專利名稱：電容式指紋感應器及其面板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電容式指紋感應器及其面板，特別是涉及一種使用多個 晶體管的電容式指紋感應器及其面板。
背景技術：
指紋感應器為一種用于辨認手指紋樣式及提供可靠度的個人身份識別的 感應器。該指紋感應器也廣泛地使用于可攜式產品，例如手機、筆記本型計 算機，用以確保個人保密數據的安全性。
圖1A和1B顯示指紋感應器的等效電路。大體而言，指紋感應器可以被 實現在一芯片內，在圖1A的編號13代表一保護層，其作為電容G的介電層。 若該指紋感應器被嵌入于一圖像面板，在圖1A的編號11代表一 IT0層，且 編號13代表玻璃和薄膜，例如彩色濾光片、偏光板等。以下的敘述以嵌入于 圖像面板的指紋感應器為例。在圖1A, —玻璃13、 一上金屬層ll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^存在于玻璃13內，且一電容q,存在于上金屬層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15。該凹部15和該玻璃13 有一個距離d2，而該玻璃13的厚度為d,。基于該結構， 一額外電容。存在 于該使用者手指的凹部及該玻璃13的表面。該凸部電容值C^與CI相關，該
凹部電容值C,y與CI/C2相關，CI與C2的等效電容可用以下方式表示
p 1 廠—廠=， 且f _^_
""-L, 《，且L,〃L2 《 a
A爿 ￡"2/1
通常該凸部電容值C^遠大于該凹部電容值C^ 。
為了感應使用者手指， 一讀出電路應可分辨該凸部電容值及凹部電容值。 然而，其并不容易得到所需的準確度，因為一些環(huán)境上的因素，例如噪聲或
串音都會減損該結果。
發(fā)明內容
5本發(fā)明的電容式指紋感應器的一實施例包含一第一晶體管、 一指紋電容、 一參考電容及一第二晶體管。該第一晶體管包含一柵極端、 一輸入端及一輸 出端，其中，該柵極端由一第一讀出選擇線所控制，且該輸入端連接至一偏
壓VA。該指紋電容連接至該第一晶體管的輸出端，其中，該指紋電容的電容 值為一凹部電容值C^或一凸部電容值C^。該參考電容的一端連接至該第一 晶體管的輸出端，另一端連接至一第二讀出選擇線，其中，該第二讀出選擇 線緊鄰于該第一讀出選擇線，該參考電容具有一電容值C,,且C^〈C、.〈Cw。 該第二晶體管包含一柵極端、 一輸入端及一輸出端，其中，該柵極端由一掃 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。
本發(fā)明的電容式指紋感應器的另 一實施例包含一指紋電容cv 、 一參考電 容、 一第一晶體管及一第二晶體管。該指紋電容c,，的電容值為一凹部電容值 <:、/,/或一凸部電容值^,,。該參考電容具有一電容值《,，且c^〈c、.〈c,w。該第 一電晶體用于在一預充電階段時預充電該參考電容及指紋電容。該第二晶體 管用于在一估算階段時輸出該指紋電容的電壓至一讀出線。該預充電階段由 一第一讀出選擇線所控制，該估算階段由一第二讀出選擇線所控制，該第二 讀出選擇線緊鄰于該第 一讀出選擇線，且存取該讀出線的有效時間位于該第 二讀出選擇線的啟動期間內。
本發(fā)明的包含電容式指紋感應器的面板系統(tǒng)的 一 實施例包含一具有電容 式指紋感應器的主動式矩陣區(qū)域、 一數據驅動器、 一掃描驅動器、 一讀出電 路及一圖像處理電路。該數據驅動器用于驅動圖像像素的數據線。該掃描驅 動器用于控制連接至該電容式指紋感應器的掃描線。該讀出電路用于接收該 電容式指紋感應器的讀出線且辨認該指紋電容的種類。該圖像處理電路連接 至該讀出電路。
圖1A和lB顯示指紋感應器的等效電^s
圖2顯示本發(fā)明的面^1的一具體實施例；
圖3顯示本發(fā)明的指紋感應器的一具體實施例；
圖4顯示圖3電路的時序圖5A和5B顯示圖3電路的預充電階段及估算階段；及 圖6顯示本發(fā)明的一具體實施例的讀出電路。
6附圖符號說明
11上金屬板12基板
13保護層14指紋凸部
15指紋凹部
21數據驅動器22掃描驅動器
23讀出電路24圖像處理電^各
25面板
31電容式指紋感應器32電容式指紋感應器
33第一晶體管34第二晶體管
CF指紋電容Cs參考電容
61比較器62多路復用器。
具體實施例方式
圖2顯示本發(fā)明的面板的一具體實施例。該面板系統(tǒng)包含一主動式矩陣 區(qū)域25、 一數據驅動器21、 一掃描驅動器22、 一讀出電路23及一圖像處理 電路24。該主動式矩陣區(qū)域25包含多個電容式指紋感應器31,而每一個電 容式指紋感應器31都可以選擇性地和一圖像像素共存于一像素單元。該數據 驅動器21用于驅動數據。該掃描驅動器22用于控制連接至該電容式指紋感 應器31的掃描線。大體而言，當該電容式指紋感應器31被操作時，連接至 該電容式指紋感應器31的掃描線在整個操作過程被啟動。該讀出電路23用 于接收該電容式指紋感應器31的讀出線的模擬信號，且辨認該指紋電容31 的型式，例如凹部電容值C^或凸部電容值C^。該圖像處理電路24連接至該 讀出電路23。圖2的結構是以圖像面板的嵌入式結構為例，但熟悉該項技術 者均可知悉圖2的結構可以被輕易轉換及應用于一芯片內。
圖3顯示本發(fā)明的指紋感應器的一具體實施例。該電容式指紋感應器31 包含一第一晶體管33、 一第二晶體管34、 一指紋電容C,.及一參考電容C、。 圖3顯示了連接至同一掃描線的同一行的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，其前級相鄰的電容式指紋感 應器32則在一估算階段。當該電容式指紋感應器31在一估算階段，其后級 相鄰的電容式指紋感應器則在一預充電階段。該第一晶體管33包含一柵極端、一輸入端及一輸出端，其中，該柵極端由一第一讀出選擇線Cm所控制，
且該輸入端連接至一偏壓VA。該第二晶體管34包含一柵極端、 一輸入端及
一輸出端，其中，該柵極端由一掃描線Rn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。該指紋電容C,:.連接至該第二晶體管34的
輸入端，其中，該指紋電容的電容值為一凹部電容值c^或一凸部電容值c。
該參考電容連接至該第一晶體管33的輸出端，其中，該參考電容具有一電容
值c、.，且wc『
圖4顯示圖3電路的時序圖。大體而言，在同一列的指紋電容共享同一 個掃描線R。，其在該列所有指紋電容的整個操作過程被啟動。連接至每一指
紋感應器的該讀出選擇線c。至a被循序啟動且彼此未重迭。該讀出選擇線C。
至Cx被使用于啟動每一指紋感應器的預充電階段及估算階段，以循序地由對 應于該掃描線的同 一列指紋感應器讀取數據。每一讀出選擇線的脈沖寬度被 表示為VD。該讀出電路23在對應的讀出選擇線被取銷前讀取該讀出線。例 如，讀取該讀出線[Cm+l]的時間開始于讀出選擇線[Cm+l]被啟動，而結束于 讀出選擇線[Cm+l]被取銷。
圖5A顯示在預充電階段，該指紋感應器31的等效電路。在預充電階段， 該讀出選擇線"被啟動，該第一晶體管33被使能，且該偏壓VA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的等效電路。在估算階段，該 讀出選擇線d被啟動如VD，且存儲于該參考電容和指紋電容的電荷被重新 分布。此時，掃描線仍然被啟動，該第二晶體管34被使能，該讀出線依據使 用者手指被檢測到的部位，即指紋凸部或凹部，而輸出電壓^4 + ~^~xra或
K4+^~~xra。很明顯地，若指紋凹部被檢測到，則其讀出線的電壓大于
c、， + c廠「
若指紋凸部被檢測到的電壓。
圖6顯示本發(fā)明的一具體實施例的讀出電路。該讀出電路23包含一多路 復用器62和一比較器61。該多路復用器62的輸入端連接至該讀出線，該多 路復用器62的輸出端連接至該比較器61,且該比較器61輸出一個位至該圖 像處理電路24。為了分辨凸部電容和凹部電容，該比較器61使用一閥值電
壓、;7,，且W + ~^~ x ra 〉 〉M + ~^~ x KZ)。才居jt匕，若該比4交器61 #T
c、， Cs +出邏輯高電平，代表由指紋感應器接收到的數據為凹部電容。反之，則為凸 部電容。
本發(fā)明的技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術的人士仍 可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因 此，本發(fā)明的保護范圍應不限于實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發(fā) 明的替換及修飾，并為本發(fā)明的申請專利范圍所涵蓋。
權利要求
1. 一種電容式指紋感應器，包含一第一晶體管，包含一柵極端、一輸入端及一輸出端，其中，該柵極端由一第一讀出選擇線所控制，且該輸入端連接至一偏壓VA；一指紋電容，連接至該第一晶體管的輸出端，其中，該指紋電容的電容值為一凹部電容值CFV或一凸部電容值CFR；一參考電容，其一端連接至該第一晶體管的輸出端，另一端連接至一第二讀出選擇線，其中，該第二讀出選擇線緊鄰于該第一讀出選擇線，該參考電容具有一電容值CS，且CFV<CS<CFR；以及一第二晶體管，包含一柵極端、一輸入端及一輸出端，其中該柵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. 如權利要求1所述的電容式指紋感應器，其中，在一預充電階段，該第 一讀出選4奪線被啟動。
3. 如權利要求2所述的電容式指紋感應器，其中，在一估算階段，該掃描線及第二讀出選擇線被啟動，據此該第二晶體管的輸出端點電壓被輸出至該讀出線。
4. 如權利要求3所述的電容式指紋感應器，其中，具凹部電容值C,v的指紋電容的相對應讀出電壓大于具凸部電容值C^的指紋電容的相對應讀出電壓。
5. 如權利要求4所述的電容式指紋感應器，其中，在該估算階段時，該讀出線的電壓為^4 + ~^~xFD或K4 + ^^~xFD ，且VD代表該第二讀出選匕s卞。r; """擇線的啟動電壓。
6. 如權利要求1所述的電容式指紋感應器，其中，該掃描線在該預充電階段和估算階段被啟動。
7. —種電容式指紋感應器，包含一指紋電容C,,，其電容值為 一 凹部電容值C,,y或 一 凸部電容值Cra ;一參考電容，其具有一電容值G,且C^〈C,〈C^;一第一晶體管，用于在一預充電階段時預充電該參考電容及指紋電容；以及一第二晶體管，用于在一估算階段時輸出該指紋電容的電壓至一讀出線；其中，該預充電階段由一第一讀出選擇線所控制，該估算階段由一第二讀出選擇線所控制，該第二讀出選擇線緊鄰于該第一讀出選擇線，且存取該讀出線的有效時間位于該第二讀出選#^線的啟動期間內。
8. 如權利要求7所述的電容式指紋感應器，其中，對應于該凹部電容值C,,的讀出電壓大于對應于該凸部電容值C,..,的讀出電壓。
9. 如權利要求8所述的電容式指紋感應器，其中，該第一晶體管用于預充電該參考電容和該指紋電容至一偏壓VA。
10. 如權利要求9所述的電容式指紋感應器，其中，該第一晶體管是使用于一預充電階段，該第二晶體管是使用于一估算階段，且該預充電階段并未和該估算階段重迭。
11.如權利要求10所述的電容式指紋感應器，其中在該估算階段時，經電荷重新分布后對應于該參考電容的電壓為+ ~~^~xrz)或~—xra,且VD代表該第二讀出選擇線的啟動電壓。c、' + C"w,
12.—種包含電容式指紋感應器的面板系統(tǒng)，包含一具有電容式指紋感應器的主動式矩陣區(qū)域，該電容式指紋感應器包含一第一晶體管，包含一柵極端、 一輸入端及一輸出端，其中該柵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;一指紋電容，連接至該第一晶體管的輸出端，其中，該指紋電容的電容值為 一 凹部電容值CV,.,或 一 凸部電容值Cra ;一參考電容，其一端連接至該第一晶體管的輸出端，另一端連接至一第二讀出選擇線，其中，該第二讀出選擇線緊鄰于該第一讀出選擇線，該參考電容具有 一 電容值C,.，且C,,, < C,、, < Cra ;以及一第二晶體管，包含一柵極端、 一輸入端及一輸出端，其中，該柵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；一數據驅動器，用于驅動圖像像素的數據線；一掃描驅動器，用于控制連接至該電容式指紋感應器的掃描線；一讀出電路，用于接收該電容式指紋感應器的讀出線且辨認該指紋電容的種類；以及一圖像處理電路，連接至該讀出電路。
13. 如權利要求12所述的面板系統(tǒng)，其中，該讀出電路包含一多路復用器和一比較器，該多路復用器的輸入端連接至該讀出線，該多路復用器的輸出端連接至該比較器。
14. 如權利要求12所述的面板系統(tǒng)，其中，該比較器輸出至該圖像處理電路。
15. 如權利要求13所述的面板系統(tǒng)，其中，該比較器具有一閥值電壓I;,,且w + —_ x ra 〉 K股〉w + ~^~ x ra,且VD代表該第二讀出選擇線的啟C、' + Cy,y C、， + C入w動電壓。
16. 如權利要求12所述的面板系統(tǒng)，其中，該主動式矩陣區(qū)域更包含連接至該數據線的圖像像素。
17. 如權利要求12所述的面板系統(tǒng)，其中，當一電容式指紋感應器在一預充電階段，其前級相鄰的電容式指紋感應器則在一估算階段。
18. 如權利要求12所述的面板系統(tǒng)，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的一掃描線被啟動。
全文摘要
本發(fā)明的容式指紋感應器包含一指紋電容C<sub>F</sub>、一參考電容、一第一晶體管及一第二晶體管。該指紋電容C<sub>F</sub>的電容值為一凹部電容值C<sub>FV</sub>或一凸部電容值C<sub>FR</sub>。該參考電容具有一電容值C<sub>S</sub>，且C<sub>FV</sub>＜C<sub>S</sub>＜C<sub>FR</sub>。該第一晶體管用于在一預充電階段時預充電該參考電容及指紋電容。該第二晶體管用于在一估算階段時輸出該指紋電容的電壓至一讀出線。該預充電階段由一第一讀出選擇線所控制，該估算階段由一第二讀出選擇線所控制，該第二讀出選擇線緊鄰于該第一讀出選擇線，且存取該讀出線的有效時間位于該第二讀出選擇線的啟動期間內。
文檔編號G06K9/00GK101520837SQ20081008131
公開日2009年9月2日 申請日期2008年2月25日 優(yōu)先權日2008年2月25日
發(fā)明者莊凱嵐, 陳英烈 申請人:奇景光電股份有限公司