KR20220082923A

KR20220082923A - 지문 감지 장치

Info

Publication number: KR20220082923A
Application number: KR1020227017742A
Authority: KR
Inventors: 스어-신 리우
Original assignee: 에지스 테크놀러지 인코포레이티드
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2022-06-17
Also published as: TW202125325A; TWM603560U; WO2021120632A1; TWI757806B; CN111709402A; US20230326232A1; CN212569813U

Abstract

본 개시는 지문 감지 장치를 제공한다. 감지 픽셀 어레이는 복수의 감지 픽셀들을 포함하고; 각 감지 픽셀은 지문 정보를 포함하는 광 신호를 감지하고, 상기 광 신호 및 동작 전압에 따라 감지 신호를 생성한다. 제어 회로는 감지 신호에 따라 동작 전압의 전압값을 조정하여, 각 감지 픽셀에 의해 생성되는 감지 신호의 전압값이 디폴트 범위 내에 있도록 한다. 아날로그-디지털 변환 회로는 감지 신호를 디지털 신호로 변환한다.

Description

지문 감지 장치

본 발명은 감지 장치에 관한 것으로, 특히 지문 감지 장치에 관한 것이다.

최근 몇 년 동안 생물학적 식별 기술은 빠르게 발전했다. 보안코드와 출입카드는 도난이나 분실이 쉽기 때문에 지문인식 기술이 주목받고 있다. 지문은 고유하고 일정하며 모든 사람은 식별을 위해 여러 개의 손가락을 가지고 있다. 또한 지문 센서를 사용하여 지문을 쉽게 얻을 수 있다. 따라서 지문 식별은 보안 및 편의성을 향상시키고 금융 보안 및 기밀 데이터를 더 잘 보호할 수 있다.

박막 트랜지스터(TFT) 지문 센서를 사용하여 넓은 영역에서 전체 화면 지문 인식을 실현할 수 있다. 그러나 박막 트랜지스터는 다이 (die) 간 변화, 온도, 노화 및 기타 요인과 결합된 문턱 전압의 큰 변화와 높은 전도성 저항과 같은 특성으로 인해, 지문 감지 신호에서의 과도한 전압 변화가 쉽게 발생할 수 있다. 아날로그 디지털 컨버터의 입력 범위는 제한적이기 때문에, 과도한 전압 변화는 가용 동적 범위를 크게 감소시키는 경향이 있으며, 이는 제조사들이 고분해능 아날로그 디지털 컨버터를 사용하지 않을 수 없게 하며, 그래서 지문 센서들의 제조 비용을 크게 증가시킨다.

본 개시는 아날로그-디지털 변환 회로에 출력되는 감지 신호의 가변 범위를 조정할 수 있고 아날로그-디지털 변환 회로의 동적 범위에 대한 요구사항을 감소시킬 수 있는 지문 감지 장치를 제공하며, 그럼으로써 지문 감지 장치의 생산 비용 중가를 효과적으로 피하도록 한다.

본 발명의 지문 감지 장치는 감지 픽셀 어레이, 제어 회로, 및 다수의 아날로그-디지털 변환 회로들을 포함한다. 상기 감지 픽셀 어레이는 다수의 감지 픽셀들을 포함하고, 상기 감지 픽셀들 각각은 동작 전압에 연결된다. 상기 감지 픽셀들 각각은 지문 정보를 포함하는 광 신호를 감지하고, 상기 광 신호 및 동작 전압에 따라 감지 신호를 생성한다. 상기 제어 회로는 상기 감지 픽셀 어레이에 연결되며, 그리고 상기 감지 신호에 따라 상기 동작 전압의 전압 값을 조정하여 상기 감지 픽셀들 각각에 의해 생성된 상기 감지 신호의 전압 값이 디폴트 범위 내에 있도록 한다. 상기 아날로그-디지털 변환 회로들은 다수의 대응하는 감지 신호 라인들을 통해 대응하는 감지 픽셀들에 개별적으로 연결되어 상기 감지 신호를 디지털 신호로 변환한다.

상기 내용에 기초하여, 본 발명의 실시예의 제어 회로는 상기 감지 신호에 따라 상기 감지 픽셀들 각각에 출력되는 동작 전압의 전압 값을 조정하여 상기 감지 픽셀들 각각에 의해 생성된 감지 신호의 전압 값이 디폴트 기본 범위 내에 있는 것을 가능하게 한다. 이러한 방식에서, 아날로그-디지털 변환 회로의 동적 범위에 대한 요구 사항이 감소될 수 있고 지문 감지 장치의 생산 비용이 증가하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

전술한 내용을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해, 도면들과 함께 여러 실시예들이 다음과 같이 상세히 설명된다.

도 1은 본 개시의 실시예에 따른 지문 감지 장치의 개략도이다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 감지 픽셀의 개략도이다.
도 3은 본 개시의 다른 실시예에 따른 지문 감지 장치의 개략도이다.
도 4는 본 개시의 다른 실시예에 따른 지문 감지 장치의 개략도이다.
도 5는 본 개시의 다른 실시예에 따른 지문 감지 장치의 개략도이다.

도 1은 본 개시의 실시예에 따른 지문 감지 장치의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 상기 지문 감지 장치는 감지 픽셀 어레이(A1), 다수의 아날로그-디지털 변환 회로들(102-1~102-N), 및 제어 회로(104)를 포함하며, 여기에서 N은 1보다 큰 정수이다. 제어 회로(104)는 감지 픽셀 어레이(A1) 및 아날로그-디지털 변환 회로들(102-1~102-N)에 연결된다. 아날로그-디지털 변환 회로들(102-1~102-N)은 대응하는 감지 신호 라인들(L1~LN)을 통해 감지 픽셀 어레이(A1) 내 제1 컬럼 내지 제N 컬럼 내 감지 픽셀들(P1)에 개별적으로 연결된다. 상기 감지 픽셀 어레이(A1)는 다수의 감지 픽셀들(P1)을 포함하고, 상기 감지 픽셀들(P1) 각각은 제어 회로(104)에 의해 제공된 동작 전압 (VOP)에 연결된다.

상기 감지 픽셀들(P1) 각각은 지문 정보를 포함하는 광 신호를 감지할 수 있으며, 상기 광 신호 및 동작 전압 (VOP)에 따라 감지 신호를 생성한다. 상기 실시예에서, 예를 들어, 감지 픽셀 어레이(A1) 내 제1 컬럼 내지 제N 컬럼의 선택된 감지 픽셀들(P1)은 대응하는 아날로그-디지털 변환 회로들(102-1~102-N)에서 감지 신호들(S1~SN)을 개별적으로 출력할 수 있다. 제어 회로(104)는 감지 픽셀들(P1)에 의해 생성된 감지 신호들(S1~SN)의 전압 값들이 디폴트 범위 내에 있도록 하기 위해 감지 신호들(S1~SN)에 따라 동작 전압(VOP)의 전압 값을 조정할 수 있다. 아날로그-디지털 변환 회로(102-1~102-N)는 감지 신호(S1~SN)를 백-엔드 회로(예: 프로세서 회로)용 디지털 신호로 개별적으로 변환하여 후속 지문 식별 처리를 수행할 수 있다.

이러한 방식으로, 동작 전압(VOP)의 전압 값은 감지 신호(S1~SN)에 따라 제어 회로(104)에 의해 조정되고, 감지 신호(S1~SN)의 전압 값은 디폴트 범위 내에 있는 것이 가능해지며, 이는 지문 감지 장치의 다이 (die) 간 변화, 온도 또는 노화와 같은 요인으로 인한 감지 신호 전압의 전체적인 변화를 줄일 수 있다. 이와 관련하여, 아날로그-디지털 변환 회로(102-1~102-N)의 동적 범위에 대한 요구사항이 더욱 감소되고, 지문 감지 장치의 생산 비용이 증가하는 것이 효과적으로 회피된다. 또한, 지문 감지 장치는 감지 신호 S1~SN의 전압 값을 조정하여 아날로그-디지털 변환 회로의 가용 동적 범위를 향상시킬 수 있으므로, 박막 트랜지스터 제조 공정에 대한 품질 요구 사항도 또한 줄어들 수 있다.

더 구체적으로, 감지 픽셀(P1)의 회로 구조는, 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같을 수 있다. 감지 픽셀(P1)은 광전 변환 유닛(D1) 및 감지 신호 생성 회로를 포함할 수 있으며, 상기 감지 신호 생성 회로는 전송 트랜지스터(M1), 리셋 트랜지스터(M2), 증폭 트랜지스터(M3) 및 선택 트랜지스터(M4)로 구성된다. 광전 변환 유닛(D1)은 예를 들어 포토다이오드일 수 있다. 광전 변환 유닛(D1)의 양극과 음극은 각각 전송 트랜지스터(M1)의 제1 단자 및 접지에 연결되고, 전송 트랜지스터(M1)의 제1 단자는 증폭기 트랜지스터(M3)의 제어 단자에 연결되고, 전송 트랜지스터(M1)의 제어 단자는 전송 제어 신호(TG)를 수신한다. 리셋 트랜지스터(M2)는 동작 전압(Vdd)과 증폭 트랜지스터(M3)의 제어 단자 사이에 연결되고, 리셋 트랜지스터(M2)의 제어 단자는 리셋 제어 신호(RST)를 수신한다. 증폭 트랜지스터(M3)의 제1 단자 및 증폭 트랜지스터(M3)의 제2 단자는 각각 동작 전압(Vdd) 및 선택 트랜지스터(M4)의 제1 단자에 연결되고, 선택 트랜지스터(M4)의 제2 단자는 전류원(I1) 및 대응하는 아날로그-디지털 변환 회로에 연결되며, 그리고 선택 트랜지스터(M4)의 제어 단자는 선택 제어 신호(RSEL)를 수신한다.

리셋 트랜지스터(M2)는 리셋 제어 신호(RST)에 의해 제어되어 동작 전압에 따라 증폭 트랜지스터(M3)의 제어 단자의 전압을 리셋할 수 있다. 감지 픽셀(P1)의 로우가 선택되어 감지 신호가 출력되면 선택 트랜지스터(M4)는 선택 제어 신호(RSEL)에 의해 제어되어 도통된다. 그러면, 전송 트랜지스터(M1)는 전송 제어 신호(TG)에 의해 제어되어 도통되며 (이때 리셋 트랜지스터(M2)는 단선 상태임), 광전 변환 유닛(D1)은 지문 정보를 포함하는 광 신호를 변환함으로써 획득된 전기 신호를 증폭 트랜지스터(M3)의 제어 단자에 전송한다. 전기 신호의 전압이 광전 변환 유닛(D1)의 노광에 응답하여 감소하고, 증폭 트랜지스터(M3)의 도통 정도가 더 변화하며, 지문 정보(실시예에서는 감지 신호(S1)가 예로서 취해짐)는 선택 트랜지스터(M4)를 통해 아날로그-디지털 변환 회로에 출력된다. 실시예에서, 제어 회로(104)는 선택 트랜지스터(M4)에 의해 출력되는 감지 신호(S1)에 따라 동작 전압(Vdd)의 크기를 조정할 수 있으며. 즉, 동작 전압(Vdd)은 도 1의 실시예에서 동작 전압(VOP)으로서 조정되어 상기 감지 신호(S1)의 전압 값이 디폴트 범위 내에 있는 것을 가능하게 하고, 아날로그-디지털 변환 회로의 사용 가능한 동적 범위가 압축되는 것이 방지된다. 일부 실시예에서, 제어 회로(104)는 리셋 제어 신호(RST), 전송 제어 신호(TG), 또는 선택 제어 신호(RSEL)의 전압을 제어하는 것을 통해 감지 신호(S1)의 전압 값을 조정할 수 있다는 점에 주목할 가치가 있다. 즉, 도 1의 실시예의 동작 전압(VOP)은 동작 전압(Vdd) 그리고 리셋 제어 신호(RST), 전송 제어 신호(TG) 및 선택 제어 신호(RSEL)의 제어 전압 값들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 1의 실시예의 동작 전압(VOP)은 상기 동작 전압(Vdd)에 한정되지 않는다.

도 3은 본 개시의 다른 실시예에 따른 지문 감지 장치의 개략도이다. 도 3을 참조하면, 실시예에서 지문 감지 장치의 제어 회로(104)는 전력 관리 회로(302), 비교기 회로(304), 및 다수의 스위치들(SW1~SWN)에 의해 구현될 수 있다. 전력 관리 회로(302)는 감지 픽셀들(P1) (도 4에서 전력 관리 회로(302)는 예시를 위해 제1 로우 내 감지 픽셀들(P1)에 연결됨) 및 비교기 회로(304)의 출력 단자에 연결된다. 스위치 SW1~SWN은 비교기 회로(304)의 입력 단자 중 하나와 대응하는 감지 신호 라인 L1~LN 사이에 개별적으로 연결되고, 비교기 회로(304)의 다른 입력 단자는 기준 전압 VREF에 연결된다. 전력 관리 회로(302)는 기준 전압(VREF)과 비교하기 위해 감지 신호 라인(L1~LN) 중 하나에 의해 제공되는 감지 신호의 전압을 선택하도록 스위치(SW1~SWN)의 전도 상태를 제어한다. 전력 관리 회로(302)는 감지 신호(S1~SN)의 전압과 기준 전압(VREF)의 비교 결과에 따라 동작 전압(VOP)을 조절할 수 있다. 예를 들어, 감지 신호(S1~SN)의 전압이 모두 기준 전압(VREF)보다 높을 때, 전력 관리 회로(302)는 감지 신호(S1~SN)의 전압이 모두 기준 전압(VREF)보다 낮아질 때까지 비교기 회로(304)에 의해 출력된 비교 결과에 따라 동작 전압(VOP)의 전압 값을 조정할 수 있으며 (예를 들어, 동작 전압(Vdd)의 전압 값을 점진적으로 감소시킨다), 감지 신호의 전압 값이 이에 의해 디폴트 범위 내에 들어가는 것이 가능해진다.

도 4는 본 개시의 다른 실시예에 따른 지문 감지 장치의 개략도이다. 도 4를 참조하면, 상기 실시예에서의 지문 감지 장치와 도 3의 실시예에서의 지문 감지 장치 사이의 차이는 상기 실시예에서의 지문 감지 장치가 다수의 필터 커패시터(C1~CN)를 더 포함한다는 것이다. 필터 커패시터(C1~CN)는 대응하는 감지 신호 라인(L1~LN)과 대응하는 아날로그-디지털 변환 회로(102-1~102-N) 사이에 개별적으로 연결된다. 필터 커패시터(C1~CN)는 감지 신호(S1~SN)의 직류 성분을 걸러낼 수 있으며, 그래서 아날로그-디지털 변환 회로(102-1~102-N)는 인에이블되어 광전 변환 유닛(D1)의 노광에 기인한 결과인 감지 신호(S1~SN)의 전압 변화 결과에 대한 아날로그-디지털 변환을 수행하며, 이는 아날로그-디지털 변환 회로(102-1~102-N)의 이용 가능한 동적 범위를 더욱 최적화할 수 있다.

도 5는 본 개시의 다른 실시예에 따른 지문 감지 장치의 개략도이다. 도 5를 참조하면, 상기 실시예에서의 지문 감지 장치와 도 1의 실시예에서의 지문 감지 장치의 차이점은 상기 실시예의 지문 감지 장치가 다수의 다중화기(502-1~502-125)를 더 포함한다는 것이다. 다중화기(502-1~502-125)는 예를 들어, 감지 픽셀 어레이(A1)가 있는 박막 트랜지스터 패널(TP) 상에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다중화기(502-1~502-125) 각각은 대응 감지 신호 라인 및 대응 필터 커패시터에 개별적으로 연결되고, 감지 신호 중 하나는 대응 감지 신호 라인으로부터 선택되어 대응 감지 신호를 수신하는 필터 커패시터로 출력된다. 예를 들어, 다중화기(502-1)는 감지 신호(S1~S4) 중 하나를 선택하여 필터 커패시터(C1)로 출력할 수 있고, 다중화기(502-125)는 감지 신호(S497~S500) 중 하나를 선택하여 필터 커패시터(C125)로 출력할 수 있다 (상기 실시예에서는 감지 신호선의 수를 500개로 가정하나, 본 실시예는 이에 한정되지 않음). 유사하게, 전력 관리 회로(302)는 다중화기(502-1~502-125)에 의해 제공되는 감지 신호(S1~SN)의 전압과 기준 전압(VREF)의 비교 결과에 따라 동작 전압(VOP)을 조정할 수 있으며, 필터 커패시터(C1~C125)는 감지 신호(S1~SN)의 직류 성분을 걸러낼 수 있으며, 그리고 아날로그-디지털 변환 회로(102-1~102-125)는 광전 변환 유닛(D1)의 노광에 기인한 감지 신호(S1~SN)의 전압 변화 결과들에 대해 아날로그-디지털 변환을 수행할 수 있다. 구현의 세부 사항은 위의 실시예와 유사하기 때문에, 본 실시예에서 반복하지 않는다. 이러한 방식으로, 다중화기(502-1~502-125)는 출력 감지 신호(S1~SN)를 선택하도록 구성되며, 이는 지문 감지 장치 내 회로 연결 노드 및 전자 디바이스의 수를 효과적으로 줄일 수 있으며, 그럼으로써 회로 면적을 줄일 수 있다.

상기 내용을 요약하면, 본 발명의 실시예의 제어 회로는 상기 감지 신호에 따라 상기 감지 픽셀들 각각에 출력되는 동작 전압의 전압 값을 조정하여 상기 감지 픽셀들 각각에 의해 생성된 감지 신호의 전압 값이 디폴트 기본 범위 내에 있는 것을 가능하게 한다. 이러한 방식에서, 아날로그-디지털 변환 회로의 동적 범위에 대한 요구 사항이 감소될 수 있으며, 그럼으로써 상기 지문 감지 장치의 생산 비용이 증가되는 것이 효과적으로 방지될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 지문 감지 장치는 상기 감지 신호 라인과 상기 아날로그-디지털 변환 회로 사이에 연결된 필터 커패시터를 또한 포함할 수 있다. 필터 커패시터는 감지 신호 내 직류 성분을 걸러낼 수 있고 상기 아날로그-디지털 변환 회로의 사용 가능한 동적 범위를 더욱 최적화할 수 있다.

본 개시의 범위 또는 사상을 벗어나지 않으면서 상기 개시된 실시예에 대해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 전술한 내용을 고려하여, 상기 개시 내용은 수정 및 변형이 다음 청구 범위 및 그 등가물의 범위 내에 속하는 경우 이 수정 및 변형을 포함하도록 의도된다.

Claims

지문 감지 장치로서, 상기 지문 감지 장치는:
복수의 감지 픽셀들을 포함하는 감지 픽셀 어레이 - 상기 감지 픽셀들 각각은 동작 전압에 연결되고, 상기 감지 픽셀들 각각은 지문 정보를 포함하는 광 신호를 감지하고, 상기 광 신호 및 상기 동작 전압에 따라 감지 신호를 생성함;
상기 감지 픽셀 어레이에 연결되고, 상기 감지 신호에 따라 상기 동작 전압의 전압 값을 조정하여 상기 감지 픽셀들 각각에 의해 생성된 상기 감지 신호의 전압 값이 디폴트 범위 내에 있는 것을 가능하게 하는, 제어 회로; 그리고
복수의 대응하는 감지 신호 라인들을 통해 대응하는 감지 픽셀들에 개별적으로 연결되어 상기 감지 신호를 디지털 신호로 변환하는 복수의 아날로그-디지털 변환 회로를 포함하는 지문 감지 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 회로는:
비교기 회로 - 상기 비교기 회로의 제1 입력 단자는 상기 감지 신호 라인들에 연결되고, 상기 비교기 회로의 제2 입력 단자는 기준 전압에 연결되며, 상기 비교기 회로는 상기 감지 신호의 전압 값을 상기 기준 전압의 전압 값과 비교하여 비교 신호를 생성함; 그리고
상기 감지 픽셀 어레이 및 상기 비교기 회로의 출력 단자에 연결되고, 상기 비교 신호에 따라 상기 동작 전압의 전압 값을 조정하는 전력 관리 회로를 포함하는, 지문 감지 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어 회로는:
대응하는 감지 신호 라인들 및 상기 비교기 회로의 제1 입력 단자 사이에 연결된 복수의 스위치들을 더 포함하며, 상기 스위치들 각각은 상기 감지 신호 라인들에 대응하는 감지 신호를 상기 비교기 회로의 제1 입력 단자에 제공하기 위해 상기 전력 관리 회로에 의해 제어되는, 지문 감지 장치.
제2항에 있어서,
대응하는 감지 신호 라인들 및 대응하는 아날로그-디지털 변환 회로 사이에 연결되며, 상기 감지 신호에서 직류 성분을 걸러내는 복수의 필터 커패시터들을 더 포함하는, 지문 감지 장치.
제2항에 있어서,
복수의 다중화기들을 더 포함하며,
상기 다중화기들 각각의 입력 단자는 대응하는 감지 신호 라인들에 연결되고, 상기 아날로그-디지털 변환 회로들 각각은 대응하는 다중화기들의 출력 단자에 연결되고, 상기 감지 신호들 중 하나는 상기 다중화기들 각각의 입력 단자에 연결된 감지 신호 라인들로부터 상기 다중화기들 각각에 의해 선택되어, 대응하는 아날로그-디지털 변환 회로들로 출력되는, 지문 감지 장치.
제5항에 있어서,
대응하는 다중화기들의 출력 단자와 상기 비교기 회로의 제1 입력 단자 사이에 연결된 복수의 스위치들을 더 포함하며,
상기 스위치들 각각은 대응하는 다중화기들에 의해 제공된 감지 신호를 상기 비교기 회로의 제1 입력 단자에 제공하기 위해 상기 제어 회로에 의해 제어되는, 지문 감지 장치.
제1항에 있어서, 상기 감지 픽셀들 각각은:
상기 지문 정보를 포함하는 광 신호를 감지하여 전기 신호를 생성하는 광전 변환 유닛; 그리고
상기 광전 변환 유닛 및 상기 동작 전압에 연결되고, 상기 전기 신호에 따라 상기 동작 전압을 대응하는 감지 신호로 변환하는 감지 신호 생성 회로를 포함하는, 지문 감지 장치.
제7항에 있어서, 상기 감지 신호 생성 회로들 각각은:
전송 트랜지스터 - 상기 전송 트랜지스터의 제1 단자가 상기 광전 변환 유닛에 연결되고 전송 제어 신호에 의해 제어되어 상기 전기 신호를 출력함;
리셋 트랜지스터 - 상기 리셋 트랜지스터의 제1 단자는 상기 동작 전압에 연결되고, 상기 리셋 트랜지스터의 제2 단자는 상기 전송 트랜지스터의 제2 단자에 연결되고, 상기 리셋 트랜지스터는 리셋 제어 신호에 의해 제어되어 상기 전송 트랜지스터의 제2 단자의 전압을 리셋시킴;
증폭 트랜지스터 - 상기 증폭 트랜지스터의 제어 단자는 상기 전송 트랜지스터의 제2 단자에 연결되고, 상기 증폭 트랜지스터의 제1 단자는 상기 동작 전압에 연결되고, 상기 감지 신호는 상기 전기 신호의 전압 값에 응답하여 생성됨; 그리고
상기 증폭 트랜지스터의 제2 단자 및 상기 감지 신호 생성 회로의 출력 단자 사이에 연결되고, 선택 제어 신호에 의해 제어되어 상기 감지 신호를 출력하는 선택 트랜지스터를 포함하는, 지문 감지 장치.