KR20190114944A - 이미지 센싱 장치 - Google Patents

Abstract

본 기술의 일 실시 예에 따른 이미지 센싱 장치는 그라운드와 제 1 노드 사이에 연결된 포토 다이오드, 전원전압 공급라인과 제 2 노드 사이에 연결되며, 리셋 모드시 게이트에 인가되는 리셋신호에 따라 상기 제 2 노드를 상기 전원전압으로 리셋시키는 리셋 트랜지스터, 상기 제 2 노드와 플로팅 디퓨전 영역 사이에 연결되며, 게이트에 인가되는 전달제어신호에 따라 턴온 또는 턴오프되는 전달 트랜지스터 및 상기 제 1 노드와 상기 제 2 노드 사이에 연결되며, 게이트가 전원전압 공급라인과 연결되는 아이솔레이션 트랜지스터를 포함하며, 상기 전달 트랜지스터는 상기 리셋 구간에서 상기 플로팅 디퓨전을 리셋시키고 노출 구간에서 상기 제 2 노드의 전하를 상기 플로팅 디퓨전으로 전달하며, 상기 아이솔레이션 트랜지스터는 상기 노출 구간 시작 후 일정 시간이 경과한 후에 상기 제 1 노드와 상기 제 2 노드가 같은 전압 레벨이 되도록 해줄 수 있다.

Description

이미지 센싱 장치{IMAGE SENSING APPARATUS}

본 발명은 이미지 센싱 장치에 관한 것이다.

이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로보트 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.

또한 이미지 센서는 지문을 인식하는 용도로도 사용되고 있다.

본 발명은 광원으로부터의 빛이 피사체의 표면에 균일하게 조사되지 못하여 피사체로부터 반사되는 광량이 피사체 내의 위치에 따라 달라지더라도 피사체를 보다 정확하게 센싱할 수 있는 이미지 센싱 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센싱 장치는 그라운드와 제 1 노드 사이에 연결된 포토 다이오드, 전원전압 공급라인과 제 2 노드 사이에 연결되며, 리셋 모드시 게이트에 인가되는 리셋신호에 따라 상기 제 2 노드를 상기 전원전압으로 리셋시키는 리셋 트랜지스터, 상기 제 2 노드와 플로팅 디퓨전 영역 사이에 연결되며, 게이트에 인가되는 전달제어신호에 따라 턴온 또는 턴오프되는 전달 트랜지스터 및 상기 제 1 노드와 상기 제 2 노드 사이에 연결되며, 게이트가 전원전압 공급라인과 연결되는 아이솔레이션 트랜지스터를 포함하며, 상기 전달 트랜지스터는 상기 리셋 구간에서 상기 플로팅 디퓨전을 리셋시키고 노출 구간에서 상기 제 2 노드의 전하를 상기 플로팅 디퓨전으로 전달하며, 상기 아이솔레이션 트랜지스터는 상기 노출 구간 시작 후 일정 시간이 경과한 후에 상기 제 1 노드와 상기 제 2 노드가 같은 전압 레벨이 되도록 해줄 수 있다.

본 발명은 광원으로부터의 빛이 피사체의 표면에 균일하게 조사되지 못하여 피사체로부터 반사되는 광량이 피사체 내의 위치에 따라 달라지더라도 피사체를 보다 정확하게 센싱할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치에 구성을 간략하게 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 이미지 센싱 장치가 디스플레이 장치에 적용된 경우에 있어서, 이미지 센서의 설치 위치를 예시적으로 보여주는 도면.
도 3은 고노출 프레임과 저노출 프레임에서 광원으로부터의 거리에 따른 광량(픽셀값)의 모습을 예시적으로 보여주는 도면.
도 4는 프레임 보정을 위한 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 1의 이미지 센서의 일 실시예에 따른 픽셀의 구조를 나타내는 회로도.
도 6은 도 5의 구동 신호들에 대한 타이밍도를 예시적으로 보여주는 도면.
도 7은 도 5의 구동 신호들에 대한 타이밍도를 예시적으로 보여주는 도면.
도 8은 도 5의 구동 신호들에 대한 타이밍도를 예시적으로 보여주는 도면.
도 9는 도 5의 구동 신호들에 대한 타이밍도를 예시적으로 보여주는 도면.
도 10은 도 1의 이미지 센서의 다른 실시예에 따른 픽셀의 구조를 나타내는 회로도.
도 11은 도 10의 아이솔레이션 트랜지스터의 동작을 설명하기 위한 타이밍도.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 포토 다이오드의 구조 및 동작을 나타내는 도면.
도 13은 도 12의 포토 다이오드의 구조에서 축적 시간과 출력 전압의 관계를 나타내는 그래프.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 메탈 월 및 메탈 쉴딩 구조를 보여주는 도면.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센싱 장치에 구성을 간략하게 나타낸 구성도.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치에 구성을 간략하게 나타낸 구성도이다.

도 1의 이미지 센싱 장치는 이미지 센서(100) 및 광편차 보상부(200)를 포함할 수 있다.

이미지 센서(100)는 피사체로부터 반사된 광학 영상의 강약을 감지하고, 이를 디지털 영상 데이터로 변환한 이미지 프레임을 생성 및 출력한다. 특히, 본 실시예의 이미지 센서(100)는 피사체(예컨대, 손가락 지문)에 빛을 조사하는 광원(예컨대, 적외선 LED 광원)의 위치에 의한 그라데이션효과를 제거하기 위해, 동일한 피사체에 대해 노출 시간(integration time)을 달리하여 촬영함으로써 고노출(Long Integration)의 원시 입력 신호{고노출 프레임(FRAME_L)}와 저노출(Short Integration)의 원시 입력 신호{저노출 프레임(FRAME_S)}를 생성하여 출력한다. 예컨대, 이미지 센서(100)는 광원이 피사체를 조사하는 동안에, 먼저 노출 시간을 길게 하여 피사체를 촬영함으로써 고노출 프레임(FRAME_L)을 생성하고, 이어서 노출 시간을 짧게 하여 피사체를 다시 촬영함으로써 저노출 프레임(FRAME_S)을 생성한다. 이러한 이미지 센서(100)는 픽셀 어레이 상에 컬러 필터가 형성되지 않은 지문 센싱용 흑백 이미지 센서일 수 있다. 또한, 본 실시예의 이미지 센서(100)는 특정 기기(예컨대, 스마트폰)의 디스플레이용 패널(예컨대, 휴대폰의 OLED 패널)과 중첩되게 해당 디스플레이용 패널의 하측에 설치될 수 있다.

광편차 보상부(200)는 이미지 센서(100)에서 출력되는 고노출 프레임(FRAME_L) 및 저노출 프레임(FRAME_S)을 보정 및 결합하여 최종 이미지 프레임(FRAME_COM)을 생성한다. 예컨대, 광편차 보상부(200)는 고노출 프레임(FRAME_L)과 저노출 프레임(FRAME_S) 각각에서 픽셀값(광량)이 최고값 또는 최저값으로 포화(saturation)된 영역의 값이 제거되도록 고노출 프레임(FRAME_L) 및 저노출 프레임(FRAME_S)을 보정하고, 보정된 고노출 프레임과 저노출 프레임을 결합하여 광편차가 보상된 하나의 이미지 프레임(FRAME_COM)을 생성한다.

도 2는 본 발명의 이미지 센싱 장치가 디스플레이 장치에 적용된 경우에 있어서, 이미지 센서의 설치 위치를 예시적으로 보여주는 도면이다. 여기에서, (a)는 디스플레이 장치의 단면 모습을 보여주는 도면이며, (b)는 디스플레이 장치의 평면 모습을 보여주는 도면이다. 또한, 도 3은 고노출 프레임과 저노출 프레임에서 광원으로부터의 거리에 따른 광량(픽셀값)의 모습을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치에서 광편차를 보상하는 방법을 보다 구체적으로 설명한다.

도 2의 디스플레이 장치는 예컨대 스마트폰일 수 있다. 디스플레이 장치는 본체(10), 디스플레이 패널(20), 유리 기판(30) 및 이미지 센서(100)를 포함할 수 있다.

본체(10)는 디스플레이 장치를 지지하는 구조체이다. 디스플레이 패널(20)은 디스플레이 장치의 구동에 따라 생성된 이미지 영상을 표시해주며, 미세한 구멍이 형성되어 있다. 이러한 디스플레이 패널(20)은 OLED 패널을 포함할 수 있다. 유리기판(30)은 디스플레이 패널(20)의 상측에 위치하여 디스플레이 패널(20)을 보호한다.

이미지 센서(100)는 지문(Fingerprint)을 센싱하기 위한 용도로 사용되며, 디스플레이 패널(20)의 일부 영역과 중첩되게 디스플레이 패널(20)의 하측에 배치된다. 이미지 센서(100)는 광원(미도시)으로부터 조사된 후 지문에서 반사된 빛을 고노출 및 저노출로 감지하고, 그 각각을 디지털 영상 데이터로 변환한 고노출 프레임 및 저노출 프레임을 생성하여 출력한다.

일반적으로, 지문 인식을 위한 센싱 장치의 경우, 광원이 이미지 센서의 후측에 위치함으로써 광원으로부터의 빛이 지문에 고르게 조사되도록 한다.

그런데 본 실시예에서와 같이, 이미지 센서(100)를 디스플레이 패널(20)과 중첩되게 디스플레이 패널(20)의 후측에 배치시키는 경우에는, 디스플레이 패널(20) 때문에 종래와 같이 지문 인식을 위한 광원을 이미지 센서(100)의 후측에 배치시키는 것이 곤란하다. 따라서, 지문 인식을 위한 광원은 예컨대 디스플레이 패널(20)의 바깥쪽에 배치될 수 있다.

이러한 경우, 피사체(지문)는 디스플레이 패널(20)의 상측에서 이미지 센서(100)가 설치된 곳에 위치하는데, 광원은 디스플레이 패널(20)의 바깥쪽에 위치하므로, 광원으로부터 빛은 지문에 비스듬하게 조사된다. 이로 인해, 지문에서 광원과 가까운 영역에는 많은 빛이 조사되는 반면에 그 반대편 영역에는 빛이 적게 조사되며 그러한 빛의 편차로 인해 그림자까지 발생할 수 있다.

이러한 빛의 편차가 크게 되면, 빛이 너무 많은 조사되는 영역과 빛이 너무 적게 조사되는 영역의 이미지를 제대로 센싱할 수 없게 된다. 따라서, 본 실시예에서는 동일한 피사체를 고노출 및 저노출로 2번 촬영한 후, 빛이 너무 많이 조사되는 영역에 대해서는 저노출의 영상을 이용하여 이미지를 센싱하고 빛이 너무 적게 조사되는 영역에 대해서는 고노출의 영상을 이용하여 이미지를 센싱하는 방법을 사용한다.

이를 위해, 이미지 센서(100)는 센싱 명령이 인가되면, 동일한 피사체(지문)에 대해 노출 시간(integration time)을 달리하여 촬영함으로써 고노출(Long Integration)의 원시 입력 신호인 고노출 프레임(FRAME_L)과 저노출(Short Integration)의 원시 입력 신호인 저노출 프레임(FRAME_S)을 생성한다. 즉, 이미지 센서(100)는 동일한 피사체를 고노출 및 저노출로 연속적으로 2번 촬영한다.

이러한 경우, 고노출시에는 이미지 센서(100)에 유입되는 빛의 양이 전체적으로 더 많아지면서 광원으로부터 가까운 영역은 너무 많이 빛이 유입된다. 반면에, 저노출시에는 이미지 센서(100)에 유입되는 빛의 양이 전체적으로 더 적어지면서 광원으로부터 멀리 있는 영역은 너무 적은 빛이 유입된다.

이에 따라, 도 3에서와 같이, 고노출 프레임에서 광원으로부터 가까운 영역에 대응되는 픽셀들은 광량이 너무 많아 픽셀값들이 기 설정된 최고값으로 포화(saturation)된다. 또한, 저노출 프레임에서는 광원으로부터 멀리 있는 영역에 대응되는 픽셀들은 광량이 너무 적어 픽셀값들이 최저값으로 포화된다.

이러한 포화 영역을 제거하기 위해, 광편차 보상부(200)는 고노출 프레임(FRAME_L) 및 저노출 프레임(FRAME_S)의 각 픽셀값들을 보정한다. 이를 위해, 광편차 보상부(200)는 고노출 프레임(FRAME_L) 및 저노출 프레임(FRAME_S)의 각 픽셀값을 해당 픽셀값에서 해당 픽셀을 포함하는 일정 범위 내에 있는 픽셀들의 평균값(평균 픽셀값)을 뺀 값으로 보정한다.

예컨대, 고노출 프레임(FRAME_L)에서 (i,j)번째 픽셀에 대한 보정된 픽셀값{(Long_AC)i,j}은, 아래의 수학식 1과 같이, 해당 픽셀(i,j)의 픽셀값{(Long)i,j}에서 해당 픽셀(i,j)을 중심으로 하는 n×n (n은 자연수) 픽셀들의 평균값{Average(Long)i,j}을 뺀 값이 될 수 있다. 이때, n은 도 4의 (a)에서와 같이 “5”가 될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

광편차 보상부(200)는 이러한 방법으로 고노출 프레임(FRAME_L)의 전체 픽셀값들을 보정한다. 이때, 보정 대상 픽셀이 픽셀 어레이에서 외곽에 있는 픽셀인 경우, 예컨대 도 4의 (b)에서와 같이, 최외곽에 있는 픽셀인 경우에는, 유효 픽셀들이 존재하는 방향으로만 해당 범위만큼의 픽셀들의 평균을 계산할 수 있다. 즉, 도 4의 (b)에서, 최외곽 픽셀(i,j)을 보정하기 위한 평균값{Average(Long)i,j}은 3×5 픽셀들의 평균값이 될 수 있다.

이러한 경우, 고노출 프레임(FRAME_L)에서 최고값으로 포화(saturation)된 픽셀들만이 모여있는 영역의 픽셀값들은“0”으로 보정된다. 예컨대, (i,j)번째 픽셀이 포화된 상태이며 그 주변의 5×5 픽셀들도 모두 포화된 경우, (i,j)번째 픽셀의 값{(Long)i,j}과 그 주변의 5×5 픽셀들의 평균값{Average(Long)i,j}이 동일하므로, 보정된 픽셀값{(Long_AC)i,j}은“0”이 된다.

포화된 픽셀들이 많이 포함된 영역의 경우에는, 해당 영역에 있는 각 픽셀들은 매우 작은 값으로 보정된다.

광편차 보상부(200)은 저노출 프레임(FRAME_S)에 대해서도 각 픽셀들에 대해 같은 방법으로 보정을 수행한다. 즉, 저노출 프레임(FRAME_S)에서 (i,j)번째 픽셀에 대한 보정된 픽셀값{(Short_AC)i,j}은, 아래의 수학식 2와 같이, 해당 픽셀(i,j)의 픽셀값{(Short)i,j}에서 해당 픽셀(i,j)을 중심으로 하는 5×5 픽셀들의 평균값{Average(Short)i,j}을 뺀 값이 될 수 있다.

이를 통해, 저노출 프레임(FRAME_S)의 경우에는, 최저값으로 포화(saturation)된 픽셀들이 모여있는 영역의 픽셀값들이“0”으로 보정된다.

그런데, 도 3에서와 같이, 고노출 프레임(FRAME_L)에서“0”으로 보정되는 영역은 저노출 프레임(FRAME_S)에서는 값을 가지며, 저노출 프레임(FRAME_S)에서 “0”으로 보정되는 영역은 고노출 프레임(FRAME_L)에서는 값을 갖는다.

따라서, 광편차 보상부(200)은 보정된 고노출 프레임과 저노출 프레임을 결합하여 하나의 이미지 프레임(FRAME_COM)을 생성한다. 이때, 광편차 보상부(200)은 보정된 고노출 프레임과 저노출 프레임을 결합한 후 일정 크기의 오프셋(offset) 값을 더해줄 수도 있다.

즉, 최종적으로 결합된 출력값{(Combined output)i,j}은 수학식 3과 같이 될 수 있다.

고노출 프레임과 저노출 프레임을 결합하는 방법으로는 고노출 이미지 프레임과 저노출 이미지 프레임을 결합하여 HDR(High Dynamic Range) 이미지를 생성하는 방법과 같은 방법이 사용될 수 있다.

상술한 실시예에서는, 보정 방법으로서, 보정 대상 픽셀의 값에서 해당 픽셀을 중심으로 일정 범위 내에 있는 픽셀들의 평균값을 빼는 방법이 사용되었으나 다른 방법이 사용될 수도 있다. 예컨대, (i,j)번째 픽셀에 대한 보정된 픽셀값{(Long_AC)i,j 또는 (Short_AC)i,j}은, 아래의 수학식 4와 같이, 보정 대상 픽셀(i,j)의 값{(Long)i,j 또는 (Short)i,j}에서 해당 픽셀을 중심으로 일정 범위 내에 있는 픽셀들의 값들 중 가장 작은 값{Min(Long)i,j 또는 Min(Short)i,j}을 뺀 값이 될 수 있다.

즉, 일정 영역에 있는 픽셀들이 모두 포화된 경우, 해당 영역에 있는 픽셀들의 값이 동일하므로 최소값을 빼도 보정된 픽셀값{(Long_AC)i,j 또는 (Short_AC)i,j}은“0”이 된다. 그러나, 최소값을 빼는 경우에는 평균값을 빼는 경우와 비교하여, 보정값이“0”이 되지 않는 영역에 대해 보다 큰 값을 얻을 수 있어 지문의 융선(ridge)과 골(valley)의 값을 최대로 활용할 수 있는 잇점이 있다.

최소값을 이용한 보정의 경우에도, 보정된 고노출 프레임과 저노출 프레임을 결합하여 하나의 이미지 프레임을 생성하는 방법은 상술한 평균값을 이용하는 경우와 동일하게 수행될 수 있다.

상술한 실시예에서의 평균값 또는 최소값을 이용한 광편차 보상 방법은 하나의 고노출 프레임과 하나의 저노출 프레임을 보정 및 결합하여 하나의 최종 이미지 프레임을 생성하는 경우를 설명하였으나, 복수개의 고노출 프레임들과 복수개의 저노출 프레임들을 이용하여 하나의 최종 이미지 프레임을 생성할 수도 있다.

사람에 따라 지문의 상태가 서로 다를 수 있는데, 지문이 많이 닳아 지문의 상태가 좋지 않은 사람들도 있다. 이러한 경우, 동일한 지문에 대해 연속적으로 촬영한 후 그 값들을 합산함으로써 지문의 융선과 골의 광량차를 보다 크게 하여 보다 정확한 센싱을 도모할 수 있다.

예컨대, 상술한 하나의 고노출 프레임과 하나의 저노출 프레임을 이용하여 하나의 이미지 프레임을 형성하는 방법을 복수회 반복 수행한 후 그 결과를 합산하여 하나의 최종 이미지 프레임을 생성할 수 있다. 이러한 경우, 이미지 센서(100)는 하나의 고노출 프레임과 하나의 저노출 프레임을 한 쌍으로 하는 프레임 쌍을 연속적으로 복수개 생성하여 출력할 수 있다. 광편차 보상부(200)는 각 프레임 쌍별로 고노출 프레임과 저노출 프레임을 상술한 방법에 따라 보정 및 결합한 후, 결합된 복수개의 이미지 프레임들을 합산하여 하나의 최종 이미지 프레임을 생성할 수 있다.

또는, 복수개의 고노출 프레임들 및 저노출 프레임들을 생성 및 보정한 후 이들을 함께 결합할 수 있다. 이러한 경우, 이미지 센서(100)는 복수개의 고노출 프레임들 및 저노출 프레임들을 연속적으로 생성한다. 광편차 보상부(200)는 복수개의 고노출 프레임들과 저노출 프레임들 각각을 상술한 평균값 또는 최소값을 이용한 보정 방법에 따라 보정한 후, 픽셀값들이 보정된 복수개의 고노출 프레임들 및 저노출 프레임들을 합산하여 하나의 최종 이미지 프레임을 생성할 수 있다.

도 5는 도 1의 이미지 센서의 일 실시예에 따른 픽셀의 구조를 나타내는 회로도이다.

도 5를 참조하면, 이미지 센서(100)는 포토 다이오드(PD), 리셋 트랜지스터(P1), 전달 트랜지스터(P2), 플로팅 확산 영역(FD), 선택 트랜지스터(P3), 변환 트랜지스터(N1) 및 전류원(Is)을 포함할 수 있다.

포토 다이오드(PD)는 그라운드와 노드 ND1의 사이에 연결되고, 리셋 트랜지스터(P1)는 전원전압 공급라인(VDD)과 노드 ND1의 사이에 연결되고, 전달 트랜지스터(P2)는 노드 ND1와 노드 ND2의 사이에 연결되고, 플로팅 확산 영역(FD)은 노드 ND2와 그라운드 사이에 연결된다. 선택 트랜지스터(P3), 변환 트랜지스터(N1) 및 전류원(Is)는 전원전압 공급라인(VDD)와 그라운드의 사이에 직렬로 연결되고, 변환 트랜지스터(N1)의 게이트는 노드 ND2에 연결된다. 변환 트랜지스터(N1)와 전류원(Is)이 연결되는 노드 ND3의 전압이 출력 전압 Vout이 된다.

포토 다이오드(PD)는 광 신호를 전기 신호로 변환함으로써 영상 신호를 검출한다. 포토 다이오드(PD)는 광전 변환 소자의 예시이며, 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate) 및 핀드 포토다이오드(pinned photo diode(PPD) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

플로팅 확산 영역(FD)은 포토 다이오드(PD)에서 발생한 전하를 축적한다. 플로팅 확산 영역(FD)는 도 5에 도시된 바와 같이, 정션(junction) 캐패시터(Cj)와 추가 캐패시터(Cm)를 포함할 수 있다. 정션 캐패시터(Cj)는 PN 정션 구조를 갖는 캐패시터를 나타낸다. 추가 캐패시터(Cm)는 정션 캐패시터(Cj) 외에 추가적으로 연결하는 캐패시터로서, 예를 들어 MIM(Metal-Insulator-Metal) 또는 MOS 캐패시터일 수 있다.

글로벌 셔터 방식의 경우, 나중에 리드아웃되는 로우, 예를 들어 아래쪽 로우에 해당하는 픽셀일수록 플로팅 확산 영역(FD)에 오랫동안 전하를 저장해야 하기 때문에, 전하 누설이 발생할 가능성이 커진다. 이에 따라, 아래쪽 로우에 해당하는 픽셀의 출력 전압이 떨어져 이미지에 그라데이션이 발생하거나 FPN(Fixed Pattern Noise)이 발생할 수 있다. MIM 캐패시터는 전하 누설이 적기 때문에 그라데이션 또는 FPN을 감소시킬 수 있다. 또한, MIM 캐패시터는 전하 누설이 적기 때문에 프레임 버퍼로서 이용될 수 있다.

리셋 트랜지스터(P1)는 리셋 신호(RX/)에 기초하여 포토 다이오드(PD)의 전압, 즉 노드 ND1의 전압을 초기화하며, 후술하는 전달 트랜지스터(P2)와 함께 플로팅 확산 영역(FD)의 전압, 즉 노드 ND2의 전압을 초기화한다. 본 실시예에서 리셋 트랜지스터(P1)는 PMOS 트랜지스터일 수 있으며, 리셋 신호(RX/)가 로우 레벨일 때 턴온되어 포토 다이오드(PD)의 전압을 전원전압 VDD으로 리셋할 수 있다. 이에 따라, 리셋 트랜지스터(P1)의 게이트-소스 간 전압 강하가 발생하지 않기 때문에, 노드 ND1을 전원전압 VDD로 리셋할 수 있어 FPN을 감소시킬 수 있다.

전달 트랜지스터(P2)는 전달제어신호(TX/)에 기초하여 포토 다이오드(PD)와 플로팅 확산 영역(FD)을 연결한다. 이에 따라, 리셋 동작 시에는 노드 ND2의 전압이, 전원전압 VDD로 리셋된 노드 ND1의 전압과 동일해진다. 또한, 포토 다이오드(PD)에서 전하 축적이 진행되는 동안 또는 전하 축적이 종료한 후에는, 포토 다이오드(PD)와 플로팅 확산 영역(FD) 간에 전하 셰어링(sharing)이 발생한다. 본 실시예에서 전달 트랜지스터(P2)는 PMOS 트랜지스터일 수 있으며, 전달제어신호(TX/)가 로우 레벨일 때 턴온되어 포토 다이오드(PD)에 축적된 전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전달할 수 있다. 본 실시예에서는 전달 트랜지스터(P2)의 게이트-소스 간 전압 강하가 발생하지 않기 때문에, 노드 ND1의 전압을 노드 ND2의 전압과 동일하게 할 수 있어, FPN을 감소시킬 수 있다.

선택 트랜지스터(P3)는 선택제어신호(LS/)에 기초하여 변환 트랜지스터(N1)를 구동한다. 본 실시예에서 선택 트랜지스터(P3)는 PMOS 트랜지스터일 수 있으며, 리셋 트랜지스터(P1), 전달 트랜지스터(P2)와 마찬가지로 FPN을 감소시킬 수 있다.

변환 트랜지스터(N1)는 노드 ND2의 전하량에 따라 노드 ND3에서 출력 전압 Vout을 생성한다. 출력 전압 Vout은 CDS(Correlated Double Sampling) 유닛에서 영상 신호로서 출력될 수 있다.

도 6은 도 5의 구동 신호들에 대한 타이밍도를 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 6에서 구동신호들(RX/, TX/, LS/)의 오른쪽 괄호 안의 값은 구동신호들(RX/, TX/, LS/)이 인가되는 픽셀의 로우를 나타낸다. 예를 들어, RX/(n)은 n번째 로우에 해당하는 픽셀에 인가되는 리셋 신호(RX/)를 나타내고, RX/(n+1)은 n+1번째 로우에 해당하는 픽셀에 인가되는 리셋 신호(RX/)를 나타낸다. 또한, 본 실시예에 따른 리셋 신호(RX/), 전달제어신호(TX/), 선택 신호(LS/)는 로우 레벨일 때 인에이블되는 로우 인에이블 신호인 것으로 가정한다.

먼저 n번째 로우에 해당하는 픽셀에 인가되는 구동신호들에 대해 설명한다.

도 5 및 도 6을 참조하면, T0 ~ T1 동안 n번째 로우의 리셋 신호{RX/(n)} 및 n번째 로우의 전달제어신호{TX/(n)}가 로우 레벨이 된다. 이에 따라, 리셋 트랜지스터(P1) 및 전달 트랜지스터(P2)가 턴온되어, 노드 ND1 및 노드 ND2의 전압이 전원전압(VDD)으로 리셋된다.

T2 ~ T3에서 n번째 로우의 리셋 신호{RX/(n)} 및 n번째 로우의 전달제어신호{TX/(n)}가 다시 로우 레벨이 된다. T1 이후, 포토 다이오드(PD)에서 전하의 축적이 발생하는 T3까지 시간 간격이 있기 때문에, 노드 ND1 또는 노드 ND2의 전압에 변동이 발생할 수 있다. 노출 시간 T3 이전에 리셋 동작을 한번 더 수행함으로써 노드 ND1 및 노드 ND2의 전압이 전원전압 VDD가 되도록 보장할 수 있다.

T3 ~ T5는 포토 다이오드(PD)의 노출 시간(노출 구간)(integration time)이다. 이에 따라, 포토 다이오드(PD)에서 광전 변환에 따른 전하가 발생하여 포토 다이오드(PD) 내부에 축적된다.

본 실시예에서 이미지 센서(100)는 T3 또는 T3와 T2를 조절하여 노출 시간을 제어함으로써 고노출 프레임과 저노출 프레임을 획득할 수 있다.

T5에서 포토 다이오드(PD)의 노출이 종료되고, T4 ~ T5 동안 전달제어신호{TX/(n)}가 로우 레벨이 된다. 이에 따라, 전달 트랜지스터(P2)가 턴온되어, 포토 다이오드(PD)에 축적된 전하가 플로팅 확산 영역(FD)와 셰어링된다.

T5에서 전달제어신호(TX/(n))가 하이 레벨로 천이하여 전하 셰어링이 종료된다.

T6에서 선택 신호{LS/(n)}가 로우 레벨이 되고, 이에 따라, 선택 트랜지스터(P3) 및 변환 트랜지스터(N1)가 구동되어 출력 전압 Vout이 출력된다. 이때의 출력 전압 Vout을 신호 전압 Vsig 이라고 표시한다.

T7에서 CDS에 의해 출력 전압 Vout이 리드아웃되며, 이때 리드아웃된 출력 전압 Vout을 신호 전압 Vsig(n)이라고 표시한다.

T8 ~ T9 동안 리셋 신호{RX/(n)} 및 전달제어신호{TX/(n)}가 로우 레벨이 되어 노드 ND1 및 노드 ND2의 전압을 전원전압 VDD으로 리셋한다.

T9에서 리셋 신호(RX/(n)) 및 전달제어신호{TX/(n)}를 하이 레벨로 천이시켜 리셋 트랜지스터(P1) 및 전달 트랜지스터(P2)을 턴 오프한다.

T10에서 CDS에 의해 출력 전압 Vout이 리드아웃되며, 이때 리드아웃된 출력 전압 Vout을 기준 전압 Vref(n)이라고 표시한다.

*도시하지는 않았지만, CDS는 신호 전압 Vsig(n) 및 기준 전압 Vref(n)의 차이에 기초하여 n번째 로우에 대한 영상 신호를 생성한다.

다음으로 n+1번째 로우에 해당하는 픽셀에 인가되는 구동신호들에 대해 설명한다.

T0 ~ T5 동안 인가되는 n+1번째 로우에 해당하는 픽셀에 인가되는 구동신호들의 타이밍도는, n번째 로우에 해당하는 픽셀에 인가되는 구동신호들의 타이밍도와 동일하다.

도 5 및 도 6을 참조하면, T0 ~ T1 및 T2 ~ T3 동안 n+1번째 로우의 리셋 신호{RX/(n+1)} 및 n+1번째 로우의 전달제어신호{TX/(n+1)}가 로우 레벨이 되어 리셋 동작이 수행되고, T4 ~ T5 동안 전달제어신호{TX/(n+1)}가 로우 레벨이 되어 전하 셰어링 동작이 수행된다.

T6 ~ T11 동안 n번째 로우에 대한 리드 동작이 종료한 후에, T12에서 선택 신호{LS/(n+1)}가 로우 레벨이 되고, 이에 따라, n+1번째 로우에 해당하는 픽셀의 선택 트랜지스터(P3) 및 변환 트랜지스터(N1)가 구동되어 출력 전압 Vout이 출력된다.

T13에서 CDS에 의해 n+1번째 로우에 해당하는 픽셀의 출력 전압 Vout이 리드아웃되며, 이때의 출력 전압 Vout을 Vsig(n+1)이라고 표시한다.

T14 ~ T15 동안 n+1번째 로우에 해당하는 픽셀의 리셋 신호{RX/(n+1)} 및 전달제어신호{TX/(n+1)}가 로우 레벨이 되어 노드 ND1 및 노드 ND2의 전압이 전원전압 VDD으로 리셋된다.

T15에서 리셋 신호{RX/(n+1)} 및 전달제어신호{TX/(n+1)}를 하이 레벨로 천이시켜 n+1번째 로우에 해당하는 픽셀의 리셋 트랜지스터(P1) 및 전달 트랜지스터(P2)을 턴 오프한다.

T16에서 CDS에 의해 출력 전압 Vout이 리드아웃되며, 이때의 출력 전압을 기준 전압 Vref(n+1)이라고 표시한다.

T17에서 선택신호{LS/(n+1)}을 하이 레벨로 천이함으로써, n+1번째 로우에 해당하는 픽셀에 대한 리드 동작을 종료한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(100)에서, T0 ~ T5 동안의 동작, 즉 포토 다이오드(PD)의 리셋 동작, 포토 다이오드의 노출 동작 및 전하 셰어링 동작은 모든 로우에 대해 동시에 수행된다. 그리고, 각 로우에 대한 리드 동작은 순차적으로 수행된다. 즉, T6 ~ T11 동안 n번째 로우에 대한 리드 동작이 수행되고, T12 ~ T17 동안 n+1번째 로우에 대한 리드 동작이 수행된다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 이미지 센서는 글로벌 셔터 방식으로 동작한다.

글로벌 셔터 방식의 경우, 동시에 노출 동작이 수행된 후에, 리드 동작이 앞의 로우부터 뒤의 로우로 순차적으로 수행되기 때문에, 뒤의 로우에 해당하는 픽셀에서는 전하의 누설(leakage)이 발생하여 FPN 및 그라데이션이 발생할 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 전하의 누설이 적은 MIM 캐패시터를 사용하기 때문에, 글로벌 셔터 방식을 이용하더라도 FPN을 감소시킬 수 있다.

도 7은 도 5의 구동 신호들에 대한 타이밍도를 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 7을 참조하면, T0 ~ T1 동안 리셋 신호{RX/(n), RX/(n+1)}와 전달제어신호{TX/(n), TX/(n+1)}가 로우 레벨로 되었다가, T1에서 하이 레벨로 천이한 후 리셋 구간 동안 하이 레벨을 유지한다. 본 실시예에서 T2 ~ T3 동안의 동작은 T1 ~ T4 동안의 동작가 동일하므로 T2 ~ T3 동안의 동작이 생략되었다.

본 실시예에서 이미지 센서(100)는 T1을 조절하여 노출 시간을 제어함으로써 고노출 프레임과 저노출 프레임을 획득할 수 있다.

도 8은 도 5의 구동 신호들에 대한 타이밍도를 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 8을 참조하면, T0 ~ T3 동안 n번째 로우에 해당하는 픽셀에 인가되는 리셋 신호{RX/(n)}, 전달제어신호{TX/(n)} 및 n+1번째 로우에 해당하는 픽셀에 인가되는 리셋 신호{RX/(n)}, 전달제어신호{TX/(n)}가 로우 레벨이 된다. 즉, 도 7에서 리셋 시간이 T0 ~ T1 이었던 것에 비해 본 실시예에서는 리셋 시간이 T0 ~ T3으로 증가한다. 이때, 이미지 센서(100)는 T3를 조절하여 노출 시간을 제어함으로써 고노출 프레임과 저노출 프레임을 획득할 수 있다.

도 9는 도 5의 구동 신호들에 대한 타이밍도를 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 9를 참조하면, T0 ~ T3의 동작은 도 9와 동일하다.

T3에서 리셋 신호{RX/(n), RX/(n+1)}가 하이 레벨로 천이하고, 전달제어신호{TX/(n), TX/(n+1)}는 로우 레벨을 유지한다. 이에 따라, T3 ~ T4의 노출 시간 동안, n번째 로우와 n+1번째 로우의 전달 트랜지스터(P2)가 턴온되고, 포토다이오드(PD)와 플로팅 확산 영역(FD) 사이에 전하 셰어링이 발생한다. 이는 도 9에서 T3 ~ T4 동안 포토 다이오드(PD)의 노출 동작을 수행하고, 그 이후인 T4 ~ T5 동안 전하 셰어링을 수행한 것과 상이하다. 도 10에는 도 9의 리셋 동작을 수행하는 경우에 전달제어신호{TX/(n), TX/(n+1)}를 상이하게 하는 것으로 도시하였으나, 도 7 및 도 8의 리셋 동작을 수행하는 경우에도 적용될 수 있다.

도 10은 도 1의 이미지 센서의 다른 실시예에 따른 픽셀의 구조를 나타내는 회로도이다.

도 10을 참조하면, 픽셀은 도 5의 픽셀에 비해 노드 ND1와 포토 다이오드(PD)가 연결된 노드 ND4의 사이에 아이솔레이션 트랜지스터(N2)를 더 포함한다.

아이솔레이션 트랜지스터(N2)의 게이트는 전원전압 공급라인 VDD이 연결된다. 아이솔레이션 트랜지스터(N2)가 포토 다이오드(PD)와 노드 ND1의 사이에 연결되어 있기 때문에, 예를 들어 포토 다이오드(PD)와 노드 ND1가 메탈라인으로 연결되어 있는 경우와 같이 포토 다이오드(PD)와 노드 ND1 사이의 기생 캐패시턴스를 감소시킬 수 있다.

도 11은 도 10의 아이솔레이션 트랜지스터(N2)의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.

도 11에서 리셋 신호(RX/) 및 전달제어신호(TX/)는 도 9의 실시예에 따라 인가된다. 도 11에서 V1은 노드 ND1의 전압을 나타내고, V4는 노드 ND4의 전압을 나타낸다.

도 10 및 도 11을 참조하면, T3 이전에 로우 레벨의 리셋 신호(RX/)와 전달제어신호(TX/)가 인가된다. 이에 따라, 리셋 트랜지스터(P1)가 턴온되어 노드 ND1의 전압 V1이 전원전압 VDD으로 리셋된다. 아이솔레이션 트랜지스터(N2)의 게이트-소스간 전압차를 Vth라 할 때, 노드 ND4의 전압 V4은 VDD-Vth가 된다.

T3에서 포토 다이오드(PD)의 노출이 시작됨에 따라 노드 ND4에 전하가 축적된다. 이때, 아이솔레이션 트랜지스터(N2)는 포화 모드로 동작한다. 따라서, 아이솔레이션 트랜지스터(N2)의 소스에 축적된 전하는 아이솔레이션 트랜지스터(N2)의 드레인으로 이동하여 노드 ND1의 전압 V1을 감소시킨다.

Ta에서 노드 ND1의 전압 V1이 VDD-Vth가 되어 노드 ND4의 전압 V4과 동일해지면, 아이솔레이션 트랜지스터(N2)는 리니어 모드로 동작하기 시작한다. 따라서, 노드 ND4에 축적되는 전하에 의해 노드 ND4 및 노드 ND1의 전위가 함께 감소한다.

이후의 리드아웃 동작은 도 9에서와 동일하므로 생략한다.

이와 같이, 아이솔레이션 트랜지스터(N2)가 삽입되더라도, 노출 시간이 어느 정도 경과하면(즉 Ta 이후) 노드 ND1의 전압 V1은 포토 다이오드(PD)의 전압, 즉 노드 ND4의 전압 V4를 반영한다. 한편, 포토 다이오드(PD)가 연결되는 노드 ND4와, 노드 ND1의 사이가 메탈 라인으로 연결되는 이유 등으로 인하여, 기생 캐패시턴스가 발생할 수 있다. 본 실시예에 의하면, 노드 ND4와 노드 ND1의 사이에 아이솔레이션 트랜지스터(N2)를 삽입함으로써, 이러한 기생 캐패시턴스를 감소시킬 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 포토 다이오드의 구조 및 동작을 나타내는 도면이다. 여기에서, (a)는 도 5 또는 도 10의 포토 다이오드(PD)의 단면을 나타내는 도면이며, (b) 및 (c)는 포토 다이오드(PD)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 12의 (a)를 참조하면, 포토 다이오드(PD)는 P형 기판(810), P형 기판(810) 상에 형성되는 제1 PDN(Photo Diode N-type) 영역(820) 및 제2 PDN 영역(830), PDP(Photo Diode P-type) 영역(840) 및 콘택트(850)를 포함할 수 있다. 콘택트(850)는 메탈 라인을 통해 리셋 트랜지스터(P1) 및 전달 트랜지스터(P2)가 연결되는 노드 ND1에 연결될 수 있다.

본 실시예에서, 제2 PDN 영역(830)은 제1 PDN 영역(820)에 비해 도핑 농도가 높은 영역, 즉 n+ 영역일 수 있다. 예를 들어, 제2 PDN 영역(830)의 도핑 농도는 1E15 수준이고, 제1 PDN 영역(820)의 도핑 농도는 1E12 수준일 수 있다. 이와 같이 제1 PDN 영역(820)과 제2 PDN 영역(830)의 도핑 농도를 조절함으로써 제1 PDN 영역(820)과 제2 PDN 영역(830)의 핀 전압을 각각 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1 PDN 영역(820)의 핀 전압은 전원전압보다 낮고, 제2 PDN 영역(830)의 핀 전압은 전원전압 VDD이상일 수 있다.

본 실시예에서, 제2 PDN 영역(830)의 면적은 제1 PDN 영역(820)의 면적보다 작을 수 있다. 예를 들어 포토 다이오드(PD)는 50㎛ㅧ50㎛의 면적을 갖고, 제2 PDN 영역(830)은 1㎛ㅧ1㎛의 면적을 가질 수 있다.

도 12의 (b) 및 (c)에서 제1 PDN 영역(820)의 핀 전압 Vpin1은 0.5V이고, 전원전압 VDD은 3.0V이고, 제2 PDN 영역(830)의 핀 전압 Vpin2은 3.0V 이상이라고 가정한다.

리셋 상태에서 콘택트(850)에 3.0V의 전원전압 VDD이 인가되면, 제1 PDN 영역(820)의 전압은 핀 전압 Vpin1인 0.5V이고, 제2 PDN 영역(830)의 전압은 전원전압 VDD인 3.0V가 된다.

포토 다이오드(PD)에서 발생한 전하는, 도 12의 (b)의 회색 영역에 표시된 바와 같이, 전압이 높은 제2 PDN 영역(830)에 축적되고, 이에 따라 제2 PDN 영역(830)의 전압이 점차 낮아진다. 제2 PDN 영역(830)의 전압이 제1 PDN 영역(820)의 핀 전압 Vpin1, 즉 0.5V에 도달한 이후, 발생한 전하는 도 12의 (c)의 회색 영역으로 표시된 바와 같이 제1 PDN 영역(820) 및 제2 PDN 영역(830) 전체에 축적된다.

이와 같이, 포토 다이오드(PD)의 출력 전압이 VDD ~ Vpin1인 구간 (1)에서는 제2 PDN 영역(830)의 면적에 해당하는 커패시턴스로 동작하다가, Vpin1 ~ 0V의 구간 (2)에서는 제1 PDN 영역(820) 및 제2 PDN 영역(830)의 면적, 즉 포토 다이오드(PD)의 전체 면적에 해당하는 커패시턴스로 동작한다. 따라서, 본 실시예에 따른 포토 다이오드(PD)는 제1 PDN 영역(820)의 도핑 농도를 조절함으로써 제1 PDN 영역(820)의 핀 전압 Vpin1을 조절하고, 이에 따라 포토 다이오드(PD)의 캐패시턴스를 조절할 수 있다.

도 13은 도 12의 포토 다이오드의 구조에서 축적 시간과 출력 전압의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 13에서 구간 (1)은 도 12의 (b)의 구간 (1), 즉 포토다이오드의 전압이 3.0 ~ 0.5V인 구간에 대응하고, 도 13에서 구간 (2)는 도 12의 (c)의 구간 (2), 즉 포토다이오드의 전압이 0.5 ~ 0V인 구간에 대응한다.

도 13을 참조하면, 포토 다이오드(PD)의 출력 전압이 VDD ~ Vpin1인 구간 (1)의 기울기는 포토 다이오드(PD)의 출력 전압이 Vpin1 ~ 0V의 구간 (2)에서의 기울기보다 크다. 즉, 구간 (1)의 커패시턴스는 구간 (2)의 커패시턴스보다 작음을 알 수 있다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 메탈 월(metal wall) 및 메탈 쉴딩(metal shielding) 구조를 보여주는 도면이다.

도 14를 참조하면, 픽셀은 리셋 트랜지스터(P1), 전달 트랜지스터(P2), 플로팅 확산 영역(FD), 선택 트랜지스터(P3), 변환 트랜지스터(N1), 전류원(Is), 포토 다이오드(PD), 메탈 월 및 메탈 쉴딩을 포함한다. 픽셀에서 리셋 트랜지스터(P1), 전달 트랜지스터(P2), 플로팅 확산 영역(FD), 선택 트랜지스터(P3), 변환 트랜지스터(N1) 및 전류원(Is)은 도 5와 동일하고, 포토 다이오드(PD)의 구조는 도 12의 (a)와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

메탈 월은 포토 다이오드(PD)의 주위를 둘러싸는 구조를 갖는다. 이에 의해 측면에서 들어오는 빛을 차단하고, 옵티컬 크로스토크를 개선할 수 있다.

메탈 쉴딩은 포토 다이오드(PD)를 제외한 부분, 즉 리셋 트랜지스터(P1), 전달 트랜지스터(P2), 선택 트랜지스터(P3), 변환 트랜지스터(N1) 및 플로팅 확산 영역(FD)의 측면과 상면을 둘러싸는 구조를 갖는다. 이에 따라 글로벌 셔터 방식으로 동작시 플로팅 확산 영역(FD)에 전하가 저장되어 있는 시간이 길더라도, 트랜지스터들(P1, P2, P3, N1)의 접합 영역이 빛에 반응하지 않도록 함으로써, 데이터의 왜곡을 방지할 수 있다.

본 실시예에 따른 픽셀은 포토 다이오드(PD)와 노드 ND1을 연결하는 메탈라인을 포함한다. 다시 말해, 픽셀은 메탈라인에 의해 포토 다이오드(PD)와 노드 ND1가 분리되어 있는 구조를 갖는다. 이에 따라, 메탈 월 및, 메탈 쉴딩의 측벽으로 메탈라인이 통과하는 구조를 가질 수 있다.

도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센싱 장치에 구성을 간략하게 나타낸 구성도이다.

도 15의 이미지 센싱 장치는 이미지 센서(300) 및 광편차 보상부(400)를 포함할 수 있다.

이미지 센서(300)는 피사체(지문)로부터 반사된 광학 영상의 강약을 감지하고, 이를 디지털 영상 데이터로 변환한 원시 이미지 프레임(FRAME_SOURCE)을 생성 및 출력한다. 이때, 이미지 센서(300)는 동일한 지문에 대해 연속 촬영을 수행하여 복수개의 원시 이미지 프레임(FRAME_SOURCE)들을 연속적으로 생성 및 출력할 수 있다. 이러한 이미지 센서(100)는 픽셀 어레이 상에 컬러 필터가 형성되지 않은 지문 센싱용 흑백 이미지 센서일 수 있다. 또한, 이미지 센서(300)는 상술한 도 5 또는 도 10의 구조를 포함할 수 있다.

광편차 보상부(400)는 이미지 센서(300)에서 출력되는 원시 이미지 프레임(FRAME_SOURCE)의 각 픽셀을 보정하여 최종 이미지 프레임(FRAME_F)을 생성한다. 이때, 광편차 보정부(400)는 원시 이미지 프레임(FRAME_SOURCE)의 각 픽셀값을 해당 픽셀값에서 해당 픽셀을 포함하는 일정 범위 내에 있는 픽셀들의 평균값(평균 픽셀값) 또는 최소값을 뺀 값으로 보정할 수 있다. 예컨대, 광편차 보상부(400)는 상술한 도 1의 광편차 보상부(200)에서 고노출 이미지 프레임 또는 저노출 이미지 프레임의 각 픽셀값을 보정한 방법과 같은 방법으로 원시 이미지 프레임의 픽셀값들을 보정할 수 있다. 특히, 광편차 보상부(400)는 이미지 센서(300)가 복수개의 원시 이미지 프레임(FRAME_SOURCE)들을 연속적으로 출력하는 경우, 각각의 원시 이미지 프레임(FRAME_SOURCE)을 연속적으로 보정한 후 보정된 원시 이미지 프레임들을 합산하여 하나의 최종 이미지 프레임(FRAME_F)을 생성할 수 있다.

이러한 이미지 센싱 장치 장치도 도 2의 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

1. 그라운드와 제 1 노드 사이에 연결된 포토 다이오드;
   전원전압 공급라인과 제 2 노드 사이에 연결되며, 리셋 구간에서 게이트에 인가되는 리셋신호에 따라 상기 제 2 노드를 전원전압으로 리셋시키는 리셋 트랜지스터;
   상기 제 2 노드와 플로팅 확산 영역 사이에 연결되며, 게이트에 인가되는 전달제어신호에 따라 턴온 또는 턴오프되는 전달 트랜지스터; 및
   상기 제 1 노드와 상기 제 2 노드 사이에 연결되며, 게이트가 전원전압 공급라인과 연결되는 아이솔레이션 트랜지스터를 포함하며,
   상기 전달 트랜지스터는
   상기 리셋 구간에서 상기 플로팅 확산 영역을 리셋시키고, 노출 구간에서 상기 제 2 노드의 전하를 상기 플로팅 확산 영역으로 전달하며,
   상기 아이솔레이션 트랜지스터는
   상기 노출 구간 시작 후 일정 시간이 경과한 후에 상기 제 1 노드와 상기 제 2 노드가 같은 전압 레벨이 되도록 해주는 이미지 센싱 장치.
2. 청구항 1항에 있어서, 상기 전달 트랜지스터는
   상기 리셋 구간에서 턴온되어 상기 플로팅 확산 영역을 상기 제 2 노드와 전기적으로 연결시키고, 상기 플로팅 확산 영역과 상기 제 2 노드의 전기적 연결을 상기 노출 구간에서도 계속 유지시키는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
3. 청구항 1항에 있어서, 상기 아이솔레이션 트랜지스터는
   상기 노출 구간 시작 후 상기 일정 시간 동안은 상기 제 1 노드의 전압이 상기 제 2 노드의 전압보다 낮도록 유지시키는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 아이솔레이션 트랜지스터는
   상기 제 1 노드의 전압은 상기 일정 시간 동안 전원전압에서 자신의 게이트-소스간 전압을 뺀 만큼의 크기로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.

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