CN105488450A - 感测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感测装置，用以取得一物体的表面影像。本发明感测装置包括保护层、设置于保护层的下表面的导电材料层、设置于导电材料层下方的第一导电薄膜层、设置于第一导电薄膜层下方的感测层以及设置于感测层下方的基板。当该物体的一表面按压于保护层时，感测层传送感测信号至该物体的该表面并接收反射自该物体的该表面的反射信号，而后基板透过第一导电薄膜层将相应于反射信号的电流信号传送至中央处理器，以使中央处理器将电流信号转换为物体的表面影像。本发明耐用且可正确提取脏污物体的表面影像。

Description

感测装置

技术领域

本发明涉及一种感测装置，尤其涉及用于取得物体的表面影像的感测装置。

背景技术

物体表面影像感测装置的主要目的是采集完整的物体表面影像。常见的物体表面影像感测装置有半导体芯片式与光学式两种。

半导体芯片式感测装置常见的应用原理有电容感测、压力感测、热感测等。电容感测的原理是将高密度的微型电容感测装置整合于一芯片中，待指纹按压芯片表面时，内部微型电容感测装置会根据物体表面的凹凸状态而产生的不同电荷量形成物体表面影像。

电容式感测装置的优点为薄型化与小型化，不过其缺点为成本高及耐用性备受考验。具体而言，电容式感测装置为了维持一定的按压面积须切割整片晶片，因此每一芯片产出的成本高。再者，由于其本身就是裸露的半导体芯片，因此其设计挑战在于如何抵抗物体本身对芯片表面的侵蚀以及静电防护。

光学式感测装置是利用光源、三菱镜、照相机组成一套物体表面影像采集设备，并藉用物体触压三菱镜后，物体表面的凹凸状态对于光线的反射或吸收而经由照相机模块得到物体表面影像。

由于光学式感测装置的采集方式是非接触芯片本身，也就是物体按压处是由压克力或是玻璃等光学元件所构成，故光学式感测装置最大的优势就是价格低廉且耐用。不过，光学式感测装置的缺点是怕光，强烈的自然光源常会导至无法取像或取像不完整，且光学式感测装置较难以正确提取脏污物体的表面影像。

因此需要一种改良的物体表面影像感测装置以改善公知物体表面影像感测装置的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐用且可正确提取脏污物体的表面影像的超音波式物体表面影像感测装置。

本发明的主要目的在于提供一种感测装置，用以取得一物体的一表面影像，包括：

一保护层，用以与物体的一表面接触；

一导电材料层，设置于保护层下方，用以提高感测装置的导电性，其中保护层用以保护导电材料层；

一第一导电薄膜层，设置于导电材料层下方；

一感测层，设置于第一导电薄膜层下方，用以传送一感测信号至物体的表面并接收反射自物体的表面的一反射信号；以及

一基板，设置于感测层下方，用以传送相应于反射信号的一电流信号至第一导电薄膜层，以将电流信号转换为物体的表面影像。

附图说明

图1是本发明第一较佳实施例的感测装置的剖面示意图。

图2是本发明第一较佳实施例的感测装置的感测层及基板的分解示意图。

图3是本发明第一较佳实施例的感测装置的运作流程示意图。

图4是本发明第一较佳实施例的感测装置的方框示意图。

图5是本发明第二较佳实施例的感测装置的剖面示意图。

图6是本发明第二较佳实施例的感测装置的方框示意图。

其中，附图标记说明如下：

感测装置1基板14

保护层10薄膜晶体管线路141

导电材料层11玻璃板142

第一导电薄膜层12电路板15

感测层13中央处理器151

超音波接收电极层131感测装置2

超音波接收单元1311第二导电薄膜层16

超音波发射电极层132步骤S1～S4

具体实施方式

依据本发明一第一较佳实施例提供一种感测装置1，用以取得物体的表面影像。首先说明本例感测装置1的组成，请参照图1及图2，图1是本发明第一较佳实施例的感测装置的剖面示意图，图2是本发明第一较佳实施例的感测装置的感测层及基板的分解示意图。

感测装置1包括保护层10、导电材料层11、第一导电薄膜层12、感测层13及基板14。其中感测层13包括超音波接收电极层131及超音波发射电极层132。

于本例中保护层10由塑料材质或玻璃材质制成，用以承受一物体的一表面的按压并保护导电材料层11。塑料材质可以是例如聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethyleneterephthalate，PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚氨酯(Polyurethanes，PU)等，但不以此为限。

而导电材料层11为形成于保护层10下方的导电薄膜层、金属材料层或者导电黏着剂层，用以提高感测装置1的导电性。导电材料层11可以是例如氧化铟锡(IndiumTinOxide，ITO)、石墨烯(Graphene)、金属网格(MetalMesh)、银胶等，但不以此为限。

再者，第一导电薄膜层12为设置于导电材料层11下方的聚偏氟乙烯(Polyvinylidenefluoride，PVDF)高分子薄膜，聚偏氟乙烯为具有高介电常数的高分子材料，其介电常数约可以达到10，如本领域技术人员所知，介电常数代表了电介质在电场中储存静电能的相对能力，因此第一导电薄膜层12为良好的静电能储存介质。

接着，基板14设置于第一导电薄膜层12下方，超音波发射电极层132及超音波接收电极层131依续形成于基板14上，而使超音波接收电极层131位于超音波发射电极层132上方。

其中超音波发射电极层132用以传送感测信号至按压于保护层10上的物体的表面，超音波接收电极层131则用以接收反射自物体的表面的反射信号。于本例中感测信号可以是平面波信号，但不以此为限。

以下将进一步说明超音波接收电极层131以及基板14，请参照至图2，请注意，图2所示仅为例示说明之用，并非用以限制本例超音波接收电极层131、超音波发射电极层132及基板14的形式。

于本例中基板14为薄膜晶体管(Thin-FilmTransistor，TFT)玻璃，其是由多个薄膜晶体管线路141及玻璃板142所组成，用以传送相应于反射信号的电流信号至第一导电薄膜层12。薄膜晶体管的制造工艺为一标准程序，其是于玻璃板142上涂布金属或半导体薄膜后，再于其上涂布光阻，并利用光罩来进行曝光，而后利用蚀刻液将不需要的金属或半导体薄膜去除，再利用剥离液将光阻去除后，多个薄膜晶体管线路141即可成型。由于薄膜晶体管玻璃制造成本低廉也已大量成功的应用于面板制造工艺中，因此将此技术应用于本发明的感测装置1可降低所需成本。需要说明的是，于本例中亦可以在基板14制造工艺中将超音波发射电极层132及超音波接收电极层131依续形成于基板14上，使感测层13与基板14形成一片状结构，以减少感测装置1制造工艺复杂度。

接着，如图2所示，超音波接收电极层131包括多个超音波接收单元1311，且每一超音波接收单元1311对应物体的表面的一坐标点。于本例中每一超音波接收单元1311连接于一薄膜晶体管线路141，每一薄膜晶体管线路141可被视为一开关，用于传送相应的超音波接收单元1311接收反射自物体的表面的反射信号时所产生的电流信号。

接下来说明本例感测装置1的运作流程，请同时参照图3及图4，图3是本发明第一较佳实施例的感测装置的运作流程示意图，图4是本发明第一较佳实施例的感测装置的方框示意图。

首先，如图3步骤S1及步骤S2所示，当物体的表面按压于保护层10上时，超音波发射电极层132朝向物体的表面传送感测信号(例如平面波信号)，而后感测信号被物体的表面反射而产生多个不同的反射信号。

具体来说，物体的表面具有各种纹路，亦即物体的表面具有多个凹陷区域以及多个突出区域，且每一凹陷区域的凹陷程度并不相同，每一突出区域的突出程度亦不相同，因此物体的表面的每一坐标点与超音波发射电极层132的距离不尽相同，而将产生多个不同的反射信号。

如前所述，超音波接收电极层131包括多个超音波接收单元1311，且每一超音波接收单元1311对应物体的表面的一坐标点，于是多个超音波接收单元1311将分别接收反射自物体的表面的相应坐标点的反射信号，如步骤S3所示。

接着请同时参照图3及图4。如图3步骤S4及图4所示，基板14连接于电路板15，且第一导电薄膜层12连接于设置于电路板15上的中央处理器151，当多个超音波接收单元1311分别接收多个反射信号时，多个薄膜晶体管线路141透过电路板15传送对应多个反射信号的多个电流信号至第一导电薄膜层12，并由第一导电薄膜层12将多个电流信号传送至中央处理器151。如前所述，第一导电薄膜层12为良好的静电能储存介质，因此透过第一导电薄膜层12传送多个电流信号至中央处理器151可有效提高电导率，亦即降低电阻率，进而有效减少信号衰减问题，使多个电流信号可更为完整的被传输至中央处理器151而增加中央处理器151的对于多个电流信号的辨识度。

当中央处理器151接收多个电流信号时，由于每一电流信号对应物体的表面的一坐标点，中央处理器151即可依据电流信号的强弱计算得知物体的表面的每一坐标点与超音波发射电极层132的距离而还原物体的表面影像。

以下说明本发明一第二较佳实施例的感测装置2，请同时参照图5及图6，图5是本发明第二较佳实施例的感测装置的剖面示意图，图6是本发明第二较佳实施例的感测装置的方框示意图。与感测装置1不同的是，于本例中还包括一第二导电薄膜层16设置于基板14下方，且第二导电薄膜层16连接于中央处理器151，第一导电薄膜层12则仅连接于电路板15而不连接于中央处理器151。于本例中，第二导电薄膜层16将透过电路板15自第一导电薄膜层12接收多个电流信号，并将多个电流信号传送至中央处理器151，藉此，第二导电薄膜层16良好的静电能储存能力将使中央处理器151的辨识度更为提升。此外，第二导电薄膜层16与第一导电薄膜层12的材质相同，于此将不再赘述。

通过以上说明可知，本发明提供了一种超音波式物体表面影像感测装置，由于使用本发明的感测装置时，物体的表面是按压于保护层10而非芯片本身，故本发明的感测装置相较于电容式感测装置将更为耐用。又物体的表面的脏污程度将影响光的吸收与反射，但不会影响超音波的反射，故本发明的感测装置不仅不具有光学式感测装置怕光的问题，还可以正确提取脏污物体的表面影像。

再者，本发明的感测装置不仅改善了公知的问题更通过设置导电材料层11、第一导电薄膜层12及第二导电薄膜层16提高了感测装置的电导率，使多个电流信号可更为完整的被传输至中央处理器151而提高了中央处理器151对于多个电流信号的辨识度，进而得以取得更精确的物体的表面影像。此外，本发明的感测装置还通过将超音波接收电极层131及超音波发射电极层132设置于基板14上方，使得超音波接收电极层131及超音波发射电极层132更为接近物体的表面而提高了多个反射信号被超音波接收电极层131接收时的信号强度，进而增加了多个电流信号的信号强度，使得中央处理器141对于多个电流信号的辨识度更为提升，而可取得更精确的物体的表面影像。

以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想与特点，其目的在使本领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种感测装置，用以取得一物体的一表面影像，包括：

一保护层，用以与该物体的一表面接触；

一导电材料层，设置于该保护层下方，用以提高该感测装置的导电性，其中该保护层用以保护该导电材料层；

一第一导电薄膜层，设置于该导电材料层下方；

一感测层，设置于该第一导电薄膜层下方，用以传送一感测信号至该物体的该表面并接收反射自该物体的该表面的一反射信号；以及

一基板，设置于该感测层下方，用以传送相应于该反射信号的一电流信号至该第一导电薄膜层，以将该电流信号转换为该物体的该表面影像。

2.如权利要求1所述的感测装置，其中该第一导电薄膜层连接于一电路板，该第一导电薄膜层将该电流信号传送至该电路板上的一中央处理器，以使该中央处理器将该电流信号转换为该物体的该表面影像。

3.如权利要求1所述的感测装置，其中该感测层包括一超音波发射电极层及一超音波接收电极层，其中，该超音波接收电极层位于该超音波发射电极层上方，且该超音波发射电极层用以传送该感测信号至该物体的该表面，该超音波接收电极层用以接收反射自该物体的该表面的该反射信号。

4.如权利要求3所述的感测装置，其中该超音波接收电极层包括多个超音波接收单元，且每一该超音波接收单元对应该物体的该表面的一坐标点，其中，该多个超音波接收单元分别接收反射自该物体的该表面的多个坐标点的多个反射信号而产生多个电流信号。

5.如权利要求1所述的感测装置，其中该感测装置还包括一第二导电薄膜层设置于该基板下方，该第一导电薄膜层将该电流信号传送至该第二导电薄膜层。

6.如权利要求5所述的感测装置，其中该第一导电薄膜层及该第二导电薄膜层连接于一电路板，该第二导电薄膜层将该电流信号传送至该电路板上的一中央处理器，以使该中央处理器将该电流信号转换为该物体的该表面影像。

7.如权利要求5所述的感测装置，其中该第一导电薄膜层与该第二导电薄膜层是聚偏氟乙烯高分子薄膜。

8.如权利要求1所述的感测装置，其中该基板是薄膜晶体管玻璃。

9.如权利要求1所述的感测装置，其中该保护层是由塑料材质或玻璃材质制成。

10.如权利要求1所述的感测装置，其中该导电材料层是一导电薄膜层、一金属材料层或一导电黏着剂层。