电容感测装置、指纹感测装置与电容感测装置制造方法与流程

本发明涉及一种电容感测装置，尤其是涉及应用在可携式电子装置或平面显示器上的电容感测装置。

背景技术：

在可携式电子装置或是平面显示器上利用触控手势来进行控制指令的输入，已经是被广泛接受且相当普及的应用。然而，利用指纹辨识来进行使用者身份的认证，则是近年来在可携式电子装置逐渐被接受且广泛运用的解决方案。但是，在现今的技术手段中，两种需求都需要应用个别的感测单元与相对应的控制电路来完成。因此，如何发展出可以满足两种需求的感测装置与设计，为本案所研究发展的一个主要目的。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种电容感测装置，其包含：基板；触控感测电极群，设置于该基板的表面上方；一指纹感测电极群，设置于该基板的表面上方；以及一电容感测集成电路，与该触控感测电极群以及该指纹感测电极群电连接，用以感测该触控感测电极群的电容变化而产生一触控指令，以及用以感测该指纹感测电极群的电容变化而产生一指纹图案。

根据上述构想，本案的电容感测装置中，该基板为一透明基板，该透明基板上具有一触控感测电极分布区域，该触控感测电极群分布于该触控感测电极分布区域中，该触控感测电极群包含一绝缘层以及两层导电结构。

根据上述构想，本案的电容感测装置中，该基板具有一指纹感测电极分布区域，该指纹感测电极群分布于该指纹感测电极分布区域中。

根据上述构想，本案的电容感测装置中，该触控感测电极群及/或该指纹感测电极群至少包含有三层结构，其中中间结构为绝缘层，而上下两层则分别为导电结构。

根据上述构想，本案的电容感测装置中，该导电结构都由金属网格层完成，或是都由透明电极层完成。

根据上述构想，本案的电容感测装置中，该两层的导电结构分别由一金属网格层与一透明电极层来完成。

根据上述构想，本案的电容感测装置中，该指纹感测电极群的电极分布密度大于该触控感测电极群的电极分布密度，且该指纹感测电极群与该触控感测电极群的位置重叠。

根据上述构想，本案的电容感测装置中，该基板具有一凹槽，位于该指纹感测电极群位置的上方，该凹槽的侧壁上形成一个金属环，该金属环与该电容感测集成电路电连接，进而被提供一固定电压。

根据上述构想，本案的电容感测装置中，该触控感测电极群、该指纹感测电极群以及该电容感测集成电路都设置于该基板的同一表面上或同一表面的上方。

根据上述构想，本案的电容感测装置中，该指纹感测电极群包含：第一导电结构，设置于该基板表面上方，包含有多条平行导线；第二导电结构，设置于基板表面上方；绝缘层，设置于该第一导电结构与该第二导电结构之间；以及至少一浮接导电结构，与该第二导电结构相同材料但未相互电性接触，且设置于与该第二导电结构同一侧的该绝缘层表面并位于该等平行导线的间距上方。

根据上述构想，本案的电容感测装置中还包含一金属网格线段，设置于该第一导电结构的表面上且与其电性接触。

根据上述构想，本案的电容感测装置中，该指纹感测电极群包含：第一导电结构，设置于该基板表面上方，包含有多条平行导线；第二导电结构，设置于基板表面上方；绝缘层，设置于该第一导电结构与该第二导电结构之间；以及至少一辅助导电结构，与该第二导电结构相同材料且相互电性接触，且设置于与该第二导电结构同一侧的该绝缘层表面并位于该等平行导线的间距上方。

根据上述构想，本案的电容感测装置中，还包含一金属网格线段，设置于该第一导电结构的表面上且与其电性接触。

本案的另一方面为一种电容感测装置，其包含：基板；第一导电结构，设置于该基板表面上方，其中包含有多条平行导线；第二导电结构，设置于 基板表面上方；绝缘层，设置于该第一导电结构与该第二导电结构之间；以及一辅助导电结构，与该第二导电结构未相互电性接触，且设置于与该第二导电结构同一侧的该绝缘层表面并位于该等平行导线的间距上方。

本案的再一方面为一种电容感测装置，其包含：基板；第一导电结构，设置于该基板表面上方，包含有多条平行导线；第二导电结构，设置于基板表面上方；绝缘层，设置于该第一导电结构与该第二导电结构之间；以及一辅助导电结构，与该第二导电结构相互电性接触，且设置于与该第二导电结构同一侧的该绝缘层表面并位于该等平行导线的间距上方。

本案的再一方面为一种电容感测装置制造方法，其包含下列步骤：提供一基板；利用同一制作工艺于该基板的表面上方完成一触控感测电极群以及一指纹感测电极群；以及提供一电容感测集成电路，与该触控感测电极群以及该指纹感测电极群电连接，用以感测该触控感测电极群的电容变化而产生一触控指令，以及用以感测该指纹感测电极群的电容变化而产生一指纹图案。

附图说明

图1a为本发明具有指纹辨识功能的触控电容感测装置的功能方块示意图；

图1b为本发明具有指纹辨识功能的触控电容感测装置的结构剖面示意图；

图2a为本发明触控感测电极分布区域以及指纹感测电极分布区域的部分剖面构造示意图；

图2b为本发明触控感测电极分布区域以及指纹感测电极分布区域的部分剖面构造示意图；

图2c为本发明触控感测电极分布区域以及指纹感测电极分布区域的部分剖面构造示意图；

图3a为本发明具有指纹辨识功能的触控感测装置的另一实施例的功能方块示意图；

图3b为本发明具有指纹辨识功能的触控感测装置的再一实施例的功能方块示意图；

图4a为本发明指纹感测电极群的电极图案示意图；

图4b为本发明指纹感测电极群的电极图案示意图；

图4c为本发明指纹感测电极群的电极图案示意图；

图4d为本发明指纹感测电极群的电极图案示意图；

图4e为本发明指纹感测电极群的电极图案示意图。

符号说明

基板10

触控感测电极分布区域11

指纹感测电极分布区域12

电容感测集成电路13

触控感测电极群310

指纹感测电极群320

特定区域100

金属环101、301

导孔构造102

第一金属网格层21

绝缘层22

第二金属网格层23

第二透明电极层24

第一透明电极层25

指纹感测电极分布区域32

触控感测电极分布区域31

第一导电结构41

第二导电结构42

辅助导电结构43

第一导电结构51、61

第二导电结构52、62

辅助导电结构53

金属网格线段44

金属网格线段54、63、64

具体实施方式

请参见图1a，其为本发明具有指纹辨识功能的电容触控感测装置的功能方块示意图。基板10上具有一触控感测电极分布区域11以及一指纹感测电极分布区域12，其中，触控感测电极分布区域11上触碰位置的感测以及指纹感测电极分布区域12上指纹图案的感测均利用电容感测技术。因此，本案可利用同一个电容感测集成电路13计算触控感测电极分布区域11上的触碰位置以及建构指纹感测电极分布区域12上的指纹图案，也就是利用同一集成电路芯片达成触碰位置以及指纹图案的感测。在一实施例中，电容感测集成电路13感测触控感测电极分布区域11包含的触控感测电极群的电容变化而产生一触控指令，以及感测指纹感测电极分布区域12包含的指纹感测电极群的电容变化而产生一指纹图案。另外，由于触碰位置的感测与指纹图案的感测所需要的分辨率不同，触控感测电极分布区域11包含的触控感测电极群310的分布密度与指纹感测电极分布区域12包含的指纹感测电极群320的分布密度也大不相同，指纹感测电极群320的电极分布密度显然大于触控感测电极群310中的电极分布密度。在一实施例中，当本发明应用于平面显示器或是任何具有平面显示器的电子装置，基板10即为透明基板，例如常见的玻璃或是压克力。触控感测电极分布区域11位于平面显示器的显示区域上，指纹感测电极分布区域12则位于显示区域之外，以避免过密的电路走线影响显示区域的可视度。

再请参见图1b，其为上述具有指纹辨识功能的触控电容感测装置的结构剖面示意图。基板10上具有一特定区域100，该特定区域100位于指纹感测电极分布区域12的上方，用以提示使用者的手指置入而容易完成定位。该特定区域100可以包含一预先定义区域或是一凹槽等等，该预先定义区域可以是一粗糙表面或是有印刷成不同颜色的表面等，本实施例以凹槽为例进行说明。基板10的厚度约为0.3mm，凹槽底部厚度则缩减到约0.2mm。手指与指纹感测电极分布区域12的距离较基板10的厚度更近，使得所感测得到的指纹影像更清楚而增加辨识率。本发明并可于凹槽的侧壁上形成一个金属环101，该金属环101通过导孔构造(via)102或是绕线而与另一侧的电容感测集成电路13完成电连接。电容感测集成电路13提供一固定电压至该金属环101，用以降低指纹感测时可能产生的噪声。如图所示，触控感测电极分布区域11、电容感测集成电路13与指纹感测电极分布区域12位于基板10的同一侧。当然，也可以因应产品设计的不同将电容感测集成电路13设于 基板10的一侧，而将触控感测电极分布区域11及指纹感测电极分布区域12设于基板10的另一侧，不以此为限。

图2a-图2c为根据本发明不同实施例触控感测电极分布区域11以及指纹感测电极分布区域12的部分剖面构造示意图。图2a中，基板10上依序堆叠三层结构，分别是第一金属网格(metalmesh)层21、绝缘层22以及第二金属网格(metalmesh)层23，其中金属网格(metalmesh)大多是利用银浆材料进行网印制作工艺所完成的。

再请参见图2b，基板10上依序堆叠三层结构，分别是第一金属网格(metalmesh)层21、绝缘层22以及第二透明电极层24。

再请参见图2c，基板10上依序堆叠三层结构，分别是第一透明电极层25、绝缘层22以及第二透明电极层24。如图1b所示，由于触控感测电极分布区域11以及指纹感测电极分布区域12位于基板10的同一侧，通过适当设计光掩模并且使得触控感测电极群310以及指纹感测电极群320的上下两层导电结构以及中间的绝缘层具有大致相同的厚度，触控感测电极分布区域11以及指纹感测电极分布区域12即可同时形成如图2a-图2c的三层结构堆叠，因此本案可以在同一个制造流程中一并完成触控感测电极分布区域11中触控感测电极群310与指纹感测电极分布区域12中的指纹感测电极群320。相较于现有技术必须以不同的制作工艺分别形成触控感测电极以及指纹感测电极，本发明具有节省制作工艺步骤而达到降低成本的效果。举例而言，通过在基板10上整面涂布金属，再使用黄光光刻制作工艺洗去多余成分，即可同时形成触控感测电极分布区域11中触控感测电极群310与指纹感测电极分布区域12中的指纹感测电极群320。图2a～图2c的三层结构与指纹感测电极分布区域12中指纹感测电极群的电极图案的对应关系详述于图4a～图4e。

再请参见图3a，其为本发明具有指纹辨识功能的触控感测装置的另一实施例的功能方块示意图，其与图1a的区别在于本例的指纹感测电极分布区域32重叠于与触控感测电极分布区域31之中，而不需要另外占用额外的布线区域，只要指纹感测电极群320与触控感测电极群310重叠后的布线密度不致影响显示区的可视度即可。而同样是运用同一个电容感测集成电路13来完成触控感测电极分布区域31上触碰位置的感测以及指纹感测电极分布区域32上指纹图案的感测。如此更可达到节省制作工艺步骤而达到降低成 本的目的。此处的指纹感测电极群320与触控感测电极群310除了是分别设置外，也可以将数条指纹感测电极作为一条触控感测电极使用，如此一来，通过电容感测集成电路13感测方式的改变，指纹感测电极分布区域32也可进行触控感测。

另外，可以再参见图3b，其为本发明具有指纹辨识功能的触控感测装置的再一实施例的功能方块示意图，其与图3a的区别在于设有一金属环301围绕在指纹感测电极分布区域32的区域边缘，该金属环301通过绕线而与电容感测集成电路13完成电连接。电容感测集成电路13提供一固定电压至该金属环301，用以降低指纹感测时可能产生的噪声。

图4a～图4e为本发明不同实施例的指纹感测电极群的电极图案示意图，为求简洁，基板10与绝缘层22均未示出，仅描绘上述图2a～图2c中三层结构中用以完成感应电极的上下两层的导电结构。请参阅图4a，离基板10表面较远的第一导电结构41为透明电极(相当于图2b～图2c中的第二透明电极层24)，其为较大线宽的多条平行导线。离基板10表面较近甚或是在表面上的第二导电结构42则为金属网格(相当于图2a～图2b中的第一金属网格(metalmesh)层21)，因为金属网格材料的电阻较低，能在满足不影响显示器中可视区域的需求下将第二导电结构42的线宽缩到一定程度。但为能加强电容感测的能力，本例在网印第二导电结构42的同时，也在第一导电结构41相邻的间隔处上方形成以金属网格为材料的辅助导电结构43，也就是说，第二导电结构42与辅助导电结构43大致位于同一平面，可以同一制作工艺形成。辅助导电结构43与第二导电结构42以及第一导电结构41都不相连接而呈现浮接状态，但是，辅助导电结构43可以额外增加使用者手指与第一导电结构41以及第二导电结构42的电容耦合路径，达到加强电容感应的效果。

再请参见图4b。与图4a相同的是，离基板10表面较远的第一导电结构51为透明电极(相当于图2b～图2c中的第二透明电极层24)，其为较大线宽的多条平行导线。离基板10表面较近甚或是在表面上的第二导电结构52则为金属网格(相当于图2a～图2b中的第一金属网格(metalmesh)层21)。为加强电容感测的能力，在网印第二导电结构52的同时，也在第一导电结构51相邻的间隔处上方形成以金属网格为材料的辅助导电结构53，也就是说，第二导电结构52与辅助导电结构53大致位于同一平面，可以同一制作工艺形 成。与图4a不同的是，辅助导电结构53与第二导电结构52完成电连接，但与第一导电结构51不相连接，主要是增加第二导电结构52与第一导电结构51间的相邻长度，用以加强第一导电结构41以及第二导电结构42间的电容耦合效果，进而达到加强电容感应的效果。

再请参见图4c，其为根据图4a的电极图案为基础，唯一不同处在于透明电极材质的第一导电结构41形成后，先于第一导电结构41的表面上印刷金属网格线段44，用以降低第一导电结构41的整体电阻值。其他部分与图4a都相同，故在此不予赘述。

再请参见图4d，其为根据图4b的电极图案为基础，唯一不同处在于透明电极材质的第一导电结构51形成后，先于第一导电结构51的表面上印刷金属网格线段54，用以降低第一导电结构51的整体电阻值。其他部分与图4a都相同，在此也不予赘述。

上述图4a～图4d均为在图2b堆叠结构基础上增加辅助导电结构的电极图案，然而本发明不限于此，也可将辅助导线结构应用至图2a以及图2c的堆叠结构。举例而言，图4e为根据图2c堆叠结构发展出来的电极图案，其中第一导电结构61与第二导电结构62为透明电极材质，于第一导电结构61与第二导电结构62的表面上分别印刷金属网格线段63、64，用以降低第一导电结构61与第二导电结构62的整体电阻值，可以用来改善传统双层ito导电性不佳的缺点。

综合上述，本发明的各实施例所提供的技术手段可以利用同一颗电容感测集成电路来完成触控感测与指纹感测两种需求，进而达成本案所研究发展的主要目的。另外，本案得由熟知此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然而都不脱如附权利要求所欲保护者。