CN107807757A - 触控感测单元及具有该触控感测单元的指纹触控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明包含一种指纹触控装置包括：多条读取线、多条扫描线、扫描驱动电路、处理电路及多个触控感测单元。扫描驱动电路电性耦接此些扫描线。处理电路电性耦接此些读取线。每一触控感测单元包括：金属电极、第一晶体管及第二晶体管。第一晶体管具有第一端、第二端及第一控制端，第一控制端及第一端电性耦接此些扫描线中之第一扫描线，而第二端电性耦接金属电极。第二晶体管具有一第三端、一第四端及一第二控制端，第二控制端电性耦接金属电极，第三端电性耦接此些读取线之第一读取线，而第四端电性耦接此些扫描线中之一第二扫描线。

Description

触控感测单元及具有该触控感测单元的指纹触控装置
技术领域
本发明关于一种种触控面板，特别是一种触控感测单元及具有该触控感测单元的指纹触控装置。
背景技术
触控面板可依其侦测触控点的物理原理，主要分为电阻式(resistive)触控面板及电容式(capacitive)触控面板两种。电阻式触控面板系用手指或触控笔轻按就会产生电压；而电容式触控面板系以手指接触面板而吸取微小的电流方式操作。其中，目前又以电容式触控面板较为广泛使用。
再者，电容式触控面板又以自感或互感的方式来侦测触控事件。互感的方式是使用具有侦测出X方向的坐标之第一电极，以及用以侦测出Y方向的坐标之第二电极，并需经过第一电极与第二电极搭配以完成侦测。而自感的方式则是经由每一电极本身的电压传送与接收来完成侦测。由于，在施加有电压之电极上形成电场，此时，若以手指等碰触时，接触位置经由人体的静电电容而接地。结果会在电极的端子与接触位置之间产生电容值的变化，进而取得触控位置的坐标。
发明内容
不同于习知触控面板的架构，本发明之一目的在提供一种触控感测单元，包括：金属电极、第一晶体管及第二晶体管。第一晶体管具有第一端、第二端及第一控制端，第一控制端及第一端电性耦接第一扫描线，而第二端电性耦接金属电极。第二晶体管具有第三端、第四端及第二控制端，第二控制端电性耦接金属电极，第三端电性耦接读取线，而第四端电性耦接第二扫描线。
本发明之一实施例提供具有前述触控感测单元的指纹触控装置，包括：多条读取线、多条扫描线、扫描驱动电路、处理电路及多个触控感测单元。扫描驱动电路电性耦接此些扫描线。处理电路电性耦接此些读取线。多个触控感测单元，其中每一触控感测单元包括：金属电极、第一晶体管及第二晶体管。第一晶体管具有第一端、第二端及第一控制端，第一控制端及第一端电性耦接此些扫描线中之第一扫描线，而第二端电性耦接金属电极。第二晶体管具有第三端、第四端及第二控制端，第二控制端电性耦接金属电极，第三端电性耦接此些读取线之第一读取线，而第四端电性耦接此些扫描线中之第二扫描线。
本发明之一实施例提供另一种触控感测单元，包括：金属电极、第一晶体管及第二晶体管。第一晶体管具有第一端、第二端及第一控制端，第一控制端电性耦接第一扫描线，第一端电性耦接预设电压，而第二端电性耦接金属电极。第二晶体管具有第三端、第四端及第二控制端，第二控制端电性耦接金属电极，第三端电性耦接读取线，而第四端电性耦接第二扫描线。
本发明之一实施例又提供一种指纹触控装置，包括：多条读取线、多条扫描线、扫描驱动电路、处理电路及多个触控感测单元。扫描驱动电路电性耦接此些扫描线。处理电路电性耦接此些读取线。多个触控感测单元，其中每一触控感测单元包括：金属电极、第一晶体管及第二晶体管。第一晶体管具有一第一端、第二端及第一控制端，第一控制端电性耦接此些扫描线中之第一扫描线，第一端电性耦接预设电压，而第二端电性耦接金属电极。第二晶体管具有第三端、第四端及第二控制端，第二控制端电性耦接金属电极，第三端电性耦接此些读取线之第一读取线，而第四端电性耦接此些扫描线中之第二扫描线。
本发明之一实施例还提供一种指纹触控装置，包括：触控层、扫描驱动电路及处理电路。触控层包括：多条读取、多条扫描线及多个触控感测单元。其中，每一触控感测单元包括：金属电极、第一晶体管及第二晶体管。第一晶体管具有第一端、第二端及第一控制端，第一控制端及第一端电性耦接此些扫描线中之第一扫描线，而第二端电性耦接金属电极。第二晶体管具有第三端、第四端及第二控制端，第二控制端电性耦接金属电极，第三端电性耦接此些读取线中之第一读取线，而第四端电性耦接此些扫描线中之第二扫描线。扫描驱动电路电性耦接此些扫描线。处理电路电性耦接此些读取线，处理电路透过第一读取线读取触控感测单元之感测数据。
本发明的指纹触控装置中每一触控感测单元包括金属电极、第一晶体管及第二晶体管的电路结构，利用波峰所形成的感应电容释放的电荷量会大于手指的波谷所形成的感应电容释放的电荷量，而在每一列触控感测单元的感测数据会在下一级扫描线的致能期间藉由处理电路分别透过读取线读取感测数据。因此，指纹触控装置能侦测是否发生指纹接触事件，并根据感测数据建构成的数据画面得到指纹图案。此外，还可藉由增加指纹触控装置之触控层的厚度，而降低耦合电容对指纹触控装置电路的干扰。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
附图说明
图1为本发明第一实施例之指纹触控装置的电路图。
图2绘示为图1之指纹触控装置的讯号时序图。
图3为当本发明一实施例之指纹触控装置发生指纹接触事件时的示意图。
图4为本发明第二实施例之指纹触控装置的电路图。
图5为本发明一实施态样之指纹触控装置的电路图。
图6为本发明另一实施态样之指纹触控装置的电路图。
【符号说明】
100、200、300、400：指纹触控装置
10、10B：触控感测单元
11：金属电极
12、T1：第一晶体管
13、T2：第二晶体管
20：扫描驱动电路
30：处理电路
50：触控层
60：放大电路
G1～Gm：扫描线
R1～Rm：读取线
P1、P2、P3：扫描脉冲
Cf：感应电容
VSET：预设电压
具体实施方式
图1为本发明第一实施例之指纹触控装置100的电路图。请参照图1，指纹触控装置100包括：触控层50、扫描驱动电路20及处理电路30。触控层50包括：多条读取线R1～Rm、多条扫描线G1～Gm及多个触控感测单元10。呈矩阵排列的感测单元10系分别电性耦接扫描线G1～Gm与读取线R1～Rm。其中，每一触控感测单元10包括：金属电极11、第一晶体管12及第二晶体管13。第一晶体管12具有第一端、第二端及第一控制端，第二晶体管13具有第三端、第四端及第二控制端。第一晶体管12之第一控制端及第一端电性耦接其中一扫描线，第二控制端电性耦接金属电极11，第二晶体管13之第三端电性耦接其中一读取线，第二控制端电性耦接金属电极11，第四端电性耦接下一级的扫描线。
接下来，说明指纹触控装置100其电路的运作方式，并以第一列第一栏、第二列第一栏及第三列之触控感测单元10举例说明。对于第一列第一栏的触控感测单元10来说，第一晶体管12之第一控制端及第一端电性耦接扫描线中之第一扫描线G1，并第二晶体管13之第三端电性耦接读取线R1，第四端电性耦接第二扫描线G2，而第二列第一栏的触控感测单元10之第一晶体管12之第一控制端及第一端电性耦接第二扫描线G2，且第三端电性耦接读取线R1，第四端电性耦接第三扫描线G3。也就是说，第一列之触控感测单元10的第二晶体管13之第四端会电性耦接第二列之触控感测单元10的第一晶体管12之第一控制端及第一端。
图2绘示为图1之显示面板的讯号时序图。接下来，请合并参照图1及图2，扫描驱动电路20提供第一扫描脉冲P1至第一扫描线G1及提供第二扫描脉冲P2至第二扫描线G2，且第一扫描脉冲P1的致能期间与第二扫描脉冲P2的致能期间不重迭。
当扫描驱动电路20提供第一扫描脉冲P1至第一扫描线G1，第一晶体管12导通而施加电压到金属电极11进而导通第二晶体管13。在此假设手指是以波谷接触到第一列第一栏的触控感测单元10，则通过金属电极11的电压会对经由接触位置通过人体而接地所响应的感应电容充电，然而此时因第二扫描线G2为低准位，又第二晶体管13的源极系耦接至第二扫描线G2，以致于由第二晶体管13之闸极流向汲极至读取线R1的电流极微小甚至可忽略。
接着，当扫描驱动电路20提供第二扫描脉冲P2至第二扫描线G2，在第二扫描线G2致能的期间，第一列第一栏的触控感测单元10的第二晶体管13之源极虽为高准位，但由于手指是以波谷接触到第一列第一栏的触控感测单元10，因而其感应电容所充的电荷值不足以导通第一列第一栏的第二晶体管13，因而处理电路30透过读取线R1所读取之感测数据近乎等于零电流。
此时，假设手指是以波峰接触到第二列第一栏的触控感测单元10，当第一晶体管12受第二扫描脉冲P2导通而施加电压到金属电极11并导通第二晶体管13时，则通过金属电极11的电压对所响应的感应电容充电，然而此时因第三扫描线G3为低准位，又第二晶体管13的源极系耦接至第三扫描线G3，以致于由第二晶体管13之闸极流向汲极至读取线R1的电流极微小甚至可忽略。
接着，当扫描驱动电路20提供扫描脉冲P3至第三扫描线G3时，在第三扫描线G3致能的期间，第二列第一栏的触控感测单元10的第二晶体管13之源极为高准位，且由于手指是以波峰接触到第二列第一栏的触控感测单元10，因而其感应电容所充的电荷值将足以导通第二列第一栏的第二晶体管13而放电，此时处理电路30得以透过读取线R1读取到第二列第一栏的触控感测单元10的感测数据，同时第三列的触控感测单元10之第一晶体管12导通并施加电压到金属电极11而导通第二晶体管13进而对所响应的感应电容充电。以此类推，经前述说明，本领域通常知识者应可得知本发明之指纹触控装置100的每一列触控感测单元10的感测数据是在下一级扫描线的致能期间藉由处理电路30分别透过读取线R1～Rm读取感测数据。因此，指纹触控装置100能侦测是否发生指纹接触事件，并根据感测数据建构成的数据画面得到指纹图案。
进一步说明，图3为当本发明一实施例之指纹触控装置发生指纹接触事件时的示意图。请参照图3，基于公式(1)Q＝C*V，其中Q为储存在电容器电极的电荷量，以及公式(2)C＝εA/d，其中ε是介电质的电容率，A是平板的面积，而d是二平行板间隔的距离，因此可推论得知，由手指的波峰所形成的感应电容Cf将会大于手指的波谷所形成的感应电容Cf，并且波峰所形成的感应电容Cf释放的电荷量会大于手指的波谷所形成的感应电容Cf释放的电荷量。
图4为本发明第二实施例之指纹触控装置200的电路图。请参照图4，第二实施例之指纹触控装置200与第一实施例之指纹触控装置100不同之处在于，第一实施例之触控感测单元10的第一晶体管12之第一控制端及第一端电性耦接同一条扫描线，而第二实施例之触控感测单元10B的第一晶体管12之第一控制端分别电性耦接至扫描线，第一端电性耦接预设电压VSET。其中，预设电压VSET可以是由处理电路30提供的直流准位，且预设电压VSET的准位为大于或等于扫描脉冲的致能准位。由于第二实施例之指纹触控装置200与第一实施例之指纹触控装置100之电路运作原理大致相同，在此不再赘述。
值得一提的是，藉由公式(2)可知，手指之波峰与波谷所响应的感应电容的大小会与指纹触控装置100/200所搭配之触控层50的厚度有关。在第一实施例之指纹触控装置100中，若触控层50的厚度增加，则需拉高扫描驱动电路所提供的扫描脉冲之致能准位，以致于使通过第一晶体管12而施加到金属电极11的电压对感应电容充电后，仍可维持于波峰所形成的感应电容Cf释放的电荷量能导通第二晶体管13，而波谷所形成的感应电容Cf释放的电荷量不足以导通第二晶体管13。
特别注意的是，在第二实施例之指纹触控装置200中，若触控层50的厚度增加，则仅需拉高预设电压VSET的直流准位，以致于使通过第一晶体管12而施加到金属电极11的电压对感应电容充电后，仍可维持于波峰所形成的感应电容Cf释放的电荷量能导通第二晶体管13，而波谷所形成的感应电容Cf释放的电荷量不足以导通第二晶体管13。并且，在第二实施例之指纹触控装置200中，可降低扫描驱动电路所提供的扫描脉冲之致能准位而节省电力消耗，扫描脉冲之致能准位只要能导通第一晶体管12即可。其中，触控层50包括玻璃盖板，当触控层50的厚度增加，则产生于感测单元的耦合电容愈小，进而降低对指纹触控装置电路的干扰。
图5为本发明一实施态样之指纹触控装置300的电路图。请参照图5，指纹触控装置300与前述之指纹触控装置100/200不同之处在于，指纹触控装置300还包括多个放大电路60分别电性耦接于读取线R1～Rm及处理电路30之间。放大电路60包括：第一输入端、第二输入端及输出端。第一输入端电性耦接读取线，用以接收读取线读取之感测数据。第二输入端电性耦接参考电位。输出端电性耦接处理电路30。其中，参考电位可为接地电位。藉由将读取线R1～Rm所读取的感测资料放大再传送到处理电路30，指纹触控装置300能更准确的侦测是否发生指纹接触事件，并根据感测数据建构成的数据画面得到指纹图案。
图6为本发明另一实施态样之指纹触控装置的电路图。请参照图6，指纹触控装置400与第二实施例之指纹触控装置200不同之处在于，指纹触控装置400中每两栏的触控感测单元可连接至相同的预设电压VSET线，而能节省布置线路。换言之，可将奇数栏的触控感测单元的结构镜射成偶数栏的触控感测单元的结构，如此一来，每两栏的第一晶体管12之第一端可共享预设电压VSET。
本发明的指纹触控装置中每一触控感测单元包括金属电极、第一晶体管及第二晶体管的电路结构，利用波峰所形成的感应电容释放的电荷量会大于手指的波谷所形成的感应电容释放的电荷量，而在每一列触控感测单元的感测数据会在下一级扫描线的致能期间藉由处理电路分别透过读取线读取感测数据。因此，指纹触控装置能侦测是否发生指纹接触事件，并根据感测数据建构成的数据画面得到指纹图案。此外，还可藉由增加指纹触控装置之触控层的厚度，而降低耦合电容对指纹触控装置电路的干扰。
通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的范畴内。

Claims (10)

1.一种触控感测单元，包含：
一金属电极；
一第一晶体管，具有一第一端、一第二端及一第一控制端，该第一控制端及该第一端电性耦接一第一扫描线，而该第二端电性耦接该金属电极；以及
一第二晶体管，具有一第三端、一第四端及一第二控制端，该第二控制端电性耦接该金属电极，该第三端电性耦接一读取线，而该第四端电性耦接一第二扫描线。
2.一种触控感测单元，包含：
一金属电极；
一第一晶体管，具有一第一端、一第二端及一第一控制端，该第一控制端电性耦接一第一扫描线，该第一端电性耦接一预设电压，而该第二端电性耦接该金属电极；以及
一第二晶体管，具有一第三端、一第四端及一第二控制端，该第二控制端电性耦接该金属电极，该第三端电性耦接一读取线，而该第四端电性耦接一第二扫描线。
3.一种指纹触控装置，包含：
多条读取线；
多条扫描线；
一扫描驱动电路，电性耦接该些扫描线；
一处理电路，电性耦接该些读取线；以及
多个触控感测单元，每一触控感测单元包括：
一金属电极；
一第一晶体管，具有一第一端、一第二端及一第一控制端，该第一控制端及该第一端电性耦接该些扫描线中之一第一扫描线，而该第二端电性耦接该金属电极；以及
一第二晶体管，具有一第三端、一第四端及一第二控制端，该第二控制端电性耦接该金属电极，该第三端电性耦接该些读取线之一第一读取线，而该第四端电性耦接该些扫描线中之一第二扫描线。
4.如权利要求3所述的触控装置，其特征在于，该扫描驱动电路提供一第一扫描脉冲至该第一扫描线及提供一第二扫描脉冲至该第二扫描线，且该第一扫描脉冲的致能期间与该第二扫描脉冲的致能期间不重迭。
5.如权利要求3所述的触控装置，其特征在于，于该第二扫描脉冲的致能期间，该第一晶体管不导通而该第二晶体管导通，并该处理电路透过该第一读取线读取该触控感测单元之一感测数据。
6.一种触控装置，包含：
多条读取线；
多条扫描线；
一扫描驱动电路，电性耦接该些扫描线；
一处理电路，电性耦接该些读取线；以及
多个触控感测单元，每一触控感测单元包括：
一金属电极；
一第一晶体管，具有一第一端、一第二端及一第一控制端，该第一控制端电性耦接该些扫描线中之一第一扫描线，该第一端电性耦接一预设电压，而该第二端电性耦接该金属电极；以及
一第二晶体管，具有一第三端、一第四端及一第二控制端，该第二控制端电性耦接该金属电极，该第三端电性耦接该些读取线之一第一读取线，而该第四端电性耦接该些扫描线中之一第二扫描线。
7.如权利要求6所述的触控装置，其特征在于，该扫描驱动电路提供一第一扫描脉冲至该第一扫描线及提供一第二扫描脉冲至该第二扫描线，且该第一扫描脉冲的致能期间与该第二扫描脉冲的致能期间不重迭。
8.如权利要求6所述的触控装置，其特征在于，于该第一扫描脉冲的致能期间，该第一晶体管导通而该第二晶体管不导通，于该第二扫描脉冲的致能期间，该第一晶体管不导通而该第二晶体管导通并该处理电路透过该第一读取线读取该触控感测单元之一感测数据。
9.一种指纹触控装置，包含：
一触控层，包括：
多条读取线；
多条扫描线；
多个触控感测单元，每一触控感测单元包括：
一金属电极；
一第一晶体管，具有一第一端、一第二端及一第一控制端，该第一控制端及该第一端电性耦接该些扫描线中之一第一扫描线，而该第二端电性耦接该金属电极；以及
一第二晶体管，具有一第三端、一第四端及一第二控制端，该第二控制端电性耦接该金属电极，该第三端电性耦接该些读取线中之一第一读取线，而该第四端电性耦接该些扫描线中之一第二扫描线；
一扫描驱动电路，电性耦接该些扫描线；以及
一处理电路，电性耦接该些读取线，该处理电路透过该第一读取线读取该触控感测单元之一感测数据。
10.如权利要求9所述的指纹触控装置，其特征在于，更包含：
多个放大电路，分别电性耦接于该些读取线及该处理电路之间，此些放大电路中对应该第一读取线所设置之一第一放大电路包括：
一第一输入端，电性耦接该第一读取线，用以接收该第一读取线读取之该感测数据；
一第二输入端，电性耦接一参考电位；以及
一输出端，电性耦接该处理电路。
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