专利名称：电容式指纹感应器及其面板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电容式指紋感应器及其面板，特别是涉及一种使用多个 晶体管的电容式指紋感应器及其面板。
背景技术：
指紋感应器是一种用于辨认手指紋样式及提供可靠度的个人身份识别的 感应器。该指纹感应器也广泛地使用于可携式产品，例如手机、笔记本型计 算机，用以确保个人保密数据的安全性。
图1A和1B显示指紋感应器的等效电路。大体而言，指紋感应器可以被实 现在一芯片内，在图1A的编号13代表一保护层，其作为电容C,的介电层。若 该指紋感应器被嵌入于一图像面板，在图U的编号11代表一IT0板，且编号13 代表玻璃和薄膜，例如彩色滤光片、偏光板等。以下的叙述以嵌入于图像面 板的指紋感应器为例。在图1A, —玻璃13、 一上金属板11及一基板12以串联 方式结合，且该玻璃13是使用者手指可以碰触的地方。通常一电容C(,存在于 玻璃13内，且一电容C,存在于上金属板11和基板12之间。在图1B,使用者手 指的表面可分为凸部14和凹部15。该凹部15和该玻璃13有一个距离d2，而该 玻璃13的厚度为d，。基于该结构， 一额外电容C2存在于该使用者手指的凹部 及该玻璃13的表面。该凸部电容值C^与C1相关，该凹部电容值C片与。/化2 相关，而C1和C1〃C2可用以下方式表示
<formula>formula see original document page 6</formula>
通常该凸部电容值c,."远大于该凹部电容值c,y 。
为了感应使用者手指， 一读出电路应可分辨该凸部电容值及凹部电容 值。然而，其并不容易得到所需的准确度，因为一些环境上的因素，例如 噪声或串音都会减损该结果。
发明内容
本发明的电容式指紋感应器的一实施例包含一感应单元及一控制电路。 该感应单元包含一指紋电容、 一第一晶体管及一第二晶体管。该指紋电容的
电容值为一凹部电容值c,K或一凸部电容值c^，且c,，zc,w。该第一晶体管包
含一栅极端、 一输入端及一输出端，其中，该栅极端由一扫描线所控制，且 该输入端连接至该指紋电容，该输出端连接至该一读出线。该第二晶体管包 含一栅极端、 一输入端及一输出端，其中该栅极端由一估算线所控制，该输
入端连接至一第二电压VB,且该输出端连接至该指紋电容。该控制电路包含 一第三晶体管、 一运算放大器、 一参考电容C^及一第四晶体管。该第三晶体 管包含一栅极端、 一输入端及一输出端，其中该栅极端由一第一重置线所控 制，该输入端连接至该读出线。该运算放大器的一输入端连接至该第三晶体 管的输出端，另一输入端连接至一第一电压VA。该参考电容C^设置在该运算 放大器的输入端和输出端之间。该第四晶体管包含一栅极端、 一输入端及一 输出端，其中，该栅极端由一第二重置线所控制，该输入端和输出端分别连 接至该运算放大器的输入端和输出端。
本发明的电容式指紋感应器的另一实施例包含一感应单元及一控制电 路。该感应单元包含一指纹电容、 一第一晶体管及一第二晶体管。该指紋电 容的电容值为一凹部电容值&.|/或一凸部电容值<^.,《，且Cw,〈C,w。该第一晶体 管用于在一扫描线周期控制该指紋电容。该第二晶体管用于放电该指紋电容。
该控制电路包含一积分器及一第三晶体管。该积分器具有一参考电容cv。该
第三晶体管用于预充电该指紋电容，及在该指紋电容和参考电容之间重新分
布电荷。
本发明的包含电容式指紋感应器的面板系统的 一 实施例包含一具有多个 电容式指紋感应单元的主动式矩阵区域、 一扫描驱动器、 一读出电路及一图 像处理电路。该扫描驱动器用于控制连接至该电容式指紋感应器的扫描线。 该读出电路用于接收该电容式指紋感应器的数据且辨认该指紋电容的种类。 该图像处理电路连接至该读出电路。
图1A和1B显示指紋感应器的等效电路； 图2显示本发明的面板的一具体实施例；图3显示本发明的指紋感应器的 一具体实施例； 图4显示图3电路的时序图5A至5C显示图3电路的预充电阶段、转换阶段及估算阶段；及 图6显示本发明的一具体实施例的一部分读出电路。 附图符号说明
11上金属板12基板
13保护层14指紋凸部
15指紋凹部
21数据驱动器22扫描驱动器
23读出电路24图像处理电路
25面板
31电容式指紋感应单元32第一晶体管
c,指紋电容33第二晶体管
34第三晶体管35第四晶体管
36运算放大器38控制电路
61比较器62输出多路复用器
参考电容
具体实施例方式
图2显示本发明的面板的一具体实施例。该面板系统包含一主动式矩阵区 域25、 一数据驱动器21、 一扫描驱动器22、 一读出电路23及一图像处理电路 24。该主动式矩阵区域25包含一电容式指紋感应器及/或多个图像像素。该电 容式指紋感应器具有多个电容式指纹感应单元31,而每一个电容式指紋感应 单元31都可以选择性地和一图像像素共存于一像素单元。该数据驱动器n用 于驱动数据。该扫描驱动器22用于控制连接至该电容式指紋感应单元31的扫 描线。大体而言，当该电容式指紋感应单元31被操作时，连接至该电容式指 紋感应单元31的扫描线在整个操作过程被启动。该读出电路23用于接收该电 容式指紋感应单元31的读出线的模拟信号，且辨认该指紋电容31的型式，例 如凹部电容值Cw或凸部电容值C,:w。该图像处理电路24连接至该读出电路23。 图2的结构是以图像面板的嵌入式结构为例，但熟悉该项技术者均可知悉图2的结构可以被轻易转换及应用于一芯片内。
图3显示本发明的指紋感应器的一具体实施例。该读出电路23包含一控制 电路38。电容式指紋感应单元31包含一第一晶体管32、 一第二晶体管33及一 指紋电容CV，其电容值为一凹部电容值Cw或一凸部电容值C^，且<^,,,<(:,/;。 位于该主动式矩阵区域25的同一列的第一晶体管32是由同一扫描线所控制。 该第一晶体管32包含一栅极端、 一输入端及一输出端，其中，该栅极端由一 扫描线所控制，且该输入端连接至该指紋电容，该输出端连接至一读出线， 其中，该读出线更连接至该控制电路38的一输入端。该第二晶体管33包含一 栅极端、 一输入端及一输出端，其中，该栅极端由一估算信号所控制，且该 输入端连4妄至一第二电压VB，而其输出端连接至该指紋电容C,.。该控制电路 38可为该读出电路23的一部分，而另一部分63显示在图6。该控制电路38包含 一第三晶体管34、 一运算放大器36、 一参考电容C^及一第四晶体管35。第三 晶体管34包含一栅极端、 一输入端及一输出端，其中，该栅极端由一第一重 置线Resetl所控制，且该输入端连接至该读出线。该运算放大器36的一输入 端连接至该第三晶体管34的输出端。该第四晶体管35包含一栅极端、 一输入 端及一输出端，其中，该栅极端由一第二重置线(Reset )所控制，该输入端 和输出端分别连接至该运算放大器36的输入端和输出端。此外，该参考电容 G连接至该运算放大器36的输入端和输出端，而该运算放大器36的另一输入 端连接至一第一电压VA。
图4显示图3电路的时序图。大体而言，在同一列的指紋电容共享同一个 扫描线Rn，其在该列所有指紋电容的整个操作过程被启动。 一个周期的时序 被分为一预充电阶段(第一阶段)、 一转换阶段(第二阶段)及一估算阶段(第 三阶段)，且彼此未重迭。该第一重置线Resetl被启动于该预充电阶段和估算 阶段，该第二重置线Reset被启动于该预充电阶段和转换阶段。在估算阶段时， 读出线选择RLS循序由Vout,至Voutx传输数据至该图像处理电路24。该估算信 号仅在转换阶段为逻辑高电平。
图5A显示在预充电阶段，该指紋感应器的等效电路。在预充电阶段，该 第二晶体管33被关闭，而第三晶体管34被使能，且该多路复用器36选择VB。 据此，储存于该指紋电容的电荷为Q,xK4。
图5B显示在转换阶段，该指紋感应器的等效电路。在转换阶段，第二晶 体管33被使能以连接至第二电压VB,第三晶体管34被关闭。据此，该指紋感应器的电压依据使用者手指被检测到的部位，即指紋凸部或凹部，被重分布
为<formula>formula see original document page 10</formula>灭代表该第二晶体管33的启动 电阻，f代表经过的时间。
图5C显示在估算阶段，该指紋感应器的等效电路。在估算阶段，该第二 晶体管33被关闭，第三晶体管34被使能，第四晶体管35被关闭。此时，该运 算放大器36和参考电容c^作为一积分器的功能。该运算放大器36的输出为
<formula>formula see original document page 10</formula>
图6显示本发明的一具体实施例的读出电路的选择部分63。该选择部分63 包含一输出多路复用器62和一比较器61。该输出多路复用器62由Vout,至Vout, 接受数据且再传送至该比较器61。为了分辨凸部电容和凹部电容，该比较器
61使用 一 阀值电压r脏，且<formula>formula see original document page 10</formula>据此，若该比较器61输出逻辑低电平，
代表由指紋感应器接收到的数据为凸部电容。反之，则为凹部电容。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本项技术的人士仍 可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因 此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本发 明的替换及修饰，并为本发明的申请专利范围所涵盖。
权利要求
1.一种电容式指纹感应器，包含一感应单元，包含一指纹电容，其电容值为一凹部电容值CFV或一凸部电容值CFR，且CFV＜CFR；一第一晶体管，包含一栅极端、一输入端及一输出端，其中，该栅极端由一扫描线所控制，且该输入端连接至该指纹电容，该输出端连接至该一读出线；及一第二晶体管，包含一栅极端、一输入端及一输出端，其中，该栅极端由一估算线所控制，该输入端连接至一第二电压VB，且该输出端连接至该指纹电容；以及一控制电路，包含一第三晶体管，包含一栅极端、一输入端及一输出端，其中，该栅极端由一第一重置线所控制，该输入端连接至该读出线；一运算放大器，其一输入端连接至该第三晶体管的输出端，另一输入端连接至一第一电压VA；一参考电容Cfb，设置在该运算放大器的输入端和输出端之间；及一第四晶体管，包含一栅极端、一输入端及一输出端，其中，该栅极端由一第二重置线所控制，该输入端和输出端分别连接至该运算放大器的输入端和输出端。
2.如权利要求1所述的电容式指紋感应器，其是循序操作在一预充电阶段、 一转换阶段及一估算阶段。
3. 如权利要求2所述的电容式指纹感应器，其中，在该预充电阶段，该扫 描线及第一重置线被启动以使该运算放大器转移该第一电压VA至该指紋电容。
4. 如权利要求3所述的电容式指纹感应器，其中，在该预充电阶段，该第 二重置线被启动。
5. 如权利要求3所述的电容式指紋感应器，其中，在该转换阶段，该第一 重置线不被启动。
6. 如权利要求5所述的电容式指紋感应器，其中，在该转换阶段，该第二电压VB连接至该指紋电容。
7.如权利要求2所述的电容式指纟丈感应器，其中，在该估算阶段，该扫描 线及第一重置线被启动，而该第二重置线不被启动。
8. —种电容式指紋感应器，包含 一感应单元，包含一指紋电容，其电容值为一凹部电容值<^..,/或一凸部电容值(:，,,,，且一第一晶体管，用于在一扫描线周期控制该指紋电容；及 一第二晶体管，用于放电该指紋电容；以及 一控制电路，包含一积分器，其具有一参考电容C一及一第三晶体管，用于预充电该指紋电容，及在该指紋电容和参考电 容之间重新分布电荷。
9. 如权利要求8所述的电容式指紋感应器，其中，在一预充电阶段，第三 晶体管用于预充电该指紋电容至一第一电压VA,且该第一电压VA连接于该积 分器。
10. 如权利要求8所述的电容式指紋感应器，其是循序操作在一预充电阶 段、 一转换阶段及一估算阶段。
11. 如权利要求10所述的电容式指紋感应器，其中，该积分器还包含一平 行连接于该参考电容的第四晶体管，且该第四晶体管在该预充电阶段及转换 阶段时被启动。
12. 如权利要求10所述的电容式指紋感应器，其中，该第三晶体管在该预 充电阶段及估算阶段时被启动。
13. 如权利要求10所述的电容式指紋感应器，其中，该第二晶体管被一估 算信号控制，该估算信号仅在转换阶段时被启动。
14. 如权利要求10所述的电容式指紋感应器，其中在该估算阶段时，该积分器的输出电压为,K, ^))xCra或7 代表该第二晶体管的启动电阻，，代表经过的时间。
15. —种包含电容式指紋感应器的面板系统，包含 一具有多个电容式指紋感应单元的主动式矩阵区域，各该电容式指紋感应单元包含一指纟丈电容，其电容值为一凹部电容值C,r或一凸部电容值C，且一第一晶体管，包含一栅极端、 一输入端及一输出端，其中，该栅 极端由一扫描线所控制，且该输入端连接至该指紋电容，该输出端连接至该一读出线；及一第二晶体管，包含一栅极端、 一输入端及一输出端，其中，该栅 极端由一估算线所控制，该输入端连接至一第二电压VB,且该输出端连接至 该指紋电容；一扫描驱动器，用于控制连接至该电容式指紋感应器的扫描线； 一读出电路，包含一第三晶体管，包含一栅极端、 一输入端及一输出端，其中，该栅 极端由一第一重置线所控制，该输入端连接至该读出线；一运算放大器，其一输入端连接至该第三晶体管的输出端，另一输 入端连接至一第一电压VA;一参考电容c,，设置在该运算放大器的输入端和输出端之间；及 一第四晶体管，包含一栅极端、 一输入端及一输出端，其中，该栅极端由一第二重置线所控制，该输入端和输出端分别连接至该运算放大器的 输入端和输出端；以及一图像处理电路，连接至该读出电路。
16. 如权利要求15所述的面板系统，其中，该读出电路还包含一输出多路 复用器和一比较器，该输出多路复用器的输入端连接至该运算放大器的输出 端，该输出多路复用器的输出端连接至该比较器。
17. 如权利要求15所述的面板系统，其中，该比较器输出一位至该图像处 理电路。
18. 如权利要求16所述的面板系统，其中，该比较器具有一阀值电压I^,,, 且 rj , (K4-(Kg + (K4-,g^))xCra > K附<formula>formula see original document page 5</formula>°
19. 如权利要求15所述的面板系统，其中，当该电容式指紋感应器被操作 时，连接至该电容式指紋感应器的一扫描线被启动。
20. 如权利要求15所述的面板系统，其中，该主动式矩阵区域还包含图像像素。
全文摘要
提供一种电容式指纹感应器，包含一感应单元及一控制电路。该感应单元包含一指纹电容、一第一晶体管及一第二晶体管。该指纹电容的电容值为一凹部电容值C<sub>FV</sub>或一凸部电容值C<sub>FR</sub>，且C<sub>FV</sub>＜C<sub>FR</sub>。该第一晶体管用于在一扫描线周期控制该指纹电容。该第二晶体管用于放电该指纹电容。该控制电路包含一积分器及一第三晶体管。该积分器具有一参考电容C<sub>fb</sub>。该第三晶体管用于预充电该指纹电容，及在该指纹电容和参考电容之间重新分布电荷。
文档编号G06K9/00GK101526988SQ20081008209
公开日2009年9月9日 申请日期2008年3月6日 优先权日2008年3月6日
发明者庄凯岚, 陈英烈 申请人:奇景光电股份有限公司