TW201638832A

TW201638832A - 生物特徵辨識裝置及方法

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Publication number: TW201638832A
Application number: TW104132798A
Authority: TW
Inventors: 李祥宇; 金上; 林丙村
Original assignee: 速博思股份有限公司
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2015-10-06
Publication date: 2016-11-01
Also published as: CN106066988A; TWI598827B; US9996722B2; US20160314332A1; CN106066988B

Abstract

本發明提出一種生物特徵辨識裝置及方法，包括一基板、一電極層、及一開關電路暨走線層。該電極層佈植於該基板之一側包含有複數個電極。該開關電路暨走線層包含有複數個選擇開關元件及複數條走線，該複數個選擇開關元件依序或動態地將該複數個電極區分為至少一個感應電極組及相對應之複數個偏向電極組，其中，每一感應電極組對應至少兩個偏向電極組，每一個感應電極組包含至少一個用於感應之電極，每一個偏向電極組包含複數個用於偏向之電極。

Description

生物特徵辨識裝置及方法

本發明係關於感測之技術領域，尤指一種生物特徵辨識裝置及方法。

由於電子商務之興起，遠端支付之發展一日千里，故而生物特徵辨識之商業需求急速膨脹，而生物特徵辨識技術又可區分為指紋辨識技術、虹膜辨識技術、DNA辨識技術等。考量效率、安全、與非侵入性等要求，指紋辨識已成為生物特徵辨識之首選技術。指紋辨識技術又有光學式、熱感應式、超音波式與電容式。其中又以電容式技術在裝置體積、成本、省電、可靠、防偽等綜合考量下脫穎而出。

習知之電容式指紋辨識技術有滑動式、全指按壓式等形式。其中，又以全指按壓式在辨識度、效率及方便性中勝出。然而由於感應訊號極其微小與周遭雜訊繁雜具大等因素，全指按壓式之指紋辨識技術通常只能將感應電極與感應電路等一併做在一個積體電路晶片上，且以小於100微米(μm)厚度之藍寶石膜加以保護。如此材料成本與封裝製程成本居高不下，且產品壽命與耐受性堪慮。因此業界莫不致力於提高感測靈敏度與訊號雜訊比，使感應電極與指紋間之感測距離能夠儘量加大，以利感測積體電路之封裝能夠簡化，或直接將其置於保護玻璃下作感應；更甚者，期盼能進一步將感應電極置於積體電路之外的基材上以顯著減少晶片面積，並將感應電極整合到保護玻璃底下，甚至整合到顯示面板之中，以巨幅降低成本並增進產品之壽命與耐受性，故指紋辨識技術仍有很大的改進空間。

本發明之目的主要係在提供一生物特徵辨識裝置，其係利用複數個選擇開關元件，依序或動態地將複數個電極區分為至少一個感應電極組及相對應之複數個偏向電極組。並分別施與感測訊號、感應增強偏向訊號、感應抑制偏向訊號等，藉以提升感應靈敏度與信號雜訊比、增進其穩定性與正確性。本發明之生物特徵辨識裝置可與相關感測電路完全整合於一積體電路內；其更適於將感應電極與選擇開關元件另佈植於一非積體電路基板上，使其與相關感應電路之積體電路分離以減少晶片面積、簡化封裝製程並巨幅降低指紋感測裝置之成本。

依據本發明之一特色，本發明提出一種生物特徵辨識裝置，包括一基板、一電極層、及一開關電路暨走線層。該電極層佈植於該基板之一側並包含有複數個電極。該開關電路暨走線層包含有複數個選擇開關元件及複數條走線，該複數個選擇開關元件依序或動態地將該複數個電極區分為至少一個感應電極組及相對應之複數個偏向電極組，其中，每一感應電極組對應至少兩個偏向電極組，每一個感應電極組包含至少一個用於感應之電極，每一個偏向電極組包含複數個用於偏向之電極。

依據本發明之另一特色，本發明提出一種生物特徵辨識方法，其係運用於一生物特徵辨識裝置中，該物特徵辨識裝置具有複數個電極、複數個選擇開關、及一指紋感測控制電路，該複數個電極係以行列形式佈植於一感測平面，複數個選擇開關分別連接至該複數個電極，以由該指紋感測控制電路切換該複數個選擇開關而控制該複數個電極間之連接，該生物特徵辨識方法包含有：(A) 該指紋感測控制電路依序或動態地經由該複數個選擇開關，將該複數個電極規劃為至少三個區塊，該至少三個區塊分別為感測區塊、偏向聚焦區塊與收斂穩定區塊，其中，該偏向聚焦區塊係由該感測區塊周遭之電極所組成，該收斂穩定區塊係由該偏向聚焦區塊周遭之電極所組成；(B) 該指紋感測控制電路施加一感測激勵訊號於該感測區塊之電極；(C) 該指紋感測控制電路施加與該感測激勵訊號同相位之一偏向聚焦訊號於該偏向聚焦區塊的電極上；(D) 該指紋感測控制電路施加與該感測激勵訊號反相位之一收斂穩定訊號於該收斂穩定區塊的電極上，俾以偵測指紋訊號。

依據本發明之又一特色，本發明提出一種生物特徵辨識方法，其係運用於一生物特徵辨識裝置中，該生物特徵辨識裝置具有複數個電極、複數個選擇開關、及一指紋感測控制電路，該複數個電極係以行列形式佈植於一感測平面，複數個選擇開關分別連接至該複數個電極，以由該指紋感測控制電路切換該複數個選擇開關而控制該複數個電極間之連接，該生物特徵辨識方法包含有：(A) 該指紋感測控制電路依序或動態地經由該複數個選擇開關，將該複數個電極規劃為至少四個區塊，該四個區塊分別為感測接收區塊、第一偏向聚焦區塊、第二偏向聚焦區塊與感測發射區塊，其中，該第一偏向聚焦區塊係由該感測接收區塊周遭之電極所組成，該第二偏向聚焦區塊係由該第一偏向聚焦區塊周遭之電極所組成，該感測發射區塊係由該第二偏向聚焦區塊周遭之電極所組成；(B) 該指紋感測控制電路施加一感測激勵訊號於該感測發射區塊之電極；(C) 該指紋感測控制電路施加與該感測激勵訊號同相位之一偏向聚焦訊號於該第二偏向聚焦區塊的電極上；(D) 該指紋感測控制電路施加一參考電位或接地訊號於該第一偏向聚焦區塊的電極上；(E) 該指紋感測控制電路將該感測接收區塊電極上之感應訊號輸入一偵測電路，俾以偵測指紋訊號。

圖1(A)係本發明一種生物特徵辨識裝置100的較佳實施例之疊層示意圖。該生物特徵辨識裝置100具有一基板110、一開關電路暨走線層120、一第一絕緣層130、一遮蔽電極層140、一第二絕緣層150、一電極層160、及一保護層170。

該基板110較佳為係為玻璃、高分子薄膜材料、金屬、矽、或矽的化合物。該電極層160佈植於該基板110之一側，其包含有複數個電極。

該開關電路暨走線層120佈植於該基板110之一側，請參照圖1(B)所示係本發明之開關電路暨走線層120與電極層160之相對示意圖，該開關電路暨走線層120包含有複數個呈矩陣排列之選擇開關組SW及複數條以行列排列之走線190、191，每一經向走線190係通過一行之所有選擇開關組SW，每一緯向走線191係通過一列之所有選擇開關組SW，該電極層160則包含有複數個呈矩陣排列之電極162，如圖1(B)所示，該複數個電極162之位置係分別對應於該複數個選擇開關組SW之位置。於本發明中，如後所將詳述，該複數個選擇開關組SW係由複數個開關元件所組成，該複數個開關元件可依序或動態地將該複數個電極162區分為至少一個感應電極組及相對應之複數個偏向電極組。其中，每一感應電極組對應至少兩個偏向電極組。每一個感應電極組包含至少一個用於感應之電極162。每一個偏向電極組包含複數個用於偏向之電極162。

該第一絕緣層130位於該開關電路暨走線層120之另一側。該遮蔽電極層140係佈植於該電極層160與該開關電路暨走線層120之間。該遮蔽電極層140則位於該第一絕緣層130之另一側。該第二絕緣層150佈植於該電極層160與該遮蔽電極層140之間。該第二絕緣層150則位於該遮蔽電極層140之另一側。該電極層160則位於該第二絕緣層150之另一側。該電極層160之另一側則佈植有該保護層170。在本發明之另一實施例中，該第二絕緣層與該遮避電極層可省略。在本發明的又一實施例中，該電極層160與該開關暨走線層120恰與圖1(A)所示之位置為相互對調。於本發明的其它實施例中該基板110即為一積體電路基板，且該開關電路暨走線與相關感測電路整合為同一層。

圖2係本發明電極層160的示意圖。電極層160的電極162依序或動態地被區分為至少一個感應電極組(S)及相對應之複數個偏向電極組(D)。其中，每一感應電極組對應至少兩個偏向電極組。每一個感應電極組包含至少一個用於感應之電極162。每一個偏向電極組包含複數個用於偏向之電極162。如圖2所示，電極層160中有二個感應電極組，其中，第一個感應電極組201由電極(S11)所組成，第二個感應電極組211由電極(S21, S22, S23, S24)所組成。亦即，每一個感應電極組包含至少一個用於感應之電極162。

位於每一個感應電極組周遭之複數個電極162係組合為其相對應之一第一偏向電極組。位於每一個第一偏向電極組周遭之複數個電極162係組合為其相對應之一第二偏向電極組。位於每一個第二偏向電極組周遭之複數個電極162係組合為其相對應之第三偏向電極組。

如圖2所示，第一個感應電極組201周遭之標註為D11的複數個電極162係組合為第一個感應電極組201相對應之一第一偏向電極組203。第二個感應電極組211周遭之標註為D12的複數個電極162係組合為第二個感應電極組211相對應之一第一偏向電極組213。位於第一偏向電極組203周遭之標註為D21的複數個電極162係組合為其相對應之一第二偏向電極組205。位於第一偏向電極組213周遭之標註為D22的複數個電極162係組合為其相對應之一第二偏向電極組215。

位於第二偏向電極組215周遭之標註為D32的複數個電極162係組合為其相對應之一第三偏向電極組217。

該複數個選擇開關元件係區分為複數個選擇開關組SW。每一個選擇開關組SW係對應至少一個電極162。該複數條經向走線190與緯向走線191之每一走線係電氣交連到至少一個選擇開關組SW。

圖3(A)係本發明之較佳實施例的電極及選擇開關組之示意圖，其特點為走線最少且容易控制。其包含有呈矩陣排列之複數個電極162(以E(m,n)標示)；與上述電極兩兩相對應之選擇開關組SW(m,n)，其亦呈矩陣排列；布植於上述矩陣之外的複數個選擇開關組SW(n,x)，每一個選擇開關組SW(n,x)經由一組經線(nL1~nLq)對應到一整行的複數個感應電極162。其中，每一個選擇開關組SW(m,n)，SW(n,x)皆係複數個選擇開關元件所組成。如圖3(A)所示，由上往下看時，每一選擇開關組SW(m,n)與一電極162係相對應且至少部份疊置在同一位置，圖3(A)為表明選擇開關組SW(m,n)與電極162均存在，所以將選擇開關組SW(m,n)與電極162繪示為位置稍有偏移。如圖3(A)、圖3(B)與圖3(C)所示，緯線1y0~1yp連結並控制選擇開關組SW(1,1)...SW(1,n)；緯線1y0~1yp控制選擇開關組SW(1, 1)，以決定經線1L1~1Lq中的哪一條線與電極E(1,1)連接。同時，該控制訊號1x0~1xi則控制選擇開關組SW(1,x)，以選擇各經線1L1~1Lq與感測訊號(sensing signal)、偏向訊號ref1,...,refk其中之一相連。其他亦是如此，不再贅述。

圖4係本發明電極及選擇開關組之運作示意圖。配合參考圖3(A)與圖3(B)所示，緯線1y0~1yp、2y0~2yp、...、my0~myp用以控制該對應列的各電極162與哪一條經線電氣相連。如圖4所示，第一列(row)電極162其緯線訊號為001，表示第一列的各個電極162皆分別和其相對應之第一條經線v1(1L1, 2L1,...)電氣相連。第二列電極162其緯線訊號為010，表示第二列的各個電極162皆分別和其相對應的第二條經線v2(1L2, 2L2,...)電氣相連。第三列電極162其緯線訊號為100，表示第三列的各個電極162皆分別和其相對應的第三條經線v3(1L3, 2L3,...)電氣相連。亦即，緯線1y0~1yp為001，表示該列電極162中的第一行(column)電極162與其第一條經線1L1電氣相連，該列電極162中的第二行電極162與其第一條經線2L1電氣相連，依序類推。緯線1y0~1yp為010，表示該列電極162中的第一行電極162與其第二條經線1L2電氣相連，該列電極162中的第二行電極162與其第二條經線2L2電氣相連，依序類推。緯線1y0~1yp為100，表示該列電極162中的第一行電極162與其第三條經線1L3電氣相連，該列電極162中的第二行電極162與其第三條經線2L3電氣相連，依序類推。。

控制訊號1x0~1xi、2x0~2xi、...、nx0~nxi控制經線1L1~1Lq、2L1~2Lq、...、nL1~nLq與感測訊號(sensing signal)、偏向訊號ref1,...,refk其中之一相連。如圖3(A)、4所示，控制訊號1x0~1xi、2x0~2xi、...、nx0~nxi為二個位元，其可形成四個狀態。由於圖4實施例中，經線1L1~1Lq、 2L1~2Lq、...、nL1~nLq的每一組僅有三條經線v1、v2、v3與三條訊號線h1、h2、h3，故只需三個狀態，其分別為狀態0、狀態1、狀態2。其中，三條訊號線h1、h2、h3分別對應至感測訊號(sensing signal)、第一偏向訊號ref1、第二偏向訊號ref2。第一行的三條經線v1、v2、v3分別對應至1L1、1L2、1L3，第二行的三條經線v1、v2、v3分別對應至2L1、2L2、2L3。第n行的三條經線v1、v2、v3分別對應至nL1、nL2、nL3。依此類推，不再贅述。

狀態0、狀態1、狀態2分別控制開關組401，進而控制經線與訊號線的連接關係。狀態0(00b)時，經線v1連接至訊號線h3，經線v2連接至訊號線h3，經線v3連接至訊號線h3。狀態1(01b)時，經線v1連接至訊號線h3，經線v2連接至訊號線h2，經線v3連接至訊號線h2。狀態2(10b)時，經線v1連接至訊號線h3，經線v2連接至訊號線h2，經線v3連接至訊號線h1。

藉由前述的控制方法，標號為S11電極所組成的第一個感應電極組201連接至感測訊號(sensing signal)。標號為D11電極所組成的第一偏向電極組203連接至一第一偏向訊號ref1。標號為D21電極所組成的第二偏向電極組205連接至一第二偏向訊號ref2。該等偏向訊號ref1、ref2係與該感應電極組上之感應訊號同相訊號、反相之訊號、或其它特定電位訊號；上述特定電位訊號係為零電位、正電位、負電位或交變電位訊號。

電極1621上有一控制代碼010,00，其中，前三位元為010，表示該電極與第二條經線v2電氣相連。若為001，則表示該電極與第一條經線v1電氣相連。若為100，則表示該電極與第三條經線v3電氣相連。亦即，圖4的前三位元係使用一位有效編碼(one-hot encoding)。控制代碼的後二位元為00，表示為狀態0。若為01，則表示為狀態1。若為10，則表示為狀態2。

圖5係本發明電極控制代碼的示意圖。以電極1621為例，其在圖4的控制代碼為010,00，在圖5的控制代碼為1,0。經此比較可知，圖5的第一個碼(1)係為十進制，且對應至圖4的前三位元010，圖5的第二個碼(0)係為十進制，且對應至圖4的後二位元00。亦即當第一個碼為0，則對應至圖4的前三位元000，當第一個碼為1，則對應至圖4的前三位元010，當第一個碼為2，則對應至圖4的前三位元100。當第二個碼為0，則對應至圖4的後二位元00，當第二個碼為1，則對應至圖4的後二位元01，當第二個碼為2，則對應至圖4的後二位元10。

圖6係本發明選擇開關組SW(n,x)的開關元件的組成示意圖。如圖所示，其係複數個選擇開關元件所組成。選擇開關組SW(n,x)係由控制訊號nx0~nxi所控制。如圖6所示，其中i=1。亦即由控制訊號nx0及nx1所控制。當狀態0時，nx1為0且nx0為0，經線v1連接至訊號線h3，經線v2連接至訊號線h3，經線v3連接至訊號線h3。當狀態1時，nx1為0且nx0為1，經線v3連接至訊號線h2，經線v2連接至訊號線h2，經線v1連接至訊號線h3。當狀態2時，nx1為1且nx0為0，經線v1連接至訊號線h3，經線v2連接至訊號線h2，經線v3連接至訊號線h1。

圖7係本發明選擇開關組SW(n,x)的電路圖，其係以電晶體為開關元件來實現圖6之開關組結構。該選擇開關組SW(n,x)之選擇開關元件可為佈植於該基板110上之場效電晶體或薄膜電晶體；該等選擇開關元件亦可實現於該基板110以外之積體電路內。

圖8係本發明的訊號產生電路之示意圖。其係用以產生該感測訊號(sensing signal)、該第一偏向訊號ref1、該第二偏向訊號ref2。該感測驅動電路(sensing/driving circuit)810產生一訊號(SensingSignal)，其係一周期性或非周期性之交變訊號；該訊號經由一選擇器820以產生該感測訊號(sensing signal)。該感測驅動電路810可實現於該基板110上，其亦可為該基板110之外的一獨立的積體電路(IC)內。該感測訊號(sensing signal) 係電氣交連至該感應電極組201。

當中，感測訊號(sensing signal)經由至少一個增益不小於零之信號放大器電路G1處理後形成一與感測訊號同相之感應增強偏向訊號，再經由一選擇器830產生該第一偏向訊號ref1。該第一偏向訊號ref1係電氣交連至該第一偏向電極組203。因此，至少一個增益不小於零之信號放大器電路G1的輸入端係電氣交連至該第一個感應電極組201，且其輸出端係電氣交連到該第一偏向電極組203。該至少一個增益不小於零之信號放大器電路G1係佈植於該基板110上或佈植於該基板110外之一積體電路(圖未示)內。該至少一個增益不小於零之信號放大器電路G1之增益值為固定值或可程式調控。

感測訊號(sensing signal)經由至少一個增益不大於零之信號放大器電路G2處理後形成一與感測訊號反相之感應抑制偏向訊號，再經由一選擇器840產生該第二偏向訊號ref2。該第二偏向訊號ref2係電氣交連至該第二偏向電極組205。因此，至少一個增益不大於零之信號放大器電路G2的輸入端係電氣交連至該感應電極組201，且其輸出端係電氣交連到該第二偏向電極組205。該至少一個增益不大於零之信號放大器電路G2係佈植於該基板110上或佈植於該基板110外之一積體電路(圖未示)內。該至少一個增益不大於零之信號放大器電路G2之增益值為固定或可程式調控。

於其他實施例中，經由選擇器820、830、840設定，該感測訊號(sensing signal)、該第一偏向訊號ref1、該第二偏向訊號ref2可源自於一特定電位訊號Vref；該特定電位訊號Vref係為零電位、正電位、負電位或交變電位訊號。

圖9係本發明電極層160之另一示意圖。其中，電極層160可分為感應電極組201、第一偏向電極組203、第二偏向電極組205、及第三偏向電極組207。該感應電極組201電氣連接至感測訊號(sensing signal)，第一偏向電極組203電氣連接至第一偏向訊號ref1，第二偏向電極組205電氣連接至第二偏向訊號ref2，第三偏向電極組207電氣連接至第三偏向訊號ref3。

電極層160上的電極162有一控制代碼，例如電極1622上有一控制代碼0001,11。其中，控制代碼前四位元為0001，表示該電極1622與第一條經線v1(nL1)電氣相連。若為0010，則表示該電極1622與第二條經線v2(nL2)電氣相連。若為0100，則表示該電極1622與第三條經線v3(nL3)電氣相連。若為1000，則表示該電極1622與第四條經線v4(nL4)電氣相連。

控制代碼後二位元為00表狀態0(00b)時，經線v1(nL1)連接至訊號線h4(ref3)，經線v2(nL2)連接至訊號線h4(ref3)，經線v3(nL3)連接至訊號線h4(ref3)，經線v4(nL4)連接至訊號線h4(ref3)。訊號線h4係連接至第三偏向訊號ref3。

後二位元為01表狀態1(01b)時，經線v1(nL1)連接至訊號線h4(ref3)，經線v2(nL2)連接至訊號線h3(ref2)，經線v3(nL3)連接至訊號線h3(ref2)，經線v4(nL4)連接至訊號線h3(ref2)。

後二位元為10表狀態2(10b)時，經線v1(nL1)連接至訊號線h4(ref3)，經線v2(nL2)連接至訊號線h3(ref2)，經線v3(nL3)連接至訊號線h2(ref1)，經線v4(nL4)連接至訊號線h2(ref1)。後二位元為11表狀態3(11b)時，經線v1(nL1)連接至訊號線h4(ref3)，經線v2(nL2)連接至訊號線h3(ref2)，經線v3(nL3)連接至訊號線h2(ref1)，經線v4(nL4)連接至訊號線h1 (sensing signal)。

圖10係本發明選擇開關組SW(n,x)的另一個開關元件的組成示意圖。選擇開關組SW(n,x)係由控制訊號nx0~nxi所控制。如圖10所示，其中i=1。亦即由控制訊號nx0及nx1所控制。當狀態0時，nx1為0且nx0為0，經線v1(nL1)連接至訊號線h4(ref3)，經線v2(nL2)連接至訊號線h4(ref3)，經線v3(nL3)連接至訊號線h4(ref3)，經線v4(nL4)連接至訊號線h4(ref3)。當狀態1時，nx1為0且nx0為1，經線v1(nL1)連接至訊號線h4(ref3)，經線v2(nL2)連接至訊號線h3(ref2)，經線v3(nL3)連接至訊號線h3(ref2)，經線v4(nL4)連接至訊號線h3(ref2)。當狀態2時，nx1為1且nx0為0，經線v1(nL1)連接至訊號線h4(ref3)，經線v2(nL2)連接至訊號線h3(ref2)，經線v3(nL3)連接至訊號線h2(ref1)，經線v4(nL4)連接至訊號線h2(ref1)。當狀態3時，nx1為1且nx0為1，經線v1(nL1)連接至訊號線h4(ref3)，經線v2(nL2)連接至訊號線h3(ref2)，經線v3(nL3)連接至訊號線h2(ref1)，經線v4(nL4)連接至訊號線h1(sensing signal)。

圖11係本發明圖10中選擇開關組SW(n,x)的電路圖，其係以複數個電晶體開關元件實現圖10之開關組結構。該選擇開關組SW(n,x)可由佈植於該基板110上之複數個場效電晶體或薄膜電晶體實現；該等選擇開關元件亦可實現於該基板110之外的一積體電路內。

圖12係本發明偵測訊號產生電路之另一示意圖。其係用以產生該感測訊號(sensing signal)、該第一偏向訊號ref1、該第二偏向訊號ref2、該第三偏向訊號ref3。其與圖8主要差別在於新增一至少一個增益近於零的放大器電路G3、及一選擇器850。當中，感測訊號(sensing signal)經由至少一個增益近於零之信號放大器電路G3處理後，再經由一選擇器850產生該第三偏向訊號ref3。該第三偏向訊號ref3係電氣交連至該第三偏向電極組207。因此，至少一個增益近於零之信號放大器電路G3的輸入端係電氣交連至該感應電極組201，且其輸出端係電氣交連到該第三偏向電極組207。該至少一個增益近於零之信號放大器電路G3係佈植於該基板110上或佈植於外部之一積體電路(圖未示)內。該至少一個增益近於零之信號放大器電路G3之增益值係固定為零或可程式調控。

圖13係本發明另一實施例的電極及選擇開關組之示意圖。如圖13所示，由上往下看時，選擇開關組SW(j,i)與電極162係疊置且在同一位置，圖13為表明選擇開關組SW(j,i)與電極162均存在，所以將選擇開關組SW(j,i)與電極162繪示為位置稍有偏移。其中，感測訊號(sensing signal)與各偏向訊號(ref1,ref2)皆經由走線連接至每一電極162所對應之選擇開組SW(j,i)。於本發明中，如後所詳述，經xi與yj同時予高電位以選定欲規劃之電極，再施予高電位於其對應之iSel~iSel3其中之一，以設定將該選定之電極交連至感測訊號或某一偏向訊號。

圖14係本發明圖13實施例選擇開關組之SW(j,i)的電路圖。該選擇開關元件SW(j,i)係佈植於該基板110上之場效電晶體或薄膜電晶體。當控制訊號xi為高電位(=1)，且控制訊號yj為高電位(=1)時，電晶體141, 142, 143, 144導通。因此電容Cs1為高電位(=1)，電晶體145, 146, 147導通，電容Cs2之電位為iSel1、電容Cs3之電位為iSel2、電容Cs4之電位為iSel3。控制訊號iSel1、iSel2、iSel3之中有一為高電位(=1)時，相對應的sensing signal、ref1、ref2則電氣連接至該電極E(j,i)。例如，當控制訊號iSel3為高電位(=1)時，則ref2電氣連接至該電極E(j,i)。

圖15係本發明電極上另一控制代碼的示意圖。控制代碼的第一位元代表控制訊號iSel3，第二位元代表控制訊號iSel2，第三位元代表控制訊號iSel1。控制訊號iSel1、iSel2、iSel3中只能有一為高電位。控制訊號iSel1、iSel2、iSel3有一為高電位時，相對應的sensing signal、ref1、ref2則電氣連接至該電極E(j,i)。

圖16係本發明又一實施例的電極及選擇開關組之示意圖。於圖3(A)中，緯線1y0~1yp、2y0~2yp、...、my0~myp用以控制該列的電極162與哪一條經線電氣相連。其係採用一位有效編碼(one-hot encoding)。控制訊號1x0~1xi、2x0~2xi、...、nx0~nxi控制經線1L1~1Lq、 2L1~2Lq、...、nL1~nLq與感測訊號(sensing signal)、偏向訊號ref1,...,refk其中之一相連。其係採用nx0~nxi個位元所組成的狀態進行控制。例如當i為1時，則用nx0~nx1二個位元所組成的四個狀態中的狀態0、狀態1、狀態2進行控制。圖16中，並無如圖三之選擇開關組SW(n,x)，僅有與電極162兩兩相對應之選擇開關組SW(j,i)，且感測訊號(sensing signal)、偏向訊號(ref1,ref2...)等所有訊號皆經由走線直接連接到所有的選則開關組SW(j,i)；再經由緯控制線(my)訊號與經控制線(nx)訊號控制各選擇開關組之選擇開關元件將各電極區分為感測電極組、第一偏向電極組及第二偏向電極組，並分別連接至感測訊號(sensing signal)，第一偏向訊號(ref1)與第二偏向訊號(ref2)。

圖17係本發明圖16電極上一控制代碼的示意圖。控制代碼的前二位元為緯控制線my的位元，其可組成狀態0、狀態1、狀態2。控制代碼的後二位元為經控制線nx的位元，其可組成狀態0、狀態1、狀態2。

圖18係本發明圖16選擇開關組SW(m,n)的組成示意圖，其包含有複數個選擇開關以從感測訊號(sensing signal)、第一偏向訊號(ref1)與第二偏向訊號(ref2)之中擇一交連至對應的電極E(m,n)。圖19係本發明圖16選擇開關組SW(m,n)的電路圖。該選擇開關組SW(m,n)係佈植於該基板110上之場效電晶體或薄膜電晶體。

由前述說明可知，本發明之生物特徵辨識裝置100係具有多功能感應電極，以當進行指紋感測操作時，可將感應電極規劃為感應電極組與相對應之複數層次的偏向電極組，並分別施與感測訊號(sensing signal)、感應增強的第一偏向訊號(ref1)、感應抑制的第二偏向訊號(ref2)等，藉以提升感應靈敏度與信號雜訊比、增進其穩定性與正確性，並巨幅降低指紋感測裝置之成本。

圖20係本發明之生物特徵辨識方法之流程圖。本發明之生物特徵辨識方法係可運用於前述本發明生物特徵辨識裝置100或運用於如圖21所示之簡化的具有平面感應電極層的生物特徵辨識裝置2100。為方便說明，僅以該簡化的具有平面感應電極層的生物特徵辨識裝置2100來說明本發明之生物特徵辨識方法的運作，熟於該技術者可依據以下之揭露而將本發明之生物特徵辨識方法運用於前述之生物特徵辨識裝置100。

圖21係為該簡化的具有平面感應電極層之生物特徵辨識裝置2100。生物特徵辨識裝置2100包含有複數個電極2110、複數個選擇開關2120、及一指紋感測控制電路2130。該複數個電極2110係以行列形式佈植於一感測平面。該複數個選擇開關2120的每一個選擇開關具有複數個輸入端2123及一個輸出端2121，每一個選擇開關的輸出端2121係連接至一個對應的電極2110，以由該指紋感測控制電路2130所控制而選擇性地將一個輸入端2123的訊號輸出至該輸出端2121。該指紋感測控制電路2130連接至該複數個選擇開關2120的複數個輸入端2123，據此，該指紋感測控制電路2130可藉由切換該複數個選擇開關2120而控制該複數個電極2110間之連接。

請參考圖20，於步驟(A)中，該指紋感測控制電路2130依序或動態地經由該複數個選擇開關2120，將該複數個電極2110規劃為至少三個區塊。該至少三個區塊分別為感測區塊、偏向聚焦區塊與收斂穩定區塊。該至少三個區塊分別為感測區塊A、偏向聚焦區塊B與收斂穩定區塊C，其中，該偏向聚焦區塊係由該感測區塊周遭之電極所組成，該收斂穩定區塊係由該偏向聚焦區塊周遭之電極所組成。

於步驟(B)中，該指紋感測控制電路2130施加一感測激勵訊號於該感測區塊A之電極。

於步驟(C)中，該指紋感測控制電路2130施加與該感測激勵訊號同相位之一偏向聚焦訊號於該偏向聚焦區塊B的電極上。

於步驟(D)中，該指紋感測控制電路2130施加與該感測激勵訊號反相位之一收斂穩定訊號於該收斂穩定區塊C的電極上，俾以偵測指紋訊號(步驟E)。

圖22A、圖22B係本發明生物特徵辨識裝置2100之工作原理之示意圖。如圖22A所示，在一覆蓋於該複數個電極2110之保護層12下方設有由該複數個電極2110所規劃出之感測區塊A、偏向聚焦區塊B與收斂穩定區塊C。如圖22A所示，感測區塊A、偏向聚焦區塊B與收斂穩定區塊C的大小並不一致，主要係感測區塊A、偏向聚焦區塊B與收斂穩定區塊C可由不同數目的電極2110所組成。一感測激勵訊號TX經由一放大器410施加於該感測區塊A的電極2110，施加於該感測區塊A的電極2110上之感測激勵訊號受生物體近接擾動，而在相位或振幅產生變異成為感應訊號，再經由另一放大器440放大後，以讀取並判斷是否有生物體近接。

當感測區塊A上有感測激勵訊號、而偏向聚焦區塊B、收斂穩定區塊C沒有感測激勵訊號時，電力線由感測區塊A射向偏向聚焦區塊B及收斂穩定區塊C。當圖22A所示，感測區塊A上有感測激勵訊號、偏向聚焦區塊B有與感測區塊A同極性之偏向聚焦訊號、收斂穩定區塊C有與感測區塊A相反極性之收斂穩定訊號時，基於同性相斥、異性相吸之原理，感測區塊A發出之電力線受偏向聚焦區塊B發出之電力線排斥而向更遠處延伸、並受收斂穩定區塊C之電場吸引而射向偏向收斂穩定區塊C。

亦即，當感測激勵訊號經由增益大於零之放大器410處理後，傳送至感測區塊A，再經由增益大於零之放大器420處理後傳送至偏向聚焦區塊B，及經由增益小於或等於零之放大器430處理後傳送至收斂穩定區塊C，則會使偏向聚焦區塊B有與感測區塊A同極性之偏向聚焦訊號、收斂穩定區塊C有與感測區塊A相反極性之收斂穩定訊號。藉此，電力線因同性相排斥而向更遠處延伸，因此電力線得以穿越較厚的保護層12，使感測激勵訊號更易受生物體近接擾動的影響，而能在感測區塊A上感測更大的感測訊號的變化。

若收斂穩定區塊C未施加與感測區塊A相反極性之感測激勵訊號，而任其在懸浮狀態(floating)，可能因偏向聚焦區塊B之電力線的相斥作用，而使感測區塊A的電力線並不會抵達收斂穩定區塊C。而當在收斂穩定區塊C施加與感測區塊A相反極性之感測激勵訊號時，感測區塊A的電力線則會抵達收斂穩定區塊C，呈現一穩定狀態。

如圖22A所示，當感測區塊A處為指紋谷15時，亦即，保護層12與指紋谷15之間為空氣，則感測區塊A的電力線則會抵達收斂穩定區塊C。如圖22B所示，當感測區塊A處為指紋峰14時，由於手指亦為一導體，故感測區塊A的電力線則會被向上提昇，因此在X處感測到的訊號大小會較圖22A中的大。

如圖22A、圖22B所示，感測激勵訊號係施加於感測區塊A，同時量測感測區塊A上的感測訊號的變化(X處)，本案圖22A及圖22B所揭示的是一自電容(self-capacitance)量測技術。

圖23係本發明電極之一示意圖。其係顯示該指紋感測控制電路2130依序或動態地經由該複數個選擇開關2120，將該複數個電極2110規劃為感測區塊A、偏向聚焦區塊B與收斂穩定區塊C。如圖23所示，該感測區塊A係為電極S(A)，該偏向聚焦區塊B係由該感測區塊A周遭之電極D1(B)所組成。該收斂穩定區塊C係由該偏向聚焦區塊B周遭之電極D2(C)所組成。本發明另可再提供一輔助區塊D’係由該收斂穩定區塊C周遭之電極D3所組成。

施加於該感測區塊A的電極S(A)上之感測激勵訊號TX受生物體近接擾動，而在相位或振幅產生變異成為感應訊號。該指紋感測控制電路2130將該感應訊號或感測激勵訊號經一電路而產生一與其同相位之偏向聚焦訊號，並將該訊號施加於該偏向聚焦區塊B的電極D1(B)上。該指紋感測控制電路2130將該感應訊號或感測激勵訊號經一電路而產生一與其相反相位之收斂穩定訊號，並將該訊號施加於該收斂穩定區塊C的電極D2(C)上。

圖24係本發明指紋感測控制電路施加感測激勵訊號於該感測區塊之示意圖。該指紋感測控制電路2130輸出一感測激勵訊號TX。該感測激勵訊號TX係一交變訊號。該感測激勵訊號TX經由一放大器710輸出至該感測區塊A、一第一放大器720、及一第二放大器730。其中，施加於該感測區塊A的電極S(A)上之感測激勵訊號受生物體近接擾動，而在相位或振幅產生變異成為感應訊號。

該第一放大器720的增益G1大於零，該第二放大器730的增益G2小於或等於零。該感應訊號或該感測激勵訊號經一電路(該第一放大器720)而產生一與其同相位之偏向聚焦訊號，並將該訊號施加於該偏向聚焦區塊B的電極上D1(B)。該感應訊號或感測激勵訊號經一電路(該第二放大器730)而產生一與其相反相位之收斂穩定訊號，並將該訊號施加於該收斂穩定區塊C的電極D2(C)上。如圖23及圖24所示，該收斂穩定訊號可經由一切換器740而傳遞至該收斂穩定區塊C外圍的輔助區塊D’之電極D3。如圖24所示，輔助區塊D’之電極D3上的電壓可為該收斂穩定訊號，亦可為一直流訊號或是一接地訊號。

圖25係本發明指紋感測控制電路施加感測激勵訊號之另一示意圖。如圖25所示，該收斂穩定區塊C的電極D2(C)的電壓可為該收斂穩定訊號，亦可為一直流訊號或是一接地訊號。亦即，經由一切換器750，一直流訊號可施加於該斂穩定區塊C的電極D2(C)上。施加於該收斂穩定區塊C的電極D2(C)上的直流訊號係一參考電位或接地訊號。

在圖23中，該收斂穩定區塊C外圍有輔助區塊D之電極D3，於其他實施例中，可將輔助區塊D之電極D3改為該收斂穩定區塊C的電極D2(C)替代。此時，相關驅動電路則如圖26所示。圖26係本發明指紋感測控制電路施加感測激勵訊號之又一示意圖。

圖27係本發明之另一驅動電路。其與圖26主要區別在於，該感測激勵訊號TX係直接輸出至一第一放大器2720及一第二放大器2730，而非經由放大器2710再同時輸出至感測區塊的電極S(A)與第一放大器2720及第二放大器2730。

圖28係本發明電極之另一示意圖。其與圖23主要區別在於圖28中可同時有複數個感測區塊A來同時進行感測。同時將輔助區塊D’之電極D3改為該收斂穩定區塊C的電極D2替代。此時，相關驅動電路則如圖29所示。圖29係本發明之又一驅動電路。如圖29所示，感測激勵訊號TX分別經由放大器1101、1102、1103施加於複數個感測區塊A的電極S1、S2、S3。在複數個感測區塊A的電極S1、S2、S3上之感測激勵訊號TX受生物體近接擾動，而在相位或振幅產生變異成為感應訊號。該感應訊號或該感測激勵訊號分別經第一放大器1111、1112、1113，產生複數個同相位之偏向聚焦訊號，並將該複數個同相位之偏向聚焦訊號施加於對應的偏向聚焦區塊B的電極上D11、D12、D13。並使用一切換器1121以由該複數個同相位之偏向聚焦訊號選擇一個偏向聚焦訊號，該選擇的偏向聚焦訊號經一放大器1131產生一與其相反相位之收斂穩定訊號，並將該收斂穩定訊號施加於該收斂穩定區塊C的電極D2上。經由該切換器1141，該收斂穩定區塊C的電極D2上的電壓可為該收斂穩定訊號，亦可為一直流訊號或是一接地訊號。

圖30係本發明電極之再一示意圖。其與圖28主要區別在於圖30中感測區塊A的電極S1、S2、S3的偏向聚焦區塊B的電極及收斂穩定區塊C的電極使用不同的訊號。此時，相關驅動電路則如圖31所示。圖31係本發明之再一驅動電路。如圖31所示，感測激勵訊號TX分別經由放大器1301、1302、1303施加於複數個感測區塊A的電極S1、S2、S3。在複數個感測區塊A的電極S1、S2、S3上之感測激勵訊號TX受生物體近接擾動，而在相位或振幅產生變異成為感應訊號。該感應訊號或該感測激勵訊號分別經由放大器1311、1312、1313而產生複數個同相位之偏向聚焦訊號，並將該複數個同相位之偏向聚焦訊號施加於對應的偏向聚焦區塊B的電極上D11、D12、D13。該感應訊號或該感測激勵訊號分別經由放大器1321、1322、1323而產生複數個反相位之收斂穩定訊號，並將該複數個反相位之收斂穩定訊號施加於對應的收斂穩定區塊C的電極D21、D22、D23上。且使用一切換器1331，以由該複數個相反相位之收斂穩定訊號選擇一個收斂穩定訊號，並將該選擇的收斂穩定訊號施加於該輔助區塊D’的電極D2上。經由該切換器1331，該輔助區塊D’的電極D2上的電壓可為該收斂穩定訊號，亦可為一直流訊號或是一接地訊號。

於上述例子中，該指紋感測控制電路2130可將該感應訊號輸入一自電容感測電路，俾進行指紋偵測。該指紋感測控制電路2130亦可自該收斂穩定區塊C的電極中依序選定至少一個電極，並將該電極上之感應訊號輸入一偵測電路俾進行指紋偵測。亦即，此時之感測區塊A的電極作為互電容(mutual-capacitance)感測技術中的發送感測激勵訊號的一端，而該收斂穩定區塊C的電極作為接收感應訊號的一端，藉此則可執行互電容(mutual-capacitance)感測技術。於其他實施例中，該指紋感測控制電路2130將該收斂穩定區塊C的複數個電極電氣連接成一個接收電極，並將該接收電極上之感應訊號輸入一偵測電路俾進行指紋偵測。

在另一實施例中，依據圖21的電路，該指紋感測控制電路2130依序或動態地經由該複數個選擇開關2120將該複數個電極2110規劃為至少四個區塊，該四個區塊分別為感測接收區塊A、第一偏向聚焦區塊B、第二偏向聚焦區塊C與感測發射區塊D，以及該指紋感測控制電路2130分別對該感測發射區塊A、第一偏向聚焦區塊B、第二偏向聚焦區塊C等三個區塊分別施加訊號，俾以偵測指紋訊號。圖32係本發明之相對應的指紋辨識方法之流程圖。

請參考圖32，於步驟(A)中，該指紋感測控制電路2130依序或動態地經由該複數個選擇開關2120，將該複數個電極2110規劃為至少四個區塊。該四個區塊分別為感測接收區塊A、第一偏向聚焦區塊B、第二偏向聚焦區塊C與感測發射區塊D，其中，該第一偏向聚焦區塊B係由該感測接收區塊A周遭之電極所組成，該第二偏向聚焦區塊C係由該第一偏向聚焦區塊B周遭之電極所組成，該感測發射區塊D係由該第二偏向聚焦區塊C周遭之電極所組成。

於步驟(B)中，該指紋感測控制電路2130施加一感測激勵訊號於該感測發射區塊D之電極。

於步驟(C)中，該指紋感測控制電路2130施加與該感測激勵訊號同相位之一偏向聚焦訊號於該第二偏向聚焦區塊C的電極上。

於步驟(D)中，該指紋感測控制電路2130施加一參考電位或接地訊號於該第一偏向聚焦區塊B的電極上。

於步驟(E)中，該指紋感測控制電路2130將該感測接收區塊A電極上之感應訊號輸入一偵測電路，俾以偵測指紋訊號。

圖33A、圖33B係本發明生物特徵辨識裝置之工作原理之示意圖。如圖33A、圖33B所示，感測接收區塊A、第一偏向聚焦區塊B、第二偏向聚焦區塊C、與感測發射區塊D的大小並不一致，主要係感測接收區塊A、第一偏向聚焦區塊B、第二偏向聚焦區塊C、與感測發射區塊D可由不同數目的電極2110所組成。

如圖33A所示，一感測激勵訊號TX經由一放大器1405施加於感測發射區塊D的電極，並再經由一放大器1401而施加於第二偏向聚焦區塊C的電極、且第一偏向聚焦區塊B的電極接地。此時，由於第一偏向聚焦區塊B的電極接地且與第二偏向聚焦區塊C的電極最接近，電力線會由第二偏向聚焦區塊C的電極射向第一偏向聚焦區塊B的電極。同時，由於感測發射區塊D的電極發出之電力線受第二偏向聚焦區塊C的電極發出之電力線排斥而向更遠處延伸，電力線會由感測發射區塊D的電極射向感測接收區塊A的電極。由於感測發射區塊D的電極發出之電力線向更遠處延伸而可穿越較厚的保護層12，因此電力線易受生物體近接擾動的影響，而能在感測接收區塊A上感測更大的感測訊號的變化。

如圖33A所示，當感測接收區塊A處為指紋谷15時，亦即，保護層12與指紋谷15之間為空氣，則感測發射區塊D的電力線則會抵達感測接收區塊A。如圖33B所示，當感測接收區塊A處為指紋峰14時，由於手指亦為一導體，故感測發射區塊D的電力線則會被向上提昇，因此在Y處感測到的訊號大小會較圖33A中的大。

如圖33A、圖33B所示，感測激勵訊號係施加於感測發射區塊D，同時量測感測接收區塊A上的感測訊號的變化(Y處)，本案圖33A及圖33B所揭示的是一互電容(mutual-capacitance)量測技術。

圖34係本發明電極之再一示意圖。其係顯示該指紋感測控制電路2130依序或動態地經由該複數個選擇開關2120，將該複數個電極2110規劃為至少四個區塊，該四個區塊分別為感測接收區塊A、第一偏向聚焦區塊B、第二偏向聚焦區塊C與感測發射區塊D。如圖34所示，感測接收區塊A係為電極RX，該第一偏向聚焦區塊B係由該感測接收區塊A周遭之電極D1所組成，該第二偏向聚焦區塊C係由該第一偏向聚焦區塊B周遭之電極D2所組成，該感測發射區塊D係由該第二偏向聚焦區塊C周遭之電極TX所組成。

該指紋感測控制電路2130經由一放大器1405施加感測激勵訊號於該感測發射區塊D之電極，該感測激勵訊號係一交變訊號。該指紋感測控制電路2130將該感測激勵訊號經一電路(放大器1401)而產生一與該感測激勵訊號同相位之偏向聚焦訊號，並將該訊號施加於該第二偏向聚焦區塊C的電極上。該指紋感測控制電路2130並將一參考電位或接地訊號施加於該第一偏向聚焦區塊B的電極上。該指紋感測控制電路2130經由放大器1402接收該感測接收區塊A之電極上的感應訊號，將之輸入一偵測電路俾進行指紋偵測。

本發明於生物特徵辨識裝置2100中建置有複數個電極與複數個開關電路及一指紋感測控制電路，複數個電極可預先佈局建置為三個區塊或可經由複數個開關電路將其規劃為至少三個區塊，其包含有至少一感測區塊、一偏向聚焦區塊、及一收斂穩定區塊。首先於選定之感測區塊電極施加感測訊號，又在偏向聚焦區塊的電極上施加和感測激勵訊號同相之偏向聚焦訊號，不僅可消除彼此間的雜散電容並使感測區塊電極上的電力線聚集而拱高，藉以提升感應靈敏度，加大有效感測距離，增進訊號雜訊比，提昇感測訊號之穩定性與正確性，並巨幅降低指紋感測裝置之成本。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

100‧‧‧生物特徵辨識裝置
110‧‧‧基板
120‧‧‧開關電路暨走線層
130‧‧‧第一絕緣層
140‧‧‧遮蔽電極層
150‧‧‧第二絕緣層
160‧‧‧電極層
170‧‧‧保護層
190,191‧‧‧走線
201‧‧‧感應電極組
S11‧‧‧電極
211‧‧‧感應電極組
S21, S22, S23, S24‧‧‧電極
203、213‧‧‧第一偏向電極組
D11、D12‧‧‧電極
205、215‧‧‧第二偏向電極組
D21、D22‧‧‧電極
217‧‧‧第三偏向電極組
D32‧‧‧電極
1y0~1yp、2y0~2yp、...、my0~myp‧‧‧緯線
1L1~1Lq、2L1~2Lq、...、nL1~nLq‧‧‧經線
1x0~1xi、2x0~2xi、...、nx0~nxi‧‧‧控制訊號
v1、v2、v3、v4‧‧‧經線
h1、h2、h3、h4‧‧‧訊號線
sensing signal‧‧‧感測訊號
ref1‧‧‧第一偏向訊號
ref2‧‧‧第二偏向訊號
Vref‧‧‧特定電位訊號
ref3‧‧‧第三偏向訊號
401‧‧‧開關組
162、1621、1622‧‧‧電極
SW(m,n)、SW(n,x)‧‧‧選擇開關組
810‧‧‧感測驅動電路
820、830、840、850‧‧‧選擇器
G1、G2、G3‧‧‧信號放大器電路
207‧‧‧第三偏向電極組
SW(j,i)‧‧‧選擇開關組
141,142,143,144,145,146,147‧‧‧電晶體
xi‧‧‧控制訊號
yj‧‧‧控制訊號
Cs1,Cs2,Cs3,Cs4‧‧‧電容
iSel1、iSel2、iSel3‧‧‧控制訊號
E(j,i)‧‧‧電極
my‧‧‧緯控制線
nx‧‧‧經控制線
12‧‧‧保護層
14‧‧‧指紋峰
15‧‧‧指紋谷
2100‧‧‧生物特徵辨識裝置
2110‧‧‧電極
2120‧‧‧選擇開關
2130‧‧‧指紋感測控制電路
2123‧‧‧輸入端
2121‧‧‧輸出端
步驟(A)-步驟(E)
A‧‧‧感測區塊
B‧‧‧偏向聚焦區塊
C‧‧‧收斂穩定區塊
D’‧‧‧輔助區塊
410,420,430,440‧‧‧放大器
S(A)‧‧‧電極
D1(B)‧‧‧電極
D2(C)‧‧‧電極
D3‧‧‧電極
710,720,730,810,820,830‧‧‧放大器
2710,2720,2730,1101,1102,1103,1111,1112,1113‧‧‧放大器
S1,S2,S3,D11,D12,D13,D2‧‧‧電極
740,750,1121,1141‧‧‧切換器
1131,1301,1302,1303,1311,1312,1313‧‧‧放大器
D11,D12,D13‧‧‧電極
1321,1322,1323‧‧‧放大器
D21,D22,D23‧‧‧電極
1331‧‧‧切換器
A‧‧‧感測接收區塊
B‧‧‧第一偏向聚焦區塊
C‧‧‧第二偏向聚焦區塊
D‧‧‧感測發射區塊
1401,1402,1405‧‧‧放大器
2100‧‧‧生物特徵辨識裝置
2120‧‧‧選擇開關
2130‧‧‧指紋感測控制電路
2123‧‧‧輸入端
2121‧‧‧輸出端

圖1(A)係本發明一種生物特徵辨識裝置之疊層示意圖。圖1(B)係本發明之開關電路暨走線層與電極層之相對示意圖。圖2係本發明電極層的示意圖。圖3(A)係本發明較佳實施例之電極及選擇開關組之示意圖。圖3(B)係本發明圖3(A)的選擇開關組SW(m,n)之開關元件的組成示意圖。圖3(C)係本發明圖3(A)的選擇開關組SW(m,n)之電路圖。圖4係本發明電極及選擇開關組之運作示意圖。圖5係本發明之電極控制代碼的示意圖。圖6係本發明圖3(A)選擇開關組SW(n,x)的開關元件的組成示意圖。圖7係本發明圖3(A)選擇開關組SW(n,x)的電路圖。圖8係本發明相關偵測訊號產生電路之示意圖。圖9係本發明電極層之另一示意圖。圖10係本發明選擇開關組SW(n,x)的另一個開關元件的組成示意圖。圖11係本發明圖10中選擇開關組的電路圖。圖12係本發明偵測訊號產生電路之另一示意圖。圖13係本發明另一實施例的電極及選擇開關組之示意圖。圖14係本發明圖13中選擇開關組SW(j,i)的電路圖。圖15本發明電極上之另一控制代碼的示意圖。圖16係本發明又一實施例的電極及選擇開關組之示意圖。圖17係本發明圖16電極上之一控制代碼的示意圖。圖18係本發明圖16中選擇開關組SW(m,n)的開關元件的組成示意圖。圖19係本發明圖16選擇開關組SW(m,n)的電路圖。圖20係本發明之生物特徵辨識方法之流程圖。圖21係運用本發明之生物特徵辨識方法的生物特徵辨識裝置之示意圖。圖22A、圖22B係本發明生物特徵辨識裝置之工作原理之示意圖。圖23係本發明電極之一示意圖。圖24係本發明指紋感測控制電路施加感測激勵訊號於該感測區塊之示意圖。圖25係本發明指紋感測控制電路施加感測激勵訊號之另一示意圖。圖26係本發明指紋感測控制電路施加感測激勵訊號之又一示意圖。圖27係本發明之另一驅動電路。圖28係本發明電極之另一示意圖。圖29係本發明之又一驅動電路。圖30係本發明電極之再一示意圖。圖31係本發明之再一驅動電路。圖32係本發明之指紋辨識方法之流程圖。圖33A、圖33B係本發明生物特徵辨識裝置之工作原理之示意圖。圖34係本發明電極之再一示意圖。

201‧‧‧感應電極組

211‧‧‧感應電極組

203、213‧‧‧第一偏向電極組

205、215‧‧‧第二偏向電極組

217‧‧‧第三偏向電極組

S11、162‧‧‧電極

S21,S22,S23,S24‧‧‧電極

D11、D12‧‧‧電極

D21、D22‧‧‧電極

D32‧‧‧電極

Claims

一種生物特徵辨識裝置，包括：一基板；一電極層，佈植於該基板之一側，其包含有複數個電極；一開關電路暨走線層，其包含有複數個選擇開關元件及複數條走線，該複數個選擇開關元件依序或動態地將該複數個電極區分為至少一個感應電極組及相對應之複數個偏向電極組，其中，每一感應電極組對應至少兩個偏向電極組，每一個感應電極組包含至少一個用於感應之電極，每一個偏向電極組包含複數個用於偏向之電極。
如申請專利範圍第1項所述之生物特徵辨識裝置，其中，該複數個選擇開關元件係區分為複數個選擇開關組，每一個選擇開關組係由至少一個開關元件所組成且對應到至少一個電極。
如申請專利範圍第2項所述之生物特徵辨識裝置，其中，該複數條走線之每一走線係電氣交連到至少一個選擇開關組。
如申請專利範圍第1項所述之生物特徵辨識裝置，其更包含一遮蔽電極層，該遮蔽電極層係佈植於該電極層與該開關電路暨走線層之間。
如申請專利範圍第4項所述之生物特徵辨識裝置，其更包含一絕緣層，該絕緣層佈植於該電極層與該遮蔽電極層之間。
如申請專利範圍第1項所述之生物特徵辨識裝置，其中，該複數個選擇開關元件為佈植於該基板上之場效電晶體或薄膜電晶體。
如申請專利範圍第1項所述之生物特徵辨識裝置，其更包含至少一個增益不小於零之信號放大器電路。
如申請專利範圍第7項所述之生物特徵辨識裝置，其中，該至少一個增益不小於零之信號放大器電路的輸入端係電氣交連至一個感應電極組，且其輸出端係電氣交連到至少一個偏向電極組。
如申請專利範圍第7項所述之生物特徵辨識裝置，其中，該至少一個增益不小於零之信號放大器電路係佈植於該基板上或佈植於一積體電路內。
如申請專利範圍第7項所述之生物特徵辨識裝置，其中，該至少一個增益不小於零之信號放大器電路之增益值為可程式調控。
如申請專利範圍第1項所述之生物特徵辨識裝置，其更包含至少一個增益不大於零之信號放大器電路。
如申請專利範圍第11項所述之生物特徵辨識裝置，其中，該至少一個增益不大於零之信號放大器電路的輸入端係電氣交連至一個感應電極組，且其輸出端係電氣交連到至少一個偏向電極組。
如申請專利範圍第11項所述之生物特徵辨識裝置，其中，該至少一個增益不大於零之信號放大器電路係佈植於該基板上或佈植於一積體電路內。
如申請專利範圍第11項所述之生物特徵辨識裝置，其中，該至少一個增益不大於零之信號放大器電路之增益值為可程式調控。
如申請專利範圍第1項所述之生物特徵辨識裝置，其中，位於每一個感應電極組周遭之複數個電極係組合為其相對應之一第一偏向電極組，位於每一個第一偏向電極組周遭之複數個電極係組合為其相對應之一第二偏向電極組。
如申請專利範圍第15項所述之生物特徵辨識裝置，其中，位於每一個第二偏向電極組周遭之複數個電極係組合為該感應電極組相對應之第三偏向電極組。
如申請專利範圍第7或15項所述之生物特徵辨識裝置，其中，該複數個選擇開關將選定之感應電極組上的電氣信號交連到相對應之該至少一個增益不小於零的放大器電路的輸入端，並將該至少一個增益不小於零的放大器電路之輸出信號交連到對應的第一偏向電極組。
如申請專利範圍第11或15項所述之生物特徵辨識裝置，其中，該複數個選擇開關將選定之感應電極組上的電氣信號交連到相對應之至少一個增益不大於零的放大器電路輸入端，並將該至少一個增益不大於零的放大器電路之輸出信號交連到對應的第二偏向電極組。
如申請專利範圍第15項所述之生物特徵辨識裝置，其中，該複數個選擇開關將一第一偏向訊號交連至該第一偏向電極組，該第一偏向訊號係為零電位、正電位、負電位或交變電位訊號。
如申請專利範圍第15項所述之生物特徵辨識裝置，其中，該複數個選擇開關將一第二偏向訊號交連至該第二偏向電極組，該第二偏向訊號係為零電位、正電位、負電位或交變電位訊號。
如申請專利範圍第16項所述之生物特徵辨識裝置，其中，該複數個選擇開關將一第三偏向訊號交連至該第三偏向電極組，該第三偏向訊號係為零電位、正電位、負電位或交變電位訊號。
如申請專利範圍第1項所述之生物特徵辨識裝置，其更包含一保護層，其位於該電極層背對該基板之一側。
一種生物特徵辨識方法，其係運用於一生物特徵辨識裝置中，該物特徵辨識裝置具有複數個電極、複數個選擇開關、及一指紋感測控制電路，該複數個電極係以行列形式佈植於一感測平面，複數個選擇開關分別連接至該複數個電極，以由該指紋感測控制電路切換該複數個選擇開關而控制該複數個電極與該感測電路間之連接及該複數個電極間之連接，該生物特徵辨識方法包含有：該指紋感測控制電路依序或動態地經由該複數個選擇開關，將該複數個電極規劃為至少三個區塊，該至少三個區塊分別為感測區塊、偏向聚焦區塊與收斂穩定區塊，其中，該偏向聚焦區塊係由該感測區塊周遭之電極所組成，該收斂穩定區塊係由該偏向聚焦區塊周遭之電極所組成；該指紋感測控制電路施加一感測激勵訊號於該感測區塊之電極；該指紋感測控制電路施加與該感測激勵訊號同相位之一偏向聚焦訊號於該偏向聚焦區塊的電極上；以及該指紋感測控制電路施加與該感測激勵訊號反相位之一收斂穩定訊號於該收斂穩定區塊的電極上，俾以偵測指紋訊號。
如申請專利範圍第23項所述之生物特徵辨識方法，其中，該感測激勵訊號係一交變訊號。
如申請專利範圍第24項所述之生物特徵辨識方法，其中，施加於該感測區塊電極上之感測激勵訊號受生物體近接擾動，而在相位或振幅產生變異成為感應訊號。(self-capacitance)
如申請專利範圍第25項所述之生物特徵辨識方法，其中，該感應訊號或該感測激勵訊號係經一電路而產生該偏向聚焦訊號。
如申請專利範圍第26項所述之生物特徵辨識方法，其中，該感應訊號或該感測激勵訊號係經一電路而產生與其相反相位之該收斂穩定訊號。
如申請專利範圍第23項所述之生物特徵辨識方法，其中，一直流訊號係施加於該收斂穩定區塊的電極上。
如申請專利範圍第28項所述之生物特徵辨識方法，其中，施加於該收斂穩定區塊之電極上的直流訊號係一參考電位或接地訊號。
如申請專利範圍第27項所述之生物特徵辨識方法，其中，該指紋感測控制電路將該感應訊號輸入一自電容感測電路，俾進行指紋偵測。
如申請專利範圍第27項所述之生物特徵辨識方法，其中，該指紋感測控制電路自該收斂穩定區塊的電極中依序選定至少一個電極，並將該電極上之感應訊號輸入一偵測電路俾進行指紋偵測。(mutual-capacitance)
如申請專利範圍第27項所述之生物特徵辨識方法，其中，該指紋感測控制電路將該收斂穩定區塊的複數個電極電氣連接成一個接收電極，並將該接收電極上之感應訊號輸入一偵測電路俾進行指紋偵測。(mutual-capacitance)
一種生物特徵辨識方法，其係運用於一生物特徵辨識裝置中，該生物特徵辨識裝置具有複數個電極、複數個選擇開關、及一指紋感測控制電路，該複數個電極係以行列形式佈植於一感測平面，複數個選擇開關分別連接至該複數個電極，以由該指紋感測控制電路切換該複數個選擇開關而控制該複數個電極間之連接，該生物特徵辨識方法包含有：該指紋感測控制電路依序或動態地經由該複數個選擇開關，將該複數個電極規劃為至少四個區塊，該四個區塊分別為感測接收區塊、第一偏向聚焦區塊、第二偏向聚焦區塊與感測發射區塊，其中，該第一偏向聚焦區塊係由該感測接收區塊周遭之電極所組成，該第二偏向聚焦區塊係由該第一偏向聚焦區塊周遭之電極所組成，該感測發射區塊係由該第二偏向聚焦區塊周遭之電極所組成；該指紋感測控制電路施加一感測激勵訊號於該感測發射區塊之電極；該指紋感測控制電路施加與該感測激勵訊號同相位之一偏向聚焦訊號於該第二偏向聚焦區塊的電極上；該指紋感測控制電路施加一參考電位或接地訊號於該第一偏向聚焦區塊的電極上；以及該指紋感測控制電路將該感測接收區塊電極上之感應訊號輸入一偵測電路，俾以偵測指紋訊號。
如申請專利範圍第33項所述之生物特徵辨識方法，其中，該感測激勵訊號係一交變訊號。
如申請專利範圍第33項所述之生物特徵辨識方法，其中，該指紋感測控制電路將該感測激勵訊號經一電路而產生該偏向聚焦訊號。