TW201510533A - 表面形貌辨識裝置 - Google Patents

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Abstract

一種表面形貌辨識裝置。表面形貌辨識裝置包括基板、驅動電路、讀取電路及辨識電路。基板包括溫度感測器，且溫度感測器包括感測電晶體。驅動電路選擇電晶體的至少一個為目標感測電晶體，並於加熱時段輸出驅動訊號至目標感測電晶體以加熱目標感測電晶體。目標感測電晶體於感測時段內感測一溫度隨時間變化之感測訊號，且感測時段係於加熱時段之後。讀取電路讀取感測訊號，而辨識電路根據感測訊號辨識表面形貌。

Description

表面形貌辨識裝置
本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種表面形貌辨識裝置。
相位測量干涉法(PMI)及原子力顯微鏡是已知的兩種表面形貌辨識技術。相位測量干涉法通常是透過光束和物體表面交互作用產生干涉圖案，並且偵測干涉圖案，這些偵測出的干涉圖案可用來再建構表面形貌。相位測量干涉法通常是根據區域掃瞄攝影機來偵測干涉圖案。
原子力顯微鏡大多採用尖端半徑為數奈米的探針，利用探針接觸待測物表面以進行表面之奈米結構量測，再藉由光槓桿原理以量測原子力顯微鏡系統中懸臂樑之高低起伏變化，以了解組設於懸臂樑尖端之探針與待測物之間的相互作動。然而，相位測量干涉法及原子力顯微鏡不僅技術複雜且設備昂貴。不僅如此，相位測量干涉法及原子力顯微鏡不但不可攜帶，且實用性不足。所以相位測量干涉法及原子力顯微鏡難以應用於指紋辨識上。
隨著科技的蓬勃發展，行動電話、個人數位助理(Personal Digital Assistant，PDA)、數位相機、個人電腦、筆記型電腦等越來越多之電子裝置已經成為了人們生活中必備之工具。這些電子裝置往往儲存了相當重要的資訊，如電話簿、相片或文件等等。一旦這些電子裝置遭到遺失或是盜用，其內部存儲之資訊，就有可能被別人不當利用。由於指紋具有相當高的單一性，因此利用指紋辨識裝置來辨識使用者的電子裝置越來越多。當指紋辨識裝置記錄使用者的指紋後，使用者就無須記住特定密碼。因此，將免於密碼被偷竊或破解的風險。
本發明係有關於一種表面形貌辨識裝置。
根據本發明，提出一種表面形貌辨識裝置。表面形貌辨識裝置包括基板、驅動電路、讀取電路及辨識電路。基板包括溫度感測器，且溫度感測器包括感測電晶體。驅動電路選擇感測電晶體的至少一個為目標感測電晶體，並於加熱時段輸出驅動訊號至目標感測電晶體以加熱目標感測電晶體。目標感測電晶體於感測時段內感測一溫度隨時間變化的感測訊號，且感測時段係於加熱時段之後。讀取電路讀取感測訊號，而辨識電路根據感測訊號辨識表面形貌。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
1‧‧‧表面形貌辨識裝置
2a~2j‧‧‧曲線
4a、4b‧‧‧顯示區域
11a、11b、11c、11d、11f、11g‧‧‧基板
12‧‧‧驅動電路
13‧‧‧讀取電路
14‧‧‧辨識電路
15‧‧‧控制器
16‧‧‧記憶體
111、111a、111b、111c、111d、111e‧‧‧溫度感測器
112、114‧‧‧掃描線
113、116‧‧‧資料線
115、117‧‧‧畫素
1111‧‧‧電晶體
1111a‧‧‧N型金屬氧化物半導體場效電晶體
1111b‧‧‧NPN電晶體
1111c‧‧‧功能電路
1111d‧‧‧P型金屬氧化物半導體場效電晶體
1151‧‧‧N型金屬氧化物半導體場效電晶體
b‧‧‧基極
c‧‧‧集極
e‧‧‧射極
g‧‧‧閘極
d‧‧‧汲極
s‧‧‧源極
Clc‧‧‧液晶電容
G(n)‧‧‧掃描訊號
D(m)‧‧‧資料訊號
Ids‧‧‧通道電流
Ioff‧‧‧截止電流
I‧‧‧電流
Vgs‧‧‧電壓差
Vds‧‧‧電壓差
Vth‧‧‧臨限電壓
Von‧‧‧導通電壓
R‧‧‧電阻
T1、T2‧‧‧時段
第1圖繪示係為依照第一實施例之一種表面形貌辨識裝置之架構圖。
第2圖繪示係為第一種溫度感測器之示意圖。
第3圖繪示係為為依照第一實施例之基板之局部示意圖。
第4圖繪示係為係為N型金屬氧化物半導體場效電晶體之通道電流Ids與電壓差Vgs之特性曲線圖。
第5圖繪示係為N型金屬氧化物半導體場效電晶體之臨限電壓Vth與溫度之特性曲線圖。
第6圖N型金屬氧化物半導體場效電晶體之截止電流Ioff與溫度之特性曲線圖。
第7圖繪示係為二極體之電壓與電流之特性曲線圖。
第8圖繪示係為二極體之導通電壓Von與溫度之特性曲線圖。
第9圖繪示係為為依照第二實施例之基板之局部示意圖。
第10圖繪示係為為依照第三實施例之基板之局部示意圖。
第11圖繪示係為為依照第四實施例之基板之局部示意圖。
第12圖繪示係為為依照第五實施例之基板之局部示意圖。
第13圖繪示係為為依照第六實施例之基板之局部示意圖。
第14圖繪示係為依照第七實施例之基板之局部示意圖。
第15圖繪示係為依照第八實施例之基板之局部示意圖。
第16圖繪示係為依照第九實施例之基板之局部示意圖。
第17圖繪示係為依照第九實施例之一種訊號時序圖。
第一實施例
請同時參照第1圖及第2圖，第1圖繪示係為依照第一實施例之一種表面形貌辨識裝置之架構圖，第2圖繪示係為第一種溫度感測器之示意圖。表面形貌辨識裝置1例如為指紋辨識器，且表面形貌辨識裝置1包括基板11a、驅動電路12、讀取電路13、辨識電路14、控制器15及記憶體16。驅動電路12、讀取電路13、辨識電路14可進一步形成於基板11a。基板11a包括溫度感測器111、掃描線112及資料線113，且溫度感測器111包括感測電晶體1111。其中感測電晶體1111例如為金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)或雙極性接面電晶體(bipolar junction transistor,BJT)。控制器15控制驅動電路12，且記憶體16儲存辨識電路14的辨識結果。驅動電路12包括掃描驅動器121及資料驅動器122。掃描驅動器121耦接掃描線112，而資料驅動器122耦接資料線113。
掃描驅動器121及資料驅動器122選擇感測電晶體1111的至少一個為目標感測電晶體，並先於加熱時段輸出驅動訊號至目標感測電晶體以加熱目標感測電晶體。驅動訊號例如為電壓訊號或電流訊號。目標感測電晶體再於感測時段內感測一溫度隨時間變化之感測訊號，且感測訊號例如為電壓訊號或電流訊號。感測時段係於加熱時段之後。讀取電路13讀取感測訊號，而辨識電路14根據感測訊號辨識表面形貌。其中，表面形貌例 如為指紋波峰(Ridge)、指紋波谷(Valley)、或指紋。當驅動訊號為電壓訊號時，感測訊號為電流訊號。相反地，當驅動訊號為電流訊號時，感測訊號為電壓訊號。
需說明的是，前述感測電晶體1111不僅可以被選擇、定址及讀取，且其本身可用來作為加熱元件。此外，由於指紋波峰的導熱介質為人體，其熱傳導係數約為0.58W/mk，而指紋波谷的導熱介質為空氣，其熱傳導係數約為0.024W/mk，人體與空氣的熱傳導係數差異極大。因此，目標感測電晶體感測指紋波峰之溫度變化大於目標感測電晶體感測指紋波谷之溫度變化。所以，辨識電路14根據感測訊號的不同即可辨識出目標感測電晶體所感測到的指紋波峰或指紋波谷。
請參照第3圖，第3圖繪示係為第一實施例之基板之局部示意圖。前述溫度感測器可以有多種實施態樣，舉例來說，第3圖繪示係以溫度感測器111a為例說明。溫度感測器111a之感測電晶體係以N型金屬氧化物半導體場效電晶體1111a為例說明，且N型金屬氧化物半導體場效電晶體1111a之閘極g連接至掃描線112。N型金屬氧化物半導體場效電晶體1111a之汲極d連接至資料線113，且N型金屬氧化物半導體場效電晶體1111a之源極s連接至一接地端。第3圖繪示雖以N型金屬氧化物半導體場效電晶體1111a為例說明，但實際應用並不侷限於此，亦可使用P型金屬氧化物半導體場效電晶體做為感測電晶體。
請參照第4圖、第5圖及第6圖，第4圖繪示係為 N型金屬氧化物半導體場效電晶體之通道電流Ids與電壓差Vgs之特性曲線圖，第5圖繪示係為N型金屬氧化物半導體場效電晶體之臨限電壓Vth與溫度之特性曲線圖，第6圖N型金屬氧化物半導體場效電晶體之截止電流Ioff與溫度之特性曲線圖。請參照第4圖所示，當溫度為-30℃且電壓差Vds為0.1V時，通道電流Ids與電壓差Vgs之關係係如曲線2a所示；當溫度為-30℃且電壓差Vds為10.1V時，通道電流Ids與電壓差Vgs之關係係如曲線2b所示；當溫度為0℃且電壓差Vds為0.1V時，通道電流Ids與電壓差Vgs之關係係如曲線2c所示；當溫度為0℃且電壓差Vds為10.1V時，通道電流Ids與電壓差Vgs之關係係如曲線2d所示；當溫度為25℃且電壓差Vds為0.1V時，通道電流Ids與電壓差Vgs之關係係如曲線2e所示；當溫度為25℃且電壓差Vds為10.1V時，通道電流Ids與電壓差Vgs之關係係如曲線2f所示；當溫度為50℃且電壓差Vds為0.1V時，通道電流Ids與電壓差Vgs之關係係如曲線2g所示；當溫度為50℃且電壓差Vds為10.1V時，通道電流Ids與電壓差Vgs之關係係如曲線2h所示；當溫度為80℃且電壓差Vds為0.1V時，通道電流Ids與電壓差Vgs之關係係如曲線2i所示；當溫度為80℃且電壓差Vds為10.1V時，通道電流Ids與電壓差Vgs之關係係如曲線2j所示。由此可知，在固定電壓差Vgs時，通道電流Ids會隨溫度變化而改變。如此一來，當前述加熱時段輸出之驅動訊號為汲極電壓時，則於感測時段所產生之感測訊號為通道電流Ids。
前述第4圖可進一步由第5圖及第6圖表示。於第5圖繪示中，臨限電壓Vth係隨溫度變化，且臨限電壓Vth係隨溫度上昇而下降。如此一來，當前述加熱時段輸出之驅動訊號為通道電流Ids時，則於感測時段所產生之感測訊號為臨限電壓Vth。於第6圖繪示中，截止電流Ioff係隨溫度變化，且截止電流Ioff係隨溫度上昇而上昇。如此一來，當前述加熱時段輸出之驅動訊號為閘極電壓時，則於感測時段所產生之感測訊號為截止電流Ioff。
請同時參照第5圖、第7圖及第8圖，第7圖繪示係為二極體之電壓與電流之特性曲線圖，第8圖繪示係為二極體之導通電壓Von與溫度之特性曲線圖。當溫度為-25℃時，二極體之電壓與電流I之關係係如曲線3a所示；當溫度為0℃時，二極體之電壓與電流I之關係係如曲線3b所示；當溫度為25℃時，二極體之電壓與電流I之關係係如曲線3c所示；當溫度為50℃時，二極體之電壓與電流I之關係係如曲線3d所示；當溫度為75℃時，二極體之電壓與電流I之關係係如曲線3e所示。由此可知，二極體的導通電壓Von會如第8圖所示隨溫度而改變，且二極體的導通電壓Von隨溫度上昇而下降。由第5圖可進一步推得N型金屬氧化物半導體場效電晶體之溫度係數為溫度每上昇1℃而臨限電壓Vth下降3.75mV，而由第8圖可推得二極體之溫度係數為溫度每上昇1℃而導通電壓Von下降1.8mV。由此可知，臨限電壓Vth隨溫度的變化量將大於導通電壓Von隨溫度的變化 量，顯見金屬氧化物半導體場效電晶體相當適合用來做為溫度感測器。
第二實施例
請參照第9圖，第9圖繪示係為第二實施例之基板之局部示意圖。第二實施例與第一實施例主要不同之處在於第9圖繪示係以溫度感測器111b為例說明。溫度感測器111b包括NPN電晶體1111b，且NPN電晶體1111b之基極b連接至掃描線112。NPN電晶體1111b之集極c連接至資料線113，且NPN電晶體1111b之射極e連接至一接地端。第9圖繪示雖以NPN電晶體1111b為例說明，但實際應用並不侷限於此，亦可使用PNP電晶體做為感測電晶體。
第三實施例
請參照第10圖，第10圖繪示係為第三實施例之基板之局部示意圖。第三實施例與第一實施例主要不同之處在於第10圖繪示係以溫度感測器111c為例說明。溫度感測器111c除了N型金屬氧化物半導體場效電晶體1111a外，更包括電阻R。電阻R之一端連接至資料線113，電阻R之另一端連接至N型金屬氧化物半導體場效電晶體1111a之汲極d。N型金屬氧化物半導體場效電晶體1111a之閘極g連接至掃描線112，且N型金屬氧化物半導體場效電晶體1111a之源極s連接至一接地端。
第四實施例
請參照第11圖，第11圖繪示係為第四實施例之基板之局部示意圖。第四實施例與第二實施例主要不同之處在於第11圖繪示係以溫度感測器111d為例說明。溫度感測器111d除了NPN電晶體1111b外，更包括電阻R。電阻R之一端連接至資料線113，電阻R之另一端連接至NPN電晶體1111b之集極c。NPN電晶體1111b之基極b連接至掃描線112，且NPN電晶體1111b之射極e連接至一接地端。
第五實施例
請參照第12圖，第12圖繪示係為第五實施例之基板之局部示意圖。第五實施例與第一實施例主要不同之處在於第12圖繪示係以溫度感測器111e為例說明。溫度感測器111e除N型金屬氧化物半導體場效電晶體1111a外，更包括功能電路1111c。功能電路1111c連接N型金屬氧化物半導體場效電晶體1111a。功能電路1111c例如為放大電路、補償電路或濾波電路，其中，放大電路、補償電路或濾波電路分別用以將感測訊號進行訊號放大、訊號補償或訊號濾波。
第六實施例
請同時參照第1圖及第13圖，第13圖繪示係為第六實施例 之基板之局部示意圖。第六實施例與第一實施例主要不同之處在於第13圖繪示係以基板11b為例說明。基板11b包括掃描線112、資料線113、掃描線114、溫度感測器111c及畫素115，且溫度感測器111c與畫素115交錯地排列，其中，溫度感測器111c包括N型金屬氧化物半導體場效電晶體1111a。掃描線112連接N型金屬氧化物半導體場效電晶體1111a，以控制N型金屬氧化物半導體場效電晶體1111a導通或截止。掃描線114連接畫素115，以控制畫素115是否顯示影像。資料線113則分別連接N型金屬氧化物半導體場效電晶體1111a及畫素115。
第七實施例
請同時參照第1圖及第14圖，第14圖繪示係為第七實施例之基板之局部示意圖。第七實施例與第一實施例主要不同之處在於第14圖繪示係以基板11c為例說明。基板11c係由兩個互相獨立且分別用以感測的基板11a與用以顯示的基板11g所組成。基板11c包括掃描線114、畫素115及資料線116。畫素115連接資料線116並受控於掃描線114。掃描線114可與掃描線112連接至同一掃描驅動器121，且資料線116可與資料線113連接至同一資料驅動器122。掃描驅動器121及資料驅動器122驅動畫素115，其中，兩個獨立基板11a、11g的設置方式非為本案之重點，故不贅述。
第八實施例
請同時參照第1圖及第15圖，第15圖繪示係為第八實施例之基板之局部示意圖。第八實施例與第一實施例主要不同之處在於第15圖繪示係以基板11d為例說明。基板11d為具有顯示區域之基板，該顯示區域可分為顯示區域4a及顯示區域4b。基板11d包括溫度感測器111c、畫素115及畫素117，且溫度感測器111c、畫素115及畫素117連接至資料線113。畫素115與溫度感測器111c交錯排列且位於基板11d之顯示區域4a。畫素117位於基板11d之顯示區域4b。畫素115及畫素117受控於掃描線114，而溫度感測器111c受控於掃描線112。
第九實施例
請同時參照第1圖、第16圖及第17圖。第16圖繪示係為第九實施例之基板之局部示意圖，第17圖繪示係為依照第九實施例之一種訊號時序圖。第九實施例與第一實施例主要不同之處在於第15圖繪示係以基板11f為例說明。基板11f包括溫度感測器111f、掃描線112、資料線113及畫素115。溫度感測器111f包括P型金屬氧化物半導體場效電晶體1111d及電阻R。電阻R之一端連接資料線113，電阻R之另一端連接P型金屬氧化物半導體場效電晶體1111d。畫素115包括N型金屬氧化物半導體場效電晶體1151及液晶電容Clc，且N型金屬氧化物半導體場效電晶體1151連接液晶電容Clc、掃描線112及資料線113。N型金屬氧 化物半導體場效電晶體1151根據掃描線112上的掃描訊號G(n)決定是否將資料線113上的資料訊號D(m)寫入液晶電容Clc。P型金屬氧化物半導體場效電晶體1111d連接掃描線112及資料線113，並受控於掃描線112上的掃描訊號G(n)以及資料線113上的資料訊號D(m)。
驅動電路12選擇N型金屬氧化物半導體場效電晶體1151的至少一個為一目標顯示電晶體，以及選擇P型金屬氧化物半導體場效電晶體1111d的至少一個為一目標感測電晶體。目標顯示電晶體受控於掃描訊號G(n)的正電壓於時段T1導通，並將正極性之資料訊號D(m)寫入液晶電容Clc。P型金屬氧化物半導體場效電晶體1111d受控於掃描訊號G(n)的負電壓於時段T2導通，並接收負極性之資料訊號D(m)。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
11a‧‧‧基板
111‧‧‧溫度感測器
112‧‧‧掃描線
113‧‧‧資料線
1111‧‧‧感測電晶體

Claims (17)

  1. 一種表面形貌辨識裝置，包括：一第一基板，包括：複數個溫度感測器，各包括一感測電晶體；一驅動電路，用以選擇該些感測電晶體的至少一個為一目標感測電晶體，並於一加熱時段輸出一驅動訊號至該目標感測電晶體以加熱該目標感測電晶體，該目標感測電晶體於一感測時段內感測一溫度隨時間變化之感測訊號，其中，該感測時段係於該加熱時段之後；一讀取電路，用以讀取該感測訊號；以及一辨識電路，用以根據該感測訊號辨識該表面形貌。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之表面形貌辨識裝置，其中該感測電晶體為金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之表面形貌辨識裝置，其中各該感測電晶體為雙極性接面電晶體(bipolar junction transistor,BJT)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之表面形貌辨識裝置，其中該溫度感測器更包括一電阻，該電阻連接該感測電晶體。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之表面形貌辨識裝置，其中該溫度感測器更包括一功能電路，該功能電路連接該感測電晶體。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之表面形貌辨識裝置，其中該 功能電路係選自由放大電路、補償電路、濾波電路所組成之群組。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之表面形貌辨識裝置，其中該驅動訊號係為一電壓訊號，該感測訊號係為一電流訊號。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之表面形貌辨識裝置，其中該電壓訊號為一汲極電壓，該電流訊號為一通道電流。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之表面形貌辨識裝置，其中該驅動訊號係為一電流訊號，該感測訊號係為一電壓訊號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之表面形貌辨識裝置，其中該電流訊號為一通道電流，該電壓訊號為一汲極電壓。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之表面形貌辨識裝置，其中該驅動電路、該讀取電路及該辨識電路係形成於該第一基板。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之表面形貌辨識裝置，其中該第一基板更包括複數個第一畫素及複數個第二畫素，該些第一畫素與該些溫度感測器交錯排列且位於該第一基板之一第一顯示區域，該些第二畫素位於該第一基板之一第二顯示區域。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之表面形貌辨識裝置，更包括一第二基板，該第二基板包括複數個畫素，該驅動電路驅動該些畫素。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之表面形貌辨識裝置，其中該第一基板更包括：複數條掃描線，係分別連接該些感測電晶體；以及複數條資料線，係分別連接該些感測電晶體。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之表面形貌辨識裝置，其中該第一基板更包括：複數個畫素；複數條第一掃描線，係分別連接該些感測電晶體；複數條第二掃描線，係分別連接該些畫素；以及複數條資料線，係分別連接該些感測電晶體及該些畫素。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之表面形貌辨識裝置，其中該第一基板更包括：複數個畫素；複數條掃描線，係分別連接該些感測電晶體及該些畫素；以及複數條資料線，係分別連接該些感測電晶體及該些畫素。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之表面形貌辨識裝置，其中各該些畫素包括一N型金屬氧化物半導體場效電晶體，各該些感測電晶體為一P型金屬氧化物半導體場效電晶體，該驅動電路選擇該些N型金屬氧化物半導體場效電晶體其中之一為目標顯示電晶體，該目標顯示電晶體受控於一正電壓於一第一時段導通，該目標感測電晶體受控於一負電壓於一第二時段導通，該第一時段與該第二時段係不相同。
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