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做家：刘锋超常学问产权效劳股分有限公司
原题目：细分畛域的专利代劳-浅谈光电显示指纹鉴识技巧
IPRdaily导读：对细分畛域的研究是升高专利代劳师业余性和技巧本事的首要设施，深耕细分畛域也是专利代劳机构晋升行业比赛力的须要兵法。在各细分畛域中，光电显示技巧以其技巧含量高、商场浩大等特色，成为热点细分畛域。光电显示技巧的产物譬喻各类显示屏，宽泛运用于手机、平板电脑等电子末端设立，具备宽泛的用户全体。光电显示技巧的分支较多，个中指纹鉴识技巧比年来慢慢成为特别热点的技巧。本文征集整治了指纹鉴识相干靠山技巧材料和模范构造专利案例，首要讲解指纹鉴识技巧、运用于手机的指纹鉴识以及光学屏下指纹鉴识技巧的模范专利案例，旨在为专利代劳从业人员供给光电显示运用的指纹鉴识技巧的靠山技巧学问，为专利代劳师供给指纹鉴识技巧的技巧储蓄，并颠末模范案例的分化，期盼也许对专利代劳师带去肯定的参考意义。
关键词：光电显示、指纹鉴识、屏下指纹鉴识、电子末端设立
一、指纹鉴识技巧的讲解
1.1指纹鉴识技巧的旨趣和流程
指纹鉴识是指颠末较量不同指纹的细节特点点来举办鉴其余生物鉴识技巧，可用于身份判定。指纹由于其具备毕生稳固性、惟一性和便利性，已险些成为生物特点识其余代名词。指纹是指人的手指末正直面皮肤上凸凹不平孕育的纹线。纹线有规律的分列孕育不同的纹型。纹线的起始、尽头、聚集点和分叉点，称为指纹的细节特点点（minutiae）。指纹鉴识即指颠末较量不同指纹的细节特点点来举办辨别，是以怎样无误索取特点和终了无误般配，是指纹鉴识技巧的关键。
图1.1指纹鉴识流程
拜见图1.1，指纹鉴识技巧首要颠末下列4个环节：
1.指纹图象的获得：指纹图象的获得是指纹鉴识技巧的底子，也是特别首要的一环，获得的指纹图象的详悉性，直接影清脆续环节以及指纹鉴识能否胜利。指纹图象的获得技巧首要有4种典型：光学扫描设立（譬喻微型三棱镜矩阵）、温差感受式指纹传感器、半导体指纹传感器、超声波指纹扫描。
2.指纹图象的预管教：为了获得较量详悉的指纹特点点，指纹图象预管教寻常要颠末图象巩固(滤波去掉噪声)、计划方位图，二值化和细化等流程。
3.指纹特点的索取：细节点特点的索取，即是在指纹图象中找到脊线尽头和脊线分叉两个特点。
4.指纹特点般配：包罗点形式般配、脊形式般配、基于图象的般配和基于图形的般配等。
1.2指纹鉴识技巧的典型
指纹鉴识技巧首要分为4个典型：光学鉴识技巧、温差感受式鉴识技巧、电容式指纹鉴识、超声波技巧。
1.2.1光学鉴识技巧
拜见图1.2，光学鉴识技巧的旨趣：主如果行使光的折射和反射旨趣，将手指放在光学镜片上，内置光源（LED）发出的光穿过光学镜片，映照得手指上，手指表面指纹坎坷不平的线纹上折射的角度及反射归去的光线明暗就会不相同，是以由手指上折回的光反向穿过光学玻璃并射向三棱镜，经三棱镜射出的光，再经凸透镜射出，终究光线投射在电荷耦合器件上CMOS或许CCD上，从而孕育脊线（指纹图象中具备肯定宽度和走向的纹线）呈黑色、谷线（纹线之间的凹下部份）呈白色的数字化的、可被指纹设立算法管教的多灰度指纹图象。尔后比拟材料库看能否一致。对于光学鉴识技巧，下文中又有详细讲解。
图1.2
光学的指纹收集技巧的益处：它曾颠末较万古间的运用磨练，肯定水平上适应温度的变异，可抵达DPI的较高分辩率等，最主如果价钱省钱。
光学的指纹收集技巧的弱点：由于请求充裕长的光程，是以请求充裕大的尺寸，况且太过枯燥和太过油腻的手指也将使光学指纹产物的成绩变坏。
1.2.2温差感受式鉴识技巧
拜见图1.3，温差感受式鉴识技巧旨趣：基于温度感受的旨趣而制成的，每个像素都相当于一个微型化的电荷传感器，用来感受手指与芯片映像地域之间某点的温度差，孕育一个代表图象讯息的电记号。凭借指纹波峰与波谷而孕育的温差不同，孕育指纹影象，再颠末与电子设立内部的指纹库举办般配，从而终了指纹鉴识。
图1.3
温差感受式指纹鉴识技巧的益处：可在0.1s内获得指纹图象，况且传感器体积和面积最小，即每每所说的滑动式指纹鉴识仪即是采纳该技巧。
温差感受式指纹鉴识技巧的弱点：受制于温度限制，时光一长，手指和芯片就处于类似的温度了。热敏传感器曾经经被开辟过，然而热敏传感器受外界温度、两次按压时光距离影象太大，没法抵达耗费级电子的请求。是以这类指纹鉴识方法也慢慢匿迹。
1.2.3电容式指纹鉴识
拜见图1.4，电容式指纹识其余旨趣：电容式指纹模块是行使指纹sensor与导电的皮下电解液孕育电场，指纹的凹凸升沉会致使两者之间的压差呈现不同的变动，借此可终了详悉的指纹测定。
图1.4
电容式指纹收集技巧的益处：图象品质较好、寻常无畸变、尺寸较小、易集成于各类设立。其发出的电子记号将穿过手指的表面和死性皮肤层，抵达手指皮肤的活体层（真皮层），直接读取指纹图案，从而大大升高了系统的平安性。
电容式指纹收集技巧的弱点：会受静电骚扰（可颠末装配时接地处理）。
1.2.4超声波指纹鉴识技巧
超声波指纹鉴识技巧旨趣：超声波指纹收集是一种新式技巧，其旨趣是行使超声波具备穿透材料的本事，且随材料的不同孕育巨细不同的回波（超声波抵达不同材质表面时，被汲取、穿透与反射的水平不同）。是以，行使皮肤与空气对于声波阻抗的不同，就也许分辨指纹嵴与峪地点的地位。
超声波指纹鉴识技巧的益处：超声波技巧所行使的超声波频次为1×Hz-1×Hz，能量被操纵在对人体无损的水平（与医学诊断的强度类似）。
超声波指纹鉴识技巧的弱点：超声波技巧产物也许抵达最佳的精度，它敌手指平和面的洁净水平请求较低，但其收集时光会显然地善于前述两类产物，况且价钱昂贵，也并不能做到活体指纹鉴识，于是当前行使希少。
二、运用于手机的指纹鉴识技巧
2.1手机指纹鉴识技巧的进展
手机是人们平时生计中最常行使的电子设立，指纹鉴识在手机上的运用也经验了加紧的进展。在成效机时光，指纹鉴识技巧曾经呈目前手机上了。年西门子研发出生界上首款搭载指纹的手机，指纹位于背部。然而，这款手机并未量产。
拜见图2.1，在智能机时光，第一款指纹手机是摩托罗拉于年4月推出的MB。MB将指纹和电源键聚集在了一同，算是最先将两者聚集的手机了，指纹鉴识放在手机反面靠拢顶部地位，也许用来解锁手机，但那时只是是指纹鉴识成效的启发阶段，没有好软件的协助，指纹鉴识成效显得特地不随手。然而该机的呈现意义庞大，它是智高手机向指纹鉴识成效迈出的第一步。
图2.1
拜见图2.2，年苹果公布TouchID，运用于iPhone5。这是首款正面按压式指纹鉴识手机，相较以前的滑动式指纹领会上超卓的太多。在这以后，手机指纹鉴识进展加入新纪元。指纹识其余手机在年显现迸发趋向，差未几是以前十年的总和。
图2.2
拜见图2.3，各手机品牌均出现出洪量具备指纹鉴识成效的手机。指纹鉴识模块的配置地位也多种各类。譬喻，以前提到的位于机身顶部的MotoMB，位于机身正面的iPhone5s（集成于Home键），再有位于机身左边的光彩7i和位于机身右边的索尼XperiaZ5（集成于电源键）。
图2.3
年起，连接有厂商提议了藏匿式指纹鉴识技巧。与保守电容式指纹鉴识比拟，藏匿式指纹鉴识具备“更为雅观、更大屏显、防水防尘”等上风。
图2.4
拜见图2.4，在年9月汇顶科技就提议藏匿式指纹鉴识计划（是全国上第一个提议该计划的厂商），IFS指纹鉴识与触控一体化技巧（InvisibleFingerprintSensor）将指纹鉴识模块藏匿在触控面板之下。随后在年7月挪威IDEX生物是被技巧公司推出了玻璃指纹技巧，也许将指纹鉴识芯片置入玻璃当中。年2月的时分FPC也胜利的将指纹识外传感器和面板玻璃聚集到了一同。在随后的5月LG子公司Innotek向外界展现其合并了指纹成效的玻璃面板。
2.2屏下指纹鉴识
2.2.1屏下指纹鉴识简介
跟着显示技巧的不休进展，辽阔框全屏化的显示面板成为一种也许趋向，而如安在全屏上集成指纹鉴识技巧成为一项新的挑战。屏下指纹鉴识对于周全屏的进展起助力影响，第一款真实量产的屏下指纹手机是来自vivo，到目前为止，各大厂商都推出了自家的屏下指纹手机。
以苹果为代表的部份厂商抉择了3D鉴识技巧，颠末构造光建立人脸模子举办鉴识。但此类技巧不成防止波及到刘海屏题目。以vivo等为代表的厂商抉择了另一条途径，即屏下指纹处理计划。其益处在于也许“藏匿”，防止刘海屏的呈现。
屏下指纹鉴识，遵从技巧旨趣与终了办法又也许细分为三种，光学式、超声波式（拜见图2.5）、电容式（拜见图2.6）。三种屏下指纹鉴识各有不同，现阶段进展形象也各有不同。个中，光学式屏下指纹鉴识技巧运用最为宽泛，是以本文重视讲解光学式屏下指纹鉴识技巧。
图2.5
图2.6
2.2.2几种光学指纹识其余向例技巧
1.三棱镜型：
拜见图2.7，该鉴识方法颠末巩固指纹谷线和脊线的比拟度，以鉴识指纹；但由于该种鉴识方法中需求配置包罗三棱镜、光源、透镜系统、CCD/CMOS图象传感器等诸多构造，致使指纹收集设立体积较大，难以运用于手机、平板电脑等电子末端设立。
图2.7
2.片状棱镜型：
拜见图2.8，该鉴识方法颠末行使片状棱镜(即棱镜片)交换棱镜，尽管也许在肯定水平上裁减设立的体积，使其也许合用于手机、平板电脑等袖珍电子设立，然而，该鉴识方法请求光源光线具备肯定方位，也没法运用于电子设立的显示屏下指纹鉴识。
图2.8
3.矩阵小孔型：
拜见图2.9，该鉴识方法颠末将矩阵小孔图象传感器配置于显示屏幕下方，行使小孔成像的旨趣终了指纹收集，然而该鉴识方法需求特别高PPI(pixelsperinch，分辩率)的传感器，且只可用于个别屏下指纹鉴识，难以终了全屏指纹鉴识。
图2.9
2.2.3光学式屏下指纹识其余旨趣
图2.10
拜见图2.10，光学式屏下指纹识其余技巧旨趣为，由于OLED屏幕像素间天生具备肯定的距离，也许保证光线透过。当用户手指按压屏幕时，OLED屏幕发出光线将手指地域照亮，照亮指纹的反射光线透过屏幕像素的空隙返回到紧贴于屏下的传感器上。终究孕育的图象颠末与数据库中已存的图象举办比拟分化，举办鉴识判定。
OLED是积极发光，理论上说也许详悉操纵到每一个子像素点，于是OLED材质的屏幕是更梦想的发射光光源，其余，OLED显示模组更薄，也也许加重由于安插屏下指纹传感器带来的团体机身变厚的题目。
三、光学屏下指纹识其余模范案例
3.1案例一（CN.1）
技巧题目：当显示屏遭到激烈的处境光映照时，若处境光透过显示屏映照到指纹模组，经指纹模组反射后的光线透过显示屏射出，则人眼可观测到指纹模组地位与其余地位的不同，低沉了末端的雅观度，给用户带来较差的领会。
图3.1
图3.2
技巧计划：屏下指纹鉴识末端的构造如图3.1和3.2所示。
个中，四分之一波片具备下列个性：若以线偏振光入射到四分之一波片，且震荡方位与四分之一波片光轴夹角为45°，则从四分之一波片出射的光为圆偏振光；反之，圆偏振光颠末四分之一波片后变成线偏振光。
办事流程：颠末显示屏41后的光线81(即第一入射光线)每每为圆偏振光或许是椭圆偏振光，若圆偏振光或椭圆偏振光直接入射到线偏振片上，则唯一少许光线也许颠末。而在该实际例中，在显示屏41和线偏振片之间增长了相位赔偿片，如图8所示，相位赔偿片也许对光线81举办相位赔偿，使得从相位赔偿片出射的光线82（即第一出射光线）为线偏振光，且光线82的震荡方位为线偏振片答应颠末的震荡方位。光线82颠末线偏振片后的光线83仍为线偏振光，且震荡方位稳固。光线83颠末四分之一波片后的光线84变成圆偏振光，圆偏振光经指纹模组表面反射的光线85（即第一反射光线）仍为圆偏振光。光线85颠末四分之一波片后的光线86变成线偏振光，但线偏振光86是颠末两次四分之一波片获得的，故而此时获得的线偏光86与线偏振光83比拟，震荡方位回旋了90°，而震荡方位回旋了90°的线偏光86则没法再透过线偏振片。
对于案例一的小结：该案例的屏下指纹鉴识末端为指纹模组相干光学元件的层叠配置构造。此类屏下指纹鉴识末端的专利请求撰写时需求细致，各个模组之间的层叠排布关连，四分之一波片和偏振片对于系统的影响及技巧成绩，光路的详细解说以及技巧成绩的详细推导流程。
3.2案例二（CN.1）
技巧题目：当前的末端设立都是在手机上独自配置一个用于鉴识指纹的硬件模块，显然出于便利琢磨，该硬件模块寻常位于屏幕显示区的外侧，如许一来不但占用显示区的空间，还使屏幕的一切板滞强度下落。
图3.3
（图中标号：衬底基板1；光学感受元件2；不透光图形3；用户手指4；黑矩阵31）
图3.4
技巧计划：拜见图3.3，非显示区上配置有光学感受元件2，以及位于该光学感受元件2与衬底基板1之间的不透光图形3。光学感受元件2也许将接管到的光记号调动为电记号，而不透光图形3在衬底基板1上的正投影完整遮蔽光学感受元件2在衬底基板1上的正投影，从而防止来自下方的背光源映照到光学感受元件。
拜见图3.4，阵列基板的非显示区的构造包罗：衬底基板21；孕育在衬底基板上的栅极22和大家电极走线23；遮蔽栅极22和大家电极走线23的第一绝缘层24；孕育在第一绝缘层24上的源极25、漏极26；孕育漏极26上方，且与该漏极26来往的PN结27，该PN结即本首创的光学感受元件；遮蔽源极25、漏极26的第二绝缘层28；孕育在第二绝缘层28上的大家电极29，该大家电极29颠末第二绝缘层28的过孔别离与PN结27以及大家电极走线23衔接。在显示阶段，大家电极走线23为大家电极29加载大家记号，当PN结27接遭到用户手指反射归来的光线后，也许生成对应电记号，由于大家电极29与漏极26孕育压差，使得PN结27的电记号颠末漏极26经源极25从数据线传输至芯片上，该芯片也许凭借电记号进一步再肯定出用户指纹。
对于案例二的小结：该案例波及阵列基板的构造，需求代劳师相熟阵列基板的相干靠山技巧。该类案件属于基于指纹鉴识技巧的光电显示构造案件。在撰写上细致写通晓阵列基板的构造与指纹鉴识光学元件的地位关连，写通晓基于该阵列基板构造的指纹识其余光路和旨趣。
3.3案例三（CN.0）
技巧题目：怎样终了全屏指纹鉴识。
图3.5
（图中附图标识：01-显示面板；10-指纹鉴识组件；11-点光源；12-感光单位；20-衬底基板；21-触控电极层；22-盖板玻璃；23-像素单位；）
技巧计划（构造）：拜见图3.5，阵列排布的多个点光源11可孕育点光源阵列。由于指纹脊线是直接来往到显示面板的触控面(譬喻为盖板玻璃)上的，而指纹谷线由于相对于指纹脊线凹下，即指纹谷线不与触控面相联触，在指纹谷线界面处有空气层。是以，在脊的地位光会由玻璃加入皮肤产生散射，在谷的地位光会由玻璃加入到空气，当点光源发出的光线角度抵达或高出光线在玻璃和空气的界面处的全反射角时，整个抵达指纹谷线界面的光线将％产生反射。即，点光源辐射的光线从指纹谷线界面反射回传感器的光线范畴是介于全反射角与大于该全反射角的角度之间。如许，也许凭借指纹谷、脊界面的光强不同来终了指纹鉴识。
图3.6
技巧计划（操纵时序）：拜见图3.6，当举办指纹鉴识操纵时，启动多个像素单位23在第一显示周期T1中的第暂时光段t1内举办显示画面革新、启动指纹鉴识组件10在该第一显示周期T1中的第二时光段t2内举办指纹鉴识操纵；个中，第一显示周期T1包罗一个第暂时光段t1和一个第二时光段t2，且一个第二时光段t2位于相邻的两个第暂时光段t1之间；该第一显示周期T1，为在举办指纹鉴识操纵时，显示一帧画面时多个像素单位23最先革新至显示下一帧画面时多个像素单位23最先革新之间的距离时光。
对于案例三的小结：该案例为技巧较为归纳的案例，波及屏下指纹鉴识技巧的构造、操纵时序、电路以及操纵方法，技巧上较为周全。撰写上也也许给代劳师供给值得参考的地点。譬喻对于构造的撰写，细致显示面板自身构造的形容，多个实际例以前的差别与技巧成绩，段落之间的起承转合等。
结语：
本文主如果对光电显示细分畛域的指纹鉴识技巧分支的相干靠山技巧举办征集和整治，以辅助专利代劳师相熟指纹鉴识技巧的进展头绪和技巧旨趣，并颠末对比来热点的屏下指纹鉴识技巧举办检索，征集屏下指纹鉴识相干模范案例，波及不同典型的屏下指纹鉴识构造，一方面为专利代劳师相熟相干技巧供给素材，另一方面为专利代劳师撰写屏下指纹鉴识相干技巧的专利请求供给具备教导意义的案例。期盼也许对峙志于深耕光电显示细分畛域的专利代劳师们有所裨益。
根源：IPRdaily华文网（iprdaily.cn）
做家：刘锋超常学问产权效劳股分有限公司
编纂：IPRdaily王颖校订：IPRdaily纵横君
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