CN108447941B - X光侦测器的像素电路及x光侦测器 - Google Patents

X光侦测器的像素电路及x光侦测器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种X光侦测器的像素电路及X光侦测器,像素电路包含:一感光二极管、一第一晶体管、一第二晶体管及一第三晶体管。感光二极管用于感测X光,并产生相对应的一感测电性信号。第一晶体管电性连接至感光二极管,以重置感测电性信号。第二晶体管电性连接至感光二极管及第一晶体管,以放大该感测电性信号,并产生一放大感测信号。第三晶体管电性连接至该第二晶体管,从而输出放大感测信号。其中,第二晶体管的一端电性连接至一高电压,第一晶体管的一端电性连接至一调校电压,高电压与调校电压分别控制。

Description

X光侦测器的像素电路及X光侦测器
技术领域
本发明涉及X光侦测的技术领域,尤其涉及一种X光侦测器的像素电路及X光侦测器。
背景技术
X光侦测器一般可分为无源像素侦测器(Passive Pixel Sensor,PPS)及有源像素侦测器(Active Pixel Sensor,APS)两种。
无源像素侦测器(PPS)的构造简单。每个侦测像素仅由一个晶体管与一个感光二极管组成。X光经过闪烁层(Scintillator)产生的可见光的光子被感光二极管转成电荷后,储存于侦测像素内,之后再通过晶体管的开启或关闭从而读出相对应的电荷。
在有源像素侦测器(APS)中,每个侦测像素具有一放大晶体管。该放大晶体管会将感光二极管产生的电荷放大。因此,在有源像素侦测器(APS)的设计中,X光对应的感应信号大小不再只由感光二极管决定,同时也由放大晶体管来决定。所以,在有源像素侦测器(APS)中,X光对应的感应信号会受到放大晶体管的特性的影响,例如,放大晶体管的阈值电压偏移(Vth shift)现象。此外,工艺造成的差异,使得X光侦测器的每一个像素电路的感光二极管的电容值并不相同。因此,即使是接受同样的X光照射,也会产生不同的电压值,进而造成整个影像有不均匀的现象。由此可知,现有的X光侦测器的像素电路确实仍有可以改善的空间。
发明内容
本发明的目的主要在于提供一种X光侦测器的像素电路,其可动态补偿晶体管阈值电压偏移及感光二极管的电容差异的问题,从而提高该X光侦测器的像素电路的影像的准确度。
依据本发明的一方面,提出了一种X光侦测器的像素电路,包含:一感光二极管、一第一晶体管、一第二晶体管及一第三晶体管。该感光二极管用于感测X光,并产生相对应的一感测电性信号。该第一晶体管电性连接至该感光二极管,以重置该感测电性信号。该第二晶体管电性连接至该感光二极管及该第一晶体管,以放大该感测电性信号,并产生一放大感测信号。该第三晶体管电性连接至该第二晶体管,以输出该放大感测信号。其中,该第二晶体管的一端电性连接至一高电压,该第一晶体管的一端电性连接至一调校电压,该高电压与该调校电压分别控制。
依据本发明的另一发明,本发明提出了一种X光侦测器,包含:一承载件、一基板、多个像素电路、一闪烁层及一保护层。该基板设置于该承载件上。所述像素电路设置于该基板上,每一像素电路包括一感光二极管、一第一晶体管、一第二晶体管及一第三晶体管,该感光二极管用于感测X光并产生相对应的一感测电性信号,该第一晶体管电性连接至该感光二极管以重置该感测电性信号,其中该第一晶体管的一端电性连接至一调校电压,该第二晶体管电性连接至该感光二极管及该第一晶体管,以放大该感测电性信号,并产生一放大感测信号,其中,该第二晶体管的一端电性连接至一高电压,该高电压与该调校电压分别控制,该第三晶体管电性连接至该第二晶体管,以输出该放大感测信号。该闪烁层设置于所述像素电路之上,以将X光转换成可见光,从而使该感光二极管产生相对应的该感测电性信号。该保护层设置于该闪烁层之上。
附图说明
图1是本发明X光侦测器的像素电路的电路图;
图2是本发明X光侦测器的像素电路的时序图;
图3是本发明X光侦测器的像素电路的电路图的一实施例;
图4是本发明X光侦测器的像素电路的电路图的一实施例;
图5是本发明X光侦测器的像素电路的电路图的实施例;
图6是本发明X光侦测器的像素电路的电路图的一实施例;
图7是本发明X光侦测器的像素电路的电路图的一实施例;
图8是本发明X光侦测器的像素电路的电路图的一实施例;
图9是本发明X光侦测器的像素电路的电路图的一实施例;
图10是本发明X光侦测器的像素电路中节点P的电压示意图;
图11是本发明X光侦测器的像素电路中第二晶体管的电流示意图;
图12是本发明X光侦测器的像素电路中第二晶体管的另一电流示意图;
图13是本发明第二晶体管与感光二极管的叠层示意图;
图14是本发明第二晶体管与感光二极管的另一叠层示意图;
图15本发明X光侦测器的叠层示意图。
【附图标记说明】
像素电路100
感光二极管D1 第一晶体管M1
第二晶体管M2 第三晶体管M3
调校电压VCAL 控制端g1
第一控制信号Reset 第一端a1
第二端b1 控制端g2
第一端a2 高电压VDD
第二端b2 控制端g3
第二控制信号Gate 第一端a3
第二端b3 偏压信号Bias
可编程电压源310 指示信号Index
数字至模拟转换电路410 控制单元420
N对1切换器510 节点P
切换器610 可编程电压源620
读取电路630 模拟至数字转换电路640
第一端S1 第二端S2
第三端S3 运算放大器631
电容633 反相端-
同相端+ 输出端Out
数字至模拟转换电路710 控制单元720
定电流源910 节点data
底电极1310 走线1320
上电极1330 偏压电极1340
基板1350 介电层1361、1362、1363
介电层1364、1532 第一时段T1
第二时段T2 第三时段T3
栅极1370 感光区1380
平坦层1410 X光侦测器1500
承载件1510 基板1520
感光二极管D1 第一晶体管M1
第二晶体管M2 第三晶体管M3
平坦层1530 闪烁层1540
保护层1550 软性扁平电缆1560
具体实施方式
图1是本发明X光侦测器的像素电路100的电路图。在本实施例中,X光侦测器的每一像素可分别对应一像素电路100。像素电路100包含一感光二极管D1、一第一晶体管M1、一第二晶体管M2及一第三晶体管M3。感光二极管D1用于感测X光,并产生相对应的一感测电性信号。感测电性信号可为一电荷、一电流或一电压。第一晶体管M1电性连接至感光二极管D1,以重置感测电性信号。第二晶体管M2通过一节点P电性连接至感光二极管D1及第一晶体管M1,以放大感测电性信号,并产生一放大感测信号。第三晶体管M3电性连接至第二晶体管M2,以输出放大感测信号。其中,第二晶体管M2的一端电性连接至一高电压VDD,第一晶体管M1的一端电性连接至一调校电压VCAL。调校电压VCAL是可变动的。高电压VDD与调校电压VCAL可不同。换句话说,本发明实施例中的高电压VDD与调校电压VCAL是分别通过不同的导线电性连接到第二晶体管M2和第一晶体管M1,由于高电压VDD与调校电压VCAL分别连接到不同的导线,因此高电压VDD与调校电压VCAL可分别控制,从而使高电压VDD与调校电压VCAL相同或不同。本发明中的电性连接,可为两组件之间直接电性连接、两组件之间通过导线或半导体层直接电性连接、或两组件之间通过其他组件(例如电容或晶体管)连接。
如图1所示,第一晶体管M1具有一控制端g1电性连接一第一控制信号Reset、一第一端a1电性连接调校电压VCAL及一第二端b1电性连接感光二极管D1的一端。第二晶体管M2具有一控制端g2电性连接感光二极管D1、一第一端a2电性连接高电压VDD及一第二端b2。第三晶体管M3具有一控制端g3电性连接一第二控制信号Gate、一第一端a3电性连接第二晶体管M2的第二端b2及一第二端b3。第三晶体管M3的第二端b3可通过一节点data而电性连接至一读取电路(图未示,可参照图6中的读取电路630),以读取放大感测信号。感光二极管D1的另一端可电性连接至一偏压信号Bias。
图2是本发明X光侦测器的像素电路100的时序图。如图2所示,在一第一时段T1,第一控制信号Reset为一第一高电压,此时第一晶体管M1开启,从而将节点P的电压重置为调校电压VCAL。在一第二时段T2,第一控制信号Reset为一低电压,此时第一晶体管M1关闭,感光二极管D1接受X光照射,并产生相对应的感测电性信号。感测电性信号会使得节点P的电压变小。虽然节点P的电压变小,但在设计时,节点P的电压降幅受限制,因此,仍可使第二晶体管M2导通。第二晶体管M2会因为节点P的电压(感测电性信号)变化,从而使第二晶体管M2的控制端g2和第二端b2因相对应的电压差异而使得高电压VDD经过第二晶体管M2后产生一电流ID(放大感测信号)。在一第三时段T3,第二控制信号Gate为一第二高电压,第三晶体管M3导通,读取电路即可读取放大感测信号(电流ID)。其中,第一高电压和第二高电压可相同或不同。由于高电压VDD与调校电压VCAL分别连接到不同的导线,因此高电压VDD与调校电压VCAL可分别控制,从而使高电压VDD与调校电压VCAL可相同或不同。
图3是本发明X光侦测器的像素电路100的电路图的一实施例。其相似于图1但差别在于图3的像素电路100还包含一可编程电压源310(Programmable Voltage Source)。可编程电压源310电性连接至第一晶体管M1的第一端a1,用于提供调校电压VCAL至第一晶体管M1。可编程电压源310可依据一指示信号Index,以产生不同大小的调校电压VCAL。
由于第一晶体管M1及第三晶体管M3做为开关,而第二晶体管M2作为放大器使用,因此第二晶体管M2的阈值电压偏移(Threshold voltage shift,Vth shift)会对电流ID(放大感测信号)产生影响,从而降低像素电路100的侦测准确度。另外,感光二极管D1也会因工艺差异而导致电容值差异,从而使得不同像素之间的不同感光二极管D1的电容值不同。当不同像素接受相同X光照射时,不同感光二极管D1产生相对应的感测电性信号不同,从而降低像素电路100的侦测准确度。通过可编程电压源310产生不同大小的调校电压VCAL1、VCAL2、…、VCALN,可使得第二晶体管M2依据不同大小的调校电压VCAL1、VCAL2、…、VCALN分别产生不同的放大感测信号(电流ID1、ID2、…、IDN)。第三晶体管M3可输出放大感测信号(电流ID1、ID2、…、IDN)到读取电路,以获得多组的调校电压及对应的放大感测信号。依据多组调校电压及对应的放大感测信号,可获得像素电路100的偏差,例如第二晶体管M2的阈值电压偏移(Vth shift)。依据像素电路100的偏差,可用软件对像素电路100进行补偿,以降低像素电路100的偏差对电流ID(放大感测信号)产生的影响。
在其他例子中,可在第一晶体管M1关闭时,通过偏压信号端对感光二极管D1施加不同大小的调校电压VCAL1、VCAL2、…、VCALN,从而使感光二极管D1产生不同的感测电性信号。像这样,也可使用前述步骤,获得像素电路100的偏差,从而对像素电路100进行量测及补偿。其中,感测电性信号可为电荷、电流或电压。
图4是本发明X光侦测器的像素电路100的电路图的一实施例。其相似于图1但差别在于图4的像素电路100还包含一数字至模拟转换电路410及一控制单元420。数字至模拟转换电路410电性连接至第一晶体管M1的第一端a1,用于提供调校电压VCAL。控制单元420电性连接至数字至模拟转换电路410,并控制数字至模拟转换电路410,以产生调校电压VCAL。图4的电路可使用前述步骤,以获得像素电路100的偏差,例如第二晶体管M2的阈值电压偏移(Vth shift),从而对像素电路100进行补偿。这是本领域技术人员在本发明的实施例的基础上可以实现的,在此不予赘述。
图5是本发明X光侦测器的像素电路100的电路图的一实施例。其相似于图1但差别在于图5的像素电路100还包含一个N对1切换器510。N对1切换器510电性连接至第一晶体管M1的第一端a1。其中,N对1切换器510的N个输入端电性连接至N个不同大小的电压V1、V2、…、VN以作为不同的调校电压VCAL,N对1切换器510的一输出端电性连接至第一晶体管M1的第一端a1,以提供调校电压VCAL至第一晶体管M1。N为大于1的正整数。图5的电路可使用前述步骤,以获得像素电路100的偏差,例如第二晶体管M2的阈值电压偏移(Vth shift),而对像素电路100进行补偿。
图6是本发明X光侦测器的像素电路100的电路图的一实施例。其相似于图1但差别在于图6的像素电路100还包含一切换器610、一可编程电压源620、一读取电路630及一模拟至数字转换电路640。
切换器610电性连接至第一晶体管M1。切换器610的一第一端S1电性连接至第一晶体管M1的第一端a1,切换器610的一第二端S2电性连接至读取电路630,切换器610的一第三端S3电性连接至可编程电压源620,其中,切换器610可切换为使第一端S1电性连接于第二端S2或使第一端S1电性连接于第三端S3。
可编程电压源620可电性连接至切换器610,用于提供调校电压VCAL。可编程电压源620可依据一指示信号Index,以产生不同大小的调校电压VCAL。
读取电路630电性可连接至切换器610,以对感测电性信号进行积分运算。读取电路630包含一运算放大器631及一电容633。运算放大器631的一反相端(-)电性连接至切换器610的第一端S1,其同向端(+)电性连接至一参考电压Vref。电容633的一端电性连接至反相端(-),电容633的另一端电性连接至运算放大器631的一输出端Out。模拟至数字转换电路640电性连接至运算放大器631的输出端Out。
当切换切换器610从而使第一晶体管M1与可编程电压源620电性连接时,调校电压VCAL可通过可编程电压源620输出至第一晶体管M1、第二晶体管M2及感光二极管D1间的节点P。也就是说,当切换器610的第一端S1与第三端S3电性连接时,可编程电压源620可提供调校电压VCAL至节点P。
当切换切换器610从而使第一晶体管M1与读取电路630电性连接时,节点P的电压可通过第一晶体管M1而输出至读取电路630,并由模拟至数字转换电路640转换成相对应的数字信号。也就是说,当切换器610的第一端S1与第二端S2电性连接时,模拟至数字转换电路640可获取节点P的电压。节点P的电压可代表感光二极管D1因工艺所导致的电容值差异。通过重复多次的电压写入至节点P与量测节点P的电压,可获得感光二极管D1的电容值差异,借此可对感光二极管D1的电容值差异进行补偿。
图7是本发明X光侦测器的像素电路100的电路图的一实施例。其相似于图1但差别在于图7的像素电路100还包含一数字至模拟转换电路710及一控制单元720。数字至模拟转换电路710可电性连接至感光二极管D1。控制单元720可电性连接至数字至模拟转换电路710,并控制数字至模拟转换电路710,以产生一感光二极管调校电压。在第一晶体管M1关闭时,数字至模拟转换电路710可输出不同大小的电压至感光二极管D1,第二晶体管M2可分别产生不同的放大感测信号(电流ID1、ID2、…、IDN)。读取电路可通过第三晶体管M3获得放大感测信号(电流ID1、ID2、…、IDN),进而获得像素电路100的偏差。类似图7的电路,在其他实施例中,可将图3中可编程电压源310所产生不同电压大小的调校电压VCAL1、VCAL2、…、VCALN施加于感光二极管D1的偏压信号端。在另一实施例中,可将图5中的N对1切换器510的输出端电性连接至感光二极管D1的偏压信号端,以提供不同电压大小的调校电压VCAL1、VCAL2、…、VCALN至感光二极管D1的偏压信号端。通过产生不同的放大感测信号,可获得像素电路100的偏差。依据像素电路100的偏差,可对像素电路100进行补偿,以降低像素电路100的偏差对电流ID(放大感测信号)产生的影响。
图8是本发明X光侦测器的像素电路100的电路图的一实施例。其相似于图3但差别在于:图3中的感光二极管D1为一负-本-正(N-intrinsic-P,NIP)感光二极管,而图8中的感光二极管D1为一正-本-负(P-intrinsic-N,PIN)感光二极管。
图9是本发明X光侦测器的像素电路100的电路图的一实施例。其相似于图3但差别在于图9还包含有一定电流源910,定电流源910电性连接至第三晶体管M3的第二端b3,可使第二晶体管M2操作在源极追随模式下(source follower mode),以测量在X光照射下节点data的电压变化。本实施例中,通过操作在源极追随模式下,可使测量到的电压减小因组件(例如第二晶体管M2或感光二极管D1)的工艺变异而产生影响。
图10是本发明X光侦测器的像素电路100中节点P的电压示意图。当使用相同的X光照射时,感光二极管可产生相同的光电子,如图10所示,横轴光电子的单位用电子伏特(eV)表示,纵轴节点P电压的单位用伏特(V)表示。然而由于工艺导致感光二极管的电容值不同,因此节点P的电压也不相同。读取电路可读取第三晶体管M3的第二端b3的电性信号,以获得不同的感光二极管对应的节点P的电压。在其他例子中,可对感光二极管施加一电性信号,以仿真X光照射。
图11是本发明X光侦测器的像素电路100中第二晶体管M2的电流示意图。如图11所示,横轴节点P的电压的单位用伏特(V)表示,纵轴第二晶体管M2的电流的单位用微安培(μA)表示。在像素a至像素c中,由于不同像素电路100中的第二晶体管M2的阈值电压Vth都可能因工艺而有些微小的差异,因此即使在节点P有相同的电压,不同的像素对应的第二晶体管M2所产生的电流也不相同。
图12是本发明X光侦测器的像素电路100中第二晶体管M2的另一电流示意图。换句话说,图12是X光侦测器在不同的X光照射下节点P的电压变化对第二晶体管M2的电流变化的电流示意图。如图12所示,横轴节点P的电压的单位用伏特(V)表示,纵轴第二晶体管M2的电流的单位用微安培(μA)表示。在像素a至像素c中,由于不同像素电路100中的感光二极管的电容差异及第二晶体管M2的阈值电压偏移(Vth shift)都可能因工艺而有些微小的差异,因此即使在相同量的X光输入下,不同的像素对应的像素电路100所产生的电流也不相同。然而通过本发明的图3至图9的电路可对第二晶体管M2的阈值电压偏移(Vth shift)进行补偿或对感光二极管的电容差异进行补偿,从而降低像素a至像素c的像素电路100间输出电流的差异,从而可提升X光侦测器的像素电路100所获得的影像的准确度。
图13是本发明第二晶体管M2与感光二极管D1的叠层示意图。如图13所示,可在一基板1350上设置第二晶体管M2的栅极1370,再在栅极1370上设置一介电层1363。可在介电层1363上设置第二晶体管M2的有源层、汲极及源极,借此可和栅极1370形成第二晶体管M2。在第二晶体管M2的有源层、汲极及源极上设置一介电层1364。在介电层1364上形成感光二极管D1的一底电极1310,底电极1310可通过介电层1364及介电层1363的贯孔通过一走线1320电性连接至第二晶体管M2的栅极1370。在部分的底电极1310上形成一感光区1380。在感光区1380上形成一上电极1330。在部分的介电层1364、部分的走线1320、部分的底电极1310及上电极1330上形成一介电层1361。偏压电极1340可通过介电层1361的贯孔电性连接至感光二极管D1的上电极1330。其中,感光二极管D1的上电极1330可为例如氧化铟锡(ITO)的材质构成。在本实施例中,由于介电层1364可以(例如均匀的)设置在第二晶体管M2与其他晶体管或导线上,因此介电层1364的表面可随被覆盖的组件而高低起伏,使得设置于介电层1364上的底电极1310也可随介电层1364而高低起伏。因此,在设置感光二极管D1的感光区1380在底电极1310上时,可避开表面有高低起伏的区域(例如第二晶体管M2上方的区域或有其他导线的区域),而选择设置于较平坦的区域上(例如图13中所绘示的区域)。图14是本发明第二晶体管M2与感光二极管D1的另一叠层示意图。如图14所示,感光二极管D1的底电极1310下方可设置一平坦层1410,平坦层1410可由介电质(dielectric material)所组成,因此感光二极管D1可设置在例如第二晶体管M2的上方,以减少布局所需面积。
图15本发明的一种X光侦测器1500的叠层示意图。如图15所示,X光侦测器1500包含一承载件1510、一基板1520、多个像素电路100、一平坦层1530、一介电层1532、一闪烁层1540及一保护层1550。
如图15所示,基板1520可设置于承载件1510上。基板1520上设置多个第一晶体管M1、多个第二晶体管M2及多个第三晶体管M3。在多个第一晶体管M1、多个第二晶体管M2及多个第三晶体管M3上形成平坦层1530。在平坦层1530上设置多个感光二极管D1。并在多个感光二极管D1及部分平坦层1530上设置介电层1532。在介电层1532上设置闪烁层1540。可编程电压源310或其他例如数字至模拟转换电路或控制单元等组件可设置于承载件1510相对于基板1520的另一面,并通过一软性扁平电缆1560与像素电路100电性连接。在其他实施例中,可编程电压源310或其他例如数字至模拟转换电路或控制单元等组件,也可设置于承载件1510上或基板1520上,并通过软性扁平电缆1560与像素电路100电性连接,或者也可设置于承载件1510侧面或基板1520侧面,并通过软性扁平电缆1560与像素电路100电性连接,本发明不以此为限。保护层1550可设置在例如闪烁层1540上方及侧面、介电层1532侧面、平坦层1530侧面、基板1520侧面或部分承载件1510上方。最后,可将图15中X光侦测器1500的结构整个容纳在一外壳(未绘示)中。其中,外壳在X光入光面处的材质可选用可让X光透过的材质,例如碳纤维,而外壳选择其他材质,可选用可承载及保护X光侦测器1500的材质,例如金属。每一像素电路100包含感光二极管D1、第一晶体管M1、第二晶体管M2及第三晶体管M3,像素电路100以行列方式排列设置于基板1520上。每一像素电路100的感光二极管D1可用于感测X光并产生相对应的感测电性信号。每一像素电路100的第一晶体管M1可电性连接至像素电路100的感光二极管D1,以重置感测电性信号。在本实施例中,闪烁层1540设置了一整层,但在其他实施例中,闪烁层1540也可图案化,以对应像素的区域设置。在本实施例中,闪烁层1540可由例如碘化铯(CsI)或硫氧化钆(Gd2O2S)的材料形成,保护层1550可由例如铝或聚酰亚胺(polyimide,PI)的材料形成,但本发明不限于此。
请结合参照图1,第一晶体管M1的一端电性连接至调校电压VCAL。每一像素电路100的第二晶体管M2可电性连接至像素电路100的感光二极管D1及第一晶体管M1。第二晶体管M2可用于放大感测电性信号,并产生放大感测信号,其中,第二晶体管M2的一端a2电性连接至高电压VDD。每一像素电路100的第三晶体管M3可电性连接至像素电路100的第二晶体管M2,以输出放大感测信号至读取电路中。
每一像素电路100的感光二极管D1可通过平坦层1530设置于第二晶体管M2上,以减少布局所需的面积。
闪烁层1540可设置于多个像素电路100的感光二极管D1、第一晶体管M1、第二晶体管M2及第三晶体管M3之上,从而将X光转换成可见光,从而使感光二极管D1产生相对应的感测电性信号。保护层1550可设置于闪烁层1540之上,以防止水气、灰尘等杂质破坏闪烁层1540。
由前述说明可知,本发明实施例中的高电压VDD与调校电压VCAL分别通过不同的导线电性连接到第二晶体管M2和第一晶体管M1,由于高电压VDD与调校电压VCAL分别连接到不同的导线,因此高电压VDD与调校电压VCAL可分别控制,从而使高电压VDD与调校电压VCAL可相同或不同。本发明通过对第一晶体管M1的一端提供可变动的调校电压VCAL,借此可对第二晶体管M2的阈值电压偏移或对感光二极管D1的电容差异进行量测或补偿,从而降低不同像素电路间输出电流的差异,由此可提高X光侦测器的像素电路100的影像的准确度。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种X光侦测器的像素电路,其特征在于,包含:
一感光二极管,用于感测X光,并产生相对应的一感测电性信号;
一第一晶体管,电性连接至该感光二极管,以重置该感测电性信号;
一第二晶体管,电性连接至该感光二极管及该第一晶体管,以放大该感测电性信号,并产生一放大感测信号;以及
一第三晶体管,电性连接至该第二晶体管,以输出该放大感测信号,
其中,该第二晶体管的一端电性连接至一高电压,该第一晶体管的一端电性连接至一调校电压,该高电压与该调校电压分别控制。
2.根据权利要求1所述的X光侦测器的像素电路,其特征在于,该调校电压是可变动的。
3.根据权利要求1所述的X光侦测器的像素电路,其特征在于,该第一晶体管具有一控制端电性连接一第一控制信号.一第一端电性连接该调校电压及一第二端电性连接该感光二极管,该第二晶体管具有一控制端电性连接该感光二极管.一第一端电性连接该高电压,该第三晶体管具有一控制端电性连接一第二控制信号.一第一端电性连接该第二晶体管的第二端。
4.根据权利要求1所述的X光侦测器的像素电路,其特征在于,其还包含:
一可编程电压源,电性连接至该第一晶体管,用于提供该调校电压。
5.根据权利要求1所述的X光侦测器的像素电路,其特征在于,其还包含:
一数字至模拟转换电路,电性连接至该第一晶体管;以及
一控制单元,电性连接至该数字至模拟转换电路,并控制该数字至模拟转换电路,以产生该调校电压。
6.根据权利要求1所述的X光侦测器的像素电路,其特征在于,其还包含:
一个N对1切换器,电性连接至该第一晶体管,其中,该N对1切换器的N个输入端电性连接至N个不同的电压,该N对1切换器的输出端电性连接至该第一晶体管,以提供该调校电压,N为大于1的正整数。
7.根据权利要求1所述的X光侦测器的像素电路,其特征在于,其还包含:
一切换器,电性连接至该第一晶体管;
一可编程电压源,电性连接至该切换器,用于提供该调校电压;
一读取电路,电性连接至该切换器,从而对该感测电性信号进行积分运算;以及
一模拟至数字转换电路,电性连接至该读取电路。
8.根据权利要求1所述的X光侦测器的像素电路,其特征在于,其还包含:
一数字至模拟转换电路,电性连接至该感光二极管;以及
一控制单元,电性连接至该数字至模拟转换电路,并控制该数字至模拟转换电路,以产生一感光二极管调校电压。
9.一种X光侦测器,其特征在于,包含:
一承载件;
一基板,设置于该承载件上;
多个像素电路,设置于该基板上,每一像素电路包括:
一感光二极管,用于感测X光,并产生相对应的一感测电性信号;
一第一晶体管,电性连接至该感光二极管,以重置该感测电性信号,其中,该第一晶体管的一端电性连接至一调校电压;
一第二晶体管,电性连接至该感光二极管及该第一晶体管,以放大该感测电性信号,并产生一放大感测信号,其中,该第二晶体管的一端电性连接至一高电压,该高电压与该调校电压分别控制;以及
一第三晶体管,电性连接至该第二晶体管,以输出该放大感测信号;
一闪烁层,设置于所述像素电路之上,从而将X光转换成可见光,使得该感光二极管产生相对应的该感测电性信号;以及
一保护层,设置于该闪烁层上。
10.根据权利要求9所述的X光侦测器,其特征在于,其还包含:
一平坦层,设置于每一像素电路的该感光二极管与该第一晶体管、该第二晶体管及该第三晶体管之间。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109646030B (zh) * 2019-01-15 2022-08-26 京东方科技集团股份有限公司 感光单元和x射线探测器
CN109841183B (zh) * 2019-03-27 2022-06-10 京东方科技集团股份有限公司 一种像素电路及其驱动方法、阵列基板、显示装置
CN111337125B (zh) * 2020-03-20 2021-11-16 京东方科技集团股份有限公司 一种光强检测电路、光强检测方法和装置
DE102020216576B3 (de) * 2020-12-28 2021-12-30 Siemens Healthcare Gmbh Röntgendetektoreinheit mit einer anpassbaren Spannungsversorgung und Verfahren zum Betrieb einer Röntgendetektoreinheit
CN113410258B (zh) * 2021-06-18 2022-12-16 福州京东方光电科技有限公司 一种探测基板、探测装置
CN115692435A (zh) * 2021-07-30 2023-02-03 群创光电股份有限公司 X光侦测装置
CN114170990B (zh) * 2021-12-06 2022-12-13 武汉天马微电子有限公司 显示面板及其环境光检测驱动方法、显示装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2370960A (en) * 2001-01-05 2002-07-10 Spectral Fusion Technologies L Partially shielded photodiode array
CN102066975A (zh) * 2008-06-26 2011-05-18 皇家飞利浦电子股份有限公司 信噪比改进的高动态范围x射线探测器
CN103296035A (zh) * 2012-02-29 2013-09-11 中国科学院微电子研究所 X射线平板探测器及其制造方法
WO2014165149A1 (en) * 2013-03-12 2014-10-09 Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Of The State Of Arizona Acting For And On Behalf Of Arizona State University Thin film transistor detection systems and related methods
TWI500926B (zh) * 2012-11-23 2015-09-21 Innocom Tech Shenzhen Co Ltd X光平板偵測裝置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5898753A (en) * 1997-06-06 1999-04-27 Schick Technologies, Inc. Apparatus for measuring bone density using active pixel sensors
US7592677B2 (en) * 2006-07-11 2009-09-22 David Cave Over-voltage protected semiconductor device and fabrication
JP5171431B2 (ja) * 2008-06-26 2013-03-27 株式会社ジャパンディスプレイウェスト 光電変換装置、放射線撮像装置及び放射線検出装置
US9520437B2 (en) * 2014-08-14 2016-12-13 Cbrite Inc. Flexible APS X-ray imager with MOTFT pixel readout and a pin diode sensing element

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2370960A (en) * 2001-01-05 2002-07-10 Spectral Fusion Technologies L Partially shielded photodiode array
CN102066975A (zh) * 2008-06-26 2011-05-18 皇家飞利浦电子股份有限公司 信噪比改进的高动态范围x射线探测器
CN103296035A (zh) * 2012-02-29 2013-09-11 中国科学院微电子研究所 X射线平板探测器及其制造方法
TWI500926B (zh) * 2012-11-23 2015-09-21 Innocom Tech Shenzhen Co Ltd X光平板偵測裝置
WO2014165149A1 (en) * 2013-03-12 2014-10-09 Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Of The State Of Arizona Acting For And On Behalf Of Arizona State University Thin film transistor detection systems and related methods

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