一种指纹识别装置及其制作方法与识别方法与流程

1.本发明属于指纹识别领域，涉及一种指纹识别装置及其制作方法与识别方法。


背景技术：

2.近些年来指纹识别技术发展迅速，成为了众多生物体识别技术中比较成熟的一种识别方式，被广泛应用在门禁系统、考勤系统、笔记本电脑、银行内部处理、银行支付等方面，其主要是利用人体固有的指纹特征来进行个人的身份验证。
3.目前，市场中应用的指纹识别技术主要有四种，分别为光学式指纹识别技术、温差感应式指纹识别技术、电容式指纹识别技术及超声波指纹识别技术。光学式指纹识别现在广泛应用于智能手机、门禁系统、以及安全领域，由于使用图像传感器拍照识别，在强光下容易受到干扰，特别是户外太阳底下，导致识别错误率增加，甚至无法使用；温差感应式指纹识别技术通常应用于滑动式指纹识别，由于利用感应手指与芯片映像区域之间某点的温度差，产生一个代表图像信息的电信号，受限于温度局限，时间过长，手指与芯片处于相同温度，就会产生无法识别的现象；电容式指纹识别技术被广泛用于手机、计算机触摸屏等领域，但是在手指上有脏污等情况下会引起误触发甚至无法使用；超声波指纹识别技术通过超声波反射识别指纹，但是存在精度差以及难以轻薄化的缺点。
4.因此，急需开发一种受强光、温度及脏污干扰小，且识别精度高及装置轻薄化的指纹识别装置。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种指纹识别装置及其制作方法与识别方法，用于解决现有技术中指纹识别装置的识别能力受强光、温度及脏污影响大，且难以兼顾识别精度与装置轻薄化的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种指纹识别装置的制作方法，包括以下步骤：
7.提供一基底，所述基底包括相对设置的第一表面及第二表面；
8.于所述基底的第一表面形成依次层叠的图像传感器层、压力发光膜层及封装层；
9.于所述基底的第二表面形成一背光源模组。
10.可选地，所述基底的材质包括玻璃、聚酰亚胺及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种。
11.可选地，形成所述图像传感器层的方法包括于所述基底的第一表面形成一半导体层，并于所述半导体层中形成晶体管。
12.可选地，所述图像传感器层包括基于非晶硅的tft图像传感器层、基于cmos的晶硅图像传感器层及基于有机光电材料的图像传感器层中的一种。
13.可选地，所述压力发光膜层包括压力发光材料，所述压力发光材料包括zns:cu
2
、sral2o4:eu
2
及caznos:eu
3
中的一种或多种。
14.可选地，形成所述压力发光膜层的方法包括将压力发光材料分散于水或有机溶剂
中后进行涂布，并烘干。
15.可选地，形成所述压力发光膜层的方法包括将压力发光材料分散于高分子材料中后进行涂布，并固化。
16.可选地，所述封装层包括al2o3/sio2交替结构层及遮光层，所述al2o3/sio2交替结构层位于所述压力发光膜层与所述遮光层之间，所述遮光层的材质包括al、mo、ag、au中的一种或几种，且所述遮光层的厚度范围为20～100nm。
17.本发明还提供了一种指纹识别装置，包括：
18.基底，包括相对设置的第一表面及第二表面；
19.图像传感器层，位于所述基底的第一表面；
20.压力发光膜层，位于所述图像传感器层背离所述基底的一面；
21.封装层，位于所述压力发光膜层的背离所述图像传感器层的一面；
22.背光源模组，位于所述基底的第二表面。
23.可选地，所述图像传感器层中图像传感器的像素大小范围为70～100μm。
24.可选地，所述压力发光膜层包括压力发光材料，所述压力发光材料包括zns:cu
2
、sral2o4:eu
2
及caznos:eu
3
中的一种或多种。
25.可选地，所述压力发光膜层的膜厚范围为50～500nm。
26.可选地，所述封装层的厚度不大于300nm，所述封装层的水氧透过率小于或等于10-3g·
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·
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。
27.可选地，所述封装层包括al2o3/sio2交替结构层及遮光层，所述al2o3/sio2交替结构层位于所述压力发光膜层与所述遮光层之间，且所述遮光层的厚度范围为20～100nm。
28.本发明还提供一种指纹识别装置的识别方法，利用所述指纹识别装置进行指纹识别，所述识别方法包括以下步骤：
29.对所述封装层进行按压操作；
30.所述封装层将压力传送给所述压力发光膜层以使所述压力发光膜层的受压点产生荧光；
31.所述图像传感器层将所述荧光信号转换成电荷，经过外部算法电路处理，以得到手指纹理按压处的亮场图像；
32.将所述亮场图像信息与指纹数据库中的指纹信息对比及匹配。
33.如上所述，本发明的指纹识别装置、制作方法及其识别方法通过于基底的第一表面沿背离所述基底的第二表面的方向依次设置图像传感器层、压力发光膜层及封装层，手指按压所述封装层以使所述压力发光膜层受到压力产生荧光，所述图像传感器层接收到荧光，并将其转换成电荷进行处理以得到指纹的图像信息，再将指纹信息与指纹数据库对比，实现了指纹的识别；于所述基底的第二表面设置一背光源模组，利用所述背光源模组发出的光为所述发光膜层充能，实现了所述指纹识别装置的长期稳定工作。此外，由于所述指纹识别装置利用手指压力进行工作，且所述封装层具有遮光性及水氧透过率小于或等于10-3g·
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的特性，因此，所述指纹识别装置受强光、温度及脏污干扰小，且识别精度高及装置轻薄，具有高度产业利用价值。
附图说明
34.图1显示为本发明的指纹识别装置的制作方法流程图。
35.图2显示为本发明的指纹识别装置的基底的剖面结构示意图。
36.图3显示为本发明的指纹识别装置的制作方法的于基底的第一表面形成图像传感器层的剖面结构示意图。
37.图4显示为本发明的指纹识别装置的制作方法的形成压力发光膜层的剖面结构示意图。
38.图5显示为本发明的指纹识别装置的制作方法的形成封装层的剖面结构示意图。
39.图6显示为本发明的指纹识别装置的制作方法的于基底的第二表面形成背光源模组的剖面结构示意图。
40.图7显示为本发明的指纹识别装置无按压时的暗场图。
41.图8显示为本发明的指纹识别装置受压时受压点的灰度值提升图。
42.元件标号说明
[0043]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
基底
[0044]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
图像传感器层
[0045]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
压力发光膜层
[0046]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
封装层
[0047]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
背光源模组
[0048]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
受压点
具体实施方式
[0049]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0050]
请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0051]
实施例一
[0052]
本实施例提供一种指纹识别装置的制作方法，如图1所示，显示为所述指纹识别装置制作方法的流程图，包括以下步骤：
[0053]
s1：提供一基底，所述基底包括相对设置的第一表面及第二表面；
[0054]
s2：于所述基底的第一表面形成依次层叠的图像传感器层、压力发光膜层及封装层；
[0055]
s3：于所述基底的第二表面形成一背光源模组。
[0056]
首先请参阅图2至图4，执行所述步骤s1与所述步骤s2：提供一基底1，所述基底1包括相对设置的第一表面及第二表面；于所述基底1的第一表面形成依次层叠的图像传感器层2、压力发光膜层3及封装层4。
[0057]
作为示例，如图2所示，所述基底1的材质包括玻璃、聚酰亚胺(polyimide，简称pi)及聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，简称pet)中的一种，也可以是其他适合的透明材料。
[0058]
具体的，所述基底1用于承载所述图像传感器层2，且所述基底1包括柔性材料及硬质材中的一种。
[0059]
作为示例，如图3所示，形成所述图像传感器层2于所述基底1的第一表面。
[0060]
作为示例，形成所述图像传感器层2的方法包括于所述基底1的第一表面形成一层半导体层，并于所述半导体层中形成晶体管以得到所述图像传感器层2。
[0061]
具体的，所述半导体层为透明的半导体材料。
[0062]
具体的，形成所述半导体层的方法包括物理气相沉积及化学气相沉积中的一种，也可以是其他适合的方法。
[0063]
具体的，形成所述图像传感器层2中的所述晶体管的方法包括离子注入或者其他适合的方法。
[0064]
作为示例，所述图像传感器层2包括基于非晶硅的tft图像传感器层、基于cmos的晶硅图像传感器层及基于有机光电材料的图像传感器层中的一种，也可以是其他适合的图像传感器层。
[0065]
具体的，当所述图像传感器层2为基于非晶硅(a-si)以及有机光电材料的图像传感器层，且所述基底1材质为pi时，所述指纹识别装置可以做成柔性装置。
[0066]
具体的，如图4所示，于所述图像传感器层2的背离所述基底1的第二表面的一面形成所述压力发光膜层3。
[0067]
作为示例，所述压力发光膜层3包括压力发光材料，所述压力发光材料包括zns:cu
2
、sral2o4:eu
2
及caznos:eu
3
中的一种或多种，也可以是其他适合的压力发光材料或压力发光材料组合。
[0068]
具体的，所述压力发光膜层3中的所述压力发光材料中存在大量的缺陷，所述缺陷的能级为0.6～1.2ev以保证在环境温度下载流子无法自发释放能量产生荧光，且所述缺陷会捕获载流子(如电子或者空穴)；当所述压力发光材料受到压力时，由于机械力的扰动，其存储在缺陷中的载流子会释放，电子或空穴在晶格中迁移至发光中心后产生复合，进而释放出能量，发射出荧光。
[0069]
作为示例，形成所述压力发光膜层3的方法包括涂布或者其他适合的方法。本实施例中，采用涂布的方法将压力发光材料均匀涂于所述图像传感器层2的远离所述基底1的第二表面的一面。
[0070]
作为示例，形成所述压力发光膜层3的方法包括将压力发光材料分散于水或有机溶剂中后进行涂布，并烘干。
[0071]
作为示例，形成所述压力发光膜层3的方法包括将压力发光材料分散于高分子材料中后进行涂布，并固化。
[0072]
具体的，压力发光材料均匀的分散于溶剂或者树脂/胶中，再将溶解有压力发光材料的溶液涂于所述图像传感器层2的背离所述基底1的第二表面的一面，并烘干或者固化以形成所述压力发光膜层3。
[0073]
具体的，所述溶剂包括水、乙醇及正庚烷中的一种，也可以是其他适合的无毒或者
低度的溶剂。
[0074]
具体的，将所述压力发光材料分散于所述溶剂以形成溶液，并将所述溶液涂于所述图像传感器层2的表面后，采用50～250℃的烘干温度烘干，以形成的所述压力发光膜层3。
[0075]
具体的，所述树脂/胶包括环氧树脂、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，简称pdms)、pet及pi中的一种，也可以是其他适合的材料。
[0076]
具体的，将所述压力发光材料分散于所述树脂/胶以形成溶液，并将所述溶液涂于所述图像传感器层2的表面后，采用紫外固化、热固化或者其他适合的方法固化所述溶液，以形成所述压力发光膜层3。
[0077]
具体的，当采用所述热固化的方法固化所述溶液时，所述热固化的固化温度范围为50～250℃。
[0078]
作为示例，所述封装层4包括al2o3/sio2交替结构层(未图示)及遮光层(未图示)，所述遮光层包括金属层或者其他适合的膜层，所述al2o3/sio2交替结构层位于所述压力发光膜层与所述遮光层之间，所述遮光层的材质包括al、mo、ag、au中的一种或几种，也可以是其他适合的金属材料，且所述遮光层的厚度范围为20～100nm。
[0079]
作为示例，形成所述封装层4的方法包括原子层沉积、蒸镀、物理气相沉积、化学气相沉积、电镀及化学镀中的至少一种。本实施例中，首先选用原子层沉积的方法于所述压力发光膜层3的远离所述基底1的一面交替沉积al2o3/sio2原子沉积膜层，且交替2次，以使所述原子沉积膜层的厚度约为200nm，然后于所述原子沉积膜层的远离所述基底1的一面蒸镀一金属层作为遮光层，所述金属层的厚度范围为20～100nm。
[0080]
具体的，所述封装层4用于保护所述压力发光膜层3及所述图像传感器层2。
[0081]
具体的，所述封装层4中的所述遮光层具有遮光特性，以使所述图像传感器层2处于黑暗的状态下，防止环境光对所述图像传感器层2的识别造成干扰，且在不影响所述指纹识别装置识别的情况下，可以对所述封装层4背离所述基底1的一面做进一步的遮光处理。本实施例中，为了保证所述封装层4的绝对遮光，于所述封装层4的背离所述基底1的一面喷涂黑漆。
[0082]
再请参阅图6，执行所述步骤s3：于所述基底1的第二表面形成一背光源模组5。
[0083]
具体的，由于所述压力发光材料受压力后，其缺陷内存储的载流子(电子或空穴)被释放出来，从而导致缺陷内载流子减少，在后续的按压时，材料发光效率大幅度降低，为了防止所述压力发光材料的发光效率降低，于所述基底1的第二表面形成一所述背光源模组5。
[0084]
作为示例，于所述基底1的第二表面固定所述背光源模组5的方法包括贴装或者其他适合的方法。
[0085]
具体的，所述背光源模组5中的背光源发射出的光子能量与所述压力发光材料的激活剂吸收相匹配。
[0086]
具体的，所述背光源模组5中的背光源包括led、量子点及钙钛矿中的一种，也可以是其他适合的光源。本实施例中，选用sral2o4:eu
2
组合作为压力发光材料，由于eu
2
的激发态能级(5d能级)距离sral2o4导带底部较近(约0.3ev)，因此选用波长为460nm的led背光源，led背光源产生的光子将所述压力发光材料发光中心eu
2
激发至5d能级，eu
2
中电子会从5d
能级跃迁至导带内，随后电子在导带中自由移动并被缺陷捕获后储存，从而实现对缺陷中的载流子进行补充，保证了所述压力发光材料的发光效率不变，进而实现所述指纹识别装置的长期使用。
[0087]
本实施例的指纹识别装置的制作方法利用所述压力发光膜层3受压力产生荧光及所述图像传感器层2将接收的荧光转换成电荷并可以进一步处理得到图像信息的特性，于所述基底1第一表面沿背离所述基底1的第二表面的方向依次形成所述图像传感器层2、所述压力发光膜层3及所述封装层4，利用所述封装层4遮挡环境光的干扰，实现了指纹的识别，且受强光指纹、温度及脏污干扰小；于所述基底1的第二表面固定一所述背光源模组5以补充所述压力发光材料层发光后载流子的损耗，实现了所述指纹识别装置的长期稳定工作。
[0088]
实施例二
[0089]
本实施例提供一种指纹识别装置，如图6所示，显示为所述指纹识别装置的剖面结构示意图，包括基底1、图像传感器层2、压力发光膜层3、封装层4及背光源模组5，其中，所述基底1包括相对设置的第一表面及第二表面，所述图像传感器层2位于所述基底1的第一表面；所述压力发光膜层3位于所述图像传感器层2背离所述基底1的一面；所述封装层4位于所述压力发光膜层3背离所述图像传感器层2的一面；所述背光源模组5位于所述基底1的第二表面。
[0090]
作为示例，所述图像传感器层2中图像传感器的像素大小范围为70～100μm。
[0091]
具体的，为了保证所述图像传感器处理得到的图像的分辨率，并使所述指纹识别装置适应不同人群的手指指纹识别，所述图像传感器的像素尺寸不大于100μm。
[0092]
具体的，所述指纹识别装置的灵敏度影响指纹的识别，所述指纹识别装置的灵敏度过低时，得到的图像信噪比(信号与噪声的比例)变差，导致所述指纹识别装置无法识别指纹，为了保证所述指纹识别装置的灵敏度，所述图像传感器的像素尺寸不小于70μm。
[0093]
作为示例，所述压力发光膜层3包括压力发光材料，所述压力发光材料包括zns:cu
2
、sral2o4:eu
2
及caznos:eu
3
中的一种或多种，也可以是其他适合的材料组合。
[0094]
作为示例，所述压力发光膜层3的膜厚范围为50～500nm。
[0095]
作为示例，所述封装层4的厚度不大于300nm，所述封装层4的水氧透过率小于或等于10-3g·
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day-1
。
[0096]
具体的，所述封装层4包括al2o3/sio2交替结构层及遮光层，所述al2o3/sio2交替结构层位于所述压力发光膜层与所述遮光层之间，且所述遮光层的厚度范围为20～100nm。
[0097]
具体的，所述封装层4将手指的纹理处施加的压力传输至所述压力发光膜层3。
[0098]
具体的，所述封装层4具有良好的密封可靠性，以防止外界环境中的液体及脏污进入装置，影响所述指纹识别装置的工作。
[0099]
具体的，所述封装层4具有遮光性，以防止环境光影响所述图像传感器层2对所述压力发光膜层3发射的荧光的识别。
[0100]
本实施例的指纹识别装置通过所述基底1、所述图像传感器层2、所述压力发光膜层3、所述封装层4及所述背光源模组的设计，实现了指纹识别装置的轻薄化，并通过所述图像传感器层2中图像传感器的像素尺寸的合理设计，实现了适用不同人群的手指指纹的识别，且指纹的识别精度高。
[0101]
实施例三
[0102]
本实施例提供一种指纹识别装置的识别方法，采用实施例二中的指纹识别装置进行指纹识别，所述指纹识别方法包括以下步骤：
[0103]
对所述封装层进行按压操作；
[0104]
所述封装层将压力传送给所述压力发光膜层以使所述压力发光膜层的受压点产生荧光；
[0105]
所述图像传感器层将所述荧光信号转换成电荷，经过外部算法电路处理，以得到手指纹理按压处的亮场图像；
[0106]
将所述亮场图像信息与指纹数据库中的指纹信息对比及匹配。
[0107]
具体的，如图7所示，无针对所述封装层4的按压操作时，所述压力发光膜层3无荧光产生，所述图像传感器层2不能接收到荧光，不能产生转换电荷，则经过算法处理后显示暗场图像。
[0108]
具体的，如图8所示，对所述封装层4进行按压操作，所述封装层4将压力传送给所述压力发光膜层3，所述压力发光膜层3的受压点6产生荧光，所述图像传感器层2接收到所述受压点6发射的荧光，并将接收到的荧光信号转换成电荷，经过外部算法电路处理，所述受压点6的灰度值提升，得到手指纹理按压处高于背景值的亮场图像，即指纹的图像信息，并将所述亮场图像信息与指纹数据库中的指纹信息对比及匹配，继而实现了指纹的识别。
[0109]
本实施例的指纹识别装置的识别方法利用所述封装层4传送压力、所述压力发光膜层3受压力产生荧光及所述图像传感器层2接收荧光转换成电荷并可以通过外部算法电路处理得到亮场图像信息的特性，通过所述封装层4、所述压力发光膜层3、所述图像传感器层2及外部电路的结合实现了指纹的识别。
[0110]
综上所述，本发明的一种指纹识别装置、制作方法及其识别方法利用封装层传送压力、压力发光膜层受压力产生荧光及图像传感器层接收荧光后转换成电荷并可以通过外部算法电路处理得到亮场图像信息的特性，通过封装层、压力发光膜层、图像传感器层及外部算法电路的结合实现了指纹的识别，并利用封装层的遮光性与密封性、图像传感器层中图像传感器像素的大小的合理控制，使指纹识别装置受强光、温度及脏污干扰小，识别精度高，且轻薄。此外，通过设置背光源模组以补充压力发光材料发光后缺陷中载流子的损失，实现了指纹识别装置的长期稳定工作。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。
[0111]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。