电容式传感器、传感装置、感测系统、以及电子设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电容式传感技术领域，尤其涉及一种电容式传感器、电容式传感装置、电容式感测系统、以及电子设备。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展，越来越多的电子设备(如:手机、平板电脑、穿戴式设备、以及智能家居等各种智能产品)一般都会设置一种或多种传感装置。所述传感装置包括如感测用户触摸操作的触摸传感装置、感测人体生物信息的生物信息传感装置等等。目前，生物信息传感装置等多采用电容式传感装置来执行感测操作。
[0003]电容式传感装置一般包括电容式传感器和控制电路。所述电容式传感器包括多个传感单元(sensor)。所述多个传感单元接收控制电路的驱动信号，并在用户触摸所述多个传感单元时对应输出感测信号给所述控制电路，以获得相应的感测信息。
[0004]然，各传感单元独立检测，分别输出单一感测信号，所述单一感测信号(如:电压和/或电量)一般强度较弱。另外，电压、电量等感测信号在被传输的过程中易受电容式传感装置中寄生电容的影响，较不稳定，从而导致电容式传感装置的感测存在不精确或者出现误判的情况，影响用户体验。
【实用新型内容】
[0005]有鉴于此，本实用新型提供了一种输出感测信号较稳定的电容式传感器、感测精度较高的电容式传感装置、感测精度较高的电容式感测系统、以及用户体验较好的电子设备。
[0006]本实用新型提供了一种电容式传感器，包括:
[0007]多个传感单元，所述传感单元包括:
[0008]感测电极，能够以电容方式耦合到目标物体，用于加载参考信号；和
[0009]传感电路，包括差分对管和第一开关单元，所述差分对管通过所述第一开关单元与一电流源连接，所述第一开关单元用于控制是否在所述差分对管与所述电流源之间进行电流传输；
[0010]所述差分对管与所述感测电极相关联，用于响应感测电极上因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化，而对应产生二不同的第二交流信号。
[0011 ] 优选地，所述二不同的第二交流信号为差分电流信号。
[0012]优选地，所述差分对管与所述感测电极相连接，或者所述差分对管包括所述感测电极。
[0013]优选地，所述传感电路进一步包括第二开关单元，所述第二开关单元与所述差分对管连接，用于控制是否传输参考信号给所述感测电极。
[0014]优选地，所述电容式传感器进一步包括信号线群组，所述信号线群组包括第一信号线、第二信号线、和第三信号线；所述第一信号线用于与所述电流源连接；
[0015]所述差分对管包括:
[0016]第三晶体管，包括第三控制电极、第五传输电极、和第六传输电极，其中，第五传输电极通过第一开关单元连接第一信号线；第六传输电极连接第二信号线；第三控制电极与感测电极为二电极，第三控制电极连接感测电极，或者，第三控制电极与感测电极为同一电极；第三控制电极用于加载第一参考信号；和
[0017]第四晶体管，包括第四控制电极、第七传输电极、和第八传输电极，其中，第八传输电极连接第三信号线，第四控制电极用于加载第二参考信号，第七传输电极连接第五传输电极。
[0018]优选地，所述第二参考信号与所述第一参考信号相同。
[0019]优选地，当第三控制电极与所述感测电极为二电极时，所述第三控制电极直接连接所述感测电极，或者，所述第三控制电极通过电阻连接所述感测电极。
[0020]优选地，当所述第三控制电极直接连接所述感测电极或者所述第三控制电极与所述感测电极为同一电极时，所述第一参考信号与所述感测电极加载的参考信号相同；当所述第三控制电极通过电阻连接所述感测电极时，所述第一参考信号与所述感测电极加载的参考信号不同。
[0021]优选地，所述第二信号线与第三信号线进一步用于与一处理电路连接，所述第二信号线与所述第三信号线用于在所述差分对管与所述处理电路之间并行传输所述二不同的第二交流信号。
[0022]优选地，所述电容式传感器进一步包括扫描线群组，所述扫描线群组包括第一扫描线，所述第一开关单元包括第一晶体管，所述第一晶体管包括第一控制电极、第一传输电极、和第二传输电极，所述第一控制电极与第一扫描线连接，用于响应第一扫描线上传输的扫描信号而对应控制第一传输电极与第二传输电极是否电连通，第一传输电极与第一信号线连接，第二传输电极与第五传输电极连接。
[0023]优选地，所述扫描线群组进一步包括第二扫描线，所述第一开关单元进一步包括第二晶体管，所述第二晶体管包括第二控制电极、第三传输电极、和第四传输电极，其中，第二控制电极连接第二扫描线，用于响应第二扫描线上传输的扫描信号而对应控制第三传输电极与第四传输电极是否电连通，第三传输电极连接第二传输电极、第四传输电极连接第五传输电极。
[0024]优选地，所述电容式传感器进一步包括参考信号线和第二开关单元，所述参考信号线与所述第二开关单元连接，用于传输所述第一、第二参考信号；第二开关单元用于控制是否传输所述第一、第二参考信号给所述差分对管。
[0025]优选地，所述扫描线群组进一步包括第三扫描线，所述第二开关单元包括:
[0026]第五晶体管，包括第五控制电极、第九传输电极、和第十传输电极，其中，第五控制电极连接一第三扫描线，用于响应第三扫描线上传输的扫描信号而对应控制第九传输电极与第十传输电极是否电连通，第九传输电极连接一参考信号线，第十传输电极连接第三控制电极；和
[0027]第六晶体管，包括第六控制电极、第十一传输电极、和第十二传输电极，其中，第六控制电极连接一第三扫描线，用于响应第三扫描线上传输的扫描信号而对应控制第十一传输电极与第十二传输电极是否电连通，第十一传输电极连接一参考信号线，第十二传输电极连接第四控制电极。
[0028]优选地，所述第五控制电极与所述第六控制电极短接并连接至同一第三扫描线；所述第九传输电极与所述第十一传输电极短接并连接至同一参考信号线。
[0029]优选地，所述传感电路进一步包括第一补偿单元和第二补偿单元；第十传输电极与第三控制电极之间串接第一补偿单元，所述第一补偿单元用于补偿第五晶体管关闭时第十传输电极与第三控制电极之间的电压；第十二传输电极与第四控制电极之间串接第二补偿单元，所述第二补偿单元用于补偿第六晶体管关闭时第十二传输电极与第四控制电极之间的电压。
[0030]优选地，所述扫描线群组进一步包括第四扫描线；所述第一补偿单元包括第七晶体管；所述第七晶体管包括第七控制电极、第十三传输电极、和第十四传输电极；所述第七控制电极连接一第四扫描线，所述第十三传输电极连接第十传输电极，所述第十四传输电极连接第三控制电极，且第十三传输电极与第十四传输电极短接；所述第二补偿单元包括第八晶体管；所述第八晶体管包括第八控制电极、第十五传输电极、和第十六传输电极；所述第八控制电极连接一第四扫描线，所述第十五传输电极连接第十二传输电极，所述第十六传输电极连接第四控制电极，且第十五传输电极与第十六传输电极短接。
[0031]优选地，所述第七控制电极与所述第八控制电极连接同一第四扫描线；所述第七晶体管用于与所述第五晶体管交替导通，所述第八晶体管用于与所述第六晶体管交替导通。
[0032]优选地，所述多个传感单元呈多行多列的阵列式排布。
[0033]优选地，第一扫描线用于连接同一行第一晶体管的第一控制电极，第二扫描线用于连接同一列第二晶体管的第二控制电极；或者，第一扫描线用于连接同一列第一晶体管的第一控制电极，第二扫描线用于连接同一行第二晶体管的第二控制电极。
[0034]优选地，每一列传感单元连接一信号线群组；同一列传感单元的第一传输电极连接同一第一信号线；同一列传感单元的第六传输电极连接同一第二信号线；同一列传感单元的第八传输电极连接同一第三信号线。
[0035]优选地，相邻两行传感单元之间设置第一扫描线与第二扫描线中之一者、第三扫描线、和参考信号线；同一行的传感单元共用同一第三扫描线、同一第四扫描线和同一参考信号线。
[0036]优选地，所述电容式传感器进一步包括基板，所述基板用于承载所述多个传感单
J L.ο
[0037]优选地，当所述感测电极与所述第三控制电极为二电极时，所述传感电路设置在所述感测电极与所述基板之间，且所述传感电路的结构中设置接触孔，所述感测电极通过所述接触孔与所述第三控制电极连接；当所述感测电极与所述第三控制电极为同一电极时，所述第三控制电极相较于第五传输电极与第六传输电极邻近所述基板设置。
[0038]优选地，所述感测电极覆盖所述传感电路、以及覆盖所述信号线群组、扫描线群组、和参考信号线中之至少一者。
[0039]优选地，所述电容式传感器进一步包括接地线，与所述多个传感单元设置在所述基板的同侧，所述接地线用于加载调制信号，所述调制信号包括接地信号和驱动信号。
[0040]优选地，所述第一、第二参考信号随所述调制信号的升高而升高、随所述调制信号的降低而降低。
[0041]优选地，所述基板为绝缘基板，所述传感电路中的各所述晶体管均采用薄膜晶体管，其中，所述薄膜晶体管的栅极用作控制电极，源极与漏极分别用作传输电极。
[0042]优选地，所述电容式传感器进一步包括导电层，所述导电层与所述多个传感单元设置在所述基板的相对二侧，所述接地线与所述导电层用于传输相同的调制信号。
[0043]优选地，所述差分对管对感测电极上因目标物体的接近或触摸所引起的参考信号的变化量进行转换与放大，产生二不同的第一交流信号，并将二不同的第一交流信号分别叠加至相同的第二恒定直流信号上，对应产生所述二不同的第二交流信号，其中，所述第二恒定直流信号为所述电流源所提供的第一恒定直流信号的一半。
[0044]优选地，所述电容式传感器为生物信息传感器。
[0045]本实用新型还提供一种电容式传感装置，包括电容式传感器和控制电路，所述控制电路用于控制所述电容式传感器执行感测操作，其中，所述电容式传感器为上述中任意所述的电容式传感器。
[0046]优选地，所述控制电路集成在一颗芯片上，所述电容式传感器集成为另一颗芯片。
[0047]优选地，所述控制电路集成为一控制芯片，所述控制芯片采用半导体基板上形成包括有互补金属氧化物半导体晶体管的集成电路的工艺制成，所述电容式传感器采用绝缘基板上形成包括有薄膜晶体管的集成电路的工艺制成，其中，所述控制芯片压合在形成有电容式传感器的绝缘基板上。
[0048]本实用新型还提供一种电容式感测系统，包括电容式传感装置和电源管理芯片，所述电源管理芯片用于为所述电容式传感装置供电，其中，所述电容式感测装置为上述中任意所述的电容式传感装置，所述控制电路包括接地端，所述电源管理芯片用于为所述接地端提供调制信号，所述控制电路用于为所述电容传感器提供参考信号，其中，所述参考信号随所述调制信号的升高而升高、随所述调制信号的降低而降低。
[0049]本实用新型还提供一种电容式感测系统，包括电容式传感装置和电源管理芯片，所述电源管理芯片用于为所述电容式传感装置供电，其中，所述电容式感测装置为上述中任意所述的电容式传感装置，所述电源管理芯片提供给电容式传感器的电源电压高于提供给集成有控制电路的芯片的电源电压。
[0050]本实用新型还提供一种电子设备，包括电容式传感装置，其中，所述电容式传感装置为上述中任意所述的电容式传感装置。
[0051]本实用新型还提供一种电子设备，包括电容式感测系统，其中，所述电容式感测系统为上述中任意所述的电容式感测系统。
[0052]由于本实用新型的电容式示传感器的传感单元包括差分对管，差分对管用于响应感测电极上因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化，而对应产生二不同的第二交流信号，因此，所述电容式示传感器输出的感测信号较稳定。相应地，包括所述电容式传感器的电容式传感装置的感测精度较高，具有所述电容式传感装置的电容式感测系统的感测精度较高，具有电容式传感装置或电容式感测系统的电子设备的用户体验较好。
[0053]尽管公开了多个实施例，包括其变化，但是通过示出并描述了本实用新型公开的说明性实施例的下列详细描述，本实用新型公开的其他实施例将对所属领域的技术人员显而易见。将认识到，本实用新型公开能够在各种显而易见的方面修改，所有修改都不会偏离本实用新型的精神和范围。相应地，附图和详细描述本质上应被视为说明性的，而不是限制性的。
【附图说明】
[0054]通过参照附图详细描述其示例实施方式，本实用新型的特征及优点将变得更加明显。
[0055]图1为本实用新型电容式传感装置的第一实施方式的示意图。
[0056]图2为图1所示电容式传感装置的电路结构示意图。
[0057]图3为图2所示电容式传感器的部分电路结构示意图。
[0058]图4为图2所示电容式传感装置的部分电路结构示意图。
[0059]图5与图6为图3所示传感电路的其它变更实施方式的示意图。
[0060]图7为图1所示电容式传感器的示意图。
[0061]图8至图11中主要示出电容式传感器的一传感单元的第三晶体管与感测电极的剖面结构示意图。
[0062]图12为图2所示的电容式传感装置的工作时序图。
[0063]图13为图1所示电容式传感器的部分方框示意图。
[0064]图14为本实用新型电容式传感装置的第二实施方式的示意图。
[0065]图15为图14所示一行方向上相邻二传感单元的电路结构示意图。
[0066]图16为图14的电容式传感装置的部分电路结构示意图。
[0067]图17为图14所示电容式传感器的方框结构示意图。
[0068]图18为本实用新型电容式传感装置的其它变更实施方式的示意图。
[0069]图19为在一片玻璃基板上形成多个电容式传感装置的示意图。
[0070]图20为图19所示的一电容式传感装置的侧视示意图。
[0071]图21和图22为电容式传感装置的其它变更实施方式的侧视图。
[0072]图23为本实用新型芯片组的一较佳实施方式的示意图。
[0073]图24为本实用新型电容式感测系统的第一实施方式的结构示意图。
[0074]图25为本实用新型电容式感测系统的第二实施方式的结构示意图。
[0075]图26为本实用新型电容式传感装置的封装结构第一实施方式的示意图。
[0076]图27与图28为本实用新型电容式传感装置的封装结构其它实施方式的示意图。
[0077]图29为本实用新型电容式感测模组的一较佳实施方式的示意图。
[0078]图30为本实用新型在电子设备的保护盖板下方设置电容式感测模组的示意图。
[0079]图31是图30沿r-r’方向的部分剖面示意图。
[0080]图32为电子设备的显示装置的TFT阵列基板的示意图。
[0081]图33为本实用新型电子设备的一较佳实施方式的示意图。
【具体实施方式】
[0082]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。为了方便或清楚，可能夸大、省略或示意地示出在附图中所示的每层的厚度和大小、以及示意地示出相关元件的数量。另外，元件的大小不完全反映实际大小，以及相关元件的数量不完全反应实际数量。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构。
[0083]此外，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本实用新型的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本实用新型。
[0084]在本实用新型的描述中，需要理解的是:“多个”包括两个和两个以上，除非另有明确具体的限定。“连接”可为电连接、机械连接、親接、直接连接、以及间接连接等多种实施方式，除非本实用新型下述特别说明，否则并不做特别限制。另外，各元件名称以及信号名称中出现的“第一”、“第二 ”等词语并不是限定元件或信号出现的先后顺序，而是为方便元件命名，清楚区分各元件，使得描述更简洁。
[0085]进一步需要说明的是:本实用新型提供的电容式传感装置适用于生物信息传感装置，尤其指纹传感装置。然，本实用新型并不限于此，所述电容式传感装置也可适用其它合适类型的传感装置，如触摸传感装置。所述生物信息传感装置用于感测目标物体的预定生物信息。所述目标物体如为用户的手指，也可为用户身体的其它部分、如手掌、脚趾、耳朵等，甚至也可为其它合适类型的物体，而并不局限为人体。所述预定生物信息如为指纹、掌纹、耳纹等。
[0086]所述电容式传感装置包括电容式传感器(sensors)和控制电路。所述控制电路连接电容式传感器，用于控制所述电容式传感器执行感测操作。
[0087]优选地，所述电容式传感器包括感测电极和差分对管。所述感测电极能够以电容方式耦合到目标物体，用于加载参考信号。所述差分对管与所述感测电极相关联，用于响应感测电极上因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化，而对应产生差分信号。
[0088]所述控制电路接收所述差分信号，并根据所述差分信号对应获得相应的感测信息。所述感测信息如为目标物体的预定生物信息。类似地，所述控制电路也可根据差分信号获知目标物体接近或触摸了电容式传感装置这一感测信息。
[0089]由于本实用新型的电容式传感器传输给控制电路的感测信号为差分信号，所述差分信号较强，且差分信号在传输给控制电路的过程中受电容式传感装置中的寄生电容的影响较小，因此，所述控制电路根据差分信号获得的感测信息相对较准而能减少误判，从而能够提升用户体验。
[0090]优选地，所述差分信号为差分电流信号。
[0091]优选地，所述电容式传感器包括多个感测电极和多个差分对管。同一差分对管所产生的差分信号为同幅同频反相的第二交流信号。另外，所述差分对管用于与一电流源连接，所述电流源用于提供一第一恒定直流信号。所述二不同的第二交流电流信号之和与所述电流源提供的第一恒定直流信号相等。
[0092]所述差分对管与所述感测电极相关联，其中，所述差分对管或者与所述感测电极为二元件，所述差分对管与所述感测电极连接；又或者，所述差分对管包括所述感测电极，即，所述感测电极为差分对管的一部分。
[0093]所述差分对管包括二晶体管，所述二晶体管包括一第三晶体管，所述第三晶体管包括第三控制电极、第五传输电极、和第六传输电极。当所述差分对管与所述感测电极为二元件时，所述第三控制电极与所述感测电极连接；当所述差分对管包括所述感测电极时，所述第三控制电极与所述感测电极为同一电极。
[0094]当所述差分对管与所述感测电极为二元件时，所述第三控制电极与所述感测电极直接