CN103608824A - 用于压敏指纹传感器的薄膜层压体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种能够提供准确地识别指纹的凸脊和凹谷的压力分布，从而可以清晰地识别所述指纹形状的用于压敏指纹传感器的薄膜层压体。一种用于压敏指纹传感器的薄膜层压体，包括具有第一表面和第二表面的基膜，利用干法成膜工艺在所述第一表面形成的导电层，及在所述第二表面（也即与所述基膜的第一表面相对的侧面）上提供的弹性层A薄膜层压体，其特征在于所述基膜的厚度为6μm或更小，且所述弹性层的厚度不小于所述基膜的厚度且弹性为108Pa或以下。
Description
技术领域
本发明涉及用于压敏指纹传感器的薄膜层压体以及采用该薄膜层压体的压敏指纹传感器。
背景技术
一种已知类型的指纹传感器是压敏指纹传感器，其通过检测按压指尖时指纹的凸脊和凹谷导致的压力分布以识别指纹形状。例如，日本未审专利申请公开No.H6-288845和日本未审专利申请公开No.H6-288846中描述的半导体矩阵型超细表面压力分布传感器和矩阵型表面压力分布检测元件均公知。此外，日本未审专利申请公开No.2002-228410披露了一种具备导电膜的柔性薄膜制备的指纹检测部件，所述部件安装在覆盖单层粉末涂料的具有矩阵电极的基片上，该单层粉末涂料的形成方式为在所述柔性薄膜上的导电膜的对侧将粉末颗粒完全覆盖并固定成单颗粒层。
为了实现准确的指纹图案识别，需要一种压敏指纹传感器以能够获取对应于指纹的凸脊和凹谷的准确的压力分布，从而能够精确地识别指纹形状。
发明内容
本发明的一个方面为用于压敏指纹传感器的薄膜层压体，其包括具有第一表面和第二表面的基膜以及在所述第一表面上用干法成膜工艺形成的导电层和设于所述第二表面（位于所述基膜的第一表面的对侧）上的弹性层，其中所述基膜的厚度为6μm或更小，所述弹性层的厚度不小于所述基膜厚度，且弹性为108Pa或更小。
在一个实施例中，压敏指纹传感器的薄膜层压体还可包括位于所述基膜对侧的弹性层表面侧的覆盖膜。
在一个实施例中，所述弹性层还可包括压敏粘合剂。此外，所述基膜中可以含有聚苯硫醚。
本发明的另一个方面为一种压敏指纹传感器，包括具有矩阵电极的基片及用于接触所述矩阵电极和所述导电层的置于所述基片上的压敏指纹传感器的薄膜层压体。
本发明可以提供用于压敏指纹传感器的薄膜层压体，所述薄膜层压体可获得对应于指纹的凸脊和凹谷的程度的准确压力分布，从而可清楚地识别指纹的形状，且制造成本不高，另外本发明可提供设有可清楚识别指纹形状的所述薄膜层压体的压敏指纹传感器。
附图说明
图1示出了用于优选实施例的压敏指纹传感器的薄膜层压体的横截面构造。
图2为示意图，显示了使用压敏指纹传感器100进行指纹识别的条件。
图3a-3c分别是说明根据本发明的实例的设有膜1致3的压敏指纹传感器的指纹识别装置的识别结果的图示。
图4a-4b分别是说明根据本发明的实例的设有膜4和5的压敏指纹传感器的指纹识别装置的识别结果的图示。
图5a-5c分别是说明根据比较例的设有膜6至8的压敏指纹传感器的指纹识别装置的识别结果的图示。
具体实施方式
下面将参考附图详细说明本发明的优选实施例，但是本发明不限于以下实施例。注意，在下面的说明中相同或类似的构成要素被赋予相同的代码且省略重复说明。
图1为说明优选实施例的压敏指纹传感器的薄膜层压体的截面构造的示意图。图1所示的用于压敏指纹传感器10的薄膜层压体（以下简称“薄膜层压体10”）具有由导电层8、基膜6、弹性层4和覆盖膜2依次层压的结构。
所述薄膜层压体10可以被设置在具有下述矩阵电极的基片上并用于压敏指纹传感器中。在这种情况下，所述薄膜层压体10被构造成使得所述导电层8面向基片侧，并可由手指在覆盖膜2侧压下。
所述基膜6具有相互面对的第一表面6a和第二表面6b。所述基膜6的厚度（从第一表面6a到第二表面6b的距离）为6μm或更小。如果所述基膜6的厚度为6μm或更小，当手指按压所述薄膜层压体10时，所述薄膜层压体10将能够变形以相配于所述弹性层4和所述覆盖膜2沿着指纹的凸脊和凹谷产生的变形。因此，所述指纹的凸脊和凹谷导致的压力分布可以准确地传递至导电层8侧。为了得到更优选的结果，所述基膜6的厚度优选地为5μm或以下，更优选地为2μm或以下。但是，如果所述基膜6太薄，则可能出现断裂或类似情况，因此所述基膜6的厚度优选地为1μm或以上。
所述导电层8设于所述基膜6的第一表面6a上。所述导电层8采用干法成膜工艺在所述基膜6的第一表面6a上形成。在本发明中，所述干法成膜工艺指的是在气体或真空中于物体表面上成膜，例如有汽相沉积法或溅射法等成膜工艺。
所述导电层具有一定厚度，在手指按压薄膜层压体10时该厚度的导电层能够充分地与所述覆盖膜2、所述弹性层4和所述基膜6的变形一起变形。所述导电层8采用干法成膜工艺在所述基膜6的第一表面6a上形成，因此如果采用常规干法成膜工艺条件形成，可以得到优选的厚度。例如，所述导电层8的厚度优选地充分薄于所述基膜，更优选地为1至100nm，还更优选地为10至50nm。
所述基膜6可由具备可通过干法成膜工艺来形成导电层8的性质（耐热性和强度）的材料制备，并且优选地由具备这些性质的树脂制备。所述基膜6优选地是用树脂材料制备的树脂膜，并且可以是由聚苯硫醚、聚酰胺、聚酯或类似材料制备的树脂膜。在这些材料中，聚苯硫醚（PPS）甚至在厚度为6μm或以下时也能表现出高的耐热性和强度。因此，所述导电层8可以用干法成膜工艺形成，并且在用于所述薄膜层压体10中时表现出高强度，因此聚苯硫醚为所述基膜6的优选材料。
所述导电层8的材料可以用干法成膜工艺形成，且应能够在所述导电层8形成后表现出导电性。所述导电层8的材料可以为具备导电性的氧化材料，如ITO或类似材料，或导电性能优良的金属材料例如金。
所述弹性层4设置在所述基膜6的第二表面6b上。所述弹性层4的厚度至少大于所述基膜6的厚度。所述弹性层4的厚度优选地为6至20μm，更优选地为7至15μm。如果厚度处于优选的程度，则所述基膜6可以被有利地支撑，且可以防止所述基膜6剥离和变形的倾向。此外，即便重复进行手指按压和释放，仍可完好地保持原来的形状，从而存在压敏指纹传感器的耐用性将得以增强的趋势。
所述弹性层4为弹性体。在本文中，所述弹性体指的是在被施加作用力后产生了变形时受到恢复力而恢复原状的物体。所述弹性层4为弹性体，因此手指重复按压和释放所述覆盖膜2侧时，所述薄膜层压体10可以重复变形并沿着指纹的凸脊和凹谷恢复到原来的形状。
I另外，所述弹性层4的弹性为108Pa。如果所述弹性层4的弹性为108或以下，那么所述覆盖膜2侧的手指按压所述薄膜层压体10时，所述弹性层4将比指纹的凸脊和凹谷更容易发生形变。因此，手指按压时指纹的凸脊和凹谷的压扁程度将会最小，因而原指纹的凸脊和凹谷（在按压前）可以容易地通过薄膜层压体10的形状沿着手指按下产生的指纹的凸脊和凹谷改变而反映出来。因此，如果将此薄膜层压体10贴附于压敏指纹传感器，就可以进行准确的识别指纹。
为了更好地取得这些效果，所述弹性层4的弹性优选地为5×107Pa或更小，且更优选地为107Pa或更小。但是，如果所述弹性层4的弹性太小，则容易发生指纹按压因素外的变形且可能难以进行准确的指纹识别。因此，所述弹性层4的弹性优选地为103Pa或以下，更优选地为104Pa或以下。
所述弹性层4的弹性例如可以通过测量只取所述弹性层4进行测量时的厚度变化以及在垂直于平面方向的方向上施加的负荷来测定。换言之，假定初始厚度为L0当单位面积施加的负荷K为L，则弹性的表达式为K/(1-L/L0)。注意（如下所述），所述弹性层4无需为单一材质，且可以为多种材料的层压体。例如，如果所述弹性层4的层压体具有使得弹性为E1,E2,E3,E4,...、厚度为x1,x2,x3,x4,...的材料1、2、3、4、...相比于所述弹性层4的总厚度(式中x1+x2+x3+x4+…=1)的厚度比，则该弹性块体的弹性E可以类似地使用上述方法测定。在这种情况下，弹性块体的弹性与每个部分的弹性(E1,E2,E3,E4…)之间的关系可以使用下式表示。
1/E=x1/E1+x2/E2+x3/E3+x4/E4+
所述弹性层4的材料使得弹性层4为弹性体且具有上述弹性。此外，优选使用可以与所述基膜6和所述覆盖膜2粘附的材料。所述弹性层4的材料优选地为压敏粘合剂(PSA)。例如，丙烯酸PSA、聚氨酯PSA、硅酮PSA、橡胶PSA及类似材料，但是其中以丙烯酸PSA为优选。
所述覆盖膜2设置在基膜对侧的所述弹性层4的表面侧。所述覆盖膜2可以将手指接触或类似情况对所述弹性层4的损坏降低到最小，因此存在增强薄膜层压体10和设有该薄膜层压体的所述压敏指纹传感器的耐用性的趋势。再者，在所述弹性层4具有粘性的情况下，覆盖膜可以实现在使用中无黏着感，另外，无粘性的盖膜2可以防止杂质的粘附和识别灵敏度的降低。
覆盖膜2优选地为具有足以传递所述弹性层4的指纹的凸脊和凹谷形状的厚度，且可以在手指按压时，沿着指纹的凸脊和凹谷发生形变。例如，所述覆盖膜2的厚度优选地至少比所述弹性层4薄，更优选地是5至15μm，还更优选地是6至12μm。
如上所述，对所述覆盖膜2的材料并无特殊限制，只要能够在按压时沿着指纹的凸脊和凹谷发生形变即可。例如，可以建议使用塑性材料，但是更具体地说，可以建议使用聚酯或聚烯烃（如聚乙烯或聚丙烯）。
所述薄膜层压体10可以通过将上述的各层适当地层压而制成。例如，所述薄膜层压体10可以通过先制备所述基膜6，然后使用干法成膜工艺在表面上形成所述导电层8，并在所述表面上形成所述弹性层4的覆盖膜2，然后将这些层叠合成使得所述基膜6与所述弹性层4接触。
在其表面形成有导电层8的所述基膜6可以通过干式工艺（例如气相沉积法、溅射法等等）在所述基膜6上形成导电层8而制成。此外，可以通过溶液涂层工艺在所述表面形成所述弹性层4和覆盖膜2，所述溶液含有溶解在溶剂中的所述弹性层4的材料，该溶液被涂敷在所述覆盖膜2的表面上，然后加以干燥。此外，所述薄膜层压体10的制备方式为：层压所述基膜6并在所述表面上形成导电层8及在所述表面上形成弹性层4和覆盖膜2，然后使用层压器或类似工具将这些膜压合到一起。
但是，在本实施例中，所述基膜6的厚度为6μm或更小，但是如果所述基膜6具体用树脂材料制备，则其厚度可比正常塑料膜薄很多。因此，将上述材料压合到一起时，在所述表面上形成的导电层8和基膜6不可能具有足够的刚性和强度，会难以处理，且所述膜可能在粘合期间断裂。
因此，在本发明的一个优选实施例中，在其表面上形成有导电层8的基膜6的导电层8上设置具有足够强度的支持膜，如PET或类似材料，从而可以对层压体进行前述的压力粘合。因此，所述薄基膜6由支撑膜提供支持，且所述层压体将都达到足够的强度，因此，在进行压力粘合时使用性能可以得到改善，并可以抑制所述基膜6断裂或出现类似情况。进行压力粘合后，剥离所述支撑膜后便可得到优选实施例所使用的薄膜层压体10。应注意到，所述支撑膜可以通过压敏粘合剂层（如其之间的PSA）连接到所述导电层8，在这种情况下，所述支撑膜和所述压敏粘合剂层可以在压力粘合后剥离。
本发明的薄膜层压体10具有上述构造且使用上述制造方法形成，但是所述薄膜层压体的构造和制造方法不必限于这种实施方式。
换言之，在上述实施例中，所述弹性层4为使用一种材料形成的单层，但是所述弹性层4不必只有一层，且可以通过层叠多个不同材料或性质的层组成。例如，所述弹性层4可以采用层状构造，其中用于粘结所述基膜6和覆盖膜2的粘合剂层设置在用特定弹性体制备的层的两侧面。在这种情况下，多层组成的所述弹性层4的所有层均为弹性体，弹性为108Pa或以下，且满足上述厚度条件。此外，在这种情况下，所述弹性的测量方法可适用于由多层构成的弹性层4。
类似的，所述基膜6和所述覆盖膜2无需为使用一种材料制造的单层，可以为多层形成的叠层。在这种情况下，由多个层制成的基膜6和覆盖膜2可以具有优选厚度或类似厚度作为其整体厚度。
此外，所述薄膜层压体不必一定需要覆盖膜。例如，如果所述弹性层4自身足够耐用并且具有使得其使用触摸感不差的特性，则所述薄膜层压体即便在没有覆盖膜的条件下也能充分发挥作为压敏指纹传感器的功能。
此外，所述薄膜层压体10可以使用除上述方法之外的方法制造得到。例如，所述薄膜层压体10可以通过在具有通过干法成膜工艺形成的导电层8的所述基膜6上，或在由支撑膜支撑的层压体的基膜6上连续层压所述弹性层4和所述覆盖膜2而形成。此外，可以先单独形成用于所述弹性层4形成的膜，以及覆盖所述具有所述导电层8（或具有支撑膜的层压体）的基膜6，形成所述弹性层4的膜和所述覆盖膜，然后将这些层压合到一起，从而制备所述薄膜层压体10。
接着，描述用于压敏指纹传感器中的上述优选实施例的薄膜层压体10。图2为示意图，说明通过采用所述薄膜层压体10的压敏指纹传感器100识别指纹的条件。在图2中，上侧示出了手指F按压压敏指纹传感器100的条件，而下侧示出了所述手指F与所述压敏指纹传感器100接触部分的放大图。
如图2所示，所述压敏指纹传感器100设置在预定的指纹识别装置200上。用手指F按压所述压敏指纹传感器100，可以识别所述手指F的指纹图案。
所述压敏指纹传感器100的构造是在基片20上设置薄膜层压体10。本文中，多个矩阵电极22被设置在所述基片20的薄膜层压体10上。所述矩阵电极22按预定间距以矩阵形式布置在所述基片20上。例如，所述矩阵电极22为图中未示出的开关元件的输出电极。应注意到，所述薄膜层压体10的结构如图1的相同，因此省略了对图2的详细结构的讨论。
在所述压敏指纹传感器100中，所述薄膜层压体10被设置成使得所述导电层8面向所述基片20。所述薄膜层压体10和所述基片20被布置成相分离，使得所述导电层8和所述矩阵电极22不接触，在这种情况下，所述薄膜层压体10未被手指或类似物按压。
如图2所示，当用手指F按压所述压敏指纹传感器100时，所述薄膜层压体100沿着所述指纹的凸脊和凹谷变形。因此，所述导电层8会有一些区域与所述矩阵电极22接触和一些未接触的区域，它们对应于所述指纹的凸脊和凹谷。所述导电层8和所述矩阵电极22之间的电压将随着接触程度变化，因此可以通过测量设有所述矩阵电极的各个区域的电压来得到与所述指纹的凸脊和凹谷对应的电压分布。所述手指F的指纹图案可以根据此电压分布进行识别。
所述压敏指纹传感器100具有上述实施例所述的薄膜层压体10，因此可以表现出以下卓越的性能。换言之，首先所述薄膜层压体10为弹性体且包括具有上述特殊弹性的所述弹性层4，因此当用手指F按压时，所述指纹的凸脊和凹谷不会被过度压平，且所述薄膜层压体10能够形变来与指纹的凸脊和凹谷相配。此外，所述薄膜层压体10中的基膜6的厚度为6μm或以下，因此能充分地变形来跟踪手指F按压而产生形变的所述弹性层4，并能准确地将所述指纹的凸脊和凹谷转变成所述导电层8侧面的凸脊和凹谷的形状。因此，所述薄膜层压体10的导电层8与所述基片20上的矩阵电极22之间的接触可以与指纹固有的凸脊和凹谷的高低准确对应，从而可以使用所述压敏指纹传感器100高度准确地识别指纹。
实例
下面将更加详细的描述本发明的实例，但是本发明并不限于这些实例。
制造压敏指纹传感器
首先，制备了指纹传感器(BLP-100，由BMF公司制造)。设置在所述指纹传感器表面上的膜被用下述膜1-8替代，然后制成了各种类型的压敏指纹传感器。
膜1：用于工作实例压敏指纹传感器的薄膜层压体
利用层压法制造的薄膜层压体，各层依次为：使用聚苯硫醚（PPS）薄膜（Trelina（注册商标）、Toray公司的产品）制备的厚度为2μm的基膜、以及用溅射法在其表面上形成的厚度在200到500埃之间的金属膜、丙烯酸PSA形成的厚度为10μm的弹性层以及用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜制备的厚度为6μm的覆盖膜。
膜2：用于工作实例压敏指纹传感器的薄膜层压体
利用层压法制造的薄膜层压体，各层依次为：使用聚苯硫醚（PPS）薄膜（Trelina（注册商标），Toray公司的产品）制备的厚度为2μm的基膜、使用溅射法在其表面上形成的厚度在200到500埃之间的金属膜、丙烯酸PSA形成的厚度为25μm的弹性层和用PET薄膜制备的厚度为6μm的覆盖膜。
膜3：用于工作实例压敏指纹传感器的薄膜层压体
利用层压法制造的薄膜层压体，各层依次为：使用聚苯硫醚（PPS）薄膜（Trelina（注册商标），Toray公司的产品）制备的厚度为2μm的基膜、以及用溅射法在其表面上形成的厚度在200到500埃之间的金属膜、丙烯酸PSA形成的厚度为50μm的弹性层和用PET薄膜制备的厚度为6μm的覆盖膜。
膜4：用于工作实例压敏指纹传感器的薄膜层压体
利用层压法制造的薄膜层压体，各层依次为：由厚度为6μm的PET薄膜制备的基膜，以及用溅射法在其表面上形成的厚度在200到500埃之间的金属膜、丙烯酸PSA形成的厚度为10μm的弹性层及厚度为6μm的PET薄膜的覆盖膜。
膜5：用于工作实例压敏指纹传感器的薄膜层压体
利用层压法制造的薄膜层压体，各层依次为：由厚度为6μm的PET薄膜制备的基膜，以及用溅射法在其表面上形成的厚度在200到500埃之间的金属膜、丙烯酸PSA制成的厚度为25μm的弹性层和用PET薄膜制备的厚度为6μm的覆盖膜。
膜6：比较例
仅含有单层PPS薄膜（Trelina（注册商标）且厚度为2μm的膜。
膜7：比较例
仅含有单层PET薄膜且厚度为6μm的膜。
膜8：比较例
仅含有单层PET薄膜且厚度为9μm的膜。
指纹识别装置的制造和评估
含有上述膜1-8的压敏指纹传感器分别连接到控制器IC（BCT-100，BMF公司产品）上而形成各种指纹识别装置。此外，使用所述指纹识别装置进行指纹识别。每种指纹识别装置所识别的指纹的形状的成像结果如图3到图5所示。图3A到图3C示出了使用根据本发明工作实例的膜1-3的压敏指纹传感器得到的指纹识别的结果，图4A和图4B示出了从使用根据本发明工作实例的膜4和5的压敏指纹传感器得到的指纹识别结果，而图5A到图5C示出了从使用根据比较实例的膜6到8的压敏指纹传感器的指纹识别装置得到的结果。
如图3到图5所示，当使用根据本发明工作实例的膜1到5作为压敏指纹传感器的薄膜层压体时，得到的是清晰的指纹形状的图像，比使用塑料膜6到8（比较实例）得到的指纹形状更清晰。
Claims (5)
1.一种用于压敏指纹传感器的薄膜层压体，包括：
基膜，其具有第一和第二表面，以及利用干法成膜工艺在所述第一表面形成的导电层；和
设置在所述第二表面上的弹性层，所述第二表面是与所述基膜的第一表面相对的侧面；其中：
所述基膜的厚度为6μm或更小；和
所述弹性层的厚度不小于所述基层的厚度，且弹性为108Pa或更小。
2.根据权利要求1所述的用于压敏指纹传感器的薄膜层压体，还包括所述基膜对侧的弹性层表面侧上的覆盖膜。
3.根据权利要求1或2所述的用于压敏指纹传感器的薄膜层压体，还包括压敏粘合剂。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于压敏指纹传感器的薄膜层压体，其中所述基膜中含有聚苯硫醚。
5.一种压敏指纹传感器，包括：
具有矩阵电极的基片；和
权利要求1到4中所述的用于压敏指纹传感器的薄膜层压体，其布置在所述基片上，使得所述矩阵电极和所述导电层相对。
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