JP2022175012A - 生体認証装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 小型化を実現することが可能な光学式の生体認証装置を提供すること。【解決手段】 一実施形態に係る生体認証装置は、可撓性を有する樹脂基板と、樹脂基板の上に配置される光センサと、樹脂基板の上に配置される照明装置と、を備え、光センサと照明装置とは、検出対象に装着された際に検出対象を挟んで対向するように樹脂基板の上に配置され、光センサは、照明装置から照射され、検出対象を透過した光を検出する。【選択図】 図1
Description
本発明の実施形態は、生体認証装置に関する。
近年、個人認証等に用いられる生体認証装置として、光学式の生体認証装置が知られている。このような光学式の生体認証装置としては、光学式のセンサと照明装置とを別々の基板に設ける構成が知られているが、このような構成には装置規模が大きくなってしまうという問題がある。このため、光学式の生体認証装置の小型化が望まれている。
本開示は、小型化を実現することが可能な光学式の生体認証装置を提供することを目的の1つとする。
一実施形態に係る生体認証装置は、可撓性を有する樹脂基板と、前記樹脂基板の上に配置される光センサと、前記樹脂基板の上に配置される照明装置と、を具備し、前記光センサと前記照明装置とは、検出対象に装着された際に前記検出対象を挟んで対向するように前記樹脂基板の上に配置され、前記光センサは、前記照明装置から照射され、前記検出対象を透過した光を検出する。
一実施形態に係る生体認証装置は、可撓性を有する樹脂基板と、前記樹脂基板の上に配置される光センサと、前記樹脂基板の上に配置される照明装置と、を具備し、前記光センサと前記照明装置とは、平面視において互いに重畳しないように前記樹脂基板上に配置され、前記照明装置は、前記光センサを囲むように前記樹脂基板の上に配置され、前記光センサは、前記照明装置から照射され、検出対象により反射された光を検出する。
以下、図面を参照して、実施形態について説明する。
なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の趣旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実施の態様に比べて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一または類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を省略することがある。
なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の趣旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実施の態様に比べて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一または類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を省略することがある。
なお、図面には、必要に応じて理解を容易にするために、互いに直交するX軸、Y軸、および、Z軸を記載する。X軸に沿った方向をX方向または第1方向と称し、Y軸に沿った方向をY方向または第2方向と称し、Z軸に沿った方向をZ方向または第3方向と称する。X軸およびY軸によって規定される面をX-Y平面と称し、X軸およびZ軸によって規定される面をX-Z平面と称する。X-Y平面を見ることを平面視という。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る生体認証装置1の概略構成を示す模式図である。図1に示すように、生体認証装置1は、例えば指Fgに巻き付けて使用される。生体認証装置1は、同一基板上に配置されたセンサ2(光センサ)と照明装置3とを備え、センサ2と照明装置3とは指Fgを挟んで対向して配置されている。
図1は、第1実施形態に係る生体認証装置1の概略構成を示す模式図である。図1に示すように、生体認証装置1は、例えば指Fgに巻き付けて使用される。生体認証装置1は、同一基板上に配置されたセンサ2(光センサ)と照明装置3とを備え、センサ2と照明装置3とは指Fgを挟んで対向して配置されている。
照明装置3から照射された光は、指Fgを透過して、センサ2により検出される。センサ2は、透過型の光学式センサであり、指Fgを透過した光を検出することで、当該指Fgの生体情報を検出することができる。生体情報は、例えば、指紋や静脈等の血管像(静脈パターン)や脈拍、脈波、血液の状態(血中酸素濃度等)等である。照明装置3から照射される光の色は、検出対象に応じて異ならせてもよい。例えば、指紋検出の場合には、照明装置3は可視光(例えば青色または緑色)の光を照射し、静脈検出の場合には、照明装置3は赤外光の光を照射することができる。
なお、図1では、指Fgの上面側(爪側)に照明装置3が配置され、指Fgの下面側(腹側)にセンサ2が配置された場合を示したが、これに限定されず、指Fgの上面側にセンサ2が配置され、指Fgの下面側に照明装置3が配置されても構わない。
また、本実施形態では、検出対象が指Fgである場合を想定しているが、これに限定されず、センサ2と照明装置3とで挟み込むことが可能な任意の部位が検出対象になり得る。
図2は、生体認証装置1が有するセンサ2および照明装置3の配置レイアウトの一例を示す平面図である。図2に示すように、生体認証装置1は、基材11と、当該基材11の上に設けられる検出領域AAおよび周辺領域SAと、を備える。検出領域AAは、受光領域A1(第1領域)と、発光領域A2(第2領域)と、配線領域A3(第3領域)と、を含む。検出領域AAに含まれる各領域A1,A2,A3は、平面視において互いに重畳しない。
受光領域A1は、センサ2を構成する複数の第1画素PX1が設けられた領域である。第1画素PX1は基材11の上に配置される。第1画素PX1は、センサ画素または撮像画素と称されてもよい。複数の第1画素PX1は、受光領域A1内において、第1方向Xおよび第2方向Yにマトリクス状に配列される。詳しくは後述するが、複数の第1画素PX1のそれぞれには、有機受光素子OPD(図3参照)が設けられる。有機受光素子OPDは、照明装置3から照射された光であり、検出対象である指Fgを透過した光を受光し、受光した光の光量に応じた電気信号を出力する。なお、第1画素PX1には、有機受光素子OPDに変えて、PIN(Positive Intrinsic Negative)フォトダイオードが設けられてもよい。
発光領域A2は、照明装置3を構成する複数の第2画素PX2が設けられた領域である。第2画素PX2は基材11の上に配置される。複数の第2画素PX2は、発光領域A2内において、第1方向Xおよび第2方向Yにマトリクス状に配列される。詳しくは後述するが、複数の第2画素PX2のそれぞれには、発光素子LED(図3参照)が設けられる。発光素子LEDは、例えばマイクロLEDやミニLEDであり、検出対象である指Fgに向けて光を照射する。
有機受光素子OPDを含む第1画素PX1と、発光素子LEDを含む第2画素PX2の個数や大きさは、図2に示すように、互いに異なっていて構わない。一例として、1つの第1画素PX1に対して、0.1μW~1μW程度の光量が照射されるように、第2画素PX2の個数や大きさが規定されることが望ましい。
配線領域A3は、受光領域A1と発光領域A2との間に配置される領域である。配線領域A3には、第1画素PX1および第2画素PX2は配置されない。つまり、配線領域A3には、各種素子や、後述する各種ドライバ回路等は配置されない。配線領域A3には、第1画素PX1および第2画素PX2に接続される各種配線が設けられる。
周辺領域SAは、検出領域AAの外側の領域であり、第1画素PX1および第2画素PX2に接続される各種ドライバ回路等が配置される。
周辺領域SAは、検出領域AAの外側の領域であり、第1画素PX1および第2画素PX2に接続される各種ドライバ回路等が配置される。
図3は、図2に示すA-B線で切断された生体認証装置1の断面を示す断面図である。以下では、まず、受光領域A1における生体認証装置1(センサ2)の断面構造について説明する。
図3に示すように、生体認証装置1は、シート状の支持体10の上に配置された基材11を備えている。基材11としては、TFT工程中の処理温度に耐え得るものであればよく、主に石英、無アルカリガラス等のガラス基板、またはポリイミド等の樹脂基板を用いることができる。樹脂基板は可撓性を有し、シート状の生体認証装置1を構成することができる。このため、本実施形態においては、基材11が樹脂基板である場合を想定している。なお、樹脂基板としては、ポリイミドに限らず、他の樹脂材料を用いてもよい。
基材11の上には、三層積層構造のアンダーコート層12が設けられている。詳細についての図示は省略するが、アンダーコート層12は、シリコン酸化物(SiO2)で形成された最下層、シリコン窒化物(SiN)で形成された中層、およびシリコン酸化物(SiO2)で形成された最上層を有している。最下層は、基材11との密着性向上のために設けられる。中層は、外部からの水分および不純物のブロック膜として設けられる。最上層は、中層内に含有する水素原子が後述する半導体層SC側に拡散しないようにするブロック膜として設けられる。
なお、アンダーコート層12は、この構造に限定されるものではない。アンダーコート層12は、さらに積層があってもよいし、単層構造あるいは二層構造であってもよい。例えば、基材11がガラス基板である場合、シリコン窒化膜は比較的密着性がよいため、当該基材11上に直接シリコン窒化膜を形成しても構わない。
基材11の上には、遮光膜13が配置されている。遮光膜13の位置は、後にTFTを形成する箇所に合わせられている。遮光膜13は、金属材や黒色材等、遮光性を有する材料で形成されていればよい。このような遮光膜13によれば、TFTのチャネル裏面への光の侵入を抑制することができるため、基材11側から入射され得る光に起因したTFT特性の変化を抑制することが可能である。なお、遮光膜13を導電材で形成した場合には、当該遮光膜13に所定の電位を与えることで、TFTにバックゲート効果を付与することが可能である。
アンダーコート層12の上にはTFTが形成される。TFTとしては半導体層SCにポリシリコンを利用するポリシリコンTFTを例としている。但し、半導体層SCはポリシリコンに限らず酸化物半導体やアモルファスシリコンであってもよい。本実施形態において、半導体層SCは低温ポリシリコンを利用して形成されている。TFTは、NchTFT、PchTFTのいずれを用いてもよい。また、NchTFTとPchTFTを同時に形成してもよい。以下では、TFTとしてNchTFTが用いられた場合について説明する。
NchTFTの半導体層SCは、第1領域と、第2領域と、第1領域および第2領域の間のチャネル領域と、チャネル領域および第1領域の間ならびにチャネル領域および第2領域の間にそれぞれ設けられた低濃度不純物領域と、を有する。第1領域および第2領域のうちの一方はソース領域として機能し、他方はドレイン領域として機能している。
ゲート絶縁膜GIはシリコン酸化膜を用い、ゲート電極GEはMoW(モリブデン・タングステン)で形成されている。なお、ゲート電極GEは、TFTのゲート電極としての機能に加え、後述する保持容量電極としての機能も有している。ここではトップゲート型のTFTを例示しているが、TFTはボトムゲート型のTFTであってもよい。
ゲート絶縁膜GIおよびゲート電極GEの上には、パッシベーション層14が設けられている。パッシベーション層14は、ゲート絶縁膜GIおよびゲート電極GEの上に、例えば、シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜を順に積層して構成されている。
パッシベーション層14の上に、TFTの第1電極E1および第2電極E2が設けられている。第1電極E1および第2電極E2は、それぞれ三層積層構造(Ti系/Al系/Ti系)が採用され、Ti(チタン)、Tiを含む合金等Tiを主成分とする金属材料からなる最下層と、Al(アルミニウム)、Alを含む合金等Alを主成分とする金属材料からなる中層と、Ti、Tiを含む合金等Tiを主成分とする金属材料からなる最上層と、を有している。
第1電極E1は、半導体層SCの第1領域に接続され、第2電極E2は、半導体層SCの第2領域に接続されている。例えば、半導体層SCの第1領域がドレイン領域として機能する場合、第1電極E1はドレイン電極であり、第2電極E2はソース電極である。第1電極E1は、パッシベーション層14、および、TFTのゲート電極GE(保持容量電極)と共に、保持容量を形成している。
パッシベーション層14、第1電極E1および第2電極E2の上に、平坦化膜15が設けられている。平坦化膜15は、センサ2の下部電極E3とTFTとがコンタクトする領域では除去され、開口部OP1を有している。平坦化膜15としては、感光性アクリル等の有機絶縁材料が多く用いられる。これは、CVD等により形成される無機絶縁材料に比べて、配線段差のカバレッジ性や、表面の平坦性に優れている。
受光領域A1において、平坦化膜15の上には、センサ2の下部電極E3が設けられている。下部電極E3は、平坦化膜15に形成された開口部OP1を通じて第1電極E1に接続されている。
平坦化膜15および下部電極E3は、無機絶縁膜16により覆われている。無機絶縁膜16は、有機受光素子OPDと下部電極E3とがコンタクトする領域では除去され、開口を有している。無機絶縁膜16は、例えばシリコン窒化膜で形成されている。
下部電極E3および無機絶縁膜16は、複数の層からなる有機受光素子OPDにより覆われている。受光領域A1において、センサ2の下部電極E3は、無機絶縁膜16に形成された開口にて有機受光素子OPDと接触する。
なお、有機受光素子OPDは高温プロセスに耐えることができないため、後述する発光素子LEDが実装された後に形成されることが望ましい。このとき、有機受光素子OPDは、発光素子LEDの上部表面(出射面)を露出させる。
有機受光素子OPDの上には、上部電極E4が有機受光素子OPDを覆うように設けられている。上部電極E4は、受光領域A1だけでなく、発光領域A2および配線領域A3に亘って配置されている。上部電極E4は、発光素子LEDから照射され、指Fgを透過した光を受光するために、透明電極として形成される必要があり、例えばITO等を用いて形成される。
以上が、受光領域A1における生体認証装置1(センサ2)の断面構造である。
以上が、受光領域A1における生体認証装置1(センサ2)の断面構造である。
続いて、発光領域A2における生体認証装置1(照明装置3)の断面構造について説明する。なお、受光領域A1における断面構造と同様な部分についての説明は省略する。
発光領域A2において、パッシベーション層14の上には、電源配線PLが設けられている。電源配線PLは平坦化膜15によって覆われている。平坦化膜15の上には、照明装置3の下部電極E5が設けられている。下部電極E5は、平坦化膜15に形成された開口部OP2を通じて電源配線PLに接続されている。下部電極E5は無機絶縁膜16により覆われている。
発光領域A2において、パッシベーション層14の上には、電源配線PLが設けられている。電源配線PLは平坦化膜15によって覆われている。平坦化膜15の上には、照明装置3の下部電極E5が設けられている。下部電極E5は、平坦化膜15に形成された開口部OP2を通じて電源配線PLに接続されている。下部電極E5は無機絶縁膜16により覆われている。
無機絶縁膜16は、接続導電部材SOと下部電極E5とがコンタクトする領域では除去され、開口を有している。下部電極E5の上であって、無機絶縁膜16に形成された開口には接続導電部材SOが設けられている。接続導電部材SOの上には発光素子LEDが設けられている。発光素子LEDは、真上方向にしか光を出射せず、横方向には光を出射しないタイプの光源であることが望ましい。上記したように、発光素子LEDの上部表面は露出されている。
発光素子LEDの上には、各領域A1,A2,A3に亘って共通に設けられる上部電極E4が配置されている。上記したように、上部電極E4は透明電極として形成されるため、発光素子LEDからの光を取り出すことができる。
以上が、発光領域A2における生体認証装置1(照明装置3)の断面構造である。
以上が、発光領域A2における生体認証装置1(照明装置3)の断面構造である。
なお、配線領域A3については後述するためここでは詳しい説明を省略するが、図3に示すように、配線領域A3には、パッシベーション層14から支持体10の表面まで貫通した開口(貫通孔)が複数形成されると共に、複数の線部LPが設けられている。線部LPは、基材11、アンダーコート層12、ゲート絶縁膜GI、パッシベーション層14、配線Lが、基材11の側からこの順で積層された構造を有し、平坦化膜15により覆われている。
各領域A1,A2,A3に亘って配置された上部電極E4の上には、封止層17が設けられている。封止層17は、有機受光素子OPDに、外部から水分が侵入してしまうことを抑制するために設けられる。封止層17は、有機絶縁膜18およびこれを挟む一対の無機絶縁膜19の積層構造となっている。封止層17の上には、保護膜として機能する樹脂層20が設けられている。
なお、図3では図示を省略しているが、上部電極E4に電源供給するための電源配線は、例えば、第1電極E1、第2電極E2、電源配線PL、配線Lと同層に設けられる。この電源配線は、第1画素PX1および第2画素PX2毎に複数設けられてもよいし、全画素で共用するとして1つだけ設けられてもよい。但し、全画素で共用するとして電源配線が1つだけ設けられる場合、当該電源配線から離れた位置の画素ほど、上部電極E4の抵抗に基づく電圧降下により、印加される電圧が小さくなってしまう。このため、上部電極E4に電源供給するための電源配線は画素毎に設けられている方が望ましく、この場合、全画素で共用する場合に比べて低抵抗化を図ることが可能である。
図4は、生体認証装置1が有するセンサ2の構成を模式的に示す平面図である。図4に示すように、センサ2は、基材11と、受光領域A1に設けられた複数の第1画素PX1からなるセンサ部21と、第1ゲート線駆動回路GD1と、第1信号線選択回路SD1と、検出回路48と、第1制御回路102と、第1電源回路103と、を備える。第1ゲート線駆動回路GD1はセンサゲート線駆動回路と称され、第1信号線選択回路SD1はセンサ信号線選択回路と称され、第1制御回路102はセンサ制御回路と称され、第1電源回路103はセンサ電源回路と称されてもよい。
基材11には、フレキシブルプリント基板FPCを介して制御基板101が電気的に接続される。フレキシブルプリント基板FPCには、検出回路48が設けられている。制御基板101には、第1制御回路102および第1電源回路103が設けられている。
第1制御回路102は、例えばFPGA(Field Programmable Gate Array)である。第1制御回路102は、センサ部21、第1ゲート線駆動回路GD1および第1信号線選択回路SD1に制御信号を供給して、センサ部21の検出動作を制御する。第1電源回路103は、センサ電源信号VDDSNS(図7参照)等の電圧信号を、センサ部21、第1ゲート線駆動回路GD1および第1信号線選択回路SD1に供給する。
第1ゲート線駆動回路GD1および第1信号線選択回路SD1は、周辺領域SAに設けられる。例えば、第1ゲート線駆動回路GD1は、周辺領域SAのうち第2方向Yに沿って延在する領域に設けられる。第1信号線選択回路SD1は、周辺領域SAのうち第1方向Xに沿って延在する領域に設けられ、センサ部21と検出回路48との間に設けられる。但し、第1ゲート線駆動回路GD1および第1信号線選択回路SD1は上記した位置に限定されず、周辺領域SAの任意の位置に配置されて構わない。
図5は、生体認証装置1が有するセンサ2の構成例を示すブロック図である。図5に示すように、センサ2は、検出制御部22と、検出部40とをさらに備える。検出制御部22の機能の一部または全部は、第1制御回路102に含まれる。また、検出部40のうち、検出回路48以外の機能の一部または全部は、第1制御回路102に含まれる。
センサ部21は、光電変換素子である有機受光素子OPDを有する光センサである。センサ部21が有する有機受光素子OPDは、受光される光の光量に応じた電気信号を第1信号線選択回路SD1に出力する。第1信号線選択回路SD1は、検出制御部22からの選択信号ASWにしたがい順次信号線SLA(図6参照)を選択する。これにより、上記した電気信号は、第1信号線選択回路SD1を介して、検出信号Vdetとして検出部40に出力される。また、センサ部21は、第1ゲート線駆動回路GD1から供給されるゲート駆動信号Vglaにしたがって検出を行う。
検出制御部22は、第1ゲート線駆動回路GD1、第1信号線選択回路SD1および検出部40それぞれに制御信号を供給し、これらの動作を制御する回路である。検出制御部22は、スタート信号STV、クロック信号CK、リセット信号RST1等の各種制御信号を第1ゲート線駆動回路GD1に供給する。また、検出制御部22は、選択信号ASW等の各種制御信号を第1信号線選択回路SD1に供給する。
第1ゲート線駆動回路GD1は、各種制御信号に基づいて複数のゲート線GLA(図6参照)を駆動する回路である。第1ゲート線駆動回路GD1は、複数のゲート線GLAを順次または同時に選択し、選択されたゲート線GLAにゲート駆動信号Vglaを供給する。これにより、第1ゲート線駆動回路GD1は、ゲート線GLAに接続された複数の有機受光素子OPDを選択する。
第1信号線選択回路SD1は、複数の信号線SLA(図6参照)を順次または同時に選択するスイッチ回路である。第1信号線選択回路SD1は、例えばマルチプレクサである。第1信号線選択回路SD1は、検出制御部22から供給される選択信号ASWに基づいて、選択された信号線SLAと検出回路48とを接続する。これにより、第1信号線選択回路SD1は、有機受光素子OPDからの検出信号Vdetを検出部40に出力する。
検出部40は、検出回路48と、信号処理部44と、座標抽出部45と、記憶部46と、検出タイミング制御部47と、を備える。検出タイミング制御部47は、検出制御部22から供給される制御信号に基づいて、検出回路48と、信号処理部44と、座標抽出部45と、が同期して動作するように制御する。
検出回路48は、例えばアナログ・フロント・エンド回路(AFE: Analog Front End)である。検出回路48は、例えば、検出信号積分部42およびA/D変換部43を有する信号処理回路である。検出信号積分部42は、検出信号Vdetを積分する。A/D変換部43は、検出信号積分部42から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。なお、以下の説明中では、検出信号積分部42により積分され、A/D変換部43によりアナログ信号からデジタル信号に変換されて出力される信号のことを、検出信号Vdetと称して説明することもある。
信号処理部44は、検出回路48の出力信号に基づいて、センサ部21に入力された所定の物理量を検出する論理回路である。信号処理部44は、指Fgが検出領域AAに接触または近接した場合に、検出回路48からの出力信号に基づいて指Fgの表面の凹凸(すなわち指紋)を検出できる。
記憶部46は、信号処理部44で演算された信号を一時的に保存する。記憶部46は、例えばRAM(Random Access Memory)、レジスタ回路等であってもよい。
座標抽出部45は、信号処理部44において指Fgの接触または近接が検出されたときに、指Fg等の表面の凹凸の検出座標を求める論理回路である。座標抽出部45は、センサ部21の有機受光素子OPDから出力される検出信号Vdetを組み合わせて、指Fgの表面の凹凸(すなわち指紋)の形状や、指Fgの血管パターンの形状を示す、二次元情報(例えば画像等)を生成する。この二次元情報が、ユーザの生体情報である。
なお、座標抽出部45は、検出座標を算出せずにセンサ出力Voとして検出信号Vdetを出力してもよい。この場合、検出信号Vdetが、ユーザの生体情報と称されてもよい。あるいは、座標抽出部45は、検出座標を算出せずにセンサ出力Voとして、検出信号Vdetに基づいて算出可能な生体に関する情報(例えば脈波データ等)を出力してもよい。この場合、検出信号Vdetに基づいて算出可能な生体に関する情報が、ユーザの生体情報と称されてもよい。
次に、生体認証装置1が有するセンサ2の回路構成例について説明する。図6は、センサ2を示す回路図である。図7は、センサ2が有する複数の第1画素PX1を示す回路図である。なお、図7では、検出回路48の回路構成も併せて示している。
図6に示すように、センサ部21は、マトリクス状に配列された複数の第1画素PX1を有する。複数の第1画素PX1には、それぞれ有機受光素子OPDが設けられている。
ゲート線GLAは、第1方向Xに延在し、第1方向Xに配列された複数の第1画素PX1と接続される。また、複数のゲート線GLA1,GLA2,…,GLA8は、第2方向Yに配列され、それぞれ第1ゲート線駆動回路GD1に接続される。なお、以下の説明において、複数のゲート線GLA1~GLA8を区別して説明する必要がない場合には、単にゲート線GLAと表す。また、図6では説明を分かり易くするために、8本のゲート線GLAを示しているが、あくまで一例であり、ゲート線GLAは、M本(Mは8以上、例えばM=256)配列されていてもよい。
信号線SLAは、第2方向Yに延在し、第2方向Yに配列された複数の第1画素PX1の有機受光素子OPDに接続される。また、複数の信号線SLA1,SLA2,…,SLA12は、第1方向Xに配列され、それぞれ第1信号線選択回路SD1およびリセット回路RCに接続される。なお、以下の説明において、複数の信号線SLA1~SLA12を区別して説明する必要がない場合には、単に信号線SLAと表す。また、図6では説明を分かり易くするために、12本の信号線SLAを示しているが、あくまで一例であり、信号線SLAは、N本(Nは12以上、例えばN=252)配列されていてもよい。
なお、図6では、第1信号線選択回路SD1とリセット回路RCとの間にセンサ部21が設けられているが、これに限定されず、第1信号線選択回路SD1とリセット回路RCとは、信号線SLAの同じ方向の端部にそれぞれ接続されていてもよい。
第1ゲート線駆動回路GD1は、スタート信号STV、クロック信号CK、リセット信号RST1等の各種制御信号を、第1制御回路102から受け取る。第1ゲート線駆動回路GD1は、各種制御信号に基づいて、複数のゲート線GLA1~GLA8を時分割的に順次選択する。第1ゲート線駆動回路GD1は、選択されたゲート線GLAにゲート駆動信号Vglaを供給する。これにより、ゲート線GLAに接続された複数のスイッチング素子Trにゲート駆動信号Vglaが供給され、第1方向Xに配列された複数の第1画素PX1が、検出信号Vdetを取得する対象として選択される。
なお、第1ゲート線駆動回路GD1は、指紋の検出および異なる複数の生体情報(例えば、脈波、脈拍、血管像、血中酸素濃度等)のそれぞれの検出モード毎に、異なる駆動を行ってもよい。
第1信号線選択回路SD1は、複数の選択信号線Lselと、複数の出力信号線Loutと、スイッチング素子TrSと、を有する。複数のスイッチング素子TrSは、それぞれ複数の信号線SLAに対応して設けられている。6本の信号線SLA1~SLA6は、共通の出力信号線Lout1に接続される。6本の信号線SLA7~SLA12は、共通の出力信号線Lout2に接続される。出力信号線Lout1およびLout2は、それぞれ検出回路48に接続される。
ここで、信号線SLA1~SLA6を第1信号線ブロックとし、信号線SLA7~SLA12を第2信号線ブロックとする。複数の選択信号線Lselは、1つの信号線ブロックに含まれるスイッチング素子TrSのゲートにそれぞれ接続される。また、1本の選択信号線Lselは、複数の信号線ブロックのスイッチング素子TrSのゲートに接続される。
具体的には、選択信号線Lsel1~Lsel6は、それぞれ信号線SLA1~SLA6に対応するスイッチング素子TrSと接続される。また、選択信号線Lsel1は、信号線SLA1に対応するスイッチング素子TrSと、信号線SLA7に対応するスイッチング素子TrSと、に接続される。選択信号線Lsel2は、信号線SLA2に対応するスイッチング素子TrSと、信号線SLA8に対応するスイッチング素子TrSと、に接続される。
第1制御回路102は、選択信号ASWを順次選択信号線Lselに供給する。これにより、第1信号線選択回路SD1は、スイッチング素子TrSの動作により、1つの信号線ブロックにおいて信号線SLAを時分割的に順次選択する。また、第1信号線選択回路SD1は、複数の信号線ブロックでそれぞれ1本ずつ信号線SLAを選択する。このような構成により、センサ2は、検出回路48を含むIC(Integrated Circuit)の数、または、ICの端子数を少なくすることができる。
なお、ここでは、6本の信号線SLAが1つの出力信号線Loutに接続され、1つの信号線ブロックとされた場合を例示したが、何本の信号線SLAが1つの出力信号線Loutに接続されて1つの信号線ブロックとされるかは、任意に設定することが可能である。例えば、4本の信号線SLAが1つの出力信号線Loutに接続され、1つの信号線ブロックとされても構わない。
図6に示すように、リセット回路RCは、基準信号線Lvr、リセット信号線Lrstおよびスイッチング素子TrRを有する。スイッチング素子TrRは、複数の信号線SLAに対応して設けられている。基準信号線Lvrは、複数のスイッチング素子TrRのソースまたはドレインの一方に接続される。リセット信号線Lrstは、複数のスイッチング素子TrRのゲートに接続される。
第1制御回路102は、リセット信号RST2をリセット信号線Lrstに供給する。これにより、複数のスイッチング素子TrRがオンになり、複数の信号線SLAは基準信号線Lvrと電気的に接続される。第1電源回路103は、基準信号COMを基準信号線Lvrに供給する。これにより、複数の第1画素PX1に含まれる容量素子Caに基準信号COMが供給される。
図7に示すように、第1画素PX1は、有機受光素子OPDと、容量素子Caと、スイッチング素子Trとを含む。図7では、複数のゲート線GLAのうち、第2方向Yに並ぶ2つのゲート線GLA(m),GLA(m+1)を示す。また、複数の信号線SLAのうち、第1方向Xに並ぶ2つの信号線SLA(n),SLA(n+1)を示す。第1画素PX1は、ゲート線GLAと信号線SLAとで囲まれた領域に配置される。スイッチング素子Trは、有機受光素子OPDに対応して設けられる。スイッチング素子Trは、薄膜トランジスタにより構成されるものであり、この例では、nチャネルのMOS(Metal Oxide Semiconductor)型のTFT(Thin Film Transistor)で構成されている。
第1方向Xに並ぶ複数の第1画素PX1に属するスイッチング素子Trのゲートは、ゲート線GLAに接続される。第2方向Yに並ぶ複数の第1画素PX1に属するスイッチング素子Trのソースは、信号線SLAに接続される。スイッチング素子Trのドレインは、有機受光素子OPDのカソードおよび容量素子Caに接続される。
有機受光素子OPDのアノードには、第1電源回路103からセンサ電源信号VDDSNSが供給される。また、信号線SLAおよび容量素子Caには、第1電源回路103から、信号線SLAおよび容量素子Caの初期電位となる基準信号COMが供給される。
第1画素PX1において光が受光されると、当該第1画素PX1に含まれる有機受光素子OPDには光量に応じた電流が流れる。これにより容量素子Caに電荷が蓄積される。スイッチング素子Trがオンになると、容量素子Caに蓄積された電荷に応じて、信号線SLAに電流が流れる。信号線SLAは、第1信号線選択回路SD1のスイッチング素子TrSを介して検出回路48に接続される。これにより、センサ2は、第1画素PX1毎に、有機受光素子OPDにおいて受光される光の光量に応じた信号を検出することができる。
検出回路48は、読み出し期間にスイッチSSWがオンになり、信号線SLAと接続される。検出回路48の検出信号積分部42は、信号線SLAから供給された電流を積分し、電圧に変換して出力する。検出信号積分部42の非反転入力部(+)には、固定された電位を有する基準電位(Vref)が入力され、反転入力端子(-)には、信号線SLAが接続される。ここでは、基準電位(Vref)として基準信号COMと同じ信号が入力される。また、検出信号積分部42は、容量素子CbおよびリセットスイッチRSWを有する。読み出し期間の後のリセット期間において、リセットスイッチRSWがオンになり、容量素子Cbの電荷がリセットされる。
続いて、生体認証装置1が有する照明装置3について説明する。図8は、生体認証装置1が有する照明装置3の構成を模式的に示す平面図である。なお、図8では、照明装置3に関する要素のみを図示し、センサ2に関する要素の図示を省略している。図8に示すように、照明装置3は、発光領域A2に設けられた複数の第2画素PX2からなる発光部31と、第2ゲート線駆動回路GD2と、第2信号線選択回路SD2と、第2制御回路112と、第2電源回路113と、を備える。第2ゲート線駆動回路GD2は光源ゲート線駆動回路と称され、第2信号線選択回路SD2は光源信号線選択回路と称され、第2制御回路112は光源制御回路と称され、第2電源回路113は光源電源回路と称されてもよい。
基材11とフレキシブルプリント基板FPCを介して電気的に接続される制御基板101には、第2制御回路112および第2電源回路113が設けられている。制御回路112は例えばFPGAである。制御回路112は、発光部31、第2ゲート線駆動回路GD2および第2信号線選択回路SD2に制御信号を供給して、発光部31に含まれる複数の第2画素PX2がそれぞれ有する発光素子LEDの点灯動作を制御する。第2電源回路113は、光源電源信号等の電圧信号を、発光部31、第2ゲート線駆動回路GD2および第2信号線選択回路SD2に供給する。
第2ゲート線駆動回路GD2および第2信号線選択回路SD2は、周辺領域SAに設けられる。図8では、第2ゲート線駆動回路GD2が周辺領域SAのうち第2方向Yに沿って延在する領域に設けられ、第2信号線選択回路SD2が周辺領域SAのうち第1方向Xに沿って延在する領域に設けられるとしたが、これに限定されず、第2ゲート線駆動回路GD2および第2信号線選択回路SD2は周辺領域SAの任意の位置に配置されて構わない。
第2ゲート線駆動回路GD2は、各種制御信号に基づいて複数のゲート線GLBを駆動する回路である。第2ゲート線駆動回路GD2は、複数のゲート線GLBを順次または同時に選択し、選択されたゲート線GLBにゲート駆動信号を供給する。これにより、第2ゲート線駆動回路GD2は、ゲート線GLBに接続された複数の発光素子LEDを選択する。
第2信号線選択回路SD2は、複数の信号線SLBを順次または同時に選択するスイッチ回路である。第2信号線選択回路SD2は、例えばマルチプレクサである。第2信号線選択回路SD2は、複数の信号線SLBを順次または同時に選択し、選択された信号線SLBに選択信号を供給する。これにより、第2信号線選択回路SD2は、第2ゲート線駆動回路GD2により選択された複数の発光素子LEDのうちの1つまたは複数の発光素子LEDを選択する。
図8に示すように、第2画素PX2が有する発光素子LEDは、ゲート線GLBと信号線SLBとで囲まれた領域に配置される。発光素子LEDはそれぞれ、第1方向Xに沿って延在し、第2方向Yに間隔を置いて並ぶゲート線GLBと、第2方向Yに沿って延在し、第1方向Xに間隔を置いて並ぶ信号線SLBとに接続されている。詳しくは後述するが、信号線SLBは配線領域A3まで延出していてもよい。上記したように、発光素子LEDは、第2ゲート線駆動回路GD2および第2信号線選択回路SD2から供給される制御信号により選択的に点灯される。
次に、図9を参照して、配線領域A3について説明する。
上記したように、配線領域A3は、受光領域A1と発光領域A2との間に配置された領域である。配線領域A3は、生体認証装置1が検出対象である指Fgに巻き付けられた際に当該指Fgの側面に沿って湾曲する領域である。このため、配線領域A3は伸縮可能な構造を有していることが望ましい。なお、配線領域A3が伸縮可能な構造を有することにより、生体認証装置1が指Fgに巻き付けられた際の受光領域A1および発光領域A2の位置調整を、配線領域A3を伸縮させることで行うことが可能となる。つまり、生体認証装置1が指Fgに巻き付けられた際に、当該指Fgの下面に接するように受光領域A1を位置させ、当該指Fgの上面に接するように発光領域A2を位置させるための位置調整を容易に行うことが可能となる。
上記したように、配線領域A3は、受光領域A1と発光領域A2との間に配置された領域である。配線領域A3は、生体認証装置1が検出対象である指Fgに巻き付けられた際に当該指Fgの側面に沿って湾曲する領域である。このため、配線領域A3は伸縮可能な構造を有していることが望ましい。なお、配線領域A3が伸縮可能な構造を有することにより、生体認証装置1が指Fgに巻き付けられた際の受光領域A1および発光領域A2の位置調整を、配線領域A3を伸縮させることで行うことが可能となる。つまり、生体認証装置1が指Fgに巻き付けられた際に、当該指Fgの下面に接するように受光領域A1を位置させ、当該指Fgの上面に接するように発光領域A2を位置させるための位置調整を容易に行うことが可能となる。
図9に示すように、配線領域A3においては、基材11は、第1方向Xに波状に延出し第2方向Yに並んで配置された複数の第1部分11Aと、第2方向Yに波状に延出し第1方向Xに並んで配置された複数の第2部分11Bと、第1部分11Aと第2部分11Bとの交差部に位置する複数の島状部11C(第3部分)と、を有するように形成される。つまり、配線領域A3において、基材11は、第1部分11Aと、第2部分11Bと、島状部11Cとによって囲まれた領域に開口を有するように形成される。この開口が、図3に示したパッシベーション層14から支持体10の表面まで貫通した開口に相当する。なお、第1部分11Aと第2部分11Bとの交差部に島状部11Cが配置されることにより、引っ張られた際の応力を分散させ、配線領域A3において、基材11が破断してしまうことを抑制することが可能である。
図9に示すように、配線領域A3において、波状に形成された第2部分11Bの上には、発光領域A2に配置された第2画素PX2に接続される信号線SLBが配置される。なお、図9では、第2部分11Bの上に信号線SLBが配置された構成を示したが、配線領域A3に配置される配線は信号線SLBに限定されず、例えば第2画素PX2に含まれる発光素子LEDの下部電極E5または上部電極E4に電圧を供給するための電源配線等、任意の配線が第1部分11Aまたは第2部分11Bの上に配置されて構わない。あるいは、第1部分11Aおよび第2部分11Bの上には、いずれの配線も配置されずに、基材11が伸縮可能な構造を有しているだけであっても構わない。
以上説明したように、配線領域A3は伸縮可能な構造を有しているため、伸縮していない自然状態時の配線領域A3の第2方向Yの長さは、受光領域A1の第2方向Yの長さや発光領域A2の第2方向Yの長さに比べて短くてもよい。
以上説明した第1実施形態によれば、生体認証装置1は、同一基板上に配置されたセンサ2と照明装置3とを備えており、センサ2が配置された受光領域A1と、照明装置3が配置された発光領域A2とは平面視において重畳せず、受光領域A1と発光領域A2との間に配置された配線領域A3により分離して配置されている。また、配線領域A3は伸縮可能な構造を有している。これによれば、検出対象である指Fgに巻き付けて、当該指Fgから生体情報を検出可能な生体認証装置1を提供することができる。
また、センサ2と照明装置3とが同一基板上に配置されることにより、基材11に接続されるフレキシブルプリント基板FPCの数を1つにすることが可能なため、センサ2と照明装置3とが別基板に配置され、基板の数と同数のフレキシブルプリント基板が設けられる一般的な構成に比べて、小型化された生体認証装置1(つまり、コンパクトな形状の生体認証装置1)を提供することができる。
さらに、生体認証装置1は、上記したように、配線領域A3において伸縮可能な構造を有しているので、生体認証装置1を、検出対象である指Fgに巻き付けた際の受光領域A1および発光領域A2の位置調整を、配線領域A3を伸縮させることで容易に行うことができる。
また、生体認証装置1は、上記したように、検出対象である指Fgに巻き付けて使用することが可能なため、上記した一般的な構成に比べて、照明装置3からセンサ2までの距離を短くすることができ、照明装置3から照射される光の利用効率を向上させることが可能である。
なお、本実施形態では、フレキシブルプリント基板FPC側にセンサ2が配置され、その反対側に照明装置3が配置された場合を想定したため、配線領域A3には、照明装置3に含まれる第2画素PX2に接続される信号線SLBが配置されるとしたが、これに限定されず、フレキシブルプリント基板FPC側に照明装置3が配置され、その反対側にセンサ2が配置され、配線領域A3には、センサ2に含まれる第1画素PX1に接続されるいずれかの配線が配置されるとしてもよい。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態は、照明装置3がセンサ2を囲むように配置される点で、上記した第1実施形態と相違している。以下では、上記した第1実施形態と同様な構成についての説明を省略し、主に、上記した第1実施形態と相違する点について説明する。
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態は、照明装置3がセンサ2を囲むように配置される点で、上記した第1実施形態と相違している。以下では、上記した第1実施形態と同様な構成についての説明を省略し、主に、上記した第1実施形態と相違する点について説明する。
図10は、第2実施形態に係る生体認証装置1の概略構成を示す模式図である。図10に示すように、生体認証装置1は、例えば手首Hnに接触させて使用される。生体認証装置1は、同一基板上に配置されたセンサ2と照明装置3とを備え、照明装置3はセンサ2を囲むように配置されている。
照明装置3から照射された光は、手首Hnで反射して、センサ2により検出される。センサ2は、反射型の光学式センサであり、手首Hnにより反射した光を検出することで、当該手首Hnの生体情報を検出することができる。なお、本実施形態では、検出対象が手首Hnである場合を想定しているが、これに限定されず、センサ2および照明装置3と接することが可能な面を有する任意の部位が検出対象になり得る。
図11は、生体認証装置1が有するセンサ2および照明装置3の配置レイアウトの一例を示す平面図である。図11に示すように、生体認証装置1は、基材11と、当該基材11の上に設けられる検出領域AAおよび周辺領域SAと、を備える。検出領域AAは、受光領域A1と、発光領域A2と、を含む。図11に示すように、検出領域AAに含まれる受光領域A1と発光領域A2とは、平面視において互いに重畳しない。
受光領域A1は、センサ2を構成する複数の第1画素PX1が設けられた領域であり、複数の第1画素PX1は、第1方向Xおよび第2方向Yにマトリクス状に配列される。発光領域A2は、照明装置3を構成する複数の第2画素PX2が設けられた領域であり、複数の第2画素PX2は、受光領域A1を囲むように配置される。本実施形態においては、複数の第2画素PX2にそれぞれ含まれる発光素子LEDは、個別に動作が制御されるとしてもよいし、一括して動作が制御されるとしてもよい。
以上説明した第2実施形態においても、生体認証装置1は、同一基板上に配置されたセンサ2と照明装置3とを備えており、センサ2が配置された受光領域A1と、照明装置3が配置された発光領域A2とは平面視において重畳しない。このように、センサ2と照明装置3とが同一基板上に配置されることにより、基材11に接続されるフレキシブルプリント基板FPCの数を1つにすることが可能なため、センサ2と照明装置3とが別基板に配置され、基板の数と同数のフレキシブルプリント基板が設けられる一般的な構成に比べて、生体認証装置を小型化することが可能であり、コンパクトな形状の生体認証装置1を提供することができる。
また、生体認証装置1においては、センサ2を囲むように照明装置3が配置され、センサ2の近傍に照明装置3を配置することができるので、照明装置3から照射される光の利用効率を向上させることが可能である。
以上説明した少なくとも1つの実施形態によれば、センサ2と照明装置3とを同一基板上に設けることが可能であり、小型化された生体認証装置1を提供することが可能である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…生体認証装置、2…センサ、3…照明装置、Fg…指。
Claims (7)
- 可撓性を有する樹脂基板と、
前記樹脂基板の上に配置される光センサと、
前記樹脂基板の上に配置される照明装置と、を具備し、
前記光センサと前記照明装置とは、検出対象に装着された際に前記検出対象を挟んで対向するように前記樹脂基板の上に配置され、
前記光センサは、前記照明装置から照射され、前記検出対象を透過した光を検出する、
生体認証装置。 - 前記光センサは、前記樹脂基板の上にマトリクス状に配列され、受光した光の光量に応じた信号を出力する有機受光素子を有した複数の第1画素を備え、
前記照明装置は、前記樹脂基板の上にマトリクス状に配列され、前記有機受光素子により受光される光を照射する発光素子を有した複数の第2画素を備え、
前記複数の第1画素が設けられた第1領域と、前記複数の第2画素が設けられた第2領域との間には、前記第1画素および前記第2画素が設けられない第3領域が配置される、
請求項1に記載の生体認証装置。 - 前記樹脂基板は、前記第3領域において伸縮可能な構造を有する、
請求項2に記載の生体認証装置。 - 前記樹脂基板を支持する支持体、をさらに具備し、
前記樹脂基板は、前記第3領域において、
第1方向に波状に延出し、前記第1方向と交差する第2方向に並んで配置される複数の第1部分と、
前記第2方向に波状に延出し、前記第1方向に並んで配置される複数の第2部分と、
前記第1部分と前記第2部分とが交差する位置に配置される複数の第3部分と、を有し、
前記複数の第1部分と前記複数の第2部分と前記複数の第3部分とによって囲まれる領域に前記支持体の表面まで貫通した開口を有する、
請求項3に記載の生体認証装置。 - 前記第1部分または前記第2部分の上には、前記第1画素または前記第2画素に接続される配線が配置される、
請求項4に記載の生体認証装置。 - 前記有機受光素子は、前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域に亘って形成されており、
前記第1領域において、前記有機受光素子は、前記複数の第1画素のそれぞれが有する電極に接し、
前記第2領域において、前記有機受光素子は、前記複数の第2画素のそれぞれが有する発光素子の側面を覆い、
前記第3領域において、前記有機受光素子は、前記第1部分または前記第2部分の上に形成される配線と重なる、
請求項5に記載の生体認証装置。 - 可撓性を有する樹脂基板と、
前記樹脂基板の上に配置される光センサと、
前記樹脂基板の上に配置される照明装置と、を具備し、
前記光センサと前記照明装置とは、平面視において互いに重畳しないように前記樹脂基板上に配置され、
前記照明装置は、前記光センサを囲むように前記樹脂基板の上に配置され、
前記光センサは、前記照明装置から照射され、検出対象により反射された光を検出する、
生体認証装置。
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