TWI585693B - Touch sensor with multiple biometrics - Google Patents

Description

具有多重生物辨識功能的觸控感測器

一種觸控感測器，尤其是一種具有多重生物辨識功能的觸控感測器，並藉由金屬網格的圖案設計來消除干涉條紋，而提升可見度。

如果電子裝置需要認證使用者，一般作法為設定特定密碼。使用者必須輸入正確的密碼，認證成功後電子裝置才可被使用。近年來，利用指紋辨識裝置來辨識使用者的電子裝置越來越多。因為指紋具有相當高的單一性，亦即，只需要讓指紋辨識裝置記錄使用者的指紋，使用者無須記住特定密碼，因而免於密碼被偷竊或破解的風險。

此外，觸控式面板的應用已經相當普遍，例如平板式電腦(tablet PC)或銀行ATM機台等。若使用者可直接利用觸控式面板做指紋辨識，對使用者而言將會更加方便。

將觸控面板作為手持行動裝置的輸入及顯示介面是已經普遍採用的技術，且大多數是採用投射式電容式觸控面板。這些手持行動裝置為了提高用戶資料的保密性，會配合特定的認證機制來驗證操作者，最常見的作法即是要求使用者需輸入一組正確的預設密碼，若密碼正確方可允許使用者進一步操作。但使用密碼作為認證機制，使用者必須要逐一輸入密碼的各個字元，在操作方面相對較不便利，另一方面，密碼亦可能遭 別人破解、盜用，因此安全性方面亦有待提升。

而生物特徵辨識具有唯一性與不變性，例如指紋、掌紋、人臉、虹膜等，都有專家學者提出相關的理論研究，目前使用在手持行動裝置的生物特徵主要是利用指紋，然而現有技術都只能做單一辨識而且必須使用指紋辨識晶片，而無法單以觸控面板來實現複數生物特徵辨識，因此必須提供一種能實現複數生物特徵辨識的觸控感測器。

但是指紋辨識晶片設置於觸控裝置上時，由於觸控裝置還需設置觸控面板，因此觸控裝置能設置觸控面板的面積會變小，觸控裝置也必須留給足夠大的面積給指紋辨識晶片裝置，造成觸控面板在觸控裝置上的面積受限，也連帶使顯示面板的大小受限。

生物辨識的技術通常有臉部、虹膜、聲紋、指紋、靜脈以及筆跡辨識等，但現有技術都大多只能做單一種類的辨識，以指紋辨識而言，通常都是透過指紋辨識晶片來做指紋辨識，但指紋辨識晶片的感應面積小，只能辨識出指紋，而無法對其他生物特徵同時做辨識，但現今指紋容易被複製，因此只做指紋的單一種類辨識難以保全人身財產與秘密資料。

本發明的主要目的在於提供一種有多重生物辨識功能的觸控感測器，包含有一投射式電容感測單元，當一手指、一手掌、一手部或上述任一組合實質接觸於該投射式電容感測單元時，或該手指、該手掌、該手部或上述任一組合在該投射式電容感測單元的感應範圍時，該投射式電容感測單元之接觸於該手指、該手掌、該手部或上述任一組合的區域形成電容感應；一控制單元，係電性連接於該投射式電容感測單元，用以偵 測該投射式電容感測單元之形成電容感應的分佈區域，並將該投射式電容感測單元之形成電容感應的分佈區域影像化以產生具有複數生物特徵感應圖像的一感應訊息，該等生物特徵感應圖像係包含一指節紋路分佈、一指節輪廓分佈、一手指輪廓分佈、一手掌紋路分佈、一手掌輪廓分佈或上述任一組合的感應圖像；以及一生物特徵辨識單元，係電性連接於該控制單元，內建有一生物特徵辨識資料庫，該生物特徵辨識單元用以判別自該控制單元傳來的該感應訊息中的該等生物特徵感應圖像是否符合已預建於該生物特徵辨識資料庫中的生物特徵感應圖像。

其中，該投射式電容感測單元具有一透光基板、一第一感應電極與一第二感應電極，該第一感應電極與該第二感應電極設置於該透光基板之相對之兩側面，該第一感應電極與該第二感應電極分別具有複數個第一金屬網格與複數個第二金屬網格，該等第一金屬網格與該等第二金屬網格為隔著該透光基板上下相對並相互交錯而共同形成一交錯圖案，其中該等第一金屬網格與該等第二金屬網格，其中該等第一金屬網格與該等第二金屬網格之網格寬度皆介於在1.5~50微米之間。

其中，該等第一金屬網格或該等第二金屬網格的至少其中之一係至少由複數不規則多邊形所組成。

本發明利用投射式電容感測單元之互電容感應的原理，及利用控制單元來偵測投射式電容感測單元產生電容感應的分佈區域，藉以影像化發生電容感應的分佈區域，以產生出具有複數生物特徵感應圖像的感應訊息，以供生物特徵辨識單元做判別比對。

由於投射式電容感測單元的感應面積遠大於指紋辨識晶 片，且利用投射式電容感測單元的多點觸控特性，使本發明能同時辨識指節紋路分佈、指節輪廓分佈、手指輪廓分佈、一手掌紋路分佈、手掌輪廓分佈或上述任一組合，因此使用者能根據物品價值及文件機密性或其他實際需求來選擇辨識的數量，因此不僅達成多重辨識的目的，還提供使用者依據實際需求選擇辨識數目的彈性度。

100‧‧‧具有多重生物辨識功能的觸控感測器

10‧‧‧投射式電容感測單元

11‧‧‧透光基板

13‧‧‧第一感應電極

131‧‧‧第一金屬網格

15‧‧‧第二感應電極

151‧‧‧第二金屬網格

20‧‧‧控制單元

30‧‧‧生物特徵辨識單元

200‧‧‧電子晶片

300‧‧‧手掌

P‧‧‧交錯圖案

X‧‧‧第一方向

Y‧‧‧第二方向

第一A圖為本發明第一實施例的電路方塊示意圖。

第一B圖為本發明第二實施例的電路方塊示意圖。

第二圖為本發明之投射式電容感測單元的剖面示意圖。

第三A圖為第三A圖為本發明之第一與第二感應電極的一實施例示意圖。

第三B圖為第三A圖之第一與第二感應電極配置於透光基板時的透視示意圖。

第四A圖為第四A圖為本發明之第二感應電極的另一實施例示意圖。

第四B圖為第三A圖的第一感應電極與第四A圖之第二感應電極配置於透光基板時的透視示意圖。

第五圖為當手掌接觸於本發明的投射式電容感測單元的上視圖。

第六A圖為投射式電容感測單元感測到第六圖區域A的微觀示意圖。

第六B圖為投射式電容感測單元感測到第六圖區域B的微觀示意圖。

以下配合圖式及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

參閱第一A圖，本發明第一實施例的電路方塊示意圖，參閱第一B圖，本發明第二實施例的電路方塊示意圖。如第一A圖所述，本發明之具有多重生物辨識功能的觸控感測器100主要包含一投射式電容感測單元10、一控制單元20與一生物特徵辨識單元30。其中，該投射式電容感測單元10為互電容感應的電容感測器或其他具有隔空感應的電容感測器。

當一手指、一手掌、一手部或上述任一組合實質接觸於該投射式電容感測單元10時，或該手指、該手掌、該手部或上述任一組合在該投射式電容感測單元10的感應範圍時，該投射式電容感測單元10之接觸於該手指、該手掌、該手部或上述任一組合的區域形成電容感應。

該控制單元20係電性連接於該投射式電容感測單元10，該控制單元20用以偵測該投射式電容感測單元10之形成電容感應的分佈區域，並將該投射式電容感測單元10之形成電容感應的分佈區域影像化，以產生具有複數生物特徵感應圖像的一感應訊息，該等生物特徵感應圖像係包含一指節紋路分佈、一指節輪廓分佈、一手指輪廓分佈、一手掌紋路分佈、一手掌輪廓分佈或上述任一組合的感應圖像，上述的影像化是指將形成電容感應的分佈區域予以數據化或資料化，以統計或擷取電容感應的分佈區域的特徵及特性。

該生物特徵辨識單元30係電性連接於該控制單元20並內建有一生物特徵辨識資料庫，該生物特徵辨識單元30用以判別自該控制單元20傳來的該感應訊息中的該等生物特徵感應圖像是否符合已預建於該生物 特徵辨識資料庫中的生物特徵感應圖像，如有1筆或數筆的生物特徵感應圖像被判別是符合，則進行後續處理或不處理，上述的是以1筆或數筆來作判別或判別符合後是否要進行後續處理視實際需求而定，在此僅是說明用的實例而已，並非用以限制本發明的範圍。

本發明的一實施例中，如第一A圖所示，該控制單元20與該生物特徵辨識單元30係為各自獨立的電子晶片，例如觸控晶片及微處理器；或者，該控制單元20與該生物特徵辨識單元30係整合於單一電子晶片200中，例如為微處理器的電子晶片200，如第一B圖所示。

其中該投射式電容感測單元10係主要包含一透光基板11、一第一感應電極13與一第二感應電極15。

參與第二圖，本發明之投射式電容感測單元的剖面示意圖，參閱第三A圖，第三A圖為本發明之第一與第二感應電極的一實施例示意圖，參閱第三B圖，第三B圖為第三A圖之第一與第二感應電極配置於透光基板時的透視示意圖。

如第三A圖所示，並請參考第二圖，該第一感應電極13與該第二感應電極15設置於該透光基板11之相對之兩側面，該第一感應電極13與該第二感應電極15分別具有複數個第一金屬網格131與複數個第二金屬網格151，該等第一金屬網格131與該等第二金屬網格151為隔著該透光基板11上下相對並相互交錯而共同形成一交錯圖案P(如第三B圖所示)，其中該等第一金屬網格131與該等第二金屬網格151之任一網格寬度係介於在1.5~50微米之間，該等第一金屬網格131或該等第二金屬網格151的至少其中之一係至少由複數不規則多邊形所組成；或者，該等第一金屬網格131與該 等第二金屬網格151之網格寬度係介於在25~50微米之間。

該第一感應電極13係設置於透光基板11上並沿一第一方向X延伸，且該第一感應電極13包括複數個第一金屬網格(metal mesh)131；而該第二感應電極15係設置於透光基板11上並沿一第二方向Y延伸，且第二感應電極15包括複數個第二金屬網格151。第一方向X較佳係大體上垂直於第二方向，但並不以此為限。

該等第一金屬網格131或該等第二金屬網格151格利用黃光微影的方式將銅箔基板蝕刻而成，其中該等第一金屬網格131或該等第二金屬網格151之線路寬度在3~7微米。

其中，該等第一金屬網格131或該等第二金屬網格151的至少其中之一係至少由複數不規則多邊形所組成。較佳的，該等不規則多邊形主要包含複數不規則六邊形，如第三A圖所示，該等不規則六邊形大致上並不相同；要注意的是，上述的不規則多邊形並不限於不規則六邊形，在此僅是說明用的實例而已，並非用以限制本發明的範圍，亦即只要是不規則多邊形都落入本發明的範圍之內，如不規則三邊形、不規則四邊形、不規則五邊形及不規則多邊形都落入本發明的範圍之內。

而該交錯圖案P至少包含複數不規則三邊形、複數不規則四邊形、複數不規則六邊形或上述任一組合。

本發明的一較佳實施例中，該等不規則多邊形是主要包含複數不規則六邊形與複數不規則五邊形。

參閱第四A圖，第四A圖為本發明之第二感應電極的另一實施例示意圖，參閱第四B圖，第四B圖為第三A圖的第一感應電極與第四A 圖之第二感應電極配置於透光基板時的透視示意圖。

如第四A圖~第四B圖所示，當該等第一金屬網格131或該等第二金屬網格151之其中之一係由該等不規則多邊形所組成時，例如該等第一金屬網格131是第三A圖的形式時，該等第一金屬網格131或該等第二金屬網格151之其中另一係為複數規則四邊形、複數不規則四邊形、複數規則六邊形或複數不規則六邊形，在此是以複數不規則四邊形舉例說明，如第四A圖所示的該第二感應電極15係為複數不規則四邊形，而當第三A圖的第一感應電極131與第四A圖之第二感應電極151所形成的交錯圖案P請參第四B圖所示。

參閱第五圖，第五圖為當手掌接觸於本發明的投射式電容感測單元的上視圖，參閱第六A圖，第六A圖為投射式電容感測單元感測到第六圖區域A的微觀示意圖，參閱第六B圖，第六A圖為投射式電容感測單元感測到第六圖區域B的微觀示意圖。

如第五圖所示，當手掌300碰觸於投射式電容感測單元10上時，第五圖的區域A，也就是手掌的姆指部分在投射式電容感測單元10所顯示的感應圖像如第六A圖，也就是第一感應電極13與該第二感應電極15與指紋的波峰接觸的金屬網格會發生電容感應(非空白區)，而第一感應電極13與該第二感應電極15未與指紋的波谷接觸的金屬網格會則不會發生電容感應(空白區)，因此投射式電容感測單元10之形成電容感應的分佈區域會概如指節紋路的分佈，由於每個人指節紋路的分佈不同，因此第一感應電極13與該第二感應電極15的金屬網格會產生電容感應的區域也不同，藉以來辨識是否是符合預建的指節紋路，同樣的，第五圖的區域B，也就是手指的 部分指節，在該投射式電容感測單元10所顯示的感應圖像如第六B圖，有關手指輪廓分佈、手掌輪廓分佈或者與手掌紋路分佈等等感應圖像之感測方式及辨識原理方式，請參上述，在此不再贅述。

綜上所述，生物辨識的技術通常有臉部、虹膜、聲紋、指紋、靜脈以及筆跡辨識等，但現有技術都大多只能做單一種類的辨識，以指紋辨識而言，通常是藉由指紋辨識晶片來做指紋辨識，但指紋辨識晶片的感應面積小，只能辨識出指紋，而無法對其他生物特徵同時做辨識，但現今指紋容易被複製，因此只做指紋的單一種類辨識難以保全人身財產與秘密資料。

而本發明利用投射式電容感測單元之互電容感應的原理，及利用控制單元來偵測投射式電容感測單元產生電容感應的分佈區域，藉以影像化發生電容感應的分佈區域，以產生出具有複數生物特徵感應圖像的感應訊息，以供生物特徵辨識單元30做判別比對。

由於投射式電容感測單元的感應面積遠大於指紋辨識晶片，且利用投射式電容感測單元的多點觸控特性，使本發明能同時辨識指節紋路分佈、指節輪廓分佈、手指輪廓分佈、手掌紋路分佈、手掌輪廓分佈或上述任一組合，因此使用者能根據物品價值及文件機密性或其他實際需求來選擇辨識的數量，因此不僅達成多重辨識的目的，還提供使用者依據實際需求選擇辨識數目的彈性度。。

尤其，本案以投射式電容感測單元來感測多重生物特徵，因此不須另外設置指紋辨識晶片，當裝設於手持式觸控裝置時，能實現一種極窄邊框或無邊框的手持式觸控裝置設計，使觸控裝置的硬體設計及配置 更具彈性及美觀性。

本發明的另一特點在於利用金屬網格而非透明電極來做感應電極，現有的投射式電容感測單元通常不會使用金屬網格來做為感應電極，因為金屬網格的成本雖然便宜，但是當金屬網格與彩色濾光片的遮光層(Black Matrix)平行重疊時會產生Moire干涉條紋，因而影響可見度

為了突破此種限制，因此，本發明案更提出一種具有不規則圖案設計的金屬網格，由於不規則圖案設計的金屬網格能可避免與彩色濾光片的遮光層(Black Matrix)平行重疊，因此可消除Moire干涉條紋，不影響可見度，使得金屬網格作為感應電極使用不僅變得可行，同時能降低成本，尤其金屬網格亦提供優異的抗電磁干擾的效果。

綜上所述，本發明能提供大範圍的辨識範圍因而有效辨識複數生物特徵，且可無需依據顯示面板之薄膜電晶體陣列排列，即可於觸控面板與顯示面板貼合後，避免干涉紋現象的發生，藉以降低製作成本，讓產品更具競爭力。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

100‧‧‧具有多重生物辨識功能的觸控感測器

10‧‧‧投射式電容感測單元

11‧‧‧透光基板

13‧‧‧第一感應電極

15‧‧‧第二感應電極

20‧‧‧控制單元

30‧‧‧生物特徵辨識單元

Claims (7)

1. 一種具有多重生物辨識功能的觸控感測器，包含：一投射式電容感測單元，當一手指、一手掌、一手部或上述任一組合實質接觸於該投射式電容感測單元時，或該手指、該手掌、該手部或上述任一組合在該投射式電容感測單元的感應範圍時，該投射式電容感測單元之接觸於該手指、該手掌、該手部或上述任一組合的區域形成電容感應；一控制單元，係電性連接於該投射式電容感測單元，用以偵測該投射式電容感測單元之形成電容感應的分佈區域，並將該投射式電容感測單元之形成電容感應的分佈區域影像化以產生具有複數生物特徵感應圖像的一感應訊息，該等生物特徵感應圖像係包含一指節紋路分佈、一指節輪廓分佈、一手指輪廓分佈、一手掌紋路分佈、一手掌輪廓分佈或上述任一組合的感應圖像；以及一生物特徵辨識單元，係電性連接於該控制單元，內建有一生物特徵辨識資料庫，該生物特徵辨識單元用以判別自該控制單元傳來的該感應訊息中的該等生物特徵感應圖像是否符合已預建於該生物特徵辨識資料庫中的生物特徵感應圖像；其中，該投射式電容感測單元具有一透光基板、一第一感應電極與一第二感應電極，該第一感應電極與該第二感應電極設置於該透光基板之相對之兩側面，該第二感應電極與該第二感應電極分別具有複數個第一金屬網格與複數個第二金屬網格，該等第一金屬網格與該等第二金屬網格為隔著該透光基板上下相對並相互交錯而共同形成一交錯圖案，其中該 等第一金屬網格與該等第二金屬網格之網格寬度皆介於在1.5~50微米之間，但不包含20~50微米；其中，該等第一金屬網格或該等第二金屬網格的至少其中之一係至少由複數不規則多邊形所組成，且該等不規則多邊形係由複數不規則六邊形或複數不規則六邊形與複數不規則五邊形所組成。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之具有多重生物辨識功能的觸控感測器，其中該投射式電容感測單元為互電容感應的電容感測器。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之具有多重生物辨識功能的觸控感測器，其中該控制單元與該生物特徵辨識單元係整合於單一電子晶片中。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之具有多重生物辨識功能的觸控感測器，其中該控制單元與該生物特徵辨識單元係為各自獨立的電子晶片。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之具有多重生物辨識功能的觸控感測器，其中該等第一金屬網格或該等第二金屬網格利用黃光微影的方式將銅箔基板蝕刻而成，其中該等第一金屬網格或該等第二金屬網格之線路寬度在3~7微米之間。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之具有多重生物辨識功能的觸控感測器，其中該交錯圖案至少包含複數不規則三邊形、複數不規則四邊形、複數不規則六邊形或上述任一組合。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之具有多重生物辨識功能的觸控感測器，其中影像化是將形成電容感應的分佈區域予以數據化或資料化。