JP5612218B2 - 組合せタッチ、手書きおよび指紋センサ - Google Patents

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Description

優先権主張
本出願は、参照によりおよびすべての目的のために本明細書に組み込まれる、２０１０年１０月１８日に出願され「COMBINATION TOUCH, HANDWRITING AND FINGERPRINT SENSOR」（代理人整理番号第ＱＵＡＬＰ０４５Ｐ／１０２９０８Ｐ１号）と題する米国仮特許出願第６１／３９４，０５４号の優先権を主張する。本出願はまた、参照によりおよびすべての目的のために本明細書に組み込まれる、２０１１年１０月１１日に出願され「COMBINATION TOUCH, HANDWRITING AND FINGERPRINT SENSOR」（代理人整理番号第ＱＵＡＬＰ０４５Ａ／１０２９０８Ｕ１号）と題する米国特許出願第１３／２７１，０４９号の優先権を主張する。
本開示は、限定はしないが、多機能タッチスクリーンを組み込んだディスプレイデバイスを含む、ディスプレイデバイスに関する。
電気機械システム（ＥＭＳ：electromechanical system）は、電気的および機械的素子と、アクチュエータと、トランスデューサと、センサと、（ミラーを含む）光学的コンポーネントと、電子回路と、を有するデバイスを含む。電気機械システムは、限定はしないが、マイクロスケールおよびナノスケールを含む、様々なスケールで製造され得る。たとえば、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ：microelectromechanical system）デバイスは、約１マイクロメータから数百マイクロメータ以上に及ぶサイズを有する構造を含むことができる。ナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ：nanoelectromechanical system）デバイスは、たとえば、数百ナノメートルよりも小さいサイズを含む、１マイクロメータよりも小さいサイズを有する構造を含むことができる。電気および電気機械デバイスを形成するために、堆積、エッチング、リソグラフィを使用して、ならびに／あるいは、基板および／または堆積された材料層の部分をエッチング除去するかまたは層を追加する、他の微細加工プロセスを使用して、電気機械素子が作成され得る。
１つのタイプのＥＭＳデバイスは干渉変調器（ＩＭＯＤ：interferometric modulator）と呼ばれる。本明細書で使用する干渉変調器または干渉光変調器という用語は、光学干渉の原理を使用して光を選択的に吸収および／または反射するデバイスを指す。いくつかの実装形態では、干渉変調器は伝導性プレートのペアを含み得、そのペアの一方または両方は、全体的にまたは部分的に、透明でおよび／または反射性であり、適切な電気信号の印加で、相対的に動くことが可能であり得る。一実装形態では、一方のプレートは、基板上に堆積された固定層を含み得、他方のプレートは、エアギャップによって固定層から分離された反射膜を含み得る。別のプレートに対するあるプレートの位置は、干渉変調器に入射する光の光学干渉を変化させることができる。干渉変調器デバイスは、広範囲のアプリケーションを有しており、特にディスプレイ能力がある製品の場合、既存の製品を改善し、新しい製品を作成する際に使用されることが予期される。
ハンドヘルドデバイスでのタッチスクリーンの使用の増加が、今ではディスプレイ、タッチパネルおよびカバーガラスを含む、モジュールの複雑さおよびコストの増加を引き起こしている。デバイス中の各層は、厚さを追加し、また、隣接する基板への取付けのために、コストがかかるガラス間結合ソリューションを必要とする。これらの問題は、反射型ディスプレイの場合、フロントライトも組み込まれる必要があるとき、モジュールの厚さとコストとを増すので、さらに悪化されることができる。
本開示のシステム、方法、およびデバイスは、それぞれいくつかの革新的態様を有し、それらのうちの単一の態様が、単独で、本明細書で開示する望ましい属性を担当するわけではない。本明細書で説明するいくつかの実装形態は、タッチ感知、手書き入力および指紋撮像のための、容量性技術の態様と抵抗性技術の態様とを組み合わせた、複合センサ（combined sensor）デバイスを与える。いくつかのそのような実装形態は、ディスプレイ上にオーバレイされた多特徴（multi-feature）ユーザ入力センサを可能にするために容量性技術と抵抗性技術とを組み合わせたタッチセンサを与える。
いくつかのそのような実装形態では、セルフォン、電子リーダ、またはタブレットコンピュータなど、コンシューマデバイスのカバーガラス装置が、付加的に、シングルタッチまたはマルチタッチセンサ、手書きまたはスタイラス入力デバイス、および／または指紋センサを有する、複合センサデバイスの一部として働く。カバーガラス装置は、２つ、３つまたはそれ以上の層を含み得る。カバーガラス装置を形成するために使用される基板は、実際のガラス、プラスチック、ポリマ、等々のような、様々な好適な実質的に透明な材料から形成され得る。タッチ、手書きおよび／または指紋検出能力を有するそのようなカバーガラス装置は、たとえば、ディスプレイ上にオーバレイされ得る。
本開示で説明する主題の１つの革新的態様は、第１の実質的に透明な基板を含む装置に実装されることができる。第１の複数の実質的に透明な電極が、第１の実質的に透明な基板の第１の手書きおよびタッチセンサゾーン中に形成され得、第２の複数の実質的に透明な電極が、第１の実質的に透明な基板の第１の指紋センサゾーン中に形成され得る。第１の複数の抵抗器が、第１の複数の電極のうちの、全部ではないが、一部の上に形成され得、第２の複数の抵抗器が、第２の複数の電極上に形成され得る。本装置の手書きセンサゾーンは、第２の複数の電極上に形成された第２の複数の抵抗器を含み得る。
本装置は、第２の実質的に透明な基板を含み得る。第３の複数の実質的に透明な電極が、第２の実質的に透明な基板の第２の手書きおよびタッチセンサゾーン中に形成され得る。第４の複数の実質的に透明な電極が、第２の実質的に透明な基板の第２の指紋センサゾーン中に形成され得る。第４の複数の電極は、第２の複数の電極の間隔と実質的に同じである間隔を有し得、第４の複数の電極は、第２の複数の電極の第２の電極位置に対応する第１の電極位置を有し得る。本装置は、第２の複数の電極と第４の複数の電極との間に配設された力感知抵抗器材料を含み得る。
第１の複数の抵抗器は、第１の複数の電極の第１のインスタンス上に形成され得る。第１の複数の抵抗器は、第１の複数の電極の第２のインスタンス上には形成されなくても良い。第１の複数の電極の第２のインスタンスは、タッチセンサ電極として構成され得る。タッチセンサ電極は、第３の複数の電極と第１の複数の電極の第２のインスタンスとの間のキャパシタンスの変化を検出するように構成され得る。タッチセンサ電極は、投影容量性タッチセンサ電極として機能するように構成され得る。
第１の複数の電極の第１のインスタンスは、手書きセンサ電極として構成され得る。第１の複数の電極の第２のインスタンスは、第３の複数の電極と第１の複数の電極の第２のインスタンスとの間の距離の変化によって生じるキャパシタンスの変化を検出するように構成され得る。第１の複数の電極の第２のインスタンスは、加えられた力または圧力によって生じる第２の実質的に透明な基板の変位のアナログ変化を、キャパシタンスの検出された変化に従って判断するように構成され得る。第１の複数の電極の第１のインスタンスは、第３の複数の電極と第１の複数の電極の第１のインスタンスとの間の距離の変化によって生じる抵抗の変化を検出するように構成される。
本装置は、第１の複数の電極の第２のインスタンスから第２の基板まで延在する実質的に透明なエラストマ材料をも含み得る。いくつかの実装形態では、実質的に透明なエラストマ材料は、第１の複数の電極の第１のインスタンスから第２の基板まで延在しなくても良い。本装置は、第１の複数の電極と第３の複数の電極との間に配設された実質的に透明な力感知抵抗器材料を含み得る。
本装置は、ディスプレイと、ディスプレイと通信するように構成されたプロセッサと、を含み得る。プロセッサは、画像データを処理するように構成され得る。本装置は、プロセッサと通信するように構成されたメモリデバイスをも含み得る。本装置は、ディスプレイに少なくとも１つの信号を送るように構成されたドライバ回路と、ドライバ回路に画像データの少なくとも一部分を送るように構成されたコントローラと、をも含み得る。本装置は、プロセッサに画像データを送るように構成された画像ソースモジュールを含み得る。画像ソースモジュールは、受信機、トランシーバ、および送信機のうちの少なくとも１つを含み得る。本装置は、入力データを受信することと、プロセッサに入力データを通信することと、を行うように構成された入力デバイスを含み得る。
本開示で説明する主題の別の革新的態様は、第１の実質的に透明な基板を含む代替装置に実装されることができる。第１の電極アレイが、第１の実質的に透明な基板の第１の手書きおよびタッチセンサゾーン中に形成され得る。第２の電極アレイが、第１の実質的に透明な基板の第１の指紋センサゾーン中に形成され得る。いくつかの実装形態では、第２の電極アレイは、第１の電極アレイよりも近接して離間され得る。しかしながら、他の実装形態では、第２の電極アレイは、第１の電極アレイよりも近接して離間されなくても良い。
第１の抵抗器が、第１の電極アレイのうちの、全部ではないが、一部の上に形成され得る。第２の抵抗器が第２の電極アレイ上に形成され得る。
本装置は、第２の実質的に透明な基板を含み得る。第３の電極アレイが、第２の実質的に透明な基板の第２の手書きおよびタッチセンサゾーン中に形成され得る。第４の電極アレイが、第２の実質的に透明な基板の第２の指紋センサゾーン中に形成され得る。第４の電極アレイは、第２の電極アレイの間隔と実質的に同じである間隔を有し得る。第４の電極アレイは、第２の電極アレイの第２の電極位置に対応する第１の電極位置を有し得る。
第１の抵抗器は、第１の電極アレイ中の電極の第１のインスタンス上に形成され得る。第１の抵抗器は、第１の電極アレイ中の電極の第２のインスタンス上には形成されなくても良い。電極の第２のインスタンスはタッチセンサ電極として構成され得る。本装置は、第３の電極アレイの電極と電極の第２のインスタンスとの間のキャパシタンスの変化を検出するように構成され得る。本装置は、投影容量性タッチセンサ動作のために構成され得る。電極の第１のインスタンスは手書きセンサ電極を含み得る。本装置は、第３の電極アレイの電極と電極の第２のインスタンスとの間の距離の変化によって生じるキャパシタンスの変化を検出するように構成され得る。本装置は、第３の電極アレイの電極と電極の第１のインスタンスとの間の距離の変化によって生じる抵抗の変化を検出するように構成され得る。
本開示で説明する主題の別の革新的態様は、第１の手書きおよびタッチセンサゾーン中に形成された第１の複数の実質的に透明な電極と、第１の指紋センサゾーン中に形成された第２の複数の実質的に透明な電極と、を有する第１の実質的に透明な基板を含む代替装置において実装され得る。第２の複数の電極は、実装形態に応じて、第１の複数の電極よりも近接して離間されても良いし離間されなくても良い。本装置は、第１の複数の電極のうちの、全部ではないが、一部の上に形成された第１の複数の抵抗器と、第２の複数の電極上に形成された第２の複数の抵抗器と、を含み得る。
本装置は、第２の手書きおよびタッチセンサゾーン中に形成された第３の複数の実質的に透明な電極と、第２の指紋センサゾーン中に形成された第４の複数の実質的に透明な電極と、を有する第２の実質的に透明な基板を含み得る。第４の複数の電極は、第２の複数の電極の間隔と実質的に同じである間隔を有し得る。第４の複数の電極は、第２の複数の電極の電極位置に対応する電極位置を有し得る。
本装置は、第２および第４の複数の実質的に透明な電極との通信のために構成されたセンサ制御システムを含み得る。センサ制御システムは、第２および第４の複数の実質的に透明な電極から受信した電気信号に従って指紋センサデータを処理するようにさらに構成され得る。
センサ制御システムは、第１および第３の複数の実質的に透明な電極との通信のためにさらに構成され得る。センサ制御システムは、第１および第３の複数の実質的に透明な電極から受信した電気信号に従って手書きおよびタッチセンサデータを処理するようにさらに構成され得る。
本装置は、ディスプレイと、ディスプレイと通信するように構成されたプロセッサと、を含み得る。プロセッサは、画像データを処理するように構成され得る。本装置は、プロセッサと通信するように構成されたメモリデバイスを含み得る。いくつかの実装形態では、センサ制御システムは、プロセッサを含む。別の実装形態では、センサ制御システムは、プロセッサとは別個であるが、プロセッサとの通信のために構成される。プロセッサは、少なくとも部分的に、センサ制御システムから受信した信号に従って、ディスプレイを制御するように構成され得る。プロセッサは、少なくとも部分的に、センサ制御システムから受信した信号に従って、ディスプレイへのアクセスを制御するように構成され得る。プロセッサは、少なくとも部分的に、センサ制御システムから受信したユーザ入力信号に従って、ディスプレイを制御するように構成され得る。
本明細書で説明する主題の１つまたは複数の実装形態の詳細が、添付の図面および以下の説明において示されている。本概要で与えた例は、主にＭＥＭＳベースのディスプレイに関して説明されているが、本明細書で提供する概念は、液晶ディスプレイ、有機発光ダイオード（「ＯＬＥＤ」）ディスプレイおよび電界放出ディスプレイなど、他のタイプのディスプレイに適用され得る。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一定の縮尺で描かれていないことがあることに留意されたい。
図１は、干渉変調器（ＩＭＯＤ）ディスプレイデバイスの一連のピクセル中の２つの隣接ピクセルを示す等角図の一例を示している。 図２は、３×３干渉変調器ディスプレイを組み込んだ電子デバイスを示すシステムブロック図の一例を示している。 図３は、図１の干渉変調器についての可動反射層位置対印加電圧を示す図の一例を示している。 図４は、様々なコモン電圧およびセグメント電圧が印加されたときの干渉変調器の様々な状態を示す表の一例を示している。 図５Ａは、図２の３×３干渉変調器ディスプレイにおけるディスプレイデータのフレームを示す図の一例を示している。 図５Ｂは、図５Ａに示すディスプレイデータのフレームを書き込むために使用され得るコモン信号およびセグメント信号についてのタイミング図の一例を示している。 図６Ａは、図１の干渉変調器ディスプレイの部分断面図の一例を示している。 図６Ｂは、干渉変調器の異なる実装形態の断面図の例を示している。 図６Ｃは、干渉変調器の異なる実装形態の断面図の例を示している。 図６Ｄは、干渉変調器の異なる実装形態の断面図の例を示している。 図６Ｅは、干渉変調器の異なる実装形態の断面図の例を示している。 図７は、干渉変調器のための製造プロセスを示す流れ図の一例を示している。 図８Ａは、干渉変調器を製作する方法における様々な段階の断面概略図の例を示している。 図８Ｂは、干渉変調器を製作する方法における様々な段階の断面概略図の例を示している。 図８Ｃは、干渉変調器を製作する方法における様々な段階の断面概略図の例を示している。 図８Ｄは、干渉変調器を製作する方法における様々な段階の断面概略図の例を示している。 図８Ｅは、干渉変調器を製作する方法における様々な段階の断面概略図の例を示している。 図９Ａは、カバーガラス上に形成されたセンサ電極の一例を示している。 図９Ｂは、カバーガラス上に形成されたセンサ電極の別の例を示している。 図１０Ａは、複合センサデバイスの断面図の一例を示している。 図１０Ｂは、別の複合センサデバイスの断面図の例を示している。 図１０Ｃは、別の複合センサデバイスの断面図の例を示している。 図１０Ｄは、別の複合センサデバイスの断面図の例を示している。 図１１Ａは、高弾性率（high-modulus）圧縮性層および低弾性率（low-modulus）圧縮性層を有する複合センサデバイスの断面図の例を示している。 図１１Ｂは、高弾性率圧縮性層および低弾性率圧縮性層を有する複合センサデバイスの断面図の例を示している。 図１１Ｃは、高弾性率圧縮性層および低弾性率圧縮性層を有する複合センサデバイスの断面図の例を示している。 図１１Ｄは、高弾性率圧縮性層および低弾性率圧縮性層を有する複合センサデバイスの断面図の例を示している。 図１２は、組合せタッチ、手書きおよび指紋センサを用いたカバーガラスを含むデバイスの一例を示している。 図１３は、力感知スイッチ実装形態の上面図の一例を示している。 図１４は、図１３に示す力感知スイッチ実装形態の行を通る断面図の一例を示している。 図１５Ａは、図１３および図１４に示す実装形態のコンポーネントを表す回路図の一例を示している。 図１５Ｂは、図１３および図１４に関係する別の実装形態のコンポーネントを表す回路図の一例を示している。 図１６は、複合センサデバイスのための製造プロセスを示す流れ図の一例を示している。 図１７Ａは、図１６の製造プロセスの様々な段階中に部分的に形成された複合センサデバイスの例を示している。 図１７Ｂは、図１６の製造プロセスの様々な段階中に部分的に形成された複合センサデバイスの例を示している。 図１７Ｃは、図１６の製造プロセスの様々な段階中に部分的に形成された複合センサデバイスの例を示している。 図１７Ｄは、図１６の製造プロセスの様々な段階中に部分的に形成された複合センサデバイスの例を示している。 図１８Ａは、複合センサデバイスのハイレベルアーキテクチャを示すブロック図の一例を示している。 図１８Ｂは、複合センサデバイスのための制御システムを示すブロック図の一例を示している。 図１８Ｃは、複合センサデバイス中のセンセル（sensel）のための物理的コンポーネントおよびそれらの電気的等価物の例示的な表現を示している。 図１８Ｄは、複合センサデバイスの別のセンセルの一例を示している。 図１８Ｅは、複合センサデバイス中のセンセルの等価回路コンポーネントを表す概略図の一例を示している。 図１８Ｆは、手書きモードまたはスタイラスモード感知のために構成され得る複合センサデバイスのための演算増幅器回路の一例を示している。 図１８Ｇは、タッチモード感知のために構成された図１８Ｆの演算増幅器回路の一例を示している。 図１８Ｈは、クランプ回路を含む複合センサデバイスのための演算増幅器回路の一例を示している。 図１８Ｉは、クランプ回路伝達関数の例を示している。 図１８Ｊは、クランプ回路のための回路図の一例を示している。 図１９は、別の複合センサデバイスの一部分の断面図の一例を示している。 図２０は、複合センサデバイスのためのルーティングの上面図の一例を示している。 図２１Ａは、図２０に示す複合センサデバイスを通る断面図の一例を示している。 図２１Ｂは、ラップアラウンド実装形態の断面図の一例を示している。 図２２は、指紋ベースのユーザ認証プロセスを示す流れ図の一例を示している。 図２３Ａは、セキュアなコマーシャルトランザクションを行うように構成され得るモバイルデバイスの一例を示している。 図２３Ｂは、物理的アクセスアプリケーションのための指紋セキュアモバイルデバイスを使用することの一例を示している。 図２４Ａは、セキュアタブレットデバイスの一例を示している。 図２４Ｂは、別のセキュアタブレットデバイスの一例を示している。 図２５Ａは、複合センサデバイス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している。 図２５Ｂは、複合センサデバイス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している。
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、本開示の革新的態様に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。ただし、本明細書の教示が多数の異なる方法で適用され得ることを、当業者は容易に認識されよう。説明する実装形態は、動いていようと（たとえば、ビデオ）、静止していようと（たとえば、静止画像）、およびテキストであろうと、グラフィックであろうと、絵であろうと、画像を表示するように構成され得る任意のデバイスまたはシステムにおいて実装され得る。より詳細には、説明する実装形態は、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電話、モバイルテレビジョン受信機、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）、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、コピー機、スキャナ、ファクシミリデバイス、ＧＰＳ受信機／ナビゲータ、カメラ、ＭＰ３プレーヤ、カムコーダ、ゲーム機、腕時計、クロック、計算器、テレビジョンモニタ、フラットパネルディスプレイ、電子リーディングデバイス（すなわち、電子リーダ）、コンピュータモニタ、自動車ディスプレイ（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）、コッ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（車両における後部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標示、プロジェクタ、アーキテクチャ構造物、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダーまたはプレーヤ、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、（電気機械システム、マイクロ電気機械システム、および非ＭＥＭＳ適用例などにおける）パッケージング、審美構造物（たとえば、１つの宝飾品上の画像のディスプレイ）、ならびに様々なＥＭＳデバイスなど、様々な電子デバイス中に含まれるかまたはそれらに関連付けられ得ると考えられる。また、本明細書の教示は、限定はしないが、電子スイッチングデバイス、無線周波フィルタ、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、コンシューマエレクトロニクスのための慣性コンポーネント、コンシューマエレクトロニクス製品の部品、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テスト機器など、非ディスプレイ適用例において使用され得る。したがって、本教示は、単に図に示す実装形態に限定されるものではなく、代わりに、当業者に直ちに明らかになるであろう広い適用性を有する。
本明細書で説明するいくつかの実装形態は、タッチ感知、手書き入力のためのスタイラス検出、および指紋撮像のための、容量性技術の新規の態様と抵抗性技術の新規の態様とを組み合わせる。いくつかのそのような実装形態は、その少なくとも一部が、ディスプレイ上にオーバレイされるかまたはさもなければディスプレイと組み合わされ得る、カバーガラス装置に組み込まれる、複合センサデバイスを与える。カバーガラス装置は、２つ、３つまたはそれ以上の層を有し得る。いくつかの実装形態では、カバーガラス装置は、実質的に透明でフレキシブルな上側基板と、実質的に透明で比較的より堅い下側基板と、を含む。いくつかのそのような実装形態では、カバーガラス装置の下側基板は、ディスプレイ基板上にオーバレイされ得る。別の実装形態では、カバーガラス装置の下側基板は、ディスプレイ基板であり得る。たとえば、カバーガラス装置の下側基板は、以下で説明するように、ＩＭＯＤデバイスがその上に作製されたのと同じ透明基板であり得る。
そのようなセンサデバイスの様々な実装形態が本明細書で説明される。いくつかの実装形態では、ディスプレイデバイスのカバーガラスは、シングルタッチまたはマルチタッチセンサとして、手書き（またはメモキャプチャ）入力デバイスとして、および指紋センサとして、働く。センサの機能および分解能は、カバーガラス上の特定のロケーションに合わせて調整され得る。いくつかのそのような実装形態では、指紋感知素子が配置されたエリアが、指紋検出だけでなく、手書きおよびタッチ機能をも提供し得る。いくつかの他の実装形態では、指紋センサは、指紋機能のみを提供する別個の高分解能ゾーンに分離され得る。いくつかの実装形態では、センサデバイスは、組合せタッチおよびスタイラス入力デバイスとして働く。様々な作製方法が、複合センサデバイスを含むデバイスを使用するための方法に加えて、本明細書で説明される。
本開示で説明する主題の特定の実装形態は、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装されることができる。本明細書で説明するいくつかの実装形態は、タッチ感知、手書き入力、および場合によっては指紋撮像のための、容量性技術の態様と抵抗性技術の態様とを組み合わせる。いくつかのそのような実装形態は、ディスプレイ上にオーバレイされることができる多機能ユーザ入力センサを可能にするために、容量性技術と抵抗性技術とを組み合わせたタッチセンサを与える。複合センサデバイスのいくつかの実装形態は、何らかの従来の投影容量性タッチ（ＰＣＴ：projected capacitive touch）ベースのデバイスにおける、カバーガラスとディスプレイガラスとの間に配設される中間タッチセンサ層を無くす。したがって、いくつかのそのような実装形態は、ＰＣＴ技術および抵抗性技術の少なくともいくつかの欠点を緩和するかまたは無くすことができる。
ハイブリッドＰＣＴおよびデジタル抵抗タッチ（ＤＲＴ：digital resistive touch）実装形態は、たとえば、ＤＲＴ態様を用いて、ディスプレイ上への細いスタイラス先端の押圧の検出を可能にしながら、ＰＣＴ態様を使用して、指によるディスプレイ上での極めて軽いブラッシングまたは近接したホバリングの検出をも可能にする。センサデバイスは、通電しているか通電していないかにかかわらず、任意の形態のスタイラスまたはペン入力を受け付けることができる。透明なまたは事実上透明な力感知抵抗器が、光学的および電気的性能を改善するために、センセルの一部または全部の内部に含まれ得る。
いくつかの実装形態によれば、複合センサ（combination sensor）は、それらのうちのいくつかは異なる基板上にあり得る、２つ以上のパターニングされた層を含み得る。上側（または外側）基板は、たとえば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、または同様の材料など、プラスチックから形成され得る。上側基板はまた、実質的に透明であり得、また、それの下面（underside）にパターニングされた酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの実質的に透明な導体を有し得る。下側基板は、別の好適な材料とともに、ガラスなどの実質的に透明な基板材料から形成され得る。実質的に透明な基板の上表面（top surface）は、ＩＴＯなどの実質的に透明な導体材料のパターニングされた層であるこができる。いくつかの実装形態では、上側基板の下面上の導体と、下側基板の上側面（upper side）上の導体とは、ダイヤモンド形電極にパターニングされ、２つの異なる層の各々の上の行または列として接続され得る。
いくつかのそのような実装形態は、センサデバイスのフレキシブル上側基板が、信号線、電気接地、および電力のルーティングを可能にするために、延長部分上のパターニングされた金属被覆を有する、ラップアラウンド構成を含む。このフレキシブル上側基板は、カバーガラス装置の比較的より堅い下側基板のエッジの周りに巻かれ得る。接続ソケットを含む、１つまたは複数のＩＣまたは受動コンポーネントが、コストおよび複雑さを低減するために、フレキシブル層上に取り付けられ得る。下側基板上のセンサ電極をアドレス指定する信号線が、フレキシブル上側基板の下面上の対応するパターンにルーティングされ、接続され得る。そのような実装形態は、集積回路および／または他のデバイスに上側層の信号線を電気的に接続するためのフレックスケーブルの必要性を無くすという潜在的な利点を有する。その手法は、最終的なカバーガラス装置のいくつかのバージョンのためのベゼルレス構成を可能にする。
作製方法は、下にあるディスプレイの光学的性能を増加させるために、主として透明な基板および材料を含む。作製プロセスは、センサデバイスの少なくとも一部分のためにフレキシブル基板を利用し、低コストのためのロールツーロール処理に役立ち得る。
組合せセンサの上側部分と下側部分との間の近ブライアンとエラストマ層の使用は、スタイラスからの加えられた圧力または力に対する感度を増加させながら、所与のセンセルピッチについて横方向分解能を増加させることができる。エラストマ材料は、力感知抵抗器の包含のためのオープン領域を含み得る。エラストマ材料およびＦＳＲ材料の慎重な選択により、エアギャップに伴うことができる透過率の損失が、最小限に抑えられる。
力感知スイッチとローカルキャパシタとのアレイが、ローカルキャパシタを関連するＰＣＴ検出回路に接続するために使用され得るもので、その場合、各キャパシタは、力感知スイッチがスタイラスまたは指の押圧によって閉じられたとき、高いキャパシタンス増加を達成するように、薄い誘電体層で形成される。したがって、同じＰＣＴ検出回路が、指でタッチされたとき（タッチモード）の相互キャパシタンスの変化と、力感知スイッチが押下されたとき（スタイラスまたは指紋モード）のセンセルキャパシタンスの変化と、を検出するために、使用されることができる。
組合せ多機能センサデバイスは、単一のタッチスクリーンが手書き入力および指紋認識などの追加機能を実行することをできるようにする。いくつかの実装形態では、これらの複数の特徴は、ユーザ認証を介するセキュリティの増強を可能にし、手書きのより良いキャプチャと、ユーザインターフェースへのより対話型の手法と、を可能にする。センサデバイスを有するセルフォンなどのハンドヘルドモバイルデバイスは、トランザクションおよび物理的アクセスを可能にするためのユーザ認証のためのゲートウェイとしてモバイルデバイスを使用すること、トランザクションアプリケーションのための署名認識および送信のために手書き入力機能を使用すること、ならびに、学問の環境では生徒の、または企業の環境では従業員の、メモおよび他のドキュメントを自動的にキャプチャするために手書き入力特徴を使用すること、を含む、アプリケーションのアレイを可能にする。
いくつかのそのような実装形態では、別個のコントローラがセンサデバイスのために構成され得、または、そのコントローラはアプリケーションプロセッサの一部として含まれ得る。手書き、タッチおよび指紋検出のためのソフトウェアが、１つまたは複数のコントローラまたはアプリケーションプロセッサ上に含まれ得る。低い分解能、中間の分解能および高い分解能は、センセルのサブセットを走査することによって、あるいは線または列をアグリゲートすることによって、単一のセンサデバイスを用いて取得されることができる。電力消費は、より大きいアレイとともにより高い分解能が必要とされるまで、センサピクセル（または行または列）が低電力小アレイとして機能するように、コントローラを使用してそれらのセンサピクセルを電気的にアグリゲートすることによって、低減され得る。電力消費は、センサデバイスの部分または全部をオフにするか、コントローラの一部をオフにするか、または低減されたフレームレートで第１レベルスクリーニングを採用することによって、低減され得る。いくつかのそのような実装形態では、組合せＰＣＴセンサおよびデジタル抵抗タッチ（ＤＲＴ）センサは、キャパシタのパッシブアレイ（ＰＣＴ）と抵抗スイッチのパッシブアレイ（ＤＲＴ）とを有する。タッチセンサシステムとスタイラスセンサシステムは、概して、異なる感知技法を使用するが、共通の構造を用いたホリスティック手法は、ＰＣＢ部品数を節約し、ＡＳＩＣ実装形態におけるエリアを低減し、電力を低減し、タッチサブシステムとスタイラスサブシステムとの間の隔離の必要を無くす。
説明する実装形態が適用され得る好適なＥＭＳまたはＭＥＭＳデバイスの一例は反射型ディスプレイデバイスである。反射型ディスプレイデバイスは、光学干渉の原理を使用してそれに入射する光を選択的に吸収および／または反射するために干渉変調器（ＩＭＯＤ）を組み込むことができる。ＩＭＯＤは、吸収体、吸収体に対して可動である反射体、ならびに吸収体と反射体との間に画定された光共振キャビティを含むことができる。反射体は、２つ以上の異なる位置に移動され得、これは、光共振キャビティのサイズを変化させ、それにより干渉変調器の反射率に影響を及ぼすことがある。ＩＭＯＤの反射スペクトルは、かなり広いスペクトルバンドをもたらすことができ、そのスペクトルバンドは、異なる色を生成するために可視波長にわたってシフトされ得る。スペクトルバンドの位置は、光共振キャビティの厚さを変更することによって調整され得る。光共振キャビティを変更する１つの方法は、反射体の位置を変更することによる方法である。
図１は、干渉変調器（ＩＭＯＤ）ディスプレイデバイスの一連のピクセル中の２つの隣接ピクセルを示す等角図の一例を示している。ＩＭＯＤディスプレイデバイスは、１つまたは複数の干渉ＭＥＭＳディスプレイ素子を含む。これらのデバイスでは、ＭＥＭＳディスプレイ素子のピクセルは、明状態または暗状態のいずれかにあることができる。明（「緩和」、「開」または「オン」）状態では、ディスプレイ素子は、たとえば、ユーザに、入射可視光の大部分を反射する。逆に、暗（「作動」、「閉」または「オフ」）状態では、ディスプレイ素子は入射可視光をほとんど反射しない。いくつかの実装形態では、オン状態の光反射特性とオフ状態の光反射特性は逆にされ得る。ＭＥＭＳピクセルは、黒および白に加えて、主に、カラーディスプレイを可能にする特定の波長において、反射するように構成され得る。
ＩＭＯＤディスプレイデバイスは、ＩＭＯＤの行／列アレイを含むことができる。各ＩＭＯＤは、（光ギャップまたは光キャビティとも呼ばれる）エアギャップを形成するように互いから可変で制御可能な距離をおいて配置された反射層のペア、すなわち、可動反射層と固定部分反射層とを含むことができる。可動反射層は少なくとも２つの位置の間で移動され得る。第１の位置、すなわち、緩和位置では、可動反射層は、固定部分反射層から比較的大きい距離をおいて配置され得る。第２の位置、すなわち、作動位置では、可動反射層は、部分反射層により近接して配置され得る。それら２つの層から反射する入射光は、可動反射層の位置に応じて、強め合うようにまたは弱め合うように干渉し、各ピクセルについて全反射状態または無反射状態のいずれかを引き起こすことができる。いくつかの実装形態では、ＩＭＯＤは、作動していないときに反射状態にあり、可視スペクトル内の光を反射し得、また、作動しているときに暗状態にあり、可視範囲内の光を吸収し、および／または弱め合うようにそれに干渉し得る。ただし、いくつかの他の実装形態では、ＩＭＯＤは、作動していないときに暗状態にあり、作動しているときに反射状態にあり得る。いくつかの実装形態では、印加電圧の導入が、状態を変更するようにピクセルを駆動することができる。いくつかの他の実装形態では、印加電荷が、状態を変更するようにピクセルを駆動することができる。
図１中のピクセルアレイの図示の部分は、２つの隣接する干渉変調器１２（すなわち、ＩＭＯＤピクセル）を含む。（図示のような）左側のＩＭＯＤ１２では、可動反射層１４が、部分反射層を含む光学スタック１６から（設計パラメータに基づいてあらかじめ決定され得る）ある距離における緩和位置に示されている。左側のＩＭＯＤ１２の両端間に印加された電圧Ｖ0は、可動反射層１４の作動を引き起こすには不十分である。右側のＩＭＯＤ１２では、可動反射層１４は、光学スタック１６の近くの、それに隣接する、またはそれに接触する、作動位置に示されている。右側のＩＭＯＤ１２の両端間に印加された電圧Ｖbiasは、可動反射層１４を移動させるのに十分であり、それを作動位置に維持することができる。
図１では、ピクセル１２の反射特性が、概して、ピクセル１２に入射する光を示す矢印１３と、左側のピクセル１２から反射する光１５と、を用いて示されている。ピクセル１２に入射する光１３の大部分は透明基板２０を透過され、光学スタック１６に向かい得ることを、当業者は容易に認識されよう。光学スタック１６に入射する光の一部分は光学スタック１６の部分反射層を透過され得、一部分は反射され、透明基板２０を通って戻ることになる。光学スタック１６を透過された光１３の部分は、可動反射層１４において反射され、透明基板２０に向かって（およびそれを通って）戻り得る。光学スタック１６の部分反射層から反射された光と可動反射層１４から反射された光との間の（強め合うまたは弱め合う）干渉が、ピクセル１２から反射される光１５の（１つまたは複数の）波長を決定することになる。
光学スタック１６は、単一の層またはいくつかの層を含むことができる。その（１つまたは複数の）層は、電極層と、部分反射および部分透過層と、透明な誘電体層とのうちの１つまたは複数を含むことができる。いくつかの実装形態では、光学スタック１６は、電気伝導性であり、部分的に透明で、部分的に反射性であり、たとえば、透明基板２０上に上記の層のうちの１つまたは複数を堆積させることによって、作製され得る。電極層は、様々な金属、たとえば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）など、様々な材料から形成され得る。部分反射層は、クロム（Ｃｒ）などの様々な金属、半導体、および誘電体など、部分的に反射性である様々な材料から形成され得る。部分反射層は、材料の１つまたは複数の層から形成され得、それらの層の各々は、単一の材料または材料の組合せから形成され得る。いくつかの実装形態では、光学スタック１６は、光吸収体と電気導体の両方として働く、金属または半導体の単一の半透明の膜（thickness）を含むことができるが、（たとえば、光学スタック１６の、またはＩＭＯＤの他の構造の）異なる、より電気伝導性の高い層または部分が、ＩＭＯＤピクセル間で信号をバスする（bus）ように働くことができる。光学スタック１６は、１つまたは複数の伝導性層または電気伝導性／光吸収層をカバーする、１つまたは複数の絶縁層または誘電体層をも含むことができる。
いくつかの実装形態では、光学スタック１６の（１つまたは複数の）層は、平行ストリップにパターニングされ得、以下でさらに説明するようなディスプレイデバイスにおける行電極を形成し得る。当業者によって理解されるように、「パターニング」という用語は、本明細書では、マスキングプロセスならびにエッチングプロセスを指すために使用される。いくつかの実装形態では、アルミニウム（Ａｌ）などの高伝導性且つ反射性の材料が可動反射層１４のために使用され得、これらのストリップはディスプレイデバイスにおける列電極を形成し得る。可動反射層１４は、ポスト１８の上面上に堆積された列を形成するための、（光学スタック１６の行電極に直交する）１つまたは複数の堆積された金属層の一連の平行ストリップとして形成され得、ポスト１８間には介在する犠牲材料とが堆積され得る。犠牲材料がエッチング除去されると、画定されたギャップ１９すなわち光キャビティが可動反射層１４と光学スタック１６との間に形成されることができる。いくつかの実装形態では、ポスト１８間の間隔は約１〜１０００μｍであり得、ギャップ１９は約１０，０００オングストローム（Å）未満であり得る。
いくつかの実装形態では、ＩＭＯＤの各ピクセルは、作動状態にあろうと緩和状態にあろうと、本質的に、固定反射層と可動反射層とによって形成されるキャパシタである。電圧が印加されないとき、可動反射層１４は、可動反射層１４と光学スタック１６との間のギャップ１９を有する、図１中の左側のピクセル１２によって示されるような機械的に緩和した状態にとどまる。しかしながら、電位差、たとえば、電圧が、選択された行および列のうちの少なくとも１つに印加されたとき、対応するピクセルにおける行電極と列電極との交差部に形成されたキャパシタは帯電し、静電力がそれらの電極を引き合わせる。印加された電圧がしきい値を超える場合、可動反射層１４は、変形し、光学スタック１６の近くにまたはそれに対して移動することができる。光学スタック１６内の誘電体層（図示せず）が、図１中の右側の作動ピクセル１２によって示されるように、層１４と層１６との間の短絡を防ぎ、分離距離を制御し得る。その挙動は、印加電位差の極性にかかわらず同じである。いくつかの事例ではアレイ中の一連のピクセルが「行」または「列」と呼ばれ得るが、一方の方向を「行」と呼び、他方の方向を「列」と呼ぶことは恣意的であることを、当業者は容易に理解されよう。言い換えれば、いくつかの配向では、行は列と見なされ得、列は行であると見なされ得る。さらに、ディスプレイ素子は、直交する行および列に一様に配置されるか（「アレイ」）、または、たとえば、互いに対して一定の位置オフセットを有する、非線形構成で配置され得る（「モザイク」）。「アレイ」および「モザイク」という用語は、いずれかの構成を指し得る。したがって、ディスプレイは、「アレイ」または「モザイク」を含むものとして言及されるが、その素子自体は、いかなる事例においても、互いに直交して配置される必要がなく、または一様な分布で配設される必要がなく、非対称形状および不均等に分布された素子を有する配置を含み得る。
図２は、３×３干渉変調器ディスプレイを組み込んだ電子デバイスを示すシステムブロック図の一例を示している。電子デバイスは、１つまたは複数のソフトウェアモジュールを実行するように構成され得るプロセッサ２１を含む。オペレーティングシステムを実行することに加えて、プロセッサ２１は、ウェブブラウザ、電話アプリケーション、電子メールプログラム、または他のソフトウェアアプリケーションを含む、１つまたは複数のソフトウェアアプリケーションを実行するように構成され得る。
プロセッサ２１は、アレイドライバ２２と通信するように構成され得る。アレイドライバ２２は、たとえば、ディスプレイアレイまたはパネル３０に、信号を与える行ドライバ回路２４と列ドライバ回路２６とを含むことができる。図２には、図１に示したＩＭＯＤディスプレイデバイスの断面が線１−１によって示されている。図２は明快のためにＩＭＯＤの３×３アレイを示しているが、ディスプレイアレイ３０は、極めて多数のＩＭＯＤを含むことができ、列におけるＩＭＯＤの数とは異なる数のＩＭＯＤを行において有し得、その逆も同様である。
図３は、図１の干渉変調器についての可動反射層位置対印加電圧を示す図の一例を示している。ＭＥＭＳ干渉変調器の場合、行／列（すなわち、コモン／セグメント）書込みプロシージャが、図３に示すこれらのデバイスのヒステリシス特性を利用し得る。干渉変調器は、可動反射層すなわちミラーに緩和状態から作動状態に変更させるために、たとえば、約１０ボルトの電位差を必要とし得る。電圧がその値から低減されると、電圧が低下して、たとえば、１０ボルトより下に戻ったとき、可動反射層はそれの状態を維持するが、電圧が２ボルトより下に低下するまで、可動反射層は完全には緩和しない。したがって、図３に示すように、デバイスが緩和状態または作動状態のいずれかで安定する印加電圧のウィンドウがある、電圧の範囲、約３〜７ボルトが存在する。これは、本明細書では「ヒステリシスウィンドウ」または「安定性ウィンドウ」と呼ばれる。図３のヒステリシス特性を有するディスプレイアレイ３０の場合、行／列書込みプロシージャは、一度に１つまたは複数の行をアドレス指定するように設計され得、その結果、所与の行のアドレス指定中に、作動されるべきアドレス指定された行におけるピクセルは、約１０ボルトの電圧差にさらされ、緩和されるべきピクセルは、ほぼ０ボルトの電圧差にさらされる。アドレス指定後に、それらのピクセルは、それらが前のストローブ状態にとどまるように、約５ボルトの定常状態またはバイアス電圧差にさらされる。この例では、アドレス指定された後に、各ピクセルは、約３〜７ボルトの「安定性ウィンドウ」内の電位差を経験する。このヒステリシス特性の特徴は、たとえば図１に示した、ピクセル設計が、同じ印加電圧条件下で作動または緩和のいずれかの既存の状態で安定したままであることを可能にする。各ＩＭＯＤピクセルは、作動状態にあろうと緩和状態にあろうと、本質的に、固定反射層と可動反射層とによって形成されるキャパシタであるので、この安定状態は、電力を実質的に消費するかまたは失うことなしに、ヒステリシスウィンドウ内の定常電圧において保持されることができる。その上、印加電圧電位が実質的に固定のままである場合、電流は本質的にほとんどまたは全くＩＭＯＤピクセルに流れ込まない。
いくつかの実装形態では、所与の行におけるピクセルの状態の所望の変化（もしあれば）に従って、列電極のセットに沿って「セグメント」電圧の形態のデータ信号を印加することによって、画像のフレームが作成され得る。フレームが一度に１行書き込まれるように、アレイの各行が順次アドレス指定され得る。第１の行におけるピクセルに所望のデータを書き込むために、第１の行におけるピクセルの所望の状態に対応するセグメント電圧が列電極上に印加されることができ、特定の「コモン」電圧または信号の形態の第１の行パルスが第１の行電極に印加されることができる。セグメント電圧のセットは次に、第２の行におけるピクセルの状態の所望の変化（もしあれば）に対応するように変更されることができ、第２のコモン電圧が第２の行電極に印加されることができる。いくつかの実装形態では、第１の行におけるピクセルは、列電極に沿って印加されたセグメント電圧の変化による影響を受けず、第１のコモン電圧行パルス中にそれらのピクセルが設定された状態にとどまる。このプロセスは、画像フレームを生成するために、一連の行全体、または代替的に、一連の列全体について、逐次方式で繰り返され得る。フレームは、何らかの所望の数のフレーム毎秒でこのプロセスを断続的に反復することによって、新しい画像データでリフレッシュおよび／または更新されることができる。
各ピクセルの両端間に印加されるセグメント信号とコモン信号の組合せ（すなわち、各ピクセルの両端間の電位差）が、各ピクセルの得られる状態を決定する。図４は、様々なコモン電圧およびセグメント電圧が印加されたときの干渉変調器の様々な状態を示す表の一例を示している。当業者によって容易に理解されるように、「セグメント」電圧は、列電極または行電極のいずれかに印加され得、「コモン」電圧は、列電極または行電極のうちの他方に印加され得る。
図４に（ならびに図５Ｂに示すタイミング図に）示すように、開放電圧ＶＣRELがコモンラインに沿って印加されたとき、コモンラインに沿ったすべての干渉変調器素子は、セグメントラインに沿って印加された電圧、すなわち、高いセグメント電圧ＶＳHおよび低いセグメント電圧ＶＳLにかかわらず、代替的に開放または非作動状態と呼ばれる、緩和状態に入れられることになる。特に、開放電圧ＶＣRELがコモンラインに沿って印加されると、そのピクセルのための対応するセグメントラインに沿って高いセグメント電圧ＶＳHが印加されたときも、低いセグメント電圧ＶＳLが印加されたときも、変調器の両端間の潜在的な電圧（代替的にピクセル電圧と呼ばれる）は緩和ウィンドウ（図３参照。開放ウィンドウとも呼ばれる）内にある。
高い保持電圧ＶＣHOLD_Hまたは低い保持電圧ＶＣHOLD_Lのような保持電圧がコモンライン上に印加されたとき、干渉変調器の状態は一定のままであることになる。たとえば、緩和ＩＭＯＤは緩和位置にとどまることになり、作動ＩＭＯＤは作動位置にとどまることになる。保持電圧は、対応するセグメントラインに沿って高いセグメント電圧ＶＳHが印加されたときも、低いセグメント電圧ＶＳLが印加されたときも、ピクセル電圧が安定性ウィンドウ内にとどまることになるように、選択され得る。したがって、セグメント電圧スイング、すなわち、高いＶＳHと低いセグメント電圧ＶＳLとの間の差は、正または負のいずれかの安定性ウィンドウの幅よりも小さい。
高いアドレス指定電圧ＶＣADD_Hまたは低いアドレス指定電圧ＶＣADD_Lのようなアドレス指定または作動電圧がコモンライン上に印加されたとき、それぞれのセグメントラインに沿ったセグメント電圧の印加によって、データがそのコモンラインに沿った変調器に選択的に書き込まれることができる。セグメント電圧は、作動が印加されたセグメント電圧に依存するように選択され得る。アドレス指定電圧がコモンラインに沿って印加されたとき、一方のセグメント電圧の印加は、安定性ウィンドウ内のピクセル電圧をもたらし、ピクセルが非作動のままであることを引き起こすことになる。対照的に、他方のセグメント電圧の印加は、安定性ウィンドウを越えるピクセル電圧をもたらし、ピクセルの作動をもたらすことになる。作動を引き起こす特定のセグメント電圧は、どのアドレス指定電圧が使用されるかに応じて変動することができる。いくつかの実装形態では、高いアドレス指定電圧ＶＣADD_Hがコモンラインに沿って印加されたとき、高いセグメント電圧ＶＳHの印加は、変調器がそれの現在位置にとどまることを引き起こすことができ、低いセグメント電圧ＶＳLの印加は、変調器の作動を引き起こすことができる。当然の結果として、低いアドレス指定電圧ＶＣADD_Lが印加されたとき、セグメント電圧の影響は反対であることができ、高いセグメント電圧ＶＳHは変調器の作動を引き起こし、低いセグメント電圧ＶＳLは変調器の状態に影響しない（すなわち、安定したままである）。
いくつかの実装形態では、常に変調器の両端間で同じ極性電位差を引き起こす保持電圧、アドレス電圧、およびセグメント電圧が使用され得る。いくつかの他の実装形態では、変調器の電位差の極性を交番する信号が使用されることができる。変調器の両端間の極性の交番（すなわち、書込みプロシージャの極性の交番）は、単一の極性の反復書込み動作後に起こることがある電荷蓄積を低減または抑止し得る。
図５Ａは、図２の３×３干渉変調器ディスプレイにおけるディスプレイデータのフレームを示す図の一例を示している。図５Ｂは、図５Ａに示すディスプレイデータのフレームを書き込むために使用され得るコモン信号およびセグメント信号についてのタイミング図の一例を示している。それらの信号は、たとえば、図２の３×３アレイに印加されることができ、これは、図５Ａに示すライン時間６０ｅディスプレイ配置を最終的にもたらすことになるだろう。図５Ａにおける作動知友の変調器は暗状態にあり、すなわち、その状態では、反射光の実質的部分が、たとえば、閲覧者に、暗い外観をもたらすように可視スペクトルの外にある。図５Ａに示すフレームを書き込むより前は、ピクセルは任意の状態にあることができるが、図５Ｂのタイミング図に示す書込みプロシージャは、各変調器が、第１のライン時間６０ａの前に、開放されており、非作動状態に属すると仮定する。
第１のライン時間６０ａ中に、開放電圧７０がコモンライン１上に印加され、コモンライン２上に印加される電圧が、高い保持電圧７２において始まり、開放電圧７０に移動し、低い保持電圧７６がコモンライン３に沿って印加される。したがって、コモンライン１に沿った変調器（コモン１，セグメント１）、（１，２）および（１，３）は、第１のライン時間６０ａの持続時間の間、緩和または非作動状態にとどまり、コモンライン２に沿った変調器（２，１）、（２，２）および（２，３）は、緩和状態に移動することになり、コモンライン３に沿った変調器（３，１）、（３，２）および（３，３）は、それらの前の状態にとどまることになる。図４を参照すると、コモンライン１、２または３のいずれも、ライン時間６０ａ中に作動を引き起こす電圧レベルにさらされていないので（すなわち、ＶＣREL−緩和、およびＶＣHOLD_L−安定）、セグメントライン１、２および３に沿って印加されたセグメント電圧は、干渉変調器の状態に影響しないことになる。
第２のライン時間６０ｂ中に、コモンライン１上の電圧は高い保持電圧７２に移動し、コモンライン１に沿ったすべての変調器は、アドレス指定または作動電圧がコモンライン１上に印加されなかったので、印加されたセグメント電圧にかかわらず、緩和状態にとどまる。コモンライン２に沿った変調器は、開放電圧７０の印加により、緩和状態にとどまり、コモンライン３に沿った変調器（３，１）、（３，２）および（３，３）は、コモンライン３に沿った電圧が開放電圧７０に移動するとき、緩和することになる。
第３のライン時間６０ｃ中に、コモンライン１は、コモンライン１上に高いアドレス電圧７４を印加することによってアドレス指定される。このアドレス電圧の印加中に低いセグメント電圧６４がセグメントライン１および２に沿って印加されるので、変調器（１，１）および（１，２）の両端間のピクセル電圧は変調器の正の安定性ウィンドウの上端よりも大きく（すなわち、電圧差は、あらかじめ定義されたしきい値を超えた）、変調器（１，１）および（１，２）は作動される。逆に、高いセグメント電圧６２がセグメントライン３に沿って印加されるので、変調器（１，３）の両端間のピクセル電圧は、変調器（１，１）および（１，２）のピクセル電圧よりも小さく、変調器の正の安定性ウィンドウ内にとどまり、したがって変調器（１，３）は緩和したままである。また、ライン時間６０ｃ中に、コモンライン２に沿った電圧は低い保持電圧７６に減少し、コモンライン３に沿った電圧は開放電圧７０にとどまり、コモンライン２および３に沿った変調器を緩和位置のままにする。
第４のライン時間６０ｄ中に、コモンライン１上の電圧は、高い保持電圧７２に戻り、コモンライン１に沿った変調器を、それらのそれぞれのアドレス指定された状態のままにする。コモンライン２上の電圧は低いアドレス電圧７８に減少される。高いセグメント電圧６２がセグメントライン２に沿って印加されるので、変調器（２，２）の両端間のピクセル電圧は、変調器の負の安定性ウィンドウの下側端部を下回り、変調器（２，２）が作動することを引き起こす。逆に、低いセグメント電圧６４がセグメントライン１および３に沿って印加されるので、変調器（２，１）および（２，３）は緩和位置にとどまる。コモンライン３上の電圧は、高い保持電圧７２に増加し、コモンライン３に沿った変調器を緩和状態のままにする。次いで、コモンライン２上の電圧は、低い保持電圧７６に遷移して戻る。
最後に、第５のライン時間６０ｅ中に、コモンライン１上の電圧は高い保持電圧７２にとどまり、コモンライン２上の電圧は低い保持電圧７６にとどまり、コモンライン１および２に沿った変調器を、それらのそれぞれのアドレス指定された状態のままにする。コモンライン３上の電圧は、コモンライン３に沿った変調器をアドレス指定するために、高いアドレス電圧７４に増加する。低いセグメント電圧６４がセグメントライン２および３上に印加されるので、変調器（３，２）および（３，３）は作動するが、セグメントライン１に沿って印加された高いセグメント電圧６２は、変調器（３，１）が緩和位置にとどまることを引き起こす。したがって、第５のライン時間６０ｅの終わりに、３×３ピクセルアレイは、図５Ａに示す状態にあり、他のコモンライン（図示せず）に沿った変調器がアドレス指定されているときに起こり得るセグメント電圧の変動にかかわらず、保持電圧がコモンラインに沿って印加される限り、その状態にとどまることになる。
図５Ｂのタイミング図では、所与の書込みプロシージャ（すなわち、ライン時間６０ａ〜６０ｅ）は、高い保持およびアドレス電圧、または低い保持およびアドレス電圧のいずれかの使用を含むことができる。書込みプロシージャが所与のコモンラインについて完了されると（また、コモン電圧が、作動電圧と同じ極性を有する保持電圧に設定されると）、ピクセル電圧は、所与の安定性ウィンドウ内にとどまり、開放電圧がそのコモンライン上に印加されるまで、緩和ウィンドウを通過しない。さらに、各変調器が、変調器をアドレス指定するより前に書込みプロシージャの一部として開放されるので、開放時間ではなく変調器の作動時間が、必要なライン時間を決定し得る。詳細には、変調器の開放時間が作動時間よりも大きい実装形態では、開放電圧は、図５Ｂに示すように、単一のライン時間よりも長く印加され得る。いくつかの他の実装形態では、コモンラインまたはセグメントラインに沿って印加される電圧が、異なる色の変調器など、異なる変調器の作動電圧および開放電圧の変動を相殺するように変動し得る。
上記に記載した原理に従って動作する干渉変調器の構造の詳細は大きく異なり得る。たとえば、図６Ａ〜図６Ｅは、可動反射層１４とそれの支持構造とを含む、干渉変調器の異なる実装形態の断面図の例を示している。図６Ａは、金属材料のストリップ、すなわち、可動反射層１４が、基板２０から直角に延在する支持体１８上に堆積される、図１の干渉変調器ディスプレイの部分断面図の一例を示している。図６Ｂでは、各ＩＭＯＤの可動反射層１４は、概して形状が正方形または長方形であり、コーナーにおいてまたはその近くでテザー３２に接して支持体に取り付けられる。図６Ｃでは、可動反射層１４は、概して形状が正方形または長方形であり、フレキシブルな金属を含み得る変形可能層３４から吊るされる。変形可能層３４は、可動反射層１４の外周の周りで基板２０に直接または間接的に接続することができる。これらの接続は、本明細書では支持ポストと呼ばれる。図６Ｃに示す実装形態は、変形可能層３４によって行われる可動反射層１４の機械的機能からのそれの光学的機能の分離から派生する追加の利益を有する。この分離は、反射層１４のために使用される構造設計および材料と、変形可能層３４のために使用される構造設計および材料とが、互いとは無関係に最適化されることを可能にする。
図６Ｄは、可動反射層１４が反射副層１４ａを含む、ＩＭＯＤの別の例を示している。可動反射層１４は、支持ポスト１８などの支持構造上に載る。支持ポスト１８は、たとえば、可動反射層１４が緩和位置にあるとき、可動反射層１４と光学スタック１６との間にギャップ１９が形成されるように、下側静止電極（すなわち、図示のＩＭＯＤにおける光学スタック１６の一部）からの可動反射層１４の分離を可能にする。可動反射層１４は、電極として働くように構成され得る伝導性層１４ｃと、支持層１４ｂとをも含むことができる。この例では、伝導性層１４ｃは、基板２０から遠位にある支持層１４ｂの一方の面に配設され、反射副層１４ａは、基板２０の近位にある支持層１４ｂの他方の面に配設される。いくつかの実装形態では、反射副層１４ａは、伝導性であることがあり、支持層１４ｂと光学スタック１６との間に配設されることができ。支持層１４ｂは、誘電材料、たとえば、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）または二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の、１つまたは複数の層を含むことができる。いくつかの実装形態では、支持層１４ｂは、たとえば、ＳｉＯ2／ＳｉＯＮ／ＳｉＯ2３層スタックなど、複数の層のスタックであり得る。反射副層１４ａと伝導性層１４ｃのいずれかまたは両方は、たとえば、約０．５％の銅（Ｃｕ）または別の反射金属材料を用いた、アルミニウム（Ａｌ）合金を含むことができる。誘電支持層１４ｂの上および下で伝導性層１４ａ、１４ｃを採用することは、応力のバランスをとり、伝導の向上を与えることができる。いくつかの実装形態では、反射副層１４ａおよび伝導性層１４ｃは、可動反射層１４内の特定の応力プロファイルを達成することなど、様々な設計目的で、異なる材料から形成され得る。
図６Ｄに示すように、いくつかの実装形態はブラックマスク構造２３をも含むことができる。ブラックマスク構造２３は、周辺光または迷光を吸収するために、光学不活性領域において（たとえば、ピクセル間にまたはポスト１８の下に）形成され得る。ブラックマスク構造２３はまた、光がディスプレイの不活性部分から反射されることまたはそれを透過されることを抑止し、それによりコントラスト比を増加させることによって、ディスプレイデバイスの光学的特性を改善することができる。さらに、ブラックマスク構造２３は、伝導性であり、電気的バス層として機能するように構成され得る。いくつかの実装形態では、行電極は、接続された行電極の抵抗を低減するために、ブラックマスク構造２３に接続され得る。ブラックマスク構造２３は、堆積およびパターニング技法を含む様々な方法を使用して形成され得る。ブラックマスク構造２３は１つまたは複数の層を含むことができる。たとえば、いくつかの実装形態では、ブラックマスク構造２３は、光吸収体として働くモリブデンクロム（ＭｏＣｒ）層と、ＳｉＯ2層と、反射体およびバス層として働くアルミニウム合金と、を含み、それぞれ、約３０〜８０Å、５００〜１０００Å、および５００〜６０００Åの範囲内の厚さである。１つまたは複数の層は、たとえば、ＭｏＣｒ層およびＳｉＯ2層の場合は、カーボンテトラフルオロメタン（ＣＦ4）および／または酸素（Ｏ2）、ならびにアルミニウム合金層の場合は、塩素（Ｃｌ2）および／または三塩化ホウ素（ＢＣＬ3）を含む、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを含む、様々な技法を使用してパターニングされ得る。いくつかの実装形態では、ブラックマスク２３はエタロンまたは干渉スタック構造であり得る。そのような干渉スタックブラックマスク構造２３では、伝導性吸収体は、各行または列の光学スタック１６における下側静止電極間で信号を送信するかまたは信号をバスするために使用され得る。いくつかの実装形態では、スペーサ層３５が、概して、ブラックマスク２３中の伝導性層から吸収層１６ａを電気的に絶縁するのに、役立つことができる。
図６Ｅは、可動反射層１４が自立している、ＩＭＯＤの別の例を示している。図６Ｄとは対照的に、図６Ｅの実装形態は支持ポスト１８を含まない。代わりに、可動反射層１４は、複数のロケーションにおいて、下にある光学スタック１６に接触し、可動反射層１４の湾曲は、干渉変調器の両端間の電圧が作動を引き起こすには不十分であるとき、可動反射層１４が図６Ｅの非作動位置に戻るという、十分な支持を与える。複数のいくつかの異なる層を含んでいることがある光学スタック１６は、ここでは明快のために、光吸収体１６ａと誘電体１６ｂとを含む状態で示されている。いくつかの実装形態では、光吸収体１６ａは、固定電極としても、部分反射層としても働き得る。
図６Ａ〜図６Ｅに示す実装形態などの実装形態では、ＩＭＯＤは直視型デバイスとして機能し、直視型デバイスでは、画像が、透明基板２０の正面、すなわち、変調器が配置された面の反対の面から、閲覧される。これらの実装形態では、デバイスの背面部分（すなわち、たとえば、図６Ｃに示す変形可能層３４を含む、可動反射層１４の背後のディスプレイデバイスの任意の部分）は、反射層１４がデバイスのそれらの部分を光学的に遮蔽するので、ディスプレイデバイスの画質に影響を及ぼすことまたは悪影響を及ぼすことなしに、構成され、作用され得る。たとえば、いくつかの実装形態では、バス構造（図示せず）が可動反射層１４の背後に含まれ得、これは、電圧アドレス指定およびそのようなアドレス指定に起因する移動など、変調器の電気機械的特性から変調器の光学的特性を分離する能力を与える。さらに、図６Ａ〜図６Ｅの実装形態は、パターニングなどの処理を簡略化することができる。
図７は、干渉変調器のための製造プロセス８０を示す流れ図の一例を示しており、図８Ａ〜図８Ｅは、そのような製造プロセス８０の対応する段階の断面概略図の例を示している。いくつかの実装形態では、製造プロセス８０は、図７に示されていない他のブロックに加えて、たとえば、図１および図６に示す一般的なタイプの干渉変調器を製造するために実装され得る。図１、図６および図７を参照すると、プロセス８０は、基板２０上での光学スタック１６の形成を伴うブロック８２において開始する。図８Ａは、基板２０上で形成されたそのような光学スタック１６を示している。基板２０は、ガラスまたはプラスチックなどの透明基板であり得、それは、フレキシブルであるかまたは比較的固く曲がらないことがあり、光学スタック１６の効率的な形成を可能にするために、事前準備プロセス、たとえば、洗浄にかけられていることができる。上記で説明したように、光学スタック１６は、電気伝導性であり、部分的に透明で、部分的に反射性であることができ、たとえば、透明基板２０上に、所望の特性を有する１つまたは複数の層を堆積させることによって、作製され得る。図８Ａでは、光学スタック１６は、副層１６ａおよび１６ｂを有する多層構造を含むが、いくつかの他の実装形態では、より多いまたはより少ない副層が含まれ得る。いくつかの実装形態では、副層１６ａ、１６ｂのうちの１つは、組み合わせられた導体／吸収体副層１６ａなど、光吸収特性と伝導特性の両方で構成され得る。さらに、副層１６ａ、１６ｂのうちの１つまたは複数は、平行ストリップにパターニングされ得、ディスプレイデバイスにおける行電極を形成し得る。そのようなパターニングは、当技術分野で知られているマスキングおよびエッチングプロセスまたは別の好適なプロセスによって実行され得る。いくつかの実装形態では、副層１６ａ、１６ｂのうちの１つは、１つまたは複数の金属層（たとえば、１つまたは複数の反射層および／または伝導性層）上で堆積された副層１６ｂなど、絶縁層または誘電体層であり得る。さらに、光学スタック１６は、ディスプレイの行を形成する個々の平行ストリップにパターニングされ得る。
プロセス８０はブロック８４において続き、光学スタック１６上での犠牲層２５の形成を伴う。犠牲層２５は、キャビティ１９を形成するために後で（たとえば、ブロック９０において）除去され、したがって、犠牲層２５は、図１に示した得られた干渉変調器１２には示されていない。図８Ｂは、光学スタック１６上で形成された犠牲層２５を含む、部分的に作製されたデバイスを示している。光学スタック１６上での犠牲層２５の形成は、後続の除去後に、所望の設計サイズを有するギャップまたはキャビティ１９（図１および図８Ｅも参照）を与えるように選択された厚さの、モリブデン（Ｍｏ）またはアモルファスシリコン（Ｓｉ）など、フッ化キセノン（ＸｅＦ2）エッチング可能材料の堆積を含み得る。犠牲材料の堆積は、物理蒸着（ＰＶＤ、たとえば、スパッタリング）、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、熱化学蒸着（熱ＣＶＤ）、またはスピンコーティングなど、堆積技法を使用して行われ得る。
プロセス８０はブロック８６において続き、支持構造、たとえば、図１、図６および図８Ｃに示すポスト１８の形成を伴う。ポスト１８の形成は、支持構造開口を形成するために犠牲層２５をパターニングすることと、次いで、ＰＶＤ、ＰＥＣＶＤ、熱ＣＶＤ、またはスピンコーティングなど、堆積方法を使用して、ポスト１８を形成するために開口中に材料（たとえば、ポリマまたは無機材料、たとえば、酸化ケイ素）を堆積させることとを含み得る。いくつかの実装形態では、犠牲層中に形成された支持構造開口は、ポスト１８の下側端部が図６Ａに示すように基板２０に接触するように、犠牲層２５と光学スタック１６の両方を貫いて、下にある基板２０まで延在することがある。代替的に、図８Ｃに示すように、犠牲層２５中に形成された開口は、犠牲層２５は通るが、光学スタック１６は通らないで、延在することがある。たとえば、図８Ｅは、光学スタック１６の上側表面と接触している支持ポスト１８の下側端部を示している。ポスト１８、または他の支持構造は、犠牲層２５上で支持構造材料の層を堆積させることと、犠牲層２５中の開口から離れて配置された支持構造材料の部分をパターニングすることとによって形成され得る。支持構造は、図８Ｃに示すように開口内に配置され得るが、少なくとも部分的に、犠牲層２５の一部分の上で延在することもある。上述のように、犠牲層２５および／または支持ポスト１８のパターニングは、パターニングおよびエッチングプロセスによって実行され得るが、代替エッチング方法によっても実行され得る。
プロセス８０はブロック８８において続き、図１、図６および図８Ｄに示す可動反射層１４などの可動反射層または膜の形成を伴う。可動反射層１４は、１つまたは複数のパターニング、マスキング、および／またはエッチングステップとともに、１つまたは複数の堆積ステップ、たとえば、反射層（たとえば、アルミニウム、アルミニウム合金）堆積を採用することによって、形成され得る。可動反射層１４は、電気伝導性であり、電気伝導性層と呼ばれることができる。いくつかの実装形態では、可動反射層１４は、図８Ｄに示すように複数の副層１４ａ、１４ｂ、１４ｃを含み得る。いくつかの実装形態では、副層１４ａ、１４ｃなど、副層のうちの１つまたは複数は、それらの光学的特性のために選択された高反射性副層を含み得、別の副層１４ｂは、それの機械的特性のために選択された機械的副層を含み得る。犠牲層２５は、ブロック８８において形成された部分的に作製された干渉変調器中に依然として存在するので、可動反射層１４は、一般にこの段階では可動でない。犠牲層２５を含んでいる部分的に作製されたＩＭＯＤは、本明細書では「非開放」ＩＭＯＤと呼ばれることもある。図１に関して上記で説明したように、可動反射層１４は、ディスプレイの列を形成する個々の平行ストリップにパターニングされ得る。
プロセス８０はブロック９０において続き、キャビティ、たとえば、図１、図６および図８Ｅに示すキャビティ１９の形成を伴う。キャビティ１９は、（ブロック８４において堆積された）犠牲材料２５をエッチャントにさらすことによって形成され得る。たとえば、ＭｏまたはアモルファスＳｉなどのエッチング可能犠牲材料が、ドライ化学エッチングによって、たとえば、一般に、キャビティ１９を囲む構造に対して選択的に除去される、所望の量の材料を除去するのに有効である時間期間の間、固体ＸｅＦ2から派生した蒸気などの気体または蒸気エッチャントに犠牲層２５をさらすことによって、除去され得る。他のエッチング方法、たとえば、ウェットエッチングおよび／またはプラズマエッチングも使用され得る。犠牲層２５がブロック９０中に除去されるので、可動反射層１４は、一般に、この段階後に可動となる。犠牲材料２５の除去後に、得られた完全にまたは部分的に作製されたＩＭＯＤは、本明細書では「開放」ＩＭＯＤと呼ばれることができる。
本明細書で説明するいくつかの実装形態では、複合センサデバイスの少なくとも一部が、ディスプレイ上にオーバレイされるかまたはさもなければディスプレイと組み合わされることができ、カバーガラス装置に組み込まれ得る。カバーガラス装置は、２つ、３つまたはそれ以上の層を有し得る。いくつかの実装形態では、カバーガラス装置は、実質的に透明でフレキシブルな上側基板と、実質的に透明で比較的より堅い下側基板と、を含み得る。カバーガラスは、電極、実質的に透明なエラストマ層および／または力感知抵抗器材料など、基板上におよび／または基板間に配設された中間層を含み得る。いくつかのそのような実装形態では、カバーガラス装置の下側基板はディスプレイ基板上にオーバレイされ得る。
図９Ａは、カバーガラス装置の基板上に形成されたセンサ電極の一例を示している。図９Ａに示す例では、ダイヤモンド形の実質的に透明な電極の３つの行９１５が、実質的に透明な上側基板９０５上に示されており、実質的に透明なダイヤモンド形の電極の７つの列９２０が、実質的に透明な下側基板９１０上に配置されている。説明のために、ここでは比較的少数の行および列しか示されていないが、実際のセンサデバイスでは、行および列の数は、数十から数百さらには千以上に及び得る。行と列は大部分は交換可能であり、ここではいかなる限定も意図されていないことに気づくであろう。いくつかの実装形態では、複合センサデバイス９００の上側基板９０５は、フレキシブルポリマなどの比較的フレキシブルな材料から形成され得る。いくつかのそのような例では、上側基板９０５は、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、または同様の材料から製作された、クリアなプラスチック膜であり得る。いくつかの実装形態では、上側基板９０５は、０．５〜５ＧＰａの範囲内の弾性率を有し得る。下側基板９１０は、ガラス、プラスチック、ポリマなどから形成され得る。いくつかの実装形態では、下側基板９１０はディスプレイ基板であり得る。たとえば、いくつかの実装形態では、下側基板９１０は、上記で説明した透明基板２０と同じ基板であり得る。
この例では、１つおきの列電極９２０は、重複領域９２５ａにおける行電極９１５の対応するダイヤモンドの直下に配置されたダイヤモンド電極を含む。いくつかの実装形態は、行電極９１５のダイヤモンドと列電極９２０のダイヤモンドとのオフセットを有し、それにより、行電極９１５中のダイヤモンドと列９２０中のダイヤモンドとは、互いの上に部分的に重なる。
いくつかの実装形態では、行電極９１５および／または列電極９２０は、正方形、矩形、三角形、円形、卵形、等々のような他の形状に、およびフレーム、リング、または一連の接続された線分のような形状の中央の大部分が開いた領域を含む形状に、形成され得る。いくつかのそのような形状の説明は、その内容の全文が参照により本明細書に組み込まれる、２０１０年１２月２１日に出願され、「Capacitive Touch Sensing Devices and Methods of Manufacturing Thereof」と題する係属中の米国特許出願第１２／９５７，０２５号の様々な部分（たとえば、図１１Ａ〜図１１Ｊおよび対応する説明を参照）中に含まれている。その上、別の実装形態では、行電極９１５が下側基板９１０上に形成され得、列電極９２０が上側基板９０５上に形成され得る。行電極９１５と列電極９２０との間に配置された圧縮性材料１０２５を含む、図１０Ｃおよび図１０Ｄを参照しながら以下で説明するような、いくつかの実装形態では、軽いタッチが、隣接するダイヤモンド間の相互キャパシタンスの変化を測定することによって、検出され得る（投影容量性タッチ（ＰＣＴ）とも呼ばれる）。そのような実装形態では、上側基板９０５が押下されたとき、行電極９１５と列電極９２０との間のキャパシタンスの変化を測定することによって、スタイラスとの接触が検出され得る。
行電極９１５と列電極９２０との間にパターニングされた誘電材料を有する実装形態では、ギャップが、対応する行電極９１５と列電極９２０との間に形成され得る。そのような実装形態では、行電極９１５と列電極９２０との間の実効平行プレートキャパシタンスの変化によって（図１０Ｂ参照）、または行電極９１５と列電極９２０とが直接機械的および電気的に接触したときに起こる抵抗の変化を測定することによって（図１０Ａ参照）、あるいは、指、スタイラス先端、指の稜線（ridge）などで押圧されたときの、行電極９１５と列電極９２０との間に配置された力感知抵抗器における変化を測定することによって（図１０Ｄ参照）、隣接する電極間のＰＣＴ測定で軽いタッチが検出されることができ、また、スタイラス押下が検出されることができる。力感知抵抗器は、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５中で、指紋センサゾーン１０１０中で、またはその両方で、行電極９１５と列電極９２０との間に含まれ得る。いくつかのそのような実装形態では、高抵抗層が、スタイラスのロケーションの感知中、寄生信号の影響を最小限に抑えるために、行電極９１５または列電極９２０上に形成され得る。
図９Ｂは、カバーガラス上に形成されたセンサ電極の別の例を示している。図９Ｂに示す例では、行電極９１５のダイヤモンドの下にダイヤモンドがあった列電極９２０は、デザインから削除されている。オーミック膜スイッチ、抵抗膜スイッチ、力感知抵抗性（ＦＳＲ：force-sensitive resistive）材料を用いた抵抗スイッチ、固定直列抵抗器を用いたＦＳＲスイッチ、または複合センサデバイス９００の容量膜が、スタイラス接触、および場合によっては、指先または指の稜線を検出するために、行電極９１５と列電極９２０との間の交差部に（重複領域９２５ｂにおいて）形成され得る。そのような実装形態は、同じ列が、ＰＣＴ方法によって軽いタッチを検出するという目的、あるいはキャパシタンス変化方法または抵抗変化方法のいずれかによってスタイラス接触を検出するという目的をはたすことができるので、外部処理回路に接続される必要がある列電極９２０の数を低減することができる（図９Ｂの列電極９２０および関連する接続パッドの数が、図９Ａの列電極９２０および接続パッドよりも少数であることに留意されたい）。
たとえば、タッチモードでは、タッチを登録するために極めて軽い力しか必要とされなくても良い。しかしながら、手書きモードでは、センサは、ポインティングデバイスが通電しているか通電していないかにかかわらず、多くの形態のスタイラス、ペン、または他のポインタ入力を受け付けるように構成され得る。本明細書で説明するいくつかの実装形態は、指紋センサモードで動作する間は指紋を読み取るときに、また、手書きセンサモードで動作するときは不注意による手のひらタッチを検出および拒否するときに、起こり得るような、多数のマルチタッチイベントを同時に区別することが可能なセンサを与える。
図１０Ａは、複合センサデバイスの断面図の一例を示している。図１０Ａに示すセンサアレイは、組合せタッチ、スタイラス、および指紋センサとして示されているが、図１０Ａの構成および以下で説明する他の構成が、単にタッチセンサ、スタイラスセンサ、指紋センサとして、またはそれらの組合せとして働き得ることに留意されたい。図１０Ａに示す例では、２つの反復セルが、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５と呼ばれる第１の領域に示されている。そのような感知素子は、本明細書では「センセル」と呼ばれることもある。指紋センサゾーン１０１０と呼ばれる随意の第２の領域は、概して、指紋検出のためにしばしば必要とされる、より高い分解能を可能にするために電極間のより細かいピッチを有している。本明細書の他の場所で言及するように、いくつかの実装形態では、指紋センサと手書きおよびタッチセンサとは、異なるゾーン中にない。図１０Ｂ〜図１０Ｄは、別の複合センサデバイスの断面図の例を示している。図１０Ａ〜図１０Ｄは、本明細書で与える多くの他の図面のように、一定の縮尺で描かれていないことがある。タッチ、手書き、および指紋ゾーンが図１０Ａ〜図１０Ｄに示されているが、すべてのゾーンが通常同時にアクティブにされることになるとは限らない。また、すべてのゾーンおよび動作モードが、センサデバイス中で利用可能であるとは限らないこともある。１つまたは複数の指を使用してシングルタッチまたはマルチタッチすることが、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５中でＰＣＴを使用して感知されるものとして示されており、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５では、特に軽いタッチ、ならびに適度のタッチおよび重いタッチが検出され得る。図１０Ａに示す例では、指１０４７の近接が上側電極１０１５と下側電極１０３０ｂとの間の電界１０５０を変え、相互キャパシタンスの変化を引き起こす。この影響は、関連する回路図１０５５ａの可変キャパシタによって概略的に示されている。いくつかの実装形態では、上側電極１０１５は行電極であり得、上述のように、いくつかの他の実装形態では、上側電極１０１５は列電極であり得る（図９Ａおよび図９Ｂ参照）。
（ペン、ペンシル、またはポインタなど、スタイラスの先端が複合センサデバイス９００の表面に対して押圧されたときに生じるような）大きい力または高い局所圧力は、オーミック膜スイッチまたは抵抗膜スイッチを用いて検出され得る。一例が図１０Ａに示されており、ペンまたはスタイラス１０４２によって引き起こされた高い局所圧力が、上側電極１０１５と下側電極１０３０ａとを含む機械スイッチによって検出されることができる。固定抵抗器としばしば呼ばれる抵抗器１０３５が、上側電極１０１５と下側電極１０３０ａとの直接短絡を防ぐために、上側電極１０１５と下側電極１０３０ａとの間に配置され得る。垂直または蛇行固定抵抗器を含むスイッチが、回路図１０５５ａにおいて概略的に表されている。抵抗器１０３５は、それと上側電極１０１５との間の電気的接触を助けるために、その上に配設された追加の金属層（図示せず）を有し得る。ここで定義されるような抵抗膜スイッチは、各センセルにおいて少なくとも固定抵抗器を含む（抵抗膜スイッチは、固定抵抗器と直列のまたは固定抵抗器の代わりの力感知抵抗器をも含み得る）が、オーミック膜スイッチは、上側電極および下側電極と直列の追加の固定抵抗器を必要としない。いくつかの実装形態では、固定抵抗器は、オーミック材料から形成され得る。いくつかの他の実装形態では、固定抵抗器は、電流の流れに対して比較的高い抵抗を与える漏れダイオード（leaky diode）または他のデバイスなど、非線形デバイスであり得る。固定抵抗器は、伝導性接触表面として働く、薄膜伝導性キャップを含み得る。デジタル抵抗タッチ（ＤＲＴ）下側電極１０３０ａとＰＣＴ下側電極１０３０ｂとを用いた１対１の対応が図１０Ａに示されているが、いくつかの構成では、ＰＣＴ下側電極１０３０ｂは、１つまたは複数の隣接するセンセルにまたがっても良い。いくつかの構成では、ＰＣＴ下側電極１０３０ｂは、ＤＲＴ下側電極１０３０ａよりも幅広く長い。
いくつかの実装形態では、上側電極１０１５と下側電極１０３０ａは、上記で説明した機械スイッチの代わりに、変形可能な平行プレートキャパシタの２つのプレートを形成するように構成され得る。いくつかの実装形態では、電極１０１５と電極１０３０ａは、図１０Ｂのエリア１０６５に示すように、エアギャップによって分離され得、通常の非押圧状態においてベースラインキャパシタンスに対応する間隔を有し得る。力または圧力が加えられると、上側電極１０１５は変位され、電極１０１５と電極１０３０ａは近づく。電極１０１５と電極１０３０ａとの間の電極間距離が低減されたとき、キャパシタンスは変化し（たとえば、増加し）、変位のアナログ変化の感知を可能にし、加えられた力または圧力の存在の推測を可能にする。したがって、ペン、スタイラス、等々からの高い局所圧力または力は、上側電極１０１５と下側電極１０３０ａとの間の平行プレートキャパシタンス変化を介して検出され得る。圧力のそのような局所変化によって生じるキャパシタンス変化は、回路図１０５５ｂの可変キャパシタ１０５６によって概略的に表されている。示される構成では、固定抵抗器１０３５は、可変キャパシタ１０５６と直列である。他の構成（図示せず）では、固定抵抗器１０３５は省略され得る。
いくつかの実装形態では、中間層分離部（interlayer separation）１０３２が、上側電極と下側電極との間に圧縮性層１０２５を配設することによって、上側基板９０５と下側基板９１０との間に形成され得る。いくつかの実装形態では、圧縮性層１０２５は、エラストマのような、低い弾性率を有する、パターニング可能な薄い（たとえば、１〜１０マイクロメータ）ポリマであり得る。いくつかのそのような実装形態では、圧縮性層１０２５は、上側基板９０５がペン、スタイラス、指、等々のタッチによって押下され、上側電極１０１５と下側電極１０３０ａとの間の距離が変化したとき、キャパシタンス変化の直接測定を可能にし得る。圧縮性層１０２５は、上側基板９０５よりも低い弾性率を有し得る。たとえば、上側基板９０５は、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ポリイミド、または０．５〜５ＧＰａの範囲内の弾性率を有する同様の材料から製作された、クリアなプラスチック膜であり得る。圧縮性層１０２５は、０．５〜５０ＭＰａの範囲内など、著しく低い弾性率を有し得る。
いくつかの実装形態では、圧縮性層１０２５は、上側基板９０５と下側基板９１０との間の空間または空隙（本明細書では「エアギャップ」と呼ばれることもある）を含むようにパターニングされ得る。図１０Ａおよび図１０Ｂに示す実装形態など、いくつかの実装形態は、圧縮性層１０２５が上側電極１０１５と下側電極１０３０ａとの間に形成されないエリア１０６５では空隙を含む。しかしながら、これらの例では、圧縮性層１０２５は、エリア１０７０では、上側基板９０５と下側電極１０３０ｂとの間に、空隙無しに延在する。いくつかのそのような実装形態によれば、圧縮性層１０２５は、エリア１０６５および１０８０にエアギャップがあるようにパターニングされ得る。圧縮性層１０２５領域の示された厚さおよび間隔は、例として示されているに過ぎない。エリア１０６５および１０８０中のエアギャップのロケーションおよび横寸法は、当業者が容易に理解するように、力感度、信頼性および／または光学的性能の所望のパラメータに従って選択され得る。たとえば、中間層分離部１０３２は、数分の１マイクロメータ〜数マイクロメータであり得る。エリア１０６５および１０８０中のエアギャップの厚さも、数分の１マイクロメータ〜数マイクロメータ厚であり得る。隣接する上側電極１０１５（隣接するセンセル）間のピッチまたは間隔は、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５中で１０分の数ミリメートルから５ミリメートル超に及び得（下側電極１０３０ａと下側電極１０３０ｂとの間のピッチは、それの約１／２）、これに対し、指紋センサゾーン１０１０中の隣接する電極１０４０間のピッチまたは間隔は、５０マイクロメータほどと同じくらい小さいことがあり得る。
圧縮性層１０２５は、上側基板９０５の測定可能なたわみを可能にするのを助け得る。いくつかの実装形態では、圧縮性層１０２５はまた、図１０Ｃに示し、以下で説明するように、エリア１０６５中にも形成され得る。いくつかのそのような実装形態では、圧縮性層１０２５は、上側基板９０５がペン、スタイラス、指、等々のタッチによって押下され、上側電極１０１５と下側電極１０３０ａとの間の距離が変化したとき、キャパシタンス変化の直接測定を可能にする、エラストマ材料（または同様の材料）を含み得る。代替的に、上側電極１０１５と横方向に変位された下側電極１０３０ｂとの間の相互キャパシタンスも、ペン、スタイラス、指、等々の検出を可能にするために、変化し得る。
指紋センサゾーン１０１０は、指紋検出のために構成され得る。図１０Ａに示す実装形態では、上側指紋電極１０２０と下側指紋電極１０４０は、抵抗膜スイッチのアレイを形成し、抵抗膜スイッチのうちの１つが回路図１０６０ａにおいて概略的に表されている。図１０Ａ〜図１０Ｃに示す例では、圧縮性層１０２５は、エリア１０８０中で上側指紋電極１０２０と下側指紋電極１０４０との間に形成されない。しかしながら、（以下でより詳細に説明されることになる）図１０Ｄに示す実装形態では、圧縮性層１０２５は、ＦＳＲ材料１０８５が配置された領域を除いて、エリア１０８０中に形成される。
図１０Ａ〜図１０Ｄに示す例では、上側指紋電極１０２０および下側指紋電極１０４０は、指紋センサゾーン１０１０中で比較的より高い分解能を与えるために、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５中の上側電極１０１５および下側電極１０３０のピッチよりも小さいピッチを有する。しかしながら、いくつかの代替実装形態では、上側指紋電極１０２０および下側指紋電極１０４０のピッチは、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５中の上側電極１０１５および下側電極１０３０のピッチと実質的に同じであっても良い。
圧縮性層１０２５は、リソグラフィおよびエッチング技法（または他のリソグラフィベースの技法）を使用してパターニングされ得る。いくつかの実装形態では、圧縮性層１０２５は、（この例では上側基板９０５の上表面である）センサの外表面に好適な力が加えられるまで、エリア１０６５および１０８０のオーミックスイッチまたは抵抗スイッチを開いたままにしておくことができる。圧縮性層１０２５は、ディスプレイをオーバレイするであろうセンサの一部であるので、圧縮性層１０２５は、実質的に透明であることかできる。
いくつかの実装形態では、圧縮性層１０２５は、下側基板９１０および上側基板９０５の屈折率に厳密に一致した屈折率を有し得る。いくつかの実装形態では、圧縮性層１０２５は、５％未満だけ、１０％未満だけ、２０％未満だけ、等々、下側基板９１０および上側基板９０５の屈折率とは異なる屈折率を有し得る。たとえば、屈折率の６％以下の差が、材料スタックを通る透過の０．２％未満の低減をもたらし得る。そのような実装形態は、圧縮性層１０２５が上側基板９０５から下側基板９１０まで延在するエリア中で、良好な光透過を与えることができる。しかしながら、光透過は、エアギャップ領域において低減され得、これは、空気と材料との各界面における反射によって引き起こされる。そのような反射は、式１において、上側基板９０５の屈折率（これは、近似的にｎ＝約１．５であり得る）と空気の屈折率（ｎo＝１）とを使用して計算されるように、たとえば、４％よりも大きいことがあり得る。
（ｎ−ｎo）2／（ｎ＋ｎo）2＝Ｒ （式１）
但し、Ｒは反射率である。
したがって、最小横寸法のエアギャップを有する実装形態は、より良い光学的性能を与えることができる。しかしながら、いくつかのそのような実装形態は、所与の圧力に対してより少ないたわみをもたらし得、したがって圧力または加えられた力にあまり感知でないことがあり得る。
よって、いくつかの実装形態は、光学的性能を改善することができる、屈折率の一致した（index-matched）圧縮性層１０２５を与える。エリア１０６５中でエアギャップを有するいくつかの実装形態においてさえ、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５の比較的小さい部分をエリア１０６５に占有させるアーキテクチャにより、光学的性能はすでに極めて良好であり得る。たとえば、エアギャップを有するエリア１０６５は、総面積の約５０％未満を占有し得るが、他の例では、エリア１０６５は、総面積の約１０％未満を占有し得る。そのような実装形態では、センサエリアの大部分は、エアギャップを有しないことになり、したがって、層９０５／層１０２５および層１０２５／層９１０の界面において、はるかに低減された反射、すなわち、両方の界面についての全反射が、式１に従って推定されるように＜＜１％であり得るような、反射を示すことになる。
個々の感知素子の、ペン、スタイラス、または指からの圧力または力に対する感度は（それらの感知素子が抵抗スイッチモードで使用されるのか変形可能平行プレートキャパシタモードで使用されるのかにかかわらず）、図１１Ａ〜図１１Ｄに示すように、低弾性率圧縮性層１０２５を使用することにより、増加され得る。低弾性率圧縮性層１０２５は、より高い弾性率の材料によって課されることができるクランプ境界条件（clamped boundary condition）を除外し得る。低弾性率圧縮性層１０２５を有することは、スタイラス先端１１０５によってたわまされた圧縮性層１０２５のエリア１１１０の直径を効果的に増加させ、それによりエリア１１１０における上側基板９０５のたわみを増加させることができる。
図１１Ａ〜図１１Ｄは、高弾性率圧縮性層および低弾性率圧縮性層を有する複合センサデバイスの断面図の例を示している。図１１Ａは、圧縮性層１０２５ａが、上側基板９０５と下側基板９１０との間にはさまれたパターニングされた高弾性率材料である、簡略化された組合せタッチ、手書き、および指紋センサの一部分のフレキシブル上側基板９０５と接触しているスタイラス先端１１０５を示している。圧縮性層１０２５ａ中のエアギャップ１１１５は、複合センサデバイス９００の上側基板９０５が、加えられた力に伴って変形することを可能にするが、得られるたわまされたエリア１１１０は、比較的固い圧縮性層１０２５ａ中の小さいエアギャップ１１１５によって、部分的に制限される。
図１１Ｂは、比較的よりフレキシブルな上側基板９０５と比較的あまりフレキシブルでない下側基板９１０との間にはさまれた低弾性率圧縮性層１０２５ｂを示している。この例では、スタイラスの力による上側基板９０５のたわまされたエリア１１１０は、スタイラス先端１１０５が上側基板９０５の外表面に対して押圧されるにつれて圧縮および変形する圧縮性層１０２５ｂの能力により、より大きい。図１１Ｃに示す例では、スタイラス１１０５は、フレキシブル上側基板９０５が下側基板９１０との物理的接触を行う（または、ほぼ行う）のに十分に強く押圧されている。
また、低弾性率エラストマ圧縮性層１０２５ｂの使用は、図１１Ｄに示すように、行電極または列電極のピッチを減少させることなしに、加えられた圧力または力による横方向分解能を効果的に増加させ得る。スタイラス先端１１０５の先端が圧縮性層１０２５中のエアギャップ１１１５の直上にないときであっても、上側基板９０５の明らかなたわみが生じ、したがって、複合センサデバイス９００が、隣接する感知素子間の比較的広い間隔を有する場合でも、スタイラス先端１１０５の検出を可能にすることができる。たとえば、隣接する行または列の間のピッチが０．５ｍｍである場合でも、隣接するセンセルからの応答を平均化することによって、０．２ｍｍの分解能で手書きが解像され得る。隣接する行または列の間の比較的より大きいピッチを可能にすることによって、そのような構成は、所与の分解能に対する行電極および列電極の総数の低減を可能にし、それにより手書きセンサコントローラ上のＩ／Ｏの数を低減し得る。この低減は、リードアウトの数を低減し、手書きコントローラのコストおよび複雑さを低減することができる。
複合センサの別の実装形態が、図１０Ｃに示されている。図１０Ａおよび図１０Ｂに示す実装形態と比較して、エアギャップは手書きおよびタッチセンサゾーン１００５のエリア１０６５から削除されている。したがって、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５の光学的性能は、図１０Ａおよび図１０Ｂに示す複合センサデバイス９００の実装形態に対して向上され得る。図１０Ｃに示す複合センサデバイス９００の実装形態における手書きセンサは、可変平行プレートキャパシタとして機能し、平行プレートキャパシタンスの変化から上側層の重いタッチまたはたわみが検出される。この機能は、回路図１０５５ｃの可変キャパシタ１０５６によって表されている。
図１０Ｄは、別の実装形態の別の例を示している。図１０Ｄに示す例では、エアギャップは、指紋センサゾーン１０１０のエリア１０８０中で削除され、市販のＦＳＲ材料１０８５と置き換えられている。ＦＳＲ材料１０８５は、圧縮されていないときは比較的高い値の抵抗を与え、圧縮されたときは比較的低い値の抵抗を与え、それにより、直接接触領域なしにもかかわらずスイッチとして機能する。この機能は、回路図１０６０ｂの可変抵抗器１０８７によって表されている。垂直抵抗器または蛇行抵抗器などの固定抵抗器１０４５が、各センセルにおいてＦＳＲ材料１０８５と直列に含まれ得る。透明な粒子または低フィルレシオ（fill ratio）の粒子のいずれかを含む透明なＦＳＲ材料１０８５が、いくつかの実装形態では、使用され得る。たとえば、下にあるディスプレイの過大な遮断を回避するために、抵抗器の直径または幅が十分に小さい（数マイクロメータ〜数十マイクロメータ程度）、いくつかのアプリケーションでは、不透明なＦＳＲ材料１０８５が使用されても良い。
図１２は、組合せタッチ、手書きおよび指紋センサを用いたカバーガラスを含むデバイスの一例を示している。この例では、カバーガラスは、複合センサデバイス９００の一実装形態を含み、モバイルフォンなどのディスプレイデバイス４０のディスプレイ上にオーバレイされる。ディスプレイデバイス４０のいくつかの例は、図２５Ａおよび図２５Ｂを参照しながら以下で説明される。複合センサデバイス９００は、シングルタッチまたはマルチタッチセンサ、手書き入力センサ、および指紋画像センサとして働くことができる。この例では、指紋センサゾーン１０１０は、ディスプレイの上の専用部分中にある。複合センサデバイス９００の残りの部分は、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５として構成される。いくつかの他の構成では、指紋センサゾーン１０１０は、複合センサデバイス９００全体のどこにでも配置され得る。さらに他の構成では、指紋センサゾーン１０１０の位置は、ソフトウェアプログラム可能およびソフトウェア選択可能である。
次に、タッチモード動作の一例が、図１０Ａを参照して、説明される。指が手書きおよびタッチセンサゾーン１００５中のどこかにタッチするために使用されたとき、上側基板９０５上の上側電極１０１５と下側基板９１０上の下側電極１０３０ｂとの全部または選択されたサブセットのいずれかが、走査シーケンス中にアドレス指定され得る。いくつかの実装形態では、上側電極１０１５と下側電極１０３０ｂとの間のキャパシタンスは、行電極と列電極との間の交差部の各々において測定され得る（図９Ａおよび図９Ｂ参照）。指１０４７の導電表面は、図１０Ａ〜図１０Ｄに示すように、電界線１０５０と干渉し、上側電極１０１５と下側電極１０３０ｂとの間のキャパシタンスを変更する。キャパシタンスのこの変化を検出することは、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５のどのセンセルが指の近傍にあるかについての読みを可能にする。この例では、タッチモード中に走査された上側基板９０５および下側基板９１０上の電極は、必ずしも互いの直上および直下に配設されるとは限らない。図１０Ａ〜図１０Ｄに示す例では、上側基板９０５上の上側電極１０１５と、下側基板９１０の隣接する下側電極１０３０ｂとの間でキャパシタンスの変化が検出され得る。このＰＣＴ測定の場合、キャパシタンス変化は上側基板９０５に加えられている圧力に依存しないので、指の極めて軽いタッチさらには近接が検出可能であり得ることに留意されたい。
（通電しているまたは通電していない）スタイラスなどのポインティングデバイスがセンサ表面に配置されたとき、生じる圧力は、スタイラスと表面との間のより小さい接触面積により、指タッチに関連する圧力よりも著しく高いことができる。この圧力は、指タッチによって加えられる圧力よりも最高２桁（またはそれ以上）大きいことができる。いくつかの実装形態では、手書きモードでの読出しプロセス中に、タッチモードのために使用される電極とは異なる電極のセット（図１０Ａに示す上側電極１０１５および下側電極１０３０ａなど）が励起され得、測定のために異なる回路が実行され得る。異なる回路は、図１０Ａに示す実装形態などの実装形態の場合はスイッチの閉じ、または図１０Ｂ〜図１０Ｄに示す実装形態などの実装形態の場合は平行プレートキャパシタンスの変化、のいずれかを感知し得る。
いくつかの実装形態では、タッチモード、手書きモードおよび／または指紋感知モードのための、アドレス指定および／または測定回路は、１つまたは複数のコントローラまたはドライバ特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）チップ内に含まれ得る。１つのＡＳＩＣチップまたは複数のＡＳＩＣチップは、はんだまたは異方性導電フィルムを使用した直接ダイアタッチ、あるいは、フレックステープ上でまたは外部プリント回路板上でＩＣに結合されたフレックステープ上のケーブルまたはトレースを介した接続、などの手段によって、上側基板９０５の下面に直接取り付けられるか、または上側基板９０５および下側基板９１０上の電極に電気的に接続され得る。
上記で説明したいくつかの実装形態では、上側基板９０５および下側基板９１０上の、手書きモード中に走査される電極は、互いの直上および直下に配設される（たとえば、図１０Ａ参照）。（図１０Ａまたは図１０Ｂに示すようにペン１０４２の先端であり得る）スタイラス先端１１０５が十分な力で当てられたとき、スタイラス先端１１０５によって加えられた圧力は、上側基板９０５および圧縮性層１０２５がたわむことを引き起こすことができ（図１１Ｃ参照）、上側電極１０１５と下側電極１０３０ａ上の抵抗器１０３５とが物理的接触を行うことを引き起こし、膜スイッチの閉じをもたらし得る（図１０Ａ参照）。固定抵抗器１０３５の包含によって、各スイッチにおける大きい抵抗が可能にされ得る。この抵抗は、実質的に電流を低下させ、１つまたは複数の膜スイッチが同時に押圧されているとき、手書き、指紋またはタッチモードで押圧されているセンセルロケーションの判断を可能にし得る。これは、たとえば、手のひらが複合センサデバイス９００の表面に載っており且つスタイラスもその表面に当てられたときに、起こり得る。抵抗器１０３５は、下側電極１０３０ａと直列であるように作製された抵抗層から形成され得る。代替的に、外表面に対するスタイラスまたは指からの力または圧力に伴う上側基板９０５の変位は、上側電極１０１５と対応する下側電極１０３０ａとの間の平行プレートキャパシタンスの変化から測定されることができる。
いくつかの実装形態は、指紋獲得モードを可能にするように構成された複合センサデバイス９００の特定の領域などにおいて、このモードでの複合センサデバイス９００の動作を可能にする。指紋センサゾーン１０１０の例が、図１０Ａ〜図１０Ｄのより右側の部分に、および図１２の右下部分に示されている。いくつかの実装形態では、指紋センサゾーン１０１０は、複合センサデバイス９００の残部を作製するために使用されるプロセスフローおよび材料と同じプロセスフローおよび材料を使用して作製され得る。しかしながら、いくつかの実装形態では、指紋センサゾーン１０１０、上側指紋電極１０２０および下側指紋電極１０４０、ならびに、下側指紋電極１０４０の抵抗器１０４５は、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５の上側電極１０１５または下側電極１０３０よりも著しく近接したピッチまたは間隔で配置され得る。たとえば、指紋センサゾーン１０１０中のピッチまたは間隔は、約１０マイクロメータ〜１００マイクロメータ程度であり得る。そのような構成は、指紋の稜線と谷線とを区別するのに十分に高い分解能をセンサに与えることができる。
指が指紋センサゾーン１０１０中の上側基板９０５の表面で押下されたとき、指紋の稜線の直下にある上側基板９０５のいくつかの領域は、たわみ、上側指紋電極１０２０が下側指紋電極１０４０上の固定抵抗器１０４５との接触を行うことを引き起こし得る。このスイッチ閉じは、大きい値の抵抗器などの抵抗器を介したものであり得、これは、多くのセンサ素子のうちのどれが押圧されているかと、どれが押圧されていないかと、を区別することを可能にすることができる。そのような指紋センサアレイの行または列を走査することは、指紋稜線または指紋稜線の不在を表すデジタル出力を生成することができる。そのような指紋センサ実装形態は、指紋アレイの走査と指紋画像の収集とを可能にすることができる。
手書き文字および指紋認識のためのデジタル抵抗性技法の使用は、高速な走査速度（scan rate）をもたらすことができる。これは、部分的に、走査プロセス中の各セルからの出力の「デジタル」性質によるものであり、これは指紋キャプチャおよび手書き文字認識のための高いフレームレートを可能にすることができる。
いくつかの実装形態では、力感知膜スイッチが、追加のキャパシタをＰＣＴ測定回路に局所的に接続するために使用され、したがって、たとえば、指またはスタイラス先端からの、加えられた圧力でスイッチが閉じられたとき、キャパシタンスの大きい変化を引き起こし得る。スイッチは、センサの行と列との交差部の近くに形成され得る。追加のキャパシタは、行ラインおよび列ラインと接続するために、伝導性材料を使用してスイッチと直列に形成され得る。いくつかの実装形態では、このキャパシタは、ＰＣＴ専用構成の相互キャパシタンスの変化に対してキャパシタンスの大きい変化を引き起こすことができる。
１つのそのような実装形態が図１３および図１４に示されている。図１３は、力感知スイッチ実装形態の上面図の一例を示している。図１３は、列電極１３０５が幅１３１０と間隔または「ピッチ」１３１５とを有する、そのような複合センサデバイス９００の２つの列および２つの行の部分を示している。列電極および行電極の幅は、複合センサデバイスの全体的な透明性を改善するために、概して小さく、数マイクロメータ程度にされる。ピッチは、指紋検出に好適な約１０〜５０マイクロメータから、より低い分解能のデバイスのために約５ｍｍに及ぶことができる。別の実装形態は、５０マイクロメータ未満または５ｍｍ超のピッチを有し得る。図１４は、図１３に示す力感知スイッチ実装形態の行を通る断面図の一例を示している。
図１３および図１４に示す実装形態では、キャパシタ１３１７が、各センセルにおいて行電極１３３５とキャパシタ上部電極１３２０との間の行の上に形成される。列電極１３０５とキャパシタ１３１７との間の接続は、行と列との交差部にある接点１３２５を通して行われ得、これは、その接点と直列の固定抵抗器を含み得る。この接点１３２５は、キャパシタ上部電極１３２０に電気的に接続され、開いているかまたは閉じていることができるスイッチの電極を形成し得る。いくつかの別の構成では、別個の接点１３２５が無くても良く、すなわち、列電極１３０５とキャパシタ上部電極１３２０との間で物理的接触が直接行われ得る。行電極１３３５は、ガラス、プラスチックなどの材料で製作され得る、実質的に透明な下側基板９１０上に配設され得る。いくつかの実装形態では、図１３および図１４に示す他のコンポーネントも実質的に透明であり得る。
この例では、圧縮性層１０２５が上側基板９０５とキャパシタ上部電極１３２０との間に配設される。圧縮性層１０２５は、容易に圧縮され得る、十分に低い弾性率を有する材料から形成され、キャパシタへのスイッチと干渉しない、絶縁体であり得る。ここで、上側基板９０５は、表面を保護するための、しかも、スイッチを作動させるために、タッチされたときに局所的にたわむための、センサの上に配設されたフレキシブル膜である。
図１５Ａは、図１３および図１４に示す実装形態のコンポーネントを表す回路図の一例を示している。回路１５００ａでは、信号は、入力１５０５において印加され、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１５４０によって感知され得る。その信号は、指がフレキシブル膜上にまたはフレキシブル膜の近くにあるとき、相互キャパシタンスＣmの変化によって変調され得る。Ｃmのそのような変化は、可変キャパシタ１５２５によって表されている。行および列の自己キャパシタンスは、それぞれキャパシタ１５３０および１５３５によって表されている。行と列との交差部にある接点（図１３および図１４参照）は、抵抗器１５１５によって表される抵抗Ｒ１と、直列キャパシタ１５２０によって表されるキャパシタンスＣ１と、を有するスイッチ１５１０として表されている。また、抵抗Ｒ１は、対応する行電極または列電極のライン抵抗を含み得る。フレキシブル上側基板９０５に対する（タッチなどの）力がスイッチ１５１０を閉じたとき、キャパシタンスＣ１は、相互キャパシタンスＣmに付加される。いくつかの実装形態では、Ｃ１は、タッチが概してＣmを低減することができるが、スイッチ１５１０を閉じることがキャパシタンスを付加するので、すなわち、スイッチが閉じられたとき、タッチの相互容量効果がＣ１の値によってマスキングされ得るので、Ｃmよりも実質的に大きい。
一例では、５μｍの行幅および列幅と行間および列間の５０μｍのピッチとを有する高分解能センサが形成され得る（たとえば、図１３および図１４参照）。たとえば、キャパシタ絶縁体１３３０が、１０００Å厚であり、窒化ケイ素（ＳｉＮ）で形成され、キャパシタ上部電極１３２０が、４０μｍ×５μｍエリアをカバーする場合（図１４参照）、平行プレートキャパシタの式、Ｃ＝ｅrｅoＡ／ｄ、を使用して、６０フェムトファラド（ｆＦ）よりも大きい変調が得られることができ、ここで、ｅrは絶縁体の比誘電率であり、ｅoは自由空間の誘電率であり、Ａは上部電極のエリアであり、ｄは誘電体の厚さである。いくつかの実装形態では、これは、ＰＣＴコントローラ回路による判断のために十分であると見なされることができる。キャパシタ電極の長さまたは幅を減少させることは、キャパシタンス値を減少させることになり、これに対し、誘電絶縁体の厚さを減少させることは、キャパシタンスを増加させることになる。いくつかの実装形態では、キャパシタンス値は、キャパシタ上部電極を行電極および列電極の間のセンセルエリアの一部分にかけることによって、または行幅および列幅を増加させることによって、明らかにより大きくされ得る。いくつかの実装形態では、キャパシタンスの値は、センセルの電極幅またはピッチを低減することによって低減され得る。キャパシタ電極の寸法と絶縁体の厚さとを変更することによって、約１０ｆＦ未満から約０．１ｐＦ超までの範囲内のキャパシタンスの値が得られることができる。
図１５Ｂは、図１３および図１４に関係する別の実装形態のコンポーネントを表す回路図の一例を示している。回路１５００ｂは、図１３および図１４に示すセンサなどのセンサのための応答時間を考慮するために使用され得る。ここで、抵抗Ｒ２を有するリーク抵抗器１５４５が、スイッチ１５１０が開いているとき、直列キャパシタ１５２０の放電を可能にするために、回路に追加されている。たとえば、Ｒ２が１００メガオームであり、Ｒ１が１０キロオームであるとすれば、上記で説明した４０μｍ×５μｍキャパシタの場合のＣ１値についての周波数応答（１／ＲＣ）は、スイッチ１５１０の閉から開への遷移の場合は、最低１５０ＫＨｚとなり、スイッチ１５１０が閉じられたときは、直列抵抗器１５１５を介してキャパシタを充電するために最大値１．５ＧＨｚとなる。周波数応答は、複合センサのための最小取得可能フレームレートを判断するのに役立ち得る。周波数応答およびフレームレートは、必要な場合、抵抗器値Ｒ１またはＲ２に対する低減で、あるいはキャパシタンスの低減で、ＲＣ時定数を減少させることによって、増加され得る。
いくつかの実装形態では、抵抗器１５１５は、接点１３２５の接触抵抗を表す（たとえば、固定抵抗器無し、およびＦＳＲ無し）。いくつかの他の実装形態では、抵抗器１５１５は、図１４に示すような列電極１３０５とキャパシタ上部電極１３２０との間の接触抵抗を直接表す（たとえば、固定抵抗器無し、ＦＳＲ無し、および接点１３２５無し）。いくつかの実装形態では、抵抗器１５１５は、図１４中の接点１３２５とキャパシタ上部電極１３２０との間に配置された垂直または蛇行固定抵抗器などの追加の固定抵抗器（図示せず）の抵抗を含み得る。固定抵抗器は、列電極１３０５との電気的接触を助けるために、接点１３２５として働く、その上に配設された薄膜伝導性キャップを含み得る。抵抗器１５１５は、固定抵抗器と直列のまたは固定抵抗器の代わりの力感知抵抗器を含み得る。抵抗器１５１５は、抵抗性または金属薄膜などのオーミック材料を含み得る。代替的に、抵抗器１５１５は、漏れダイオードまたは他のデバイスなど、非線形デバイスを含み得る。いくつかの実装形態によれば、抵抗器１５１５は、数オーム未満から１００メガオーム超に及ぶ抵抗を有し得る。いくつかの実装形態では、リーク抵抗器１５４５は、１００キロオーム程度またはより大きい値を有し得る。
図１３〜図１５Ｂに関して説明したスイッチトキャパシタ構成は、デジタル容量性タッチ（ＤＣＴ）センサアレイの行と列との交差部の近くのローカルキャパシタが、交差部にある力作動式（force-actuated）スイッチが開いているのか閉じているのかに応じて、デジタル的にスイッチインまたはスイッチアウトされることができるという点で、ＤＣＴと呼ばれることがあるものを包含する。ＤＣＴアレイは、いくつかの構成では、対応するＰＣＴアレイ無しに、指紋センサ、スタイラスまたは手書きセンサ、タッチセンサ、あるいはそれらの組合せ、として働き得る。ＤＣＴアレイは、いくつかの他の構成では、ＰＣＴアレイと組み合わされ得る。１つのそのような構成では、アレイ中の重複する行と列との間の各交差部の近くに電気的に接続された１つまたは複数の容量性電極が、各交差部に配置された力作動式容量性スイッチを取り囲む（たとえば、図９Ｂ参照）。複合センサアレイは、スタイラス検出には力感知容量性スイッチを使用し、軽いタッチまたは近接感知にはＰＣＴアレイを使用し得る。上述のように、同じＰＣＴ検出回路が、ＤＣＴ態様では、スタイラス、ペンまたは指の押圧から力または圧力が加わったことを検出するために、ならびに、ＰＣＴ態様では、指またはスタイラスからの軽いタッチを検出するために、使用され得る。前述のように、行および列に関する名称、重複の方法、様々なアスペクト比、および他の特徴は、例示的であり、限定するものではない。たとえば、行と列は交換され得、列電極は行電極の上または下を通り得、一般性の損失無しに、ピッチまたは分解能は変更され得る。
図１６は、複合センサデバイスのための製造プロセスを示す流れ図の一例を示している。図１７Ａ〜図１７Ｄは、図１６の製造プロセスの様々な段階中に部分的に形成された複合センサデバイスの例を示している。いくつかの実装形態によれば、プロセス１６００のブロック１６０５は、上側および下側の実質的に透明な基板上にＩＴＯなどの実質的に透明な導体を堆積させることを伴う。この例では、下側基板９１０はガラス基板である。しかしながら、別の実装形態では、下側基板９１０は、プラスチックまたは同様の材料から形成され得る。いくつかのそのような実装形態は、ロールツーロール製造プロセスに役立つことができる。
ブロック１６０５はまた、フォトリソグラフィおよびエッチングプロセスを使用して、または、めっき、スクリーンプリンティング、等々のような他の「アディティブ」プロセスを使用して、実質的に透明な伝導性材料を電極にパターニングすることをも伴い得る。いくつかの実装形態では、このパターニングプロセスは、上側基板９０５および下側基板９１０上にパターニングされた列または行内で互いに接続された、ダイヤモンド電極形状（または適宜に他の形状）をもたらす。
その後、ブロック１６１０に示すように、抵抗性材料が、（たとえば、スパッタ蒸着によって）下側基板９１０の少なくともいくつかの電極上に、およびパターニングされた電極上に堆積されるか、またはパターニングされた電極に接続され得る。別の実装形態では、抵抗性材料が、上側基板９０５の少なくともいくつかの電極上に堆積され得る。抵抗性材料は、電極上の感知ロケーションの全部またはサブセットと直列であるようにパターニングされ得る。いくつかの実装形態によれば、得られた抵抗器は、１メガオーム程度の抵抗を有し得、他の実装形態は、１００キロオームから１０メガオームの間など、より小さいまたはより大きい抵抗を有する抵抗器を生成し得る。
図電極および抵抗器は、１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、少なくとも２つの一般的な方法でパターニングされ得る。第１のオプション（図１７Ａに示す上面図）は、下側基板９１０上に堆積された下側電極材料または他の抵抗性材料を、十分に高い抵抗を達成するためにフィルムの平面において伝導する１つまたは複数の接続されたセグメントの薄く狭いシーケンスにパターニングすることによって、蛇行抵抗器１０３５を形成することである。下側電極材料または他の好適な材料から形成された伝導性接触領域１０３６が、抵抗器１０３５の終端に含まれ得る。第２のオプション（図１７Ｂに示す側面図）は、垂直抵抗器１０３５を下側電極１０３０の上に直接パターニングすることであり、その場合、伝導経路は、フィルムの平面に対して実質的に垂直な方向で抵抗器を通る。いくつかの実装形態では、薄い金属接触領域１０３７が、垂直抵抗器１０３５の上に含まれ得る。
プロセス１６００のブロック１６１５は、下側基板９１０上に圧縮性層１０２５を堆積させるかまたはさもなければ配設することを伴い得る。いくつかの実装形態では、圧縮性層１０２５は、エラストマなど、低い弾性率の、パターニング可能な薄い（たとえば、１〜１０マイクロメータ）ポリマであり得る。（図１０Ａ〜図１０Ｃを参照しながら上記で説明した実装形態などの）圧縮性層１０２５中のギャップを含むいくつかの実装形態では、圧縮性層１０２５は、抵抗器１０３５の上の領域が開かれるようにパターニングされ得る。図１７Ｃは、１つのそのような例に従って部分的に作製されている複合センサデバイス９００の一部分の断面図を与える。いくつかの他の実装形態では、開かれた抵抗器１０３５の上の領域は、力感知抵抗器材料で充填され得る（図示せず）。ＦＳＲ材料を用いるまたは用いない、いくつかの他の実装形態では、垂直または蛇行抵抗器１０３５の上側表面は、薄い金属層でカバーされ得る。
プロセス１６００のこの段階で、圧縮性層１０２５は、抵抗器１０３５がその上に形成されている下側電極１０３０を露出するようにパターニングされている。プロセス１６００のいくつかの実装形態では、ＦＳＲ材料が、下側基板９１０の指紋センサ電極、下側基板９１０の手書きおよびタッチセンサ電極、または両方の上に形成され得る（随意のブロック１６２０参照）。図１０Ｄは、下側指紋電極１０４０上に形成された力感知抵抗器材料１０８５の一例を与える。力感知材料は、ディスペンシング、スクリーニング、堆積、またはパターニングなどの方法によって、電極上に形成され得る。力感知抵抗器材料はまた、下側基板９１０の手書きおよびタッチセンサ電極上に含まれ得る（図示せず）。
圧縮性層１０２５のパターニングおよび硬化（必要な場合）の後に、接着剤の追加の薄い層１７０５（約１〜５マイクロメータなど）が、接着を改善するために、抵抗器１０３５の上表面に接着剤を塗布しないように注意しながら、圧縮性層１０２５の表面に塗布され得る（随意のブロック１６２５参照）。接着剤を塗布するための方法は、フォトリソグラフィ、スクリーンプリンティング、スキージング、およびディスペンシングを含む。そのような接着剤層１７０５の一例が、図１７Ｄにおいて参照され得る。
図１７Ｄは、上側基板９０５が圧縮性層１０２５に接合された後の装置を示している。上側基板９０５は、実質的に透明な材料から形成され得、下面にパターニングされた実質的に透明な上側電極１０１５を有し得る。上側基板９０５は、たとえば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、または同様の材料など、プラスチック膜から形成され得る。この例では、上側電極１０１５は、図１７Ｄの平面において連続的である行に形成されているＩＴＯから製作される。別の実装形態では、上側電極１０１５ならびに下側電極１０３０は、同様の形状のパッドにパターニングされ、行または列として接続され得る。いくつかの実装形態では、２つの基板は、上側基板９０５を下側基板９１０と位置合わせすることと、圧縮性層１０２５上に塗布された接着剤１７０５を介してそれらの層を張り合わせることと、によって、接合され得る。２つの層を互いにホットプレスすること、基板の外周を機械的にクランプすること、または接着剤なしの方法など、他の技法が使用され得る。
図１７Ｃおよび図１７Ｄに示す実装形態などの実装形態は、抵抗器がその上に形成されている電極の周りの圧縮性層１０２５中のエアギャップを含む。そのようなエアギャップは、図１７Ｄのエリア１０６５に示されている。エアギャップは、空気と基板との界面からのより高いレベルの望ましくない反射率をもたらすことができる。詳細は、式１を参照しながら上記で説明された。したがって、いくつかの実装形態では、エアギャップ領域は、エアギャップがスタックの全体的な光透過に実質的に影響を及ぼさないように、空間的に制限され得る。たとえば、エアギャップ領域は、センサの総面積の１〜５％の範囲内のエリアに制限され得る。代替的に、エアギャップは、指紋撮像エリアの領域のみに制限され得、その領域は、より低い光透過の制限された領域であり得、したがってカバーガラス上にはあるが、ディスプレイエリアの直上にはないことができる。
図１０Ｃおよび図１０Ｄを参照しながら説明した例など、別の実装形態では、圧縮性層１０２５は、抵抗器１０３５がその上に形成されている下側電極１０３０のうちの少なくともいくつかの上にも堆積され得る。いくつかのそのような実装形態では、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５中にエアギャップがない。しかしながら、（指紋センサゾーン１０１０中のような）抵抗器がその上に形成されている他の電極は、それらの上に堆積された圧縮性層１０２５を有しても良いし、有しなくても良い。ただし、さらに他の実装形態では、指紋センサゾーン１０１０は。エアギャップを含まなくても良い。図１０Ｄに示したように、そのような実装形態は、指紋センサゾーン１０１０中に、ＦＳＲ材料１０８５を含み得る。いくつかの他の実装形態では、ＦＳＲ材料１０８５は、固定垂直または蛇行抵抗器１０３５を用いてまたは用いずに、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５中の下側電極１０３０の上にも含まれ得る。
プロセス１６００のいくつかの実装形態は、比較的少数のマスキングステップしか用いないプロセスフローを伴う。いくつかのそのような実装形態は、下側基板９１０上に材料を堆積させるための２つのマスキングステップと、上側基板９０５上に材料を堆積させるための単一のマスキングステップと、を伴う。ロールツーロール製造プロセスを使用して、少なくとも上側基板９０５上に、構造が形成され得る。下側基板９１０がプラスチックまたは同様の材料である実装形態の場合には、ロールツーロール製造プロセスが、下側基板９１０上に材料を堆積させるために使用され得る。そのような実装形態では、下側基板９１０は、上側基板９０５よりも厚いことがあり得る。いくつかの例では、上側基板９０５は、上記で説明したセンサスタックを形成するために、下側基板９１０上に積層され得る。得られた複合センサデバイス９００は、安価で、軽く、薄く、モバイルおよび他のハンドヘルド電子デバイスに極めて好適であり得る。いくつかの実装形態では、上側プラスチック層と下側プラスチック層とのこの積層は、ガラス基板などの実質的に透明で比較的より堅い基板上にさらに積層されるか、またはさもなければその基板に取り付けられ得る。いくつかの実装形態では、実質的に透明な基板は、上記で説明した透明基板２０などのディスプレイ基板であり得る。
この実装形態では、ブロック１６３５は、処理およびパッケージングを伴う。ブロック１６３５は、切断、分裂、ソーイング、または他の好適な方法による、その上に形成された複数の複合センサデバイス９００を有するガラスの大きいプレートまたはプラスチックの長いロールなどの大きい基板からの、個々の複合センサデバイス９００のシンギュレーション（singulation）を伴い得る。より大きい基板からのセンサデバイスのシンギュレーションは、上側基板を取り付ける（ブロック１６３０参照）より前に、または圧縮性材料に接着剤を塗布する（ブロック１６２５参照）より前になど、ブロック１６３５より前に実行され得る。ブロック１６３５は、図２５Ｂを参照しながら以下で説明される複合センサコントローラ７７などの、１つまたは複数のセンサコントローラとの電気的通信のために複合センサデバイス９００を構成することを伴い得る。ブロック１６３５は、本明細書の他の場所で説明するようなディスプレイデバイス４０に複合センサデバイス９００を取り付けることを伴い得る。ブロック１６３５は、出荷または保管のために個々の複合センサデバイス９００をパッケージングすることを伴い得る。
図１８Ａは、複合センサデバイスのハイレベルアーキテクチャを示すブロック図の一例を示している。この例では、マルチタッチセンサ１８０１と、高分解能手書きセンサ１８０３と、指紋センサ１８０５とが、複合センサデバイス９００に一体化される。複合センサデバイス９００とともに含まれるカバーガラスが、限定はしないが、ＬＣＤ、ＯＬＥＤおよび反射型ディスプレイを含む、多くのディスプレイ上にオーバレイされ得る。いくつかのそのようなディスプレイは、モバイルデバイスに好適なディスプレイであり得、いくつかは、実装形態に応じて、コンシューマ電子デバイスなどの他のデバイスに好適であり得る。ＰＣＴセンサなどのマルチタッチセンサ１８０１と、平行プレート容量性変位センサまたはＤＲＴセンサなどの高分解能手書きセンサ１８０３は、図９Ａおよび図９Ｂならびに図１０Ａ〜図１０Ｄに関して上記で説明したようにアドレス指定可能なセンサデバイスの行と列との交差部においてインターリーブされ得る。さらにより高い分解能をもつ指紋センサ１８０５は、図１２に示した例などにおける、ディスプレイエリアの一部分上でのあらかじめ選択された領域中に含まれ得る。代替的に、マルチタッチセンサ１８０１および高分解能手書きセンサ１８０３は、複合センサデバイスが十分な分解能を有するとき、ディスプレイエリアの上のどこででも指紋センサ１８０５として働き得る。
図１８Ａに示す例では、制御システム１８０７は、少なくとも１つのマイクロコントローラ１８０９と、少なくとも１つのアプリケーションプロセッサ１８１０と、を含む。いくつかの実装形態では、複合センサデバイス９００のすべてのセンサのためのハードウェア、ソフトウェアおよび／またはファームウェアが、単一のマイクロコントローラ１８０９上で一体化され得、これに対して、他の実装形態では、別個の複数のマイクロコントローラ１８０９が、タッチ感知機能と、手書き感知機能と、指紋感知機能とのために使用され得る。すべてのセンサのためのアプリケーションが、単一のアプリケーションプロセッサ１８１０上でまたは複数のアプリケーションプロセッサ１８１０上で一体化され得る。これらのプロセッサは、たとえば、ディスプレイデバイス内にまたはモバイルデバイス内に、常駐し得る。
ここで、複合センサデバイス９００中のセンサは、アプリケーションプロセッサ１８１０と順次通信する、マイクロコントローラ１８０９と通信する。これらのデバイス間の通信は、両方向に進み得る。いくつかの実装形態では、マイクロコントローラ１８０９は、複合センサデバイス９００のセンサを駆動し、センサからセンスデータを受信する。アプリケーションプロセッサ１８１０は、マイクロコントローラ１８０９の出力を監視することと、マイクロコントローラ１８０９にコマンドを送ることと、の両方を行うように構成され得る。マイクロコントローラ１８０９は、たとえば、下側基板９１０上に、取り付けられたフレックスケーブル上に、または電気的に接続されたプリント回路板上に、配置され得る。いくつかの実装形態では、マイクロコントローラ１８０９はまた、ディスプレイを制御することおよび／または他の機能を実行することを行うように構成され得る。
いくつかの実装形態は、１つまたは複数の有形機械可読媒体に記憶されたアプリケーションソフトウェアを介して与えられ得る。そのような媒体は、アプリケーションプロセッサ１８１０の一部であり得、またはアプリケーションプロセッサ１８１０によってアクセス可能な別個の媒体であり得る。アプリケーションソフトウェアは、様々な機能を実行するように１つまたは複数のデバイスを制御するための命令を含み得る。たとえば、アプリケーションソフトウェアは、指紋感知が必要とされるときのみ、指紋感知のための指紋センサゾーン１０１０をアクティブにするようにとの命令を含み得る。場合によっては、指紋センサゾーン１０１０は、実装形態に応じて、マルチタッチおよび／または手書き機能について非アクティブまたはアクティブにされ得る。
代替または追加として、アプリケーションソフトウェアは、センサをオフにすること、マイクロコントローラ１８０９の部分をオフにすること、および／または電力を大量に消費するより高い分解能のセンサをアクティブにする前に低分解能センサ上で低減されたフレームレートで第１レベルスクリーニングを採用することによって、電力消費を低減するようにとの命令を含み得る。たとえば、アプリケーションソフトウェアは、より高い分解能が必要とされるまで、複合センサデバイス９００が、より低い分解能で実行し、より少ない電力を消費し、より高い信号を与え得るように、マイクロコントローラ１８０９を使用してセンセルを電子的にアグリゲートすること（または複合センサデバイス９００の行または列をアグリゲートすること）によって電力消費を低減するための命令を含み得る。
いくつかの実装形態では、複合センサデバイス９００は、同時に両方のモードで機能するように構成されるのではなく、タッチモードまたは（本明細書ではスタイラスモードと呼ばれることもある）手書きモードのいずれかで機能するように構成されることができる。複合センサデバイス９００に同時に両方のモードで機能させないことは有利であり得る。たとえば、ユーザがスタイラスで複合センサデバイス９００上に書き込んでいるとき、同じくそのデバイス上に載っていることがあるユーザの手のひらや指を感知することを回避することが好ましいことがある。手書きセンサとして機能するように複合センサデバイス９００を動作させることは、タッチセンサとしての複合センサデバイス９００の機能に影響を及ぼし、および／またはその機能と干渉し得、その逆も同様である。したがって、いくつかの実装形態は、タッチモード機能と手書きモード機能とのために別個の駆動および／またはセンスサブシステムを与える。いくつかの実装形態は、タッチモード機能と手書きモード機能との間で急速に切り替えられ得る、駆動および／またはセンスサブシステムを与える。
図１８Ｂは、複合センサデバイスのための制御システムを示すブロック図の一例を示している。この例では、制御システム１８０７は、スタイラス駆動回路１８１１と、タッチ駆動回路１８１３と、を含む。複合センサデバイス９００が手書きモードで動作されているときは、スタイラス駆動回路１８１１は、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５に１つまたは複数の駆動信号１８１４を送る。複合センサデバイス９００がタッチモードで動作されているときは、タッチ駆動回路１８１３は、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５に複数の駆動信号１８１４を送る。ただし、いくつかの別の実装形態では、複合センサデバイス９００が手書きモードで操作されていようとタッチモードで動作されていようと、駆動信号１８１４は実質的に同じである。
この例では、制御システム１８０７は、スタイラスセンス回路１８１５と、タッチセンス回路１８１７と、を含む。複合センサデバイス９００が手書きモードで動作されているときは、スタイラスセンス回路１８１５は、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５からの１つまたは複数のセンス信号１８１８を処理する。複合センサデバイス９００がタッチモードで動作されているときは、タッチセンス回路１８１７は、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５からの複数のセンス信号１８１８を処理する。いくつかの実装形態では、制御システム１８０７は、タッチ構成から手書き構成に切り替えられることができる、単一の回路を含み得る。いくつかの例が以下で説明される。
図１８Ｂはまた、手書きおよびタッチセンサゾーン１００５中のセンセル１８１９のコンポーネントを表す回路図の一例も示している。センセル１８１９のこの拡大図では、スイッチ１８２３の抵抗、ならびにセンセル１８１９の関連する電極間の相互キャパシタンス１８２４が、概略的に示されている。
図１８Ｃは、複合センサデバイス中のセンセルのための物理的コンポーネントおよびそれらの電気的等価物の例示的な表現を示している。この例では、センセル１８１９は、駆動電極１８２０とセンス電極１８２１との間の重複領域中に形成されたスイッチ１８２３を含む。スイッチ１８２３は、スイッチが開いているときにスイッチ１８２３中を流れることができる少量のリーク電流を考慮する、駆動電極１８２０とセンス電極１８２１との間に配置された、スイッチキャパシタンス１８２６およびリーク抵抗１８２８によって表されている。リーク抵抗器１８２８は、１メガオーム程度またはより大きい値を有し得る。固定抵抗器１８２２が、駆動電極１８２０とセンス電極１８２１との間に配置され、センセルスイッチ１８２３の接点と直列に電気的に接続され得る。固定抵抗器１８２２は、蛇行抵抗器、垂直抵抗器、高抵抗膜、漏れダイオード、あるいは他の線形または非線形抵抗性素子であり得る。固定抵抗器１８２２は、１００キロオーム〜１０メガオームの範囲内にあるかまたはより大きいことがあり得る。この例では、スイッチ１８２３は、図１７Ａに示した構成と同様であり得る蛇行固定抵抗器１８２２を含む。
指１０４７、スタイラス、等々がスイッチ１８２３を押圧したとき、駆動電極１８２０の部分はセンス電極１８２１に近づけられ、駆動電極１８２０とセンス電極１８２１との間の平行キャパシタンス１８３２を増加させる。十分に高い加えられた圧力または力はスイッチ１８２３を閉じることになる。また、指１０４７、伝導性スタイラス、等々の近接は、隣接する駆動電極１８２０とセンス電極１８２１との間の電極間相互キャパシタンス１８２４の変化をもたらし得る。
図１８Ｄは、複合センサデバイスの別の御センセルの一例を示している。図１８Ｄに示す構成は、上記で説明された図９Ｂの構成と同様である。この例では、駆動電極１８２０およびセンス電極１８２１は、ダイヤモンド形セクション１８２５と、狭い部分１８２７と、を含む。この例では、スイッチ１８２３は、重複領域９２５ｂ（図９Ｂも参照）中に形成される。
平行キャパシタンス１８３２は、重複領域９２５ｂ中で駆動電極１８２０とセンス電極１８２１との間に形成される。センセル１８１９の総相互キャパシタンスは、隣接する駆動電極１８２０とセンス電極１８２１との間の個々の電極間相互キャパシタンス１８２４の各々の和に等しい。この例では、総相互キャパシタンスは、電極間相互キャパシタンスの約４倍である。駆動電極１８２０のダイヤモンド形セクション１８２５の各々は、センセル駆動抵抗１８５３を有し、センス電極１８２１のダイヤモンド形セクション１８２５の各々はセンセルセンス抵抗１８５４を有する。
図１８Ｅは、複合センサデバイス中のセンセルの等価回路コンポーネントを表す概略図の一例を示している。軸１８２９は、スタイラス駆動回路１８１１またはタッチ駆動回路１８１３からの駆動信号１８１４など（たとえば、図１８Ｂ参照）、印加された駆動信号の様々なレベルを表す。軸１８３１は、応答するセンス信号、たとえば、図１８Ｂのスタイラスセンス回路１８１５またはタッチセンス回路１８１７へのセンス信号１８１８の様々なレベルを表す。
相互キャパシタンスコンポーネント１８３３は、図１８Ｃに示す、ドライブ電極１８２０とセンス電極１８２１との間の相互キャパシタンスと、指１０４７の近接によって生じる変化と、を表し得る。寄生キャパシタンスコンポーネント１８３５は、図１８Ｃのセンス電極１８２１などの電極の自己キャパシタンスと、指１０４７のまたは別の伝導性物体の近接によって生じる変化と、を表す。平行キャパシタンスコンポーネント１８３６は、平行プレートキャパシタンスと、駆動電極１８２０が図１８Ｃのセンス電極１８２１に近づけられることを引き起こす、指１０４７、スタイラス、等々の圧力によって生じる変化などの変化と、を表す。スイッチ１８２３の位置は、スイッチ１８２３の閉じまたは非閉じを表す。一例では、相互キャパシタンスコンポーネント１８３３は、約０．５ｐＦの値を有し、寄生キャパシタンスコンポーネント１８３５は、約０．５ｐＦから２０ｐＦの間の値を有し、平行キャパシタンスコンポーネント１８３６は、約０．５ｐＦの値を有し、スイッチ１８２３は、開いているときは約１０ギガオームの、および閉じているときは約１キロオームの、値を有する。所望の実装形態に応じて、他のキャパシタンスおよび抵抗値も可能であることを、当業者は容易に理解されよう。いくつかの代替実装形態では、スイッチ１８２３は、閉じているとき、（固定抵抗器が省略されたときなど）１００オーム未満の値を有することになる。いくつかの他の実装形態では、スイッチ１８２３は、閉じているとき、固定抵抗器に事実上等しい値を有することになる。
本明細書で説明するいくつかの実装形態は、タッチモード構成と手書きモード構成との間で切り替えられ得、単一の回路を与える。たとえば、単一の回路が、図１８Ｂのスタイラスセンス回路１８１５とタッチセンス回路１８１７との機能を実行するように構成され得る。
図１８Ｆは、手書きモードまたはスタイラスモード感知のために構成され得る、複合センサデバイスのための演算増幅器回路の一例を示している。手書きモードで動作するとき、回路１８３７は、リセット能力をもつ積分器として機能するように構成される。回路１８３７は、１つまたは複数のスイッチ１８２３が閉じられたとき、複合センサデバイス９００の手書き感知から生じる、比較的小さい入力電流から比較的大きい出力電圧を発生するように構成され得る。
この例では、回路１８３７は、演算増幅器１８３９、フィードバックキャパシタ１８４１とフィードバック抵抗器１８４３、ならびにスイッチ１８４２と１８４４、を含む。一例では、フィードバックキャパシタ１８４１は、約６ｐＦから２０ｐＦの間の値を有し、フィードバック抵抗器１８４３は、約５メガオームまたはより高い値を有する。ただし、回路１８３７は、他のキャパシタンスおよび抵抗値を用いて実装され、同様の機能を与える他の構成を有し得る。たとえば、代替実装形態は、フィードバック抵抗器１８４３の代わりに、オフ状態で動作するトランジスタ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）など）を含み得る。スイッチ１８４２の代わりに、いくつかの実装形態は、高値抵抗器、あるいは既知の抵抗をもつＮＭＯＳまたはＰＭＯＳトランジスタなど、損失のある（lossy）デバイスを含み得る。その上、いくつかの実装形態は、スイッチ１８４２と直列の追加の抵抗器を含み得る。
スタイラスモードで動作するとき、スイッチ１８４４は、開いたままにされることができ、スイッチ１８４２は、開閉されることができる。グラフ１８４５、１８４７および１８４９は、定常状態入力電流動作の例を示している。グラフ１８４５は、時間に対する入力電流を示している。この例では、電流は、定常状態値Ｉssで一定に保持されている。時間ｔ1において、スイッチ１８４２は開かれる。グラフ１８４７を参照すると、スイッチ１８４２を開くために、スイッチ１８４２に印加された電圧は、スイッチ開電圧（switch open voltage）１８４８に変更されたことが確かめられ得る。スイッチ開電圧１８４８は、特定の実装形態に従って変更し得る。いくつかの実装形態では、スイッチ開電圧１８４８は、１．８Ｖであり得、これに対して、他の実装形態では、スイッチ開電圧１８４８は、３．３Ｖ、５Ｖ、１０Ｖ、２０Ｖまたは何らかの他の電圧であり得る。
グラフ１８４９は、スイッチ１８４２を開くことから生じる出力電圧を示している。この例では、入力電流が一定であるので、出力電圧１８５０ａは、スイッチ１８４２が開かれた時である時間ｔ1と、スイッチ１８４２が再び閉じられた時である時間ｔ2と、の間で、直線的に増加する。スイッチ１８４２が開いている間の時間間隔（ｔ2−ｔ1）は、たとえば、０．１〜１０μ秒程度、またはさらに少ないことがあり得る。この例では、出力電圧１８５０ａは、最大出力電圧１８５１に達する。ここで、最大出力電圧１８５１は、スイッチ開電圧１８４８とは符号が反対であり、スイッチ開電圧１８４８よりも低い絶対値を有する。スイッチ１８４２が閉じられたとき（時間ｔ2において）、キャパシタ１８４１は、放電され得、出力電圧１８５０ａは、リセットされる。
図１８Ｇは、タッチモード感知のために構成された図１８Ｆの演算増幅器回路の一例を示している。この構成では、スイッチ１８４４は閉じられ、これは、回路１８３７が、隣接する駆動電極１８２０とセンス電極１８２１（たとえば、図１８Ｃおよび図１８Ｄ参照）との間の相互キャパシタンスＣmの変化を検出するための電荷増幅器として機能することを可能にする。この例では、駆動信号１８５２は、電圧Ｖdrvを有する方形波である。
得られた出力電圧１８５０ｂの一例が図１８Ｇに示されている。出力電圧１８５０ｂは、出力電圧１８５０ａの応答のような線形応答ではなく、代わりに、駆動信号１８５２の立上りエッジおよび立下りエッジに対する反転したおよび非線形の応答である。この応答は、電流とキャパシタとの間の基本的関係Ｉ＝Ｃ ｄＶ／ｄｔから得られ、ここで、Ｉは電流であり、Ｃはキャパシタのキャパシタンスであり、ｄＶ／ｄｔは時間に対する電圧の導関数である。
たとえば、ＰＣＴセンサは、センセルが指またはスタイラスで押圧され、センセルスイッチが閉じられたとき、短絡されたセンセルを示すことがある。この状態は、回路１８３７の演算増幅器１８３９を飽和することができ、通常よりも大きい信号をもたらす電位を有する。飽和状態が感知され、識別され得る間、飽和回復時間がアレイ感知システムで問題になることができる。増幅器回復時間は通常、未知であり、高度の信頼性は一般にテストファシリティにおいて特徴づけられる。演算増幅器１８３９が飽和したままである場合、後続のセンセル測定は損なわれ得る。したがって、回復時間は、センサアレイの達成可能な走査速度に有意な影響を及ぼすことがある。
さらに、回路１８３７は、同じく長い回復期間の原因となることができ、大きい時定数をもつフィードバックコンポーネントを有し得る。いくつかの実装形態では、回路１８３７は、回路１８３７を安定化するためにＤＣフィードバックを与えるための（抵抗器１８４３などの）大きいフィードバック抵抗器を含み得る。キャパシタ１８４１と並列の大きいフィードバック抵抗器は、センサ走査速度を抑止することができ、より大きい時定数をもたらすことができる。
したがって、回路１８３７のいくつかの実装形態は、演算増幅器１８３９の飽和を抑止するかまたは防ぐように構成される。いくつかのそのような実装形態は、キャパシタ１８４１の電荷を放出する（bleed off）ための低インピーダンス経路を与え、回路１８３７の速いリセットおよび／または演算増幅器１８３９の飽和状態からの速い回復を可能にする。
図１８Ｈは、クランプ回路を含む複合センサデバイスのための演算増幅器回路の一例を示している。クランプ回路１８５５は、回路１８３７の出力電圧を制限することによって、演算増幅器１８３９の飽和を抑止するかまたは防ぐように構成され得る。この例では、クランプ回路１８５５は、回路１８３７の他のコンポーネントと並列に配設される。
図１８Ｉは、クランプ回路伝達関数の例を示している。関数１８５７は、理想的なクランプ回路伝達関数であり、関数１８５９は、実際のクランプ回路伝達関数の一例である。関数１８５７と関数１８５９の両方は、クランプ回路１８５５がクランプ電圧範囲（Ｖc-＜Ｖo＜Ｖc+）内で動作している間、極めて高いインピーダンスを示している。クランプ回路１８５５は、対応する飽和電圧Ｖsat-およびＶsat+の絶対値よりも小さい絶対値をもつクランプ電圧Ｖc-およびＶc+で構成され得る。
クランプ電圧範囲内で、回路１８３７は、クランプ回路１８５５からの影響がほとんどまたはまったくなしにタッチモードで動作することができる。演算増幅器が「クランプ」されたとき（ＶoutがＶc+またはＶc-に達したかまたはそれを超えたとき）、クランプ回路１８５９のインピーダンスは、Ｉoutの絶対値の著しい増加によって示されるように、極めて低い。クランプ回路１８５５のインピーダンスが極めて低くされた場合、これは、本質的に回路１８３７のフィードバックコンポーネントを短絡させ、それによりフィードバックキャパシタ１８４１が放電することを可能にする（図１８Ｈ参照）。
図１８Ｊは、クランプ回路のための回路図の一例を示している。図１８Ｊに示す構成では、クランプ回路１８５５は、直列に配置され、第１の順方向を有する、ｎ個のダイオード１８６１を含む。複数のダイオード１８６１が、複数のダイオード１８６３と並列に配設される。この例では、直列に配置され、ダイオード１８６１の順方向とは反対である第２の順方向を有する、ｎ個のダイオード１８６３がある。いくつかの実装形態では、ダイオード１８６１および１８６３の各々の順方向電圧は、１Ｖ程度またはより小さい、たとえば、０．２Ｖ、０．３Ｖまたは０．６Ｖであり得る。ｎの値、ならびにダイオード１８６１および１８６３の順方向電圧は、実装形態に従って変更し得る。それぞれ比較的より低い順方向電圧をもつ比較的より多数のダイオードを有するクランプ回路１８５５のクランプ回路伝達関数は、それぞれ比較的より高い順方向電圧をもつ比較的より少数のダイオードを有するクランプ回路１８５５よりも厳密に、理想的なクランプ回路伝達関数に近似することになる。
ただし、クランプ回路１８５５は、様々な他の方法で構成され得る。いくつかの代替実装形態では、ダイオード１８６１および１８６３のうちの少なくとも１つは、ツェナーダイオードであり得る。いくつかのそのような実装形態では、ダイオード１８６１のうちの１つは、第１の順方向を有するツェナーダイオードであり、ダイオード１８６３のうちの１つは、第２のおよび反対の順方向を有するツェナーダイオードである。いくつかのそのような実装形態では、ツェナーダイオードの各々は、対向する順方向を有するショットキーダイオードと直列にペアリングされ得る。いくつかの実装形態では、ショットキーダイオードは、約０．２Ｖまたは０．３Ｖの順方向電圧降下を有し得る。対応するツェナーダイオードのツェナー降伏電圧は、実質的により高いことができる。たとえば、±５Ｖアナログシステムにおいて、一実装形態では、ツェナー降伏電圧は、４．２Ｖであり得る。
本明細書で説明するいくつかの実装形態では、下側基板は、ディスプレイデバイスのカバーガラス装置の少なくとも一部分を形成し得る。いくつかのそのような実装形態では、信号線は、カバーガラスの下にではなく、カバーガラスの上側表面に形成され得る。そのような構成は、アレイ中の感知素子が、アレイ外にルーティングされ、アレイ中の様々な感知素子からの信号をアドレス指定および感知するように構成された集積回路（ＩＣ）に取り付けられ得るので、アレイ中の感知素子の設計についての含意を有する。
以前の手法（これらのルーティングワイヤをカバーすること、またはカバーガラスの上面にＩＣを取り付けること、およびそれらをブラックボーダーエポキシ（black border epoxy）でカバーすることなど）は、最適でないことがあり得る。１つの理由は、エポキシが、ユーザによって感じられ得るタッチ表面上のトポグラフィをもたらし得ることである。
したがって、本明細書で説明するいくつかの実装形態は、新規のルーティング構成を与える。いくつかの実装形態は、限定はしないが、ＡＳＩＣを含む、１つまたは複数のＩＣの直接取付けのためのプラットフォームとして、複合センサデバイス９００のフレキシブル上側基板９０５を使用することを伴う。フレキシブル上側基板９０５は、下側基板９１０のエッジ（ガラス基板または別のそのような実質的に透明な基板のエッジ）の周りに巻かれ得る。いくつかのそのような実装形態は、カバーガラスがスマートフォンデバイスなどのモバイルディスプレイデバイスのエッジまでずっと延在することを可能にする方法で、感知ワイヤおよびルーティングリード線を巻き、これらのリード線にＩＣを取り付けることを伴う。（１つまたは複数の）ＩＣは、上側基板９０５のラップアラウンド部分に直接取り付けられ、したがって、デバイス上の最小エッジボーダーを可能にし、ベゼルの必要をなくすかまたはその必要を最小限に抑え、カバー層とフレキシブルプリント回路とを一体化することによってコストを低減し得る。いくつかのそのような実装形態は、ユーザによって感じら得るトポグラフィをもたらさないことができる。
次に、図１９〜図２１Ｂを参照しながら、いくつかの例が説明される。図１９は、別の複合センサデバイスの一部分の断面図の一例を示している。この実装形態では、下側基板９１０は、ガラスから形成され、上側基板９０５は、クリアなポリイミドなどのフレキシブルで実質的に透明な材料から形成される。ここでは、伝導性材料（この例では金属被覆）が上側基板９０５上の上側電極１０１５にパターニングされている。上側基板９０５の下面上の上側電極１０１５は、センサの信号線をルーティングするために使用され得る。（一定の縮尺で描かれていない）上側基板９０５の部分１９１０は、図２１Ｂに示す実装形態など、いくつかの実装形態では、下側基板９１０のエッジの周りを巻くように構成され得る。図１９に示す例では、下側基板９１０上の下側電極１０３０は、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）１９０５または同様の接続方式を使用して、上側基板９０５上の上側電極１０１５、あるいは他の電気トレースまたは回路に電気的に結合され得る。
図２０は、複合センサデバイスのためのルーティングの上面図の一例を示している。図２０に示す複合センサデバイス９００は、フレックスオンガラス（ＦＯＧ：flex-on-glass）２００５構成とチップオンフレックス（ＣＯＦ：chip-on-flex）２０１０ａ構成との両方を含む。図２０は、複合センサデバイス９００の手書きおよびタッチセンサゾーン１００５と指紋センサゾーン１０１０とをも示している。接地リング２０１５は、システムからのノイズ結合を隔離し、誤ったタッチを最小限に抑えるために、手書き、タッチおよび指紋センサゾーン１００５および１０１０の部分の周りに含まれ得る。指紋センサゾーン１０１０が手書きおよびタッチセンサゾーン１００５とは物理的に別個のものとして示されているが、手書きおよびタッチゾーン中で十分に高い分解能を用いた、いくつかの実装形態では、２つのゾーンはマージし、区別がつかない。複合センサデバイス９００の一部分を指紋検出のために割り振るためにソフトウェアが使用され得る。下にあるディスプレイデバイスと組み合わされたとき、ソフトウェアは、センサデバイス上で指をどこに（およびいつ）配置すべきかをユーザに促すためのボックスまたは他の好適な指示子を表示するために使用され得る。
図２１Ａは、図２０に示す複合センサデバイスを通る、デバイスの断面図の一例を示している。この例では、上側基板９０５は、接着剤層１７０５を用いて下側基板９１０に結合される。複合センサデバイス９００のこの図では、追加のＣＯＦ２０１０ｂが参照され得る。信号、電力、接地のための受動デバイス（図示せず）および接続トレース、ならびに外部コネクタなど、追加のコンポーネントが、コントローラ、またはＣＯＦ２０１０ａおよび２０１０ｂなどの他の集積回路とともに、上側基板９０５の延長部分上に含まれ得る。電気的または接続ビア（図示せず）が、任意の電気的および電子的コンポーネントの接続性を助けるために、フレキシブル上側基板９０５中に含まれ得る。カプトン（登録商標）テープなどの補剛材２１２０が上側基板９０５の延長部分に取り付けられ得る。
図２１Ｂは、ラップアラウンド実装形態の断面図の一例を示している。図２１Ｂに示す複合センサデバイス９００では、フレキシブル上側基板９０５は、下側基板９１０のエッジの周りに巻かれる。図２１Ｂは、上側基板９０５の内側（下側面（lower side））の上側電極１０１５への、この例ではＡＳＩＣであるＩＣ２１０５の接続を示している。ＩＣ２１０５は、たとえば、タッチセンサ、手書きセンサおよび／または指紋センサ機能を与えるように複合センサデバイス９００を制御するように構成され得る。この例では、電気的コネクタ２１１０が、上側電極１０１５に、あるいは上側基板９０５の片面または両面上の他のトレースに取り付けられる。ベゼル２１１５が、図２１Ｂに示されている。ただし、他の実装形態は、ベゼル２１１５を含まないことがあり得る。
ここで、下側基板９１０上の電極をアドレス指定する信号線は、フレキシブル上側基板９０５の下面上の対応する上側電極１０１５にルーティングされ、接続される。いくつかのそのような実装形態によれば、複合センサデバイス９００のコストと複雑さの両方は、フレキシブル上側基板９０５の機能をフレキシブルプリント回路の機能と一体化することによって、低減され得る。
上記で説明したデバイスなどのデバイスを使用して、アプリケーションのアレイが可能にされ得る。いくつかのそのような実装形態は、トランザクションおよび物理的アクセスを可能にするために、ユーザ認証ベースのセキュアゲートウェイとしてモバイルハンドヘルドデバイスを使用することを伴う。いくつかの実装形態は、コマーシャルトランザクションまたは銀行トランザクションなどのために、ユーザ認証システムの一部として指紋センサを使用することを伴う。いくつかの実装形態では、手書き入力機能が、署名認識および関係するアプリケーションのために使用され得る。代替または追加として、いくつかの実装形態は、教育環境における生徒、企業環境における従業員、等々のような、エンタープライズにおける人々からのメモおよびスタイラス入力を自動的にキャプチャするために手書き入力特徴を使用することを伴う。
たとえば、クレジットカードが使用される方法と同様の方法での、コマーシャルトランザクションのためのモバイルデバイスの使用を可能にする傾向が高まっている。この使用モデルでは、ユーザは、単に、支払い端末と通信するように構成された近距離通信（ＮＦＣ：Near Field Communication）などの通信インターフェースを装備されたセルラ電話にＰＩＮ番号を入力し得る。
このモデルの１つの問題は、ユーザ認証の問題である。ＰＩＮおよびパスワードは、無許可のアクセスを防ぐのに効果的でないことがあり得る。モバイルデバイスまたはセルラ電話の盗難は、クレジットまたはデビットトランザクションのためのデバイスまたは電話の不適当な使用をもたらすことがある。
本明細書で提供するいくつかの実装形態は、ローカルユーザ認証を可能にするための、複合センサデバイス９００の指紋センサなどの、内蔵指紋センサの使用に関係する。図２２は、指紋ベースのユーザ認証プロセスを示す流れ図の一例を示している。プロセス２２００は、トランザクションおよび／または物理的アクセスを可能にするために、指紋ベースのユーザ認証システムとしてセルラ電話を使用することを伴い得る。
いくつかのそのような実装形態によれば、ユーザは、１つまたは複数の指紋を与えることによって、セルラ電話などのモバイルデバイス上に登録され得る。いくつかのそのような実装形態では、モバイルデバイスは複合センサデバイス９００を含む。代替または追加として、ユーザは、手書きデータを与え得る。指紋および／または手書きデータは、暗号化され、モバイルデバイス内にセキュアに記憶され得る。しかしながら、いくつかの別の実装形態は、サーバなどのリモートデバイスによる認証を行う。そのような実装形態は、指紋および／または手書きデータをリモートデバイスに記憶することを伴い得る。その上、いくつかの実装形態は、２人以上の人が同じモバイルデバイスを使用して認証され得るように、２人以上の人から指紋および／または手書きデータを収集することを伴う。
認証プロセス中に、ユーザは、モバイルデバイスのカバーガラス装置中に一体化された１つまたは複数のセンサなどを介して、モバイルデバイスに指紋および／または手書きデータを与える（ブロック２２０５）。ユーザは、たとえば、ユーザがモバイルデバイスを使用してコマーシャルトランザクションを行うことを望むとき、そうすることがあり得る。取得された指紋および／または手書きデータは、モバイルデバイス内でまたは認証サーバなどのリモートデバイスを介して、セキュアに処理され、前に登録され記憶された指紋および／または手書きデータと比較され得る（ブロック２２１０）。ブロック２２１０において、モバイルデバイスまたは認証サーバは、取得された指紋および／または手書きデータと記憶された指紋および／または手書きデータとの間に一致があるかどうかを判断する。
一致がある場合、および一致がある場合のみ、トランザクションは許されることになる。ブロック２２１５において一致が発見されなかった場合、プロセス２２００は、ユーザが、たとえば、限られた回数にわたって、再試行することを可能にし得る（ブロック２２２０）。ユーザが、この回数内に、一致する指紋および／または手書きデータを与えることができない場合、プロセスは終了し得る（ブロック２２３０）。いくつかの実装形態では、モバイルデバイスまたは認証サーバは、不適当なデータが受信された場合、たとえば、金融機関におよび／または現地政府機関に、通知を送り得る。この例では、モバイルデバイスまたは認証サーバのいずれかは、トランザクションが許された場合、別のデバイスに許可信号を送るように構成される（ブロック２２２５）。そのようなデバイスの例は、図２３Ａに示すモバイルデバイス４０と、支払い端末２３１０と、を含む。
図２３Ａは、コマーシャルトランザクションを行うように構成され得るモバイルデバイスの一例を示している。この例では、モバイルデバイスは、ＮＦＣなどを介して、支払い端末２３１０とのワイヤレス通信のために構成された指紋セキュアセルラ電話である。セルラ電話は、本明細書の他の場所で説明するディスプレイデバイス４０のインスタンスであり、上記で説明した複合センサデバイスなどの複合センサデバイス９００を含み得る。代替的に、セルラ電話は、複合センサデバイス９００の一部でない指紋センサゾーン１０１０を含み得る。
いくつかの実装形態によれば、ユーザは、図２２を参照しながら上記で説明したプロセスなどのプロセスに従って、モバイルデバイスに指紋データを与え得る。記憶された指紋データと最近与えられた指紋データとの間に一致がある場合、トランザクションは許されることができる。たとえば、図２３Ａの支払い端末２３１０は、支払いが許可されるべきであることを示す信号を金融機関の対応するデバイスに送り得る。金融機関は、資金またはクレジットの利用可能性などのファクタに応じて、支払いを承認することも承認しないこともある。図２３Ａは、電話に物理的に近接した支払い端末において支払いを許可するために使用されるモバイルデバイスを示している。いくつかの他の実装形態では、モバイルデバイスは、モバイルデバイス上で動作しているウェブブラウザまたは他のアプリケーションを介して行われるｅコマーストランザクションなど、リモートで行われる支払いを許可すること、あるいは、ユーザの制御下のパーソナルコンピュータ上で動作しているウェブブラウザまたは他のアプリケーションを介して行われるｅコマーストランザクションなど、別個のシステムを通して行われる支払いを許可すること、を行うために使用され得る。図２２および図２３Ａを参照すると、ブロック２２２５の許可信号は、支払い端末２３１０への支払いまたはクレジットカード情報の送信を許可するための制御ビットなど、モバイルデバイス自体の上のデータの開放を制御するために使用され得る。別の実装形態では、支払いが許可されるべきであることを示す、ブロック２２２５の許可信号は、金融機関のデバイスまたはサーバなど、別のデバイスまたは処理サーバに送られ得る。
企業および政府の拠点における多くの物理的設備は、１２８ｋＨｚなどの特定のワイヤレス周波数上で動作するワイヤレス無線周波数識別（ＲＦＩＤ）カード、キーフォブ、等々を使用して、電子的にセキュアにされ、アクセスされる。これらは、ドアの近くに位置するカードリーダまたは同様のデバイスからの電力を誘導的に結合することによってエネルギを取り出す短距離デバイスである。ＲＦＩＤカードまたはキーフォブが間違った人の手にわたった場合、これらのアクセスポイントにおいてセキュリティが損なわれることができる。
別個のＲＦＩＤカードまたはキーフォブを使用する代わりに、いくつかの実装形態は、そのような物理的設備へのアクセスを獲得するために、指紋セキュアセルラ電話などの指紋セキュアモバイルデバイスの使用を伴う。図２３Ｂは、物理的アクセスアプリケーションのための指紋セキュアモバイルデバイスの使用の一例を示している。モバイルデバイスは、本明細書の他の場所で説明するディスプレイデバイス４０のインスタンスであり、複合センサデバイス９００を含み得る。
いくつかのそのような実装形態では、指紋セキュアモバイルデバイスは、電子的にロックされ得る、建築物、自動車、ロッカー、金庫などのドア２３１５など、ＮＦＣ対応アクセスポイント２３２０を開くために使用され得る。いくつかの実装形態では、アクセスポイントは、ネットワークを介した、認証サーバなどの他のデバイスとの通信のために構成され得る。モバイルデバイス４０の指紋センサゾーン１０１０は、モバイルデバイス４０がアクセスポイント２３２０との通信を開始する前に、（少なくとも部分的に）ユーザのための認証プロセスを実装するために使用され得る。認証プロシージャは、セキュア支払いゲートウェイについて上記で説明した認証プロシージャと同様であり得るが、可能にされるアプリケーションは、トランザクションではなく、物理的アクセスのアプリケーションである。
モバイルデバイスは、ドキュメント、ミュージック、ビデオ、および他のデジタルアセットの記憶と送信と再生とのためのユビキタス手段になりつつある。デジタルおよび他の権利を保存し、そのようなデジタルアセットの無許可のアクセス、配信およびコピーを防ぐために、いくつかの実装形態は、当該のアセットと「結ばれる（married）」べき指紋センサおよび／または手書きセンサの使用を伴う。このようにして、デジタルアセットにアクセスすることを許可された人（または人々）のみが、本明細書で説明する複合センサデバイス９００のセンサであり得る指紋センサおよび／または手書きセンサを使用することによって、そのアセットにアクセスすることができる。
企業、政府、教育および他の環境を含む、多くのエンタープライズでは、個人にモバイルデバイスのスクリーン上にメモを書き込ませることが有益であり得る。大きいスクリーンをもつタブレットなどのデバイスは、ノートパッドの代わりになり、会議メモ、同僚間の双方向議論および他の重要な発見が自動的にキャプチャされることを可能にすることができる。１つのそのようなデバイスが図２４Ａに示されている。
図２４Ａは、セキュアタブレットデバイスの一例を示している。図２４Ａのタブレットデバイス２４００ａは、エンタープライズによって維持されるネットワークなどのネットワークとのワイヤレス通信のために構成され得る。タブレットデバイス２４００ａは、本明細書の他の場所で説明するような複合センサデバイス９００を含み得る。そのようなネットワーク通信は、ドキュメントのエンタープライズのデータベース上への、タブレットデバイス２４００ａによってキャプチャされた情報の記憶を可能にすることができる。これらのデバイス内に含まれている情報のしばしば機密のおよび秘密の性質により、そのようなタブレットおよび電話へのアクセスは、（１人または複数の）許可されたユーザのみに制限されるべきである。場合によっては、そのようなデバイスの紛失は、中に含まれているデータの無許可の使用および漏洩をもたらすことができる。
いくつかのそのような実装形態は、手書き認識プロセスおよび／または指紋認識プロセスに従ってアクセス制御を行う。タブレットデバイス２４００ａへのアクセスは、上記で説明したように、タブレットデバイス２４００ａ上でのユーザの手書きの分析に従って、および／またはカバーガラス装置上に与えられた指紋センサから受信された指紋データに従って、制御され得る。図２４Ａに示す例では、スタイラス先端１１０５は、タブレットデバイス２４００ａを介して手書きデータ２４１０を与えるために使用されることができる。そのようなデータは、図２２を参照しながら上記で説明した認証プロセスと同様の認証プロセスのために使用され得る。
図２４Ｂは、代替セキュアタブレットデバイスの一例を示している。図２４Ｂに示すタブレットデバイス２４００ｂのスクリーンは、手書き入力デバイスまたはノートパッドとして働き得る。タブレットデバイス２４００ｂは、本明細書の他の場所で説明するような複合センサデバイス９００を含み得る。図２４Ｂに示すように、タブレットデバイス２４００ｂへのアクセスは、手書き認証プロシージャに従って制御され得、ここで、スタイラス先端１１０５は、手書きデータ２４１０を与えるために使用されることができる。代替または追加として、タブレットデバイス２４００ｂへのアクセスは、指紋センサゾーン１０１０を介して獲得された指紋データを使用して指紋認証プロシージャに従って制御され得る。タブレットデバイス２４００ｂは、特定の実装形態に応じて、指タッチ感知のために構成されても良いし、構成されなくても良い。情報は、スクリーン上で自動的にキャプチャされ得、いくつかの実装形態では、エンタープライズのデータベースとワイヤレスに同期され得る。代替または追加として、そのようなデータは、ローカルに記憶されることができる。一部のそのようなデータは、その後、ワイヤードまたはワイヤレスインターフェースなどを通して、エンタープライズのデータベースと同期され得る。
図２５Ａおよび図２５Ｂは、複合センサデバイス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している。ディスプレイデバイス４０は、たとえば、スマートフォン、セルラフォン、または携帯電話であり得る。ただし、ディスプレイデバイス４０の同じコンポーネントまたはディスプレイデバイス４０の軽微な変形が、テレビジョン、タブレット、電子リーダ、ハンドヘルドデバイスおよびポータブルメディアプレーヤなど、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、複合センサデバイス９００と、アンテナ４３と、スピーカ４５と、入力デバイス４８と、マイクロフォン４６と、を含む。ハウジング４１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うちのいずれかから形成され得る。さらに、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を含む、様々な材料のうちのいずれかから製作され得る。ハウジング４１は、異なる色の、または異なるロゴ、ピクチャ、またはシンボルを含んでいる、他の取外し可能な部分と交換され得る、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、本明細書で説明する、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、またはＴＦＴ ＬＣＤなど、フラットパネルディスプレイ、あるいはＣＲＴまたは他の管デバイスなど、非フラットパネルディスプレイを含むように構成され得る。さらに、ディスプレイ３０は、本明細書で説明する干渉変調器ディスプレイを含むことができる。複合センサデバイス９００は、実質的に、本明細書で説明するデバイスであり得る。
ディスプレイデバイス４０のコンポーネントは図２５Ｂ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、それの中に少なくとも部分的に密閉された追加のコンポーネント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に結合されたアンテナ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上に表示されることができる画像データのため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。トランシーバ４７はプロセッサ２１に接続され、プロセッサ２１は調整ハードウェア５２に接続される。調整ハードウェア５２は、信号を調整する（たとえば、信号をフィルタ処理する）ように構成され得る。調整ハードウェア５２は、スピーカ４５およびマイクロフォン４６に接続される。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にも接続される。ドライバコントローラ２９は、フレームバッファ２８に、およびアレイドライバ２２に結合され、アレイドライバ２２は次にディスプレイアレイ３０に結合される。いくつかの実装形態では、電源５０が、特定のディスプレイデバイス４０設計において実質的にすべてのコンポーネントに電力を与えることができる。
この例では、ディスプレイデバイス４０は、複合センサコントローラ７７をも含む。複合センサコントローラ７７は、複合センサデバイス９００との通信のために構成され、および／または複合センサデバイス９００を制御するように構成され得る。複合センサコントローラ７７は、複合センサデバイス９００に近接した指、伝導性または非伝導性スタイラス、等々のタッチロケーションを判断するように構成され得る。複合センサコントローラ７７は、タッチロケーションの近傍のキャパシタンスの検出された変化に少なくとも部分的に基づいて、そのような判断を行うように構成され得る。複合センサコントローラ７７はまた、手書きセンサコントローラとしておよび／または指紋センサコントローラとして機能するように構成され得る。複合センサコントローラ７７は、タッチセンサ、手書きセンサ、指紋センサおよび／またはユーザ入力の信号をプロセッサ２１に供給するように構成され得る。
複合センサコントローラ７７は、単一のデバイスであるものとして図２５Ｂに示されているが、複合センサコントローラ７７は、１つまたは複数のデバイスにおいて実装され得る。いくつかの実装形態では、別個の複数のセンサコントローラが、タッチ感知機能と、手書き感知機能と、指紋感知機能と、を与えるように構成され得る。そのような複数のセンサコントローラは、たとえば、別個の集積回路において実装され得る。いくつかのそのような実装形態では、タッチモード、手書きモードおよび／または指紋感知モードのための、アドレス指定および／または測定回路は、１つまたは複数のコントローラまたはドライバＡＳＩＣチップ内に含まれていることがあり得る。しかしながら、いくつかの代替実装形態では、プロセッサ２１（または別のそのようなデバイス）は、一部または全部のそのようなセンサコントローラ機能を与えるように構成され得る。
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の、何らかの処理能力を有し得る。アンテナ４３は信号を送信および受信することができる。いくつかの実装形態では、アンテナ４３は、ＩＥＥＥ１６．１１（ａ）、（ｂ）、または（ｇ）を含むＩＥＥＥ１６．１１規格、あるいはＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ｂ、ｇ、ｎを含むＩＥＥＥ８０２．１１規格、およびそれらのさらなる実装形態に従って、ＲＦ信号を送信および受信する。いくつかの他の実装形態では、アンテナ４３は、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）規格に従ってＲＦ信号を送信および受信する。セルラ電話の場合、アンテナ４３は、３Ｇまたは４Ｇ技術を利用するシステムなどのワイヤレスネットワーク内で通信するために使用される、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）、Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＧＳＭ（登録商標））、ＧＳＭ／Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ（ＧＰＲＳ）、Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ ＧＳＭ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ（ＥＤＧＥ）、Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｔｒｕｎｋｅｄ Ｒａｄｉｏ（ＴＥＴＲＡ）、広帯域ＣＤＭＡ（Ｗ−ＣＤＭＡ（登録商標））、Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ Ｄａｔａ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ（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＋）、Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）、ＡＭＰＳ、または他の知られている信号を受信するように設計される。トランシーバ４７は、アンテナ４３から受信された信号がプロセッサ２１によって受信され、プロセッサ２１によってさらに操作され得るように、その信号を前処理することができる。トランシーバ４７はまた、プロセッサ２１から受信された信号がアンテナ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、その信号を処理することができる。
いくつかの実装形態では、トランシーバ４７は受信機によって置き換えられ得る。さらに、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２７は、プロセッサ２１に送られるべき画像データを記憶または生成することができる画像ソースによって置き換えられ得る。プロセッサ２１は、ディスプレイデバイス４０の全体的な動作を制御することができる。プロセッサ２１は、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圧縮された画像データなどのデータを受信し、そのデータをＲＡＷ画像データに、またはＲＡＷ画像データに容易に処理されるフォーマットに、処理する。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、または記憶のためにフレームバッファ２８に送ることができる。ＲＡＷデータは、一般に、画像内の各ロケーション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、飽和、およびグレースケールレベル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の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、スピーカ４５に信号を送信するための、およびマイクロフォン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み得る。調整ハードウェア５２は、ディスプレイデバイス４０内の個別コンポーネントであり得、あるいはプロセッサ２１または他のコンポーネント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ＲＡＷ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への高速送信のために適宜にＲＡＷ画像データを再フォーマットすることができる。いくつかの実装形態では、ドライバコントローラ２９は、ＲＡＷ画像データを、ラスタ様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、その結果、そのデータフローは、ディスプレイアレイ３０にわたって走査するのに好適な時間順序を有する。次いで、ドライバコントローラ２９は、フォーマットされた情報をアレイドライバ２２に送る。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、スタンドアロン集積回路（ＩＣ）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中に埋め込まれるか、ソフトウェアとしてプロセッサ２１中に埋め込まれるか、またはハードウェアにおいてアレイドライバ２２と完全に一体化され得る。
アレイドライバ２２は、ドライバコントローラ２９からフォーマットされた情報を受信することができ、ビデオデータを波形の並列セットに再フォーマットすることができ、波形の並列セットは、ディスプレイのピクセルのｘ−ｙ行列から来る、数百の、および時には数千の（またはより多くの）リード線に毎秒何回も適用される。
いくつかの実装形態では、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アレイ３０は、本明細書で説明するディスプレイのタイプのうちのいずれにも適している。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双安定ディスプレイコントローラ（ＩＭＯＤコントローラなど）であり得る。さらに、アレイドライバ２２は、従来のドライバまたは双安定ディスプレイドライバ（ＩＭＯＤディスプレイドライバなど）であり得る。その上、ディスプレイアレイ３０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アレイ（ＩＭＯＤのアレイを含むディスプレイなど）であり得る。いくつかの実装形態では、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。そのような実装形態は、高集積システム、たとえば、モバイルフォン、ポータブル電子デバイス、ウォッチまたは他の小面積ディスプレイにおいて、有用であることができる。
いくつかの実装形態では、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ように、構成され得る。入力デバイス４８は、ＱＷＥＲＴＹキーボードまた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、タッチセンシティブスクリーン、ディスプレイアレイ３０と一体化されたタッチセンシティブスクリーン、あるいは感圧膜または感熱膜を含むことができる。マイクロフォン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構成され得る。いくつかの実装形態では、ディスプレイデバイス４０の動作を制御するために、マイクロフォン４６を介したボイスコマンドが使用され得る。
電源５０は様々なエネルギ蓄積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バッテリまたはリチウムイオンバッテリなどの充電式バッテリを含み得る。充電式バッテリを使用する実装形態では、充電式バッテリは、たとえば、光起電性デバイスまたはアレイの壁コンセント（wall socket）から来る、電力を使用して充電可能であり得る。代替的に、充電式バッテリはワイヤレス充電可能であり得る。電源５０は、再生可能エネルギ源、キャパシタ、あるいはプラスチック太陽電池または太陽電池塗料を含む太陽電池をも含むことができる。電源５０はまた、壁コンセント（wall outlet）から電力を受け取るように構成され得る。
いくつかの実装形態では、制御プログラマビリティがドライバコントローラ２９中に存在し、これは電子ディスプレイシステム中のいくつかの場所に配置され得る。いくつかの他の実装形態では、制御プログラマビリティがアレイドライバ２２中に存在する。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コンポーネントにおいて、ならびに様々な構成において実装され得る。本明細書で開示する実装形態に関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、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得る。ハードウェアとソフトウェアの互換性が、概して機能に関して説明され、上記で説明した様々な例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路およびステップにおいて示された。そのような機能がハードウェアで実装されるか、ソフトウェアで実装されるかは、特定のアプリケーションおよび全体的なシステムに課された設計制約に依存する。
本明細書で開示する態様に関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、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、個別ハードウェアコンポーネント、あるいは本明細書で説明した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装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、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、または状態機械であり得る。また、プロセッサは、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組合せなどのコンピューティングデバイスの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連携する１つまたは複数のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実装され得る。いくつかの実装形態では、特定のステップおよび方法が、所与の機能に固有である回路によって実行され得る。
１つまたは複数の態様では、説明した機能は、本明細書で開示する構造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、およびそれらの上記構造の構造的等価物において、またはそれらの任意の組合せにおいて実装され得る。また、本明細書で説明する主題の実装形態は、１つまたは複数のコンピュータプログラムとして、すなわち、データ処理装置が実行するためにコンピュータ記憶媒体上に符号化された、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。
ソフトウェアで実装される場合、機能は、１つまたは複数の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体上に記憶されるか、あるいはコンピュータ可読媒体を介して送信され得る。本明細書で開示する方法またはアルゴリズムのステップは、コンピュータ可読媒体上に常駐し得る、プロセッサ実行可能ソフトウェアモジュールで実装され得る。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コンピュータ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得る任意の利用可能な媒体であり得る。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭまたは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージデバイス、あるいは命令またはデータ構造の形態で所望のプログラムコードを記憶するために使用され得、コンピュータによってアクセスされ得る、任意の他の媒体を含み得る。また、いかなる接続もコンピュータ可読媒体と適切に呼ばれ得る。本明細書で使用するディスク（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（登録商標）（disc）、光ディスク（disc）、デジタル多用途ディスク（disc）（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク（disk）、およびブルーレイ（登録商標）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、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得る。さらに、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得る、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、あるいはそのセットとして常駐し得る。
本開示で説明する実装形態への様々な修正は当業者には容易に明らかであり得、本明細書で定義した一般原理は、本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実装形態に適用され得る。したがって、特許請求の範囲は、本明細書で示した実装形態に限定されるものではなく、本開示と、本明細書で開示する原理および新規の特徴とに一致する、最も広い範囲を与られるべきである。「例示的」という単語は、本明細書ではもっぱら「例、事例、または例示の働きをすること」を意味するために使用される。「例示的」として本明細書で説明するいかなる実装形態も、必ずしも他の可能性または実装形態よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきであるとは限らない。さらに、「上側」および「下側」という用語は、図の説明を簡単にするために時々使用され、適切に配向されたページ上の図の配向に対応する相対位置を示すが、実装されたＩＭＯＤの適切な配向を反映しないことがあることを、当業者は容易に諒解されよう。
また、別個の実装形態に関して本明細書で説明されたいくつかの特徴は、単一の実装形態において組合せて実装され得る。また、逆に、単一の実装形態に関して説明された様々な特徴は、複数の実装形態において別個に、あるいは任意の好適な部分組合せで実装され得る。その上、特徴は、いくつかの組合せで働くものとして上記で説明され、初めにそのように請求されることさえあるが、請求される組合せからの１つまたは複数の特徴は、場合によってはその組合せから削除され得、請求される組合せは、部分組合せ、または部分組合せの変形形態を対象とし得る。
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、示される特定の順序でまたは順番に実行される必要がないことを、あるい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、当業者は容易に認識されよう。さらに、図面は、流れ図の形態で１つまたは複数の例示的なプロセスを概略的に示し得る。ただし、図示されていない他の動作が、概略的に示される例示的なプロセスに組み込まれ得る。たとえば、１つまたは複数の追加の動作が、図示の動作のうちのいずれかの前に、後に、同時に、またはそれの間で、実行され得る。いくつかの状況では、マルチタスキングおよび並列処理が有利であり得る。その上、上記で説明した実装形態における様々なシステムコンポーネントの分離は、すべての実装形態においてそのような分離を必要とするものとして理解されるべきでなく、説明するプログラムコンポーネントおよびシステムは、概して、単一のソフトウェア製品において互いに一体化されるか、または複数のソフトウェア製品にパッケージングされ得ることを理解されたい。さらに、他の実装形態が以下の特許請求の範囲内に入る。場合によっては、特許請求の範囲に記載の行為は、異なる順序で実行され、依然として望ましい結果を達成することができる。

Claims (31)

  1. 第１の実質的に透明な基板と、
    前記第１の実質的に透明な基板の第１の手書きおよびタッチセンサゾーン中に形成された第１の複数の実質的に透明な電極と、
    前記第１の実質的に透明な基板の第１の指紋センサゾーン中に形成された第２の複数の実質的に透明な電極と、
    前記第１の複数の電極のうちの、全部ではないが、一部の上に形成された第１の複数の抵抗器と、
    前記第２の複数の電極上に形成された第２の複数の抵抗器と、
    第２の実質的に透明な基板と、
    前記第２の実質的に透明な基板の第２の手書きおよびタッチセンサゾーン中に形成された第３の複数の実質的に透明な電極と、
    前記第２の実質的に透明な基板の第２の指紋センサゾーン中に形成された第４の複数の実質的に透明な電極であって、前記第４の複数の電極が、前記第２の複数の電極の間隔と実質的に同じである間隔を有し、前記第４の複数の電極が、前記第２の複数の電極の第２の電極位置に対応する電極位置を有する、第４の複数の実質的に透明な電極と、
    を備える、装置。
  2. 前記装置の手書きセンサゾーンは、前記第２の複数の電極上に形成された前記第２の複数の抵抗器を含む、請求項１に記載の装置。
  3. 前記第２の複数の電極と前記第４の複数の電極との間に配設された力感知抵抗器材料、
    をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の装置。
  4. 前記第１の複数の抵抗器は、前記第１の複数の電極の第１のインスタンス上に形成され、前記第１の複数の抵抗器は、前記第１の複数の電極の第２のインスタンス上に形成されず、前記第１の複数の電極の前記第２のインスタンスは、タッチセンサ電極として構成される、請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
  5. 前記タッチセンサ電極は、前記第３の複数の電極と前記第１の複数の電極の前記第２のインスタンスとの間のキャパシタンスの変化を検出するように構成される、請求項４に記載の装置。
  6. 前記タッチセンサ電極は、投影容量性タッチセンサ電極として機能するように構成される、請求項４に記載の装置。
  7. 前記第１の複数の電極の前記第２のインスタンスから前記第２の基板まで延在する実質的に透明なエラストマ材料、
    をさらに備える、請求項４に記載の装置。
  8. 前記第１の複数の電極の前記第１のインスタンスは、手書きセンサ電極として構成される、請求項４に記載の装置。
  9. 前記第１の複数の電極の前記第２のインスタンスは、前記第３の複数の電極と前記第１の複数の電極の前記第２のインスタンスとの間の距離の変化によって生じるキャパシタンスの変化を検出するように構成される、請求項４に記載の装置。
  10. 前記第１の複数の電極の前記第１のインスタンスは、前記第３の複数の電極と前記第１の複数の電極の前記第１のインスタンスとの間の距離の変化によって生じる抵抗の変化を検出するように構成される、請求項４に記載の装置。
  11. 前記実質的に透明なエラストマ材料は、前記第１の複数の電極の前記第１のインスタンスから前記第２の基板まで延在しない、請求項７に記載の装置。
  12. 前記第１の複数の電極の前記第２のインスタンスは、加えられた力または圧力によって生じる前記第２の実質的に透明な基板の変位のアナログ変化を、キャパシタンスの前記検出された変化に従って判断するように構成される、請求項９に記載の装置。
  13. ディスプレイと、
    前記ディスプレイと通信するように構成されたプロセッサであって、画像データを処理するように構成された、プロセッサと、
    前記プロセッサと通信するように構成されたメモリデバイスと、
    をさらに備える、請求項１乃至１２のいずれかに記載の装置。
  14. 前記ディスプレイに少なくとも１つの信号を送るように構成されたドライバ回路と、
    前記ドライバ回路に前記画像データの少なくとも一部分を送るように構成されたコントローラと、
    をさらに備える、請求項１３に記載の装置。
  15. 前記プロセッサに前記画像データを送るように構成された画像ソースモジュールであって、受信機、トランシーバ、および送信機のうちの少なくとも１つを含む、画像ソースモジュール、
    をさらに備える、請求項１３に記載の装置。
  16. 入力データを受信することと、前記プロセッサに前記入力データを通信することとを行うように構成された入力デバイス、
    をさらに備える、請求項１３に記載の装置。
  17. 第１の実質的に透明な基板手段と、
    前記第１の実質的に透明な基板手段の第１の手書きおよびタッチセンサゾーン中に形成された第１の電極手段と、
    前記第１の実質的に透明な基板手段の第１の指紋センサゾーン中に形成された第２の電極手段であって、前記第１の電極手段よりも近接して離間された、第２の電極手段と、
    前記第１の電極手段のうちの、全部ではないが、一部の上に形成された第１の抵抗器手段と、
    前記第２の電極手段上に形成された第２の抵抗器手段と、
    第２の実質的に透明な基板手段と、
    前記第２の実質的に透明な基板手段の第２の手書きおよびタッチセンサゾーン中に形成された第３の電極手段と、
    前記第２の実質的に透明な基板手段の第２の指紋センサゾーン中に形成された第４の電極手段であって、前記第４の電極手段が、前記第２の電極手段の間隔と実質的に同じである間隔を有し、前記第４の電極手段が、前記第２の電極手段の第２の電極位置に対応する第１の電極位置を有する、第４の電極手段と、
    を備える、装置。
  18. 前記第１の抵抗器手段は、前記第１の電極手段の第１のインスタンス上に形成され、前記第１の抵抗器手段は、前記第１の電極手段の第２のインスタンス上に形成されず、前記第１の電極手段の前記第２のインスタンスは、タッチセンサ電極手段として構成される、請求項１７に記載の装置。
  19. 前記タッチセンサ電極手段は、前記第３の電極手段と前記第１の電極手段の前記第２のインスタンスとの間のキャパシタンスの変化を検出するための手段を含む、請求項１８に記載の装置。
  20. 前記タッチセンサ電極手段は、投影容量性タッチセンサ電極手段を含む、請求項１８に記載の装置。
  21. 前記第１の電極手段の前記第１のインスタンスは、手書きセンサ電極手段を含む、請求項１８に記載の装置。
  22. 前記第１の電極手段の前記第２のインスタンスは、前記第３の電極手段と前記第１の電極手段の前記第２のインスタンスとの間の距離の変化によって生じるキャパシタンスの変化を検出するための手段を含む、請求項１８に記載の装置。
  23. 前記第１の電極手段の前記第１のインスタンスは、前記第３の電極手段と前記第１の電極手段の前記第１のインスタンスとの間の距離の変化によって生じる抵抗の変化を検出するための手段を含む、請求項１８に記載の装置。
  24. 第１の実質的に透明な基板と、
    前記第１の実質的に透明な基板の第１の手書きおよびタッチセンサゾーン中に形成された第１の複数の実質的に透明な電極と、
    前記第１の実質的に透明な基板の第１の指紋センサゾーン中に形成された第２の複数の実質的に透明な電極であって、前記第１の複数の電極よりも近接して離間された、第２の複数の実質的に透明な電極と、
    前記第１の複数の電極のうちの、全部ではないが、一部の上に形成された第１の複数の抵抗器と、
    前記第２の複数の電極上に形成された第２の複数の抵抗器と、
    第２の実質的に透明な基板と、
    前記第２の実質的に透明な基板の第２の手書きおよびタッチセンサゾーン中に形成された第３の複数の実質的に透明な電極と、
    前記第２の実質的に透明な基板の第２の指紋センサゾーン中に形成された第４の複数の実質的に透明な電極であって、前記第４の複数の電極が、前記第２の複数の電極の間隔と実質的に同じである間隔を有し、前記第４の複数の電極が、前記第２の複数の電極の第２の電極位置に対応する電極位置を有する、第４の複数の実質的に透明な電極と、
    前記第２および第４の複数の実質的に透明な電極との通信のために構成されたセンサ制御システムであって、前記第２および第４の複数の実質的に透明な電極から受信した電気信号に従って指紋センサデータを処理するためにさらに構成された、センサ制御システムと、
    を備える、装置。
  25. 前記センサ制御システムは、前記第１および第３の複数の実質的に透明な電極との通信のためにさらに構成され、前記センサ制御システムは、前記第１および第３の複数の実質的に透明な電極から受信した電気信号に従って手書きおよびタッチセンサデータを処理するようにさらに構成される、請求項２４に記載の装置。
  26. ディスプレイと、
    前記ディスプレイと通信するように構成されたプロセッサであって、画像データを処理するように構成された、プロセッサと、
    前記プロセッサと通信するように構成されたメモリデバイスと、
    をさらに備える、請求項２４または請求項２５に記載の装置。
  27. 前記センサ制御システムは、前記プロセッサを含む、請求項２６に記載の装置。
  28. 前記センサ制御システムは、前記プロセッサとは別個であるが、前記プロセッサとの通信のために構成される、請求項２６に記載の装置。
  29. 前記プロセッサは、少なくとも部分的に、前記センサ制御システムから受信した信号に従って、前記ディスプレイを制御するように構成される、請求項２８に記載の装置。
  30. 前記プロセッサは、少なくとも部分的に、前記センサ制御システムから受信した信号に従って、前記ディスプレイへのアクセスを制御するように構成される、請求項２８に記載の装置。
  31. 前記プロセッサは、少なくとも部分的に、前記センサ制御システムから受信したユーザ入力信号に従って、前記ディスプレイを制御するように構成される、請求項２８に記載の装置。
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