TW200424498A - Capacitance detection device and drive method thereof, fingerprint sensor, and biometrics authentication device - Google Patents

Description

200424498 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種在指紋等之具有微小凹凸之被檢物 的表面形狀上讀取其靜電容量變化之靜電容量偵測技術。 【先前技術】 在日本特開平11-118415號公報、日本特開 2000-3 46608號公報、日本特開200 1 -5 6204號公報、日本特開 2 0 0 1 - 1 3 3 2 1 3號公報中揭示有，在形成於單結晶矽基板上 之感測器電極之表面上被覆以電介質，以指尖的電位做爲 基準電位，利用形成於指尖與感測器電極之間的靜電容量 因應於指紋的凹凸的變化而認識指紋的技術。 但是，先前技術之靜電容量式指紋感測器係形成於單 結晶矽基板上之故，因此會有指尖強力壓迫指紋感測器時 會裂開之不利情形。並且，在構成指紋感測器方面，必須 形成指尖的面積（大約20毫米χ20毫米）左右之大小， 因此形成於單結晶矽基板上時會導致高價位之不利情形。 再者，感測器電極與電晶體組合的靜電容量偵測電路配置 成矩陣狀，利用感測器電極與指尖之間形成的靜電容量之 電容變化而驅動電晶體，而使電流向外部電路流出之先前 技術的構成中，配置於指紋偵測部的電晶體尺寸有限制之 故’因而無法獲得充分的電流驅動能力，因此產生無法進 行高精度感測之不利情形。 (2) (2)200424498 【發明內容】 因此，爲了解決上述課題，本發明係以提供可高精度 且穩定地感測之靜電容量偵測裝置、指紋感測器及生物辨 識認證裝置做爲課題。 並且，本發明係以低價位提供實用上具備耐用強度之 靜電容量偵測裝置、指紋感測器及生物辨識認證裝置做爲 課題。 爲了解決上述課題，本發明之靜電容量偵測裝置，係 利用對應於與被檢物表面之間形成的靜電容量之偵測信號 輸出，因而讀取上述被檢物表面之凹凸資訊的靜電容量偵 測裝置，其具備有：配置在靜電容量偵測電路中將上述偵 測信號輸出之複數個偵測部，及將上述偵測信號放大之放 大電路。上述靜電容量偵測電路具備有：在與上述被檢物 表面之間形成靜電容量用之感測器電極、將對應於上述靜 電容量的偵測信號輸出之信號輸出元件、及連接到上述偵 測信號的信號傳達經路之低電位電源線。上述放大電路係 做爲將上述偵測信號輸出到上述靜電容量偵測電路用之信 號源的功能，而將上述偵測信號從上述放大電路經由上述 信號輸出元件而傳達到上述低電位電源線之構成。利用該 構成，將偵測信號放大之放大電路係可與靜電容量偵測電 路做爲另體之構成，因此構成放大電路的電晶體尺寸可設 計成比較大，因而可使偵測精度提高。 本發明之較佳形態方面，上述偵測信號係電流信號， 上述放大電路較佳係做爲將上述電流信號供給到上述靜電 (3) (3)200424498 容量偵測電路的電流源之功能。由於該做爲偵測信號之電 流信號，可使與被檢物表面之間形成的靜電容量不被外部 負何哀減而被偵測。 本發明之較佳形態方面，上述放大電路較佳爲形成於 上述偵測部之形成領域外。在偵測部上高密度地配置有複 數個靜電容量偵測電路之故，因此電晶體尺寸有限制，因 而提高電流驅動能力亦隨著變成困難，但是在上述偵測部 之形成領域外形成放大電路之時，可使電晶體尺寸不受限 制地被設計，因此可提高放大電路之電流驅動能力。因而 ，使高精度之感測成爲可能。 本發明之較佳形態方面，又具備有選擇上述靜電容量 偵測電路用之複數條選擇線、及將上述偵測信號從上述放 大電路輸出到上述靜電容量偵測電路用之複數條資料線， 上述靜電容量偵測電路更具備有連接到上述選擇線之選擇 電晶體，利用上述選擇電晶體之開關控制，而構成可控制 上述資料線與上述信號輸出元件之通電/切斷較佳。利用 相關之構成，可將配置於偵測部之複數個靜電容量偵測電 路活性地驅動，因此使高解析度之感測成爲可能。 本發明之較佳形態方面，較佳爲更具備有做爲將上述 偵測信號輸出到上述資料線上之前階段、而將上述資料線 預充電用之預充電手段。在感測之前階段上將資料線預充 電之時，可使資料線的電位穩定化，因而可提高感測之速 度。 本發明之較佳形態方面，又具備有：設定上述預充電 -6- (4) (4)200424498 手段進行上述資料線之預充電的預充電期間’與上述信號 輸出元件將上述偵測信號輸出之感測期間之比率用的預充 電期間設定手段。將預充電期間縮短之時’可確保充分的 感測期間，因此可進行高精度之感測。 本發明之較佳形態方面，上述信號輸出元件係具備有 電流控制端子、電流輸入端子、及電流輸出端子之三端子 電晶體之構成，做爲將對應於上述靜電容量的偵測信號輸 出之前階段更具備有：將上述電流控制端子之電位控制成 預定之電位的電位控制手段。利用該構成，可將注入於三 端子電晶體之電流控制端子的電荷排出，而使電流控制端 子的電位穩定化，因此可提高感測之精度。 本發明之較佳形態方面，上述靜電容量偵測電路更具 備有容量値爲一定之基準電容，上述信號輸出元件可將對 應於上述靜電容量與上述基準電容之容量比的偵測信號輸 出。設置容量値爲一定之基準電容之時，可提高感測之精 度。 本發明之較佳形態方面，上述靜電容量偵測電路係形 成於絕緣性基板上。將靜電容量偵測電路形成於絕緣性基 板上之時，可提高感測器之機械強度。並且，在絕緣性基 板方面，採用玻璃基板或塑膠基板之時，亦可使製造成本 降低。 本發明之指紋感測器係具備有本發明之靜電容量偵測 裝置，其係構成可讀取指紋的凹凸資訊。利用該構成，可 進行指紋資訊之高精度感測。 -7- (5) (5)200424498 本發明之生物辨識認證裝置係具備有本發明之指紋感 測器。在此處，所謂「生物辨識認證裝置」係指使用指紋 資訊做爲生物辨識資訊而進行本人認證之功能的組裝裝置 之謂，除了 1C卡、現金卡、信用卡、身份證明書等之各 種卡片媒體以外，其更包含電子商務交易之本人認證裝置 、入退室管理裝置、電腦終端裝置之認證裝置等之所有安 全系統。 本發明之靜電容量偵測裝置的驅動方法，係爲具備有 :對應於與被檢物表面之間形成的靜電容量而將電流信號 之放大率加減之電流放大元件，及將上述電流信號供給到 上述電流放大元件用之資料線，及將流動於上述資料線中 之電流信號放大之放大電路，及控制上述資料線與上述電 流放大元件之通電/切斷的選擇電晶體，及連接到電流信 號的輸出經路之低電位電源線的靜電容量偵測裝置的驅動 方法，其中包含有：將上述選擇電晶體做成閉狀態，而切 斷上述資料線與上述電流放大元件之間的電力之切斷步驟 ，及將上述資料線預充電到預定電位的預充電步驟，及在 上述資料線之預充電完成之後，將上述選擇電晶體做成開 狀態，而導通上述資料線與上述電流放大元件之間的電力 之導通步驟，及將電流信號從上述放大電路經由上述資料 線而供給到上述電流放大元件，以對應於上述靜電容量之 電流放大率而將上述電流信號放大之感測步驟。因而，利 用電流放大元件將電流信號放大之前階段方面，將上述資 料線預充電到預定電位之時，可避免感測前之資料線的電 -8- (6) (6)200424498 位誤差所導致之感測精度之降低，因此可進行高精度之感 實行上述預充電步驟之期間（預充電期間），與實行 上述感測步驟之期間（感測期間）之比率（負載比（duty ratio )最好爲可變。將預充電期間短縮，而使資料線的電 位在短時間內穩定化於預定之電位時，可確保充分的感測 期間。因此，可進行高精度之感測。 [實施方式】 〔發明之第1實施形態〕 以下將參照各圖而說明本發明較佳之第1實施形態。 第2圖係被驗者之指紋的凹凸資訊變換成電氣信號的 靜電容量偵測電路3 1之電路構成圖。同一偵測電路3 1係 具備有：選擇同一偵測電路3 1用之選擇電晶體3 2、被驗 者之指尖與感測器電極之間形成的靜電容量3 3、根據靜 電容量3 3之微小容量變化而將攜有指紋的凹凸資訊之偵 測信號輸出之信號輸出元件3 4、將進行選擇電晶體3 2之 開閉控制用的信號傳達之掃瞄線3 6、傳達偵測信號用之 資料線3 7、構成偵測信號之輸出經路之低電壓電源線V s s 、及容量値一定之基準電容Cs所構成。將靜電容量33之 電容値做爲Cd時，偵測電容Cd係因應於被驗者之指紋 的凹凸與感測器電極（參照第4圖）之間的距離而定。信 號輸出元件3 4方面，雖然只要可將對應於偵測電容C d的 偵測信號輸出之元件的話，並未特別加以限定，但是仍以 -9- (7) (7)200424498 可因應於偵測電容C d之大小而實行電流放大作用之信號 放大元件（電流放大元件）較佳。這種信號放大元件方面 ，在本竇施形態中雖然例示有由閘端子（電流控制端子） 、源端子（電流輸入端子）、及汲端子（電流輸出端子） 所形成之三端子電晶體，但是並未限定於此。 上述之構成中，邏輯位準Η之信號被輸出到掃瞄線 3 6上，而使選擇電晶體3 2成爲開狀態之時，在資料線3 7 中有以信號輸出元件3 4之閘電位所決定之偵測電流流動 著。該偵測電流係做爲對應於偵測電容Cd之偵測信號而 處理。偵測信號中含有指紋的凹凸資訊。信號輸出元件 34之閘電位係由信號輸出元件34本身之寄生電容Ct (未 圖示）、基準電容Cs、及偵測電容Cd之分別的電容比而 決定。 例如，將被驗者之指尖靠近感測器電極之時，指紋的 凸部靠近感測器電極時，偵測電容Cd相對於寄生電容Ct 及基準電容Cs係變成十分地大，因此信號輸出元件34之 閘電位接近接地電位。其結果，使信號輸出元件3 4成爲 大致OFF之狀態，在信號輸出元件34之源極/汲極間有 極微弱的電流流動。另一方面，指紋的凹部靠近感測器電 極時，偵測電容Cd相對於寄生電容Ct及基準電容Cs係 變成十分地小，因此信號輸出元件3 4之閘電位接近掃瞄 線3 6之電位。掃瞄線3 6變成活性之狀態中，掃瞄線3 6 之電位係爲高電位Vdd。其結果，使信號輸出元件34成 爲大致ON之狀態，在信號輸出元件3 4之源極/汲極間 -10- (8) 200424498 有比上述之極微弱電流更大的電流流動著。在此處，信 輸出元件3 4之源端子係連接到低電壓電源線Vss之故 因此在信號輸出元件3 4中流動之偵測電流之方向爲從 料線3 7流向低電壓電源線V s s。亦即，載有被驗者之指 的凹凸資訊之偵測信號係以從外部電路流入靜電容量偵 電路31之方式而輸出。 第4圖係以感測器電極爲中心之靜電容量偵測電 3 1的剖面構造圖。如同一圖所示，在靜電容量偵測電 3 1中，將載有被驗者之指紋的凹凸資訊之偵測信號輸 之信號輸出元件3 4，與被驗者之指尖F之間形成有形 靜電容量3 3用之感測器電極（偵測電極）7 1。信號輸 元件3 4係包含閘電極7 0、閘絕緣膜6 8、多結晶矽層 、源/汲電極69所構成的金氧半導體（MOS )電晶體 靜電容量3 3係因應於指紋的凹凸圖型而可變化其電容 之可變電容。指尖F之電位係設定爲基準電位。感測器 極7 1連接到閘電極7 0，其係由指紋的凹凸造成偵測電 C d的變化被傳達到信號輸出元件3 4，由於在通道中流 的汲電流之放大作用而可感測靜電容量變化之構成。 製造同一圖所示之靜電容量偵測電路3 1方面，將 化矽等之底層絕緣膜62積層在絕緣性基板6 1上，在其 將向異性矽成膜而結晶化，而形成多結晶矽層6 3。其 ，在多結晶矽層63上形成閘絕緣膜68及閘電極70， 自己整合的方式將不純物注入多結晶矽層6 3而擴散， 而形成源/汲領域。其次，在形成第1層間絕緣膜64 號 資 紋 測 路 路 出 成 出 6 3 〇 値 電 容 動 氧 上 次 以 因 之 -11 - 200424498 Ο) 後，開設窗孔（contact hole)而形成源/汲電極69。再 者，將第2層間絕緣膜65、66積層且開設窗孔，而形成 感測器電極7 1。最後，將表面全體以鈍化膜67被覆。在 此處，第2層間絕緣膜6 5、6 6形成二層構造，其雖然係 爲了確保在下層之第2層間絕緣膜6 5之平坦性，且在上 層之第2層間絕緣膜6 6可獲得所需之膜厚而做成，但是 亦可做成單層構造。 又，在絕緣性基板6 1上形成電晶體等之半導體元件 上，並未限定上述之製法，例如，適當地使用日本特開平 1 1-31281 1 號公報或宇都宮氏等所著 Society for Information Display ρ·916 ( 2000)中所揭示之剝離複印 技術之時，亦可將電晶體等之半導體元件形成在絕緣性基 板6 1上。適當地使用剝離複印技術的話，絕緣性基板6 1 方面可採用塑膠基板或玻璃基板等具有適當強度且低價位 之基板，因此可提高靜電容量式指紋感測器1的機械強度 〇 第1圖係將上述之靜電容量偵測電路31配列成主動 矩陣狀的靜電容量式指紋感測器1之方塊圖。如同一圖所 示，同一指紋感測器1具備有：選擇資料線3 7用之資料 線驅動器1 〇、選擇掃猫線3 6用之掃猫線驅動器2 0、具有 指紋偵測部之功能的主動矩陣部3 0、將偵測信號放大用 之放大電路4〇所構成。資料線驅動器1 〇具備有決定依順 序選擇資料線3 7之計時的移位暫存器1 1 ’及類比開關]2 的構成。掃瞄線驅動器2 0具備有決定依順序選擇掃瞄線 -12 - (10) (10)200424498 3 6之計時的移位暫存器2 1之構成。靜電容量偵測電路3 1 在主動矩陣部3 0上配列成矩陣狀（Μ行X N列），Μ條 之掃瞄線3 6與Μ條之低電壓電源線Vss係沿著行方向配 線，N條之資料線3 7係沿著列方向配線。在上述之構成 中，Μ條之掃瞄線3 6在每一條線上成爲活性之時，在某 時點中成爲活性之掃瞄線3 6上有並列的Ν條之資料線3 7 經由類比開關1 2而依順序地選擇，且以連接到放大電路 40的方式而做點順序驅動。 第3圖係將靜電容量偵測電路3 1之偵測信號放大之 放大電路4 0之電路構成圖。放大電路4 0係具備有前段之 電流鏡電路4 1，及後段之電流鏡電路4 2的構成。在前段 之電流鏡電路4 1中，閘電位將保持於參考電壓V R之 MOS電晶體41a所輸出一定之參考電流iref與信號輸出元 件34所輸出之偵測電流ldat比較，後段之電流鏡電路42 中’將參考電流Iref與偵測電流Idat之相差部分放大之後 的信號OUT輸出。參考電流Iref係預先設定在偵測電流 Id at之最大値與最小値的大致中間。預先設定之預定閾値 與信號OUT之信號位準做比較，可獲得由2値資料所形 成的指紋資訊。 又’在同一圖之中’時脈信號係與輸入到移位暫存器 11的脈衝信號爲同一者，其係與類比開關1 2之切換計時 同步。 其次’將說明靜電容量式指紋感測器1之應用例。第 5圖顯示智慧卡8丨之方塊圖，其係由上述之靜電容量式 -13- (11) (11)200424498 指紋感測器1、組裝有C P U或記憶元件等的I c晶片8 2、 及液晶顯不器等之顯示裝置83之構成。在1C晶片82中 之生物辨識資訊方面，係註冊有卡片所有者之指紋資訊。 第6圖係顯示智慧卡81之認證順序。卡片使用者以指尖 接觸指紋感測器1時，將指紋資訊輸入智慧卡8丨之時， 該指紋資訊與預先註冊之指紋資訊進行比對（步驟S2 ) 。在此處’指紋爲一致之時（步驟S 2 ; Y E S )，密碼被發 行（步驟S3 )。其次，由卡片所有者將密碼輸入（步驟 S4 )。檢查在步驟S3發行的密碼與在步驟S4輸入的密碼 是否爲一致（步驟S 5 )，一致之情況下（步驟S 5 ; Y E S )，卡片被准許使用（步驟S 6 )。 因而，除了密碼以外加上由指紋資訊而實行本人的認 證時，可提供高度安全的智慧卡。組裝有生物辨識功能的 智慧卡可被利用做爲現金卡、信用卡、身份證明書等。本 實施形態之指紋感測器可應用於進行本人認證用之所有生 物辨識認證裝置中。例如，在進行對室內之入退室管理之 安全系統方面，將本實施形態之指紋感測器預先安裝在門 上，輸入該指紋感測器的入室者之指紋資訊與預先註冊的 指紋資訊進行比對，兩者爲一致之情況下可准許入室，另 一方面，兩者未一致之情形時，不准許入室，並且因應於 需要亦可應用到通報保全公司等之系統中。並且，通過網 際網路等之開放式網際網路的電子商務交易中，亦可有效 地應用到做爲本人確認用之生物辨識認證裝置之本實施形 態的指紋感測器。再者，亦可廣泛地應用到電腦終端裝置 -14- (12) (12)200424498 之使用者認證裝置，或影印機之影印機使用者的管理裝置 等。 如以上所說明，依照本實施形態，規定感測感度的電 流驅動能力，係由構成做爲電流源之功能的放大電路40 之電晶體尺寸所決定，因此與配置於主動矩陣部3 0內之 電晶體不同，電晶體之配置空間並未限制，因而可確保充 分的電流驅動能力。因此，即使配列於主動矩陣部3 0內 之靜電容量偵測電路3 1之積體密度爲比較大的高解析度 之感測器之時，可進行高精度之感測。 並且，將放大電路40以2段之電流鏡電路41，42構 成之時，可進行指紋資訊之高精度感測。並且，在玻璃基 板或塑膠基板等之具有適當強度且低價位之基板上形成靜 電容量偵測電路3 1時，可實現靜電容量式指紋感測器1 之強度提高及成本降低。 又’在上述之說明中，本發明之靜電容量偵測裝置的 實施形態方面’雖然例示有指紋感測器，但是本發明並不 限制於此’其可應用到所有被檢物之微小凹凸圖型做爲靜 電容量變化而讀取的裝置中。例如，亦可應用到動物之鼻 紋的辨識等。 〔發明之第2實施形態〕 第7圖係本發明之第2實施形態的靜電容量偵測電路 3 1之電路構成圖。同一偵測電路3 1除了具備上述之選擇 電晶體3 2、靜電容量3 3、信號輸出元件3 4、掃瞄線3 6、 -15- (13) 200424498 資料線37、基準電容Cs、低電壓電源線Vss之外，又加 上具有重置電晶體38之構成。同一圖所示之靜電容量偵 測電路3 1係與第1實施形態同樣地，配列在主動矩陣部 3 0上，且由資料線驅動器1 〇及掃瞄線驅動器2 0之控制 而讀取靜電容量33之偵測電容Cd。重置電晶體38係在 前段之靜電容量偵測電路3 1選擇之階段（前置感測期間 )，被進行開閉控制而成爲開狀態。

重置電晶體3 8成爲開狀態之時，信號輸出元件3 4之 閘端子與低電壓電源線Vss導通，而使注入該閘端子的電 荷被排出。在靜電容量式指紋感測器之製造工程之中，雖 然有意想不到的電荷注入信號輸出元件3 4之閘端子中， 而有對指紋資訊之偵測產生壞的影響之可能性，但是依照 上述構成時，在指紋偵測的前階段，可將信號輸出元件 3 4之閘電位重置，因此可進行更穩定的動作。因而，利 用重置電晶體38與低電壓電源線Vss可實現「電位控制 手段」。該「電位控制手段」係爲將信號輸出元件3 4之 閘端子控制在預定電位用之手段，在此處，該閘端子係與 低電壓電源線Vss連接。「電位控制手段」方面，可使用 電晶體以外的任意之開關元件等。 又，信號輸出元件3 4成爲開狀態，而將偵測信號輸 出到資料線3 7上的階段中（感測期間），爲了正確地讀 取偵測電容C d，而控制成使重置電晶體3 8成爲閉狀態。 〔發明之第3實施形態〕 -16- (14) (14)200424498 第9圖係本發明之第3實施形態的靜電容量偵測電路 3 1之電路構成圖。除了具備上述之選擇電晶體3 2、靜電 容量3 3、信號輸出元件3 4、掃瞄線3 6、資料線3 7、基準 電容C s、低電壓電源線V s s之外，又加上具有資料線選擇 電晶體3 5、及資料側選擇線5 0之構成。同一圖所示之靜 電容量偵測電路3 1係與第1實施形態同樣地，在主動矩 陣部3 0上以Μ行X N列配列，且由資料線驅動器丨〇及掃 瞄線驅動器20之控制而讀取靜電容量3 3之偵測電容Cd 〇 著眼於某個特定之資料線3 7時，在該資料線3 7上， 爲了使來自列方向並列之Μ個之靜電容量偵測電路3 1的 偵測信號依順序地輸出，在來自配置於m行η列之靜電 容量偵測電路3 1的偵測信號被輸出之後，將來自配置於 (m+ 1 )行η列之靜電容量偵測電路3 1的偵測信號輸出 之時，會使資料線3 7之電位變動，因此無法產生穩定之 感測之不利情況。亦即，因爲在同一之資料線3 7上，對 應於偵測電容Cd之不同的電流位準之偵測信號係在不同 的計時下輸出，因而從後段之靜電容量偵測電路3 1輸出 的偵測信號，會受到前段之靜電容量偵測電路3 1輸出的 偵測信號之影響。 因而，在本實施形態中，將偵測信號輸出到資料線 3 7上之前階段方面’將資料線3 7預充電到預定之電位 Vdd之時，可使資料線3 7之電位穩定化。資料線選擇電晶 體3 5係控制資料線3 7與信號輸出元件3 4之間的電力通 -17- (15) (15)200424498 電/切斷的電晶體，其在將資料線3 7預充電之階段中， 係控制成閉狀態。資料線選擇電晶體3 5之開閉控制係由 資料側選擇線5 0進行。 第8圖係將上述之靜電容量偵測電路3 1配列成主動 矩陣狀之靜電容量式指紋感測器1的方塊圖。如同一圖所 示之同一指紋感測器1，係具備有：選擇資料線3 7用之 資料線驅動器1 〇、選擇掃瞄線3 6用之掃瞄線驅動器2 0、 具有指紋偵測部之功能的主動矩陣部3 0、將偵測信號放 大用之放大電路4 0所構成。資料線驅動器1 〇具備有決定 依順序選擇資料線3 7之計時的移位暫存器1 1、將預充電 電壓供給到資料線3 7所用之預充電用電晶體1 3、及設定 預充電期間之預充電期間選擇電路1 4之構成。 在此處，預充電用電晶體1 3、預充電期間選擇電路 1 4、將規定預充電期間的ENB信號（啓動信號）輸出之 驅動器（未圖示）、及將預充電電壓供給到資料線3 7的 Vdd協同而實現「預充電手段」。並且，預充電期間選擇 電路1 4、及將規定預充電期間的ENB信號輸出之驅動器 (未圖示）之協同可實現「預充電期間設定手段」。「預 充電手段」及「預充電期間設定手段」不一定需要在複數 個硬體上實現，亦可在單一個硬體上實現。 掃瞄線驅動器2 0具備有決定依順序選擇掃猫線3 6之 計時的移位暫存器21的構成。靜電容量偵測電路3 1在主 動矩陣部3 0上配列成矩陣狀（Μ行X N列），Μ條之掃 瞄線3 6與Μ條之低電壓電源線V ss係沿著行方向配線’ -18- (16) (16)200424498 N條之資料線3 7係沿著列方向配線。 第1 0圖係顯示放大電路4 0之電路構成圖，除了以 ENB信號取代第3圖之CLK時脈信號之點、及追加資料 線選擇電晶體3 5之點以外，基本上之構成與上述第1實 施形態相同。並且，在本實施形態之靜電容量偵測電路 3 1的電路構成上，並不限定於第9圖所示的電路構成， 亦可做成第11圖所示的電路構成。在第9圖中，基準電 容Cs係與掃瞄線36及靜電容量33之一端連接，而在第 1 1圖中’基準電容C s係與資料側選擇線5 〇及靜電容量 3 3之一端連接。 第1 2圖係從資料線驅動器1 〇輸出之各種信號的計時 圖。在同一圖中，SP係啓動脈衝、CLK係時脈信號、 X{1}，X{2}，…，X{N}係移位暫存器11之輸出信號、ENB 係將預充電用電晶體1 3做開閉控制用之啓動信號、 XSEL{1}，XSEL {2}，…，XSEL {N}係輸出到資料側選擇線 5 0的選擇信號。由資料線驅動器1 0內之移位暫存器1 1 之順序選擇而選擇一個靜電容量偵測電路3 1之期間之中

，將前半做爲預充電期間A，並將後半定爲預充電期間B 〇 在預充電期間A中，ΕΝ B信號係爲非活性（邏輯位 準L )，預充電用電晶體1 3係爲開狀態。從移位暫存器 1 1將邏輯位準Η之輸出信號X {k}輸出之時，第k號類比 開關1 4 a導通’第k列之資料線3 7被預充電到電位V d d 。此時，ENB信號之邏輯位準係爲L之故，因此邏輯積 -19- (17) (17)200424498 電路l4b之輸出變成邏輯位準L，因而L位準之信號輸出 到資料側選擇線5 〇。因此，資料線選擇電晶體3 5成爲閉 狀態’從電源Vdd向資料線37之電源供給（預充電）停 止’另一方面，Η位準之輸出信號X{k}、及η位準之 ΕΝΒ信號輸入’因而Η位準之脈衝輸出到爲邏輯積電路 1 4b之輸出線的資料側選擇線5 0上。此時，Η位準之脈 衝輸出到第k列之資料側選擇線5 0上，與第k列並列的 資料線選擇電晶體3 5成爲開狀態。因而，信號輸出元件 3 4經由資料線選擇電晶體3 5及選擇電晶體3 2而連接到 資料線37。再者，在第10圖所示之放大電路40中，ENB 變成活性之故，通過資料線3 7而流入靜電容量偵測電路 3 1中之偵測電流係以放大電路40實施放大。 如以上所說明者，依照本實施形態時，在預充電之前 階段實施資料線3 7之預充電動作，可使感測時資料線3 7 的電位穩定，因而可擴大動作邊際。再者，資料線3 7的 電位穩定之故’因而可更局速地偵測指紋資訊。 又，在第1 2圖所示之計時圖中，雖然預充電期間A 與預充電期間B爲1 : 1之關係，但是本發明並不限定於 此，例如，如第1 3圖所示’亦可將ENB信號之負載比變 化，而調整預充電期間A與預充電期間B之比（負載比 )。將預充電期間A短縮’而使資料線3 7之電位在短時 間內穩定於預定之電位時’可確保充分的感測期間。因而 ，可進行高精度的感測。並且，預充電用的電壓方面亦不 限於上述之V d d ’亦可使用任意之電壓。 -20- (18) (18)200424498 【圖式簡單說明】 第1圖係第1實施形態之靜電容量式指紋感測器的方 塊圖。 第2圖係第1實施形態之靜電容量偵測裝置之電路構 成圖。 第3圖係第1實施形態之放大電路之電路構成圖。 第4圖係第1實施形態之靜電容量偵測電路之剖面圖 〇 第5圖係將第1實施形態之靜電容量式指紋感測器組 裝之應用例。 第6圖係顯示第1實施形態之認證順序之流程圖。 第7圖係第2實施形態之靜電容量偵測電路之電路構 成圖。 第8圖係第3實施形態之靜電容量式指紋感測器的方 塊圖。 第9圖係第3實施形態之靜電容量偵測電路之電路構 成圖。 第1 0圖係第3實施形態之放大電路之電路構成圖。 第1 1圖係第3實施形態之靜電容量偵測電路之電路 構成圖。 第1 2圖係第3實施形態之的計時圖。 第1 3圖係第3實施形態之的計時圖。 元件符號說明 -21 - (19) (19)200424498 1 0 :資料線驅動器 U :移位暫存器 1 2 :類比開關 3 1 :靜電容量偵測電路 3 2 :選擇電晶體 3 3 :靜電容量 3 4 :信號輸出元件 3 6: 掃猫線 3 7 :資料線 V s s :低電壓電源線 Cs :基準電容

Cd :偵測電容 V d d ： 局電位 F :被驗者之指尖 6 1 :絕緣性基板 62 :底層絕緣膜 63 :多結晶5夕層 6 8 :閘絕緣膜 6 9 :源/汲電極 7 0 :閘電極 7 1 :感測器電極 6 4 :第1層間絕緣膜 67 :鈍化膜 6 5、6 6 :第2層間絕緣膜 -22- (20) (20)200424498 1 :靜電容量式指紋感測器 2 0 :掃瞄線驅動器 3 0 :主動矩陣部 4 0 :放大電路 2 1 :移位暫存器 4 1，4 2 :電流鏡電路 8 1 :智慧卡 82 : 1C晶片 8 3 :顯示裝置 3 8 :重置電晶體 3 5 :資料線選擇電晶體 5 0 :資料側選擇線 1 3 ‘·預充電用電晶體 1 4 :預充電期間選擇電路 14a :類比開關 14b :邏輯積電路

Claims (1)

1. 200424498 Π) 拾、申請專利範圍 1 · 一種靜電容量偵測裝置’其係將與被檢物表面之間 开^成的靜電容量對應之偵測信號輸出，而讀取上述被檢物 表面之凹凸資訊的靜電容量偵測裝置，其特徵爲：具備有 配置在靜電容量偵測電路中將上述偵測信號輸出之複 數個偵測部，及 將上述偵測信號放大之放大電路， 上述靜電容量偵測電路具備有·· 在與上述被檢物表面之間形成靜電容量用之感測器電 極，及 將對應於上述靜電容量的偵測信號輸出之信號輸出元 件，及 連接到上述偵測信號的信號傳達經路之低電位電源線 上述放大電路係做爲將上述偵測信號輸出到上述靜電 容量偵測電路之信號源的功能，且將上述偵測信號從上述 放大電路經由上述信號輸出元件而傳達到上述低電位電源 線的方式所構成。 2 .如申請專利範圍第1項所記載之靜電容量偵測裝置 ，其中上述偵測信號係電流信號，上述放大電路係做爲將 上述電流信號供給到上述靜電容量偵測電路的電流源之功 能。 3 .如申請專利範圍第1項所記載之靜電容量偵測裝置 -24- (2) (2)200424498 ’其中上述放大電路係形成於上述偵測部之形成領域外。 4 ·如申請專利範圍第丨項所記載之靜電容量偵測裝置 ’其又具備有： 選擇上述靜電容量偵測電路用之複數條選擇線，及 將上述偵測信號從上述放大電路輸出到上述靜電容量 偵測電路用之複數條資料線， 上述靜電容量偵測電路又具備有連接到上述選擇線之 選擇電晶體， 利用上述選擇電晶體之開關控制，而構成可控制上述 資料線與上述信號輸出元件之通電/切斷。 5 .如申請專利範圍第4項所記載之靜電容量偵測裝置 ’其又具備有：做爲將上述偵測信號輸出到上述資料線上 之前階段而將上述資料線預充電之預充電手段。 6 ·如申請專利範圍第5項所記載之靜電容量偵測裝置 ’其中又具備有：設定上述預充電手段進行上述資料線之 預充電的預充電期間，與上述信號輸出元件將上述偵測信 號輸出之感測期間之比率用的預充電期間設定手段。 7·如申請專利範圍第1項所記載之靜電容量偵測裝置 ’其中上述信號輸出元件係具備有電流控制端子、電流輸 入端子、及電流輸出端子之三端子電晶體的構成， 做爲將對應於上述靜電容量的偵測信號輸出之前階段 更具備有：將上述電流控制端子之電位控制成預定之電位 的電位控制手段。 8 ·如申請專利範圍第1項所記載之靜電容量偵測裝置 -25- (3) (3)200424498 ，其中上述靜電容量偵測電路更具備有容量値爲一定之基 準電容， 上述信號輸出元件可將對應於上述靜電容量與上述基 準電容之容量比的偵測信號輸出。 9.如申請專利範圍第1項所記載之靜電容量偵測裝置 ，其中上述靜電容量偵測電路係形成於絕緣性基板上。 1 0. —種指紋感測器，其特徵爲：具備有申請專利範 圍第1項所記載之靜電容量偵測裝置，其係構成可讀取指 紋的凹凸資訊。 1 1 . 一種生物辨識認證裝置，其特徵爲：具備有申請 專利範圍第1 〇項所記載之指紋感測器。 1 2. —種靜電容量偵測裝置的驅動方法，其係具備有 :對應於與被檢物表面之間形成的靜電容量而將電流信號 之放大率加減之電流放大元件，及將上述電流信號供給到 上述電流放大元件用之資料線，及將流動於上述資料線中 之電流信號放大之放大電路，及控制上述資料線與上述電 流放大元件之通電/切斷的選擇電晶體，及連接到電流信 號的輸出經路之低電位電源線的靜電容量偵測裝置的驅動 方法，其特徵爲=包含有= 將上述選擇電晶體做成閉狀態，而切斷上述資料線與 上述電流放大元件之間的電力之切斷步驟，及 將上述資料線預充電到預定電位的預充電步驟，及 在上述資料線之預充電完成之後，將上述選擇電晶體 做成開狀態，而導通上述資料線與上述電流放大元件之間 -26- 200424498 (4) 的電力之導通步驟，及 從上述放大電路經由上述資料線而將電流信號供給到 上述電流放大元件，以對應於上述靜電容量之電流放大率 而將上述電流信號放大之感測步驟。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項所記載之靜電容量偵測裝 置的驅動方法，其中實行上述預充電步驟之期間，與實行 上述感測步驟之期間之比率係爲可變。