CN106293287A - 具指纹辨识功能的触控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具指纹辨识功能的触控装置，包含一基板本体、多个第一主电极、多个第二主电极及一指纹辨识区，该基板本体具有一可视区，该第一主电极、第二主电极分布在可视区内，以于物件触碰该可视区时，感测对象之触控坐标；其中，该指纹辨识区位于该可视区内，且更进一步设置多个绝缘交错的第一副电极及第二副电极，部分的第一主电极、第二主电极亦延伸至指纹辨识区，当用户执行指纹辨识功能时，位于该指纹辨识区内的所有电极均会作动，以感测及识别使用者之指纹。

Description

具指纹辨识功能的触控装置
技术领域
本发明涉及一种电容式触控装置，特别是指一种具有指纹辨识功能的触控装置。
背景技术
将触控面板作为手持行动装置的输入及显示接口是已经普遍采用的技术，且大多数是采用投射式电容式触空面板。这些手持行动装置为了提高用户数据的保密性，会配合特定的认证机制来验证操作者，最常见的作法即是要求使用者需输入一组正确的默认密码，若密码正确方可允许用户进一步操作。但使用密码作为认证机制，用户必须要逐一输入密码的各个字符，在操作方面相对较不便利，另一方面，密码亦可能遭别人破解、盗用，因此安全性方面亦有待提升。
生物特征辨识具有唯一性与不变性，例如指纹、掌纹、人脸、虹膜等，都有专家学者提出相关的理论研究，目前使用在手持行动装置的生物特征主要是利用指纹。
中国发明专利公开号CN104021371A揭露一种电子设备，该电子设备具有一可视区及一生物特征识别模块，生物特征识别模块可以形成在可视区内部以提供生物特征识别功能，其中，在可视区或生物特征识别模块内分布有绝缘交错排列的第一电极线及第二电极线。此发明虽然实现了将生物特征识别模块制作在可视区内，允许使用者在可视区内进行生物特征操作。但是，延伸在生物特征识区域与可视区其它触控区域的各条第一电极线或第二电极线本身的线宽从头到尾是均匀一致的，且其采用较粗线宽的第一电极线、第二电极线，相邻第一电极线间的线距或是相邻第二电极线间的线距会相对减小，在生物特征识别模块内可容纳的第一电极线、第二电极线数量将受到限制，生物特征识别模块内的电极密度因此降低，自然无法提供较高分辨率及准确率的辨识结果。
发明内容
基于现有技术设在可视区内部的生物特征辨识模块其辨识分辨率有限，本发明的主要目的是提供一种具指纹辨识功能的触控装置，将指纹辨识区设置在可视区的内部，并且在指纹辨识区内允许容纳更多的电极数量，提高指纹辨识结果的分辨率及准确率。
为了达成上述目的，本发明具指纹辨识功能的触控装置包含：
一基板本体，具有一可视区；
多个第一主电极及多个第二主电极，绝缘交错排列于该可视区内；
一指纹辨识区，系设置于该可视区内，在该指纹辨识区内具有：
多个第一副电极及多个第二副电极，绝缘交错排列于该指纹辨识区内，该第一副电极及第二副电极的排列密度大于该第一主电极及第二主电极的排列密度；
其中，部分的该第一主电极及第二主电极延伸至该指纹辨识区，且位于该指纹辨识区内的第一主电极、第二主电极的线宽小于位于该指纹辨识区外的第一主电极、第二主电极的线宽。
本发明在该基板本体的可视区中设置了指纹辨识区，藉由细化位在指纹辨识区内的第一主电极、第二主电极的线宽，使得通过指纹辨识区的各第一主电极、第二主电极具有不等的线宽，可相对节省指纹辨识区内的布线面积，所节省的面积可容纳更多的第一副电极、第二副电极，提高该指纹辨识区的解析能力，从而改善指纹辨识结果的准确率。
附图说明
图1：本发明触控装置第一实施例的平面示意图。
图2：本发明第一实施例使用一个控制电路的示意图。
图3：本发明第一实施例使用二个控制电路的示意图。
图4：本发明第一实施例中第一副电极的布线方式示意图。
图5：本发明触控装置第二实施例的平面示意图。
图6：本发明触控装置第三实施例的平面示意图。
图7：本发明触控装置基板本体第一实施例的侧视结构示意图。
图8：本发明触控装置基板本体第二实施例的侧视结构示意图。
图9：本发明触控装置基板本体第三实施例的侧视结构示意图。
【符号说明】
1 基板本体 1a 下基板
1b 上基板 10 可视区
12 非可视区 20a、20b 第一主电极
30a、30b 第二主电极 40 指纹辨识区
50 第一副电极 60 第二副电极
70 控制电路 72 触控控制电路
74 指纹辨识控制电路 90 光学胶
110 可视区 120 非可视区
130 指纹辨识区
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
请参考图1所示，本发明在第一实施例中，具指纹辨识功能的触控装置包含有一基板本体1、多个第一主电极20a，20b及多个第二主电极30a，30b。
基板本体1可由单片基板或双片基板构成，基板本体1具有一可视区10及位于可视区10至少一侧的一非可视区12，本实施例以非可视区12围绕可视区10来举例说明。多个第一主电极20a，20b沿第一轴向延伸并沿第二轴向间隔排列于可视区10内，第二主电极30a，30b沿第二轴向延伸并沿第一轴向间隔排列在可视区10内，且与第一主电极20a，20b相互绝缘交错。其中，第一轴向与第二轴向以一角度相交，例如二者相互垂直。第一主电极20a，20b、第二主电极30a，30b在本实施例中分别以驱动电极(TX)、感应电极(RX)为例说明，但再另一实施例中，第一主电极20a，20b、第二主电极30a，30b可以对换为感应电极(RX)与驱动电极(TX)。第一主电极20a，20b与第二主电极30a，30b在可视区10内交错构成一触控区域，用户可以在触控区域内执行触控操作。
本发明在可视区10内设有一指纹辨识区40，指纹辨识区40位于可视区10之一端边，例如图1中指纹辨识区40位于可视区10之下端边。其中，本实施例指纹辨识区40的面积小于可视区10的面积，指纹辨识区40的面积与该可视区10面积的比值介在1:100～1:1。且指纹辨识区40的宽度W1小于可视区10的宽度W2，指纹辨识区40的长度L1小于可视区10的长度L2。其中有延伸到指纹辨识区40内部的第一主电极定义为第一主电极20b，同样的，有延伸到指纹辨识区40内部的第二主电极定义为第二主电极30b。除此之外，在指纹辨识区40内还形成有多个第一副电极50与第二副电极60，其中，第一副电极50与第一主电极20a，20b相互平行排列而无电性连接，在相邻的第一主电极20b之间排列有多条的第一副电极50；第二副电极60与第二主电极30a，30b相互平行排列而无电性连接，在相邻的第二主电极30a，30b之间排列有多条的第二副电极60。第一副电极50与第二副电极60同样是相互绝缘交错排列，且排列密度大于第一主电极20a，20b及多个第二主电极30a，30b的排列密度。第一副电极50与第二副电极60的线宽小于或等于第一主电极20b与第二主电极30b位在指纹辨识区40内的线宽。较佳的，其中相邻第一副电极50间的线距介在30～200微米之间，相邻第二副电极60间的线距同样介在30～200微米之间。本实施例中，第一副电极50与第二副电极60分别作为驱动电极(TX)、感应电极(RX)。
请参考图2，第一主电极20a，20b、第二主电极30a，30b、第一副电极50与第二副电极60可电性连接到同一个控制电路(IC)70，由控制电路70负责计算触控坐标及辨识指纹，控制电路70可以是直接设置在基板本体1上与第一主电极20a，20b、第二主电极30a，30b电性连接，也可以是设置在一独立的电路板上透过软扁平电缆与第一主电极20a，20b、第二主电极30a，30b电性连接。
或是参考图3，第一主电极20a，20b、第二主电极30a，30b电性连接到一触控控制电路(IC)72，触控控制电路72负责触控坐标计算或等作业。第一副电极50、第二副电极60电性连接到独立的一指纹辨识控制电路(IC)74，指纹辨识控制电路74主要负责辨识指纹。同样地，触控控制电路72、指纹辨识控制电路(IC)74也可以设置在基板本体1上，或是设置在一独立的电路板上。
本发明因为将指纹辨识区40整合在可视区10内，所以在操作方面可以区分为一触控模式及一指纹辨识模式，例如以智能手机为例，使用者在平常操作智能手机时是处于触控模式，当手机重新启动或解除睡眠模式下，可处于指纹辨识模式以辨识用户的身分。首先说明在触控模式下，图2的控制电路70或图3的触控控制电路72会驱动可视区10内的第一主电极20a，20b，再读取第二主电极30a，30b上的感应资料，根据读取到的感应数据判断是否有对象操作在可视区10及对象的坐标。在触控模式下，只有第一主电极20a，20b、第二主电极30a，30工作，第一副电极50与第二副电极60处于未工作状态。
在指纹辨识模式下，第一副电极50与第二副电极60处于工作状态，延伸至指纹辨识区40的第一主电极20b、第一副电极30b也处于工作状态，只有未通过指纹辨识区40的第一主电极20a、第二主电极30a处于未工作状态。以图2而言，可利用单一个控制电路70控制指纹辨识区40内部的电极，包括第一副电极50、第二副电极60、延伸至指纹辨识区40的第一主电极20b、第一副电极30b，并根据感应资料辨识指纹。以图3而言，触控控制电路72与指纹辨识控制电路(IC)74可协同作业，共同控制指纹辨识区40内部的电极，并根据感应数据进行指纹辨识，其中，由触控控制电路72所接收的感应数据可以传送给指纹辨识控制电路(IC)74，由指纹辨识控制电路(IC)74分析全部的感应数据。
在本实施例中，通过指纹辨识区40的各第一主电极20b与各第二主电极30b在不同区域具有不同的线宽粗细，其它的第一主电极20a与第二主电极30a则是具有一致的线宽。其中，以各个延伸到指纹辨识区的各第一主电极20b或各第二主电极30b的整体结构来看，具有位在指纹辨识区40以内的第一线段及位在指纹辨识区40以外的第二线段，第二线段与第一线段相连接，其中位在指纹辨识区40以内的第一线段具有相对较细的第一线宽，但位在指纹辨识区40范围以外的第二线段具有相对较粗的第二线宽。在一实施例中，第一线宽与该第二线宽的比值介在1:10～9:10，进一步的，第一线宽为0.01微米～200微米，或该第二线宽为1微米～2毫米。藉由细化位在指纹辨识区40内的线宽，可以减少第一主电极20b与第二主电极30b在指纹辨识区40内所占用的面积，所节省的面积可供配置更多的第一副电极50、第二副电极60，增加指纹辨识区40内布设的电极密度，提高指纹辨识的分辨率及准确率。为说明排列在不同区域的电极密度，请参考图4，位在指纹辨识区40内的相邻第一副电极50与相邻第二副电极60的线距为第一距离d1；第一主电极20a，20b与相邻第二主电极30a，30b在指纹辨识区40以外区域的线距为第二距离d2，该第一距离d1与第二距离d2的比例d1:d2介在1:50～1:100的范围。
因为第一主电极20b及第二主电极30b本身的线宽在不同区域有粗细变化，本发明可以进一步在触控模式下加入补偿机制，使延伸至指纹辨识区40的多个第一主电极20b、第二主电极30b能与其它第一主电极20a、第二主电极30a具有较一致的电气特性。第一种补偿机制可藉助软件补偿，即图2的控制电路70或图3的触控控制电路72内部所储存的算法，对电极接收的感应量进行运算补偿，使感应量不会因为线宽缩减而变弱；第二种补偿机制是当第一主电极20b/第二主电极30b在工作时，与其相邻的第一副电极50/第二副电极60也一并加入工作，作为第一主电极20b/第二主电极30b的辅助电极，例如驱动各第一主电极20b时，也同时驱动其相邻的第一副电极50(即同时驱动三条电极)，在接收各第二主电极30上的感应量时，也同时接收其相邻的第二副电极60(即同时接收三条电极上的感应量)，因为在驱动或感应时增加电极的工作数量，增强驱动信号及感应信号的强度，达到补偿目的。
请参考图4，在第一实施例中，多数个第一副电极50可利用指纹辨识区40中的空白区域进行布线，各第一副电极50的端部(例如图4为第一副电极50的左端或右端)可通过连接导线向下方延伸至非可视区12，再电性连接到控制电路70或指纹辨识控制电路74。各第二副电极60的下端可通过导线电性连接到控制电路70或指纹辨识控制电路74。
请参考图5，本发明的第二实施例大致上与第一实施例相同，差异点在于第二实施例中指纹辨识区40的宽度W1等于可视区10的宽度W2，指纹辨识区40的宽度L1小于可视区10的长度L2，如此一来可加大指纹辨识区40的范围，使用者在执行指纹辨识的应用时，可操作的面积变大也更加方便，甚至可以在指纹辨识区40实现手势的识别，增加用户体验。
请参考图6，在本发明的第三实施例中，指纹辨识区40的范围涵盖了整个可视区10，使用者可以在可视区10的任何位置实现指纹辨识的操作。在可视区10内，覆盖有相互绝缘交错的多数个第一主电极20a及第二主电极30a，在相邻的两个第一主电极20a之间设有多数个相互间隔的第一副电极50，在相邻的两个第二主电极30a之间设有多数个相互间隔的第二副电极60，其中，第一副电极50与第二副电极60的排列密度高于第一主电极20a及第二主电极30a的排列密度，也就是在相邻的第一主电极20a之间平行排列有多条的第一副电极50，在相邻的第二主电极30a之间平行排列有多条的第二副电极60。第一副电极50与第二副电极60的线宽小于第一主电极20a及第二主电极30a的线宽，藉由细化第一副电极50与第二副电极60的线宽，可以在相邻的第一主电极20a、第二主电极30a间容纳较多数量的第一副电极50与第二副电极60，提高指纹辨识的分辨率。
在触控模式下，图6中只有第一主电极20a与第二主电极30a为工作状态，第一副电极50与第二副电极60处于未工作状态，以节省电力消耗。在指纹辨识模式下，可视区10内的全部电极均为工作状态，即第一主电极20a、第二主电极30a、第一副电极50与第二副电极60都处于工作状态，以侦测使用者在可视区10内的指纹触碰。
为说明本发明实施例中第一主电极20a、20b、第二主电极30a、30b与第一副电极50、第二副电极60的垂直层间关系，请参考图7和图8所示，前述基板本体1以包含一下基板1a及一上基板1b(cover glass)作为示例说明，负责指纹辨识的第一副电极50、第二副电极60可形成在一下基板1a的表面，并与对应的指纹辨识控制电路(IC)74电性连接，控制电路74同样是设置在下基板1a的表面，与第一副电极50、第二副电极60位在同一平面上，可减少信号的传递路径及衰减程度，当使用者进行指纹识别的操作时，能提高指纹辨识的精确率。而负责触控作业的第一主电极20a、20b、第二主电极30a、30b，可以全部形成在下基板1a，例如与第一副电极50、第二副电极60位在同一平面上，也可以全部制作在上基板1b(如图8)，或者第一主电极20a、20b位于下基板1a，第二主电极30a、30b位于上基板1b。上基板1b利用光学胶90与下基板1a互相相对黏合。
再请参考图9，本发明的基板本体1可以是由单一的基板1c构成，第一主电极20a、20b、第二主电极30a、30b与第一副电极50、第二副电极60均位在基板1c的同一表面，基板1c是供使用者触控操作的基板1c，其中，使用者操作接触在基板1c的另一相对表面。控制电路74也是设在基板1c且与所有电极位在同一平面上，控制电路74则位在非可视区12内。本实施例相对图7与图8对应的实施例，可节省一块基板，使触控装置更加轻薄化。且将实现指纹识别的第一副电极50、第二副电极60及第一主电极20b、第二主电极30b直接设置于基板1c的表面，基板1c相对的另一表面即为触控操作面，如此，可缩短触摸物体与第一副电极50、第二副电极60及第一主电极20b、第二主电极30b之间的距离，提供指纹识别灵敏度。
综上所述，本发明在基板本体的可视区中实现了指纹辨识的功能，用户在可视区内直接进行指纹辨识的相关应用，而不必局限于非可视区，经由缩减位指纹辨识区内的第一主电极、第二主电极的线宽，可相对节省布线面积，所节省的面积可供容置更多的第一副电极、第二副电极，提高指纹辨识区的分辨率。无论在触控模式或指纹辨识模式下，本发明仅驱动部分的电极，可有效减少电力的消耗。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (17)

1.一种具指纹辨识功能的触控装置，其特征在于，包含：
一基板本体，具有一可视区；
多个第一主电极及多个第二主电极，绝缘交错排列于该可视区内；
一指纹辨识区，系设置于该可视区内，在该指纹辨识区内具有：
多个第一副电极及多个第二副电极，绝缘交错排列于该指纹辨识区内，该第一副电极及该第二副电极的排列密度大于该第一主电极及第二主电极的排列密度；
其中，部分的该第一主电极及该第二主电极延伸至该指纹辨识区，且位于该指纹辨识区内的第一主电极、第二主电极的线宽小于位于该指纹辨识区外的第一主电极、第二主电极的线宽。
2.如权利要求1所述的具指纹辨识功能的触控装置，其特征在于，该第一副电极与第二副电极的线宽小于或等于该第一主电极与第二主电极位在该指纹辨识内的线宽。
3.如权利要求1所述的具指纹辨识功能的触控装置，其特征在于，位在该指纹辨识区内的相邻第一副电极与相邻第二副电极的线距为一第一距离；在该指纹辨识区以外的相邻第一主电极与相邻第二主电极的线距为一第二距离，该第一距离与第二距离的比例介在1:50～1:100。
4.如权利要求1所述的具指纹辨识功能的触控装置，其特征在于，相邻该第一副电极间的线距，及相邻该第二副电极间的线距为30～200微米。
5.如权利要求1所述的具指纹辨识功能的触控装置，其特征在于，在该指纹辨识区内，相邻的该第一主电极之间平行排列有复数个该第一副电极，相邻的该第二主电极之间平行排列有复数个该第二副电极。
6.如权利要求1所述的具指纹辨识功能的触控装置，其特征在于，延伸到该指纹辨识区的各个第一主电极或各个第二主电极具有：
一第一线段，位在该指纹辨识区的范围之内，该第一线段的线宽为一第一线宽；
一第二线段，位在该指纹辨识区的范围之外并连接该第一线段，该第二线段的线宽为一第二线宽，该第二线宽大于该第一线宽。
7.如权利要求6所述的具指纹辨识功能的触控装置，其特征在于，该第一线宽与该第二线宽的比值介在1:10～9:10。
8.如权利要求7所述的具指纹辨识功能的触控装置，其特征在于，该第一线宽为0.01微米～200微米，或该第二线宽为1微米～2毫米。
9.如权利要求1所述的具指纹辨识功能的触控装置，其特征在于，该指纹辨识区的面积小于该可视区的面积，该指纹辨识区位于该可视区之一端边。
10.如权利要求9所述的具指纹辨识功能的触控装置，其特征在于，该指纹辨识区的面积与该可视区面积的比值介在1:100～1:1。
11.如权利要求1至10中任一项所述的具指纹辨识功能的触控装置，其特征在于，该多个第一主电极、第二主电极、第一副电极及第二副电极共同电性连接到一控制电路。
12.如权利要求1至10中任一项所述的具指纹辨识功能的触控装置，其特征在于，该多个第一主电极与第二主电极电性连接到一触控控制电路；该多个第一副电极与该第二副电极连接到一指纹辨识控制电路。
13.如权利要求12所述的具指纹辨识功能的触控装置，其特征在于，该控制电路执行一触控模式，在该触控模式下，第一主电极与第二主电极分别有作动，其中：
该第一主电极有作动时，与该第一主电极相邻的复数第一副电极一并有作动；
第二主电极有作动时，且与该第二主电极相邻的复数第二副电极一并有作动。
14.如权利要求12所述的具指纹辨识功能的触控装置，其特征在于，该基板本体包含一下基板及与该下基板相对贴合的一上基板，其中，该指纹辨识控制电路、该多个第一副电极及第二副电极设置于该下基板相对该上基板的表面。
15.如权利要求14所述的具指纹辨识功能的触控装置，其特征在于，该多个第一主电极及第二主电极与该多个第一副电极及第二副电极设置于该下基板同一表面。
16.如权利要求14所述的具指纹辨识功能的触控装置，其特征在于，该多个第一主电极及第二主电极设置于该上基板相对该下基板的表面。
17.如权利要求12所述的具指纹辨识功能的触控装置，其特征在于，该基板本体是单一基板，该指纹辨识控制电路、该多个第一主电极、该第二主电极、该多个第一副电极及第二副电极设置于该基板的同一表面。
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