KR20080014408A - 이미지 센서 및 이의 구동 방법 - Google Patents

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KR20080014408A
KR20080014408A KR1020060076079A KR20060076079A KR20080014408A KR 20080014408 A KR20080014408 A KR 20080014408A KR 1020060076079 A KR1020060076079 A KR 1020060076079A KR 20060076079 A KR20060076079 A KR 20060076079A KR 20080014408 A KR20080014408 A KR 20080014408A
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손장섭
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엠텍비젼 주식회사
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Abstract

소모 전력을 최소화할 수 있는 이미지 센서 및 이의 구동 방법이 개시된다. 로우 선택 신호의 활성화에 의해 선택된 특정의 로우 라인에 연결된 화소들은 화소 신호들을 각각의 컬럼 라인으로 전달한다. 컬럼 라인에 연결된 엑티브 로드는 로우 선택 신호의 활성화에 따라 선택적으로 동작한다. 즉, 컬럼 라인으로 화소 신호가 전송되는 경우, 엑티브 로드를 구성하는 로드 트랜지스터는 턴온되고 포화 영역에서 동작한다. 또한, 컬럼 라인으로 화소 신호의 전송이 차단되는 경우, 엑티브 로드를 구성하는 로드 트랜지스터는 턴오프된다. 따라서, 엑티브 로드가 항상 동작하는 현상에 기인한 누설 전류의 발생은 차단되고, 이미지 센서의 소모 전력은 감소된다.

Description

이미지 센서 및 이의 구동 방법{Image Sensor and Method of Driving the same}
도 1은 종래 기술에 따른 화소 회로를 가진 이미지 센서를 도시한 회로도이다.
도 2는 종래 기술에 따라 상기 도 1에 도시된 화소를 도시한 회로도이다.
도 3는 종래 기술에 따라, 상기 도 1에 도시된 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 4에 도시된 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 임의의 로우 라인에 로우 선택 신호가 인가되는 경우에 상기 도 4에 도시된 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파형 성형부를 도시한 블록도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 화소 어레이부 120, 220 : 엑티브 로드부
140, 260 : 데이터 저장부 160, 280 : 데이터 출력부
240 : 파형 성형부
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이미지 센서의 누설 전류를 차단하기 위한 회로에 관한 것이다.
이미지 센서는 영상 신호를 전기 신호로 변환하는 반도체 장치이다. 특히, CMOS 이미지 센서의 경우, CCD(Charge Coupled Device)에 비해 낮은 구동 전력, 화소의 랜던 엑세스, 고속 동작 등의 잇점을 제공한다.
상기 이미지 센서를 구성하는 화소의 형태는 크게 수동형과 능동형으로 구분된다.
수동형이라 함은 각각의 화소가 능동 소자인 버퍼를 가지지 아니하는 것을 지칭한다. 즉, 포토 다이오드에 의해 생성된 전기적 신호는 로우 선택 신호의 활성화에 따라, 컬럼 라인으로 전송된다. 따라서, 버퍼를 통한 신호 전력의 증폭이나, 신호의 감소를 최소화하는 기능을 수행하지 못한다.
능동형이라 함은 각각의 화소가 능동 소자인 버퍼를 가지는 것을 지칭한다. 버퍼의 경우, 높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 가진다. 따라서, 전기적 신호를 공급하는 소스의 출력 임피던스가 높은 경우에도 버퍼를 사용하여 신호의 감소 동작을 최소화할 수 있다. 또한, 버퍼의 출력 임피던스는 매우 낮으므로 전기 신호를 수신하는 수신단의 입력 임피던스가 낮은 경우에도, 신호의 전달은 손실없이 용이하게 일어날 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 화소 회로를 가진 이미지 센서를 도시한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 이미지 센서는 화소 어레이부 및 엑티브 로드부를 가진다.
화소 어레이부(100)는 다수의 로우 라인들 RW[1,2,…, n]과 컬럼 라인들 CLM[1,2,…, m]이 교차하는 영역에 형성된 다수의 화소들 P11, P12,…, Pnm을 가진다. 하나의 로우 라인이 활성화되면, 활성화된 로우 라인에 연결된 화소를 통해 데이터 신호들은 컬럼 라인들로 전달된다. 특정의 로우 라인의 활성화는 로우 라인에 전달되는 로우 선택 신호에 의해 수행된다.
예컨대, 제1 로우 라인을 통해 로우 선택 신호가 공급되면, 상기 제1 로우 라인에 연결된 화소들의 선택 트랜지스터들은 턴온되고, 턴온된 선택 트랜지스터를 통해 화소 신호는 컬럼 라인들 CLM[1,2,…, m]로 출력된다. 따라서, 제1 로우 라인 RW[1]이 활성화된 경우, 제1 로우 라인 RW[1]에 연결된 화소들 P11, P12,…, P1m에 연결된 모든 컬럼 라인들 CLM[1,2,…, m]에는 각각의 화소 신호들이 전달된다.
제1 로우 라인 RW[1]이 활성화되어 화소 신호들이 컬럼 라인 CLM[1,2,…, m]으로 전달된 다음, 제2 로우 라인 RW[2]이 활성화되고, 계속해서 순차적으로 로우 라인들 RW[3,4,…, n]이 활성화된다.
엑티브 로드부(120)는 각각의 컬럼 라인들 CLM[1,2,…, m]마다 구비된 트랜지스터들로 구성된다. 즉, 병렬 연결된 다수의 트랜지스터들로 구성되며, 상기 트랜지스터들은 게이트 전극을 통해 공통 연결되어 공급되는 로드 제어 신호 Pxbs에 의해 포화 영역에서 동작한다. 포화 영역에서 동작하는 다수의 트랜지스터들은 소신호 전류원으로 작용하며, 화소 신호에 대한 엑티브 로드로서 동작한다.
도 2는 종래 기술에 따라 상기 도 1에 도시된 화소를 도시한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 각각의 화소는 광전 변환부(170), 소스 폴로워 DX 및 선택 트랜지스터 SX를 가진다.
광전 변환부(170)는 외부로부터 입사되는 광을 전기적 신호로 변환한다. 상기 전기적 신호의 변환은 포토 다이오드 PD에 의해 수행된다. 또한, 포토 다이오드 PD에 변환되는 전기적 신호의 제어를 위해 전송 트랜지스터 TX 및 리셋 트랜지스터 RX 등이 더 구비될 수 있다.
광의 입사에 따른 포토 다이오드 PD에서의 전자-정공쌍에 의해 포토 다이오드 PD를 통한 역방향 전류가 발생한다. 상기 역방향 전류는 소스 폴로워 DX의 게이트 단자의 전위의 변동을 발생한다. 즉, 소스 폴로워 DX의 소신호 입력 레벨의 변화가 발생된다. 상기 소스 폴로워 DX는 이를 버퍼링하여 선택 트랜지스터 SX로 전송한다.
선택 트랜지스터 SX는 로우 라인 RW으로부터 공급되는 로우 선택 신호에 의해 온/오프 동작을 수행한다. 따라서, 로우 선택 신호가 활성화되는 경우, 선택 트 랜지스터 SX는 턴온되며, 소스 폴로워 DX는 포화 영역에서 동작하여 전압 버퍼로서 기능한다. 따라서, 포토 다이오드 PD에 의해 발생된 전기적 신호는 컬럼 라인 CLM을 통해 화소 신호로 출력된다.
도 3는 종래 기술에 따라, 상기 도 1에 도시된 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 3를 참조하면, 제1 로우 라인 RW[1]을 통해 로우 선택 신호가 인가된다. 로우 선택 신호에 의해 제1 로우 라인 RW[1]에 연결된 화소들 P11, P12,…, P1m의 선택 트랜지스터들은 활성화된다. 또한, 포토 다이오드에 축적된 신호 전하는 리셋 트랜지스터가 오프되고, 전송 트랜지스터가 턴온되면, 소스 폴로워의 게이트 단자의 전위 PD[1,2,…, n]를 변경시킨다.
즉, 포토 다이오드에 빛이 입사되면 발생되는 전자-정공쌍에 의해 포토 다이오드에는 역방향 전류가 발생한다. 따라서, 소스 폴로워의 게이트 단자의 전위 PD[1,2,…, n]는 빛이 포토 다이오드에 입사되는 시간 및 빛의 세기에 따라 감소한다. 따라서, 제1 로우 라인 RW[1]의 화소의 소스 폴로워의 게이트 단자의 전위 PD[1]는 소정의 크기로부터 감소하게 된다. 계속해서 제1 로우 라인 RW[1]을 통해 로우 선택 신호가 인가되면, 선택 트랜지스터는 소정의 시간 동안, 턴온되고, 선택 트랜지스터를 통해 화소 신호는 컬럼 라인 CLM[1,2,…, m]으로 전달된다.
상술한 과정은 제2 로우 라인 RW[2], 제3 로우 라인 RW[3] 및 제n 로우 라인 RW[n]까지 순차적으로 진행된다.
각각의 화소에서, 포토 다이오드의 신호 전하가 소스 폴로워의 게이트 전위 PD[1,2,…, n]의 감소로 반영되고, 소스 폴로워의 게이트 전위의 감소는 소신호 전압으로 해석되어, 선택 트랜지스터의 소스 단자로 인가된다. 또한, 컬럼 라인 CLM[1,2,…, m]에 연결된 엑티브 로드부(120)의 로드 트랜지스터는 동작 기간을 불문하고 항상 턴온되어 소신호 전류원으로 동작하며, 컬럼 라인 CLM[1,2,…, m]을 통해 전달되는 화소 신호에 대한 엑티브 로드로서 작용한다.
엑티브 로드부(120)의 로드 트랜지스터가 항상 턴온되기 위해 로드 제어 신호 Pxbs는 항상 하이 레벨을 유지한다. 따라서, 로드 제어 신호 Pxbs는 정전압원에 의해 로드 트랜지스터의 게이트 단자에 인가되는 것으로 해석될 수 있다.
컬럼 라인들 CLM[1,2,…, m]에 전송된 화소 신호는 데이터 저장부(140)에 저장된다. 즉, 로우 선택 신호들이 하이 상태인 구간에서 화소 신호들은 해당하는 컬럼 라인들 CLM[1,2,…, m]을 통해 데이터 저장부(140)에 저장된다.
또한, 데이터 저장동작이 완료되어, 로우 선택 신호가 로우 레벨로 천이되는 경우, 데이터 출력부(160)는 데이터 저장부(140)에 저장된 화소 신호를 조합하여 데이터 신호 Dout로 출력한다. 따라서, 데이터 신호 Dout은 제1 로우 라인 데이터 RW[1]data 내지 제n 로우 라인 데이터 RW[n]data가 순차적으로 출력되는 양상을 가진다.
상술한 화소의 화소 신호 형성 과정에서, 각각의 화소의 소스 폴로워는 전압 버퍼로서 작용한다. 소스 폴로워의 입출력 전압 특성은 문턱 전압에 크게 의존한다. 즉, 입력 전압이 적어도 문턱 전압을 상회하는 경우에 한해, 소스 폴로워는 활성 영역에서 동작하며, 전압 버퍼로서 작용하게 된다. 따라서, 전압 버퍼로 작용하 기 위해 소스 폴로워를 구성하는 트랜지스터의 문턱 전압은 낮은값을 가져야 한다.
트랜지스터의 문턱 전압이 낮은 경우, 누설 전류가 증가한다. 상기 도 3에서 로우 선택 신호가 활성화되는 구간은 짧음에 비해, 로드 트랜지스터는 항상 턴온 상태에 있으므로, 동작을 원하지 않는 화소에서 누설 전류가 발생하는 경우, 로드 트랜지스터에 의해 누설 전류에 기인한 데이터 신호가 발생한다.
또한, 누설 전류에 의한 전체 이미지 센서의 소모 전류가 증가하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은, 누설 전류를 차단하고 소모 전력을 최소화할 수 있는 이미지 센서를 제공하는데 있다.
본 발명의 제2 목적은, 상기 제1 목적의 달성에 의해 구비되는 이미지 센서의 구동 방법을 제공하는데 있다.
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다수의 로우 라인들과 컬럼 라인들이 교차하는 영역에 형성된 다수의 화소들을 가지는 화소 어레이부; 상기 화소에 대한 엑티브 로드로서 기능하는 엑티브 로드부; 상기 엑티브 로드부를 선택적으로 활성화시키기 위한 로드 제어 신호를 상기 엑티브 로드부에 공급하기 위한 파형 성형부; 화소 데이터 저장신호에 따라 상기 컬럼 라인들의 화소 신호들을 저장하기 위한 데이터 저장부; 및 다수의 컬럼 선택 신호에 따라 상기 데이터 저장부에 저장된 화소 신호들을 조합하여 연속된 로우 라인 데이터들인 데이터 신호로 출력하기 위한 데이터 출력부를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
또한, 본 발명의 제1 목적은, 활성화된 로우 라인에 연결된 화소들의 화소 신호들을 컬럼 라인별로 조합하여, 각각의 로우 라인 데이터들이 결합된 데이터 신호를 생성하는 이미지 센서에 있어서, 상기 로우 라인에 의해 활성화되고, 화소 신호를 컬럼 라인으로 출력하는 화소들을 가지는 화소 어레이부; 및 상기 로우 라인에 공급되는 로우 선택 신호에 동기되는 로드 제어 신호에 의해 포화 영역에서 동작하거나 오프 상태가 되는 로드 트랜지스터들로 구성된 엑티브 로드부를 포함하는 이미지 센서의 제공을 통해서도 달성될 수 있다.
상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다수의 로우 라인들과 컬럼 라인들이 교차하는 영역에 형성된 다수의 화소들을 가지는 화소 어레이부를 가지고, 상기 화소 어레이부로부터 화소 신호를 수신하고, 순차적으로 각각의 로우 라인 데이터들로 구성된 데이터 신호를 출력하는 이미지 센서의 구동 방법에 있어서, 제1 로우 라인에 로우 라인 선택 신호를 공급하는 단계; 상기 제1 로우 라인에 연결된 화소들로부터 각각의 컬럼 라인으로 화소 신호들을 수신하는 단계; 상기 제1 로우 라인의 화소 신호들을 저장하는 단계; 및 상기 제1 로우 라인의 화소 신호들을 컬럼 라인별로 조합하여 제1 로우 라인 데이터를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 로우 라인에 공급되는 로우 라인 선택 신호에 동기되어 엑티브 로드를 활성화하기 위한 로드 제어 신호가 공급되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 구동 방법을 제공하는데 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하 게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
실시예
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 이미지 센서는 화소 어레이부(200), 엑티브 로드부(220), 파형 성형부(240), 데이터 저장부(260), 데이터 출력부(280)를 가진다.
상기 화소 어레이부(200)는 다수개의 로우 라인들 RW[1,2,…, n]과 다수개의 컬럼 라인들 CLM[1,2,…, m]이 교차하는 영역에 형성된 화소들 P11, P12,…, Pnm을 가진다. 각각의 로우 라인 RW[1,2,…, n]에 연결된 화소 P11, P12,…, Pnm에 로우 선택 신호가 인가되면, 화소는 빛을 전기전 신호로 변환하고, 변환된 출력 신호를 각각의 컬럼 라인 CLM[1,2,…, m]으로 전송한다.
또한, 상기 도 4에 도시된 각각의 화소들 P11, P12,…, Pnm은 상기 도 2에 도시된 화소의 구성을 가질 수 있다. 즉, 하나의 화소는 광전 변환부(170), 소스 폴로워 DX 및 선택 트랜지스터 SX를 가진다. 광전 변환부(170)에 의해 발생되는 소신호 전압은 소스 폴로워 DX에 의해 버퍼링되고, 선택 트랜지스터 SX를 통해 컬럼 라인 CLM[1,2,…, m]으로 전송된다. 각각의 화소의 선택 트랜지스터 SX의 게이트 단자에는 로우 라인 RW가 연결되며, 선택 트랜지스터 SX의 소스/드레인 단자에는 컬럼 라인 CLM이 연결된다.
엑티브 로드부(220)는 화소 어레이부(200)의 컬럼 라인들 CLM[1,2,…, m]에 연결된다. 상기 엑티브 로드부(220)는 병렬 연결된 다수의 로드 트랜지스터들로 구성된다. 엑티브 로드부(220)를 구성하는 로드 트랜지스터는 포화 영역에서 동작하여 전류원으로 작용하는 경우에 엑티브 로드로 작용한다. 상기 엑티브 로드부(220)를 구성하는 로드 트랜지스터들의 포화 영역에서의 동작여부는 각각의 트랜지스터에 인가되는 로드 제어 신호 Rxbs의 레벨에 의해 결정된다.
즉, 로드 제어 신호 Rxbs가 엑티브 로드부(220)의 로드 트랜지스터의 문턱 전압을 상회하는 경우에만, 상기 트랜지스터들은 포화 영역에서 동작할 수 있으며, 엑티브 로드로서 작용한다.
파형 성형부(240)는 로드 제어 신호 Rxbs를 엑티브 로드부(220)에 공급한다. 상기 로드 제어 신호 Rxbs는 소정의 듀티를 가지고, 선택적으로 엑티브 로드부(220)의 로드 트랜지스터들을 활성화시킨다. 따라서, 엑티브 로드부(220)는 로우 선택 신호들이 활성화되는 경우에 엑티브 로드로서 작용하며, 로우 선택 신호가 활성화되지 않는 경우, 엑티브 로드부(220)의 로드 트랜지스터들은 턴오프된다.
데이터 저장부(260)는 각각의 컬럼 라인들 CLM[1,2,…, m]에 연결된다. 즉, 각각의 컬럼 라인 CLM[1,2,…, m]에 트랜지스터 및 커패시터가 직렬로 연결된다. 또한, 화소 데이터 저장신호 STC는 다수의 트랜지스터들의 게이트 전극들에 공통 연결된다. 따라서, 화소 데이터 저장 신호 STC가 하이 레벨인 경우 데이터 저장부(260)의 다수의 트랜지스터들은 동시에 턴온되며, 각각의 트랜지스터들에 연결된 커패시터들 C1,C2,…, Cm에 화소 신호는 저장된다.
데이터 출력부(280)는 병렬로 배치된 다수의 버퍼들 B1,B2,…, Bm 및 각각의 버퍼들 B1,B2,…, Bm에 연결된 다수의 컬럼 선택 트랜지스터들 CX1,2,…, m로 구성된다. 각각의 버퍼 B1,B2,…, Bm는 저장된 화소 신호를 수신하고, 수신된 화소 신호는 컬럼 선택 신호 CS1,CS2,…, CSm에 의해 출력단으로 출력된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 4에 도시된 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 로우 라인 RW[1]을 통해 로우 선택 신호가 인가되고, 제2 로우 라인 RW[2]을 통해 순차적으로 로우 선택 신호가 인가된다. 로우 라인들 RW[1,2,…, n]을 통해 인가되는 로우 선택 신호의 레벨에 따라 해당하는 로우 라인에 연결된 화소들 P11, P12,…, Pnm은 활성화된다. 즉, 상기 도 2에 도시된 선택 트랜지스터 SX의 게이트 단자에 인가되는 로우 선택 신호가 하이 레벨을 가지는 경우, 선택 트랜지스터 SX는 턴온되고, 화소의 소스 폴로워 DX는 전압 버퍼로서 동작한다. 따라서, 화소의 소스 폴로워 DX의 게이트 단자에 인가되는 전위는 턴온된 선택 트랜지스터 SX를 통해 컬럼 라인 CLM으로 출력된다. 즉, 로우 선택 신호가 하이 레벨인 구간에서 화소는 화소 신호 PD[1,2,…, n]를 컬럼 라인 CLM으로 출력한다.
상술한 바와 같이 연속하는 로우 라인들 RW[1,2,…, n]은 순차적으로 활성화되며, 활성화된 동안, 각각의 화소의 소스 폴로워 DX의 게이트 단자에 인가된 전위는 컬럼 라인 CLM[1,2,…, m]으로 전달된다.
또한, 파형 성형부(240)로부터 출력되는 로드 제어 신호 Pxbs는 엑티브 로드부(220)의 로드 트랜지스터들을 제어한다. 상기 로드 제어 신호 Pxbs는 구형파의 형태로 인가되며, 각각의 로우 라인들 RW[1,2,…, n]에 인가되는 로우 선택 신호에 동기되는 파형을 가진다. 즉, 제1 로우 라인 RW[1]에 인가되는 로우 선택 신호가 하이 레벨을 가지는 구간에서 상기 로드 제어 신호 Pxbs는 하이 레벨을 가지며, 제2 로우 라인 RW[2]에 인가되는 로우 선택 신호가 하이 레벨을 가지는 구간에서 상기 로드 제어 신호 Pxbs는 다시 하이 레벨을 가진다. 상술한 파형의 구조는 이미지 센서의 마지막 로우 라인인 제n 로우 라인 RW[n]에 인가되는 로우 선택 신호에 까지 적용된다.
또한, 로드 제어 신호 Pxbs의 하이 레벨은 각각의 로드 트랜지스터의 문턱전압을 상회하도록 설정된다. 즉, 로드 제어 신호 Pxbs가 가지는 하이 레벨의 크기
Figure 112006057520302-PAT00001
V는 문턱 전압을 상회하는 값이 된다. 따라서, 제1 로우 라인 RW[1]이 활성화되는 구간에서만, 엑티브 로드부(220)의 모든 트랜지스터는 활성화되고, 제2 로우 라인 RW[2]가 활성화되는 구간에서만 엑티브 로드부(220)의 모든 트랜지스터들은 다시 활성화된다. 상술한 동작은 마지막 로우 라인인 제n 로우 라인 RW[n]이 활성화될 때까지 진행된다.
하나의 로우 라인의 활성화에 의해 각각의 컬럼 라인들 CLM[1,2,…, m]에는 화소 신호 PD[1,2,…, n]가 전달된다. 상기 화소 신호 PD[1,2,…, n]는 엑티브 로드부(220)의 로드 트랜지스터들이 활성화된 기간동안 출력된다. 각각의 컬럼 라인들 CLM[1,2,…, m]에 실린 화소 신호 PD[1,2,…, n]는 데이터 저장부(260)로 전달 된다.
화소 데이터 저장신호 STC의 제어에 의해 데이터 저장부(260)의 모든 트랜지스터들은 실질적으로 동시에 턴온된다. 턴온된 트랜지스터들을 통해 각각의 컬럼 라인 CLM[1,2,…, m]으로 전송된 화소 신호 PD[1,2,…, n]는 컬럼 라인별로 구비된 커패시터 C1,C2,…, Cm에 저장된다. 커패시터 C1,C2,…, Cm에 저장된 화소 신호 PD[1,2,…, n]는 데이터 출력부(280)로 전달된다.
데이터 출력부(280)는 컬럼 선택 신호 CS[1,2,…, m]에 따라 데이터 신호 Dout을 출력한다. 상기 컬럼 선택 신호 CS[1,2,…, m]는 해당하는 로우 라인의 로우 선택 신호가 로우 레벨로 전환되는 시점에서 활성화 동작을 개시한다.
예컨대, 제1 로우 라인 RW[1]으로 전송되는 로우 선택 신호가 하이 레벨에서 로우 레벨로 전환되어 해당하는 화소 P11,P12,…, P1m로부터 화소 신호의 전송이 종료되는 시점에서 다수의 컬럼 선택 신호들 CS[1,2,…, m]은 인가된다. 순차적으로 활성화되는 컬럼 선택 신호 CS[1,2,…, m]에 의해 각각의 컬럼 라인에 해당하는 화소 신호 PD[1]는 출력단에서 조합된다. 따라서, 로우 선택 신호가 로우 레벨로 천이되는 시점에서 데이터 저장부(260)의 커패시터들 C1,C2,…, Cm에 저장된 화소 신호는 데이터 출력부(280)로 전달되고, 시계열적으로 연결되어 데이터 신호 Dout을 구성한다.
1또한, 제2 로우 라인 RW[2]가 하이 레벨을 유지하는 구간에서, 파형 성형부(240)로부터 전달되는 로드 제어 신호 Pxbs는 하이 레벨로 전환되어 엑티브 로드로서 작용한다.
상기 구간에서 제2 로우 라인 RW[2]의 화소 신호들 PD[2]은 각각의 컬럼 라인들 CLM[1,2,…, m]을 통해 데이터 저장부(260)의 커패시터들 C1,C2,…, Cm에 저장된다.
계속해서, 제2 로우 라인 RW[2]의 로우 선택 신호가 로우 레벨로 전환되면, 파형 성형부(240)로부터 출력되는 로드 제어 신호 Pxbs는 로우 레벨로 전환되어 엑티브 로드부(220)의 로드 트랜지스터들은 모두 턴오프되고, 더 이상 엑티브 로드로서 동작하지 아니한다. 따라서 각각의 컬럼 라인 CLM[1,2,…, m]으로의 화소 신호의 전송은 발생되지 아니한다.
또한, 데이터 저장부(260)는 저장된 화소 신호 PD[1,2,…, n]를 데이터 출력부(280)로 전송한다. 데이터 출력부(280)로의 전송 동작은 컬럼 선택 신호 CS[1,2,…, m]가 순차적으로 활성화되는 것에 의해 달성된다. 즉, 제1 로우 라인 RW[1]을 통해 전송되는 로우 선택 신호가 하이 레벨인 구간동안, 데이터 저장부(260)에는 화소 신호 PD[1]이 저장된다.
또한, 상기 로우 선택 신호가 로우 레벨로 천이되는 시점에서 상기 화소 신호 PD[1]는 데이터 출력부(280)로 순차적으로 전달된다. 데이터 출력부(280)는 컬럼별로 순차적으로 전달되는 화소 신호 PD[1]를 조합하여 제1 로우 라인 데이터 RW[1]data를 생성한다.
상술한 동작은 제2 로우 라인 데이터 RW[2]data 내지 제n 로우 라인 데이터 RW[n]data의 형성에 대해서도 동일하게 적용된다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 임의의 로우 라인에 로우 선택 신 호가 인가되는 경우에 상기 도 4에 도시된 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 임의의 로우 라인 RW[k]에 로우 선택 신호가 인가된다.
로우 선택 신호가 하이 레벨로 활성화되면, 로우 라인 RW[k]에 연결된 화소들 Pk1,Pk2,…, Pkm에 구비된 선택 트랜지스터들은 턴온된다. 각각의 화소들 Pk1,Pk2,…, Pkm의 턴온된 선택 트랜지스터들을 통해 화소 신호는 각각의 컬럼 라인 CLM[1,2,…, m]으로 전송된다.
로우 선택 신호가 하이 레벨을 유지하는 동안, 파형 성형부(240)의 로드 제어 신호 Pxbs는 하이 레벨을 유지한다. 따라서, 로우 선택 신호가 하이 레벨인 경우, 엑티브 로드부(220)의 로드 트랜지스터들은 턴온되고, 엑티브 로드로서 작동한다. 상기 로드 트랜지스터가 엑티브 로드로서 동작하기 위해서는 포화 영역에서 동작하여야 한다.
계속해서, 엑티브 로드에 의해 컬럼 라인 CLM[1,2,…, m]으로 출력되는 화소 데이터는 데이터 저장부(260)로 저장된다. 즉, 로우 라인 RW[k]가 활성화되는 경우, 화소 데이터 저장신호 STC는 하이 레벨을 유지한다.
따라서, 데이터 저장부(260)의 트랜지스터들은 턴온되며, 턴온된 트랜지스터들을 통해 각각의 컬럼 라인 CLM[1,2,…, m]에 상응하여 구비되는 커패시터 C1,C2,…, Cm에 화소 신호는 저장된다. 상기 도 6에서는 제1 컬럼 라인 CLM[1] 상의 화소 신호 PX[1]만을 도시하였으나, 화소 신호는 제m 컬럼 라인 CLM[m]까지 독립적으로 구비된다.
로우 선택 신호가 하이 레벨을 유지하는 동안, 데이터 출력부(280)의 컬럼 선택 신호들 CS[1,2,…, m]은 로우 레벨을 유지한다. 따라서, 데이터 출력부(280)의 트랜지스터들은 오프 상태를 유지하며, 버퍼 B1,B2,…, Bm를 통해 출력단으로의 데이터의 전송은 발생하지 않는다.
로우 선택 신호가 하이 레벨에서 로우 레벨로 천이되면, 각각의 화소 Pk1,Pk2,…, Pkm에 구비된 선택 트랜지스터는 오프된다. 따라서, 선택 트랜지스터를 통한 화소 신호의 전송은 발생하지 아니한다. 또한, 파형 성형부(240)의 로드 제어 신호 Pxbs는 로우 레벨로 천이된다. 따라서, 로드 트랜지스터들은 턴오프되며, 엑티브 로드로서 기능하지 않는다.
로우 선택 신호가 로우 레벨인 경우, 화소 데이터 저장신호 STC는 로우 레벨이므로 데이터 저장부(260)는 컬럼 라인 CLM[1,2,…, m]으로부터 데이터의 수신을 차단한다. 따라서, 커패시터 C1,C2,…, Cm을 통한 새로운 화소 신호의 저장동작은 발생하지 아니한다.
로우 선택 신호가 로우 레벨인 경우, 컬럼 선택 신호 CS[1,2,…, m]는 순차적으로 활성화된다. 즉, 데이터 출력부(280)를 구성하는 다수의 컬럼 선택 트랜지스터들 CX1,2,…, m은 순차적으로 턴온된다. 예컨대, 로우 선택 신호가 로우 레벨로 천이되면, 제1 컬럼 선택 신호 CS[1]은 하이 레벨로 천이되고, 제1 컬럼 선택 트랜지스터 CX1은 턴온된다. 따라서, 커패시터 C1에 저장된 화소 신호 PX[1]은 제1 버퍼 B1을 통해 출력된다.
제1 컬럼 선택 신호 CS[1]가 로우 레벨로 변경되어 제1 컬럼 선택 트랜지스터 CX1이 턴오프되면, 제2 컬럼 선택 신호 CS[2]가 활성화되어 하이 레벨로 변경된다.
따라서, 제2 컬럼 선택 트랜지스터 CX2는 턴온되고, 제2 버퍼 B2를 통해 커패시터 C2에 저장된 화소 신호는 출력된다. 상술한 과정은 제3 컬럼 선택 신호 CS[3]에 대해서도 반복되며, 제3 컬럼 선택 트랜지스터 CX3 및 제3 버퍼 B3을 통한 화소 신호의 출력이 발생하며, 이는 제m 컬럼 선택 신호 CS[m]이 활성화될 때까지 반복된다.
따라서, 출력단을 통해 출력되는 데이터 신호 Dout은 각각의 컬럼 라인 CLM[1,2,…, m]을 통해 전송되고, 저장된 다수의 화소 신호들이 직렬로 조합된 형태를 취한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파형 성형부를 도시한 블록도들이다.
도 7a를 참조하면, 상기 파형 성형부(240)는 멀티플렉서(242)로 구성된다. 또한, 파형 성형부(240)를 구성하는 멀티플렉서(242)는 아날로그 멀티플렉서임이 바람직하다. 따라서, 상기 멀티플렉서(242)는 타이밍 제어신호에 따라
Figure 112006057520302-PAT00002
V의 레벨을 가진 신호 또는 접지 레벨을 가진 신호를 선택한다. 예컨대, 타이밍 제어 신호가 하이 레벨인 경우,
Figure 112006057520302-PAT00003
V의 레벨을 가진 신호가 선택되고, 타이밍 제어 신호가 로우 레벨인 경우, 접지 레벨을 가진 신호가 선택되도록 할 수 있다. 또한, 이와 반대의 동작도 가능하다.
만일, 타이밍 제어 신호가 하이 레벨인 경우,
Figure 112006057520302-PAT00004
V의 레벨을 가진 신호가 선택된다면, 상기 타이밍 제어 신호는 로우 선택 신호들에 동기되어 입력된다. 즉, 로우 선택 신호들이 하이 레벨을 가지는 구간에서, 상기 타이밍 제어 신호도 하이 레벨을 가지게 된다.
만일, 타이밍 제어 신호가 하이 레벨인 때, 접지 레벨을 가진 신호가 선택된다면, 상기 타이밍 제어 신호는 로우 선택 신호가 하이 레벨을 가지는 구간에서 로우 레벨을 가지게 된다.
도 7b를 참조하면, 파형 성형부(240)는 가산기(244) 및 클리퍼 회로(246)로 구성될 수 있다.
상기 가산기(244)는 아날로그 가산기임이 바람직하다. 또한, 가산기(244)에는 다수의 로우 선택 신호들 RW[1,2,…, n]이 입력된다.
상기 로우 선택 신호들 RW[1,2,…, n]은 상기 도 5에 도시된 바와 같은 타이밍을 가지고 입력된다. 가산기(244)는 다수의 로우 선택 신호들 RW[1,2,…, n]을 아날로그적으로 가산한다. 따라서, 각각의 로우 선택 신호들 RW[1,2,…, n]이 하이 레벨을 가지는 구간에서만 가산기(244)는 하이 레벨을 출력하며, 나머지 구간에서는 로우 레벨을 출력한다.
가산기(244)의 출력은 클리퍼 회로(246)로 입력된다. 상기 클리퍼 회로(246)는 일정 레벨 이상의 전압을 한정하는 기능을 수행한다. 따라서, 가산기(244)의 출력을 상기 도 5에 도시된 로드 제어 신호 Pxbs로 제한하기 위해
Figure 112006057520302-PAT00005
V 이상의 레벨을 잘라내는 역할을 상기 클리퍼 회로(244)가 수행한다. 즉, 클리퍼 회로(246)의 출력 은 상기 도 5에 도시된 로드 제어 신호 Pxbs와 동일한 형상이 된다.
상기 도 7a 및 도 7b는 파형 성형부(240)의 일례들을 도시한 것에 불과하다. 따라서, 당업자는 다양한 형태로 파형 성형부(240)를 구성할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
상술한 본 발명에 따르면, 로드 트랜지스터를 제어하는 로드 제어 신호는 화소들에 인가되는 로우 선택 신호들에 동기되어 인가된다. 따라서, 로우 선택 신호들이 활성화되지 않아 화소 신호를 컬럼 라인으로 전송하지 않는 구간에서, 엑티브 로드부의 로드 트랜지스터들은 턴 오프된다. 따라서, 화소의 선택 트랜지스터 또는 소스 폴로워의 낮은 문턱 전압에 기인한 누설 전류의 발생은 차단되며, 전체적으로 이미지 센서의 소모 전력은 감소된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 이미지 센서는 로우 선택 신호가 활성화되는 구간에서만 엑티브 로드를 작동시킨다. 따라서, 로우 선택 신호가 화소로부터 컬럼 라인으로 화소 신호의 전송을 차단하는 경우, 엑티브 로드는 오프 상태를 유지하며, 오프 상태에 따라 누설 전류의 발생은 차단된다. 즉, 엑티브 로드는 로우 선택 신호의 상태에 따라 선택적으로 활성화된다. 이를 위해 이미지 센서는 파형 성형부를 별도로 구비한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 다수의 로우 라인들과 컬럼 라인들이 교차하는 영역에 형성된 다수의 화소들을 가지는 화소 어레이부;
    상기 화소에 대한 엑티브 로드로서 기능하는 엑티브 로드부;
    상기 엑티브 로드부를 선택적으로 활성화시키기 위한 로드 제어 신호를 상기 엑티브 로드부에 공급하기 위한 파형 성형부;
    화소 데이터 저장신호에 따라 상기 컬럼 라인들의 화소 신호들을 저장하기 위한 데이터 저장부; 및
    다수의 컬럼 선택 신호에 따라 상기 데이터 저장부에 저장된 화소 신호들을 조합하여 연속된 로우 라인 데이터들인 데이터 신호로 출력하기 위한 데이터 출력부를 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 엑티브 로드부는 각각이 상기 컬럼 라인에 연결된 다수의 로드 트랜지스터들을 가지고, 상기 로드 트랜지스터들의 게이트 단자들에는 상기 로드 제어 신호가 공통 인가되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 로우 라인이 활성화되는 경우, 상기 로드 트랜지스터들은 포화 영역에서 동작하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 로우 라인으로 전송되는 로우 선택 신호가 상기 화소로부터 상기 컬럼 라인들로의 화소 신호의 전송을 차단하는 경우, 상기 로드 제어 신호는 상기 로드 트랜지스터들을 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  5. 제2항에 있어서, 상기 로드 제어 신호는 상기 로우 라인들에 인가되는 로우 선택 신호들에 동기되어 상기 로드 트랜지스터에 인가되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 데이터 저장부는 각각의 로우 라인에 인가되는 로우 선택 신호가 활성화되는 경우에 상기 화소 신호들을 저장하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  7. 제6항에 있어서, 상기 데이터 출력부는 병렬로 배치된 다수의 컬럼 선택 트랜지스터들을 가지고, 순차적으로 활성화되는 컬럼 선택 신호들에 의해 데이터 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  8. 제7항에 있어서, 상기 컬럼 선택 신호들은 상기 로우 선택 신호가 활성화되지 않는 구간에서 순차적으로 활성화되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  9. 제1항에 있어서, 상기 파형 성형부는 멀티플렉서로 구성되며, 상기 멀티플렉 서는 아날로그 멀티플렉서이며 상기 로우 라인들에 인가되는 로우 선택 신호들에 동기된 타이밍 제어신호에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  10. 제1항에 있어서, 상기 파형 성형부는,
    상기 로우 라인들에 각각 인가되는 로우 선택 신호들을 아날로그적으로 가산하기 위한 가산기; 및
    상기 가산기의 출력 레벨을 절단하여 상기 로드 제어 신호를 생성하기 위한 클리퍼 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  11. 다수의 로우 라인들과 컬럼 라인들이 교차하는 영역에 형성된 다수의 화소들을 가지는 화소 어레이부를 가지고, 상기 화소 어레이부로부터 화소 신호를 수신하고, 순차적으로 각각의 로우 라인 데이터들로 구성된 데이터 신호를 출력하는 이미지 센서의 구동 방법에 있어서,
    제1 로우 라인에 로우 라인 선택 신호를 공급하는 단계;
    상기 제1 로우 라인에 연결된 화소들로부터 각각의 컬럼 라인으로 화소 신호들을 수신하는 단계;
    상기 제1 로우 라인의 화소 신호들을 저장하는 단계; 및
    상기 제1 로우 라인의 화소 신호들을 컬럼 라인별로 조합하여 제1 로우 라인 데이터를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 로우 라인에 공급되는 로우 라인 선택 신호에 동기되어 엑티브 로 드를 활성화하기 위한 로드 제어 신호가 공급되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 구동 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 로우 라인 데이터의 형성 이후에, 제2 로우 라인 데이터의 형성 동작이 반복되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 구동 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 로우 라인에 공급되는 로우 선택 신호 및 제2 로우 라인에 공급되는 로우 선택 신호가 활성화되는 구간에서 상기 로드 제어 신호는 활성화되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 구동 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제1 로우 라인 및 제2 로우 라인이 활성화되지 않은 구간에서 상기 엑티브 로드는 턴오프되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 구동 방법.
  15. 활성화된 로우 라인에 연결된 화소들의 화소 신호들을 컬럼 라인별로 조합하여, 각각의 로우 라인 데이터들이 결합된 데이터 신호를 생성하는 이미지 센서에 있어서,
    상기 로우 라인에 의해 활성화되고, 화소 신호를 컬럼 라인으로 출력하는 화소들을 가지는 화소 어레이부; 및
    상기 로우 라인에 공급되는 로우 선택 신호에 동기되는 로드 제어 신호에 의 해 포화 영역에서 동작하거나 오프 상태가 되는 로드 트랜지스터들로 구성된 엑티브 로드부를 포함하는 이미지 센서.
  16. 제15항에 있어서, 상기 로드 제어 신호는 상기 로우 선택 신호에 의해 상기 로우 라인이 활성화되는 구간에서 상기 로드 트랜지스터를 포화 영역에서 동작시키는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  17. 제15항에 있어서, 상기 화소 신호가 상기 컬럼 라인으로 전송되는 동작이 차단되는 경우, 상기 로드 제어 신호는 상기 로드 트랜지스터를 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
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