TW201704969A - 指紋感測器整合式觸控螢幕裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，包括：一觸控螢幕，具有至少一個指紋及觸控區域和複數個觸控區域，各個觸控區域包括：與第一群組之Rx電極線相交的第一群組的Tx電極線、和複數個觸控感測器，位於該第一群組之Tx電極線與該第一群組之Rx電極線的相交處；及一觸控積體電路，其將具有相同相位的一感測器驅動信號提供至該第一群組之Tx電極線、將該第一群組之Rx電極線之第一有效Rx通道組合成一束、及藉由一第一觸控感測部份同時感測該等第一有效Rx通道，其中該第一群組之Tx電極線的第一無效Rx通道從該第一觸控感測部份被電性斷開。

Description

指紋感測器整合式觸控螢幕裝置
本發明主要涉及一種指紋感測器整合式觸控螢幕裝置及其驅動方法，尤其涉及一種具有指紋辨識功能的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置。
隨著電腦技術的發展，已開發能夠應用至各種工具(例如：筆記型電腦；平板電腦；智慧型手機；個人數位助理(Personal Digital Assistant，PDA)；自動提款機(Automated Teller Machine，ATM)；以及資訊系統)的電腦整合式系統。通常，電腦整合式系統儲存各種資料，該等資料包括私密資訊(例如：機密商業資訊)以及與個人私事相關之個人資訊。因此，典型地需要加強的安全性機制以保護該資訊。
為了達成此目的，指紋感測器被開發以藉由使用人類的指紋來執行系統的註冊或認證，以加強安全性。
該指紋感測器是一個可感測人體的指紋的感測器。一指紋感測器能被歸類為一光學性指紋感測器以及一電容性指紋感測器。
該光學性指紋感測器係基於以下原理：一例如發光二極體(Light Emitting Diode，LED)的光源發射光以及藉由一互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)影像感測器來感測從指紋的凹凸所反射的光線。然而，所產生的問題涉及了因為使用發光二極體，所以尺寸增加、以及因為使用高價的光源，所以產生了產品成本增加。
該電容性指紋感測器使用與其接觸之指紋的凹與凸之間所充電的電壓差異。
2013年11月21日所發表之具有「電容性感測器包裝」之 發明名稱的美國專利公開第2013/0307818號描述一種相關技術之電容性指紋感測器。該發表之電容性指紋感測器係被配置作為與一特定按鈕耦合形成之封裝形式。該電容性指紋感測器包括一矽晶圓，用於測量一指紋(的凹凸)與一電容板之間的電容的電路被印刷在該矽晶圓上。
通常，因為指紋的凹凸具有大約300μm至500μm的非常小的尺寸，美國專利公開第2013/0307818號所描述的電容性指紋感測器需要有一高解析度感測器陣列以及一積體電路(Integrated Circuit，IC)，以用於指紋辨識程序。為此，該電容性指紋感測器使用矽晶圓，以整合IC與感測器陣列。然而，當IC與感測器陣列使用矽晶圓整合時，該電容性指紋感測器必須要有一封裝配置，以將指紋感測器與一按鈕耦合。因此，因為封裝配置，所顯現的問題包括複雜的配置以及光學性指紋感測器之非顯示區域(例如：邊框區域)的增加。又，因為按鈕與指紋感測器重疊，其他問題包括厚度增加的問題以及用於感測指紋的面積取決於按鈕(智慧型手機的歸位(Home)鍵)的大小的問題。
針對上述問題，已開發一種技術以使用觸控感測器螢幕的區域作為一指紋辨識區域。2013年10月22日所發表之具有「用於識別指紋的電容性觸控感測器」的發明名稱的美國專利第8,564,314號以及2014年8月18日所發表之具有「指紋辨識整合式電容性觸控螢幕」的發明名稱的韓國專利第10-1432988號描述了該技術。
第1圖示意性地顯示美國專利第8,564,314號中所示之電容性感測面板的驅動電極以及感測電極的配置。第2圖示意性地顯示韓國專利第10-1432988號中所示之指紋辨識整合式電容性觸控螢幕的配置。第3A圖顯示一般性的觸控感測器圖案，以及第3B圖顯示高密度的觸控感測器圖案。
參考第1圖，用於識別指紋的一電容性觸控感測器包括：一觸控感測器3，包括觸控驅動電極1(x)以及觸控感測電極1(y)；以及一指紋感測器5，包括指紋驅動電極5(x)以及指紋感測電極5(y)。在用於識別指紋的該電容性觸控感測器中，因為分離的指紋感測器5係部份地設置在一螢幕區域上，所顯現問題可包括在指紋感測器5的周圍，會產生指紋感測器5的非觸控或者觸控效能的降低的問題。
參考第2圖，一指紋辨識整合式電容性觸控螢幕包括：一觸控面板AA；複數條電極連接線BB；以及一觸控控制器CC。該觸控面板AA藉由彼此相交之第一通道電極A1(Tx以及Rx的其中之一)以及第二通道電極A2(Tx以及Rx其中的另一個)的組合而形成複數個細微通道A3。該等細微通道A3被配置以使來自指紋辨識感測器A4的區域以外的剩餘區域之該等細微通道A3中的細微通道A3形成複數個群組，該等群組各自用以作為感測一觸控信號的觸控群組通道A5，以及對應至指紋辨識感測器A4的區域的細微通道A3各自用於作為一指紋辨識通道A6。
然而，因為該等細微通道A3(即，觸控通道)係用以作為觸控群組通道A5，該指紋辨識整合式電容性觸控螢幕的觸控通道之間的一互電容Cm可能會極大地增加。亦即，第3B圖所顯示的高密度的觸控感測器圖案中的觸控通道之間的互電容Cm會增加至第3A圖所顯示之一般性的觸控感測器圖案的觸控通道之間的互電容Cm的數十至數百倍。因為互電容Cm的增加會降低觸控感測器的敏感性，所以當有觸控操作發生時，一觸控操作可能不會被辨識到。
因此，本發明的揭露旨在提供一種指紋感測器整合式觸控螢幕裝置及其驅動方法，其實質地解決因現有技術的限制及不利而造成的一個或多個問題。
本發明的優勢在於提供一種指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，其在當指紋感測器整合式觸控螢幕面板被配置以具有高密度電極圖案時，能夠降低一互電容。
本發明另外的特徵及優勢將會說明在以下的描述，及呈現於描述的部份中或者由本發明的實施而得知。本發明這些及其他的優勢將會透過在說明書及申請專利範圍與所附圖式所特別指出的結構來了解及達到。
為了達到這些及其他的優勢及依據本發明的目的，如廣泛地描述及實施，本發明的一種指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，例如，包括： 一觸控螢幕，具有至少一個指紋及觸控區域以及複數個觸控區域，各個觸控區域包括：一第一群組之複數條Tx電極線，該第一群組之複數條Tx電極線與該第一群組之複數條Rx電極線相交、和複數個觸控感測器，位在該第一群組之該等Tx電極線與該第一群組之該等Rx電極線的相交處；以及一觸控積體電路，其將具有相同相位之一感測器驅動信號提供至該第一群組之該等Tx電極線、將該第一群組之該等Rx電極線之複數個第一有效Rx通道組合成一束、以及藉由一第一觸控感測部份同時地感測該等第一有效Rx通道，其中，該第一群組之該等Rx電極線之複數個第一無效Rx通道從該第一觸控感測部份被電性斷開。
該等第一無效Rx通道係被浮動。
該等第一無效Rx通道係被連接至一低電位電壓源。
在該等第一無效Rx通道中，相鄰於該等第一有效Rx通道之該等第一無效Rx通道係被連接至一低電位電壓源，以及除了連接至該低電位電壓源之該等第一無效Rx通道以外，剩餘之該等第一無效Rx通道係被浮動。
在該指紋及觸控區域中之該觸控螢幕包括：一第二群組之複數條Tx電極線以及該第二群組之複數條Rx電極線，該等Tx電極線以及該等Rx電極線被配置以彼此相交；以及複數個指紋及觸控感測器，形成在該第二群組之該等Tx電極線以及該第二群組之該等Rx電極線的相交處。該觸控積體電路包括：一開關塊；一第二觸控感測部份；以及複數個指紋感測部份。在一觸控感測模式中，該開關塊將該第二群組之該等Rx電極線中之複數個第二有效Rx通道連接至該第二觸控感測部份、以及將除了該第二群組之該等Rx電極線中之該等第二有效Rx通道以外的複數個無效Rx通道浮動。在一指紋感測模式中，該開關塊將該第二群組之該等Rx電極線個別地連接至該等指紋感測部份。
在該觸控感測模式中，該觸控積體電路將具有相同相位之一感測器驅動信號提供至該第二群組之該等Tx電極線，而在該指紋感測模式中，該觸控積體電路將具有順序延遲之相位的一感測器驅動信號提供至該第二群組之該等Tx電極線。
該開關塊包括：複數個第一開關，該等第一開關被開啟以響 應一指紋致能信號以及將第二群組之該等Rx電極線個別地連接至該等指紋感測部份的輸入端；以及複數個第二開關，該等第二開關被開啟以響應一觸控致能信號以及將第二群組之該等Rx電極線之該等第二有效Rx通道共同地連接至該第二觸控感測部份的一輸入端。
可以了解到上述的一般描述及以下詳細的描述係例示性的及可解釋的並且係意圖提供如所主張之本發明進一步的解釋。
1(x)‧‧‧觸控驅動電極
1(y)‧‧‧觸控感測電極
3‧‧‧觸控感測器
5‧‧‧指紋感測器
5(x)‧‧‧指紋驅動電極
5(y)‧‧‧指紋感測電極
12‧‧‧資料驅動電路
14‧‧‧掃描驅動電路
16‧‧‧時序控制器
18‧‧‧主機系統
20‧‧‧觸控積體電路
20A‧‧‧觸控感測單元
20B‧‧‧指紋感測單元
20C‧‧‧開關塊
AA‧‧‧觸控面板
A1‧‧‧第一通道電極
A2‧‧‧第二通道電極
A3‧‧‧細微通道
A4‧‧‧指紋辨識感測器
A5‧‧‧觸控群組通道
A6‧‧‧指紋辨識通道
BB‧‧‧電極連接線
CC‧‧‧觸控控制器
Cfb_f‧‧‧第二感測電容
Cfb_t‧‧‧第一感測電容
Cm‧‧‧互電容
D1~Dm‧‧‧資料線
DE‧‧‧資料致能信號
DIS‧‧‧顯示面板
ERx‧‧‧有效Rx通道
FDATA‧‧‧指紋感測資訊
FEN‧‧‧指紋致能信號
FMODE‧‧‧指紋感測模式
FS1~FS8‧‧‧指紋感測部份
FSU‧‧‧指紋感測單元
FTa‧‧‧指紋及觸控感測器
FTAR‧‧‧指紋及觸控區域
G1~Gn‧‧‧閘極線
GPa-Rx‧‧‧第一群組之Rx電極線
GPa-Tx‧‧‧第一群組之Tx電極線
GPb-Rx(rx21~rx2m)‧‧‧第二群組之Rx電極線
GPb-Tx(tx21~tx2m)‧‧‧第二群組之Tx電極線
GOE‧‧‧閘極輸出致能信號
GSC‧‧‧閘極位移時脈
GSP‧‧‧閘極起始脈衝
H1、H2、H3、H4‧‧‧無效Rx通道
Hsync‧‧‧水平同步信號
MCLK‧‧‧主時脈
NRx‧‧‧無效Rx通道
POL‧‧‧極性控制信號
RGB‧‧‧數位視頻資料
Rx1、Rx2、Rx3‧‧‧Rx電極線
rx1~rx8‧‧‧有效Rx通道
SB‧‧‧開關塊
SOE‧‧‧源極輸出致能信號
SSC‧‧‧源極取樣時脈
SW1‧‧‧第一開關
SW2‧‧‧第二開關
Ta‧‧‧觸控感測器
TAR‧‧‧觸控區域
TDATA‧‧‧觸控座標資訊
TEN‧‧‧觸控致能信號
TMODE‧‧‧觸控感測模式
TS、TS1、TS2、TS3‧‧‧觸控感測部份
TSP‧‧‧觸控螢幕
TSU‧‧‧觸控感測單元
Tx1~Txn、tx1~txm‧‧‧Tx電極線
VSS‧‧‧低電位電壓源
Vsync‧‧‧垂直同步信號
x‧‧‧第二方向
y‧‧‧第一方向
所附圖式被包括以對本案提供進一步的理解且構成說明書的一部份，該等圖式與其對應的說明一起解釋本發明的原理，在該等圖式中：第1圖係示意性地顯示相關技術之電容性感測面板的驅動電極以及感測電極的配置的平面圖；第2圖係示意性地顯示相關技術之指紋辨識整合式電容性觸控螢幕的配置；第3A圖係顯示產生於一般性之觸控感測器圖案的互電容；第3B圖係顯示產生於高密度之觸控感測器圖案的互電容；第4圖係顯示應用依據本發明之示例性實施例的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置的顯示裝置的方塊圖；第5圖係說明依據本發明之示例性實施例的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置；第6圖係在觸控感測模式中施加至指紋感測器整合式觸控螢幕裝置之感測器驅動信號的波形圖；第7圖係在指紋感測模式中施加至指紋感測器整合式觸控螢幕裝置之感測器驅動信號的波形圖；第8圖係說明形成在第6圖的一個觸控區域中第一群組之Tx電極線以及該第一群組之Rx電極線；第9圖至第11圖係說明當指紋感測器整合式觸控螢幕裝置被配置以具有高密度電極圖案時，用於降低互電容的方法； 第12圖係詳細說明第5圖所示之指紋感測器整合式觸控螢幕裝置的觸控積體電路；第13圖係詳細說明第12圖所示之開關塊的配置及操作；第14A圖係說明在觸控感測模式中指紋感測器整合式觸控螢幕裝置的操作；以及第14B圖係說明在指紋感測模式中指紋感測器整合式觸控螢幕裝置的操作。
應用依據本發明示例性實施例的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置的顯示裝置可實施於一平板顯示器，例如：一液晶顯示器；一場致發射顯示器；一電漿顯示面板；一有機發光二極體顯示器；以及一電泳顯示器。在以下的說明中，將描述本發明的實施例係使用液晶顯示器作為實施該平板顯示器的顯示裝置的範例。亦可用其他的平板顯示器。
將詳細說明本發明的實施例，且使用所附圖式說明該實施例的範例。將盡可能地在所有圖式中對於相同的元件或類似的元件使用相同的元件符號。如果判斷該技術會誤導本發明的實施例，將省略已知部件的詳細描述。
第4圖係顯示應用依據本發明示例性實施例之指紋感測器整合式觸控螢幕裝置的顯示裝置的方塊圖。
參考第4圖，依據本發明實施例的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置包括一觸控螢幕TSP以及一觸控積體電路(Integrated Circuit，IC)20。
依據本發明實施例的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置可以藉由複數個電容性感測器將該觸控螢幕TSP實施為感測一觸控輸入的一電容性觸控螢幕。
該電容性觸控螢幕可包括複數個感測器，該等感測器皆具有一電容。該電容可被分割為自電容以及互電容。該自電容可沿著形成在一個方向上之單一層的導線來形成，以及該互電容可形成在兩個彼此垂直的 導線之間。
觸控螢幕TSP包括：複數條Tx電極線(或Tx通道)，被配置以沿著一第一方向彼此平行；複數條Rx電極線(或Rx通道)，被配置以沿著一第二方向彼此平行且與該等Tx電極線相交；以及複數個互電容感測器，分別形成在該等Tx電極線以及該等Rx電極線的相交處。每個互電容感測器包括：一Tx電極，連接至該Tx電極線；一Rx電極，連接至該Rx電極線；以及一絕緣層，位於該Tx電極以及該Rx電極之間。該等Tx電極線係為驅動信號線，該等驅動信號線施加一感測器驅動信號至各個互電容感測器並且提供電荷至互電容感測器。該等Rx電極線係為感測線，該等感測線連接至互電容感測器並且將互電容感測器的電荷提供至觸控IC 20。一互電容感測方法可將感測器驅動信號藉由Tx電極線施加至互電容感測器的Tx電極、提供電荷至互電容感測器、以及藉由與感測器驅動信號同步之Rx電極和Rx電極線來感測互電容感測器之電容的改變，藉此感測一觸控輸入。
觸控螢幕TSP可連接至顯示面板DIS的上層偏光板或者形成於顯示面板DIS的上層偏光板與上層基板之間。此外，觸控螢幕TSP的感測器可被嵌入至顯示面板DIS的像素陣列中。
該等Tx電極線以及該等Rx電極線以一細微圖案(即，一高密度電極圖案)的方式形成在觸控螢幕TSP上。觸控螢幕TSP具有至少一個指紋及觸控區域FTAR以及複數個觸控區域TAR。該指紋及觸控區域FTAR包括複數個指紋及觸控感測器，以及各個觸控區域TAR具有複數個觸控感測器。在下文中，本發的實施例描述一個指紋及觸控區域FTAR作為範例，但本發明不限於此。此外，本發的實施例描述指紋及觸控區域FTAR係設置於觸控區域TAR的中間。但可使用其他的位置。舉例來說，指紋及觸控區域FTAR可設置於觸控區域TAR的其中之一之中。觸控螢幕TSP上的指紋及觸控區域FTAR以及觸控區域TAR的形成位置重疊於顯示面板DIS的影像顯示區域。
因為該等Tx電極線以及該等Rx電極線以一高密度電極圖案的方式形成，指紋及觸控感測器係細微地形成，以使數個指紋及觸控感測器可被設置於指紋的凹凸之間。因此，指紋感測可以被精確地執行。因 為該等Tx電極線以及該等Rx電極線以一高密度電極圖案的方式形成，觸控感測器係細微地形成。然而，因為觸控感測不需要如指紋感測一樣高的清晰度，該等觸控感測器根據觸控區域TAR被分組，並且被同時驅動以及以每觸控區域為基準的方式被感測，以降低功耗以及觸控回報率。
當該等觸控感測器如上述根據觸控區域TAR被分組，並且被同時驅動以及以每觸控區域為基準的方式被感測時，因為如相關技術所述當同時被感測之觸控感測器的互電容的過度增加，觸控感測器的感測表現可能會降低。因此，本發明的一實施例選擇性地感測各個觸控區域TAR的一些Rx電極線，且將沒有感測之各個觸控區域TAR的Rx電極線浮動或接地，以當該等觸控感測器根據觸控區域TAR而被分組時，降低從高密度電極圖案所造成之觸控感測器的互電容的急劇增加的副作用。
觸控IC 20包括：一驅動信號供應單元，提供一感測器驅動信號至該等Tx電極線；以及一感測單元，感測該等Rx電極線。該感測單元包括：一觸控感測單元，感測來自該等Rx電極線的觸控資訊；以及一指紋感測單元，感測來自該等Rx電極線的指紋資訊。觸控IC 20進一步包括：一開關塊，選擇性地將指紋及觸控區域FTAR的Rx電極線連接至該觸控感測單元或者該指紋感測單元。該開關塊反向地切換一開關操作，以響應從外部接收之觸控致能信號以及指紋致能信號。
觸控IC 20傳送藉由感測一主機系統18所獲得的觸控座標資訊TDATA以及指紋感測資訊FDATA。
應用依據本發明示例性實施例的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置的顯示裝置可包括：該顯示面板DIS；一顯示驅動電路；以及該主機系統18。
顯示面板DIS包括：一液晶層，形成在一上層基板以及一下層基板之間。顯示面板DIS的像素陣列包括：複數個像素，形成在由資料線D1至Dm以及閘極線G1至Gn所定義的像素區域中，m以及n為正整數。各個像素可包括：複數個薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)，形成在資料線D1至Dm以及閘極線G1至Gn的相交處；一像素電極，被一資料電壓所充電；一儲存電容Cst，連接至該像素電極並保持一液晶單元的電壓；以及諸如此類的元件。
黑色矩陣、彩色濾光片等可形成在顯示面板DIS的上層基板之上。顯示面板DIS的下層基板可配置為一彩色濾光片於TFT上(Color Filter On TFT，COT)之結構。以此例來說，該等黑色矩陣以及該等彩色濾光片可形成在顯示面板DIS的下層基板之上。被施加一共同電壓的共同電極可形成在顯示面板DIS的上層基板或者下層基板之上。偏光板係分別附接至顯示面板DIS的上層基板以及下層基板之上。用於設置液晶的預傾角的配向層係分別形成在顯示面板DIS的上層基板以及下層基板的接觸液晶的內側表面之上。一柱間隔物係形成在顯示面板DIS的上層基板以及下層基板之間，以保持液晶單元的單元間隔固定。
一背光單元可設置在顯示面板DIS的一背部表面下。該背光單元可實施為側光式背光單元或者直下式背光單元的其中之一，並且將光照射至顯示面板DIS之上。顯示面板DIS可實施為任何已知的液晶模式，包括一扭轉向列(TN)型、一垂直配向(VA)型、一面內轉向(IPS)型、一邊緣電場切換(FFS)型等等。
該顯示驅動電路包括：一資料驅動電路12；一掃描驅動電路14；以及一時序控制器16。該顯示驅動電路將一輸入影像的數位視頻資料RGB施加至顯示面板DIS的像素。資料驅動電路12將從時序控制器16所接收之數位視頻資料RGB轉換成正及負類比伽瑪補償電壓，並且輸出該資料電壓。接著，資料驅動電路12將該資料電壓提供至資料線D1至Dm。掃描驅動電路14順序地將與資料電壓同步的一閘極脈衝(或者一掃描脈衝)提供至閘極線G1至Gn，並且選擇要施加該資料電壓之顯示面板DIS的像素線。
時序控制器16從主機系統18接收時序信號，例如垂直同步信號Vsync、水平同步信號Hsync、資料致能信號DE以及主時脈MCLK。時序控制器16將資料驅動電路12以及掃描驅動電路14的操作時序彼此同步。時序控制器16產生一資料時序控制信號以及一掃描時序控制信號，以分別使用該等時序信號控制資料驅動電路12以及掃描驅動電路14的操作時序。該資料時序控制信號包括一源極取樣時脈SSC、一源極輸出致能信號SOE、一極性控制信號POL等等。該掃描時序控制信號包括一閘極起始脈衝GSP、一閘極位移時脈GSC、一閘極輸出致能信號GOE等等。
主機系統18可實施為一手機系統、一電視系統、一機上盒、一導航系統、一DVD播放器、一藍光播放器、一個人電腦、以及一家庭電影院系統的其中之一。主機系統18包括：一系統單晶片(System On Chip，SOC)，該系統單晶片包括一縮放控制器(scaler)並且將該輸入影像的數位視頻資料RGB轉換成適合顯示於顯示面板DIS的格式。主機系統18將數位視頻資料RGB以及該等時序信號(垂直同步信號Vsync、水平同步信號Hsync、資料致能信號DE以及主時脈MCLK)傳送至時序控制器16。此外，主機系統18可執行一與從觸控IC 20接收之一觸控回報相關的應用程式。
第5圖係說明依據本發明一實施例的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置。第6圖係在觸控感測模式中施加至指紋感測器整合式觸控螢幕裝置之感測器驅動信號的波形圖。第7圖係在指紋感測模式中施加至指紋感測器整合式觸控螢幕裝置之感測器驅動信號的波形圖。
參考第5圖，觸控螢幕TSP的各個觸控區域TAR包括：一第一群組之複數條Tx電極線GPa-Tx，被配置以在第一方向y上彼此平行；該第一群組之複數條Rx電極線GPa-Rx，被配置以在第二方向x上彼此平行且相交於該第一群組之該等Tx電極線GPa-Tx；以及複數個觸控感測器Ta，形成在該第一群組之該等Tx電極線GPa-Tx以及該第一群組之該等Rx電極線GPa-Rx的相交處。
觸控螢幕TSP的指紋及觸控區域FTAR包括：一第二群組之複數條Tx電極線GPb-Tx，被配置以在第一方向y上彼此平行；該第二群組之複數條Rx電極線GPb-Rx，被配置以在第二方向x上彼此平行且相交於第二群組之Tx電極線GPb-Tx；以及複數個指紋及觸控感測器FTa，形成在第二群組之Tx電極線GPb-Tx以及第二群組之Rx電極線GPb-Rx的相交處。
觸控IC 20啟動一觸控感測模式TMODE，以響應從主機系統18接收之一觸控致能信號TEN(請參考第13圖)，以及啟動一指紋感測模式FMODE，以響應從主機系統18接收之一指紋致能信號FEN(請參考第13圖)。
如第6圖所示，在觸控感測模式TMODE中，觸控IC 20將相同相位之一感測器驅動信號提供至相同群組之Tx電極線。在觸控感測模 式TMODE中，觸控IC 20將該等Tx電極線分組，並且以一群組為基準順序地驅動該等Tx電極線。此外，觸控IC 20將該等Rx電極線與該等Tx電極線同步分組，並且藉由一觸控感測單元(Touch Sensing Unit，TSU)20A感測該等Rx電極線。在此，僅感測屬於相同群組之部份的Rx電極線，以防止互電容的急遽增加。例如，在觸控感測模式TMODE中，觸控IC 20藉由開關塊(Switching Block，SB)20C將第二群組的部份的Rx電極線GPb-Rx連接至觸控感測單元20A。在觸控感測模式TMODE中，當一觸控操作執行時，觸控IC 20藉由該第一群組及該第二群組之該等Rx電極線GPa-Rx及GPb-Rx來感測感測器輸入之電荷的改變，以及判定導電材料的觸控或非觸控，例如，一手指或者一觸控位置。
如第7圖所示，在指紋感測模式FMODE中，觸控IC 20在將具有順序延遲之相位的一感測器驅動信號提供至第二群組之Tx電極線GPb-Tx(或者第7圖的tx21至tx2m)的同時，以一群組為基準而順序地驅動第一群組之Tx電極線GPa-Tx，藉此獨立且順序地驅動第二群組之Tx電極線GPb-Tx(或者tx21至tx2m)。觸控IC 20獨立地將第二群組之Rx電極線GPb-Rx與第二群組之Tx電極線GPb-Tx(或者tx21至tx2m)同步感測。為此，在指紋感測模式FMODE中，觸控IC 20藉由開關塊20C將該第二群組的Rx電極線GPb-Rx連接至一指紋感測單元(Fingerprint Sensing Unit，FSU)20B。在指紋感測模式FMODE中，觸控IC 20藉由該第二群組的Rx電極線GPb-Rx來感測感測器輸入之電荷的改變，以及判定一指紋輸入。
第8圖係顯示形成在第6圖的一個觸控區域中的第一群組之Tx電極線以及該第一群組之Rx電極線。第9圖至第11圖係顯示當指紋感測器整合式觸控螢幕裝置被配置以具有高密度電極圖案時，用於降低互電容的方法。
參考第8圖，在一個觸控區域TAR中，該第一群組之該等Tx電極線GPa-Tx以及該第一群組之該等Rx電極線GPa-Rx彼此相交。在觸控感測模式TMODE中，觸控IC 20將相同相位之感測器驅動信號提供至第一群組之Tx電極線GPa-Tx，且僅將該第一群組之該等Rx電極線GPa-Rx中之第一有效Rx通道ERx作為一束，藉此藉由一對應的觸控感測部份TS 同時地感測該等第一有效Rx通道ERx。觸控IC 20將除了從該對應的觸控感測部份TS中之該第一群組之該等Rx電極線GPa-Rx中之該等第一有效Rx通道ERx以外的第一無效Rx通道NRx斷開。
如第9圖所示，觸控IC 20將從觸控感測部份TS斷開之該第一群組之該等Rx電極線GPa-Rx中之無效Rx通道NRx浮動，並且藉此降低互電容。
如第10圖所示，觸控IC 20將從觸控感測部份TS斷開之該第一群組之該等Rx電極線GPa-Rx中之無效Rx通道NRx連接至一低電位電壓源VSS，並且藉此降低互電容。
如第11圖所示，觸控IC 20將從觸控感測部份TS斷開之該第一群組之該等Rx電極線GPa-Rx中之部份的無效Rx通道NRx浮動，且將沒被浮動的無效Rx通道NRx接地，藉此降低互電容。以此例來說，在無效Rx通道NRx中，相鄰於有效Rx通道ERx之無效Rx通道H1、H2、H3、H4可被連接至低電位電壓源VSS，並且除了該等無效Rx通道H1、H2、H3、H4以外之剩餘的無效Rx通道可被浮動。
第12圖係詳細顯示第5圖所示之指紋感測器整合式觸控螢幕裝置的觸控IC。第13圖係詳細顯示第12圖所示之開關塊的配置及操作。第14A圖顯示在觸控感測模式中，指紋感測器整合式觸控螢幕裝置的操作。第14B圖顯示在指紋感測模式中，指紋感測器整合式觸控螢幕裝置的操作。
參考第12圖至第14B圖，觸控IC 20包括：一觸控感測單元TSU，包括複數個觸控感測部份TS1、TS2、TS3；一指紋感測單元FSU，包括複數個指紋感測部份FS1至FS8；以及一開關塊SB，將該第二群組之該等Rx電極線GPb-Rx選擇性地連接至觸控感測單元TSU以及該指紋感測單元FSU的其中之一。觸控感測單元TSU感測觸控資訊，以及指紋感測單元FSU感測指紋資訊。
觸控感測部份TS1、TS3係連接至有效Rx通道ERx，該有效Rx通道ERx屬於第一群組之該等Rx電極線GPa-Rx。
如第14A圖所示，在觸控感測模式中，開關塊SB將屬於第二群組之Rx電極線GPb-Rx之有效Rx通道rx3、rx4、rx5、rx6共同地連 接至觸控感測部份TS2。如第14B圖所示，在指紋感測模式中，開關塊SB分別將屬於第二群組之Rx電極線GPb-Rx之全部有效Rx通道rx1至rx8獨立地連接至指紋感測部份FS1至FS8。
如第13圖所示，開關塊SB包括：複數個第一開關SW1，該等第一開關SW1被開啟以響應一指紋致能信號FEN以及將第二群組之該等Rx電極線GPb-Rx分別連接至指紋感測部份FS1至FS8的輸入端；以及複數個第二開關SW2，該等第一開關SW2被開啟以響應一觸控致能信號TEN以及將第二群組之該等Rx電極線GPb-Rx之有效Rx通道rx3、rx4、rx5、rx6共同地連接至觸控感測部份TS2的輸入端。
觸控感測部份TS1、TS2、TS3的每一個包括一運算放大器以及一第一感測電容Cfb_t。該運算放大器的一反相輸入端連接至Rx電極線，以及該運算放大器的一非反相輸入端係連接至一接地位準電壓源。該第一感測電容Cfb_t連接於該運算放大器的反相輸入端以及該運算放大器的一輸出端之間。
指紋感測部份FS1至FS8的每一個包括一運算放大器以及一第二感測電容Cfb_f。該運算放大器的一反相輸入端連接至Rx電極線，以及該運算放大器的一非反相輸入端連接至一接地位準電壓源。第二感測電容Cfb_f連接於該運算放大器的反相輸入端以及該運算放大器的一輸出端之間。
第一感測電容Cfb_t之電容量被設計以大於第二感測電容Cfb_f的電容量。這是因為感測電容的電容量係根據連接至感測部份之Rx電極線的數量來決定的。
如上所述，本發明的實施例在當觸控感測器以每觸控區域為基準的方式被分組時，選擇性地僅感測各個觸控區域的部份Rx電極線，以及將非感測的Rx電極線浮動或者接地。因此，本發明的實施例可以在當指紋感測器整合式觸控螢幕裝置被配置以具有高密度電極圖案時，大量地降低所產生之互電容的急劇增加的副作用。
此外，本發明的實施例因為不需要在邊框區域中形成一分離的指紋感測器區域，可實施一窄邊框區域的設計。
此外，因為本發明的實施例可在一螢幕所顯示之一個區域中 同時實施一指紋辨識功能以及一觸控辨識功能，可減少及防止在螢幕區域中所產生之能辨識一觸控操作之死區域(dead zone)，並且也可改善使用者介面/使用者經驗(UI/UX)方面之立即性以及便利性。
雖然實施例係參考數個描述性的實施例來說明，然而，可理解的是，熟悉本領域的技術人員可在本說明書的原理的範圍內擬出各種其他改良或者實施例。尤其是，在本發明的說明書、圖式、以及所附申請專利範圍的範圍內，各種在元件部件以及/或者主體組合配置之變化及改良皆係為可能的。除了在元件部件以及/或者配置上的變化及改良，對熟悉本領域的技術人員來說，其他替換性的使用也會是明顯的。
GPa-Rx‧‧‧第一群組之Rx電極線
GPa-Tx‧‧‧第一群組之Tx電極線
NRx‧‧‧無效Rx通
ERx‧‧‧有效Rx通
TS‧‧‧觸控感測部份

Claims (16)

  1. 一種指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，包括：一觸控螢幕，具有至少一個指紋及觸控區域和複數個觸控區域，各個觸控區域包括：一第一群組之複數條Tx電極線，該等Tx電極線與該第一群組之複數條Rx電極線相交；以及複數個觸控感測器，位在該第一群組之該等Tx電極線與該第一群組之該等Rx電極線的相交處；以及一觸控積體電路，其將具有相同相位之一感測器驅動信號提供至該第一群組之該等Tx電極線、將該第一群組之該等Rx電極線的複數個第一有效Rx通道組合成一束、以及藉由一第一觸控感測部份同時感測該等第一有效Rx通道，其中，該第一群組之該等Rx電極線之複數個第一無效Rx通道係從該第一觸控感測部份被斷開。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，其中，該等第一無效Rx通道係被浮動。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，其中，該等第一無效Rx通道係被連接至一低電位電壓源。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，其中，位於相鄰於該等第一有效Rx通道之該等第一無效Rx通道係被連接至一低電位電壓源，以及不連接至該低電位電壓源之剩餘的該等第一無效Rx通道係被浮動。
  5. 依據申請專利範圍第1項所述的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，其中，該指紋及觸控區域包括：一第二群組之複數條Tx電極線，該等Tx電極線與該第二群組的複數條Rx電極線相交；以及 複數個指紋及觸控感測器，形成在該第二群組之該等Tx電極線與該第二群組之該等Rx電極線的相交處，其中，該觸控積體電路包括：一開關塊；一第二觸控感測部份；以及複數個指紋感測部份，其中，在一觸控感測模式中，該開關塊將該第二群組之該等Rx電極線的複數個第二有效Rx通道連接至該第二觸控感測部份，以及將該第二群組之該等Rx電極線的複數個第二無效Rx通道浮動，以及其中，在一指紋感測模式中，該開關塊將該第二群組之該等Rx電極線個別地連接至該等指紋感測部份。
  6. 依據申請專利範圍第5項所述的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，其中，在該觸控感測模式中，該觸控積體電路將具有相同相位之一感測器驅動信號提供至該第二群組之該等Tx電極線，以及其中，在該指紋感測模式中，該觸控積體電路將具有順序地延遲之相位的一感測器驅動信號提供至該第二群組之該等Tx電極線。
  7. 依據申請專利範圍第5項所述的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，其中，該開關塊包括：複數個第一開關，該等第一開關被開啟以響應一指紋致能信號以及將該第二群組之該等Rx電極線個別地連接至該等指紋感測部份的輸入端；以及複數個第二開關，該等第二開關被開啟以響應一觸控致能信號以及將該第二群組之該等Rx電極線之該等第二有效Rx通道共同地連接至該第二觸控感測部份的一輸入端。
  8. 依據申請專利範圍第5項所述的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，其中，該第一觸控感測部份及該第二觸控感測部份的每一個包括一觸控感測運算放大器及一第一感測電容。
  9. 依據申請專利範圍第8項所述的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，其中，該第一觸控感測部份及該第二觸控感測部份的各觸控感測運算放大器分別包括一反相輸入端，該反相輸入端連接至該等第一有效Rx通道及第二有效Rx通道，以及其中，各觸控感測運算放大器的一非反相輸入端連接至一接地位準電壓源。
  10. 依據申請專利範圍第9項所述的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，其中，該第一感測電容連接在各觸控感測運算放大器之該反相輸入端與一輸出端之間。
  11. 依據申請專利範圍第10項所述的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，其中，該等指紋感測部份的每一個包括一指紋感測運算放大器及一第二感測電容。
  12. 依據申請專利範圍第11項所述的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，其中，各指紋感測運算放大器的一反相輸入端連接至該第二群組之該等Rx電極線的每一個，以及其中，各指紋感測運算放大器的一非反相輸入端連接至一接地位準電壓源。
  13. 依據申請專利範圍第12項所述的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，其中，該第二感測電容連接在各指紋感測運算放大器之該反相輸入端與一輸出端之間。
  14. 依據申請專利範圍第13項所述的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，其中，該第一感測電容的電容大於該第二感測電容的電容。
  15. 依據申請專利範圍第5項所述的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，其中，在該觸控感測模式中，該觸控積體電路藉由該等第一群組及第二群組的該等Rx電極線感測一感測器輸入的電荷的改變並判斷一導電性材料的一觸控或一非觸控。
  16. 依據申請專利範圍第5項所述的指紋感測器整合式觸控螢幕裝置，其中，在該指紋感測模式中，該觸控積體電路藉由該等第一群組及第二群組的該等Rx電極線感測一感測器輸入的電荷的改變並判斷一指紋輸入。
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