TWI715378B - 具有喚醒功能的指紋辨識裝置與相關的驅動方法 - Google Patents

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Abstract

指紋辨識裝置包含訊號走線、感測矩陣、第一電極與控制電路。感測矩陣至少部分被訊號走線所圍繞。控制電路耦接於訊號走線、第一電極與感測矩陣。控制電路用於在一第一操作模式中偵測訊號走線和第一電極之間的電容值以產生一偵測結果，並依據偵測結果判斷一物體是否接近於感測矩陣。若控制電路判斷物體接近於感測矩陣，則控制電路自第一操作模式切換至一第二操作模式。控制電路還用於在第二操作模式中透過訊號走線驅動感測矩陣產生多個感測訊號，且控制電路還用於依據多個感測訊號計算一感測圖像。

Description

具有喚醒功能的指紋辨識裝置與相關的 驅動方法
本揭示文件有關一種指紋辨識裝置，尤指一種具有喚醒功能的指紋辨識裝置。
主流的手機、筆記型電腦等等消費性電子裝置通常會搭載指紋辨識模組以增進安全性，且使用者可以透過指紋辨識模組喚醒顯示器、鍵盤與觸控面板等其他電路。不過，指紋辨識模組往往會維持於工作狀態以即時回應使用者的觸碰，造成了電子裝置可觀的電力消耗。
本揭示文件提供一種指紋辨識裝置，其包含訊號走線、感測矩陣、第一電極與控制電路。感測矩陣至少部分被訊號走線所圍繞。控制電路耦接於訊號走線、第一電極與感測矩陣。控制電路用於在一第一操作模式中偵測訊號走線和第一電極之間的電容值以產生一偵測結果，並 依據偵測結果判斷一物體是否接近於感測矩陣。若控制電路判斷物體接近於感測矩陣，則控制電路自第一操作模式切換至一第二操作模式。控制電路還用於在第二操作模式中透過訊號走線驅動感測矩陣產生多個感測訊號，且控制電路還用於依據多個感測訊號計算一感測圖像。
本揭示文件提供另一種指紋辨識裝置，其包含訊號走線、感測矩陣、第一測試墊、第二測試墊與控制電路。感測矩陣至少部分被訊號走線所圍繞。控制電路耦接於訊號走線、第一測試墊、第二測試墊與感測矩陣。控制電路用於在一第一操作模式中偵測第一測試墊和第二測試墊之間的電容值以產生一偵測結果，並依據偵測結果判斷一物體是否接近於感測矩陣。若控制電路判斷物體接近於感測矩陣，則控制電路自第一操作模式切換至一第二操作模式。控制電路用於在第二操作模式中提供一驅動電壓至訊號走線以驅動感測矩陣產生多個感測訊號，且控制電路還用於依據多個感測訊號計算一感測圖像。
本揭示文件提供一種適用於一指紋辨識裝置的驅動方法，其包含以下流程：於一第一操作模式中，偵測指紋辨識裝置的一訊號走線和指紋辨識裝置的一第一電極之間的電容值以產生一偵測結果；依據偵測結果判斷一物體是否接近於指紋辨識裝置的一感測矩陣，且感測矩陣至少部分被訊號走線所圍繞，若物體接近於感測矩陣，則自第一操作模式切換至一第二操作模式；於第二操作模式中，驅動感測矩陣產生多個感測訊號；依據多個感測訊號 產生一感測圖像。
本揭示文件提供另一種適用於一指紋辨識裝置的驅動方法，其包含以下流程：於一第一操作模式中，偵測該指紋辨識裝置的一第一測試墊和該指紋辨識裝置的一第二測試墊之間的電容值以產生一偵測結果，且該指紋辨識裝置的一雷射切割區域將該第一測試墊與該第二測試墊電性隔離於該指紋辨識裝置的一感測矩陣；依據偵測結果判斷一物體是否接近於感測矩陣，若物體接近於感測矩陣，則自第一操作模式切換至一第二操作模式；於第二操作模式中，驅動感測矩陣產生多個感測訊號，且訊號走線耦接於感測矩陣；依據多個感測訊號產生一感測圖像。
上述的指紋辨識裝置與驅動方法能節省電力消耗。
100:指紋辨識裝置
101:軟性電路板
103:接腳
110:控制電路
120:網格電極
130:感測矩陣
140a:第一訊號走線
140b:第二訊號走線
210:電晶體
212:源極
214:汲極
216:閘極
218:半導體層
GI:閘極絕緣層
220:感光元件
SB:基板
BF:緩衝層
IN1:第一絕緣層
VA1:第一通孔
VA2:第二通孔
VA3:第三通孔
PT:保護層
300、600、700:驅動方法
S302~S312、S602、S702:流程
400:指紋辨識裝置
410a~410f:測試墊
420:雷射切割區域
500:指紋辨識裝置
510a~510f:測試墊
A-A’:剖線
第1圖為根據本揭示文件一實施例的指紋辨識裝置簡化後的示意圖。
第2圖為沿第1圖中剖線A-A’簡化後的剖面示意圖。
第3圖為依據本揭示文件一實施例的驅動方法的流程圖。
第4圖為根據本揭示文件另一實施例的指紋辨識裝置簡化後的示意圖。
第5圖為依據本揭示文件又一實施例的指紋辨識裝置 簡化後的示意圖。
第6圖為依據本揭示文件又一實施例的驅動方法的流程圖。
第7圖為依據本揭示文件又一實施例的驅動方法的流程圖。
以下將配合相關圖式來說明本揭示文件的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或方法流程。
第1圖為根據本揭示文件一實施例的指紋辨識裝置100簡化後的示意圖。第2圖為沿第1圖中剖線A-A’簡化後的剖面示意圖。請同時參考第1圖與第2圖，指紋辨識裝置100包含控制電路110、網格電極120、感測矩陣130與多個訊號走線(例如，第一訊號走線140a與第二訊號走線140b)。為使圖面簡潔而易於說明，指紋辨識裝置100中的其他元件與連接關係並未繪示於第1圖中。感測矩陣130於垂直投影方向上至少部分重疊於網格電極120，且感測矩陣130定義出可執行指紋辨識功能的一主動區。感測矩陣130包含多個感測畫素(圖未示)，其中每個感測畫素可以包含多個電晶體(例如，第2圖的電晶體210)與一感光元件220。
詳細而言，電晶體210設置於緩衝層BF上方，且緩衝層BF設置於基板SB上方。電晶體210包含源極212、汲極214、閘極216、半導體層218與閘極絕緣層GI。 半導體層218設置於緩衝層BF上方，且閘極絕緣層GI覆蓋於半導體層218上方。閘極216設置於閘極絕緣層GI上方，且第一絕緣層IN1覆蓋於閘極216上方。第一絕緣層IN1包含第一通孔VA1和第二通孔VA2，且第一通孔VA1和第二通孔VA2暴露出部分的半導體層218，以使源極212和汲極214穿過閘極絕緣層GI與第一絕緣層IN1而電性連接於半導體層218。感光元件220電性連接於源極212，且第二絕緣層IN2覆蓋於感光元件220上方。網格電極120設置於第二絕緣層IN2上方，且第二絕緣層IN2包含暴露出部分感光元件220的第三通孔VA3，以使網格電極120穿過第二絕緣層IN2而電性連接於感光元件220。網格電極120的上方還可以設置一保護層PT。
實作上，網格電極120可以用透明導電薄膜，例如氧化銦錫(Tin Indium Oxide，ITO)來實現。控制電路110可以用一般用途處理器、數位訊號處理器(Digital Signal Processors，DSP)、特定應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、現場可程式閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、其他可程式化的邏輯電路、或是上述一或多者的組合來實現。
換言之，網格電極120設置於感測矩陣130上方，並電性連接於感測矩陣130，其中網格電極120可作為感光元件220的一電極，以提供感光元件220其運作所需的參考電壓。
第一訊號走線140a與第二訊號走線140b設置於環繞主動區的一周邊區。網格電極120的整體形狀包含但不限於矩形，且網格電極120的至少部分側邊(例如，三個側邊)被第一訊號走線140a與第二訊號走線140b所圍繞。在本實施例中，第一訊號走線140a、第二訊號走線140b、源極212與汲極214位於同一層。第一訊號走線140a可以用於提供電力輸入至指紋辨識裝置100的移位暫存電路(圖未示)，其中移位暫存電路設置於周邊區且用於驅動感測矩陣130，例如移位暫存電路可以透過第2圖的驅動線GE將驅動訊號傳遞至電晶體210的閘極216。另外，第二訊號走線140b可以用於提供接地電位以隔絕外部雜訊。
在本實施例中，控制電路110可以自感測矩陣130讀取對應於指紋辨識操作的多個感測訊號，並依據多個感測訊號計算出一感測圖像，例如使用者的指紋圖像。控制電路110可以利用晶粒軟模封裝(Chip on Film，COF)技術設置於軟性電路板101上，並透過軟性電路板101上的多個接腳103耦接於網格電極120、感測矩陣130與多個訊號走線，但本揭示文件不以此為限。在一些實施例中，控制電路110利用可以晶粒玻璃接合(Chip on Glass，COG)技術設置於基板SB上。
在另一些實施例中，指紋辨識裝置100還可以進一步包含設置於基板SB下方的一背光模組(圖未示)。
第3圖為依據本揭示文件一實施例的驅動方法300的流程圖。當前述的指紋辨識裝置100執行驅動方法300時，指紋辨識裝置100可以具備喚醒功能。於流程S302中，控制電路110會工作於第一操作模式(例如，休眠模式)，並週期性或非週期性地多次地偵測第一訊號走線140a與網格電極120之間的電容值以產生一偵測結果，但本揭示文件不以此為限。實作上，控制電路110可以偵測在第一操作模式中具有固定電壓的任一訊號走線與網格電極120之間的電容值，例如控制電路110也可以偵測第二訊號走線140b與網格電極120之間的電容值。
於流程S304中，控制電路110仍工作於第一操作模式，且會依據偵測結果判斷一物體(例如，使用者的手指)是否接近於感測矩陣130。若控制電路110判斷該物體接近於感測矩陣130，則指紋辨識裝置100可以接著執行流程S306。若控制電路110判斷沒有物體接近於感測矩陣130，則指紋辨識裝置100可以重複執行流程S302。具體來說，控制電路110可以將偵測到的多個電容值互相比較，當電容值的變化量超過一預設數值時，控制電路110會判斷該物體接近於感測矩陣130，其中前述的預設數值可以事先儲存於控制電路110的記憶體空間中。
在流程S306中，控制電路110自第一操作模式切換至第二操作模式(例如，一般工作模式)，並會提供驅動電壓至第一訊號走線140a，以驅動感測矩陣130進行指紋辨識感測以產生多個感測訊號，其中驅動電壓為高電壓，但本揭示文件不以此為限。在一些實施例中，控制電路110在第一操作模式中可以週期性地提供一偵測電壓至網格電 極120，以週期性偵測的方式節省電力消耗，而在第二操作模式中控制電路110則會持續性地提供一偏壓電壓至網格電極120以使感光元件230偵測使用者的觸控操作。
接著，在流程S308中，控制電路110會讀取感測矩陣130產生的多個感測訊號，並依據多個感測訊號計算出一感測圖像。
在流程S310中，控制電路110可以進一步依據感測矩陣130在不同時間點中產生的感測訊號判斷是否超過一預定時間長度沒有物體接近感測矩陣130，其中前述的預定時間長度可以事先儲存於控制電路110的記憶體空間。若控制電路110判斷超過預定時間長度沒有物體接近感測矩陣130，則控制電路110會執行流程S312。若控制電路110判斷在預定時間長度內有物體接近感測矩陣130，則控制電路110可以重複執行流程S306。
在流程S312中，控制電路110會自第二操作模式切換至第一操作模式，並接著執行流程S302。
由上述可知，控制電路110能在休眠模式中提供較少的電力給感測矩陣130並無需執行複雜的圖像運算，且控制電路110能及時回應使用者的觸控操作而切換至一般工作模式。因此，指紋辨識裝置100結合驅動方法300具有節省電力消耗且反應迅速的優點。
第4圖為根據本揭示文件一實施例的指紋辨識裝置400簡化後的示意圖。指紋辨識裝置400相似於指紋辨識裝置100，差異在於，指紋辨識裝置400還包含多個耦接 於控制電路110的測試墊410a~410f。測試墊410a~410f可供測試指紋辨識裝置400的功能是否存在缺陷，並於測試完成後經由雷射切割製程斷開與感測矩陣130之間的電性連接。亦即，雷射切割區域420用於將測試墊410a~410f與感測矩陣130互相電性隔離，但測試墊410a~410f耦接於控制電路110。控制電路110可以藉由偵測測試墊410a~410f上的電容值來判斷是否有物體接近感測矩陣130，詳細的偵測方法將於後續段落中進行說明。第4圖中測試墊的數量僅為示例性繪示，測試墊的實際數量可以依據設計需求(例如，感測矩陣130的解析度)來決定。前述指紋辨識裝置100的其餘連接方式、元件、實施方式以及優點，皆適用於指紋辨識裝置400，為簡潔起見，在此不重複贅述。
第4圖中測試墊410a~410f的形狀為矩形，但本揭示文件不以此為限。第5圖為根據本揭示文件一實施例的指紋辨識裝置500簡化後的示意圖。指紋辨識裝置500相似於指紋辨識裝置400，差異在於，指紋辨識裝置500包含形狀為L形的測試墊510a~510f，其中雷射切割區域420用於將測試墊510a~510f與感測矩陣130互相電性隔離，但測試墊510a~510f耦接於控制電路110。在一些實施例中，當測試墊510a~510f中相鄰且形狀對應的兩者朝向對方移動時，該相鄰且形狀對應的兩者可以互相拼合成一矩形。由於測試墊510a~510f相鄰兩者之間互相對應的側邊較長，測試墊510a~510f相鄰兩者之間的電容值得以增加，因而 提升了控制電路110對於測試墊510a~510f上的電容值的偵測靈敏度。
在一些實施例中，指紋辨識裝置400和指紋辨識裝置500的控制電路110可以用多個不同的電路來實現，例如可以將控制電路110中負責喚醒功能的部分獨立設置於鄰近測試墊410a~410f或測試墊510a~510f的另一軟性電路板(圖未示)上，並耦接於測試墊410a~410f或測試墊510a~510f，以降低走線難度。
第6圖為依據本揭示文件一實施例的驅動方法600的流程圖。驅動方法600適用於指紋辨識裝置400和指紋辨識裝置500且相似於驅動方法300，差異在於，控制電路110會於流程S602中工作於第一操作模式(例如，休眠模式)，並週期性或非週期性地多次偵測第一訊號走線140a與一或多個測試墊(例如，測試墊410a~410f或測試墊510a~510f)之間的電容值以產生一偵測結果，但本揭示文件不以此為限。實作上，控制電路110可以偵測在第一操作模式中具有固定電壓的任一訊號走線與一或多個測試墊之間的電容值，例如控制電路110也可以偵測第二訊號走線140b與一或多個測試墊之間的電容值。前述驅動方法300中其餘對應的流程與優點，皆適用於驅動方法600，為簡潔起見，在此不重複贅述。
第7圖為依據本揭示文件一實施例的驅動方法700的流程圖。驅動方法700適用於指紋辨識裝置400和指紋辨識裝置500且相似於驅動方法300，差異在於，控制電 路110會於流程S702中工作於第一操作模式(例如，休眠模式)，並週期性或非週期性地多次偵測測試墊(例如，測試墊410a~410f或測試墊510a~510f)中相鄰的兩者之間的電容值以產生一偵測結果。例如，控制電路110可以偵測測試墊410a和測試墊410b之間的電容值，或是偵測測試墊510d和測試墊510e之間的電容值。前述驅動方法300中其餘對應的流程與優點，皆適用於驅動方法700，為簡潔起見，在此不重複贅述。
前述各流程圖中的流程執行順序，只是示範性的實施例，而非侷限本發明的實際實施方式。例如，在前述的各流程圖中，流程308可和流程310同時進行。另外，在一些實施例中，流程S310和流程S312可以省略，此時可以由使用者決定是否將指紋辨識裝置100切換至休眠狀態。
在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異做為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準。在說明書及申請專利範圍所提及的「包含」為開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或者通過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接 至該第二元件。
圖示的某些元件的尺寸及相對大小會被加以放大，或者某些元件的形狀會被簡化，以便能更清楚地表達實施例的內容。因此，除非申請人有特別指明，圖示中各元件的形狀、尺寸、相對大小及相對位置等僅是便於說明，而不應被用來限縮本揭示文件的專利範圍。此外，本揭示文件可用許多不同的形式來體現，在解釋本揭示文件時，不應侷限於本說明書所提出的實施例態樣。
在說明書及申請專利範圍中，若描述第一元件位於第二元件上、在第二元件上方、連接、接合於第二元件或與第二元件相接，則表示第一元件可直接位在第二元件上、直接連接、直接接合於第二元件，亦可表示第一元件與第二元件間存在其他元件。相對之下，若描述第一元件直接位在第二元件上、直接連接、直接接合、或直接相接於第二元件，則代表第一元件與第二元件間不存在其他元件。
另外，除非說明書中特別指明，否則任何單數格的用語都同時包含複數格的涵義。以上僅為本揭示文件的較佳實施例，凡依本揭示文件請求項所做的均等變化與修飾，皆應屬本揭示文件的涵蓋範圍。
100‧‧‧指紋辨識裝置
101‧‧‧軟性電路板
103‧‧‧接腳
110‧‧‧控制電路
120‧‧‧網格電極
130‧‧‧感測矩陣
140a‧‧‧第一訊號走線
140b‧‧‧第二訊號走線
SB‧‧‧基板
A-A’‧‧‧剖線

Claims (10)

  1. 一種具有喚醒功能的指紋辨識裝置，包含：一訊號走線；一感測矩陣，至少部分被該訊號走線所圍繞；一第一電極；以及一控制電路，耦接於該訊號走線、該第一電極與該感測矩陣，其中該控制電路用於在一第一操作模式中偵測該訊號走線和該第一電極之間的電容值以產生一偵測結果，並依據偵測結果判斷一物體是否接近於該感測矩陣，若該控制電路判斷該物體接近於該感測矩陣，則該控制電路自該第一操作模式切換至一第二操作模式；其中該控制電路還用於在該第二操作模式中透過該訊號走線驅動該感測矩陣產生多個感測訊號，且該控制電路還用於依據該多個感測訊號計算一感測圖像。
  2. 如請求項1所述的指紋辨識裝置，其中，該第一電極的形狀包含網格狀，且該第一電極於一垂直投影方向上至少部分重疊於該感測矩陣。
  3. 如請求項2所述的指紋辨識裝置，其中，該感測矩陣包含多個感光元件，該第一電極耦接於該多個感光元件且用於提供一參考電壓至該多個感光元件。
  4. 如請求項1所述的指紋辨識裝置，其中， 該指紋辨識裝置包含環繞該感測矩陣的一周邊區，且該第一電極為設置於該周邊區的一測試墊。
  5. 如請求項4所述的指紋辨識裝置，另包含一雷射切割區域，其中該雷射切割區域將該第一電極與該感測矩陣互相電性隔離。
  6. 一種具有喚醒功能的指紋辨識裝置，包含：一訊號走線；一感測矩陣，至少部分被該訊號走線所圍繞；一第一測試墊；一第二測試墊；以及一控制電路，耦接於該訊號走線、該第一測試墊、該第二測試墊與該感測矩陣，其中該控制電路用於在一第一操作模式中偵測該第一測試墊和該第二測試墊之間的電容值以產生一偵測結果，並依據偵測結果判斷一物體是否接近於該感測矩陣，若該控制電路判斷該物體接近於該感測矩陣，則該控制電路自該第一操作模式切換至一第二操作模式；其中該控制電路用於在該第二操作模式中提供一驅動電壓至該訊號走線以驅動該感測矩陣產生多個感測訊號，且該控制電路還用於依據該多個感測訊號計算一感測圖像。
  7. 如請求項6所述的指紋辨識裝置，另包含一雷射切割區域，其中該雷射切割區域將該第一測試墊和該第二測試墊電性隔離於該感測矩陣。
  8. 一種驅動方法，適用於一指紋辨識裝置，包含：於一第一操作模式中，偵測該指紋辨識裝置的一訊號走線和該指紋辨識裝置的一第一電極之間的電容值以產生一偵測結果；依據該偵測結果判斷一物體是否接近於該指紋辨識裝置的一感測矩陣，其中該感測矩陣至少部分被該訊號走線所圍繞，若該物體接近於該感測矩陣，則自該第一操作模式切換至一第二操作模式；於該第二操作模式中，驅動該感測矩陣產生多個感測訊號；以及依據該多個感測訊號產生一感測圖像。
  9. 如請求項8所述的方法，還包含：於該第二操作模式中，依據該多個感測訊號判斷該物體是否超過一預定時間長度沒有接近於該感測矩陣；以及若該物體超過該預定時間長度沒有接近於該感測矩陣，則自該第二操作模式切換至該第一操作模式。
  10. 一種驅動方法，適用於一指紋辨識裝置， 包含：於一第一操作模式中，偵測該指紋辨識裝置的一第一測試墊和該指紋辨識裝置的一第二測試墊之間的電容值以產生一偵測結果，其中該指紋辨識裝置的一雷射切割區域將該第一測試墊與該第二測試墊電性隔離於該指紋辨識裝置的一感測矩陣；依據該偵測結果判斷一物體是否接近於該感測矩陣，若該物體接近於該感測矩陣，則自該第一操作模式切換至一第二操作模式；於該第二操作模式中，利用一訊號走線驅動該感測矩陣產生多個感測訊號，其中該感測矩陣至少部分被該訊號走線所圍繞；以及依據該多個感測訊號產生一感測圖像。
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