TWI539179B - 感測裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種感測裝置，尤其是關於用於取得物體之表面影像之感測裝置。
物體表面影像感測裝置的主要目的是採集完整的物體表面影像。常見的物體表面影像感測裝置有半導體晶片式與光學式兩種。
半導體晶片式感測裝置常見的應用原理有電容感測、壓力感測、熱感測等。電容感測的原理係將高密度的微型電容感測裝置整合於一晶片中，待指紋按壓晶片表面時，內部微型電容感測裝置會根據物體表面的凹凸狀態而產生的不同電荷量形成物體表面影像。
電容式感測裝置的優點為薄型化與小型化，不過其缺點為成本高及耐用性備受考驗。具體而言，電容式感測裝置為了維持一定的按壓面積須切割整片晶圓，因此每一晶片產出的成本高。再者，由於其本身就是裸露的半導體晶片，因此其設計挑戰在於如何抵抗物體本身對晶片表面的侵蝕以及靜電防護。
光學式感測裝置係利用光源、三菱鏡、照相機組成一套物體表面影像採集設備，並藉用物體觸壓三菱鏡後，物體表面的凹凸狀態對於光線的反射或吸收而經由照相機模組得到物體表面影像。
由於光學式感測裝置的採集方式是非接觸晶片本身，也就
是物體按壓處是由壓克力或是玻璃等光學元件所構成，故光學式感測裝置最大的優勢就是價格低廉且耐用。不過，光學式感測裝置的缺點是怕光，強烈的自然光源常會導至無法取像或取像不完整，且光學式感測裝置較難以正確擷取髒污物體的表面影像。
因此需要一種改良的物體表面影像感測裝置以改善習知物體表面影像感測裝置的問題。
本發明之目的在於提供一種耐用且可正確擷取髒汙物體的表面影像的超音波式物體表面影像感測裝置。
本發明之主要目的在於提供一種感測裝置，用以取得一物體之一表面影像，包括：一保護層，用以與物體之一表面接觸；一導電材料層，設置於保護層下方，用以提高感測裝置之導電性，其中保護層用以保護導電材料層；一第一導電薄膜層，設置於導電材料層下方；一感測層，設置於第一導電薄膜層下方，用以傳送一感測訊號至物體之表面並接收反射自物體之表面之一反射訊號；以及一基板，設置於感測層下方，用以傳送相應於反射訊號之一電流訊號至第一導電薄膜層，以將電流訊號轉換為物體之表面影像。
1‧‧‧感測裝置
10‧‧‧保護層
11‧‧‧導電材料層
12‧‧‧第一導電薄膜層
13‧‧‧感測層
131‧‧‧超音波接收電極層
1311‧‧‧超音波接收單元
132‧‧‧超音波發射電極層
14‧‧‧基板
141‧‧‧薄膜電晶體線路
142‧‧‧玻璃板
15‧‧‧電路板
151‧‧‧中央處理器
2‧‧‧感測裝置
16‧‧‧第二導電薄膜層
S1~S4‧‧‧步驟
圖1係本發明第一較佳實施例之感測裝置之剖面示意圖。
圖2係本發明第一較佳實施例之感測裝置之感測層及基板之分解示意圖。
圖3係本發明第一較佳實施例之感測裝置之運作流程示意圖。
圖4係本發明第一較佳實施例之感測裝置之方塊示意圖。
圖5係本發明第二較佳實施例之感測裝置之剖面示意圖。
圖6係本發明第二較佳實施例之感測裝置之方塊示意圖。
依據本發明一第一較佳實施例提供一種感測裝置1，用以取得物體之表面影像。首先說明本例感測裝置1之組成，請參照圖1及圖2，圖1係本發明第一較佳實施例之感測裝置之剖面示意圖，圖2係本發明第一較佳實施例之感測裝置之感測層及基板之分解示意圖。
感測裝置1包括保護層10、導電材料層11、第一導電薄膜層12、感測層13及基板14。其中感測層13包括超音波接收電極層131及超音波發射電極層132。
於本例中保護層10由塑料材質或玻璃材質製成，用以承受一物體之一表面之按壓並保護導電材料層11。塑料材質可以是例如聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate，PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate，PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚氨酯(Polyurethanes，PU)等，但不以此為限。
而導電材料層11為形成於保護層10下方之導電薄膜層、金屬材料層或者導電黏著劑層，用以提高感測裝置1之導電性。導電材料層11可以是例如氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)、石墨烯(Graphene)、金屬網格(Metal Mesh)、銀膠等，但不以此為限。
再者，第一導電薄膜層12為設置於導電材料層11下方之聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)高分子薄膜，聚偏氟乙烯為具有高介電常數的高分子材料，其介電常數約可以達到10，如熟知本領域技術人員所知，介電常數代表了電介質在電場中儲存靜電能的相對能力，因此第一導電薄膜層12為良好的靜電能儲存介質。
接著，基板14設置於第一導電薄膜層12下方，超音波發射電極層132及超音波接收電極層131依續形成於基板14上，而使超音波接收電極層131位於超音波發射電極層132上方。
其中超音波發射電極層132用以傳送感測訊號至按壓於保護層10上之物體之表面，超音波接收電極層131則用以接收反射自物體之表面之反射訊號。於本例中感測訊號可以是平面波訊號，但不以此為限。
以下將進一步說明超音波接收電極層131以及基板14，請參照至圖2，請注意，圖2所示僅為例示說明之用，並非用以限制本例超音波接收電極層131、超音波發射電極層132及基板14之形式。
於本例中基板14為薄膜電晶體(Thin-Film Transistor，TFT)玻璃，其係由複數薄膜電晶體線路141及玻璃板142所組成，用以傳送相應於反射訊號之電流訊號至第一導電薄膜層12。薄膜電晶體的製程為一標準程序，其係於玻璃板142上塗佈金屬或半導體薄膜後，再於其上塗佈光阻，並利用光罩來進行曝光，而後利用蝕刻液將不需要之金屬或半導體薄膜去除，再利用剝離液將光阻去除後，複數薄膜電晶體線路141即可成型。由於薄膜電晶體玻璃製造成本低廉也已大量成功的應用於面板製程中，因此將此技術應用於本發明之感測裝置1可降低所需成本。需要說明的是，於
本例中亦可以在基板14製程中將超音波發射電極層132及超音波接收電極層131依續形成於基板14上，使感測層13與基板14形成一片狀結構，以減少感測裝置1製程複雜度。
接著，如圖2所示，超音波接收電極層131包括複數超音波接收單元1311，且每一超音波接收單元1311對應物體之表面之一座標點。於本例中每一超音波接收單元1311連接於一薄膜電晶體線路141，每一薄膜電晶體線路141可被視為一開關，用於傳送相應之超音波接收單元1311接收反射自物體之表面之反射訊號時所產生之電流訊號。
接下來說明本例感測裝置1之運作流程，請同時參照圖3及圖4，圖3係本發明第一較佳實施例之感測裝置之運作流程示意圖，圖4係本發明第一較佳實施例之感測裝置之方塊示意圖。
首先，如圖3步驟S1及步驟S2所示，當物體之表面按壓於保護層10上時，超音波發射電極層132朝向物體之表面傳送感測訊號(例如平面波訊號)，而後感測訊號被物體之表面反射而產生複數不同之反射訊號。
具體來說，物體之表面具有各種紋路，亦即物體之表面具有複數凹陷區域以及複數突出區域，且每一凹陷區域的凹陷程度並不相同，每一突出區域的突出程度亦不相同，因此物體之表面的每一座標點與超音波發射電極層132的距離不盡相同，而將產生複數不同的反射訊號。
如前所述，超音波接收電極層131包括複數超音波接收單元1311，且每一超音波接收單元1311對應物體之表面之一座標點，於是複數超音波接收單元1311將分別接收反射自物體之表面的相應座標點的反射
訊號，如步驟S3所示。
接著請同時參照圖3及圖4。如圖3步驟S4及圖4所示，基板14連接於電路板15，且第一導電薄膜層12連接於設置於電路板15上之中央處理器151，當複數超音波接收單元1311分別接收複數反射訊號時，複數薄膜電晶體線路141透過電路板15傳送對應複數反射訊號之複數電流訊號至第一導電薄膜層12，並由第一導電薄膜層12將複數電流訊號傳送至中央處理器151。如前所述，第一導電薄膜層12為良好的靜電能儲存介質，因此透過第一導電薄膜層12傳送複數電流訊號至中央處理器151可有效提高電導率，亦即降低電阻率，進而有效減少訊號衰減問題，使複數電流訊號可更為完整的被傳輸至中央處理器151而增加中央處理器151的對於複數電流訊號的辨識度。
當中央處理器151接收複數電流訊號時，由於每一電流訊號對應物體之表面的一座標點，中央處理器151即可依據電流訊號的強弱計算得知物體之表面的每一座標點與超音波發射電極層132的距離而還原物體之表面影像。
以下說明本發明一第二較佳實施例之感測裝置2，請同時參照圖5及圖6，圖5係本發明第二較佳實施例之感測裝置之剖面示意圖，圖6係本發明第二較佳實施例之感測裝置之方塊示意圖。與感測裝置1不同的是，於本例中更包括一第二導電薄膜層16設置於基板14下方，且第二導電薄膜層16連接於中央處理器151，第一導電薄膜層12則僅連接於電路板15而不連接於中央處理器151。於本例中，第二導電薄膜層16將透過電路板15自第一導電薄膜層12接收複數電流訊號，並將複數電流訊號傳送至中央
處理器151，藉此，第二導電薄膜層16良好的靜電能儲存能力將使中央處理器151的辨識度更為提升。此外，第二導電薄膜層16與第一導電薄膜層12的材質相同，於此將不再贅述。
藉由以上說明可知，本發明提供了一種超音波式物體表面影像感測裝置，由於使用本發明之感測裝置時，物體之表面係按壓於保護層10而非晶片本身，故本發明之感測裝置相較於電容式感測裝置將更為耐用。又物體之表面的髒汙程度將影響光的吸收與反射，但不會影響超音波的反射，故本發明之感測裝置不僅不具有光學式感測裝置怕光的問題，更可以正確擷取髒汙物體的表面影像。
再者，本發明之感測裝置不僅改善了習知的問題更藉由設置導電材料層11、第一導電薄膜層12及第二導電薄膜層16提高了感測裝置的電導率，使複數電流訊號可更為完整的被傳輸至中央處理器151而提高了中央處理器151對於複數電流訊號的辨識度，進而得以取得更精確的物體的表面影像。此外，本發明之感測裝置還藉由將超音波接收電極層131及超音波發射電極層132設置於基板14上方，使得超音波接收電極層131及超音波發射電極層132更為接近物體的表面而提高了複數反射訊號被超音波接收電極層131接收時的訊號強度，進而增加了複數電流訊號的訊號強度，使得中央處理器141對於複數電流訊號的辨識度更為提升，而可取得更精確的物體的表面影像。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想與特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等
變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
1‧‧‧感測裝置
10‧‧‧保護層
11‧‧‧導電材料層
12‧‧‧第一導電薄膜層
13‧‧‧感測層
131‧‧‧超音波接收電極層
132‧‧‧超音波發射電極層
14‧‧‧基板
Claims (9)
- 一種感測裝置，用以取得一物體之一表面影像，包括：一保護層，用以與該物體之一表面接觸；一導電材料層，設置於該保護層下方，用以提高該感測裝置之導電性，其中該保護層用以保護該導電材料層；一第一導電薄膜層，設置於該導電材料層下方；一感測層，設置於該第一導電薄膜層下方，用以傳送一感測訊號至該物體之該表面並接收反射自該物體之該表面之一反射訊號；以及一基板，設置於該感測層下方，用以傳送相應於該反射訊號之一電流訊號至該第一導電薄膜層，以將該電流訊號轉換為該物體之該表面影像，其中該感測裝置更包括一第二導電薄膜層設置於該基板下方，該第一導電薄膜層將該電流訊號傳送至該第二導電薄膜層。
- 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該第一導電薄膜層連接於一電路板，該第一導電薄膜層將該電流訊號傳送至該電路板上之一中央處理器，以使該中央處理器將該電流訊號轉換為該物體之該表面影像。
- 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該感測層包括一超音波發射電極層及一超音波接收電極層，其中，該超音波接收電極層位於該超音波發射電極層上方，且該超音波發射電極層用以傳送該感測訊號至該物體之該表面，該超音波接收電極層用以接收反射自該物體之該表面之該反射訊號。
- 如申請專利範圍第3項所述之感測裝置，其中該超音波接收電極層包括 複數超音波接收單元，且每一該超音波接收單元對應該物體之該表面之一座標點，其中，該複數超音波接收單元分別接收反射自該物體之該表面之複數座標點之複數反射訊號而產生複數電流訊號。
- 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該第一導電薄膜層及該第二導電薄膜層連接於一電路板，該第二導電薄膜層將該電流訊號傳送至該電路板上之一中央處理器，以使該中央處理器將該電流訊號轉換為該物體之該表面影像。
- 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該第一導電薄膜層與該第二導電薄膜層係聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)高分子薄膜。
- 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該基板係薄膜電晶體(Thin-Film Transistor，TFT)玻璃。
- 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該保護層係由塑料材質或玻璃材質製成。
- 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該導電材料層係一導電薄膜層、一金屬材料層或一導電黏著劑層。
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