CN104049828A - 具有指纹识别功能的触控屏及其电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了具有指纹识别功能的触控屏及其电子装置，包括：基片；半导体层，形成于所述基片之上，所述半导体层包括多条半导体引线形成的图案；半导体复合层，形成于所述基片之下，所述半导体复合层包括多条检测指纹图像的指纹识别引线以及多条第一电容屏引线，所述第一电容屏引线形成于所述指纹识别引线之间，且所述第一电容屏引线与所述半导体引线形成的图案相对应；以及电容屏引线层，形成于所述半导体复合层之下，所述电容屏引线层包括多条第二电容屏引线，所述第一电容屏引线与所述第二电容屏引线之间形成交叉分布。本发明可以实现在显示屏中显示区域的透明盖板上进行指纹识别，将指纹识别功能整合到触摸电路之中。

Description

具有指纹识别功能的触控屏及其电子装置

技术领域

本发明涉及指纹识别领域，特别是一种具有指纹识别功能的触控屏以及具有该具有指纹识别功能的电子装置。

背景技术

随着便携式终端在人们日常生活中的广泛应用，现在的便携式终端的功能越来越强大，且这种多样化的功能方便了用户。但是，便携式终端在为用户提供更多便利性的同时，携带了太多的私人信息，如果这种便携式终端一旦丢失或者被盗，则这些信息由于没有进行相关的保护，因此很容易泄漏出去，给用户带来不便。因此，在便携式终端上做一些保密方面的设置显得非常必要。

传统的具备触摸屏的便携式终端的保密功能无非是在便携式终端上设置如键盘锁等软件功能，并通过输入密码来实现保密。这种传统的具备触摸屏的便携式终端，通常键盘锁以按键形式突出地设置于便携式终端的边缘侧，因此用户在抓捏便携式终端时或无意间会按压键盘锁，从而驱动便携式终端，消耗便携式终端的电量。并且，由于在便携式终端的边缘侧设置了键盘锁，从而给人以不平滑、不整齐的感觉，降低便携式终端的外观品质。同时，当通过输入密码来实现保密时，每次都要输入密码，因此显得比较麻烦，而且密码容易被破解导致保密功能失效。

而且，现有的便携式终端仅能在非可视区域实现指纹识别，基本无法做到在可视区域实现指纹识别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有指纹识别功能的触控屏以及具有该具有指纹识别功能的电子装置，能够在例如便携式终端等电子装置的可视区域上实现指纹识别。

根据本发明的一个方面，提供一种具有指纹识别功能的触控屏，包括：

基片；

半导体层，形成于所述基片之上，所述半导体层包括多条半导体引线形成的图案；

半导体复合层，形成于所述基片之下，所述半导体复合层包括多条检测指纹图像的指纹识别引线以及多条第一电容屏引线，所述第一电容屏引线形成于所述指纹识别引线之间，且所述第一电容屏引线与所述半导体引线形成的图案相对应；以及

电容屏引线层，形成于所述半导体复合层之下，所述电容屏引线层包括多条第二电容屏引线，所述第一电容屏引线与所述第二电容屏引线之间形成交叉分布。

优选地，还包括：位置传感器模块，连接所述第一电容屏引线和第二电容屏引线，检测手指触摸信号。

优选地，还包括：指纹识别模块，连接所述指纹识别引线。

优选地，还包括：射频信号升压模块，连接所述指纹识别模块。

优选地，还包括：信号处理模块，分别连接所述指纹识别引线、第一电容屏引线、第二电容屏引线、位置传感器模块、指纹识别模块以及射频信号升压模块；

当所述位置传感器模块接收到手指触摸信号，所述信号处理模块关闭所述位置传感器模块，启动所述射频信号升压模块和指纹识别模块，所述射频信号升压模块对第一电容屏引线输送射频高压电流，通过耦合充电的形式传输到所述半导体引线，使得所述指纹识别模块获得指纹图像。

优选地，所述指纹识别引线包括：

第一感应电极；以及

多条第一驱动电极，所述多条第一驱动电极并排布置且彼此间隔开，所述多条第一驱动电极分别与所述第一感应电极间隔开地相对以形成多个第一检测间隙。

优选地，所述指纹识别引线还包括：

第二感应电极，与所述第一感应电极平行设置并位于所述第一感应电极的与所述多条第一驱动电极相反的一侧；以及

多条第二驱动电极，所述多条第二驱动电极并排布置且彼此间隔开，所述多条第二驱动电极分别与所述第二感应电极间隔开地相对以形成多个第二检测间隙，所述多条第二驱动电极与所述多条第一驱动电极对应地设置在所述第二感应电极的与所述第一感应电极相反的一侧。

优选地，所述第一电容屏引线与所述第一驱动电极或第二驱动电极相平行，相邻的第一电容屏引线之间间隔多条所述第一驱动电极或第二驱动电极。

优选地，所述第一电容屏引线与所述第一感应电极之间绝缘，且所述第一电容屏引线与所述第二感应电极之间绝缘。

优选地，所述第一电容屏引线通过绝缘层跃线的方式与所述第一感应电极、第二感应电极交叉。

优选地，所述第一感应电极或第二感应电极截断所述第一电容屏引线，在所述第一感应电极或第二感应电极上局部沉积透明绝缘薄膜，所述透明绝缘薄膜上沉积透明导电薄膜，所述透明导电薄膜与所述第一感应电极或第二感应电极绝缘，且所述透明导电薄膜的两端超出所述透明绝缘薄膜以连接被截断的所述第一电容屏引线，独立连通所述第一电容屏引线。

优选地，所述半导体引线为掺杂型氧化锌半导体薄膜。

优选地，所述半导体引线通过光刻的方式形成于所述基片上表面。

根据本发明的另一个方面，还提供一种具有指纹识别功能的电子装置，包括上述的具有指纹识别功能的触控屏。

优选地，所述基片为触摸显示屏的透明盖板。

根据本发明公开的技术方案，可以实现在显示屏中显示区域的透明盖板上进行指纹识别，将指纹识别功能整合到触摸电路之中，不需要借助于实体按键或是非显示区域的电路来实现指纹识别，在几乎不增加厚度的情况下，实现了指纹识别功能，有效扩展了指纹识别的实际应用和用户体验，尤其适用于没有实体HOME键的安卓手机等。

附图说明

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

图1为本发明的实施例1中具有指纹识别功能的电子装置的外观图；

图2为图1中指纹识别区域的剖面图；

图3为图2中半导体层、透明盖板以及半导体复合层的示意图；

图4为图1中指纹识别区域的半导体复合层的俯视图；

图5为图1中指纹识别区域的半导体复合层的俯视图；

图6a至6c为图5中跃线区域的形成过程示意图；

图7为图1中指纹识别区域的电容屏引线层的俯视图；

图8为本发明中具有指纹识别功能的触控屏的模块连接示意图；

图9为现有技术得到指纹图像的示意图；以及

图10为本发明得到的指纹图像的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1  手机

2  触摸屏

3  指纹识别区域

4  半导体层

41 半导体引线

5  基片

6  半导体复合层

61 第一电容屏引线

62 第一驱动电极

63 第一感应电极

64 第一检测间隙

65 第二驱动电极

66 第二感应电极

67 第二检测间隙

68 透明绝缘薄膜

69 透明导电薄膜

S  跃线区域

A  触摸屏模块

B  位置传感器模块

C  指纹识别模块

D  射频信号升压模块

E  信号处理模块

7  电容屏引线层

71 第二电容屏引线

H  手指滑动参考方向

Z1 现有技术得到指纹图像

Z2 本发明得到的指纹图像

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发明将全面和完整，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。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

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方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的方法、组元、材料等，也可以实践本发明的技术方案。在某些情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明。

本发明的附图仅用于示意相对位置关系和电连接关系，某些部位的层厚采用了夸示的绘图方式以便于理解，附图中的层厚并不代表实际层厚的比例关系。

实施例1

如图1至图8所示，本发明的具有指纹识别功能的触控屏包括带有指纹识别区域3的触摸屏模块A、位置传感器模块B、指纹识别模块C、射频信号升压模块D以及分别连接上述模块的信号处理模块E。其中，触摸屏模块A的指纹识别区域3包括：半导体层4、基片5、半导体复合层6以及电容屏引线层7。

基片5可以是透明盖板，例如玻璃或蓝宝石材质等。基片5能够兼顾到保护性，并且能够被指纹的电场线穿透。

参考图3和4，半导体层4形成于基片5之上，半导体层4包括多条半导体引线41形成的图案。其中，半导体层4可以是通过真空沉积制备掺杂型氧化锌半导体薄膜(例如：ZnO+SnO2)，然后通过对该半导体薄膜进行光刻，分别形成膜线(即半导体引线41)。这种方式有利于半导体引线41与基片5下方的第一电容屏引线61对应，接收耦合充电。

本发明利用材料的半导体性质，在未对半导体层4进行耦合充电时，半导体薄膜的导电性能趋于绝缘，从而不影响手指对基片5下电容屏引线的操作；当半导体层4被施加射频高压充电时，半导体引线41的导电性能趋于导体。

参考图5，半导体复合层6形成于基片5之下，半导体复合层6包括多条检测指纹图像的指纹识别引线以及多条第一电容屏引线61，第一电容屏引线61与半导体引线41形成的图案相对应。指纹识别引线的具体布线方式和工作原理将在后面详细说明。

电容屏引线层7形成于半导体复合层6之下，电容屏引线层7包括多条第二电容屏引线71，第一电容屏引线61与第二电容屏引线71之间相互垂直，形成交叉分布。位置传感器模块B连接第一电容屏引线61和第二电容屏引线71，检测手指触摸信号。指纹识别模块C连接指纹识别引线。射频信号升压模块D连接指纹识别模块C。

当位置传感器模块B接收到手指触摸信号，信号处理模块E关闭位置传感器模块B，启动射频信号升压模块D和指纹识别模块C，射频信号升压模块D对第一电容屏引线61输送射频高压电流，通过耦合充电的形式传输到基片5上的半导体引线41，增强指纹的电场线对基片5的穿透度，使得指纹识别模块C获得指纹图像。

继续参考图5，指纹识别区域3中的半导体复合层6的指纹识别引线包括用于检测指纹图像的指纹识别引线，可以感测在其上扫过的指纹。对于不同的应用，半导体复合层6的尺寸和形状可视需要改变。

在某些实施例中，指纹识别区域3中的半导体复合层6可还包括一条第一感应电极63、对应第一感应电极63的多条第一驱动电极62、一条第二感应电极66以及对应第二感应电极66的多条第二驱动电极65。第一驱动电极62并排布置且彼此间隔开，并且第一驱动电极62分别与第一感应电极63间隔开地相对以形成多个第一检测间隙64。第二感应电极66与第一感应电极63平行设置并位于第一感应电极63的与多条第一驱动电极62相反的一侧。第二驱动电极65并排布置且彼此间隔开，并且第二驱动电极65分别与第二感应电极66间隔开地相对以形成多个第二检测间隙67。第二驱动电极65与多条第一驱动电极62对应地设置在第二感应电极66与第一感应电极63相反的一侧。

本实施例中，相邻第一驱动电极62之间的节距及相邻第二驱动电极65之间的节距彼此相等且在50至60μm范围内，但不以此为限。第一驱动电极62的宽度及第二驱动电极65的宽度彼此相等且在20至45μm范围内，但不以此为限。第一检测间隙64和第二检测间隙67的大小彼此相等且在20至40μm范围内，但不以此为限。

指纹影像可透过在手指扫过第一驱动电极62分别与第一感应电极63之间的第一检测间隙64和第二驱动电极65分别与第二感应电极66之间的第二检测间隙67而产生。这些信号可组合成指纹影像，与使用逐行扫描产生传真影像的方式相似。

在某些实施例中，第一驱动电极62设定为逐个顺序发送探测信号。此探测信号可在第一感应电极63上感测。与第一驱动电极62相似，第一感应电极63可以是与驱动电路(图中未示出)连接的一导电电极。

在第一感应电极63处，可因应探测信号而产生响应信号。回应信号的幅度可取决于多个因素，例如指纹识别区域3上是否存在手指，特别是在某第一驱动电极62和第一感应电极63之间的第一检测间隙64上是否刚好有指纹的脊或谷。在第一感应电极63处产生的响应信号之幅度可与该第一驱动电极62和第一感应电极63之间的第一检测间隙64上手指之脊或谷的射频阻抗直接相关。

指纹识别引线(包括第一驱动电极62和第一感应电极63)可能与驱动电路(图中未示出)电连接但实体分离。将第一感应电极63和第二感应电极66定位于硅芯片之外，或可减小传感器的静电放电、磨损及破碎可能性，从而改善指指纹识别引线的可靠性。如此亦可按照传统的芯片缩小路线图，让指纹识别引线的成本随时日而降低。此架构与直接接触传感器(整合到硅芯片上的传感器)相比有一明显优点，因为直接接触传感器的引线不能收缩到比行业标准指纹宽度更小。

本实施例中，通过共用第一驱动电极62、第二驱动电极65、第一感应电极63和第二感应电极66构成一双线成像器，用于产生准确的无变形指纹影像。通过手指先通过第一感应电极63或是第二感应电极66来确定手指扫过指纹识别区域时的方向，并且，通过比对第一感应电极63和第二感应电极66的信号变化来确定手指扫过指纹识别区域时的速度(例如：通过计算相同的指纹区域通过第一感应电极63和第二感应电极66的时间差来获得手指速度)，以此来得到更准确的指纹影像。

所以，当第一电容屏引线61通过耦合充电半导体引线41，向接触半导体引线41的手指输入微小的射频电流信号，以增强指纹电场线对基片5的穿透度，保证基片5下的上述指纹识别引线(第一驱动电极62、第一感应电极63、第二驱动电极65以及第二感应电极66等)能够检测到指纹电场线，使得基片5下方的指纹识别引线可以通过半导体引线的间隔部分进行指纹识别，检测指纹脊或指纹脊谷。

在半导体复合层6中，由于集成了多种引线，通过跃线的方式进行交叉，以在引线之间形成绝缘。例如：第一电容屏引线61与第一驱动电极62或第二驱动电极65相平行，相邻的第一电容屏引线61之间间隔多条第一驱动电极62或第二驱动电极65。第一电容屏引线61与第一感应电极63之间绝缘，且第一电容屏引线61与第二感应电极66之间绝缘。第一电容屏引线61通过绝缘层跃线的方式与第一感应电极63、第二感应电极66交叉。即在跃线区域S处，第二感应电极66截断第一电容屏引线61(如图6a所示)，在第二感应电极66上局部沉积透明绝缘薄膜68(如图6b所示)，透明绝缘薄膜68上沉积透明导电薄膜69，透明导电薄膜69与第二感应电极66绝缘，且透明导电薄膜69的两端超出透明绝缘薄膜68以连接被截断的第一电容屏引线61，独立连通第一电容屏引线61(如图6c所示)。

在上述指纹识别引线工作中，由于第一电容屏引线61已经通过跃线的方式与指纹识别引线绝缘，所以不会影响第一驱动电极62、第二驱动电极65、第一感应电极63和第二感应电极66等的工作，不会对最后得到的指纹图像造成干扰。

本实施例给出了形成双线成像器的指纹识别引线，但不以此为限，半导体复合层6中的指纹识别引线也可以是单线成像器，此处不再赘述。

本发明的实施方式如下：

当使用者的手指接触到手机1的触摸屏2中的指纹识别区域3时，第一电容屏引线61与第二电容屏引线71探测到手指的位置，发送信号到位置传感器模块，位置传感器模块反馈给信号处理单元。信号处理单元关闭位置传感器中的信号发生/接收器。然后，信号处理单元启动射频高压模块，将射频高压电流通过位置传感器模块输送到穿插在第一驱动电极62和第二驱动电极65之间的第一电容屏引线61，第一电容屏引线61向基片5表面的半导体引线41耦合充电，手指从半导体引线41获取射频小电流信号而增强其电场线对基片5的穿透度。信号处理单元同时启动指纹识别模块C及对应的驱动电极和感应电极功能，进行指纹识别。在完成指纹识别后，信号处理单元关闭指纹识别模块C和射频高压模块，并开启位置传感器模块中的信号发生/接收器，恢复位置传感器模块功能。以上通过电路中快速的开关切换方式实现指纹识别模块与位置传感器模块的交替工作。

继续参考图1至8，根据本发明的另一个方面，还提供一种具有指纹识别功能的电子装置(例如手机、Ipad等便携式终端或门禁装置)，包括上述具有指纹识别功能的触控屏。其中，1为手机，2为手机的触摸屏，3为触摸屏中的指纹识别区域，H为手指滑动参考方向，反方向滑动也能进行指纹识别，不以此为限。触摸屏模块A中的基片5就是电子装置的透明盖板，位置传感器模块B、指纹识别模块C、射频信号升压模块D以及信号处理模块E可以集成在手机的主板上。该电子装置可以在显示屏的透明盖板的显示区域上进行指纹识别，实现原理如前，此处不再赘述。

图9为现有技术得到指纹图像的示意图。图10为本发明得到的指纹图像的示意图。对比图9中现有技术得到指纹图像Z1和图10中本发明得到的指纹图像Z2，由于本发明在指纹传感器中穿插了第一电容屏引线61，所以扫描到的指纹图案如图10的阵列块拼图，会缺少部分指纹图案，但指纹识别是依靠对特征点选取并匹配的，所以只要获取足够的指纹特征点信息，就可以完成对指纹的识别。所以，本发明可以实现与现有技术一样的指纹识别效果。

综上可知，根据本发明公开的技术方案，可以实现在显示屏中显示区域的透明盖板上进行指纹识别，将指纹识别功能整合到触摸电路之中，不需要借助于实体按键或是非显示区域的电路来实现指纹识别，在几乎不增加厚度的情况下，实现了指纹识别功能，有效扩展了指纹识别的实际应用和用户体验，尤其适用于没有实体HOME键的安卓手机等。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求范围内的各种修改和等效置换。

Claims (15)

1.一种具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，包括：

基片；

半导体层，形成于所述基片之上，所述半导体层包括多条半导体引线形成的图案；

半导体复合层，形成于所述基片之下，所述半导体复合层包括多条检测指纹图像的指纹识别引线以及多条第一电容屏引线，所述第一电容屏引线形成于所述指纹识别引线之间，且所述第一电容屏引线与所述半导体引线形成的图案相对应；以及

电容屏引线层，形成于所述半导体复合层之下，所述电容屏引线层包括多条第二电容屏引线，所述第一电容屏引线与所述第二电容屏引线之间形成交叉分布。

2.如权利要求1所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，还包括：位置传感器模块，连接所述第一电容屏引线和第二电容屏引线，检测手指触摸信号。

3.如权利要求2所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，还包括：指纹识别模块，连接所述指纹识别引线。

4.如权利要求3所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，还包括：射频信号升压模块，连接所述指纹识别模块。

5.如权利要求4所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，还包括：信号处理模块，分别连接所述指纹识别引线、第一电容屏引线、第二电容屏引线、位置传感器模块、指纹识别模块以及射频信号升压模块；

当所述位置传感器模块接收到手指触摸信号，所述信号处理模块关闭所述位置传感器模块，启动所述射频信号升压模块和指纹识别模块，所述射频信号升压模块对第一电容屏引线输送射频高压电流，通过耦合充电的形式传输到所述半导体引线，使得所述指纹识别模块获得指纹图像。

6.如权利要求1所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，所述指纹识别引线包括：

第一感应电极；以及

多条第一驱动电极，所述多条第一驱动电极并排布置且彼此间隔开，所述多条第一驱动电极分别与所述第一感应电极间隔开地相对以形成多个第一检测间隙。

7.如权利要求6所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，所述指纹识别引线还包括：

第二感应电极，与所述第一感应电极平行设置并位于所述第一感应电极的与所述多条第一驱动电极相反的一侧；以及

多条第二驱动电极，所述多条第二驱动电极并排布置且彼此间隔开，所述多条第二驱动电极分别与所述第二感应电极间隔开地相对以形成多个第二检测间隙，所述多条第二驱动电极与所述多条第一驱动电极对应地设置在所述第二感应电极的与所述第一感应电极相反的一侧。

8.如权利要求7所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于：所述第一电容屏引线与所述第一驱动电极或第二驱动电极相平行，相邻的第一电容屏引线之间间隔多条所述第一驱动电极或第二驱动电极。

9.如权利要求8所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于：所述第一电容屏引线与所述第一感应电极之间绝缘，且所述第一电容屏引线与所述第二感应电极之间绝缘。

10.如权利要求9所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于：所述第一电容屏引线通过绝缘层跃线的方式与所述第一感应电极、第二感应电极交叉。

11.如权利要求10所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于：所述第一感应电极或第二感应电极截断所述第一电容屏引线，在所述第一感应电极或第二感应电极上局部沉积透明绝缘薄膜，所述透明绝缘薄膜上沉积透明导电薄膜，所述透明导电薄膜与所述第一感应电极或第二感应电极绝缘，且所述透明导电薄膜的两端超出所述透明绝缘薄膜以连接被截断的所述第一电容屏引线，独立连通所述第一电容屏引线。

12.如权利要求1所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于：所述半导体引线为掺杂型氧化锌半导体薄膜。

13.如权利要求1所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于：所述半导体引线通过光刻的方式形成于所述基片上表面。

14.一种具有指纹识别功能的电子装置，其特征在于：包括如权利要求1至13中任意一项所述的具有指纹识别功能的触控屏。

15.如权利要求14所述的具有指纹识别功能的电子装置，其特征在于：所述基片为触摸显示屏的透明盖板。