WO2018027582A1 - Fingerprint system and mobile phone - Google Patents

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WO2018027582A1
WO2018027582A1 PCT/CN2016/094208 CN2016094208W WO2018027582A1 WO 2018027582 A1 WO2018027582 A1 WO 2018027582A1 CN 2016094208 W CN2016094208 W CN 2016094208W WO 2018027582 A1 WO2018027582 A1 WO 2018027582A1
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fingerprint
sensor
pressure
cover plate
fingerprint system
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PCT/CN2016/094208
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Hong Zhu
Weiping Lin
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Shanghai Oxi Technology Co., Ltd
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    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
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Abstract

A fingerprint system and a mobile phone are provided. The fingerprint system includes: a fingerprint sensor; a cover plate disposed on the fingerprint sensor; and a pressure sensor disposed under the cover plate, wherein the pressure sensor is adapted for detecting a pressure applied on the cover plate, and the fingerprint sensor is controlled to start a fingerprint imaging process or not based on the pressure. The fingerprint system has a high sensitivity, and false triggering of the fingerprint system can be avoided.

Description

FINGERPRINT SYSTEM AND MOBILE PHONE FIELD
The present disclosure generally relates to a fingerprint system and a mobile phone.
BACKGROUND
Nowadays, the fingerprint recognition technology has been widely used in various applications, such as personal identification in policeman stations, physical access control in buildings, device access control in personal computers or mobile phones, and so on, due to the fingerprint’s uniqueness and easy to use feature. Specifically, in a fingerprint recognition system, fingerprint images are captured by a fingerprint sensor. Thereafter, an identification process between the captured fingerprint images and templates stored in the system is performed to determine if they are matching or not.
Generally, a fingerprint module includes a sensor module and a cover plate, where a plurality of metal plates are formed in the sensor module. When a finger touches the cover plate, a plurality of capacitances are formed between the metal plates and the finger. The sensor module detects variations of the capacitances to determine whether a finger touches the cover plate. If it is determined that a finger touches the cover plate, the sensor module starts a fingerprint imaging process.
However, as the thickness of the cover plate continuously increases with the development of fingerprint module, it is difficult for the sensor module to determine whether a finger touches the cover plate based on the capacitance variations.
SUMMARY
In an embodiment, a fingerprint system is provided. The fingerprint system includes: a fingerprint sensor； a cover plate disposed on the fingerprint sensor； and a pressure sensor disposed under the cover plate, wherein the pressure sensor is adapted for detecting a pressure applied on the cover plate, and the fingerprint sensor is controlled to start a fingerprint imaging process or not based on the pressure.
In some embodiments, the fingerprint system further includes a controller, wherein the controller is configured to compare the pressure with a threshold value, and to control the fingerprint sensor to start a fingerprint imaging process when the pressure is greater than the threshold value.
In some embodiments, the controller is further configured to keep the fingerprint sensor in a sleep mode when the pressure is smaller than the threshold value.
In some embodiments, the threshold value ranges from 0.1 to 20 N/cm2.
In some embodiments, the pressure sensor is adapted for converting the pressure applied on the cover plate into a voltage variation, a capacitance variation or a resistance variation.
In some embodiments, the pressure sensor is adapted for detecting a pressure ranging from 0.05 to 50 N/cm2.
In some embodiments, the pressure sensor is attached to the cover plate by a glue layer.
In some embodiments, the pressure sensor has a ring structure surrounding the fingerprint sensor.
In some embodiments, the fingerprint system comprises one or more pressure sensors, and the one or more pressure sensors are disposed around the fingerprint sensor.
In some embodiments, the pressure sensor and the fingerprint sensor  are manufactured on a same substrate or different substrates.
In some embodiments, the fingerprint sensor is manufactured on a substrate, a first insulating layer is formed to cover the fingerprint sensor, the pressure sensor is formed on the first insulating layer, and a second insulating layer is formed to cover the pressure sensor.
In some embodiments, the fingerprint sensor includes: M gate driving lines in a row direction； N data lines in a column direction； M×N photodiodes arranged in M rows and N columns； M×N switching transistors arranged in M rows and N columns； a row driving circuit connected with the M gate driving lines； and a readout circuit connected with the N data lines, wherein the gates of switching transistors in a same row are connected with one of the M gate driving lines, the sources or drains of switching transistors in a same column are connected with one of the N data lines, the drain or source of each switching transistor is connected with one of the M×N photodiodes, and M and N are positive integers.
In some embodiments, the pressure sensor includes: a first Indium-Tin-Oxide (ITO) electrode； a second ITO electrode； and a resistance sensing circuit connected with the first ITO electrode and the second ITO electrode, wherein the first ITO electrode and the second ITO electrode are separated by a certain distance, a parasitic resistance between the first ITO electrode and the second ITO electrode changes with the pressure applied on the cover plate, and the resistance sensing circuit is adapted for detecting a variation of the parasitic resistance, so as to determine a value of the pressure applied on the cover plate.
In some embodiments, the cover plate has a thickness ranging from 0.4 mm to 2mm.
In some embodiments, the cover plate is transparent, and comprises inorganic glass or organic glass.
In some embodiments, the fingerprint sensor is manufactured on a glass substrate or a semiconductor substrate.
In some embodiments, the fingerprint sensor is an optical sensor, a capacitance sensor, or an ultraphonic sensor.
In some embodiments, if the fingerprint sensor is an optical sensor, the fingerprint system further includes: a light source disposed under the optical sensor； and a readout IC chip coupled to the optical sensor, wherein the readout IC chip is adapted for processing fingerprint signals obtained by the optical sensor.
Correspondingly, in one embodiment of the present disclosure, a mobile phone is also provided. The mobile phone includes the fingerprint system described above.
By employing a pressure sensor in the fingerprint system, the sensitivity of the fingerprint system can be improved, and false triggering can be avoided.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
The foregoing and other features of the present disclosure will become more fully apparent from the following description and appended claims, taken in conjunction with the accompanying drawings. Understanding that these drawings depict only several embodiments in accordance with the disclosure and are, therefore, not to be considered limiting of its scope, the disclosure will be described with additional specificity and detail through use of the accompanying drawings.
Figure 1 schematically illustrates a structural diagram of a fingerprint system according to one embodiment of the present disclosure；
Figure 2 schematically illustrates a structural diagram of a fingerprint system according to one embodiment of the present  disclosure；
Figure 3 schematically illustrates a bottom view of the fingerprint system shown in Figure 1 according to one embodiment of the present disclosure；
Figure 4 schematically illustrates a bottom view of the fingerprint system shown in Figure 1 according to another embodiment of the present disclosure；
Figure 5 schematically illustrates a structural diagram of a fingerprint system according to one embodiment of the present disclosure；
Figure 6 schematically illustrates a structural diagram of a fingerprint system according to another embodiment of the present disclosure；
Figure 7 schematically illustrates a top view of the fingerprint system shown in FIG. 6； and
Figure 8 schematically illustrates a structural diagram of a mobile phone according to one embodiment of the present disclosure.
DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part hereof. In the drawings, similar symbols typically identify similar components, unless context dictates otherwise. The illustrative embodiments described in the detailed description, drawings, and claims are not meant to be limiting. Other embodiments may be utilized, and other changes may be made, without departing from the spirit or scope of the subject matter presented here. It will be readily understood that the aspects of the present disclosure, as generally described herein, and illustrated in the Figures, can be arranged, substituted, combined, and designed in a wide variety of  different configurations, all of which are explicitly contemplated and make part of this disclosure.
A fingerprint system is provided in embodiments of the present disclosure. The fingerprint system includes a pressure sensor to determine whether a finger touches the cover plate. Thus, the sensitivity of the fingerprint system is improved, and false triggering can be avoided.
Referring to Figure 1, a structure diagram of a fingerprint system is illustrated according to one embodiment of the present disclosure. The fingerprint system includes a fingerprint sensor 210, a cover plate 220 disposed above the fingerprint sensor 210, and a pressure sensor 230 disposed under the cover plate 220.
Specifically, the cover plate 220 includes a first surface 220a and a second surface 220b opposite to the first surface 220a. The first surface 220a serves as a finger touch surface. The fingerprint sensor 210 and the pressure sensor 230 are attached to the second surface 220b of the cover plate 220. Namely, the fingerprint sensor 210 and the pressure sensor 230 are disposed on a same side of the cover plate 220.
The cover plate 220 may protect the fingerprint sensor 210 and the pressure sensor 230 from scratching, contamination or Electrostatic Discharge (ESD) damage. In some embodiments, the cover plate 220 has a thickness ranging from 0.4 mm to 2mm. For example, in an embodiment, the cover plate 220 has a thickness of 0.7mm. In another embodiment, the cover plate 220 may have a thickness of 1mm. In another embodiment, the cover plate 220 may have a thickness of 1.5mm. According to different applications of the fingerprint system, the cover plate 220 may be made of inorganic glass or organic glass. If the fingerprint sensor 210 under the cover plate 220 is an optical sensor, the cover plate 220 should be transparent, or partially transparent with different colors. In some embodiments, the cover plate 220 may be a  flat or non-flat cover glass. In some embodiments, before the fingerprint sensor 210 is attached to the cover plate 220, a thinning process may be employed to reduce a portion of the cover plate 220.
In some embodiments, a surface area of the fingerprint sensor 210 may be less than 1 cm2. In some embodiments, the fingerprint sensor 210 and the pressure sensor 230 may be attached to the cover plate 220 by a glue layer (not illustrated in Figure 1) . The glue layer may include UV (Ultraviolet Rays) glue, optical tape, or double side tape. If the fingerprint sensor 210 is an optical sensor, a refractive index of the glue layer should be equal to or similar to a refractive index of the cover plate.
The pressure sensor 230 is adapted for detecting a pressure applied on the cover plate 220. In some embodiments, the pressure sensor is adapted for detecting a pressure ranging from 0.05 to 50 N/cm2. Referring to Figure 2, when a finger 240 touches the first surface 220a of the cover plate 220, a pressure is applied on the first surface 220. As the pressure sensor 230 is attached to the second surface 220b of the cover plate 220, the pressure can be detected by the pressure sensor 230. Depending on the type of the pressure sensor 230, the pressure sensor 230 can convert the pressure applied on the first surface 220a into a voltage variation, a capacitance variation or a resistance variation.
For example, in some embodiments, the pressure sensor 230 may be a piezoresistive pressure sensor. The piezoresistive pressure sensor includes a piezoresistive element, whose resistance changes with the deformation of the piezoresistive element caused by the pressure. Thus, the pressure sensor 230 can generate a signal as a function of the pressure imposed.
In other embodiments, the pressure sensor 230 may be a capacitive pressure sensor or an electromagnetic pressure sensor. More details about the capacitive pressure sensor and the electromagnetic pressure  sensor can be found in the conventional technology, and is described herein.
As the pressure sensor 230 is more sensitive and reliable than the capacitive detector, the sensitivity of the fingerprint system can be improved, and the failure detection rate can be reduced.
Figure 3 and Figure 4 illustrate bottom views of the fingerprint system shown in Figure 1. In some embodiments, as shown in Figure 3, the pressure sensor 230 has a ring structure surrounding the fingerprint sensor 210, such that a pressure applied on any side of the fingerprint sensor 210 can be detected. In some embodiments, as shown in Figure 4, the fingerprint system includes one or more pressure sensors 230, and the one or more pressure sensors 230 are disposed around the fingerprint sensor 210. The number of the pressure sensors 230 may be varied in different applications, and can be determined according to the accuracy of the fingerprint system.
Continuing to refer to Figure 1 and Figure 2, the fingerprint sensor 210 is adapted for obtaining fingerprint image signals. The fingerprint sensor 210 may be an optical sensor, a capacitance sensor or an ultraphonic sensor, and a plurality of sensing devices and circuits may be formed in the fingerprint sensor 210. Figure 5 takes an optical sensor as an example for the fingerprint sensor.
Referring to Figure 5, an optical sensor 210a is illustrated. The optical sensor 210a includes a plurality of photodiodes arranged in an array. The plurality of photodiodes can receive optical signals transmitted through the cover plate, and convert the optical signals into electrical signals. In a specific embodiment, referring to Figure 5, the fingerprint system may further include: a light guide plate 212 disposed below a bottom surface of the optical sensor 210a； a light source 214 disposed on one end of the light guide plate 212； and a readout IC chip  (not illustrated in Figure 5) coupled to the optical sensor 210a. The light guide plate 212 is attached to the optical sensor 210a through a glue layer, and is adapted for guiding lights emitted from the light source 214 toward the optical sensor 210a. In some embodiments, the light source 214 is a light-emitting diode (LED) . The IC chip is electrically coupled to the optical sensor 210a, so as to obtain and process the fingerprint signals transmitted from the optical sensor 210a. It should also be noted that, as the fingerprint sensor is an optical sensor, the glue layers used to connect the fingerprint sensor 210, the cover plate 220 and the light guide plate 212 should be made of transparent material.
In other embodiments, the fingerprint system may not have the light guide plate 212, and the light source 214 is directly disposed under the optical sensor 210a.
In a fingerprint imaging process, lights emitted from the light source 214 enter the light guide plate 212. The light guide plate 212 can convert the incident lights into an area light source, and guide the incident lights toward the optical sensor 210a. The incident lights transmit through the optical sensor 210a and the cover plate 220, and irradiate a human finger touching the cover plated 220. Because friction ridges of the finger have different heights, reflected lights from the finger may have different intensities. These reflected lights can be detected by the photodiodes in the optical sensor 210a. Therefore, fingerprint signals of the finger can be obtained by the optical sensor 210a.
In other embodiments, the fingerprint sensor 210 may be a capacitance sensor. The capacitance sensor includes a plurality of sensor pixels arranged in an array. Each sensor pixel is used to measure the capacitance at that point of the array. The capacitance varies between the ridges and valleys of the fingerprint. Thus, fingerprint signals of the finger can be obtained by the capacitance sensor.
In other embodiments, the fingerprint sensor may be an ultraphonic sensor. In the ultraphonic sensor, a piezoelectric transducer is used to generate high frequency sound waves, namely, ultraphonic. The sound waves penetrate the cover plate 220 and reach a human finger. The sound waves can be reflected by the ridges and valleys of the human finger. Then the reflected wave can be received and measured by the ultraphonic sensor to create fingerprint signals.
It should be noted that, any type of fingerprint sensors can be used in the fingerprint system as long as it can capture fingerprint signals.
According to different applications of the fingerprint system, the fingerprint sensor 210 may be manufactured on a glass substrate, or a semiconductor substrate, such as a crystalline silicon wafer. Namely, the fingerprint sensor 210 may be manufactured by an amorphous silicon fabrication process or by a crystalline silicon fabrication process.
In some embodiments, as shown in Figure 5, a controller 250 is also included in the fingerprint system. The controller 250 may be a processor or a circuit. The controller 250 is coupled to the pressure sensor 230 and the fingerprint sensor 210. The controller 250 is configured to identify whether the pressure detected by the pressure sensor 230 is greater than a predetermined threshold value. When the pressure is greater than the threshold value, the controller 250 is configured to control the fingerprint sensor 210 to start a fingerprint imaging process. When the pressure is smaller than the threshold value, the controller 250 is further configured to keep the fingerprint sensor 210 in a sleep mode. In some embodiments, as shown in Figure 5, the controller 250 is attached to the cover plate 220. In other embodiments, the controller 250 may be integrated into the fingerprint sensor 210 or the pressure sensor 230.
Then, a working process of the fingerprint system shown in Figure  1-Figure 5 will be described hereunder.
Taking the fingerprint system shown in Figure 2 as an example, when a finger 240 touches the first surface 220a of the cover plate 220, a pressure from the finger 240 deforms the cover plate 220, and the pressure is transmitted to the pressure sensor 230. The pressure sensor 230 converts the pressure to a voltage variation, a capacitance variation or a resistance variation, so as to determine whether the pressure is greater than a threshold value. If the pressure is greater than the threshold value, the fingerprint sensor 210 starts a fingerprint imaging process； otherwise, the fingerprint sensor 210 remains in a low-power or sleep mode. Therefore, power consumption of the fingerprint system can be reduced. Moreover, the threshold value can be predetermined based on experimental or statistical data. In some embodiments, the threshold value may range from 0.1 to 20 N/cm2. For example, the threshold value may be 0.5N/cm2, which is a typical touch pressure of human finger. Therefore, a false triggering caused by friction between cloth and the fingerprint system, or other reasons, can be avoided.
It should be noted that, the fingerprint sensor 210 and the pressure sensor 230 of the fingerprint system shown in Figure 1–Figure 5 are made in different chips. However, in some embodiments, as shown in Figure 6, the pressure sensor 230 may be integrated in the fingerprint sensor 210. That is, the fingerprint sensor 210 and the pressure sensor 230 may be made on a same substrate 200.
Referring to FIG. 6 and FIG. 7, FIG. 7 is a top view of the fingerprint system shown in FIG. 6. As shown in FIG. 7, the fingerprint sensor 210 includes M gate driving lines 2101 in a row direction, N data lines 2102 in a column direction, M×N photodiodes 2103 arranged in M rows and N columns, and M×N switching transistors 2104 arranged in M rows and N columns, wherein the gates of switching transistors 2104 in a same row  are connected with one of the M gate driving lines 2101, the sources/drains of switching transistors 2104 in a same column are connected with one of the N data lines 2102, and the drain/source of each switching transistor 2103 is connected with one of the M×N photodiodes. The fingerprint sensor 210 further includes a row driving circuit 2105 connected with the M gate driving lines, and a readout circuit 2106 connected with the N data lines. M and N are positive integers. In this embodiment, M＝8, N＝8, the fingerprint sensor 210 is an optical sensor, and the switching transistors 2104 are thin film transistors.
As shown in FIG. 6, the fingerprint sensor 210 and the pressure sensor 230 may be manufactured on a same substrate 200. In some embodiments, after the fingerprint sensor 210 is formed on the substrate 200, a first insulating layer is deposited on the fingerprint sensor 210, and then the pressure sensor 230 is formed on the first insulating layer.
In some embodiments, as shown in FIG. 6 and FIG. 7, the pressure sensor 230 includes a first Indium-Tin-Oxide (ITO) electrode 2301, a second ITO electrode 2302, and a resistance sensing circuit 2303 connected with the first ITO electrode 2301 and the second ITO electrode 2302. A second insulating layer is also formed to cover the pressure sensor 230. Then the cover plate 220 is attached to the second insulating layer through a glue layer 250. In some embodiments, the glue layer 250 may be an Optically Clear Adhesive (OCA) layer.
As shown in FIG. 6 and FIG. 7, the first ITO electrode 2301 and the second ITO electrode 2302 are separated by a certain distance. When a pressure is applied on the cover plate 220, a parasitic resistance between the first ITO electrode 2301 and the second ITO electrode 2302 may change with the pressure. The resistance sensing circuit 2303 can detect the variation of the parasitic resistance between the first ITO electrode 2301 and second ITO electrode 2302, so as to determine a value of the  pressure applied on the cover plate 220.
Correspondingly, referring to Figure 8, a mobile phone 10 is also provided in embodiments of the present disclosure. The mobile phone 10 includes a fingerprint system 20. The fingerprint system 20 has a same or similar structure as the fingerprint system described in above embodiments, and is not described in detail herein. A cross-sectional view along the line A-A1 of the fingerprint system 20 in Figure 8 is shown in Figure 1 or Figure 6. In this embodiment, the fingerprint system 20 may be used to recognize a user’s unique fingerprint to unlock the mobile phone 10.
While various aspects and embodiments have been disclosed herein, other aspects and embodiments will be apparent to those skilled in the art. The various aspects and embodiments disclosed herein are for purposes of illustration and are not intended to be limiting, with the true scope and spirit being indicated by the following claims.

Claims (19)

  1. A fingerprint system, comprising:
    a fingerprint sensor；
    a cover plate disposed on the fingerprint sensor； and
    a pressure sensor disposed under the cover plate,
    wherein the pressure sensor is adapted for detecting a pressure applied on the cover plate, and the fingerprint sensor is controlled to start a fingerprint imaging process or not based on the pressure.
  2. The fingerprint system according to claim 1, further comprising a controller, wherein the controller is configured to compare the pressure with a threshold value, and to control the fingerprint sensor to start a fingerprint imaging process when the pressure is greater than the threshold value.
  3. The fingerprint system according to claim 2, wherein the controller is further configured to keep the fingerprint sensor in a sleep mode when the pressure is smaller than the threshold value.
  4. The fingerprint system according to claim 2, wherein the threshold value ranges from 0.1 to 20 N/cm2.
  5. The fingerprint system according to claim 1, wherein the pressure sensor is adapted for converting the pressure applied on the cover plate into a voltage variation, a capacitance variation or a resistance variation.
  6. The fingerprint system according to claim 1, wherein the pressure sensor is adapted for detecting a pressure ranging from 0.05 to 50 N/cm2.
  7. The fingerprint system according to claim 1, wherein the pressure sensor is attached to the cover plate by a glue layer.
  8. The fingerprint system according to claim 1, wherein the pressure sensor has a ring structure surrounding the fingerprint sensor.
  9. The fingerprint system according to claim 1, wherein the fingerprint system comprises one or more pressure sensors, and the one or more pressure sensors are disposed around the fingerprint sensor.
  10. The fingerprint system according to claim 1, wherein the pressure sensor and the fingerprint sensor are manufactured on a same substrate or different substrates.
  11. The fingerprint system according to claim 1, wherein the fingerprint sensor is manufactured on a substrate, a first insulating layer is formed to cover the fingerprint sensor, the pressure sensor is formed on the first insulating layer, and a second insulating layer is formed to cover the pressure sensor.
  12. The fingerprint system according to claim 11, wherein the fingerprint sensor comprises:
    M gate driving lines in a row direction；
    N data lines in a column direction；
    M×N photodiodes arranged in M rows and N columns；
    M×N switching transistors arranged in M rows and N columns；
    a row driving circuit connected with the M gate driving lines； and
    a readout circuit connected with the N data lines,
    wherein the gates of switching transistors in a same row are connected with one of the M gate driving lines, the sources or drains of switching transistors in a same column are connected with one of the N data lines, the drain or source of each switching transistor is connected with one of the M×N photodiodes, and M and N are positive integers.
  13. The fingerprint system according to claim 11, wherein the pressure sensor comprises:
    a first Indium-Tin-Oxide (ITO) electrode；
    a second ITO electrode； and
    a resistance sensing circuit connected with the first ITO electrode and the second ITO electrode,
    wherein the first ITO electrode and the second ITO electrode are separated by a certain distance, a parasitic resistance between the first ITO electrode and the second ITO electrode changes with the pressure applied on the cover plate, and the resistance sensing circuit is adapted for detecting a variation of the parasitic resistance, so as to determine a value of the pressure applied on the cover plate.
  14. The fingerprint system according to claim 1, wherein the cover plate has a thickness ranging from 0.4 mm to 2mm.
  15. The fingerprint system according to claim 1, wherein the cover plate is transparent, and comprises inorganic glass or organic glass.
  16. The fingerprint system according to claim 1, wherein the fingerprint sensor is manufactured on a glass substrate or a semiconductor substrate.
  17. The fingerprint system according to claim 1, wherein the fingerprint sensor is an optical sensor, a capacitance sensor, or an ultraphonic sensor.
  18. The fingerprint system according to claim 17, wherein, if the fingerprint sensor is an optical sensor, the fingerprint system further comprises:
    a light source disposed under the optical sensor； and
    a readout IC chip coupled to the optical sensor, wherein the readout IC chip is adapted for processing fingerprint signals obtained by the optical sensor.
  19. A mobile phone, comprising: the fingerprint system according to any one of claims 1-18.
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