CN107122723A - 指纹识别传感器、指纹识别方法以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了指纹识别传感器、指纹识别方法以及电子设备。该指纹识别传感器包括：基板；指纹感应器件，所述指纹感应器件设置在所述基板上，所述指纹感应器件为薄膜晶体管；以及指纹识别光源，所述指纹识别光源被设置为发出的光能够照射到手指并产生反射光，所述反射光可照射到所述薄膜晶体管的有源区。由此，可以简便地实现指纹的识别，该指纹传感器具有感应灵敏、结构简单等优点的至少之一。

Description

指纹识别传感器、指纹识别方法以及电子设备

技术领域

本发明涉及电子领域，具体地，涉及指纹识别传感器、指纹识别方法以及电子设备。

背景技术

随着通讯技术的发展以及互联网社交的普及，目前人们已经可以依靠各类智能电子设备，进行线上的交易、信息传递以及多种社交活动。随着线上功能的不断丰富，用户对于电子设备安全性能的要求也越来越高。由此，出现了可以配备指纹识别传感器的电子设备，用于实现解锁应用、点亮屏幕等功能。

然而，目前的指纹识别传感技术仍有待改进。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实的发现和认识而作出的：

目前电子设备中的指纹识别传感，多存在结构复杂、感应灵敏度低、无法集成在电子设备的其他结构上等缺陷。发明人经过深入研究以及大量实验发现，这主要是由于目前的指纹识别传感，多是通过对于反射激光的检测，或是基于手指与传感器之间的电容，实现指纹的识别。上述传感方式，需要额外设置激光检测部件或是复杂的感应电极，且感应的灵敏度有限，感应时间也难以提高。

有鉴于此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种指纹识别传感器。该指纹识别传感器依靠OLED为光源，薄膜晶体管为指纹感应器件。光源发出的光照射到手指上并产生反射光，手指不同位置的反射光光强不同，进而影响薄膜晶体管的关态漏电流。该指纹识别传感器的结构简单，感应灵敏度高，且易于和电子设备中诸如阵列基板等结构进行集成设置，从而可以在不显著增加电子设备体积的前提下，提高指纹识别的质量。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种指纹识别传感器。根据本发明的实施，该指纹识别传感器包括：基板；指纹感应器件，所述指纹感应器件设置在所述基板上，所述指纹感应器件为薄膜晶体管；以及指纹识别光源，所述指纹识别光源被设置为发出的光能够照射到手指并产生反射光，所述反射光可照射到所述薄膜晶体管的有源区。由此，可以简便地实现指纹的识别，该指纹传感器具有感应灵敏、结构简单等优点的至少之一。

根据本发明的实施例，该指纹传感器进一步包括：多个所述指纹感应器件，多个所述指纹感应器件均匀分布在所述基板上。由此，可以实现多位点的感应，进而有利于提高指纹识别的准确程度。

根据本发明的实施例，形成所述薄膜晶体管的所述有源区的材料带隙宽度小于2eV。由此，有利于提高漏电流对反射光的敏感程度。

根据本发明的实施例，形成所述有源区的材料对所述指纹识别光源所发出的光的吸收系数大于10⁵。由此，有利于提高漏电流对反射光的敏感程度。

所述薄膜晶体管的所述有源区包括非晶硅、ITZO以及ITEO的至少之一。由此，有利于提高漏电流对反射光的敏感程度。

根据本发明的实施例，所述OLED与所述薄膜晶体管绝缘设置。由此，可以防止薄膜晶体管与OLED之间互相影响，而对指纹识别造成负面影响。

根据本发明的实施例，所述OLED的阳极设置在所述薄膜晶体管的绝缘层上。由此，可以防止OLED与薄膜晶体管之间互相影响。

根据本发明的实施例，该指纹传感器进一步包括：OLED驱动电路，所述OLED驱动电路与所述OLED的阳极相连，以便驱动所述OLED发光；以及差分放大电路，所述差分放大电路与所述薄膜晶体管的漏极相连，以便对所述漏极的漏电流信号进行放大处理。由此，可以进一步提高该指纹传感器识别指纹的效果。

根据本发明的实施例，所述薄膜晶体管的漏电流被设置为能够基于所述反射光而改变，在所述薄膜晶体管的关态电压下，所述手指的谷和脊所产生的所述反射光对应的所述漏电流之差，不低于3个数量级。由此，可以进一步提高该指纹识别传感器的灵敏度。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种电子设备。根据本发明的实施例，该电子设备包括前面所述的指纹识别传感器。由此，可以提高该电子设备进行指纹识别的性能。

在本发明的另一个方面，本发明提出了一种利用前面所述的指纹识别传感器进行指纹识别的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：点亮指纹识别光源，以便所述指纹识别光源发出的光照射在手指上并进行反射；利用所述指纹感应器件，基于所述手指的反射光产生感应信号，以便实现指纹识别。由此，可以简便的实现指纹的识别。

根据本发明的实施例，所述感应信号为所述指纹感应器件的漏电流。由此，有利于提高进行指纹识别的灵敏度。

根据本发明的实施例，所述手指的不同位置处的所述反射光的光强不同，所述漏电流依据所述反射光的光强变化。由此，有利于提高进行指纹识别的灵敏度。

根据本发明的实施例，所述指纹的谷和脊处的所述反射光产生的所述漏电流之差，不低于三个数量级。由此，有利于进一步提高进行指纹识别的灵敏度。

根据本发明的实施例，该方法进一步包括：利用差分放大电路，对所述漏电流进行放大。由此，可以进一步提高利用该方法进行指纹识别的灵敏程度。

根据本发明的实施例，所述点亮指纹识别光源，是依靠与OLED的阳极相连的OLED驱动电路实现的。由此，可以进一步提高利用该方法进行指纹识别的效果。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了根据本发明一个实施例的指纹识别传感器的结构示意图；

图2显示了根据本发明另一个实施例的指纹识别传感器的部分结构示意图；

图3显示了根据本发明一个实施例的指纹识别传感器的结构示意图

图4显示了根据本发明另一个实施例的指纹识别传感器的结构示意图；

图5显示了根据本发明又一个实施例的指纹识别传感器的结构示意图；

图6显示了根据本发明又一个实施例的指纹识别传感器的结构示意图；

图7显示了根据本发明一个实施例的电子设备的结构示意图；

图8显示了根据本发明实施例1的指纹识别传感器的测试结果图。

附图标记说明：

100：基板；200：指纹感应器件；210：栅极；220：栅极绝缘层；230：漏极；240：源极；250：有源区；260：绝缘层；300：指纹识别光源；310：阳极；320：阴极；400：差分放大电路；500：OLED驱动电路；600：背光模组。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种指纹识别传感器。根据本发明的实施，参考图1，该指纹识别传感器包括：基板100、指纹感应器件200以及指纹识别光源300。其中，指纹感应器件200设置在基板100上，指纹感应器件200为薄膜晶体管。指纹识别光源300可以进行发光，且指纹识别光源300被设置为发出的光能够照射到手指并产生反射光，反射光可照射到薄膜晶体管的有源区。由此，可以简便地实现指纹的识别，该指纹传感器具有感应灵敏、结构简单等优点的至少之一。

为了方便理解，下面首先对根据本发明实施例的指纹识别传感器进行指纹识别的原理进行简单介绍：

首先，指纹识别光源300发出的光照射到待进行指纹识别的手指上。手指对指纹识别光源300发出的光进行反射，手指不同位置(指纹的脊和谷处)由于具有细微的高度差，因此产生反射光的光强不同。反射光照射至指纹感应器件200的有源区，在指纹感应器件200(薄膜晶体管)为关断状态下，反射光的强弱可以影响指纹感应器件200产生的漏电流。通过检测漏电流，可以获得手指不同位置的高度，进而获得手指的指纹信息。通过比对上述指纹识别传感器获得的指纹信息，与预存的指纹信息，可以实现指纹的传感与识别。

下面根据本发明的具体实施例，对该指纹传感器的各个结构以及部件进行描述。

根据本发明的实施例，指纹识别光源300的具体类型以及设置位置均不受特别限制。例如，根据本发明的具体实施例，指纹识别光源300可以为OLED。根据本发明的具体实施例，可以采用单色的OLED形成根据本发明实施例的指纹识别光源300，由此，有利于节约生产成本。例如，可以采用蓝色或是红色的OLED，构成指纹识别光源300。或者，根据本发明的另一些实施例，也可以利用装配该指纹传感器的电子器件，如手机、显示装置等设备中的背光灯发光结构，构成根据本发明实施例的指纹识别光源300。需要说明的是，指纹识别光源300的设置位置不受特别限制，只要可以满足其发出的光可以照射到待识别的手指上，并且手指返回的反射光能够照射到指纹感应器件200的有源区即可。例如，根据本发明的实施例，指纹识别光源300可以设置在指纹感应器件200远离基板100一侧的表面上。由此，可以使指纹识别光源300更加靠近手指，有利于提高反射光的整体光强，进而可以提高指纹识别的效果。或者，根据本发明的另一些实施例，参考图3，指纹识别光源300也可以和指纹感应器件200同层设置。由此，有利于节省该指纹识别传感器占用的空间，进而可以实现利用该指纹识别传感器的设备的轻薄化。

根据本发明的实施例，参考图2，该指纹传感器可以进一步包括：多个指纹感应器件200。多个指纹感应器件200可以均匀分布在基板100上。例如，多个指纹传感器200可以在基板100上呈阵列排布。具体的，多个指纹传感器200可以排列成多个互相平行的行，以及多个互相平行的列。任意两个相邻的指纹传感器200之间的距离相等。由此，可以实现多位点的感应，进而有利于提高指纹识别的准确程度。

根据本发明的实施例，构成指纹感应器件200的薄膜晶体管的具体类型不受特别限制，只要能够实现在关态电压下，漏电流可以依据反射光的光强发生变化即可。根据本发明的具体实施例，参考图4，该薄膜晶体管(指纹感应器件200)可以包括栅极210、栅极绝缘层220、漏极230、源极240、有源区250以及绝缘层260。发明人经过大量实验发现，通过调节形成有源区250的材料，可以提高该指纹识别传感器对指纹进行识别的灵敏度。具体的，通过对形成有源区250的材料进行选择，可以提高手指的脊和谷反射回来的光(光强不同)产生的漏电流的电流值之间的差异。由此，可以更加精确的区分指纹的细纹。具体的，形成有源区250的材料的带隙宽度可以小于2eV。带隙宽度较小的材料，有利于提高薄膜晶体管对反射光的灵敏程度。根据本发明的实施例，形成有源区250的材料对指纹识别光源所发出的光的吸收系数可以大于10⁵。由此，有利于进一步提高该指纹识别传感器的灵敏程度。根据本发明的具体实施例，有源区250可以包括非晶硅、ITZO以及ITEO的至少之一。发明人经过大量实验发现，采用上述材料形成的有源区250，对反射光的光强较为敏感。当反射光的光强发生变化时，上述材料构成的有源区250可以敏感地依据光强的不同，影响该薄膜晶体管的关态漏电流。例如，根据本发明的具体实施例，具有由上述材料形成的有源区250的薄膜晶体管，在关态电压下，手指的谷和脊所产生的反射光对应的漏电流，可以具有不低于3个数量级的差异。也即是说，手指的谷的位置所对应的漏电流，与手指的脊的位置对应的漏电流，具有足够大的差异，可以实现谷以及脊的分辨。因此，根据本发明实施例的指纹识别传感器可以准确的进行指纹的识别。

根据本发明的实施例，为了进一步提高该指纹识别传感器识别指纹的效果，在利用该指纹识别传感器进行传感时，可以对栅极210施加关断电压，以便降低漏电流的背景电流值。由此，可以进一步提高该指纹识别传感器对手指产生的反射光的敏感程度。

如前所述，根据本发明实施例的指纹识别传感器是利用薄膜晶体管的漏电流进行指纹识别的，因此，根据本发明的实施例，指纹识别光源300(OLED)与薄膜晶体管绝缘设置。由此，可以防止薄膜晶体管与OLED之间互相影响，而对指纹识别造成负面影响。

根据本发明的具体实施例，可以将OLED的阳极310设置在薄膜晶体管的绝缘层260上。由此，可以简便地实现指纹识别光源300(OLED)与薄膜晶体管之间的绝缘设置，防止OLED与薄膜晶体管之间互相影响。

为了进一步提高根据本发明实施例的指纹识别传感器的传感效果，根据本发明的实施例，参考图5，该指纹传感器还可以进一步包括：差分放大电路400以及OLED驱动电路500。根据本发明的具体实施例，OLED驱动电路500与OLED的阳极310相连，以便驱动OLED发光。由此，可以不依靠薄膜晶体管而单独驱动OLED发光，进而避免对薄膜晶体管的漏电流造成影响，从而影响指纹识别效果。根据本发明的实施例，差分放大电路400与薄膜晶体管的漏极230相连，以便对所述漏极的漏电流信号进行放大处理。由此，可以进一步提高该指纹传感器识别指纹的效果。

根据本发明的实施例，上述差分放大电路400以及OLED驱动电路500的具体类型不受特别限制，只要能够实现对信号的放大，或是驱动OLED即可。本领域技术人员可以根据实际情况，进行设计。例如，可以根据设置该指纹识别传感器的电子设备的IC型号，设计差分放大电路400以及OLED驱动电路500的具体参数。

根据本发明的实施例，参考图6，还可以利用需要装配根据本发明实施例的指纹识别传感器的电子设备中的固有光源，构成该指纹识别传感器的指纹识别光源300。例如，当该指纹识别传感器设置在显示装置上时，可以利用显示装置中背光模组600的背光源做为指纹识别光源300。此时，可以将基板100、指纹感应器件200设置在背光源600的上方，背光源中发出的光，在向上传播之后，照射到待识别的手指，然后手指产生的反射光照射至指纹感应器件200的有源区，从而实现指纹的识别。

根据本发明的实施例，上述指纹识别传感器可以利用简单的结构，实现指纹的识别。并且，本领域技术人员能够理解的是，由于该指纹识别传感器采用了薄膜晶体管为指纹感应器件200，因此，该指纹识别传感器可以与诸如液晶显示器中的阵列基板等结构进行集成设置。由于阵列基板上也具有薄膜晶体管的结构，因此，将根据本发明实施例的指纹识别传感器设置在阵列基板上，可以在不显著增加阵列基板的厚度的前提下，简便地实现该指纹识别传感器的设置。例如，可以将该指纹识别为传感器设置在阵列基板的非显示区，从而可以在非显示区实现指纹的识别以及传感。或者，根据本发明的实施例，也可以将该指纹识别传感器设置在阵列基板的显示区，仅需要在制备阵列基板时，额外设置根据本发明实施例的指纹感应器件200以及指纹识别光源300即可。本领域技术人员能够理解的是，在实际应用中，上述指纹识别传感器的具体设置位置不受特别限制，只要该指纹识别传感器，可以设置在电子设备中手指可以触碰的位置即可。例如，还可以将该指纹识别传感器设置在诸如手机等电子设备的背板上。

综上所述，根据本发明实施例的指纹识别传感器具有以下优点的至少之一：

(1)结构简单，不涉及复杂的电路设计，进而有利于节省成本；

(2)依靠薄膜晶体管的漏电流进行指纹识别，响应快速、灵敏；

(3)易于与电子设备中的固有结构集成，有利于节约该指纹识别传感器占用的体积，进而有利于实现电子设备的轻薄化。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种电子设备。根据本发明的实施例，参考图7，该电子设备1000包括前面描述的指纹识别传感器。由此，该电子设备1000具有前面描述的指纹识别传感器所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该电子设备可以简便地实现用户的指纹识别，指纹识别灵敏，准确度高，且可以较为简便地在该电子设备中实现指纹识别传感器的设置，进而有利于该电子设备的轻薄化。

在本发明的又一个方面，本发明提出了一种利用前面描述的指纹识别传感器进行指纹识别的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)点亮指纹识别光源

根据本发明的实施例，在该步骤中，点亮指纹识别光源，以便指纹识别光源发出的光，能够照射在手指上并进行反射。关于指纹识别光源的具体类型、设置位置、点亮方式，前面已经进行了详细的描述，在此不再赘述。例如，在利用根据本发明实施例的指纹识别传感器进行指纹识别时，手指靠近该指纹识别传感器。此时，可以利用OLED驱动电路，点亮OLED。由此，OLED发出的光照射到手指上，并发生反射。如前所述，反射光的光强，随手指的指纹位置不同(谷和脊)而发生改变。

(2)产生感应信号

根据本发明的实施例，在该步骤中，利用指纹感应器件，基于手指的反射光产生感应信号，以便实现指纹识别。由此，可以简便的实现指纹的识别。

根据本发明的实施例，上述感应信号可以为指纹感应器件的漏电流。指纹的谷和脊处的反射光产生的漏电流之差，可以不低于三个数量级。由此，有利于提高进行指纹识别的灵敏度。关于指纹感应器件的具体类型、反射光影响漏电流的原理，前面已经进行了详细的描述，在此不再赘述。

根据本发明的实施例，为了进一步提高利用该方法进行指纹识别的灵敏程度，在该步骤中，还可以进一步包括：利用差分放大电路，对漏电流进行放大。由此，可以进一步提高利用该方法进行指纹识别的灵敏程度。

根据本发明的实施例，该方法还可以进一步包括：对产生的感应信号(漏电流)进行汇总，以便获得与手指不同位置相对应的漏电流信号图。通过诸如IC等结构，对该漏电流信号图进行分析，并与预存的指纹图像进行比对。如比对后的结果与预存的指纹图像相符，则指纹识别成功，此时可以通过IC发出诸如点亮屏幕、进入相应应用程序等指令。如比对后的结果与预存的指纹图像不相符，则指纹识别失败。

下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

采用薄膜晶体管为指纹感应器件。绝缘层为SiN，有源层为a-Si:H，源极、漏极以及栅极由Cu形成。采用蓝色OLED为指纹识别光源，OLED设置在薄膜晶体管的平坦化层(绝缘层)上。

在栅极施加关态电压的条件下，检测该指纹识别传感器在手指的脊和谷处的漏电流。检测结果如图8所示。参考图8，在对栅极施加-2V左右电压的条件下(如图中横坐标所示)，手指的脊以及谷处(图8中所示出的两条曲线)的漏电流可以具有三个数量级的差异。由此，可以满足对手指的脊和谷的位置的区分。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (15)

1.一种指纹识别传感器，其特征在于，包括：

基板；

指纹感应器件，所述指纹感应器件设置在所述基板上，所述指纹感应器件为薄膜晶体管；以及

指纹识别光源，所述指纹识别光源被设置为发出的光能够照射到手指并产生反射光，所述反射光可照射到所述薄膜晶体管的有源区。

2.根据权利要求1所述的指纹识别传感器，其特征在于，进一步包括：多个所述指纹感应器件，多个所述指纹感应器件均匀分布在所述基板上。

3.根据权利要求1所述的指纹识别传感器，其特征在于，形成所述薄膜晶体管的所述有源区的材料带隙宽度小于2eV；

任选地，形成所述有源区的材料对所述指纹识别光源所发出的光的吸收系数大于10⁵。

4.根据权利要求3所述的指纹识别传感器，其特征在于，所述薄膜晶体管的所述有源区包括非晶硅、ITZO以及ITEO的至少之一。

5.根据权利要求1所述的指纹识别传感器，其特征在于，所述OLED与所述薄膜晶体管绝缘设置。

6.根据权利要求5所述的指纹识别传感器，其特征在于，所述OLED的阳极设置在所述薄膜晶体管的绝缘层上。

7.根据权利要求1所述的指纹识别传感器，其特征在于，进一步包括：

OLED驱动电路，所述OLED驱动电路与所述OLED的阳极相连，以便驱动所述OLED发光；以及

差分放大电路，所述差分放大电路与所述薄膜晶体管的漏极相连，以便对所述漏极的漏电流信号进行放大处理。

8.根据权利要求1所述的指纹识别传感器，其特征在于，所述薄膜晶体管的漏电流被设置为能够基于所述反射光而改变，

在所述薄膜晶体管的关态电压下，所述手指的谷和脊所产生的所述反射光对应的所述漏电流之差，不低于3个数量级。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：权利要求1-8任一项所述的指纹识别传感器。

10.一种利用权利要求1-8任一项所述的指纹识别传感器进行指纹识别的方法，其特征在于，包括：

点亮指纹识别光源，以便所述指纹识别光源发出的光照射在手指上并进行反射；

利用所述指纹感应器件，基于所述手指的反射光产生感应信号，以便实现指纹识别。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述感应信号为所述指纹感应器件的漏电流。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述手指的不同位置处的所述反射光的光强不同，所述漏电流依据所述反射光的光强变化。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述指纹的谷和脊处的所述反射光产生的所述漏电流之差，不低于三个数量级。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括：利用差分放大电路，对所述漏电流进行放大。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述点亮指纹识别光源，是依靠与OLED的阳极相连的OLED驱动电路实现的。