CN101452527A

CN101452527A - 电容式指纹感应器及其面板

Info

Publication number: CN101452527A
Application number: CNA2008100955642A
Authority: CN
Inventors: 庄凯岚; 陈英烈
Original assignee: Himax Technologies Ltd
Current assignee: Himax Technologies Ltd
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2008-04-29
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2028-04-29
Also published as: US7663380B2; TW200926009A; TWI334995B; CN101452527B; US20090146669A1

Abstract

本发明的电容式指纹感应器包含指纹电容C_F、参考电容、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及第四晶体管。该指纹电容C_F的电容值为凹部电容值C_FV或凸部电容值C_FR。该参考电容具有电容值C_S，且C_FV＜C_S＜C_FR。该第一晶体管用于预充电该参考电容。该第二晶体管用于预充电该指纹电容。该第三晶体管用于重新分布该参考电容和该指纹电容的电荷。该第四晶体管用于输出经电荷重新分布后的该参考电容的电压。

Description

电容式指纹感应器及其面板

技术领域

本发明是关于一种电容式指纹感应器及其面板，特别是关于一种使用多个晶体管的电容式指纹感应器及其面板。

背景技术

指纹感应器为一种用于辨认手指纹样式及提供可靠度的个人身份识别的感应器。该指纹感应器也广泛地使用于可携式产品，例如手机、笔记本型计算机，用以确保个人保密数据的安全性。

图1A和1B显示指纹感应器的等效电路。大体而言，指纹感应器可以被实现于芯片内，在图1A的编号13代表保护层，其作为电容C_S的介电层。若该指纹感应器被嵌入于图像面板，在图1A的编号11代表ITO层，且编号13代表玻璃和薄膜，例如彩色滤光片、偏光板等。以下的叙述以嵌入于图像面板的指纹感应器为例。在图1A，玻璃13、上金属层11及基板12以串联方式结合，且该玻璃13是使用者手指可以碰触的地方。通常电容C_S存在于玻璃13内，且电容C_P存在于上金属层11和基板12之间。在图1B，使用者手指的表面可分为凸部14和凹部15。该凹部15和该玻璃13有一个距离d₂，而该玻璃13的厚度为d₁。基于该结构，额外电容C2存在于该使用者手指的凹部及该玻璃13的表面。该凸部电容值C_FR是与C1相关，该凹部电容值C_FV是与C1//C2相关，而C1和C1//C2可用以下方式表示：

C_{1} = \frac{ϵ_{1} A}{d_{1}},

且

C_{1} / / C_{2} = \frac{1}{\frac{d_{1}}{ϵ_{1} A} + \frac{d_{2}}{ϵ_{2} A}}

通常该凸部电容值C_FR远大于该凹部电容值C_FV。

为了感应使用者手指，读出电路应可分辨该凸部电容值及凹部电容值。然而，其并不容易得到所需的准确度，因为一些环境上的因素，例如噪声或串音都会减损该结果。

发明内容

本发明的电容式指纹感应器的一实施例包含第一晶体管、第二晶体管、指纹电容C_F、参考电容C_S、第三晶体管及第四晶体管。该第一晶体管包含栅极端、输入端及输出端，其中该栅极端由第一读出选择线所控制，且该输入端连接至第一偏压VA。该第二晶体管包含栅极端、输入端及输出端，其中该栅极端由第一读出选择线所控制，且该输入端连接至第二偏压VB。该指纹电容C_F连接至该第二晶体管的输出端，其中该指纹电容的电容值为凹部电容值C_FV或凸部电容值C_FR。该参考电容C_S连接至该第一晶体管的输出端，其中该参考电容具有电容值C_S，且C_FV<C_S<C_FR。该第三晶体管包含栅极端、输入端及输出端，其中该栅极端由第二读出选择线所控制，该输入端连接至该指纹电容，该输出端连接至该参考电容，且该第二读出选择线相邻于该第一读出选择线。该第四晶体管包含栅极端、输入端及输出端，其中该栅极端由扫描线所控制，该输入端连接至该参考电容，且该输出端连接至读出线。

本发明的电容式指纹感应器的另一实施例包含指纹电容C_F、参考电容、第一晶体管、第二晶体管、第三电晶及第四晶体管。该指纹电容C_F的电容值为凹部电容值C_FV或凸部电容值C_FR。该参考电容具有电容值C_S，且C_FV<C_S<C_FR。该第一晶体管用于预充电该参考电容。该第二晶体管用于预充电该指纹电容。该第三晶体管用于重新分布该参考电容和该指纹电容的电荷。该第四晶体管，用于输出经电荷重新分布后的该参考电容的电压。

本发明的包含电容式指纹感应器的面板系统的一实施例包含具有电容式指纹感应器的有源矩阵区域、数据驱动器、扫描驱动器、读出电路及图像处理电路。该数据驱动器用于驱动数据。该扫描驱动器用于控制连接至该电容式指纹感应器的扫描线。该读出电路用于接收该电容式指纹感应器的读出线且辨认该指纹电容的种类。该图像处理电路连接至该读出电路。

附图说明

图1A和1B显示指纹感应器的等效电路；

图2显示本发明的面板的一具体实施例；

图3显示本发明的指纹感应器的一具体实施例；

图4显示图3电路的时序图；

图5A和5B显示图3电路的预充电阶段及估算阶段；及

图6显示本发明的一具体实施例的读出电路。

[主要元件标号说明]

11 上金属板 12 基板

13 保护层 14 指纹凸部

15 指纹凹部

21 数据驱动器 22 扫描驱动器

23 读出电路 24 图像处理电路

25 面板

31 电容式指纹感应器 32 电容式指纹感应器

33 第一晶体管 34 第二晶体管

35 第三晶体管 36 第四晶体管

61 比较器 62 多工器

具体实施方式

图2显示本发明的面板的一具体实施例。该面板系统包含有源矩阵区域25、数据驱动器21、扫描驱动器22、读出电路23及图像处理电路24。该有源矩阵区域25包含多个电容式指纹感应器31，而每一个电容式指纹感应器31都可以选择性地和图像像素共存于像素单元。该数据驱动器21用于驱动数据。该扫描驱动器22用于控制连接至该电容式指纹感应器31的扫描线。大体而言，当该电容式指纹感应器31被操作时，连接至该电容式指纹感应器31的扫描线在整个操作过程被启动。该读出电路23用于接收该电容式指纹感应器31的读出线的模拟信号，且辨认该指纹电容31的型式，例如凹部电容值C_FV或凸部电容值C_FR。该图像处理电路24连接至该读出电路23。图2的结构是以图像面板的嵌入式结构为例，但本领域技术人员均可知悉图2的结构可以被轻易转换及应用于芯片内。

图3显示本发明的指纹感应器的一具体实施例。该电容式指纹感应器31包含第一晶体管33、第二晶体管34、指纹电容C_F、参考电容C_S、第三晶体管35及第四晶体管36。图3是显示连接至同一扫描线的同一行的两组相邻的指纹感应器31。大体而言，当电容式指纹感应器31在预充电阶段，其前级相邻的电容式指纹感应器32则在估算阶段。当该电容式指纹感应器31在估算阶段，其后级相邻的电容式指纹感应器则在预充电阶段。该第一晶体管33包含栅极端、输入端及输出端，其中该栅极端由第一读出选择线C_m所控制，且该输入端连接至第一偏压VA。该第二晶体管34包含栅极端、输入端及输出端，其中该栅极端由第一读出选择线C_m所控制，且该输入端连接至第二偏压VB。该电压VA电压不等于该电压VB。该指纹电容C_F连接至该第二晶体管34的输出端，其中该指纹电容的电容值为凹部电容值C_FV或凸部电容值C_FR。该参考电容C_S连接至该第一晶体管33的输出端，其中该参考电容具有电容值C_S，且C_FV<C_S<C_FR。该第三晶体管35包含栅极端、输入端及输出端，其中该栅极端由第二读出选择线C_m+1所控制，该输入端连接至该指纹电容，该输出端连接至该参考电容，且该第二读出选择线C_m+1相邻于该第一读出选择线C_m。该第四晶体管36包含栅极端、输入端及输出端，其中该栅极端由扫描线R_n所控制，该输入端连接至该参考电容，且该输出端连接至读出线。

图4显示图3电路的时序图。大体而言，在同一列的指纹电容共享同一个扫描线R_n，其在该列所有指纹电容的整个操作过程被启动。连接至每一指纹感应器的该读出选择线C₀至C_x被循序启动且彼此未重迭。该读出选择线C₀至C_x被使用于启动每一指纹感应器的预充电阶段及估算阶段，以循序地由对应于该扫描线的同一列指纹感应器读取数据。

图5A显示在预充电阶段，该指纹感应器31的等效电路。在预充电阶段，该读出选择线C_m被启动，该第一晶体管33及第二晶体管34被致能，且该偏压VA和VB分别预充电该参考电容和该指纹电容。

图5B显示在估算阶段，该指纹感应器31的等效电路。在估算阶段，该读出选择线C_m+1被启动，该第三晶体管35被致能，且储存于该参考电容和指纹电容的电荷被重新分布。此时，扫描线仍然被启动，该第四晶体管36被致能，该读出线依据使用者手指被检测到的部位，即指纹凸部或凹部，而输出电压

或很明显地，若指纹凸部被检测到，则其读出线的电压大于若指纹凹部被检测到的电压。

图6显示本发明的一具体实施例的读出电路。该读出电路23包含多工器62和比较器61。该多工器62的输入端连接至该读出线，该多工器62的输出端连接至该比较器61，且该比较器61输出一个位至该图像处理电路24。为了分辨凸部电容和凹部电容，该比较器61使用阀值电压V_REF，且

\frac{C_{S} \times VA + V_{FR} \times VB}{C_{S} + C_{FR}} > V_{REF} > \frac{C_{S} \times VA + C_{FV} \times VB}{C_{S} + C_{FV}} .

据此，若该比较器61输出逻辑高电平，代表由指纹感应器接收到的数据为凸部电容。反之，则为凹部电容。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为上述的权利要求范围所涵盖。

Claims

1.一种电容式指纹感应器，包含：

第一晶体管，包含栅极端、输入端及输出端，其中该栅极端由第一读出选择线所控制，且该输入端连接至第一偏压VA；

第二晶体管，包含栅极端、输入端及输出端，其中该栅极端由第一读出选择线所控制，且该输入端连接至第二偏压VB；

指纹电容C_F，连接至该第二晶体管的输出端，其中该指纹电容的电容值为凹部电容值C_FV或凸部电容值C_FR；

参考电容C_S，连接至该第一晶体管的输出端，其中该参考电容具有电容值C_S，且C_FV<C_S<C_FR；

第三晶体管，包含栅极端、输入端及输出端，其中该栅极端由第二读出选择线所控制，该输入端连接至该指纹电容，该输出端连接至该参考电容，且该第二读出选择线相邻于该第一读出选择线；以及

第四晶体管，包含栅极端、输入端及输出端，其中该栅极端由扫描线所控制，该输入端连接至该参考电容，且该输出端连接至读出线。

2.根据权利要求1所述的电容式指纹感应器，其中在预充电阶段，该第一读出选择线被启动。

3.根据权利要求2所述的电容式指纹感应器，其中在估算阶段，该扫描线及第二读出选择线被启动，据此该第三晶体管的输出端点的电压被输出至该读出线。

4.根据权利要求3所述的电容式指纹感应器，其中具波峰电容值C_FR的指纹电容的相对应读出电压大于具凹部电容值C_FV的指纹电容的相对应读出电压。

5.根据权利要求4所述的电容式指纹感应器，其中在该估算阶段时，该读出线的电压为

\frac{C_{S} \times VA + C_{FR} \times VB}{C_{S} + C_{FR}}

或

\frac{C_{S} \times VA + C_{FV} \times VB}{C_{S} + C_{FV}} .

6.根据权利要求1所述的电容式指纹感应器，其中该扫描线在该预充电阶段和估算阶段被启动。

7.一种电容式指纹感应器，包含：

指纹电容C_F，其电容值为凹部电容值C_FV或凸部电容值C_FR；

参考电容，其具有电容值C_S，且C_FV<C_S<C_FR；

第一晶体管，用于预充电该参考电容；

第二晶体管，用于预充电该指纹电容；

第三晶体管，用于重新分布该参考电容和该指纹电容的电荷；以及

第四晶体管，用于输出经电荷重新分布后的该参考电容的电压。

8.根据权利要求7所述的电容式指纹感应器，其中经电荷重新分布后对应于该凸部电容值C_FR的该参考电容的电压大于对应于该凹部电容值C_FV的该参考电容的电压。

9.根据权利要求8所述的电容式指纹感应器，其中该第一晶体管用于预充电该参考电容至电压VA，该第二晶体管用于预充电该指纹电容至电压VB，且该电压VA电压不等于该电压VB。

10.根据权利要求9所述的电容式指纹感应器，其中该第一和第二晶体管是使用于预充电阶段，该第三晶体管是使用于估算阶段，且该预充电阶段并未和该估算阶段重迭。

11.根据权利要求10所述的电容式指纹感应器，其中在该估算阶段时，经电荷重新分布后对应于该参考电容的电压为

\frac{C_{S} \times VA + C_{FR} \times VB}{C_{S} + C_{FR}}

或

\frac{C_{S} \times VA + C_{FV} \times VB}{C_{S} + C_{FV}} .

12.一种包含电容式指纹感应器的面板系统，包含：

具有电容式指纹感应器的有源矩阵区域，该电容式指纹感应器包含：

指纹电容C_F，连接至该第二晶体管的输出端，其中该指纹电容的电容值为凹部电容值C_FV或凸部电容值C_FR；以及

第三晶体管，包含栅极端、输入端及输出端，其中该栅极端由第二读出选择线所控制，该输入端连接至该指纹电容，该输出端连接至该参考电容，且该第二读出选择线相邻于该第一读出选择线；及

第四晶体管，包含栅极端、输入端及输出端，其中该栅极端由扫描线所控制，该输入端连接至该参考电容，且该输出端连接至读出线；

数据驱动器，用于驱动数据；

扫描驱动器，用于控制连接至该电容式指纹感应器的扫描线；

读出电路，用于接收该电容式指纹感应器的读出线且辨认该指纹电容的种类；以及

图像处理电路，连接至该读出电路。

13.根据权利要求12所述的面板系统，其中该读出电路包含多工器和比较器，该多工器的输入端连接至该读出线，该多工器的输出端连接至该比较器。

14.根据权利要求12所述的面板系统，其中该比较器输出至该图像处理电路。

15.根据权利要求13所述的面板系统，其中该比较器具有阀值电压V_REF，且

\frac{C_{S} \times VA + C_{FR} \times VB}{C_{S} + C_{FR}} > V_{REF} > \frac{C_{S} \times VA + C_{FV} \times VB}{C_{S} + C_{FV}} .

16.根据权利要求12所述的面板系统，其中该有源矩阵区域还包含连接至该数据线的图像像素。

17.根据权利要求12所述的面板系统，其中当电容式指纹感应器在预充电阶段，其前级相邻的电容式指纹感应器则在估算阶段。

18.根据权利要求12所述的面板系统，其中当该电容式指纹感应器被操作时，连接至该电容式指纹感应器的扫描线被启动。