TWI614693B - 具曲面基板之生物辨識裝置 - Google Patents

Abstract

一種具曲面基板之生物辨識裝置，係包含一曲面基板、一感應電極層以及複數個選擇開關。該感應電極層係佈植於該曲面基板的一側，該感應電極層包含複數個電極。該些選擇開關係依序地或動態地選定至少一個電極為一個或一個以上之感應電極組。

Description

具曲面基板之生物辨識裝置

本發明係有關一種具曲面基板之生物辨識裝置，尤指一種以指紋特徵為辨識依據之具曲面基板之生物辨識裝置。

生物特徵之感測與比對技術早已成熟並廣泛被應用於個人之身份辨識與確認。習知的生物辨識方式有指紋辨識、聲紋辨識、虹膜辨識、視網膜辨識等。基於安全舒適與辨識效率等綜合考量，指紋辨識已成為生物辨識之主流方式。指紋辨識通常涉及掃描輸入一使用者之指紋或影像，並儲存此影像及/或該指紋獨有之特徵，再將此掃描指紋之特徵資料與資料庫中已建立之指紋參考資訊作比對，以辨識或確認個人之身份。

指紋辨識之影像輸入可分為光學掃描、熱影像感應、電容式感應等方式。光學掃描方式由於裝置體積較大難以應用於移動式電子裝置，熱影像感應之正確性與可靠性不佳亦無法成為主流，故電容式影像感測逐漸成為移動式電子裝置之生物辨識的主流技術。

由於電子商務與遠端支付之發展一日千里，且電子保全與自動化門禁系統蓬勃發展故而生物辨識之需求急速膨脹；而生物辨識技術又可區分為指紋辨識技術、虹膜辨識技術、DNA辨識技術等。考量效率、安全、與非侵入性等要求，指紋辨識已成為生物辨識之首選技術。指紋辨識技術又有光學式、熱感應式與電容式。其中又以電容式技術在成本、省電、可靠、防偽等綜 合考量中脫穎而出。

習知之電容式指紋辨識技術有滑動式、全指按壓式等形式。又以全指按壓式在辨識度、效率及方便性中勝出。然而由於感應訊號極其微小與周遭巨大雜訊等因素，全指按壓式之指紋辨識技術通常只能將感應電極與感應電路等一併做在一個積體電路晶片上，且以小於100μm厚度之藍寶石膜加以保護。如此材料成本與封裝製程成本居高不下，且其產品壽命與耐受性堪慮。因此業界莫不致力於提高感測靈敏度與訊號雜訊比，期盼能將感應電極置於非積體電路之基材上，以利增加感測面積、降低成本並增進產品之壽命與耐受性，故指紋辨識技術仍有很大的改進空間。

此外，請參閱圖1係為先前技術平面式手指感測器之分解圖。圖1係為美國蘋果公司(Apple Inc.)於美國專利局(USPTO)所申請的公開專利，其公開號為US 2013/0181949。該公開專利係揭示一種手指感測器，如圖1所示，使用者手指10A在具有平面手指感測區的指紋感測器20A上進行滑動或按壓操作，透過指紋感測器積體電路(IC)感測出手指動作的軌跡。然而，平面結構的指紋感測或辨識裝置，僅能在同一水平面偵測指紋，故手指需施以相當的壓力以貼合偵測平面，指紋也因壓力而產生變形；指紋面積變大且指紋谷面積變小，同時其紋路亦產生扭曲且每次偵測之變形量皆不同，因此，偵測到的指紋影像模糊失真，不僅增加後段程式處理之困難且降低辨識通過率。

上述習知指紋偵測技術之缺失與困難，乃為本案發明人所欲行克服並加以解決的一大課題。

因此，本發明之目的主要係在提供一種具曲面基板之生物辨識裝置，當進行指紋感測操作時，可利用其內凹曲面之機構特性，適度定位手指之按壓位置與角度，減少指紋變形量，加大有效偵測面積，提高指紋偵測與辨識的正確性。

為了解決上述問題，本發明係提供一種具曲面基板之生物辨識 裝置，以克服習知技術的問題。該具曲面基板之生物辨識裝置係包含一曲面基板、一感應電極層以及複數個選擇開關。該感應電極層係佈植於該曲面基板的一側，該感應電極層包含複數個電極。該些選擇開關係依序地或動態地選定至少一個電極為一個或一個以上之感應電極組。

其中該曲面基板係為弧面基板或球面基板。

其中該曲面基板係為高分子薄膜基板、金屬基板或超薄軟性玻璃基板。

其中該高分子薄膜係為聚亞醯胺高分子薄膜。

其中該金屬係為不鏽鋼、鋁、銅、鈦、鐵、鎢、銀、錫或前述合金或液態合金。

該生物辨識裝置更包含一走線層，係位於該感應電極層面向或背向該曲面基板之一側，該走線層包含複數條走線，每一走線係對應電氣交連到該感應電極層的至少一電極。

該生物辨識裝置更包含一絕緣層，係佈植於該感應電極層與該走線層之間。

其中每一該選擇開關係為一薄膜電晶體開關或一場效電晶體開關。

其中該些選擇開關係佈植於該曲面基板上。

該生物辨識裝置更包含一保護層，係位於該感應電極層背向該曲面基板之一側。

該生物辨識裝置更包含一定位部，係以引導與定位指尖位置。

其中該定位部係為一擋塊結構或一凸塊結構。

該生物辨識裝置更包含至少一自電容感測控制電路。

其中該至少一自電容感測控制電路係佈植於一積體電路內。

其中該積體電路係黏結或壓焊於該曲面基板上，或者該積體電路係黏結或壓焊於一軟性電路板上，該軟性電路板之一端係連接至該曲面基板。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本 發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

〔習知技術〕

10A‧‧‧手指

20A‧‧‧指紋感測器

〔本發明〕

100‧‧‧生物辨識裝置

10‧‧‧曲面基板

10’‧‧‧曲面基板

20‧‧‧感應電極層

30‧‧‧絕緣層

40‧‧‧走線層

50‧‧‧保護層

60‧‧‧定位部

90‧‧‧指紋

2011~20mn‧‧‧電極

4011~40mn‧‧‧選擇開關

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

圖1係為先前技術平面式手指感測器之分解圖；圖2A係為本發明曲面基板第一實施例之立體圖；圖2B係為本發明具曲面基板之生物辨識裝置第一實施例之使用狀態圖；圖3A係為本發明曲面基板第二實施例之立體圖；圖3B係為本發明具曲面基板之生物辨識裝置第二實施例之使用狀態圖；圖3C係為本發明生物辨識裝置之定位部第一實施例之示意圖；圖3D係為本發明生物辨識裝置之定位部第二實施例之示意圖；圖4A係為本發明曲面基板第三實施例之立體圖；圖4B係為本發明具曲面基板之生物辨識裝置第三實施例之使用狀態圖；圖5A係為本發明生物辨識裝置之層疊結構第一實施例之示意圖；圖5B係為本發明生物辨識裝置之層疊結構第二實施例之示意圖；圖5C係為本發明生物辨識裝置之層疊結構第三實施例之示意圖；圖6係為本發明生物辨識裝置之層疊結構之立體分解圖；及圖7係為本發明生物辨識裝置之層疊結構之局部放大圖。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：請參閱圖2A與圖3A係分別為本發明曲面基板第一實施例與第二實施例之立體圖。圖2A與圖3A係表現該基板(substrate)為可彎曲(curved)或可撓式(flexible)之板體結構。該基板經彎曲後所 形成一曲面，並且沿該曲面之徑向方向(radial direction)定義為一第一方向D1，沿該曲面之軸向方向(axial direction)定義為一第二方向D2。其中該曲面基板10係為弧面基板，但不以此為限制。

進一步參閱圖2B與圖3B係分別為本發明具曲面基板之生物辨識裝置第一實施例與第二實施例之使用狀態圖。本發明係以指紋特徵為辨識依據之具曲面基板之生物辨識裝置100，因此，使用者透過將手指按壓在該生物辨識裝置100上進行指紋辨識，以達到使用者的身份辨識。圖2B與圖3B兩種不同的實施例分別實現：在圖2B中，使用者手指按壓在該生物辨識裝置100上的指向為該第一方向D1，亦即該徑向方向；以及在圖3B中，使用者手指按壓在該生物辨識裝置100上的指向為該第二方向D2，亦即該軸向方向。

值得一提，對圖2B該第一實施例而言，該曲面基板的彎曲程度，可配合(fit)手指指面弧度設計，使得手指完全地貼附在該曲面基板上。再者，由於手指按壓在該生物辨識裝置100上的指向為徑向方向，因此，該彎曲表面之一側能夠阻擋手指，以達到手指定位在該生物辨識裝置100上，進行按壓辨識操作。

對圖3B該第二實施例而言，該曲面基板的彎曲程度，可配合手指指圍設計，使得手指充分地包覆在該曲面基板上。再者，由於手指按壓在該生物辨識裝置100上的指向為軸向方向，因此，該生物辨識裝置100係更包含一定位部60，以達到手指定位在該生物辨識裝置100上，進行按壓辨識操作。配合參閱圖3C與圖3D係分別為本發明生物辨識裝置100之定位部60第一實施例與第二實施例之示意圖。具體而言，對圖3C該第一實施例而言，該定位部60係為一擋塊結構，因此，當使用者手指沿軸向方向延伸而抵觸該擋塊結構時，則表示手指已定位在合適(理想)的偵測區域。對圖3D該第二實施例而言，該定位部60係為一凸塊結構，因此，當使用者手指沿軸向方向延伸而抵觸該凸塊結構時，則表示手指已定位在合適(理想)的偵測區域。值得一提，該定位部60可由該基板一體成型設計，或額外加工製 成。然而，上述該些定位部60的實施態樣僅為說明實現定位偵測之用，而非對本發明加以限制。是以，能夠達成定位偵測目的之定位部60變化之實施例，皆應包括於本發明之範疇中。至於該生物辨識裝置100的結構說明，將於後文有詳細之闡述。

請參閱圖4A與圖4B係分別為本發明曲面基板第三實施例之立體圖與本發明具曲面基板之生物辨識裝置第三實施例之使用狀態圖。在本實施例中，該基板10係可經過曲面定型模化處理為球面基板，更具體而言，該球面基板可為圓形曲面基板或橢圓形曲面基板，不以此為限制，僅在於表現使用者手指可按壓在彎曲的曲面上，使得手指指面貼合在該曲面基板10上，能夠增加有效的偵測範圍，以提高指紋辨識準確度。

請參閱圖5A至圖5C係分別為本發明生物辨識裝置之層疊結構第一實施例至第三實施例之示意圖。該些圖示係以表現使用者手指按壓在該生物辨識裝置100上的指向為該軸向方向之前視圖。圖5A該生物辨識裝置100之層疊結構由上而下係包含一曲面基板10、一感應電極層20、一絕緣層30、一走線層40以及一保護層50。在本實施例中，該曲面基板10係為高分子薄膜(polymer thin film)基板或超薄軟性玻璃基板。更進一步，該高分子薄膜係可為聚亞醯胺(polyimide,PI)高分子薄膜。該超薄軟性玻璃基板之厚度係小於200μm。值得一提，該絕緣層30係以提供該感應電極層20與該走線層40之間的電氣絕緣之用。此外，該保護層50係以提供抗氧化、防潮的保護作用。

圖5B該生物辨識裝置100之層疊結構由上而下係包含該保護層50、該感應電極層20、該絕緣層30、該走線層40以及該曲面基板10。圖5B該第二實施例與圖5A該第一實施例最大的差異在於該保護層50與該曲面基板10為互換配置。由於指紋特徵受限於指紋90紋峰與紋谷距離較短，存在著不容易感測的難度，因此，在本實施例中，儘管該保護層50與該曲面基板10為互換配置，然而，該感應電極層20係仍配置於該層疊結構的第二層(由上而下)位置，使得該感應電極層20儘可能地縮短與 手指接觸面的距離，使得該感應電極層20上的電極(配合參見圖6)能夠提高感測精確度。值得一提，本發明該生物辨識裝置100配合發明人先前發明之自電容感測電路(專利公告號TW I473001)，可在手指接觸面與感應電極層20之間100μm以上間距狀態下，提供準確地指紋影像感測。

圖5C該生物辨識裝置100之層疊結構由上而下係包含該保護層50、該感應電極層20、該絕緣層30、該走線層40、該絕緣層30以及該曲面基板10’。本實施例中，該曲面基板10’係為金屬基板。更進一步，該金屬係為不鏽鋼(stainless steel)、鋁(aluminum)、銅(copper)、鈦(titanium)、鎢(tungsten)、銀、錫、鐵或前述之合金或液態合金(liquid alloy)。也因為該曲面基板10’係為金屬基板，因此，該曲面基板10’與該走線層40之間係設置該絕緣層30以提供電氣絕緣之用。再者，該金屬曲面基板10’係同時兼具高頻電磁波的屏蔽功能。

配合參閱圖6係為本發明生物辨識裝置之層疊結構之立體分解圖。圖6係對應圖5A該生物辨識裝置100之層疊結構實施例。如上所述，該生物辨識裝置100之層疊結構由上而下係包含該曲面基板10、該感應電極層20、該絕緣層30、該走線層40以及該保護層50。在本實施例中，該些電極2011~20mn係設置於該感應電極層20上，並且每一該電極2011~20mn係為矩形為一實施態樣，然而，並不以此為限制。在其他實施態樣中，該些電極2011~20mn係可依電路設計之需求，設計為其他幾何圖形之形狀，例如圓形、正方形、菱形、三角形或多邊形。

在本實施例中，該走線層40係設置有複數個選擇開關4011~40mn。其中，每一該選擇開關係為一薄膜電晶體(thin film transistor circuit,TFT)開關或一場效電晶體(field effect transistor circuit,FET)開關。值得一提，雖然圖式該些選擇開關4011~40mn係透過走線對應電氣交連到該感應電極層20的至少一電極2011~20mn，例如，該選擇開關4011係對應電氣交連至該電極2011，該選擇開關40mn係對應電氣交連至該電極20mn，然而， 並不以此為限制。在其他實施態樣中，任一選擇開關4011~40mn係可透過走線對應電氣交連到該感應電極層20的多個電極2011~20mn。藉此，利用該些選擇開關4011~40mn可簡化走線的設計與配置，進而改善電磁干擾。在其他實施態樣中，該些選擇開關4011~40mn係可佈植於該曲面基板10上，同樣地，可透過走線對應電氣交連到該感應電極層20的該些電極2011~20mn。

在本實施例中，該些選擇開關係依序地或動態地選定至少一個電極為一個或一個以上之感應電極組以遂行指紋之偵測。其詳細運作方法請參考發明人先前之相關發明說明書記載，不另贅述。前開相關專利案號如下列：申請號103128567，新型案號M491216及M493114。

參閱圖7係為本發明生物辨識裝置之層疊結構之局部放大圖。根據圖7，可以明顯地看出，當使用者手指按壓在該生物辨識裝置100上時，手指指紋90係直接接觸該曲面基板10，並且透過對指紋90紋峰與紋谷不同電荷聚集而產生的不同電荷量(或電容量)，達到指紋辨識的目的。

此外，本發明該具曲面基板之生物辨識裝置100更具體說明如下。一實施例係先將相關電極、薄膜電晶體開關電路及走線等製作於軟性平面基板上，再作曲面定型模化處理使成為內凹之弧形或內凹之球面形。其中，定型模化處理可利用加熱固化、幅射照射固化、紫外線照射固化等方法實現。此外，亦可利用多層(兩層以上)的基板構造，藉局部蝕刻薄化或弱化而彎曲塑型。另一實施例係先將相關電極、薄膜電晶體開關電路及走線等製作於軟性平面基板上，再黏貼於具特定曲面之固化外框機構上使形成幅合人體工學之偵測曲面。

再者，本發明該生物辨識裝置100係更包含至少一自電容感測控制電路，其中，該至少一自電容感測控制電路之較佳實施例請參考發明人先前之發明專利，其專利公告號為TW I473001。其中，該至少一自電容感測控制電路係佈植於一積體電路內。 該積體電路係可直接黏結或壓焊於該曲面基板10上；或者，該積體電路係黏結或壓焊於一軟性電路板上，該軟性電路板之一端係連接至該曲面基板10。

綜上所述，本發明係具有以下之特徵與優點：1、本發明該生物辨識裝置100係為直接設置於薄膜基板上之層疊結構，以提供手指按壓的指紋辨識功能，無須封裝製程的導入，如此可減少成本，並且簡化製程；2、有別於習知平面結構的指紋辨識裝置僅能提供水平面的手指動作偵測，本發明該生物辨識裝置100為曲面結構，能夠增加有效的偵測面積並減少指紋之變形，以擷取更多且正確的指紋偵測數據，進而提高指紋辨識準確度；3、平面層疊製成後，再經過曲面定型模化處理，可提供軸向與徑向的指紋辨識操作，以增加使用的便利性與適應性；4、利用該定位部60，可為擋塊結構或凸塊結構，提供手指定位於偵測區域，進而提高指紋辨識的正確性與準確度；及5、透過該些選擇開關4011~40mn，可簡化走線的設計與配置，進而改善電磁干擾。

惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包括於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

100‧‧‧生物辨識裝置

90‧‧‧指紋

Claims (15)

1. 一種具曲面基板之生物辨識裝置，係包含：一曲面基板；一感應電極層，係佈植於該曲面基板的一側，該感應電極層包含複數個電極；複數個選擇開關，係依序地或動態地選定至少一個電極為一個或一個以上之感應電極組；及一絕緣層，位於該感應電極層及該些選擇開關之間，且具有複數穿孔，其中該些電極及該些選擇開關透過該些穿孔中的走線達成電連接；其中該曲面基板沿著一個維度之曲度適於使用者手指操作；其中該曲面基板係位於該生物辨識裝置最外側表面且可使使用者手指直接與該曲面基板接觸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具曲面基板之生物辨識裝置，其中該曲面基板係為弧面基板或球面基板。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具曲面基板之生物辨識裝置，其中該曲面基板係為高分子薄膜基板、金屬基板或超薄軟性玻璃基板。
4. 如申請專利範圍第3項所述之具曲面基板之生物辨識裝置，其中該高分子薄膜係為聚亞醯胺高分子薄膜。
5. 如申請專利範圍第3項所述之具曲面基板之生物辨識裝置，其中該金屬係為不鏽鋼、鋁、銅、鈦、鐵、鎢、銀、錫或前述之合金或液態合金。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具曲面基板之生物辨識裝置，更包含一走線層，係位於該感應電極層背向該曲面基板之一側，該走線層包含複數條走線，每一走線係對應電氣交連到該感應電極層的至少一電極。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具曲面基板之生物辨識裝置，更包含一走線層，係位於該感應電極層面向該曲面基板之一側，該走線層包含複數條走線，每一走線係對應電氣交連到該感應電極層的至少一電極。
8. 如申請專利範圍第1項所述之具曲面基板之生物辨識裝置，其中每一該選擇開關係為一薄膜電晶體開關或一場效電晶體開關。
9. 如申請專利範圍第9項所述之具曲面基板之生物辨識裝置，其中該些選擇開關係佈植於該曲面基板上。
10. 如申請專利範圍第1項所述之具曲面基板之生物辨識裝置，更包含一定位部，係以引導與定位指尖位置。
11. 如申請專利範圍第10項所述之具曲面基板之生物辨識裝置，其中該定位部係為一擋塊結構或一凸塊結構。
12. 如申請專利範圍第1項所述之具曲面基板之生物辨識裝置，更包含至少一自電容感測控制電路。
13. 如申請專利範圍第12項所述之具曲面基板之生物辨識裝置，其中該至少一自電容感測控制電路係佈植於一積體電路內。
14. 如申請專利範圍第13項所述之具曲面基板之生物辨識裝置，其中該積體電路係黏結或壓焊於該曲面基板上。
15. 如申請專利範圍第13項所述之具曲面基板之生物辨識裝置，其中該積體電路係黏結或壓焊於一軟性電路板上，該軟性電路板之一端係連接至該曲面基板。