TWI609312B - 指紋識別裝置及方法 - Google Patents

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TWI609312B TW105101313A TW105101313A TWI609312B TW I609312 B TWI609312 B TW I609312B TW 105101313 A TW105101313 A TW 105101313A TW 105101313 A TW105101313 A TW 105101313A TW I609312 B TWI609312 B TW I609312B
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Description

指紋識別裝置及方法
本發明涉及一種電子裝置。
隨著可擕式電子裝置被廣泛的應用，使用者對可擕式電子裝置提出了更多的功能需求。指紋識別感測器由於具有隱私保護功能而被設置於可擕式電子裝置中，以增加使用者體驗。指紋識別裝置可分為光學式、電容式、聲波式等。聲波式指紋識別感測器因其操作不易受環境溫度、濕度的影響，且具有壽命長、解析度高而得到廣泛應用。為快速反應，傳統的聲波式指紋識別感測器持續產生並接收聲波信號以感測是否有觸控物觸控，從而非常耗電。
鑑於以上內容，有必要提供一種低功耗的指紋識別裝置及方法。
一種指紋識別裝置，包括：電容觸控元件，用於不斷偵測是否有觸控物觸控指紋識別裝置；指紋識別元件，用於進行指紋識別；以及控制器，連接所述指紋識別元件及所述電容觸控元件，當所述電容觸控元件偵測到有觸控物觸控所述指紋識別裝置時，所述控制器控制所述電容觸控元件停止工作並控制所述指紋識別元件開始工作。
一種指紋識別方法，包括：開啟電容觸控元件；所述電容觸控元件不斷偵測是否有觸控物進行觸控操作；當有觸控物進行觸控操作時，開啟指紋識別元件同時關閉所述電容觸控元件；所述指紋識別元件持續掃描觸控物，直到所述指紋識別元件輸出一讀出信號，關閉所述指紋識別元件，重新開啟所述電容觸控元件。
上述指紋識別裝置利用所述電容觸控元件感測是否有觸控物進行觸控操作，當有觸控操作時，所述指紋識別元件開始工作，同時所述電容觸控元件停止工作，由於所述電容觸控元件的功耗遠小於所述指紋識別元件的功耗，進而節省了電子設備的功耗。
100‧‧‧指紋識別裝置
110‧‧‧指紋識別元件
120‧‧‧電容觸控元件
130‧‧‧控制器
19‧‧‧發射層
18‧‧‧接收層
11‧‧‧第一電極層
12‧‧‧第二電極層
13‧‧‧壓電層
17‧‧‧玻璃基板
16‧‧‧接收陣列
15‧‧‧讀出電路
21‧‧‧感應電極層
150、160‧‧‧FPC
29‧‧‧發送感應電極層
28‧‧‧接收感應電極層
200‧‧‧電子設備
300‧‧‧光感測器
圖1是本發明指紋識別裝置的第一實施方式的功能框圖。
圖2是圖1所示的指紋識別裝置的結構示意圖。
圖3是圖1中電容觸控元件與指紋識別元件的三種變更實施方式的結構示意圖。
圖4是本發明指紋識別裝置的第二實施方式的結構示意圖。
圖5是本發明指紋識別裝置的第三實施方式的結構示意圖。
圖6是本發明指紋識別裝置的第四實施方式的結構示意圖。
圖7是本發明指紋識別方法的較佳實施方式的流程圖。
圖8是本發明指紋識別裝置應用於一電子設備的示意圖。
圖9是圖8中電子設備在指紋識別時防止誤觸方法的較佳實施方式 的流程圖。
下面結合附圖將對本發明實施方式作進一步的詳細說明，其中，本 發明以底閘極型薄膜電晶體為例進行說明。
請參考圖1，圖1是本發明指紋識別裝置的第一實施方式的 功能框圖。所述指紋識別裝置100可設置在一電子設備200，尤其是可擕式電子設備，如手機中。所述指紋識別裝置100進一步集成有觸控功能。本實施方式中，所述指紋識別裝置100包括指紋識別元件110、電容觸控元件120及控制器130。所述電容觸控元件120用於不斷偵測是否有觸控物，如手指，觸控所述指紋識別裝置100。所述指紋識別元件110用於進行指紋識別。所述控制器130連接所述指紋識別元件110及所述電容觸控元件120，當所述電容觸控元件120偵測到有觸控物觸控所述指紋識別裝置100時，所述控制器130控制所述電容觸控元件120停止工作並控制所述指紋識別元件110開始工作，進行指紋識別。本實施方式中，所述指紋識別元件110可以為一區域陣列感測(area array)結構，其定義有一指紋識別區域，該電容觸控元件120環繞該指紋識別區域設置，當該觸控物與該指紋識別裝置100接觸時，該觸控物覆蓋該指紋識別區域與至少部分該電容觸控元件120所在區域。當該指紋識別裝置100應用於手機，且與手機功能按鍵相結合時，如與HOME鍵相結合時，該指紋識別區域與該電容觸控元件120所在區域的總面積不超過該手機功能按鍵的面積。
請一併參考圖2，圖2是圖1中指紋識別裝置100的結構示 意圖。本實施方式中，所述指紋識別元件110為超聲波指紋識別感測器。 所述指紋識別元件110包括對應設置的發射層19及接收層18。所述發射層19包括層疊設置的第一電極層11、第二電極層12及夾設於第一及第二電極層11、12之間的壓電層13。在本實施方式中，所述壓電層13的材質為聚二氟亞乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)。所述第一電極層11與所述第二電極層12用於對所述壓電層13施加電壓。所 述壓電層13在所述第一電極層11與所述第二電極層12共同施加電壓時產生振動從而發出超聲波。
所述接收層18包括玻璃基板17、設置於玻璃基板17靠近 發射層19一側的接收陣列16及連接所述接收陣列16的讀出電路15。 所述接收陣列16用於接收被放置在所述指紋識別裝置100之上的手指反射回的聲波，所述讀出電路15用於將所述聲波轉化為電信號。
所述電容觸控元件120用於感測感測到觸控動作是否發生， 其包括感應電極層21，本實施方式中，所述感應電極層21為在所述玻璃基板17上形成的導電材料，如氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)。 該感應電極層21經由設置在基板周邊區域的走線連接所述控制器130。 此時，所述感應電極層21與大地之間形成一電容，當觸控物觸摸到所述玻璃基板17時，所述感應電極層21與大地之間的電容量發生變化，從而感測所述觸控物。為不影響指紋識別元件110的工作，本實施方式中，所述電容觸控元件120設置於所述玻璃基板17遠離發射層19一側並環繞所述接收陣列16。
所述控制器130連接所述第一電極層11、所述第二電極層 12、所述讀出電路15及所述感應電極層21。當所述感應電極層21與大地之間的電容量發生變化時，所述控制器130控制所述感應電極層21使得所述電容觸控元件120停止工作，同時，所述控制器130控制所述第一電極層11及第二電極層12對所述壓電層13施加電壓使得所述指紋識別元件110開始工作。所述指紋識別元件110持續掃描觸控物後，輸出一讀出信號給所述控制器130進行信號分析獲得指紋圖像資料，所述控制器130控制所述第一電極層11及第二電極層12停止對所述壓電層13施加電壓使得所述指紋識別元件110停止工作，同時，所述控制器130控制所述感應電極層21使得所述電容觸控元件120繼續開始工作。本實施方式中，所述指紋識別元件110在感測觸控物且感測到觸控物並非手指時，所述指紋識別元件110會通過所述讀出電路15輸出一感測信號給所述控制器130，所述控制器130控制指紋識別元件110停止工作，所述電容觸控元件120開始工作；當所述指紋識別元件110在感測觸控物且感測到觸控物為手指時，所述指紋識別元件110持續掃描手指，並輸出所述讀出信號給所述控制器130，以避免誤觸。
本實施方式中，所述電容觸控元件120環繞所述指紋識別 元件110大致呈C形設置，其他實施方式中，如圖3所示，所述電容觸控元件120可以為一圓環環繞所述指紋識別元件110設置；所述電容觸控元件120也可以為一方形環繞所述指紋識別元件110設置；所述電容觸控元件120還可以為一五角形環繞所述指紋識別元件110設置。其他實施方式中，所述電容觸控元件120的形狀可以根據需要設定。同樣可以理解的是，所述電容觸控元件120的數量也可以為多個，該多個電容觸控元件120分佈在該指紋識別元件110的周圍。
本實施方式中，所述電容觸控元件120設置於所述玻璃基 板17上。其他實施方式中，所述電容觸控元件120可以設置於所述指紋識別元件110的其他層，也可以獨立於所述指紋識別元件110單獨設置。需要說明的是，本發明中指紋識別元件110的結構並不限定於上述結構，例如，其他實施方式中，所述指紋識別元件110可以是接收與發送同層設置的一體式指紋識別元件。
上述指紋識別裝置100利用所述電容觸控元件120感測是 否有觸控物進行觸控操作，當有觸控操作時，所述指紋識別元件110開始工作，同時所述電容觸控元件120停止工作，由於所述電容觸控元件120的功耗遠小於所述指紋識別元件110的功耗，進而節省了電子設備200的功耗。
請參考圖4，圖4是本發明指紋識別裝置的第二實施方式的 結構示意圖。本發明第二實施方式所提供的指紋識別裝置100與第一實施方式所提供的指紋識別裝置100基本相同。後續的描述中與第一實施方式相同的元件採用相同的元件標號，且本實施方式與第一實施方式的指紋識別裝置100的結構相同之處不再重複描述，後續僅描述不同之處。
該第二實施方式所提供的指紋識別裝置100與第一實施方 式所提供的指紋識別裝置100的主要區別在於，在第一實施方式中，所述電容觸控元件120設置於所述玻璃基板17上，而在第二實施方式中，所述電容觸控元件120設置於一軟性電路板(Flexible Printed Circuit board,FPC)150上，同樣的，所述電容觸控元件120包括感應電極層21，所述感應電極層21為在所述FPC 150上形成的導電材料，如氧化 銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)。可以理解的是，所述FPC 150可用於傳輸所述感應電極層21的感測信號給所述控制器130。此時，所述感應電極層21與大地之間形成一電容，當觸控物觸摸到指紋識別裝置100時，所述感應電極層21與大地之間的電容量發生變化，從而感測所述觸控物。同樣的，所述控制器130連接所述感應電極層21以控制所述電容觸控元件120。
請參考圖5，圖5是本發明指紋識別裝置的第三實施方式的 結構示意圖。本發明第三實施方式所提供的指紋識別裝置100與第一實施方式所提供的指紋識別裝置100基本相同。後續的描述中與第一實施方式相同的元件採用相同的元件標號，且本實施方式與第一實施方式的指紋識別裝置100的結構相同之處不再重複描述，後續僅描述不同之處。
該第三實施方式所提供的指紋識別裝置100與第一實施方 式所提供的指紋識別裝置100的主要區別在於，在第一實施方式中，所述電容觸控元件120包括感應電極層21，所述感應電極層21為在所述玻璃基板17上形成的導電材料，而在第三實施方式中，所述電容觸控元件120包括相對且平行設置的發送感應電極層29及接收感應電極層28，所述發送感應電極層29及接收感應電極層28為在所述玻璃基板17上形成的導電材料，如氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)。所述發送感應電極層29與所述接收感應電極層28形成一電容，當觸控物觸摸到所述指紋識別裝置100時，所述發送感應電極層29與所述接收感應電極層28之間的電容量發生變化，從而感測所述觸控物。同樣的，所述控制器130連接所述發送感應電極層29與所述接收感應電極層28，當所述發送感應電極層29與所述接收感應電極層28之間的電容量發生變化時，所述控制器130控制所述發送感應電極層29及所述接收感應電極層28使得所述電容觸控元件120停止工作。所述指紋識別元件110持續掃描觸控物並輸出所述讀出信號後，所述控制器130控制所述發送感應電極層29及所述接收感應電極層28使得所述電容觸控元件120繼續開始工作。
請參考圖6，圖6是本發明指紋識別裝置的第四實施方式的 結構示意圖。本發明第四實施方式所提供的指紋識別裝置100與第三實 施方式所提供的指紋識別裝置100基本相同。後續的描述中與第三實施方式相同的元件採用相同的元件標號，且本實施方式與第三實施方式的指紋識別裝置100的結構相同之處不再重複描述，後續僅描述不同之處。
該第四實施方式所提供的指紋識別裝置100與第三實施方 式所提供的指紋識別裝置100的主要區別在於，在第三實施方式中，所述電容觸控元件120設置於所述玻璃基板17上，而在第四實施方式中，所述電容觸控元件120設置於一軟性電路板(Flexible Printed Circuit board,FPC)160上，同樣的，所述電容觸控元件120包括發送感應電極層29及接收感應電極層28，所述發送感應電極層29及接收感應電極層28為在所述FPC 160上形成的導電材料，如氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)。所述發送感應電極層29與所述接收感應電極層28形成一電容，當觸控物觸摸到所述指紋識別裝置100時，所述發送感應電極層29與所述接收感應電極層28之間的電容量發生變化，從而感測所述觸控物。同樣的，所述控制器130連接所述發送感應電極層29與所述接收感應電極層28，以控制所述電容觸控元件120。
請參考圖7，圖7為本發明指紋識別裝置100的指紋識別方法，包括：步驟S701，開啟所述電容觸控元件120。
步驟S703，不斷偵測是否有觸控物進行觸控操作；當有觸控物進行觸控操作時，執行步驟S705，當沒有觸控物進行觸控操作時，返回步驟S701。
步驟S705，開啟所述指紋識別元件110同時關閉所述電容觸控元件120。
步驟S707，所述指紋識別元件110判斷觸控物是否為手指；當觸控物為手指時，執行步驟S709，當觸控物不是手指時，執行步驟S711。
步驟S709，所述指紋識別元件110持續掃描觸控物，直到所述指紋識別元件110輸出所述讀出信號，關閉所述指紋識別元件110，並返回步驟S701。
步驟S711，關閉所述指紋識別元件110，同時開啟所述電 容觸控元件120。
步驟S713，不斷偵測觸控物是否離開；若是，返回步驟S701， 若否繼續執行本步驟S713。
與上述指紋識別方法不同的是，在實際使用過程中，當所述 指紋識別裝置100設置於所述電子設備200，如圖8所述示的手機中時，所述電子設備200中具有一光感測器300，為防止誤觸，所述指紋識別裝置100還可以與所述光感測器300連接。當電容觸控元件120感測到有觸控物對所述指紋識別裝置100進行觸控操作時，所述光感測器300感測所述電子設備200是否為貼近臉或被放入口袋後產生的誤觸，當所述光感測器300判斷為誤觸時，所述指紋識別裝置的電容觸控元件120繼續掃描，當所述光感測器300判斷為非誤觸，所述指紋識別裝置100開啟所述指紋識別元件110同時關閉所述電容觸控元件120進行指紋識別。
請參考圖9，圖9為圖8中所述電子設備200在指紋識別時 防止誤觸的方法，其中，所述電子設備200包括一指紋識別裝置100及一光感測器300。該方法包括：步驟S901，開啟所述指紋識別裝置100的電容觸控元件120。
步驟S903，不斷偵測是否有觸控物進行觸控操作；當有觸 控物進行觸控操作時，執行步驟S905，當沒有觸控物進行觸控操作時，返回步驟S901。
步驟S905，所述光感測器300偵測是否為誤觸，若為誤觸， 返回步驟S903，若不是誤觸，執行步驟S907。
步驟S907，開啟所述指紋識別裝置100的指紋識別元件110 開始掃描指紋並關閉所述電容觸控元件120。
步驟S909，所述指紋識別元件110持續掃描觸控物，直到 所述指紋識別元件110輸出所述讀出信號後，關閉所述指紋識別元件110，並返回步驟S901。
綜上所述，本創作符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。 惟，以上所述者僅為本創作之較佳實施例，本創作之範圍並不以上述實施例為限，舉凡熟習本案技藝之人士爰依本創作之精神所作之等效修飾 或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧指紋識別裝置
110‧‧‧指紋識別元件
120‧‧‧電容觸控元件
130‧‧‧控制器
19‧‧‧發射層
18‧‧‧接收層
11‧‧‧第一電極層
12‧‧‧第二電極層
13‧‧‧壓電層
17‧‧‧玻璃基板
16‧‧‧接收陣列
15‧‧‧讀出電路
21‧‧‧感應電極層

Claims (11)

  1. 一種指紋識別裝置，包括：電容觸控元件，用於不斷偵測是否有觸控物觸控指紋識別裝置；指紋識別元件，用於進行指紋識別；以及控制器，連接所述指紋識別元件及所述電容觸控元件，當所述電容觸控元件偵測到有觸控物觸控所述指紋識別裝置時，所述控制器控制所述電容觸控元件停止工作並控制所述指紋識別元件開始工作。
  2. 如請求項1所述的指紋識別裝置，其中：所述電容觸控元件包括感應電極層，所述感應電極層為導電材料。
  3. 如請求項1所述的指紋識別裝置，其中：所述電容觸控元件包括相對且平行設置的發送感應電極層及接收感應電極層，所述發送感應電極層及所述接收感應電極層均為導電材料。
  4. 如請求項2或3所述的指紋識別裝置，其中：所述電容觸控元件設置於所述指紋識別元件上並環繞所述指紋識別元件。
  5. 如請求項2或3所述的指紋識別裝置，其中：所述電容觸控元件設置於一軟性電路板上並環繞所述指紋識別元件。
  6. 如請求項2或3所述的指紋識別裝置，其中：所述電容觸控元件環繞所述指紋識別元件大致呈C形、圓環形、方形或五角形設置。
  7. 如請求項1所述的指紋識別裝置，其中：所述電容觸控元件的數量為多個且該多個電容觸控元件分佈在該指紋識別元件的周圍。
  8. 如請求項1所述的指紋識別裝置，其中：所述指紋識別元件包括發射層及接收層，所述發射層包括層疊設置的第一電極層、第二電極層及夾設於第一及第二電極層之間的壓電層，所述第一電極層與所述第二電極層用於對所述壓電層施加電壓，所述壓電層在所述第一電極層與所述第二電極層共同施加電 壓時產生振動從而發出超聲波。
  9. 如請求項8所述的指紋識別裝置，其中：所述接收層包括玻璃基板、設置於玻璃基板靠近發射層一側的接收陣列及連接所述接收陣列的讀出電路，所述接收陣列用於接收被放置在所述指紋識別裝置之上的觸控物反射回的聲波，所述讀出電路用於將所述聲波轉化為電信號。
  10. 一種指紋識別方法，包括：開啟電容觸控元件；所述電容觸控元件不斷偵測是否有觸控物進行觸控操作；當有觸控物進行觸控操作時，開啟指紋識別元件同時關閉所述電容觸控元件；開啟所述指紋識別元件同時關閉所述電容觸控元件之還包括：所述指紋識別元件判斷觸控物是否為手指；當觸控物不是手指時，關閉所述指紋識別元件，同時開啟所述電容觸控元件；不斷偵測觸控物是否離開，若觸控物沒有離開，繼續執行本步驟；若觸控物離開，重新開啟電容觸控元件；當觸控物為手指時，執行步驟所述指紋識別元件持續掃描觸控物，直到所述指紋識別元件輸出所述讀出信號，關閉所述指紋識別元件，重新開啟所述電容觸控元件。
  11. 如請求項10所述的指紋識別方法，其中：步驟所述電容觸控元件不斷偵測是否有觸控物進行觸控操作之後還包括：當有觸控物進行觸控操作時，利用一光感測器偵測是否為誤觸，若為誤觸，返回步驟所述電容觸控元件不斷偵測是否有觸控物進行觸控操作；若不是誤觸，執行步驟當有觸控物進行觸控操作時，開啟所述指紋識別元件同時關閉所述電容觸控元件。
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