指纹辨识装置与具有指纹辨识功能的触控装置的制作方法

本发明与指纹辨识装置相关，尤其与指纹辨识装置内部的元件配置方式相关。

背景技术：

为了提升资料安全性并免去记忆密码的麻烦，近年来有许多电子产品提供了以指纹做为身份认证依据的功能。典型的指纹辨识装置通常包含一个指纹辨识芯片以及由多个感应元件构成的一感应器。指纹辨识芯片用以驱动这些感应元件并接收这些感应元件产生的信号。由于指纹凹处与指纹凸处对感应元件会产生程度不同的影响，指纹辨识芯片能根据这些感应元件产生的信号大小判断指纹图样。

在现有技术中，上述感应器与指纹辨识芯片的结合方式大致分为两种。第一种结合方式为在指纹辨识芯片所属集成电路的表面金属层上刻蚀出电极图样来实现这些感应元件，也就是将指纹辨识芯片与感应器直接整合在同一个集成电路中。第二种结合方式则是将这些感应元件设置在一块基板(例如可透光基板、塑胶基板或是电路板)上，再以细间距球栅阵列(fine-pitchballgridarray,fbga)封装形式将该基板与指纹辨识芯片所属集成电路封装在一起。采用这两种结合方式的指纹辨识装置，其感应器外观都是不透明的或者透光性极低，因而对于指纹辨识装置所属电子产品的外观设计造成相当大的限制。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出一种新的指纹辨识装置与具有指纹辨识功能的触控装置。于实际应用中，根据本发明的指纹辨识装置与触控装置可被整合在移动电话、笔记本电脑、平板电脑等各种需要指纹辨识功能的电子产品中，或是被整合在门禁控制等更大型的身份认证系统内，但不以此为限。

根据本发明的一具体实施例为一种指纹辨识装置，其中包含一可透光基板、多个感应元件构成的一感应器、一组导线以及一指纹辨识芯片。该多个感应元件、该组导线与该指纹辨识芯片皆设置于该可透光基板的一上表面。该指纹辨识芯片通过该组导线与该多个感应元件相连接。该指纹辨识芯片用以驱动该多个感应元件、接收该多个感应元件产生的多个感应结果，并据此判断一使用者指纹。

根据本发明的另一具体实施例为一种具有指纹辨识功能的触控装置，其中包含一可透光基板、多个第一感应元件、一组导线、一指纹辨识芯片、多个第二感应元件，以及一触控电路。该多个第一感应元件设置于该可透光基板的一上表面的一第一区域。该组导线设置于该可透光基板的该上表面。该指纹辨识芯片设置于该可透光基板的该上表面，并通过该组导线与该多个第一感应元件相连接。该指纹辨识芯片用以驱动该多个第一感应元件、接收该多个第一感应元件产生的多个第一感应结果，并据此判断一使用者指纹。该多个第二感应元件设置于该可透光基板的该上表面的一第二区域。该第二区域与该第一区域共同构成一触控范围。该触控电路用以驱动该多个第二感应元件、接收该多个第二感应元件产生的多个第二感应结果，并根据该多个第一感应结果的至少一部分与该多个第二感应结果判断发生于该触控范围内的一使用者触控动作。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1(a)为根据本发明的一实施例中的指纹辨识装置的元件配置的相对关系示意图；图1(b)为该指纹辨识装置的侧视图。

图2呈现根据本发明的实施例中的电极层的详细实施范例。

图3呈现根据本发明的另一实施例中包含发光模块的指纹辨识装置的侧视图。

图4(a)与图4(b)呈现根据本发明的另外两种实施例中的指纹辨识装置的示意图。

图5(a)呈现根据本发明的指纹辨识装置的一种壳体范例；图5(b)呈现在该壳体内部增设导电元件的范例。

图6(a)呈现根据本发明的指纹辨识装置的另一种壳体范例；图6(b)呈现在该壳体内部增设导电元件的范例。

图7(a)为根据本发明的一实施例中的触控装置的元件配置的相对关系示意图；图7(b)为其中一第二区域的轮廓示意图；图7(c)为该触控装置的剖视图。

图8(a)～图8(c)用以表示不同感应区域中相同单位面积包含不同数量感应元件的情况。

须说明的是，本发明的附图包含呈现多种彼此关联的功能性模块的功能方块图。这些附图并非细部电路图，且其中的连接线仅用以表示信号流。功能性元件及/或程序间的多种互动关系不一定要通过直接的电性连接始能达成。此外，个别元件的功能不一定要如附图中绘示的方式分配，且分散式的区块不一定要以分散式的电子元件实现。

图中元件标号说明：

100、200、300：指纹辨识装置110：可透光基板

110a：可透光基板上表面120：感应器

120a：覆盖层120b：电极层

130：导线140：指纹辨识芯片

m1：第一金属层m2：第二金属层

in1：第一绝缘层in2：第二绝缘层

ad：粘着层z、z’：参考方向

150：发光模块160：发光基板

170：控制器171、172、173：连接线

175：主要电路板510、610：壳体

511、611：壳体顶壁511a：开口

512：倾斜部520、620：导电元件

700：触控装置710：可透光基板

711：第一区域712：第二区域

731：第一导线732：第二导线

740：指纹辨识芯片750：显示器

760：触控电路799：剖面线

具体实施方式

根据本发明的一具体实施例为一种指纹辨识装置，其元件配置的相对关系示意图是绘示于图1(a)。指纹辨识装置100包含一可透光基板110、多个感应元件构成的一感应器120、一组导线130与一指纹辨识芯片140。如图1(a)所示，感应器120中的多个感应元件、导线130以及指纹辨识芯片140设置在可透光基板110的上表面110a。举例而言但不以此为限，可透光基板110的材质可为玻璃、塑胶或合成薄膜。

图1(b)为指纹辨识装置100的侧视图。于此实施例中，感应器120包含上下相叠的一覆盖层120a与一电极层120b。覆盖层120a用以承受使用者的接触，以保护电极层120b，其材质可为但不限于玻璃或硬质镀膜(hardcoating)。电极层120b可直接形成于可透光基板110上。图2呈现电极层120b的一种详细实施范例。电极层120b为一层叠结构，由下而上包含一第一金属层m1、一第一绝缘层in1、一第二金属层m2、一第二绝缘层in2，以及一粘着层ad。第一金属层m1可被制作为包含多个接收电极图样，而第二金属层m2可被制作为包含多个驱动电极图样，或者互相调换。接收电极与驱动电极两两成对，构成上述多个感应元件。举例而言，感应器120可被设计为包含100*100个以矩阵形式排列的感应元件。感应元件的大小、电极形状、数量和排列方式，可由电路制作者依感应器120的大小和需要的感应精细度决定。为避免图面过于混乱，图1(a)仅呈现6*6个感应元件做为说明范例。实务上，粘着层ad的材料可为具有良好透光率的光学胶(opticalclearadhesive,oca)，用以接合覆盖层120a与电极层120b。实务上，若粘着层ad的材料具有足够的绝缘能力，亦可省略第二绝缘层in2。

导线130可包含多条形成于上表面110a的金属走线。指纹辨识芯片140通过导线130与感应器120相连接。指纹辨识芯片140负责驱动感应器120中的感应元件、接收这些感应元件产生的感应结果，并据此判断一使用者指纹。实务上，指纹辨识芯片140可为具有一覆晶式封装的一集成电路芯片，并通过导电胶与可透光基板110上的多个导电点相接合，借此连接到导线130。相较于先前技术中需于封装厂将感应元件所在基板与指纹辨识芯片整合为一细间距球栅阵列(fbga)封装体的做法，根据本发明的实施方式具有可节省封装成本的优点。于实际应用中，指纹辨识芯片140可包含但不限于模拟-数字转换器、噪声过滤电路、比较器、存储器等元件。须说明的是，感应元件的驱动方式与根据感应结果判断使用者指纹的方法为本领域技术人员所知，于此不赘述。

综观图1(a)、图1(b)与图2，在指纹辨识装置100中，可透光基板110与覆盖层120a皆可被设计为具有良好的透光性，而感应器120中的第一绝缘层in1、第二绝缘层in2以及粘着层ad亦可利用透光性佳的材质实现。另一方面，感应器120中的第一金属层m1与第二金属层m2所具有的电极图样的镂空部分亦可被光线穿透。因此，若适当设计感应器120中的电极图样，令其包含较多的镂空部分，或者甚至是以透明导电材料制成电极，顺着图1(b)中标示的方向z前进或是逆着方向z前进的光线便有相当可观的一部分可穿透指纹辨识装置100。另一方面，即使导线130本身是由多条不透光的金属细线构成，其走线之间的间隙仍可供光线穿透。因此，从使用者的视角观看，指纹辨识装置100上除了指纹辨识芯片140的所在位置之外，其他部分皆可具有相当程度的透光性。

相较于现有技术，指纹辨识装置100的透光特性能提供给各类产品的外观设计师更大的设计弹性。举例而言，若将指纹辨识装置100应用在门禁控制系统，可透光基板110可即为玻璃门片本身。于实际应用中，指纹辨识芯片140可通过设置在可透光基板110上的连接线(未绘示)，例如金手指(goldenfinger)，连接到其他外部电路，以接收电力供应或是将使用者指纹判断结果提供给后续电路。

图3呈现指纹辨识装置100的一种变化型的侧视图。指纹辨识装置200与指纹辨识装置100的主要差异在于，指纹辨识装置200进一步包含一发光模块150。发光模块150设置于一发光基板160上，可利用一个或多个发光二极管元件实现，但不以此为限。如图3所示，发光基板160大致平行于可透光基板110，并与可透光基板110的一下表面110b相对。发光模块150提供的光线可穿透可透光基板110与感应区120，抵达使用者的视线范围内。举例而言，发光模块150发出的光线可做为辅助指示，让使用者较容易注意到感应区120的所在位置。实务上，发光模块150可包含一个控制单元与一发光二极管阵列(由多个光线色彩相同或不同的发光二极管构成)。该控制单元负责配合指纹辨识装置200的运作模式来控制这些发光二极管的开关、亮度或色彩。

图4(a)呈现指纹辨识装置200的一种变化型的示意图。指纹辨识装置300进一步包含一控制器170，设置于一主要电路板175上，并且分别通过连接线171、172耦接至指纹辨识芯片140与发光模块150。于实际应用中，主要电路板175可为一印刷电路板，通过软性电路板或软性排线与可透光基板110、发光基板160电性连接。换句话说，连接线171、172可各自包含数段在软性电路板、主要电路板175、可透光基板110与发光基板160上的走线。连接线171、172亦可包含电力线(powerline)，负责将电力自主要电路板175传递至指纹辨识芯片140与发光模块150。

控制器170用以根据指纹辨识芯片140判断出的使用者指纹控制发光模块150。举例而言，控制器170中可储存有一特定指纹图样。当目前指纹辨识芯片140检测到的使用者指纹与该特定指纹图样相符，控制器170便控制发光模块150发出某一种颜色(例如绿色)的光线，并且执行身份认证成功时的对应动作(例如将行动电话解锁)。相对地，当目前指纹辨识芯片140检测到的使用者指纹不符合该特定指纹图样，控制器170便控制发光模块150发出另一种颜色(例如红色)的光线，并且执行身份认证不成功时的对应动作(例如在移动电话屏幕上显示解锁失败的文字讯息)。实务上，控制器170可被实现为固定式及/或可编程数字逻辑电路，包含可编程逻辑门阵列、特定应用集成电路、微控制器、微处理器、数字信号处理器，与其他必要电路。

或者，如图4(b)所示，控制器170的功能可被分散实现于指纹辨识芯片140与发光模块150本身的控制单元(未绘示)。易言之，发光模块150可通过连接线173与指纹辨识芯片140相连，并且直接受到指纹辨识芯片140的控制，执行上述发出不同颜色光线的任务。

图5(a)呈现指纹辨识装置300的一种壳体范例。于此范例中，可透光基板110、发光基板160、主要电路板175及其上的元件皆容置于壳体510内部。壳体510的顶壁511具有一开口511a，用以将覆盖层120a的感应表面露出，接受使用者碰触。如图5(a)所示，在垂直可透光基板110且远离其上表面的参考方向z’上，指纹辨识芯片140的高度通常会高于感应区120。若以指纹辨识芯片140的高度为基准来设计壳体510的厚度，覆盖层120a的感应表面在参考方向z’上会低于壳体510的顶壁511。配合此高度相对关系，壳体510可被设计为令开口511a具有一倾斜部512，自顶壁511下斜向覆盖层120a的感应表面。相对于为开口511a及覆盖层120a的交接处采用垂直式侧壁，倾斜部512可让使用者在按压覆盖层120a时更为舒适。

请参阅图5(b)。在壳体510具有导电性的实施例中，指纹辨识装置300可进一步包含一导电元件520，电性连接于壳体510内侧与主要电路板175之间。更明确地说，导电元件520电性连接至主要电路板175上的一个固定电压端，例如接地端。于实际应用中，壳体510可能是因为涂布有金属喷漆而具有微弱的导电性。即使在导电性微弱的情况下，因壳体510可等效于一个相当大的电容，将壳体510连接至主要电路板175上的固定电压端可帮助消除指纹辨识芯片140检测到的背景噪声、提高检测结果的正确性。实务上，导电元件520可为但不限于一导电泡棉或一金属弹片。

图6(a)呈现指纹辨识装置300的另一种壳体范例。于此范例中，壳体610的顶壁611同样具有一开口，用以将覆盖层120a的感应表面露出。本实施例的特点在于，在垂直可透光基板110的参考方向z’上，覆盖层120a的厚度被特意增加，使其感应表面与壳体的顶壁611大致等高，亦即让覆盖层120a大致密合于顶壁611的开口。这种做法的好处在于能达成全平面机构设计。实务上，利用一玻璃平板或一硬质镀膜来实现覆盖层120a皆可方便地控制其厚度。须说明的是，也可借由加厚电极层120b或是局部加厚电极层120b下方的可透光基板110，来达到令覆盖层120a的感应表面与顶壁611大致等高的效果。

如图6(b)所示，在壳体610具有导电性的实施例中，壳体610内侧与主要电路板175之间亦可设置一个导电元件620，以提高指纹辨识芯片140的检测结果正确性。

根据本发明的另一具体实施例为一种具有指纹辨识功能的触控装置，其元件配置的相对关系示意图是绘示于图7(a)。触控装置700包含一可透光基板710、位于第一区域711内的多个第一感应元件、位于第二区域712内的多个第二感应元件、一组第一导线731、一组第二导线732、一指纹辨识芯片740、一触控电路760，以及设置于可透光基板710下方的一个显示器750(呈现于图7(c))。

于此实施例中，第一区域711与第二区域712共同构成一个矩形的触控范围。如图7(b)所示，配合第一区域711的形状及位置，第二区域712的轮廓为具有一凹陷区域的矩形。实务上，这些第二感应元件可为以透明或可透光导电材料制成的多组电极。图7(b)中的虚线用以标示这些第二感应元件彼此之间的区隔。实务上，这些第二感应元件的大小、电极形状、数量和排列方式，可由电路制作者依触控装置700的大小和所需的感应精细度(fineness)、感应解析度等要件决定。

如图7(a)所示，该多个第一感应元件、该多个第二感应元件、第一导线731、第二导线732、指纹辨识芯片740与触控电路760皆设置于可透光基板710的上表面。指纹辨识芯片740通过该组第一导线731与第一区域711内的这些第一感应元件相连接。触控电路760通过该组第二导线732与第二区域712内的这些第二感应元件相连接。指纹辨识芯片740负责驱动第一区域711内的这些第一感应元件，并接收这些第一感应元件产生的多个第一感应结果。触控电路760负责驱动第二区域712内的这些第二感应元件，并接收该多个第二感应元件产生的多个第二感应结果。

图7(c)为触控装置700沿着剖面线799的剖视图。前述设置于可透光基板710下方的显示器750的大小可大致相同于第一区域711与第二区域712共同构成的触控范围，且位于该触控范围的正下方。与图1中的感应器120相同，图7(a)与图7(c)中的第一区域711也具有相当程度的透光性，因此可让显示器750发出的光线透出第一区域711。由于第一区域711与第二区域712皆可透光(虽然透光程度可能不完全相同)，使用者可以通过第一区域711与第二区域712完整看到显示器750呈现的画面。

当触控装置700处于指纹辨识模式时，显示器750可在第一区域711下方显示图样或线条，指示第一区域711的范围供使用者参考，以得知应于何处按压指纹。与图1中的指纹辨识芯片140相同，指纹辨识芯片740会根据这些第一感应结果判断一使用者指纹。在这个情况下，触控电路760可暂不工作。

于此实施例中，指纹辨识芯片740与触控电路760可协同运作，借此令第一区域711与第二区域712共同构成的触控范围等效于一个完整的矩形触控区域。更明确地说，当触控装置700需要检测更大范围的使用者触控动作时，指纹辨识芯片740负责驱动第一区域711内的这些第一感应元件、接收这些第一感应元件产生的多个第一感应结果，而触控电路760负责驱动第二区域712内的这些第二感应元件、接收该多个第二感应元件产生的多个第二感应结果。并且，指纹辨识芯片740接收到的这些第一感应结果会被提供给触控电路760。接着，触控电路760即可根据该多个第一感应结果与该多个第二感应结果判断发生于该矩形触控范围内的一使用者触控动作。实务上，指纹辨识芯片740与触控电路760各自产生的感应结果亦可被提供至另一后端控制器(未绘示)加以综合研判、处理。该后端控制器可以是综合处理触控装置700通用应用程序的中央处理器、专司处理显示器750显示图像的绘图处理器、亦可为一独立的触控指纹处理器。由后端控制器综合研判、处理在某些应用上具有明显的优点。举例而言，若该后段控制器为中央处理器，中央处理器可于指纹辨识芯片740与触控电路760其中之一提供该多个第一感应结果或该多个第二感应结果给中央处理器时，即预先启动相对应的应用程序或预先自存储器下载相对应的资料，因而在该使用者触控动作未被判断出来前，即可处理部分相对应的任务，使得使用者触控的反应速度加快。在另一个例子里，若该后端控制器为绘图处理器，绘图处理器可控制指纹辨识芯片740于指纹辨识的过程中陆续送出对应感应位置的多个第一感应结果。在指纹辨识的过程中，绘图处理器不仅可以控制显示器750在第一区域711下方静态显示图样或线条，甚至可以动态地于对应感应位置显示不同的图样，以标示已完成辨识的对应感应位置；自然地，此例亦可由中央处理器做为后端控制器，并同时控制绘图处理器实现，并且在触控电路760感应具有连续性的动态手势时也能有相类似的应用。此外，该后段控制器亦可动态地由多核心处理器中较不忙碌的其中一个或多个处理器实现。

一般而言，辨识指纹所需要的感应解析度高于辨识使用者触控动作的感应解析度。实务上，第一区域711内每单位面积中的感应元件数量可被设计为高于第二区域712内每单位面积中的感应元件数量。因此，当指纹辨识芯片740与触控电路760协同运作以检测使用者触控动作时，触控电路760可选择性地仅采用一部分(而非所有)的第一感应结果来代表第一区域711内的感应结果。请参阅图8(a)与图8(b)。以第一区域711内每单位面积包含4*4个第一感应元件，且第二区域712内每单位面积包含2*2个第二感应元件的情况为例，触控电路760可仅采用图8(c)中标有斜线图样的四个第一感应元件的感应结果来代表这个单位面积内的感应结果，借此减少资料处理量。举例来说，就图8(c)中的第一感应元件00、01、10、11而言，触控电路760可不考虑第一感应元件01、10、11的感应结果，而是将第一感应元件00的感应量乘以四，来代表这四个第一感应元件所在区域内的感应结果。在其他的例子里，第一感应元件00可被第一感应元件01、10、11其中之一代换，亦可于第一感应元件00、01、10、11当中选择其二或其三。此外，触控电路760于不同单位面积区域内亦可因应需求采用不同相对位置或数量的第一感应元件的感应量计算感应结果。

本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，先前在介绍指纹辨识装置100时描述的各种操作变化亦可应用至触控装置700，其细节不再赘述。

不同于先前技术中总是将触控区域与指纹感应区域分开来独立设置的情况，由于图7(a)中的第一区域711可具有良好的透光性，触控装置700的指纹感应区域(亦即第一区域711)也是触控区域的一部分。这种做法的好处在于触控装置700在显示器750范围外的边框可以被缩小。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。