TW201643670A - 具指紋辨識功能的觸控裝置 - Google Patents

Abstract

一種具指紋辨識功能的觸控裝置，包含一基板本體、多個第一主電極、多個第二主電極及一指紋辨識區，該基板本體具有一可視區，該第一主電極、第二主電極分佈在可視區內，以於物件觸碰該可視區時，感測物件之觸控座標；其中，該指紋辨識區位於該可視區內，且更進一步設置多個絕緣交錯的第一副電極及第二副電極，部分的第一主電極、第二主電極亦延伸至指紋辨識區，當使用者執行指紋辨識功能時，位於該指紋辨識區內的所有電極均會作動，以感測及識別使用者之指紋。

Description

具指紋辨識功能的觸控裝置

本發明關於一種電容式觸控裝置，特別是指一種具有指紋辨識能力的觸控裝置。

將觸控面板作為手持行動裝置的輸入及顯示介面是已經普遍採用的技術，且大多數是採用投射式電容式觸控面板。這些手持行動裝置為了提高用戶資料的保密性，會配合特定的認證機制來驗證操作者，最常見的作法即是要求使用者需輸入一組正確的預設密碼，若密碼正確方可允許使用者進一步操作。但使用密碼作為認證機制，使用者必須要逐一輸入密碼的各個字元，在操作方面相對較不便利，另一方面，密碼亦可能遭別人破解、盜用，因此安全性方面亦有待提升。

生物特徵辨識具有唯一性與不變性，例如指紋、掌紋、人臉、虹膜等，都有專家學者提出相關的理論研究，目前使用在手持行動裝置的生物特徵主要是利用指紋。

中國發明專利公開號CN104021371A揭露一種電子設備，該電子設備具有一可視區及一生物特徵識別模塊，生物特徵識別模塊可以形成在可視區內部以提供生物特徵識別功能，其中，在可視區或生物特徵識別模塊內分布有絕緣交錯排列的第一電極線及第二電極線。此發明雖然實現了將生物特徵識別模塊製作在可視區內，允許使用者在可視區內進行生物特徵操作。但是，延伸在生物特徵識區域與可視區其它觸控區域的各條第一電極線或第二電極線本身的線寬從頭到尾是均勻一致的，且其採用較粗線寬的第一電極線、第二電極線，相鄰第一電極線間的線距或是相鄰第二電極線間的線距會相對減小，在生物特徵識別模塊內可容納的第一電極線、第二電極線數量將受到限制，生物特徵識別模塊內的電極密度因此降低，自然無法提供較高解析度及準確率的辨識結果。

基於現有技術設在可視區內部的生物特徵辨識模塊其辨識解析度有限，本發明的主要目的是提供一種具指紋辨識功能的觸控裝置，將指紋辨識區設置在可視區的內部，並且在指紋辨識區內允許容納更多的電極數量，提高指紋辨識結果的解析度及準確率。

為了達成上述目的，本發明具指紋辨識功能的觸控裝置包含： 一基板本體，具有一可視區； 多個第一主電極及多個第二主電極，絕緣交錯排列於該可視區內； 一指紋辨識區，係設置於該可視區內，在該指紋辨識區內具有： 多個第一副電極及多個第二副電極，絕緣交錯排列於該指紋辨識區內，該第一副電極及第二副電極的排列密度大於該第一主電極及第二主電極的排列密度； 其中，部分的該第一主電極及第二主電極延伸至該指紋辨識區，且位於該指紋辨識區內的第一主電極、第二主電極的線寬小於位於該指紋辨識區外的第一主電極、第二主電極的線寬。

本發明在該基板本體的可視區中設置了指紋辨識區，藉由細化位在指紋辨識區內的第一主電極、第二主電極的線寬，使得通過指紋辨識區的各第一主電極、第二主電極具有不等的線寬，可相對節省指紋辨識區內的佈線面積，所節省的面積可容納更多的第一副電極、第二副電極，提高該指紋辨識區的解析能力，從而改善指紋辨識結果的準確率。

請參考圖1所示，本發明在第一實施例中，具指紋辨識功能的觸控裝置包含有一基板本體1、多個第一主電極20a， 20b及多個第二主電極30a，30b。

基板本體1可由單片基板或雙片基板構成，基板本體1具有一可視區10及位於可視區10至少一側的一非可視區12，本實施例以非可視區12圍繞可視區10來舉例說明。多個第一主電極20a，20b沿第一軸向延伸並沿第二軸向間隔排列於可視區10內，第二主電極30a， 30b沿第二軸向延伸並沿第一軸向間隔排列在可視區10內，且與第一主電極20a， 20b相互絕緣交錯。其中，第一軸向與第二軸向以一角度相交，例如二者相互垂直。第一主電極20a， 20b、第二主電極30a， 30b在本實施例中分別以驅動電極(TX)、感應電極(RX)為例說明，但再另一實施例中，第一主電極20a，20b、第二主電極30a， 30b可以對換為感應電極(RX)與驅動電極(TX)。第一主電極20a， 20b與第二主電極30a， 30b在可視區10內交錯構成一觸控區域，使用者可以在觸控區域內執行觸控操作。

本發明在可視區10內設有一指紋辨識區40，指紋辨識區40位於可視區10之一端邊，例如圖1中指紋辨識區40位於可視區10之下端邊。其中，本實施例指紋辨識區40的面積小於可視區10的面積，指紋辨識區40的面積與該可視區10面積的比值介在1:100~1:1。且指紋辨識區40的寬度W1小於可視區10的寬度W2，指紋辨識區40的長度L1小於可視區10的長度L2。其中有延伸到指紋辨識區40內部的第一主電極定義為第一主電極20b，同樣的，有延伸到指紋辨識區40內部的第二主電極定義為第二主電極30b。除此之外，在指紋辨識區40內還形成有多個第一副電極50與第二副電極60，其中，第一副電極50與第一主電極20a，20b相互平行排列而無電性連接，在相鄰的第一主電極20b之間排列有多條的第一副電極50；第二副電極60與第二主電極30a， 30b相互平行排列而無電性連接，在相鄰的第二主電極30a， 30b之間排列有多條的第二副電極60。第一副電極50與第二副電極60同樣是相互絕緣交錯排列，且排列密度大於第一主電極20a， 20b及多個第二主電極30a，30b的排列密度。第一副電極50與第二副電極60的線寬小於或等於第一主電極20b與第二主電極30b位在指紋辨識區40內的線寬。較佳的，其中相鄰第一副電極50間的線距介在30~200微米之間，相鄰第二副電極60間的線距同樣介在30~200微米之間。本實施例中，第一副電極50與第二副電極60分別作為驅動電極(TX)、感應電極(RX)。

請參考圖2，第一主電極20a，20b、第二主電極30a， 30b、第一副電極50與第二副電極60可電性連接到同一個控制電路(IC)70，由控制電路70負責計算觸控座標及辨識指紋，控制電路70可以是直接設置在基板本體1上與第一主電極20a， 20b、第二主電極30a，30b電性連接，也可以是設置在一獨立的電路板上透過軟排線與第一主電極20a， 20b、第二主電極30a， 30b電性連接。

或是參考圖3，第一主電極20a， 20b、第二主電極30a， 30b電性連接到一觸控控制電路(IC)72，觸控控制電路72負責觸控座標計算或等作業。第一副電極50、第二副電極60電性連接到獨立的一指紋辨識控制電路(IC)74，指紋辨識控制電路74主要負責辨識指紋。同樣地，觸控控制電路72、指紋辨識控制電路(IC)74也可以設置在基板本體1上，或是設置在一獨立的電路板上。

本發明因為將指紋辨識區40整合在可視區10內，所以在操作方面可以區分為一觸控模式及一指紋辨識模式，例如以智慧手機為例，使用者在平常操作智慧手機時是處於觸控模式，當手機重新開機或解除睡眠模式下，可處於指紋辨識模式以辨識使用者的身分。首先說明在觸控模式下，圖2的控制電路70或圖3的觸控控制電路72會驅動可視區10內的第一主電極20a， 20b，再讀取第二主電極30a， 30b上的感應資料，根據讀取到的感應資料判斷是否有物件操作在可視區10及物件的座標。在觸控模式下，只有第一主電極20a， 20b、第二主電極30a， 30工作，第一副電極50與第二副電極60處於未工作狀態。

在指紋辨識模式下，第一副電極50與第二副電極60處於工作狀態，延伸至指紋辨識區40的第一主電極20b、第一副電極30b也處於工作狀態，只有未通過指紋辨識區40的第一主電極20a、第二主電極30a處於未工作狀態。以圖2而言，可利用單一個控制電路70控制指紋辨識區40內部的電極，包括第一副電極50、第二副電極60、延伸至指紋辨識區40的第一主電極20b、第一副電極30b，並根據感應資料辨識指紋。以圖3而言，觸控控制電路72與指紋辨識控制電路(IC)74可協同作業，共同控制指紋辨識區40內部的電極，並根據感應資料進行指紋辨識，其中，由觸控控制電路72所接收的感應資料可以傳送給指紋辨識控制電路(IC)74，由指紋辨識控制電路(IC)74分析全部的感應資料。

在本實施例中，通過指紋辨識區40的各第一主電極20b與各第二主電極30b在不同區域具有不同的線寬粗細，其它的第一主電極20a與第二主電極30a則是具有一致的線寬。其中，以各個延伸到指紋辨識區的各第一主電極20b或各第二主電極30b的整體結構來看，具有位在指紋辨識區40以內的第一線段及位在指紋辨識區40以外的第二線段，第二線段與第一線段相連接，其中位在指紋辨識區40以內的第一線段具有相對較細的第一線寬，但位在指紋辨識區40範圍以外的第二線段具有相對較粗的第二線寬。在一實施例中，第一線寬與該第二線寬的比值介在1:10~9:10，進一步的，第一線寬為0.01微米~200微米，或該第二線寬為1微米~2毫米。藉由細化位在指紋辨識區40內的線寬，可以減少第一主電極20b與第二主電極30b在指紋辨識區40內所佔用的面積，所節省的面積可供配置更多的第一副電極50、第二副電極60，增加指紋辨識區40內佈設的電極密度，提高指紋辨識的解析度及準確率。為說明排列在不同區域的電極密度，請參考圖4，位在指紋辨識區40內的相鄰第一副電極50與相鄰第二副電極60的線距為第一距離d1；第一主電極20a，20b與相鄰第二主電極30a，30b在指紋辨識區40以外區域的線距為第二距離d2，該第一距離d1與第二距離d2的比例d1:d2介在1:50~1:100的範圍。

因為第一主電極20b及第二主電極30b本身的線寬在不同區域有粗細變化，本發明可以進一步在觸控模式下加入補償機制，使延伸至指紋辨識區40的多個第一主電極20b、第二主電極30b能與其它第一主電極20a、第二主電極30a具有較一致的電氣特性。第一種補償機制可藉助軟體補償，即圖2的控制電路70或圖3的觸控控制電路72內部所儲存的演算法，對電極接收的感應量進行運算補償，使感應量不會因為線寬縮減而變弱；第二種補償機制是當第一主電極20b／第二主電極30b在工作時，與其相鄰的第一副電極50／第二副電極60也一併加入工作，作為第一主電極20b／第二主電極30b的輔助電極，例如驅動各第一主電極20b時，也同時驅動其相鄰的第一副電極50(即同時驅動三條電極)，在接收各第二主電極30上的感應量時，也同時接收其相鄰的第二副電極60(即同時接收三條電極上的感應量)，因為在驅動或感應時增加電極的工作數量，增強驅動信號及感應信號的強度，達到補償目的。

請參考圖4，在第一實施例中，多數個第一副電極50可利用指紋辨識區40中的空白區域進行佈線，各第一副電極50的端部（例如圖4為第一副電極50的左端或右端）可通過連接導線向下方延伸至非可視區12，再電性連接到控制電路70或指紋辨識控制電路74。各第二副電極60的下端可通過導線電性連接到控制電路70或指紋辨識控制電路74。

請參考圖5，本發明的第二實施例大致上與第一實施例相同，差異點在於第二實施例中指紋辨識區40的寬度W1等於可視區10的寬度W2，指紋辨識區40的寬度L1小於可視區10的長度L2，如此一來可加大指紋辨識區40的範圍，使用者在執行指紋辨識的應用時，可操作的面積變大也更加方便，甚至可以在指紋辨識區40實現手勢的識別，增加用戶體驗。

請參考圖6，在本發明的第三實施例中，指紋辨識區40的範圍涵蓋了整個可視區10，使用者可以在可視區10的任何位置實現指紋辨識的操作。在可視區10內，覆蓋有相互絕緣交錯的多數個第一主電極20a及第二主電極30a，在相鄰的兩個第一主電極20a之間設有多數個相互間隔的第一副電極50，在相鄰的兩個第二主電極30a之間設有多數個相互間隔的第二副電極60，其中，第一副電極50與第二副電極60的排列密度高於第一主電極20a及第二主電極30a的排列密度，也就是在相鄰的第一主電極20a之間平行排列有多條的第一副電極50，在相鄰的第二主電極30a之間平行排列有多條的第二副電極60。第一副電極50與第二副電極60的線寬小於第一主電極20a及第二主電極30a的線寬，藉由細化第一副電極50與第二副電極60的線寬，可以在相鄰的第一主電極20a、第二主電極30a間容納較多數量的第一副電極50與第二副電極60，提高指紋辨識的解析度。

在觸控模式下，圖6中只有第一主電極20a與第二主電極30a為工作狀態，第一副電極50與第二副電極60處於未工作狀態，以節省電力消耗。在指紋辨識模式下，可視區10內的全部電極均為工作狀態，即第一主電極20a、第二主電極30a、第一副電極50與第二副電極60都處於工作狀態，以偵測使用者在可視區10內的指紋觸碰。

為說明本發明實施例中第一主電極20a、20b、第二主電極30a、30b與第一副電極50、第二副電極60的垂直層間關係，請參考圖7和圖8所示，前述基板本體1以包含一下基板1a及一上基板1b(cover glass)作為示例說明，負責指紋辨識的第一副電極50、第二副電極60可形成在一下基板1a的表面，並與對應的指紋辨識控制電路(IC)74電性連接，控制電路74同樣是設置在下基板1a的表面，與第一副電極50、第二副電極60位在同一平面上，可減少信號的傳遞路徑及衰減程度，當使用者進行指紋識別的操作時，能提高指紋辨識的精確率。而負責觸控作業的第一主電極20a、20b、第二主電極30a、30b，可以全部形成在下基板1a，例如與第一副電極50、第二副電極60位在同一平面上，也可以全部製作在上基板1b（如圖8），或者第一主電極20a、20b位於下基板1a，第二主電極30a、30b位於上基板1b。上基板1b利用光學膠90與下基板1a互相相對黏合。

再請參考圖9，本發明的基板本體1可以是由單一的基板1c構成，第一主電極20a、20b、第二主電極30a、30b與第一副電極50、第二副電極60均位在基板1c的同一表面，基板1c是供使用者觸控操作的基板1c，其中，使用者操作接觸在基板1c的另一相對表面。控制電路74也是設在基板1c且與所有電極位在同一平面上，控制電路74則位在非可視區12內。本實施例相對圖7與圖8對應的實施例，可節省一塊基板，使觸控裝置更加輕薄化。且將實現指紋識別的第一副電極50、第二副電極60及第一主電極20b、第二主電極30b直接設置於基板1c的表面，基板1c相對的另一表面即為觸控操作面，如此，可縮短觸摸物體與第一副電極50、第二副電極60及第一主電極20b、第二主電極30b之間的距離，提供指紋識別靈敏度。

綜上所述，本發明在基板本體的可視區中實現了指紋辨識的功能，使用者在可視區內直接進行指紋辨識的相關應用，而不必侷限於非可視區，經由縮減位指紋辨識區內的第一主電極、第二主電極的線寬，可相對節省佈線面積，所節省的面積可供容置更多的第一副電極、第二副電極，提高指紋辨識區的解析度。無論在觸控模式或指紋辨識模式下，本發明僅驅動部分的電極，可有效減少電力的消耗。

1‧‧‧基板本體
1a‧‧‧下基板
1b‧‧‧上基板
10‧‧‧可視區
12‧‧‧非可視區
20a、20b‧‧‧第一主電極
30a、30b‧‧‧第二主電極
40‧‧‧指紋辨識區
50‧‧‧第一副電極
60‧‧‧第二副電極
70‧‧‧控制電路
72‧‧‧觸控控制電路
74‧‧‧指紋辨識控制電路
90‧‧‧光學膠

圖1：本發明觸控裝置第一實施例的平面示意圖。 圖2：本發明第一實施例使用一個控制電路的示意圖。 圖3：本發明第一實施例使用二個控制電路的示意圖。 圖4：本發明第一實施例中第一副電極的佈線方式示意圖。 圖5：本發明觸控裝置第二實施例的平面示意圖。 圖6：本發明觸控裝置第三實施例的平面示意圖。 圖7：本發明觸控裝置基板本體第一實施例的側視結構示意圖。 圖8：本發明觸控裝置基板本體第二實施例的側視結構示意圖。 圖9：本發明觸控裝置基板本體第三實施例的側視結構示意圖。

1‧‧‧基板本體

10‧‧‧可視區

12‧‧‧非可視區

20a、20b‧‧‧第一主電極

30a、30b‧‧‧第二主電極

40‧‧‧指紋辨識區

50‧‧‧第一副電極

60‧‧‧第二副電極

L1、L2‧‧‧長度

W1、W2‧‧‧寬度

Claims (17)

1. 一種具指紋辨識功能的觸控裝置，包含： 一基板本體，具有一可視區； 多個第一主電極及多個第二主電極，絕緣交錯排列於該可視區內； 一指紋辨識區，係設置於該可視區內，在該指紋辨識區內具有： 多個第一副電極及多個第二副電極，絕緣交錯排列於該指紋辨識區內，該第一副電極及該第二副電極的排列密度大於該第一主電極及第二主電極的排列密度； 其中，部分的該第一主電極及該第二主電極延伸至該指紋辨識區，且位於該指紋辨識區內的第一主電極、第二主電極的線寬小於位於該指紋辨識區外的第一主電極、第二主電極的線寬。
2. 如請求項1所述具指紋辨識功能的觸控裝置，其中該第一副電極與第二副電極的線寬小於或等於該第一主電極與第二主電極位在該指紋辨識內的線寬。
3. 如請求項1所述具指紋辨識功能的觸控裝置，其中位在該指紋辨識區內的相鄰第一副電極與相鄰第二副電極的線距為一第一距離；在該指紋辨識區以外的相鄰第一主電極與相鄰第二主電極的線距為一第二距離，該第一距離與第二距離的比例介在1:50~1:100。
4. 如請求項1所述具指紋辨識功能的觸控裝置，其中相鄰該第一副電極間的線距，及相鄰該第二副電極間的線距為30~200微米。
5. 如請求項1所述具指紋辨識功能的觸控裝置，其中在該指紋辨識區內，相鄰的該第一主電極之間平行排列有複數個該第一副電極，相鄰的該第二主電極之間平行排列有複數個該第二副電極。
6. 如請求項1所述具指紋辨識功能的觸控裝置，其中，延伸到該指紋辨識區的各個第一主電極或各個第二主電極具有： 一第一線段，位在該指紋辨識區的範圍之內，該第一線段的線寬為一第一線寬； 一第二線段，位在該指紋辨識區的範圍之外並連接該第一線段，該第二線段的線寬為一第二線寬，該第二線寬大於該第一線寬。
7. 如請求項6所述具指紋辨識功能的觸控裝置，其中該第一線寬與該第二線寬的比值介在1:10~9:10。
8. 如請求項7所述具指紋辨識功能的觸控裝置，其中該第一線寬為0.01微米~200微米，或該第二線寬為1微米~2毫米。
9. 如請求項1所述具指紋辨識功能的觸控裝置，其中該指紋辨識區的面積小於該可視區的面積，該指紋辨識區位於該可視區之一端邊。
10. 如請求項9所述具指紋辨識功能的觸控裝置，其中該指紋辨識區的面積與該可視區面積的比值介在1:100~1:1。
11. 如請求項1至10中任一項所述具指紋辨識功能的觸控裝置，其中該多個第一主電極、第二主電極、第一副電極及第二副電極共同電性連接到一控制電路。
12. 如請求項1至10中任一項所述具指紋辨識功能的觸控裝置，其中該多個第一主電極與第二主電極電性連接到一觸控控制電路；該多個第一副電極與該第二副電極連接到一指紋辨識控制電路。
13. 如請求項12所述具指紋辨識功能的觸控裝置，其中該控制電路執行一觸控模式，在該觸控模式下，第一主電極與第二主電極分別有作動，其中： 該第一主電極有作動時，與該第一主電極相鄰的複數第一副電極一併有作動； 第二主電極有作動時，且與該第二主電極相鄰的複數第二副電極一併有作動。
14. 如請求項12所述具指紋辨識功能的觸控裝置，其中該基板本體包含一下基板及與該下基板相對貼合的一上基板，其中，該指紋辨識控制電路、該多個第一副電極及第二副電極設置於該下基板相對該上基板的表面。
15. 如請求項14所述具指紋辨識功能的觸控裝置，其中該多個第一主電極及第二主電極與該多個第一副電極及第二副電極設置於該下基板同一表面。
16. 如請求項14所述具指紋辨識功能的觸控裝置，其中該多個第一主電極及第二主電極設置於該上基板相對該下基板的表面。
17. 如請求項12所述具指紋辨識功能的觸控裝置，其中該基板本體是單一基板，該指紋辨識控制電路、該多個第一主電極、該第二主電極、該多個第一副電極及第二副電極設置於該基板的同一表面。