CN111126356A - 具有指纹感测功能的电子装置 - Google Patents

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王仲益
林郁轩
庄智翔
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Abstract

本发明提出一种具有指纹感测功能的电子装置，其包括触控面板、驱动电路、指纹感测阵列，以及指纹感测电路。驱动电路提供驱动讯号至触控面板。指纹感测阵列包括阵列排列的多个感测单元。指纹感测电路经由多个感测资料线耦接至指纹感测阵列上的感测单元，经由感测数据线施加多个控制讯号至感测单元。驱动讯号的工作频率相同于控制讯号的工作频率，且驱动讯号同步于控制讯号。

Description

具有指纹感测功能的电子装置
技术领域
本发明是有关于一种指纹感测技术，且特别是有关于一种具有指纹感测功能的电子装置。
背景技术
随着触控技术和显示技术的发展，触控显示设备已受到越来越多使用者的喜爱。使用者通过手指或者触控笔就可直接进行操作，操作方式直观且非常便捷。目前，触控显示设备已广泛应用于各类型的电子产品上，例如智能手机、平板计算机或手提式笔记本电脑等等。另一方面，指纹辨识技术也逐渐被广泛地应用于各式电子装置或产品之中，至少包括有电容式、光学式、超音波式等等各种指纹辨识技术正在陆续地被持续研发与改进中。
随着移动式电子装置的触控屏幕越来越大，而非显示区域下方留给指纹感测组件的空间也逐渐受到限制。在这种情况下，为了给使用者带来更便捷的使用体验，将指纹感测组件设置于触控屏幕下方的屏下指纹辨识的方案日渐受到重视。若电子装置具备屏下指纹辨识功能，用户就能够同时在触控显示区域进行触控操作和指纹识别操作。然而，为了实现屏下指纹辨识功能，指纹感测模块所需的组件与走线需要配置于触控感测电极的上方或与触控感测电极配置于同一平面。因此，当指纹感测模块运作时，触控感测电极之间的电力线会受到指纹感测模块的电性传导物体(例如：金属走线或指纹感测电极)的干扰，进而使触控质量受到影响。像是，指纹感测模块的电性传导物体与触控感测电极之间会产生耦合电容，使得手指触碰所带来的微小电容值变化更不易被侦测。因此，如何整合触控功能与指纹辨识功能所需的组件，以实现更佳的触控效能与指纹辨识效能为本领域技术人员所关心的议题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种具有指纹感测功能的电子装置，其可降低指纹感测组件对触控质量的不良干扰，以提升触控质量。
本发明实施例提出一种电子装置，其包括触控面板、驱动电路、指纹感测阵列，以及指纹感测电路。驱动电路提供一驱动讯号至触控面板。指纹感测阵列包括阵列排列的多个感测单元。指纹感测电路经由多个感测资料线耦接至指纹感测阵列上的感测单元，经由感测数据线施加多个控制讯号至感测单元。驱动讯号的工作频率相同于控制讯号的工作频率，且驱动讯号同步于控制讯号。
基于上述，于本发明的实施例中，指纹感测电路能施加多个控制讯号至感测数据线，且这些控制讯号与驱动电路提供给触控面板的驱动讯号同频同步。藉此，指纹感测组件对触控感测电极所造成的耦合干扰可减少，因而降低指纹感测组件对触控侦测的不良影响。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举具体实施方式，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1是依照本发明的一实施例的电子装置的示意图。
图2是依照本发明的一实施例的电子装置的示意图。
图3是依照图2实施例的控制讯号与驱动讯号的讯号时序图。
图4是依照本发明的一实施例的电子装置的示意图。
图5是依照图4实施例的控制讯号与驱动讯号的讯号时序图。
图6是依照本发明的一实施例的电子装置的示意图。
图7是依照图6实施例的控制讯号与驱动讯号的讯号时序图。
附图标号说明
10：电子装置；
110：触控面板；
120：驱动电路；
130：指纹感测阵列；
140：指纹感测电路；
150：电力供应电路；
130(1,1)～130(M,N)：指纹感测单元；
L_1～L_N：感测资料线；
Sd：驱动讯号；
X1：控制讯号；
E1：触控感测电极；
D_1～D_R：驱动扫描线；
Tcon：时序控制讯号；
TD_1：触控感测时期；
FD_1：指纹感测时期；
X2：指纹感测讯号；
P1：电力讯号；
M1：通知讯号；
Vx：电力讯号；
140_1：读取电路；
OP1：运算放大器；
AVDD：参考电压；
Y1：通知讯号；
140_2：讯号产生电路。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同组件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。
应当理解，当诸如层、膜、区域或基板的组件被称为在另一组件“上”或“连接到”另一组件时，其可以直接在另一组件上或与另一组件连接，或者中间组件可以也存在。相反，当组件被称为“直接在另一组件上”或“直接连接到”另一组件时，不存在中间组件。如本文所使用的，“连接”可以指物理及/或电性连接。再者，“电性连接”或“耦合”可以是二组件间存在其它组件。
图1是依照本发明的一实施例的电子装置的示意图。请参照图1，具有指纹感测功能的电子装置10可实施为智能型手机(smart phone)、平板(panel)、游戏机或其他具有屏下指纹辨识功能的电子产品，本发明对此不限制。电子装置10包括触控面板110、驱动电路120、指纹感测阵列130，以及指纹感测电路140。
于本发明的实施例中，触控面板110可实施为触控显示面板，触控显示面板的显示区域为可触控区域。用户可透过手指或其他触控对象触碰电子装置10上的显示区域来进行触控操作。此外，用户也可透过手指触碰电子装置10上的显示区域来进行指纹辨识操作。触控面板110可实施为包括机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示面板、主动矩阵有机发光二极管(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes，AMOLED)显示面板，或液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)显示面板的触控显示面板，本发明对此不限制。
驱动电路120耦接至触控面板110，用以控制触控面板110的操作。驱动电路120例如为触控显示驱动器IC(touch display driver IC，TDDI)、时序控制器或其他类似电路。
指纹感测阵列130包括阵列排列的多个指纹感测单元130(1,1)、…、130(M,1)、…、130(1,N)、…、130(M,N)，其中M与N可以是依照设计需求所决定的任何整数。于本发明一实施例中，电子装置10可使用电容式指纹辨识技术，对应的，指纹感测单元130(1,1)～130(M,N)可实施为多个指纹感测电极。也就是说，各个指纹感测单元130(1,1)～130(M,N)可包括指纹感测电极，以依据指纹感测电极上的电容变化来感测指纹脊与指纹谷。换言之，透过对指纹感测电极进行充放电操作，指纹感测阵列110可感测由手指的指纹脊与指纹谷所造成之电容变化来产生指纹图像。或者，于另一实施例中，电子装置10可使用光学式指纹辨识技术，对应的，各个指纹感测单元130(1,1)～130(M,N)可包括感光二极管。也就是说，各个指纹感测单元130(1,1)～130(M,N)可包括用以进行光电转换的感光二极管，以依据手指反射的指纹光线来进行指纹感测。换言之，透过自发光显示面板或额外的照明组件来照明手指，指纹感测阵列130可感测由手指反射且具有指纹信息的反射光以产生指纹图像。
指纹感测电路140经由多个感测资料线L_1～L_N耦接至指纹感测阵列130上的感测单元130(1,1)～130(M,N)。详细而言，感测资料线L_1～L_N各自耦接至指纹感测阵列130的一列(column)指纹感测单元。举例而言，感测数据线L_1电性连接至第一列指纹感测单元130(1,1)、130(2,1)、…、130(M,1)，依此类推。并且，指纹感测电路140耦接感测资料线L_1～L_N，以在感测指纹时期接收感测数据线L_1～L_N所输出的指纹感测讯号。
另一方面，触控面板110是一种电容式触控面板，触控面板110上设置有阵列排列的多个触控感测电极(未绘于图1)。驱动电路120可提供驱动讯号Sd至触控面板110，以驱动各个触控感测电极来进行触控感测。基此，可透过侦测触控感测电极上的电容变化来判断用户手指的触碰位置。
需注意的是，于本发明的实施例中，为了降低指纹感测单元130(1,1)～130(M,N)与感测数据线L_1～L_N对于触控面板110上的触控感测电极所造成的耦合干扰，感测数据线L_1～L_N具有施加至感测单元130(1,1)、130(2,1)、…、130(M,N)的多个控制讯号X1。驱动讯号Sd的工作频率相同于控制讯号X1的工作频率，且驱动讯号Sd同步于控制讯号X1。并且，控制讯号X1的振幅一致，为可视实际需求而配置的固定值。一般而言，驱动讯号Sd为具有特定工作频率的一驱动脉波，其频率范围可例如是10KHz～300KHz。对应的，感测数据线L_1～L_N上的控制讯号X1的讯号波型将相同于驱动讯号Sd的讯号波型。更具体而言，当驱动讯号Sd自低准位转态为高准位时，感测数据线L_1～L_N上的控制讯号X1也同步自低准位转态为高准位。当驱动讯号Sd自高准位转态为低准位时，感测数据线L_1～L_N上的控制讯号X1也同步自高准位转态为低准位。如此一来，当触控面板110在进行触控感测时，指纹感测单元130(1,1)、130(2,1)、…、130(M,1)与感测数据线L_1～L_N上的电位变化将与驱动讯号Sd的电位变化同步，所以指纹感测单元130(1,1)、130(2,1)、…、130(M,1)与感测资料线L_1～L_N所引起的耦合效应可以被忽略，以利于准确侦测出手指触控所带来的微小电容。
需说明的是，于一实施中，电子装置10是交替地操作于指纹感测时期与触控感测时期。当电子装置10操作于指纹感测时期时，感测数据线L_1～L_N用以将指纹感测单元130(1,1)～130(M,N)的感测结果依序输出至指纹感测电路140。当电子装置10操作于触控感测时期时，感测数据线L_1～L_N具有与驱动讯号Sd相同频率且同步的控制讯号X1。
以下将分别列举实施例以说明如何使感测数据线L_1～L_N具有与驱动讯号Sd相同频率且同步的控制讯号X1。
图2是依照本发明的一实施例的电子装置的示意图。图3是依照图2实施例的控制讯号与驱动讯号的讯号时序图。请先参照图2，触控面板110上配置有用以传输驱动讯号Sd至各个触控感测电极(例如触控感测电极E1)的多个驱动扫描线(例如驱动扫描线D_1)。于本实施例中，触控面板110上用以传输驱动讯号Sd的多个驱动扫描线可连接至对应的感测数据线L_1～L_N，致使驱动电路120所提供的驱动讯号Sd的工作频率相同于感测数据线L_1～L_N上控制讯号X1的工作频率。换言之，于本实施例中，反应于驱动电路120输出的驱动讯号Sd，感测数据线L_1～L_N将具有波讯号波型与驱动讯号Sd相同的控制讯号X1。
为了方便说明，图2中仅绘示其中一条驱动扫描线D_1、一个触控感测电极E1、其中一条感测数据线L_1与其中一个触控感测电极E1，但其余重复性组件的详细操作对照参照，故不赘述。如图2所示，由于连接至指纹感测单元130(1,1)的感测数据线L_1接合至触控感测电极E1的驱动扫描线D_1，因此在触控感测时期，感测数据线L_1上的控制讯号X1的讯号波型相同于驱动扫描线D_1上驱动讯号Sd的讯号波型，换言之，控制讯号X1及驱动讯号Sd两者的电场感应效果一致，不会破坏电场，进而得以提升触控质量。在指纹感测时期，指纹感测单元130(1,1)将透过感测数据线L_1输出指纹感测信号至指纹感测电路140。于本实施例中，指纹感测电路140可透过时序控制讯号Tcon来控制指纹感测单元130(1,1)致能或禁能指纹感测操作。
请参照图3，于触控感测时期TD_1，驱动电路120输出具有特定工作频率的驱动讯号Sd至触控面板110，以驱动触控感测电极E1进行触控感测操作。对应的，由于感测数据线L_1连接至驱动扫描线D_1，因此于触控感测时期TD_1期间感测数据线L_1反应于驱动讯号Sd的输出而具有相同频率的控制讯号X1。接着，于指纹感测时期FD_1，驱动电路120停止输出驱动讯号Sd来驱动触控面板110，但指纹感测单元130(1,1)反应于时序控制讯号Tcon致能指纹感测操作而使感测数据线L_1输出指纹感测讯号X2至指纹感测电路140。
图4是依照本发明的一实施例的电子装置的示意图。图5是依照图4实施例的控制讯号与驱动讯号的讯号时序图。于本实施例中，指纹感测电路10更包括电力供应电路150。电力供应电路150例如可实施为一电源供应IC，以对触控面板110供应电力讯号P1。此外，电力供应电路150耦接指纹感测电路140，并提供电力讯号Vx给指纹感测电路140。驱动电路120可提供驱动讯号Sd至用以驱动触控感测电极的驱动扫描线D_1～D_R。指纹感测电路140包括分别连接至感测数据线L_1～L_N的多个读取电路，以将各个指纹感测单元130(1,1)～130(M,N)的电容感测结果转换为数字数据。为了方便说明，于此以读取电路140_1为例进行说明。读取电路140_1包括运算放大器OP1与模拟数字转换器ADC。
于本实施例中，电力供应电路150提供给指纹感测电路140的电力讯号Vx为脉波讯号，且电力讯号Vx的脉波频率相同于驱动讯号Sd的工作频率，致使驱动讯号Sd的工作频率相同于控制讯号X1的工作频率。详细而言，电力供应电路150可耦接驱动电路120，驱动电路120藉由通知讯号M1提供驱动讯号Sd的工作频率给电力供应电路150。于是，电力供应电路150可依据驱动讯号Sd的工作频率产生具有相同频率且同步的电力讯号Vx给给指纹感测电路140。指纹感测电路140中读取电路140_1的参考电压AVDD也会反应于电力讯号Vx而呈现为具有相同频率的脉波讯号。基此，由参考电压AVDD驱动的运算放大器OP1的输入端的电位也会反应于参考电压AVDD的周期变化而上升与下降，致使连接至运算放大器OP1的指纹感测单元的电位也会有周期性的上升与下降。换言之，由于提供给指纹感测电路140的电力讯号Vx会周期性转态于高准位与低准位之间，因此指纹感测电路140内部讯号也会对应周期性转态于高准位与低准位之间。基此，反应于电力讯号Vx为与驱动讯号Sd具有相同频率的脉波信号，感测数据线L_1～L_N会具有与驱动讯号Sd具有相同频率的控制讯号X1。
请参照图5，由于电力供应电路150依据驱动讯号Sd的频率而输出具有相同频率的电力讯号Vx，因此参考电压AVDD与感测数据线L_1～L_N上的控制讯号X1也与驱动讯号Sd同频与同步。
图6是依照本发明的一实施例的电子装置的示意图。图7是依照图6实施例的控制讯号与驱动讯号的讯号时序图。于本实施例中，驱动电路120可提供驱动讯号Sd至用以驱动触控感测电极的驱动扫描线D_1～D_R。指纹感测电路140包括分别连接至感测数据线L_1～L_N的多个读取电路，以将各个指纹感测单元130(1,1)～130(M,N)的电容感测结果转换为数字数据。驱动电路120可耦接指纹感测电路140中的多个读取电路。为了方便说明，于此以读取电路140_1为例进行说明。读取电路140_1包括运算放大器OP1与模拟数字转换器ADC。
于本实施例中，驱动电路120可经由讯号产生电路140_2而连接至运算放大器OP1的输入端。举例而言，反应于驱动电路120输出驱动讯号Sd，驱动电路120可透过通知讯号Y1控制讯号产生电路140_2产生与驱动讯号Sd具有相同频率且同步的控制讯号X1，因而指纹感测电路140中的读取电路140_1经由感测数据线L_1～L_N其中之一提供与驱动讯号Sd具有相同频率且同步的控制讯号X1，以使其中一列指纹感测单元上电位变化频率与驱动讯号Sd的工作频率相同。于是，反应于驱动电路120输出驱动讯号Sd，驱动电路120可驱动指纹感测电路140经由感测数据线L_1～L_N输出控制讯号X1。如图7所示，驱动讯号Sd的工作频率相同于感测数据线L_1～L_N上控制讯号X1的工作频率，且彼此同步。可知的，其他重复性组件的详细操作可参照上述说明而类推之，不再赘述。
综上所述，于本发明实施例中，于触控感测期间，透过使连接至指纹感测单元的感测数据线具有与驱动讯号相同工作频率的控制讯号，指纹感测单元或/与感测数据线对于触控感测电极引起的耦合干扰可以降低。藉此，在实现屏下指纹感测的情况下，可降低邻近于触控感测电极的指纹感测单元或/与感测数据线所造成的不良影响，从而提升触控质量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种电子装置，其特征在于，包括：
触控面板；
驱动电路，提供驱动讯号至所述触控面板；
指纹感测阵列，包括阵列排列的多个指纹感测单元；
指纹感测电路，经由多个感测数据线耦接至所述指纹感测阵列上的所述指纹感测单元，其中所述感测数据线施加多个控制讯号至所述指纹感测单元，所述驱动讯号的工作频率相同于所述控制讯号的工作频率，且所述驱动讯号同步于所述控制讯号。
2.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述触控面板的多个驱动扫描线连接至所述感测数据线，致使所述驱动讯号的工作频率相同于所述控制讯号的工作频率。
3.根据权利要求1所述的电子装置，更包括电力供应电路，耦接所述指纹感测电路，以提供电力讯号给所述指纹感测电路，其中所述电力讯号的脉波频率相同于所述驱动讯号的工作频率，致使所述驱动讯号的工作频率相同于所述控制讯号的工作频率。
4.根据权利要求3所述的电子装置，其中所述电力供应电路耦接所述驱动电路，所述驱动电路藉由一通知讯号提供所述驱动讯号的工作频率给电力供应电路。
5.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述驱动电路耦接所述指纹感测电路，藉由所述驱动讯号驱动所述指纹感测电路经由所述感测数据线输出所述控制讯号。
6.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述控制讯号的振幅一致。
7.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述指纹感测单元为多个指纹感测电极。
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