KR20030038716A

KR20030038716A - 이미지 획득장치

Info

Publication number: KR20030038716A
Application number: KR10-2003-7002750A
Authority: KR
Inventors: 도요시마츠요시; 모리카와시게루; 미즈타니야스시
Original assignee: 가시오게산키 가부시키가이샤
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2003-05-16
Also published as: WO2003001438A1; CA2419678C; EP1399876A1; US20020196036A1; CN1463409A; AU2002304241B2; HK1061594A1; CN1282118C; US6815657B2; EP1399876B1; CA2419678A1; TWI222604B

Abstract

판독 장치는 검출될 대상을 판독하기 위해 기판상에 배열되는 센서유닛, 상기 센서유닛을 구동하기 위한 구동신호를 공급하기 위해 기판상에 배열되는 구동부 회로 유닛, 및 구동부 회로 유닛의 적어도 상부 표면 일부를 덮도록 형성되고, 또한 적어도 일부가 도전성을 갖는 정전기 방지부를 갖는다.

Description

이미지 획득장치{Image Acquisition Apparatus}

검사할 사람의 손가락 끝에 있는 정밀한 3차원 형상에 기초한 지문 형상을 판독하기 위한 판독 장치로서, 지문 판독기가 알려져 있다. 지문 판독기는 손가락 끝의 지문을 판독하기 위한 센서유닛을 갖는 센서장치, 및 상기 센서유닛의 근처에 배치되고 센서유닛을 구동하기 위한 구동신호를 센서유닛으로 제공하는 구동 회로 유닛으로 구성된다.

이러한 지문 판독기는 사람이 손가락 끝으로 센서유닛을 터치하였을 때 지문을 판독할 수 있고 지문을 형성하는 피부의 3차원 형상을 광학적으로 인식할 수 있는 판독기, 및 손가락의 3차원 형상에 대응하여 캐패시턴스 또는 저항의 변화를 판독하는 판독기를 포함한다.

사람의 손가락은 전기로 종종 충전되고, 그러한 사람이 손가락으로 대상을 만졌을 때 수천볼트의 충전된 정전기가 종종 순간적으로 방전됨을 알아야 한다.

어떤 경우에는, 지문 판독기의 구동 회로 유닛이 고밀도 패키지를 얻기 위해단일 회로기판상의 전술한 센서유닛 및 그 주변과 전기적으로 연결된다. 손가락이 이러한 지문 판독기에 닿았을 때, 손가락과 센서유닛 또는 구동 회로 유닛 사이의 거리는 짧아지고, 정전기 전압은 센서유닛과 구동회로 유닛을 덮고 있는 절연막을 통해 센서유닛 또는 구동 회로 유닛으로 공급된다. 이로써 동작 오류 및/또는 손상의 원인이 된다.

구동 회로 유닛은 수많은 트랜지스터들로 구성된다. 비결정 실리콘 또는 폴리실리콘은 이러한 트랜지스터의 반도체층으로 사용될 수 있다. 비결정 실리콘 또는 폴리실리콘은 그 특성상 가시광선에 의해 여기된다. 한편으로, 구동 회로부의 최상부 절연막이 통상 광투과성 재질로 형성되어 있기 때문에, 구동 회로 유닛이 외부의 강한 빛에 노출될 때 트랜지스터의 반도체층에서 정공쌍들이 생성되고, 그리고 이들 캐리어들은 구동회로 유닛의 동작 오류를 일으킨다.

본 발명은 검출될 대상을 판독하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생체 인증 시스템에서 사용되고, 그리고 개인을 특정하는 지문과 같은 검출 대상을 판독하는데 사용되는 판독장치에 관한 것이다.

명세서와 병합하여 그 일부를 구성하는 첨부된 도면들은 본 발명의 실시예를 나타내고, 이상에서 주어진 일반적인 설명들 및 이하에서 주어지는 실시예의 상세한 설명과 함께 발명의 요지를 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지문 판독기의 광센서 장치의 회로도;

도 2는 광센서모듈의 사시도;

도 3은 도 2의 III-III선을 따른 부분 단면도;

도 4는 도 2의 IV-IV선을 따른 단면도;

도 5는 검출구동부와 정전기 방지부의 또 다른 구조예를 도시한 단면도;

도 6은 지문 판독기에 제공되는 광센서 배열의 이중-게이트 광센서의 일 예를 도시한 평면도;

도 7은 도 6의 VII-VII선을 따른 단면도로서, 이중-게이트 광센서의 일예를 도시한 것;

도 8a 내지 도 8f는 광센서 배열을 구성하는 이중-게이트 광센서의 구동 원리를 설명하는 도면;

도 9는 구동 회로유닛을 구성하는 상부 게이트 구동부 또는 바닥 게이트 구동부의 회로도;

도 10은 상부 게이트 구동부 또는 바닥 게이트 구동부의 각 단계의 회로도;

도 11은 상부 게이트 구동부 또는 바닥 게이트 구동부의 동작을 나타내는 타이밍 차트;

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 지문 판독기의 판독 동작을 나타내는 단면도;

도 13은 선택모드에서 전위의 변화를 나타내는 그래프;

도 14는 비선택모드에서 전위의 변화를 나타내는 그래프;

도 15a 내지 도 15i는 각 이중-게이트 광센서들의 동작을 설명하기 위한 도면;

도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문 판독기를 도시한 회로도;

도 17은 도 16의 XVII-XVII선을 따른 단면도;

도 18은 본 발명의 상기 다른 실시예에 따른 지문 판독기를 도시한 단면도;

도 19는 본 발명의 상기 다른 실시예에 따른 지문 판독기를 도시한 단면도;

도 20은 본 발명의 상기 다른 실시예에 따른 지문 판독기를 도시한 단면도;

도 21은 케이스 부재가 정전기 방지부에 적용되는 지문판독기를 도시한 평면도;

도 22는 도 21의 XXII-XXII선을 따른 단면도;

도 23은 도 21에 도시된 지문 판독기의 판독 동작상태를 도시한 평면도;

도 24는 도 23에 도시된 판독기의 개략적인 단면도;

도 25는 검출될 대상이 본 발명의 실시예에 따른 지문 판독기에 접촉하지 않은 상태에서 회로 기능을 나타내는 등가 회로도;

도 26은 검출될 대상이 본 발명의 실시예에 따른 지문 판독기에 접촉한 상태에서 회로 기능을 나타내는 등가 회로도;

도 27a 내지 도 27c는 본 발명의 실시예에 따른 지문 판독기에 대해 검출될 대상의 접촉상태 검출에 대한 신호 전압의 변화를 보여주는 타이밍 차트;

도 28은 본 발명의 상기 다른 실시예에 따른 지문 판독기를 도시한 평면도;

도 29는 본 발명의 상기 다른 실시예에 따른 지문 판독기를 도시한 평면도;

도 30은 도 29에 도시된 센서모듈의 사시도; 및

도 31은 도 30의 XXXI-XXXI선을 따른 단면도이다.

손상과 동작 오류의 원인이 되는 정전기, 외부 광원 등과 같은 외부 요소들로부터 센서유닛과 구동회로 유닛을 보호할 수 있는 판독장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 검출될 대상을 광학적으로 판독하기 위해 광센서 배열(10)을 갖는 센서모듈(3), 및 광센서 배열을 구동하는 구동신호를 공급하기 위한 구동회로유닛(상부 게이트 구동부(11), 바닥 게이트 구동부(12), 검출 구동부(13))로 구성되고, 여기서 정전기를 방전시키기 위한 도전막(정전기 방지부(2))은 구동회로유닛의 표면중 적어도 일부상에 형성된다.

본 발명에 따르면, 정전기로 충전된 손가락 끝으로 구동회로유닛의 주변을 만지더라도, 정전기 방지부가 구동회로유닛을 차폐하기 때문에 구동회로유닛에 대한 손상이나 동작오류는 방지될 수 있다.

한편으로, 불투명한 도전막이 구동 회로유닛의 표면에 형성되어 있다면, 구동회로 유닛이 외부 빛에 노출되어 있더라도, 외부 빛이 결코 구동회로 유닛으로 들어가지 못하도록 하기 위해 도전막은 외부 빛을 흡수 및/또는 반사한다. 이 때, 외부 빛은 도전막의 상부에서부터 비추어지고, 구동회로 유닛의 트랜지스터를 여기시키는 주어진 파장범위내에서 자외선과 빛을 포함한다. 따라서, 유입되는 여기 빛으로 인한 구동회로 유닛의 트랜지스터의 동작오류 및 자외선으로 인하 저하가 방지될 수 있다.

본 발명의 추가적인 목적 및 특징들은 이하의 설명에 의해 확립될 것이고, 일부는 설명에 의해 분명해 지거나 발명의 실시에 의해 습득될 수 있다. 본 발명의 목적 및 특징들은 특히 이하에서 지적되는 수단 및 조합에 의하여 구현되고 얻어진다.

본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 설명될 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이미지 판독기(1)는 볼록부 및 지문을 정의하기 위해 손가락 끝상의 볼록부 부근 사이에 위치한 오목부를 광학적으로 판독한다. 이러한 판독기는, 소정 위치에 손가락 끝이 유지되도록 하고 손가락으로부터의 정전기를 감소시키는 정전기 방지부(2) 및 외부 제어기(14)의 제어하에 손가락 끝에서 지문을 판독하는 센서모듈(3)로 구성된다. 도 2는 도 1에 도시된 광센서모듈의 사시도, 도 3은 도 2의 III-III선을 따라 취해진 부분을 나타내는 단면도, 도 4는 도 2의 IV-IV선을 따라 취해진 부분을 나타내는 단면도이다.

정전기 방지부(2)는 크롬, 크롬 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진 부재를 갖고, 추후 설명될 구동부(11, 13)의 반도체층과 센서모듈(3)내의 센서들을 여기시키는 여기 빛을 통과시키지 않으며, 일부분이 적어도 도체를 갖고, 그리고 센서모듈(3)의 표면상에 놓이도록 부착된다.

정전기 방지부(2)는 센서모듈(3)의 둘레부분에 배열되고, 이는 손가락 끝의 둥근부분(ball)과 접하고, 손가락을 소정의 위치로 안내하고 거기서 유지되도록 하기 위해 손가락 끝의 둥근부분만큼의 개구를 갖는 거의 타원형인 대상 지지부(4)를 갖는다.

정전기 방지부(2)는 정전기 방지부(2)와 인접한 출력단자(5)를 통해 제어기(14)로부터 미약한(weak) 펄스신호(Ps)를 수신한다. 펄스신호(Ps)의 베이스 라인은 접지되었으며, 정전기 방지부는 펄스신호(Ps) 입력주기의 50% 또는 그 이상의 기간동안 접지로 설정된다. 출력단자(5)는 소정의 캐패시턴스와 저항을 갖는 도전부재로 만들어지고, 입력펄스신호(Ps')는 펄스신호(Ps')로서 제어기(14)로 입력되며, 이는 출력단자(5)의 캐패시턴스와 저항에 대응하여 조금 약해지고 늦춰진다. 펄스신호(Ps)의 전위보다 상당히 높은 정전기로 충전된 검사할 사람의 손가락 끝이 정전기 방지부(2)에 터치될 때 또는 가까이 다가갈 때, 정전기가 출력단자(5)를 통해 신속히 방전된다.

만약 상부 게이트 구동부(11), 바닥 게이트 구동부(12) 및 검출구동부(13) 위에 정전기 방지부(2)가 형성되지 않은 채로, 정전기로 충전된 손가락 끝이 광센서 배열(10)을 만진다면, 고전압이 박막 보호 절연층(31)(도 3)을 통해 상부 게이트 구동부(11), 바닥 게이트 구동부(12) 및 검출구동부(13)로 인가되고, 이로서 상부 게이트 구동부(11), 바닥 게이트 구동부(12) 및 검출구동부(13)가 손상을 입거나 이들의 동작 오류를 일으키는 원인이 된다. 그러나, 본 실시예에서, 상부 게이트 구동부(11), 바닥 게이트 구동부(12) 및 검출구동부(13) 위에 정전기 방지부(2)가 형성되어 있기 때문에, 정전기는 이들 구동부에 인가될 때부터 억제되고, 따라서 상부 게이트 구동부(11), 바닥 게이트 구동부(12) 및 검출구동부(13)의 동작 오류 및 손상을 방지한다. 덧붙여, 정전기로 인한 DG-TFTs(이중-게이트 박막 트랜지스터)(10a)의 특성 저하 및 손상도 억제될 수 있다.

손가락이 정전기 방지부를 터치할 때, 손가락으로 터치하지 않았을 때 얻어지는 것과 비교되는 신체의 독특한 캐패시턴스 및 저항에 대응하여 펄스신호(Ps')가 더 지연되거나 약해진다.

허용되는 캐패시턴스 범위 및 지연시간과 신체의 감쇄정도에 대해 허용되는 특징내에 있는 대상이 정전기 방지부(2)를 터치할 때 유발되는 펄스신호(Ps')가 지연시간 범위 또는 감쇄영역내로 떨어진다고 제어기(14)가 판단할 때, 센서모듈(3)에 의해 검출될 대상의 판독동작이 시작된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 센서모듈(3)은 투명 절연기판(20)상의 대상 지지부(4)의 개구내에 배치되고, 검출한 대상을 광학적으로 판독하는데 사용되는 광센서 배열(10), 정전기 방지부(2)의 아래에 배열되어 광센서 배열(10)을 구동하기 위한 구동신호를 공급하는 상부 게이트 구동부(11), 바닥 게이트 구동부(12) 및 검출구동부(13)를 포함하는 구동회로 유닛, 및 추후 도 2에서 2개의 부재로 도시될 조명안내판(32)을 갖는다.

도 1에 도시된 바와 같이, 광센서 배열(10)은 정전기 방지부(2)의 대상 지지부(4)의 개구내에 행렬로 배열된 복수의 이중-게이트 트랜지스터(10a)(이하에서 이중-게이트 광센서(10a)라 함)로 구성된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 불투명한 정전기 방지부(2)가 상부 게이트 구동부(11), 바닥 게이트 구동부(12), 및 검출 구동부(13)위에 배치되기 때문에, 정전기 방지부(2)의 상부로부터 조사되고, 자외선과 구동부들의 트랜지스터들을 여기시키는 주어진 파장내의 빛을 포함하는 외부 빛이 구동부(11 내지 13) 내로 직접 들어오는 것을 억제할 수 있다. 이로 인해, 여기 빛으로 인한 구동부(11 내지 13)의 트랜지스터의 동작 오류 및 자외선으로 인한 저하를 방지할 수 있다. 검출 구동부(13)는 이중-게이트 광센서(10a)로서 동일한 표면상에 형성될 수 있다. 또다른 방안으로는 도 5의 구조에 도시된 바와 같이 검출 구동부(13)가 검출할 대상이 놓여지는 표면상에 형성될 수 있고, 그리고 정전기 방지부(2)는 주어진 거리만큼 이격되는 구동부(13)의 상부 표면을 덮을 수 있다. 즉, 정전기 방지부(2)는 검출 구동부(13)를 수용하는 간격을 갖는 구조를 갖는다. 전체 정전기 방지부(2)가 도전체일 때, 간격을 통해 검출 구동부(13)로부터 소정의 거리만큼 이격되는 것이 바람직하다. 그러나, 대상지지부(4)와 출력단자(5)가 도전성을 갖고 상호 연결되어 있을 때, 지지부(4)를 제외한 정전기 방지부(2)가 절연부재로 형성된다. 이러한 경우, 정전기 방지부(2)의 절연부재는 검출 구동부와 접촉하게 된다. 이러한 구조를 적용함으로써, 단결정으로 이루어지고 고속동작이 가능한 집적회로가 검출 구동부로서 적용될 수 있고, 이로써 검출할 대상을 신속히 판독할 수 있다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 각 이중-게이트 광센서(10a)는 절연 기판(20)상에 형성되고, 이는 바닥 게이트 전극(21), 바닥 게이트 절연막(22), 반도체층(23), 블럭 절연막(24a, 24b), 불순물-도프층(25a, 25b, 26), 소스전극(27a, 27b), 드레인 전극(28), 상부 게이트 절연막(29), 상부 게이트 전극(30), 및 보호절연막(31)을 포함한다.

절연기판(20)은 가시광선에 대해 투명하고, 절연성을 갖는다. 바닥 게이트 전극(21)은 절연기판(20)상에 직접 형성된다. 바닥 게이트 절연막(22)은 바닥 게이트 전극(21) 및 절연기판(20)상에 형성되어 이들을 덮는다. 반도체층(23)은 바닥 게이트 전극(21)에 대항하여 바닥 게이트 절연막(22)상에 형성된다. 가시광선(380nm 내지 800nm의 파장을 가짐)이 반도체층(23)으로 진입할 때, 전공쌍들이 반도체층(23)내에서 생성된다.

블럭절연막(24a, 24b)은 상호 떨어지도록 반도체층(23)상에 나란히 놓인다. 제 1 불순물-도프층(25a)은 채널의 길이방향에서 반도체층(23)의 한쪽 끝단부상에 형성되고, 제 2 불순물-도프층(25b)은 다른 쪽 끝단부상에 형성된다. 제 3 불순물-도프층(26)은 블럭절연층(24a, 24b) 사이에서 반도체층(23)의 중간상에 형성되고, 불순물-도프층(25a, 25b)과 분리된다. 반도체층(23)은 불순물-도프층(25a, 25b, 26) 및 블럭절연막(24a, 24b)에 의해 덮혀진다. 도 6의 평면도에 도시된 바와 같이, 제 1 불순물-도프층(25a)은 블럭절연막(24a)의 한쪽 끝단부와 겹쳐지고, 불순물-도프층(25b)은 블럭절연막(24b)의 한쪽 끝단부와 겹쳐진다. 불순물-도프층(25a, 25b, 26)은 n-형 불순물 이온들로 도프된 비결정 실리콘으로 이루어진다.

한 소스전극(27a)은 제 1 불순물-도프층(25a)상에 형성되고, 나머지 소스 전극은 제 2 불순물-도프층(25b)상에 형성되고, 그리고 드레인 전극(28)은 제 3 불순물-도프층(26)사에 형성된다. 도 6의 평면도에 도시된 바와 같이, 소스전극(27a)은 블럭절연막(24a)과 부분적으로 겹쳐지고, 소스전극(27b)은 블럭절연막(24b)과 부분적으로 겹쳐지고, 그리고 드레인 전극(28)은 블럭절연막(24a, 24b)과 양단에서 부분적으로 겹쳐진다. 소스전극(27a, 27b) 및 드레인 전극(28)은 측면방향으로는 상호 분리되어 있다. 상부 게이트 절연막(29)은 바닥 게이트 절연막(22), 블럭절연막(24a, 24b), 소스 전극(27a, 27b) 및 드레인 전극(28)을 덮도록 형성된다. 상부 게이트 절연막(29)상에서, 상부 게이트 전극(30)은 반도체층(23)에 대항하도록 형성된다. 보호절연막(31)은 상부 게이트 막(29)과 상부 게이트 전극(30)상에 형성된다.

앞서 설명한 이중-게이트 광센서(10a)는 이하의 제 1 및 제 2 이중-게이트 광센서들이 절연 기판(20) 상에 나란히 놓이는 배열을 갖는다. 제 1 이중-게이트 광센서는 반도체층(23), 블럭절연막(24a), 소스 전극(27a), 드레인 전극(28), 상부 게이트 절연막(29)과 상부 게이트 전극(30)으로 형성된 광캐리어 축적부, 및 반도체층(23), 소스 전극(27a), 드레인 전극(28), 바닥 게이트 절연막(22)과 바닥 게이트 전극(21)으로 형성된 MOS 트랜지스터로 구성된다. 반도체층(23)은 광캐리어 축적부의 광 생성 영역 및 MOS 트랜지스터의 채널 영역으로의 구실을 한다. 제 2 이중-게이트 광센서는 반도체층(23), 블럭절연막(24b), 소스 전극(27b), 드레인 전극(28), 상부 게이트 절연막(29)과 상부 게이트 전극(30)으로 형성된 광캐리어 축적부, 및 반도체층(23), 소스 전극(27b), 드레인 전극(28), 바닥 게이트 절연막(22)과 바닥 게이트 전극(21)으로 형성된 MOS 트랜지스터로 구성된다. 반도체층(23)은 광캐리어 축적부의 광 생성 영역 및 MOS 트랜지스터의 채널 영역으로의 구실을 한다.

이중-게이트 광센서(10a)에서, 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 게이트 전극(30), 바닥 게이트 전극(21), 드레인 전극(28), 및 소스 전극들(27a, 27b)은 각각 상부 게이트 라인(TGL), 바닥 게이트 라인(BGL), 데이터 라인(DL), 및 그라운드와 연결된 접지 라인(GL)과 각각 연결된다.

도 7에서, 상부 게이트 전극(30)상에 형성된 블럭절연막(24a, 24b), 상부 게이트 절연막(29), 및 보호 절연막(31)은 질화실리콘 등으로 만들어진 반투명의 절연막으로 성형된다. 상부 게이트 전극(30) 및 상부 게이트 라인(TGL)은 ITO(Indium-Tin-Oxide)와 같은 반투명의 도전성 재질로 성형되고, 가시광선에 대해 높은 투과성을 나타낸다. 소스전극들(27a, 27b), 드레인 전극(28), 바닥 게이트 전극(21), 및 바닥 게이트 라인(BGL)은 크롬, 크롬합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로부터 선택된 재질로 만들어지고, 가시광선을 차폐한다.

보호 절연막(31)은 도 1에 도시된 정전기 방지부(2)의 대상 지지부(4)로부터 노출되고, 손가락 끝의 볼록한 부분이 터치되는 부분의 구실을 한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 조명안내판(32)은 평평하고, 절연기판(20)의 하부에 배치되고, 백라이트(37)는 조명안내판(32)의 둘레에 배치된다. 조명안내판(32)은 백라이트(37)가 배치된 상부 표면과 측면을 제외하고 반사부재(33)에 의해 덮혀있다. 백라이트(37)는 제어기(14)에 따라 이중-게이트 광센서(10a)를 여기시킬 수 있는 파장범위의 빛으로 조명안내판(32)을 비춘다.

전술한 광센서 배열(10)에서, 이중-게이트 광센서들(10a)은 정전기 방지부(2)의 대상 지지부(4)내 및 그 둘레에 행렬로 배열된다.

정전기로 충전된 손가락 끝이 정전기 방지부(2)를 터치하여 지문 확인을 위해 거기에 멈출 때, 충전된 정전기가 손가락 끝을 통해 방전된다. 동시에, 제어기(14)는 손가락의 캐패시턴스로 인한 전압 또는 전류의 변화를 검출하여, 광센서 과정, 즉 지문 판독과정을 시작하기 위해 백라이트(37)를 켠다. 그리고, 제어신호(Tcnt, Bcnt, Dcnt)를 상부 게이트 구동부(11), 바닥 게이트 구동부(12), 및 검출 구동부(13)로 전송한다. 제어기(14)는 손가락의 독특한 캐패시터에 의한 전기적 변화를 읽음으로써 제어신호(Tcnt, Bcnt, Dcnt)를 출력할 수 있을 뿐만 아니라, 검출할 대상이 손가락이 아닌 다른 것, 즉 손가락과 다른 캐패시턴스를 갖는 것이 접촉되어 검출한 대상이 손가락이 아니라고 인식할 때, 전기적 변화를 읽음으로써 제어신호(Tcnt, Bcnt, Dcnt)를 중단할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상부 게이트 구동부(11)는 광센서 배열(10)의 상부 게이트 라인(TGL)과 연결된 시프트 레지스터에 의해 형성되고, 각 상부 게이트 라인(TGL)에 구동신호를 순차적으로 그리고 선택적으로 출력한다. 상부 게이트 구동부(11)는 리셋전압(+25V) 또는 캐리어 축적전압(-15V)을 제어기(14)로부터 출력되는 일군의 제어신호(Tcnt)에 따라 복수의 상부 게이트 라인(TGL)에 인가한다. 하부 게이트 구동부(12)는 채널형성전압(+10V) 또는 채널 비형성전압(±0V)을 제어기(14)로부터 출력되는 일군의 제어신호(Bcnt)에 따라 복수의 하부 게이트 라인(BGL)에 인가한다.

검출 구동부(13)는 광센서 배열(10)의 데이터 라인(DL)에 연결되고, 제어기(14)로부터 출력되는 일군의 제어신호(Dcnt)에 따라 모든 데이터 라인(DL)에 예비충전전압(Vpg)(+10V)을 인가하여, 전하들을 예비충전한다. 검출 구동부(13)는 각 이중-게이트 광센서(10a)로 진입하는 광량에 따라 변화하는 데이터 라인(DL)의 전압 또는 예비 충전후 소정의 주기동안 각 이중-게이트 광센서(10a)의 소스-드레인 경로를 통해 흐르는 드레인 전류를 검출하여, 검출된 전압 또는 전류를 데이터 신호(DATA)로 출력한다.

각 행에 대한 소정의 타이밍에서 소정의 레벨을 갖는 신호를 출력하기 위하여 제어기(14)는 일군의 제어신호(Tcnt 및 Bcnt)를 이용하여 상부 게이트 구동부(11) 및 바닥 게이트 구동부(12)를 제어한다. 이러한 제어로, 제어기(14)는 광센서 배열(10)의 각 행을 리셋상태, 전하축적상태 및 판독상태로 차례로 설정한다. 제어기(14)는 제어신호 그룹(Dcnt)을 이용하여 각 데이터 라인(DL)의 전위변화를 판독하기 위하여 검출 구동부(13)를 제어하고, 이러한 변화를 데이터 신호(DATA)로서 가져온다.

광센싱 과정이 이하에서 상세히 설명될 것이다. 광센서 배열(10)을 형성하는 각 이중-게이트 광센서들(10a)에서, 상부 게이트 전극(30)에 인가되는 전압이 +25V이고, 바닥 게이트 전극(21)에 인가되는 전압이 ±0V이면, 상부 게이트 전극(30)과 반도체층 사이에 형성되고 질화실리콘으로 만들어진 상부 게이트 절연막(29) 및 반도체층(23)내에 축적된 정공들은 방전되고, 광센서(10a)는 리셋된다(즉, 리셋상태). 한편으로, 이중-게이트 광센서(10a)에서, 소스 전극(27a, 27b) 및 드레인 전극(28)을 가로질러 인가되는 전압이 ±0V 이면, 상부 게이트 전극(30)에 인가되는 전압은 -15V 이고, 바닥 게이트 전극(30)에 인가되는 전압은 ±0V 이고, 반도체층(23)을 통해 진입한 빛에 의해 생성된 정공쌍들의 정공들은 반도체층(23)과 상부 게이트 절연막(29)내에 축적된다(즉 전하 축적상태). 이러한 소정의 주기동안 축적된 정공들의 양은 광량에 따라 좌우된다.

전하 축적상태에서, 백라이트(32)는 각 이중-게이트 광센서(10a)를 향해 빛을 발광하도록 설정된다. 그러나 이러한 상태에서, 각 이중-게이트 광센서(10a)의 반도체층(23) 하부에 위치하는 바닥 게이트 전극(21)은 빛을 가로채기 때문에, 캐리어들이 반도체층(23)에서 충분히 생성되지 못한다. 이 때에, 손가락 끝이 각 이중-게이트 광센서(10a)의 상부 보호절연막(31)상에 위치하면, 빛이 보호절연막(31)에 의해 반사되고, 이로서 지문 형상을 따라 손가락 끝의 오목한 부위 바로 아래에 위치한 반도체층(23)에 충분히 도달하지 않는다.

이러한 방식으로, 유입되는 광량이 작고 이로서 정공들이 반도체층(23)에서 충분한 양으로 축적되지 않을 때, 그리고 상부 게이트 전극(30)에 인가되는 전압이 -15V 이고, 바닥 게이트 전극(21)에 인가되는 전압이 +10V 일 때, 공핍층은 상부 게이트 전극(30)의 전계로 인해 반도체층(23)내로 퍼지고, N-채널은 잘라 내어지며, 반도체층(23)의 저항은 증가한다. 한편으로, 전하축적상태에서, 빛은 보호절연막(31)에 의해 반사되고, 손가락 끝의 볼록한 부위 바로 아래에 위치한 이중-게이트 광센서(10a)의 반도체층(23)으로 진입한다. 그리고 정공들은 반도체층내에 충분한 양으로 축적된다. 이러한 상태에서, 앞서 언급한 전압들이 인가될 때, 축적된 정공들이 끌리고 상부 게이트 전극(30)에 의해 유지된다. 또한 정공들의 전하들은 상부 게이트 전극(30)의 전계를 완화한다. 그 결과로, N-채널이 반도체층(23)의 바닥 게이트 전극(21) 측상에 형성되고, 반도체층(23)의 저항은 감소한다. 판독상태에서 반도체층(23)의 저항들 사이의 차이는 데이터 라인(DL)의 전위 변하로 나타난다.

광센서 배열(10)을 형성하는 각 이중-게이트 광센서(10a)의 구동원리가 도 8a 내지 도 8f의 개략적인 도면들을 참조하여 전술한 광센싱 과정과 관련하여 설명될 것이다.

각 이중-게이트 광센서(10a)의 반도체층(23)의 채널 형성 영역이 제 1 및 제 3 불순물-도프층(25a, 26) 사이 및 제 2 및 제 3 불순물-도프층(25b, 26) 사이의 블럭 절연막(24a, 24b) 아래에서 생성되기 때문에, 채널 길이는 채널 길이 방향으로의 블럭 절연막(24a, 24b)의 길이와 같다. 따라서, 도 8a에 도시된 바와 같이, 바닥 게이트 전극(21)(BG)에 인가되는 전압이 ±0V 일 때, 심지어 상부 게이트 전극(30)(TG)에 인가되는 전압이 +25V 일 때, 소스 및 드레인 전극들(27a, 27b, 28) 바로 아래의 반도체층(23) 영역은 상부 게이트 전극(30)(TG)에 인가되는 것보다 소스 및 각 드레인 전극들(27a, 27b, 28)에 인가되는 전압에 의해 더 큰 영향을 받는다. 또한, 채널 길이방향으로 인접한 N-채널은 반도체층(23)내에 형성되지 않는다. 이러한 이유 때문에, +10V의 전압이 드레인 전극(28)(D)에 인가될 때라도, 드레인 전극(28)(D) 및 소스 전극(27a, 27b)(S)을 가로질러 전류가 흐르지 않는다. 이러한 상태에서, 반도체층(23) 및 상기 반도체층(23)의 채널영역 바로 위의 블럭절연막(24a, 24b)내에 축적된 정공들은 상부 게이트 전극(30)(TG)과 같은 극성의 전압이 나타나기 때문에 반발하고, 그리고 추후 설명되는 바와 같이 방전된다. 이러한 상태는 이하에서 리셋상태로 불려진다.

아무런 빛도 반도체층(23)으로 입사되지 않는 어두운 환경에서, 도 8b에 도시된 바와 같이 전하 축적 상태를 설정하기 위하여 상부 게이트 전극(30)(TG)에 인가되는 전압이 심지어 -15V 로 설정되고, 바닥 게이트 전극(21)(BG)에 인가되는 전압이 ±0V 로 설정될 때, 아무런 전공쌍도 생성되지 못하고, 그리고 아무런 N-채널도 반도체층(32)내에 형성되지 못한다. 이러한 이유로, 심지어 전위차가 드레인 전극(28)(D)과 각 소스전극(27a, 27b)(S)에 걸쳐 생성되더라도, 흐르는 전류는 없다.

이러한 방식으로, 드레인 전극(28)(D)과 소스전극(27a, 27b)(S)이 반도체층(23)과 상부 게이트 전극(30)(TG)의 채널영역의 양단부 사이에서 형성되기 때문에, 채널 영역의 양단부는 드레인 전극(28)(D)과 소스전극(27a, 27b)(S)의 전계에 의해 영향을 받고, 상부 게이트 전극(30)(TG)의 전계만이 인접한 채널을 형성할 수 없다. 따라서, 바닥 게이트 전극(21)(BG)에 인가되는 전압이 ±0V 일 때, 상부 게이트 전극(30)(TG)에 인가되는 전압과 무관하게 반도체층(23)내에는 아무런 채널도 형성되지 않는다.

도 8c에 도시된 바와 같이, 상부 게이트 전극(30)(TG)에 인가되는 전압이 +25V 이고, 바닥 게이트 전극(21)(BG)에 인가되는 전압이 +10V 일 때, 반도체층(23)내의 바닥 게이트 전극(21)(BG) 측에서 N-채널이 형성된다. 이로써, 반도체층(23)의 저항이 감소하고, 그리고 +10V의 전압이 드레인 전극(28)에 인가될 때 드레인 전극(28)(D)과 각 소스 전극(27a, 27b)(S)에 걸쳐 전류가 흐른다.

도 8b에 도시된 바와 같은 어두운 환경으로 인해 반도체층(23)내에 충분한 양의 정공들이 축적되지 못한 후에, 판독상태를 설정하기 위해 심지어 상부 게이트 전극(30)(TG)에 인가되는 전압이 -15V로 설정되고, 바닥 게이트 전극(21)(BG)에 인가되는 전압이 +10V로 설정되더라도, 공핍층은 반도체층(23)내로 퍼지고, N-채널은 잘라 내어지며, 그리고 반도체층(23)의 저항은 증가한다. 이러한 이유로, +10V 의 전압이 드레인 전극에 인가되더라도, 드레인 전극(28)(D)과 각 소스전극(27a, 27b)(S)에 걸쳐 전류는 흐르지 않으며, 예비 충전된 드레인 전극(28)과 데이터 라인의 전위(10V)는 크게 변하지 않는다.

역으로, 밝은 환경에서 반도체층(23)으로 빛이 들어올 때, 진입하는 여기 빛의 광량에 대응하여 전공쌍들이 생성된다. 이러한 상황하에, 도 8e에 도시된 바와 같이, 상부 게이트 전극(30)(TG)에 인가되는 전압이 -15V 로 설정되고, 바닥 게이트 전극(21)(BG)에 인가되는 전압이 ±0V 로 설정될 때, 리셋상태에 곧이어, 생성된 전공쌍들의 양정공들이 반도체층(23)의 채널 영역상에서 반도체층(23)과 블럭절연막(24a, 24b)내에 즉시 축적된다. 상부 게이트 전극(30)(TG)의 전계에 따라 반도체층(23)내에 축적되는 정공들은 상부 게이트 전극(30)(TG)의 전계에 의해 계속 끌려지고, 다음 리셋 상태까지 반도체층(23)내에서 축적되어 남는다.

정공들이 이러한 방식으로 축적된 후, 도 8f에 도시된 바와 같이, 상부 게이트 전극(30)(TG)에 인가되는 전압이 -15V 로 설정되고, 바닥 게이트 전극(21)(BG)에 인가되는 전압이 +10V 로 설정될 때, 축적된 정공들은 음전압이 인가되는 상부 게이트 전극(30)(TG)에 의해 끌려지고 유지되며, 반도체층(23)상의 상부 게이트 전극(30)(TG)에 인가되는 음전압의 영향을 완화하는 방향으로 동작한다. 이러한 이유로, 반도체층(23)내의 바닥 게이트 전극(21)(BG)측상에 N-채널이 형성되고, 반도체층(23)의 저항이 감소한다. 이러한 상태에서 +10V 의 전압이 드레인 전극(28)에 인가될 때, 전류는 드레인 전극(28)(D)과 소스 전극(27a, 27b)(S)에 걸쳐 흐른다. 이러한 이유로, 드레인 전극(28) 또는 데이터 라인의 예비 충전된 전위(10V)는 축적된 정공들의 양 즉 반도체층(23)내로 입사하는 광량에 따라 감쇄한다.

상부 게이트 구동부(11) 및 바닥 게이트 구동부(12)를 갖는 구동부 회로 유닛은 기본 배열로서 복수의 TFT(박막 트랜지스터)로 구성되어 있음을 알아야 한다. 각 TFT는 N-채널 MOS 전계효과 트랜지스터들로 구성되고, 게이트 절연막으로 질화실리콘을 사용하고, 반도체층으로서 비결정 실리콘을 사용한다. TFT는 이중-게이트 광센서(10a)와 함께 동일한 생산공정에서 제조되고, 각 TFT는 이중-게이트 광센서(10a)와 거의 동일한 구조를 갖는다. 검출 구동부(13)는 고속 판독 과정을 수행하기 위하여 바람직하게는 폴리실리콘 TFT 또는 단결정 실리콘 트랜지스터를 갖는 집적회로로 구성된다.

보다 상세하게는, 전술한 구동부 회로 유닛은 일군의 트랜지스터(도 3 참조)로 구성되고, 각각은 도 7에 도시된 바와 같이 이중-게이트 광센서(10a)와 유사한 구조를 갖으며, 상부 게이트 전극(30)이 적층되지 않았다는 예외가 있다. 따라서, 트랜지스터 그룹(34)내의 각 트랜지스터의 기본 구조는 이중-게이트 광센서(10a)와 거의 동일하고 다만 그 기능에 따라 다른 크기와 형상을 갖도록 설계된다.

정전기 방지부(2)는 구동부 회로 유닛에서 트랜지스터 그룹(34)의 최상부 보호 절연막(31)을 덮기 위하여 형성된다. 보호 절연막(31)은 구동부 회로 유닛의 최상부 표면을 평평하게 하고 회로를 정전기 등으로부터 보호할 수 있는 정도의 두께를 갖도록 증착된다. 정전기 방지부(2)는 불투명한 전기적-도체로 만들어지고, 미약한 펄스신호(Ps)가 제어기로부터 출력된다.

도 9에 도시된 시프트 레지스터는 전술한 상부 게이트 구동부(11) 및 바닥 게이트 구동부(12)를 구성함을 알아야 한다. "n" 이 광센서 배열(10)의 이중-게이트 광센서(10a)의 행의 갯수(상부 게이트 라인(TGL) 및 바닥 게이트 라인(BGL)의갯수)를 나타낼 때, 도 9에 도시된 바와 같이 각 상부 게이트 구동부(11) 및 바닥 게이트 구동부(12)는 게이트 신호들을 출력하기 위한 n 상태(RS(1) 내지 RS(n)) 및 RS(n) 상태를 제어하기 위해 사용되는 더미 상태(RS(n+1), RS(n+2))를 갖는다. 도 9는 n 이 2와 같거나 큰 짝수일 때 시프트 레지스터의 배열을 도시한다. 또한, RS(1)상태는 제 1 단계를 나타내고, RS(2)상태는 제 2 단계를 나타내고,..., RS(n)상태는 제 n 단계를 나타내고, RS(n+1)상태는 제 n+1 단계를 나타내고, RS(n+2)상태는 제 n+2 단계를 나타낸다.

제 1 단계(RS(1))는 제어기(14)로부터 시작신호(Dst)를 수신한다. 도 9에 도시된 시프트 레지스터가 상부 게이트 구동부(11)이면, 시작신호(Dst)의 하이레벨은 +25V 이고, 로우 레벨은 -15V 이다. 한편으로, 도 9에 도시된 시프트 레지스터가 바닥 게이트 구동부(12)이면, 시작신호(Dst)의 하이레벨은 +10V 이고, 로우 레벨은 -15V 이다.

제 2 및 연이은 단계들(RS(2) 내지 RS(n))은 입력 신호로서 이전 단계들(RS(1) 내지 RS(n-1))로부터 출력신호들(OUT(1) 내지 OUT(n-1))을 수신한다. 도 9에 도시된 시프트 레지스터가 상부 게이트 구동부(11)이면, 각 단계들의 출력신호(OUT(1) 내지 OUT(n-1))는 대응하는 제 1 내지 n-번째 행들의 상부 게이트 라인(TGL)상에 출력된다. 한편으로, 도 9에 도시된 시프트 레지스터가 하부 게이트 구동부(12)이면, 각 단계들의 출력신호(OUT(1) 내지 OUT(n))는 대응하는 제 1 내지 n 번째 행들의 바닥 게이트 라인(BGL)상에 출력된다.

더욱이, RS(n+2)단계와 다른 RS(1)단계 내지 RS(n+1) 단계는 각각 리셋신호로서 다음 RS(2)단계 내지 RS(n+2) 단계로부터 출력신호(OUT(2) 내지 OUT(n+2))를 수신한다. RS(n+2) 단계는 제어기(14)로부터 종료신호(Dend)를 수신한다. 만약 도 9에 도시된 시프트 레지스터가 상부 게이트 구동부(11)라면, 종료 신호(Dend)의 하이레벨은 +25V 이고, 그 로우레벨은 -15V 이다. 한편으로, 도 9에 도시된 시프트 레지스터가 바닥 게이트 구동부(12)라면 종료신호(Dend)의 하이레벨은 +10V 이고, 그 로우레벨은 -15V 이다.

각각의 RS(k)단계(k는 1 내지 n+2 범위사이의 임의의 정수)에는 제어기(14)로부터 기준전압(Vss)이 인가된다. 만약 도 9에 도시된 시프트 레지스터가 상부 게이트 구동부(11)라면, 기준전압(Vss)의 레벨은 -15V 이다. 한편으로, 도 9에 도시된 시프트 레지스터가 바닥 게이트 구동부(12)라면, 기준전압(Vss)의 레벨은 ±0V 이다.

한편으로, 각 단계들에는 제어기(14)로부터 하이레벨의 일정 전압(Vdd)이 인가된다. 만약 도 9에 도시된 시프트 레지스터가 상부 게이트 구동부(11)라면, 일정 전압(Vdd)의 레벨은 +25V 이다. 한편으로, 만약 도 9에 도시된 시프트 레지스터가 바닥 게이트 구동부(12)라면, 일정 전압(Vdd)의 레벨은 +10V 이다.

홀수 숫자의 단계들(RS(k))은 제어기(14)로부터 클럭신호(CK1)를 수신한다. 또한, 짝수 숫자의 단계들(RS(k))은 제어기(14)로부터 클럭신호(CK2)를 수신한다. 클럭신호들(CK1, CK2)은

시프트 레지스터로부터의 출력 신호들이 시프트되는 타임 슬롯의 소정의 주기동안 각 타임 슬롯에 대해 하이레벨로 변화한다. 즉, 만약 클럭신호(CK1)가 한타임 슬롯의 소정 주기동안 하이레벨로 변한다면, 클럭신호(CK2)는 그 타임 슬롯동안 로우레벨로 변한다. 그러면, 클럭신호(CK1)는 다음 타임 슬롯동안 로우레벨로 변하고, 클럭신호(CK2)는 그 타임 슬롯의 소정주기 동안 하이레벨로 변한다.

만약 도 9에 도시된 시프트 레지스터가 상부 게이트 구동부(11)라면, 클럭신호(CK1, CK2)의 하이레벨은 +25V 이고, 그들의 로우레벨은 -15V 이다. 한편으로, 만약 도 9에 도시된 시프트 레지스터가 바닥 게이트 구동부(12)라면, 하이레벨은 +10V 이고, 로우레벨은 ±0V 이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상부 게이트 구동부(11)와 바닥 게이트 구동부(12)를 형성하는 전술한 시프트 레지스터의 각 RS(k)단계는 기본적인 배열을 갖는 트랜지스터 그룹(34)인 6개의 TFT(41 내지 46)로 구성된다. TFT(41 내지 46)는 n-채널 MOS 전계효과 트랜지스터이고, 게이트 절연막의 재료로 질화실리콘을 사용하고 반도체층의 재료로 비결정 실리콘을 사용함을 알아야 한다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제 1 단계(RS(1))의 게이트와 드레인 전극들은 시작 신호(Dst)를 수신한다. 제 1 단계(RS(1))이외의 각 단계(RS(k))의 TFT(41)의 게이트 및 드레인 전극은 이전 단계(RS(k-1))의 TFT(45)의 소스전극에 연결되고, 그리고 TFT(41)의 소스전극은 TFT(44)의 게이트 전극, TFT(42)의 드레인 전극, TFT(43)의 게이트 전극과 연결된다. 배선상의 소정의 위치 지점인 노드(Xa(k))의 전위는 이러한 자체 배선에 따른 TFT(41 내지 44)의 기생 캐패시턴스에 따라 변동되고, 이러한 자체 배선의 캐패시턴스로 입력을 충전한다. 이 때, 이러한 배선은 각 단계(RS(k))의 TFT(41)의 소스전극, TFT(44)의 게이트 전극,TFT(42)의 드레인 전극 및 TFT(43)의 게이트 전극에 연결된다.

TFT(43)의 드레인 전극은 TFT(46)의 소스 전극 및 TFT(45)의 게이트 전극에 연결되고, TFT(42, 43)의 소스 전극에는 기준전압(Vss)이 인가된다. TFT(46)의 게이트 및 드레인 전극들에는 일정 전압(Vdd)이 인가된다.

각 홀수 숫자의 단계에서 TFT(44)의 드레인 전극은 클럭신호(CK1)를 수신하고, 각 짝수 숫자의 단계에서 TFT(44)의 그 전극은 클럭신호(CK2)를 수신한다. 각 단계의 TFT(44)의 소스전극은 TFT(45)의 드레인 전극과 연결된다. TFT(45)의 소스전극에는 기준전압(Vss)이 인가된다. TFT(42)의 게이트 전극은 다음 단계로부터 출력신호(OUT(k+1))를 수신한다.

각 RS(k)단계내에 설치된 TFT(41 내지 46)의 기능들이 이하에서 설명될 것이다.

TFT(41)의 게이트 및 드레인 전극들은 이전 RS(k-1)단계(이 경우, k=2 내지 n+2)로부터 출력신호(OUT(k-1))를 수신하거나, 제어기(14)로부터 시작신호(Dst)를 수신한다(이 경우 k=1). 출력신호(OUT(k-1)) 또는 시작신호(Dst)가 하이레벨로 변할 때, TFT(41)은 켜지고, 드레인 전극으로부터 소스전극으로 전류가 흐른다. 그리고 TFT(41)는 소스전극으로 하이레벨의 출력신호(OUT(k-1)) 또는 시작신호(Dst)를 출력한다.

TFT(42)가 꺼지면(OFF), TFT(41)의 소스전극으로부터 출력된 하이레벨의 출력신호(OUT(k-1)) 또는 시작신호(Dst)에 의하여 노드(Xa(k))의 전위가 로우에서 하이레벨로 이동된다. 한편, 출력 신호(OUT(k-1)) 또는 시작신호(Dst)가 로우레벨로바뀌면, TFT(41)는 꺼지고, TFT(41)의 드레인-소스 경로를 통해 아무런 전류도 흐르지 않는다.

TFT(46)의 게이트 및 드레인 전극에는 하이레벨의 일정 전압(Vdd)이 인가된다. 이러한 방식으로, TFT는 다이오드와 연결되고, 그리고 소스 전위가 드레인 전위보다 낮을 때, TFT(46)의 드레인-소스 경로를 통해 전류가 흐르고, TFT(46)는 소스전극으로 거의 일정 전압(Vdd) 수준의 신호를 출력한다.

노드(Xa(k))의 전위가 낮고, TFT(46)로부터 출력되는 일전 전압(Vdd) 레벨의 신호에 의하여 노드(Xb(k))의 전위가 로우에서 하이레벨로 이동할 때, TFT(43)는 꺼진다. 한편으로, 노드(Xa(k))의 전위가 하이일 때, TFT(43)는 켜지고, 그리고 이경우 TFT(43)의 드레인-소스 경로를 통해 전류가 흐르기 때문에 TFT(43)는 노드(Xb(k))의 전위를 로우레벨로 바꾼다.

노드(Xb(k))의 전위가 로우일 때, TFT(45)는 꺼지고, 노드(Xb(k))의 전위가 하이일 때 켜진다. 노드(Xa(k))의 전위가 하이일 때, TFT(44)는 켜지고, 노드(Xa(k))의 전위가 로우일 때 꺼진다. 따라서, TFT(44)는 TFT(45)가 오프(OFF)일 때 온(ON)되고, 그 반대도 성립한다.

TFT(45)의 소스 전극에 기준전압(Vss)이 인가된다. 온(ON) TFT(45)는 그 RS(k) 단계의 출력신호(OUT(k))로서 드레인 전극으로부터 기준전압(Vss) 레벨의 신호를 출력한다. 오프(OFF) TFT(45)는 그 RS(k) 단계의 출력신호(OUT(k))로서 TFT(44)의 소스 전극으로부터 출력된 신호 레벨을 출력한다.

TFT(44)의 드레인 전극은 클럭신호(CK1, CK2)를 수신한다. TFT(44)가 오프되었을 때, 드레인 전극으로 입력되는 클럭신호(CK1, CK2)의 출력을 차단한다.

TFT(44)가 온(ON)일 때, 소스전극으로 로우레벨의 클럭신호(CK1 또는 CK2)를 출력한다. 이 경우, TFT(44)가 온(ON)이면 TFT(45)가 오프(OFF)이기 때문에 로우레벨의 클럭신호(CK1 또는 CK2)가 RS(k) 단계의 출력신호(OUT(k))로서 출력된다.

한편, TFT(44)가 온(ON)일 때, 만약 하이레벨 클럭신호(CK1 또는 CK2)가 드레인 전극으로 입력되면, 전류가 흐르기 때문에 소스측상의 전위는 상승하고, 게이트 및 소스전극을 형성하는 기생 캐패시턴스 및 그들 사이의 게이트 절연막상에 전하가 축적된다. 결과적으로, 노드(Xa(k))의 전위는 초기적재 효과(Bootstrap effect)에 기인하여 상승하고, 노드(Xa(k))의 전위가 게이트 포화전압에 다다를 때 TFT(44)의 소스-드레인 전류는 포화된다. 이러한 방식에서, 온(ON) TFT(44)는 소스전극에 하이레벨 클럭신호(CK1 또는 CK2)와 거의 동일한 전위를 갖는 신호를 출력한다. 이 경우, TFT(44)가 온(ON)이면, TFT(45)가 오프(OFF)이기 때문에 하이레벨 클럭신호(CK1 또는 CK2)가 RS(k)단계의 출력신호(OUT(k))로서 출력된다.

TFT(42)의 게이트 전극은 다음 RS(k+1)단계로부터 출력신호(OUT(k+1))를 수신한다(이 경우, k=1 내지 n+1). TFT(42)는 출력신호(OUT(k+1))가 하이레벨일 때, 켜지고, 노드(Xa(k))의 전위는 기준전위(VSS)로서 하이레벨에서 로우레벨로 이동된다.

더미 RS(n+2)단계에서 TFT(42)의 게이트 전극은 제어기(14)로부터 종료신호(Dend)를 수신한다. 선택적으로, 다음 스캔에서 세번째 출력신호(OUT(3))가 대신 사용된다.

전술한 상부 게이트 구동부(11) 및 바닥 게이트 구동부(12)의 동작이 도 11을 참조하여 이하에서 설명될 것이다. 도 11에서, 한 T의 주기는 하나의 선택주기이다. 상부 게이트 구동부(11)와 바닥 게이트 구동부(12)의 동작은 신호의 입력 타이밍 및 기준전압(Vss)의 레벨 그리고 출력 타이밍 및 신호 입력을 제외하면 실질적으로 동일하다. 이로써, 바닥 게이트 구동부(12)에 대해 상부 게이트 구동부(11)로부터의 차이점만이 설명될 것이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 하이레벨(+25V)의 시작신호(Dst)는 제어기(14)로부터 T0 타이밍에 첫번째 단계(RS(1))로 입력된다. 시작신호(Dst)는 하나의 수평주기가 끝나는 T1 타이밍까지 소정의 주기동안 하이레벨로 남는다.

T0 타이밍에서, TFT(41)는 켜지고, TFT(41)의 드레인 전극으로 입력되는 하이레벨 입력신호(시작신호(Dst))는 소스전극으로부터 출력된다. TFT(42)가 오프(OFF)이기 때문에, TFT(41)의 소스전극으로부터 출력된 하이레벨 입력신호에 의해 노드(Xa(1))의 전위는 로우에서 하이레벨로 이동한다. 노드(Xa(1))가 하이레벨로 변하기 때문에, TFT(43, 44)는 각각 켜진다. 하이레벨 입력신호(Dst)가 입력되는 주기동안, 온(ON) TFT(44)의 드레인 전극은 로우레벨(-15V)의 클럭신호(CK1)를 수신하고, 이는 이 단계(RS(1))의 출력신호(OUT(1))로서 출력된다.

T0 타이밍 후 T1 타이밍 전에 시작신호(Dst)가 로우레벨로 바뀔 때, TFT(41)는 꺼진다. 이 경우, TFT(42)가 또한 오프(OFF)되기 때문에 노드(Xa(1))는 하이레벨을 유지한다.

T1 타이밍에서 클럭신호(CK1)가 하이레벨(+25V)로 변할 때, TFT(44)는 점진적으로 클럭신호(CK1)의 전위를 출력하고, TFT(44)의 소스측 전위는 상승하기 시작한다. 이 때, TFT(44)의 게이트와 소스전극을 이루는 기생 캐패시턴스 및 그들 사이의 게이트 절연막은 충전된다. 이러한 충전으로, 노드(Xa(1))의 전위가 초기적재 효과(Bootstrap effect)로 인해 하이레벨 보다 높을 때 그리고 게이트 전압이 완전히 포화되었을 때, TFT(44)의 드레인-소스 경로를 통해 흐르는 전류는 포화된다. 결과적으로, 이 단계(RS(1))로부터 출력되는 출력신호(OUT(1))의 전위는 +25V가 되고, 클럭신호(CK1), 즉 하이레벨과 거의 같게 된다. 클럭신호(CK1)가 하이레벨에 있는 주기동안 TFT(44)의 기생 캐패시턴스가 충전되기 때문에, 노드(Xa(1))의 전위는 약 +45V 까지 높아진다.

클럭신호(CK1)는 T1 타이밍 후 T2 타이밍 전에 로우레벨(-15V)로 변한다. 결과적으로, 출력신호(OUT(1))의 레벨은 거의 -15V와 같아진다. 기생 캐패시턴스의 타측에 위치한 노드(Xa(1))의 전위는 따라서 낮아진다.

T1 타이밍부터 T2 타이밍까지 소정의 주기동안 첫번째 단계(RS(1))로부터 출력되는 하이레벨 출력신호(OUT(1))는 두번째 단계(RS(2))의 TFT(41)의 게이트 및 드레인 전극으로 입력된다. 그러면, 하이레벨 시작신호(Dst)가 첫번째 단계(RS(1))로 입력되는 경우에서와 같이, 두번째 단계(RS(2))의 노드(Xa(2))의 전위는 로우에서 하이레벨로 이동된다. T1 타이밍 부터 T2까지의 주어진 주기동안 TFT(44)는 켜지고 TFT(45)는 두번째 단계(RS(2))에서 꺼진다. 하이레벨 입력신호(출력신호(OUT(1)))가 입력되는 주기동안 온(ON) TFT(44)의 드레인 전극은 로우레벨(-15V)의 클럭신호(CK2)를 수신하고, 이는 그 단계(RS(2))의출력신호(OUT(2))로서 출력된다.

T2 타이밍에서, 클럭신호(CK2)는 하이레벨(+25V)로 변한다. RS(2)단계의 TFT(44)의 소스 전위가 상승함에 따라 TFT(44)의 게이트와 소스전극을 형성하는 기생 캐패시턴스, 그리고 그들 사이의 게이트 절연막은 충전된다. 즉, 노드(Xa(2))의 전위는 로우에서 하이레벨로 이동되고, 노드(Xa(2))의 전위가 초기적재 효과(Bootstrap effect)로 인해 게이트 포화 전압에 다다를 때, TFT(44)의 드레인 및 소스전극을 통해 흐르는 전류는 포화된다. 이러한 방식에서, RS(2)단계에서 출력되는 출력신호(OUT(2))의 전위는 클럭신호(CK2)의 그것 즉 +25V(하이레벨)와 거의 같아지게 된다. 클럭신호(CK2)가 하이레벨이 되는 주기동안, TFT(44)의 기생 캐패시턴스가 충전되기 때문에 노드(Xa(2))의 전위는 또한 +45V 전후만큼 높아지게 된다.

하이레벨 출력신호(OUT(2))는 T2 타이밍 후 T3 타이밍 전에 첫번째 단계(RS(2))의 TFT(42)의 게이트 전극으로 입력된다. 그 결과로, RS(1) 단계의 노드(Xa(1))의 전위는 기준전압(Vss)과 같아지게 된다.

클럭신호(CK2)는 T3 타이밍 직전에 로우레벨(-15V)로 변한다. 그 결과, 출력신호(OUT(2))의 레벨은 -15V와 거의 같아진다. RS(2)단계에서, TFT(44)의 기생 캐패시턴스 상에 충전된 전하는 방전되고, 노드(Xa(2))의 전위는 클럭(CK2)의 저하에 따라 낮아진다.

비슷하게, 다음 T1 타이밍전까지 하나의 스캔 주기(Q)내에서 홀수단계가 첫번째 단계(RS(1))와 동일한 방식으로 동작하고, 짝수 단계가 두번째 단계(RS(2))와동일한 방식으로 동작하기 때문에, 각 단계들의 출력신호(OUT(1) 내지 OUT(n))는 순차적으로 하이레벨로 변한다. 즉, 초기적재 효과로 인해 하이레벨 출력신호를 출력하는 단계가 순차적으로 다음 단계로 이동된다. 하이레벨 출력신호(OUT(1) 내지 OUT(n))는 다음 단계로 이동되더라도 감쇄되지 않는다. 한 스캔 주기(Q)후에, 시작신호(Dst)는 다시 하이레벨로 변하고, 전술한 동작이 연속적인 단계(RS(1) 내지 RS(n))에서 반복된다.

상부 게이트 라인(TGL) 또는 바닥 게이트 라인(BGL)의 마지막 단계(RS(n))가 다음의 더미 단계(RS(n+1))로 하이레벨 출력신호(OUT(n))를 출력한 후라도, 노드(Xa(n))의 전위는 하이레벨로 남는다. 마지막 단계(RS(n))의 TFT(42)는 더미단계(RS(n+1))로부터의 하이레벨 출력신호(OUT(n+1))에 의해 켜지고, 이는 하이레벨 출력신호(OUT(n))가 다음 단계(RS(n+1))로 출력된 후 출력되고, 그리고 노드(Xa(n))의 전위는 기준전압(Vss)와 같아진다. 비슷하게, 더미 단계(RS(n+1))의 TFT(42)는 더미단계(RS(n+2))로부터의 하이레벨 출력신호(OUT(n+2))에 의해 켜지고, 노드(Xa(n+1))의 전위는 기준전압(Vss)과 같아진다. 하이레벨 종료신호(Dend)가 더미단계(RS(n+2))의 TFT(42)로 입력될 때, 더미단계(RS(n+2))의 노드(Xa(n+2))의 전위는 하이레벨에서 기준전압(Vss)(로우레벨)으로 바뀐다. 이러한 시프트 레지스터가 일련의 복수 스캔주기(Q)에 대해 반복적으로 동작될 때, 더미단계(RS(n+2))의 TFT(42)의 게이트에 대해 종료신호(Dend) 대신 시작신호(Dst)를 입력하도록 설정함으로서 더미단계(RS(n+2))의 노드(Xa(n+2))의 전위는 하이에서 로우레벨로 바뀔 수 있다.

바닥 게이트 구동부(12)의 동작은 상부 게이트 구동부(11)와 실질적으로 동일하지만, 각 하이레벨 출력신호(OUT(k))의 출력 타이밍이 상부 게이트 구동부(11)의 그것보다 늦다는 예외가 있고, 상부 게이트 구동부(11)와 바닥 게이트 구동부(12)의 하이레벨 출력신호(OUT(k))의 출력 타이임 사이에 정의되는 주기는 빛의 입사에 따른 정공 축적 주기에 상응한다.

제어기(14)로부터 바닥 게이트 구동부(12)로 입력되는 클럭신호(CK1, CK2)의 하이레벨은 +10V 이고, 각 단계(RS(k))(이 경우 k=1 내지 n)로부터의 하이레벨 출력신호(OUT(k))는 +10V 와 거의 같고, 그 때의 노드(Xa(k))의 전위레벨은 초기적재로 인해 게이트 포화전압에 다다른다. 바닥 게이트 구동부(12)의 클럭신호(CK1, CK2)가 하이레벨인 주기는 필요에 따라 상부 게이트 구동부(11)의 클럭신호(CK1, CK2)가 하이레벨인 주기보다 더 짧거나 길어질 수 있다.

전술한 시프트 레지스터가 순차적으로 적용되는 상부 게이트 구동부(11)와 바닥 게이트 구동부(12)는 상부 게이트 라인(TGL) 및 바닥 게이트 라인(BGL)을 차례대로 선택하고, 제어기(14)로부터의 제어신호 그룹(Tcnt, Bcnt)에 따라 그들에 대해 소정의 전압을 인가한다. 이들 제어신호 그룹(Tcnt, Bcnt)은 전술한 클럭신호(CK1, CK2), 시작신호(Dst), 종료신호(Dend), 일정전압(Vdd), 및 기준전압(Vss)를 포함한다.

이미지 판독장치(1)에 의해 검사될 사람의 지문을 판독하는 동작과 효과가 이하에서 설명될 것이다.

검사될 사람은 손가락 끝으로 정전기 방지부(2)를 터치하고, 이로써 손가락끝은 도 1에 도시된 바와 같이 정전기 방지부(2)상에 맞춰진다. 이 때, 손가락 끝으로부터의 정전기가 정전기 방지부(2)로부터 방전되고, 센서모듈(3)의 손상 또는 동작 오류를 일으키게 된다.

손가락 끝이 정전기 검출부(2)를 접촉할 때에, 제어기(14)는 손가락의 축전기 추가로 인해 정전기 검출부(2)를 벗어나는 펄스신호 Ps'를 검출한다. 제어기(14)가 사람 손가락의 접촉을 판단할 때에, 제어기는 광센싱 과정을 시작하기 위해 제어신호그룹(Tcnt, Bcnt, Dcnt)을 상부 게이트 구동부(11), 하부 게이트 구동부(12), 그리고 검출 구동부(13)에 공급하고, 조사 신호를 백라이트(37)로 공급한다.

이 신호에 반응하여, 백라이트(37)는 빛을 조사하고, 상부 게이트 구동부(11), 하부 게이트 구동부(12), 그리고 검출 구동부(13)는 필요한 경우에 신호를 광센서 배열 내의 이중-게이트 광센서(10a)로 출력하고, 그래서 각각의 행에 대해 광센싱 과정을 수행한다.

광센싱 과정은 도 7을 참조하여 아래에 서술되어질 것이다. 백라이트(37)에 의해 조사되는 빛은 하부 게이트 전극(21)의 존재 때문에 반도체층(23)에 직접적으로 입사하지 못하고, 하부 게이트 전극(21)이 형성되지 않는 부분 내의 검출 절연막(31)을 향해 나아간다.

손가락 끝의 볼록부 각각은 보호절연막(31)에 접촉하고, 볼록부를 때린 빛은 불규칙하게 반사되고 볼록부 바로 아래에 위치한 이중-게이트 광센서(10a)의 반도체층(23)으로 입사하게 되고, 그래서 광량에 대응하여 반도체층(23) 내에서 전공쌍을 발생시킨다.

반면에, 손가락 끝의 볼록부 각각이 보호절연막(31)에 접촉하지 않기 때문에, 그것은 빛을 불규칙하게 반사하지 않고, 캐리어를 발생하기에 충분한 빛을 볼록부 바로 아래의 이중-게이트 광센서(10a)의 반도체층(23)으로 입사하게 만들 수 없다.

각각의 이중-게이트 광센서(10a)는 상부 게이트 전극(30)에 인가된 캐리어 축적 전압(-15V)에 의해 반도체층(23)과 상부 게이트 절연막(29) 내에서 발생된 전공쌍의 정공을 축적하고, 이들 정공의 충전은 캐리어 축적 전압의 영향을 완화한다.

소정의 시간 주기가 경과한 후에, 하부 게이트 전극(21)의 전위가 채널 비형성 전압(0V)으로부터 채널 형성 전압(+10V)으로 전환될 때에, 이중-게이트 광센서(10a) 내의 드레인 전류값은 축적된 정공의 증가량, 즉 입사하는 광량과 함께 증가하고, 데이터 라인(DL)의 전위의 편향은 더 커지게 된다.

검출 구동부(13)는 각각의 행에 대한 데이터 라인의 전위를 읽고, 그를 데이터 신호(DATA)로 변환하고, 이 신호를 제어기(14)로 출력한다. 결과로서, 검사되는 사람의 손가락 끝의 형상이 읽어진다.

도 12는 앞에서 언급된 광센서 시스템이 적용되는 이미지 판독 장치(지문 판독기)의 중요한 부분을 도시하는 부도이다.

도 12에서 도시된 것처럼, 지문 등과 같은 이미지 형상을 판독하는 이미지 판독 장치 내에서, 조사된 빛(La)이 이중-게이트 광센서(10a)가 형성되는 유리 기판 등과 같은 절연 기판(20) 아래에 정렬된 백라이트(광원)(37)로부터 발생될 때에, 각 이중-게이트 광센서(10a)(더욱 상세하게, 하부 게이트 전극(21), 드레이 전극(38), 그리고 소스 전극(27a와 27b))로 직접적으로 입사하는 조사된 빛(La)은 반사되고, 그러나 이중-게이트 광센서(10a)의 형성부에 대해서는 제외하고, 절연 기판(20)과 절연막(22, 29, 31)으로 입사하는 조사된 빛(La)은 이 막을 통해 투과되고, 보호절연막(31) 위에 놓여진 손가락(검출되는 물체)(FN)을 때리게 된다.

지문 판독기에 의해 지문을 검출하자마자, 지문부(FP)의 볼록부(CNV)의 손가락(FN)의 반투명 피부 표면층(SK)가 광센서 배열(10)의 최상위층으로서 형성되는 보호절연막(31)과 접촉하기 때문에, 낮은 굴절 지수를 가지는 공기층은 보호절연막(31)과 피부 표면층(SK) 사이의 표면으로부터 제거된다. 피부 표면층(SK)의 두께가 650nm보다 더 크기 때문에, 지문부(FP)의 볼록부(CNV)로 입사하는 빛(La)은 산란되고 반사되는 동안에 피부 표면층(SK) 내로 입사한다. 이동하는 반사된 빛(Lb)의 몇몇 빛 요소들은 투명한 상부 게이트 전극(30)과 투명한 절연 막(22, 29, 31)을 통해 투과되고, 여기 빛으로서 상응하는 이중-게이트 광센서(10a)의 반도체층(23)으로 입사하게 된다. 이런 방법으로, 손가락(FN)의 볼록부(CNV)에 따른 장소에 위치한 이중-게이트 광센서(10a)의 반도체층(23)으로 입사하는 빛에 의해 발생되는 캐리어(정공)가 축적될 때에, 손가락(FN)의 이미지 형상은 상기 언급된 구동 제어 방법의 연속에 따라서 대비 정보로서 읽어질 수 있다.

반면에, 지문부(FP)의 오목부(CNC)를 향해 조사된 빛(La)은 보호절연 막(31)의 지문 검출 표면(30a)과 공기층 사이의 계면을 통해 통과하고, 공기층 앞의 손가락(FN)에 도달하고, 피부 표면층 안으로 산란된다. 이 경우에, 피부 표면층(K)은 공기보다 더 높은 굴절 지수를 가지기 때문에, 주어진 각도로 계면에 입사하는 피부 표면층(SK) 내의 빛(Lc)은 거의 공기층을 향해 피부 표면층을 떠나지 않게 되고, 또는 공기층에 의해 반복적으로 불규칙하게 반사되는 동안 감쇄되고, 그래서 오목부(CNC)에 대응하는 장소에 위치한 이중-게이트 광센서(10a)의 반도체층(23) 내에서 빛 성분의 입사를 억제한다.

이런 방법으로, 보호절연막(31)은 투명 재료로 형성되기 때문에, 보호 절연막에 놓여진 손가락(FN)을 때리고, 손가락에 의해 산란되고 분산되는 빛은 만족할만큼 각각의 이중-게이트 광센서(10a)의 반도체층(23)으로 입사할 수 있다. 그래서, 검출되는 물체의 이미지 형상(지문)은 손가락(검출되는 물체)(FN)을 판독하는 즉시 판독 감도 특성을 손상함이 없이 만족할만큼 판독될 수 있다.

이중-게이트 광센서의 구동 제어 방법은 도 13과 도 14를 참조하여 아래에 서술될 것이다.

도 13과 도 14는 이중-게이트 광센서의 출력 전압의 광반응 특성을 도시한다.

지문부(FP)의 오목부(CNV) 위에서, 반사된 빛(Lb)은 반도체층(23)으로 입사하기 때문에, 도 8e에 도시된 상태가 형성된다. 계속해서, 채널 형성 전압(Vb)(+10V)이 선택모드를 시작하기 위해 하부 게이트 단자(BG)에 인가될 때에, 반도체층(23)의 채널부에 축적된 캐리어(정공)는 상위 게이트 단자(TG)(도 8f)에 인가되는 음전압(-15V)을 완화하기 위한 방향으로 동작하고, n 채널은 하부 게이트단자(BG)에서 Vbg(+10V)에 의해 형성된다. 도 13에서 밝은 상태로 도시된 것처럼, 드레인 단자(D)에서 전압(드레인 전압)(VD)은 시간의 경과에 따라 드레인 전류에 따라 예비 충전 전압으로부터 점차적으로 낮아진다. 지문부(FP)의 오목부(CNC) 위에서, 충분한 빛이 반도체층(23)으로 입사하지 않기 때문에, 도 8b에 도시된 상태는 형성된다. 계속해서, 채널 형성 전압(Vbg)이 선택 모드를 시작하기 위해 하부 게이트 단자(BG)에 인가될 때에, 도 13에서 어두운 상태로 도시된 것처럼, 전위는 심지어 시간의 경과 후에도 예비 충전 전압(Vpg)으로부터 경미하게 낮아진다. 로우레벨 전압(즉,Vbg=0V)이 하부 게이트 단자(BG)에 인가되는 비선택모드에서, 이전 상태는 밝은 상태이기 때문에, 이중-게이트 광센서(10a)는 꺼져있고 반도체층(23) 내에서 발생된 전공쌍과 관계없이 또는 거의 어떤 빛도 반도체층(23)으로 입사하지 않는 어두운 상태와 관계없이 어떤 채널도 형성되지 않는다. 그래서, 도 14에서 도시된 것처럼, 드레인 전압(VD)은 예비 충전 전압(Vpg)에 근사한 전압값을 유지한다. 이런 방법으로, 선택모드와 비선택모드 사이에서 이중-게이트 광센서(10a)의 판독상태를 전환하기 위한 선택 기능은 하부 게이트 단자(BG)에 인가되는 전압에 의존하여 구현된다.

앞에서 언급된 2차원 지문 형상을 판독하기 위한 동작에서 복수의 이중-게이트 광센서(10a)가 행렬 내에서 정렬된 광센서 배열(10) 내에서 실제 동작은 도 15a 내지 도 15i의 개략도를 참조하여 아래에서 설명될 것이다. 이어지는 서술에서, 1T 주기는 도 11에서 도시된 1T에 대한 하나의 선택 주기와 같은 존속기간을 가진다. 간단하게 하기 위해, 광센서 배열(10)에 정렬된 것들 중 이중-게이트 광센서(10a)의 첫번째 세개의 행의 동작은 검사될 것이다. 하부 게이트 구동부(12)는 파형을 가지는 신호를 출력하고, 파형의 타이밍은 도 11에서 도시된 상부 게이트 구동부(11)의 파형의 타이밍(Tk)을 타이밍(Tk-3)으로 이동함으로서 정의된다. 즉, 상부 게이트 구동부(11)가 도 11에서 타이밍(T4)에서의 파형의 신호에 기초하여 동작할 때에, 하부 게이트 구동부(12)는 도 11에서 타이밍(T1)에서의 파형의 신호에 기초하여 동작한다.

도 15a에서 도시된 것처럼, 타이밍(T1 내지 T2) 사이의 1T 주기 동안에 상부 게이트 구동부(11)는 첫번째 상부 게이트 라인 TGL에 +25V를 인가하고, 두번째 그리고 세번째(남아있는 모든) 상부 게이트 라인(TGL)에 -15V를 인가한다. 즉, 상부 게이트 구동부(11)의 단계 RS(1)은 하이레벨 출력신호를 출력하고, 단계 RS(2)와 RS(3)는 로우레벨 출력신호를 출력한다. 이 때에, 하부 게이트 구동부(12)는 모든 하부 게이트 라인(BGL)에 0V를 인가한다. 즉, 하부 게이트 구동부(12)의 단계 RS(1) 내지 RS(3)는 로우레벨 출력신호를 출력한다. 이 주기동안, 첫번째 행의 이중-게이트 광센서(10a)는 리셋단계(도 8 참조)로 설정되고, 두번째 그리고 세번째 행에서의 그것은 그것이 광센싱 과정에 영향을 주지 않는 단계로 설정된다.

도 15b에서 도시된 것처럼, 타이밍(T2와 T3) 사이의 1T주기 동안에, 하이레벨 출력신호는 상부 게이트 구동부(11)의 단계 RS(2)로 이동하고, 상부 게이트 구동부(11)는 두번째 상부 게이트 라인(TGL)에 +25V를 인가하고 다른 상부 게이트 라인(TGL)에 -15V를 인가한다. 반면에, 하부 게이트 구동부(12)는 모든 하부 게이트 라인(BGL)에 0V를 인가한다. 이 주기 동안에, 첫번째 행의 이중-게이트광센서(10a)는 전하 축적 상태(도 8b 또는 도 8e 참조)로 설정되고, 두번째 행의 그것은 리셋상태(도 8a 참조)로 리셋되고, 세번째 행의 그것은 그것이 광센싱 과정에 영향을 주는 상태로 결정된다.

도 15c에서 도시된 것처럼, 타이밍(T3와 T4) 사이의 1T 주기 동안에 고단위 출력신호는 상부 게이트 구동부(11)의 단계 RS(3)으로 이동하고, 상부 게이트 구동부(11)는 세번째 상부 게이트 라인(TGL)에 +25V를 인가하고 다른 상부 게이트 라인(TGL)에 -15V를 인가한다. 반면에, 하부 게이트 구동부(12)는 모든 하부 게이트 라인(BGL)에 0V를 인가한다. 이 주기 동안, 첫번째 그리고 두번째 행의 이중-게이트 광센서(10a)는 전하 축적 상태(도 8b 또는 도 8e 참조)로 설정되고, 세번째 행의 그것은 리셋 상태(도 8a 참조)로 리셋된다.

도 15에서 도시된 것처럼, 타이밍(T4와 T4.5) 사이의 0.5T 주기 동안에 상부 게이트 구동부(11)는 세개의 상부 게이트 라인(TGL)마다 -15V를 인가하고, 네번째 상부 게이트 라인(TGL)에 리셋 전압(+25V)을 인가한다. 반면에, 하부 게이트 구동부(12)는 하부 게이트 라인(BGL) 마다 0V를 제공한다. 검출 구동부(13)는 데이터 라인(DL) 마다 +10V를 인가한다. 이 주기동안, 세개의 행 마다의 이중-게이트 광센서(10a)는 전하 축적 상태(도 8b 또는 도 8e 참조)로 설정된다.

도 15e에서 도시된 것처럼, 타이밍(T4.5와 T5) 사이의 0.5T 동안에 상부 게이트 구동부(11)는 세개의 상부 게이트 라인(TGL) 마다 -15V를 인가한다. 반면에, 하부 게이트 구동부(15)는 첫번째 하부 게이트 라인(BGL)에 +10V를 인가하고, 다른 하부 게이트 라인(BGL)에 0V를 인가한다. 즉, 하부 게이트 구동부(12)의 단계RS(1)은 하이레벨 신호를 출력하고, 단계 RS(2)와 RS(3)는 로우레벨 출력신호를 출력한다. 이 주기 동안, 첫번째 행의 이중-게이트 광센서(10a)는 도 8d 또는 도 8f에 도시된 판독상태로 설정되고, 두번째와 세번째 행의 그것은 전하 축전 상태로 유지된다(도 8b 또는 도 8e 참조).

첫번째 행의 이중-게이트 광센서(10a) 내에서, 반도체층(23)은 이 광센서가 전하 축적 상태로 설정되는 타이밍(T2와 T4.5) 사이의 주기 동안 충분한 빛으로 조사된다면, 도 8f에서 도시된 판독 상태가 설정되기 때문에, 그리고 N 채널이 반도체층(23)에서 형성되기 때문에, 상응하는 데이터 라인(DL)에서의 전위는 방전된다. 반면에, 각각의 반도체층(23)이 타이밍(T2와 T4.5) 사이의 주기 동안 충분한 빛으로 조사되지 않는다면, 도 8d에서 도시된 판독상태가 설정되기 때문에, 그리고 반도체층(23)에서 N 채널은 좁아지기 때문에, 상응하는 데이터 라인(DL)에서의 전위는 그렇게 방전되지 않는다. 검출 구동부(13)는 타이밍(T4.5와 T5) 사이의 주기 동안 각각의 데이터 라인(DL)에서의 전위 정보를 읽고, 그것을 데이터 신호(DATA)로 변환하고, 그 신호를 첫번째 행의 이중-게이트 광센서에 의해 검출된 데이터로서 제어기(14)에 공급한다.

도 15f에서 도시된 것처럼, 타이밍(T5와 T5.5) 사이의 0.5T 주기 동안, 상부 게이트 구동부(11)는 세개의 상부 게이트 라인(TGL) 마다 -15V를 인가한다. 반면에, 하부 게이트 구동부(12)는 모든 하부 게이트 라인(BGL)에 0V를 인가한다. 검출 구동부(13)는 데이터 라인(DL)마다 +10V를 인가한다. 이 주기동안, 첫번째 행의 이중-게이트 광센서(10a)는 판독과정을 완료하고, 두번째 세번째 행의 그것은 전하축전 상태로 설정된다(도 8B 또는 도 8E 참조). 타이밍(T5와 T5.5) 사이의 주기 동안, 비록 하부 게이트 구동부(12)의 단계 RS(1)으로부터의 하이레벨 출력 신호가 단계 RS(2)에 입력된다 하더라도, 그 단계 RS(2)로 입력된 클럭신호(CK2)는 하이레벨에 있지 않기 때문에, 0V는 두번째 하부 게이트 라인(BGL)에 인가된다.

도 15g에서 도시된 것처럼, 타이밍(T5.5와 T6) 사이의 0.5T 동안, 상부 게이트 구동부(110은 모든 세개의 상부 게이트 라인(TGL)에 -15V를 인가한다. 반면에, 하이레벨 출력 신호는 하부 게이트 구동부(12)의 단계 RS(2)로 이동하고, 하부 게이트 구동부(12)는 두번째 하부 게이트 라인(BGL)에 +10V를 인가하고 다른 하부 게이트 라인(BGL)에 0V를 인가한다. 이 주기 동안, 첫번째 행의 이중-게이트 광센서(10a)는 판독 과정을 완료하고, 두번째 행의 그것은 도 8d 또는 도 8f에 도시된 판독 상태로 설정되고, 세번째 행의 그것은 전하 축적 상태로 설정된다(도 8b 또는 도 8e 참조).

두번째 행의 이중-게이트 광센서(10a) 내에서, 각각의 반도체층(23)이 광센서가 전하 축적 상태로 설정되는 타이밍(T3와 T5.5) 사이의 주기 동안 충분한 빛으로 조사된다면, 도 8f에 도시된 판독 상태가 설정되기 때문에, 그리고 N 채널은 반도체층(23)에서 형성되기 때문에, 상응하는 데이터 라인(DL)에서의 전위는 방전된다. 반면에, 반도체층(23)이 타이밍(T3와 T5.5) 사이의 주기 동안에 충분한 빛으로 조사되지 않는다면, 도 8d에 도시된 판독 상태가 설정되기 때문에, 그리고 반도체층(23) 내의 N 채널은 좁아지기 때문에, 상응하는 데이터 라인(DL)에서의 전위는 그렇게 방전되지 않는다. 검출 구동부(13)는 타이밍(T5.5와 T6) 사이의 주기 동안에 각각의 데이터 라인(DL)에서의 전위 정보를 읽고, 그것을 데이터 신호(DATA)로 변환하고, 그 신호를 두번째 행의 이중-게이트 광센서(10a)에 의해 검출된 데이터로서 제어기(14)에 공급한다.

도 15h에서 도시된 것처럼, 타이밍(T6와 T6.5) 사이의 0.5T 동안, 상부 게이트 구동부(11)는 세개의 상부 게이트 라인(TGL) 마다 -15V를 인가한다. 반면에, 하부 게이트 구동부(12)는 세개의 하부 게이트 라인(BGL) 마다 0V를 인가한다. 또한, 검출 구동부(13)는 데이터 라인(DL) 마다 +10V를 인가한다. 이 주기 동안, 첫번째와 두번째 행의 이중-게이트 광센서(10a)는 판독 과정을 완료하고, 세번째 행의 그것은 전하 축적 상태로 설정된다(도 8b 또는 도 8e 참조).

도 15i에서 도시된 것처럼, 타이밍(T6.5와 T7) 사이의 0.5T 주기 동안, 상부 게이트 구동부(11)는 세개의 상부 게이트 라인(TGL) 마다 -15V를 인가한다. 반면에, 하이레벨 출력신호는 하부 게이트 구동부(12)의 단계 RS(3)으로 이동하고, 하부 게이트 구동부(12)는 세번째 하부 게이트 라인(BGL)에 +10V를 인가하고 다른 하부 게이트 라인(BGL)에 0V를 인가한다. 이 주기 동안, 첫번째와 두번째 행의 이중-게이트 광센서(10a)는 판독과정을 완료하고, 세번째 행의 그것은 도 8d 또는 도 8f에 도시된 판독상태로 설정된다.

세번째 행의 이중-게이트 광센서(10a) 내에서, 각각의 반도체층(23)이 광센서가 전하 축적 상태로 설정되는 타이밍(T4와 T6.5) 사이의 주기 동안 충분한 빛으로 조사된다면, 도 8f에 도시된 판독 상태가 설정되기 때문에, 그리고 N 채널이 반도체층(23) 내에 형성되기 때문에, 상응하는 데이터 라인(DL)에서의 전위는 방전된다. 반면에, 반도체층(23)이 타이밍(T4와 T6.5) 사이의 주기 동안 충분한 빛으로 조사되지 않는다면, 도 8d에 도시된 판독상태가 설정되기 때문에, 그리고 반도체층(23) 내의 N 채널이 좁아지기 때문에, 상응하는 데이터 라인(DL)에서의 전위는 그렇게 방전되지 않는다. 검출 구동부(13)는 타이밍(T6.5와 T7) 사이의 주기 동안 각각의 데이터 라인(DL)에서의 전위 정보를 읽고, 그것을 데이터 신호(DATA)로 변환하고, 그 신호를 세번째 행의 이중-게이트 광센서(10a)에 의해 검출된 데이터로서 제어기(14)에 공급한다.

이런 방법으로, 제어기가 개별적 행에 대해서 검출 구동부(13)로부터 제공된 데이터 신호(DATA)에 대한 사전 과정을 수행할 때에, 검사되는 사람의 손가락 끝의 지문 형상이 판독된다.

이 실시예의 이미지 판독 장치(1)에 따라, 구동부 회로 유닛는 상부 게이트 구동부(11), 하부 게이트 구동부(12), 그리고 검출 구동부(13)으로 구성되고, 그들 구성요소 각각은 트랜지스터 그룹(34)으로 구성되고, 그리고 정전기 방지부(2)는 상위 게이트 구동부(11), 하부 게이트 구동부(12), 그리고 검출 구동부(13) 위에서 형성된다. 전기로 충전된 손가락 끝이 구동부 회로 유닛 위의 부에 접촉될 때에도, 접촉부분의 정전기는 구동부 회로 유닛으로 결코 방전되지 않고, 그래서 구동부 회로 유닛의 동작 오류와 구동부 회로 유닛에 대한 손상을 방지한다. 또한, 정전기 방지부(2)는 트랜지스터 그룹(34)과 자외선의 여기 빛에 불투명하기 때문에, 여기 빛에 따른 동작 오류와 자외선으로 인한 저하는 억제될 것이다.

상기 실시예에서, 정전기 방지부(2)는 검사되는 사람의 손가락에 충전된 정전기를 방전한다. 대안으로, 도 16과 도 17에서 도시된 것처럼, 투명한 도체(전극)(51)는 센서모듈(3), 상부 게이트 구동부(11), 하부 게이트 구동부(12), 정전기 방지부(2)를 대신하는 검출 구동부(12) 위에서 형성되어 질 수 있다. 투명한 전극(51)은 ITO로 형성되고, 접지된다.

광센서 배열(10)을 이용하여 광센싱을 할 때에, 손가락이 직접 투명한 전극(51)에 접촉될 때에, 투명한 전극(51)은 이중-게이트 광센서(10a)에 대한 정전기적 방전 손상을 방지하기 위해 정전기를 방전한다. 동시에, 제어기(14)는 축전기를 손가락에 더함에 따라서 정전기 방지부(2)에서 경미하게 편향하는 전압 또는 전류를 검출하고, 광센싱 과정을 시작하기 위해 제어 신호 그룹(Tcnt, Bcnt, Dcnt)을 상부 게이트 구동부(11)에 공급하고, 조사 신호를 백라이트(37)에 공급한다.

동시에, 심지어 손가락이 부주의하게 상부 게이트 구동부(11), 하부 게이트 구동부(12), 검출 구동부(13)를 덮더라도, 투명한 도체(51)는 그들 사이에 존재하기 때문에, 손가락의 정전기는 결코 상부 게이트 구동부(11), 하부 게이트 구동부(12), 검출 구동부(13)에 작용하지 못한다. 심지어 손가락과는 다른 정전기로 충전된 물체가 상기 구동부(11 내지 13)에 접촉할 때에도, 그와 같은 전기는 투명한 전극(51)으로부터 유사하게 방전될 수 있다.

상기 실시예의 각각에서, 정전기 방지부(2) 또는 투명한 도체(51)는 검출되는 물체 위에 형성된 정전기를 방전하고, 그래서 구동부를 보호한다. 대안으로, 도 18에서 도시된 것처럼, ITO 등으로 형성된 투명한 도체(51)는 상부 게이트 구동부(11), 하부 게이트 구동부(12), 검출 구동부(13)의 보호절연막(31) 위에 형성될 수 있고, 정전기 방지부(2)는 상부 게이트 구동부(11), 하부 게이트 구동부(12), 검출 구동부(13) 위의 투명한 도체(51) 위에 형성될 수 있다. 정전기 방지부(2)는 도체를 대신하여 반도체 또는 절연체로 형성될 수 있다는 것을 주의한다.

광센서 배열(10)을 이용하여 광센싱할 때에, 손가락이 직접적으로 투명한 전극(51)에 접촉할 때, 투명한 전극(51) 그리고/또는 정전기 방지부(2)는 이중-게이트 광센서(10a)에 대한 정전기적 방전 손상을 방지하기 위해 정전기를 방전한다.

동시에, 제어기(14)는 손가락의 축전기 부가에 따른 정전기 방지부(2)에 약간 벗어나는 전압 또는 전류를 검출하고 각각 광센싱 과정을 시작하는 상부 게이트 구동부(11), 바닥 게이트 구동부(12), 그리고 검출 구동부(13)에 각각 제어 신호 그룹(Tcnt, Bcnt, Dcnt)을 제공하고, 백라이트(37)에 조사 신호를 제공한다.

또한, 도 19에 도시된 바와 같이, ITO 등으로 구성된 투명 도체(52)는 상부 게이트 전극(30)과 상부 게이트 라인(TGL)의 형성과정에서 동시에 형성된다. 투명 도체(52)는 접지되어 있기 때문에, 심지어 정전기로 충전된 물체가 상부 게이트 구동부(11), 바닥 게이트 구동부(12), 검출 구동부(13) 위의 보호절연막(31)에 닿을 때에도 그러한 정전기가 투명 도체(52)로부터 방전될 수 있다.

위의 실시예 각각에서, 상부 게이트 구동부(11)와 바닥 게이트 구동부(12) 각각은 적어도 일부분이 이중-게이트 광센서(10a)와 같은 과정으로 구성된 TFT를 구성한다. 그러나, 본 발명은 그러한 상세 구조에 국한되지 않는다. 도 20의 구조에 도시된 바와 같이, 단결정 실리콘의 집적회로는 보호절연막(31) 위에 채택되어구성되고, 정전기 방지부(2)는 상부 게이트 구동부(11)와 바닥 게이트 구동부(12)를 소정의 거리만큼 떨어지게 덮는다. 즉, 정전기 방지부(2)는 상부 게이트 구동부(11)와 바닥 게이트 구동부(12)를 각각 수용할 공간을 갖는 구조를 갖는다. 전체 정전기 방지부(2)가 도전성을 가질 때, 그것들은 검출 구동부(13)로부터 소정의 거리만큼의 공간을 갖는다. 그러나, 대상 지지부(4)와 출력 단자가 도전성을 가지고 각각 연결되었을 때, 정전기 방지부(2)의 나머지 부분이 절연부분으로 형성된다. 이러한 경우에, 정전기 방지부(2)의 절연부분이 상부 게이트 구동부(11)와 바닥 게이트 구동부(12)에 접촉한다. 그러한 구조에서, 단결정 실리콘을 구성하는 집적회로는 상부 게이트 구동부(11)와 바닥 게이트 구동부(12)로서 채택된다.

위의 실시예 각각에서, 정전기 방지부(2)는 정전기 방지부(2)에 인접한 출력 단자를 경유하여 제어기(14)로부터 미약한 펄스신호(Ps)를 수신한다. 선택적으로, 정전기 방지부(2)는 미약한 펄스신호(Ps)를 수신하는 위치에서 접지 전위에 항상 고정된다.

위의 실시예 각각에서, 광학 센서를 사용하는 판독 장치가 설명되었다. 그러나, 본 발명은 그런 유형의 센서에 국한되지 않으나, 손가락의 3차원 형상의 차이에 의하여 지정되는 캐패시턴스의 차이에 근거한 지문 형상을 검출하는 센서가 사용되었을 때에도 같은 효과를 얻을 수 있다. 그러한 경우, 행렬로 구성된 복수의 캐패시턴스 검출센서로부터 전위들을 읽는 구동회로가 상부 게이트 구동부(11), 바닥 게이트 구동부(12)와 검출 구동부(13)의 위치에 제공될 수 있다.

위의 실시예 각각에서, 정전기 방지부(2)와 투명 도체(51) 또는 투명도체(52)는 접지되어 있다. 선택적으로, 기준 전위가 접지 전위로 설정되고, 주기적으로 위 및/또는 아래로 진동하는 미약한 웨이브형태 신호가 적용되고, 제어기(14)가 손가락의 접촉에 의하여 웨이브형태 신호 변화를 검출하고, 제어 신호 그룹들(Tcnt, Bcnt, Dcnt)을 제공하고, 광센싱 과정을 시작하기 위한 백라이트(37)에 조사 신호를 출력한다.

본 발명에 따른 이미지 판독 장치의 실제적인 실시예는 이하에서 언급될것이다. 이하에서 언급한 실시예에서, 상기한 이중-게이트 광센서들이 센서로서 적용된다.

도 21과 도 22는 본발명에 따른 이미지 판독 장치가 지문 판독기에 적용되는 실시예를 도시한 개략적인 도면이고, 도 23과 도 24는 이러한 실시예에 따른 지문 판독기에 손가락이 위치한 상태를 도시한 개략적인 도면이다. 다음 설명은 필요한 광센서들과 광센서 시스템의 상기한 배치(도 1 및 도 12)를 인용할 것이다. 같은 참조번호가 도 1 및 도 12에 도시한 같은 배열을 나타내고, 따라서 상세한 설명이 단순화되거나 생략될 것이다.

도 21 및 도 22에 도시된 바와 같이, 절연 기판(20)이 조명 안내판(32)의 위쪽 표면에 고정되고, 백라이트(37)(위 도면에 미도시)가 배열된 측면과 윗면을 제외한 반사부재(33)에 의하여 덮이고, 하나의 행렬안에 복수의 이중-게이트 광센서들(10a)을 배열함에 의하여 형성된 광센서 배열(10)이 절연 기판(20)의 상부표면위에 형성된다. 투명 전극층(40)(첫번째 도전층)은 보호 절연막을 경유하여 광센서 배열(10)위에 형성된다. 검출할 대상의 접촉을 허용하는 부드러운 대상접촉면(40a)은 투명 전극층(40)의 표면위에 형성된다.

절연 지지 케이스(35)는 백라이트(37)(도 22에 미도시), 조명 안내판(32)과 조명 안내판(32)의 저층 표면과 둘레에 고정함에 의하여 조명 안내판(32) 위에 고정된 광센서 배열(10)을 지지한다. 도전 케이스부재(50)는 광센서 배열(10), 백라이트(37), 조명 안내판(32), 그리고 지지 케이스(35)의 둘레로 덮인 투명 전극층(40)을 수용하고, 투명 전극층(40)과 광센서 배열(10)로부터 전기적으로 분리되어 위치하고, 투명 전극층(40)의 둘레를 감싼다.

임피던스 검출기(60)는 리드선(PLa)을 경유하여 투명 전극층(40)에 연결되고, 또한 리드선(PLb)을 경유하여 케이스부(50)에 연결되고, 투명 전극층(40) 또는 케이스부(50)중 하나의 입력 임피던스의 변화를 검출하는 기능을 갖는다.

역병렬 다이오드 회로(70a)는 리드선(PLa)에 연결되고, 정전기 등과 같은 높은 전압이 리드선(PLa), 즉, 투명 전극층(40)에 적용될 때 전기를 방전하는 기능을 갖는다. 역병렬 다이오드 회로(70b)는 리드선(PLb)에 연결되고, 정전기 등과 같은 높은 전압이 리드선(PLb), 즉, 케이스부(50)에 적용될 때 전기를 방전하는 기능을 갖는다.

케이스부(50)는 투명 전극층(40)위의 대상 접촉면(40a)이 노출되도록 개구(50a)를 갖는다. 케이스부(50)는 크롬, 알루미늄, 텅스텐 등으로 구성된 물질로 형성되고, ITO 또는 투명 전극층(40)과 유사한 기타 등등의 투명 도전 물질보다 낮은 비저항을 갖고, 투명 전극층(40)보다 낮은 판저항을 갖는 도전층의 하나 또는 복수를 구성한다.

보다 상세하게, 도 23과 도 24에 도시된 바와 같이, 케이스부(50)의 개구(50a)는 대상 접촉 표면(40a)위와 또한 개구(50a)에 한정되는 측면 부분 근처의 케이스부(50)에 위치하는 손가락(FN)을 만드는 모양을 갖는다. 즉, 개구(50a)는 투명 전극층(40)과 케이스부(50)의 양쪽에 동시에 손가락(FN) 접촉을 만들기 적당한 모양을 갖는다.

케이스부(50)는 광센서 배열(10)이 전기적 외란 요소, 물리적 충격 등으로부터 보호하기 위한 보호 케이스의 기능을 갖거나 또는 광센서 배열(10)위의 대상 접촉 표면(40a)에 만족스럽게 접촉하여 검출되는 대상인 손가락을 인도하거나 안내하는 안내부재의 기능을 가지고, 이는 후술될 것이다.

임피던스 검출기(60)는 리드선(PLa) 또는 리드선(PLb)을 경유하여 투명 전극층(40)과 케이스부(50)의 하나에 소정의 신호 주기를 갖는 AC 신호 전압을 적용하고, 손가락(FN)이 광센서 배열(10)위의 대상 접촉면(40a)에 위치되었는지 확인하기위하여 AC 신호 전압에 근거한 입력 임피던스의 변화를 검출하고, 광센서 배열(10)에 의한 지문 판독 동작의 시작을 제어하는데 사용되는 검출 신호를 제어 회로(미도시)로 출력한다.

케이스부(50)는 투명 전극층(40)을 구성하는 도전 물질에 비하여 낮은 비저항을 갖는 물질로 형성되기 때문에, 작은 두께에 의한 충분하게 높은 판 저항을 얻을 수 있고, 따라서, 충분히 높은 신호 대 잡음비를 보장할 수 있다. 또한, 케이스부(50)는 가시광선과 자외선을 반사하거나 흡수하는 성질을 갖고, 상부 게이트 구동부(11), 바닥 게이트 구동부(12), 그리고 검출 구동부(13)를 덮기 위해 배열되기때문에, 케이스부(50)는 이러한 구동부(11), 구동부(12), 구동부(13)가 직사광선에 노출되는 것을 방지하고, 구동부들의 손상을 방지한다. 제어회로는 검출 신호에 기초하여 상기 광센서 시스템의 각 구동부들에 구동 제어신호를 출력하고, 일련의 이미지 판독 동작을 실행한다. 검출기의 동작은 후술될 것이다.

역병렬 다이오드 회로(70a)는 전향 다이오드(D1)의 병렬회로를 갖고, 전향 다이오드(D1)의 양극은 투명 전극층(40)의 측면에 연결되고, 전향 다이오드(D1)의 음극은 접지 전위에 연결되며, 역다이오드(D2)는 양극이 접지 전위에 연결되고, 음극이 투명 전극층(40)의 측면에 연결된다. 역병렬 다이오드 회로(70b)는 양극은 케이스부(50)의 측면에 접촉하고, 음극은 접지된 전향 다이오드(D1), 그리고 양극은 접지되고 음극은 케이스부(50)의 측면과 접촉하는 역다이오드(D2)의 병렬회로를 가진다. 즉, 다이오드(D1)과 다이오드(D2)쌍의 병렬회로는, 양극과 음극이 교차하여 짝지어지고, 투명 전극층(40)과 접지 전위의 사이, 그리고 케이스부와 접지 전위 사이에 삽입된다. 역병렬 다이오드 회로(70a)와 역병렬 다이오드 회로(70b)는 작은 진폭의 미약한 AC 신호보다 더 높은 전압(후술함), 즉, 몇천 V만큼의 정전기 전압이 투명 전극층(40) 또는 케이스부(50)에 적용될 때 즉시 전기를 방전하기 위하여, 그러나 미약한 AC 신호의 전압이 적용될 때 접지되지 않도록 하기 위하여, 방전 임계치로 설정된다.

상기한 배열을 갖는 이미지 판독 장치의 이미지 형상 판독 동작은 첨부 도면을 참고하여 후술될 것이다.

도 25 및 도 26은 본 실시예에 따른 지문 판독에 따라 검출되는 대상(손가락)의 접촉 및 비접촉 상태를 나타내는 회로 기능의 등가회로를 도시하고, 도 27a, 도 27b, 그리고 도 27c는 본 실시예에 따른 지문 판독에 있어서 검출되는 대상(손가락)의 접촉을 검출하는 신호 전압의 변화를 도시하는 타이밍표이다.

(비접촉 상태)

상기한 이미지 판독 장치에 있어서, 임피던스 검출기(60)는, 사전에, 리드선(PLb)을 경유하여 케이스부(50)로, 도 27a에 도시된 바와 같이 소정의 신호 주기를 갖는 미약한 AC 신호(사인파 신호 또는 사각형 물결 신호)를 적용한다. 이러한 상태에서, 검출되는 대상(손가락)이 위치하지도 않고 투명 전극층(40)과 케이스부(50)에 접촉하지 않았을 때, 도 25에 도시된 바와 같이, 전극층(40)에 따른 접점(Na)와 케이스부(50)에 따른 접점(Nb)이 전기적으로 서로 절연되었기 때문에, 접지 전위가 역병렬 다이오드 회로(70a)를 경유하여 접점(Na)에 공급되고, 저항(Rb)과 축전기(Cb)의 병렬 회로로써 하나의 CR 회로가 역병렬 다이오드 회로(70b)의 등가 회로로써 접점(Nb)에 접촉한다. 이때, 접점(Na)과 접점(Nb)가 서로 절연되었기 때문에, 임피던스 검출기(60)에 의하여 관찰된 접점(Na)위의 신호 전압은 정전압(접지 전위)이고, 임피던스 검출기(60)에 따른 접점(Nc)로부터 관찰될때 접점(Nb)에서의 임력 임피던스(즉, AC 신호 전압에 근거한 AC 전류의 흐름의 곤란)는 매우 커진다.

(접촉 상태)

반면에, 도 23과 도 24에 도시한 바와 같이, 검출 대상으로써 손가락(FN)은 투명 전극층(40)의 상부표면위의 대상 접촉 표면(40a)과 케이스부(50)의 개구(50a)를 가로질러 걸치도록 위치되고 접촉할 때, 접점(Na)와 접점(Nb)는 전기적으로 짧게 흐르고, 저항(Rc)과 축전기(Cc)(접점(Na)측면)의 병렬 회로로써 CR 회로와 인간 몸체와 투명 전극층(40)의 사이에 접촉 저항(Rh)이, 도 26에 도시된 바와 같이, 인간 몸체의 축전에 의하여 접점(Na)과 접지 전위 사이에 추가된다. 이 때, 손가락(FN)(인간 몸체)에 충전된 정전기는 투명 전극층(40)(접점(Na)) 또는 케이스부(50)(접점(Nb))에 연결된 역병렬 다이오드 회로(70a) 또는 다이오드 회로(70b)를 경유하여 즉시 방전된다. 또한, 인간 몸체(손가락)가 투명 전극층(40)(접점(Na))과 케이스부(50)(접점(Nb))에 모두 접하기 때문에 임피던스 검출기(60)로부터 케이스부(50)(접점(Nb))에 적용되는 AC 신호 전압에 근거한 인간 몸체를 경유하여 AC 전류가 투명 전극층(40)(접점(Na))을 향하여 흐르고, 그리하여 임피던스 검출기(60)(접점(Nc))로부터 관찰되었을 때 접점(Nb)에서 입력 임피던스가 감소한다. 그 때 임피던스 검출기(60)에 의하여 관찰된 접점(Na)측면위의 단일 전압은 인간 몸체에 의하여 부가된 CR 회로의 시정수에 근거하여 도 27a에 도시된 AC 신호(사각형 형태 신호)로부터 소정의 시간(Tdelay)이 지연되고, 그 파형이, 도 27c에 도시된 바와 같이, 인간 몸체에 독특한 저항과 연관되어 둔감하게 된다.

결과적으로, 본 실시예에 따른 이미지 판독 장치에서 검출 대상으로써 손가락(FN)이 광센서 배열(10)의 투명 전극층(40)과 광센서 배열(10) 주위의 케이스부(50)에 모두 접촉하기 때문에, 손가락(FN)(인간 몸체)에 충전된 정전기는 접점(Nb)(정전기 제거 기능)에 접촉한 CR 회로(역병렬 다이오드 회로(70b))를 경유하여 확실하게 방전될 수 있고, 광센서 배열(10)위의 대상 접촉 표면(40a)에 위치되고 접하는 손가락(FN)은 임피던스 검출기(60)(대상 검출 기능)에 의해 관찰되는 케이스부(접점(Nb))의 입력 임피던스의 변화에 근거하여 정확하게 검출될 수 있고, 따라서 손가락의 이미지 형상을 판독하기 위한 동작을 안정적으로 시작하기 위한 시동(트리거) 제어를 이행한다.

상기한 실시예에서, 임피던스 검출기(60)는 리드선(PLb)을 경유하여 케이스부(50)로 소정의 AC 신호 전압을 적용하고, 케이스부(50)의 측면위의 입력 임피던스의 변화를 관찰하여, 손가락의 접촉상태를 식별한다. 그러나, 본 발명은 그러한 특정 배열에 국한되지 않는다. 예를 들어, 임피던스 검출기(60)는 소정의 AC 신호 전압을 투명 전극층(40)에 적용하고, 투명 전극층(40)의 측면위의 입력 임피던스의 변화를 관찰한다.

상기한 실시예에서, 케이스부(50)의 모양에 따라서, 케이스부(50)(광센서 배열(10)을 둘러쌈)는, 도 21, 도 22, 도 23, 도 24에 도시된 바와 같이, 투명 전극층(40)이 노출된 사각형의 개구(50a)를 갖는다. 전술한 바와 같이, 본 발명에서, 손가락이 투명 전극층(40)과 케이스부(50) 양쪽에 접촉해야 하기 때문에, 케이스부(50)는 대상 접촉 표면(40a)에 접하여 대상이 만족스럽게 검출되도록 만드는 인도 또는 안내부재를 가진다. 보다 상세하게, 케이스부(50)의 모양에 따라, 지문 판독기의 사용자가 시각적으로 손가락(FN)의 배치 위치, 방향 등을 인지하도록 하기 위하여, 그리고 손가락(FN)을 타원형의 개구(50b)의 대상 접촉 표면(40a)과 케이스부(50)의 측면 부분에 만족스럽게 접하도록 하기 위하여 케이스부(50)는 검출되는 대상으로써 손가락(FN)의 모양에 부합한 거의 타원형 또는 달걀 모양의 개구(50b)를 가지고, 도 28에 도시된 바와 같이, 그리하여 만족스럽게 본 실시예의 동작과 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도 29에 도시된 바와 같이, 역병렬 다이오드 회로들은 광차폐 정전기 방지부(2)를 갖는 이미지 판독 장치(1)에 적용된다. 이러한 경우에, 역병렬 다이오드 회로(70a)는 정전기 방지부(2)와 연결되고, 역병렬 다이오드 회로(70b)는 손가락 끝면과 같은 대상 접촉 표면위에 형성된 투명 전극층(40)에 연결된다. 제어기(14)는, 또한 임피던스 검출기(60)로 작용하고, 정전기 방지부(2)와 투명 전극층(40) 중의 하나에 AC 신호를 출력하고, 검출되는 대상이 정전기 방지부(2)와 투명 전극층(40)의 양쪽에 접촉할 때 파형의 변화를 검출한다. 도 30과 도 31에 도시된 바와 같이, 정전기 방지부(2)는 정전기로 충전된 검출 대상과 구동부(11) 내지 구동부(13) 사이의 전기적인 보호의 기능을 갖고, 손가락을 소정의 위치에 인도하는 기능을 갖는데, 이는 정전기 방지부(2)가 구동부(11) 내지 구동부(13)를 충분히 덮기 때문이다. 또한, 정전기 방지부(2)는 만약 검출 대상이 손가락이라면 검출하기에 충분한 AC 신호에 적용된다.

더 나아가, 상기한 실시예에서, 이중-게이트 광센서들이 센서로 사용된다. 그러나, 본 발명에 적용되는 센서들은 그러한 이중-게이트 광센서들에 국한되지 않고, 본 발명은 광다이오드, TFT 등과 같은 다른 유형의 광센서들에 사용하는 광센서 시스템에 유사하게 적용될 수 있다. 상기 실시예에서, 광학장치, 다시 말하면, 광센서들이 사용된다. 그러나, 예를 들어, 3차원형태의 손가락에 부합하여 캐패시턴스의 변화를 판독하는 캐패시티센서들이, 임계값으로 설정되어 사용된다. 다시말하면, 본 발명에 따른 이미지 판독 장치는 시스템이 복수의 센서들로부터 출력되는 신호요소(전압, 편향전압, 기타 등등)를 검출하는 배열과 방식을 갖는 한 어떤 센서 시스템들에도 적용될 수 있고, 각 신호요소들에 대한 센서들의 수(주파수들)를 관찰함에 의하여 얻어지는 신호요소에 관하여 주파수의 변화경향에 기초하여 검출된 대상의 이미지 형상이 포함되는 특성부를 구별한다. 또한 구동부(11)와 구동부(12)는 TFT를 구성할 필요가 없으나, 단결정 실리콘칩들로 구성된 집적회로를 구성한다.

상기 실시예 각각에서, 백라이트(37)가 사용된다. 그러나, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 검출되는 물체를 통하여 전달된 빛은 판독장치 주변의 외부빛을 사용하여 검출되고, 위로부터 전방광으로 검출된 대상을 밝게하는 구조가 사용되며, 또는 백라이트와 전방광이 사용될지 모른다.

손가락이 판독장치 위에 위치하였는지 조사하는 상기한 실시예 각각에서, 투명 전극층(40)은 광센서 배열(10) 위에 배열되고, 정전기 방지부(2)는 손가락이 투명 전극층(40)과 정전기 방지부(2)위에 위치할 때 파형의 변화를 판독하는 구동부(11) 내지 구동부(13)의 위에 배열된다. 그러나, 본 발명은 그러한 특정 구조에만 국한되지 않는다. 예를 들어, 투명 전극층(40)은 정전기 방지부(2)로 작용하기 위하여 광센서 배열(10)에 부가하여 최소한 구동부(11) 내지 구동부(13)의 하나위에 또한 형성된다. 이러한 경우에, 투명 전극층(40)으로부터 분리되고 손가락이 동시에 투명 전극층(40)과 닿는 위치에 형성된 전극은 손가락이 위치한지 여부를 점검하기 위하여 되도록이면 사용된다.

위의 실시예 각각에 사용되는 판독 장치는 휴대폰 등과 같은 정보 터미널, 또는 등록되지 않은 사람들의 접근을 제한하는 개인 컴퓨터에 부착된 개인 인증 장치에 적용될 수 있거나, 또는 등록되지 않은 사람들의 출입을 제한하는 문 또는 입구에 배열될 수 있다.

추가적인 장점과 수정이 그 기술이 사용되는 분야에서 쉽게 발생할 것이다. 그러므로, 경계면에서의 발명은 여기에 도시하고 언급한 상세 설명과 대표적인 실시예에 국한되지 않는다. 그러므로, 첨부한 청구항들과 그것들과 동등한 부분들에 한정되는 것으로서 일반적인 발명개념의 요지 또는 범위로부터 출발하지 않고서 다양하게 수정될 수 있다.

Claims

일측면을 갖는 기판;

검출할 대상을 판독하기 위해 상기 기판의 일측면상에 구비되는 센서유닛;

상기 센서유닛을 구동하기 위한 구동신호를 공급하도록 상기 기판의 일측면상에 구비되고 상부면을 갖는 구동부 회로 유닛; 및

상기 구동부 회로 유닛의 상부면중 적어도 일부를 덮도록 형성되고, 그 중 적어도 일부는 도전성을 갖는 정전기 방지부로 구성되는 판독장치.
제 1 항에 있어서, 상기 정전기 방지부는 불투명 도전막을 갖는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 정전기 방지부는 검출할 대상을 유지하기 위한 형상을 갖는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 센서유닛은 복수의 광센서를 갖는 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 복수의 광센서는 각각 이중-게이트 광센서이고, 상기 구동부 회로 유닛은 상기 이중-게이트 광센서들을 구동하기 위한 상부 게이트 구동부와 바닥 게이트 구동부를 갖는 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 상부 게이트 구동부와 상기 바닥 게이트 구동부는 상기 이중-게이트 광센서들의 제조공정의 일부로서 적어도 동일한 공정에서 제조되는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 센서유닛 및 상기 구동부 회로 유닛의 적어도 일부는 절연막으로 덮혀 있고, 상기 정전기 방지부는 상기 절연막위에 형성되는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 정전기 방지부는 상기 구동부 회로 유닛을 수용하기 위한 틈새를 갖는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 정전기 방지부는 검출할 대상이 상기 정전기 방지부를 터치하였을 때 검출하기 위해 미약한 펄스신호를 수신하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 정전기 방지부는 정전기로 충전된 검출할 대상이 상기 정전기 방지부에 접촉하거나 접근할 때 정전기 방전 기능을 갖는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 구동부 회로 유닛은 단결정 실리콘으로 제작된 집적회로를 갖는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 정전기 방지부는 투명한 도전막인 장치.
일측면을 갖는 기판;

상기 기판의 일측면상에 형성되고 접촉면을 갖는 부재;

상기 기판과 부재 사이에 위치하고,

상기 기판의 일측면상에 행렬형태로 배열된 복수의 이중-게이트 광센서를 포함하며, 손가락이 상기 부재의 접촉면상에 위치할 때 손가락을 광학적으로 판독하는 광센서 배열;

상기 기판의 일측면상에 구비되고, 상기 복수의 이중-게이트 광센서를 구동하기 위한 구동신호를 제공하는 상부 게이트 구동부, 바닥 게이트 구동부와 검출 구동부; 및

상기 상부 게이트 구동부, 바닥 게이트 구동부와 검출 구동부를 덮고, 손가락이 상기 접촉면상에 위치할 때 손가락을 유지하며, 상기 손가락에 충전된 정전기를 방전하는 정전기 방지부; 로 구성된 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 기판은 대항측면을 갖고, 상기 대항측면상에 상기 복수의 이중-게이트 광센서를 경유하여 검출할 대상을 향해 빛을 조사하는 광원을 더 포함하는 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 장치는 컴퓨터와 연결된 장치.
검출할 대상을 판독하기 위한 센서유닛;

상기 센서유닛 위에 형성된 제 1 도전층;

상기 제 1 도전층과 전기적으로 절연되도록 상기 센서유닛의 위에 형성된 제 2 도전층;

상기 제 1 및 제 2 도전층중 어느 하나의 입력 인피던스 변화를 관찰하기 위해 상기 제 1 및 제 2 도전층중 적어도 하나에 신호 전압을 인가하고, 그리고 상기 입력 임피던스의 변화에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 도전층 양쪽으로 검사될 대상의 접점 상태를 검출하기 위한 임피던스 검출부; 및

제 1 및 제 2 도전층으로 검사될 대상의 접점상의 전압변화를 억제하기 위한제어부; 로 구성된 판독장치.
제 16 항에 있어서, 신호 전압은 상기 제 1 및 제 2 도전층에 각각 인가되고, 신호 전압들중 하나는 AC 신호 전압이고, 나머지 것은 일정 전압인 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 임피던스 검출부가 상기 제 1 및 제 2 도전층 양쪽으로 검사될 대상의 접점 상태를 검출할 때, 상기 센서유닛은 검사될 대상의 이미지 형상을 판독하는 동작을 시작하도록 구동되는 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 센서유닛은 반도체층으로 이루어진 채널영역이 사이에 삽입되도록 형성된 소스와 드레인 전극을 갖고, 그리고 절연막을 경유하여 적어도 채널영역의 위와 아래에 각각 형성된 제 1 및 제 2 게이트 전극을 갖고,

상기 센서유닛을 리셋하기 위해 상기 제 1 게이트 전극에 리셋펄스가 인가되고, 예비 충전펄스가 상기 드레인 전극에 인가된 후, 예비 충전펄스의 전압을 바꾸기 위하여 상기 제 2 게이트 전극으로 판독펄스를 인가하고, 바뀐 전압은 리셋의 마지막부터 판독펄스의 적용까지의 전하 축적주기동안 채널 영역상에서 축적된 전하에 대응하는 출력전압인 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 제 2 도전층은 검사할 대상이 상기 제 1 도전층에 정확히 접촉하도록 아내하는 안내기능을 갖는 장치.
검사할 대상을 판독하기 위한 센서유닛;

상기 센서유닛 위에 형성된 제 1 도전층; 및

상기 제 1 도전층과 전기적으로 절연되도록 상기 센서유닛의 위에 배치되고, 상기 제 1 도전층을 형성하는 재질보다 낮은 비저항을 갖는 재질로 형성된 제 2 도전층; 으로 구성된 판독장치.
제 21 항에 있어서, 상기 제 2 도전층은 상기 제 1 도전층보다 낮은 판저항을 갖는 장치.
제 21 항에 있어서, 상기 신호전압은 상기 제 1 및 제 2 도전층에 각각 인가되고, 상기 신호전압들중 하나는 AC 전압이고, 나머지 하나는 일정 전압인 장치.
제 21 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 도전층중 어느 하나의 입력 인피던스 변화를 관찰하기 위해 상기 제 1 및 제 2 도전층에 서로 다른 신호 전압을 각각 인가하고, 그리고 상기 입력 임피던스의 변화에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 도전층 양쪽으로 검사될 대상의 접점 상태를 검출하기 위한 임피던스 검출부; 및

제 1 및 제 2 도전층으로 검사될 대상의 접점상의 전압변화를 억제하기 위한제어부; 를 더 포함하는 장치.
제 24 항에 있어서, 상기 임피던스 검출부가 상기 제 1 및 제 2 도전층 양쪽으로 검사될 대상의 접점 상태를 검출할 때, 상기 센서유닛은 검사될 대상의 이미지 형상을 판독하는 동작을 시작하도록 구동되는 장치.
제 21 항에 있어서, 상기 센서유닛은 반도체층으로 이루어진 채널영역이 사이에 삽입되도록 형성된 소스와 드레인 전극을 갖고, 그리고 절연막을 경유하여 적어도 채널영역의 위와 아래에 각각 형성된 제 1 및 제 2 게이트 전극을 갖고,

상기 센서유닛을 리셋하기 위해 상기 제 1 게이트 전극에 리셋펄스가 인가되고, 예비 충전펄스가 상기 드레인 전극에 인가된 후, 예비 충전펄스의 전압을 바꾸기 위하여 상기 제 2 게이트 전극으로 판독펄스를 인가하고, 바뀐 전압은 리셋의마지막부터 판독펄스의 적용까지의 전하 축적주기동안 채널 영역상에서 축적된 전하에 대응하는 출력전압인 장치.
제 21 항에 있어서, 상기 센서유닛을 구동하기 위한 구동부 회로유닛을 더 포함하고, 그리고

상기 제 1 및 제 2 도전층중 적어도 하나는 상기 구동부 회로유닛의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 장치.