CN109214267B - 指纹传感器及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

提供了指纹传感器及其驱动方法。所述指纹传感器包括传感器像素，所述传感器像素包括：参考电容器，包括连接到驱动信号线的第一端以及连接到第一节点的第二端；触摸电容器，包括连接到第一节点的一个电极，其中，触摸电容器的电容通过外部对象的触摸而改变；第一晶体管，包括连接到初始化电压线的第一端、连接到第一节点的第二端以及连接到初始化线的控制端；第二晶体管，包括用于接收共电压的第一端、用于输出基于共电压而产生的电流的第二端以及连接到第一节点的控制端；以及第三晶体管，包括连接到第二晶体管的第二端的第一端、连接到感测线的第二端以及连接到扫描线的控制端。

Description

指纹传感器及其驱动方法

本申请要求于2017年7月5日在韩国知识产权局提交的第10-2017-0085461号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的公开通过引用其全部而包含于此。

技术领域

本公开涉及传感器像素、指纹传感器及其驱动方法。

背景技术

由于近来已经开发了各种终端和可穿戴设备，因此提供了利用诸如财务或安全的个人信息的各种功能，安全验证的重要性增加。

生物验证技术通过利用指纹、虹膜、语音、脸部和血管来验证用户。用于验证的生物特性对每个人都是独特的，而不会不便于持有。此外，因为生物特性不轻易随着生活而改变，所以非法使用或模仿的风险较低。

特别地，指纹验证方法由于其方便性、安全性和经济可行性正逐渐成为可商业上应用的。响应于用户的他/她的手指的直接或间接接触，指纹传感器识别手指的指纹图像并且从指纹图像捕获指纹图案。

在该背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对于本公开的背景的理解，因此它可以包含不构成本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

示例性实施例已经致力于提供一种用于去除噪声的指纹传感器以及驱动该指纹传感器的方法。

示例性实施例已经致力于提供一种具有大面积的指纹传感器。

本公开的示例性实施例提供一种指纹传感器，该指纹传感器包括：多条扫描线；多条驱动信号线；多条感测线；多条初始化线；初始化电压线，用于供应初始化电压；共电压线，用于供应共电压；以及多个传感器像素，其中，所述多个传感器像素中的每个传感器像素包括：参考电容器，包括连接到所述多条驱动信号线中的一条驱动信号线的第一端和连接到第一节点的第二端；触摸电容器，包括连接到第一节点的一个电极，其中，触摸电容器的电容通过外部对象的触摸而改变；第一晶体管，包括连接到初始化电压线的第一端、连接到第一节点的第二端和连接到所述多条初始化线中一条初始化线的控制端；第二晶体管，包括用于接收共电压的第一端、用于输出基于共电压产生的电流的第二端和连接到第一节点的控制端；以及第三晶体管，包括连接到第二晶体管的第二端的第一端、连接到所述多条感测线中的一条感测线的第二端和连接到所述多条扫描线中的一条扫描线的控制端。

指纹传感器还可以包括：多条开关线；以及开关元件，包括连接到所述多条感测线中的一条感测线的第一端、用于传输电流的第二端和连接到所述多条开关线中的一条开关线的控制端。

所述多个传感器像素中的每个传感器像素还可以包括：第四晶体管，第四晶体管包括连接到共电压线的第一端、连接到第二晶体管的第一端的第二端以及连接到扫描线的控制端。

指纹传感器还可以包括：扫描驱动器，用于向所述多条扫描线供应多个扫描信号；感测驱动器，用于向所述多条驱动信号线供应多个驱动信号，并且通过所述多条感测线来接收由所述多个传感器像素输出的电流；以及感测控制器，用于控制扫描驱动器和感测驱动器，以通过在第一时间段内向第一扫描线供应第一扫描信号来从连接到第一扫描线的第一传感器像素接收第一电流，并且通过在第一时间段之后的第二时间段内向第一扫描线供应第二扫描信号并且向所述多条驱动信号线中的至少一条驱动信号线供应驱动信号来从第一传感器像素接收第二电流。

扫描驱动器还可以向所述多条初始化线供应多个初始化信号，并且感测控制器可以通过在第一时间段内向所述多条初始化线中的一条初始化线供应初始化信号来向第一传感器像素供应初始化电压。

感测控制器可以控制感测驱动器以在第一时间段和第二时间段内向所述多条开关线中的至少一条开关线供应使能电平电压。

感测驱动器可以从第二电流中减去第一电流，并且可以将所得值作为感测数据输出到感测控制器。

感测驱动器可以将第一电流作为与噪声信号对应的第一感测数据并将第二电流作为第二感测数据输出到感测控制器，并且感测控制器可以通过减去第一感测数据而从第二感测数据产生值。

指纹传感器还可以包括多条开关线，其中，所述多个传感器像素中的每个传感器像素还可以包括第五晶体管，第五晶体管包括连接到第三晶体管的第二端的第一端、连接到感测线的第二端以及连接到所述多条开关线中的一条开关线的控制端。

本公开的另一实施例提供一种用于驱动指纹传感器的方法，其中，所述指纹传感器包括多条扫描线、多条驱动信号线、多条感测线、用于供应共电压的共电压线以及多个传感器像素，所述多个传感器像素中的每个传感器像素连接到所述多条扫描线中的一条扫描线、所述多条驱动信号线中的一条驱动信号线、所述多条感测线中的一条感测线以及共电压线，并且在从扫描线供应扫描信号时向感测线输出基于共电压产生的电流，所述用于驱动指纹传感器的方法包括以下步骤：通过在第一时间段内向所述多条扫描线中的扫描线供应第一扫描信号来从连接到扫描线的第一传感器像素接收第一电流；以及通过在第一时间段之后的第二时间段内向扫描线供应第二扫描信号并向所述多条驱动信号线中的至少一条驱动信号线供应驱动信号来从第一传感器像素接收第二电流。

指纹传感器还可以包括连接到所述多个传感器像素的多条初始化线和用于向所述多个传感器像素供应初始化电压的初始化电压线，接收第一电流的步骤可以包括：通过在第一时间段内向所述多条初始化线中的一条初始化线供应初始化信号来向第一传感器像素供应初始化电压。

指纹传感器还可以包括多个开关元件，其中，所述多个开关元件中的每个开关元件包括连接到所述多条感测线中的一条感测线的第一端、连接到感测驱动器的第二端以及连接到向其施加来自感测驱动器的开关信号的开关线的控制端，其中，接收第一电流的步骤和接收第二电流的步骤还可以分别包括向所述多条开关线中的至少一条开关线供应使能电平电压。

指纹传感器还可以包括开关元件，其中，每个开关元件包括连接到所述多条感测线中的一条感测线的第一端、连接到感测驱动器的第二端以及连接到向其施加来自感测驱动器的开关信号的开关线的控制端，接收第一电流的步骤和接收第二电流的步骤分别包括向所述多条开关线中的一条开关线供应使能电平电压。

所述方法还可以包括以下步骤：在接收第二电流之后，从第二电流中减去第一电流并将所得电流作为感测数据输出。

所述方法还可以包括以下步骤：在接收第一电流之后，将第一电流作为与噪声信号对应的第一感测数据输出，并且在接收到第二电流之后，将第二电流作为第二感测数据输出。

所述方法还可以包括以下步骤：通过减去第一感测数据而从第二感测数据输出值。

本公开的又一实施例提供了一种传感器像素，该传感器像素包括：参考电容器，包括连接到驱动信号线的第一端和连接到第一节点的第二端；触摸电容器，包括连接到第一节点的一个电极，其中，触摸电容器的电容通过外部对象的触摸而改变；第一晶体管，包括连接到初始化电压线的第一端、连接到第一节点的第二端和连接到初始化线的控制端；第二晶体管，包括用于接收共电压的第一端、用于输出基于共电压而产生的电流的第二端和连接到第一节点的控制端；以及第三晶体管，包括连接到第二晶体管的第二端的第一端、连接到感测线的第二端和连接到扫描线的控制端。

传感器像素还可以包括第四晶体管，第四晶体管包括连接到用于供应共电压的共电压线的第一端、连接到第二晶体管的第一端的第二端以及连接到扫描线的控制端。

传感器像素还可以包括第五晶体管，第五晶体管包括连接到第三晶体管的第二端的第一端、连接到感测线的第二端以及连接到开关线的控制端。

根据示例性实施例，可以获得噪声减小的指纹图案。

附图说明

图1示出根据本公开的示例性实施例的指纹传感器的框图。

图2示出根据本公开的示例性实施例的利用指纹传感器感测指纹的流程图。

图3和图4A至图4C示出用于在第一指纹感测模式下驱动指纹传感器的方法。

图5和图6A至图6C示出用于在第二指纹感测模式下驱动指纹传感器的方法。

图7示出根据第一示例性实施例的图1的指纹传感器的传感器像素。

图8示出在第一指纹感测模式下施加到传感器像素的信号的时序图。

图9至图12示出可由图8中示出的信号进行操作的传感器像素。

图13示出在第二指纹感测模式下施加到传感器像素的信号的时序图。

图14示出根据第二示例性实施例的图1的指纹传感器的传感器像素。

图15示出根据本公开的另一示例性实施例的指纹传感器的框图。

图16和图17示出根据各种示例性实施例的图15的指纹传感器的传感器像素。

具体实施方式

在下文中，将参照附图更充分地描述本公开，在附图中示出了示例性实施例。如本领域技术人员将认识到的，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，所描述的实施例可以以各种不同的方式进行修改。

因此，附图和描述在本质上被认为是说明性的而非限制性的，并且在整个说明书中同样的附图标记表示同样的元件。

图1示出根据本公开的示例性实施例的指纹传感器的框图。

参照图1，指纹传感器包括指纹感测单元10、扫描驱动器20、感测驱动器30和感测控制器40。

指纹感测单元10包括初始化线(S1-Sm)、扫描线(G1-Gm)、驱动信号线(E1-En)、感测线(R1-Rn)以及连接到初始化线(S1-Sm)、扫描线(G1-Gm)、驱动信号线(E1-En)和感测线(R1-Rn)并基本布置为矩阵的传感器像素(SP)。虽然在图1中未示出，但指纹感测单元10还可以包括用于传输初始化电压(VINT)的初始化电压线和用于传输共电压(VCOM)的共电压线，传感器像素(SP)可以连接到共电压线和初始化电压线。初始化电压可以具有比共电压的电压值高的电压值。

初始化线(S1-Sm)和扫描线(G1-Gm)一般可以在第一方向(例如，行方向)上延伸，驱动信号线(E1-En)和感测线(R1-Rn)可以在与第一方向交叉的第二方向(例如，列方向)上延伸。

每个传感器像素(SP)可以根据自电容方案产生由触摸输入引起的感测信号。例如，当驱动信号输入到传感器像素(SP)时，传感器像素(SP)的电容器(未示出)根据诸如手指的外部对象的触摸状态充入预定量的电荷，与所存储的电荷量对应的电流作为感测信号输出到感测线(R1-Rn)。

即，当驱动信号(输入信号)输入到传感器像素(SP)时，存储在传感器像素(SP)中的电容器中的电荷量根据外部对象的触摸而不同，并且对应的感测信号(输出信号)通过感测线(R1-Rn)传输到感测驱动器30。传感器像素(SP)的驱动信号可以通过驱动信号线(E1-En)而被施加到传感器像素(SP)。

感测控制器40控制扫描驱动器20和感测驱动器30。感测控制器40可以从外部应用处理器(未示出)接收指纹捕获请求，或者可以接收与指纹捕获请求对应的指纹感测模式选择信号。

例如，可以对应用处理器执行指纹捕获请求或者可以通过处理来产生指纹捕获请求。例如，当对应用处理器执行网上银行应用时，可以通过账户参考处理、账户转账处理或用户登录处理来产生用于验证用户的指纹捕获请求，并向感测控制器40传输该指纹捕获请求。

指纹感测模式可以根据对应用处理器执行的处理而不同，指纹捕获请求可以触发指纹感测模式。感测控制器40可以接收指纹捕获请求并且可以在与指纹捕获请求对应的指纹感测模式下操作。可选地，感测控制器40可以接收用于指定与指纹捕获请求对应的指纹感测模式的指纹感测模式选择信号，并且可以在所指定的指纹感测模式下操作。感测控制器40可以直接接收指纹捕获请求。

指纹捕获请求可以与多种指纹感测模式中的一种指纹感测模式对应。例如，指纹感测模式可以包括：第一指纹感测模式，用于同时从一行中的传感器像素接收感测信号；第二指纹感测模式，用于从一个传感器像素接收感测信号并从另一传感器像素接收感测信号；第三指纹感测模式，用于从一些传感器像素接收感测信号。

感测控制器40根据指纹感测模式产生扫描控制信号CONT1和感测控制信号CONT2，并分别向扫描驱动器20和感测驱动器30传输该扫描控制信号CONT1和感测控制信号CONT2。

扫描驱动器20从感测控制器40接收扫描控制信号CONT1，产生包括使能电平电压和禁能电平电压的扫描信号，并且向扫描线(G1-Gm)施加该扫描信号。此外，扫描驱动器20利用接收的扫描控制信号CONT1来产生包括使能电平电压和禁能电平电压的初始化信号，并向初始化线(S1-Sm)施加该初始化信号。

图1示出其中扫描驱动器20产生扫描信号和初始化信号的示例性实施例，但本公开不限于此。例如，指纹传感器还可以包括用于在扫描驱动器20产生扫描信号时产生初始化信号的初始化驱动器。

感测驱动器30从感测控制器40接收感测控制信号CONT2，产生包括使能电平电压和禁能电平电压的驱动信号，并向驱动信号线(E1-En)施加该驱动信号。此外，感测驱动器30利用接收的感测控制信号CONT2来产生包括使能电平电压和禁能电平电压的开关信号，并通过开关线(W1-Wn)向开关元件(TS1-TSn)施加该开关信号。

开关元件(TS1-TSn)可以设置在指纹感测单元10外部，并且可以连接到感测线(R1-Rn)。例如，开关元件(TS1-TSn)可以设置在感测驱动器30中。开关元件(TS1-TSn)中的每个可以通过开关信号导通以向感测驱动器30传输通过对应的感测线(R1-Rn)提供的感测信号。

感测驱动器30可以基于感测信号而产生感测数据。为了产生感测数据(SDATA)，感测驱动器30可以包括积分器和模数转换器(ADC)。感测数据(SDATA)可以包括通过由向其输入驱动信号的传感器像素(SP)产生的感测信号引起的指纹图案信息。感测数据(SDATA)可以传输到感测控制器40或外部应用处理器。

现在将参照图2至图6A至图6C描述用于根据指纹感测模式而利用上述的指纹传感器来感测指纹的方法。

图2示出根据本公开的示例性实施例的用于利用指纹传感器来感测指纹的流程图。参照图2，感测控制器40接收指纹捕获请求(S10)。

感测控制器40确定与指纹捕获请求对应的指纹感测模式(S20)。感测控制器40根据所确定的指纹感测模式产生扫描控制信号CONT1和感测控制信号CONT2，并且感测指纹(S30)。

现在将参照图3和图4A至图4C描述第一指纹感测模式。

图3和图4A至图4C示出用于在第一指纹感测模式下驱动指纹传感器的方法。

参照图3，在第一指纹感测模式下，感测驱动器30可以从一行中的传感器像素接收感测信号。

参照图4A，在第一时间段H1，感测驱动器30通过感测线(R1-Rn)接收由第一行传感器像素(SP)输入的噪声信号(R[1][1]-R[1][n])。随后，在第二时间段H2，感测驱动器30通过感测线(R1-Rn)接收由第一行传感器像素(SP)输入的感测信号(R[1][1]-R[1][n])。在第二时间段H2输入的各个感测信号包括各个传感器像素(SP)的噪声信号。

参照图4B，感测驱动器30在第三时间段H3通过感测线(R1-Rn)接收由第二行传感器像素(SP)输入的噪声信号(R[2][1]-R[2][n])，并且在第四时间段H4通过感测线(R1-Rn)接收由第二行传感器像素(SP)输入的感测信号(R[2][1]-R[2][n])。以类似的方式，参照图4C，感测驱动器30在第五时间段H5通过感测线(R1-Rn)接收由第三行传感器像素(SP)输入的噪声信号(R[3][1]-R[3][n])，并且在第六时间段H6通过感测线(R1-Rn)接收由第三行传感器像素(SP)输入的感测信号(R[3][1]-R[3][n])。

感测控制器40可以接收感测信号而不接收噪声信号。例如，感测控制器40可以控制扫描驱动器20和感测驱动器30以在第二时间段H2从第一行传感器像素(SP)接收感测信号，在第四时间段H4从第二行传感器像素(SP)接收感测信号，在第六时间段H6从第三行传感器像素(SP)接收感测信号，而在第一时间段H1、第三时间段H3和第五时间段H5不接收噪声信号。

现在将参照图5和图6A至图6C描述第二指纹感测模式。

图5和图6A至图6C示出用于在第二指纹感测模式下驱动指纹传感器的方法。

参照图5，在第二指纹感测模式下，感测驱动器30可以从一个传感器像素顺序地接收噪声信号和感测信号，并且可以从另一传感器像素顺序地接收噪声信号和感测信号。

参照图6A，感测驱动器30在第一时间段H1通过感测线R1接收由设置在第i行第j列中的一个传感器像素(SP)输入的噪声信号(R[i][j])。感测驱动器30在第二时间段H2通过感测线R1接收由该传感器像素(SP)输入的感测信号(R[i][j])。在第二时间段H2输入的感测信号包括传感器像素(SP)的噪声信号。

参照图6B，感测驱动器30在第三时间段H3通过感测线R2接收由设置在第i行第(j+1)列中的一个传感器像素(SP)输入的噪声信号(R[i][j+1])，并且在第四时间段H4通过感测线R2接收由该传感器像素(SP)输入的感测信号(R[i][j+1])。以类似的方式，参照图6C，感测驱动器30在第五时间段H5通过感测线R3接收由设置在第i行第(j+2)列中的传感器像素(SP)输入的噪声信号(R[i][j+2])，并且在第六时间段H6通过感测线R3接收由该传感器像素(SP)输入的感测信号(R[i][j+2])。

感测控制器40可以在第二指纹感测模式下接收感测信号而不接收噪声信号。例如，感测控制器40可以在第二时间段H2从设置在第i行第j列中的一个传感器像素(SP)接收感测信号，在第四时间段H4从设置在第i行第(j+1)列中的一个传感器像素(SP)接收感测信号，在第六时间段H6从设置在第i行第(j+2)列中的一个传感器像素(SP)接收感测信号，而在第一时间段H1、第三时间段H3和第五时间段H5不接收噪声信号。

虽然在附图中未示出，但在第三指纹感测模式下，感测控制器40可以从多个传感器像素中的一些接收感测信号。例如，感测控制器40可以从设置在指纹感测单元10的一个区域中的传感器像素接收感测信号。

在第三指纹感测模式下，以与第一指纹感测模式类似的方式，感测控制器40可以向设置在一个区域中的传感器像素中的第一行像素施加驱动信号以接收感测信号，并且可以向第二行传感器像素施加驱动信号以接收感测信号。

或者，在第三指纹感测模式下，以与第二指纹感测模式类似的方式，感测控制器40可以向设置在一个区域中的传感器像素中的第一行第一列中的一个传感器像素施加驱动信号以接收感测信号，并且可以向设置在第一行第二列中的一个传感器像素施加驱动信号以接收感测信号。

现在将参照图7描述根据第一示例性实施例的传感器像素。

图7示出根据第一示例性实施例的图1的指纹传感器的传感器像素。参照图7，多个传感器像素SP11、SP12、SP21和SP22可以设置在指纹感测单元10上。

各个传感器像素SP11、SP12、SP21和SP22可以连接到对应的初始化线(Si、Si+1)、对应的扫描线(Gi、Gi+1)、对应的驱动信号线(Ej、Ej+1)、对应的感测线(Rj、Rj+1)、初始化电压线VL1和共电压线VL2。例如，传感器像素SP11被连接到初始化线(Si)、扫描线(Gi)、驱动信号线(Ej)、感测线(Rj)、初始化电压线VL1和共电压线VL2。

传感器像素SP11包括：第一晶体管TR1，用于使第一节点N1初始化；参考电容器(Cref)，连接到第一节点N1和驱动信号线(Ej)；第二晶体管TR2，用于根据第一节点N1处的电压向感测线(Rj)输出电流；第三晶体管TR3，用于将由第二晶体管TR2提供的电流传输到感测线(Rj)；以及触摸电容器(Cf)，在第一节点N1处与参考电容器(Cref)并联结合，触摸电容器(Cf)的电容通过触摸而变化。

第一晶体管TR1包括连接到初始化电压线VL1的第一端、连接到第一节点N1的第二端以及连接到初始化线(Si)的控制端。

第二晶体管TR2包括连接到共电压线VL2的第一端、连接到第三晶体管TR3的第一端的第二端以及连接到第一节点N1的控制端。

第三晶体管TR3包括连接到第二晶体管TR2的第二端的第一端、连接到感测线(Rj)的第二端以及连接到扫描线(Gi)的控制端。

参考电容器(Cref)包括连接到第一节点N1的第一端和连接到驱动信号线(Ej)的第二端。

触摸电容器(Cf)包括连接到第一节点N1的一个电极，并且根据用户的触摸改变第一节点N1处的电压。

多个开关元件(TSj、TSj+1)可以设置在指纹感测单元10外部。例如，开关元件(TSj)连接到感测线(Rj)，开关元件(TSj)包括连接到感测线(Rj)的第一端、连接到图1的感测驱动器30的第二端和连接到开关线(Wj)的控制端。当电流流过连接到开关元件(TSj)的第一端的感测线(Rj)，并且开关元件(TSj)导通时，电流可以通过开关元件(TSj)传输到图1的感测驱动器30。

现在，将参照图8至图12来描述在第一指纹感测模式下的传感器像素的操作。

图8示出在第一指纹感测模式下施加到传感器像素的信号的时序图，图9至图12示出可由图8中示出的信号进行操作的传感器像素SP11、SP12、SP21和SP22。

参照图8和图9，初始化信号(S[i])在第一时间段H11供应有使能电平电压。在初始化信号(S[i])供应有使能电平电压的第一时间段H11中，扫描信号(G[i])供应有使能电平电压。此外，在扫描信号(G[i])供应有使能电平电压的第一时间段H11中，开关信号(W[1]、…、W[j]、W[j+1]、…、W[n])供应有使能电平电压。

使能电平初始化信号(S[i])使传感器像素SP11和SP12的第一晶体管TR1导通。初始化电压(VINT)通过导通的传感器像素SP11和SP12的第一晶体管TR1而施加到传感器像素SP11和SP12的第一节点N1。使能电平扫描信号(G[i])使传感器像素SP11和SP12的第三晶体管TR3导通，使能电平开关信号(W[j]、W[j+1])使开关元件(TSj、TSj+1)导通。

电流IN11和IN12可以根据施加到传感器像素SP11和SP12的第二晶体管TR2的控制端(或第一节点N1)的初始化电压(VINT)与施加到传感器像素SP11和SP12的第二晶体管TR2的第一端的共电压(VCOM)而流动。电流IN11和IN12可以通过相应的感测线(Rj、Rj+1)传输到感测驱动器30。感测驱动器30可以接收作为传感器像素SP11的噪声信号的电流IN11，并且可以接收作为传感器像素SP12的噪声信号的电流IN12。

电流IN11和IN12可以根据阈值电压(Vth)具有不同的值，所述阈值电压(Vth)对于包括在各个传感器像素SP11和SP12中的第二晶体管TR2是特有的。

参照图8和图10，初始化信号(S[i])在第二时间段H12供应有禁能电平电压。在初始化信号(S[i])供应有禁能电平电压的第二时间段H12中，扫描信号(G[i])和驱动信号(E[1]、…、E[j]、E[j+1]、…、E[n])供应有使能电平电压。此外，在扫描信号(G[i])和驱动信号(E[1]、…、E[j]、E[j+1]、…、E[n])供应有使能电平电压的第二时间段H12中，开关信号(W[1]、…、W[j]、W[j+1]、…、W[n])供应有使能电平电压。

然后，使能电平驱动信号(E[j]、E[j+1])施加到传感器像素SP11和SP12的参考电容器(Cref)的第一端，因此，在传感器像素SP11和SP12的第一节点N1处的电压由于参考电容器(Cref)的升压效应而变得低于第一时间段H11中的电压。

在这种情况下，当在传感器像素SP11和SP12上存在触摸时，在第一节点N1处的电压可以被分配给与传感器像素SP11和SP12的参考电容器(Cref)并联结合的触摸电容器(Cf)。因此，提供触摸时在第一节点N1处的电压高于没有触摸时在第一节点N1处的电压。

此外，用户的指纹包括脊和谷。当谷触摸时触摸电容器(Cf)的一个电极与所述谷之间的距离可以大于当脊触摸时触摸电容器(Cf)的一个电极与所述脊之间的距离。因此，当谷触摸时触摸电容器(Cf)的电容可以小于当脊触摸时触摸电容器(Cf)的电容。

总之，使能电平驱动信号(E[j]、E[j+1])施加到参考电容器(Cref)的第一端，第一节点N1处的电压可以具有以无触摸、谷触摸和脊触摸的顺序而递增的值。

扫描信号(G[i])使传感器像素SP11和SP12的第三晶体管TR3导通且使能电平开关信号(W[j]、W[j+1])使开关元件(TSj、TSj+1)导通。

电流ID11和ID12可以根据第二晶体管TR2的控制端处(或第一节点N1处)的电压和被施加到第二晶体管TR2的第一端的共电压(VCOM)而流动。电流ID11和ID12可以通过相应的感测线(Rj、Rj+1)传输到感测驱动器30。

电流ID11和ID12可以具有以无触摸、谷触摸和脊触摸的顺序而递减的值。此外，当传感器像素SP11和SP12无触摸时，电流ID11和ID12可以根据阈值电压(Vth)具有不同的值，所述阈值电压(Vth)对于包括在传感器像素SP11和SP12中的第二晶体管TR2是特有的。这同样适用于脊触摸的情况或谷触摸的情况。

感测驱动器30可以接收作为传感器像素SP11的感测信号的电流ID11并且可以接收作为传感器像素SP12的感测信号的电流ID12。

根据一个实施例，感测驱动器30可以包括减法器(未示出)，该减法器用于从在第二时间段H12输入的感测信号中减去在第一时间段H11输入的噪声信号。感测驱动器30可以将去除了噪声信号的感测信号作为感测数据输出到感测控制器40。感测控制器40可以通过利用该感测数据来确定触摸状态以及脊或谷的触摸状态。

在另一实施例中，感测驱动器30可以将各个时间段输入的噪声信号或感测信号作为感测数据输出到感测控制器40，感测控制器40可以执行从包括在该感测数据中的感测信号减去噪声信号的操作，以确定触摸状态以及脊或谷的触摸状态。

此外，感测控制器40可以向外部应用处理器输出感测数据，该应用处理器可以利用感测数据来执行操作，并且可以确定触摸状态以及脊或谷的触摸状态。

指纹传感器可以分别在第一时间段H11和第二时间段H12从第i行中的传感器像素SP11和SP12接收噪声信号和感测信号。以类似的方式，指纹传感器还可以分别在第三时间段H13和第四时间段H14从第i+1行中的传感器像素SP21和SP22接收噪声信号和感测信号。

图11和图12中示出的第i+1行中的传感器像素SP21和SP22的操作与图9和图10中示出的第i行中的传感器像素SP11和SP12的操作类似，将不提供其详细描述。

现在，将参照图7以及图13来描述在第二指纹感测模式下的传感器像素的操作。

图13示出在第二指纹感测模式下施加到传感器像素的信号的时序图。

参照图7和图13，初始化信号(S[i])在第一时间段H21供应有使能电平电压。在初始化信号(S[i])供应有使能电平电压的第一时间段H21中，扫描信号(G[i])供应有使能电平电压。此外，在扫描信号(G[i])供应有使能电平电压的第一时间段H21中，开关信号(W[j])供应有使能电平电压。

使能电平初始化信号(S[i])使传感器像素SP11和SP12的第一晶体管TR1导通。初始化电压(VINT)通过传感器像素SP11和SP12的导通的第一晶体管TR1施加到传感器像素SP11和SP12的第一节点N1。使能电平扫描信号(G[i])使传感器像素SP11和SP12的第三晶体管TR3导通，使能电平开关信号(W[j])使开关元件(TSj)导通。

电流IN11(参照图9)可以根据被施加到传感器像素SP11的第二晶体管TR2的控制端(或第一节点N1)的初始化电压(VINT)和被施加到传感器像素SP11的第二晶体管TR2的第一端的共电压(VCOM)而流动。电流IN11可以通过感测线(Rj)传输到感测驱动器30。感测驱动器30可以接收作为传感器像素SP11的噪声信号的电流IN11。

初始化信号(S[i])在第二时间段H22供应有禁能电平电压。在初始化信号(S[i])供应有禁能电平电压的第二时间段H22中，扫描信号(G[i])和驱动信号(E[j])被供应有使能电平电压。此外，在扫描信号(G[i])和驱动信号(E[j])供应有使能电平电压的第二时间段H22中，开关信号(W[j])供应有使能电平电压。

使能电平驱动信号(E[j])施加到传感器像素SP11的参考电容器(Cref)的第一端，所以在传感器像素SP11的第一节点N1处的电压根据参考电容器(Cref)的升压效应而变得低于第一时间段H21的电压。

在这种情况下，当触摸传感器像素SP11时，第一节点N1处的电压可以被分配给与传感器像素SP11的参考电容器(Cref)并联结合的触摸电容器(Cf)。因此，存在触摸时在第一节点N1处的电压高于没有触摸时在第一节点N1处的电压。

扫描信号(G[i])使传感器像素SP11的第三晶体管TR3导通，使能电平开关信号(W[j])使开关元件(TSj)导通。

然后，电流ID11(参照图10)可以根据在传感器像素SP11的第二晶体管TR2的控制端(或第一节点N1)处的电压和被施加到第二晶体管TR2的第一端的共电压(VCOM)而流动。电流ID11可以通过感测线(Rj)而被传输到感测驱动器30。

初始化信号(S[i])在第三时间段H23供应有使能电平电压。在初始化信号(S[i])供应有使能电平电压的第三时间段H23，扫描信号(G[i])供应有使能电平电压。此外，在扫描信号(G[i])供应有使能电平电压的第三时间段H23中，开关信号(W[j+1])供应有使能电平电压。

电流IN12(参照图9)可以根据被施加到传感器像素SP12的第二晶体管TR2的控制端(或第一节点N1)的初始化电压(VINT)和施加到传感器像素SP12的第二晶体管TR2的第一端的共电压(VCOM)而流动。电流IN12可以通过感测线(Rj+1)传输到感测驱动器30。感测驱动器30可以接收作为传感器像素SP12的噪声信号的电流IN12。

初始化信号(S[i])在第四时间段H24供应有禁能电平电压。在初始化信号(S[i])供应有禁能电平电压的第四时间段H24中，扫描信号(G[i])和驱动信号(E[j+1])供应有使能电平电压。此外，在扫描信号(G[i])和驱动信号(E[j+1])供应有使能电平电压的第四时间段H24中，开关信号(W[j+1])供应有使能电平电压。

使能电平驱动信号(E[j+1])施加到传感器像素SP12的参考电容器(Cref)的第一端，所以在传感器像素SP12的第一节点N1处的电压根据参考电容器(Cref)的升压效应而变得低于第三时间段H23的电压。

电流ID12(参照图10)可以根据传感器像素SP12的第二晶体管TR2的控制端(或第一节点N1)处的电压和施加到第二晶体管TR2的第一端的共电压(VCOM)而流动。电流ID12可以通过感测线(Rj+1)传输到感测驱动器30。

现在将参照图14描述根据第二示例性实施例的传感器像素。

图14示出根据第二示例性实施例的图1的指纹传感器的传感器像素。

参照图14，多个传感器像素SP11、SP12、SP21和SP22可以设置在指纹感测单元10上。与图7中示出的传感器像素相比，图14中示出的传感器像素SP11、SP12、SP21和SP22还可以包括第四晶体管TR4。

传感器像素SP11包括：使第一节点N1初始化的第一晶体管TR1；连接到第一节点N1和驱动信号线(Ej)的参考电容器(Cref)；根据第一节点N1处的电压向感测线(Rj)输出电流的第二晶体管TR2；将由第二晶体管TR2提供的电流传输到感测线(Rj)的第三晶体管TR3；向第二晶体管TR2传输共电压(VCOM)的第四晶体管TR4；以及在第一节点N1处并联地结合到参考电容器(Cref)的触摸电容器(Cf)，触摸电容器(Cf)的电容根据触摸而改变。

第一晶体管TR1包括连接到初始化电压线VL1的第一端、连接到第一节点N1的第二端以及连接到初始化线(Si)的控制端。

第二晶体管TR2包括连接到第四晶体管TR4的第二端的第一端、连接到第三晶体管TR3的第一端的第二端以及连接到第一节点N1的控制端。

第三晶体管TR3包括连接到第二晶体管TR2的第二端的第一端、连接到感测线(Rj)的第二端以及连接到扫描线(Gi)的控制端。

第四晶体管TR4包括连接到共电压线VL2的第一端、连接到第二晶体管TR2的第一端的第二端以及连接到扫描线(Gi)的控制端。

参考电容器(Cref)包括连接到第一节点N1的第一端和连接到驱动信号线(Ej)的第二端。

触摸电容器(Cf)包括连接到第一节点N1的一个电极，并且根据用户的触摸改变第一节点N1处的电压。

以与图7的传感器像素类似的方式，多个开关元件(TSj、TSj+1)可以设置在指纹感测单元10的外部。例如，开关元件(TSj)连接到感测线(Rj)，并且开关元件(TSj)包括连接到感测线(Rj)的第一端、连接到图1的感测驱动器30的第二端以及连接到开关线(Wj)的控制端。当电流流过连接到开关元件(TSj)的第一端的感测线(Rj)，并且开关元件(TSj)导通时，电流可以通过开关元件(TSj)传输到图1的感测驱动器30。

驱动包括图14的传感器像素的指纹传感器的方法与驱动包括图7的传感器像素的指纹传感器的方法类似。然而，传感器像素SP11、SP12、SP21和SP22中的每个还包括第四晶体管TR4，从而通过共电压线VL2来阻挡由另一传感器像素输入的噪声。

现在，将描述在图8的第二时间段H12中，未触摸传感器像素SP11而触摸了传感器像素SP21的情况。

用户触摸传感器像素SP21的电位可以与指纹传感器的共电压的电位或指纹传感器的接地电压的电位不同，用户触摸传感器像素SP21的电位也可以具有交流电(AC)特性。

因此，当用户的手指触摸传感器像素SP21的触摸电容器(Cf)时，AC电压可以施加到触摸电容器(Cf)的第一端。在传感器像素SP21的第一节点N1处的电位可以根据AC电压而变化。当第一节点N1的电位改变时，在第二晶体管TR2的第一端和第二端处的电位会由于传感器像素SP21的第二晶体管TR2的寄生电容(Cgs、Cgd等)而改变。

当共电压线VL2与第二晶体管TR2之间未连接第四晶体管TR4时，共电压线VL2的电位会由于第二晶体管TR2的第一端处的电位而改变。这会对由传感器像素SP21输出的电流的值产生影响。

然而，当把截止的第四晶体管TR4连接在共电压线VL2与第二晶体管TR2之间时，共电压线VL2的电位可以在第二晶体管TR2的第一端的电位改变时几乎不受影响。因此，在第二时间段H12中，当触摸传感器像素SP21时，由传感器像素SP21输出的电流的值可以不受影响。

现在将参照图15至图17描述根据本公开的另一示例性实施例的指纹传感器。

图15示出根据本公开的另一示例性实施例的指纹传感器的框图，图16和图17示出根据各种示例性实施例的图15的指纹传感器的传感器像素。

参照图15，指纹传感器包括指纹感测单元11、扫描驱动器21、感测驱动器31和感测控制器41。

关于图15中示出的指纹传感器，与图1中示出的指纹传感器相比，开关线(W1-Wn)在指纹感测单元11中沿第二方向延伸，与开关元件对应的晶体管可以设置在相应的传感器像素(SP)中。

参照图16和图17，多个传感器像素SP11、SP12、SP21和SP22可以设置在图15的指纹感测单元11上。

传感器像素SP11包括：使第一节点N1初始化的第一晶体管TR1；连接到第一节点N1和驱动信号线(Ej)的参考电容器(Cref)；根据第一节点N1处的电压向感测线(Rj)输出电流的第二晶体管TR2；传输由第二晶体管TR2提供的电流的第三晶体管TR3；将由第三晶体管TR3提供的电流传输到感测线(Rj)的第五晶体管TR5；以及在第一节点N1处与参考电容器(Cref)并联结合的触摸电容器(Cf)，触摸电容器(Cf)的电容通过触摸而变化。

第一晶体管TR1包括连接到初始化电压线VL1的第一端、连接到第一节点N1的第二端以及连接到初始化线(Si)的控制端。

第二晶体管TR2包括连接到共电压线VL2的第一端、连接到第三晶体管TR3的第一端的第二端以及连接到第一节点N1的控制端。

第三晶体管TR3包括连接到第二晶体管TR2的第二端的第一端、连接到第五晶体管TR5的第一端的第二端以及连接到扫描线(Gi)的控制端。

第五晶体管TR5包括连接到第三晶体管TR3的第二端的第一端、连接到感测线(Rj)的第二端以及连接到开关线(Wj)的控制端。

参考电容器(Cref)包括连接到第一节点N1的第一端和连接到驱动信号线(Ej)的第二端。

触摸电容器(Cf)包括连接到第一节点N1的一个电极，并且根据用户的触摸改变第一节点N1处的电压。

各个传感器像素SP11、SP12、SP21和SP22分别包括根据开关信号的电平而导通的第五晶体管TR5。

驱动包括图16的传感器像素的指纹传感器的方法与驱动包括图7的传感器像素的指纹传感器的方法类似。现在将参照图8描述在第一指纹感测模式下的传感器像素的操作。

初始化信号(S[i])在第一时间段H11供应有使能电平电压。在初始化信号(S[i])供应有使能电平电压的第一时间段H11中，扫描信号(G[i])供应有使能电平电压。此外，在扫描信号(G[i])供应有使能电平电压的第一时间段H11中，开关信号(W[1]、…、W[j]、W[j+1]、…、W[n])供应有使能电平电压。

使能电平初始化信号(S[i])使传感器像素SP11和SP12的第一晶体管TR1导通。初始化电压(VINT)通过传感器像素SP11和SP12的导通的第一晶体管TR1施加到传感器像素SP11和SP12的第一节点N1。使能电平扫描信号(G[i])使传感器像素SP11和SP12的第三晶体管TR3导通，使能电平开关信号(W[j]、W[j+1])使传感器像素SP11和SP12的第五晶体管TR5导通。

电流IN11和IN12(参照图9)可以根据施加到传感器像素SP11和SP12的第二晶体管TR2的控制端(或第一节点N1)的初始化电压(VINT)和施加到传感器像素SP11和SP12的第二晶体管TR2的第一端的共电压(VCOM)而流动。电流IN11和IN12可以通过相应感测线(Rj、Rj+1)传输到图15的感测驱动器31。感测驱动器31可以接收电流IN11作为传感器像素SP11的噪声信号，并且可以接收电流IN12作为传感器像素SP12的噪声信号。

初始化信号(S[i])在第二时间段H12被供应有禁能电平电压。在初始化信号(S[i])供应有禁能电平电压的第二时间段H12中，扫描信号(G[i])和驱动信号(E[1]、…、E[j]、E[j+1]、…、E[n])被供应有使能电平电压。此外，在扫描信号(G[i])和驱动信号(E[1]、…、E[j]、E[j+1]、…、E[n])供应有使能电平电压的第二时间段H12中，开关信号(W[1]、…、W[j]、W[j+1]、…、W[n])供应有使能电平电压。

扫描信号(G[i])使传感器像素SP11和SP12的第三晶体管TR3导通，使能电平开关信号(W[j]、W[j+1])使传感器像素SP11和SP12的第五晶体管TR5导通。

电流ID11和ID12(参照图10)可以根据在第二晶体管TR2的控制端(或第一节点N1)处的电压和施加到第二晶体管TR2的第一端的共电压(VCOM)而流动。电流ID11和ID12可以通过相应的感测线(Rj、Rj+1)而被传输到感测驱动器31。

传感器像素在第二指纹感测模式下的操作与参照图13描述的用于驱动指纹传感器的方法类似，将不提供其详细描述。

与图16中示出的传感器像素相比，图17中示出的传感器像素SP11、SP12、SP21和SP22还包括第四晶体管TR4。

传感器像素SP11包括：使第一节点N1初始化的第一晶体管TR1；连接到第一节点N1和驱动信号线(Ej)的参考电容器(Cref)；根据第一节点N1处的电压向感测线(Rj)输出电流的第二晶体管TR2；传输由第二晶体管TR2提供的电流的第三晶体管TR3；向第二晶体管TR2传输共电压(VCOM)的第四晶体管TR4；将由第三晶体管TR3提供的电流传输到感测线(Rj)的第五晶体管TR5；以及在第一节点N1处与参考电容器(Cref)并联结合的触摸电容器(Cf)，触摸电容器(Cf)的电容根据触摸而变化。

第一晶体管TR1包括连接到初始化电压线VL1的第一端、连接到第一节点N1的第二端以及连接到初始化线(Si)的控制端。

第二晶体管TR2包括连接到第四晶体管TR4的第二端的第一端、连接到第三晶体管TR3的第一端的第二端以及连接到第一节点N1的控制端。

第三晶体管TR3包括连接到第二晶体管TR2的第二端的第一端、连接到第五晶体管TR5的第一端的第二端以及连接到扫描线(Gi)的控制端。

第四晶体管TR4包括连接到共电压线VL2的第一端、连接到第二晶体管TR2的第一端的第二端以及连接到扫描线(Gi)的控制端。

第五晶体管TR5包括连接到第三晶体管TR3的第二端的第一端、连接到感测线(Rj)的第二端以及连接到开关线(Wj)的控制端。

参考电容器(Cref)包括连接到第一节点N1的第一端和连接到驱动信号线(Ej)的第二端。

触摸电容器(Cf)包括连接到第一节点N1的一个电极，并且根据用户的触摸改变第一节点N1处的电压。

传感器像素SP11、SP12、SP21和SP22分别包括根据开关信号的电平而导通的第五晶体管TR5。

驱动包括图17的传感器像素的指纹传感器的方法与驱动包括图16的传感器像素的指纹传感器的方法类似。然而，传感器像素SP11、SP12、SP21和SP22中的每个还包括第四晶体管TR4，从而通过共电压线VL2来阻挡由另一传感器像素输入的噪声。

尽管已经结合目前被认为是示例性的实施例描述了本公开，但应该理解的是，本公开不限于所公开的实施例，相反地，而是意图涵盖包括在本公开的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (10)

1.一种指纹传感器，所述指纹传感器包括：多条扫描线；多条驱动信号线；多条感测线；多条初始化线；用于供应初始化电压的初始化电压线；用于供应共电压的共电压线；以及多个传感器像素，

其中，所述多个传感器像素中的每个传感器像素包括：

参考电容器，包括连接到所述多条驱动信号线中的一条驱动信号线的第一端和连接到第一节点的第二端；

触摸电容器，包括连接到所述第一节点的一个电极，其中，所述触摸电容器的电容通过外部对象的触摸而改变；

第一晶体管，包括连接到所述初始化电压线的第一端、连接到所述第一节点的第二端以及连接到所述多条初始化线中的一条初始化线的控制端；

第二晶体管，包括用于接收所述共电压的第一端、用于输出基于所述共电压产生的电流的第二端以及连接到所述第一节点的控制端；以及

第三晶体管，包括连接到所述第二晶体管的所述第二端的第一端、连接到所述多条感测线中的一条感测线的第二端以及连接到所述多条扫描线中的一条扫描线的控制端。

2.根据权利要求1所述的指纹传感器，所述指纹传感器还包括：

多条开关线；以及

开关元件，包括连接到所述多条感测线中的一条感测线的第一端、用于传输所述电流的第二端以及连接到所述多条开关线中的一条开关线的控制端。

3.根据权利要求2所述的指纹传感器，其中，

所述多个传感器像素中的每个传感器像素还包括：第四晶体管，所述第四晶体管包括连接到所述共电压线的第一端、连接到所述第二晶体管的所述第一端的第二端以及连接到所述扫描线的控制端。

4.根据权利要求3所述的指纹传感器，所述指纹传感器还包括：

扫描驱动器，用于向所述多条扫描线供应多个扫描信号；

感测驱动器，用于向所述多条驱动信号线供应多个驱动信号，并且通过所述多条感测线来接收由所述多个传感器像素输出的电流；以及

感测控制器，用于控制所述扫描驱动器和所述感测驱动器，以通过在第一时间段内向第一扫描线供应第一扫描信号来从连接到所述第一扫描线的第一传感器像素接收第一电流，并且通过在所述第一时间段之后的第二时间段内向所述第一扫描线供应第二扫描信号并且向所述多条驱动信号线中的至少一条驱动信号线供应驱动信号来从所述第一传感器像素接收第二电流。

5.根据权利要求4所述的指纹传感器，其中，

所述扫描驱动器还向所述多条初始化线供应多个初始化信号，并且

所述感测控制器通过在所述第一时间段内向所述多条初始化线中的一条初始化线供应所述初始化信号来向所述第一传感器像素供应所述初始化电压。

6.根据权利要求5所述的指纹传感器，其中，

所述感测控制器控制所述感测驱动器以在所述第一时间段和所述第二时间段内向所述多条开关线中的至少一条开关线供应使能电平电压。

7.根据权利要求4所述的指纹传感器，其中，

所述感测驱动器从所述第二电流中减去所述第一电流，并且将所得值作为感测数据输出到所述感测控制器。

8.根据权利要求4所述的指纹传感器，其中，

所述感测驱动器将所述第一电流作为与噪声信号对应的第一感测数据并将所述第二电流作为第二感测数据输出到所述感测控制器，并且

所述感测控制器通过减去所述第一感测数据而从所述第二感测数据产生值。

9.根据权利要求1所述的指纹传感器，所述指纹传感器还包括：

多条开关线，

其中，所述多个传感器像素中的每个传感器像素还包括第五晶体管，所述第五晶体管包括连接到所述第三晶体管的所述第二端的第一端、连接到所述感测线的第二端以及连接到所述多条开关线中的一条开关线的控制端。

10.一种用于驱动指纹传感器的方法，其中，所述指纹传感器包括多条扫描线、多条驱动信号线、多条感测线、用于供应共电压的共电压线以及多个传感器像素，所述多个传感器像素中的每个传感器像素连接到所述多条扫描线中的一条扫描线、所述多条驱动信号线中的一条驱动信号线、所述多条感测线中的一条感测线以及所述共电压线，并且在从所述扫描线供应扫描信号时向所述感测线输出基于所述共电压产生的电流，所述用于驱动指纹传感器的方法包括以下步骤：

通过在第一时间段内向所述多条扫描线中的所述扫描线供应第一扫描信号来从连接到所述扫描线的第一传感器像素接收第一电流；以及

通过在所述第一时间段之后的第二时间段内向所述扫描线供应第二扫描信号并向所述多条驱动信号线中的至少一条驱动信号线供应驱动信号来从所述第一传感器像素接收第二电流。

Images