TWI591548B - 指紋感測器 - Google Patents

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Description

指紋感測器
本發明係有關於一種指紋感測器，特別是一種可以避免發光表面層之供應電壓影響讀取感光電位之正確性的指紋感測器。
第1圖為先前技術之指紋感測器100的示意圖。指紋感測器100包含背光模組110、感應陣列120及讀取模組130。感應陣列120及讀取模組130設置於背光模組110的上方。感應陣列120包含複數個感光電路122。當背光模組110發出掃描光時，掃描光會射向指紋感測器100表面的物體，並經由物體(如手指)反射，而複數個感光電路122即可根據手指反射而來的掃描光產生對應的感光電位。由於手指表面紋路的凹凸分布(指紋)會使得的複數個感光電路122所接收到的掃描光強度不一，而產生大小不同的感光電位，因此藉由讀取模組130讀取複數個感光電路122所產生的感光電位即可以呈現出手指指紋的特徵。然而，由於指紋感測器100之感應陣列120係設置於背光模組110上方，因此可能會使掃描光無法均勻的入射物體表面，導致在判讀物體表面特徵時造成誤判。因此，如何準確判讀物體表面特徵即成為一個有待解決的問題。
本發明之一實施例提供一種指紋感測器，指紋感測器包含第一發光表面(Light Emitting Structure，LES)層、第二發光表面層、驅動電路、感應陣列、閘極驅動電路、讀取電路及時序控制電路。當物體與第一發光表面層之部分相接觸時，與物體接觸之第一發光表面層的部份會發出第一掃描光。當物體與第二發光表面層之部分相接觸時，與物體接觸之第二發光表面層的部份會發出第二掃描光。第一發光表面層與第二發光表面層為分開設置，第一發光表面層與第二發光表面層為共平面且不互相影響。驅動電路耦接於第一發光表面層及第二發光表面層，並可提供第一發光表面層及第二發光表面層所需之電源。
感應陣列包含複數個第一感光電路及複數個第二感光電路。複數個第一感光電路設置於第一發光表面層的下方，每一第一感光電路可根據所接收到的第一掃描光產生第一感光電位。複數個第二感光電路設置於第二發光表面層的下方，每一第二感光電路可根據所接收到的第二掃描光產生第二感光電位。
閘極驅動電路包含複數條閘極線，每一條閘極線耦接於位於同一列之複數個感光電路，閘極驅動電路可經由複數個閘極線依序驅動複數列感光電路。讀取電路包含複數條第一讀取線、複數條第二讀取線及讀取單元。每一第一讀取線耦接於複數個第一感光電路中位於同一行之複數個感光電路，每一第二讀取線耦接於複數個第二感光電路中位於同一行之複數個感光電路。讀取單元耦接於複數條第一讀取線及複數條第二讀取線，用以當閘極驅動電路驅動一列感光電路時，依序或同時透過複數條第一讀取線讀取被驅動之該列第一感光電路中位於不同行之第一感光電路所產生之第一感光電位，及/或依序或同時透過複數條第二讀取線讀取被驅動之該列第二感光電路中位於不同行之第二感光電路所產生之第二感光電位。
時序控制電路耦接於驅動電路、閘極驅動電路及讀取電路，並可控制驅動電路、閘極驅動電路及讀取電路。
本發明之另一實施例提供一種指紋感測器，指紋感測器包含一發光表面層、驅動電路、感應陣列、閘極驅動電路、讀取電路及時序控制電路。當物體與發光表面層之部分相接觸時，與物體相接觸之發光表面層的部份會發出掃描光。
驅動電路耦接於發光表面層，並可提供發光表面層發光時所需之電源。感應陣列包含複數個感光電路，設置於發光表面層的下方，每一感光電路用以根據所接收到的掃描光產生感光電位。閘極驅動電路包含複數條閘極線，每一條閘極線耦接於複數個感光電路中位於同一列之複數個感光電路，閘極驅動電路可經由複數條閘極線依序驅動複數列感光電路。
讀取電路包含複數條讀取線及讀取單元。每一讀取線耦接於複數個感光電路中位於同一行之複數個感光電路。讀取單元耦接於複數條讀取線，並可當閘極驅動電路驅動一列感光電路時，依序或同時經由複數條讀取線讀取被驅動之該列感光電路中位於不同行之感光電路所產生之感光電位。
時序控制電路耦接於驅動電路、閘極驅動電路及讀取電路，並可控制驅動電路、閘極驅動電路及讀取電路。
驅動電路於第一時段中，提供交流電壓至發光表面層。閘極驅動電路於第二時段中，經由複數條閘極線依序驅動複數列感光電路。於第二時段中，驅動電路不提供交流電壓至發光表面層，且第一時段及第二時段不相重疊。
本發明之另一實施例提供一種指紋感測器，指紋感測器包含發光表面層、驅動電路、感應陣列、閘極驅動電路、讀取電路及時序控制電路。當物體與發光表面層之部分相接處時，與物體相接處之發光表面層的部份會發出掃描光。
驅動電路耦接於發光表面層，並可提供發光表面層發光時所需之電源。感應陣列包含複數個感光電路，設置於發光表面層的下方，每一感光電路用以根據所接收到的掃描光產生感光電位。閘極驅動電路包含複數條閘極線，每一條閘極線耦接於複數個感光電路中位於同一列之複數個感光電路，閘極驅動電路可經由複數條閘極線依序驅動複數列感光電路。
讀取電路包含複數條讀取線及讀取單元。每一讀取線耦接於複數個感光電路中位於同一行之複數個感光電路。讀取單元耦接於複數條讀取線，並可當閘極驅動電路驅動一列感光電路時，依序經由複數條讀取線讀取被驅動之該列感光電路中位於不同行之感光電路所產生之感光電位。
時序控制電路耦接於驅動電路、閘極驅動電路及讀取電路，並可控制驅動電路、閘極驅動電路及讀取電路。
驅動電路在讀取單元經由讀取線讀取對應之感光電位之後，且在讀取單元經由下一讀取線讀取對應之感光電位之前，提供交流電壓至發光表面層，並在讀取單元經由讀取線讀取對應之感光電位時，停止提供交流電壓至發光表面層。
第2圖為本發明一實施例之指紋感測器200的示意圖，而第3圖為指紋感測器200的側面剖面圖。指紋感測器200包含第一發光表面層(Light Emitting Structure，LES)210、第二發光表面層212、驅動電路220、感應陣列230、閘極驅動電路240、讀取電路250及時序控制電路260。
當有物體(例如手指)與發光表面層之部分相接觸時，輸入至發光表面層的交流電即可透過其物體接地回流，使得發光表面層與物體相接觸的部分會發出掃描光。舉例來說，在第2圖中物體O與第一發光表面層210及物體O與第二發光表面層212相接觸的部分，會朝感應陣列230分別發出第一掃描光L1及第二掃描光L2。
在第3圖中，感應陣列230、閘極驅動電路240及讀取電路250的全部或部分元件會設置在元件區PL中，而為使發光表面層能夠更靠近與之接觸的物體，而能較直接地接收到物體的碰觸，第一發光表面層210和第二發光表面層212會設置在元件區PL上方。第一發光表面層210和第二發光表面層212可為共平面，而用以提供第一發光表面層210和第二發光表面層212的所需電源的電極層EL則是設置於元件區PL及第一發光表面層210和第二發光表面層212之間。在第3圖中，感應陣列230的感光電路會設置於第一發光表面層210及第二發光表面層212的下方，以便感光電路能夠直接接收第一發光表面層210及第二發光表面層212所發出的掃描光，例如第一掃描光L1及第二掃描光L2。
此外，感應陣列230、閘極驅動電路240及讀取電路250於元件區PL中的空間分布僅為例示性的說明，申言之，在本發明的部分實施例中，閘極驅動電路240及讀取電路250所需的薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)也可能根據佈線的需求，設置於感應陣列230的上方、下方或甚至與感應陣列230設置於同一平面但彼此交錯。在本發明的部分實施例中，為避免第一發光表面層210和第二發光表面層212因與物體接觸造成磨損，因此在第一發光表面層210和第二發光表面層212的上方還可設置一層透光的保護層SL。而在第一發光表面層210和第二發光表面層212之間還可設置絕緣層IL以確保第一發光表面層210及第二發光表面層212為分隔設置，且不會互相影響。
在第2圖中，第一發光表面層210和第二發光表面層212會彼此分開設置。驅動電路220耦接於第一發光表面層210及第二發光表面層212，並可提供第一發光表面層210及第二發光表面層212所需之電源。感應陣列230包含複數個第一感光電路232 11至232 NM及複數個第二感光電路234 11至234 NM，其中M及N為正整數。複數個第一感光電路232 11至232 NM設置於第一發光表面層210的下方，每一第一感光電路232 11至232 NM可根據所接收到的第一掃描光L1產生第一感光電位VA 11至VA NM。複數個第二感光電路234 11至234 NM設置於第二發光表面層212的下方，每一第二感光電路234 11至234 NM可根據所接收到的第二掃描光L2產生第二感光電位VB 11至VB NM。
閘極驅動電路240包含複數條閘極線GL 1至GL N，每一條閘極線GL 1至GL N耦接於複數個第一感光電路232 11至232 NM及複數個第二感光電路234 11至234 NM中位於同一列之複數個感光電路。舉例來說，閘極線GL 1會耦接至位於同一列的第一感光電路232 11至232 1M及第二感光電路234 11至234 1M，而閘極線GL N會耦接至位於同一列的第一感光電路232 N1至232 NM及第二感光電路234 N1至234 NM，並依此類推，而閘極驅動電路240即可經由複數條閘極線GL 1至GL N依序驅動複數列感光電路。
讀取電路250包含複數條第一讀取線RA 1至RA M、複數條第二讀取線RB 1至RB M及讀取單元252。在第2圖中，第一發光表面層210及第二發光表面層212之間的分割線會與複數條第一讀取線RA 1至RA M及複數條第二讀取線RB 1至RB M相平行。每一第一讀取線RA 1至RA M耦接於複數個第一感光電路232 11至232 NM中位於同一行之複數個感光電路。每一第二讀取線RB 1至RB M耦接於複數個第二感光電路234 11至234 NM中位於同一行之複數個感光電路。舉例來說，第一讀取線RA 1會耦接至複數個第一感光電路232 11至232 NM中位於同一行之感光電路232 11至232 N1，而第二讀取線RB 1會耦接至複數個第二感光電路234 11至234 NM中位於同一行之感光電路234 11至234 N1。
讀取單元252耦接於複數條第一讀取線RA 1至RA M及複數條第二讀取線RB 1至RB M。當閘極驅動電路240驅動一列感光電路時，讀取單元252可依序或同時經由複數條第一讀取線RA 1至RA M讀取被閘極驅動電路240所驅動之一列第一感光電路中位於不同行之第一感光電路所產生之第一感光電位，及/或可依序或同時經由複數條第二讀取線RB 1至RB M讀取被閘極驅動電路240所驅動之一列第二感光電路中位於不同行之第二感光電路所產生之第二感光電位。舉例來說，當閘極驅動電路240經由閘極線GL 1驅動位於同一列的第一感光電路232 11至232 1M及第二感光電路234 11至234 1M時，讀取單元252可依序經由複數條第一讀取線RA 1至RA M讀取位於同一列但不同行之第一感光電路232 11至232 1M所產生的第一感光電位VA 11至VA 1M，而讀取單元252也可依序經由複數條第二讀取線RB 1至RB M讀取位於同一列但不同行之第二感光電路234 11至234 1M所產生的第二感光電位VB 11至VB 1M。
時序控制電路260耦接於驅動電路220、閘極驅動電路240及讀取電路250，並可控制驅動電路220、閘極驅動電路240及讀取電路250的運作時序。
第4圖為本發明一實施例之讀取單元252及第一感光電路232 11的示意圖。在第4圖的實施例中，讀取單元252包含多工器252A、積分器252B及旁路開關252C。多工器252A耦接於複數條第一讀取線RA 1至RA M及複數條第二讀取線RB 1至RB M，並可根據時序控制電路260的控制，導通或截止複數條第一讀取線RA 1至RA M及複數條第二讀取線RB 1至RB M與多工器252A之輸出端252A OUT之間的電性連接。積分器252B具有第一輸入端252B IN1、第二輸入端252B IN2及輸出端252B OUT。積分器252B的第一輸入端252B IN1耦接於多工器252A之輸出端252A OUT，積分器252B的第二輸入端252B IN2接收偏壓V bias1，而積分器252B的輸出端252B OUT可根據自第一輸入端252B IN1輸入之電流輸出積分電壓V INT。在第4圖中，積分器252B可由放大器AMP及電容C組成。旁路開關252C具有第一端、第二端及控制端。旁路開關252C的第一端耦接於積分器252B之第一輸入端252B IN1，旁路開關252C的第二端耦接於積分器252B之輸出端252B OUT，而旁路開關252C的控制端耦接於時序控制電路260。當讀取單元252並未用以讀取感光電位時，時序控制電路260會導通旁路開關252C，使得積分器252B的電容回歸初始電位，而欲利用讀取單元252讀取感光電位時，時序控制電路260會截止旁路開關252C，外部電流能夠流入積分器252B的第一輸入端252B IN1，而積分器252B即可根據自第一輸入端252B IN1輸入之電流輸出積分電壓V INT，並作為判斷感光電位的依據。
第一感光電路232 11可包含感光元件232A、電容232B及開關232C。開關232C的第一端耦接至電容232B及感光元件232A，開關232C的第二端耦接至第一讀取線RA 1，而開關232C的控制端則耦接至閘極線GL 1。感光元件232A的陽極與陰極會分別耦接至偏壓V bias2及開關232C的第一端。此外，電容232B的兩端會分別與感光元件232A的陽極與陰極相耦接，因此感光元件232A根據接收到的光所產生之光電流會對電容232B放電，而第一感光電路232 11所產生的第一感光電位VA 11即為電容232B的兩端電位差。
在第4圖的實施例中，當指紋感測器200欲讀取第一感光電路232 11所產生的感光電位VA 11時，閘極驅動電路240會輸出閘極訊號SG 1至閘極線GL 1，因此第一感光電路232 11的開關232C會被導通，而第一讀取線RA 1即可對第一感光電路232 11的電容232B進行充電，電容232B會被持續充電直到電容232B的電位與第一讀取線RA 1所提供的參考電壓V ref相同。此時，時序控制電路260也會控制讀取單元252之多工器252A導通第一讀取線RA 1與多工器252A之輸出端252A OUT之間的電性連接。因此，積分器252B也會接收到第一讀取線RA 1對感光電路232 11之電容232B的充電電流，並會根據此充電電流輸出積分電壓V INT，作為判斷感光電位的依據。
在本發明的實施例中，每個感光電路皆可與第一感光電路232 11具有相似的結構，而指紋感測器200也可以按照上述讀取第一感光電路232 11所產生之感光電位VA 11的方式來讀取不同之感光電路所產生的感光電位。
然而在本發明的部分實施例中，本發明之指紋感測器的感光電路也可與第4圖所示之第一感光電路232 11具有不同的結構，舉例來說，感光電路中的感光元件所產生的光電流也可能會對感光電路中的電容進行充電而非放電，在此情況下，當指紋感測器欲讀取感光電位時，感光電路中的電容則可經由讀取線放電，而非充電，而讀取電路也可能根據不同的架構來實施，而未必與第4圖所示的讀取單元252相同。申言之，只要感光電路能夠與讀取電路之讀取線及閘極驅動電路之閘極線相配合，使得指紋感測器能夠透過驅動不同閘極線及不同讀取線的方式讀取每一個感光元件的感光電位，則本發明之指紋感測器即可正常運作。
由於發光表面層須由高壓電來驅動發光，例如正負壓或純正壓或純負壓，如電壓波峰差高達200V的交流電。因此為了避免驅動電路220在驅動第一發光表面層210及第二發光表面層212時，高壓的交流電經由耦合效應影響讀取電路250的運作，在本發明的部分實施例中，驅動電路220提供至第一發光表面層210之交流電壓與驅動電路220提供至第二發光表面層212之交流電壓之間的相位差實質上可為180度。如此一來，驅動電路220提供至第一發光表面層210之交流電壓與提供至第二發光表面層212之交流電壓會具有相反的相位，而能夠互相補償，減少對於讀取電路250受到高壓交流電的影響。
然而在本發明的其他實施例中，驅動電路220提供至第一發光表面層210之交流電壓與提供至第二發光表面層212之交流電壓也可不具有相位差，透過此等設置可使第一發光表現層和第二發光表現層所發出的掃描光強度一致，此時則可透過調整驅動電路220輸出電壓至第一發光表面層210及第二發光表面層212的時序來減少對於讀取電路250受到高壓交流電的影響。
第5圖為本發明另一實施例之指紋感測器200的操作時序圖。在第5圖的第一時段T1中，驅動電路220提供至第一發光表面層210的電壓V1為交流電壓，而在第二時段T2中，驅動電路220提供至第一發光表面層210的電壓V1為直流電壓或高阻抗(high impedance)。在第一時段T1中，驅動電路220提供至第二發光表面層212的電壓V2為直流電壓或高阻抗，而在第二時段T2中，驅動電路220提供至第二發光表面層212的電壓V2為交流電壓。且第一時段T1與第二時段T2不相重疊。
也就是說，在第一時段T1中，若第一發光表面層210與物體(如手指)接觸，則第一發光表面層210會發出掃描光。然而在第二時段T2中，即便物體與第一發光表面層210相接觸，第一發光表面層210也不會發出掃描光。相對的，在第二時段T2中，若第二發光表面層212與物體接觸，則第二發光表面層212會發出掃描光，然而在第一時段T1中，即便物體與第二發光表面層212相接觸，第二發光表面層212也不會發出掃描光。
在此情況下，讀取單元252可以在第一時段T1中讀取第二感光電路234 11至234 NM所產生的感光電位VB 11至VB NM，並可以在第二時段T2中讀取第一感光電路232 11至232 NM所產生的感光電位VA 11至VA NM。申言之，在第一時段T1中，閘極驅動電路240會經由閘極線GL 1至GL N依序驅動第一感光電路232 11至232 NM及第二感光電路234 11至234 NM，而當閘極驅動電路240經由閘極線GL 1驅動位於同一列的第二感光電路234 11至234 1M時，讀取電路250會依序經由複數條第二讀取線RB 1至RB M讀取第二感光電路234 11至234 1M中位於不同行之第二感光電路所產生之第二感光電位VB 11至VB 1M。在第二時段T2中，閘極驅動電路240則同樣會經由閘極線GL 1至GL N依序驅動第一感光電路232 11至232 NM及第二感光電路234 11至234 NM，而當閘極驅動電路240經由閘極線GL 1驅動位於同一列的第一感光電路232 11至232 1M時，讀取電路250會依序經由複數條第一讀取線RA 1至RA M讀取第一感光電路232 11至232 1M中位於不同行之第一感光電路所產生之第一感光電位VA 11至VA 1M。
在第5圖的實施例中，由於讀取電路250是在驅動電路220並未輸出交流電壓至第一發光表面層210的第二時段T2中讀取第一感光電路232 11至232 1M所產生之第一感光電位VA 11至VA 1M，因此讀取電路250在讀取第一感光電位VA 11至VA 1M時，不會受到交流電壓的影響而產生誤差。同理，讀取電路250是在驅動電路220並未輸出交流電壓至第二發光表面層212的第一時段中讀取第二感光電路234 11至234 1M所產生之第二感光電位VB 11至VB 1M，因此讀取電路250在讀取第二感光電位VB 11至VB 1M時，不會受到交流電壓的影響而產生誤差。如此一來，指紋感測器200即可藉由讓第一發光表面層210及第二發光表面層212在不同的時段發光，避免在第一發光表面層210發光時讀取第一感光電路232 11至232 1M所產生之第一感光電位VA 11至VA 1M，並避免在第二發光表面層212發光時讀取第二感光電路234 11至234 1M所產生之第二感光電位VB 11至VB 1M，因而能夠減少對於讀取電路250受到高壓交流電的影響，提高讀取電路250讀取感光電位的準確率。此外，根據本發明另一實施例，發光層驅動電壓的施加期間可以是在水平遮沒期間(H-blanking)，藉由在水平遮沒期間施加發光層電壓可以減少影響其他元件在工作時受到影響，提高準確率。
第6圖為本發明另一實施例之讀取單元252’的示意圖。讀取單元252’包含感測模組SNSM、取樣模組SMPM、多工器MUX、移位暫存器SR、比較器CMP、類比數位轉換電路ADC。在本發明的部分實施例中，讀取電路250亦可採用讀取單元252’來取代第4圖中的讀取單元252。當利用讀取單元252’來讀取第一感光電路232 11至232 NM所產生的感光電位時，讀取單元252’可耦接於第一讀取線RA 1至RA M，感測模組SNSM包含M個積分電路INT及M個旁路元件BPE。取樣模組SMPM包含M個參考取樣元件REFC及M個感測取樣元件SNSC。
感測模組SNSM之M個旁路元件BPE可由感測重置訊號S RST來控制，M個參考取樣元件REFC可由參考取樣訊號S HR來控制，而M個感測取樣元件SNSC可由感測取樣訊號S HS來控制。第7圖為本發明一實施例之讀取單元252’的操作時序圖。在第7圖之第一時段T1中，閘極線GL 1仍未被驅動。此時，感測重置訊號S RST為低電位，而參考取樣訊號S HR為高電位，因此M個旁路元件BPE會被導通，而M個參考取樣元件REFC會分別接收到自M條第一讀取線RA 1至RA M流入的電流，由於此時閘極線GL 1並未被驅動，因此在第一時段T1中，M個感測取樣元件REFC所取樣到的電壓可作為參考電壓。
在第7圖之第二時段T2中，閘極線GL 1被驅動至高電位，且M條第一讀取線RA 1至RA M也會依序被驅動而輸出第一感光電路232 11至232 1M所產生之第一感光電位VA 11至VA 1M。此時感測重置訊號S RST為高電位，因此M個旁路元件BPE會被截止，使得M個積分電路INT可分別接收第一感光電位VA 11至VA 1M於第一讀取線RA 1至RA M上產生的電流並產生積分電壓。
在第7圖之第三時段T3中，感測取樣訊號SHS變為高電位，因此M個感測取樣元件SNSC會接收M個積分器傳來的電流。換言之，在第三時段T3中，M個感測取樣元件SNSC所取樣到的感測電壓會與M個積分器所產生的積分電壓相關，因此亦與第一感光電位VA11至VA1M相關。
在第7圖之第四時段T4中，移位暫存器SR可根據多工控制訊號SMST依序產生M個控制訊號，使得多工器MUX依序將M個參考取樣元件REFC所取樣到的參考電壓及M個感測取樣元件SNSC所取樣到的感測電壓分別饋入比較器CMP的兩端，比較器CMP則會依序地輸出M組感測電壓與參考電壓的比較結果，而類比數位轉換電路ADC即可依序將比較器CMP輸出的類比訊號轉換為數位訊號，如此一來，讀取單元252’就能夠輸出數位化的比較結果。此外，感測取樣訊號SHS的時序，亦可在閘極線GL1被驅動至高電位的期間，變為高電位，本發明在此不加以限制。所述感測取樣訊號SHS的時序是可以依實際需求調整，亦可以在閘極線被驅動於低電位的期間進行轉態(transition)。
此外，在本發明的其他實施例中，讀取單元252’還可包含額外的多工器，並依照與上述相似的方法，耦接至M條第二讀取線RB1至RBM以讀取第二感光電路23411至234NM所產生的感光電位。
在本發明的其他實施例中，指紋感測器還可以包含更多數量的發光表面層。第8圖為本發明一實施例之指紋感測器300的示意圖，而第9圖為本發明一實施例之指紋感測器300的操作時序圖。指紋感測器300與指紋感測器200的結構相似，兩者主要的差別在於指紋感測器300還包含了第三發光表面層310及第四發光表面層312。
在第8圖中，第一發光表面層210、第二發光表面層212、第三發光表面層310及第四發光表面層312可處於相同平面，且第二發光表面層212可設置於第一發光表面層210及第三發光表面層310之間，而第三發光表面層310可設置於 第二發光表面層212及第四發光表面層312之間。第三發光表面層310及第四發光表面層312的操作原理與第一發光表面層210相似，第三發光表面層310可在與物體O接觸時，發出第三掃描光L3，而第四發光表面層312可在與物體O接觸時，發出第四掃描光L4。
此外，指紋感測器300的驅動電路320可以提供第一發光表面層210、第二發光表面層212、第三發光表面層310及第四發光表面層312所需之電源。指紋感測器300的感應陣列330除了包含設置於第一發光表面層210下方的複數個第一感光電路23211至232NM及設置於第二發光表面層212下方的複數個第二感光電路23411至234NM之外，還包含複數個第三感光電路33211至332NM及複數個第四感光電路33411至334NM。複數個第三感光電路33211至332NM設置於第三發光表面層310的下方，每一第三感光電路33211至332NM可根據所接收到的第三掃描光L3產生第三感光電位VC11至VCNM，而複數個第四感光電路33411至334NM設置於第四發光表面層312的下方，每一第四感光電路33411至334NM可根據所接收到的第四掃描光L4產生第四感光電位VD11至VDNM。
指紋感測器300的讀取電路350包含複數條第一讀取線RA1至RAM、複數條第二讀取線RB1至RBM、複數條第三讀取線RC1至RCM及複數條第四讀取線RD1至RDM。每一第三讀取線RC1至RCM耦接於複數個第三感光電路33211至332NM中位於同一行之複數個第三感光電路，例如第三讀取線RC1會耦接至第三感光電路33211至3321M。每一第四讀取線RD1至RDM耦接於複數個第四感光電路33411至334NM中位於同一行之複數個第四感光電路，例如第四讀取線RD1會耦接至第四感光電路33411至3341M。
在第9圖中，於第一時段T1中，驅動電路320提供至第一發光表面層210的電壓V1為交流電壓，提供至第二發光表面層212的電壓V2、提供至第三發光表面層310的電壓V3及提供至第四發光表面層312的電壓V4則皆為直流電壓 或高阻抗。在第二時段T2中，驅動電路320提供至第二發光表面層212的電壓V2為交流電壓，提供至第一發光表面層210的電壓V1、提供至第三發光表面層310的電壓V3及提供至第四發光表面層312的電壓V4則皆為直流電壓或高阻抗。在第三時段T3中，驅動電路320提供至第三發光表面層310的電壓V3為交流電壓，提供至第一發光表面層210的電壓V1、提供至第二發光表面層212的電壓V2及提供至第四發光表面層312的電壓V4則皆為直流電壓或高阻抗。在第四時段T4中，驅動電路320提供至第四發光表面層312的電壓V4為交流電壓，提供至第一發光表面層210的電壓V1、提供至第二發光表面層212的電壓V2及提供至第三發光表面層310的電壓V3則皆為直流電壓或高阻抗。第一時段T1、第二時段T2、第三時段T3及第四時段T4互不相重疊。
也就是說，第一發光表面層210會在第一時段T1中且與物體接觸時才會發光，第二發光表面層212會在第二時段T2中且與物體接觸時才會發光，第三發光表面層310會在第三時段T3中且與物體接觸時才會發光，而第四發光表面層312會在第四時段T4中且與物體接觸時才會發光。
此外，為了讓讀取電路350所讀取之感光元件能夠與產生高壓交流電的位置距離更遠，以避免在讀取感光電位的過程中受到高壓交流電的影響，在第9圖的實施例中，讀取單元352會在第一時段T1中，經由第三讀取線RC1至RCM讀取被閘極驅動電路340驅動之一列感光電路中位於不同行之第三感光電路所產生之第三感光電位，在第二時段T2中，經由第四讀取線RD1至RDM讀取被閘極驅動電路340驅動之一列感光電路中位於不同行之第四感光電路所產生之第四感光電位，在第三時段T3中，經由第一讀取線RA1至RAM讀取被閘極驅動電路340驅動之一列感光電路中位於不同行之第一感光電路所產生之第一感光電位，而在第四時段T4中，經由第二讀取線RB1至RBM讀取被閘極驅動電路340驅動之一列感光電路中位於不同行之第二感光電路所產生之第二感光電位。
舉例來說，在第一時段T1中，當閘極驅動電路340經由閘極線GL1驅動位於同一列的第三感光電路33211至3321M時，讀取電路350會依序經由複數條第三讀取線RC1至RCM讀取第三感光電路33211至3321M中位於不同行之第三感光電路所產生之第三感光電位VC11至VC1M。在第二時段T2中，當閘極驅動電路340經由閘極線GL1驅動位於同一列的第四感光電路33411至3341M時，讀取電路350會依序經由複數條第四讀取線RD1至RDM讀取第四感光電路33411至3341M中位於不同行之第四感光電路所產生之第四感光電位VD11至VD1M。在第三時段T3中，當閘極驅動電路340經由閘極線GL1驅動位於同一列的第一感光電路23211至2321M時，讀取電路350會依序經由複數條第一讀取線RA1至RAM讀取第一感光電路23211至2321M中位於不同行之第一感光電路所產生之第一感光電位VA11至VA1M。在第四時段T4中，當閘極驅動電路340經由閘極線GL1驅動位於同一列的第二感光電路23411至2341M時，讀取電路350會依序經由複數條第二讀取線RB1至RBM讀取第二感光電路23411至2341M中位於不同行之第二感光電路所產生之第二感光電位VB11至VB1M。
如此一來，指紋感測器300在第一時段T1中讀取第三感光電路33211至3321M所產生之感光電位VC11至VC1M時，與第三發光表面層310相鄰的第二發光表面層212及第四發光表面層312都不會接收到高壓交流電，因此可以進一步避免高壓交流電影響讀取電路350讀取感光電位VC11至VC1M的準確率。同理，指紋感測器300在讀取感光電路所產生之感光電位時，被讀取之感光電路上方的發光表面層以及與被讀取之感光電路上方的發光表面層相鄰的發光表面層都不會接收到高壓交流電，因此能夠有效地減少高壓交流電對於讀取電路350的影響。
第10圖為本發明一實施例之指紋感測器400的示意圖。指紋感測器400與指紋感測器200的結構相似，指紋感測器400可包含發光表面層410、驅動電路420、感應陣列430、閘極驅動電路440、讀取電路450及時序控制電路460。 感應陣列430設置於發光表面層410下方的複數個感光電路43211至432NM，而指紋感測器400的讀取電路350包含複數條讀取線RA1至RAM。
第11圖為本發明一實施例之指紋感測器400的操作時序圖，第一時段T1與第二時段T2不相重疊，在第一時段T1中，指紋感測器400之驅動電路420提供至發光表面層410的電壓V1為交流電壓，而在第二時段T2中，驅動電路420提供至發光表面層410的電壓V1則變為直流電壓或高阻抗。而閘極驅動電路340會在第二時段T2中，經由複數條閘極線GL1至GLN依序驅動複數列感光電路43211至4321M、43221至4322M、...、432N1至432NM。
申言之，在第11圖的實施例中，指紋感測器400之驅動電路420會在閘極驅動電路340經由閘極線GLN驅動複數列感光電路432N1至432NM之後，並在閘極驅動電路340接著要重新經由閘極線GL1驅動複數列感光電路43211至4321M之前的時段，即第一時段T1，輸出交流電壓至發光表面層410以使發光表面層410發出掃描光；而在閘極驅動電路340經由複數條閘極線GL1至GLN依序驅動複數列感光電路43211至4321M、43221至4322M、...、432N1至432NM的時段內，即第二時段T2中，停止輸出交流電壓至發光表面層410以避免讀取電路250在讀取感光電位的過程中，受到高壓交流電的影響而無法準確判讀各感光電路所產生的感光電位。
如此一來，指紋感測器400在讀取感光電路所產生之感光電位時，由於被讀取之感光電路上方的發光表面層不會接收到高壓交流電，因此能夠有效地減少高壓交流電對於讀取電路450的影響，進而提升讀取電路450判讀各感光電路所產生之感光電位的準確性。
在本發明的其他實施例中，指紋感測器400還可根據不同的時序來操作。第12圖為本發明另一實施例之指紋感測器400的操作時序圖。在第12圖中，驅動電路420可以在讀取單元452經由讀取線(例如為讀取線RA1)讀取對應之第一 感光電位之後，且在讀取單元452經由下一讀取線(例如為讀取線RA2)讀取對應之第一感光電位之前，(例如在時段T1’內)使提供至發光表面層410的電壓V1為交流電壓，並在讀取單元452經由讀取線(例如為讀取線RA2)讀取對應之第一感光電位時，(例如在時段T2’內)使提供至發光表面層410的電壓V1變為直流電壓或高阻抗。
此外，在本發明的部分實施例中，在每個閘極線GL1至GLN被驅動至高電位的期間內，指紋感測器400也可以在經由讀取線RA1至RAM讀取對應之第一感光電位的期間使提供至發光表面層410的電壓V1變為直流電壓或高阻抗，並在完成讀取對應之第一感光電位之後，再使提供至發光表面層410的電壓V1為交流電壓。
申言之，驅動電路420只會在讀取單元452並未經由讀取線讀取感光電位時，才會輸出交流電壓至發光表面層410以發出掃描光。如此一來，指紋感測器400在讀取感光電路所產生之感光電位時，由於被讀取之感光電路上方的發光表面層不會接收到高壓交流電，因此也能夠有效減少高壓交流電對於讀取電路450的影響，進而提升讀取電路450判讀各感光電路所產生之感光電位的準確性。
此外，在本發明的部分實施例中，指紋感測器400還可以將第11圖及第12圖的實施例加以結合。舉例來說，指紋感測器400之驅動電路420除了在第11圖的第一時段T1輸出交流電壓至發光表面層410之外，也可以如第12圖所示，在讀取單元452經由讀取線(例如為讀取線RA1)讀取對應之第一感光電位之後，且在讀取單元452經由下一讀取線(例如為讀取線RA2)讀取對應之第一感光電位之前，輸出交流電壓AC1至發光表面層410。並且驅動電路420可在上述時段之外，停止輸出交流電壓AC1至發光表面層410。
如此一來，指紋感測器400在讀取感光電路所產生之感光電位時，由 於被讀取之感光電路上方的發光表面層不會接收到高壓交流電，因此也能夠有效減少高壓交流電對於讀取電路450的影響，進而提升讀取電路450判讀各感光電路所產生之感光電位的準確性。
綜上所述，本發明所提供之指紋感測器可使發光表面層所需的高壓交流電遠離讀取電路所讀取的感光電路，抑或是在讀取電路讀取感光電路產生之感光電位時避免產生高壓交流電，因此能夠有效地減少高壓交流電對於指紋感測器之讀取電路的影響，進而提升指紋感測器判讀各感光電路所產生之感光電位的準確性。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、200、300、400‧‧‧指紋感測器
110‧‧‧背光模組
120、230、330、430‧‧‧感應陣列
122‧‧‧感光電路
130‧‧‧讀取模組
210‧‧‧第一發光表面層
212‧‧‧第二發光表面層
310‧‧‧第三發光表面層
312‧‧‧第四發光表面層
410‧‧‧發光表面層
220、320、420‧‧‧驅動電路
23211、2321M、232N1、232NM‧‧‧第一感光電路
23411、2341M、234N1、234NM‧‧‧第二感光電路
33211、3321M、332N1、332NM‧‧‧第三感光電路
33411、3341M、334N1、334NM‧‧‧第四感光電路
43211、43212、4321M、432N1、432N2、432NM‧‧‧感光電路
240、340、440‧‧‧閘極驅動電路
250、350、450‧‧‧讀取電路
252、352、452、252’‧‧‧讀取單元
260、360、460‧‧‧時序控制電路
O‧‧‧物體
V1、V2、V3、V4‧‧‧電壓
VA11、VA1M、VAN1、VANM‧‧‧第一感光電位
VB11、VB1M、VBN1、VBNM‧‧‧第二感光電位
RA1、RA2、RAM‧‧‧第一讀取線
RB1、RBM‧‧‧第二讀取線
RC1、RCM‧‧‧第一讀取線
RD1、RDM‧‧‧第二讀取線
GL1、GLN‧‧‧閘極線
L1‧‧‧第一掃描光
L2‧‧‧第二掃描光
L3‧‧‧第三掃描光
L4‧‧‧第四掃描光
SL‧‧‧保護層
EL‧‧‧電極層
PL‧‧‧元件區
IL‧‧‧絕緣層
232A‧‧‧感光元件
232B‧‧‧電容
232C‧‧‧開關
Vbias1、Vbias2‧‧‧偏壓
252A、MUX‧‧‧多工器
252AOUT‧‧‧輸出端
252B、INT‧‧‧積分器
252BIN1‧‧‧第一輸入端
252BIN2‧‧‧第二輸入端
252BOUT‧‧‧輸出端
252C‧‧‧旁路開關
AMP‧‧‧放大器
VINT‧‧‧積分電壓
Vref‧‧‧參考電壓
SNSM‧‧‧感測模組
SMPM‧‧‧取樣模組
SR‧‧‧移位暫存器
CMP‧‧‧比較器
ADC‧‧‧類比數位轉換電路
BPE‧‧‧旁路元件
REFC‧‧‧參考取樣元件
SNSC‧‧‧感測取樣元件
SRST‧‧‧感測重置訊號
SHR‧‧‧參考取樣訊號
SHS‧‧‧感測取樣訊號
SMST‧‧‧多工控制訊號
T1‧‧‧第一時段
T2‧‧‧第二時段
T3‧‧‧第三時段
T4‧‧‧第四時段
T1’、T2’‧‧‧時段
第1圖為先前技術之指紋感測器的示意圖。
第2圖為本發明一實施例之指紋感測器的示意圖。
第3圖為第2圖之指紋感測器的側面剖面圖。
第4圖為第2圖之指紋感測器的讀取單元及第一感光電路的示意圖。
第5圖為第2圖之指紋感測器的操作時序圖。
第6圖為本發明一實施例之讀取單元的示意圖。
第7圖為第6圖之讀取單元的操作時序示意圖。
第8圖為本發明另一實施例之指紋感測器的示意圖。
第9圖為第8圖之指紋感測器的操作時序圖。
第10圖為本發明另一實施例之指紋感測器的示意圖。
第11圖為第10圖之指紋感測器的操作時序圖。
第12圖為第10圖之指紋感測器的另一操作時序圖。
200‧‧‧指紋感測器
210‧‧‧第一發光表面層
212‧‧‧第二發光表面層
220‧‧‧驅動電路
230‧‧‧感應陣列
23211、2321M、232N1、232NM‧‧‧第一感光電路
23411、2341M、234N1、234NM‧‧‧第二感光電路
240‧‧‧閘極驅動電路
250‧‧‧讀取電路
252‧‧‧讀取單元
260‧‧‧時序控制電路
O‧‧‧物體
VA11、VA1M、VAN1、VANM‧‧‧第一感光電位
VB11、VB1M、VBN1、VBNM‧‧‧第二感光電位
RA1、RAM‧‧‧第一讀取線
RB1、RBM‧‧‧第二讀取線
GL1、GLN‧‧‧閘極線
L1‧‧‧第一掃描光
L2‧‧‧第二掃描光
V1、V2‧‧‧電壓

Claims (10)

  1. 一種指紋感測器，包含： 一第一發光表面(Light Emitting Structure，LES)層，用以當一物體與該第一發光表面層之一部分相接觸時，於該第一發光表面層之該部份發出一第一掃描光； 一第二發光表面層，用以當該物體與該第二發光表面層之一部分相接觸時，於該第二發光表面層之該部份發出一第二掃描光，該第一發光表面層與該第二發光表面層為分開設置； 一驅動電路，耦接於該第一發光表面層及該第二發光表面層，用以提供該第一發光表面層及該第二發光表面層所需之電源； 一感應陣列，包含： 複數個第一感光電路，設置於該第一發光表面層的下方，每一第一感光電路用以根據所接收到的該第一掃描光產生一第一感光電位；及 複數個第二感光電路，設置於該第二發光表面層的下方，每一第二感光電路用以根據所接收到的該第二掃描光產生一第二感光電位； 一閘極驅動電路，包含複數條閘極線，每一條閘極線耦接於該些第一感光電路及該些第二感光電路中位於同一列之複數個感光電路，該閘極驅動電路用以經由該些閘極線依序驅動複數列感光電路； 一讀取電路，包含： 複數條第一讀取線，每一第一讀取線耦接於該些第一感光電路中位於同一行之複數個感光電路； 複數條第二讀取線，每一第二讀取線耦接於該些第二感光電路中位於同一行之複數個感光電路；及 一讀取單元，耦接於該些第一讀取線及該些第二讀取線，用以當該閘極驅動電路驅動一列感光電路時，依序或同時經由該些第一讀取線讀取該列第一感光電路中位於不同行之第一感光電路所產生之第一感光電位，及/或依序或同時經由該些第二讀取線讀取該列第二感光電路中位於不同行之第二感光電路所產生之第二感光電位；及 一時序控制電路，耦接於該驅動電路、該閘極驅動電路及該讀取電路，用以控制該驅動電路、該閘極驅動電路及該讀取電路。
  2. 如請求項1所述之指紋感測器，其中該驅動電路提供至該第一發光表面層之一交流電壓與該驅動電路提供至該第二發光表面層之一交流電壓之間的相位差實質上為180度 。
  3. 如請求項1所述之指紋感測器，其中： 該驅動電路係於一第一時段提供該第一發光表面層一第一交流電壓，及於一第二時段提供該第二發光表面層電源一第二交流電壓； 於該第一時段中，該驅動電路停止提供該第二交流電壓至該第二發光表面層； 於該第二時段中，該驅動電路停止提供該第一交流電壓至該第一發光表面層電源；及 該第一時段與該第二時段不相重疊。
  4. 如請求項3所述之指紋感測器，其中： 該讀取單元係於該第一時段中且當該閘極驅動電路驅動該列感光電路時，依序或同時經由該些第二讀取線讀取該列感光電路中位於不同行之第二感光電路所產生之第二感光電位；及 該讀取單元係於該第二時段中且當該閘極驅動電路驅動該列感光電路時，依序或同時經由該些第一讀取線讀取該列感光電路中位於不同行之第一感光電路所產生之第一感光電位。
  5. 如請求項1所述之指紋感測器，另包含： 一第三發光表面層，用以發出一第三掃描光； 一第四發光表面層，用以發出一第四掃描光； 其中： 該第二發光表面層係設置於第一發光表面層及該第三發光表面層之間，且該第三發光表面層係設置於第二發光表面層及該第四發光表面層之間； 該驅動電路另用以提供該第三發光表面層及該第四發光表面層所需之電源； 該感應陣列另包含： 複數個第三感光電路，設置於該第三發光表面層的下方，每一第三感光電路用以根據所接收到的該第三掃描光產生一第三感光電位；及 複數個第四感光電路，設置於該第四發光表面層的下方，每一第四感光電路用以根據所接收到的該第四掃描光產生一第四感光電位；及 該讀取電路另包含： 複數條第三讀取線，每一第三讀取線耦接於該些第三感光電路中位於同一行之複數個第三感光電路；及 複數條第四讀取線，每一第四讀取線耦接於該些第四感光電路中位於同一行之複數個第四感光電路。
  6. 如請求項5所述之指紋感測器，其中： 該驅動電路於一第一時段僅提供一第一交流電壓至該第一發光表面層，於一第二時段僅提供一第二交流電壓至該第二發光表面層，於一第三時段僅提供一第三交流電壓至該第三發光表面層，及於一第四時段僅提供一第四交流電壓至該第四發光表面層；及 該第一時段、該第二時段、該第三時段及該第四時段互不相重疊。
  7. 如請求項6所述之指紋感測器，其中： 該讀取單元係於該第一時段中且當該閘極驅動電路驅動該列感光電路時，依序或同時經由該些第三讀取線讀取該列感光電路中位於不同行之第三感光電路所產生之第三感光電位； 該讀取單元係於該第二時段中且當該閘極驅動電路驅動該列感光電路時，依序或同時經由該些第四讀取線讀取該列感光電路中位於不同行之第四感光電路所產生之第四感光電位； 該讀取單元係於該第三時段中且當該閘極驅動電路驅動該列感光電路時，依序或同時經由該些第一讀取線讀取該列感光電路中位於不同行之第一感光電路所產生之第一感光電位；及 該讀取單元係於該第四時段中且當該閘極驅動電路驅動該列感光電路時，依序或同時經由該些第二讀取線讀取該列感光電路中位於不同行之第二感光電路所產生之第二感光電位。
  8. 如請求項1所述之指紋感測器，其中該讀取單元包含： 一多工器，耦接於該些第一讀取線及該些第二讀取線，用以根據該時序控制電路的控制，導通或截止該些第一讀取線及該些第二讀取線與該多工器之一輸出端之間的電性連接； 一積分器，具有一第一輸入端耦接於該多工器之該輸出端，一第二輸入端用以接收一偏壓，及一輸出端用以根據自該第一輸入端輸入之電流輸出一積分電壓；及 一旁路開關，具有一第一端耦接於該積分器之該第一輸入端，一第二端耦接於該積分器之該輸出端，及一控制端耦接於該時序控制電路。
  9. 一種指紋感測器，包含： 一發光表面(Light Emitting Structure，LES)層，用以當一物體與該發光表面層之一部分相接處時，於該發光表面層之該部份發出一掃描光； 一驅動電路，耦接於該發光表面層，用以提供該發光表面層發光時所需之電源； 一感應陣列，包含複數個感光電路，設置於該發光表面層的下方，每一感光電路用以根據所接收到的該掃描光產生一感光電位； 一閘極驅動電路，包含複數條閘極線，每一條閘極線耦接於該些感光電路中位於同一列之複數個感光電路，該閘極驅動電路用以經由該些閘極線依序驅動複數列感光電路； 一讀取電路，包含： 複數條讀取線，每一讀取線耦接於該些感光電路中位於同一行之複數個感光電路；及 一讀取單元，耦接於該些讀取線，用以當該閘極驅動電路驅動一列感光電路時，依序或同時經由該些讀取線讀取該列感光電路中位於不同行之感光電路所產生之感光電位；及 一時序控制電路，耦接於該驅動電路、該閘極驅動電路及該讀取電路，用以控制該驅動電路、該閘極驅動電路及該讀取電路； 其中： 該驅動電路係於一第一時段中，提供一交流電壓至該發光表面層； 該閘極驅動電路係於一第二時段中，經由該些閘極線依序驅動該複數列感光電路； 於該第二時段中，該驅動電路不提供該交流電壓至該發光表面層；及 該第一時段及該第二時段不相重疊。
  10. 一種指紋感測器，包含： 一發光表面(Light Emitting Structure，LES)層，用以當一物體與該發光表面層之一部分相接處時，於該發光表面層之該部份發出一掃描光； 一驅動電路，耦接於該發光表面層，用以提供該發光表面層發光時所需之電源； 一感應陣列，包含複數個感光電路，設置於該發光表面層的下方，每一感光電路用以根據所接收到的該掃描光產生一感光電位； 一閘極驅動電路，包含複數條閘極線，每一條閘極線耦接於該些感光電路中位於同一列之複數個感光電路，該閘極驅動電路用以經由該些閘極線依序驅動複數列感光電路； 一讀取電路，包含： 複數條讀取線，每一讀取線耦接於該些感光電路中位於同一行之複數個感光電路；及 一讀取單元，耦接於該些讀取線，用以當該閘極驅動電路驅動一列感光電路時，依序或同時經由該些讀取線讀取該列感光電路中位於不同行之感光電路所產生之感光電位；及 一時序控制電路，耦接於該驅動電路、該閘極驅動電路及該讀取電路，用以控制該驅動電路、該閘極驅動電路及該讀取電路； 其中該驅動電路係在該讀取單元經由一讀取線讀取對應之感光電位之後，且在該讀取單元經由下一讀取線讀取對應之感光電位之前，提供一交流電壓至該發光表面層，並在該讀取單元經由一讀取線讀取對應之感光電位時，停止提供該交流電壓至該發光表面層。
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