KR20180091998A - 센서 화소 및 이를 포함하는 지문 센서 - Google Patents

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김재경
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Abstract

본 발명은 센서 전극; 상기 센서 전극에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 출력선을 통해 출력되는 전류를 제어하는 제1 트랜지스터; 제1 전압선과 상기 제1 트랜지스터 사이에 연결되는 제2 트랜지스터; 상기 제1 트랜지스터와 상기 출력선 사이에 연결되는 제3 트랜지스터; 및 상기 제1 트랜지스터의 문턱 전압을 보상하기 위한 보상부를 포함하는 센서 화소 및 이를 포함하는 지문 센서에 관한 것이다.

Description

센서 화소 및 이를 포함하는 지문 센서{SENSOR PIXEL AND FINGERPRINT SENSOR INCLUDING THE SAME}
본 발명의 실시예는 지문 인식을 위한 센서 화소 및 이를 포함하는 지문 센서에 관한 것이다.
정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서, 표시 장치에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다.
최근에는 표시 장치를 통해, 전화, 문자 메시지 전송 서비스와 같은 통신 기능뿐 아니라, 금융, 보안 등 개인 정보가 활용되는 다양한 부가 기능이 제공되고 있으므로, 타인의 접근을 제한하기 위한 지문 센서가 표시 장치에 많이 활용되고 있다.
지문 센서를 구현하는 방식으로는 광학 방식, 열감지 방식 및 정전용량 방식 등의 다양한 인식 방식이 알려져 있다.
이 중 정전용량 방식의 지문 센서는 사람의 손가락이 도전성 감지 전극에 근접할 때 지문의 골(valley)과 융선(ridge) 형상에 따른 정전용량의 변화를 검출함으로써, 지문의 모양(지문 패턴)을 획득할 수 있다.
본 발명의 실시예는 센서 화소들 간 문턱 전압의 차이를 보상함으로써, 지문 센싱 감도를 향상시킬 수 있는 센서 화소 및 이를 포함하는 지문 센서를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 의한 센서 화소는, 센서 전극, 상기 센서 전극에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 출력선을 통해 출력되는 전류를 제어하는 제1 트랜지스터, 제1 전압선과 상기 제1 트랜지스터 사이에 연결되는 제2 트랜지스터, 상기 제1 트랜지스터와 상기 출력선 사이에 연결되는 제3 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터의 문턱 전압을 보상하기 위한 보상부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서 전극과 제1 커패시터를 형성하는 커패시터 전극을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제3 트랜지스터의 게이트 전극은, 제3 주사선에 연결될 수 있다.
또한, 상기 커패시터 전극은, 상기 제3 주사선에 연결될 수 있다.
또한, 상기 보상부는, 상기 제2 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터 사이의 공통 노드와 제2 전압선 사이에 연결되는 제4 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터 사이의 공통 노드와 상기 센서 전극 사이에 연결되는 제5 트랜지스터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제4 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제5 트랜지스터의 게이트 전극은, 제2 주사선에 연결될 수 있다.
또한, 제3 전압선과 상기 센서 전극 사이에 연결되는 제6 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제6 트랜지스터의 게이트 전극은, 제1 주사선에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 센서 화소는, 제1 노드에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제2 노드와 제3 노드 사이에 연결되는 제1 트랜지스터, 제3 주사선에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제1 전압선과 상기 제2 노드 사이에 연결되는 제2 트랜지스터, 상기 제3 주사선에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 상기 제3 노드와 출력선 사이에 연결되는 제3 트랜지스터, 제2 주사선에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 상기 제2 노드와 제2 전압선 사이에 연결되는 제4 트랜지스터, 상기 제2 주사선에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 상기 제3 노드와 상기 제1 노드 사이에 연결되는 제5 트랜지스터, 제1 주사선과 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제3 전압선과 제1 노드 사이에 연결되는 제6 트랜지스터 및 상기 제3 주사선과 상기 제1 노드 사이에 연결되는 커패시터를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 표시 장치는, 센서 화소들 및 상기 센서 화소들로 주사 신호를 공급하는 주사 구동부를 포함하고, 각각의 상기 센서 화소들은, 센서 전극, 상기 센서 전극에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 출력선을 통해 출력되는 전류를 제어하는 제1 트랜지스터, 제1 전압선과 상기 제1 트랜지스터 사이에 연결되는 제2 트랜지스터, 상기 제1 트랜지스터와 상기 출력선 사이에 연결되는 제3 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터의 문턱 전압을 보상하기 위한 보상부를 포함할 수 있다.
또한, 각각의 상기 센서 화소들은, 상기 센서 전극과 제1 커패시터를 형성하는 커패시터 전극을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제3 트랜지스터의 게이트 전극은, 제3 주사선에 연결될 수 있다.
또한, 상기 커패시터 전극은, 상기 제3 주사선에 연결될 수 있다.
또한, 상기 보상부는, 상기 제2 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터 사이의 공통 노드와 제2 전압선 사이에 연결되는 제4 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터 사이의 공통 노드와 상기 센서 전극 사이에 연결되는 제5 트랜지스터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제4 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제5 트랜지스터의 게이트 전극은, 상기 제2 주사선에 연결될 수 있다.
또한, 각각의 상기 센서 화소들은, 제3 전압선과 상기 센서 전극 사이에 연결되는 제6 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제6 트랜지스터의 게이트 전극은, 제1 주사선과 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 전압선과 상기 제2 전압선은, 동일하게 설정될 수 있다.
또한, 상기 제1 전압선과 상기 제3 전압선은, 동일하게 설정될 수 있다.
또한, 상기 제6 트랜지스터는, 제1 기간 동안 온 상태를 유지하고, 상기 제4 트랜지스터 및 상기 제5 트랜지스터는, 제2 기간 동안 온 상태를 유지하며, 상기 제2 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터는, 제3 기간 동안 온 상태를 유지할 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 센서 화소들 간 문턱 전압의 차이를 보상함으로써, 지문 센싱 감도를 향상시킬 수 있는 센서 화소 및 이를 포함하는 지문 센서를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 센서 화소를 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 센서 전극과 관련된 제2 커패시터의 정전 용량이 지문의 융선 및 골에 따라 변화하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 센서 화소를 구체적으로 나타낸 회로도이다.
도 4는 도 3에 도시된 센서 화소의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 지문 센서를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 센서 화소를 구체적으로 나타낸 회로도이다.
도 7은 도 6에 도시된 센서 화소의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 지문 센서를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 센서 화소를 구체적으로 나타낸 회로도이다.
도 10은 도 9에 도시된 센서 화소의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 11a 내지 도 11d는 전압선에 대한 다양한 실시예를 나타낸 도면이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 본 발명의 실시예들과 관련된 도면들을 참고하여, 본 발명의 실시예에 의한 센서 화소 및 이를 포함하는 지문 센서에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 센서 화소를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 센서 화소(SP)는 센서 전극(210), 커패시터 전극(220), 및 센서 회로(250)를 포함할 수 있다.
센서 전극(210)은 커패시터 전극(220)과 제1 커패시터(C1)를 형성할 수 있다. 또한, 지문 인식을 위해 사용자의 손가락이 센서 화소(SP)에 근접하는 경우, 센서 전극(210)은 사용자의 손가락과 제2 커패시터(C2, 도 2a 및 도 2b 참조)를 형성할 수 있다.
또한, 센서 전극(210)은 센서 회로(250)와 연결될 수 있으며, 도전성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 재료로는 금속, 이들의 합금, 도전성 고분자, 투명 도전성 물질 등이 사용될 수 있다.
상기 금속으로는 구리, 은, 금, 백금, 팔라듐, 니켈, 주석, 알루미늄, 코발트, 로듐, 이리듐, 철, 루테늄, 오스뮴, 망간, 몰리브덴, 텅스텐, 니오브, 탄탈, 타이타늄, 비스머스, 안티몬, 납 등을 예로 들 수 있다.
또한, 상기 도전성 고분자로는 폴리티오펜계, 폴리피롤계, 폴리아닐린계, 폴리아세틸렌계, 폴리페닐렌계 화합물 및 이들의 혼합물 등을 예로 들 수 있으며, 특히 폴리티오펜계 중에서도 PEDOT/PSS 화합물을 사용할 수 있다.
상기 투명 도전성 물질로는 은나노와이어(AgNW), ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Antimony Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 및 SnO2(Tin Oxide), 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 그래핀 (graphene) 등을 예로 들 수 있다.
커패시터 전극(220)은 센서 전극(210)과 중첩하여 위치할 수 있으며, 이에 따라 센서 전극(210)과 커패시터 전극(220)은 제1 커패시터(C1)를 형성할 수 있다.
또한, 커패시터 전극(220)은 제3 주사선(SL3)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 커패시터 전극(220)은 제3 주사선(SL3)과 동일 물질로 형성될 수 있다.
센서 회로(250)는 제1 커패시터(C1), 제1 주사선(SL1), 제2 주사선(SL2), 제3 주사선(SL3), 출력선(O), 및 전압선(180)과 연결될 수 있다.
센서 회로(250)는 제1 주사선(SL1), 제2 주사선(SL2), 및 제3 주사선(SL3)을 통해 공급되는 신호들에 대응하여 동작할 수 있으며, 출력선(O)으로 출력되는 전류(Io)를 제어할 수 있다.
전압선(180)은 제1 전압선(181), 제2 전압선(182), 및 제3 전압선(183)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 전압선(181)은 제1 전압(Vcom)을 센서 회로(250)로 공급하고, 제2 전압선(182)은 제2 전압(Vcp)을 센서 회로(250)로 공급하며, 제3 전압선(183)은 제3 전압(Vint)을 센서 회로(250)로 공급할 수 있다.
이를 위하여, 전압 공급부(미도시)는 제1 전압(Vcom), 제2 전압(Vcp), 및 제3 전압(Vint)을 각각 제1 전압선(181), 제2 전압선(182), 및 제3 전압선(183)으로 공급할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 센서 전극과 관련된 제2 커패시터의 정전 용량이 지문의 융선 및 골에 따라 변화하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 특히, 도 2a에서는 센서 화소(SP) 상에 손가락(300)의 융선(310)이 위치한 경우를 도시하였고, 도 2b에서는 센서 화소(SP) 상에 손가락(300)의 골(320)이 위치한 경우를 도시하였다.
도 2a 및 도 2b를 참고하면, 센서 전극(210)과 커패시터 전극(220)은 제1 커패시터(C1)를 형성할 수 있다. 센서 전극(210)과 커패시터 전극(220)은 서로 이격되어 위치할 수 있으며, 그 사이에는 적어도 하나의 절연층(미도시)이 위치할 수 있다.
또한, 지문 인식을 위해 사용자의 손가락(300)이 센서 화소(SP) 상에 위치하는 경우, 센서 전극(210)과 손가락(300)은 제2 커패시터(C2)를 형성할 수 있다.
이때, 제2 커패시터(C2)는 가변 커패시터로서, 제2 커패시터(C2)의 정전 용량은 센서 전극(210) 상에 지문의 융선(310) 또는 골(320)이 위치하는지 여부에 따라 변화될 수 있다.
즉, 융선(310)과 센서 전극(210)의 거리는 골(320)과 센서 전극(210) 사이의 거리보다 짧으므로, 도 2a와 같이 융선(310)이 센서 전극(210) 상에 위치한 경우의 제2 커패시터(C2)의 정전 용량과, 도 2b와 같이 골(320)이 센서 전극(210) 상에 위치한 경우의 제2 커패시터(C2)의 정전 용량은 서로 차이가 나게 된다.
제2 커패시터(C2)의 정전 용량의 변화는 센서 화소(SP)의 출력 전류(Io)에도 영향을 미치게 되므로, 리드 아웃 회로(미도시)는 출력 전류(Io)의 변화량을 감지하여 사용자의 지문을 인식할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 센서 화소를 구체적으로 나타낸 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 센서 화소(SP)는 제1 커패시터(C1) 및 센서 회로(250)를 포함할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 제1 커패시터(C1)는 센서 전극(210)과 커패시터 전극(220)을 포함할 수 있다.
센서 회로(250)는 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2), 제3 트랜지스터(T3), 및 보상부(270)를 포함할 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)는 센서 전극(210)에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 출력선(O)으로 출력되는 전류(Io)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제1 트랜지스터(T1)는 제1 노드(N1)에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제1 트랜지스터(T1)는 제1 노드(N1)에 연결되는 게이트 전극, 제2 노드(N2)에 연결되는 제1 전극, 및 제3 노드(N3)에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다.
이에 따라, 출력 전류(Io)는 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전압(예를 들어, 제1 노드(N1)의 전압)에 대응하여 변화될 수 있다.
제2 트랜지스터(T2)는 제1 전압선(181)과 제1 트랜지스터(T1) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제2 트랜지스터(T2)는 제3 주사선(SL3)에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제1 전압선(181)과 제2 노드(N2) 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제2 트랜지스터(T2)는 제3 주사선(SL3)에 연결되는 게이트 전극, 제1 전압선(181)에 연결되는 제1 전극, 및 제2 노드(N2)에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다.
이에 따라, 제3 주사선(SL3)으로 주사 신호가 공급되는 경우, 제2 트랜지스터(T2)는 턴-온될 수 있다.
제3 트랜지스터(T3)는 제1 트랜지스터(T1)와 출력선(O) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제3 트랜지스터(T3)는 제3 주사선(SL3)에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제3 노드(N3)와 출력선(O) 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제3 트랜지스터(T3)는 제3 주사선(SL3)에 연결되는 게이트 전극, 제3 노드(N3)에 연결되는 제1 전극, 및 출력선(O)에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다.
이에 따라, 제3 주사선(SL3)으로 주사 신호가 공급되는 경우, 제3 트랜지스터(T3)는 턴-온될 수 있다.
보상부(270)는 제1 트랜지스터(T1)의 문턱 전압(Threshold voltage)을 보상할 수 있다.
이를 위하여, 보상부(270)는 제4 트랜지스터(T4) 및 제5 트랜지스터(T5)를 포함할 수 있다.
제4 트랜지스터(T4)는 제2 트랜지스터(T2)와 제1 트랜지스터(T1)의 공통 노드(N2)와 제2 전압선(182) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제4 트랜지스터(T4)는 제2 주사선(SL2)에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제2 노드(N2)와 제2 전압선(182) 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제4 트랜지스터(T4)는 제2 주사선(SL2)에 연결되는 게이트 전극, 제2 전압선(182)에 연결되는 제1 전극, 및 제2 노드(N2)에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다.
이에 따라, 제2 주사선(SL2)으로 주사 신호가 공급되는 경우, 제4 트랜지스터(T4)는 턴-온될 수 있다.
제5 트랜지스터(T5)는 제1 트랜지스터(T1)와 제3 트랜지스터(T3)의 공통 노드(N3)와 센서 전극(210) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제5 트랜지스터(T5)는 제2 주사선(SL2)에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제3 노드(N3)와 제1 노드(N1) 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제5 트랜지스터(T5)는 제2 주사선(SL2)에 연결되는 게이트 전극, 제1 노드(N1)에 연결되는 제1 전극, 및 제3 노드(N3)에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다.
이에 따라, 제2 주사선(SL2)으로 주사 신호가 공급되는 경우, 제5 트랜지스터(T5)는 턴-온될 수 있다.
제1 커패시터(C1)는 제1 노드(N1)와 제3 주사선(SL3) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 센서 전극(210)은 제1 노드(N1)에 연결되고, 커패시터 전극(220)은 제3 주사선(SL3)에 연결될 수 있다.
제2 커패시터(C2)는 사용자의 손가락(300)이 센서 화소(SP)에 근접할 때 형성되는 것으로, 가변 커패시터로 동작할 수 있다. 이러한 제2 커패시터(C2)는 등가 회로 상 제1 노드(N1)에서 제1 커패시터(C1)와 직렬 연결된 것으로 볼 수 있다.
또한, 센서 회로(250)는 센서 화소(SP)의 초기화를 위한 제6 트랜지스터(T6)를 추가적으로 포함할 수 있다.
제6 트랜지스터(T6)는 제3 전압선(183)과 센서 전극(210) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제6 트랜지스터(T6)는 제1 주사선(SL1)과 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제3 전압선(183)과 제1 노드(N1) 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제6 트랜지스터(T6)는 제1 주사선(SL1)과 연결되는 게이트 전극, 제3 전압선(183)과 연결되는 제1 전극, 및 제1 노드(N1)에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다.
이에 따라, 제1 주사선(SL1)으로 주사 신호가 공급되는 경우, 제6 트랜지스터(T6)는 턴-온될 수 있다.
제6 트랜지스터(T6)가 턴-온되는 경우, 센서 전극(210)의 전압(또는 제1 노드(N1)의 전압)은 제3 전압(Vint)으로 변경될 수 있다.
여기서, 트랜지스터들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)의 제1 전극은 소스 전극 및 드레인 전극 중 어느 하나로 설정되고, 트랜지스터들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)의 제2 전극은 제1 전극과 다른 전극으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극이 소스 전극으로 설정되면 제2 전극은 드레인 전극으로 설정될 수 있다.
또한, 도 4에서는 예시적으로 트랜지스터들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)이 PMOS 트랜지스터인 것으로 도시하였으나, 다른 실시예에서는 트랜지스터들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)이 NMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 센서 화소의 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 특히, 도 4에서는 제1 주사선(SL1)으로 공급되는 주사 신호, 제2 주사선(SL2)으로 공급되는 주사 신호, 및 제3 주사선(SL3)으로 공급되는 주사 신호를 도시하였다.
도 4를 참조하면, 센서 화소(SP)의 동작과 관련하여 제1 기간(P1, 초기화 기간), 제2 기간(P2, 문턱 전압 보상 기간), 및 제3 기간(P3, 센싱 기간)이 순차적으로 진행될 수 있다.
제1 기간(P1) 동안 제1 주사선(SL1)으로 주사 신호가 공급될 수 있다.
따라서, 제1 기간(P1)에서는 제6 트랜지스터(T6)가 온 상태를 유지할 수 있으며, 제1 노드(N1)는 제3 전압선(183)으로부터 인가되는 제3 전압(Vint)으로 초기화될 수 있다.
예를 들어, 제3 전압(Vint)은 제1 트랜지스터(T1)를 턴-온시킬 수 있는 전압 레벨을 가질 수 있다.
그 후, 제2 기간(P2) 동안 제2 주사선(SL2)으로 주사 신호가 공급될 수 있다.
따라서, 제2 기간(P2)에서는 보상부(270)에 포함된 제4 트랜지스터(T4) 및 제5 트랜지스터(T5)가 온 상태를 유지할 수 있다.
제4 트랜지스터(T4)가 턴-온됨에 따라 제2 노드(N2)에는 제2 전압(Vcp)이 인가될 수 있으며, 제5 트랜지스터(T5)가 턴-온됨에 따라 제1 트랜지스터(T1)는 다이오드 연결될 수 있다.
이에 따라, 제1 노드(N1)의 전압(VN1)은 제2 전압(Vcp)에서 제1 트랜지스터(T1)의 문턱 전압(Vth1)을 감한 값으로 설정될 수 있다. (하기 수식 참고)
VN1 = Vcp - Vth1
그 후, 제3 기간(P3) 동안 제3 주사선(SL3)으로 주사 신호가 공급될 수 있다.
따라서, 제3 기간(P3)에서는 제2 트랜지스터(T2) 및 제3 트랜지스터(T3)가 온 상태를 유지할 수 있다. 이에 따라, 제1 전압선(181)으로부터 출력선(O)으로 전류(Io)가 흐를 수 있다.
이때, 제1 트랜지스터(T1)는 게이트 전압(제1 노드(N1)의 전압(VN1))에 대응하여 출력 전류(Io)의 양을 제어할 수 있다.
예를 들어, 출력 전류(Io)는 제1 노드(N1)의 전압(VN1)에 따라 변화될 수 있으며, 제1 노드(N1)의 전압(VN1)은 하기와 같은 수식에 따라 결정될 수 있다.
VN1 = Vcp - Vth1 + (Vc1/(Vc1+Vc2))*Vs
여기서, Vc1은 제1 커패시터(C1)의 정전 용량, Vc2는 제2 커패시터(C2)의 정전 용량, Vs는 제3 주사선(SL3)에 공급된 주사 신호의 전압 변화량이다.
또한, 출력 전류(Io)는 하기 수식에 따라 결정될 수 있다.
Io = K(Vsg - Vth1)^2
여기서, K는 상수, Vsg는 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극과 게이트 전극 사이의 전압차이다.
제3 기간(P3)에서 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극의 전압은 제1 전압(Vcom)이므로, 출력 전류(Io)는 하기 수식에 따라 나타낼 수 있다.
Io = K{Vcom - (Vcp - Vth1 + (Vc1/(Vc1+Vc2))*Vs) - Vth1}^2
Io = K{Vcom - Vcp - (Vc1/(Vc1+Vc2))*Vs}^2
결국, 제1 트랜지스터(T1)로부터 출력되는 전류(Io)는 문턱 전압(Vth1)과 무관하게 결정되므로, 센서 화소들 간 문턱 전압의 차이로 인한 센싱 감도의 불균일 현상을 제거할 수 있다.
리드 아웃 회로(미도시)는 출력 전류(Io)를 이용하여 지문의 융선(310) 및 골(320)을 인식할 수 있다.
즉, 융선(310)이 센서 전극(210) 상에 위치한 경우의 제2 커패시터(C2)의 정전 용량(Vc2)과, 골(320)이 센서 전극(210) 상에 위치한 경우의 제2 커패시터(C2)의 정전 용량(Vc2)은 서로 차이가 나게 된다. 제2 커패시터(C2)의 정전 용량(Vc2)의 변화는 센서 화소(SP)의 출력 전류(Io)에도 영향을 미치게 되므로, 리드 아웃 회로는 출력 전류(Io)의 변화량을 감지하여 지문의 융선(310) 및 골(320)을 인식할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 지문 센서를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 지문 센서(100)는 센서 화소들(SP), 주사 구동부(150), 및 리드 아웃(read-out) 회로(160)를 포함할 수 있다.
센서 화소들(SP)은 기판(110) 상에 위치할 수 있다. 또한, 센서 화소들(SP)은 주사선들(SL1~SLn) 및 출력선들(O1~Om)과 연결될 수 있다.
센서 화소들(SP)은 주사선들(SL1~SLn)을 통하여 주사 신호들을 공급받을 수 있고, 또한 지문의 골 및 융선에 대응하는 소정의 전류를 출력선들(O1~Om)로 출력할 수 있다.
주사선들(SL1~SLn)은 기판(110) 상에 위치할 수 있으며, 제1 방향(예를 들어, X축 방향)으로 길게 연장되어 라인 단위로 센서 화소들(SP)과 연결될 수 있다.
출력선들(O1~Om)은 기판(110) 상에 위치할 수 있으며, 제2 방향(예를 들어, Y축 방항)으로 길게 연장되어 라인 단위로 센서 화소들(SP)과 연결될 수 있다.
다만, 주사선들(SL1~SLn) 및 출력선들(O1~Om)의 배치 방향은 이에 제한되지 않으며, 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 센서 화소들(SP)은 전압선(180)과 연결될 수 있으며, 이를 통해 전압 공급부(170)로부터 구동 전압을 공급받을 수 있다.
주사 구동부(150)는 주사선들(SL1~SLn)을 통해 센서 화소들(SP)로 주사 신호들을 공급할 수 있다.
예를 들어, 주사 구동부(150)는 순차적으로 주사 신호를 주사선들(SL1~SLn)로 출력할 수 있다.
주사 신호는 상기 주사 신호를 공급받는 트랜지스터를 턴-온시킬 수 있는 전압 레벨을 가질 수 있다.
주사선들(SL1~SLn)과의 연결을 위하여, 주사 구동부(150)는 기판(110) 상에 직접 실장되거나, 연성 회로 기판(Flexible Printed Circuit Board) 등과 같은 별도의 구성 요소를 통해 기판(110)과 연결될 수 있다.
리드 아웃 회로(160)는 출력선들(O1~Om)을 통해 센서 화소들(SP)로부터 출력되는 신호(예를 들어, 전류)를 입력받을 수 있다.
예를 들어, 주사 구동부(150)가 순차적으로 주사 신호를 공급하는 경우 센서 화소들(SP)은 라인 단위로 선택되고, 리드 아웃 회로(160)는 라인 단위의 센서 화소들(SP)로부터 출력되는 전류를 차례대로 입력받을 수 있다.
이때, 리드 아웃 회로(160)는 전류의 변화량을 센싱함으로써, 지문 정보를 인식할 수 있다.
출력선들(O1~Om)과의 연결을 위하여, 리드 아웃 회로(160)는 기판(110) 상에 직접 실장되거나, 연성 회로 기판 등과 같은 별도의 구성 요소를 통해 기판(110)과 연결될 수 있다.
전압 공급부(170)는 전압선(180)을 통해 센서 화소들(SP)로 소정의 전압을 공급할 수 있다.
전압선(180)과의 연결을 위하여, 전압 공급부(170)는 기판(110) 상에 직접 실장되거나, 연성 회로 기판 등과 같은 별도의 구성 요소를 통해 기판(110)과 연결될 수 있다.
도 5에서는 주사 구동부(150), 리드 아웃 회로(160), 및 전압 공급부(170)를 개별적으로 도시하였으나, 상기 구성 요소들 중 적어도 일부는 필요에 따라 통합될 수 있다.
또한, 주사 구동부(150), 리드 아웃 회로(160), 및 전압 공급부(170)는 칩 온 글래스(Chip On Glass), 칩 온 플라스틱(Chip On Plastic), 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Package), 칩 온 필름(Chip On Film) 등과 다양한 방식에 의하여 설치될 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 센서 화소를 구체적으로 나타낸 회로도이고, 도 7은 도 6에 도시된 센서 화소의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 6에서는 설명의 편의를 위하여 i-1번째 주사선(SLi-1), i번째 주사선(SLi), i+1번째 주사선(SLi+1), 및 j번째 출력선(Oj)과 연결된 센서 화소(SP)를 도시하였다. 여기서, i는 2이상의 정수이며, j는 자연수이다. 또한, 도 7에서는 i-1번째 주사선(SLi-1)으로 공급되는 주사 신호, i번째 주사선(SLi)으로 공급되는 주사 신호, 및 i+1번째 주사선(SLi+1)으로 공급되는 주사 신호를 도시하였다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 센서 화소(SP)는 제1 커패시터(C1) 및 센서 회로(250)를 포함할 수 있다.
센서 회로(250)는 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2), 제3 트랜지스터(T3), 및 보상부(270)를 포함할 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)는 센서 전극(210)에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, j번째 출력선(Oj)으로 출력되는 전류(Io)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제1 트랜지스터(T1)는 제1 노드(N1)에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제1 트랜지스터(T1)는 제1 노드(N1)에 연결되는 게이트 전극, 제2 노드(N2)에 연결되는 제1 전극, 및 제3 노드(N3)에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다.
이에 따라, 출력 전류(Io)는 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전압(예를 들어, 제1 노드(N1)의 전압)에 대응하여 변화될 수 있다.
제2 트랜지스터(T2)는 제1 전압선(181)과 제1 트랜지스터(T1) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제2 트랜지스터(T2)는 i+1번째 주사선(SLi+1)에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제1 전압선(181)과 제2 노드(N2) 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제2 트랜지스터(T2)는 i+1번째 주사선(SLi+1)에 연결되는 게이트 전극, 제1 전압선(181)에 연결되는 제1 전극, 및 제2 노드(N2)에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다.
이에 따라, i+1번째 주사선(SLi+1)으로 주사 신호가 공급되는 경우, 제2 트랜지스터(T2)는 턴-온될 수 있다.
제3 트랜지스터(T3)는 제1 트랜지스터(T1)와 j번째 출력선(Oj) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제3 트랜지스터(T3)는 i+1번째 주사선(SLi+1)에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제3 노드(N3)와 j번째 출력선(Oj) 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제3 트랜지스터(T3)는 i+1번째 주사선(SLi+1)에 연결되는 게이트 전극, 제3 노드(N3)에 연결되는 제1 전극, 및 j번째 출력선(Oj)에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다.
이에 따라, i+1번째 주사선(SLi+1)으로 주사 신호가 공급되는 경우, 제3 트랜지스터(T3)는 턴-온될 수 있다.
보상부(270)는 제1 트랜지스터(T1)의 문턱 전압(Threshold voltage)을 보상할 수 있다.
이를 위하여, 보상부(270)는 제4 트랜지스터(T4) 및 제5 트랜지스터(T5)를 포함할 수 있다.
제4 트랜지스터(T4)는 제2 트랜지스터(T2)와 제1 트랜지스터(T1)의 공통 노드(N2)와 제2 전압선(182) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제4 트랜지스터(T4)는 i번째 주사선(SLi)에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제2 노드(N2)와 제2 전압선(182) 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제4 트랜지스터(T4)는 i번째 주사선(SLi)에 연결되는 게이트 전극, 제2 전압선(182)에 연결되는 제1 전극, 및 제2 노드(N2)에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다.
이에 따라, i번째 주사선(SLi)으로 주사 신호가 공급되는 경우, 제4 트랜지스터(T4)는 턴-온될 수 있다.
제5 트랜지스터(T5)는 제1 트랜지스터(T1)와 제3 트랜지스터(T3)의 공통 노드(N3)와 센서 전극(210) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제5 트랜지스터(T5)는 i번째 주사선(SLi)에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제3 노드(N3)와 제1 노드(N1) 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제5 트랜지스터(T5)는 i번째 주사선(SLi)에 연결되는 게이트 전극, 제1 노드(N1)에 연결되는 제1 전극, 및 제3 노드(N3)에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다.
이에 따라, i번째 주사선(SLi)으로 주사 신호가 공급되는 경우, 제5 트랜지스터(T5)는 턴-온될 수 있다.
제1 커패시터(C1)는 제1 노드(N1)와 i+1번째 주사선(SLi+1) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 센서 전극(210)은 제1 노드(N1)에 연결되고, 커패시터 전극(220)은 i+1번째 주사선(SLi+1)에 연결될 수 있다.
제2 커패시터(C2)는 사용자의 손가락(300)이 센서 화소(SP)에 근접할 때 형성되는 것으로, 가변 커패시터로 동작할 수 있다. 이러한 제2 커패시터(C2)는 등가 회로 상 제1 노드(N1)에서 제1 커패시터(C1)와 직렬 연결된 것으로 볼 수 있다.
또한, 센서 회로(250)는 센서 화소(SP)의 초기화를 위한 제6 트랜지스터(T6)를 추가적으로 포함할 수 있다.
제6 트랜지스터(T6)는 제3 전압선(183)과 센서 전극(210) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제6 트랜지스터(T6)는 i-1번째 주사선(SLi-1)과 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제3 전압선(183)과 제1 노드(N1) 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제6 트랜지스터(T6)는 i-1번째 주사선(SLi-1)과 연결되는 게이트 전극, 제3 전압선(183)과 연결되는 제1 전극, 및 제1 노드(N1)에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다.
이에 따라, i-1번째 주사선(SLi-1)으로 주사 신호가 공급되는 경우, 제6 트랜지스터(T6)는 턴-온될 수 있다.
제6 트랜지스터(T6)가 턴-온되는 경우, 센서 전극(210)의 전압(또는 제1 노드(N1)의 전압)은 제3 전압(Vint)으로 변경될 수 있다.
여기서, 트랜지스터들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)의 제1 전극은 소스 전극 및 드레인 전극 중 어느 하나로 설정되고, 트랜지스터들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)의 제2 전극은 제1 전극과 다른 전극으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극이 소스 전극으로 설정되면 제2 전극은 드레인 전극으로 설정될 수 있다.
또한, 도 6에서는 예시적으로 트랜지스터들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)이 PMOS 트랜지스터인 것으로 도시하였으나, 다른 실시예에서는 트랜지스터들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)이 NMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 기간(P1) 동안 i-1번째 주사선(SLi-1)으로 주사 신호가 공급되고, 제2 기간(P2) 동안 i번째 주사선(SLi)으로 주사 신호가 공급되며, 제3 기간(P3) 동안 i+1번째 주사선(SLi+1)으로 주사 신호가 공급될 수 있다.
즉, i-1번째 주사선(SLi-1), i번째 주사선(SLi), 및 i+1번째 주사선(SLi+1)은 각각 도 4와 관련하여 상술한 제1 주사선(SL1), 제2 주사선(SL2), 및 제3 주사선(SL3)과 각각 대응될 수 있다.
이에 따라, 도 6에 도시된 센서 화소(SP) 역시 도 3에 도시된 센서 화소(SP)와 동일한 방식으로 동작될 수 있다. 그러므로, 도 6에 도시된 센서 화소(SP)의 동작에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 지문 센서를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 지문 센서(100')는 센서 화소들(SP), 제1 주사 구동부(151), 제2 주사 구동부(152), 및 리드 아웃 회로(160)를 포함할 수 있다.
센서 화소들(SP)은 기판(110) 상에 위치할 수 있다. 또한, 센서 화소들(SP)은 제1 주사선들(S10~S1n), 제2 주사선들(S21~S2n) 및 출력선들(O1~Om)과 연결될 수 있다.
센서 화소들(SP)은 제1 주사선들(S10~S1n)과 제2 주사선들(S21~S2n)을 통하여 주사 신호들을 공급받을 수 있고, 또한 지문의 골 및 융선에 대응하는 소정의 전류를 출력선들(O1~Om)로 출력할 수 있다.
제1 주사선들(S10~S1n)은 기판(110) 상에 위치할 수 있으며, 제1 방향(예를 들어, X축 방향)으로 길게 연장되어 라인 단위로 센서 화소들(SP)과 연결될 수 있다.
또한, 제2 주사선들(S21~S2n)은 기판(110) 상에 위치할 수 있으며, 제1 방향(예를 들어, X축 방향)으로 길게 연장되어 라인 단위로 센서 화소들(SP)과 연결될 수 있다.
출력선들(O1~Om)은 기판(110) 상에 위치할 수 있으며, 제2 방향(예를 들어, Y축 방항)으로 길게 연장되어 라인 단위로 센서 화소들(SP)과 연결될 수 있다.
다만, 제1 주사선들(S10~S1n), 제2 주사선들(S21~S2n), 및 출력선들(O1~Om)의 배치 방향은 이에 제한되지 않으며, 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 센서 화소들(SP)은 전압선(180)과 연결될 수 있으며, 이를 통해 전압 공급부(170)로부터 구동 전압을 공급받을 수 있다.
제1 주사 구동부(151)는 제1 주사선들(S10~S1n)을 통해 센서 화소들(SP)로 주사 신호들을 공급할 수 있다.
예를 들어, 제1 주사 구동부(151)는 순차적으로 주사 신호를 제1 주사선들(S10~S1n)로 출력할 수 있다.
주사 신호는 상기 주사 신호를 공급받는 트랜지스터를 턴-온시킬 수 있는 전압 레벨을 가질 수 있다.
제1 주사선들(S10~S1n)과의 연결을 위하여, 제1 주사 구동부(151)는 기판(110) 상에 직접 실장되거나, 연성 회로 기판(Flexible Printed Circuit Board) 등과 같은 별도의 구성 요소를 통해 기판(110)과 연결될 수 있다.
제2 주사 구동부(152)는 제2 주사선들(S21~S2n)을 통해 센서 화소들(SP)로 주사 신호들을 공급할 수 있다.
예를 들어, 제2 주사 구동부(152)는 순차적으로 주사 신호를 제2 주사선들(S21~S2n)로 출력할 수 있다.
제2 주사 구동부(152)와의 연결을 위하여, 제2 주사 구동부(152)는 기판(110) 상에 직접 실장되거나, 연성 회로 기판 등과 같은 별도의 구성 요소를 통해 기판(110)과 연결될 수 있다.
리드 아웃 회로(160)는 출력선들(O1~Om)을 통해 센서 화소들(SP)로부터 출력되는 신호(예를 들어, 전류)를 입력받을 수 있다.
예를 들어, 센서 화소들(SP)이 순차적으로 주사 신호를 공급받는 경우 센서 화소들(SP)은 라인 단위로 선택되고, 리드 아웃 회로(160)는 라인 단위의 센서 화소들(SP)로부터 출력되는 전류를 차례대로 입력받을 수 있다.
이때, 리드 아웃 회로(160)는 전류의 변화량을 센싱함으로써, 지문 정보를 인식할 수 있다.
출력선들(O1~Om)과의 연결을 위하여, 리드 아웃 회로(160)는 기판(110) 상에 직접 실장되거나, 연성 회로 기판 등과 같은 별도의 구성 요소를 통해 기판(110)과 연결될 수 있다.
전압 공급부(170)는 전압선(180)을 통해 센서 화소들(SP)로 소정의 전압을 공급할 수 있다.
전압선(180)과의 연결을 위하여, 전압 공급부(170)는 기판(110) 상에 직접 실장되거나, 연성 회로 기판 등과 같은 별도의 구성 요소를 통해 기판(110)과 연결될 수 있다.
도 8에서는 제1 주사 구동부(151), 제2 주사 구동부(152), 리드 아웃 회로(160), 및 전압 공급부(170)를 개별적으로 도시하였으나, 상기 구성 요소들 중 적어도 일부는 필요에 따라 통합될 수 있다.
또한, 제1 주사 구동부(151), 제2 주사 구동부(152), 리드 아웃 회로(160), 및 전압 공급부(170)는 칩 온 글래스(Chip On Glass), 칩 온 플라스틱(Chip On Plastic), 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Package), 칩 온 필름(Chip On Film) 등과 다양한 방식에 의하여 설치될 수 있다.
도 9는 도 8에 도시된 센서 화소를 구체적으로 나타낸 회로도이고, 도 10은 도 9에 도시된 센서 화소의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 9에서는 설명의 편의를 위하여 i-1번째 제1 주사선(S1i-1), i번째 제1 주사선(S1i), i번째 제2 주사선(S2i), 및 j번째 출력선(Oj)과 연결된 센서 화소(SP)를 도시하였다. 여기서, i는 2이상의 정수이며, j는 자연수이다. 또한, 도 9에서는 i-1번째 제1 주사선(S1i-1)으로 공급되는 주사 신호, i번째 제2 주사선(S2i)으로 공급되는 주사 신호, 및 i번째 제1 주사선(S1i)으로 공급되는 주사 신호를 도시하였다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 센서 화소(SP)는 제1 커패시터(C1) 및 센서 회로(250)를 포함할 수 있다.
센서 회로(250)는 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2), 제3 트랜지스터(T3), 및 보상부(270)를 포함할 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)는 센서 전극(210)에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, j번째 출력선(Oj)으로 출력되는 전류(Io)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제1 트랜지스터(T1)는 제1 노드(N1)에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제1 트랜지스터(T1)는 제1 노드(N1)에 연결되는 게이트 전극, 제2 노드(N2)에 연결되는 제1 전극, 및 제3 노드(N3)에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다.
이에 따라, 출력 전류(Io)는 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전압(예를 들어, 제1 노드(N1)의 전압)에 대응하여 변화될 수 있다.
제2 트랜지스터(T2)는 제1 전압선(181)과 제1 트랜지스터(T1) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제2 트랜지스터(T2)는 i번째 제1 주사선(S1i)에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제1 전압선(181)과 제2 노드(N2) 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제2 트랜지스터(T2)는 i번째 제1 주사선(S1i)에 연결되는 게이트 전극, 제1 전압선(181)에 연결되는 제1 전극, 및 제2 노드(N2)에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다.
이에 따라, i번째 제1 주사선(S1i)으로 주사 신호가 공급되는 경우, 제2 트랜지스터(T2)는 턴-온될 수 있다.
제3 트랜지스터(T3)는 제1 트랜지스터(T1)와 j번째 출력선(Oj) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제3 트랜지스터(T3)는 i번째 제1 주사선(S1i)에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제3 노드(N3)와 j번째 출력선(Oj) 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제3 트랜지스터(T3)는 i번째 제1 주사선(S1i)에 연결되는 게이트 전극, 제3 노드(N3)에 연결되는 제1 전극, 및 j번째 출력선(Oj)에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다.
이에 따라, i번째 제1 주사선(S1i)으로 주사 신호가 공급되는 경우, 제3 트랜지스터(T3)는 턴-온될 수 있다.
보상부(270)는 제1 트랜지스터(T1)의 문턱 전압(Threshold voltage)을 보상할 수 있다.
이를 위하여, 보상부(270)는 제4 트랜지스터(T4) 및 제5 트랜지스터(T5)를 포함할 수 있다.
제4 트랜지스터(T4)는 제2 트랜지스터(T2)와 제1 트랜지스터(T1)의 공통 노드(N2)와 제2 전압선(182) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제4 트랜지스터(T4)는 i번째 제2 주사선(S2i)에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제2 노드(N2)와 제2 전압선(182) 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제4 트랜지스터(T4)는 i번째 제2 주사선(S2i)에 연결되는 게이트 전극, 제2 전압선(182)에 연결되는 제1 전극, 및 제2 노드(N2)에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다.
이에 따라, i번째 제2 주사선(S2i)으로 주사 신호가 공급되는 경우, 제4 트랜지스터(T4)는 턴-온될 수 있다.
제5 트랜지스터(T5)는 제1 트랜지스터(T1)와 제3 트랜지스터(T3)의 공통 노드(N3)와 센서 전극(210) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제5 트랜지스터(T5)는 i번째 제2 주사선(S2i)에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제3 노드(N3)와 제1 노드(N1) 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제5 트랜지스터(T5)는 i번째 제2 주사선(S2i)에 연결되는 게이트 전극, 제1 노드(N1)에 연결되는 제1 전극, 및 제3 노드(N3)에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다.
이에 따라, i번째 제2 주사선(S2i)으로 주사 신호가 공급되는 경우, 제5 트랜지스터(T5)는 턴-온될 수 있다.
제1 커패시터(C1)는 제1 노드(N1)와 i번째 제1 주사선(S1i) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 센서 전극(210)은 제1 노드(N1)에 연결되고, 커패시터 전극(220)은 i번째 제1 주사선(S1i)에 연결될 수 있다.
제2 커패시터(C2)는 사용자의 손가락(300)이 센서 화소(SP)에 근접할 때 형성되는 것으로, 가변 커패시터로 동작할 수 있다. 이러한 제2 커패시터(C2)는 등가 회로 상 제1 노드(N1)에서 제1 커패시터(C1)와 직렬 연결된 것으로 볼 수 있다.
또한, 센서 회로(250)는 센서 화소(SP)의 초기화를 위한 제6 트랜지스터(T6)를 추가적으로 포함할 수 있다.
제6 트랜지스터(T6)는 제3 전압선(183)과 센서 전극(210) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제6 트랜지스터(T6)는 i-1번째 제1 주사선(S1i-1)과 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제3 전압선(183)과 제1 노드(N1) 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제6 트랜지스터(T6)는 i-1번째 제1 주사선(S1i-1)과 연결되는 게이트 전극, 제3 전압선(183)과 연결되는 제1 전극, 및 제1 노드(N1)에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다.
이에 따라, i-1번째 제1 주사선(S1i-1)으로 주사 신호가 공급되는 경우, 제6 트랜지스터(T6)는 턴-온될 수 있다.
제6 트랜지스터(T6)가 턴-온되는 경우, 센서 전극(210)의 전압(또는 제1 노드(N1)의 전압)은 제3 전압(Vint)으로 변경될 수 있다.
여기서, 트랜지스터들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)의 제1 전극은 소스 전극 및 드레인 전극 중 어느 하나로 설정되고, 트랜지스터들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)의 제2 전극은 제1 전극과 다른 전극으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극이 소스 전극으로 설정되면 제2 전극은 드레인 전극으로 설정될 수 있다.
또한, 도 9에서는 예시적으로 트랜지스터들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)이 PMOS 트랜지스터인 것으로 도시하였으나, 다른 실시예에서는 트랜지스터들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)이 NMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1 기간(P1) 동안 i-1번째 제1 주사선(S1i-1)으로 주사 신호가 공급되고, 제2 기간(P2) 동안 i번째 제2 주사선(S2i)으로 주사 신호가 공급되며, 제3 기간(P3) 동안 i번째 제1 주사선(S1i)으로 주사 신호가 공급될 수 있다.
즉, i-1번째 제1 주사선(S1i-1), i번째 제2 주사선(S2i), 및 i번째 제1 주사선(S1i)은 각각 도 4와 관련하여 상술한 제1 주사선(SL1), 제2 주사선(SL2), 및 제3 주사선(SL3)과 각각 대응될 수 있다.
이에 따라, 도 9에 도시된 센서 화소(SP) 역시 도 3에 도시된 센서 화소(SP)와 동일한 방식으로 동작될 수 있다. 그러므로, 도 9에 도시된 센서 화소(SP)의 동작에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 11a 내지 도 11d는 전압선에 대한 다양한 실시예를 나타낸 도면이다. 여기서는 도 9에 도시된 센서 화소(SP)를 기준으로 설명을 진행하나, 다른 실시예에 의한 센서 화소(SP)의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 11a를 참조하면, 제2 전압(Vcp)이 제1 전압(Vcom)과 동일한 경우, 제2 전압선(182)은 제1 전압선(181)에 통합될 수 있다.
이 경우, 상술한 제1 전압선(181)과 제2 전압선(182)은 동일한 전압선을 의미할 수 있으며, 상술한 실시예에 비하여 전압선의 개수를 줄일 수 있다.
도 11b를 참조하면, 제3 전압(Vint)이 제1 전압(Vcom)과 동일한 경우, 제3 전압선(183)은 제1 전압선(181)에 통합될 수 있다.
이 경우, 상술한 제1 전압선(181)과 제3 전압선(183)은 동일한 전압선을 의미할 수 있으며, 상술한 실시예에 비하여 전압선의 개수를 줄일 수 있다.
도 11c를 참조하면, 제3 전압(Vint)이 제2 전압(Vcp)과 동일한 경우, 제3 전압선(183)은 제2 전압선(182)에 통합될 수 있다.
이 경우, 상술한 제2 전압선(182)과 제3 전압선(183)은 동일한 전압선을 의미할 수 있으며, 상술한 실시예에 비하여 전압선의 개수를 줄일 수 있다.
도 11d를 참조하면, 제2 전압(Vcp)과 제3 전압(Vint)이 제1 전압(Vcom)과 동일한 경우, 제2 전압선(182)과 제3 전압선(183)은 제1 전압선(181)에 통합될 수 있다.
이 경우, 상술한 제1 전압선(181), 제2 전압선(182) 및 제3 전압선(183)은 모두 동일한 전압선을 의미할 수 있으며, 상술한 실시예에 비하여 전압선의 개수를 최소화할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 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. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 지문 센서
150: 주사 구동부
151: 제1 주사 구동부
152: 제2 주사 구동부
160: 리드 아웃 회로
170: 전압 공급부
210: 센서 전극
220: 커패시터 전극
250: 센서 회로
270: 보상부
SP: 센서 화소

Claims (20)

  1. 센서 전극;
    상기 센서 전극에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 출력선을 통해 출력되는 전류를 제어하는 제1 트랜지스터;
    제1 전압선과 상기 제1 트랜지스터 사이에 연결되는 제2 트랜지스터;
    상기 제1 트랜지스터와 상기 출력선 사이에 연결되는 제3 트랜지스터; 및
    상기 제1 트랜지스터의 문턱 전압을 보상하기 위한 보상부를 포함하는 센서 화소.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서 전극과 제1 커패시터를 형성하는 커패시터 전극을 더 포함하는 센서 화소.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제3 트랜지스터의 게이트 전극은, 제3 주사선에 연결되는 센서 화소.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 커패시터 전극은, 상기 제3 주사선에 연결되는 센서 화소.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보상부는,
    상기 제2 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터 사이의 공통 노드와 제2 전압선 사이에 연결되는 제4 트랜지스터; 및
    상기 제1 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터 사이의 공통 노드와 상기 센서 전극 사이에 연결되는 제5 트랜지스터를 포함하는 센서 화소.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제4 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제5 트랜지스터의 게이트 전극은, 제2 주사선에 연결되는 센서 화소.
  7. 제5항에 있어서,
    제3 전압선과 상기 센서 전극 사이에 연결되는 제6 트랜지스터를 더 포함하는 센서 화소.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제6 트랜지스터의 게이트 전극은, 제1 주사선에 연결되는 센서 화소.
  9. 제1 노드에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제2 노드와 제3 노드 사이에 연결되는 제1 트랜지스터;
    제3 주사선에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제1 전압선과 상기 제2 노드 사이에 연결되는 제2 트랜지스터;
    상기 제3 주사선에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 상기 제3 노드와 출력선 사이에 연결되는 제3 트랜지스터;
    제2 주사선에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 상기 제2 노드와 제2 전압선 사이에 연결되는 제4 트랜지스터;
    상기 제2 주사선에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 상기 제3 노드와 상기 제1 노드 사이에 연결되는 제5 트랜지스터;
    제1 주사선과 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 제3 전압선과 제1 노드 사이에 연결되는 제6 트랜지스터; 및
    상기 제3 주사선과 상기 제1 노드 사이에 연결되는 커패시터를 포함하는 센서 화소.
  10. 센서 화소들; 및
    상기 센서 화소들로 주사 신호를 공급하는 주사 구동부를 포함하고,
    각각의 상기 센서 화소들은,
    센서 전극;
    상기 센서 전극에 연결되는 게이트 전극을 포함하고, 출력선을 통해 출력되는 전류를 제어하는 제1 트랜지스터;
    제1 전압선과 상기 제1 트랜지스터 사이에 연결되는 제2 트랜지스터;
    상기 제1 트랜지스터와 상기 출력선 사이에 연결되는 제3 트랜지스터; 및
    상기 제1 트랜지스터의 문턱 전압을 보상하기 위한 보상부를 포함하는 지문 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    각각의 상기 센서 화소들은, 상기 센서 전극과 제1 커패시터를 형성하는 커패시터 전극을 더 포함하는 지문 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제3 트랜지스터의 게이트 전극은, 제3 주사선에 연결되는 지문 센서.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 커패시터 전극은, 상기 제3 주사선에 연결되는 지문 센서.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 보상부는,
    상기 제2 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터 사이의 공통 노드와 제2 전압선 사이에 연결되는 제4 트랜지스터; 및
    상기 제1 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터 사이의 공통 노드와 상기 센서 전극 사이에 연결되는 제5 트랜지스터를 포함하는 지문 센서.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제4 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제5 트랜지스터의 게이트 전극은, 상기 제2 주사선에 연결되는 지문 센서.
  16. 제14항에 있어서,
    각각의 상기 센서 화소들은, 제3 전압선과 상기 센서 전극 사이에 연결되는 제6 트랜지스터를 더 포함하는 지문 센서.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제6 트랜지스터의 게이트 전극은, 제1 주사선과 연결되는 지문 센서.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 전압선과 상기 제2 전압선은, 동일한 것을 특징으로 하는 지문 센서.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제1 전압선과 상기 제3 전압선은, 동일한 것을 특징으로 하는 지문 센서.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제6 트랜지스터는, 제1 기간 동안 온 상태를 유지하고,
    상기 제4 트랜지스터 및 상기 제5 트랜지스터는, 제2 기간 동안 온 상태를 유지하며,
    상기 제2 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터는, 제3 기간 동안 온 상태를 유지하는 지문 센서.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10579181B2 (en) 2017-01-24 2020-03-03 Samsung Display Co., Ltd. Display device

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110858297B (zh) * 2018-08-24 2023-10-24 华为技术有限公司 光学指纹识别电路
CN112181187B (zh) 2019-07-04 2022-04-15 京东方科技集团股份有限公司 一种超声感应电路及其驱动方法，以及显示装置
CN114092978A (zh) * 2020-08-06 2022-02-25 北京小米移动软件有限公司 信号采集电路及信号采集方法、电子设备

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4432625B2 (ja) * 2003-09-05 2010-03-17 セイコーエプソン株式会社 静電容量検出装置
KR100552451B1 (ko) * 2005-07-27 2006-02-21 실리콘 디스플레이 (주) 문턱전압이 보상되는 요철 검출장치 및 그 방법
TWI390452B (zh) 2008-10-17 2013-03-21 Acer Inc 指紋感測裝置與方法以及具指紋感測之觸控裝置
KR101210473B1 (ko) * 2011-04-26 2012-12-10 실리콘 디스플레이 (주) 정전용량 지문센서
US10699638B2 (en) * 2011-11-29 2020-06-30 Ignis Innovation Inc. Structural and low-frequency non-uniformity compensation
US20130287274A1 (en) 2012-04-29 2013-10-31 Weidong Shi Methods and Apparatuses of Unified Capacitive Based Sensing of Touch and Fingerprint
EP2853906A4 (en) * 2012-05-22 2016-10-12 Silicon Display Technology CAPACITIVE DIGITAL FOOTPRINT SENSOR
CN104575367B (zh) * 2013-10-15 2017-10-13 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 一种像素电路及其驱动方法和应用
CN103971639B (zh) * 2014-05-06 2016-01-06 京东方科技集团股份有限公司 像素驱动电路及其驱动方法、阵列基板及显示装置
KR102542983B1 (ko) * 2016-06-27 2023-06-15 삼성디스플레이 주식회사 터치 센서 및 이를 포함하는 표시 장치
CN106156741B (zh) * 2016-07-04 2019-07-19 信利（惠州）智能显示有限公司 指纹识别单元电路及其控制方法以及指纹识别装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10579181B2 (en) 2017-01-24 2020-03-03 Samsung Display Co., Ltd. Display device

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