TWM615933U - 指紋感測裝置 - Google Patents

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Abstract

一種指紋感測裝置。指紋感測裝置包括觸控顯示面板、 指紋感測器、驅動整合晶片，以及指紋感測晶片。指紋感測晶片耦接指紋感測器，並經由通用型輸入輸出介面耦接驅動整合晶片。指紋感測晶片經由通用型輸入輸出介面提供控制訊號給驅動整合晶片，以依據控制訊號控制驅動整合晶片於指紋感測時期禁能觸控感測。指紋感測晶片於指紋感測時期驅動指紋感測器取得指紋圖像。指紋感測晶片與驅動整合晶片於不同時段分別驅動指紋感測器進行指紋感測與觸控顯示面板進行觸控感測。

Description

指紋感測裝置
本新型創作是有關於一種感測裝置，且特別是有關於一種指紋感測裝置及其操作方法。
隨著觸控技術和顯示技術的發展，觸控顯示裝置已廣泛應用於各類型的電子產品上，例如智慧手機、平板電腦或手提式筆記型電腦等等。另一方面，指紋辨識技術也逐漸被廣泛地應用於各式電子產品之中，至少包括有電容式、光學式、超音波式等等各種指紋辨識技術正在陸續地被持續研發與改進中。
為了給使用者帶來更便捷的使用體驗，屏下指紋辨識方案日漸受到重視。若電子產品具備屏下指紋辨識功能，使用者就能夠同時在觸控顯示區域進行觸控操作和指紋驗證操作。伴隨著指紋感測器會與觸控顯示裝置整合，如何實現更佳的觸控效能與指紋感測效能為本領域技術人員所關心的議題。
有鑑於此，本新型創作實施例提供一種指紋感測裝置及 其操作方法，其可加速指紋感測晶片與驅動整合晶片之間的通訊速度，以實現快速的指紋感測功能。
本新型創作實施例提出一種指紋感測裝置，其包括觸控顯示面板、指紋感測器、驅動整合晶片，以及指紋感測晶片。指紋感測晶片耦接指紋感測器，並經由通用型輸入輸出介面(General Purpose Input/Output，GPIO)耦接驅動整合晶片。指紋感測晶片經由通用型輸入輸出介面提供控制訊號給驅動整合晶片，以依據控制訊號控制驅動整合晶片於指紋感測時期禁能觸控感測。指紋感測晶片於指紋感測時期驅動指紋感測器取得指紋圖像。指紋感測晶片與驅動整合晶片於不同時段分別驅動指紋感測器進行指紋感測與觸控顯示面板進行觸控感測。
基于上述，於本新型創作的實施例中，指紋感測晶片是透過GPIO介面與驅動整合晶片進行通訊。指紋感測晶片可經由GPIO介面的GPIO接腳輸出控制訊號給驅動整合晶片，使驅動整合晶片可依據控制訊號的訊號準位禁能觸控顯示面板進行觸控感測，以避免觸控感測對於指紋感測造成不良干擾，因而可提高指紋感測的品質。此外，藉由指紋感測晶片通過GPIO介面控制驅動整合晶片，本新型創作實施例因此具備快速完成指紋感測操作的功效。
100:指紋感測裝置
110:指紋感測器
120:驅動整合晶片
130:指紋感測晶片
140:系統處理器
150:觸控顯示面板
131:GPIO介面
211,212:SPI匯流排
Sc:控制訊號
131_1:GPIO接腳
131_2:GPIO介面電路
121:訊號接收接腳
Vsync:觸控顯示同步訊號
DF1,DF2:顯示幀期間
D1,D2:顯示驅動時期
F1:指紋感測時期
T1:觸控感測時期
S310~S330,S401~S407,S501~S507:步驟
圖1是依照本新型創作一實施例的指紋感測裝置的方塊圖。
圖2是依照本新型創作的一實施例指紋感測裝置的示意圖。
圖3是依照本新型創作的實施例的一種指紋感測裝置的操作方法的流程圖。
圖4是依照本新型創作一實施例的指紋感測裝置的操作方法的流程圖。
圖5是依照本新型創作一實施例的指紋感測裝置的操作方法的流程圖。
圖6是依照本新型創作一實施例的指紋感測裝置的運作時序圖。
為了使本新型創作之內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例做為本新型創作確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟，係代表相同或類似部件。
圖1是依照本新型創作一實施例的指紋感測裝置的方塊圖。請參照圖1，指紋感測裝置100包括指紋感測器110、驅動整合晶片120、指紋感測晶片130、系統處理器140，以及觸控顯示面板150。指紋感測裝置100可為一種終端裝置，例如具有指紋感測功能的電子產品，像是手機、筆記型電腦、遊戲機、平板電腦或手持式智慧裝置等，但本新型創作並不限於此。
於一實施例中，觸控顯示面板150的顯示區域為可觸控區域。使用者可透過手指或其他觸控物件觸碰指紋感測裝置100上的顯示區域來進行觸控操作。此外，使用者也可透過手指觸碰指紋感測裝置100上的顯示區域來進行指紋驗證操作。觸控顯示面板150為一種整合觸碰面板的顯示面板，可同時提供顯示功能及觸控輸入功能。顯示面板用以根據影像資料顯示畫面。所述顯示面板可實施為包括機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode，OLED)顯示面板、主動矩陣有機發光二極體(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes，AMOLED)顯示面板、液晶顯示(Liquid Crystal Display，LCD)顯示面板或其他種類的顯示面板，本新型創作對此不限制。
另一方面，於一實施例中，觸控顯示面板150中的觸控面板可以是一種電容式觸控面板，觸控面板上設置有陣列排列的多個觸控感測電極(未繪示)。所述觸控面板可以設置在顯示面板的一側，或者，所述觸控面板的觸控感測電極可與顯示面板的畫素電極設置於同一基板上，本新型創作對此不限制。
驅動整合晶片120耦接至觸控顯示面板150，用以控制觸控顯示面板150的操作。驅動整合晶片120可以是觸控顯示驅動整合(Touch with Display Driver integration，TDDI)晶片。於一實施例中，驅動整合晶片120可提供觸控驅動訊號至觸控顯示面板150，以驅動各個觸控感測電極來進行觸控感測。基此，可透過偵測觸控感測電極上的電容變化來判斷使用者手指的觸碰位置。 此外，驅動整合晶片120可提供顯示驅動訊號至觸控顯示面板150。觸控顯示面板150用以根據顯示驅動訊號，在每一幀週期內更新顯示畫面。
指紋感測器110包括陣列排列的多個指紋感測畫素，用以感測使用者的指紋/掌紋資訊。於一實施例中，指紋感測裝置100可使用光學式指紋辨識技術，但本新型創作並不限制於此。對應的，各個指紋感測畫素可包括用以進行光電轉換的感光二極體(photodiode)，以依據手指反射的指紋光線來進行指紋感測。換言之，透過自發光顯示面板或其他照明元件來照明手指，指紋感測器110可感測由手指反射且具有指紋資訊的反射光以產生指紋圖像。需說明的是，於一實施例中，指紋感測器110的指紋感測畫素可嵌入至觸控顯示面板150之內。像是，這些指紋感測畫素可與觸控顯示面板150的觸控感測電極配置於同一基板上，然不以此為限制。
指紋感測晶片130耦接指紋感測器110，用於驅動指紋感測器110。也就是說，指紋感測晶片130可提供指紋感測驅動訊號至指紋感測器110，以驅動指紋感測器110內的指紋感測畫素進行指紋感測。並且，指紋感測晶片130可獲取指紋感測器110內的指紋感測畫素所回報的感測訊號而獲取指紋圖像。
系統處理器140耦接驅動整合晶片120與指紋感測晶片130，其可執行指紋感測裝置100的作業系統和應用軟體，例如是中央處理器、應用處理器或其他具備運算能力的處理器電路。於 一實施例中，系統處理器140可從指紋感測晶片130獲取指紋圖像，並根據指紋圖像進行指紋驗證程序。於一實施例中，系統處理器140可提供影像資料給驅動整合晶片120，讓驅動整合晶片120依據影像資料控制觸控顯示面板150顯示對應畫面。
需特別說明的是，於本新型創作實施例中，為了避免觸控感測的相關訊號(例如觸控驅動訊號)與指紋感測的相關訊號(例如指紋感測驅動訊號)之間的訊號干擾現象，指紋感測裝置100會切換地操作於指紋感測時期或觸控感測時期。當指紋感測裝置100操作於指紋感測時期時，指紋感測器110的指紋感測畫素被驅動來進行指紋感測並將指紋感測結果輸出至指紋感測晶片130。當指紋感測裝置100操作於觸控感測時期時，觸控顯示面板150被驅動來進行觸控感測並將觸控感測結果輸出至驅動整合晶片120。可想而知，指紋感測晶片130與驅動整合晶片120將於不同時段分別驅動指紋感測器110進行指紋感測與觸控顯示面板150進行觸控感測。
也就是說，驅動整合晶片120將於指紋感測時期禁能觸控感測，並且指紋感測晶片130於指紋感測時期驅動指紋感測器110取得指紋圖像。於本新型創作實施例中，當指紋感測晶片130要驅動指紋感測器110來進行指紋感測時，指紋感測晶片130可通知驅動整合晶片120於指紋感測時期禁能觸控感測。
圖2是依照本新型創作的一實施例指紋感測裝置的示意圖。請參照圖2，於本新型創作實施例中，指紋感測晶片130經由 GPIO介面131耦接驅動整合晶片120。此外，於圖2的範例中，系統處理器140可依據串列週邊介面(Serial Peripheral Interface，SPI)標準與驅動整合晶片120以及指紋感測晶片130進行溝通，但本新型創作不限制於此。於其他實施例中，系統處理器140可依據其他介面通訊標準與驅動整合晶片120以及指紋感測晶片130進行溝通。於圖2的範例中，系統處理器140可經由SPI匯流排211連接至驅動整合晶片120，並經由經由SPI匯流排212連接至指紋感測晶片130。
需注意的是，於本新型創作實施例中，指紋感測晶片130經由GPIO介面131提供控制訊號Sc給驅動整合晶片120，以依據控制訊號Sc控制驅動整合晶片120於指紋感測時期禁能觸控感測。GPIO介面131可包括GPIO接腳131_1與GPIO介面電路131_2。當指紋感測晶片130要驅動指紋感測器110來進行指紋感測時，指紋感測晶片130可經由GPIO介面131的GPIO接腳131_1提供控制訊號Sc來通知驅動整合晶片120，使驅動整合晶片120於指紋感測時期禁能觸控感測。
更詳細而言，指紋感測晶片130可透過控制GPIO接腳131_1所輸出之控制訊號Sc的訊號準位來控制驅動整合晶片120禁能或致能觸控感測。對應的，驅動整合晶片120包括訊號接收接腳121，訊號接收接腳121可接收控制訊號Sc，並依據控制訊號Sc的訊號準位禁能或致能觸控顯示面板150進行觸控感測。於一些實施例中，訊號接收接腳121可以是符合GPIO標準的GPIO 接腳。驅動整合晶片120的訊號接收接腳121可經由電路基板上的導體線路連接至指紋感測晶片130的GPIO接腳131_1。藉此，當指紋感測晶片130要進行指紋感測時，指紋感測晶片130可經由GPIO介面131快速地控制驅動整合晶片120禁能觸控感測，以避免觸控感測與指紋感測之間的訊號干擾，從而提昇指紋感測品質。
圖3是依照本新型創作的實施例的一種指紋感測裝置的操作方法的流程圖。請參照圖1至圖3，於步驟S310，使指紋感測晶片130經由GPIO介面131耦接驅動整合晶片120。於步驟S320，通過指紋感測晶片130經由GPIO介面131提供控制訊號Sc給驅動整合晶片120，以依據控制訊號Sc控制驅動整合晶片120於指紋感測時期禁能觸控感測。
於一實施例中，反應於控制訊號Sc自第一訊號準位切換為第二訊號準位，驅動整合晶片120於指紋感測時期禁能觸控感測而停止提供觸控驅動訊號給觸控顯示面板150。反應於控制訊號Sc自第二訊號準位切換為第一訊號準位，驅動整合晶片120於觸控感測時期致能觸控感測而提供觸控驅動訊號給觸控顯示面板150。第一訊號準位與第二訊號準位可分別為低準位與高準位。於一實施例中，若第一訊號準位為低準位，則第二訊號準位為高準位。於另一實施例中，若第一訊號準位為高準位，則第二訊號準位為低準位。
舉例而言，當指紋感測晶片130經由GPIO接腳131_1 輸出高準位的控制訊號Sc時，驅動整合晶片120反應於接收到高準位的控制訊號Sc而於指紋感測時期停止提供觸控驅動訊號給觸控顯示面板150的觸控感測電極。反之，當指紋感測晶片130經由GPIO接腳131_1輸出低準位的控制訊號Sc時，驅動整合晶片120反應於接收到低準位的控制訊號Sc而於觸控感測時期提供觸控驅動訊號給觸控顯示面板150的觸控感測電極。
於步驟S330，通過指紋感測晶片130於指紋感測時期驅動指紋感測器110取得指紋圖像。具體而言，在指紋感測晶片130經由GPIO介面131控制驅動整合晶片120禁能觸控感測之後，指紋感測晶片130於指紋感測時期驅動指紋感測器110中的部份或全部指紋感測畫素以取得指紋圖像。於一實施例中，在指紋感測晶片130取得指紋圖像之後，指紋感測晶片130可控制GPIO介面131所輸出之控制訊號Sc的訊號準位，以使驅動整合晶片120恢復驅動觸控顯示面板150進行觸控感測。
需說明的是，相較於本新型創作實施例由指紋感測晶片130直接透過GPIO介面131通知驅動整合晶片120禁能觸控感測，若由系統處理器140經由SPI匯流排211通知驅動整合晶片120禁能觸控感測，驅動整合晶片120後續必然需要花費更多額外時間與系統處理器140或指紋感測晶片130執行其他通訊操作，以確保指紋感測晶片130是在禁能觸控感測的條件下進行指紋感測。此外，相較於需要交握(handshake)程序的傳輸介面標準(例如SPI介面標準)，GPIO介面可提供更有效率且雜訊干擾低的通 訊方式。因此，本新型創作實施例可讓使用者體驗到更快速的指紋感測功能。
需說明的是，指紋感測晶片130可能於不同的操作情境中需要驅動指紋感測器110進行指紋感測，以下列舉實施例以說明之。
圖4是依照本新型創作一實施例的指紋感測裝置的操作方法的流程圖。請參照圖2與圖4，於步驟S401，系統處理器140執行一應用程式而要求使用者進行指紋驗證操作。上述應用程式例如是股票交易應用程式或線上銀行應用程式等等。於步驟S402，系統處理器140經由SPI匯流排212傳送指紋圖像獲取指令給指紋感測晶片130。於步驟S403，反應於自系統處理器140接收指紋圖像獲取指令，指紋感測晶片130控制控制訊號Sc自第一訊號準位切換為第二訊號準位。
於步驟S404，反應於控制訊號Sc自第一訊號準位切換為第二訊號準位，驅動整合晶片120禁能觸控感測。換言之，反應於自系統處理器140接收指紋圖像獲取指令，指紋感測晶片130依據控制訊號Sc控制驅動整合晶片120於指紋感測時期禁能觸控感測。於步驟S405，指紋感測晶片130驅動指紋感測器110進行指紋感測而獲取指紋圖像。於步驟S406，指紋感測晶片130控制控制訊號Sc自第二訊號準位切換為第一訊號準位。於步驟S407，反應於控制訊號Sc自第二訊號準位切換為第一訊號準位，驅動整合晶片120致能觸控感測。
圖5是依照本新型創作一實施例的指紋感測裝置的操作方法的流程圖。請參照圖2與圖5，於步驟S501，當指紋感測裝置100為待機狀態時，系統處理器140操作於休眠模式。於步驟S502，指紋感測晶片130發出喚醒訊號給系統處理器140，以喚醒處於休眠模式的系統處理器140。於一實施例中，當指紋感測器110感測到使用者手指接近、接觸或按壓觸控顯示面板150時，指紋感測晶片130可經由SPI匯流排212發出喚醒訊號給系統處理器140，以喚醒系統處理器140。
於步驟S503，反應於喚醒處於休眠模式的系統處理器140，指紋感測晶片130控制控制訊號Sc自第一訊號準位切換為第二訊號準位。於步驟S504，反應於控制控制訊號Sc自第一訊號準位切換為第二訊號準位，驅動整合晶片120禁能觸控感測並致能觸控顯示面板150顯示一特定畫面。換言之，反應於處於休眠模式的系統處理器140被喚醒，指紋感測晶片130依據控制訊號Sc控制驅動整合晶片120於指紋感測時期禁能觸控感測。
值得一提的是，反應於指紋感測晶片130喚醒處於休眠模式的系統處理器140，指紋感測晶片130控制控制訊號Sc自第一訊號準位切換為第二訊號準位，而驅動整合晶片120可依據控制訊號Sc致能觸控顯示面板150顯示一特定畫面。詳細而言，在系統處理器140處於休眠模式的期間中，驅動整合晶片120可控制觸控顯示面板150顯示黑屏畫面。反應於指紋感測晶片130喚醒處於休眠模式的系統處理器140，而驅動整合晶片120可依據控 制訊號Sc的訊號準位控制觸控顯示面板150自顯示黑屏畫面切換為顯示一特定畫面。此特定畫面例如是提示使用者進行指紋驗證操作的鎖定畫面，但本新型創作不限制於此。
接著，於步驟S505，指紋感測晶片130驅動指紋感測器110進行指紋感測而獲取指紋圖像。於步驟S506，指紋感測晶片130控制控制訊號Sc自第二訊號準位切換為第一訊號準位。於步驟S507，反應於控制控制訊號Sc自第二訊號準位切換為第一訊號準位，驅動整合晶片120致能觸控感測。
圖6是依照本新型創作一實施例的指紋感測裝置的運作時序圖。請參照圖6，於一實施例中，驅動整合晶片120可提供觸控顯示同步訊號Vsync(或稱為幀同步訊號)給指紋感測晶片130。當控制訊號Sc為低準位，具有第一同步頻率的觸控顯示同步訊號Vsync可以定義一個顯示幀期間DF1。驅動整合晶片120可以在一個顯示幀期間DF1完成一個顯示幀的顯示驅動操作。一個顯示幀期間DF1可包括一或多個顯示驅動時期以及一或多個觸控感測時期(於此以一個顯示驅動時期D1與一個觸控感測時期T1為範例說明，但本新型創作不以此為限)，驅動整合晶片120可在觸控感測時期T1時驅動觸控顯示面板150執行觸控感測。
反應於GPIO介面131所輸出的控制訊號Sc的訊號準位變化，觸控顯示同步訊號Vsync自具有第一同步頻率切換為具有第二同步頻率。具有第二同步頻率的觸控顯示同步訊號Vsync可以定義一個顯示幀期間DF2。驅動整合晶片120可以在一個顯示 幀期間DF2完成一個顯示幀的顯示驅動操作。於一實施例中，第二同步頻率低於第一同步頻率。舉例而言，第一同步頻率可為60Hz而第二同步頻率可為30Hz。
於圖6的範例中，反應於GPIO介面131所輸出的控制訊號Sc從低準位切換為高準位，觸控顯示同步訊號Vsync的訊號頻率從第一同步頻率降低為第二同步頻率，驅動整合晶片120會禁能觸控感測，且指紋感測晶片130依據具有第二同步頻率的觸控顯示同步訊號Vsync驅動指紋感測器110。一個顯示幀期間DF2可包括一或多個顯示驅動時期以及一或多個指紋感測時期(於此以一個顯示驅動時期D2與一個指紋感測時期F1為範例說明，但本新型創作不以此為限)，指紋感測晶片130可在指紋感測時期F1時驅動指紋感測器110執行指紋感測。
然而，圖6的範例僅為示範性說明，並非用以限定本新型創作。顯示驅動時期、觸控感測時期，以及指紋感測時期的時間長度可視實際應用而設計，本新型創作對此不限制。
此外，需說明的是，在指紋感測晶片130進行指紋感測取得指紋圖像之後，系統處理器140還需要依據指紋圖像進行指紋驗證程序，因此觸控顯示面板150的顯示畫面一般會反應於完成指紋驗證程序才會更新顯示內容。因此，當指紋感測晶片130進行指紋感測時，可透過將降低觸控顯示同步訊號Vsync的訊號頻率來降低畫面更新速度，從而達到降低功耗的功效。
綜上所述，於本新型創作的實施例中，指紋感測晶片是 透過GPIO介面與驅動整合晶片進行通訊。指紋感測晶片可經由GPIO介面的GPIO接腳輸出控制訊號給驅動整合晶片，使驅動整合晶片可依據控制訊號的訊號準位禁能觸控顯示面板進行觸控感測，以避免觸控感測對於指紋感測造成不良干擾，因而可提高指紋感測的品質。此外，藉由指紋感測晶片通過GPIO介面直接控制驅動整合晶片禁能或致能觸控感測，本新型創作實施例因此具備快速完成指紋感測操作的功效，並進而提昇使用者體驗。除此之外，反應於GPIO介面所輸出之控制訊號的訊號準位變化，用以決定顯示幀期間長度的觸控顯示同步訊號的訊號頻率可以降低，從而達到節省功耗的效果。
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本新型創作的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本新型創作進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本新型創作各實施例技術方案的範圍。
100:指紋感測裝置
110:指紋感測器
120:驅動整合晶片
130:指紋感測晶片
140:系統處理器
150:觸控顯示面板

Claims (8)

  1. 一種指紋感測裝置，包括：一觸控顯示面板；一指紋感測器；一驅動整合晶片；以及一指紋感測晶片，耦接該指紋感測器，並經由一通用型輸入輸出(GPIO)介面耦接該驅動整合晶片，其中，該指紋感測晶片經由該GPIO介面提供一控制訊號給該驅動整合晶片，以依據該控制訊號控制該驅動整合晶片於一指紋感測時期禁能觸控感測，並於該指紋感測時期驅動該指紋感測器取得一指紋圖像，該指紋感測晶片與該驅動整合晶片於不同時段分別驅動該指紋感測器進行指紋感測與該觸控顯示面板進行觸控感測。
  2. 如請求項1所述的指紋感測裝置，其中反應於該控制訊號自第一訊號準位切換為第二訊號準位，該驅動整合晶片於該指紋感測時期禁能觸控感測而停止提供觸控驅動訊號給该觸控顯示面板。
  3. 如請求項2所述的指紋感測裝置，其中反應於該控制訊號自該第二訊號準位切換為該第一訊號準位，該驅動整合晶片於觸控感測時期致能觸控感測而提供該觸控驅動訊號給該觸控顯示面板。
  4. 如請求項1所述的指紋感測裝置，更包括一系統處理器，耦接該指紋感測晶片，其中反應於自該系統處理器接收一指紋圖像獲取指令，該指紋感測晶片依據該控制訊號控制該驅動整合晶片於該指紋感測時期禁能觸控感測。
  5. 如請求項1所述的指紋感測裝置，更包括一系統處理器，耦接該指紋感測晶片，其中反應於喚醒處於休眠模式的該系統處理器，該指紋感測晶片依據該控制訊號控制該驅動整合晶片於該指紋感測時期禁能觸控感測。
  6. 如請求項5所述的指紋感測裝置，其中反應於喚醒處於該休眠模式的該系統處理器，該驅動整合晶片依據該控制訊號致能该觸控顯示面板顯示一畫面。
  7. 如請求項1所述的指紋感測裝置，其中該驅動整合晶片提供一觸控顯示同步訊號給該指紋感測晶片，反應於該控制訊號的訊號準位變化，該觸控顯示同步訊號自具有第一同步頻率切換為具有第二同步頻率，該指紋感測晶片依據具有該第二同步頻率的該觸控顯示同步訊號驅動該指紋感測器。
  8. 如請求項7所述的指紋感測裝置，其中該第二同步頻率低於該第一同步頻率。
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