CN106604905A - 指纹认证用传感器罩板、指纹认证单元以及电子设备 - Google Patents

指纹认证用传感器罩板、指纹认证单元以及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明的课题在于提供能够提高指纹认证用传感器的灵敏度并且损害搭载有指纹认证用传感器的设备的外观的情况少的指纹认证用传感器罩板、具备该指纹认证用传感器罩板的指纹认证单元、以及具备指纹认证单元的电子设备。本发明的指纹认证用传感器罩板由陶瓷构成，在厚度为0.05mm以下时，基于漫反射光处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为7以下，色度指数a*为‑2以上且2以下，色度指数b*为‑1以上且1以下。

Description

指纹认证用传感器罩板、指纹认证单元以及电子设备
技术领域
本发明涉及指纹认证用传感器罩板、具备该指纹认证用传感器罩板的指纹认证单元、以及具备指纹认证单元的电子设备。
背景技术
近年来，为了提高各种设备的管理、各种门的进出管理等的安全性，作为以个人固有的身体特征为钥匙来识别个人的方法，指纹认证正在普及。而且，尤其在要求小型化的设备中，这样的指纹认证使用消耗电力少的静电电容式传感器。该静电电容式传感器对在作为被检测物的手指的凹凸与形成于检测体的电极之间的静电电容进行测定，从而对指纹形状进行识别。
而且，在这样的静电电容式传感器中，为了保护电极等而利用聚甲基丙烯酸(PPMA)树脂等丙烯酸树脂、聚碳酸酯(PC)树脂、或玻璃等材质设置有罩板。然而，上述的材质基于机械特性的观点而无法减薄厚度，材质自身的相对介电常数低，因此存在静电电容的变化小，传感器灵敏度低这一问题。
这样的问题在触控面板的罩板中也存在，在专利文献1中，作为罩板而提出有由氧化锆或氧化铝构成的透明陶瓷。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-174053号公报
发明内容
发明所要解决的课题
若将专利文献1所记载的由氧化锆或氧化铝构成的透明陶瓷用于指纹认证用传感器罩板，则由于其相对介电常数比PPMA、PC、玻璃等高且机械特性优异而能够实现薄壁化，因此能够提高指纹认证用传感器的灵敏度。然而，在将透明陶瓷用于指纹认证用传感器罩板的情况下，从外部能够看到电极等的内部，因此存在有损搭载有指纹认证用传感器的设备的外观这一问题。
需要说明的是，针对由于内部被看到从而有损外观这一问题，在透明陶瓷的表面或背面形成保护膜而使得内部不被看到即可，然而会产生制作成本增加这一问题，并且存在由于具有保护膜而使指纹认证用传感器的灵敏度降低这一问题。
因此，要求指纹认证用传感器罩板能够提高指纹认证用传感器的灵敏度，并且损害外观的情况少。
本发明是为了满足上述要求而提出的，其目的在于提供能够提高指纹认证用传感器灵敏度并且损害搭载有指纹认证用传感器的设备的外观的情况少的指纹认证用传感器罩板、具备该指纹认证用传感器罩板的指纹认证单元、以及具备指纹认证单元的电子设备。
用于解决课题的方案
本发明的指纹认证用传感器罩板的特征在于由陶瓷构成，且在厚度为0.05mm以下(其中，不包括零。)时，基于漫反射光处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为7以下，色度指数a*为-2以上且2以下，色度指数b*为-1以上且1以下。
本发明的指纹认证用单元的特征在于具备上述构成的指纹认证用传感器罩板以及指纹认证传感器。
本发明的电子设备具备上述构成的指纹认证单元。
发明效果
本发明的指纹认证用传感器罩板由陶瓷构成，从而由于相对介电常数高并且机械特性高而能够实现薄壁化，因此能够提高指纹认证用传感器的灵敏度，并且由于无法从外部看到内部而有损外观的情况少。
本发明的指纹认证单元具有高安全性功能。
本发明的电子设备具有高安全性功能并且美观。
具体实施方式
以下，对本实施方式的指纹认证用传感器罩板的实施方式的例子进行说明。
本实施方式的指纹认证用传感器罩板由陶瓷构成，在厚度为0.05mm以下(其中，不包括零。)时，基于漫反射光处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为7以下，色度指数a*为-2以上2以下，色度指数b*为-1以上1以下。
满足这样的结构的本实施方式的指纹认证用传感器罩板由陶瓷构成，由于相对介电常数高并且机械特性高而能够实现薄壁化，因此能够提高指纹认证用传感器的灵敏度。
而且，在厚度为0.05mm以下(其中，不包括零。)时，基于漫反射光处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为7以下，色度指数a*为-2以上2以下，色度指数b*为-1以上且1以下，从而不会从外部看到电极等的内部，因此损害搭载有指纹认证用传感器的设备的外观的可能性小。
在此，作为形成本实施方式的指纹认证用传感器罩板的陶瓷，可以举出包括成为上述色调的着色成分的氮化硅质烧结体、氧化铝质烧结体、氧化锆质烧结体等。需要说明的是，若在此举出氧化锆质烧结体为例，则氧化锆质烧结体是指氧化锆(ZrO2)在构成氧化锆质烧结体的总成分100质量％中占70质量％以上的烧结体，关于氮化硅质烧结体以及氧化铝质烧结体也同样。
需要说明的是，陶瓷的材质的确认能够通过如下方式进行：使用X射线衍射装置(XRD)进行测定，根据所得到的2θ(2θ为衍射角度。)的值而利用JCPDS卡片进行鉴定。在陶瓷为氧化锆质烧结体的情况下，在根据基于XRD的测定得到的图表中，氧化锆的峰值呈现为最高。
而且，例如，关于氧化锆的含量，使用ICP(Inductively Coupled Plasma；感应耦合等离子体)发光分光分析装置(ICP)、荧光X射线分析装置(XRF)对Zr的含量进行测定，并换算为通过XRD鉴定出的化合物即ZrO2，由此能够算出含量。在氧化铝(Al2O3)的峰值最高的情况下，测定Al的含量并换算为Al2O3即可。另外，在氮化硅(Si3N4)的峰值最高的情况下，测定Si的含量并换算为Si3N4即可，或者若未确认到其他氮化物的存在，则测定氮的含量并换算为Si3N4即可。
接着，对于基于漫反射光处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*、色度指数a*以及b*，例如能够使用色彩色差计(原美能达制CR-221或其后续机型)并按照JIS Z8722-2009的照射以及受光的几何条件a，在将光源设为CIE标准光源D65、将测定直径设为的条件下进行测定即可。需要说明的是，关于测定对象物，将加工成算术平均粗糙度Ra为0.03μm以下的镜面的面作为测定面，在测定对象物的厚度超出0.05mm时，通过磨削、镜面加工直至达到0.05mm，而后作为测定试料即可。
另外，在测定对象物的厚度不足0.05mm的情况下，若已进行了镜面加工则将该面作为测定面，若未进行镜面加工则将镜面加工后的面作为测定面，通过与上述的方法同样的方法进行测定即可。若在不足0.05mm时，基于漫反射光处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为7以下，色度指数a*为-2以上且2以下，色度指数b*为-1以上且1以下，则即使厚度为0.05mm，也需要满足基于漫反射光处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为7以下、色度指数a*为-2以上且2以下、色度指数b*为-1以上且1以下这一要件。
在此，亮度指数L*是表示色调的明暗的指数，若亮度指数L*的值大则为亮色调，若亮度指数L*的值小则为暗色调。
另外，色度指数a*是表示色调的从红到绿的程度的指数，若色度指数a*为正侧较大的值，则为红色系的色调，若色度指数a*为负侧较大的值，则为绿色系的色调。
另外，色度指数b*是表示色调的从黄到蓝的程度的指数，若色度指数b*为正侧较大的值，则为黄色系的色调，若色度指数b*为负侧较大的值，则为蓝色系的色调。
并且，色度指数a*以及b*的绝对值也是表示色调的明亮度的指数，因此在色度指数a*以及b*绝对值小时，是明亮度受到抑制的朴素的色调。本实施方式的指纹认证用传感器罩板的基于漫反射光处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为7以下，色度指数a*为-2以上且2以下，色度指数b*为-1以上且1以下，因此具有接近乌黑的色调。
需要说明的是，本实施方式的指纹认证用传感器罩板即使厚度为0.1mm，也满足基于漫反射光处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为7以下、色度指数a*为-2以上且2以下、色度指数b*为-1以上且1以下的条件。
然后，在形成本实施方式的指纹认证用传感器罩板的陶瓷中，优选由氧化锆质烧结体构成。这是因为，氧化锆质烧结体具有与氮化硅质烧结体同等的机械特性，具体而言，基于按照JISR 1601-2008的试验片的三点弯曲强度为1000MPa左右，并且具有氮化硅质烧结体、氧化铝质烧结体的三倍的相对介电常数。本实施方式的指纹认证用传感器罩板在由氧化锆质烧结体构成时，由于优异的机械特性而能够实现利用PPMA、PC、玻璃等无法实现的厚度，并且由于高相对介电常数而能够进一步减薄，因此能够提高指纹认证用传感器的灵敏度。
其次，本实施方式的指纹认证用传感器罩板优选在厚度为0.05mm时，基于全透射率处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为10以下，色度指数a*为-2以上且2以下，色度指数b*为4以上且8以下。
由于满足这样的结构的指纹认证用传感器罩板几乎不使光透过，因此电极等的内部不会从外部被看到，损害搭载有指纹认证用传感器的设备的外观的可能性进一步减小。
需要说明的是，在厚度为0.05mm时基于全透射率处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为10以下、色度指数a*为-2以上且2以下、色度指数b*为4以上且8以下的指纹认证用传感器罩板在厚度为0.1mm时，基于全透射率处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为3以下，色度指数a*为-1以上且1以下，色度指数b*为-1以上且1以下。
这样，观察厚度为0.1mm时的各指数，虽然通过使厚度为一半的0.05mm，亮度指数L*的值以及色度指数b*的值变高，但在厚度为0.05mm时，若满足上述的范围，则内部无法被看到。
进一步，优选在厚度为0.05mm时，基于全透射光处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为8以下，色度指数a*为-1以上且1以下，色度指数b*为5以上且7以下。这是由于，通过满足这样的结构，能够将光大致阻断，因此电极等的内部不会从外部被看到，不仅不会损害搭载有指纹认证用传感器的设备的外观，即使在内部具有光源，也能够将光阻断为无法确认光源的程度。
在此，对于基于全透射光处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*、色度指数a*以及b*，例如能够使用分光测色计(美能达制CM-3700A)并按照JIS Z 8722-2009的照射以及受光的几何条件g，在将光源设为CIE标准光源D65、将视角设为10°、将照射直径设为将测定直径设为的条件下进行测定。需要说明的是，在测定时也可以根据需要而使用掩膜。
另外，优选在陶瓷的表面具备氧化铝膜。在陶瓷的表面具备氧化铝膜时，具有高的耐划伤性。需要说明的是，若氧化铝膜的厚度为0.1μm以上且2μm以下，则在维持高的传感器灵敏度的同时，具有高的耐划伤性。
其次，本实施方式的指纹认证单元具备本实施方式的指纹认证用传感器罩板以及指纹认证传感器。如上述那样，本实施方式的指纹认证用传感器罩板的相对介电常数高并且机械特性高而能够实现薄壁化，能够提高指纹认证用传感器的灵敏度，因此具备该指纹认证用传感器罩板的指纹认证单元具有高的安全性功能。
其次，本实施方式的电子设备因具备本实施方式的指纹认证单元而具有高安全性功能并且美观。作为本实施方式的电子设备，例如有便携电话、电脑等信息终端、建筑物、乘用车的车门、自动存取款机(ATM)等中搭载的内置型、或通过USB等连接的外置型等。
接着，对指纹认证用传感器罩板的制造方法的一例进行说明。
首先，关于氮化硅质烧结体，将氮化硅粉末、烧结助剂粉末(例如，氧化钙、氧化铝、稀土类元素的氧化物)以及着色成分粉末(例如，氧化铁粉末、氧化钨粉末)以规定量进行称量，并且与溶剂一起放入滚筒磨机、旋转磨机、振动磨机、球磨机或磨碎机等，进行湿式混合以及粉碎而使之成为料浆。
需要说明的是，在烧结助剂粉末为氧化钙粉末、氧化铝粉末、稀土类元素的氧化物粉末时，进行称量使得烧结助剂粉末在氮化硅粉末与烧结助剂粉末的合计100质量％中为3质量％以上且18.2质量％以下。另外，在各烧结助剂粉末中，在氧化钙粉末、氧化铝粉末以及稀土类元素的氧化物粉末的合计100质量％中，使氧化钙粉末为0.3质量％以上且1.5质量％以下，氧化铝粉末为14.2质量％以上且48.8质量％以下，余部为稀土类元素的氧化物粉末即可。
另外，在着色成分粉末为氧化铁粉末以及氧化钨粉末时，称量上述的粉末，使得相对于氮化硅粉末与烧结助剂粉末的合计100质量％，氧化铁粉末为0.6质量％以上且8.5质量％以下，氧化钨粉末为0.13质量％以上且3.7质量％以下。
接着，在添加期望量的粘结剂并进行混合之后，使用喷雾干燥器对料浆进行喷雾干燥从而得到颗粒。然后，使用得到的颗粒通过粉末挤压法形成期望形状的成形体。接着，在氮气氛中或真空气氛中以500℃以上且800℃以下的温度对所得到的成形体进行脱脂，由此得到脱脂体。
接着，向设置有石墨电阻发热体的烧制炉内配置脱脂体，通过在1700℃以上且小于1800℃的温度下烧制而得到烧结体。
接着，关于氧化铝质烧结体，将氧化铝粉末、着色成分粉末(例如，碳酸锰粉末、氧化铁粉末、氧化铬粉末)以及烧结助剂粉末(例如，碳酸钙粉末、氢氧化镁粉末、氧化硅粉末)以规定量进行称量，作为一次原料粉末。
需要说明的是，进行称量使得烧结助剂粉末在构成烧结体的总成分100质量％中为0.6质量％以上且2质量％以下。另外，进行称量使得着色成分粉末在构成烧结体的总成分100质量％中为8质量％以上且14.4质量％以下。
接着，称量并准备期望量的粘结剂、溶剂、分散剂，与一次原料粉末一起放入搅拌机内并混合、搅拌而得到料浆。然后，使用喷雾干燥器对料浆进行喷雾干燥从而得到颗粒。然后，使用得到的颗粒通过粉末挤压法形成期望形状的成形体。
接着，使用大气(氧化)气氛的烧制炉在1450℃以上且1600℃以下的温度下进行烧制，由此得到烧结体。
接着，关于氧化锆质烧结体，首先，准备通过氧化钇稳定化后的氧化锆粉末。另外，准备氧化铝粉末作为烧结助剂粉末，准备氧化铁粉末、氧化铬粉末、氧化钴粉末作为着色成分粉末。然后，以在氧化锆粉末与烧结助剂粉末以及着色成分粉末的合计100质量％中，氧化铝粉末为0.1质量％以上且1.5质量％以下、氧化铁粉末为0.2质量％以上且1.5质量％以下、氧化铬粉末为0.5质量％以上且3质量％以下、氧化钴粉末为0.5质量％以上且3质量％以下、余部为氧化锆的粉末的方式进行称量，作为一次原料粉末。
接着，称量并准备期望量的粘结剂、溶剂、分散剂，与一次原料粉末一起放入搅拌机内并混合、搅拌而得到料浆。然后，使用喷雾干燥器对料浆进行喷雾干燥从而得到颗粒。然后，使用得到的颗粒通过粉末挤压法形成期望形状的成形体。
接着，在对得到的成形体进行脱脂后，使用大气气氛的烧制炉在1300℃以上且1550℃以下的温度下进行烧制，由此得到烧结体。
然后，对由得到的各材质构成的烧结体的表面进行磨削而加工为期望厚度，能够得到本实施方式的指纹认证用传感器罩板。另外，也可以在磨削加工后进行镜面加工。
另外，若要在陶瓷的表面设置氧化铝膜，以氧化铝质陶瓷为靶材而使用溅射装置进行成膜即可。
需要说明的是，为了得到在厚度为0.05mm时，基于全透射光处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为10以下、色度指数a*为-2以上且2以下、色度指数b*为4以上且8以下的本实施方式的指纹认证用传感器罩板，当在氧化锆质烧结体的表面的9.074×105μm2的表面积中对当量圆直径为0.8μm以上的气孔进行观察时，气孔率为0.7面积％以上且1.2面积％以下，具有1400个以上且2400个以下的气孔即可。
若要使上述那样的气孔存在，将0.1质量％以上且小于1.0质量％的平均直径为1.8μm以上且2μm以下的造孔剂、和使该造孔剂分散的分散剂添加于料浆即可。需要说明的是，通过烧制而烧掉造孔剂以及分散剂，由于造孔剂的烧掉而形成平均直径为1.8μm以上且2μm以下的气孔。
然后，当在氧化锆质烧结体的表面的9.074×105μm2的表面积中对当量圆直径为0.8μm以上的气孔进行观察时，由气孔率为0.7面积％以上且1.2面积％以下并具有1400个以上且2400个以下的气孔的氧化锆质烧结体构成的指纹认证用传感器罩板由于气孔的存在、和氧化锆结晶与其他结晶之间的折射率差，容易反射入射的光，从而入射的光几乎不会透过，因此电极等的内部从外部被看到的可能性小，损害搭载有指纹认证用传感器的设备的外观的可能性变小。
另外，若要得到在厚度为0.05mm时，基于全透射光处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为8以下、色度指数a*为-1以上且1以下、色度指数b*为5以上且7以下的本实施方式的指纹认证用传感器罩板，当在氧化锆质烧结体的表面的9.074×105μm2的表面积中对当量圆直径为0.8μm以上的气孔进行观察时，气孔率为0.7面积％以上且0.9面积％以下，具有1400个以上且1700个以下的气孔即可。
然后，当在氧化锆质烧结体的表面的9.074×105μm2的表面积中对当量圆直径为0.8μm以上的气孔进行观察时，由气孔率为0.7面积％以上且0.9面积％以下并具有1400个以上且小于1700个的气孔的氧化锆质烧结体构成的指纹认证用传感器罩板由于气孔的存在、和氧化锆结晶与其他结晶之间的折射率差，几乎阻断入射的光，从而电极等的内部不会从外部被看到，不损害搭载有指纹认证用传感器的设备的外观。
另外，在厚度为0.05mm时，基于全透射光处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为8以下、色度指数a*为-1以上且1以下、色度指数b*为5以上且7以下的本实施方式的指纹认证用传感器罩板不仅限于上侧的入射的光，即使为在下侧具有光源的构造，也具有0.05mm这一薄厚，且能够将光阻断为无法确认光源的程度。
需要说明的是，通过碳蒸镀也能够实现陶瓷的表面的黑色化，但对于这样通过碳蒸镀而黑色化的陶瓷，厚度为0.1mm时的基于全透射率处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为15以上。由该值明确可知，在厚度为一半即0.05mm时，基于全透射光处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的明度指数L*为10以下的本实施方式的指纹认证用传感器罩板的光的透射性低。
最后，本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内可以实施各种变更、改良等。

Claims (7)

1.一种指纹认证用传感器罩板，其特征在于，
该指纹认证用传感器罩板由陶瓷构成，在厚度为0.05mm以下时，基于漫反射光处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为7以下，色度指数a*为-2以上且2以下，色度指数b*为-1以上且1以下。
2.根据权利要求1所述的指纹认证用传感器罩板，其特征在于，
所述陶瓷由氧化锆质烧结体构成。
3.根据权利要求2所述的指纹认证用传感器罩板，其特征在于，
所述陶瓷在厚度为0.05mm时，基于全透射光处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为10以下，色度指数a*为-2以上且2以下，色度指数b*为4以上且8以下。
4.根据权利要求2所述的指纹认证用传感器罩板，其特征在于，
所述陶瓷在厚度为0.05mm时，基于全透射光处理的CIE1976L*a*b*色彩空间中的亮度指数L*为8以下，色度指数a*为-1以上且1以下，色度指数b*为5以上且7以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹认证用传感器罩板，其特征在于，
在所述陶瓷的表面设置有氧化铝膜。
6.一种指纹认证单元，其特征在于，
该指纹认证单元具备权利要求1至5中任一项所述的指纹认证用传感器罩板。
7.一种电子设备，其特征在于，
该电子设备具备权利要求6所述的指纹认证单元。
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