CN104036265B - 指纹识别传感器及电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及指纹识别传感器及电子装置。一种指纹识别传感器包括：基底；形成在所述基底上的压印层，所述压印层表面设置有多个凹槽；及指纹检测元件，容置于所述多个凹槽中；其中所述指纹检测元件包括：感应电极；多条驱动电极，所述多条驱动电极平行布置且彼此间隔开，所述多条驱动电极分别与所述感应电极间隔开地相对以定义多个检测间隙，其中所述感应电极具有弧形形状，所述多条驱动电极与经过所述感应电极的顶部的切线垂直。

Description

指纹识别传感器及电子装置

技术领域

本公开涉及指纹识别传感器，具体而言，涉及一种滑擦式(swipe)指纹识别传感器及包括该指纹识别传感器的电子装置。

背景技术

人体某些生物特征(如指纹/掌纹)是人体独一无二的特征，并且它们的复杂度能够提供用于鉴别的足够特征数量。

指纹/掌纹指纹等识别技术是目前最成熟且价格便宜的生物特征识别技术。指纹识别技术已得到广泛应用。我们不仅在门禁、考勤系统中可以看到指纹识别技术的身影，市场上还有更多指纹识别的应用：如笔记本电脑、手机、汽车、银行支付都可应用指纹识别的技术。特别是随着智能手机的不断发展，将出现大量与指纹识别相关的需求，例如利用指纹识别解锁手机、保护隐私信息、保证交易安全等。

用于指纹识别的传感器包括电阻式传感器、光学式传感器、以及电容式传感器等。

电容式指纹识别传感器一般被形成在单晶硅基板上，因此存在当手指用力按压时发生破裂问题。为了解决硅片在接收用户无数次按压或非正常按压而易损坏的问题，现决一般采用硬度较高的蓝宝石保护指纹传感器的硅基材。但是，蓝宝石成本较高，致使整个指纹识别系统成本较高。采用硅基材的指纹传感器一般通过CMOS半导体工艺形成，该方法工艺复杂，导致基于硅基材的电容式指纹识别传感器生产成本昂贵。

制造指纹识别传感器需要在基材例如硅衬底上形成一定数量感应单元。若感应单元的数量不足，则指纹识别的分辨率低，这将导致无法准确进行指纹识别、或者需要用户多次输入指纹而使用户体验感差。另外，指纹识别传感器的基材面积相对有限。在有限面积内形成较高分辨率的指纹传感器也是一个技术挑战。

有些指纹识别方案，例如苹果公司的一个方案，还需增加一个驱动环。这个驱动环一方面用于提供电场给用户手指，另一方面用于电磁屏蔽以防止外界电磁场对指纹识别产生干扰。这导致整个指纹识别组件复杂，增加成本。

需要一种在有限面积基材上形成足够数量感应单元或者进一步提高指纹识别的分辨率的方案。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本申请公开一种指纹识别传感器及包括该指纹识别传感器的电子装置。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的一个方面，一种指纹识别传感器包括：基底；形成在所述基底上的压印层，所述压印层表面设置有多个凹槽；及指纹检测元件，容置于所述多个凹槽中；其中所述指纹检测元件包括：感应电极；多条驱动电极，所述多条驱动电极平行布置且彼此间隔开，所述多条驱动电极分别与所述感应电极间隔开地相对以定义多个检测间隙，其中所述感应电极具有弧形形状，所述多条驱动电极与经过所述感应电极的顶部的切线垂直。

根据一些实施例，相邻驱动电极之间的节距彼此相等且在50-60μm范围内，驱动电极的宽度彼此相等且在20-45μm范围内，检测间隙的大小彼此相等且在20-40μm范围内。

根据一些实施例，所述基底为强化玻璃、钢化玻璃、陶瓷、蓝宝石、PET膜或FPC基底。

根据一些实施例，所述压印层为紫外固化树脂、热固胶、光固胶或自干胶。

根据一些实施例，所述指纹检测元件还包括参考电极和多条虚设驱动电极，所述参考电极与所述感应电极平行地相对设置并位于所述感应电极的与所述多条驱动电极相反的一侧，所述多条虚设驱动电极平行布置且彼此电连接，所述多条虚设驱动电极与所述多条驱动电极对应地设置在所述参考电极的与所述感应电极相反的一侧。

根据一些实施例，所述指纹检测元件包括金属颗粒、石墨烯、碳纳米管或导电高分子材料。

根据一些实施例，所述指纹检测元件包括导电网格。

根据本公开的另一方面，提供一种电子装置，包括如前述任一项所述的指纹识别传感器。

根据一些实施例，所述电子装置包括显示区和非显示区，所述指纹识别传感器位于所述显示区。

根据一些实施例，所述电子装置包括显示区和非显示区，所述指纹识别传感器位于所述非显示区。

根据本公开的一些实施方式，感应电极没有采用直线形状，而是具有弧形形状，可以得到更好的图像拼合效果和识别效果。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1示意性示出电容式指纹检测元件的工作原理图；

图2示意性示出根据本公开一示例实施方式的滑擦式指纹识别传感器的结构图；

图3示意性示出沿图2的AA’线得到的剖视图；

图4示意性示出沿图2的BB’线得到的剖视图；

图5示意性示出可用于指纹检测元件的导电网格；

图6示意性示出根据本公开一示例实施方式的滑擦式指纹识别传感器的结构图；

图7示出当手指在指纹识别传感器上方滑擦移动时获得的多条弧状指纹图像；

图8示出多条弧状指纹图案拼合成的一个完整指纹图像；

图9示意性示出根据本公开一示例实施方式的指纹检测元件的结构示意图；

图10示意性示出根据本公开一示例实施方式的指纹检测元件的结构示意图；及

图11示意性示出根据本公开一示例实施方式的电子装置。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。

本公开提供一种指纹识别传感器及包括该指纹识别传感器的电子装置，可以降低成本，并可在有限面积基材上形成足够数量驱动电极以提高指纹识别分辨率。

图1示意性示出电容式指纹检测元件的工作原理图。

如图1所示，电容式指纹检测元件包括指纹识别单元，并覆盖以保护层117。保护层117用于保护指纹检测元件。保护层可以是例如类金刚石碳、二氧化硅或UV胶。保护层可通过喷涂技术或印刷技术形成。指纹识别单元可包括感应电极101和驱动电极103，二者之间具有一检测间隙107。指纹识别单元为多个，并可排列单行或多行，图中仅示出一个指纹识别单元。指纹识别单元的感应电极101和驱动电极103可构成一个基本电容器。

当手指190在指纹识别单元上方按压或滑擦时，感应电极101和驱动电极103之间的电容耦合会根据指纹脊192还是指纹谷194位于检测间隙107上方而有不同改变。这是因为指纹脊的介电常数通常是空气(指纹谷)的10至20倍。因此，指纹识别单元在指纹脊下比在指纹谷下具有更大等效电容。通过检测指纹识别单元的电容变化(或其上的电压变化)，可以判定位于该单元上方的是指纹脊还是指纹谷，从而得到指纹图像。

图2示意性示出根据本公开一示例实施方式的滑擦式指纹识别传感器的结构图。图3示出沿图2的AA’线得到的剖视图。图4示出沿图2的BB’线得到的剖视图。

如图2-4所示，指纹识别传感器100包括基底111、形成在基底111上的压印层113以及形成在压印层113中的指纹检测元件110。压印层113表面设置有多个凹槽115，指纹检测元件110容置于凹槽115中。根据示例实施方式，指纹检测元件110可完全填充凹槽115，即指纹检测元件110的上表面与压印层113的上表面平齐，但本公开不限于此。

如图2所示，指纹检测元件110包括感应电极101及与感应电极101相对的多条驱动电极103。多条驱动电极103可平行布置且彼此间隔开。感应电极101具有弧形形状。多条驱动电极103可位于弧形的凸侧或凹侧，图2中示出多条驱动电极103位于弧形的凸侧。多条驱动电极103可与经过感应电极101的顶部的切线基本垂直。多条驱动电极103分别与感应电极101间隔开从而定义多个检测间隙107。每条驱动电极103与感应电极101可构成一指纹识别单元，从而感应电极101与多条驱动电极103构成多个指纹识别单元。

相邻驱动电极103之间的节距d可彼此相等。驱动电极103的宽度w1可彼此相等。感应电极101的宽度w2可与驱动电极103的宽度w1彼此相等。检测间隙107的大小可彼此相等。但本公开不以此为限。

如图3和4所示，相邻驱动电极103之间的节距d例如可在40-60μm范围内。驱动电极103的宽度w1例如可在20-45μm范围内。检测间隙107的宽度g例如可在20-40μm范围内。检测间隙107的宽度g可彼此相等。凹槽115的深度例如可在20nm-10μm范围内。感应电极101的宽度w2例如可在50-60μm范围内。

根据一实施例，相邻驱动电极103之间的节距d为50μm，实现了508PPI的识别分辨率。

基底111可以为强化玻璃、钢化玻璃、陶瓷、蓝宝石，或者PET、PMMA、PC等。基底111也可以为柔性印刷电路板(FPC)基底，如BT、FR4、FR5等。

压印层113例如可为为紫外固化树脂、热固胶、光固胶或自干胶。

感应电极101和驱动电极103的材质可以相同，也可以不同。形成感应电极101和驱动电极103的材料可选自ITO(氧化铟锡)、或金属单质颗粒如金、银、铜、锌、铝的一种或两种以上、金属合金导电材料、石墨烯、碳纳米管材料、纳米导电材料如纳米银等，但本公开不限于此。

根据一示例实施方式，感应电极101和驱动电极103可包括导电网格105，如图5所示。这时，凹槽115具有与导电网格105相应的结构。采用导电网格，降低了成本，当仍可达到指纹识别的良好效果。

指纹识别传感器100还可包括引线(未示出)，与指纹检测元件110连接，用于将指纹检测元件110连接到外部电路，例如指纹识别电路109。引线也可容置于凹槽中，并可具有与感应电极101和驱动电极103相同的材质。引线也可包括导电网格。

指纹识别电路109可向驱动电极103顺序提供驱动信号，并可通过感应电极101检测感应信号，从而识别指纹。但本公开不限于此。

根据本公开实施方式的指纹识别传感器，通过利用压印层在非硅基底上形成电极和引线，可以提高传感器的可靠性，并可以较低成本在有限面积内形成较高分辨率的指纹传感器。

根据本公开实施方式的指纹识别传感器，感应电极101没有采用直线形状，而是具有弧形形状。由于弧形形状更接近指纹的形态，从而可以得到更好的图像拼合效果和识别效果。

当手指按压在具有如图2所示结构的指纹识别传感器上方时，从所述多个指纹识别单元可获得一条反映指纹脊和指纹谷的弧状指纹图像。当手指在指纹识别传感器上方滑擦移动时，可获得多条弧状指纹图像，如图6所示。所述多条弧状指纹图案可拼合成一个完整指纹图像，如图7所示。

下面描述根据本公开实施方式的指纹识别传感器的制造方法。

首先，准备基底111，例如PET基底。接着，可在基底111上形成压印层113。压印层113可以为紫外固化树脂、热固胶、光固胶或自干胶等。然后，在压印层113远离基底111的表面上通过压印工艺形成凹槽115。凹槽115根据实际需要可以为例如网格状。

然后，可使用刮涂技术在凹槽115中填充例如纳米银墨水，并在大约150℃条件下烘烤烧结，使纳米银墨水中的银单质烧结成导电电极图案，从而形成感应电极101和驱动电极103，并根据需要形成引线。根据一实施例，银墨水固含量大约35％，溶剂在烧结中挥发。

图8示意性示出根据本公开另一示例实施方式的指纹检测元件的结构示意图。

如图8所示，根据本实施方式的指纹检测元件210与图2所示的指纹检测元件110的区别在于指纹检测元件210还包括参考电极101’及虚设驱动电极103’。

参考电极101’可与感应电极101平行地相对设置，并位于感应电极101的与多条驱动电极103相反的一侧。

参考电极101’与驱动电极103的距离足以为至少部分消除共模噪声提供噪声和寄生耦合参考。在一些实施例中，参考电极101’和感应电极101可以具有相等的长度和宽度，并且可以平行布置。参考电极101’可类似于感应电极101那样感测指纹脊/指纹谷信号，但其实质上强度减弱。参考电极101’和感应电极101紧密地间隔并且具有类似的尺寸，两个电极可产生大致相等的噪声和寄生信号。相等耦合的噪声和寄生信号可以例如通过减去两个电极上的信号而被消除。

根据一些实施例，感应电极101和参考电极101’可通过差分滤波器123耦合至差分放大器125。

多条虚设驱动电极103’平行布置且可彼此电连接，所述多条虚设驱动电极103’与多条驱动电极103对应地设置在参考电极101’的另一侧，即与感应电极101相反的一侧。

虚设驱动电极103’与参考电极101’以间隙107’间隔开。间隙107’可与间隙107相同。虚设驱动电极103’可以在指纹图像感测期间连接至参考电位，例如接地。在指纹图像感测的任何瞬间时间，驱动电极103中的一个可以被驱动信号激励，并且剩余的驱动电极103可耦合至参考电位，例如接地。利用该布置，噪声实质上等价地耦合至感应电极101和参考电极101’，从而可通过例如差分放大器125而被消除。消除或减少噪声干扰的电路方案可根据实际需求采取各种方式，本公开并不对此进行限制。

根据该实施方式，可提高指纹识别的准确性，消除来自检测间隙外的指纹脊的耦合干扰。

图9示意性示出根据本公开另一示例实施方式的指纹检测元件的结构示意图。

如图9所示，根据本实施方式的指纹检测元件310与图2所示的指纹检测元件110的区别在于指纹检测元件310还包括第二感应电极101”及多条第二驱动电极103”。第二感应电极101”与感应电极101可电连接。

第二感应电极101”与感应电极101平行设置，并位于感应电极101的与多条驱动电极103相反的一侧。

多条第二驱动电极103”平行布置且彼此间隔开。多条第二驱动电极103”分别与第二感应电极101”间隔开地相对以定义多个第二检测间隙107”。多条第二驱动电极103”与多条第一驱动电极103对应地设置第二感应电极101”的与感应电极101相反的一侧。

在本实施方式中，通过驱动电极103、感应电极101和第二驱动电极103”、第二感应电极101”构成一双线成像器，用于产生更准确的指纹图像。通过手指先通过检测间隙107或107”来确定手指的移动方向。另外，可通过比对感应电极101和第二感应电极101”的信号变化来确定手指的移动速度(例如：通过计算相同的指纹部分通过检测间隙107和107”的时间差来获得手指的移动速度)，以此来得到更准确的指纹影像。

图10示意性示出根据本公开另一示例实施方式的指纹检测元件的结构示意图。

如图10所示，根据本实施方式的指纹检测元件410结合了图8和图9所示的指纹检测元件。指纹检测元件410与图9所示的指纹检测元件310的区别在于指纹检测元件410还包括两个参考电极101’及两组多条虚设驱动电极103’。两组多条虚设驱动电极103’可彼此电连接。

一个参考电极101’可与感应电极101平行地相对设置并位于感应电极101的与多条驱动电极103相反的一侧。另一参考电极101’可与第二感应电极101”平行地相对设置并位于第二感应电极101”的与多条第二驱动电极103”相反的一侧。

一组多条虚设驱动电极103’平行布置且可彼此电连接。该组多条虚设驱动电极103’与多条驱动电极103对应地设置在参考电极101’的与感应电极101相反的一侧。另一组多条虚设驱动电极103’平行布置且可彼此电连接。该组多条虚设驱动电极103’与多条第二驱动电极103”对应地设置在参考电极101’的与第二感应电极101”相反的一侧。

根据本实施方式的指纹检测元件410的其他方面与前述指纹检测元件类似，在此不再赘述。

图11示意性示出根据本公开一示例实施方式的电子装置500，其中可包括前述的指纹识别传感器。电子装置500例如可以是智能手机、平板电脑等。

如图所示，电子装置包括透明盖板501。透明盖板501包括显示区511和非显示区515。指纹识别传感器可设置于显示区511或非显示区515。

根据一些实施例，透明盖板的非显示区的一部分用作指纹识别传感器的基底111。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施方式。应该理解，本公开不限于所公开的实施方式，相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (10)

1.一种指纹识别传感器，包括：

基底；

形成在所述基底上的一压印层，所述压印层表面设置有多个凹槽；及

指纹检测元件，容置于所述多个凹槽中；

其中所述指纹检测元件包括：

感应电极；

多条驱动电极，所述多条驱动电极平行布置且彼此间隔开，所述多条驱动电极分别与所述感应电极间隔开地相对以定义多个检测间隙，

其中所述感应电极具有弧形形状，所述多条驱动电极与经过所述感应电极的顶部的切线垂直；以及

所述多个凹槽通过压印工艺形成。

2.如权利要求1所述的指纹识别传感器，其中相邻驱动电极之间的节距彼此相等且在50-60μm范围内，驱动电极的宽度彼此相等且在20-45μm范围内，检测间隙的大小彼此相等且在20-40μm范围内。

3.如权利要求1所述的指纹识别传感器，其中所述基底为强化玻璃、钢化玻璃、陶瓷、蓝宝石、PET膜或FPC基底。

4.如权利要求1所述的指纹识别传感器，其中所述压印层为紫外固化树脂、热固胶、光固胶或自干胶。

5.如权利要求1所述的指纹识别传感器，其中所述指纹检测元件还包括参考电极和多条虚设驱动电极，

所述参考电极与所述感应电极平行地相对设置并位于所述感应电极的与所述多条驱动电极相反的一侧，

所述多条虚设驱动电极平行布置且彼此电连接，所述多条虚设驱动电极与所述多条驱动电极对应地设置在所述参考电极的与所述感应电极相反的一侧。

6.如权利要求1所述的指纹识别传感器，其中所述指纹检测元件包括金属颗粒、石墨烯、碳纳米管或导电高分子材料。

7.如权利要求1所述的指纹识别传感器，其中所述指纹检测元件包括导电网格。

8.一种电子装置，包括如权利要求1至7任一项所述的指纹识别传感器。

9.如权利要求8所述的电子装置，其中所述电子装置包括显示区和非显示区，所述指纹识别传感器位于所述显示区。

10.如权利要求8所述的电子装置，其中所述电子装置包括显示区和非显示区，所述指纹识别传感器位于所述非显示区。