TW202028949A - 整合觸控及指紋採集之光學感測方法、觸控顯示裝置及資訊處理裝置 - Google Patents

整合觸控及指紋採集之光學感測方法、觸控顯示裝置及資訊處理裝置 Download PDF

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一種整合觸控及指紋採集之光學感測方法，用以實現在一光學感測器陣列上，該方法包括：依一應用程式決定一感測模式；以及當該感測模式為一指紋感測模式時，在該光學感測器陣列中選定一指紋感測區以執行一指紋感測程序；當該感測模式為一觸控感測模式時，在該光學感測器陣列中定義出一觸控陣列，並對該觸控陣列執行一觸控感測程序；以及當該感測模式為一指紋兼觸控感測模式時，對該光學感測器陣列中的一第一區執行一指紋感測程序，及在該光學感測器陣列的該第一區以外的一第二區中定義出一觸控區，並對該觸控區執行一觸控感測程序。

Description

整合觸控及指紋採集之光學感測方法、觸控顯示裝置及資訊處理裝置
本發明係有關於一種觸控感測及指紋感測之方法，特別是關於一種整合光學觸控感測及光學指紋感測之方法。
隨著行動裝置的普及與蓬勃發展，觸控顯示面板已經成為不可或缺的零組件。另外，在最新的趨勢中，指紋識別亦已成為必備的功能。
另外，在一般OLED(organic light emitting diode；有機發光二極體)顯示面板中，係以一電容式觸控晶片偵測面板上的一感測電極陣列的電容值來提供觸摸控制功能，以及以一讀出晶片採集面板上的另外一層光二極體感測陣列的光感測信號來提供指紋識別功能。
請參照圖1a-b，其中，圖1a繪示具有一電容式觸控感測功能及一光學式指紋採集功能之一習知OLED顯示裝置的示意圖，其中，該習知OLED顯示裝置在一面板10的底端設置一電容式觸控晶片11以偵測面板10上的一感測電極陣列(未示於圖中)的電容值，及在頂端設置一讀出晶片12以採集面板10上的另外一層光二極體感測陣列(未示於圖中)的光感測信號；以及圖1b繪示具有一電容式觸控感測功能及一光學式指紋採集功能之另一習知OLED顯示裝置的示意圖，其中，該習知OLED顯示裝置在一面板10的底端設置一電容式觸控晶片11以偵測面板10上的一感測電極陣列(未示於圖中)的電容值，及設置一讀出晶片12以採集面板10上的另外一層光二極體感測陣列(未示於圖中)的光感測信號。
然而，在面板10上同時設置一層感測電極陣列及一層光二極體感測陣列會增加成本。另外，由於須將電容式觸控晶片11和讀出晶片12兩個晶片打線(bonding)到面板10上以和該層感測電極陣列及該層光二極體感測陣列連接， OLED顯示裝置的機構設計難度也會增加。
為解決上述的問題，本領域亟需一新穎的整合光學觸控感測及光學指紋感測之方法。
本發明之一目的在於揭露一種整合觸控及指紋採集之光學感測方法，其可藉由一層光二極體感測陣列既提供一觸控感測功能又提供一指紋採集功能以降低面板之走線複雜度及簡化晶片之配置問題。
本發明之另一目的在於揭露一種整合觸控及指紋採集之光學感測方法，其可藉由以兩種不同感測解析度偵測一層光二極體感測陣列以分別提供一觸控感測功能及一指紋採集功能。
本發明之又一目的在於揭露一種整合觸控及指紋採集之光學感測方法，其可藉由在一層光二極體感測陣列的兩個區域上定義兩種不同的感測解析度，以在所述的兩個區域中分別提供一指紋採集功能及一觸控感測功能。
為達前述目的，一種整合觸控及指紋採集之光學感測方法乃被提出，其係以一控制電路規劃並驅動一光學感測器陣列而實現，且該光學感測器陣列具有一第一解析度，該方法包括：
依一應用程式決定一感測模式以執行一指紋感測程序及/或一觸控感測程序，該感測模式包括一指紋感測模式、一觸控感測模式及一指紋兼觸控感測模式；以及
當該感測模式為所述指紋感測模式時，在該光學感測器陣列中選定一指紋感測區以執行所述的指紋感測程序；當該感測模式為所述觸控感測模式時，在該光學感測器陣列中定義出一觸控陣列，並對該觸控陣列執行所述的觸控感測程序，其中該觸控陣列具有一第二解析度，且該第二解析度低於該第一解析度；以及當該感測模式為所述指紋兼觸控感測模式時，對該光學感測器陣列中的一第一區執行所述的指紋感測程序，及在該光學感測器陣列的該第一區以外的一第二區中定義出一觸控區，並對該觸控區執行所述的觸控感測程序，其中該觸控區具有一第三解析度，且該第三解析度低於該第一解析度。
在一實施例中，該觸控陣列或該觸控區均係由該光學感測器陣列的複數個光學感測器中抽點而形成。
在一實施例中，該觸控陣列或該觸控區的各觸控點均係由對該光學感測器陣列的複數個光學感測器進行一併接操作而形成。
在一實施例中，該併接操作係藉由使該光學感測器陣列的複數行同時導通而實現。
在一實施例中，該併接操作係利用一連接電路實現。
為達前述目的，本發明進一步提出一種觸控顯示裝置，其具有一觸控顯示驅動電路及一觸控顯示面板，該觸控顯示驅動電路係用以驅動該觸控顯示面板以實現前述之整合觸控及指紋採集之光學感測方法，其中該觸控顯示面板具有所述之光學感測器陣列，且該觸控顯示驅動電路包含所述控制電路。
另外，本發明亦提出一種資訊處理裝置，其具有前述之觸控顯示裝置以提供一整合觸控及指紋採集之光學感測功能。
在可能的實施例中，所述的資訊處理裝置可為一智慧型手機或一可攜式電腦裝置。
為使　貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明後。
請參照圖2，其繪示本發明之整合觸控及指紋採集之光學感測方法之一實施例流程圖，其中，該光學感測方法係以一控制電路規劃並驅動一光學感測器陣列而實現，且該光學感測器陣列具有一第一解析度。
如圖2所示，該方法包括以下步驟：
步驟a：依一應用程式決定一感測模式以執行一指紋感測程序及/或一觸控感測程序，該感測模式包括一指紋感測模式、一觸控感測模式及一指紋兼觸控感測模式；以及
步驟b：當該感測模式為所述指紋感測模式時，在該光學感測器陣列中選定一指紋感測區以執行所述的指紋感測程序；當該感測模式為所述觸控感測模式時，在該光學感測器陣列中定義出一觸控陣列，並對該觸控陣列執行所述的觸控感測程序，其中該觸控陣列具有一第二解析度，且該第二解析度低於該第一解析度；以及當該感測模式為所述指紋兼觸控感測模式時，對該光學感測器陣列中的一第一區執行所述的指紋感測程序，及在該光學感測器陣列的該第一區以外的一第二區中定義出一觸控區，並對該觸控區執行所述的觸控感測程序，其中該觸控區具有一第三解析度，且該第三解析度低於該第一解析度。
另外，在一實施例中，在步驟b所述的觸控陣列及觸控區均可由該光學感測器陣列的複數個光學感測器中抽點而形成。
另外，在一實施例中，在步驟b所述的觸控陣列及觸控區的各觸控點均可由對該光學感測器陣列的複數個光學感測器進行一併接操作而形成，且該併接操作可藉由使該光學感測器陣列的複數行同時導通或藉由一連接電路實現。
以下將說明本發明的原理：
一般而言，指紋感測的解析度要求比觸控感測高。例如，一指紋圖像的像素尺寸要求通常約為長50微米、寬50微米，而一基本觸控感測元件的尺寸要求約為長4000微米、寬4000微米。另外，觸控感測的掃描頻率要求則比指紋感測高。例如，一般觸控感測的掃描頻率約為30~90赫茲，而指紋感測的掃描頻率則約為1~20赫茲。
請參照圖3，其為本發明所採之一光學感測裝置示意圖，其中，該光學感測裝置包含圖2的方法所採用的所述光學感測器陣列及控制電路。如圖3所示，該光學感測裝置具有一光學感測器陣列100及包含一閘極驅動電路110和一讀出晶片120之一控制電路，其中，光學感測器陣列100具有複數個感測像素，各所述感測像素均具有一開關元件101、一電容102及一光感測二極體103，各電容102係用以將與其搭配之一光感測二極體103依一亮度所產生的電流信號轉成一電壓信號，且各開關元件101係受一閘極信號GI之控制，I為1至整數N中之任一數，以將一所述電壓信號輸出至讀出晶片120之一輸入端SJ，J為1至整數M中之任一數。
於操作時，若將光學感測器陣列100全部掃描一遍，則所需掃描時間可表示為：
掃描時間= (總行數*總列數/NAFE )* TAFE *2+ TEXP ，其中，NAFE 為讀出晶片120同時採集信號之類比前端(Analog Front End；AFE)通道數，例如為 200；TAFE 為讀出晶片120之類比前端採集信號一次花費時間，因受限雜訊要求，其通常為微秒等級，一般為50微秒；TEXP 為光二極體感測器之曝光時間，通常為毫秒等級，在觸控感測之應用時可選1~10毫秒，例如5毫秒；倍數2是因為光學採集時需要三步完成：第一步將光二極體感測器進行歸零；第二步使光二極體感測器曝光；及第三步採集光二極體感測器所產生的信號。
請參照圖4a，其繪示一手指在一光學感測器陣列100上的一局部區域100a進行一觸摸操作時，整個光學感測器陣列100都被掃描的示意圖，其中，各感測像素均以黑點代表有被開啟掃描。假設光學感測器陣列100的總行數=2560，而總列數=1440，則根據以上的公式及參數，可計算得到掃描時間=1.8482s。然而，此掃描時間對於觸控來說是無法接受的。對此，本發明提出兩種解決方案：
方案一：
降低採集感測像素的個數。例如，請參照圖4b，其繪示一手指在一光學感測器陣列100上的一局部區域100a進行一觸摸操作時，光學感測器陣列100被挑點掃描的示意圖，其中，黑點代表有被開啟掃描的感測像素，白點代表未被開啟掃描的感測像素。如圖4b所示，在此挑點掃描的過程中，由於只採集光學感測器陣列100的奇數行和奇數列，故資料量可降低為1/4，所需時間也可相應減少。另外，若我們選取的列數等於讀出晶片120的通道數，則掃描時間便和行數成正比。例如，當列數=200，行數=32時，掃描時間只需要32*50us*2+5ms=8.2ms，也就是說，對應的掃描頻率可達約為122Hz，足可符合觸控掃描的需求。
另外，對將閘極驅動電路製作在玻璃基板上的傳統的GOA(gate on array；閘極驅動電路基板)而言，由於其在進行驅動掃描操作時只能從第一行開始掃描，因此無法實現對於行方向的抽點操作。在此情況下，我們可以將螢幕分成多個子屏，需要抽多少行，就將螢幕分成多少個子屏，這樣，每個子屏都可以獨立控制；或者只對被選取行進行正常掃描，對其他無效行則進行快速掃描以節省時間；或者兩種方法結合使用。
方案二：
由於觸控掃描頻率要求高，因此光二極體曝光時間相對較短，信號量較小。對此，我們可以在GOA驅動掃描各子屏的過程中，啟動all gate on（使子屏中所有的閘極均打開）的功能。這樣，在讀出晶片120內的AFE的一次信號採集中，不僅僅是採集一個感測像素的信號量，而是採集子屏中一列感測像素的信號量，也就是說，增大了信號量。
另外，我們也可以利用一連接電路一次將連接同一個AFE的多個開關同時打開來增加信號量。請參照圖5，其為在圖3的光學感測裝置中增設一連接電路130的示意圖。如圖5所示，藉由連接電路130的開關動作，將可決定讀出晶片120內各類比前端電路121所接收的輸入端SJ 的數目，從而實現所述的併接操作。
通過以上方案，我們可以在光學photodiode sensor array的基礎上，不需要做太多改動就可以相容光學touch方案，實現了光學指紋和光學touch的集成。降低了生產成本，且降低了與panel的貼合難度。
依上述的說明，本發明進一步揭示一種觸控顯示裝置。請參照圖6，其繪示本發明之觸控顯示裝置之一實施例方塊圖。如圖6所示，一觸控顯示裝置200包括一觸控顯示驅動電路210及一觸控顯示面板220，其中觸控顯示驅動電路210係用以驅動觸控顯示面板220，觸控顯示面板220具有圖2之方法流程所述之光學感測器陣列，且觸控顯示驅動電路210包含圖2之方法流程所述之控制電路以實現所述之整合觸控及指紋採集之光學感測方法。
另外，本發明亦揭示一種資訊處理裝置，其包括圖6所示之觸控顯示裝置200以提供一整合觸控及指紋採集之光學感測功能，其中，該資訊處理裝置可為一智慧型手機或一可攜式電腦裝置。
藉由前述所揭露的設計，本發明乃具有以下的優點：
1.本發明的整合觸控及指紋採集之光學感測方法可藉由一層光二極體感測陣列既提供一觸控感測功能又提供一指紋採集功能，以降低面板之走線複雜度及簡化晶片之配置問題。
2.本發明的整合觸控及指紋採集之光學感測方法可藉由以兩種不同感測解析度偵測一層光二極體感測陣列，以分別提供一觸控感測功能及一指紋採集功能。
3.本發明的整合觸控及指紋採集之光學感測方法可藉由在一層光二極體感測陣列的兩個區域上定義兩種不同的感測解析度，以在所述的兩個區域中分別提供一指紋採集功能及一觸控感測功能。
本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。
綜上所陳，本案無論目的、手段與功效，皆顯示其迥異於習知技術，且其首先發明合於實用，確實符合發明之專利要件，懇請　貴審查委員明察，並早日賜予專利俾嘉惠社會，是為至禱。
10:面板11:電容式觸控晶片12:讀出晶片100:光學感測器陣列100a:局部區域101:開關元件102:電容103:光感測二極體110:閘極驅動電路120:讀出晶片121:類比前端電路130:連接電路200:觸控顯示裝置210:觸控顯示驅動電路220:觸控顯示面板步驟a:依一應用程式決定一感測模式以執行一指紋感測程序及/或一觸控感測程序，該感測模式包括一指紋感測模式、一觸控感測模式及一指紋兼觸控感測模式步驟b:當該感測模式為所述指紋感測模式時，在該光學感測器陣列中選定一指紋感測區以執行所述的指紋感測程序；當該感測模式為所述觸控感測模式時，在該光學感測器陣列中定義出一觸控陣列，並對該觸控陣列執行所述的觸控感測程序，其中該觸控陣列具有一第二解析度，且該第二解析度低於該第一解析度；以及當該感測模式為所述指紋兼觸控感測模式時，對該光學感測器陣列中的一第一區執行所述的指紋感測程序，及在該光學感測器陣列的該第一區以外的一第二區中定義出一觸控區，並對該觸控區執行所述的觸控感測程序，其中該觸控區具有一第三解析度，且該第三解析度低於該第一解析度
圖1a繪示具有一電容式觸控感測功能及一光學式指紋採集功能之一習知OLED顯示裝置的示意圖。 圖1b繪示具有一電容式觸控感測功能及一光學式指紋採集功能之另一習知OLED顯示裝置的示意圖 圖2繪示本發明之整合觸控及指紋採集之光學感測方法之一實施例流程圖。 圖3為本發明所採之一光學感測裝置示意圖。 4a繪示一手指在圖3之一光學感測器陣列上的一局部區域進行一觸摸操作時，整個光學感測器陣列都被掃描的示意圖。 圖4b繪示一手指在圖3之一光學感測器陣列上的一局部區域進行一觸摸操作時，光學感測器陣列被挑點掃描的示意圖。 圖5為在圖3的光學感測裝置中增設一連接電路的示意圖。 圖6繪示本發明之觸控顯示裝置之一實施例方塊圖。
步驟a:依一應用程式決定一感測模式以執行一指紋感測程序及/或一觸控感測程序，該感測模式包括一指紋感測模式、一觸控感測模式及一指紋兼觸控感測模式
步驟b:當該感測模式為所述指紋感測模式時，在該光學感測器陣列中選定一指紋感測區以執行所述的指紋感測程序；當該感測模式為所述觸控感測模式時，在該光學感測器陣列中定義出一觸控陣列，並對該觸控陣列執行所述的觸控感測程序，其中該觸控陣列具有一第二解析度，且該第二解析度低於該第一解析度；以及當該感測模式為所述指紋兼觸控感測模式時，對該光學感測器陣列中的一第一區執行所述的指紋感測程序，及在該光學感測器陣列的該第一區以外的一第二區中定義出一觸控區，並對該觸控區執行所述的觸控感測程序，其中該觸控區具有一第三解析度，且該第三解析度低於該第一解析度

Claims (10)

  1. 一種整合觸控及指紋採集之光學感測方法，係以一控制電路規劃並驅動一光學感測器陣列而實現，且該光學感測器陣列具有一第一解析度，該方法包括:    依一應用程式決定一感測模式以執行一指紋感測程序及/或一觸控感測程序，該感測模式包括一指紋感測模式、一觸控感測模式及一指紋兼觸控感測模式；以及   當該感測模式為所述指紋感測模式時，在該光學感測器陣列中選定一指紋感測區以執行所述的指紋感測程序；當該感測模式為所述觸控感測模式時，在該光學感測器陣列中定義出一觸控陣列，並對該觸控陣列執行所述的觸控感測程序，其中該觸控陣列具有一第二解析度，且該第二解析度低於該第一解析度；以及當該感測模式為所述指紋兼觸控感測模式時，對該光學感測器陣列中的一第一區執行所述的指紋感測程序，及在該光學感測器陣列的該第一區以外的一第二區中定義出一觸控區，並對該觸控區執行所述的觸控感測程序，其中該觸控區具有一第三解析度，且該第三解析度低於該第一解析度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之整合觸控及指紋採集之光學感測方法，其中該觸控陣列或該觸控區均係由該光學感測器陣列的複數個光學感測器中抽點而形成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之整合觸控及指紋採集之光學感測方法，其中該觸控陣列或該觸控區的各觸控點均係由對該光學感測器陣列的複數個光學感測器進行一併接操作而形成。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之整合觸控及指紋採集之光學感測方法，其中該併接操作係藉由使該光學感測器陣列的複數行同時導通而實現。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之整合觸控及指紋採集之光學感測方法，其中該併接操作係利用一連接電路實現。
  6. 一種整合觸控及指紋採集之光學感測方法，用以實現在一光學感測器陣列上，該方法包括：     依一應用程式決定一感測模式；以及     當該感測模式為一指紋感測模式時，在該光學感測器陣列中選定一指紋感測區以執行一指紋感測程序；當該感測模式為一觸控感測模式時，在該光學感測器陣列中定義出一觸控陣列，並對該觸控陣列執行一觸控感測程序；以及當該感測模式為一指紋兼觸控感測模式時，對該光學感測器陣列中的一第一區執行一指紋感測程序，及在該光學感測器陣列的該第一區以外的一第二區中定義出一觸控區，並對該觸控區執行一觸控感測程序。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之整合觸控及指紋採集之光學感測方法，其中該觸控陣列或該觸控區的各觸控點均係由對該光學感測器陣列的複數個光學感測器進行一抽點操作或一併接操作而形成。
  8. 一種觸控顯示裝置，其具有一觸控顯示驅動電路及一觸控顯示面板，其中，該觸控顯示驅動電路係用以驅動該觸控顯示面板以實現如申請專利範圍第1至7項中任一項之所述之整合觸控及指紋採集之光學感測方法，其中該觸控顯示面板具有所述之光學感測器陣列，且該觸控顯示驅動電路包含所述控制電路。
  9. 一種資訊處理裝置，其具有如申請專利範圍第8項所述之觸控顯示裝置以提供一整合觸控及指紋採集之光學感測功能。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之資訊處理裝置，其係一智慧型手機或一可攜式電腦裝置。
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