电容式指纹传感器

技术领域

本发明涉及一种指纹传感器，且特别涉及一种电容式指纹传感器。

背景技术

指纹是人类所有的一种物理特性，并且由于没有人可以具有有与其他人一模一样的指纹，因此极适合作为身份辨识的特征。在现在，指纹已普遍用于个人电子系统登入、出入境管制等。然而，由于指纹采集需要高解析度，部分机构仍使用光学感测。但是，光学感测需要额外的背光模块，成本较高，且会导致传感器的机构较厚。

发明内容

本发明提供一种指纹传感器，具有高解析度的电容感测像素，藉此可具有较低的硬件成本及较薄的机构厚度。

本发明的电容式指纹传感器，包括多个电容感测像素。各个电容感测像素包括感测节点、第一晶体管、感测电容、第二晶体管。第一晶体管具有接收第一系统电压的第一端、接收重置控制信号的控制端、以及耦接感测节点的第二端。感测电容耦接于感测节点与感测控制信号之间。第二晶体管具有接收第二系统电压的第一端、接收感测节点的感测电压的控制端、以及提供感测输出信号的第二端。

基于上述，在本发明实施例的指纹传感器中，各个电容感测像素可以由第一晶体管、第二晶体管、感测电容以及电流源所构成，亦即以低电路面积的电容感测像素来形成高解板度电容式指纹感测面板。并且，由于电容式指纹感测面板不需要背光模块，因此可降低硬件成本及使机构厚度轻薄化。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为依据本发明一实施例的电容式指纹传感器的电路示意图。

图2为依据本发明一实施例的电容式指纹传感器的驱动波形示意图。

图3为依据本发明一实施例的感测电容的剖面示意图。

图4为依据本发明另一实施例的感测电容的剖面示意图。

【符号说明】

100：电容式指纹传感器

110：电容式指纹感测面板

120：感测读出电路

210：基板

220：金属层

230：绝缘层

240：铟锡氧化物透明导电层

250：绝缘层

C

CR：电流源

C

CT：寄生电容

Dout：输出数据

P：感测节点

Pcapsen：电容感测像素

Reset：重置期间

Sensing：感测期间

Sout：感测输出信号

SR_R：重置控制信号

SR_W：感测控制信号

T1：第一晶体管

T2：第二晶体管

VDD：第二系统电压

Vp：感测电压

VSS：第一系统电压

具体实施方式

除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，诸如在通常使用的字典中定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术和本发明的上下文中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化的或过度正式的意义，除非本文中明确地这样定义。

应当理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，下面讨论的“第一元件”、“部件”、“区域”、“层”或“部分”可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分而不脱离本文的教导。

这里使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的，而不是限制性的。如本文所使用的，除非内容清楚地指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在包括复数形式，包括“至少一个”。“或”表示“和/或”。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语”包括”和/或”包括”指定所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件的存在和/或部件，但不排除一个或多个其它特征、区域整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。

图1为依据本发明一实施例的电容式指纹传感器的电路示意图。请参照图1，在本实施例中电容式指纹传感器100包括电容式指纹感测面板110及感测读出电路120，其中电容式指纹感测面板110包括以阵列排列的多个电容感测像素Pcapsen。各个电容感测像素Pcapsen基于感测对应的指纹为纹沟(valley，或称纹谷)或纹脊(ridge，或称纹峰)而提供感测输出信号Sout，并且感测读出电路120耦接这些电容感测像素Pcapsen，以基于电容感测像素Pcapsen的感测输出信号Sout提供与指纹相关的输出数据Dout。此外，在本发明实施例中，电容感测像素Pcapsen可以非阵列方式排列，且本发明实施例不以此为限。

在本实施例中，各个电容感测像素Pcapsen可以包括感测节点P、第一晶体管T1、第二晶体管T2、感测电容C

在本发明实施例中，各个电容感测像素Pcapsen可以由感测节点P、第一晶体管T1、第二晶体管T2、感测电容C

在本发明实施例中，电流源CR是加速电荷的放电速度，在不考电放电速度的情况下，可以省略电流源CR；或者，可以其他元件替换电流源CR，但本发明实施例不以此为限。

图2为依据本发明一实施例的电容式指纹传感器的驱动波形示意图。请参照图1及图2，在本实施例中，这些电容感测像素Pcapsen可以分别驱动、逐列驱动、或者分群组驱动，此是依据走线布局而定。以单个电容感测像素Pcapsen来说，驱动时序至少包括重置期间Reset及感测期间Sensing。

在重置期间Reset，重置控制信号SR_R及第一系统电压VSS为高电压电平，感测控制信号SR_W及第二系统电压VDD为低电压电平。此时，第一晶体管T1导通，并且第二晶体管T2截止，因此感测电压Vp充电到(或抬升到)高电压电平。藉此，感测电容C

在重置期间Reset之后的感测期间Sensing，重置控制信号SR_R及第一系统电压VSS为低电压电平，感测控制信号SR_W及第二系统电压VDD为电压电平。此时，第一晶体管T1截止，并且第二晶体管T2导通。并且，由于手指放在电容感测像素Pcapsen上时指纹中的纹峰跟纹沟距电容感测像素Pcapsen的表面的距离不同，因此会感应出不同的寄生电容CT。

参照图1所示，当电容感测像素Pcapsen感应到指纹中的纹峰时，感测节点P与指纹的寄生电容CT为感测节点P到电容感测像素Pcapsen的表面的电容C

依据上述，针对纹峰跟纹沟，电容感测像素Pcapsen会感应出不同的寄生电容CT，而寄生电容CT会与感测电容C

举例来说，当电容感测像素Pcapsen感应到指纹中的纹峰时，因寄生电容CT的电容值较大而产生较低的感测电压Vp；当电容感测像素Pcapsen感应到指纹中的纹沟时，因寄生电容CT的电容值较小而产生较高的感测电压Vp。由于第二晶体管T2的导通程序是视感测电压Vp的电压电平而定，因此当电容感测像素Pcapsen感应到指纹中的纹峰时，感测输出信号Sout的电压电平会较低，并且当电容感测像素Pcapsen感应到指纹中的纹沟时，感测输出信号Sout的电压电平会较高。藉此，感测输出信号Sout的电压电平可反应电容感测像素Pcapsen感应到纹峰或纹沟而变化。

此外，感测读出电路120可以将感测输出信号Sout的电压电平转换为数字值后进行收集以提供与指纹相关的输出数据Dout，或者可以将感测输出信号Sout的电压电平与临界值比较后产生一逻辑值后进行收集以提供与指纹相关的输出数据Dout。上述可依据电路设计而定，本发明实施例不以此为限。

图3为依据本发明一实施例的感测电容的剖面示意图。请参照图1及图3，在本实施例中，电容感测像素Pcapsen可以配置在基板210上，并且在基板210上更依序配置金属层220、绝缘层230、铟锡氧化物(ITO)透明导电层240、以及绝缘层250。在本实施例中，感测电容C

图4为依据本发明另一实施例的感测电容的剖面示意图。请参照图1、图3及图4，其中相同或相似的元件使用相同或相似的标号。在本实施例中，铟锡氧化物透明导电层240更作为感测节点P，亦即电容C

综上所述，在本发明实施例的指纹传感器中，各个电容感测像素可以由第一晶体管、第二晶体管、感测电容以及电流源所构成，亦即以低电路面积的电容感测像素来形成高解板度电容式指纹感测面板。并且，由于电容式指纹感测面板不需要背光模块，因此可降低硬件成本及使机构厚度轻薄化。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。