專利名稱：電容式傳感器、裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器，尤其是電容式傳感器、裝置及方法。
背景技術(shù)：
觸摸位置傳感器可檢測手指或另一物體(例如，手寫筆)的觸摸的存在及位置。舉例來說，觸摸位置傳感器可檢測所述觸摸位置傳感器的外部接口的區(qū)域內(nèi)的觸摸的存在及位置。在觸敏顯示器應(yīng)用中，觸摸位置傳感器使得能夠與顯示在屏幕上的內(nèi)容直接交互而非間接與鼠標(biāo)或觸摸墊交互。觸摸位置傳感器可附接到具有顯示器的裝置或提供為具有顯示器的裝置的部分， 所述裝置例如計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、衛(wèi)星導(dǎo)航裝置、移動(dòng)電話、便攜式媒體播放器、 便攜式游戲控制臺(tái)、公共信息亭及銷售點(diǎn)系統(tǒng)。觸摸位置傳感器還已用作器具上的控制面板。存在若干種不同類型的觸摸位置傳感器，例如電阻式觸摸屏、表面聲波觸摸屏、電容式觸摸屏等。舉例來說，電容式觸摸屏可包括絕緣體，其以特定圖案涂覆有透明導(dǎo)體。當(dāng)手指或其它物體觸摸屏幕的表面時(shí)，電容存在改變。此電容的改變可被發(fā)送到控制器以供處理從而確定所述觸摸的位置。還存在若干種不同類型的指紋傳感器。實(shí)例包括光學(xué)指紋傳感器、熱指紋傳感器及電容式指紋傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
電容式傳感器的所揭示實(shí)例可確定觸摸的存在及位置且可確定指紋圖案?！N電容式傳感器，其包含觸摸感測區(qū)域及指紋感測區(qū)域；至少一個(gè)襯底；電容式觸摸位置傳感器，其包括于所述至少一個(gè)襯底上及所述觸摸感測區(qū)域中，所述電容式觸摸位置傳感器包含經(jīng)配置以使得能夠檢測所述觸摸感測區(qū)域中的觸摸的存在及位置的多個(gè)電極；及電容式指紋傳感器，其包括于至少一個(gè)襯底上及所述指紋感測區(qū)域中，所述電容式指紋傳感器包含經(jīng)配置以使得能夠識(shí)別置于所述指紋感測區(qū)域中的手指的指紋的多個(gè)電極。一種感測裝置，其包含電容式傳感器，其包含第一電極，其在所述電容式傳感器的感測區(qū)域中沿第一方向延伸；絕緣體；及第二電極，其通過所述絕緣體與所述第一電極分離，且在所述電容式傳感器的所述感測區(qū)域中沿不同于所述第一方向的第二方向延伸，所述第一電極與所述第二電極彼此交越以在所述電容式傳感器的所述感測區(qū)域中形成電容式感測通道，所述第一及第二電極經(jīng)配置以在所述電容式傳感器的所述感測區(qū)域中提供電容式感測通道，所述電容式感測通道足以使得能夠識(shí)別置于所述電容式傳感器的所述感測區(qū)域中的手指的指紋；及控制單元，其耦合到所述電容式傳感器的所述第一及第二電極且經(jīng)配置以在指紋感測模式中處理從所述電容式感測通道獲得的第一數(shù)目個(gè)信號(hào)以識(shí)別置于所述電容式傳感器的所述感測區(qū)域中的所述手指的所述指紋；及在觸摸位置感測模式中處理從所述電容式感測通道獲得的第二數(shù)目個(gè)信號(hào)以檢測觸摸并確定所述電容式傳感器的所述感測區(qū)域中的所述所檢測到的觸摸的位置。一種形成電容式傳感器的方法，所述方法包含以下步驟形成第一導(dǎo)電層，所述第一導(dǎo)電層包含至少一個(gè)襯底上的電容式觸摸位置傳感器在觸摸感測區(qū)域中的多個(gè)第一電極及所述至少一個(gè)襯底上的電容式指紋傳感器在指紋感測區(qū)域中的多個(gè)第一電極；及形成第二導(dǎo)電層，所述第二導(dǎo)電層包含所述至少一個(gè)襯底上的所述電容式觸摸位置傳感器在所述觸摸感測區(qū)域中的多個(gè)第二電極及所述至少一個(gè)襯底上的所述電容式指紋傳感器在所述指紋感測區(qū)域中的多個(gè)第二電極；其中所述電容式指紋傳感器的至少所述第一及第二電極以以下方式形成提供足夠用于感測觸摸所述指紋感測區(qū)域的手指的指紋的電容式感測通道密度。


各圖以實(shí)例方式而非限制方式描繪根據(jù)本發(fā)明教示內(nèi)容的一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施方案。在各圖中，相同的參考編號(hào)指代相同或類似的元件。圖1示意性地圖解說明包括觸摸位置傳感器及指紋傳感器的第一示范性電容式感測面板；圖加示意性地圖解說明示范性電容式感測面板的一部分的平面圖；圖2b示意性地圖解說明使用兩個(gè)襯底的示范性電容式感測面板的驅(qū)動(dòng)電極及感測電極的布置的相關(guān)層的橫截面；圖2c示意性地圖解說明使用一個(gè)襯底的示范性電容式感測面板的驅(qū)動(dòng)電極及感測電極的另一布置的相關(guān)層的橫截面；圖3示意性地圖解說明驅(qū)動(dòng)電極及感測電極，其可用于如圖1的面板的電容式感測面板中；圖4示意性地圖解說明另一示范性電容式感測面板；圖5示意性地圖解說明圖4的電容式感測面板實(shí)例的驅(qū)動(dòng)電極及感測電極的布置；圖6示意性地圖解說明另外示范性電容式感測面板；圖7是展示示范性指紋傳感器及手指的部分的橫截面圖；及圖8示意性地圖解說明電容式感測面板及電極圖案的另一實(shí)例以及用于所述示范性面板的控制單元的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式在以下詳細(xì)說明中，以實(shí)例方式列舉眾多具體細(xì)節(jié)以便闡釋相關(guān)教示內(nèi)容。為了避免不必要地使本發(fā)明教示內(nèi)容的方面模糊，已在相對(duì)高的層面上描述了所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的那些方法、程序、組件及/或電路。現(xiàn)在詳細(xì)參照附圖中所圖解說明且于下文論述的實(shí)例。圖1圖解說明具有襯底101的電容式傳感器100。電容式傳感器100包括具有觸摸感測區(qū)域103A的電容式觸摸位置傳感器103及具有指紋感測區(qū)域105A的電容式指紋傳感器105。
觸摸位置傳感器103可經(jīng)配置以檢測手指、手寫筆或類似物的觸摸的存在及位置。指紋傳感器105可經(jīng)配置以確定指紋的圖案，可將所述圖案與一個(gè)或一個(gè)以上所存儲(chǔ)指紋圖案進(jìn)行比較以確定所確定指紋圖案與所存儲(chǔ)指紋圖案之間是否存在匹配。舉例來說，所存儲(chǔ)指紋圖案可包括一個(gè)或一個(gè)以上特定用戶的一個(gè)或一個(gè)以上指紋圖案，以識(shí)別所述用戶。所存儲(chǔ)指紋圖案可包括手的特定手指(包括食指、中指、無名指、小手指及拇指) 的大體圖案，以在不同手指之間進(jìn)行區(qū)分。光可透射穿過觸摸位置傳感器103，使得觸摸位置傳感器103的用戶可從見觸摸位置傳感器103下面的光源(例如，背光或顯示器)發(fā)射的光。另一方面，指紋傳感器105 在觸摸感測區(qū)域103A外部且因此可以或可不透射光。與電容式傳感器100 —同使用的示范性顯示器包括(不進(jìn)行限制)液晶顯示器、 電子油墨顯示器、有機(jī)發(fā)光二極管顯示器、等離子顯示器及陰極射線管顯示器。在圖1的實(shí)例中，觸摸位置傳感器103及指紋傳感器105分別連接到單獨(dú)的印刷電路107及109。印刷電路107及109可為柔性印刷電路(FPC)。FPC可提供兩個(gè)傳感器 103及105的電極到兩個(gè)控制單元的連接。在其它實(shí)例中，觸摸位置傳感器103及指紋傳感器105兩者可用單個(gè)連接器連接到共用FPC以用于連接到控制單元。觸摸位置傳感器103及指紋傳感器105可各自獨(dú)立地選自任何合適的電容式傳感器，包括互電容及自電容傳感器。自電容傳感器包括個(gè)別電極。如以下大部分實(shí)例中所論述的互電容型傳感器具有驅(qū)動(dòng)電極及感測電極。兩個(gè)電容式傳感器的電極可形成于為所述兩個(gè)傳感器共用的至少一個(gè)襯底上，例如，圖1的實(shí)例中的襯底101。圖加到2c中的每一者展示(舉例來說)用于圖1的傳感器103及105中的任一者的電容式傳感器的驅(qū)動(dòng)電極201 (χ)及感測電極201 (y)的布置。參照?qǐng)D2a，電容式傳感器的驅(qū)動(dòng)電極201 (χ)及感測電極201 (y)可經(jīng)布置而在襯底211的同一表面上彼此電隔離。應(yīng)了解，感測電極及驅(qū)動(dòng)電極可具有任何性質(zhì)及布置。舉例來說，驅(qū)動(dòng)電極201 (χ)可包圍感測電極201 (y)。電容式感測通道203形成于感測區(qū)域中驅(qū)動(dòng)電極201 (χ)與感測電極201 (y)的邊緣鄰近的區(qū)處。在其它實(shí)例中，電容式傳感器的驅(qū)動(dòng)電極201 (χ)及感測電極201 (y)可布置于絕緣襯底的相對(duì)表面上，使得所述襯底提供驅(qū)動(dòng)電極與感測電極彼此的電隔離。將關(guān)于圖 2c詳細(xì)地論述具有一個(gè)襯底的此種電容式感測面板結(jié)構(gòu)的實(shí)例。在另一實(shí)例中，驅(qū)動(dòng)電極 201 (χ)及感測電極201(y)可形成于不同襯底上，其中驅(qū)動(dòng)電極與感測電極之前提供有絕緣體。將關(guān)于圖2b詳細(xì)地論述具有兩個(gè)襯底的此種電容式感測面板結(jié)構(gòu)的實(shí)例。首先參照展示電容式感測面板結(jié)構(gòu)的相關(guān)層的圖2b，驅(qū)動(dòng)電極201(x)可提供于第一襯底211a上，且感測電極201 (y)可提供于第二襯底211b上。驅(qū)動(dòng)電極201 (χ)與感測電極201(y)通過非導(dǎo)電材料(例如，光學(xué)透明粘合劑)層207間隔開。電容式感測通道形成于電容式耦合節(jié)點(diǎn)處，所述電容式耦合節(jié)點(diǎn)存在于包圍驅(qū)動(dòng)電極201 (χ)與感測電極 201 (y)在彼此交越且通過非導(dǎo)電材料207分離之處的局部化區(qū)中。節(jié)點(diǎn)感測區(qū)域包含由驅(qū)動(dòng)電極與感測電極的交越形成的每一或?qū)嵸|(zhì)每一交叉點(diǎn)。盡管此實(shí)例中未展示，但一些實(shí)施方案可包括透明覆蓋薄片。所述透明覆蓋薄片可通過合適的材料(例如，光學(xué)透明粘合劑)附接到感測面板的其它元件或與其間隔開。在展示電容式感測面板結(jié)構(gòu)的相關(guān)層的圖2c中所圖解說明的另一布置中，感測電極201 (y)及驅(qū)動(dòng)電極201 (χ)形成于同一襯底211c的相對(duì)表面上。襯底211c可由絕緣材料形成。電容式感測通道形成于電容式耦合節(jié)點(diǎn)處，所述電容式耦合節(jié)點(diǎn)存在于包圍驅(qū)動(dòng)電極201(x)與感測電極201(y)彼此交越且通過絕緣襯底211c分離之處的局部化區(qū)中。 透明覆蓋薄片209可與感測電極201 (y)間隔開。合適的材料(例如，光學(xué)透明粘合劑層 207)提供透明覆蓋薄層209與電極201 (y)及襯底211c之間的間隔且將透明覆蓋薄片209 接合到電極201 (y)及襯底211c。各種襯底中的每一者及/或所述覆蓋薄片可由透明不導(dǎo)電材料形成，例如玻璃或塑料。在可需要電容式感測面板的柔性的情況下，塑料襯底及覆蓋薄片可為合適的。合適的塑料襯底材料的實(shí)例包括但不限于聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN)及聚碳酸酯(PC)。用于透明覆蓋薄片209的合適塑料材料的實(shí)例包括但不限于聚碳酸酯/聚甲基丙烯酸甲酯共混物(PMMA)。圖2b及圖2c表示可形成互電容型觸摸感測面板的驅(qū)動(dòng)電極及感測電極的結(jié)構(gòu)的兩個(gè)不同實(shí)例。也可使用其它結(jié)構(gòu)。在圖2b及圖2c的實(shí)例中，驅(qū)動(dòng)電極及感測電極201 (χ)、 201 (y)可形成觸摸感測區(qū)域中的類似于圖加中所示的圖案的圖案。關(guān)于稍后的實(shí)例來論述可使用如圖2b及圖2c中所示的那些中的任一者的結(jié)構(gòu)的數(shù)種其它電極圖案。再次參照?qǐng)D1，電容式指紋傳感器105可實(shí)施為電容式觸摸位置傳感器103的較小尺度版本。在指紋傳感器105中，在檢測器的通道處檢測指紋的個(gè)別脊。相比之下，觸摸位置傳感器103可經(jīng)配置以檢測手指或手寫筆的位置。除以較小尺度且提供更高電極密度以外，指紋傳感器可使用類似于用以形成觸摸位置傳感器103的方法及材料的方法及材料來形成。電容式觸摸位置傳感器103及電容式指紋傳感器105兩者的電極可使用圖加到圖 2c中所示的襯底與電極布置中的任一者形成于一個(gè)或一個(gè)以上共用襯底上。如稍后論述， 用于形成傳感器103、105的電極的一些或所有處理步驟可相同。圖3圖解說明圖1的電容式傳感器100的另一示范性電極布置，在此情況下，包括觸摸位置傳感器103及指紋傳感器105兩者的電極。在圖3的實(shí)例中，觸摸位置傳感器103 包括驅(qū)動(dòng)電極301 (χ)及感測電極301 (y)，驅(qū)動(dòng)電極301 (χ)及感測電極301 (y)(舉例來說) 以類似于圖2b及圖2c中的任一者中所圖解說明的方式的方式形成于為所述兩個(gè)傳感器共用的一個(gè)或一個(gè)以上襯底的不同表面上。指紋傳感器105包括形成于所述一個(gè)或一個(gè)以上共用襯底的不同表面上的驅(qū)動(dòng)電極303(x)及感測電極303(y)。展示驅(qū)動(dòng)電極連接線305 從驅(qū)動(dòng)電極301(x)引出以用于連接到FPC，例如圖1中的107。感測電極連接線307經(jīng)提供以將感測電極301(y)連接到所述FPC。僅以舉例的方式展示所述連接線的圖案。指紋傳感器105的電極303 (χ)及303(y)可由類似于圖1中的FPC 109的FPC上的連接線連接。所述驅(qū)動(dòng)電極及感測電極的寬度可取決于將在其中使用觸摸位置傳感器103的觸敏應(yīng)用?；ル娙萦|摸位置傳感器103的驅(qū)動(dòng)電極及/或感測電極可高達(dá)約20mm寬。在使用例如ITO等透明導(dǎo)電材料的實(shí)例中，感測電極可大于約0. 2mm寬且驅(qū)動(dòng)電極可大于約 3mm寬。在使用細(xì)金屬線的實(shí)例中，每一線可大于約1 μ m，但電極寬度可仍在約3mm或更大的范圍中。類似尺寸可應(yīng)用于自電容觸摸位置傳感器的電極。觸摸位置傳感器103的驅(qū)動(dòng)電極301 (χ)及感測電極301 (y)可各自由導(dǎo)電材料形成。合適的透明材料包括透明無機(jī)及有機(jī)導(dǎo)電材料，例如ITO(氧化銦錫)、ΑΤ0(氧化銻錫)、氧化錫、PEDOT或其它導(dǎo)電聚合物及碳納米管或金屬納米線灌注的材料。
如果使用透明導(dǎo)電材料(例如，ΙΤ0)來形成驅(qū)動(dòng)電極301 (χ)，那么每一電極可由所述透明導(dǎo)電材料的固體塊形成。對(duì)于驅(qū)動(dòng)電極301 (χ)，可使鄰近電極之間的空間盡可能地窄，(舉例來說)以增強(qiáng)感測電極301 (y)對(duì)因下伏顯示器而引起的噪聲的屏蔽。參照?qǐng)D 1，感測區(qū)域103A的至少90%可由驅(qū)動(dòng)電極的透明導(dǎo)電材料覆蓋，且鄰近驅(qū)動(dòng)電極301 (χ) 之間的間隙可不大于300微米。在此實(shí)例中，每一交叉點(diǎn)的實(shí)質(zhì)整個(gè)區(qū)域可由固體驅(qū)動(dòng)電極塊屏蔽。在其它實(shí)例中，觸摸位置傳感器103的驅(qū)動(dòng)電極301 (χ)及感測電極301 (y)中的一者或兩者可由不透明導(dǎo)電材料的細(xì)線的網(wǎng)或其它圖案形成，所述不透明導(dǎo)電材料經(jīng)確定大小及圖案化以允許光透射穿過網(wǎng)電極。合適的不透明導(dǎo)體材料包括銅、銀、金、鋁、錫及適合用于導(dǎo)電布線的其它金屬。所述細(xì)線可從約1微米寬一直到約20微米寬。每一電極可包括形成有適當(dāng)電極寬度的細(xì)線的網(wǎng)或其它圖案。較窄的線可減小對(duì)裸眼的可見性。電極層的電極的細(xì)導(dǎo)電線可經(jīng)形成而使得觸摸感測區(qū)域103a的多達(dá)約10%由電極材料覆蓋。 用以提供示范性范圍中的覆蓋的寬度及間距允許感測面板的良好透明度。配置線圖案以朝向所述范圍的較低端(舉例來說，3%左右或更低)減小覆蓋百分比增加透明度且減小顯示器質(zhì)量的可察覺變暗或其它損失。與觸摸位置傳感器103的電極相同，圖3的指紋傳感器105的驅(qū)動(dòng)電極303 (χ)及感測電極303 (y)可形成于不同表面上。指紋驅(qū)動(dòng)電極303 (χ)可形成于與觸摸位置傳感器 103的驅(qū)動(dòng)電極301 (χ)相同的襯底表面上，且指紋感測電極303 (y)可形成于與觸摸位置傳感器103的感測電極301 (y)相同的襯底表面上。在此實(shí)例中，指紋驅(qū)動(dòng)電極303 (χ)及感測電極303(y)可由導(dǎo)電材料的細(xì)線形成， 所述導(dǎo)電材料可為不透明導(dǎo)電材料，例如金屬。然而，可使用導(dǎo)電透明材料來形成指紋驅(qū)動(dòng)電極303 (χ)及感測電極303 (y)，如上文關(guān)于觸摸位置傳感器103的電極所描述。在一些實(shí)例中，所述電極線可從約1微米寬一直到約20微米寬，且電極線之間的間距可高達(dá)約200 微米。指紋驅(qū)動(dòng)電極303(x)及感測電極303(y)的細(xì)線可以與觸摸位置傳感器103的驅(qū)動(dòng)電極301(x)及感測電極301(y)的線相同的方式形成。與觸摸位置傳感器103的電極相比， 指紋傳感器105的每一電極的寬度及間距可適于允許指紋圖案的檢測。將了解，指紋確定及匹配的準(zhǔn)確性將隨指紋感測區(qū)域105A中的通道的數(shù)目而增加。指紋感測區(qū)域105A中的通道的數(shù)目可至少部分地取決于指紋驅(qū)動(dòng)電極303 (χ)及感測電極303(y)的寬度及間距。觸摸位置傳感器103及指紋傳感器105的電極可形成于相同襯底表面上，如上文所描述。此外，觸摸位置傳感器103及指紋傳感器105的驅(qū)動(dòng)電極及感測電極可分別由相同材料形成及/或在同一處理步驟中形成。舉例來說，驅(qū)動(dòng)電極301 (χ)、303 (χ)可由不透明導(dǎo)電材料(例如，金屬)的細(xì)線的網(wǎng)或其它圖案形成。在此實(shí)例中，驅(qū)動(dòng)電極301(x)、303(x) 可由不透明導(dǎo)電材料的細(xì)線的圖案形成。由于觸摸位置傳感器103及指紋傳感器105的電極在襯底的相同表面上，因此觸摸位置傳感器103及指紋傳感器105的電極可經(jīng)由類似處理步驟形成。觸摸位置傳感器103的連接線305及/或307可在與指紋傳感器105的連接線相同的處理步驟中形成及/或由與指紋傳感器105的連接線類似的材料形成。用以形成傳感器103及105中的一者的連接線的材料及/或處理步驟也可用以形成傳感器103及105中的另一者的電極。
在圖3的實(shí)例中，所述觸摸位置傳感器及所述指紋傳感器兩者均為互電容傳感器，其中驅(qū)動(dòng)電極及感測電極形成于由所述兩個(gè)傳感器共享的一個(gè)或多個(gè)襯底的不同表面上。然而，觸摸位置傳感器103及指紋傳感器105可各自為電容傳感器的任何合適形式，且所述兩個(gè)傳感器可為相同或不同的類型?？捎米饔|摸位置傳感器及指紋傳感器中的一者或兩者的傳感器的類型的實(shí)例包括其中電極僅形成于一個(gè)表面上的自電容傳感器；其中驅(qū)動(dòng)電極及感測電極形成于同一表面上的互電容傳感器；其中驅(qū)動(dòng)電極及感測電極形成于不同襯底的不同表面上的互電容傳感器；及其中驅(qū)動(dòng)電極及感測電極形成于同一襯底的相對(duì)表面上的互電容傳感器。在觸摸位置傳感器103及/或指紋傳感器105的電極形成于一個(gè)以上表面上的情況下，則可使用類似材料及/或類似處理步驟來在一個(gè)或兩個(gè)表面上形成觸摸位置傳感器及指紋傳感器電極。圖4圖解說明另一示范性電容式傳感器400，電容式傳感器400包括具有觸摸感測區(qū)域403A的觸摸位置傳感器403及具有指紋感測區(qū)域405A的指紋傳感器405。在此實(shí)例中，指紋傳感器405在觸摸感測區(qū)域403A的周界內(nèi)。此外，指紋傳感器405及觸摸位置傳感器403可連接到共用FPC 407。在其它實(shí)例中，感測器403及405可連接到單獨(dú)的FPC。 圖4中的元件類似于圖3中的那些元件，然而，觸摸感測區(qū)域403A現(xiàn)在包含指紋傳感器405 連同指紋感測區(qū)域405A。圖5展示圖4的電容式傳感器400的示范性電極布置。所述觸摸位置傳感器包括驅(qū)動(dòng)電極401 (χ)及感測電極401 (y)，且所述指紋傳感器包括驅(qū)動(dòng)電極405 (χ)及感測電極 405(y)。兩個(gè)傳感器的電極可形成于一個(gè)或一個(gè)以上共用襯底的不同表面上。觸摸位置傳感器403及指紋傳感器405的電極可各自使用類似于上文參照?qǐng)D1到圖3所描述的那些材料及工藝的材料及工藝而以適當(dāng)尺寸形成。由于指紋傳感器405是在觸摸感測區(qū)域403A 中，因此指紋傳感器405可經(jīng)形成以便滿足觸摸位置傳感器403的最小光學(xué)要求，例如光透射比。在使用中，可在使用指紋傳感器405確定指紋之后解鎖數(shù)據(jù)及/或可啟動(dòng)應(yīng)用程序，此后的一時(shí)間周期可不需要指紋感測。當(dāng)不需要指紋感測時(shí)，指紋傳感器405可與觸摸位置傳感器403組合用于觸摸感測。因此，指紋傳感器405可為可在指紋感測模式與觸摸感測模式之間切換。指紋感測區(qū)域405A的通道中的每一者可連同指紋感測區(qū)域405A外部的通道一起使用，以使整個(gè)觸摸感測區(qū)域403A為觸敏的。指紋感測區(qū)域405A中的通道密度可高于大多數(shù)觸摸感測應(yīng)用(例如，感測手指或手寫筆的存在及位置)所需要的通道密度。舉例來說，如果指紋感測區(qū)域405A含有供用于指紋感測模式中的η個(gè)指紋傳感器通道，那么來自這些通道的信號(hào)可經(jīng)組合以便提供觸摸感測模式中的m個(gè)通道，其中1 < m < η。此允許在不需要處理從指紋感測區(qū)域405Α中的所有通道接收的信號(hào)的情況下感測指紋感測區(qū)域405Α中的觸摸的存在及位置。圖6圖解說明示范性電容式傳感器600，電容式傳感器600包括具有觸摸感測區(qū)域 603Α的觸摸位置傳感器603及指紋傳感器605。在一些實(shí)例中，可辨識(shí)個(gè)人的指紋。在其它實(shí)例中，可辨識(shí)來自個(gè)人的多個(gè)指紋。不同指紋可為特定用戶的指紋，或傳感器可使用指紋圖案來在并非特定用戶特有的手的不同手指之間進(jìn)行區(qū)分。
在電容式傳感器600下面且經(jīng)布置以用于穿過觸摸感測區(qū)域603A觀看的顯示器可啟動(dòng)特定應(yīng)用程序(其作為圖標(biāo)607呈現(xiàn)給用戶)及/或提供對(duì)特定數(shù)據(jù)的存取(在由指紋傳感器605檢測到特定指紋后其可即刻被解鎖)。舉例來說，確定食指指紋圖案的觸摸可啟動(dòng)應(yīng)用程序1，確定中指指紋圖案的觸摸可啟動(dòng)第二應(yīng)用程序2，且確定無名指指紋圖案的觸摸可啟動(dòng)第三應(yīng)用程序3。在其它實(shí)例中，類似于圖4的實(shí)例中的傳感器405的一個(gè)或一個(gè)以上指紋傳感器可在觸摸感測區(qū)域603A內(nèi)且與一個(gè)或一個(gè)以上圖標(biāo)607對(duì)準(zhǔn)。圖7以橫截面圖描繪示范性電容式指紋傳感器705的一部分及手指700的一部分，以展示當(dāng)手指700與指紋傳感器705接觸且指紋傳感器705操作以感測指紋的方面時(shí)的所述指紋。手指700的指紋包括通過間隙703分離的脊701。脊701以例如螺旋、弓形及環(huán)形等圖案布置。當(dāng)手指700接近并接觸指紋傳感器705時(shí)，傳感器的通道上方的脊701 對(duì)所述通道處的電容具有較大影響。脊701之間的間隙703對(duì)通道處的電容具有較小影響或不具有影響。以此方式，可在指紋傳感器705的通道處檢測指紋的個(gè)別脊701。相比之下，觸摸位置傳感器可經(jīng)配置以在觸摸位置傳感器的傳感器通道處檢測手指或手寫筆及可能觸摸物體的運(yùn)動(dòng)。在另一實(shí)例中，在圖8中示意性地表示，電容式傳感器805的感測區(qū)域805A可為可在指紋感測模式與觸摸感測模式之間切換。在所述指紋感測模式中，觸摸感測區(qū)域805A 的任何或所有部分可用作指紋傳感器。在觸摸位置感測模式中，來自多個(gè)通道的信號(hào)可經(jīng)組合以有效地提供較小數(shù)目個(gè)通道。電容式傳感器面板805包括以類似于較早實(shí)例的驅(qū)動(dòng)電極及感測電極的方式形成于感測區(qū)域805A中一個(gè)或一個(gè)以上共用襯底的不同表面上的驅(qū)動(dòng)電極803(x)及感測電極803(y)。在此實(shí)例中，所有電極803 (χ)及803 (y)以適于允許指紋感測的尺度及間距圖案化。電容式傳感器面板805的單位區(qū)域中的通道數(shù)目可足夠高以便以類似于較早實(shí)例中的指紋傳感器但比在所述較早實(shí)例中的觸摸位置傳感器中高的方式為指紋功能提供分辨率?？刹僮麟娙菔絺鞲衅髅姘?05以在不同時(shí)間執(zhí)行觸摸感測及指紋感測。以與圖5 的實(shí)例的操作有些類似的方式，當(dāng)傳感器805在指紋感測模式中操作時(shí)，在確定指紋之后可解鎖數(shù)據(jù)及/或可啟動(dòng)應(yīng)用程序。然而，對(duì)于此后的一段時(shí)間，指紋感測可為不必要的且傳感器805在觸摸位置感測模式中操作。圖8中所圖解說明的感測裝置或系統(tǒng)包括控制單元850?？刂茊卧?50可與電容式傳感器805通信。在指紋感測模式中，控制單元850可單獨(dú)針對(duì)全分辨率處理所有通道上的信號(hào)。在觸摸位置感測模式中，控制單元850可組合通道群組的信號(hào)以便有效地提供用于感測觸摸位置及移動(dòng)的較小數(shù)目個(gè)通道。所述較小數(shù)目個(gè)通道提供較低分辨率，但可允許較快處理速度。在圖8的實(shí)例中，控制單元850包括驅(qū)動(dòng)單元810、感測單元820、存儲(chǔ)裝置830及處理器單元840。存儲(chǔ)裝置830可存儲(chǔ)供處理器單元840執(zhí)行的編程及用于處理器單元840 的操作中或從處理器單元840的操作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)?？刂茊卧?50可提供為單個(gè)集成電路芯片，例如通用微處理器、微控制器、可編程邏輯裝置/陣列、專用集成電路(ASIC)或其組合。 在另一實(shí)例中，驅(qū)動(dòng)單元810、感測單元820及處理器單元840可全部在單獨(dú)的控制單元中提供。處理器單元840控制驅(qū)動(dòng)單元810以將驅(qū)動(dòng)信號(hào)供應(yīng)到驅(qū)動(dòng)電極803 (χ)，以便引發(fā)與驅(qū)動(dòng)電極803(x)交叉的感測電極803(y)上的電荷。感測單元820經(jīng)由感測電極 803 (y)來感測各個(gè)交叉點(diǎn)處的電荷，且感測單元820將表示節(jié)點(diǎn)電容的測量信號(hào)提供到處理器單元840。為允許兩個(gè)不同感測模式的操作，在一個(gè)實(shí)例中，驅(qū)動(dòng)電極803 (χ)經(jīng)由一個(gè)或一個(gè)以上第一切換元件870連接到驅(qū)動(dòng)單元810且感測電極803 (y)經(jīng)由一個(gè)或一個(gè)以上第二切換元件860連接到感測單元820。切換元件860、870由處理器單元840控制。在指紋感測模式中，處理器單元840控制切換元件860及870以及驅(qū)動(dòng)單元810 及感測單元820以實(shí)施傳感器面板805上的所有交叉點(diǎn)處的感測且提供全感測分辨率。可驅(qū)動(dòng)每一驅(qū)動(dòng)電極803 (X)，且可感測來自每一感測電極803 (y)的信號(hào)。在觸摸位置感測模式中，處理器單元840控制切換元件860及870以及驅(qū)動(dòng)單元810及感測單元820以經(jīng)由較小數(shù)目個(gè)通道進(jìn)行驅(qū)動(dòng)及感測?？墒褂盟鲵?qū)動(dòng)電極及感測電極的選定子組。在此實(shí)例中，驅(qū)動(dòng)信號(hào)應(yīng)用于形成較小數(shù)目個(gè)驅(qū)動(dòng)通道的驅(qū)動(dòng)電極803 (χ)群組，且從形成較小數(shù)目個(gè)感測通道的感測電極803 (y)群組感測信號(hào)。在指紋感測模式中，處理器單元840可處理來自感測單元820的數(shù)據(jù)且確定指紋的形狀以辨識(shí)用戶的手的特定手指及/或檢測指紋的脊。處理器單元840的編程可使得所述處理器能夠?qū)⑺袦y脊圖案與存儲(chǔ)裝置830中所存儲(chǔ)的指紋形狀圖案數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以檢測所述手的哪一手指已觸摸傳感器面板805及/或使所述所感測脊圖案與特定已知指紋的圖案匹配。舉例來說，存儲(chǔ)裝置830中所存儲(chǔ)的指紋圖案可包括一個(gè)或一個(gè)以上特定用戶的一個(gè)或一個(gè)以上指紋圖案。除存儲(chǔ)特定指紋圖案以外或替代存儲(chǔ)特定指紋圖案，存儲(chǔ)裝置830中所存儲(chǔ)的圖案數(shù)據(jù)可包括用于識(shí)別特定手指(包括食指、中指、無名指、小手指及大拇指)的大體圖案，其可用于在不同手指之間進(jìn)行大體區(qū)分。在另一實(shí)例中，處理器單元840可經(jīng)編程以將所感測指紋圖案數(shù)據(jù)傳遞到其中并入有面板805及控制單元850的裝置中的較高級(jí)邏輯，以允許所述裝置的所述較高級(jí)邏輯分析所述所感測指紋圖案。在觸摸感測模式中，處理器單元840能夠處理來自感測單元820的數(shù)據(jù)且確定面板805上的觸摸的存在及位置。追蹤觸摸移動(dòng)可允許檢測觸摸手勢(shì)。上文關(guān)于圖1到圖8所論述的制造所述電容式傳感器中的任一者的工藝包括將觸摸位置傳感器及指紋傳感器的電極圖案化。在任一或兩個(gè)傳感器的電極的層包括ITO的情況下，將相應(yīng)襯底上的電極圖案化的工藝可包括在襯底上的未經(jīng)圖案化ITO上方沉積正或負(fù)抗蝕劑；將所述光致抗蝕劑暴露于穿過適當(dāng)圖案的掩模的UV光；通過用溶劑洗掉未經(jīng)暴露抗蝕劑而使所述抗蝕劑顯影；及使用合適的蝕刻劑將所述經(jīng)暴露ITO區(qū)域蝕刻掉?？墒褂煤线m的溶劑將所述經(jīng)暴露光致抗蝕劑移除。供用于移除經(jīng)暴露ITO的合適的蝕刻液體的實(shí)例為蝕刻酸。用于光致抗蝕劑的合適的移除液體的實(shí)例包括有機(jī)溶劑。可使用其它合適的正及負(fù)光致抗蝕劑、蝕刻液體及光致抗蝕劑移除液體。作為另一實(shí)例，可通過使用具有適于電極以如上文所描述的形狀中的任一者形成的圖案的陰影掩模將ITO濺射到襯底上來將ITO沉積于所述襯底上?？墒褂糜∷⒎椒?例如，噴墨或絲網(wǎng)印刷)將有機(jī)導(dǎo)電材料(例如，PED0T)圖案化?？赏瑫r(shí)在相同處理步驟中形成由ITO或PEDOT形成且形成于同一襯底的同一表面上的兩個(gè)傳感器的電極。
圖案化一個(gè)或兩個(gè)傳感器的導(dǎo)電材料的細(xì)線可包括通過穿過適當(dāng)圖案的掩模的蒸發(fā)來沉積金屬或其它導(dǎo)電材料。在其它實(shí)例中，可通過印刷工藝來形成電極的細(xì)線金屬的圖案，在所述印刷工藝中(舉例來說)通過噴墨印刷來印刷導(dǎo)電材料或?qū)щ姴牧锨膀?qū)物，以形成適當(dāng)電極圖案。在使用催化前驅(qū)物油墨的情況下，所述工藝涉及(舉例來說)通過無電極鍍覆來處理所述前驅(qū)物油墨以將所述前驅(qū)物油墨轉(zhuǎn)換為最終導(dǎo)電材料。在另一實(shí)例中，可給襯底均勻地涂覆催化光敏油墨。可將所述油墨暴露于穿過光掩模的UV光或向量暴露于來自激光器或其它合適光源的UV光且用溶劑沖洗以洗掉未經(jīng)暴露油墨。可將剩余油墨浸沒于金屬鍍覆浴中以形成細(xì)導(dǎo)電線。可在市場上購得合適的催化油墨。在指紋傳感器及觸摸傳感器兩者的電極由相同不透明導(dǎo)電材料的線形成且形成于同一襯底的同一表面上的情況下，可同時(shí)在相同處理步驟中形成兩個(gè)傳感器的所述電極。盡管上文給出用于形成電容式觸摸位置傳感器及電容式指紋傳感器的各種電極的一些示范性工藝，但應(yīng)了解，形成這些電極及導(dǎo)體的任何合適方式可結(jié)合本文中所提供的揭示內(nèi)容來使用。上文所描述的電容式傳感器可附接到眾多電子裝置。所述電子裝置的實(shí)例包括計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、衛(wèi)星導(dǎo)航裝置、移動(dòng)電話、便攜式媒體播放器、便攜式游戲控制臺(tái)、公共信息亭、銷售點(diǎn)系統(tǒng)及器具。這些類型的電子裝置中的至少一些可包括用于執(zhí)行程序指令的中央處理器或其它處理裝置、內(nèi)部通信總線、用于代碼及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的各種類型的存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)媒體以及用于通信用途的一個(gè)或一個(gè)以上網(wǎng)絡(luò)接口卡或端口。指紋傳感器(其與如本文中所描述的觸摸位置傳感器一起包括于電容式傳感器中)可提供如上文所描述的電子裝置的存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的增加的安全性。使用指紋傳感器可通過減少用戶記憶一個(gè)或一個(gè)以上用戶名及/或口令的需求而簡化對(duì)此種電子裝置上所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)或可執(zhí)行程序的可存取性。在小或便攜式裝置中使用指紋傳感器還可通過減少用戶在小或便攜式裝置的小鍵盤或觸摸屏上鍵入一個(gè)或一個(gè)以上用戶名及/或口令的可能麻煩且耗時(shí)的過程的實(shí)例而簡化可存取性。可對(duì)前文中所描述的實(shí)例做出各種修改，且可在眾多應(yīng)用中應(yīng)用任何相關(guān)教示內(nèi)容，本文中僅已描述所述應(yīng)用中的一些應(yīng)用。以上權(quán)利要求書意在主張歸屬于本教示內(nèi)容的真實(shí)范圍內(nèi)的任何及所有應(yīng)用、修改及變化。
權(quán)利要求
1.一種電容式傳感器，其包含 觸摸感測區(qū)域及指紋感測區(qū)域； 至少一個(gè)襯底；電容式觸摸位置傳感器，其包括于所述至少一個(gè)襯底上及所述觸摸感測區(qū)域中，所述電容式觸摸位置傳感器包含經(jīng)配置以使得能夠檢測所述觸摸感測區(qū)域中的觸摸的存在及位置的多個(gè)電極；及電容式指紋傳感器，其包括于至少一個(gè)襯底上及所述指紋感測區(qū)域中，所述電容式指紋傳感器包含經(jīng)配置以使得能夠識(shí)別置于所述指紋感測區(qū)域中的手指的指紋的多個(gè)電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式傳感器，其中所述指紋感測區(qū)域在所述觸摸感測區(qū)域外部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式傳感器，其中所述指紋感測區(qū)域在所述觸摸感測區(qū)域內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電容式傳感器，其中所述指紋感測區(qū)域內(nèi)的電極可在指紋辨識(shí)模式與觸摸感測模式之間切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電容式傳感器，其中所述指紋傳感器的至少兩個(gè)通道在所述觸摸感測模式中在操作上組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式傳感器，其中所述電容式觸摸位置傳感器的至少多個(gè)所述電極包括于所述襯底的表面上，且所述電容式指紋傳感器的至少多個(gè)所述電極包括于所述襯底的所述表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式傳感器，其中所述電容式指紋傳感器的所述多個(gè)電極的第一密度大于所述電容式觸摸位置傳感器的所述多個(gè)電極的第二密度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式傳感器，其中所述觸摸位置傳感器的所述電極的導(dǎo)電材料與所述指紋傳感器的所述電極的導(dǎo)電材料為共用的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電容式傳感器，其中所述共用導(dǎo)電材料包含不透明導(dǎo)電材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電容式傳感器，其中所述共用導(dǎo)電材料包含透明導(dǎo)電材料。
11.一種感測裝置，其包含 電容式傳感器，其包含第一電極，其在所述電容式傳感器的感測區(qū)域中沿第一方向延伸； 絕緣體；及第二電極，其通過所述絕緣體與所述第一電極分離，且在所述電容式傳感器的所述感測區(qū)域中沿不同于所述第一方向的第二方向延伸，所述第一電極與所述第二電極彼此交越以在所述電容式傳感器的所述感測區(qū)域中形成電容式感測通道，所述第一及第二電極經(jīng)配置以在所述電容式傳感器的所述感測區(qū)域中提供電容式感測通道，所述電容式感測通道足以使得能夠識(shí)別置于所述電容式傳感器的所述感測區(qū)域中的手指的指紋；及控制單元，其耦合到所述電容式傳感器的所述第一及第二電極且經(jīng)配置以在指紋感測模式中處理從所述電容式感測通道獲得的第一數(shù)目個(gè)信號(hào)以識(shí)別置于所述電容式傳感器的所述感測區(qū)域中的所述手指的所述指紋；及在觸摸位置感測模式中處理從所述電容式感測通道獲得的第二數(shù)目個(gè)信號(hào)以檢測觸摸并確定所述電容式傳感器的所述感測區(qū)域中的所述所檢測到的觸摸的位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述控制單元經(jīng)配置以使得在所述觸摸位置感測模式中處理的信號(hào)的所述第二數(shù)目小于在所述指紋感測模式中處理的信號(hào)的所述數(shù)目。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述控制單元經(jīng)配置以在所述指紋感測模式中處理從所有所述電容式感測通道獲得的信號(hào)，且在所述觸摸位置感測模式中處理通過組合來自所述電容式感測通道的群組的信號(hào)形成的信號(hào)。
14.一種形成電容式傳感器的方法，所述方法包含以下步驟形成第一導(dǎo)電層，所述第一導(dǎo)電層包含至少一個(gè)襯底上的電容式觸摸位置傳感器在觸摸感測區(qū)域中的多個(gè)第一電極及所述至少一個(gè)襯底上的電容式指紋傳感器在指紋感測區(qū)域中的多個(gè)第一電極；及形成第二導(dǎo)電層，所述第二導(dǎo)電層包含所述至少一個(gè)襯底上的所述電容式觸摸位置傳感器在所述觸摸感測區(qū)域中的多個(gè)第二電極及所述至少一個(gè)襯底上的所述電容式指紋傳感器在所述指紋感測區(qū)域中的多個(gè)第二電極；其中所述電容式指紋傳感器的至少所述第一及第二電極以以下方式形成提供足夠用于感測觸摸所述指紋感測區(qū)域的手指的指紋的電容式感測通道密度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述襯底為絕緣襯底，所述形成所述第一導(dǎo)電層的步驟形成所述第一導(dǎo)電層，所述第一導(dǎo)電層包括所述絕緣襯底的第一表面上的所述電容式觸摸位置傳感器的所述第一電極及所述電容式指紋傳感器的所述第一電極兩者，所述形成所述第二導(dǎo)電層的步驟形成所述第二導(dǎo)電層，所述第二導(dǎo)電層包括所述絕緣襯底的第二表面上的所述電容式觸摸位置傳感器的所述第二電極及所述電容式指紋傳感器的所述第二電極兩者，且所述第二表面不同于所述第一表面，以使得所述襯底在由所述第一導(dǎo)電層形成的電極與由所述第二導(dǎo)電層形成的電極之間提供電隔離。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述形成所述第一導(dǎo)電層的步驟形成所述第一導(dǎo)電層，所述第一導(dǎo)電層包括第一襯底的表面上的所述電容式觸摸位置傳感器的所述第一電極及所述電容式指紋傳感器的所述第一電極兩者，且所述形成所述第二導(dǎo)電層的步驟形成所述第二導(dǎo)電層，所述第二導(dǎo)電層包括第二襯底上的所述電容式觸摸位置傳感器的所述第二電極及所述電容式指紋傳感器的所述第二電極兩者，所述第二襯底與所述第一襯底分離。
全文摘要
本發(fā)明涉及電容式傳感器裝置及方法。電容式傳感器包含觸摸感測區(qū)域及指紋感測區(qū)域；至少一個(gè)襯底；電容式觸摸位置傳感器，其包括于所述至少一個(gè)襯底上及所述觸摸感測區(qū)域中，所述電容式觸摸位置傳感器包含經(jīng)配置以使得能夠檢測所述觸摸感測區(qū)域中的觸摸的存在及位置的多個(gè)電極；及電容式指紋傳感器，其包括于至少一個(gè)襯底上及所述指紋感測區(qū)域中，所述電容式指紋傳感器包含經(jīng)配置以使得能夠識(shí)別置于所述指紋感測區(qū)域中的手指的指紋的多個(gè)電極。示范性電容式傳感器可能夠確定觸摸的存在及位置且能夠確定指紋圖案。
文檔編號(hào)G06F3/044GK102566840SQ20111034602
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月2日
發(fā)明者埃薩特·伊爾馬茲, 賈利勒·謝赫 申請(qǐng)人:愛特梅爾公司