CN211180796U - 具有指纹感测功能的电子装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提出一种具有指纹感测功能的电子装置，其包括指纹感测阵列、多条指纹感测信号读出线、多条触控驱动线、触控驱动电路，以及读取电路。指纹感测阵列包括阵列排列的多个指纹感测单元。多条指纹感测信号读出线各自耦接至指纹感测阵列的一列指纹感测单元。多条触控驱动线分别与多条指纹感测信号读出线交错配置。触控驱动电路耦接多条触控驱动线，提供多个触控驱动信号至多条触控驱动线。读取电路耦接多条指纹感测信号读出线。反应于多条触控驱动线输出多个触控驱动信号，读取电路依据多条指纹感测信号读出线所输出的多个读取信号决定触控对象的触控位置。

Description

具有指纹感测功能的电子装置
技术领域
本实用新型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，触控显示装置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操作，操作方式直观且非常便捷。目前，触控显示装置已广泛应用于各类型的电子产品上，例如智慧手机、平板电脑或手提式笔记型电脑等等。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。
然而，随着移动式电子装置的触控荧幕越来越大，而非显示区域下方留给指纹感测元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，将指纹感测元件设置于触控荧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，使用者便能够同时在触控显示区域进行触控操作和指纹识别操作。因此，如何在不影响显示效果的情况下整合触控功能与指纹辨识功能所需的元件，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。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种具有指纹感测功能的电子装置，其可提升触控侦测的效能并节省配置触控元件需的布局面积。
本实用新型实施例提出一种电子装置，其包括指纹感测阵列、多条指纹感测信号读出线、多条触控驱动线、触控驱动电路，以及读取电路。指纹感测阵列包括阵列排列的多个指纹感测单元。多条指纹感测信号读出线各自耦接至指纹感测阵列的一列指纹感测单元。多条触控驱动线分别与多条指纹感测信号读出线交错配置。触控驱动电路耦接多条触控驱动线，提供多个触控驱动信号至多条触控驱动线。读取电路耦接多条指纹感测信号读出线。反应于多条触控驱动线输出多个触控驱动信号，读取电路依据多条指纹感测信号读出线所输出的多个读取信号决定触控物件的触控位置。
基于上述，于本实用新型的实施例中，多条触控驱动线分别与多条指纹感测信号读出线交错配置，以藉由感测触控驱动线与指纹感测信号读出线之间的电容变化来侦测触控事件。藉此，本实用新型实施例可大幅节省触控元件所需的配置面积。此外，藉由同时提供不同的触控驱动信号至触控驱动线，本实用新型实施例可明显提升触控感测的效能。
为让本实用新型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实用新型，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本实用新型的实施例，并与描述一起用于解释本实用新型的原理。
图1是依照本实用新型的一实施例的电子装置的示意图。
图2A与图2B是依照本实用新型的一实施例的电子装置的侧视示意图。
图3是依照本实用新型的一实施例的分时提供触控驱动信号的示意图。
图4是依照本实用新型的一实施例的同时提供触控驱动信号的示意图。
图5是依照本实用新型的一实施例的电子装置的示意图。
附图标号说明
10：电子装置
110：指纹感测阵列
110(1,1)～110(M,N)、110(k,1)、110(k,2)、110(k,N)：指纹感测单元
120_1～120_N：指纹感测信号读出线
130_1～130_M、130_i：触控驱动线
140：触控驱动信号
150：读取电路
Si、S1～SM：触控驱动信号
R1～RN：读取信号
M1：晶体管。
具体实施方式
现将详细地参考本实用新型的示范性实施例，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是依照本实用新型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可实施为智慧型手机(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，本实用新型对此不限制。于本实用新型的实施例中，触控面板的显示区域为可触控区域，使用者可透过手指或其他触控物件触碰电子装置10上的显示区域来进行触控操作。此外，使用者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。
电子装置10可包括指纹感测阵列110、多条指纹感测信号读出线120_1～ 120_N、多条触控驱动线130_1～130_M、触控驱动电路140，以及读取电路 150。此外，电子装置10更可包括显示面板(未绘示)，此显示面板可实施为有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示面板、主动矩阵有机发光二极管(Active Matrix OrganicLight Emitting Diodes，AMOLED) 显示面板，或液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)显示面板，本实用新型对此不限制。
指纹感测阵列110包括阵列排列的多个指纹感测单元110(1,1)、…、 110(M,1)、…、110(1,N)、…、110(M,N)，其中M与N可以是依照设计需求所决定的任何整数。于本实用新型的实施例中，电子装置10可使用光学式指纹辨识技术或电容式指纹辨识技术，对应的，各个指纹感测单元110(1,1)～ 110(M,N)可包括感光二极管或指纹感测电极。举例而言，各个指纹感测单元 110(1,1)～110(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元件来照明手指，指纹感测阵列110可感测由手指反射且具有指纹资讯的反射光以产生指纹图像。或者，各个指纹感测单元110(1,1)～110(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进行指纹感测。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的电容变化来产生指纹图像。
请参照图1，多条指纹感测信号读出线120_1～120_N各自耦接至指纹感测阵列10的一列(column)指纹感测单元。举例而言，指纹感测信号读出线 120_1电性连接至第一列指纹感测单元110(1,1)、110(2,1)、…、110(M,1)，指纹感测信号读出线120_2电性连接至第二列指纹感测单元110(1,2)、 110(2,2)、…、110(M,2)，依此类推。并且，读取电路150耦接多条指纹感测信号读出线120_1～120_N，以接收指纹感测信号读出线120_1～120_N所输出的读取信号。另一方面，多条触控驱动线130_1～130_M分别与多条指纹感测信号读出线120_1～120_N交错配置。如图1所示，触控驱动线120_1 分别与指纹感测信号读出线120_1～120_N相互交错，触控驱动线120_2也分别与指纹感测信号读出线120_1～120_N相互交错，依此类推。
于本实用新型实施范例中，当电子装置10操作于指纹感测模式时，指纹感测信号读出线120_1～120_N输出可反应指纹资讯的读取信号。当电子装置10操作于触控感测模式时，指纹感测信号读出线120_1～120_N输出可反应触控资讯的读取信号。基此，于指纹感测阵列110禁能执行指纹感测操作的期间，读取电路150可用以判断触控物件的触控位置。
详细而言，触控驱动电路140耦接多条触控驱动线130_1～130_M。当电子装置10操作于触控感测模式时，触控驱动电路140可提供多个触控驱动信号至多条触控驱动线130_1～130_M。触控驱动信号可为正弦波、锯齿波、三角波、方波或任何其他周期性函数。反应于多条触控驱动线130_1～130_M 依序或同时输出多个触控驱动信号，读取电路150可依据多条指纹感测信号读出线120_1～120_N所输出的多个读取信号决定触控物件的触控位置。
于本实用新型实施例中，指纹感测信号读出线120_1～120_N与触控驱动线130_1～130_M分别为金属走线。在本实施例中，指纹感测信号读出线 120_1～120_N与触控驱动线130_1～130_M之间的交错处具有预设的耦合节点电容CM。当禁能指纹感测阵列10且未有手指触碰时，耦合节点电容值 CM并不会有变化。然而，当手指触碰指纹感测信号读出线120_1～120_N与触控驱动线130_1～130_M所形成的网格图案上方的上盖时，手指碰触到的部份的指纹感测信号读出线120_1～120_N与部份的触控驱动线130_1～ 130_M之间的耦合节点电容值将发生改变。基于上述之互容式(Mutual Capacitance)触控感测原理，读取电路150可依据指纹感测信号读出线 120_1～120_N所输出的读取信号来判断触控物件的触控位置。
此外，本实施例的电子装置10还可包括有其他必要电路元件，例如数位信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、类比至数位转换器 (Analog-to-DigitalConverter，ADC)或类比前端电路(Analog Front End， AFE)等，而本实用新型并不加以限制。
于本实用新型的一实施例中，多条触控驱动线130_1～130_M可交错配置于多条指纹感测信号读出线120_1～120_N的上方或下方，且绝缘层配置于多条触控驱动线130_1～130_M与多条指纹感测信号读出线120_1～120_N 之间。图2A与图2B是依照本实用新型的一实施例的电子装置的侧视示意图。请先参照图2A，图2A绘示了触控驱动线130_1～130_M设置于指纹感测信号读出线120_1～120_N上方的范例。第i条触控驱动线130_i配置于指纹感测信号读出线120_1～120_N以及指纹感测单元110(k,1)、110(k,2)、…、110(k,N) 的上方(i与k为小于等于M的正整数)，且第i条触控驱动线130_i分别与指纹感测信号读出线120_1～120_N交错。相对的，请参照图2B，图2B绘示了触控驱动线130_1～130_M设置于指纹感测信号读出线120_1～120_N下方的范例。第i条触控驱动线130_i配置于指纹感测信号读出线120_1～120_N 以及指纹感测单元110(k,1)、110(k,2)、…、110(k,N)的下方(i与k为小于等于M的正整数)，且第i条触控驱动线130_i分别与指纹感测信号读出线 120_1～120_N交错。于图2A与图2B的范例中，第i条触控驱动线130_i与指纹感测信号读出线120_1～120_N之间的多个交错处基于第i条触控驱动线130_i上的触控驱动讯号Si而具有对应的耦合节点电容CM。
值得一提的是，于本实用新型的一实施例中，触控驱动电路140可依序分时提供相同波形的触控驱动讯号给各条触控驱动线130_1～130_M。或者，于本实用新型的另一实施例中，触控驱动电路140可同时提供相异波形的触控驱动讯号给各条触控驱动线130_1～130_M。以下将列举实施例以说明之。
图3是依照本实用新型的一实施例的分时提供触控驱动信号的示意图。请参照图3，触控驱动电路140分时依序提供M个触控驱动信号S1～SM至多条触控驱动线130_1～130_M，且多个触控驱动信号130_1～130_M的波形彼此相同。触控驱动信号S1～SM分别为波形相同的方波信号，但多条触控驱动线130_1～130_M于不同时间点依序接收方波信号。如此一来，当触控驱动电路140输出触控驱动信号S1至触控驱动线130_1时，读取电路150可依据指纹感测信号读出线120_1～120_N所输出的读取信号R1～RN来判断是否有触控事件发生在触控驱动线130_1与指纹感测信号读出线120_1～ 120_N之间的任一交错点上。接着，当触控驱动电路140输出触控驱动信号 S2至触控驱动线130_2时，读取电路150可依据指纹感测信号读出线120_1～ 120_N所输出的读取信号R1～RN来判断是否有触控事件发生在触控驱动线 130_2与指纹感测信号读出线120_1～120_N之间的任一交错点上。依此类推。
图4是依照本实用新型的一实施例的同时提供触控驱动信号的示意图。请参照图4，触控驱动电路140同时提供M个触控驱动信号S1～SM至多条触控驱动线130_1～130_M，且多个触控驱动信号130_1～130_M的波形彼此相异。于是，读取电路150内的积分器(未绘示)可分别依据多个触控驱动信号S1～SM对多个读取信号R1～RN进行积分操作，以依据各多个读取信号R1～RN的积分结果决定触控物件的触控位置。藉此，由于触控驱动电路 140同时打出M个触控驱动信号S1～SM至多条触控驱动线130_1～130_M，致使读取电路150的积分时间可延长，而进一步改善触控侦测效能。需说明的是，于一实施例中，这些触控驱动信号S1～SM的波形可彼此正交，让读取电路150可以更简易的计算操作来判断触控资讯。
图5是依照本实用新型的一实施例的电子装置的示意图。请参照图5，于本实施例中，假设各指纹感测单元110(1,1)～110(M,N)包括感光二极管。以指纹感测单元110(1,1)为例进行说明，感光二极管PD(1,1)耦接至晶体管M1 的控制端(即栅极)，而晶体管M1的第一端(即漏极与源极其中之一)耦接至多条指纹感测信号读出线120_1～120_N中的指纹感测信号读出线120_1。晶体管M1的第二端(即漏极与源极其中之另一)可耦接至参考电压。此外，当电子装置10操作于触控感测模式时，用以驱动各指纹感测单元110(1,1)～ 110(M,N)的驱动信号为接地电压，以禁能指纹感测阵列110。另一方面，当电子装置10操作于指纹感测模式时，触控驱动电路140可将多条触控驱动线 130_1～130_M连接至接地电压，以避免触控驱动线130_1～130_M上的讯号干扰指纹辨识结果。
另外需要说明的是，于前述范例中，用以感测触控资讯的触控驱动线的数目与指纹感测单元的行(row)数相同，但本实用新型并不限制于此，于另一实施例中，多条触控驱动线包括彼此相邻的第一触控驱动线与第二触控驱动线，而第一触控驱动线与第二触控驱动线相隔至少一行(即一行或多行)指纹感测单元。举例而言，假设指纹感测阵列包括M行指纹感测单元，则触控驱动线的数目可以是M、M/2或M/3等等，其可视实际需求而配置。
综上所述，于本实用新型实施例中，可依据指纹感测信号读出线与触控感测线之间的电容变化来进行触控感测，可省去配置触控感测电极的需求而大幅节省电路布局面积与降低成本。此外，透过同时输出不同的触控驱动信号，可直接依据每一条指纹感测信号读出线所输出的读取信号来判断出触控物件的触控位置，而无须逐行扫描读取，从而节省触控感测时间。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种电子装置，其特征在于，包括：
指纹感测阵列，包括阵列排列的多个指纹感测单元；
多条指纹感测信号读出线，分别耦接至所述指纹感测阵列中部份所述指纹感测单元，其中每一所述多条指纹感测信号读出线耦接所述指纹感测阵列的一列指纹感测单元；
多条触控驱动线，分别与所述多条指纹感测信号读出线交错配置；
触控驱动电路，耦接所述多条触控驱动线，提供多个触控驱动信号至所述多条触控驱动线；以及
读取电路，耦接所述多条指纹感测信号读出线，
其中，反应于所述多条触控驱动线输出所述多个触控驱动信号，所述读取电路依据所述多条指纹感测信号读出线所输出的多个读取信号决定触控对象的触控位置。
2.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，其中所述触控驱动电路分时依序提供所述多个触控驱动信号至所述多条触控驱动线，且所述多个触控驱动信号的波形彼此相同。
3.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，其中所述触控驱动电路同时提供所述多个触控驱动信号至所述多条触控驱动线，且所述多个触控驱动信号的波形彼此相异。
4.根据权利要求3所述的电子装置，其特征在于，其中所述多个触控驱动信号的波形彼此正交。
5.根据权利要求4所述的电子装置，其特征在于，其中各所述多个指纹感测单元包括感光二极管或指纹感测电极。
6.根据权利要求5所述的电子装置，其特征在于，其中所述感光二极管耦接至晶体管的控制端，所述晶体管的第一端耦接至所述多条指纹感测信号读出线其中之一者。
7.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，其中所述多条触控驱动线交错配置于所述多条指纹感测信号读出线的上方或下方，且绝缘层配置于所述多条触控驱动线与所述多条指纹感测信号读出线之间。
8.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于，其中于所述指纹感测阵列禁能执行指纹感测操作的期间，所述读取电路用以判断所述触控对象的所述触控位置。
9.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，其中所述多条触控驱动线包括彼此相邻的第一触控驱动线与第二触控驱动线，而所述第一触控驱动线与所述第二触控驱动线相隔至少一行指纹感测单元。
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