TWI550523B - 指紋感測裝置 - Google Patents
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Description
本申請案主張2014年6月5日申請之受讓於其受讓人之美國臨時申請案第62/008,242號「Fingerprint Sensing Apparatus」之權利。前述美國申請案之全文以引用方式併入本文中。
本發明係關於指紋偵測系統之領域。特定言之,本發明係關於一種用於指紋辨識之薄型高對比度光學採集系統。
各種指紋辨識器件已用於商業及軍事應用。許多此等習知指紋辨識器件致力於將一所擷取指紋之圖案匹配至一既有指紋樣本資料庫。若找到一匹配,則認為指紋有效,但若未找到一匹配,則認為指紋無效。
經開發用於行動器件及平台之應用程式通常需要安全的電子交易,且指紋辨識開始在使此等交易更安全以及更方便中發揮重要作用。將習知指紋辨識器件用於行動應用程式之缺點之一者在於其等實體形狀因數不適於行動器件及行動平台。該器件必須附接至行動器件或嵌入行動器件內。習知光學指紋採集器件可能係體積大的且與行動器件無縫地一體化可能具有挑戰性。
因此,期望具有一種用於指紋辨識之薄型高對比度光學採集系統,其可解決習知指紋辨識器件之上述問題。
提供用於一指紋感測裝置之方法及系統。在一項實施例中,一種用於判定一指紋之有效性之方法包含:從複數個光源判定用於發射光至一指紋的一組光源;從複數個感測器區判定用於感測來自該指紋之散射光的一組感測器區;判定一感測器區與一光源之間的一最小距離用於感測來自該指紋之選擇性散射光;從該組光源發射光以從該指紋產生散射光;在該組感測器區中感測該散射光;及使用在該複數個感測器區中感測之散射光判定該指紋之一有效性。
在另一實施例中,一種用於判定一指紋之有效性之裝置包含一光折射器件(光折射器)、一光源、一光收集器件及一控制器。該光折射器件可例如係具有反向電流量測及放大電路之一主動矩陣有機發光二極體(AMOLED)面板結構,且包含一成像表面及一觀視平面。來自該光源之入射光直接或間接投射至該成像表面上以自該投射光產生圖案化物件之一影像至該觀視平面上。與習知光學指紋採集裝置相比,該裝置經組態以具有一薄的形狀因數,其可能係撓性或可保形的。該AMOLED面板包含光源面板以及光收集器件。該指紋感測裝置可實施為一單元內結構。
在另一實施例中,一種用於判定一指紋之有效性之裝置包含一光折射器件(光折射器)、一光源、一光收集器件及一控制器。該光折射器件可例如係一薄膜電晶體(TFT)面板且包含一成像表面、一光接收表面、一觀視平面及光收集器件。該光源可係離散光源之一可個別定址面板,例如一液晶顯示器(LCD)面板或一AMOLED面板。來自該光源之入射光經投射穿過該光接收表面且直接或間接投射至該成像表面上以自該投射光產生圖案化物件之一影像至該觀視平面上。與習知光學指紋採集裝置相比,該裝置經組態以具有一薄的形狀因數,其可能係撓性或可保形的。該TFT面板可實施為放置於該光源面板之頂部
上之一附加面板。
702‧‧‧區塊
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750‧‧‧區塊
1500‧‧‧指紋擷取感測器
1511‧‧‧玻璃層
1512‧‧‧光感測單元
1512-D‧‧‧汲極電極
1512-G‧‧‧閘極電極
1512-P‧‧‧光敏層
1512-S‧‧‧源極電極
1513‧‧‧切換單元
1513-D‧‧‧汲極電極
1513-sh‧‧‧第一光屏蔽層
1514‧‧‧第二電極
1515‧‧‧第一電極
1516‧‧‧絕緣層
1517‧‧‧絕緣層
1518‧‧‧鈍化層
1520‧‧‧背光
1522‧‧‧第二光屏蔽層
L‧‧‧光源組件/光源
L1‧‧‧光源
L2‧‧‧光源
r0‧‧‧半徑
r‧‧‧距離
S‧‧‧光收集組件/感測器
w‧‧‧谷線寬度
xB‧‧‧寬度
xL‧‧‧距離
x(max)‧‧‧距離
xS‧‧‧距離
αR‧‧‧角
αS‧‧‧角
在結合以下圖式之非限制性及非窮舉性態樣閱讀本揭示內容之實施例之詳細描述之後,將更清楚理解本揭示內容之前述特徵及優點以及其額外特徵及優點。貫穿圖式使用相同數字。
圖1A繪示根據本揭示內容之態樣之基於一指紋之一脊線之照明之光特性。圖1B繪示根據本揭示內容之態樣之基於一指紋之一谷線之照明之光特性。
圖2繪示根據本揭示內容之態樣之來自兩個光源之一潛在干擾問題。
圖3A繪示根據本揭示內容之態樣之避免來自兩個光源之有關來自一指紋之脊線之散射光之干擾之一例示性方法。圖3B繪示根據本揭示內容之態樣之避免來自兩個光源之有關來自一指紋之散射光之干擾之一例示性方法。圖3C繪示根據本揭示內容之態樣之避免來自兩個光源之有關來自一指紋之散射光之干擾之另一例示性方法。圖3D繪示根據本揭示內容之態樣之圖3C之實例之光強度重疊之一曲線圖。
圖4A繪示根據本揭示內容之態樣之圖3A之例示性方法之一側視圖。圖4B繪示根據本揭示內容之態樣之圖3A之例示性方法之一俯視圖。
圖5A繪示根據本揭示內容之態樣之解決複數個非重疊光源及感測器區之一例示性實施方案。圖5B繪示根據本揭示內容之態樣之解決複數個非重疊光源及感測器區之另一例示性實施方案。
圖6A繪示根據本揭示內容之實施例之掃描一指紋之一例示性實施方案。圖6B繪示根據本揭示內容之實施例之掃描一指紋之另一例示性實施方案。圖6C繪示根據本揭示內容之態樣之在相鄰感測器區
之間用於避免干擾之例示性分隔。
圖7A繪示擷取並驗證一指紋影像之一方法;圖7B繪示從複數個光源判定用於發射光至一指紋的一組光源之一方法;圖7C繪示在一組感測器區中感測散射光之一方法;圖7D繪示使用在複數個感測器區中感測之散射光判定指紋之一有效性之一方法;且圖7E繪示根據本揭示內容之態樣之擷取並驗證圖7A之指紋影像之另一方法。
圖8A繪示根據本揭示內容之態樣之收集感測器資料之一例示性實施方案。圖8B繪示根據本揭示內容之態樣之收集感測器資料之另一例示性實施方案。圖8C繪示根據本揭示內容之態樣之收集感測器資料之又一例示性實施方案。圖8D繪示根據本揭示內容之態樣之收集感測器資料之又一例示性實施方案。圖8E繪示根據本揭示內容之態樣之收集感測器資料之又一例示性實施方案。
圖9繪示根據本揭示內容之態樣之控制一對應主動感測器區上之一光發射錐體之效應。
圖10A繪示根據本揭示內容之態樣之具有指紋感測器之一單向OLED;圖10B繪示根據本揭示內容之態樣之具有指紋感測器之一雙向OLED;圖10C繪示根據本揭示內容之態樣之具有指紋感測器之一可保形OLED;圖10D繪示根據本揭示內容之態樣之一例示性OLED結構。
圖11A繪示根據本揭示內容之態樣之具有正向偏壓之一例示性子像素電路單元;圖11B繪示根據本揭示內容之態樣之具有反向偏壓之一例示性子像素電路單元。
圖12繪示根據本揭示內容之態樣之具有RGB子像素之一例示性像素電路單元。
圖13繪示根據本揭示內容之態樣之使用AMOLED之指紋採集之一程序。
圖14繪示根據本揭示內容之態樣之用於指紋辨識之一薄型高對比度光學採集系統之一例示性控制器。
圖15繪示根據本揭示內容之態樣之使用一薄膜電晶體(TFT)面板結構之一例示性光感測面板。
圖16繪示根據本揭示內容之態樣之一例示性指紋偵測系統。
圖17繪示根據本揭示內容之態樣之一例示性面板結構。
提供用於指紋感測裝置之方法及系統。下文描述經提出以使熟習此項技術者能夠製造並使用本揭示內容。特定實施例及應用之描述僅提供作為實例。熟習此項技術者將易於暸解本文中所描述之實例之各種修改及組合,且在不背離本揭示內容之範疇之情況下,本文中所定義之一般原理可應用於其他實例及應用。因此,本揭示內容並非意欲於限於所描述及所示之實例,而是範疇應與本文中揭示之原理及特徵一致。詞「例示性」或「實例」在本文中用於意指「用作一實例、例證或繪示」。本文中被描述為「例示性」或「實例」之任何態樣或實施例不一定被解釋為優於或勝過其他態樣或實施例。
下文詳細描述之一些部分已參考針對資訊之操作之流程圖、邏輯區塊及其他符號表示提出,該等操作可在一電腦系統上執行。在此將一程序、電腦執行步驟、邏輯區塊、過程等構想為導致一所期望結果之一或多個步驟或指令之一自洽序列。該等步驟係利用物理量之物理操控之步驟。此等量可採取能夠在一電腦系統中儲存、傳送、組合、比較及依其他方式操控之電信號、磁信號或無線電信號之形式。此等信號有時可被稱為位元、值、元素、符號、字元、項、數字等。各步驟可由硬體、軟體、韌體或其組合來執行。
在圖1A中,作為一像素面板之指紋採集裝置之圖式展示入射光,該入射光自光發射平面中之一光源組件L行進,經過一光學結構
至成像表面且自成像表面行進至光發射平面中之一光收集(感測器)組件S。入射光與放置於成像表面上之一手指相互作用,且自成像表面反射、折射或散射。該像素面板經組態使得存在多個發光像素及多個感測器像素,該多個發光像素用作離散光源,該多個感測器像素用於接收載送指紋影像資訊之光。用作光源或感測器之光組件可係在光發射平面中配置為一可定址圖案之像素或子像素。該像素面板可係一顯示面板或非顯示面板但不限於LED或TFT類型顯示面板。
對於實施為一附加面板之一TFT類型之光折射器,儘管光源組件定位於光折射器下方之光源面板中,但光發射平面可被視為與光收集平面相同之平面,此係因為TFT面板之單元之透明區域與光源面板之單元之透明區域對準。對於實施單元內之一LED類型之光折射器,光發射平面及光收集平面兩者係同一平面。
以下部分描述可如何根據本揭示內容之態樣擷取指紋影像。在一方法中,依小於光折射器/空氣介面處之臨界角之一入射角自一光源L投射光至成像表面上。當入射光撞擊放置一手指之成像表面時,該入射光將被脊線及谷線兩者散射,但角度及強度不同。脊線將跨比谷線更廣之範圍之角散射光。更具體言之,散射自脊線之光將在比被散射自谷線之光擊中之區域更大之一區域內擊中發射平面。本揭示內容之感測器區可鑑於散射光之特性來判定,且其可經組態以區別被兩個表面形貌特徵散射之光。
散射範圍之差異係歸因於空氣之存在,其中在成像表面處存在谷線。由於入射光之角小於臨界角,故光從像素面板傳遞出來,穿過成像表面至空氣中,撞擊谷線,散射,重新進入像素面板,並折射。由於折射,故谷線將光散射至發射平面上之比脊線之區域更小之一區域內(例如,如圖4A中所示之半徑r0內)。谷線及脊線兩者可將光散射至相同的小區域中;散射自脊線之光與散射自谷線之光之間不存在差
別,因此,光未收集於接近於光源之小區域中。但脊線可將光散射至小區域外;因此,光收集於小區域外。像素面板跨一可控制區域提供複數個感測器以收集用於產生高對比度指紋影像之精確區分之光。
在圖1A中所示之實例中,光撞擊一脊線觸碰成像表面之處。部分入射光被脊線吸收,而其餘光朝向光發射平面散射。一感測器S接收一散射光射線。由感測器S接收之光之強度指派至對應於由來自光源L之入射光照明之點之位置。脊線之影像將顯得明亮。
在圖1B中所示之實例中,光撞擊其中存在一谷線之表面。光傳遞穿過該表面並撞擊該谷線。部分光被谷線吸收,而其餘光散射。部分散射光穿過成像表面重新進入光學結構且與成像表面之法線呈一角αR折射。一折射光射線在與光源相距一距離x處擊中光發射平面。此距離x受限於光折射器/空氣介面處之臨界角;x亦取決於谷線之深度及光學結構之厚度(th)。在與光源相距超過一特定距離(x(max))之情況下,將無光折射至光發射平面上,此係因為折射角受限於臨界角。雜散光可達到超過x(max),但其可被忽略,此係因為其強度將係可忽略的。由感測器S接收之光之強度指派至對應於由來自光源L之入射光照明之點之位置;因此,定位為超過x(max)之一感測器將記錄谷線之一影像為暗的。
為使用一單個光源L辨別一指紋脊線或谷線,光學成像裝置可經組態以使得當L啟動時定址個別像素、多個像素或像素區域。所有感測器S可定位為與L相距一預定距離xS(例如xS<x(max))內,可被忽略、不使用或關閉,且至少一感測器S可定位為與L相距一預定距離xS(例如xS>x(max)),可開啟,且射入光被收集;此一感測器被稱為主動感測器。該主動感測器將接收僅散射自一脊線之光,此係因為在超過臨界角之情況下或超過距離x(max)(但可忽略的雜散光除外)之情況下,散射自一谷線之光無法被光學結構折射。以下段落描述一種用於計算
其中在照明點處存在一谷線之一x(max)值之方法。
在入射光傳遞穿過成像表面之後,其在空氣中撞擊谷線並散射。此散射光之一些在與原始入射光之軸相距一距離x(air)處重新進入光學結構且在光學結構中折射,從而與成像表面之法線形成一角αR。x(max)可計算為:x(max)=x(air)+厚度(th)*tan(αR)。
αR之最大可能值係光折射器/空氣介面處之臨界角,但αR實際上可能小於臨界角。x(air)之最大值近似谷線寬度w。因此,x(max)可藉由以下表達式估計為:x(max)=w+厚度*tan(臨界角)。
指紋採集裝置可經設計以具有一較大x(max)以減少雜散光之偵測,其將減小敏感度,但將由指紋脊線及谷線之較大清晰度及區別而抵消。然而,在一些應用中,可選擇一較小x(max)以提高敏感度而不使對比度降低至無法容忍之位準。由於一谷線之寬度可在照明點之間變化,故在一些其他應用中,一足夠大的x(max)值經估計以覆蓋可在此等應用中遭遇之谷線寬度之可行範圍。若存在兩個或更多個主動感測器,則可比較由一感測器接收之光之強度與由另一感測器接收之光之強度以計算對應於照明點之一總亮度。
可組合接收自各種照明點之光之所量測或所計算強度以映射出對應於各照明點之指紋之表面形貌。較亮區域指示較高海拔(例如,脊線),而較暗區域指示較低海拔(例如,谷線)。
根據本揭示內容之態樣,可在超過x(max)之一大距離處收集散射光。但出於以下原因,在距離太遠處收集散射光可能不切實際:(a)光強度在距離照明點更遠處下降,其將減小敏感度;(b)將產生過量冗餘資料,其將浪費儲存及處理資源;及/或(c)可有利地使用複數個同步光源使資料收集加速。為了更快速掃描一整個指紋,一方法係一次自超過一個光源照明超過一個點。
在圖2中,光同時自分隔達一距離xL之兩個光源投射至成像表面
上,各光源具有小於光折射器/空氣介面處之臨界角之一入射角。光源L1定位為過於接近光源L2,以致造成干擾:一感測器接收來自散射自兩個照明點(諸如兩個脊線)之射線之光。為避免由干擾造成之成像假影及低對比度之問題,xL可足夠大使得一主動感測器不接收來自散射自兩個單獨照明點之射線之重疊光,如圖3A及圖3B中所示。在此等圖中,忽略、不使用或關閉定位為與L相距小於x(max)之一距離之感測器,且定位為與光源相距介於r0與r(其中r0>x(max)且r>r0)之間的一距離之至少一感測器係一主動感測器(圖4A及圖4B)。
r之值可選擇為其中擊中發射平面之散射光強度減小至一所期望臨限值(諸如小於20%、小於10%、小於5%、小於1%或小於在r0處擊中發射平面之散射光強度之1%)之距離。在超過距離r之情況下,若xL(min)不夠大,則較低強度散射光可促進干擾。在此等應用中,一緩衝區可附加在(諸)主動感測器外以避免(該等)主動感測器處之干擾。對於一些其他應用,若此較低強度光可忽略,則干擾可容忍。對於一些其他應用,r可選擇為小至稍大於r0。根據本揭示內容之態樣,xL(min)被稱為兩個光源之間的最小距離,該兩個光源可同時照明使得至少一主動感測器不會接收來自反射、折射或散射自由其他光源照明之點之干擾。
根據本揭示內容之態樣,可使用針對光強度衰減之數個模型估計xL(min)。在一方法中,最小距離可計算為xL(min)=2*脊線寬度+函數(1/xS 2)。xS係自一感測器至其對應光源L之距離。若假定針對衰減之一半球狀模型,則強度將減小1/xS 2。αS係由感測器S接收之一散射光射線與光發射平面之法線所成之角。若至成像表面法線之入射角αi係0度,則xS=th*tan(αS)。該函數判定光強度變得可忽略處,xS的可能距離。為改良指紋影像之對比度,光學成像裝置可經組態使得來自兩個照明點之光不重疊。為此,xL(min)需要足夠大但不大至使其不切
實際。xL(min)可足夠小以允許可忽略光之重疊。可對於可忽略光強度判定一臨限值。
在另一方法中,為避免具有來自由兩個脊線散射之光之干擾之最壞情況,最小距離可計算為xL(min)=2*r+xB。xB表示定位於相鄰主動感測器區之間的一緩衝區之寬度,其中不感測散射光,光強度變得可忽略或來自兩個照明點之散射光可重疊而不造成劣化影像之干擾。可對於一特定設計要求判定光強度變得可忽略之臨限值。例如,該強度可在其變成小於30%、小於20%、小於10%、小於5%、小於1%或小於r0處之光強度之1%時變得可忽略。為改良指紋影像之對比度,光學成像裝置可經組態使得散射自兩個照明點且收集於其等各自主動感測器區中之光不重疊。為此,xL(min)需要足夠大但不大至使其不切實際。xL(min)可足夠小以對於特定應用允許可忽略光之一可容忍重疊(諸如圖5A中所示)。圖3C繪示根據本揭示內容之態樣之避免來自兩個光源之有關來自一指紋之散射光之干擾之另一例示性方法。圖3D繪示根據本揭示內容之態樣之圖3C之實例之光強度重疊之一曲線圖。
一主動感測器區可包含一光源及不會接收來自另一光源之一照明點之干擾之至少一主動感測器。該主動感測器區可係圍繞由一半徑r限定之一光源L之一圓形區域。此區包含定位於具有內半徑r0>x(max)及外半徑r>r0之一圓環內之至少一主動感測器(圖4A及圖4B)。
為縮短獲得一指紋之一完整影像所需之時間,可同時啟動多個非重疊主動感測器區。若給定應用可容忍歸因於重疊之干擾,則緩衝區可重疊。在圖5A及圖5B中展示呈不同定向陣列之多個主動感測器區之實例。在照明一組區且收集光資訊之後,禁用該組,且諸如在一系列水平掃描及垂直掃描或兩種不同掃描方法之一組合中依空間及時間遞增而啟動另一組區(圖6A及圖6B)。此掃描程序重複直至收集指紋
之所期望資訊量以組合一影像為止。影像品質及掃描/處理速度可藉由調整區之配置來優化。
諸如圖5A中之經啟動感測器區可跨整個成像區域配置為列、行或其他構造,其允許高效的像素定址及資料收集。圖5B展示更緊密封裝感測器區以改良指紋掃描之效率之一實例。空間可添加於諸如圖6C中之經啟動感測器區之間以減少雜散光從一區至另一區之洩漏,該洩漏可造成干擾或引入假影。
為進一步縮短資料收集及處理時間,一主動感測器區內之經啟動感測器之數目可經減小以形成如圖8A中之一線或諸如圖8D中之一十字。移除靠近相鄰主動感測器區之感測器亦可減小來自相鄰區之可能干擾。該線形或十字形區可配置為諸如圖8B、圖8C及圖8E中之陣列,其可有助於進一步減小重疊及干擾之可能性,同時允許更緊密封裝以改良指紋掃描之效率。
為減小主動感測器區大小而不折損高對比度及影像清晰度,可減小光學結構之厚度。此可減小主動感測器區半徑r,其允許一較緊密區陣列或一較大區間間隙,該較緊密區陣列導致較快掃描,該較大區間間隙產生一較高掃描品質。
在圖9中,發射自一光源之光可依與光發射平面之法線成範圍自0至β之一發射角離開像素。如圖9中所示,展示為β之一光錐體可撞擊成像表面,從而有效地照明一圓形區域。成像表面處之入射角αi之範圍將自0至β,從而產生一圓形照明區域。此圓形區域中被一脊線散射之光將使一主動感測器區之半徑自r增寬至r’及可能x(max),使得r0’>r0。主動感測器區可進一步隔開以考量一非零β值。來自一表面形貌特徵之不同區域之重疊的反射、折射或散射光可劣化指紋影像之清晰度。為減小此劣化,光學裝置可經組態以減小β且減小光學結構之厚度,其任一者可有助於減小照明區域。
為維持高對比度,β不能大於光折射器/空氣介面處之臨界角。若β無法減小,則光折射器之材料可經選擇以增大臨界角。若主動感測器區之環歸因於一非零β而增寬,則較佳地啟動各環內之更多感測器以增大敏感度。替代地,當產生指紋影像時,可使用由更接近於r0附近之最靠內環之感測器接收之光,同時可棄用或忽略由其餘感測器接收之光。使用上文所描述之方法,一指紋之影像可具有一高對比度,其對準確指紋辨識係重要的。
一附加類型之光折射器可係撓性的、可保形的或透明的。此一附加光折射器之一實例可係一TFT面板結構,包含在該面板之底部上、在一基板下方之光感測組件。該基板可係例如玻璃、塑膠或聚合物。該TFT面板結構可經組態以連同該基板用作一光感測面板。
圖15繪示根據本揭示內容之態樣之使用一薄膜電晶體(TFT)面板結構之一例示性光感測面板。該TFT面板結構之各單元可係被稱為感測像素之一可定址光感測組件。在圖15中所示之實例中,擷取感測器1500包含可由SiNx形成之一鈍化層1518。在鈍化層1518之頂部上,形成包含第一電極1515之一儲存電容器層。此儲存電容器層較佳由可導電且透明的氧化銦錫(ITO)形成。在第一電極1515之頂部上,形成較佳由SiNx形成之一絕緣層1517。在絕緣層1517上方,形成較佳由氧化錫形成之一第二電極1514。第一電極1515、絕緣層1517及第二電極1514一起形成該儲存電容器。在第二電極1514上方,形成可由SiNx形成之另一絕緣層1516。在絕緣層1516上方放置一層玻璃層1511。在本文中可被稱為成像表面之玻璃層1511上放置一待成像指紋。
在一鈍化層1518上水平地配置一光感測單元1512及一切換單元1513,該光感測單元1512較佳為一薄膜電晶體,該切換單元1513較佳亦為一薄膜電晶體。在鈍化層1518下方,一背光1520向上照射光以使其傳遞穿過指紋擷取感測器1500。如圖15中所示,背光1520可與鈍化
層1518之一下暴露表面分隔。然而,亦認為背光1520抵靠鈍化層1518之下表面放置。背光1520可係一LED或任何其他類型之光源。光感測單元1512之一源極電極1512-S及切換單元1513之一汲極電極1513-D透過第二電極1514電連接。光感測單元1512之一閘極電極1512-G連接至第一電極1515。此外,在切換單元1513處,一第一光屏蔽層1513-sh放置於絕緣層1517與鈍化層1518之間。如下文所詳述,第一光屏蔽層1513-sh阻止來自背光1520之光到達切換單元1513。此外,在切換單元1513處,第二光屏蔽層1522定位於玻璃層1511與絕緣層1516之間以屏蔽切換單元1513不受傳遞穿過玻璃層1511或反射自玻璃層1511之光的影響。
在上述結構中,一光敏層1512-P(諸如非晶矽(a-Si:H))形成於光感測單元1512之汲極電極1512-D與源極電極1512-S之間。應注意,光敏層1512-P允許電流回應於預定量之光撞擊光敏層1512-P之一表面而流動。依此方式,當在光敏層1512-P之一表面處接收超過預定量之光時,電流流動通過汲極電極1512-D及源極電極1512-S。
根據本揭示內容之態樣,在製造擷取感測器1500之一方法中,首先經由蒸鍍、濺鍍或任何其他方法在玻璃層1511上放置一第二光屏蔽層1522。玻璃層1511較佳介於約5um與10um之間,但可更厚或更薄。光屏蔽層1522較佳由諸如鋁之一金屬形成,但可由任何合適的光阻擋材料形成。接著,在玻璃層1511及第二光屏蔽層1522之頂部上形成絕緣層1516。如上文所述,絕緣層1516較佳由SiNx形成。接著,在絕緣層1516上方形成光敏層1512-P。如上文所論述,光敏層1512-P較佳由a-Si:H形成。接著,在絕緣層1516上方形成光感測單元1512之源極電極1512-S、第二電極1514及切換單元1513之汲極電極1513-D。源極電極1512-S、第二電極1514及汲極電極1513-D較佳各由ITO形成,但可由任何合適導體形成。接著,形成絕緣層1517且在絕緣層1517上
方形成第一電極1515。絕緣層1517較佳由SiNx形成且第一電極1515較佳由ITO形成,但可由任何合適導體形成。接著,形成光感測單元1512之閘極電極1512-G及光屏蔽1513-sh。較佳地,閘極電極1512-G及光屏蔽層1513-sh各由ITO形成,但可由任何合適材料形成且光屏蔽層1513-sh無需由與閘極電極1512-G相同之材料形成。接著,在第一電極1515、閘極電極1512-G及光屏蔽層1513-sh上方形成較佳由SiNx形成之鈍化層1518。如上文所論述,背光1520可附接至鈍化層1518之下暴露表面或被單獨支撐。
在另一實施方案中,一影像擷取感測器可具有實質上與圖15中所示之擷取感測器相同之結構,除導電ITO層放置於玻璃層下方且可由SiNx形成之一絕緣層放置於ITO層下方外。由於ITO層係導電的,故累積於玻璃層上之靜電電荷可藉由將ITO層接地而放電。此可防止對擷取感測器之損害。可依實質上與影像擷取感測器相同之方式製造影像擷取感測器,除在於絕緣層上方形成光屏蔽層之前,於玻璃層上方形成ITO層且於ITO層上方形成絕緣層外。
在又一實施方案中,一影像擷取感測器可具有實質上與圖15中所示之擷取感測器相同之結構。具體言之,該擷取感測器包含實質上與光感測單元相同之一光感測單元及實質上與切換單元相同之切換單元,其等形成於一絕緣層與一鈍化層之間。然而,在絕緣層上方,擷取感測器包含具有在垂直於基板層之一表面之一方向上延伸之複數個光纖束之一基板層。較佳地,形成基板層之光纖束330a之直徑為自約4um至約8um之直徑且直徑更佳地為約6um,但亦可使用更大或更小直徑。基板層可由玻璃光纖束330a或其他實質上透明的材料(包含聚合物)之光纖束形成。光纖片可用於形成該基板層。
一光感測器面板可實施為一附加面板,該附加面板放置於一光源面板之頂部上。該光源面板可係例如一LCD面板或一AMOLED面
板。圖16繪示一例示性指紋偵測系統,其中一TFT類型光感測器面板放置於一LCD顯示面板結構之頂部上作為一附加面板。在此實例中,一TFT類型光感測器面板放置於一LCD面板結構之頂部上作為一附加面板。該TFT類型光感測面板之感測像素可個別定址且可根據一指定感測器區圖案啟動。
若在光感測器面板中存在不透明區域,則此等區域可與光源面板之不透明區域對準。圖17繪示與一LCD面板結構對準之一例示性TFT光感測器面板,其中該TFT光感測器面板之不透明組件與該LCD顯示面板結構之黑色矩陣區域對準。在此實例中,TFT光感測器面板與該LCD面板結構對準。TFT光感測器面板上之不透明組件與LCD面板結構對準。TFT光感測器面板上之不透明組件與LCD顯示面板結構上之黑色矩陣區域對準。
LCD顯示面板之黑色矩陣區域不透明且因此將阻擋顯示器背光之透射。光感測器面板可經設計使得其不透明區域可與LCD面板之黑色矩陣區域對準。當LCD顯示器發射光穿過LCD顯示器之透明區域時,此光可用作光感測器面板之光源。根據一指定照明圖案,LCD顯示器可個別地控制單元(可個別定址)以作為離散光源發射光,該等光源被投射至光折射器中。
如上文所描述,光折射器件亦可例如係放置於一LCD或AMOLED顯示面板結構之頂部上作為一光源面板之一薄膜電晶體(TFT)附加面板。來自該光源面板之入射光投射穿過光接收表面且直接或間接投射至成像表面上以自該投射光產生圖案化物件之一影像至觀視平面上。此指紋感測裝置在實施在一行動器件中時,亦可用作一觸控感測器。
根據本揭示內容之態樣,頂部發射及底部發射類型OLED結構兩者(圖10A)可用作一指紋採集裝置之主要組件。若干不同類型之OLED
器件(諸如小分子OLED、聚合物OLED或基於溶液之OLED)可用作主要OLED器件結構。透明及不透明OLED面板兩者可用作一指紋採集裝置之主要組件(圖10B)。薄型面板及撓性或可保形類型之OLED面板兩者可用作一指紋採集裝置之主要組件(圖10C)。
一主動矩陣OLED(AMOLED)面板可用作一指紋採集裝置之主要組件。一AMOLED面板可包含子像素區域(紅色、綠色及藍色子像素)及一驅動電路區域(薄膜電晶體及電容器)。各子像素之亮度可藉驅動及切換電晶體及電容器且藉由控制注入至OLED子像素之電流之量來調整。可使用OLED材料沈積技術形成子像素之尺寸。例如,在OLED材料蒸鍍製程期間,可使用陰影遮罩設定子像素之大小及位置。
一OLED可具有一分層結構,該分層結構具有以下序列:陽極/電洞注入層/電洞輸送層/發射層/電子輸送層/電子注入層/陰極。具有高功函數之ITO及其他透明導電材料可用作陽極材料,且諸如鋁及鎂之金屬可用作陰極材料。圖10D展示一底部發射OLED之結構。在此實例中,成像表面將在基板底部處,且光發射平面將係陰極層。光學結構可包含基板與陰極之間的透明層。
此一指紋採集裝置之可靠度(即,OLED面板壽命)可藉由使用各種密封技術及材料(諸如乾燥劑、玻璃質密封及薄膜囊封)予以改良。各種類型之基板(諸如藍寶石、玻璃及塑膠材料)可用作OLED載體以控制光行進路徑(折射率控制),以增強/改良影像感測之信雜比,且改良指紋裝置之可靠度及壽命。圖11A展示一例示性AMOLED子像素單位單元電路(具有子像素之2D驅動TFT電路)。驅動區域可包含一驅動電晶體、切換電晶體、存儲電容器及反向電流感測器。圖11B展示在OLED電路結構中讀取及放大之反向電流。
在一些實施例中,一AMOLED面板具有三子像素結構。在子像
素結構中,例如,一藍色子像素可用作一光源,而相鄰的綠色或紅色子像素可用作一感測器,此係因為藍色子像素之能帶隙大於綠色或紅色子像素之能帶隙。圖12展示一例示性R/G/B像素結構,其中藍色子像素係光源,且綠色或紅色子像素係感測器。當發光子像素開啟時,反向電壓可在感測器子像素中偏壓。在圖11B中,I-V曲線對應圖12中之子像素結構。當光自一指紋反射、折射或散射至感測器子像素時,在反向偏壓下感測器子像素中之反向電流之量增大。可使用驅動電路區域中之電流感測電路量測反向電流之量。可使用一放大電路及/或一信號處理器放大反向電流信號。接著,可藉由一信號處理演算法(圖13,演算法流程圖)處理放大之電流信號以產生一指紋影像。
可藉由改變各子像素之大小及密度且藉由設定OLED面板之子像素結構而控制OLED面板解析度。例如,一OLED面板可具有一較大發光組件(例如,藍色子像素)及一較小感測器組件(例如,綠色及/或紅色子像素)。根據本揭示內容之態樣,子像素結構可具有不同大小。子像素密度可藉由使像素形狀自條帶類型變更為圓形或菱形而增強。此外,一OLED子像素結構可具有不同形狀,諸如方形、矩形、圓形、菱形等。可藉由使用精細金屬遮罩製程、噴墨印刷或雷射轉印技術來製造子像素結構之圖案化。
根據本揭示內容之態樣,一行動器件通常裝配有一觸控感測器。若一行動器件裝配有本揭示內容之指紋感測裝置,則將無需觸控感測器,此係因為指紋感測裝置亦可用作一觸控感測器。如本文中所描述,一行動器件可經組態以包含作為用於指紋辨識之一指紋感測裝置之一薄型高對比度光學採集系統。在一些實施方案中,該行動器件可包括一無線收發器,該無線收發器能夠經由無線天線,透過一無線通信網路傳輸及接收無線信號。無線收發器可藉由一無線收發器匯流排介面連接至一匯流排。在一些實施例中,該無線收發器匯流排介面
可係至少部分與無線收發器整合。一些實施例可包含用於根據對應多個無線通信標準(舉例而言,諸如IEEE標準802.11、CDMA、WCDMA、LTE、UMTS、GSM、AMPS、Zigbee及Bluetooth®等之版本)實現發射及/或接收信號之多個無線收發器及無線天線。
行動器件亦可包括能夠經由一SPS天線接收及採集SPS信號之一SPS接收器。該SPS接收器亦可全部地或部分地處理所採集SPS信號以估計該行動器件之一位置。在一些實施例中,(諸)處理器、記憶體、(諸)DSP及/或專用處理器(未展示)亦可用於全部地或部分地處理所採集SPS信號,及/或結合該SPS接收器計算該行動器件之一估計位置。可在記憶體或暫存器(未展示)中執行用於執行定位操作之SPS或其他信號之儲存。
此外,行動器件可包括藉由一匯流排介面連接至匯流排之(諸)數位信號處理器(DSP)、藉由一匯流排介面連接至匯流排之(諸)處理器及記憶體。匯流排介面可與(諸)DSP、(諸)處理器及記憶體整合。在各種實施例中,可回應於儲存於記憶體中(諸如於一電腦可讀儲存媒體上,諸如RAM、ROM、FLASH或磁碟機等)之一或多個機器可讀指令之執行來執行功能。一或多個指令可由(諸)處理器、專用處理器或(諸)DSP來執行。記憶體可包括一非暫時性處理器可讀記憶體及/或一電腦可讀記憶體,該非暫時性處理器可讀記憶體及/或該電腦可讀記憶體儲存可由(諸)處理器及/或(諸)DSP執行以執行本文中所描述之功能之軟體碼(程式碼、指令等)。在一特定實施方案中,無線收發器可透過匯流排與(諸)處理器及/或(諸)DSP通信以使行動器件能組態為如上文所論述之一無線站。(諸)處理器及/或(諸)DSP可執行指令以執行上文結合圖1至圖6A至6C及圖8A至8E至圖17所論述之程序/方法之一或多個態樣。
根據本揭示內容之態樣,一使用者介面可包括若干器件之任一
者,舉例而言,諸如揚聲器、麥克風、顯示器件、振動器件、鍵盤、觸控螢幕等。在一特定實施方案中,該使用者介面可使一使用者能與代管於行動器件上之一或多個應用程式相互作用。例如,使用者介面之器件可將類比或數位信號儲存在記憶體上以由(諸)DSP或處理器回應於來自一使用者之動作進行進一步處理。類似地,代管於行動器件上之應用程式可將類比或數位信號儲存在記憶體上以向一使用者呈現一輸出信號。在另一實施方案中,行動器件可視需要包含一專用音訊輸入/輸出(I/O)器件,包括例如專用揚聲器、麥克風、數位轉類比電路、類比轉數位電路、放大器及/或增益控制器。在另一實施方案中,行動器件可包括回應於一鍵盤或觸控螢幕器件上之觸控或壓力之觸控感測器。
行動器件亦可包括用於擷取靜態或移動影像之一專用相機器件。專用相機器件可包括例如一成像感測器(例如,電荷耦合器件或CMOS成像器)、透鏡、類比轉數位電路、訊框緩衝器等。在一實施方案中,可在(諸)處理器或(諸)DSP處執行表示所擷取之影像之信號之額外處理、調節、編碼或壓縮。替代地,一專用視訊處理器可執行表示所擷取之影像之信號之調節、編碼、壓縮或操控。此外,專用視訊處理器可解碼/解壓縮所儲存影像資料用於呈現於行動器件上之一顯示器件上。
行動器件亦可包括耦合至匯流排之感測器,該等感測器可包含例如慣性感測器及環境感測器。慣性感測器可包括例如加速度計(例如,在三個維度上共同回應於行動器件之加速度)、一或多個陀螺儀或一或多個磁力計(例如,以支援一或多個指南針應用程式)。行動器件之環境感測器可包括例如溫度感測器、氣壓感測器、環境光感測器及相機成像器、麥克風等。感測器可產生類比或數位信號,該等類比或數位信號可儲存於記憶體中且由(諸)DPS或(諸)處理器處理以支援
一或多個應用程式(舉例而言,諸如涉及定位或導航操作之應用程式)。
在一特定實施方案中,行動器件可包括能夠執行在一無線收發器或SPS接收器處接收及降頻轉換之信號之基頻處理之一專用數據機處理器。類似地,專用數據機處理器可執行待升頻轉換以由無線收發器來傳輸之信號之基頻處理。在替代實施方案中,取代具有一專用數據機處理器,基頻處理可由一處理器或DSP(例如,(諸)處理器或(諸)DSP)執行。
圖7A繪示根據本揭示內容之態樣之擷取並驗證一指紋影像之一方法。在圖7A中所示之實例中,在區塊702中,該方法從複數個光源判定用於發射光至一指紋的一組光源。在區塊704中,該方法從複數個感測器區判定用於感測來自指紋之散射光的一組感測器區。在區塊706中,該方法從該組光源發射光以從指紋產生散射光。在區塊708中,該方法在該組感測器區中感測散射光。在區塊710中,該方法可視需要使用在複數個感測器區中感測之散射光判定指紋之一有效性。該方法可進一步判定該組光源中之一光源與該組感測器區中之一感測器之間的一最小距離。
圖7B繪示根據本揭示內容之態樣之從複數個光源判定用於發射光至一指紋的一組光源之一方法。在圖7B中所示之實例中,在區塊712中,該方法判定該組光源之間的一最小距離以避免該組感測器區中之干擾。在一些方法中,該組感測器區中之一感測器區由一內半徑與一外半徑之間的一區域判定;其中內半徑係感測到散射光之與光源相距之一最小距離,且外半徑係感測到散射光之與光源相距之一最大距離。根據本揭示內容之態樣,在區塊712中執行之方法可進一步包含在區塊714及區塊716中執行之方法。在區塊714中,該方法判定該組光源之間的一緩衝區之超過外半徑之一分隔距離,其中緩衝區中之
光之強度低於一預定臨限值。在區塊716中,該方法將最小距離計算為外半徑的兩倍加上緩衝區之分隔距離。在一些實施方案中,來自複數個光源之光發射自一像素面板之複數個像素或子像素。由一像素面板之複數個像素或子像素感測來自指紋之散射光。
圖7C繪示根據本揭示內容之態樣之在一組感測器區中感測散射光之一方法。在此實例中,在區塊722中,該方法將感測器區中之像素面板之一或多個單位單元設定在一反向偏壓條件下。在區塊724中,該方法在像素面板之一或多個單位單元中偵測對應於在像素或子像素之一或多者中感測之散射光之一洩漏電流。在區塊726中,該方法放大自像素或子像素之一或多者偵測之洩漏電流之一信號。應注意,在一些實施方案中,感測器區中之像素或子像素之一或多者可配置為一線之形式,感測器區中之像素或子像素之一或多者可配置為一十字之形式,或其任何組合。
圖7D繪示根據本揭示內容之態樣之使用在複數個感測器區中感測之散射光判定指紋之一有效性之一方法。在圖7D中所示之例示性方法中,在區塊732中,該方法收集在複數個感測器區中感測之散射光之強度。在區塊734中,該方法基於在複數個感測器區中感測之散射光之強度判定指紋表面形貌。在區塊736中,該方法比較指紋表面形貌與一指紋資料庫以判定是否在該資料庫中找到該指紋之一匹配。
圖7E繪示根據本揭示內容之態樣之擷取並驗證圖7A之指紋影像之另一方法。如圖7E中所示,在區塊742中,該方法從複數個光源判定用於發射光至一指紋的下一組光源。在區塊744中,該方法從複數個感測器區判定用於感測來自指紋之一散射光的下一組感測器區。在區塊746中,該方法從下一組光源發射光以從指紋產生散射光。在區塊748中,該方法在下一組感測器區中感測散射光。在區塊750中,該方法可重複在區塊742至區塊748中執行之方法直至指紋下方之一區域
被覆蓋為止。
將明白,為清楚起見上文描述已參考不同功能單元及處理器描述本發明之實施例。然而,將明白在不悖離本發明之情況下,可使用不同功能單元或處理器之間的任何合適功能分配。例如,繪示為由單獨處理器或控制器執行之功能可由相同處理器或控制器來執行。因此,提及特定功能單元應被視為提及用於提供所描述功能而非指示一嚴格邏輯或實體結構或組織之合適構件。
本發明可依任何合適形式實施,包含硬體、軟體、韌體或此等之任何組合。本發明可視需要部分地實施為在一或多個資料處理器及/或數位信號處理器上運行之電腦軟體。本發明之一實施例之元件及組件可依任何合適方式實體地、功能地及邏輯地實施。實際上,功能可在一單個單元中、在複數個單元中,或作為其他功能單元之部分實施。因而,本發明可在一單個單元中實施或可實體地及功能地分配於不同單元與處理器之間。
熟習此項技術者將認知,可使用所揭示實施例之許多可行修改及組合,同時仍採用相同的基本潛在機制及方法。出於說明目的,已參考特定實施例描寫前文描述。然而,上文闡釋性論述並非意欲於窮舉性或將本發明限於所揭示之精確形式。鑑於上文教示,許多修改及變動可行。實施例經選擇及經描述以說明本發明之原理及其等之實際應用,且使其他熟習此項技術者能夠如適於所預期的特定用途,結合各種修改最佳地利用本發明及各項實施例。
Claims (23)
- 一種用於擷取一指紋影像之方法,其包括:從複數個光源判定用於發射光至一指紋的一組光源;從複數個感測器區判定用於感測來自該指紋之若干脊線之散射光的一組感測器區;從該組光源發射光以從該指紋之該等脊線產生該散射光;及在該組感測器區中感測該散射光。
- 如請求項1之方法,進一步包括:判定該組光源中之一光源與該組感測器區中之一感測器之間的一最小距離。
- 如請求項1之方法,其中判定該組光源包括:判定該組光源之間的一最小距離以避免該組感測器區中之干擾,其中該組感測器區中之一感測器區係由一內半徑與一外半徑之間的一區域來判定;其中該內半徑係感測到該散射光之與該光源相距之一最小距離;且其中該外半徑係感測到該散射光之與該光源相距之一最大距離。
- 如請求項3之方法,其中判定該最小距離包括:判定該組光源之間的一緩衝區之超過該外半徑之一分隔距離,其中該緩衝區中之光之強度低於一預定臨限值;及將該最小距離計算為該外半徑的兩倍加上該緩衝區之該分隔距離。
- 如請求項1之方法,其中來自該複數個光源之該光發射自一像素面板之複數個像素或子像素。
- 如請求項1之方法,其中由一像素面板之複數個像素或子像素感測來自該指紋之該散射光。
- 如請求項1之方法,其中在該組感測器區中感測該散射光包括:將該感測器區中之該像素面板之一或多個單位單元設定在一反向偏壓條件下;在該像素面板之該一或多個單位單元中偵測對應於在該等像素或子像素之該一或多者中感測之該散射光之一洩漏電流;及放大自該等像素或子像素之該一或多者偵測之該洩漏電流之一信號。
- 如請求項7之方法,進一步包括以下至少一者:將該感測器區中之該等像素或子像素之該一或多者配置為一線之形式;或將該感測器區中之該等像素或子像素之該一或多者配置為一十字之形式。
- 如請求項1之方法,進一步包括:使用在該複數個感測器區中感測之該散射光判定該指紋之一有效性。
- 如請求項9之方法,其中使用在該複數個感測器區中感測之該散射光判定該指紋之一有效性包括:收集在該複數個感測器區中感測之該散射光之強度;基於在該複數個感測器區中感測之該散射光之該等強度判定該指紋之一表面形貌;及比較該指紋之該表面形貌與一指紋資料庫以判定是否在該資料庫中找到該指紋之一匹配。
- 如請求項1之方法,進一步包括:從複數個光源判定用於發射光至一指紋的下一組光源;從複數個感測器區判定用於感測來自該指紋之一散射光的下一組感測器區; 從該下一組光源發射光以從該指紋產生該散射光;在該下一組感測器區中感測該散射光;及重複上述步驟直至該指紋下方之一區域被覆蓋為止。
- 一種用於判定一指紋之有效性之裝置,其包括:一像素面板,其具有經組態以由一指紋觸控之一表面;複數個光源,其等用於發射光至該指紋之若干脊線;複數個感測器區,其等用於感測來自該指紋之散射光;一控制器,其包含控制邏輯,其中該控制邏輯包含:經組態以從複數個光源判定一組光源之邏輯;經組態以從複數個感測器區判定一組感測器區之邏輯;經組態以從該組光源發射光以從該指紋之該等脊線產生該散射光之邏輯;及經組態以在該組感測器區中感測該散射光之邏輯。
- 如請求項12之裝置,進一步包括:經組態以判定該組光源中之一光源與該組感測器區中之一感測器之間的一最小距離之邏輯。
- 如請求項12之裝置,進一步包括:經組態以使用該複數個感測器區中感測之該散射光判定該指紋之一有效性之邏輯。
- 如請求項12之裝置,其中經組態以判定該組光源之該邏輯包括:經組態以判定該組光源之間的一最小距離以避免該組感測器區中之干擾之邏輯,其中該組感測器區中之一感測器區係由一內半徑與一外半徑之間的一區域來判定;其中該內半徑係感測到該散射光之與該光源相距之一最小距離;且其中該外半徑係感測到該散射光之與該光源相距之一最大距離。
- 如請求項15之裝置,其中經組態以判定該最小距離之該邏輯包括:經組態以判定該組光源之間的一緩衝區之超過該外半徑之一分隔距離之邏輯,其中該緩衝區中之光之強度低於一預定臨限值;及經組態以將該最小距離計算為該外半徑的兩倍加上該緩衝區之該分隔距離之邏輯。
- 如請求項12之裝置,其中來自該複數個光源之該光發射自一像素面板之複數個像素或子像素。
- 如請求項12之裝置,其中由一像素面板之複數個像素或子像素感測來自該指紋之該散射光。
- 如請求項12之裝置,其中經組態以在該組感測器區中感測該散射光之該邏輯包括:經組態以將該感測器區中之該像素面板之一或多個單位單元設定在一反向偏壓條件下之邏輯;經組態以在該像素面板之該一或多個單位單元中偵測對應於在該等像素或子像素之該一或多者中感測之該散射光之一洩漏電流之邏輯;及經組態以放大自該等像素或子像素之該一或多者偵測之該洩漏電流之一信號之邏輯。
- 如請求項19之裝置,進一步包括以下至少一者:將該感測器區中之該等像素或子像素之該一或多者配置為一線之形式;或將該感測器區中之該等像素或子像素之該一或多者配置為一十字之形式。
- 如請求項12之裝置,其中經組態以使用在該複數個感測器區中 感測之該散射光判定該指紋之一有效性之該邏輯包括:經組態以收集在該複數個感測器區中感測之該散射光之強度之邏輯;經組態以基於在該複數個感測器區中感測之該散射光之該等強度判定該指紋之一表面形貌之邏輯;及經組態以比較該指紋之該表面形貌與一指紋資料庫以判定是否在該資料庫中找到該指紋之一匹配之邏輯。
- 如請求項12之裝置,進一步包括:經組態以從複數個光源判定用於發射光至一指紋的下一組光源之邏輯;經組態以從複數個感測器區判定用於感測來自該指紋之一散射光的下一組感測器區之邏輯;經組態以從該下一組光源發射光以從該指紋產生該散射光之邏輯;經組態以在該下一組感測器區中感測該散射光之邏輯;及經組態以重複上述步驟直至該指紋下方之一區域被覆蓋為止之邏輯。
- 如請求項12之裝置,其中該像素面板包括以下至少一者:一薄膜電晶體光感測器面板;或一主動矩陣有機發光二極體光感測器面板。
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