TWI679431B - 指紋感測裝置及其檢測方法 - Google Patents

Abstract

一種檢測方法，用以檢測指紋感測裝置。指紋感測裝置包含矩陣排列之多個感測電極。此檢測方法包含以下步驟：經由多條閘極線輸出多個閘極訊號至多個感測電極；依據多個閘極訊號每一者的感測區間傳送多個感測電極的多個感測值；以及依據多個感測值判斷指紋感測裝置是否存在缺陷。多個閘極訊號中之第一閘極訊號經由多個閘極線中之第一閘極線傳送至部分之多個感測電極，且第一閘極訊號的感測區間短於多個閘極訊號的其餘閘極訊號每一者的感測區間。

Description

指紋感測裝置及其檢測方法

本案是有關於一種檢測方法及指紋感測裝置，且特別是有關於缺陷的檢測方法及指紋感測裝置。

指紋感測裝置包括檢測電路及二維陣列排列的感測電極。使用時，檢測電路對每個感測電極施加驅動訊號，並接收每個感測電極的感測訊號，每個感測電極構成指紋感測裝置的一個圖元。如此，當手指作用到指紋感測裝置時，每個感測電極便可以檢測指紋對應點所引起的電壓變化，從而可以描述指紋對應點的深淺，並與其它感測電極(圖元)共同描述整個指紋的紋路，形成指紋圖像。

然而，感測電極本身可能存在缺陷，導致指紋感測裝置存在壞點，有些缺陷可能導致指紋感測裝置過熱。因此，指紋感測裝置的檢測十分重要。

本案之一態樣是在提供一種檢測方法，用以檢測指紋感測裝置。指紋感測裝置包含矩陣排列之多個感測 電極。此檢測方法包含以下步驟：經由多條閘極線輸出多個閘極訊號至多個感測電極；依據多個閘極訊號每一者的感測區間傳送多個感測電極的多個感測值；以及依據多個感測值判斷指紋感測裝置是否存在缺陷。多個閘極訊號中之第一閘極訊號經由多個閘極線中之第一閘極線傳送至部分之多個感測電極，且第一閘極訊號的感測區間短於多個閘極訊號的其餘閘極訊號每一者的感測區間。

本案之另一態樣是在提供一種指紋感測裝置。此指紋感測裝置包含多個感測電極、多條閘極線、多條感測線、閘極驅動器、多個感測晶片以及控制器。多條閘極線分別與部分之多個感測電極相耦接。多條感測線分別與部分之多個感測電極相耦接。閘極驅動器用以經由多個閘極線輸出多個閘極訊號至多個感測電極。多個感測晶片依據多個閘極訊號每一者的感測區間接收多個感測電極的多個感測值。控制器與多個感測晶片以及閘極驅動器相耦接，用以依據多個感測值判斷指紋感測裝置是否存在缺陷。多個閘極訊號中之第一閘極訊號經由多個閘極線中之第一閘極線傳送至部分之多個感測電極，且第一閘極訊號的感測區間短於多個閘極訊號的其餘閘極訊號每一者的感測區間。

因此，根據本案之技術態樣，本案之實施例藉由提供一種檢測方法及指紋感測裝置，且特別是有關於缺陷的檢測方法及指紋感測裝置，透過調整指紋感測器的邊界區域的感測時脈，藉以排除指紋按壓或其他感測物的干擾，有效進 行指紋感測器的檢測。

100‧‧‧指紋感測裝置

110‧‧‧主動區域

130‧‧‧控制器

150‧‧‧閘極驅動器

170、170A-170E‧‧‧感測晶片

S、S0-S9‧‧‧感測線

G、G0-GN‧‧‧閘極線

P、P00-PN9‧‧‧感測電極

200‧‧‧驅動波形圖

SP0-SP3‧‧‧感測區間

SA1-SA5‧‧‧感測區域

SG0-SG3‧‧‧閘極訊號

T1‧‧‧電晶體

C1至C4‧‧‧電容

D1‧‧‧二極體

Vbias、Vsignal、Vreset、Vref‧‧‧電壓

A1‧‧‧比較器

SW1-SW3‧‧‧開關

SUB‧‧‧微控制器

BD1、BD2‧‧‧缺陷區間

F‧‧‧手指

500‧‧‧操作示意圖

600‧‧‧感測圖表

SAV1-SAV5‧‧‧灰階值

△b1-△b5‧‧‧灰階差值

Data‧‧‧感測值曲線

700‧‧‧檢測方法

S710、S730、S750‧‧‧步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種指紋感測裝置的示意圖；第2圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種指紋感測裝置的驅動波形圖；第3圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種感測電極的示意圖；第4圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種感測晶片的示意圖；第5圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種指紋感測裝置的操作示意圖；第6圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種指紋感測裝置的感測值；以及第7圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種檢測方法的流程圖。

以下揭示提供許多不同實施例或例證用以實施本發明的不同特徵。特殊例證中的元件及配置在以下討論中被用來簡化本揭示。所討論的任何例證只用來作解說的 用途，並不會以任何方式限制本發明或其例證之範圍和意義。此外，本揭示在不同例證中可能重複引用數字符號且/或字母，這些重複皆為了簡化及闡述，其本身並未指定以下討論中不同實施例且/或配置之間的關係。

在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。

關於本文中所使用之『耦接』或『連接』，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，而『耦接』或『連接』還可指二或多個元件相互操作或動作。

在本文中，使用第一、第二與第三等等之詞彙，是用於描述各種元件、組件、區域、層與/或區塊是可以被理解的。但是這些元件、組件、區域、層與/或區塊不應該被這些術語所限制。這些詞彙只限於用來辨別單一元件、組件、區域、層與/或區塊。因此，在下文中的一第一元件、組件、區域、層與/或區塊也可被稱為第二元件、組件、區域、層與/或區塊，而不脫離本發明的本意。如本文所用，詞彙『與/或』包含了列出的關聯項目中的一個或多個的任何組合。本案文件中提到的「及/或」是指表列元件的任一者、全部或至少一者的任意組合。

請參閱第1圖。第1圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種指紋感測裝置100的示意圖。如第1圖所繪示，指紋感測裝置100包含主動區域110、控制器130、閘極驅動器150、多個感測晶片170A-170E、多條閘極線G0-GN以及多條感測線S0-S9。主動區域110包含多個感測電極P00-PN9。在連接關係上，控制器130與多個感測晶片170A-170E以及閘極驅動器150相耦接。閘極驅動器150與多條閘極線G0-GN相耦接。多個感測晶片170A-170E分別與部分之多條感測線S0-S9相耦接。舉例而言，感測晶片170A與感測線S0、S1相耦接，感測晶片170B與感測線S2、S3相耦接，其餘依此類推。多個感測電極P00-PN9之每一者分別與多條感測線S0-S9中之一者以及多條閘極線G0-GN中之一者相耦接。舉例而言，感測電極P00與閘極線G0與感測線S0相耦接，感測電極P01與閘極線G0與感測線S1相耦接，其餘依此類推。

此外，主動區域110更包含多個感測區域SA1-SA5，且多個感測區域SA1-SA5分別包含部分之多個感測電極P00-PN9。舉例而言，感測區域SA1包含至少感測電極P00與P01，感測區域SA2包含至少感測電極P02與P03，其餘依此類推。

多個感測區域SA1-SA5分別對應至多個感測晶片170A-170E中之一者。舉例而言，感測區域SA1對應至感測晶片170A，感測區域SA2對應至感測晶片170B，其餘依此類推。

需注意的是，如第1圖所繪示的指紋感測裝置100僅作為例示說明之用。舉例而言，如第1圖所示之感測晶片之數量、感測區域之數量、各個感測區域所包含之部分之感測電極的數量、感測線之數量、感測電極之數量以及閘極線之數量等僅作為例示說明之用，本案之實施方式不以上述為限制。

在操作關係上，請一併參閱第2圖。第2圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種指紋感測裝置100的驅動波形圖200。多個感測電極P00-PN9分別產生感測值。閘極驅動器150輸出閘極訊號至閘極線G0-GN，舉例而言，閘極驅動器150輸出第一閘極訊號SG0第一第一閘極訊號SG0至閘極線G0，閘極線G0並將第一閘極訊號SG0傳送至與閘極線G0相耦接之感測電極(如感測電極P00-P09)，閘極驅動器150輸出閘極訊號SG1至閘極線G1，閘極線G1並將閘極訊號SG1傳送至與閘極線G1相耦接之感測電極(如感測電極P10-P13...等)，其餘依此類推。

多個第一閘極訊號SG0-SG3分別包含感測區間SP0-SP3。於感測區間SP0-SP3內，部分之感測電極P00-PN9分別傳送感測值至多個感測晶片170A-170E中之一者。舉例而言，於感測區間SP1內，與閘極線G1相耦接的感測電極P10、P11分別傳送感測值至感測晶片170A，與閘極線G1相耦接的感測電極P12、P13分別傳送感測值至感測晶片170B，其餘依此類推。

如第2圖所繪示，第一閘極訊號SG0的感測區 間SP0短於其餘閘極訊號SG1-SG3的感測區間SP1-SP3中之每一者。於部分實施例中，感測區間SP1-SP3的時間長度相同。需注意的是，為了方便說明，於第2圖中僅繪示輸出至閘極線G0-G3的第一閘極訊號SG0-SG3，然而，輸出至其餘閘極線的閘極訊號的感測區間與閘極訊號SG1-SG3的感測區間SP1-SP3包含相同的時間長度。

於部分實施例中，感測區間SP0的時間長度為8個時脈週期，感測區間SP1-SP3的時間長度為220個時脈週期。時間週期為控制器130輸入至閘極驅動器150的時脈(未繪示)的時間週期。如上所述的感測區間的時間長度僅作為例示說明之用，本案之實施方式不以上述為限制。需注意的是，感測區間的時間長度不可為0。若感測區間的時間長度為0，會造成時脈訊號的錯誤。

於部分實施例中，第一閘極訊號SG0傳送至多條閘極線G0-GN中最接近指紋感測裝置100的邊界的閘極線。舉例而言，第一閘極訊號SG0傳送至第1圖中的邊界處之閘極線G0。於其他一些實施例中，第一閘極訊號SG0亦可傳送至第1圖中的邊界處之閘極線GN。

於多個感測晶片170A-170E接收感測值後，多個感測晶片170A-170E將感測值傳送至控制器130，接著，控制器130依據感測值判斷指紋感測裝置100是否存在缺陷。

由於第一閘極訊號SG0的感測區間SP0較短，與閘極線G0相耦接的感測電極P00-P09來不及將感測值傳 送至感測晶片170A-170E。因此，與閘極線G0相耦接的感測電極P00-P09所傳送至感測晶片170A-170E的數據將為感測電極P00-P09本身的數據而非感測電極P00-P09所感測的感測值。如此一來，於判斷感測區域SA1-SA5是否存在缺陷時，將不會受到感測物的影響，而可藉由獲得感測電極P00-P09本身的數據以判斷感測區域SA1-SA5是否存在缺陷。再者，於本案的實施方式中，所縮短的感測區間為傳送至最接近指紋感測裝置100的邊界的閘極線，較不會影響指紋感測裝置100的感測功能。

請參閱第3圖。第3圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種感測電極P的示意圖。第1圖中的感測電極P00-PN9可由第3圖所繪示的感測電極P來實現感測電極P00-PN9。感測電極P包含電晶體T1、二極體D1以及電容C1。閘極線G可為第1圖中的多條閘極線G0-GN中之一者，而感測線S可為第1圖中的多條感測線S0-S9中之一者。

在連接關係上，電晶體T1的控制端與閘極線G相耦接，電晶體T1的第一端與感測線S相耦接。電晶體T1的第二端與二極體D1的第一端以及電容C1的第一端相耦接於節點N1，二極體D1的第二端以及電容C1的第二端與電壓Vbias相耦接。在操作關係上，當感測電極P被物品遮蔽時，感測電極P感應到的光減少，二極體D1(漏電較少)，電容C1的第一端、二極體D1的第一端與電晶體T1的第二端所連接的節點N1的電壓值下降較少，反之，當感測電極P感應到的光增加，則節點N1的電壓值下降較多。當閘極線 G傳送的閘極訊號將電晶體T1導通時，電晶體T1的第二端的電壓值經由電晶體T1傳送至電晶體T1的第一端，並經由感測線S傳送至與感測線S相耦接的感測晶片。

請參閱第4圖。第4圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種感測晶片170的示意圖。如第4圖所繪示的感測晶片170可用以表示第1圖中的感測晶片170A-170E。感測晶片170包含開關SW1-SW3、比較器A1、微控制器SUB以及電容C2-C4。在連接關係上，比較器A1的第一端用以接收參考電壓Vref，比較器A1的第二端與電容C2的第一端以及開關SW1的第一端相耦接，比較器A1的輸出端與電容C2的第二端、開關SW1的第二端、開關SW2的第一端以及開端SW3的第一端相耦接，開關SW2的第二端與電容C3的第一端以及微控制器SUB相耦接，開關SW3的第二端與電容C4的第一端以及微控制器SUB相耦接，電容C3的第二端用以接收電壓Vsignal，而電容C4的第二端用以接收電壓Vreset。

當感測電極P由於刮傷或其他原因產生缺陷時，感測電極P會短路，而造成感測值的電壓值錯誤，並使得依據感測值所換算的灰階值下降。

於操作關係上，當比較器A1接收到如第3圖的感測電極P所傳送的感測值Vdata後，感測值經由比較器A1以及電容C2放大後，再經由開關SW2傳送至微控制器SUB，接著微控制器SUB將感測值傳送至如第1圖所示的控制器130。

請參閱第5圖。第5圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種指紋感測裝置100的操作示意圖500。如第5圖所示，缺陷區間BD1與BD2為指紋感測裝置100本身的缺陷所造成的灰線，而手指F為感測物。舉例而言，上述缺陷可由指紋感測裝置100的表面刮傷造成。手指F以及缺陷區間BD1與BD2的灰線會使得如第1圖所示的感測電極P00-PN9所感測到的感測值改變。

請參閱第6圖。第6圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種指紋感測裝置100的感測圖表600。橫軸所述之像素座標可對應至如第1圖所示之指紋感測裝置100的橫軸的座標位置。如第6圖所示的座標位置的值僅作為例示說明之用，本案之實施方式不以此為限制。

感測值曲線Data代表感測電極P00至P09傳送至多個感測晶片170A-170E的感測值所對應的灰階值，灰階值SAV1為如第1圖所示之感測區域SA1的灰階值，而灰階值SAV2為如第1圖所示之感測區域SA2的灰階值，其餘依此類推。於部分實施例中，灰階值SAV1可為感測區域SA1中的多個灰階值中的最小值或是平均值等。於部分實施例中，感測值曲線Data的灰階值是由第1圖中的控制器130依據多個感測晶片170A-170E的感測值計算而得。

請一併參閱第1圖與第6圖。控制器130於接收到多個感測晶片170A-170E所傳送的多個灰階值SAV1-SAV5之後，控制器130依據多個灰階值SAV1-SAV5計算出多個灰階值SAV1-SAV5的平均值。接 著，控制器130判斷多個灰階值與平均值之間的多個灰階差值是否大於灰階差值閾值。於多個灰階差值中之一者大於灰階差值閾值時，控制器130判定指紋感測裝置100存在缺陷。

舉例而言，如第6圖所示，灰階差值△b1為灰階值SAV1與平均值之間的差值，灰階差值△b1為灰階值SAV1與平均值之間的差值，其餘依此類推。於多個灰階差值△b1-△b5中，控制器130判斷出灰階差值△b3大於灰階差值閾值。此時，控制器130判定指紋感測裝置100存在缺陷。於部分實施例中，指紋感測裝置100更可判定缺陷位於指紋感測裝置100的何處。請參閱第1圖，舉例而言，指紋感測裝置100可判定缺陷位於與灰階差值△b3對應的感測區域SA3之處。

於部分實施例中，當控制器130判定指紋感測裝置100存在缺陷時，控制器130傳送通知訊息至主機(host)(未繪示)，以告知製造人員或使用者指紋感測裝置100存在缺陷。於部分實施例中，控制器130更透過通知訊息以告知製造人員或使用者指紋感測裝置100缺陷的感測電極的像素座標。

請參閱第7圖。第7圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種檢測方法700的流程圖。如第7圖所示，檢測方法700包含以下步驟：步驟S710：經由多條閘極線輸出多個閘極訊號至多個感測電極； 步驟S730：依據多個閘極訊號每一者的感測區間傳送多個感測電極的多個感測值；以及步驟S750：依據多個感測值判斷指紋感測裝置是否存在缺陷。

為使本案實施例之檢測方法700易於理解，請一併參閱第1圖。

於步驟S710中，經由多條閘極線輸出多個閘極訊號至多個感測電極。在一些實施例中，步驟S710可由第1圖中的閘極驅動器150執行。舉例來說，如第1圖所示，閘極線G0與感測電極P01-P09相耦接，閘極驅動器150傳送如第2圖所示之第一閘極訊號SG0至閘極線G0，閘極線G0並將第一閘極訊號SG0傳送至感測電極P01-P09。請參閱第2圖，於一幀(a frame)的更新時間內，多個閘極訊號G0-G3依序分別包含感測區間SP0-SP3。如第2圖所示，感測區間SP0短於感測區間SP1-SP3中的每一者。

於步驟S730中，依據多個閘極訊號每一者的感測區間傳送多個感測電極的多個感測值。在一些實施例中，步驟S730可由第1圖中的感測電極P00-PN9執行。舉例而言，於感測區間SP1內，與閘極線G1相耦接的感測電極P10、P11分別傳送感測值至感測晶片170A，與閘極線G1相耦接的感測電極P12、P13分別傳送感測值至感測晶片170B，其餘依此類推。

於步驟S750中，依據多個感測值判斷指紋感測裝置是否存在缺陷。在一些實施例中，步驟S750可由第1 圖中的控制器130執行。舉例而言，多個感測晶片170A-170E於接收到感測電極P00-PN9所傳送的感測值之後，多個感測晶片170A-170E將感測值傳送至控制器130。控制器130依據多個感測晶片170A-170E的所傳送的感測值計算而得與感測值相對應的灰階值。控制器130依據多個灰階值計算出多個灰階值的平均值。接著，控制器130判斷多個灰階值與平均值之間的多個灰階差值是否大於灰階差值閾值。於多個灰階差值中之一者大於灰階差值閾值時，控制器130判定指紋感測裝置100存在缺陷。

由上述可知，由於第一閘極訊號SG0的感測區間SP0較短，與閘極線G0相耦接的感測電極P01-P09來不及將感測值傳送至感測晶片170A-170E。因此，與閘極線G0相耦接的感測電極P01-P09所傳送至感測晶片170A-170E的數據將為感測電極P01-P09本身的數據而非感測電極P01-P09所感測的感測值。如此一來，於判斷感測區域SA1-SA5是否存在缺陷時，將不會受到感測物的影響，而可藉由獲得感測電極P01-P09本身的數據以判斷感測區域SA1-SA5是否存在缺陷。再者，於本案的實施方式中，所縮短的感測區間為傳送至最接近指紋感測裝置100的邊界的閘極線，較不會影響指紋感測裝置100的感測功能。

由上述本案之實施方式可知，本案之實施例藉由提供一種檢測方法及指紋感測裝置，且特別是有關於缺陷的檢測方法及指紋感測裝置，透過調整指紋感測器的邊界區域的感測時脈，藉以排除指紋按壓或其他感測物的干擾，有效進 行指紋感測器的檢測。

另外，上述例示包含依序的示範步驟，但該些步驟不必依所顯示的順序被執行。以不同順序執行該些步驟皆在本揭示內容的考量範圍內。在本揭示內容之實施例的精神與範圍內，可視情況增加、取代、變更順序及/或省略該些步驟。

雖然本案已以實施方式揭示如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種指紋感測裝置的檢測方法，用以檢測一指紋感測裝置，其中該指紋感測裝置包含矩陣排列之複數個感測電極，其中該檢測方法包含：經由複數條閘極線輸出複數個閘極訊號至該些感測電極；依據該些閘極訊號每一者的一感測區間傳送該些感測電極的複數個感測值；以及依據該些感測值判斷該指紋感測裝置是否存在缺陷，其中該些閘極訊號中之一第一閘極訊號經由該些閘極線中之一第一閘極線傳送至部分之該些感測電極，且其中該第一閘極訊號的該感測區間短於該些閘極訊號的其餘閘極訊號每一者的該感測區間；其中依據該些感測值判斷該指紋感測裝置是否存在缺陷包含：依據該些感測值中的複數個第一感測值計算複數個灰階值，其中該些第一感測值對應於該第一閘極訊號；依據該些灰階值計算一平均值；當該些灰階值中之一者與該平均值之間的一灰階差值大於一灰階差值閾值時，判定該指紋感測裝置存在缺陷。
2. 如請求項1所述之檢測方法，其中該第一閘極線為該些閘極線中最接近該指紋感測裝置的邊界的一者。
3. 如請求項1所述之檢測方法，其中該第一閘極訊號的該感測區間為8個時脈週期，而該些閘極訊號的其餘閘極訊號每一者的該感測區間為220個時脈週期。
4. 如請求項1所述之檢測方法，包含：判斷該些灰階值中之一者與該平均值之間的該灰階差值是否大於該灰階差值閾值。
5. 如請求項1所述之檢測方法，更包含：於判定該指紋感測裝置存在缺陷時，傳送一通知訊息至一主機。
6. 一種指紋感測裝置，包含：複數個感測電極；複數條閘極線，分別與部分之該些感測電極相耦接；複數條感測線，分別與部分之該些感測電極相耦接；一閘極驅動器，用以經由該些閘極線輸出複數個閘極訊號至該些感測電極；複數個感測晶片，依據該些閘極訊號每一者的一感測區間接收該些感測電極的複數個感測值；以及一控制器，與該些感測晶片以及該閘極驅動器相耦接，用以依據該些感測值判斷該指紋感測裝置是否存在缺陷，其中該些閘極訊號中之一第一閘極訊號經由該些閘極線中之一第一閘極線傳送至部分之該些感測電極，且其中該第一閘極訊號的該感測區間短於該些閘極訊號的其餘閘極訊號每一者的該感測區間；其中該控制器更用以依據該些感測值中的複數個第一感測值計算複數個灰階值，其中該些第一感測值對應於該第一閘極訊號，依據該些灰階值計算一平均值，並於該些灰階值中之一者與該平均值之間的一灰階差值大於一灰階差值閾值時，判定該指紋感測裝置存在缺陷。
7. 如請求項6所述之指紋感測裝置，其中該第一閘極線為該些閘極線中最接近該指紋感測裝置的邊界的一者。
8. 如請求項6所述之指紋感測裝置，其中該第一閘極訊號的該感測區間為8個時脈週期，而該些閘極訊號的其餘閘極訊號每一者的該感測區間為220個時脈週期。
9. 如請求項6所述之指紋感測裝置，其中該控制器更用以判斷該些灰階值中之一者與該平均值之間的該灰階差值是否大於該灰階差值閾值。
10. 如請求項6所述之指紋感測裝置，其中該控制器更用以於判定該指紋感測裝置存在缺陷時，傳送一通知訊息至一主機。