CN107066920A - 指纹识别面板及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种指纹识别面板及装置，其中面板具有两层结构，一层为透明指纹感测阵列，另一层为透明信号处理电路；透明指纹感测阵列和透明信号处理电路之间设置有透明绝缘薄膜，透明绝缘薄膜上设置有通孔，透明指纹感测阵列和透明信号处理电路之间通过通孔连接；透明指纹感测阵列包括多个透明导电面板；工作时，透明导电面板响应于外部的手指感应形成电容，透明信号处理电路通过通孔对透明导电面板进行充电，并在充电结束后获取电容所存储的电压值进行输出。本发明提供的指纹识别面板及装置，减少了信号在传输的过程中的损耗，消除了线寄生电容以及耦合电容对识别出来的信号的干扰，提高了指纹识别的精度。

Description

指纹识别面板及装置

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种指纹识别面板及装置。

背景技术

随着社会的进步和技术的发展，近年来，移动银行、手机钱包、网络购物等电子商务业务在智能移动设备上的应用日趋广泛。相应地，公众对于集成的电子元器件性能以及网络信息安全的要求也越来越高。指纹由于具有唯一性和稳定性而使其成为个人身份识别的一种有效手段。电容式指纹识别是目前研究的热点。电容式指纹识别基于对指纹的电容检测实现，一方面响应于指纹识别传感器中的一个或多个电容极板之间，另一方面响应于用户手指的嵴和峪(诸如用户的手指的表皮，或可能用户的手指的皮下层)之间的不同的电容度量，来提供指纹信息的集合。

2013年苹果公司率先为旗下发布的新款“iPhone”智能手机添加了指纹识别的功能。自此以后各大手机厂商先后开发并应用了类似的识别技术，将指纹传感器集成到智能手机中，用于屏幕解锁以及替代传统的密码输入来进行无线支付等功能。相继华为、三星也添加了指纹识别功能。

然而，目前市场上出现的若干种商用指纹识别器大多基于成熟的单晶硅或者多晶硅基CMOS工艺设计与制造，用金属构成电极与互连线，虽然成本较低，体积较小，且技术较为成熟，但是它们都有一个共同的缺陷：整个指纹识别模块无法做成透明的，不能与便携式电子设备(如智能手机或平板电脑)的透明触摸面板阵列集成。这种不透明的硅基指纹识别模块占据显示面板之外的区域，限制手机的有效显示面积，与当今智能手机大屏化、窄边化的趋势格格不入。另外，从操作体验上来看，硅基指纹识别器配置在Home键或手机背面，并不直观易用，如果是滑动扫描式的使用起来则更加不便捷；传统硅基指纹识别器扫描面积一般是5mm×5mm，所获得的指纹信息毕竟有限，从安全性来看，有一定的安全隐患。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种集成透明指纹感测阵列和透明信号处理电路的指纹识别面板及装置，减少了信号在传输的过程中的损耗，避免了外界信号的干扰，能跟精确的识别出指纹信号。

本发明提供的指纹识别面板，具有两层结构，一层为透明指纹感测阵列，另一层为透明信号处理电路；

所述透明指纹感测阵列和所述透明信号处理电路之间设置有透明绝缘薄膜，所述透明绝缘薄膜上设置有通孔，所述透明指纹感测阵列和所述透明信号处理电路之间通过所述通孔连接；

所述透明指纹感测阵列包括多个透明导电面板；工作时，所述透明导电面板响应于外部的手指感应形成电容，所述透明信号处理电路通过所述通孔对所述透明导电面板进行充电，并在充电结束后获取所述电容所存储的电压值进行输出。

作为一种可实施方式，所述透明信号处理电路包括透明矩阵分层连线以及多个透明信号处理单元；

所述透明矩阵分层连线连接透明信号处理单元和外部的扫描电路；

工作时，扫描电路对所述透明矩阵分层连线施加脉冲扫描信号，使所述脉冲扫描信号依次传输至各个所述透明信号处理单元。

作为一种可实施方式，所述透明矩阵分层连线包括电源线、行扫描线以及列输出线。

作为一种可实施方式，所述透明信号处理单元包括输入控制晶体管单元、采样保持电路、运算放大电路以及模数转换电路；

所述输入控制晶体管单元，连接所述透明导电面板，用于对所述透明导电面板进行充电；

所述采样保持电路、运算放大电路以及模数转换电路依次连接；所述采样保持电路还连接所述透明导电面板，充电结束后，所述透明导电面板的放电信号依次经过所述采样保持电路、运算放大电路、模数转换电路输出。

作为一种可实施方式，所述透明导电面板和所述透明信号处理单元一一对应，通过所述通孔连接。

作为一种可实施方式，多个所述透明导电面板对应一个所述透明信号处理单元，通过所述通孔连接。

作为一种可实施方式，所述透明指纹感测阵列连接一透明玻璃基板。

作为一种可实施方式，所述透明信号处理电路连接一透明玻璃基板。

作为一种可实施方式，所述透明信号处理电路由薄膜晶体管搭建而成。

相应地，本发明还提供一种指纹识别装置，包括上述指纹识别面板，还包括扫描电路、透明玻璃基板以及主控模块；

所述指纹识别面板，位于所述透明玻璃基板上，并连接所述扫描电路和主控模块；

所述指纹识别面板中的透明导电面板响应于所述透明玻璃基板上的手指感应形成电容；所述主控模块控制所述扫描电路对所述指纹识别面板中的透明信号处理电路施加脉冲信号，通过所述透明信号处理电路对所述透明导电面板进行充电；在充电结束后，所述透明信号处理电路获取所述电容所存储的电压值输出至所述主控模块，所述主控模块根据所述电压值对所述手指感应进行识别。

本发明的有益效果是：

本发明提供的指纹识别面板及装置，将透明指纹感测阵列和透明信号处理电路集成为一体，其中透明指纹感测阵列在下层直接沉积在透明玻璃基板表面时，手指在透明玻璃基板的另一面触摸，就能够感应出较大的电容值，减少了耦合电容和线的寄生电容的影响，适合于玻璃较厚的应用；如果透明指纹感测阵列在上层，透明信号处理电路在下层，则增加了感应电容面板之间的间距，适合于玻璃较薄的应用。

本发明提供的指纹识别面板及装置，针对不同的识别应用提供了不同的结构，减少了信号在传输的过程中的损耗，消除了线寄生电容以及耦合电容对识别出来的信号的干扰，提高了指纹识别的精度。

附图说明

图1a为本发明实施例一提供的指纹识别面板的结构示意图；

图1b为图1a所示的指纹识别面板的截面示意图；

图2为本发明实施例二提供的指纹识别面板的结构示意图；

图3a为本发明实施例三提供的指纹识别面板的结构示意图；

图3b为图3a所示的指纹识别面板的截面示意图；

图4为本发明实施例四提供的指纹识别面板的结构示意图；

图5为本发明实施例五提供的指纹识别面板的结构示意图；

图6为本发明实施例六提供的指纹识别面板的结构示意图；

图7为本发明实施例七提供的指纹识别装置的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

请参阅图1a和图1b，本发明实施例一提供的指纹识别面板，图示结构为直流工作模式。该面板结构包括上下两层，下面一层为透明指纹感测阵列，上面一层为透明信号处理电路。透明指纹感测阵列是由多个透明导电面板11组成的阵列，生长在透明玻璃基板10上。位于上层的透明信号处理电路包括透明矩阵分层连线以及多个透明信号处理单元12。透明指纹感测阵列和透明信号处理电路之间隔着一层透明绝缘薄膜13，通过通孔131连接。透明绝缘薄膜相当于位于上层的透明信号处理电路的基板。

各个透明导电面板11相互之间不连通，其长和宽小于指纹嵴和峪(指纹嵴为指纹线凸出来的部分，指纹峪为指纹线凹进去的部分)的宽度，以保证每条指纹嵴和峪(宽度300～500um)都能与透明导电面板11形成一个电容，电容的大小由透明导电面板11的面积以及透明玻璃基板10的厚度决定。为了保证识别的精度，同时减少非完全感测到的点，透明导电面板11的面积应达到足够小。透明导电面板11组成的透明指纹感测阵列的面积根据实际应用来设计(图示中为二行二列，实际列数和行数不以此为限)。

透明矩阵分层连线包括电源线(未示出)、行扫描线14、列输出线15。透明信号处理单元12包括输入控制晶体管单元、采样保持电路、运算放大电路以及模数转换电路。输入控制晶体管单元连接透明导电面板11，对透明导电面板11进行充电；充电结束后，透明导电面板11的放电信号依次经过采样保持电路、运算放大电路、模数转换电路输出。

行扫描线14由多根行线构成，连接外部的扫描电路以及每行多个输入控制晶体管单元。输入控制晶体管单元由行的脉冲信号控制其打开还是关断，其另一端连接着透明导电面板11。透明信号处理单元12的输出端连接列输出线15。列输出线15根据所测信号所需的精度来确定，越高精度的信号则需要越多根列输出线15。

上述指纹识别面板的工作方式如下：

当手指接触到透明玻璃基板10的背面(与生长透明指纹感测阵列相对的一面)时，手指指纹嵴以及峪会与位于透明玻璃基板10另一面的透明导电面板11感应形成大小不同的电容C₁和C₂，由于指纹嵴与透明玻璃基板10完全接触时，指纹峪与玻璃之间未完全接触，隔着一定间距的空气，所感应出来的电容实际是透明玻璃基板10部分电容和空气部分电容的串联，导致C₁和C₂相差1-10倍。

透明信号处理电路通过输入行线14上的脉冲信号打开输入控制晶体管单元，并对透明信号处理单元12下方的透明导电面板11进行充放电，根据感应电容的大小不同，放电出来的电荷量也不同，然后透明信号处理电路通过列输出线15将信号输出。

参见图1b，透明导电面板11直接生长在透明玻璃基板10上。透明指纹感测阵列和透明信号处理电路之间隔着一层透明绝缘薄膜，通过通孔131连接。透明绝缘薄膜相当于位于上层透明信号处理电路的基板。上层可见部分为透明信号处理单元12和列输出线15。

参见图2，本发明实施例二提供的指纹识别面板，与实施例一相比，上下两层的位置进行交换。下面一层位透明信号处理电路，上面一层为透明指纹感测阵列。

位于下层的透明信号处理电路由透明信号处理单元22和透明矩阵分层连线(示出了行扫描线24、列输出线25)，生长在透明玻璃基板20上，上面覆盖着一层透明绝缘薄膜23。

位于上层的透明指纹感测阵列由多个透明导电面板21组成的阵列构成，上下两层通过通孔231连接。在该结构上再生长一层绝缘薄膜即可将手指直接放在该绝缘薄膜上进行指纹识别。如不在背面生长绝缘薄膜，手指可以在透明玻璃基板20的另一面，隔着玻璃进行指纹识别。

对于手指放在透明玻璃基板背面，实施例一和实施例二应用于不同厚度的玻璃基板，具体如下：

实施例一中，透明指纹感测阵列在下层，直接沉积在玻璃基板表面时，手指在玻璃基板的另一面感应出较大的电容值，并减少了耦合电容和线的寄生电容的影响，适合于玻璃基板较厚的应用。

实施例二中，透明指纹感测阵列在上层，透明信号处理电路在下层，增加了感应电容面板之间的间距，适合于玻璃基板较薄的应用。

对于在双层结构之上再生长一层绝缘薄膜，手指直接放在薄膜上进行指纹识别，适用于实施例二提供的指纹识别面板。该识别方式由于手指感应形成的电容的距离可根据实际生长的绝缘薄膜厚度控制，而且绝缘薄膜比玻璃基板薄1-4个数量级，使得感应形成的电容较大，对透明信号处理电路的要求就会相应降低，提高了透明指纹识别的质量。

参见图3a和图3b，本发明实施例三提供的指纹识别面板，图示结构为交流工作模式。该面板结构包括上下两层，下面一层为透明指纹感测阵列，上面一层为透明信号处理电路。透明指纹感测阵列和透明信号处理电路之间隔着一层透明绝缘薄膜33，通过通孔331连接。透明绝缘薄膜33相当于上层透明信号处理电路的基板。

与实施例一相比，位于下层的透明指纹感测阵列设置在透明玻璃基板30上，其中的透明导电面板31面积相对变小，同时，数量对应增加。位于上层的透明信号处理电路包括透明信号处理单元32以及透明矩阵分层连线(示出了行扫描线34、列输出线35)。行扫描线34由多根行线构成，连接外部的扫描电路以及每行多个输入控制晶体管单元。每个透明信号处理单元32通过两个通孔331与两个透明导电面板31连接。透明信号处理单元32通过通孔331给一个透明导电面板31施加交流信号，交流信号通过感应电容传输到电容的另一个极板，再传输回对应相邻的另一个透明导电面板31，再将传回的交流信号通过通孔33传回透明信号处理单元32，经过信号处理再通过列输出线35输出。

如图3b所示，每一个透明信号处理单元32对应两个透明导电面板31，上层可见部分为透明信号处理单元32和列输出线35。

参见图4，本发明实施例四提供的指纹识别面板，与实施例三相比，上下两层的位置进行交换。下面一层透明信号处理电路，包括透明信号处理单元42以及透明矩阵分层连线(示出了行扫描线44、列输出线45)。透明信号处理电路生长在透明玻璃基40上，上面覆盖着一层透明绝缘薄膜43。上面一层为由多个透明导电面板41组成的透明指纹感测阵列，上下两层通过通孔431连接。在该结构上再生长一层绝缘薄膜即可将手指直接放在该绝缘薄膜上进行指纹识别。如不在背面生长绝缘薄膜，手指可以在透明玻璃基板40的另一面，隔着透明玻璃基板40进行指纹识别。

参见图5，本发明实施例五提供的指纹识别面板，包括上下两层，下面一层为透明指纹感测阵列，上面一层为透明信号处理电路。透明指纹感测阵列是由多个透明导电面板51组成的阵列，生长在透明玻璃基板58上。与实施例一相比，下面一层的透明导电面板51的面积不变，同时数量也不变。位于上层的透明信号处理电路包含透明信号处理单元52、行扫描线54、列输出线55、输入控制晶体管单元56以及输出列线单元57。行扫描线由多根行线构成，连接扫描电路以及每行多个输入控制晶体管单元56。

实施例五与实施例一的区别点在于，实施例五提供的指纹识别面板中，多个透明导电面板51对应一个透明信号处理单元52。具体如图5所示，每个透明信号处理单元52通过四个通孔53与四个透明导电面板51连接(具体数量可根据信号处理电路的设计变化)。透明信号处理电路通过输入行扫描线54上的脉冲信号打开输入控制晶体管单元，并对透明信号处理单元52下方的四个透明导电面板51同时进行充放电，经过对四个放电信号的处理，然后透明信号处理电路将四个信号按顺序轮流输出到列输出线55上。

参见图6，本发明实施例六提供的指纹识别面板，与实施例五相比，上下两层的位置进行了交换。上面一层为透明指纹感测阵列，下面一层为透明信号处理电路。透明指纹感测阵列由多个透明导电面板61组成。透明信号处理电路由透明信号处理单元62以及透明矩阵分层连线(示出了行扫描线44、列输出线45)构成，生长在透明玻璃基板60上，上面覆盖着一层透明绝缘薄膜63。四个透明导电面板61通过四个通孔631与一个透明信号处理单元62连接。在该结构上再生长一层绝缘薄膜即可将手指直接放在该绝缘薄膜上进行指纹识别。如不在背面生长绝缘薄膜，手指可以在透明玻璃基板30的另一面，隔着透明玻璃基板60进行指纹识别。

上述实施例一至六中的指纹识别面板，通过扫描电路对矩阵分层连线施加脉冲扫描信号，信号依次传输到各个透明信号处理单元，通过分划多层结构以保障线路之间的连通，减小寄生电容。

根据识别精度的要求以及性能，透明导电面板和透明信号处理单元可一一对应通过多个通孔进行连接，也可多个透明导电面板对应一个透明信号处理单元。如只需要进行触控识别，只需将透明导电面板的面积做大即可。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种指纹识别装置，该装置的工作原理与上述指纹识别面板的工作原理相同，重复之处不再冗述。

本发明实施例七提供的指纹识别装置，包括上述实施例中的指纹识别面板，还包括扫描电路、透明玻璃基板以及主控模块，指纹识别面板位于透明玻璃基板上，并连接扫描电路和主控模块。

指纹识别面板中的透明导电面板响应于透明玻璃基板上的手指感应形成电容；主控模块控制扫描电路对指纹识别面板中的透明信号处理电路施加脉冲信号，通过透明信号处理电路对透明导电面板进行充电；在充电结束后，透明信号处理电路获取电容所存储的电压值输出至主控模块，主控模块根据电压值对手指感应进行识别。

具体地，作为一种可实施方式，如图7所示，主控模块70控制扫描电路71，通过多根行扫描线对透明信号处理电路逐行施加脉冲信号，脉冲信号向电容极板72(即透明导电面板)进行充电；充电完成后，电容进行放电，放电信号经过采样保持电路73，再经过运算放大电路74，然后通过模数转换电路75，最后通过列输出线输出给主控模块70。

本发明实施例提供的指纹识别面板及装置的空间结构和识别形式，简化了外围电路，提高了识别的精度，消除了线寄生电容以及耦合电容对识别出来的信号的干扰，并针对不同的识别应用提供了不同的结构模型。

本发明实施例提供的指纹识别面板具有透明指纹感测阵列和透明信号处理电路上下两层的结构，对应不同的设计应用。其中透明指纹感测阵列在下层直接沉积在透明玻璃基板表面时，手指在透明玻璃基板的另一面触摸，就能够感应出较大的电容值，减少了耦合电容和线的寄生电容的影响，适合于玻璃较厚的应用。如果透明指纹感测阵列在上层，透明信号处理电路在下层，则增加了感应电容面板之间的间距，适合于玻璃较薄的应用。透明信号处理电路相对于透明指纹感测阵列的面板层数多，厚度更厚。

需要特别说明的是，本发明实施例提供的指纹识别面板，将透明指纹感测阵列和透明信号处理电路片集成在一个片上，片上所有的电路单元均基于透明薄膜晶体管实现，通过薄膜沉积得到。

本发明通过将透明信号处理电路直接与透明指纹感测阵列集成在一起，减少了信号在传输的过程中的损耗，避免了外界信号的干扰，能更精确的识别出指纹信号。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种指纹识别面板，其特征在于，具有两层结构，一层为透明指纹感测阵列，另一层为透明信号处理电路；

所述透明指纹感测阵列和所述透明信号处理电路之间设置有透明绝缘薄膜，所述透明绝缘薄膜上设置有通孔，所述透明指纹感测阵列和所述透明信号处理电路之间通过所述通孔连接；

所述透明指纹感测阵列包括多个透明导电面板；工作时，所述透明导电面板响应于外部的手指感应形成电容，所述透明信号处理电路通过所述通孔对所述透明导电面板进行充电，并在充电结束后获取所述电容所存储的电压值进行输出。

2.根据权利要求1所述的指纹识别面板，其特征在于，所述透明信号处理电路包括透明矩阵分层连线以及多个透明信号处理单元；

所述透明矩阵分层连线连接透明信号处理单元和外部的扫描电路；

工作时，扫描电路对所述透明矩阵分层连线施加脉冲扫描信号，使所述脉冲扫描信号依次传输至各个所述透明信号处理单元。

3.根据权利要求2所述的指纹识别面板，其特征在于，所述透明矩阵分层连线包括电源线、行扫描线以及列输出线。

4.根据权利要求2所述的指纹识别面板，其特征在于，所述透明信号处理单元包括输入控制晶体管单元、采样保持电路、运算放大电路以及模数转换电路；

所述输入控制晶体管单元，连接所述透明导电面板，用于对所述透明导电面板进行充电；

所述采样保持电路、运算放大电路以及模数转换电路依次连接；所述采样保持电路还连接所述透明导电面板，充电结束后，所述透明导电面板的放电信号依次经过所述采样保持电路、运算放大电路、模数转换电路输出。

5.根据权利要求2所述的指纹识别面板，其特征在于，所述透明导电面板和所述透明信号处理单元一一对应，通过所述通孔连接。

6.根据权利要求2所述的指纹识别面板，其特征在于，多个所述透明导电面板对应一个所述透明信号处理单元，通过所述通孔连接。

7.根据权利要求1至6任一项所述的指纹识别面板，其特征在于，所述透明指纹感测阵列连接一透明玻璃基板。

8.根据权利要求1至6任一项所述的指纹识别面板，其特征在于，所述透明信号处理电路连接一透明玻璃基板。

9.根据权利要求1至6任一项所述的指纹识别面板，其特征在于，所述透明信号处理电路由薄膜晶体管搭建而成。

10.一种指纹识别装置，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的指纹识别面板，还包括扫描电路、透明玻璃基板以及主控模块；

所述指纹识别面板，位于所述透明玻璃基板上，并连接所述扫描电路和主控模块；

所述指纹识别面板中的透明导电面板响应于所述透明玻璃基板上的手指感应形成电容；所述主控模块控制所述扫描电路对所述指纹识别面板中的透明信号处理电路施加脉冲信号，通过所述透明信号处理电路对所述透明导电面板进行充电；在充电结束后，所述透明信号处理电路获取所述电容所存储的电压值输出至所述主控模块，所述主控模块根据所述电压值对所述手指感应进行识别。