TWI711951B - 觸控感測單元及具有該觸控感測單元的指紋觸控裝置 - Google Patents

觸控感測單元及具有該觸控感測單元的指紋觸控裝置 Download PDF

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TWI711951B
TWI711951B TW105129057A TW105129057A TWI711951B TW I711951 B TWI711951 B TW I711951B TW 105129057 A TW105129057 A TW 105129057A TW 105129057 A TW105129057 A TW 105129057A TW I711951 B TWI711951 B TW I711951B
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Abstract

一種指紋觸控裝置包括：多條讀取線、多條掃描線、掃描驅動電路、處理電路及多個觸控感測單元。掃描驅動電路電性耦接此些掃描線。處理電路電性耦接此些讀取線。每一觸控感測單元包括：金屬電極、第一電晶體及第二電晶體。第一電晶體具有第一端、第二端及第一控制端，第一控制端及第一端電性耦接此些掃描線中之第一掃描線，而第二端電性耦接金屬電極。第二電晶體具有一第三端、一第四端及一第二控制端，第二控制端電性耦接金屬電極，第三端電性耦接此些讀取線之第一讀取線，而第四端電性耦接此些掃描線中之一第二掃描線。

Description

觸控感測單元及具有該觸控感測單元的指紋觸控裝置
本發明是有關於一種觸控面板，特別是一種觸控感測單元及具有該觸控感測單元的指紋觸控裝置。
觸控面板可依其偵測觸控點的物理原理，主要分為電阻式(resistive)觸控面板及電容式(capacitive)觸控面板兩種。電阻式觸控面板係用手指或觸控筆輕按就會產生電壓；而電容式觸控面板係以手指接觸面板而吸取微小的電流方式操作。其中，目前又以電容式觸控面板較為廣泛使用。
再者，電容式觸控面板又以自感或互感的方式來偵測觸控事件。互感的方式是使用具有偵測出X方向的座標之第一電極，以及用以偵測出Y方向的座標之第二電極，並需經過第一電極與第二電極搭配以完成偵測。而自感的方式則是經由每一電極本身的電壓傳送與接收來完成偵測。由於，在施加有電壓之電極上形成電場，此時，若以手指等碰觸時，接觸位置經由人體的靜電電容而接地。結果會在電極的端子與接觸位置之間產生電容值的變化，進而取得觸控位置的座標。
不同於習知觸控面板的架構，本發明之一目的在提供一種觸控感測單元，包括：金屬電極、第一電晶體及第二電晶體。第一電晶 體具有第一端、第二端及第一控制端，第一控制端及第一端電性耦接第一掃描線，而第二端電性耦接金屬電極。第二電晶體具有第三端、第四端及第二控制端，第二控制端電性耦接金屬電極，第三端電性耦接讀取線，而第四端電性耦接第二掃描線。
本發明之一實施例提供具有前述觸控感測單元的指紋觸控裝置，包括：多條讀取線、多條掃描線、掃描驅動電路、處理電路及多個觸控感測單元。掃描驅動電路電性耦接此些掃描線。處理電路電性耦接此些讀取線。多個觸控感測單元，其中每一觸控感測單元包括：金屬電極、第一電晶體及第二電晶體。第一電晶體具有第一端、第二端及第一控制端，第一控制端及第一端電性耦接此些掃描線中之第一掃描線，而第二端電性耦接金屬電極。第二電晶體具有第三端、第四端及第二控制端，第二控制端電性耦接金屬電極，第三端電性耦接此些讀取線之第一讀取線，而第四端電性耦接此些掃描線中之第二掃描線。
本發明之一實施例提供另一種觸控感測單元，包括：金屬電極、第一電晶體及第二電晶體。第一電晶體具有第一端、第二端及第一控制端，第一控制端電性耦接第一掃描線，第一端電性耦接預設電壓，而第二端電性耦接金屬電極。第二電晶體具有第三端、第四端及第二控制端，第二控制端電性耦接金屬電極，第三端電性耦接讀取線，而第四端電性耦接第二掃描線。
本發明之一實施例又提供一種指紋觸控裝置，包括：多條讀取線、多條掃描線、掃描驅動電路、處理電路及多個觸控感測單元。掃描驅動電路電性耦接此些掃描線。處理電路電性耦接此些讀取線。多個觸控感測單元，其中每一觸控感測單元包括：金屬電極、第一電晶體及第二電晶體。第一電晶體具有一第一端、第二端及第一控制端，第一控制端電性耦接此些掃描線中之第一掃描線，第一端電性耦接預設電壓，而第二端電性耦接金屬電極。第二電晶體具有第三端、第四端及第二控制端，第二控制端電性耦接金屬電極，第三端電性耦接此些讀取線 之第一讀取線，而第四端電性耦接此些掃描線中之第二掃描線。
本發明之一實施例還提供一種指紋觸控裝置，包括：觸控層、掃描驅動電路及處理電路。觸控層包括：多條讀取、多條掃描線及多個觸控感測單元。其中，每一觸控感測單元包括：金屬電極、第一電晶體及第二電晶體。第一電晶體具有第一端、第二端及第一控制端，第一控制端及第一端電性耦接此些掃描線中之第一掃描線，而第二端電性耦接金屬電極。第二電晶體具有第三端、第四端及第二控制端，第二控制端電性耦接金屬電極，第三端電性耦接此些讀取線中之第一讀取線，而第四端電性耦接此些掃描線中之第二掃描線。掃描驅動電路電性耦接此些掃描線。處理電路電性耦接此些讀取線，處理電路透過第一讀取線讀取觸控感測單元之感測資料。
本發明的指紋觸控裝置中每一觸控感測單元包括金屬電極、第一電晶體及第二電晶體的電路結構，利用波峰所形成的感應電容釋放的電荷量會大於手指的波谷所形成的感應電容釋放的電荷量，而在每一列觸控感測單元的感測資料會在下一級掃描線的致能期間藉由處理電路分別透過讀取線讀取感測資料。因此，指紋觸控裝置能偵測是否發生指紋接觸事件，並根據感測資料建構成的資料畫面得到指紋圖案。 此外，還可藉由增加指紋觸控裝置之觸控層的厚度，而降低耦合電容對指紋觸控裝置電路的干擾。
100、200、300、400:指紋觸控裝置
10、10B:觸控感測單元
11:金屬電極
12、T1:第一電晶體
13、T2:第二電晶體
20:掃描驅動電路
30:處理電路
50:觸控層
60:放大電路
G1~Gm:掃描線
R1~Rn:讀取線
P1、P2、P3:掃描脈衝
Cf:感應電容
VSET:預設電壓
圖1為本發明第一實施例之指紋觸控裝置的電路圖。
圖2繪示為圖1之指紋觸控裝置的訊號時序圖。
圖3為當本發明一實施例之指紋觸控裝置發生指紋接觸事件時的示意圖。
圖4為本發明第二實施例之指紋觸控裝置的電路圖。
圖5為本發明一實施態樣之指紋觸控裝置的電路圖。
圖6為本發明另一實施態樣之指紋觸控裝置的電路圖。
圖1為本發明第一實施例之指紋觸控裝置100的電路圖。請參照圖1，指紋觸控裝置100包括：觸控層50、掃描驅動電路20及處理電路30。觸控層50包括：多條讀取線R1~Rn、多條掃描線G1~Gm及多個觸控感測單元10。呈矩陣排列的感測單元10係分別電性耦接掃描線G1~Gm與讀取線R1~Rn。其中，每一觸控感測單元10包括：金屬電極11、第一電晶體12及第二電晶體13。第一電晶體12具有第一端、第二端及第一控制端，第二電晶體13具有第三端、第四端及第二控制端。第一電晶體12之第一控制端及第一端電性耦接其中一掃描線，第二端電性耦接金屬電極11，第二電晶體13之第三端電性耦接其中一讀取線，第二控制端電性耦接金屬電極11，第四端電性耦接下一級的掃描線。
接下來，說明指紋觸控裝置100其電路的運作方式，並以第一列第一欄、第二列第一欄及第三列之觸控感測單元10舉例說明。對於第一列第一欄的觸控感測單元10來說，第一電晶體12之第一控制端及第一端電性耦接掃描線中之第一掃描線G1，並第二電晶體13之第三端電性耦接讀取線R1，第四端電性耦接第二掃描線G2，而第二列第一欄的觸控感測單元10之第一電晶體12之第一控制端及第一端電性耦接第二掃描線G2，且第三端電性耦接讀取線R1，第四端電性耦接第三掃描線G3。也就是說，第一列之觸控感測單元10的第二電晶體13之第四端會電性耦接第二列之觸控感測單元10的第一電晶體12之第一控制端及第一端。
圖2繪示為圖1之顯示面板的訊號時序圖。接下來，請合併參照圖1及圖2，掃描驅動電路20提供第一掃描脈衝P1至第一掃描線G1及提供第二掃描脈衝P2至第二掃描線G2，且第一掃描脈衝P1 的致能期間與第二掃描脈衝P2的致能期間不重疊。詳言之，每一級掃描線的掃描脈衝的致能期間在前一級掃描線的掃描脈衝之後，並且每一級掃描線的掃描脈衝不會與前一級掃描線的掃描脈衝重疊。
當掃描驅動電路20提供第一掃描脈衝P1至第一掃描線G1，第一電晶體12導通而施加電壓到金屬電極11進而導通第二電晶體13。在此假設手指是以波谷接觸到第一列第一欄的觸控感測單元10，則通過金屬電極11的電壓會對經由接觸位置通過人體而接地所響應的感應電容充電，然而此時因第二掃描線G2為低準位，又第二電晶體13的源極係耦接至第二掃描線G2，以致於由第二電晶體13之閘極流向汲極至讀取線R1的電流極微小甚至可忽略。
接著，當掃描驅動電路20提供第二掃描脈衝P2至第二掃描線G2，在第二掃描線G2致能的期間，第一列第一欄的觸控感測單元10的第二電晶體13之源極雖為高準位，但由於手指是以波谷接觸到第一列第一欄的觸控感測單元10，因而其感應電容所充的電荷值不足以導通第一列第一欄的第二電晶體13，因而處理電路30透過讀取線R1所讀取之感測資料近乎等於零電流。
此時，假設手指是以波峰接觸到第二列第一欄的觸控感測單元10，當第一電晶體12受第二掃描脈衝P2導通而施加電壓到金屬電極11並導通第二電晶體13時，則通過金屬電極11的電壓對所響應的感應電容充電，然而此時因第三掃描線G3為低準位，又第二電晶體13的源極係耦接至第三掃描線G3，以致於由第二電晶體13之閘極流向汲極至讀取線R1的電流極微小甚至可忽略。
接著，當掃描驅動電路20提供掃描脈衝P3至第三掃描線G3時，在第三掃描線G3致能的期間，第二列第一欄的觸控感測單元10的第二電晶體13之源極為高準位，且由於手指是以波峰接觸到第二列第一欄的觸控感測單元10，因而其感應電容所充的電荷值將足以導通第二列第一欄的第二電晶體13而放電，此時處理電路30得以透過讀取 線R1讀取到第二列第一欄的觸控感測單元10的感測資料，同時第三列第一欄的觸控感測單元10之第一電晶體12導通並施加電壓到金屬電極11而導通第二電晶體13進而對所響應的感應電容充電。以此類推，經前述說明，本領域通常知識者應可得知本發明之指紋觸控裝置100的第k列觸控感測單元10的感測資料是在第k+1條掃描線G(k+1)的致能期間藉由處理電路30分別透過讀取線R1~Rn讀取感測資料，其中k為正整數且小於m。因此，指紋觸控裝置100能偵測是否發生指紋接觸事件，並根據感測資料建構成的資料畫面得到指紋圖案。
進一步說明，圖3為當本發明一實施例之指紋觸控裝置發生指紋接觸事件時的示意圖。請參照圖3，基於公式(1)Q=C*V，其中Q為儲存在電容器電極的電荷量，以及公式(2)C=ε A/d，其中ε是介電質的電容率，A是平板的面積，而d是二平行板間隔的距離，因此可推論得知，由手指的波峰所形成的感應電容Cf將會大於手指的波谷所形成的感應電容Cf，並且波峰所形成的感應電容Cf釋放的電荷量會大於手指的波谷所形成的感應電容Cf釋放的電荷量。
圖4為本發明第二實施例之指紋觸控裝置200的電路圖。請參照圖4，第二實施例之指紋觸控裝置200與第一實施例之指紋觸控裝置100不同之處在於，第一實施例之觸控感測單元10的第一電晶體12之第一控制端及第一端電性耦接同一條掃描線，而第二實施例之觸控感測單元10B的第一電晶體12之第一控制端分別電性耦接至掃描線，第一端電性耦接預設電壓VSET。其中，預設電壓VSET可以是由處理電路30提供的直流準位，且預設電壓VSET的準位為大於或等於掃描脈衝的致能準位。由於第二實施例之指紋觸控裝置200與第一實施例之指紋觸控裝置100之電路運作原理大致相同，在此不再贅述。
值得一提的是，藉由公式(2)可知，手指之波峰與波谷所響應的感應電容的大小會與指紋觸控裝置100/200所搭配之觸控層50的厚度有關。在第一實施例之指紋觸控裝置100中，若觸控層50的厚 度增加，則需拉高掃描驅動電路所提供的掃描脈衝之致能準位，以致於使通過第一電晶體12而施加到金屬電極11的電壓對感應電容充電後，仍可維持於波峰所形成的感應電容Cf釋放的電荷量能導通第二電晶體13，而波谷所形成的感應電容Cf釋放的電荷量不足以導通第二電晶體13。
特別注意的是，在第二實施例之指紋觸控裝置200中，若觸控層50的厚度增加，則僅需拉高預設電壓VSET的直流準位，以致於使通過第一電晶體12而施加到金屬電極11的電壓對感應電容充電後，仍可維持於波峰所形成的感應電容Cf釋放的電荷量能導通第二電晶體13，而波谷所形成的感應電容Cf釋放的電荷量不足以導通第二電晶體13。並且，在第二實施例之指紋觸控裝置200中，可降低掃描驅動電路所提供的掃描脈衝之致能準位而節省電力消耗，掃描脈衝之致能準位只要能導通第一電晶體12即可。其中，觸控層50包括玻璃蓋板，當觸控層50的厚度增加，則產生於感測單元的耦合電容愈小，進而降低對指紋觸控裝置電路的干擾。
圖5為本發明一實施態樣之指紋觸控裝置300的電路圖。請參照圖5，指紋觸控裝置300與前述之指紋觸控裝置100/200不同之處在於，指紋觸控裝置300還包括多個放大電路60分別電性耦接於讀取線R1~Rn及處理電路30之間。放大電路60包括：第一輸入端、第二輸入端及輸出端。第一輸入端電性耦接讀取線，用以接收讀取線讀取之感測資料。第二輸入端電性耦接參考電位。輸出端電性耦接處理電路30。其中，參考電位可為接地電位。藉由將讀取線R1~Rn所讀取的感測資料放大再傳送到處理電路30，指紋觸控裝置300能更準確的偵測是否發生指紋接觸事件，並根據感測資料建構成的資料畫面得到指紋圖案。
圖6為本發明另一實施態樣之指紋觸控裝置的電路圖。請參照圖6，指紋觸控裝置400與第二實施例之指紋觸控裝置200不同之 處在於，指紋觸控裝置400中每兩欄的觸控感測單元可連接至相同的預設電壓VSET線，而能節省佈置線路。換言之，可將奇數欄的觸控感測單元的結構鏡射成偶數欄的觸控感測單元的結構，如此一來，每兩欄的第一電晶體12之第一端可共用預設電壓VSET。
本發明的指紋觸控裝置中每一觸控感測單元包括金屬電極、第一電晶體及第二電晶體的電路結構，利用波峰所形成的感應電容釋放的電荷量會大於手指的波谷所形成的感應電容釋放的電荷量，而在第k列觸控感測單元的感測資料會在第k+1條掃描線的致能期間藉由處理電路分別透過讀取線讀取感測資料，其中k為正整數且小於m。因此，指紋觸控裝置能偵測是否發生指紋接觸事件，並根據感測資料建構成的資料畫面得到指紋圖案。此外，還可藉由增加指紋觸控裝置之觸控層的厚度，而降低耦合電容對指紋觸控裝置電路的干擾。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:指紋觸控裝置
10:觸控感測單元
11:金屬電極
12:第一電晶體
13:第二電晶體
20:掃描驅動電路
30:處理電路
50:觸控層
G1~Gm:掃描線
R1~Rn:讀取線

Claims (10)

  1. 一種觸控感測單元，包括：一金屬電極；一第一電晶體，具有一第一端、一第二端及一第一控制端，該第一控制端及該第一端電性耦接一第一掃描線，而該第二端電性耦接該金屬電極；以及一第二電晶體，具有一第三端、一第四端及一第二控制端，該第二控制端電性耦接該金屬電極，該第三端電性耦接一讀取線，而該第四端電性耦接一第二掃描線。
  2. 一種觸控感測單元，包括：一金屬電極；一第一電晶體，具有一第一端、一第二端及一第一控制端，該第一控制端電性耦接一第一掃描線，該第一端電性耦接一預設電壓，而該第二端電性耦接該金屬電極；以及一第二電晶體，具有一第三端、一第四端及一第二控制端，該第二控制端電性耦接該金屬電極，該第三端電性耦接一讀取線，而該第四端電性耦接一第二掃描線。
  3. 一種指紋觸控裝置，包括：多條讀取線；多條掃描線；一掃描驅動電路，電性耦接該些掃描線；一處理電路，電性耦接該些讀取線；以及多個觸控感測單元，包括一第一觸控感測單元，每一觸控感測單元包括：一金屬電極； 一第一電晶體，具有一第一端、一第二端及一第一控制端，該第一控制端及該第一端電性耦接該些掃描線中之一，而該第二端電性耦接該金屬電極；以及一第二電晶體，具有一第三端、一第四端及一第二控制端，該第二控制端電性耦接該金屬電極，該第三端電性耦接該些讀取線中之一，而該第四端電性耦接該些掃描線中之一，其中對於該第一觸控感測單元，該第一控制端及該第一端電性耦接該些掃描線中之一第一掃描線，該第二電晶體的該第三端電性耦接該些讀取線之一第一讀取線而該第四端電性耦接該些掃描線中之一第二掃描線。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的觸控裝置，其中該掃描驅動電路提供一第一掃描脈衝至該第一掃描線及提供一第二掃描脈衝至該第二掃描線，且該第一掃描脈衝的致能期間與該第二掃描脈衝的致能期間不重疊。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的觸控裝置，其中，對於該第一觸控感測單元，於該第二掃描脈衝的致能期間，該第一掃描線不致能而該第一電晶體不導通，該第二掃描線致能而該第二電晶體導通，並該處理電路透過該第一讀取線讀取該第一觸控感測單元之一感測資料。
  6. 一種觸控裝置，包括：多條讀取線；多條掃描線；一掃描驅動電路，電性耦接該些掃描線；一處理電路，電性耦接該些讀取線；以及 多個觸控感測單元，包括一第一觸控感測單元，每一觸控感測單元包括：一金屬電極；一第一電晶體，具有一第一端、一第二端及一第一控制端，該第一控制端電性耦接該些掃描線中之一，該第一端電性耦接一預設電壓，而該第二端電性耦接該金屬電極；以及一第二電晶體，具有一第三端、一第四端及一第二控制端，該第二控制端電性耦接該金屬電極，該第三端電性耦接該些讀取線中之一，而該第四端電性耦接該些掃描線中之一，其中對於該第一觸控感測單元，該第一控制端及該第一端電性耦接該些掃描線中之一第一掃描線，該第二電晶體的該第三端電性耦接該些讀取線之一第一讀取線而該第四端電性耦接該些掃描線中之一第二掃描線。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的觸控裝置，其中該掃描驅動電路提供一第一掃描脈衝至該第一掃描線及提供一第二掃描脈衝至該第二掃描線，且該第一掃描脈衝的致能期間與該第二掃描脈衝的致能期間不重疊。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的觸控裝置，其中，對於該第一觸控感測單元：於該第一掃描脈衝的致能期間，該第一掃描線致能而該第一電晶體導通，該第二掃描線不致能而該第二電晶體不導通；於該第二掃描脈衝的致能期間，該第一掃描線不致能而該第一電晶體不導通，該第二掃描線致能而該第二電晶體導通，並該處理電路透過該第一讀取線讀取該第一觸控感測單元之一感測資料。
  9. 一種指紋觸控裝置，包括：一觸控層，包括：多條讀取線；多條掃描線；多個觸控感測單元，包括一第一觸控感測單元，每一觸控感測單元包括：一金屬電極；一第一電晶體，具有一第一端、一第二端及一第一控制端，該第一控制端及該第一端電性耦接該些掃描線中之一，而該第二端電性耦接該金屬電極；以及一第二電晶體，具有一第三端、一第四端及一第二控制端，該第二控制端電性耦接該金屬電極，該第三端電性耦接該些讀取線中之一，而該第四端電性耦接該些掃描線中之一，其中對於該第一觸控感測單元，該第一控制端及該第一端電性耦接該些掃描線中之一第一掃描線，該第二電晶體的該第三端電性耦接該些讀取線之一第一讀取線而該第四端電性耦接該些掃描線中之一第二掃描線；一掃描驅動電路，電性耦接該些掃描線；以及一處理電路，電性耦接該些讀取線，該處理電路透過該第一讀取線讀取該第一觸控感測單元之一感測資料。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的指紋觸控裝置，更包括：多個放大電路，分別電性耦接於該些讀取線及該處理電路之間，此些放大電路中對應該第一讀取線所設置之一第一放大電路包括： 一第一輸入端，電性耦接該第一讀取線，用以接收該第一讀取線讀取之該感測資料；一第二輸入端，電性耦接一參考電位；以及一輸出端，電性耦接該處理電路。
TW105129057A 2016-09-08 2016-09-08 觸控感測單元及具有該觸控感測單元的指紋觸控裝置 TWI711951B (zh)

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