利用有机光电探测器实现隐形高分辨率指纹传感器

tomato 2019-11-15 14:33:51 1775


近年来,有机光电探测器(OPD)因在大面积光感测应用中前景广阔而备受关注。例如,当前智能手机制造商已经转向全面屏发展,随着物理Home键因全面屏而消失,通常放置在这一按键下的指纹传感器也失去了空间。一种简单的解决方案是在显示区域中嵌入薄膜指纹传感器。

据麦姆斯咨询报道,荷兰埃因霍温霍尔斯特中心(Holst Centre)的Gerwin Gelinck教授及其研究团队,推出了一种新型柔性、大面积、高分辨率的指纹识别传感技术,该研究结果发表在近期的《先进材料技术》(Advanced Materials Technologies)杂志上。

虽然当前已开发出超声波和热感应指纹传感器,但是它们都有一些缺点。超声波指纹传感器在大面积显示应用中成本很高,而热感应传感器的成像时间很短。霍尔斯特中心的研究人员给出的替代方案是使用基于OPD的光学指纹传感器,该解决方案允许以较低的处理温度在塑料薄基板上大面积(≫平方厘米级别)制造高性价比的光电探测器阵列。此外,该器件表现出高光敏度、快速的响应时间,并且光谱吸收可从紫外线扩展到近红外光。

传统的镀膜技术,如旋转涂布等,要制备大面积、均匀的OPD薄膜很困难。研究人员对活性有机光电探测器材料采用狭缝式涂布方法,开发出一种性价比高、可扩展的光电探测器阵列制备技术。研究人员展示了它在高分辨率指纹传感器上的应用,该探测器具有轻薄的外形,允许用户通过触摸屏上的任意位置来安全地解锁手机或打开特定的应用程序。

该指纹传感器主要由三个模块构成,包括:背光光源、a-IGZO薄膜晶体管(TFT)背板和体异质结(BHJ)OPD前板和薄膜保护阻挡层,如图1所示。

图1 基于OPD的指纹传感器。a)指纹传感器的原理图;b)指纹传感器的电路图;c)完整指纹传感器芯片的照片;d)图像传感器芯片的局部像素阵列的显微镜图像(6×3像素)。

这款新型传感器的厚度不到0.2毫米,没有庞大的棱镜或活动部件,可以嵌入到手机和门把手等物体中,从而创建“隐形”但安全的门禁控制系统。该传感器以508-ppi氧化物晶体管为背板和印刷有机光电二极管为前板,制造工艺可以与平板显示工艺兼容。传感器通过检测从皮肤表面反射回来的可见光来读取指纹,可视化精细程度可以达到所谓的第3级,如单条乳突纹线上汗孔细节,如图2所示,达到了FBI(联邦调查局)身份特征识别标准。

图2 新型指纹传感器捕捉的指纹图像。其中:(a)图像传感器获得的指纹图像。(b)经过偏移/增益/非功能像素校正后的指纹图像。(c)靠近(b)图的顶部,乳突纹线上的汗孔清晰可见。

该传感器还能探测到在反射之前穿透皮肤的部分光线。这使得他们能够通过手部毛细血管的变化来感知心跳,从而验证指纹来自活生生的人。此外,通过使用不同的光电二极管材料,传感器的探测功能可以扩展到其它波长,如近红外。这种技术将使新的身份验证模式成为可能,比如识别手部的静脉图像,据称这比个体指纹的识别更加特定。

荷兰埃因霍温理工大学应用物理系教授、霍尔斯特中心首席技术官Gerwin Gelinck表示:“这款柔性指纹传感器演示原型(Demo)展示了柔性有机光电探测器技术的多功能性和成熟度。由于底层技术已在平板行业得到应用,为新款的柔性指纹传感器制造开辟了快速通道,我们正与寻求产业合作伙伴向商业化迈进!”


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