴＦＴ回路７３０の領域とほぼ同一の広がりを持ち得る。いくつかの実施形態では、基板３０５上の１つまたは複数のフレックスパッドは、ＴＦＴ回路７０５と外部回路との間の電気的接続を提供することができる。１つまたは複数のフレックスケーブルは、基板３０５上のフレックスパッド４１５の少なくとも一部に取り付けられ得、電気的に接続され得る。たとえば、フレックスケーブルは、ＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部を制御するための回路と、ディスプレイを制御するためのＴＦＴ回路７３０との間で共有され得る。

図７Ｂでは、ＰＭＵＴアレイ１０５のためのＴＦＴ回路７０５は、ディスプレイのためのＴＦＴ回路７３０と同じ基板３０５上に配置される。この例では、ＰＭＵＴアレイ１０５は、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ａおよび１０５ｂを含む。この実施形態では、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ａ〜１０５ｂは、アクティブディスプレイ領域の外側に配置される。この実施形態では、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ａおよび１０５ｂは、ディスプレイデバイス４０の、それぞれ、側面７１５ａおよび７１５ｂの少なくとも一部に沿って延在する。たとえば、低周波数ＰＭＵＴ素子の一次元列は、ディスプレイデバイス４０の第１の側面７１５ａに沿って配置され得、低周波数ＰＭＵＴ素子の別の列は、ディスプレイデバイス４０の第２の側面７１５ｂに沿って配置され得る。別の例では、第１のＰＭＵＴ素子は、ディスプレイデバイス４０の１つの角部の近くに第１の側面７１５ａに沿って配置され得、第２のＰＭＵＴ素子は、ディスプレイデバイス４０の第２の角部の近くに第１の側面７１５ａに沿って配置され得る。第３および第４のＰＭＵＴ素子は、ディスプレイデバイス４０の第３および第４の角部の近くに第２の側面７１５ｂに沿って配置され得る。ディスプレイデバイス４０の４つの角部の各々の近くに構成されたＰＭＵＴ素子は、ディスプレイデバイス４０の上方に位置する指、手、または他の物体の三角測量を介するジェスチャ検出を可能にすることができる。サブアレイ内の２つ以上のＰＭＵＴ素子は、ディスプレイデバイス４０の各角部においてまたは１つもしくは複数の側面に沿って構成され得る。いくつかの例では、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ａおよび１０５ｂは、ジェスチャ検出のために構成可能であり得る。この実施形態では、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ａおよび１０５ｂは、ＴＦＴ回路７０５によって駆動され得、ディスプレイデバイス４０の２つの角部において配置され得る。代替実施形態では、ＴＦＴ回路７０５およびＰＭＵＴアレイ１０５は、指紋センサ機能またはボタン機能などの他の機能のために構成可能であり得る。

図７Ｃでは、ＰＭＵＴアレイ１０５は、そのすべてがアクティブディスプレイ領域の外側に配置されたＰＭＵＴサブアレイ１０５ａ、１０５ｂ、および１０５ｆを含む。図７Ｂに示す実施形態でのように、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ａおよび１０５ｂは、ディスプレイデバイス４０の、それぞれ、側面７１５ａおよび７１５ｂの一部またはすべてに沿って延在することができる。いくつかの例では、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ａおよび１０５ｂは、ジェスチャ検出のために構成可能であり得る。この実施形態では、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ｆは、指紋センサまたは超音波タッチパッド機能のために構成可能であり得る。したがって、この例では、ＰＭＵＴアレイ１０５のためのＴＦＴ回路７０５は、指紋センサおよびジェスチャ検出機能のためのＴＦＴ回路を含むことができる。

図７Ｄでは、ＰＭＵＴアレイ１０５は、そのすべてがアクティブディスプレイ領域の外側に配置されたＰＭＵＴサブアレイ１０５ｇ〜１０５ｉを含む。ここで、ファンアウト領域７１０およびフレックスパッド４１５は、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ｇ〜１０５ｉのための空間を可能にするようにオフセットされる。この実施形態では、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ｇ〜１０５ｉは、ボタン機能のために構成可能であり得る。したがって、この例では、ＰＭＵＴアレイ１０５のためのＴＦＴ回路７０５は、ボタン機能のためのＴＦＴ回路を含むことができる。ボタン機能は、認証機能ありまたはなしのディスプレイデバイス４０のいくつかの態様を制御することを含むことができる。したがって、そのようなボタンは、「認証」ボタンまたは「非認証」ボタンと呼ばれ得る。認証ボタンのためのＰＭＵＴサブアレイは、より高い解像度の指紋の画像化を可能にするために、実質的に非認証ボタンのためのＰＭＵＴサブアレイよりも多くのＰＭＵＴ素子３１０を含むことができる。いくつかの例では、非認証ボタンは、単一のＰＭＵＴ素子３１０、ＰＭＵＴ素子３１０の小さい（たとえば、２×２）アレイ、またはＰＭＵＴ素子３１０のより大きいアレイに対応することができる。

いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ｇ〜１０５ｉのうちの少なくとも１つは、認証ボタン機能のために構成可能であり得、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ｇ〜１０５ｉのうちの少なくとも１つは、非認証ボタン機能のために構成可能であり得る。そのような実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５のためのＴＦＴ回路７０５は、認証ボタン機能（たとえば、指紋センサ機能）および非認証ボタン機能のためのＴＦＴ回路を含むことができる。いくつかの実施形態では、認証ボタンは、また、非認証ボタンとして機能することができる。

図７Ｅは、その各々がディスプレイデバイス４０の角部において配置され得るＰＭＵＴサブアレイ１０５ｊおよび１０５ｋを含む。この例では、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ｊは、指紋センサ機能が可能であり、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ｋは、ボタン機能が可能である。したがって、この例では、ＰＭＵＴアレイ１０５のためのＴＦＴ回路７０５ａは、指紋センサ機能のためのＴＦＴ回路を含み、ＴＦＴ回路７０５ｂは、認証ボタン機能または非認証ボタン機能であり得るボタン機能のためのＴＦＴ回路を含む。

図７Ｆは、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ａ、１０５ｂ、および１０５ｌ〜１０５ｎを含む。図７Ｂに示す実施形態でのように、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ａおよび１０５ｂは、ディスプレイデバイス４０の、それぞれ、側面７１５ａおよび７１５ｂの一部またはすべてに沿って延在する。この例では、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ａおよび１０５ｂは、ジェスチャ検出のために構成可能である。

この実施形態では、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ｌは、指紋センサ機能とジェスチャ検出機能の両方を提供することができる。ここで、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ｍは、ボタン機能が可能である。この例では、ＰＭＵＴサブアレイ１０５ｎは、ジェスチャ検出機能とボタン機能の両方を提供することができる。したがって、この例では、ＰＭＵＴアレイ１０５のためのＴＦＴ回路７０５ｃは、指紋センサ機能およびジェスチャ検出機能のためのＴＦＴ回路を含む。ここで、ＴＦＴ回路７０５ｄは、認証ボタン機能または非認証ボタン機能であり得るボタン機能のためのＴＦＴ回路、ならびに、ジェスチャ検出機能のためのＴＦＴ回路を含む。

上記に鑑みて、様々な他の構成が本開示の範囲内であることは、当業者には明らかであろう。たとえば、いくつかの代替実施形態は、ジェスチャ検出機能を提供することができるディスプレイ周辺の各角部に配置されたＰＭＵＴサブアレイを含むことができる。ＰＭＵＴサブアレイは、ジェスチャ検出のための超音波信号を送信および受信するための完全な能力を提供することができる。いくつかの実施形態では、モバイルデバイス上の１つまたは複数のマイクロホンは、ジェスチャ検出においてさらに支援するためにＰＭＵＴ素子によって生成された超音波を受信するために使用され得る。典型的なマイクロホンは、制限されたオーディオ範囲（たとえば、１００〜１００００Ｈｚ応答）を有するが、より高性能なオーディオマイクロホンは、１８０ｋＨｚまたは２００ｋＨｚまでの超音波周波数に応答することができる。マイクロホンは、デバイス面の下部の近くなどの、モバイルデバイス内の様々な場所に配置され得る。高性能電話は、強化されたオーディオ明瞭度および雑音消去のために電話筐体の前面および／または背面上に複数のマイクロホンを有することができる。高周波数応答を有するマイクロホンは、受信モードで動作するＰＭＵＴ素子とともにジェスチャ検出を助けることができる。したがって、いくつかの代替実施形態では、ジェスチャ検出のために使用された少なくともいくつかの受信機は、ディスプレイデバイスのマイクロホンであり得る。

いくつかの実施形態では、タッチパネル、およびＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部は、共通フレックスケーブルを共有することができる。いくつかの実施形態によれば、タッチパネル基板またはカバーガラスは、ディスプレイ領域の周辺内に配置されたＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部との上面の電気的接続のための追加の電極を有することができる。いくつかのそのような実施形態では、これらの追加の電極は、制御システムの少なくとも一部との電気的接続性を提供することができる。

いくつかのそのような実施形態は、ディスプレイの周辺部に配置され得る、ディスプレイのためおよびＰＭＵＴアレイ１０５の少なくとも一部のための別個の基板上に配置された別個のＴＦＴ回路を含む制御システムを有することができる。いくつかのそのような実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５の一部は、指紋センサ機能および／またはジェスチャ検出機能のために構成されており、これらの追加の電極は、ＴＦＴ回路などの回路との電気的接続性のために構成され得る。いくつかのそのような実施形態では、ＰＭＵＴアレイ１０５の一部は、ボタン機能（たとえば、認証または非認証ボタン機能）のために構成されており、これらの追加の電極は、ＴＦＴ回路などの回路との電気的接続性のために構成され得る。

図８Ａおよび図８Ｂは、本明細書に記載のような少なくとも１つのＰＭＵＴアレイ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。ディスプレイデバイス４０は、たとえば、セルラーまたはモバイル電話であり得る。しかしながら、ディスプレイデバイス４０またはそのわずかな変形例の同じ構成要素は、また、テレビジョン、コンピュータ、タブレット、電子書籍リーダ、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などの様々なタイプのディスプレイデバイスを示す。

ディスプレイデバイス４０は、ハウジング４１と、ディスプレイ３０と、アンテナ４３と、スピーカ４５と、入力デバイス４８と、１つまたは複数のマイクロホン４６とを含む。ハウジング４１は、射出成形と真空成形とを含む様々な製造プロセスのうちの任意のものから形成され得る。加えて、ハウジング４１は、限定はしないが、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といった様々な材料から製作され得る。ハウジング４１は、異なる色の、または異なるロゴ、絵、もしくはシンボルを含む他の取外し可能な部分と交換可能であり得る取外し可能な部分（図示せず）を含むことができる。

ディスプレイ３０は、本明細書に記載のような、双安定またはアナログディスプレイを含む様々なディスプレイのうちのいずれかであり得る。ディスプレイ３０は、また、プラズマ、ＥＬ、ＯＬＥＤ、ＳＴＮ ＬＣＤ、もしくはＴＦＴ ＬＣＤなどのフラットパネルディスプレイ、または、ＣＲＴもしくは他の管デバイスなどの非フラットパネルディスプレイを含むことができる。加えて、ディスプレイ３０は、ディスプレイベースの干渉変調器（ＩＭＯＤ，ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を含むことができる。

ディスプレイデバイス４０の構成要素は、図８Ｂ中に概略的に示されている。ディスプレイデバイス４０は、ハウジング４１を含み、本明細書に少なくとも部分的に開示された追加の構成要素を含むことができる。たとえば、ディスプレイデバイス４０は、トランシーバ４７に結合され得るアンテナ４３を含むネットワークインターフェース２７を含む。ネットワークインターフェース２７は、ディスプレイデバイス４０に表示され得る画像データのソースであり得る。したがって、ネットワークインターフェース２７は、画像ソースモジュールの一例であるが、プロセッサ２１および入力デバイス４８も画像ソースモジュールとして働き得る。トランシーバ４７は、調整ハードウェア５２に接続されたプロセッサ２１に接続される。調整ハードウェア５２は、信号を調整する（信号をフィルタリングまたは他の方法で操作するなど）ことが可能であり得る。調整ハードウェア５２は、スピーカ４５およびマイクロホン４６に接続され得る。プロセッサ２１は、入力デバイス４８およびドライバコントローラ２９にも接続され得る。ドライバコントローラ２９は、フレームバッファ２８およびアレイドライバ２２に結合され得、アレイドライバ２２はディスプレイアレイ３０に結合され得る。図８Ｂに特に示されていない要素を含むディスプレイデバイス４０内の１つまたは複数の要素は、メモリデバイスとして機能することが可能であり得、プロセッサ２１と通信することが可能であり得る。いくつかの実施形態では、電源５０は、特定のディスプレイデバイス４０の設計における実質的にすべての構成要素に電力を提供することができる。

この例では、ディスプレイデバイス４０は、また、１つまたは複数の直線状または二次元のＰＭＵＴアレイ７７を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイ７７の少なくとも一部は、ディスプレイ３０の後ろに配置され得る。いくつかのそのような実施形態では、ＰＭＵＴアレイ７７は、ディスプレイ３０の一部のみの後ろに配置され得るが、他の実施形態では、ＰＭＵＴアレイ７７は、ディスプレイ３０の領域の実質的にすべての後ろに配置され得る。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴアレイ７７の少なくとも一部は、ディスプレイアレイ３０の１つまたは複数のディスプレイピクセル内に含まれ得る。プロセッサ２１は、本明細書に記載のように、ＰＭＵＴアレイ７７を（少なくとも部分的に）制御することができる制御システムの一部であり得る。したがって、本明細書の他の箇所に記載されているように制御システム１１０は、プロセッサ２１、および／または、ＴＦＴなどのディスプレイデバイス４０の他の要素を含むことができる。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２１（および／または制御システム１１０の別の要素）は、ＰＭＵＴアレイ７７が低周波数モードで動作しているとき、検出された１つまたは複数のジェスチャに従ってディスプレイデバイス４０を制御するための入力を提供することが可能であり得る。いくつかの実施形態では、プロセッサ２１（および／または制御システム１１０の別の要素）は、ＰＭＵＴアレイ７７が中周波数モードで動作しているとき、決定された１つまたは複数のタッチ位置および／または動きに従ってディスプレイデバイス４０を制御するための入力を提供することが可能であり得る。いくつかの実施形態では、プロセッサ２１（および／または制御システム１１０の別の要素）は、ＰＭＵＴアレイ７７が高周波数モードで動作しているとき、決定された指紋データまたはスタイラス入力データに従ってディスプレイデバイス４０を制御するための入力を提供することが可能であり得る。

ネットワークインターフェース２７は、ディスプレイデバイス４０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４３とトランシーバ４７とを含む。ネットワークインターフェース２７は、また、たとえば、プロセッサ２１のデータ処理要件を軽減するために、いくつかの処理能力を有することができる。アンテナ４３は、信号を送受信することができる。いくつかの実施形態では、アンテナ４３は、ＩＥＥＥ１６．１１（ａ）、（ｂ）、もしくは（ｇ）を含むＩＥＥＥ１６．１１規格、または、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ｂ、ｇ、ｎを含むＩＥＥＥ８０２．１１規格、およびそれらの他の実施形態に従ってＲＦ信号を送受信する。いくつかの他の実施形態では、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。携帯電話の場合、アンテナ４３は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ，ｃｏｄｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ，ｔｉｍｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）、グローバル・システム・フォー・モバイル・コミュニケーションズ（ＧＳＭ（登録商標），Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、ＧＳＭ（登録商標）／汎用パケット無線通信システム（ＧＰＲＳ，Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ）、拡張データＧＳＭ（登録商標）環境（ＥＤＧＥ，Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ ＧＳＭ（登録商標） Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）、地上基盤無線（ＴＥＴＲＡ，Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｔｒｕｎｋｅｄ Ｒａｄｉｏ）、広帯域ＣＤＭＡ（Ｗ‐ＣＤＭＡ，Ｗｉｄｅｂａｎｄ‐ＣＤＭＡ）、エボリューションデータオプティマイズド（ＥＶ‐ＤＯ，Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ Ｄａｔａ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ）、１ｘＥＶ‐ＤＯ、ＥＶ‐ＤＯ Ｒｅｖ Ａ、ＥＶ‐ＤＯ Ｒｅｖ Ｂ、高速パケットアクセス（ＨＳＰＡ，Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）、高速ダウンリンクパケットアクセス（ＨＳＤＰＡ，Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）、高速アップリンクパケットアクセス（ＨＳＵＰＡ，Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｕｐｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）、発展型高速パケットアクセス（ＨＳＰＡ＋，Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ，Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、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得る。トランシーバ４７は、信号がプロセッサ２１によって受信され得、さらにプロセッサ２１によって操作され得るように、アンテナ４３から受信された信号を前処理することができる。トランシーバ４７は、また、信号がアンテナ４３を介してディスプレイデバイス４０から送信され得るように、プロセッサ２１から受信した信号を処理することができる。

いくつかの実施形態では、トランシーバ４７を受信機と置き換えてもよい。また、いくつかの実施形態では、ネットワークインターフェース２７を、プロセッサ２１に送信すべき画像データを記憶または生成することのできる画像ソースと置き換えてもよい。プロセッサ２１は、ディスプレイデバイス４０の全体の動作を制御することができる。プロセッサ２１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２７または画像ソースから受信し、データを生画像データに変換するまたは生の画像データに容易に処理され得るフォーマットに変換する。プロセッサ２１は、処理されたデータを、ドライバコントローラ２９に、または記憶するためのフレームバッファ２８に送ることができる。生データは、典型的には、画像内の各位置における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、色と、彩度と、グレースケールレベルとを含むことができる。

プロセッサ２１は、ディスプレイデバイス４０の動作を制御するためにマイクロコントローラ、ＣＰＵ、または論理ユニットを含むことができる。調整ハードウェア５２は、信号をスピーカ４５に送信し、マイクロホン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むことができる。調整ハードウェア５２は、ディスプレイデバイス４０内の個別構成要素であり得、あるいはプロセッサ２１または他の構成要素内に組み込まれ得る。

ドライバコントローラ２９は、プロセッサ２１によって生成された生画像データを、プロセッサ２１から直接、または、フレームバッファ２８から取ることができ、アレイドライバ２２への高速伝送のために生画像データを適切に再フォーマットすることができる。いくつかの実施形態では、ドライバコントローラ２９は、生画像データを、ディスプレイアレイ３０を横切って走査するのに適切な時間順序を有するように、ラスター状のフォーマットを有するデータフローに再フォーマットすることができる。次いで、ドライバコントローラ２９は、フォーマット済みの情報をアレイドライバ２２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２９は、しばしば、スタンドアロンの集積回路（ＩＣ，Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）としてシステムプロセッサ２１に関連付けられるが、そのようなコントローラは、多くの方法で実装され得る。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２１内に組み込まれ得、ソフトウェアとしてプロセッサ２１に組み込まれ得、または、アレイドライバ２２とともにハードウェア内に完全に集積され得る。

アレイドライバ２２は、ドライバコントローラ２９からフォーマット済みの情報を受信してもよく、ディスプレイの表示要素のｘ−ｙマトリクスからの数百本、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１組の波形に、映像データを再フォーマットしてもよい。

いくつかの実施形態では、ドライバコントローラ２９、アレイドライバ２２、およびディスプレイ３０は、本明細書に記載のディスプレイのタイプ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２９は、従来のディスプレイコントローラ、または多状態ＩＭＯＤ（ＭＳ‐ＩＭＯＤ，ｍｕｌｔｉ‐ｓｔａｔｅ ＩＭＯＤ）ディスプレイ素子コントローラなどのＩＭＯＤディスプレイ素子コントローラであり得る。加えて、アレイドライバ２２は、従来のドライバ、または（ＭＳ‐ＩＭＯＤディスプレイ素子ドライバなどの）双安定ディスプレイドライバであり得る。さらに、ディスプレイ３０は、従来のディスプレイアレイ、または（ＩＭＯＤディスプレイ素子のアレイを含むディスプレイなどの）双安定ディスプレイアレイであり得る。いくつかの実施形態では、ドライバコントローラ２９は、アレイドライバ２２と一体化され得る。そのような実施形態は、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益であり得る。

いくつかの実施形態では、入力デバイス４８は、たとえば、ユーザがディスプレイデバイス４０の動作を制御することを可能にすることが可能であり得る。入力デバイス４８は、ＱＷＥＲＴＹキーボードもしくは電話キーパッドなどのキーパッド、ボタン、スイッチ、ロッカー、タッチ感知スクリーン、ディスプレイアレイ３０と一体化されたタッチ感知スクリーン、または感圧もしくは感熱膜を含むことができる。マイクロホン４６は、ディスプレイデバイス４０のための入力デバイスとして機能することが可能であり得る。いくつかの実施形態では、マイクロホン４６を介する音声コマンドは、ディスプレイデバイス４０の動作を制御するために使用され得る。

電源５０は、様々なエネルギー貯蔵デバイスを含むことができる。たとえば、電源５０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であってもよい。充電式バッテリを使用する実施形態では、充電式バッテリは、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。代替的には、充電式バッテリは、ワイヤレスで充電可能であり得る。電源５０は、また、再生可能エネルギー源、キャパシタ、または、プラスチック太陽電池もしくは太陽電池塗料を含む太陽電池であり得る。電源５０は、また、壁コンセントからの電力を受けることができる。

いくつかの実施形態では、制御プログラマビリティは、電子ディスプレイシステム内の数カ所に配置され得るドライバコントローラ２９内に存在する。いくつかの他の実施形態では、アレイドライバ２２に制御プログラマビリティが存在する。上記で説明した最適化は、任意の数のハードウェアおよび／またはソフトウェア構成要素において、ならびに様々な構成において実施され得る。

本明細書で使用されるとき、項目のリストの「少なくとも１つ」という句は、単一のメンバーを含む、こ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施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。

本明細書で開示された態様に関連して説明された様々な例示的ロジック、論理ブロック、モジュール、および回路を実現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、汎用のシングルチップもしく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）もしくは他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートもしくはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェア構成要素、または、本明細書に記載の機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを用いて実現または実行され得る。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、また、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、ＤＳＰおよび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コアと併せて１つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装され得る。いくつかの実施形態では、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、説明した機能は、本明細書で開示された構造およびそれらの構造的等価物を含む、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おいて実現され得る。本明細書に記載の主題の実施形態は、また、１つまたは複数のコンピュータプログラムとして、すなわち、データ処理装置によって実行する、またはデータ処理装置の動作を制御するための、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装され得る。

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を可能にされ得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、いかなる接続もコンピュータ可読媒体と適切に呼ぶことができる。本明細書で使用されるディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ＣＤ，ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｃ）、レーザディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ，ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｃ）、フロッピー（登録商標）ディスク、およびｂｌｕ−ｒａｙディスクを含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク（ｄｉｓｃ）は、データをレーザで光学的に再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。加えて、方法またはアルゴリズムの動作は、コードおよび命令のうちの１つまたは任意の組合せまたはセットとして、コンピュータプログラム製品に組み込まれ得る機械可読媒体およびコンピュータ可読媒体上に存在することができる。

本開示で説明した実施形態に対する様々な修正は、当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義した一般的な原理は、本開示の要旨または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用され得る。したがって特許請求の範囲は、本明細書において示されている実施形態に限定されることは意図されておらず、本開示、本明細書において開示されている原理および新規な特徴と無矛盾の最も広義の範囲と一致するものとする。加えて、当業者は、「上側」および「下側」、「上方」および「下方」、ならびに「上に重なる」および「下に重なる」は、しばしば、図の説明の容易さのために使用され、適切な向きにされたページ上の図面の向きに対応する相対的な位置を示し、実装されるデバイスの適切な向きを反映していないことがあることを容易に理解するであろう。

別個の実施形態の文脈で本明細書で説明した特定の特徴は、また、単一の実施形態で組合せて実装され得る。それとは逆に、単一の実施形態の文脈で説明されている様々な特徴は、複数の実施形態の中で、個別に、あるいは任意の適切な副組合せで実装することも可能である。さらに、特徴は、上では、場合によっては特定の組合せで作用するものとして説明されており、さらには最初はそのようなものとして特許請求することも可能であるが、特許請求される組合せからの１つまたは複数の特徴は、いくつかのケースでは、組合せから削除することができ、また、特許請求される組合せは、副組合せまたは副組合せの変形形態を対象とすることも可能である。

同様に、動作は、特定の順序で図面に示されているが、これは、そのような動作が図示された特定の順序またはシーケンシャルな順序で実行されることを、または、所望の結果を達成するためにすべての示された動作が実行されることを必要とするものとして理解されるべきではない。さらに、図面は、１つまたは複数のプロセス例を流れ図の形態で概略的に示すことができる。しかしながら、概略的に示されているプロセス例には、図に示されていない他の操作を組み込むことも可能である。たとえば図に示されている任意の操作の前、後、同時、またはこれらの操作と操作の間に、１つまたは複数の追加操作を実施することができる。特定の状況では、場合によっては多重タスキングおよび並列処理が有利である。さらに、上で説明した実施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施形態に必要であるものとして理解してはならず、説明されている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の中にまとめて統合することができ、あるいは複数のソフトウェア製品の中にパッケージすることができることを理解すべきである。さらに、他の実施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、異なる順序で実施し、依然として望ましい結果を達成することができる。

２１ プロセッサ
２２ アレイドライバ
２７ ネットワークインターフェース
２８ フレームバッファ
２９ ドライバコントローラ
３０ ディスプレイ、ディスプレイアレイ
４０ ディスプレイデバイス
４１ ハウジング
４３ アンテナ
４５ スピーカ
４６ マイクロホン
４７ トランシーバ
４８ 入力デバイス
５０ 電源
５２ 調整ハードウェア
７７ ＰＭＵＴアレイ
１００ａ ＰＭＵＴ、ＰＭＵＴ素子
１００ｂ ＣＭＵＴ素子
１０５ ＰＭＵＴアレイ
１０５ａ ＰＭＵＴサブアレイ
１０５ｂ ＰＭＵＴサブアレイ
１０５ｆ ＰＭＵＴサブアレイ
１０５ｇ ＰＭＵＴサブアレイ
１０５ｈ ＰＭＵＴサブアレイ
１０５ｉ ＰＭＵＴサブアレイ
１０５ｊ ＰＭＵＴサブアレイ
１０５ｋ ＰＭＵＴサブアレイ
１０５ｌ ＰＭＵＴサブアレイ
１０５ｍ ＰＭＵＴサブアレイ
１０５ｎ ＰＭＵＴサブアレイ
１１０ 制御システム
１１２ 下側電極層、電極
１１４ 上側電極層、電極
１１５ 圧電層
１１６ 誘電体層
１１８ 金属相互接続層
１２０ 空洞
１３０ 機械層
１６０ 基板
１７０ アンカー構造
１８０ 穴
１８２ 保護膜
１８４ 接着剤層
１８６ 音響結合剤
１８８ コーティング
１９０ 超音波
３０５ 基板
３１０ ＰＭＵＴ素子
３１０ａ ＰＭＵＴ素子
３１０ｂ ＰＭＵＴ素子
３１０ｃ ＰＭＵＴ素子
３１０ｄ ＰＭＵＴ素子
３１０ｅ ＰＭＵＴ素子
３１０ｆ ＰＭＵＴ素子
３１０ｇ ＰＭＵＴ素子
３１０ｈ ＰＭＵＴ素子
３１０ｉ ＰＭＵＴ素子
３１５ ＴＦＴ回路要素
３１５ａ ＴＦＴ回路要素
３１５ｂ ＴＦＴ回路要素
３１５ｃ ＴＦＴ回路要素
３１５ｄ ＴＦＴ回路要素
３１５ｅ ＴＦＴ回路要素
３１５ｆ ＴＦＴ回路要素
３１５ｇ ＴＦＴ回路要素
４０５ａ 行ドライバ
４０５ｂ 行ドライバ
４１０ データマルチプレクサおよび制御回路
４１５ フレックスパッド
５００ ピクセル
５０５ ディスプレイピクセル
５０５ａ 赤色サブピクセル
５０５ｂ 緑色サブピクセル
５０５ｃ 青色サブピクセル
５１０ 観察者
５１５ 基板
５２０ カップリング剤
５２５ カバーガラス
５３０ 接着剤
５３２ バックライトパネル
５３５ ＬＣＤディスプレイモジュール
５４０ タッチパネル
５４５ ＯＬＥＤディスプレイモジュール
６０５ ＰＭＵＴアレイ１０５によって占められる領域
６１０ ディスプレイ３０によって占められる領域
６３０ カバーガラス
６６０ 基板
７０５ ＴＦＴ回路
７０５ａ ＴＦＴ回路
７０５ｂ ＴＦＴ回路
７０５ｃ ＴＦＴ回路
７０５ｄ ＴＦＴ回路
７１０ ファンアウト領域
７１５ａ 側面
７１５ｂ 側面
７３０ ＴＦＴ回路

Claims (37)

1. ディスプレイと、
   前記ディスプレイに近接する圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）アレイと、
   制御システムと
   を備えるディスプレイデバイス。
2. 前記制御システムが、
   前記ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を低周波数モードまたは高周波数モードのうちの少なくとも１つで動作させるかどうかの決定を行い、
   前記決定に従って前記低周波数モードまたは前記高周波数モードのうちの少なくとも１つで動作させるように前記ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を制御する、
   請求項１に記載のディスプレイデバイス。
3. インターフェースシステムをさらに備え、前記決定が少なくとも部分的に前記インターフェースシステムから受信した入力に従って行われる、請求項２に記載のディスプレイデバイス。
4. 前記低周波数モードが約５０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの周波数範囲に対応する、請求項２に記載のディスプレイデバイス。
5. 前記低周波数モードがジェスチャ検出モードに対応し、前記ディスプレイに近い自由空間ジェスチャが検出される、請求項２に記載のディスプレイデバイス。
6. 前記高周波数モードが約１ＭＨｚ〜２５ＭＨｚの周波数範囲に対応する、請求項２に記載のディスプレイデバイス。
7. 前記高周波数モードが指紋センサモードまたはスタイラス検出モードに対応する、請求項２に記載のディスプレイデバイス。
8. 前記制御システムが、前記ＰＭＵＴアレイが前記指紋センサモードで動作する間に取得された指紋データに少なくとも部分的に基づいて認証処理を実行する、請求項７に記載のディスプレイデバイス。
9. メモリシステムをさらに含み、前記認証処理が、
   前記ディスプレイデバイスの表面上に少なくとも１つの指を置くように前記ディスプレイを介してプロンプトを提供することと、
   前記ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を介して少なくとも１つの指紋画像を受信することと、
   前記少なくとも１つの指紋画像に対応する受信指紋データを決定することと、
   前記受信指紋データを前記メモリシステム内に記憶された指紋データと比較することと
   を含む、請求項８に記載のディスプレイデバイス。
10. 前記制御システムが、
    前記ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を前記高周波数モード、前記低周波数モードまたは中周波数モードで動作させるかどうかの決定を行い、
    前記決定に従って前記ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を前記高周波数モード、前記低周波数モードまたは前記中周波数モードで動作するように制御する、
    請求項２に記載のディスプレイデバイス。
11. 前記ディスプレイデバイスが、前記制御システムが前記ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を前記中周波数モードで動作するように制御している際に、タッチセンサ機能を提供する、請求項１０に記載のディスプレイデバイス。
12. 前記中周波数モードが約２００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数範囲に対応する、請求項１０に記載のディスプレイデバイス。
13. 前記制御システムが、前記ＰＭＵＴアレイの第１のＰＭＵＴ素子を前記低周波数モードで動作するように制御し、前記ＰＭＵＴアレイの第２のＰＭＵＴ素子を前記高周波数モードで動作するように制御する、請求項２に記載のディスプレイデバイス。
14. 前記制御システムが、前記ＰＭＵＴアレイのＰＭＵＴ素子を前記低周波数モードで動作するとともに前記高周波数モードで動作するように制御する、請求項２に記載のディスプレイデバイス。
15. 前記ＰＭＵＴアレイが、圧電マイクロメカニカル超音波トランスデューサ（ｐＭＵＴ）アレイまたは容量式マイクロメカニカル超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）アレイである、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
16. 前記制御システムが、波面ビームフォーミング、ビームステアリング、受信側ビームフォーミング、または戻り信号の選択読出しのうちの少なくとも１つのために前記ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部をアドレス指定する、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
17. 前記制御システムが、実質的に平面状、球状、または円筒状の波面を生成するために前記ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部をアドレス指定する、請求項１６に記載のディスプレイデバイス。
18. 前記制御システムが、少なくとも１つの場所において強め合うまたは弱め合う干渉を生成するために前記ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部をアドレス指定する、請求項１６に記載のディスプレイデバイス。
19. 前記制御システムが、前記ＰＭＵＴアレイのＰＭＵＴ素子を励起させ、同じＰＭＵＴ素子を介して応答を検出する、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
20. 前記制御システムが、前記ＰＭＵＴアレイの第１のＰＭＵＴ素子を音響送信機として制御し、前記ＰＭＵＴアレイの第２のＰＭＵＴ素子を音響受信機として制御する、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
21. 前記ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部がアクティブマトリクスＰＭＵＴアレイである、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
22. 前記アクティブマトリクスＰＭＵＴアレイが駆動回路と感知回路とを含む、請求項２１に記載のディスプレイデバイス。
23. 前記アクティブマトリクスＰＭＵＴアレイが、行および列アドレス指定回路、マルチプレクサ回路、デマルチプレクサ回路、ローカル増幅回路、またはアナログ‐デジタル変換回路のうちの少なくとも１つを含む、請求項２１に記載のディスプレイデバイス。
24. 前記ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部が前記ディスプレイの一部のみの背後に配置されている、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
25. 前記ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部が前記ディスプレイの周辺領域内に配置されている、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
26. 前記制御システムが、指紋センサ機能、署名パッド機能、スタイラス検出機能、ジェスチャ検出機能、またはボタン機能のうちの少なくとも１つために前記ディスプレイの周辺領域内に配置された前記ＰＭＵＴアレイの一部を制御する、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
27. 前記ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部が前記ディスプレイの実質的にすべての背後に配置されている、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
28. 前記ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部が基板上に配置されている、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
29. 前記基板がガラス基板である、請求項２８に記載のディスプレイデバイス。
30. 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の少なくとも１つのアレイが前記基板上に配置されている、請求項２９に記載のディスプレイデバイス。
31. ＴＦＴの少なくとも１つのアレイが前記ディスプレイを制御するための回路を含む、請求項３０に記載のディスプレイデバイス。
32. ＴＦＴの少なくとも１つのアレイが、前記ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を制御するための回路を含む、請求項３０に記載のディスプレイデバイス。
33. 前記ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を制御するための回路、および前記ディスプレイを制御するための回路が、フレックスケーブルを共有する、請求項３２に記載のディスプレイデバイス。
34. ＴＦＴの少なくとも１つのアレイが、前記ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を制御するための回路を含み、前記ディスプレイを制御するための回路を含むＴＦＴの少なくとも１つのアレイが、第２の基板上に配置されている、請求項３０に記載のディスプレイデバイス。
35. カバーガラスと、
    前記カバーガラス上に配置された電極と
    をさらに備え、前記電極が、前記ＰＭＵＴアレイの少なくとも一部を制御するための回路への上面の電気的接続のために構成されている、請求項３４に記載のディスプレイデバイス。
36. 前記電極が、前記ディスプレイの周辺部上に配置された少なくとも１つのＰＭＵＴ素子のための回路との接続のために構成されている、請求項３５に記載のディスプレイデバイス。
37. 前記ＰＭＵＴアレイの単一のＰＭＵＴ素子が、前記ディスプレイの単一のピクセルに対応する、請求項１に記載のディスプレイデバイス。

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