CN104978555B - 指纹识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种指纹识别装置，包括层叠设置的手指触压面板和指纹识别模块，指纹识别模块包括电介质层和指纹识别层；电介质层上开设有网格状凹槽；指纹识别层容设在网格状凹槽内；指纹识别层包括多个驱动通道和多个感测通道，驱动通道和感测通道位于电介质层的同一面表且相互绝缘，驱动通道和感测通道相互交叉配合，形成多个用于通过电容信号差异确定指纹输入信息的指纹识别单元；由于指纹识别模块为导电网格结构，该导电网格结构是在弹性的、柔软的薄膜上制作传感器结构，不仅能保持与现有的指纹识别结构的高精度，还能简化生产工艺，实现更快的量产，并大大降低生产成本。

Description

指纹识别装置

技术领域

本发明涉及指纹识别技术，尤其涉及一种指纹识别装置。

背景技术

随着电子存储技术的发展，一些电子设备(如手机和电脑)等内部存储有大量个人信息等重要资料，这些重要资料的安全性变得更为重要。目前，通常使用验证口令、图形等形式来实现对电子设备的密码保护，即用户通过预先输入数字、字母及其组合的口令，或者通过输入特定的图形至电子设备，来设定个人密码保护；在每次使用电子设备时，均要向电子设备输入上述口令或图形，电子设备通过将输入的口令或图形与预设的口令或图形进行比较，来鉴定用户身份的合法性，以此保护用户的个人隐私。

指纹识别是利用指纹唯一性和稳定性的特点来实现身份识别，且指纹无需用户记忆，并便于携带，所以指纹被越来越多的应用于克服传统身份鉴定方式的不足和不便；此外，指纹是指手指表面皮肤凹凸不平的纹路，由多种嵴状图形组成，凹点处和凸点处在与触摸平板接触时实际距离不同，因而产生的电容数值也不相同。

现有的指纹识别装置中的指纹识别模块为芯片传感器(chip sensor)结构，采用半导体技术形成，由于半导体技术的工艺复杂，因而增加了指纹识别装置的生产成本，此外，现有的芯片传感器(chip sensor)结构的基材柔韧性较差且较脆弱，当手指放置于其上时，容易压折，甚至损坏，而为了提高芯片传感器(chip sensor)结构的耐用性，现有技术中，会采用蓝宝石等晶体结构这种高硬度的部件以保护芯片传感器(chip sensor)结构，但蓝宝石的价格昂贵，这无疑更进一步增加了指纹识别装置的成本。

发明内容

本发明提供一种指纹识别装置，该指纹识别装置的制造成本低、指纹识别精度较高、干扰较低、操作简便且安全性高。

本发明提供的指纹识别装置，包括层叠设置的手指触压面板和指纹识别模块，所述指纹识别模块包括电介质层和指纹识别层；

所述电介质层上开设有网格状凹槽；所述指纹识别层容设在所述网格状凹槽内；

所述指纹识别层包括多个驱动通道和多个感测通道，所述驱动通道和所述感测通道位于所述电介质层的同一表面且相互绝缘，所述驱动通道和所述感测通道相互交叉配合，形成多个用于通过电容信号差异确定指纹输入信息的指纹识别单元；

每个所述驱动通道的最大宽度不大于100μm，每个所述感测通道的最大宽度不大于100μm。

如上所述的指纹识别装置，优选地，相邻的所述指纹识别单元之间的距离不大于100μm。

如上所述的指纹识别装置，优选地，所述电介质层为单层的基底，所述网格状凹槽开设于所述基底的上表面，所述网格状凹槽内填充有导电材料，形成指纹识别层。

如上所述的指纹识别装置，优选地，所述电介质层包括基底和设置在所述基底上表面的基质层，所述网格状凹槽开设在所述基质层远离所述基底一侧的表面上。

如上所述的指纹识别装置，优选地，所述多个驱动通道连续设置，所述多个感测通道分段设置。

如上所述的指纹识别装置，优选地，所述连续设置为所述多条驱动通道中的每一条沿着二维坐标系的第一维度布置；及

所述分段设置为所述多条感测通道中的每一条沿第二维度以矩阵的形式布置。

如上所述的指纹识别装置，优选地，所述指纹识别模块还包括多条引线，每个所述驱动通道与一条引线连接，每个所述感测通道与一条引线连接。

如上所述的指纹识别装置，优选地，所述多条引线为嵌设于所述电介质层内网格状导电线，或者为凸出于所述电介质层的网格状导电线或者导电线段。

如上所述的指纹识别装置，优选地，所述网格状凹槽的网格形状为正多边形网格或者随机网格。

如上所述的指纹识别装置，优选地，所述网格状凹槽底部的横截面为V形、W形、弧形或波浪形。

本发明提供的指纹识别装置，包括层叠设置的手指触压面板和指纹识别模块，由于指纹识别模块的指纹识别层包括多个驱动通道和多个感测通道，驱动通道和感测通道相互交叉配合，形成多个用于通过电容信号差异确定指纹的脊线或凹谷位置的指纹识别单元。通过各指纹识别单元内的电容变化，以捕获指纹识别单元内的指纹信息，并将指纹信息传送至外部识别电路，外部识别电路将接收到的指纹信息与预存储的指纹信息进行比对，最终完成用户的身份认证。由于指纹识别模块为导电网格结构，该导电网格结构是在弹性的、柔软的薄膜上制作传感器结构，不仅能保持与现有的指纹识别结构的高精度，还能简化生产工艺，实现更快的量产，并大大降低生产成本。并且，由于每个驱动通道的最大宽度不大于100μm，每个感测通道的最大宽度不大于100μm，保证了指纹识别装置的高精度，且每个指纹识别单元独立的感测本区域内的指纹输入信号，避免了与其他的指纹识别单元之间的干扰，确保指纹识别的准确性，从而解决电子设备安全与易用的矛盾。

附图说明

图1为本发明实施例提供的指纹识别装置的主视图；

图2为图1所示的指纹识别装置的剖视图；

图3为图2所示的指纹识别装置中的指纹识别模块的一种实施方式的主视图；

图4为图2所示的指纹识别装置中的指纹识别模块的另一种实施方式的主视图；

图5A为本发明实施例提供的一种指纹识别模块的剖视图；

图5B为本发明实施例提供的另一种指纹识别模块的剖视图；

图6A-图6D为本发明实施例提供的电介质层上的网格状凹槽底部的不同实施方式的结构示意图；

图7A-图7D为本发明实施例提供的网格状凹槽的不同实施方式的示意图。

具体实施方式

图1为本发明实施例提供的指纹识别装置的主视图；图2为图1所示的指纹识别装置的剖视图；图3为图2所示的指纹识别装置中的指纹识别模块的一种实施方式的主视图。如图1-3所示，本实施例提供的指纹识别装置，包括层叠设置的手指触压面板1和指纹识别模块2，指纹识别模块2包括电介质层21和指纹识别层22。手指触压面板1的形状可以根据实际需要进行设定，例如，可以为正方形、矩形或圆形等其他形状的薄层。手指触压面板1的材料可以为塑料和玻璃等非导电材料，具体在本实施例中，手指触压面板1的材料可以为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，厚度可以为1.0mm-1.5mm。

电介质层21上开设有网格状凹槽；电介质层21的材料优选为玻璃，也可以为绝缘材料玻璃、石英、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜，也可以为其他材质的薄膜，例如，电介质层21可以为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯塑料(PC)等。另外，电介质层21也可以由基底及在基底上的聚合物层形成的复合基底。电介质层21上网格状凹槽内可以填充导电材料，例如，可以填充Cu、Ag、Ag-C、Al、Ni、Cr、Ni-P中的任意一种或几种。

指纹识别层22容设在电介质层21上网格状凹槽内；指纹识别层22包括多个驱动通道221和多个感测通道222，驱动通道221和感测通道222位于电介质层21的同一表面且相互绝缘，驱动通道221和感测通道222相互交叉配合，形成多个用于通过电容信号差异确定指纹输入信息的指纹识别单元223。每个驱动通道的最大宽度不大于100μm，每个感测通道的最大宽度不大于100μm。

经导电图案设计，在电介质层21同一表面上形成驱动通道221和感测通道222，即驱动通道221和感测通道222均为填充有导电材料的导电网格结构。设计导电图案是指，为配合外部IC电路的电气性质，将指纹识别层21设计成为某种图案，对于单层导电结构而言，将指纹识别层21的驱动通道221和感测通道222设计在同一平面，二种导电通道的图案相互配合，以实现识别层的功能。

驱动通道221可以沿着第一维度连续设置，感测通道222可以沿着第二维度分段设置，第一维度与第二维度可以垂直相交，也可以斜交，如图3所示，本实施例中，第一维度与第二维度垂直相交，形成二维坐标系，具体地，第一维度可以为Y轴方向，第二维度可以为X轴方向，构成形成X-Y直角坐标系。

另外，手指触压面板1和指纹识别模块2可以通过黏合层3贴合在一起，黏合层3的材料可以为透明光学胶，如OCA光学胶或透明UV胶等，本实施例中优选为OCA光学胶，厚度可以为25μm，可以减小指纹识别装置的厚度。

在实际应用中，当人的手指触碰到手指触压面板1时，手指指纹的表面皮肤凹凸不平的纹路中，脊线或凹谷与手指触压面板1接触的实际距离不同，因而在指纹识别模块2上的各个指纹识别单元223产生的电容数值也不相同，通过各指纹识别单元223内的电容变化，以捕获指纹识别单元223内的指纹信息，并将指纹信息传送至外部识别电路，外部识别电路将接收到的指纹信息与预存储的指纹信息进行比对，最终完成用户的身份认证。

本实施例提供的指纹识别装置，包括层叠设置的手指触压面板1和指纹识别模块2，由于指纹识别模块2的指纹识别层22指纹识别层包括多个驱动通道221和多个感测通道222，驱动通道221和感测通道222相互交叉配合，形成多个用于通过电容信号差异确定指纹输入信息的指纹识别单元223。通过各指纹识别单元223内的电容变化，以捕获指纹识别单元223内的指纹信息，并将指纹信息传送至外部识别电路，外部识别电路将接收到的指纹信息与预存储的指纹信息进行比对，最终完成用户的身份认证。

由于指纹识别模块为导电网格结构，该导电网格结构是在弹性的、柔软的薄膜上制作传感器结构，不仅能保持与现有的指纹识别结构的高精度，还能简化生产工艺，实现更快的量产，并大大降低生产成本。该指纹识别装置可以利用指纹唯一性和稳定性的来实现身份识别，由于每个驱动通道的最大宽度不大于100μm，每个感测通道的最大宽度不大于100μm，保证了指纹识别装置的高精度，且每个指纹识别单元223独立的感测本区域内的指纹输入信号，避免了与其他的指纹识别单元223之间的干扰，确保指纹识别的准确性，从而解决电子设备安全与易用的矛盾。

在上述实施例提供的指纹识别装置技术方案的基础上，还可以对上述技术方案作进一步的改进，每个驱动通道221的最大宽度不大于100μm，每个感测通道222的最大宽度不大于100μm，并且，相邻的指纹识别单元之间的距离不大于100μm。

驱动通道221和感测通道222的导电图案可以根据外部IC电路的需要进行设计，在本实施例中，如图3所示，每个驱动通道221沿第一维方向(即Y方向)连续设置，包括沿第一维方向设置的中心驱动通道221a和与中心驱动通道221a垂直的多条横向分支驱动通道221b，每个感测通道222为“E”形结构，感测通道222布设在驱动通道221中的中心驱动通道和横向分支驱动通道所形成的空隙中。

其中，横向分支驱动通道包括多条第一横向分支驱动通道，和位于第一横向分支驱动通道之间的第二横向分支驱动通道，由图3可知，每两条第一横向分支驱动通道之间设置有四段长度相同的第二横向分支驱动通道，第一横向分支驱动通道的长度大于第二横向分支驱动通道且间隔布置，中心驱动通道与多条横向分支驱动通道相互电连接，在Y方向上延伸连续设置组成驱动通道221。每个感测通道222由三段横向分支感测通道以及一段竖向边缘感测通道相互垂直交叉连通组成，而与另一感测通道222在X方向上分段设置。感测通道222与驱动通道221以内啮合的方式配合排列。

在进行指纹识别时，每一驱动通道与多条感测通道按上述内啮合的方式配合形成多个指纹识别单元223(如图3中虚线矩形框所示，矩形框仅为圈示出识别单元的位置，不具有其他意义)，多个指纹识别单元223为驱动通道221和感测通道222构成的电容结构，感测各自单元内的电容变化，以捕获指纹识别单元223内的指纹信息。

驱动通道221和感测通道222的导电图案并不局限于图2所示的导电图案，也可以为其他图案，驱动通道221和感测通道222的导电图案不应限制本发明的范围。

图4为图2所示的指纹识别装置中的指纹识别模块的另一种实施方式的主视图；如图4所示，本实施例中，驱动通道221包括多个纵向平行间隔设置条形驱动单元，也就是说，驱动通道221呈条状沿垂直方向设置。感测通道222包括均匀间隔设置在驱动通道之间的多个矩形感测单元。驱动通道221和感测通道222为导电网格结构，每一驱动通道221与相邻的感测通道222形成多个指纹识别单元223(图4中虚线矩形框中所示)，指纹识别单元223为驱动通道221和感测通道222之间形成的电容结构，感测指纹识别单元223内电容的变化，以捕获本指纹识别单元223内的指纹信息。

需要说明的是，由于人的指纹为凹凸不平的嵴状图形，也就是我们看到的纹路，而指纹嵴线宽度和凹谷处宽度均大致在150μm-300μm之间，为了提高指纹识别装置对指纹识别的精度和准确性，优选的，如图3和4所示，驱动通道221的最大宽度L1以及感测通道222的最大宽度L2不大于100μm，可以保证每个指纹识别单元223内能够感测到的脊线或者凹谷的数量不大于一个，从而保证同一指纹识别单元223只对应一条脊线或者一条凹谷的位置；且优选的，相邻的指纹识别单元223之间的距离不大于100μm，可以保证同时有多个指纹识别单元223感应出不同电容信号以确定脊线或者凹谷的位置，能够准确感测指纹的输入信号，提高指纹识别装置的精确度和准确度。

如图3所示，驱动通道221的最大宽度L1为驱动通道221中垂直设置的中心驱动通道的宽度以及多条平行的横向分支驱动通道的宽度中的最大值；感测通道222的最大宽度L2为感测通道222中垂直设置的竖向边缘感测通道的宽度和三段水平设置的横向分支感测通道的宽度中的最大值；相邻指纹识别单元223之间的距离为上下相邻识别通道之间以及左右相邻指纹识别单元223之间距离的最大值，上下相邻识别通道之间的距离为一识别通道边缘到其上方或者下方相邻的指纹识别单元之间的垂直距离；左右相邻识别通道之间的距离为一识别通道边缘到其左方或右方相邻识别通道边缘的水平距离。如图3所示，驱动通道的最大宽度L1为所有驱动通道221的宽度的最大值，感测通道222的最大宽度L2为所有感测通道222的宽度的最大值；而相邻指纹识别单元223之间的最大距离S为上下相邻的指纹识别单元223之间的距离与左右相邻的指纹识别单元223之间的距离的最大者，其中，上下相邻的指纹识别单元223之间的距离等同于上下相邻的感测通道222之间的距离，而左右相邻的指纹识别单元223之间的距离等同于感测通道222的宽度。

优选地，驱动通道的最大宽度L1为60μm，感测通道的最大宽度L2为60μm，相邻识别单元之间的距离S为20μm；在其他实施例中，优选的，驱动通道的最大宽度L1为50μm，感测通道的最大宽度L2为50μm，相邻识别单元之间的距离S为10μm；在其他一些实施例中，优选的，驱动通道的最大宽度L1为45μm，感测通道的最大宽度L2为45μm，相邻识别单元之间的距离S为15μm；在其他一些实施例中，驱动通道的最大宽度L1、感测通道的最大宽度L2以及相邻识别单元之间的距离S的具体参数并不限于以上举出的实施例，只要满足驱动通道和识别通道的最大宽度小于100μm，且相邻指纹识别单元之间的距离小于100μm即在本发明的保护范围内，从而当手置于传感器上时，同时可以有2-5个识别单元感应出不同电容信号以确定嵴线位置，相比原有单个单元反映嵴线位置的模式，能够准确感测指纹的输入信号，精度得到提高。

如图3和图4所示，指纹识别模块2还包括多条引线231，每一驱动通道221和每一感测通道222与一条引线231电连接，并连接至外部的引线组23，如图1所示，以将指纹信息传送至外部识别电路，外部识别电路将捕获到的指纹信息与预存储的指纹信息进行比对，最终完成用户的身份认证。具体地，多条引线231可以为嵌设于电介质层21内网格状导电线，或者为凸出于电介质层21的网格状导电线或者导电线段。凸出与电介质层21网格状导电线或导电线段的最小宽度可以为10μm-200μm，高度可以为5μm-10μm。

此外，由于驱动通道221与感测通道222配合排列形成多个小的识别单元后，两个小的识别单元之间预留有引线走线区域，引线走线完成后会形成空白区域，如图3所示，为了使指纹识别装置的光线更均匀，使用更加舒适，在空白区域内也可做配色处理，配色线迹24由导电线形成，该导电线呈网格状、锯齿状或者折线状。并且形成配色线迹24的导电线与构成驱动通道221和感测通道222的导电线断开。

图5A为本发明实施例提供的一种指纹识别模块的剖视图；如图5A所示，电介质层21为单层的基底211，网格状凹槽213开设于基底211的上表面，网格状凹槽213内填充有导电材料，形成指纹识别层22。

图5B为本发明实施例提供的另一种指纹识别模块的剖视图；如图5B所示，电介质层21包括基底211和设置在基底211上表面的基质层212，网格状凹槽213开设在基质层212远离基底211一侧的表面上，指纹识别层22收容于网格状凹槽213内。

图6A-图6D为本发明实施例提供的电介质层上的网格状凹槽底部的不同实施方式的结构示意图；如图6A-6D所示，在上述实施例技术方案的基础上，图网格状凹槽底部的横截面可以为V形、W形、弧形或波浪形等。图6A所示的网格状凹槽的沟槽底部为V形的微型槽，图6B所示的网格状凹槽的沟槽底部为W形的微型槽，图6C所示的网格状凹槽的沟槽底部为弧形的微型槽，图6D所示的网格状凹槽的沟槽底部为波浪形的微型槽。优选地，微型槽的深度可以为500nm-1μm。网格状凹槽采用上述结构形式，使得沟槽内的导电墨水在烘干的时候，导电墨水缩聚不容易出现烘干后的导电材料不会出现断开的现象。

图7A-图7D为本发明实施例提供的网格状凹槽的不同实施方式的示意图。如图7A-7D所示，网格状凹槽可以为规则网格或随机网格。优选地，网格状凹槽的沟槽宽度为d1，深度为h，其中，1μm≤d1≤5μm，2μm≤h≤6μm，h/d1＞＝0.8。

上述实施例提供的指纹识别装置，通过指纹识别模块2将用户的指纹信息传送至外部识别电路，实现指纹的识别；指纹识别模块2采用单层导电结构，电介质层21上开设网格状沟槽，然后将指纹识别层22铺设于网格状沟槽中。指纹识别层21包括多条连续铺设的驱动通道221和多条分段铺设的感测通道222，每一驱动通道221与多条感测通道222配合形成多个指纹识别单元223，驱动通道和感测通道的最大宽度不大于100μm，相邻识别单元间的距离不大于100μm，增强了指纹识别的精度；同时，识别层的引线通过识别层预留的走线区域与不可视区域的电路连接，识别层的引线无需跳线，能够使指纹识别装置的外观更优化，且不会因为跳线结构引起引线脱落的问题。

需要说明的是，本申请文件中，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种指纹识别装置，其特征在于，包括层叠设置的手指触压面板和指纹识别模块，所述手指触压面板的材料为非导电材料，所述指纹识别模块包括电介质层和指纹识别层；

所述电介质层上开设有网格状凹槽；所述指纹识别层容设在所述网格状凹槽内；

所述指纹识别层包括多个驱动通道和多个感测通道，所述驱动通道和所述感测通道位于所述电介质层的同一表面且相互绝缘，所述驱动通道和所述感测通道相互交叉配合，形成多个用于通过电容信号差异确定指纹输入信息的指纹识别单元；

每个所述驱动通道的最大宽度不大于100μm，每个所述感测通道的最大宽度不大于100μm。

2.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，相邻的所述指纹识别单元之间的距离不大于100μm。

3.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述电介质层为单层的基底，所述网格状凹槽开设于所述基底的上表面，所述网格状凹槽内填充有导电材料，形成指纹识别层。

4.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述电介质层包括基底和设置在所述基底上表面的基质层，所述网格状凹槽开设在所述基质层远离所述基底一侧的表面上。

5.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述多个驱动通道连续设置，所述多个感测通道分段设置。

6.根据权利要求5所述的指纹识别装置，其特征在于，所述连续设置为所述多条驱动通道中的每一条沿着二维坐标系的第一维度布置；及

所述分段设置为所述多条感测通道中的每一条沿第二维度以矩阵的形式布置。

7.根据权利要求1-6任一所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别模块还包括多条引线，每个所述驱动通道与一条引线连接，每个所述感测通道与一条引线连接。

8.根据权利要求7所述的指纹识别装置，其特征在于，所述多条引线为嵌设于所述电介质层内网格状导电线，或者为凸出于所述电介质层的网格状导电线或者导电线段。

9.根据权利要求1-6任一所述的指纹识别装置，其特征在于，所述网格状凹槽的网格形状为正多边形网格或者随机网格。

10.根据权利要求1-6任一所述的指纹识别装置，其特征在于，所述网格状凹槽底部的横截面为V形、W形、弧形或波浪形。