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TW202127310A - 具備指紋防偽功能的觸控顯示裝置以及相關的指紋防偽方法 - Google Patents

具備指紋防偽功能的觸控顯示裝置以及相關的指紋防偽方法 Download PDF

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TW202127310A
TW202127310A TW109130125A TW109130125A TW202127310A TW 202127310 A TW202127310 A TW 202127310A TW 109130125 A TW109130125 A TW 109130125A TW 109130125 A TW109130125 A TW 109130125A TW 202127310 A TW202127310 A TW 202127310A
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柏堂宏
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Abstract

本發明提供一種具備指紋防偽功能的觸控顯示裝置以及相關指紋防偽方法，其中該觸控顯示裝置可包含一觸控顯示面板以及一處理電路。該觸控顯示面板可包含複數個顯示單元以及一或多個碼書，其中每一該顯示單元包含一感測單元，而該一或多個碼書可使對應的顯示單元中之該感測單元接收到放置於該觸控顯示面板上之一物體之一感測資訊。另外，該處理電路可自該感測單元取得該感測資訊，並基於該感測資訊以及一參考資訊判斷該物體是否為真實手指。

Description

具備指紋防偽功能的觸控顯示裝置以及相關的指紋防偽方法
本發明係有關於指紋防偽的應用，尤其關於一種具備指紋防偽功能的觸控顯示裝置以及相關的指紋防偽方法。
自從智慧型手機問世以來，簡易操作的安全性防護一直受到重視，諸如當下非常流行的指紋辨識功能，其可辨別使用者的身份，並於驗證通過後將手機解鎖。即便製造商強調指紋辨識的錯誤機率低於5萬分之1，能夠提供相當高的資訊安全防護效果。但隨著有心人士不斷採用各種不同方式去成功地「欺騙」指紋辨識系統，也讓指紋辨識變得不再安全。舉例來說，受害者可能在喝水的時候無意識地將指紋留在玻璃杯上，有心人士竊取到之後，可利用樹脂、矽膠等材料製造出來的假指紋就能夠騙過一般的指紋感測器。此外，隨著3D列印技術的演進，指紋仿冒技術也不斷地提昇，令人防不勝防，因此辨識指紋的真偽便成為本領域技術人員所研究的議題。
綜上所述，實有需要一種新穎的指紋防偽技術來改善智慧型手機或其他指紋辨識裝置的安全性。
本發明之一目的在於提供一種具備指紋防偽功能的觸控顯示裝置以及相關的指紋防偽方法，以解決上述問題。
本發明之另一目的在於提供一種具備指紋防偽功能的觸控顯示裝置以及相關的指紋防偽方法，以在沒有副作用或較不可能帶來副作用之狀況下改善指紋認證裝置的準確性以及安全性。
本發明一實施例提供一種具備指紋防偽功能的觸控顯示裝置，其中該觸控顯示裝置可包含一觸控顯示面板以及一處理電路。該觸控顯示面板可包含複數個顯示單元，且每一該顯示單元可包含一感測單元。該觸控顯示面板可另包含對應於該複數個顯示單元中之一或多組顯示單元的一或多個碼書（codebook），其中該一或多個碼書可用以使該一或多組顯示單元內的該感測單元接收到放置於該觸控顯示面板上之一物體之一感測資訊。該處理電路可自該該一或多組顯示單元內的該感測單元取得該感測資訊，並基於該感測資訊以及一參考資訊判斷該物體是否為真實手指。
本發明另一實施例提供一種指紋防偽方法，其應用於一觸控顯示裝置。該指紋防偽方法包含：利用該觸控顯示裝置的一觸控顯示面板的一或多個碼書（codebook）使得對應於該一或多個碼書的一或多組顯示單元內的感測單元接收到放置於該觸控顯示面板上之一物體之一感測資訊；將該感測資訊傳送至該觸控顯示裝置的一處理電路；以及利用該處理電路基於該感測資訊以及一參考資訊判斷該物體是否為真實手指。
本發明利用碼書以及色譜分離器取得感測物的色譜組成，並且將該感測物的色譜組成與真實指紋的色譜組成作比較，以判斷該感測物是否為真實指紋。此外，本發明還可利用類神經（neutral network，NN）網路（neutral network）作深度學習來進一步優化對於偽指紋影像的辨識，以因應層出不窮、日新月異的駭客手段。另外，依據本發明之相關實施例來實施並不會增加許多額外的成本。因此，相關技術的問題可被解決，且整體成本不會增加太多。相較於相關技術，本發明能在沒有副作用或較不可能帶來副作用之狀況下提昇行動裝置之安全性。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
本發明著重於提供一種液晶顯示器（liquid crystal display, LCD）或有機發光二極體（organic light-emitting, OLED）顯示器的內嵌式觸控指紋防偽系統。相較於On-Cell，In-cell係將觸控層和顯示層融合在一起，故能減少電路面積，因此更加地適用於行動裝置、穿戴式裝置的指紋防偽。
第1圖為依據本發明一實施例之一種具備指紋防偽功能的觸控顯示裝置50的示意圖，其中觸控顯示裝置50可為智慧型手機，其包含指紋感測功能，但本發明並不以此為限，舉例來說，本發明的技術可應用至固定式的指紋偵測器，而不限於行動裝置或穿戴裝置。如第1圖所示，觸控顯示裝置50可包含一觸控顯示面板100、一處理電路120、以及一資料傳輸電路140，其中該資料傳輸電路140耦接於該觸控顯示面板100與該處理電路之間。在本實施例中，觸控顯示面板100可用來進行觸控顯示，其中觸控顯示裝置50的指紋辨識功能可設置在觸控顯示面板100，例如觸控顯示裝置50可透過觸控顯示面板100取得放置在觸控顯示面板100上的物體（例如手指）的資訊（例如指紋資訊）。另外，處理電路120可透過資料傳輸電路140自觸控顯示面板100取得該資訊並進行相關處理（例如針對該指紋資訊進行分析及比對）。在某些實施例中，處理電路120以及資料傳輸電路140可分別設置在不同封裝中。在某些實施例中，處理電路120以及資料傳輸電路140可製造成設置同一封裝中的不同積體電路或晶片。在某些實施例中，處理電路120以及資料傳輸電路140可整合在同一積體電路或晶片。
第2A圖為觸控顯示裝置50中之觸控顯示面板100的結構圖，其中第2A圖是以液晶顯示面板為例，但本發明不限於此。如第2A圖所示，觸控顯示面板100在法向量方向上可包含多層，該多層例如可包含上蓋10（例如一層玻璃材質，作為觸控顯示面板100的表層）、偏光板（polarizer）20、彩色濾光片(Color Filter，CF)30、共電極層（common electrode）40、液晶層(liquid crystal，LC) 80、薄膜電晶體（Thin-Film Transistor, TFT）陣列基板60以及背光模組70，但本發明不限於此。由於各層的一般用途應為熟習顯示器領域者熟知之技術，為簡明起見在此不贅述。另外，觸控顯示面板100還包含複數個顯示單元（例如顯示單元60U）以及一電路60F（例如第1圖所示之資料傳輸電路140），均設置在TFT陣列基板60。
為簡明起見，在第2B圖中，上蓋10、偏光板20、彩色濾光片30、共電極層40統稱為一上層板（upper board）310，而TFT陣列基板60以及背光模組70統稱為一下層板（lower board）330，其中間層320則例如為液晶層80。在第2B圖所示之實施例中，資料傳輸電路140可包含一讀出積體電路（read out integrated circuit, ROIC）342以及一觸控顯示驅動整合（touch with display driver, TDDI）電路344，且讀出積體電路342以及觸控顯示驅動整合電路344可被封裝成一薄膜覆晶封裝（chip on film, COF）。例如，觸控顯示驅動整合電路344是將面板的驅動晶片和觸控晶片整合成一顆晶片的技術解決方案，而本發明更進一步將讀出積體電路342（例如指紋讀取晶片）與觸控顯示驅動整合電路344整合在同一層。
請繼續參考第3圖，第3圖為依據本發明一實施例之顯示單元60U的示意圖，其中顯示單元60U可作為觸控顯示面板100中之至少一顯示單元的例子。如第3圖所示，顯示單元60U可包含多個顯示區塊（分別標示為「R」、「G」及「B」），藉由第2A圖所示之彩色濾光片30進行濾光後，顯示區塊可分別用來顯示紅色、綠色及藍色影像。顯示單元60U另包含一預留區塊用以設置一感測單元（例如第3圖所示之光感測器61U）。
此外，觸控顯示面板100可另包含一或多個碼書（codebook），對應設置於顯示單元60U上方，使光感測器61U接收到放置於觸控顯示面板100上之該物體之一感測資訊，尤其光感測器61U僅接收到屬於特定色譜（color spectrum）的色譜資訊）。第4A圖為碼書對應顯示單元的例子，在本實施例中，僅以9個相鄰的顯示單元A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8及A9（例如以3×3的方式排列）作為範例，但本發明並不以此為限。
在本實施例中，碼書包含九個色譜分離器（color spectrum divider）分別設置於顯示單元A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8及A9之各自的感測單元，例如第3圖所示之光感測器61U，的上方。其中，九個色譜分離器分別對應不同的頻帶，顯示單元A1~A9中之光感測器分別僅接收到該頻帶中之色譜訊號。在一實施例中，色譜分離器可被製造於第2A圖所示之彩色濾光片30中。在另一實施例中，色譜分離器可採用額外的彩色濾光片，設置於感測單元之上方。需注意的是，在一實施例中，碼書以一預定密度分布（例如均勻地分布）於觸控顯示面板100中，例如每N個顯示單元就配置一個碼書（N為正整數），但本發明不限於此，可依照設計需求於觸控顯示面板100中的任何顯示單元中配置碼書。
在操作上，當觸控顯示裝置50偵測到有一物體放置在觸控顯示面板100上時，觸控顯示裝置50可利用背光模組70朝上蓋10的方向打光，光線經過顯示區塊打在該物體的表面並且被該物體反射後，帶有與物體相關之資訊（例如該物體的材質、表面紋路）的反射光會被感測單元接收。如此一來，讀出積體電路342讀出感測單元因應該反射光所產生的訊號並輸出至處理電路120，處理電路120可依據這些訊號與預存資訊進行比對。然而，針對在設置有碼書的位置，該反射光中僅有特定波長（或屬於特定色譜）的光能通過碼書中色譜分離器並且被感測單元接收。
例如，當該物體碰觸的位置設置有第4A圖所示之碼書時，顯示單元A1內的感測單元僅會接收到該反射光中之屬於一第一色譜的部分，顯示單元A2內的感測單元僅會接收到該反射光中之屬於一第二色譜的部分，顯示單元A3內的感測單元僅會接收到該反射光中之屬於一第三色譜的部分，顯示單元A4內的感測單元僅會接收到該反射光中之屬於一第四色譜的部分，顯示單元A5內的感測單元僅會接收到該反射光中之屬於一第五色譜的部分，顯示單元A6內的感測單元僅會接收到該反射光中之屬於一第六色譜的部分，顯示單元A7內的感測單元僅會接收到該反射光中之屬於一第七色譜的部分，顯示單元A8內的感測單元僅會接收到該反射光中之屬於一第八色譜的部分，而顯示單元A8內的感測單元僅會接收到該反射光中之屬於一第九色譜的部分。
基於上述運作，顯示單元A1~A9中各自的感測單元所讀出的訊號可用來表示該反射光的色譜組成，而這個色譜組成會隨著該物體的材質不同而有所變化。以指紋偵測及辨識為例，處理電路120可將色譜資訊(例如，色譜組成)與對應於真實指紋的一參考資訊進行比較以產生一比較結果，比較結果可指出該物體是否為真實手指。例如，處理電路120可分析於該色譜資訊中之該分離後色譜訊號之間的強度比例（例如該反射光中屬於第一色譜至屬於第九色譜之間的比例），並且將此強度比例與對應於參考資訊的一參考比例進行比較，以產生該比較結果。
可以理解的，在一實施例中，參考比例可藉由預先分析來自真實指紋的反射光來取得。因此，當比較結果指出強度比例與參考比例的相似度大於一預定值，處理電路120可判斷該物體是真實手指；反之，當比較結果指出強度比例與參考比例的相似度低於預定值，處理電路120則判斷該物體是偽手指（例如利用樹脂、矽膠等材料製造出來的假手指或是任何材質與真實皮膚相異的物體）。
需注意的是，上述碼書不限於以特定的圖樣來排列，其中第4A圖所示之實施例的碼書是對應於相鄰的九個顯示單元，但本發明不限於此。舉例來說，設置有色譜分離器的顯示單元可互不相鄰（如第4B圖所示之圖樣，設置有色譜分離器的顯示單元彼此以一或多個顯示單元為間隔作排列）。只要上述每一碼書能自該反射光將屬於各色譜的部分作分離，均隸屬於本發明之範疇。
第5圖為依據本發明一實施例之一種指紋防偽方法的工作流程，其中該方法可應用於第1圖所示之觸控顯示裝置50。需注意的是，第5圖所示之工作流程只是為了說明之目的，並非本發明的限制，其中一或多個步驟可在該工作流程中被新增、刪除或修改。此外，假若可得到相同的結果，則這些步驟不一定要完全遵照第5圖所示的順序來執行。
在步驟S510中，觸控顯示裝置50可利用觸控顯示面板100取得放置於觸控顯示面板100上之一物體的資訊（例如指紋資訊）。
在步驟S520中，觸控顯示裝置50可利用一或多個碼書使得位於該碼書下方的一或多組顯示單元中之感測單元接收到該物體之一感測資訊，尤其這些感測單元僅接收到屬於特定色譜的色譜資訊。
在步驟S530中，觸控顯示裝置50可利用資料傳輸電路140將物體的資訊（其可包含上述感測資訊諸如上述色譜資訊）傳送至處理電路120。
在步驟S540中，觸控顯示裝置50可利用處理電路120將色譜資訊與對應於真實指紋的參考資訊作比較以產生一比較結果，而該比較結果指出該物體是否為真實手指。
在一實施例中，處理電路120可採用類神經（neutral network，NN）人工智慧演算法，將色譜資訊與參考資訊作比較。例如，系統開發者可收集多個假指紋樣本（諸如某些可能被用來製作假指紋的材料，例如樹脂、矽膠等）以及至少一真實指紋樣本，並且分別針對多個假指紋樣本以及真實指紋樣本作分析，分別取得真/假指紋樣本的每一者對於有色光的反應。例如當有色光（例如白光）打在樹脂上時，反射光可被解析成分別屬於多個色譜的光訊號以一第一比例組成；當有色光（例如白光）打在矽膠上時，反射光可被解析成分別屬於該多個色譜的光訊號以一第二比例組成；而當有色光（例如白光）打在真實皮膚上時，反射光可被解析成分別屬於該多個色譜的光訊號以一第三比例組成。在大量的收集真/假樣本後，利用樣本訓練類神經人工智慧演算法內的一或多個參數，依據類神經人工智慧演算法計算得到一信心值（例如上述強度比例與參考比例之間的相似度），決定信心值的門檻值，例如，信心值大於多少即可被判斷為真實手指，藉此建立完善的分析系統以及演算法以使處理電路120能利用類神經人工智慧演算法辨別真實手指以及假手指。
總結來說，本發明之實施例所提供的觸控顯示裝置以及相關指紋防偽方法能利用碼書（例如其內的多個色譜分離器）對從物體反射回來的反射光進行色譜分離，在藉由分析反射光的色譜組成判斷該物體是否為真實指紋。由於假指紋難以使用與真實皮膚的材料製造，因此會具有與真實指紋不同的反射光色譜組成，而真實指紋與假指紋即可被本發明之實施例所提供的觸控顯示裝置辨別。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
50:觸控顯示裝置 100:觸控顯示面板 120:處理電路 140:資料傳輸電路 10:上蓋 20:偏光板 30:彩色濾光片 40:共電極層 60:薄膜電晶體陣列基板 60F:電路 60U:顯示單元 61U:光感測器 70:背光模組 80:液晶層 310:上層板 320:液晶層 330:下層板 342:讀出積體電路 344:觸控顯示驅動整合電路 A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9:顯示單元 S510,S520,S530,S540:步驟
第1圖為依據本發明一實施例之一種具備指紋防偽功能的觸控顯示裝置的示意圖。 第2A圖為第1圖所示之觸控顯示裝置中之一觸控顯示面板的結構圖。 第2B圖繪示第1圖所示之觸控顯示裝置中之資料傳輸電路內的某些電路封裝成一薄膜覆晶封裝的例子。 第3圖為依據本發明一實施例之一顯示單元的示意圖。 第4A圖為一碼書之對應的一組顯示單元的例子。 第4B圖為一碼書之對應的一組顯示單元的另一個例子。 第5圖為依據本發明一實施例之一種指紋防偽方法的工作流程。
50:觸控顯示裝置
100:觸控顯示面板
120:處理電路
140:資料傳輸電路

Claims (12)

  1. 一種具備指紋防偽功能的觸控顯示裝置，包含： 一觸控顯示面板，包含： 複數個顯示單元，每一該顯示單元包含一感測單元；以及 一或多個碼書（codebook），對應於該複數個顯示單元中之一或多組顯示單元，用以使該一或多組顯示單元內的該感測單元接收到放置於該觸控顯示面板上之一物體之一感測資訊；以及 一處理電路，自該一或多組顯示單元內的該感測單元取得該感測資訊，並基於該感測資訊以及一參考資訊判斷該物體是否為真實手指。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該碼書以一預定密度分布於該觸控顯示面板中。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該一或多組顯示單元內的該感測單元僅接收到屬於特定色譜的色譜資訊。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之觸控顯示裝置，其中該碼書包含： 複數個色譜分離器（color spectrum divider），設置於對應感測單元的上方，其中該複數個色譜分離器分別對應複數個色譜，且該複數個感測單元分別僅接收到該色譜資訊中之分別屬於該複數個色譜的分離後色譜訊號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之觸控顯示裝置，其中該處理電路分析於該色譜資訊中之該分離後色譜訊號之間的強度比例，並且將該強度比例與對應於該參考資訊的參考比例作比較，以產生一比較結果。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之觸控顯示裝置，其中，當該比較結果指出該強度比例與該參考比例的相似度大於一預定值，該處理電路判斷該物體是真實手指；當該比較結果指出該強度比例與該參考比例的相似度低於該預定值，該處理電路判斷該物體是偽手指。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之觸控顯示裝置，其中該處理電路採用類神經（neutral network，NN）人工智慧演算法，以將該色譜資訊與該參考資訊作比較以產生該比較結果。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中所述每一顯示單元內的感測單元係製造於該觸控顯示面板的一薄膜電晶體（Thin-Film Transistor，TFT）陣列基板。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該一或多個碼書係製造於該觸控顯示面板的一彩色濾光片。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該處理電路透過一資料傳輸電路自該一或多組顯示單元內的該感測單元取得該感測資訊。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之觸控顯示裝置，其中該資料傳輸電路包含一讀出積體電路（read out integrated circuit, ROIC）以及一觸控顯示驅動整合（touch with display driver, TDDI）電路。
  12. 一種指紋防偽方法，其應用於一觸控顯示裝置，該指紋防偽方法包含： 利用該觸控顯示裝置的一觸控顯示面板的一或多個碼書（codebook）使得對應於該一或多個碼書的一或多組顯示單元內的感測單元接收到放置於該觸控顯示面板上之一物體之一感測資訊； 將該感測資訊傳送至該觸控顯示裝置的一處理電路；以及 利用該處理電路基於該感測資訊以及一參考資訊判斷該物體是否為真實手指。
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