DE102014116099B4

DE102014116099B4 - Vorrichtung und Verfahren für TFT-Fingerabdruck-Sensor

Info

Publication number: DE102014116099B4
Application number: DE102014116099.1A
Authority: DE
Inventors: Richard Brian Nelson; Richard Alexander Erhart
Original assignee: Egis Technology Inc
Current assignee: Egis Technology Inc
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-11-05
Publication date: 2020-01-02
Anticipated expiration: 2034-11-06
Also published as: KR20150115607A; CN104978559A; JP5926788B2; JP2015201164A; DE102014116099A1; CN104978559B; KR101772491B1

Abstract

Fingerabdruck-Sensor (70), umfassend in Kombination:a) ein erstes Substrat (73) mit einer Vielzahl von Pixeln, die darin ausgebildet sind, wobei das erste Substrat eine erste Oberfläche aufweist, wobei die Pixel in einem Pixel-Array (72) von R Zeilen und N Spalten angeordnet sind, wobei jedes Pixel eine Schalt-Vorrichtung (90) und ferner eine kapazitive Platte (104) nahe der Oberfläche des ersten Substrats aufweist;b) eine Vielzahl von R Zeilen-Adressierungs-Elektroden (92), wobei jede Zeilen-Adressierungs-Elektrode mit den Schalt-Vorrichtungen der Pixel in einer zugehörigen Zeile des Pixel-Arrays verbunden ist zum selektiven Aktivieren der Schalt-Vorrichtungen in der zugehörigen Pixel-Zeile;c) eine Vielzahl von N Daten-Elektroden (146), wobei jede Daten-Elektrode mit den Schalt-Vorrichtungen der Pixel in einer zugehörigen Spalte des Pixel-Arrays verbunden ist zum Erfassen eines Signals, das von der kapazitiven Platte des Pixels bereitgestellt wird, das an einem Schnittpunkt einer ausgewählten Pixel-Zeile und der zugehörigen Spalte des Pixel-Arrays angeordnet ist, undd) eine Deckschicht, die die Oberfläche des ersten Substrats überdeckt zur Aufnahme einer Fingerkuppe eines Benutzers;e) mindestens eine Sende-Elektrode (74), die nahe der Oberfläche des ersten Substrats ausgebildet und seitlich von dem Pixel-Array beabstandet ist zum Übertragen eines elektrischen Signals mit variierender Amplitude;f) wobei das elektrische Signal mit variierender Amplitude, das von der mindestens einen Sende-Elektrode ausgesendet wird, in einen Finger eines Benutzers eingekoppelt wird, der seine Fingerkuppe über der Deckschicht platziert, und wobei das elektrische Signal, das in den Finger des Benutzers eingekoppelt wird, außerdem durch die kapazitiven Platten in das Pixel-Array in einem größeren oder geringeren Ausmaß eingekoppelt wird, abhängig davon, ob eine Erhebung oder eine Vertiefung der Fingerkuppe des Benutzers ein bestimmtes Pixel in dem Pixel-Array überlagert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung: Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Fingerabdruck-Sensoren, und im Einzelnen auf einen Fingerabdruck-Sensor, welcher eine Reihe von Dünnschicht-Transistoren („TFT“) zur Erkennung des Fingerabdrucks benutzt.
2. Beschreibung des Standes der Technik: Konventionelle Fingerabdruck-Sensoren, die gegenwärtig auf dem kommerziellen Markt bezogen werden, verwenden verschiedene Methoden zur Erkennung des Fingerabdrucks eines Benutzers. Ein Typ von Fingerabdruck-Sensor enthält einen CMOS-Silizium-Chip mit einem Schaltkreis, der eine angeordnete Vielzahl von Pixeln bereitstellt. Der CMOS-Silizium-Chip ist mit einer Schutzschicht beschichtet, welche aus einer einfachen chemischen Beschichtung, einem Flex-Substrat oder anderen dünnen Materialien bestehen kann. Dieser Typ von Fingerabdruck-Sensoren benötigt den Silizium-Chip, um mindestens so groß wie das Pixel-Array zu sein.
Ein zweiter Typ kommerziell verfügbarer Fingerabdruck-Sensoren beinhaltet auf einem Substrat geformte Metall-Leitungen zur Bildung eines Pixel-Feldes bzw. Pixel-Arrays, während ein entfernt angeordneter Silizium-Chip, der kleiner als das Pixel-Array ist, elektrisch damit verbunden ist. Dieser zweite Typ von Fingerabdruck-Sensoren kann in mehreren verschiedenen Verpackungs-Strukturen implementiert werden, wie Ball Grid Arrays (BGA), Wafer Level Fan-Out (WLFO), ein darum angepasstes Film-Substrat, oder oben auf einer Kunststoff- Wölbung / Aussteifung.
Fingerabdrücke sind durch Rillenmuster auf der Haut des Benutzers charakterisiert. Die meisten der derzeitigen kommerziellen Fingerabdruck-Sensoren sind kapazitive Berührungssensoren, was bedeutet, dass der Schaltkreis, der verwendet wird, um einen Fingerabdruck herzuleiten, befähigt sein muss, kleine Unterschiede in dem Empfangssignal zu differenzieren, das aus der Kapazität resultiert, die von einer Finger-„Bergrücken“-Erhebung oder „Tal“-Vertiefung induziert wird, die auf der Platte des kapazitiven Sensor-Elements platziert wird. Diese kapazitiven Sensorelemente sind typischer Weise in Arrays mit X Reihen und Y Spalten ausgelegt, allgemein „Pixel-Array“ genannt. Die Kreuzung jeder Reihe mit einer Spalte wird „Pixel“ genannt. Diese Pixel-Arrays können mit CMOS-Hilfsmitteln, die in einem Halbleiter im Schaltkreis des Chips integriert sind, geschaffen werden, wie oben im ersten Typ von Fingerabdruck-Sensoren beschrieben. Alternativ kann das Pixel-Array mit Metall-Leitungen auf einem Nicht-Halbleiter-Substrat-Material ausgebildet werden, wie oben im zweiten Typ von Fingerabdruck-Sensoren beschrieben.
Der oben beschriebene erste Typ von Fingerabdruck-Sensoren führt zu einem kosten-aufwendigeren Produkt, wenn der CMOS-Silizium-Chip, aus welchem das Pixel-Array gebildet wird, mindestens der Größe des benötigten Fingerabdrucks entspricht. Im Falle eines Berührungs- bzw. Touch-Sensors, oder 2D-Sensors, kann dies einen relativ großen Bereich von Silizium erforderlich machen, der ein ¾-Inch Quadrat oder mehr misst, was es relativ kostspielig macht.
Auf der anderen Seite, entwickelt der oben genannte zweite Typ von Fingerabdruck-Sensoren, in welchen Metall-Leitungen auf einem Nicht-Halbleiter-Substrat gebildet werden, oft ein schlechteres Signal aufgrund der Begrenzung der Weite der Leitungen, welche verwendet werden, um das Signal, von dem der Fingerabdruck abgeleitet wird, zu senden und zu empfangen. Die kleineren Abmessungen der Sender und Empfänger, insbesondere der Sender, kann auch ernstlich die Dicke des Materials des oben genannten Sensors begrenzen.
Ein dritter Typ von Fingerabdruck-Sensoren, der vorgeschlagen wurde, verwendet ein Flüssig-Kristall-Display (LCD), welches gewöhnlich nur zum Anzeigen genutzt wird, anstatt Informationen sensorisch zu erfassen. Bei diesem dritten Typ von Sensoren dient das LCD-Display zur Anzeige bzw. Darstellung und zum Einfangen des Fingerabdrucks, womit eine einzelne Vorrichtung bereitgestellt wird, die beides darstellt, ein Display wie auch einen Fingerabdruck-Sensor. Diese Methode schlägt vor, „Column Drivers“ bzw. Spalten-Treiber auf dem Display zu nutzen, um damit nicht nur Informationen auszugeben, sondern auch einen Eingabe-Modus zu haben, welcher eine Kapazitäts-Änderung an den Pixeln im Display erkennen kann. Diese Methode ist in der Signalstärke extrem begrenzt, weil die Spalten sowohl als Sende-Leitungen (Tx) wie auch als Empfänger-Leitungen (Rx) genutzt werden. Zum Beispiel wurde es beabsichtigt, einen „pre-charge“ bzw. Vorlade-Status an jedem Pixel zu benutzen, bevor der Benutzer-Finger aufliegt, und dann die Spannungs-Änderung an jedem solchen Pixel in Gegenwart des Fingerabdrucks des Benutzers zu detektieren, wodurch die Kapazität überwacht wird, die von den Erhebungen bzw. Bergen und von den Vertiefungen bzw. Tälern des Fingers über dem Pixel bereitgestellt wird. Der Nutzen der Spalten-Leitungen sowohl als Tx (precharge) und Rx (receive or read), begrenzt ernstlich die Signal-Rausch-Eigenschaften, welche diese Methode hervorrufen kann. Zusätzlich ist die Methode teuer, da alle Spalten-Treiber so konstruiert werden müssen, dass sie sowohl als ein Ausgabe-Gerät (für normale Display-Nutzung), als auch als ein hoch-sensibles Eingabe-Gerät (für die Nutzung als Fingerabdruck-Sensor), dienen.
Um bei dem oben beschriebenen Sensor exakt das Erhebungs- „Berg“ gegen Vertiefungs- „Tal“ -Signal-Delta zu erkennen, muss der Finger so nah wie möglich auf der/den Aufnahme-Platte(n) der Kapazität positioniert sein. Demzufolge streben Anbieter von bekannten Fingerabdruck-Sensoren an, die Dicke der Aufnahme-Platte zu minimieren, welche die kapazitive Platte eines jeden Pixel überdeckt. Jedoch sind bei reduzierter Dicke der Aufnahme-Platte, die Fingerabdruck-Sensoren physikalisch oder mechanisch leichter zu beschädigen aufgrund der geringen Nähe der Sensor-Oberfläche zu dem darunter liegenden elektrischen Schaltkreis, wodurch die Langlebigkeit und/oder Verlässlichkeit des Sensors reduziert wird. Zum Beispiel sind sowohl konventionelle BGA-artige Fingerabdruck-Sensoren als auch neuere, noch „flexiblere“ Fingerabdruck-Sensoren, welche es dem Benutzer ermöglichen, den Finger über eine Polyimid-Fläche zu wischen ohne direkt den Schaltkreis des Sensors zu berühren, anfällig für derartige Art von Beschädigung.
Wie oben beschrieben, benötigen derzeitige Fingerabdruck-Sensoren die Fingerkuppe des Benutzers nah am Schaltkreis des Sensors damit genügend Erhebungen und Vertiefungen der Fingerkuppe erkannt werden. Folglich sind die Dicke und der Materialtyp zum Schutz des Fingerabdruck-Sensors des oben beschriebenen zweiten Typus, stark begrenzt. Die kürzlich zum Bedecken des Fingerabdruck-Sensors benutzten Schutz-Beschichtungen müssen nicht-leitend sein, weniger als 200µm Dicke aufweisen und den ästhetischen Anforderungen des Kunden entsprechen. Zum Beispiel kann ein einfaches Herunterfallen eines Stiftes, wenn er die ungeschützte Stelle des Fingerabdruck-Sensors streift, die dünne Polyimid-Fläche des flexiblen Fingerabdruck-Sensors beschädigen, was einen ästhetischen Defekt und potenziellen Schaden des Sensor-Schaltkreises unterhalb der Oberfläche bewirkt. Die Möglichkeit dickeres Material über dem Sensor zu platzieren, um die Verlässlichkeit der Fingerabdruck-Sensoren zu erhöhen, ist höchst erstrebenswert. Jedoch ergeben sich durch dickere Schutz-Beschichtungen zwei neue Herausforderungen: 1) - Die Signalstärke vom Signal-Sender zum Finger und wieder zurück zum Empfänger-Array, wird durch die steigende Dicke der Abdeckung, typischerweise quadratisch mit steigender Distanz, stark gemindert (d.h. Verdopplung der Dicke der Abdeckung reduziert die Signalstärke um das Vierfache); und 2) - Abhängig davon, wie das Sende-Signal erzeugt wird, kann das Sende-Signal bedeutsam de-fokussiert werden während es vom Sender zum Empfänger wandert.
Unter den derzeitig verfügbaren Fingerabdruck-Sensoren, gibt es einen „Glaskappen-Sensor“, welcher von „Silicon Display of South Korea“ unter der Model-Nr. GCS-2 angeboten wird. Diese Vorrichtung liefert einen Poly-Silizium-Dünnschichttransistor (TFT) mit einem kapazitiven Pixel-Array von 256 Reihen und 360 Spalten, was 92.160 Sensorzellen entspricht. Die Pixel-Dichte liegt bei 508 dpi und ist ausgestattet mit einem Sensorfeld, das 12,8 mm mal 18 mm misst. Der Abstand zwischen aufeinander folgenden Pixeln im Array ist 350 Mikrometer groß. Ein Gatter/Zeilen-Schieberegister wird auf dem integrierten Schaltkreis gebildet und verwendet, um die zu erfassenden aktiven Zeilen der Pixel auszuwählen. Ebenso wird ein Spalten-Schieberegister auf dem integrierten Schaltkreis gebildet, um die zu erfassenden Spalten innerhalb der ausgewählten Zeile auszuwählen. Vier analoge Ausgangs-Sensor-Signale werden zu jeglichem Zeitpunkt geliefert. Auch wird ein Multiplexer auf dem integrierten Schaltkreis gebildet und verwendet, um zu selektieren, welche Spalten-Ausgangs-Sensor-Signale zu jedem gegebenen Zeitpunkt ausgewählt werden. Der Anmelder glaubt, dass der oben beschriebene „Glaskappen-Sensor“ im Wesentlichen eine passive Vorrichtung ist, die keinerlei Signal-erzeugenden Elektroden enthält zum Abstrahlen eines Hochfrequenz-Signals in Nähe zu dem Pixel-Array, um die effektive Kapazität zu detektieren, die sich zwischen jedem Pixel des Arrays und der Fingerkuppe des Benutzers ausbildet.
US 2003 / 0 016 024 A1 offenbart einen Detektor für ungleichmäßige Muster, der eine Struktur aufweist, bei der (a) Erfassungselemente, die jeweils mit einem TFT versehen sind, der ein Schaltelement und eine Erfassungselektrode ist, in einer Matrixweise angeordnet sind und (b) ein mit jeder Datenleitung verbundener CSA eine Ladung erfasst oder entladene elektrische Ladungen an den jeweiligen Erfassungselementen in jeweiligen Reihen, die sequentiell durch eine Gateleitung ausgewählt werden, wodurch eine Kapazität (eine gekoppelte Kapazität von Cf und Cx) erfasst werden kann, die eine Ungleichmäßigkeit des Fingerabdrucks auf einem Finger als Erfassungsobjekt widerspiegelt. In dem Detektor für ungleichmäßige Muster ist jedes der Erfassungselemente mit einer Hilfskondensatorelektrode versehen, die so angeordnet ist, dass sie der Erfassungselektrode zugewandt ist. Dies bildet einen Hilfskondensator Cs zwischen der Hilfskondensatorelektrode und der Erfassungselektrode. Ferner ist ein positivphasiger Eingangsanschluss eines Operationsverstärkers der CSA mit der Hilfskondensatorelektrode verbunden, um den positivphasigen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers der CSA und die Hilfskondensatorelektrode auf einem identischen Potential zu halten.
US 2012 / 0 154 324 A1 offenbart ein Verfahren zum Lokalisieren eines leitfähigen Objekts auf einer berührungsempfindlichen Oberfläche, welches das Erfassen eines ersten aufgelösten Ortes für das leitfähige Objekt auf der berührungsempfindlichen Oberfläche auf der Grundlage einer ersten Abtastung der berührungsempfindlichen Oberfläche umfasst, wobei ein Ort für das leitfähige Objekt vorhergesagt wird. und Bestimmen eines zweiten aufgelösten Ortes für das leitende Objekt durch Ausführen einer zweiten Abtastung einer Teilmenge von Sensorelementen der berührungsempfindlichen Oberfläche, wobei die Teilmenge von Sensorelementen basierend auf dem vorhergesagten Ort des leitenden Objekts ausgewählt wird.
US 6 055 324 A zeigt eine Vorrichtung zur Abbildung eines Fingerabdrucks mit einem zwei-dimensionalen Array aus Dünnschicht-Transistoren (TFTs), die in einem Substrat ausgebildet sind, mit einer dielektrischen Schicht, die oberhalb des Substrats ausgebildet ist, und mit Signal-Sensor-Elektroden, die auf der dielektrischen Schicht ausgebildet sind. Die Signal-Sensor-Elektroden sind mit den Source-Anschlüssen der Dünnschicht-Transistoren verbunden. Die Gate-Elektroden der TFTs, welche in derselben Zeile des Arrays liegen, sind mit einem gemeinsamen Gate-Elektroden-Anschluss verbunden. Diese Gate-Elektroden-Anschlüsse sind mit Ausgangs-Anschlüssen des Schieberegisters verbunden, dass verwendet wird, um zu selektieren, welche der Zeilen des Arrays aktiv ist. Die Drain-Elektroden der TFTs, die in derselben Spalte liegen, sind mit einer gemeinsamen Drain-Elektrode verbunden. Die Drain-Elektroden-Anschlüsse sind verbunden mit Eingangs-Anschlüssen eines Signal-Detektions-Schaltkreises. Eine Signal-erzeugende Elektrode ist in Form eines Gewebes oder eines Kamms Wabe vorgesehen, um die Pixel des zwei-dimensionalen Arrays zum umschließen und um ein Hochfrequenz-Signal zu dem auf dem Array aufliegenden Finger abzustrahlen. Die Signal-Sensor-Elektroden des Arrays bilden elektrostatische Kapazitäten zwischen den Signal-Sensor-Elektroden und dem Finger des Benutzers aus. Das Signal, das von jeder Signal-Sensor-Elektroden empfangen wird, wird Zeile für Zeile detektiert, um ein Bild bzw. Abbild des Fingerabdrucks zu liefern. Jedoch ist bei Fujieda die Signal-erzeugende Elektrode so hoch mit jeder der Signal-Sensor-Elektroden des Arrays vermascht, dass wesentliche Anteile des abgestrahlten Hochfrequenz-Signals direkt kapazitiv mit den Signal-Sensor-Elektroden verkoppelt werden, ohne zuerst durch den Finger des Benutzers gegangen zu sein. Als Resultat, ist die Differenz der Signalstärke zwischen einer ersten Signal-Sensor-Elektrode, welche unterhalb einer Erhöhung der Fingerkuppe liegt, und einer zweiten Signal-Sensor-Elektrode, welche unter einer Vertiefung der Fingerkuppe liegt, nicht annähernd so ausgeprägt, wie es sein sollte. Außerdem, soweit die Dicke der Schutz-Schichten wächst, welche den Finger des Benutzers von der darunter liegenden Signal-Sensor-Elektrode trennt, überhäuft die direkte kapazitive Verkopplung des abgestrahlten Hochfrequenz-Signals von der Signal-Sensor-Elektrode zum Array der Signal-Sensor-Elektroden größtenteils jegliche sekundäre Verkopplung von dem abgestrahlten Hochfrequenz-Signal durch den Finger des Benutzers.
Wie der Verkauf von AuthenTec an Apple belegt, ist der Fingerabdruck-Sensor ein biometrisches Sicherheitssystem mit großem Potenzial im Bereich von Mobiltelefonen, Notebooks und Laptops. Demnach ist die Möglichkeit, den Fingerabdruck in ein LCD Panel einzubetten, oder einen Fingerabdruck-Sensor in einem Bauteil zu schaffen, das für viele dieser Medien üblich ist, wie Tastenknöpfe, sehr erwünscht.
Dementsprechend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, ein Fingerabdruck-Sensor für das Abbilden eines Fingerabdrucks einer Person bereitzustellen, ohne dass es erforderlich ist, einen Integrierten-Schaltungs-Halbleiter-Chip mit den gleichen Abmessungen wie das Pixel-Array zu verwenden, welches das Bild des Fingerabdrucks erfasst.
Insbesondere soll die vorliegende Erfindung einen Fingerabdruck-Sensor bereitzustellen, der leichter zwischen den Erhebungen/Berge und Vertiefungen/Täler einer Fingerkuppe unterscheidet, die auf eine Deckplatte aufgebracht wird, die das Pixel-Array überdeckt, um den Fingerabdruck abzubilden.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fingerabdruck-Sensor zu schaffen, bei dem die Deckschicht oder Beschichtung, welche das Pixel-Array überdeckt, mit ausreichender Dicke hergestellt werden kann, um angemessen das Pixel-Array zu schützen, während es immer noch dem die Pixel-Array möglich ist, leicht zwischen den Bergen und Tälern einer aufgebrachten Fingerkuppe zu unterscheiden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fingerabdruck-Sensor bereitzustellen, der zu relativ niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fingerabdruck-Sensor zu schaffen, der wirksamer ein elektrisches Träger-Signal in die Fingerkuppe der Person überträgt, ohne gleichzeitige direkte Kopplung eines solchen Träger-Signals in das Pixel-Array.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fingerabdruck-Sensor zu schaffen, der die Anzahl der elektrischen Leitungen zwischen dem Pixel-Array und einem zugehörigen verwendeten integrierten Schaltkreis reduziert, um das Fingerabdruck-Bild zu verarbeiten, das von dem Pixel-Array erfasst wird.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fingerabdruck-Sensor zu schaffen, bei dem die Signal-Komponenten bzw. -Anteile, die von jedem Pixel in dem Pixel-Array überwacht werden, differentiell sensorisch erfasst werden können, um Gleichtakt-Rauschsignale abzublocken.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fingerabdruck-Sensor zu schaffen, bei dem das Pixel-Array als ein Teil in ein herkömmliches berührungs-empfindliches Feld bzw. Pad eingebracht werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fingerabdruck-Sensor bereitzustellen, der leicht ein Signal in den Finger des Benutzers sendet bzw. überträgt, das von dem Pixel-Array sensorisch erfasst werden kann, aber bei dem das übertragene Signal nicht im Wesentlichen direkt in das Pixel-Array durch den Fingerabdruck-Sensor selbst eingekoppelt wird.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fingerabdruck-Sensor bereitzustellen, der leicht mit einem herkömmlichen Touchpad kombiniert werden kann, um eine einzelne Vorrichtung bzw. Gerät zu schaffen, das beides kann, einen Benutzer-Fingerabdruck abzubilden und zu erkennen, dass der Benutzer eine bestimmte Stelle des Touchpads, innerhalb der gleichen Sensorschichten, berührt.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird gelöst durch einen Fingerabdruck-Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1, der sich dadurch auszeichnet, dass mindestens eine Sende-Elektrode, die nahe der Oberfläche des ersten Substrats ausgebildet und seitlich von dem Pixel-Array beabstandet ist zum Übertragen eines elektrischen Signals mit variierender Amplitude, wobei das elektrische Signal mit variierender Amplitude, das von der mindestens einen Sende-Elektrode ausgesendet wird, in einen Finger eines Benutzers eingekoppelt wird, der seine Fingerkuppe über der Deckschicht platziert, und wobei das elektrische Signal, das in den Finger des Benutzers eingekoppelt wird, außerdem durch die kapazitiven Platten in das Pixel-Array in einem größeren oder geringeren Ausmaß eingekoppelt wird, abhängig davon, ob eine Erhebung oder eine Vertiefung der Fingerkuppe des Benutzers ein bestimmtes Pixel in dem Pixel-Array überlagert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Kurz gesagt und in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform derselben, betrifft die vorliegende Erfindung einen Fingerabdruck-Sensor, der ein erstes Substrat mit einem zwei-dimensionalen Array von Pixeln umfasst, die in R Zeilen und N Spalten angeordnet sind. Das erste Substrat kann entweder fest bzw. starr oder relativ flexibel sein. Jedes Pixel enthält eine Schalt-Vorrichtung, vorzugsweise einen TFT, und eine kapazitive Platte in der Nähe der oberen Fläche des ersten Substrats. Es ist eine Serie bzw. Reihe von R Zeilen-Adressierungs-Elektroden vorgesehen, bei der jede Zeilen-Adressierungs-Elektrode mit den Schalt-Vorrichtungen der Pixel in einer entsprechenden Zeile des Pixel-Arrays verbunden ist, um selektiv die Schalt-Vorrichtungen in der entsprechenden Pixel-Zeile freizugeben bzw. zu aktivieren. Eine Reihe von N Daten-Elektroden wird ebenfalls bereitgestellt, wobei jede Daten-Elektrode mit den Schalt-Vorrichtungen der Pixel in einer entsprechenden Pixel-Spalte verbunden ist, um das Signal sensorisch zu erfassen, die von der kapazitiven Platte des Pixels geliefert wird, die sich an der Kreuzung der ausgewählten Pixel-Zeile und der entsprechenden Spalte des Pixel-Arrays befinden.
Ein oder mehrere Sende-Elektroden sind in der Nähe der Oberfläche des ersten Substrats ausgebildet zum Übertragen eines elektrischen Signals mit veränderlicher Amplitude. In einer Ausführungsform wird die Sende-Elektrode seitlich von dem Pixel-Array beabstandet angeordnet, und erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen vollständig um den Umfang des Pixel-Arrays herum. Eine Deckschicht liegt über der Oberfläche des ersten Substrats zur Aufnahme einer Fingerkuppe eines Benutzers; wenn gewünscht, kann die Deckschicht integral mit dem ersten Substrat ausgebildet sein. Das elektrische Signal mit variierender Amplitude, das von der Sende-Elektrode in den Finger eines Benutzers übertragen bzw. eingespeist wird, der seine oder Fingerkuppe über die Stelle der Deckschicht platziert, und wobei das elektrische Signal, das in den Finger des Benutzers eingekoppelt ist, außerdem durch die kapazitiven Platten in das Pixel-Arrayin einem größeren oder geringeren Ausmaß eingekoppelt wird, abhängig davon, ob ein Berg oder Tal der Fingerkuppe des Benutzers ein bestimmtes Pixel in dem Pixel-Array überlagert.
Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind mehrere Sende-Elektroden innerhalb der Grenzen des Pixel-Arrays angeordnet, vorzugsweise zwischen aufeinanderfolgende Pixel-Zeilen eingesetzt. Selektiv aktivierte Sende- bzw. Übertragungs-Elektroden übertragen ein Träger-Signal, um in den Finger des Benutzers übertragen zu werden. Die Sende-Elektroden, die zueinander auf einer ausgewählten Zeile des Pixel-Arrays benachbart sind, werden deaktiviert, während die Sende-Elektroden, die weiter entfernt von der ausgewählten Zeile des Pixel-Arrays sind, aktiviert werden und das gewünschte Träger-Signal übertragen. Dies ermöglicht eine effektive Übertragung des Träger-Signals in der Fingerkuppe des Benutzers, ohne ein im Wesentlichen direktes Einkoppeln des Träger-Signals in die Pixel innerhalb der aktuell ausgewählten Zeile. Jedes Mal, wenn eine neue Zeile ausgewählt ist, wird die Aktivierung und Deaktivierung der Sende-Elektroden aktualisiert, um sicherzustellen, dass die Sende-Elektroden, die zur ausgewählten Zeilen benachbart sind, deaktiviert sind, und dass die weiter entfernten Sende-Elektroden aktiv das Träger-Signal übertragen.
In Übereinstimmung mit einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Fingerabdruck-Sensor in ein Touchpad eingebaut, wobei das Touchpad ein Substrat aufweist. Eine Anordnung bzw. ein Array von Sensor-Pixeln wird in dem Substrat ausgebildet und entlang sich kreuzender Zeilen und Spalten angeordnet, um die Anwesenheit und Position eines Fingers, eines Stifts oder eines anderen „Zeigers“ zu erfassen, der nahe der Oberfläche des Substrats anliegt. Benachbarte Sensor-Pixel bzw. -Bildpunkte sind voneinander durch einen ersten bestimmten Abstand, entsprechend einem ersten Abstandsmaß bzw. Pitch, beabstandet. Jedes Sensor-Pixel liefert ein Signal, das anzeigt, ob ein Zeiger nahe eines solchen Sensor-Pixels anliegt.
Das Touchpad enthält eine Reihe von Zeilen-Adressierungs-Leitungen, die von dem Substrat getragen werden. Jede Zeilen-Adressierungs-Leitung ist einer Zeile von Sensor-Pixeln in dem Array zugeordnet, um selektiv die Sensor-Pixel in einer solchen Zeile zu aktivieren und zu adressieren. Das Touchpad umfasst auch eine Reihe von Spalten erfassenden Leitungen, die von dem Substrat gestützt werden. Jede Spalten-Erfassungs-Leitung ist einer Spalte von Sensor-Pixeln zugeordnet, um ein Signal sensorisch zu erfassen, das von dem Sensor Pixel in der Zeile von Sensor-Pixeln bereitgestellt wird, die von der aktivierten Zeilen-Adressierungs-Leitung ausgewählt wird.
Ein Fingerabdruck-Sensor-Bereich ist auf dem Touchpad-Substrat ausgebildet. Der Fingerabdruck-Sensor-Bereich umfasst eine Zeile von Pixeln feineren Abstandsmaßes (finer-pitch), die entlang sich kreuzenden Zeilen und Spalten angeordnet sind, um ein Feld bzw. Array von Pixeln feineren Abstandsmaßes zu bilden. Jedes Pixel feineren Abstandsmaßes enthält eine Schalt-Vorrichtung und eine kapazitive Platte bzw. Kondensator-Platte. Jedes Pixel feineren Abstandsmaßes ist von benachbarten Pixeln feineren Abstandsmaßes durch einen zweiten vorgegebenen Abstand beabstandet, wobei der zweite vorbestimmte Abstand kleiner als ein Drittel des ersten vorbestimmten Abstands ist, welcher die Sensor-Pixel des Touchpads trennt.
Um das Bild bzw. Abbild des Fingerabdrucks des Benutzers in dem Fingerabdruck-Sensor-Bereich zu erfassen, ist eine Reihe von Zeilen-Adressierungs-Leitungen mit feinerem Abstandsmaß/pitch vorgesehen. Jede Zeilen-Adressierungs-Leitung feineren Abstandsmaßes ist einer Zeile von Pixeln feineren Abstandsmaßes in dem Pixel-Array feineren Abstandsmaßes zugeordnet, und jede Zeilen-Adressierungs-Leitung feineren Abstandsmaßes wird selektiv aktiviert, um damit die Pixel feineren Abstandsmaßes zu adressieren. Ebenso ist eine Reihe von Spalten-Sensor-Leitungen feineren Abstandsmaßes vorgesehen, wobei jede Spalten-Sensor-Leitung feineren Abstandsmaßes mit einer Spalte des Pixels feineren Abstandsmaßes assoziiert ist. Die Spalten-Sensor-Leitungen feineren Abstandsmaßes dienen dazu, ein Signal sensorisch zu erfassen, das durch die kapazitive Platte aus einem Pixel feineren Abstandsmaßes in einer aktivierten Zeile des Pixels feineren Abstandsmaßes bereitgestellt wird.
Der Fingerabdruck-Sensor-Bereich des Touchpads wird durch die Touchpad-Zeilen-Adressierungs-Leitungen und die Touchpad-Spalten-Sensor-Leitungen begrenzt. Idealerweise dient mindestens eine der Touchpad-Zeilen-Adressierungs-Leitungen und/oder der Touchpad-Spalten-Sensor-Leitungen, die an den Fingerabdruck-Sensor-Bereich angrenzen, auch als Sende-Elektrode zum Übertragen bzw. Senden eines elektrischen Signals mit veränderlicher Amplitude, wenn das Fingerabdruck-Sensor-Array eingesetzt wird, um den Fingerabdruck eines Benutzers sensorisch zu erfassen. Das elektrische Signal mit variierender Amplitude, wird von der Sender-Elektrode in den Finger eines Benutzers eingekoppelt, welcher seine Fingerkuppe über dem Fingerabdruck-Sensor Bereich platziert. Das elektrische Signal, das in den Finger des Benutzers gekoppelt wird, wird ferner durch die kapazitiven Platten in das Pixel feineren Abstandsmaßes-Array in einem mehr oder weniger großen Umfang eingekoppelt, je nachdem, ob eine Erhebung/Berg oder eine Vertiefung/Tal der Fingerkuppe des Benutzers über einem bestimmten Pixel in dem Pixel-Array feineren Abstandsmaßes liegt.
In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, kann der zuvor genannte Fingerabdruck-Sensor-Bereich den Betrieb bzw. die Funktion der Touchpad-Sensoren während solcher Zeiten imitieren, wenn ein Fingerabdruck-Bild ist nicht benötigt wird. Wie zuvor, umfasst das Touchpad eine Anordnung bzw. ein Array von Sensor-Pixeln, die entlang sich kreuzender Zeilen und Spalten angeordnet sind, und die durch einen ersten vorgegebenen Abstand voneinander beabstandet sind. Das Touchpad enthält auch eine Reihe von Zeilen-Adressierungs-Leitungen, wobei jede Zeilen-Adressierungs-Leitung einer Zeile von Sensor-Pixeln in dem Array zugeordnet ist. Jede Zeilen-Adressierungs-Leitung kann selektiv aktiviert werden, um die Sensor-Pixel zu adressieren, die einer jeden solchen Zeile zugeordnet sind. Das Touchpad enthält ferner eine Reihe von Spalten-Sensor-Leitungen, wobei jede Spalten-Sensor-Leitung einer Spalte der Sensor-Pixel zugeordnet ist, um das Signal sensorisch zu erfassen, das von einem Sensor-Pixel in der adressierten Zeile der Sensor-Pixel geliefert wird.
Wie zuvor, umfasst das Touchpad einen Fingerabdruck-Sensor-Bereich mit einer Anordnung bzw. einem Array von (finer-pitch) Pixeln feineren Abstandsmaßes, die entlang sich kreuzende Zeilen und Spalten angeordnet sind. Jedes solcher Pixel mit feinerem Abstandsmaß enthält eine Schalt-Vorrichtung und eine kapazitive Platte. Jedes Pixel feineren Abstandsmaßes ist von benachbarten Pixeln feineren Abstandsmaßes durch einen zweiten vorbestimmten Abstand beabstandet, wobei der zweite vorbestimmte Abstand weniger als ein Drittel des ersten vorbestimmten Abstands beträgt, welcher die Sensor-Pixel des Touchpads trennt.
Wie in dem Fall der zuvor beschriebenen Ausführungsform, ist eine Reihe von Zeilen-Adressierungs-Leitungen feineren Abstandsmaßes vorgesehen. Jede Zeilen-Adressierungs-Leitung feineren Abstandsmaßes ist mit einer Zeile der Pixel feineren Abstandsmaßes in dem Pixel-Array feineren Abstandsmaßes assoziiert, und jede Zeilen-Adressierungs-Leitung feineren Abstandsmaßes wird selektiv aktiviert, um die damit assoziierten Pixel feineren Abstandsmaßes zu adressieren. Ebenso ist eine Reihe von Spalten-Sensor-Leitungen feineren Abstandsmaßes vorgesehen, wobei jede Spalten-Sensor-Leitung feineren Abstandsmaßes mit einer Spalte der Pixel feineren Abstandsmaßes assoziiert ist. Die Spalten-Sensor-Leitungen feineren Abstandsmaßes dienen dazu, ein Signal sensorisch zu erfassen, das von der kapazitiven Platte eines Pixels feineren Abstandsmaßes in einer aktivierten Zeile des Pixels feineren Abstandsmaßes bereitgestellt wird.
Eine Steuer-Schaltung, die auf ein Modus-Signal anspricht, wird auch bereitgestellt um zu bestimmen, ob die Pixel feineren Abstandsmaßes als Fingerabdruck-Sensor-Pixel oder als konventionelle Sensor-Pixel des Touchpads fungieren sollen. Die Steuer-Schaltung aktiviert einzeln die Pixel feineren Abstandsmaßes in jeder Zeile feineren Abstandsmaßes. Wenn sie als ein Fingerabdruck-Sensor fungiert, dann wird das Signal, welches von jedem Pixel feineren Abstandsmaßes bereitgestellt wird, einzeln sensorisch erfasst. Auf der anderen Seite, wenn das Modus-Signal anzeigt, dass die Pixel feineren Abstandsmaßes als herkömmliche Sensor-Pixel des Touchpads fungieren sollen, dann aktiviert die Steuer-Schaltung gleichzeitig die Pixel feineren Abstandsmaßes in einer Vielzahl von benachbarten Zeilen feineren Abstandsmaßes, und erfasst die Signale kollektiv, welche die Pixel feineren Abstandsmaßes in den gleichzeitig aktivierten Zeilen feineren Abstandsmaßes liefern, um die Funktion eines herkömmlichen Sensor-Pixels des Touchpads zu simulieren oder nachzuahmen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Fingerabdruck-Sensor, der einen Demultiplexer zum Reduzieren der Anzahl von Leitern enthält, die sich zwischen dem Pixel-Array und einer zugehörigen Integrierten Schaltung erstrecken müssen. In dieser Hinsicht enthält der Fingerabdruck-Sensor ein erstes Substrat, das starr oder relativ flexibel sein kann, mit einem darauf ausgebildeten zwei-dimensionalen Array von Pixeln, die in R Zeilen und N Spalten angeordnet sind. Jedes dieser Pixel weist eine Schalt-Vorrichtung auf (zum Beispiel einen TFT), die vorzugsweise einen Dünnschicht-Transistor und eine kapazitive Platte darstellt. Eine Reihe von R Zeilen-Adressierungs-Elektroden erstreckt sich über das Pixel-Array, wobei jede Zeilen-Adressierungs-Elektrode mit Schalt-Vorrichtungen in einer zugehörigen Zeile des Pixel-Arrays verbunden bzw. verkoppelt ist, um selektiv die Schalt-Vorrichtungen in solchen Zeilen zu aktivieren. Ebenso ist eine Reihe von N Daten-Elektroden vorgesehen, wobei jede Daten-Elektrode mit den Schalt-Vorrichtungen der Pixel in einer zugehörigen Spalte des Pixel-Arrays verkoppelt ist. Jede Daten-Elektrode erfasst sensorisch ein Signal, das von der kapazitiven Platte des Pixels bereitgestellt wird, welches sich an einem Schnittpunkt einer ausgewählten Pixel-Zeile mit der zugehörigen Spalte des Pixel-Arrays befindet. Eine Deck-Schicht liegt über dem ersten Substrat zur Aufnahme bzw. zum Empfang der Fingerkuppe eines Benutzers; diese Abdeckung bzw. Deck-Schicht ist integral mit dem ersten Substrat ausgebildet, falls die gewünscht wird.
Der Fingerabdruck-Sensor dieser Ausführungsform der Erfindung umfasst auch ein zweites Substrat, das verschieden von dem ersten Substrat ist, und umfasst ein Halbleiter-Material, um eine Integrierte Schaltung auszubilden. Die Integrierte Schaltung erzeugt einen Satz von S Zeilen-Adressierungs-Signalen, um eine von R Zeile-Adress-Elektroden zu adressieren. Ein Demultiplexer ist zwischen der integrierten Schaltung und dem Pixel-Array gekoppelt. Der Demultiplexer weist mindestens S-Eingangs-Anschlüsse auf zum Empfang des ersten Satzes von S Zeilen-Adressierungs-Signalen, die von der integrierten Schaltung geliefert werden, und weist mindestens R Ausgangs-Anschlüsse auf. Jeder der R Ausgangs-Anschlüsse des Demultiplexers ist mit einer der R Zeilen-Adressierungs- Elektroden verbunden. Der Demultiplexer wählt eine der R Zeilen-Adressierungs-Elektroden auf der Basis der damit empfangenen S Zeilen-Adressierungs-Signale aus. Die integrierte Schaltung ist auch selektiv mit den N Daten-Elektroden verbunden, um die Signale zu empfangen, die von den kapazitiven Platten in dem Pixel-Array geliefert werden. Vorzugsweise wird der Demultiplexer aus einer Reihe von Schalt-Vorrichtungen konfiguriert, die ähnlich zu denen sind, welche in dem Pixel-Array vorgesehen sind. Die Schalt-Vorrichtungen, die verwendet werden, um den Demultiplexer zu bilden, können Dünnschicht-Transistoren sein, die auf dem ersten Substrat ausgebildet werden.
Abgesehen von einem Einbau eines Zeilen-Adressierungs-Demultiplexers, kann der oben beschriebene Fingerabdruck-Sensor auch einen Multiplexer enthalten, der zwischen dem integrierten Schaltkreis und den Spalten-Elektroden des Pixel-Arrays gekoppelt ist. In dieser Hinsicht erzeugt der integrierte Schaltkreis einen Satz von M Spalten-Auswahl-Signalen, um eine von der Mehrzahl von N Daten-Adress-Elektroden zu adressieren. Der Multiplexer enthält einen ersten Satz von N Eingangs-Anschlüssen, die jeweils mit einer der zugehörigen N Daten-Elektroden verkoppelt ist, um die Signale zu empfangen, welche die kapazitiven Platten in dem Pixel-Array liefern. Der Multiplexer weist auch einen zweiten Satz von M Eingangs-Anschlüssen auf zum Empfangen der M Spalten-Auswahl-Signale, die von der integrierten Schaltung bereitgestellt werden. Basierend auf dem Status der M Spalten-Auswahl-Signale wählt der Multiplexer mindestens eine der N Daten-Elektroden aus, um das Signal zu detektieren, welches von der kapazitiven Platte geliefert wird, die sich an dem Schnittpunkt der ausgewählten Zeile und Spalte des Pixel-Arrays befindet. Vorzugsweise beinhaltet der Multiplexer auch einen Ausgangs-Anschluss, mit der integrierten Schaltung verkoppelt ist, um dazu ein ausgewähltes Daten-Signal bereitzustellen. Wie in dem Fall des oben beschriebenen Zeilen-Adressierungs-Demultiplexers, kann der Spalten-Elektroden-Multiplexer aus Schalt-Vorrichtungen (beispielsweise Dünnschicht--Transistoren) konfiguriert sein, die auf dem ersten Substrat ausgebildet werden.
Idealerweise enthält der Fingerabdruck-Sensor mit einem Zeilen-Adressierungs-Demultiplexer, wie oben beschrieben, auch zumindest eine Sende-Elektrode, die von dem ersten Substrat getragen bzw. gestützt wird, um ein Signal mit vorbestimmter Frequenz und Amplitude in die Nähe des Pixel-Arrays zu übertagen. Das übertragene Signal geht durch die Deckschicht hindurch, welche über dem Pixel-Array liegt, und in die Fingerkuppe des Benutzers hinein, um mit den kapazitiven Platten des Pixel-Arrays durch die Berge und Täler der Fingerkuppe bzw. Fingerkuppe des Benutzers verkoppelt zu werden. Wie bereits oben erwähnt, kann die Sende-Elektrode die Form eines Ringes annehmen, der den Umfang des Pixel-Arrays umzirkelt.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Fingerabdruck-Sensor, bei dem die Signale, die kapazitiv von dem Finger des Benutzers in das Pixel-Array eingekoppelt werden, in einer differentiellen Weise sensorisch erfasst werden, um das Blockieren von Rausch-Signalen zu fördern. Wie in den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, enthält der Fingerabdruck-Sensor ein erstes Substrat mit einer zweidimensionalen Anordnung bzw. Array von Pixeln, die in R Zeilen und N Spalten angeordnet sind. Jedes solcher Pixel enthält eine Schalt-Vorrichtung (zum Beispiel ein TFT) und eine kapazitive Platte. Wiederum ist eine Reihe von R Zeilen-Adressier-Elektroden vorgesehen, wobei jede Zeilen-Adressierungs-Elektrode mit Schalt-Vorrichtungen in einer Zeile des Pixel-Arrays verbunden ist, um selektiv die Schalt-Vorrichtungen in der zugehörigen Pixel-Zeile zu aktivieren. Ebenso sind N Daten-Elektroden vorgesehen, wobei jede Daten-Elektrode mit den Schalt-Vorrichtungen in einer zugehörigen Spalte des Pixel-Arrays verkoppelt ist zum Erfassen eines Signals, das die kapazitive Platte des Pixels liefert, das sich am Schnittpunkt einer ausgewählten Pixel-Zeile und der entsprechenden Spalte des Pixel-Arrays befindet. Eine Deckschicht liegt über dem ersten Substrat zur Aufnahme der Fingerkuppe bzw. -kuppe eines Benutzers.
In einem Fall ist eine gemeinsame Elektrode vorgesehen. Die gemeinsame Elektrode erstreckt sich zumindest teilweise über das Pixel-Array, das auf dem ersten Substrat ausgebildet ist. Eine Reihe von Differenz-Verstärkern ist für das differenzielle Erfassen der Signale vorgesehen, die von den kapazitiven Platten des Pixel-Arrays durchgeleitet werden. Jeder Differenz-Verstärker weist einen ersten Eingang auf, der mit einer der Daten-Elektroden verbunden ist, und ein zweiter Eingang ist mit der gemeinsamen Elektrode verbunden. Darüber hinaus hat jeder Differenz-Verstärker einen Ausgangs-Anschluss zum Bereitstellen eines Ausgangssignals, das die Differenz zwischen einem Signal, welches eine Daten-Elektrode liefert, und einem Signal, welches die gemeinsame Elektrode liefert, repräsentiert.
In einem zweiten Fall, wird eine separate gemeinsame Elektrode weggelassen, und eine der Daten-Elektroden dient in Doppel-Funktion als Referenz-Elektrode. Jeder Differenz-Verstärker weist einen ersten Eingang auf, der mit einer der Daten-Elektroden verkoppelt ist, und einen zweiten Eingang auf, der mit der Referenz-Elektrode verkoppelt ist. Jeder Differenz-Verstärker weist einen Ausgangs-Anschluss auf, um ein Ausgangssignal zu liefern, das für die Differenz zwischen dem Datensignal, welches von seiner entsprechenden Daten-Elektrode geliefert wird, und einem Signal, welches von der Referenz-Elektrode geliefert wird, repräsentativ ist.
Gleich ob der Differential-Typ des Fingerabdruck-Sensors eine gemeinsame Elektrode oder eine Referenz-Elektrode verwendet, so enthält er vorzugsweise ein zweites Substrat aus Halbleiter-Material. Dieses zweite Substrat unterscheidet sich von dem ersten Substrat, und eine integrierte Schaltung wird vorzugsweise in dem zweiten Substrat ausgebildet, um eine Steuerlogik zu schaffen.
Wie oben erwähnt, umfasst die bevorzugte Form des Fingerabdruck-Sensors eine Sende-Elektrode mit einer oder mehreren Metallbahnen bzw. Leiterbahnen zur Übertragung eines Hochfrequenz-Signals. Der Sender kann eine einzelne Bahn oder mehrere Bahnen in einer Vielzahl von Mustern darstellen, einschließlich, aber nicht beschränkend, einen Ring; jedoch sind die Bahnen, welche zum Senden bzw. Übertragen eines solchen Signals verwendet werden, zu jedem Zeitpunkt, vorzugsweise seitlich von den kapazitiven Platten innerhalb des Pixel-Arrays beabstandet, welche zu derselben Zeit erfasst werden, um eine direkte Signalkopplung von der Sende-Elektrode mit der erfassten kapazitiven Platte zu vermeiden. Die Sende-Elektrode wird verwendet, um ein Signal abzustrahlen, das in den Körper des Fingers hinein gesendet wird. Somit befindet sich die Stelle der Sende-Elektrode vorzugsweise nahe genug an dem Finger, um es dem Signal zu ermöglichen, den Finger zu durchdringen, aber weit genug entfernt von den aktiven kapazitiven Platten in dem Pixel-Array, um unerwünschte Empfangsteile daran zu hindern, den Finger zu durchlaufen. Während solche unerwünschten Empfangsteile, zumindest theoretisch, heraus-kalibriert werden können, indem zuerst das Hochfrequenz-Signal ohne vorhandenen Finger gesendet und die Basisempfangs-Energie aufgenommen wird, wird das Abbilden des Fingerabdrucks einfacher und genauer, wenn solche unerwünschten Empfangsteile in der ersten Instanz vermieden werden. Da das Signal in den gesamten Finger eingestrahlt wird und die sich ergebende Übertragungs-Energie durch den ganzen Finger hindurch zu dem Empfangs-Array gesendet wird, bleibt das Signal relativ konzentriert, da es die Berge und das Täler des Fingers verlässt und durch das relativ dicke Deckplatten-Material und auf die kapazitiven Platten des Pixel-Array geht.
Die Sende-Elektrode kann mit jeder Metallschicht gebildet werden, die bereits im Fingerabdruck-Sensor-Bereich verfügbar ist, oder sie kann eine zusätzliche Schicht oder Komponente darstellen. Die Sende-Elektrode kann ein Teil einer Flüssigkristall-Anzeige (LCD) sein oder außerhalb von ihr liegen. Die Amplitude und Frequenz des Signals, dass von der Sende-Elektrode abgestrahlt wird, kann variiert werden, um am besten zu einer bestimmten Umgebung zu passen. Die Sender-Treiber-Schaltung kann sich innerhalb des IC oder außerhalb des IC befinden.
Wie oben erwähnt, kann ein Fingerabdruck-Sensor des oben beschriebenen Typs, falls gewünscht, in ein berührungsempfindliches LCD-Panel eingearbeitet sein oder auf einem flexiblen Kunststoff-Substrat, wobei eine Standard-TFT-Technologie verwendet werden kann, bei der die TFTs in einer zwei-dimensionalen Array-Formation angeordnet sind. Das mit TFT/kapazitiver Platte versehene Array wird verwendet, um zunächst Signale zu erhalten, die von der Benutzer-Fingerkuppe übertragen werden, und dann werden diese Signale an einen separaten IC-Chip zu Verarbeitung geleitet, um ein Bild des Fingerabdrucks des Benutzers zu bilden. Das Pixel-Array kann in unterschiedlichen Größen und Konfigurationen zur Verfügung gestellt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt darauf, runder, quadratischer und rechteckiger.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Touchpads, um einen Fingerabdruck-Sensor zum Erfassen des Fingerabdrucks eines Benutzers im Wesentlichen an jedem Ort des Touchpads. In dieser Hinsicht wird ein Substrat bereitgestellt, wobei das Substrat eine obere Oberfläche aufweist. Ein Array von Pixeln feineren Abstandsmaßes ist auf dem Substrat ausgebildet und entlang sich kreuzender Zeilen und Spalten angeordnet. Jedes solcher Pixel feineren Abstandsmaßes weist eine Schalt-Vorrichtung und eine kapazitive Platte auf, und jedes Pixel feineren Abstandsmaßes ist von benachbarten Pixeln feineren Abstandsmaßes um einen ersten vorbestimmten Abstand beabstandet. Eine Reihe von Zeilen-Adressierungs-Leitungen feineren Abstandsmaßes ist vorgesehen, um die Zeilen der Pixel feineren Abstandsmaßes zu adressieren, wobei jede Zeilen-Adressierungs-Leitung feineren Abstandsmaßes einer Zeile von Pixeln feineren Abstandsmaßes in dem zugehörigen Array zugeordnet ist. Jede Zeilen-Adressierungs-Leitung feineren Abstandsmaßes kann verwendet werden, um die Pixel feineren Abstandsmaßes selektiv zu adressieren bzw. anzusteuern, die mit jeder solcher Zeilen-Adressierungs-Leitungen feineren Abstandsmaßes assoziiert ist. Eine Reihe von Spalten-Sensor-Leitungen feineren Abstandsmaßes ist ebenfalls vorgesehen, wobei jede Spalten-Sensor-Leitung feineren Abstandsmaßes mit einer Spalte der Pixel feineren Abstandsmaßes assoziiert ist zur Erfassung eines Signals, das von der kapazitiven Platte eines Pixels feineren Abstandsmaßes in einem aktivierten Zeile des Arrays an Pixeln feineren Abstandsmaßes geliefert wird.
Das vorstehend genannte Verfahren enthält ferner den Schritt des Unterteilens des Pixels feineren Abstandsmaßes in ein kleineres Array von „Touchpad-Pixeln“. Das Array von Touchpad Pixel ist „kleiner“ in dem Sinne, dass es weniger Zeilen und weniger Spalten aufweist, obwohl es denselben zwei-dimensionale Raumbedarf einnimmt. Das kleinere Array an Touchpad-Pixeln ist auch in Zeilen und Spalten angeordnet. Jedes Touchpad Pixel enthält Pixel feineren Abstandsmaßes, die sich in mindestens zwei verschiedenen Zeilen der Pixel feineren Abstandsmaßes befinden, und enthält auch Pixel feineren Abstandsmaßes, die sich in mindestens zwei verschiedenen Spalten der Pixel feineren Abstandsmaßes befinden. Jedes solcher „Touchpad Pixel“ ist von einem benachbarten Touchpad-Pixel in einem zweiten vorbestimmten Abstand beabstandet, der mindestens doppelt so groß ist wie der erste vorbestimmte Abstand.
In einem ersten Betriebs-Modus umfasst das oben erwähnte Verfahren den Schritt des gleichzeitigen Aktivierens jener Pixel feineren Abstandsmaßes, die in ein gemeinsames Touchpad-Pixel für gemeinsamen Betrieb und zur kollektiv erfassende Signale unterteilt sind, welche von den kapazitiven Platten bereitgestellt werden, die innerhalb derselben Touchpad-Pixel zusammengefasst bzw. gruppiert sind. Auf diese Weise fungiert jedes derartige Touchpad-Pixel wie ein herkömmliches Sensor-Pixel in einem typischen Touchpad. Mit Hilfe der erfassten Signalen, die von den Touchpad-Pixeln bereitgestellt werden, wird ein Detektions-Schritt durchgeführt, um festzustellen, ob ein Zeiger (beispielsweise die Fingerkuppe eines Benutzers) auf der oberen Fläche des Substrats aufgebracht ist; und wenn das der Fall ist, wird auch die ungefähre Stelle, an der ein solcher Zeiger angelegt ist, relativ zu dem Substrat erkannt.
In einer zweiten Betriebsart, die der sensorischen Erfassung des Fingerabdrucks zugehörig ist, enthält das Verfahren den Schritt des Bestimmens, welches Touchpad-Pixel in der Nähe der erfassten Zeiger-Position liegt. Die Pixel feineren Abstandsmaßes in jeder der Touchpad-Pixel, welche in der Nähe der Zeiger-Position liegen, werden selektiv von der kollektiven Betriebsart auf den individuellen Betriebs-Modus umgeschaltet. Während des Einzelbetriebs-Modus werden die Pixel feineren Abstandsmaßes in jeder Zeile feineren Abstandsmaßes einzeln aktiviert, anstatt gleichzeitig aktiviert zu werden, und die Signale, die von der kapazitiven Platte der Pixel feineren Abstandsmaßes geliefert werden, werden einzeln erfasst, da jede Zeile feineren Abstandsmaßes durch eine zugehörige Zeilen-Adressierungs-Leitung feineren Abstandsmaßes aktiviert wird. Auf diese Weise, bilden die Pixel feineren Abstandsmaßes innerhalb der Touchpad-Pixel, die in der Nähe zur Zeigerposition liegen, einen Fingerabdruck-Sensor-Bereich zum sensorischen Erfassen eines Fingerabdruck-Abbildes der Fingerkuppe eines Benutzers aus.
Figurenliste

1a ist eine Querschnitts-Darstellung, die einen ersten Typ eines herkömmlichen Fingerabdruck-Sensors veranschaulicht, wobei ein Pixel-Array auf der Oberfläche eines Silizium-Halbleiterchips ausgebildet ist, was eine große Silizium-Fläche zum Verbrauch zur Folge hat.
1b ist eine kombinierte Querschnittansicht und Draufsicht des herkömmlichen Fingerabdruck-Sensors nach 1a, und veranschaulicht, wie eine Erhöhung der Pixelanzahl direkt die Silizium-Größe erhöht.
2a ist eine Querschnitts-Darstellung, die einen anderen Typ von herkömmlichem Fingerabdruck-Sensor zeigt, wobei die Signal-Sende-Elektroden und Signal-Empfangs-Platten durch schmale Metall-Bahnen gebildet werden, die eng benachbart zueinander angeordnet sind.
2b ist eine Draufsicht des in 2a gezeigten herkömmlichen Fingerabdruck-Sensors und veranschaulicht wie die Verwendung einer integrierten Schaltung getrennt von dem Pixel-Array eine große Anzahl an Verbindungs-Metall-Bahnen zwischen dem IC und dem Pixel-Array benötigt, wobei die Metall-Bahnen selbst einen relativ großen Bereich verbrauchen.
3a ist eine Querschnitts-Darstellung, die eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit eine, Sende-Elektroden-Ring zeigt, der den Umfang eines zwei-dimensionalen Arrays umschließt mit TFT / kapazitiver Platte, ausgebildet auf einem flexiblen Substrat, und mit einem separatem IC für die Signalverarbeitung.
3b ist eine größere Teilansicht der in 3a gezeigten Struktur.
4a ist eine Querschnitts-Darstellung, die eines der Pixel mit TFT/kapazitiver Platte innerhalb des Pixel-Arrays zeigt.
4b ist eine Draufsicht von vier Pixeln in dem Pixel-Array.
4c ist eine ausschnittsweise Draufsicht auf das gesamte Pixel-Array, die ferner die Stelle bzw. Position der Sende-Elektroden-Rings, der Zeilen-Adressierungs-Demultiplexers und des Spalten-Dekodier-Multiplexers zeigt.
5 ist ein elektrisches schematisches Diagramm von drei Zeilen und vier Spalten des Fingerabdruck-Sensor-Pixel-Arrays.
6 ist eine schematische Teilansicht, die die Sensor-Vorrichtungen nach 5 mit zugehörigen Komponenten des Fingerabdruck-Sensors kombiniert, und die veranschaulicht, wie die Anzahl der externen Signal-Pfade zum IC verringert wird.
7a ist eine Draufsicht auf den Fingerabdruck-Sensor, veranschaulichend einen Metall-Übertragungs-Ring, der um das Sensor-Pixel-Array herum angeordnet ist, zusammen mit Metall-Pfade zwischen dem Pixel-Array, der Sende-Elektrode und dem IC.
7b ist eine teilweise Draufsicht auf die obere linke Ecke der 7a, aber enthaltend einen abnehmbaren Steckverbinder zwischen dem IC und dem Fingerabdruck-Sensor-Array.
8 ist eine vergrößerte Querschnitts-Ansicht ähnlich der 3a, und veranschaulicht, wie das Signal, welches von der Sende-Elektrode abgestrahlt wird, durch die Schichten des Fingers des Benutzers zurück zu den Bergen und Tälern der Benutzer-Fingerkuppe in das Pixel-Array eingekoppelt wird.
9 ist ein Blockschaltbild, das eine alternative Ausführungsform der Erfindung zeigt, wobei die Übertragungs- bzw. Sende-Elektroden sich zwischen den Zeilen-Adressierungs-Elektroden des Pixel-Arrays beabstandet befinden.
10 ist ein detaillierteres Blockschaltbild, ähnlich zur 9, jedoch ferner veranschaulichend eine Demultiplexer-Technik zum Ansteuern bzw. Treiben der Zeilen-Adressierungs-Elektroden.
11 ist ein Blockschaltbild, das einen Abschnitt des Zeilen-Adressierungs-Elektroden-Demultiplexers sowie des Spalten-Dekodier-Multiplexers zeigt,
12 ist ein Zeitdiagramm, das Zeitverläufe von Signalen zeigt, die in den 9-11 dargestellt sind.
13 ist eine Draufsicht auf einen Fingerabdruck-Sensor-Bereich, der von einem Übertragungs-Elektroden-Ring umgeben ist und der geeignet ist, als ein Teil eines berührungs-empfindlichen LCD-Panels eingearbeitet zu werden.
14 ist eine Draufsicht eines rechteckigen berührungs-empfindlichen LCD-Panels, wobei der Fingerabdruck-Sensor-Bereich nach 13 innerhalb der unteren linken Ecke des berührungs-empfindlichen LCD-Panels eingebaut ist.
15a ist eine Draufsicht auf eine berührungs-empfindliches LCD-Panel, das im Allgemeinen ähnlich dem in 14 gezeigten ist, das aber gänzlich aus hoch-dichten (high density) Pixeln gebildet ist, die in Touchpad-Pixel geringerer Dichte unterteilt sind.
15b ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des in 15a gezeigten berührungs-empfindlichen LCD-Panels, wobei ein Bereich, der durch einen Finger eines Benutzers in Kontakt gebracht wird, zu einem Fingerabdruck-Sensor-Bereich mit einer höheren Pixel-Dichte umkonfiguriert wird.
16 ist ein vereinfachtes elektrisches Schema, das die Art und Weise veranschaulicht, in welcher die Signale, die von den TFT / kapazitiven Platten des Pixel-Array empfangen werden, differentiell von Differential-Verstärkern sensorisch erfasst werden.
17a veranschaulicht die Pixel höherer Dichte des Fingerabdruck-Sensor-Bereichs des berührungs-empfindlichen LCD-Panels nach 14 benachbart zu Zellen mit Pixeln geringerer Dichte.
17b ist eine Ansicht ähnlich zu der nach 17a, zeigt aber, wie die Pixel höherer Dichte zusammen gruppiert werden können, die Funktion von benachbarten Zellen mit Pixeln geringerer Dichte zu simulieren oder nachzuahmen.
18 ist eine vergrößerte Ansicht von vier herkömmlichen Pixel-Zellen, wie oben, und von vier gruppierten Pixel-Zellen, die aus Pixel-Zellen höherer Dichte, wie unten, zusammen mit zugehörigen Metall-Elektroden gebildet sind.
19 ist ein Zeitdiagramm, das Zeitverläufe für die Signale zeigt, die von den in 18 gezeigten Elektroden geleitet werden.
20A ist eine Draufsicht auf einen Fingerabdruck-Sensor, der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist und als Schaltfläche bzw. Schalttaste ausgebildet ist.
20b ist eine Seitenansicht der gezeigten Fingerabdruck-Sensor-Taste nach 20a.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende detaillierte Beschreibung soll mit Bezug auf die Zeichnungen bzw. Figuren gelesen werden, in denen gleiche Elemente in unterschiedlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Figuren, die nicht unbedingt maßstäblich sind, zeigen ausgewählte Ausführungsformen und sollen nicht den Schutzumfang der Erfindung begrenzen.
Die 1a und 1b veranschaulichen einen bekannten Fingerabdruck-Sensor 30, der einen gesamtem Silizium-Chip 32 als Empfänger für Signale nutzt, die von den Fingerkuppen 34 des Benutzers abgeleitet werden. Verschiedene Methoden bzw. Verfahren zum Übertragen eines Signals in den Finger des Benutzers sind beschrieben worden, sowohl auf dem Silizium-Chip selbst wie auch außerhalb des Silizium-Chip; in jedem Fall werden die Pixel 40, die zum Empfang der Signale von der der Benutzer-Fingerkuppe verwendet werden, direkt auf einem Silizium-Chip ausgebildet. Das Signal wird bei jedem Pixel in dem Silizium-Chip empfangen. Signalerkennung kann auf der Spannungsamplitude basieren, auf Signalphasen-Verschiebung oder anderen Verfahren zum Erkennen bzw. Detektieren von Unterschieden zwischen den Signalen, die einen Berg 36 der Fingerkuppe durchlaufen, gegenüber Signalen, die durch ein Tal 38 der Fingerkuppe 34 laufen. Der Hauptnachteil, der von diesem Ansatz ausgeht, sind die Kosten aufgrund der Größe und Komplexität des benötigten Silizium-Chips 32. Da die empfangenden Pixel 40 sich in dem Silizium-Chip 32 selbst befinden, wird eine relativ große Siliziumfläche verbraucht, und jedes Erhöhen der Pixelanzahl erhöht direkt die erforderliche Größe des Silizium-Chips. Da die Größe des Silizium-Chips 32 ansteigt, steigt auch die Wahrscheinlichkeit von Defekten; in einigen Fällen kann sogar ein einzelner Defekt den gesamten Silizium-Chip 32 nutzlos machen. Außerdem leidet dieser Ansatz unter einem Mangel an Flexibilität bzgl. Verpackungsverfahren, aufgrund der Notwendigkeit, die Oberfläche des Silizium-Chips 32 zu schützen, der ähnlich wie zerbrechliches Glas ist.
Die 2a und 2b zeigen einen anderen bekannten Fingerabdruck-Sensor 50, bei dem eine Anordnung bzw. ein Array von Metallleitungen in einem Array von X Zeilen 52 und Y Spalten 54 angeordnet ist. Die Serie der X Zeilen-Leitungen 52 dient als Empfänger-Bahnen bzw. Leitungen („Rx“), und die Serie der Y-Spalten-Leitungen 54 dient als Sender-Bahnen bzw. Leitungen(„Tx“). Der Schnittpunkt einer TX-Sender-Leitung und einer RX-Empfänger-Leitungen bildet einen einzelnen Pixelbereich, von denen einer mit 56 in der 2b bezeichnet ist. Typischer Weise ist jede Empfänger-Leitung 52 etwas an jeder Stell vergrößert, wo sie sich mit einer Sender-Leitung 54 schneidet, um eine „Empfangs-Platte“ zu bilden. Theoretisch läuft ein Quell-Signal von der TX Sende-Leitung, hinauf in die Fingerkuppe des Benutzers 34 und zurück zu der Rx-Empfänger-Leitung an derselben Stelle. Ein separater IC-Chip 58 ist durch zusätzliche Metall-Leitungen 60 und 62 mit den TX-Sender-Leitungen 54 und den Rx-Empfangs-Leitungen 52 jeweils verbunden, um das von dem Fingerabdruck-Sensor 50 empfangene Bild zu verarbeiten.
Der bekannte Ansatz, der in den 2a und 2b dargestellt wird, leidet an schweren Signal-Rausch-Problemen aus mehreren Gründen, wie nun erläutert wird. Sowohl die TX-Sender-Leitungen 54 wie auch die Empfänger- „Platten“, die an jedem Schnittpunkt einer Tx-Leitung 54 und Empfänger-Leitung 52 vorgesehen sind, werden innerhalb gemusterten Metallschichten ausgebildet. Aufgrund des relativ engen Abstands in dem Pixel-Array, ist jede Serie von Tx-Leitungen 54 ist relativ schmal, und jede der Empfänger- bzw. Aufnahme-Platten, die auf den Empfänger-Leitungen 52 ausgebildet sind, ist sehr klein. Die effektive Breite der Tx-Leitung ist auf den Abstand zwischen benachbarten Pixeln begrenzt. Darüber hinaus ist auch die Größe jeder Aufnahme-Platte begrenzt, da die Tx-Leitungen 54 und Rx-Leitungen 52 auf separaten bzw. getrennten Metallschichten ausgebildet sein müssen (um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden), und daher kann weder die Tx-Leitung 54 noch die Empfänger-Platten der Rx-Leitung 52 die gesamte Pixelfläche umfassen; sonst würde der Metall bildende Tx-Leitung 54 das übertragene Signal vom Erreichen einer Aufnahme-Platte blockieren, die unterhalb der Tx-Leitung 54 liegt. Alternativ, wenn die Empfänger-Platten in einer oberen Metallschicht ausgebildet wären, und die Tx-Leitungen 54 in einer unteren Schicht aus Metall ausgebildet wären, würden dann die Empfänger-Platten das übertragene Signal vom Erreichen der Fingerkuppe des Benutzers blockieren. Als Ergebnis leidet dieser Ansatz unter großen Signalverlusten, De-Fokussierung des gesendeten Signals und damit unter schlechter Bildqualität. Zusätzlich benötigt der IC-Chip 58 eine relativ große Anzahl von I/O-Pads, die sich direkt auf die Anzahl der Sende-Tx- und Rx-Empfangs-Leitungen beziehen. Ein Umleiten dieser Signale zwischen IC-Chip 58 und dem Pixel-Array verbraucht eine signifikant große Fläche.
Ferner kann das Signal, welches von Tx-Leitung 54 in die Fingerkuppe 34 und zurück in die Empfänger-Platten, die auf Rx-Leitung 52 ausgebildet sind, übertragen wird, nicht effektiv zur exakten Pixelfläche hin isoliert werden, wo solche Leitungen einander schneiden. Dies ergibt sich, weil die gesamte Tx-Leitung 54 aktiv ist, und die gesamte RX-Leitung sensorisch zu einem bestimmten Zeitpunkt erfasst wird. Dies kann unerwünschte Signale verursachen, die abhängig von dem erworbenen Bild variieren können. Wenn beispielsweise eine große Finger-Erhebung 36 (ridge) sich über der gesamten Tx-Leitung 54 befindet, oder über der gesamten Rx-Leitung 52, dann wird das empfangene Signal unterschiedlich sein als dasjenige von einem ähnlichen Pixel anderswo, der nur einen Berg bzw. eine Rippe über dem genauen Bereich desjenigen Pixels aufweist, sogar wenn es gewünscht wird, gleiche Signale von beiden Pixel zu detektieren. Dies kann zu großen Bild-Verzerrungs-Problemen führen, und verkompliziert Nachbearbeitungs-Erfordernisse (post-processing requirements), um das Rekonstruieren eines ordentlichen Bildes zu versuchen.
Die 3a und 3b zeigen einen Fingerabdruck-Sensor 70 in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Pixel-Array 72 enthält eine Anordnung von Dünnschicht-Transistoren („TFT“) oder ähnlichen kostengünstigen Schalt-Vorrichtungen als Alternative zu integrierten Silizium-Schaltungsvorrichtungen. Die TFTs können auf einem flexiblen Substrat 73 ausgebildet sein. Das Pixel-Array 72 ist im größeren Detail in 3b, 4a, 4b, 4c und 5 gezeigt und wird unten beschrieben. Jedes Pixel des Arrays enthält eine TFT-Vorrichtung. Außerdem wird ein relativ großer Metallkondensator, oder genauer gesagt, eine „kapazitive Platte“, an jedem Pixel innerhalb des Arrays ausgebildet. Eine schützende dielektrische Schicht 78 bzw. Schutzschicht ist über dem Pixel-Array 72 ausgebildet und umfasst eine oberste Oberfläche 80 zum Aufnehmen der Fingerkuppe 34 des Benutzers. Die kapazitiven Platten sind innerhalb des flexiblen Substrat 73 ausgebildet, unterhalb der dielektrischen Schicht 78, aber so nah wie möglich an der Benutzer-Fingerkuppe (im Allgemeinen nahe der obersten Oberfläche, auf der ein Benutzer seine Fingerkuppe platziert). Relativ breite Tx-Sende-Leitungen 74 und 76 werden in 3a gezeigt und erstrecken sich entlang beider Seiten des Pixel-Array 72, um ein Hochfrequenz-Signal vom Fingerabdruck-Sensor 70 in die Fingerkuppe 34 des Benutzers zu senden, wie es durch die Pfeile 82 bzw. 84 angedeutet wird. Wie unten im größeren Detail erläutert wird, können Tx-Sende-Bahnen 74 und 76 tatsächlich Teile eines einzelnen Tx-Übertragungsringes sein, der das Pixel-Array 72 umzirkelt. Die Sender-Bahnen 74 und 76 können auf der untersten Fläche des flexiblen Substrats 73 ausgebildet werden. Eine separater Integrierter-Schaltungs-Silizium-Chip 86 an der untersten Oberfläche des flexiblen Substrats 73 gebunden (bonded), und die leitenden Bahnen erstrecken sich entlang und/oder durch das flexible Substrat 73, um den IC-Chip 86 und das Pixel-Array 72 zu verbinden. Während ein flexibles Substrat 73 dargestellt ist, kann die beschriebene Struktur auch problemlos auf Glas hergestellt werden oder auf anderen mehr starren Substraten, so wie es gewünscht wird.
Wie am besten in den 4a und 5 gezeigt wird, weist jeder TFT 90 eine Gate-Elektrode 92 auf, die an eine Zeilen-Adressierungs-Leitung 94 gekoppelt ist. Die 5 ist eine schematische Darstellung von den ersten drei Zeilen und ersten vier Spalten des Pixel-Arrays 72. In der 5 ist der TFT 90 in der ersten Zeile des Pixel-Array angeordnet, und dessen Gate-Elektrode 92 ist an die Adressen-Leitung 94 für die erste Zeile („Zeile 1“) des Pixel-Arrays 72 gekoppelt. Wie in 5 gezeigt, kann jede Zeile des Pixel-Arrays 72 (d.h. Zeile 1, Zeile 2, Zeile 3, ...) einzeln adressiert werden, eine zu einem Zeitpunkt. Dies wird angepasst, indem sich ein TFT (z.B. 90) an jedem Pixelort innerhalb des Pixel-Arrays 72 befindet. Neben der Gate-Elektrode 92, enthält der TFT 90 ferner eine Drain-Elektrode 96 und eine Source-Elektrode 98, die voneinander durch einen Halbleiter-Bereich 100 getrennt sind. Zusätzlich wird die Gate-Elektrode 92 beabstandet von dem Halbleiter-Bereich 100 angeordnet, und von der Drain-Elektrode 96 und der Source-Elektrode 98, durch eine Gate-seitige dielektrische Schicht 102. Wenn die Zeilen-Leitung 94, an welche die Gate-Elektrode 92 gekoppelt ist, ausgewählt wird, macht das Gatter 92 den Halbleiter-Bereich 100 leitend, und die Drain-Elektrode 96 und die Source-Elektrode 98 werden elektrisch miteinander verbunden. Auf der anderen Seite, wenn die Zeilen-Leitung 94 nicht ausgewählt wird, dann isoliert der Halbleiter-Bereich 100 elektrisch die Drain-Elektrode 96 und die Source-Elektrode 98. Die oben erwähnte Konstruktion des TFT 90 ist ganz im Einklang mit bekannten Methoden, die derzeit verwendet werden, um TFTs auf flexiblen Substraten herzustellen.
Immer noch mit Bezug auf die 4a und 5, wird eine Pixel-Elektrode oder kapazitive Platte 104 oberhalb des TFT 90 ausgebildet. Die Pixel-Elektrode 104 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu dem flexiblen Substrat 73 und parallel zu der Fläche, gegen die der Benutzer schließlich seine Fingerkuppe drücken wird. Die Pixel-Elektrode 104 wird auf der obersten Oberfläche einer zwischengeschichteten dielektrischen Schicht 106 gestützt, die elektrisch die Pixel-Elektrode 104 von der Gate-Elektrode 92 und der Zeilen-Leitung 94 A isoliert. Eine Durchkontaktierung 108 ist durch die Gate-Dielektrikum-Schicht 102 und dielektrische Zwischenschicht 106 hindurch ausgebildet, um elektrisch die Pixel-Elektrode 104 an die Elektrode 96 des TFT 90 zu koppeln. Wie in 3b gezeigt, wenn die Herstellung des Fingerabdruck-Sensors 70 abgeschlossen ist, so liegen die Pixel-Elektroden 104, 110, 112, 114 und 116 des Pixel-Arrays 72 direkt unter der Fingerkuppe des Benutzers, getrennt von diesem durch eine Schutzschicht. Es ist zu beachten, dass die Source- und Drain-Leitungen der TFT 90 sich ganz unterhalb der Pixel-Elektrode 104 befinden und nicht mit der Fingerkuppe 34 des Benutzers in eine signifikante direkte kapazitive Kopplung eintreten, wodurch jede Einführung von Streusignale durch die Zeilen-Leitungen oder die Spalten-Leitungen vermindert wird. Wenn er, wie oben beschrieben, hergestellt ist, sind die Zeilen-Leitungen an die Gates der TFTs gekoppelt, und die Spalten-Leitungen sind an die Sources der TFTs gekoppelt. Jede Pixel-Elektrode 104 bildet einen Kondensator von dem Drain eines jeden TFT auf der Fingerkuppe des Benutzers.
Die 3b veranschaulicht die Pixel-Elektroden 104, 110, 112, 114 und 116, die alle in einer gemeinsamen Zeile des Pixel-Arrays liegen. In Wirklichkeit gibt es zahlreiche Zeilen von Pixel-Elektroden. Wechseln wir kurz auf ein Gitter-Layout nach 4b, so liegen die Pixel-Elektroden 104 und 110 nebeneinander in Zeile 1, und die Gate-Elektroden sowohl des TFT 90 und des TFT 124 sind gemeinsam verbunden mit der Zeilen-Leitung 94. Zweizusätzliche Pixel-Elektroden 118 und 120 werden ebenfalls in 4b gezeigt, die sich in der nächsten nachfolgenden Zeile befinden. Die TFTs 126 und 128, die den Pixel-Elektroden 118 bzw. 120 zugeordnet sind, haben jede ihrer Gate-Elektroden mit der Zeilen-Leitung 130 verkoppelt, entsprechend zur Zeile 2 des Pixel-Arrays. Jede Pixel-Elektrode bildet im Wesentlichen einen Kondensator aus entlang der Benutzer-Fingerkuppe und der dielektrischen Schutzschicht, die elektrisch die Pixel-Elektrode von der Fingerkuppe des Benutzers trennt. Das in die Fingerkuppe des Benutzers übertragene Signal wird über einen jeden solcher Kondensatoren in das Pixel-Array 72 eingekoppelt. Die Platten dieses wirksamen Kondensators sind näher zueinander, wenn sich ein Berg (ridge) der Fingerkuppe des Benutzers unmittelbar über einem Pixel befindet, während die Platten des wirksamen Kondensators weiter voneinander sind, wenn sich ein Tal der Fingerkuppe des Benutzers unmittelbar über einem Pixel befindet. Aufgrund der Variationen bzw. Änderungen in einer solchen Kapazität von Pixel zu Pixel, wird das übertragene Signal, das durch jeden TFT eines jeden Pixels gekoppelt ist, entsprechend variieren, und diese Variationen können verwendet werden, um das Bild des Fingerabdrucks zu bilden. Außerdem sind, durch Formen der großen Metall-Kondensatoren oder der „Pixel-Elektroden“ in der Nähe des oberen Endes des Material-Stapels bzw. -Packs, beim Platzieren der Spalten-Leitungen weiter unten, Fremdsignalen von anderen Stellen in dem Array wirksamer isoliert von den Daten, die durch die Spalten-Leitungen erfasst bzw. detektiert werden. In der Zwischenzeit können IC-Chips 86 auf der Unterseite des flexiblen Substrats 73 angebracht werden, um die Zeilen-Leitungen anzusteuern, und um die Datensignale zu verarbeiten, die die Spalten-Leitungen liefern.
Die 4c ist eine vereinfachte Draufsicht des Fingerabdruck-Sensors 70. Das Pixel-Array 72 umfasst X Zeilen und Y Spalten von Pixeln, wobei jedes Pixel wie in der oben in Verbindung mit den 4a, 4b und 5 beschriebenen Weise hergestellt wird. Das Pixel-Array 72 ist umgeben, an seinem Umfang, von dem Übertragungsring 74' zum Übertragen eines Hochfrequenzsignals in die Fingerkuppe des Benutzers. Der Übertragungsring 74 liegt außerhalb des Bereichs des Pixel-Arrays 72. Der Übertragungsring 74' überträgt wirksam ein Hochfrequenzsignal in den Körper der Benutzer-Fingerkuppe 34. Das abgestrahlte Signal wird von der Fingerkuppe des Benutzers weitergeleitet, durchläuft die Berge und Täler der Fingerkuppen-Oberfläche durch ein schützendes dazwischen liegendes Material in das System des Kunden (z.B. ein Mobiltelefon-Abdeckungsglas), und wird auf den kapazitiven Metallplatten oder Pixel-Elektroden in dem Pixel-Array 72 empfangen.
Ein Demultiplexer 140 erstreckt sich entlang einer Seite des Pixel-Arrays 72. Der Demultiplexer 140 empfängt Steuersignale von dem IC 86, um anzuzeigen, welche der Zeilen in dem Pixel-Array zu einem gegebenen Zeitpunkt auszuwählen ist. Der Demultiplexer 140 dekodiert solche Steuersignale und steuert die Zeilen-Leitungen (94, 130, ... 142) an, um nur eine Zeile zu einem bestimmten Zeitpunkt zu aktivieren. Der Demultiplexer 140 reduziert die Zahl der Leiterbahnen, die sich zwischen dem IC 86 und dem IC-Pixel-Array 72 erstrecken müssen. Wenn beispielsweise das Pixel-Array 72 nun 256 Zeilen von Pixeln aufweist, dann enthält das Pixel-Array 72 nun 256 Zeilen-Leitungen. Auf der anderen Seite werden nur acht binäre Steuerleitungen benötigt, die sich zwischen dem IC 86 und dem Demultiplexer 140 erstrecken, um somit eine der 256 Zeilen-Leitungen auszuwählen.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 4b und 5 erstreckt sich eine Serie von Y Spalten-Elektroden, einschließlich der Spalten-Elektroden 146, 148, 150 und 152, durch das Pixel-Array 72 hindurch, um ein Signal zu erfassen, das von dem Pixel abgeleitet wird, welches sich in der entsprechenden Spalte der ausgewählten Zeile befindet. Wenn zum Beispiel die Zeile 94 ausgewählt wird, dann bemerkt die Spalten-Elektrode 146, welche an die Source-Elektrode des TFT 90 gekoppelt ist, das Signal, das von der Pixel-Elektrode 104 geliefert wird; ebenso bemerkt die Spalten-Elektrode 148, welche mit der Source-Elektrode des TFT 124 gekoppelt ist, das von der Pixel-Elektrode 110 bereit gestellte Signal. Somit ist das Gate eines jeden TFT mit einem entsprechenden Zeilen-Treiber verbunden, wobei die Drain jedes TFTs mit der Pixel-Elektrode verbunden ist (die einen Kondensator mit der Fingerkuppe des Benutzers bildet), und wobei der Source-Anschluss jedes TFT mit einer Spalten-Leitung oder „Datenleitung“ zum IC 86 zwecks Signalverarbeitung verbunden ist. Die gezeigten Zeilen-Leitungen (94, 130) und Spalten-Leitungen (146, 148, 150 und 152) können durch jedes leitende Metall, einschließlich Indium-Zinn-Oxid (ITO), gebildet sein, das ein transparentes Metall darstellt, das in der Herstellung von LCDs verwendet wird. Andere Metalle, wie Aluminium oder Kupfer, können auch verwendet werden, wenn keine Transparenz erforderlich ist.
Zurück zur 4c, wird der Spalten-Dekodier-Schaltungsblock 144 elektrisch mit allen Spalten-Elektroden, einschließlich den Spalten-Elektroden 146, 148, 150 und 152, verbunden, wie in 5 gezeigt. Der Spalten-Dekodier-Schaltungsblock 144 erfasst dadurch die Signalpegel an jedem Pixel in der ausgewählten Zeile. Durch sequentielles Durchschreiten durch die X Zeilen des Pixel-Arrays hindurch, kann ein Bild bzw. Abbild des Fingerabdrucks des Benutzers mit X mal Y Pixeln abgeleitet werden. Die kapazitiven Platten oder Pixel-Elektroden können die Signalenergie von der Fingerkuppe 34 des Benutzers in Form einer Signal-Amplitude, einer Signal-Phasenverschiebung oder anderer Methoden empfangen, so lange wie die Eigenschaften des erfassten Signals werden in Abhängigkeit davon, ob das übertragene Signal die Berge oder die Täler der Fingerkuppe des Benutzers durchläuft. Falls gewünscht, können die Eigenschaften (Frequenz, Amplitude, etc.) des Tx-Signals verändert werden von einer Detektion, die durch das Pixel-Arraygeht, zu der nächsten, und mehrere Proben können entnommen und gemittelt werden, um ein genaueres Bild zu erzeugen.
In der Anwendung würde ein einzelner Zeilen-Treiber eingeschaltet werden, der die bestimmte Zeile der Pixel aktiviert. Der Übertragungsring 74' wird verwendet, um ein bekanntes Signal mit einer vorbestimmten Frequenz zu übertragen. Die Signal-Inhalte der Pixel in der ausgewählten Zeile werden auf die Spalten-Leitungen übertragen zur Detektion, zur sensorischen Wahrnehmung und zur Verarbeitung im externen IC-Chip 86. Dieser Ansatz ermöglicht es dem IC-Chip 86, physisch von dem Pixel-Array verlagert zu werden, und ermöglicht eine Verringerung der Zeilen-Auswahlleitungen und erfassten Signal-Daten-Leitungen zwischen dem IC-Chip 86 und dem Pixel-Array durch die Verwendung von Demultiplex-/Multiplex-Schemata. Jede Pixel-Elektrode (104, 110, usw.) bildet einen Kondensator mit der Fingerkuppe, und der Wert des Kondensators wird abhängig sein von der Oberfläche des Fingers (Berg oder Tal) über jeder Pixelposition. Jede der Pixel-Elektroden empfängt ein Signal von der Fingerkuppe, und wenn der zugeordnete TFT „AN“ ist (d.h. der Zeilen-Treiber ist für diese bestimmte Zeile aktiviert, um das „Gate“ diese TFT einzuschalten), dann wird die kapazitiv gekoppelte Signal durch den TFT hindurch geleitet, und auf der „Datenleitung“ oder der Spalten-Elektrode des Pixel-Array dargestellt.
Der Spalten-Dekodier-Schaltungsblock 144 ist elektrisch mit dem IC 86 verbunden, welches die Signale verarbeitet, die an jedem Pixel des Arrays erfasst werden, um das Bild des Fingerabdrucks zu bilden. Um die Anzahl der Leiterbahnen zwischen dem Spalten-Dekodier-Schaltungsblock 144 und dem IC-Chip 86 zu minimieren, können die detektierten Signale von dem Spalten-Dekodier-Schaltungsblock 144 an den IC-Chip 86 in Blöcken übertragen werden. Wenn beispielsweise das Pixel-Array 72 nun 256 Spalten von Pixeln aufweist, so könnte der Spalten-Dekodier-Schaltungsblock 144 nun Blöcke von 16 Signale gleichzeitig übertragen, was sechzehn solcher Übertragungen für jede Zeile des Arrays erforderlich macht. Abgesehen von den 16 Leiterbahnen zwischen dem Spalten-Dekodier-Schaltungsblock 144 und dem IC-Chip 86 zur Übertragung eines Blocks von Signaldaten, mögen nur vier zusätzliche Steuerleitungen erforderlich sein, um anzuzeigen, welche der sechzehn Blöcke von Daten übertragen werden. Diese Multiplex-Technik reduziert signifikant die Anzahl der Metallbahnen, die sich zwischen dem Spalten-Dekodier-Schaltungsblock 144 und dem IC-Chip 86 erstrecken müssen.
Die 6 kann helfen, die Art und Weise weiter zu veranschaulichen, nach welcher der Demultiplexer 140 und der Spalten-Dekodier-Schaltungsblock 144 die Anzahl der leitfähigen Bahnen, die sich zwischen dem IC 86 und dem Pixel-Array 72 erstrecken müssen, zu reduzieren. Die Zeilen-Leitungen 94, 130, etc. werden durch den Demultiplexer 140 angetrieben. Der Demultiplexer 140 hat eine Anzahl von Ausgangsanschlüssen gleich der Anzahl von Zeilen-Leitungen, und nur eine solche Zeile wird in einem gegebenen Zeitpunkt ausgewählt. Dagegen wird die Anzahl von Auswahl- bzw. Selektions-Leitungen 154, die sich zwischen dem IC 86 und dem Demultiplexer 140 erstrecken, exponentiell reduziert. Wenn sich wiederum 256 Zeilen von Pixeln in dem Array befinden, dann benötigen die Auswahl-Leitungen 154 nur acht Leiterbahnen zur eindeutigen Identifizierung einer der 256 Zeilen. Somit kann der Demultiplexer 140 eine Anzahl (x) von Auswahl-Leitungen und nehmen und kann 2^x Zeilen durch einfache digitale Logik adressieren. Alternativ kann der Demultiplexer 140 einfach ein digitales Schieberegister sein, wobei ein logisches „1“-Ausgangssignal sequentiell durchgeleitet wird von dem Zeile-1-Ausgangsanschluss zu dem Zeile-2-Ausgangsanschluss usw., wobei eine Zeile zu einer Zeit aktiviert wird bis alle Zeilenaktiviert worden sind.
In ähnlicher Weise, wenn das Pixel-Array 256 Spalten-Elektroden enthielte, einschließlich der Spalten-Elektroden 146, 148, 150 und 152, und wenn die Spalten in 16 Blöcken aus jeweils 16 Spalten unterteilt wären, dann kann der Spalten-Dekodier-Schaltungsblock 144 jeden Datenblock über sechzehn Leiterbahnen übertragen, die in 6 dem Bus 156 entsprechen. Vier weitere Leiterbahnen, die in 6 durch die Auswahl-Leitungen 158 angegeben werden, reichen in diesem Beispiel aus, um eindeutig einen der sechzehn Datenblöcke für eine gegebene Zeile von Pixeln zu adressieren. Im Fall der Spalten-Treiber, werden die Signale analog sein, und müssen durch analoge Multiplexer demultiplext werden. Als ein Beispiel könnte es von 2^Y Spalten auf einen finalen Analog-Eingang „M“ gehen, wobei Y Auswahl-Leitungen verwendet werden. Abhängig von der Konfiguration, könnte M die Zahl 1 oder eine viel größere Zahl sein. Dies hängt einfach von der Reduktion der erforderlichen Signale ab und von dem erlaubten Timing für diesen Prozess. Zum Beispiel, wenn das System es beleibt, ein einzelnes Pixel zu einem Zeitpunkt (M = 1) zu adressieren, dann müssen X auf Y Pixel einzeln adressiert werden.
Die 7a veranschaulicht besser die Position des Tx-Übertragungsrings 74' bezüglich dem Pixel-Array 72. Der Tx-Übertragungsring 74' kann eine einfache Metallstruktur sein, und könnte entweder über der Gate-Dielektrikum-Schicht 102 (siehe 4a) oder unterhalb der Gate-Dielektrikum-Schicht 102 ausgebildet sein. Der Tx-Übertragungsring 74' kann entweder mit einem Signal angetrieben werden, das von dem IC-Chip 86 bezogen wird, oder von einem externen Treiber. Der Tx-Übertragungsring 74' wird ausreichend weit genug entfernt von dem Pixel-Array 72 angebracht, um somit eine direkte Signal-Einspeisung von dem Übertragungsring 74' an die Pixel-Elektroden zu vermeiden; vielmehr muss das Hochfrequenzsignal, das von dem Übertragungsring 74' abstrahlt, zuerst in die Fingerkuppe des Benutzers 34 hineingehen, bevor es mit den Pixel-Elektroden verkoppelt wird. In 7a, erstreckt sich der Steckverbinder 160 zwischen dem Pixel-Array 72 und dem IC-Chip 86 für die Weitergabe von elektrischen Signalen dazwischen. Wenn gewünscht, kann der Stecker 160 als eine lösbare Verbindung 160' ausgebildet sein, so wie in 7b gezeigt.
Die 8 ist ähnlich zur 3a, die bereits oben beschrieben wurde, zeigt aber besser, wie das Signal, welches von den Sende-Elektroden 74 und 76 abgestrahlt wird, gekoppelt wird durch Schichten des Benutzer-Fingers zurück zu den Bergen und Tälern der Fingerkuppe des Benutzers und in das Pixel-Array hinein. In der 8 wird die Fingerkuppe des Benutzers allgemein durch das Bezugszeichen 170 markiert. Die äußere Schicht der Fingerkuppe des Benutzers, welche die Berge bzw. Grate und Täler umfasst, ist mit 172 bezeichnet. Direkt über der äußeren Schicht 172 befindet sich eine innere leitende Schicht aus Gewebe 174. Das Hochfrequenzsignal, das von den Übertragungselektroden 74 und 76 abgestrahlt wird, strömt nach oben entlang der Pfeile 82 und 84, durch die dielektrische Schutzschicht 78, durch die äußere Schicht 172 von der Fingerkuppe des Benutzers, und dann in die besser leitfähige Gewebe-Schicht 174. Das Signal, das von der Schicht 174 geleitet wird, wird zurück gestrahlt nach unten in Richtung auf das Pixel-Arrays 72, durch die Rippen und Täler der Außen-Schicht 172 und durch die dielektrische Schutzschicht 78 entlang des durch die Pfeile 176 angegebenen Pfads, für den Empfang durch die Pixel-Elektroden (mit 178 in 8 bezeichnet). In der 8, repräsentiert die Metallschicht 180, die unterhalb des Pixel-Arrays 72 angeordnet ist, beispielsweise das Routing der Zeilen-Adressierungs-Leitungen dar, die zur Auswahl der aktiven Zeile in dem Pixel-Array verwendet werden. Wiederum kann der IC-Chip 86 auf der Unterseite des Substrats, welches das Pixel-Array 72 trägt, befestigt werden.
In der 9 wird eine alternative Ausführungsform der Erfindung in Blockschaltbildform dargestellt, wobei die Übertragungs-Elektroden zwischen den Zeilen-Adressierungs-Elektroden des Pixel-Arrays eingefügt sind. In diesem Beispiel ist das Pixel-Array 72 eine Matrix von 96 Zeilen und 96 Spalten. Wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist das Pixel-Array 72 mit einer Matrix aus Pixel-Zellen gebildet, wobei jede Pixel-Zelle einen TFT und eine Pixel-Elektrode enthält. In 9, stellt der Block 190 die Logik dar, welche zum Adressieren der Zeilen-Leitungen 192 (Zeile G0), 194 (Zeile G1) bis 196 (Zeile G95) verwendet wird. Die Zeilen-Leitung 192 (G0) ist mit den Gate-Elektroden der TFTs verbunden, die in einer gemeinsamen ersten Zeile liegen (Man beachte, dass in 9 das Array um neunzig Grad gedreht worden ist, und die Zeilen sich tatsächlich nach oben und unten auf der Seite erstrecken). Ebenso wird die Zeilen-Leitung 194 (G1) mit den Gate-Elektroden der TFTs gekoppelt, die in einer gemeinsamen zweiten Zeile liegen. Die Zeilen-Leitung 196 (G95) ist mit den Gate-Elektroden der TFTs verbunden, die in einer gemeinsamen letzten Zeile des Pixel-Arrays 72 liegen.
Wie in dem Fall der zuvor beschriebenen Ausführungsform, wird die Spalte oder Daten-Elektroden, einschließlich der Leitungen 198 (C0), 200 (C1) bis 202 (C95), an die Source-Anschlüsse der TFTs angekoppelt, die entlang einer gemeinsamen Spalte liegen, um das Signal zu sensorisch zu erfassen, welches von der Pixel-Elektrode in der adressierten Zeile von Pixeln empfangen wird. Die Spalten-Elektroden-Leitungen 198 (C0), 200 (C1), bis 202 (C95) sind jeweils mit dem Spalten-Dekodier-Schaltungsblock 144 verbunden zum Detektieren der Signale, die von jeder Pixel-Elektrode innerhalb der ausgewählten Zeile von Pixeln empfangen wird.
In dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel gibt es auch eine Serie bzw. Reihe von Übertragungs-Elektroden, einschließlich der TX0 Leitung 204, der TX1 Leitung, ..., der TX10 Leitung 206, bis zur TX95 Leitung 208, die sich auch von dem TFT-Zeilen-Logik-Block 190 erstrecken, und die in abwechselnder Weise sich zwischen den Zeilen-Adressierungs-Leitungen 192 (Zeile G0), 194 (Zeile G1) bis 196 (Zeile G95) erstrecken. Diese Tx-Leitungen können anstelle des in 7a gezeigten Übertragungsrings 74' verwendet werden, um das Hochfrequenz-Signal in die Fingerkuppe des Benutzers zu übertragen. Zunächst mag dies an der Anmelder-Zielsetzung zu widersprechen, die Übertragungs-Elektroden seitlich beabstandet von dem Pixel-Array zu halten, um eine direkte kapazitive Kopplung der Sende-Elektroden mit den Pixel-Elektroden zu verhindern (d.h. unter Umgehung der Fingerkuppe des Benutzers). Jedoch durch vernünftiges Auswählen bzw. Bestimmen, welche der Sende-Elektroden aktiv zu einem bestimmten Zeitpunkt sein soll, und durch Fernhalten der aktiven Sende-Elektroden von der ausgewählten Zeile des Pixel-Arrays, kann man das Problem der direkten kapazitiven Kopplung von den Sende-Elektroden mit der Pixel-Elektrode weitgehend vermeiden. Außerdem, durch Versetzen der Sende-Elektroden innerhalb des Pixel-Arrays, anstatt um es herum, vermeidet man die Notwendigkeit, zusätzliche Bereiche auf dem Substrat für eine Übertragungselektrode bereitzuhalten, die den Umfang des Pixel-Arrays umschließt.
Die 10 ist ein höher-gradiges Funktions-Diagramm der Logik-Komponenten, die innerhalb des TFT-Zeilen-Logikblocks 190 gebildet werden, für die Erzeugung der Treibersignale, um die Zeilen-Adressierungs-Leitungen 192 (Zeile G0), 194 (Zeile G1) bis 196 (Zeile G95) und die TX0 Leitung 204, TX1 Leitung 206, ..., TX10 Leitung...207, bis TX95 Leitung 208 anzusteuern. Die Funktion des TFT-Zeilen-Logik-Blocks 190 wird besser verstanden durch Bezugnahme auf die in der 12 gezeigten Zeitverläufe. Der IC-Chip 86 sendet ein Initiierungs-Signal 220 zum TFT-Zeilen-Logik-Block 190, um einen Lesezyklus des Pixel-Arrays 72 zu beginnen, und Logik-Elemente zu löschen oder zurückzusetzen. Es wird auch ein gepulstes Taktsignal 222 von dem IC-Chips 86 für den TFT-Zeilen-Logikblock 190 bereitgestellt, um ein Zeit-Referenz zu liefern. Der IC-Chip 86 sendet auch einen Impuls GD auf der Leitung 224, um anzuzeigen, dass die Sequenz der Aktivierung der Zeilen-Adressen-Leitungen beginnen soll. Auf den ersten Takt-Zyklus C, wenn der Impuls GD aktiv ist, wird die Zeilen-Adressierungs-Leitung 192 (G0) aktiv, um die Gate-Elektroden der TFTs in der ersten Zeile von Pixeln zu aktivieren. Auf den nächstfolgenden Taktzyklus C, schaltet die Zeilen-Adressierungs-Leitung 192 (G0) wieder zurück auf niedrig bzw. low, während die nächste Zeilen-Adressierungs-Leitung 194 (G1) aktiv wird. Dieser Prozess setzt sich fort auf den 96ten Taktzyklus hin die Zeilen-Adressierungs-Leitung 196 (G95) aktiv wird.
Immer noch mit Bezug auf die 9, 10 und 12, stellt das Tx-Signal 226 das hochfrequente dar, das in die Fingerkuppe des Benutzers übertragen werden soll. Wie oben angegeben, kann das Tx-Signal 226 von dem IC-Chip 86 geliefert werden, oder von einer externen Quelle. Ein weiteres Signal TD wird auf der Leitung 228 bereitgestellt als ein Eingang für ein erstes Flip-Flop-Register 230. Der Ausgang des Flip-Flop-Registers 230 ist mit einem UND-Gatter 232 verbunden. Wenn der Ausgang des Flip-Flop-Register 230 niedrig bzw. low ist, dann blockiert das UND-Gatter 232 das Signal TX auf der Leitung 226 vor der Übertragung zu der TX0 Leitung 204. Der Ausgang des Flip-Flop-Registers 230 dient auch als Dateneingabe für ein nächstes nachfolgendes Flip-Flop-Register, das ebenfalls ein AND-Gatter ansteuert, das die TX1 Leitung 206 treibt, und so weiter.
In Bezug auf die 9 und 10 haben die Anmelder festgestellt, dass es zufriedenstellend ist, wenn etwa zehn Zeilen von inaktiven Sende-Leitungen auf jeder Seite der aktiven Zeile des Pixel-Arrays zu einem gegebenen Zeitpunkt sensorisch erfasst werden. Wenn also die erste Zeile von Pixeln von der Gate-Elektrode 192 ausgewählt wird, dann ist es erwünscht, dass die ersten zehn Sende-Elektroden 204 (TX0), 206(TX1), ... bis TX9 deaktiviert werden. Zunächst werden die ersten elf Flip-Flops, einschließlich dem Flip-Flop 230, zurückgesetzt durch das Initialisierungs (I) -Signal 220, während die übrigen Flip-Flops von dem Initialisierungs (I) -Signal 220 gesetzt werden. Wenn also die erste Zeile von Pixeln ausgewählt ist, werden die ersten elf Sende-Elektroden 204(TX0), 206 (TX1), ... bis TX10 deaktiviert von ihren jeweiligen UND-Gattern (einschließlich dem UND-Gatter 232), während TX11 bis TX95 aktiviert werden für eine Gesamtmenge von zunächst 85 aktiven Sende-Elektroden.
Für jeden nachfolgenden Taktzyklus wird eine andere Sende-Elektrode deaktiviert, bis die Anzahl der aktiven Sende-Elektroden auf 76 abnimmt. Während der ersten zehn Taktzyklen des Taktsignals 222 (C) wird das TD-Eingangssignal 228, das von dem IC-Chip 86 geliefert wird, auf dem logische Low-Pegel („0“) gehalten, um die ersten elf Sende-Elektroden 204 (TX0), 206 (TX1), ... bis TX10 deaktiviert von ihren jeweiligen UND-Gattern zu halten, während eine zusätzliche Übertragungs-Elektrode zur Rechten deaktiviert wird. Nach zehn solcher Taktzyklen, schaltet bzw. wechselt das TD Eingangssignal 228 zu einem logischen High-Pegel („1“) und bleibt High für den Rest der Taktzyklen, die zum Beenden des Lesens einer jeden Spalten der Pixel verwendet wird. Somit, wenn die elfte Zeile der Pixel wird durch Zeilen-Adressierungs-Leitung G10 ausgewählt ist, wird die Sende-Elektrode 204 (TX0) aktiviert, um das Hochfrequenzsignal in den Finger des Benutzers zu übertragen, während benachbarte Sende-Elektroden TX1 bis TX20 deaktiviert sind. Dieses Muster wird bei jedem Taktzyklus fortgeführt, wodurch wirksam zehn inaktive TX Zeilen auf jeder Seite der ausgewählten Zeile sensorisch erfasst wird. Da die aktiv erfassende Sensor-Zeile über das Pixel-Array mit jedem Taktzyklus sich bewegt, so tut dies auch der „inaktive Bereich“ der TX Sende-Elektroden. Wenn die letzten zwanzig Zeilen zum Erfassen ausgewählt sind, beginnt die Anzahl der inaktiven Sende-Elektroden sich von Zwanzig auf Zehn zu reduzieren. In dem gezeigten Beispiel beträgt die maximale Anzahl an TX Übertragungs-Elektroden, die zu einem beliebigen Zeitpunkt deaktiviert sind, Zwanzig, aber in diesem Fall, sind zumindest 76 weitere TX Sende-Elektroden gleichzeitig aktiviert, um zuverlässig das Hochfrequenz TX-Signal in den Finger des Benutzers zu übertragen.
Wie in 12 gezeigt, während der Zeit, in der die Zeilen-Adressierungs-Leitung 192 (G0) gewählt wird, bleiben die Übertragungs-Leitungen 204 (TX0), 206 (TX1) bis 207 (TX10) niedrig bzw. auf low, oder bleiben deaktiviert. Andererseits werden die Übertragungs-Leitungen 234 (TX11) bis 208 (TX95) aktiv getrieben mit dem Hochfrequenz TX-Signal, um zu helfen, das TX-Signal in die Fingerkuppe des Benutzers zu übertragen. Ähnlich werden, wenn die Zeilen-Adressierungs-Leitung/Gate-Elektrode G10 ausgewählt wird, die Übertragungs-Elektroden für TX1 bis TX10, TX11 und TX20 deaktiviert, während alle anderen TX-Leitungen (d.h. TX0 und TX21-TX95) aktiviert sind, um zu helfen, das TX-Signal in die Fingerkuppe des Benutzers zu übertragen. Auf diese Weise empfangen die Pixel-Elektroden, die erfasst worden sind, nicht das übertragene Signal TX direkt von benachbarten TX Leitungen, sondern nur aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen den Pixel-Elektroden und der Fingerkuppe des Benutzers. Darüber hinaus können alle der in 10 gezeigten logischen Schaltungen für den TFT-Zeilen-Logik-Block 190 auf demselben flexiblen Substrat ausgebildet werden, auf dem das Pixel-Array 72 ausgebildet ist, unter Verwendung desselben Typs von TFTs, um das Pixel-Array zu bilden.
Die 11 zusammen mit dem Wellenform-Diagramm nach 12 veranschaulicht die Art und Weise, mit der die Spalten-Dekodier-Schaltung 144 (siehe 9 und 10) als ein Multiplexer ausgebildet sein kann, um die Anzahl der Leitungen, die zwischen dem Pixel-Array 72 und dem IC-Chip 86 verlaufen, zu reduzieren. Drei binäre Auswahlsignale, dargestellt durch den Bus 250, werden von einem 3-zu-8-Dekodierer 252 empfangen, der acht AusgangsLeitungen, einschließlich den Leitungen 254 bis 256, bereitstellt. Ein erster Multiplexer, in dem gestrichelten Kasten 258 gezeigt, enthält eine Reihe von acht TFTs. Der erste derartige TFT erstreckt sich zwischen der Spalte-Elektrode 260 (C95) und dem Ausgangs-Port 264 (Cout11). Der letzte derartige TFT im gestrichelten Kasten 258 erstreckt sich zwischen der Spalten-Elektrode 262 (C88) und dem Ausgangs-Port 264 (Cout11). Somit wird, zu jedem gegebenen Zeitpunkt, eine von acht Spalten-Elektroden C95 bis C88 mit dem Ausgangs-Anschluss Cout11 verbunden.
Weiter mit Bezug auf 11 werden elf oder mehr solcher Multiplexer bereitgestellt, einschließlich denen als 266 und 268 gezeigten, um Datensignale an die Ausgangsports 270 (Cout0) bis 272 (Cout10) in der gleichen Weise zu liefern. Somit werden zu jeder gegebenen Zeit zwölf Ausgangs-Signale über die Ausgangs-Anschlüsse 270 bis 264 (Cout0 bis Cout11) bereitgestellt. Durch zyklischen Durchlauf der Auswahl-Bus-Signale 250 durch jeden ihrer acht möglichen Zustände, können alle 96 Daten-Spalten erfasst und zum IC-Chip 86 geleitet werden. Wie in 12 angegeben, werden die Auswahl-Bus-Signale 250 durch ihre acht möglichen Zustände zyklisch durchlaufen während jeder Zeilen-Adressierungs-Periode, so dass alle Spalten in einer ausgewählten Zeile erfasst werden können. Somit, in 12, wenn die Auswahl-Bus-Signale 250 in einem ersten Zustand (= 0) sind, wird die Spalte C0 erfasst, und die übertragene TX-Signal-Wellenform wird auf der Leitung 198 (C0) neu erstellt, mehr oder weniger stark, abhängig davon, ob ein Berg/Erhebung oder ein Tal/Vertiefung der Fingerkuppe des Benutzers über der entsprechenden Pixel-Elektrode liegt. Ähnlich, wenn die Auswahl-Bus-Signale 250 in einen zweiten Zustand (= 1) sind, wird die Spalte c1 erfasst, und die übertragene TX-Signal-Wellenform wird auf der Leitung 200 (c1) neu erstellt, mehr oder weniger stark, abhängig davon, ob ein Berg oder ein Tal der Fingerkuppe des Benutzers über der entsprechenden Pixel-Elektrode liegt.
Der Fachmann wird erkennen, dass die oben beschriebenen Fingerabdruck-Sensoren in einem herkömmlichen LCD-Touchpad vom Typ verbaut werden können, der in einem Computer mit einem Touchscreen-Monitor verwendet wird, in einem Computer-Tablet oder in einem Zellular-Telefon. Zum Beispiel zeigt 13 einen Fingerabdruck-Sensor 300 des allgemeinen Typs, wie oben in Verbindung mit den 3-8 beschrieben, einschließlich eines Übertragungs-Elektrodenrings 302, der das Pixel-Array 304 umschließt. Zurück zur 14, enthält eine Zellular-Telefon-LCD-Touchpad-Anzeige-Panel 310 den Fingerabdruck-Sensor 300 nach 13, innerhalb der unteren linken Ecke davon.
Ein typisches LCD-Berührungs-Panel, d.h. der Abschnitt des Panels 310 nach 14, der außerhalb des Fingerabdruck-Sensor-Bereichs 300 liegt, wird aus einem zwei-dimensionalen Array mit relativ niedriger Dichte an Pixeln gebildet, die in einem Abstand von etwa 500 Mikrometer angeordnet sind, d.h. der Abstand von der Mitte eine Pixel-Zelle zur Mitte der nächsten Pixel-Zelle beträgt etwa 500 Mikrometer. Die Pixel-Dichte kann relativ gering sein, da das Panel lediglich feststellen bzw. erkennen muss, dass eine Fingerkuppe oder ein Stift in Kontakt mit einem Bereich des Anzeige-Panels 310 ist. Im Gegensatz dazu, um richtig funktionieren zu können, sollte der Fingerabdruck-Sensor-Array-Bereich 300 eine höhere Dichte an Pixeln aufweisen, die in einem viel feineren Abstand von ungefähr 50-70 Mikrometer von Mitte zu Mitte angeordnet sind. Somit kann Fingerabdruck-Sensor-Bereich 300 so viele wie zehn Reihen für jede Pixel-Zeile in dem Touchpad 310 ausweisen. Ebenso kann der Fingerabdruck-Sensor-Bereich 300 so viele wie zehn Spalten von Pixeln für jede Pixelspalte in dem Touchpad-Panel 310 aufweisen.
Allerdings ist die Technologie, die verwendet wird, um den Fingerabdruck-Sensor-Bereich 300 herzustellen, sehr ähnlich der Technologie, die verwendet wird, um berührungs-empfindliche Pixel mit geringer Dichte herzustellen durchgehend durch den Rest des Anzeige-Panels 310. Während also der Fingerabdruck-Sensor Bereich 300 in 14 als begrenzt auf die untere linken Ecke des Anzeige-Panels 310 dargestellt wird, sollte es verständlich sein, dass der Fingerabdruck-Sensor-Bereich 300 erweitert werden könnte, um die gesamte Unterseite des Anzeige-Panels 310 zu bedecken, wenn gewünscht, oder um jeden anderen Bereich innerhalb des Anzeige-Panels 310.
Zum weiteren Schutz gegen äußere Rauschsignale, kann die Genauigkeit der sensorischen Erfassung der Signale, die von den Pixel-Elektroden erfasst werden, weiter verbessert werden durch sensorisches Erfassen der Pixel-Elektroden-Signale in einem Differential-Modus. Dieser Ansatz ermöglicht das Entfernen aller Arten von Gleichtaktrauschen, ob dieses vom menschlichen Körper selbst kommt oder von anderen Quellen, wie etwa dem elektronischen Gerät, in dem der Fingerabdruck-Sensor untergebracht ist. Gemäß der 16, bilden der TFT 400 und die zugehörige Pixel-Elektrode 401 ein erstes Pixel eines Fingerabdruck-Sensor-Bereichs; der TFT 402 und die zugehörige Pixel-Elektrode 403 bilden ein zweites Pixel in der gleichen Zeile an dem TFT 400; und der TFT 404 und die zugehörige Pixel-Elektrode 405 bilden ein drittes Pixel in der gleichen Spalte wie der TFT 400; wobei der TFT 400 und der TFT 402 mit einer ersten Zeilen-Adressierungs-Leitung 406 verbunden sind. Der TFT 404 ist mit einer zweiten Zeilen-Adressierungs-Leitung 408 verbunden. Die Source-Anschlüsse des TFT 400 und des TFT 404 sind beide mit einer ersten Spalten-Elektrode 410 verbunden; wobei der Source-Anschluss des TFT 402 mit einer zweiten Spalten-Elektrode 412 verbunden ist.
Weiter mit Bezug auf 16 wird die erste Spalten-Elektrode 410 an einen positiven (nicht invertierenden) Eingang eines ersten Differenz-Verstärkers 414 gekoppelt. Ähnlich wird die zweite Spalten-Elektrode 412 an einen positiven (nicht invertierenden) Eingang eines zweiten Differenz-Verstärkers 416 gekoppelt. Ähnliche Differenz-Verstärker werden für die verbleibenden Spalten-Elektroden des Pixel-Arrays vorgesehen ist, außer in einem Fall, wie er nachstehend erläutert wird, wobei die Anzahl solcher Differenz-Verstärker um Eins kleiner als die Anzahl von Spalten-Elektroden sein kann. Die Spalten-Elektrode 418 ist an den negativen (invertierenden) Anschluss eines jeden Differenz-Verstärkers 414, 416 etc. gekoppelt, etc.. Die Spalten-Elektrode 418 läuft über die Länge des Pixel-Array in dem gleichen Ausmaß wie typische Spalten-Elektroden 410, 412, etc.. Jede Streu-, Störsignale, die von typische Spalten-Elektroden (z.B. 410 und 412) empfangen werden, werden auch von der Spalten-Elektrode 418 empfangen. Somit wird der Differenz-Verstärker 414 die Streuungs-bzw. Störsignale, die von der Spalten-Elektrode 418 repräsentiert werden, effektiv von dem Signal, das durch die Spalten-Elektrode 410 repräsentiert wird, subtrahieren, und das resultierende Ausgangssignal 420 wird, ohne unerwünschte Rausch-Anteile, das Signal enthalten, das durch die Pixel-Elektrode in der ausgewählten Pixel-Zeile sensorisch erfasst wird.
In 16 kann die Spalten-Elektrode 418 eine „Dummy“-Elektrode darstellen, die nicht wirklich an jedes aktive Pixel gekoppelt ist, falls gewünscht. Für die beste Rausch-Unterdrückung des vom menschlichen Körper kommenden Rauschens sollte diese Dummy-Spalte in einem Bereich angeordnet sein, der gleich nah zum Finger des Benutzers ist wie die aktuellen Spalten-Elektroden. Alternativ kann die Spalten-Elektrode 418 eine aktuelle Spalten-Elektrode sein, die einer bestimmten Spalte der Pixel in dem Array zugeordnet ist; in diesem Fall wird es keine sensorisch erfassten Daten für die Spalten-Elektrode geben, welche „geopfert“ wurde, um das Gleichtaktrauschen aufzunehmen. Um die Datensignale für die fehlende Spalte des Pixel-Arrays neu zu erstellen, sollte man erkennen, dass Fingerabdrücke keine willkürlichen Daten sind. Per Definition weist ein Fingerabdruck Berge (Maxima) und Täler (Minimum) auf, und ein Fingerabdruck-Bild schwankt zwischen minimalen und maximalen Signalen. Ein relativ einfaches Verfahren für die Rekonstruktion der Daten in der fehlenden Spalte des Pixel-Arrays besteht darin, dass der fehlende Datenwert durch Betrachten der Werte der umliegenden Pixelberechnet wird und durch Interpolieren des Wertes in jeder Zeile der fehlenden Spalte.
Es wurde oben mit Bezug auf die 13 und 14 erwähnt, dass der Fingerabdruck-Sensor-Bereich 300 in einem herkömmlichen LCD-Touchpad-Panel 310 eingebaut sein kann. Um weiter die Integration des Fingerabdruck-Sensor-Bereichs 300 in ein herkömmliches LCD-Touchpad-Panel zu erleichtern, kann der Fingerabdruck-Sensor-Bereich 300 selektiv betrieben werden in einem Modus, der den Betrieb der umgebenden Pixel mit geringerer Dichte nachahmt.
In Bezug auf 17a, wird der Fingerabdruck-Sensor-Bereich 500 in der unteren linken Ecke des Touchpad Anzeige-Panels 502 ausgebildet. In diesem Beispiel wird der umgebende Übertragungsring 302 nach 13 weggelassen zugunsten von verschachtelten (interleaved) Sende-Elektroden, die in der allgemeinen Art und Weise betrieben werden, wie dies oben in Verbindung mit den 9-12 beschrieben wurde. Das Touchpad-Anzeige-Panel 502 enthält ein Array von Pixeln geringer Dichte 504 bis 520. Jedes Sensor-Pixel 504 bis 520 dient zur Detektion, ob die Fingerkuppe eines Benutzers oder ein Stift, gegen ein Deckglas direkt über einem solchen Sensor-Pixel platziert wird. In dem in 17a gezeigten Beispiel gibt es etwa sieben hoch-dichte (high density) Pixel pro Längslänge in dem Fingerabdruck-Sensor-Bereich 500 für jedes einzelne Pixel bzw. Bildpunkt niedriger Dichte (z.B. 504).Die von dem Fingerabdruck-Sensor-Bereich 500 belegte Region ersetzt das, was ansonsten ein viermal-vier Array von Pixeln mit niedriger Dichte gewesen wäre. Wenn der Fingerabdruck-Sensor-Bereich 500 im „Fingerabdruck-Modus“ verwendet wird, um ein Fingerabdruck-Bild (image) zu erzeugen, dann wird jede Pixel-Elektrode in dem Pixel-Array einzeln bzw. individuell adressiert und sensorisch in der bereits oben beschriebenen Art und Weise erfasst.
Zurückkehrend zur 17b, werden während des Betriebs im „Mimik-Modus“, nun Gruppierungen von sieben zu sieben Pixeln innerhalb des Fingerabdruck-Sensor-Bereichs 500 zusammengestellt, um virtuelle Pixel mit geringer Dichte zu bilden, um dann die Pixel mit geringer Dichte 504 bis 520 von dem Touchpad-Panel 502 zu imitieren. Wie in 17b gezeigt, werden Pixel 522 mit virtuell niedriger Dichte gebildet durch ein Sieben-auf-Sieben-Array von Pixeln mit hoher Dichte. Wenn der FPS-Bereich 500 konfiguriert wird, um den Touchpad-Bereich 502 zu imitieren, werden die Zeilen des FPS-Bereichs 500 in einem zusammenstellenden Modus (ganged mode) ausgewählt oder nicht-ausgewählt. Die Anzahl der Zeilen im FPS-Bereich 500, die zu einem beliebigen Zeitpunkt aktiviert/ausgewählt werden, hängt von der Größe der FPS-Pixel höherer Dichte gegenüber der Größe der Touchpad-Pixel Dichte geringerer Dichte ab. In dem in den 17a und 17b gezeigten Beispiel werden Gruppen von sieben Zeilen des FPS-Bereichs 500 zusammengestellt. Neben der Auswahl von sieben benachbarten Zeilen, werden gleichzeitig auch benachbarte Spalten-Elektroden zusammen kurzgeschlossen. Auf diese Weise werden die Signale, die an den Pixel-Elektroden von 49 Pixel (7 x 7) gesammelt werden, miteinander gemittelt, wobei ein Ausgangssignal bereitgestellt wird, das Signale imitiert, die von jedem der Pixel mit geringerer Dichte (z.B. 504, 506 etc.) des Touchpad-Anzeige-Panels 502 erzeugt wurden. Der Fachmann erkennen, dass in diesem „Mimik-“ oder „Nachahmung“-Modus“ des Betriebs es möglich wäre, falls gewünscht, die zusammengestellten/gekürzten Spalten-Elektroden in dem FPS-Bereich 500 mit vorhandenen Spalten-Leitungen des Touchpad-Panels zum sensorischen Erfassen und zur Verarbeitung der dadurch bereitgestellten Signale zu verbinden.
Wie in 18 gezeigt, enthalten vier Pixel niedriger Dichte des Touchpads 502 die Nr. 503, 504, 505 und 506. Diese Pixel geringer Dichte werden durch die Zeilen-Leitungen 530 und 532 und die Spalten-Leitungen 534 und 536 adressiert. In 18 sind die Pixel höherer Dichte des Fingerabdruck-Sensor-Bereichs in zusammengestellter Weise dargestellt, dieses Mal zu einer höheren Dichte von zehn Pixeln zu zehn Pixeln pro virtuellem Pixel mit geringer Dichte. In diesem Beispiel haben die Touchpad-Pixel (503, 504, 505, 506) die Größe 500µm x 500µm, während die FPS-Pixel 50µm x 50µm groß sind. Um für den FPS Bereich den Touchpad-Bereich zu imitieren, werden die FPS Zeile 1 bis FPS Zeile 10 zur gleichen Zeit auf „ON“ geschaltet, und die FPS-Spalten werden zusammen kurzgeschlossen in Gruppen von 10 Spalten (d.h. FPS Spalte 1 bis FPS Spalte 10 kurzgeschlossen; FPS Spalte 11 bis FPS Spalte 20 kurzgeschlossen; etc.). Auf diese Weise kann die virtuelle FPS Pixel-Größe von 50µm x 50µm auf 500µm x 500µm erhöht werden. Das Zusammenlegen (ganging) der FPS Zeilen durch das Auswählen mehrerer Zeilen zur gleichen Zeit, und durch Kurzschließen bzw. Zusammen-Kürzen der gewünschten Anzahl an Spalten, wird erzielt durch Verwenden der TFTs. Diese Methode ermöglicht es einem feinen Pixel FPS das große Pixel des Touchpads zu imitieren.
Die Pixel höherer Dichte des Fingerabdruck-Sensor-Bereichs 500 werden durch Zeilen-Auswahl-Leitungen 548 adressiert, und die Spalten der ausgewählten Zeilen werden sensorisch erfasst durch Spalten-Elektroden-Leitungen 550. Vier virtuelle Pixel niedriger Dichte sind mit 540, 542, 544 und 546 bezeichnet. Zehn Zeilen-Adressen-Leitungen (FPS Zeile 11 bis FPS Zeile 20) können einzeln jede der zehn Zeilen (11-20) adressieren in virtuellen Pixeln niedriger Dichte 540, wenn ein Fingerabdruck-Bild erforderlich ist, oder alle zehn solcher Zeilen können gleichzeitig ausgewählt werden, wenn der Betrieb bzw. die Funktion der Pixel geringer Dichte imitiert wird. Ebenso können zehn Spalten-Sensor-Elektroden (FPS Spalte 1 bis FPS Spalte 10) können einzeln jede der zehn Spalten (1-10) sensorisch erfassen innerhalb des virtuellen Pixels 540 niedriger Dichte, wenn ein Fingerabdruck-Bild erforderlich ist, oder alle zehn solcher Spalten können zusammen gekürzt werden, wenn der Betrieb der Pixel geringer Dichte Pixel nachgeahmt wird.
Der Timing-Signalverlauf (waveform) nach 19 zeigt ferner den Betrieb bzw. die Funktion des Fingerabdruck-Sensor-Bereichs (FPS) 500 und seine Pixel höherer Dichte, wenn sie verwendet werden, um den Betrieb der Pixel geringerer zu imitieren. Während eines ersten Taktzyklus (t0), werden alle FPS Reihen 1-10 aktiviert, so dass die virtuellen Pixel 544 und 546 ausgewählt werden können. Während des gleichen Taktzyklus werden FPS Spalten 1-10 kurzgeschlossen, um das virtuelle Pixel 544 sensorisch zu erfassen, und die FPS Spalten 11-20 werden kurzgeschlossen, um das virtuelle Pixel 546 sensorisch zu erfassen. Während des nächsten Taktzyklus (t1), werden alle FPS Zeilen 1-10 einmal mehr deaktiviert, während die FPS Zeilen 11-20 alle aktiviert werden, so dass die virtuelle Pixel 540 und 542 ausgewählt werden können. Wieder einmal wird, während des Taktzyklus T1 die FPS Spalten 1-10 kurzgeschlossen, um das virtuelle Pixel 540 erfassen, und die FPS Spalten 11-20 werden kurzgeschlossen, um das virtuelle Pixel 542 zu erfassen. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis alle virtuellen Pixel sensorisch erfasst worden sind. Danach folgt eine ausreichende Anzahl von zusätzlichen Taktzyklen während denen die Zeilen des Touchpad-Panels (d.h. TP Zeile 1; TP Zeile 2; TP Zeile 3; ... TP Zeile N), einschließlich der Zeilen 530 und 532 einzeln ausgewählt sind, und die Touchpad-Spalten-Leitungen (z.B. 534 und 536) werden erfasst, um zu bestimmen, ob irgendeiner der Pixel in der ausgewählten Touchpad-Zeile von einem Benutzer-Finger oder einem Stift berührt werden.
Es wird nun Bezug auf die 14 und 15b genommen, die einen LCD-berührungs-empfindliches Panel oder Touchpad zeigen, das aus einem hoch-dichten TFT / kapazitiven Platten-Pixel-Array gebildet wird, aber das gewöhnlich in einem niedrig-dichten Touchpad-Modus betrieben wird. Wenn es im Touchpad-Modus betrieben wird, imitieren die Pixel höheren Dichte (feinere Teilung) den Betrieb der gering-dichten Touchpad-Pixel in der bereits oben erläuterten Weise. Die 15a und 15b helfen auch ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Touchpads zu veranschaulichen, wobei ein Fingerabdruck-Sensor-Bereich wahlweise an jeder beliebigen Stelle des Touchpads bereitgestellt werden kann, welchen der Benutzer zufällig mit seinem Finger anwendet. In 15a, enthält das Touchpad 702 ein Array von Pixeln geringer Dichte, einschließlich benachbarter Touchpad-Pixel 704 und 706. In 15a wird eine Fingerkuppe des Benutzers gegen eine „Kontakt“ - Region angewendet, nämlich die Region bzw. der Bereich des Touchpads mit dem gestrichelten Oval 700 markiert.
Die 15b ist eine Vergrößerung der unteren Hälfte des Touchpad 702 und das gestrichelte Oval 700 ist gezeigt überlagernd über einen rechteckigen Bereich des Touchpad 702, das von Touchpad Pixeln gebildet ist, welche nahe dem gestrichelten Oval 700 liegen, einschließlich der Bereiche entsprechend der Touchpad-Pixel 704 und 706. Jedoch, in 15b sind die Touchpad-Pixel 704 und 706, sowie andere Touchpad-Pixel, die in der Nähe des gestrichelten Ovals 700 liegen, in den Fingerabdruck-Sensor-Modus geschaltet worden, wobei die feiner geteilten (finer-pitch), hoch-dichten (high-density) Pixel jetzt einzeln betrieben werden, anstatt kollektiv, um eine höhere Auflösung zu liefern als wenn sie im Touchpad-Pixel-Modus betrieben würden.
Die Fähigkeit des Touchpads 702, ein Touchpad geringerer Dichte imitieren zu können, ermöglicht es dem Touch-Panel-Bereich, oder jedem Teil des Touch-Panel-Bereichs, als Fingerabdruck-Sensor eingesetzt zu werden. Ein Fingerabdruck-Bild kann, wenn gewünscht, von jeder Stelle auf dem Touch-Panel-702 aufgenommen werden. Zunächst kann das Touchpad 702 als ein herkömmliches Touchpad konfiguriert werden durch Kurzschließen der Adressierungs-Zeilen zusammen, und durch Kurzschluss der Spalten erfassenden Leitungen zusammen, um größere, weniger dichte Pixel, wie oben beschrieben, zu bilden. Alternativ könnte das Touch-Panel 702 als ein großer, hochauflösender Fingerabdruck-Sensor verwendet werden, mit dem ein Finger, mehrere Finger oder sogar Teile der Handfläche eines Menschen erfasst werden können. Schließlich könnte das Touch-Panel 702 als ein Touchpad konfiguriert werden, um zunächst festzustellen, wo sich die Fingerkuppe einer Person befindet, und dann, abhängig von der Fingerkuppen-Position, die detektierte Stelle als einen Fingerabdruck-Sensor-Bereich zu konfigurieren, um den Fingerabdruck der Person aufzunehmen.
Obgleich das Touch-Panel-702 als Touchpad oder als Fingerabdruck-Sensor-Bereich verwendet wird, kann die allgemeine Lage bzw. Stelle detektiert werden, an der Benutzer seine Fingerkuppe anlegt. Wenn das Touch-Panel-702 die Funktionsweise eines herkömmlichen Touchpads imitiert, können dieselben Methoden, die gegenwärtig verwendet werden, um die Fingerposition und Fingerbewegungs-Richtung für herkömmliche Touchpads zu bestimmen, auch für die gleichen Zwecke für das Touch-Panel-702 verwendet werden. Sobald die Lage der Fingerkuppe bestimmt ist, wird die unmittelbar umgebende Region zu einem hochauflösenden Fingerabdruck-Sensor-Bereich konvertiert, um die Aufnahme eines qualitativ hochwertigen Bildes eines Fingerabdrucks zu ermöglichen.
Bei der Durchführung des durch die 15a und 15b veranschaulichten Verfahrens wird ein Array bzw. Feld von Pixeln feineren Abstandsmaßes entlang sich kreuzender Zeilen und Spalten im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche des Touch-Panel 702 angeordnet. Wie zuvor beschrieben, enthält jedes Pixel feineren Abstandsmaßes vorzugsweise eine Schalt-Vorrichtung (z.B. ein TFT) und eine kapazitive Platte zum sensorischen Erfassen eines Hochfrequenz-Signals, das durch den Finger des Benutzers übertragen wird. Eine Serie bzw. Reihe von Zeilen-Adressierungs-Leitungen feineren Abstandsmaßes ist vorgesehen, wobei jede einer Zeile von Pixeln feineren Abstandsmaßes in dem Array zugeordnet ist. Jede Zeilen-Adressierungs-Leitung feineren Abstandsmaßes kann selektiv die Pixel feineren Abstandsmaßes mit der entsprechenden Zeile des Arrays adressieren. Wie zuvor wird auch eine Vielzahl von Spalten-Sensor-Leitungen feineren Abstandsmaßes bereitgestellt, wobei jede Spalten-Sensor-Leitung feineren Abstandsmaßes einer Spalte der Pixel feineren Abstandsmaßes in dem Pixel-Array feineren Abstandsmaßes zugeordnet ist. Jede solcher mit feinerem Abstandsmaß versehener / feiner-maßiger Spalten-Sensor-Leitungen kann ein Signal erfassen, das von der kapazitiven Platte des feiner-maßigen Pixels in einer ausgewählten Zeile des feiner-maßigen Pixel-Arrays geliefert wird. Während es nicht in den 15a und 15b gezeigt wird, wird der Fachmann verstehen, dass die Hochfrequenz-Signal-Sende-Elektroden, wie oben mit Bezug auf die 9 und 10 beschrieben, in dem Pixel-Array enthalten sein können, und selektiv aktiviert und deaktiviert werden können, um wirksam das Hochfrequenz-Signal in eine Benutzer-Fingerkuppe zu übertagen, die auf die „Kontakt“-Region des Touchpad 702 angewendet wird.
Wie oben mit Bezug auf die 17a, 17b und 18 erwähnt, werden die feiner-maßigen Pixel gruppiert oder unterteilt in ein Array von größeren Touchpad-Pixeln, wie die Touchpad-Pixel 704 und 706 in 15b, die auch in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Das Array der Touchpad-Pixel ist ein „kleineres Array“ in dem Sinne, dass es weniger Zeilen und Spalten enthält, obgleich es denselben grundlegenden zweidimensionalen Raum abdeckt. Jedes solcher Touchpad-Pixel enthält Pixel mit feinerem Abstandsmaß bzw. feiner-maßige Pixel, die an mindestens zwei, und in der Regel fünf oder mehr, verschiedenen Zeilen Reihen der feiner-maßigen Pixel angeordnet sind. Ebenso enthält jedes der Touchpad-Pixel feiner-maßige Pixel in mindestens zwei, und in der Regel fünf oder mehr, verschiedenen Spalten der feiner-maßigen Pixel. Der Mitte-zu-Mitte-Abstand von einem solchen Touchpad-Pixel zum nächsten benachbarten Touchpad-Pixel ist mindestens doppelt so groß, und noch typischer fünf oder mehrmals so groß, wie der Mitte-zu-Mitte-Abstand von einem feiner-maßigen Pixel zum nächsten, benachbarten feiner-maßigem Pixel.
Immer noch mit Bezug auf die 15a und 15b enthält das vorgenannte Verfahren einen ersten Betriebs- bzw. Funktions-Modus, bei dem alle die feiner-maßigen Pixel innerhalb des Touchpads 702 konfiguriert sind, um den Betrieb bzw. die Funktion der Touchpad-Pixel geringerer Dichte, wie 704 und 706, zu imitieren. In diesem ersten Betriebs-Modus werden die feiner-maßigen Pixel, die zusammen die Touchpad-Pixel 704 bilden, zum Beispiel, gleichzeitig für den gemeinsamen Betrieb aktiviert bzw. freigegeben. Mit anderen Worten, werden alle der Zeilen-Adressierungs-Leitungen für die feiner-maßigen Pixel, die in dem Touchpad-Pixel 704 angeordnet sind, zur gleichen Zeit aktiviert (d.h. die Zeilen-Adressierungs-Leitungen, welche die Gruppe von feiner-maßigen Pixeln aktiviert, werden wirksam miteinander kurzgeschlossen). Ähnlich werden auch die Spalten-Sensor-Elektroden, die mit den feiner-maßigen Pixeln verbunden sind, welche in dem Touchpad-Pixel 704 angeordnet sind, auch wirksam miteinander kurzgeschlossen zum gemeinsamen sensorischen Erfassen der Signale, die von den kapazitiven Platten aller feiner-maßigen Pixel kommen, die sich innerhalb des Touchpad Pixels 704 befinden. Auf diese Art und Weise imitiert ein jedes solches Touchpad-Pixel die Funktion eines herkömmlichen Touchpad-Pixels eines herkömmlichen Touchpads in dem ersten Betriebs-Modus. Während eines solchen ersten Betriebsmodus werden Signale, die von den Touchpad-Pixeln bereitgestellt werden, verwendet, um festzustellen, ob ein Zeiger (eine Fingerkuppe, ein Stift etc.) in der Nähe zur oberen Fläche des Touchpads 702 angewendet werden, und falls dies so ist, wird auch die Stelle eines solchen Zeigers auf dem Touchpad 702 detektiert.
Bezugnehmend auf 15b kann das Touchpad 702 zu einem zweiten Betriebs-Modus wechseln, wenn beispielsweise ein Bild bzw. Abbild der Fingerkuppe eines Benutzers abgebildet werden soll. Während dieses zweiten Betriebs-Modus wird bestimmt, welche Touchpad-Pixel in der Nähe der Zeiger- bzw. Cursor-Position liegen. Beispielsweise wird in 15b eine Gruppe von 20 Touchpad-Pixeln (die sich über vier Touchpad-Pixel quer und fünf Touchpad Pixel hoch erstrecken) bestimmt, dass sie in der Nähe zur Zeigerposition liegt, unter jenen 20 Touchpad-Pixeln werden diese mit 704 und 706 in 15a bezeichnet. Diese 20 Touchpad-Pixel werden dann neu konfiguriert, d.h. selektiv geschaltet, zurück zu den feiner-maßigen Pixeln, die einzeln adressiert und erfasst werden können. Während dieses individuellen Betriebs-Modus, werden die feiner-maßigen Pixel in jeder feiner-maßigen Zeile einzeln aktiviert, und das Signal, das von jeder kapazitiven Platte eines jeden solchen feiner-maßigen Pixels kommt, einzeln sensorisch erfasst, während eine jede Zeile feineren Abstandsmaßes aktiviert wird durch eine entsprechende feiner-maßige Zeilen-Adressierungs-Leitung. Deshalb ist, wie in 15b, das Array oder das im „Kontakt“-Bereich 700 abgebildeten Gitter so gezeichnet, dass es viel dichter ist als die Touchpad-Pixel, die sich außerhalb der „Kontakt“-Region 700 befinden. Demgemäß werden die einzelnen feiner-maßigen Pixel innerhalb des „Kontakt“-Bereichs 700 nun konfiguriert, um einen Fingerabdruck-Sensor-Bereich zum Erfassen eines Fingerabdruck-Bilds der Fingerkuppe eines Benutzers zu bilden.
Die 15a und 15b veranschaulichen die Art und Weise, in der das Touchpad 702 einen Fingerabdruck-Sensor-Bereich in der Nähe eines Kontakt-Bereiches darstellen kann, der derzeit von einem Finger eines Benutzers berührt wird, irgendwo innerhalb des Touch-Panels bzw. Berührungs-Feldes 702. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass, wenn gewünscht, der Fingerabdruck-Sensor-Bereich erweitert werden könnte, um die gesamte Oberfläche des Touchpads 702 zu umfassen. Mit anderen Worten, könnte jeder in 15a gezeigte Touchpad-Pixel. 15a umgeschaltet werden von seinem ersten (oder „Nachahmungs“)-Betriebs-Modus zu seinem zweiten (oder „Individual“)-Betriebs-Modus, auftretend in der gesamten Touchpad-Fläche, die im High-Density-Pixel-Modus betrieben wird. Auf diese Weise können zwei oder mehr Fingerabdrücke oder kann sogar ein Handabdruck als Bild erfasst werden.
Ein Fingerabdruck-Sensor der generell oben beschriebenen Art kann auch innerhalb eines Tastenknopfes, wie in den 20a und 20b gezeigt, eingearbeitet werden. Der Tastenknopf 600 kann zum Beispiel ein Sicherheitsmerkmal an einem geschützten Türrahmen, einem Aufzug etc. darstellen, wobei der Zugang auf diejenigen beschränkt ist, deren Fingerabdruck zu einem gespeicherten Fingerabdruck einer Person passt, deren Identität zuvor verifiziert worden ist. Der Tastenknopf 600 umfasst ein Pixel-Array 602, das von einer Schutzschicht 604 aus Glas bedeckt ist. Das Pixel-Array, das auf einem flexiblen Substrat 606 ausgebildet ist, das mit einen Klebstoff 609 auf einer Leiterplatte 608 montiert ist. Ein integrierter Schaltkreis-Chip 686 ist auf der Leiterplatte 608 montiert. Ein flexibler elektrischer Steckverbinder 610 erstreckt sich zwischen dem flexiblen Substrat 606 und der Leiterplatte 608, um die elektrischen Verbindungen zwischen dem Pixel-Array 602 und dem IC-Chip 686 herzustellen. Innerhalb der 20a kann der umgebende Ring 612 vorgesehen sein, um das Hochfrequenzsignal in den Finger des Benutzers zu übertragen, sobald der Benutzer den Tastenknopf mit seiner oder ihrer Fingerkuppe drückt. Alternativ kann die äußere Übertragungs-Elektrode weggelassen werden, falls gewünscht, und die Übertragungs-Elektroden können selektiv aktiviert werden, fern von der bestimmten Zeile, die in dem gegebenen Moment erfasst wird, und zwar in der bereits oben beschriebenen Weise.
Der Fachmann wird erkennen, dass der hier beschriebene Fingerabdruck-Sensor sich selbst für Anwendungen für Berührungs-Elektronik anbietet und die Fähigkeit des Sensors erhöht, Fingerabdruck-Bilder durch dickere Schutzflächen sensorisch zu erfassen bzw. zu erkennen, der größere Schutz für ein darunterliegendes Pixel-Array bieten. So kann beispielsweise der vorliegende Fingerabdruck-Sensor erfolgreich mit dicken Deckgläsern verwendet werden, die in Handy-Touch-Display-Panels vorgesehen sind. Außerdem kann die hier beschriebene Vorrichtung mit einem relativ kleinen integrierten Schaltkreis-Chip verwendet werden, unabhängig von den Abmessungen des Pixel-Arrays, was die Herstellungskosten reduziert. Der offenbarte Fingerabdruck -Sensor bietet eine Erhöhung der Signalstärke und ein verbessertes Signal-zu-Rausch-Verhältnis durch dicke Materialien, und bietet die Möglichkeit, das Signal durch dickere Materialien „fokussiert“ zu halten, so dass das Bild der Finger-Berge und -Täler bei einer ausreichend hohen Auflösung für die richtige Erkennung ist. Die hier beschriebene Erfindung kann in jeder Anwendung eingesetzt werden, die eine berührungs-empfindliche Fläche verwendet, wie Handys, Touchpads, Notebooks, Notepads, E-Reader und ähnliche. Die Erfindung kann verwendet werden, um biometrische Sicherheit in elektronische Produkte einzubetten mit minimalen Auswirkungen auf die Produkt-Größe, auf Kosten und Verarbeitung.
Aus der vorstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, wird der Fachmann erkennen, dass die vorliegende Erfindung einen Fingerabdruck-Sensor zum Abbilden eines Personen-Fingerabdrucks bereitstellt, ohne die Verwendung eines integrierten Halbleiterschaltungs-Chips derselben Abmessungen wie das verwendete Pixel-Array zu benötigen, um das Abbild des Fingerabdrucks zu erfassen, wodurch die Produktionskosten deutlich gesenkt werden. Der Fingerabdruck-Sensor der vorliegenden Erfindung unterscheidet ohne weiteres die Berge und Täler einer Fingerkuppe, die auf einer Deckplatte aufgebracht ist, welche über dem Pixel-Array liegt, selbst mit relativ dicken Deckplatten. Die offenbarte Erfindung überträgt wirksam ein Hochfrequenz-Träger-Signal in die Fingerkuppe der Person ohne gleichzeitig ein solches Träger-Signal direkt in das Pixel-Array einzukoppeln, d.h. das Träger-Signal ist gezwungen, in die Benutzer-Fingerkuppe überzugehen bevor es zurück in das Pixel-Array übertragen wird.
Wie oben erwähnt, reduziert ein Fingerabdruck-Sensor, der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, auch signifikant die Anzahl der elektrischen Leitungen, die sich zwischen dem Pixel-Array und einem zugehörigen integrierten Schaltkreis erstrecken müssen, der verwendet wird, um das Fingerabdruck-Bild zu verarbeiten, das von dem Pixel-Array erfasst wird, weitgehend durch Demultiplexen der Zeilen-Adressierungs-Leitungen und/oder durch Multiplexen der Spalten-Daten-Leitungen. Die vorliegende Erfindung selbst eignet sich für die differentielle Erfassung von Signalen, die von den Pixel-Elektroden erfassten werden, wodurch ein Abweisen von Gleichtakt-Rauschsignalen verbessert wird. Ein Fingerabdruck-Sensor der vorliegenden Erfindung kann leicht in einem herkömmlichen berührungs-empfindlichen Pad eingearbeitet werden, und kann sogar die Pixel geringerer Dichte des Touchpads imitieren, wenn sie nicht verwendet wird, um ein Abbild eines Fingerabdrucks zu bilden, währen dieselben Sensor-Schichten und dieselben Fertigungstechniken verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele davon beschrieben, wobei diese Beschreibung nur zu illustrativen Zwecken dient und nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung ausgelegt werden soll. Verschiedene Modifikationen und Änderungen können zu den beschriebenen Ausführungsformen vom Fachmann vorgenommen werden, ohne vom wahren Geist und Umfang der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, abzuweichen.

Claims

Fingerabdruck-Sensor (70), umfassend in Kombination: a) ein erstes Substrat (73) mit einer Vielzahl von Pixeln, die darin ausgebildet sind, wobei das erste Substrat eine erste Oberfläche aufweist, wobei die Pixel in einem Pixel-Array (72) von R Zeilen und N Spalten angeordnet sind, wobei jedes Pixel eine Schalt-Vorrichtung (90) und ferner eine kapazitive Platte (104) nahe der Oberfläche des ersten Substrats aufweist; b) eine Vielzahl von R Zeilen-Adressierungs-Elektroden (92), wobei jede Zeilen-Adressierungs-Elektrode mit den Schalt-Vorrichtungen der Pixel in einer zugehörigen Zeile des Pixel-Arrays verbunden ist zum selektiven Aktivieren der Schalt-Vorrichtungen in der zugehörigen Pixel-Zeile; c) eine Vielzahl von N Daten-Elektroden (146), wobei jede Daten-Elektrode mit den Schalt-Vorrichtungen der Pixel in einer zugehörigen Spalte des Pixel-Arrays verbunden ist zum Erfassen eines Signals, das von der kapazitiven Platte des Pixels bereitgestellt wird, das an einem Schnittpunkt einer ausgewählten Pixel-Zeile und der zugehörigen Spalte des Pixel-Arrays angeordnet ist, und d) eine Deckschicht, die die Oberfläche des ersten Substrats überdeckt zur Aufnahme einer Fingerkuppe eines Benutzers; e) mindestens eine Sende-Elektrode (74), die nahe der Oberfläche des ersten Substrats ausgebildet und seitlich von dem Pixel-Array beabstandet ist zum Übertragen eines elektrischen Signals mit variierender Amplitude; f) wobei das elektrische Signal mit variierender Amplitude, das von der mindestens einen Sende-Elektrode ausgesendet wird, in einen Finger eines Benutzers eingekoppelt wird, der seine Fingerkuppe über der Deckschicht platziert, und wobei das elektrische Signal, das in den Finger des Benutzers eingekoppelt wird, außerdem durch die kapazitiven Platten in das Pixel-Array in einem größeren oder geringeren Ausmaß eingekoppelt wird, abhängig davon, ob eine Erhebung oder eine Vertiefung der Fingerkuppe des Benutzers ein bestimmtes Pixel in dem Pixel-Array überlagert.
Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 1, wobei die Schalt-Vorrichtungen, die in dem Pixel-Array enthalten sind, Dünnschicht-Transistoren (TFTs) sind.
Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Sende-Elektrode (74) sich im Wesentlichen vollständig um das Pixel-Array (72) erstreckt.
Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 1, wobei das erste Substrat (73) und die Deckschicht integral ausgebildet sind.
Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 1, wobei das erste Substrat (73) relativ flexibel ist.
Touchpad (310) enthaltend einen Fingerabdruck-Sensor (70), umfassend in Kombination: a) ein Substrat (73) mit einer oberen Fläche bzw. Oberfläche; b) ein Array (72) aus Sensor-Pixeln, die in dem Substrat ausgebildet und entlang überschneidender Zeilen und Spalten angeordnet sind zum Erfassen des Vorhandenseins und der Position eines Zeigers, der in Nähe der Oberfläche des Substrats angelegt wird, wobei benachbarte Sensor-Pixel voneinander durch einen ersten vorbestimmten Abstand beabstandet sind, wobei jedes Sensor-Pixels ein Signal bereitstellt, das anzeigt, ob ein Zeiger in Nähe eines solchen Pixels angelegt wird; c) eine Vielzahl von Zeilen-Adressierungs-Leitungen (94), die von dem Substrat getragen werden, wobei jede Zeilen-Adressierungs-Leitung einer Zeile des Sensor-Pixels in dem Array von Sensor-Pixeln zugeordnet ist, und wobei jede Zeilen-Adressierungs-Leitung selektiv aktiviert wird zur Adressierung der Sensor-Pixel, die einer solchen Zeilen-Adressierungs-Leitung zugeordnet sind; d) eine Vielzahl von Spalten-Sensor-Leitungen (146), die von dem Substrat getragen werden, wobei jede Spalten-Sensor-Leitung einer Spalte der Sensor-Pixel zugeordnet ist zum Erfassen eines Signals, das von dem Sensor-Pixel in einer Zeile von Sensor-Pixeln bereitgestellt wird, die durch eine aktivierte Zeilen-Adressierungs-Leitung ausgewählt werden; e) einen Fingerabdruck-Sensor-Bereich (300), der auf dem Substrat ausgebildet ist, wobei der Fingerabdruck-Sensor-Bereich aufweist: i) eine Vielzahl von Pixeln (704, 706) feineren Abstandsmaßes, die entlang sich schneidender Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei jedes Pixel feineren Abstandsmaßes eine Schalt-Vorrichtung aufweist und ferner eine kapazitive Platte (104) aufweist, wobei jedes Pixel feineren Abstandsmaßes von benachbarten Pixeln feineren Abstandsmaßes durch einen zweiten vorbestimmten Abstand beabstandet ist, wobei der zweite vorbestimmte Abstand kleiner als ein Drittel des ersten vorbestimmten Abstands ist; ii) eine Vielzahl von Zeilen-Adressierungs-Leitungen feineren Abstandsmaßes, wobei jede Zeilen-Adressierungs-Leitung feineren Abstandsmaßes einer Spalte von Pixeln feineren Abstandsmaßes in dem Array (72) zugeordnet ist, und wobei jede Zeilen-Adressierungs-Leitung feineren Abstandsmaßes selektiv aktiviert wird zur Adressierung der Pixel feineren Abstandsmaßes, die einer solchen Zeilen-Adressierungs-Leitung feineren Abstandsmaßes zugeordnet sind; iii) eine Vielzahl von Spalten-Sensor-Leitungen feineren Abstandsmaßes, wobei jede Spalten-Sensor-Leitung feineren Abstandsmaßes einer Spalte von Pixeln feineren Abstandsmaßes zugeordnet ist zum Erfassen eines Signals, das von der kapazitiven Platte (104) eines Pixels feineren Abstandsmaßes in einer Zeile der Pixel feineren Abstandsmaßes bereitgestellt wird, die von einer aktivierten Zeilen-Adressierungs-Leitung feineren Abstandsmaßes ausgewählt wird, und... f) wobei mindestens eine der i) Touchpad-Zeilen-Adressierungs-Leitungen oder der ii) Touchpad-Spalten-Sensor-Leitungen, die den Fingerabdruck-Sensor-Bereich (300) begrenzen, auch als eine Sende-Elektrode (74) dient zum Senden eines elektrischen Signals mit variierender Amplitude, wenn der Fingerabdruck-Sensor-Bereich verwendet wird, um einen Fingerabdruck des Benutzers zu erfassen; g) wodurch das elektrische Signal mit variierender Amplitude, das von der Sende-Elektrode (74) ausgesendet wird, in einen Finger eines Benutzers eingekoppelt wird, der seine Fingerkuppe über den Fingerabdruck-Sensor-Bereich (300) platziert, und wobei das elektrische Signal, das in den Finger des Benutzers eingekoppelt wird, außerdem durch die kapazitiven Platten in das Pixel feineren Abstandsmaßes-Array in einem größeren oder geringeren Ausmaß eingekoppelt wird, abhängig davon, ob eine Erhebung oder eine Vertiefung der Fingerkuppe des Benutzers ein bestimmtes Pixel in dem Pixel-Array feineren Abstandsmaßes überlagert.
Fingerabdruck-Sensor (70), umfassend in Kombination: a) ein erstes Substrat (73) mit einer Vielzahl von Pixeln, die darin ausgebildet sind, wobei das erste Substrat eine erste Oberfläche aufweist, wobei die Pixel in einem Pixel-Array (72) von R Zeilen und N Spalten angeordnet sind, wobei jedes Pixel eine Schalt-Vorrichtung (90) und ferner eine kapazitive Platte (104) nahe der Oberfläche des ersten Substrats aufweist; b) eine Vielzahl von R Zeilen-Adressierungs-Elektroden (92), wobei jede Zeilen-Adressierungs-Elektrode mit den Schalt-Vorrichtungen der Pixel in einer zugehörigen Zeile des Pixel-Arrays verbunden ist zum selektiven Aktivieren der Schalt-Vorrichtungen in der zugehörigen Pixel-Zeile; c) eine Vielzahl von N Daten-Elektroden (146), wobei jede Daten-Elektrode mit den Schalt-Vorrichtungen der Pixel in einer zugehörigen Spalte des Pixel-Arrays verbunden ist zum Erfassen eines Signals, das von der kapazitiven Platte des Pixels bereitgestellt wird, das an einem Schnittpunkt einer ausgewählten Pixel-Zeile und der zugehörigen Spalte des Pixel-Arrays angeordnet ist, und d) eine Deckschicht, die die Oberfläche des ersten Substrats überdeckt zur Aufnahme einer Fingerkuppe eines Benutzers; e) eine Vielzahl von Sende-Elektroden (74), die nahe der Oberfläche des ersten Substrats ausgebildet sind, wobei die Vielzahl von Sende-Elektroden sich im Allgemeinen parallel zu und in Nähe einer zugehörigen der Vielzahl von Zeilen-Adressierungs-Elektroden erstrecken, wobei jeder der Vielzahl von Sende-Elektroden selektiv ein elektrisches Signal mit variierender Amplitude sendet; f) wobei die Vielzahl von Sende-Elektroden (74) einen ersten Satz von Sende-Elektroden enthält, die sich im Allgemeinen in Nähe einer ausgewählten Zeilen-Adressierungs-Elektrode befinden, und einen zweiten Satz von Sende-Elektroden enthält, die sich weiter entfernt von der ausgewählten Zeilen-Adressierungs-Elektrode befinden, wobei der erste Satz von Sende-Elektroden aktiviert wird während die ausgewählte Zeilen-Adressierungs-Elektrode selektiv die Schalt-Vorrichtungen in der zugehörigen Pixel-Zeile aktiviert, und wobei der zweite Satz von Sende-Elektroden aktiviert wird, um das elektrische Signal mit variierender Amplitude zu senden während die ausgewählte Zeilen-Adressierungs-Elektrode selektiv die Schalt-Vorrichtungen in der zugehörigen Pixel-Zeile aktiviert; g) wobei das elektrische Signal mit variierender Amplitude, das vom dem zweiten Satz von Sende-Elektroden gesendet wird, in einen Finger eines Benutzers eingekoppelt wird, der seinen Finger über der Deckschicht anlegt, und wobei das elektrische Signal, das in den Finger des Benutzers eingekoppelt wird, ferner durch die kapazitiven Platten in das Pixel-Array in einem größeren oder kleineren Ausmaß eingekoppelt wird, abhängig davon, ob eine Erhebung oder eine Vertiefung der Fingerkuppe des Benutzers ein bestimmtes Pixel in dem Pixel-Array überdeckt.