KR100382975B1 - 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법 - Google Patents

광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법 Download PDF

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Abstract

싱글 스크린의 판독 처리 시간은 열에 대한 처리 주기가 서로 부분적으로 오버랩하게 함으로써 단축되고, 리셋 주기, 프리-전하 주기 및 판독 주기가 서로 제때 오버랩되지 않으면서 판독 작동을 정밀하게 수행할 수 있게 한다.
또한, 상기 구동 제어 방법에 있어서, 열이 동시에 또는 연속하여 리세된 다음 열에 대한 전하 축적 시간이 변화되고, 판독 작동이 수행된다. 결과적으로, 전하 축적 주기가 열의 수에 대응하는 양에서 다른 즉, 검출 민감도들이 열의 수에 대응하는 양에서다른 이미지 판독을 싱글 스크린의 판독 처리에 의해 얻을 수 있고, 이에 얻어진 이미지 데이터에 토대로 최적의 검출 민감도의 수치를 추출할 수 있게 한다.

Description

광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법{DRIVE CONTROL METHOD FOR PHOTOSENSOR SYSTEM}
최근에, 전자 스틸 카메라 및 비디오 카메라와 같은 픽업 장치가 널리 전파되어 왔다. 그런 픽업 장치에 있어서, CCD(Charge Coupled Device:전하 결합 소자)와 같은 고체 상태 픽업 장치는 대상 이미지를 이미지 신호로 변환하는 광기전 장치로 이용된다. 본 기술 분야에 알려진 바와 같이, CCD는 매트릭스를 형성하기 위해 배열된 광다이오드 및 TFT(Thin Film Transistors:박막 트랜지스터)와 같이 제조된 광센서(광수신 장치)이다. 조사광의 밝기를 검출하기 위해, 각각의 광센서의 광수신 부분을 조사하는 광량에 의해 발생되는 전자-정공 쌍의 양(전하량)이 수평 스캐닝 회로 및 수직 스캐닝 회로에 의해 검출된다.
이런 CCD를 이용하는 광센서 시스템에 있어서는, 스캔된 광센서를 선택된 상태로 두기 위해 개별적으로 선택 트랜지스터를 배열할 필요가 있다. 반면에, 본 발명자들은 소위 "이중 게이트" 구조의 박막 트랜지스터에 의해 구성된 광센서(이중 게이트형 광센서)를 이미 개발했고, 여기서 광센서 자체는 광센서 기능 및 선택기능을 수행할 수 있게 된다.
도 7A는 그런 이중 게이트형 광센서(10)의 구조를 도시하는 부분 단면도이다. 도면에서 보는 바와 같이, 이중 게이트형 광센서(10)는
예를 들어 비정형 실리콘으로 된 반도체 박막(11),
반도체 박막(11)의 두 에지 부분에 형성된 n형 실리콘층(17, 18),
n형 실리콘층(17, 18)에 각각 형성된 소스 전극(12) 및 드레인 전극(13),
블럭 절연막(14)을 갖는 반도체 박막(11) 및 그 사이에 개재된 상측 게이트 절연막(15) 위에 형성된 탑 게이트 전극(21),
탑 전극(21)에 형성된 보호 절연막(20), 및
그 사이에 개재된 하측 게이트 절연막(16)이 있는 반도체 박막(11)이하 형성된 저면 게이트 전극(22)을 포함한다.
바꿔 말하면, 이중 게이트형 광센서(10)는 반도체 박막(11), 소스 전극(12), 드레인 전극(13), 및 탑 게이트 전극(21)을 포함하는 상측 M0S 트랜지스터 그리고 반도체 박막(11), 소스 전극(12), 드레인 전극(13), 및 저면 게이트 전극(22)을 포함하는 하측 MOS 트랜지스터를 포함한다. 도 7B에 도시된 등가 회로도에서 보는 바와 같이, 이중 게이트형 광센서(10)를 형성하기 위해 반도체 박막(11)을 공유 채널 영역으로 갖는 두 MOS 트랜지스터, TG(탑 게이트 전극), BG(저면 게이트 전극), S(소스 단자) 및 D(드레인 단자)가 조합된다.
각각의 보호 절연막(20), 탑 게이트 전극(21), 상측 게이트 절연막(15), 블럭 절연막(14) 및 하측 게이트 절연막(16)은 반도체 층(11)을 들뜨게 하는 가시광에 대해 높은 투과율을 갖는 물질로 형성된다. 반도체 박막(11)에 투사되도록 탑 게이트 전극(21)으로 부터 투사된 빛이 탑 게이트 전극(21), 상측 게이트 절연막(15), 및 블럭 절연막(14)을 통해 투과되며, 결과적으로 전하(정공)가 채널 영역에서 발생되어 축적된다.
도 8은 2차원의 이중 게이트형 광센서(10)를 포함하는 광센서 시스템의 구조를 개략적으로 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 광센서 시스템은 n-열 및 m-행의 매트릭스를 형성하기 위해 다수의 이중 게이트형 광센서(10)를 배열하여 형성된 센서 배열(100), 매트릭스의 열방향으로 서로 연결된 이중 게이트형 광센서(10)의 탑 게이트(TG) 및 저면 게이트(BT)로 각각 구성된 탑 게이트 라인(101) 및 저면 게이트 라인(102), 탑 게이트 라인(101) 및 저면 게이트 라인(102)에 각각 연결된 탑 게이트 드라이버(111) 및 저면 게이트 드라이버(112), 매트릭스의 행방향으로 서로 연결된 이중 게이트형 광센서(10)의 드레인 단자(D)로 구성된 데이터 라인(103), 및 데이터 라인(103)에 연결된 행 스위치(113)를 포함한다.
도면에 도시된 기호 Vtg 및 Vbg는 이하 기술된 각각의 리셋 펄스(φTi) 및 판독 펄스(φBi)를 발생하는 기준 전압을 나타내며, 기호 φpg는 프리-전하 전압(Vpg)을 인가하기 위한 타이밍을 제어하는 프리-전하 펄스를 나타낸다.
상기 기술된 구조에 있어서, 소정의 전압을 탑 게이트 드라이버(111)에서 탑 게이트 단자(TG)로 인가함으로써 광센서 기능이 수행되고, 광센서(10)의 출력 전압을 데이터 라인(103)을 통해 행 스위치(113)에 공급하고 일련 데이터 Vout을 출력 신호로 발생하도록 소정의 전압을 저면 게이트 드라이버(112)에서 저면 게이트 단자(BG)로 인가함으로써 판독 기능이 수행된다.
도 9A-9F는 광센서 시스템의 구동 제어 방법을 나타내는 타이밍 차트이다. 제 1 단계에 있어서, 리셋 주기(Treset)동안 i번째 열의 이중 게이트형 광센서(10)에 축적된 전하를 방출하기 위해 리셋 작동을 수행하도록, 도 9A에 도시된 리셋 펄스(φTi)가 검출 작동 주기(i번째 열의 처리주기)동안 i번째 행의 탑 게이트 라인(101)에 인가된다.
리셋 주기(Treset)의 완료후, 전하 축적 주기(Ta)는 채널 영역의 전하 축적 기능에 의해 개시된다. 전하 축적 기간(Ta)동안, 탑 게이트 전극의 사이드로 부터 투사된 광량에 의해 전하(정공)가 채널 영역에 축적된다.
드레인 전극이 전하를 보유하도록 프리-전하 전압(Vpg)을 갖는 도 9E에 도시된 프리-전하 펄스(φpg)가 데이터 라인(103)에 인가되는 프리-전하 주기(Tprch)가 전하 축적 주기(Ta)와 병렬로 설정되어 있다. 프리-전하 주기(Tprch)후, 이중 게이트형 광센서(10)를 온시키도록 도 9C에 도시된 판독 펄스(φBi)가 저면 게이트 라인(102)에 인가되고, 이로인해 판독 주기(Tread)를 개시한다.
판독 주기(Tread)동안, 채널 영역에 축적된 전하는 반대 극성의 탑 게이트 단자(TG)에 인가된 전압(저 레벨)을 완화하는 역할을 한다. 결과적으로, n-채널은 저면 게이트 단자(BG)의 전압(Vbg)에 의해 형성되고, 데이터 라인(103)의 전압(VD)은 드레인 전류에 의해 프리-전하 전압(Vpg)으로 부터 시간에 따라 낮아지게 되는 경향이 있다. 다시 말해서, 데이터 라인(103)의 전압(VD) 변화 경향은 전하 축적주기(Ta) 및 수용된 빛의 양에 달려있다. 보다 구체적으로 말하자면, 투사광이 어두운 경우 전압(VD)은 완만하게 낮아지는 경향이 있고, 축적된 전하량을 감소하도록 광량이 작다. 다시 말해서, 투사광이 밝은 경우 전압(VD)이 급속도로 낮아지는 경향이 있고, 축적된 전하량을 증가하도록 광량이 크다. 이어서, 판독 주기(Tread) 개시후 소정의 시간에 데이터 라인(103)의 전압(VD)을 검출하거나, 소정의 임계 전압을 기초로 특정 전압에 도달하는데 필요한 시간을 검출함으로써 조사 광량이 계산된다.
다음 i+제1열(i+제1열 처리 주기)의 검출 작동 주기에서, 판독 작동을 수행하기 위해 i번째 열에 대한 작동에 있어서 도 9B에 도시된 리셋 펄스(φTi+1) 및 도 9D에 도시된 판독 펄스(φBi+1)가 인가된다. 센서 배열(100)의 각각의 열에 대해 그런 작동이 수행된다.
상기 기술된 작동은 이중 게이트형 광센서가 광센서로 이용되는 경우를 커버한다. 그러나, 광다이오드 또는 광트랜지스터를 이용하는 광센서 시스템 또한 리셋 작동→프리-전하 작동→판독 작동의 작동 단계가 있고, 따라서 유사한 구동 절차를 따른다.
그러나, 상기 기술된 종래의 광센서 시스템은 하기에 지적된 바와 같은 문제를 일으킨다.
(1) 대상 이미지가 이차원의 매트릭스를 형성하기 위해 배열된 다수의 광센서를 갖는 광센서 배열을 이용하여 판독되는 경우, 리셋 펄스 및 프리-전하 펄스가 매트릭스의 각 열에 대해 광센서에 인가되도록 일련의 처리 절차가 수행되고 이어서 판독 펄스를 다음에 전하 축적 주기(Ta)에 인가하며, 특정 절차가 각 열에 대해 반복되는 구동 제어 방법을 이용하는 것이 관례이다.
결과적으로, n 열의 이차원 매트릭스에 관해, 싱글 스크린의 전 영역에 대해 스캐닝 작동을 수행하기 위해 유사한 작동이 제1열과 개시하고 마지막 n-번째 열에서 종결하는 n 배수로 반복 수행되어야 한다. 바꿔 말하면, 싱글 스크린의 전 영역에 대해 처리 시간(스캐닝 시간)이 2차원 센서 배열의 열의 수의 증가와 더불어 증가하게 된다. 결과적으로, 싱글 스크린의 전 영역에 대해 스캐닝 작동의 완결시까지 대상이 고정배치되어야 하는 제한이 발생하게 된다. 이어서, 광센서 배열의 실제 사용에 있어서 상당히 제한된다.
(2) 투사광으로 인해 발생된 전하가 상기 기술된 이중 게이트형 광센서와 같은 전하 축적 주기동안 축적된 형의 광센서를 이용하는 광센서 시스템에 있어서, 전하 축적 주기는 대상이 어두운 경우 충분한 검출 민감도를 얻기 위해 길게 설정되어야 하고, 따라서 전하는 적은 양으로 축적된다. 다시 말해서, 대상이 밝은 경우 전하 축적 주기는 전하가 포화되는 것을 막기 위해 짧게 설정되어야 하고, 따라서 전하는 큰 양으로 축적된다. 다시 말해서, 적절한 민감도를 갖는 대상의 이미지를 판독하기 위해서는, 대상의 밝기에 따라 광센서의 민감도를 적절하게 설정하는 것이 필요하다. 그러므로, 광센서 시스템이 이용되는 사이트 및 대상 자체가 다양한 방식으로 변화되는 경우, 대상의 밝기가 환경 조건 및 대상 종류에 따라 다양한 방식으로 변화된다. 환경에 따라, 적절한 민감도를 얻기 위해 대상 이미지의 정상 판독 작동 바로전에 시험 판독 작동(또는 예비 판독 작동)을 수행하는 것이필요하다. 예비 판독 작동이 종래의 구동 제어 방법에 의해 수행되는 경우, 민감도를 적절한 수치로 설정함으로써 전 스크린이 판독되고, 검출 결과가 부적절한 경우 민감도를 변화함으로써 전 스크린이 다시 판독된다. 적절한 검출 결과를 얻도록 민감도의 설정 수치를 알기 위해 다수의 배수로 특정 작동이 반복된다. 자연히, 예비 판독 작동이 매우 오래 걸려서 적절한 민감도를 갖는 대상 이미지의 판독 작동을 개시하기 불가능한 문제가 제기된다.
본 발명은 2차원으로 배열된 다수의 광센서를 포함한 광센서 배열에 대한 구동 제어 방법에 관한 것이다.
도 1A-1C는 본 발명에 따라 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법의 개념을 나타내는 타이밍 챠트이다;
도 2A-2I는 본 발명의 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법의 제 1 실시예에 따라 각 열에 대한 처리 작동의 타이밍을 나타내는 타이밍 챠트이다.
도 3A-3I는 본 발명의 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법이 제 2 실시예에 따라 각 열에 대한 처리 작동의 타이밍을 나타내는 타이밍 챠트이다.
도 4A-4J는 본 발명의 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법의 제 3 실시예에 따라 각 열에 대한 처리 작동의 타이밍을 나타내는 타이밍 챠트이다.
도 5A-5J는 본 발명의 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법이 제 4 실시예에 따라 각 열에 대한 처리 작동의 타이밍을 나타내는 타이밍 챠트이다.
도 6A-6N은 본 발명의 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법이 제 5 실시예에 따라 각 열에 대한 처리 작동의 타이밍을 나타내는 타이밍 챠트이다.
도 7A는 이중 게이트형 광센서의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 7B는 이중 게이트형 광센서의 등가 회로도이다.
도 8은 2차원의 다수의 이중 게이트형 광센서를 배열함으로써 준비된 광센서시스템의 구조를 도시한다.
도 9A-9F는 광센서 시스템에 대한 종래 구동 제어 방법을 나타내는 타이밍 챠트이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
11:반도체 박막 19:투명 절연 기판
12:소스 전극 20:보호 절연막
13:드레인 전극 21:탑 게이트 전극
14:블럭 절연막 22:저면 게이트 전극
15:상측 게이트 절연막 111:탑 게이트 드라이버
16:하측 게이트 절연막 112:저면 게이트 드라이버
17,18:n형 실리콘 층 113:행 스위치
본 발명의 목적은 2차원 배열을 형성하기 위해 배열된 다수의 광센서를 포함하는 광센서 시스템에서 대상 이미지의 판독 작동에 필요한 시간을 단축하는 구동 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 사용 상태에 대해 검출 민감도가 적용되면서 대상 이미지의 판독 작동을 신속하게 처리하도록 광센서 시스템의 구동 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술된 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 구동 제어 방법은 대상 이미지의 판독 처리에 필요한 시간을 단축하는 구동 제어 방법을 지향한다. 특히, 리셋 펄스를 각각의 열에 연속하여 인가하여 미리 리셋 작동을 수행하면서, 광센서의 출력 전압을 판독하도록 전하 축적 주기후 프리-전하 펄스 작동을 마치기 위해 인가된 프리-전하 펄스를 갖는 열에 판독 펄스가 연속하여 인가된다. 주의해야 할 것은 열에 대한 처리 주기가 싱글 스크린의 판독 처리 시간을 단축하도록 서로 제때 오버랩하는 것이 허용된다. 특정 구동 제어 방법은 각 열에 대한 리셋 펄스,판독 펄스 및 프리-전하 펄스의 간격이 리셋 펄스에 의해 수행된 리셋 주기, 판독 펄스에 의해 수행된 판독 주기, 및 프리-전하 펄스에 의해 수행된 프리-전하 주기의 합과 동일하게 설정된다. 결과적으로, 각 열에 대한 리셋 주기, 프리-전하 주기, 및 판독 주기는 서로 제때 오버랩하지 못하고, 열에 대한 출력 전압이 서로 상호 영향을 받지 않으면서 정밀한 판독 작동을 수행하지 못하게 된다. 또한, 모든 열에 대한 리셋 작동의 완료전 프리-전하 펄스 및 판독 펄스를 인가하여 판독 작동을 개시할 수 있기 때문에, 넓은 범위에 걸처 전하 축적 주기 즉, 광센서의 민감도를 설정할 수 있다.
상기 기술된 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 구동 제어 방법은 사용 상태에 대해 적용된 검출 민감도에 기초한 대상 이미지의 판독 작동을 신속하게 처리하는 구동 제어 방법을 지향한다. 보다 구체적으로는, 각 열에 대한 처리 주기가 상기 기술된 제 1 구동 제어 방법에서처럼 부분적으로 서로 제때 오버랩하는 것이 허용되는 구동 제어 방법으로, 리셋 펄스가 리셋에 대해 동시에 또는 연속하여 열에 인가되고, 총 시간 즉, 리셋 주기, 판독 주기 및 프리-전하 주기의 합만큼의 정수 배수와 동일한 시간 주기에 의해 열에 대한 전하 축적 주기가 서로 상이하게 된다. 이런 조건에 의해, 판독 처리를 수행하도록 각 열에 대해 프리-전하 주기 및 판독 주기가 서로 제때 오버랩하지 않는 타이밍에 열에 프리-존하 펄스 및 판독 펄스가 연속하여 인가된다. 결과적으로, 각 열에 대한 전하 축적 주기는 상기 기술된 총 시간만큼 정수배로 간격으로 열의 수와 동일한 양에서 다른 수치를 취하고, 싱글 스크린의 판독 처리에 의해 열의 수와 동일한 양에서 다른 검출 민감도를갖는 이미지 판독을 얻을 수 있게 된다. 싱글 스크린의 판독 처리에 의해 얻어진 이미지 데이터를 이용하여 최상의 검출을 허용하는 최적의 검출 민감도의 수치를 뽑을 수 있기 때문에, 최적의 검출 민감도를 설정하는데 필요한 이미지 판독 처리 시간을 괄목하게 단축할 수 있다.
본 발명의 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법이 이제 다음에 수반하는 도면에 도시된 실시예들을 토대로 자세히 기술될 것이다. 다음에 기술되는 각각의 실시예에 있어서, 이중 게이트형 광센서가 광센서 시스템을 형성하는데 이용된다. 그러나, 본 발명은 이중 게이트형 광센서의 이용에 제한을 받지 않는다. 다시 말해서, 또 다른 구조의 광센서는 또한 본 발명의 광센서 시스템에 이용된다.
이하 기술되는 각각의 실시예의 광센서 시스템의 구조는 도 8에 도시된 광센서 배열(100)의 n-열에 제공된 종래의 광센서 시스템의 것과 동일하다. 따라서, 도 8에 도시된 광센서 시스템의 구조는 본 발명의 실시예의 다음 기술에서 소정의만큼 언급될 것이다.
도 1A-1C는 본 발명에 따른 광센서 배열에 대한 구동 제어 방법의 개념을 나타내는 타이밍 챠트이다.
구동 제어 방법에 있어서, 리셋 주기(Tread)를 개시하고 따라서 각 열에 대해 이중 게이트형 광센서(10)를 초기화하도록 열 방향으로 다수의 이중 게이트형 광센서(10)의 탑 게이트 단자(TG)를 연결하는 탑 게이트 라인(101)에 도 1A에 도시된 리셋 펄스 φT1, φT2, φT3 ... φTn이 연속하여 인가된다.
리셋 주기(Treset)를 연속하여 중단하도록 리셋 펄스 φT1, φT2, φT3 ... φTn이 하측 레벨에 연속하여 떨어지는 경우, 전하 축적 주기(Ta)가 연속하여 개시되고, 그 결과 축적될 각 열에 대해 이중 게이트 광센서(10)의 탑 게이트 전극 사이드에서 발생하는 광량에 따라 전하(정공)가 채널 영역에서 발생하게 된다.
그리고 나서, 프리-전하 주기(Tprch)를 개시하도록 도 1C에 도시된 프리-전하 펄스(φPg)가 전하 축적 주기(Ta)동안 모든 데이터 라인(103)에 인가되고, 이로인해 이중 게이트형 광센서(10)의 드레인 전극이 소정의 전압을 보유하도록 위해 프리-전하 작동을 수행한다.
다음 단계에 있어서, 도 1B에 도시된 판독 펄스 φB1, φB2, φB3 ... φBn이 전하 축적 주기(Ta)후 및 판독 주기(Tread)를 개시하도록 저면 게이트 라인(102)을 통해 프리-전하 주기(Tprch)후 광센서(10)에 연속하여 인가된다. 결과적으로, 전압의 변화를 판독하도록 각각의 이중 게이트형 광센서(10)에 축적된 전하에 대응하는 전압이 데이터 라인(103)을 통해 행 스위치(113)로 변화하게 된다. 조사 광량을 검출하기 위해, 종래의 기술 분야에서 처럼, 데이터 라인(103)의 전압 강하의 경향이 판독 주기(Tread)의 개시후 소정의 시간 주기에 전압 수치를 검출하거나 또는 소정의 임계 전압에 기초한 전압 수치에 도달하는데 필요한 시간을 검출함으로써 검출된다.
종래 기술의 구동 제어 방법에 있어서, 리셋 작동, 전하 축적 작동 및 판독 작동을 포함하여 일련의 작동이 광센서 배열(100)의 각각의 열에 대해 판독 처리 주기내에 처리되고, 이런 절차들은 각 열에 대해 반복된다. 그러나, 본 발명의 구동 제어 방법에 있어서 각 열에 대한 프리-전하 펄스(φPg) 및 판독 펄스 φB1, φB2, φB3 ... φBn을 인가하는 타이밍이 서로 오버랩하지 않도록 설정된다. 결과적으로, 각 열에 대한 판독 처리 주기동안 전하 축적 주기(Ta)가 부분적으로 제때 오버랩하는 것이 허용된다. 이어서, 심지어 열에 대해 처리 주기가 서로 부분적으로 오버랩하는 것을 허용함으로써 전 판독 처리 시간이 단축되는 경우, 열에 대한 출력 전압은 서로 상호적으로 영향을 받지 않고, 판독 작동을 정밀하게 수행할 수 있게 한다.
<제 1 실시예>
도 2A-2I는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광센서에 대한 구동 제어 방법에 있어서 각 열에 대한 처리 작동의 타이밍을 나타내는 타이밍 챠트이다.
일반적으로, 판독 주기(Tread)는 광량의 검출 민감도를 개선하기 위해 광센서 시스템에 있어서 리셋 주기(Trset)보다 더 길게 설정된다. 또한, 구동 제어 및 검출 결과의 처리를 촉진하기 위해 검출 민감도에 대응하는 각 열에 대한 전하 축적 주기(Ta)는 일정 수치로 설정된다. 이어서, 각 열에 대해 리셋 작동이 연속하여 수행되는 경우, 제 1 열의 이중 게이트형 광센서(10)의 전하 축적 주기(Ta)후 판독 주기(Tread)동안 제 2 열에 대한 이중 게이트형 광센서(10)의 전하 축적 주기(Tread)가 경과할 수 있으며, 결과적으로 서로 다른 열들의 판독 주기(Tread)가 서로 오버랩한다. 결과적으로, 서로 다른 열에 대응하는 판독 데이터가 싱글 데이터 라인(103)에 동시에 출력되면서 데이터의 누화를 일으키고, 따라서 데이터를 정밀하게 판독할 수 없게 된다. 또한, 각 열에 대한 판독 주기(Tread)전에 프리-전하 주기(Tprch)를 배열하는 것이 절대적으로 필요하기 때문에, 판독 주기(Tread)가 프리-전하 주기(Tprch)와 더불어 제때 오버랩할 수 있고, 데이터를 정밀하게 판독할 수 없게 된다.
그런 상황에서, 본 발명의 제 1 실시예는 드레인 전극의 전압의 변화를 판독하기 위한 처리 절차를 처리하도록 도 1A-1C에 도시된 작동 절차에서 처럼 리셋 펄스 φT1, φT2, φT3 ... φTn을 연속하여 인가하기 위해 리셋 작동을 미리 처리하는 반면에, 판독 펄스 φB1, φB2, φB3 ... φBn은 전하 축적 주기 및 프리-전하 작동의 완료후 제 1 열의 이중 게이트형 광센서(10)와 더불어 개시하는 저면 게이트 라인(102)을 통해 이중 게이트형 광센서(102)에 연속하여 인가되고, 이로인해 각 열에 대해 처리 주기의 부분들이 서로 제때 오버랩하는 것을 허용하는 구동 제어 방법을 지향한다. 제 1 실시예에 있어서, 주의해야 할 것은 도 2A-2D에 도시된 리셋 펄스 φT1, φT2, φT3 ... φTn, 도 2E-2H에 도시된 판독 펄스 φB1, φB2, φB3 ... φBn, 및 도 2I에 도시된 프리-전하 펄스의 각각의 간격들이 판독 펄스를이용하는 판독 주기(Tread) 및 프리-전하 펄스를 이용하는 프리-전하 주기의 합과 동일하게 설정된다. 다시 말해서, 각 열에 대한 리셋 펄스, 각 열에 대한 판독 펄스 및 프리-전하 펄스의 간격들은 각각 이하 주어진 공식(1)이 나타내는 제 1 펄스 간격(Tint)을 구성한다:
Tint = Tprch + Tread ...... (1)
이 경우에, 각 열에 대한 이중 게이트형 광센서(10)의 판독 주기(Tread), 데이터 라인에 인가된 프리-전하 주기(Tprch), 및 판독 주기(Tread)가 서로 제때 오버랩하지 못하게 하며, 각 열에 대한 출력 전압이 누화를 발생하는데 서로 영향을 받지 않게 할 수 있다. 이어서, 판독 작동을 정밀하게 수행할 수 있다. 그러나, 이 경우에 전하 축적 주기(Ta)를 선택 시간에 설정할 수 없고, 전하 축적 주기(Ta)의 설정 주기는 제 1 펄스 간격(Tint)은 단위를 형성하는 시간인 주기이다.
제 1 실시예의 특정 구조는 이하 기술된 바와 같이 작동 처리 시간을 두드러지게 단축할 수 있게 한다는 것을 또한 주의해야 한다. 게다가, 판독 주기(Tread)가 일정하게 설정되고 판독 주기(Tread) 및 프리-전하 주기(Tprch)의 합과 동일한 인접한 리셋 작동간 간격이 또한 일정하게 설정되기 때문에, 구동 제어가 단순화될 수 있다.
제 1 실시예의 구동 제어 방법에 의해 달성된 작동 처리 시간의 단축이 이제 기술될 것이다. 광센서 배열(100)의 열의 수가 n인 경우, 리셋 주기(Treset), 전하 축적 주기(Ta) 및 판독 주기(Tread)의 총 시간으로 구성된 싱글 열에 대한 처리 시간이 도 9A-9F에 도시된 바와 같이 n-열에 대해 반복되기 때문에 종래의 기술에있어서 전 광센서 배열에 대한(전 스크린에 대한) 스캐닝 시간은 공식(2)에 나타난 Tp_old이다. 다시 말해서, 제 1 실시예에 있어서 스캔 시간(Tp1)은, 도 2A-2I에 도시된 바와 같이 판독 주기(Tread) 및 프리-전하 주기(Tprch)가 n-1배로 연속하여 반복된 후 스캔 시간(Tp1)은 제 1 열에 대한 리셋 주기(Treset), 전하 축적 주기(Ta) 및 판독 주기(Tread)의 합과 동일하기 때문에, 공식(3)에 의해 표시된 것으로 나타나게 된다. 이어서, 종래 기술의 스캔 시간(Tp_old) 및 제 1 실시예의 스캔 시간(Tpl)간 차이 즉, 제 1 실시예에 의해 단축된 작동 처리 시간은 공식(4)에 나타난 바와 같이 Toff이다:
Tp_old = n ×(Tread + Ta + Tread) ...... (2)
Tpl = Treset + Ta + (n-1) ×(Tread + Tprch) + Tread
= Treset + Ta + n ×(Tread + Tprch) - Tprch ...... (3)
Toff = Tp_old - Tpl = (n-1) ×(Treset + Ta - Tprch) ...... (4)
이중 게이트형 광센서에 의해 수신된 빛의 밝기가, 예를 들어, 다수의 조도인 경우, 싱글 열(스캐닝 라인)에 대해 약 0.15초의 처리 시간이 필요로 된다. 이어서, n 열이 약 200인 경우, 종래 기술에서는 약 30초의 스캐닝 시간이 필요로 된다. 이어서, 단축된 처리시간(Toff)은 약 29.7초이다. 그러나, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서, 스캐닝 시간은 약 0.3초로 설정된다. 다시 말해서, 제 1 실시예에서는 종래 기술에 대한 스캔 처리 시간을 1/100으로 두드러지게 단축한다는 것이다.
<제 2 실시예>
도 3A-3I는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광센서에 대한 구동 제어 방법에있어서 각 열에 대한 처리 작동의 타이밍을 나타내는 타이밍 챠트이다.
본 발명의 제 1 실시예는 드레인 전극의 전압의 변화를 판독하기 위한 처리 절차를 처리하도록 도 1A-1C에 도시된 작동 절차에서 처럼 리셋 펄스 φT1, φT2, φT3 ... φTn을 연속하여 인가하기 위해 리셋 작동을 미리 처리하는 반면에, 판독 펄스 φB1, φB2, φB3 ... φBn은 전하 축적 주기 및 프리-전하 작동의 완료후 제 1 열의 이중 게이트형 광센서(10)와 더불어 개시하는 저면 게이트 라인(102)을 통해 이중 게이트형 광센서(102)에 연속하여 인가되고, 이로인해 각 열에 대해 처리 주기의 부분들이 서로 제때 오버랩하는 것을 허용하는 구동 제어 방법을 지향한다. 제 2 실시예에 있어서, 주의해야 할 것은 도 3A-3D에 도시된 리셋 펄스 φT1, φT2, φT3 ... φTn, 도 3E-3H에 도시된 판독 펄스 φB1, φB2, φB3 ... φBn, 및 도 3I에 도시된 프리-전하 펄스 φPg사이의 간격이 판독 펄스를 이용하는 판독 주기(Tread) 및 프리-전하 펄스를 이용하는 프리-전하 주기의 합과 동일하게 설정된다. 다시 말해서, 리셋 펄스, 판독 펄스 및 프리-전하 펄스의 간격이 각각 이하 주어진 공식(5)이 나타내는 제 2 펄스 간격(Tdelay)을 구성한다:
Tdelay = Treset + Tprch + Tread ...... (5)
제 2 실시예는 이하 기술된 바와 같이 제 1 실시예에 대한 장점을 만들어 낸다. 구체적으로, 제 1 실시예에 있어서, 각 열에 대한 판독 주기 및 프리-전하 주기가 서로 제때 오버랩하지 못하도록, 리셋 펄스, 판독 펄스 및 프리-전하 펄스간 간격이 판독 주기(Tread) 및 프리-전하 주기(Tprch)의 합과 동일한 제 1 펄스간격(Tint)으로 설정된다. 그러나, 전하 축적 주기(Ta)가 모든 열에 대한 리셋 작동의 완료전에 판독 작동을 개시하도록 단축된다면, 각 열에 대한 리셋 주기(Tread)가 프리-전하 주기(Tprch) 또는 판독 주기(Tread)와 제때 오버랩하고, 판독을 정밀하게 수행할 수 없게 한다. 이것은 모든 열에 대한 리셋 작동을 완료하는 시간보다 전하 축적 주기(Ta)가 더 짧아지게 할 수 없다는 문제를 야기한다.
그러나, 제 2 실시예에 있어서 리셋 펄스, 판독 펄스 및 프리-전하 펄스간 간격이 공식(5)에 의해 나타난 제 2 펄스 간격(Tdelay)으로 설정된다. 결과적으로, 각 열에 대한 프리-전하 작동 및 판독 작동이 각 열에 대해 인접한 리셋 작동들간 주기동안 처리된다 하더라도, 이런 프리-전하 작동 및 판독 작동은 서로 제때 오버랩하지 못하게 된다. 다시 말해서, 모든 열에 대해 리셋 작동의 완료 시간 보다 전하 축적 주기(Ta)가 더 짧아지게 하도록 모든 열에 대한 리셋 작동의 완료전에 판독 작동을 개시할 수 있다. 이어서, 민감도가 설정된 폭을 증가하도록 전하 축적 주기(Ta)가 설정된 폭을 증가할 수 있다. 그러나, 이 경우에 선택 시간에 있어서 전하 축적 주기(Ta)를 설정할 수 없고, 주기(Ta)가 이하 주어진 공식(6)에 의해 나타나게 되며, 여기서 k가 0 또는 그 이상의 정수이다. 공식(6)에서 나타난 바와 같이, 전하 축적 주기(Ta)의 설정 주기는 제 2 펄스 간격(Tdelay)이 단위를 구성하는 시간이다.
Ta = Tdelay ×k + Tprch ...... (6)
제 2 실시예에 있어서 스캔 시간(Tp2)은 판독 주기(Tread) 및 프리-전하 주기(Tprch)가 제 2 펄스 간격(Tdelay)으로 n-1배로 반복된 후 제 1 열에 대한 리셋주기(Treset), 전하 축적(Ta), 및 판독 주기(Tread)의 합과 동일하다. 그러므로, 스캔 시간(Tp2)는 다음과 같이 공식(7)에 의해 나타나게 된다:
Tp2 = Treset + Ta + (n-1) ×(Treset + Tprch + Tread) + Tread
= Ta + n ×(Treset + Tprch + Tread) - Tprch ...... (7)
제 1 및 제 2 실시예가 전하 축적 주기(Ta)에서 서로 동일한 경우, 제 2 실시예에 대한 각 열에 대해 작동 간격은 제 1 실시예에 대한 것보다 리셋 주기(Treset)만큼 더 길고, 따라서 제 2 실시예에 대한 스캔 시간(Tp2)은 제 1 실시예에 대한 스캔 시간(Tp1)보다 더 길어진다. 그러나, 제 2 실시예에 있어서, 전하 축적 주기(Ta)는 제 1 실시예에서 보다 더 짧아지게 된다. 이 경우에, 제 2 실시예에 대한 스캔 시간(Tp2)이 제 1 실시예에 대한 스캔 시간(Tp1)보다 더 짧아지게 될 수 있다. 여하튼, 스캔 시간은 제 1 실시예에서처럼 종래 기술의 경우보다 두드러지게 더 짧아지게 된다.
<제 3 실시예>
도 4A-4J는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광센서에 대한 구동 제어 방법에 있어서 각 열에 대한 처리 작동의 타이밍을 도시하는 타이밍 챠트이다.
제 3 실시예는 가령, 주위 환경의 밝기 및 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예와 관련하여 기술된 대상의 판독 작동(스캐닝 작동)전에 검출될 대상의 종류와 같은 다양한 조건에 의해 변화되는 최적의 민감도 설정수치를 얻기 위한 처리(예비 처리)에 있어서 구동 제어 방법을 지향한다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 예비 판독 처리에 대한 구동 제어 방법에 있어서, 도 4A-4D에 도시된 리셋 펄스 φT1, φT2, ..., φTn-1, φTn이 모든 열의 이중 게이트형 광센서(10)를 초기화하도록 열방향으로 이중 게이트형 광센서(10)의 탑 게이트 단자(TG)를 연결하는 탑 게이트 라인(101)에 동시에 인가된다.
이런 리셋 펄스 φT1, φT2, ... φTn-1, φTn은 리셋 주기(Treset)를 종결하도록 하측 레벨로 동시에 떨어지게 된다. 결과적으로, 모든 열에 대한 이중 게이트형 광센서(10)의 전하 축적 주기(Ta)는 전하(정공)가 각 열에 대한 이중 게이트형 광센서(10)의 탑 게이트 전극의 사이드에서 투사된 광량에 따라 채널 영역에서 축적되도록 동시에 개시된다.
그리고 나서, 프리-전하 주기(Tprch)가 각 열에 대한 판독 주기(Tread)와 더불어 제때 오버랩하지 않는 타이밍에서 도 4I에 도시된 프리-전하 펄스 및 도 4E-4H에 도시된 판독 펄스φB1, φB2, ... φBn-1, φBn을 각 열에 인가하도록 단위 시간을 형성하는 도 5에 도시된 제 2 펄스 간격(Tdelay)와 더불어 각 열에 대한 제 2 펄스 간격(Tdelay)의 간격으로 전하 축적 주기(Ta)는 변화된다. 다시 말해서, 전하 축적 주기(Ta)내에 각각의 제 2 펄스 간격(Tdelay)에 대한 프리-전하 펄스 φpg 을 연속하여 인가함으로써 프리-전하 주기(Tprch)가 개시되고, 이로인해 이중 게이트형 광센서(10)의 드레인 전극이 소정의 전압을 보유하는 것을 허용하도록 프리-전하 전압이 데이터 라인(103)에 인가된 프리-전하 작동을 수행한다. 그리고 나서, 판독 주기(Tread)를 개시하도록 저면 게이트 라인(102)을 통한 전하 축적 주기(Ta) 및 프리-전하 주기(Tprch)후 판독 펄스 φB1, φB2 ... φBn-1, φBn가 제 2 펄스 간격(Tdelay)으로 이중 게이트형 광센서(10)에 연속하여 인가된다. 결과적으로, 각각의 이중 게이트형 광센서(10)에 축적된 전하에 순응하는 전압 VD1, VD2, VD3 ... VDm의 변화가 판독되도록 데이터 라인(103)을 통해 행 스위치로 인가된다. 덧붙혀 말하자면, 제 3 실시예만이 관계되어 있는한, 판독 주기(Tread) 및 프리-전하 주기(Tprch)의 합과 동일한 공식(1)에 주어진 제 1 펄스 간격(Tint)이 제 2 펼스 간격(Tdelay)을 대신하여 전하 축적 주기(Ta)의 설정 간격으로 이용된다 하더라도, 프리-전하 주기(Tprch) 및 판독 주기(Tread)가 서로 제때 오버랩하지 못할 수 있다. 그러나, 제 3 실시예의 검출 결과로 부터 얻어진 최적의 전하 축적 주기(Ta)가 정상적인 대상의 이미지의 판독 작동에서 전하 축적 주기(Ta)에 인가된다면 그리고 제 2 실시예에 있어서 구동 제어 방법이 판독 작동에 인가된다면, 전하 축적 주기(Ta)의 설정 간격은 제 2 펄스 간격(Tdelay)이 단위를 구성하는 수치와 동일하다. 그러므로, 제 3 실시예에서 전하 축적 주기(Ta)의 설정 간격이 제 2 펄스 간격(Tdelay)과 또한 동일하다면, 제 3 실시예에서 얻어진 최적의 전하 축적 주기의 수치를 정상 판독 작동에서 구동 제어 방법에 인가할 수 있다. 그러므로, 제 3 실시예에 있어서 전하 축적 주기(Ta)의 설정 간격이 제 2 펄스 간격(Tdelay)의 시간과 동일하게 된다. 이것은 또한 이하 기술되는 각각의 제 4 및 제 5 실시예의 경우도 그렇다.
상기 기술된 바와 같이, 제 3 실시예에 있어서 전하 축적 주기(Ta)가 제 2 펄스 간격(Tdelay)의 시간 간격으로 증가되고, 전 싱글 스크린에 대한 예비 판독 처리에 의해 열의 수의 단계에서 달리하는 검출 민감도의 이미지 판독을 얻을 수 있게 된다. 다시 말해서, 각 열에 대한 전하 축적 주기(Ta)가 이하 주어진공식(8)에 의해 표시된 바와 같이 나타난다:
Ta = Tdelay ×J + Tprch ...... (8)
여기서, J는 0 또는 그 이상의 정수를 구성하는 변수이다. J값은 제 1 열에서 n번째 열까지의 0, 1, ... n-2, n-1이다. 보다 구체적으로는, 전하 축적 주기(Ta)는 n 종류의 서로 다른 민감도에 의해 판독 처리를 행하도록 싱글 스크린에 대한 판독 작동에 의해 제 2 펄스 간격(Tdelay)만큼의 대략 정수배인 n-종류의 서로 다른 값을 취하는 것이 허용된다. 제 3 실시예에 있어서, 싱글 스크린의 판독에 필요한 시간(Tp3)은 공식(9)에 의해 표시된 바와 같이 나타나게 되며, 여기서 n은 배열 센서(100)의 열의 수를 나타낸다:
Tp3 = [Tdelay ×(n-1) + Tprch] + Treset + Tread
= Tdelay ×n = (Treset + Tprch + Tread) ×n ...... (9)
제 3 실시예의 구동 제어 방법에 따라, 열의 수에 대응하는 많은 류의 민감도에 대한 검출 결과가 싱글 스크린의 싱글 판독에 의해 얻어지고, 환경적인 조건의 변화 및 검출될 대상의 변화에 순응하는 최적의 검출 민감도의 값을 얻을 수 있게 한다. 이어서, 민감도 조정에 필요한 시간은 두드러지게 단축된다.
제 3 실시예의 구동 제어 방법에 있어서, 리셋 펄스를 모든 열의 이중 게이트형 광센서에 동시에 인가할 필요가 있다. 따라서, 탑 게이트 드라이버(111)는 충분한 구동 능력이 상기 기술된 요건에 충분히 맞게 설정될 필요가 있다.
상기 기술된 예에서, 각 열에 대한 판독 펄스 및 프리-전하 펄스의 인가 간격이 시간 간격(Tdelay)으로 설정된다. 그러나, 시간 간격은 간격(Tdelay)에 정수배로 길어질 수 있다. 또한, 각 열에 대한 인가 간격은 일정할 필요가 없다. 구체적으로, 인가 간격이 간격(Tdelay)에 정수배로 긴 시간만큼 한 열에서 다른 한 열로 달라질 수 있다.
<제 4 실시예>
도 5A-5J는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광센서에 대한 구동 제어 방법에 있어서 각 열에 대한 처리 작동의 타이밍을 나타내는 타이밍 챠트이다.
제 4 실시예는 제 3 실시예와 같이 예비 처리에 있어서 구동 제어 방법을 지향한다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 예비 판독 처리에 대한 구동 제어 방법에 있어서, 도 5A-5D에 도시된 리셋 펄스 φT1, φT2, ..., φTn-1, φTn이 리셋 주기(Treset)를 개시하고, 따라서 각 열에 대한 이중 게이트형 광센서(10)를 초기화하도록 공식(5)에 나타난 제 2 펄스 간격(Tdelay)으로 제 1 열과 더불어 개시하는 열방향으로 탑 게이트 단자(GT)를 연결하는 탑 게이트 라인(101)을 통해 이중 게이트형 광센서(10)에 연속하여 인가된다.
각각의 리셋 펄스 φT1, φT2, ..., φTn-1, φTn이 리셋 주기(Treset)을 종결하기 위해 하측 레벨로 떨어지는 경우, 전하 축적 주기(Ta)가 개시된다. 결과적으로, 전하(정공)이 각 열에 대한 이중 게이트형 광센서(10)의 탑 게이트 전극 사이드로 부터 투사된 광량에 의해 채널 영역에 축적된다.
다음 단계에 있어서, 마지막 열(n번째 열)에 대한 리셋 펄스 φTn이 하측 레벨로 떨어진 후, 전하 축적 주기(Ta)가 공식(5)에 나타난 제 2 펄스 간격(Tdelay)이 단위 시간으로 이용되면서 각 열에 대한 제 2 펄스 간격(Tdelay)으로 변화되고, 도 5I에 도시된 프리-전하 펄스 φpg 및 도 5E-5H에 도시된 판독 펄스 φB1, φB2 ... φBn-1, φBn이 각 열에 대한 프리-전하 주기(Tprch) 및 판독 주기(Tread)가 서로 제때 오버랩하지 않는 타이밍에서 n번째에서 제 1 열까지 개시하는 각 열에 인가된다. 다시 말해서, 프리-전하 펄스는 프리-전하 주기(Tprch)를 개시하도록 전하 축적 주기(Ta)동안 각각의 제 2 펄스 간격(Tdelay)에 대해 연속하여 인가되고, 프리-전하 전압이 이중 게이트형 광센서(10)의 드레인 전극이 소정의 전압을 보유하는 것이 허용되는 프리-전하 작동을 수행하도록 데이터 라인(103)에 인가된다. 그리고 나서, n번째 열과 함께 개시하는 판독 주기(Tread)를 개시하도록 제 2 펄스 간격(Tdelay)으로 저면 게이트 라인(102)의 n번째 열에서 제 1 열까지의 각 열을 통한 전하 축적 주기 (Ta) 및 프리-전하 주기(Tprch)후, 판독 펄스 φBn, φBn-1, ... φB2, φB1이 광센서(10)에 연속하여 인가된다. 결과적으로, 도 5J에 도시된 이중 게이트형 광센서(10)에 축적된 전압 VD1, VD2, VD3 ... VDm의 변화가 판독되도록 데이터 라인(103)을 통해 행 스위치(113)에 인가된다.
상기 기술된 바와 같이, 제 4 실시예에 있어서 각 열에 대한 전하 축적 주기는 도 5에 도시된 제 2 펄스 간격(Tdelay)의 두 배의 시간 간격으로 증가하게 된다. 다시 말해서, 각 열에 대해 전하 축적 주기(Ta)는 이하 주어진 공식(10)에 의해 표시된 바와 같이 나타난다.
Ta = 2 ×Tdelay ×L + Tprch ...... (10)
여기서, L은 0 또는 그 이상의 정수로 구성된 변수이다. L의 값은 n번째에서 제 1 열까지 0, 1, ... n-2, n-1인다. 보다 구체적으로는, 전하 축적 주기(Ta)는 n 종류의 서로 다른 민감도로 판독 처리를 행하도록 싱글 스크린의 판독 처리에 의해 제 2 펄스 간격(Tdelay)의 두 배정도의 정수배인 n 종류의 서로 다른 값을 취하는 것이 허용된다. 제 4 실시예의 예비 판독 처리에 의해 싱글 스크린의 전 영역의 판독에 필요한 시간(Tp4)이 이하 주어진 공식(11)에 의해 표시된 바와 같이 나타난다:
Tp4 = Tdelay ×(2n-1)
= (Treset + Tprch + Tread) ×(2n - 1) ...... (11)
덧붙여 말하자면, 제 3 실시예에서처럼 전하 축적 주기(Ta)가 n ×Tdelay를 커버하기에 충분한 경우, 싱글 스크린의 절반(n/2 열)을 커버하기 위해 판독 작동을 수행하는데 충분하다. 이어서, 판독에 필요한 시간은 이하 주어진 공식(12)에 의해 표시된 바와 같이 나타난다:
Tp4′ = Tdelay ×(3n/2-1)
= (Treset + Tprch + Tread) ×(3n/2-1) ...... (12)
제 4 실시예의 구동 제어 방법에 있어서, 전하 축적 주기(Ta)는 제 2 펄스 간격(Tdelay)의 두 배의 시간 간격으로 변화된다. 그러므로, 제 3 실시예에서처럼 전하 축적 주기(Ta)를 제 2 펄스 간격(Tdelay)에 정밀하게 조정할 수 없다. 그러나, 전하 축적 주기는 전 싱글 스크린에 대한 예비 판독 처리에 의해 제 3 실시예에서 전하 축적 주기의 두배의 값으로 설정된다. 예를 들어, 256열의 센서 배열(10)을 이용하는 경우에, 민감도는 512 단계까지 조정되고, 제 3 실시예에서보다 더 넓은 범위에 대해 민감도의 설정값에 의해 이미지를 얻을 수 있게 한다. 또한, 제 4 실시예에 따른 구동 제어 방법에 있어서, 리셋 펄스는 각 열에 대해 제 2 펄스 간격(Tdelay)으로 연속하여 인가된다. 따라서, 탑 게이트 드라이버로 부터 인가된 리셋 펄스는 한 번에 싱글 광센서까지만 인가된다. 이어서, 제 4 실시예는 큰 구동 용량이 제 3 실시예에서처럼 설정될 필요가 없는 장점이 있다.
상기 기술된 바와 같이, 제 4 실시예에 따른 구동 제어 방법에 있어서 단 하번이라고 작은 구동 용량의 탑 게이트 드라이버를 이용하는 경우라도 싱글 스크린을 판독함으로써 제 3 실시예에서 보다 더 넓은 민감도 범위에 걸처 열의 수에 대응하는 많은 류의 민감도에 대한 검출 결과를 얻을 수 있으면서, 민감도 조정에 필요한 더 많은 정보를 얻을 수 있게 한다. 자연히, 구동 회로는 축소될 수 있고, 주위 환경 조건 및 검출될 대상의 넓은 범위에 걸친 변화에 대응하는 최적의 검출 민감도의 수치를 얻을 수 있다.
덧붙여 말하자면, 신호 펄스의 인가 순서를 리셋 작동의 제 1 라인에서 n 번째 라인으로 및 판독 작동의 n 번째 라인에서 제 1 라인으로 변화할 필요가 있기 때문에, 저면 게이트 드라이버(112)의 이동 레지스터는 이동 방향을 스위칭하는 기능이 설정되어야 한다.
또한, 상기 기술된 실시예에 있어서 각 열에 대한 리셋 펄스, 판독 펄스 및 프리-전하 펄스가 Tdelay의 시간 간격으로 인가된다. 그러나, 간격(Tdelay)의 정수배의 어떤 한 값으로 시간 간격을 설정할 수 있다. 또한, 각 열에 대한 일정 펄스 인가 간격이 아니라, 간격(Tdelay)의 정수배의 시간 간격으로 각 열에 대해 이런 펄스를 인가할 수 있다.
<제 5 실시예>
도 6A-6N은 본 발명의 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법의 제 5 실시예에 따라 각 열에 대한 처리 작동의 타이밍들을 나타내는 타이밍 챠트이다. 제 5 실시예는 제 3 및 제 4 실시예와 같은 예비 판독 처리의 구동 제어 방법을 지향한다.
제 6 실시예에 따른 예비 판독 처리에 대한 구동 제어 방법에 있어서, 리셋 펄스 φT1, φT2, ... φTn/2, φTn/2+1, φTn-1, φTn은 탑 게이트 단자(TG)를 열방향으로 연결하는 탑 게이트 라인(101)을 통해 이중 게이트형 광센서(10)에 연속하여 인가되면서, 리셋 주기(Treset)를 개시하여 각 열에 대해 이중 게이트형 광센서를 초기화하도록 제 1 열과 함께 개시하여 공식(5)에 나타난 제 2 펄스 간격(Tdelay)으로 n번째 열을 향해 처리한다. 리셋 주기(Treset)가 종결된 경우, 전하 축적 주기(Ta)가 개시되고, 결과적으로 전하(정공)이 각 열에 대해 이중 게이트형 광센서의 탑 게이트 전극의 사이드에서 투사된 광량에 의해 채널 영역에 축적된다.
또한, 리셋 펄스 인가시, 도 6L-6G에 나타난 판독 펄스 φBn, φBn-1, ...φBn/2+1, φBn/2, ... φB2, φB1은 제 2 펄스 간격(Tdelay)으로 저면 게이트 라인(102)의 각 열에 인가되면서, n 번째 열과 함께 개시하고 제 1 열로 향해 처리한다. 또한, 도 6M에 도시된 프리-전하 펄스 φpg는 판독 작동을 수행하도록 제 2 펄스 간격(Tdelay)으로 n/제2열 이하참조의 판독 펄스 φBn/2, ... φB2, φB1에따라 연속하여 인가된다.
최하측 열에서 리셋 펄스 φTn이 하측 레벨로 떨어진 다음 제 2 펄스 간격(Tdelay)의 경과후, 판독 펄스에 대응하는 프리-전하 펄스가 제 2 펄스 간격(Tdelay)으로 다시 연속하여 인가되면서, 최하측 열(n 번째 열)과 함께 개시하고 n/2+제1열을 향해 처리하며, 동시에 판독 펄스 φBn, φBn-1, ...φBn/2+1은 판독 작동을 수행하도록 연속하여 인가된다.
이런 방식으로, 도 6N에 도시되고 각 열에 대해 설정된 전하 축적 주기(Ta)동안 축적된 전하에 순응하는 전압 VD1, ... VDm이 판독되도록 데이터 라인(103)을 통해 행 스위치(113)로 변화된다.
제 5 실시예에서 각 열에 대한 전하 축적 주기(Ta)는 제 1 열로 부터 n/제2열을 커버하는 공식(13)에 의해 표시된 바와 같이 나타난다:
Ta = 2Tdelay ×K + Tprch ...... (13)
n/2+제1열에서 n번째 열까지에 대한 Ta는 공식(14)에 의해 표시된 바와 같이 나타난다:
Ta = Tdelay ×K + Tprch ...... (14)
여기서, K는 0 또는 그 이상의 정수로 구성된 변수이다. K의 값은 제 1 열에서 n/제2열까지에 대해 n-2, n-4, ... 0이고, n/2+제1열에서 n 번째 열까지에 대해 n-1, n-3, ... 3, 1이다. 보다 구체적으로는, 열에 대해 K의 값의 변화는 연속적이지 않지만 K의 인접한 값들간에 개입된 싱글 정수로 종결된다. 그러나, K의 값은 대개 0에서 n-1까지 n-단계로 단계단계 변화된다. 이어서 전하 축적주기(Ta)는 n 종류의 서로 다른 민감도로 판독 처리를 처리하도록 싱글 스크린의 판독 작동에 의해 제 2 펄스 간격(Tdelay)의 정수배의 시간 간격으로 n 종류의 서로 다른 값들을 취한다.
싱글 스크린의 판독에 필요한 시간(Tp5)은 제 5 실시예의 예비 판독 처리에서 공식(15)에 의해 표시된 바와 같이 나타난다.
Tp5 = Tdelay ×(3n/2 + 1)
= (Treset + Tprch + Tread) ×(3n/2 + 1) ...... (15)
이어서, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 구동 제어 방법에 의해, 제 4 실시예에서처럼 제 2 펄스 간격(Tdelay)의 두배의 시간 간격으로 인접한 열들간에 전하 축적 주기가 변화된다. 그러나, 전 싱글 스크린이라 함은 제 3 실시예에서처럼 동일한 범위 및 동일한 설정 간격의 이미지를 얻을 수 있다. 또한, 제 5 실시예에 따른 구동 제어 방법에 있어서, 리셋 펄스는 제 2 펄스 간격(Tdelay)으로 열에 연속하여 인가되고, 이로인해 탑 게이트 드라이버는 제 3 실시예에서처럼 큰 구동 용량이 설정될 필요가 없는 장점을 유도한다.
제 5 실시예의 구동 제어 방법에 의해, 매 싱글 스크린을 간단히 판독함으로써 제 3 실시예에서와 같이 동일한 정확함(fineness)을 갖는 열의 수에 대응하는 많은 류의 민감도의 검출 결과를 얻을 수 있다. 결과적으로, 구동 회로를 줄이고 주위 환경 조건 및 검출 대상의 변화에 순응하는 검출된 민감도의 적절한 값을 얻을 수 있다.
덧붙여 말하자면, 신호 펄스의 인가 순서는 리셋 작동의 제 1 열에서 제 n열로 그리고 판독 작동의 제 n 열에서 제 1 열로 변화되면서, 이동 레지스터가 이동 방향의 스위칭 기능의 저면 게이트 드라이버(112)가 설정되어야 한다.
상기 기술된 실시예들에서, 각 열에 대한 판독 펄스 및 프리-전하 펄스의 인가 간격이 Tdelay로 설정된다. 그러나, 이것은 또한 Tdelay의 정수배의 값으로 인가 간격을 설정할 수 있다. 또한, 각 열에 대한 인가 간격이 일정하지 않을 수 있다. 다시 말해서, 인가 간격은 Tdelay의 정수배의 값으로 열에서 열간 달라지게 된다.
본 발명은 2차원으로 배열된 다수의 광센서를 포함한 광센서 배열에 대한 구동 제어 방법으로서 개별적으로 선택 트랜지스터를 배열할 필요가 없는 이중 게이트형 광센서를 이용한 발명으로 본 기술 분야에 편리하게 이용될 것이다.

Claims (13)

  1. 매트릭스상으로 배열된 복수의 광센서로 이루어지는 광센서 배열을 구비한 광센서 시스템의 구동제어방법에 있어서,
    해당 광센서 시스템의 구동제어방법은,
    상기 광센서 배열의 각 행에 리셋펄스를 인가하여 각 행의 복수의 광센서를 초기화하는 제 1 단계와,
    상기 초기화가 종료된 상기 각 행의 복수의 광센서에 있어서, 조사된 빛에 의해 발생하는 전하를 축적하는 전하축적주기가 경과하고, 상기 복수의 광센서에 소정의 프리-전하 펄스를 인가하는 프리-전하 작동이 종료된 상기 각 행의 복수의 광센서에 대하여 판독펄스를 차례로 인가하고, 상기 전하축적주기에 축적된 전하에 의한 전압을 출력전압으로서 출력하는 제 2 단계를 포함하는 구동순서를 갖고,
    상기 제 2 단계에 있어서의 상기 프리-전하 펄스 및 각 행마다의 상기 판독펄스의 인가 타이밍은 상호 시간적으로 오버랩되지 않고, 또한 상기 리셋펄스와도 시간적으로 오버랩되지 않으며, 상기 전하축적주기는 상기 각 행마다의 상기 판독펄스의 인가간격이나 그 정수배의 시간을 단위로 하는 주기를 갖고, 각 행마다의 상기 전하축적주기는 적어도 2개의 다른 행간에 있어서 시간적으로 오버랩되는 기간을 갖도록 설정되고,
    상기 광센서 배열의 각 행에 대하여 상기 구동순서를 1회만 실행하는 것을 특징으로 하는 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 단계는, 상기 광센서 배열의 각 행에 상기 리셋펄스를 차례로 인가하여 각 행마다의 상기 복수의 광센서를 차례로 초기화하는 것을 특징으로 하는 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 단계에서 각 열에 대한 상기 프리-전하 펄스 및 상기 판독 펄스의 인가 주기가 프리-전하 펄스의 펄스 폭 및 판독 펄스의 펄스 폭의 합과 동일하거나 더 긴 것을 특징으로 하는 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 단계에서 각 열에 대한 상기 리셋 펄스의 인가 주기 및 상기 제 2 단계에서 각 열에 대한 상기 프리-전하 펄스 및 상기 판독 펄스의 인가 주기가 프리-전하 펄스의 펄스 폭 및 판독 펄스의 펄스폭의 합과 동일하거나 더 긴 것을 특징으로 하는 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 단계에서 각 열에 대한 상기 리셋 펄스의 인가 주기 및 상기 제 2 단계에서 각 열에 대한 상기 프리-전하 펄스 및 상기 판독 펄스의 인가 주기가 제 1 단계에서 리셋 펄스의 펄스 폭, 및 상기 제 2 단계에서 프리-전하 펄스의 펄스 폭 및 판독 펄스의 펄스 폭의 합과 동일하거나 더 긴 것을 특징으로 하는 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 각각의 상기 광센서는 게재된 반도체 층으로 구성된 채널 영역에 배열된 소스 전극 및 드레인 전극, 및 게재된 절연체 층과 함께 적어도 상기 채널 영역의 위아래에 형성된 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하고, 전하가 상기 채널 영역의 광 조사량에 대응하는 양으로 발생 및 축적되는 것을 특징으로 하는 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 리셋 펄스는 상기 광센서를 초기화하기 위해 상기 제 1 단계에서 상기 광센서의 상기 제 1 전극에 인가되고; 및
    상기 프리-전하 펄스는 제 2 단계에서 광센서의 상기 드레인 전극에 인가되며, 상기 판독 펄스는 출력 전압으로서 드레인 전극의 전압을 출력하기 위해 프리-전하 펄스의 인가에 의해 수행된 프리-전하 작동의 완료후 광센서의 상기 제 2 전극에 인가되는 것을 특징으로 하는 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 각 열에 대한 상기 프리-전하 펄스 및 상기 제 2 단계에서 상기 판독 펄스의 인가 주기가 상기 제 2 단계에서 프리-전하 펄스의 펄스 폭 및 판독 펄스의 펄스 폭의 합과 동일하거나 정수배인 것을 특징으로 하는 광센서에대한 구동 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 단계에서 각 열에 대한 상기 전하 축적 주기가 상기 합과 동일하거나 정수배이고 열에 따라 서로 달리 설정되는 것을 특징으로 하는 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 리셋 펄스는 상기 제 1 단계에서 상기 광센서의 열에 동시에 인가되고, 상기 프리-전하 펄스는 상기 제 2 단계에서 상기 합과 동일하거나 정수배인 시간 간격으로 인가되며, 및 상기 판독 펄스는 각 열에 인가되는 것을 특징으로 하는 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 리셋 펄스는 상기 제 1 단계에서 상기 합과 동일하거나 정수배인 시간 간격으로 상기 광센서 배열의 각 열에 인가되고, 모든 열에 리셋 펄스 인가의 완료후, 상기 프릿-전하 펄스가 상기 제 2 단계에서 인가되고 판독 펄스는 리셋 펄스를 제 1 단계에서 광센서 배열의 각 열에 인가하는 순서에 반대되는 순서로 각 열에 인가되는 것을 특징으로 하는 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 리셋 펄스는 상기 제 1 단계에서 상기 합과 동일하거나 정수배인 시간 간격으로 상기 광센서 배열의 각 열에 연속하여 인가되는 것을특징으로 하고;
    상기 프리-전하 펄스는 상기 제 1 단계와 동시에 상기 제 2 단계에서도 인가되고, 판독 펄스는 리셋 펄스를 제 1 단계에서 광센서 배열의 각 열에 인가하는 순서의 반대 순서로 각 열에 인가되며; 및
    프리-전하 전압 인가 및 판독 펄스 인가의 완료후, 및 상기 시간의 합의 경과후, 상기 프리-전하 펄스가 인가되고 판독 펄스는 상기 시간의 합과 동일하거나 정수배의 시간 간격으로 판독 펄스를 각 열에 인가하는 순서와 동일한 순서로 각 열에 다시 인가되는 것을 특징으로 하는 광센서 시스템에 대한 구동 제어 방법.
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