TW202144978A - 具有校準電路的基於薄膜電晶體(tft)的指紋感測系統 - Google Patents

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Abstract

一種指紋感測系統，其包括：導電的複數個選擇線；導電的複數個讀出線，其交叉所述選擇線；選擇電路，其可控制以在所述複數個選擇線中的至少一所選的選擇線上提供選擇信號；複數個像素元件，其被形成在所述選擇線以及所述讀出線之間的交叉處；讀出電路，其耦接至所述複數個讀出線中的每一個讀出線，所述讀出電路被配置以經由被連接至所選的像素元件的讀出線來獲得讀出信號；以及校準電路，其具有用於接收校準輸入信號的輸入以及用於提供校準輸出信號的輸出，所述校準輸出信號透過在所述校準輸入信號和所述校準電路之間的交互作用而形成。

Description

具有校準電路的基於薄膜電晶體(TFT)的指紋感測系統
本發明涉及一種用於感測手指的手指表面之指紋感測系統，其包括平行於彼此而配置之導電的複數個選擇線；平行於彼此而配置並且交叉所述選擇線之導電的複數個讀出線；選擇電路，其耦接至所述複數個選擇線中的每一個選擇線，並且可控制以在所述複數個選擇線中的至少一所選的選擇線上提供選擇信號；以及複數個像素元件，其分別被形成在所述複數個選擇線中的一選擇線以及所述複數個讀出線中的一讀出線之間的一個別的交叉處。
指紋感測系統被廣泛使用作為用於增進例如行動電話等等的電子裝置的便利性與安全性的手段。在各種具有顯示器的電子裝置中，期待能夠在顯示器佔用的區域之內提供指紋感測。也期待能夠在橫跨顯示器的一相當大的區域上提供指紋感測。
用於此申請案的指紋感測系統的一適當的配置可以是一種具有一配置之指紋感測系統，所述配置具有平行於彼此而配置之導電的複數個選擇線；平行於彼此而配置並且交叉所述選擇線之導電的複數個讀出線；選擇電路，其耦接至所述複數個選擇線中的每一個選擇線，並且可控制以在所述複數個選擇線中的至少一所選的選擇線上提供一選擇信號；以及複數個像素元件，其分別被形成在所述複數個選擇線中的一選擇線以及所述複數個讀出線中的一讀出線之間的一個別的交叉處。
此感測器配置可在玻璃或塑膠基板上至少部份利用相對有成本效益的材料及技術，例如是薄膜電晶體(Thin Film Transistor；TFT)技術，來加以實現。
由於在指紋感測中所牽涉到的經常是相當弱的信號，因此改善由指紋感測系統所提供的信號品質將會是所期望的。
本發明之一目的是提供改善的指紋感測系統，尤其是提供用於改善信號品質的指紋感測系統。
因此，根據本發明，提供了一種用於感測手指的手指表面之指紋感測系統，其包括：導電的複數個選擇線，其平行於彼此而配置；導電的複數個讀出線，其平行於彼此而配置並且交叉所述選擇線；選擇電路，其耦接至所述複數個選擇線中的每一個選擇線，並且可控制以在所述複數個選擇線中的至少一所選的選擇線上提供一選擇信號；複數個像素元件，其分別被形成在所述複數個選擇線中的一選擇線以及所述複數個讀出線中的一讀出線之間的一個別的交叉處，所述複數個像素元件中的每一個像素元件包括：感測元件，其回應於指出在所述感測元件以及所述手指表面之間的距離的性質，提供指出所述性質的感測到的值的輸出；以及感測信號提供元件，其耦接至所述感測元件、所述選擇線、以及所述讀出線，所述感測信號提供元件被配置以回應於在所述選擇線上所提供的所述選擇信號來提供感測信號至所述讀出線，所述感測信號根據由所述感測元件所提供的輸出而定的；讀出電路，其耦接至所述複數個讀出線中的每一個讀出線，用以經由被連接至所選的像素元件的讀出線來獲得所述感測信號；以及校準電路，其具有用於接收校準輸入信號的輸入以及用於提供校準輸出信號的輸出，所述校準輸出信號透過在所述校準輸入信號和所述校準電路之間的交互作用而形成，其中：所述複數個像素元件中的每一個像素元件包括半導體電路，且所述校準電路包括半導體電路；且每一個像素元件中所包括的半導體電路和所述校準電路中所包括的半導體電路係使用相同的材料和相同的製程步驟而形成。
感測元件可以回應於根據手指表面的表面構形而有所不同的一物理性質。此種物理性質的例子包含電容耦合、機械耦合、熱耦合、以及光學反射。如同所屬技術領域中具有通常知識者眾所週知的，存在有各種的感測元件配置，其適合用於感測這些指出在手指以及感測元件之間的交互作用的物理性質中的一或多個物理性質。在電容耦合的情形中，感測元件例如可包含其中可累積電荷的一導電板；在機械耦合的情形中，感測元件例如可具有壓電性質；在熱耦合的情形中，感測元件例如可包含一電阻器或是其它可被控制以產生熱的電路元件或者回應於熱流動的電路元件；並且在光學反射的情形中，感測元件例如可包含光電二極體，其產生指出入射光量的光電流。
感測信號提供元件可以是任何可被選擇並且回應於被選擇而可提供感測信號的元件，感測信號依據由上述的感測元件所提供的輸出而定。如同所屬技術領域中具有通常知識者將會理解的，感測信號提供元件可具有各種配置，其包含但不限於可控制以連接感測元件的一輸出至讀出線的切換電路、及/或信號轉換電路，其可控制以轉換感測元件的輸出成為一感測信號，並且提供感測信號至讀出線。感測信號提供電路可包括至少一電晶體，並且感測信號可被提供至讀出線作為一電壓或是一電流。
本發明基於理解到大區域的指紋感測系統，特別是若它們利用為了成本效率而選的技術來實施時，有可能在輸出信號上呈現與待被感測的手指表面的表面構形無關的相當大的變化。此種變化例如可能由於用以生產在指紋感測系統的像素元件及/或其他部件中所包括的半導體電路的製程上的差異及/或在指紋感測系統中所包括的電路的溫度相依性質。本案發明人已進一步體認到至少某些此種變化可很方便地藉由提供具有校準電路的指紋感測系統而被解決，校準電路係使用用以形成像素元件之相同的材料和相同的製程步驟來形成。接著，可提供一已知的校準輸入信號至校準電路，然後，一透過在校準輸入信號和校準電路之間的交互作用而形成的校準輸出信號可提供與校準電路的性質有關的，且因此與像素元件有關的，從而也和指紋感測系統的其他部件有關的一些有用的資訊。
因此，本發明的實施例能夠調適指紋感測系統及/或根據指紋感測系統的性質來改變用於指紋感測系統的控制參數。以此方式，改善了由指紋感測系統所提供的信號品質，從而允許改善的指紋感測效能。
舉例而言，可基於在校準輸出信號與校準輸入信號之間的關係來修改指紋感測系統的感測及/或讀出設置。例如，這樣可使避免或至少減低在讀出電路之中發生飽和成為可行的。因此，可增加指紋感測系統的信號雜訊比，且/或可擴展指紋感測系統的可用溫度範圍。
根據本發明的實施例，除了複數個選擇線和複數個讀出線，指紋感測系統還可包括：校準輸入線，其連接到校準電路的輸入；以及校準輸出線，其連接到校準電路的輸出。
在實施例中，指紋感測系統可進一步包括校準信號提供電路，此校準信號提供電路耦接至校準電路，用於將校準輸入信號提供給校準電路並且接收由校準電路所提供的校準輸出信號。
此外，指紋感測系統可包括操作控制電路，其耦接到校準信號提供電路，用於基於在校準輸出信號和校準輸入信號之間的關係來控制指紋感測系統的操作。
根據本發明的實施例的指紋感測系統可有利地利用TFT技術來實施，其提供一種呈現大的感測區域的有成本效率的指紋感測系統。
為了改善的效能，根據本發明的實施例的指紋感測系統的某些功能可利用互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor；CMOS)技術來提供，其有利的是具有一特定應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit；ASIC)的形式，其耦接到至少包含選擇線、讀出線、像素元件、以及校準電路的一TFT模組。尤其，上述的校準信號提供電路可被內含在一CMOS構件(例如一ASIC)中，此可提供更小型的電路的優點，其具有更加控制良好而且較不溫度敏感的性質。
此外，根據各種實施例，校準電路可包括感測元件，感測元件回應於指出在感測元件以及手指表面之間的距離的性質，提供指出所述性質的感測到的值的輸出。
藉此，可確保基於校準輸出信號而得到的任何結論及/或採取的動作、或者在校準輸出信號與校準輸入信號之間的關係都會與指紋感測系統的感測元件的當前特質相關。這樣可進而提供指紋感測系統的進一步改善的配置及/或控制。
在這些實施例中，用於接收校準輸入信號的輸入可由校準電路的感測元件構成。然後可藉由上述的性質（例如，光、電荷、機械偏轉/變形、熱等等）來提供校準輸入信號。
根據實施例，在複數個像素元件中的每一個像素元件中所包括的感測元件可包括光敏元件，其被配置以提供指出入射於像素元件的感測元件上的光量之光電流；以及電容器，其耦接到光敏元件以積分光電流。校準電路可包括光敏元件，其被配置以提供指出入射於校準電路的感測元件上的光量之光電流；以及電容器，其耦接到光敏元件，其中校準電路的電容器可另外耦接到校準電路的輸入，用以對光電流及指出校準輸入信號的校準輸入電流之和進行積分。
應當注意，光敏元件可以例如是光電二極體或包含光電二極體的電晶體，並且每一個像素元件中的電容器和校準電路中的電容器可分別被設置為光電二極體或電晶體的寄生電容的形式。或者，電容器可被設置為金屬-絕緣體-金屬電容器或任何其他合適的電容器。
為了讓上述的校準無關於當前的照明狀況，校準輸入電流可大於校準電路的感測元件中之光敏元件可提供的最大光電流。舉例而言，校準輸入電流可比校準電路的感測元件中之光敏元件可提供的最大光電流大至少五倍。
在實施例中，在複數個像素元件中的每一個像素元件中所包括的感測信號提供元件可被配置成以指出由感測元件中的電容器所積分的光電流之感測電流的形式來提供感測信號；且校準電路可被配置成提供指出由校準電路中的電容器所積分的光電流以及校準輸入電流之和的校準輸出信號。
此外，讀出電路可包括讀出轉換電路，其被配置以將感測電流轉換成感測電壓；且校準電路可包括校準轉換電路，其被配置以將校準輸出電流轉換成校準輸出電壓。
根據本發明的實施例的指紋感測系統可內含在一電子裝置中，所述電子裝置進一步包括處理電路，其耦接至指紋感測系統，並且被配置以根據由指紋感測系統的讀出電路所獲得的感測信號來執行認證。
因此，整體而言，本發明涉及一種指紋感測系統，其包括：導電的複數個選擇線；導電的複數個讀出線，其交叉所述選擇線；選擇電路，其可控制以在所述複數個選擇線中的至少一所選的選擇線上提供選擇信號；複數個像素元件，其被形成在所述選擇線以及所述讀出線之間的交叉處；讀出電路，其耦接至所述複數個讀出線中的每一個讀出線，所述讀出電路被配置以經由被連接至所選的像素元件的讀出線來獲得讀出信號；以及校準電路，其具有用於接收校準輸入信號的輸入以及用於提供校準輸出信號的輸出，所述校準輸出信號透過在所述校準輸入信號和所述校準電路之間的交互作用而形成。
在以下的實施方式中，根據本發明的指紋感測系統的各種實施例主要參照於一指紋感測系統來描述，其中的感測元件是光敏的像素元件，其能夠感測在撞擊不同的像素元件的光量上的差異。此外，所述指紋感測系統主要被描述為配置在一顯示面板之下。然而，這不應該被解釋為構成本發明的限制要件，因為應該是由請求項來界定的。根據實施例，可利用其它類型的像素元件，其可回應於光以外的其它性質。再者，所述指紋感測系統並不需要被配置在一顯示面板之下，而是可被利用在其它的配置中，例如是在一保護玻璃板之下、或是在一顯示面板之上等等。
現在參考圖式，特別是圖1，其概要描繪一具有行動裝置的形式的電子裝置1的一個範例，其被配置以應用根據本記載內容的概念，所述電子裝置1具有一整合的顯示器內的指紋感測系統3，以及一帶有觸控螢幕介面7的顯示面板5。指紋感測系統3例如可被使用於解鎖行動裝置1及/或用於授權利用行動裝置1來實行的交易等等。
指紋感測系統3在此被展示為小於顯示面板5，但仍然是相當大的，例如是一大區域的實施方式。在另一有利的實施方式中，指紋感測系統3可具有和顯示面板5相同的尺寸，亦即一種全顯示器的解決方案。因此，在此種情形中，使用者可將他/她的手指放在顯示面板上的任何地方以用於生物識別認證。指紋感測系統3在其它可能的實施方式中可小於所描繪的指紋感測系統，例如提供一種熱區的實施方式。
較佳而且如同對於熟習技術者而言明顯的是，在圖1中所示的行動裝置1可進一步包括用於WLAN/Wi-Fi通訊的第一天線、用於電信通訊的第二天線、麥克風、揚聲器、以及電話控制單元。當然，進一步的硬體元件可內含在行動裝置中。
再者，應該注意到的是本發明可相關於其它類型的電子裝置，例如是智慧型手錶、膝上型電腦、平板電腦等等，來加以應用。
圖2是圖1中的電子裝置1的概要方塊圖。電子裝置1包括透明的顯示面板5以及指紋感測系統3，其在概念上被描繪為配置在透明的顯示面板5之下。再者，電子裝置1包括例如是控制單元9的處理電路，其耦接至指紋感測系統3，並且被配置以根據由指紋感測系統3提供的信號來執行認證。控制單元9可以是電子裝置1的獨立的控制單元，例如是一裝置控制器。或者，控制單元9可內含在指紋感測系統3中。
根據本發明的第一範例實施例的指紋感測系統3現在將會參考圖3來加以描述。如同在圖3中概要指出的，指紋感測系統3包括被形成在一基板11或載板11上的結構。尤其，在實施例中，指紋感測系統3主要利用本身是熟習此項技術者已知的TFT技術來加以製造，載板11可有利的由玻璃或塑膠所做成的。在基板11上形成有電的複數個導選擇線13以及導電的複數個讀出線15。選擇線13平行於彼此而配置，且讀出線15平行於彼此而配置並且交叉選擇線13。選擇線13在導電方面和讀出線15分開的，其通常藉由沉積在包含選擇線13的第一導電層以及包含讀出線15的第二導電層之間的一介電層來分開的。在此形成一像素元件陣列的複數個像素元件17會被形成在選擇線13以及讀出線15之間的個別的交叉處。除了選擇線13以及讀出線15，根據圖3中的第一範例實施例的指紋感測系統3還包括耦接至選擇線13的每一個選擇線13的選擇電路19、校準電路21、以及耦接至每一個讀出線15的讀出電路23。在圖3的範例性說明中，校準電路21被展示為在像素元件陣列的相對邊緣處的兩個校準元件21的形式。然而，這不應該被解釋為限制校準電路的配置或佈置。在實施例中，校準電路可例如僅包括一個校準元件21，或者校準電路可用另一種方式來分配。舉例而言，一個或數個校準元件21可位於感測元件陣列的中心。透過提供校準電路21，結合於生產以及當終端使用者在使用時，可特徵化及/或校準個別的指紋感測系統3。
圖3中的指紋感測系統的各種功能元件現在將會參考圖4A和圖4B來加以描述。
圖4A是在圖3中的指紋感測系統3中所包括的像素元件17的概要圖示。參照圖4A，像素元件17包括感測元件29以及感測信號提供元件31。如同在更前面的發明內容章節中所討論的，感測元件29是回應於指出在感測元件29以及手指表面之間的距離的性質，來提供指出所述性質的感測到的值的輸出。在圖4A的範例配置中，所述輸出可以適當地是一電流或一電壓，其指出所述性質的所述感測到的值。如同在圖4A中概要指出的，感測信號提供元件31可耦接至第一驅動電壓源33、感測元件29、選擇線13以及讀出線15。回應於由選擇電路19在感測信號提供元件31所連接到的選擇線13上提供的一選擇信號SSEL ，感測信號提供元件31被配置以提供一像素信號SPX 至讀出線15，像素信號SPX 根據由感測元件29所提供的上述輸出而定。第一驅動電壓源33例如可以是在指紋感測系統3的第一參考電位V1 ，並且能夠提供電力至指紋感測系統3的像素元件17。例如，第一參考電位可以是+5V，但是其它電位也是可行的。如同在圖4A中概要指出的，像素元件17包括半導體電路35。應當理解，半導體電路35可以是對於像素元件17的功能有用的任何半導體電路。因此，半導體電路35可包括一或多個電晶體、一或多個光電二極體等等之中的一個元件或數個元件。在圖4A中，半導體電路35被示意性地表示為內含在感測信號提供元件31中。然而，應當理解，這僅是示例性說明，也可以是感測元件29包括半導體電路35，而感測信號提供元件31並不具有半導體電路。還應當注意，取決於指紋感測系統3的配置，感測元件29和感測信號提供元件31可以組合在單一元件之中，提供感測元件29和感測信號提供元件31的組合功能。
圖4B是在圖3中的指紋感測系統3中所包括的校準電路的概要圖示，此處為校準元件21的形式。如同在圖4B中概要指出的，校準電路21具有用於接收校準輸入信號Scal,in 的輸入37，以及用於提供校準輸出信號Scal,out 的輸出39。校準輸出信號Scal,out 透過在校準輸入信號Scal,in 和校準電路21之間的交互作用而形成，且校準電路21包括半導體電路41。
為了提供指紋感測系統3的可靠校準，已經使用了與像素元件17中所包括的半導體電路35所使用相同的材料和相同的製程步驟來形成校準電路21中所包括的半導體電路41。有利地，像素元件17中的半導體電路35和校準電路21中的半導體電路41可同時製造。此外，每個像素元件17中的半導體電路35和校準電路21中的半導體電路41可包括具有相同或至少相似規格的至少一個半導體構件，例如電晶體或二極體。如同在圖4B中概要指出的，指紋感測系統3可包括連接到校準電路21的輸入37的專用校準輸入線43，以及連接到校準電路21的輸出39的專用校準輸出線45。在其中校準電路21包括複數個校準元件的實施例中，校準元件可具有共用的校準輸入線和個別的校準輸出線，或者校準元件可具有個別的校準輸入線和個別的校準輸出線。在一些實施例中，具有共用的校準輸出線的複數個校準元件也是可行的。
根據本發明的第二範例實施例的指紋感測系統3現在將會參考圖5來加以描述。
在圖5的範例配置中，讀出電路23的功能部分地由TFT模組的一部分25來提供，並且部分地由耦接至TFT模組的ASIC 27來提供。
在該第二範例實施例中，指紋感測系統3進一步包括校準信號提供電路47和操作控制電路49。校準信號提供電路47在此處被例示為包括在ASIC 27中，並且操作控制電路49被例示為設置在其上形成有TFT結構的基板11之外部。應當注意，許多其他配置也可以是可行的。例如，操作控制電路49也可包括在ASIC 27中。或者，校準信號提供電路47和操作控制電路49都可由設置在基板11外部的電路來提供。例如，這樣的電路可包括在主機電路中及/或至少部分地由軟體來實現。
如同在圖5中概要指出的，校準信號提供電路47藉由校準輸入線43a-b和校準輸出線45a-b以耦接到校準電路21。校準信號提供電路47透過校準輸入線43a-b向校準電路21提供上述的校準輸入信號Scal,in ，並且透過校準輸出線45a-b從校準電路21接收上述的校準輸出信號Scal,out 。
如同在圖5中概要指出的，操作控制電路49耦接到校準信號提供電路47，用於從校準信號提供電路47接收至少指出校準輸出信號Scal,out 的資訊。基於校準輸出信號Scal,out 的分析，操作控制電路49可控制指紋感測系統3的操作。例如，可藉由向ASIC 27提供控制信號來執行這樣的操作控制，如在圖5中所概要說明的。然而，應當理解，可用許多其他方式來實現操作控制，如感測系統（例如基於TFT的感測系統）的控制之相關技術領域中具有通常知識者所能輕易理解的。
圖6概要地展示像素元件17的一具體例子，其可內含在根據本發明的實施例的指紋感測系統3中，其具有光學像素元件的形式。
在圖6中的範例性光學的像素元件17中，感測元件29包括了其中含有光電二極體63、像素積分器65、以及重置開關67的半導體電路。感測信號提供電路31包括了其中含有可控制電流源69以及選擇開關71的半導體電路。
在操作上，入射在光電二極體63上的光產生一光電流，該光電流在積分時間期間被提供至像素積分器65，用以轉換累積的光電流成為一電壓，該電壓指出在積分時間期間入射在光電二極體63上的光量。此累積的光電流(並且因此在像素積分器65上的電壓)至少在某種程度上指出在光電二極體63以及手指表面之間的距離。
感測元件29的電壓輸出會控制感測信號提供元件31中的可控制電流源69以產生一感測電流，倘若選擇開關71被選擇線13上的選擇信號操作的話，則該感測電流被提供至讀出線15。在一讀出事件之後，像素元件17藉由提供一重置信號至重置開關67而被重置。
應當注意，像素積分器65可由用以形成光電二極體63的半導體結構中的寄生電容來實現。
圖7是目前為止參照於圖3和圖5所描述的指紋感測系統3的實施例中所適合包括的讀出電路23的一部分的一範例概念性配置。具體而言，其顯示了連接到一條讀出線15的讀出電路23的其中一部分。如同在圖7中概要指出的，讀出電路23包括積分器47（此處顯示為電容器）、放大器49、以及重置開關51。
積分器47連接於參考電位V3 和讀出線15之間，用以將在積分時間期間提供給積分器47的電流轉換成電壓，舉例而言，參考電位V3 可以是接地電位或預定的負電位，例如-5V。電壓被放大器49放大並且輸出。在一個讀出序列之後，積分器47藉由重置開關51的操作而被重置。
在範例配置中，校準電路21可包括與像素元件17中所包括的電路實質上相同的電路。
圖8A概要地展示在根據本發明的實施例的指紋感測系統中所包括的校準電路21的第一範例，其具有圖6中的光學的像素元件17。參考圖8A，校準電路21的輸入37被連接到像素積分器65，使得以校準輸入電流之形式的校準輸入信號Scal,in 造成校準元件21的感測元件29的電壓輸出。如上文連結於圖6所描述的，此電壓輸出會控制可控制電流源69。在校準元件21中，透過提供合適的偏壓電壓V2 ，將選擇開關71控制為始終導通，且因此將電流提供給校準電路21的讀出部分73，校準電路21可和用以從連接到讀出線15的像素元件17中讀出感測電流的讀出電路實質上相同，如上文參照於圖7所描述的。因此，校準電路21的讀出部分73可包括積分器47（此處顯示為電容器）、放大器49、以及重置開關51，有利地以與指紋感測系統3的讀出電路23中所包括的相同規格和對應組件來加以製造。
在圖8A所示的校準電路21的第一範例配置中，可藉由以已知的校準輸入電流的形式來提供校準輸入信號而間接地評估指紋感測系統3中實質上所有像素元件的特性。然後，校準電路21中的積分器65將對來自光電二極體63的光電流和校準輸入電流之和進行積分。為了改善校準，可能希望將校準輸入電流控制為比最大光電流大得更多，以便可出於校準目的而忽略光電流。舉例而言，參照圖5中的指紋感測系統3，這種方式可藉由操作控制電路49控制校準信號提供電路47以輸出期望的校準輸入電流來加以實現。
基於校準輸出信號Scal,out ，此處為連接到放大器49的校準輸出39之校準輸出線45上的校準輸出電壓，可得出一般來說關於指紋感測系統3，特別是關於像素元件17和讀出電路23，的性質之結論。
舉例而言，由於製造條件的不同，在不同時間製造的不同指紋感測系統3會表現出不同的行為。這在圖8B中概要地示出，其中標繪了用於三個不同的範例性指紋感測系統（標記為“系統A”、“系統B”和“系統C”）的校準輸出信號Scal,out 。基於這樣或類似的讀數，可調適諸如偏壓位準和積分時間之類的感測設定，以使不同系統的行為彼此接近。特別是，可調適設定而使得至少一些指紋感測系統3達成改良的動態範圍。這提供了由指紋感測系統3所提供的信號之改善的品質。
根據另一範例，當指紋感測系統3被整合在諸如圖1中的行動電話1的產品中時，可在不同時間執行校準操作。這在圖8C中概要地示出。基於校準輸出信號Scal,out 的這樣或類似的讀數，可調適諸如偏壓位準和積分時間之類的感測設定，使得指紋感測系統3的行為隨著時間推移而更加一致，以抵消可能另外發生的變化，例如，由於不同的環境溫度之類的變化。特別是，可調適設定而隨著時間推移來達成改良的動態範圍。這提供了由指紋感測系統3所提供的信號之改善的品質。
圖9A概要地展示在根據本發明的實施例的指紋感測系統3中所包括的校準電路21的第二範例配置。圖9A中的第二範例配置與圖8A中的第一範例配置的主要不同之處在於，校準輸入37經由重置開關67連接到可控制電流源69的閘極。在校準電路21的這個範例配置中，校準輸入信號Scal,in 可以有利地是校準輸入電壓。
如同在圖9B中概要指出的，舉例而言，校準輸入電壓可以電壓斜波的形式來提供。然後，可例如透過在針對不同系統的輸出斜波和輸入斜波之間的比較來評估校準輸出信號Scal,out 。
以上所述的校準電路的第一和第二範例配置只是用於作為說明性範例。取決於例如指紋感測系統3的像素元件17的配置，許多其他校準電路配置是可能的並且合適的。此外，多於一個校準輸入信號Scal,in 及/或多於一個校準輸出信號Scal,out 可作為校準過程的一部分來進行評估。作為一個範例，可將校準電路21提供為圖8A和圖9A中的兩個範例性配置的組合，其中兩個輸入用於不同的校準輸入信號。另外，校準輸入信號Scal,in 不需要一定以如圖8A所示的校準輸入電流或如圖9A所示的校準輸入電壓的形式來提供。在這些範例配置中，可替代地以光信號的形式來提供校準輸入信號。
在請求項中，字詞"包括"並不排除其它的元件或步驟，並且不定冠詞"一"或是"一個"並不排除複數個。事實單純是某些手段被闡述在相互不同的附屬請求項中，但並非是指這些手段的組合無法有利地被利用。
1:電子裝置/行動裝置/行動電話 3:指紋感測系統 5:顯示面板 7:觸控螢幕介面 9:控制單元 11:基板/載板 13:選擇線 15:讀出線 17:像素元件 19:選擇電路 21:校準電路/校準元件 23:讀出電路 25:部分 27:ASIC 29:感測元件/感測元件部分 31:感測信號提供元件 33:第一驅動電壓源 35:半導體電路 37:輸入 39:輸出 41:半導體電路 43:專用校準輸入線 43a:校準輸入線 43b:校準輸入線 45:專用校準輸出線 45a:校準輸出線 45b:校準輸出線 47:校準信號提供電路/積分器 49:操作控制電路/放大器 51:重置開關 63:光電二極體 65:像素積分器 67:重置開關 69:可控制電流源 71:選擇開關 73:讀出部分 Scal,in :校準輸入信號 Scal,out :校準輸出信號 SPX :像素信號 SSEL :選擇信號 V1 :第一參考電位 V2 :偏壓電壓 V3 :參考電位
本發明的這些態樣及其它態樣將會參考展示本發明的範例實施例的所附圖式來更詳細地加以描述，其中： [圖1]是一具有行動電話的形式的範例的電子裝置的圖示，其包括根據本發明的實施例之指紋感測系統； [圖2]是圖1中的電子裝置的概要方塊圖； [圖3]概要地描繪根據本發明的第一範例實施例的指紋感測系統； [圖4A]是在圖3中的指紋感測系統中所包括的像素元件的概要圖示； [圖4B]是在圖3中的指紋感測系統中所包括的校準電路的概要圖示； [圖5]概要地描繪根據本發明的第二範例實施例的指紋感測系統； [圖6]概要地展示在根據本發明的實施例的指紋感測系統中所包括的像素元件的一個範例，其具有光學像素元件的形式； [圖7]概要地展示在根據本發明的實施例的指紋感測系統中所包括的讀出電路的一個範例配置； [圖8A]概要地展示在根據本發明的實施例的指紋感測系統中所包括的校準電路的第一範例，其具有圖6的光學像素元件和圖7的讀出電路； [圖8B]和[圖8C]概要地描繪來自圖8A的校準電路的範例性校準輸出信號； [圖9A]概要地展示在根據本發明的實施例的指紋感測系統中所包括的校準電路的第二範例，其具有圖6的光學像素元件和圖7的讀出電路； [圖9B]概要地描繪提供至圖9A的校準電路的範例性校準輸入信號；以及 [圖9C]概要地描繪回應於圖9B的校準電路的校準輸入信號而來自圖9A的校準電路的範例性校準輸出信號。
3:指紋感測系統
11:基板/載板
13:選擇線
15:讀出線
17:像素元件
19:選擇電路
21:校準電路/校準元件
23:讀出電路
25:部分
27:ASIC
43a:校準輸入線
43b:校準輸入線
45a:校準輸出線
45b:校準輸出線
47:校準信號提供電路/積分器
49:操作控制電路/放大器

Claims (13)

  1. 一種用於感測手指的手指表面之指紋感測系統，其包括： 導電的複數個選擇線，其平行於彼此而配置； 導電的複數個讀出線，其平行於彼此而配置並且交叉所述選擇線； 選擇電路，其耦接至所述複數個選擇線中的每一個選擇線，並且控制上以在所述複數個選擇線中的至少一所選的選擇線上提供選擇信號； 複數個像素元件，其分別被形成在所述複數個選擇線中的選擇線以及所述複數個讀出線中的讀出線之間的個別的交叉處，所述複數個像素元件中的每一個像素元件包括： 感測元件，其回應於指出在所述感測元件以及所述手指表面之間的距離的性質，提供指出所述性質的感測到的值的輸出；以及 感測信號提供元件，其耦接至所述感測元件、所述選擇線、以及所述讀出線，所述感測信號提供元件被配置以回應於在所述選擇線上所提供的所述選擇信號來提供感測信號至所述讀出線，所述感測信號根據由所述感測元件所提供的所述輸出而定的； 讀出電路，其耦接至所述複數個讀出線中的每一個讀出線，用以經由被連接至所選的像素元件的讀出線來獲得所述感測信號；以及 校準電路，其具有用於接收校準輸入信號的輸入以及用於提供校準輸出信號的輸出，所述校準輸出信號透過在所述校準輸入信號和所述校準電路之間的交互作用而形成，其中： 所述複數個像素元件中的每一個像素元件包括半導體電路，且所述校準電路包括半導體電路；且 每一個像素元件中所包括的所述半導體電路和所述校準電路中所包括的所述半導體電路係使用相同的材料和相同的製程步驟而形成。
  2. 如請求項1所述之指紋感測系統，其中，除了所述複數個選擇線和所述複數個讀出線，所述指紋感測系統還包括： 校準輸入線，其連接到所述校準電路的所述輸入；以及 校準輸出線，其連接到所述校準電路的所述輸出。
  3. 如請求項1或2所述之指紋感測系統，其中所述指紋感測系統進一步包括： 校準信號提供電路，其耦接至所述校準電路，用於將所述校準輸入信號提供給所述校準電路並且接收由所述校準電路所提供的所述校準輸出信號。
  4. 如請求項3所述之指紋感測系統，其中所述指紋感測系統進一步包括操作控制電路，其耦接到所述校準信號提供電路，用於基於在所述校準輸出信號和所述校準輸入信號之間的關係來控制所述指紋感測系統的操作。
  5. 如請求項3所述之指紋感測系統，其中所述指紋感測系統包括： 薄膜電晶體(Thin Film Transistor；TFT)模組，其至少包含所述選擇線、所述讀出線、所述像素元件、以及所述校準電路。
  6. 如請求項5所述之指紋感測系統，其中所述指紋感測系統包括： 特定應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit；ASIC)，其耦接到所述TFT模組，所述ASIC包含所述校準信號提供電路。
  7. 如請求項1或2所述之指紋感測系統，其中所述校準電路包括感測元件，所述感測元件回應於指出在所述感測元件以及所述手指表面之間的距離的性質，提供指出所述性質的感測到的值的輸出。
  8. 如請求項7所述之指紋感測系統，其中用於接收所述校準輸入信號的所述輸入由包括在所述校準電路中的所述感測元件而構成。
  9. 如請求項7所述之指紋感測系統，其中： 在所述複數個像素元件中的每一個像素元件中所包括的所述感測元件包括： 光敏元件，其被配置以提供指出入射於所述像素元件的所述感測元件上的光量之光電流；以及 電容器，其耦接到所述光敏元件以積分所述光電流；且 所述校準電路包括： 光敏元件，其被配置以提供指出入射於所述校準電路的所述感測元件上的光量之光電流；以及 電容器，其耦接到所述光敏元件， 其中所述校準電路的所述電容器另外耦接到所述校準電路的所述輸入，用以對所述光電流以及指出所述校準輸入信號的校準輸入電流之和進行積分。
  10. 如請求項9所述之指紋感測系統，其中所述校準輸入電流大於由所述校準電路的所述感測元件中之所述光敏元件提供的最大光電流。
  11. 如請求項9所述之指紋感測系統，其中： 在所述複數個像素元件中的每一個像素元件中所包括的所述感測信號提供元件被配置成以指出由所述感測元件中的所述電容器所積分的光電流之感測電流的形式來提供所述感測信號；且 所述校準電路被配置成提供所述校準輸出信號，其指出由所述校準電路中的所述電容器所積分的所述光電流以及所述校準輸入電流之和。
  12. 如請求項11所述之指紋感測系統，其中： 所述讀出電路包括讀出轉換電路，其被配置以將所述感測電流轉換成感測電壓；且 所述校準電路包括校準轉換電路，其被配置以將校準輸出電流轉換成校準輸出電壓。
  13. 一種電子裝置，其包括： 根據請求項1或2所述的指紋感測系統；以及 處理電路，其耦接至所述指紋感測系統，並且被配置以根據由所述指紋感測系統的所述讀出電路所獲得的所述感測信號來執行認證。
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