CN109154982A - Tft面板型指纹识别传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种TFT面板型指纹识别传感器，包括：全反射单元，用于全反射从光源发出的光；光电二极管，用于感测从全反射单元反射的光；以及TFT面板，用于处理从光电二极管输出的电压以执行成像。

Description

TFT面板型指纹识别传感器
技术领域
本发明涉及薄膜晶体管(thin film transistor，简称TFT)面板(panel)型指纹识别传感器，更具体地说，涉及一种具有相对简单结构、光学上使用TFT面板的TFT面板型指纹识别传感器，其非传统地直接用光照射，而是使用薄膜型全反射片，既能够成像指纹又能够成像手掌内部。
背景技术
通常，指纹识别传感器大致分为光学型指纹识别传感器、接触式发光型指纹识别传感器、电容型指纹识别传感器等，并且需要单独光学透镜来处理光学型或接触式发光型光学图像，使得难以制造较薄形状的指纹识别传感器。
为了改善这种困境，使用了电容型指纹识别传感器，其优点在于，基于由指纹的谷和峰形成的电容差引起的电压差来检测指纹，因此不需要光学透镜，由此，电容型指纹识别传感器可以制造成较薄的形状。但是，当由于指纹接触电容器的表面而将污染物粘附到其表面上时，电容器可能发生失灵，使得指纹识别率可能降低。因此，目前光学型指纹识别传感器广泛用于门锁或门禁系统。
图1A是用于描述传统光学型指纹识别传感器的原理的示例图。图1B是示出传统光学型指纹识别传感器的产品的示例图。
如图1A所示，传统光学型指纹识别传感器设置为：使光源向棱镜的入射面发射光，当手指与棱镜的反射面接触时，由指纹的屈曲而反射的光通过棱镜的出射面输出，并且从棱镜输出的光经由透镜在图像采集装置(例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器)处成像。
另外，图2是用于描述传统手掌识别装置的原理的示例图。传统手掌识别装置的工作原理类似于传统的光学型指纹识别传感器。传统手掌识别装置使用图像采集装置(例如，CMOS传感器)从玻璃的内侧捕获放置在玻璃的外侧的手掌的图像，并处理捕获的手掌图像以识别手掌(例如，包括五个手指和手掌线的手形)。
在这种情况下，玻璃仅用作放置手掌或手指的基座。为了光学地识别物体(例如，指纹或手掌)，在基座下方还应包括光源和用于安装图像采集装置的机构，因此存在的问题：物体识别装置的总体积随着被识别的物体变大而变大。
因此，为了最小化(即使待识别的物体变大时)物体识别装置的体积，应当以面板形状制造识别整个指纹或手掌的识别传感器。
在韩国专利公开No.10-2006-0087704(2006年8月3日公开，名称为《指纹识别传感器和使用指纹识别传感器的指纹识别系统》(Fingerprint Recognition Sensor andFingerprint Recognition System Using the Same))中公开了本发明的背景技术。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种薄膜晶体管(thin film transistor,简称TFT)面板型指纹识别传感器，具有光学上使用TFT面板的相对简单结构，其非传统地直接用光照射，而是使用薄膜型全反射片，既能够成像指纹又能够成像手掌内部。
技术方案
本发明的一个方面提供了一种薄膜晶体管(TFT)面板型指纹识别传感器，包括：全反射单元，用于全反射从光源发出的光；光电二极管，用于感测从全反射单元反射的光；以及TFT面板，用于处理从光电二极管输出的电压以进行成像。
全反射单元可包括作为光导板用于全反射的玻璃基板。
TFT面板型指纹识别传感器还可包括：由折射率大于空气折射率的材料制成的玻璃基板，设置在玻璃基板下方的绝缘层，形成在绝缘层下方的介电层，形成在介电层下方的支撑玻璃，和形成在支撑玻璃下方的反射片，其中光电二极管和TFT面板可以设置在介电层内。
玻璃基板的最佳厚度选自100μm至400μm的范围，保持耐久性和分辨率的平衡状态。
绝缘层可以形成为包括以下中的至少一种：二氧化硅(nd＝1.46)、氮化硅(nd＝2)、氧化铪(nd＝1.9)、氧化铝(nd＝1.76)和氧化钇(nd＝1.93)。
介电层可以形成为包括含氟聚合物基均聚物或共聚物。
光源可以发射可见光波段中的光，并且可以形成为从玻璃基板的侧表面发射光。
TFT面板可以在介电层中，形成在玻璃基板下方并形成在绝缘层上，绝缘层形成在玻璃基板下方，光电二极管的一个电极可以形成为连接到TFT面板，其另一个电极可以形成为连接到电极层，电极层上施加偏压。
连接到TFT面板的光电二极管的一个电极可以形成为透明电极，并且连接到电极层的光电二极管的另一个电极可以形成为不透明电极。
透明电极可以形成为包括以下中的至少一种：金属网，银纳米线，氧化铟锡(ITO)，氧化锑锡(ATO)，氧化镓锌(GZO)，氧化铝锌(AZO)，氧化铟锌(IZO)，掺杂铟/镓的ZnO(IGZO)，掺杂镁的ZnO(MZO)，掺杂钼的ZnO，掺杂铝的MgO，掺杂镓的MgO，掺杂氟的SnO2，掺杂铌的TiO2，CuAlO2，导电聚合物，碳纳米管，石墨烯。不透明电极可以形成为包括以下中的至少一种：Al，金(Au)，银(Ag)，铜(Cu)，铂(Pt)，钨(W)中，镍(Ni)，Zn，钛(Ti)，锆(Zr)，铪(Hf)，镉(Cd)，铑(Rh)，铱(Ir)，钴(Co)，碲(Te)，钼(Mo)，铁(Fe)，锰(Mn)，铌(Nb)，锗(Ge)，锇(Os)，钒(V)和铅(Pb)。
全反射单元可包括钝化层，该钝化层具有上部，该上部涂覆有透明薄膜或者附着有钢化玻璃。
TFT面板型指纹识别传感器还可包括透明薄膜，设置在透明薄膜下方的钝化层，形成在钝化层下方的介电层，以及形成在介电层下方的玻璃基板，其中光电二极管和TFT面板可以设置在介电层内。
透明薄膜的最佳厚度可以选择自50μm至500μm的范围内，保持耐久性和分辨率的平衡状态。
透明薄膜可包括以下中的至少一种：氧化铝，氧化锆，氧化钛，氧化锌，氧化铈，氧化钽，氧化钇，氧化镱，氧化硅和氧化铝(Al2O3)。
光源可以形成在钝化层的侧表面处或玻璃基板下方。
电极层可以设置在介电层中并且设置在钝化层下面，光电二极管的一个电极可以形成为连接到电极层，TFT面板可以形成为连接到光电二极管的另一个电极。
连接到TFT面板的光电二极管的一个电极可以形成为不透明电极，并且连接到电极层的光电二极管的另一个电极可以形成为透明电极。
有益效果
根据本发明的一个方面的薄膜晶体管(TFT)面板型指纹识别传感器可以具有在光学上使用TFT面板的相对简单结构，其非传统地直接用光照射，而是使用薄膜型全反射片，既能够成像指纹又能够成像手掌内部。
附图说明
图1A是用于描述传统光学型指纹识别传感器的原理的示例图。
图1B是示出了传统光学型指纹识别传感器的产品的示例图。
图2是用于描述传统手掌识别装置的原理的示例图。
图3是示出了根据本发明第一实施例的薄膜晶体管(TFT)面板型指纹识别传感器的像素结构的示例图。
图4是示出了根据本发明第二实施例的TFT面板型指纹识别传感器的像素结构的示例图。
最佳实施方式
在下文中，将参照附图对根据本发明的薄膜晶体管(TFT)面板型指纹识别传感器的示例性实施例进行说明。
在以下说明中，为了清楚和方便起见，附图中所示的线的粗细和部件的尺寸可能会有所放大。另外，下面描述的术语是考虑到本发明的功能而定义的，这些术语可以根据用户或操作者的意图或习惯而变化。因此，本文使用的术语的定义应遵循本文公开的上下文。
具体实施方式
图3是示出了根据本发明第一实施例的TFT面板型指纹识别传感器的像素结构的示例图。
作为参考，由于图3所示的根据第一实施例的TFT面板型指纹识别传感器具有像素结构，当待识别的物体大体是手指或手掌时，TFT面板型指纹识别传感器以平板形式设置以对应于物体的区域。
参照图3，根据本发明第一实施例的指纹识别传感器100允许从侧向光源灯LAMP(即，玻璃基板的侧面)发射的光穿过玻璃基板110，其中TFT面板(或薄膜晶体管TFT)形成于玻璃基板处，引起全内反射(TIR)。
此外，当物体OBJ(例如，手指，手掌等)与玻璃基板110的上部接触时，受抑全内反射(FTIR)光由光电二极管150接收通过TFT面板(或薄膜晶体管TFT)以成像。
在此，成像意味着图像的采集、存储、显示或打印(或输出)的过程。例如，在指纹识别传感器中，成像意味着光电二极管150在光被全反射的状态下输出亮光(实际上是与亮光对应的电压)，并且当物体OBJ(例如，手指，手掌等)与玻璃基板110的上部接触时，物体OBJ的受抑全内反射(FTIR)部分(例如，指纹，掌纹等)以暗的形式输出(实际上是与暗对应的电压)，从而通过TFT面板(或薄膜晶体管TFT)成像。为了对手指或整个手掌成像，应当排列与手指的区域或整个手掌相对应的像素(即，指纹识别传感器)。
此外，受抑全内反射FTIR意味着具有较高折射率的材料的表面接近具有较低折射率的表面，导致全反射，使得全反射不完全。
此外，如图3所示，根据第一实施例的TFT面板型指纹识别传感器的优点在于，使用TFT面板的玻璃基板110作为导光板用于全反射，显著简化了指纹识别传感器的结构。
例如，TFT面板型指纹识别传感器的尺寸可比市售棱镜型(或光学型)手掌指纹识别装置减小四分之一或更多。
此外，根据第一实施例的TFT面板型指纹识别传感器可以与光接收元件(例如，光电二极管)和光学装置(例如，棱镜，透镜等)结合为一体以减少不必要的光传播，从而具有改善图像质量的效果。
参照图3，根据第一实施例的TFT面板型指纹识别传感器包括由折射率高于外部(例如，空气)的材料制成的玻璃基板110，设置在玻璃基板110下方的绝缘层120(或栅极绝缘膜)，设置在绝缘层120下方的介电层130，设置在介电层130下方的支撑玻璃180，以及设置在支撑玻璃180下方的反射片190。
在此，玻璃基板110优选地具有100μm(最小)至400μm(最大)的厚度，以作为全反射层最小化光散射，并且可以从上述范围选择保持耐久性和分辨率的平衡条件的最佳厚度。
此时，在玻璃基板110和绝缘层120之间形成全反射不是必要条件。但是，为了避免光(或光线)被全反射而在绝缘层120内往复运动的现象，绝缘层120优选地形成为具有小于或等于1.52的折射率，其中1.52是玻璃基板110的折射率。
例如，绝缘层120可以采用以下中的至少一种：二氧化硅(nd＝1.46)，氮化硅(nd＝2)，氧化铪(nd＝1.9)，氧化铝(nd＝1.76)和氧化钇(nd＝1.93)。
同时，如下表1所示，介电层130可以采用含氟聚合物基均聚物或共聚物。在含氟聚合物基均聚物和共聚物中，可以使用折射率低于绝缘层120(或栅极绝缘膜)的材料，以及可以选择和使用具有尽可能高的透射率的材料，以通过增加光的透射率来改善图像的质量。
【表1】
均聚物 共聚物
PTFE(nd＝1.35) FEP(nd＝1.344)
PCTFE(nd＝1.435) ETFE(nd＝1.4)
PVDF(nd＝1.42) ECTFE(nd＝1.447)
PFA(1.34)
THV(nd＝1.355)
THF(1.407)
此外，支撑玻璃180采用钢化玻璃以保持结构稳定性，并且反射片190附接到TFT面板型指纹识别传感器100的最下部，以防止由于光接收效率降低造成的从光源LAMP入射的光向外面出射的现象。
此外，光源LAMP采用在可见光波段发光的光源，并且无需配置为仅向玻璃基板110发光。可选地，光源LAMP配置为向包括玻璃基板在内的TFT区域发光。
此外，在介电层130中，薄膜晶体管TFT设置在玻璃基板110下方的绝缘层120处，形成有光电二极管150，其中光电二极管150的一个电极连接到薄膜晶体管TFT，光电二极管150的另一个电极连接到电极层170。
在这种情况下，光电二极管150的一个端子140(例如，正极)形成为透明电极，通过导线WIRE连接到薄膜晶体管TFT的一个端子DS(例如，漏极或源极)。光电二极管150的另一个端子160(例如，负极)形成为不透明电极，直接连接到电极层170(或偏置施加电极)，该电极层170是与不透明电极160相同的不透明电极。
在此，透明电极可以包括以下中的至少一种来实现：金属网，银纳米线，氧化铟锡(ITO)，氧化锑锡(ATO)，氧化镓锌(GZO)，氧化铝锌(AZO)，氧化铟锌(IZO)，掺杂铟/镓的ZnO(IGZO)，掺杂镁的ZnO(MZO)，掺杂钼的ZnO，掺杂铝的MgO，掺杂镓的MgO，掺杂氟的SnO2，掺杂铌的TiO2，CuAlO2，导电聚合物，碳纳米管，石墨烯。不透明电极160可以使用以下中的至少一种来实现：Al，金(Au)，银(Ag)，铜(Cu)，铂(Pt)，钨(W)中，镍(Ni)，Zn，钛(Ti)，锆(Zr)，铪(Hf)，镉(Cd)，铑(Rh)，铱(Ir)，钴(Co)，碲(Te)，钼(Mo)，铁(Fe)，锰(Mn)，铌(Nb)，锗(Ge)，锇(Os)，钒(V)和铅(Pb)。
图4是示出了根据本发明第二实施例的TFT面板型指纹识别传感器的像素结构的示例图。
作为参考，由于图4所示的TFT面板型指纹识别传感器具有像素结构，当待识别的物体大体是手指或手掌时，TFT面板型指纹识别传感器以平板形式设置以对应于物体的区域。
参照图4，根据本发明第二实施例的指纹识别传感器200允许从侧向光源灯LAMP(即，钝化层的侧面)发射的光穿过钝化层220，其中钝化层220由折射率低于制造TIR的玻璃的折射率的材料制成，并且在钝化层220上施加(或沉积)高硬度透明薄膜210或者将钢化玻璃附到其上，使得高硬度透明薄膜210或钢化玻璃可用作全反射层。
此外，可以通过在钝化层220上施加(或沉积)高硬度透明薄膜210，或者通过调整钝化层220的厚度来确保耐久性。
在这种情况下，高硬度透明薄膜210的厚度优选为50μm(最小)至500μm(最大)，并且从上述范围中选择可以保持耐久性和分辨率的平衡条件的最佳厚度。
此外，高硬度透明薄膜210的材料可以采用以下作为无机氧化物中的至少一种：氧化铝，氧化锆，氧化钛，氧化锌，氧化铈，氧化钽，氧化钇，氧化镱，氧化硅和氧化铝(Al2O3)。特别是，当使用氧化铝(Al2O3)作为材料时，其优点在于可以获得高硬度(例如，9H或更高)。
此外，当物体OBJ(例如，手指，手掌等)与高硬度透明薄膜210的上部接触时，受抑全内反射(FTIR)光由光电二极管260接收通过TFT面板(或薄膜晶体管TFT)成像。例如，在指纹识别传感器200中，光电二极管260在光被全反射的状态下输出亮光(实际上是与亮光对应的电压)，并且当物体OBJ(例如，手指，手掌等)与高硬度透明薄膜210的上部接触，物体OBJ的受抑全内反射(FTIR)部分(例如，指纹，掌纹等)以暗的形式输出(实际上是与暗对应的电压)而成像。
此外，如图4所示，根据第二实施例的TFT面板型指纹识别传感器200的优点在于，通过利用沉积在钝化层220的上部的高硬度透明薄膜210(或钢化玻璃)作为导光板用于全反射，显著简化了TFT面板型指纹识别传感器200的结构。
此外，与图3所示的根据第一实施例的TFT面板型指纹识别传感器100类似，根据第二实施例的TFT面板型指纹识别传感器200具有与市售棱镜型(或光学型)手掌指纹识别装置相比尺寸减小四分之一或更多的优点，并且可以与光接收元件(例如，光电二极管)和光学装置(例如，棱镜，透镜等)结合为一个整体以减少不必要的光传播，从而具有改善图像质量的效果。
更具体地，如图4所示，根据本发明第二实施例的TFT面板型指纹识别传感器200包括高硬度透明薄膜210，设置在透明薄膜210下方的钝化层220，设置在钝化层220下方的介电层240，设置在介电层240下方的玻璃基板280。
在这种情况下，光源灯LAMP可以采用在可见光波段中发光的光源，并且可以形成在钝化层220的侧面或玻璃基板280下方。
如表1所示，介电层240可以采用含氟聚合物基均聚物或共聚物。在含氟聚合物基均聚物和共聚物中，选择具有尽可能高的透射率的材料并将其用作介电层240，以通过增加透射率来改善图像的质量。
此外，在介电层240中，电极层230(或偏压施加电极)设置在钝化层220下方；形成有光电二极管260，其中光电二极管260的一个电极连接到电极层230，光电二极管260的另一个电极连接到TFT面板(或者薄膜晶体管TFT)。
在这种情况下，光电二极管260的一个端子270(例如，正极)形成为不透明电极，通过导线WIRE连接到TFT面板(或薄膜晶体管TFT)的一个电极DS(例如，漏极或源极)。光电二极管260的另一电极250(例如，负极)形成为透明电极，直接连接到电极层230，其中电极层230是与透明电极250相同的透明电极。
作为参考，与根据图3所示的第一实施例的指纹识别传感器100相比，在根据图4所示的第二实施例的指纹识别传感器200中，交换面板的上侧和下侧，使得透明电极和不透明电极的位置垂直交换。也就是说，形成在钝化层220下方的电极层230(即，偏置施加电极)变为透明电极，而连接到光电二极管260和TFT面板(或薄膜晶体管TFT)的电极270变为不透明电极。
在此，透明电极230可以包括以下中的至少一种来实现：金属网，银纳米线，ITO，ATO，GZO，AZO，IZO，IGZO，MZO，掺杂钼的ZnO，掺杂铝的MgO，掺杂镓的MgO，掺杂氟的SnO2，掺杂铌的TiO2，CuAlO2，导电聚合物，碳纳米管，石墨烯。不透明电极270可以采用以下中的至少一种来实现：Al，Au，Ag，Cu，Pt，W，Ni，Zn，Ti，Zr，Hf，Cd，Rh，Ir，Co，Te，Mo，Fe，Mn，Nb，Ge，Os，V和Pb。
虽然已经参考附图中示出的示例性实施例对本发明进行了描述，但是这些仅仅是说明性的，并且本发明所属领域的技术人员将理解，可以在本发明的精神和范围内实现各种修改和等同的其他实施例。因此，本发明的技术范围应由所附权利要求限定。

Claims (17)

1.一种薄膜晶体管(TFT)面板型指纹识别传感器，包括：
全反射单元，用于全反射从光源发出的光；
光电二极管，用于感测从所述全反射单元反射的光；以及
TFT面板，用于处理从所述光电二极管输出的电压以执行成像。
2.根据权利要求1所述的TFT面板型指纹识别传感器，其中所述全反射单元包括玻璃基板，其作为导光板用于全反射。
3.根据权利要求1所述的TFT面板型指纹识别传感器，还包括：
玻璃基板，其由折射率大于空气折射率的材料制成；
绝缘层，其设置在所述玻璃基板下方；
介电层，其形成在所述绝缘层下方；
支撑玻璃，其形成在所述介电层下方；和
反射片，其形成在所述支撑玻璃下方，
其中所述光电二极管和所述TFT面板形成在所述介电层内。
4.根据权利要求3所述的TFT面板型指纹识别传感器，其中所述玻璃基板的最佳厚度形成为：在保持耐久性和分辨率的平衡条件下选自100μm至400μm的范围。
5.根据权利要求3所述的TFT面板型指纹识别传感器，其中所述绝缘层从以下组中选出至少一种形成：二氧化硅(nd＝1.46)、氮化硅(nd＝2)、氧化铪(nd＝1.9)、氧化铝(nd＝1.76)和氧化钇(nd＝1.93)。
6.根据权利要求3所述的TFT面板型指纹识别传感器，其中所述介电层形成为包括含氟聚合物基均聚物或共聚物。
7.根据权利要求1所述的TFT面板型指纹识别传感器，其中所述光源发射可见光波段中的光，并且形成为从玻璃基板的侧面发射光。
8.根据权利要求1所述的TFT面板型指纹识别传感器，其中
所述TFT面板形成在介电层中、且形成在玻璃基板下方的绝缘层上；以及
所述光电二极管的一个电极形成为连接到所述TFT面板，且所述光电二极管的另一个电极形成为连接到电极层，所述电极层施加有偏压。
9.根据权利要求8所述的TFT面板型指纹识别传感器，其中
所述光电二极管的一个端子连接到TFT面板，形成为透明电极；且
所述光电二极管的另一个端子连接到电极层，形成为不透明电极。
10.根据权利要求9所述的TFT面板型指纹识别传感器，其中
所述透明电极从以下组中选出至少一种形成：金属网，银纳米线，氧化铟锡(ITO)，氧化锑锡(ATO)，氧化镓锌(GZO)，氧化铝锌(AZO)，氧化铟锌(IZO)，掺杂铟/镓的ZnO(IGZO)，掺杂镁的ZnO(MZO)，掺杂钼的ZnO，掺杂铝的MgO，掺杂镓的MgO，掺杂氟的SnO2，掺杂铌的TiO2，CuAlO2，导电聚合物，碳纳米管，石墨烯；以及
所述不透明电极从以下组中选出至少一种形成：Al，金(Au)，银(Ag)，铜(Cu)，铂(Pt)，钨(W)中，镍(Ni)，Zn，钛(Ti)，锆(Zr)，铪(Hf)，镉(Cd)，铑(Rh)，铱(Ir)，钴(Co)，碲(Te)，钼(Mo)，铁(Fe)，锰(Mn)，铌(Nb)，锗(Ge)，锇(Os)，钒(V)和铅(Pb)。
11.根据权利要求1所述的TFT面板型指纹识别传感器，其中所述全反射单元包括钝化层，所述钝化层具有涂覆有透明薄膜或者附有钢化玻璃的上部。
12.根据权利要求1所述的TFT面板型指纹识别传感器，还包括
透明薄膜；
钝化层，其设置在所述透明薄膜下方；
介电层，其形成在所述钝化层下方；以及
玻璃基板，其形成在所述介电层下方，
其中所述光电二极管和所述TFT面板形成在所述介电层内。
13.根据权利要求12所述的TFT面板型指纹识别传感器，其中所述透明薄膜的最佳厚度形成为：在保持耐久性和分辨率的平衡条件下选自50μm至500μm的范围。
14.根据权利要求12所述的TFT面板型指纹识别传感器，其中所述透明薄膜从以下组中选出至少一种形成：：氧化铝，氧化锆，氧化钛，氧化锌，氧化铈，氧化钽，氧化钇，氧化镱，氧化硅和氧化铝(Al2O3)。
15.根据权利要求12所述的TFT面板型指纹识别传感器，其中所述光源形成在所述钝化层的侧面或所述玻璃基板下方。
16.根据权利要求12所述的TFT面板型指纹识别传感器，其中
电极层形成在所述介电层中、且形成在所述钝化层下方；
所述光电二极管的一个电极形成为连接到所述电极层；以及
所述TFT面板形成为连接到所述光电二极管的另一个电极。
17.根据权利要求16所述的TFT面板型指纹识别传感器，其中
所述光电二极管的一个端子连接到所述TFT面板，形成为不透明电极；并且
所述光电二极管的另一个电极连接到电极层，形成为透明电极。
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