具偏向电极的生物辨识装置的制作方法

本实用新型有关一种生物辨识装置，尤指一种具有偏向电极的生物辨识装置。

背景技术：

由于电子商务的兴起，远程支付的发展一日千里，故而生物辨识的商业需求急速膨胀，而生物辨识技术又可区分为指纹辨识技术、虹膜辨识技术、DNA辨识技术等。考虑效率、安全、与非侵入性等要求，指纹辨识已成为生物辨识的首选技术。指纹辨识技术又有光学式、热感应式、超音波式与电容式。其中又以电容式技术在装置体积、成本、省电、可靠、防伪等综合考虑下脱颖而出。

公知的电容式指纹辨识技术有滑动式、全指按压式等形式。其中，又以全指按压式在辨识度、效率及方便性中胜出。然而由于感应讯号极其微小与周遭噪声繁杂具大等因素，全指按压式的指纹辨识技术通常只能将感应电极与感应电路等一并做在一个集成电路芯片上，且以小于100微米(μm)厚度的蓝宝石膜加以保护。如此材料成本与封装工艺成本居高不下，且产品寿命与耐受性堪虑。因此业界莫不致力于提高感测灵敏度与讯号噪声比，使感应电极与指纹间的感测距离能够尽量加大，以利感测集成电路的封装能够简化，或直接将其置于保护玻璃下作感应；更甚者，期盼能进一步将感应电极置于非集成电路之外的基材上以显著减少芯片面积，并将感应电极整合到保护玻璃底下，甚至整合到显示面板之中，巨幅降低成本并增进产品的寿命与耐受性，故指纹辨识技术仍有很大的改进空间。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种具有偏向电极的生物辨识装置。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种具有偏向电极的生物辨识装置，包含:一基板；一多功能电极层，其设置于该基板的一侧，该多功能电极层包含复数感应电极，复数偏向电极及至少一抑制电极；其中每一该感应电极系被相对应的偏向电极所至少部分围绕，每一该偏向电极被该抑制电极所至少部分围绕，及一开关电路层，包含复数个选择开关及复数条走线，至少部分选择开关及走线电气连接至对应的该感应电极，其中至少一该偏向电极接收一偏向讯号。

更包含一绝缘层，该绝缘层布植于该开关电路层面向该多功能电极层的一侧。

更包含一反射遮蔽电极层，设置于该多功能电极层与该开关电路层之间；该反射遮蔽电极层包含至少一反射遮蔽电极。

更包含一绝缘层，该绝缘层布植于该反射遮蔽电极层面向该多功能电极层的一侧。

该些选择开关区分为复数个选择开关组；每一个选择开关组对应到至少一个感应电极。

该复数条走线的每一走线电气交连到至少一个选择开关组。

该些选择开关为场效晶体管。

该些场效晶体管设置于该基板上。

其更包含一感应侦测电路且该电路形成于该基板上。

该些选择开关元件为薄膜晶体管。

该些薄膜晶体管电路设置于该基板上。

更包含一集成电路芯片的感应侦测电路，且该集成电路芯片粘结或压焊于该基板上。

更包含一集成电路芯片的感应侦测电路，该集成电路粘结或压焊于一电路板上，并经由一软性电路板的电路走线与该基板的该复数条走线电气连接。

该基板为玻璃、高分子薄膜材料、金属、硅或硅的化合物。

更包含一感应侦测电路，该感应侦测电路将该偏向讯号送至该偏向电极。

本实用新型由于在感应电极外侧具有与其电气隔绝的偏向电极，且偏向电极外侧有与其电气隔绝的抑制电极，且在偏向电极上施加一适当的偏向讯号，因此提高感测灵敏度与讯号噪声比，使感应电极与指纹间的感测距离能够尽量加大。

附图说明

图1A为本实用新型生物辨识装置的多功能电极层的上视图。

图1B为本实用新型生物辨识装置的另一范例多功能电极层上视图。

图2A为说明本实用新型生物辨识装置的感测操作示意图。

图2B为说明本实用新型生物辨识装置的另一范例感测操作示意图。

图3A为本实用新型生物辨识装置的侧视图。

图3B为说明本实用新型生物辨识装置的反射电极层作用示意图。

图3C为本实用新型生物辨识装置的详细侧视图。

图3D为本实用新型生物辨识装置的元件侧视图。

图4A为本实用新型生物辨识装置的另一实施例侧视图。

图4B为图4A实施例的例详细侧视图。

图5A为本实用新型生物辨识装置的另一实施例侧视图。

图5B为图5A实施例的例详细侧视图。

图6A为本实用新型生物辨识装置的另一实施例详细侧视图。

图6B为本实用新型生物辨识装置的另一实施例详细侧视图。

图6C为本实用新型生物辨识装置的另一实施例详细侧视图。

图7A为本实用新型生物辨识装置的另一实施例侧视图。

图7B为本实用新型生物辨识装置的另一实施例侧视图。

图7C为本实用新型生物辨识装置的另一实施例侧视图。

图8A为本实用新型生物辨识装置的感侧操作示意图。

图8B为本实用新型生物辨识装置的感侧操作的另一示意图。

附图标记说明

100 生物辨识装置

10,12,14 基板

16 电路板

18 软性电路板

20开关电路层

22 选择开关

23 讯号切换开关

24 走线

30第一绝缘层

32第二绝缘层

34 第三绝缘层

40反射遮蔽电极层

42反射遮蔽电极

50 多功能电极层

52 感应电极

54 偏向电极

56抑制电极

55, 57 间隙

60 保护层

70 感应侦测电路

72生物辨识传感器

720生物辨识侦测单元

722侦测讯号产生器

74A第一讯号处理电路

74B第二讯号处理电路

76 参考讯号源

80, 82, 84导通孔

90 遮蔽电极层。

具体实施方式

为了能更进一步了解本实用新型为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，相信本实用新型的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

现有关本实用新型的技术内容及详细说明，配合附图说明如下：

请参阅图1A，其是本实用新型生物辨识装置100的多功能电极层50的上视图，本实用新型的多功能电极层50具有复数感应电极52，复数偏向电极54及至少一抑制电极56。每一感应电极52系被相对应的偏向电极54所至少部分围绕，每一偏向电极54被抑制电极56所至少部分围绕，借以提升感应灵敏度与信号噪声比。如图1A所示，偏向电极54至少部分环绕（例如可以完全环绕）每一感应电极52且与感应电极52电气隔绝。图1A所示的感应电极52为四方形，且对应的偏向电极54也界定出对应的四方形间隙55；再者，抑制电极56也有对应的四方形间隙57以环绕对应的偏向电极54。再者，感应电极52也可为其他形状，例如参见图1B所示的圆形，且偏向电极54也有对应的圆形间隙55、抑制电极56也有对应的圆形间隙57。除上述范例外，感应电极52的形状可为其他几何图形，例如，三角形、正方形、矩形、菱形或多边形。

参见图2A，为说明本实用新型生物辨识装置的感测操作示意图，多数的感应电极52_1～52_n是经由多数走线24而与多数的选择开关22_1～22_n分别电气连接，再经由走线而与感应侦测电路（biometric controller）70电连接；该感应侦测电路70以自电容侦测电路为较佳。多数的偏向电极54_1~54_n是经由走线24而与感应侦测电路70电连接。一抑制电极56是由走线而与一选择开关22_S电连接，再经由走线而电连接到感应侦测电路70。该感应侦测电路70具有一生物辨识传感器(biometric detector) 72，一第一讯号处理电路74A(例如一同相放大器)及一第二讯号处理电路74B(例如一反相放大器)。此生物辨识传感器72具有一生物辨识侦测单元(biometric sensing unit)720及一侦测讯号产生器(sensing signal generator) 722。感应侦测电路70可控制选择开关22而选择多数的感应电极52其中一个（例如图2A所示的感应电极52_2），同时侦测讯号产生器722产生一周期性或是非周期性感测讯号（例如一指纹感测讯号）S1并将此讯号经由选择开关22_2传送到对应的感应电极52_2；生物辨识侦测单元720接收由感应电极52_2回传的感应讯号S1’，同时将此感应讯号S1’经由第一讯号处理电路74A（例如一同相放大器）处理之后变成一偏向讯号S2，并传送该偏向讯号S2到所有的偏向电极54_1~54_n。依据一种实施方式，此感应讯号S1’是经由第二讯号处理电路74B(例如一反相放大器)处理之后变成一抑制讯号S3，且将该抑制讯号S3传送到抑制电极56，因此，被选择的感应电极52_2上所产生的感应讯号为S1’，而所有偏向电极54_1~54_n接收偏向讯号S2，且此两个讯号例如可为同相讯号（例如都是正值讯号），而抑制电极56接收为反相讯号的抑制讯号S3（例如负值讯号）。再配合图3B所示的多功能电极层作用示意图，若在感应电极52上为正电位讯号，且在偏向电极54上加上正电位讯号，及在抑制电极56加上负电位讯号，则会使电力线更集中在感应电极52的上方表面（对应用户手指接触位置），同时减少了周遭抑制电极上方电场对感应电极52的干扰，可提升感应灵敏度与信号噪声比。此外，侦测讯号产生器722也可产生周期性讯号、非周期性讯号、对称或不对称讯号。其中，该周期性的讯号例如弦波、方波或三角波等。

另外，依据另一种实施方式，此抑制电极56是经由选择开关22_S3而接收一参考讯号源76所输出的预定位准讯号S4（例如较感应讯号S1’位准低的讯号）；该预定位准讯号S4可为正位准讯号、号负位准讯号、零位准讯号或交变讯号。同样地，感应讯号S1’经由第一讯号处理电路74A（例如一同相放大器）处理之后变成一偏向讯号S2，并传送该偏向讯号S2到所有的偏向电极54_1~54_n。因此，被选择的感应电极52_2及所有偏向电极54_1~54_n接收同相讯号（例如都是较大正值讯号），而抑制电极56接收较小正值讯号。再配合图3B所示的多功能电极层作用示意图，若在感应电极52及偏向电极54上加上较大正值讯号，且在抑制电极56加上较小正值讯号，同样会使电力线更集中在感应电极52的上方表面（对应用户手指接触位置），可提升感应灵敏度与信号噪声比。此外，感应侦测电路70也可经由选择开关22_S1~22_S3而选择性地将预定位准讯号S4供应至所有（或是被选择之）感应电极52，及供应至偏向电极54与抑制电极56，其中预定位准讯号S4可为零电位、正电位、负电位、或交变讯号。

图2B为说明本实用新型生物辨识装置的另一范例感测操作示意图。此图的范例与图2A大致类似，每一感应电极52_1～52_n具有对应的选择开关22A_1~22A_n（第一组选择开关）﹐然而每一偏向电极54_1~54_n具有对应的选择开关22B_1~22B_n（第二组选择开关）。同样地，生物辨识装置控制器70可控制选择开关22而选择多数的感应电极52其中一个（例如图2B所示的感应电极52_2）及多数的偏向电极54其中一个（例如图2B所示的偏向电极54_2），同时侦测讯号产生器722产生一周期性或是非周期性感测讯号（例如一指纹感测讯号）S1并将此讯号经由选择开关22_2传送到对应的感应电极52_2；生物辨识侦测单元720接收由感应电极52_2回传的感应讯号S1’，同时将此感应讯号S1’经由第一讯号处理电路74A（例如一同相放大器）处理之后变成一偏向讯号S2，并经由选择开关22B_2传送该偏向讯号S2到对应的偏向电极54_2。依据一种实施方式，此感应讯号S1’是经由第二讯号处理电路74B(例如一反相放大器)处理之后变成一抑制讯号S3并将该抑制讯号S3传送到抑制电极56，因此，被选择的感应电极52_2上所产生的感应讯号为S1’，而对应偏向电极54_2接收偏向讯号S2，且此两个讯号例如可为同相讯号（例如都是正值讯号），而抑制电极56是接收为反相讯号的抑制讯号S3（例如负值讯号）。再配合图3B所示的多功能电极层作用示意图，若在感应电极52上为正电位讯号，且在偏向电极54上加上正电位讯号，及在抑制电极56加上负电位讯号，则会使电力线更集中在感应电极52的上方表面（对应用户手指接触位置），可提升感应灵敏度与信号噪声比。此外，侦测讯号产生器722也可产生周期性讯号、非周期性讯号、对称或不对称讯号。其中，该周期性的讯号例如弦波、方波或三角波等。

另外，依据另一种实施方式，此抑制电极56是经由选择开关22_S3而接收一参考讯号源76所输出的预定位准讯号S4（例如较感应讯号S1’位准低的讯号）。同样地，检测讯号S1’经由第一讯号处理电路74A（例如一同相放大器）处理之后变成一偏向讯号S2，并传送到被选择的偏向电极54_2。因此，被选择的感应电极52_2及被选择偏向电极54_2接收同相讯号（例如都是较大正值讯号），而抑制电极56接收较小正值讯号。再配合图3B所示的多功能电极层作用示意图，若在感应电极52及偏向电极54上加上较大正值讯号，且在抑制电极56加上较小正值讯号，同样会使电力线更集中在感应电极52的上方表面（对应用户手指接触位置），同时减少了周遭抑制电极上方电场对感应电极52的干扰，可提升感应灵敏度与信号噪声比。此外，感应侦测电路70也可经由选择开关22_S1~22_S3而选择性地将预定位准讯号S4供应至所有（或是被选择之）感应电极52及偏向电极54，及供应至抑制电极56，其中预定位准讯号S4可为零电位、正电位、负电位、或交变讯号。

参见图3A-3D，分别为本实用新型生物辨识装置的侧视图、多功能电极层作用示意图、本实用新型生物辨识装置的详细侧视图及元件侧视图。如图3A所示，依据本实用新型一范例的生物辨识装置100具有由下而上排列的一基板10、一开关电路层20、一绝缘层30、一多功能电极层50及一保护层60。再者，于此多层结构中，开关电路层20具有复数的选择开关22及复数条走线24；多功能电极层50可具有如图1A或是图1B所示的位于同一面上的复数感应电极52，复数偏向电极54及至少一抑制电极56。由于开关电路层20及多功能电极层50上具有金属走线及电极，因此彼此之间须有绝缘层30使其隔绝。参见图3C，在基板10上的开关电路层20具有复数的选择开关22及复数条走线24，且走线经由导穿孔(Via hole) 80而电气连接到对应的感应电极52、偏向电极54及抑制电极56，使感应电极52、偏向电极54及抑制电极56可以电气连接到对应的选择开关22。如图4B所示，此选择开关22例如可以为薄膜晶体管(TFT)开关22，且经由走线24及导通孔80而电气连接到对应的感应电极52。同样地，虽然未具体绘示出来，偏向电极54经由导穿孔而电气连接到对应的走线，再经过对应走线而电气连接到对应的TFT选择开关22。同样的，抑制电极56也经由导穿孔而电气连接到对应的走线，再经过对应走线而电气连接到对应的TFT选择开关22。在图3A-3D所示的生物辨识装置100中，保护层60提供抗氧化、防潮与抗刮擦的保护作用。

在图3A-3D所示范例中，该基板10为玻璃、高分子薄膜材料、金属、硅或硅的化合物基板。具体而言，上述金属基板为不锈钢、铝、铜、铁、银、锡、钨或前述的合金。感应电极52、偏向电极54及抑制电极56为透明导电材料或不透明导电材料所制成。透明导电材料为氧化铟锡(indium tin oxide, ITO)、氧化锌锡(zinc tin oxide, ZTO)、氧化锌(ZnO)、镓锌氧化物(GZO)导电高分子、奈米碳管、石墨烯、或厚度小于50nm的银膜。其中，该不透明导电材料系为铬、钡、钼、铝、银、铜、钛、镍、钽、钴、钨、镁、钙、钾、锂、铟或前述的合金或氟化锂与铝组成物、氟化镁与铝组成物或氧化锂与铝组成物。

图4A本实用新型生物辨识装置的另一范例侧视图，图4B为对应图4A的详细侧视图。此些图标所示范例类似于图3A所示范例，因此类似的元件采用类似的图号。在图4A所示的生物辨识装置100另外包含在开关电路层20及多功能电极层50之间的反射遮蔽电极层40，用以提供该些走线及该些感应电极更佳的屏蔽噪声干扰功能。为了提供开关电路层20、反射遮蔽电极层40及多功能电极层50之间的电性绝缘，在开关电路层20及反射遮蔽电极层40之间具有第一绝缘层30；在反射遮蔽电极层40及多功能电极层50之间具有第二绝缘层32。再者，如图4B所示，在多功能电极层50上的感应电极52、偏向电极54及抑制电极56分别借由各自的导穿孔80而电性连接到开关电路层20上的选择开关22及走线24(图未示)。另外，反射遮蔽电极层40的反射遮蔽电极42也借由导穿孔82而电性连接到开关电路层20上的选择开关22及走线24(图未示)。

图5A本实用新型生物辨识装置的另一范例侧视图，图5B为对应图5A的详细侧视图。此些图标所示范例类似于图4A所示范例，因此类似的元件是采用类似的图号。在图5A所示的生物辨识装置100另外包含在开关电路层20及反射遮蔽电极层40之间的遮蔽电极层90，用以提供该些走线及该些感应电极更佳的屏蔽噪声干扰功能。此外，为了提供开关电路层20、遮蔽电极层90、反射遮蔽电极层40及多功能电极层50之间的电性绝缘，在此四层电路层／电极层之间有三层绝缘层30, 32, 34以提供电性绝缘。如图5B所示，在多功能电极层50上的感应电极52、偏向电极54及抑制电极56分别借由各自的导穿孔80而电性连接到开关电路层20上的选择开关22及走线24(图未示)。另外，反射遮蔽电极层40的反射遮蔽电极42也借由导穿孔82而电性连接到开关电路层20上的选择开关22及走线24(图未示)；遮蔽电极层90的遮蔽电极92也借由导穿孔84而电性连接到开关电路层20上的选择开关22及走线24(图未示)。

图6A为本实用新型生物辨识装置的另一实施例侧视图。图6A所示的生物辨识装置类似图3A所示范例，因此类似的元件采用类似的图号。与图3A所示范例相比较，图6A所示生物辨识装置的保护层60是在装置的最下侧，而基板10是位于装置的最上侧，且基板10较佳者可为玻璃基板，以达成防刮效果。此外，由于保护层60并不需有防刮效果，使得其材料选择性较为宽广，例如此保护层60也可为其他装置基板的延伸。

图6B所示的生物辨识装置100系类似的图3A所示范例，然基板为金属基板12，例如不锈钢、铝、铜、铁、银、锡、钨或前述的合金的基板。再者，生物辨识装置控制器70可为集成电路芯片形式，且此集成电路芯片是粘结或压焊于该基板12上。如图6B所示﹐此集成电路70也可粘结或压焊于一电路板16上，并经由一软性电路板18的电路走线与该基板12的走线电气连接。于此范例中，该选择开关22例如可为薄膜晶体管开关22，并且成长于该金属基板12上。

图6C所示的生物辨识装置100是类似的图3A所示范例，然基板为硅质基板14，且在开关电路层20中可以集成电路制作技术另外制作出如图3A所示的生物辨识装置控制器70电路，使得生物辨识装置100整体而言可以IC化。再者，保护层60例如可为集成电路封装材料，如陶瓷或是蓝宝石封装材料。此外，于此范例中，该选择开关22例如可为场效晶体管开关22，并且成长于该硅质基板14上。

图7A-7C为本实用新型生物辨识装置的其他实施例侧视图。图7A的生物辨识装置100类似于图3A所示范例，因此类似的元件采用类似的图号。在图7A中，在开关电路层20’的多余空间可另外设置反射遮蔽电极，以提供对上侧感应电极及走线的更佳电磁遮蔽效果。

图7B为本实用新型生物辨识装置的另一实施例侧视图，此范例类似于图7A的范例，然生物辨识装置的保护层60是在装置的最下侧，而基板10是位于装置的最上侧，且基板10较佳者可为玻璃基板，以达成防刮效果。此实施例的基板亦适用于高分子薄膜材料，并将此基板的背对多功能电极层的一面粘贴于触控显示面板的保护玻璃下方操作。此外，由于保护层60并不需有防刮效果，使得其材料选择性较为宽广，例如此保护层60也可为其他装置基板的延伸。

图7C为本实用新型生物辨识装置的另一实施例侧视图，此范例类似于图7A的范例，然基板为金属基板12，例如不锈钢、铝、铜、铁、银、锡、钨或前述的合金的基板。此金属基板12可经由软性电路板而电性连接到另一集成电路，如图3A所示的生物辨识装置控制器70。

图8A为本实用新型生物辨识装置100的感测操作示意图，此生物辨识装置100例如可为图2A所示的生物辨识装置100，即偏向电极54都接收偏向讯号S2，而多数的感应电极52是经由对应的选择开关22而选择性的接收感测讯号S1。

图8B为本实用新型生物辨识装置的感侧操作的另一示意图，此生物辨识装置100例如可为图2B所示的生物辨识装置100，即多数的偏向电极54是经由对应的第二组选择开关22B及讯号切换开关23而接收偏向讯号S2或是预定位准讯号S4，而多数的感应电极52是经由对应的第一组选择开关22A而选择性的接收感测讯号S1。此偏向讯号S2例如可为图2B所示的第一讯号处理电路74A(例如一同相放大器)所产生；而预定位准讯号S4例如可为图2B所示的参考讯号源76所输出的预定位准讯号S4。

综上所述，本实用新型可以达成下列功效：

1. 由于在感应电极外侧具有与其电气隔绝的偏向电极，且偏向电极外侧有与其电气隔绝的抑制电极，且在偏向电极上施加一适当的偏向讯号，因此提高感测灵敏度与讯号噪声比，使感应电极与指纹间的感测距离能够尽量加大。

2. 若在感应电极、偏向电极及抑制电极上施加感应讯号、偏向讯号、与抑制讯号，不仅使电力线更集中在感应电极的上方表面（对应用户手指接触位置），并抑制感应电极外侧上方的电场对感应电极的干扰，可更提升感应灵敏度与信号噪声比。

3. 本实用新型的感应电极不仅可实施于集成电路内，更适宜实施于集成电路的外的基材（例如金属、高分子薄膜与玻璃等基材）上以显著减少芯片面积，有效降低制造成本。

但，以上所述，仅为本实用新型较佳具体实施例的详细说明与附图，本实用新型的特征并不局限于此，并非用以限制本实用新型，本实用新型的所有范围应以下述的申请专利范围为准，凡合于本实用新型权利要求的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本实用新型的范畴中，任何熟悉该项技艺者在本实用新型的领域内，可轻易思及之变化或修饰皆可涵盖在本实用新型的权利要求范围。