KR102717141B1 - Active matrix circuit for high-speed driving of light-receiving diode array and method for operating the same - Google Patents
Active matrix circuit for high-speed driving of light-receiving diode array and method for operating the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102717141B1 KR102717141B1 KR1020220109610A KR20220109610A KR102717141B1 KR 102717141 B1 KR102717141 B1 KR 102717141B1 KR 1020220109610 A KR1020220109610 A KR 1020220109610A KR 20220109610 A KR20220109610 A KR 20220109610A KR 102717141 B1 KR102717141 B1 KR 102717141B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- switch
- array
- control signal
- photodiode
- active matrix
- Prior art date
Links
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000004883 computer application Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/44—Electric circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/44—Electric circuits
- G01J2001/4406—Plural ranges in circuit, e.g. switchable ranges; Adjusting sensitivity selecting gain values
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/44—Electric circuits
- G01J2001/4446—Type of detector
- G01J2001/446—Photodiode
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
수광 다이오드 어레이의 고속 구동을 위한 능동 매트릭스 회로 및 그의 구동 방법이 개시되며, 본원의 일 실시예에 따른 고속 구동이 가능한 수광 다이오드 어레이는 입사광에 대응하는 광전류를 생성하는 수광 다이오드, 제어 신호에 기초하여 상기 수광 다이오드의 출력 신호를 신호 판독 라인에 연결하는 제1스위치 및 상기 제어 신호에 기초하여 미리 설정된 바이어스 전압을 상기 수광 다이오드에 인가하기 위한 제2스위치를 포함할 수 있다.An active matrix circuit for high-speed driving of a photodiode array and a driving method thereof are disclosed. A photodiode array capable of high-speed driving according to one embodiment of the present invention may include a photodiode that generates a photocurrent corresponding to incident light, a first switch that connects an output signal of the photodiode to a signal readout line based on a control signal, and a second switch that applies a preset bias voltage to the photodiode based on the control signal.
Description
본원은 수광 다이오드 어레이의 고속 구동을 위한 능동 매트릭스 회로 및 그의 구동 방법에 관한 것이다. 예를 들면, 본원은 고속 구동이 가능한 수광 다이오드 어레이 및 이를 포함하는 능동 매트릭스 회로 구조에 관한 것이다.The present invention relates to an active matrix circuit for high-speed driving of a photodiode array and a driving method thereof. For example, the present invention relates to a photodiode array capable of high-speed driving and an active matrix circuit structure including the same.
유기 전자 소자는 주로 발광 다이오드 및 태양광 전지로 범위가 한정되어서 발전되어왔으나, 최근 유기 재료를 기반으로 하는 수광 다이오드 소자에 대한 개발이 확산되고 있다. 이는 유기물 기반의 포토 다이오드의 경우, 자외선 파장 대역으로부터 근적외선의 파장 대역까지 좋은 흡수 스펙트럼을 갖는 점, 무기 반도체와 비교하여 상대적으로 낮은 온도의 공정 능력을 통해 대부분의 기판 공정 수용이 가능한 점 등에 따라 광학 이미징 및 생체 융합 제품이 현실화될 수 있다는 측면에서 이점이 있기 때문이다.Organic electronic devices have been mainly developed with a limited scope, such as light-emitting diodes and solar cells, but recently, the development of photodiode devices based on organic materials has been expanding. This is because organic-based photodiodes have a good absorption spectrum from the ultraviolet wavelength band to the near-infrared wavelength band, and compared to inorganic semiconductors, they have relatively low-temperature process capabilities, so they can accommodate most substrate processes, and thus have the advantage of making optical imaging and bio-fusion products a reality.
한편, 도 1은 종래의 능동 매트릭스 구조를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 능동 매트릭스 구조는 수광 다이오드와 해당 수광 다이오드를 선택하기 위한 스위치 소자로 이루어질 수 있으며, 스위치 소자는 행 단위로 공유된 제어 신호선을 이용하여 제어되며, 스위치 소자의 출력은 열 단위로 공유된 열 단위 신호선에 전달되어 열 단위 판독기에서 수신하게 된다.Meanwhile, Fig. 1 is a drawing showing a conventional active matrix structure. Referring to Fig. 1, a conventional active matrix structure may be composed of a photodetector diode and a switching element for selecting the photodetector diode, and the switching element is controlled using a control signal line shared in a row unit, and the output of the switching element is transmitted to a column-unit signal line shared in a column unit and received in a column-unit reader.
구체적으로, 수광 다이오드는 소정의 크기 이상의 역방향 바이어스가 걸렸을 때 입사광에 선형적으로 비례하는 광전류를 생성하게 되므로, 열 단위 판독기(Col Readout)에서는 열 단위 신호선을 특정 전압으로 바이어스 하게 되며, 이 때, 신호선의 길이가 길수록 신호선의 RC(Resistor-Capacitor) 값에 의하여 수광 다이오드의 음극 전압을 충전시키는데 더 긴 시간이 걸리게 된다.Specifically, since the photodiode generates a photocurrent linearly proportional to the incident light when a reverse bias of a predetermined size or greater is applied, in a column-by-column reader (Col Readout), the column-by-column signal line is biased to a specific voltage, and at this time, the longer the signal line, the longer it takes to charge the cathode voltage of the photodiode by the RC (resistor-capacitor) value of the signal line.
이와 관련하여, 도 2는 실리콘 유형의 수광 다이오드와 유기 수광 다이오드의 전류-전압 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.In this regard, Fig. 2 is a graph comparing the current-voltage characteristics of a silicon type photodiode and an organic photodiode.
도 2를 참조하면, 수광 다이오드가 도 2의 (a)와 같은 전류-전압(I-V) 특성을 가지는 실리콘 기반의 다이오드일 경우 낮은 역방향 바이어스에도 충분한 크기의 광전류를 생성하기 때문에, 수광 다이오드의 음극 전압이 충전되는 동안에도 충분한 크기의 광전류가 열 단위 판독기에 전달되게 되는 반면, 도 2의 (b)와 같이 수광 다이오드가 유기 다이오드 타입인 경우, 낮은 역방향 바이어스에서는 충분한 크기의 광전류를 생성하지 못하기 때문에, 능동 매트릭스의 동작속도를 저하시키는 문제가 있다.Referring to FIG. 2, if the photodetector is a silicon-based diode having current-voltage (I-V) characteristics as in (a) of FIG. 2, sufficient photocurrent is generated even at low reverse bias, so that sufficient photocurrent is transmitted to the column-unit reader while the cathode voltage of the photodetector is charged. On the other hand, if the photodetector is an organic diode type as in (b) of FIG. 2, sufficient photocurrent cannot be generated at low reverse bias, so there is a problem of reducing the operating speed of the active matrix.
본원의 배경이 되는 기술은 한국공개특허공보 제10-2022-0108608호에 개시되어 있다.The background technology of this application is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2022-0108608.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수광 다이오드의 출력을 판독하기 위한 제1스위치와 수광 다이오드에 바이어스 전압을 제공하기 위한 제2스위치를 서로 상보적으로 동작하게 하여 동일한 행단위 제어신호를 사용하여 제어할 수 있는 수광 다이오드 어레이의 고속 구동을 위한 능동 매트릭스 회로 및 그의 구동 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.The present invention is intended to solve the problems of the above-mentioned prior art, and to provide an active matrix circuit for high-speed driving of a photodiode array that can be controlled using the same row-by-row control signal by making a first switch for reading the output of the photodiode and a second switch for providing a bias voltage to the photodiode operate complementarily to each other, and a driving method thereof.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제1스위치가 동작하지 않는 경우에도, 제2스위치로 수광 다이오드를 바이어스 시켜 수광 다이오드의 별도의 충전 시간이 요구되지 않고, 이에 따라 해당 수광 다이오드가 선택된 후 출력 신호를 곧바로 생성해내어 고속 동작이 가능한 수광 다이오드 어레이의 고속 구동을 위한 능동 매트릭스 회로 및 그의 구동 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.The present invention is intended to solve the problems of the above-mentioned prior art, and to provide an active matrix circuit for high-speed driving of a photodiode array capable of high-speed operation by biasing the photodiode with a second switch even when the first switch does not operate, thereby not requiring a separate charging time for the photodiode, and thus immediately generating an output signal after the corresponding photodiode is selected, and a driving method thereof.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical tasks to be achieved by the embodiments of the present invention are not limited to the technical tasks described above, and other technical tasks may exist.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 고속 구동이 가능한 수광 다이오드 어레이는 입사광에 대응하는 광전류를 생성하는 수광 다이오드, 제어 신호에 기초하여 상기 수광 다이오드의 출력 신호를 신호 판독 라인에 연결하는 제1스위치 및 상기 제어 신호에 기초하여 미리 설정된 바이어스 전압을 상기 수광 다이오드에 인가하기 위한 제2스위치를 포함할 수 있다.As a technical means for achieving the above-mentioned technical task, a high-speed driving photodiode array according to one embodiment of the present invention may include a photodiode that generates a photocurrent corresponding to incident light, a first switch that connects an output signal of the photodiode to a signal readout line based on a control signal, and a second switch that applies a preset bias voltage to the photodiode based on the control signal.
또한, 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치는, 상기 제어 신호에 기초하여 상보적으로 동작할 수 있다.Additionally, the first switch and the second switch can operate complementarily based on the control signal.
또한, 상기 제어 신호에 따라 상기 제1스위치가 온(On)되면, 상기 제2스위치는 오프(Off)되고, 상기 출력 신호는 상기 신호 판독 라인을 통해 판독 모듈로 전송될 수 있다.Additionally, when the first switch is turned on according to the control signal, the second switch is turned off, and the output signal can be transmitted to the reading module through the signal reading line.
또한, 상기 제어 신호에 따라 상기 제2스위치가 온(On)되면, 상기 제1스위치는 오프(Off)되고, 상기 바이어스 전압에 기초하여 상기 수광 다이오드의 음극 전압이 충전될 수 있다.Additionally, when the second switch is turned on according to the control signal, the first switch is turned off, and the cathode voltage of the photodetector can be charged based on the bias voltage.
또한, 상기 제어 신호에 따라 상기 제1스위치가 온(On)되면, 상기 수광 다이오드에는 상기 광전류가 생성될 수 있는 역방향 바이어스가 형성될 수 있다.Additionally, when the first switch is turned on according to the control signal, a reverse bias that can generate the photocurrent can be formed in the photodetector diode.
또한, 상기 제1스위치는 N타입 트랜지스터 및 P 타입 트랜지스터 중 어느 하나이고, 상기 제2스위치는 상기 N타입 트랜지스터 및 상기 P 타입 트랜지스터 중 나머지 하나일 수 있다.Additionally, the first switch may be one of an N-type transistor and a P-type transistor, and the second switch may be the other of the N-type transistor and the P-type transistor.
또한, 상기 수광 다이오드는 유기 수광 다이오드일 수 있다.Additionally, the photodetector may be an organic photodetector.
한편, 본원의 일 실시예에 따른 수광 다이오드 어레이의 고속 구동을 위한 능동 매트릭스 회로는 각각이 입사광에 대응하는 광전류를 생성하는 수광 다이오드, 제어 신호에 기초하여 상기 수광 다이오드의 출력 신호를 신호 판독 라인에 연결하는 제1스위치 및 상기 제어 신호에 기초하여 미리 설정된 바이어스 전압을 상기 수광 다이오드에 인가하기 위한 제2스위치를 구비하고, 복수의 행 및 복수의 열을 이루며 매트리스를 형성하도록 배치되는 복수의 어레이 셀, 상기 복수의 어레이 셀의 상기 복수의 행 각각에 대하여 상기 제어 신호를 인가하기 위한 제어 모듈, 상기 복수의 어레이 셀의 상기 복수의 열 각각에 대응하는 상기 바이어스 전압을 인가하기 위한 바이어스 모듈 및 상기 복수의 어레이 셀의 상기 복수의 열 각각으로부터 상기 출력 신호를 획득하기 위한 판독 모듈을 포함할 수 있다.Meanwhile, an active matrix circuit for high-speed driving of a photodiode array according to one embodiment of the present invention may include a photodiode, each of which generates a photocurrent corresponding to incident light, a first switch for connecting an output signal of the photodiode to a signal readout line based on a control signal, and a second switch for applying a preset bias voltage to the photodiode based on the control signal, and may include a plurality of array cells arranged to form a matrix by forming a plurality of rows and a plurality of columns, a control module for applying the control signal to each of the plurality of rows of the plurality of array cells, a bias module for applying the bias voltage corresponding to each of the plurality of columns of the plurality of array cells, and a readout module for obtaining the output signal from each of the plurality of columns of the plurality of array cells.
또한, 상기 바이어스 모듈은 상기 복수의 열 각각에 포함된 상기 어레이 셀의 상기 제2스위치와 바이어스 라인을 통해 연결될 수 있다.Additionally, the bias module can be connected to the second switch and bias line of the array cell included in each of the plurality of columns.
또한, 상기 판독 모듈은 상기 복수의 열 각각에 포함된 상기 어레이 셀의 상기 제1스위치와 신호 판독 라인을 통해 연결될 수 있다.Additionally, the reading module can be connected to the first switch and signal reading line of the array cells included in each of the plurality of columns.
또한, 상기 복수의 어레이 셀 각각에 대하여 구비되는 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치는 상기 제어 신호에 기초하여 상보적으로 동작할 수 있다.In addition, the first switch and the second switch provided for each of the plurality of array cells can operate complementarily based on the control signal.
또한, 상기 제어 신호에 따라 상기 복수의 어레이 셀 중 어느 하나의 어레이 셀의 상기 제1스위치가 온(On)되면, 상기 어느 하나의 어레이 셀의 상기 제2스위치는 오프(Off)되고, 상기 출력 신호는 상기 어느 하나의 어레이 셀에 대응하는 상기 신호 판독 라인을 통해 상기 판독 모듈로 전송될 수 있다.In addition, when the first switch of one of the plurality of array cells is turned on according to the control signal, the second switch of the one of the array cells is turned off, and the output signal can be transmitted to the reading module through the signal reading line corresponding to the one of the array cells.
또한, 상기 제어 신호에 따라 상기 복수의 어레이 셀 중 어느 하나의 어레이 셀의 상기 제2스위치가 온(On)되면, 상기 어느 하나의 어레이 셀의 상기 제1스위치는 오프(Off)되고, 상기 바이어스 전압에 기초하여 상기 어느 하나의 어레이 셀의 상기 수광 다이오드의 음극 전압이 충전될 수 있다.In addition, when the second switch of one of the plurality of array cells is turned on according to the control signal, the first switch of the one of the array cells is turned off, and the cathode voltage of the photodetector of the one of the array cells can be charged based on the bias voltage.
또한, 상기 제어 신호에 따라 상기 어느 하나의 어레이 셀의 상기 제1스위치가 온(On)되면, 상기 어느 하나의 어레이 셀의 상기 수광 다이오드에는 상기 광전류가 생성될 수 있는 역방향 바이어스가 형성될 수 있다.In addition, when the first switch of one of the array cells is turned on according to the control signal, a reverse bias that can generate the photocurrent can be formed in the photoreceiving diode of the one of the array cells.
한편, 본원의 일 실시예에 따른 고속 구동이 가능한 수광 다이오드 어레이의 구동 방법은, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 제2스위치를 온(On)시켜 상기 수광 다이오드의 음극 전압을 상기 바이어스 전압에 기초하여 충전하는 단계 및 상기 제어 신호에 기초하여 상기 제1스위치를 온(On)시켜 상기 수광 다이오드의 출력 신호를 상기 신호 판독 라인을 통해 전송하는 단계를 포함할 수 있다.Meanwhile, a method for driving a photodiode array capable of high-speed operation according to one embodiment of the present invention may include a step of charging a cathode voltage of the photodiode based on the bias voltage by turning on the second switch based on the control signal, and a step of transmitting an output signal of the photodiode through the signal readout line by turning on the first switch based on the control signal.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary and should not be construed as limiting the present invention. In addition to the above-described exemplary embodiments, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description of the invention.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 수광 다이오드의 출력을 판독하기 위한 제1스위치와 수광 다이오드에 바이어스 전압을 제공하기 위한 제2스위치를 서로 상보적으로 동작하게 하여 동일한 행단위 제어신호를 사용하여 제어할 수 있는 수광 다이오드 어레이의 고속 구동을 위한 능동 매트릭스 회로 및 그의 구동 방법을 제공할 수 있다.According to the above-described means for solving the problem of the present invention, an active matrix circuit for high-speed driving of a photodiode array that can be controlled using the same row-by-row control signal by making a first switch for reading the output of the photodiode and a second switch for providing a bias voltage to the photodiode operate complementarily with each other, and a driving method thereof can be provided.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 제1스위치가 동작하지 않는 경우에도, 제2스위치로 수광 다이오드를 바이어스 시켜 수광 다이오드의 별도의 충전 시간이 요구되지 않고, 이에 따라 해당 수광 다이오드가 선택된 후 출력 신호를 곧바로 생성해내어 고속 동작이 가능한 수광 다이오드 어레이의 고속 구동을 위한 능동 매트릭스 회로 및 그의 구동 방법을 제공할 수 있다.According to the above-described means for solving the problem of the present invention, even when the first switch does not operate, the photodetector is biased by the second switch, so that a separate charging time for the photodetector is not required, and accordingly, after the corresponding photodetector is selected, an output signal is immediately generated, thereby providing an active matrix circuit for high-speed operation of a photodetector diode array capable of high-speed operation, and a driving method thereof.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 유연 이미지 센서, 유연 광통신 수신기 등 고속 동작이 필요한 다양한 소자 및 분야에서 활용 가능한 이점이 있다.According to the solution to the above-described problem of the present invention, there is an advantage that it can be used in various devices and fields requiring high-speed operation, such as flexible image sensors and flexible optical communication receivers.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects that can be obtained from this invention are not limited to the effects described above, and other effects may exist.
도 1은 종래의 능동 매트릭스 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 실리콘 유형의 수광 다이오드와 유기 수광 다이오드의 전류-전압 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 수광 다이오드 어레이의 고속 구동을 위한 능동 매트릭스 회로의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 고속 구동이 가능한 수광 다이오드 어레이의 개략적인 회로도이다.
도 5a는 종래의 능동 매트릭스 구조에서 어느 하나의 열의 특정 수광 다이오드가 행 단위 제어 신호에 의해 선택되는 경우의 신호 전달을 나타낸 개념도이다.
도 5b는 본원의 일 실시예에 따른 수광 다이오드 어레이의 고속 구동을 위한 능동 매트릭스 회로에서 어느 하나의 열의 특정 수광 다이오드가 행 단위 제어 신호에 의해 선택되는 경우의 신호 전달을 나타낸 개념도이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 고속 구동이 가능한 수광 다이오드 어레이의 구동 방법에 대한 동작 흐름도이다.Figure 1 is a diagram showing a conventional active matrix structure.
Figure 2 is a graph comparing the current-voltage characteristics of a silicon type photodiode and an organic photodiode.
FIG. 3 is a schematic diagram of an active matrix circuit for high-speed driving of a photodiode array according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic circuit diagram of a photodiode array capable of high-speed operation according to one embodiment of the present invention.
Figure 5a is a conceptual diagram showing signal transmission when a specific photodiode of a column is selected by a row-by-row control signal in a conventional active matrix structure.
FIG. 5b is a conceptual diagram showing signal transmission when a specific photodiode of a column is selected by a row-by-row control signal in an active matrix circuit for high-speed driving of a photodiode array according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation method for driving a photodiode array capable of high-speed operation according to one embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention are described in detail so that those with ordinary skill in the art can easily practice the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly describe the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are assigned similar drawing reference numerals throughout the specification.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected," but also the case where it is "electrically connected" or "indirectly connected" with another element in between.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when it is said that an element is located “on,” “above,” “below,” “below,” or “below” another element, this includes not only cases where an element is in contact with another element, but also cases where another element exists between the two elements.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, whenever a part is said to "include" a component, this does not mean that it excludes other components, but rather that it may include other components, unless otherwise specifically stated.
본원은 수광 다이오드 어레이의 고속 구동을 위한 능동 매트릭스 회로 및 그의 구동 방법에 관한 것이다. 예를 들면, 본원은 고속 구동이 가능한 수광 다이오드 어레이 및 이를 포함하는 능동 매트릭스 회로 구조에 관한 것이다.The present invention relates to an active matrix circuit for high-speed driving of a photodiode array and a driving method thereof. For example, the present invention relates to a photodiode array capable of high-speed driving and an active matrix circuit structure including the same.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 수광 다이오드 어레이의 고속 구동을 위한 능동 매트릭스 회로의 개략적인 구성도이다.FIG. 3 is a schematic diagram of an active matrix circuit for high-speed driving of a photodiode array according to one embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 수광 다이오드 어레이의 고속 구동을 위한 능동 매트릭스 회로(10)(이하, '능동 매트릭스 회로(10)'라 한다.)는 본원의 일 실시예에 따른 고속 구동이 가능한 수광 다이오드 어레이(100)(이하, '수광 다이오드 어레이(100)'라 한다.), 제어 모듈(200), 바이어스 모듈(300) 및 판독 모듈(400)을 포함할 수 있다. 한편, 본원의 실시예에 관한 설명에서 능동 매트릭스 회로(10)에 포함되는 수광 다이오드 어레이(100) 각각은 복수의 행 및 복수의 열을 이루며 매트리스를 형성하도록 배치될 수 있어 '어레이 셀(100)'로 달리 지칭될 수 있다. 다시 말해, 본원의 실시예에 관한 설명에서 도면 부호 100은 수광 다이오드 어레이(100) 및 어레이 셀(100)에 대하여 혼용될 수 있다.Referring to FIG. 3, an active matrix circuit (10) for high-speed driving of a photodiode array according to an embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as an 'active matrix circuit (10)') may include a photodiode array (100) capable of high-speed driving according to an embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as a 'photodiode array (100)'), a control module (200), a bias module (300), and a readout module (400). Meanwhile, in the description of the embodiment of the present invention, each of the photodiode arrays (100) included in the active matrix circuit (10) may be arranged to form a matrix by forming a plurality of rows and a plurality of columns, and may thus be referred to differently as an 'array cell (100)'. In other words, in the description of the embodiment of the present invention, the
본원의 일 실시예에 따르면, 능동 매트릭스 회로(10)에 구비되는 각각의 수광 다이오드 어레이(100), 제어 모듈(200), 바이어스 모듈(300) 및 판독 모듈(400) 상호간은 네트워크(미도시)를 통해 통신할 수 있다. 네트워크(20)는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호간에 정보 교환이 가능한 유무선의 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크(미도시)의 일 예에는, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 네트워크, LTE(Long Term Evolution) 네트워크, 5G 네트워크, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 네트워크, 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), wifi 네트워크, 블루투스(Bluetooth) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.According to one embodiment of the present invention, each of the photodetector diode arrays (100), the control module (200), the bias module (300), and the reading module (400) provided in the active matrix circuit (10) can communicate with each other through a network (not shown). The network (20) means a wired and wireless connection structure capable of exchanging information between each node, such as terminals and servers, and examples of such a network (not shown) include, but are not limited to, a 3GPP (3rd Generation Partnership Project) network, an LTE (Long Term Evolution) network, a 5G network, a WIMAX (World Interoperability for Microwave Access) network, the Internet, a LAN (Local Area Network), a Wireless LAN (Wireless Local Area Network), a WAN (Wide Area Network), a PAN (Personal Area Network), a wifi network, a Bluetooth network, a satellite broadcasting network, an analog broadcasting network, a DMB (Digital Multimedia Broadcasting) network, etc.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 고속 구동이 가능한 수광 다이오드 어레이의 개략적인 회로도이다.FIG. 4 is a schematic circuit diagram of a photodiode array capable of high-speed operation according to one embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 능동 매트릭스 회로(10)를 이루는 복수의 어레이 셀(100) 각각은 수광 다이오드(110), 제1스위치(120) 및 제2스위치(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, each of the plurality of array cells (100) forming the active matrix circuit (10) may include a photodetector diode (110), a first switch (120), and a second switch (130).
수광 다이오드(110)는 입사광에 대응하는 광전류를 생성하는 소자일 수 있다. 수광 다이오드는 포토 다이오드(photodiode)로서 빛 에너지를 전류 또는 전압으로 변환할 수 있는 광전 변환 소자 또는 광검출기일 수 있다.The photodiode (110) may be a device that generates a photocurrent corresponding to incident light. The photodiode may be a photoelectric conversion device or photodetector that can convert light energy into current or voltage as a photodiode.
한편, 본원의 실시예에 관한 설명에서 수광 다이오드(110)는 유기 수광 다이오드일 수 있다. 유기 수광 다이오드는 유기재료를 이용한 포토다이오드로서, 기존의 태양전지와 구조가 유사하며 입사된 빛에 의해 전자와 정공이 형성되고 이것이 광전자 효과를 통해서 전기신호로 변환되는 특성을 가진다.Meanwhile, in the description of the embodiment of the present invention, the photodiode (110) may be an organic photodiode. The organic photodiode is a photodiode using organic materials, has a structure similar to that of a conventional solar cell, and has the characteristic that electrons and holes are formed by incident light and converted into electric signals through the photoelectric effect.
유기물 기반의 포토다이오드 개발은 가시광 영역의 파장대의 빛을 감지할 수 있는 재료를 사용하여 시작되었으며, 유기물 반도체 재료 특성상 에너지 밴드 갭이 커서 외부양자효율이 낮은 측면이 존재하지만 특정 파장대 빛의 검출 능력, 대형화와 같은 장점들이 있기 때문에 다양한 응용 분야에 적용하기 위한 연구개발이 진행 중에 있다.The development of organic-based photodiodes began using materials that can detect light in the visible light range. Although organic semiconductor materials have a large energy band gap and thus low external quantum efficiency, they have advantages such as the ability to detect light in a specific wavelength range and large-scale development, so research and development is underway to apply them to various fields of application.
또한, 제1스위치(120)는 제어 모듈(200)에 의해 인가되는 제어 신호에 기초하여 수광 다이오드(110)의 출력 신호를 신호 판독 라인에 연결하기 위한 스위치 소자일 수 있다.Additionally, the first switch (120) may be a switching element for connecting the output signal of the photodiode (110) to the signal reading line based on a control signal applied by the control module (200).
또한, 제2스위치(130)는 제어 모듈(200)에 의해 인가되는 제어 신호에 기초하여 미리 설정된 바이어스 전압을 수광 다이오드(110)에 인가하기 위한 스위치 소자일 수 있다.Additionally, the second switch (130) may be a switching element for applying a preset bias voltage to the photodiode (110) based on a control signal applied by the control module (200).
한편, 본원의 실시예에 관한 설명에서 제1스위치(120) 및 제2스위치(130)는 제어 모듈(200)로부터 인가되는 제어 신호에 기초하여 상보적으로 동작할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어 모듈(200)로부터 인가되는 제어 신호는 제1스위치(120)를 온(On)시키고, 제2스위치(130)를 오프(Off)시키기 위한 제1제어 신호 및 이와 반대로 제2스위치(130)를 온(On)시키고, 제1스위치(120)를 오프(Off)시키기 위한 제2제어 신호를 포함할 수 있으며, 복수의 어레이 셀(100)이 이루는 복수의 행 각각에 대하여 제1제어 신호 또는 제2제어 신호가 행 단위로 인가되는 것일 수 있다.Meanwhile, in the description of the embodiment of the present invention, the first switch (120) and the second switch (130) may operate complementarily based on a control signal applied from the control module (200). More specifically, the control signal applied from the control module (200) may include a first control signal for turning on the first switch (120) and turning off the second switch (130), and conversely, a second control signal for turning on the second switch (130) and turning off the first switch (120), and the first control signal or the second control signal may be applied to each of a plurality of rows formed by a plurality of array cells (100) on a row-by-row basis.
즉, 제어 신호에 따라 제1스위치(120)가 온(On)되면, 제2스위치(130)는 오프(Off)되고, 이에 따라 수광 다이오드(110)의 출력 신호는 신호 판독 라인(41)을 통해 판독 모듈(400)로 전송될 수 있다. 보다 구체적으로, 행 단위로 인가되는 제어 신호에 따라 복수의 어레이 셀(100) 중 어느 하나의 어레이 셀(100)의 제1스위치(120)가 온(On)되면, 해당 어레이 셀(100)의 제2스위치(130)는 오프(Off)되고, 해당 어레이 셀(100)의 수광 다이오드(110)의 출력 신호 및 해당 어레이 셀(100)이 속하는 행에 포함된 어레이 셀들의 출력 신호는 각각의 어레이 셀(100)에 대응하는 신호 판독 라인(41)(달리 말해, 해당 어레이 셀(100)이 속하는 열에 포함되는 어레이 셀들을 연결하는 신호 판독 라인(41) 등)을 통해 판독 모듈(400)로 전달될 수 있다.That is, when the first switch (120) is turned on according to the control signal, the second switch (130) is turned off, and accordingly, the output signal of the photodiode (110) can be transmitted to the reading module (400) through the signal reading line (41). More specifically, when the first switch (120) of one of the plurality of array cells (100) is turned on according to a control signal applied in units of rows, the second switch (130) of the corresponding array cell (100) is turned off, and the output signal of the photodetector diode (110) of the corresponding array cell (100) and the output signals of the array cells included in the row to which the corresponding array cell (100) belongs can be transmitted to the reading module (400) through the signal reading line (41) corresponding to each array cell (100) (in other words, the signal reading line (41) connecting the array cells included in the column to which the corresponding array cell (100) belongs, etc.).
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 제어 신호에 따라 제2스위치(130)가 온(On)되면, 제1스위치(120)는 오프(Off)되고, 바이어스 전압에 기초하여 수광 다이오드(110)의 음극 전압이 충전될 수 있다. 이에 따라, 제어 신호에 따라 제1스위치(120)가 재차 온(On) 상태가 되면, 수광 다이오드(110)에는 광전류가 생성될 수 있는 역방향 바이어스가 형성될 수 있어 해당 수광 다이오드(110)가 선택된 후 출력 신호를 곧바로 생성해내어 고속 동작이 가능할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, when the second switch (130) is turned on according to the control signal, the first switch (120) is turned off, and the cathode voltage of the photodetector diode (110) can be charged based on the bias voltage. Accordingly, when the first switch (120) is turned on again according to the control signal, a reverse bias that can generate a photocurrent can be formed in the photodetector diode (110), so that after the corresponding photodetector diode (110) is selected, an output signal can be generated immediately, enabling high-speed operation.
보다 구체적으로 본원의 일 실시예에 따르면, 행 단위로 인가되는 제어 신호에 따라 복수의 어레이 셀(100) 중 어느 하나의 어레이 셀(100)의 제2스위치(130)가 온(On)되면, 해당 어레이 셀(100)의 제1스위치(120)는 오프(Off)되고, 각각의 바이어스 라인(31)을 통해 바이어스 모듈(300)로부터 제공되는 바이어스 전압에 기초하여 해당 어레이 셀(100) 및 해당 어레이 셀(100)이 속하는 행에 포함된 어레이 셀들의 수광 다이오드(110)의 음극 전압이 충전되는 것일 수 있다.More specifically, according to one embodiment of the present invention, when the second switch (130) of one of the plurality of array cells (100) is turned on according to a control signal applied in units of rows, the first switch (120) of the corresponding array cell (100) is turned off, and the cathode voltage of the photodiode (110) of the corresponding array cell (100) and the array cells included in the row to which the corresponding array cell (100) belongs may be charged based on the bias voltage provided from the bias module (300) through each bias line (31).
또한, 제어 모듈(200)은 능동 매트릭스 회로(10)의 복수의 어레이 셀(100)이 이루는 복수의 행 각각에 대하여 제어 신호를 인가하기 위한 모듈일 수 있다. 제어 모듈(200)은 능동 매트릭스 회로(10)의 복수의 행 각각에 포함된 어레이 셀(100)의 제1스위치(120) 및 제2스위치(130)의 게이트(Gate)와 제어 신호 라인(21)을 통해 연결(접속)될 수 있다.In addition, the control module (200) may be a module for applying a control signal to each of the plurality of rows formed by the plurality of array cells (100) of the active matrix circuit (10). The control module (200) may be connected (connected) to the gates of the first switch (120) and the second switch (130) of the array cells (100) included in each of the plurality of rows of the active matrix circuit (10) through a control signal line (21).
또한, 바이어스 모듈(300)은 능동 매트릭스 회로(10)의 복수의 어레이 셀(100)이 이루는 복수의 열 각각에 대응하여 바이어스 전압을 인가하기 위한 모듈일 수 있다. 바이어스 모듈(300)은 능동 매트릭스 회로(10)의 복수의 열 각각에 포함된 어레이 셀(100)의 제2스위치(130)와 바이어스 라인(31)을 통해 연결될 수 있다.In addition, the bias module (300) may be a module for applying a bias voltage corresponding to each of a plurality of columns formed by a plurality of array cells (100) of the active matrix circuit (10). The bias module (300) may be connected to the second switch (130) of the array cell (100) included in each of the plurality of columns of the active matrix circuit (10) through a bias line (31).
또한, 판독 모듈(400)은 능동 매트릭스 회로(10)의 복수의 어레이 셀(100)이 이루는 복수의 열 각각으로부터 출력 신호를 획득하기 위한 모듈일 수 있다. 판독 모듈(400)은 능동 매트릭스 회로(10)의 복수의 열 각각에 포함된 어레이 셀(100)의 제1스위치(120)와 신호 판독 라인(41)을 통해 연결될 수 있다.In addition, the reading module (400) may be a module for obtaining an output signal from each of a plurality of columns formed by a plurality of array cells (100) of the active matrix circuit (10). The reading module (400) may be connected to the first switch (120) of the array cell (100) included in each of the plurality of columns of the active matrix circuit (10) through a signal reading line (41).
한편, 본원의 일 실시예에 따르면, 제1스위치(120)는 P 타입 트랜지스터(예를 들면, PMOS 소자 등)이고, 제2스위치(130)는 N 타입 트랜지스터(예를 들면, NMOS 소자 등)일 수 있다. 또한, 제1스위치(120)는 N타입 트랜지스터 및 P 타입 트랜지스터 중 어느 하나이고, 제2스위치(130)는 상기 N타입 트랜지스터 및 상기 P 타입 트랜지스터 중 나머지 하나일 수 있다.Meanwhile, according to one embodiment of the present invention, the first switch (120) may be a P-type transistor (e.g., a PMOS device, etc.) and the second switch (130) may be an N-type transistor (e.g., an NMOS device, etc.). In addition, the first switch (120) may be one of an N-type transistor and a P-type transistor, and the second switch (130) may be the other of the N-type transistor and the P-type transistor.
보다 구체적으로 도 4를 참조하면, 제1스위치(120)는 게이트(Gate) 단자가 제어 신호가 인가되는 제어 신호 라인(21)과 연결되고, 소스(Source) 단자 및 드레인(Drain) 단자 중 어느 하나가 해당 어레이 셀(100)의 신호 판독 라인(41)과 연결되고, 소스(Source) 단자 및 드레인(Drain) 단자 중 나머지 하나가 수광 다이오드(110)의 음극 단자와 연결되도록 배치될 수 있다.More specifically, referring to FIG. 4, the first switch (120) may be arranged such that the gate terminal is connected to the control signal line (21) to which the control signal is applied, one of the source terminal and the drain terminal is connected to the signal reading line (41) of the corresponding array cell (100), and the other of the source terminal and the drain terminal is connected to the cathode terminal of the photodetector diode (110).
또한, 도 4를 참조하면, 제2스위치(130)는 게이트(Gate) 단자가 제어 신호가 인가되는 제어 신호 라인(21)과 연결되고, 소스(Source) 단자 및 드레인(Drain) 단자 중 어느 하나가 해당 어레이 셀(100)의 바이어스 라인(31)과 연결되고, 소스(Source) 단자 및 드레인(Drain) 단자 중 나머지 하나가 수광 다이오드(110)의 음극 단자와 연결되도록 배치될 수 있다.In addition, referring to FIG. 4, the second switch (130) may be arranged such that the gate terminal is connected to the control signal line (21) to which the control signal is applied, one of the source terminal and the drain terminal is connected to the bias line (31) of the corresponding array cell (100), and the other of the source terminal and the drain terminal is connected to the cathode terminal of the photodetector diode (110).
참고로, 도 4에 도시된 수광 다이오드 어레이(100)는 예시적으로 제1스위치(120)와 신호 판독 라인(41)이 상대적으로 우측에 배치되고, 제2스위치(130)와 바이어스 라인(31)이 상대적으로 좌측에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이러한 상대적인 배치 관계는 본원의 구현예에 따라서 상이하게 적용될 수 있음은 물론이다.For reference, the photodiode array (100) illustrated in FIG. 4 is illustrated with the first switch (120) and the signal reading line (41) arranged relatively to the right, and the second switch (130) and the bias line (31) arranged relatively to the left, but it is obvious that this relative arrangement relationship may be applied differently depending on the implementation example of the present invention.
이하에서는 도 5a 및 도 5b를 참조하여 종래의 능동 매트릭스 구조와 본원에서 개시하는 능동 매트릭스 회로(10)의 회로신호 전달 메커니즘을 상호 비교하도록 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 5a and 5b, the circuit signal transmission mechanism of the conventional active matrix structure and the active matrix circuit (10) disclosed in the present invention will be compared with each other.
도 5a는 종래의 능동 매트릭스 구조에서 어느 하나의 열의 특정 수광 다이오드가 행 단위 제어 신호에 의해 선택되는 경우의 신호 전달을 나타낸 개념도이고, 도 5b는 본원의 일 실시예에 따른 수광 다이오드 어레이의 고속 구동을 위한 능동 매트릭스 회로에서 어느 하나의 열의 특정 수광 다이오드가 행 단위 제어 신호에 의해 선택되는 경우의 신호 전달을 나타낸 개념도이다.FIG. 5a is a conceptual diagram illustrating signal transmission when a specific photodetector of a column is selected by a row-by-row control signal in a conventional active matrix structure, and FIG. 5b is a conceptual diagram illustrating signal transmission when a specific photodetector of a column is selected by a row-by-row control signal in an active matrix circuit for high-speed driving of a photodetector diode array according to one embodiment of the present invention.
먼저, 도 5a를 참조하면, 종래의 능동 매트릭스 구조의 경우, 수광 다이오드는 소정의 크기 이상의 역방향 바이어스가 걸렸을 때 입사광에 선형적으로 비례하는 광전류를 생성하게 되므로, 열 단위 판독기(도 5a의 Col Readout)에서는 열 단위 신호선(CR)을 특정 전압(VCR)으로 바이어스 하게 되는데, 이 때, 신호선의 길이가 길수록 신호선의 RC 값에 의하여 수광 다이오드의 음극 전압(VPD)을 충전시키는데 보다 긴 시간이 소요되게 되며, 이러한 문제는 특히 낮은 역방향 바이어스에서는 충분한 크기의 광전류를 생성하지 못하는 특성을 가지는 유기 수광 다이오드를 사용하는 경우 더 심하게 발생할 수 있다.First, referring to FIG. 5a, in the case of a conventional active matrix structure, since the photodiode generates a photocurrent linearly proportional to the incident light when a reverse bias of a predetermined size or greater is applied, in a column-by-column reader (Col Readout of FIG. 5a), the column-by-column signal line (CR) is biased to a specific voltage (V CR ). At this time, the longer the signal line, the longer it takes to charge the cathode voltage (V PD ) of the photodiode by the RC value of the signal line. This problem can be more severe when an organic photodiode, which has the characteristic of not generating a sufficiently large photocurrent at a low reverse bias, is used.
이와 대비하여, 도 5b를 참조하면, 본원에서 개시하는 능동 매트릭스 회로(10)에 의 경우, 제1스위치(120)가 동작하지 않는 경우에도, 제2스위치(130)로 수광 다이오드(110)를 바이어스 시킬 수 있게 되어(제1스위치와 제2스위치의 상보적 동작), 종래의 능동 매트릭스 구조에서와 같은 수광 다이오드의 충전 시간이 필요 없게 된다.In contrast, referring to FIG. 5b, in the case of the active matrix circuit (10) disclosed in the present invention, even when the first switch (120) is not operating, the photodetector diode (110) can be biased by the second switch (130) (complementary operation of the first switch and the second switch), so that the charging time of the photodetector diode as in the conventional active matrix structure is not required.
따라서, 유기 수광 다이오드를 사용하는 경우에도, 해당 수광 다이오드(110)가 제어 신호에 의해 선택되는 순간, 별도의 바이어스 충전시간 없이도 출력 신호를 곧바로 생성해내어 능동 매트릭스의 고속 동작이 가능하다는 장점을 가진다.Therefore, even when using an organic photodiode, the photodiode (110) has the advantage of generating an output signal immediately without a separate bias charging time when it is selected by a control signal, thereby enabling high-speed operation of the active matrix.
이러한 고속 동작이 가능한 특성을 바탕으로 유기 수광 다이오드 기반의 능동 매트릭스 회로(10)는 유연 이미지 센서, 유연 광통신 수신기 등 고속 동작이 필요한 다양한 응용처에서 활용 가능한 이점이 있다.Based on these characteristics that enable high-speed operation, an active matrix circuit (10) based on an organic photodiode has the advantage of being usable in various applications that require high-speed operation, such as a flexible image sensor and a flexible optical communication receiver.
이하에서는 상기에 자세히 설명된 내용을 기반으로, 본원의 동작 흐름을 간단히 살펴보기로 한다.Below, we will briefly review the operating flow of this system based on the detailed explanation above.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 고속 구동이 가능한 수광 다이오드 어레이의 구동 방법에 대한 동작 흐름도이다.FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation method for driving a photodiode array capable of high-speed operation according to one embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 고속 구동이 가능한 수광 다이오드 어레이의 구동 방법은 앞서 설명된 능동 매트릭스 회로(10)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 능동 매트릭스 회로(10)에 대하여 설명된 내용은 고속 구동이 가능한 수광 다이오드 어레이의 구동 방법에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.The driving method of the light-receiving diode array capable of high-speed driving illustrated in Fig. 6 can be performed by the active matrix circuit (10) described above. Therefore, even if the content is omitted below, the content described for the active matrix circuit (10) can be equally applied to the description of the driving method of the light-receiving diode array capable of high-speed driving.
도 6을 참조하면, 단계 S11에서 능동 매트릭스 회로(10)의 제어 모듈(200)은 제어 신호에 기초하여 복수의 어레이 셀 중 어느 하나의 어레이 셀의 제2스위치(130)를 온(On)시켜 해당 어레이 셀의 수광 다이오드(110)의 음극 전압을 바이어스 전압에 기초하여 충전할 수 있다.Referring to FIG. 6, in step S11, the control module (200) of the active matrix circuit (10) can turn on the second switch (130) of one of the plurality of array cells based on the control signal to charge the cathode voltage of the photodetector diode (110) of the corresponding array cell based on the bias voltage.
다음으로, 단계 S12에서 능동 매트릭스 회로(10)의 제어 모듈(200)은 제어 신호에 기초하여 복수의 어레이 셀 중 어느 하나의 어레이 셀의 제1스위치(120)를 온(On)시켜 해당 어레이 셀의 수광 다이오드(110)의 출력 신호가 신호 판독 라인(41)을 통해 판독 모듈(400)로 전달되도록 할 수 있다.Next, in step S12, the control module (200) of the active matrix circuit (10) can turn on the first switch (120) of one of the plurality of array cells based on the control signal so that the output signal of the photodetector diode (110) of the corresponding array cell is transmitted to the reading module (400) through the signal reading line (41).
상술한 설명에서, 단계 S11 및 S12는 본원의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.In the above description, steps S11 and S12 may be further divided into additional steps or combined into fewer steps, depending on the implementation example of the present invention. In addition, some steps may be omitted as needed, and the order between the steps may be changed.
본원의 일 실시예에 따른 고속 구동이 가능한 수광 다이오드 어레이의 구동 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.A method for driving a photodiode array capable of high-speed operation according to one embodiment of the present invention may be implemented in the form of program commands that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program commands, data files, data structures, etc., alone or in combination. The program commands recorded on the medium may be those specially designed and configured for the present invention or may be those known to and usable by those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, and hardware devices specially configured to store and execute program commands such as ROMs, RAMs, and flash memories. Examples of the program commands include not only machine language codes generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, etc. The above hardware devices may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.
또한, 전술한 고속 구동이 가능한 수광 다이오드 어레이의 구동 방법은 기록 매체에 저장되는 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 또는 애플리케이션의 형태로도 구현될 수 있다.In addition, the driving method of the photodiode array capable of high-speed driving described above can also be implemented in the form of a computer program or application executed by a computer stored in a recording medium.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single component may be implemented in a distributed manner, and likewise, components described as distributed may be implemented in a combined manner.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present application.
10: 수광 다이오드 어레이의 고속 구동을 위한 능동 매트릭스 회로
100: 고속 구동이 가능한 수광 다이오드 어레이, 어레이 셀
110: 수광 다이오드
120: 제1스위치
130: 제2스위치
200: 제어 모듈
21: 제어 신호 라인
300: 바이어스 모듈
31: 바이어스 라인
400: 판독 모듈
41: 신호 판독 라인10: Active matrix circuit for high-speed driving of photodiode array
100: High-speed drive capable photodiode array, array cell
110: Photodiode
120: 1st switch
130: 2nd switch
200: Control Module
21: Control signal line
300: Bias module
31: Bias Line
400: Reading module
41: Signal reading line
Claims (15)
입사광에 대응하는 광전류를 생성하는 수광 다이오드;
제어 신호에 기초하여 상기 수광 다이오드의 출력 신호를 신호 판독 라인에 연결하는 제1스위치; 및
상기 제어 신호에 기초하여 미리 설정된 바이어스 전압을 상기 수광 다이오드에 인가하기 위한 제2스위치,
를 포함하는, 다이오드 어레이.In a photodiode array capable of high-speed operation,
A photodiode that generates a photocurrent corresponding to incident light;
A first switch connecting the output signal of the photodiode to a signal reading line based on a control signal; and
A second switch for applying a preset bias voltage to the photodiode based on the above control signal;
A diode array comprising:
상기 제1스위치 및 상기 제2스위치는,
상기 제어 신호에 기초하여 상보적으로 동작하는 것을 특징으로 하는, 다이오드 어레이.In the first paragraph,
The above first switch and the above second switch,
A diode array characterized by operating complementarily based on the above control signal.
상기 제어 신호에 따라 상기 제1스위치가 온(On)되면, 상기 제2스위치는 오프(Off)되고, 상기 출력 신호는 상기 신호 판독 라인을 통해 판독 모듈로 전송되는 것인, 다이오드 어레이.In the second paragraph,
A diode array, wherein when the first switch is turned on according to the control signal, the second switch is turned off, and the output signal is transmitted to the reading module through the signal reading line.
상기 제어 신호에 따라 상기 제2스위치가 온(On)되면, 상기 제1스위치는 오프(Off)되고, 상기 바이어스 전압에 기초하여 상기 수광 다이오드의 음극 전압이 충전되는 것인, 다이오드 어레이.In the second paragraph,
A diode array in which, when the second switch is turned on according to the control signal, the first switch is turned off, and the cathode voltage of the photodetector is charged based on the bias voltage.
상기 제어 신호에 따라 상기 제1스위치가 온(On)되면, 상기 수광 다이오드에는 상기 광전류가 생성될 수 있는 역방향 바이어스가 형성되는 것인, 다이오드 어레이.In paragraph 4,
A diode array, wherein when the first switch is turned on according to the control signal, a reverse bias is formed in the photodetector diode so that the photocurrent can be generated.
상기 제1스위치는 N타입 트랜지스터 및 P 타입 트랜지스터 중 어느 하나이고, 상기 제2스위치는 상기 N타입 트랜지스터 및 상기 P 타입 트랜지스터 중 나머지 하나인 것을 특징으로 하는, 다이오드 어레이.In the second paragraph,
A diode array, characterized in that the first switch is one of an N-type transistor and a P-type transistor, and the second switch is the other of the N-type transistor and the P-type transistor.
상기 수광 다이오드는 유기 수광 다이오드인 것인, 다이오드 어레이.In the first paragraph,
A diode array, wherein the above photodetector diode is an organic photodetector diode.
각각이 입사광에 대응하는 광전류를 생성하는 수광 다이오드, 제어 신호에 기초하여 상기 수광 다이오드의 출력 신호를 신호 판독 라인에 연결하는 제1스위치 및 상기 제어 신호에 기초하여 미리 설정된 바이어스 전압을 상기 수광 다이오드에 인가하기 위한 제2스위치를 구비하고, 복수의 행 및 복수의 열을 이루며 매트리스를 형성하도록 배치되는 복수의 어레이 셀;
상기 복수의 어레이 셀의 상기 복수의 행 각각에 대하여 상기 제어 신호를 인가하기 위한 제어 모듈;
상기 복수의 어레이 셀의 상기 복수의 열 각각에 대응하는 상기 바이어스 전압을 인가하기 위한 바이어스 모듈; 및
상기 복수의 어레이 셀의 상기 복수의 열 각각으로부터 상기 출력 신호를 획득하기 위한 판독 모듈,
을 포함하는, 능동 매트릭스 회로.In an active matrix circuit for high-speed driving of a photodiode array,
A plurality of array cells each having a photodiode generating a photocurrent corresponding to incident light, a first switch connecting an output signal of the photodiode to a signal readout line based on a control signal, and a second switch applying a preset bias voltage to the photodiode based on the control signal, the plurality of array cells being arranged to form a matrix in a plurality of rows and a plurality of columns;
A control module for applying the control signal to each of the plurality of rows of the plurality of array cells;
A bias module for applying the bias voltage corresponding to each of the plurality of columns of the plurality of array cells; and
A read module for obtaining the output signal from each of the plurality of columns of the plurality of array cells;
An active matrix circuit comprising:
상기 바이어스 모듈은 상기 복수의 열 각각에 포함된 상기 어레이 셀의 상기 제2스위치와 바이어스 라인을 통해 연결되고,
상기 판독 모듈은 상기 복수의 열 각각에 포함된 상기 어레이 셀의 상기 제1스위치와 신호 판독 라인을 통해 연결되는 것인, 능동 매트릭스 회로.In Article 8,
The above bias module is connected to the second switch and the bias line of the array cell included in each of the plurality of columns,
An active matrix circuit, wherein the reading module is connected to the first switch and signal reading line of the array cells included in each of the plurality of columns.
상기 복수의 어레이 셀 각각에 대하여 구비되는 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치는,
상기 제어 신호에 기초하여 상보적으로 동작하는 것을 특징으로 하는, 능동 매트릭스 회로.In Article 8,
The first switch and the second switch provided for each of the plurality of array cells are,
An active matrix circuit characterized by operating complementarily based on the above control signal.
상기 제어 신호에 따라 상기 복수의 어레이 셀 중 어느 하나의 어레이 셀의 상기 제1스위치가 온(On)되면, 상기 어느 하나의 어레이 셀의 상기 제2스위치는 오프(Off)되고, 상기 출력 신호는 상기 어느 하나의 어레이 셀에 대응하는 상기 신호 판독 라인을 통해 상기 판독 모듈로 전송되는 것인, 능동 매트릭스 회로.In Article 10,
An active matrix circuit, wherein when the first switch of one of the plurality of array cells is turned on according to the control signal, the second switch of the one of the array cells is turned off, and the output signal is transmitted to the read module through the signal read line corresponding to the one of the array cells.
상기 제어 신호에 따라 상기 복수의 어레이 셀 중 어느 하나의 어레이 셀의 상기 제2스위치가 온(On)되면, 상기 어느 하나의 어레이 셀의 상기 제1스위치는 오프(Off)되고, 상기 바이어스 전압에 기초하여 상기 어느 하나의 어레이 셀의 상기 수광 다이오드의 음극 전압이 충전되는 것인, 능동 매트릭스 회로.In Article 10,
An active matrix circuit, wherein when the second switch of one of the plurality of array cells is turned on in accordance with the control signal, the first switch of the one of the array cells is turned off, and the cathode voltage of the photodetector of the one of the array cells is charged based on the bias voltage.
상기 제어 신호에 따라 상기 어느 하나의 어레이 셀의 상기 제1스위치가 온(On)되면, 상기 어느 하나의 어레이 셀의 상기 수광 다이오드에는 상기 광전류가 생성될 수 있는 역방향 바이어스가 형성되는 것인, 능동 매트릭스 회로.In Article 12,
An active matrix circuit, wherein when the first switch of one of the array cells is turned on according to the control signal, a reverse bias is formed in the photodetector diode of one of the array cells so that the photocurrent can be generated.
상기 수광 다이오드는 유기 수광 다이오드인 것인, 능동 매트릭스 회로.In Article 8,
An active matrix circuit, wherein the photodetector diode is an organic photodetector diode.
상기 제어 신호에 기초하여 상기 제2스위치를 온(On)시켜 상기 수광 다이오드의 음극 전압을 상기 바이어스 전압에 기초하여 충전하는 단계; 및
상기 제어 신호에 기초하여 상기 제1스위치를 온(On)시켜 상기 수광 다이오드의 출력 신호를 상기 신호 판독 라인을 통해 전송하는 단계,
를 포함하는, 구동 방법.A method for driving a photodiode array capable of high-speed operation according to Article 1,
A step of turning on the second switch based on the control signal to charge the cathode voltage of the photodetector diode based on the bias voltage; and
A step of turning on the first switch based on the control signal and transmitting the output signal of the photodetector through the signal reading line;
A driving method comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220109610A KR102717141B1 (en) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | Active matrix circuit for high-speed driving of light-receiving diode array and method for operating the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220109610A KR102717141B1 (en) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | Active matrix circuit for high-speed driving of light-receiving diode array and method for operating the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20240030492A KR20240030492A (en) | 2024-03-07 |
KR102717141B1 true KR102717141B1 (en) | 2024-10-11 |
Family
ID=90272526
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020220109610A KR102717141B1 (en) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | Active matrix circuit for high-speed driving of light-receiving diode array and method for operating the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102717141B1 (en) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5952918A (en) * | 1982-09-20 | 1984-03-27 | Nec Corp | Photoelectric converting switch |
JP3675984B2 (en) * | 1996-09-12 | 2005-07-27 | 株式会社ルネサステクノロジ | Light receiving element circuit and light receiving element circuit array |
US8681077B2 (en) * | 2005-03-18 | 2014-03-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device, and display device, driving method and electronic apparatus thereof |
-
2022
- 2022-08-31 KR KR1020220109610A patent/KR102717141B1/en active IP Right Grant
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20240030492A (en) | 2024-03-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Dehzangi et al. | Band-structure-engineered high-gain LWIR photodetector based on a type-II superlattice | |
EP3667727B1 (en) | Photo-detecting apparatus with multi-reset mechanism | |
CN112909116B (en) | Field effect transistor photoelectric detector based on dielectric layer response | |
CN108281455B (en) | Charge coupled device with avalanche gain | |
CN108666336B (en) | UTBB photoelectric detector array and working method thereof | |
KR101905978B1 (en) | Unit pixel element acting as image sensor and solar cell | |
US4467340A (en) | Pre-multiplexed Schottky barrier focal plane | |
TWI470777B (en) | Image sensor including a pixel cell having an epitaxial layer, system having the same, and method of forming a pixel cell | |
EP3618115A1 (en) | Imaging device based on colloidal quantum dots | |
US11456327B2 (en) | Image sensor and imaging device | |
Kozlowski | Low-noise capacitive transimpedance amplifier performance versus alternative IR detector interface schemes in submicron CMOS | |
KR102717141B1 (en) | Active matrix circuit for high-speed driving of light-receiving diode array and method for operating the same | |
CN111710688A (en) | Detector pixel unit, image sensor and detection method | |
KR20220003568A (en) | Imaging device, operation method thereof, and electronic device | |
Liu et al. | Dynamic coupling effect in Z 2-FET and its application for photodetection | |
US20230400353A1 (en) | Photosensitive circuit structure and optical device | |
KR100889746B1 (en) | Electro-medical imaging apparatus having chalcogen-thin film transistor array | |
CN102820313B (en) | Cmos image sensor | |
JP2017076797A (en) | Image sensor having function of solar cell | |
US20210225939A1 (en) | Imaging device and method for driving imaging device | |
CN110276047B (en) | Method for performing matrix vector multiplication operation by using photoelectric calculation array | |
US7432578B1 (en) | CMOS image sensor with enhanced photosensitivity | |
US12130990B2 (en) | Photoelectric detection circuit, method of controlling photoelectric detection circuit, and pixel unit | |
WO2023100632A1 (en) | Image sensor controlling method and camera system | |
CN218160376U (en) | Colloidal quantum dot large-area array single-waveband detection device based on TFT backboard |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |