KR20180015400A

KR20180015400A - 반도체 장치

Info

Publication number: KR20180015400A
Application number: KR1020160098874A
Authority: KR
Inventors: 황희창; 박재진; 이민철; 이승훈; 정대영
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2018-02-13
Also published as: KR102625444B1; US10726228B2; CN107688771B; US20180039810A1; CN107688771A

Abstract

지문 센싱에 이용할 수 있는 반도체 장치가 제공된다. 반도체 장치는, 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 지문 이미지를 센싱하여 제1 방향 센싱 데이터 및 제2 방향 센싱 데이터를 생성하는 지문 센서; 상기 제1 방향 센싱 데이터 및 상기 제2 방향 센싱 데이터를 각각 차분하여 1차 제1 방향 차분 데이터 및 1차 제2 방향 차분 데이터를 생성하는 차분 센싱 회로; 및 상기 1차 제1 방향 차분 데이터 및 상기 1차 제2 방향 차분 데이터를 각각 차분하여 2차 제1 방향 차분 데이터 및 2차 제2 방향 차분 데이터를 생성하고, 상기 2차 제1 방향 차분 데이터와 상기 2차 제2 방향 차분 데이터를 합하여 지문 데이터를 생성하는 지문 처리 회로를 포함한다.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 지문 센싱에 이용할 수 있는 반도체 장치에 관한 것이다.

지문 인식 기능이 점차 대중화됨에 따라, 정확한 지문 센싱 기술이 요구된다. 지문은 융(ridge)과 골(valley)로 이루어진 곡선의 집합체이므로 일반적으로 지문 이미지는 그 에지(edge) 성분을 주된 유효한 데이터로 간주한다. 그런데 지문을 센싱한 신호에서 유효한 데이터를 판정하기 위한 범위(range)가 매우 작은 경우, 예컨대, 정전용량 방식 터치 패널에 내장된 지문 센서를 사용하여 지문을 센싱하는 경우 등에 있어서, 지문 데이터를 정확하게 추출하기 위해서는 동상 모드 신호(common mode signal), 외부 잡음(noise) 등을 제거하는 것이 필요하다.

나아가 사용자가 지문 센서에 손가락을 대는 방향과 무관하게, 정확하게 지문 센싱을 하는 방안 또한 요구된다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 차분 센싱 방식으로 지문 인식의 정확도를 향상시킬 수 있는 반도체 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 사용자의 지문 입력 방향과 무관하게 지문 인식의 정확도를 유지할 수 있는 반도체 장치를 제공하는 것이다.

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

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는, 제1 방향 및 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 지문 이미지를 센싱하여 제1 방향 센싱 데이터 및 제2 방향 센싱 데이터를 생성하는 지문 센서; 제1 방향 센싱 데이터 및 제2 방향 센싱 데이터를 각각 차분하여 1차 제1 방향 차분 데이터 및 1차 제2 방향 차분 데이터를 생성하는 차분 센싱 회로; 및 1차 제1 방향 차분 데이터 및 1차 제2 방향 차분 데이터를 각각 차분하여 2차 제1 방향 차분 데이터 및 2차 제2 방향 차분 데이터를 생성하고, 2차 제1 방향 차분 데이터와 2차 제2 방향 차분 데이터를 합하여 지문 데이터를 생성하는 지문 처리 회로를 포함한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치는, 디스플레이 패널; 디스플레이 패널에 내장되고, 제1 방향 및 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 디스플레이 패널 상의 터치(touch)를 센싱하여 제1 방향 센싱 데이터 및 제2 방향 센싱 데이터를 생성하는 지문 센서; 제1 방향 센싱 데이터 및 제2 방향 센싱 데이터를 각각 차분하여 1차 제1 방향 차분 데이터 및 1차 제2 방향 차분 데이터를 생성하는 차분 센싱 회로; 및 1차 제1 방향 차분 데이터 및 1차 제2 방향 차분 데이터를 각각 차분하여 2차 제1 방향 차분 데이터 및 2차 제2 방향 차분 데이터를 생성하고, 2차 제1 방향 차분 데이터와 2차 제2 방향 차분 데이터를 합하여 지문 데이터를 생성하는 지문 처리 회로를 포함한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 또 따른 반도체 장치는, 제1 방향 및 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 지문 이미지를 센싱하여 제1 방향 센싱 데이터 및 제2 방향 센싱 데이터를 생성하는 지문 센서; 및 제1 방향 센싱 데이터를 복수 회 차분하고 제2 방향 센싱 데이터를 복수회 차분하여 생성한 2차원 차분 등방성 필터(2-dimensional differential isotropic filter)를 이용하여 지문 데이터를 생성하는 센싱 데이터 처리 회로를 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 이용하여 이미지 처리를 하기 위한 이방성 필터 마스크(anisotropic filter mask)의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 이용하여 이미지 처리를 하기 위한 이방성 필터 마스크의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 차분 센싱 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 차분 센싱 회로에 제공되는 센싱 데이터의 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 차분 센싱 회로에 제공되는 센싱 데이터의 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 차분 센싱 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 차분 센싱 회로에 제공되는 센싱 데이터의 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 차분 센싱 회로에 제공되는 센싱 데이터의 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 이용하여 획득한 1차 차분 데이터를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 10의 1차 차분 데이터로부터 2차 차분 데이터를 연산하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 이용하여 이미지 처리를 하기 위한 등방성 필터 마스크(isotropic filter mask)의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는 디스플레이 패널(5), 지문 센서(10) 및 센싱 데이터 처리 회로(100)를 포함한다.

디스플레이 패널(5)은 사용자가 손가락이나 펜 등으로 화면을 누르거나 접촉(터치(touch))하면 그 위치를 인지할 수 있는 터치 스크린 패널(touch screen panel)일 수 있다. 디스플레이 패널(5)은 터치 패널, 컨트롤러 IC, 드라이버 S/W 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 몇몇의 실시예에서, 터치 패널은 투명전극(Indium Tin Oxide, ITO)이 증착된 상판 및 하판을 포함할 수 있다. 터치 패널은 접촉이 발생하거나 전기적 용량 변화에 따라, 신호의 발생 위치를 파악하여 컨트롤러 IC에 전송할 수 있다. 컨트롤러 IC는 터치 패널로부터 전송된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있고, 드라이버 S/W는 상기 디지털 신호를 이용하여, 구현 목적에 따라 디스플레이 패널(5)을 제어할 수 있다.

본 발명의 몇몇의 실시예에서, 디스플레이 패널(5)은 저항막 방식 터치 스크린(resistive touch screen), 정전용량 방식 터치 스크린(capacitive touch screen), 초음파 방식 터치 스크린(surface acoustic wave touch screen), 적외선 방식 터치 스크린(infrared touch screen) 등을 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.

지문 센서(10)는 사용자의 터치를 센싱하고, 나아가 지문을 센싱한다. 즉, 지문 센서(10)는 융(ridge)과 골(valley)로 이루어진 곡선들을 포함하는 지문 이미지를 센싱한다. 지문 센서(10)는 디스플레이 패널(5)과 별개로 구현될 수도 있고 통합되어 구현될 수도 있다. 예를 들어, 지문 센서(10)는 디스플레이 패널(5) 상에 적층되는 구조로 형성될 수 있다. 이와 다르게 지문 센서(10)는 디스플레이 패널(5) 내부에 통합된 구조로 형성될 수 있다.

예를 들어, 지문 센서(10)는 OLED를 비롯한 디스플레이 패널(5) 상단에 TX 전극과 RX 전극을 내장하는 온-셀 타입 지문 센서(On-Cell Touch AMOLED, OCTA)일 수 있다. 또 다른 예로, 지문 센서(10)는 TFT를 비롯한 디스플레이 패널(5) 내부에 장착되는 인-셀 타입 지문 센서일 수도 있다.

지문 센서(10)는 서로 교차하도록 배치된 복수의 구동 라인(driving line)과 복수의 센싱 라인(sensing line)을 포함하고, 그 교차점(12)은 터치 입력이 발생한 위치를 나타내는 좌표 값을 가질 수 있다.

센싱 데이터 처리 회로(100)는 지문 센서(10)로부터 센싱된 아날로그 센싱 데이터를 디지털 데이터로 변환하고, 다양한 후처리(post-processing) 작업을 수행하여 지문 데이터를 생성한다.

구체적으로, 센싱 데이터 처리 회로(100)는 차분 센싱 회로(110) 및 지문 처리 회로(120)를 포함한다.

차분 센싱 회로(110)는 지문 센서(10)로부터 센싱된 센싱 데이터를 수신하고, 센싱 데이터를 차분하여 1차 차분 데이터를 생성한다.

지문 처리 회로(120)는 차분 센싱 회로(110)로부터 1차 차분 데이터를 수신하고, 1차 차분 데이터를 차분하여 2차 차분 데이터를 생성한다. 또한, 지문 처리 회로(120)는 2차 차분 데이터로부터 지문 데이터를 생성한다.

차분 센싱 회로(110) 및 지문 처리 회로(120)에 대한 구체적인 동작은 도 4 내지 도 11을 참조하여 상세히 후술하도록 한다.

지문을 센싱한 신호에서 유효한 데이터를 판정하기 위한 범위가 매우 작은 경우, 예컨대, 정전용량 방식 터치 패널에 내장된 지문 센서를 사용하여 지문을 센싱하는 경우 등에 있어서, 지문 데이터를 정확하게 추출하기 위해서는 동상 모드 신호(common mode signal), 외부 잡음(noise) 등을 제거하는 것이 필요하다. 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 이와 같은 상황에서, 지문 센서(10)로부터 센싱된 센싱 데이터들 중 인접한 2 개의 센싱 데이터로부터 차분 데이터를 생성하는 방식으로 지문을 센싱하기 때문에, 지문 인식의 정확도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 몇몇의 실시예에서, 상기 반도체 장치는 상기 지문 처리 회로(120)로부터 전달 받은 지문 데이터를 처리하는 처리 시스템(200)을 더 포함할 수 있다. 처리 시스템(200)는 지문 데이터를 이용하여 여러 가지 연산을 수행하는 프로세서, 지문 데이터를 저장하는 메모리 장치 또는 스토리지 장치 등을 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 이용하여 이미지 처리를 하기 위한 이방성 필터 마스크(anisotropic filter mask)의 일례를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 이용하여 이미지 처리를 하기 위한 이방성 필터 마스크의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 이방성 필터 마스크(F1)는 제1 방향(예컨대 X축 방향)으로 센싱 데이터를 차분 하는 경우에 사용될 수 있다. 즉, 이방성 필터 마스크(F1)를 적용하는 것은, 지문 센서(10)로부터 제1 방향으로 센싱한 제1 방향 센싱 데이터를 차분하는 연산을 하는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 방향 센싱 데이터를 Pin(x, y)라고 한다면, 이로부터 차분된 Pout_x_diff(x, y)는 다음과 같은 식 (1)에 의해 연산될 수 있다.

(1)

한편, 도 3을 참조하면, 이방성 필터 마스크(F2)는 제2 방향(예컨대 Y축 방향)으로 센싱 데이터를 차분 하는 경우에 사용될 수 있다. 즉, 이방성 필터 마스크(F2)를 적용하는 것은, 지문 센서(10)로부터 제2 방향으로 센싱한 제2 방향 센싱 데이터를 차분하는 연산을 하는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제2 방향 센싱 데이터를 Pin(x, y)라고 한다면, 이로부터 차분된 Pout_y_diff(x, y)는 다음과 같은 식 (2)에 의해 연산될 수 있다.

(2)

그런데 이와 같이 어느 한 쪽 방향으로만 센싱을 하는 경우, 사용자의 지문 입력 방향에 따라 이미지 왜곡이 발생할 수 있다. 또한 지문 이미지를 회전하는 경우에도 이미지 왜곡이 발생할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 반도체 장치는 제1 방향으로 차분한 데이터와, 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 차분한 데이터를 모두 연산하여 지문 데이터를 생성한다.

즉, 식 (1)로부터 연산된 Pout_x_diff(x, y)와, 식 (2)로부터 연산된 Pout_y_diff(x, y)는, 각각 다음 식 (3) 및 (4)와 같이 한번 더 차분되어 Pout_x_diff2(x, y) 및 Pout_y_diff2(x, y)로 얻어질 수 있다.

(3)

(4)

이후 최종적인 지문 데이터는 다음과 같은 식 (5)에 의해 Pout(x, y)로서 얻어질 수 있다.

(5)

이와 같이 생성된 지문 데이터는, 사용자의 지문 입력 방향과 무관하게 지문 인식의 정확도를 유지할 수 있다. 나아가 지문 데이터의 회전에 대한 출력 일관성을 제공할 뿐만 아니라, 나아가 블러(blur) 효과를 개선하여 지문의 융과 골을 강조하거나 추출이 용이하도록 할 수 있다.

한편, 도 1을 다시 참조하면, Pout_x_diff(x, y) 및 Pout_y_diff(x, y)는 차분 센싱 회로(110)의 출력에 대응되고, Pout_x_diff2(x, y) 및 Pout_y_diff2(x, y)는 지문 처리 회로(120)에서 생성된 후 Pout(x, y)으로 합해진다. Pout(x, y)는 지문 처리 회로(120)의 출력에 대응될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 반도체 장치의 동작들을 상세히 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 차분 센싱 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 지문 센서(10)는 제1 방향(X축 방향) 및 이에 수직인 제2 방향(Y축 방향)으로 지문 이미지를 센싱하여, 제1 방향 센싱 데이터(Pin(x, y)를 생성한다.

지문 센서(10)는 제1 방향으로 연장되도록 배치된 복수의 제1 라인(16)과, 복수의 제1 라인(16)과 교차하며 제2 방향으로 연장되도록 배치된 복수의 제2 라인(14)을 포함한다.

제1 방향으로 지문 이미지를 센싱하는 경우, 지문 센서(10)는 복수의 제1 라인(16)을 구동 라인으로 사용하고, 복수의 제2 라인(14)을 센싱 라인으로 사용한다.

이에 따라, 제1 방향 센싱 데이터(Pin(x, y))는 복수의 제2 라인(14) 중 제1 방향으로 서로 인접한 2 개의 제2 라인(14)으로부터 센싱한 2 개의 센싱 데이터를 포함할 수 있다. 즉, 제1 방향 센싱 데이터(Pin(x, y))는, 도 4에서 라인 교차점(31, 33)에 대응하는 제2 라인(14)으로부터 센싱한 2 개의 센싱 데이터 Pin(x, y) 및 Pin(x-1, y)를 포함할 수 있다.

차분 센싱 회로(110)는 제1 방향 센싱 데이터(Pin(x, y) 및 Pin(x-1, y))를 차분하여 1차 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(x, y))를 생성한다.

여기서, 차분 센싱 회로(110)는 제1 방향 센싱 데이터(Pin(x, y) 및 Pin(x-1, y))를 입력받아 차분 전압을 생성하는 차분 전하 증폭기(differential charge amplifier)(112) 및 상기 차분 전압을 입력받아 1차 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(x, y))를 생성하는 ADC(Analog-Digital Converter)(114)를 포함할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 차분 센싱 회로에 제공되는 센싱 데이터의 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에서, 제1 방향으로 지문 이미지를 센싱하고 있으므로, 지문 센서(10)는 복수의 제1 라인(16)을 구동 라인으로 사용하고, 복수의 제2 라인(14)을 센싱 라인으로 사용한다.

먼저 구동 신호(TX1)가 지문 센서(10)에 인가됨에 따라 제1 라인(16e)이 구동 라인으로 활성화되고, 제2 라인(14a 내지 14g)가 센싱 라인으로 활성화됨에 따라, 지문 센서(10)는 제1 라인(16e)과 제2 라인(14a 내지 14g)이 교차하는 위치에 해당하는 센싱 데이터(Pin(1, y) 내지 Pin(8, y))를 생성할 수 있다.

그 중, 센싱 데이터(Pin(1, y), Pin(2, y))는 차분 센싱 회로(110)의 차분 전하 증폭기(112a)에 입력된 후, ADC(114)를 거쳐 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(2, y))로 연산될 수 있다. 센싱 데이터(Pin(3, y), Pin(4, y))는 는 차분 센싱 회로(110)의 차분 전하 증폭기(112b)에 입력된 후, ADC(114)를 거쳐 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(4, y))로 연산될 수 있다. 이와 마찬가지로, 센싱 데이터(Pin(5, y), Pin(6, y))는 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(6, y))로 연산되고, 센싱 데이터(Pin(7, y), Pin(8, y))는 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(8, y))로 연산될 수 있다.

다음으로, 구동 신호(TX2)가 지문 센서(10)에 인가됨에 따라 제1 라인(16f)이 구동 라인으로 활성화되고, 제2 라인(14a 내지 14g)가 센싱 라인으로 활성화됨에 따라, 지문 센서(10)는 제1 라인(16f)과 제2 라인(14a 내지 14g)이 교차하는 위치에 해당하는 센싱 데이터(Pin(1, y) 내지 Pin(8, y))를 생성할 수 있다.

그리고 앞서 설명한 것과 마찬가지의 방법으로 센싱 데이터(Pin(1, y) 내지 Pin(8, y))로부터 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(2, y), Pout_x_diff(4, y), Pout_x_diff(6, y), Pout_x_diff(8, y))가 연산될 수 있다.

제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(2, y), Pout_x_diff(4, y), Pout_x_diff(6, y), Pout_x_diff(8, y))는 지문 처리 회로(120)에 입력되어, 최종적인 지문 데이터로 변환될 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 차분 센싱 회로에 제공되는 센싱 데이터의 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에서, 제1 방향으로 지문 이미지를 센싱하고 있으므로, 지문 센서(10)는 복수의 제1 라인(16)을 구동 라인으로 사용하고, 복수의 제2 라인(14)을 센싱 라인으로 사용한다.

여기서, 복수의 제2 라인(14)은 서로 인접한 k번째, k+1번째 및 k+2번째(여기서 k는 자연수) 제2 라인을 포함하고, 제1 방향 센싱 데이터는 상기 k번째 제2 라인과 상기 k+1번째 제2 라인으로부터 센싱한 센싱 데이터와, 상기 k+1번째 제2 라인과 상기 k+2번째 제2 라인으로부터 센싱한 센싱 데이터를 포함할 수 있다.

구체적으로, 도 5에서 설명한 바와 같이 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(2, y), Pout_x_diff(4, y), Pout_x_diff(6, y), Pout_x_diff(8, y))를 생성한 후, 다시 구동 신호(TX1 내지 TX5)를 지문 센서(10)에 인가하여, 다른 위상(phase)에서의 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(3, y), Pout_x_diff(5, y), Pout_x_diff(7, y), Pout_x_diff(9, y))를 추가로 생성할 수 있다.

즉, 센싱 데이터(Pin(3, y), Pin(4, y))는 는 차분 센싱 회로(110)의 차분 전하 증폭기(112a)에 입력된 후, ADC(114)를 거쳐 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(3, y))로 연산될 수 있다. 센싱 데이터(Pin(4, y), Pin(5, y))는 는 차분 센싱 회로(110)의 차분 전하 증폭기(112b)에 입력된 후, ADC(114)를 거쳐 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(5, y))로 연산될 수 있다. 이와 마찬가지로, 센싱 데이터(Pin(6, y), Pin(7, y))는 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(7, y))로 연산되고, 센싱 데이터(Pin(8, y), Pin(9, y))는 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(9, y))로 연산될 수 있다.

이와 같이, 도 5에서와 같이 생성된 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(2, y), Pout_x_diff(4, y), Pout_x_diff(6, y), Pout_x_diff(8, y))와 도 6에서와 같이 생성된 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(3, y), Pout_x_diff(5, y), Pout_x_diff(7, y), Pout_x_diff(9, y))는 지문 처리 회로(120)에 입력되어, 최종적인 지문 데이터로 변환될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 차분 센싱 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 제2 방향으로 지문 이미지를 센싱하는 경우, 지문 센서(10)는 복수의 제1 라인(16)을 센싱 라인으로 사용하고, 복수의 제2 라인(14)을 구동 라인으로 사용한다.

이에 따라, 제2 방향 센싱 데이터(Pin(x, y))는 복수의 제1 라인(16) 중 제1 방향으로 서로 인접한 2 개의 제1 라인(16)으로부터 센싱한 2 개의 센싱 데이터를 포함할 수 있다. 즉, 제2 방향 센싱 데이터(Pin(x, y))는, 도 7에서 라인 교차점(41, 43)에 대응하는 제1 라인(16)으로부터 센싱한 2 개의 센싱 데이터 Pin(x, y) 및 Pin(x, y-1)를 포함할 수 있다.

차분 센싱 회로(110)는 제1 방향 센싱 데이터(Pin(x, y) 및 Pin(x, y-1))를 차분하여 1차 제2 방향 차분 데이터(Pout_y_diff(x, y))를 생성한다.

여기서, 차분 센싱 회로(110)는 제1 방향 센싱 데이터(Pin(x, y) 및 Pin(x, y-1))를 입력받아 차분 전압을 생성하는 차분 전하 증폭기(112) 및 상기 차분 전압을 입력받아 1차 제2 방향 차분 데이터(Pout_y_diff(x, y))를 생성하는 ADC(114)를 포함할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 차분 센싱 회로에 제공되는 센싱 데이터의 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 8를 참조하면, 본 실시예에서, 제2 방향으로 지문 이미지를 센싱하고 있으므로, 지문 센서(10)는 복수의 제1 라인(16)을 센싱 라인으로 사용하고, 복수의 제2 라인(14)을 구동 라인으로 사용한다.

먼저 구동 신호(TX1)가 지문 센서(10)에 인가됨에 따라 제2 라인(14a)이 구동 라인으로 활성화되고, 제1 라인(16a 내지 16e)가 센싱 라인으로 활성화됨에 따라, 지문 센서(10)는 제2 라인(14a)과 제1 라인(16a 내지 16e)이 교차하는 위치에 해당하는 센싱 데이터(Pin(1, y) 내지 Pin(4, y))를 생성할 수 있다.

그 중, 센싱 데이터(Pin(1, y), Pin(2, y))는 차분 센싱 회로(110)의 차분 전하 증폭기(112b)에 입력된 후, ADC(114)를 거쳐 제2 방향 차분 데이터(Pout_y_diff(2, y))로 연산될 수 있다. 센싱 데이터(Pin(3, y), Pin(4, y))는 는 차분 센싱 회로(110)의 차분 전하 증폭기(112a)에 입력된 후, ADC(114)를 거쳐 제2 방향 차분 데이터(Pout_y_diff(4, y))로 연산될 수 있다.

다음으로, 구동 신호(TX2)가 지문 센서(10)에 인가됨에 따라 제2 라인(14b)이 구동 라인으로 활성화되고, 제1 라인(16a 내지 16e)가 센싱 라인으로 활성화됨에 따라, 지문 센서(10)는 제2 라인(14b)과 제1 라인(16a 내지 16e)이 교차하는 위치에 해당하는 센싱 데이터(Pin(1, y) 내지 Pin(4, y))를 생성할 수 있다.

그리고 앞서 설명한 것과 마찬가지의 방법으로 센싱 데이터(Pin(1, y) 내지 Pin(4, y))로부터 제2 방향 차분 데이터(Pout_y_diff(2, y), Pout_y_diff(4, y))가 연산될 수 있다.

제2 방향 차분 데이터(Pout_y_diff(2, y), Pout_y_diff(4, y))는 지문 처리 회로(120)에 입력되어, 최종적인 지문 데이터로 변환될 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 차분 센싱 회로에 제공되는 센싱 데이터의 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예에서, 제2 방향으로 지문 이미지를 센싱하고 있으므로, 지문 센서(10)는 복수의 제1 라인(16)을 센싱 라인으로 사용하고, 복수의 제2 라인(14)을 구동 라인으로 사용한다.

여기서, 복수의 제1 라인(16)은 서로 인접한 l+1번째 및 l+2번째(여기서 l은 자연수) 제1 라인을 포함하고, 제2 방향 센싱 데이터는 상기 l번째 제1 라인과 상기 l+1번째 제1 라인으로부터 센싱한 센싱 데이터와, 상기 l+1번째 제1 라인과 상기 l+2번째 제1 라인으로부터 센싱한 센싱 데이터를 포함할 수 있다.

구체적으로, 도 8에서 설명한 바와 같이 제2 방향 차분 데이터(Pout_y_diff(2, y), Pout_y_diff(4, y))를 생성한 후, 다시 구동 신호(TX1 내지 TX9)를 지문 센서(10)에 인가하여, 다른 위상에서의 제2 방향 차분 데이터(Pout_y_diff(3, y), Pout_y_diff(5, y))를 추가로 생성할 수 있다.

즉, 센싱 데이터(Pin(2, y), Pin(3, y))는 는 차분 센싱 회로(110)의 차분 전하 증폭기(112b)에 입력된 후, ADC(114)를 거쳐 제2 방향 차분 데이터(Pout_y_diff(3, y))로 연산될 수 있다. 센싱 데이터(Pin(4, y), Pin(5, y))는 는 차분 센싱 회로(110)의 차분 전하 증폭기(112a)에 입력된 후, ADC(114)를 거쳐 제2 방향 차분 데이터(Pout_y_diff(5, y))로 연산될 수 있다.

이와 같이, 도 8에서와 같이 생성된 제2 방향 차분 데이터(Pout_y_diff(2, y), Pout_y_diff(4, y))와 도 9에서와 같이 생성된 제2 방향 차분 데이터(Pout_y_diff(3, y), Pout_y_diff(5, y))는 지문 처리 회로(120)에 입력되어, 최종적인 지문 데이터로 변환될 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 이용하여 획득한 1차 차분 데이터를 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 도 10의 1차 차분 데이터로부터 2차 차분 데이터를 연산하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 1차 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(x, y))는 제1 방향에 대응하는 m번째, m+1번째 및 m+2번째(여기서 m은 자연수) 1차 제1 방향 차분 데이터를 포함한다. 예를 들어, 영역(52)에 해당하는 1차 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(3, y))는 1차 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(3, 1), Pout_x_diff(3, 2), ... Pout_x_diff(3, M))을 포함한다.

지문 처리 회로(120)는 상기 m번째 1차 제1 방향 차분 데이터와 상기 m+1번째 1차 제1 방향 차분 데이터 사이의 차분을 연산하고, 상기 m+1번째 1차 제1 방향 차분 데이터와 상기 m+2번째 1차 제1 방향 차분 데이터 사이의 차분을 연산하여 2차 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff2(x, y))를 생성한다. 즉, 1차 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(3, 1))와 1차 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(3, 2))의 차분을 연산하여 2차 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff2(3, 2))를 생성하고, 1차 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(3, 2))와 1차 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(3, 3))의 차분을 연산하여 2차 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff2(3, 3))를 생성할 수 있다.

구체적인 구현 목적에 따라, 데이터 처리를 위해 상기 연산에 더미 데이터(Pout_x_diff(3, 0))가 사용될 수도 있으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.

이와 같은 방법으로 1차 제2 방향 차분 데이터(Pout_y_diff(x, y))로부터 2차 제2 방향 차분 데이터(Pout_y_diff2(x, y))가 연산될 수 있으나, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.

이후에는 앞서 설명한 식 (5)와 같은 연산에 의해, 최종적인 지문 데이터가 Pout(x, y)로서 얻어질 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 12를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 동작 방법은, 지문 센서(10)로부터 센싱된 센싱 데이터를 수신(1201)하는 것을 포함한다. 여기서 센싱 데이터는 제1 방향(X축 방향) 센싱 데이터와 제2 방향(Y축 방향) 센싱 데이터를 포함할 수 있다.

다음으로 제1 방향 센싱 데이터 및 제2 방향 센싱 데이터로부터 제1 차분 데이터를 획득(1203)한다. 여기서 1차 차분 데이터는 1차 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(x, y)) 및 1차 제2 방향 차분 데이터(Pout_y_diff(x, y))를 포함할 수 있다.

다음으로 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff(x, y)) 및 1차 제2 방향 차분 데이터(Pout_y_diff(x, y))로부터 2차 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff2(x, y)) 및 2차 제2 방향 차분 데이터(Pout_y_diff2(x, y))를 획득(1205)한다.

이후 2차 제1 방향 차분 데이터(Pout_x_diff2(x, y)) 및 2차 제2 방향 차분 데이터(Pout_y_diff2(x, y))를 합(1207)하여, 최종 지문 데이터(Pout(x, y))를 출력(1209)한다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 이용하여 이미지 처리를 하기 위한 등방성 필터 마스크(isotropic filter mask)의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 13을 참조하면, 도 2 및 도 3의 경우와 다르게, 센싱 데이터 처리 회로(100)는 등방성 필터 마스크(F3)를 사용하여, 지문 데이터를 생성할 수 있다.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 14를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 동작 방법은, 지문 센서(10)로부터 센싱된 센싱 데이터를 수신(1401)하는 것을 포함한다. 여기서 센싱 데이터는 제1 방향(X축 방향) 센싱 데이터와 제2 방향(Y축 방향) 센싱 데이터를 포함할 수 있다.

다음으로 도 13의 등방성 필터 마스크(F3)를 이용하여, 센싱 데이터 처리 회로(100)는 지문 데이터를 생성(1403)하고, 이를 출력(1405)할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

5: 디스플레이 패널 10: 지문 센서
100: 센싱 데이터 처리 회로 110: 차분 센싱 회로
112: 차분 전하 증폭기 114: ADC
120: 지문 처리 회로 200: 처리 시스템

Claims

제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 지문 이미지를 센싱하여 제1 방향 센싱 데이터 및 제2 방향 센싱 데이터를 생성하는 지문 센서;
상기 제1 방향 센싱 데이터 및 상기 제2 방향 센싱 데이터를 각각 차분하여 1차 제1 방향 차분 데이터 및 1차 제2 방향 차분 데이터를 생성하는 차분 센싱 회로; 및
상기 1차 제1 방향 차분 데이터 및 상기 1차 제2 방향 차분 데이터를 각각 차분하여 2차 제1 방향 차분 데이터 및 2차 제2 방향 차분 데이터를 생성하고, 상기 2차 제1 방향 차분 데이터와 상기 2차 제2 방향 차분 데이터를 합하여 지문 데이터를 생성하는 지문 처리 회로를 포함하는 반도체 장치.
제1항에 있어서,
상기 차분 센싱 회로는 상기 제1 방향 센싱 데이터 또는 상기 제2 방향 센싱 데이터를 입력받아 차분 전압을 생성하는 차분 전하 증폭기(differential charge amplifier) 및 상기 차분 전압을 입력받아 상기 1차 제1 방향 차분 데이터 또는 상기 1차 제2 방향 차분 데이터를 생성하는 ADC(Analog-Digital Converter)를 포함하는 반도체 장치.
제1항에 있어서,
상기 지문 센서는 상기 제1 방향으로 연장되도록 배치된 복수의 제1 라인과, 상기 복수의 제1 라인과 교차하며 상기 제2 방향으로 연장되도록 배치된 복수의 제2 라인을 포함하고,
상기 제1 방향으로 상기 지문 이미지를 센싱하는 경우, 상기 복수의 제1 라인을 구동 라인(drive line)으로 사용하고, 상기 복수의 제2 라인을 센싱 라인(sense line)으로 사용하고,
상기 제2 방향으로 상기 지문 이미지를 센싱하는 경우, 상기 복수의 제1 라인을 센싱 라인으로 사용하고, 상기 복수의 제2 라인을 구동 라인으로 사용하는 반도체 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 방향 센싱 데이터는 상기 복수의 제2 라인 중 상기 제1 방향으로 서로 인접한 2 개의 제2 라인으로부터 센싱한 2 개의 센싱 데이터를 포함하는 반도체 장치.
제4항에 있어서,
상기 복수의 제2 라인은 서로 인접한 k번째, k+1번째 및 k+2번째(여기서 k는 자연수) 제2 라인을 포함하고,
상기 제1 방향 센싱 데이터는 상기 k번째 제2 라인과 상기 k+1번째 제2 라인으로부터 센싱한 센싱 데이터와, 상기 k+1번째 제2 라인과 상기 k+2번째 제2 라인으로부터 센싱한 센싱 데이터를 포함하는 반도체 장치.
제3항에 있어서,
상기 제2 방향 센싱 데이터는 상기 복수의 제1 라인 중 상기 제2 방향으로 서로 인접한 2 개의 제1 라인으로부터 센싱한 2 개의 센싱 데이터를 포함하는 반도체 장치.
제6항에 있어서,
상기 복수의 제1 라인은 서로 인접한 l번째, l+1번째 및 l+2번째(여기서 l은 자연수) 제1 라인을 포함하고,
상기 제2 방향 센싱 데이터는 상기 l번째 제1 라인과 상기 l+1번째 제1 라인으로부터 센싱한 센싱 데이터와, 상기 l+1번째 제1 라인과 상기 l+2번째 제1 라인으로부터 센싱한 센싱 데이터를 포함하는 반도체 장치.
제1항에 있어서,
상기 1차 제1 방향 차분 데이터는 상기 제1 방향에 대응하는 m번째, m+1번째 및 m+2번째(여기서 m은 자연수) 1차 제1 방향 차분 데이터를 포함하고,
상기 지문 처리 회로는 상기 m번째 1차 제1 방향 차분 데이터와 상기 m+1번째 1차 제1 방향 차분 데이터 사이의 차분을 연산하고, 상기 m+1번째 1차 제1 방향 차분 데이터와 상기 m+2번째 1차 제1 방향 차분 데이터 사이의 차분을 연산하여 상기 2차 제1 방향 차분 데이터를 생성하는 반도체 장치.
제1항에 있어서,
상기 1차 제2 방향 차분 데이터는 상기 제2 방향에 대응하는 n번째, n+1번째 및 n+2번째(여기서 n은 자연수) 1차 제2 방향 차분 데이터를 포함하고,
상기 지문 처리 회로는 상기 n번째 1차 제2 방향 차분 데이터와 상기 n+1번째 1차 제2 방향 차분 데이터 사이의 차분을 연산하고, 상기 n+1번째 1차 제2 방향 차분 데이터와 상기 n+2번째 1차 제2 방향 차분 데이터 사이의 차분을 연산하여 상기 2차 제2 방향 차분 데이터를 생성하는 반도체 장치.
제1항에 있어서,
상기 지문 센서는 온-셀(on-cell) 타입 센서 또는 인-셀(in-cell) 타입 센서를 포함하는 반도체 장치.
디스플레이 패널;
상기 디스플레이 패널에 내장되고, 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 상기 디스플레이 패널 상의 터치(touch)를 센싱하여 제1 방향 센싱 데이터 및 제2 방향 센싱 데이터를 생성하는 지문 센서;
상기 제1 방향 센싱 데이터 및 상기 제2 방향 센싱 데이터를 각각 차분하여 1차 제1 방향 차분 데이터 및 1차 제2 방향 차분 데이터를 생성하는 차분 센싱 회로; 및
상기 1차 제1 방향 차분 데이터 및 상기 1차 제2 방향 차분 데이터를 각각 차분하여 2차 제1 방향 차분 데이터 및 2차 제2 방향 차분 데이터를 생성하고, 상기 2차 제1 방향 차분 데이터와 상기 2차 제2 방향 차분 데이터를 합하여 지문 데이터를 생성하는 지문 처리 회로를 포함하는 반도체 장치.
제11항에 있어서,
상기 차분 센싱 회로는 상기 제1 방향 센싱 데이터 또는 상기 제2 방향 센싱 데이터를 입력받아 차분 전압을 생성하는 차분 전하 증폭기(differential charge amplifier) 및 상기 차분 전압을 입력받아 상기 1차 제1 방향 차분 데이터 또는 상기 1차 제2 방향 차분 데이터를 생성하는 ADC(Analog-Digital Converter)를 포함하는 반도체 장치.
제11항에 있어서,
상기 지문 센서는 상기 제1 방향으로 연장되도록 배치된 복수의 제1 라인과, 상기 복수의 제1 라인과 교차하며 상기 제2 방향으로 연장되도록 배치된 복수의 제2 라인을 포함하고,
상기 제1 방향으로 상기 지문 이미지를 센싱하는 경우, 상기 복수의 제1 라인을 구동 라인(drive line)으로 사용하고, 상기 복수의 제2 라인을 센싱 라인(sense line)으로 사용하고,
상기 제2 방향으로 상기 지문 이미지를 센싱하는 경우, 상기 복수의 제1 라인을 센싱 라인으로 사용하고, 상기 복수의 제2 라인을 구동 라인으로 사용하는 반도체 장치.
제13항에 있어서,
상기 제1 방향 센싱 데이터는 상기 복수의 제2 라인 중 상기 제1 방향으로 서로 인접한 2 개의 제2 라인으로부터 센싱한 2 개의 센싱 데이터를 포함하는 반도체 장치.
제14항에 있어서,
상기 복수의 제2 라인은 서로 인접한 k번째, k+1번째 및 k+2번째(여기서 k는 자연수) 제2 라인을 포함하고,
상기 제1 방향 센싱 데이터는 상기 k번째 제2 라인과 상기 k+1번째 제2 라인으로부터 센싱한 센싱 데이터와, 상기 k+1번째 제2 라인과 상기 k+2번째 제2 라인으로부터 센싱한 센싱 데이터를 포함하는 반도체 장치.
제13항에 있어서,
상기 제2 방향 센싱 데이터는 상기 복수의 제1 라인 중 상기 제2 방향으로 서로 인접한 2 개의 제1 라인으로부터 센싱한 2 개의 센싱 데이터를 포함하는 반도체 장치.
제16항에 있어서,
상기 복수의 제1 라인은 서로 인접한 l번째, l+1번째 및 l+2번째(여기서 l은 자연수) 제1 라인을 포함하고,
상기 제2 방향 센싱 데이터는 상기 l번째 제1 라인과 상기 l+1번째 제1 라인으로부터 센싱한 센싱 데이터와, 상기 l+1번째 제1 라인과 상기 l+2번째 제1 라인으로부터 센싱한 센싱 데이터를 포함하는 반도체 장치.
제11항에 있어서,
상기 1차 제1 방향 차분 데이터는 상기 제1 방향에 대응하는 m번째, m+1번째 및 m+2번째(여기서 m은 자연수) 1차 제1 방향 차분 데이터를 포함하고,
상기 지문 처리 회로는 상기 m번째 1차 제1 방향 차분 데이터와 상기 m+1번째 1차 제1 방향 차분 데이터 사이의 차분을 연산하고, 상기 m+1번째 1차 제1 방향 차분 데이터와 상기 m+2번째 1차 제1 방향 차분 데이터 사이의 차분을 연산하여 상기 2차 제1 방향 차분 데이터를 생성하는 반도체 장치.
제11항에 있어서,
상기 1차 제2 방향 차분 데이터는 상기 제2 방향에 대응하는 n번째, n+1번째 및 n+2번째(여기서 n은 자연수) 1차 제2 방향 차분 데이터를 포함하고,
상기 지문 처리 회로는 상기 n번째 1차 제2 방향 차분 데이터와 상기 n+1번째 1차 제2 방향 차분 데이터 사이의 차분을 연산하고, 상기 n+1번째 1차 제2 방향 차분 데이터와 상기 n+2번째 1차 제2 방향 차분 데이터 사이의 차분을 연산하여 상기 2차 제2 방향 차분 데이터를 생성하는 반도체 장치.
제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 지문 이미지를 센싱하여 제1 방향 센싱 데이터 및 제2 방향 센싱 데이터를 생성하는 지문 센서; 및
상기 제1 방향 센싱 데이터를 복수 회 차분하고 상기 제2 방향 센싱 데이터를 복수회 차분하여 생성한 2차원 차분 등방성 필터(2-dimensional differential isotropic filter)를 이용하여 지문 데이터를 생성하는 센싱 데이터 처리 회로를 포함하는 반도체 장치.
제20항에 있어서,
상기 센싱 데이터 처리 회로는 상기 제1 방향 센싱 데이터를 복수 회 차분하고 상기 제2 방향 센싱 데이터를 복수회 차분하여 생성한 데이터를 합하여 상기 지문 데이터를 생성하는 반도체 장치.
제20항에 있어서,
상기 지문 센서는 상기 제1 방향으로 연장되도록 배치된 복수의 제1 라인과, 상기 복수의 제1 라인과 교차하며 상기 제2 방향으로 연장되도록 배치된 복수의 제2 라인을 포함하고,
상기 제1 방향으로 상기 지문 이미지를 센싱하는 경우, 상기 복수의 제1 라인을 구동 라인(drive line)으로 사용하고, 상기 복수의 제2 라인을 센싱 라인(sense line)으로 사용하고,
상기 제2 방향으로 상기 지문 이미지를 센싱하는 경우, 상기 복수의 제1 라인을 센싱 라인으로 사용하고, 상기 복수의 제2 라인을 구동 라인으로 사용하는 반도체 장치.
제22항에 있어서,
상기 제1 방향 센싱 데이터는 상기 복수의 제2 라인 중 상기 제1 방향으로 서로 인접한 2 개의 제2 라인으로부터 센싱한 2 개의 센싱 데이터를 포함하는 반도체 장치.
제22항에 있어서,
상기 제2 방향 센싱 데이터는 상기 복수의 제1 라인 중 상기 제2 방향으로 서로 인접한 2 개의 제1 라인으로부터 센싱한 2 개의 센싱 데이터를 포함하는 반도체 장치.
제20항에 있어서,
상기 지문 센서는 온-셀(on-cell) 타입 센서 또는 인-셀(in-cell) 타입 센서를 포함하는 반도체 장치.