CN111355908A - 行导体具有经控制阻抗的矩阵检测器 - Google Patents

行导体具有经控制阻抗的矩阵检测器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种矩阵检测器，所述矩阵检测器包括：像素的集合(10)，所述像素对物理现象敏感，并且所述像素按照行和列组织成矩阵，每个像素生成随物理现象而变化的信号，行导体，所述行导体中的每个都能够操控一行中的像素，操控模块(16)，所述操控模块向所述行导体发送选择信号，并且所述操控模块(16)配置用于按照两个等级发送所述信号，所述两个等级中的高等级允许对其中一个像素行的选择，低等级不允许对所述其中一个像素行的选择。根据本发明，所述检测器还包括阻抗模块(22)，所述阻抗模块与所述行导体中的每个连接，并且所述阻抗模块配置用于在读取所述像素的集合(10)的读取阶段期间当对应的选择信号处于低等级时降低每个行导体的阻抗并使每个行导体维持低阻抗，并且所述阻抗模块(22)与所述操控模块(16)分离。

Description

行导体具有经控制阻抗的矩阵检测器
技术领域
本发明涉及一种矩阵检测器(détecteur matriciel)。本发明可用于实施可见图像，但并不限于该领域。例如可实施对压力的绘图或对温度的绘图又或化学势或电势的二维的图示。这些绘图或图示形成物理量的图像。本发明尤其应用于例如出于在成像装置中通过电离辐射(例如，通过X射线)检测的目的而使用的有源矩阵检测器，所述有源矩阵检测器例如为TFT类型的板件(dalles)，TFT为英语术语“Thin Film Transistor”的首字母缩合词，表示薄膜晶体管。
背景技术
在矩阵检测器中，像素代表所述检测器的基本敏感元件。每个像素将其所经受的物理现象转换成电信号。在读取所述矩阵的读取阶段中收集来自不同像素的电信号，然后将所述电信号数字化，以便可对所述电信号进行处理和存储以形成图像。所述像素由对物理现象敏感的区域形成，并且发送例如电荷流。所述物理现象可以是传输光子通量的电磁辐射，接下来借助于该类型的辐射来说明本发明，并且所述电荷流随由敏感区域接收的光子通量而变化。容易推广到任何矩阵检测器。
图像的矩阵检测器包括行导体和列导体，所述行导体中的每个使同一行中的像素联接，所述列导体中的每个使同一列中的像素联接。列导体与通常布置在矩阵的边缘(称作“列脚”)上的转换电路连接。
每个像素通常包括光敏元件或光电检测器，所述光敏元件或光电检测器可例如为光电二极管、光敏电阻或光电晶体管。发现大尺寸的光敏矩阵，所述大尺寸的光敏矩阵可达到几百万个像素，所述像素按行和列组织。每个像素还包括例如由开关、电容器、电阻器构成的电子电路，致动器安置在所述电子电路下游。由光敏元件和电子电路构成的组件能够生成电荷并收集所述电荷。电子电路通常允许在电荷转移
之后使收集到的电荷在每个像素中重新初始化。致动器的作用是将由电路收集的电荷转移或复制到列导体中。当致动器从行导体接收到转移指令时，实施该转移。致动器的输出与像素的输出对应。称呼“行导体”和“列导体”是完全随意的。当然，这些称呼可颠倒。
在该类型的检测器中，像素按照两个阶段运行：图像捕获阶段，在所述图像捕获阶段期间，像素的电子电路积累由光敏元件生成的电荷；以及读取阶段，在所述读取阶段过程中，收集到的电荷借助于致动器转移或复制到列导体中。
在读取阶段中，借助于行导体朝向矩阵的同一行上的所有致动器发射读取指令。读取该行中的像素中的每个，同时将所述像素的电信息、电荷、电压、电流、频率等转移到与所述像素相关联的列导体。
对于图像帧，在与所述帧的时长的一部分对应的选择行的选择时间期间，可按照矩阵中的行扫描方向一个接一个地依次选择像素行，以允许适当的信号(例如，电压)施加到所考虑的行中的像素上。因此，对于行的选择与高等级信号在选择对应的行的选择时间期间的施加对应，所述高等级信号控制对应的像素行的切换装置的导通状态。在选择行的选择时间之外，通过施加适当的低等级信号，所述切换装置维持在阻断状态。例如，当切换装置是晶体管时，要施加的信号则是电压，习惯性用VGon表示与高等级对应的电压，开始使切换晶体管置于导通状态，并用VGoff表示与低等级对应的电压，开始使切换晶体管置于阻断状态。
对于行的控制可通过控制电路来确保，所述控制电路包括串联的一个或多个移位寄存器，所述移位寄存器中的每个包括级联的多个级，每个级都能够按照(例如根据竖直扫描的)行选择顺序切换信号的高等级和低等级，所述信号施加到矩阵的对应的行中的像素的致动器上。控制电路可实施在集成电路中，同一集成电路可例如包括用于控制矩阵的多行的多个控制电路。所述集成电路可例如处在矩阵的外部，并且通过有线部件(例如，柔性层)与所述矩阵连接。所述控制电路还可安装在承载像素的板件上，如以本申请人的名义提交的专利申请WO2012/152836中所描述。
这能够减少施加到板件上的信号的数量，并因此能够减少用于使板件与其电子环境联接的柔性连接器的尺寸和数量。集成控制电路的该架构通过减少组成元件的数量以及通过简化制造方法而明显简化了检测器的架构。然而，专利申请WO2012/152836中描述的方案的缺点在于使所有没有被选择的行保留在“高阻抗”状态。事实上，在读取矩阵的读取周期中，控制电路连续地将电压VGon然后VGoff施加到行，然后将这些行保留在等级VGoff，而并不确保该电势在存在外部干扰的情况下维持或稳定。邻近的行和列的电压变化可因此通过电容联结引起串扰现象(已知在英语文献中表示为“crosstalk”)，所述电容联结是保留在VGoff等级且保留在高阻抗状态的行与附近元件之间的电容联结，所述附近元件的电势在阅读周期过程中演变。控制电路在承载像素的板件上的集成趋向于增加串扰，并会降低来自检测器的图像的质量。
行导体的“高阻抗”状态还会在存在断开的行的情况下导致干扰。更确切地，在大尺寸的矩阵中，可接受一些制造缺陷，这导致若干像素行不运行。例如，当控制电路中的一个不起作用时，行可断开。可通过对于未断开的邻近的行的推论(extrapolation)来修正图像。然而，断开的行可干扰邻近的行。该干扰与以下事实有关：在读取阶段期间，行的一部分未得到寻址(adressée)，且永久保持在高阻抗状态。
发明内容
本发明旨在通过提供一种矩阵检测器来克服上文提及的问题中的所有或部分，所述矩阵检测器避免了行导体仅保持在高阻抗状态。
为此，本发明的目标在于提供一种矩阵检测器，所述矩阵检测器包括：
·像素的集合，所述像素对物理现象敏感，并且所述像素按照行和列组织成矩阵，每个像素生成随物理现象而变化的信号，
·行导体，所述行导体中的每个都能够操控一行中的像素，
·操控模块，所述操控模块向所述行导体发送选择信号，并且所述操控模块配置用于按照两个等级发送所述信号，所述两个等级中的高等级允许对其中一个像素行的选择，低等级不允许对所述其中一个像素行的选择，
根据本发明，所述装置还包括阻抗模块，所述阻抗模块与所述行导体中的每个连接，并且所述阻抗模块配置用于在读取所述像素的集合的读取阶段期间当对应的选择信号处于低等级时降低每个行导体的阻抗并使每个行导体维持低阻抗，并且所述阻抗模块与所述操控模块分离。
每个行导体包括两个端部。所述操控模块与所述行导体连接且与所述端部中的第一端部连接，并且，所述阻抗模块有利地与所述行导体中的每个连接且与所述端部中的第二端部连接。
所述像素的集合、所述操控模块和所述阻抗模块有利地实施在同一基板上。
所述阻抗模块中的每个都有利地包括晶体管，当所述行没有被选择时，所述晶体管可使对应的行与电压源连接，所述电压源与所述选择信号的低等级对应，由此降低了穿过所述晶体管的行的阻抗。
所述像素的集合、所述操控模块和所述阻抗模块有利地包括薄膜晶体管。
所述检测器有利地对于每个行导体包括两个阻抗模块，所述两个阻抗模块可交替地使用。
附图说明
通过阅读作为示例给出的实施例的详细说明和附图，将更好地理解本发明，本发明的其它优点将更加清楚，在所述附图中：
图1示出了可在根据本发明的检测器中实施的像素矩阵的示例；
图2示出了根据本发明的检测器的示例；
图3示出了本发明在检测器的行导体断开时的优点；
图4示出了可在根据本发明的检测器中实施的阻抗模块的示例；
图5以时序图示出了图4的阻抗模块的运行；
图6示出了可在根据本发明的检测器中实施的阻抗模块的变型。
为了清楚起见，相同的元件在不同的附图中具有相同的标记。
具体实施方式
联系矩阵检测器进行下文的描述，所述矩阵检测器包括多个基本电子电路(称作像素)，所述像素中的每个包括对物理量敏感的元件。在所描述的示例中，基本电子电路是对光辐射敏感的像素。当然，本发明可实施用于对任何形式的物理量敏感(以例如能够实施对压力或温度的绘图)的其它检测器。
图1示意性地示出了矩阵检测器的检测区域10。该区域包括为了简化理解而具有两行两列的矩阵。形成了四个像素P，每个像素处在行与列的交叉处。当然，实际矩阵通常更大且具有大量的行和列。像素矩阵属于能够实施数字化图像的矩阵检测器12。
每个像素P包括光敏区域(此处由光电二极管D表示)以及电子处理电路(在图1的示例中，由单个晶体管T形成)。组成元件D和T的附图标记的后面跟着两个坐标，所述两个坐标用于指明行的排位(分别为i和i+1)以及列的排位(分别为j和j+1)。所示的像素也称作1T类型的像素，因为所述像素中的每个具有一个晶体管，所述晶体管的功能稍后进行描述。
通常，已知实施像素矩阵，所述像素矩阵包括具有薄膜场效应的晶体管(已知在英语文献中表示为“TFT”，即“Thin-Film Transistor”。TFT类型的晶体管可基于金属氧化物，例如为基于铟、镓和锌的非晶氧化物或晶体氧化物的晶体管(已知在英语文献中表示为“IGZO”)。可实施其它家族的TFT类型的晶体管，例如有机TFT、非晶硅TFT、多晶硅TFT。在最后一种TFT晶体管中，一些是在低温下合成的。已知该最后一种晶体管用英语表示为“LTPS”，即“Low-temperature polycrystalline silicon”。
本发明并不限于该类型的晶体管。例如，可使本发明实施用于包括基于由晶体硅制成的互补半导体(已知在英语文献中表示为“CMOS”，即“Complementary Metal OxideSemiconductor”)的晶体管的矩阵。
同一列中的像素P与列导体Col连结。该导体允许搜集来自与该导体联接的像素的信息。同一行中的像素P与传输信号VG的行导体L连结，所述信号能够控制对应的像素行。
在在复位操作之后发生的图像捕获阶段中，由光电二极管D接收的照明使所述光电二极管的阴极的电势降低。在该图像捕获阶段后面接着读取阶段，在所述读取阶段期间，读取光电二极管D的电势。为此，使晶体管T导通，所述晶体管因此具有由控制信号VG控制的开关的作用，所述控制信号施加到所述晶体管的栅极上。
当借助于信号VG选择列时，列导体Col用于搜集来自对应的列中的像素的信息。
可使本发明实施在包括更简单的像素的检测器中，尤其是通过由借助于信号VG导通的简单二极管替换晶体管T。还可使本发明实施在像素包括多个晶体管的检测器中。尤其已知实施3T类型的像素，所述3T类型的像素除了上文描述的读取晶体管之外还包括光电二极管的复位晶体管以及跟随晶体管。在该3T类型的像素中，第二行导体传输复位信号，所述复位信号能够控制晶体管复位。
图2以整体的方式示意性地示出了检测器12。所述检测器12包括形成基板的板件14，在所述板件上实施检测区域10的组成元件。在该同一板件14上布置有操控模块16，所述操控模块向所有行导体L发送控制信号。所述操控模块16包括例如能够生成控制信号的移位寄存器。可替代地，所述操控模块16可实施在与所述板件14不同的基板上。然而，所述操控模块16在与像素相同的基板上的实施能够限制使所述板件14与其环境联接的连接。
所述检测器12包括与列导体Col联接的读取电路18。所述读取电路18本身通常实施在与所述板件14不同的基板上。所述读取电路18借助于层与所述板件14联接。
所述检测器12包括电路20，所述电路能够操控所述操控模块16并且能够回收(récupérer)来自所述读取电路18的信号，以尤其是复用(multiplexer)所述信号。
根据本发明，所述检测器12包括与所述行导体L中的每个连接的阻抗模块22。如对于所述操控模块16，所述阻抗模块22有利地实施在板件14上，以便限制所述板件14外部的连接。
联系1T类型的像素矩阵(每个像素行仅具有单个导体L)描述本发明。还可使本发明实施用于尤其是由3T像素形成且每个像素行具有多个控制导体的矩阵。在该情况下，所述阻抗模块可与所有行导体相关联。
为了操控读取晶体管T，操控模块16生成二进制信号，所述二进制信号的高等级允许对于像素行的读取，而低等级不允许对于所述行的读取。称呼“高等级”和“低等级”是完全随意的且仅用于区分施加到行导体上的电压。当然，这些称呼可颠倒。操控模块16实施晶体管类型的组成元件，并且当将高等级施加到行L上时，所述行具有比当低等级施加到行L上时更低的阻抗。如上文所述，最高的阻抗可导致行上的电势的局部变化。这些变化可为在来自检测器12的图像中的干扰源。
所述阻抗模块22配置用于当以低等级发射信号时降低行导体L的阻抗。更确切地，对于每个行i，当对应的操控模块16以低等级发射行选择信号时，所述阻抗模块22使对应的行维持低阻抗。所述阻抗模块22与所述操控模块分离。
所述阻抗模块22有利地布置在与由所述操控模块16占据的侧相反的一侧。换句话说，每个行导体L包括两个端部。所述操控模块16与行导体L连接且与所述端部中的第一端部连接，并且所述阻抗模块22与行导体L中的每个连接且与所述端部中的第二端部连接。
图3示出了该布置以及该布置的优点。更确切地，图3示出了包括6行8列的像素P的检测器。在布置像素P的检测区域10的左侧部分，存在操控模块16，而在右侧部分，存在阻抗模块22。在制造检测器时或在检测器的使用过程中，行L的断开可出现。
在存在制造缺陷的情况下，所述断开可以是非故意的，或者当断开用于修复缺陷或用于使缺陷对来自检测器12的图像的整体质量的影响最小化时，所述断开可以是故意的。在图3上，示出了三个断开。第一断开24出现在第一行上并且在操控模块16与检测区域10之间。断开26和28出现在检测区域10内部。
在不存在阻抗模块22的情况下，与操控模块16相反的断开的行的部分是电浮动的，并且所述部分的电势不固定。该浮动部分的电势也(àson tour)可通过电容联结干扰邻近的行、列和像素的电势，并可因此降低来自检测器的图像的质量。通过布置在与操控模块16相反的一侧的阻抗模块22，与操控模块16隔离开的行的部分不再浮动，并且所述部分的电势固定到由阻抗模块22确定的值，例如，与行的选择缺失对应的值。这由此引起来自检测器的图像的质量通过减少与联结风险有关的人为现象(artefacts)来改善，所述联结风险是这些浮动部分与邻近的元件、行、列或像素的联结风险。因此，断开的行中的像素通过与行导体相关联的操控模块16来操控，或者通过还与该行相关联的阻抗模块22来置于低阻抗，无论沿着所述行的断开位置在哪儿。
图2示出了本发明在检测器中的实施，所述检测器包括板件14，在所述板件上除了集成有像素之外还集成有操控模块16和阻抗模块22。这种集成等级要求对于像素P、对于操控模块16和对于阻抗模块22同时使用同一晶体管技术。
即使操控模块16未集成在板件14上，也可实施本发明。在该变型中，可通过使用不同的晶体管技术来实施操控模块16，对于两个信号等级VGon和VGoff，集成了维持低阻抗。不过该变型具有的好处在于使断开的行的阻抗稳定，这经常发生在具有大量像素的检测器中。
在图2上，所述阻抗模块22布置在与由所述操控模块16占据的侧相反的一侧。可替代地，所述阻抗模块22可位于所述操控模块16附近，也就是说，在检测区域10的同一侧，更确切地，在所述操控模块16与所述检测区域10之间。该布置具有的优点在于将所有操控组成元件和阻抗组成元件集中到检测器12的同一边缘上。与对于断开的行的阻抗的维持有关的优点消失。然而，对于一些应用，例如乳房X线造影或非破坏性检验
Figure BDA0002330691770000081
可有利地使最后一列像素定位在离所述操控模块16最远且距所述检测器12的外部边缘最近的位置。
图4示出了基于三个薄膜晶体管T1、T2和T3实施的阻抗模块22的示例。所述晶体管T1的漏极与行L连结，所述晶体管的源极与电压源Voff连结，所述电压源与信号VG的低等级VGoff对应。
在读取检测器的读取阶段期间，当行L被选择时，所述操控模块16以高等级VGon向所述行L施加信号VG，或者当行L没有被选择时，所述操控模块以低等级VGoff向所述行施加信号。尤其是当操控模块16实施在板件14上时，所述操控模块还可实施薄膜晶体管以施加VG信号。高等级VGon穿过晶体管来施加以使行L安置在低阻抗状态，而低等级VGoff通过阻断该同一晶体管来施加以使行L安置在高阻抗状态。
当行L没有被选择时，阻抗模块22使所述行L与电压Voff连接，由此降低了穿过所述晶体管T1的行导体L的阻抗。
晶体管T2和T3允许操控晶体管T1。晶体管T2和T3的漏极与晶体管T1的栅极连结，由此形成了在阻抗模块22内部的节点A。行L与晶体管T2的栅极连结。晶体管T2的源极与电压源Voff连结。晶体管T3的源极与控制器LZA连结，由此能够固定节点A的等级。晶体管T3的栅极与控制器CMDLZ连结，由此能够使节点A与控制器LZA连接。
图5以时序图示出了阻抗模块22的运行。示出了对于接连地从i-2到i+2的这五行的用于选择行的选择信号VG。在时刻t0和t1之间，信号VG(i-2)处于高等级VGon。在时刻t1之后，信号VG(i-2)处于低等级VGoff。接下来以相同的方式选择以下行。在时刻t2和t3之间，信号VG(i-1)处于高等级VGon。在时刻t4和t5之间，信号VG(i)处于高等级VGon。在时刻t6和t7之间，信号VG(i+1)处于高等级VGon。最后，在时刻t8和t9之间，信号VG(i+2)处于高等级VGon。信号CMDLZ在在选择每个行L之前的短时长(尤其是对于行i在时刻t3和t4之间)期间转变成高等级。在整个读取阶段期间(也就是说，在时刻t0和t11之间)，信号LZA处于高等级。在读取阶段之外(在所示的示例中，在时刻t11之后)，信号LZA处于低等级。
当行i没有被选择时，节点A保持在高状态，晶体管T1导通，阻抗模块22使保持在电压Voff的行导体L(i)维持低阻抗。
当信号CMDLZ在选择行i之前在时刻t3和t4之间转变成高等级时，晶体管T3变为非导通状态，这使节点A安置在高阻抗状态。
当行i被选择时，电压VGon施加到行导体L(i)上，这使晶体管T2导通，由此使节点A下降到低等级。在时刻t4和t5之间，晶体管T1变为非导通状态。阻抗模块22不再改变行导体L(i)的阻抗。
信号CMDLZ可为所有行所共用的，且在每次选择行之前上升到高等级。仅当所考虑的行导体接收到处于高状态的信号VG时，行的晶体管T1的阻断才变成有效。
一旦读取阶段结束，在时刻t11之后，在检测器的采集阶段中，信号LZA维持低等级。在时刻t11和t12之间，信号CMDLZ向高等级的最后一次转变能够使节点A安置在低等级且安置在高阻抗状态，这能够使三个晶体管T1、T2和T3安置在电压Voff。
如上文所见，有利地在同一板件14上实施像素P的集合10、操控模块16和阻抗模块22，以便限制所述板件14向其环境的连结。在图4中的阻抗模块22的示例中，需要每个像素行布置一个模块。所有阻抗模块22都可由电路20操控。为了操控所有阻抗模块22，仅三个信号Voff、CMDLZ和LZA需因此从电路20转运到板件14，这简化了所述板件14的连结。
像素和两种类型的模块16和22在同一板件14上的实施有利地通过实施单一晶体管技术(尤其是TFT薄膜晶体管)来进行。在玻璃板件上实施的TFT晶体管难以长期保持在导通状态。这导致所述TFT晶体管的阈值电压的偏移，并因此导致检测器过早老化。这就是为什么在读取阶段之外，晶体管被安置在电压Voff。在通过X射线成像的检测器的使用中，进行读取所述检测器的像素的集合的读取阶段占用的时长是所述检测器的使用时长的大约1％、甚至更少。该比率可足以避免检测器由于TFT晶体管的切换而过早老化。
可通过加倍阻抗模块22来进一步减小TFT晶体管的使用率。图6示出了存在两个阻抗模块22a和22b与同一行导体L连接的示例。模块22a和22b交替地使用。例如，在读取一个图像期间使用模块22a，在读取下一个图像期间使用模块22b。该实施例能够使晶体管处于导通状态的时长减半。检测器的生命时长由此以相同的比例增加。
图4和图6上示出的阻抗模块22良好地适用于实施在与检测区域10相同的TFT类型的板件上。当然，可通过其它晶体管技术来实施本发明，或者可在不同的板件上实施检测区域10和阻抗模块22。
阻抗模块22可例如借助于逻辑门“和”来实施，所述逻辑门“和”接收信号CMDLZ、信号VG和任选地信号LZA。当信号VG处于高等级时并且当信号CMDLZ处于低等级时，获得了阻抗模块22的输出，该输出用于操控停止使对应的行置于低阻抗状态。当然，其它的用于实施阻抗模块22的方式也是可能的，例如通过实施移位寄存器。

Claims (6)

1.一种矩阵检测器，所述矩阵检测器包括：
·像素(P)的集合(10)，所述像素对物理现象敏感，并且所述像素按照行和列组织成矩阵，每个像素(P)生成随物理现象而变化的信号，
·行导体(L)，所述行导体中的每个都能够操控一行中的像素(P)，
·操控模块(16)，所述操控模块向所述行导体(L)发送选择信号(VG)，并且所述操控模块(16)配置用于按照两个等级发送所述信号，所述两个等级中的高等级(VGon)允许对其中一个像素行的选择，低等级(VGoff)不允许对所述其中一个像素行的选择，
其特征在于，所述矩阵检测器还包括阻抗模块(22)，所述阻抗模块与所述行导体(L)中的每个连接，并且所述阻抗模块配置用于在读取所述像素(P)的集合(10)的读取阶段期间当对应的选择信号(VG)处于低等级(VGoff)时降低每个行导体(L)的阻抗并使每个行导体(L)维持低阻抗，并且所述阻抗模块(22)与所述操控模块(16)分离。
2.根据权利要求1所述的矩阵检测器，其特征在于，每个行导体(L)包括两个端部，并且，所述操控模块(16)与所述行导体(L)连接且与所述端部中的第一端部连接，并且，所述阻抗模块(22)与所述行导体(L)中的每个连接且与所述端部中的第二端部连接。
3.根据上述权利要求中任一项所述的矩阵检测器，其特征在于，所述像素(P)的集合(10)、所述操控模块(16)和所述阻抗模块(22)实施在同一基板(14)上。
4.根据上述权利要求中任一项所述的矩阵检测器，其特征在于，所述阻抗模块(22)中的每个都包括晶体管(T1)，当所述行(L)没有被选择时，所述晶体管能够使对应的行与电压源(Voff)连接，所述电压源与所述选择信号的低等级(VGoff)对应，由此降低了穿过所述晶体管(T1)的行L的阻抗。
5.根据上述权利要求中任一项所述的矩阵检测器，其特征在于，所述像素(P)的集合(10)、所述操控模块(16)和所述阻抗模块(22)包括薄膜晶体管。
6.根据权利要求5所述的检测器，其特征在于，所述检测器对于每个行导体(L)包括两个阻抗模块(22a，22b)，所述两个阻抗模块(22a，22b)能够交替地使用。
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