TW202123457A - 具有校正讀出信號的基於薄膜電晶體的指紋感測系統 - Google Patents

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TW202123457A
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安德斯 拉森
法蘭克 瑞迪傑克
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瑞典商指紋卡公司
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Abstract

一種指紋感測系統，其包括複數個導電的選擇線；交叉所述選擇線的複數個導電的讀出線；可控制以在所述複數個選擇線中的至少一所選的選擇線上提供選擇信號的選擇電路；複數個像素元件，其被形成在所述選擇線以及所述讀出線之間的交叉處；被配置以提供參考信號的參考信號源；以及耦接至所述複數個讀出線中的每一個讀出線以及所述參考信號源的讀出電路，所述讀出電路被配置以當所選的像素元件提供感測信號時，經由連接至所選的像素元件的讀出線來獲得讀出信號；從所述參考信號源獲得參考信號；根據所述讀出信號以及所述參考信號來形成用於所選的像素元件的校正的讀出信號；並且提供校正的讀出信號。

Description

具有校正讀出信號的基於薄膜電晶體的指紋感測系統
本發明是有關於一種用於感測手指的手指表面之指紋感測系統，其包括平行於彼此而被配置的複數個導電的選擇線；平行於彼此而被配置並且交叉所述選擇線的複數個導電的讀出線；選擇電路，其耦接至所述複數個選擇線中的每一個選擇線，並且可控制以在所述複數個選擇線中的至少一所選的選擇線上提供一選擇信號；以及複數個像素元件，其分別被形成在所述複數個選擇線中的一選擇線以及在所述複數個讀出線中的一讀出線之間的一個別的交叉處。
指紋感測系統被廣泛使用作為用於增進例如是行動電話等等的電子裝置的便利性與安全性的手段。在各種具有顯示器的電子裝置中，在所述顯示器佔用的區域之內提供指紋感測可能是所期望的。在橫跨所述顯示器的一相當大的區域提供指紋感測亦可能是所期望的。
用於此申請案的指紋感測系統的一適當的配置可以是一種具有一配置之指紋系統，其具有平行於彼此而被配置的複數個導電的選擇線；平行於彼此而被配置並且交叉所述選擇線的複數個導電的讀出線；選擇電路，其耦接至所述複數個選擇線中的每一個選擇線，並且可控制以在所述複數個選擇線中的至少一所選的選擇線上提供一選擇信號；以及複數個像素元件，其分別被形成在所述複數個選擇線中的一選擇線以及在所述複數個讀出線中的一讀出線之間的一個別的交叉處。
此感測器配置可以是在玻璃或塑膠基板上至少部份利用相對有成本效益的材料及技術，例如是薄膜電晶體(Thin Film Transistor；TFT)技術來加以實現。
由於在指紋感測中所牽涉到的經常是相當弱的信號，因此改善由所述指紋感測系統提供的信號品質將會是所期望的。
本發明之一目的是提供改善的指紋感測系統，尤其是提供改善的信號品質之指紋感測系統。
根據本發明，因此所提供的是一種用於感測手指的手指表面之指紋感測系統，其包括：複數個導電的選擇線，其平行於彼此而被配置；複數個導電的讀出線，其平行於彼此而被配置並且交叉所述選擇線；選擇電路，其耦接至所述複數個選擇線中的每一個選擇線，並且可控制以在所述複數個選擇線中的至少一所選的選擇線上提供一選擇信號；複數個像素元件，其分別被形成在所述複數個選擇線中的一選擇線以及在所述複數個讀出線中的一讀出線之間的一個別的交叉處，所述複數個像素元件中的每一個像素元件包括：感測元件，其響應於指出在所述感測元件以及所述手指表面之間的距離的性質，提供指出所述性質的感測到的值的輸出；以及提供感測信號的元件，其耦接至所述感測元件、所述選擇線以及所述讀出線，所述提供感測信號的元件被配置以響應於在所述選擇線上所提供的所述選擇信號來提供感測信號至所述讀出線，所述感測信號是根據由所述感測元件所提供的所述輸出而定的；參考信號源，其被配置以提供參考信號；以及讀出電路，其耦接至所述複數個讀出線中的每一個讀出線以及所述參考信號源，所述讀出電路被配置以：當所選的像素元件提供所述感測信號時，經由連接至所選的像素元件的讀出線來獲得讀出信號；從所述參考信號源獲得參考信號；根據所述讀出信號以及所述參考信號來形成用於所選的像素元件的校正的讀出信號；以及提供校正的讀出信號給所述複數個像素元件中的每一個像素元件，其中所述指紋感測系統包括：薄膜電晶體(TFT)模組，其至少包含所述選擇線、所述讀出線、以及所述像素元件；以及特定應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit；ASIC)，其耦接至所述TFT模組，所述ASIC包含所述讀出電路的至少一部分。
所述感測元件可以響應於根據所述手指表面的表面構形而有所不同的一物理性質。此種物理性質的例子是包含電容耦合、機械耦合、熱耦合、以及光學反射。如同所屬技術領域中具有通常知識者眾所週知的，存在有各種的感測元件配置，其適合用於感測這些指出在所述手指以及所述感測元件之間的相互作用的物理性質。在電容耦合的情形中，所述感測元件例如可包含其中電荷可以累積的一導電板；在機械耦合的情形中，所述感測元件例如可以具有壓電性質；在熱耦合的情形中，所述感測元件例如可以包含一電阻器或是其它可被控制以產生熱的電路元件；並且在光學反射的情形中，所述感測元件例如可以包含光二極體，其產生指出入射的光量的光電流。
所述提供感測信號的元件可以是任何可被選擇並且響應於被選擇而可以提供感測信號的元件，所述感測信號是依據由上述的感測元件提供的輸出而定。如同所屬技術領域中具有通常知識者將會理解的，所述提供感測信號的元件可以具有各種的配置，其包含但不限於可控制以連接所述感測元件的一輸出至所述讀出線的切換電路、以及信號轉換電路，其可控制以轉換所述感測元件的輸出成為一感測信號，並且提供所述感測信號至所述讀出線。所述提供感測信號的電路可包括至少一電晶體，並且所述感測信號可以用一電壓或是一電流而被提供至所述讀出線。
本發明是基於理解到大區域的指紋感測系統，尤其是若它們是利用為了成本效率而選的技術來實施時，其可能在輸出信號上呈現無關待被感測的手指表面的表面構形的相當大的變化。此種變化例如可能是由於在所述指紋感測系統中所包括的電路的信號干擾及/或溫度相依的性質。本案發明人已進一步體認到至少某些此種變化可以便利地藉由使得所述指紋感測系統設置有參考信號源而被解決，所述參考信號源是被配置以提供參考信號，並且利用所述參考信號作為基礎以用於修改從所述像素元件經由所述讀出線獲得的信號。
藉由在所述指紋感測系統中所包括的讀出電路中利用來自所述參考信號源的參考信號作為基礎以用於形成校正的讀出信號，使得避免或至少減低在所述讀出電路中發生飽和成為可行的。因此，所述指紋感測系統的信號雜訊比可被增大，且/或所述指紋感測系統的有用的溫度範圍可被擴大。
根據本發明的實施例的指紋感測系統可以有利地利用TFT技術來實施，其提供一種呈現大的感測區域的有成本效率的指紋感測系統。
為了改善的效能，所述指紋感測系統的某些功能可以利用互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor；CMOS)技術來提供，其有利的是具有一ASIC的形式，其耦接到至少包含所述選擇線、所述讀出線、以及所述像素元件的一TFT模組。尤其，所述讀出電路的至少一部分可以是內含在一CMOS構件(例如一ASIC)中，此可以提供更小型的電路的優點，其具有更加控制良好而且較不溫度敏感的性質。
所述參考信號源可被配置以適應性地根據針對於所述指紋感測系統的至少一操作狀況來提供所述參考信號。譬如，所述參考信號可以是溫度相依的。
在各種的實施例中，所述參考信號源可以被回授控制，以根據所述校正的讀出信號來調整所述參考信號。
在這些實施例或是其它實施例中，所述參考信號源可包含至少一參考元件，其包括具有類似在所述像素元件中所包括的電路的對於操作狀況相依的電路。
根據各種實施例，在所述複數個像素元件中的每一個像素元件內所包括的所述提供感測信號的元件可包含半導體電路，其在耦接至所述提供感測信號的元件的所述選擇線上缺少所述選擇信號之下呈現具有第一溫度相依的漏電流；並且所述至少一參考元件可包含半導體電路，其呈現具有第二溫度相依的漏電流。
在實施例中，所述第二溫度相依可以是與所述第一溫度相依實質相同的。通常，所述漏電流是隨著增高的溫度而增加。
根據實施例，在所述複數個像素元件中的每一個像素元件內所包括的所述感測元件可以響應於入射在所述感測元件上的光量，以提供指出所述光量的感測到的值的輸出；所述至少一參考元件可包括：參考感測元件，其響應於入射在所述參考感測元件上的光量，以提供指出所述光量的感測到的值的輸出；以及提供參考信號的元件，其耦接至所述參考感測元件以及所述讀出電路，所述提供參考信號的元件是被配置以提供參考感測信號至所述讀出電路，所述參考感測信號是根據由所述參考感測元件提供的所述輸出而定；以及所述指紋感測系統可以進一步包括不透明的屏蔽結構，其被配置以避免光到達所述至少一參考元件的所述參考感測元件。
再者，根據各種實施例，在所述複數個像素元件中的每一個像素元件內所包括的所述提供感測信號的元件可以額外耦接至第一驅動電壓源；並且所述指紋感測系統可包括複數個參考元件，在所述複數個參考元件中的每一個參考元件是耦接至第二驅動電壓源以及所述讀出電路。
根據實施例，所述指紋感測系統可包括導電的參考線；所述讀出電路可以經由所述參考線來耦接至所述參考信號源；在所述複數個像素元件中的每一個像素元件內所包括的所述提供感測信號的元件可被配置以提供具有感測電流的形式的所述感測信號；以及所述讀出電路可被配置以：接收在連接至所選的像素元件的所述讀出線上的讀出電流；接收在所述參考線上的參考電流；以及從所述讀出電流減去所述參考電流，其產生校正的讀出電流。
根據某些實施例，所述參考信號可以有利地包含一成分，其指出來自所述複數個參考元件的漏電流的組合。
根據本發明的實施例的指紋感測系統可以內含在一電子裝置中，所述電子裝置進一步包括處理電路，其耦接至所述指紋感測系統，並且被配置以根據由所述指紋感測系統的所述讀出電路提供的所述校正的讀出信號來執行認證。
總之，本發明因此是有關於一種指紋感測系統，其包括複數個導電的選擇線；交叉所述選擇線的複數個導電的讀出線；可控制以在所述複數個選擇線中的至少一所選的選擇線上提供選擇信號的選擇電路；複數個像素元件，其被形成在所述選擇線以及所述讀出線之間的交叉處；被配置以提供參考信號的參考信號源；以及耦接至所述複數個讀出線中的每一個讀出線以及所述參考信號源的讀出電路，所述讀出電路被配置以當所選的像素元件提供感測信號時，經由連接至所選的像素元件的讀出線來獲得讀出信號；從所述參考信號源獲得參考信號；根據所述讀出信號以及所述參考信號來形成用於所選的像素元件的校正的讀出信號；並且提供校正的讀出信號。
在本詳細的說明中，根據本發明的指紋感測系統的各種實施例主要是參考一指紋感測系統所述的，其中所述感測元件是光敏的像素元件，其能夠感測在撞擊不同的像素元件的光量上的差異。再者，所述指紋感測系統主要是被敘述為配置在一顯示面板之下。然而，此不應該被解釋為限制本發明的，因為其是藉由請求項所界定的。根據實施例，其它類型的像素元件可被利用，其可以響應於光以外的其它性質。再者，所述指紋感測系統並不需要被配置在一顯示面板之下，而是可被利用在其它的配置，例如是在一保護玻璃板之下、或是在一顯示面板之上、等等。
現在轉到所述圖式而且特別是圖1，其概要描繪有一具有行動裝置的形式的電子裝置1的一個例子，其被配置以應用根據本揭露內容的概念，具有一整合的顯示器內的指紋感測系統3以及一帶有觸控螢幕介面7的顯示面板5。所述指紋感測系統3例如可被使用於解鎖所述行動裝置1及/或用於授權利用所述行動裝置1來實行的交易、等等。
所述指紋感測系統3在此是被展示為小於所述顯示面板5，但仍然是相當大的，例如是一大區域的實施方式。在另一有利的實施方式中，所述指紋感測系統3可以是和所述顯示面板5相同的尺寸，亦即一種全顯示器的解決方案。因此，在此種情形中，使用者可以將他/她的手指放在所述顯示面板上的任何地方以用於生物識別認證。所述指紋感測系統3在其它可能的實施方式中可以是小於所描繪的指紋感測系統，例如提供一種熱區的實施方式。
較佳而且如同對於熟習技術者而言明顯的是，在圖1中所示的行動裝置1可以進一步包括一用於WLAN/Wi-Fi通訊的第一天線、一用於電信通訊的第二天線、一麥克風、一揚聲器、以及一電話控制單元。當然，進一步硬體元件可以內含在所述行動裝置中。
再者，應該注意到的是本發明可以是相關於其它類型的電子裝置，例如是智慧型手錶、膝上型電腦、平板電腦、等等而為可應用的。
圖2是在圖1中的電子裝置1的概要方塊圖。所述電子裝置1包括一透明的顯示面板5以及一指紋感測系統3，其在概念上被描繪為配置在所述透明的顯示面板5之下。再者，所述電子裝置1包括例如是控制單元9的處理電路，其耦接至所述指紋感測系統3，並且被配置以根據由所述指紋感測系統3提供的讀出信號來執行認證。所述控制單元9可以是所述電子裝置1的獨立的控制單元，例如是一裝置控制器。或者是，所述控制單元9可以是內含在所述指紋感測系統3中。
根據本發明的一第一範例實施例的一指紋感測系統3現在將會參考圖3來加以描述。如同在圖3中概要指出的，所述指紋感測系統3包括被形成在一基板或載板11上的結構。尤其在其中所述指紋感測系統3主要是利用本身是熟習此項技術者已知的TFT技術來製造的實施例中，所述載板11可以有利的是由玻璃或塑膠所做成的。在所述基板11上是被形成複數個導電的選擇線13以及複數個導電的讀出線15。所述選擇線13是平行於彼此而被配置的，並且所述讀出線15是平行於彼此而被配置並且交叉所述選擇線13。所述選擇線13在導電上是和所述讀出線15分開的，其通常是藉由沉積在包含所述選擇線13的一第一導電層以及包含所述讀出線15的一第二導電層之間的一介電層來分開的。在此形成一像素元件陣列的複數個像素元件17是被形成在所述選擇線13以及所述讀出線15之間的個別的交叉處。除了所述選擇線13以及所述讀出線15之外，根據在圖3中的第一範例實施例的指紋感測系統3是包括耦接至所述選擇線13的每一個的選擇電路19、第一參考線21a及第二參考線21b、以及耦接至每一個讀出線15與所述參考線21a-b的讀出電路23。所述參考線21a-b的每一個具有與其連接的複數個參考元件22。在圖3中，每一參考線21a-b只有一參考元件22是藉由一元件符號來指出。然而，應該理解的是通常有許多參考元件22連接至每一參考線21a-b。例如，沿著一參考線21a-b的參考元件22的數目可以是和沿著一讀出線15的像素元件17的數目相同的數量級。有利的是，沿著一參考線21a-b的參考元件22的數目可以是高於沿著一讀出線15的像素元件17的數目的50%。在圖3的範例配置中，所述讀出電路23的功能部份是由所述TFT模組的一部分25提供的，並且部份是由耦接至所述TFT模組的一ASIC 27提供的。在圖3的範例配置中，所述指紋感測系統3是被展示為包括平行於所述讀出線15而且最接近所述指紋感測系統3的邊緣的兩個參考線21a-b。應注意到的是，根據本發明的實施例的指紋感測系統3可以只包括一參考線，較佳的是比所述讀出線15或是額外的參考線更接近所述指紋感測系統3的一邊緣。
在圖3中的指紋感測系統的各種功能元件現在將會參考圖4A-C來加以描述。
圖4A是在圖3中的指紋感測系統3內所包括的一像素元件17的概要圖示。參照圖4A，所述像素元件17包括一感測元件29以及一提供感測信號的元件31。如同在更前面的發明內容段落中論述的，所述感測元件29是響應於指出在所述感測元件29以及所述手指表面之間的距離的一性質，以提供指出所述性質的一感測到的值的一輸出。在圖4A的範例配置中，所述輸出可以適當的是一電流或一電壓，其指出所述性質的所述感測到的值。如同在圖4A中概要指出的，所述提供感測信號的元件31是耦接至一第一驅動電壓源33、所述感測元件29、所述選擇線13以及所述讀出線15。響應於由所述選擇電路19在所述提供感測信號的元件31所連接到的選擇線13上提供的一選擇信號SSEL ，所述提供感測信號的元件31是被配置以提供一像素信號SPX 至所述讀出線15，所述像素信號SPX 是根據上述由所述感測元件29提供的輸出而定。所述第一驅動電壓源33例如可以是在所述指紋感測系統3的一第一參考電位V1 ，並且可以能夠提供電力至所述指紋感測系統3的像素元件17。例如，所述第一參考電位可以是+5V，但是其它電位也是可行的。
圖4B是在圖3中的指紋感測系統3中所包括的一參考元件22的概要圖示。如同在圖3中概要指出的，每一個參考元件22是耦接至一第二驅動電壓源35以及所述參考線21a-b。所述第二驅動電壓源35例如可以是在所述指紋感測系統3的一第二參考電位V2 。有利的是，所述第二參考電位V2 可以是等於上述的第一參考電位V1 。
圖4C是在圖3中的指紋感測系統3中所包括的讀出電路23的概要圖示。如同在圖4C中概要指出的，所述讀出電路23是耦接至每一個讀出線15(在圖4C中的實線)以及所述參考線21a-b(在圖3中只有右邊的參考線21b是在圖4C的放大的部分視圖中可見的，並且以一虛線來指出)。所述讀出電路23是被配置以從所述讀出線5的每一個獲取一讀出信號SRO ，藉此來接收由連接至被啟動的選擇線13的像素元件17提供的像素信號SPX 。此外，所述讀出電路23是被配置以從所述參考線21a-b獲取一參考信號SREF ，以根據所述讀出信號SRO 以及所述參考信號SREF 來形成用於所選的像素元件17的一校正的讀出信號SROC ；並且提供在圖4C中是藉由塊狀箭頭指出的校正的讀出信號SROC 給所述複數個像素元件中的每一個像素元件17。
在圖3中的指紋系統3的一範例配置現在將會參考圖5來更加詳細地描述，圖5是所述指紋感測系統3的一放大的概要視圖。
在圖5中，一行的像素元件以及一參考行的參考元件是被描繪用於所述指紋感測系統3中的感測陣列的四個列。所述感測元件將會被表示為17(1)、17(2)、17(n)以及17(n+1)，並且對應的記號將會被使用於圖5中的指紋感測系統3的其它可適用的部分。
在圖5中，所述選擇電路19是被概要指出為包括開關37(1)、37(2)、37(n)及37(n+1)，以用於選擇性地連接個別的選擇線13(1)、13(2)、13(n)及13(n+1)至一啟動電壓電位VA 以及一解除啟動電壓電位VD 中之一。再者，每一個提供感測信號的元件31(1)、31(2)、31(n)及31(n+1)是被概要指出為包括個別的半導體電路，其在此是被展示為一概要的FET 32(1)、32(2)、32(n)及32(n+1)，其中所述個別的選擇線是連接至所述FET的閘極。在圖5的範例配置中，連接至所述選擇線13(1)、13(2)、13(n)的像素元件17(1)、17(2)、17(n)是被解除啟動(電晶體的閘極是連接至所述解除啟動電壓電位VD )，而連接至所述選擇線13(n+1)的像素元件17(n+1)是被啟動(電晶體的閘極是連接至所述啟動電壓電位VA)。於是，所述被啟動像素17(n+1)的提供感測信號的元件31(n+1)是提供一像素信號(在此範例配置中是具有一像素電流IPX 的形式)至所述讀出線15。所述被解除啟動或取消選擇的感測信號元件的每一個是呈現一漏電流iL ，其因此從所述被解除啟動的感測信號元件的每一個被提供至所述讀出線15。此外，可能存在於所述選擇線上的雜訊是透過所述被解除啟動的像素元件的電晶體，透過在每一個電晶體的閘極與汲極之間的電容耦合而被耦合。此電容耦合的雜訊是貢獻一雜訊電流(被表示為in )，其是從所述被解除啟動的感測信號元件的每一個被提供至所述讀出線15。因此，由所述讀出電路23透過每一個讀出線15接收到的讀出信號(在此例中是讀出電流IRO )是來自連接至所述讀出線15的被啟動的像素元件17(n+1)的像素電流、來自連接至所述讀出線15的全部的被解除啟動的像素元件的總漏電流IL 以及總雜訊電流In 的總和。
就像是所述提供感測信號的元件31(1)、31(2)、31(n)及31(n+1)，每一個參考元件22(1)、22(2)、22(n)及22(n+1)是被概要指出為包括個別的半導體電路，其在此是被展示為一概要的FET 24(1)、24(2)、24(n)及24(n+1)。這些FET的每一個的閘極是經由個別的線39(1)、39(2)、39(n)及39(n+1)來連接至在所述選擇電路19的解除啟動電壓電位VD ，所述線39(1)、39(2)、39(n)及39(n+1)是平行於所述對應的選擇線13(1)、13(2)、13(n)及13(n+1)來走線的。藉此，可能存在於所述選擇線上的實質相同的雜訊亦將會存在於連接至所述參考元件中的電晶體24(1)、24(2)、24(n)及24(n+1)的閘極的線上。在此範例配置中，在所述參考元件中的電晶體24(1)、24(2)、24(n)及24(n+1)可以具有和所述電晶體32(1)、32(2)、32(n)及32(n+1)相同的規格，因而所述參考元件的每一個是呈現一漏電流iL ，其因此從所述參考元件的每一個被提供至所述參考線21b。此外，如上針對於所述被解除啟動的提供感測信號的元件所述的，雜訊是透過所述參考元件的電晶體而被耦合。此電容耦合的雜訊貢獻一雜訊電流(被表示為in )，其是從所述參考元件的每一個被提供至所述參考線21b。因此，由所述讀出電路23透過每一個參考線21a-b所接收到的參考信號(在此例中是參考電流IREF )是來自連接至所述參考線21a-b的全部的參考元件的總漏電流ILref 以及總雜訊電流Inref 。
如同在圖5中概要指出的，由所述讀出線15所載有的讀出信號IRO 是藉由讀出電路23的用TFT技術實現的一部分25來接收，而由所述參考線21a-b所載有的參考信號IREF 是藉由所述讀出電路23的用CMOS技術(例如是用ASIC)實現的一部分27來接收。
在圖5的範例實施例中，連接至一參考線21b的參考元件22的數目已經被指出為配置在和所指出的像素元件17的每一個相同的列中。應注意到的是，此可能並不一定是如此，而且參考元件22的數目可以是小於或大於像素元件17的數目。熟習技術者將會理解到所述參考元件22可以被做成尺寸是例如呈現一漏電流是具有和一像素元件17的漏電流實質相同的溫度相依，但例如是其兩倍大的。在此種範例的例子中，沿著一參考線21a-b設置大約是沿著一讀出線15的像素元件17的一半數目的參考元件22可能是有利的。再者，即使所述每一個參考元件22是呈現和一像素元件17實質相同的漏電流，但是一不同數目的參考元件22可以沿著一參考線21a-b來加以設置。在此一情形中，在元件的數目上的差異可以在所述讀出電路23中加以補償。
圖6是在圖3中的指紋感測系統3中所包括的讀出電路23的一部分的一範例概念上的配置。明確地說，連接至一讀出線15的所述讀出電路23的一部分被展示。如同在圖6中概要指出的，所述讀出電路23包括一積分器41(在此被展示為一電容器)、一放大器43、一重置開關45、一可控制的分流47、以及連接至所述參考線21a-b的分流控制電路49。
所述積分器41是連接在一參考電位V3 (其例如可以是一接地電位或是一預先定義的負電位(例如-5V))以及所述讀出線15之間，以轉換在一積分時間期間被提供至所述積分器41的電流成為一電壓。所述電壓是藉由所述放大器43而被放大及輸出。在一讀出序列之後，所述積分器41是藉由所述讀出開關45的操作而被重置。
如上參考圖5所述，藉由一讀出線15載有至所述讀出電路23的總讀出信號(在此是電流IRO )是包含來自連接至所述讀出線15的一被啟動的像素元件17(n+1)的一像素信號成分IPX 、以及來自連接至所述讀出線15的被解除啟動的像素元件17(1)、17(2)、17(n)的漏電流IL 及雜訊In 成分。在所述讀出電路23中，所述參考信號(在此是電流IREF )是在所述積分時間期間透過所述可控制的分流47的控制，從所述讀出電流IRO 減去，以實質移除來自所述被解除啟動的像素元件的漏電流IL 及雜訊電流In 的貢獻。因此，大致只有來自所述被啟動的像素元件17(n+1)的像素信號IPX 到達所述積分器41，並且貢獻到藉由所述放大器43放大的電壓。所述讀出信號IRO 的此最初的校正是降低所述放大器43的飽和風險，並且可以藉此從所述指紋感測系統3提供大為增高的信號品質。
圖7是圖6中的讀出電路的一範例實施方式。如上參考圖6所述，大致是所述像素電流IPX 藉由所述積分器41在一積分時間期間而被積分，並且藉此被轉換為一感測電壓。由於所述積分，在所述讀出線15上的電壓電位將會在所述積分時間期間逐漸增加。在所述讀出線15上的增加的電壓電位於是會導致橫跨所述被解除啟動的提供感測信號的元件31(1)、31(2)、31(n)的降低的電壓降，其在所述積分時間期間將會產生逐漸減小的漏電流IL 以及雜訊電流In 。為了改善所述讀出信號IRO 的校正，在圖7中的讀出電路實施方式也提供一逐漸增加的電壓電位至所述參考線21a-b，以便讓所述參考電流IREF 的特性模仿所述讀出電流IRO 隨著時間而變的特性。
在圖7中的讀出電路23的範例實施方式中，產生所述逐漸增加的電壓電位至所述參考線21a-b以及感測所產生的參考電流IREF 是藉由所述讀出電路的ASIC部分27來加以實行。如同在圖7中概要所示的，所述ASIC部分27包括一電壓斜波產生器51、一電壓隨耦器53、以及一電流鏡55。所述ASIC部分27進一步具有一連接至所述TFT部分25上的一第一墊57的輸入、以及一連接至所述TFT部分25上的一第二墊59的輸出。
在所述TFT部分25中，所述參考線21a-b是連接至所述第一墊57，並且上述的分流控制電路49的一功能部分是連接至所述第二墊59。
在操作上，所述電壓斜波產生器51提供一電壓斜波至所述電壓隨耦器53的輸入。所述電壓斜波產生器51是被控制以提供一電壓斜波，其模仿在所述讀出線15上藉由所述積分器41所引起的(平均)電壓累積。所述電壓隨耦器53是經由所述第一墊57來提供所述電壓斜波至所述參考線21a-b，並且所述參考電流IREF 是藉由所述讀出電路23的ASIC部分27經由所述第一墊57來接收的。所述參考電流IREF 是被提供至所述電流鏡55，並且從所述電流鏡經由所述第二墊59而提供至所述讀出電路23的TFT部分25。在所述TFT部分25中，所述參考電流IREF 是被提供至一電流鏡61，其是部份藉由上述的可控制的分流47來形成的。
根據本發明的一第二範例實施例的一指紋感測系統3現在將會參考圖8來加以描述。此第二範例實施例主要是與以上參考圖3所述的第一範例實施例不同在於所述指紋感測系統3是一光學指紋系統，其中所預期的是來自所選的像素元件的暗電流將會在連接至所選的像素元件的讀出線上顯著地貢獻一干擾信號成分。
針對於某些使用案例或是指紋感測系統配置，所述對於干擾信號成分的暗電流的貢獻可能是主控的，其程度是校正如上針對於所述第一範例實施例所述的漏電流及雜訊變成可能不是必要的。所述第二範例實施例的以下的說明是假設此種使用案例或指紋感測系統配置，因而完全聚焦在針對於由所選的像素元件17的暗電流所引起的干擾的校正。
然而，應該注意到的是所述第一及第二實施例可加以組合，以容許在所述讀出電路23中有相關於漏電流及暗電流兩者的校正。
如同在以上參考圖3所述的第一範例實施例中，在圖8中的指紋感測系統3可以具有至少一參考線21a-b，其可以平行於所述讀出線15而被配置，儘管此可以不一定是如此的。在圖8的範例配置中，複數個參考元件22是連接至所述參考線21a-b的每一個，其中每一個參考元件22包括一參考感測元件，其響應於入射在所述參考感測元件上的的一光量以提供指出光量的一感測到的值的一輸出、以及一提供參考信號的元件，其耦接至所述參考感測元件以及所述讀出電路，所述提供感測信號的元件是被配置以提供一參考感測信號至所述讀出電路23，所述參考感測信號是根據由所述參考感測元件提供的輸出而定。再者，如同在圖8中概要指出的，所述指紋感測系統3包括一不透明的屏蔽結構，在此是具有金屬圖案79的形式，其被配置以避免光到達所述參考元件22的參考感測元件。
應注意到的是，用於在此第二範例實施例中達成可接受的校正程度，單一參考元件22可以是足夠的。
圖9概要展示一像素元件17的一具體的例子，其可以內含在根據在圖8中的第二實施例的指紋感測系統3中，其具有一光學像素元件的形式。應注意到的是，在圖9中的像素元件17亦可以內含在根據參考圖1至7所述的第一範例實施例的指紋感測系統3中。
在圖9中的範例的光學像素元件17中，所述感測元件29包括一光二極體63、一像素積分器65、以及一重置開關67。所述提供感測信號的電路31包括上述的半導體電路32的一範例配置，其具有一可控制的電流源69以及一選擇開關71的形式。
在操作上，入射在所述光二極體63上的光產生一光電流，其在一積分時間期間被提供至所述像素積分器65以轉換累積的光電流成為一電壓，其指出在所述積分時間期間入射在所述光二極體63上的光量。此累積的光電流(並且因此在所述像素積分器65上的電壓)至少在某種程度上是指出在所述光二極體63以及所述手指表面之間的距離。
所述感測元件29的電壓輸出是控制所述提供感測信號的元件31中的可控制的電流源69以產生一感測電流，若所述選擇開關71被所述選擇線13上的一選擇信號操作的話，則其被提供至所述讀出線15。在一讀出事件之後，所述像素元件17是藉由提供一重置信號至所述重置開關67而被重置。
在所述指紋感測系統3的第二範例實施例中，所述參考元件22有利的是可以具有和圖9中的像素元件17相同或類似的配置。在一配置中，類似於一像素元件17是連接至每一個參考線13以及一讀出線15，一參考元件22可以連接至每一個選擇線13以及一參考線21a-b。在另一配置中，所述參考元件22(或多個參考元件)可以是並未連接至一選擇線13，而是可被配置成總是被選擇的。
圖10是在圖8中的指紋感測系統3中所包括的讀出電路23的一部分的一範例概念上的配置。在圖10中的讀出電路23可以具有和以上參考圖6所述的讀出電路23實質相同的配置。
然而，在此例中，所述讀出信號(在此電流IRO )的非所要的共模部分是由來自所選的像素的所謂的暗電流Id 所主宰的。於是，亦如同在圖10中指出的，所述像素信號成分IPX 包含所述感測信號Is 以及所述暗電流信號成分Id ，並且所述暗電流信號成分Id 是實質大於來自連接至所述讀出線15的被解除啟動的像素元件的漏電流IL 及雜訊In 成分。因此，這些成分在此特定的範例配置中是被忽視的。
由於在圖8中的指紋感測系統3中的參考線21a-b的每一個是連接到至少一個產生一參考暗電流信號Idref 的參考元件22，所述參考信號(在此是電流IREF )是透過所述可控制的分流47的控制而從所述讀出電流IRO 減去，以實質移除所述暗電流Id 。因此，大致只有來自所述被啟動的像素元件的感測信號Is (在此配置中，已經假設所述漏電流IL 以及所述雜訊電流In 是可忽略的)到達所述積分器41，並且貢獻至藉由所述放大器43所放大的電壓。所述讀出信號IRO 的此最初的校正是降低所述放大器43的飽和風險，並且可以藉此從所述指紋感測系統3提供大為增高的信號品質。
根據本發明的一第三範例實施例的一指紋感測系統3現在將會參考圖11來加以描述。此第三範例實施例主要是與上述的第一及第二範例實施例不同在於參考信號源並不包含任何參考線以及參考元件。在此第三範例實施例中，可以說是沒有必要做出有關干擾的共模信號的原因的假設，因而在所述TFT矩陣中可以不需要額外的結構。
在圖11的第三範例實施例中，所述參考信號源反而是內含在所述讀出電路23中。此種包含所述參考信號源的讀出電路23的一範例配置現在將會參考圖12來加以描述。
圖12是在圖11中的指紋感測系統3中所包括的讀出電路23的一部分的一範例概念上的配置。在圖12中的讀出電路23主要是與以上參考圖6及圖10所述的配置不同在於所述分流控制電路49並未連接至任何參考線，而是獨立地作用為參考信號源。
在實施例中，所述分流控制電路49可以具有一輸入81以用於接收指出所述指紋感測系統3的目前操作狀況的一信號，例如是指出操作溫度的一信號。在此種實施例中，所述分流控制電路49可被配置以根據目前操作狀況來產生一預先定義的控制信號，其使得所述可控制的分流47在一積分時間期間分流經過所述積分器41的一校正電流Icorr 。選配的是，藉由所述放大器43輸出的校正的讀出信號可以透過一回授耦接83而被回授耦接至所述分流控制電路49，並且被用來修改從所述分流控制電路49至所述可控制的分流47的控制信號。
在其它實施例中，所述分流控制電路49可被配置以與所述操作狀況無關地產生一最初的控制信號，並且接著根據透過所述回授耦接83接收到的回授來從此最初的控制信號修改所述控制信號。
在請求項中，所述字詞"包括"並不排除其它的元件或步驟，並且所述不定冠詞"一"或是"一個"並不排除複數個。事實單純是某些手段被闡述在相互不同的附屬請求項中，但並非是指這些手段的組合無法有利地被利用。
1:電子裝置 3:指紋感測系統 5:顯示面板 7:觸控螢幕介面 9:控制單元 11:基板/載板 13:導電的選擇線 13(1)、13(2)、13(n)、13(n+1):選擇線 15:導電的讀出線 17:像素元件 17(1)、17(2)、17(n)、17(n+1):感測元件 19:選擇電路 21a-b:參考線 21a:第一參考線 21b:第二參考線 22:參考元件 22(1)、22(2)、22(n)、22(n+1):參考元件 23:讀出電路 24(1)、24(2)、24(n)、24(n+1):FET 25:TFT模組的一部分 27:ASIC部分 29:感測元件 31:提供感測信號的元件 31(1)、31(2)、31(n)、31(n+1):提供感測信號的元件 32(1)、32(2)、32(n)、32(n+1):FET 33:第一驅動電壓源 35:第二驅動電壓源 37(1)、37(2)、37(n)、37(n+1):開關 39(1)、39(2)、39(n)、39(n+1):線 41:積分器 43:放大器 45:重置開關 47:可控制的分流 49:分流控制電路 51:電壓斜波產生器 53:電壓隨耦器 55:電流鏡 57:第一墊 59:第二墊 61:電流鏡 63:光二極體 65:像素積分器 67:重置開關 69:可控制的電流源 71:選擇開關 79:金屬圖案 81:輸入 83:回授耦接
本發明的這些特點及其它特點現在將會參考展示本發明的範例實施例的所附圖式來更詳細加以描述，其中： [圖1]是一具有行動電話的形式的範例的電子裝置的圖示，其包括根據本發明的一實施例的一指紋感測系統； [圖2]是圖1中的電子裝置的概要方塊圖； [圖3]是概要地描繪根據本發明的一第一範例實施例的一指紋感測系統； [圖4A]是在圖3中的指紋感測系統中所包括的一像素元件的概要圖示； [圖4B]是在圖3中的指紋感測系統中所包括的一參考元件的概要圖示； [圖4C]是在圖3中的指紋感測系統中所包括的讀出電路的概要圖示； [圖5]是在圖3中的指紋感測系統的一範例配置的放大的視圖； [圖6]是在圖3中的指紋感測系統中所包括的讀出電路的一範例概念上的配置； [圖7]是在圖6中的讀出電路的一範例實施方式； [圖8]是概要地描繪根據本發明的一第二範例實施例的一指紋感測系統； [圖9]是概要地展示在根據本發明的實施例的指紋感測系統中所包括的一像素元件的一個例子，其具有一光學像素元件的形式； [圖10]是在圖8中的指紋感測系統中所包括的讀出電路的一範例概念上的配置； [圖11]是概要地描繪根據本發明的一第三範例實施例的一指紋感測系統；以及 [圖12]是在圖11中的指紋感測系統中所包括的讀出電路的一範例概念上的配置。
15:導電的讀出線
21a-b:參考線
23:讀出電路
41:積分器
43:放大器
45:重置開關
47:可控制的分流
49:分流控制電路

Claims (16)

  1. 一種用於感測手指的手指表面之指紋感測系統，其包括： 複數個導電的選擇線，其平行於彼此而被配置； 複數個導電的讀出線，其平行於彼此而被配置並且交叉所述選擇線； 選擇電路，其耦接至所述複數個選擇線中的每一個選擇線，並且可控制以在所述複數個選擇線中的至少一所選的選擇線上提供一選擇信號； 複數個像素元件，其分別被形成在所述複數個選擇線中的一選擇線以及在所述複數個讀出線中的一讀出線之間的一個別的交叉處，所述複數個像素元件中的每一個像素元件包括： 感測元件，其響應於指出在所述感測元件以及所述手指表面之間的距離的性質，提供指出所述性質的感測到的值的輸出；以及 提供感測信號的元件，其耦接至所述感測元件、所述選擇線以及所述讀出線，所述提供感測信號的元件被配置以響應於在所述選擇線上所提供的所述選擇信號來提供感測信號至所述讀出線，所述感測信號是根據由所述感測元件所提供的所述輸出而定的； 參考信號源，其被配置以提供參考信號；以及 讀出電路，其耦接至所述複數個讀出線中的每一個讀出線以及所述參考信號源，所述讀出電路被配置以： 當所選的像素元件提供所述感測信號時，經由連接至所選的像素元件的讀出線來獲得讀出信號； 從所述參考信號源獲得參考信號； 根據所述讀出信號以及所述參考信號來形成用於所選的像素元件的校正的讀出信號；以及 提供校正的讀出信號給所述複數個像素元件中的每一個像素元件，其中所述指紋感測系統包括： 薄膜電晶體(TFT)模組，其至少包含所述選擇線、所述讀出線、以及所述像素元件；以及 特定應用積體電路(ASIC)，其耦接至所述TFT模組，所述ASIC包含所述讀出電路的至少一部分。
  2. 如請求項1之指紋感測系統，其中所述參考信號源至少部份內含在所述ASIC中。
  3. 如請求項1或2之指紋感測系統，其中所述參考信號源至少部份內含在所述TFT模組中。
  4. 如請求項3之指紋感測系統，其中： 所述指紋感測系統進一步包括導電的參考線； 所述讀出電路經由所述參考線來耦接至所述參考信號源；以及 所述參考線內含在所述TFT模組中。
  5. 如請求項4之指紋感測系統，其中所述參考線以平行於所述複數個讀出線的方式來配置。
  6. 如請求項1或2之指紋感測系統，其中所述參考信號源包含內含在所述TFT模組中的至少一參考元件。
  7. 如請求項6之指紋感測系統，其中： 在所述複數個像素元件中的每一個像素元件內所包括的所述提供感測信號的元件包含半導體電路，其在耦接至所述提供感測信號的元件的所述選擇線上缺少所述選擇信號之下呈現具有第一溫度相依的漏電流；以及 所述至少一參考元件包含半導體電路，其呈現具有第二溫度相依的漏電流。
  8. 如請求項7之指紋感測系統，其中在每一個像素元件中的所述提供感測信號的元件中所包括的所述半導體電路、以及在所述至少一參考元件中所包括的所述半導體電路利用相同的材料以及相同的製程步驟來形成的。
  9. 如請求項6之指紋感測系統，其中： 在所述複數個像素元件中的每一個像素元件內所包括的所述感測元件是響應於入射在所述感測元件上的光量，以提供指出所述光量的感測到的值的輸出； 所述至少一參考元件包括： 參考感測元件，其響應於入射在所述參考感測元件上的光量，以提供指出所述光量的感測到的值的輸出；以及 提供參考信號的元件，其耦接至所述參考感測元件以及所述讀出電路，所述提供參考信號的元件被配置以提供參考感測信號至所述讀出電路，所述參考感測信號是根據由所述參考感測元件提供的所述輸出而定；以及 所述指紋感測系統進一步包括不透明的屏蔽結構，其被配置以避免光到達所述至少一參考元件的所述參考感測元件。
  10. 如請求項6之指紋感測系統，其中： 在所述複數個像素元件中的每一個像素元件內所包括的所述提供感測信號的元件進一步耦接至第一驅動電壓源；以及 所述指紋感測系統包括複數個參考元件，在所述複數個參考元件中的每一個參考元件耦接至第二驅動電壓源以及所述讀出電路。
  11. 如請求項10之指紋感測系統，其中： 在所述複數個像素元件中的每一個像素元件內所包括的所述提供感測信號的元件包含電晶體，其源極連接至所述第一驅動電壓源，汲極連接至所述讀出線，並且閘極連接至所述感測元件；以及 在所述複數個參考元件中的每一個參考元件包括電晶體，其源極連接至所述第二驅動電壓源，汲極連接至所述參考線，並且閘極連接至參考電位。
  12. 如請求項1或2之指紋感測系統，其中： 所述指紋感測系統包括導電的參考線； 所述讀出電路經由所述參考線來耦接至所述參考信號源； 在所述複數個像素元件中的每一個像素元件內所包括的所述提供感測信號的元件被配置以提供具有感測電流的形式的所述感測信號；以及 所述讀出電路被配置以： 接收在連接至所選的像素元件的所述讀出線上的讀出電流； 接收在所述參考線上的參考電流；以及 從所述讀出電流減去所述參考電流，其產生校正的讀出電流。
  13. 如請求項12之指紋感測系統，其中所述讀出電路包括積分電路，其被配置以接收所述校正的讀出電流，並且轉換在積分時間期間接收到的所述校正的讀出電流成為讀出電壓。
  14. 如請求項13之指紋感測系統，其中所述指紋感測系統進一步包括校正電路，其連接至所述參考線並且被配置以在所述參考線以及所述讀出電路之間的介面提供時變的電位至所述參考線。
  15. 如請求項14之指紋感測系統，其中所述校正電路被配置以提供所述時變的電位至所述參考線，所述時變的電位是在所述積分時間期間單調增加的電位。
  16. 一種電子裝置，其包括： 根據前述請求項中任一項所述的指紋感測系統；以及 處理電路，其耦接至所述指紋感測系統，並且被配置以根據由所述指紋感測系統的所述讀出電路提供的所述校正的讀出信號來執行認證。
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