[发明专利]热图案传感器

说明书

本发明涉及一种热图案传感器(100)，该热图案传感器包括多个像素(102)，每个像素包括至少一个热电电容，该热电电容由布置在下部电极(108)与上部电极(110)之间的热电材料材质的至少一个部分(106)形成，其中，上部电极和下部电极中的一个电极(108)对应于用于读取像素的电极，并且其中，加热元件由上部电极和下部电极中的另一个电极(110)形成，该加热元件能够在热图案测量期间由于焦耳效应而由所述像素的热电电容对所述像素的热电电容的热电材料材质的部分进行加热。

技术领域

本发明涉及一种热图案传感器，例如，指纹热检测传感器。

背景技术

已知生产包括热检测装置的指纹传感器。所述热检测装置可对应于热电元件、二极管、热敏电阻或任何其它的温度敏感元件，该温度敏感元件使得能够将温度的变化转换为电势或电流的变化。

如在文本US 4 394 773、US 4 429 413和US 6 289 114中所描述的，可通过利用手指与传感器之间的温度差的所谓的“被动式”传感器来执行指纹检测。然而，这些传感器具有下述缺陷：这些传感器执行的测量唯独取决于手指与传感器之间的温度差。因此，可能发生当手指与传感器处于同一温度时所获得的信号的电平为零，或者可能发生采集到的图像的对比度变化，于是这在对图像进行后续处理的过程中会造成问题。

为了消除由被动式热传感器引起的这些问题，尤其是在手指不移动的静态采集的情况下，提出了所谓的“主动式”指纹传感器，诸如例如在文本US 6 091 837和EP 2 385486 A1中描述的传感器。在这种传感器中，每个像素包括由两个导电电极形成的热电电容和加热元件，热电材料材质的部分被布置在这两个导电电极之间。在手指存在于传感器上的情况下，所述加热元件在像素中散发一定量的热量，并且在一定的采集时间(被称为累积时间)结束时对像素的加热被测量。这使得能够根据热量是被皮肤吸收(存在指纹的隆起部的像素)还是被保留在像素中(存在指纹的凹部的像素)而在每个像素处区分检测到的指纹的隆起部或凹部的存在。与存在凹部的像素相比，这导致在像素存在隆起部的情况下最终温度较低，该隆起部处的热量被皮肤吸收。

首先，这种传感器使得能够测量与传感器接触的要素的热容(也称为比热或比热容)。获得的测量值还取决于传感器与要素的存在的部分(在指纹的情况下为隆起部或凹部)之间的热导率。

为了形成主动式热传感器，所述传感器的像素被耦接至通常利用焦耳效应的加热元件，该加热元件散发来自被供应电流的电阻元件的热量。有利地，形成像素的技术叠组的层中的一个层被用于形成这些加热元件。例如，如果用于形成传感器的晶体管和互连件的传导层中的一个传导层包括具有合适的电阻率的传导材料并且能够满足对这一个传导层施加已经可利用的电压中的一个电压，例如传感器的供电电压，则可以使用所述传导层中的一个层来通过焦耳效应产生热量。当传感器包括形成在玻璃衬底上的TFT(薄膜晶体管)类型的晶体管时，尤其使用所述层中的一个层。

这种传感器的像素被布置成形成具有多行与多列的矩阵。通常逐行地执行对像素的读取。于是也可凭借在每行的开头处的晶体管来逐行地控制加热元件，从而不必在像素中添加控制晶体管。每行加热元件例如在像素矩阵的一侧被连接至地，在另一侧被连接至控制晶体管，该控制晶体管被连接至合适的电源，以这种方式来控制流过加热元件的电流，并因此控制由于焦耳效应而由所述加热元件注入到像素中的热功率。

在文本EP 2 385 486A1中，加热元件由也用于形成像素的热电电容的上部电极和下部电极的金属层形成。这些加热元件例如是以部分地包围像素中的每个上部电极或每个下部电极的导电线圈的形式制成的。因此，使用单一一种金属来形成实现不同功能的不同元件(加热元件和热电电容的上部电极或下部电极)。图1示意性地示出了这种构造，在该构造中，同一金属层(这里为上部金属层)用于形成上部电极10和导电线圈12，该导电线圈部分地包围上部电极10并且使得能够从侧向对形成在上部电极10的这一层的热电电容进行加热。