(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組み合わせで構成される指紋センサーであって、
ａ）複数の画素を有し、上面を含み、前記複数の画素がＲロウとＮカラムの画素アレイに配列され、各画素がスイッチング装置を有し、さらに、前記上面に近接する容量性プレートを有する第一基板と、
ｂ）前記画素アレイの対応するロウ中の前記画素の前記スイッチング装置に接続され、選択的に、前記対応する画素ロウ中の前記スイッチング装置を有効にする複数のＲロウアドレッシング電極と、
ｃ）前記画素アレイの対応するカラム中の前記画素の前記スイッチング装置に接続されて、前記画素アレイの選択されたロウと前記対応するカラムの交差点に位置する前記画素の前記容量性プレートにより提供される信号を感知する複数のＮデータ電極と、
ｄ）前記第一基板の前記上面を被覆し、ユーザーの指先を受けるカバー層と、
ｅ）前記第一基板の前記上面に近接して形成されると共に、横方向に、前記画素アレイから隔てられて、電気信号を送信する少なくともひとつのトランスミッタ電極と、を有し、
ｆ）少なくともひとつのトランスミッタ電極により送信される前記電気信号が、前記カバー層に当てられるユーザーの指に結合され、前記ユーザーの指先の山または谷が、前記画素アレイ中の特定の画素を覆うかどうかに基づいて、前記ユーザーの指に連結される前記電気信号は、さらに、前記画素アレイ中の前記容量性プレートにより、より大きいか、または、より小さい程度に結合されることを特徴とする指紋センサー。
【請求項２】
前記画素アレイ中に含まれる前記スイッチング装置は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサー。
【請求項３】
前記少なくともひとつのトランスミッタ電極は、前記画素アレイの全体に延伸することを特徴とする請求項１に記載の指紋センサー。
【請求項４】
前記第一基板とカバー層は一体化して形成されることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサー。
【請求項５】
前記第一基板はフレキシブルであることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサー。
【請求項６】
指紋センサーを組み込み、ユーザーの指紋を感知する組み合わせで構成されるタッチパッドであって、
ａ）上面を有する基板と、
ｂ）前記基板中に形成されると共に、交差するロウとカラムに沿って配置されて、前記基板の前記上表面に近接したポインタの存在と位置を感知し、隣接するセンサー画素が互いに第一所定距離で相隔てられ、ポインタが、近接するかどうかを示す信号を提供するセンサー画素のアレイと、
ｃ）前記基板によりサポートされ、それぞれが、センサー画素の前記アレイ中のセンサー画素のロウに関連し、それぞれが、選択的に有効になって、関連する前記センサー画素をアドレスする複数のロウアドレスラインと、
ｄ）前記基板によりサポートされ、それぞれが、センサー画素のカラムに関連して、有効なロウアドレスラインにより選択されるセンサー画素のロウ中のセンサー画素により提供される信号を感知する複数のカラム感知ラインと、
ｅ）  ｉ）交差するロウとカラムに沿って配列され、アレイを形成し、それぞれが、スイッチング装置を有し、さらに、容量性プレートを有し、それぞれが、隣接ファインピッチ画素と第二所定距離で相隔てられ、前記第二所定距離は、前記第一所定距離の三分の一より小さい複数のファインピッチ画素と、
ｉｉ）それぞれが、前記アレイ中のファインピッチ画素のロウと関連し、それぞれが、選択的に有効になり、関連する前記ファインピッチ画素をアドレスする複数のファインピッチロウアドレスラインと、
ｉｉｉ）それぞれが、ファインピッチ画素のカラムに関連して、有効なファインピッチロウアドレスラインにより選択されるファインピッチ画素のロウ中のファインピッチ画素の前記容量性プレートにより提供される信号を感知する複数のファインピッチカラム感知ライン、を有する、前記基板上に形成される指紋センサー領域と、
を有する、前記基板上に形成される指紋センサー領域と、
ｆ）前記指紋センサー領域が用いられて、ユーザーの指紋を感知するとき、隣接する前記指紋センサー領域が、さらに、トランスミッタ電極として機能して、電気信号を送信するｉ）タッチパッドロウアドレスライン、または、ｉｉ）タッチパッドカラム感知ラインの少なくともひとつと、
を有し、
ｇ）前記トランスミッタ電極により送信される前記電気信号は、前記指紋センサー領域に置くユーザーの指に結合され、および、前記ユーザーの指に結合される前記電気信号は、さらに、前記ユーザーの指先の山または谷が、前記ファインピッチ画素アレイ中の前記画素アレイ中の特定の画素を覆うかどうかに基づいて、さらに、前記画素アレイ中の前記容量性プレートを介して、より大きい、または、より小さい程度に結合されることを特徴とするタッチパッド。
【請求項７】
指紋センサーを組み込み、組み合わせで構成されるタッチパッドであって、
ａ）当てられるポインタの存在と位置を感知するタッチパッドを有し、前記タッチパッドは、
交差するロウとカラムに沿って配列され、隣接するものが、第一所定距離で互いに隔てられ、それぞれ、ポインタが、近接するタッチパッドに当てられるかどうかを示す信号を提供するセンサー画素のアレイと、
それぞれ、前記アレイ中のセンサー画素のロウに関連し、それぞれ、選択的に有効になって、関連する前記センサー画素をアドレスする複数のロウアドレスラインと、
それぞれ、センサー画素のカラムに関連して、有効なロウアドレスラインにより選択されるセンサー画素のロウ中のセンサー画素により提供される信号を感知する複数のカラム感知ラインと、
ｂ）前記タッチパッドは、指紋センサー領域を有し、前記指紋センサー領域は、センサー画素の前記アレイの一部を有し、前記指紋センサー領域は、さらに、
交差するロウとカラムに沿って配列され、隣接するファインピッチ画素は、第二所定距離で互いに隔てられ、前記第二所定距離は、前記第一所定距離の三分の一より小さい複数のファインピッチ画素と、 
それぞれ、前記アレイ中のファインピッチ画素のロウに関連し、それぞれ、選択的に有効になり、関連する前記ファインピッチ画素をアドレスする複数のファインピッチロウアドレスラインと、
それぞれ、ファインピッチ画素のカラムに関連し、有効なファインピッチロウアドレスラインにより選択されるファインピッチ画素のロウ中のファインピッチ画素により提供される信号を感知する複数のファインピッチカラム感知ラインと、を有し、
ｃ）前記モード信号が、前記ファインピッチ画素が指紋感知画素として機能することを示すとき、モード信号に応答し、前記ファインピッチ画素が、前記タッチパッドの指紋感知画素、または、従来のセンサー画素として機能するかを判断し、
個別に、各ファインピッチロウ中の前記ファインピッチ画素を有効にすると共に、個別に、有効なファインピッチロウ中の各ファインピッチ画素により提供される信号を感知し、および、前記モード信号が、前記ファインピッチ画素が、前記タッチパッドの従来のセンサー画素として機能することを示すとき、
同時に、複数の隣接するファインピッチロウ中の前記ファインピッチ画素を有効にし、および、集合的に、同時に有効になるファインピッチロウ中の前記ファインピッチ画素により提供される前記信号を感知する制御回路と、
を有することを特徴とするタッチパッド。
【請求項８】
組み合わせで構成される指紋センサーであって、
ａ）複数の画素を有し、前記画素が、ＲロウとＮカラムの画素アレイで配列され、各画素が、スイッチング装置と容量性プレートを有する第一基板と、
ｂ）それぞれ、前記画素アレイの対応するロウ中の前記画素の前記スイッチング装置に結合されて、選択的に、前記対応する画素ロウ中の前記スイッチング装置を有効にする複数のＲロウアドレッシング電極と、
ｃ）それぞれ、前記画素アレイの対応するカラム中の前記画素の前記スイッチング装置に接続されて、前記画素アレイの選択されたロウと前記対応するカラムの交差点に位置する前記画素の前記容量性プレートにより提供される信号を感知する複数のＮデータ電極と、
ｄ）前記第一基板を覆い、ユーザーの指先を受けるカバー層と、
ｅ）前記第一基板と異なり、且つ、半導体材料を含む第二基板と、
ｆ）前記第二基板中に形成され、一組のＳロウアドレッシング信号を生成して、前記複数のＲロウアドレッシング電極のひとつをアドレスし、また、選択的に、前記複数のＮデータ電極に結合されて、前記画素アレイ中、前記容量性プレートにより提供される前記信号を受信する集積回路と、
ｇ）前記集積回路と前記画素アレイの間に結合され、少なくともＳ入力端子を有して、前記第一組のＳロウアドレッシング信号を受信し、少なくともＲ出力端子を有し、各前記Ｒ出力端子が、前記複数のＲロウアドレッシング電極のひとつに接続され、Ｓロウアドレッシング信号に基づいて、前記複数のＲアドレッシング電極のひとつを選択するデマルチプレクサと、
を有することを特徴とする指紋センサー。
【請求項９】
前記第一基板とカバー層は一体化して形成されることを特徴とする請求項８に記載の指紋センサー。
【請求項１０】
前記第一基板はフレキシブルであることを特徴とする請求項８に記載の指紋センサー。
【請求項１１】
画素アレイ中に含まれる前記スイッチング装置は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であることを特徴とする請求項８に記載の指紋センサー。
【請求項１２】
前記デマルチプレクサは、複数のスイッチング装置により形成される ことを特徴とする請求項８に記載の指紋センサー。
【請求項１３】
前記デマルチプレクサを形成する前記複数のスイッチング装置は、前記第一基板上に形成される薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１２に記載の指紋センサー。
【請求項１４】
ａ）前記集積回路は、一組のＭカラム選択信号を生成して、前記複数のＮデータ電極のひとつをアドレスする；および
ｂ）前記指紋センサーは、さらに、前記集積回路と前記画素アレイの間に結合されるマルチプレクサを有し、前記マルチプレクサは、第一組のＮ入力端子を有し、各前記第一組のＮ入力端子は、前記複数のＮデータ電極のひとつに接続されて、前記画素アレイ中の前記容量性プレートに蓄積される前記信号を受信し、前記マルチプレクサは、第二組のＭ入力端子を有して、前記集積回路から、前記Ｍカラム選択信号を受信して、前記Ｍカラム選択信号に基づいて、前記Ｎデータ電極のひとつを選択する
ことを特徴とする請求項８に記載の指紋センサー。
【請求項１５】
前記マルチプレクサは、さらに、前記集積回路に接続されて、選択されたデータ信号を提供する出力端子を有することを特徴とする請求項１４に記載の指紋センサー。
【請求項１６】
前記マルチプレクサは、複数のスイッチング装置により形成されることを特徴とする請求項１４に記載の指紋センサー。
【請求項１７】
前記マルチプレクサを形成する前記複数のスイッチング装置は、前記第一基板上に形成される薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１６に記載の指紋センサー。
【請求項１８】
さらに、前記第一基板によりサポートされ、前記画素アレイに近接する所定周波数と振幅の信号を送信する少なくともひとつのトランスミッタ電極を有し、前記送信信号は、前記カバー層により、前記ユーザーの前記指先に送られることを特徴とする請求項８に記載の指紋センサー。
【請求項１９】
前記少なくともひとつのトランスミッタ電極は、前記画素アレイを囲うリングを形成することを特徴とする請求項１８に記載の指紋センサー。
【請求項２０】
組み合わせで構成される指紋センサーであって、
ａ）複数の画素を有し、前記画素は、ＲロウとＮカラムの画素アレイで配列され、スイッチング装置と容量性プレートを有する第一基板と、
ｂ）それぞれ、前記画素アレイの対応するロウ中の前記画素の前記スイッチング装置に接続されて、選択的に、前記対応する画素ロウ中の前記スイッチング装置を有効にする複数のＲロウアドレッシング電極と、
ｃ）それぞれ、前記画素アレイの対応するカラム中の前記画素の前記スイッチング装置に接続されて、前記画素アレイの選択されたロウと前記対応するカラムの交差点に位置する前記画素の前記容量性プレートにより提供される信号を感知する複数のＮデータ電極と、
ｄ）前記第一基板上で、前記画素アレイより延伸する共通電極と、
ｅ）前記第一基板を覆い、ユーザーの指先を受けるカバー層と、
ｆ）前記複数のデータ電極のひとつに接続される第一入力、および、前記共通電極に接続される第二入力を有し、出力端子を有して、出力信号を提供し、前記出力信号が、データ電極により提供される信号と前記共通電極により提供される信号の間の差を表す複数の差動増幅器と、
を有することを特徴とする指紋センサー。
【請求項２１】
組み合わせで構成される指紋センサーであって、
ａ）複数の画素を有し、前記画素がＲロウとＮカラムの画素アレイで配列され、スイッチング装置と容量性プレートを有する第一基板と、
ｂ）それぞれ、前記画素アレイの対応するロウ中の前記画素の前記スイッチング装置に接続されて、選択的に、前記対応する画素ロウ中の前記スイッチング装置を有効にする複数のＲロウアドレッシング電極と、
ｃ）それぞれ、前記画素アレイの対応のカラム中の前記画素の前記スイッチング装置に接続されて、前記画素アレイの選択されたロウと前記対応するカラムの交差点に位置する前記画素の前記容量性プレートにより提供される信号を感知する複数のＮデータ電極と、
ｄ）前記第一基板を覆い、ユーザーの指先を受けるカバー層と、
ｅ）基準電極として、前記複数のデータ電極の対応するひとつに接続される第一入力、および、前記複数のデータ電極の選択されたひとつに接続される第二入力を有し、出力端子を有して、出力信号を提供し、各差動増幅器により提供される前記出力信号が、その対応するデータ電極により提供される前記データ信号と前記基準電極により提供される信号間の差で表される複数の差動増幅器と、
を有することを特徴とする指紋センサー。
【請求項２２】
ａ）前記第一基板と異なり、且つ、半導体材料を有する第二基板と、
ｂ）前記第二基板中に形成される集積回路と、
ｃ）前記集積回路中に形成される前記複数の差動増幅器と、
を含むことを特徴とする請求項２１に記載の指紋センサー。
【請求項２３】
組み合わせで構成される指紋センサーであって、
ａ）複数の画素を有し、上面を有し、前記画素は、ＲロウとＮカラムの画素アレイで配列され、各画素が、スイッチング装置を有し、さらに、前記第一基板の前記上面に近接する容量性プレートを有する第一基板と、
ｂ）それぞれ、前記画素アレイの対応するロウ中の前記画素の前記スイッチング装置に接続されて、選択的に、前記対応する画素ロウ中の前記スイッチング装置を有効にする複数のＲロウアドレッシング電極と、
ｃ）それぞれ、前記画素アレイの対応するカラム中の前記画素の前記スイッチング装置に接続されて、前記画素アレイの選択されたロウと前記対応するカラムの交差点に位置する前記画素の前記容量性プレートにより提供される信号を感知する複数のＮデータ電極と、
ｄ）前記第一基板の前記上面を覆い、ユーザーの指先を受けるカバー層と、
ｅ）前記第一基板の前記上面に近接して形成され、それぞれ、平行に延伸すると共に、前記複数のロウアドレッシング電極の対応するひとつに近接し、それぞれ、選択的に、電気信号を送信する複数のトランスミッタ電極と、を有し、
ｆ）前記複数のトランスミッタ電極は、選択されたロウアドレッシング電極に近接して位置する第一組のトランスミッタ電極を有し、および、選択されたロウアドレッシング電極から離れて位置する第二組のトランスミッタ電極を有し、前記第一組のトランスミッタ電極を無効にし、選択されたロウアドレッシング電極は、選択的に、前記対応する画素ロウ中の前記スイッチング装置を有効にし、および、前記第二組のトランスミッタ電極を有効にして、前記電気信号を送信し、選択されたロウアドレッシング電極は、選択的に、前記対応する画素ロウ中の前記スイッチング装置を有効にする；
ｇ）前記第二組のトランスミッタ電極により送信される前記電気信号が、前記カバー層に置くユーザーの指に結合され、および、前記ユーザーの指先の山、または、谷が、前記画素アレイ中の特定の画素を覆うかどうかに基づいて、前記ユーザーの指に連結される前記電気信号は、さらに、前記画素アレイ中の容量性プレートにより、より大きい、または、より小さい程度に結合される
ことを特徴とする指紋センサー。
【請求項２４】
タッチパッドを操作して、指紋センサーを生成し、前記タッチパッドの任意の位置で、ユーザーの指紋を感知する方法であって、本方法は、
ａ）上面を有する基板を提供する工程と、
ｂ）交差するロウとカラムに沿って配列される複数のファインピッチ画素を提供して、ファインピッチ画素のアレイを形成し、各ファインピッチ画素はスイッチング装置を有し、さらに、容量性プレートを有し、各ファインピッチ画素が、第一所定距離で、隣接するファインピッチ画素から隔てられる工程と、
ｃ）複数のファインピッチロウアドレスラインを提供し、各ファインピッチロウアドレスラインは、前記アレイ中のファインピッチ画素のロウに関連し、各ファインピッチロウアドレスラインは、選択的に、各ファインピッチロウアドレスラインに関連する前記ファインピッチ画素をアドレスする工程と、
ｄ）複数のファインピッチカラム感知ラインを提供し、各ファインピッチカラム感知ラインは、ファインピッチ画素のカラムに関連して、有効なファインピッチロウアドレスラインにより選択されるファインピッチ画素のロウ中のファインピッチ画素の前記容量性プレートにより提供される信号を感知する工程と、
ｅ）前記複数のファインピッチ画素を、さらに小さいアレイのタッチパッド画素に分割し、前記小さいアレイのタッチパッド画素は、ロウとカラムに配列され、各タッチパッド画素は、前記ファインピッチ画素の少なくとも二つの異なるロウに位置するファインピッチ画素を有し、および、各タッチパッド画素は、前記ファインピッチ画素の少なくとも二つの異なるカラムに位置するファインピッチ画素を有し、各タッチパッド画素は、第二所定距離で、隣接するタッチパッド画素から相隔てられ、前記第二所定距離は、前記第一所定距離の少なくとも二倍である工程と、
ｆ）第一モードの動作において、同時に、共同動作で、同じタッチパッド画素にさらに分割されたそれらのファインピッチ画素を有効にし、および、集合的に、前記同じタッチパッド画素にさらに分割される前記ファインピッチ画素により提供される信号を感知して、各タッチパッド画素を、従来のタッチパッドの従来のセンサー画素として機能させる工程と、
ｇ）前記タッチパッド画素により提供される感知信号を用いて、ポインタが、前記基板の前記上表面に近接するかどうかを検出すると共に、ポインタが当てられる前記基板上のポインタ位置を検出する工程と、
ｈ）第二モードの動作において、どのタッチパッド画素が、前記ポインタ位置に近接しているか判断すると共に、選択的に、共同動作から、前記ポインタ位置に近接する各前記タッチパッド画素中の前記ファインピッチ画素を、個別の操作モードに切り替える工程と、を有し、
ｉ）各ファインピッチロウ中の前記ファインピッチ画素は、個別に、有効になり、
ｉｉ）各ファインピッチロウが、対応するファインピッチロウアドレスラインにより有効になるとき、前記ファインピッチ画素の前記容量性プレートにより提供される信号は、個別に感知され、
前記ポインタ位置に近接する前記タッチパッド画素中の前記ファインピッチ画素は、指紋センサー領域を形成して、ユーザーの指先の指紋像を感知することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子指紋センサーに関するものであって、特に、薄膜トランジスタ（“ＴＦＴ”）アレイを用いて、容量的に、ユーザーの指紋を感知する指紋センサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、商業市場に供給される従来の指紋センサーは、様々な方法を用いて、ユーザーの指紋を感知する。第一タイプの指紋センサーは、配列された多数の“画素”を備える回路を有するＣＭＯＳシリコンチップを有する。そして、ＣＭＯＳシリコンチップは、簡単な化学コーティング、フレックス基板、または、その他の薄い材料から形成される保護コーティングでコートされる。このタイプの指紋センサーは、少なくとも画素アレイと同じ大きさのシリコンチップを必要とする。
【０００３】
第二タイプの市販の指紋センサーは、基板上に形成された画素アレイを構成する金属線を有し、金属線は画素アレイより小さいサイズの遠隔設置されたシリコンチップが電気的に接続されている。この第二タイプの指紋センサーは、いくつかの異なるパッケージ構造、たとえば、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）、ファンアウト型ウァハレベル（wafer level fan-out：ＷＬＦＯ）、または、プラスチックハンプ（plastic hump）／芯（stiffener）の周囲または上に形成されたフィルム基板で実施される。
【０００４】
指紋は、ユーザーの指の皮膚にある山と谷のパターンにより特徴付けられる。現在の市販の指紋センサーのほとんどが容量性タッチセンサーである。これは、指紋像を生成するのに用いられる回路が、容量性感知素子のプレート上に置かれる指の“山”や“谷”により誘発されるキャパシタンスから得られる受信信号中の小さい変化を識別することができなければならないことを意味する。これらの容量性感知素子は、一般に、Ｘ行（ロウ）とＹ列（カラム）のアレイに配置され、“画素アレイ”と称される。各ロウと各カラムの交差点は“画素”と称される。これらの画素アレイは、上述した第一タイプの指紋センサーにあるような半導体集積回路チップ自身中に形成されるＣＭＯＳ装置で構成される。あるいは、画素アレイは、上述の第二タイプの指紋センサーにあるような非半導体基板材料上に形成される金属線により構成される。
【０００５】
画素アレイを構成するＣＭＯＳシリコンチップは、少なくとも、必要とされる指紋画像のサイズに一致するサイズでなければならないので、上述の第一タイプの指紋センサーはコストが非常に高い製品である。タッチセンサー、または、２Ｄセンサーの場合、四分の三インチ角またはそれ以上を計測するので、比較的大面積のシリコンが必要となり、これはコストを比較的高くする。
【０００６】
一方、上述の第二タイプの指紋センサーは、金属線が非半導体基板上に形成されており、指紋像を生成する信号の送受信に用いられるラインの幅に関する制限のために、しばしば、粗悪な信号を生成する。トランスミッタとレシーバの、特に、トランスミッタの小さいサイズもまた、センサー上の材料の厚さを厳しく制限する。
【０００７】
提案されている第三タイプの指紋センサーは、情報を感知するのではなく、表示するのに用いられる液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)を用いる。この第三タイプのセンサーにおいて、描画と指紋キャプチャにＬＣＤディスプレイ自身が用いられ、表示器と指紋センサーを兼ねる単一装置を提供する。この方法は、情報を出力するためだけでなく、ディスプレイ中の画素のキャパシタンス変化を感知することができる入力モードを持たせるために、ディスプレイの“カラムドライバ”を使用することを提案する。この方法では、カラムラインが、トランスミッタ(Ｔｘ)ラインとレシーバ(Ｒｘ)ラインとして用いられなければならないので、この方法は、極度に、信号強度を制限する。たとえば、ユーザーの指が当てられる前に、各画素を“プレチャージ”状態とし、その後、ユーザーの指が存在する場所で、各画素の電圧変化を検出し、これにより、画素上の指の山または谷によりもたらされるキャパシタンスを監視することが提案されている。Ｔｘ（プレチャージ）とＲｘ（受信または読み取り）の両者としてのカラムラインの使用は、この方法が生成する信号対ノイズ能力を著しく制限する。さらに、全てのカラムドライバが出力装置(通常のディスプレイとして使用)と高感度入力装置(指紋センサーとして使用)として機能するように設計されなければならないので、この方法は費用がかかる。
【０００８】
上述のセンサーでは、“山”対“谷”信号差を適切に識別するため、指を、キャパシタのレシーバプレートにできるだけ近くなるように位置させなければならない。したがって、従来の指紋センサーのサプライヤーは、各画素の容量性プレートを覆うレシーバプレートの厚さを薄くするように努力する。しかし、レシーバプレートの厚さが減少するにつれて、センサーの表面がその下に位置する電子回路に近接するので、そのような指紋センサーは、物理的または機械的にダメージを受けやすく、よって、センサーの耐久性および／または信頼性が低い。たとえば、従来のＢＧＡ型指紋センサーのみならず、センサー回路に直接触れることなく、ポリイミド表面において指をスワイプさせる最新のより進化した“フレキシブルな”指紋センサーも、このタイプのダメージの影響を受けやすい。
【０００９】
以上の通り、指先の山と谷を十分に識別するため、現在の指紋センサーは、ユーザーの指先を、指紋センサー回路にごく接近させることを必要とする。したがって、上述の第二タイプの指紋センサーに関して、指紋センサーを保護するために用いられる材料のタイプと厚さは、非常に限られている。現在、指紋センサーを被覆するのに用いられる保護コーティングは、非導電性で、厚さが約２００μｍより小さく、顧客の美観要求に適合しなければならない。たとえば、指紋センサーの露出部分へのペンのちょっとした接触が、フレキシブルな指紋センサーの薄いポリイミド表面を損傷し、よって、美観が損なわれるだけでなく、表面直下に位置するセンサー回路にダメージを与える可能性もある。センサー上に厚い材料を設置して、指紋センサーの信頼性を高めることが強く望まれる。しかし、厚い保護コーティング／表面は、少なくとも二つの新たな課題を生じる:１）一般に、信号強度は、増加距離の二乗に比例して減少するので、カバーの厚さが増加するのにともない信号トランスミッタから指へ向かい、それから、レシーバアレイに戻る信号の強度は大幅に減少する（すなわち、カバー厚さ分の距離を往復するので、４の倍数で信号強度を低下させる）；および、２）トランスミッタからレシーバへと進行するに従い、トランスミッタ信号は、トランスミッタ信号がどのように生成されるかに依存して、大幅にぼやける。
【００１０】
現在利用可能な指紋センサーの一つは、韓国のシリコンディスプレイ社により供給されるモデルＮｏ．ＧＣＳ−２“ガラスキャップセンサー”である。この装置は、９２,１６０センサーセルに対応する２５６ロウ×３６０カラムのポリシリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）容量性画素アレイを備える。画素密度は５０８ｄｐｉに相当し、且つ、サイズ１２.８ｍｍ×１８ｍｍを測定する感知領域を提供する。アレイ中の連続した画素間のピッチは３５０マイクロメートルである。ゲート／ロウシフトレジスタが集積回路上に形成されて、感知される画素のアクティブロウを選択するのに用いられる。同様に、カラムシフトレジスタが集積回路上に形成されて、選択されたロウ中で感知されるカラムを選択する。４つのアナログ出力感知信号が任意の時点で提供される。マルチプレクサが、さらに、集積回路上に形成され、どのカラム出力感知信号が任意の時点で選択されるかを選択するのに用いられる。出願人は、上述のガラスキャップセンサーは、本質的に、受動素子であって、各アレイの画素とユーザーの指先の間に形成される有効なキャパシタンスを検出するために、画素アレイの近くに高周波数信号を放射するいかなる信号生成電極をも含んでいない、と考える。
【００１１】
藤枝一郎氏による米国特許番号第６，０５５，３２４は、基板中に形成される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の二次元アレイ、このような基板上に形成される誘電体層、および、誘電体層上に形成される信号感知電極を有する指紋撮像装置を開示している。信号感知電極は、薄膜トランジスタのソース端子に接続される。アレイの同一ロウ内に位置するＴＦＴのゲート電極は、共通ゲート電極リード線に接続される。ゲート電極リード線は、アレイのどのロウがアクティブであるかを選択するのに用いられるシフトレジスタの出力端子に接続される。同一カラムに位置するＴＦＴのドレイン電極は、共通ドレイン電極リード線に接続される。ドレイン電極リード線は、信号検出回路の入力端子に結合される。信号生成電極は、網状か櫛状に形成されて、二次元アレイの画素を囲み、また、アレイを覆う指に向かって、高周波数信号を放射する。アレイの信号感知電極は、信号感知電極とユーザーの指の間の静電気キャパシタンスを形成する。各信号感知電極により受信される信号は、一行ごとに検出され、指紋の像を提供する。しかし、この指紋撮像装置では、放射された高周波数信号の大部分が、最初にユーザーの指を通過することなく容量的に、直接、信号感知電極に結合されるので、信号生成電極は、アレイの各信号感知電極によって著しい影響を受ける。その結果、ユーザーの指先の山の下に位置する第一信号感知電極とユーザーの指先の谷の下に位置する第二信号感知電極の間の信号強度の差は、まったく顕著ではない。さらに、ユーザーの指とその下に位置する信号感知電極とを分ける保護層の厚さが増加するにつれて、信号生成電極から信号感知電極のアレイへの放射高周波数信号の直接的な静電結合は、ユーザーの指を通って形成される放射高周波数信号の任意の二次的結合の大部分を圧倒する。
【００１２】
アップル社によるオーセンテック社の買収からも明らかなように、指紋センサーは、携帯電話、ノート型パソコン、および、ラップトップ型パソコンの領域において、大きな可能性を有するバイオメトリックスセキュリティシステムである。よって、ＬＣＤパネルに指紋センサーを埋め込むこと、または、これらの多くの媒体に共通する部品、例えばボタン、に指紋センサーを形成することが非常に望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許番号第６，０５５，３２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、本発明の目的は、指紋の像をキャプチャするのに用いられる画素アレイと同じサイズの集積回路半導体チップを使用することなく、人の指紋を撮像する指紋センサーを提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、指紋を撮像するのに用いられる画素アレイを覆うカバープレートに当てられる指先の山と谷をより容易に識別する指紋センサーを提供することである。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、画素アレイを覆うカバー層またはコーティングが十分な厚さで、適切に、画素アレイを保護し、さらに、画素アレイに、指先の山と谷を容易に識別することを許容する指紋センサーを提供することである。
【００１７】
本発明のさらなる目的は、比較的低コストで製造できる指紋センサーを提供することである。
【００１８】
本発明のまた別の目的は、同時に、キャリア信号を、直接、画素アレイに結合することなく、より効果的に、キャリア電気信号を人の指先に送信する指紋センサーを提供することである。
【００１９】
本発明のまた別の目的は、画素アレイと、この画素アレイによりキャプチャされる指紋画像を処理するのに用いられる関連する集積回路の間の導電線の数を減少させる指紋センサーを提供することである。
【００２０】
本発明のさらに別の目的は、画素アレイ中の各画素により監視される信号要素が差動的に感知されて、コモンモードノイズ信号を拒絶する指紋センサーを提供することである。
【００２１】
本発明のまた別の目的は、画素アレイが従来のタッチセンサーパッドの一部として組み込まれる指紋センサーを提供することである。
【００２２】
本発明の別の目的は、画素アレイにより感知されるユーザーの指に、信号を容易に送信するが、送信された信号が、指紋センサー自身により、画素アレイにほとんど直接結合されない指紋センサーを提供することである。
【００２３】
本発明のまた更に別の目的は、従来のタッチパッドに容易に結合されて、同じ感知層中で、ユーザーの指紋を撮像し、および、ユーザーがタッチパッドの特定位置にタッチすることを検出することができる単一装置を提供する指紋センサーを提供することである。
【００２４】
本発明の様々な実施形態の詳細な説明を考慮すると、本発明の目的を更に完全に理解できると思われる。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
簡潔に記述され、および、好ましい実施態様によると、本発明は、ＲロウとＮカラムに配列される画素の二次元アレイを有する第一基板を含む指紋センサーに関連する。第一基板は、硬質であるか、または、比較的フレキシブルである。各画素は、好ましくは、ＴＦＴであるスイッチング装置、および、第一基板の上面に近接する容量性プレートを含む。一連のＲロウアドレッシング電極を備え、各ロウアドレッシング電極は、画素アレイの対応するロウ中の画素のスイッチング装置に接続され、対応する画素ロウ中のスイッチング装置を選択的に有効にする。一連のＮデータ電極も備え、各データ電極は、対応する画素カラム中の画素のスイッチング装置に接続されて、画素アレイの選択された画素ロウと対応するカラムの交差点に位置する画素の容量性プレートにより提供される信号を感知する。
【００２６】
ひとつ以上のトランスミッタ電極が、第一基板の上面に近接して形成され、様々な振幅電気信号を送信する。一実施態様において、トランスミッタ電極は、横方向に、画素アレイと相隔てられ、好ましくは、画素アレイ周囲全体に延伸する。カバー層が第一基板の上面を覆って、ユーザーの指先を受ける；必要に応じて、カバー層は、基板と一体化して形成される。トランスミッタ電極により送信される様々な振幅電気信号が、指先をカバー層に当てるユーザーの指に結合され、さらに、ユーザーの指先の山または谷が、画素アレイ中の特定の画素を覆うかどうかに基づいて、ユーザーの指に結合された電気信号は、画素アレイ中の容量性プレートにより、より大きい、またはよい小さい程度に結合される。
【００２７】
本発明の別の実施態様によると、複数のトランスミッタ電極は、画素アレイの境界内、好ましくは、連続した画素ロウの間にに配置される。選択的に有効にされた送信電極は、キャリア信号を送信して、ユーザーの指に伝達する。画素アレイの選択されたロウに隣接する送信電極が無効にされ、画素アレイの選択されたロウから離れた送信電極は有効にされ、所望のキャリア信号を送信する。これは、現在の選択されているロウ中で、キャリア信号の画素への直接結合なしに、ユーザーの指先へのキャリア信号の有効な送信を許容する。新しいロウが選択される度に、送信電極の有効と無効が更新されて、選択されたロウに隣接する送信電極を無効にし、および、さらに離れた送信電極が、積極的に、キャリア信号を送信することを確実にする。
【００２８】
本発明の別の実施態様において、指紋センサーはタッチパッド内に組み込まれ、タッチパッドは基板を有する。センサー画素のアレイは基板中に形成されると共に、交差するロウとカラムに沿って配列され、基板の上面に近接する指、タッチペン、または、別の“ポインタ”の存在と位置を感知する。隣接するセンサー画素は、第一ピッチに対応する第一所定距離で、互いに隔てられる。各センサー画素は、ポインタが、センサー画素に近接するかを示す信号を提供する。
【００２９】
タッチパッドは、基板によりサポートされる一連のロウアドレスラインを有する。各ロウアドレスラインは、アレイ中のセンサー画素のロウに関連し、このようなロウ中のセンサー画素を選択的に有効にし、および、アドレスする。タッチパッドは、さらに、基板によりサポートされる一連のカラム感知ラインを有する。各カラム感知ラインは、センサー画素のカラムに関連し、有効なロウアドレスラインにより選択されるセンサー画素のロウ中のセンサー画素により提供される信号を感知する。
【００３０】
指紋センサー領域がタッチパッド基板上に形成される。指紋センサー領域は、交差するロウとカラムに沿って配列される一連のファインピッチ画素を有して、ファインピッチ画素のアレイを形成する。各ファインピッチ画素は、スイッチング装置と容量性プレートを有する。各ファインピッチ画素は、第二所定距離で隣接するファインピッチ画素と相隔てられ、第二所定距離は、タッチパッドのセンサー画素を分離する第一所定距離の三分の一より小さい。
【００３１】
指紋センサー領域内で、ユーザーの指紋の像を検出するため、一連のファインピッチロウアドレスラインが備えらている。各ファインピッチロウアドレスラインは、ファインピッチ画素アレイ中のファインピッチ画素のロウと関連付けられ、各ファインピッチロウアドレスラインは、選択的に有効にされ、関連付けられたファインピッチ画素をアドレスする。同様に、一連のファインピッチカラム感知ラインが備えられ、各ファインピッチカラム感知ラインは、ファインピッチ画素のカラムに関連付けられる。ファインピッチカラム感知ラインは、ファインピッチ画素の有効なロウ中のファインピッチ画素の容量性プレートにより提供される信号を感知する。
【００３２】
タッチパッドの指紋センサー領域は、タッチパッドロウアドレスラインとタッチパッドカラム感知ラインに隣接している。理想的には、指紋センサー領域を用いてユーザーの指紋を感知するとき、指紋センサー領域に隣接するタッチパッドロウアドレスライン、および／または、タッチパッドカラム感知ラインの少なくともひとつは、様々な振幅電気信号を伝送するトランスミッタ電極としても機能する。トランスミッタ電極により送信される様々な振幅電気信号は、指紋センサー領域上に置かれたユーザーの指に結合される。ユーザーの指先の山、または、谷が、ファインピッチ画素アレイ中の特定の画素を覆うかどうかに基づいて、ユーザーの指に結合された電気信号は、さらに、ファインピッチ画素アレイ中の容量性プレートにより、より強くまたはより弱く結合される。
【００３３】
本発明の更に別の実施態様において、上述の指紋センサー領域は、指紋画像が必要でない期間中、タッチパッドセンサーの動作を模倣することができる。前述同様、タッチパッドは、交差するロウとカラムに沿って配列されるセンサー画素のアレイを有し、第一所定距離だけ互いに隔てられる。タッチパッドは、さらに、一連のロウアドレスラインを有し、各ロウアドレスラインは、アレイ中のセンサー画素のロウに関連付けられる。各ロウアドレスラインは、選択的に有効にされ、各ロウに関連付けられたセンサー画素をアドレスする。タッチパッドは、さらに、一連のカラム感知ラインを有し、各カラム感知ラインは、センサー画素のカラムに関連付けられ、センサー画素のアドレスされたロウ中のセンサー画素により提供される信号を感知する。
【００３４】
前述同様、タッチパッドは、交差するロウとカラムに沿って配列されるファインピッチ画素のアレイを有する指紋センサー領域を有する。各ファインピッチ画素は、スイッチング装置と容量性プレートを有する。各ファインピッチ画素は、第二所定距離で隣接するファインピッチ画素と相隔てられ、第二所定距離は、タッチパッドのセンサー画素を分離する第一所定距離の三分の一より小さい。
【００３５】
前述の態様の場合のように、一連のファインピッチロウアドレスラインが備えられる。各ファインピッチロウアドレスラインは、ファインピッチ画素アレイ中のファインピッチ画素のロウに関連し、各ファインピッチロウアドレスラインは、選択的に有効にされ、関連するファインピッチ画素をアドレスする。同様に、一連のファインピッチカラム感知ラインが備えらされ、各ファインピッチカラム感知ラインは、ファインピッチ画素のカラムに関連する。ファインピッチカラム感知ラインは、ファインピッチ画素の有効なロウ中のファインピッチ画素の容量性プレートにより提供される信号を感知する。
【００３６】
また、モード信号に応答する制御回路が、ファインピッチ画素が、タッチパッドの指紋感知画素、または、従来のセンサー画素として機能するかどうかを決定するために提供される。制御回路は、個別に、各ファインピッチロウ中のファインピッチ画素を有効にする。指紋センサーとして機能するとき、各ファインピッチ画素により提供される信号は個別に感知される。一方、モード信号が、ファインピッチ画素がタッチパッドの従来のセンサー画素として機能することを示すとき、制御回路は、同時に、多数の隣接するファインピッチロウ中のファインピッチ画素を有効にすると共に、集合的に、同時に有効なファインピッチロウ中のファインピッチ画素により提供される信号を感知して、タッチパッドの従来のセンサー画素の動作をシミュレート、または、模倣する。
【００３７】
指紋センサーに関連する本発明の別の実施態様は、デマルチプレクサを有し、画素アレイと関連する集積回路の間で延伸しなければならない導電線の数を減少させる。これに関連して、指紋センサーは硬質であるか比較的フレキシブルな第一基板を有し、その中に形成された、ＲロウとＮカラムに配列される画素の二次元アレイを有する。このような画素はそれぞれ、好ましくは、薄膜トランジスタであるスイッチング装置（すなわち、ＴＦＴ）、および、容量性プレートを有する。一連のＲロウアドレッシング電極は画素アレイを横切って延伸し、各ロウアドレッシング電極は、画素アレイの対応するロウ中のスイッチング装置に接続され、選択的に、このようなロウ中のスイッチング装置を有効にする。同様に、一連のＮデータ電極が備えられ、各データ電極は、画素アレイの対応するカラム中の画素のスイッチング装置に接続される。各データ電極は、画素アレイの選択されたロウと対応するカラムの交差点に位置する画素の容量性プレートにより提供される信号を感知する。カバー層が第一基板を覆って、ユーザーの指先を受ける；必要であれば、このカバー層は、第一基板と一体化して形成される。
【００３８】
本発明のこの実施態様の指紋センサーは、さらに、第一基板と異なる第二基板、および、集積回路を形成する半導体材料を有する。集積回路は、一組のＳロウアドレッシング信号を生成して、Ｒロウアドレッシング電極のひとつにアドレスする。デマルチプレクサは、集積回路と画素アレイの間に接続される。デマルチプレクサは、集積回路により提供される第一組のＳロウアドレッシング信号を受信する少なくともＳ入力端子、および、少なくともＲ出力端子を有する。デマルチプレクサの各Ｒ出力端子は、Ｒロウアドレッシング電極のひとつに接続される。デマルチプレクサは、受信されたＳロウアドレッシング信号に基づいて、Ｒロウアドレッシング電極のひとつを選択する。集積回路は、さらに、選択的に、Ｎデータ電極に接続されて、画素アレイ中で、容量性プレートにより提供される信号を受信する。好ましくは、デマルチプレクサは、画素アレイ中で提供されるのと同様の一連のスイッチング装置から構成される。デマルチプレクサを構成するのに用いられるスイッチング装置は、第一基板上に形成される薄膜トランジスタである。
【００３９】
ロウアドレスデマルチプレクサの組み込みを除き、上述の指紋センサーは、さらに、集積回路と画素アレイのカラム電極の間に接続されるマルチプレクサを有する。これに関連して、集積回路は、一組のＭカラム選択信号を生成して、複数のＮデータ電極のひとつにアドレスする。マルチプレクサは第一組のＮ入力端子を有し、それぞれ、Ｎデータ電極の対応するひとつに接続されて、画素アレイ中の容量性プレートにより提供される信号を受信する。マルチプレクサは、さらに、第二組のＭ入力端子を有し、集積回路により提供されるＭカラム選択信号を受信する。Ｍカラム選択信号の状態に基づいて、マルチプレクサは、少なくともひとつのＮデータ電極を選択して、画素アレイの選択されたロウとカラムの交差点に位置する容量性プレートにより提供される信号を検出する。好ましくは、マルチプレクサは、さらに、集積回路に結合される出力端子を有して、選択されたデータ信号を集積回路に提供する。上述のロウアドレスデマルチプレクサの場合のように、カラム電極マルチプレクサは、第一基板上に形成されるスイッチング装置 (すなわち、薄膜トランジスタ）から構成される。
【００４０】
理想的には、上述のように、ロウアドレスデマルチプレクサを有する指紋センサーは、さらに、第一基板によりサポートされる少なくともひとつのトランスミッタ電極を有し、所定周波数と振幅の信号を近くの画素アレイに送信する。送信される信号は画素アレイを覆うカバー層を通過すると共に、ユーザーの指先に伝達されて、ユーザーの指先の山と谷により、画素アレイの容量性プレートに結合される。上述のように、トランスミッタ電極は、画素アレイ周囲を囲むリングの形になる。
【００４１】
本発明のさらに別の実施態様による指紋センサーは、ユーザーの指から画素アレイに容量的に結合される信号が、差動方式で感知され、ノイズ信号の阻止を助ける。上述の好ましい実施態様に示されるように、指紋センサーは、ＲロウとＮカラムに配列された画素の二次元アレイを有する第一基板を含む。各画素は、スイッチング装置（すなわち、ＴＦＴ）と容量性プレートを有する。この態様でも、一連のＲロウアドレッシング電極が備えられ、各ロウアドレッシング電極は、画素アレイのロウ中、スイッチング装置に接続されて、選択的に、対応する画素ロウ中のスイッチング装置を有効にする。同様に、Ｎデータ電極が備えられ、各データ電極が、画素アレイの対応するカラム中のスイッチング装置に接続されて、画素アレイの選択された画素ロウと対応するカラムの交差点に位置する画素の容量性プレートにより提供される信号を感知する。カバー層は第一基板を覆って、ユーザーの指先を受ける。
【００４２】
一例として、共通電極が備えられる。共通電極は、少なくとも部分的に、第一基板上に形成される画素アレイの中を延伸する。一連の差動増幅器が備えられ、差動的に、画素アレイの容量性プレートにより通過する信号を感知する。各差動増幅器は、データ電極のひとつに接続される第一入力、および、共通電極に接続される第二入力を有する。このほか、各差動増幅器は出力端子を有して、データ電極により提供される信号と共通電極により提供される信号の差を表わす出力信号を提供する。
【００４３】
第二事例において、別個の共通電極が省略され、データ電極のひとつは、基準電極としての役割も果たす。各差動増幅器は、データ電極のひとつに接続される第一入力、および、基準電極に接続される第二入力を有する。各差動増幅器は出力端子を有して、その対応するデータ電極により提供されるデータ信号と基準電極により提供される信号の差を表わす出力信号を提供する。
【００４４】
差動型指紋センサーは、共通電極及び基準電極のいずれを用いるかにかかわず、好ましくは、半導体材料の第二基板を含む。この第二基板は第一基板と異なり、集積回路は、好ましくは、第二基板中に形成されて、制御ロジックを提供する。
【００４５】
上で述べたように、指紋センサーの好ましい形は、ひとつ以上の金属トレースを有するトランスミッタ電極を有して、高周波数信号の送信に用いる。トランスミッタは、単一トレース、または、複数のトレースで、これに限定されないが、リングを含む様々なパターンである；しかし、任意の時点で、このような信号を伝送するのに用いられるトレースは、好ましくは、同じ時点で感知される画素アレイ中で、容量性プレートと横方向に分離されて、トランスミッタ電極から容量性プレートに結合される信号が感知されるのを防止する。トランスミッタ電極は、指に送られる信号を放射するのに用いられる。よって、トランスミッタ電極の位置は、好ましくは、指に十分に近く、信号が指を通り抜けるが、画素アレイ中のアクティブ容量性プレートからは十分に離れており、指に伝わらない不要な受信を防止する。このような不要な受信は、少なくとも理論上は、指が存在しない状況で、まず、高周波数信号を送信し、ベースライン受信エネルギーを記録することにより校正することができ、不要な受信が、第一事例において回避されるならば、指紋の撮像はより簡単になり、より正確である。信号が指全体に送信され、得られた送信エネルギーが指全体を通してレシーバアレイに送られるので、信号が指の山と谷を離れ、比較的厚いカバープレート材料を経て、画素アレイの容量性プレートに達するとき、その信号は、比較的集中した状態を維持する。
【００４６】
トランスミッタ電極は、指紋センサー領域ですでに使用可能な任意の金属層を用いて形成されるか、または、付加された層や要素である。トランスミッタ電極は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の一部になるか、または、外部にある。トランスミッタ電極により送られる信号の振幅と周波数は、特定の環境に最適になるよう変化させることができる。トランスミッタ駆動回路は、ＩＣ内、または、外に位置する。
【００４７】
上で述べたように、上述のタイプの指紋センサーは、必要に応じて、標準のＴＦＴ技術を用いて、タッチセンサーＬＣＤパネル中、または、フレキシブルプラスチック基板上に組み込まれ、ＴＦＴは二次元アレイフォーメーションで設置される。ＴＦＴ／容量性プレートアレイが用いられて、まず、ユーザーの指先から送信される信号を取得し、その後、これらの信号が別個のＩＣチップに伝えられて、ユーザーの指紋の像を形成する。画素アレイは、これに限定されないが、円形、正方形、および、長方形を含む各種サイズと構成で提供される。
【００４８】
本発明の別の実施態様は、タッチパッドの任意の位置で、ユーザーの指紋を感知する指紋センサーを構成する、タッチパッドの動作方法に関連する。これに関連して、上面を有する基板が備えられる。ファインピッチ画素のアレイが基板上に形成され、交差するロウとカラムに沿って配列される。各ファインピッチ画素は、スイッチング装置と容量性プレートを有し、各ファインピッチ画素は、第一所定距離で、隣接するファインピッチ画素と相隔てられる。一連のファインピッチロウアドレスラインが備えられ、ファインピッチ画素のロウをアドレスし、各ファインピッチロウアドレスラインは、アレイ中のファインピッチ画素のロウに関連する。各ファインピッチロウアドレスラインが用いられて、選択的に、各ファインピッチロウアドレスラインに関連するファインピッチ画素をアドレスする。一連のファインピッチカラム感知ラインも備えられ、各ファインピッチカラム感知ラインは、ファインピッチ画素のカラムに関連し、ファインピッチ画素のアレイの有効ロウ中のファインピッチ画素の容量性プレートにより提供される信号を感知する。
【００４９】
上述の方法は、さらに、ファインピッチ画素を、“タッチパッド画素”の小さいアレイにさらに分割する工程を含む。タッチパッド画素のアレイは、同じ二次元空間を占有するけれども、より少数のロウとより少数のカラムを有するという意味で“小さい”。タッチパッド画素の小さいアレイも、ロウとカラムに配列される。各タッチパッド画素は、ファインピッチ画素の少なくとも二個の異なるロウに位置するファインピッチ画素、および、ファインピッチ画素の少なくとも二つの異なるカラムに位置するファインピッチ画素を有する。各“タッチパッド画素”は、第一所定距離の少なくとも二倍の第二所定距離で、隣接するタッチパッド画素と相隔てられる。
【００５０】
第一モードの動作において、上述の方法は、共同作業のため、共通タッチパッド画素にさらに分割されるそれらのファインピッチ画素を同時に有効にすると共に、集合的に、同一タッチパッド画素中でグループ分けされるファインピッチ画素の容量性プレートにより提供される信号を感知する工程を含む。このように、各タッチパッド画素は、典型的なタッチパッドにおける従来のセンサー画素のように機能する。タッチパッド画素により提供される感知された信号を用いて、検出工程が実行されて、ポインタ（すなわち、ユーザーの指先）が、基板の上面に当てられているかどうかを検出する；もし検出されたなら、そのポインタが基板に当てられている近似位置も検出される。
【００５１】
指紋感知に対応する第二モードの動作において、本方法は、どのタッチパッド画素が、検出されたポインタ位置に近いかを判断する工程を含む。ポインタ位置に近い各タッチパッド画素中のファインピッチ画素は、選択的に、共同動作から個別動作モードに切り替えられる。個別動作モード期間中、各ファインピッチロウ中のファインピッチ画素は、同時に有効になるのではなく、個々に有効になり、および、各ファインピッチロウが、対応するファインピッチロウアドレスラインにより有効になるとき、各ファインピッチ画素の容量性プレートにより提供される信号が、個別に感知される。このように、ポインタ位置に近いタッチパッド画素中のファインピッチ画素は、指紋センサー領域を形成して、ユーザーの指先の指紋画像を感知する。
【発明の効果】
【００５２】
本発明は、生産費を大幅に減少させる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１ａ】画素アレイがシリコン半導体チップ表面上に形成され、よって、消耗されるシリコン面積が大きい、第一タイプの従来の指紋センサーの断面図である。
【図１ｂ】図１ａの従来の指紋センサーの断面図と上面図の組み合わせであって、どのようにして、画素数の増加が、直接、シリコンサイズを増加させるかを説明する図である。
【図２ａ】信号送信電極と信号受信プレートが、互いに近接して位置する細い金属トレースにより形成される、別のタイプの従来の指紋センサーの断面図である。
【図２ｂ】図２ａの従来の指紋センサーの上面図であって、どのようにして、画素アレイから分離される集積回路の使用が、ＩＣと画素アレイの間に多くの相互接続金属トレースを必要とするのか、どの金属トレースが比較的大面積を消耗するかを説明する図である。
【図３ａ】フレックス基板上に形成される二次元ＴＦＴ/容量性プレートアレイの周囲を囲むトランスミッタ電極リングと、信号処理のための別個のＩＣを有する本発明の好ましい一実施態様を示す断面図である。
【図３ｂ】図３ａに示される構造の部分的拡大図である。
【図４ａ】画素アレイ中のＴＦＴ／容量性プレート画素の一つを示す断面図である。
【図４ｂ】画素アレイ中の４個の画素の上面図である。
【図４ｃ】画素アレイ全体の上面図であって、さらに、送信電極リング、ロウアドレスデマルチプレクサ、および、カラムでコードマルチプレクサの位置を説明する図である。
【図５】指紋センサー画素アレイの３つのロウと４つのカラムの電気配線図である。
【図６】図５の感知装置と指紋センサーの関連素子を組み合わせた部分図であって、どのようにして、ＩＣへの外部信号経路の数が減少するかを説明する図である。
【図７ａ】指紋センサーの上面図であって、画素アレイ、トランスミッタ電極とＩＣの間の金属経路に沿って、センサー画素アレイの周辺に位置する金属送信リングを説明する図である。
【図７ｂ】ＩＣと指紋センサーアレイの間の着脱可能コネクタを含む図７ａの左上隅の部分上面図である。
【図８】図３ａに類似する拡大断面図であって、どのように、送信電極により放射される信号が、ユーザーの指の層を介して、ユーザーの指先の山と谷に戻り、画素アレイに結合されるかを説明する図である。
【図９】送信電極が、画素アレイのロウアドレッシング電極間に設置される、本発明の別の実施態様を示すブロック図である。
【図１０】図９に類似するさらに詳細なブロック図であって、さらに、ロウアドレッシング電極を駆動する逆多重化技術を説明する図である。
【図１１】ロウアドレッシング電極デマルチプレクサ、および、カラムデコードマルチプレクサを説明するブロック図である。
【図１２】図９から図１１に示される信号のタイミング波形を示すタイミング図である。
【図１３】送信電極リングに囲まれており、かつ、タッチセンサーＬＣＤパネルの一部として含まれるように適合させた指紋センサー領域の上面図でる。
【図１４】図１３の指紋センサー領域がタッチセンサー式ＬＣＤパネルの左下隅中に組み込まれている、長方形タッチセンサーＬＣＤパネルの上面図である。
【図１５ａ】図１４に示されるタッチセンサーＬＣＤパネルに概ね類似するが、全体に、低密度タッチパッド画素にさらに分割した高密度画素を形成するタッチセンサーＬＣＤパネルの上面図である。
【図１５ｂ】図１５ａに示されるタッチセンサーＬＣＤパネルの一部の拡大図であって、ユーザーの指により接触する領域が、高画素密度の指紋センサー領域として再構成されることを示す図である。
【図１６】簡潔な電気回路図であって、画素アレイのＴＦＴ／容量性プレートにより受信される信号が、差動的に、差動増幅器により感知される方法を示す図である。
【図１７ａ】低密度画素セルに隣接する図１４のタッチセンサーＬＣＤパネルの指紋センサー領域の高密度画素を示す図である。
【図１７ｂ】図１７ａに類似する図であって、どのように、高密度画素が連動して、隣接する低密度画素セルの機能をシミュレート、または、模倣するかを説明する図である。
【図１８】上方に４個の従来の画素セルを、下方に高密度画素セルにより形成された４個の連動する画素セルを、それぞれ対応する金属電極とともに示す拡大図である。
【図１９】図１８に示される電極により伝えられる信号のタイミング波形を示すタイミング図である。
【図２０ａ】本発明に基づいて構成され、ボタンとして具体化された指紋センサーの上面図である。
【図２０ｂ】図２０ａに示される指紋センサーボタンの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
本明細書で詳細に説明され、添付の図面に示される装置及び方法は、非限定的な例示的実施形態であること、並びに、本発明の各種の実施形態の範囲は、特許請求の範囲によってのみ定義されることは、当業者には理解されよう。
【００５５】
図１ａと図１ｂは従来の指紋センサー３０を示す図である。指紋センサー３０は、シリコンチップ３２全体を、ユーザーの指先３４に由来する信号のレシーバとして用いる。様々な方法を用いて、例えばシリコンチップ自身の上で、或いは、シリコンチップ外部で、信号がユーザーの指に伝えられる；どちらの場合にも、ユーザーの指先からの信号を受信するのに用いられる画素４０が、シリコンチップ上に直接形成される。信号は、シリコンチップ中の各画素で受信される。信号検出は、電圧振幅、信号位相シフト、または、他の方法に基づき、指先の山３６を経る信号と指先３４の谷３８を経る信号の間の差を検出することにより行われる。このアプローチがもたらす一番の欠点は、シリコンチップ３２に必要なサイズと複雑さのため、コストが高いことである。レシーバ画素４０がシリコンチップ３２中に位置するので、比較的大きいシリコン面積が使われ、画素数の増加が、シリコンチップの必要な大きさを増加させる。シリコンチップ３２のサイズが増加するにつれて、欠陥の可能性も増加する；場合によっては、単一欠陥ですら、シリコンチップ３２全体を使えなくする。このほか、シリコンチップ３２表面を割れやすいガラスと同様に保護する必要がるため、このアプローチは、パッケージ方法の柔軟性の欠如を招く。
【００５６】
図２ａと図２ｂは、別の既知の指紋センサー５０を示す図で、金属線のアレイは、Ｘロウ５２とＹカラム５４のアレイに配列される。一連のＸロウライン５２は受信トレース（“Ｒｘ”）となり、一連のＹカラムライン５４は送信トレース（“Ｔｘ”）となる。ＴｘトランスミッタラインとＲｘレシーバラインの交差点は単一画素領域を形成し、そのひとつが、図２ｂの５６で示される。通常、各レシーバライン５２は、トランスミッタライン５４と交差する各位置で少し拡大されて“レシーバプレート”を形成する。理論上、ソース信号は、ＴＸトランスミッタラインからユーザーの指先３４に伝えられ、同一位置で、Ｒｘレシーバラインに戻る。別個のＩＣチップ５８は、ＴＸトランスミッタライン５４とＲｘレシーバライン５２に、それぞれ追加金属トレース６０と６２介して相互接続されて、指紋センサー５０により受信される像を処理する。
【００５７】
図２ａと図２ｂに示される既知のアプローチは、以下で説明するように、複数の原因のせいで、深刻な信号対ノイズ問題がある。Ｔｘトランスミッタライン５４、及びＴｘトランスミッタライン５４とレシーバライン５２の交差点で提供されるレシーバ“プレート”の両方は、パターン化金属層中に形成される。画素アレイ中の間隔が狭いため、一連のＴｘライン５４はそれぞれ細く、レシーバライン５２上に形成された各レシーバプレートは非常に小さい。Ｔｘラインの有効幅は隣接画素間の間隔に制限される。さらに、Ｔｘライン５４とＲｘライン５２は、（電気的短絡を回避するため）別の金属層上に形成しなければならないので、各レシーバプレートのサイズも制限され、よって、Ｔｘライン５４もＲｘライン５２のレシーバプレートもどちらも、画素領域全体を囲うことができない；そうしなければ、Ｔｘライン５４を形成する金属は、送信信号が、Ｔｘライン５４下に位置するレシーバプレートに達するのを阻止する。あるいは、レシーバプレートが金属の上層中に形成され、および、Ｔｘライン５４が金属の下層中に形成される場合、レシーバプレートは、送信信号がユーザーの指先に達するのを阻止する。その結果、このアプローチは、大きい信号損失を生じ、送信信号の焦点をぼかし、よって、像の品質が低下する。このほか、ＩＣチップ５８は、Ｔｘ送信とＲｘ受信ラインの必要数に直接関連する比較的多くのＩ／Ｏパッドを必要とする。ＩＣチップ５８と画素アレイの間のこれらの信号のルーティングは、かなり大きい面積を使う。
【００５８】
さらに、Ｔｘライン５４から指先３４に伝えられ、Ｒｘライン５２上に形成されたレシーバプレートに戻る信号は、効果的に、ラインが互いに交錯する正確な画素領域を隔離することができない。これは、任意の時点で、Ｔｘライン５４全体がアクティブで、および、Ｒｘライン全体が感知されるからである。これは、得られるイメージに基づいて変化する不要な信号を生じる。たとえば、大きい指の山３６が、Ｔｘライン５４全体上、または、Ｒｘライン５２全体上に位置する場合、その受信信号は、別の場所において一画素の正確な領域上に山を有する同様の画素のものと、たとえ両画素から等しい信号を検出することが望まれても、異なってしまう。これは、大きい画像の歪曲問題を生じ、適切な画像の再構築を試みるのに複雑な後処理を必要とする。
【００５９】
図３ａと図３ｂは、本発明の第一実施態様による指紋センサー７０を示す図である。画素アレイ７２は、シリコン集積回路装置の代わりとして、薄膜トランジスタ（“ＴＦＴ”）、または、同様の低コストスイッチング装置のアレイを有する。ＴＦＴはフレキシブル基板７３上に形成される。画素アレイ７２は、図３ｂ、図４ａ、図４ｂ、図４ｃ、および、図５に詳細に示される。アレイの各画素は一つのＴＦＴ装置を有する。このほか、比較的大きい金属キャパシタ、より正確に表現すれば、“容量性プレート”が、アレイ中の各画素に形成される。保護誘電層７８は、画素アレイ７２上に形成され、ユーザーの指先３４を受ける最上面８０を有る。容量性プレートは、フレキシブル基板７３中、誘電層７８の下に形成され、ユーザーの指先にできるだけ近く（ユーザーがその指先を置く最上面近く）に位置する。比較的広いＴｘ送信トレース７４と７６が図３ａに示され、それらは画素アレイ７２の両側に沿って延伸し、それぞれ、矢印８２と８４で示されるように指紋センサー７０からユーザーの指先３４へ高周波数信号を送信する。以下で更に詳細に示されるように、Ｔｘ送信トレース７４と７６は、実際には、画素アレイ７２を囲む単一のＴｘ送信リングの部分である。送信トレース７４と７６は、フレキシブル基板７３の最下面上に形成される。別個の集積回路シリコンチップ８６が、フレキシブル基板７３の最下面に接着され、導電トレースがフレキシブル基板７３に沿って及び／又は貫通して延伸し、ＩＣチップ８６と画素アレイ７２を相互接続する。フレキシブル基板７３について記述したが、記述された構造は、望むなら、容易にガラスまたは他の硬質の基板上に製造される。
【００６０】
図４ａと図５に示されるように、各ＴＦＴ９０は、ロウアドレスライン９４に接続されるゲート電極９２を有する。図５は、画素アレイ７２の最初の三つのロウおよび最初の四つのカラムを示す図である。図５において、ＴＦＴ９０は画素アレイの第一ロウ中に位置し、そのゲート電極９２は、画素アレイ７２の第一ロウ（“Ｒｏｗ１"）のロウアドレスライン９４に接続されている。図５に示されるように、画素アレイ７２の各ロウ(すなわち、Ｒｏｗ１、Ｒｏｗ２、Ｒｏｗ３, ...)は、ひとつずつ、個別にアドレスされる。これは、画素アレイ７２中の各画素位置で、ＴＦＴ（たとえば９０）を有することにより提供される。ゲート電極９２のほかに、ＴＦＴ９０は、さらに、半導体領域１００により互いに分離されるドレイン電極９６とソース電極９８を有する。このほか、ゲート電極９２は、ゲート絶縁層１０２により、半導体領域１００、およびドレイン電極９６とソース電極９８から相隔てられる。ゲート電極９２が接続されるロウライン９４が選択されるとき、ゲート電極９２は、半導体領域１００を導電状態にし、ドレイン電極９６とソース電極９８が互いに電気的に結合される。一方、ロウライン９４が選択されないとき、半導体領域１００は、ドレイン電極９６とソース電極９８を電気的に絶縁する。ＴＦＴ９０の上述の構造は、フレキシブル基板上にＴＦＴを製造するのに用いられる既知の方法と整合する。
【００６１】
引き続き、図４ａと図５を参照すると、画素電極、または、容量性プレート１０４がＴＦＴ９０上に形成される。画素電極１０４は、フレキシブル基板７３にほぼ平行に延伸し、ユーザーが指先を押し付ける表面に平行である。画素電極１０４は、画素電極１０４と、ゲート電極９２及びロウライン９４とを電気的に絶縁する層間絶縁層１０６の最上面でサポートされる。ビア１０８が、ゲート絶縁層１０２と層間絶縁層１０６を貫いて形成されて、画素電極１０４を、ＴＦＴ９０のドレイン電極９６に電気的に接続する。図３ｂに示されるように、指紋センサー７０の製造が完了するとき、画素アレイ７２の画素電極１０４、１１０、１１２、１１４と１１６は、保護層により分離されるユーザーの指先の真下に位置する。注意すべきことは、ＴＦＴ９０のソースラインとドレインラインは、画素電極１０４下に完全に位置し、ユーザーの指先３４との重要な直接的な静電結合に関与せず、これにより、ロウラインまたはカラムラインを介して導入される浮遊信号は減少する、。上述のように製造されるとき、ロウラインはＴＦＴのゲートに接続され、カラムラインはＴＦＴのソースに接続される。各画素電極１０４は、各ＴＦＴのドレインからユーザーの指先に、キャパシタを形成する。
【００６２】
図３ｂは、画素アレイの共通のロウに位置する全画素電極１０４、１１０、１１２、１１４と１１６を示す図である。実際には、画素電極の多数のロウがある。図４ｂのグリッドレイアウトを参照すると、画素電極１０４と１１０は、Ｒｏｗ１に互いに隣接して配置され、ＴＦＴ９０とＴＦＴ１２４両方のゲート電極はロウライン９４に共通に接続される。二個の別の画素電極１１８と１２０が図４ｂに示され、次に続くロウに位置する。それぞれ、画素電極１１８と１２０に関連するＴＦＴ１２６と１２８は、画素アレイのＲｏｗ２に対応するロウライン１３０に接続されるゲート電極を各々有する。各画素電極は、本質的に、ユーザーの指先と、画素電極とユーザーの指先を電気的に分離する保護誘電層とに沿って、キャパシタを形成する。ユーザーの指先に送信される信号は、各キャパシタにより、画素アレイ７２に結合される。ユーザーの指先の山がちょうど画素上にあるとき、この有効なキャパシタのプレートは互いにより近接し、ユーザーの指先の谷がちょうど、画素上にあるとき、この有効なキャパシタのプレートは、互いにより離れている。画素から画素へのこのようなキャパシタンスの変化のため、各画素のＴＦＴにより結合される送信信号はそれに従って変化し、これらの変化は、指紋の像の形成に利用できる。このほか、材料スタックの上部近くに、大きい金属キャパシタまたは“画素電極”を形成するとともに、カラムラインをさらに下に位置させることにより、アレイ中の別の位置からの外部信号は、より効果的に、カラムラインにより検出されるデータから隔離される。その一方で、ＩＣチップ８６がフレキシブル基板７３の底面に取り付けられて、ロウラインを駆動すると共に、カラムラインにより提供されるデータ信号を処理する。
【００６３】
図４ｃは、指紋センサー７０の簡潔な上面図である。画素アレイ７２は、画素のＸロウとＹカラムを有し、各画素は、図４ａ、図４ｂ、および、図５を参照して説明した方法で製造される。画素アレイ７２は、送信リング７４により周囲が囲まれて、高周波数信号をユーザーの指先に送信する。送信リング７４は画素アレイ７２の領域外側に位置する。送信リング７４は、高周波数信号を効果的にユーザーの指先３４に送信する。この放射信号は、ユーザーの指先により伝導され、指先表面の山と谷を通り抜け、顧客のシステム中の保護介在材料（すなわち、携帯電話カバーガラス）を通過し、画素アレイ７２の容量性金属プレート、または、画素電極上で受信される。
【００６４】
デマルチプレクサ１４０は、画素アレイ７２の一方の側に沿って延伸する。デマルチプレクサ１４０は、、画素アレイ中のどのロウが任意の時点で選択されるかを示す制御信号をＩＣ８６から受信する。デマルチプレクサ１４０はその制御信号を復号すると共に、ロウライン(９４、１３０，・・・１４２)を駆動して、その時々で一つのロウだけを有効にする。デマルチプレクサ１４０は、ＩＣ８６と画素アレイ７２の間で延伸する必要がある導電トレースの数を減少させる。たとえば、画素アレイ７２が画素の２５６ロウを含む場合、画素アレイ７２は２５６ロウラインを含む。一方、２５６ロウラインのひとつを選択するため、ＩＣ８６とデマルチプレクサ１４０の間で延伸する８バイナリー制御ラインしか必要ない。
【００６５】
再度、図４ｂと図５を参照すると、カラム電極１４６、１４８、１５０と１５２を有する一連のＹカラム電極が、画素アレイ７２を貫いて延伸して、選択されたロウの対応するカラム中に位置する画素から生成された信号を検出する。たとえば、ロウ９４が選択される場合、ＴＦＴ９０のソース電極に接続されるカラム電極１４６は、画素電極１０４により提供される信号を感知する。同様に、ＴＦＴ１２４のソース電極に接続されるカラム電極１４８は、画素電極１１０により提供される信号を感知する。よって、各ＴＦＴのゲートが対応するロウドライバに接続され、各ＴＦＴのドレインが画素電極（ユーザーの指先とキャパシタを形成する）に接続され、および、各ＴＦＴのソース端子が、カラムライン、または、“データライン”に接続されて、信号処理のためのＩＣ８６に結合される。図示されるロウライン（９４、１３０）とカラムライン（１４６、１４８、１５０と１５２）は、ＬＣＤの製造に用いられる透明金属であるインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を含む任意の導電金属から形成される。透明性が必要ないとき、その他の金属、たとえば、アルミニウム、または、銅を用いることもできる。
【００６６】
図４ｃに戻ると、カラムデコード回路ブロック１４４が、図５に示されるカラム電極１４６、１４８、１５０と１５２を含む全カラム電極に電気的に接続される。よって、カラムデコード回路ブロック１４４は、選択されたロウ中の各画素で、信号レベルを検出する。画素アレイのＸロウを順次選択することにより、ユーザーの指紋の像が、Ｘ×Ｙ画素を有して生成される。検出された信号の特徴が、送信された信号がユーザーの指先の山または谷を経過するかどうかに基づいて変化する限り、容量性プレートまたは画素電極は、信号振幅、信号位相シフトまたは別の方法で、ユーザーの指先３４から信号エネルギーを受信できる。必要に応じて、送信されたＴｘ信号の特徴（周波数、振幅等）は、画素アレイからの一検出から次の検出に変更されてよいし、より正確なを生成するために、複数のサンプルを得て平均を求めてもよい。
【００６７】
使用するとき、単一のロウドライバがオンになり、画素の特定のロウを起動する。送信リング７４が用いられて、所定周波数で、既知の信号を送信する。選択されたロウ中の画素の信号コンテンツがカラムラインに転送されて、外部ＩＣチップ８６中で、検出、感知、および、処理される。このアプローチは、ＩＣチップ８６を、物理的に、画素アレイから離し、また、逆多重化/多重化スキームの使用により、ＩＣチップ８６と画素アレイの間のロウ選択ラインと感知された信号データラインの低減を可能にする。各画素電極（１０４、１１０等）は、指先とキャパシタを形成し、キャパシタの値は、各画素位置上の指（山または谷）表面によって決まる。各画素電極は、指先からの信号を受信し、および、関連するＴＦＴが“ＯＮ”の場合（すなわち、この特定のロウのロウドライバが有効になり、このＴＦＴの“ゲート”をオンにする）、容量性結合信号がＴＦＴを通り、画素アレイの“データライン”、または、カラム電極に現れる。
【００６８】
カラムデコード回路ブロック１４４は、アレイの各画素で検出される信号を処理して、指紋の像を形成するＩＣ８６に電気的に接続される。カラムデコード回路ブロック１４４とＩＣチップ８６の間の導電トレースの数を最小化するため、検出された信号は、ブロックにして、カラムデコード回路ブロック１４４からＩＣチップ８６に送信される。たとえば、画素アレイ７２が、画素の２５６カラムを有する場合、カラムデコード回路ブロック１４４は、一度に、１６信号のブロックを送信し、それにはアレイの各ロウにつき１６回の送信を必要とする。カラムデコード回路ブロック１４４とＩＣチップ８６の間の信号データ用の１６本の導電トレース以外に、必要となるのは、１６データブロック中のどれが送信されるかを示すためのわずか４本の別の制御ラインである。この多重化技術は、カラムデコード回路ブロック１４４とＩＣチップ８６の間で延伸させなければならない金属トレースの数を大幅に減少させる。
【００６９】
図６は、デマルチプレクサ１４０、および、カラムデコード回路ブロック１４４が、ＩＣ８６と画素アレイ７２の間で延伸する必要がある導電トレースの数を減少させる方法を説明するのに役立つ。ロウライン９４、１３０等は、デマルチプレクサ１４０により駆動される。デマルチプレクサ１４０は、ロウラインの数に等しい数の出力端子を有し、その時々で、一つのロウだけが選択される。対照的に、ＩＣ８６とデマルチプレクサ１４０の間で延伸する選択ライン１５４の数は、指数関数的に減少する。再度、アレイに、画素の２５６ロウがある場合、選択ライン１５４は、２５６ロウの一つを一意に識別するために、たった８個の導電トレースを必要とする。このように、デマルチプレクサ１４０は、簡潔なデジタルロジックにより、（x）の選択ラインで２Ｘロウをアドレスする。あるいは、デマルチプレクサ１４０は、単に、デジタルシフトレジスタであって、ロジック“１”の出力信号は、Ｒｏｗ１出力端子からＲｏｗ２出力端子へ、という具合に連続的に渡され、全ロウが有効になるまで、一度に一ロウずつ有効にする。
【００７０】
同様に、画素アレイが、カラム電極１４６、１４８、１５０と１５２を含む２５６カラム電極を有する場合、および、カラムが、さらに、１６カラムの１６ブロックに分割される場合、カラムデコード回路ブロック１４４は、図６のバス１５６で示される１６個の導電トレースで、データの各ブロックを送信することができる。この例では、図６に選択ライン１５８として示される４個の別の導電トレースは、データの１６ブロックのひとつを、一意的に画素の所定のロウにアドレスするのに十分である。カラムドライバの場合、信号はアナログで、アナログマルチプレクサにより、逆多重化しなければならない。例として、Ｙ選択ラインを用いて、２Ｙカラムから一最終アナログ入力“Ｍ”を得る。この構成によれば、Ｍは、１、または、それより大きい数である。これは、単に、このプロセスに許容される必要な信号の減少、および、タイミングに基づく。たとえば、システムが、一度に単一の画素をアドレスする（Ｍ＝１）ことを選択する場合、Ｘ×Ｙ画素のすべてに、個別にアドレスされなければならない。
【００７１】
図７ａは、画素アレイ７２に関連するＴｘ送信リング７４’の位置を示す。Ｔｘ送信リング７４’は簡潔な金属構造で、ゲート絶縁層１０２の上（図４ａを参照）、または、ゲート絶縁層１０２の下方に形成される。Ｔｘ送信リング７４’は、ＩＣチップ８６、または、外部ドライバにより供給される信号で駆動される。Ｔｘ送信リング７４’は、画素アレイ７２から十分離れて設置されて、送信リング７４'から画素電極への直接の信号の入射を回避する；もっと正確に言えば、送信リング７４'から放射される高周波数信号は、画素電極に結合される前に、まず、ユーザーの指先３４を通過しなければならない。図７ａにおいて、コネクタ１６０は、画素アレイ７２とＩＣチップ８６の間で延伸して、電気信号を通過させる。必要であれば、図７ｂに示されるように、コネクタ１６０は、着脱可能なコネクタ１６０’として形成される。
【００７２】
図８は、すでに記述された図３ａに類似し、どのようにして、送信電極７４と７６により放射される信号が、ユーザーの指の層を介してユーザーの指先の山と谷に戻り、画素アレイに伝わるかを説明する。図８において、ユーザーの指先は、符号１７０により示される。山と谷を含むユーザーの指先の外層は、１７２により示される。外層１７２の真上は、組織１７４の内部導電層である。送信電極７４と７６から放射される高周波数信号は、それぞれ、矢印８２と８４に沿って上に通過し、保護誘電層７８を経て、ユーザーの指先の外層１７２を経て、組織１７４の導電層に達する。層１７４により伝導する信号は、画素アレイ７２に向かって下に放射され、外層１７２の山と谷を経て、さらに、矢印１７６により示される経路に沿って保護誘電層７８を経て、画素電極（図８の１７８で示される）により受信される。図８において、画素アレイ７２の下に設置される金属層１８０は、たとえば、画素アレイ中で、アクティブロウを選択するのに用いられるロウアドレスラインのルーティングを表す。再度、ＩＣチップ８６が、画素アレイ７２をサポートする基板底面に取り付けられる。
【００７３】
図９において、本発明の別の実施態様がブロック図で説明され、送信電極は、画素アレイのロウアドレッシング電極間に組み込まれている。この例において、画素アレイ７２は、９６ロウと９６カラムのマトリクスである。前述の実施態様のように、画素アレイ７２は画素セルのマトリクスにより形成され、各画素セルは、ＴＦＴと画素電極を含む。図９において、ブロック１９０は、ロウライン１９２（ｒｏｗ  Ｇ０）、１９４（ｒｏｗ  Ｇ１）から１９６（ｒｏｗ  Ｇ９５）をアドレスするのに用いられるロジックを表している。ロウライン１９２（Ｇ０）は、共通の第一ロウ中に位置するＴＦＴのゲート電極に接続される（注意すべきことは、図９において、アレイは９０度回転されており、ロウは、図の上下に延伸していることである）。同様に、ロウライン１９４（Ｇ１）は、共通の第二ロウに位置するＴＦＴのゲート電極に接続される。ロウライン１９６（Ｇ９５）は、画素アレイ７２の共通の最終ロウに位置するＴＦＴのゲート電極に結合される。
【００７４】
前述の実施態様の場合のように、画素のアドレスされたロウ中の画素電極により受信される信号を感知するため、ライン１９８（Ｃ０）、２００（Ｃ１）から２０２（Ｃ９５）を含むカラムまたはデータ電極が、共通のカラムに沿って位置するＴＦＴのソース端子に接続される。カラム電極ライン１９８（Ｃ０）、２００（Ｃ１）から２０２（Ｃ９５）は、それぞれ、カラムデコード回路ブロック１４４に接続されて、画素の選択されたロウ中の各画素電極により受信される信号を検出する。
【００７５】
図９に示される実施態様中、ＴＸ０ライン２０４、ＴＸ１ライン、・・・、ＴＸ１０ライン２０６からＴＸ９５ライン２０８を含み、ＴＦＴロウロジックブロック１９０から延伸し、および、ロウアドレッシングライン１９２（ｒｏｗ  Ｇ０）、１９４（ｒｏｗ  Ｇ１）から１９６（ｒｏｗ  Ｇ９５）間に交互に配置されて延伸する一連の送信電極がある。図７ａに示される送信リング７４’の代わりに、これらのＴＸラインが用いられ、高周波数信号をユーザーの指先に送信する。まず、これは、送信電極を、画素アレイから横方向に隔てた状態にし、送信電極から画素電極への直接的な静電結合を防止する（すなわち、ユーザーの指先を迂回する）出願人の目的と相反するように見える。しかし、どの送信電極がその時々でアクティブであるかを慎重に選択すること、および、アクティブ送信電極と画素アレイの選択されたロウの間の距離を維持することにより、送信電極から画素電極への直接的な静電結合を概ね防止することができる。このほか、画素アレイの周辺ではなく、その中に送信電極を設置することにより、画素アレイの周囲を囲う送信電極のための追加領域を基板上に確保する必要性を無くせる。
【００７６】
図１０は、ＴＦＴロウロジックブロック１９０中に形成されるロジックコンポーネンツの高レベル機能図である。ロジックコンポーネンツは、ロウアドレッシングライン１９２（ｒｏｗ  Ｇ０）、１９４（ｒｏｗ  Ｇ１）から１９６（ｒｏｗ  Ｇ９５）、および、ＴＸ０ライン２０４、ＴＸ１ライン２０６、・・・、ＴＸ１０ライン２０７からＴＸ９５ライン２０８を制御するのに用いられる駆動信号を生成する。ＴＦＴロウロジックブロック１９０の動作は、図１２に示されるタイミング波形を参照することによりさらに理解できる。ＩＣチップ８６は、開始信号２２０をＴＦＴロウロジックブロック１９０に送信して、画素アレイ７２の読み取り周期を開始し、ロジック素子をクリア／リセットする。パルスクロック信号２２２は、さらに、ＩＣチップ８６により、ＴＦＴロウロジックブロック１９０に提供されて、時間基準を提供する。ＩＣチップ８６は、さらに、ライン２２４で、パルスＧＤを送信して、ロウアドレッシングラインを有効にする手順の開始を指示する。パルスＧＤがアクティブである最初のクロックサイクルＣで、ロウアドレスライン１９２（Ｇ０）がアクティブになり、画素の第一ロウ中のＴＦＴのゲート電極を有効にする。次に続くクロックサイクルＣで、ロウアドレスライン１９２（Ｇ０）はローレベルに戻り、次のロウアドレスライン１９４（Ｇ１）がアクティブになる。このプロセスは、９６番目のクロックサイクルまで続き、ロウアドレスライン１９６（Ｇ９５）がアクティブになる。
【００７７】
引き続き、図９、図１０、および、図１２を参照すると、ＴＸ信号２２６は、ユーザーの指先に送信される高周波数信号を表している。上述のように、 ＴＸ信号２２６は、ＩＣチップ８６により、または、外部ソースから提供される。更なる信号ＴＤが、第一フリップフロップレジスタ２３０への入力としてライン２２８に提供される。フリップフロップレジスタ２３０の出力はＡＮＤゲート２３２に結合される。フリップフロップレジスタ２３０の出力がローレベルのとき、ＡＮＤゲート２３２は、ライン２２６上の信号ＴＸが、ＴＸ０ライン２０４に送信されるのを阻止する。フリップフロップレジスタ２３０の出力は、さらに、次に続くフリップフロップレジスタへのデータ入力として機能し、次に続くフリップフロップレジスタは、同様に、ＴＸ１ライン２０６等を駆動するＡＮＤゲートを制御する。
【００７８】
図９と図１０に関して、出願人は、その時々に感知される画素アレイのアクティブロウの両側に、約１０ロウの非アクティブトランスミッタライン持たせれば十分であると判断した。よって、画素の第一ロウがゲート電極１９２により選択される場合、最初の１０個の送信電極２０４(ＴＸ０)、２０６(ＴＸ１)、・・・ＴＸ９を無効にすることが望まれる。はじめに、第一フリップフロップ２３０を含む最初の１１個のフリップフロップは、初期化（Ｉ）信号２２０によりリセットされ、残りのフリップフロップは初期化（Ｉ）信号２２０により設定される。よって、画素の第一ロウが選択されるとき、最初の１１個の送信電極２０４（ＴＸ０）、２０６（ＴＸ１），・・・ＴＸ１０は、それぞれのＡＮＤゲート（ＡＮＤゲート２３２を含む）により無効にされ、最初は、ＴＸ１１からＴＸ９５の全部で８５のアクティブ送信電極用に有効にされる。
【００７９】
各後続のクロックサイクルにおいて、アクティブ送信電極の数が７６に減少するまで、別の送信電極が無効になる。クロック信号２２２（Ｃ）の最初の１０クロックサイクル期間中、ＩＣチップ８６により提供されるＴＤ入力信号２２８が、ロジックローレベル（“０”）に維持されて、それらのそれぞれのＡＮＤゲートにより無効になる最初の１１個の送信電極２０４（ＴＸ０）、２０６（ＴＸ１）、・・・からＴＸ１０を維持し、右側の追加の送信電極が無効になる。１０個のクロックサイクル後、ＴＤ入力信号２２８がロジックハイレベル（“１”）に切り替わり、画素の各ロウの読み取りを終了するのに用いられるクロックサイクルの剰余の間高いままを維持する。よって、画素の第１１ロウがロウアドレスラインＧ１０により選択されるとき、送信電極２０４（ＴＸ０）が有効になり、高周波数信号をユーザーの指に送信する一方、隣接する送信電極ＴＸ１からＴＸ２０は無効になる。このパターンは各クロックサイクルで継続され、効果的に、感知される選択されたロウの両側に、１０個の非アクティブＴＸロウを提供する。アクティブ感知ロウが、各クロックサイクルで、画素アレイを横切るに従い、ＴＸ送信電極の"非アクティブ範囲"を与える。最後の２０ロウが感知のために選択されるとき、非アクティブ送信電極の数は、２０から１０に減少し始める。この事例では、どの時点においても無効であるＴＸ送信電極の最大数は２０であり、少なくとも７６個の別のＴＸ送信電極が同時に有効になり、確実に、高周波数ＴＸ信号をユーザーの指に送信する。
【００８０】
図１２に示されるように、ロウアドレスライン１９２（Ｇ０）が選択される期間、送信ライン２０４（ＴＸ０）、２０６（ＴＸ１）から２０７（ＴＸ１０）はローレベルのままか、または、無効になる。一方、送信ライン２３４（ＴＸ１１）から２０８（ＴＸ９５）は、能動的に、高周波数ＴＸ信号で駆動されて、ＴＸ信号をユーザーの指先に送信するのを助ける。同様に、ロウアドレスライン／ゲート電極Ｇ１０が選択されるとき、ＴＸ１からＴＸ１０、および、ＴＸ１１からＴＸ２０の送信電極は無効になり、他のＴＸライン（すなわち、ＴＸ０とＴＸ２１−ＴＸ９５）は全て有効になり、ＴＸ信号をユーザーの指先に送信するのを助ける。このように、感知中の画素電極は、隣接するＴＸラインから直接、送信されたＴＸ信号を受信しないが、画素電極とユーザーの指先の間の容量結合の結果としてのみ受信する。さらに、図１０に示されるＴＦＴロウロジックブロック１９０の全ロジック回路は、画素アレイを形成するのに用いられるのと同一種類のＴＦＴを用いて、画素アレイ７２が形成される同一フレキシブル基板上に形成される。
【００８１】
図１１と図１２の波形図は、カラムデコード回路１４４（図９と図１０を参照）がマルチプレクサとして構成され、画素アレイ７２とＩＣチップ８６の間を走る導電線の数を減少させる方法を説明する。バス２５０により表される３個のバイナリー選択信号は、ライン２５４から２５６を含む８出力ラインを提供する３−ｔｏ−８デコーダ２５２により受信される。破線ボックス２５８で示される第一マルチプレクサは、一連の８ＴＦＴを有する。最初のＴＦＴが、カラム電極２６０（ｃ９５）と出力ポート２６４（Ｃｏｕｔ１１）の間に介在する。破線ボックス２５８中の最後のＴＦＴは、カラム電極２６２（ｃ８８）と出力ポート２６４（Ｃｏｕｔ１１）の間に介在する。よって、８個のカラム電極ｃ９５からｃ８８の一つが、その時々において出力ポートＣｏｕｔ１１に結合される。
【００８２】
引き続き、図１１を参照すると、２６６と２６８で示されるものを含む１１以上のマルチプレクサが提供され、同じ方法で、出力ポート２７０（Ｃｏｕｔ０）から２７２（Ｃｏｕｔ１０）にデータ信号を提供する。よって、１２個の出力信号は、その時々において出力ポート２７０から２６４（Ｃｏｕｔ０からＣｏｕｔ１１）により提供される。８個の可能な状態のそれぞれの間中、選択バス信号２５０を循環させることにより、データの全９６カラムが感知されると共に、ＩＣチップ８６に伝導される。図１２に示されるように、各ロウアドレ期間中、８個の可能な状態を通して、選択バス信号２５０が循環されて、選択されたロウ中の全カラムが感知される。よって、図１２において、選択バス信号２５０が第一状態（＝０）であるとき、カラムｃ０が感知され、ユーザーの指先の山または谷が対応する画素電極上にあるかどうかに基づいて、送信されたＴＸ信号波形がライン１９８（ｃ０）上により大きい、またはより小さい程度に再現される。同様に、選択バス信号２５０が第二状態（＝１）であるとき、ユーザーの指先の山または谷が対応する画素電極上にあるかどうかに基づいて、カラムｃ１が感知され、送信されたＴＸ信号波形がライン２００（ｃ１）上に、より大きい、またはより小さい程度に再現される。
【００８３】
当業者ならわかるように、上述の指紋センサーは、タッチスクリーンモニターを有するコンピュータ、タブレット型コンピュータ、または、携帯電話に用いられるタイプの従来のＬＣＤタッチパッド中に組み込まれる。たとえば、図１３は、図３から図８と併せて記述された、画素アレイ３０４を囲む送信電極リング３０２を含む一般型の指紋センサー３００を示す図である。図１４を参照すると、携帯電話ＬＣＤタッチパッドディスプレイパネル３１０は、その左下隅に、図１３の指紋センサー３００が組み込こまれている。
【００８４】
一般のＬＣＤタッチパッドにおいて、すなわち、指紋センサー領域３００の外側に位置する図１４のパネル３１０の部分は、約５００ミクロンのピッチで配置される比較的低密度の画素の二次元アレイで形成される。すなわち、ある画素セルの中央から隣の画素セルの中央までの距離は約５００ミクロンである。パネルは、単に、指先、または、タッチペンがディスプレイパネル３１０の領域に接触していることを検出する必要があるだけなので、画素密度は比較的低い。対照的に、正常に機能させるため、指紋センサーアレイ部分３００は、中央から中央まで約５０−７０ミクロンのより微細なピッチで配列されたより高密度の画素を有すべきである。よって、指紋センサー領域３００には、タッチパッドパネル３１０中、画素ロウ毎に１０ロウもの画素がある。同様に、指紋センサー領域３００には、タッチパッドパネル３１０中、画素カラム毎に１０カラムもの画素がある。
【００８５】
しかし、指紋センサー領域３００の製造に用いられる技術は、ディスプレイパネル３１０の剰余により、低密度のタッチセンサー画素を製造するのに用いられる技術と非常に類似する。よって、図１４に示される指紋センサー領域３００は、ディスプレイパネル３１０左下隅に制限されるが、必要に応じて、指紋センサー領域３００を拡大して、ディスプレイパネル３１０の底面全体を被覆したり、または、ディスプレイパネル３１０中の別の領域に拡大してもよいことが理解されなければならない。
【００８６】
外部ノイズ信号をさらに防止するため、画素電極により検出される信号を感知する正確さは、差動モードで、画素電極信号を感知することによりさらに増加させることができる。このアプローチは、人体自身、または、別のソース、たとえば、指紋センサーが設置される電子装置に起因する全タイプのコモンモードノイズの除去を可能にする。図１６を参照すると、ＴＦＴ４００とその関連する画素電極４０１は、指紋センサー領域の第一画素を形成する；ＴＦＴ４０２とその関連する画素電極４０３は、ＴＦＴ４００で、同一ロウ中、第二画素を形成する；および、ＴＦＴ４０４とその関連する画素電極４０５は、ＴＦＴ４００と同一カラム中、第三画素を形成する。ＴＦＴ４００とＴＦＴ４０２は、第一ロウアドレッシングライン４０６に接続される。ＴＦＴ４０４は、第二ロウアドレッシングライン４０８に接続される。ＴＦＴ４００とＴＦＴ４０４のソース端子は、どちらも第一カラム電極４１０に接続される；ＴＦＴ４０２のソース端子は、第二カラム電極４１２に接続される。
【００８７】
引き続き、図１６を参照すると、第一カラム電極４１０が第一差動増幅器４１４の正(非反転)の入力端に接続される。同様に、第二カラム電極４１２が第二差動増幅器４１６の正(非反転)の入力端に接続される。一例として、以下に説明するように、差動増幅器の数は、カラム電極の数よりひとつ少ないことを除いて、同様の差動増幅器が画素アレイの残りのカラム電極に提供される。カラム電極４１８は、各差動増幅器４１４、４１６等の負の(反転)端子に接続される。カラム電極４１８は、通常のカラム電極４１０、４１２等と同じ程度まで広がり、画素アレイの長さだけ延在する。一般のカラム電極（すなわち、４１０と４１２）により受信される浮遊、干渉信号はさらに、カラム電極４１８により受信される。よって、差動増幅器４１４は、カラム電極４１０が作り出す信号からのカラム電極４１８が作り出す浮遊、干渉信号を効果的に取り去り、および、得られた出力信号４２０は、不要なノイズ成分がなく、選択された画素ロウ中の画素電極により感知される信号を含む。
【００８８】
図１６において、必要であれば、カラム電極４１８は、実際には、アクティブ画素に結合されない“ダミー”電極である。人体ノイズの除去において、このダミーカラムは、実際のカラム電極と同様に、ユーザーの指に近接する領域に位置しなければならない。あるいは、カラム電極４１８は、アレイ中の画素の特定カラムに関連する実際のカラム電極である；この場合、コモンモードノイズを受信する“犠牲”であるカラム電極に感知されるデータは存在しない。画素アレイの欠測カラム用にデータ信号を再形成するため、指紋が任意データではないことに気づくべきである。本質的に、指紋は山(最大)と谷(最小)を有し、指紋像は、最小と最大信号の間で変動する。画素アレイの欠測カラムにおけるデータを再構成する比較的簡単な方法の一つは、周囲の画素の値を見て、欠測データ値を計算し、欠測カラムの各ロウ中の値を補間することである。
【００８９】
図１３と図１４に関連して、上述されたように、指紋センサー領域３００は、従来のＬＣＤタッチパッドパネル３１０中に組み込まれる。さらに、従来のＬＣＤタッチパッドパネルにおける指紋センサー領域３００の統合に役立たせるため、指紋センサー領域３００は、選択的に、周囲の低密度感知画素の動作を模倣するモードで動作する。
【００９０】
図１７ａを参照すると、指紋センサー領域５００は、タッチパッドディスプレイパネル５０２の左下隅中に形成される。この例において、図９−図１２と共に記述される一般的な方法で動作する交互配置される送信電極を選択して、図１３の周囲の送信リング３０２が省略される。タッチパッドディスプレイパネル５０２は、低密度感知画素５０４から５２０のアレイを有する。各感知画素５０４から５２０は、ユーザーの指先、または、タッチペンが、このような感知画素の直上のカバーガラスに当てられるかを検出する。図１７ａに示される例において、単一の低密度画素（すなわち、５０４)毎に、指紋センサー領域５００中、線上に伸びる長さごとに、約７の高密度画素がある。指紋センサー領域５００により占有される領域は、低密度画素の４×４アレイの領域を代替する。指紋センサー領域５００が“指紋モード”で使用されて、指紋画像を生成するとき、画素アレイ中の各画素電極は、個別に、すでに述べた方法で、アドレスされ、および、感知される。
【００９１】
図１７ｂを参照すると、“模倣 モード”の動作期間中、指紋センサー領域５００中の７×７画素のグループは、仮想低密度画素を形成するよう連動し、タッチパッドディスプレイパネル５０２の低密度画素５０４から５２０を模倣する。図１７ｂに示されるように、仮想低密度画素５２２は、高密度画素の７×７アレイにより形成される。タッチパッド領域５２０を模倣するためにＦＰＳ領域５００が構成されると、ＦＰＳ領域５００のロウは、連動モードで、選択され、または、選択されない。どの時点においても、有効にされる／選択されるＦＰＳ領域５００中のロウ数は、密度タッチパッド画素のサイズに対する高密度ＦＰＳ画素のサイズに基づく。図１７ａと図１７ｂに示される例において、ＦＰＳ領域５００の７ロウのグループは連動する。７個の隣接するロウの選択のほか、同時に、７個の隣接するカラム電極が短絡する。このように、４９画素 (７×７)の画素電極に集められた信号は平均化されて、タッチパッドディスプレイパネル５０２の各低密度画素（すなわち、５０４、５０６等）により生成される信号を模倣する一出力信号を提供する。当業者ならわかるように、この“模倣 モード”の動作において、必要に応じて、ＦＰＳ領域５００中の連動する／短絡したカラム電極とタッチパッドパネルの存在するカラムラインを結合させて、提供される信号を感知、および、処理することが望ましい。
【００９２】
図１８に示されるように、タッチパッドディスプレイパネル５０２は、４個の低密度画素５０３、５０４、５０５と５０６を有する。これらの低密度センサー画素は、ロウライン５３０と５３２、および、カラムライン５３４と５３６によりアドレスされる。図１８において、指紋センサー領域の高密度画素は図示のように連動し、ここでは各低密度画素は、１０画素×１０画素の高密度画素に対応する。この例において、タッチパッド画素(５０３、５０４、５０５と５０６) は５００μｍ×５００μｍであり、ＦＰＳ画素は５０μｍ×５０μｍである。ＦＰＳ領域がタッチパッド領域を模倣するため、ＦＰＳ Ｒｏｗ１からＦＰＳ Ｒｏｗ１０は同時に“ＯＮ”になり、ＦＰＳカラムは、１０カラムのグループ単位 (すなわち、ＦＰＳカラム１からＦＰＳカラム１０；ＦＰＳカラム１１からＦＰＳカラム２０等)で短絡する。このように、仮想ＦＰＳ画素サイズは、５０μｍ×５０μｍから５００μｍ５００μｍに増加する。複数のロウを同時に選択することによるＦＰＳロウのグループ化と、必要数のカラムの短絡は、ＴＦＴを用いて完成する。この方法は、ファイン画素ＦＰＳが、タッチパッドの大きい画素を模倣するのを許容する。
【００９３】
指紋センサー領域５００の高密度画素は、ロウ選択ライン５４８によりアドレスされ、選択されたロウのカラムは、カラム電極ライン５５０により感知される。４個の仮想低密度画素は５４０、５４２、５４４、５４６で示される。指紋像が必要なとき、１０個のロウアドレスライン(ＦＰＳ Ｒｏｗ１１からＦＰＳ Ｒｏｗ２０)は、個別に、仮想低密度画素５４０中の１０個のロウ (１１−２０)をアドレスする、または、低密度画素の動作を模倣するとき、１０個すべてのロウは、同時に選択される。同様に、指紋画像が必要なとき、１０個のカラム感知電極（ＦＰＳカラム１からＦＰＳカラム１０）は、個別に、仮想低密度画素５４０中の１０個のカラム（１−１０）を感知する、または、低密度画素の操作を模倣するとき、１０個すべてのカラムが短絡する。
【００９４】
図１９のタイミング波形は、低密度画素の動作を模倣するのに用いられるときの指紋センサー領域 (ＦＰＳ) ５００、および、その高密度画素の動作をさらに説明する。第一クロックサイクル（ｔ０）中、ＦＰＳ Ｒｏｗ１−１０はすべて有効になり、仮想画素５４４と５４６が選択される。同一クロックサイクル中、ＦＰＳカラム１−１０が短絡して、仮想画素５４４を感知し、ＦＰＳカラム１１−２０が短絡して、仮想画素５４６を感知する。次のクロックサイクル（ｔ１）中、ＦＰＳ Ｒｏｗ１−１０はすべて、もう一度無効になり、ＦＰＳ Ｒｏｗ１１−２０はすべて有効になり、仮想画素５４０と５４２が選択される。再度、クロックサイクルｔ１中、ＦＰＳカラム１−１０が短絡して、仮想画素５４０を感知し、ＦＰＳカラム１１−２０が短絡して、仮想画素５４２を感知する。このプロセスは、全仮想画素が感知されるまで継続される。その後、ロウ５３０と５３２を含むタッチパッドパネル (すなわち、ＴＰ Ｒｏｗ１；ＴＰ Ｒｏｗ２；ＴＰ Ｒｏｗ３； ... ＴＰ Ｒｏｗ Ｎ)のロウが個別に選択される期間中、十分な数の追加クロックサイクルが続き、選択されたタッチパッドロウ中の画素が、ユーザーの指、または、タッチペンによりタッチされているか判断するためにタッチパッドカラムライン (すなわち、５３４と５３６)が感知される。
【００９５】
図１４と図１５ｂは、ＬＣＤタッチセンサーパネル、または、タッチパッドを示し、タッチパッドは、高密度ＴＦＴ／容量性プレート画素アレイで形成されるが、通常、低密度タッチパッドモードで動作する。タッチパッドモードで動作するとき、高密度 (ファインピッチ)画素は、上述のような方式で、低密度タッチパッド画素の動作を模倣する。図１５ａと１５ｂは、タッチパッドの動作方法を説明するのに役立ち、指紋センサー領域は、選択的に、ユーザーが指を当てるタッチパッドの位置で提供される。図１５ａにおいて、タッチパッド７０２は、隣接タッチパッド画素７０４と７０６を含む低密度タッチパッド画素のアレイを含む。図１５ａにおいて、ユーザーの指先が、“接触”領域、破線楕円形７００により指定されるタッチパッドの領域に当てられる。
【００９６】
図１５ｂは、タッチパッド７０２下半分の拡大図で、破線楕円形７００は、タッチパッド画素７０４と７０６に対応する領域を有する破線楕円形７００近くに位置するタッチパッド画素により形成されるタッチパッド７０２の長方形領域に重なる。しかし、図１５ｂにおいて、タッチパッド画素７０４と７０６、および、破線楕円形７００近くに位置する別のタッチパッド画素は、指紋センサーモードに切り替えられ、ファインピッチの高密度画素画素は、集合的ではなく、個別的に動作し、タッチパッド画素モードで動作するときよりも高い解像度を提供する。
【００９７】
低密度タッチパッドを模倣するタッチパッド７０２は、タッチパネル領域全体、または、タッチパネル領域の一部を有効にして、指紋センサー領域として用いられる。必要であれば、指紋像が、タッチパネル７０２上の任意の位置から得られる。第一に、タッチパッド７０２は、アドレッシングロウを短絡させ、および、カラム感知ラインを短絡させることにより、従来のタッチパッドとして構成されて、上述のような大きくて、低密度の画素を形成することができる。第二に、タッチパネル７０２は、大きく、且つ、高解像度の指紋センサーとして用いられ、一本の指、複数の指、または、手のひら部分を感知することができる。最後に、タッチパネル７０２は、タッチパッドとして構成されて、まず、人の指先が位置する場所を検出し、その後、指先位置に基づいて、検出された位置を指紋センサー領域として構成し、人の指紋を撮像する。
【００９８】
タッチパネル７０２が、タッチパッドとして用いられようと、指紋センサー領域として用いられようと、ユーザーが当てる指の位置は検出される。タッチパネル７０２が、従来のタッチパッドの動作を模倣するとき、従来のタッチパッドで指の位置および指のスワイプ方向を判断するために使用されるのと同じ方法が、同じ目的で、タッチパネル７０２にも用いられる。指先の位置が検出されると、間近の周辺領域が高解像度指紋センサー領域に切り替わり、指紋の高品質像をキャプチャする。
【００９９】
図１５ａと１５ｂに示される方法の実施において、ファインピッチ画素のアレイは、タッチパネル７０２の表面全体にわたって交差するロウとカラムに沿って配列される。前に述べたように、各ファインピッチ画素は、好ましくは、スイッチング装置 (すなわち、ＴＦＴ)と容量性プレートを有し、ユーザーの指を介して送信される高周波数信号を感知する。一連のファインピッチロウアドレスラインが備えられ、それぞれ、アレイ中のファインピッチ画素のロウと関連付けられる。各ファインピッチロウアドレスラインは、アレイの対応するロウに関連付けられたファインピッチ画素を選択的にアドレスすることができる。前述同様、複数のファインピッチカラム感知ラインも備えられ、各ファインピッチカラム感知ラインは、ファインピッチ画素アレイ中のファインピッチ画素のカラムと関連付けられる。各ファインピッチカラム感知ラインは、ファインピッチ画素アレイの選択されたロウにおけるファインピッチ画素の容量性プレートにより提供される信号を感知することができる。図１５ａ及び図１５ｂには示されないが、当業者ならわかるように、図９と図１０に関連して上述したような高周波数信号トランスミッタ電極が画素アレイ中に含まれ、選択的に、有効と無効にされて、効果的に、高周波数信号を、タッチパッド７０２の“接触” 領域に当てられるユーザーの指先に伝える。
【０１００】
図１７ａ、図１７ｂ、および、図１８に関して上述で示されるように、ファインピッチ画素は、図１５ｂ中のタッチパッド画素７０４と７０６のように、大きいタッチパッド画素のアレイにグループ化、または、細く分割され、さらに、ロウとカラムに配列される。タッチパッド画素のアレイは、基礎となる同一の二次元空間を被覆するが、より少ないロウとカラムを含むという意味で、“小さいアレイ”である。各タッチパッド画素は、ファインピッチ画素の少なくとも二つ、典型的には、５個以上の異なるロウ中に位置するファインピッチ画素を有する。同様に、各タッチパッド画素は、ファインピッチ画素の少なくとも二つ、典型的には、５個以上の異なるカラム中に位置するファインピッチ画素を有する。あるタッチパッド画素と隣接するタッチパッド画素の中心間距離は、あるファインピッチ画素と隣接するファインピッチ画素の中心間距離の少なくとも二倍の大きさで、より典型的には、５倍以上大きい。
【０１０１】
引き続き、図１５ａと図１５ｂを参照すると、上述の方法は、第一モードの動作を含み、タッチパッド７０２中の全ファインピッチ画素が、７０４と７０６のように、低密度タッチパッド画素の動作を模倣するように構成される。この第一モードの動作において、たとえば、タッチパッド画素７０４を集合的に形成するファインピッチ画素は、集合的な動作のため同時に有効にされる。つまり、タッチパッド画素７０４中に位置するファインピッチ画素の全ロウアドレスラインが同時に有効になる (すなわち、そのファインピッチ画素のグループを有効にするロウアドレッシングラインが事実上互いに短絡する)。同様に、タッチパッド画素７０４中に位置するファインピッチ画素に接続されるカラム感知電極も実質的に短絡して、集合的に、タッチパッド画素７０４中に位置する全ファインピッチ画素の容量性プレートにより提供される信号を感知する。このように、第一モードの動作期間中、各タッチパッド画素は、従来のタッチパッドの従来のタッチパッド画素の機能を模倣する。このような第一モードの動作期間中、タッチパッド画素により提供される信号は、ポインタ（指先、タッチペン等）が、タッチパッド７０２上面に近接して当てられているかを検出するのに用いられ、検出した場合、タッチパッド７０２上のこのようなポインタの位置も検出される。
【０１０２】
図１５ｂを参照すると、たとえば、ユーザーの指先の像が撮像されるとき、タッチパッド７０２は第二モードの動作に変化する。この第二モードの動作期間中、どのタッチパッド画素が、ポインタ位置近くに位置するか判断される。たとえば、図１５ｂにおいて、ポインタ位置に近接する２０個のタッチパッド画素のグループ（４個のタッチパッド画素幅、５個のタッチパッド画素高さ）が判断される；それら２０タッチパッド画素の中に、図１５ａ中に７０４と７０６で示されるものがある。２０個のタッチパッド画素は、その後、再設定され、すなわち、選択的に切り替えられ、個別に、アドレス、および、感知されるファインピッチ画素に戻される。この個別モードの動作期間中、各ファインピッチロウ中のファインピッチ画素は、個別に有効になり、各ファインピッチロウが、対応するファインピッチロウアドレスラインにより有効になるとき、各ファインピッチ画素の各容量性プレートにより提供される信号が個別に感知される。このような理由で、図１５ｂにおいて、“接触”領域７００中で示されるアレイまたはグリッドは、“接触”領域７００の外側に位置するタッチパッド画素よりさらに密に描かれている。したがって、このとき“接触”領域７００中の個々のファインピッチ画素は、ユーザーの指先の指紋画像を感知するための指紋センサー領域を形成するように構成されている。
【０１０３】
図１５ａと図１５ｂは、タッチパッド７０２が、タッチパネル７０２中のどこであっても、ユーザーの指により現在タッチされている接触領域に近接する指紋センサー領域を提供することを示す。しかし、当業者なら理解できるように、必要に応じて、指紋センサー領域は、タッチパッド７０２の全体表面を覆うように拡大できる。つまり、図１５ａに示されるすべてのタッチパッド画素は、第一（または“模倣”）モードの動作から第二（または“個別”）モードの動作に切り替えることができ、タッチパッド表面全体が、高密度画素モードで動作するようになる。このように、二個以上の指紋、または、掌紋でさえ、その像をを感知できる。
【０１０４】
図２０ａと図２０ｂに示されるように、上述の指紋センサーは、さらに、ボタンに組み込まれる。ボタン６００は、たとえば、保護されたドアやエレベータ等のセキュリティ機能で、進入許可は、指紋が、すでに保存されている指紋に符合するユーザーだけに制限され、その身分は、予め、認証されている。ボタン６００は、ガラス６０４の保護層により被覆される画素アレイ６０２を有する。画素アレイは、接着剤６０９により、プリント回路板６０８に装着されるフレキシブル基板６０６上に形成される。集積回路チップ６８６は、プリント回路板６０８に取り付けられる。フレキシブルな電子コネクタ６１０は、フレキシブル基板６０６とプリント回路板６０８の間で延伸し、画素アレイ６０２とＩＣチップ６８６の間の電気的接続を形成する。図２０ａにおいて、周囲のリング６１２が備えられ、ユーザーが指でボタンを押すとき、高周波数信号をユーザーの指に送信する。あるいは、必要に応じて、外部送信電極が省略され、すでに記述された方式で、定められた時点で感知される特定のロウから離れて、送信電極が選択的に活性化される。
【０１０５】
当業者ならわかるように、記述される指紋センサーは、タッチ電子工学の利用に役立ち、下に位置する画素アレイのより強固な保護を提供する厚い保護面を通して指紋像を読み取るセンサーの能力を向上させる。よって、たとえば、 本発明の指紋センサーは、携帯電話タッチディスプレイパネル中によく提供される厚いカバーガラスとうまく利用できる。このほか、記述される装置は、画素アレイのサイズとは無関係に、比較的小さい集積回路チップと共に利用され、製造コストを減少させる。開示された指紋センサーは、信号強度を増加し、厚い材料を介した信号対ノイズ比を改善し、厚い材料を介した信号“集中”を維持する能力を提供して、それにより指の山と谷の像が、適切に検出され、十分に高い解像度を持つ。本発明は、携帯電話、タッチパッド、ノートパソコン、ノートパッド、電子ブック等のタッチセンサー表面を用いるアプリケーションに用いられる。本発明は、バイオメトリックスセキュリティを、電子製品中に組み込むのに用いられ、製品サイズ、コスト、処理への影響が最小限である。
【０１０６】
好ましい実施態様の記述からわかるように、本発明は、指紋センサーを提供し、指紋の像をキャプチャするのに用いられる画素アレイと同じサイズの集積回路半導体チップを使用しなくても、人の指紋を撮像することができる。これにより、生産費を大幅に減少させる。本発明の指紋センサーは、画素アレイを覆うカバープレートに当てられる指先の山と谷を、それが相対的に厚いカバープレートであっても、より容易に識別する。本発明は、高周波数キャリア信号を、同時に直接画素アレイに結合することなく、効果的に人の指先に送信する。すなわち、キャリア信号は、画素アレイに送り戻される前に、ユーザーの指先を通過するように集中させられる。
【０１０７】
上で述べたように、本発明に基づいて構成される指紋センサーは、さらに、画素アレイによりキャプチャされる指紋像を処理するのに用いられる画素アレイと関連する集積回路との間で延伸しなければならない伝送線の数を大幅に減少させる。これは、その大部分が、ロウアドレスラインを逆多重化することにより、および／または、カラムデータラインを多重化することによる。本発明は、画素電極により検出される信号の差動感知に役立ち、コモンモードノイズ信号の拒絶を改善する。本発明の指紋センサーは、容易に、従来のタッチセンサーパッドに組み込むことができ、指紋のイメージの形成に用いられないとき、同じ感知層と同じ製造技術を用いて、タッチパッドの低密度画素を模倣することもできる。
【０１０８】
本発明について好ましい実施態様に関して説明したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と範囲を脱しない範囲内で各種の変形や変更を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で規定した内容を基準とする。
【符号の説明】
【０１０９】
３０    従来の指紋センサー
３２    シリコンチップ
３４    ユーザーの指先
３６    指先の山
３８    指先の谷
４０    画素
５０    既知の指紋センサー
５２    Ｘロウ
５４    Ｙカラム
５８    ＩＣチップ
６０    追加金属トレース
７０    指紋センサー
７２    画素アレイ
７３    フレキシブル基板
７４，７６    Ｔｘ送信トレース
７４’    送信リング
７８    保護誘電層
８０    最上面
８６    集積回路シリコンチップ
９０    ＴＦＴ
９２    ゲート電極
９４    ロウアドレスライン
９６    ドレイン電極
９８    ソース電極
１００    半導体領域  １０２    ゲート層
１０６    層間絶縁層
１０８    ビア
１０４，１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０    画素電極
１２６，１２８    ＴＦＴ
１３０    ロウライン
１４０    デマルチプレクサ
１４４    カラムデコード回路ブロック
１４６，１４８，１５０，１５２    カラム電極
１５６    バス
１５８    選択ライン
１６０    コネクタ
１６０’    着脱可能なコネクタ
１７２    外層
１７４    層
１８０    金属層
１９０    ＴＦＴロウロジックブロック
１９２    ロウライン（ｒｏｗ  Ｇ０）
１９４    ロウライン（ｒｏｗ  Ｇ１）
１９６    ロウライン（ｒｏｗ  Ｇ９５）
１９８    カラム電極ライン
２０４    送信電極
２２０    初期化（Ｉ）信号
２２２    クロック信号
２２６    ＴＸ信号
２２８    ＴＤ入力信号
２３０    第一フリップフロップレジスタ
２３２    ＡＮＤゲート
２５０    バス
２５２    デコーダ
２６０    カラム電極
２６４    出力ポート
２６２    カラム電極
２７０    出力ポート
３００    指紋センサー
３０２    送信電極リング
３０４    画素アレイ
３１０    携帯電話ＬＣＤタッチパッドディスプレイパネル
４００，４０２    ＴＦＴ
４０６    第一ロウアドレッシングライン
４０８    第二ロウアドレッシングライン
４１０    第一カラム電極
４１４    第一差動増幅器
４１２    第二カラム電極
４１６    第二差動増幅器
４１８    カラム電極
４２０    得られた出力信号
５００    指紋センサー領域
５０２    タッチパッドディスプレイパネル
５０４    感知画素
５３０，５３２    ロウライン
５３４，５３６    カラムライン
５４０，５４２，５４４，５４６    低密度感知画素
５４８    ロウ選択ライン
５５０    カラム電極ライン
６００    ボタン
６０２    画素アレイ
６０４    ガラス
６０６    フレキシブル基板
６０８    プリント回路板
６８６    集積回路チップ
６０９    接着剤
６１０    フレキシブルな電子コネクタ
６１２    周囲のリング
７０２    タッチパッド
７０４，７０６    隣接タッチパッド画素
【図１ａ】
0005926788.tif 000002
【図１ｂ】
0005926788.tif 000003
【図２ａ】
0005926788.tif 000004
【図２ｂ】
0005926788.tif 000005
【図３ａ】
0005926788.tif 000006
【図３ｂ】
0005926788.tif 000007
【図４ａ】
0005926788.tif 000008
【図４ｂ】
0005926788.tif 000009
【図４ｃ】
0005926788.tif 000010
【図５】
0005926788.tif 000011
【図６】
0005926788.tif 000012
【図７ａ】
0005926788.tif 000013
【図７ｂ】
0005926788.tif 000014
【図８】
0005926788.tif 000015
【図９】
0005926788.tif 000016
【図１０】
0005926788.tif 000017
【図１１】
0005926788.tif 000018
【図１２】
0005926788.tif 000019
【図１３】
0005926788.tif 000020
【図１４】
0005926788.tif 000021
【図１５ａ】
0005926788.tif 000022
【図１５ｂ】
0005926788.tif 000023
【図１６】
0005926788.tif 000024
【図１７ａ】
0005926788.tif 000025
【図１７ｂ】
0005926788.tif 000026
【図１８】
0005926788.tif 000027
【図１９】
0005926788.tif 000028
【図２０ａ】
0005926788.tif 000029
【図２０ｂ】
0005926788.tif 000030