具有反射遮蔽电极的生物辨识装置及生物辨识装置的侦测控制方法与流程

本发明有关一种生物辨识装置，尤指一种具有反射遮蔽电极的生物辨识装置及生物辨识装置的侦测控制方法。

背景技术：

由于电子商务的兴起，远程支付的发展一日千里，因而生物辨识的商业需求急速膨胀。生物辨识技术又可区分为指纹辨识技术、虹膜辨识技术、DNA辨识技术等。考虑效率、安全、与非侵入性等要求，指纹辨识已成为生物辨识的首选技术。指纹辨识技术又有光学式、热感应式、超音波式与电容式。其中又以电容式技术在装置体积、成本、省电、可靠、防伪等综合考虑下脱颖而出。

现有的电容式指纹辨识技术有滑动式、全指按压式等形式。其中，又以全指按压式在辨识度、效率及方便性中胜出。然而由于感应信号极其微小与周遭噪声繁杂具大等因素，全指按压式的指纹辨识技术通常只能将感应电极与感应电路等一并做在一个集成电路芯片上，且以小于100微米(μm)厚度的蓝宝石膜加以保护。如此材料成本与封装制程成本居高不下，且产品寿命与耐受性堪虑。因此业界莫不致力于提高感测灵敏度与信号噪声比，使感应电极与指纹间的感测距离能够尽量加大，以利感测集成电路的封装能够简化，或直接将其置于保护玻璃下作感应；更甚者，期盼能进一步将感应电极置于非集成电路之外的基材上以显着减少芯片面积，并将感应电极整合到保护玻璃底下，甚至整合到显示面板之中，巨幅降低成本并增进产品的寿命与耐受性，因指纹辨识技术仍有很大的改进空间。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种具有反射遮蔽电极的生物辨识装置，包括:

一基板；

一感应电极层设置于该基板的一侧，该感应电极层包含多个感应电极及至少一抑制电极；

多个选择开关及多条走线，至少部分选择开关及部分走线电气连接至对应的该感应电极；及

一反射遮蔽电极层，设置于该感应电极层的一侧；该反射遮蔽电极层包含至少一反射遮蔽电极。

其中，每一该感应电极均被该抑制电极所包围，并且每一该感应电极与该抑制电极之间均具有一间隙。

该多个选择开关区分为多个选择开关组；其中一个选择开关组的每一个选择开关对应到至少一个该感应电极。

每一该走线电气交连到至少一选择开关；

还包括一绝缘层，该绝缘层布置于该感应电极层与该反射遮蔽电极层之间；

该多个选择开关及该多条走线设置于该反射遮蔽电极层背向该感应电极层的一侧，

该生物辨识装置还包括一绝缘层，该绝缘层布置于该反射遮蔽电极层与该多个开关电路暨走线之间。

该多个选择开关及该多条走线设置于该反射遮蔽电极层。

该多个选择开关为场效晶体管。

该场效晶体管形成于该基板上。

还包括一感应侦测电路，且该感应侦测电路形成于该基板上。

该多个选择开关为薄膜晶体管。

该薄膜晶体管电路形成于该基板上。

还包括一集成电路芯片的感应侦测电路，且该集成电路芯片黏结或压焊于该基板上。

还包括一集成电路芯片的感应侦测电路，该集成电路黏结或压焊于一电路板上，并经由一软性电路板的电路走线与该基板的该多条走线电气连接。

该基板的材料为玻璃、高分子薄膜材料、金属、硅或硅的化合物。

该多个感应电极为圆形、菱形、正方形或矩形。

本发明还提供一种生物辨识装置的侦测控制方法，该生物辨识装置包含多个感应电极、至少一抑制电极、至少一反射遮蔽电极、多个选择开关以及多个信号处理电路；该侦测控制方法包含:

控制该多个选择开关，依序或机动地每次选定至少一感应电极为侦测电极；

产生一周期性或非周期性的指纹侦测信号，将该指纹侦测信号经选择开关传送至该侦测电极，且在该侦测电极上产生一感应信号；

将该侦测电极上的感应信号经一第一信号处理电路以产生一与该感应信号同相位的反射偏向信号，并将该反射偏向信号交连到该反射遮蔽电极；及

将一抑制信号交连到该抑制电极。

其中该抑制信号将该感应信号经由另一信号处理电路以产生与该感应信号相反相位的信号。

其中该抑制信号为一预定位准信号。

周期性或不定时地将预定位准信号交连至该多个感应电极、该反射遮蔽电极与该抑制电极。

附图说明

图1A为本发明生物辨识装置的感应电极层的上视图。

图1B为本发明生物辨识装置的另一范例感应电极层上视图。

图2A为本发明生物辨识装置的感应电极层及反射遮蔽电极层的立体图。

图2B为本发明生物辨识装置的另一范例感应电极层及反射遮蔽电极层的立体图。

图3A为说明本发明生物辨识装置的感测操作示意图。

图3B为说明本发明生物辨识装置的另一范例感测操作示意图。

图4A为本发明生物辨识装置的侧视图。

图4B为说明本发明生物辨识装置的反射遮蔽电极层作用示意图。

图4C为本发明生物辨识装置的详细侧视图。

图4D为本发明生物辨识装置的组件侧视图。

图5A为本发明生物辨识装置的另一实施例详细侧视图。

图5B为本发明生物辨识装置的另一实施例详细侧视图。

图5C为本发明生物辨识装置的另一实施例详细侧视图。

图6A本发明生物辨识装置的另一范例侧视图。

图6B为对应图6A的详细侧视图。

图7A为本发明生物辨识装置的另一实施例侧视图。

图7B为本发明生物辨识装置的另一实施例侧视图。

图7C为本发明生物辨识装置的另一实施例侧视图。

图8A为本发明生物辨识装置的感侧操作示意图。

图8B为本发明生物辨识装置的感侧操作的另一示意图。

图中：

100 生物辨识装置；

10,14,12 基板；

16 电路板；

18 软性电路板；

20开关电路层；

22 选择开关；

23 信号切换开关；

24 走线；

30第一绝缘层；

32第二绝缘层；

34 第三绝缘层；

40, 40’ 反射遮蔽电极层；

42反射遮蔽电极；

43 整片式反射遮蔽电极；

50 感应电极层；

52 感应电极；

56抑制电极；

57 间隙；

60 保护层；

70 感应侦测电路；

72生物辨识传感器；

720生物辨识侦测单元；

722侦测信号产生器；

74A第一信号处理电路；

74B第二信号处理电路；

76参考信号源；

80导通孔；

90 遮蔽电极层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

请参阅图1A为本发明生物辨识装置100的感应电极层50的上视图，本发明的一特点为在感应电极层50上的感应电极52外侧加上与其电气隔绝的抑制电极56，以提升感应灵敏度与信号噪声比。如图1A所示，抑制电极56至少部分环绕（例如可以完全环绕）每一感应电极52且与该感应电极52电气隔绝。图1A所示的感应电极52为四方形，且抑制电极56也界定出对应的四方形间隙57；然感应电极也可为其他形状，例如参见图1B所示的圆形，且抑制电极56也有对应的圆形间隙57。除上述范例外，感应电极52的形状可为其他几何图形，例如，三角形、正方形、矩形、菱形或其他多边形。

图2A为本发明生物辨识装置的感应电极层及反射遮蔽电极层的立体图，在感应电极层50上具有如图1A所示的四方形感应电极52及抑制电极56，在感应电极层50的下方为一反射遮蔽电极层40，且具有多个反射遮蔽电极42。如此图所示，每一反射遮蔽电极42对应一感应电极52且大体上也为四方形，然而此反射遮蔽电极42也可为任意形状，只要能涵括（encompass）每一感应电极52在反射遮蔽电极层40上的投影即可；每一反射遮蔽电极42的面积以大于其相对应的感应电极52与其周遭间隙57的总面积为较佳。再者，参见图2B，为本发明生物辨识装置的另一范例感应电极层及反射遮蔽电极层的立体图，其中在反射遮蔽电极层40具有一整片式反射遮蔽电极43，且此整片式反射遮蔽电极43可为任意形状，只要能涵括所有感应电极52在反射遮蔽电极层40上的投影即可。另外，依据本发明其余实施方式，反射遮蔽电极42或是整片式反射遮蔽电极43只要其电力线能自抑制电极56的间隙57露出即可（例如参见图4B所示范例），在此情况下，反射遮蔽电极42也可不需涵括（encompass）感应电极52在反射遮蔽电极层40上的投影。

参见图3A，为说明本发明生物辨识装置100的感测操作示意图，复配合图2A，在图3A所示的生物辨识装置100也具有多个排列方式配置的反射遮蔽电极42_1～42_n。多数的感应电极52_1～52_n经由多数走线24而与多数的选择开关22A_1～22A_n(亦即第一组选择开关)分别电气连接，再经由走线而与感应侦测电路（biometric controller）70电连接。多数的反射遮蔽电极42_1～42_n经由多数走线24而与多数的选择开关22B_1～22B_n(亦即第二组选择开关)分别电气连接，再经由走线而与感应侦测电路70电连接；该感应侦测电路70以自电容侦测电路为较佳。此感应侦测电路70具有一生物辨识传感器(biometric detector) 72，一第一信号处理电路74A(例如一同相放大器)及一第二信号处理电路74B(例如一反相放大器)。此生物辨识传感器72具有一生物辨识侦测单元(biometric sensing unit)720及一侦测信号产生器(sensing signal generator) 722。感应侦测电路70可控制选择开关22而选择多数的感应电极52其中一个（例如图3A所示的感应电极52_2）及对应的反射遮蔽电极42（例如图3A所示的反射遮蔽电极42_2）。再者，感应侦测电路70的侦测信号产生器722产生一周期性或是非周期性感测信号（例如一指纹感测信号）S1并由生物辨识侦测单元720将此信号经由选择开关22A_2传送到对应的感应电极52_2。生物辨识侦测单元720又将感应电极52_2上的感应信号S1’经由第一信号处理电路74A（例如一同相放大器）处理之后变成一反射偏向信号S2，并将此反射偏向信号S2传送到对应的反射遮蔽电极42_2。依据一种实施方式，此感应信号S1’经由第二信号处理电路74B(例如一反相放大器)处理之后变成一抑制信号S3更将此抑制信号S3传送到抑制电极56，因此，被选择的感应电极52_2上所产生的感应信号为S1’，而对应反射遮蔽电极42_2接收反射偏向信号S2，且此两个信号可为同相信号（例如都是正值信号），而抑制电极56接收为反相信号的抑制信号S3（例如负值信号）。复配合图4B所示的反射遮蔽电极层作用示意图，若在感应电极52上为正电位信号，且在对应反射遮蔽电极42上加上正电位信号，及在抑制电极56加上负电位信号，则会使电力线更集中在感应电极52的上方表面（对应用户手指接触位置），可提升感应灵敏度与信号噪声比。此外，侦测信号产生器722也可产生周期性信号、非周期性信号、对称或不对称信号。其中，该周期性的信号例如弦波、方波或三角波等。

另外，依据另一种实施方式，此抑制电极56经由选择开关22_S3而接收一参考信号源76所输出的预定位准信号S4（例如较感应信号S1’位准低的信号）。同样地，感应信号S1’经由同相放大器74A处理之后变成一反射偏向信号，并随后传送到对应的反射遮蔽电极42_2。因此，被选择的感应电极52_2的感应信号及对应反射遮蔽电极42_2接收的信号为同相信号（例如都是较大正值信号），而抑制电极56接收较小正值信号。复配合图4B所示的反射遮蔽电极层作用示意图，若在感应电极52及反射遮蔽电极42上为较大正值信号，且在抑制电极56加上较小正值信号，同样会使电力线更集中在感应电极52的上方表面（对应用户手指接触位置），可提升感应灵敏度与信号噪声比。此外，感应侦测电路70也可经由选择开关22_S1～22_S3而选择性地将预定位准信号S4供应至所有（或是被选择）感应电极52及反射遮蔽电极42，及供应至抑制电极56，其中预定位准信号S4可为零电位、正电位、负电位或交变信号。

图3B为说明本发明生物辨识装置的另一范例感测操作示意图，此图的生物辨识装置100采用图2B所示的整片式反射遮蔽电极43。类似地，多数的感应电极52_1～52_5经由多数走线24而与多个选择开关22_1～22_5分别电气连接，再经由走线而与感应侦测电路70电连接。整片式反射遮蔽电极43经由走线24而与感应侦测电路70电连接，而抑制电极56由走线而与一选择开关22_S电连接，再经由走线而电连接到感应侦测电路70。同样地，该感应侦测电路70具有一生物辨识传感器72，一第一信号处理电路74A(例如一同相放大器)及一第二信号处理电路74B(例如一反相放大器)。此生物辨识传感器72具有一生物辨识侦测单元720及一侦测信号产生器722。感应侦测电路70可控制选择开关22而选择多个感应电极22其中一个（例如图3B所示的感应电极52_2），且侦测信号产生器722产生一周期性或是非周期性感测信号（例如一指纹感测信号）S1并由生物辨识侦测单元720将此信号经由选择开关22_2传送到对应的感应电极52_2。生物辨识侦测单元720又将感应电极52_2上的感应信号S1’经由第一信号处理电路74A（例如一同相放大器）处理之后变成一反射偏向信号S2，并随后传送此反射偏向信号S2到整片式反射遮蔽电极43。依据一种实施方式，此感应信号S1’经由第二信号处理电路74B(例如一反相放大器)处理之后变成一抑制信号S3而传送到抑制电极56，因此，被选择的感应电极52_2上的感应信号为S1’，而整片式反射遮蔽电极43接收反射偏向信号S2，且此两个信号例如可为同相信号（例如都是正值信号），而抑制电极56接收为反相信号的抑制信号S3（例如负值信号）。复配合图4B所示的反射遮蔽电极层作用示意图，若在感应电极52上为正电位信号，且在整片式反射遮蔽电极43上加上正电位信号，及在抑制电极56加上负电位信号，则会使电力线更集中在感应电极52的上方表面（对应用户手指接触位置），并减少感应电极52周遭的抑制电极56上方电场对该感应电极52的干扰，可提升感应灵敏度与信号噪声比。此外，侦测信号产生器722也可产生周期性信号、非周期性信号、对称或不对称信号。其中，该周期性的信号例如弦波、方波或三角波等。

另外，依据另一种实施方式，此抑制电极56经由选择开关22_S3而接收一参考信号源76所输出的预定位准信号S4（例如较感应信号S1’位准低的信号）。同样地，感应信号S1’经由同相放大器74A处理之后变成一反射偏向信号，并随后传送到整片式反射遮蔽电极43。因此，被选择的感应电极52_2上的感应信号及整片式反射遮蔽电极43接收的信号为同相信号（例如都是较大正值信号），而抑制电极56接收较小正值信号。复配合图4B所示的反射遮蔽电极层作用示意图，若在感应电极52及整片式反射遮蔽电极43上为较大正值信号，且在抑制电极56加上较小正值信号，同样会使电力线更集中在感应电极52的上方表面（对应用户手指接触位置），并减少感应电极52周遭的抑制电极56上方电场对该感应电极52的干扰，可提升感应灵敏度与信号噪声比。此外，感应侦测电路70也可经由选择开关22_S1～22_S3而选择性地将预定位准信号S4供应至所有（或是被选择）感应电极52，及供应至整片式反射遮蔽电极43与抑制电极56，其中预定位准信号S4可为零电位、正电位、负电位或交变信号。

参见图4A-图4D，分别为本发明生物辨识装置的侧视图、反射遮蔽电极层作用示意图、本发明生物辨识装置的详细侧视图及组件侧视图。如图4A所示， 依据本发明一范例的生物辨识装置100具有由下而上排列的一基板10、一开关电路层20、一第一绝缘层30、一反射遮蔽电极层40、一第二绝缘层32、一感应电极层50及一保护层60。再者，于此多层结构中，开关电路层20具有多个选择开关22及多条走线24；反射遮蔽电极层40可具有如图2A所示的多个彼此分离的反射遮蔽电极42或是如图2B所示的整片式反射遮蔽电极43；感应电极层50具有多个感应电极52及至少一抑制电极56。由于开关电路层20、反射遮蔽电极层40及感应电极层50上具有金属走线及电极，因此彼此之间须有绝缘层（第一绝缘层30及第二绝缘层32）使其电性隔绝。参见图4B﹐若在感应电极52上为正电位信号，且在反射遮蔽电极42上加上正电位信号，及在抑制电极56加上负电位信号，则会使电力线更集中在感应电极52的上方表面（对应用户手指接触位置），可提升感应灵敏度与信号噪声比。参见图4C，在基板10上的开关电路层20具有个选择开关22及多条走线24，且走线经由导穿孔(Via hole) 80而电气连接到对应的感应电极52，使感应电极52可以电气连接到对应的选择开关22，此外，抑制电极56经由导穿孔（未标号）而电气连接到对应的走线（未图示），再经过对应走线而电气连接到对应的选择开关22。同样的，反射遮蔽电极42也经由导穿孔(未标号)而电气连接到对应的走线（未图示），再经过对应走线而电气连接到对应的选择开关22。如图4D所示，此选择开关22例如可以为薄膜晶体管(TFT)开关，且经由走线22及导通孔80而电气连接到对应的感应电极52。同样地，虽然未具体绘示出来，抑制电极56经由导穿孔而电气连接到对应的走线，再经过对应走线而电气连接到对应的TFT选择开关22。同样的，反射遮蔽电极42也经由导穿孔而电气连接到对应的走线，再经过对应走线而电气连接到对应的TFT选择开关22。在图4A-图4D所示的生物辨识装置100中，其感应电极52、抑制电极56及反射遮蔽电极42可如图1A-图2B所示方式实现。此外，该保护层60提供抗氧化、防潮的保护作用。

在图4A-图4D所示范例中，该基板10为玻璃、高分子薄膜材料、金属、硅或硅的化合物材料的基板。具体而言，上述金属基板为不锈钢、铝、铜、铁、银、锡、钨或前述的合金。感应电极52、抑制电极56与反射遮蔽42电极为透明导电材料或不透明导电材料所制成。透明导电材料为氧化铟锡(indium tin oxide, ITO)、氧化锌锡(zinc tin oxide, ZTO)、氧化锌(ZnO)、镓锌氧化物(GZO)导电高分子、纳米碳管、石墨烯或厚度小于50nm的银膜。其中，该不透明导电材料为铬、钡、钼、铝、银、铜、钛、镍、钽、钴、钨、镁、钙、钾、锂、铟或前述的合金或氟化锂与铝组成物、氟化镁与铝组成物或氧化锂与铝组成物。

图5A-图5C为本发明生物辨识装置的其他不同实施例详细侧视图，如图5A所示，此范例的生物辨识装置类似图4C所示范例，因此类似的组件采用类似的图号。与图4C所示范例相比较，图5A所示生物辨识装置的保护层60在装置的最下侧，而基板10位在装置的最上侧，且基板10较佳者可为玻璃基板，以达成防刮效果；此实施例亦适宜采用高分子薄膜材料为基板10，并将该薄膜基板黏贴于触控屏幕的保护玻璃下方作生物辨识操作。此外，由于保护层60并不需有防刮效果，使得其材料选择性较为宽广，例如此保护层60也可为环氧树脂或其他装置基板的延伸。

图5B所示的生物辨识装置100为类似的图4C所示范例，然基板为金属基板12，例如不锈钢、铝、铜、铁、银、锡、钨或前述的合金的基板。如此图所示，此集成电路70可为集成电路芯片形式且黏结或压焊于一电路板16上，再经由一软性电路板18的电路走线与该基板12的走线电气连接。再者，此感应侦测电路70的集成电路芯片也可直接黏结或压焊于该金属基板12上。于此范例中，该选择开关22例如可为薄膜晶体管开关22，并且成长于该金属基板12上。

图5C所示的生物辨识装置100为类似的图4C所示范例，然基板为硅质基板14，且在开关电路层20中可以集成电路制作技术另外制作出如图3A所示的感应侦测电路70电路，使得生物辨识装置100整体而言可以IC化。再者，保护层60例如可为集成电路封装材料，如陶瓷或是蓝宝石封装材料。此外，于此范例中，该选择开关22例如可为场效晶体管开关22，并且成长于该硅质基板14上。

图6A本发明生物辨识装置的另一范例侧视图，图6B为对应图6A的详细侧视图。此些图标所示范例类似于图4C所示范例，因此类似的组件采用类似的图号。在图6A及图6B所示的生物辨识装置100另外包含在开关电路层20及反射遮蔽电极层40之间的遮蔽电极层90，用以提供该多条走线及该多个感应电极更佳的屏蔽噪声干扰功能。

图7A-图7C为本发明生物辨识装置的其他实施例侧视图。图7A的生物辨识装置100类似于图4C所示范例，因此类似的组件采用类似的图号。在图7A中，将开关22及走线24制作于反射遮蔽电极层40’，因此可减少叠层结构的层数。此外，复参见图2A及图4B，反射遮蔽电极42并不需要布满整个反射遮蔽电极层40，因此在图7A的反射遮蔽电极层40’的不具反射遮蔽电极42的多余空间可以配置开关22及对应的走线24。

图7B为本发明生物辨识装置的另一实施例侧视图，此范例类似于图7A的范例，然生物辨识装置的保护层60在装置的最下侧，而基板10位在装置的最上侧，且基板10较佳者可为玻璃基板，以达成防刮效果；此实施例亦适宜采用高分子薄膜材料为基板10，并将该薄膜基板黏贴于触控屏幕的保护玻璃下方作生物辨识操作。此外，由于保护层60并不需有防刮效果，使得其材料选择性较为宽广，例如此保护层60也可为其他装置基板的延伸。

图7C为本发明生物辨识装置的另一实施例侧视图，此范例类似于图7A的范例，然基板为金属基板12，例如不锈钢、铝、铜、铁、银、锡、钨或前述的合金的基板。故其金属基板与含开关与走线的反射遮蔽电极层40’之间布置有绝缘层30。此金属基板12可经由软性电路板而电性连接到另一集成电路，如图3A所示的感应侦测电路70。

图8A为本发明生物辨识装置100的感测操作示意图，此生物辨识装置100例如可为图2A及图3A所示的生物辨识装置100，亦即在反射遮蔽电极层40有多数的反射遮蔽电极42，且多个感应电极52对应到第一组选择开关22A，而多数的反射遮蔽电极42对应到第二组选择开关22B。再者，借由信号切换开关23，而可将反射遮蔽信号S2或是预定位准信号S4选择性的供应到被选定的反射遮蔽电极42。此反射遮蔽信号S2例如可为图3A所示的第一信号处理电路74A(例如一同相放大器)所产生；而预定位准信号S4例如可为图3A所示的参考信号源76所输出的预定位准信号S4。该预定位准信号S4可为零电位、正电位、负电位、或交变信号。

图8B为本发明生物辨识装置的感侧操作的另一示意图，此生物辨识装置100例如可为图2B及图3B所示的生物辨识装置100，亦即在反射遮蔽电极层40仅具有一整片式反射遮蔽电极43。因此多个感应电极52对应到一组选择开关22，而整片式反射遮蔽电极43对应到一信号切换开关23而选择性接收反射遮蔽信号S2或是预定位准信号S4。此反射遮蔽信号S2例如可为图3A所示的第一信号处理电路74A(例如一同相放大器)所产生；而预定位准信号S4例如可为图3A所示的参考信号源76所输出的预定位准信号S4。

综上所述，本发明可以达成下列功效：

1. 由于在感应电极外侧具有与其电气隔绝的抑制电极，且感应电极层的一侧具有反射遮蔽电极，因此提高感测灵敏度与信号噪声比，使感应电极与指纹间的感测距离能够尽量加大。

2. 若在感应电极、反射遮蔽电极及抑制电极上加上适当偏压，即可使电力线更集中在感应电极的上方表面（对应用户手指接触位置），可更提升感应灵敏度与信号噪声比。

3. 本发明的感应电极可置于非集成电路的基材（例如金属基材、高分子基材）上以显着减少芯片面积。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。