Mejora de la seguridad de la autenticación biométrica bajo la luz de puntos cuánticos

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 794 (2023) Citar este artículo

1843 Accesos

1 Citas

15 Altmetric

Detalles de métricas

Mejoramos la seguridad de la autenticación biométrica mediante el reconocimiento dual basado en la detección de imágenes de huellas dactilares y la detección del cambio de temperatura de la piel en pantallas de diodos emisores de luz (QLED) de puntos cuánticos. Los QLED son más ventajosos que los diodos orgánicos emisores de luz (OLED) en términos de la clasificación de contraste de patrones como los del reconocimiento de huellas dactilares, debido a su estrecho ancho completo a la mitad del máximo. En este trabajo, se capturó la luz dispersa, transmitida y reflejada desde la parte superior del QLED, mejorando la luminancia digital en un 25%, en comparación con la de los OLED, porque los espectros de electroluminiscencia del QLED se mantuvieron, mientras que los del OLED fueron distorsionados por los picos de ruido generados. Se implementó un QLED con ocho aperturas de hasta decenas de micrómetros, que imita la estructura de cableado real de los teléfonos inteligentes comercializados, para detectar huellas dactilares humanas. El QLED que utiliza óxido de grafeno reducido como sensor de temperatura detectó cambios de temperatura instantáneamente al tocarlos con el dedo, mostrando una respuesta de temperatura del 2% basada en la temperatura del cuerpo humano; sin embargo, el cambio de temperatura fue inferior al 0,1 % para las huellas dactilares falsas impresas en papel. Por lo tanto, este estudio mejoró con éxito la seguridad de la autenticación biométrica, a través del reconocimiento de huellas dactilares basado en la detección de imágenes utilizando un sistema óptico con aperturas del tamaño de un micrómetro y detección de la temperatura de la piel bajo pantallas QLED.

Recientemente, las transacciones financieras y las compras en línea con dispositivos móviles han aumentado drásticamente.1,2,3 La importancia de la autenticación biométrica en dispositivos móviles ha ido en aumento debido a su excelente seguridad y conveniencia.4,5,6 Teléfonos inteligentes producidos en masa como Samsung Galaxy, lanzado en 2020, utiliza el reconocimiento óptico de huellas dactilares en la pantalla.7,8 Las transacciones financieras y las compras en los teléfonos inteligentes requieren tecnologías de autenticación, como números de seguridad y huellas dactilares, para prevenir la suplantación y falsificación de huellas dactilares.9,10 Sin embargo, usar solo el método de autenticación aumenta la posibilidad de falsificar el sistema financiero en los teléfonos inteligentes.11 Al abordar este problema, se espera que la doble autenticación biométrica de imágenes y detección de temperatura mejore la seguridad de la autenticación en los teléfonos inteligentes.

Las pantallas de diodos orgánicos emisores de luz (OLED) se han utilizado como panel de visualización principal en los teléfonos inteligentes móviles debido a su excelente rendimiento, que incluye una amplia gama de colores, altas relaciones de contraste, tiempos de respuesta rápidos y flexibilidad.12,13,14,15 ,16 Sin embargo, el amplio espectro de electroluminiscencia (EL) de los OLED presenta fallas como fuente de luz adecuada para el reconocimiento de huellas dactilares basado en la reflectancia de la piel; esto se debe a que los espectros EL con un FWHM amplio pueden cambiar fácilmente cuando la fuente de luz interactúa con la piel humana.17 Los diodos emisores de luz (LED) inorgánicos tienen un FWHM extremadamente estrecho; sin embargo, es difícil fabricar pantallas basadas en LED inorgánicos de emisión automática sin filtros de color para teléfonos inteligentes móviles. Como alternativa, los diodos emisores de luz de puntos cuánticos (QLED) ofrecen las mismas ventajas que los OLED y también poseen un FWHM extremadamente estrecho.18,19,20 Al usar una fuente de luz QLED, se pueden obtener datos de huellas dactilares más claros incluso después de dispersarlos con un dedo , aumentando así la precisión de la detección de huellas dactilares. Sin embargo, hasta el momento, solo unos pocos estudios han investigado el reconocimiento de huellas digitales basado en fuentes de luz QLED. El óxido de grafeno reducido (rGO) ha recibido una atención considerable debido a su alta conductividad y capacidad de procesamiento de la solución. fabricado a bajo costo en comparación con el platino, el oro y la plata, que se utilizan ampliamente como sensores de temperatura típicos.24,25,26 En consecuencia, rGO puede ser un material eficaz para la aplicación de sensores de temperatura.27

En este documento, informamos una mejora en la autenticación biométrica utilizando un QLED a través de la detección de imágenes de huellas dactilares y la detección de variaciones de temperatura. La luz generada por un QLED verde, luego de ser dispersada y reflejada por la piel de los dedos, fue captada por una cámara luego de pasar por un sistema óptico con ocho aperturas de hasta decenas de micrómetros; la imagen capturada en el caso de un QLED verde fue más clara que en el caso de un OLED verde. Además, se utilizó un sensor de temperatura rGO para detectar los cambios de temperatura con el toque de los dedos. La resistencia de la película delgada rGO fue modificada por la temperatura de un dedo humano, y el sensor de temperatura rGO puede distinguir una huella digital humana real de una huella digital falsa al detectar la variación de la resistencia. Por lo tanto, al adoptar simultáneamente la detección de imágenes de huellas dactilares y la detección de variaciones de temperatura, la seguridad de la autenticación se puede mejorar significativamente.

La resistencia de rGO se midió como 205 kΩ y 123 kΩ a 15 °C y 60 °C, respectivamente, como se muestra en la Fig. 1a. La respuesta de temperatura se calculó de la siguiente manera:

donde Ri y R son la resistencia inicial y la resistencia a una temperatura particular, respectivamente.22 Con base en (1), el sensor rGO producido mostró una respuesta de temperatura del 40 % con una variación en la resistencia. La temperatura se cambió periódicamente a una velocidad de 0,25 °C/h durante 12 h en una cámara de temperatura, como se muestra en la Fig. 1b. Los cambios de resistencia indicaron una tasa de cambio de temperatura repetible, incluso con un cambio de 1 °C; También se observó una tasa de cambio de temperatura estable dentro del 0,5%.

( a ) Variación de resistencia y respuesta de temperatura de rGO con respecto al barrido de temperatura de 15 a 60 ° C. ( b ) Respuesta de temperatura de rGO para una variación de temperatura de 1 ° C y estabilidad a largo plazo.

Se usaron aperturas para el efecto estenopeico para disminuir la distancia focal debido a que el espacio entre el panel de visualización y la cámara era de aproximadamente 2 mm, como se muestra en la Fig. 2a.28 Se fabricó un objetivo cuadrado de 270 µm en la fotomáscara de la Fig. pasó a través de dos tipos de aberturas como se muestra en la Fig. 2c, d: una abertura de tamaño micro de 60 µm × 200 µm y ocho aberturas de tamaño micro de 10 µm × 10 µm usando la luz (luminancia verde máxima: 381.5 cd / m2) de un teléfono inteligente OLED comercial. Los archivos de imagen obtenidos se convirtieron directamente en valores digitales utilizando el lenguaje de programación Python que se codificó internamente como se muestra en la Fig. S1 en Información complementaria. La variación del valor de luminancia digital, ΔL, se calculó de la siguiente manera:

donde Li y L son los valores de luminancia inicial y luminancia digital en una posición específica, respectivamente. La imagen obtenida en base a una gran apertura fue una imagen lo suficientemente libre de borrosidad que mostraba cada subpíxel verde del OLED comercial; además, el patrón adquirido por el cuadrado central también exhibió bordes afilados, como se muestra en la Fig. 2e. La forma del objetivo que atravesaba la apertura grande mostró una variación del valor digital de luminancia del 86 %, según (2), mientras que la forma del objetivo que atravesó varias aberturas pequeñas mostró una variación del valor digital de luminancia del 61 %, como se muestra en la Fig. 2e, f, respectivamente. Sin embargo, en el caso de varias aperturas pequeñas, aunque los subpíxeles verdes de los OLED estaban borrosos y la cantidad total de luz era insuficiente, el patrón cuadrado en el centro podía distinguirse utilizando el valor de luminancia digital.

(a) Estructura de fotomáscara de apertura de tamaño micro con luz verde de un teléfono inteligente OLED comercial. (b) Forma del objetivo real con un patrón cuadrado de 270 µm. ( c ) Apertura de tamaño micro de 60 μm × 200 μm y patrón real con microscopio óptico. ( d ) Ocho microaperturas de 10 μm × 10 μm y patrón real con microscopio óptico. (e) Imagen capturada con una microapertura de 60 µm × 200 µm, barra de escala: 200 µm y valor de luminancia de la línea transversal digital de la imagen capturada. (f) Imagen capturada con un total de ocho aperturas de 10 µm × 10 µm, barra de escala: 200 µm y valores de luminancia de línea transversal digital.

En los teléfonos inteligentes producidos en masa, a excepción de los píxeles rojos, verdes y azules, el cableado de metal conductor y el cableado del panel del sensor táctil están densamente formados. En los paneles de visualización OLED típicos de los teléfonos inteligentes, las partes transparentes del área blanca dentro del círculo amarillo en la Fig. 3a,b cubren solo unas pocas docenas de micrómetros cuadrados por píxel. En la región transversal de los teléfonos inteligentes en general, como se muestra en la Fig. 3b, las áreas transparentes que pasan a través de varias capas opacas de las partes superior e inferior se forman arbitrariamente. Como se muestra en la Fig. 3c, d, la capa superior se forma al rodear el subpíxel con un patrón de malla metálica de transmisor y receptor, lo que da como resultado cambios de capacitancia al detectar el tacto. Debajo del panel del sensor táctil, la capa de visualización de píxeles está modelada para los píxeles rojos, verdes y azules, como se muestra en la Fig. 3e. Los cables eléctricos y de conducción de la fuente de alimentación de píxeles de electroluminiscencia (ELVDD), la fuente de alimentación de tierra de electroluminiscencia (ELVSS), los datos y las líneas de electrodos de transistores para los píxeles emisores se forman en la capa inferior de la capa de visualización de píxeles, como se muestra en la Fig. 3f . La Figura 3g muestra una imagen de píxel de pantalla OLED de un teléfono inteligente comercial. Sin embargo, incluso las áreas que no se superponen en las pantallas de los teléfonos inteligentes comerciales aparecen negras bajo un microscopio debido a la capa de pasivación y la película protectora que protege el panel de la pantalla. Por lo tanto, para realizar la detección de huellas dactilares en una pantalla de visualización, es necesario modelar o eliminar las áreas opacas de la película protectora debajo de la pantalla de visualización, como se muestra en la Fig. 3b. Debido a la estructura de los teléfonos inteligentes comerciales, solo se pueden crear varios orificios transparentes de 10 µm × 10 µm o menos en los paneles de visualización de los teléfonos inteligentes. Por lo tanto, el uso de múltiples aberturas con un tamaño de 10 µm es más ventajoso para los paneles de visualización en aplicaciones de teléfonos inteligentes reales, en comparación con el uso de una gran abertura.

Esquema de la estructura de pila para patrones de agujeros de tamaño micro penetrados. (a) Capas combinadas con varios agujeros de tamaño micro penetrados. (b) Vista transversal de la estructura de la pila de teléfonos inteligentes. (c) Esquema del panel sensor táctil de metal. ( d ) Imagen de microscopio óptico de líneas metálicas del sensor táctil alineadas a lo largo del perímetro de subpíxeles (flecha amarilla), barra de escala: 20 μm. (e) Capa de visualización con subpíxeles rojos, verdes y azules. (f) Capa de conducción de líneas metálicas. ( g ) Imagen de microscopio óptico de capas combinadas con capa de visualización de píxeles y capa de líneas de conducción de metal, barra de escala: 20 µm.

Los OLED y QLED verdes se fabricaron como estructuras de pila, como se muestra en la Fig. 4a, b. El OLED verde constaba de óxido de indio y estaño (ITO) como ánodo, 1,4,5,8,9,11-hexaazatrifenileno hexacarbonitrilo (HAT-CN) como capa de inyección de orificio (HIL), 1,1-Bis( (di-4-tolilamino)fenil)ciclohexano (TAPC) como capa de transporte de huecos (HTL), 4,4′,4″-tri(N-carbazolil)trifenilamina (TcTa) como capa de bloqueo de electrones, 2, 6-bis(3-(carbazol-9-il)fenil)piridina (26DCzPPy) dopada con tris(2-fenilpiridina)iridio(III) (Ir(ppy)3) como capa emisora ​​de fosforescente verde (EML), tris( 3-(3-piridil)mesitil)borano (3TPYMB) como capa de transporte de electrones (ETL), 3TPYMB dopado con litio (Li) y fluoruro de litio (LiF) como capas de inyección de electrones, y aluminio (Al) como capa cátodo. El QLED verde constaba de ITO como cátodo, nanopartículas (NP) de óxido de zinc (ZnO) como ETL, puntos cuánticos verdes (QD) como EML verde, TcTa como HTL, MoO3 como HIL y plata (Ag) como el ánodo

Estructuras de dispositivos de (a) OLED y (b) QLED. ( c ) Espectros EL normalizados de OLED verde y QLED. ( d ) Coordenadas de color CIE 1931 para espectros EL de OLED y QLED sin (sin) y con (con) dedo humano. Espectros EL normalizados de (e) OLED y (f) QLED sin y con dedo humano.

La Figura 4c muestra los espectros EL normalizados de los OLED y QLED verdes fabricados al mismo voltaje de 6 V. El pico de emisión principal y el FWHM del OLED y QLED son 515 nm, 63 nm, 532 nm y 33 nm, respectivamente. El FWHM del QLED es 30 nm más estrecho que el del OLED. Las coordenadas de color de la Comisión Internacional de l'Eclairage (CIE) de 1931 de OLED y QLED son (0.287, 0.640) y (0.212, 0.742), respectivamente, como se muestra en la Fig. 4d. Después de irradiar la luz verde de OLED y QLED en un dedo humano, se midió la luz reflejada de los espectros EL de OLED y QLED para investigar el cambio en la longitud de onda. Las coordenadas de color CIE 1931 de los espectros EL de OLED y QLED fueron (0,326, 0,603) y (0,234, 0,705), respectivamente. Por lo tanto, los cambios en las coordenadas CIE para OLED y QLED fueron 0,0537 y 0,0430, respectivamente, lo que indica claramente que el cambio en las coordenadas CIE para OLED fue un 24,8 % mayor que el de QLED cuando se usa el dedo.

Aunque el pico de emisión principal del OLED se mantuvo, apareció un pico de hombro a 554 nm y un pico de longitud de onda larga a 599 nm, como se muestra en la Fig. 4e. Sin embargo, los espectros EL principales permanecieron iguales para el QLED después de la reflexión del dedo, como se muestra en la Fig. 4f. Aunque aparecieron emisiones amplias entre 600 y 780 nm para el QLED debido a la dispersión de la luz,29 sus intensidades fueron extremadamente bajas. La luz es absorbida por varios cromóforos de la piel como la hemoglobina y la melanina en el rango visible y dispersada debido a las fluctuaciones del índice de refracción a nivel microscópico.30 La reflectancia difusa de la luz varía según la cantidad de hemoglobina y melanina en la piel, la forma de la huella dactilar humana y la cantidad de cambio en el índice de refracción del tejido. En otras palabras, después de que la luz OLED o QLED se refleja en un dedo humano, el espectro puede cambiar a medida que la luz de una longitud de onda específica se absorbe de la hemoglobina y la melanina, y parte se dispersa. Por ejemplo, la oxihemoglobina tiene una alta absorción a aproximadamente 542 nm y 578 nm de longitud de onda, como se muestra en la Fig. S2 en Información complementaria. Debido a la fuerte absorción en esta región de longitud de onda, la intensidad de la luz en alrededor de 540 nm y 580 nm se reduce en el espectro OLED, lo que da como resultado un pico de hombro a 599 nm en la Fig. 4e. En el caso de QLED, la pequeña área de superposición entre el espectro EL de QLED y el espectro de absorción de la oxihemoglobina debido a la estrecha FWHM de QLED en comparación con la de OLED dio como resultado un espectro EL reflejado relativamente estable. Calculamos los espectros reflejados de OLED y QLED EL utilizando espectros de reflectancia difusa de la piel humana.31 El espectro reflejado de OLED EL cambió drásticamente según la piel humana con diferentes concentraciones de melanina, como se muestra en la Fig. S3 en Información complementaria. Por otro lado, el espectro reflejado de QLED EL rara vez cambió, independientemente del tipo de piel humana. Este resultado sugiere que los QLED tienen espectros EL reflejados más estables que los OLED y, por lo tanto, pueden ser útiles como fuentes de iluminación para el reconocimiento de huellas dactilares.

Para investigar el grado de borrosidad del patrón debido a la diferencia en las características de los espectros verdes entre OLED y QLED, se realizaron experimentos para adquirir un patrón fino a través de ocho microaberturas de 10 µm × 10 µm en una estructura apilada, como se muestra en la figura 5a. Aunque el OLED y el QLED exhibieron diferentes espectros EL, se usó el mismo patrón objetivo para capturar la luz verde dispersa del OLED y el QLED. En la imagen fotografiada, la relación de contraste del QLED era mayor que la del OLED, ya que el patrón rectangular en el centro estaba oscuro porque no se podía transmitir la luz, como se muestra en la Fig. 5b, c. Además, el valor de la imagen digital de la imagen adquirida del QLED cambió al 64 %, según (2), mientras que la relación entre la luminancia mínima y la luminancia máxima del OLED fue del 39 %. Por lo tanto, en el caso de QLED, el cambio de brillo fue mayor y menos borroso entre los bordes del patrón, en comparación con el caso de OLED.

Grado borroso del patrón en espectros verdes OLED y QLED. (a) Estructura del dispositivo con ocho aberturas de 10 µm × 10 µm para iluminación directa bajo luz verde OLED o QLED. (b) OLED y (c) imagen de luz verde QLED bajo irradiación de píxeles de visualización directa, barra de escala: 200 µm. Valores de luminancia de línea digital transversal de las imágenes capturadas de luz verde OLED y QLED.

En general, hay varias líneas de cableado que impulsan los OLED en los teléfonos inteligentes comerciales.32,33,34 Las líneas de malla metálica con tamaños de varios micrómetros también están presentes para los paneles de sensores táctiles alineados con los píxeles.35 No hubo emisión de luz directa. , como se muestra en la Fig. 6a; sólo se observó luz reflejada indirectamente que penetraba en la piel del dedo humano; luego se dispersó y resurgió. Aunque ya había muchas áreas que aparecían oscuras en la vista superior de los QLED debido al desecante, rGO se alineó con la parte posterior del píxel, donde se modeló el óxido de grafeno (GO) guiándolo con cinta Kapton®, como se muestra en la Fig. 6b. La figura 6c muestra una imagen del área de emisión de luz vista desde abajo y la imagen del QLED emisor de luz verde real, como se muestra en la figura 6d.

Imágenes de huellas dactilares y cambio de temperatura obtenidas después de pasar la luz a través de una abertura de tamaño micro. (a) Vista superior de QLED con sensor de temperatura rGO. (b) Vista superior de los QLED reales, barra de escala: 2 mm. (c) Vista inferior de los QLED. (d) Imagen del lado inferior emisor de luz verde de los QLED, barra de escala: 2 mm. (e) Estructura del dispositivo de QLED con ocho aperturas de 10 µm × 10 µm y sensor de temperatura rGO para luz reflejada y dispersada con el toque de un dedo humano. (f) Imagen capturada sin huella dactilar en cámara oscura, barra de escala: 200 µm. (g) Imagen capturada de huella dactilar falsa impresa en papel con luz verde QLED, barra de escala: 200 µm. (h) Imagen capturada de una huella digital humana con luz verde QLED, barra de escala: 200 µm. (i) Valores de luminancia verde digital transversal sin huella digital en cámara oscura. (j) Valores de luminancia verde digital transversal con huella dactilar falsa impresa en papel. (k) Valores de luminancia verde digital transversal con huella digital humana. (l) Respuesta de temperatura sin huella dactilar en cámara oscura. (m) Respuesta de temperatura con huella dactilar falsa impresa en papel. (n) Respuesta de temperatura dependiendo del toque del dedo humano.

Investigamos si se podían obtener huellas dactilares usando una cámara después de pasar a través de una abertura de tamaño micro entre los cables combinados, como se muestra en la Fig. 6e. Cuando la luz verde QLED irradió un dedo humano, la luz que entraba en la piel del dedo se dispersó y una parte de la luz emergió en todas las direcciones debido a la dispersión.36 Una vez que la luz dispersada de la piel del dedo pasó a través de los ocho Aperturas de × 10 µm, las imágenes se adquirieron usando una cámara en una cámara oscura, como se muestra en la Fig. 6f. Las imágenes capturadas indicaron un estado oscuro porque el dedo no estaba levantado en la parte inferior de la luz QLED. Además, la forma de la huella dactilar se determinó en base a huellas dactilares falsas impresas en papel, como se muestra en la Fig. 6g. Las huellas dactilares falsas impresas en papel mostraron niveles altos y bajos en términos de la imagen digital y pudieron distinguirse. Como se muestra en la Fig. 6h, se obtuvieron crestas y valles de huellas dactilares con una relación de contraste relativamente baja a partir de la luz dispersa que se originó en la piel de las huellas dactilares humanas reales. Aunque el contraste de la imagen digital era bajo para las huellas dactilares humanas reales, se discernieron fluctuaciones de luminancia entre crestas y valles. La imagen de las crestas y los valles de las huellas dactilares también se obtuvo con la fuente de luz OLED, pero su relación de contraste es menor en comparación con la de QLED, como se muestra en la Fig. S4 en Información complementaria. En consecuencia, en el caso de las huellas dactilares falsas impresas en papel, la imagen obtenida era más clara que en el caso de las huellas dactilares humanas reales, debido a la marcada diferencia en la relación de contraste.

Como se muestra en la Fig. 6i, los valores de luminancia verde digital transversal de la imagen capturada sin un dedo en el cuarto oscuro reflejaron una luz QLED insignificante; en consecuencia, los valores de luminancia digital fueron relativamente bajos. Los valores de luminancia verde digital transversal de las imágenes capturadas con las huellas dactilares falsas impresas en papel mostraron una variación del valor de luminancia digital del 34% entre los valores más alto y más bajo dentro de las crestas y valles adyacentes, según (2), como se muestra en la Fig. 6j. Mientras tanto, el valor de luminancia verde digital transversal obtenido con la huella digital humana real mostró una variación del valor de luminancia digital del 13 %, como se muestra en la Fig. 6k, lo que indica la detección de una imagen de huella digital borrosa.

Se observaron variaciones de baja temperatura en el ambiente de la habitación oscura sin luz reflejada, como se muestra en la Fig. 6l. De manera similar, la respuesta de temperatura cambió a menos del 0,1 % para las huellas dactilares falsas impresas en papel, como se muestra en la Fig. 6m. Sin embargo, para el toque real del dedo humano, se obtuvo una respuesta de temperatura del 2%. Cuando la respuesta de temperatura fue del 0,5 %, tomó 15 ms, como se muestra en la Fig. S5 en Información complementaria. Al retirar el dedo, la respuesta de temperatura volvió a su estado original en 1 minuto, como se muestra en la Fig. 6n. De esta manera, la seguridad de la autenticación biométrica se mejoró a través del método combinado de detección de huellas dactilares y temperatura de la piel utilizando la pantalla QLED.

Mejoramos la seguridad de la autenticación biométrica a través de la detección de imágenes de huellas dactilares y la detección de cambios de temperatura, simultáneamente. La fuente de luz QLED verde mostró una mejor detección de imágenes de huellas dactilares en comparación con la fuente de luz OLED verde. Se implementó un sistema óptico en una fuente de luz verde QLED que comprende ocho aberturas de hasta varias decenas de micrómetros para imitar la estructura práctica del panel de visualización de un teléfono inteligente. Al tocar con un dedo la pantalla QLED, la luz dispersada, transmitida y reflejada en la piel fue capturada usando una cámara en la parte inferior del QLED y se incrementaron los valores de luminancia digital de las imágenes obtenidas. Además, el dispositivo fabricado detectó el cambio de temperatura y distinguió la huella dactilar humana real de la huella dactilar impresa en papel. Por lo tanto, la estructura de nuestro dispositivo puede ser útil para mejorar la seguridad de la autenticación biométrica en los dispositivos móviles basados ​​en QLED.

Los sustratos de vidrio con patrón ITO se limpiaron secuencialmente con acetona, metanol y agua desionizada usando un limpiador ultrasónico para la fabricación de OLED verdes y QLED. Todos los materiales orgánicos y los metales del cátodo superior se depositaron en sucesión utilizando el método de evaporación térmica al vacío sin romper el vacío, sobre los sustratos de vidrio estampados con ITO secos para OLED. Durante la deposición de las capas de dopaje, las tasas de deposición tanto del material huésped como del dopante se controlaron simultáneamente usando un oscilador de cristal de cuarzo.

Para los QLED, se depositaron películas delgadas de NP de ZnO sobre los sustratos de vidrio estampados con ITO secos mediante el método de recubrimiento por rotación, con una solución de NP de ZnO al 1,8 % (peso por volumen) dispersada en 2-propanol (alcohol isopropílico, IPA) a 2000 rpm para 30 s. Después de la deposición de la capa de ZnO NP, las películas procesadas se secaron durante 20 min en una placa caliente a 130 °C al aire. Posteriormente, los QD verdes se depositaron en las capas de ZnO NP mediante un recubrimiento giratorio a 4000 rpm durante 30 s, seguido de un secado durante 1 h en un desecador a una presión inferior a 10–2 Torr. Posteriormente, los sustratos se trasladaron a una cámara de vacío, y los materiales orgánicos e inorgánicos y un metal se depositaron sucesivamente mediante evaporación térmica al vacío a una presión inferior a 5 × 10–7 Torr. Los NP de ZnO y los QD verdes se compraron de infinityPV y ECOFLUX, respectivamente.

Los OLED y QLED fabricados se transfirieron a una caja de guantes llena de nitrógeno, donde se encapsularon con epoxi curable con UV y una tapa de vidrio con un absorbente de humedad. El área de emisión del dispositivo fabricado fue de 2 mm × 2 mm.

Los espectros EL se midieron utilizando una unidad de medida de fuente (Keithley-2450, Tektronics, EE. UU.) y un espectrorradiómetro (CS-2000, Konica Minolta, Japón). Los espectros EL de los OLED y QLED se midieron a temperatura ambiente (aproximadamente 293 K) en una caja oscura.

Después de fabricar los OLED y QLED en un sustrato de vidrio, los electrodos ITO se modelaron como terminales con un espacio de 1 mm en el lado opuesto de la dirección de emisión de luz OLED y QLED, definida como el lado inferior del sensor de temperatura rGO. Una dispersión de GO de 0,001 ml (concentración de 0,6 mg/ml) se dejó caer entre los electrodos. Las gotitas de GO se secaron por completo para la reducción fototérmica a 24 °C durante 48 h. Las láminas de GO se redujeron mediante la energía fototérmica de la irradiación láser (longitud de onda del láser: 450 nm y potencia: 1 W).37,38 Los bordes de los electrodos de ITO se pegaron con pasta de plata para disminuir la resistencia de contacto. La resistencia a través del rGO se midió conectando electrodos ITO a un multímetro (GDM-8351, GWINSTEK, Taiwán).

Se fabricó un patrón con aberturas a microescala de 60 µm × 200 µm usando una fotomáscara con un espesor de 2 µm. De manera similar, se fabricó un patrón con ocho microaberturas de 10 µm × 10 µm en un área de 40 µm × 180 µm. Después de pasar por la estructura óptica de la fotomáscara, las imágenes se fotografiaron con la cámara de un teléfono inteligente (Xiaomi Redmi note 10, lente macro, velocidad de obturación 1/4, ISO 100).

Los datos que respaldan los hallazgos de este estudio están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

Jing, L. et al. Diseño óptico y fabricación de un sistema de iluminación uniforme de palma/huella digital con un diodo emisor de luz de infrarrojo cercano de alta potencia. aplicación Optar. 56, 4961–4966. https://doi.org/10.1364/AO.56.004961 (2017).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Soum, V. et al. Nanotubos de carbono impresos con inyección de tinta para fabricar una huella dactilar falsa en papel. ACS Omega 4, 8626–8631. https://doi.org/10.1021/acsomega.9b00936 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Jennifer R. Kwapisz, GMW & Moore, SA Identificación biométrica basada en teléfonos celulares. En 2010 Cuarta Conferencia Internacional IEEE sobre Biometría: Teoría, Aplicaciones y Sistemas (BTAS) (2010). https://doi.org/10.1109/BTAS.2010.5634532

Kim-Lee, H.-J. et al. Sensor de huellas dactilares en pantalla con patrones de electrodos transparentes adaptados óptica y eléctricamente para usar en pantallas móviles de alta resolución. Microsistema Nanoeng. https://doi.org/10.1038/s41378-020-00203-4 (2020).

Artículo Google Académico

Zheng, W., Lee, D. y Xia, J. Tomografía fotoacústica de huellas dactilares y vasculatura subyacente para mejorar la identificación biométrica. ciencia Rep. 11, 17536. https://doi.org/10.1038/s41598-021-97011-1 (2021).

Artículo ADS CAS Google Académico

Cui, X. et al. Sistema óptico transparente de captura de huellas dactilares basado en acopladores de rejilla metálica de sublongitud de onda. Optar. Mate. Expreso https://doi.org/10.1364/ome.6.003899 (2016).

Artículo Google Académico

Wu, Y.-Z., Wu, H.-M. y Hsiao, P.-Y. En 2021 Conferencia internacional IEEE sobre electrónica de consumo-Taiwán (ICCE-TW), 1–2 (IEEE).

Akkerman, H. et al. 71-1: Sensores ópticos de huellas dactilares de área grande para teléfonos inteligentes de última generación. En SID Symposium Digest of Technical Papers, vol. 50 1000–1003 (2019). https://doi.org/10.1002/sdtp.13095.

An, BW, Heo, S., Ji, S., Bien, F. & Park, JU Conjunto de sensores de huellas digitales transparente y flexible con detección multiplexada de presión táctil y temperatura de la piel. Nat. común 9, 2458. https://doi.org/10.1038/s41467-018-04906-1 (2018).

Artículo ADS CAS Google Académico

Lee, Y.-G., Baek, S.-U., Lee, S.-S. & Son, G.-S. Escáner óptico de huellas dactilares miniaturizado que incorpora una placa de codificación integrada. Microondas. Optar. Tecnología Letón. 60, 122–126. https://doi.org/10.1002/mop.30935 (2018).

Artículo Google Académico

Lone, SA & Mir, AH Un nuevo esquema de autenticación tripartita basado en OTP. En t. J. Computación generalizada. común https://doi.org/10.1108/IJPCC-04-2021-0097 (2021).

Artículo Google Académico

Chen, H.-W., Lee, J.-H., Lin, B.-Y., Chen, S. y Wu, S.-T. Pantalla de cristal líquido y pantalla de diodos orgánicos emisores de luz: estado actual y perspectivas futuras. Ciencia de la luz aplicación 7, 17168–17168 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Zou, S.-J. et al. Avances recientes en diodos orgánicos emisores de luz: hacia iluminación y pantallas inteligentes. Mate. química Frente. 4, 788–820 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Lääperi, A. En Organic Light-Emitting Diodes (OLED) (ed. Alastair Buckley) 445–458 (Woodhead Publishing, 2013).

Deshpande, R., Pawar, O. & Kute, A. En 2017 Conferencia Internacional sobre Innovaciones en Sistemas de Información, Embebidos y de Comunicación (ICIIECS). 1–5.

Kunić, S. & Šego, Z. y Actas ELMAR-2012. 31-35 (IEEE).

Yambem, SD et al. Cambios espectrales asociados con la transmisión de emisión OLED a través de la piel humana. ciencia Rep. 9, 1–7 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Zhang, H., Feng, Y. & Chen, S. Eficiencia mejorada y calidad de color mejorada de diodos emisores de luz con punto cuántico y estructura orgánica híbrida en tándem. Aplicación ACS. Mate. Interfaces. 8, 26982–26988. https://doi.org/10.1021/acsami.6b07303 (2016).

Artículo CAS Google Académico

Liang, H. et al. LED orgánicos y de punto cuántico de alta eficiencia con una cavidad posterior y un sustrato de alto índice. J. física. Aplicación D física 49, 145103. https://doi.org/10.1088/0022-3727/49/14/145103 (2016).

Artículo ADS CAS Google Académico

Kawamura, M. et al. En 2020 IEEE 33ª Conferencia Internacional sobre Sistemas Micro Electro Mecánicos (MEMS). 1238–1241.

Geim, AK & Novoselov, KS El auge del grafeno. Nat. Mate. 6, 183–191. https://doi.org/10.1038/nmat1849 (2007).

Artículo ADS CAS Google Académico

Ho, DH et al. Estirable y multimodal toda la piel electrónica de grafeno. Adv. Mate. 28, 2601–2608. https://doi.org/10.1002/adma.201505739 (2016).

Artículo CAS Google Académico

Smith, AD et al. Detección de CO2 basada en grafeno y su sensibilidad cruzada con la humedad. RSC Avanzado. 7, 22329–22339. https://doi.org/10.1039/c7ra02821k (2017).

Artículo ADS CAS Google Académico

Rentería, JD et al. Conductividad térmica fuertemente anisotrópica de películas independientes de óxido de grafeno reducido recocidas a alta temperatura. Adv. Func. Mate. 25, 4664–4672. https://doi.org/10.1002/adfm.201501429 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Liu, G. et al. Un sensor de temperatura flexible basado en óxido de grafeno reducido para piel de robot utilizado en Internet de las cosas. Sensores (Basilea) https://doi.org/10.3390/s18051400 (2018).

Artículo Google Académico

Trung, TQ, Ramasundaram, S., Hong, SW y Lee, N.-E. Nanocompuesto flexible y transparente de óxido de grafeno reducido y copolímero P(VDF-TrFE) para alta capacidad de respuesta térmica en un transistor de efecto de campo. Adv. Func. Mate. 24, 3438–3445. https://doi.org/10.1002/adfm.201304224 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Jung, H. & Lee, H. Sensor de temperatura de óxido de grafeno reducido semitransparente en diodos emisores de luz orgánicos para la detección de vida de huellas dactilares de autenticación de teléfonos inteligentes. Sens. Actuadores A Phys. https://doi.org/10.1016/j.sna.2021.112876 (2021).

Artículo Google Académico

Koppelhuber, A. & Bimber, O. Cámara de película delgada que utiliza concentradores luminiscentes y un colimador óptico Soller. Optar. Expreso 25, 18526–18536. https://doi.org/10.1364/OE.25.018526 (2017).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Atrás, S.-W., Lee, Y.-G., Lee, S.-S. & Son, G.-S. Escáner óptico de huellas dactilares insensible a la humedad basado en luz dispersada en el dedo resuelta por polarización. Optar. Expreso 24, 19195–19202. https://doi.org/10.1364/OE.24.019195 (2016).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Zijlstra, W. & Buursma, A. Espectrofotometría de hemoglobina: espectros de absorción de oxihemoglobina, desoxihemoglobina, carboxihemoglobina y metahemoglobina bovinas. compensación Bioquímica Fisiol. B Bioquímica. mol. Biol. 118, 743–749. https://doi.org/10.1016/S0305-0491(97)00230-7 (1997).

Artículo Google Académico

Zonios, G. & Dimou, A. Espectroscopia de dispersión de luz de la piel humana in vivo. Optar. Expreso 17, 1256–1267. https://doi.org/10.1364/OE.17.001256 (2009).

Artículo ADS CAS Google Académico

Lee, K. & Chao, PC Un nuevo circuito de píxeles AMOLED con accionamiento pulsado y polarización inversa para aliviar la degradación de OLED. Trans. IEEE. Dispositivos electrónicos 59, 1123–1130. https://doi.org/10.1109/TED.2012.2184289 (2012).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Ho, C., Lu, C. y Roy, K. Un circuito de píxeles de programación de voltaje mejorado para compensar las variaciones inducidas por GB en TFT de poli-Si para pantallas AMOLED. J. Despl. Tecnología 10, 345–351. https://doi.org/10.1109/JDT.2014.2301020 (2014).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Lee, K., Hsu, Y. & Chao, PC Un nuevo circuito de píxeles AMOLED 4T0.5C con polarización inversa para aliviar la degradación OLED. Dispositivo de electrones IEEE Lett. 33, 1024–1026. https://doi.org/10.1109/LED.2012.2194983 (2012).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Pournoury, M. et al. Minimización del efecto Moiré generado por una malla metálica de doble capa sobre la fuente óptica RGB. Res. física 14, 102401. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.102401 (2019).

Artículo Google Académico

Chen, H. et al. Dispositivos emisores de luz de puntos cuánticos flexibles para aplicaciones fotomédicas específicas. J. Soc. Informar. Cuadro 26, 296–303. https://doi.org/10.1002/jsid.650 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Gilje, S. et al. Desoxigenación fototérmica de óxido de grafeno para aplicaciones de modelado e ignición distribuida. Adv. Mate. 22, 419–423 (2010).

Artículo CAS Google Académico

Zhu, Y. et al. Grafeno y óxido de grafeno: Síntesis, propiedades y aplicaciones. Adv. Mate. 22, 3906–3924. https://doi.org/10.1002/adma.201001068 (2010).

Artículo CAS Google Académico

Descargar referencias

Esta investigación fue apoyada en parte por una subvención del Instituto de Evaluación de Tecnología Industrial de Corea (KEIT) financiada por el Ministerio de Comercio, Industria y Energía (MOTIE, Corea) (20015805, Desarrollo de piezas de material y tecnología de procesamiento para punto cuántico de fluorescencia posterior a InP), una subvención de la Fundación Nacional de Investigación (NRF) financiada por el Ministerio de Ciencia y TIC (MSIT, Corea) (No. 2021R1F1A1045517) y (No. 2022R1A4A1028702), y una subvención del Instituto de Planificación y Evaluación de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (IITP) financiada por el MSIT (Nº 2022-0-00026).

Departamento de Ingeniería de Diseño de Semiconductores Verdes, Politécnicos de Corea, Seongnam-si, Gyeonggi-do, 13122, República de Corea

Hanung-jung

Departamento de Ingeniería Electrónica e Instituto de Materiales y Sistemas Avanzados, Universidad de Mujeres Sookmyung, Seúl, 04310, República de Corea

Soobin Sim y Hyunkoo Lee

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

HJ: Conceptualización, Validación, Análisis formal, Metodología, Investigación, Recursos, Redacción—Borrador original. SS: Metodología, Análisis formal, Investigación, Recursos. NS: Conceptualización, Obtención de fondos, Metodología, Validación, Análisis formal, Investigación, Recursos, Redacción—Borrador original, Supervisión, Administración del proyecto.

Correspondencia a Hyunkoo Lee.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Jung, H., Sim, S. & Lee, H. Mejora de la seguridad de la autenticación biométrica en la pantalla de diodos emisores de luz de puntos cuánticos a través de imágenes de huellas dactilares y detección de temperatura. Informe científico 13, 794 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28162-6

Descargar cita

Recibido: 29 de octubre de 2022

Aceptado: 13 de enero de 2023

Publicado: 16 enero 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-28162-6

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.