JP6018624B2 - タッチセンシング用光学フィルタ処理センサ・イン・ピクセル技術 - Google Patents

Description

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本出願は、２０１１年４月１９日出願の米国仮特許出願番号第６１／４７７，００７号の利益を主張し、すべての目的のためにその全体が引用により本明細書中に組み込まれている。

本開示は、タッチセンシング用の光学フィルタ処理センサ・イン・ピクセル技術に関する。

集積型フォトセンサを有する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、薄型形状因子の範囲内でかつ低コストでタッチ入力能力を可能にするために開発中である。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板内に水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）フォトダイオードまたはフォトトランジスタを組み込んでいるセンサ・イン・ピクセル（ＳＩＰ）ＬＣＤが、他者（例えば、ＡｂｉｌｅａｈおよびＤｅｎ Ｂｏｅｒ）により以前に開示されている。これらのデバイス構造は、ＴＦＴプレート中に既に存在するａ−Ｓｉ：Ｈ層をうまく利用する。

この設計の潜在的な欠点は、表示した画像からの可視光がカラーフィルタ基板内のさまざまな光学的な層からＬＣＤ ＴＦＴ基板に向けて反射して戻ることがあるので、タッチ信号−雑音比（ＳＮＲ）が、可視環境光強度および表示した画像によって強く影響を受ける場合があることである。これが、予測不可能な動作および誤ったタッチをもたらすことがある。これに加えて、明確なタッチしきい値点が存在しないことがあり、ディスプレイを指でタッチしなくとも、タッチが記録されることがある。

技術は、タッチセンシング用の光学フィルタ処理センサ・イン・ピクセル技術について記述される。

一態様では、タッチセンシティブディスプレイデバイスは、赤外光源と、光源によって放出された赤外光を受光し、かつ受光した赤外光の少なくとも一部が導波路内で内部全反射を起こすように構成された導波路と、タッチ入力が与えられるときに導波路と接触するように導波路に対して配置されたフラストレイティング層とを含む。フラストレイティング層は、導波路内で内部全反射を起こす受光した赤外光の一部が接触点のところで導波路から外れるように、フラストレイティング層と導波路との間の接触点のところで導波路内での受光した赤外光の内部全反射の妨害を引き起こすように構成される。タッチセンシティブディスプレイデバイスはまた、導波路およびフラストレイティング層を介して知覚できる画像を表示するように構成され、かつ複数のフォトセンサを含むセンサ・イン・ピクセル・ディスプレイを含む。複数のフォトセンサは、画像の各ピクセルに対応するフォトセンサを有し、かつ接触点のところで導波路から外れる赤外光の少なくとも一部を感知するように構成される。

実装形態は、１つまたは複数の下記の特徴を含むことができる。例えば、フォトセンサの各々は、赤外光に対して高感度であり、かつ赤外光と比較して可視光に対して感度が低い場合がある。この例では、フォトセンサの各々は、赤外光に対して高感度であり、かつ可視光に対して感度がない。

フォトセンサの各々は、可視光を吸収しかつ赤外光を透過するように構成された第１の層と、第１の層を通って透過した赤外光を感知するように構成された第２の層とを含むことができる。フォトセンサの各々は、４００と７００ナノメートルとの間の波長を有する光を吸収し、かつ７００ナノメートルよりも長い波長を有する光を透過するように構成された第１の層と、第１の層を通って透過する７００と８８０ナノメートルとの間の波長を有する光を感知するように構成された第２の層とを含むことができる。

フォトセンサの各々は、水素化シリコンゲルマニウム合金（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）を含むことができる。フォトセンサの各々は、微結晶質シリコンを含むことができる。フォトセンサの各々は、１．７から１．８ｅＶの実効バンドギャップを有する第１の層と、第１の層を通って透過した光を感知するように構成された第２の層とを含むことができる。

フォトセンサの各々は、約０．２から０．５マイクロメートル（ミクロン）の厚さを有し、かつ高濃度にドープしたｐ型アモルファスシリコンを含む第１の層と、第１の層を通って透過した光を感知するように構成され、かつ水素化シリコンゲルマニウム合金（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）および微結晶質シリコンのうちの少なくとも一方を含む第２の層とを含むことができる。フォトセンサの各々は、約０．２から０．５マイクロメートルの厚さを有し、かつ高濃度にドープしたｎ型アモルファスシリコンを含む第１の層と、第１の層を通って透過した光を感知するように構成され、かつ水素化シリコンゲルマニウム合金（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）および微結晶質シリコンのうちの少なくとも一方を含む第２の層とを含むことができる。

ある例では、フォトセンサの各々は、三元合金を含む第１の層と、第１の層を通って透過した光を感知するように構成され、かつ水素化シリコンゲルマニウム合金（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）および微結晶質シリコンのうちの少なくとも一方を含む第２の層とを含むことができる。これらの例では、三元合金は、ある比率のゲルマニウムおよび窒素（ａ−ＳｉＧｅＮ）、ある比率のゲルマニウムおよび酸素（ａ−ＳｉＧｅＯ）、ある比率のゲルマニウムおよび炭素（ａ−ＳｉＧｅＣ：Ｈ）、またはａ−ＳｉＧｅＮ：Ｈ層を含むことができる。

ある実装形態では、フラストレイティング層は、可撓性フラストレイティング層が物理的に変形されるときに、可撓性フラストレイティング層が導波路と接触することを可能にするように導波路に対して配置された可撓性フラストレイティング層であることが可能である。これらの実装形態では、可撓性フラストレイティング層は、導波路内で内部全反射を起こす受光した赤外光の一部が接触点のところで導波路から外れるように可撓性フラストレイティング層が導波路と接触するように物理的に変形されるときに、可撓性フラストレイティング層と導波路との間の接触点のところで導波路内での受光した赤外光の内部全反射の妨害を引き起こすように構成される場合がある。さらに、これらの実装形態では、導波路は、センサ・イン・ピクセル・ディスプレイと接触することがある。

ある例では、導波路は、可撓性導波路である場合があり、フラストレイティング層は、可撓性導波路が物理的に変形されるときにフラストレイティング層が可撓性導波路と接触することを可能にするように可撓性導波路に対して配置される場合があり、フラストレイティング層は、可撓性導波路内で内部全反射を起こす受光した赤外光の一部が接触点のところで可撓性導波路から外れるように可撓性導波路がフラストレイティング層と接触するように物理的に変形されるときに、フラストレイティング層と可撓性導波路との間の接触点のところで可撓性導波路内での受光した赤外光の内部全反射の妨害を引き起こすように構成される場合がある。これらの例では、フラストレイティング層は、センサ・イン・ピクセル・ディスプレイと接触することがある。

さらに、タッチセンシティブディスプレイデバイスは、タッチ入力を受けかつタッチ入力に基づいて導波路およびフラストレイティング層を接触させるように設置されたクラッド層を含むことができる。フォトセンサの各々は、可視光をフィルタ処理するように構成された第１の層と、第１の層を通って透過した赤外光を感知するように構成された第２の層とを含む光検出器を含むことができる。赤外光を感知する際に光検出器によって生成された電気は、第１の層および第２の層の各々を通って流れることができる。これに加えて、フォトセンサの各々は、可視光をフィルタ処理するように構成された第１の層と、第１の層を通って透過した赤外光を感知するように構成された第２の層を含む光検出器とを含むことができる。第１の層は、光検出器の上方の窓として設置される場合があり、赤外光を感知する際に光検出器によって生成された電気は、第２の層を通って流れることができるが、第１の層を通って流れないことがある。

記載した技術の実装形態は、ハードウェア、ハードウェア中に少なくとも部分的に実装された方法もしくはプロセス、またはプロセッサによって実行されたときに操作を実行する実行可能な命令でエンコードされたコンピュータ可読記憶媒体を含むことができる。

１つまたは複数の実装形態の詳細が、添付した図面および下記の説明中に明記される。他の特徴は、説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から明確であろう。

一例のタッチセンシティブディスプレイの模式的断面図である。 フラストレイテッド内部全反射層の一例の模式的断面図である。 クラッド層の一例の模式的断面図である。 フラストレイテッド内部全反射層の一例の模式的断面図である。 一例のフォトセンサアレイの図である。 さまざまなバンドギャップを有する感光性層を含む太陽電池についての量子効率対波長を図示するグラフである。 フォトセンサの一例の模式的断面図である。 フォトセンサの一例の模式的断面図である。

環境光ＳＮＲ問題およびタッチしきい値問題を軽減するために、ＳＩＰ ＬＣＤを用いたフラストレイテッド内部全反射（ＦＴＩＲ）技術を集積することが望ましい場合がある。センサ・イン・ピクセル・ディスプレイを用いてＦＴＩＲタッチセンシング技術を集積するために、赤外（ＩＲ）光だけに高感度な（かつ環境光源からの可視光および表示した画像から反射される可視光に対して感度がない）ＳＩＰセンサを作ることがさらに望ましい場合がある。ＦＴＩＲのある実装形態では、ＩＲ光は、タッチが内部全反射を妨げ、閉じ込められたＩＲ光で励起された導波路から現れる。これらの実装形態では、ＩＲ光は、接触点のところで導波路を外れ、フォトセンサがＩＲ光に高感度である場合には、ＳＩＰ ＬＣＤ内のフォトセンサによって検出される場合がある。典型的なＦＴＩＲ構成では、ＩＲフィルタを含む上部膜は、環境光がタッチＳＮＲを妨げることを軽減するために使用される。人が表示された画像を見ることができるように、上部シートは可視光を透過しなければならないという理由で、上部膜は、上部シートに侵入する必要がある可視光には高感度でないＳＩＰを設けたＳＩＰ ＬＣＤとともに使用される場合がある。環境光の強い影響がなくとも、問題は、この実装形態においてさえ表示された画像から反射した可視光で、依然として存在することがある。可視光に対して感度がないＳＩＰを作ることによって、これが改善される場合がある。

図１は、一例のタッチセンシティブディスプレイ１００を図示する。タッチセンシティブディスプレイ１００は、ＦＴＩＲ層１１０およびＳＩＰディスプレイ１２０を含む。ＦＴＩＲ層１１０は、光源、導波路、およびフラストレイティング層を含むことができる。光源は、導波路中へと光（例えば、赤外光）を導入し、導入された光は、導波路内で内部全反射を起こす。タッチ入力がＦＴＩＲ層１１０に与えられると、導波路およびフラストレイティング層は接触して、導波路内での光の内部全反射の妨害を引き起こす。導波路内での光の内部全反射の妨害は、導波路内の光の少なくとも一部を接触点のところで外れさせる。外れた光は、ＦＴＩＲ層１１０に与えられるタッチ入力の発生および場所を検出するために、感知される場合がある。ＦＴＩＲ層１１０は、任意のタイプのＦＴＩＲ実装形態であってもよい。ＦＴＩＲ層のより詳細な例が、図２Ａから図３に関して下記に記述される。

ＳＩＰディスプレイ１２０は、ＦＴＩＲ層１１０を通して画像を表示するセンサ・イン・ピクセル・ディスプレイである。ＳＩＰディスプレイ１２０は、ＳＩＰディスプレイ１２０によって表示される画像の各ピクセルのところにフォトセンサを含む。ＳＩＰディスプレイ１２０のフォトセンサは、タッチ入力がＦＴＩＲ層１１０に与えられときにＦＴＩＲ層１１０から外れる光（例えば、赤外光）を検出する。ＳＩＰディスプレイ１２０は、ＳＩＰディスプレイ１２０のフォトセンサのうちのどれがＦＴＩＲ層１１０から外れた光を検出するかに基づいて、タッチ入力の発生および場所を判断する。ＳＩＰディスプレイ１２０は、任意のタイプのセンサ・イン・ピクセル・ディスプレイであってもよい。例えば、ＳＩＰディスプレイ１２０は、ＳＩＰ ＬＣＤまたはＳＩＰ有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイであってもよい。ＳＩＰディスプレイ１２０は、ＦＴＩＲ層１１０に接触してもよい（例えば、ＦＴＩＲ層１１０に光学的に接着されてもよい）またはエアーギャップ（例えば、ＦＴＩＲ層１１０および／もしくはＳＩＰディスプレイ１２０の表面上のマイクロラフネスによって規定される小さなエアーギャップ）によってＦＴＩＲ層１１０から間隔を空けて離されてもよい。

ＳＩＰディスプレイ１２０のセンサ出力は、適切なコンピュータまたは、調整、背景削除、雑音除去、および各フレームについての解析などのさまざまな良く知られた画像処理演算を取り扱うことができる別の電子デバイスに供給される。機械視覚追跡技術が、次に、取り込んだセンサデータを個別のタッチ事象およびストロークへと変換するために、コンピュータまたは別の電子デバイスによって利用される場合がある。このような処理は、任意の適切な計算システムによって実行される場合がある。

図２Ａは、一例のＦＴＩＲ層２００を図示する。示したように、ＦＴＩＲ層２００は、放射光源２０２、導波路２０４、および導波路２０４の上方の可撓性フラストレイティング層２０６を含む。可撓性フラストレイティング層２０６は、小さなギャップ２１２が可撓性フラストレイティング層２０６と導波路２０４との間に存在するように、導波路２０４に対して設置される。ある実装形態では、突起２１４が、フラストレイティング層２０６上にまたはその一部として形成される場合があり、可撓性フラストレイティング層２０６と導波路２０４との間のギャップ２１２を維持する。このような実装形態では、突起２１４（例えば、表面粗さ）は、可撓性フラストレイティング層２０６と一体として形成されることが可能であり、すなわち、フラストレイティング層２０６とともに突起２１４は、継ぎ目のない連続した材料の一塊を形成する。

ある実装形態では、突起２１４は、フラストレイティング層２０６の表面上に存在するマイクロラフネスの結果であり、そこでは突起２１４間の間隔がランダムまたはいくぶんかランダムである。あるケースでは、突起２１４は、フラストレイティング層２０６とは別の材料から形成される。例えば、ガラススペーサが、アクリル導波路をポリカーボネートフラストレイティング層とは分離するために使用される場合がある。突起２１４間の間隔は、ランダム、疑似ランダムまたは周期的であってもよい。

電磁放射光（例えば、赤外（ＩＲ）放射光）は、放射光源２０２から放出され、導波路２０４へとカップリングされる。導波路２０４と導波路２０４の周囲の媒質との間の屈折率差のために、カップリングされた放射光のうちの少なくとも一部が、次にＴＩＲを起こし、導波路２０４を下るように進む。例えば、導波路２０４は、空気により囲まれたアクリルの層から形成される場合がある。アクリル（ｎ＝１．４９）と空気（ｎ＝１．０）との間の屈折率差を考えると、適切な入射角で導波路２０４へと放射光源２０２によって導入される放射光は、ＴＩＲによってアクリル層の内部でかつ層に沿って伝搬する。

導波路２０４内を伝播する放射光のＴＩＲを妨げるために、可撓性フラストレイティング層２０６は、導波路２０４と同程度の屈折率を有する材料から形成され、十分な接触が導波路層２０４と行われ得るように入力によって加えられる圧力に応答するために十分に柔軟である材料から形成される。例えば、可撓性フラストレイティング層２０６は、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などの比較的可撓性のある材料から形成される場合がある。フラストレイティング層２０６は、アクリル／ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、透明ポリウレタン（ＴＰＵ）、またはトリアセテートセルロース（ＴＡＣ）を含むが、これらに限定されない他の材料から形成される場合がある。したがって、フラストレイティング層２０６が導波路２０４と接触する場合には、ＴＩＲによって伝播する放射光の少なくとも一部は、「妨害され」、導波路２０４から外れる。あるケースでは、放射光２１０の少なくとも一部２１０ａは、図２Ａに示したように、導波路２０４内でのＴＩＲによって伝播し続ける。これに加えて、ディスプレイの一部として一体化される場合には、フラストレイティング層２０６は、ディスプレイ光源によって放出される波長の範囲に対して透明である材料から形成されることがある。例えば、ＰＶＢは、スペクトルの可視領域および近赤外領域の両方に透過性が高い。

ある実装形態では、フラストレイティング層２０６は、ほぼ１００μｍから３００μｍの範囲内である実質的に一様な厚さを有するように構成されることがある。フラストレイティング層２０６について適切な厚さを選択する際に、下記の事項を考慮することできる。フラストレイティング層２０６が薄すぎる場合には、例えば、製造中に、うまく処理することおよび取り扱うことが困難であることがある。一方で、フラストレイティング層２０６が厚すぎる場合には、視差問題を引き起こすことがあり、ユーザーが関係を持とうとする（ディスプレイ光源によって生成される）実際の物体から（例えば、フラストレイティング層２０６の厚さだけ）接触点がずれるようにユーザーが視認する。代替実装形態では、フラストレイティング層２０６は、１００μｍより薄くなる（例えば、約１０μｍもしくは約３０μｍ）または３００μｍより厚くなる（例えば、約１ｍｍもしくは約２ｍｍ）ように構成される場合がある。

可撓性フラストレイティング層２０６と導波路２０４との間のエアーギャップ２１２の存在のために、導波路２０４内のほんのわずかな妨害または妨害がないことは、ある外部刺激をないことにする。しかしながら、可撓性フラストレイティング層２０６が、例えば、ユーザーの指２２０によって押圧されると、可撓性フラストレイティング層２０６の一部は、押圧点に対応する領域２０１（破線の円によって識別される）内で導波路層２０４と接触する。可撓性フラストレイティング層２０６の一部が導波路２０４と接触すると、導波路２０４内の内部全反射は、領域２０１のところで妨げられ、少なくとも一部の放射光を導波路２０４から外れさせる。突起２１４が導波路２０４に接触するとはいえ、圧力がフラストレイティング層２０６に加えられていないときには、突起２１４と導波路２０４との間の接触面積は、フラストレイティング層２０６が押圧されたときの層２０６と導波路２０４との間の接触面積と比較して相対的小さいことに、留意すべきである。したがって、突起２１４と導波路２０４との間の接触領域において生じるはずのＴＩＲの妨害は、圧力がフラストレイティング層２０６に加えられていないときには無視できる。

図２Ａに示したように、矢印「Ａ」によって表示される放射光の一部は、導波路２０４の表面２０４ａから外れる。ＳＩＰディスプレイ１２０は、表面２０４ａから外れる放射光を画像化する。結果として、ＳＩＰディスプレイ１２０は、一連の瞬間にわたって、圧力が加えられていないときにフラストレイティング層２０６により接触される導波路２０４の部分と比して、可撓性フラストレイティング層２０６が導波路２０４のかなりの部分と接触するように可撓性フラストレイティング層２０６を変形させるために十分に強い接触点を識別して感知することが可能である。すなわち、図２Ａに示した指２２０による接触などの、可撓性フラストレイティング層２０６上への「単一」の接触点について、導波路２０４と接触する可撓性フラストレイティング層２０６の区域に対応する単一の接触「区域」が、ＳＩＰディスプレイ１２０によって識別して感知される。同様に、２つ以上の物体（例えば、２本以上のユーザーの指）が同時に可撓性フラストレイティング層２０６に接触しかつ押圧すると、複数の接触区域がＳＩＰディスプレイ１２０によって識別して（かつ同時に）感知される。議論を容易にするために、「接触点」という用語を、接触が起きる任意の領域または区域をより一般的に呼ぶように、本明細書の全体を通して使用することができる。

放射光源２０２は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むことができ、これらは、電磁放射光を内部全反射へとカップリングすることを最大にするように、導波路２０４の端部に対して直接配置される。例えば、レーザーダイオードなどの電磁放射光の他の放射源が、代わりに使用されてもよい。ある実装形態では、放射源２０２は、電磁スペクトルの赤外（ＩＲ）部分内の放射光を放出するように選択されることが可能であり、その結果、放射光は可視放射光とは干渉しない。

ある実装形態では、導波路２０４は、赤外光のＴＩＲを支援する材料から形成されるが、ディスプレイとの干渉を最小にするようにディスプレイ光源によって放出される波長範囲に対してやはり透明である（または少なくとも透過性である）。例えば、導波路２０４は、ガラスまたはアクリルなどのプラスチックを含む材料から形成される場合がある。導波路２０４はまた、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＰＶＣ、ＰＶＢ、ＴＰＵ、またはＰＥＴを含むが、これらに限定されない材料から形成されてもよい。フラストレイティング層２０６を局所的に押圧することは、フラストレイティング層２０６が導波路層２０４と接触するので、導波路層２０４またはフラストレイティング層２０６の実質的な局所的変形を引き起こすことができる。対照的に、導波路２０４とフラストレイティング層２０６との間の接触領域から遠くの導波路層２０４またはフラストレイティング層２０６の部分は、わずかしか変形しないまた変形しないことがある。このような明確な局所的変形は、柔軟なフラストレイティング層２０６と導波路層２０４との間の物理的な接触面積の増加をもたらすことができ、これによって接触点の領域において導波路２０４から外れるＩＲの量の増加を引き起こす。あるケースでは、導波路２０４の端部は、放射源２０２からの放射光のＴＩＲカップリングを最大にするために磨かれる。

ある実装形態では、導波路２０４は、ほぼ０．５ｍｍから２０ｍｍの範囲内である実質的に一様な厚さを有するように構成される場合がある。導波路２０４のために適切な厚さを選択する際に、下記の事項を考慮することができる。あるケースでは、導波路２０４が薄すぎる場合には、導波路は十分に堅固な表面を与えないことがある、例えば、導波路は、使用中に加えられることが予想される典型的な接触力で過度に曲がることがある。あるいは、またはこれに加えて、不十分な量の光しか、導波路へとカップリングされない場合がある。あるケースでは、導波路２０４が厚すぎる場合には、これが重量およびコストの増加をもたらすことがある。あるいは、またはこれに加えて、タッチ視差が過大になることがある。

ある実装形態では、クラッド層が、フラストレイティング層２０６の表面上にまたは上方に設置される場合がある。図２Ｂは、フラストレイティング層２０６の上方に設置されたクラッド層２０５の一例を図示する。フラストレイティング層２０６が指またはスタイラスなどの物体によって接触されるときに、クラッド層２０５は、フラストレイティング層２０６を損傷および／または汚染から保護することができる。ディスプレイの一部として一体化される場合には、クラッド層２０５はまた、ディスプレイ光源によって放出される波長範囲に対して透明である（または少なくとも透過性である）。

図２Ｂの例に示したように、クラッド層２０５は、アンチグレア層２０５ａ、赤外（ＩＲ）フィルタ２０５ｂおよびノンウェッティング層２０５ｃを含むことができる。ＩＲフィルタ層２０５ｂは、環境ＩＲ光が接触点として誤って検出されることの発生を低減する（例えば、防止する）ようにクラッド層２０５上に入射する環境ＩＲ光をフィルタで除去する。ＩＲフィルタ層に使用されることが可能ある材料の一例は、Ｓｕｍｉｔｏｍｏ Ｏｓａｋａ Ｃｅｍｅｎｔ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．から市販されているＣｌｅａｒＡＳを含む。アンチグレア層２０５ａは、ＩＲフィルタ層２０５ｂの上部表面上に配置される耐スクラッチ、低摩擦膜である。アンチグレア層として使用されることが可能な膜は、例えば、ＭａｃＤｅｒｍｉｄ Ｉｎｃ．から市販されているＡｕｔｏｔｅｘなどのテクスチャ付きポリエステル膜を含む。

あるケースでは、クラッド層２０５のほとんどの領域は、フラストレイティング層２０６と接触することができ、その結果、クラッド層２０５がフラストレイティング層２０６を「濡らす」ように思われる。このような「ウェッティング」領域は、フラストレイティング層２０６とクラッド層２０５との間で反射される可視光の量を変えることがあり、暗い画像が表示されるときに斑点のように見えるタッチ感応デバイス２００の部分を結果としてもたらす。しかしながら、ＩＲフィルタ層２０５ｂの底部表面上にアンチウェッティング層２０５ｃを形成することによって、ウェッティング領域のサイズおよび数が少なくなる場合がある。アンチグレア層２０５ａと同様に、アンチウェッティング層２０５ｃもまた、Ａｕｔｏｔｅｘなどのポリエステル膜であってもよい。あるケースでは、表面フラストレイティング層２０６は、十分に粗く、その結果、クラッド層２０５中にアンチウェッティング層２０５ｃを含むことが、必ずしも必要ではない。あるいは、あるケースでは、クラッド層２０５は、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）膜またはアクリル膜の単一膜から形成されることが可能である。

クラッド層２０５内の膜は、例えば、光学接着剤を使用して全体として結合される場合がある。図２Ｂの例では、エアーギャップが、クラッド層２０５とフラストレイティング層２０６との間に存在する。クラッド層２０５とフラストレイティング層２０６との間のエアーギャップは、例えば、クラッド層２０５の底部表面の表面粗さ（例えば、ノンウェッティング層２０５ｃの表面粗さ）またはフラストレイティング層２０６の表面粗さを使用して維持されてもよい。

図２Ａに図示したように、フラストレイティング層２０６が導波路２０４と接触するときにＦＴＩＲによって導波路２０４を外れる放射光は、例えば、フラストレイティング層２０６の表面テクスチャ、フラストレイティング層２０６内部のバルク散乱、または導波路２０４とフラストレイティング層２０６との間の不完全な接触に起因してさまざまな方向に進むことがある。例えば、外れる放射光のあるものは、図２Ａ中に矢印「Ｂ」によって示したように、フラストレイティング層２０６に向かう方向に進むことがある一方で、放射光のあるものは、図２Ａ中に矢印「Ａ」によって示したように、フラストレイティング層２０６から遠くへ進むことがある。フラストレイティング層２０６および導波路２０４の屈折率が同等である場合には、放射光の一部は、図２Ａ中に矢印「Ｂ」によって示したように、放射光がＴＩＲの妨害の直前に導波路２０４中を進んでいた方向に平行または実質的に平行（フラストレイティング層２０６と導波路２０４との間の屈折率の差に応じて、例えば、１０°以内、２０°以内、３０°以内、または４５°以内）である方向に外れるであろう。結果として、外れた放射光の一部は、ＳＩＰディスプレイ１２０には決して到達しないことがある。妨げられたＴＩＲ光から十分な量の光を取り込むことを可能にして、接触点を検出する１つの手法は、外れた放射光の大部分が決して画像化されないことがあるにも拘らず、導波路２０４内へと導入される放射光の強度を大きくすることである場合がある。しかしながら、この手法は、動作効率を低下させることがある。これゆえ、代替の手法は、導波路２０４を外れる放射光の少なくとも一部をＳＩＰディスプレイ１２０へ向けて集めるおよび／または案内するようにフラストレイティング層２０６を構成することができる。

柔軟なフラストレイティング層２０６が、（導波路２０４を外れ、フラストレイティング層２０６上に入射する）放射光をＳＩＰディスプレイ１２０に向けて集めるおよび／または案内するように構成される実装形態では、フラストレイティング層２０６は、外れた放射光が、導波路２０４と可撓性フラストレイティング層２０６との間の接触点の実質的に下方であるＳＩＰディスプレイ１２０上の位置に向けて案内されるような角度範囲内に外れた放射光を案内するように構成されることがある。ＳＩＰディスプレイ１２０に向けて放射光を集めることおよび案内することによって、動作効率が高くなることがある。結果として、出力が大きくない放射光源２０２が、使用されることが可能である。さらにその上、ＦＴＩＲを外れた放射光のより多くをＳＩＰディスプレイ１２０に向けて案内することによって、接触を感知しない確率が、減少される場合がある。

フラストレイティング層は、人工的材料の内部にまたは表面上に形成された光案内ミクロ構造を有する人工的材料から形成されることが可能であり、光案内ミクロ構造は、１つまたは複数の特定の方向に放射光／光を案内するように構成される。導波路２０４から外れる放射光を向け直すためのこのような人工的材料および光案内ミクロ構造のさまざまな実装形態が、可撓性フラストレイティング層の内部にまたはその上に採用されることが可能である。例えば、反射コーティングが、可撓性フラストレイティング層上に形成されることが可能であり、導波路から外れる放射光をデバイスの内部へ戻すように反射する。同時係争中であり共同所有の、２０１０年４月９日出願の「Ｔｏｕｃｈ Ｓｅｎｓｉｎｇ（タッチセンシング）」という名称の米国特許出願第１２／７５７，９３７号に記載されたいずれかの技術および構造は、フラストレイティング層２０６に適用することが可能であり、この特許は、すべての目的にためにその全体が引用によって本明細書中に組み込まれている。

図３は、別の一例のＦＴＩＲ層３００を図示する。示したように、ＦＴＩＲ層３００は、放射光源３０２、可撓性導波路３０４、および導波路３０４に隣接したフラストレイティング層３０６を含む。フラストレイティング層３０６は、小さなギャップ３１２が、フラストレイティング層３０６と可撓性導波路３０４との間に存在するように、可撓性導波路３０４に対して設置される。ある実装形態では、突起３１４が、フラストレイティング層３０６上にまたはその一部として形成されることがあり、可撓性導波路３０４とフラストレイティング層３０６との間のギャップ３１２を維持する。このような実装形態では、突起３１４（例えば、表面粗さ）は、フラストレイティング層３０６と一体として形成されることが可能である、すなわち、フラストレイティング層３０６とともに突起３１４は、一塊の継ぎ目のない連続した材料を形成する。ある実装形態では、ランダムにまたはいくぶんかランダムに間隔を空けて設置された突起を有するマイクロラフネス層が、フラストレイティング層３０６の表面上に形成されることがあり、これが実質的に突起３１４として機能する。あるケースでは、突起３１４は、フラストレイティング層３０６および／または導波路３０４とは別の材料から形成される。例えば、ガラススペーサが、アクリル導波路をポリカーボネートフラストレイティング層とは分離するために使用される場合がある。突起３１４間の間隔は、ランダム、疑似ランダムまたは周期的であってもよい。

電磁放射光（赤外（ＩＲ）放射光）は、放射光源３０２から放出され、可撓性導波路３０４へとカップリングされる。可撓性導波路３０４と導波路３０４の周囲の媒質との間の屈折率差のために、カップリングした放射光のうちの少なくとも一部が、次にＴＩＲを起こし、可撓性導波路３０４を下るように進む。例えば、導波路３０４は、空気により囲まれた柔軟なアクリルの薄層から形成されてもよい。アクリル（ｎ＝１．４９）と空気（ｎ＝１．０）との間の屈折率差を考えると、適切な入射角で導波路３０４内へと放射光源３０２によって導入される放射光は、ＴＩＲによってアクリル層の内部でかつこれに沿って伝搬する。

導波路３０４は、入力によって加えられる圧力に応答するために十分に柔軟な材料から形成され、その結果、十分な接触がフラストレイティング層３０６と作られることが可能である。例えば、導波路３０４は、アクリル／ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、または透明ポリウレタン（ＴＰＵ）などの材料から形成されることが可能である。他の材料が、同様に使用されてもよい。

導波路３０４内を伝播する放射光のＴＩＲを妨げるために、フラストレイティング層３０６は、柔軟な導波路３０４と同等なまたはより大きな屈折率を有する材料から形成される。したがって、柔軟な導波路３０４がフラストレイティング層３０６と接触すると、ＴＩＲのために導波路３０４を伝播して下る放射光の少なくとも一部が、「妨害され」、導波路３０４から外れる。あるケースでは、放射光３１０の少なくとも一部は、図３に示したように、導波路３０４内をＴＩＲによって伝播し続ける。堅固な材料または堅固でない材料のいずれかが、フラストレイティング層３０６を形成するために使用されることがある。これに加えて、ディスプレイの一部として一体化される場合には、フラストレイティング層３０６は、ディスプレイ光源によって放出される波長範囲に対して透明である（または少なくとも透過性である）材料から形成されることがある。例えば、フラストレイティング層３０６は、ガラスからまたはＰＭＭＡから形成されることがあり、この両者とも、スペクトルの可視領域および近赤外領域の両方に一般的に透過性である。あるいは、フラストレイティング層３０６は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ＴＰＵなどの相対的に可撓性材料から、またはＰＥＴもしくはＰＣなどのより堅固な材料から形成されることが可能である。他の材料が同様に使用されてもよい。

導波路３０４を局所的に押圧することは、導波路３０４がフラストレイティング層３０６と接触するので、フラストレイティング層３０６の実質的に局所的な変形を引き起こすことがある。対照的に、導波路３０４とフラストレイティング層３０６との間の接触領域から遠くのフラストレイティング層３０６の部分は、わずかしか変形しないまたは変形しないことがある。このような明確な局所的変形は、柔軟な導波路層３０４とフラストレイティング層３０６との間の物理的な接触面積の増加をもたらすことができ、これによって接触点の領域において柔軟な導波路３０４から外れるＩＲの量の増加を引き起こす。

ある実装形態では、フラストレイティング層３０６は、ほぼ１００μｍから３００μｍの範囲内である実質的に一様な厚さを有するように構成されることがある。フラストレイティング層３０６についての適切な厚さを選択する際に、下記の事項を考慮することができる。フラストレイティング層３０６が薄すぎる場合には、例えば、製造中に、うまく処理することおよび取り扱うことが困難であることがある。一方で、フラストレイティング層３０６が厚すぎる場合には、視差問題を引き起こすことがあり、ユーザーが関係を持とうとする実際の表示された物体から（例えば、フラストレイティング層３０６の厚さだけ）接触点がずれるようにユーザーが視認する。代替実装形態では、フラストレイティング層３０６は、１００μｍより薄くなるように（例えば、約１０μｍもしくは約３０μｍ）または３００μｍより厚くなるように（例えば、約１ｍｍもしくは約２ｍｍ）構成される場合がある。

フラストレイティング層３０６と可撓性導波路３０４との間のエアーギャップ３１２の存在のために、導波路３０４内でのほんのわずかな妨害または妨害がないことは、少しの外部刺激をないことにする。しかしながら、可撓性導波路３０４が、例えば、ユーザーの指３２０によって押圧されると、可撓性導波路層３０４の一部は、押圧点に対応する領域３０１（破線の円によって識別される）内でフラストレイティング層３０６と接触する。上に記述したように、ある実装形態では、可撓性導波路３０４とフラストレイティング層３０６との間の接触は、フラストレイティング層３０６の局所的な変形を引き起こすことがある。フラストレイティング層３０６が導波路２０４と接触すると、導波路３０４内での内部全反射は領域３０１内で妨げられ、少なくとも一部の放射光が可撓性導波路３０４から外れることを引き起こす。突起３１４が導波路３０４にやはり接触するとはいえ、突起３１４と導波路３０４との間の接触面積は、圧力が可撓性導波路３０４に加えられていないときには、可撓性導波路３０４が押圧されたときのフラストレイティング層３０６と可撓性導波路３０４との間の接触面積と比較して相対的に小さいことに、留意すべきである。したがって、突起３１４と導波路３０４との間の接触領域において生じるはずのＴＩＲの妨害は、圧力が可撓性導波路３０４に加えられていないときには無視できる。

図３に示したように、矢印「Ａ」によって表示した放射光の一部は、可撓性導波路３０４の表面３０４ａから外れ、ＳＩＰディスプレイ１２０に向かう方向に進む。ＳＩＰディスプレイ１２０は、表面３０４ａから外れる放射光を画像化する。結果として、ＳＩＰディスプレイ１２０は、一連の瞬間にわたって、圧力が加えられていないときに導波路３０４によって接触されるフラストレイティング層３０６の部分と比して、可撓性導波路３０４がフラストレイティング層３０６のかなりの部分と接触するように可撓性導波路３０４を変形させるために十分に強い接触点を識別して感知することが可能である。すなわち、図３に示した指３２０による接触などの導波路３０４上への「単一」の接触点について、導波路３０４と接触するフラストレイティング層３０６の一部に対応する単一の接触「区域」が、ＳＩＰディスプレイ１２０によって識別して感知される。同様に、２つ以上の物体（例えば、２本以上のユーザーの指）が同時に導波路３０４に接触し、押圧すると、複数の接触区域がＳＩＰディスプレイ１２０によって識別して（かつ同時に）感知される。議論を容易にするために、「接触点」という用語を、接触が起きる任意の領域または区域をより一般的に呼ぶように、本明細書の全体を通して使用することができる。

放射光源３０２は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むことができ、これらは、電磁放射光の内部全反射へのカップリングを最大にするように、導波路３０４の端部に対して直接配置される。例えば、レーザーダイオードなどの電磁放射光の別の放射源が、代わりに使用されてもよい。ある実装形態では、放射源３０２を、電磁スペクトルの赤外（ＩＲ）部分内の放射光を放出するように選択することができ、この結果、その放出光は可視光とは干渉しない。

ある実装形態では、可撓性導波路３０４は、赤外光のＴＩＲを支援する材料から形成される。これに加えて、ディスプレイの一部として一体化される場合には、可撓性導波路３０４は、ディスプレイとの干渉を最小にするようにディスプレイ光源によって放出される波長範囲に対して透明である（または少なくとも透過性である）ように選択される場合がある。あるケースでは、柔軟な導波路３０４の端部は、放射源３０２からの放射光のＴＩＲカップリングを最大にするために磨かれる。

ある実装形態では、導波路３０４は、ほぼ０．５０ｍｍから２ｍｍの範囲内である実質的に一様な厚さを有するように構成される場合がある。導波路３０４についての適切な厚さを選択する際に、下記の事項を考慮することができる。導波路３０４が薄すぎる場合には、不十分な量の光しか、放射源３０２から導波路３０４中へとカップリングされない場合がある。光源３０２用に１つまたは複数のレーザーを利用する実装形態では、しかしながら、より薄い導波路３０４を使用することが可能であり、光源３０２として１つまたは複数のＬＥＤを利用する実装形態におけるよりも導波路３０４中へとカップリングする十分な量の放射光を依然として有することが可能である。あるいは、導波路３０４が厚すぎる場合には、軽いタッチに応答する導波路変形が、検出すべきタッチに対する十分な放射光アウトカップリングを引き起こすためには十分でないことがある。これに加えて、デバイスによって表示される出力画像の品質を劣化させることがあり、過大なタッチ視差を引き起こすことがある。

あるケースでは、指、スタイラスまたは他の物体と導波路３０４を接触させることは、導波路３０４がフラストレイティング層３０６と接触するためには十分に押圧されない場合でさえ、導波路３０４内の内部全反射の偶然の妨害を引き起こすことがある。これに加えて、このような物体は、導波路３０４を損傷させることがある。したがって、ある実装形態では、クラッド層３０５は、導波路３０４と光学的に接触するか、またはクラッド層３０５と導波路３０４との間の薄いエアーギャップとともに層にされるかのいずれかで、可撓性導波路３０４の最上部上に設置される。クラッド層が導波路と光学的に接触する場合には、クラッド層３０５は、導波路３０４内での放射光の内部全反射を維持するために導波路３０４よりも小さな屈折率を有する材料から形成される。クラッド層３０５は、偶然のＦＴＩＲの発生を低減する（例えば、防止する）ことができ、導波路３０４と接触する物体との間のバリアとして働く。これに加えて、導波路３０４が指またはスタイラスなどの物体によって接触されるときに、クラッド層３０５は、損傷および／または汚染から導波路３０４を保護する。ディスプレイの一部として一体化される場合には、クラッド層３０５はまた、ディスプレイ光源によって放出される波長範囲に対して透明である（または少なくとも透過性である）。例えば、クラッド層は、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）膜またはアクリル膜から形成されることがある。

ある実装形態では、クラッド層３０５は、複数の層を含む。図２Ｂに関連して上に記述したクラッド層は、クラッド層３０５として使用される場合がある。

図３に図示したように、柔軟な導波路３０４がフラストレイティング層３０６と接触するときにＦＴＩＲのために柔軟な導波路３０４を外れる放射光は、例えば、フラストレイティング層３０６の表面テクスチャ、フラストレイティング層３０６内でのバルク散乱、または柔軟な導波路３０４とフラストレイティング層３０６との間の不完全な接触に起因して、さまざまな方向に進むことがある。例えば、柔軟な導波路３０４から外れる放射光の一部は、フラストレイティング層３０６から離れる方向に進むことがあるが、外れた放射光の一部は、フラストレイティング層３０６に向かって進むことがある。結果として、図３に矢印「Ｂ」によって示したように、外れた放射光の一部は、ＳＩＰディスプレイ１２０には決して到達しないことがある。決して画像化されない外れた放射光にも拘わらず、妨げられたＴＩＲから十分な量の光を取り込むことを可能にして位置を与えるための１つの手法は、可撓性導波路３０４中へと導入される放射光の強度を大きくすることであってもよい。この手法は、しかしながら、動作効率を低下させることがある。これゆえ、代替の手法は、柔軟な導波路３０４を外れかつＳＩＰディスプレイ１２０に向けてフラストレイティング層３０６上に入射する放射光を集めるおよび／または案内するようにフラストレイティング層３０６を構成することができる。

フラストレイティング層３０６が、柔軟な導波路３０４を外れかつ層３０６上に入射する放射光を集めるおよび／または案内するように構成される実装形態では、フラストレイティング層３０６は、外れた放射光が、柔軟な導波路３０４とフラストレイティング層３０６との間の接触点の実質的に下方にある位置に向けて案内されるような角度範囲内に外れた放射光を案内するように構成されることがある。ＳＩＰディスプレイ１２０の最適な区域に向けて放射光を集めることおよび案内することによって、動作効率が高くなることがある。結果として、出力が大きくない放射光源３０２を使用することが可能であり、迷光問題を軽減することができる。さらにその上、ＳＩＰディスプレイ１２０に向けて外れた放射光のＦＴＩＲのより多くを案内することによって、接触を感知しない確率を、減少させることができる。フラストレイティング層は、人工的材料の内部にまたは表面上に形成された光案内ミクロ構造を有する人工的材料から形成される場合があり、光案内ミクロ構造は、１つまたは複数の特定の方向に放射光／光を案内するように構成される。

あるケースでは、フラストレイティング層上にまたは内部に利用される人工的なミクロ構造は、回折光学素子（ＤＯＥ）を含む。一般には、ＤＯＥ構造は、光の波長の程度の屈折率変動のパターンを含み、入射放射光を主に回折する構造である。ＤＯＥ構造は、コヒーレントな光の２つの波面間の干渉パターンとしてディジタル的に発生されるまたは光学的に記録される場合がある。ある実装形態では、ＤＯＥ中の屈折率変化のパターンは、材料に干渉パターンを転写することによって形成される場合があり、その結果、干渉パターンの強度最小値および最大値を表す一連の干渉縞が、反射率変動のパターンに対応する。例えば、干渉パターンは、干渉リソグラフィなどの技術を使用して記録材料に転写される場合がある。パターンは、１つまたは複数の異なる材料の全体にわたる屈折率または厚さの周期的変動、ランダムな変動、いくぶんかランダムな変動、または数学的に複雑であり確定的な変動によって表される場合がある。あるケースでは、転写された干渉パターンの干渉縞は、回折格子構造に対応する。設計および構成に応じて、ＤＯＥ構造は、１つまたは複数の方向に入射放射光を伝達するまたは反射する。ＤＯＥ構造は、材料の表面上または表面内に形成される表面拡散構造、または材料バルクの少なくとも一部を介して一体として形成される体積拡散構造を含むことができる。

ＤＯＥ構造は、２つのカテゴリー：薄いホログラム構造および厚い（体積）ホログラム構造、内になると考えることができるホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）と呼ばれる構造の類を含む。一般的には、薄いホログラム構造は、放射光が入射する表面に実質的に垂直に変化する屈折率変動の表面構造または平面を含み、１つまたは複数の特定の方向へとある波長範囲を透過して案内するために一般には使用される。ホログラム構造は、反射で動作するように、鏡などの別の反射素子とともに使用される場合がある。一方で、厚いホログラム構造は、放射光が入射する表面に実質的に平行に延びる反射率変動面を含むことができ、１つまたは複数の特定の方向へと１つまたは複数の特定の入射角で入射する狭い波長範囲を反射するまたは透過するためにブラッグ選択性を一般には使用する。

ある実装形態では、ＨＯＥ中の反射率変動面は、材料に干渉パターンを転写することによって形成される場合があり、その結果、干渉パターンの強度最小値および最大値を表す一連の干渉縞が反射率変動面に対応する。例えば、干渉パターンは、干渉リソグラフィなどの技術を使用して記録材料に転写されることが可能である。あるケースでは、転写された干渉パターンの干渉縞は、回折格子構造に対応する。

光学モデリングソフトウェアパッケージが、所望の方向に放射光を向けるために、薄いホログラム構造または厚いホログラム構造の設計を容易にするために利用可能である。Ｃｏｄｅ Ｖ（登録商標）は、所望の方向に放射光を向けるために、薄いホログラム構造または厚いホログラム構造を設計するために使用されることが可能であるそのような光学モデリングソフトウェアパッケージの一例である。他の光学モデリングソフトウェアパッケージもまた、利用可能である。

同時係争中であり共同所有の、２０１０年４月９日出願の「Ｔｏｕｃｈ Ｓｅｎｓｉｎｇ（タッチセンシング）」という名称の米国特許出願第１２／７５７，６９３号に記載されたいずれかの技術および構造は、フラストレイティング層３０６に適用することが可能であり、この特許は、すべての目的にためにその全体が引用によって本明細書中に組み込まれている。

ＳＩＰディスプレイ１２０において使用されるフォトセンサに関して、ａ−Ｓｉ：Ｈは、特にＴＦＴ製造に典型的な（１０分の数マイクロメートルの）薄い厚さでは（≒７００ｎｍよりも長い波長の）赤外光に感度がない。ａ−Ｓｉ：Ｈは、１．７ｅＶのバンドギャップを有する。ある実装形態では、水素化シリコンゲルマニウム合金（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）または微結晶質シリコンが、ａ−Ｓｉ：Ｈと比較してさらに（より長い波長の）赤外スペクトルへと光応答を拡張するためにフォトセンサにおいて使用される場合がある。例えば、１．４ｅＶのバンドギャップを有するａ−ＳｉＧｅ：Ｈは、８５０ｎｍ光に高感度であるはずである。しかしながら、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈはまた、同様に可視光に対しても依然として高感度である。ＦＴＩＲタッチセンシングに対して必要なＩＲ光感度を維持しながら、このような材料の可視感度を低下させるための技術が、下記に記述される。

図４は、一例のフォトセンサアレイ４００を図示する。フォトセンサアレイ４００がＳＩＰディスプレイ１２０内の各ピクセルに対するフォトセンサを含んだ状態で、フォトセンサアレイ４００が、ＳＩＰディスプレイ１２０において使用される場合がある。図４は簡潔のために９個のフォトセンサを図示するが、フォトセンサアレイ４００は、はるかに多くのフォトセンサを含むことができる。

フォトセンサアレイ４００内のフォトセンサは、ＴＦＴプロセスに適合性のある材料に基づき、赤外（ＩＲ）光に高感度であり、可視光に対して感度が低いまたは感度がまったくない。ＴＦＴプロセスは、ａ−Ｓｉ：Ｈに一般に基づくが、多結晶シリコンまたはアモルファスインジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）などのアモルファス半導電性酸化物材料にやはり基づく場合がある。示したように、フォトセンサアレイ４００内のフォトセンサの各々は、上部層４１０および底部層４２０を有する２層フォトセンサである。上部層４１０は、大雑把に４００〜７００ｎｍの可視光を吸収し、７００ｎｍよりも長い波長を有する光を大部分透過する。透過した光は、底部層４２０上に入射し、底部層は、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈフォトセンシング層、微結晶質シリコンまたは小さなバンドギャップのアモルファス半導電性酸化物である場合がある。ガリウム含有量に応じて、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈは、透過した近赤外光の、理想的には７００から８８０ｎｍの範囲内の一部に対して高感度である。一般的には、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈがはるかに大きな吸収係数を有するので、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈは、底部フォトセンサ材料として微結晶質シリコンよりも好ましい場合があり、したがって、はるかに薄い層を使用することができる。これは、ＴＦＴ製造時間およびプロセスとさらに適合性がある。しかしながら、微結晶質シリコンが、ある実装形態においては使用されることがある。上部層が可視光を吸収するために大雑把に１．７から１．８ｅＶのバンドギャップを有し、小さなバンドギャップの底部層が赤外光を検出するように合金組成を選択することによって、類似の構造が、アモルファス半導電性酸化物のケースにおいて思い付き得ることが理解される。

図５は、さまざまなバンドギャップを有するフォトセンシティブ層を備えた太陽電池についての量子効率対波長を示し、最大がａ−Ｓｉ：Ｈであり、最小が微結晶質シリコンである。これらの間には、増加する量のゲルマニウムを有し、対応してより小さなバンドギャップを有する層がある。量子効率は、層の光吸収の良い表現である。図４に示した開示の２層フォトセンサを実装するために、１．７から１．８ｅＶの実効バンドギャップを有する上部層４１０が使用される場合がある。このバンドギャップを用いると、大部分の可視光が吸収されるであろう。

図６は、フォトセンサアレイ４００において使用される場合があるフォトセンサ６００の一例を図示する。図６に示したように、フォトセンサ６００は、光検出器６１０（例えば、フォトダイオードまたはフォトダイオードデバイス）を含む。フォトセンサ６００内では、上部層４１０および底部層４２０は、光検出器６１０の一部である。この例では、光検出器６１０に入射する光（例えば、赤外光）を検出する際に、電気は、上部層４１０および底部層４２０を通って流れる。したがって、電気が、可視光に対してフィルタとして働く上部層４１０を通って流れるという理由で、上部層４１０において使用される材料は、赤外光だけを感知する際に上部層４１０の強い影響を制限するように設計される場合がある。この点において、上部層４１０は、可視光を吸収する際に生成される光電流を制限するように設計されることが可能である。

太陽電池とは異なり、上部層４１０は、光電流を生成するためには非常に低い量子効率を有することがある。下記は、ほんのわずかな光電流を生成するまたは光電流を生成しない上部可視フィルタ層４１０を実装するためのさまざまな可能性を要約する。フォトダイオードまたはフォトトランジスタの性能に影響を及ぼさないことが望ましく、そのため層４１０の導電性が織り込まれていることに、留意することが重要である。

ある実装形態では、厚く（≒０．２〜０．５マイクロメートル）高濃度にドープしたｐ型またはｎ型アモルファスシリコンが、上部層４１０用に使用されることがある。層４１０中の高いホウ素またはリン濃度は、短い光生成キャリアライフタイムを確実にし、したがってフォトダイオード実装形態内での小さな可視光の光電流を確実にするであろう。厚さは、ダイオードに過大な直列抵抗を追加せずに大部分の可視光を吸収するように最適化されることが可能である。

ある例では、三元合金が、上部層４１０用に使用される場合がある。アモルファスシリコンバンドギャップは、ゲルマニウムを加えることによって小さくなり、窒素、酸素または炭素を加えることによって大きくなることが、一般的に知られている。光感度などの電気的特性が、特に三元合金のケースでは、合金化することで著しく低下することも、やはり知られている。バンドギャップ≒１．７ｅＶの層は、ゲルマニウムと窒素、酸素または炭素との適正な比率を有するこれらの三元合金：ａ−ＳｉＧｅＮ、ａ−ＳｉＧｅＯ、またはａ−ＳｉＧｅＣ：Ｈ層の間で用意されることが可能である。ａ−ＳｉＮ：ＨがＴＦＴの製造においてゲート誘電体として典型的に使用されるという理由で、ａ−ＳｉＧｅＮ：Ｈが望ましいことがある。プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）システムは、シランおよびアンモニアガスからＳｉＮを堆積するための供給設備を有する。ａ−ＳｉＧｅＮ：Ｈは、シラン、ゲルマンおよびアンモニアを使用して類似の方法でＰＥＣＶＤから形成される場合がある。この層の悪い導電性がそれほど心配ではないフォトトランジスタ設計のケースにおいて、この手法が使用されることがある。

図７は、フォトセンサアレイ４００において使用される場合があるフォトセンサ７００の別の一例を図示する。図７に示したように、フォトセンサ７００は、光検出器７１０（例えば、フォトダイオードまたはフォトダイオードデバイス）を含む。フォトセンサ７００内では、底部層４２０が、光検出器７１０の一部であり、上部層４１０は一部ではない。上部層４１０は、光検出器７１０それ自体の外部にあり、光検出器７１０の上方に設置された光フィルタ「窓」として単純に機能する。この例では、光検出器７１０上に入射する光（例えば、赤外光）を検出する際に、電気は、底部層４２０を通って流れるが、電気は上部層４１０を通っては流れない。したがって、電気が上部層４１０を通って流れないという理由で、上部層４１０用に使用される材料は、可視光を吸収する際に生成される光電流に関してほとんど心配せずに選択される場合がある。本開示の全体を通して記述した材料のうちのいずれかを、フォトセンサ７００における上部層４１０用に使用することができる。

多数の実装形態を説明してきた。それにも拘わらず、さまざまな変形を行い得ることが、理解されるであろう。

開示した実装形態のうちのあるものでは、ＦＴＩＲに基づくタッチサンサーは、センサ・イン・ピクセル・ディスプレイとともに使用される場合があり、例えば、指などの適切な入力機構によって導波路になされる接触の結果として、ＦＴＩＲに基づくタッチセンサから外れる光からもたらされ、センサ・イン・ピクセル・ディスプレイ内のフォトセンサによって観測される光の変化に基づいて、タッチ事象が検知される場合がある。任意のタイプのＦＴＩＲに基づくタッチセンサを使用することができる。例えば、本開示の全体を通して記述したセンサ・イン・ピクセル・ディスプレイおよびフォトセンサ技術は、同時係争中であり共同所有の、２０１０年４月９日出願の「Ｔｏｕｃｈ Ｓｅｎｓｉｎｇ（タッチセンシング）」という名称の米国特許出願第１２／７５７，６９３号、同時係争中であり共同所有の、２０１０年４月９日出願の「Ｔｏｕｃｈ Ｓｅｎｓｉｎｇ（タッチセンシング）」という名称の米国特許出願第１２／７５７，９３７号、および同時係争中であり共同所有の、２０１０年６月１日出願の「Ｔｏｕｃｈ Ｓｅｎｓｉｎｇ（タッチセンシング）」という名称の米国特許出願第１２／７９１，６６３号に記載されたＦＴＩＲに基づくタッチセンサと一体化される場合がある。米国特許出願第１２／７５７，６９３号、第１２／７５７，９３７号、および第１２／７９１，６６３号は、すべての目的にためにその全体が引用によって本明細書中に組み込まれている。

記述したシステム、方法、および技術は、ディジタル電子回路、コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはこれらの要素の組み合わせで実装される場合がある。これらの技術を実装する装置は、適切な入力および出力デバイス、コンピュータプロセッサ、およびプログラマブルプロセッサによる実行のために機械可読記憶デバイス中に実体的に具体化されたコンピュータプログラム製品を含むことができる。これらの技術を実装するプロセスは、入力データ上で動作することおよび適切な出力を生成することによって所望の機能を実行する命令のプログラムを実行するプログラマブルプロセッサによって実行される場合がある。本技術は、１つまたは複数のコンピュータプログラム内に実装されることがあり、プログラムは、データ記憶システム、少なくとも１つの入力デバイス、ならびに少なくとも１つの出力デバイスからデータおよび命令を受信し、これらにデータおよび命令を送信するようにカップリングされた少なくとも１つのプログラマブルプロセッサを含むプログラマブルシステム上で実行可能である。各コンピュータプログラムは、高レベル手続型言語もしくはオブジェクト指向プログラミング言語において、または望まれる場合にはアセンブリ言語もしくは機械言語において実装されることがあり、いずれにせよ、言語は、コンパイル済み言語またはインタープリト済み言語であってもよい。適切なプロセッサは、例として、汎用マイクロプロセッサおよび特殊用途マイクロプロセッサの両方を含む。一般的には、プロセッサは、読み取り専用メモリおよび／またはランダムアクセスメモリから命令およびデータを受信するであろう。コンピュータプログラム命令およびデータを実体的に具体化することに適した記憶デバイスは、例として、消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、およびフラッシュメモリデバイスなどの半導体メモリデバイス、内蔵ハードディスクおよびリムーバブルディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、およびコンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）を含む不揮発性メモリのすべての形式を含む。上記のいずれかは、特別に設計されたＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって補われる、またはその中に組み込まれることが可能である。

さまざまな修正を行い得ることが理解されるであろう。例えば、他の有用な実装形態は、開示した技術のステップが異なる順番で実行される場合に、ならびに／または開示したシステム内の構成要素が異なる方式で組み合わせられるおよび／もしくは別の構成要素によって置き換えられるか補われる場合に達成されるはずである。したがって、他の実装形態は、別記の特許請求の範囲の範囲内である。

Claims (17)

1. 赤外光源と、
   前記光源によって放出された赤外光を受光し、受光した前記赤外光の少なくとも一部が導波路内で内部全反射を起こすように構成された導波路と、
   前記導波路に対して配置されたフラストレイティング層と、
   前記導波路および前記フラストレイティング層を介して知覚できる画像を表示するように構成され、複数のフォトセンサを含むセンサ・イン・ピクセル・ディスプレイであって、前記複数のフォトセンサは、接触点のところで前記導波路から外れる前記赤外光の少なくとも一部を感知するように構成され、前記画像の各ピクセルに対応するフォトセンサを有する、センサ・イン・ピクセル・ディスプレイと
   を備え、
   前記複数のフォトセンサの各々は光検出器を含み、該光検出器は、可視光をフィルタ処理するように構成された第１の層と、前記第１の層を透過した赤外光を感知するように構成された第２の層とを含み、赤外光を感知する際に前記光検出器によって生成された電気は、前記第１の層および前記第２の層の各々を通って流れ、
   前記フラストレイティング層は、前記導波路から外れる光を前記センサ・イン・ピクセル・ディスプレイの方に案内するよう構成された光案内ミクロ構造を含む、タッチセンシティブディスプレイデバイス。
2. 請求項１に記載のタッチセンシティブディスプレイデバイスであって、前記第１の層は、前記第２の層の上に位置し直接隣接し、前記赤外光は前記第１の層を前記センサ・イン・ピクセル・ディスプレイに向かう方向に透過する、タッチセンシティブディスプレイデバイス。
3. 請求項１又は２に記載のタッチセンシティブディスプレイデバイスであって、前記複数のフォトセンサの各々は、赤外光に対する感度が、可視光に対する感度よりも高い、タッチセンシティブディスプレイデバイス。
4. 請求項１又は２に記載のタッチセンシティブディスプレイデバイスであって、前記複数のフォトセンサの各々は、赤外光に対して感度があり、可視光に対して感度がない、タッチセンシティブディスプレイデバイス。
5. 請求項１又は２に記載のタッチセンシティブディスプレイデバイスであって、前記複数のフォトセンサの各々において、
   前記第１の層は、４００ナノメートルと７００ナノメートルの間の波長を有する光を吸収し、７００ナノメートルよりも長い波長を有する光を透過するように構成され、
   前記第２の層は、前記第１の層を透過する７００ナノメートルと８８０ナノメートルとの間の波長を有する光を感知するように構成された、タッチセンシティブディスプレイデバイス。
6. 請求項１又は２に記載のタッチセンシティブディスプレイデバイスであって、前記複数のフォトセンサの各々が、水素化シリコンゲルマニウム合金（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）を含む、タッチセンシティブディスプレイデバイス。
7. 請求項１又は２に記載のタッチセンシティブディスプレイデバイスであって、前記複数のフォトセンサの各々は、微結晶質シリコンを含む、タッチセンシティブディスプレイデバイス。
8. 請求項１又は２に記載のタッチセンシティブディスプレイデバイスであって、前記複数のフォトセンサの各々において、
   前記第１の層は、１．７ｅＶから１．８ｅＶの実効バンドギャップを有する、タッチセンシティブディスプレイデバイス。
9. 請求項１又は２に記載のタッチセンシティブディスプレイデバイスであって、前記複数のフォトセンサの各々において、
   前記第１の層は、約０．２マイクロメートルから０．５マイクロメートルの厚さを有し、高濃度にドープされたｐ型アモルファスシリコンを含み、
   前記第２の層は、水素化シリコンゲルマニウム合金（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）および微結晶質シリコンのうちの少なくとも一方を含む、タッチセンシティブディスプレイデバイス。
10. 請求項１又は２に記載のタッチセンシティブディスプレイデバイスであって、前記複数のフォトセンサの各々において、
    前記第１の層は、約０．２マイクロメートルから０．５マイクロメートルの厚さを有し、高濃度にドープされたｎ型アモルファスシリコンを含み、
    前記第２の層は、水素化シリコンゲルマニウム合金（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）および微結晶質シリコンのうちの少なくとも一方を含む、タッチセンシティブディスプレイデバイス。
11. 請求項１又は２に記載のタッチセンシティブディスプレイデバイスであって、前記複数のフォトセンサの各々において、
    前記第１の層は、三元合金を含み、
    前記第２の層は、水素化シリコンゲルマニウム合金（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）および微結晶質シリコンのうちの少なくとも一方を含む、タッチセンシティブディスプレイデバイス。
12. 請求項１１に記載のタッチセンシティブディスプレイデバイスであって、前記三元合金は、ある比率のゲルマニウムおよび窒素を含むもの（ａ−ＳｉＧｅＮ）である、タッチセンシティブディスプレイデバイス。
13. 請求項１１に記載のタッチセンシティブディスプレイデバイスであって、前記三元合金は、ある比率のゲルマニウムおよび酸素を含むもの（ａ−ＳｉＧｅＯ）である、タッチセンシティブディスプレイデバイス。
14. 請求項１１に記載のタッチセンシティブディスプレイデバイスであって、前記三元合金は、ある比率のゲルマニウムおよび炭素を含むもの（ａ−ＳｉＧｅＣ：Ｈ）である、タッチセンシティブディスプレイデバイス。
15. 請求項１１に記載のタッチセンシティブディスプレイデバイスであって、前記三元合金は、ａ−ＳｉＧｅＮ：Ｈ層を含む、タッチセンシティブディスプレイデバイス。
16. 請求項１又は２に記載のタッチセンシティブディスプレイデバイスであって、前記フラストレイティング層は、前記センサ・イン・ピクセル・ディスプレイと接触する、タッチセンシティブディスプレイデバイス。
17. 請求項１又は２に記載のタッチセンシティブディスプレイデバイスであって、タッチ入力を受け、該タッチ入力に基づいて前記導波路および前記フラストレイティング層を接触させるように設置されたクラッド層をさらに備えたタッチセンシティブディスプレイデバイス。

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