CN112149474A - 电子装置 - Google Patents

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杨蕙菁
李淂裕
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Abstract

本发明公开了一种电子装置。电子装置包含感光元件、电荷储存元件及节点。感光元件用以因响应光照而产生电流。电荷储存元件与感光元件耦接，用以响应感光元件所产生的电流以储存电荷。信号读取电路与感光元件耦接，节点耦接于感光元件与电荷储存元件之间。其中，电荷储存元件与感光元件串联，且节点与信号读取电路的一端点相连。

Description

电子装置
技术领域
本发明是有关于一种电子装置，特别是一种可作为指纹辨识器的电子装置。
背景技术
目前市场上有许多指纹辨识器，其常应用于手机用户验证、金融交易及安全需求等。现有指纹感测装置的区域面积较小，故有时不易读取到指纹特征值，进而导致其输出信号较难和数据库中的指纹数据进行比对，而导致指纹辨识失败。此外，因为其感测面积太小，故其特征点取出数量通常不足，而导致安全性与保全性不高的问题。
发明内容
本发明的一实施例提供了可作为指纹辨识器的一种电子装置。电子装置包含感光元件、电荷储存元件、信号读取电路及节点。感光元件用以因响应光照而产生电流。电荷储存元件与感光元件耦接，用以响应感光元件所产生的电流以储存电荷。信号读取电路与感光元件耦接，节点耦接于感光元件与电荷储存元件之间。其中，电荷储存元件与感光元件串联，且节点与信号读取电路的一端点相连。
附图说明
图1A是本发明的电子装置的示意图。
图1B是本发明的电子装置的另一示意图。
图2是本发明的电子装置中的传感单元的一种电路图。
图3是图2的传感单元所接收信号的时序图。
图4至图8分别是本发明的电子装置中的传感单元的其他实施方式的电路图。
图9是本发明的电子装置中的传感单元所接收信号的另一种时序图。
图10至图11分别是本发明的电子装置中的传感单元的其他实施方式的电路图。
附图标记说明：10-电子装置；20-传感单元阵列；30-栅极电路；35-非门电路；36-反相器；40-接收电路；50-数据选择器；60-重置电路；100-传感单元；110-感光元件；120-电荷储存元件；130-信号读取电路；140-重置元件；310-复归单元；312-充电路径；314-放电路径；A-节点；C1-电容；D1-光电二极管；G(1)至G(m)、G(x)-栅极线、栅极信号；H-高电位；L-低电位；Q1-第一开关；Q2-第二开关；Q3-第三开关；Q4-第四开关；Q5-第五开关；V0、V1、V2、V2’-偏压；R(1)至R(n)、R(y)-数据线、感测信号；S(1)至S(m)-重置线、重置信号；
Figure BDA0002112384030000021
反相重置信号。
具体实施方式
以下藉由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明亦可借由其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可针对不同观点与应用，在不悖离本创作的精神下进行各种修饰与变更。
再者，说明书与权利要求书中所使用的序数例如“第一”、“第二”等的用词，以修饰权利要求书的元件，其本身并不意含及代表该请求元件有任何之前的序数，也不代表某一请求元件与另一请求元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一请求元件得以和另一具有相同命名的请求元件能作出清楚区分。
图1A至1B是本发明实施例的电子装置10的示意图。电子装置10包含传感单元阵列20、栅极电路30、接收电路40、数据选择器50、多条栅极线G(1)至G(m)、重置线S(1)至S(m)以及多条数据线R(1)至R(n)。其中，m和n分别是大于1的正整数。此外，传感单元阵列20包含多个传感单元100，排列成m行(row)和n列(column)。传感单元100耦接至一条对应的栅极线G(x)、一条重置线S(x)及一条对应的数据线R(y)。其中，x和y分别是正整数，1x m，且1y n。
传感单元100的操作受到栅极信号与重置信号的控制。其中栅极信号通过多条栅极线G(1)至G(m)由栅极电路30传递至传感单元阵列20，重置信号则通过多条重置线S(1)至S(m)传递重置信号至传感单元阵列20。在本发明的部分实施例中，重置信号的相位与栅极信号的相位相反。重置信号的来源可如图1A所示，通过栅极电路30耦接非门(Not Gate)电路35将栅极信号改变为相位相反的重置信号。其中，非门电路35可包含多个反相器36，而每个反相器36用以将对应的一条栅极线所传输的栅极信号进行反相处理，以输出对应的重置信号至一条对应的重置线。另外，如图1B所示，重置信号也有可能由独立的重置电路60产生。
需要注意的是，在本发明的电子装置10中，栅极电路30、非门电路35与重置电路60的数量与位置并不以图1A及1B的图示为限。
图2是电子装置10中传感单元100的一种电路图。传感单元100会根据受光照的程度，而产生对应的感测信号，并将所产生的感测信号通过对应的数据线R(y)传送至接收电路40，而接收电路40则可根据每个传感单元100所输出的感测信号，判断出受测者的指纹的特征值，并输出指纹的特征值至数据选择器50。数据选择器50则可从接收电路40所输出的多个指纹的特征值中选出所需的指纹的特征值后再输出。在本发明中，为方便说明的缘故，符号G(1)至G(m)除了用以表示栅极线之外，亦用以表示栅极电路30所输出至对应栅极线的栅极信号。相似地，符号R(1)至R(n)除了用以表示资料线之外，亦用以表示传感单元100所输出至对应数据线的感测信号。相似地，符号S(1)至S(m)除了用以表示重置线之外，亦用以表示该重置线所对应的重置信号。图3是电子装置10中传感单元100所接收信号的时序图。在图2所示的实施例中，重置信号的相位与栅极信号的相位相反，也就是说当重置信号为正电压时，栅极信号为负电压。而当重置信号为负电压时，栅极信号为正电压。如图3中所示，当栅极信号G(1)、G(2)、G(3)处于高电位时，所对应的重置信号S(1)、S(2)、S(3)处于低电位，而当栅极信号G(1)、G(2)、G(3)处于低电位时，所对应的重置信号S(1)、S(2)、S(3)处于高电位，且其中高电位为正电压，低电位为负电压。
请参考图2，在本发明的一实施例中，传感单元100包含感光元件110、电荷储存元件120、信号读取电路130及节点A。传感单元100还可包含重置元件140，用以重置节点A的电位。重置元件140包含第三开关Q3，而在本实施例中，第三开关Q3可以为一个N型的晶体管，但本发明并不以此为限。第三开关Q3的栅极(Gate)接收一重置信号S(x)，换句话说，第三开关Q3受到重置信号S(x)所控制。
节点A耦接于第三开关Q3、感光元件110与电荷储存元件120之间，并与信号读取电路130的一端点相连。感光元件110的一端耦接偏压V1，第三开关Q3的一端耦接偏压V2，且偏压V2小于偏压V2(V2<V1)。
当第三开关Q3因重置信号S(x)而呈现开启(turn-on)状态时，节点A的电位与偏压V2大致相等，因此感光元件110处于一逆向偏压状态(V2<V1)，也就是说，此时感光元件远离该节点的一端所耦接的偏压V1大于该节点的一电位。感光元件110可包含光电二极管D1，当感光元件110处于逆向偏压状态下，感光元件110的光电二极管D1在受到光照时会产生电流并向节点A流动。
电荷储存元件120与感光元件110串联，而电荷储存元件120用以响应(inresponse to)感光元件110所产生的电流以储存电荷。其中，电荷储存元件120可包含电容C1。
信号读取电路130包含第一开关Q1和第二开关Q2，而在本实施例中，第一开关Q1和第二开关Q2可分别是一个N型的晶体管，但本发明并不以此为限。第一开关Q1的栅极耦接于节点A，第一开关Q1的一电极耦接至一偏压V0，第一开关Q1的另一电极耦接至第二开关Q2的一电极，第二开关Q2的另一电极耦接对应的数据线R(y)，而第二开关Q2的栅极接收栅极信号G(x)。在本实施例中，由于重置信号S(x)和栅极信号G(x)的相位彼此相反，故当第三开关Q3关闭时，第二开关Q2会开启；而当第三开关Q3开启时，第二开关Q2会关闭。当第三开关Q3因重置信号S(x)而呈现关闭(turn-off)状态时，信号读取电路130中的第二开关Q2会开启，而且第一开关Q1也会受到节点A的电位的影响而开启，而电荷储存元件120所储存的电荷可维持第一开关Q1的开启状态。在第一开关Q1与第二开关Q2都处于开启的状态下，电流得以从偏压V0处流过信号读取电路130作为感测信号，并经由数据线R(y)传送至接收电路40。
图4是传感单元100的另一种实施方式的电路图。在此实施例中，第三开关Q3为一个P型的晶体管，而第二开关Q2则为N型的晶体管，而且第三开关管Q3的栅极接收到的重置信号S(x)与栅极信号G(x)相位相同，由于第三开关Q3与第二开关Q2为不同型态的晶体管，因此在接收到相位相同的信号时，第三开关Q3与第二开关Q2的状态恰好相反－当第三开关Q3关闭时，第二开关Q2会开启；而当第三开关Q3开启时，第二开关Q2会关闭。除此之外，图4中的传感单元100的操作方式则与图2中的传感单元100一致，故在此即不再赘述。需要注意的是，在某些实施例中，第三开关Q3可为一个N型的晶体管而第二开关Q2可为一个P型的晶体管。
图5是传感单元100的另一种实施方式的电路图。在此实施例中，第三开关Q3和第一开关Q1分别为一个P型的晶体管而第二开关Q2则是与前一个实施例一样的N型的晶体管。而第三开关管Q3的栅极接收的重置信号S(x)与栅极信号G(x)相位相同。除此之外，图5中的传感单元100的操作方式则与图2中的传感单元100一致，故在此即不再赘述。
图6是传感单元100的另一种实施方式的电路图。在此实施例中，第一开关Q1、第二开关Q2和第三开关Q3分别为一个N型的晶体管。与图2中的传感单元100之间最主要的差异在于图6中传感单元100的电荷储存元件120及重置元件140耦接于偏压V1和节点A之间，而图6中的感光元件110则耦接于节点A与偏压V2之间。当第三开关Q3开启时，节点A的电位大致与V1相等，使得感光元件110处于一逆向偏压状态(V2<V1)。当感光元件110处于逆向偏压状态下，感光元件110的光电二极管D1在受到光照时会产生电流产生并向节点A流动。此时，电荷储存元件120即可累积电荷。而当第三开关Q3因重置信号S(x)而呈现关闭状态时，第二开关Q2则因为与重置信号S(x)相位相反的栅极信号G(x)而处于开启状态。此时信号读取电路130中的第一开关Q1也受到节点A的电位的影响而开启，而电荷储存元件120所储存的电荷可维持第一开关Q1的开启状态。在第一开关Q1与第二开关Q2都处于开启的状态下，电流得以从偏压V0处流过信号读取电路130作为感测信号，并经由数据线R(y)传送至接收电路40。
图7是传感单元100的另一种实施方式的电路图。在此实施例中，第二开关Q2和第三开关Q3分别为一个N型的晶体管，而第一开关Q1则为一个P型的晶体管。除此之外，图7中的传感单元100的操作方式则与图6中的传感单元100一致，故在此即不再赘述。
在图2、图6与图7的实施例中，重置信号S(x)是由栅极信号G(x)通过非门(NotGate)电路所产生的，如同图1A所示。因此，在图2、图6与图7的实施例中，重置信号S(x)与栅极信号G(x)相位相反，但最初的信号来源相同。
图8是传感单元100的另一种实施方式的电路图。图9是本发明的电子装置的另一种时序图。图8中的传感单元100与图2中的传感单元100在电路结构上完全一样，而主要的差别在于图8中的第三开关Q3的栅极所接收的重置信号S(x)是由另外的重置电路60产生，就如图1B所示，电子装置10可另包含重置电路60，用以产生重置信号S(1)至S(m)。另外，重置信号S(x)处于低电位的期间可涵盖栅极信号G(x)处于高电位的期间，且低电位的重置信号S(x)与高电位的栅极信号G(x)相位相反，但本发明并不限于此。如图9所示，重置信号S(1)处于低电位的期间会涵盖栅极信号G(1)处于高电位的期间；重置信号S(2)处于低电位的期间会涵盖栅极信号G(2)处于高电位的期间；而重置信号S(3)处于低电位的期间会涵盖栅极信号G(3)处于高电位的期间。因此，图8中的第二开关Q2开启时的时间长度会小于第三开关Q3关闭时的时间长度，但本发明并不限于此。
图10是传感单元100的另一种实施方式的电路图。图10中的传感单元100与图2中的传感单元100之间最主要的差异在于图10中的传感单元100不包含重置元件140，且图10中的传感单元100另包含复归单元(reversion unit)310。复归单元310包含分别与节点A耦接的第四开关Q4及第五开关Q5。在本实施例中，第四开关Q4及第五开关Q5皆为N型的晶体管，且第四开关Q4及第五开关Q5的栅极分别接收重置信号S(x)以及与重置信号相位相反的反相重置信号
Figure BDA0002112384030000071
此外，第四开关Q4的一电极耦接至偏压V1，第五开关Q5的一电极耦接至偏压V2’，而偏压V2大于偏压V2’且小于V1(即V2’<V2<V1)。由于重置信号S(x)和反相重置信号
Figure BDA0002112384030000072
的相位彼此相反，故当第四开关Q4开启时，第五开关Q5会关闭；而当第四开关Q4关闭时，第五开关Q5会开启。进一步地来说，当第四开关Q4开启时，会产生充电路径312，而使得感光元件110受到逆向偏压(V2<V1)，此时感光元件110的光电二极管D1若受到光照将会产生流向节点A的电流，并使得电荷储存元件120的电容C1被充电。当第五开关Q5开启时，会产生放电路径314，而使得感光元件110的光电二极管D1受到顺向偏压(V2’<V2)，并使得电荷储存元件120的电容C1被放电，而重置节点A的电位。
图11是图1的电子装置10另一种实施方式的电路图。图11中的电子装置10与图10中的电子装置10之间的主要差异在于图11中的感光元件110与电荷储存元件120的位置互换。除此之外，图11中的电子装置10的操作方式则与图10中的电子装置10一致，故在此即不再赘述。
本发明所提供的电子装置可用于光学式的指纹辨识器，以及各类基于安全或其他理由而需要使用指纹辨识功能的电子设备，如手机、笔记本电脑或是门禁设备等。本发明所提供的电子装置，其结构与制造方式可同时适用于小面积的晶圆或大面积的玻璃基板上。电子装置的传感单元阵列可具有足够大的辨识区域，能够有效地撷取指纹特征。当所辨识到的指纹特征越多，安全度也会随着增加。此外，本发明的电子装置的晶体管可采用薄膜晶体管，除了可在晶圆上制作外，也可以直接形成在玻璃上，进而使其在价格成本更具竞争力。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进，以及实施例之间的相互组合、修饰、置换或转用等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子装置，其特征在于，该电子装置包含：
感光元件；
电荷储存元件，与该感光元件耦接；
信号读取电路，与该感光元件耦接；及
节点，耦接于该感光元件与该电荷储存元件之间；
其中，该电荷储存元件与该感光元件串联，且该节点与该信号读取电路的一端点相连。
2.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，其中该信号读取电路包含第一开关及第二开关，而该第一开关耦接于该节点。
3.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，该电子装置更包含第三开关，耦接于该节点。
4.如权利要求3所述的电子装置，其特征在于，其中当该第二开关及第三开关的其中一者为开启时，另一者为关闭。
5.如权利要求4所述的电子装置，其特征在于，其中当该第二开关与该第三开关的其中一者为N型晶体管时，另一者为P型晶体管。
6.如权利要求4所述的电子装置，其特征在于，其中该第二开关所接收到的一栅极信号与该第三开关所接收到的一重置信号彼此的相位相反。
7.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，其中当该感光元件处于一逆向偏压状态时，该感光元件受到光照时会产生一电流。
8.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，其中该电子装置更包含第四开关及第五开关分别与该节点耦接，其中当该第四开关及该第五开关的其中一者为关闭时，另一者为开启。
9.如权利要求8所述的电子装置，其特征在于，其中当该第四开关开启时，该感光元件处于一逆向偏压状态，而当该第五开关关开启时，该感光元件处于一顺向偏压状态。
10.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，该电子装置更包含：
重置电路，与该节点耦接；及
栅极电路，与该信号读取电路耦接。
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