CN110178143B - 薄膜半导体结构及操作方法及具指纹感测功能的手持装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种薄膜半导体结构(12)，耦接至所述薄膜半导体结构之外的读取电路(14)，所述读取电路包含电容器(142)。所述薄膜半导体结构包括：基板(11)；以及感测单元组，被配置在所述基板上，所述感测单元组与所述读取电路一同操作在感测操作或读取操作下，所述感测单元组包含多个感测单元所述感测单元组包含多个感测单元(120&122)，所述各感测单元在所述感测操作下可被设置为正向积分组态或负向积分组态以产生共同感测结果，其中所述多个感测单元在所述读取操作下依据所述共同感测结果对所述读取电路的电容器充电或放电。

Description

薄膜半导体结构及操作方法及具指纹感测功能的手持装置

技术领域

本申请涉及一种半导体结构，尤其涉及一种薄膜半导体结构以及相关操作方法及具指纹感测功能的手持装置。

背景技术

在指纹感测中，常使用光电二极管做为屏下感测器的感测组件。为了提升感测的精准度，需能够判断出各光电二极管的感光程度。现今的屏下感测器无法准确地判断出各光电二极管的感光程度。

因此，需要进一步改良及创新以克服上述问题。

发明内容

本申请的目的之一在于公开一种半导体结构，尤其涉及一种薄膜半导体结构以及相关操作方法及具指纹感测功能的手持装置，来解决上述问题。

本申请的一实施例公开了一种薄膜半导体结构，耦接至所述薄膜半导体结构之外的读取电路，所述读取电路包含电容器，所述薄膜半导体结构包括：基板；以及感测单元组，被配置在所述基板上，所述感测单元组与所述读取电路一同操作在感测操作或读取操作下，所述感测单元组包含多个感测单元，所述各感测单元在所述感测操作下可被设置为正向积分组态或负向积分组态以产生共同感测结果，其中所述多个感测单元在所述读取操作下依据所述共同感测结果对所述读取电路的电容器充电或放电。

本申请的一实施例公开了一种操作方法，用来操作前述的薄膜半导体结构，所述操作方法包括：执行前述的感测操作，包括：使所述感测单元组和所述读取电路之间的导通路径不导通，并对所述多个感测单元的光电二极管进行曝光以产生所述共同感测结果；以及执行前述的读取操作，包括：使所述感测单元组和所述读取电路之间导通，并使所述多个感测单元依据所述共同感测结果对所述读取电路的电容器充电或放电。

本申请的一实施例公开了一种具指纹感测功能的手持装置，用以感测特定对象的指纹，所述手持装置包括：显示屏组件；以及前述之薄膜半导体结构。

本申请所公开的薄膜半导体结构包括多个感测单元。由于所述各感测单元能经组态以改变为正向积分组态或负向积分组态，因此通过多次曝光就能够相对地准确判断出各感测单元的感光程度，以利于执行之后的指纹感测功能。

附图说明

图1为本申请的图像传感器的实施例的剖视图。

图2为图1的图像传感器的薄膜半导体结构的感测单元矩阵的第一实施例的感测单元组的示意图。

图3为图2的感测单元组及图像传感器的读取电路于第一次指纹感测循环下的操作示意图。

图4为图2的感测单元组及图像传感器的读取电路于第二次指纹感测循环下的操作示意图。

图5为图2的感测单元组的感测单元的电路图。

图6为图2的感测单元组于第一次指纹感测循环下的等效电路的电路图。

图7为图1的图像传感器的薄膜半导体结构的感测单元矩阵的第二实施例的感测单元组的示意图。

图8为图7的感测单元组及图像传感器的读取电路于第二次指纹感测循环下的操作示意图。

图9为图7的感测单元组及图像传感器的读取电路于第三次指纹感测循环下的操作示意图。

图10为图7的感测单元组于第一次指纹感测循环下的等效电路的电路图。

图11为图1的图像传感器的操作方法的流程图。

图12为图11的操作方法的操作的流程图。

图13为图11的操作方法的操作的流程图。

图14为本申请手持装置的实施例的示意图。

图15为本申请手持装置的实施例的剖视图。

其中，附图标记说明如下：

10 薄膜半导体结构

11 基板

12 感测单元组

13 感测单元矩阵

14 读取电路

15 图像传感器

22 感测单元组

30 计算单元

40 操作方法

50 手持装置

52 显示屏组件

54 显示面板

56 保护盖板

120 感测单元

122 感测单元

124 感测单元

140 放大器

142 电容器

144 开关

400 操作

402 操作

404 操作

406 操作

500 操作

502 操作

504 操作

506 操作

I1 光电流

I2 光电流

V1 第一电压

V2 第二电压

Vref 参考电压

Q1 电荷

Q2 电荷

Q3 电荷

CR 读取线

CST1 第一控制线

CST2 第二控制线

n0 节点

n_out 输出节点

71 开关

72 开关

81 开关

82 开关

具体实施方式

以下揭示内容提供了多种实施方式或例示，其能用以实现本揭示内容的不同特征。下文所述之组件与配置的具体例子系用以简化本揭示内容。当可想见，这些叙述仅为例示，其本意并非用于限制本揭示内容。举例来说，在下文的描述中，将一第一特征形成于一第二特征上或之上，可能包括某些实施例其中所述的第一与第二特征彼此直接接触；且也可能包括某些实施例其中还有额外的组件形成于上述第一与第二特征之间，而使得第一与第二特征可能没有直接接触。此外，本揭示内容可能会在多个实施例中重复使用组件符号和/或标号。此种重复使用乃是基于简洁与清楚的目的，且其本身不代表所讨论的不同实施例和/或组态之间的关系。

再者，在此处使用空间上相对的词汇，譬如「之下」、「下方」、「低于」、「之上」、「上方」及与其相似者，可能是为了方便说明图中所绘示的一组件或特征相对于另一或多个组件或特征之间的关系。这些空间上相对的词汇其本意除了图中所绘示的方位之外，还涵盖了装置在使用或操作中所处的多种不同方位。可能将所述设备放置于其他方位(如，旋转90度或处于其他方位)，而这些空间上相对的描述词汇就应该做相应的解释。

虽然用以界定本申请较广范围的数值范围与参数皆是约略的数值，此处已尽可能精确地呈现具体实施例中的相关数值。然而，任何数值本质上不可避免地含有因个别测试方法所致的标准偏差。在此处，「约」通常系指实际数值在一特定数值或范围的正负10％、5％、 1％或0.5％之内。或者是，「约」一词代表实际数值落在平均值的可接受标准误差之内，视本申请所属技术领域中具有通常知识者的考虑而定。当可理解，除了实验例之外，或除非另有明确的说明，此处所用的所有范围、数量、数值与百分比(例如用以描述材料用量、时间长短、温度、操作条件、数量比例及其他相似者)均经过「约」的修饰。因此，除非另有相反的说明，本说明书与附随申请专利范围所揭示的数值参数皆为约略的数值，且可视需求而更动。至少应将这些数值参数理解为所指出的有效位数与套用一般进位法所得到的数值。在此处，将数值范围表示成由一端点至另一端点或介于二端点之间；除非另有说明，此处所述的数值范围皆包括端点。

本申请所公开的感测单元采用了玻璃基板薄膜半导体工艺制作。受惠于玻璃基板薄膜半导体工艺的特性，所述感测单元可在正向积分组态与负向积分组态之间切换，搭配本申请所公开的操作方法，改善所述感测单元的效能。因此，当所述感测单元应用在屏下感测器时，可提高精准度。

图1为本申请的图像传感器15的实施例的剖视图。参照图1，图像传感器15包括薄膜半导体结构10以及另一半导体结构23，其中薄膜半导体结构10是采用薄膜晶体管工艺制造，而半导体结构 23不采用薄膜晶体管工艺制造，具体来说，半导体结构23系采用硅基板的非薄膜半导体工艺。

薄膜半导体结构10包括基板11及感测单元矩阵13，其中感测单元矩阵13被配置在基板11上，以及其中基板11包括玻璃基板。

半导体结构23包括基板21以及读取电路14，其中读取电路14 被配置在基板21上，以及其中基板21包括硅基板。

图2为图1的图像传感器15的薄膜半导体结构10的感测单元矩阵13的第一实施例的感测单元组12的示意图，其中图像传感器 15可用来进行光学式屏下指纹感测，但本揭露不以此限。图像传感器15包括感测操作及读取操作。通过依序执行一次所述感测操作及一次所述读取操作，完成一次指纹感测的循环。

参照图2，感测单元组12可以是图1的薄膜半导体结构10的感测单元矩阵13中的一部分，举例来说，薄膜半导体结构10的感测单元矩阵13可以包括多个感测单元组12。

感测单元组12耦接至读取电路14，并包括感测单元120以及 122。各感测单元120以及122可以使用光电二极管来实现(见图5 的光电二极管16)。由于使用薄膜半导体工艺制造，感测单元120 的光电二极管以及感测单元122的光电二极管的阴极可分开给予电压，因此，可通过适当的设计和布线方式来设计感测单元120和122，使各感测单元120和122具有正向积分组态及负向积分组态双模式，具体来说，各感测单元120和122可被设置在正向积分组态或负向积分组态。应注意的是，采用硅基板的非薄膜半导体工艺较不容易针对不同光电二极管的阴极给予不同电压，因此，若要采用硅基板的非薄膜半导体工艺来实现具有正向积分组态及负向积分组态双模式的感测单元120和122，会花费非常昂贵的成本。

感测单元120和122具有正向积分组态及负向积分组态双模式的好处在于，在感测单元120和122进行感测时，感测单元120和 122的逆向偏压不会显着改变，进而改善线性度。

各感测单元120及122受控于读取线CR、第一控制线CST1以及第二控制线CST2，其中第一控制线CST1以及第二控制线CST2是用来设定感测单元120和122为正向积分组态或负向积分组态双模式。以感测单元120为例，进行所述感测操作时，感测单元120受控于第一控制线CST1以及第二控制线CST2而被设定为正向积分组态或负向积分组态以进行后续的曝光，并且受控于读取线CR以将自身的感测结果(例如电荷±Q1)提供至节点n0，详细说明于图5及图6。同理，感测单元122将自身的感测结果(例如电荷±Q2)提供至节点n0。因此，节点n0会同时受到感测单元120及122的感测结果影响并相对应地产生共同感测结果，具体来说，共同感测结果为节点n0的电压。

读取电路14包括放大器140、电容器142、开关144以及计算单元30。

电容器142耦接于放大器140的输入端及输出端之间。基于此组态，电容器142及放大器140对节点节点n0的电压进行积分。放大器140的输出端输出积分后的结果。放大器140的另一输入端耦接至参考电压Vref。以将节点n0上的共同感测结果逐渐重置回参考电压Vref。基于放大器140的虚短路的特性，节点n0上的共同感测结果逐渐重置回参考电压Vref。在一些实施例中，参考电压 Vref为共模电压，所述共模电压介于第一电压V1(例如接地电压) 及第二电压V2(例如电源电压)之间，其中第一电压V1低于第二电压V2。

开关144用以使感测单元组12和读取电路14之间的导通路径导通或不导通。在所述感测操作下，开关144不导通；相对的，在所述读取操作下，开关144导通。导通时，感测单元组12和读取电路14之间的导通路径导通，感测单元120及122依据节点n0上的共同感测结果对读取电路14的电容器142充电或放电。

计算单元30储存在每一次所述读取操作下放大器140的输出端的电压。基于所有储存的电压，计算单元30于所有读取操作结束后计算出感测单元120及122各自的感测结果的电荷Q1的幅值及电荷Q2的幅值，详细说明于图3至图4。

<第一实施例>

图3至图4为感测单元组12及读取电路14的操作方法的第一实施例。

图11为图1的图像传感器15的操作方法的流程图。图12为图11的操作方法40的操作404的流程图。图12为图11的操作方法 40的操作406的流程图。操作方法40包括操作400、402、404、406、 408及410，操作404包括操作500及502，以及操作406包括600 及602。

参照图11，在操作400中，决定感测操作以及读取操作的操作次数，亦即决定指纹感测的循环测数。详言之，依据所述多个感测单元的数量，决定所述感测操作以及所述读取操作的操作次数。在本实施例中，操作次数相同于多个感测单元的数量。此外，依据所述操作次数，重复执行所述感测操作以及所述读取操作。

感测单元组12有二个感测单元120及122。因此，决定感测操作以及读取操作的次数各为两次，亦即，决定须完成两次指纹感测的循环，因此重复执行所述感测操作以及所述读取操作两次，如图 3所示的第一次感测操作及第一次读取操作(亦即，第一次指纹感测循环)，以及如图4所示的第二次感测操作及第二次读取操作(亦即，第二次指纹感测循环)，分别详细说明如下。

<第一次指纹感测循环>

图3为图2的感测单元组12及图像传感器15的读取电路14 于第一次指纹感测循环下的操作示意图。参照图3辅以图11，操作方法40进行到操作402，在操作402中，在执行所述感测操作以及所述读取操作前，设定所述感测单元组的组态组合。详言之，依据被设定的组态组合，设定所述各感测单元为所述正向积分组态或所述负向积分组态。

参照图3，与图3的第一次指纹感测循环相关的组态组合如下表1所示。感测单元120被设定为负向积分组态(图3中标记为“-”) 以对提供共同感测结果的节点n0充电，以及感测单元122被设定为正向积分组态(图3中标记为“+”)以对提供共同感测结果的节点 n0放电。

表1

<第一次感测操作>

参照图3辅以图11，操作方法40进行到操作404，在操作404 中，执行第一次感测操作。以下详细说明第一次感测操作。

参照图12，在操作500中，使所述感测单元组和所述读取电路之间的导通路径不导通。参照图3，不导通开关144以使感测单元组12和读取电路14之间的导通路径不导通。

参照图12，在操作502中，对所述多个感测单元进行曝光以产生所述共同感测结果。参照图3，进行第一次曝光时，使被设定为负向积分组态的感测单元120对节点n0充电以提供自身的感测结果 (电荷+Q1)至节点n0；以及，使被设定为正向积分组态的感测单元122对节点n0放电以提供自身的感测结果(电荷-Q2)至节点n0。因此，节点n0会同时受到感测单元120及122的感测结果影响并相对应地产生共同感测结果。

<第一次读取操作>

参照图3辅以图11，操作方法40进行到操作406，在操作406 中，执行第一次读取操作。以下详细说明第一次读取操作。

参照图13，在操作600中，使所述感测单元组和所述读取电路之间导通。参照图3，导通开关144以使感测单元组12和读取电路 14之间的导通路径导通。

参照图13，在操作602中，使所述多个感测单元依据所述共同感测结果所述对读取电路的电容器充电或放电。参照图3，感测单元120及122依据在节点n0上的共同感测结果对读取电路14的电容器142充电或放电。

理想上，电荷+Q1的幅值相同于电荷-Q2的幅值。实际上，例如因感测单元120及122之间的适配误差，电荷+Q1的幅值些微不同于电荷-Q2的幅值。当电荷+Q1的幅值大于电荷-Q2的幅值时，感测单元120及122依据在节点n0上的共同感测结果对读取电路14的电容器142充电。替代地，当电荷+Q1的幅值小于电荷-Q2的幅值时，感测单元120及122依据在节点n0上的共同感测结果对读取电路 14的电容器142放电。

计算单元30储存在第一次指纹感测循环下放大器140的输出端的电压。

操作方法40进行到操作408，在操作408，判断是否所有感测操作及读取操作均已执行完毕。由于所有感测操作及读取操作尚未执行完毕，操作方法40回到操作402以进行第二次指纹感测循环。

<第二次指纹感测循环>

图4为图2的感测单元组12及图像传感器15的读取电路14 于第二次指纹感测循环下的操作示意图。由于图4的实施例的第二次指纹感测循环类似于图3的实施例的第一次指纹感测循环，因此于适当处省略第二次指纹感测循环的详细说明。

参照图4，与图4的第二次指纹感测循环相关的组态组合如下表2所示。感测单元120被设定为负向积分组态(图4中标记为“-”) 以对提供共同感测结果的节点n0充电，以及感测单元122被设定为负向积分组态(图4中标记为“-”)以对提供共同感测结果的节点 n0充电。

表2

对照表1及表2可看出，与第二次指纹感测循环相关的组态组合不同于与第一次指纹感测循环相关的组态组合。

<第二次感测操作>

参照图4辅以图11，操作方法40进行到操作404，在操作404 中，执行第二次感测操作。以下详细说明第二次感测操作。

参照图4辅以图12的操作500，不导通开关144以使感测单元组12和读取电路14之间的导通路径不导通。

参照图4辅以图12的操作502，对感测单元120及122进行第二次曝光。进行第二次曝光时，使被设定为负向积分组态的感测单元120对节点n0充电以提供自身的感测结果(电荷+Q1)至节点n0；以及，使被设定为负向积分组态的感测单元122对节点n0放电以提供自身的感测结果(电荷+Q2)至节点n0。因此，节点n0会同时受到感测单元120及122的感测结果影响并相对应地产生共同感测结果。

<第二次读取操作>

参照图4辅以图11，操作方法40进行到操作406，在操作406 中，执行第二次读取操作。以下详细说明第二次读取操作。

参照图4辅以图13的操作600，导通开关144以使感测单元组 12和读取电路14之间导通。

参照图4辅以图13的操作602，由于感测单元120及122均系提供正电荷，电荷+Q1及电荷+Q2。因此，感测单元120及122依据在节点n0上的共同感测结果对读取电路14的电容器142充电。

计算单元30储存在第二次指纹感测循环下放大器140的输出端的电压。

操作方法40进行到操作408，由于所有感测操作及读取操作均已执行完毕，操作方法40进行到操作410。

在操作410中，计算单元30依据于第一次指纹感测循环下得到的共同感测结果、于第二次指纹感测循环下得到的共同感测结果、与第一次指纹感测循环相关的组态组合、与第二次指纹感测循环相关的组态组合来计算出感测单元120及122各自的感测结果的电荷Q1及Q2的幅值。

详言之，在第一次指纹感测循环时，操作者能够知道感测单元 120对节点n0充电，因此能够知道感测单元120提供的感测结果的电荷的极性为正，但不知道感测单元120提供的感测结果的电荷的幅值。同理，操作者能够知道感测单元122对节点n0放电，因此能够知道感测单元122提供的感测结果的电荷的极性为负，但不知道感测单元122提供的感测结果的电荷的幅值。计算单元30储存第一次指纹感测循环下的放大器140的输出端的电压。

类似于第一次指纹感测循环，在第二次指纹感测循环时，操作者能够知道感测单元120对节点n0充电，因此能够知道感测单元 120提供的感测结果的电荷的极性为正，但不知道感测单元120提供的感测结果的电荷的幅值。同理，操作者能够知道感测单元122 对节点n0充电，因此能够知道感测单元122提供的感测结果的电荷的极性为正，但不知道感测单元122提供的感测结果的电荷的幅值。计算单元30储存第二次指纹感测循环下的放大器140的输出端的电压。

由于知道相关于第一次感测操作的感测单元120及感测单元 122各自提供的电荷的极性、相关于第一次指纹感测循环下的放大器140的输出端的电压、相关于第二次感测操作的感测单元120及感测单元122各自提供的电荷的极性，以及相关于第二次指纹感测循环下的放大器140的输出端的电压，计算单元30可利用，例如反矩阵的方式，译码出感测单元120及感测单元122各自提供的电荷的幅值。据此，能够相对准确地判断出手持装置(见图15的手持装置50)的屏下感测器的各感测单元120及122的感光程度。

图5为图2的感测单元组12的各感测单元120及122的电路图。参照图5，各感测单元120及122包括光电二极管16、电容器18、包括第一子开关71及第二子开关72的第一开关组件、包括第三子开关81及第四子开关82的第二开关组件以及读取开关19。

光电二极管16及电容器18相对于读取开关19呈并联。

读取开关19受控于读取线CR而使至输出节点n_out的导通路径导通或不导通，其中在所述指纹感测循环下，读取开关19导通。

第一开关组件及第二开关组件受控于第一控制线CST1及第二控制线CST2而不同时导通。

第一开关组件受控于第一控制线CST1以控制光电二极管16的阴极经由输出节点n_out耦接至读取电路14的电容器142的导通路径，以及控制光电二极管18的阳极耦接至第一电压V1的导通路径。详言之，第一开关组件的第一子开关71耦接于光电二极管16的阴极及读取电路14的电容器142之间，其中读取电路14的电容器142 耦接至输出节点n_out。据此，第一开关组件通过第一子开关71控制光电二极管16的阴极耦接至读取电路14的电容器142的导通路径。此外，第一开关组件的第二子开关72耦接于光电二极管16的阳极及第一电压V1之间。据此，第一开关组件通过第二子开关72 控制光电二极管18的阳极耦接至第一电压V1的导通路径。

第二开关组件受控于第二控制线CST2以控制光电二极管16的阴极耦接至第二电压V2的导通路径，以及控制光电二极管16的阳极经由输出节点n_out耦接至读取电路14的电容器142的导通路径。详言之，第二开关组件的第三子开关81耦接于光电二极管16的阴极及第二电压V2之间。据此，第二开关组件通过第三子开关81控制光电二极管16的阴极耦接至第二电压V2的导通路径。此外，第二开关组件的第四子开关82耦接于光电二极管16的阳极及读取电路14的电容器142之间。据此，第二开关组件通过第四子开关82 控制光电二极管16的阳极耦接至读取电路14的电容器142的导通路径。

以感测单元120为例，在操作406的感测操作中，读取开关19 导通。当感测单元120被设定为负向积分组态时，第一子开关71 及第二子开关72不导通且第三子开关81及第四子开关82导通。据此，光电二极管16的阴极通过导通的第三子开关81耦接至第二电压V2，以及光电二极管16的阳极通过导通的第四子开关82耦接至节点n0，使光电二极管16对提供共同感测结果的节点n0进行充电。替代地，当感测单元120被设定为正向积分组态时，第一子开关71 及第二子开关72导通且第三子开关81及第四子开关82不导通。据此，光电二极管16的阴极通过导通的第一子开关71耦接至节点n0，以及光电二极管16的阳极通过导通的第二子开关72耦接至第一电压V1，使光电二极管16对提供共同感测结果的节点n0进行放电。

图6为图2的感测单元组12于第一次指纹感测循环下的等效电路的电路图。参照图6，感测单元120被设定为负向积分组态，使感测单元120的光电二极管16产生的光电流I1对节点n0充电。此外，感测单元122经组态为正向积分组态，使感测单元122的光电二极管16产生的光电流I2对节点n0放电。

感测单元120提供的光电流I1能与感测单元122提供的光电流 I2流向相反。又，感测单元120的光电二极管16及感测单元122 的光电二极管16在半导体结构上本质上相同，因此感测单元120 的光电二极管16提供的光电流I1理想上相同于感测单元122的光电二极管16提供的光电流I2。因此，光电流I1及I2能够有效地相互抵销。抵销后，实质上没有电流对节点n0进行充电或放电。节点n0的电压的改变相对不显着。因此，各感测单元120及122的光电二极管16的逆向偏压的改变相对不显着，因而相对地不会不良地影响光电转换效率，进而改善线性度。因此，当感测单元120及122 应用在屏下感测器时，可提高精准度。

<第二实施例>

图7至图9为图1的图像传感器15的薄膜半导体结构10的感测单元矩阵13的第二实施例的感测单元组22的示意图。由于图7 至图9的感测单元组22的操作方法类似于图3至图4的感测单元组 12的操作方法，因此于适当处省略感测单元组22的操作方法的详细说明。

图7为图1的图像传感器15的薄膜半导体结构10的感测单元矩阵13的第二实施例的感测单元组22的示意图。参照图7，感测单元组22类似于图2的感测单元组12，差别在于感测单元组22包括感测单元120、122及124。

感测单元组22有三个感测单元120、122、124。因此，决定感测操作以及读取操作的次数各为三次，亦即，决定须完成三次指纹感测的循环，因此重复执行所述感测操作以及所述读取操作三次，如图7所示的第一次感测操作及第一次读取操作(亦即，第一次指纹感测循环)、如图8所示的第二次感测操作及第二次读取操作(亦即，第二次指纹感测循环)，以及如图9所示的第三次感测操作及第三次读取操作(亦即，第三次指纹感测循环)，分别详细说明如下。

<第一次指纹感测循环>

参照图7辅以图11的操作402，操作402更包括：设定所述多个感测单元中为所述正向积分组态的感测单元的数量至少大于零；设定所述多个感测单元中为所述负向积分组态的感测单元的数量至少大于零；被设定为所述正向积分组态的感测单元的数量不同于被设定为所述负向积分组态的感测单元的数量。

参照图7，与图7的第一次指纹感测循环相关的组态组合如下表3所示。感测单元120被设定为负向积分组态(图7中标记为“-”) 以对提供共同感测结果的节点n0充电、感测单元122被设定为负向积分组态(图7中标记为“-”)以对提供共同感测结果的节点n0 充电，以及感测单元124被设定为正向积分组态(图7中标记为“+”) 以对提供共同感测结果的节点n0放电。

感测单元120及122被设定为负向积分组态，因此，设定为负向积分组态的感测单元的数量为二，大于零。感测单元124被设定为正向积分组态，因此，设定为正向积分组态的感测单元的数量为一，大于零。又，设定为负向积分组态的感测单元的数量不同于设定为正向积分组态的感测单元的数量。在本实施例中，设定为负向积分组态的感测单元的数量多于设定为正向积分组态的感测单元的数量。然而，本公开不限定于此。在一些实施例中，设定为负向积分组态的感测单元的数量少于设定为正向积分组态的感测单元的数量。

表3

<第一次感测操作>

参照图7辅以图11，操作方法40进行到操作404，在操作404 中，执行第一次感测操作。以下详细说明第一次感测操作。

参照图7辅以参照图12的操作500，不导通开关144以使感测单元组12和读取电路14之间的导通路径不导通。

参照图7辅以图12的操作502，进行第一次曝光时，感测单元 120对节点n0充电以提供自身的感测结果(电荷+Q1)至节点n0；感测单元122对节点n0充电以提供自身的感测结果(电荷+Q2)至节点n0；以及，感测单元124对节点n0放电以提供自身的感测结果(电荷-Q3)至节点n0。因此，节点n0会同时受到感测单元120 及122的感测结果影响并相对应地产生共同感测结果

<第一次读取操作>

参照图7辅以图11，操作方法40进行到操作406，在操作406 中，执行第一次读取操作。以下详细说明第一次读取操作。

参照图7辅以图13的操作600，导通开关144以使感测单元组 12和读取电路14之间的导通路径导通。

参照图7辅以图13的操作602，感测单元120、122及124依据在节点n0上的共同感测结果对读取电路14的电容器142充电。

计算单元30储存在第一次指纹感测循环下放大器140的输出端的电压。

操作方法40进行到操作408，由于所有感测操作及读取操作尚未执行完毕，操作方法40回到操作402以进行第二次指纹感测循环。

<第二次指纹感测循环>

图8为图7的感测单元组22及图像传感器15的读取电路14 于第二次指纹感测循环下的操作示意图。参照图8，与图8的第二次指纹感测循环相关的组态组合如下表4所示。图11的操作402 更包括：重复执行所述设定所述感测单元组的组态组合的操作所产生的多个组态组合的每一个都具有相同数量的所述负向积分组态的感测单元，以及相同数量的所述正向积分组态的感测单元。因此，在图8的实施例中，被设定为负向积分组态的感测单元的数量保持为二个，以及被设定为正向积分组态的感测单元的数量保持为一个。除此之外，图11的操作402更包括：每一次设定所述感测单元组的组态组合彼此不相同。在本实施例中，被设定为正向积分组态的感测单元在感测单元120、122及124之间轮转。在图8的实施例中，被设定为正向积分组态的感测单元轮转至感测单元122。

感测单元120被设定为负向积分组态(图8中标记为“-”)以对提供共同感测结果的节点n0充电、感测单元122被设定为正向积分组态(图8中标记为“+”)以对提供共同感测结果的节点n0放电，以及感测单元122被设定为负向积分组态(图8中标记为“-”) 以对提供共同感测结果的节点n0充电。

表4

对照表3及表4可看出，与第二次指纹感测循环相关的组态组合不同于与指纹感测循环相关的组态组合。

<第二次感测操作>

参照图8辅以图11，操作方法40进行到操作404，在操作404 中，执行第二次感测操作。以下详细说明第二次感测操作。

参照图8辅以参照图12的操作500，不导通开关144以使感测单元组12和读取电路14之间的导通路径不导通。

参照图8辅以图12的操作502，进行第二次曝光时，感测单元 120对节点n0充电以提供自身的感测结果(电荷+Q1)至节点n0；感测单元122对节点n0放电以提供自身的感测结果(电荷-Q2)至节点n0；以及，感测单元124对节点n0充电以提供自身的感测结果(电荷+Q3)至节点n0。因此，节点n0会同时受到感测单元120、 122及124的感测结果影响并相对应地产生共同感测结果

<第二次读取操作>

由于第二次读取操作的操作方式相同于第一次读取操作的操作方式，因此于此不再赘述。

计算单元30储存在第二次指纹感测循环下放大器140的输出端的电压。

操作方法40进行到操作408，由于所有感测操作及读取操作尚未执行完毕，操作方法40回到操作402以进行第三次感测操作及第三次读取操作。

<第三次指纹感测循环>

图9为图7的感测单元组22及图像传感器15的读取电路14 于第三次指纹感测循环下的操作示意图。参照图9，与图9的第三次指纹感测循环相关的组态组合如下表5所示。在图9中，被设定为正向积分组态的感测单元轮转到感测单元120

感测单元120被设定为正向积分组态(图9中标记为“+”)以对提供共同感测结果的节点n0放电、感测单元122被设定为负向积分组态(图9中标记为“-”)以对提供共同感测结果的节点n0充电，以及感测单元122被设定为负向积分组态(图9中标记为“-”) 以对提供共同感测结果的节点n0充电。

表5

<第三次感测操作>

参照图9辅以图11，操作方法40进行到操作404，在操作404 中，执行第三次感测操作。以下详细说明第三次感测操作。

参照图9辅以参照图12的操作500，不导通开关144以使感测单元组12和读取电路14之间的导通路径不导通。

参照图9辅以图12的操作502，进行第三次曝光时，感测单元120对节点n0放电以提供自身的感测结果(电荷-Q1)至节点n0；感测单元122对节点n0充电以提供自身的感测结果(电荷+Q2)至节点n0；以及，感测单元124对节点n0充电以提供自身的感测结果(电荷+Q3)至节点n0。因此，节点n0会同时受到感测单元120、 122及124的感测结果影响并相对应地产生共同感测结果

<第三次读取操作>

由于第三次读取操作的操作方式相同于第一次读取操作的操作方式，因此于此不再赘述。

计算单元30储存在第三次感测操作及第三次读取操作下放大器140的输出端的电压。

操作方法40进行到操作408，由于所有感测操作及读取操作均已执行完毕，操作方法40进行到操作410。

在操作410中，计算单元30依据于第一次指纹感测循环下得到的共同感测结果、于第二次指纹感测循环下得到的共同感测结果、于第三次指纹感测循环下得到的共同感测结果、与第一次指纹感测循环相关的组态组合、与第二次指纹感测循环相关的组态组合、与第三次指纹感测循环相关的组态组合来计算出感测单元120、122、 124各自的感测结果的电荷Q1、Q2、Q3的幅值。

图10为图7的感测单元组22于第一次指纹感测循环下的等效电路的电路图。参照图10，类似于图6的图示说明，感测单元120 被设定为负向积分组态，感测单元120因此提供的光电流I1流入节点n0；感测单元122被设定为负向积分组态，感测单元122因此提供的光电流I2流入节点n0；以及，感测单元124被设定为正向积分组态，感测单元124因此提供的光电流I3从节点n0流出。

感测单元120提供的光电流I1及感测单元122提供的光电流 I2均与感测单元124提供的光电流I3流向相反。光电流I1及I2 任一者理想上相同于光电流I3。因此，光电流I1及I2所述任一者能够有效地抵销光电流I3。据此，各感测单元120、122、124的光电二极管16的逆向偏压的改变相对不显着，因而相对地不会不良地影响光电转换效率，进而改善线性度。因此，当感测单元120、122、 124应用在屏下感测器时，可提高精准度。

此外，假设光电流I1与光电流I3有效地抵销，但仍有光电流 I2。但，因为感测单元120及感测单元122均被设定为负向积分组态，因此感测单元120的电容器18与感测单元122的电容器18相对于节点n0呈并联。由于二电容器并联后的等效电容大于单个电容器的电容，因此，节点n0的等效电容大于单个感测单元120的电容器18的电容或单个感测单元122的电容器18的电容。据此，即使有光电流I2，但光电流I2所充电的等效电容相对地大，因此节点n0的电压的改变相对不显着，使得各感测单元120、122、124的光电二极管16的逆向偏压的改变相对不显着，因而相对地不会不良地影响光电转换效率，进而改善线性度。因此，当感测单元120、122、 124应用在屏下感测器时，可提高精准度。

图14为本申请手持装置50的实施例的示意图。手持装置50 包括显示屏组件52以及图像传感器15。手持装置50可用来进行光学式屏下指纹感测以感测特定对象的指纹。其中，手持装置50可为例如智能型手机、个人数字助理、手持式计算机系统或平板计算机等任何手持式电子装置。

图15为图14的手持装置50的一实施例的剖视图。参照图15，显示屏组件52包括显示面板54以及保护盖板56。显示面板54具有第一侧和相对于所述第一侧的第二侧。保护盖板56设置于显示面板54的第二侧，亦即保护盖板56设置在显示面板54的上方。薄膜半导体结构10设置于显示面板54的第一侧，亦即薄膜半导体结构 10设置在显示面板54的下方，使显示面板54位于薄膜半导体结构 10和保护盖板56之间。在本实施例中，显示面板54可以是一种有机电激发光显示面板(OLED)，但不以此为限。

上文的叙述简要地提出了本申请某些实施例之特征，而使得本申请所属技术领域具有通常知识者能够更全面地理解本揭示内容的多种态样。本申请所属技术领域具有通常知识者当可明了，其可轻易地利用本揭示内容作为基础，来设计或更动其他工艺与结构，以实现与此处所述之实施方式相同的目的和/或达到相同的优点。本申请所属技术领域具有通常知识者应当明白，这些均等的实施方式仍属于本揭示内容之精神与范围，且其可进行各种变更、替代与更动，而不会悖离本揭示内容之精神与范围。

Claims (15)

1.一种薄膜半导体结构，耦接至所述薄膜半导体结构之外的读取电路，所述读取电路包含电容器，其特征在于，所述薄膜半导体结构包括：

基板；以及

感测单元组，被配置在所述基板上，所述感测单元组与所述读取电路一同操作在感测操作或读取操作下，所述感测单元组包含多个感测单元，其中所述各感测单元包括：

光电二极管；

电容器，与所述光电二极管并联；

第一开关组件，用以控制所述光电二极管的阴极耦接至所述读取电路的电容器的导通路径，以及控制所述光电二极管的阳极耦接至第一电压的导通路径；以及

第二开关组件，用以控制所述光电二极管的阴极耦接至第二电压的导通路径，以及控制所述光电二极管的阳极耦接至所述读取电路的电容器的导通路径，其中所述第一电压低于所述第二电压，其中所述各感测单元在所述感测操作下可通过所述第一开关组件及所述第二开关组件来被设置为正向积分组态或负向积分组态以产生共同感测结果，其中在所述读取操作下，所述感测单元组和所述读取电路的电容器之间的路径导通，使所述多个感测单元依据所产生的所述共同感测结果对所述读取电路的电容器充电或放电；

其中，使所述多个感测单元依据所述共同感测结果对所述读取电路的电容器充电或放电的操作包括：

使被设定为所述负向积分组态的感测单元对耦接至所述读取电路的电容器的节点充电；以及

使被设定为所述正向积分组态的感测单元对所述节点放电。

2.如权利要求1所述的薄膜半导体结构，

其中所述第一开关组件包括：

第一子开关，耦接于所述光电二极管的阴极及所述读取电路的电容器之间；以及

第二子开关，耦接于所述光电二极管的阳极及第一电压之间；

其中所述第二开关组件包括：

第三子开关，耦接于所述光电二极管的阴极及所述第二电压之间；以及

第四子开关，耦接于所述光电二极管的阳极及所述读取电路的电容器之间。

3.如权利要求2所述的薄膜半导体结构，其中当所述感测单元被设定为所述负向积分组态时，所述第一子开关及所述第二子开关不导通且所述第三子开关及所述第四子开关导通，使所述光电二极管对提供所述共同感测结果的节点进行充电。

4.如权利要求2所述的薄膜半导体结构，其中当所述感测单元被设定为所述正向积分组态时，所述第一子开关及所述第二子开关导通且所述第三子开关及所述第四子开关不导通，使所述光电二极管对提供所述共同感测结果的节点进行放电。

5.一种操作方法，用来操作如权利要求1-4中任一项所述的薄膜半导体结构，其特征在于，所述操作方法包括：

执行所述感测操作，包括：

使所述感测单元组和所述读取电路之间的导通路径不导通，并对所述多个感测单元的光电二极管进行曝光以产生所述共同感测结果；以及

执行所述读取操作，包括：

使所述感测单元组和所述读取电路之间导通，并使所述多个感测单元依据所述共同感测结果对所述读取电路的电容器充电或放电。

6.如权利要求5所述的操作方法，更包括：

依据所述多个感测单元的数量，决定所述感测操作以及所述读取操作的操作次数，其中所述操作方法更包括：

依据所述操作次数，重复执行所述感测操作以及所述读取操作。

7.如权利要求6所述的操作方法，其中所述操作次数相同于所述多个感测单元的数量。

8.如权利要求7所述的操作方法，更包括：

在执行所述感测操作前，设定所述感测单元组的组态组合，其中设定所述感测单元组的组态组合的操作包括：

设定所述各感测单元为所述正向积分组态或所述负向积分组态；以及

使所述多个感测单元依据所述共同感测结果对所述读取电路的电容器充电或放电的操作包括：

使被设定为所述负向积分组态的感测单元对耦接至所述读取电路的电容器的节点充电；以及

使被设定为所述正向积分组态的感测单元对所述节点放电。

9.如权利要求8所述的操作方法，其中设定所述各感测单元所述正向积分组态或所述负向积分组态的操作包括：

设定所述多个感测单元中为所述正向积分组态的感测单元的数量至少大于零；以及

设定所述多个感测单元中为所述负向积分组态的感测单元的数量至少大于零。

10.如权利要求9所述的操作方法，其中被设定为所述正向积分组态的感测单元的数量不同于被设定为所述负向积分组态的感测单元的数量。

11.如权利要求10所述的操作方法，其中依据所述操作次数，重复执行所述感测操作以及所述读取操作的操作包括：

重复执行所述设定所述感测单元组的组态组合的操作、所述感测操作以及所述读取操作，其中每一次设定所述感测单元组的组态组合彼此不相同。

12.如权利要求11所述的操作方法，其中重复执行所述设定所述感测单元组的组态组合的操作所产生的多个组态组合的每一个都具有相同数量的所述负向积分组态的感测单元，以及相同数量的所述正向积分组态的感测单元。

13.如权利要求12所述的操作方法，更包括：

依据重复执行所述设定所述感测单元组的组态组合的操作、所述感测操作以及所述读取操作所产生的多个共同感测结果以及所述多个组态组合来计算出所述多个感测单元各自的感测结果。

14.一种具指纹感测功能的手持装置，用以感测特定对象的指纹，其特征在于，所述手持装置包括：

显示屏组件；以及

如权利要求1-4中任一项所述的薄膜半导体结构。

15.如权利要求14所述的手持装置，其特征在于，所述显示屏组件包括显示面板以及保护盖板，所述显示面板具有第一侧和相对于所述第一侧的第二侧，所述保护盖板设置于所述显示面板的第二侧，且所述薄膜半导体结构设置于所述显示面板的第一侧，使所述显示面板位于所述薄膜半导体结构和所述保护盖板之间。

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