TWI650685B

TWI650685B - 音波式指紋識別裝置及其製作方法以及應用其之電子裝置

Info

Publication number: TWI650685B
Application number: TW106106269A
Authority: TW
Inventors: 鄭小兵
Original assignee: 大陸商業成科技〈成都〉有限公司; 大陸商業成光電（深圳）有限公司
Priority date: 2017-01-16
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2019-02-11
Also published as: CN106874853A; TW201828002A; CN106874853B

Abstract

一種音波式指紋識別裝置，包括電路基板、一形成於該電路基板表面之超音感測單元以及訊號傳輸單元，該電路基板上含有電路，該超音感測單元包括設置於該電路基板一表面並與該電路電連接之一第一電極、一壓電聚合物層以及一第二電極，該訊號傳輸單元電連接該電路和該第二電極以實現訊號傳輸，該第二電極與壓電聚合物層直接接觸，該第二電極為該超音感測單元之外層防護結構。本發明還提供該音波式指紋識別裝置之製備方法，以及應用該音波式指紋識別裝置之電子裝置。

Description

音波式指紋識別裝置及其製作方法以及應用其之電子裝置

本發明涉及一種音波式指紋識別裝置及其製作方法以及應用該音波式指紋識別裝置之電子裝置。

隨著可攜帶式電子裝置被廣泛的應用，使用者對可攜帶式電子裝置提出了更多功能需求。指紋識別裝置由於具有隱私保護功能而被設置於可攜帶式電子裝置中，以增強使用者體驗。指紋識別裝置可分為光學式、電容式、音波式等。音波式指紋識別裝置因其操作不易受環境溫度、濕度的影響，且具有壽命長、解析度高而得到廣泛應用。

超音波指紋識別元件能夠識別放置於所述指紋識別元件上之手指指紋。當使用者將其手指放置於所述指紋識別元件表面時，使用者之手指指紋將被識別，進而驗證所述使用者身份。

在傳統結構中，超音波識別元件中之超音波感測單元與其防護層之間還有至少一層粘膠層。超音波感測單元中一電極為銀漿，銀漿及粘膠層均通過網印之方式製備，該製備過程易使結構中產生氣泡。結構中存在之氣泡會對超音波識別元件之感測造成不良影響，如何消除或避免該影響是本領域技術人員亟需解決之問題。

有鑑於此，本發明提供一種音波式指紋識別裝置，該音波式指紋識別裝置有效解決因結構中存在之氣泡而對超音波識別元件之感測造成不良影響之問題，使辨別結果更加準確。

另，還提供一種該音波式指紋識別裝置之製作方法以及應用該音波式指紋識別裝置之電子裝置。

音波式指紋識別裝置，包括電路基板、一形成於該電路基板表面之超音感測單元以及訊號傳輸單元，該電路基板上含有電路，該超音感測單元包括設置於該電路基板一表面並與該電路電連接之一第一電極、一壓電聚合物層以及一第二電極，該訊號傳輸單元電連接該電路和該第二電極以實現訊號傳輸，該第二電極與壓電聚合物層直接接觸，該第二電極為該超音感測單元之外層防護結構。

一種上述音波式指紋識別裝置之製備方法，包括如下步驟：提供一電極板，在該電極板之一表面塗佈一壓電聚合物層；使壓電聚合物層乾燥並結晶極化成型；提供一軟性電路板，將該軟性電路板與電極板未形成有該壓電聚合物層之表面電性連接；提供一電路基板，該電路基板上含有電路以及位於電路基板之表面與該電路電連接之第一電極，並在該電路基板形成該第一電極之表面區域塗佈一黏膠層；將所述形成有該壓電聚合物層之電極板置於該第一電極之上，使該黏膠層與該壓電聚合物層黏結；將所述軟性電路板與該電路基板之電路電連接。

另一種上述音波式指紋識別裝置之製備方法，包括如下步驟：提供一電路基板，該電路基板上含有電路以及位於電路基板之表面與該電路電連接之第一電極，並在該電路基板形成該第一電極之表面區域塗佈一壓電聚合物層；藉由乾燥工藝使該壓電聚合物層濕度降低，卻並未使其乾燥結晶；提供一電極板，將該電極板貼合於該壓電聚合物層遠離電路基板一側表面；使該壓電聚合物層完全乾燥並結晶極化成型，該電極板由此與該壓電聚合物層黏結在一起；使該第二電極與一軟性電路板電性連接，同時使該電路基板之電路與該軟性電路板電性連接。

在傳統結構中，第二電極與防護層之間還有至少一層黏膠層，第二電極及黏膠層均藉由網印之方式製備，該製備過程易使結構中產生氣泡。而本發明之音波式指紋識別裝置中，第二電極兼具防護層之作用，故，音波式指紋識別裝置相較於傳統結構在製程上減少了多次網印製程，避免了網印過程中所產生之氣泡對超音波感測結果之影響，不需要在第二電極表面再額外設置防護層，使感測結果更為準確。同時，由於第二電極還兼具防護層之作用，使得產品結構更為簡單，超音波在傳遞過程中需要穿透之材料層數大大減少，減少了雜訊之產生且節省了材料和製程。

100、200、900‧‧‧音波式指紋識別裝置

110、210‧‧‧超音感測單元

120、220‧‧‧訊號傳輸單元

130、230‧‧‧電路基板

140、240‧‧‧蓋板

111、211‧‧‧第一電極

112、212‧‧‧第二電極

113、213‧‧‧壓電聚合物層

114‧‧‧第二黏膠層

121、221‧‧‧第一金屬連接墊

122、222‧‧‧第二金屬連接墊

123、223‧‧‧軟性電路板

131、231‧‧‧第一表面

132、232‧‧‧第二表面

142、242‧‧‧蓋板玻璃

141、241‧‧‧第一黏膠層

10‧‧‧電子裝置

12‧‧‧主體

圖1為本發明第一實施例之音波式指紋識別裝置之立體示意圖。

圖2為圖1沿II-II之剖視圖。

圖3為本發明第一實施例之音波式指紋識別裝置之製備方法流程示意圖。

圖4為本發明第二實施例之音波式指紋識別裝置之立體示意圖。

圖5為圖4沿V-V之剖視圖。

圖6為本發明第二實施例之音波式指紋識別裝置之製備方法流程示意圖。

圖7為應用本發明音波式指紋識別裝置之較佳實施例之電子裝置示意圖。

圖8為圖7沿VIII-VIII之剖視示意圖。

為了使本申請所揭示之技術內容更加詳盡與完備，可以參照附圖以及本發明之下述各種具體實施例，附圖中相同之標記代表相同或者相似之組件。然而，本領域之普通技術人員應當理解，下文中所提供之實施例並非用來限制本發明所覆蓋之範圍。此外，附圖僅僅用於示意性地加以說明，並未依照其原尺寸進行繪製。

下面參照附圖，對本發明之具體實施方式作進一步之詳細描述。

第一實施例

如圖1及圖2所示，本發明第一實施例之音波式指紋識別裝置100包括蓋板140、電路基板130、訊號傳輸單元120、超音感測單元110。

電路基板130固設於蓋板140之一側，超音感測單元110設置於電路基板130遠離蓋板140之一側，訊號傳輸單元120一端連接一控制裝置(圖未示)，另一端同時連接超音感測單元110與電路基板130，以實現該控制裝置與超音感測單元110及電路基板130之間之訊號傳輸。

蓋板140包括蓋板玻璃142和第一黏膠層141，蓋板玻璃142藉由第一黏膠層141與電路基板130結合。蓋板玻璃142朝向第一黏膠層141之表面上可塗佈油墨層達到遮蔽或裝飾之作用。在其它實施例中，該蓋板玻璃142亦可被透明塑膠蓋板所替換。

超音感測單元110包括壓電聚合物層113、第二黏膠層114、第一電極111以及第二電極112。第一電極111形成於電路基板130遠離蓋板140之表面；第二黏膠層114形成於第一電極111表面並完全覆蓋第一電極111；壓電聚合物層113層設置於該第二黏膠層114表面並藉由第二黏膠層114與第一電極111黏結；第二電極112形成於壓電聚合物層113表面並完全覆蓋該壓電聚合物層113。

電路基板130包括第一表面131和與第一表面131相反之第二表面132，第一表面131與第一黏膠層141接觸。電路基板130含有電路(圖未示)，可用於接收、處理以及傳遞超音感測單元110接收超音波時產生之耦合電訊號。第一電極111與該電路電連接。本實施例中，電路基板130為薄膜電晶體(TFT)陣列基板，該TFT陣列基板包括畫素電路之陣列，每一畫素電路包括一個或多個TFT，每一TFT包含至少一個畫素電極，多個所述畫素電極組合形成所述第一電極111。在其他實施例中，電路基板130還可為印刷電路板、軟性電路板等具有可作為第一電極111之導電結構之電路板。

訊號傳輸單元120包括軟性電路板123、第一金屬連接墊121、第二金屬連接墊122。第一金屬連接墊121與第二金屬連接墊122形成於軟性電路板123上。軟性電路板123藉由第一金屬連接墊121與第二電極112遠離壓電聚合物層113之表面之一端電性連接。軟性電路板123藉由第二金屬連接墊122與電路基板130電性連接。

第一電極111其材質可以為氧化銦錫(ITO)。第二黏膠層114為具有導電能力之黏膠。第二電極112具有導電能力之同時兼具該音波式指紋識別裝置100之防護層之作用。第二電極112之厚度大於100μm，其面電阻率小於等於50mΩ/□。第二電極112之材料可為金屬板材製成，比如銅，或者為由不同金屬層組合形成之多層複合金屬層，如銅層和鎳層、鉑層和金層、鉻層和銅層以及鉻銅層和金層形成之多層複合金屬層。第二電極112之材料還可為有機物板材製成，如高分子導電塑膠，其中高分子導電塑膠包括聚苯胺及聚苯乙烯。

音波式指紋識別裝置100一個工作週期包括發射階段和接收階段兩部分。發射階段，軟性電路板123同時給予第一電極111和第二電極112不同之電壓訊號，使壓電聚合物層113兩側形成一電勢差，進而產生機械振動發出超音波。接收階段，軟性電路板123僅給予第一電極111和第二電極112一工作電壓以使兩個電極共同維持壓電聚合物層113之正常工作。在該階段中，第一電極111還具有電耦合之作用。即，在接收階段，壓電聚合物層113接收反射超音波並產生感應電荷，第一電極111將壓電聚合物層113之感應電荷耦合到電路基板130，電路基板130對該耦合電流進行收集和分析，再藉由軟性電路板123傳輸給所述控制裝置。

在傳統結構中，第二電極與防護層之間還有至少一層黏膠層，第二電極及黏膠層均藉由網印之方式製備，該製備過程易使結構中產生氣泡。上述音波式指紋識別裝置100中第二電極112兼具防護層之作用，不需要額外再於第二電極112外側設置防護層，故，音波式指紋識別裝置100相較於傳統結構在製程上減少了多次網印製程，從而避免了網印過程中所產生之氣泡對超音波感測結果之影響，使感測結果更為準確。同時，由於第二電極112還兼具防護層之作用，使得產品結構更為簡單，超音波在傳遞過程中需要穿透之材料層數大大減少，減少了雜訊之產生且節省了材料和製程。板狀之第二電極112相對於網印形成之膜層表面更為平整，壓電聚合物層113直接製備於較為平整之第二電極112之上，使得壓電聚合物層113之均勻性更好，有效提高所述音波式指紋識別裝置100之識別精度。

可以理解之，所述音波式指紋識別裝置100還可進一步包括本領域常規之其他元件(如金手指)，在此不進行贅述。

如圖3所示，上述音波式指紋識別裝置100之製備方法，其包括如下步驟：

步驟S31，提供一電極板，在該電極板一表面塗佈壓電聚合物材料。該電極板之厚度大於100μm。所述塗佈方法可以為旋塗、噴塗、浸漬或其他可行之塗佈工藝。

步驟S32，使壓電聚合物材料乾燥並結晶極化成型，形成壓電聚合物層113。所述乾燥方法可以為烘烤、靜置、通風或另一種乾燥工藝。

步驟S33，提供一軟性電路板123，將該軟性電路板123與該電極板未形成有壓電聚合物層113之表面電性連接。具體地，該軟性電路板123上具有所述第一金屬連接墊121，軟性電路板123藉由該第一金屬連接墊121與壓電聚合物層113藉由焊接、黏結之方式使其電極板連接。

步驟S34，提供一電路基板130，該電路基板130上含有電路以及位於電路基板130之表面與該電路電連接之第一電極111，在電路基板130形成該第一電極111之表面區域塗佈第二黏膠層114。本實施例中，該電路基板130為一TFT陣列基板，TFT陣列基板包括畫素電路以及相應之畫素電極，多個該畫素電極組合形成該第一電極111。所述塗佈方法可以為旋塗、噴塗、浸漬或另一種塗佈工藝。

步驟S35，對該電極板進行合理剪裁，獲得所需之尺寸。當該電極板之尺寸原本符合所需尺寸要求時，該步驟亦可以省略。

步驟S36，將具有所需尺寸之形成有該壓電聚合物層之電極板置於電路基板130之上，使第二黏膠層114與壓電聚合物層113黏結。

步驟S37，將該軟性電路板123與該電路基板130之電路電性連接。具體地，該藉由一第二金屬連接墊122與電路基板130藉由焊接、黏結之方式使其電性連接。

步驟S38，將電路基板130遠離第一電極111之表面藉由所述第一黏膠層141與一蓋板玻璃142黏合。

第二實施例

如圖4和圖5所示，本發明第二實施例之音波式指紋識別裝置200包括蓋板240、電路基板230、超音感測單元210、訊號傳輸單元220。

電路基板230固設於蓋板240之一側，超音感測單元210設置於電路基板230遠離蓋板240之一側，訊號傳輸單元220一端連接一控制裝置(圖未示)，另一端同時連接超音感測單元210與電路基板230，以實現該控制裝置與超音感測單元210及電路基板230之間之訊號傳輸。

蓋板240包括蓋板玻璃242和第一黏膠層241，蓋板玻璃242藉由第一黏膠層241與電路基板230結合。蓋板玻璃242朝向第一黏膠層241之表面上可塗佈油墨層達到遮蔽或裝飾之作用。在其它實施例中，該蓋板玻璃242亦可被透明塑膠蓋板所替換。

超音感測單元210包括壓電聚合物層213、第一電極211以及第二電極212。第一電極211形成於電路基板230遠離蓋板240之表面；壓電聚合物層213設置於該第一電極211遠離蓋板240一側；第二電極212形成於壓電聚合物層213遠離第一電極211之表面並完全覆蓋該壓電聚合物層213。

電路基板230包括第一表面231和與第一表面231相反之第二表面232，第一表面231與第一黏膠層241接觸。電路基板230含有電路(圖未示)，可用於接收、處理以及傳遞超音感測單元210接收超音波時產生之耦合電訊號。第一電極211與該電路電連接。本實施例中，電路基板230為薄膜電晶體(TFT)陣列基板，該TFT陣列基板包括畫素電路之陣列，每一畫素電路包括一個或多個TFT，每一TFT包含至少一個畫素電極，多個所述畫素電極組合形成所述第一電極211。在其他實施例中，電路基板230還可為印刷電路板、軟性電路板等具有可作為第一電極211之導電結構之電路板。

訊號傳輸單元220包括軟性電路板223、第一金屬連接墊221、第二金屬連接墊222。第一金屬連接墊221與第二金屬連接墊222形成於軟性電路板223上。軟性電路板223藉由第一金屬連接墊221與第二電極212遠離壓電聚合物層213之表面之一端電性連接。軟性電路板223藉由第二金屬連接墊222與電路基板230第二表面232未被壓電聚合物層213覆蓋區域之部分電性連接。

第一電極211其材質可以為氧化銦錫(ITO)。第二電極212具有導電能力之同時兼具該音波式指紋識別裝置防護層之作用。第二電極厚度大於100μm，其面電阻率小於等於50mΩ/□。第二電極212之材料可為銅，或者為由不同金屬層組合形成之多層複合金屬層，如銅層和鎳層、鉑層和金層、鉻層和銅層以及鉻銅層和金層形成之多層複合金屬層。第二電極212之材料還可為有機物，如高分子導電塑膠及導電油墨，其中高分子導電塑膠包括聚苯胺及聚苯乙烯。

音波式指紋識別裝置200一個工作週期包括發射階段和接收階段兩部分。發射階段，軟性電路板223同時給予第一電極211和第二電極212不同之電壓訊號，使壓電聚合物層213兩側形成一電勢差，進而產生機械振動發出超音波。接收階段，軟性電路板223僅給予第一電極211和第二電極212一工作電壓以使兩個電極共同維持壓電聚合物層213之正常工作。在該階段中，第一電極211還具有電耦合之作用。即，在接收階段，壓電聚合物層213接收反射超音波並產生感應電荷，第一電極211將壓電聚合物層213之感應電荷耦合到電路基板230，電路基板230對該耦合電流進行收集和分析，再藉由軟性電路板223傳輸給所述控制裝置。

在傳統結構中，第二電極與防護層之間還有至少一層黏膠層，第二電極及黏膠層均藉由網印之方式製備，該製備過程易使結構中產生氣泡。上述音波式指紋識別裝置200中第二電極212兼具防護層之作用，不需要額外再於第二電極212外側設置防護層，故，音波式指紋識別裝置200相較於傳統結構在製程上減少了多次網印製程，從而避免了網印過程中所產生之氣泡對超音波感測結果之影響，使感測結果更為準確。同時，由於第二電極212還兼具防護層之作用，使得產品結構更為簡單，超音波在傳遞過程中需要穿透之材料層數大大減少，減少了雜訊之產生且節省了材料和製程。

可以理解之，所述音波式指紋識別裝置還可進一步包括本領域常規之其他元件(如金手指)，在此不進行贅述。

如圖6所示，上述音波式指紋識別裝置之製備方法，其包括如下步驟：

步驟S61，提供一電路基板230，該電路基板230上含有電路及位於電路基板230表面並與該電路電連接之一第一電極211，在電路基板230包括該第一電極211之表面區域塗佈壓電聚合物材料。本實施例中，該電路基板230為一TFT陣列基板，該TFT陣列基板包括畫素電路之陣列，每一畫素電路包括一個或多個TFT，每一TFT包含至少一個畫素電極，多個所述畫素電極組合形成所述第一電極211，在第一電極211表面塗佈壓電聚合物材料。壓電聚合物材料可以藉由旋塗、噴塗、浸漬、施配或其他可行之塗佈工藝塗佈於第一電極211表面。

步驟S62，藉由乾燥工藝使壓電聚合物材料濕度降低，卻並未使其乾燥結晶。所述降低濕度之方法可以為烘烤、靜置、通風或另一種乾燥工藝。

步驟S63，提供一電極板，並對該電極板進行剪裁。該電極板即為第二電極212。對電極板進行合理剪裁，使電極板比第一電極211略大，在尺寸上可完全覆蓋第一電極211，當該電極板之尺寸原本符合所需尺寸要求時，該剪裁步驟亦可以省略。

步驟S64，將該具有所需尺寸之電極板貼合於該壓電聚合物材料遠離電路基板230一側表面。

步驟S65，使壓電聚合物材料完全乾燥並結晶極化成型，形成壓電聚合物層213，該電極板由此與該壓電聚合物層黏結在一起。所述乾燥方法可以為烘烤、靜置、通風或另一種乾燥工藝。

步驟S66，使該電極板與該軟性電路板223電性連接，同時使該電路基板230之電路與該軟性電路板223電性連接。電極板遠離壓電聚合物層213之表面藉由一第一金屬連接墊221與軟性電路板223電性連接。電路基板230可藉由一第二金屬連接墊222與軟性電路板223電性連接。具體地，所述第一金屬連接墊221與電極板可以藉由焊接、黏結之方式電性連接。所述第二金屬連接墊222與電路基板230可以藉由焊接、黏結之方式使其電性連接。

步驟S67，將電路基板230遠離該第一電極211之表面藉由所述第一黏膠層241與一蓋板玻璃242黏合。

請一併參閱圖7及圖8，本發明還提供一種電子裝置10，該電子裝置包括主體12及設置於主體12內之音波式指紋識別裝置900，該音波式指紋識別裝置900可以為上述實施例一和實施例二所述之任一音波式指紋識別裝置。圖7中僅以電子裝置10為手機為例，在其它實施例中，該電子裝置10亦可為個人電腦、智慧家電、工業控制器等。當該電子裝置10為手機時，該音波式指紋識別裝置900可以對應手機之home鍵設置，使該home鍵具有可觸摸操作之功能。

Claims

一種音波式指紋識別裝置，包括電路基板、一形成於該電路基板表面之超音感測單元以及訊號傳輸單元，該電路基板上含有電路，其改良在於，該超音感測單元包括設置於該電路基板一表面並與該電路電連接之一第一電極、一壓電聚合物層以及一第二電極，該訊號傳輸單元電連接該電路和該第二電極以實現訊號傳輸，該第二電極與壓電聚合物層直接接觸，該第二電極為該超音感測單元之外層防護結構；其中，所述訊號傳輸單元包括軟性電路板，該軟性電路板與該電路基板及該第二電極電連接。
如請求項1所述之音波式指紋識別裝置，其中，該第二電極厚度大於100μm，其面電阻率小於等於50mΩ/□。
如請求項1所述之音波式指紋識別裝置，其中，該第二電極為銅層。
如請求項1所述之音波式指紋識別裝置，其中，該第二電極為由不同金屬層組合形成之多層複合金屬層。
如請求項1所述之音波式指紋識別裝置，其中，該第二電極為高分子導電塑膠。
如請求項1所述之音波式指紋識別裝置，其中，所述電路基板為一TFT陣列基板，該TFT陣列基板包括畫素電路之陣列，所述電路即為該畫素電路陣列；每一畫素電路包括至少一個TFT元件並且具有電耦合到所述畫素電路之畫素電極，該第一電極為其中一個或多個畫素電極。
如請求項1所述之音波式指紋識別裝置，其中，所述壓電聚合物層形成於第二電極上，第一電極藉由一黏膠層與該壓電聚合物層遠離第二電極之一側結合。
如請求項1所述之音波式指紋識別裝置，其中，所述壓電聚合物層形成於該第二電極上，壓電聚合物層遠離第二電極之一側直接與第一電極接觸。
一種電子裝置，該電子裝置包括主體及設置於該主體內之音波式指紋識別裝置，其中，該音波式指紋識別裝置為請求項1-8任意一項所述之音波式指紋識別裝置。
一種音波式指紋識別裝置之製備方法，其包括如下步驟：提供一電極板，在該電極板之一表面塗佈一壓電聚合物層；使壓電聚合物層乾燥並結晶極化成型；提供一軟性電路板，將該軟性電路板與電極板未形成有該壓電聚合物層之表面電性連接；提供一電路基板，該電路基板上含有電路以及位於電路基板之表面與該電路電連接之第一電極，並在該電路基板形成該第一電極之表面區域塗佈一黏膠層；將所述形成有該壓電聚合物層之電極板置於該第一電極之上，使該黏膠層與該壓電聚合物層黏結；將所述軟性電路板與該電路基板之電路電連接。
一種音波式指紋識別裝置之製備方法，其包括如下步驟：提供一電路基板，該電路基板上含有電路以及位於電路基板之表面與該電路電連接之第一電極，並在該電路基板形成該第一電極之表面區域塗佈一壓電聚合物層；藉由乾燥工藝使該壓電聚合物層濕度降低，卻並未使其乾燥結晶；提供一電極板，將該電極板貼合於該壓電聚合物層遠離電路基板一側表面；使該壓電聚合物層完全乾燥並結晶極化成型，該電極板由此與該壓電聚合物層黏結在一起；將該電極板與該軟性電路板電性連接，同時將該電路基板之電路與該軟性電路板電性連接。