CN104252277A - 一种触摸面板阵列以及用于触摸面板阵列的扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触摸面板阵列以及用于触摸面板阵列的扫描方法，本发明的触摸面板阵列包括指纹识别区和非指纹识别区，仅采用不同的扫描方法即可使该指纹识别区工作于指纹识别模式和触控模式，并根据触摸面板阵列的工作模式，选择不同扫描方式。与现有技术相比，本发明的触摸面板阵列不需要另外叠加指纹识别传感器，直接在触摸面板阵列上设有指纹识别区，并采用不同的扫描方法即可使该指纹识别区工作于指纹识别模式和触控模式，一方面保证增加指纹识别功能后，不增加触摸面板阵列的厚度，另一方面使整个触摸面板阵列上的所有区域均能够实现触控。

Description

一种触摸面板阵列以及用于触摸面板阵列的扫描方法

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体涉及一种触摸面板阵列以及用于触摸面板阵列的扫描方法。

背景技术

随着社会的进步和技术的发展，近年来，移动银行、手机钱包、网络购物等电子商务业务在智能移动设备上的应用日趋广泛。相对的，公众对于集成的电子元器件性能以及网络信息安全的要求也越来越高。指纹由于具有唯一性和稳定性而使其成为个人身份识别的一种有效手段。电容式指纹识别是目前研究的热点。电容式指纹识别基于对指纹的电容检测实现，一方面响应于指纹识别传感器中的一个或多个电容极板之间，另一方面响应于用户手指的嵴和峪(诸如用户的手指的表皮，或可能用户的手指的皮下层)之间的不同的电容度量，来提供指纹信息的集合。

2013年苹果公司率先为旗下发布的新款“iPhone”智能手机添加了指纹识别的功能。自此以后各大手机厂商先后开发并应用了类似的识别技术，将指纹传感器集成到智能手机中，用于屏幕解锁以及替代传统的密码输入来进行无线支付等功能。

然而，在目前市场上出现的若干种商用指纹识别器大多基于成熟的单晶硅或者多晶硅基CMOS工艺设计与制造，用金属构成电极与互连线，虽然成本较低，体积较小，且技术较为成熟，但是它们都有一个共同的缺陷：整个指纹识别模块无法做成透明的，不能与便携式电子设备(如智能手机或平板电脑)的透明触摸面板阵列集成。这种不透明的硅基指纹识别模块占据显示面板之外的区域，限制手机的有效显示面积，与当今智能手机大屏化、窄边化的趋势格格不入。另外，从操作体验上来看，硅基指纹识别器配置在Home键或手机背面，并不直观易用，如果是滑动扫描式的使用起来则更加不便捷；传统硅基指纹识别器扫描面积一般是5mm×5mm，所获得的指纹信息毕竟有限，从安全性来看，有一定的安全隐患。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种触摸面板阵列以及用于触摸面板阵列的扫描方法。

一种触摸面板阵列，所述的触摸面板阵列包括指纹识别区和非指纹识别区，所述的指纹指纹识别区支持指纹识别模式和触控模式。

本发明的触摸面板阵列设有指纹识别区，指纹识别区能够支持指纹识别模式和触控模式，应用时由***电路实现工作模式切换，不同工作模式下需要通过不同的扫描方式实现。当触摸面板阵列工作于指纹识别模式(即用于进行指纹识别)时，该触摸面板阵列仅指纹识别区工作，用于指纹采集；当触摸面板阵列工作于触控模式(即用于进行触控)时，相应的指纹识别区和非指纹识别区均工作，且二者均工作于触控模式，进而使整个触摸面板阵列都可以进行触控点识别，完成触控。

指纹识别区的大小、数量、位置可以根据用户需求任意设定可根据实际应用设定，可以使整个触控面板阵列全部为指纹识别区，识别整个手掌，也可以使部分触控面板阵列为指纹识别区，用于识别一个或多个手指的指纹。当部分为指纹识别区时(即具有非指纹识别区时)，所述的指纹识别区可以包括多个独立的小指纹识别区，分别用于识别不同手指的指纹；所述的指纹识别区也可以形成一个整体的大指纹识别区，用于同时识别不同手指的指纹。

所述的触摸面板阵列包括若干条感应线，以及若干条与感应线绝缘相交的扫描线，所述指纹识别区中相邻感应线之间的间距和相邻扫描线之间的间距均小于或等于0.1mm。

感应线和扫描线实际上就是透明导线，在触控面板阵列中可通过光刻转移图案工艺得到。通常分为两组，一组横向分布，一组纵向分布，选定一组为感应线，另一组则为扫描线。一个由相邻感应线和扫描线所围成的交错区域视为一个传感单元，所有传感单元由扫描线和感应线线连接组成二维矩阵阵列。传感单元的尺寸直接影响到识别精度，尺寸越小识别精度越高。本发明通过设定该指纹识别区相邻两条感应线、相邻两条扫描线之间的间距均小于或等于0.1mm，使指纹识别区的识别精度达到0.1mm(或小于0.1mm)，能够进行指纹识别。

本发明的触摸面板阵列中各条感应线之间和各条扫描线之间均不可相交。作为优选，各条感应线之间相互平行，各条扫描线之间相互平行。进一步优选，感应线与扫描线垂直绝缘相交。相邻两条感应线之间的间距与相邻两条扫描线之间的间距相互独立，二者大小无直接关系，可相等也可不等。当各条感应线(或各条扫描线)不平行时，相邻两条感应线(或扫描线)之间的间距值为同一条扫描线上与二者相交处的长度。

减小传感单元的尺寸可以提高精度，但同时会提高对制备工艺的要求，增加制备成本。作为优选，所述触摸面板阵列的非指纹识别区中，相邻两条感应线之间的间距和相邻两条扫描线之间的间距均为0.5～3mm。进一步优选，所述触摸面板阵列的非指纹识别区中，相邻感应线之间的间距和相邻扫描线之间的间距均为0.5～1mm。本发明中未作特殊说明，非指纹识别区和指纹识别区中，相邻感应线之间的间距，以及相邻扫描线之间的间距，二者相互独立，无直接关系，可相等也可以不相等。

所述非指纹识别区中相邻感应线之间的间距为指纹识别区中的整数倍，相邻扫描线之间的间距为指纹识别区中的整数倍。如此设计，可以使共用部分感应线和扫描线同时被指纹识别区和非指纹识别区复用，进而减少感应线和扫描线的数目。对于大面积触摸面板阵列而言优势更加明显，可以有效降低其制备成本。具体倍数可根据应用需求调整。

进一步，每个由相邻感应线和扫描线所围成的交错区域中均设有透明薄膜晶体管，以及与该透明薄膜晶体管的源极连接的电容电极；

所述透明薄膜晶体管的栅极与扫描线连接，漏极与感应线连接。

由于传感单元尺寸较小，为避免相邻传感单元之间的互扰，保证识别精度，本发明的触摸面板阵列采用有源矩阵电容传感方式，每个传感单元作为一个触控点，各传感单元中的透明薄膜晶体管起到开关作用，用于控制电容电极的导通或断开。此外，采用有源矩阵电容传感方式还克服了现有自电容多点触摸屏的“鬼点”现象，实现了基于自电容原理的多点触控。

各个交错区域中，透明薄膜晶体管的源极和漏极均连接与其相对位置相同的感应线和扫描线。按照相同的位置关系进行连接，使整个触摸面板阵列在结构上具有重复性，易于实现，更重要的是保证了触摸面板阵列中每一条感应线和扫描线均能够与相应的透明薄膜晶体管连接。

为能够得到触控、指纹识别和显示功能的三合一屏，所述的触摸面板阵列由透明材质制成。其中，该触摸面板阵列中的电容电极可以由ITO透明导电材料制备，也可以由石墨烯透明导电材料制备得到。

本发明还提供了一种用于触摸面板阵列的扫描方法，所述的触摸面板阵列包括指纹识别区和非指纹识别区，将指纹识别区中若干条相邻的感应线定义为一组，若干条相邻的扫描线定义为一组，

(a)当触摸面板阵列工作于指纹识别模式时，扫描方法如下：

先按组对指纹识别区进行循序扫描，确定指纹所在区域，再按条对所述的指纹所在区域进行循序扫描，以获取指纹细节；

(b)当触摸面板阵列工作于触控模式时，扫描方法如下：

按组对指纹识别区进行循序扫描，按条对非指纹识别区进行循序扫描。

通过采用不同的扫描方法使触摸面板阵列工作于不同的工作模式。工作于指纹识别模式时，由于指纹识别区中传感单元尺寸小，扫描所需的时耗长，采用粗扫(按组扫描)和细扫(按条扫描)相结合的方式，有利于缩短扫描时间，提高用户体验。而工作于触控模式时，由于对精度要求不高，为提高扫描效率，对于传感单元尺寸小的指纹识别区直接采用粗扫方式。

将5～10条相邻的感应线定义为一组，将5～10条相邻的扫描线定义为一组。将若干条扫描线或感应线定义为一组，进行循序扫描，可以提高扫描效率，节省扫描时间。每一组中扫描线或感应线的条数关系到扫描精度，条数越多，精度越低，条数越小，精度越高。当扫描间隔过大(每一组的感应线或扫描线的条数为10条以上)时有可能会出现漏扫的情况。实际应用时，每一组的条数可以根据扫描线或感应线之间的间距及精度要求设定。

按组对指纹识别区进行循序扫描时，每次循序扫描对当前组扫描线中至少一条扫描线施加扫描脉冲，对每一组感应线中至少一条感应线施加检测信号。每次扫描时，施加扫描脉冲的扫描线越少，施加检测信号的感应线越少，用于扫描的能耗越小。

但是由于进行这种类似隔行扫描的方式对应的区域的电极大小不同，当触摸面板阵列工作于触摸模式时，由于会导致指纹识别区和非指纹识别区的电极大小不同，因此，造成整个触摸面板阵列的灵敏度不一致，从而影响用户体验。作为优选，当触摸面板阵列工作于触控模式时，按组对指纹识别区进行循序扫描时，每次循序扫描对当前组扫描线中所有扫描线施加扫描脉冲，对每一组感应线中所有感应线施加检测信号。

当对前组扫描线中所有扫描线施加扫描脉冲，对每一组感应线中所有感应线施加检测信号时，可以将前组扫描线与一组的感应线的相交区域对应的传感单元理解为一个大的传感单元，这样对应的电极为每个传感单元中电极的大小之和，进而保证了灵敏度的一致性。

本发明的触摸面板阵列上设有指纹识别区和非指纹识别区，仅采用不同的扫描方法即可使该指纹识别区工作于指纹识别模式和触控模式。与现有技术相比，本发明的触摸面板阵列不需要另外叠加指纹识别传感器，直接在触摸面板阵列上设有指纹识别区，并采用不同的扫描方法即可使该指纹识别区工作于指纹识别模式和触控模式，一方面保证增加指纹识别功能后，不增加触摸面板阵列的厚度，符合当前显示领域的发展趋势；另一方面由于触摸面板阵列上的指纹识别区还支持触控模式，与现有的仅支持指纹识别模式的指纹识别区比较，使整个触摸面板阵列上的所有区域均能够实现触控。此外，整个触摸面板阵列由透明材料制成，有望应用于集显示、触控和指纹识别“三合一屏”，将该“三合一屏”应用于移动电子设备，有望解决当前无线支付的安全性不高问题，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本实施例的触摸面板阵列的结构示意图；

图2为各个传感单元的结构示意图；

图3为***电路的结构框图；

图4为本实施例中指纹识别区的扫描原理图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1所示，为本实施例的触摸面板阵列的结构示意图，本实施例的触控面板阵列包括若干条相互平行的感应线1，以及若干条相互平行且与感应线垂绝缘相交的扫描线2。感应线1和扫描线2的条数取决于相邻感应线之间，以及相邻扫描线之间的间距，以及触摸面板阵列的尺寸。

该触摸面板阵列设有指纹识别区3和非指纹识别区7，其中指纹识别区2支持指纹识别模式和触控模式。指纹识别区3中相邻两条感应线1、相邻两条扫描线2之间的间距均等于0.1mm。非指纹识别区7中，相邻两条感应线、相邻两条扫描线之间的间距均为1mm。本实施例中触摸面板阵列中的非指纹识别区7中相邻两条感应线1、相邻两条扫描线2之间的间距为指纹识别区中的间距的整数倍(10倍)。

本实施例中，设定指纹识别区3的位置时，使指纹识别区的边缘的感应线和扫描线与非指纹识别区的边缘的感应线和扫描线的在触摸面板阵列中的位置相同。这样当指纹识别区和非指纹识别区中相邻两条感应线1、相邻两条扫描线2之间的间距为指纹识别区中的间距的整数倍时，可以非指纹识别区中的部分感应线能够被指纹识别区复用，易于制备，有利于降低制作成本。

指纹识别区3的大小、数量、位置可以根据用户需求任意设定可根据实际应用设定，本实施例中设有一个指纹识别区3位于触摸面板阵列的左下角。

如图2所示，由相邻两条感应线1和相邻两条扫描线2所围成的交错区域(即传感单元4)中设有一透明薄膜晶体管5，以及与该透明薄膜晶体管5的源极连接的电容电极6，该透明薄膜晶体管5的栅极与扫描线2连接，漏极与感应线1连接。

各个传感单元4中，电容电极的面积大小与传感单元的面积大小有关，通常传感单元面积越大，对应的电容电极面积也越大。本实施例中电容电极的面积为对应的传感单元的面积的80％。

各个传感单元4中，透明薄膜晶体管5的源极和漏极均连接与其相对位置相同的感应线1和扫描线2。使整个触摸面板阵列在结构上具有重复性，易于制备。

本实施的触摸面板阵列在每个传感单元设置透明薄膜晶体管，采用有源矩阵电容传感方式。一方面，有效避免了相邻传感单元之间的互扰，保证了触摸面板阵列的识别精度；另一方面，还克服现有自电容多点触摸屏的“鬼点”现象。

为能够得到触控、指纹识别和显示功能的三合一屏，本实施例中触摸面板阵列由透明材质制成。其中，该触摸面板阵列中的电容电极可以由ITO透明导电材料制备，也可以由石墨烯透明导电材料制备得到。

触摸面板阵列根据功能切换，可以工作于指纹识别模式和触控两种模式，当处于不同工作状态时，相应的触摸面板阵列需要采用不同的扫描方式进行扫描，进而实现不同的状态下的相应功能。

本实施例中触摸面板阵列在进行扫描时，需要在***电路作用下完成扫描。如图3所示，该***电路包括主控电路、扫描电路和电容检测电路，其中扫描电路与该触摸面板阵列中的扫描线连接，用于在主控电路的作用下为相应的扫描线施加扫描脉冲，电容检测电路与触摸面板阵列中的感应线与连接，用于在主控电路的作用下为相应的感应线施加检测信号并侦测反馈信号以确定接触点位置。

进行扫描(循序扫描)时，扫描电路向相应的扫描线施加扫描脉冲，打开相应行的透明薄膜晶体管，这时与该扫描线连接的电容电极与相应的感应线连通，而其他的透明薄膜晶体管关闭，相应的电容电极与感应线也处于断开装填。电容检测电路向在主控电路的作用下向相应的感应线施加检测信号(高频的方波激励信号)。当手指接触到触摸面板阵列时，手指为虚地，形成接地电极，与相应传感单元中的电容电极组成一个自电容，方波激励信号通过此自电容阻抗与地形成回路。当手指逐渐接近触摸面板阵列时，电容值变大，电容阻抗变小，方波激励信号的对应的电流变大，此时，通过该电容检测电路侦测到的电流变化最终确定接触点的位置。

本发明实施例的用于触摸面板阵列的扫描方法，扫描时首先如图4所示，分别将指纹识别区中每10条相邻的感应线定义为一组，将每10条相邻的扫描线定义为一组。图4中每一组扫描线由一条粗线连接并不是指实际导线将该组中各条感应线并联，实际上每条扫描线都单独与扫描电路连接，将若干条相邻的扫描线定义为一组应该是软件实现，可同时对一组扫描线施加相同的扫描脉冲(即一组中各条扫描线的施加的扫描脉冲同步)。以上原理同样适用于每一组感应线。

(a)当触摸面板阵列工作于指纹识别模式时，扫描方法如下：

先按组对指纹识别区进行循序扫描，确定指纹所在区域，再按条对指纹所在区域进行循序扫描，以获取指纹细节。为节省能耗，此时，按组对指纹识别区进行循序扫描时，每次循序扫描对当前组扫描线中的一条扫描线施加扫描脉冲，对每一组感应线中的一条感应线施加检测信号。

(b)当触摸面板阵列工作于触控模式时，扫描方法如下：

按组对指纹识别区进行循序扫描，按条对非指纹识别区进行循序扫描。

为保证触摸面板阵列上各个区域的触控灵敏度的一致性，此时，按组对指纹识别区进行循序扫描时，每次循序扫描对当前组扫描线中所有扫描线施加扫描脉冲(即同时对10条扫描线施加相同的扫描脉冲)，对每一组感应线中所有感应线施加检测信号(即同时对10条扫描线施加相同的扫描脉冲)。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种触摸面板阵列，其特征在于，所述的触摸面板阵列包括指纹识别区和非指纹识别区，所述的指纹指纹识别区支持指纹识别模式和触控模式。

2.如权利要求1所述的触摸面板阵列，其特征在于，包括若干条感应线，以及若干条与感应线绝缘相交的扫描线，所述指纹识别区中相邻感应线之间的间距和相邻扫描线之间的间距均小于或等于0.1mm。

3.如权利要求2所述的触摸面板阵列，其特征在于，所述的非指纹识别区中相邻感应线之间的间距和相邻扫描线之间的间距均为0.5～1mm。

4.如权利要求2所述的触摸面板阵列，其特征在于，所述非指纹识别区中相邻感应线之间的间距为指纹识别区中的整数倍，相邻扫描线之间的间距为指纹识别区中的整数倍。

5.如权利要求2～4中任意一项权利要求所述的触摸面板阵列，其特征在于，每个由相邻感应线和扫描线所围成的交错区域中均设有透明薄膜晶体管，以及与该透明薄膜晶体管的源极连接的电容电极；

所述透明薄膜晶体管的栅极与扫描线连接，漏极与感应线连接。

6.一种用于触摸面板阵列的扫描方法，所述的触摸面板阵列包括指纹识别区和非指纹识别区，其特征在于，将指纹识别区中若干条相邻的感应线定义为一组，若干条相邻的扫描线定义为一组，

(a)当触摸面板阵列工作于指纹识别模式时，扫描方法如下：

先按组对指纹识别区进行循序扫描，确定指纹所在区域，再按条对所述的指纹所在区域进行循序扫描，以获取指纹细节；

(b)当触摸面板阵列工作于触控模式时，扫描方法如下：

按组对指纹识别区进行循序扫描，按条对非指纹识别区进行循序扫描。

7.如权利要求6所述的用于触摸面板阵列的扫描方法，其特征在于，将5～10条相邻的感应线定义为一组，将5～10条相邻的扫描线定义为一组。

8.如权利要求7所述的用于触摸面板阵列的扫描方法，其特征在于，按组对指纹识别区进行循序扫描时，每次循序扫描对当前组扫描线中至少一条扫描线施加扫描脉冲，对每一组感应线中至少一条感应线施加检测信号。

9.如权利要求7所述的用于触摸面板阵列的扫描方法，其特征在于，当触摸面板阵列工作于触控模式时，按组对指纹识别区进行循序扫描时，每次循序扫描对当前组扫描线中所有扫描线施加扫描脉冲，对每一组感应线中所有感应线施加检测信号。