TWI552091B - 用於指紋辨識裝置之指壓片與指紋辨識裝置 - Google Patents

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Description

用於指紋辨識裝置之指壓片與指紋辨識裝置
本發明是有關於一種指紋辨識系統，且特別是有關於一種用於指紋辨識裝置之指壓片與指紋辨識裝置。
目前生物辨識種類主要包括臉部、聲音、虹膜、靜脈和指紋辨識等。人體指紋係由許多凹凸不平的紋脊和紋谷所組成，因為每個人的指紋都是獨一無二的，且指紋很難隨著年齡或身體健康狀況而有所變化，不同人身上要找到指紋完全相同的機率幾乎是零，也因此指紋辨識是目前最普遍且便宜的一項生物辨識技術。
指紋辨識裝置過去幾年來已漸漸與許多電子產品做結合用作為密碼安全保護裝置的關卡，如門禁系統，還有結合車輛、筆記型電腦、手機、隨身碟、滑鼠與鍵盤等。指紋辨識的原理是每個人的指紋都有其紋路之特徵，即指紋中紋脊及紋谷之分佈型態，如紋脊端點(ridges end)、分叉點(split)、分叉又接合點(split and join)或僅為一個點狀，被稱為細微特徵(minutiae)，而這些細微特徵為指紋比對辨識系統之主要工具。指紋辨識裝置一般有光學式、電容式、超音波式以及熱感應式等。簡單而言，光學式指紋辨識裝置係利用光學掃瞄的方法並使用許多電荷耦合器件(charged coupled device，簡稱CCD)組成的陣列來採集手指凸紋及凹紋的灰階數位影像。電容式指紋辨識裝置則式由金屬陣列的感應晶片所組成，晶片表面包覆著一層絕緣體，當手指置於感應晶片上時，因為指紋的凹凸部位與金屬陣列間的距離不同而產生不同的感應電容。超音波指紋辨識裝置係先傳遞一超音波訊號至手指，再藉由反射訊號來讀取指紋圖案，當超音波訊號觸及具有高傳導性的真皮層時，超音波訊號會反射至辨識系統並被辨識系統所讀取。熱感應指紋辨識裝置是利用在表皮的外皮層與空氣之間的熱傳導率的不同來量測指紋圖案。
上述各種指紋辨識裝置中的光學式指紋辨識裝置為全反射式之指紋辨識裝置，主要包含一光組件與一光學成像設備，其中光組件通常使用如透鏡、稜鏡及光纖等等物件來進行光線的反射傳遞，光學成像設備主要用來擷取指紋之影像。由於指紋是由多條不規則的凹紋和凸紋所構成，當手指接觸光組件時，凸紋會接觸到光組件，凹紋則不會接觸光組件，因此當光線照射到手指凸紋時會直接產生反射而射至光學成像設備。當光線照射到手指凹紋時，光線部分會被吸收，相較於凸紋，反射的光線較少，如此反射光便形成明暗交錯的指紋紋路圖案。光線根據全反射原理 將指紋傳送至影像辨識系統而取得指紋影像，再搭配系統的演算法來計算並記錄每一個指紋的特徵點，如此便可進行指紋辨識。
由於全反射式之指紋辨識裝置於組裝過程中必須精確調整光組件與光學成像設備的光線射入與射出角度，才能有效取得指紋影像，組裝上較為困難及複雜。而且，因光學式指紋辨識裝置之發光元件通常為點光源，所以容易導致光線分布不均勻而造成影像模糊無法辨識。
本發明提供一種用於指紋辨識裝置之指壓片，以改善影像模糊的問題。
本發明另提供一種指紋辨識裝置，能不受光線影響而清楚辨識指紋。
本發明的用於指紋辨識裝置之指壓片，至少包括透明基材、微結構層以及擴散層。透明基材具有第一和第二表面，且第一表面朝向光學成像設備。微結構層是位於透明基材的第一表面，而擴散層位於透明基材的第二表面，其中擴散層包含擴散粒子。
在本發明的一實施例中，上述的擴散層還可包括樹脂。
在本發明的一實施例中，上述的樹脂包括壓克力、環氧樹脂、聚酯(polyester)、聚氨酯(PU)、PU壓克力、聚矽氧烷或是其組合。
在本發明的一實施例中，上述的樹脂與擴散粒子之折射率差為0.01~1.5。
在本發明的一實施例中，上述的擴散粒子與樹脂之重量比為0.01~2.0。
在本發明的一實施例中，上述的擴散粒子包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酯、甲基丙烯酸甲酯與苯乙烯共聚合物、聚碳酸酯、聚乙烯、矽樹脂、碳酸鈣、二氧化矽、二氧化鈦或是其組合。
在本發明的一實施例中，上述的擴散粒子之粒徑在0.01μm~30.0μm之間。
在本發明的一實施例中，上述的擴散層之厚度為1μm~80μm。
在本發明的一實施例中，上述的透明基材的材料包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、或纖維素三乙酸酯(TAC)。
在本發明的一實施例中，上述的微結構層包括棱柱型(prism)、雙凸透鏡(lenticular)、半圓球型、金字塔型、圓柱型、正多角型等至少一種微結構。
在本發明的一實施例中，上述的微結構之排列可以是任意排列、週期性排列等至少一種排列。
在本發明的一實施例中，上述的透明基材與微結構層是一體成型的結構。
在本發明的一實施例中，上述的指壓片還可包括一保護 層，設於擴散層上，保護層可以為硬塗層。
本發明的指紋辨識裝置，至少包括上述指壓片以及相對所述指壓片配置的至少一光學成像設備。
在本發明的另一實施例中，上述的光學成像設備包括光源與光學取像鏡頭，而所述光學取像鏡頭位在光源與指壓片之間。
基於上述，本發明藉由特定的指壓片設計，能解決光學成像設備在截取光線時，因各區域光線不均導致的指紋無法辨識問題，進而有效提升指紋辨識裝置之指紋辨識能力。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100、200‧‧‧指壓片
102‧‧‧透明基材
102a‧‧‧第一表面
102b‧‧‧第二表面
104‧‧‧微結構層
106‧‧‧擴散層
108‧‧‧擴散粒子
110、300‧‧‧光學成像設備
202‧‧‧保護層
302‧‧‧光源
304‧‧‧光學取像鏡頭
306‧‧‧擴散板
圖1是依照本發明的一實施例之指紋辨識裝置的剖面示意圖。
圖2是依照本發明的另一實施例之指紋辨識裝置的剖面示意圖。
圖3是依照本發明的又一實施例之指紋辨識裝置的剖面示意圖。
圖4A至圖4E是實驗例一的各種指紋辨識影像圖。
圖5A至圖5C是實驗例二的各種指紋辨識影像圖。
圖6A與圖6B是實驗例三的各種指紋辨識影像圖。
圖7A與圖7B是實驗例四的各種指紋辨識影像圖。
圖8A與圖8B是實驗例五的各種指紋辨識影像圖。
圖9A與圖9B是實驗例六的各種指紋辨識影像圖。
圖1是依照本發明的一實施例之指紋辨識裝置的剖面示意圖。
請參照圖1，本實施例之指紋辨識裝置包括指壓片100。所述指壓片100至少包括透明基材102、微結構層104以及擴散層106。上述透明基材102具有第一表面102a和第二表面102b，微結構層104即位於透明基材102的第一表面102a上，其中微結構層104例如棱柱型(prism)、雙凸透鏡(lenticular)、半圓球型、金字塔型、圓柱型、正多角型等至少一種微結構，且前述微結構之排列可以是任意排列、週期性排列等至少一種排列。至於擴散層106是位於透明基材102的第二表面102b，作為指壓片100的手指按壓面。上述擴散層106可包含擴散粒子108。
上述透明基材102之材料例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、或纖維素三乙酸酯(TAC)…等塑膠基材或其他透明材料。由於透明基材102的第一表面102a是朝向光學成像設備110，所以能藉由分散於擴散層106中的擴散粒子108，使來自光學成像設備110的光線分布均勻。在本實施例中，上述擴散層106還包括樹脂，如UV硬化樹 脂或熱硬化樹脂；譬如壓克力、環氧樹脂、聚酯(polyester)、PU、PU壓克力、聚矽氧烷或是其組合等。此外，擴散層106中樹脂與擴散粒子108之折射率差如果在0.01~1.5，可使光線分布更為均勻。在本實施例中，擴散粒子108的材料例如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酯、甲基丙烯酸甲酯與苯乙烯共聚合物、聚碳酸酯、聚乙烯、矽樹脂、碳酸鈣、二氧化矽、二氧化鈦或是其組合。擴散粒子108之粒徑則例如在0.01μm~30.0μm之間，但本發明並不限於此。
由於擴散層106的存在，所以能得到具適當霧度(譬如>95%)之指壓片100，藉此提高指紋辨識性與準確率。而且，通過增加擴散層106中擴散粒子108的含量以及/或是增加擴散層106之厚度，也能進一步提升霧度。舉例來說，擴散層106之厚度可為1μm~80μm；擴散層106中的擴散粒子108與樹脂之重量比約為0.01~10.0；較佳是0.1~2.0。
圖2是依照本發明的另一實施例之指紋辨識裝置的剖面示意圖，其中使用與上一實施例相同的元件符號來代表相同或者類似的構件。
請參照圖2，本實施例之指紋辨識裝置包括指壓片200，這種指壓片200除了具備如圖1的透明基材102、微結構層104以及擴散層106以外，還有一層保護層202設於擴散層106上，所述保護層202例如硬塗層(hard-coat)，可用以提升指壓片200的壽命(增加耐刮性…等特性)。硬塗層202例如壓克力樹脂、環氧樹脂、聚矽氧烷、聚酯(polyester)、PU、PU壓克力、壓克力樹脂 與無機粒子、環氧樹脂與無機粒子、聚矽氧烷與無機粒子、聚酯與無機粒子、PU與無機粒子、PU壓克力與無機粒子或是其組合等。
圖3是依照本發明的又一實施例之指紋辨識裝置的剖面示意圖，其中使用與上一實施例相同的元件符號來代表相同或者類似的構件。
請參照圖3，本實施例之指紋辨識裝置除了具備如圖2所示的指壓片200之外，相對指壓片200配置的光學成像設備300例如有光源302與光學取像鏡頭304，且光學取像鏡頭304是位在光源302與指壓片200之間，在圖3中顯示有3個光源302，但本發明並不限於此。此外，光學取像鏡頭304可設在一片擴散板306中。擴散板306能用來將光源302的光均勻分散。
以下列舉一些實驗例來驗證本發明的功效，但本發明並不侷限於以下的內容。
實驗例一
以甲苯與少量之異丙醇(IPA/NMB-0120C重量比為0.03)為溶劑、FC4432(氟素表面活性劑，由3M公司生產)為分散劑(FC4432/NMB-0120C重量比為0.012)，將折射率為1.60之UV膠、折射率為1.49之擴散粒子(JX Nippon oil & Energy Corporation,NMB-0120C)，依照擴散粒子/UV膠重量比為0.3之比例混合，於室溫下攪拌約2小時，上述材料混合後之擴散層溶液總固含量約為70wt%。
將上述攪拌混合後之擴散層溶液塗於總厚度為90μm~95μm之具有單面微透鏡(microlens)結構之PET膜的平坦面(無結構面)，塗佈後於80℃之烘箱烘烤約3分鐘後取出，再以UV燈照射使其硬化成膜，得到乾燥後之膜材厚度為7μm的試片1-1。
然後，用以上步驟再分別製作膜材厚度為9μm的試片1-2、膜材厚度為13μm的試片1-3、膜材厚度為17μm的試片1-4。
另外，用以上步驟再製作一個膜材厚度為17μm並於其上塗佈有8μm硬塗層的試片1-5，其中硬塗層是壓克力UV樹脂。
以NIPPON DENSHOKU之Haze meter(型號NDH 2000)以Method 3(機台內建量測方法，其測試標準為JIS K 7136,ISO 14782)，將試片1-1至試片1-5與一個作為比較試片1之微結構膜(無擴散層但具有單面微透鏡結構)進行霧度量測，擺放方式為結構面朝機台光源，意即擴散層靠非出光面，結果顯示於下表一。
試片1-1至1-5與比較試片1的指紋辨識影像圖則分別如圖4A至圖4E所示，其中比較試片1的影像辨識效果差(X)、試片1-1影像辨識效果普通(△)、試片1-2至1-5則是影像辨識效果佳(O)。
由表一與圖4A至圖4E可以明顯得知，純單面結構膜的中央辨識區域之指紋紋路完全無法被分辨。霧度為97.78%的指紋辨識影像，其中央區域指紋對比較不明顯。總霧度在98%以上的指紋辨識影像之中央區域指紋紋路對比相對較明顯可區別。
實驗例二
使用與實驗例一相同的方式製備擴散層溶液，然後將其塗於總厚度為155μm之具有單面棱柱(prism)結構之PET膜的平坦面(無結構面)，塗佈後於80℃之烘箱烘烤約3分鐘後取出，再以UV燈照射使其硬化成膜。乾燥後之擴散膜厚度約16μm的試片2-1。
同時，用以上步驟再製作一個膜材厚度為16μm並於其上塗佈有8μm硬塗層的試片2-2，其中硬塗層是壓克力UV樹脂。
然後以NIPPON DENSHOKU之Haze meter(型號NDH 2000)以Method 3對以上兩個試片與一個微結構膜(無擴散層但具有單面prism結構)進行霧度量測，擺放方式為結構面朝機台光源，意即擴散層靠非出光面，其結果如下表二所示。
試片2-1至2-2與比較試片2的指紋辨識影像圖則分別如圖5A至圖5C所示，其中圖5A代表影像辨識效果差(X)、圖5B與圖5C代表影像辨識效果佳(O)。圖5A之中央黑區較長方向會隨菱鏡片之棱柱的方向(strip)而改變，亦即與strip方向平行。因此，如果圖5A之菱鏡片之strip轉90度擺放，圖5A~5C影像將跟著旋轉90度。此外，表二中的無總霧度是因為總霧度的量測是以正入射(0度角)的光打在膜片後，進行穿透光的量測，當光打在棱鏡片因為其幾何結構造成大部份的光都反射掉，穿透光極弱使得霧度的計算會失真，故不進行量測。
由表二與圖5A~圖5C可以明顯看到，純單面結構膜的中央辨識區域之指紋紋路完全無法被分辨。而具有擴散層的指紋辨 識影像之中央區域指紋紋路對比相對明顯可區別。
實驗例三
將LA(Lauryl acrylate)、MMA、甲苯、過氧化苯甲醯(BPO)依3：7：15：0.3的重量比例，混合置入有冷凝回流裝置之封閉反應容器中，於氮氣環境下充分攪拌10分鐘後關閉氮氣，並繼續攪拌10小時。期中冷凝管恆溫15℃~25℃，反應器溫度控制在90℃，以加熱包方式加熱，依上述得到之溶液稱做LA30-MMA70，其折射率約為1.47。
以甲苯與少量之IPA(IPA/LA30-MMA70重量比為0.21)為溶劑、FC4432為分散劑(FC4432/SBX4重量比為0.06)，將折射率約為1.47之LA30-MMA70與折射率為1.59之擴散粒子(SEKISUI,SBX4)，依照擴散粒子/LA30-MMA70重量比為0.5之比例混合，於室溫下攪拌約2小時，上述材料混合後之擴散層溶液總固含量約為30.4wt%。
將上述攪拌混合後之擴散層溶液塗於總厚度為95μm之具有單面微透鏡結構之PET膜的平坦面(無結構面)，塗佈後於100℃之烘箱烘烤約3分鐘後即成膜(試片3-1)。另將上述攪拌混合後之擴散層溶液塗於總厚度為155μm之具有單面棱柱結構之PET膜的平坦面(無結構面)，塗佈後於100℃之烘箱烘烤約3分鐘後即成膜(試片3-2)。乾燥後之擴散膜厚度約14μm。經霧度計量測的結果如下表三所示。
試片3-1至3-2的指紋辨識影像圖則如圖6A與圖6B所示，其中圖6A與圖6B代表影像辨識效果佳(O)。因此由表三與圖6A~圖6B可知，微結構層即使不同，也可明顯觀察到指紋辨識影像之中央區域指紋紋路。
實驗例四
以甲苯與少量之IPA(IPA/TiO2重量比為0.0435)為溶劑、FC4432(氟素表面活性劑，由3M公司生產)為分散劑(FC4432/TiO2重量比為0.012)，將折射率為1.58之UV膠、折射率為2.6之TiO2擴散粒子(杜邦，R350)，依照擴散粒子/UV膠重量比為0.1之比例混合，於室溫下攪拌約2小時，上述材料混合後之擴散層溶液總固含量約為70wt%。
將上述攪拌混合後之擴散層溶液塗於總厚度為90μm~95μm之具有單面微透鏡(microlens)結構之PET膜的平坦面 (無結構面)，塗佈後於80℃之烘箱烘烤約3分鐘後取出，再以UV燈照射使其硬化成膜，得到乾燥後之膜材厚度為12μm的試片4-1。然後，根據上述步驟再製作膜材厚度為17μm的試片4-2。經霧度計量測的結果如下表四所示。
試片4-1的指紋辨識影像圖如圖7A所示，試片4-2的指紋辨識影像圖如圖7B所示，影像辨識效果均佳。
實驗例五
以甲苯與少量之IPA(IPA/NMB-0120C重量比為0.03)為溶劑、FC4432(氟素表面活性劑，由3M公司生產)為分散劑(FC4432/NMB-0120C重量比為0.012)，將折射率為1.58之UV膠、折射率為1.49之擴散粒子(JX Nippon oil & Energy Corporation,NMB-0120C)，依照擴散粒子/UV膠重量比為1之比例混合，於室溫下攪拌約2小時，上述材料混合後之擴散層溶液總固含量約為45wt%。
將上述攪拌混合後之擴散層溶液塗於總厚度為90μm~95μm之具有單面微透鏡結構之PET膜的平坦面(無結構面)，塗佈後於80℃之烘箱烘烤約3分鐘後取出，再以UV燈照射使其硬化成膜，得到乾燥後之膜材厚度為10μm的試片5-1。然後，用以上相同步驟再另外製作膜材厚度為15μm的試片5-2。經霧度計量測的結果如下表五所示。
試片5-1至5-2的指紋辨識影像圖分別如圖8A與圖8B所示，影像辨識效果均佳。
實驗例六
以甲苯與少量之IPA(IPA/NMB-0120C重量比為0.03)為溶劑、FC4432(氟素表面活性劑，由3M公司生產)為分散劑(FC4432/NMB-0120C重量比為0.012)，將折射率為1.58之UV膠、折射率為1.49之擴散粒子(JX Nippon oil & Energy Corporation,NMB-0120C)，依照擴散粒子/UV膠重量比為2之比例混合，於室 溫下攪拌約2小時，上述材料混合後之擴散層溶液總固含量約為30wt%。
將上述攪拌混合後之擴散層溶液塗於總厚度為90μm~95μm之具有單面微透鏡結構之PET膜的平坦面(無結構面)，塗佈後於80℃之烘箱烘烤約3分鐘後取出，再以UV燈照射使其硬化成膜，得到乾燥後之膜材厚度為5μm的試片6-1。然後，用以上步驟另外製作膜材厚度為9μm的試片6-2。經霧度計量測的結果如下表六所示。
試片6-1的指紋辨識影像圖如圖9A所示，試片6-2的指紋辨識影像圖如圖9B所示，影像辨識效果均佳。
綜上所述，本發明藉由改良指紋辨識影像之指壓片，而解決光學成像設備在截取光線時，因各區域光線不均導致的指紋無法辨識問題，並藉此提升指紋辨識裝置之指紋辨識能力。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本 發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧指壓片
102‧‧‧透明基材
102a‧‧‧第一表面
102b‧‧‧第二表面
104‧‧‧微結構層
106‧‧‧擴散層
108‧‧‧擴散粒子
110‧‧‧光學成像設備

Claims (15)

  1. 一種用於指紋辨識裝置之指壓片，包括：一透明基材，具有一第一表面和一第二表面，該第一表面朝向一光學成像設備；一微結構層，位於該透明基材的該第一表面；以及一擴散層，位於該透明基材的該第二表面，其中該擴散層包含多數個擴散粒子，其中各該擴散粒子之粒徑在0.01μm~30.0μm之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的指壓片，其中該擴散層更包括樹脂。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的指壓片，其中該樹脂包括壓克力、環氧樹脂、聚酯、聚氨酯(PU)、PU壓克力、聚矽氧烷或是其組合。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的指壓片，其中該樹脂與該些擴散粒子之折射率差為0.01~1.5。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的指壓片，其中該些擴散粒子與該樹脂之重量比為0.01~2.0。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的指壓片，其中該些擴散粒子包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酯、甲基丙烯酸甲酯與苯乙烯共聚合物、聚碳酸酯、聚乙烯、矽樹脂、碳酸鈣、二氧化矽、二氧化鈦或是其組合。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的指壓片，其中該擴散層之厚 度為1μm~80μm。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的指壓片，其中該透明基材的材料包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、或纖維素三乙酸酯(TAC)。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的指壓片，其中該微結構層包括棱柱型(prism)、雙凸透鏡(lenticular)、半圓球型、金字塔型、圓柱型、正多角型等至少一種微結構。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的指壓片，其中該微結構之排列可以是任意排列、週期性排列等至少一種排列。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的指壓片，其中該透明基材與該微結構層是一體成型的結構。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的指壓片，更包括一保護層，設於該擴散層上。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的指壓片，其中該保護層包括一硬塗層。
  14. 一種指紋辨識裝置，包括：申請專利範圍第1~13項中任一項所述的指壓片；以及至少一光學成像設備，相對該指壓片配置。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的指紋辨識裝置，其中該光學成像設備包括光源以及光學取像鏡頭，該光學取像鏡頭位在該光源與該指壓片之間。
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