电容式指纹感应器及其面板的制作方法

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：
指紋感应器为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。该指紋感应器也广泛地使用于便携式产品，例如手机、笔记型计 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 实现于一芯片内，在图1A的编号13代表一保护层，其作为电容G的介电层。 若该指紋感应器被嵌入于一影像面板，在图1A的编号11代表一 IT0层，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 于影像面板的指紋感应器为例。在图1A, —玻璃13、 一上金属层ll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G存在于上金属层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l5。该凹部l5和该玻璃 13有一个距离d2，而该玻璃13的厚度为山。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冊与d有关， 该凹部电容值C^与d〃C2有关，而d和d〃C2可用以下方式表示
《i <<4 J
通常该凸部电容值c 远大于该凹部电容值C w 。
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第一晶体管、指紋电容G、 一第二晶体管及一第三晶体管。该第一晶体管包含一栅极端、 一输入端
及一输出端，其中该栅极端由一第一读出选择线所控制，且该输入端连接至
一第一偏压VA。该指紋电容CF连接至该第一晶体管的输出端，其中该指紋电容的电容值为一凹部电容值c^或一凸部电容值c冊，且Cw小于C仰。该第
二晶体管包含一栅极端、 一输入端及一输出端，其中该栅极端由一第二读出选择线所控制，该输入端连接至一第二偏压VB ，该输出端连接至该指紋电容，且该第二读出选择线紧邻于该第 一读出选择线。该第三晶体管包含一栅极端、 一输入端及一输出端，其中该栅极端由一扫描线所控制，该输入端连接至该指紋电容，且该输出端连接至一读出线。
本发明的电容式指紋感应器的另 一 实施例包含一指紋电容& 、 一第一晶体管、 一第二晶体管及一第三晶体管。该指紋电容^的电容值为一凹部电容值Cw或一凸部电容值c^，且c^小于c^。该第一晶体管用于预充电该指紋电容。该第二晶体管用于放电该指紋电容至一偏压VB。该第三晶体管用于输出经放电后的该指紋电容的电压。
本发明的包含电容式指紋感应器的面板系统的 一 实施例包含一具有电容式指紋感应器的有源矩阵区域、 一数据驱动器、 一扫描驱动器、 一读出电路及一影像处理电路。该数据驱动器用于驱动数据。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读出线且辨认该指紋电容的种类。该影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和5B显示图3电路的预充电阶段及估算阶段；及图6显示本发明的一具体实施例的读出电路。
附图符号说明
611上金属板13保护层
15指紋凹部21数据驱动器23读出电路25面板
31电容式指紋感应器33第一晶体管35第三晶体管CF指紋电容61比较器
Cs参考电容62多路复用器
22扫描驱动器24影像处理电路
12基板
14指紋凸部
32电容式指紋感应器34第二晶体管
具体实施例方式
图2显示本发明的面板的一具体实施例。该面板系统包含一有源矩阵区域25、 一数据驱动器21、 一扫描驱动器22、 一读出电路23及一影像处理电路24。该有源矩阵区域25包含多个电容式指紋感应器31,而每一个电容式指紋感应器31都可以选择性地和一影像像素共存于一像素单元。该数据驱动器21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器31的扫描线。大体而言，当该电容式指紋感应器31被操作时，连接至该电容式指紋感应器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器31的读出线的模拟讯号，且辨认该指紋电容31的型式，例如凹部电容值C^或凸部电容值C^。该影像处理电路24连接至该读出电路23。图2的结构以影像面板的嵌入式结构为例，但本领域技术人员均可知悉图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。该电容式指紋感应器31包含一第一晶体管33、 一第二晶体管34、 一指紋电容Cf及一第三晶体管35。图3显示连接至同一扫描线的同一行的两组相邻的指紋感应器。大体而言，当一电容式指紋感应器31在一预充电阶段，其前级相邻的电容式指紋感应器32则在一估算阶段。当该电容式指紋感应器31在一估算阶段，其后级相邻的电容式指紋感应器则在一预充电阶段。该第一晶体管33包含一栅极端、 一输入端及一输出端，其中该栅极端由一第一读出选择线CJ斤控制，且该输入端连接至一第一偏压VA。该第二晶体管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二读出选择线d所控制，且该输入端连接至一第二偏压VB。该电压VA电压大于该电压VB。该指紋电容^连接至该第二晶体管34的输出端，其中该指紋电容的电容值为一凹部电容值Cw或一凸部电容值C^。该第三晶体管35包含一栅极端、 一输入端及一输出端，其中该栅极端由一扫描线Rn所控制，该输入端连接至该指紋电容，且该输出端连接至一读出线。该第二读出选择线(U紧邻于该第一读出选择线Cm。每一个读出选择线的脉波宽度被表示为At。
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。连接至每一指紋感应器的该读出选择线C。至Cx被循序启动且彼此未重叠。该读出选择线
c。至a被使用于启动每一指紋感应器的预充电阶段及估算阶段，以循序地由
对应于该扫描线的同 一列指紋感应器读取数据。
图5A显示在预充电阶段，该指紋感应器31的等效电路。在预充电阶段，
该读出选择线Cm被启动，该第一晶体管33及第二晶体管34被致能，且该偏
压VA预充电该指紋电容。
图5B显示在估算阶段，该指紋感应器31的等效电路。在估算阶段，该
读出选择线d被启动，该第二晶体管34被致能，且储存于该指紋电容^的电荷被重新分布。此时，扫描线仍然被启动，该第三晶体管35被致能，该读出线依据使用者手指被检测到的部位，即指紋凸部或凹部，而输出电压
F5 + (K4-F5)xeflC 或ra + (W-K8)xescw ,"代表该第二晶体管的启动电阻。很明显地，若指紋凸部被检测到，则其读出线的电压大于若指紋凹部被检测到的电压。特别地，该指紋电容经放电后的电压和该估算阶段的周期成反比。图6显示本发明的一具体实施例的读出电路。该读出电路23包含一多路复用器62和一比较器61。该多路复用器62的输入端连接至该读出线，该多路复用器62的输出端连接至该比较器61，且该比较器61输出一个位至该影像处理电路24。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K肝，且FS + (J^ —K5)xeflC > K做F〉 KB + 07^ —7B)xew 。才居jt匕，若i亥t匕專交器61输出逻辑高电平，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，然而本领域技术人员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
8替换及修饰，并为本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1. 一种电容式指纹感应器，包含一第一晶体管，包含一栅极端、一输入端及一输出端，其中该栅极端由一第一读出选择线所控制，且该输入端连接至一第一偏压VA；一指纹电容CF，连接至该第一晶体管的输出端，其中该指纹电容的电容值为一凹部电容值CFV或一凸部电容值CFR，且CFV小于CFR；一第二晶体管，包含一栅极端、一输入端及一输出端，其中该栅极端由一第二读出选择线所控制，该输入端连接至一第二偏压VB，该输出端连接至该指纹电容，且该第二读出选择线紧邻于该第一读出选择线；以及一第三晶体管，包含一栅极端、一输入端及一输出端，其中该栅极端由一扫描线所控制，该输入端连接至该指纹电容，且该输出端连接至一读出线。
2. 如权利要求1所述的电容式指紋感应器，其中在一预充电阶段，该第一读出选择线被启动。
3. 如权利要求2所述的电容式指紋感应器，其中在一估算阶段，该扫描 线及第二读出选择线被启动，据此该第三晶体管的输出端点电压被输出至该 读出线。
4. 如权利要求3所述的电容式指紋感应器，其中具波峰电容值C冊的指 紋电容的相对应读出电压大于具凹部电容值C^的指紋电容的相对应读出电 压。
5. 如权利要求4所述的电容式指紋感应器，其中在该估算阶段时，该读出线的电压为KB + (K4-ra)x^c 或KS + (K4-FS)xew ，"代表该第二晶体管 的启动电阻，At代表该读出选择线的脉波宽度。
6. 如权利要求1所述的电容式指紋感应器，其中该扫描线在该预充电阶 段和估算阶段被启动。
7. —种电容式指紋感应器，包含一指紋电容G,其电容值为一凹部电容值Cw或一凸部电容值C冊，且C/:'K小于CFy;;一第一晶体管，用于预充电该指紋电容； 一第二晶体管，用于放电该指紋电容至一偏压VB;以及 一第三晶体管，用于输出经放电后的该指紋电容的电压。
8. 如权利要求7所述的电容式指紋感应器，其中经电荷重新分布后对应于该凸部电容值C 的该指紋电容的电压大于对应于该凹部电容值Cw的该指紋电容的电压。
9. 如权利要求8所述的电容式指紋感应器，其中该第一晶体管用于预充电该指紋电容至一电压VA，且该电压VA电压大于该电压VB。
10. 如权利要求9所述的电容式指紋感应器，其中该第一晶体管使用于一预充电阶段，该第二晶体管使用于一估算阶段，且该预充电阶段并未和该估算阶段重叠。
11. 如权利要求10所述的电容式指紋感应器，其中该指紋电容经放电后的电压和该估算阶段的周期成反比。
12. 如权利要求11所述的电容式指紋感应器，其中在该估算阶段时，经电荷重新分布后对应于该指紋电容的电压为+ ra)xe7^或ra + (W_ra)xe^， i 代表该第二晶体管的启动电阻，At代表该读出选择线的脉波宽度。
13. —种包含电容式指紋感应器的面板系统，包含一具有电容式指紋感应器的有源矩阵区域，该电容式指紋感应器包含一第一晶体管，包含一栅极端、 一输入端及一输出端，其中该栅极端由一第一读出选择线所控制，且该输入端连接至一第一偏压VA;一指紋电容C。连接至该第一晶体管的输出端，其中该指紋电容的电容值为 一 凹部电容值Cw或 一 凸部电容值c ,且c^小于Cra ;一第二晶体管，包含一栅极端、 一输入端及一输出端，其中该栅极端由一第二读出选择线所控制，该输入端连接至一第二偏压VB,该输出端连接至该指紋电容，且该第二读出选择线紧邻于该第一读出选择线；以及一第三晶体管，包含一栅极端、 一输入端及一输出端，其中该栅极端由一扫描线所控制，该输入端连接至该指紋电容，且该输出端连接至一读出线；一数据驱动器，用于驱动数据线；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，用于接收该电容式指紋感应器的读出线且辨认该指紋电容的种类；以及一影像处理电路，连接至该读出电路。
14. 如权利要求13所述的面板系统，其中该读出电路包含一多路复用器和一比较器，该多路复用器的输入端连接至该读出线，该多路复用器的输出 端连接至该比较器。
15. 如权利要求13所述的面板系统，其中该比较器输出至该影像处理电路。
16. 如权利要求14所述的面板系统，其中该比较器具有一阀值电压^砂，+ra)xe"" 〉 ra + (K4-ra)xe^w ，且i 代表该第二晶体管的启动电阻，At代表该读出选择线的脉波宽度。
17. 如权利要求13所述的面板系统，其中该有源矩阵区域还包含连接至 该数据线的影像像素。
18. 如权利要求13所述的面板系统，其中当一电容式指纹感应器在一预 充电阶段，其前级相邻的电容式指紋感应器则在一估算阶段。
19. 如权利要求13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。
全文摘要
本发明关于电容式指纹感应器及其面板。其中电容式指纹感应器包含一指纹电容C_F、一第一晶体管、一第二晶体管及一第三晶体管。该指纹电容C_F的电容值为一凹部电容值C_FV或一凸部电容值C_FR，且C_FV小于C_FR。该第一晶体管用于预充电该指纹电容。该第二晶体管用于放电该指纹电容至一偏压VB。该第三晶体管用于输出经放电后的该指纹电容的电压。
文档编号G06K9/00GK101546373SQ20081008723
公开日2009年9月30日 申请日期2008年3月24日 优先权日2008年3月24日
发明者庄凯岚, 陈英烈 申请人:奇景光电股份有限公司