DE112016003773T5

DE112016003773T5 - Fingerabdrucksensorkompatibles Überzugmaterial

Info

Publication number: DE112016003773T5
Application number: DE112016003773.2T
Authority: DE
Inventors: Hans Klein; Igor Kolych; Oleksandr Karpin; Igor Kravets; Oleksandr Hoshtanar
Original assignee: Cypress Semiconductor Corp
Current assignee: Cypress Semiconductor Corp
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2018-05-09
Also published as: US20170140196A1; US20170262685A1; US10235558B2; CN108140109A; US9639734B1; WO2017083484A1

Abstract

Es wird ein fingerabdrucksensorkompatibles Überzugmaterial offenbart, das anisotropes leitfähiges Material verwendet, um das genaue Abbilden eines Fingerabdrucks durch einen Überzug hindurch zu ermöglichen. Das anisotrope leitfähige Material weist in einer zu dem Fingerabdrucksensor senkrechten Richtung eine erhöhte Leitfähigkeit auf, wodurch die kapazitive Kopplung des Fingerabdrucks an die Sensoroberfläche erhöht wird, sodass der Fingerabdrucksensor den Fingerabdruck durch den Überzug hindurch genau abbilden kann. Verfahren zum Bilden eines fingerabdrucksensorkompatiblen Überzugs werden ebenfalls offenbart.

Description

VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung ist eine internationale Anmeldung der US-Patentanmeldung Nummer 15/347,400 , eingereicht am 9.11.2016, die den Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/255,027 , eingereicht am 13. November 2015, beansprucht und den Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/316,451 , eingereicht am 31. März 2016, beansprucht, die alle durch Literaturhinweise vollumfänglich hierin enthalten sind.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Aufbauten und Herstellungsverfahren eines anisotropen leitfähigen Materials und genauer eines anisotropen Materials, das mit einem Sensor kompatibel ist, der durch das Material hindurch einen Fingerabdruck abfühlt.
HINTERGRUND
Verschiedene Einrichtungen und Systeme, wie etwa Recheneinrichtungen, mobile Kommunikationseinrichtungen, Kfz-Ausrüstung, Industrieausrüstung, Haushaltsgeräte und Zugangssysteme, können ein Authentifizierungsverfahren erfordern, um vor unbefugtem Zugriff zu schützen. Eine Fingerabdruckauthentifizierung unter Verwendung von Fingerabdrucksensoren kann eine Vorrichtung oder ein System vor unbefugtem Zugriff schützen.
Fingerabdrucksensoren können verschiedene kapazitive Abfühlverfahren nutzen, um ein Fingerabdruckmuster abzubilden, wobei das Abbilden eines Fingerabdrucks bedeutet, dass der Fingerabdruck erfasst wird und ein Satz Datenwerte oder „Fingerabdruckdaten“, die den Fingerabdruck in digitalem Format darstellen, erzeugt wird. Bei den Fingerabdruckdaten kann es sich um ein Bild oder andere Informationen handeln, das bzw. die für einen Fingerabdruck spezifisch sind. Dieses Verfahren erfordert den direkten Kontakt oder die unmittelbare Nähe des den Fingerabdruck umfassenden Abschnitts des Fingers oder der „Fingerkuppe“ mit der Sensoroberfläche. Über der Sensoroberfläche kann eine sehr dünne Abdeckung oder ein sehr dünner Überzug angeordnet sein. Dicke Überzüge zwischen dem Fingerabdruck und dem Fingerabdrucksensor können Fingerabdruckmerkmale verdecken.
Es kann verschiedene Situationen geben, in denen ein Benutzer möglicherweise einen Fingerabdruck durch ein dickes Material hindurch abbilden möchte. Ein Benutzer möchte möglicherweise einen Fingerabdruck unter Verwendung eines Sensors abbilden, der von einem dicken Material überzogen ist, um den Sensor (oder die den Sensor umfassende Einrichtung) vor schädlichen Umwelteinflüssen, wie etwa Kälte und Wasser, und schädlichen physikalischen Faktoren, wie etwa scharfen Gegenständen und ätzenden Chemikalien, zu schützen oder das Aussehen des Fingerabdrucksensors zu verbessern, wie etwa durch Bereitstellen einer durchgängigen Oberfläche mit einem Berührungsbildschirm. Es kann eine Schutzhülle oder -abdeckung mit starrem Material, wie etwa, aber nicht beschränkt auf Glas oder Kunststoff, oder flexiblem Material, wie etwa, aber nicht beschränkt auf Textilstoff oder Folie, gebildet werden. Eine Schutzhülle kann eine Einrichtung vollständig umschließen oder kann eine Einrichtung teilweise umschließen. Derzeitige Fingerabdrucksensoren können Fingerabdrücke nicht durch dickes Material hindurch abbilden. Die Verwendung einer Hülle oder von Abdeckmaterial, das ausreichend dünn ist, um das Abfühlen von Fingerabdrücken zu ermöglichen, kann die Schutzwirkung der Hülle oder Folie begrenzen. Bei Verwendung einer dicken Hülle oder eines dicken Abdeckmaterials muss der Benutzer die Einrichtung möglicherweise aus der Hülle oder Abdeckung entnehmen, um das Abfühlen von Fingerabdrücken zu ermöglichen. Das Entfernen der Abdeckung oder Hülle kann für den Benutzer unpraktisch sein und/oder kann die Beschädigung der Einrichtung riskieren. Es besteht der Wunsch, ein Material zu erzeugen, mit dem der Sensor überzogen werden kann, wobei das Material ausreichend dick für den Schutz ist, aber das genaue Abbilden eines Fingerabdrucks durch das Material hindurch ermöglicht.
ÜBERSICHT
In einer Ausführungsform wird ein anisotropes leitfähiges Material offenbart, das ausreichend dick für den Schutz ist, aber ermöglicht, dass ein Fingerabdrucksensor einen Fingerabdruck durch das Material hindurch genau abbildet. Das anisotrope leitfähige Material ist in einer Richtung, wie etwa einer zur Oberfläche eines Fingerabdrucksensors senkrechten Richtung, wesentlich leitfähiger als in anderen Richtungen, was die kapazitive Kopplung des Fingerabdrucks an die Sensoroberfläche erhöht, sodass der Fingerabdrucksensor den Fingerabdruck durch das Material hindurch genau abbilden kann.
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Bilden eines anisotropen leitfähigen Materials offenbart. Das anisotrope leitfähige Material ist in einer Richtung wesentlich leitfähiger als in anderen Richtungen.
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Abbilden eines Fingerabdrucks durch einen Fingerabdrucksensor offenbart, der mit einem anisotropen leitfähigen Material überzogen ist, das ausreichend dick ist, um für Schutz zu sorgen, aber ermöglicht, dass der Fingerabdrucksensor einen Fingerabdruck durch das Material hindurch genau abbilden kann. Das anisotrope leitfähige Material ist in einer Richtung, wie etwa einer zur Oberfläche eines Fingerabdrucksensors senkrechten Richtung, wesentlich leitfähiger als in anderen Richtungen, was die kapazitive Kopplung des Fingerabdrucks an die Sensoroberfläche erhöht, sodass der Fingerabdrucksensor den Fingerabdruck durch das Material hindurch genau abbilden kann.
In einer Ausführungsform wird eine Fingerabdruckvorrichtung zum Abbilden eines Fingerabdrucks durch einen Fingerabdrucksensor offenbart, der mit einem anisotropen leitfähigen Material überzogen ist, das ausreichend dick ist, um für Schutz zu sorgen, aber ermöglicht, dass der Fingerabdrucksensor einen Fingerabdruck durch das Material hindurch genau abbilden kann. Das anisotrope leitfähige Material ist in einer Richtung, wie etwa einer zur Oberfläche eines Fingerabdrucksensors senkrechten Richtung, wesentlich leitfähiger als in anderen Richtungen, was die kapazitive Kopplung des Fingerabdrucks an die Sensoroberfläche erhöht, sodass der Fingerabdrucksensor den Fingerabdruck durch das Material hindurch genau abbilden kann.
Figurenliste

1 zeigt eine Einrichtung mit einem fingerabdruckfähigen Authentifizierungssystem.
2 zeigt ein Fingerabdruck-Abfühlsystem.
3 zeigt einen Fingerabdrucksensoraufbau.
4 zeigt ein kapazitives Sensorarray, das zum Erfassen und Abbilden von Fingerabdrücken geeignet ist.
5A-5C zeigen ein Material mit Säulen, die gemäß verschiedenen Ausführungen in einer Richtung in dem Material gebildet sind.
6A-6B zeigen ein Material mit Säulen, die gemäß verschiedenen Ausführungen in dem Material in Formen gebildet sind.
7A-7B zeigen ein Material, in dem leitfähige Elemente gemäß verschiedenen Ausführungsformen in das Material inkorporiert wurden.
8A-8C zeigen ein Material, in dem leitfähige Elemente gemäß verschiedenen Ausführungsformen in das Material inkorporiert wurden.
9A-9B zeigen die Auswirkung anisotropen leitfähigen Materials auf die elektrische Felddichte eines kapazitiven Fingerabdrucksensors gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
10A-10B zeigen die Auswirkung anisotropen leitfähigen Materials auf die Abbildung eines Fingerabdrucks durch einen Fingerabdrucksensor gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
11A-11B zeigen die gemessene Kapazität gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
12A-12I zeigen Anordnungen von Säulen gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
13 zeigt eine Anordnung von Säulen gemäß einer Ausführungsform.
14A-14B zeigen einen Fingerabdrucksensoraufbau gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
15 zeigt einen System-Fingerabdrucksensoraufbau gemäß einer Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der nachfolgenden Beschreibung werden zu Zwecken der Erläuterung zahlreiche spezifische Einzelheiten beschrieben, um für ein umfassendes Verständnis der Ausführungsformen der hierin erörterten Erfindung zu sorgen. Der Fachmann wird jedoch einsehen, dass diese und andere Ausführungsformen ohne diese spezifischen Einzelheiten ausgeführt werden können. In anderen Fällen sind wohlbekannte Schaltungen, Aufbauten und Techniken nicht im Einzelnen gezeigt, sondern in einem Blockdiagramm, um zu vermeiden, dass ein Verständnis dieser Beschreibung unnötig verschleiert wird.
In dieser Beschreibung bedeutet der Verweis auf „eine Ausführungsform“, dass ein bestimmtes Merkmal, ein bestimmter Aufbau oder eine bestimmte Eigenschaft, das bzw. die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung enthalten ist. Der Ausdruck „in/bei einer Ausführungsform“, der sich an verschiedenen Stellen in dieser Beschreibung befindet, verweist nicht unbedingt auf dieselbe Ausführungsform.
Im Interesse der Einfachheit und Klarheit der Darstellung können Bezugszeichen unter den Figuren wiederholt werden, um entsprechende oder analoge Elemente zu kennzeichnen. Es werden zahlreiche Einzelheiten dargelegt, um für ein Verständnis der hierin beschriebenen Ausführungsformen zu sorgen. Die Beispiele können ohne diese Einzelheiten ausgeführt werden. In anderen Fällen sind wohlbekannte Verfahren, Abläufe und Komponenten nicht im Einzelnen beschrieben, um zu vermeiden, dass die beschriebenen Beispiele verschleiert werden. Die Beschreibung soll nicht als auf den Umfang der hierin beschriebenen Beispiele beschränkt betrachtet werden.
Abfühlen und Abbilden von Fingerabdrücken
1 zeigt eine Ausführungsform einer Einrichtung 100 mit einem fingerabdruckfähigen Authentifizierungssystem. Bei der Einrichtung 100 kann es sich um eine mobile Kommunikationseinrichtung handeln, die einen Fingerabdrucksensor 101 beinhaltet, der den Benutzerzugriff auf Einrichtungsanwendungen ermöglichen kann. Bei der Oberfläche 102 kann es sich um einen Anzeige- oder Berührungsbildschirm handeln. Andere Ausführungsformen von Einrichtungen oder Systemen System mit fingerabdruckfähigen Authentifizierungssystemen können eine Kfz-Konsole, ein Industrie-Bedienfeld, eine Heimsicherheitskonsole und ein Eintritts-Pad umfassen.
Bei jeder derartigen Einrichtung oder jedem derartigen System kann ein Fingerabdruck unter Verwendung eines Fingerabdrucksensors 101 abgebildet werden, wobei das Abbilden eines Fingerabdrucks das Erfassen eines Fingerabdrucks und das Erzeugen eines Satzes Datenwerte oder „Fingerabdruckdaten“, die den Fingerabdruck in digitalem Format darstellen, beinhalten. Die Fingerabdruckdaten können dann in einer Speicherstelle gespeichert werden. Anschließend kann ein zweiter Fingerabdruck abgebildet werden. Der erste Satz und der zweite Satz Fingerabdruckdaten können verglichen werden, um zu bestimmen, ob sie gemeinsame Fingerabdruckmerkmale aufweisen. Wenn bestimmt wird, dass die zwei Sätze Fingerabdruckdaten eine bedeutende Zahl von Merkmalen gemein haben, kann die Einrichtung es dem Benutzer ermöglichen, auf die Einrichtung oder das System zuzugreifen.
2 zeigt einen Fingerabdrucksensor 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Der Fingerabdrucksensor 200 umfasst eine Sensoroberfläche 201. Ein Abschnitt eines einen Fingerabdruck umfassenden Fingers 210 oder die „Fingerkuppe“ 220 kann in direktem Kontakt mit oder in unmittelbarer Nähe der Sensoroberfläche 202 angeordnet sein. Der Fingerabdrucksensor 201 beinhaltet ein Array von kapazitiven Sensoren 203 (nicht abgebildet). Die Sensoroberfläche 202 kann über dem Array 203 angeordnet sein, das als Reaktion auf den Kontakt oder die Nähe von Fingerabdruckmerkmalen des Fingers 210 Kapazitätsänderungen erfährt. Der Fingerabdrucksensor 201 kann an einen Prozessor oder Kontroller 206 gekoppelt sein. Der Prozessor/Kontroller 206 kann dazu konfiguriert sein, der gemessenen Kapazität an und/oder zwischen kapazitiven Abfühlelementen 203 entsprechende Spannungs- oder Stromsignale von kapazitiven Abfühlelementen 203 zu empfangen und die Spannungs- oder Stromsignale in Fingerabdruckdaten umzuwandeln, die durch die visuelle Darstellung eines Fingerabdrucks 212 dargestellt werden.
3 zeigt einen Fingerabdrucksensoraufbau 300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Der Fingerabdrucksensoraufbau 300 umfasst einen Fingerabdrucksensor 301, der ein Tx-Elektroden 302 und Rx-Elektroden 303 beinhaltendes Sensorarray und eine Sensoroberfläche 304 beinhaltet. Der Fingerabdrucksensoraufbau 300 umfasst einen Überzug 306 und eine Zwischenschicht 305, bei der es sich um Glas, um eine Sensoroberfläche bereitzustellen, oder um Klebstoff zum Anbringen des Überzugs 306 oder um Lack zur Farbangleichung handeln kann. Bei anderen Ausführungsformen kann es mehr als eine Zwischenschicht zwischen der Sensoroberfläche 304 und dem Überzug 306 oder zwischen dem Überzug 306 und dem Fingerabdruck-Pad 307 geben.
4 zeigt eine Ausführungsform eines kapazitiven Sensorarrays 400, das zum Erfassen und Abbilden von Fingerabdrücken geeignet ist. Das kapazitive Sensorarray 400 kann eine Zahl von Elektroden umfassen, die in einer ersten Achse in einem Array 402 von Zeilenelektroden 404 und in einer zweiten Achse in Spaltenelektroden 406 angeordnet sind. 4 zeigt acht Zeilenelektroden 404 und acht Spaltenelektroden 406, es können jedoch entlang beiden Achsen erheblich mehr Elektroden angeordnet sein. Je nach Größe des Arrays kann es dutzende oder hunderte von Elektroden für jede Zeile und Spalte geben. Die genaue Größe und Beabstandungen der Elektroden können von den Auslegungsanforderungen an das System abhängen.
Ein kapazitives Fingerabdrucksensorarray umfasst kapazitive Abfühlelemente, die zum Erfassen, Bestimmen von Positionen von, Verfolgen und/oder Abbilden der Merkmale des Fingerabdrucks auf oder in der Nähe einer Sensoroberfläche geeignet sind. Ein kapazitives Abfühlelement kann eine Elektrode, eine diskrete Einheit von Elektroden oder eine Kreuzung von Elektroden umfassen, von denen ein Messwert oder ein Signal erhalten werden kann, das von von anderen Abfühlelementen in dem kapazitiven Sensorarray erhaltenen Messwerten/Signalen separat und verschieden ist. Eine Elementarzelle bezieht sich auf einen diskreten Bereich des kapazitiven Sensorarrays, in dem jeder Punkt innerhalb der Elementarzelle näher an einem Abfühlelement als an einem benachbarten Abfühlelement liegt.
Kapazitive Fingerabdrucksensoren funktionieren durch Messen der Kapazität eines kapazitiven Abfühlelements und Erfassen einer Kapazitätsänderung, die eine Anwesenheit oder Abwesenheit von Fingerabdruckmerkmalen angibt. Fingerabdruckmerkmale können Bögen, Schleifen und Wirbel bildende Rillen und Erhebungen umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Wenn zum Beispiel eine Fingerabdruckerhebung mit einem Abfühlelement in Kontakt gelangt oder sich in unmittelbarer Nähe dazu befindet, kann die von der Fingerabdruckerhebung verursachte Kapazitätsänderung erfasst werden. Die Kapazitätsänderung, die als Reaktion auf ein Fingerabdruckmerkmal gemessen werden kann, beträgt etwa 0,05 fF. Die Kapazitätsänderung der Abfühlelemente kann mittels elektrischer Schaltungen gemessen werden, die die von den kapazitiven Abfühlelementen gemessenen Kapazitäten in digitale Werte umwandelt, aus denen Fingerabdruckdaten hergeleitet werden können. Wie hierin verwendet, bezieht sich „Fingerabdruckdaten“ auf einen Satz Datenwerte, die einen Fingerabdruck in digitalem Format darstellen. Bei manchen Ausführungsformen kann es sich bei den Fingerabdruckdaten um einen Datensatz handeln, der die Rillen und Erhebungen eines Fingerabdrucks mit ihren Bögen, Schleifen und Wirbeln visuell darstellt. Bei anderen Ausführungsformen können die Fingerabdruckdaten einen Fingerabdruck in einer nicht visuellen Form digital darstellen.
Ein Fingerabdrucksystem, wie es in 4 gezeigt ist, kann gewisse Merkmale umfassen, um die genaue Abbildung eines Fingerabdrucks zu ermöglichen. Bei einer Ausführungsform kann die Beabstandung der Zeilenelektroden und Spaltenelektroden ausreichend klein sein, dass mehrere Zeilen oder Spalten in einer Rille oder entlang einer Erhebung eines Fingerabdruckmerkmals angeordnet sein können, wenn sich ein Finger mit einer Fingerabdrucksensoroberfläche in Kontakt oder in unmittelbarer Nähe davon befindet. Bei manchen Ausführungsformen kann die Beabstandung derart gewählt sein, dass jedes Fingerabdruckmerkmal von einer Mindestzahl von kapazitiven Abfühlelementen (z. B. mindestens drei kapazitiven Abfühlelementen) erfasst werden kann. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Beabstandung der kapazitiven Abfühlelement weniger als 100 µm betragen.
Die Dicke eines über der Sensoroberfläche angeordneten Überzugs kann die Änderung der gemessenen Kapazität eines kapazitiven Abfühlelements als Reaktion auf ein nahes Fingerabdruckmerkmal beeinflussen. Überzüge, die das genaue Abbilden eines Fingerabdrucks ermöglichen, können typischerweise eine Dicke von weniger als 150 µm aufweisen. Ein dickerer Überzug kann die Änderung der gemessenen Kapazität eines kapazitiven Abfühlelements als Reaktion auf ein nahes Fingerabdruckmerkmal verringern, was die Fingerabdruckmerkmale verdecken kann.
Anisotropes leitfähiges Material
Ein auf der Sensoroberfläche angeordneter Überzug kann typischerweise aus einem isotropen leitfähigen Material hergestellt sein. Anders ausgedrückt ist die Leitfähigkeit des Materials im Wesentlichen in allen Richtungen gleich. Bei einer Ausführungsform kann der Überzug aus einem anisotropen leitfähigen Material hergestellt sein. Anisotropes leitfähiges Material kann in einer Richtung, wie etwa einer zu einer Fingerabdrucksensoroberfläche senkrechten Richtung, wesentlich leitfähiger sein als in anderen Richtungen. Die Auswirkung anisotropen leitfähigen Materials auf das Abfühlen von Fingerabdrücken wird nachfolgend weiter erörtert.
5A-5C zeigen ein Verfahren zum Bilden von anisotropem leitfähigem Material durch Bilden leitfähiger Bahnen oder „Säulen“ in einem Material. Die Säulen können mittels Verfahren gebildet werden, die Bohren, Durchstechen oder Perforieren, einschließlich laserunterstützter Verfahren, umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Bei den Säulen kann es sich um Bereiche in dem Material ohne das Material handeln. Die Säulen können ganz oder teilweise mit Luft, dielektrischem Material oder einem leitfähigen Material gefüllt werden. Die Säulen können mittels Verfahren mit Material gefüllt werden, die das Einkleben von Material in die Säulen, das Galvanisieren der Säulen oder das Abscheiden von Mikropartikeln umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Die Säulen können ganz oder teilweise gefüllt werden. Die Säulen können mit einem leitfähigen Material beschichtet werden. Das leitfähige Material kann Kupfer oder Indiumzinnoxid umfassen.
5A zeigt ein Material 512 mit Säulen 511, die von einer Oberfläche des Materials 512 aus in einer Richtung vollständig durch das Material hindurch gebildet sind. Durch das Material gehende Säulen können bei manchen Ausführungsformen bevorzugt sein, da sie eine gleichmäßige Tiefe und Leitfähigkeit bereitstellen können, da die durch das Material gehenden Säulen genau der Dicke des Materials, das sie durchdringen, entsprechen. Wie nachfolgend weiter beschrieben, können gleichmäßige Tiefe und Leitfähigkeit das Abfühlen von Fingerabdrücken durch das anisotrope leitfähige Material hindurch verbessern. Mit durch das Material gehenden Säulen gebildetes Material kann abgeschliffen werden, um das Material auf eine gewünschte Dicke zu reduzieren. Nach dem Bilden der Säulen können eine oder beide der Oberflächen des Materials mit durch das Material gehenden Säulen mit einer dünnen Schicht eines Deckmaterials bedeckt werden, um eine Oberfläche zum Aufnehmen eines Fingerabdrucks bereitzustellen. Das Deckmaterial würde über die Oberfläche des anisotropen leitfähigen Materials hinweg eine kontrollierte Dicke aufweisen. 5B zeigt ein Material 522 mit vollständig durch das Material 522 hindurch gebildeten Säulen 521 und mit einem Deckmaterial 523. 5C zeigt ein Material 532 mit vollständig durch das Material 532 hindurch gebildeten Säulen 531 und mit einem Deckmaterial 533.
5B zeigt ein Material 522 mit Säulen 521, die teilweise durch das Material 522 hindurch gebildet sind. Teilweise durch ein Material hindurch gebildete Säulen können „Blindsäulen“ genannt werden. Blindsäulen können es unnötig machen, ein Zwischenmaterial anzubringen, um eine Oberfläche zum Aufnehmen eines Fingerabdrucks bereitzustellen. Mit Blindsäulen gebildetes Material kann abgeschliffen werden, um das Material auf eine gewünschte Dicke zu reduzieren.
Die Säulen können in unterschiedlichen Formen gebildet werden. 5A-5C zeigen in Form eines Zylinders ausgebildete Säulen 511, 521 und 531. 6A zeigt ein Material 610 mit in Form eines Konus ausgebildeten Säulen 611. 6B zeigt ein Material 620 mit Säulen 621, die in Form eines Zylinders mit Platten 622 an jedem Ende ausgebildet sind. Ein Zylinder mit einer oder zwei Platten 622 kann eine kleinere kapazitive Kopplung an benachbarte Säulen aufweisen als Zylinder und gleichzeitig große Bereiche an jeder Oberfläche für die starke Kopplung an einen Fingerabdruck und einen Fingerabdrucksensor bereitstellen. Bei anderen Ausführungsformen können die Säulen in anderen Formen ausgebildet sein.
7A und 7B zeigen ein anderes Verfahren zum Bilden von anisotropem leitfähigem Material durch Inkorporieren von leitfähigen Elementen in einem Material. 7A zeigt ein Material 710, in dem leitfähige Elemente 711 auf zufällige Weise inkorporiert wurden. Bei einer Ausführungsform können die eingebetteten leitfähigen Partikel einen Durchmesser von weniger als 20 µm aufweisen. 7B zeigt Material 710, nachdem eine elektrische oder magnetische Feldkraft 720 während eines Fertigungsschritts auf das Material 710 aufgebracht wurde. Ein elektrisches oder magnetisches Feld 720 kann in einer im Wesentlichen zu der Materialoberfläche 740 und der Materialoberfläche 750 senkrechten Richtung angelegt werden. Die Richtung des angelegten elektrischen oder magnetischen Felds 720 wird von dem Pfeil angegeben. Die elektrische oder magnetische Feldkraft kann die leitfähigen Elemente 711 in der Richtung des angelegten elektrischen oder magnetischen Felds 720 ausrichten und somit das Äquivalent von „Säulen“ 730 bilden, die in der Richtung des angelegten elektrischen oder magnetischen Felds 720 ausgerichtet sind. Somit weist das Material 710 eine erhöhte Leitfähigkeit in der Ausrichtungsrichtung der Säulen 730 auf. Bei einer bestimmten Ausführungsform handelt es sich bei den leitfähigen Elementen um ferroelektrische leitfähige Partikel und es wurde ein Magnetfeld angelegt. Bei anderen Ausführungsformen können andere leitfähige Elemente 711, wie etwa leitfähige Fäden, verwendet werden. Bei anderen Ausführungsformen können leitfähige Elemente 711 ausgerichtet werden, um das Äquivalent zu Säulen 730 zu bilden, indem ein elektrisches Feld in einer zu der Materialoberfläche 740 und der Materialoberfläche 750 im Wesentlichen senkrechten Richtung an das Material 710 angelegt wird. Bei noch anderen Ausführungsformen können die leitfähigen Elemente 711 ausgerichtet werden, um das Äquivalent zu Säulen 730 zu bilden, indem Druck in einer zu der Materialoberfläche 740 und der Materialoberfläche 750 im Wesentlichen senkrechten Richtung über das Material 710 hinweg ausgeübt wird.
8A-8B zeigen ein anderes Verfahren zum Bilden von anisotropem leitfähigem Material durch Inkorporieren von leitfähigen Elementen in einem Material. 8A zeigt ein Material 801, in dem leitfähige Elemente 802 derart in einem Material gebildet wurden, dass die leitfähigen Elemente von einer Oberfläche zu einer zweiten Oberfläche des Materials ausgerichtet sind und in einer Richtung durch das Material hindurch reichen, sodass „Säulen“ ausgebildet werden. 8B zeigt ein Material 811, in dem leitfähige Elemente 812 derart in einem Material gebildet wurden, dass die leitfähigen Elemente in einer Richtung von einer Oberfläche zu einer zweiten Oberfläche des Materials ausgerichtet sind, aber durch das Material hindurch reichen, sodass „Säulen“ ausgebildet werden. 8C zeigt ein Material 821, in dem leitfähige Elemente 822 in einem Material gebildet wurden, sodass die leitfähigen Elemente in der Richtung 833 von einer Oberfläche des Materials aus ausgerichtet sind, und wobei der Abstand zwischen den leitfähigen Elementen in der Richtung 833 kleiner ist als der Abstand zwischen den leitfähigen Elementen in der anderen Richtungen, sodass „Säulen“ ausgebildet werden. Somit weist das Material 801, 811 und 821 eine erhöhte Leitfähigkeit in der Ausrichtungsrichtung 833 der Säulen auf. Die leitfähigen Elemente von 8A-8C können Nanodrähte, Plättchen, Mikropartikel oder Stäbe beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt. Die in 8A-8C gezeigten leitfähigen Elemente können leitfähige Elemente beinhalten, die gleich oder ähnlich wie die in 5A-5C, 6A-6B und 7A-7B offenbarten sind.
Anisotropes leitfähiges Material kann mit starren Materialien gebildet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Glas, Keramik oder Kunststoff. Anisotropes leitfähiges Material kann mit nicht starren Materialien gebildet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Folie oder Textilstoff.
Anisotropes leitfähiges Material und Abfühlen von Fingerabdrücken
9A und 9B zeigen die Auswirkung von Säulen in anisotropem leitfähigem Material auf die elektrische Felddichte eines kapazitiven Fingerabdrucksensors, der einen Fingerabdruck abbildet. 9A zeigt einen Gegenkapazitäts-Fingerabdrucksensor 900, der eine Tx-Elektrode 911, Rx-Elektroden 901, 902 und 903, eine Sensoroberfläche 904 und ein Überzugmaterial 905 beinhaltet. In diesem Beispiel beinhaltet ein Abfühlelement die Kreuzung der Tx-Elektrode 911 und einer Rx-Elektrode 901, 902 oder 903. Das Abfühlelement 912 beinhaltet die Kreuzung der Tx-Elektrode 911 und der Rx-Elektrode 902; das Abfühlelement 913 beinhaltet die Kreuzung der Tx-Elektrode 911 und der Rx-Elektrode 901. In diesem Beispiel entsprechen die Rx-Elektroden 901, 902 und 903 den Spaltenelektroden 404 in 4 und die Tx-Elektrode 911 entspricht den Spaltenelektroden 406 in 4. Der Gegenkapazitäts-Fingerabdrucksensor 900 misst die Gegenkapazitätsänderung der Abfühlelemente 912 oder 913 in Anwesenheit des Fingers 909 auf einer Oberfläche 906 des Überzugmaterials 905. Der Betrag der von den Abfühlelementen 912 und 913 gemessenen Abnahme der Gegenkapazität wird durch die Zahl von Feldlinien 907 dargestellt, die von der Tx-Elektrode 911 an den Finger 909 koppeln, statt an die Rx-Elektroden 901 und 902 zu koppeln. In diesem Beispiel sind die Feldlinien eine Abstraktion der Stärke der kapazitiven Kopplung zwischen den Abfühlelementen 912 und 913 und dem Finger 909. 9A zeigt, dass die Fingerabdruckerhebung 910 durch das Material 905 hindurch schwach an die Abfühlelemente 912 und 913 gekoppelt ist, was eine geringe Abnahme der gemessenen Gegenkapazität bewirkt, wie durch die einzige Feldlinie 908 dargestellt wird, die von den Abfühlelementen 912 und 913 zu der Erhebung 910 umgelenkt wird.
9B zeigt einen Gegenkapazitäts-Fingerabdrucksensor 950, der eine Tx-Elektrode 963, Rx-Elektroden 951, 952 und 953, eine Sensoroberfläche 954 und ein Überzugmaterial 955 beinhaltet. In diesem Beispiel beinhaltet ein Abfühlelement die Kreuzung der Tx-Elektrode 963 und einer Rx-Elektrode 951, 952 oder 953. Das Abfühlelement 964 beinhaltet die Kreuzung der Tx-Elektrode 963 und der Rx-Elektrode 952; das Abfühlelement 964 beinhaltet die Kreuzung der Tx-Elektrode 911 und der Rx-Elektrode 951. Das Überzugmaterial 955 beinhaltet die Säulen 959 und 960. Der Betrag der von den Abfühlelementen 964 und 965 in Anwesenheit des Fingers 961 auf einer Oberfläche 956 des Überzugmaterials gemessenen Abnahme der Gegenkapazität wird durch die Zahl der Feldlinien 958 dargestellt, die von der Tx-Elektrode 963 an den Finger 961 koppeln, statt an die Rx-Elektroden 964 und 965 zu koppeln. 9B zeigt, dass die Fingerabdruckerhebung 962 durch die Säule 959 hindurch stark an die Abfühlelemente 964 und 965 gekoppelt ist, was eine Abnahme der gemessenen Gegenkapazität bewirkt, wie durch die vier Feldlinien 958 dargestellt wird, die durch die Säule 959 hindurch von den Abfühlelementen 964 und 965 weg an die Erhebung 962 gekoppelt sind. Anders ausgedrückt wirkt die Säule 959 als eine Führung für das elektrische Feld, die die kapazitive Kopplung der Fingerabdruckerhebung 962 an die Abfühlelemente 964 und 965 erhöht und die Änderung der gemessenen Kapazität der Abfühlelemente 964 und 965 erhöht. Die Zunahme des Betrags der Abnahme der gemessenen Gegenkapazität bei Verwendung des die Säulen 959 und 960 beinhaltenden Materials 955, verglichen mit dem Material 905 ohne Säulen, wird durch die Zunahme der Zahl von Feldlinien dargestellt, die von den Abfühlelementen 964 und 965 weg an die Fingerabdruckerhebung 962 gekoppelt sind. In den Beispielen von 9A und 9B wird die Zunahme bei Verwendung des Materials 955 mit den Säulen 959 und 960 durch die vier Feldlinien 958, gegenüber der einen Feldlinie 908 für das Material 905 ohne Säulen, dargestellt. Es versteht sich, dass in Bezug auf die Leitfähigkeit anisotropes Material ebenso mit Eigenkapazitäts-Fingerabdrucksensoren verwendet werden kann, bei denen die erhöhte kapazitive Kopplung der Säule eine Zunahme der von den Abfühlelementen gemessenen Kapazitätsänderung bewirkt. Es versteht sich außerdem, dass die Ausrichtung der Säulen 959 und 960 auf die Fingerabdruckerhebungen 962 und 966 lediglich beispielhaft ist; die Säulen können auf die Fingerabdrucksäulen und/oder Fingerabdruckrillen ausgerichtet sein oder nicht.
10A und 10B zeigen ein anderes Beispiel der Auswirkung von anisotropem leitfähigem Material auf das Abbilden eines Fingerabdrucks durch einen Fingerabdrucksensor. 10A zeigt einen Eigenkapazitäts-Fingerabdrucksensor 1000, der eine Elektrode 1001, eine Sensoroberfläche 1004 und ein Überzugmaterial 1005 beinhaltet. In diesem Beispiel beinhaltet das Abfühlelement 1012 die Elektrode 1001. Der Eigenkapazitäts-Fingerabdrucksensor 1000 misst die Eigenkapazitätsänderung des Abfühlelements 1012 in Anwesenheit des einer Fingerabdruckrille entsprechenden Fingerabdruckmerkmals 1006 und des einer Fingerabdruckerhebung entsprechenden Fingerabdruckmerkmals 1007 auf der Oberfläche 1008 des Überzugmaterials 1005. Die Fingerabdruckmerkmale 1006 und 1007 werden zerstreut, wenn sie durch das Überzugmaterial 1005 hindurch kapazitiv an das Abfühlelement 1012 gekoppelt werden. Das Zerstreuen oder „Verwischen“ der Fingerabdruckmerkmale 1006 und 1007 durch das Überzugmaterial 1005 hindurch wird durch die Linien 1010 dargestellt. In diesem Beispiel sind die Linien 1010 eine Abstraktion der Zerstreuung der Fingerabdruckmerkmale 1006 und 1007 durch das Überzugmaterial 1005 hindurch zu den Abfühlelementen 1012. 10A zeigt, dass das Zerstreuen der Fingerabdruckmerkmale 1006 und 1007 durch das Überzugmaterial 1005 hindurch ermöglichen kann, dass jedes Fingerabdruckmerkmal 1006 und 1007 kapazitiv an mehrere Abfühlelemente 1012 gekoppelt wird, und kann außerdem ermöglichen, dass das Abfühlelement 1012 kapazitiv an mehrere Fingerabdruckmerkmale 1006 und 1007 gekoppelt wird. Das Erhöhen der Zahl von Fingerabdruckmerkmalen 1006 und 1007, die kapazitiv an ein Abfühlelement 1012 gekoppelt werden, oder das Erhöhen der Zahl von Abfühlelementen 1012, die kapazitiv an jedes der Fingerabdruckmerkmale 1006 und 1007 gekoppelt werden, verringert die Genauigkeit der Fingerabdruckabbildung durch das Abfühlelemente 1012 und damit durch den Fingerabdrucksensor 1000.
10B zeigt einen Eigenkapazitäts-Fingerabdrucksensor 1050, der eine Elektrode 1051, eine Sensoroberfläche 1054 und anisotropes leitfähiges Material 1055 beinhaltet. Die Richtung erhöhter Leitfähigkeit im anisotropen leitfähigen Material 1055 wird von dem Pfeil 1059 dargestellt. In diesem Beispiel beinhaltet das Abfühlelement 1062 die Elektrode 1051. Der Eigenkapazitäts-Fingerabdrucksensor 1050 misst die Eigenkapazitätsänderung des Abfühlelements 1062 in Anwesenheit der Fingerabdruckmerkmale 1056 und 1057 auf der Oberfläche 1058 des anisotropen leitfähigen Materials 1055. Die Fingerabdruckmerkmale 1056 und 1057 können zerstreut werden, wenn sie durch das anisotrope leitfähige Material 1055 hindurch an das Abfühlelement 1062 gekoppelt werden. Die Zerstreuung der Fingerabdruckmerkmale 1056 und 1057 durch das anisotrope leitfähige Material 1055 hindurch wird von den Linien 1060 dargestellt. 10B zeigt, dass die Zerstreuung der Fingerabdruckmerkmale 1056 und 1057 durch das anisotrope leitfähige Material 1055 hindurch geringer ist als die Zerstreuung der Fingerabdruckmerkmale 1006 und 1007 durch das in 10A gezeigte Überzugmaterial 1005. Die Säulen (nicht abgebildet) des anisotropen leitfähigen Material 1055 können wie Führungen für das elektrische Feld wirken, die die Zerstreuung der Fingerabdruckmerkmale, wie sie vom Abfühlelement 1062 abgefühlt werden, verringern. Das Verringern der Zerstreuung der Fingerabdruckmerkmale 1056 und 1057 kann ermöglichen, dass jedes Fingerabdruckmerkmal 1056 und 1057 an weniger Abfühlelemente 1062 kapazitiv gekoppelt wird, und kann ermöglichen, dass jedes Abfühlelement 1062 an weniger Fingerabdruckmerkmale 1056 und 1057 kapazitiv gekoppelt wird, wodurch die Genauigkeit der Fingerabdruckabbildung durch den Fingerabdrucksensor 1050 erhöht wird. Es versteht sich, dass in Bezug auf die Leitfähigkeit anisotropes Material ebenso mit Gegenkapazitäts-Fingerabdrucksensoren verwendet werden kann, wobei die verringerte Zerstreuung von Fingerabdruckmerkmalen ebenfalls ermöglichen kann, dass jedes Fingerabdruckmerkmal an weniger Abfühlelemente 1062 kapazitiv gekoppelt wird, und ermöglichen kann, dass jedes Abfühlelement an weniger Fingerabdruckmerkmale kapazitiv gekoppelt wird, wodurch die Genauigkeit der Fingerabdruckabbildung durch den Gegen-Fingerabdrucksensor erhöht wird.
11A und 11B zeigen weiter ein Beispiel der Auswirkung von anisotropem leitfähigem Material auf das Abbilden eines Fingers durch einen Eigenkapazität nutzenden Fingerabdrucksensor. In den Diagrammen von 11A und 11B stellen die y-Achsen die gemessene Kapazität in Femtofarad (fF) dar. Position 0 auf den x-Achsen stellt einen Übergang zwischen einer Rille und einer Erhebung eines gedachten Fingerabdrucks dar. Die Diagramme zeigen die Änderung der gemessenen Kapazität zwischen einer Fingerabdruckrille und einer Fingerabdruckerhebung bei Verwendung von Überzugmaterialien unterschiedlicher Dicke (100 µm bis 550 µm), die sich sowohl mit dem Fingerabdruck als auch der Fingerabdrucksensoroberfläche in Kontakt befinden. 11A zeigt die Änderung der gemessenen Kapazität bei Verwendung von Überzugmaterial ohne Säulen. Die Linie 1101 gibt die gemessene Kapazität eines gedachten Fingerabdrucks an, wenn das Überzugmaterial 100 µm dick ist. An der x-Achsenposition -2, die einer Rille entspricht, beträgt die gemessene Kapazität auf der Linie 1101 ungefähr 0,6 fF. An der x-Achsenposition 6, die einer Erhebung entspricht, beträgt die gemessene Kapazität der Linie 1101 ungefähr 1,7 fF. Somit beträgt die gemessene Kapazitätsänderung der Linie 1101 ungefähr 1,1 fF. Die Linie 1104 gibt die gemessene Kapazität eines gedachten Fingerabdrucks an, wenn das Überzugmaterial 550 µm beträgt. An der x-Achsenposition -2, die einer Rille entspricht, beträgt die gemessene Kapazität der Linie 1104 ungefähr 0,35 fF. An der x-Achsenposition 6, die einer Erhebung entspricht, beträgt die gemessene Kapazität der Linie 1104 ungefähr 0,40 fF. Somit beträgt die gemessene Kapazitätsänderung der Linie 1104 ungefähr 0,05 fF.
11 B zeigt ein Beispiel der Änderung der gemessenen Kapazität bei Verwendung von Überzugmaterial mit Säulen. Die Linie 1151 gibt die gemessene Kapazität eines gedachten Fingerabdrucks an, wenn das Überzugmaterial mit Säulen 100 µm beträgt. An der x-Achsenposition -2, die einer Rille entspricht, beträgt die gemessene Kapazität der Linie 1151 ungefähr 0,4 fF. An der x-Achsenposition 6, die einer Erhebung entspricht, beträgt die gemessene Kapazität der Linie 1151 ungefähr 1,7 fF. Somit beträgt die gemessene Kapazitätsänderung der Linie 1151 ungefähr 1,3 fF. Die Linie 1154 gibt die gemessene Kapazität eines gedachten Fingerabdrucks an, wenn das Überzugmaterial mit Säulen 550 µm beträgt. An der x-Achsenposition -2, die einer Rille entspricht, beträgt die gemessene Kapazität der Linie 1154 ungefähr 0,6 fF. An der x-Achsenposition 6, die einer Erhebung entspricht, beträgt die gemessene Kapazität der Linie 1114 ungefähr 1,7 fF. Somit beträgt die gemessene Kapazitätsänderung ungefähr 1,1 fF.
Wie in 11A und 11B gezeigt, nimmt die gemessene Kapazitätsänderung bei Verwendung von herkömmlichem Material (ohne Säulen) mit zunehmender Überzugdicke deutlich ab. Die gemessene Kapazitätsänderung nimmt bei Verwendung von Material mit Säulen mit zunehmender Überzugdicke weniger stark ab. Anders ausgedrückt wirken die Säulen wie eine Führung für das elektrische Feld, die die kapazitive Kopplung von Fingerabdruckmerkmalen an die Abfühlelemente erhöht, wodurch die Abnahme der gemessenen Kapazitätsänderung infolge der Nähe von Fingerabdruckmerkmalen, wie etwa Erhebungen, durch einen dicken Überzug hindurch verringert wird. Die Verwendung eines Überzugs mit Säulen erhöht somit deutlich die Dicke des Überzugmaterials, durch das hindurch der Fingerabdrucksensor einen Fingerabdruck genau abbilden kann.
Die Genauigkeit der Fingerabdruckabbildung nimmt mit zunehmender Zahl von kapazitiven Abfühlelementen, die jedes Fingerabdruckmerkmal erfassen können, zu. Das Erhöhen der Dichte der Säulen relativ zu den kapazitiven Abfühlelementen erhöht die Zahl von Abfühlelementen, die ausreichend stark an jedes Fingerabdruckmerkmal gekoppelt werden können, um das Fingerabdruckmerkmal zu erfassen. Das Erhöhen der Dichte der Säulen relativ zu den kapazitiven Abfühlelementen verringert außerdem die Auswirkung der Ausrichtung von Säulen auf Abfühlelemente. Somit erhöht das Erhöhen der Dichte der Säulen die Genauigkeit der Fingerabdruckabbildung durch einen Überzug hindurch. Das Erhöhen der Dichte der Säulen erhöht außerdem die Dicke eines Überzugs, der das genaue Abbilden eines Fingerabdrucks ermöglichen kann.
Das Verringern der Dichte der Säulen relativ zu den kapazitiven Abfühlelementen erhöht die Auswirkung der Ausrichtung von Säulen auf Abfühlelemente. Bei einer Ausführungsform, bei der es für jedes Kapazitätsabfühlelement eine Säule gibt, erhöht die Ausrichtung jeder Säule auf ein Abfühlelement die Kopplung von Fingerabdruckmerkmalen an jedes Abfühlelement, wodurch die Genauigkeit der Fingerabdruckabbildung erhöht wird. Bei einer spezifischen Ausführungsform, bei der es für jedes Kapazitätsabfühlelement eine Säule gibt, sorgt das Zentrieren der Säulen in jeder Elementarzelle für die effektivste leitfähige Kopplung und die genaueste Fingerabdruckabbildung.
Bei einer Ausführungsform, bei der es für jedes Kapazitätsabfühlelement weniger als eine Säule gibt, ist die Genauigkeit der Fingerabdruckabbildung durch einen Überzug hindurch geringer als bei Ausführungsformen mit einer oder mehreren Säulen für jedes Kapazitätsabfühlelement. Die Genauigkeit der Fingerabdruckabbildung durch einen Überzug mit weniger als einer Säule für jedes Kapazitätsabfühlelement hindurch ist jedoch größer als die Genauigkeit der Fingerabdruckabbildung durch einen Überzug ohne Säulen hindurch.
Bei einer Ausführungsform können sich die Säulen in direktem physischen Kontakt mit den Abfühlelementen befinden. Bei anderen Ausführungsformen können sich zur einfacheren Herstellung die Säulen nicht in direktem physischen Kontakt mit den Abfühlelementen befinden. Bei einer Ausführungsform, bei der sich Säulen in direktem physischen Kontakt mit den Abfühlelementen befinden, ist die Genauigkeit der Fingerabdruckabbildung durch einen Überzug hindurch größer als bei Ausführungsformen, bei denen sich die Säulen nicht in direktem physischen Kontakt mit den Abfühlelementen befinden. Die Genauigkeit der Fingerabdruckabbildung durch einen Überzug, bei dem sich die Säulen nicht in direktem physischen Kontakt mit den Abfühlelementen befinden, hindurch ist jedoch größer als die Genauigkeit der Fingerabdruckabbildung durch einen Überzug ohne Säulen hindurch.
12A-D zeigen Ausführungsformen, bei denen Säulen in der Richtung der Säulen mit einer gleichmäßigen Dichte von einer Säule pro Gegenkapazitäts-Abfühlelement symmetrisch um eine Achse in der Richtung der Säulen angeordnet sind. 12A-D zeigen vier symmetrische Anordnungen von Säulen 1201 mit einer gleichmäßigen Dichte von einer Säule pro Gegenkapazitäts-Abfühlelement 1203, wobei das Abfühlelement 1203 die Kreuzung der Rx-Elektrode 1202 und der Tx-Elektrode 1204 beinhaltet.
12E-F zeigen Ausführungsformen, bei denen Säulen mit einer gleichmäßigen Dicht von zwei Säulen pro Gegenkapazitäts-Abfühlelement symmetrisch um eine Achse in der Richtung der Säulen angeordnet sind. 12E-F zeigen zwei symmetrische Anordnungen von Säulen mit einer gleichmäßigen Dichte von zwei Säulen pro Gegenkapazitäts-Abfühlelement 1203, wobei das Abfühlelement 1203 die Kreuzung der Rx-Elektrode 1202 und der Tx-Elektrode 1204 beinhaltet.
12G-H zeigen Ausführungsformen, bei denen Säulen mit einer gleichmäßigen Dichten von einer Säule pro Eigenkapazitäts-Abfühlelement symmetrisch um eine Achse in der Richtung der Säulen angeordnet sind. 12G-H zeigen zwei symmetrische Anordnungen von Säulen 1201 mit einer gleichmäßigen Dichte von einer Säule pro Eigenkapazitäts-Abfühlelement 1205, wobei das Abfühlelement 1205 die Elektrode 1206 beinhaltet.
12I zeigt eine Ausführungsform, bei denen Säulen mit einer gleichmäßigen Dichte von zwei Säulen pro Eigenkapazitäts-Abfühlelement symmetrisch um eine Achse in der Richtung der Säulen angeordnet sind. 12I zeigt eine symmetrische Anordnung von Säulen 1201 mit einer gleichmäßigen Dichte von zwei Säulen pro Eigenkapazitäts-Abfühlelement 1205, wobei das Abfühlelement 1205 die Elektrode 1206 beinhaltet.
Es versteht sich, dass anisotropes Material Säulen mit einer relativen Dichte von zwei oder mehr Säulen pro kapazitivem Abfühlelement für sowohl Gegenkapazität als auch Eigenkapazität beinhalten kann.
13 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Säulen 1301 mit einer gleichmäßigen Dichte von einer Säule pro Gegenkapazitätselement 1302 zufällig und asymmetrisch um eine Achse in der Richtung der Säulen angeordnet sind. Eine asymmetrische Anordnung von Säulen kann zur einfacheren Herstellung wünschenswert sein. Eine zufällige Anordnung von Säulen kann ebenfalls zur einfacheren Herstellung wünschenswert sein. Eine asymmetrische Anordnung von Säulen kann bei flexiblem Material wünschenswert sein, um zuzulassen, dass sich das Material biegt, aber dennoch für eine effektive leitfähige Kopplung durch die Säulen hindurch sorgt. Wenn die Säulen eine asymmetrische Anordnung aufweisen, kann der Fingerabdrucksensor einen Fingerabdruck genauer abbilden, wenn die asymmetrischen Säulen eine gleichmäßige Verteilungsdichte aufweisen. Wenn die Säulen eine asymmetrische Anordnung aufweisen, kann das Erhöhen der Dichte von Säulen relativ zu kapazitiven Abfühlelementen die Zahl von Abfühlelementen, die ausreichend stark an jedes Fingerabdruckmerkmal gekoppelt werden können, um das Fingerabdruckmerkmal zu erfassen, erhöht werden. Somit erhöht das Erhöhen der Dichte asymmetrisch angeordneter Säulen die Genauigkeit der Fingerabdruckabbildung.
Es versteht sich, dass ein Eigenkapazitäts-Fingerabdrucksensor außerdem einen Fingerabdruck genauer abbilden kann, wenn asymmetrische Säulen eine gleichmäßige Verteilungsdichte pro Eigenkapazitäts-Abfühlelement aufweisen, und dass das Erhöhen der Dichte asymmetrisch angeordneter Säulen die Genauigkeit der Fingerabdruckabbildung unter Verwendung von Eigenkapazitäts-Abfühlelementen erhöht.
14A zeigt einen Fingerabdrucksensoraufbau 1400, der einen Gegenkapazitäts-Fingerabdrucksensor 1401 mit Tx-Elektroden 1402 und Rx-Elektroden 1403, Zwischenmaterial 1404 und einem Überzug 1405 beinhaltet. Bei dem Zwischenmaterial 1404 kann es sich um einen Klebstoff oder einen Farbangleichungslack handeln. Der Überzug 1405 beinhaltet die Säulen 1406. Bei dieser Ausführungsform sind die Säulen 1406 symmetrisch um eine Achse in der Richtung der Säulen mit einer Dichte von einer Säule pro Gegenkapazitäts-Abfühlelement angeordnet und die Säulen 1406 sind auf die Abfühlelemente ausgerichtet. Es versteht sich, dass der Überzug 1405 mit den Säulen 1406 in anderen Anordnungen gebildet werden kann. Bei der ein Zwischenmaterial 1404 beinhaltenden Ausführungsform versteht sich, dass das Zwischenmaterial eine ausreichende Kopplung zwischen dem Fingerabdruck und den Abfühlelementen durch das Zwischenmaterial und den Überzug hindurch zulassen muss. Bei einer spezifischen Ausführungsform kann das Zwischenmaterial 1404 ebenfalls Säulen beinhalten; bei verschiedenen Ausführungsformen können der Überzug 1405 und das Zwischenmaterial 1404 mit der gleichen oder mit unterschiedlichen Anordnungen von Säulen gebildet sein.
14B zeigt einen Fingerabdrucksensoraufbau 1450, der einen Gegenkapazitäts-Fingerabdrucksensor 1451 mit Tx-Elektroden 1452 und Rx-Elektroden 1453 beinhaltet. Der Überzug 1454 beinhaltet Säulen 1455. Bei dieser Ausführungsform sind die Säulen zufällig und asymmetrisch um eine Achse in der Richtung der Säulen mit einer Dichte von einer Säule pro Gegenkapazitäts-Abfühlelement angeordnet und die Säulen 1455 sind nicht auf die Abfühlelemente, die Rx-Elektroden 1453, ausgerichtet. Diese Ausführungsform umfasst kein Zwischenmaterial.
Mit Rückverweis auf 5B kann ein Fingerabdrucksensoraufbau einen Überzug beinhalten, der Material 522, Säulen 521 und eine Abdeckschicht 523 beinhaltet. Bei der eine Abdeckschicht 523 beinhaltenden Ausführungsform versteht sich, dass die Abdeckschicht 523 eine ausreichende Kopplung zwischen dem Fingerabdruck und den Abfühlelementen durch die Abdeckschicht 523 und das Material 522 hindurch zulassen muss. Bei einer spezifischen Ausführungsform kann die Abdeckschicht 523 ebenfalls Säulen beinhalten, bei verschiedenen Ausführungsformen können das Material 522 und die Abdeckschicht 523 mit gleichen oder unterschiedlichen Anordnungen von Säulen gebildet sein.
Ein Fingerabdrucksensorüberzug, der ein anisotropes leitfähiges Material, wie mit Verweis auf 12A-14B beschrieben, beinhaltet, kann mit starren Materialien gebildet sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Glas, Keramik oder Kunststoff, oder kann mit flexiblen Materialien gebildet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Folie oder Textilstoff. Ein Fingerabdrucksensorüberzug, der ein anisotropes leitfähiges Material wie vorangehend beschrieben beinhaltet, kann derart gebildet sein, dass eine Oberfläche sich an die Krümmung eines Fingers anpassen kann; bei einer spezifischen Ausführungsform wird die Oberfläche von der Erhebungs/Rillenstruktur des Fingerabdrucks nicht verformt. Ein Fingerabdrucksensorüberzug, der anisotropes leitfähiges Material beinhaltet, das flexibel ist und/oder eine anpassungsfähige Oberfläche aufweist, kann zur einfachen Herstellung oder einfachen Anwendung wünschenswert sein. 15 zeigt einen Fingerabdruckaufbau 1500, der einen Gegenkapazitäts-Fingerabdrucksensor 1501 mit Tx-Elektroden 1502 und Rx-Elektroden 1503 beinhaltet. Bei dieser Ausführungsform beinhaltet der Überzug 1504 flexibles Material mit Säulen 1505, die zufällig und asymmetrisch um eine Achse in der Richtung der Säulen mit einer Dichte von einer Säule pro Gegenkapazitäts-Abfühlelement angeordnet sind. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Überzug eine Schicht, die starr ist, und eine Abdeckschicht, die flexibel ist und/oder eine Oberfläche aufweist, die anpassungsfähig sein kann, beinhalten.
Es versteht sich, dass diese Ausführungsformen lediglich beispielhaft sind. Andere Ausführungsformen können Eigenkapazitäts-Abfühlelemente, mehr als eine Zwischenschicht, mehr als eine Schicht aus Säulen beinhaltendem anisotropem leitfähigem Material und Material mit einer anpassungsfähigen Oberfläche umfassen.
In der vorangehenden Beschreibung werden zahlreiche Einzelheiten dargelegt. Der Fachmann, dem diese Beschreibung zur Verfügung steht, wird jedoch einsehen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne diese spezifischen Einzelheiten ausgeführt werden können. In manchen Fällen sind wohlbekannte Aufbauten und Einrichtungen in Blockdiagrammform statt im Detail dargestellt, um ein Verschleiern der Erfindung zu vermeiden.
Manche Abschnitte der ausführlichen Beschreibung werden in Bezug auf Algorithmen und symbolische Darstellungen von Operationen an Datenbits in einem Computerspeicher dargeboten. Bei diesen algorithmischen Beschreibungen und Darstellungen handelt es sich um die vom Fachmann auf dem Gebiet der Datenverarbeitung verwendeten Mittel, um den Kern ihrer Arbeit anderen Fachleuten am effektivsten zu vermitteln. Ein Algorithmus wird hier und allgemein als in sich stimmige Folge von Schritten verstanden, die zu einem gewünschten Ergebnis führt. Die Schritte sind diejenigen, die physikalische Manipulationen physikalischer Größen erfordern. Normalerweise, aber nicht notwendigerweise liegen diese Größen in Form elektrischer oder magnetischer Signale vor, die in der Lage sind, gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen und anderweitig manipuliert zu werden. Hauptsächlich aus Gründen der gemeinsamen Nutzung hat es sich manchmal als praktisch erwiesen, diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Begriffe, Zahlen oder dergleichen zu bezeichnen.
Es ist jedoch zu bedenken, dass alle diese und ähnliche Begriffe mit den angemessenen physikalischen Größen zu assoziieren sind und lediglich praktische Bezeichnungen sind, die auf diese Größen angewandt werden. Wenn nicht spezifisch anderweitig angegeben, wird anerkannt, dass, wie aus der vorangehenden Erörterung offensichtlich, in der gesamten Beschreibung Erörterungen, die Begriffe wie „integrieren“, „vergleichen“, „ausgleichen“, „messen“, „ausführen“, „ansammeln“, „steuern“, „umwandeln“, „ansammeln“, „abtasten“, „speichern“, „koppeln“, „ändern“, „zwischenspeichern“, „anwenden“ oder dergleichen nutzen, sich auf die Aktionen und Prozesse eines Rechensystems oder einer ähnlichen elektronischen Recheneinrichtung beziehen, das bzw. die als physikalische (z. B. elektronische) Größen dargestellte Daten in den Registern und Speichern des Rechensystems manipuliert und in andere Daten, die ebenso als physikalische Größen in den Rechensystemspeichern oder -registern oder anderen derartigen Informationsspeicher-, -übertragungs- oder-anzeigeeinrichtungen dargestellt sind, umwandelt.
Die Begriffe „Beispiel“ oder „beispielhaft“ werden hierin verwendet, um als Beispiel, Fall oder Veranschaulichung bedeutend zu dienen. Jede/r Aspekt oder Auslegung, der bzw. die hierin als „Beispiel“ oder „beispielhaft“ beschrieben wird, darf nicht unbedingt als gegenüber anderen Aspekten oder Auslegungen bevorzugt oder vorteilhaft ausgelegt werden. Vielmehr soll die Verwendung der Begriffe „Beispiel“ oder „beispielhaft“ Gedanken auf konkrete Weise darlegen. Wie in dieser Anmeldung verwendet, soll der Begriff „oder“ ein inklusives „oder“ statt ein exklusives „oder“ bedeuten. Das heißt, wenn nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang klar, soll „X umfasst A oder B“ alle natürlichen inklusiven Permutationen bedeuten. Das heißt, wenn X A umfasst; X B umfasst; oder X sowohl A als auch B umfasst, wird „X umfasst A oder B“ in allen der vorangehenden Fälle erfüllt. Außerdem sind die Artikel „ein“ und „eine“, wie sie in dieser Anmeldung und den angehängten Ansprüchen verwendet werden, allgemein als „ein/e oder mehrere“ bedeutend auszulegen, es sein denn, es ist etwas anderes angegeben oder es ist aus dem Zusammenhang klar, dass sie sich auf die Singularform beziehen sollen. Darüber hinaus soll die Verwendung des Begriffs „eine Ausführungsform“ oder „eine Ausführung“ durchwegs nicht dieselbe Ausführungsform oder Ausführung bedeuten, es sei denn, sie wird als solche beschrieben.
Hierin beschriebene Ausführungsformen können sich auch auf eine Vorrichtung zum Ausführen der Vorgänge hierin beziehen. Diese Vorrichtung kann speziell für die benötigten Zwecke ausgelegt sein oder sie kann einen Allzweckcomputer umfassen, der von einem in dem Computer gespeicherten Computerprogramm selektiv aktiviert oder umkonfiguriert wird. Ein derartiges Computerprogramm kann in einem nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium, wie etwa, aber nicht beschränkt auf, einer beliebigen Art von Diskette, einschließlich Floppy-Disks, optischer Disketten, CD-ROMs und magneto-optischer Disketten, Festspeichern (ROMs), Direktzugriffsspeichern (RAMs), EPROMs, EEPROMs, magnetischer oder optischer Karten, Flash-Speichern oder einer beliebigen Art von zum Speichern elektronischer Anweisungen geeignetem Medium gespeichert sein. Der Begriff „computerlesbares Speichermedium“ ist als ein einziges Medium oder mehrere Medien (z. B. eine zentrale oder verteilte Datenbank und/oder zugehörige Zwischenspeicher und Server) umfassend aufzufassen, die einen oder mehrere Sätze Anweisungen speichern. Der Begriff „computerlesbares Medium“ soll außerdem als jedes Medium umfassend aufgefasst werden, das in der Lage ist, einen Satz Anweisungen zur Ausführung durch die Maschine zu speichern, zu codieren oder zu tragen, und das die Maschine veranlasst, eine oder mehrere der Methodologien der vorliegenden Ausführungsformen auszuführen. Der Begriff „computerlesbares Speichermedium“ soll dementsprechend so aufgefasst werden, dass er Halbleiterspeicher, optische Medien, magnetische Medien, jedes Medium, das in der Lage ist, einen Satz Anweisungen zur Ausführung durch die Maschine zu speichern, und das die Maschine veranlasst, eine oder mehrere der Methodologien der vorliegenden Ausführungsformen auszuführen, umfasst, aber nicht darauf beschränkt ist.
Die hierin dargelegten Algorithmen und Schaltungen hängen nicht grundsätzlich mit irgendeinem bestimmten Computer oder irgendeiner anderen Vorrichtung zusammen. Es können verschiedene Allzwecksysteme mit Programmen gemäß den Lehren hierin verwendet werden, oder es kann sich als praktisch erweisen, eine spezialisiertere Vorrichtung zum Ausführen der erforderlichen Verfahrensschritte zu entwickeln. Der erforderliche Aufbau für verschiedene dieser Systeme wird aus der nachfolgenden Beschreibung klar. Darüber hinaus werden die vorliegenden Ausführungsformen nicht unter Verweis auf eine bestimmte Programmiersprache beschrieben. Es versteht sich, dass verschiedene Programmiersprachen zum Implementieren der Lehren der hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden können.
Die vorangehende Beschreibung legt zahlreiche spezifische Einzelheiten dar, wie etwa Beispiele spezifischer Systeme, Komponenten, Verfahren und so weiter, um für ein gutes Verständnis mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu sorgen. Für den Fachmann ist jedoch offensichtlich, dass mindestens einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne diese spezifischen Einzelheiten umgesetzt werden können. In anderen Fällen werden wohlbekannte Komponenten oder Verfahren nicht im Einzelnen beschrieben oder werden in einfachem Blockdiagrammformat dargestellt, um das unnötige Verschleiern der vorliegenden Erfindung zu vermeiden. Somit sind die vorangehend dargelegten spezifischen Einzelheiten lediglich beispielhaft. Bestimmte Implementierungen können von diesen beispielhaften Einzelheiten abweichen und trotzdem als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegend betrachtet werden.
Es versteht sich, dass die vorangehende Beschreibung beispielhaft und nicht einschränkend sein soll. Viele andere Ausführungsformen werden für den Fachmann nach dem Lesen und Verstehen der vorangehenden Beschreibung offensichtlich sein. Der Umfang der Erfindung ist daher unter Verweis auf die angehängten Ansprüche, zusammen mit dem vollen Umfang von Entsprechungen, zu dem derartige Ansprüche berechtigt sind, zu bestimmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 15347400 [0001]
US 62/255027 [0001]
US 62316451 [0001]

Claims

Eine Vorrichtung, die Folgendes beinhaltet: einen Fingerabdrucksensor, beinhaltend eine Vielzahl einer Sensoroberfläche benachbart angeordnete kapazitive Abfühlelemente, wobei die Vielzahl von kapazitiven Abfühlelementen dazu konfiguriert ist, Fingerabdruckmerkmalen entsprechende Kapazitätsänderungen zu messen; und einen Überzug, der Folgendes beinhaltet: eine erste Überzugoberfläche, die der Sensoroberfläche benachbart angeordnet ist; und eine erste Leitfähigkeit in einer ersten Richtung zwischen der ersten Überzugoberfläche und einer zweiten Überzugoberfläche, wobei die erste Leitfähigkeit größer als eine zweite Leitfähigkeit in mindestens einer anderen Richtung ist; wobei der Überzug dazu konfiguriert ist: einen Fingerabdruck in direktem Kontakt mit oder in unmittelbarer Nähe der zweiten Überzugoberfläche aufzunehmen; und eine kapazitive Kopplung von Fingerabdruckmerkmalen an die Vielzahl von kapazitiven Abfühlelementen zu erhöhen, sodass die Vielzahl von kapazitiven Abfühlelementen Fingerabdruckmerkmalen entsprechende Kapazitätsänderungen misst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Überzug flexibel ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Überzugoberfläche dazu konfiguriert ist, sich an die Krümmung eines Fingers anzupassen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Leitfähigkeit im Wesentlichen konstant ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Überzug leitfähige Säulen beinhaltet, die in einem Material angeordnete leitfähige Elemente beinhalten, wobei die leitfähigen Säulen in der ersten Richtung ausgerichtet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die leitfähigen Säulen symmetrisch um eine Achse in der ersten Richtung in dem Material angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die leitfähigen Säulen asymmetrisch um eine Achse in der ersten Richtung in dem Material angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die leitfähigen Säulen weiter zufällig in dem Material angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, weiter beinhaltend einen Prozessor, der dazu konfiguriert ist, Messwerte der Fingerabdruckmerkmalen entsprechenden Kapazitätsänderungen zu empfangen und basierend auf Messwerten von Kapazitätsänderungen einen Satz Datenwerte zu erzeugen, der den Fingerabdruck in digitalem Format darstellt.
Ein Verfahren, das Folgendes beinhaltet: Anordnen eines Überzugmaterials über einem Sensor, wobei: der Sensor eine Vielzahl von einer Sensoroberfläche benachbart angeordneten kapazitiven Abfühlelementen beinhaltet, wobei die Vielzahl von kapazitiven Abfühlelementen dazu konfiguriert ist, einer Anwesenheit eines Gegenstands entsprechende Kapazitätsänderungen zu erfassen; das Überzugmaterial eine erste Leitfähigkeit in einer ersten Richtung zwischen einer ersten Überzugoberfläche und einer zweiten Überzugoberfläche aufweist, wobei die erste Leitfähigkeit größer als eine zweite Leitfähigkeit in mindestens einer anderen Richtung ist, und die erste Überzugoberfläche der Sensoroberfläche benachbart ist und die zweite Überzugoberfläche dazu angeordnet ist, den Gegenstand in direktem Kontakt mit oder in unmittelbarer Nähe der zweiten Überzugoberfläche aufzunehmen, sodass die erste Leitfähigkeit eine kapazitive Kopplung des Gegenstands an die Vielzahl von kapazitiven Abfühlelementen erhöht; und Erfassen, durch die kapazitiven Abfühlelemente, durch das Überzugmaterial hindurch, von Kapazitätsänderungen, die der Anwesenheit eines Objekts in direktem Kontakt mit oder in unmittelbarer Nähe der zweiten Überzugoberfläche entsprechen; Koppeln der Abfühlelemente an eine Kapazitätsmessschaltung; Empfangen, durch die Kapazitätsmessschaltung, einer Vielzahl von Spannungs- oder Stromsignalen von den kapazitiven Abfühlelementen, die Kapazitätsänderungen entsprechen; und Erzeugen, basierend auf der Vielzahl von Spannungs- oder Stromsignalen, eines Satzes von Datenwerten, der den Gegenstand in digitalem Format darstellt.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Überzugmaterial flexibel ist.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die zweite Überzugoberfläche dazu konfiguriert ist, sich an die Krümmung des Gegenstands anzupassen.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die erste Leitfähigkeit im Wesentlichen konstant ist.
Ein fingerabdrucksensorkompatibler Überzug, beinhaltend leitfähige Elemente, die derart in einem Material angeordnet sind, dass die leitfähigen Elemente in einer ersten Richtung von einer ersten Oberfläche des Materials zu einer zweiten Oberfläche des Materials ausgerichtet sind, wobei eine erste Leitfähigkeit in der ersten Richtung größer als eine zweite Leitfähigkeit in mindestens einer anderen Richtung ist.
Überzug gemäß Anspruch 14, wobei die erste Leitfähigkeit im Wesentlichen konstant ist.
Überzug gemäß Anspruch 14, wobei das Material flexibel ist.
Überzug gemäß Anspruch 14, weiter beinhaltend einen zweiten Abschnitt von Material, das über der zweiten Oberfläche angeordnet ist.
Überzug gemäß Anspruch 17, wobei der zweite Abschnitt von Material leitfähige Elemente beinhaltet, die derart in dem zweiten Abschnitt angeordnet sind, dass die leitfähigen Elemente in der ersten Richtung ausgerichtet sind, und wobei der zweite Abschnitt eine dritte Leitfähigkeit in der ersten Richtung aufweist, die größer als eine vierte Leitfähigkeit in mindestens einer anderen Richtung ist.
Verfahren zum Bilden eines fingerabdrucksensorkompatiblen Überzugmaterials, das Folgendes beinhaltet: Anordnen einer Vielzahl von leitfähigen Elementen in einem Material, sodass die leitfähigen Elemente in einer ersten Richtung von einer ersten Oberfläche des Materials zu einer zweiten Oberfläche des Materials ausgerichtet sind, wobei eine erste Leitfähigkeit in der ersten Richtung größer als eine zweite Leitfähigkeit in mindestens einer anderen Richtung ist.
Verfahren gemäß Anspruch 19, weiter beinhaltend das Ausrichten der leitfähigen Elemente in der ersten Richtung durch Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Felds an das Material in der ersten Richtung.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei die erste Leitfähigkeit im Wesentlichen konstant ist.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei das Material flexibel ist.