具有指纹识别功能的触控屏、终端设备及指纹识别方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有指纹识别功能的触控屏、终端设备及指纹识别方法。该触控屏包括：透明盖板；半导体薄膜，其形成于所述透明盖板之上，于其上形成有彼此间隔的半导体条纹；以及，指纹传感器，其贴合于所述透明盖板之下，包括第一指纹检测电极和第二指纹检测电极，其中所述第一指纹检测电极设置于所述触控屏的位置传感器中的检测电极之间，并与所述位置传感器的检测电极平行且间隔地排列。该触控屏可于包含其的终端设备的可视区实施指纹识别，并可使指纹识别传感器的检测电极与触控屏中的位置传感器的检测电极共结构。
【专利说明】具有指纹识别功能的触控屏、终端设备及指纹识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及指纹识别【技术领域】，尤其涉及一种具有指纹识别功能的触控屏、终端 设备及指纹识别方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着存储技术的发展，终端设备如智能手机、平板电脑等存储有大量个人 信息等重要资料，其安全性变得更为重要。目前多使用口令、图形等形式来实现对其终端设 备的密码保护。
[0003] 然而，对于口令、图形等加密方式，用户需记住设定的口令和/或图形；此外，在公 共场合，还存在密码泄露的危险。而为了提高安全性，往往需要增加口令和图形的复杂度， 这无疑进一步增加了用户记忆的难度，造成安全与易用之间的冲突。
[0004] 指纹是由手指表面皮肤凹凸不平的纹路组成，是人体独一无二的特征，其复杂程 度可提供用于识别的足够特征。指纹识别即是利用指纹唯一性和稳定性的特点来实现身份 识别，而无需用户记忆。
[0005] 电容式指纹识别传感器在基材衬底上形成导电电路，当手指与传感器接触时，通 过指纹脊的凸起和指纹谷的凹陷所产生的不同电容值来探测指纹图案。
[0006] 在通过指纹识别传感器来进行指纹识别时，人的手指指纹面与指纹识别传感器之 间的距离不能过远，如果距离过远，则很难形成准确的指纹图案。
【发明内容】
[0007] 本发明提供了一种具有指纹识别功能的触控屏，可于包含其的终端设备的可视区 实施指纹识别，并可使指纹识别传感器的检测电极与触控屏中的位置传感器的检测电极共 结构。
[0008] 本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中 变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。
[0009] 本发明一方面提供了一种具有指纹识别功能的触控屏，包括：透明盖板；半导体 薄膜，其形成于所述透明盖板之上，于其上形成有彼此间隔的半导体条纹；以及，指纹传感 器，其贴合于所述透明盖板之下，包括第一指纹检测电极和第二指纹检测电极，其中所述第 一指纹检测电极设置于所述触控屏的位置传感器中的检测电极之间，并与所述位置传感器 的检测电极平行且间隔地排列。
[0010] 于一个实施例中，所述第二指纹检测电极大致垂直于所述位置传感器的检测电极 设置，并将所述位置传感器的检测电极分为两部分，每部分所述位置传感器的检测电极与 所述第二指纹检测电极之间均留有间隙；所述第二指纹检测电极上覆盖有绝缘薄膜；于所 述绝缘薄膜上形成有导电薄膜，以将两部分所述位置传感器的检测电极电连接。
[0011] 于另一个实施例中，所述第一指纹检测电极分别设置在所述位置传感器的检测电 极之间包括：所述第一指纹检测电极分别设置在部分地所述位置传感器的检测电极之间。
[0012] 于再一个实施例中，当设置于所述触控屏的位置传感器中的检测电极之间的所述 第一指纹检测电极为多条时，所述多条第一指纹检测电极彼此之间等间隔设置，且其间距 范围为40 μ m-60 μ m ;所述第一指纹检测电极的宽度范围为20 μ m-45 μ m ;所述第二指纹检 测电极的宽度范围为20 μ m-45 μ m。
[0013] 于再一个实施例中，该具有指纹识别功能的触控屏还包括：处理电路，所述处理电 路包括：第一开关电路；第二开关电路；第三开关电路；指纹识别电路子模块，其通过所述 第一开关电路与所述指纹传感器电连接；位置识别电路子模块，其通过所述第二开关电路 与所述位置传感器电连接；充电电路子模块，其通过所述第三开关电路与所述位置识别电 路子模块电连接，以通过所述位置识别电路子模块向所述位置传感器发射射频高压电流； 以及，信号处理子模块，其分别与所述指纹识别电路子模块、所述位置识别电路子模块、所 述充电电路子模块及所述位置传感器电连接，以控制所述位置传感器与所述指纹识别传感 器的交替使用。
[0014] 于再一个实施例中，所述充电电路子模块包括：射频信号发生器和升压器。
[0015] 于再一个实施例中，该具有指纹识别功能的触控屏还包括：保护层，其形成于所述 半导体薄膜之上。
[0016] 于再一个实施例中，所述保护层为通过喷涂或热蒸发而形成的AF膜。
[0017] 于再一个实施例中，所述半导体薄膜上形成有彼此间隔的半导体条纹包括：于所 述半导体薄膜的部分区域上形成有彼此间隔的半导体条纹。
[0018] 于再一个实施例中，所述半导体薄膜材料包括：半导体聚合物，铟锡氧化物，锌锡 氧化物。
[0019] 于再一个实施例中，所述半导体薄膜通过真空沉积技术制作，所述真空沉积技术 包括：电子束蒸发、磁控溅射。
[0020] 于再一个实施例中，该具有指纹识别功能的触控屏还包括：图像处理模块，用于拼 接所述指纹识别传感器扫描的图案。
[0021] 本发明另一方面提供了一种终端设备，包括：上述任一种具有指纹识别功能的触 控屏。
[0022] 本发明再一方面提供了一种应用于上述任一种具有指纹识别功能的触控屏的指 纹识别方法，包括：在需要进行指纹识别时，如果在特定位置感测到用户的手指触摸信号， 则发送射频高压电流到所述触控屏的位置传感器的检测电极；将所述射频高压电流施加到 半导体薄膜；以及，通过所述用户的手指与所述半导体薄膜的接触，将所述射频高压电流入 射到所述用户的手指中。
[0023] 于一个实施例中，该指纹识别方法还包括：在需要进行指纹识别时，如果在特定位 置感测到用户的手指触摸信号，则关闭所述位置传感器的功能。
[0024] 于再一个实施例中，该指纹识别方法还包括：启动所述触控屏的指纹识别传感器 的功能，对所述用户的手指进行指纹识别。
[0025] 于再一个实施例中，将所述射频高压电流施加到半导体薄膜包括：通过耦合充电 的方式，将所述射频高压电流施加到所述半导体薄膜中。
[0026] 本发明实施例的具有指纹识别功能的触控屏，通过与带有触摸功能的终端设备中 的位置传感器兼容设计，可以实现在终端设备的可视区提供指纹识别区域，并例如通过软 件设计在可视区相应位置提示用户该指纹识别的区域，方便用户的使用；此外，当其应用于 终端设备时，无需破坏终端设备一体化的透明盖板，保证了终端设备结构的原貌。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得 更加明显。
[0028] 图1为本发明实施例的具有指纹识别功能的触控屏的结构示意图。
[0029] 图2为本发明实施例的半导体薄膜的结构示意图。
[0030] 图3为本发明实施例的指纹识别处理模块的结构示意图。
[0031] 图4为现有技术的终端设备的位置传感器的结构示意图。
[0032] 图5为现有技术的位置传感器的发射薄膜层和接收薄膜层示意图。
[0033] 图6为本发明实施例的指纹识别传感器的结构示意图。
[0034] 图7为本发明实施例的指纹检测发射电极的制作工艺示意图。
[0035] 图8为指纹识别传感器扫描到的指纹图案示意图。
【具体实施方式】
[0036] 现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形 式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将 全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附 图标记表示相同或类似的结构。
[0037] 所描述的特征或结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下 面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技 术人员应意识到，没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的方法、组元等，也可 以实践本发明的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模 糊本发明。
[0038] 图1为本发明实施例的具有指纹识别功能的触控屏的结构示意图。如图1所示， 该触控屏1包括：透明盖板11，半导体薄膜12及指纹识别传感器13。
[0039] 半导体薄膜12形成于透明盖板11上，可位于半导体薄膜12的全部或局部上，优 选在局部上，例如如图2所示的于半导体薄膜12的中间部分，通过光刻等技术，形成彼此间 隔的条纹121，以避免在耦合充电时相互连通。
[0040] 半导体薄膜12的材料包括：半导体聚合物，铟锡氧化物，以及锌锡氧化物等。
[0041] 半导体薄膜12例如为通过真空沉积法制备而成的锌锡氧化物薄膜，具体成分由 氧化锌（ZnO)和二氧化锡（Sn02)混合构成。真空沉积技术包括：电子束蒸发、磁控溅射等。 [0042] 利用材料的半导体性质，在未对其进行耦合充电时，半导体薄膜的导电性能趋于 绝缘，从而不影响手指对终端设备透明盖板下的位置传感器的操作；当半导体层被施加射 频高压充电时，半导体薄膜的导电性能趋于导体，从而通过耦合充电可向手指输入微小的 射频电流信号。半导体薄膜12光刻为彼此间隔的条纹121部分的宽度大致上适应于人体 手指的宽度，从而为手指提供用于指纹识别的区域，例如通过软件在对应该光刻为条形的 区域显示指纹识别区域提示给用户，但本发明不以此为限。
[0043] 将半导体薄膜12的局部光刻为彼此间隔的条纹121，一方面是为了避免耦合充电 时整体导通；另一方面则是用于向手指局部充电，而手指其余部分对应下方的指纹识别传 感器13进行指纹识别。
[0044] 此外，为了保护半导体薄膜12,在半导体薄膜12上还可以形成一层保护层14。保 护层14例如通过喷涂技术或热蒸发技术形成，保护层的材料为AF膜，AF膜也称抗指纹膜， 是一种氟硅烷长链化合物，由于抗指纹膜是一种具有较低表面张力的物质，因此防水、防油 及易去污能力极佳，同时还有耐摩擦性能，能够起到保护半导体薄膜的作用。
[0045] 本发明实施例的具有指纹识别功能的触控屏1可应用于具有触控功能的终端设 备中，例如智能手机、平板电脑等。为了使具有指纹识别功能的触控屏1中的指纹识别传感 器13与位置传感器（TP sensor)协同工作，该触控屏1还包括：指纹识别处理模块15。
[0046] 图3为本发明实施例的指纹识别处理模块的结构示意图。如图3所示，指纹识别处 理模块15包括：信号处理子模块151、指纹识别电路子模块152、位置识别电路子模块153 及充电电路子模块154,其中充电电路子模块154进一步包括射频信号发生器及升压器。
[0047] 信号处理子模块151分别与指纹识别电路子模块152、位置识别电路子模块153及 充电电路子模块154电连接。
[0048] 信号处理子模块151还电连接位置传感器及指纹识别传感器13,其中指纹识别传 感器13设置于位置传感器之中，两者共用一个结构，指纹识别传感器13与位置传感器的兼 容设计后面将详细介绍。
[0049] 此外，指纹识别处理模块15还包括：第一开关电路155,第二开关电路156及第三 开关电路157。
[0050] 其中，指纹识别电路子模块152通过第一开关电路155与指纹识别传感器13电连 接；位置识别电路子模块153通过第二开关电路156与位置传感器电连接；充电电路子模 块154通过第三开关电路157与位置识别电路子模块153电连接。
[0051] 指纹识别处理模块15的工作原理如下：
[0052] 步骤1，在需要进行指纹识别时，例如通过软件提示用户进行指纹识别，进一步地 该提示还包括显示指纹识别区域，当位置传感器探测到手指触摸信号时，如果例如通过软 件指定了特定的指纹识别区域，则当位置传感器在该特定的指纹识别区域探测到手指触摸 信号时，通过位置识别电路子模块153反馈给信号处理子模块151 ;
[0053] 步骤2,当信号处理子模块151接收到位置识别电路子模块153反馈的手指触摸信 号时，通过第二开关电路156关闭位置识别电路子模块153,从而关闭位置传感器中的位置 检测元件，位置检测元件包括；位置检测发射电极（TPTx)与位置检测接收电极（TPRx);
[0054] 步骤3,信号处理子模块151启动充电电路子模块154中的射频信号发生器1541， 并通过第三开关电路157连通充电电路子模块154与位置识别电路子模块153,将射频高压 (范围：50V-200V)电流通过位置识别电路子模块153输送到指定的TP Tx，TP Tx向透明盖 板11表面的半导体薄膜12上的彼此间隔的条纹121耦合充电，从而将射频小电流输入手 指而增强手指电场线对透明盖板11的穿透度，其中指定的TP Tx例如包括与条纹121位置 上对应的TP Tx ;
[0055] 步骤4,信号处理子模块151通过第一开关电路156连通指纹识别电路子模块152 与指纹识别传感器13,从而启动指纹识别传感器13 ;
[0056] 步骤5,完成指纹识别后，信号处理子模块151分别通过第一开关电路155和第三 开关电路157关闭指纹识别电路子模块152与指纹识别传感器13的电连接，及充电电路子 模块154与位置识别电路子模块153的电连接，并通过第二开关电路156电连接位置识别 电路子模块153与位置传感器，重新开启位置传感器中的位置检测元件，进而重新开启位 置传感器功能。
[0057] 利用半导体薄膜12材料的半导体性质，在未对其进行耦合充电时，半导体薄膜12 的导电性能趋于绝缘，从而不影响手指对透明盖板11下位置传感器的操作；当半导体层被 施加射频高压充电时，半导体薄膜的导电性能趋于导体。通过耦合充电可向手指输入微小 的射频电流信号，从而提高手指电场对透明盖板11的穿透度。
[0058] 下面进一步阐述本发明实施例的指纹识别传感器13与终端设备中的位置传感器 的兼容问题。
[0059] 图4为现有技术的终端设备的位置传感器的结构示意图。如图4所示，现有的终 端设备的位置传感器包括：透明盖板、由多条TP Tx组成的发射薄膜层以及由多条TP Rx组 成的接收薄膜层。
[0060] 当本发明实施例的具有指纹识别功能的触控屏1置于终端设备中时，透明盖板11 例如可以为该终端设备的透明盖板，该透明盖板例如为强化玻璃，蓝宝石玻璃或PMMA等基 材。
[0061] 半导体薄膜12中光刻为条形的部分可以位于终端设备的可视区，也可以位于终 端设备的非可视区，其中优选位于终端设备的可视区。
[0062] 图5为现有技术的位置传感器的发射薄膜层和接收薄膜层示意图。其中（a)为发 射薄膜层示意图，（b)为接收薄膜层示意图，如图5所示，多条TP Tx平行间隔排列，多条TP Rx同样地平行间隔排列，TP Tx与TP Rx的方向大致呈垂直设置。
[0063] 图6为本发明实施例的指纹识别传感器的结构示意图。本发明实施例的指纹识别 传感器13包括指纹检测元件，指纹检测元件包括：指纹检测发射电极（FP Tx)与指纹检测 接收电极（FPRx)。指纹检测元件例如通过氧化铟锡（ΙΤ0)材料制成。
[0064] 通过在全部或部分的TP Tx之间穿插FP Tx，实现指纹识别传感器与位置传感器的 兼容，优选在部分的TP Tx之间穿插FP Tx。其中穿插FP Tx的部分大致与半导体薄膜12上 光刻有彼此间隔的条纹121的区域对应。
[0065] 如图6所示，例如在两条相邻的TP Tx之间穿插至少一条FP Tx,当插入多条FP Tx 时，多条FP Tx平行且等间隔地设置，间距范围为40 μ m-60 μ m。FP Rx大致上垂直于TP Tx 及FP Tx设置。FP Tx与FP Rx的宽度范围均为20 μ m-45 μ m。
[0066] 图7为本发明实施例的指纹检测发射电极的制作工艺示意图。
[0067] 首先通过光刻等技术，将TPTx和FPRx的走线制成如图7(a)所示的图案。其中， TP Tx被FP Rx分为上、下两段，并且每段TP Tx与FP Rx之间均留有间隙g，以保证上、下TP Tx与FP Rx间不产生电连接。
[0068] 之后，如图7 (b)所示，在FP Rx上印制0CA胶或PSA胶绝缘薄膜，为了达到更好的 绝缘效果，绝缘薄膜的宽度可以比FPRx的宽度宽，但本发明不以此为限。
[0069] 最后，如图7(c)所示，再在绝缘薄膜上采用真空磁控溅射连续镀导电薄膜例如钥 铝钥（ΜοΑΙΜο)金属薄膜，并光刻为线形，以连接上、下两段的TP Tx，从而实现TP Tx上、下 两段之间的连通，并兼具TP Tx与FPRx之间的绝缘。
[0070] 图8为指纹识别传感器扫描到的指纹图案示意图。其中，图8(a)为现有技术中的 指纹识别传感器扫描到的指纹图案，由于本发明实施例的指纹识别传感器13中，在FP Tx中 穿插了 TPTx线条，所以扫描到的指纹图案如图8(b)所示，因此本发明的具有指纹识别功能 的触控屏1还包括图像处理模块，以例如通过软件方式对通过指纹识别传感器13扫描到的 图案进行拼接，以形成如图8(b)所示的指纹图案。
[0071] 虽然如图8(b)所示的指纹图案缺少了部分指纹图案，但指纹识别是依靠对特征 点进行选取后匹配的，所以只要保留了足够的指纹特征点信息，同样可以完成对指纹的识 别。
[0072] 本发明实施例的具有指纹识别功能的触控屏，通过与带有触摸功能的终端设备中 的位置传感器兼容设计，可以实现在终端设备的可视区提供指纹识别区域，并例如通过软 件设计在可视区相应位置提示用户该指纹识别的区域，方便用户的使用；此外，当其应用于 终端设备时，无需破坏终端设备一体化的透明盖板，保证了终端设备结构的原貌。
[0073] 以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所 公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求范围内的各种修改和等效置 换。
【权利要求】
1. 一种具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，包括： 透明盖板； 半导体薄膜，其形成于所述透明盖板之上，于其上形成有彼此间隔的半导体条纹；以 及， 指纹传感器，其贴合于所述透明盖板之下，包括第一指纹检测电极和第二指纹检测电 极，其中所述第一指纹检测电极设置于所述触控屏的位置传感器中的检测电极之间，并与 所述位置传感器的检测电极平行且间隔地排列。
2. 根据权利要求2所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，所述第二指纹检 测电极大致垂直于所述位置传感器的检测电极设置，并将所述位置传感器的检测电极分为 两部分，每部分所述位置传感器的检测电极与所述第二指纹检测电极之间均留有间隙；所 述第二指纹检测电极上覆盖有绝缘薄膜；于所述绝缘薄膜上形成有导电薄膜，以将两部分 所述位置传感器的检测电极电连接。
3. 根据权利要求3所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，所述第一指纹检 测电极分别设置在所述位置传感器的检测电极之间包括：所述第一指纹检测电极分别设置 在部分地所述位置传感器的检测电极之间。
4. 根据权利要求1或2所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，当设置于所述 触控屏的位置传感器中的检测电极之间的所述第一指纹检测电极为多条时，所述多条第一 指纹检测电极彼此之间等间隔设置，且其间距范围为40 μ m-60 μ m ;所述第一指纹检测电 极的宽度范围为20μηι-45μηι;所述第二指纹检测电极的宽度范围为20μηι-45μηι。
5. 根据权利要求1或2所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，还包括：处理 电路，所述处理电路包括： 第一开关电路； 第二开关电路； 第三开关电路； 指纹识别电路子模块，其通过所述第一开关电路与所述指纹传感器电连接； 位置识别电路子模块，其通过所述第二开关电路与所述位置传感器电连接； 充电电路子模块，其通过所述第三开关电路与所述位置识别电路子模块电连接，以通 过所述位置识别电路子模块向所述位置传感器发射射频高压电流；以及， 信号处理子模块，其分别与所述指纹识别电路子模块、所述位置识别电路子模块、所述 充电电路子模块及所述位置传感器电连接，以控制所述位置传感器与所述指纹识别传感器 的交替使用。
6. 根据权利要求5所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，所述充电电路子 模块包括：射频信号发生器和升压器。
7. 根据权利要求1或2所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，还包括：保护 层，其形成于所述半导体薄膜之上。
8. 根据权利要求7所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，所述保护层为通 过喷涂或热蒸发而形成的AF膜。
9. 根据权利要求1或2所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，所述半导体薄 膜上形成有彼此间隔的半导体条纹包括：于所述半导体薄膜的部分区域上形成有彼此间隔 的半导体条纹。
10. 根据权利要求1或2所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，所述半导体 薄膜材料包括：半导体聚合物，铟锡氧化物，锌锡氧化物。
11. 根据权利要求1或2所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，所述半导体 薄膜通过真空沉积技术制作，所述真空沉积技术包括：电子束蒸发、磁控溅射。
12. 根据权利要求1或2所述的具有指纹识别功能的触控屏，其特征在于，还包括：图 像处理模块，用于拼接所述指纹识别传感器扫描的图案。
13. -种终端设备，其特征在于，包括根据权利要求1-12任一项所述的具有指纹识别 功能的触控屏。
14. 一种应用于根据权利要求1-12任一项所述的具有指纹识别功能的触控屏的指纹 识别方法，其特征在于，包括 ： 在需要进行指纹识别时，如果在特定位置感测到用户的手指触摸信号，则发送射频高 压电流到所述触控屏的位置传感器的检测电极； 将所述射频高压电流施加到半导体薄膜；以及， 通过所述用户的手指与所述半导体薄膜的接触，将所述射频高压电流入射到所述用户 的手指中。
15. 根据权利要求14所述的指纹识别方法，其特征在于，还包括：在需要进行指纹识别 时，如果在特定位置感测到用户的手指触摸信号，则关闭所述位置传感器的功能。
16. 根据权利要求14所述的指纹识别方法，其特征在于，还包括：启动所述触控屏的指 纹识别传感器的功能，对所述用户的手指进行指纹识别。
17. 根据权利要求14所述的指纹识别方法，其特征在于，将所述射频高压电流施加到 半导体薄膜包括：通过耦合充电的方式，将所述射频高压电流施加到所述半导体薄膜中。
【文档编号】G06F3/041GK104063094SQ201410313078
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】杨旭 申请人:南昌欧菲生物识别技术有限公司, 南昌欧菲光科技有限公司, 深圳欧菲光科技股份有限公司, 苏州欧菲光科技有限公司