KR100820053B1 - 이미지 센서 구동회로 및 그 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이미지 센서 구동회로 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서어레이 하단에서 다수의 데이터라인에 충전된 전하를 선택적으로 리드아웃 IC로 인가하는 먹스부를 더 포함함으로써 리드아웃 IC의 수를 감소시킬 수 있는 이미지 센서 구동회로 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

이미지 센서, 먹스부, 리드아웃IC

Description

이미지 센서 구동회로 및 그 구동 방법 {Image sensor Driving Curcuit And Driving Method Thereof}

본 발명은 이미지 센서 구동회로 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서어레이 하단에서 다수의 데이터라인에 충전된 전하를 선택적으로 리드아웃 IC로 인가하는 먹스부를 더 포함함으로써 리드아웃 ICD의 수를 감소시킬 수 있는 이미지 센서 구동회로 및 그 구동 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 X-ray 디지털 센서에 사용되는 이미지 센서를 구동하는 방식에 관한 것이다.

도 1은 종래의 이미지 센서 구동회로를 개략적으로 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 종래의 이미지 센서 구동회로는 게이트 라인과 데이터라인이 교차하는 픽셀 영역에 스위칭 소자와 센서 소자를 포함하는 센서어레이(110)와 상기 게이트 라인에 게이트 신호를 공급하는 게이트 드라이버(120)와 상기 센서어레이로부터 센싱된 신호를 읽어들이는 리드아웃 IC를 구비하는 리드아웃부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 종래의 이미지 센서 구동회로의 데이터 라인은 센서의 누설전류를 리드아웃 IC에 전달하는 배선역할로만 사용되었으며, 데이터 라인 상의 커패시터는 무시할 정도로 작아서 커패시터로 이용이 불가능하였다.

또한, 동작에 있어서 종래의 구동회로는 N번째 게이트 라인에 하이 볼티지(High voltage)가 인가되면 스위칭 소자가 ON되어서 센서의 누설전류가 데이터 배선을 통하여 직접 리드아웃 IC에 저장되고, 상기 저장된 신호는 ADC를 통하여 디지털로 변환되어서 하나의 라인에 대한 이미지를 얻게된다. 이후, N+1번째 게이트 라인에 동일한 동작에 의해 다음 라인에 대한 이미지를 얻는 방식으로 전체 라인을 구동하여 전체 이미지를 얻게된다.

그러나 종래의 이미지 센서 구동회로는 모든 데이터 라인이 리드아웃 IC에 채널이 일대일로 연결되어야 하므로 리드아웃 IC수가 증가하는 문제가 있었다.

따라서, 리드아웃 IC 증가에 따른 제작비용이 상승하고 공정의 효율성이 떨어지는 문제가 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 데이터 라인을 커패시터로 이용하고, 다수의 데이터 라인이 입력되어 선택적으로 하나의 출력으로 리드아웃 IC에 센싱 신호를 전송하는 먹스부를 포함하여 리드아웃 IC의 수를 감소시킬 수 있는 이미지 센서 구동회로 및 그 구동 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 이미지 센서 구동회로는 게이트라인과 데이터라인이 교차하는 픽셀에 형성되는 스위칭 소자와 센싱 소자를 포함하는 센서 어레이와 상기 게이트라인에 게이트 신호를 공급하는 게이트 드라이버와 상기 다수의 데이터 라인 중 선택된 데이터 라인의 센싱신호를 출력하는 먹스부 및 상기 먹스부로부터 출력된 센싱신호를 읽는 리드아웃IC를 구비하는 리드아웃부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 먹스부는 2개 이상의 데이터 라인(N)이 입력되어 선택된 하나의 데이터 라인의 센싱신호가 출력되도록 구성(N : 1)되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 데이터 라인은 게이트 라인의 온(ON) 상태 동안 전자를 충전하고, 오프(OFF) 상태 동안 충전을 유지하는 커패시터(C_para)를 형성하는 것을 특징으 로 한다.

또한, 상기 먹스부는 비정질 실리콘 박막트랜지스터, 다결정 실리콘 박막트랜지스터 및 산화물 반도체 박막트랜지스터 중 선택된 어느 하나의 박막트랜지스터를 기본으로 하는 회로인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 스위칭 소자 및 센서 소자는 비정질 실리콘 박막트랜지스터, 다결정 실리콘 박막트랜지스터 및 산화물 반도체 박막트랜지스터 중 선택된 어느 하나의 박막트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 먹스부는 각 데이터 라인에 센싱신호의 출력을 제어하는 다수의 스위칭 소자와 상기 스위칭 소자의 게이트 온 전압을 제어하는 먹스 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 리드아웃 IC는 입력된 다수의 데이터 라인(N)이 상기 먹스부를 통해 출력된 하나의 라인으로 연결되어 1/N 만큼 필요한 회로의 수가 감소된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 게이트 드라이버는 게이트 라인에 미리 하이 전압을 인가하여 상기 스위칭 소자가 ON되어서 센서 픽셀에서 데이터 라인으로 전자가 흘러서 충전되도록 하고, 이 후에 모든 게이트 라인에 네가티브 전압을 인가하여 상기 스위칭 소자가 OFF상태가 되어 데이터 라인에 충전된 전압이 유지되도록 하고, 상기 먹스부는 선택된 데이터 라인을 턴온시켜 선택된 데이터 라인의 전자를 리드아웃 IC로 전송하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 이미지 센서 구동 방법은 (a) 첫번째 게이트 라인에 미리 하이 전압을 인가하여 스위칭 소자가 턴온되어 센서 픽셀에서 데이터 라인으로 전자가 흘러서 충전되는 단계와 (b) 모든 게이트 라인에 네가티브 전압을 인가하여 상기 스위칭 소자가 턴오프 상태가 되어 데이터 라인에 충전된 전압이 유지되는 단계와 (c) 이 때, 먹스부의 스위칭 소자가 순차적으로 턴온되어 상기 충전된 데이터 라인(N)의 전자를 리드아웃 IC로 전송하는 단계 및 (d) M번째 게이트 라인까지 순차적으로 상기 (a) 내지 (c)단계를 반복적으로 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 (c) 단계는 상기 먹스부가 다수의 데이터 라인(N)의 스위칭 소자를 순차적으로 턴온시켜 각 데이터 라인에 충전된 전자를 하나의 출력 라인을 통해 리드아웃 IC로 전송하는 것을 특징으로 한다.

상기의 과제 해결 수단을 통해 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 센서 구동회로 및 그 구동 방법은 데이터라인을 커패시터로 이용하고, 센서 어레이와 리드아웃부 사이에 먹스부를 포함하여 리드아웃 IC의 수를 감소시켜 제작 비용을 절감하고 공정의 효율성을 높일 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서 구동회로를 개략적으로 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 상세 구성도이고, 도 4는 단일 픽셀의 데이터 라인이 먹스부와 리드아웃부에 연결된 것을 도시한 회로도이다. 여기서, 상기 도면에 따른 실시예의 먹스부는 4개의 데이터 라인이 하나의 먹스에 포함되는 구성에 대한 실시예이지만, 2이상의 데이터 라인 중 선택적으로 구성될 수 있음은 자명한 것이다.

도 2 내지 4를 참조하면, 본 발명에 따른 이미지 센서 구동회로는 게이트라인과 데이터라인이 교차하는 픽셀에 형성되는 스위칭 소자와 센싱 소자를 포함하는 센서 어레이(210)와 상기 게이트라인에 게이트 신호를 공급하는 게이트 드라이버(220)와 상기 다수의 데이터 라인 중 선택된 데이터 라인의 센싱신호를 출력하는 먹스부(250)와 상기 먹스부로부터 출력된 센싱신호를 읽는 리드아웃부(240)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 먹스부(240)는 2개 이상의 데이터 라인(N)이 입력되어 선택된 하나의 데이터 라인에 충전된 전자가 출력되도록 다수의 먹스(N : 1)로 구성될 수 있다.

도 5a는 본 발명에 따른 먹스부를 개략적으로 도시한 레이아웃이고, 도 5b는본 발명에 따른 먹스부를 개략적으로 도시한 회로도이다.

도 5를 참조하면, 상기 먹스부(250)의 먹스는 각 데이터 라인에 센싱신호의 출력을 제어하는 스위칭 소자(Select 1 내지 Select 4)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 스위칭 소자(Select 1 내지 Select4)의 게이트 전극에는 게이트라인이 오 프상태 동안 순차적으로 게이트 온 전압을 인가하도록 제어될 수 있다. 이를 위해, 상기 먹스부는 게이트 온 전압의 인가를 제어하는 먹스드라이버를 더 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 상기 데이터 라인은 게이트 라인의 온(ON) 상태 동안 전자를 충전하고, 오프(OFF) 상태 동안 충전을 유지하는 커패시터(C_para)를 포함하여 구성된다.

따라서, 상기 데이터 라인은 단순 배선의 역할 뿐만 아니라, 전자를 충전하는 커패시터 역할을 담당하게 된다. 종래에는 데이터 라인에 충전되는 기생 커패시터의 양이 작아서 커패시터로 이용할 수 없었으나, 본 발명은 게이트 라인에 인가되는 게이트 전압을 이용하여 데이터 라인에 전자가 충전되고 유지될 수 있도록 구성하여 데이터 라인을 커패시터로 이용할 수 있다.

상기 먹스부(250)의 구성에 따라 상기 리드아웃 IC는 입력된 다수의 데이터 라인(N)이 상기 먹스부를 통해 출력된 하나의 라인으로 연결되어 1/N 만큼 필요한 회로의 수가 감소될 수 있다.

패널에 2048 × 2048개의 이미지 센서가 형성되고, 리드아웃 IC가 256채널로 구성된다면 리드아웃 IC가 8개(256×8 = 2048) 필요하다.

그러나, 본 발명과 같이 먹스부(4×1 라고 가정)를 포함하는 경우 먹스에서 해당 채널을 순차적으로 선택할 수 있으므로 하나의 리드아웃 IC가 4배의 데이터라인을 읽을 수 있으므로 구동에 필요한 리드아웃 IC는 1/4로 감소하므로 2개의 리드아웃 IC만이 필요하게 된다. 따라서, 구동에 필요한 리드아웃 IC의 수를 버퍼의 구 성(N × 1)에 따라 1/N만큼 감소시킬 수 있으며, 하나의 버퍼부에서 제어하는 데이터라인의 수(N)가 증가하면 할 수록 필요한 리드아웃 IC의 수는 감소하게 된다.

한편, 상기 각 픽셀의 스위칭 소자 센싱소자 및 리드아웃 IC의 구성은 종래의 이미지 센서 구동회로와 동일하며 본 발명의 핵심에서 벗어나는 부분이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이하, 본 발명에 따른 이미지 센서 구동방법에 대해 살펴보기로 한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 게이트와 먹스의 타이밍도이다.

도 6을 참조하면, 먼저 첫번째 게이트 라인에 미리 양의 전압(high voltage)을 인가하여 스위칭 소자를 턴온(turn-on)시킨다. 이 때, 스위칭 소자가 턴온되면 센서 픽셀에서 데이터 라인으로 누설전류가 흘러서 커패시터(Cpara)에 충전된다. 이를 통해 첫번째 게이트 라인의 누설전류가 모든 데이터 라인의 커패시터(C_para)에 저장된다.

이어서, 모든 게이트 라인에 네가티브 전압을 인가하여 상기 스위칭 소자가 턴오프 상태가 되어 데이터 라인에 충전된 전압이 유지되도록 한다.

이와 함께, 먹스부의 스위칭 소자(select 1 내지 4)가 순차적으로 턴온되어 순차적으로 상기 충전된 데이터 라인(N)의 전자를 리드아웃 IC로 전달한다.

여기서, 상기 먹스부를 통해 N개의 데이터 라인이 하나의 출력라인을 통해 리드아웃 IC로 전달되므로 리드아웃 IC는 N ×채널 만큼의 데이터 라인의 신호를 읽을 수 있다. 예를 들어, 리드아웃 IC가 256채널이고 먹스가 (4×1)로 구성된다면 리드아웃 IC는 4 × 256 = 1024채널의 데이터 라인의 신호를 읽을 수 있으므로 리드아웃 IC의 수를 1/4만큼 감소시킬 수 있다.

상기와 같이 첫번째 게이트 라인에 대해 데이터 라인을 통해 리드아웃 IC에 저장된 신호는 ADC를 통하여 디지털로 변환되어서 한 라인에 대한 이미지를 얻게 된다.

다음으로, 두번째 게이트 라인에 대해 상기와 동일한 동작을 수행하여 이미지를 얻게 되고, M번째 게이트 라인(여기서, 2048 × 2048 센서 어레이라면 M=2048)까지 순차적으로 반복하여 전체 이미지를 얻게된다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 이미지 센서 구동회로를 개략적으로 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서 구동회로를 개략적으로 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 상세 구성도이고, 도 4는 단일 픽셀의 데이터 라인이 먹스부와 리드아웃부에 연결된 것을 도시한 회로도이다.

도 5a는 본 발명에 따른 먹스부를 개략적으로 도시한 레이아웃이고, 도 5b는본 발명에 따른 먹스부를 개략적으로 도시한 회로도이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 게이트와 먹스의 타이밍도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

110, 210 : 센서 어레이 120, 220 : 게이트 드라이버

140, 240 : 리드아웃부 250 : 먹스부

Claims (10)

1. 게이트라인과 데이터라인이 교차하는 픽셀에 형성되는 스위칭 소자와 센싱 소자를 포함하는 센서 어레이와;

   상기 게이트라인에 게이트 신호를 공급하는 게이트 드라이버와;

   다수의 데이터 라인과 연결되고, 상기 다수의 데이터 라인 중 선택된 데이터 라인의 센싱신호를 출력하는 먹스부 및;

   상기 먹스부로부터 출력된 센싱신호를 읽는 리드아웃IC를 구비하는 리드아웃부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 구동회로.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 먹스부는

   2개 이상의 데이터 라인(N)이 입력되어 선택된 하나의 데이터 라인의 센싱신호가 출력되도록 구성(N : 1)되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 구동회로.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 데이터 라인은

   게이트 라인의 온(ON) 상태 동안 전자를 충전하고, 오프(OFF) 상태 동안 충전을 유지하는 커패시터(C_para)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 구동회로.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 먹스부는

   비정질 실리콘 박막트랜지스터, 다결정 실리콘 박막트랜지스터 및 산화물 반도체 박막트랜지스터 중 선택된 어느 하나의 박막트랜지스터를 기본으로 하는 회로인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 구동회로.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 스위칭 소자 및 센서 소자는

   비정질 실리콘 박막트랜지스터, 다결정 실리콘 박막트랜지스터 및 산화물 반도체 박막트랜지스터 중 선택된 어느 하나의 박막트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서 구동회로.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 먹스부는

   각 데이터 라인에 센싱신호의 출력을 제어하는 다수의 스위칭 소자와;

   상기 스위칭 소자의 게이트 온 전압을 제어하는 먹스 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 구동회로.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 리드아웃 IC는

   입력된 다수의 데이터 라인(N)이 상기 먹스부를 통해 출력된 하나의 라인으로 연결되어 1/N 만큼 필요한 회로의 수가 감소된 것을 특징으로 하는 이미지 센서 구동회로.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 게이트 드라이버는

   게이트 라인에 미리 하이 전압을 인가하여 상기 스위칭 소자가 ON되어서 센서 픽셀에서 데이터 라인으로 전자가 흘러서 충전되도록 하고,

   이 후에 모든 게이트 라인에 네가티브 전압을 인가하여 상기 스위칭 소자가 OFF상태가 되어 데이터 라인에 충전된 전압이 유지되도록 하고,

   상기 먹스부는

   선택된 데이터 라인을 턴온시켜 선택된 데이터 라인의 전자를 리드아웃 IC로 전송하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 구동회로.
9. 이미지 센서 구동 방법에 있어서,

   (a) 첫번째 게이트 라인에 미리 하이 전압을 인가하여 스위칭 소자가 턴온되어 센서 픽셀에서 데이터 라인으로 전자가 흘러서 충전되는 단계와;

   (b) 모든 게이트 라인에 네가티브 전압을 인가하여 상기 스위칭 소자가 턴오프 상태가 되어 데이터 라인에 충전된 전압이 유지되는 단계와;

   (c) 이 때, 먹스부의 스위칭 소자가 순차적으로 턴온되어 상기 충전된 데이터 라인(N)의 전자를 리드아웃 IC로 전송하는 단계 및;

   (d) 마지막 게이트 라인(M)까지 순차적으로 상기 (a) 내지 (c)단계를 반복적으로 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 구동방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 (c) 단계는

    상기 먹스부가 다수의 데이터 라인(N)의 스위칭 소자를 순차적으로 턴온시켜 각 데이터 라인에 충전된 전자를 하나의 출력 라인을 통해 리드아웃 IC로 전송하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 구동 방법.

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