KR20090087644A

KR20090087644A - 따른 픽셀 회로 어레이

Info

Publication number: KR20090087644A
Application number: KR1020080013009A
Authority: KR
Inventors: 임무섭; 안정착; 문경식; 최성호; 이강선
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2009-08-18
Also published as: US20090219266A1

Abstract

다수개의 픽셀 회로들을 구비하는 픽셀 회로 어레이에 있어서, 상기 픽셀 회로들 각각는 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 소스 팔로워 트랜지스터, 및 선택 트랜지스터를 구비한다. 픽셀 회로 어레이는 일단이 상기 다수개의 픽셀 회로들 각각의 리셋 트랜지스터와 연결되며, 글로벌 리셋 신호에 응답하여 온 또는 오프되는 글로벌 리셋 트랜지스터를 더 구비한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 회로 어레이는 다수개의 픽셀 회로들이 하나의 글로벌 리셋 트랜지스터를 공유함으로써, 씨모스 이미지 센서의 면적을 감소시킬 수 있다. 또한, 별도 구성의 추가 없이 누설 전류가 감소된 제1 플로팅 노드를 형성함으로써, 기계적 셔터 없이 글로벌 셔터를 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

따른 픽셀 회로 어레이{Pixel circuit array}

본 발명은 픽셀 회로 어레이에 관한 것으로, 특히 기계적인 셔터 없이 글로벌 셔터로 동작할 수 있는 픽셀 회로 어레이에 관한 것이다.

씨모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor)란 휴대폰 카메라, 디지털 스틸 카메라 등에 장착되어, 시야에 전개되는 영상을 디스플레이 장치를 통하여 영상 화면으로 변환하는 장치를 말한다.

구체적으로, 씨모스 이미지 센서는 시야에서 전개되는 영상을 광전 소자를 이용하여 전기적 신호로 변환하여, 전기적으로 변환된 신호인 영상 신호를 다시 디지털 신호로 바꾸어 LCD(liquid crystal display)와 같은 디스플레이 장치 전송한다. 여기서, CMOS 이미지 센서에 출력되는 디지털 영상 신호는 RGB(red, green, blue) 컬러의 이미지 데이터가 된다.

광전 소자는 인가된 빛의 양에 비례하여 광전하를 발생시키는 장치로, 포토 다이오드 등이 있다. 포토 다이오드에 너무 강한 빛이 인가되면, 포토 다이오드에는 자체적으로 저장할 수 있는 용량 이상의 광전하가 생성되게 된다. 그러면, 포토 다이오드에 광전하가 넘치게 되며, 이 때 디스플레이되는 화면은 정상적인 화면이 아닌, 잘못된 화면이 된다. 여기서, 잘못된 화면이란, 전체적으로 흰 색의 화면이라든가, 화면을 제대로 식별할 수 없는 화면이 된다.

상술한 바와 같이 빛이 너무 강하게 인가될 때 발생하는 화면 오류를 막기 위하여, 기계적 셔터(mechanical shutter)를 장착하여 광전 소자에 인가되는 빛의 양을 조절하게 된다.

그러나, 기계적 셔터를 장착할 경우, 생산 비용의 증가, 영상 장치의 부피가 증가하여 소형화가 어려우며, 동작 주기(operating cycle)에 제한이 발생하게 된다. 따라서, 기계적 셔터는 고가의 고급형 카메라 기종에만 사용되며, 저가의 소형 카메라에는 장착되지 못하고 있다.

기계적 셔터를 사용하지 못하는 경우 글로벌 셔터 동작을 수행하여 글로벌 셔터(global shutter)의 기능을 갖는 픽셀 회로가 개발되는 추세이다. 그러나, 개발되고 있는 글로벌 셔터의 경우 플로팅 확산 노드에서 발생하는 무시할 수 없는 양의 누설 전류(leakage current)로 인하여, 글로벌 셔터의 구현이 아직 현실화 되지 못하고 있다. 누설 전류가 발생하면, 화면 자체의 감도가 현저히 저하되게 되며, 이는 곧 이미지 센서의 화질이 나빠지는 것을 뜻한다.

여기서, 글로벌 셔터 동작이란, 한 프레임 내의 모든 광전 소자들이 동시에 빛을 인가받고, 광전 소자들에서 광전 변환된 전체 신호가 한번에 플로팅 확산 층(FD: floating diffusion)으로 전달된 후, 차례로 선택되는 행에서 해당 영상 신호가 출력되는 동작을 뜻한다.

또한, 글로벌 셔터를 적용하는 경우는, 저가형 또는 소형 카메라의 경우이 다. 따라서, 글로벌 셔터를 구현한다고 할 때, 면적 증가 요인 또한 고려하여야 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 화질을 보장하고 면적 증가 없이 글로벌 셔터를 구현할 수 있는 픽셀 회로 어레이를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 회로 어레이는 다수개의 픽셀 회로들을 구비한다. 상기 픽셀 회로들 각각는 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 소스 팔로워 트랜지스터, 및 선택 트랜지스터를 구비한다.

전송 트랜지스터는 일단으로 포토 다이오드로부터 수광된 광전하를 받으며, 전송 제어 신호에 응답하여 상기 전송된 광 전하를 다른 일단을 통하여 전송한다.

리셋 트랜지스터는 일단이 상기 전송 트랜지스터의 다른 일단과 직렬 연결되고, 리셋 제어 신호에 응답하여 온 또는 오프된다.

소스 팔로워 트랜지스터는 게이트로 전송된 상기 리셋 트랜지스터의 다른 일단에 전송된 신호에 따라 온 또는 오프된다.

선택 트랜지스터는 상기 소스 팔로워와 직렬 연결되며, 선택 제어 신호에 응답하여 온 또는 오프된다.

픽셀 회로 어레이는 일단이 상기 다수개의 픽셀 회로들 각각의 리셋 트랜지스터와 연결되며, 글로벌 리셋 신호에 응답하여 온 또는 오프되는 글로벌 리셋 트 랜지스터를 더 구비한다.

바람직하게, 글로벌 리셋 트랜지스터는 다른 일단이 높은 전원 전압과 연결되고, 다른 행에 배열되고 동일 열에 배열되어 있는 픽셀 회로들에서 공유된다.

바람직하게, 각각의 픽셀 회로는 상기 전송 게이트의 일단에 직렬 연결되며, 빛을 수광하여 광 전하를 축적시키는 포토 다이오드를 더 구비한다.

바람직하게, 각각의 픽셀 회로는 전송 트랜지스터의 다른 일단에 형성된 제1 플로팅 확산 노드, 및 리셋 트랜지스터의 다른 일단에 형성된 제2 플로팅 확산 노드를 더 구비한다.

바람직하게, 제1 플로팅 확산 노드는 일단 및 다른 일단이 각각 상기 전송 트랜지스터의 다른 일단 및 접지 전압과 연결되는 제1 커패시터로 이루어질 수 있다.

바람직하게, 제2 플로팅 확산 노드는 일단 및 다른 일단이 각각 상기 리셋 트랜지스터의 다른 일단 및 접지 전압과 연결되는 제2 커패시터로 이루어질 수 있다.

바람직하게, 제1 플로팅 확산 노드에 있어서, 상기 제1 커패시터의 일단에는 어떠한 메탈 컨택도 형성되지 않는다.

바람직하게, 픽셀 회로 어레이에 있어서, 상기 글로벌 리셋 제어 신호가 활성화 레벨에서 불활성화 레벨로 천이한 제1 시점 이후에, 상기 리셋 제어 신호가 제2 시점에서 활성화 레벨에서 불활성화 레벨로 천이한다.

바람직하게, 상기 전송 제어 신호는 제2 시점 이후의 제3 시점에서 제1 구간 동안 활성화 레벨로 인가된다.

바람직하게, 상기 리셋 제어 신호는 상기 제1 구간이 끝난 이후에 제2 구간 동안 활성화 레벨 인가된다.

바람직하게, 상기 전송 제어 신호는 상기 제2 시점 이후에 제3 구간 동안 활성화 레벨로 인가된다.

그리고, 상기 리셋 제어 신호는 상기 제3 구간과 동일한 기간동안 활성화 레벨 인가된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서 어레이는 n 개의 픽셀 회로들 및 1개의 글로벌 리셋 트랜지스터를 구비한다.

상기 n 개의 픽셀 회로들은 동일 열에 배열된다.

상기 각각의 픽셀 회로는 일단으로 포토 다이오드로부터 수광된 광전하를 받으며, 전송 제어 신호에 응답하여 상기 전송된 광전하를 다른 일단을 통하여 전송하는 전송 트랜지스터, 일단이 상기 전송 트랜지스터의 다른 일단과 직렬 연결되고, 리셋 제어 신호에 응답하여 동작하는 리셋 트랜지스터, 게이트로 전송된 상기 리셋 트랜지스터의 다른 일단에 전송된 신호에 따라 동작하는 소스 팔로워 트랜지스터, 및 상기 소스 팔로워와 직렬 연결되며, 선택 제어 신호에 응답하여 동작하는 선택 트랜지스터를 구비한다.

바람직하게, 각각의 픽셀 회로는 상기 전송 트랜지스터의 다른 일단에 형성된 제1 플로팅 확산 노드, 및 상기 리셋 트랜지스터의 다른 일단에 형성된 제2 플로팅 확산 노드를 더 구비할 수 있다.

상기 글로벌 리셋 트랜지스터는 일단이 상기 n 개의 픽셀 회로들 각각의 리셋 트랜지스터의 다른 일단과 연결되며, 글로벌 리셋 신호에 응답하여 동작한다.

바람직하게, 글로벌 리셋 트랜지스터는 다른 일단이 높은 전원 전압과 연결되어, 상기 제1 플로팅 확산 노드 또는 제2 플로팅 확산 노드를 리셋시킨다.

바람직하게, 제1 플로팅 확산 노드에는 어떠한 메탈 컨택도 형성되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 회로 어레이는 다수개의 픽셀 회로들이 하나의 글로벌 리셋 트랜지스터를 공유함으로써, 면적 증가나 필 펙터(fill factor)의 감소 없이 글로벌 셔터 동작을 구현할 수 있다.

필 펙터의 감소 없이 글로벌 셔터 동작을 구현할 수 있으므로, 출력되는 영상 신호의 감도(sensitivity)를 감소시키지 않고, 이미지 신호의 품질을 일정 수준 이상으로 보장하면서 글로벌 셔터 동작을 구현할 수 있다.

또한, 별도 구성의 추가 없이 누설 전류가 감소된 제1 플로팅 노드를 형성함으로써, 기계적 셔터 없이 글로벌 셔터를 구현할 수 있는 효과가 있다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 회로 어레이를 나타내는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 회로 어레이(100)는 다수개의 픽셀 회로들 및 공유되는 글로벌 리셋 트랜지스터(GRG)를 구비한다. 픽셀 회로들 각각은 모두 동일한 형태를 가진다. 따라서, 도 1에서는, 다수개의 픽셀 회로들 중 하나의 단위 픽셀 회로(110) 만을 도시하였다.

도 1을 참조하면, 픽셀 회로 어레이(100)는 하나의 글로벌 리셋 트랜지스터(130) 및 픽셀 회로(110)를 구비한다.

픽셀 회로들 각각은 전송 트랜지스터(101), 리셋 트랜지스터(103), 소스 팔로워 트랜지스터(105), 및 선택 트랜지스터(107)를 구비한다.

전송 트랜지스터(101)은 일단으로 포토 다이오드(D1)으로부터 수광된 광 전하를 인가받으며, 전송 제어 신호(TG)에 응답하여 전송 받은 신호를 다른 일단인 제2 노드(N2)로 전송한다.

리셋 트랜지스터(103)는 일단이 전송 트랜지스터(101)의 다른 일단과 직렬 연결되고, 리셋 제어 신호(RG)에 응답하여 온 또는 오프된다.

소스 팔로워 트랜지스터(105)는 게이트 단자가 제3 노드(N3)인 리셋 트랜지스터(103)의 다른 일단과 연결되어, 제3 노드(N3)에 전송된 신호에 응답하여 온 또는 오프된다.

선택 트랜지스터(107)는 일단을 통하여 소스 팔로워 트랜지스터(105)와 직렬 연결되고, 선택 제어 신호(SEL) 신호에 응답하여 온 또는 오프된다. 선택 트랜지스터(107)의 다른 일단으로 픽셀 회로(110)의 영상 신호(S_out)를 출력한다.

글로벌 리셋 트랜지스터(130)는 일단(제3 노드(N3)와 연결되는 단자)이 다수개의 픽셀 회로들(110 포함) 각각의 리셋 트랜지스터(예를 들어, 103)의 다른 일단들과 연결되며, 글로벌 리셋 신호(GRG)에 응답하여 온 또는 오프된다.

여기서, 글로벌 리셋 트랜지스터(130)의 다른 일단은 높은 전원 전압(Vdd)와 연결된다. 바람직하게, 글로벌 리셋 트랜지스터(130)는 다른 행에 배열되고 동일 열에 배열되어 있는 픽셀 회로들에서 공유되어 이용되게 된다.

픽셀 회로(110)는 전송 게이트(101)의 일단인 제1 노드(N1)에 직렬 연결되며, 빛을 수광하여 광 전하를 축적시키는 포토 다이오드(111)를 더 구비할 수 있다.

또한, 픽셀 회로(110)는 제1 플로팅 확산(FD: floating diffusion) 노드(114), 및 제2 플로팅 확산 노드(116)를 구비할 수 있다.

제1 플로팅 확산 노드(114)는 전송 트랜지스터(101)의 다른 일단에 형성된다. 제1 플로팅 확산 노드(114)는 포토 다이오드(111)에서 수집된 광전하를 전송받아 저장한다. 제2 플로팅 확산 노드(116)는 제1 플로팅 확산 노드(114)에 저장되어 있는 전하를 전송받아 저장한다.

여기서, 제1 플로팅 확산 노드(114) 및 제2 플로팅 확산 노드(116)는 각각 FD1 커패시터 및 FD2 커패시터(113, 115)로 이루어진다.

바람직하게, 제1 플로팅 확산 노드(114)에는 어떠한 메탈 컨택(metal contact)도 형성되지 않는다. 플로팅 확산 노드에 메탈 컨택이 형성될 경우, 누설 전류(leakage current)의 발생은 불가피하다.

기존 픽셀 회로에서, 글로벌 셔터 모드 동작이 가능하게 하기 위해서는, 다수개의 플로팅 확산 노드들을 만들고, 플로팅 확산 노드들 전체에 메탈 컨택을 형성하여만 했다. 따라서, 기존의 픽셀 회로는 누설 전류 발생으로 인하여, 고화질을 보장할 수 있는 글로벌 셔터 모드의 동작을 실현하는데 한계가 있었던 것이다.

본원에서는 픽셀 회로 어레이의 구조를 도 1의 100과 같이 형성함으로써, 제1 플로팅 확산 노드(114)에 어떠한 메탈 컨택도 형성시키지 않음으로써, 포토 다이오드(111)에서 수광된 광 전하를 저장하는데서 발생하는 누설 전류(leakage current)를 최소화 할 수 있다. 그에 따라서 일정 화질을 보장 할 수 있는 글로벌 셔터 동작을 가능하게 할 수 있는 것이다.

이하에서, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본원의 픽셀 회로 어레이(100)의 정상 동작 및 글로벌 셔터 동작을 설명하도록 한다.

도 2는 도 1의 픽셀 회로 어레이의 각 구성의 동작 타임을 나타내는 타이밍 다이어그램을 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 210 신호, 220 신호, 230 신호, 및 240 신호는 각각 선택 제어 신호(SEL), 글로벌 리셋 신호(GRG), 리셋 제어 신호(RG), 및 전송 제어 신호(TG)를 각각 나타낸다. 여기서, 전송 제어 신호(TG)는 250 신호와 같은 형태로 인가될 수 있다.

먼저, 정상 동작 모드를 설명한다.

촬영 모드로 진입하면, 가장 먼저 선택 제어 신호(SEL)가 t1 시점에서 불활성화 레벨(논리 로우)에서 활성화 레벨(논리 하이)로 천이(transition)한다. 선택 제어 신호(SEL)의 활성화 레벨은 t1 시점부터 t12 시점까지 유지된다. 그에 따라서, 선택 트랜지스터(107)는 턴 온 된 상태를 유지한다.

CDS(correlated double sampling) 동작을 수행하기 위하여, 영상 신호를 출력하기 이전에 먼저 리셋 신호를 출력하여야 한다. 일반적으로, CDS 동작을 위하여 이미지 신호는 영상 신호(VSIG)와 리셋 신호(VRES)의 차이로써 출력된다. CDS 동작은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.

따라서, 글로벌 리셋 신호(GRG) 및 리셋 제어 신호(RG)가 t2 시점까지 활성화 레벨(논리 하이)로 인가된다. 그에 따라서, 글로벌 리셋 트랜지스터(130) 및 리셋 트랜지스터(103)는 t2 시점까지 턴 온 되며, 높은 전원 전압(Vdd)가 제3 노드(N3) 및 리셋 트랜지스터(103)를 통하여 전송되고, 그에 따라서 제1 플로팅 확산 노드(114)가 리셋(reset)된다.

계속하여 리셋 제어신호(RG)가 t2 시점 이후에 불활성화 레벨(논리 로우)로 천이(transition)하고, 글로벌 리셋 신호(GRG)는 t3 시점까지 활성화 레벨을 유지한다. 그에 따라서, 글로벌 리셋 트랜지스터(130)는 턴 온 되고, 리셋 트랜지스터(130)는 턴 오프 되되므로, 제2 플로팅 확산 노드(116)는 높은 전원 전압(Vdd)에 의하여 리셋 된다.

리셋 동작이 완료된 t3 시점 이후에 광 전하의 전송이 이루어진다. 따라서, 전송 제어 신호(TG)가 활성화 레벨(논리 하이)로 되는 t4 시점부터 t5 시점까지 전송 게이트(TG)가 턴 온 되어, 포토 다이오드(111)에 수집된 광 전하가 제1 플로팅 확산 노드(114)에 저장된다.

광 전하가 제1 플로팅 확산 노드(114)에 저장되고 나면, 리셋 제어 신호(RG)가 t6부터 t7 시점까지 활성화 레벨(논리 하이)로 인가된다. 그에 따라서, 리셋 트랜지스터(103)가 t6부터 t7시점까지 턴 온되어, 제1 플로팅 확산 노드(114)에 저장된 광 전하들이 제2 플로팅 노드(116)로 전송되어 저장된다.

여기서, 전송 제어 신호(TG)는 250 신호와 같은 형태로 인가될 수 있다. 즉, 리셋 제어 신호(RG)가 활성화 레벨로 인가되는 구간동안에, 전송 제어 신호(TG)가 활성화 레벨로 인가되도록, t8 시점이 t6 시점과 동일하게 조절하고, t9시점이 t7 시점과 동일해지도록 조절하여 전송 제어 신호(TG)를 인가할 수 있다.

상술한 바와 같이, 리셋 트랜지스터(RG)는 제1 플로팅 확산 노드(114)를 리셋 시키는데 사용하고, 추가로 전하 전송을 위한 통로로써도 이용할 수 있다.

이하에서, 도 3 및 도 4를 참조하여, 글로벌 리셋 모드의 동작을 설명한다.

도 3은 도 1의 픽셀 회로 어레이를 좀 더 자세히 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하여, 도 1의 픽셀 회로 어레이(100)의 글로벌 셔터 동작을 설명하도록 한다.

도 4는 도 1의 픽셀 회로 어레이를 전체적으로 나타내는 도면이다.

전술한 바와 같이, 픽셀 회로 어레이(100 또는 300)는 다수개의 픽셀 회로 들(320, 350)을 구비할 수 있다. 또한, 픽셀 회로들(320, 350)은 동일 열에 배열되어있는 픽셀 회로들이 된다. 글로벌 리셋 트랜지스터(130)는 다수개의 픽셀 회로들(320, 350)에서 공유된다.

여기서, 픽셀 회로 어레이(100)에 m 개의 픽셀 회로들이 구비되도록 하여, m 개의 픽셀 회로들이 하나의 글로벌 리셋 트랜지스터를 공유하여 이용하도록 할 수 있다. 여기서 m 의 개수는 픽셀의 컨버젼 이득(conversion gain)의 목표치에 따라서 결정될 수 있다.

도 3의 제11 또는 제12 노드(N11, N12)에서 발생하는 전체 커패시터(total capacitor)가 Ctotal일 때, 컨버젼 이득(conversion gain)은 1/(Ctotal)로 표현된다. 또한, 컨버젼 이득의 정의는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다. 픽셀 회로 어레이가 설계될 때 있어서, 설계자는 목표 컨버젼 이득값을 설정하게 된다. 여기서, m 의 개수가 커질수록 컨버젼 이득 값은 작아지게 된다. 따라서, 목표 컨버젼 이득값을 만족할 수 있도록 m 의 값을 결정하는 것이다. 예를 들어, 원하는 컨버젼 이득(conversion gain)에 따라서 최대 허용할 수 있는 m 의 개수가 16개라면, m 은 최대 16이 되도록 결정할 수 있는 것이다.

도 4에서는 m 개의 픽셀 회로가 한 개의 글로벌 리셋 트랜지스터를 공유하는 경우를 예로 들어 설명한다.

도 4를 참조하면, 동일 열(coli: i th column)에 있는 다수개의 픽셀 회로들은 동일 데이터 버스(DATA BUS)를 통하여 최종 출력 신호들(S_outi, S_outj)을 출 력한다. 따라서, 동일 열에 구비된 픽셀 회로들은 동시에 출력 신호(S_out)를 출력할 수 없으며, 한 칼럼씩 순차적으로 출력 신호(S_out)를 출력하여야 한다.

도 4를 참조하면, 401 신호선 및 431 신호선은 글로벌 리셋 트랜지스터(130)에서 출력되는 신호(즉, 제1 노드(도 3의 N1에 전송된 신호)가 된다. 나머지 신호선들(402, 403, 404)은 전송 제어 신호, 선택 제어 신호, 리셋 제어 신호(TG, SEL, RG)가 될 수 있다.

m 개의 픽셀 회로들에서 글로벌 리셋 트랜지스터를 공유함으로, 동일 열에 있어서, 제1 행부터 제m 행(row1 - row m) 에 배열된 픽셀 회로들이 401 신호선을 공통적으로 이용하며, 제(m+1) 행부터 제(m+m)행에 배열된 픽셀 회로들이 431 신호선을 공통적으로 이용한다.

글로벌 셔터 모드에 있어서, 모든 픽셀 회로들에 있어서 전송 제어 신호(TG)는 동일 시점에서 턴 온 되고, 동일 시간동안 상기 턴 온 상태를 유지한다. 따라서, 모든 픽셀 회로들에 인가되는 각각의 전송 제어신호들은 모두 도 2의 240 신호(또는 250 신호)와 같은 형태를 갖는다.

그리고, 최초 행(row1)에 배열된 픽셀 회로의 전송 제어 신호 및 리셋 제어 신호(RG, TG)가 도 2의 230 신호 및 240 신호(또는 250 신호)와 같은 형태로 인가된다. 그에 따라서, 데이터 버스들(451, 452, 453, 454, 455)에서 제1행(row1)에 속해있는 픽셀 회로들에서 발생한 출력 신호(S_out)를 출력한다.

여기서, 하나의 행에 배열된 다수개의 픽셀 회로들 모두가 출력 신호(S_out)들을 출력하는데 걸리는 시간은 1 시간 주기가 된다. 1시간 주기는 LCD 장치의 사 양(하나의 행에 배열되는 픽셀들의 개수, 데이터 버스의 전송 속도 등)에 따라서 달라지는 값이 된다.

계속하여, 다음 행(row2)에 배열된 픽셀 회로의 전송 제어 신호 및 리셋 제어 신호(TG, RG)가 턴 온 되어 인가된다. 여기서, 리셋 제어 신호와 전송 제어 신호는 동일 시점, 동일 구간동안 턴 온 될 수 있다.

또한, 전송 제어 신호가 제1 구간동안 턴 온되고 나서, 리셋 제어 신호가 제2 구간동안 턴 온 될 수 도 있다(이는 도 2의 230, 240, 250 신호에서 설명한 바와 유사하다). 그에 따라서, 데이터 버스들(451, 452, 453, 454, 455)에서 제2행(row2)에 속해있는 픽셀 회로들에서 발생한 출력 신호(S_out)를 출력한다.

계속하여, 그 다음 행(row3)들에서 상기 동작들이 반복된다.

기존 픽셀 회로에 있어서, 글로벌 리셋 동작을 수행할 수 있도록 하기 위해서는 별도의 구성(트랜지스터, 커패시터 등의 논리 소자)을 추가하여야만 했다. 픽셀 회로는 4TR(four transistor) 구조로 4개의 트랜지스터들(전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 소스 팔로워 트랜지스터, 선택 트랜지스터)은 반드시 구비되어야만 한다. 여기서, 글로벌 리셋 동작을 구현하기 위하여, 기존 픽셀 회로들은 별도의 구성들을 기본 4TR 구조의 픽셀 회로에 추가하여 이용하였던 것이다.

그러나, 본원에서는 1개의 단위 픽셀 회로에 4개의 트랜지스터만을 구비한다. 외부적으로 구비되는 글로벌 리셋 트랜지스터는 m 개의 픽셀 회로들 단위로 1개씩만 구비되면 족하므로, 면적을 크게 증가시키지 않는다.

따라서, 필 펙터(FF: fill factor)를 감소시키지 않고, 글로벌 셔터로 동작 할 수 있는 픽셀 회로를 제공할 수 있다. 여기서, 필 펙터(FF)란 단위 픽셀 회로에서 포토 다이오드가 차지하는 면적 비율을 뜻한다. 포토 다이오드의 면적이 클수록 수집할 수 있는 광 전하의 양이 증가된다. 따라서, 일정 단위 픽셀 회로에 있어서, 포토 다이오드의 면적이 클수록 영상 신호의 감도가 증가될 수 있는 것이다. 이에 비하여, 기존 픽셀 회로들 글로벌 셔터 동작을 구현하기 위하여 별도의 구성을 추가하므로, 동일 면적의 픽셀 회로라고 할 때 포토 다이오드의 면적은 감소될 수밖에 없다.

본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 회로 어레이에서의 픽셀 회로는, 글로벌 셔터 동작이 가능하도록 하기 위한 별도의 구성 추가 없이트랜지스터의 개수를 4개로 유지시킴으로써, 필 펙터를 감소시키지 않을 수 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

다수개의 픽셀 회로들을 구비하는 픽셀 회로 어레이에 있어서,

상기 픽셀 회로들 각각는

일단으로 포토 다이오드로부터 수광된 광 전하를 받으며, 전송 제어 신호에 응답하여 상기 전송된 광 전하를 다른 일단을 통하여 전송하는 전송 트랜지스터;

일단이 상기 전송 트랜지스터의 다른 일단과 직렬 연결되고, 리셋 제어 신호에 응답하여 온 또는 오프되는 리셋 트랜지스터;

상기 리셋 트랜지스터의 다른 일단으로 출력되는 신호를 게이트를 통하여 전송받고, 그에 응답하여 온 또는 오프되는 소스 팔로워 트랜지스터; 및

상기 소스 팔로워 트랜지스터와 직렬 연결되며, 선택 제어 신호에 응답하여 온 또는 오프되는 선택 트랜지스터를 구비하며,

상기 픽셀 회로 어레이는

일단이 상기 다수개의 픽셀 회로들 각각의 리셋 트랜지스터 다른 일단들과 연결되며, 글로벌 리셋 신호에 응답하여 온 또는 오프되는 글로벌 리셋 트랜지스터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 픽셀 회로 어레이.
제1항에 있어서, 상기 글로벌 리셋 트랜지스터는

다른 일단이 높은 전원 전압과 연결되고, 동일 열에 배열되어 있는 픽셀 회로들에서 공유되는 것을 특징으로 하는 픽셀 회로 어레이.
제1항에 있어서, 상기 각각의 픽셀 회로는

상기 전송 게이트의 일단에 직렬 연결되며, 빛을 수광하여 광 전하를 축적시키는 포토 다이오드를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 픽셀 회로 어레이.
제2항에 있어서, 상기 각각의 픽셀 회로는

상기 전송 트랜지스터의 다른 일단에 형성된 제1 플로팅 확산 노드; 및

상기 리셋 트랜지스터의 다른 일단에 형성된 제2 플로팅 확산 노드를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 픽셀 회로 어레이.
제4항에 있어서, 상기 제1 플로팅 확산 노드는

일단 및 다른 일단이 각각 상기 전송 트랜지스터의 다른 일단 및 접지 전압과 연결되는 제1 커패시터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 픽셀 회로 어레이.
제5항에 있어서, 상기 제2 플로팅 확산 노드는

일단 및 다른 일단이 각각 상기 리셋 트랜지스터의 다른 일단 및 상기 접지 전압과 각각 연결되는 제2 커패시터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 픽셀 회로 어레이.
제6항에 있어서, 상기 제1 플로팅 확산 노드에 있어서,

상기 제1 커패시터의 일단에는 메탈 컨택이 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 픽셀 회로 어레이.
제4항에 있어서, 상기 픽셀 회로 어레이에 있어서,

상기 글로벌 리셋 제어 신호가 활성화 레벨에서 불활성화 레벨로 천이한 제1 시점 이후에, 상기 리셋 제어 신호가 제2 시점에서 활성화 레벨에서 불활성화 레벨로 천이하는 것을 특징으로 하는 픽셀 회로 어레이.
제8항에 있어서,

상기 전송 제어 신호는 제2 시점 이후의 제3 시점에서 제1 구간 동안 활성화 레벨로 인가되는 것을 특징으로 하는 픽셀 회로 어레이.
제9항에 있어서,

상기 리셋 제어 신호는 상기 제1 구간이 끝난 이후에 제2 구간 동안 활성화 레벨 인가되는 것을 특징으로 하는 픽셀 회로 어레이.
제8항에 있어서, 상기 픽셀 회로 어레이에 있어서,

상기 전송 제어 신호는 상기 제2 시점 이후에 제3 구간 동안 활성화 레벨로 인가되며,

상기 리셋 제어 신호는 상기 제3 구간과 동일한 기간동안 활성화 레벨 인가 되는 것을 특징으로 하는 픽셀 회로 어레이.
제4항에 있어서, 동일 열에 배열된 상기 다수개의 픽셀 회로들은 글로벌 셔터 모드 동안에,

각각의 전송 트랜지스터들은 제4 구간동안 동시에 턴 온 되며,

상기 제4 구간 이후에, 행의 순서대로 각각의 리셋 트랜지스터가 제1 시간 주기 간격으로 순차적으로 턴 온 되는 것을 특징으로 하는 픽셀 회로 어레이.
제4항에 있어서,

상기 제1 플로팅 확산 노드는

상기 글로벌 리셋 트랜지스터 및 상기 리셋 트랜지스터가 모두 턴 온 되어 리셋 되며,

상기 제2 플로팅 확산 노드는

상기 글로벌 리셋 트랜지스터는 턴 온 되어 리셋 되는 것을 특징으로 하는 픽셀 회로 어레이.
제1항에 있어서, 상기 각각의 픽셀 회로에 있어서,

상기 리셋 트랜지스터, 상기 전송 트랜지스터, 상기 소스 팔로워 트랜지스터, 및 상기 선택 트랜지스터는 모두 N 형 모스 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 픽셀 회로 어레이.
n 개의 픽셀 회로들 및 1개의 글로벌 리셋 트랜지스터를 구비하는 이미지 센서의 픽셀 회로 어레이에 있어서,

상기 n 개의 픽셀 회로들은 동일 열에 배열되며,

상기 각각의 픽셀 회로는

일단으로 포토 다이오드로부터 수광된 광전하를 받으며, 전송 제어 신호에 응답하여 상기 전송된 광전하를 다른 일단을 통하여 전송하는 전송 트랜지스터;

일단이 상기 전송 트랜지스터의 다른 일단과 직렬 연결되고, 리셋 제어 신호에 응답하여 동작하는 리셋 트랜지스터;

상기 리셋 트랜지스터의 다른 일단에서 출력된 신호를 게이트로 인가받고, 그에 응답하여 온 또는 오프되는 소스 팔로워 트랜지스터; 및

상기 소스 팔로워와 직렬 연결되며, 선택 제어 신호에 응답하여 동작하는 선택 트랜지스터를 구비하며,

상기 글로벌 리셋 트랜지스터는

일단이 상기 n 개의 픽셀 회로들 각각의 리셋 트랜지스터의 다른 일단들과 연결되며, 글로벌 리셋 신호에 응답하여 동작하는 것을 특징으로 하는 픽셀 회로 어레이.
제15항에 있어서, 상기 각각의 픽셀 회로는

상기 전송 트랜지스터의 다른 일단에 형성된 제1 플로팅 확산 노드; 및

상기 리셋 트랜지스터의 다른 일단에 형성된 제2 플로팅 확산 노드를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 픽셀 회로 어레이.
제16항에 있어서, 상기 글로벌 리셋 트랜지스터는

다른 일단이 높은 전원 전압과 연결되어, 상기 제1 플로팅 확산 노드 또는 제2 플로팅 확산 노드를 리셋 시키는 것을 특징으로 하는 픽셀 회로 어레이.
제17항에 있어서, 상기 제1 플로팅 확산 노드에는 메탈 컨택이 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 픽셀 회로 어레이.