KR101966916B1 - Sensor pixel, fingerprint and image sensor, and driving method thereof - Google Patents

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KR101966916B1
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김기중
고태한
유진형
허지호
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Abstract

Provided are a sensor pixel with limitless driving speed, a fingerprint and image sensor having the same, and a driving method thereof. To this end, the fingerprint and image sensor comprises: a plurality of data lines extended in a first direction and arranged in a second direction; a reset voltage generation circuit for generating a reset voltage according to the amount of external light; a sensor panel including a plurality of sensor pixels reset by the reset voltage and generating a pixel voltage according to supplied light; and a sensing reading circuit receiving the pixel voltage through a corresponding data line among the plurality of data lines and generating an output voltage based on the pixel voltage and a reference voltage.

Description

센서화소, 이를 포함하는 지문 및 이미지 센서 및 그 구동 방법{SENSOR PIXEL, FINGERPRINT AND IMAGE SENSOR, AND DRIVING METHOD THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a sensor pixel, a fingerprint and image sensor including the sensor pixel,

본 개시는 광학식 센서화소, 이를 포함하는 지문 및 이미지 센서 및 그 구동 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to an optical sensor pixel, a fingerprint and image sensor including the same, and a driving method thereof.

광학식 지문 및 이미지센서는 센서에 수신되는 광량에 기초하여 대상을 인식하기 때문에 센서가 위치한 장소의 광량에 영향을 받는다. 광량이 많은 환경에서 지문 및 이미지 센서가 동작할 경우, 주변 광의 영향으로 정확하게 대상을 인식하기 어려운 문제점이 있다.Optical fingerprint and image sensors are affected by the amount of light at the location of the sensor because they recognize the object based on the amount of light received by the sensor. When the fingerprint and image sensor operate in an environment with a large amount of light, there is a problem that it is difficult to accurately recognize an object due to the influence of ambient light.

이런 문제를 해결하기 위해서, 화소 내의 셔터(shutter)를 이용하여 광량이 많을 경우 전기적으로 신호를 차단 시키는 회로들(global shutter, rolling shutter 등)이 개발되었다. 그러나, 셔터를 이용한 차단 회로들에 의해 이미지 왜곡이 발생하고, 지문 및 이미지센서의 구동속도가 제한되는 문제점이 있다. In order to solve such a problem, circuits (global shutter, rolling shutter, etc.) for electrically intercepting signals when a light amount is large using a shutter in a pixel have been developed. However, image distortion occurs due to the shutoff circuits using the shutter, and the driving speed of the fingerprint and image sensor is limited.

주변 환경의 광량에 의한 영향으로 지문 및 이미지를 인식하지 못하는 문제점을 해결하고, 구동 속도의 제한 없는 센서화소, 이를 포함하는 지문 및 이미지 센서 및 그 구동 방법을제공하고자 한다. The present invention provides a sensor pixel having no limitation in a driving speed, a fingerprint and an image sensor including the sensor pixel, and a driving method thereof, which solve the problem that the fingerprint and the image are not recognized due to the influence of the light amount of the surrounding environment.

발명의 한 특징에 따른 지문 및 이미지 센서는 제1방향으로 연장되고, 제2 방향으로 배열되어 있는 복수의 데이터 라인, 외부 광량에 따라 리셋 전압을 생성하는 리셋전압 생성회로, 상기 리셋전압에 의해 리셋되고 공급되는 빛에 따라 화소전압을 생성하는 복수의 센서화소를 포함하는 센서패널, 및 상기 화소전압을 복수의 데이터 라인 중 대응하는 데이터 라인을 통해 입력받고, 상기 화소전압 및 기준 전압에 기초하여 출력 전압을 생성하는 센싱 판독 회로를포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a fingerprint and image sensor including a plurality of data lines extending in a first direction and arranged in a second direction, a reset voltage generating circuit for generating a reset voltage in accordance with an external light amount, And a plurality of sensor pixels for generating a pixel voltage in accordance with the supplied light, and a sensor panel for receiving the pixel voltage through a corresponding one of the plurality of data lines and outputting the pixel voltage based on the pixel voltage and the reference voltage And a sensing reading circuit for generating a voltage.

상기 복수의 센서화소 각각은, 제1 기간에 상기 리셋 전압을 제1 접점에 공급하는 리셋 트랜지스터, 상기 제1 접점과 바이어스 전압 사이에 연결되어 있는 포토다이오드, 상기 포토다이오드에 병렬 연결되어 있는 용량 커패시터, 및 제2 기간에 상기 제1 접점의 전압인 화소전압을 대응하는 데이터 라인에 전달하는 스위칭트랜지스터를 포함할 수 있다.Each of the plurality of sensor pixels includes a reset transistor for supplying the reset voltage to the first contact in a first period, a photodiode connected between the first contact and the bias voltage, a capacitive capacitor connected in parallel to the photodiode, And a switching transistor for transmitting a pixel voltage, which is a voltage of the first contact, to a corresponding data line in a second period.

상기 센서패널은, 상기 리셋 트랜지스터의 일단에 연결되어 상기 리셋 전압을 공급하는 리셋 전압 라인, 및 상기 리셋 트랜지스터의 게이트에 연결되어 상기 리셋 트랜지스터의 스위칭 동작을 제어하는 리셋 스캔 신호를 전달하는 리셋 게이트 라인을 더 포함하고, 상기 리셋 트랜지스터의 타단은 상기 제1 접점에 연결되어 있을 수 있다.The sensor panel includes a reset voltage line connected to one end of the reset transistor for supplying the reset voltage and a reset gate line connected to a gate of the reset transistor for transmitting a reset scan signal for controlling a switching operation of the reset transistor. And the other end of the reset transistor may be connected to the first contact.

상기 센서패널은, 상기 스위칭 트랜지스터의 게이트에 연결되어 있는 스캔 라인을더 포함하고, 상기 스위칭 트랜지스터의 일단은상기 데이터 라인에 연결되어 있고, 상기 스위칭 트랜지스터의 타단은 상기 제1 접점에 연결되어 있을 수 있다.The sensor panel may further include a scan line connected to a gate of the switching transistor, wherein one end of the switching transistor is connected to the data line, and the other end of the switching transistor is connected to the first contact have.

상기 센싱 판독 회로는, 상기 복수의 데이터 라인을 통해 공급되는 복수의 화소전압을 다중화하여 소정 개수의 채널로 복수의 데이터 전압을 전달하는 다중화회로, 및 상기 복수의 데이터 라인으로부터 유입되는 전류를 적분하여 복수의 출력 전압을 생성하는 증폭 회로를 포함할 수 있다.Wherein the sensing reading circuit includes a multiplexing circuit for multiplexing a plurality of pixel voltages supplied through the plurality of data lines and transferring a plurality of data voltages to a predetermined number of channels, And an amplification circuit for generating a plurality of output voltages.

상기 센싱 판독 회로는, 상기 복수의 출력 전압 및 복수의 출력 전압 각각에대응하는 어드레스에 기초하여 영상 신호를 생성하는 신호 처리 회로를 더 포함할 수 있다.The sensing readout circuit may further include a signal processing circuit for generating a video signal based on the plurality of output voltages and an address corresponding to each of the plurality of output voltages.

상기 다중화 회로는, 복수의 데이터 라인 중 n 개의 데이터 라인 각각에 연결되어 있는 일단 및 상기 증폭 회로에 연결되어 있는 타단을 포함하고, 대응하는 스위칭 신호에 따라 스위칭 동작하는 복수의 스위치를 포함할 수 있다.The multiplexing circuit may include a plurality of switches including one end connected to each of the n data lines among the plurality of data lines and the other end connected to the amplifying circuit and performing a switching operation in accordance with the corresponding switching signal .

상기 증폭 회로는, 상기 복수의 스위치의 타단에 연결되어 있는 제1 입력단, 상기 기준 전압이 입력되는 제2 입력단, 및 출력단을 포함하는 연산 증폭기, 및 상기 제1 입력단과 상기 출력단 사이에 연결되어 있고, 상기 제1 입력단으로부터 유입되는 전류를 적분하여 대응하는 출력 전압을 생성하는 커패시터를 포함한다.The amplifying circuit includes an operational amplifier including a first input connected to the other end of the plurality of switches, a second input for receiving the reference voltage, and an output terminal, and an operational amplifier connected between the first input and the output And a capacitor for integrating the current flowing from the first input terminal to generate a corresponding output voltage.

상기 증폭 회로는, 상기 커패시터에 병렬 연결되어 있고, 상기 복수의 스위치의 온 기간 사이의 기간 중 턴 온 되는 리셋 스위치를 더 포함할 수 있다.The amplifying circuit may further include a reset switch connected in parallel to the capacitor and turned on during a period between on periods of the plurality of switches.

발명의 또 다른 특징에 따른 센서화소는 공급되는 빛에 따라 화소전압을 생성하고, 제1 접점과 바이어스 전압 사이에 연결되어 있는 포토다이오드, 상기 포토다이오드에 병렬 연결되어 있는 용량 커패시터, 리셋 전압을 리셋 스캔 신호에 따라 제1 접점에 공급하는 리셋 트랜지스터, 및 스캔 신호에 따라 데이터 라인에 상기 제1 접점의 전압인 화소전압을 전달하는 스위칭 트랜지스터를 포함하며, 상기 리셋 전압은 외부 광량에 따라 변할 수 있다According to another aspect of the present invention, a sensor pixel generates a pixel voltage according to supplied light, and includes a photodiode connected between a first contact and a bias voltage, a capacitive capacitor connected in parallel to the photodiode, And a switching transistor for transferring a pixel voltage, which is a voltage of the first contact, to the data line according to a scan signal, and the reset voltage may be changed according to an external light amount

상기 리셋 트랜지스터가 턴 온 되어, 상기 제1 접점의 전압이 상기 리셋 전압으로 리셋된 후, 상기 포토다이오드에 공급되는 빛에 따라 상기 화소전압이 결정될 수 있다.After the reset transistor is turned on and the voltage of the first contact is reset to the reset voltage, the pixel voltage may be determined according to light supplied to the photodiode.

발명의 또 다른 특징에 따른 복수의 센서화소를 포함하는 지문 및 이미지 센서의구동 방법은, 외부 광량에 따라 리셋 전압을 생성하는 단계, 상기 복수의 센서화소 전체에 리셋 전압을 공급하는 단계, 상기 복수의 센서화소가 공급되는 빛에 따라 복수의 화소전압을 생성하는 단계, 상기 복수의 화소전압을 복수의 데이터 라인으로 전달하는 단계, 및 상기 복수의 화소전압 및 기준 전압에 기초하여 복수의 출력 전압을 생성하는 단계를 포함한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of driving a fingerprint and an image sensor including a plurality of sensor pixels, including the steps of generating a reset voltage in accordance with an external light amount, supplying a reset voltage to all of the plurality of sensor pixels, Generating a plurality of pixel voltages in accordance with the light supplied by the sensor pixels of the plurality of pixel voltages, transferring the plurality of pixel voltages to the plurality of data lines, and outputting the plurality of output voltages based on the plurality of pixel voltages and the reference voltages .

상기 복수의 출력 전압을 생성하는 단계는, 상기 복수의 화소전압을 다중화하는 단계, 및 상기 다중화에 따라 입력되는 화소전압에 대응하는 데이터 라인으로부터 유입되는 전류를 적분하여 상기 복수의 출력 전압을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. The generating of the plurality of output voltages may include multiplexing the plurality of pixel voltages, and integrating the currents input from the data lines corresponding to the pixel voltages input in accordance with the multiplexing to generate the plurality of output voltages Step < / RTI >

주변 환경의 광량에 의한 영향없이, 지문 및 이미지를 인식할 수 있고, 구동 속도의 제한 없는 센서화소, 이를 포함하는 지문 및 이미지 센서 및 그 구동 방법을제공한다. Provided are a sensor pixel, a fingerprint and an image sensor including the sensor pixel, and a driving method thereof, which can recognize fingerprints and images without influence of the light quantity of the surrounding environment.

도 1은 실시 예에 따른 지문 및 이미지 센서의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 실시 예에 따른 복수의 센서화소, 다중화회로, 및 증폭 회로의 일부를나타낸 도면이다.
도 3은 리셋 스캔 신호 및 스캔 신호를 나타낸 파형도이다.
도 4는 스위칭 신호 및 리셋 신호를 나타낸 파형도이다.
도 5는 광량에 따른 리셋 전압의 변화에 따른 화소전압을 나타낸 파형도이다.
도 6은 실시 예에 따라 리셋 전압을 변화에 따른 지문 및 이미지 센서의 조명도-계조값의 관계를 나타낸 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view showing the configuration of a fingerprint and image sensor according to an embodiment. Fig.
2 is a diagram showing a part of a plurality of sensor pixels, a multiplexing circuit, and an amplifying circuit according to the embodiment.
3 is a waveform diagram showing a reset scan signal and a scan signal.
4 is a waveform diagram showing a switching signal and a reset signal.
5 is a waveform diagram showing a pixel voltage according to a change of a reset voltage according to a light amount.
6 is a graph showing the relationship between the illuminance and the tone value of the fingerprint and the image sensor according to the variation of the reset voltage according to the embodiment.

실시 예에 따른 지문 및 이미지 센서는빛의 변화에 따른 환경 적응을수행하여, 주변 환경의 광량에의한 영향 없이 사용할 수 있다. 이를 위해서, 빛의 세기에 따라 지문 및 이미지 센서의동작영역이 조절될 수 있다. 지문 및 이미지 센서에는 광량에 따라 센서의 동작영역을 변화 시키는 화소 리셋 전압이 적용될 수 있다. 구체적으로, 광량에 따라 화소 리셋 전압을 변화시켜, 감지된광량에 대응하는 화소전압의 범위를 조정하고, 신호처리를 위한 기준전압과 화소전압 간의 전압 차가 조정되어 지문 및 이미지센서의 동작 영역이 시프트된다.The fingerprint sensor and the image sensor according to the embodiment can adapt to the environment according to the change of light and can be used without any influence on the light quantity of the surrounding environment. To this end, the operating area of the fingerprint and image sensor can be adjusted according to the intensity of the light. The fingerprint and image sensor may be subjected to a pixel reset voltage that varies the operating area of the sensor according to the amount of light. Specifically, the pixel reset voltage is varied according to the light amount, the range of the pixel voltage corresponding to the detected light amount is adjusted, the voltage difference between the reference voltage for signal processing and the pixel voltage is adjusted, do.

이하, 도면을 참조하여 실시 예에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 실시 예에 따른 지문 및 이미지 센서의 구성을나타낸 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view showing the configuration of a fingerprint and image sensor according to an embodiment. Fig.

도 1에 도시된 바와 같이, 센서(1)는 센서패널(10), 게이트구동 회로(20), 센싱 판독 회로(30), 리셋전압 생성회로(40), 광감지회로(50), 바이어스 전압 생성회로(60), 및 광원(70)을 포함한다. 1, the sensor 1 includes a sensor panel 10, a gate driving circuit 20, a sensing reading circuit 30, a reset voltage generating circuit 40, a photo sensing circuit 50, a bias voltage A generating circuit 60, and a light source 70.

센서패널(10)에는 복수의 게이트라인(S1-S11), 복수의 리셋 게이트 라인(SR1-SR11), 복수의 데이터 라인(D1-D16), 및 리셋 전압 라인(RE, RE1-RE16)이 위치한다. 도 1에 도시되어 있지 않으나, 바이어스 전압(VB)이 공급되는 라인도 센서패널(10)에 위치할 수 있다. 도 1에서는센서패널(10)이 16X11 사이즈인 것으로도시되어 있으나, 이는 일 예시로 발명이 이에 한정되지 않는다. The sensor panel 10 is provided with a plurality of gate lines S1 to S11, a plurality of reset gate lines SR1 to SR11, a plurality of data lines D1 to D16 and reset voltage lines RE and RE1 to RE16, do. Although not shown in Fig. 1, a line to which the bias voltage VB is supplied may also be located in the sensor panel 10. [ In FIG. 1, the sensor panel 10 is shown as having a 16X11 size, but this is not limitative.

복수의 게이트 라인(S1-S11)은 제1 방향(도 1에서 수평 방향)으로 연장되어 있고, 제1 방향과 교차하는 제2 방향(도 1에서 수직 방향)을 따라 배열되어 있다. 복수의 게이트라인(S1-S11)을 통해 복수의 센서화소 행 각각에 대응하는 스캔 신호가 전달된다. The plurality of gate lines S1 to S11 extend in a first direction (horizontal direction in FIG. 1) and are arranged in a second direction (vertical direction in FIG. 1) that intersects the first direction. A scan signal corresponding to each of the plurality of sensor pixel rows is transmitted through the plurality of gate lines (S1-S11).

복수의 리셋 게이트 라인(SR1-SR11)은 제1 방향(도 1에서 수평 방향)으로 연장되어 있고, 제2 방향을 따라 배열되어 있으며, 대응하는 게이트라인과 나란하게 위치한다. 복수의 리셋 게이트라인(SR1-SR11)을 통해 복수의 센서화소 행 각각에 대응하는 리셋 스캔 신호가 전달된다. The plurality of reset gate lines SR1 to SR11 extend in the first direction (horizontal direction in FIG. 1), are arranged along the second direction, and are located in parallel with the corresponding gate lines. A reset scan signal corresponding to each of the plurality of sensor pixel rows is transferred through the plurality of reset gate lines SR1 to SR11.

복수이 데이터 라인(D1-D16)은 제2 방향으로 연장되어 있고, 제1 방향을 따라 배열되어 있다. 복수의 데이터 라인(D1-D16)을 통해 복수의 센서화소 각각의 화소전압이 센싱 판독 회로(30)에 전달된다.The plurality of data lines D1 to D16 extend in the second direction and are arranged along the first direction. The pixel voltages of the plurality of sensor pixels are transmitted to the sensing reading circuit 30 through the plurality of data lines D1 to D16.

복수의 센서화소(PX) 각각은 대응하는 게이트 라인, 리셋 게이트 라인, 및 데이터라인에 연결되어 있고, 대응하는 리셋 게이트 라인을 통해 전달되는 리셋 스캔 신호에 동기되어 화소전압이 리셋되고, 대응하는 게이트 라인을 통해 전달되는 스캔 신호에 동기되어 대응하는 데이터 라인으로 화소전압이 전달될 수 있다. Each of the plurality of sensor pixels PX is connected to a corresponding gate line, a reset gate line, and a data line, and the pixel voltage is reset in synchronization with the reset scan signal transmitted through the corresponding reset gate line, The pixel voltage can be transferred to the corresponding data line in synchronization with the scan signal transmitted through the line.

센서패널(10)에는 제1 방향으로 연장된 리셋 전압 라인(RE) 및 리셋 전압 라인(RE)으로부터 제2 방향으로 연장되고 복수의 센서화소 열에 대응하는 리셋 전압 라인(RE1-RE16)이 위치할 수 있다. 도 1에 도시된 리셋 전압 라인(RE, RE1-RE16)는 일 예시로, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. The sensor panel 10 is provided with a reset voltage line RE extending in the first direction and a reset voltage line RE1-RE16 extending in the second direction from the reset voltage line RE and corresponding to a plurality of sensor pixel columns . The reset voltage lines RE and RE1 to RE16 shown in FIG. 1 are illustrative, and the invention is not limited thereto.

게이트 구동 회로(20)는 복수의 스캔 신호를 순차적으로 생성하여 복수의 게이트 라인(S1-S11)에 공급하고, 리셋 스캔 신호를 생성하여 복수의 리셋 게이트라인(SR1-SR11)에 공급할 수 있다. The gate driving circuit 20 sequentially generates a plurality of scan signals and supplies the generated scan signals to the plurality of gate lines S1 to S11 to generate and supply the reset scan signals to the plurality of reset gate lines SR1 to SR11.

실시 예에서는, 센서패널(10)에 모든 센서화소(PX)가 온 레벨의 리셋 스캔 신호에 동기되어 리셋 전압(VRS)으로 리셋되고, 복수의 센서화소 행에 순차적으로 온 레벨의 복수의 스캔 신호가 공급될 수 있다. In the embodiment, all the sensor pixels PX are reset to the reset voltage VRS in synchronization with the reset scan signal of the on level in the sensor panel 10, and a plurality of scan signals Can be supplied.

센싱 판독 회로(30)는 복수의 데이터 라인(D1-D16)으로부터 공급되는 복수의 화소전압 각각과 기준 전압 간의 전압 차를 증폭하여 복수의 출력 전압을 생성하고, 복수의 출력 전압에 따라 센싱된 지문 또는 이미지를 영상 신호로 생성할 수 있다. The sensing reading circuit 30 generates a plurality of output voltages by amplifying the voltage difference between each of the plurality of pixel voltages supplied from the plurality of data lines D1-D16 and the reference voltage, and outputs the sensed fingerprint Or an image can be generated as a video signal.

센싱 판독 회로(30)는 다중화회로(31), 증폭 회로(32), 및 신호 처리 회로(33)를 포함한다. The sensing reading circuit 30 includes a multiplexing circuit 31, an amplifying circuit 32, and a signal processing circuit 33.

다중화 회로(31)는 복수의 데이터 라인(D1-D16)을 통해 공급되는 복수의 화소전압을 4:1 비율로 다중화하여 복수의 데이터전압(VD1-VD4)을 생성할 수 있다. 실시 예에서는 다중화 회로(31)가 4:1 MUX로 구현되었으나, 일 예시로 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다중화 회로(31)는 복수의 데이터 라인(D1-D16) 각각에 일단이 연결되어 있는 복수의 스위치를 포함한다. 복수의 스위치는 4개 단위로 그룹핑되어 하나의 채널을 형성할 수 있다. 도 1에서는 복수의 데이터 라인의 개수가 16개이므로, 4:1 MUX를 통해 4 개의 채널이 형성된다. 4개의 채널 각각을 통해 데이터 전압(VD1-VD4)이 증폭 회로(32)로 전달된다. The multiplexing circuit 31 can generate a plurality of data voltages VD1 to VD4 by multiplexing a plurality of pixel voltages supplied through the plurality of data lines D1 to D16 at a ratio of 4: 1. In the embodiment, the multiplexing circuit 31 is implemented as a 4: 1 MUX, but the present invention is not limited thereto. The multiplexing circuit 31 includes a plurality of switches each having one end connected to each of the plurality of data lines D1 to D16. A plurality of switches can be grouped into four units to form one channel. In FIG. 1, since the number of the plurality of data lines is 16, four channels are formed through the 4: 1 MUX. The data voltages VD1 to VD4 are transmitted to the amplifying circuit 32 through each of the four channels.

증폭 회로(32)는 데이터 전압(VD1-VD4) 각각과 기준 전압 간의 전압 차를 증폭하여 출력 전압(VO1-VO4)을 생성하여 신호 처리 회로(33)에 전달한다. The amplifying circuit 32 amplifies the voltage difference between each of the data voltages VD1 to VD4 and the reference voltage to generate an output voltage VO1 to VO4 and transfers it to the signal processing circuit 33. [

신호 처리 회로(33)는 출력 전압(VO1-VO4)과 출력 전압(VO1-VO4) 각각에 대응하는 어드레스에 기초하여 센싱된 지문 또는 이미지를 나타내는 영상 신호를 생성할수 있다. The signal processing circuit 33 can generate a video signal representing the fingerprint or image sensed based on the addresses corresponding to the output voltages VO1-VO4 and the output voltages VO1-VO4, respectively.

신호 처리 회로(33)는 다중화회로(31)의 스위치들을 제어하는 스위칭 신호(MS1-MS4)를 생성하고, 증폭 회로(32)의 출력을 리셋하는 리셋 신호(AS1-AS4)를 생성할 수 있다. 신호 처리 회로(33)는 복수의 스캔 신호 각각이 온 레벨이 되는 시점에 동기되어 온 레벨의 스캔 신호가 전달되는 센서화소 행의 위치를 알 수 있고, 다중화회로(31)의 스위칭 동작을 제어하므로 각 채널을 통해 입력되는 센서화소 열의 위치를 알 수 있다. 따라서 증폭 회로(32)로부터 공급되는 출력 전압(VO1-VO4)에 대응하는 센서화소의 어드레스를 알 수 있다. The signal processing circuit 33 can generate the switching signals MS1 to MS4 for controlling the switches of the multiplexing circuit 31 and generate the reset signals AS1 to AS4 for resetting the output of the amplifying circuit 32 . The signal processing circuit 33 can recognize the position of the sensor pixel row to which the scan signal of the on level is synchronized at the time when each of the plurality of scan signals becomes on level and controls the switching operation of the multiplexing circuit 31 The position of the sensor pixel column input through each channel can be known. Therefore, the address of the sensor pixel corresponding to the output voltage VO1-VO4 supplied from the amplifier circuit 32 can be known.

광학식 지문 인식의 경우, 신호 처리 회로(33)는 출력 전압(VO1-VO4)과 출력 전압(VO1-VO4) 각각에 대응하는 어드레스에 기초하여 센싱된 지문 또는 이미지를 나타내는 영상 신호를 생성할 수 있다. In the case of optical fingerprint recognition, the signal processing circuit 33 can generate a video signal representing a fingerprint or image sensed based on the addresses corresponding to the output voltages VO1-VO4 and the output voltages VO1-VO4, respectively .

광감지 회로(50)는 지문 및 이미지 센서(1)가 위치한 환경의 광량을 감지하여 광량에 대한 정보를 지시하는 광 감지 신호(LS)를 리셋 전압 생성회로(40)로 전송한다. The light sensing circuit 50 senses the light quantity of the environment in which the fingerprint and image sensor 1 are located and transmits a light sensing signal LS indicating the information on the light quantity to the reset voltage generating circuit 40.

리셋 전압 생성회로(40)는 광 감지 신호(LS)에 기초하여 리셋 전압(VRS)의 레벨을 결정하고, 리셋 전압(VRS)을 생성하여 리셋 전압 라인(RE)에 공급한다. 예를 들어, 리셋 전압 생성회로(40)는 광량이 증가할수록 리셋 전압(VRS)을 증가시키고, 광량이 감소할수록 리셋 전압(VRS)을 감소시킬 수 있다. 다만, 이 경우, 리셋 전압(VRS)은 기준 전압까지 감소할 수 있다. The reset voltage generating circuit 40 determines the level of the reset voltage VRS based on the photo sensing signal LS and generates and supplies the reset voltage VRS to the reset voltage line RE. For example, the reset voltage generating circuit 40 may increase the reset voltage VRS as the light amount increases, and decrease the reset voltage VRS as the light amount decreases. However, in this case, the reset voltage VRS can be reduced to the reference voltage.

바이어스 전압 생성회로(60)는 바이어스 전압(VB)을 생성하여 센서패널(10)에 공급하고, 바이어스 전압 라인을 통해 복수의 센서화소(PX) 각각에 바이어스 전압(VB)이 공급된다.The bias voltage generating circuit 60 generates and supplies the bias voltage VB to the sensor panel 10 and a bias voltage VB is supplied to each of the plurality of sensor pixels PX through the bias voltage line.

광원(70)은 광학식 지문 및 이미지 센싱을 위해 필요한 광을 제공한다. 광원(70)은 센서패널(10)의 후면에 위치하여 전면으로 광을 제공할 수 있다.Light source 70 provides the optical fingerprint and light necessary for image sensing. The light source 70 may be positioned on the rear surface of the sensor panel 10 to provide light to the front surface.

도 2는 실시 예에 따른 복수의 센서화소, 다중화회로, 및 증폭 회로의 일부를 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing a part of a plurality of sensor pixels, a multiplexing circuit, and an amplifying circuit according to the embodiment.

도 2에서는 첫 번째 센서화소 행의 4개의 센서화소(PX1-PX4), 다중화 회로(31)에서 4 개의 데이터 라인(D1-D4)에 연결된 4 개의 스위치(M1-M4), 및 증폭 회로(32)에서 4개의 데이터 라인(D1-D4)에 대응하는 채널에 연결된 하나의 연산증폭기(321)가 도시되어 있다. 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 도 2에 도시된 일부 구성에 기초하여 전체 구성을 알 수 있다.In Fig. 2, four sensor pixels PX1-PX4 of the first sensor pixel row, four switches M1-M4 connected to the four data lines D1-D4 in the multiplexing circuit 31, One operational amplifier 321 connected to the channel corresponding to the four data lines D1 to D4 is shown. Those skilled in the art will recognize the overall configuration based on some of the configurations shown in FIG.

센서화소(PX1-PX4) 각각은 대응하는 데이터라인(D1-D4 중 하나), 대응하는 리셋 전압 라인(RE1-RE4 중 하나), 대응하는 바이어스 전압 라인(VB1-VB4 중 하나), 게이트 라인(S1), 및 리셋 게이트 라인(SR1)에 연결되어 있다.Each of the sensor pixels PX1 to PX4 is connected to one of the corresponding data lines D1 to D4, one of the corresponding reset voltage lines RE1 to RE4, one of the corresponding bias voltage lines VB1 to VB4, S1), and the reset gate line SR1.

센서화소(PX1-PX4) 각각은 스캔 신호(S[1])에 의해 스위칭되는 스위칭 트랜지스터(T2, T4, T6, T8), 리셋 스캔 신호(SR)에 의해 스위칭되는 리셋 트랜지스터(T1, T3, T5, T7), 포토다이오드(PD1-PD4), 및 커패시터(C1-C4)를 포함한다. 센서화소(PX1-PX4) 각각에서 스위칭 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 포토 다이오드, 및 커패시터 간의 연결 관계는 동일한 바, 센서화소(PX1)에 대해서만 설명한다.Each of the sensor pixels PX1-PX4 includes switching transistors T2, T4, T6 and T8 which are switched by a scan signal S [1], reset transistors T1, T3 and T4 which are switched by a reset scan signal SR, T5 and T7, photodiodes PD1 to PD4, and capacitors C1 to C4. The connection relationship between the switching transistor, the reset transistor, the photodiode, and the capacitors in each of the sensor pixels PX1 to PX4 is the same, and only the sensor pixel PX1 will be described.

리셋 트랜지스터(T1)는 리셋 게이트라인(SR1)에 연결되어 있는 게이트전극, 리셋 전압 라인(RE1)에 연결되어 있는 일전극, 및 접점(NP)에 연결되어 있는 타전극을 포함한다. 스위칭 트랜지스터(T2)는 게이트 라인(S1)에 연결되어 있는 게이트 전극, 데이터 라인(D1)에 연결되어 있는 일전극, 및 접점(NP)에 연결되어 있는 타전극을 포함한다. 포토다이오드(PD1)는 바이어스 전압 라인(VB1)에 연결되어 있는 애노드 전극 및 접점(NP)에 연결되어 있는 캐소드 전극을 포함한다. 커패시터(C1)는 바이어스 전압 라인(VB1)에 연결되어 있는 일전극 및 접점(NP)에 연결되어 있는 타전극을 포함한다. 이하, 접점(NP)의 전압을 화소전압(VPX)이라 한다.The reset transistor T1 includes a gate electrode connected to the reset gate line SR1, one electrode connected to the reset voltage line RE1, and another electrode connected to the contact point NP. The switching transistor T2 includes a gate electrode connected to the gate line S1, one electrode connected to the data line D1, and another electrode connected to the contact point NP. The photodiode PD1 includes an anode electrode connected to the bias voltage line VB1 and a cathode electrode connected to the contact NP. The capacitor C1 includes one electrode connected to the bias voltage line VB1 and the other electrode connected to the contact NP. Hereinafter, the voltage of the contact point NP is referred to as a pixel voltage VPX.

데이터 라인(D1-D4) 각각과 인접한다른 전극(도시하지 않음) 간의 커패시턴스가 형성되고, 해당 커패시턴스는 도 2에서 데이터라인 커패시터(DCP1-DCP4)로 도시되어 있다. 전기적으로 데이터 라인(D1-D4) 각각에 데이터 라인 커패시터(DCP1-DCP4)가 연결되어 있다.A capacitance is formed between each of the data lines D1-D4 and another adjacent electrode (not shown), and the capacitance is shown as data line capacitors DCP1-DCP4 in Fig. The data line capacitors DCP1 to DCP4 are electrically connected to the data lines D1 to D4, respectively.

다중화 회로(31)에서, 스위치(M1)는 데이터 라인(D1)에 연결되어 있는 일전극, 채널(CH1)에 연결되어 있는 타전극, 및 스위칭 신호(MS1)가 공급되는 게이트전극을 포함하고, 스위치(M2)는 데이터 라인(D2)에 연결되어 있는 일전극, 채널(CH1)에 연결되어 있는 타전극, 및 스위칭 신호(MS2)가 공급되는 게이트 전극을 포함하며, 스위치(M3)는 데이터 라인(D3)에 연결되어 있는 일전극, 채널(CH1)에 연결되어 있는 타전극, 및 스위칭 신호(MS3)가 공급되는 게이트 전극을 포함하고, 스위치(M4)는 데이터 라인(D4)에 연결되어 있는 일전극, 채널(CH1)에 연결되어 있는 타전극, 및 스위칭 신호(MS4)가 공급되는 게이트 전극을 포함한다. In the multiplexing circuit 31, the switch M1 includes one electrode connected to the data line D1, another electrode connected to the channel CH1, and a gate electrode supplied with the switching signal MS1, The switch M2 includes one electrode connected to the data line D2, another electrode connected to the channel CH1 and a gate electrode supplied with the switching signal MS2, One electrode connected to the data line D3 and the other electrode connected to the channel CH1 and a gate electrode supplied with the switching signal MS3 and the switch M4 is connected to the data line D4 One electrode connected to the channel CH1, and a gate electrode supplied with the switching signal MS4.

증폭 회로(32)에서, 연산 증폭기(321)는 기준 전압(VRE)이 입력되는 비반전 단자(+), 채널(CH1)을 통해 데이터 전압(VD1)이 입력되는 반전 단자(-), 및 출력 전압(VO1)이 출력되는 출력 단자를 포함한다. 연산 증폭기(321)의 반전 단자(-)와 출력 단자 사이에는 피드백 커패시터(CFB1)가 연결되어 있고, 리셋 스위치(SW1)가 피드백 커패시터(CFB1)에 병렬 연결되어 있다. 리셋 스위치(SW1)는 리셋 신호(AS1)에 의해 스위칭 동작할 수 있다. In the amplifying circuit 32, the operational amplifier 321 includes a non-inverting terminal (+) to which the reference voltage VRE is input, an inverting terminal (-) to which the data voltage VD1 is input via the channel CH1, And an output terminal to which the voltage VO1 is output. A feedback capacitor CFB1 is connected between the inverting terminal (-) and the output terminal of the operational amplifier 321 and the reset switch SW1 is connected in parallel to the feedback capacitor CFB1. The reset switch SW1 can be switched by the reset signal AS1.

연산 증폭기(321)의 리셋 스위치(SW1)가 온 될 때, 스위치(M1, M2, M3, M4) 와 연산 증폭기(321)사이의 채널(CH1)과 연산 증폭기(321)의 출력값은 기준 전압(VRE)으로 리셋된다. 리셋 이후 채널(CH1)에, 스위치(M1)의 온 기간 동안, 센서화소(PX1)로부터 전류가 유입되고, 유입된 전류는 연산 증폭기(321)의 커패시터(CA1)에 의해 적분된다. 그러면, 출력 전압(VO1)은 커패시터(CA1)에 적분 결과에 기초한 전압으로 생성된다. 이 때, 커패시터(CA1)의 용량과 출력 전압(VO1)은 반비례 관계이다. 따라서 센서화소(PX1)로부터 채널(CH1)로 유입되는 전하량이 동일하더라도, 커패시터(CA1)의 용량이 클수록 출력 전압(VO1)은 감소하고, 커패시터(CA1)의 용량이 작을수록 출력 전압(VO1)은 증가한다. When the reset switch SW1 of the operational amplifier 321 is turned on, the output values of the channel CH1 and the operational amplifier 321 between the switches M1, M2, M3, and M4 and the operational amplifier 321 become the reference voltage VRE). A current flows from the sensor pixel PX1 to the channel CH1 after the reset and during the ON period of the switch M1 and the introduced current is integrated by the capacitor CA1 of the operational amplifier 321. [ Then, the output voltage VO1 is generated in the capacitor CA1 as a voltage based on the integration result. At this time, the capacitance of the capacitor CA1 and the output voltage VO1 are in inverse proportion. The output voltage VO1 decreases as the capacitance of the capacitor CA1 increases and the output voltage VO1 decreases as the capacitance of the capacitor CA1 decreases as the capacitance of the capacitor CA1 increases, even if the amount of charge flowing from the sensor pixel PX1 to the channel CH1 is the same. Increases.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 실시 예에 따른 지문 및 이미지 센서의 동작을 설명한다. Hereinafter, the operation of the fingerprint and image sensor according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG.

도 3은 리셋 스캔 신호 및 스캔 신호를 나타낸 파형도이다. 도 4는 스위칭 신호 및 리셋 신호를 나타낸 파형도이다.3 is a waveform diagram showing a reset scan signal and a scan signal. 4 is a waveform diagram showing a switching signal and a reset signal.

도 3에 도시된 바와 같이, 시점 T0부터 기간 P0 동안, 리셋 스캔 신호(SR)가 온 레벨인 하이 레벨이 되고, 모든 센서화소(PX)의 리셋 트랜지스터가 턴 온 된다. 그러면, 모드 센서화소(PX)의 화소전압(VPX)은 리셋 전압이 된다. As shown in FIG. 3, during the period P0 from the time point T0, the reset scan signal SR is at the ON level, and the reset transistors of all the sensor pixels PX are turned on. Then, the pixel voltage VPX of the mode sensor pixel PX becomes the reset voltage.

다음으로, 게이트 라인(S1)부터 게이트 라인(S11)까지 순차적으로 온 레벨의 스캔 신호(S[1]-S[11])가 공급된다. 예를 들어, 스캔 신호(S[1])는 시점 T1부터 기간 P1 동안 온 레벨인 하이 레벨이 되고, 다음으로 스캔 신호(S[2])는 시점 T2부터 기간 P2 동안 온 레벨인 하이 레벨이 되며, 스캔 신호(S[11])가 시점 T3부터 기간 P3 동안 온 레벨인 하이 레벨이 된다. 스캔 신호(S[1])-S[11]) 각각의 온 레벨 기간은 동일할 수 있다. Next, on-level scan signals S [1] to S [11] are sequentially supplied from the gate line S1 to the gate line S11. For example, the scan signal S [1] is at a high level, which is an on level during a period P1 from the time point T1, and then a high level, which is an on level during the period P2 from the time point T2, , And the scan signal S [11] becomes the high level which is the ON level during the period P3 from the time T3. The on-level periods of the scan signals S [1] -S [11] may be the same.

시점 T4에 리셋 스캔 신호(SR)가 온 레벨인 하이 레벨이 되고, 그 이후는 앞서 설명과 동일하다.At time T4, the reset scan signal SR becomes a high level which is an on level, and the subsequent operations are the same as described above.

리셋 기간 P0 이후, 광원(70)으로부터 공급되는 빛이 인식 대상에반사되어 센서화소(PX)에 의해 인식될 수 있다. 예를 들어, 지문을 인식할 때, 지문의 릿지(ridge)의 경우, 센서패널(1)에 지문의 릿지가 밀착되어 광원(70)으로부터 센서화소(PX)로 반사되는 광량이 많고, 지문의 밸리(valley)의 경우, 지문의 밸리와 센서패널(1) 사이의 공간에 의해 광원(70)으로부터 센서화소(PX)로 반사되는 광량이 상대적으로 적다.After the reset period P0, the light supplied from the light source 70 can be reflected to the recognition object and recognized by the sensor pixel PX. For example, when the fingerprint is recognized, the ridge of the fingerprint is closely adhered to the sensor panel 1, and the amount of light reflected from the light source 70 to the sensor pixel PX is large. In the case of a valley, the amount of light reflected from the light source 70 to the sensor pixel PX is relatively small due to the space between the sensor fingerprint valley and the sensor panel 1.

센서화소(PX) 각각에 입사된 광량에 따라 포토다이오드(도 2의 PD1-PD4)에 전류가 흐른다. 이 때, 포토다이오드에 흐르는 전류의 방향은 캐소드에서 애노드 방향이고, 커패시터(도 2의 C1-C4)의 전하가 포토다이오드에 흐르는 전류에 의해 방전된다. 그러면, 센서화소(PX) 각각에 입사되는 광량에 따라 커패시터의 방전 정도가 달라져, 화소전압(VPX)이 광량에 따라 결정된다. 예를 들어, 광량이 증가할 수록 화소전압(VPX)이 낮아질 수 있다. A current flows to the photodiode (PD1 to PD4 in Fig. 2) according to the amount of light incident on each of the sensor pixels PX. At this time, the direction of the current flowing in the photodiode is in the direction of the anode from the cathode, and the charge of the capacitor (C1-C4 in FIG. 2) is discharged by the current flowing in the photodiode. Then, the degree of discharge of the capacitor is changed according to the amount of light incident on each of the sensor pixels PX, and the pixel voltage VPX is determined according to the amount of light. For example, as the light amount increases, the pixel voltage VPX may be lowered.

스캔 신호(S[1]-S[11]) 각각의 온 레벨 기간 동안 데이터 라인(D1-D16)을 통해 다중화 회로(31)로 화소전압(도 2의 VPX1-VPX4)이 전달되고, 다중화 회로(31)가 대응하는 데이터 라인들로부터 전달되는 화소전압들을 다중화하여 데이터 전압(VD1-VD4)으로 출력한다. 이 때, 데이터 라인 커패시터(도 2의 DCP1-DCP4)는 데이터 라인을 통해 전달되는 화소전압을 유지할 수 있다. The pixel voltage (VPX1-VPX4 in Fig. 2) is transferred to the multiplexing circuit 31 via the data lines D1-D16 during the ON level periods of the scan signals S [1] -S [11] (31) multiplexes the pixel voltages transferred from the corresponding data lines and outputs them as data voltages (VD1-VD4). At this time, the data line capacitors (DCP1 to DCP4 in Fig. 2) can maintain the pixel voltage transmitted through the data lines.

도 4에 도시된 바와 같이, 스캔 신호(S[1])의 온 레벨 기간 P1 동안, 스위칭 신호(MS1-MS4)가 순차적으로 온 레벨인 하이 레벨이 될 수 있다.As shown in FIG. 4, during the ON level period P1 of the scan signal S [1], the switching signals MS1-MS4 may be sequentially turned on to a high level.

먼저, 기간 T9-T10에서 기간 P4 동안 리셋 신호(AS1)가 온 레벨인 하이 레벨이 되고 리셋 스위치(SW1)가 턴 온 되어, 출력 전압(VO1)이 기준 전압(VRE)으로 리셋될 수 있다. First, during a period P9 in the period T9-T10, the reset signal AS1 becomes a high level which is an on level, the reset switch SW1 is turned on, and the output voltage VO1 can be reset to the reference voltage VRE.

기간 T11-T12 동안, 스위칭 신호(MS1)가 하이 레벨이 되어 스위치(M1)가 턴 온 되고, 데이터 라인(D1)을 통해 센서화소(PX1)로부터 전류가 유입되고, 유입된 전류는 연산 증폭기(321)의 커패시터(CA1)에 의해 적분되어, 출력 전압(VO1)이 생성된다. 기간T13-T14 동안, 스위칭 신호(MS2)가 하이 레벨이 되어 스위치(M2)가 턴 온 되고, 데이터 라인(D2)을 통해 센서화소(PX2)로부터 전류가 유입되고, 유입된 전류는 연산 증폭기(321)의 커패시터(CA1)에 의해 적분되어, 출력 전압(VO1)이 생성된다. 기간T15-T16 동안, 스위칭 신호(MS3)가 하이 레벨이 되어 스위치(M3)가 턴 온 되고, 데이터라인(D3)을 통해 센서화소(PX3)로부터 전류가 유입되고, 유입된 전류는 연산 증폭기(321)의 커패시터(CA1)에 의해 적분되어, 출력 전압(VO1)이 생성된다. 기간T17-T18 동안, 스위칭 신호(MS4)가 하이 레벨이 되어 스위치(M4)가 턴 온 되고, 데이터 라인(D4)을 통해 센서화소(PX4)로부터 전류가 유입되고, 유입된 전류는 연산 증폭기(321)의 커패시터(CA1)에 의해 적분되어, 출력 전압(VO1)이 생성된다. During the period T11-T12, the switching signal MS1 is at the high level, the switch M1 is turned on, the current flows from the sensor pixel PX1 through the data line D1, 321 by the capacitor CA1 to generate the output voltage VO1. During the period T13-T14, the switching signal MS2 becomes high level, the switch M2 is turned on, the current flows from the sensor pixel PX2 through the data line D2, 321 by the capacitor CA1 to generate the output voltage VO1. During the period T15-T16, the switching signal MS3 becomes high level, the switch M3 is turned on, the current flows from the sensor pixel PX3 through the data line D3, 321 by the capacitor CA1 to generate the output voltage VO1. During the period T17-T18, the switching signal MS4 becomes high level, the switch M4 is turned on, the current flows from the sensor pixel PX4 through the data line D4, 321 by the capacitor CA1 to generate the output voltage VO1.

기간 T12-T13, 기간 T14-T15, 및 기간 T16-T17 각각에서, 기간 P4 동안 리셋 신호(AS1)가 온 레벨인 하이 레벨이 되고 리셋 스위치(SW1)가 턴 온 되어, 출력 전압(VO1)이 기준 전압(VRE)으로 리셋될 수 있다. 리셋 신호(AS1)의 온 레벨 기간은 기간 P4 로 일정할 수 있다. During a period P4, the reset signal AS1 becomes a high level at the ON level and the reset switch SW1 is turned on in the periods T12 to T13, the periods T14 to T15, and the periods T14 to T15, respectively, And can be reset to the reference voltage VRE. The on level period of the reset signal AS1 may be constant in the period P4.

도 5는 광량에 따른 리셋 전압의 변화에 따른 화소전압을 나타낸 파형도이다.5 is a waveform diagram showing a pixel voltage according to a change of a reset voltage according to a light amount.

도 5에서는 센서화소(PX1)의 화소 전압(VPX1)이 도시되어 있다. 다른 화소 회로의 화소 전압 역시 동일한 파형을 가질 수 있으므로, 그 설명은 생략한다. In Fig. 5, the pixel voltage VPX1 of the sensor pixel PX1 is shown. The pixel voltages of the other pixel circuits can have the same waveform, and a description thereof will be omitted.

도 5에 도시된 바와 같이, 리셋 전압 생성회로(40)는 광감지 신호(LS)에 기초하여 리셋 전압(VRS)을 설정할 수 있다. As shown in FIG. 5, the reset voltage generating circuit 40 may set the reset voltage VRS based on the photo sensing signal LS.

예를 들어, 광감지 신호(LS)가 소정의 임계 광량치 이하를 지시할경우, 리셋 전압 생성회로(40)는 리셋 전압(VRS)을 기준전압(VRE)으로 설정할 수 있다.For example, when the light sensing signal LS indicates a predetermined threshold light amount value or less, the reset voltage generating circuit 40 may set the reset voltage VRS to the reference voltage VRE.

그러면, 시점 T31 이전에 리셋 전압(VRS)으로 화소전압(예를 들어, VPX1)이 유지되고, 시점 T31 이후에 광원(70)으로부터 빛이 공급되면, 포토다이오드(PD1)에 흐르는 전류에 의해 화소전압(VPX1)이 결정될 수 있다. 센서화소(예를 들어, PX1)로 반사되는 광량이 증가할수록 화소전압(VPX1)은 감소한다.Then, when the pixel voltage (for example, VPX1) is maintained at the reset voltage VRS before the time point T31 and light is supplied from the light source 70 after the time point T31, the current flowing through the photodiode PD1 causes the pixel The voltage VPX1 can be determined. As the amount of light reflected by the sensor pixel (for example, PX1) increases, the pixel voltage VPX1 decreases.

스위칭 트랜지스터(T2)가 및 스위치(M1)가 시점 T31 이후에턴 온 되면, 센서화소(PX1)로부터 전류가 유입되고, 유입된 전류는 연산 증폭기(321)의 커패시터(CA1)에 의해 적분되어, 출력 전압(VO1)이 생성된다. 데이터전압(VD1)이 기준 전압(VRE) 보다 클 때, 출력 전압(VO1)은 연산 증폭기(321)의 전원 전압으로 포화되어, 데이터 전압(VD1)에 따른 출력 전압(VO1)은 생성되지 않는다. 따라서 데이터 전압(VD1)이 기준 전압(VRE)까지 감소한시점 T31 이후부터 출력 전압(VO1)이 생성될 수 있다.When the switching transistor T2 and the switch M1 are turned on after the time point T31, current flows from the sensor pixel PX1, and the introduced current is integrated by the capacitor CA1 of the operational amplifier 321, An output voltage VO1 is generated. The output voltage VO1 is saturated with the power supply voltage of the operational amplifier 321 and the output voltage VO1 corresponding to the data voltage VD1 is not generated when the data voltage VD1 is larger than the reference voltage VRE. Therefore, the output voltage VO1 can be generated after the time point T31 when the data voltage VD1 has decreased to the reference voltage VRE.

다른 예로, 광감지 신호(LS)가 소정의 임계 광량치 이상의 임의의 제1 레벨을 지시할 경우, 리셋 전압 생성회로(40)는 리셋 전압(VRS)을 기준전압(VRE) 보다 높은 리셋 전압(VRS1)으로 설정할수 있다.Alternatively, when the photo sensing signal LS indicates an arbitrary first level higher than a predetermined threshold light amount value, the reset voltage generating circuit 40 outputs the reset voltage VRS to the reset voltage VRE higher than the reference voltage VRE VRS1).

그러면, 도 5에 도시된바와 같이, 시점 T31 이전에 리셋 전압(VRS1)으로 화소전압(VPX1)이 유지되고, 시점 T31 이후에 광원(70)으로부터 빛이 공급되면, 포토다이오드(PD1)에 흐르는 전류에 의해 화소전압(VPX1)이 결정될 수 있다. 스위칭 트랜지스터(T2)가 및 스위치(M1)가 시점 T31 이후에 턴 온 되고, 데이터 전압(VD1)이 기준 전압(VRE)까지 감소한 시점 T32 이후부터 센서화소(PX1)로부터 유입된 전류가 연산 증폭기(321)의 커패시터(CA1)에 의해 적분되어, 출력 전압(VO1)이 생성될 수 있다.5, when the pixel voltage VPX1 is maintained at the reset voltage VRS1 before the time point T31 and light is supplied from the light source 70 after the time point T31, The pixel voltage VPX1 can be determined by the current. Since the switching transistor T2 and the switch M1 are turned on after the time point T31 and the current flowing from the sensor pixel PX1 from the time point T32 when the data voltage VD1 has decreased to the reference voltage VRE is supplied to the operational amplifier 321, so that the output voltage VO1 can be generated.

또 다른 예로, 광감지 신호(LS)가 소정의 임계 광량치 이상의임의의 제2 레벨(> 제1 레벨)을 지시할 경우, 리셋 전압 생성회로(40)는 리셋 전압(VRS)을 리셋 전압(VRS1) 보다 높은 리셋 전압(VRS2)으로 설정할 수 있다.As another example, when the light sensing signal LS indicates an arbitrary second level (> first level) of a predetermined threshold light amount value or more, the reset voltage generating circuit 40 generates the reset voltage VRS to the reset voltage VRS1) higher than the reset voltage VRS2.

그러면, 도 5에 도시된바와 같이, 시점 T31 이전에 리셋 전압(VRS2)으로 화소전압(VPX1)이 유지되고, 시점 T31 이후에 광원(70)으로부터 빛이 공급되면, 포토다이오드(PD1)에 흐르는 전류에 의해 화소전압(VPX1)이 결정될 수 있다. 스위칭 트랜지스터(T2)가 및 스위치(M1)가 시점 T31 이후에 턴 온 되고, 데이터 전압(VD1)이 기준 전압(VRE)까지 감소한 시점 T33 이후부터 센서화소(PX1)로부터 유입된 전류가 연산 증폭기(321)의 커패시터(CA1)에 의해 적분되어, 출력 전압(VO1)이 생성될 수 있다. 5, when the pixel voltage VPX1 is maintained at the reset voltage VRS2 before the time point T31 and light is supplied from the light source 70 after the time point T31, The pixel voltage VPX1 can be determined by the current. Since the switching transistor T2 and the switch M1 are turned on after the time point T31 and the current flowing from the sensor pixel PX1 has not been supplied to the operational amplifier Px1 since the time point T33 when the data voltage VD1 has decreased to the reference voltage VRE 321, so that the output voltage VO1 can be generated.

도 5에 도시된 바와 같이, 센서화소(PX1)로 공급되는 빛이 증가할수록 화소전압(VPX1)은 감소하여 바이어스 전압(VB)까지 감소할 수 있다.As shown in FIG. 5, as the light supplied to the sensor pixel PX1 increases, the pixel voltage VPX1 may decrease and decrease to the bias voltage VB.

도 6은 실시 예에 따라 리셋 전압을 변화에 따른 지문 및 이미지 센서의 조명도-계조값의 관계를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the relationship between the illuminance and the tone value of the fingerprint and the image sensor according to the variation of the reset voltage according to the embodiment.

도 6에 도시된 바와 같이, 리셋 전압(VRS)을 0.5V, 1V, 1.5V, 2V, 2.5V, 3V, 및 3.3V로 가변할 때, 조명도-계조값곡선들이 그 기울기 변화 없이 동작 영역이 시프트 되는 것을 알 수 있다. 조명도는 센서화소에 공급되는 빛의 조명도이고, 계조값은 신호 처리 회로(33)에서 출력 전압(VO1-VO4)에 근거하여 생성한 영상 신호를의미할 수 있다.As shown in FIG. 6, when the reset voltage VRS is varied to 0.5 V, 1 V, 1.5 V, 2 V, 2.5 V, 3 V, and 3.3 V, Is shifted. The illuminance is a light intensity of the light supplied to the sensor pixel, and the gray level value may mean a video signal generated by the signal processing circuit 33 on the basis of the output voltage VO1-VO4.

지문 및 이미지 센서(1)의 민감도는 조명도-계조값 곡선의 기울기에 따르는데, 도 6에서 알 수 있듯이, 민감도의 변화 없이 그 동작 영역만 시프트되는 것을 알 수 있다.The sensitivity of the fingerprint and image sensor 1 depends on the slope of the illuminance-tone value curve, and it can be seen that only the operating region is shifted without a change in sensitivity, as seen in FIG.

외부 환경의 광량이 클수록 리셋전압(VRS)의 값을 증가시키면, 지문 및 이미지 센서(1)의 동작 영역을 종래에 비해 늘릴 수 있다. By increasing the value of the reset voltage VRS as the light amount of the external environment is increased, the operation area of the fingerprint and image sensor 1 can be increased as compared with the conventional art.

예를 들어, 외부 환경의 조명도가 400lux이고, 외부 광량이 센서화소(PX1)에 그대로 공급된다고 가정한다. 이 경우, 리셋 전압(VRS)이 0.5V인 경우, 지문 및 이미지 센서(1)의 동작 영역은 대략 230~250 계조값 범위이다. 리셋 전압(VRS)을 증가시킬 수록, 지문 및 이미지센서(1)의 동작 영역이 증가하고, 리셋 전압(VRS)이 3.3V인 경우 동작 영역은 대략 40~250 계조값범위이다.For example, it is assumed that the illuminance of the external environment is 400 lux, and the external light amount is directly supplied to the sensor pixel PX1. In this case, when the reset voltage VRS is 0.5 V, the operation range of the fingerprint and image sensor 1 is in a range of approximately 230 to 250 gradation values. As the reset voltage VRS is increased, the operation region of the fingerprint and image sensor 1 is increased, and when the reset voltage VRS is 3.3 V, the operation region is in the range of about 40 to 250 tone values.

이와 같이, 실시 예는 외부 광량에 따라 리셋 전압을 설정함으로써, 지문 및 이미지센서의 민감도 변화 없이 동작 영역을 확보할 수 있는 효과가 제공될 수 있다. As described above, the embodiment can provide the effect of securing the operation area without changing the sensitivity of the fingerprint and image sensor by setting the reset voltage according to the external light quantity.

1: 센서
10: 센서패널
20: 게이트 구동 회로
30: 센싱 판독 회로
40: 리셋전압 생성회로
50: 광감지 회로
60: 바이어스 전압 생성회로
70: 광원
1: Sensor
10: Sensor panel
20: Gate driving circuit
30: sensing reading circuit
40: reset voltage generation circuit
50: Light sensing circuit
60: bias voltage generating circuit
70: Light source

Claims (13)

제1방향으로 연장되고, 제2 방향으로 배열되어 있는 복수의 데이터 라인;
외부 광량에 따라 리셋 전압을생성하는 리셋전압 생성회로;
상기 리셋전압에 의해 리셋되고 공급되는 빛에 따라 화소전압을 생성하는 복수의 센서화소를 포함하는 센서패널; 및
상기 화소전압을 복수의 데이터 라인 중 대응하는 데이터 라인을 통해 입력받고, 상기 화소전압 및 기준 전압에 기초하여 출력 전압을생성하는 센싱 판독 회로를 포함하고,
상기 센싱 판독 회로는,
상기 복수의 데이터 라인을 통해 공급되는 복수의 화소전압을 다중화하여 소정 개수의 채널로 복수의 데이터 전압을 전달하는 다중화회로; 및
상기 복수의 데이터 라인으로부터 유입되는 전류를 적분하여 복수의 출력 전압을 생성하는 증폭 회로를 포함하며,
상기 다중화 회로는,
복수의 데이터 라인 중 n 개의 데이터 라인 각각에 연결되어 있는 일단 및 상기 증폭 회로에 연결되어 있는 타단을 포함하고, 대응하는 스위칭 신호에 따라 스위칭 동작하는 복수의 스위치를 포함하는,
지문 및 이미지센서.
A plurality of data lines extending in a first direction and arranged in a second direction;
A reset voltage generating circuit for generating a reset voltage in accordance with an external light amount;
A sensor panel including a plurality of sensor pixels for generating a pixel voltage in accordance with light that is reset and supplied by the reset voltage; And
And a sensing read circuit receiving the pixel voltage through a corresponding one of the plurality of data lines and generating an output voltage based on the pixel voltage and the reference voltage,
The sensing read circuit comprising:
A multiplexing circuit for multiplexing a plurality of pixel voltages supplied through the plurality of data lines and transmitting a plurality of data voltages to a predetermined number of channels; And
And an amplifying circuit for integrating the currents input from the plurality of data lines to generate a plurality of output voltages,
Wherein the multiplexing circuit comprises:
And a plurality of switches including one end connected to each of the n data lines among the plurality of data lines and the other end connected to the amplifying circuit and switching according to a corresponding switching signal,
Fingerprint and image sensor.
제1항에 있어서,
상기 복수의 센서화소 각각은,
제1 기간에 상기 리셋 전압을 제1 접점에 공급하는 리셋 트랜지스터;
상기 제1 접점과 바이어스 전압 사이에 연결되어 있는 포토다이오드;
상기 포토다이오드에 병렬 연결되어 있는 용량 커패시터; 및
제2 기간에 상기 제1 접점의 전압인 화소전압을 대응하는 데이터 라인에 전달하는 스위칭 트랜지스터를 포함하는 지문 및 이미지 센서.
The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of sensor pixels comprises:
A reset transistor for supplying the reset voltage to the first contact in a first period;
A photodiode coupled between the first contact and a bias voltage;
A capacitive capacitor connected in parallel to the photodiode; And
And a switching transistor for transferring a pixel voltage, which is the voltage of the first contact, to a corresponding data line in a second period.
제2항에 있어서,
상기 센서패널은,
상기 리셋 트랜지스터의 일단에 연결되어 상기 리셋 전압을 공급하는 리셋 전압 라인; 및
상기 리셋 트랜지스터의 게이트에 연결되어 상기 리셋 트랜지스터의 스위칭 동작을 제어하는 리셋 스캔 신호를 전달하는 리셋 게이트라인을 더 포함하고,
상기 리셋 트랜지스터의 타단은 상기 제1 접점에 연결되어 있는 지문 및 이미지 센서.
3. The method of claim 2,
In the sensor panel,
A reset voltage line connected to one end of the reset transistor for supplying the reset voltage; And
And a reset gate line connected to a gate of the reset transistor for transmitting a reset scan signal for controlling a switching operation of the reset transistor,
And the other end of the reset transistor is connected to the first contact.
제2항에 있어서,
상기 센서패널은,
상기 스위칭 트랜지스터의 게이트에 연결되어 있는 스캔 라인을 더 포함하고,
상기 스위칭 트랜지스터의 일단은 상기 데이터 라인에 연결되어 있고, 상기 스위칭 트랜지스터의 타단은 상기 제1 접점에 연결되어 있는 지문 및 이미지 센서.
3. The method of claim 2,
In the sensor panel,
And a scan line coupled to a gate of the switching transistor,
Wherein one end of the switching transistor is connected to the data line and the other end of the switching transistor is connected to the first contact.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 센싱 판독 회로는,
상기 복수의 출력 전압 및 복수의 출력 전압 각각에 대응하는 어드레스에 기초하여 영상 신호를 생성하는 신호 처리 회로를더 포함하는 지문 및 이미지센서.
The method according to claim 1,
The sensing read circuit comprising:
And a signal processing circuit for generating a video signal based on the plurality of output voltages and an address corresponding to each of the plurality of output voltages.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 증폭 회로는,
상기 복수의 스위치의 타단에 연결되어 있는 제1 입력단, 상기 기준 전압이 입력되는 제2 입력단, 및 출력단을 포함하는 연산 증폭기; 및
상기 제1 입력단과 상기 출력단 사이에 연결되어 있고, 상기 제1 입력단으로부터 유입되는 전류를 적분하여 대응하는 출력 전압을 생성하는 커패시터를 포함하는 지문 및 이미지 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the amplifying circuit comprises:
An operational amplifier including a first input connected to the other end of the plurality of switches, a second input receiving the reference voltage, and an output; And
And a capacitor coupled between the first input terminal and the output terminal, the capacitor integrating a current input from the first input terminal to generate a corresponding output voltage.
제8항에 있어서,
상기 증폭 회로는,
상기 커패시터에 병렬 연결되어 있고, 상기 복수의 스위치의 온 기간 사이의 기간 중 턴 온 되는 리셋 스위치를 더 포함하는 지문 및 이미지센서.

9. The method of claim 8,
Wherein the amplifying circuit comprises:
And a reset switch connected in parallel to the capacitor and turned on during a period between on periods of the plurality of switches.

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US20080135895A1 (en) * 2004-09-07 2008-06-12 Hae-Seung Lee Active pixel image sensor with common gate amplifier

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