TWI597638B - 具有背面超音波感測器陣列之顯示器 - Google Patents

Description

具有背面超音波感測器陣列之顯示器 [相關申請案之交叉引用]

本申請案主張2013年6月3日申請之美國臨時專利申請案第61/830,624號之優先權權益，該申請案之內容以引用之方式併入。

本發明係關於視覺顯示器及相關聯超音波感測器陣列。

當在具有視覺顯示器之顯示裝置中相關聯時，超音波感測器大體上包含遠離視覺顯示器置放之離散感測器。此佈置並非理想的。藉由遠離視覺顯示器置放感測器，裝置之大小增加。舉例而言，具有視覺顯示器及周邊組態之指紋感測器兩者之行動電話之大小可大於無指紋感測器之行動電話。此外，市售視覺顯示器並未在顯示裝置之整個表面上向使用者提供功能性，因為視覺顯示器之周邊部分由電氣組件(諸如光源、電氣跡線、位址線及用於向使用者提供影像之電子電路系統)佔據。另外，市售顯示器之分層組件之間的氣隙或空隙可引入障壁至高頻超音波能之傳輸，使獲得關於正被感測之物件之準確資訊之工作變得複雜。

本發明提供關於一裝置之資訊，該裝置具有能夠提供一影像之一視覺顯示器及附接至該視覺顯示器之一背面組件的一超音波感測器陣列，諸如超音波區域陣列感測器。該背面組件可為一背光，且該超 音波感測器陣列可附接至該背光之距該顯示裝置之一成像表面(諸如一壓板或蓋玻璃)最遠的一表面，或可附接至該背光之最靠近該顯示裝置之該成像表面的一表面。又，該超音波感測器陣列可定位於該視覺顯示器之一背光與一底部偏光器之間，或附接至該視覺顯示器之顯示器TFT。

該背面組件可為一波導。該波導可為楔形的。該超音波感測器陣列可附接至該波導，以使得該感測器陣列之一感測區域相對於該視覺顯示器之一成像表面成角度。

在一些實施例中，該超音波感測器陣列可附接至一隔片，且該隔片可附接至該視覺顯示器之一背面組件。舉例而言，可包括此隔片，以使得該超音波感測器陣列與該成像表面相距一所欲距離定位及/或與該裝置之其他組件絕緣。在此實施例中，認為該超音波感測器陣列附接至該視覺顯示器之該背面組件，即使該隔片存在於該超音波感測器陣列與該視覺顯示器之該背面組件之間。

該超音波感測器陣列具有一感測區域，且該視覺顯示器具有一影像提供區域。該感測區域可小於該影像提供區域。或者，該感測區域之大小可與該影像提供區域大致相同。或者，該感測區域可大於該影像提供區域。

該視覺顯示器可包括液晶材料(例如一LCD面板)、有機發光二極體(例如一OLED面板)、一或多個LED或至少一冷陰極螢光燈以產生一影像。

該視覺顯示器可具有帶有光轉向特徵之一波導。此等光轉向特徵可填充有一非氣態材料(諸如，OCR、OCA、環氧樹脂或PSA)，該材料允許在超音波能損失最小之情況下傳輸藉由該超音波感測器陣列發射之超音波能。此材料可具有介於約1.5兆瑞至15兆瑞之間的聲阻抗。

該視覺顯示器可具有用一聲學透射材料彼此接合之一或多個組件層，該聲學透射材料例如具有類似於該等組件層之聲學性質之一材料。

該視覺顯示器可具有至少一組件層，該至少一組件層具有填充該至少一組件層的裂縫之一聲學透射材料。

本發明提供關於一非暫時性電腦可讀媒體之資訊，該非暫時性電腦可讀媒體儲存有可由一處理器執行以使該處理器執行以下操作之指令：(a)經由一視覺顯示器顯示一影像；及經由附接至該視覺顯示器之一背面組件之一超音波感測器陣列偵測一物件。該視覺顯示器、該超音波感測器陣列及該背面組件可為上文所述之彼等者。

1‧‧‧裝置

4‧‧‧視覺顯示器

7‧‧‧超音波感測器陣列

10‧‧‧觀看側

13‧‧‧成像表面

16‧‧‧超音波發射器

19‧‧‧TFT基板

22‧‧‧超音波接收器

25‧‧‧壓電發射器層

28‧‧‧第一發射器電極

31‧‧‧第二發射器電極

32‧‧‧接收器偏壓電極

34‧‧‧像素輸入電極

37‧‧‧壓電接收器層

40‧‧‧手指/物件

43‧‧‧超音波感測器系統

46‧‧‧感測器控制器

49‧‧‧控制單元

52‧‧‧資料處理器

55‧‧‧Tx驅動器

58‧‧‧Rx偏壓驅動器

61‧‧‧解多工器

64‧‧‧閘驅動器

67‧‧‧電荷放大器

70‧‧‧濾波器

73‧‧‧數化器

76‧‧‧TFT面板

79‧‧‧偏光器

82‧‧‧彩色濾光片玻璃

85‧‧‧液晶材料層

88‧‧‧顯示器TFT

91‧‧‧光波導

94‧‧‧背光增強膜

97‧‧‧漫射體片

100‧‧‧感測區域

103‧‧‧影像提供區域

106‧‧‧背光

109‧‧‧光源

112‧‧‧白點

1500‧‧‧行動裝置

1510‧‧‧處理器

1522‧‧‧系統級封裝或系統單晶片(「SoC」)裝置

1526‧‧‧顯示器控制器

1528‧‧‧視覺顯示器

1530‧‧‧輸入裝置

1532‧‧‧記憶體

1534‧‧‧編碼器/解碼器(CODEC)

1536‧‧‧揚聲器

1538‧‧‧麥克風

1540‧‧‧無線控制器

1542‧‧‧天線

1544‧‧‧電源供應器

1560‧‧‧指令

1564‧‧‧影像處理邏輯

1570‧‧‧攝影機

L_I‧‧‧長度

L_S‧‧‧長度

W_I‧‧‧寬度

W_S‧‧‧寬度

為了更全面理解本發明之性質及目標，應參閱隨附圖式及後續描述。簡單而言，該等圖式為：圖1描繪耦接至視覺顯示器之超音波感測器陣列及定位於顯示裝置之表面上之手指；圖2圖示超音波感測器系統之方塊圖；圖3A描繪附接至視覺顯示器之超音波感測器陣列，其中超音波感測器具有小於視覺顯示器之影像提供區域之感測區域；圖3B為圖3A中所描繪之佈置之平面圖；圖4描繪附接至視覺顯示器之超音波感測器陣列，其中超音波感測器具有大小與視覺顯示器之影像提供區域大致相同之感測區域；圖5A描繪附接至視覺顯示器之超音波感測器陣列，其中超音波感測器具有大於視覺顯示器之影像提供區域之感測區域；圖5B描繪附接至視覺顯示器之超音波感測器陣列，其中超音波感測器具有小於影像提供區域之感測區域，且超音波感測器相對於影像提供區域偏移以使得超音波感測器之一部分延伸超過影像提供區域 之邊界；圖6描繪超音波感測器陣列及視覺顯示器之組件，其中超音波感測器陣列定位於視覺顯示器之背光與其他組件之間；圖7描繪超音波感測器陣列及視覺顯示器之組件，其中超音波感測器陣列定位於視覺顯示器之背光之後；圖8描繪超音波感測器陣列及視覺顯示器之組件，其中超音波感測器陣列定位於視覺顯示器之背光及其他組件之後；圖9描繪超音波感測器陣列及視覺顯示器之一部分，其中超音波感測器陣列定位於視覺顯示器之楔形背光之後；圖10為諸如行動電話之行動裝置之方塊圖，該行動裝置包括具有附接至視覺顯示器之背面組件之超音波感測器陣列的裝置；及圖11為描繪可藉由處理器執行之方法之步驟的流程圖。

本發明描述若干類型之裝置1，該等裝置各自具有視覺顯示器4及超音波感測器陣列7。視覺顯示器4具有經由視覺顯示器4之觀看側10向使用者提供影像之能力。通常，影像係經由成像表面13提供至使用者，該成像表面保護產生影像的裝置且可包括實質上透明之材料(諸如聚碳酸酯或藍寶石)之一或多個層。成像表面可替代性地被稱為「蓋玻璃」或「蓋透鏡」，且成像表面可由玻璃材料或諸如塑膠、藍寶石或其他合適材料之非玻璃材料製成。成像表面13可包括額外防刮痕及防眩光層，且可包括用於形成觸控螢幕之層。成像表面13可充當用於指紋偵測之壓板。

視覺顯示器4通常包含若干不同組件，該等不同組件組裝在一起時協作以向使用者提供影像。當此等組件位於正被提供至使用者之影像之路徑(諸如成像表面)中時，此等組件在本文中被稱為位於「影像側」上。與影像側對置的係「背面」。換言之，並非位於正被提供至 使用者之影像之路徑中之組件在本文中被稱為位於視覺顯示器4之組件之「背面」上。

圖1大體上描繪視覺顯示器4與超音波感測器陣列7之組合。超音波發射器16在圖1中圖示為附接至TFT基板19之第一側，且超音波接收器22圖示為附接至TFT基板19之第二側。超音波發射器16可為可產生超音波之壓電發射器。舉例而言，超音波發射器16可為包括實質上平坦之壓電發射器層25之平面波產生器。超音波可藉由橫跨壓電層25施加電壓而產生，以便使層25視所施加之電壓信號而膨脹或收縮，從而產生平面波。電壓可經由第一發射器電極28及第二發射器電極31施加至壓電發射器層25。超音波接收器22可包括耦接至壓電接收器層37之接收器偏壓電極32。超音波接收器22可耦接至像素輸入電極34之陣列，該等像素輸入電極連接至TFT基板19上之TFT電路系統。成像表面13提供一表面，手指40圖示為位於該表面上。

可根據各種實施使用之壓電材料之實例包括具有適當超音波性質之壓電聚合物。舉例而言，合適之壓電材料可具有介於約2.5兆瑞與約5兆瑞之間的聲阻抗。當在本文中使用時，字語「聲學」及其變體大體上係指許多類型之縱向波，包括超音波。詳言之，可使用之壓電材料包括鐵電聚合物，諸如聚偏二氟乙烯(PVDF)共聚物及聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)共聚物。PVDF共聚物之實例包括60：40(莫耳百分比)之PVDF-TrFE、70：30之PVDF-TrFE、80：20之PVDF-TrFE及90：10之PVDR-TrFE。可使用之壓電材料之其他實例包括聚偏二氯乙烯(PVDC)均聚物及共聚物、聚四氟乙烯(PTFE)均聚物及共聚物以及溴化二異丙基銨(DIPAB)。

在操作中，超音波發射器16可產生及發射超音波脈衝。該脈衝可穿過視覺顯示器4之層朝向且穿過成像表面13行進。定位於或位於成像表面13上之物件40可傳輸或吸收一些超音波能，而未由物件40傳 輸或吸收之一些超音波能可穿過裝置1之成像表面13及其他層反射回至超音波接收器22(亦稱為「偵測器」)。舉例而言，當手指40置放於成像表面13之表面上時，手指40之摩擦脊(friction ridge)接觸成像表面13，而在手指40之摩擦脊之間存在凹部之情況下，空氣接觸成像表面13。當來自超音波發射器16之超音波到達成像表面13之手指40所位於之表面時，超音波能之一部分可在手指40之隆起部接觸成像表面13之彼等位置處傳遞至手指40中且在隆起部並未接觸成像表面13之彼等位置(亦即手指40之凹部)處實質上反射。經反射之超音波能行進穿過成像表面13到達接收器22，在該接收器處偵測到經反射之超音波能。藉由識別接收器22之偵測到經反射超音波能之區域及未偵測到經反射超音波能之區域，可建立對應於指紋之資料集。彼資料集可用於建立指紋之影像，或可與其他資料集比較以判定是否存在匹配。應注意，若使用者將多根手指、手掌或其他物件置放於成像表面13上，則可並行擷取多個指紋或其他生物測定特徵。

圖2為描繪超音波感測器系統43之實例之高階方塊圖示意圖。所示元件中之多者可形成控制電子設備之部分。感測器控制器46可包括控制單元49，其經組態以控制感測器系統43之各種態樣，例如，(a)超音波發射器時序及激勵波形、(b)用於超音波接收器及像素電路系統之偏壓電壓、(c)像素定址、(d)信號濾波及轉換及(e)讀出訊框速率及其他態樣。感測器控制器46亦可包括資料處理器52，其自超音波感測器陣列7接收資料且將彼資料轉譯為對應於位於成像表面13上之物件之影像資料或格式化該資料以供進一步處理。

控制單元49可以規則間隔發送發射器(Tx)激勵信號至Tx驅動器55以使Tx驅動器55激勵超音波發射器16且產生平坦超音波。控制單元49可經由接收器(Rx)偏壓驅動器58發送位準選擇輸入信號以偏壓接收器偏壓電極且允許藉由像素電路系統來閘控聲學信號偵測。解多工器61 可用於打開及關閉閘驅動器64，其使特定列或行之感測器像素電路提供來自感測器陣列7之像素輸入電極34之陣列的輸出信號。來自感測器陣列7之輸出信號可經由電荷放大器67、濾波器70(諸如RC濾波器或抗假頻濾波器)及數化器73發送至資料處理器52。應注意，超音波感測器系統43之部分可包括在TFT面板76上且其他部分可包括於相關聯積體電路中。

視覺顯示器4具有許多類型，包括使用OLED技術、LCD技術、發射技術、反射技術、透射技術、透射反射技術、干涉量測技術或微型快門技術之彼等視覺顯示器。視覺顯示器4可包括大量組件(參見圖6至圖9)。視視覺顯示器4之類型而定，此等組件可包括成像表面13、一或多個偏光器79、彩色濾光片玻璃82、液晶材料層85、顯示器TFT 88、定位有TFT之基板、經組態以將來自視覺顯示器4之一側之光分佈至另一側且改變光之方向以便向使用者提供影像的光波導91、背光增強膜94(「BEF」)、經修改稜鏡膜(例如，稜鏡在上方或稜鏡在下方、具有圓形尖端及/或凹部之稜鏡、經修改稜鏡角)及漫射體片97。光波導91可為平坦或楔形的。光波導91可與可包括一或多個LED或冷陰極螢光燈(CCFL)之一或多個邊緣光源或背面光陣列相關聯。光波導可為楔形的以經由TIR(全內反射)促進有效光轉向。底部反射器(諸如白漆、金屬或多層介電質之塗層或部分塗層)可包括在平坦或楔形波導上以使光朝向顯示像素轉向且防止光穿過波導之背面的非所要發射。藉由仔細選擇材料及顯示組件之定位，超音波可有效穿過視覺顯示器4。

超音波感測器容許收集資訊。詳言之，超音波感測器陣列可製造為可以不同大小製造之小型離散單元，且此等陣列能夠偵測極小特徵，諸如手指40之摩擦脊表面之隆起部及凹部。超音波感測器陣列7可具有適當大小且可定位於視覺顯示器組件上，以使得超音波感測器 陣列7之感測區域有效覆蓋視覺顯示器4之影像提供區域之部分(參見圖3A)或全部(參見圖4)。

圖3B描繪一平面圖，其圖示與超音波感測器陣列7相關聯之感測區域100及圖3A中所描繪之視覺顯示器4之影像提供區域103之相對定位及大小。感測區域100允許收集關於靠近視覺顯示器4之表面或在視覺顯示器4之表面上之物件之資訊。圖3B描繪具有長度L_S及寬度W_S之感測區域100。圖3B亦識別影像提供區域103之長度L_I及寬度W_I，視覺顯示器4可自該影像提供區域103提供影像。在圖3A及圖3B中所描繪之實施例中，感測區域100之面積(L_S x W_S)小於影像提供區域103之面積(L_I x W_I)。在圖4中所描繪之實施例中，感測區域100之大小實質上與影像提供區域103相同。

或者，超音波感測器陣列7可經設定大小以使得感測區域100延伸超過視覺顯示器4之一或多個邊緣(參見圖5A)，且此佈置提供使接近影像提供區域103之區域可用於經由超音波感測器陣列7收集資訊及/或接收來自使用者之指令的機會。舉例而言，控制圖標可定位於影像提供區域103內且用於識別使用者可提供生物測定資訊(例如指紋)及/或預定控制指令至與視覺顯示器4相關聯之裝置(例如行動電話)之位置。超音波感測器陣列7可藉由黏著劑附接至視覺顯示器4之背面組件，且此等黏著劑可為由樹脂、環氧樹脂、丙烯酸系物、聚胺酯、聚合耦接層、壓敏黏著劑或膠黏形成之彼等黏著劑。

圖5B描繪又一實施例，其中超音波感測區域100小於影像提供區域103，但感測區域100經偏移以使得感測區域100之部分延伸超過影像提供區域103之邊緣。以此方式，可實現圖3A及圖5A中所描繪之實施例之優點。在一些實施中，感測區域100可在一或多個側上與影像提供區域103重疊。

應注意，感測區域100及/或影像提供區域103不必為矩形。其他 形狀係可能的。然而，上文關於感測區域100及影像提供區域103之相對大小以及彼等區域100、103之定位而識別之概念仍然適用於具有除矩形外之形狀之區域100、103。

當超音波感測器陣列7用於收集指紋時，圖標(諸如框之輪廓、經填充矩形或指尖之粗糙影像)可用於在視覺顯示器4之成像表面13上引導使用者何時及在何處置放手指40以用於產生使用者之摩擦脊表面之影像。可藉由在適當時間在視覺顯示器4上展示圖標來引導使用者將手指40按壓於視覺顯示器4之一部分上。在超音波感測器陣列7之大小實質上與影像提供區域103相同之組態(圖4)中，圖標或其他位置指示圖形或文字可展示於影像提供區域103上之任何位置處。在感測器陣列7小於視覺顯示器4之組態(圖3)中，圖標、圖形或文字可顯示於超音波感測器陣列7之作用區域上方之區域中，以便可獲取使用者之摩擦脊表面之影像。在已獲取使用者之指紋後，可自影像提供區域103移除圖標。為警告使用者手指40可能被移除，可將文字命令、聲訊命令、經由影像提供區域103提供之視覺特徵、觸覺回應或其他合適警告提供至使用者。

當與視覺顯示器4耦接時，超音波感測器陣列7可用於偵測接觸視覺顯示器4之成像表面13之物件。此等物件可包括手指40或觸控筆。結果，可經由視覺顯示器4來顯示圖標，且使用者可隨後藉由(用手指40或觸控筆)輕輕按壓或敲擊圖標之區域中之成像表面13來選擇彼圖標。(在超音波發射器產生或沒有產生超音波之情況下)按壓或敲擊可藉由超音波感測器陣列7偵測且該偵測可用於啟動功能或使另一動作發生。

像素輸入電極34之大小及間隔可經選擇以提供所欲解析度。因此，超音波感測器陣列7之組態可經製造以提供高解析度、中等解析度或低解析度。因此，有可能選擇具有類似解析度或不同解析度之視 覺顯示器4及超音波感測器陣列7。在一些實施中，可在自超音波感測器陣列7獲取影像資訊時藉由選擇特定列及行或藉由省略特定列及行(諸如每隔一列及行)來電子式地設定解析度。

在一些組態中，超音波感測器陣列7可定位於視覺顯示器4之背光106與底部偏光器79之間(參見圖6)，或在視覺顯示器4包含之組件之堆疊中較高地定位。舉例而言，超音波感測器陣列7可附接至顯示器TFT 88(參見圖3A、圖4及圖5A)。當超音波感測器陣列7位於此位置中時，超音波感測器陣列7可部分地遮擋自背光106發出之光，但可最小化自背光106發出且穿過視覺顯示器4之光透射損失。舉例而言，超音波感測器陣列7可製造於諸如實質上透明之玻璃或塑膠的透明基板上。形成於基板上之薄膜電晶體(TFT)可由諸如銦鎵氧化錫(IGZO)或薄非晶或多晶矽之中等透明半導體層製成。可將常用於金屬互連件之金屬層製得較窄且在一些組態中製得稀疏，從而最低程度地遮擋光透射。或者，諸如氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)之透明導電材料可用於TFT電路系統之間的電氣互連。在超音波感測器陣列7橫越整個視覺顯示器4之組態中，自背光106之光發射可增加以補償由於包含超音波感測器陣列7所致之一些損失。在超音波感測器陣列7僅橫越影像提供區域103之一部分之組態中，背光106可經組態以在彼部分中發射更多光。或者，略帶吸收性之濾波層可定位在超音波感測器陣列7周圍，該超音波感測器陣列定位於視覺顯示器4之背光106與其他組件之間以便允許光自影像提供區域103之實質上均勻之透射。在一些實施中，反射性特徵可局部地置放在感測器陣列7之遮擋區域下方以將光反射回至背光中，從而允許光在感測器陣列7之非遮擋區域中再循環且再發射。此等組態可允許來自超音波感測器陣列之超音波能在自每一層之反射最小的情況下橫穿視覺顯示器4包含之層，且因此避免可(例如)在具有極為不同之聲阻抗之層之間發生的反射中之一些，同時 實質上維持背光之功效。

圖7圖示具有平坦光導背光106之視覺顯示器4之截面圖，其中超音波感測器陣列7定位在整個或部分背光106之後。平坦光導背光106具有靠近視覺顯示器4之一或多個側之光源109。光源109可包括冷陰極螢光燈(CCFL)、一或多個白色LED之陣列、多色(例如紅色、綠色及藍色)LED之陣列或其他合適之光發射體。背光106之光波導91可具有選擇性地置放在波導91之背面上之白色材料點112，以使得行進穿過波導91之光撞擊白點112且向上朝向影像提供區域103反射。未撞擊點之光可繼續在光波導91中行進，從而藉由全內反射(TIR)來反射離開波導91之頂面及底面，直至撞擊點。點112可以變化之面積密度或大小定位以提供光自側光式背光106之實質上均勻之發射。或者，光波導91可具有形成至玻璃中之光轉向特徵，諸如刻面。刻面可為圓形、正方形或矩形，具有彎曲或成角度側壁以重定向沿光波導91朝向影像提供區域103行進之光。刻面可為(例如)具有成角度或彎曲側壁及平底之截頂圓錐體。刻面側壁可塗覆有圖案化金屬薄層以進一步增加反射率。刻面可填充有諸如金屬、黏著劑或聚合物之固體材料，該固體材料允許音能以最小損失自超音波感測器陣列7傳輸。刻面可選擇性地形成具有變化之面積密度或大小以提供自背光106之實質上均勻之發射。

關於類似圖7中所描繪之佈置之佈置，應注意，應最小化組件中及組件之間的空隙或間隙以促進超音波穿過視覺顯示器4之背光106及其他組件朝向成像表面13之更均勻透射。為最小化非所欲反射，黏著劑可用於將超音波感測器陣列7附接至光轉向背光106及將光轉向背光106附接至視覺顯示器4之其他組件。黏著劑可經選擇以具有最少空隙及遮擋且在聲學上與視覺顯示器4之組件匹配。低指數層(未圖示)可附接至光轉向背光106之上部及下部主要表面以便保持平坦背光106之 TIR特徵。

圖8圖示視覺顯示器4之截面圖，該視覺顯示器具有平坦背光106及定位在背光106之後的超音波感測器陣列7。如上文關於圖3A至圖5B所描述，超音波感測器陣列7可定位在一部分或整個視覺顯示器4之後，且在一些組態中延伸超過視覺顯示器4之一或多個邊緣。為達成來自背光106之光穿過LCD顯示器4之作用區域之均勻分佈，一或多個漫射體層97及亮度增強膜94(BEF)可定位於視覺顯示器4之背光106與其他組件之間。習知地，此等BEF 94及漫射體層97包括在無需黏著劑之情況下堆疊在一起之個別片。因此，此等鬆散堆疊之層可具有限制高頻音能穿過視覺顯示器4之傳輸的氣隙及空隙。為改良聲學透射，BEF 94及漫射體層97在安裝於視覺顯示器4中之前可彼此接合或層壓。由於習知亮度增強膜94可包括形成於膜之表面上之許多小稜鏡特徵且依賴於空氣介面來控制來自背光106之光之分佈，故包括黏著劑可能需要減小任何透鏡或稜鏡特徵之一或多個夾角(例如銳化錐體尖端)以解決接合黏著劑相較於空氣較高之折射率。

圖9展示視覺顯示器4之截面圖，該視覺顯示器具有楔形背光106及定位在背光106之後的超音波感測器陣列7。楔形背光106允許沿光波導91行進之光在內部反射離開頂面及底面，直至在光離開波導91之點處不滿足成功TIR之準則。楔形之角度經大體選擇以達成來自背光106之光的均勻發射。為適應超音波感測器陣列7，可使光波導91之一個主要表面具有顯著反射性，例如，塗覆有白漆或用薄金屬層使其具有反射性。波導91之其他主要表面(發光表面)可覆蓋有低指數膜以控制TIR之程度，且波導91之角度可經控制以遍及波導91傳播光。

光轉向楔形背光106可具有以下優點：由於物件40之存在而在成像表面13處反射之超音波將以掃掠延遲方式到達超音波接收器22。像素輸入電極34之陣列之一行將在略微不同於像素輸入電極34之陣列之 相鄰行之時間接收反射之超音波信號。此舉可係有利的，因為一些現有超音波系統需要超音波發射器16啟動數次以便再新像素輸入電極34上之電荷以便在讀取電荷之前補償電荷衰減。若並未在電荷衰減前讀出像素輸入電極34上之電荷，則必須作出對聲透射之另一嘗試。在楔形佈置之情況下，反射之超音能量波將到達在像素輸入電極34之先前列稍後的像素輸入電極34之特定列。此舉可允許單個聲透射脈衝或波之更多行讀取事件且降低超音波感測器陣列7之功率消耗。

應注意，不需要楔形背光106來達成以不與手指40所在之成像表面13之表面平行的方式定位超音波感測器陣列7之益處。感測區域100可藉由其他手段相對於成像表面13之表面成角度。舉例而言，材料之楔狀物可插入超音波感測器陣列7與視覺顯示器4(或其組件)之間以便以相對於視覺顯示器4之成像表面13之角度定位超音波感測器陣列7。

在一些組態中，視覺顯示器4之組件之間及組件內的裂縫、間隙及空隙可填充有一材料，該材料理想地具有高光學透射(例如實質上清透)、在例如1.5兆瑞至15兆瑞之範圍中之聲阻抗、低光學指數(例如介於1.25與1.6之間)、極少氣泡或空隙，且該材料隨時間推移以及在所欲溫度範圍內穩定。以此方式，原本含有空氣的裂縫改為含有較不可能導致大量超音波能反射之物質。可適用於此目的之材料可包括許多類型之黏著劑，諸如上文所識別之彼等黏著劑。舉例而言，通常在視覺顯示器4中組件層內及組件層之間發現的氣隙可填充有聲學透射材料，該材料具有類似於組件層之聲學性質之聲學性質以便最小化或消除超音波感測器陣列7所使用之超音波能之反射。舉例而言，光學清透樹脂(OCR)、光學清透黏著劑(OCA)、環氧樹脂、矽凝膠、聚胺酯及丙烯酸系物係可用於此目的之聲學透射材料。

在使用超音波而作用之感測器陣列7之情況下，為了促進穿過顯示器堆疊之傳播，認識到可能需要聲學匹配之耦接材料及/或傳輸介 質來填充氣隙或在組件堆疊之層之間可能需要該聲學匹配之耦接材料及/或傳輸介質以用於機械穩定性。應選擇適應光學路徑且對光透射之影響最小的此材料。舉例而言，黏著劑(諸如環氧樹脂、壓敏黏著劑(PSA)、OCA或OCR)可用於以最小光損失機械地、聲學地及光學地耦接該等層。此等層可(例如)藉由真空層壓、熱軋層壓、冷軋層壓、熱壓、冷壓或其他合適接合技術來塗覆。使空隙及氣隙最少對良好光學透射係重要的且對良好聲學透射係必要的。此等方法亦可用於將超音波感測器陣列7附接至顯示器堆疊。

現將認識到，可在製造視覺顯示器4中的方便之階段執行超音波感測器陣列7與視覺顯示器4之耦接。舉例而言，在視覺顯示器4之製造完成後或在製造製程之步驟之間(諸如僅在附接背光106或光波導91之前)，可將超音波感測器陣列7耦接至視覺顯示器4。因此，在幾乎不中斷或不中斷視覺顯示器4之製造製程的情況下，實現超音波感測器陣列7與視覺顯示器4之組合。

上述裝置1中之一或多者可在用於超音波感測之裝置、設備或系統中實施。另外，預期所描述實施可包括在各種電子裝置中或與各種電子裝置相關聯，該等電子裝置諸如(但不限於)：行動電話、具備多媒體網際網路功能之蜂巢式電話、行動電視接收器、無線裝置、智慧型電話、Bluetooth®裝置、個人數位助理(PDA)、無線電子郵件接收器、手持式或攜帶型電腦、迷你筆記型電腦、筆記型電腦、智慧本、平板電腦、印表機、複印機、掃描器、傳真裝置、全球定位系統(GPS)接收器/導航器、攝影機、數位媒體播放器(諸如MP3播放器)、攝錄影機、遊戲控制器、腕錶、鐘錶、計算器、電視監視器、平板顯示器、電子讀取裝置(例如電子閱讀器)、電腦監視器、汽車顯示器(包括里程錶顯示器及速度錶顯示器等)、座艙控制件及/或顯示器、攝影機視圖顯示器(諸如車輛中的後視攝影機之顯示器)、電子照片、電子 佈告欄或符號、投影儀、架構結構、微波爐、冰箱、立體聲系統、卡式錄音機或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、無線電、攜帶型記憶體晶片、洗滌機、乾燥器、洗滌機/乾燥器、停車計時錶、封裝(諸如在包括微機電系統(MEMS)應用之機電系統(EMS)應用以及非EMS應用中)、美學結構(諸如影像在一件首飾或衣服上之顯示)及各種EMS裝置。

圖10為行動裝置1500之特定說明性實施例之方塊圖。行動裝置1500包括耦接至記憶體1532之處理器1510，諸如數位信號處理器(DSP)。在說明性實例中，處理器1510包括影像處理邏輯1564，其可儲存於電腦可讀媒體(諸如記憶體1532)上。當處理器1510經程式設計以執行處理邏輯1564時，裝置1500可識別所擷取影像之影像特徵。處理器1510可操作以執行分配至行動裝置1500之各種任務。在特定實施例中，記憶體1532為包括指令1560之非暫時性電腦可讀媒體。處理器1510可經組態以執行儲存於記憶體1532中之指令1560以執行分配至行動裝置之任務。在另一說明性實例中，記憶體1532可儲存藉由攝影機1570擷取之影像。

圖10亦圖示耦接至處理器1510且耦接至視覺顯示器1528之顯示器控制器1526。視覺顯示器1528可對應於圖3A至圖8中所描繪之顯示器中之任一者。與圖3A至圖8中之視覺顯示器相似，視覺顯示器1528可為觸控螢幕。編碼器/解碼器(CODEC)1534亦可耦接至處理器1510。揚聲器1536及麥克風1538可耦接至CODEC 1534。在特定實施例中，麥克風1538可經組態以擷取音訊。麥克風1538亦可經組態以擷取音訊，而攝影機1570擷取視訊。

圖10亦指示無線控制器1540可耦接至處理器1510且耦接至天線1542。在特定實施例中，處理器1510、顯示器控制器1526、記憶體1532、CODEC 1534及無線控制器1540包括在系統級封裝或系統單晶 片(「SoC」)裝置1522中。在特定實施例中，輸入裝置1530及電源供應器1544耦接至SoC裝置1522。在特定實施例中，如圖10中所說明，視覺顯示器1528、輸入裝置1530、揚聲器1536、麥克風1538、天線1542、電源供應器1544及攝影機1570在SoC裝置1522外部。然而，視覺顯示器1528、輸入裝置1530、揚聲器1536、麥克風1538、天線1542、電源供應器1544及攝影機1570中之每一者可耦接至SoC裝置1522之組件，諸如介面或控制器。

現將認識到，實施例可採用裝置1之形式，該裝置具有(a)用於顯示一影像之一構件及(b)用於使用超音波偵測一物件之一構件，其附接至該顯示構件之一背面組件。又，實施例可採用電腦可讀媒體之形式，該電腦可讀媒體儲存可由處理器1510執行以使處理器1510執行操作之指令1560，該等操作包括：(a)經由一視覺顯示器顯示一影像；及(b)經由附接至該視覺顯示器之一背面組件之一超音波感測器陣列偵測一物件。圖11為描繪此等操作之流程圖。

儘管已在本文中描述實施例，但本發明並不限於此等實施例。應理解，可在不脫離本發明之精神及範疇之情況下獲得本發明之其他實施例。因此，本發明被視為僅受隨附申請專利範圍及其合理解釋限制。

1‧‧‧裝置

4‧‧‧視覺顯示器

7‧‧‧超音波感測器陣列

10‧‧‧觀看側

13‧‧‧成像表面

16‧‧‧超音波發射器

19‧‧‧TFT基板

22‧‧‧超音波接收器

25‧‧‧壓電發射器層

28‧‧‧第一發射器電極

31‧‧‧第二發射器電極

32‧‧‧接收器偏壓電極

34‧‧‧像素輸入電極

37‧‧‧壓電接收器層

40‧‧‧手指/物件

Claims (54)

1. 一種顯示裝置，其包含：一視覺顯示器，其能夠提供一影像；及一超音波區域陣列感測器，其附接至該視覺顯示器之一背面組件以使得該超音波區域陣列感測器之一感測區域相對於該視覺顯示器之一成像表面成角度。
2. 如請求項1之裝置，其中該背面組件為一背光。
3. 如請求項2之裝置，其中該超音波區域陣列感測器附接至該背光之距該顯示裝置之一成像表面最遠的一表面。
4. 如請求項2之裝置，其中該超音波區域陣列感測器附接至該背光之最靠近該顯示裝置之一成像表面的一表面。
5. 如請求項1之裝置，其中該背面組件為一光波導。
6. 如請求項5之裝置，其中該光波導為平坦或楔形的。
7. 如請求項1之裝置，其中該超音波區域陣列感測器之該感測區域相對於該視覺顯示器之該成像表面成角度以使得來自該超音波區域陣列感測器之一壓電發射器並從接近該視覺顯示器之一物件反射離開(reflect off)之一超音波將以一掃掠延遲(sweeping delay)方式到達該超音波區域陣列感測器之不同像素輸入電極列。
8. 如請求項1之裝置，其中該超音波區域陣列感測器具有一感測區域且該視覺顯示器具有一影像提供區域，且其中該感測區域小於該影像提供區域。
9. 如請求項1之裝置，其中該超音波區域陣列感測器具有一感測區域且該視覺顯示器具有一影像提供區域，且其中該感測區域之大小實質上與該影像提供區域相同。
10. 如請求項1之裝置，其中該超音波區域陣列感測器具有一感測區域且該視覺顯示器具有一影像提供區域，且其中該感測區域大於該影像提供區域。
11. 如請求項1之裝置，其中該超音波區域陣列感測器具有一感測區域且該視覺顯示器具有一影像提供區域，且其中該感測區域與該影像提供區域之至少一邊緣重疊。
12. 如請求項1之裝置，其中該視覺顯示器包括液晶材料、有機發光二極體、一或多個發光二極體或至少一冷陰極螢光燈以產生一影像。
13. 如請求項1之裝置，其中該視覺顯示器包括具有光轉向特徵之一光波導。
14. 如請求項13之裝置，其中該等光轉向特徵填充有一非氣態材料，該非氣態材料允許傳輸藉由該超音波區域陣列感測器發射之超音波能。
15. 如請求項14之裝置，其中該材料具有介於約1.5兆瑞至15兆瑞之間的一聲阻抗。
16. 如請求項1之裝置，其中該視覺顯示器包含用一聲學透射材料彼此接合之一或多個組件層。
17. 如請求項1之裝置，其中該視覺顯示器包含至少一組件層，該至少一組件層具有填充該至少一組件層的裂縫之一聲學透射材料。
18. 如請求項1之裝置，其中該超音波區域陣列感測器定位於該視覺顯示器之一背光與一顯示器薄膜電晶體之間。
19. 一種顯示裝置，其包含：用於顯示一影像之構件；及用於使用附接至用於顯示一影像之該構件之一背面組件之一 超音波區域陣列感測器偵測一物件之構件，其中該超音波區域陣列感測器經附接以使得該超音波區域陣列感測器之一感測區域相對於該用於顯示一影像之構件之一成像表面成角度。
20. 如請求項19之裝置，其中該背面組件為一背光。
21. 如請求項20之裝置，其中用於偵測一物件之該構件附接至該背光之距該用於顯示一影像之構件之一成像表面最遠的一表面。
22. 如請求項20之裝置，其中用於偵測一物件之該構件附接至該背光之最靠近該用於顯示一影像之構件之一成像表面的一表面。
23. 如請求項19之裝置，其中該背面組件為一光波導。
24. 如請求項23之裝置，其中該光波導為平坦或楔形的。
25. 如請求項19之裝置，其中該超音波區域陣列感測器之該感測區域相對於該用於顯示一影像之構件之該成像表面成角度以使得來自該超音波區域陣列感測器之一壓電發射器並從接近該用於顯示一影像之構件之一物件反射離開(reflect off)之一超音波將以一掃掠延遲(sweeping delay)方式到達該超音波區域陣列感測器之不同像素輸入電極列。
26. 如請求項19之裝置，其中該超音波區域陣列感測器具有一感測區域且該用於顯示一影像之構件具有一影像提供區域，且其中該感測區域小於該影像提供區域。
27. 如請求項19之裝置，其中該超音波區域陣列感測器具有一感測區域且該用於顯示一影像之構件具有一影像提供區域，且其中該感測區域之大小實質上與該影像提供區域相同。
28. 如請求項19之裝置，其中該超音波區域陣列感測器具有一感測區域且該用於顯示一影像之構件具有一影像提供區域，且其中該感測區域大於該影像提供區域。
29. 如請求項19之裝置，其中該超音波區域陣列感測器具有一感測區域且該用於顯示一影像之構件具有一影像提供區域，且其中該感測區域與該影像提供區域之至少一邊緣重疊。
30. 如請求項19之裝置，其中該用於顯示一影像之構件包括液晶材料、有機發光二極體、一或多個發光二極體或至少一冷陰極螢光燈以產生一影像。
31. 如請求項19之裝置，其中用於顯示一影像之該構件包括具有光轉向特徵之一波導。
32. 如請求項31之裝置，其中該等光轉向特徵填充有一非氣態材料，該非氣態材料允許傳輸來自該超音波區域陣列感測器之音能。
33. 如請求項19之裝置，其中用於顯示一影像之該構件包含用一聲學透射材料彼此接合之一或多個組件層。
34. 如請求項19之裝置，其中用於顯示一影像之該構件包含至少一組件層，該至少一組件層具有填充該至少一組件層的裂縫之一聲學透射材料。
35. 如請求項19之裝置，其中該背面組件為一背光。
36. 如請求項19之裝置，其中用於偵測一物件之該構件定位於該視覺顯示器之一背光與一顯示器薄膜電晶體之間。
37. 一種非暫時性電腦可讀媒體，其儲存可由一處理器執行以使該處理器執行操作之指令，該等操作包含：經由一視覺顯示器顯示一影像；使一超音波產生器產生一超音波；及經由附接至該視覺顯示器之一背面組件之一超音波區域陣列感測器藉由讀取該超音波區域陣列感測器中像素輸入電極之列來偵測一物件，其中該超音波區域陣列感測器經附接以使得該 區域陣列感測器之一感測區域相對於該視覺顯示器之一成像表面成角度且像素輸入電極之多個列針對產生之每一超音波被讀取。
38. 如請求項37之電腦可讀媒體，其中該背面組件為一背光。
39. 如請求項38之電腦可讀媒體，其中該超音波區域陣列感測器附接至該背光之距該視覺顯示器之一成像表面最遠的一表面。
40. 如請求項38之電腦可讀媒體，其中該超音波區域陣列感測器附接至該背光之最靠近該視覺顯示器之一成像表面的一表面。
41. 如請求項37之電腦可讀媒體，其中該背面組件為一光波導。
42. 如請求項41之電腦可讀媒體，其中該波導為平坦或楔形的。
43. 如請求項37之電腦可讀媒體，其中該超音波區域陣列感測器之該感測區域相對於該視覺顯示器之該成像表面成角度以使得來自該超音波區域陣列感測器之一壓電發射器並從接近該視覺顯示器之一物件反射離開(reflect off)之一超音波將以一掃掠延遲(sweeping delay)方式到達該超音波區域陣列感測器之不同像素輸入電極列。
44. 如請求項37之電腦可讀媒體，其中該超音波區域陣列感測器具有一感測區域且該視覺顯示器具有一影像提供區域，且其中該感測區域小於該影像提供區域。
45. 如請求項37之電腦可讀媒體，其中該超音波區域陣列感測器具有一感測區域且該視覺顯示器具有一影像提供區域，且其中該感測區域之大小實質上與該影像提供區域相同。
46. 如請求項37之電腦可讀媒體，其中該超音波區域陣列感測器具有一感測區域且該視覺顯示器具有一影像提供區域，且其中該感測區域大於該影像提供區域。
47. 如請求項37之電腦可讀媒體，其中該超音波區域陣列感測器具 有一感測區域且該視覺顯示器具有一影像提供區域，且其中該感測區域與該影像提供區域之至少一邊緣重疊。
48. 如請求項37之電腦可讀媒體，其中該視覺顯示器包括液晶材料、有機發光二極體、一或多個發光二極體或至少一冷陰極螢光燈以產生一影像。
49. 如請求項37之電腦可讀媒體，其中該視覺顯示器包括具有光轉向特徵之一光波導。
50. 如請求項49之電腦可讀媒體，其中該等光轉向特徵填充有一非氣態材料，該非氣態材料允許傳輸來自該超音波區域陣列感測器之音能。
51. 如請求項37之電腦可讀媒體，其中該視覺顯示器包含用一聲學透射材料彼此接合之一或多個組件層。
52. 如請求項37之電腦可讀媒體，其中該視覺顯示器包含至少一組件層，該至少一組件層具有填充該至少一組件層的裂縫之一聲學透射材料。
53. 如請求項37之電腦可讀媒體，其中該背面組件為一背光。
54. 如請求項37之電腦可讀媒體，其中該超音波區域陣列感測器定位於該視覺顯示器之一背光與一顯示器薄膜電晶體之間。