薄膜晶体管指纹传感器及其操作方法_4

文档序号:9261576阅读:来源:国知局
52)且这些列电极被划分成16列的16个区块,则列解码电路区块144会通过16条导电线来传送每一区块的数据,如图6的汇流排156所标示。在此实施例中,4条额外的导电线(如图6的选择线158所标示)足够对任一行线的像素中16个区块中的一个进行寻址。在列驱动器中,信号将被模拟,且需通过模拟多工器来进行解多工。例如,可使用Y条选择线,而从2Y条列线中得到最后的模拟输入“Μ”。根据此配置,M可以是I或是更大的数值。简化的处理是根据所需要的信号的减少以及时间上的允许而决定。例如,如果系统选择一次只对单一像素进行寻址(M= I),则全部XXY个像素必须被个别地寻址。
[0153]图7A是显示一示意图,用于说明传送环74’相对于像素阵列72的位置。传送环74’可以是简单的金属结构,且可形成在基极介电层102 (参考图4A)的上方或是下方。传送环74’可由集成电路芯片86或是外部驱动器所提供的信号所驱动。传送环74’设置在足够远离像素阵列72的位置,以避免信号会从传送环74’直接注入到像素电极。当然,从传送环74’发射出来的高频信号必须在耦合至像素电极之前先被传送至使用者指尖34。在图7A中,连接器160是延伸于像素阵列72以及集成电路芯片86之间,用以传递其间的电子信号。如果需要的话,连接器160可以形成为可分离的连接方式160’,如图7B所显示。
[0154]图8是显示一示意图,用于说明在图3A的指纹传感器70中,由传送电极74与76所发射的信号会如何耦合经过使用者手指而回到使用者指头的波峰与波谷,再进入至像素阵列。在图8中,使用者的指尖整体以标号170表示。使用者指尖的外层包括波峰以及波谷,且以标号172表不。外部层172的正上方是组织(tissue) 174的内导电层。由传送电极74和76所发送的高频信号会分别通过上方并沿着箭头82和84,而依序经过保护介电层78、使用者指尖的外部层172而进入至组织174的导电层。由组织174的导电层所传导的信号会往下沿着箭头176的路径而依序经过外部层172的波峰与波谷以及保护介电层78而回传至像素阵列72,以便像素电极进行接收(如图8的标号178所标示)。在图8中,设置在像素阵列72下方的金属层180,例如,是表示用来在像素阵列中选择启动的行线的行寻址线的绕线。再者,集成电路芯片86可以被安装在用来支撑像素阵列72的基底的下面。
[0155]图9是显示根据本发明另一实施例所述的指纹传感器。在图9中,传送电极是散置于像素阵列的行寻址电极之间。在此实施例中,像素阵列72为具有96条行线与96条列线的矩阵。如先前所描述,像素阵列72是由像素单元所形成的矩阵,其中每一像素包括薄膜晶体管以及像素电极。在图9中,行逻辑区块190表示用来对行线192 (行G0)、194 (行Gl)至行线196(行G95)进行寻址的逻辑部份。行线192(G0)耦接于位于共同第一行(需注意,在图9中的阵列被旋转了 90度,而阵列的行线在页面上是上下延伸)的薄膜晶体管的基极。同样地,行线194(G1)耦接于位于共同第二行的薄膜晶体管的基极。行线196(G95)耦接于位于像素阵列72的共同最后行的薄膜晶体管的基极。
[0156]如先前所描述,列电极或数据电极(包括线198 (CO)、200 (Cl)至202(C95))耦接于位于共同列线的薄膜晶体管的源极,以便为了能对由在所寻址的行线的像素上的像素电极所接收的信号进行感测。列电极线198(C0)、200(C1)至202(C95)各自耦接于列解码电路区块144,用以对由在所寻址的行线的像素上的各像素电极所接收的信号进行检测。
[0157]在图9的实施例中,多条传送电极(包括TXO线204、TX1线206、…、TXlO线207至ΤΧ95线208)亦从薄膜晶体管行逻辑区块190延伸,且以交替的方式在行寻址线192 (GO)、194 (Gl)至196 (G95)之间延伸。可使用传输线来替换图7Α中的传送环74’,以传送高频信号至使用者指尖。起先,这似乎违背了用来避免从传送电极至像素电极(越过使用者指尖)的直接电容耦合而维持传送电极横向远离于像素阵列的目标。然而,在任何时间内,通过明智地选择将传送电极中的部分传送电极启动,并通过将启动的传送电极电性远离于像素阵列中所选择的行线,则可大量地避免从传送电极至像素电极的直接电容耦合问题。此外,通过在像素阵列中放置传送电极而不是在周围,则可避免需要使用到基底上的额外面积来作为包围像素阵列的周围的传送电极。
[0158]图10是显示形成在薄膜晶体管行逻辑区块190内的逻辑元件的高阶功能图,其中逻辑元件能产生驱动信号来控制行寻址线192 (GO)、194 (Gl)至196 (G95)以及TXO线204、TXl线206、…、TXlO线207至TX95线208。薄膜晶体管的行逻辑区块190的操作方式可参考图12的波形图而能更佳地了解。集成电路芯片86会发送初始信号220至薄膜晶体管的行逻辑区块190,以开始像素阵列72的一读取周期,并清除/重置逻辑元件。脉冲时脉信号222亦由集成电路芯片86提供至薄膜晶体管的行逻辑区块190,以提供时间参考。集成电路芯片86亦发送脉冲⑶于线224上,以指示致能行寻址线的顺序已经开始。在第一个时脉周期C中,当脉冲GD被设定(active)时,行寻址线192(G0)会被设定,用于致能第一行线的像素中薄膜晶体管的基极。在下一个连续的时脉周期C,行寻址线192 (GO)会切换回低逻辑电平,而下一个行寻址线194(Gl)会被设定。这个程序会继续,直到在第96个时脉周期中行寻址线196 (G95)被设定。
[0159]参考图9、10与12,高频信号226 (Tx)是表示欲传送至使用者指尖的高频信号。如先前所描述,高频信号226可由集成电路芯片86或外部所提供。输入信号TD提供在线228上,以作为第一正反暂存器230的输入。正反暂存器230的输出耦接于与门(and gate) 232。当正反暂存器230的输出为低逻辑电平时,与门232会阻挡高频信号226被传送至TXO线204。正反暂存器230的输出亦可当作输入至下一连续正反暂存器的数据,其同样地控制与门来驱动TXl线206等等。
[0160]关于图9、10,申请人已确认了在任何时间下在像素阵列中已启动的行线的每一侧安排具有大约10条未启动的传送线是符合要求的。于是,若第一行的像素被基极192所选择,则需要将前十个传送电极(204 (TXO)、206 (TXl)至TX9)禁能(disable)。首先,前11个正反器(包括第一正反器230)会被初始信号220(1)所重置(reset),而剩余的会被初始信号220(1)所设定(set)。于是,当第一行的像素被选择时,前11个传送电极(204(TX0)、206 (TXl)至ΤΧ10)会被其各自的与门(包括与门232)所禁能,而传送电极TXll至ΤΧ95会被致能,最初总共为85个已启动的传送电极。
[0161]对每个后续的时脉周期来说,另一个传送电极会被禁能,直到已启动的传送电极的数目减小到76。在时脉信号222(C)的前十个时脉周期的期间,由集成电路芯片86所提供的输入信号228 (TD)会维持在低逻辑电平“ O ”,以控制前11个传送电极204 (TXO)、206 (TXl),…至TXlO能被各自的与门所禁能,而一个向右的额外传送电极会被禁能。在10个时脉周期之后,输入信号228会切换为高逻辑电平“1”,并在用来完成读取每一行的像素的剩余时脉周期中继续维持在高逻辑电平。于是,当第11行的像素被行寻址线GlO选择时,传送电极204 (TXO)会被致能,以传送高频信号至使用者指尖,而邻近的传送电极TXl至ΤΧ20会被禁能。这个模式会持续于每个时脉周期内,以有效地于被感测的所选择的行线的任一侧来提供10条未启动的TX行线。当已启动的选择行线随着每个时脉周期在像素阵列中移动时,传送电极的未启动区域(inactive range)亦会跟着移动。当最后20行像素被选择以进行感测时,未启动的传送电极的数量会开始从20减少至10。如实施例所显示,在任何时间被禁能的传送电极的最大数量为20,但是在此实施例中,在同一时间至少有其他76个传送电极被致能,以确实地传送高频信号Tx至使用者指尖。
[0162]如图12所显示,在行寻址线192(G0)被选择的时间周期之间,传送线204(TX0)、传送线206(ΤΧ1)至传送线207 (TXlO)会维持在低逻辑电平或是被禁能。另一方面,传送线234(TXll)至传送线208(TX95)会被驱动,以传送高频信号Tx至使用者指尖。同样地当行寻址线/基极GlO被选择时,传送线TXl至传送线TXlO以及传送线TXll至传送线TX20的传送电极会被禁能,而其他的全部传送线(即TXO以及TX21-TX95)会被致能,以传送高频信号Tx至使用者指尖。在这种方式中,正在进行感测的像素电极不会直接从邻近的传送线接收到所传送的信号,但仅作为像素电极和使用者指尖之间的电容性耦合的结果。此外,可使用用来形成像素阵列72的相同类型的薄膜晶体管来将图10所显示的薄膜晶体管行逻辑区块190的全部逻辑电路形成在可挠性基底上,其中像素阵列72亦形成在相同的可挠性基。
[0163]图11与图12的波形可一起说明列解码电路区块144(图9与图10)可以被设计成一多工器,以减少像素阵列72以及集成电路芯片86之间导电线的数量。3个二进位选择信号(标示为汇流排250)会由3对8解码器252所接收,其中3对8解码器252提供八条输入线(包括线254-线256)。第一多工器258包括8个薄膜晶体管。第一个薄膜晶体管延伸于列电极260 (C95)以及输出埤264(Cout(ll))之间。第一多工器258内的最后一个薄膜晶体管延伸于列电极262 (C88)以及输出埠264(Cout(ll))之间。于是,在任何时间,8个列电极C95-C88之间的一条耦接于输出埠264 (Cout (II))。
[0164]在图11中,提供了 11个多工器(包括266与268),用于以相同方式来提供数据信号于输出埠270 (Cout (O))至输出埠272 (Cout (10))。于是,在任何时间,会经由输出埠270至输出埠264 (Cout (O)至Cout(Il))来提供12个输出信号。通过在每八个可能的状态中来循环地对选择汇流排信号250进行设定,可以感测到全部96列的数据并传送至集成电路芯片86。如图12所显示,在每个行地址周期的期间,选择汇流排信号250会在8个可能的状态中循环,使得在选择的行线上的全部列线可以被感测到。于是,在图12中,当选择汇流排信号250在第一状态(=O)时,列线CO会进行感测,而所传送的Tx信号波形会根据使用者指尖的波峰或是波谷是否在所对应的像素电极上,而以较大或较小的程度呈现在线198 (列线CO)上。同样地,当选择汇流排信号250在第二状态(=I)时,列线Cl会进行感测,而所传送的Tx信号波形会根据使用者指尖的波峰或是波谷是否在所对应的像素电极上,而以较大或较小的程度呈现在线200 (列线Cl)上。
[0165]如本领域技术人员所知,先前所描述的指纹传感器可结合在常见的液晶显示触控板(LCD touchpad),其可使用在具有触控屏幕监视器的电脑、平板电脑或是行动电话。例如,图13是显示描述于图3-8的一般类型的指纹传感器300,其包括围绕于像素阵列304的传送电极环302。参考图14,行动电话液晶显示触控显示面板310将图13的指纹传感器300并入于其左下角。
[0166]在传统的的液晶触控板中,即图14中位于指纹感测区域300外侧的面板310是由相对低密度的二维阵列的像素所形成,其中像素安排在大约500微米(micixm)的间距(pitch),即从一个像素单元的中心到下一个像素单元的中心的距离大约为500微米。像素的密度可以相对低,因为面板仅需要检测到指尖或是触控笔(stylus)碰触到显示面板310的区域。相反地,为了正常工作,指纹感测区域300需要具有较高密度的像素,其安排在中心对中心大约50-70微米的细间距。于是,指纹感测区域300的像素行线的数量是触控面板310的10倍。同样地,指纹感测区域300的像素列线的数量是触控面板310的10倍。
[0167]然而,用来制造指纹感测区域300的技术是非常相似于用来制造遍布显示面板310的低密度的触控灵敏像素的技术。于是,虽然图14的指纹传测区域300限制在显示面板310的左下角,但是应当理解的是,指纹传测区域300可以扩大到覆盖于显示面板310的整个底部,如果需要的话,或者可扩大到显示面板310内的任何其他区域。
[0168]为了进一步防止外部噪音信号,通过以差动模式来感测像素电极,则由像素电极所检测的感测信号的准确性可以提高。该方法可除去所有类型的共模噪声,不论是源自于人体本身,或者从其他来源,例如装有指纹传感器的电子设备。参考图16,薄膜晶体管400与其关联的像素电极401会形成指纹感测区域的第一像素、薄膜晶体管402与其关联的像素电极403会在薄膜晶体管400的相同行线上形成第二像素,而薄膜晶体管404与其关联的像素电极405会在薄膜晶体管400的相同列线上形成第三像素。薄膜晶体管400与薄膜晶体管402耦接于第一行寻址线406。薄膜晶体管404耦接于第二行寻址线408。薄膜晶体管400与薄膜晶体管404的源极皆耦接于第一列电极410,而薄膜晶体管402的源极耦接于第二列电极412。
[0169]在图16中,第一列电极410 f禹接于第一差动放大器414的正(非反相)输入端。同样地,第二列电极412耦接于第二差动放大器416的正(非反相)输入端。类似的差动放大器亦提供给像素阵列中剩余的列电极。在一实施例中,差动放大器的数量会比列电极的数量少一个,其将描述于后。列电极418稱接于每一差动放大器414、416等的负(反相)输入端。在像素阵列中,列电极418的长度是与传统列电极410、412相同程度。由传统列电极(例如410与412)所接收的任何干扰信号亦会被列电极418所接收。于是,差动放大器414将有效地从列电极410所提供的信号中去除掉由列电极418所提供的干扰信号,以及所得到的输出信号420将包括在所选择的像素行线中由像素电极所感测的信号,且不含不想要的杂讯成分。
[0170]在图16中,如果需要的话,列电极418可以是没有实际耦接于任何启动像素的仿真(du_y)电极。为了对人体噪音进行最佳的噪音抑制,仿真列线应该设置在接近使用者手指的区域,如同实际的列电极。再者,列电极418可以是关联于阵列中特定列线的像素的实际列电极。在此实施例中,用来接收共模杂讯的列电极会没有感测数据。为了对像素阵列中缺少的列线重建数据信号,需要注意到指纹不是任意的数据。根据定义,指纹包括波峰(最大值)和波谷(最小值),而指纹影像是在最大与最小信号之间。用来重建在像素阵列中缺少的列线数据的相对简单的方法是通过察看周围像素的值并在遗失列的每一行中插入所察看的值,以计算所遗失的数据量。
[0171]如先前所描述,参考图13与14,指纹感测区域300可以被并入于常见的液晶触控面板310。为了更帮助将指纹感测区域300整合于常见的液晶触控面板310,指纹感测区域300可选择性地操作在一模拟模式,以模拟周边较低密度感测像素的操作。
[0172]参考图17A,指
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