TWI559233B - 雙基板指紋辨識裝置 - Google Patents

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TWI559233B
TWI559233B TW104126732A TW104126732A TWI559233B TW I559233 B TWI559233 B TW I559233B TW 104126732 A TW104126732 A TW 104126732A TW 104126732 A TW104126732 A TW 104126732A TW I559233 B TWI559233 B TW I559233B
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Description

雙基板指紋辨識裝置
本發明係關於指紋識裝置之技術領域，尤指一種雙基板指紋辨識裝置。
在蘋果(Apple)公司於智慧型手機中率先導入指紋辨識應用的激勵下，指紋辨識發展近來再度掀起熱潮。常見的指紋感測器有電容式(Capacitive)與光學式(Optical)兩種。
指紋辨識感測器目前可依製程方式區分成半導體式與光學式。半導體晶片式感測器(Semiconductor Sensor)係泛指利用積體電路設計與半導體製程方式來進行製造的指紋感測器。電容式半導體式指紋感測器係將高密度的電容感測器整合於一晶片中。當指紋按壓晶片表面時，晶片內部的電容感測器會根據指紋的波峰與波谷而產生的不同電荷量，形成指紋影像。蘋果(Apple)公司的智慧型手機iPhone 5s採用的就是電容式的原理。
電容式半導體式指紋感測器為了具有一定的按壓面積以佈植感應電極，其佔用晶片面積十分可觀，因此每一晶片的生產成本提高許多。同時，由於晶片本身就是裸露的半導體晶片，因此其設計挑戰 在於如何抵抗手指本身汗水與酸鹼對晶片表面的侵蝕以及靜電防護等特殊封裝製程。若使用一般保護玻璃以對裸露的半導體晶片進行防護時，由於保護玻璃約200~300微米(micrometre,μm)，保護玻璃下的電容式半導體式指紋感測晶片無法分辨指紋的波峰與波谷間電荷量之細微差異，導致無法有效地指紋感測。為克服上述問題，蘋果(Apple)公司的智慧型手機iPhone 5s則在指紋感測器表面增貼一層高介電係數之藍寶石基板以進行防護。由於藍寶石基板具有足夠的硬度，故其厚度可製作得較保護玻璃小，以解決過去電容式感測器感測效率不佳的問題。然而藍寶石基板的價格遠高於一般保護玻璃。因此，習知指紋識裝置仍有改善的空間。
本發明之目的主要係在提供一雙基板指紋辨識裝置，其可提升感應靈敏度與信號雜訊比、增進其穩定性與正確性，因此無需藍寶石基板以進行防護。同時，該雙基板指紋辨識裝置可整合至習知之觸控顯示面板，並利用習知之觸控顯示面板之製程，無需使用昂貴的積體電路製作感應電極，可巨幅降低指紋辨識裝置之成本。
依據本發明之一特色，本發明提出一種雙基板指紋辨識裝置，其包含一第一基板、及一第二基板。該第一基板之一面佈植有複數個電極、複數個導電連接墊與複數條走線。該第二基板之面對該第一基板之一面佈植有複數個選擇開關電路、複數條走線、複數個電極連接墊與複數個導電連接墊，其中，該第二基板之至少一個電極連接墊係電氣連接至對應之該第一基板基板的電 極。
100‧‧‧雙基板指紋辨識裝置
110‧‧‧第一基板
120‧‧‧第二基板
130‧‧‧指紋感測電路
111‧‧‧電極
113‧‧‧導電連接墊
115‧‧‧走線
121‧‧‧電極連接墊
123‧‧‧導電連接墊
125‧‧‧走線
127‧‧‧選擇開關電路
140‧‧‧可曲撓電路板
150‧‧‧可曲撓或硬質電路板
S(1,1)~S(n,m)、S(1,x)~S(n,x)‧‧‧選擇開關電路
nL1~nLq‧‧‧經線
1y0~1yp、2y0~2yp、...、my0~myp‧‧‧緯線
130‧‧‧積體電路
140‧‧‧薄膜電晶體陣列
1x0~1xi、2x0~2xi、...、nx0~nxi‧‧‧控制訊號
sensing signal‧‧‧感測訊號
ref1,...,refk‧‧‧偏向訊號
710‧‧‧第一列電極
720‧‧‧第二列電極
730‧‧‧第三列電極
v1(1L1,2L1,...)‧‧‧第一條經線
v2(1L2,2L2,...)‧‧‧第二條經線
v3(1L3,2L3,...)‧‧‧第三條經線
h1、h2、h3‧‧‧訊號線
701‧‧‧第一個感應電極組
703‧‧‧第一偏向電極組
705‧‧‧第二偏向電極組
S11、D11、D21‧‧‧電極
740‧‧‧電極
801‧‧‧第一個感應電極組
803‧‧‧第一偏向電極組
805‧‧‧第二偏向電極組
811‧‧‧第二個感應電極組
813‧‧‧第一偏向電極組
815‧‧‧第二偏向電極組
817‧‧‧第三偏向電極組
S21、S22、S23、S24‧‧‧電極
910‧‧‧觸控感應電極
1010、1020‧‧‧觸控感應電極
1110‧‧‧主動顯示區域
1120‧‧‧非主動顯示區域
1130‧‧‧指紋感測區域
圖1係本發明一種雙基板指紋辨識裝置之一實施例之剖面示意圖。
圖2係本發明一種雙基板指紋辨識裝置之一實施例之上視圖。
圖3係本發明一種雙基板指紋辨識裝置之另一實施例之剖面示意圖。
圖4係本發明一種雙基板指紋辨識裝置之另一實施例之上視圖。
圖5係本發明一種雙基板指紋辨識裝置之又一實施例之上視圖。
圖6係本發明第二基板及選擇開關電路之示意圖。
圖7係本發明電極及選擇開關電路之運作示意圖。
圖8係本發明電極及選擇開關電路之運作示意圖。
圖9係本發明一種雙基板指紋辨識裝置之一應用示意圖。
圖10係本發明一種雙基板指紋辨識裝置之另一應用示意圖。
圖11係本發明一種雙基板指紋辨識裝置之又一應用示意圖。
圖1係本發明一種雙基板指紋辨識裝置100之一實施例之剖面示意圖。圖2係本發明一種雙基板指紋辨識裝置100之一實施例之上視圖。圖2係由手指方向往下看的示意圖。請一併參照圖1及圖2，該雙基板指紋辨識裝置100包含一第一基板110、一第二基板120、及一指紋感測電路130。該第一基板110之一面佈植有複數個電極111、複數個導電連接墊113與複數條走線115。該第一基板110可為一玻璃基板，陶瓷基板，藍寶石基板或高分子材料基板。該第一基板110 之複數個電極111，複數個導電連接墊113與複數條走線115可為不透明導電金屬材料或透明導電材料所製成。
由於圖2其係由上往下看，該第二基板120及其上的元件係以虛線表示。該第二基板120之面對該第一基板110之一面佈植有複數個電極連接墊121、複數個導電連接墊123、複數條走線125(僅顯示於圖2)、與複數個選擇開關電路127(僅顯示於圖2)，其中，該第二基板120之至少一個電極連接墊121係電氣連接至對應之該第一基板110的電極111。該第二基板120可為一玻璃基板，陶瓷基板，不鏽鋼基板或高分子材料基板。該第二基板120之複數個電極連接墊121各自的面積係不大於其相對應該第一基板110之電極111的面積。該第二基板120之複數個電極連接墊121、複數個導電連接墊123與複數條走線125係為不透明導電金屬材料或透明導電材料所製成。
該第二基板120的至少一個導電連接墊123係電氣連接至該第一基板的導電連接墊113，俾將該複數個選擇開關電路127之控制訊號及該指紋感測電路130之指紋感測相關訊號經該第一基板110的複數個導電連接墊113與複數條走線125連接至該指紋感測電路130。其中，該複數個選擇開關127係薄膜電晶體開關或CMOS電晶體開關。
如圖1所示，該指紋感測電路130係佈植於該第一基板110上。此時，該指紋感測電路130可為COG(Chip on Glass)封裝的積體電路，或是COF(Chip on Film)封裝的積體電路。該指紋感測電路130可為一自電容感測電路。其中，該第一基板110與該第二基板120係經由異方性導電膠(Anisotropic Conductive Film,A.C.F.)黏合，並使該第二基板120之電極連接墊121與該第一基板110之電極111之間，及該第二基板120之導電連接墊123與該第一基板110之導電連接墊113之間產生電氣連接。
圖3係本發明一種雙基板指紋辨識裝置100之另一實施例之剖面示意圖。圖4係本發明一種雙基板指紋辨識裝置100之另一實施例之上視圖。本實施例與圖1及2之差別在於該第一基板110的至少一個導電連接墊113係與一可曲撓電路板140電氣連接，該指紋感測電路130係設置於該可曲撓電路板140上，且該可曲撓電路板140係連接至該指紋感測電路130。
圖5係本發明一種雙基板指紋辨識裝置100之又一實施例之上視圖，其與圖1及2之差別在於該第一基板110的至少一個導電連接墊113係與一可曲撓或硬質電路板150電氣連接，且該指紋感測電路130係佈植於該電路板150上。
圖6係本發明第二基板120及選擇開關電路127之示意圖。該選擇開關電路127相對應的電極連接墊121係電氣連接至該第一基板110上對應處的電極111。因此在圖6中雖僅繪示選擇開關電路127S(1,1)~S(n,m)，實則是代表選擇開關電路127、對應的電極連接墊121、與對應的電極111的組合。
如圖6所示，其包含有呈矩陣(matrix)排列之選擇開關電路127及呈列(row)排列之選擇開關電路127，分別以S(1,1)~S(n,m)、S(1,x)~S(n,x)標示。選擇開關電路S(1,1)~S(n,m)呈矩陣(matrix)排列。佈植於上述矩陣之外的複數個選擇開關電路S(1,x)~S(n,x)呈列(row)排列。每一個選擇開關電路S(1,x)~S(n,x)經由一組經線(nL1~nLq)對應到一整行(column)的複數個選擇開關電路S(1,1)~S(n,m)。在圖6中，q為3。亦即，選擇開關電路S(1,x)經由一組經線(1L1~1L3)對應到一整行(column)的複數個選擇開關電路S(1,1)~S(1,m)，選擇開關電路S(2,x)經由一組經線(2L1~2L3)對應到一整行(column)的複數個選擇開關電路S(2,1)~S(2,m)，依此類推。
如圖6所示，緯線1y0~1yp、2y0~2yp、...、my0~myp用以控制該對應列的各選擇開關電路127與哪一條經線電氣相連。在圖6中，p為2。例如：緯線1y0~1y2連結並控制選擇開關電路S(1,1)...S(n,1)與哪一條經線電氣相連。同時， 該控制訊號1x0~1xi、2x0~2xi、...、nx0~nxi則分別控制選擇開關電路S(1,x)...S(n,x)，以選擇各經線1L1~1L3與感測訊號(sensing signal)、偏向訊號ref1,...,refk其中之一相連。在圖6中，i為1，k為2。其他亦是如此，不再贅述。
圖7係本發明電極111及選擇開關電路127之運作示意圖。圖7中所繪示的D21、D11、S11是代表選擇開關電路127、對應的電極連接墊121、與對應的電極111的組合。配合參考圖6所示，緯線1y0~1yp、2y0~2yp、...、rny0~myp用以控制該對應列的各對應的電極111與哪一條經線電氣相連。如圖7所示，第一列(row)電極710其緯線訊號為001，表示第一列的各個電極111皆分別和其相對應之第一條經線v1(1L1,2L1,...)電氣相連。第二列電極720其緯線訊號為010，表示第二列的各個電極111皆分別和其相對應的第二條經線v2(1L2,2L2,...)電氣相連。第三列電極730其緯線訊號為100，表示第三列的各個電極111皆分別和其相對應的第三條經線v3(1L3,2L3,...)電氣相連。
亦即，緯線1y0~1yp為001，表示該列電極中的第一行(column)電極111與其第一條經線1L1電氣相連，該列電極中的第二行電極111與其第一條經線2L1電氣相連，依序類推。緯線1y0~1yp為010，表示該列電極中的第一行電極111與其第二條經線1L2電氣相連，該列電極中的第二行電極111與其第二條經線2L2電氣相連，依序類推。緯線1y0~1yp為100，表示該列電極中的第一行電極第三條經線1L3電氣相連，該列電極中的第二行電極111與其第三條經線2L3電氣相連，依序類推。
控制訊號1x0~1xi、2x0~2xi、...、nx0~nxi控制經線1L1~1Lq、2L1~2Lq、...、nL1~nLq與感測訊號(sensing signal)、偏向訊號ref1,...,refk其中之一相連。如圖6所示，控制訊號1x0~1xi、2x0~2xi、...、nx0~nxi分別為二個位元，其可形成四個狀態。由於在圖7實施例中，經線1L1~1Lq、2L1~2Lq、...、nL1~nLq的每一組僅有三條經線v1、v2、v3與三條訊號線h1、h2、h3，故只需三個狀態， 其分別為狀態0、狀態1、狀態2。其中，三條訊號線h1、h2、h3分別對應至感測訊號(sensing signal)、第一偏向訊號ref1、第二偏向訊號ref2。第一行的三條經線v1、v2、v3分別對應至1L1、1L2、1L3，第二行的三條經線v1、v2、v3分別對應至2L1、2L2、2L3。第n行的三條經線v1、v2、v3分別對應至nL1、nL2、nL3。依此類推，不再贅述。
狀態0、狀態1、狀態2分別藉由選擇開關電路127，進而控制經線與訊號線的連接關係。狀態0(00b)時，經線v1連接至訊號線h3，經線v2連接至訊號線h3，經線v3連接至訊號線h3。狀態1(01b)時，經線v1連接至訊號線h3，經線v2連接至訊號線h2，經線v3連接至訊號線h2。狀態2(10b)時，經線v1連接至訊號線h3，經線v2連接至訊號線h2，經線v3連接至訊號線h1。
藉由前述的控制方法，標號為S11電極所組成的第一個感應電極組701連接至感測訊號(sensing signal)。標號為D11的電極所組成的第一偏向電極組703連接至一第一偏向訊號ref1。標號為D21的電極所組成的第二偏向電極組705連接至一第二偏向訊號ref2。該等偏向訊號ref1、ref2係與該感應電極組上之感應訊號同相之訊號、反相之訊號、或其它特定電位訊號；上述特定電位訊號係為零電位、正電位、負電位或交變電位訊號。
電極740上有一控制代碼010,00，其中，前三位元為010，表示該電極與第二條經線v2電氣相連。若為001，則表示該電極與第一條經線v1電氣相連。若為100，則表示該電極與第三條經線v3電氣相連。亦即，圖7的前三位元係使用一位有效編碼(one-hot encoding)。控制代碼的後二位元為00，表示為狀態0。若為01，則表示為狀態1。若為10，則表示為狀態2。
圖8係本發明電極111及選擇開關電路127之運作示意圖。如圖8所示，第一個感應電極組801周遭之標註為D11的複數個電極111係組合為第一個感應電極組801相對應之一第一偏向電極組803。第二個感應電極組811周 遭之標註為D12的複數個電極111係組合為第二個感應電極組811相對應之一第一偏向電極組813。位於第一偏向電極組803周遭之標註為D21的複數個電極111係組合為其相對應之一第二偏向電極組805。位於第一偏向電極組813周遭之標註為D22的複數個電極111係組合為其相對應之一第二偏向電極組815。位於第二偏向電極組815周遭之標註為D32的複數個電極111係組合為其相對應之一第三偏向電極組817。
於圖8中，第二個感應電極組811係由四個電極S21、S22、S23、S24所組成。亦即，本發明技術利用該第二基板120之複數個電極連接墊121、與複數個選擇開關電路127，則可重組該第一基板110上的複數個電極111而形成較大的第一個感應電極組801及複數層次的偏向電極組。因此，當進行指紋感測操作時，可將該第一基板110上的複數個電極111規劃為感應電極組與相對應之複數層次的偏向電極組，並分別施加感測訊號(sensing signal)、感應增強的第一偏向訊號(ref1)、感應抑制的第二偏向訊號(ref2)等，藉以提升感應靈敏度與信號雜訊比、增進其穩定性與正確性，並巨幅降低指紋感測裝置之成本。
圖9係本發明一種雙基板指紋辨識裝置100之一應用示意圖。其係應用於一觸控顯示面板。第一基板110可為一顯示裝置之保護玻璃或保護膠膜，該第一基板110另佈植有複數個觸控感應電極910，該指紋感測電路130係兼俱指紋辨識與觸控功能。如圖9所示，該指紋感測電路130與該複數個觸控感應電極910可執行自感應電容(self-capacitance)觸碰偵測。
圖10係本發明一種雙基板指紋辨識裝置100之另一應用示意圖。其係應用於一觸控顯示面板。第一基板110可為一顯示裝置之保護玻璃或保護膠膜，該第一基板110另佈植有複數個觸控感應電極1010、1020，該指紋感測電路130係兼俱指紋辨識與觸控功能。如圖10所示，複數個觸控感應電極1010以行 (column)方向使用跨橋方式電氣連接，而形成一行的觸控感應電極，而複數個觸控感應電極1020以列(row)方向使用跨橋方式電氣連接，而形成一列的觸控感應電極，該指紋感測電路130與列方向的觸控感應電極及行方向的觸控感應電極可執行互感應電容(mutual-capacitance)觸碰偵測。
圖11係本發明一種雙基板指紋辨識裝置100之又一應用示意圖。其係應用於一觸控顯示面板之實施例。其係將指紋辨識電極整合在一傳統自電容觸控電極基板上，同時觸控電路與指辨電路整合為一積體電路晶片130。其中，該第一基板110可為一顯示裝置之保護玻璃或保護膠膜，該第一基板110另佈植有複數個觸控感應電極910，該指紋感測電路130係兼俱指紋辨識與觸控功能。該第二基板120上的該複數個選擇開關127可利用液晶面板的薄膜電晶體製程(Thin File Transistor,TFT)進行製作，故該複數個選擇開關127可為薄膜電晶體開關或CMOS電晶體開關。
觸控顯示面板可劃分為一主動顯示區域(active area)1110一非主動顯示區域(non-active area)1120。該第一基板110之複數個電極111、複數個導電連接墊113與複數條走線115、該第二基板120之複數個電極連接墊121、複數個導電連接墊123、複數條走線125與複數個選擇開關電路127可設置於該非主動顯示區域(non-active area)1120中的區域1130處，而該指紋感測電路130可設置於非主動顯示區域(non-active area)1120中，並不會影響該觸控顯示面板的顯示及觸控功能。
由前述說明可知，本發明技術利用該第二基板120之複數個電極連接墊121、與複數個選擇開關電路127，則可重組該第一基板110上的複數個電極111而形成較大的第一個感應電極組801及複數層次的偏向電極組。因此，當進行指紋感測操作時，可將該第一基板110上的複數個電極111規劃為感應電極組與相對應之複數層次的偏向電極組，並分別施加感測訊號(sensing signal)、感應增強的第一偏向訊號(ref1)、感應抑制的第二偏向訊號(ref2)等，藉以提升感應靈敏 度與信號雜訊比、增進其穩定性與正確性。因此即使將電極設置於保護玻璃或保護膠膜上仍能正確地感測指紋的相關訊號，故無需使用高介電係數之藍寶石基板以進行防護。同時，本案雙基板指紋辨識裝置可整合至習知之觸控顯示面板，並利用習知之觸控顯示面板之製程，無需使用昂貴的積體電路CMOS製程於製作感應電極，不僅減少感測電路晶片之面積且簡化封裝製程，更可巨幅降低指紋感測裝置之成本。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限于上述實施例。
100‧‧‧雙基板指紋辨識裝置
110‧‧‧第一基板
120‧‧‧第二基板
130‧‧‧指紋感測電路
111‧‧‧電極
113‧‧‧導電連接墊
115‧‧‧走線
121‧‧‧電極連接墊
123‧‧‧導電連接墊
125‧‧‧走線
127‧‧‧選擇開關電路

Claims (14)

  1. 一種雙基板指紋辨識裝置，其包含：一第一基板，該第一基板之一面佈植有複數個電極、複數個導電連接墊與複數條走線；一第二基板，該第二基板之面對該第一基板之一面佈植有複數個選擇開關電路、複數條走線、複數個電極連接墊與複數個導電連接墊，其中，該第二基板之至少一個電極連接墊係電氣連接至對應之該第一基板基板的電極；以及一指紋感測電路，其中，該第二基板的至少一個導電連接墊係電氣連接至該第一基板的導電連接墊，俾將該複數個選擇開關電路之控制訊號及該指紋感測電路之指紋感測相關訊號經該第一基板的複數個導電連接墊與複數條走線連接至該指紋感測電路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雙基板指紋辨識裝置，其中，該複數個選擇開關係薄膜電晶體開關或CMOS電晶體開關。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之雙基板指紋辨識裝置，其中，該指紋感測電路係佈植於該第一基板上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之雙基板指紋辨識裝置，其中，該指紋感測電路係一自電容感測電路。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之雙基板指紋辨識裝置，其中，該第一基板的至少一個導電連接墊係與一可曲撓或硬質電路板電氣連接，且一指紋感測電路係佈植於該電路板上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之雙基板指紋辨識裝置，其中，該第一基板的至少一個導電連接墊係與一可曲撓電路板電氣連接，且該可曲撓電路板係連接至一指紋感測電路。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之雙基板指紋辨識裝置，其中，該第一基板係一顯示裝置之保護玻璃或保護膠膜的一區域。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之雙基板指紋辨識裝置，其中，該指紋感測電路係兼俱指紋辨識與觸控功能，該第一基板另佈植有複數個觸控感應電極。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之雙基板指紋辨識裝置，其中，該第一基板係為一玻璃基板，陶瓷基板，藍寶石基板或高分子材料基板。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之雙基板指紋辨識裝置，其中，該第二基板係一玻璃基板，陶瓷基板，不鏽鋼基板或高分子材料基板。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之雙基板指紋辨識裝置，其中，該第二基板之複數個電極連接墊各自的面積係不大於其相對應該第一基板之電極的面積。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之雙基板指紋辨識裝置，其中，該第一基板之複數個電極，複數個導電連接墊與複數條走線係為不透明導電金屬材料或透明導電材料。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之雙基板指紋辨識裝置，其中，該第二基板之複數個電極連接墊、複數個導電連接墊與複數條走線係為不透明導電金屬材料或透明導電材料。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之雙基板指紋辨識裝置，其中，該第一基板與該第二基板係經由異方性導電膠(Anisotropic Conductive Film,A.C.F.)黏合，並使該第二基板之電極連接墊與該第一基板之電極，該第二基板之導電連接墊與該第一基板之導電連接墊之間產生電氣連接。
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