JP2020027596A - タッチディスプレイモジュール及びこのタッチディスプレイモジュールを応用した電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波指紋感知ユニットを備えたタッチディスプレイモジュール及びこのタッチディスプレイモジュールを応用した電子装置を提供する。【解決手段】タッチディスプレイモジュール１０は、一つの基板１１１を含むディスプレイユニットと、基板１１１のディスプレイユニットから離れた表面に粘着するバリア層１５と、バリア層１５のディスプレイユニットから離れた表面に粘着する超音波指紋感知ユニット１６と、を備える。基板１１１はディスプレイユニットの側に位置する。ディスプレイユニット、バリア層１５及び超音波指紋感知ユニット１６の音響インピーダンスは同じではなく、バリア層１５の音響インピーダンスの数値は、ディスプレイユニットの音響インピーダンスの数値と超音波指紋感知ユニット１６の音響インピーダンスの数値との間の数値である。【選択図】図３

Description

本発明は、タッチ感知モジュール、このタッチ感知モジュールを応用した電子装置に関するものである。

指紋認証装置は、プライバシー保護機能を有するためスマートフォンに設置される。指紋認証装置の指紋認証素子は、指紋認証素子上に置かれた指の指紋を認証することができる。ユーザは指を指紋認証素子の表面上に置いた時、ユーザの指の指紋は認証され、ひいてはユーザＩＤ情報まで検知される。これにより、ユーザの利便性が向上する。

指紋認証装置は、光学式、容量式、超音波式等に分けられるが、超音波式指紋認証装置はその操作が環境の温度、湿度の影響を受にくく、且つ寿命が長く、解像度も高いため、広く応用されている。しかしながら、超音波式指紋認証装置は、超音波の物理的な性質の制限を受けるため、スクリーンの指紋認証への応用が難しい。

以上の問題点に鑑みて、本発明は、タッチディスプレイモジュール及びこのタッチディスプレイモジュールを応用した電子装置を提供する。

本発明のタッチディスプレイモジュールは、一つの基板を含むディスプレイユニットと、基板は前記ディスプレイユニットの側に位置し、基板の前記ディスプレイユニットから離れた表面に粘着するバリア層と、バリア層のディスプレイユニットから離れた表面に粘着する超音波指紋感知ユニットと、を備え、ディスプレイユニット、バリア層及び超音波指紋感知ユニットの音響インピーダンスは同じではなく、バリア層の音響インピーダンスの数値は、ディスプレイユニットの音響インピーダンスの数値と超音波指紋感知ユニットの音響インピーダンスの数値との間である。

本発明の電子装置は本体と本体内に設置されるタッチディスプレイモジュールを備える。

バリア層の音響インピーダンスの数値はディスプレイユニットと超音波指紋感知ユニットの音響インピーダンスの数値との間であるので、超音波に超音波検知ユニットからディスプレイユニットへの伝播過程中の損失を比較的小さくし、ひいては、超音波の放射信号に十分な強度を持たせ、含まれる指紋情報が識別される。

図１は本発明の電子装置の立体斜視図である。 図２は図１のＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。 図３は本発明のタッチディスプレイモジュールの平面投影図である。 図４は超音波が連続する三層の媒体を通過する際の伝播を示す図である。

本願で開示されている技術内容をさらに詳細に説明するために、図面及び本発明の以下の各種具体的な実施例を参考にすることができる。図面中の同じ符号は同じか或いは類似する素子を意味する。しかしながら、当業者であれば、以下の説明にて提供される実施例は本発明が保護する範囲を限定するものではないことは周知である。また、図面は可視的に説明しているだけであって、実際のサイズに基づいて、また比率に基づいて描かれているのではない。

図面を参照しながら、本発明の具体的な実施方法についてさらに詳細に説明する。

図１に示すように、図１は本発明の電子装置１の立体斜視図である。電子装置１は本体１２及びこの本体１２内に設置されているタッチディスプレイモジュール１０を備える。一つの実施例において、電子装置１はスマートフォンである。その他の実施例において、電子装置１は、パソコン、テレビ、ＭＰ４及びワークステーション等表示機能を有する電子製品であってもよい。

図２に示すように、図２は図１をＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。具体的には、タッチディスプレイモジュール１０の断面図である。タッチディスプレイモジュール１０はディスプレイユニット１１、バリア層１５、超音波指紋感知ユニット１６及びカバー１３を備える。

ディスプレイユニット１１は基板１１１を備え、当該基板はディスプレイユニット１１の側に位置して、ディスプレイユニット１１のその他の素子を載せるのに用いられる。カバー１３はディスプレイユニット１１の基板１１１から離れた側に設置される。カバー１３のディスプレイユニット１１から離れた表面は、ユーザがタッチ操作を行うエリアである。バリア層１５は基板１１１におけるカバー１３とは反対の側の表面に粘着している。超音波指紋感知ユニット１６はバリア層１５におけるディスプレイユニット１１とは反対の表面に粘着している。超音波指紋感知ユニット１６は超音波を発射及び受信することにより、カバー１３表面の指紋信号の収集を実現する。

一つの実施例において、ディスプレイユニット１１、バリア層１５及び超音波指紋感知ユニット１６の音響インピーダンスは全て異なり、バリア層１５の音響インピーダンスの数値は、ディスプレイユニット１１の音響インピーダンスの数値と超音波指紋感知ユニット１６の音響インピーダンスの数値との間にある。バリア層１５の音響インピーダンスはディスプレイユニット１１または超音波指紋感知ユニット１６の音響インピーダンスに等しいか近い。その他の実施例において、ディスプレイユニット１１、バリア層１５及び超音波指紋感知ユニット１６の音響インピーダンスは同じかまたは近い。

ディスプレイユニット１１はさらに、発光アレイ１１２及び偏光板１１３を備える。発光アレイ１１２は基板１１１のバリア層１５から離れた側に設置される。発光アレイ１１２は基板１１１のバリア層１５のから離れた側に設置されている。発光アレイ１１２は発光に用いられる有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ，ＯＬＥＤ）、マイクロＬＥＤ（Ｍｉｃｒｏ Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ，ＭＬＥＤ）等の発光ユニットまたは発光ユニットの動作を制御する薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＴＦＴ）アレイを含む。薄膜トランジスタアレイは、発光ユニットの動作を駆動並びに制御することにより、画面の表示を実現する。

偏光板１１３は発光アレイ１１２の基板１１１から離れた側に設置される。偏光板１１３は発光アレイ１１２が出射した光に対してフィルタリングするまたはその他の処理を行って、画面の表示の品質を改善する。ディスプレイユニット１１はさらに一つのタッチ層１１４を備えてもよい。タッチ層１１４は偏光板１１３の発光アレイ１１２から離れた側に設置される。一つの実施例において、タッチ層１１４はインセルタッチ（Ｉｎ−ｃｅｌｌ ｔｏｕｃｈ）型感知層である。その他の実施例において、タッチ層１１４はオンセルタッチ（Ｏｎ−ｃｅｌｌ ｔｏｕｃｈ）型感知層であってもよい。また、タッチ層１１４はカバー１３中に統合されてもよい。一つの実施例において、タッチ層１１４は自己容量式の感知構造である。その他の実施例において、タッチ層１１４は相互容量式の感知構造または抵抗型の感知構造であってもよい。

ディスプレイユニット１１中の基板１１１はフレキシブルな材料または非フレキシブルな材料であってもよい。本実施例において、基板１１１はフレキシブル材料であり、柔軟性を有するため、ディスプレイユニット１１を曲面ディスプレイ装置またはフレキシブルディスプレイ装置に適用することができる。基板１１１の材料は、有機物、例えば、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ．ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ ｔｗｏ ｆｏｒｍｉｃ ａｃｉｄ ｇｌｙｃｏｌ ｅｓｔｅｒ，ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ，ＰＥＴ）であってもよい。その他の実施例において、基板１１１は非フレキシブルな材料であってもよい。基板１１１は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）やポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ，ＰＣ）などの一定の剛性を有する材料であってもよい。

バリア層１５は導電層１５１及び粘着層を備える。前記粘着層は導電層１５１の対向する両側に設置される第一粘着層１５２及び第二粘着層１５３を備える。ディスプレイユニット１１及び超音波指紋感知ユニット１６はそれぞれバリア層１５の対向する両側に位置する。ディスプレイ１１及び超音波指紋感知ユニット１６は、それぞれ導電層１５１の両側に位置する第一粘着層１５２及び第二粘着層１５３を介してバリア層１５にボンディングされる。

導電層１５１は導電能力を有する。導電層１５１の材料は、金属、合金、導電ポリマー、導電粒子をドーピングした有機物、または、金属酸化物等の導電材料であってもよい。導電層１５１は、具体的には、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、黄銅（銅と亜鉛の合金である）、酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ，ＩＴＯ）を有してもよい。

一つの実施例において、導電層１５１は、静電気放電（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｈｉｅｌｄ，ＥＳＤ）層としてもよい。導電層１５１は、ディスプレイユニット１１が超音波指紋感知ユニット１６及び電子装置１中の一部の回路に対して影響を及ぼすのを防止する。導電層１５１は電位がゼロである導体と接続されて静電気を伝導する。導電層１５１は、直接接地でき、電子装置１の金属ケースまたはディスプレイユニット１１の薄膜トランジスタアレイに接続することができる。一つの実施例において、導電層１５１の厚さは５０μｍであり、導電層１５１の表面抵抗は２００ｍΩより小さい。導電層１５１は、最適な導電能力を備える。その他の実施例において、導電層１５１の厚さ及び表面抵抗はその他の合理的な値であってもよい。

粘着層は粘着能力を備える。粘着層の材料は、エポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｉｄｅ ｒｅｓｉｎ）、ポリエステル繊維（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｆｉｂｒｅ）、アクリル樹脂（Ａｃｒｙｌｉｃ ｒｅｓｉｎ）、ポリウレタン（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）、不飽和ポリエステル及び有機シリコン中の少なくとも一種の接着剤である。超音波指紋感知ユニット１６は、粘着層を介してディスプレイユニット１１にボンディングされる。

一つの実施例において、超音波指紋感知ユニット１６またはディスプレイユニット１１中の一つが損傷した場合、超音波指紋感知ユニット１６またはディスプレイユニット１１を分離させて、損傷していない素子を再利用（ｒｅｗｏｒｋ）する。この再利用の際、溶解剤（例えば、酢酸エチル）を使用して、第一粘着層１５２または第二粘着層を溶解して、同時に基板１１１または超音波指紋感知ユニット１６の損傷を防止する。一つの実施例において、第一粘着層１５２または第二粘着層１５３として固体接着剤を選択することができる。固体接着剤を選択することにより、接着剤が凝固する過程において、ディスプレイユニット１１または超音波指紋感知ユニット１６の表面に傷がつくのを防止する。一つの実施例において、第一粘着層１５２または第二粘着層１５３は光学マスク層とすることができる。光学マスク層とすることにより、ディスプレイユニット１１が出射する光が超音波指紋感知ユニット１６及び電子装置１中の一部の回路に影響を及ぼすのを防止する。さらに、第一粘着層１５２または第二粘着層１５３の光学密度（ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｎｓｉｔｙ）は光線に対するブロックを強化させるために４以上であってもよい。一つの実施例において、第一粘着層１５２と第二粘着層１５３は同じ材料または構造であってもよい。その他の実施例において、第一粘着層１５２と第二粘着層１５３はさらに異なる材料または構造であってもよい。

超音波指紋感知ユニット１６は、アレイ板１６１、圧電層１６２、電極層１６３及び保護層１６４を備える。アレイ板１６１はバリア層１５にボンディングされ、圧電層１６２はアレイ板１６１のバリア層１５から離れた側をカバーし、電極層１６３は圧電層１６２のアレイ板１６１から離れた側をカバーし、保護層１６４は電極層１６３の圧電層１６２から離れた側をカバーする。

一つの実施例において、アレイ板１６１は複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなる画素回路アレイを含む。各画素回路は一つまたは複数のＴＦＴを備える。各ＴＦＴは少なくとも一つの画素電極を備える。複数の画素電極と圧電層１６２は電気的に接続される。複数の画素電極は、電極層１６３と連動して圧電層１６２を駆動し、圧電層１６２に超音波信号を発信させると共に、超音波信号を受信させる。一つの実施例において、アレイ板１６１の厚さの範囲は１μｍ以上〜１ｍｍより小さい。一つの実施例において、圧電層１６２はピエゾセラミック（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｅｒａｍｉｃｓ，ＰＺＴ）またはポリフッ化ビニリデン（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ，ＰＶＤＦ）等の圧電材料であってもよい。圧電層１６２の厚さの範囲は、１μｍより小さくなく、５０μｍより大きくない。

図３に示すように、図３は本発明のタッチディスプレイモジュール１０の平面投影図である。基板１１１のカバー１３上の投影面積はカバー１３の面積より小さい。バリア層１５の基板１１１上の投影面積は基板１１１の面積以下である。超音波指紋感知ユニット１６の基板１１１上の投影面積はバリア層１５の基板１１１上の投影面積以下である。

一つの実施例において、超音波指紋感知ユニット１６の基板１１１上の投影面積は１０ｍｍ^２より小さくない。タッチディスプレイモジュール１０はさらに一つの表示エリアＡＡを備える。この表示エリアＡＡはタッチディスプレイモジュール１０が画面を表示するエリアであり、ユーザがこの表示エリアＡＡ内において効果的にタッチ操作を行うのに用いられる。ディスプレイユニット１１の少なくとも一部は表示エリアＡＡに位置し、超音波指紋感知ユニット１６は表示エリアＡＡ内に位置する。ユーザの指が表示エリアＡＡ内の超音波指紋感知ユニット１６に対応するエリアを押した場合、超音波指紋感知ユニット１６が発射した超音波は指に接触して反射する。反射して戻ってきた超音波は超音波指紋感知ユニット１６によって受信され、超音波指紋感知ユニット１６が指紋信号を収集する。

図４に示すように、図４は超音波が連続する三層の媒体を通過する際の伝播を示す図である。媒体１、媒体２及び媒体３はそれぞれ異なる密度ρ１、ρ２、ρ３を有する。超音波は、媒体１、媒体２及び媒体３を、それぞれ異なる超音波速度Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３で伝搬する。音響インピーダンスの式Ｚ＝ρ×Ｃからわかるように、媒体の密度ρ及び超音波速度Ｃが同じでなければ、音響インピーダンスＺは異なる値となる。

超音波は、伝播過程において通常損失される。超音波が二種の異なる媒体の境界面を通過する際、二種の媒体の音響インピーダンスＺが異なる場合、超音波は反射する。二種の媒体間の音響インピーダンスＺの位相差が大きくなるほど、二種の媒体の境界面を反射する超音波の量と当該境界面を通過する超音波の量との比率は大きくなる。即ち、超音波の損失は高くなる。その逆も同じである。二種の媒体間の音響インピーダンスＺの位相差が小さくなるほど、二種の媒体の境界面を反射する超音波の量と当該境界面を通過する超音波の量との比率は小さくなる。即ち、超音波の損失は低くなる。図４に示すように超音波が三層の異なる媒体を通過する場合、媒体２の音響インピーダンスＺ２＝（Ｚ１・Ｚ３）^１／２の場合、超音波の損失は最小になる。

超音波指紋感知ユニット１６が発射した超音波は、超音波指紋感知ユニット１６により、カバー１３の超音波指紋感知ユニット１６から離れた表面に伝播されることで、ユーザの指と接触することができ反射する。反射した超音波はカバー１３の超音波指紋感知ユニット１６から離れた表面から超音波指紋感知ユニット１６に伝播されることで、超音波指紋感知ユニット１６により受信され、電気信号に変換される。

一つの実施例において、ディスプレイユニット１１と超音波指紋感知ユニット１６の音響インピーダンスは異なる。バリア層１５の音響インピーダンスの数値は、ディスプレイユニット１１の音響インピーダンスの数値と超音波指紋感知ユニット１６の音響インピーダンスの数値との間の数値である。超音波が、超音波指紋感知ユニット１６、バリア層１５及びディスプレイユニット１１を順に通過する際における、超音波指紋感知ユニット１６とバリア層１５の境界面で発生する損失、及び、バリア層１５とディスプレイユニット１１の境界面で発生する損失の二回の損失の和は、超音波が、ディスプレイユニット１１から超音波指紋感知ユニット１６を直接通過する際における、ディスプレイユニット１１と超音波指紋感知ユニット１６の境界面で発生する一回の損失よりも、常に、小さい。バリア層１５はディスプレイユニット１１と超音波指紋感知ユニット１６との間の緩衝層とすることができ、超音波の伝播過程における損失を低減する。且つ、バリア層１５の音響インピーダンスの数値が、ディスプレイユニット１１の音響インピーダンスと超音波指紋感知ユニット１６の音響インピーダンスの積の二分の一に等しいかまたは近い場合、超音波の損失は最小である。

バリア層１５はディスプレイユニット１１と超音波指紋感知ユニット１６との間の緩衝層とすることができ、バリア層１５の構造は超音波の伝播に一定の影響を与える。導電層１５１の両側の第一粘着層１５２及び第二粘着層１５３が異なる場合、導電層１５１、第一粘着層１５２及び第二粘着層１５３は異なる。公式Ｚ＝（Ｚ１・Ｚ３）^１／２からわかるように、導電層１５１の音響インピーダンスの数値は第一粘着層１５２の音響インピーダンスの数値と第二粘着層１５３の音響インピーダンスの数値との間にあり、超音波がバリア層１５を通過する損失は比較的小さい。導電層１５１の両側の第一粘着層１５２と第二粘着層は同じである。公式Ｚ＝（Ｚ１・Ｚ３）^１／２からわかるように、導電層１５１と第一粘着層１５２及び第二粘着層１５３の音響インピーダンスが同じかまたは近い場合、超音波がバリア層１５を通過する損失は最小であり、導電層１５１と第一粘着層１５２及び第二粘着層１５３の音響インピーダンスとの位相差が大きくなると、超音波がバリア層１５を通過する損失は最大であり、バリア層１５の全体の音響インピーダンスは大きくなることがわかる。

ヤング率Ｋ＝ρ×Ｃ^２からわかるように、物質のヤング率とその音響インピーダンスは正比例しており、ヤング率の大きさも音響インピーダンスの大きさを計る基準とすることができる。一つの実施例において、第一粘着層１５２または第二粘着層１５３のヤング率が３ＭＰａより大きい場合、超音波が通過する過程中の損失は比較的小さい。

上述の説明において、図面を参照しながら本発明の具体的な実施方法を説明した。しかしながら、当業者は、本発明の精神及び範囲を逸脱していない場合、本発明の具体的な実施方法を変更及び置き換えできる。当該変更及び置き換えは本発明の特許請求の範囲で限定されている範囲内でなければならない。

１ 電子装置
１０ タッチディスプレイモジュール
１１ ディスプレイユニット
１２ 本体
１３ カバー
１５ バリア層
１６ 超音波指紋感知ユニット
１１１ 基板
１１２ 発光アレイ
１１３ 偏光板
１１４ タッチ層
１５１ 導電層
１５２ 第一粘着層
１５３ 第二粘着層
１６１ アレイ板
１６２ 圧電層
１６３ 電極層
１６４ 保護層
ＡＡ 表示エリア

Claims (10)

1. 一つの基板を含むディスプレイユニットと、
   前記ディスプレイユニットの側に位置する基板と、
   前記基板の前記ディスプレイユニットから離れた表面に粘着するバリア層と、
   前記バリア層の前記ディスプレイユニットから離れた表面に粘着する超音波指紋感知ユニットと、を備え、
   前記ディスプレイユニット、バリア層及び超音波指紋感知ユニットの音響インピーダンスは同じではなく、前記バリア層の音響インピーダンスの数値は、前記ディスプレイユニットの音響インピーダンスの数値と前記超音波指紋感知ユニットの音響インピーダンスの数値との間の数値であることを特徴とするタッチディスプレイモジュール。
2. 前記タッチディスプレイモジュールはさらに一つの表示エリアを備え、前記ディスプレイユニットの少なくとも一部は前記表示エリア内に位置し、前記超音波指紋感知ユニットは前記表示エリア内に位置することを特徴とする請求項１に記載のタッチディスプレイモジュール。
3. 前記バリア層は一つの導電層及び粘着層を備え、前記粘着層は前記導電層の対向する両側の一つの第一粘着層と一つの第二粘着層に設置されていることを含むことを特徴とする請求項１に記載のタッチディスプレイモジュール。
4. 前記ディスプレイユニット及び前記超音波指紋感知ユニットは、前記粘着層により前記バリア層にボンディングされることを特徴とする請求項３に記載のタッチディスプレイモジュール。
5. 前記導電層の音響インピーダンスの数値は、前記第一粘着層の音響インピーダンスの数値と前記第二粘着層の音響インピーダンスの数値との間の数値であることを特徴とする請求項３に記載のタッチディスプレイモジュール。
6. 前記粘着層の光学密度は４以上であり、ヤング率は３ＭＰａより大きいことを特徴とする請求項３に記載のタッチディスプレイモジュール。
7. 前記導電層は導電材料であって、前記導電層の表面抵抗は２００ｍΩより小さいことを特徴とする請求項３に記載のタッチディスプレイモジュール。
8. 前記バリア層の前記基板上の投影面積は前記基板の面積より小さいかまたは等しく、前記超音波指紋感知ユニットの前記基板上の投影面積は、前記バリア層の前記基板上の投影面積より小さいかまたは等しいことを特徴とする請求項１に記載のタッチディスプレイモジュール。
9. 前記バリア層の音響インピーダンスの数値は前記ディスプレイユニットの音響インピーダンスと前記超音波指紋感知ユニットの音響インピーダンスの積の二分の一に近いことを特徴とする請求項１に記載のタッチディスプレイモジュール。
10. 電子装置であって、前記電子装置は本体及び前記本体内に設置されるタッチディスプレイモジュールを備え、前記タッチディスプレイモジュールは請求項１〜９の何れか一項に記載のタッチディスプレイモジュールであることを特徴とする電子装置。