CN110933335B - 一种平板探测器的驱动电路以及时序驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种平板探测器的驱动电路及其时序驱动方法，平板探测器的驱动电路包括放大电路和输出信号至数据线的第一TFT开关；所述放大电路包括与反偏电压连接的第二TFT开关、光电二极管、第三TFT开关以及与工作电压连接的第四TFT开关；其中，所述第二TFT开关的控制端连接电源电压，第二TFT开关的第一通路端与反偏电压连接，第二TFT开关的第二通路端与光电二极管的负极连接。本发明通过在反偏电压和光电二极管之间设置第二TFT开关，在光电二极管转换时，通过第二TFT开关启动光电二极管进行光信号转换成电信号，光电二极管转换完成后，关闭第二TFT开关,可以最大限度的避免电荷的泄露。
Description
技术领域
本发明涉及平板探测器的技术领域，尤其涉及一种平板探测器的驱动电路以及时序驱动方法。
背景技术
平板探测器的X线先经荧光介质材料转换成可见光，再由光敏元件将可见光信号转换成电信号，最后将模拟电信号经A/D转换成数字信号。
由于平板探测器的光转换效率问题，产生的光电流较小，漏电流和器件的工艺均匀性都很容易对光电流产生干扰，造成灰阶的读取精度偏差。
光电器件反偏时的漏电流和TFT器件Vth的均一性是无法避免的两个问题。
现有的平板探测器的放大电路尽管能够将光电流放大，在一定程度上提高检测的灵敏度，但是改善效果有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提供最大限度的避免电荷泄漏的平板探测器的驱动电路以及时序驱动方法。
本发明提供一种平板探测器的驱动电路，其包括放大电路和输出信号至数据线的第一TFT开关；所述放大电路包括与反偏电压连接的第二TFT开关、光电二极管、第三TFT开关以及与工作电压连接的第四TFT开关；其中，所述第二TFT开关的控制端连接电源电压，第二TFT开关的第一通路端与反偏电压连接，第二TFT开关的第二通路端与光电二极管的负极连接；光电二极管的正极分别与第三TFT开关的第一通路端和第四TFT开关的控制端连接；第三TFT开关的控制端与重置信号电压连接，第三TFT开关的第二通路端接入参考电压；第四TFT开关的第一通路端与工作电压连接，第四TFT开关的第二通路端与第一TFT开关的第一通路端连接；以及第一TFT开关的控制端接入启动信号，第一TFT开关的第二通路端输出信号给数据线。
优选地，还包括与所述放大电路部分重叠的记忆补偿电路，所述记忆补偿电路检测第四TFT开关的阈值电压并储存所述阈值电压，所述记忆补偿电路也与第一TFT开关连接。
优选地，所述第三TFT开关和第四TFT开关为所述放大电路和记忆补偿电路之间的重叠的部分。
优选地，还包括位于第三TFT开关和第四TFT开关之间的第一节点以及位于记忆补偿电路和第一TFT开关之间的第二节点；所述记忆补偿电路包括自举电容，所述自举电位位于第一节点和第二节点之间。
优选地，所述记忆补偿电路还包括第五TFT开关，第五TFT开关的控制端与补偿信号电压连接，第五TFT开关的第一通路端与第二节点连接，第五TFT开关的第二通路端接入参考电压。
优选地，所述第一TFT开关、第二TFT开关、第三TFT开关、第四TFT开关和第五TFT开关均为金属氧化物TFT开关。
本发明还提供一种平板探测器的时序驱动方法，包括如下步骤：
S1：启动后，反偏电压输入高电位，重置信号电压输入高电平且打开第三TFT开关，输入至第三TFT开关的第二通路端的参考电压经第三TFT开关的第一通路端至第一节点，第一节点处为参考电压；
S2：重置信号电压降至低电平时，第三TFT开关关闭，记忆补偿电路开始工作，记忆补偿电路检测出第四TFT开关的阈值电压为参考电压并将阈值电压储存在自举电容内，直至第二节点的电压变为参考电压减去阈值电压；
S3：当工作电压下降至低电平时，补偿信号电压上升至高电平，第二节点处的电压变为参考电压，第一节点处的电压变为参考电压加阈值电压，完成记忆补偿动作；
S4：补偿信号电压下降至低电平时，电源电压上升至高电平，第二TFT开关打开，第二TFT开关驱动光电二极管工作，光电二极管将采集到的光信号转换成电信号；
S5：光电二极管转换完成后，补偿信号电压关闭，维持第一节点处的电压为参考电压、阈值电压和数据线电压之和，此时启动信号通过数据线启动栅极进行逐行打开，读出每一个像素中的电信号。
优选地，步骤S1中，反偏电压在连续N个时序内输入高电位，电源电压在连续2个时序内为低电平，启动信号在连续3个时序内为低电平，补偿信号电压在1个时序内为低电平，工作电压和重置信号电压在1个时序内输入高电平，N≥10。
优选地，步骤S2中，重置信号电压在接下来的N个时序内均降至低电平，工作电压连续2个时序为低电平。
优选地，步骤S4中，补偿信号电压在接下来的N个时序内下降至低电平时，每一行像素的电源电压按照整体时序所设定的光线照射时长维持相应的高电压。
本发明通过在反偏电压和光电二极管之间设置第二TFT开关，在光电二极管转换时，通过第二TFT开关启动光电二极管进行光信号转换成电信号，光电二极管转换完成后，关闭第二TFT开关,可以最大限度的避免电荷的泄露。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明予以进一步说明。
图1是本发明平板探测器的驱动电路的电路示意图；
图2是图1所述平板探测器的时序控制图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
图1是本发明平板探测器的驱动电路的电路示意图，平板探测器的驱动电路包括放大电路100、与放大电路100部分重叠的记忆补偿电路200以及输出信号至数据线的第一TFT开关10。其中，放大电路100和记忆补偿电路200均与第一TFT开关10连接。
每个TFT开关均包括控制端、第一通路端和第二通路端，在以下的实施例中，控制端为栅极，其中一个通路端为源极、另一个通路端为漏极。当给控制端高电平时，源极和漏极连通，此时TFT开关处于打开状态；当给控制端低电平时，源极和漏极断开，此时TFT开关处于关闭状态。
其中，放大电路100包括与反偏电压Vbias（即平板探测器的光电转换的额定电压）连接的第二TFT开关20、光电二极管30、第三TFT开关40以及与工作电压Vdd连接的第四TFT开关50。
光电二极管30用于采集光信号并将光信号转化成电信号，光电二极管30具有正极和负极。
其中，第二TFT开关20为金属氧化物TFT，其控制端连接电源电压Vint，第二TFT开关20的第一通路端与反偏电压Vbias连接，第二TFT开关20的第二通路端与光电二极管30的负极连接；光电二极管30的正极分别与第三TFT开关40的第一通路端和第四TFT开关50的控制端连接；第三TFT开关40的控制端与重置信号电压
Vreset（重置信号电压Vreset,每一帧的开始或者结尾使用）连接，第三TFT开关40的第二通路端接入参考电压Vref；第四TFT开关50的第一通路端与工作电压Vdd连接，第四TFT开关50的第二通路端与第一TFT开关10的第一通路端连接。
放大电路100在第三TFT开关40和第四TFT开关50之间设有第一节点A。
记忆补偿电路200包括第三TFT开关40、第四TFT开关50、自举电容60和第五TFT开关70，其中，第三TFT开关40和第四TFT开关50为放大电路100和记忆补偿电路200重叠的部分。
记忆补偿电路200在第四TFT开关50和第一TFT开关10之间设有第二节点B，第二节点B也位于记忆补偿电路200和第一TFT开关100之间。
其中，自举电容60的一端连接第一节点A，自举电容60的另一端连接第二节点B。
第五TFT开关70的控制端与补偿信号电压Vcomp连接，第五TFT开关70的第一通路端与第二节点B连接，第五TFT开关70的第二通路端接入参考电压Vref。
其中，第一TFT开关10用于锁住像素里的信号，等到设定的时刻将信号送出至数据线Data。第一TFT开关10的控制端接入启动信号Vread（即将平板探测器的像素中的信号传送给IC用的启动信号），第一TFT开关10的第一通路端与第二节点B连接，第一TFT开关10的第二通路端输出信号给数据线Data。
第一TFT开关10、第二TFT开关20、第三TFT开关40、第四TFT开关50和第五TFT开关70均为金属氧化物TFT开关，金属氧化物平板探测器具有漏电流低、电子迁移率高的优势。
记忆补偿电路200的作用是首先检测出第四TFT开关50的阈值电压Vth、并将阈值电压Vth储存在自举电容60内，也就是说记忆补偿电路200用于检测第四TFT开关50的阈值电压Vth并储存第四TFT开关50的阈值电压Vth。当平板探测器进行光电转换时，读取的电信号和第四TFT开关50的阈值电压Vth叠加后共同作用在输出电路上。
如图2所示，平板探测器驱动后，反偏电压Vbias输入高电位，电源电压Vint为低电位且第二TFT开关20关闭，重置信号电压
Vreset为高电平且打开第三TFT开关40，参考电压Vref经第三TFT开关40输入至第一节点A处，第一节点A点处的电压VA_1为参考电压Vref；当重置信号电压Vreset下降至低电平时，第三TFT开关40关闭，记忆补偿电路开始工作，记忆补偿电路检测出第四TFT开关50的阈值电压Vth（第四TFT开关50的阈值电压Vth为参考电压Vref）并将阈值电压Vth储存在自举电容60内，直至第二节点B点处电压变为参考电压Vref减去阈值电压Vth（即Vref-Vth）；当工作电压Vdd下降至低电平时，补偿信号电压Vcomp上升至高电平，第五TFT开关70打开，参考电压Vref经第五TFT开关70输入至第二节点B处，第二节点B处的电压变为参考电压Vref，第一节点A处的电压VA_1的电压变为Vref+Vth，完成记忆补偿动作；补偿信号电压Vcomp下降至低电平时，第五TFT开关70关闭，电源电压Vint上升至高电平，第二TFT开关20打开，第二TFT开关20驱动光电二极管30工作，平板探测器的光电二极管30是在反偏电压Vbias作用下工作的，此光电二极管30可将采集到的光信号转换成电信号；光电二极管30转换完成后，补偿信号电压
Vcomp关闭，维持第一节点 A点处的电压，此时启动信号Vread通过数据线启动栅极（G1、G2、G3、G4…）进行逐行打开，第一节点A处的VA_1的电压变为Vref+Vth+Vdata（Vdata为数据线电压），读出每一个像素中的电信号。
本发明还揭示一种平板探测器的时序驱动方法，包括如下步骤：
S1：启动后，反偏电压Vbias连续N个时序内输入高电位（N≥10），电源电压Vint在连续2个时序内为低电平，启动信号Vread在连续3个时序内为低电平，补偿信号电压Vcomp在1个时序内为低电平，工作电压Vdd和重置信号电压Vreset在1个时序内输入高电平且打开第三TFT开关40，输入至第三TFT开关40的第二通路端的参考电压Vref经第三TFT开关40的第一通路端至第一节点A点，第一节点A处为参考电压Vref；
S2：重置信号电压Vreset在接下来的N个时序内均降至低电平时，第三TFT开关40关闭，记忆补偿电路开始工作，记忆补偿电路检测出第四TFT开关的阈值电压Vth为参考电压Vref并将阈值电压储存在自举电容内，直至第二节点B点处电压变为参考电压Vref减去阈值电压Vth（即Vref-Vth）；
S3：当工作电压Vdd下降至低电平时，补偿信号电压Vcomp上升至高电平，第五TFT开关打开，参考电压经第五TFT开关输入至第二节点B处，第二节点B处的电压变为参考电压Vref，第一节点A处的电压变为Vref+Vth，完成记忆补偿动作；
S4：补偿信号电压Vcomp在接下来的N个时序内下降至低电平时，电源电压Vint上升至高电平（图2所示为连续3个时序内，实际上每一行像素的电源电压Vint按照整体时序所设定的光线照射时长维持相应的高电平），第二TFT开关20打开，第二TFT开关20驱动光电二极管30工作，平板探测器的光电二极管30是在反偏电压Vbias作用下工作的，此光电二极管30可将采集到的光信号转换成电信号；
S5：光电二极管30转换完成后，补偿信号电压Vcomp关闭，维持第一节点 A处的电压为参考电压Vref、阈值电压Vth和数据线电压Vdata之和（即：Vref+Vth+Vdata），此时启动信号Vread通过数据线启动栅极（G1、G2、G3、G4…）进行逐行打开，读出每一个像素中的电信号。
本发明平板探测器的驱动电路的时序的设计按照平板探测器的规格和尺寸进行微调，目的为实现驱动电路在一个周期内进行放大、补偿、光转换的功能，并且最大限度的限制漏电流，时序包括但不限于图2所示的内容。
本发明通过在反偏电压Vbias和光电二极管30之间设置第二TFT开关20，在光电二极管30转换时，通过第二TFT开关20启动光电二极管30进行光信号转换成电信号，光电二极管30转换完成后，关闭第二TFT开关20,可以最大限度的避免电荷的泄露；同时通过记忆补偿电路，可将第四TFT开关50 的阈值电压Vth的值读出，并加至第一节点A处，从而避免平板探测器各个位置处不同阈值电压Vth对微弱光信号的影响。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换（如数量、形状、位置等），这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种平板探测器的驱动电路，其包括放大电路和输出信号至数据线的第一TFT开关；其特征在于：所述放大电路包括与反偏电压连接的第二TFT开关、光电二极管、第三TFT开关以及与工作电压连接的第四TFT开关；
其中，所述第二TFT开关的控制端连接电源电压，第二TFT开关的第一通路端与反偏电压连接，第二TFT开关的第二通路端与光电二极管的负极连接；
光电二极管的正极分别与第三TFT开关的第一通路端和第四TFT开关的控制端连接；
第三TFT开关的控制端与重置信号电压连接，第三TFT开关的第二通路端接入参考电压；
第四TFT开关的第一通路端与工作电压连接，第四TFT开关的第二通路端与第一TFT开关的第一通路端连接；以及
第一TFT开关的控制端接入启动信号，第一TFT开关的第二通路端输出信号给数据线；还包括与所述放大电路部分重叠的记忆补偿电路，所述记忆补偿电路检测第四TFT开关的阈值电压并储存所述阈值电压，所述记忆补偿电路也与第一TFT开关连接；
所述记忆补偿电路包括第三TFT开关、第四TFT开关、自举电容和第五TFT开关，第三TFT开关和第四TFT开关为所述放大电路和记忆补偿电路重叠的部分；
第三TFT开关和第四TFT开关之间设有第一节点；记忆补偿电路在第四TFT开关和第一TFT开关之间设有第二节点，第二节点也位于记忆补偿电路和第一TFT开关之间；自举电容的一端连接第一节点，自举电容的另一端连接第二节点；第五TFT开关的控制端与补偿信号电压连接，第五TFT开关的第一通路端与第二节点连接，第五TFT开关的第二通路端接入参考电压。
2.根据权利要求1所述的平板探测器的驱动电路，其特征在于：所述第一TFT开关、第二TFT开关、第三TFT开关、第四TFT开关和第五TFT开关均为金属氧化物TFT开关。
3.一种平板探测器的时序驱动方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：启动后，反偏电压在连续N个时序内输入高电位，电源电压在连续2个时序内为低电平，启动信号在连续3个时序内为低电平，重置信号电压在1个时序内输入高电平且打开第三TFT开关，输入至第三TFT开关的第二通路端的参考电压经第三TFT开关的第一通路端至第一节点，第一节点处为参考电压，其中N≥10；
S2：重置信号电压降至低电平时，第三TFT开关关闭，记忆补偿电路开始工作，记忆补偿电路检测出第四TFT开关的阈值电压为参考电压并将阈值电压储存在自举电容内，直至第二节点的电压变为参考电压减去阈值电压；
S3：当工作电压下降至低电平时，补偿信号电压上升至高电平，第五TFT开关打开，参考电压经第五TFT开关输入至第二节点，第二节点处的电压变为参考电压，第一节点处的电压变为参考电压加阈值电压，完成记忆补偿动作；
S4：补偿信号电压下降至低电平时，电源电压上升至高电平，第二TFT开关打开，第二TFT开关驱动光电二极管工作，光电二极管将采集到的光信号转换成电信号；
S5：光电二极管转换完成后，补偿信号电压关闭，维持第一节点处的电压为参考电压、阈值电压和数据线电压之和，此时启动信号通过数据线启动栅极进行逐行打开，读出每一个像素中的电信号。
4.根据权利要求3所述的平板探测器的时序驱动方法，其特征在于：步骤S2中，重置信号电压在接下来的N个时序内均降至低电平，工作电压连续2个时序为低电平。
5.根据权利要求3所述的平板探测器的时序驱动方法，其特征在于：步骤S4中，补偿信号电压在接下来的N个时序内下降至低电平时，每一行像素的电源电压按照整体时序所设定的光线照射时长维持相应的高电压。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 2-67, No. 5, Qijing 1st Road, Longshan street, Wuhu Economic and Technological Development Zone, Wuhu City, Anhui Province Patentee after: Wuhu ditifei Photoelectric Technology Co.,Ltd. Address before: 210033 room 221, No.3 Hengda Road, Nanjing Economic Development Zone, Jiangsu Province Patentee before: NANJING DIFEITAI PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address |