TWI334995B - Capacitive fingerprint sensor and the panel thereof - Google Patents

Description

九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種電容式指紋感應器及其面板，特別是 關於一種使用複數個電晶體之電容式指紋感應器及其面 板。 【先前技術】 才曰紋感應器為一種用於辨認手指紋樣式及提供可靠户之 個人身份識別的感應器。該指紋感應器也廣泛地使用於可 攜式產品，例如手機、筆記型電腦，用以確保個人保密資 料的安全性。 圖1A和1B顯示指紋感應器之等效電路。大體而言，指纹 感應器可以被實現於一晶片内，在圖1A的編號13代表—保 濩層，其作為電容Q之介電層。若該指紋感應器被嵌入於 衫像面板’在圖1A的編號11代表一ιτο層，且編號13代 表玻璃和薄膜，例如彩色濾光片、偏光板等。以下之敘述 以嵌入於影像面板之指紋感應器為例。在圖1A，一玻璃 13、一上金屬層丨丨及一基板12以串聯方式結合，且該玻璃 13是使用者手指可以碰觸的地方。通常一電容（；5存在於玻 璃13内’且一電容c/>存在於上金屬層11和基板12之間。在 圖1B’使用者手指的表面可分為凸部14和凹部ι5。該凹部 15和該破螭13有一個距離I，而該玻璃13之厚度為1。基 於該結構’一額外電容C2存在於該使用者手指的凹部及該 玻璃13之表面。該凸部電容值係與C1相關，該凹部電容 值係與C1//C2相關，而ci和C1//C2可用以下方式表示： 1 1334995 εχΑ ε2Α 通常該巧部電容值G遠大於該凹部電容值 為了感應使用者手指，—讀出電路應可 值及凹部電容值。然而，其並不容易得到〃 °P電容 因為一些環境上的因辛，例如雜訊 而之準確度， Μ I例如雑訊或串音 【發明内容】 间g減知該結果》 本發明之電容式指紋感應器之—實施例包含— 體、一第二電晶體 '一指紋電容Q、— 電日日 _ 翏考電容CS、_哲 三二晶體及-第四電晶體。該第—電晶體包含一閉極：第 :=端及-輸出端，丨中該閘極端由_第_讀出 斤控制，且該輸入端連接至一第一偏壓VA。該第二電曰體 包含-閘極端、一輸入端及一輸出端’其中該閘極端由— 第-讀出選擇線所控制’且該輸入端連接至一第二偏壓 VB。该指紋電容。連接至該第二電晶體之輸出端，盆”亥 :紋電容的電容值為一凹部電容值。或一凸部電容： -。該參考電容。連接至該第一電晶體之輪出端，其中該 參考電容具有一電容值<Cw。該第三電晶體 包含-閘極端、一輸入端及一輸出端，其中該閘極端由一 第一讀出選擇線所控制，該輸入端連接至該指紋電容，該 輸出端連接至該參考電容，且該第二讀出選擇線相鄰於該 第視出選擇線。該第四電晶體包含一閘極端、一輸入端 及輸出端’其中該閘極端由一掃描線所控制，該輸入端 1334995 連接至該參考電容，且該輸出端連接至一讀出線。 本發月之電谷式指紋感應器之另一實施例包含一指紋電 合 參考電容、一第一電晶體、一第二電晶體、一第 三電晶及一第四電晶體。該指紋電容之電容值為一凹部 ^容值^或—凸部電容值^。該參考電容具有-電容值 且 << 該第一電晶體用於預充電該參考電容。 該第二電晶體用㈣充電該指紋電容。f亥第三電晶體用於 重新分佈該參考電容和該指紋電容之電荷。該第四電晶 體用於輸出經電荷重新分佈後之該參考電容的電壓。 本發月之包含電谷式指紋感應器之面板系統之一實施例 包含一具有電容式指紋感應器之主動式矩陣區域、一資料 驅動器、一掃描驅動器、一讀出電路及一影像處理電路。 該資料驅動器用於驅動資,料。該掃描驅動器用於控制連接 至該電合式扣紋感應器之掃描線。該讀出電路用於接收該 電容式指紋感應器之讀出線且辨認該指紋電容之種類。該 影像處理電路連接至該讀出電路β 【實施方式】 圖2顯不本發明之面板之一具體實施例。該面板系統包含 一主動式矩陣區域25、一資料驅動器2卜一掃描驅動器22、 一讀出電路23及一影像處理電路24。該主動式矩陣區域25 包含複數個電容式指紋感應器31，而每一個電容式指紋感 應器3丨都可以選擇性地和一影像畫素共存於一畫素單元。 該資料驅動⑽用於驅動資料。該掃描驅動器則於控制 連接至該電容式指紋感應器31之掃描線。大體而言，當該 1334995 電谷式指紋感應器3 1被操作時’連接至該電容式指紋感應 器3 1之掃描線在整個操作過程被啓動。該讀出電路23用於 接收該電容式指紋感應器3 1之讀出線的類比訊號，且辨認 該指紋電容3 1之型式，例如凹部電容值或凸部電容值 ^。該影像處理電路24連接至該讀出電路23。圖2之結構 係以影像面板之嵌_入式結構為例’但熟悉該項技術者均可 知悉圖2之結構可以被輕易轉換及應用於一晶片内。

圖3顯示本發明之指紋感應器之一具體實施例。該電容式 指紋感應器3 1包含一第一電晶體3 3、一第二電晶體3 4、一 指紋電容G、一參考電容Q、一第三電晶體35及一第四電 晶體3 6。圖3係顯示連接至同一掃描線之同一行之兩組相鄰 的指紋感應器31。大體而言’當一電容式指紋感應器31在 一預充電階段，其前級相鄰之電容式指紋感應器32則在一 估算階段。當該電容式指紋感應器3丨在一估算階段，其後 級相鄰之電容式指紋感應器則在一預充電階段。該第一電 晶體33包含一閘極端、一輸入端及一輸出端，其中該閘極 端由一第一讀出選擇線Cm所控制，且該輸入端連接至一第 一偏壓VA ^該第二電晶體34包含一閘極端、一輸入端及一 輸出端’其中該閘極端由一第一讀出選擇線Cm所控制，且 該輸入端連接至一第二偏壓VB。該電壓va電壓不等於該 %壓VB °該指紋電容Cf連接至該第二電晶體34之輸出端， 其中4心紋電容的電容值為一凹部電容值Cfy或一凸部電 容值。該參考電容G連接至該第一電晶體33之輸出端， 其中該參考電容具有一電容值Q，且CR<cs 。該第三 •8- 1334995 電晶體35包含一μ 4¾ 山 鳊、一輸入端及一輪出端，其中該閘 匕端由帛一„貝出選擇紅叫所控制，該輸入端連接至該 釦紋電容，該輸出端連接至該參考電容，且該第二讀出選 擇線cw目鄰於該第—讀出選擇線Q該第四電晶體财 輸入端及一輸出端，其中該閘極端由一掃 該輪入端連接至該參考電容，且該輸出端

圖4顯示圖3電路之時序圖。大體而言，在同一列之指紋 電容共用同一個掃描机’其在該列所有指紋電容之整個 操作過私被啓動。連接至每—指紋感應器之該讀出選擇線 (^至^被循序啓動且彼此未重疊。該讀出選擇線Q至g被 使用於啓動每—指紋感應器之預充電階段及估算階段，以 循序地由對應於該掃描線之同一列指紋感應器讀取資料。

含一閘極端、 描線Rn所控制 連接至一讀出線。 圖5 A顯示在預充電階段，該指紋感應器3 1之等效電 路。在預充電階段，該讀出選擇線被啓動，該第一電晶 體33及第二電晶體34被致能，且該偏壓va和分別預充 電該參考電容和該指紋電容。 圖5B顯示在估算階段，該指紋感應器31之等效電路。在 估算階段，該讀出選擇線Cm+i被啓動，該第三電晶體35被 致月b，且儲存於該參考電容和指紋電容之電荷被重新分 佈。此時，掃描線仍然被啓動，該第四電晶體36被致能， 該》賣出線依據使用者手指被偵測到的部位，即指紋凸部或

CsxVA + CmxVB CsxVA + C^ xVB 凹部，而輸出電壓 Q+Cra或Cs+Cr 。很明顯 地’若指紋凸部被偵測到，則其讀出線之電壓大於若指紋 凹部被彳貞測到之電壓。 圖6顯示本發明之一具體實施例之讀出電路。該讀出電路 23包含一多工器62和一比較器61。該多工器62之輸入端連 接至5亥s賣出線，該多工器62之輸出端連接至該比較器61， 且該比較器61輸出一個位元至該影像處理電路24。為了分

辨凸部電容和凹部電容，該比較器6丨使用一閥值電壓厂卿， CsxVA + CfrxVB CsxVA + CFy xVB 且CS+CFR >VREF> CS+CFV 。據此，若該比較器61 輸出邏輯高位準，代表由指紋感應器接收到的資料為凸部 電容。反之，則為凹部電容。 本發明之技術内容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本 項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不 背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍 應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之 替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。 【圖式簡單說明】 圖1A和1B顯示指紋感應器之等效電路； 圖2顯示本發明之面板之一具體實施例； 圖3顯示本發明之指紋感應器之一具體實施例； 圖4顯示圖3電路之時序圖； 圖5A和5B顯示圖3電路之預充電階段及估算階段；及 圖6顯示本發明之一具體實施例之讀出電路。 【主要元件符號說明】 1334995 11 上金屬板 12 基板 13 保護層 14 指紋凸部 15 指紋凹部 21 貢料驅動器 22 掃描驅動器 23 讀出電路 24 影像處理電路 25 面板 31 電容式指紋感應器 32 電容式指紋感應器 33 第一電晶體 34 第二電晶體 35 第三電晶體 36 第四電晶體 61 比較器 62 多工器 11-

Claims (1)

1334995 \^~Γ〇~ +月°曰私更)正替換頁 - 丨丨- 一——— __ 第097108288號專利申請幸 …十、申請專利範圍： 辦利範圍替換本(“ 1. 一種電谷式指紋感應器，包含： -第-電晶體，包含一閘極端、一輸入端及一輸出端， 其中該閘極端由一第一讀出選擇線所控制，且該輸入端 • 連接至一第一偏壓VA; -第二電晶體’包含一閘極端、一輸入端及一輸出端， 其中該閘極端由一第一讀出選擇線所控制，且該輪入端連 接至一第二偏壓VB ; 指、文電谷CF，連接至該第二電晶體之輸出端，其中該 指紋電容的電容值為一凹部電容值G或一凸部電容值 CfR， -參考電容cs，連接至該第—電晶體之輸出端，其中該 參考電容具有一電容值，且^ < Cs < ; 一第三電晶體，包含一閘極端、一輸入端及一輸出端， 其中該閘極端由-第二讀出選擇線所控制，該輸入崎連接 Φ 至該指紋電容，該輸出端連接至該參考電容，且該第二讀 出選擇線相鄰於該第一讀出選擇線；以及 一第四電晶體，包含一閘極端、一輸入端及一輸出端， 其中該閘極端由一掃描線所控制，該輸入端連接至該參考 電容，且該輸出端連接至一讀出線。 2. 如申請專利範圍第丨項之電容式指紋感應器，其中在—預 充電階段，該第一讀出選擇線被啓動。 3. 如申請專利範圍第2項之電容式指紋感應器，其中在—估 算階段，該掃描線及第二讀出選擇線被啓動，據此該第 -12 pTTTtt---~ 年月FI、足)丄n *}乂灵 '二電晶體之輸出端點之電壓被輸出至該讀出線。 4.如申請專利範圍第3項之電容式指紋感應器，其中具波峰 電谷值之指级電容之相對應讀出電壓大於具凹部電容 值CW之指紋電容之相對應讀出電壓。 5· Ϊ申請專利範圍第4項之電容式指紋感應器，其中在該估 鼻1%·^時’該讀出線之電壓為Cs xVA + Cfr xVB或 cs^va+c^b 〇 Cs+Cfr Cs .Cpy 6·如申請專利範圍第5項之電容式指紋感應器，其中該掃描 線在該預充電階段和估算階段被啓動。 7· 一種電容式指紋感應琴，包含： 才曰紋電容cF，其電容值為一凹部電容值G或一凸部 電容值; 一參考電容，其具有一電容值Q，且; 一第一電晶體，用於預充電該參考電容； 一第二電晶體，用於預充電該指紋電容； 一第三電晶體，用於重新分佈該參考電容和該指紋電 容之電荷；以及 -第四電晶體’用於輸出經電荷重新分佈後之該參考 電容的電壓。 8. 如申請專利範圍第7項之電容式指紋感應器，其中經電荷 重新分佈後對應於該凸部電容值G之該參考電容的電壓 大於對應於該凹部電容值匸印之該參考電容的電壓。 9. 如申請專利範圍第8項之電容式指紋感應器，其中該第一 電曰曰體用於預充電該參考電容至-電塵VA，該第二電晶

1334995 ,體用於預充電該指紋電容至一電壓VB，且該電壓VA電屡 不等於該電壓VB。 10.如申請專利範圍第9項之電容式指紋感應器，其中該第一 和第二電晶體係使用於一預充電階段，該第三電晶體儀 使用於一估算階段，且該預充電階段並未和該估算階段 重疊。 如申請專利範圍第10項之電容式指紋感應器，其中在該 估算階段時，經電荷重新分佈後對應於該參考電容之電 壓為 £s_xV^ + CFI}xVB J. CsxVA + C^xVB。 Cs+CfjJ CS +Cpy 種包含電容式指紋感應器之面板系統，包含： 具有電谷式指紋感應器之主動式矩陣區域，該電容 式指紋感應器包含：

一第一電晶體，包含一閘極端、一輸入端及一輸 出端，其中該閘極端由一第一讀出選擇線所控制， 且該輸入端連接至一第一偏壓VA ; 一第二電晶體，包含一閘極端、一輸入端及一輸 出端，其中該閘極端由一第一讀出選擇線所控制， 且該輸入端連接至一第二偏壓VB ; 一指紋電容’連接至該第二電晶體之輸出端， 其中該指紋電容的電容值為一凹部電容值~或一凸 部電容值;以及 —參考電容連接至該第—電晶體之輸出端， 其中該參考電容具有一電容值4，且Cfv<cs ； -第三電晶體’包含一閘極端、一輸入端及一輸 -14 1334995 99. 7. T5；-----— 年月、险(更)正替换頁 _ 11 " 丨 _ ‘出端’其中該閘極端由-第二讀出選擇線所控制， 該輸入端連接至該指紋電容’該輸出端連接至該參 考電容，且該第二讀出選擇線相鄰於該第一讀出選 擇線；及

一第四電晶體，包含一閘極端、一輸入端及一輸 出端，其中該閘極端由一掃描線所控制，該輸入端 連接至該參考電容，且該輸出端連接至一讀出線； 一資料驅動器，用於驅動資料； 一掃描驅動器，用於控制連接至該電容式指紋感應器 之掃描線； 一讀出電路’用於接收該電容式指紋感應器之讀出線 且辨認該指紋電容之種類；以及 一影像處理電路，連接至該讀出電路。 13. 如申請專利範圍第12項之面板系統，其中該讀出電路包 含一多工器和一比較器，該多工器之輸入端連接至該讀 出線，該多工器之輸出端連接至該比較器。 14. 如申請專利範圍第13項之面板系統，其中該比較器輪出 至該影像處理電路。 15. 如申請專利範圍第13項之面板系統’其中該比·較器具有 一閥值電壓PV，且^^一。 16·如申請專利範圍第12項之面板系統’其中該主動式矩陣 區域更包含連接至一資料線之影像晝素。 17.如申請專利範圍第12項之面板系統’其中當一電容式指 紋感應器在一預充電階段’其前級相鄰之電容式指紋感 -15 11334995 ,_ - I qq 7 19 车月日修(更)正替換頁 ’ 應器則在一估算階段。 18.如申請專利範圍第12項之面板系統，其中當該電容式指 紋感應器被操作時，連接至該電容式指紋感應器之一掃 • 描線被啓動。 、 -16