CN112686078A - 嵌设于平板显示器的指纹感测器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种嵌设于平板显示器的指纹感测器，其包含：光感测器；选择晶体管，分别相应串联至光感测器；切换晶体管，分别相应串联至选择晶体管，且分别相应并联至光感测器；及检测电路，其检测通过一导通的选择晶体管的信号。

Description

嵌设于平板显示器的指纹感测器及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种平板显示器，特别涉及一种嵌设有指纹感测器的平板显示器。

背景技术

移动装置(例如智能手机)为一种电脑装置，其体积很小而能够以手握持与操作。移动装置通常具有触控屏幕，其占用移动装置的前表面的相当大比例(例如70％)。

当代移动装置可执行很多的功能，并适用于各种的用途，例如交际互动、金融交易、个人或商业通信。鉴于此，通常会使用生物测定(例如指纹)技术来识别使用者及其身分，用以保护储存于移动装置内的机密资料。指纹识别不但是一种识别使用者的保全方法，且是存取移动装置的一种快速方法。

许多移动装置(例如智能手机)装设有指纹识别，其通常包含实体按钮，设于前表面的触控屏幕的外部。移动装置的触控屏幕有逐渐增大的趋势，用以应对移动装置更多更强的功能。然而，将指纹识别按钮设于移动装置的前表面会阻碍使用大触控屏幕的趋势。

因此，有人提出一种将指纹感测器嵌设于平板显示器(例如液晶显示器)。然而，传统指纹感测器的信号信噪比(SNR)极低，因而减低了整体的效能。因此，亟需提出一种新颖且具高效能的指纹感测器。

发明内容

鉴于上述，本发明实施例的目的之一在于提出一种嵌设于平板显示器的指纹感测器，其具有增强的信号信噪比与效能。

根据本发明实施例，嵌设于平板显示器的指纹感测器包含光感测器、选择晶体管、切换晶体管及检测电路。选择晶体管分别相应串联至光感测器。切换晶体管分别相应串联至选择晶体管，且分别相应并联至光感测器。检测电路检测通过一导通的选择晶体管的信号。

附图说明

图1显示嵌设有指纹感测器的平板显示器的剖视图。

图2显示本实施例的指纹感测器的示意图。

图3A显示嵌设于液晶显示器(图1)的指纹感测器的电路图。

图3B分别显示选择晶体管的栅极的控制信号的时序图。

图4A显示本发明实施例的嵌设于平板显示器(图1)的指纹感测器的电路图。

图4B分别显示选择晶体管及切换晶体管的栅极的控制信号的时序图。

附图标记说明：

100 液晶显示器

11 薄膜晶体管基板

12 第一介电层

13 切换薄膜晶体管

130 基部金属层

131 多晶硅层

132 第一金属层

133 第二金属层

134 第三金属层

14 光感测器

14B 选择薄膜晶体管

15 平坦化层

16 第二介电层

161 第一氧化铟锡层

162 第二氧化铟锡层

17 液晶层

171 光间隔物

18 彩色滤光层

19 彩色滤光基板

20 透镜区

21 光源

22 手指

23 棒状透镜

24 光检测器

300 指纹感测器

31 检测电路

400 指纹感测器

41 切换晶体管

M0 基部金属层

M1 第一金属层

M2 第二金属层

M3 第三金属层

TFT 薄膜晶体管

PLN 平坦化

ITO 氧化铟锡

LC 液晶

CF 彩色滤光

TFT[N]～TFT[N+M] 薄膜晶体管/控制信号

VCM 共电压

VBIAS 偏压

具体实施方式

图1显示嵌设有指纹感测器的平板显示器(例如液晶显示器100)的剖视图，其中指纹感测器整合于液晶显示器100的有源区。液晶显示器100可为薄膜晶体管(TFT)液晶显示器。薄膜晶体管(TFT)液晶显示器可使用低温多晶硅(LTPS)技术形成，其执行于相当低的温度(大约摄氏650度或更低)，然而传统方法则执行于摄氏900度以上。低温多晶硅(LTPS)可用以制造大尺寸液晶显示器。

液晶显示器100可包含薄膜晶体管(TFT)基板11，其表面形成有第一介电层12。第一介电层12可包含氧化硅或/且氮化硅。形成多个切换薄膜晶体管13于第一介电层12内，作为显示之用。切换薄膜晶体管13可包含多晶硅层(作为通道)131、第一金属层M1(作为栅极)132设于多晶硅层131上、第二金属层M2(作为源极与漏极)133设于多晶硅层131的表面且围绕第一金属层132，其中第一介电层12隔离第一金属层132与第二金属层133。

形成至少一光感测器(或光检测器)14于第一介电层12内。光感测器14可包含多晶硅层131与其表面的第二金属层133。第二金属层133围绕一通道，用以通过代表指纹的光束，再由光感测器14检测。多晶硅层131的一端掺杂P型杂质，另一端掺杂N型杂质，因而形成p-n结作为光感测器。此外，基部金属层(M0)130设于第一介电层12内且位于薄膜晶体管基板11的表面，作为第一光屏障，用以阻挡或屏障背光。

形成至少一选择薄膜晶体管14B，以配合光感测器14。选择薄膜晶体管14B可包含多晶硅层(作为通道)131、第一金属层M1(作为栅极)132设于多晶硅层131上、第二金属层M2(作为源极与漏极)133设于多晶硅层131的表面且围绕第一金属层132，其中第一介电层12隔离第一金属层132与第二金属层133。选择薄膜晶体管14B经由第二金属层133而连接至相应光感测器14。

液晶显示器100可包含光源，例如背光模块(未显示于图式)，其设于薄膜晶体管(TFT)基板11下。液晶显示器100的光源可发射可见光束或非可见光束。

液晶显示器100可包含透明的平坦化(PLN)层15，其具有大致平坦的顶面，且形成于第一介电层12上。平坦化层15可包含透明材质，例如树脂，用以让光线通过。形成第三金属层(M3)134于平坦化层15的底部。第三金属层134可作为第二光屏障，用以阻隔或屏障通道方向以外的(倾斜)光线，使其不会进入光感测器14。

液晶显示器100可包含第二介电层16，其形成于平坦化层15的表面。第二介电层16可包含氧化硅或/且氮化硅。至少一导电层形成于第二介电层16内。如图1所例示，所述至少一导电层可包含：第一氧化铟锡(ITO)层161，形成于第二介电层16的底部(例如形成于平坦化层15的表面)；及第二氧化铟锡(ITO)层162，形成于第二介电层16的顶部(例如形成于第一氧化铟锡层161上)。第二介电层16隔离第一氧化铟锡层161与第二氧化铟锡层162。如图1所示，第一氧化铟锡层161可连接至切换薄膜晶体管13的第二金属层133。

液晶显示器100可包含液晶(LC)层17，其形成于第二介电层16上。至少一透明的光间隔物(photo spacer)171设于液晶层17内，用以隔离相邻液晶区。液晶显示器100的光间隔物171可包含透明材质，例如树脂。液晶显示器100还可包含彩色滤光(CF)层18，其形成于液晶层17上，且设于彩色滤光(CF)基板19的底面。彩色滤光层18可包含多个彩色滤光片，例如红色、绿色及蓝色滤光片，用以分别让红光、绿光及蓝光通过。彩色滤光层18还可包含至少一黑色滤光片，用以阻隔光线。未被黑色滤光片覆盖的区域为显示区。如图1所示，黑色滤光片大致对准于下方的光间隔物171。在本实施例中，光感测器14位于未被彩色滤光层18的黑色滤光片覆盖的有源显示区。

液晶显示器100可包含至少一透镜区20，其设于光感测器14上并于垂直方向大致对准于光感测器14。在本实施例中，透镜区20连接至平坦化层15的顶面，并向上延伸。透镜区20可包含透明材质，其可相同或不同于平坦化层15。透镜区20垂直伸长，并(由下而上依序)通过第二介电层16、液晶层17与彩色滤光层18。

根据上述，嵌设有指纹感测器的液晶显示器100包含光源、透镜区20与光感测器14。图2显示本实施例的指纹感测器的示意图。光源21发射光束至手指22。透镜区20作为棒状透镜(rod lens)23，用以聚焦反射自指纹的光束。光感测器14作为光检测器24，用以检测代表指纹的光束，并将其转换为电子信号。

图3A显示嵌设于液晶显示器100(图1)的指纹感测器300的电路图。指纹感测器300可包含多个光感测器14，例如光二极管。指纹感测器300可包含多个选择晶体管14B(例如选择薄膜晶体管TFT[N]～TFT[N+M])，其分别相应串联至光感测器14。虽然图3A以N型薄膜晶体管作为例示，然而也可使用P型薄膜晶体管。

指纹感测器300可包含检测电路31，用以检测其中一待检测分支(branch)的光感测器14的信号(例如电流)。其中，选择晶体管14B的漏极电性连接至相应光感测器14的阴极(其阳极电性连接至共电压VCM)，选择晶体管14B的源极电性连接至检测电路31的输入端。

图3B分别显示选择晶体管14B的栅极的控制信号TFT[N]～TFT[N+M]的时序图。如图3B所示，每一时间仅有一个选择晶体管14B被导通，且依预设顺序导通这些选择晶体管14B，如图3B所例示。

被导通的选择晶体管14B的阻抗通常具有数千欧姆(ohm)，被关闭的选择晶体管14B的阻抗通常具有数百万(mega)欧姆。由于光感测器14的信号电流一般仅数微微(pico)安培，且被关闭的选择晶体管14B的阻抗也仅有数百万欧姆，因此检测电路31不仅接收通过导通的选择晶体管14B的信号，同时也接收通过关闭的选择晶体管14B的信号，因而影响了指纹感测器300的信噪比(SNR)及效能。

图4A显示本发明实施例的嵌设于平板显示器(例如图1的液晶显示器100)的指纹感测器400的电路图。本实施例的指纹感测器400类似于图3A的指纹感测器300，可包含光感测器14、选择晶体管14B及检测电路31，其细节不再赘述。

根据本实施例的特征之一，指纹感测器400可进一步包含多个切换晶体管41(例如切换薄膜晶体管)，这些切换晶体管41分别相应串联至选择晶体管14B，但分别相应并联至光感测器14。虽然本实施例以P型薄膜晶体管作为例示，然而也可使用N型薄膜晶体管。在一较佳实施例中，选择晶体管14B包含N型薄膜晶体管，且切换晶体管41包含P型薄膜晶体管。

切换晶体管41的源极电性连接至相应选择晶体管14B的漏极(及光感测器14的阴极)，且切换晶体管41的漏极电性连接至偏压VBIAS。

图4B分别显示选择晶体管14B及切换晶体管41的栅极的控制信号TFT[N]～TFT[N+M]的时序图。值得注意的是，如果切换晶体管41使用N型薄膜晶体管，则控制信号TFT[N]～TFT[N+M]的极性需相反。

根据本实施例的另一特征，当选择晶体管41被导通，则相应切换晶体管41必须被关闭；当选择晶体管41被关闭，则相应切换晶体管41必须被导通。换句话说，切换晶体管41的切换状态(亦即导通或关闭)系相反于相应选择晶体管14B的切换状态。

虽然光感测器14的信号电流仅有数微微(pico)安培且被关闭的选择晶体管14B的阻抗仅有数百万(mega)欧姆，由于相应切换晶体管41被导通，因此检测电路31仅接收通过导通的选择晶体管14B的信号，但不会接收通过关闭的选择晶体管14B的信号，因而增强指纹感测器400的信噪比(SNR)并提升指纹感测器400的效能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求范围；凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本申请权利要求范围内。

Claims (15)

1.一种嵌设于平板显示器的指纹感测器，包含：

多个光感测器；

多个选择晶体管，分别相应串联至该多个光感测器；

多个切换晶体管，分别相应串联至该多个选择晶体管，且分别相应并联至该多个光感测器；及

一检测电路，其检测通过一导通的选择晶体管的信号。

2.根据权利要求1所述的嵌设于平板显示器的指纹感测器，其中该切换晶体管的切换状态相反于该相应选择晶体管的切换状态。

3.根据权利要求2所述的嵌设于平板显示器的指纹感测器，其中当该选择晶体管被导通，则该相应切换晶体管被关闭；当该选择晶体管被关闭，则该相应切换晶体管被导通。

4.根据权利要求1所述的嵌设于平板显示器的指纹感测器，其中该平板显示器包含一液晶显示器。

5.根据权利要求1所述的嵌设于平板显示器的指纹感测器，其中该光感测器包含一光二极管。

6.根据权利要求1所述的嵌设于平板显示器的指纹感测器，其中该选择晶体管包含N型薄膜晶体管，且该切换晶体管包含P型薄膜晶体管。

7.根据权利要求1所述的嵌设于平板显示器的指纹感测器，其中每一时间仅有一个该选择晶体管被导通。

8.根据权利要求1所述的嵌设于平板显示器的指纹感测器，其中该选择晶体管的漏极电性连接至该相应光感测器的阴极，且该选择晶体管的源极电性连接至该检测电路的输入端。

9.根据权利要求1所述的嵌设于平板显示器的指纹感测器，其中该切换晶体管的源极电性连接至该相应选择晶体管的漏极与该相应光感测器的阴极，且该切换晶体管的漏极电性连接至偏压。

10.一种嵌设于平板显示器的指纹感测器的操作方法，包含：

提供多个分支，每一分支包含一光感测器、一选择晶体管及一切换晶体管，该切换晶体管相应串联至该选择晶体管且相应并联至该光感测器；

导通一待检测分支的该选择晶体管且关闭该待测分支的该切换晶体管，但关闭其他非待测分支的该选择晶体管且导通该非待测分支的该切换晶体管；及

检测通过该待测分支的该导通选择晶体管的信号。

11.根据权利要求10所述的嵌设于平板显示器的指纹感测器的操作方法，其中该平板显示器包含一液晶显示器。

12.根据权利要求10所述的嵌设于平板显示器的指纹感测器的操作方法，其中该光感测器包含一光二极管。

13.根据权利要求10所述的嵌设于平板显示器的指纹感测器的操作方法，其中该选择晶体管包含N型薄膜晶体管，且该切换晶体管包含P型薄膜晶体管。

14.根据权利要求10所述的嵌设于平板显示器的指纹感测器的操作方法，还包含电性连接该选择晶体管的漏极至该相应光感测器的阴极。

15.根据权利要求10所述的嵌设于平板显示器的指纹感测器的操作方法，还包含电性连接该切换晶体管的源极至该相应选择晶体管的漏极与该相应光感测器的阴极，且电性连接该切换晶体管的漏极至偏压。

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