CN104077575B - 按压式指纹识别传感器及电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及按压式指纹识别传感器及电子装置。一种按压式指纹识别传感器包括：传感器层，所述传感器层包括：多个第一电极，排列为包括多个第一电极行和多个第一电极列的矩阵；多个第二电极，排列为包括多个第二电极行和多个第二电极列的矩阵，各第一电极行与各第二电极行交替布置，列方向上相邻的第一电极和第二电极一一对应地以一检测间隙相对从而构成多个电容型指纹识别单元；多个列向导线，分别沿列方向在相邻的第一电极之间和第二电极之间延伸并与多个第二电极列一一对应，每个列向导线连接到对应的第二电极列中的第二电极且与第一电极电隔离；多个绝缘层；多个桥接线，分别连接行方向上相邻的第一电极。

Description

按压式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，涉及一种按压式(area-type)指纹识别传感器及包括该按压式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可分为滑擦式(swipe-type)和按压式(area-type)。滑擦式传感器要求用户在传感器上方以一定力度、速度和方向滑动手指，对用户的使用要求较高。按压式传感器只需用户以一定力度在传感器上方按压，而无须滑动手指。

按压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和开关单元。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。

需要一种新的按压式指纹识别传感器的方案。

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

本申请公开一种新颖的按压式指纹识别传感器及包括该按压式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，提供一种按压式指纹识别传感器，包括：传感器层，所述传感器层包括：多个第一电极，排列为包括多个第一电极行和多个第一电极列的矩阵；多个第二电极，排列为包括多个第二电极行和多个第二电极列的矩阵，各第一电极行与各第二电极行交替布置，列方向上相邻的第一电极和第二电极一一对应地以一检测间隙相对从而构成多个电容型指纹识别单元；多个列向导线，分别沿列方向在相邻的第一电极之间和第二电极之间延伸并与多个第二电极列一一对应，每个列向导线连接到对应的第二电极列中的第二电极且与第一电极电隔离；多个绝缘层，设置在每个列向导线与相邻的第一电极之间并至少覆盖第一电极之间的列向导线部分；多个桥接线，分别连接行方向上相邻的第一电极，且越过对应的列向导线上的绝缘层以与列向导线电隔离。

根据一些实施例，传感器还包括支承基底，传感器层与支承基底相对或相背。

根据一些实施例，第一电极为驱动电极或感应电极，第二电极相应地为感应电极或驱动电极。

根据一些实施例，所述多个第一电极的宽度彼此相等且其宽度范围为20μm-45μm，所述多个第一电极在行方向上等间距设置且其节距范围为50μm-60μm，检测间隙的大小彼此相等且在20μm-40μm范围内，列方向上相邻的电容型指纹识别单元之间的距离等于或大于检测间隙。

根据一些实施例，所述传感器层和所述多个桥接线包括导电网格。

根据一些实施例，所述传感器层和所述多个桥接线包括金属颗粒、石墨烯、碳纳米管或导电高分子材料。

根据一些实施例，所述绝缘层包括二氧化硅或有机绝缘材料。

根据一些实施例，传感器还包括：第一压印层,设置在所述支承基底上，所述第一压印层表面设置有多个第一凹槽，所述传感器层设置在所述多个第一凹槽中。

根据一些实施例，传感器还包括：第二压印层,形成在所述传感器层和，所述第二压印层表面设置有多个第二凹槽，所述多个桥接线设置在所述多个第二凹槽中，部分所述第一压印层和部分所述第二压印层构成所述多个绝缘层。

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

根据一些实施例，传感器还包括保护层，与多个桥接线位于传感器层的相同侧或相反侧。

根据一些实施例，所述保护层包括DLC膜、AF膜、二氧化硅或UV胶。

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

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

根据一些实施例，电子装置还包括透明盖板，所述透明盖板具有贯通开口，所述按压式指纹识别传感器设置在所述贯通开口中。

根据一些实施例，电子装置还包括透明盖板，所述指纹识别传感器设置在所述透明盖板上，所述传感器层与所述透明盖板相对或相背。

根据本公开的一些实施例的按压式指纹识别传感器具有可靠性高、成本低廉、分辨率高等优点。

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按压式指纹识别传感器的布局图；

图3示出当手指按压在指纹识别传感器上方时获得的多条线状指纹图像；

图4示出多条线状指纹图案拼合成的一个完整指纹图像；

图5示意性示出根据本公开一示例实施方式的按压式指纹识别传感器的电极结构的俯视图；

图6示意性示出图5的指纹识别传感器沿一行的剖视图；

图7示意性示出通过压印工艺形成的指纹识别传感器；

图8示意性示出可用于指纹识别传感器的导电网格；及

图9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。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(例如，通过从驱动电极容性耦合至感应电极的信号的变化检测电容变化)，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按压式指纹识别传感器的布局图。

如图2所示，按压式指纹识别传感器可包括多个以矩阵形式设置的指纹识别单元200。指纹识别单元200可以使如图1所示的指纹识别单元，例如包括感应电极101和驱动电极103。

当手指按压在传感器上方时，如图2所示的按压式指纹识别传感器可一次获得整个指纹图像，而无需滑动手指。为了获得整个指纹图像，可对单个或一组指纹识别单元200进行识别采样，获得反映指纹脊或指纹谷的单位指纹图像，直到完成对所有单元的识别采样。可以按行或按列对识别单元200进行顺序采样，也可以进行随机采样。

例如，如图3所示，通过按行对指纹识别单元200进行顺序采样，从一行指纹识别单元可获得一条反映指纹脊和指纹谷的线状指纹图像。通过逐行采样，可获得多条行方向上的线状指纹图像。所述多条线状指纹图案可拼合成一个完整指纹图像，如图4所示。

图5示意性示出根据本公开一示例实施方式的按压式指纹识别传感器的电极结构的俯视图，图6示出图5的电极结构沿一行的剖视图。

如图5和6所示，按压式指纹识别传感器100包括基底111、设置在基底111上的传感器层121、多个绝缘层131、多个桥接线141和保护层161。

基底111可为强化玻璃、钢化玻璃、陶瓷、蓝宝石、PET膜或FPC基底。

传感器层121可包括多个第一电极101、多个第二电极103和多个列向导线105。

多个第一电极101排列为包括多个第一电极行和多个第一电极列的矩阵。多个第二电极103也排列为包括多个第二电极行和多个第二电极列的矩阵。各第一电极行与各第二电极行交替布置。列方向上相邻的第一电极101和第二电极103一一对应地以一检测间隙G相对从而构成多个电容型指纹识别单元200。

第一电极101为驱动电极或感应电极，第二电极103相应地为感应电极或驱动电极。

多个第一电极101的宽度w1可彼此相等，其宽度范围可为20μm-45μm。多个第一电极101在行方向上可等间距设置，其节距d范围可为50μm-60μm。检测间隙G的大小可彼此相等且在20μm-40μm范围内。列方向上相邻的电容型指纹识别单元之间的距离G2可与检测间隙G相同，或大于检测间隙G。

多个列向导线105分别沿列方向在相邻的第一电极101之间和第二电极103之间延伸并与多个第二电极列一一对应。每个列向导线105连接到对应的第二电极列中的第二电极103。每个列向导线105与第一电极101电隔离。

多个绝缘层131设置在每个列向导线105与相邻的第一电极101之间并至少覆盖列向导线105位于第一电极101之间的部分。绝缘层131的材料可包括二氧化硅或有机绝缘材料。

多个桥接线141分别连接行方向上相邻的第一电极101，且越过对应的位于第一电极101之间的列向导线105上的绝缘层131以与列向导线105电隔离。

根据本公开的一些实施例，一个第一电极行和一个列向导线105可定位一个指纹识别单元200。通过向第一电极行之一施加驱动信号，从列向导线105之一读出感应信号，即可从相应指纹识别单元获得单元指纹图像。

根据本公开，通过采用桥接线，可以在同一层实现按压式传感器，具有结构简单的优点和成本优势。

第一和第二电极101和103、列向导线105、桥接线141的材质可以相同，也可以不同。形成第一和第二电极的材料可选自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。

指纹识别传感器100还可包括保护层161。保护层161覆盖传感器层121、多个绝缘层131和多个桥接线141。保护层161包括DLC膜、AF膜、二氧化硅或UV胶。保护层可通过喷涂或印刷工艺形成。

在形成保护层161之前，可选地，还可以形成覆盖层151。覆盖层151可以是有机绝缘层。

以上虽然以图6为例描述了根据本公开一示例实施方式的按压式指纹识别传感器的结构，但本公开不限于此。例如，保护层161的位置可以不同。具体而言，在形成覆盖层151之后，可不形成保护层161，而是将形成的传感器翻转过来使得覆盖层151结合到另一基板上。这时，可以在基底111上形成保护层161，或者在去掉基底111之后形成保护层161。这种结构的优点是，靠近传感器层121的一面作为手指按压面，因此按压面更平坦，手指距离传感器层的距离可更近。

根据图5和图6的指纹识别传感器可利用半导体工艺形成，例如，通过沉积、光刻、蚀刻等工艺形成。根据本公开的一些实施例，也可通过印刷或压印工艺形成如图5-6所示的指纹识别传感器。

下面参照图7描述通过压印工艺形成的指纹识别传感器。

如图7所示，与根据图4的指纹识别传感器的区别在于，根据图7的指纹识别传感器还包括第一压印层123和第二压印层133。第一压印层123形成在基底111上，第一压印层第一压印层123的表面设置有多个第一凹槽125，传感器层121设置在多个第一凹槽125中。第二压印层133形成在传感器层121上。第二压印层133表面设置有多个第二凹槽135，多个桥接线141设置在多个第二凹槽135中。部分第一压印层123和部分第二压印层133构成绝缘层131。

压印层123和133例如可为为紫外固化树脂、热固胶、光固胶或自干胶。

根据一示例实施方式，第一电极101和第二电极103可包括导电网格104，如图8所示。这时，凹槽125和135具有与导电网格107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)，用于将指纹识别传感器100连接到外部电路，例如指纹识别电路。引线也可容置于凹槽中，并可具有与第一电极101和第一电极103相同的材质。引线也可包括导电网格。

指纹识别电路可向驱动电极顺序提供驱动信号，并可通过感应电极检测感应信号，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。另外，可降低批量生产成本。

下面简要描述利用压印工艺制造根据本公开实施方式的指纹识别传感器的方法。

首先，准备基底111，例如PET基底。接着，可在基底111上形成第一压印层123。压印层123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123远离基底111的表面上通过压印工艺形成第一凹槽125。第一凹槽125根据实际需要可以为例如网格状。

然后，可使用刮涂技术在第一凹槽125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，从而形成第一电极101、第二电极103和列向导线105，并可根据需要形成引线。根据一实施例，银墨水固含量大约35％，溶剂在烧结中挥发。

接着，在所得结构上形成第二压印层133。压印层133可与第一压印层123为相同材质。然后，在压印层133远离基底111的表面上通过压印工艺形成第二凹槽135。第二凹槽135根据实际需要可以为例如网格状。然后，利用类似以上的工艺，在第二凹槽135中形成桥接线141。第二凹槽135具有与桥接线141相适应的形状，即暴露部分第一电极101的表面而没有暴露列向导线105。

最好，可在所得结构上形成保护层151，或者翻转所得结构后形成保护层151。

图9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100。电子装置500例如可以是智能手机、平板电脑等。

如图9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501具有贯通开口503，按压式指纹识别传感器101可设置在贯通开口503中。

根据一些实施例，指纹识别传感器100设置在透明盖板501上，传感器层121与透明盖板501相对。根据另一些实施例，指纹识别传感器100设置在透明盖板501上，传感器层121与透明盖板501相背。

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 (17)

1.一种按压式指纹识别传感器，其特征在于，包括：

传感器层，所述传感器层包括：

多个第一电极，排列为包括多个第一电极行和多个第一电极列的矩阵；

多个第二电极，排列为包括多个第二电极行和多个第二电极列的矩阵，各第一电极行与各第二电极行交替布置，列方向上相邻的第一电极和第二电极一一对应地以一检测间隙相对从而构成多个电容型指纹识别单元；

多个列向导线，分别沿列方向在相邻的第一电极之间和第二电极之间延伸并与多个第二电极列一一对应，每个列向导线连接到对应的第二电极列中的第二电极且与第一电极电隔离；

多个绝缘层，设置在每个列向导线与相邻的第一电极之间并至少覆盖第一电极之间的列向导线部分；

多个桥接线，分别连接行方向上相邻的第一电极，且越过对应的列向导线上的绝缘层以与列向导线电隔离；以及

支承基底，所述传感器层、所述多个绝缘层和所述多个桥接线设置在所述支承基底上。

2.如权利要求1所述的按压式指纹识别传感器，其特征在于，所述传感器层与所述支承基底相对或相背。

3.如权利要求1所述的按压式指纹识别传感器，其特征在于，第一电极为驱动电极或感应电极，第二电极相应地为感应电极或驱动电极。

4.如权利要求1所述的按压式指纹识别传感器，其特征在于，所述多个第一电极的宽度彼此相等且其宽度范围为20μm-45μm，所述多个第一电极在行方向上等间距设置且其节距范围为50μm-60μm，检测间隙的大小彼此相等且在20μm-40μm范围内，列方向上相邻的电容型指纹识别单元之间的距离等于或大于检测间隙。

5.如权利要求1所述的按压式指纹识别传感器，其特征在于，所述传感器层和所述多个桥接线包括导电网格。

6.如权利要求1所述的按压式指纹识别传感器，其特征在于，所述传感器层和所述多个桥接线包括金属颗粒、石墨烯、碳纳米管或导电高分子材料。

7.如权利要求1所述的按压式指纹识别传感器，其特征在于，所述绝缘层包括二氧化硅或有机绝缘材料。

8.如权利要求1所述的按压式指纹识别传感器，其特征在于，还包括：第一压印层,设置在所述支承基底上，所述第一压印层表面设置有多个第一凹槽，所述传感器层设置在所述多个第一凹槽中。

9.如权利要求8所述的按压式指纹识别传感器，其特征在于，还包括：第二压印层,形成在所述传感器层和，所述第二压印层表面设置有多个第二凹槽，所述多个桥接线设置在所述多个第二凹槽中，部分所述第一压印层和部分所述第二压印层构成所述多个绝缘层。

10.如权利要求2所述的按压式指纹识别传感器，其特征在于，所述支承基底为强化玻璃、钢化玻璃、陶瓷、蓝宝石、PET膜或FPC基底。

11.如权利要求1所述的按压式指纹识别传感器，其特征在于，还包括保护层，与多个桥接线位于传感器层的相同侧或相反侧。

12.如权利要求11所述的按压式指纹识别传感器，其特征在于，所述保护层包括DLC膜、AF膜、二氧化硅或UV胶。

13.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求1至12中任一项所述的按压式指纹识别传感器。

14.如权利要求13所述的电子装置，其特征在于，所述电子装置包括显示区和非显示区，所述按压式指纹识别传感器位于所述显示区。

15.如权利要求13所述的电子装置，其特征在于，所述电子装置包括显示区和非显示区，所述按压式指纹识别传感器位于所述非显示区。

16.如权利要求13所述的电子装置，其特征在于，还包括透明盖板，所述透明盖板具有贯通开口，所述按压式指纹识别传感器设置在所述贯通开口中。

17.如权利要求13所述的电子装置，其特征在于，还包括透明盖板，所述指纹识别传感器设置在所述透明盖板上，所述传感器层与所述透明盖板相对或相背。