CN107507843B - 一种像素结构及x射影像传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种像素结构及X射影像传感器，包括：多个像素单元，以蜂窝状排布，所述像素单元为沿X轴和Y轴对称的多边形；数据线，分别位于各列像素单元的一侧，同一列像素单元共用一根数据线；扫描线，分别沿X轴方向穿过各行像素单元，同时从下一行像素单元的边缘穿过，同一行像素单元共用一根扫描线；公共电位线，分别沿Y轴方向穿过各列像素单元，同一列像素单元共用一根公共电位线，各公共电位线连接同一公共电位。本发明采用多边形结构，将数据线设置于一列像素单元的同一侧，同时各像素单元周边走线对称设计，可实现高空间分辨率，高光利用率，避免产生干涉现象，提高图像质量。

Description

一种像素结构及X射影像传感器

技术领域

本发明涉及医疗辐射成像、工业探伤、安检等领域，特别是涉及一种像素结构及X射影像传感器。

背景技术

平板图像传感器，特别是大尺寸图像传感器，面积通常数十厘米，数百万至千万像素。通常应用于医疗辐射成像、工业探伤、安检等领域。在X射线图像探测器的应用中，一般要求面积达到43cm*43cm，所以目前都是非晶硅技术为主流。

如图1所示，常见的非晶硅技术的大平板图像传感器一般包括：基板1(可以是玻璃或塑料等材料)，所有的传感器都放置于所述基板1上；像素单元2，各像素单元2以二维阵列排布在所述基板1上，每个像素单元2一般包括一个光电二极管PD(photodiode)及一个开关元件TFT，所述光电二极管PD通过像素电极与所述开关元件TFT连接；用于控制各像素单元2的扫描线3及数据线4；以及用于提供各光电二极管PD电压的公共电极5。其基本原理是，所述公共电极5施加一负电压(比如-8V)，将所述光电二极管PD置于反偏状态，所述数据线4接0V或其他电位，所述扫描线3接低电压或高电压以便将所述开关元件TFT关闭或打开。为了形成大面积的二维的图像传器，通常所述开关元件TFT及所述光电二极管PD的有源半导体层都采用非晶硅材料；这是由于非晶硅材料可以大面积成膜，可以达到数十厘米或更大，这是目前古惑仔材料所不具备的；非晶硅材料对可见光非常灵感，所以光电二极管PD也用非晶硅材料。

如图2所示，上述大平板图像传感器的工作时序如下：

第一步：复位。所述扫描线3施加正向脉冲(通常15V左右)，将所述开关元件TFT打开，同一时间使同一行的像素电极与所述数据线4的电位相等，然后所述开关元件TFT恢复到关闭状态。

第二步：曝光。当光照后，所述光电二极管PD将入射光转换为光电荷，在所述光电二极管PD两端电压的电场作用下，电荷向像素电极移动，并存储到自身的电容当中，像素电极由于负电荷的累积而降低，直到降至与公共电位同等电位。

第三步：读出。所述扫描线3施加正向脉冲(通常15V左右)，将所述开关元件TFT打开，所述光电二极管PD产生的光电荷通过所述数据线4流到外部电路，完成一行数据读取，所述开关元件TFT关闭。

注意，这里采用的是逐行计出。即处于同一行的所有像素单元2的开关元件TFT的栅极全部电性相连，处于同一列的所有像素单元2的开关元件TFT的漏极电性相连，读出时采用逐行读出。即同一行的所有像素单元2同时打开，经各自的数据线4读出，关闭本行，再进行下一行的读出。

如图3所示，在当前主流技术中像素结构(包括像素单元及周边走线)设计为正方形，多个像素结构在二维空间上以阵列方式排布。像素结构尺寸越小，理论上空间分辨率更高，但降低像素结构尺寸(主要是光电二极管PD的尺寸减小)后，开关元件TFT及周边走线(扫描线3，数据线4)在整个像素结构的面积占比变大，填充因子(fillfactor)越低，光电二极管PD的面积越小，对光的利用率越低。为了解决这个矛盾，现有技术中提出六边形像素结构，按六边形像素排列，在像素物理尺寸比较大的前提下，可通过一定的算法得到等效的空间像素，提高了空间分辨率，但像素物理尺寸没有缩小。

如图4所示，专利CN103765589A公开一种六边形像素结构。如图5及图6所示，专利CN103732142A公开一种与六边形像素设计对应还有将物理空间上为六边形的像素的图像转换为正方形的二给图像的算法，物理像素尺寸比大的六边形像素的图像可以转为正方形的图像，其等效像素尺寸降低，提高了空间分辨率。

但是，专利CN103765589A中公开的六边形像素结构主要问题在于：非对称设计。如图4所示，虚线框内为一个像素，其A边和B边所指的边无金属线，无电极，且A边与B边不相对于像素结构的中心对称，而其他边有金属走线，这样在该两边的电场分析及光学反向层的分析会有异于其他位置，在拍摄对像的频率与此接近时会产生相干涉现象。另外，第一像素P1和第三像素P3分布在数据线的左侧，而第二像素P2和第四像素P4分布在数据线的右侧，当制程中无法避免产生对位偏差时，数据线的左右侧趋势相反，增加差异，会使得所得到的图像当中有两个频率成分，特别是被拍摄对像的频率与该频率相当而产生干涉的时候，问题更为严重。

因此，如何解决像素周围走线不对称以及同一列的像素位于同一数据线两侧引起干涉的问题，进而提高成像质量，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种像素结构及X射影像传感器，用于解决现有技术中图像传感器的像素结构部对称引起干涉，进而导致图像质量差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种像素结构，所述像素结构至少包括：

多个像素单元，以蜂窝状排布，所述像素单元为沿X轴和Y轴对称的多边形；

数据线，分别位于各列像素单元的一侧，同一列像素单元共用一根数据线；

扫描线，分别沿X轴方向穿过各行像素单元，同时从下一行像素单元的边缘穿过，同一行像素单元共用一根扫描线；

公共电位线，分别沿Y轴方向穿过各列像素单元，同一列像素单元共用一根公共电位线，各公共电位线连接同一公共电位。

优选地，各像素单元呈六边形，其X轴方向上为一组对角，Y轴方向上为一组对边，各数据线沿着各列像素单元一侧的边缘呈锯齿状设置。

优选地，各像素单元呈八边形，X轴和Y轴方向上分别为一组对边，各数据线沿着各列像素单元一侧的边缘设置。

优选地，所述像素单元包括开关管、像素电极及光电转换层；所述像素电极位于所述开关管的上层，并与所述开关管的一端连接，所述像素电极呈多边形结构；所述光电转换层覆盖于所述像素电极的上层，用于将光信号转换为电信号，并通过所述像素电极传输给所述开关管。

优选地，各扫描线位于各行像素单元在X轴方向上的对称轴上。

优选地，各公共电位线位于各列像素单元在Y轴方向上的对称轴上。

优选地，所述数据线与所述扫描线的线宽相等。

优选地，各像素单元边缘的数据线和扫描线到像素单元的距离相等。

更优选地，所述数据线与所述扫描线的位置互换。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种X射影像传感器，所述X射影像传感器至少包括：上述像素结构、扫描驱动电路以及读出电路；所述扫描驱动电路连接所述像素结构中的各扫描线，用于提供扫描驱动信号；所述读出电路连接所述像素结构中的各数据线，用于读出各像素单元中的电荷。

如上所述，本发明的像素结构及X射影像传感器，具有以下有益效果：

1、本发明的像素结构及X射影像传感器采用多边形结构的像素单元以提高填充因子，同时实现高空间分辨率和高光利用率。

2、本发明的像素结构及X射影像传感器将数据线设置于一列像素单元的同一侧，以避免产生干涉现象，提高图像质量。

3、本发明的像素结构及X射影像传感器中各像素单元周边均设置走线，且各走线到像素单元的距离相等，以避免产生干涉现象，提高图像质量。

附图说明

图1显示为现有技术中的图像传感器示意图。

图2显示为现有技术中的图像传感器的工作时序示意图。

图3显示为现有技术中的四边形像素结构示意图。

图4显示为现有技术中的一种六边形像素结构示意图。

图5～图6显示为现有技术中的六边形的像素的图像转换为正方形的二给图像的算法原理示意图。

图7显示为本发明的像素结构的一种实施方式。

图8显示为图7中的AB方向的截面图。

图9显示为图7中的CD方向的截面图。

图10显示为图7中的EF方向的截面图。

图11显示为本发明的像素结构的另一种实施方式。

图12显示为本发明的像素结构的又一种实施方式。

元件标号说明

1 基板

2 像素单元

3 扫描线

4 数据线

5 公共电极

P1～P4 第一～第四像素

61 像素单元

611 开关管

6111 栅极

6112 漏极

6113 源极

612 像素电极

613 光电转换层

62 数据线

63 扫描线

64 公共电位线

65 钝化层

W1 数据线到像素单元边缘的距离

W2 扫描线到像素单元边缘的距离

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图7～图12。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图7所示，本发明提供一种像素结构，所述像素结构至少包括：

像素单元61，数据线62，扫描线63以及公共电位线64。

如图7所示，多个像素单元61以蜂窝状排布，所述像素单元61为沿X轴和Y轴对称的多边形。

具体地，如图7所示，在本实施例中，所述像素单元61呈六边形，所述六边形结构为正六边形在Y轴方向上压缩后形成，在实际设计中，六边形结构包括但不限于正六边形，正六边形在X轴或Y轴方向上压缩后的图形，以及其他沿X轴和Y轴对称的六边形，在此不一一赘述。

具体地，如图7所示，在本实施例中，所述像素单元61在X轴方向上为一组对角，Y轴方向上为一组对边。

具体地，如图7及图8所示，所述像素单元61包括开关管611、像素电极612及光电转换层613。更具体地，所述开关管611包括栅极6111，依次形成于所述栅极6111上的栅极绝缘层和有源层，形成于所述栅极绝缘层和有源层上的漏极6112(连接所述数据线62)和源极6113；绝缘层覆盖于所述开关管611上；所述像素电极612形成于所述绝缘层上，并通过所述绝缘层上的通孔与所述开关管的源极6113连接，所述像素电极612的水平图形为六边形；所述光电转换层613覆盖于所述像素电极612的上层，用于将光信号转换为电信号，并通过所述像素电极613传输给所述开关管611，最终通过所述数据线62输出；钝化层65位于所述光电转换层613上，用于保护所述光电转换层613。

如图7所示，所述数据线62分别位于各列像素单元的一侧，同一列像素单元共用一根数据线。

具体地，在本实施例中，各数据线62分别位于各列像素单元的左侧，一根数据线62对应一列像素单元。由于同一列像素单元中各像素单元均位于与之相连的数据线的一侧(右侧)，在制程中即使存在对位偏差，也不会产生干涉，对图像质量不产生影响。

具体地，在本实施例中，各数据线62沿着各列像素单元一侧的边缘设置，呈锯齿状。如图9所示，各数据线62到像素单元61边缘的距离W1相等，且各数据线62为等线宽的线条。

如图7所示，各扫描线63分别沿X轴方向穿过各行像素单元，同时从下一行像素单元的边缘穿过，同一行像素单元共用一根扫描线。

具体地，在本实施例中，所述扫描线63位于各行像素单元在X轴方向上的对称轴上，同时位于与当前行像素单元相邻的两行像素单元的间隙中间。所述扫描线63与所述数据线62的线宽相等，且所述扫描线63到像素单元61边缘的距离W2与所述数据线62到像素单元61边缘的距离W1也相等，如图10所示。

如图7所示，各公共电位线64分别沿Y轴方向穿过各列像素单元，同一列像素单元共用一根公共电位线，各公共电位线连接同一公共电位。

具体地，在本实施例中，各公共电位线64位于各列像素单元在Y轴方向上的对称轴上。

如图7所示，在本实施例中，各像素单元61的六个边均设置有走线，且各走线到各边的距离相等，各边的电场分析和光学反向层分析均相同，基于对称结构可避免产生干涉现象。

实施例二

如图11所示，本实施例提供一种像素结构，所述像素结构与实施例一的像素结构类似，不同之处在于，所述数据线62与所述扫描线63的位置互换。

具体地，各扫描线63位于各列像素单元的左侧，沿着各列像素单元一侧的边缘呈锯齿状设置。各数据线62位于各行像素单元在X轴方向上的对称轴上，同时位于与当前行像素单元相邻的两行像素单元的间隙中。

其他参数结构均相同，在此不一一赘述。

实施例三

本实施例提供一种像素结构，所述像素结构与实施例一和实施例二的像素结构类似，不同之处在于，其中像素单元61为八边形结构。

具体地，如图12所示，在本实施例中，所述像素单元61呈八边形，所述八边形结构为正八边形在Y轴方向上压缩后形成，在实际设计中，八边形结构包括但不限于正八边形，正八边形在X轴或Y轴方向上压缩后的图形，以及其他沿X轴和Y轴对称的八边形，在此不一一赘述。更具体地，如图12所示，在本实施例中，所述像素单元61在X轴方向和Y轴方向上均为一组对边。

具体地，在本实施例中，各数据线62沿着八边形结构的一侧边缘以折线形式设置。

其他参数结构均与实施例一、实施例二相同，在此不一一赘述。

实施例四

本发明还提供一种X射影像传感器，所述X射影像传感器至少包括：

所述像素结构、扫描驱动电路以及读出电路。

具体地，所述像素结构包括实施例一、实施例二、实施例三中任意一种。本技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所实现的像素结构也适用于本发明。

具体地，所述扫描驱动电路连接所述像素结构中的各扫描线，用于提供扫描驱动信号。

具体地，所述读出电路连接所述像素结构中的各数据线，用于读出各像素单元中的电荷。

本发明的像素结构及X射影像传感器采用多边形结构的像素单元以提高填充因子，同时实现高空间分辨率和高光利用率；将数据线设置于一列像素单元的同一侧，以避免产生干涉现象，提高图像质量；此外，各像素单元周边均设置走线，且各走线到像素单元的距离相等，以避免产生干涉现象，提高图像质量。

综上所述，本发明提供一种像素结构及X射影像传感器，包括：多个像素单元，以蜂窝状排布，所述像素单元为沿X轴和Y轴对称的多边形；数据线，分别位于各列像素单元的一侧，同一列像素单元共用一根数据线；扫描线，分别沿X轴方向穿过各行像素单元，同时从下一行像素单元的边缘穿过，同一行像素单元共用一根扫描线；公共电位线，分别沿Y轴方向穿过各列像素单元，同一列像素单元共用一根公共电位线，各公共电位线连接同一公共电位。本发明的像素结构及X射影像传感器采用多边形结构的像素单元以提高填充因子，同时实现高空间分辨率和高光利用率；将数据线设置于一列像素单元的同一侧，以避免产生干涉现象，提高图像质量；另外，各像素单元周边均设置走线，且各走线到像素单元的距离相等，以避免产生干涉现象，提高图像质量。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种像素结构，其特征在于，所述像素结构至少包括：

多个像素单元，以蜂窝状排布，所述像素单元为沿X轴和Y轴对称的多边形，且Y轴方向上为一组对边；

数据线，分别位于各列像素单元的一侧，同一列像素单元共用一根数据线；

扫描线，分别沿X轴方向穿过各行像素单元，同时从下一行像素单元的边缘穿过，同一行像素单元共用一根扫描线；

公共电位线，分别沿Y轴方向穿过各列像素单元，同一列像素单元共用一根公共电位线，各公共电位线连接同一公共电位。

2.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于：各像素单元呈六边形，其X轴方向上为一组对角，各数据线沿着各列像素单元一侧的边缘呈锯齿状设置。

3.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于：各像素单元呈八边形，X轴方向上为一组对边，各数据线沿着各列像素单元一侧的边缘设置。

4.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于：所述像素单元包括开关管、像素电极及光电转换层；所述像素电极位于所述开关管的上层，并与所述开关管的一端连接，所述像素电极呈多边形结构；所述光电转换层覆盖于所述像素电极的上层，用于将光信号转换为电信号，并通过所述像素电极传输给所述开关管。

5.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于：各扫描线位于各行像素单元在X轴方向上的对称轴上。

6.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于：各公共电位线位于各列像素单元在Y轴方向上的对称轴上。

7.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于：所述数据线与所述扫描线的线宽相等。

8.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于：各像素单元边缘的数据线和扫描线到像素单元的距离相等。

9.根据权利要求1～8任意一项所述的像素结构，其特征在于：所述数据线与所述扫描线的位置互换。

10.一种X射影像传感器，其特征在于，所述X射影像传感器至少包括：如权利要求1～9任意一项所述的像素结构、扫描驱动电路以及读出电路；所述扫描驱动电路连接所述像素结构中的各扫描线，用于提供扫描驱动信号；所述读出电路连接所述像素结构中的各数据线，用于读出各像素单元中的电荷。

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