TW202208893A - 生物認證系統 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種生物認證系統，包含： 一半透明防護板，具有在該防護板正面的認證區及形成該板之第二面之背面，基本上與該正面平行； 一發光源，照亮壓抵在該認證區上或與該認證區接觸之物體； 一感測器，配置於該背面或與該背面相隔一距離； 從該認證區至該感測器之一光學路徑； 在此該濾光器為積層型近紅外(NIR)濾光器，包含： 於基板側之內ZnOx 及/或內TiOx 層之至少一者； 其後為複數個銀層，每一銀層與每一相鄰銀層藉由另一ZnOx 層及/或另一TiOx 層之至少一者隔開； 外ZnOx 層、外TiOx 層及/或沉積於最外銀層上之封閉層之至少一者。

Description

生物認證系統
本發明關於一種如請求項1之生物認證系統，如請求項19之觸控螢幕及如請求項20之電子裝置。
今天，做為人臉辨識或指紋識別系統之生物認證系統被併入廣泛的電子裝置，好比行動電話、觸控板、電腦或任何其他輸入/輸出裝置。長期以來分析壓抵在認證區表面或與其接觸之三維物體之或多或少二維平面的電容性系統已用於指紋感測器。然而，當接觸壓力過低且無法直接併入觸控螢幕表面而不減少正面顯示區域時，該些系統傾向於失敗。最近市場上還出現了光學指紋識別系統，該系統被併入手持裝置的全正面顯示器中。儘管在檢測可靠性方面也有一定的改進，但在接觸壓力方面仍然存在問題，尤其是當涉及到新的檢測問題時，如通過區分活體和死體材料進行防偽，最近證明通過分析可見光光譜中的兩個不同波長，如藍色、綠色、黃色或橙色，是可行的。然而，對於所有這些問題，在分析某一波長或某一波長範圍內的反射信號時，消除來自外部或顯示器照明本身的干擾性背景近紅外(NIR)照明是至關重要的。今天使用的近紅外範圍的電介質濾光器往往有一個複雜的厚的多層設計，達到幾微米的厚度，不僅昂貴，而且還可能由於層的張力而產生黏附問題。此外，這類濾光器的特性往往與光的入射角有很大的關係，這就從本質上限制了分析區域，或者在到達感測器之前需要額外的努力來調整光學路徑。應該提到的是，根據通常的定義，近紅外包括從780nm到3μm的波長範圍，包括紅外A和紅外B的光譜範圍。然而，用於生物認證系統的濾光器，特別是用於指紋系統的濾光器也可以或應該阻擋640nm至780nm範圍內的可見紅光，或至少阻擋其中的遠紅範圍，以最佳化藍色、綠色、黃色或橙色範圍內的信號處理。
因此，本發明的一個問題是改善光學生物認證系統的性能以分析上述的或多或少的二維表面。應在檢測的可靠性、分析的波長區域的準確性及/或擁有成本方面實現改進。
如本發明之生物認證系統至少包含： 一半透明的防護板，它可以是玻璃或藍寶石，在防護板的正面有一個認證區；一背面形成防護板的第二面，基本上與正面平行； 一發光源，用於照亮壓抵在認證區域上或與之接觸的物體； 一配置在板的背面或與背面有一定距離的感測器，感測器到正面的距離長於板的背面到正面的距離； 一從認證區到感測器的光學路徑，以引導來自發光源的光，該光由與認證區接觸的物體反射到感測器，因此該物體可以是手指，認證區可以是指紋區； 一在光學路徑中的濾光器。
該濾光器為積層型近紅外(NIR)濾光器，包含 在亦包含晶種層1’之基板S側之內ZnOx 及/或內TiOx 層1之至少一者，其係直接沉積於基板S表面上的最內層；內ZnOx 及內TiOx 層亦稱為內金屬氧化物層； 其後為複數個銀層2、4，每一銀層2係由另外的ZnOx 層3及/或另外的TiOx 層3之至少一者與每一相鄰銀層4隔開；另外的ZnOx 及另外的TiOx 層亦稱為另外的金屬氧化物層； 外ZnOx 層5、外TiOx 層5及/或氧封閉層6之至少一者係直接或交替沉積於最外銀層4上；外ZnOx 及外TiOx 層亦稱為外金屬氧化物層。
最小層堆疊可終止於最外封閉層，在這種狀況下封閉層構成基板表面的最外層。另一方面，層堆疊可具有設於封閉層之外表面上的電介質層堆疊。封閉層可包含TiOx 、ZnOx 、SnOx 、Cry Ox 及/或NiCrOx 之至少一者。通常，如上述不同寬度之頻寬濾光器的層濾光器可於約400nm至約1650nm的頻帶範圍中產生。然而，對像指紋識別系統之生物認證而言，從約400nm至650nm之透明度頻寬是最方便的。在若干狀況下，例如從400nm至600nm之較小頻寬可能是最好的。下列說明另外的實施例以最佳化某些濾光器參數。包含相應於金屬氧化物層之個別金屬之金屬組成的金屬介面層可設於至少一相鄰銀層之間，其可為前述及/或下一銀層，以避免敏感銀表面之任何氧化。金屬介面層直接接觸相鄰銀及各自的金屬氧化物層兩者。
上述金屬氧化物層亦可包含亞化學計量區或子層，至少在金屬氧化物層之銀側，反之其他區或子層可為化學計量的或近化學計量的。意即直接接觸銀或介面層之金屬氧化物層側可為約5%至50%化學計量值的亞化學計量，例如TiO1.0-1.9 、ZnO0.5-0.95 、SnO1.0-1.9 。另一方面，層可為類梯度性或累進的，例如從在銀接觸面之金屬介面層至亞化學計量、近化學計量的、或甚至化學計量的成分，例如在內ZnOx 或內TiOx 層之基板側，在另外的ZnOx 及/或TiOx 層的中間，或在外ZnOx 及/或外TiOx 層的外側。當封閉層應取代外ZnOx 或外TiOx 層時，同樣指的是上述封閉層之其他元素。
至少一ZnOx 層可為摻雜鋁之ZnOx :Al(AZO)層，其可具有從90至99%之原子Al/Zn比rZn/Al ，例如約5% Al。另一方面，至少一ZnOx 層可為摻雜鎵之ZnOx :Gal (GaZO)層，其可具有從90至99%之原子Ga/Zn比rZn/Ga ，例如約5% Ga。
在本發明之另外的實施例中，NIR濾光器可包含由沉積於外ZnOx 層、外TiOx 層或封閉層之一者上之交替高及低折射層組成的AR堆疊，藉此可最佳化濾光器之抗反射(AR)屬性，並可實現銳利的濾光器邊緣。為產生不同的AR屬性，AR堆疊應包含至少四層，但基本上可包含更多，例如從16至32層。
在另外的實施例中，基板表面可配設金屬或半導電性晶種層，其可包含好比Zn、Ti、Cr金屬，或如Si的半導體。
另外的AR堆疊亦可具有紫外(UV)光衰減或阻擋屬性，其可配置為基板及金屬或半金屬晶種層之間之交替高及低折射層與內金屬氧化物(ZnOx 或TiOx )層之堆疊。另外的AR堆疊可包含至少二個高及低指數材料之交替層。通常二及四層之間的數量將足夠。
在另外的實施例中，SiO2 層或交替SiO2 及Ta2 O5 層之堆疊可插在二ZnOx 層或內TiO2 層及外ZnOx 層的中間，在此該等ZnOx 層或內TiO2 層及外ZnOx 層係與背離該夾層之側的銀層相鄰。個別ZnOx 層可包含或由AZO或GaZO層組成。另一方面，插於中間的堆疊可由好比SiO2 之低指數材料及例如TiO2 、Nb2 O5 、HfO2 、ZrO2 或Si3 N4 之高指數材料的任何結合組成。個別插在中間之氧化物層與銀層之間可僅配設亞化學計量的氧化物及/或鈦、Zn或摻雜鋁之鋅(Zn:Al)層，類似於Ag/金屬(Zn、Zn:Al或Ti)/亞化學計量的(Zn、Zn:Al或Ti)氧化物/接近或甚至化學計量的(Zn、Zn:Al或Ti)氧化物之層序列，或可為上述之類梯度性或累進的。
在一實施例中，發光源可為配置於認證區之下之平面光源，例如蓋板正面之垂直方向。該配置可以在例如具分體式蓋板之防護板內，在防護板的背面，或在與蓋板的背面有一定距離並面向蓋板的背面。平面光源可為OLED陣列或部分OLED陣列，例如個別裝置之OLED陣列，位於生物認證系統之光學路徑內或接近光學路徑。
在另外的實施例中，發光源可以是獨立光源，配置於認證區之下，在蓋板的背面或與背面有一定距離。其可為認證區的垂直方向，或與認證區成一角度傾斜。
系統之光學路徑可包含透鏡或鏡子，將反射光聚焦到感測器。另一方面光學路徑可包含準直儀。
本發明進一步指向電子裝置，包含上述之觸控螢幕及系統。裝置可為行動電話、觸控板、電腦或任何其他輸入/輸出裝置，好比地理定位系統(GPS)、大地測量或其他測量系統等。
應該提到的是，所有僅與本發明的一個實施例相關的顯示或討論的特徵，以及沒有與其他實施例進一步討論的特徵，都可以被看作是非常適合改善本發明其他實施例性能的特徵，只要這樣的組合不能立即被識別為對本領域的人來說表面上是不合適的。因此，除了所提到的例外情況，某些實施例的所有特徵組合都可以與沒有明確提到這些特徵的其他實施例相結合。
圖1顯示指紋識別系統20之第一實施例的變形例，包含分體式蓋板21，具有具指紋區37之前板22，供用戶手指36接觸，及背板23，用於將LED陣列24固定在前板22的背面，並在背板23的背面有進一步的組件，例如另外的光源29、NIR濾光器31或具有低折射指數(RI)的透明隔板25，這裡亦形成蓋板21之背面。與蓋板21之指紋區37接觸的手指36被LED陣列24的至少一些LED、獨立光源29或兩者一起照亮。指紋反射光的光學路徑由其邊界35界定，反射光由離開指紋區37的箭頭來表示。經過蓋板21和隔板25後，光學路徑中的光線被一個可選的透鏡26聚焦到感測器28上，該透鏡可以是一個微透鏡，作為一個例子，它可以是一個光電晶片。感測器28與控制器單元28相連，該控制器單元可以是包含光學指紋識別系統的電子裝置的CPU，例如在一個觸控螢幕內，或可具有與裝置的電路相連的單獨的控制器(未顯示)。在光學路徑中，反射光以及來自外部或LED陣列的潛在干擾光可以被濾光器堆疊30過濾，其可以沉積在各種表面上，這些表面也可以在指紋區37和感測器28之間的光學路徑邊界35內形成光學介面。在另一個實施例中，如圖1所示，可以使用一個單獨的濾光器31，包括一個單獨玻璃上的NIR濾光器堆疊。
應該注意的是，圖2、圖3，特別是圖1顯示了在光學路徑中放置濾光器堆疊30或獨立濾光器31的多種可能位置，以展示系統的不同種類。一個濾光器堆疊30或一個單獨的濾光器31在任何一個位置都足以過濾NIR或其他可能干擾最適合分辨指紋精細結構的綠-藍-黃光譜的波長。從圖1可以看出，用虛線表示的濾光器堆疊30可以設置在LED陣列的背面、正面或背板23的背面、光學路徑內透明隔板25的任何一面、鏡頭26的一側或感測器陣列28的正面。另一方面，在蓋板21和隔板25之間，以及正如兩個雙箭頭所表示的在隔板和鏡頭之間或鏡頭26和感測器28之間，可以使用一個單獨的濾光器31。濾光器可以是一個通常的玻璃板，在它的一個表面上提供各自的濾光器堆疊。當使用鏡子/感測器系統(未顯示)而不是鏡頭/感測器系統時，也可以在鏡子的表面上提供一個濾光器堆疊。
圖2顯示了另一個實施例的變形例，它有一個一體式蓋板21和一個整合在背面的LED陣列24，顯示了NIR濾光器堆疊30的兩個備選位置。一個位置同樣在蓋板21的背面，在這種情況下是在LED陣列塊的表面，另一個位置同樣在感測器陣列28的正面。一個準直儀27，一個針孔陣列，或者一個光波導，都可以用來引導光從蓋板21到感測器28。應該提到的是，正如同樣的參考編號所示，圖1和圖2中的分體式和一體式蓋板21可以在兩個備選系統之間交換。
通常情況下，直接在系統部件上應用沉積的濾光器堆疊30，而不是使用單獨的濾光片，是很方便的。然而，這樣的濾光器31，由於其尺寸較小，例如與顯示器的蓋板相比，以及缺乏潛在的敏感電子元件，就像感測器一樣，生產起來可能更有效率和成本效益，當它涉及在昂貴和體積有限的多室PVD設備中沉積不同材料的高度複雜的層堆疊時尤甚。
在圖3中，這是圖2中準直儀27的一個部分的放大圖，在準直儀的兩個不同位置顯示了使用包括近NIR堆疊30的濾光器31，至少在其一個表面。在左側，NIR濾光器31安裝在入射光線的一側，包括一個黑色的塗層33，在這裡沉積在NIR濾光器堆疊的區域，覆蓋了準直儀的結構，顯示為灰色背景。因此，來自指紋區37的不同區域的反射光的光學解析度可以得到改善。
在圖3的右側，濾光器31被安裝在光線從準直儀27向感測器28離開的另一側。在本實施例中，準直儀的正面和通孔34內塗有黑色塗層33，這比左側所示的結構有更好的光分離效果，但在大規模生產中需要兩個不同的部件的塗層，這是一個額外的成本問題。
參照圖1至圖3所示的由於必須聚焦或對準反射光而導致的系統的複雜性，應該提到的是，由於本發明使用的氧化銀鋅(氧化鈦)濾光器具有更好的光學特性，某些元件如根據第一實施例的系統的隔板25或透鏡26或第二實施例的準直儀27的光學規格可以減少，或者甚至可以省略這些元件。因此，對於圖1，當這種層疊式濾光器應用於LED陣列的背面、正面或背板23的背面、感測器陣列28的正面時，可以省略透鏡30及/或隔板25，或者，在蓋板21和感測器28之間使用單獨的濾光器31。在圖2中，當蓋板21的背面或感測器28的正面使用層狀濾光器時，可以省略準直儀27，或者如上所述在兩者之間使用單獨的濾光器31。
這一特徵不僅包括更高的透光率和更陡峭、更清晰的濾光器邊緣，見圖11至12、14、15，而且還包括NIR濾光器邊緣在不同角度的入射光線下基本上減少的移動，見圖12和13，與圖8的最先進設計狀態相比。
在光學和光子學工業中最好地將純電介質堆疊用於濾光器的廣泛實驗並沒有產生本質的改善。從圖8中可以看出，當用0°入射角分析時，這種電介質濾光器在頻寬間隙內顯示出極好的透明度，在其兩側也有類似的良好的敏銳性。應該提到的是，這裡的零度角是指標準的測量角度，即垂直於基板平面，任何偏差都是按照通常的技術語言，相對於所謂的表面法線給出的。然而，當使用60°角(虛線)時，對於電介質濾光器的情況就非常不同了。透明度在頻寬間隙內顯示出嚴重的波動，邊緣顯示出敏銳度的損失，最糟糕的是，決定性的上層濾光器邊緣顯示出從609-532nm的77nm的偏移，這是一個大約13%的相對偏移，因此超出了生物識別應用的任何範圍，這些應用必須在不同入射角的光線下操作。表1顯示了這種最先進的電介質濾光器堆疊的設計。它由一系列交替的TiO2 /SiO2 λ/n層組成，總層厚約為1.5μm。
許多材料組合也被測試為混合電介質和銀堆疊，並參照其光學性能進行了分析。然而，如圖9和圖10所示，SiO2 /Ag和Si3 N4 /Ag層的吸收曲線看起來不是很有希望。各個塗層的層序可以在表2和表3中看到。然而，令人驚訝的是，通過使用ZnOx 、AZO、GaZO及/或TiOx 的金屬氧化物層和銀層的組合，可以生產出在可見光波段具有高透光性和良好的NIR濾光器阻隔性能的NIR濾光器堆疊。同時，紫外線阻隔性能很好，足以阻隔來自約400nm或更低波長的有害輻射。由於厚度約為一μm甚至更薄，這樣的塗層可以完美地應用於微電子元件。額外的AR-和UV阻擋性能或在頻寬間隙中更高的透明度和更好的邊緣敏感性可以通過使用電介質堆疊11來增加，這些電介質堆疊也可以直接排列在基板S或晶種層1'上作為另外的電介質堆疊13，夾在另外的ZnOx 層及/或另外的TiOx 層之間，例如堆疊14，及/或放在基本NIR阻擋堆疊12的上面。
圖4至圖7顯示了關於這種塗層設置的一些原則。表4至表6和圖9至圖15中顯示了已實現的實例和設置。圖4至圖7以示範性的方式顯示了不同的堆疊設置，包括一個由至少兩個銀層2、4組成的NIR-阻擋堆疊12，該銀層由ZnOx 層3、5隔開，其可以是AZO層。
詳細來說，該濾光器是一個積層型近紅外(NIR) 濾光器，包括 在基板S側的至少一個內ZnOx 1及/或內TiOx 層1，它也可以包括一個晶種層1’，即直接沉積在基板S表面的最內層； 其後為複數個銀層2、4，每個銀層2通過至少一個另外的ZnOx 層3及/或另外的TiOx 層3與每個相鄰的銀層4分開； 直接或交替沉積在最外銀層4上的外ZnOx 層5、外TiOx 層5及/或氧封閉層6中的至少一者。
應該提到的是，阻斷堆疊12顯示了兩個銀2、4和各自的ZnOx 層1、3、5，只是為了清晰起見，而2到6個銀層的濾光器，特別是3到5個銀層的濾光器可以用來最佳化各自的濾光器設計，見例如圖11到15。
關於另外的內部或外部TiOx 層，後者也可以是一個封閉層，當交替使用TiOx /ZnOx /Ag/TiOx /ZnOx /Ag層時，可以達到良好的光學性能，如表5中之例示所示。
最小層堆疊以最外封閉層6結束。在這種情況下，離基板最遠的一層，可以由TiOx 、ZnOx 、SnOx 、Cry Ox 和/或NiCrOx 中的至少一者組成。如圖所示，封閉層6可以用在外金屬氧化物層5的上面，也可以取代外金屬氧化物層5。
關於可以通過濺射等方式進行的層堆疊沉積，應該提到的是，在銀層2、4的每一側提供一個或幾個奈米的金屬層作為介面是很重要的，以避免銀表面的任何氧化，這將影響銀層的反射率等光學特性。這種金屬介面層在圖6中以虛線表示，可以由Ti、Zn、Sn、Cr、NiCr組成，取決於各自相鄰的金屬氧化物層1、3、5或6，如上所述，可以由TiOx 、ZnOx 、SnOx 、Cry Ox 或NiCrOx 組成。
因此，金屬氧化物層可以包括亞化學計量區或子層1''、3''，至少在金屬氧化物層1、3、5、6的銀側，而其他區或子層1'、3'可以是化學計量的或接近化學計量的。
在本發明的另一個實施例中，NIR濾光器可以包括一個電介質堆疊11，該堆疊由交替的高折射層和低折射層組成，沉積在以下列層之一者上：外ZnOx 層、外TiOx 層或封閉層，從而可以最佳化濾光器的抗反射(AR)性能，實現尖銳的濾光器邊緣。該堆疊將由至少四層組成，但基本上可以有更多的層。
進一步調整或改善濾光器的光學性能可包括本發明的一個實施例，該實施例有一個SiO2 層，它是一個低指數材料層，或一個交替SiO2 層和由高指數材料夾在二個另外的金屬氧化物層之間組成的至少一高指數層的堆疊14，其中兩個另外的金屬氧化物層中的每一個直接接觸到SiO2 層或該等SiO2 層，並與各自的銀層相鄰，其側面遠離夾在其中的SiO2 層。高指數材料可以由Ta2 O5 、TiO2 、Nb2 O5 、HfO2 、ZrO2 或Si3 N4 組成，夾層堆疊可以是由兩個SiO2 層和一個再次夾在兩個SiO2 層之間的高指數層組成的三層堆疊。
圖4、6和7顯示了在入射光線一側提供各自的層堆疊的基板，而圖5顯示了在光(在圖4和5中用箭頭表示)於光學路徑上離開部件走向感測器的一側具有層堆疊的基板。除了一個可選的晶種層1'，它必須在基板表面提供，例如，為了提高附著力，層的順序可以是相同的，參考基板表面，在這種情況下，由於光學層特性的累積性質，參考光線方向是相反的。
圖7給出了低折射率材料(如SiO2 、Al2 O3 或MgF2 )和高折射率材料(如TiO2 、Ta2 O5 或ZrO2 、Si3 N4 )的材料組合。圖中顯示了一個另外的AR堆疊13，它可以直接提供給基板S或晶種層1’上，以加強AR堆疊11的AR特性。額外的紫外線阻尼或紫外線阻隔效果也可以通過另外的AR堆疊13添加。
表4至表7和圖11至圖15給出了各自的NIR濾光器堆疊的實例，其中表： 表4提到了顯示塗層設計2的光學特性的圖11和12，以及顯示設計1的各自特性的圖13；
這兩種設計都是相對簡單的NIR濾光器，由四個交替的AZO或GaZO/Ag層組成，由外AZO或GaZO層完成，實體層厚度在50至200nm之間，很薄。唯一相關的區別是某些AZO或GaZO層的物理厚度，特別是最靠近基板的內層AZO或GaZO層，設計2的厚度較厚。在圖12和圖13的比較中，較薄的設計1在450至500nm的波長範圍內的透明度稍好，而設計2在透明區域顯示出更好的均勻性，濾光器的邊緣在兩側都更清晰。除了0°測量外，還使用與兩個測試樣品的表面法線成60°角的光線進行了測量。在最大半寬處的結果為 設計1(圖13)0°-＞60°：608-＞581nm或4.8%； 設計2(圖12)0°-＞60°：614-＞586nm或4.6%；
可以看出，在這兩種設計中，可以達到近紅外邊緣的偏移小於30nm，小於5%，而紫外邊緣的偏移幾乎可以忽略不計。設計2再次產生了一個更好的均勻性。考慮到60°測量的相當大的不同角度，這個微小的變化似乎是相當令人滿意的。
圖11，除了設計2的透明度外，還顯示了各自的吸收R的比較。
所有的光譜測量都是用Essen-Optics的PhotonRT光譜儀進行的。在瑞士Evatec AG公司的商用CLN 200 BPM設備中，光學樣品被沉積在200毫米的D263型玻璃上。使用的製程參數的實例可以在表8中找到。如上所述，同樣的設備和可比的製程參數已被用於在光學路徑中的各種元件上生產各自的濾光器。
表5提到塗層設計3包括一個交替的TiOx /ZnOx /Ag/TiOx /ZnOx /Ag…層，未顯示於圖中。
表6指的是設計4到7，都是在大約200到1000nm的中等厚度範圍內，其中設計5到7的光學透射率如圖14所示。
如圖14所示的中等NIR濾光器可以很好地調查邊緣和均勻性是如何被影響的，濾光片有三個(設計5)、四個(設計6)和五個(設計7)銀層，每個厚度約20nm。
表7提到了設計10至12，所有的厚度範圍都在1000至2500nm之間，其中設計5、10、11和12的光學透射率在圖15中顯示。這裡的附加層厚度主要來自於AR堆疊，在這種情況下是Ta2 O5 /SiO2 交替堆積，還有一部分是單一的另外的AR堆疊，包括直接沉積在基板上的Ta2 O5 層和在NIR濾光器上面的連續SiO2 層。從圖15可以看出，參照中等厚度的設計5，濾光器邊緣的傳輸和陡度可以進一步提高。類似的結果也可以通過類似的其他高/低指數組合來實現，如TiO2 /SiO2 、TiO2 /Al2 O3 或其他如上所述。
對於許多生物認證系統，特別是指紋識別系統，中等甚至低厚度範圍內的不太複雜的設計就足以以良好的解析度來分析物體產生的圖案，例如指紋。
最後，應該提到的是，與本發明的一個實施例、實例或類型提到的特徵的組合可以與本發明的任何其他實施例、實例或類型相結合，除非是明顯矛盾的。
Figure 02_image001
表 1 電介質 NIR 阻斷器
層 材料 設計 TiO2/SiO2
基板 玻璃 d phy [nm]
1 TiO2 113.0
2 SiO2 199.3
3 TiO2 27.3
4 SiO2 194.5
5 TiO2 39.079
6 SiO2 174.594
7 TiO2 46.325
8 SiO2 182.919
9 TiO2 22.295
10 SiO2 118.103
11 TiO2 90.460
12 SiO2 100.307
13 TiO2 79.260
14 SiO2 132.583
15 TiO2 54.900
16 SiO2 146.308
17 TiO2 62.980
18 SiO2 133.970
19 TiO2 75.102
20 SiO2 58.245
     
  TiO2 609.8
  SiO2 490.8
  Σ 1446.9
Figure 02_image001
表 2 SiO2 /Ag
層 材料 設計 SiO2/Ag
基板 玻璃 d phy [nm]
1 SiO2 115.8
2 Ag 21.3
3 SiO2 115.8
4 Ag 21.3
5 SiO2 115.8
6 Ag 21.3
7 SiO2 115.8
8 Ag 21.3
9 SiO2 115.8
表 3 Si3 N4 /Ag
層 材料 設計 Si3N4/Ag
基板 玻璃 d phy [nm]
1 Si3N4 73.6
2 Ag 21.3
3 Si3N4 73.6
4 Ag 21.3
5 Si3N4 73.6
6 Ag 21.3
7 Si3N4 73.6
8 Ag 21.3
9 Si3N4 73.6
Figure 02_image002
表 4 NIR 阻斷器 1-2
層 材料 設計 1 設計 2
基板 Glass d phy [nm] d phy[nm]
1 AZO/GaZO 23.3 45.8
2 Ag 16.6 15.0
3 AZO/GaZO 66.9 79.6
4 Ag 19.3 24.0
5 AZO/GaZO 70.5 71.2
6 Ag 20.8 22.4
7 AZO/GaZO 72.5 81.5
8 Ag 20.8 22.9
9 AZO/GaZO 39.7 39.1
       
Σ d Agx4 77.5 84.3
Σ d AZO/GaZO x5 272.9 317.1
Σ total d 350.4 401.5
表 5 NIR 阻斷器 3
層 材料 設計 3
基板 玻璃 d phy [nm]
1 TiO2 21.146
2 ZnO 6.0
3 Ag 21.1
4 TiO2 55.4
5 ZnO 6
6 Ag 20.0
7 TiO2 52.2
8 ZnO 6
9 Ag 23.4
10 TiO2 28.2
表 6 NIR 阻斷器 4-7
層 材料 設計 4 設計 5 設計 6 設計 7
基板 玻璃 d phy [nm] d phy [nm] d phy [nm] d phy [nm]
1 ZnO 34.1 35.2 37.8 30.4
2 Ag 17.4 18.0 18.0 19.7
3 ZnO 73.0 74.5 76.7 74.7
4 Ag 20.2 18.1 18.0 18.7
5 ZnO 67.8 68.9 70.2 72.1
6 Ag 19.0 20.8 21.4 22.0
7 ZnO 58.0 74.2 73.3 32.8
8 Ag 11.5 18.9 18.6 -
9 ZnO 10.0 35.7 76.3 -
10 Ag - - 18.0 -
11 ZnO - - 38.3 -
表 7 NIR 阻斷器 (+AR)10-12
層 材料 設計 10 設計 11 設計 12
基板 玻璃 d phy nm d phy nm d phy nm
1 Ta2O5 121.1 126.9 89.2
2 SiO2 77.7 61.4 121.2
3 ZnO 55.1 56.6 79.3
4 Ag 12.0 12.0 50.4
5 ZnO 79.9 80.1 12.0
6 Ag 18.4 18.4 78.9
7 ZnO 73.0 75.0 18.4
8 Ag 23.2 23.2 77.5
9 ZnO 69.7 69.7 23.2
10 Ag 15.0 15.0 69.2
11 ZnO 131.8 135.1 15.0
12 Ta2O5 90.2 94.1 137.3
13 SiO2 90.4 67.7 91.4
14 Ta2O5 118.6 140.4 83.7
15 SiO2 65.5 63.6 121.7
16 Ta2O5 150.6 125.1 63.1
17 SiO2 201.0 87.9 143.5
18 Ta2O5 53.7 90.4 63.4
19 SiO2 - 91.4 127.6
20 Ta2O5 - 128.4 81.1
21 SiO2 - 195.6 131.9
22 Ta2O5 - 56.5 18.1
23 SiO2 - - 174.0
24 Ta2O5 - - 67.0
25 SiO2 - - 152.6
26 Ta2O5 - - 177.9
27 SiO2 - - 78.9
         
Σ d Ag 4x 68.6 68.6 68.6
Σ d ZnO(AZO/GaZO) 277.7 281.4 276.0
Σ d Ta2O5 609.8 768.1 812.8
Σ d SiO2 490.8 696.3 1190.0
Σ d total 1446.9 1814.4 2347.4
表 8 製程參數 +
層材料 製程 製程參數
ZnOx , ZnOx :Al 反應。射頻或直流脈衝或直流或交流-MF濺射 O2 和惰性氣體(Ar)，p：1 x 10-4 - 9 x 10-3 mbar，0.2-20 kW /陰極++；
Ag 直流脈衝或直流 僅限惰性氣體(Ar)，p：1 x 10-4 - 9 x 10-3 mbar，0.2-20 kW /陰極++；
Ti,或Ti Osub , or NiCr, or NiCrOsub 反應或不反應射頻或直流脈衝或直流或交流-MF濺射 惰性氣體(Ar)+O2 設施。(例如金屬)目標，p：1 x 10-4 - 9 x 10-3 mbar，0.2-20 kW /陰極++；
Ta2 O5 反應。射頻或直流脈衝或直流或交流-MF濺射 O2 和惰性氣體(Ar)，p：1 x 10-4 - 9 x 10-3 mbar，1-20 kW /陰極++；
SiOx 反應。射頻或直流脈衝或直流或交流-MF濺射。 O2 和惰性氣體(Ar)，p：1 x 10-4 - 9 x 10-3 mbar，1-20 kW /陰極++；
+ 用於測試玻璃及濾光器的所有製程均在以下類型的商用Evatec真空設備上生產：CLN 200 BPM、MSP、Solaris 及/或 LLS；++ 具有靶材尺寸為圓形200-450mm或矩形l×b=35 - 85 X 13 cm的平面陰極用於所有實驗，也可以使用可旋轉的陰極靶材。
1:ZnOx ,AZO,GaZO 1’:晶種層 2:Ag 3:ZnOx ,AZO,GaZO 4:Ag 5:ZnOx ,AZO,GaZO 6:TiOx ,ZnOx ,SnOx ,NiCrOx 7:電介質堆疊 10:TiO2 ,Ta2 O5 ,ZrO2 ,Si3 N4 11:AR堆疊(電介質) 12:NIR封閉層堆疊 13:另外的AR堆疊(電介質) 14:SiO2 層或SiO2 /高指數/…/SiO2 層堆疊 20:I型指紋識別系統 21:蓋板 22:前板 23:背板 24:LED模組，例如OLED 25:具低折射指數(RI)之透明隔板 26:透鏡 27:準直儀/針孔陣列/光波導 28:感測器或感測器陣列 29:獨立光源 30:NIR濾光器堆疊 31:個別濾光器於一側具NIR濾光器 32:控制器單元 33:吸收層 34:準直儀通孔 35:光學路徑邊界 36:手指 37:指紋區 40:II型指紋識別系統
現在應借助於圖式來進一步例示本發明。應該提到的是，這些圖只是為了展示本發明的一個或通常幾個實施例的功能，而沒有顯示按比例的尺寸或某些部件的適當比例，以使本發明的原理更容易看清。圖式顯示： 圖1：指紋識別系統，FID I； 圖2：指紋識別系統，FID II； 圖3：系統II的細節； 圖4至7：本發明之FID系統的濾光器的原理； 圖8至10：FID系統的最先進的濾光器； 圖11至15：與本發明之FID系統一起使用的濾光器的光學性質。
20:I型指紋識別系統
21:蓋板
22:前板
23:背板
24:LED模組，例如OLED
25:具低折射指數(RI)之透明隔板
26:透鏡
28:感測器或感測器陣列
29:獨立光源
30:NIR濾光器堆疊
31:個別濾光器於一側具NIR濾光器
32:控制器單元
35:光學路徑邊界
36:手指
37:指紋區

Claims (23)

  1. 一種生物認證系統，包含： 一半透明防護板，具有在該防護板正面的認證區及形成該板之第二面之背面，基本上與該正面平行； 一發光源，照亮壓抵在該認證區上或與該認證區接觸之物體； 一感測器，配置於該背面或與該背面相隔一距離； 從該認證區至該感測器之一光學路徑； 在該光學路徑內之一濾光器； 在此該濾光器為積層型近紅外(NIR)濾光器，包含 於基板側之內ZnOx 及/或內TiOx 層之至少一者； 其後為複數個銀層，每一銀層與每一相鄰銀層藉由另外的ZnOx 層及/或另外的TiOx 層組成之至少一個另外的金屬氧化物層隔開； 外ZnOx 層、外TiOx 層及/或沉積於最外銀層上之封閉層之至少一者。
  2. 如請求項1之系統，其中該封閉層由TiOx 、ZnOx 、SnOx 、Cry Ox 及/或NiCrOx 之至少一者組成。
  3. 如請求項1至2中任一項之系統，其中包含對應於金屬氧化物層之個別金屬之金屬組成之金屬介面層係設於至少一相鄰銀層及該金屬氧化物層之間。
  4. 如請求項1至3中任一項之系統，其中該等金屬氧化物層至少在該銀側或該等銀側為亞化學計量的。
  5. 如請求項1至4中任一項之系統，其中至少一個ZnOx 層為摻雜鋁之ZnOx :Al(AZO)層，或摻雜鎵之ZnOx :Ga(GaZO)層。
  6. 如請求項1至5中任一項之系統，其中由交替高及低折射層製成的抗反射(AR)堆疊係沉積於該外ZnOx 層、該外TiOx 層或該封閉層之一者上。
  7. 如請求項6之系統，其中該近紅外(NIR)堆疊包含至少4層，例如16至32層。
  8. 如請求項1至7中任一項之系統，其中金屬或半導電性晶種層係設於該基板表面。
  9. 如請求項1至8中任一項之系統，其中由交替高及低折射層之製成的另外的抗反射(AR)堆疊係沉積於該基板或該晶種層及該內ZnOx 或內TiOx 層之間。
  10. 如請求項9之系統，其中該另外的AR堆疊包含至少二個交替層。
  11. 如請求項10之系統，其中該另外的AR堆疊亦為紫外光衰減或阻擋堆疊。
  12. 如請求項1至11中任一項之系統，其中SiO2 層或由交替SiO2 層及高指數材料組成之至少一高指數層製成的堆疊係夾在二個另外的金屬氧化物層(3)之間，在此該二個另外的金屬氧化物層之每一者與與該SiO2 層或與一SiO2 層接觸，並以其背離夾在中間之該SiO2 層的側面與各自的銀層相鄰。
  13. 如請求項12之系統，其中該高指數材料為Ta2 O5 、TiO2 、Nb2 O5 、HfO2 、ZrO2 或Si3 N4 。
  14. 如請求項12或13任一項之系統，其中夾在中間之該堆疊係為由二個SiO2 層及夾在中間之高指數層組成之三層堆疊。
  15. 如請求項1至14中任一項之系統，其中該發光源係為配置於該認證區下方之平面光源。
  16. 如請求項1至15中任一項之系統，其中該發光源係為配置於該認證區下方之獨立光源。
  17. 如請求項1至16中任一項之系統，其中當使用與該表面法線成60°角而非0°測量之光時，該濾光器具有小於近紅外(NIR)邊緣5%之波長偏移。
  18. 如請求項1至17中任一項之系統，其中該光學路徑包含一透鏡或一鏡子。
  19. 如請求項1至17中任一項之系統，其中該光學路徑包含一準直儀。
  20. 如請求項1至17中任一項之系統，其中該光學路徑不包含一透鏡、一鏡子或一準直儀中之一者。
  21. 一種觸控螢幕，包含如請求項1至20中任一項之系統。
  22. 一種電子裝置，包含如請求項21之觸控螢幕。
  23. 如請求項22之電子裝置，該電子裝置係為行動電話、觸控板、電腦或另一輸入/輸出裝置。
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