CN104932763B - 一种带有指纹识别功能的电容触摸屏及其指纹探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有指纹探测功能的电容触摸屏，包括透明基板、触摸感应层、设有指纹探测面的指纹芯片，触摸感应层设有多个感应电极和金属层；金属层设有连接至各感应电极的第一连接端；指纹芯片以指纹探测面朝外的方式贴附在透明基板的内侧面上，指纹探测面设有指纹探测区和外接引脚；金属层还设有与外接引脚相对应的第二连接端以及连接至第二连接端的第三连接端，外接引脚与第二连接端通过第一粘合层相互连接，第一粘合层为各向异性导电胶层。这种电容触摸屏不需要专门为指纹芯片设置的外接结构，省去了为指纹探测区专门设置的保护层，大幅度简化了电子产品上增加指纹探测功能所需的结构，使得相应的电子产品结构更加简单，体积更小。

Description

一种带有指纹识别功能的电容触摸屏及其指纹探测方法

技术领域

本发明涉及一种触摸屏，尤其涉及一种带有指纹识别功能的电容触摸屏。

背景技术

指纹，由于其具有终身不变性、唯一性和方便性，已几乎成为生物特征识别的代名词。指纹是指人的手指末端正面皮肤上凸凹不平产生的纹线。纹线有规律的排列形成不同的纹型。纹线的起点、终点、结合点和分叉点，称为指纹的细节特征点(minutiae)。

指纹识别技术是目前最成熟且价格便宜的生物特征识别技术。目前来说指纹识别的技术应用最为广泛，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，市场上有了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。

计算机应用中，包括许多非常机密的文件保护，大都使用“用户ID+密码”的方法来进行用户的身份认证和访问控制。但是，如果一旦密码忘记，或被别人窃取，计算机系统以及文件的安全问题就受到了威胁。

随着科技的进步，指纹识别技术已经开始慢慢进入计算机世界中。许多公司和研究机构都在指纹识别技术领域取得了很大突破性进展，推出许多指纹识别与传统IT技术完美结合的应用产品，这些产品已经被越来越多的用户所认可。指纹识别技术多用于对安全性要求比较高的商务领域，而在商务移动办公领域颇具建树的富士通、三星及IBM等国际知名品牌都拥有技术与应用较为成熟的指纹识别系统。

目前，己有专门针对人机接口应用领域而设计的电容感测用途的指纹芯片。它提供了电容传感器的触发，能检测到因使用者的接近所造成的电容变化，并提供数字输出。电子器件与触控板技术的完美结合，是触摸屏技术发展的基础所在。通过以电力线为基础的分析方法，找出电容式触摸屏的不同类型电容的分布和数学表达，以及由于人体触摸产生的新生电容，是电容式触摸屏技术的物理基础。

具有指纹探测功能的指纹芯片已经逐渐被加入在手机、平板电脑等消费电子产品中，目前，这种芯片在手机上一般独立于触摸屏而设置，其一般被固定在机壳或者按键之上，导致手机的结构较复杂，体积较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种带有指纹识别功能的电容触摸屏指纹探测方法，这种带有指纹识别功能的电容触摸屏能够使得相应的电子产品结构更加简单，体积更小。采用的技术方案如下：

一种带有指纹探测功能的电容触摸屏，包括透明基板以及设置在透明基板内侧的触摸感应层，触摸感应层设有多个感应电极以及至少一金属层，金属层设有连接至各感应电极的第一连接端，其特征是：还包括至少一个设有指纹探测面的指纹芯片，指纹芯片以指纹探测面朝外的方式贴附在透明基板的内侧面上，指纹探测面设有指纹探测区和外接引脚，指纹探测区能够依据电容原理对手指纹进行探测并产生指纹图像；所述金属层还设有与外接引脚相对应的第二连接端以及连接至第二连接端的第三连接端，外接引脚与第二连接端通过第一粘合层相互连接，第一粘合层为各向异性导电胶层。

上述的外是指靠近操作者的一侧面，相应的，内则是指远离操作者的一侧面。

这种带有指纹探测功能的电容触摸屏，指纹芯片采用没有经过封装的裸片IC，而将原先仅形成周边线路的金属层作为指纹芯片的引出线，而不需要专门为指纹芯片设置的外接结构；透明基板则构成指纹芯片的指纹探测区的保护，省去了为指纹探测区专门设置的保护层；各向异性导电胶不仅形成了指纹芯片外接引脚与第二连接端的连接，还构成了指纹芯片与透明基板之间的粘合层，而不需为指纹芯片设置额外的固定结构。因此，这种带有指纹探测功能的电容触摸屏，大幅度简化了电子产品上增加指纹探测功能所需的结构，使得相应的电子产品结构更加简单，体积更小。

作为本发明的优选方案，所述透明基板还设有厚度小于透明基板的减薄区，减薄区设置在透明基板外侧面并与所述指纹探测区位置相对应。在透明基板的外侧面设置减薄区，进一步减少指纹探测面与手指之间的距离，进一步提高探测到的指纹图像的清晰度。

作为本发明进一步的优选方案，所述减薄区的面积小于指纹芯片的面积。由于减薄区与指纹探测区位置相对应，并且减薄区的面积小于指纹芯片的面积，因此，处于透明基板内侧面的指纹芯片构成对减薄区的完整支撑，不会出现只有减薄区的地方，避免了透明基板在减薄区处局部过薄而容易损坏。

作为本发明的优选方案，所述指纹芯片还设有背景信号输出端，所述金属层还设有围绕所述指纹芯片的金属圈，所述金属圈与指纹芯片的背景信号输出端连接。通过在金属层上设置围绕指纹芯片的金属圈，指纹芯片将特定的背景信号输出到金属圈之上，由于金属圈围绕指纹芯片而设置，当手指按压在指纹芯片之上时，背景信号刚好可以通过金属圈与手指之间的电容馈送至手指之上，且能最大限度地屏蔽掉其他干扰信号，通过检测该特定的背景信号，可以避免其他信号的干扰。

作为本发明的优选方案，所述透明基板的厚度小于600微米。将透明基板的厚度设置为小于600微米，使得指纹芯片探测到的指纹信号更加清晰，即是，手指与指纹探测面之间的距离较小，可使所探测到的指纹更加清晰。

作为本发明的优选方案，还包括柔性电路板，柔性电路板通过第三粘合层粘附在透明基板的内侧，所述第三粘合层也为各向异性导电胶层，所述第一连接端与第三连接端通过柔性电路板连出。电容触摸屏及指纹识别的向外连出仅需一层柔性电路板，结构更为简单。

作为本发明的优选方案，所述各向异性导电胶层延伸至所述指纹探测区与透明基板之间，指纹探测区与透明基板之间的各向异性导电胶层构成所述指纹芯片与透明基板之间的第二粘合层。第二粘合层由各向异性导电胶层(即是第一粘合层)延伸而成，这样既不会增加额外的膜层，又增加了指纹探测区与透明基板之间的牢固性；第二粘合层由各向异性导电胶层形成，还使得指纹探测区与透明基板表面之间的距离更加稳定(即是指纹芯片不会发生倾斜)，使得指纹检测的信号更加均匀。

作为本发明更进一步的优选方案，所述各向异性导电胶层为分布有导电球的胶层，导电球的直径小于20微米。将导电球的直径设置为小于20微米，将可以将导电球对指纹探测的干扰降低到可接受的程度。

作为本发明再更进一步的优选方案，还包括图像处理系统，图像处理系统储存有与所述第二粘合层内导电球分布互补的有效探测区，并且图像处理系统针对有效探测区对指纹图像进行探测。由于有效探测区与第二粘合层内导电球分布互补，即是有效探测区剔除了导电球所占据的区域，针对有效探测区对指纹图像进行探测，进一步避免导电球对识别结果的干扰。

一种电容触摸屏的指纹探测方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)根据第二粘合层中导电球的分布的互补区生成一有效探测区，并储存在图像处理系统中；

(2)根据指纹芯片获得第一指纹图像；

(3)取有效探测区与第一指纹图像的交集，得到第二指纹图像；

(4)对第二指纹图像进行图像探测，获得指纹信息。

由于有效探测区与第二粘合层内导电球分布互补，即是有效探测区剔除了导电球所占据的区域，针对有效探测区对指纹图像进行探测，进一步避免导电球对识别结果的干扰。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

这种带有指纹探测功能的电容触摸屏，指纹芯片采用没有经过封装的裸片IC，而将原先仅形成周边线路的金属层作为指纹芯片的引出线，而不需要专门为指纹芯片设置的外接结构；透明基板则构成指纹芯片的指纹探测区的保护，省去了为指纹探测区专门设置的保护层；各向异性导电胶不仅形成了指纹芯片外接引脚与第二连接端的连接，还构成了指纹芯片与透明基板之间的粘合层，而不需为指纹芯片设置额外的固定结构。因此，这种带有指纹探测功能的电容触摸屏，大幅度简化了电子产品上增加指纹探测功能所需的结构，使得相应的电子产品结构更加简单，体积更小。

附图说明

图1是本发明优选实施方式的平面结构示意图；

图2指纹芯片处的平面结构细节示意图；

图3是图2沿A-A的剖面图；

图4导电球分布和有效探测区的示意图；

图5是形成第二指纹图像的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和本发明的优选实施方式做进一步的说明。

如图1、图2、图3和图4所示，这种带有指纹探测功能的电容触摸屏，包括透明基板1、设置在透明基板1内侧的触摸感应层2、柔性电路板3和图像处理系统(图中未画出)，透明基板1的厚度小于600微米，触摸感应层2设有多个感应电极4、金属层5和设有指纹探测面6的指纹芯片7；指纹芯片7以指纹探测面6朝外的方式贴附在透明基板1的内侧面上，指纹探测面6设有指纹探测区8、外接引脚9和背景信号输出端10，指纹探测区8能够依据电容原理对手指纹进行探测并产生指纹图像；金属层5设有连接至各感应电极的第一连接端11、与外接引脚9相对应的第二连接端12，以及连接至第二连接端12的第三连接端13，外接引脚9与第二连接端12通过第一粘合层14相互连接；金属层5还设有围绕指纹芯片的金属圈15，金属圈15与指纹芯片7的背景信号输出端10连接；柔性电路板3通过第三粘合层16粘附在透明基板1的内侧，第一连接端11与第三连接端13通过柔性电路板3连出；第一粘合层14延伸至指纹探测区8与透明基板1之间，指纹探测区8与透明基板1之间的第一粘合层14延伸部构成指纹芯片7与透明基板1之间的第二粘合层17；第一粘合层14、第二粘合层17、第三粘合层16均为各向异性导电胶层，各向异性导电胶层为分布有导电球18的胶层，导电球18的直径小于20微米；如图4的4a和4b所示，图像处理系统储存有与第二粘合层16内导电球18分布互补的有效探测区19，并且图像处理系统针对有效探测区19对指纹图像进行探测。

透明基板1还设有厚度小于透明基板1的减薄区20，减薄区20设置在透明基板1外侧面并与指纹探测区8位置相对应，减薄区20的面积小于指纹芯片7的面积。

如图5的5a、5b、5c所示，一种电容触摸屏的指纹探测方法，采用上述的带有指纹探测功能的电容触摸屏，并包括如下步骤：

(1)根据第二粘合层16中导电球18的分布的互补区生成一有效探测区19，并储存在图像处理系统中；

(2)根据指纹芯片7获得第一指纹图像21；

(3)取有效探测区19与第一指纹图像21的交集，得到第二指纹图像22；

(4)对第二指纹图像22进行图像探测，获得指纹信息。

这种带有指纹探测功能的电容触摸屏，指纹芯片7采用没有经过封装的裸片IC，而将原先仅形成周边线路23的金属层5作为指纹芯片7的引出线，而不需要专门为指纹芯片7设置的外接结构；透明基板1则构成指纹芯片7的指纹探测区8的保护，省去了为指纹探测区8专门设置的保护层；各向异性导电胶层不仅形成了指纹芯片7外接引脚9与第二连接端12的连接，还构成了指纹芯片7与透明基板1之间的粘合层，而不需为指纹芯片7设置额外的固定结构。因此，这种带有指纹探测功能的电容触摸屏，大幅度简化了电子产品上增加指纹探测功能所需的结构，使得相应的电子产品结构更加简单，体积更小。

另外，在透明基板1的外侧面设置减薄区20，进一步减少指纹探测面6与手指之间的距离，进一步提高探测到的指纹图像的清晰度；由于减薄区20与指纹探测区8位置相对应，并且减薄区20的面积小于指纹芯片7的面积，因此，处于透明基板1内侧面的指纹芯片7构成对减薄区20的完整支撑，不会出现只有减薄区20的地方，避免了透明基板1在减薄区20处局部过薄而容易损坏。

另外，通过在金属层5上设置围绕指纹芯片7的金属圈15，指纹芯片7将特定的背景信号输出到金属圈15之上，由于金属圈15围绕指纹芯片而设置，当手指按压在指纹芯片之上时，背景信号刚好可以通过金属圈15与手指之间的电容馈送至手指之上，且能最大限度地屏蔽掉其他干扰信号，通过检测该特定的背景信号，可以避免其他信号的干扰。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种带有指纹探测功能的电容触摸屏，包括透明基板以及设置在透明基板内侧的触摸感应层，触摸感应层设有多个感应电极以及至少一金属层，金属层设有连接至各感应电极的第一连接端，其特征是：还包括至少一个设有指纹探测面的指纹芯片，指纹芯片以指纹探测面朝外的方式贴附在透明基板的内侧面上，指纹探测面设有指纹探测区和外接引脚，指纹探测区能够依据电容原理对手指纹进行探测并产生指纹图像；所述金属层还设有与外接引脚相对应的第二连接端以及连接至第二连接端的第三连接端，外接引脚与第二连接端通过第一粘合层相互连接，第一粘合层为各向异性导电胶层；指纹芯片还设有背景信号输出端，金属层还设有围绕所述指纹芯片的金属圈，金属圈与指纹芯片的背景信号输出端连接。

2.如权利要求1所述的带有指纹探测功能的电容触摸屏，其特征是：所述透明基板还设有厚度小于透明基板的减薄区，减薄区设置在透明基板外侧面并与所述指纹探测区位置相对应。

3.如权利要求2所述的带有指纹探测功能的电容触摸屏，其特征是：所述减薄区的面积小于指纹芯片的面积。

4.如权利要求1所述的带有指纹探测功能的电容触摸屏，其特征是：所述透明基板的厚度小于600微米。

5.如权利要求1所述的带有指纹探测功能的电容触摸屏，其特征是：还包括柔性电路板，柔性电路板通过第三粘合层粘附在透明基板的内侧，所述第三粘合层也为各向异性导电胶层，所述第一连接端与第三连接端通过柔性电路板连出。

6.如权利要求1所述的带有指纹探测功能的电容触摸屏，其特征是：所述各向异性导电胶层延伸至所述指纹探测区与透明基板之间，指纹探测区与透明基板之间的各向异性导电胶层构成所述指纹芯片与透明基板之间的第二粘合层。

7.如权利要求6所述的带有指纹探测功能的电容触摸屏，其特征是：所述各向异性导电胶层为分布有导电球的胶层，导电球的直径小于20微米。

8.如权利要求7所述的带有指纹探测功能的电容触摸屏，其特征是：还包括图像处理系统，图像处理系统储存有与所述第二粘合层内导电球分布互补的有效探测区，并且图像处理系统针对有效探测区对指纹图像进行探测。

9.一种电容触摸屏的指纹探测方法，其特征在于采用如权利要求8所述的带有指纹探测功能的电容触摸屏，并包括如下步骤：

（1）根据第二粘合层中导电球的分布的互补区生成一有效探测区，并储存在图像处理系统中；

（2）根据指纹芯片获得第一指纹图像；

（3）取有效探测区与第一指纹图像的交集，得到第二指纹图像；

（4）对第二指纹图像进行图像探测，获得指纹信息。