JP4341371B2 - Matrix device, driving method thereof, and electronic apparatus - Google Patents
Matrix device, driving method thereof, and electronic apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP4341371B2 JP4341371B2 JP2003369076A JP2003369076A JP4341371B2 JP 4341371 B2 JP4341371 B2 JP 4341371B2 JP 2003369076 A JP2003369076 A JP 2003369076A JP 2003369076 A JP2003369076 A JP 2003369076A JP 4341371 B2 JP4341371 B2 JP 4341371B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- shift register
- stage
- row
- input
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Image Input (AREA)
Description
本発明は、行列状に配置された機能素子を順次選択するマトリックス装置に関する。より詳しくは、指紋等の微小な凸凹を有する被験物の表面形状を、行列状に配置された静電容量検出素子によって読み取る静電容量検出技術に関する。 The present invention relates to a matrix device that sequentially selects functional elements arranged in a matrix. More specifically, the present invention relates to a capacitance detection technique for reading a surface shape of a test object having minute irregularities such as a fingerprint by a capacitance detection element arranged in a matrix.
特開平11−118415号広報、特開2000−346608号広報、特開2001−56204号広報、特開2001−133213号広報には、単結晶シリコン基板上に形成されたセンサ電極と誘電体膜により、指紋の凸凹形状を指先とセンサ電極間に形成される静電容量として検出する技術が公開されている。 JP 11-118415 A, JP 2000-346608 A, JP 2001-56204 A, and JP 2001-133213 A public information include a sensor electrode and a dielectric film formed on a single crystal silicon substrate. A technique for detecting the uneven shape of a fingerprint as a capacitance formed between a fingertip and a sensor electrode has been disclosed.
しかしながら、単結晶シリコン基板上に形成された素子は、指を強く押し付けると割れてしまう。また、指紋センサはその用途から指先の面積程度の大きさ(20mm×20mm程度)が必要となり、重く高価であった。更に、素子の形成領域は単結晶シリコン基板のごく表面であり、単結晶シリコン基板の大部分は単なる支持体としての役割しか演じていないため、多大なる無駄と浪費の上に形成されている、などの課題が生じていた。 However, the element formed on the single crystal silicon substrate is broken when the finger is pressed strongly. In addition, the fingerprint sensor needs to be about the size of the fingertip area (about 20 mm × 20 mm) depending on its use, and is heavy and expensive. Further, the element formation region is the very surface of the single crystal silicon substrate, and most of the single crystal silicon substrate plays a role as a mere support, so it is formed on a great deal of waste and waste. There was a problem such as.
そこで、R.Hashido et. al.,IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS,VOL.38,NO.2,p274(2003)に公開されているように、薄膜半導体回路を用いた静電容量検出装置に関する技術が開発されている。薄膜半導体によって形成された静電容量検出装置は、単結晶シリコン基板上に形成されたものに比べ軽量で低コストである。更に、これをS.Utsunomiya et. al.,Society for Information Display,p.916(2000)に開示された剥離転写技術を適用してプラスチック基板等に転写すれば、より安価で、割れにくく、軽量な指紋センサが実現できることから、スマートカードなどへの搭載が期待されている。 Therefore, as disclosed in R.Hashido et. Al., IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL.38, NO.2, p274 (2003) Technology has been developed. A capacitance detection device formed of a thin film semiconductor is lighter and lower in cost than that formed on a single crystal silicon substrate. Furthermore, if this is transferred to a plastic substrate by applying the peeling transfer technique disclosed in S. Utsunomiya et. Al., Society for Information Display, p.916 (2000), it is cheaper, less likely to break, and lighter. Since it can realize a simple fingerprint sensor, it is expected to be mounted on smart cards.
これら薄膜半導体を用いた静電容量装置は、マトリクス状に配置された機能素子を順次選択する回路であるアクティブマトリクス駆動回路を用いている。この回路技術は、アクティブマトリクス型液晶駆動用回路において既に実用化されている。 These electrostatic capacitance devices using thin film semiconductors use an active matrix driving circuit which is a circuit for sequentially selecting functional elements arranged in a matrix. This circuit technology has already been put into practical use in an active matrix type liquid crystal driving circuit.
図10に示される、従来のアクティブマトリクス駆動回路は、マトリクス状に配置された機能素子51を順次選択するための、複数の走査線32と該走査線を選択するための走査ドライバ20と、データ線33と、該データ線を選択するためのデータドライバ10を備えている。該走査線32と該データ線33の交点には、それぞれに機能素子51が配置されている。該走査ドライバ20は、タイミングを決定するための走査シフトレジスタ21から成り、該走査シフトレジスタ21は、動作タイミングを決定する行基準信号に相当する走査線選択基準信号を入力する為の端子CLKYを備えている。該データドライバ10は、タイミングを決定するためのデータシフトレジスタ11から成り、該データシフトレジスタ11は、動作タイミングを決定する列基準信号に相当するデータ線選択基準信号を入力する為の端子CLKXを備えている。各基準信号の動作タイミングは外部制御回路によって制御され、該走査シフトレジスタ21と該データシフトレジスタ11は、基準信号である走査線選択基準信号とデータ線選択基準信号に基づいて、各シフトレジスタ初段に入力される信号SPXとSPYをそれぞれ順次転送する。該走査ドライバ20と該データドライバ10が、該走査線32と該データ線33を順次選択することで、マトリクス上の一つの機能素子51が順次選択され、該データ線33を介して機能素子が動作する。
The conventional active matrix driving circuit shown in FIG. 10 includes a plurality of
しかし従来の構成に於いて、データドライバ10と走査ドライバ20の動作タイミングを制御する制御信号として、専用の二系統の基準信号である行基準信号と列基準信号を外部制御回路によって生成し、それぞれのシフトレジスタに供給することで制御していた。また、それぞれのシフトレジスタの初段にスタートパルス信号SPX,SPYを供給するように構成されていた。これにより、制御信号を入力するための外部接続端子として基準信号入力用とスタートパルス信号入力用の外部接続端子がそれぞれの選択回路に必要となっていた。このように、接続端子数が増えることで実装の制約が大きくなり、実装のし易さ、接続の信頼性、設計の自由度、検査効率等に問題があった。 However, in the conventional configuration, as a control signal for controlling the operation timing of the data driver 10 and the scan driver 20, a row reference signal and a column reference signal, which are two dedicated reference signals, are generated by an external control circuit, respectively. It was controlled by supplying to the shift register. Also, the start pulse signals SPX and SPY are supplied to the first stage of each shift register. As a result, an external connection terminal for inputting a reference signal and an external connection terminal for inputting a start pulse signal are required for each selection circuit as external connection terminals for inputting a control signal. As described above, the increase in the number of connection terminals increases the restrictions on mounting, and there are problems with ease of mounting, connection reliability, design freedom, inspection efficiency, and the like.
また、データドライバ10と走査ドライバ20の動作タイミングを制御するために、外部制御回路によってこれら制御信号の同期を取る必要があり、外部制御回路は複雑化していた。このため、開発効率が悪いとの問題があった。 Further, in order to control the operation timing of the data driver 10 and the scan driver 20, it is necessary to synchronize these control signals by an external control circuit, and the external control circuit is complicated. For this reason, there was a problem that the development efficiency was poor.
そこで本発明は、上述の諸事情を鑑み、制御信号及び外部接続端子数を減らすとともに、制御系が簡素化されたマトリックス装置とその駆動方法を提案することを課題とする。 In view of the above-described circumstances, an object of the present invention is to propose a matrix device and a driving method thereof in which the number of control signals and the number of external connection terminals are reduced and the control system is simplified.
上記の課題を解決するため、本発明のマトリックス装置は、M本の行線とN本の列線、及び該行線と該列線との各交点に設けられた機能素子がM行N列の行列状に配置されたマトリックス装置に於いて、該マトリックス装置は、M本の行線から特定の行線を選択する行選択手段と、N本の列線から特定の列線を選択する列選択手段と、前記列選択手段と前記行選択手段とを非選択状態に切り替える非選択化手段と、を備え、前記列選択手段は、列選択終了信号を出力する列選択終了信号出力手段を有し、前記行選択手段は、前記列選択終了信号が入力され特定の行線を選択する際の行基準信号を提供する列選択終了信号入力手段と、前記行基準信号が入力され複数個の出力段を有する走査シフトレジスタと、を有し、前記走査シフトレジスタは、前記複数個の出力段から特定の一段を選択する事で前記特定の行線を選択し、入力される前記行基準信号によって選択される特定の出力段が一段進むとされており、前記非選択化手段は、前記走査シフトレジスタの各段にリセット信号を供給し、該リセット信号により前記走査シフトレジスタの少なくとも入力側2段が選択状態とされ、他の各段が非選択状態とされるように構成された事を特徴とする。
In order to solve the above problems, the matrix device of the present invention includes M row lines and N column lines, and functional elements provided at intersections of the row lines and the column lines. column in a matrix shape arranged matrix device, the matrix device, which selects the row selection means for selecting a particular row line from the row lines of the M, the particular column line from the column lines of the N comprising selecting means, and a non-selection means for switching between said row selection means and said column selecting means to a non-selected state, said column selection means, have a column selection end signal output means for outputting the column selection end signal and, said row selection means, said column selection end signal is inputted and a column selection end signal input means for providing a row reference signal for selecting a particular row line, said row reference signal is input a plurality of output A scan shift register having a stage, and the scan shift register Selecting a specific row line by selecting a specific stage from the plurality of output stages, and a specific output stage selected by the input row reference signal is advanced by one stage, The deselecting means supplies a reset signal to each stage of the scan shift register, and at least two stages on the input side of the scan shift register are selected by the reset signal, and the other stages are not selected. It is characterized by being configured as follows.
上記マトリックス装置に於いて、前記行選択手段は複数個の出力段を有する走査シフトレジスタを含み、該走査シフトレジスタは該複数個の出力段から特定の一段を選択する事で前記特定の行線を選択し、前記行基準信号の一周期毎に選択される特定の出力段が一段進む事が望ましい。 In the matrix device, the row selection means includes a scanning shift register having a plurality of output stages, and the scanning shift register selects the specific row line by selecting a specific stage from the plurality of output stages. It is desirable that a specific output stage selected every one cycle of the row reference signal advances by one stage.
上記マトリックス装置に於いて、前記列選択手段と前記行選択手段を複数同時に非選択状態に切り替える非選択化手段を備えることが望ましい。 The matrix device preferably includes a non-selection unit that switches a plurality of the column selection unit and the row selection unit to a non-selected state at the same time.
上記マトリックス装置に於いて、前記非選択化手段は、前記走査シフトレジスタの各段にリセット信号を供給し、該リセット信号により前記走査シフトレジスタの少なくとも入力側2段が選択状態とされ、他の各段が非選択状態とされるように構成される事が望ましい。 In the matrix device, the deselecting means supplies a reset signal to each stage of the scan shift register, and at least two stages on the input side of the scan shift register are selected by the reset signal. It is desirable that each stage is configured to be in a non-selected state.
上記マトリックス装置に於いて、前記リセット信号により選択状態となる前記走査シフトレジスタの少なくとも入力側2段の出力が機能素子と接続されていない事が望ましい。 In the matrix device, it is preferable that at least two outputs on the input side of the scan shift register that are selected by the reset signal are not connected to a functional element.
このような構成にすることで、従来は外部制御回路から供給していた行基準信号は、前記列選択手段により生成され、前記行選択手段に供給される。また、前記リセット信号によって、行選択手段の走査シフトレジスタの入力側2段が選択状態にセットされ、その他の各段は非選択状態にセットされるので、スタート信号を入力する手段が必要無い。このため、従来構成に比べ、端子数が2つ減ることと成り、実装のし易さや配線の信頼性の向上が可能となる。更に、列選択回路は行選択回路に連動して動作するため、制御信号の同期を取る必要が無く、制御系の簡素化が可能とされる。 With this configuration, a row reference signal that has been conventionally supplied from an external control circuit is generated by the column selection means and supplied to the row selection means. Further, the reset signal sets two stages on the input side of the scan shift register of the row selection means to the selected state, and the other stages are set to the non-selected state, so that means for inputting the start signal is not necessary. For this reason, the number of terminals is reduced by two as compared with the conventional configuration, and the ease of mounting and the reliability of wiring can be improved. Further, since the column selection circuit operates in conjunction with the row selection circuit, it is not necessary to synchronize the control signals, and the control system can be simplified.
上記マトリックス装置に於いて、前記機能素子をMIS型薄膜半導体で構成することが望ましい。MIS型薄膜半導体は、絶縁性基板上に形成することが可能である。絶縁性基板として、ガラス基板やプラスチック基板などを採用することで、製造コストを下げることもできる。 In the matrix device, it is preferable that the functional element is composed of a MIS thin film semiconductor. The MIS thin film semiconductor can be formed on an insulating substrate. By employing a glass substrate, a plastic substrate, or the like as the insulating substrate, the manufacturing cost can be reduced.
本発明の電子機器は、本発明のマトリックス装置を備えていることを特徴とする。該電子機器は、従来のマトリックス装置を備えた電子機器に比べ制御系が単純で配線の制約も少ないため、実装の自由度が高い。例えば本発明のマトリックス装置を適応して静電容量検出装置を作ると、ICカード、キャッシュカード、クレジットカード、身分証明書などの各種カード媒体の他に、電子商取引の本人確認認証装置、入退室管理装置、コンピュータ端末装置の認証装置などに好適である。 An electronic apparatus according to the present invention includes the matrix device according to the present invention. Since the electronic device has a simple control system and less wiring restrictions compared to an electronic device having a conventional matrix device, the degree of freedom in mounting is high. For example, when a capacitance detection device is made by applying the matrix device of the present invention, in addition to various card media such as an IC card, a cash card, a credit card, and an identification card, an identity verification device for electronic commerce, an entrance / exit It is suitable for a management device, an authentication device for a computer terminal device, and the like.
本発明のマトリックス装置によれば、リセット信号、マトリックス装置の動作タイミングを制御する列基準信号とその反転信号、駆動回路の電圧源である低電位電源線と高電位電源線のみの入力で、アクティブマトリックス動作が可能となる。これにより、従来のマトリックス駆動装置に比べ、入力信号数を減らし、外部接続端子数を減らすことが可能となる。また、制御系を簡素化することが可能となる。 According to the matrix device of the present invention, the reset signal, the column reference signal for controlling the operation timing of the matrix device and its inverted signal, and the input of only the low potential power line and the high potential power line which are the voltage sources of the drive circuit are Matrix operation is possible. As a result, the number of input signals can be reduced and the number of external connection terminals can be reduced as compared with the conventional matrix driving device. In addition, the control system can be simplified.
マトリックス装置のスマートカード等への応用を想定した場合、実装のし易さや、接続の信頼性、開発効率といった観点に加え、配線や実装に許される面積が限られている事からも、外部接続端子数は少なく、制御信号は単純であることが好ましい。外部接続端子数が少なくなれば、配線時の歩留まりや、検査効率の向上が可能となる。制御系が単純であれば、開発効率の向上が可能となる。また、配線や実装に制約の少ない、自由な設計が可能となる。 Assuming that matrix devices are applied to smart cards, etc., external connections can be made because the area allowed for wiring and mounting is limited in addition to the ease of mounting, connection reliability, and development efficiency. It is preferable that the number of terminals is small and the control signal is simple. If the number of external connection terminals is reduced, the yield during wiring and the inspection efficiency can be improved. If the control system is simple, the development efficiency can be improved. In addition, a free design with few restrictions on wiring and mounting becomes possible.
以下、各図を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。実施形態として、本発明のマトリックス装置を、被験物表面との間に形成される静電容量に対応した検出信号を出力することにより前記被験物表面の凸凹情報を読み取る静電容量検出装置に適応した。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As an embodiment, the matrix device of the present invention is applied to a capacitance detection device that reads unevenness information on the surface of the test object by outputting a detection signal corresponding to the capacitance formed between the surface of the test object. did.
図1は静電容量検出回路31を行列状に配列した静電容量検出装置である静電容量式指紋センサ1のブロック図である。静電容量検出回路31は、本発明の機能素子に相当する。同図に示すように、同指紋センサ1は、本発明の列線に相当するデータ線33と、本発明の列選択手段に相当するデータ線を選択するためのデータドライバ10と、本発明の行線に相当する走査線32と、本発明の行選択手段に相当する走査線を選択するための走査ドライバ20と、指紋検出部として機能するアクティブマトリクス部30と、検出信号を増幅するための増幅回路40とを備えて構成されている。
FIG. 1 is a block diagram of a capacitance
データドライバ10は、データ線33を順次選択するタイミングを決定するデータシフトレジスタ11と、アナログスイッチ13を備えて構成されている。データドライバ10は本発明の列選択手段の1態様である。走査ドライバ20は、走査線32を順次選択するタイミングを決定する走査シフトレジスタ21を備えて構成されている。走査ドライバ20は本発明の行選択手段の1態様である。データシフトレジスタ11と、走査シフトレジスタ21には、本発明の非選択化手段に相当するリセット信号RST発生回路(図示せず)が接続されている。データシフトレジスタ11の最終段は、本発明の列選択終了信号出力手段に相当するEP・EPB生成回路を備え、データシフトレジスタ11の最終段の出力であるXEPが入力される。EP・EPB生成回路は、XEPから互いに逆位相のEP及びEPBを生成する。EP及びEPBは、本発明の列選択信号入力手段に相当する走査シフトレジスタ21の列基準信号入力端子に接続される。 The data driver 10 includes a data shift register 11 that determines the timing for sequentially selecting the data lines 33 and an analog switch 13. The data driver 10 is one aspect of the column selection means of the present invention. The scan driver 20 includes a scan shift register 21 that determines the timing for sequentially selecting the scan lines 32. The scan driver 20 is one aspect of the row selection means of the present invention. The data shift register 11 and the scan shift register 21 are connected to a reset signal RST generation circuit (not shown) corresponding to the non-selection means of the present invention. The final stage of the data shift register 11 includes an EP / EPB generation circuit corresponding to the column selection end signal output means of the present invention, and XEP which is the output of the final stage of the data shift register 11 is input. The EP / EPB generation circuit generates EP and EPB having opposite phases from XEP. EP and EPB are connected to the column reference signal input terminal of the scanning shift register 21 corresponding to the column selection signal input means of the present invention.
アクティブマトリクス部30には静電容量検出回路31が行列状(M行×N列)に配列されており、M本の走査線32とM本の低電位電源線VSSは行方向に沿って配線され、N本のデータ線33は列方向に沿って配線されている。
上記の構成において、M本の走査線32が1ライン毎にアクティブになると、ある時点においてアクティブになっている走査線32上に並ぶN本のデータ線33がアナログスイッチ13により順次選択されて増幅回路40に接続するように点順次駆動される。
In the above configuration, when the
本実施形態のデータドライバ10及び走査ドライバ20はそれぞれデータシフトレジスタ11及び走査シフトレジスタ21を備え、その動作によりデータ線33及び走査線32の順次選択を高速に行うことができる。しかし、従来のアクティブマトリクス駆動装置では、電源投入時の電位のバラツキを消去する場合、通常のシフトレジスタでは全スキャンをかける必要があり、電源投入後の立ち上げに余計な時間がかかってしまう。これを回避するため本実施形態では、データシフトレジスタ11及び走査シフトレジスタ21にリセット信号RSTをかけるだけでシフトレジスタのデータを一括してリセットできるようになっている。リセット信号RSTにより、走査ドライバ20の走査シフトレジスタ21の入力側2段のみが選択状態になり、その他の段はすべて非選択状態となる。
The data driver 10 and the scan driver 20 of the present embodiment include a data shift register 11 and a scan shift register 21, respectively, and can sequentially select the
図2は上記静電容量式指紋センサに用いられるデータドライバ10の回路図、図3は走査ドライバ20の回路図である。 FIG. 2 is a circuit diagram of the data driver 10 used in the capacitance fingerprint sensor, and FIG. 3 is a circuit diagram of the scanning driver 20.
図2のデータドライバに備えられたデータシフトレジスタ11は、前段からのデータの受け入れを制御するクロックドインバータ14と、このクロックドインバータの出力を反転するインバータ15と、このインバータ15の出力すなわちシフトレジスタ後段への出力を反転制御するためのクロックドNAND16との組み合わせを一段とし、これを複数段にわたって接続することで構成されている。データシフトレジスタ11には、本発明の列基準信号に相当する互いに逆位相のクロック信号CLK及びクロック反転信号CLKBが入力される。データシフトレジスタ11の奇数段に於いては、クロックドインバータ14にはCLK、クロックドNAND16にはCLKBが入力される。偶数段に於いては、クロックドインバータ14にはCLKB、クロックドNAND16にはCLKが入力される。従って、データシフトレジスタ11の偶数段と奇数段の動作タイミングは互いに逆位相となる。 The data shift register 11 provided in the data driver of FIG. 2 includes a clocked inverter 14 that controls reception of data from the previous stage, an inverter 15 that inverts the output of the clocked inverter, and an output or shift of the inverter 15. A combination with the clocked NAND 16 for inversion control of the output to the subsequent stage of the register is made into one stage, and this is connected over a plurality of stages. The data shift register 11 receives a clock signal CLK and a clock inverted signal CLKB that are opposite in phase to each other and correspond to the column reference signal of the present invention. In the odd stages of the data shift register 11, CLK is input to the clocked inverter 14 and CLKB is input to the clocked NAND 16. At even stages, CLKB is input to the clocked inverter 14 and CLK is input to the clocked NAND 16. Therefore, the operation timings of the even and odd stages of the data shift register 11 are opposite to each other.
クロックドNAND16は、その回路構成に示すように、クロックドインバータ16aと、リセット信号入力トランジスタTr1及びTr2とを備えている。クロックドNAND16への入力信号として、図示しないリセット信号発生回路からのリセット信号RSTと、インバータ15からの出力信号がIN信号として入力される。リセット信号RSTがレベルLのときは、トランジスタTr2が非アクティブとなり、反転信号が反転入力されたトランジスタTr1がアクティブとなるので、出力電圧は高電位VDDに近くなる。よってクロックドNAND16は、入力信号INの如何に関わらず、レベルHを出力する。このとき、クロックドNAND16の出力Hはインバータ15で反転されるので、シフトレジスタ各段の出力(N3,N5)はすべてレベルLとなる。
As shown in the circuit configuration of the clocked NAND 16, the clocked NAND 16 includes a clocked
クロックドNAND16に対する入力信号RSTがレベルHのときは、トランジスタTr2がアクティブとなり、トランジスタTr1が非アクティブとなる。この場合クロックドNAND16は、クロックドインバータ16aのみの回路と等価になる。従って、このときデータシフトレジスタ11は、以下のような通常のシフトレジスタの動作を行う。
When the input signal RST for the clocked NAND 16 is at level H, the transistor Tr2 is active and the transistor Tr1 is inactive. In this case, the clocked NAND 16 is equivalent to a circuit including only the clocked
データシフトレジスタ11の奇数段(2n−1段;nは自然数)では、クロックドインバータ14はクロック信号CLKの立ち上がりに、クロックドNAND16はクロック反転信号CLKBの立ち上がりに同期してアクティブに成るようになっている。一方偶数段(2n段;nは自然数)では、クロックドインバータ14はクロック反転信号CLKBの立ち上がりに、クロックドNAND16はクロック信号CLKの立ち上がりに同期してアクティブに成るようになっている。尚、クロック信号CLKとクロック反転信号CLKBは相補信号であるので、データシフトレジスタ11の奇数段と偶数段とで動作タイミングがCLKの半周期分ずれるようになっている。 At odd stages (2n-1 stages; n is a natural number) of the data shift register 11, the clocked inverter 14 becomes active in synchronization with the rising edge of the clock signal CLK, and the clocked NAND 16 becomes active in synchronization with the rising edge of the clock inverted signal CLKB. It has become. On the other hand, in an even number stage (2n stage; n is a natural number), the clocked inverter 14 becomes active in synchronization with the rising edge of the clock inverted signal CLKB, and the clocked NAND 16 becomes active in synchronization with the rising edge of the clock signal CLK. Since the clock signal CLK and the clock inversion signal CLKB are complementary signals, the operation timing is shifted by a half period of CLK between the odd-numbered stage and the even-numbered stage of the data shift register 11.
まず、クロック信号CLKの立ち上がり時におけるデータシフトレジスタ11の動作について説明する。 First, the operation of the data shift register 11 when the clock signal CLK rises will be described.
データシフトレジスタ11の奇数段(2n−1段;nは自然数)ではクロック信号CLKの立ち上がりに同期してクロックドインバータ14がアクティブとなる。この時、クロックドインバータ14の出力部(N2)には、クロックドインバータ14の入力部(N1)の信号が反転されて出力される。このクロックドインバータ14の出力信号はインバータ15によって再び反転される。従って、インバータ15の出力部(N3)にはN1と同レベルの信号が出力される。このインバータ15の出力信号が、後段、即ち偶数段の入力信号となる。またこの時、インバータ15の出力を反転入力するためのクロックドNAND16は非アクティブとなっている。 In the odd stage (2n-1 stage; n is a natural number) of the data shift register 11, the clocked inverter 14 becomes active in synchronization with the rising edge of the clock signal CLK. At this time, the signal of the input section (N1) of the clocked inverter 14 is inverted and output to the output section (N2) of the clocked inverter 14. The output signal of the clocked inverter 14 is inverted again by the inverter 15. Therefore, a signal having the same level as that of N1 is output to the output section (N3) of the inverter 15. The output signal of the inverter 15 becomes the input signal of the subsequent stage, that is, the even stage. At this time, the clocked NAND 16 for inverting the output of the inverter 15 is inactive.
一方データシフトレジスタ11の偶数段(2n段;nは自然数)では、クロック信号CLKの立ち上がりに同期してクロックドインバータ14が非アクティブとなり、クロックドインバータ14の入力部(N3)と同出力部(N4)の信号伝送経路が遮断される。これにより、前段の奇数段からの入力が遮断された状態となる。また、このときクロックドNAND16はアクティブとなるが、リセット信号RSTがレベルHとなっていることから、クロックドNAND16はインバータ回路16aと等価となる。従って、クロックドNAND16の出力部(N4)には、インバータ15の出力信号(N5)が反転されて出力される。クロックドNAND16の出力信号は、インバータ15によって再び反転される。これにより、インバータ15とクロックドNAND16によってラッチ回路が構成され、インバータ15の入力部(N4)と同出力部(N5)において、安定な2状態が保持される。このときラッチ回路の入力部(N4)と同出力部(N5)には、クロックドインバータ14が非アクティブになる直前、即ちクロック信号CLKが立ち上がる直前のレベルが保持される。
On the other hand, in the even-numbered stage (2n stage; n is a natural number) of the data shift register 11, the clocked inverter 14 becomes inactive in synchronization with the rising edge of the clock signal CLK, and the same output part as the input part (N3) of the clocked inverter 14 The signal transmission path (N4) is blocked. As a result, the input from the odd-numbered stage of the previous stage is cut off. At this time, the clocked NAND 16 becomes active, but since the reset signal RST is at the level H, the clocked NAND 16 is equivalent to the
次に、クロック信号CLKの立ち下がり時におけるデータシフトレジスタ11の動作について説明する。 Next, the operation of the data shift register 11 when the clock signal CLK falls will be described.
シフトレジスタの奇数段(2n−1段;nは自然数)では、クロック反転信号CLKBの立ち上がり、即ちクロック信号CLKの立ち下がりに同期してクロックドインバータ14が非アクティブとなり、クロックドインバータ14の入力部(N1)と同出力部(N2)の信号伝送経路が遮断される。これにより、前段の偶数段からの入力が遮断された状態となる。また、このときクロックドNAND16はアクティブとなるが、リセット信号RSTがレベルHとなっていることから、クロックドNAND16bはインバータ回路16aと等価となる。従って、クロックドNAND16の出力部(N2)には、インバータ15の出力信号(N3)が反転されて出力される。クロックドNAND16の出力信号は、インバータ15によって再び反転される。これによりインバータ15とクロックドNAND16によってラッチ回路が構成され、インバータ15の入力部(N2)と同出力部(N3)において、安定な2状態が保持される。このときラッチ回路の入力部(N2)と同出力部(N3)には、クロックドインバータ14が非アクティブになる直前、即ちクロック信号CLKが立ち下がる直前のレベルが保持される。
In the odd-numbered stages (2n-1 stages; n is a natural number) of the shift register, the clocked inverter 14 becomes inactive in synchronization with the rising edge of the clock inverted signal CLKB, that is, the falling edge of the clock signal CLK. The signal transmission path between the part (N1) and the output part (N2) is cut off. As a result, the input from the even-numbered stage in the previous stage is cut off. At this time, the clocked NAND 16 becomes active, but since the reset signal RST is at the level H, the clocked NAND 16b is equivalent to the
一方データシフトレジスタ11の偶数段(2n段;nは自然数)ではクロック反転信号CLKBの立ち上がり、即ちクロック信号CLKの立ち下がりに同期してクロックドインバータ14がアクティブとなる。この時、クロックドインバータ14の出力部(N4)には、クロックドインバータ14の入力部(N3)の信号が反転されて出力される。このクロックドインバータ14の出力信号はインバータ15によって再び反転される。従って、インバータ15の出力部(N5)にはN3と同レベルの信号が出力される。この時、クロックドインバータ14の入力部(N3)の信号は、前段の奇数段(2n−1段;nは自然数)においてラッチされて安定な電位となっているため、クロック反転信号CLKBの立ち上がりのタイミングでデータシフトレジスタ11の奇数段の出力部(N3)の情報が、偶数段の出力部(N5)に転送される。このときインバータ15の出力を反転入力するためのクロックドNAND16は非アクティブとなっている為、ラッチ動作を行わない。インバータ15の出力部(N5=N1)の信号は、後段、即ち奇数段(2n+1段;nは自然数)の入力信号となって、次のクロック信号CLKの立ち上がりのタイミングで後段にシフトすることとなる。 On the other hand, in the even number stage (2n stage; n is a natural number) of the data shift register 11, the clocked inverter 14 becomes active in synchronization with the rising edge of the clock inverted signal CLKB, that is, the falling edge of the clock signal CLK. At this time, the signal of the input section (N3) of the clocked inverter 14 is inverted and output to the output section (N4) of the clocked inverter 14. The output signal of the clocked inverter 14 is inverted again by the inverter 15. Therefore, a signal having the same level as that of N3 is output to the output section (N5) of the inverter 15. At this time, the signal of the input part (N3) of the clocked inverter 14 is latched at a previous odd-numbered stage (2n-1 stage; n is a natural number) and becomes a stable potential, so that the rising edge of the clock inverted signal CLKB At this timing, the information of the odd-numbered output section (N3) of the data shift register 11 is transferred to the even-numbered output section (N5). At this time, since the clocked NAND 16 for inverting the output of the inverter 15 is inactive, the latch operation is not performed. The signal of the output section (N5 = N1) of the inverter 15 becomes an input signal of the latter stage, that is, the odd stage (2n + 1 stage; n is a natural number), and is shifted to the subsequent stage at the rising timing of the next clock signal CLK. Become.
このように、データシフトレジスタ11の偶数段と奇数段とで信号を取り込むタイミングとラッチするタイミングがクロック信号CLKの半周期分ずれているため、クロック信号CLKの半周期ごとに、データシフトレジスタ11の初段に入力されたスタートパルス信号SPが順次次段のシフトレジスタにシフトする。即ち、最初の半クロック(クロック信号CLK立ち上がりのタイミング)で、奇数段(2n−1段)が信号をラッチし、同じタイミングで後段の偶数段(2n段)のクロックドインバータ14が前段の奇数段(2n−1段)でラッチされて安定となった信号を伝送する。次の半クロック(クロック信号CLK立ち下がり)で、偶数段(2n段)は前の半クロックの間に取り込んだ信号をラッチし、同じタイミングで後段の奇数段(2n+1段)はこの信号を伝送する。このような動作を繰り返すことにより、データシフトレジスタ11の各段で信号が順次転送される。 As described above, since the timing at which signals are fetched and latched at the even and odd stages of the data shift register 11 are shifted by a half cycle of the clock signal CLK, the data shift register 11 is provided every half cycle of the clock signal CLK. The start pulse signal SP input to the first stage is sequentially shifted to the next shift register. That is, at the first half clock (timing of the rising edge of the clock signal CLK), the odd-numbered stage (2n-1 stage) latches the signal, and at the same timing, the clocked inverter 14 of the even-numbered stage (2n stage) is the odd-numbered stage of the preceding stage. A signal which is latched and stabilized at the stage (2n-1 stage) is transmitted. At the next half clock (falling clock signal CLK), the even stage (2n stage) latches the signal captured during the previous half clock, and the odd stage (2n + 1 stage) at the back stage transmits this signal at the same timing. To do. By repeating such an operation, signals are sequentially transferred at each stage of the data shift register 11.
図3の走査ドライバに備えられた走査シフトレジスタ21の入力側2段、即ち1段目と2段目は、クロックドインバータ24’と、このクロックドインバータの出力を反転するインバータ25’と、このインバータ25’の出力すなわちシフトレジスタ後段への出力を反転制御するためのクロックドインバータ27との組み合わせで構成される。インバータ25’の出力側、即ちクロックドインバータ27の入力側は、入力信号RSTによって制御されるスイッチングトランジスタTr3を介して高電位線VDDに接続されている。シフトレジスタ一段目のクロックドインバータ24’の入力側は、低電位線VSSに接続されている。スイッチングトランジスタTr3はPMOSTFTを含み、入力信号RSTがレベルLの時にアクティブになり、レベルHの時に非アクティブになる。 The two stages on the input side of the scan shift register 21 provided in the scan driver of FIG. 3, that is, the first and second stages, are a clocked inverter 24 ′ and an inverter 25 ′ that inverts the output of the clocked inverter, The inverter 25 ′, that is, the output to the subsequent stage of the shift register is combined with a clocked inverter 27 for inversion control. The output side of the inverter 25 ', that is, the input side of the clocked inverter 27 is connected to the high potential line VDD via the switching transistor Tr3 controlled by the input signal RST. The input side of the clocked inverter 24 ′ at the first stage of the shift register is connected to the low potential line VSS. The switching transistor Tr3 includes a PMOS TFT, and becomes active when the input signal RST is at the level L, and becomes inactive when the input signal RST is at the level H.
走査シフトレジスタ21の3段目以降は、データシフトレジスタ11の各段と同様の構成をしており、前段からのデータの受け入れを制御するクロックドインバータ24と、このクロックドインバータの出力を反転するインバータ25と、このインバータ25の出力すなわちシフトレジスタ後段への出力を反転制御するためのクロックドNAND16との組み合わせを一段とし、これを複数段にわたって接続することで構成されている。クロックドNAND16は、その回路構成に示すように、クロックドインバータ26aと、リセット信号入力トランジスタTr1及びTr2とを備えている。クロックドNAND16への入力信号として、図示しないリセット信号発生回路からのRST信号と、インバータ25からのIN信号が入力される。
The third and subsequent stages of the scan shift register 21 have the same configuration as each stage of the data shift register 11, and a clocked inverter 24 that controls the reception of data from the previous stage and the output of this clocked inverter are inverted. The inverter 25 and the clocked NAND 16 for inversion control of the output of the inverter 25, that is, the output to the subsequent stage of the shift register, are combined in a single stage and connected in a plurality of stages. As shown in its circuit configuration, the clocked NAND 16 includes a clocked inverter 26a and reset signal input transistors Tr1 and Tr2. As an input signal to the clocked NAND 16 , an RST signal from a reset signal generation circuit (not shown) and an IN signal from the inverter 25 are input.
走査シフトレジスタ21は、本発明の列選択終了信号入力手段に相当する端子EP及びEPBを備え、行基準信号に相当する互いに逆位相の列選択終了信号EP及びEPBが入力される。走査シフトレジスタ21の奇数段に於いては、クロックドインバータ24にはCLK、クロックドNAND16及びクロックドインバータ27にはCLKBが入力される。偶数段に於いては、クロックドインバータ24にはCLKB、クロックドNAND16及びクロックドNAND27にはCLKが入力される。従って、走査シフトレジスタ21の偶数段と奇数段の動作タイミングは互いに逆位相となる。
The scan shift register 21 includes terminals EP and EPB corresponding to the column selection end signal input means of the present invention, and column selection end signals EP and EPB having opposite phases corresponding to the row reference signal are input thereto. In the odd stages of the scan shift register 21, CLK is input to the clocked inverter 24, and CLKB is input to the clocked NAND 16 and the clocked inverter 27. At even stages, CLKB is input to the clocked inverter 24, and CLK is input to the clocked NAND 16 and the clocked NAND 27. Therefore, the operation timings of the even and odd stages of the scan shift register 21 are opposite to each other.
Tr3及びクロックドNAND16に対する入力信号RSTがレベルLの時、走査シフトレジスタ21の入力側に位置する最初の2段に於いてスイッチングトランジスタTr3がアクティブとなる。Tr3がアクティブに成ると、走査シフトレジスタ21の入力側2段の、クロックドインバータ27の入力部とインバータ25’の出力部がVDDに近くなる。従って走査シフトレジスタ21の入力側2段はEP,EPBに関係なくレベルHを出力する。一方、走査シフトレジスタ21の3段目以降に於いては、クロックドNAND16のトランジスタTr2は非アクティブとなり、トランジスタTr1はアクティブとなる。これによりクロックドNAND16の出力電圧は高電位VDDに近くなり、クロックドNAND16は入力信号INの如何に関わらず、レベルHを出力する。このとき、クロックドNAND16の出力Hはインバータ15で反転されるので、走査シフトレジスタ21の3段目以降の各段の出力(N3,N5)はすべてレベルLとなる。
When the input signal RST for Tr3 and the clocked NAND 16 is at level L, the switching transistor Tr3 becomes active in the first two stages located on the input side of the scan shift register 21. When Tr3 becomes active, the input part of the clocked inverter 27 and the output part of the inverter 25 ′ in the two stages on the input side of the scan shift register 21 are close to VDD. Therefore, the two stages on the input side of the scan shift register 21 output level H regardless of EP and EPB. On the other hand, after the third stage of the scan shift register 21, the transistor Tr2 of the clocked NAND 16 is inactive and the transistor Tr1 is active. As a result, the output voltage of the clocked NAND 16 becomes close to the high potential VDD, and the clocked NAND 16 outputs the level H regardless of the input signal IN. At this time, since the output H of the clocked NAND 16 is inverted by the inverter 15, the outputs (N3, N5) of the third and subsequent stages of the scan shift register 21 are all at the level L.
Tr3及びクロックドNAND16に対する入力信号RSTがレベルHのときは、トランジスタTr3が非アクティブとなり、トランジスタTr2がアクティブとなり、トランジスタTr1が非アクティブとなる。この場合クロックドNAND16は、クロックドインバータ26aのみの回路と等価になる。従って走査シフトレジスタ21は、前述のデータシフトレジスタ11と同様の、通常のシフトレジスタの動作を行う。
When the input signal RST for Tr3 and the clocked NAND 16 is at level H, the transistor Tr3 is inactive, the transistor Tr2 is active, and the transistor Tr1 is inactive. In this case, the clocked NAND 16 is equivalent to a circuit including only the clocked inverter 26a. Accordingly, the scan shift register 21 performs the normal shift register operation similar to the data shift register 11 described above.
次に、この静電容量式指紋センサ1において、電源投入直後の未動作時から、リセット動作時、指紋検出時にかけての一連の駆動について説明する。図7はデータドライバ10及び走査ドライバ20のタイミングチャートである。
Next, a description will be given of a series of driving operations from the non-operating state immediately after power-on to the resetting operation and the fingerprint detection in the electrostatic
データドライバ10においては、電源投入直後、リセット信号RSTをレベルLにセットする。これにより、データドライバ10を構成するデータシフトレジスタ11に含まれるすべてのクロックドNAND16の出力はレベルHとなる。その結果、シフトレジスタ各段の出力はすべてレベルLとなる。これにより、グローバルデータ線70と各データ線33との接続を制御するアナログスイッチ13はすべて非導通となる。このリセット動作が完了することにより不要な初期電流が抑制され、以後の安定した動作が可能になる。
In the data driver 10, the reset signal RST is set to the level L immediately after the power is turned on. As a result, the outputs of all the clocked NANDs 16 included in the data shift register 11 constituting the data driver 10 become level H. As a result, all outputs of each stage of the shift register become level L. Thereby, all the analog switches 13 that control the connection between the
リセット信号RSTをレベルHにセットすると、データドライバ10を構成するデータシフトレジスタ11は通常のシフトレジスタの動作を行う。データシフトレジスタ11にレベルHのスタートパルス信号SPが入力されると、データシフトレジスタ11の初段に於いて、クロックドインバータ14の入力部及びインバータ15の出力部が共にレベルHとなる。クロック信号CLK及びクロック反転信号CLKBの半周期毎に、この状態が次の段にシフトしていく。データシフトレジスタ11を構成する格段はNAND回路18を備えており、その入力端子はそれぞれクロックドインバータ14の入力部及びインバータ15の出力部に接続されている。従ってNAND回路18は、前段から転送されてきたスタートパルス信号SPをラッチしてクロックドインバータ14の入力部及びインバータ15の出力部が共にレベルHとなった時レベルLを出力する。NAND回路18の出力はインバータ19によって反転されレベルHとされ、バッファ12により駆動能力を高めた後、その出力XSEL{n;nは自然数}はデータ線33と増幅回路40との導通を制御するアナログスイッチ13へと接続される。スタートパルス信号SPがデータシフトレジスタ11の格段に順次転送されると、アナログスイッチ13がクロック信号CLKの半周期ごとに順次アクティブになる。これによりデータ線33が順次選択され、各静電容量検出回路31のデータを取得し、指紋検出動作を行う。
When the reset signal RST is set to the level H, the data shift register 11 constituting the data driver 10 performs a normal shift register operation. When the level H start pulse signal SP is input to the data shift register 11, both the input part of the clocked inverter 14 and the output part of the inverter 15 become the level H in the first stage of the data shift register 11. This state shifts to the next stage every half cycle of the clock signal CLK and the clock inverted signal CLKB. The data shift register 11 is provided with a
データシフトレジスタ11の最終段の出力、即ち本発明の列選択終了信号に相当するデータドライバ終了信号EP及びその反転信号EPBは、アクティブマトリクス部へは接続されず、走査ドライバ20のシフトレジスタへ行基準信号として出力される。 The output of the last stage of the data shift register 11, that is, the data driver end signal EP corresponding to the column selection end signal of the present invention and its inverted signal EPB are not connected to the active matrix portion but are sent to the shift register of the scan driver 20. Output as a reference signal.
走査ドライバ20に於いても、電源投入直後、リセット信号RSTをレベルLにセットする。これにより、走査ドライバ20を構成する走査シフトレジスタ21の入力側2段の出力であるDMA,DMBは共にHとなり、走査シフトレジスタ21の3段目以降に含まれるすべてのクロックドNAND26の出力である{m}A,{m}B(mは自然数)はレベルLとなる。走査シフトレジスタ21を構成する格段はNAND回路28を備えており、その入力端子はそれぞれ走査シフトレジスタ21の奇数段(2m−1段)の出力と偶数段(2m段)の出力に接続される。NAND回路28の出力はインバータ29によって駆動能力を高められ、YSEL{DM}、YSEL{m}として出力される。ここでYSELDMは、走査シフトレジスタ21の前2段からの出力であるDMA,DMBの論理積否定であるのでレベルHとなるが、アクティブマトリクス部へは接続されない。一方、走査シフトレジスタ21に3段目以降の出力{nA}、及び{nB}の論理積否定であるYSEL{n:nは自然数}はすべてレベルLとなる。これらは、アクティブマトリクス部の走査線32に接続されているので、走査線32の電位はすべてレベルLとなり、データ線33と各静電容量検出回路31との接続を制御する選択トランジスタ35はすべて非アクティブとなる。このリセット動作が完了することにより不要な初期電流が抑制され、以後の安定した動作が可能になる。
Also in the scan driver 20, the reset signal RST is set to the level L immediately after the power is turned on. As a result, both DMA and DMB, which are the two outputs on the input side of the scan shift register 21 constituting the scan driver 20, become H, and the outputs of all clocked NANDs 26 included in the third and subsequent stages of the scan shift register 21. Certain {m} A and {m} B (m is a natural number) are at level L. The scanning shift register 21 is provided with a
リセット信号RSTをレベルHにセットすると、走査ドライバ20を構成する走査シフトレジスタ21は通常のシフトレジスタの動作を行う。このとき、データドライバ終了信号EP及び、その反転信号EPBが、信号転送の基準信号となる。即ち、リセット動作後、走査シフトレジスタ21の入力側2段には最初のEPが入力されるまでの間はレベルHが保持されており、この状態はEPの立ち上がりと立ち下がりのタイミングで順次次の段へ転送される。シフトレジスタの入力側は低電位電源線VSSに接続されているので、EP,EPBが動作している時には入力側2段は常にレベルLを転送し続ける。これにより走査線YSEL{n:nは自然数}が順次レベルHとなり、走査線32が1本ずつ選択されて指紋検出動作を行う。
When the reset signal RST is set to the level H, the scan shift register 21 constituting the scan driver 20 performs a normal shift register operation. At this time, the data driver end signal EP and its inverted signal EPB serve as a signal transfer reference signal. That is, after the reset operation, the level H is held in the two stages on the input side of the scan shift register 21 until the first EP is input, and this state is successively performed at the timing of the rise and fall of the EP. To the next stage. Since the input side of the shift register is connected to the low-potential power supply line VSS, the two stages on the input side always keep transferring the level L when EP and EPB are operating. As a result, the scanning line YSEL {n: n is a natural number} sequentially becomes the level H, and the
図4は被験者の指紋の凹凸情報を電気信号に変換する静電容量検出回路31の回路構成図である。同検出回路31は、同検出回路31を選択するための選択トランジスタ35と、被験者の指先とセンサ電極との間に形成される静電容量36と、静電容量36の微小な容量変化を基に指紋の凹凸情報を担う検出信号を出力する信号出力素子37と、選択トランジスタ35の開閉制御を行うための信号を伝達する走査線32と、検出信号を伝達するためのデータ線33と、検出信号の出力経路を構成する低電位電源線VSSと、容量値一定の基準容量Csと、リセットトランジスタ38を備えて構成されている。静電容量36の容量値をCdとすると、検出容量Cdは被験者の指紋の凹凸とセンサ電極(図6参照)との間の距離に応じて定まる。信号出力素子37としては、検出容量Cdに対応した検出信号を出力する素子であれば特に限定されるものではないが、検出容量Cdの大小に応じて電流増幅作用を行う信号増幅素子(電流増幅素子)などが好適である。このような信号増幅素子として、本実施形態においては、ゲート端子(電流制御端子)、ソース端子(電流出力端子)、及びドレイン端子(電流入力端子)から成る三端子トランジスタを例示するが、これに限られるものではない。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a
上述の構成において、走査線32上に論理レベルHの信号が出力され、選択トランジスタ35が開状態になると、データ線33には信号出力素子37のゲート電位で定まる検出電流が流れる。この検出電流は検出容量Cdに対応する検出信号として処理される。検出信号には指紋の凹凸情報が含まれている。信号出力素子37のゲート電位は、
で表される。即ち、信号出力素子37自体の寄生容量Ctと、基準容量Csと、検出容量Cdとのそれぞれの容量比によって定まる。例えば、被験者の指先をセンサ電極に近づけた場合に、指紋の凸部がセンサ電極に近接すると、検出容量Cdは寄生容量Ct、基準容量Csに対して十分に大きくなり、信号出力素子37のゲート電位はグランド電位に近づく。この結果、信号出力素子37は略オフ状態となり、信号出力素子37のソース/ドレイン間には極めて微弱な電流が流れる。一方、指紋の凹部がセンサ電極に近接すると、検出容量Cdは寄生容量Ct、基準容量Csに対して十分に小さくなり、信号出力素子37のゲート電位は走査線32の電位に近づく。走査線32がアクティブとなっている状態では、走査線32の電位は高電位VDDである。この結果、信号出力素子37は略オン状態となり、信号出力素子37のソース/ドレイン間には上述の微弱電流よりも大きな電流が流れる。ここで、信号出力素子37のソース端子は低電位電源線VSSに接続しているため、信号出力素子37を流れる検出電流の向きはデータ線33から低電位電源線VSSへ流れ込む向きとなる。つまり、被験者の指紋の凹凸情報を担う検出信号は外部回路から静電容量検出回路31へ流れ込むように出力される。
In the above configuration, when a logic level H signal is output on the
It is represented by That is, it is determined by the respective capacitance ratios of the parasitic capacitance Ct of the
尚、信号出力素子37のソース端子を高電位電源線VDDに接続することにより、静電容量検出回路31からデータ線33に流れ出す向きに電流が流れるようにしてもよい。
Note that, by connecting the source terminal of the
リセットトランジスタ38は、前段の静電容量検出回路31が選択されている段階(プレセンシング期間)で、開状態となるように開閉制御される。リセットトランジスタ38を開状態とすることによって、信号入力端子37のゲート端子はVSSと導通し、当該ゲート端子に注入された電荷を排出することができる。静電容量式指紋センサの製造工程においては、信号出力素子37のゲート端子に意図しない電荷などが注入されて指紋情報の検出に悪影響を及ぼす可能性を有していたが、上記の構成により、指紋情報の検出の前段階で信号出力素子37のゲート電位をリセットできるためより安定した動作を行うことができる。
The
尚、信号検出素子34が開状態となって、データ線37に検出信号が出力されている段階(センシング期間)では、検出容量Cdを正確に読み取るために、リセットトランジスタ38は閉状態となるように制御される。
In the stage where the
図5は静電容量検出回路31の検出信号を増幅する増幅回路40の回路構成図である。増幅回路40は、前段のカレントミラー回路41と、後段のカレントミラー回路42を備えて構成されている。前段のカレントミラー回路41では、ゲート電位が参照電圧VRに保持されたMOSトランジスタ41aが出力する一定の参照電流Irefと、静電容量検出回路31が出力する検出電流Idatとを比較し、後段のカレントミラー回路42では、参照電流Irefと検出電流Idatとの差分を増幅した信号OUTを出力する。参照電流Irefは検出電流Idatの最大値と最小値のほぼ中間となるように予め設定されている。予め定められた所定の閾値と信号OUTの信号レベルを比較することによって、2値データから成る指紋情報を得ることが可能となる。
FIG. 5 is a circuit configuration diagram of the
尚、同図において、CLK信号はデータシフトレジスタ11に入力するパルス信号と同一であり、アナログスイッチ12の切換タイミングに同期している。 In the figure, the CLK signal is the same as the pulse signal input to the data shift register 11 and is synchronized with the switching timing of the analog switch 12.
図6はセンサ電極を中心とする静電容量検出回路31の断面構造図である。同図に示すように、静電容量検出回路31には、指紋の凹凸情報を担う検出信号を出力する信号出力素子37と、被験者の指先Fとの間に静電容量36を形成するためのセンサ電極(検出電極)71とが形成されている。信号出力素子37は、ゲート電極70、ゲート絶縁膜68、多結晶シリコン層63、ソース/ドレイン電極69を含んで構成されるMOSトランジスタである。静電容量36は指紋の凹凸パターンに応じてその容量値が変化する可変容量である。指先Fの電位は基準電位に設定されている。センサ電極71はゲート電極70に接続しており、指紋の凹凸による検出容量Cdの変化を信号出力素子37に伝達し、チャネルを流れるドレイン電流の増幅作用によって静電容量変化をセンシングできるように構成されている。
FIG. 6 is a cross-sectional structure diagram of the
同図に示す静電容量検出回路31を製造するには、絶縁性基板61上に酸化シリコンなどの下地絶縁膜62を積層し、その上にアモルファスシリコンを成膜して結晶化させ、多結晶シリコン層63を形成する。次いで、多結晶シリコン層63上にゲート絶縁膜68とゲート電極70を形成し、自己整合的に多結晶シリコン層63に不純物を注入・拡散し、ソース/ドレイン領域を形成する。次いで、第1層間絶縁膜64を形成した後、コンタクトホールを開口してソース/ドレイン電極69を形成する。さらに、第2層間絶縁膜65、66を積層してコンタクトホールを開口し、センサ電極71を形成する。最後に、表面全体をパッシベーション膜67で被覆する。ここで、第2層間絶縁膜65、66が二層構造となっているのは、下層の第2層間絶縁膜65で平坦性を確保し、上層の第2層間絶縁膜66で所望の膜厚を得るためであるが、単層構造としてもよい。
In order to manufacture the
尚、絶縁性基板61上にトランジスタ等の半導体素子を形成するには、上述の製法に限らず、例えば、特開平11−312811号公報やS.Utsunomiya et. al. Society for Information Display p. 916(2000)に開示された剥離転写技術を適用することで、トランジスタ等の半導体素子を絶縁性基板61上に形成してもよい。剥離転写技術を適用すれば、絶縁性基板61として、プラスチック基板やガラス基板などの適度な強度を有する安価な基板を採用できるため、静電容量式指紋センサ1の機械的強度を高めることができる。
In order to form a semiconductor element such as a transistor on the insulating substrate 61, not limited to the above-described manufacturing method, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-312811 and S. Utsunomiya et. Al. Society for Information Display p. A semiconductor element such as a transistor may be formed on the insulating substrate 61 by applying the peeling transfer technique disclosed in (2000). If the peeling transfer technique is applied, an inexpensive substrate having an appropriate strength such as a plastic substrate or a glass substrate can be adopted as the insulating substrate 61, so that the mechanical strength of the
次に、静電容量式指紋センサ1の応用例について説明する。図8はスマートカード81のブロック図を示しており、上述した静電容量式指紋センサ1と、CPUやメモリ素子などを実装したICチップ82と、液晶ディスプレイなどの表示装置83を備えて構成されている。ICチップ82にはバイオメトリクス情報として、カード所有者の指紋情報が登録されている。
Next, an application example of the
図9はこのスマートカード81の認証手順を示している。カード使用者が指先を指紋センサ1に接触させることによって、スマートカード81に指紋情報が入力されると(ステップS1)、この指紋情報は予め登録された指紋情報と照合される(ステップS2)。ここで、指紋が一致すると(ステップS2;YES)、暗証番号が発行される(ステップS3)。次いで、カード所有者によって暗証番号が入力される(ステップS4)。ステップS3で発行された暗証番号と、ステップS4で入力された暗証番号が一致しているか否かがチェックされ(ステップS5)、一致している場合には(ステップS5;YES)、カードの使用が許可される(ステップS6)。
FIG. 9 shows an authentication procedure of the
このように、暗証番号に加えて指紋情報によって本人の認証を行うことによって、セキュリティの高いスマートカードを提供できる。バイオメトリクス認証機能を実装したスマートカードはキャッシュカード、クレジットカード、身分証明書などに利用できる。本実施形態の指紋センサは、本人認証を行うためのあらゆるバイオメトリクス認証装置に応用できる。例えば、室内への入退室管理を行うセキュリティシステムとして、本実施形態の指紋センサをドアに取り付けておき、当該指紋センサに入力された入室者の指紋情報と予め登録された指紋情報を照合し、両者が一致する場合には入室を許可する一方で、両者が一致しない場合には入室を不許可とし、必要に応じて警備会社等に通報するシステムにも応用できる。また、インターネットなどのオープンネットワークを通じた電子商取引においても、本人確認のためのバイオメトリクス認証装置として本実施形態の指紋センサは有効に応用できる。さらに、コンピュータ端末装置のユーザ認証装置や、複写機の複写機使用者の管理装置などにも広く応用できる。 In this way, a smart card with high security can be provided by authenticating the person using fingerprint information in addition to the personal identification number. A smart card with a biometrics authentication function can be used for cash cards, credit cards, identification cards, etc. The fingerprint sensor of the present embodiment can be applied to any biometric authentication device for performing personal authentication. For example, as a security system for managing entry / exit into the room, the fingerprint sensor of this embodiment is attached to the door, and the fingerprint information of the occupant input to the fingerprint sensor is compared with the fingerprint information registered in advance, If the two match, the entry is permitted, while if the two do not match, the entry is not permitted and the system can be applied to a security company or the like as necessary. The fingerprint sensor of the present embodiment can also be effectively applied as a biometric authentication device for identity verification in electronic commerce through an open network such as the Internet. Further, the present invention can be widely applied to a user authentication device for a computer terminal device and a management device for a copying machine user of a copying machine.
尚、上記の説明においては、本発明の静電容量検出装置の実施形態として、指紋センサを例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、あらゆる被験物の微小凹凸パターンを静電容量変化として読み取る装置に応用できる。例えば、動物の鼻紋の認識などにも応用できる。 In the above description, the fingerprint sensor is illustrated as an embodiment of the capacitance detection device of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and the minute uneven pattern of any test object can be changed to the capacitance. It can be applied to devices that read changes. For example, it can be applied to recognition of animal noseprints.
1…静電容量式指紋センサ 10…データドライバ(行選択手段) 11…データシフトレジスタ 12…アナログスイッチ 20…走査ドライバ(列選択手段) 30…アクティブマトリクス部 31…静電容量検出回路 32…走査線 33…データ線 34…低電位電源線VSS 35…選択トランジスタ 36…静電容量 37…信号出力素子 38…リセットトランジスタ 70…グローバルデータ線 Cs…基準容量 Cd…検出容量 Ct…37のゲート容量 VSS…低電位電源線 VDD…高電位電源線
DESCRIPTION OF
Claims (5)
該マトリックス装置は、M本の行線から特定の行線を選択する行選択手段と、N本の列線から特定の列線を選択する列選択手段と、前記列選択手段と前記行選択手段とを非選択状態に切り替える非選択化手段と、を備え、
前記列選択手段は、列選択終了信号を出力する列選択終了信号出力手段を有し、
前記行選択手段は、前記列選択終了信号が入力され特定の行線を選択する際の行基準信号を提供する列選択終了信号入力手段と、前記行基準信号が入力され複数個の出力段を有する走査シフトレジスタと、を有し、
前記走査シフトレジスタは、前記複数個の出力段から特定の一段を選択する事で前記特定の行線を選択し、入力される前記行基準信号によって選択される特定の出力段が一段進むとされており、
前記非選択化手段は、前記走査シフトレジスタの各段にリセット信号を供給し、該リセット信号により前記走査シフトレジスタの少なくとも入力側2段が選択状態とされ、他の各段が非選択状態とされるように構成された事を特徴とするマトリックス装置。 In a matrix device in which M row lines and N column lines, and functional elements provided at intersections of the row lines and the column lines are arranged in a matrix of M rows and N columns,
The matrix device includes : a row selection unit that selects a specific row line from M row lines; a column selection unit that selects a specific column line from N column lines; the column selection unit and the row selection unit; And deselecting means for switching to a non-selected state ,
It said column selecting means includes column selection end signal output means for outputting the column selection end signal,
It said row selecting means includes a column selection end signal input means for providing a row reference signal when said column selection end signal selects a particular row line is input, a plurality of output stage the line reference signal is input A scan shift register having,
The scan shift register selects a specific row line by selecting a specific stage from the plurality of output stages, and the specific output stage selected by the input row reference signal is advanced by one stage. And
The deselecting means supplies a reset signal to each stage of the scan shift register, and at least two stages on the input side of the scan shift register are selected by the reset signal, and the other stages are not selected. Matrix device, characterized in that it is configured as described above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003369076A JP4341371B2 (en) | 2003-10-29 | 2003-10-29 | Matrix device, driving method thereof, and electronic apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003369076A JP4341371B2 (en) | 2003-10-29 | 2003-10-29 | Matrix device, driving method thereof, and electronic apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005134194A JP2005134194A (en) | 2005-05-26 |
JP4341371B2 true JP4341371B2 (en) | 2009-10-07 |
Family
ID=34646552
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003369076A Expired - Fee Related JP4341371B2 (en) | 2003-10-29 | 2003-10-29 | Matrix device, driving method thereof, and electronic apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4341371B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4721140B2 (en) | 2005-08-23 | 2011-07-13 | セイコーエプソン株式会社 | Shift register, scanning line drive circuit, matrix type device, electro-optical device, electronic equipment |
-
2003
- 2003-10-29 JP JP2003369076A patent/JP4341371B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005134194A (en) | 2005-05-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3775601B2 (en) | Capacitance detection device and driving method thereof, fingerprint sensor, and biometric authentication device | |
JP4396814B2 (en) | Capacitance detection device and electronic device | |
JP3741282B2 (en) | INPUT DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND DRIVE METHOD FOR INPUT DEVICE | |
CN100417913C (en) | Electrostatic capacitance detection device, retrieval method for detection conditions thereof, and fingerprint sensor | |
US7126349B2 (en) | Capacitance detection apparatus, driving method for the same, fingerprint sensor, and biometric authentication apparatus | |
CN110580442B (en) | Short delay fingerprint sensing | |
JP4341371B2 (en) | Matrix device, driving method thereof, and electronic apparatus | |
JP4556577B2 (en) | Driving method of electronic device | |
JP2005317627A (en) | Electronic device and electronic equipment | |
JP4320575B2 (en) | Input device, capacitance detection device, and electronic apparatus | |
JP2005207816A (en) | Electronic device and electronic equipment | |
JP2004045875A (en) | Display apparatus | |
JP4168945B2 (en) | Image reading apparatus and drive control method thereof | |
JP2005049194A (en) | Capacitance detection device and electronic device | |
JP2005049195A (en) | INPUT DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND DRIVE METHOD FOR INPUT DEVICE | |
JP2005234964A (en) | Fingerprint sensor, biometric authentication device, fingerprint detection condition search method, and fingerprint detection method | |
KR20220001244A (en) | Capacitive Pixel Sensor circuit | |
TW202409810A (en) | Display panel with fingerprint sensor circuit, method for driving display panel with fingerprint sensor circuit and display driver integrated circuit thereof | |
JP2002237747A (en) | Signal detecting device | |
JPH07192488A (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
JP2007052319A (en) | Electronic device and its control method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060915 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081226 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090113 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090313 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090616 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090629 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120717 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4341371 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120717 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130717 Year of fee payment: 4 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |