KR101041832B1 - 화상 검출 장치 및 화상 검출기의 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

화상 검출 장치는 전자파의 조사를 받아서 전하를 발생시키는 전하 발생부와, 2개의 전극이 대향 배치되어 상기 전하 발생부에 있어서 발생된 전하를 축적하는 축적 용량과, 상기 축적 용량에 축적된 전하를 판독하기 위한 TFT형의 스위칭 소자를 갖는 검출부를 구비한 화상 검출기를 갖는다. 화상 검출기 스위칭 소자를 통해서 축적 용량으로부터 전하를 판독하는 시점보다도 전의 타이밍에 있어서 상기축적 용량의 기준 전위를 가변 Cs 전원에 의해 변동시켜 화상 검출기로부터 전하 신호를 판독하기 전에 충분히 리크 전류를 흘려보냄으로써 전하 신호를 판독할 때에는 충분히 리크 전류를 감소시키도록 한다.
화상 검출 장치, 화상 검출기, 전원부, 제어부

Description

화상 검출 장치 및 화상 검출기의 구동 방법{IMAGE DETECTION DEVICE AND METHOD OF DRIVING IMAGE DETECTOR}
본 발명은 TFT형의 스위칭 소자를 갖는 다수의 화소가 2차원 형상으로 배열된 화상 검출기를 구비한 화상 검출 장치 및 화상 검출기의 구동 방법에 관한 것이다.
최근, TFT 액티브 매트릭스 어레이 상에 X선 감응층을 배치하고, X선 정보를 직접 디지털 데이터로 변환할 수 있는 FPD(flat panel detector)가 실용화되어 있다. 종래의 이미징 플레이트에 비해서 즉시 화상을 확인할 수 있고, 동화상도 확인할 수 있다고 한 메리트가 있어 급속히 보급이 진행되고 있다.
우선, 도 15를 이용해서 종래의 방사선 화상 검출기의 구성에 대해서 설명한다. 도 15는 3×3화소의 모식적 등가 회로이다. 도 15에 있어서, 211은 화상 센서부, 212는 TFT 스위치, 213은 전하 축적 용량, 214는 주사 배선, 215는 데이터 배선, 216은 신호 검출기이다.
그리고, X선 등의 방사선이 화상 센서부(211)에 입사되어 정공ㆍ전자 쌍이 발생하고, 그 전하가 각 화소의 축적 용량(213)에 축적된다. 그 후, 주사 배 선(214)에 의해 TFT 스위치(212)를 순차 온시켜 이 전하 축적 용량(213)에 축적된 축적 전하를 TFT 스위치(212)의 소스ㆍ드레인 전극의 한쪽과 접속된 데이터 배선(215)에 전송하고, 신호 검출기(216)에 의해 판독한다.
이러한 FPD라 불리는 방사선 화상 검출기에 있어서는 직접 화상 신호를 검출할 수 있기 때문에 정밀도 좋은 방사선 화상이 검출되는 것이 특징이지만, 각종 원인으로 원래 검출해야 할 화상 신호에 각종 노이즈가 부여되는 케이스가 있다.
예를 들면, 노이즈의 하나에 TFT 스위치의 리크 전류가 있다. 검출 화소를 선택하기 위한 TFT 스위치는 오프 동작시에는 전혀 리크 전류를 흘려보내지 않는 것이 바람직하다. 그러나, 디바이스 특성상 어떤 양의 리크 전류가 흘러서 이 부분이 화상 신호에 가산되어버린다. 이 문제를 해결하기 위해서, 예를 들면, 일본 특허 공개 2003-319264호 공보에 있어서는 TFT 스위치 오프 시의 리크 전류를 판독해 두고, 그 리크 전류값을 이용해서 화상 신호를 보정하는 방법이 제안되어 있다.
그러나, 일본 특허 공개 2003-319264호 공보에 기재된 방법에서는 반드시 화상의 품질은 향상되지 않는다. 왜냐하면, 동문헌에 기재된 방법에 있어서는 리크 전류량의 보정에 화상 신호로부터 리크 전류 성분을 감산하는 처리를 이용하기 때문이다. 리크 전류 성분은 랜덤한 노이즈이기 때문에 화상 신호로부터 리크 전류 성분을 감산해도 그 결과는 화상 신호와 리크 전류 성분의 가산값이 되어 노이즈량은 증가한다. 그래서, 결과적으로 화상 품위의 저하를 초래할 가능성이 있다고 하는 문제가 있었다.
또한, 상기 리크 보정에 요하는 처리 시간도 중요한 문제이다. 의료 진단에 있어서는 환자에 따라 촬영 조건을 최적화할 필요가 있기 때문에 화상의 재촬영 빈도도 높고, 촬영 직후 될 수 있는 한 빠른 단계에서의 화상 확인이 필요하다. 또한, 동화상용 X선 검출기에서는 당연히 프레임 레이트 이상의 시간은 채워지지 않는다. 또한, 보정 처리 때문에 필요한 메모리 등의 주변 회로 가격도 크고, 처리 시간 고속화를 목표로 할 경우에는 더욱 고가의 회로 시스템이 필요해진다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여, 상기와 같은 화상 품위의 저하, 보정 처리 시간의 장기화, 회로 가격의 증가를 수반하지 않고 상기 리크 전류의 영향을 억제할 수 있는 화상 검출 장치 및 화상 검출기의 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 실시형태는 기록용의 전자파의 조사를 받아서 전하를 발생시키는 전하 발생부와, 2개의 전극이 대향 배치되어 상기 전하 발생부에 있어서 발생된 전하를 축적하고, 축적된 전하량에 따라 한쪽의 전극의 전위를 기준으로 하여 다른 쪽의 전극의 전위가 변화되는 축적 용량과, 상기 축적 용량에 축적된 전하를 판독하기 위한 TFT형의 스위칭 소자를 갖는 검출부를 구비한 화상 검출기; 상기 한쪽의 전극에 전압을 인가가능하게 접속되는 전원부; 및 상기 화상 검출기로부터 상기 축적 용량에 축적된 전하가 판독되기 전의 소정 시간에 상기 스위칭 소자로부터 리크 전류가 흐르는 것을 촉진하도록 상기 전원부로부터 상기 한쪽의 전극으로 인가되는 전압을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 실시형태의 화상 검출 장치는 화상 검출기로부터 상기 축적 용량에 축적된 전하를 판독하기 전에 소정 시간만 스위칭 소자로부터 리크 전류가 흐르기 쉬워지도록 한쪽의 전극에 인가되는 전압을 제어하고 있으므로 화상 검출기로부터 전하 신호를 판독하기 전에 충분히 리크 전류를 흘려보냄으로써 전하 신호를 판독할 때에는 충분히 리크 전류를 감소시킬 수 있으므로 리크 전류에 기인하는 노이즈를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시형태의 화상 검출 장치에 있어서는 상기 제어부가 상기 화상 검출기에 상기 기록용의 전자파를 조사한 후부터 상기 화상 검출기로부터 상기 전하를 판독하기 전까지의 사이에 상기 소정 시간만 상기 한쪽의 전극에 인가되는 전압을 제어해도 좋다.
상기와 같이 구성함으로써, 즉, 본 발명의 제 1 화상 검출 장치에 있어서, 화상 검출기에 기록용의 전자파를 조사한 후부터 화상 검출기로부터 전하를 판독하기 전까지의 사이에 소정 시간만 스위칭 소자로부터 리크 전류가 흐르기 쉬워지도록 한쪽의 전극에 인가되는 전압을 제어함으로써 화상의 판독 시에 있어서의 리크 전류의 영향을 작게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시형태의 화상 검출 장치에 있어서는, 상기 제어부가 상기 화상 검출기에 상기 기록용의 전자파가 조사되어 있는 기간을 포함하는 상기 소정 시간만 상기 한쪽의 전극에 인가되는 전압을 제어해도 좋다.
상기와 같이 구성함으로써, 즉, 화상 검출기에 기록용의 전자파가 조사되어 있는 기간을 포함하는 소정 시간만 한쪽의 전극에 인가되는 전압을 제어함으로써 화상의 판독 시에 있어서의 리크 전류의 영향을 작게 할 수 있음과 아울러, 화상의 판독 타이밍을 빠르게 할 수 있다.
또한, 상기 화상 검출기가 갖는 TFT 스위칭 소자를 상기 축적 용량에 전하가 축적되어 상기 다른 쪽의 전극의 전위가 일정값 이상이 되면 전류가 흐름으로써 회로를 내전압 보호 기능을 구비하는 것으로 할 수 있다.
상기와 같이 구성함으로써, 즉, TFT 스위칭 소자가 내전압 보호 기능을 구비 함으로써 리크 전류의 특성이 후술하는 도 6에 나타낸 바와 같은 특성이 되므로 본 발명의 효과의 실현이 용이해진다.
또한, 전원부를 화상 검출기와는 별개로 제공된 주변 회로 기판에 설치하도록 할 수 있다.
상기와 같이 구성함으로써, 즉, 전원부를 화상 검출기와는 별개로 제공된 주변 회로 기판에 설치함으로써 용량이 큰 전원, 큰 퍼스널 컴퓨터 등을 탑재할 수 있고, 전원부의 전압의 스위칭 시의 전원 노이즈를 낮게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시형태의 화상 검출 장치는 상기 화상 검출기의 검출부로부터 판독된 전하 신호의 전위를 검출함으로써 축적된 전하량을 검출하는 신호 검출기를 갖는 것으로 하고, 상기 전하 신호의 전위를 검출할 때 상기 신호 검출기에 있어서 검출의 기준이 되는 기준 전극 배선의 전위와 상기 축적 용량을 구성하는 상기 한쪽의 전극의 전위를 동일 레벨로 해도 좋다.
상기와 같이 구성함으로써, 즉, 화상 검출기의 검출부로부터 판독된 전하 신호의 전위를 검출함으로써 축적된 전하량을 검출하는 신호 검출기를 갖는 것으로 하고, 전하 신호의 전위를 검출할 때 신호 검출기에 있어서 검출의 기준이 되는 기준 전극 배선의 전위와 축적 용량을 구성하는 한쪽의 전극의 전위를 동일 레벨로 함으로써 화상 검출기로부터 전하 신호를 판독할 때의 리크 전류를 감할 수 있고, 검출 노이즈를 저감할 수 있다. 즉, 예를 들면, 신호 검출기의 기준 전극 배선의 전위와 한쪽의 전극의 전위가 벗어나 있을 경우, 예를 들면, 한쪽의 전극의 전위가 높을 경우에는 한쪽의 전극측으로부터 신호 검출기측으로 항상 일정한 전류가 흐르 게 된다. 즉, 본래 축적 용량에 축적된 전하량이 흐르는 것이 종료되면 검출부로부터 신호 검출기로의 전류는 없어지지만, 상기 현상에 의해 검출시의 리크 전류(신호 검출기의 기준 전극 배선의 전위와 한쪽의 전극의 전위의 차이에 의한 정전류)가 부가되고, 이에 기인해서 화이트 노이즈(일정 레벨의 노이즈)가 발생한다. 따라서, 상기한 바와 같이 신호 검출기의 기준 전극 배선의 전위와 한쪽의 전극의 전위를 동일 레벨로 하도록 하면 상기 화이트 노이즈를 감할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시형태의 화상 검출 장치에 있어서는, 상기 소정 시간을 100μs~1s로 하는 것이 바람직하다.
상기 소정 시간을 100μs~1s로 했을 경우에는 작업 효율을 저하시키지 않고, 스위칭 소자로의 리크 전류를 충분히 흘려보낼 수 있다.
본 발명의 제 2 실시형태의 화상 검출 장치는 기록용의 전자파의 조사를 받아서 전하를 발생시키는 전하 발생부와, 2개의 전극이 대향 배치되어 상기 전하 발생부에 있어서 발생된 전하를 축적하고, 축적된 전하량에 따라 한쪽의 전극의 전위를 기준으로 하여 다른 쪽의 전극의 전위가 변화되는 축적 용량과, 상기 축적 용량에 축적된 전하를 판독하기 위한 TFT형의 스위칭 소자를 갖는 검출부를 구비한 화상 검출기; 및 상기 한쪽의 전극에 상기 스위칭 소자로부터의 리크 전류를 변동시키도록 제어된 전압을 인가하는 전압 인가 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 실시형태의 화상 검출 장치는 화상 검출기 스위칭 소자로의 리크 전류를 변동시키는 전압 인가 회로를 구비하고 있으므로, 후술하는 바와 같이, 스위칭 소자로부터의 리크 전류를 제어할 수 있고, 화상 검출기로부터 전하 신 호를 판독하기 전에 충분히 리크 전류를 흘려냄으로써 전하 신호를 판독할 때에는 충분히 리크 전류를 감소시킬 수 있으므로 리크 전류에 기인하는 노이즈를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 제 3 실시형태의 화상 검출기의 구동 방법은 기록용의 전자파의 조사를 받아서 전하를 발생시키는 전하 발생부와, 2개의 전극이 대향 배치되어 상기 전하 발생부에 있어서 발생된 전하를 축적하고, 축적된 전하량에 따라 한쪽의 전극의 전위를 기준으로 하여 다른 쪽의 전극의 전위가 변화되는 축적 용량과, 상기 축적 용량에 축적된 전하를 판독하기 위한 TFT형의 스위칭 소자를 갖는 검출부를 구비한 화상 검출기의 구동 방법으로서: 기록용의 전자파를 발생시켜 전하 발생부에 조사하는 단계; 상기 스위칭 소자를 통해서 상기 축적 용량으로부터 상기 전하를 판독하는 시점보다도 전의 소정 시간에 있어서 상기 스위칭 소자로부터 리크 전류를 촉진하도록 상기 한쪽의 전극에 인가되는 전압을 변동시키는 단계; 및 상기 스위칭 소자를 작동시켜 상기 축적 용량에 축적된 전하를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 실시형태의 화상 검출기의 구동 방법에 의하면, 화상 검출기의 스위칭 소자를 통해서 축적 용량으로부터 전하를 판독하는 시점보다도 전의 타이밍에 있어서 스위칭 소자로부터 리크 전류가 흐르기 쉬워지도록 한쪽의 전극에 인가되는 전압을 변동시키도록 했으므로, 후술하는 바와 같이, 스위칭 소자로부터의 리크 전류를 제어할 수 있고, 화상 검출기로부터 전하 신호를 판독하기 전에 충분히 리크 전류를 흘려보냄으로써 전하 신호를 판독할 때에는 충분히 리크 전류를 감소시킬 수 있으므로 리크 전류에 기인하는 노이즈를 감소시킬 수 있다.
이하, 도면을 참조해서 본 발명을 방사선 화상 검출 시스템에 적용했을 경우에 대해서 설명한다.
도 1은 제 1 실시형태에 의한 방사선 화상 검출 시스템의 개략 구성도를 나타내고 있다.
본 방사선 화상 검출 시스템은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 방사선 화상 검출기로부터 방사선 화상 신호를 판독하는 방사선 화상 검출 장치(100)와, 방사선 화상 검출 장치(100)에 의해 판독된 방사선 화상 신호에 의거해서 방사선 화상을 표시하는 디스플레이(200)를 구비하고 있다.
방사선 화상 검출 장치(100)는 방사선 화상 검출기(101)와, 방사선 화상 검출기(101)로부터 출력된 방사선 화상 신호를 검출하는 신호 검출기(102)와, 방사선 화상 검출기(101)의 주사 배선에 스캔 신호를 출력하는 스캔 신호 제어 장치(103)와, 신호 검출기(102)에 의해 검출된 검출 신호를 취득해서 디스플레이(200)에 비디오 신호로서 출력함과 아울러, 스캔 신호 제어 장치(103), 신호 검출기(102) 및 후술하는 전원부(106)에 제어 신호를 출력하는 신호 처리 장치(104)를 구비하고 있다.
방사선 화상 검출기(101)는 후술하는 바이어스 전극과 반도체막과 전하 수집 전극으로 구성되는 화상 센서부(105)와, 화상 센서부(105)에서 검출된 전하 신호를 축적하는 전하 축적 용량(5)과, 전하 축적 용량(5)에 축적된 전하를 판독하기 위한 TFT 스위치(4)로 구성되는 화소가 2차원 형상으로 다수 배열된 것이다. 그리고, 상기 TFT 스위치(4)를 ON/OFF하기 위한 다수의 주사 배선(2)과 상기 전하 축적 용량(5)에 축적된 전하가 판독되는 다수의 데이터 배선(3)이 제공되어 있다.
또한, 신호 처리 장치(104)와 스캔 신호 제어 장치(103)는 스캔 제어 신호 라인(109)으로 접속되어 있고, 이 스캔 제어 신호 라인(109)을 통해서 신호 처리 장치(104)로부터 스캔 신호 제어 장치(103)로 제어 신호가 출력된다.
또한, 신호 처리 장치(104)와 신호 검출기(102)는 제어 라인(110)과 신호 라인(111)으로 접속되어 있고, 제어 라인(110)을 통해서 신호 처리 장치(104)로부터 신호 검출기(102)에 제어 신호가 출력됨과 아울러, 신호 라인(111)을 통해서 신호 검출기(102)로부터 신호 처리 장치(104)로 신호 검출기(102)에서 검출된 신호가 출력된다.
또한, 방사선 화상 검출 장치(100)는 방사선 화상 검출기(101)의 각 화소의 전하 축적 용량(5)을 구성하는 후술하는 전하 축적 용량 전극(14)의 전위를 소정 시간만 변경하는 가변 Cs 전원(106)을 구비하고 있다. 또한, 가변 Cs 전원(106)은 방사선 화상 검출기(101)와는 다른 별개의 주변 기판 상에 제공되어 있다.
본 실시형태에 있어서는, 가변 Cs 전원(106)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 직류 전압원(106a)과 스위치(106b)로 구성되어 있다. 그리고, 스위치(106b)를 스위칭함으로써 전하 축적 용량(5)과 GND(그라운드) 또는 직류 전원(106a)이 접속되고, 전하 축적 용량(5)을 구성하는 전하 축적 용량 전극(14)의 전위를 소정 시간만 변경하도록 구성되어 있다.
그리고, 가변 Cs 전원(106)과 신호 처리 장치(104)는 Cs 전원 제어 라인(112)에 의해 접속되어 있고, 신호 처리 장치(104)로부터 Cs 전원 제어 라인(112)에 가변 Cs 전원(106)의 스위치(106b)를 스위칭하는 제어 신호가 출력된다.
또한, 본 방사선 화상 검출 시스템은 방사선 화상 검출기(101)로의 방사선 화상의 기록시에 화상 센서부(105)의 후술하는 바이어스 전극에 고전압을 인가하는 고압 전원(108)이 제공되어 있다. 또한, 본 방사선 화상 검출 시스템에 있어서는 고압 전원(108)을 방사선 화상 검출 장치(100)와는 별개로 제공하도록 했지만, 방사선 화상 검출 장치(100)에 포함시키도록 해도 좋다. 또한, 여기서 말하는 고전압은 약 500V 이상의 전압의 것을 말한다.
여기서, 방사선 화상 검출기(101)에 대해서 보다 상세히 설명한다. 도 2는 방사선 화상 검출기(101)의 1화소 단위의 구조를 나타내는 평면도, 도 3은 도 2의 3-3선 단면도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 방사선 화상 검출기(101)는 액티브 매트릭스 기판(10) 상에 전자파 도전성을 갖는 반도체막(6), 및 고압 전원(108)에 접속된 바이어스 전극(7)이 순차 형성되어 있다. 반도체막(6)은 X선 등의 전자파가 조사됨으로써 내부에 전하(전자-정공)를 발생시키는 것이다. 즉, 반도체막(6)은 전자파 도전성을 갖고, X선에 의한 화상 정보를 전하 정보로 변환하기 위한 것이다. 또한, 반도체막(6)은, 예를 들면, 셀렌을 주성분으로 하는 비정질의 a-Se(아모퍼스 셀렌)으로 이루어진다. 여기서, 주성분은 50% 이상의 함유율을 갖는 것이다.
이하에, 액티브 매트릭스 기판(10)에 대해서 자세하게 설명한다.
액티브 매트릭스 기판(10)은 글래스 기판(1), 주사 배선(2), 전하 축적 용량 전극(이하, Cs 전극이라 칭함)(14), 게이트 절연막(15), 접속 전극(13), 채널층(8), 콘택트층(9), 데이터 배선(3), 절연 보호막(17), 층간 절연막(12), 전하 수집 전극(11)을 갖고 있다.
또한, 주사 배선(2)이나 게이트 절연막(15), 데이터 배선(3), 접속 전극(13), 채널층(8), 콘택트층(9) 등을 사용해서 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)(4)가 구성되어 있고, Cs 전극(14)이나 게이트 절연막(15), 접속 전극(13) 등을 사용해서 전하 축적 용량(Cs)(5)이 구성되어 있다.
글래스 기판(1)은 지지 기판이며, 글래스 기판(1)으로서는, 예를 들면, 무알칼리 글래스 기판(예를 들면, 코닝사제#1737 등)을 이용할 수 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 주사 배선(2) 및 데이터 배선(3)은 격자 형상으로 배열된 전극 배선이며, 그 교점에는 박막 트랜지스터(이하, TFT 스위치라 칭함)(4)가 형성되어 있다. TFT 스위치(4)는 스위칭 소자이며, 그 소스ㆍ드레인은 각 데이터 배선(3)과 접속 전극(13)에 접속되어 있다. 데이터 배선(3)은 그 소스 전극, 접속 전극(13)은 그 드레인 전극이다. 즉, 데이터 배선(3)은 신호선으로서의 직선 부분과, TFT 스위치(4)를 구성하기 위한 연장 부분을 구비하고 있고, 접속 전극(13)은 TFT 스위치(4)와 전하 축적 용량(5)을 연결시키도록 제공되어 있다.
게이트 절연막(15)은 SiNX나 SiOX 등으로 이루어져 있다. 게이트 절연막(15)은 주사 배선(2) 및 Cs 전극(14)을 커버하도록 제공되어 있고, 주사 배선(2) 상에 위치하는 부위가 TFT 스위치(4)에 있어서의 게이트 절연막으로서 작용하고, Cs 전극(14) 상에 위치하는 부위는 전하 축적 용량(5)에 있어서의 유전체층으로서 작용한다. 즉, 전하 축적 용량(5)은 주사 배선(2)과 동일층에 형성된 Cs 전극(14)과 접속 전극(13)의 중첩 영역에 의해 형성되어 있다. 또한, 게이트 절연막(15)으로서는 SiNX나 SiOX에 한하지 않고, 주사 배선(2) 및 Cs 전극(14)을 양극 산화한 양극 산화막을 병용할 수도 있다.
또한, 채널층(i층)(8)은 TFT 스위치(4)의 채널부이며, 데이터 배선(3)과 접속 전극(13)을 연결하는 전류의 통로이다. 콘택트층(n+층)(9)은 데이터 배선(3)과 접속 전극(13)의 콘택트를 도모한다.
절연 보호막(17)은 데이터 배선(3) 및 접속 전극(13) 상에, 즉 글래스 기판(1) 상에 거의 전체 면(거의 전체 영역)에 걸쳐 형성되어 있다. 이에 따라, 접속 전극(13)과 데이터 배선(3)을 보호함과 아울러, 전기적인 절연 분리를 도모하고 있다. 또한, 절연 보호막(17)은 그 소정 위치, 즉 접속 전극(13)에 있어서 게이트 절연막(15)을 통해서 Cs 전극(14)과 대향하고 있는 부분 상에 위치하는 부위에 콘택트 홀(16)을 갖고 있다.
전하 수집 전극(11)은 비정질 투명 도전 산화막으로 이루어져 있다. 전하 수집 전극(11)은 콘택트 홀(16)을 매립하도록 해서 형성되어 있고, 데이터 배선(3) 상에 및 접속 전극(13) 상에 적층되어 있다. 전하 수집 전극(11)과 반도체막(6)은 전기적으로 도통되어 있고, 반도체막(6)에서 발생된 전하를 전하 수집 전극(11)에 서 수집할 수 있게 되어 있다.
층간 절연막(12)은 감광성을 갖는 아크릴 수지로 이루어지고, TFT 스위치(4)의 전기적인 절연 분리를 도모하고 있다. 층간 절연막(12)에는 콘택트 홀(16)이 관통되어 있고, 전하 수집 전극(11)은 접속 전극(13)에 접속되어 있다.
글래스 기판(1) 상에는 주사 배선(2) 및 Cs 전극(14)이 제공되어 있다. 주사 배선(2)의 상방에는 게이트 절연막(15)을 통해서 채널층(i층)(8), 및 콘택트층 (n+층)(9)이 이 순서로 형성되어 있다. 콘택트층(9) 상에는 데이터 배선(3)과 접속 전극(13)이 형성되어 있다. 접속 전극(13)은 전하 축적 용량(5)을 구성하는 층의 상방에 적층되어 있다.
절연 보호막(17)의 상방에는 TFT 스위치(4)의 층간 절연막(12)이 제공되어 있다. 층간 절연막(12)의 상층, 즉 액티브 매트릭스 기판(10)의 최상층에는 전하 수집 전극(11)이 제공되어 있다. 전하 수집 전극(11)과 TFT 스위치(4)는 접속 전극(13)을 통해서 접속되어 있다.
또한, Cs 전극(14)의 상방에는 게이트 절연막(15)이 배치되어 있고, 그 상방에는 접속 전극(13)이 배치되어 있다.
바이어스 전극(7)에는 고압 전원(108)(도 1 참조)이 접속되어 있다. 이 고압 전원(108)에 의해 바이어스 전극(7)에 전압이 인가된다. 이에 따라, 전하 축적 용량(5)을 통해서 바이어스 전극(7)과 전하 수집 전극(11)의 사이에 전계를 발생시킬 수 있다. 이 때, 반도체막(6)과 전하 축적 용량(5)은 전기적으로 직렬로 접속된 구 조로 되어 있으므로 바이어스 전극(7)에 바이어스 전압을 인가한 상태에서 바이어스 전극(7) 측으로부터 피사체를 투과한 방사선이 조사되면 반도체막(6) 내에서 전하(전자-정공 쌍)가 발생하고, 반도체막(6)에서 발생된 전자는 +전극 측에, 정공은 -전극 측으로 이동하고, 그 결과, 전하 축적 용량(5)에 전하가 축적된다.
방사선 화상 검출기 전체로서는 전하 수집 전극(11)은 2차원으로 복수 배열됨과 아울러, 전하 수집 전극(11)에 개별로 접속된 전하 축적 용량(5)과, 전하 축적 용량(5)에 개별로 접속된 TFT 스위치(4)를 복수 구비하고 있다. 이에 따라, 2차원의 전자파 정보를 일단 전하 축적 용량(5)에 축적하고, TFT 스위치(4)를 순차 주사해 감으로써 2차원의 전하 정보를 간단히 판독할 수 있다.
그 다음에, 도 4에 나타낸 방사선 화상 검출기의 1화소의 등가 회로를 이용해서 TFT 보호 회로에 대해서 설명한다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서는 전하 수집 전극(11)이 절연 보호막(17)과 층간 절연막(12)을 통해서 TFT 스위치(4)의 채널부(채널층(8)과 콘택트층(9)으로부터 형성됨) 상에 오버랩되도록 배치되어 있다. 이렇게 구성했을 경우, 전하 수집 전극(11)은 TFT 스위치(4)에 대하여 제 2 게이트 전극으로서 기능하고, 전하 수집 전극(11)의 전위에 의해 TFT 채널(4)에 흐르는 전류량을 제어할 수 있다.
여기서, 전하 수집 전극(11)은 콘택트 홀(16)을 통해서 TFT 스위치(4)의 드레인 전극(접속 전극13)과 접속되어 있기 때문에 다이오드로서 기능한다. 따라서, 등가 회로로서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, TFT 스위치(4)에 다이오드(D)가 병렬 로 배치된 구성이 된다.
그리고, 반도체층(6)에 방사선이 조사되어 전하가 발생하고, 이 전하가 전하 수집 전극(11)에 모아져서 전하 수집 전극(11)의 전위(Vp)가 일정값 이상이 되면 다이오드(D)가 ON 상태가 되고, 전하 축적 용량(5)에 축적된 전하를 데이터 배선(3)에 흐르게 한다. 이에 따라, 방사선의 조사에 의해 다량의 전하가 발생했을 경우에도 TFT 스위치(4)나 전하 축적 용량(5)이 정전 파괴되기 전에 다이오드(D)를 통해서 전하를 데이터 배선(3)에 흐르게 하고, 전하 수집 전극(11)의 전위(Vp)를 강하시킬 수 있다.
그 다음에, TFT 스위치(4)에 상기와 같은 TFT 보호 회로를 제공하지 않을 경우의 TFT 스위치(4)의 리크 전류 특성과, TFT 보호 회로를 제공했을 경우의 TFT 스위치(4)의 리크 전류 특성에 대해서 설명한다. TFT 스위치(4)가 TFT 보호 회로를 갖지 않을 경우에는, 도 5에 나타낸 바와 같이, TFT 스위치(4)의 리크 전류(Ioff)는 전하 수집 전극의 전위(Vp)의 누승 근사로 단조롭게 증가한다. 한편, TFT 스위치(4)가 TFT 보호 회로를 가질 경우에는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 전하 수집 전극의 전위(Vp)가 일정 전압(여기서는 30V 전후)을 초과하면 TFT 보호 회로인 다이오드가 기능해서 리크 전류가 지수함수적으로 증가한다. 이에 따라, TFT 보호 회로가 없을 경우에 비해서, 많은 리크 전류를 흘려보낼 수 있고, 그 결과 TFT 스위치나 전하 축적 용량의 정전 파괴를 방지하기 쉬워진다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 가변 Cs 전원(106)을 제공하도록 했지만, 도 7에 나타낸 바와 같이, 신호 처리 장치(104)에 가변 Cs 전원(106)의 직류 전원(106a)만을 제공하고, 가변 Cs 전원(106)의 스위치(106b)에 대해서는 다수의 신호 검출기(앰프)(102)를 구비한 앰프 IC(107)에 내장하도록 해도 좋다. 앰프 IC(107)에 스위치(106b)를 내장함으로써 스위치(106b)와 방사선 화상 검출기(101)의 거리를 짧게 할 수 있고, 라우팅 배선에 의해 발생되는 노이즈를 감소시킬 수 있다. 또한, 앰프 IC(107)에 스위치(106b)를 내장함으로써 주변 회로 기판 상의 스위치가 불필요해지고, 주변 회로의 면적을 작게 할 수 있고, 소형화가 가능해진다. 또한, 신호 처리 장치(104)와 앰프 IC(107)는 Cs 전원 제어 라인(112)에 의해 접속되어 있고, 신호 처리 장치(104)로부터 Cs 전원 제어 라인(112)에 가변 Cs 전원(106)의 스위치(106b)를 스위칭하는 제어 신호가 출력된다.
그 다음에, 도 8을 이용해서 본 발명의 특징인 TFT 리크 전류를 저감하기 위한 방사선 화상 검출기의 구동 방법에 대해서 설명한다. 도 8은 방사선 화상 검출기(101)로의 방사선 조사의 타이밍 신호와, 스캔 신호 제어 장치(103)로부터 출력되는 TFT 스위치(4)의 온ㆍ오프를 제어하는 스캔 신호와, 가변 Cs 전원(106)에 의해 전하 축적 용량(5)에 인가되는 바이어스 전압과, 신호 검출기(102)에 의해 검출되는 검출 전류를 나타낸 것이다.
우선, 기록 기간에 있어서 방사선 화상 검출기(101)에 방사선이 조사된다. 이 기록 기간에 있어서는 전하 축적 용량을 구성하는 Cs 전극(14)은 GND와 동 전위에 유지되어 있다. 그리고, 이 기록 기간 동안은 조사되는 방사선량에 의존해서 전하 수집 전극(11)의 전위(Vp)가 높아진다. 예를 들면, Vp가 25V가 되었다고 하면 도 6으로부터 TFT 스위치(14)를 통해서 10pA 전후의 리크 전류가 데이터 배선(3)에 유출된다.
그리고, 도 8에 나타낸 바와 같이, 기록 기간 종료 후에도 리크 전류는 흐르지만, 리크에 따라 전하 수집 전극의 전위(Vp)가 저하하기 때문에 시간에 따라 서서히 감소한다. 그리고, 본 실시형태에서는 천천히 흐르는 리크 전류를 저감하기 위해서 기록 기간 종료 후로부터 판독 기간까지의 사이에 신호 처리 장치(104)로부터 가변 Cs 전원(106)으로 Cs 전원 스위칭 신호를 출력하고, 이 신호에 따라 가변 Cs 전원의 스위치(106b)를 스위칭하고, 가변 Cs 전원(106)에 의해 전하 축적 용량(5)의 Cs 전극(14)의 전위(Vcs)를 승압하고, 이에 따라 전하 수집 전극의 전위(Vp)를 일정 기간 높게 유지한다. 또한, 여기서 승압은 Cs 전극(14)에 인가되는 전압을 소정값 이상의 고전위로 하는 것을 말한다. 또한, 상기 소정값은 도 6에 나타낸 리크 전류 특성에 있어서의 변곡점(TFT 보호 회로인 다이오드가 기능해서 리크 전류가 지수함수적으로 증가하기 시작하는 점) 이상의 전압값에 설정하는 것이 바람직하다.
예를 들면, Vcs에 의해 Vp가 10V 높아져 35V가 되었을 경우, 100pA의 리크 전류가 데이터 배선(3)에 흐른다. 상기 전압 유지 기간은 TFT 스위치(4)로부터 전하가 충분히 흘러나가고, Vp가 30~25V전후가 될 때까지 확보하는 것이 바람직하다. 시간으로 하면 100μs~1s의 사이에 설정하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 100ｍs전후이다. 전압 유지 기간은 지나치게 짧으면 리크 전류를 충분히 흘려보낼 수 없고, 지나치게 길면 그 만큼 판독을 개시하는 시점이 늦어버려 작업 효율이 저 하하기 때문이다.
그리고, 상기한 바와 같이 전하 축적 용량(5)에 전압 인가된 후, 전하 축적 용량(5)의 Cs 전극(14)을 GND에 접속해서 Vcs를 원래로 리턴시키면, Vp가 10V 저하하기 때문에 15~20V 전후가 된다. 이 때, 리크 전류는 수 pA 전후로 저하되어 있다. 이렇게, 전하 축적 용량(5)의 Cs 전극(14)에 인가되는 전압(Vcs)을 변동시킴으로써 리크 전류를 저감하는 것이 가능하다.
그리고, 그 다음에, 스캔 신호 제어 장치(103)로부터 스캔 신호가 주사 배선(G1, G2, G3)에 순차 출력되고, 주사 배선(G1, G2, G3)에 접속된 TFT 스위치(4)가 순차 온되고, 전하 축적 용량(5)에 축적된 전하가 데이터 배선(3)으로 흘러나가고, 이 데이터 배선(3)으로 흘러나간 전하를 신호 검출기(102)에 의해 검출해서 판독이 행하여진다.
또한, 도 10에 도 8에 나타낸 바와 같은 타이밍에서 동작 제어를 행하기 위한 기능 블록도를 나타낸다. Cs 전극(14)의 승압과 화상 검출(화상 판독)과 방사선 조사가 도 8에 나타낸 바와 같은 타이밍에서 행하여지도록 타이밍 제어된다.
구체적으로는, 신호 처리 장치(104)에 포함되는 타이밍 제어부(f1)가 도 8에 나타낸 바와 같은 동작 제어를 행하고 있고, 화상 검출을 행할 경우 최초로 타이밍 제어부(f1)로부터 제어 신호(S1)가 미도시의 방사선원에 출력되고, 이 제어 신호(S1)에 의해 방사선원으로부터 방사선 화상 검출기(101)로의 방사선 조사(f2)의 타이밍이 제어된다.
그 다음에, 타이밍 제어부(f1)로부터 제어 신호(S2)가 Cs 전원 제어 라 인(112)을 통해서 가변 Cs 전원(106)에 출력되고, 가변 Cs 전원(106)의 스위치(106a)가 직류 전원(106a) 측으로 스위칭되어 가변 Cs 전원 승압(f3)의 타이밍이 제어된다.
그리고, 가변 Cs 전원 승압(f3) 후, 타이밍 제어부(f1)로부터 스캔 신호 제어 장치(103) 및 신호 검출기(102) 등에 제어 신호(S3)가 출력되고, 이 제어 신호(S3)에 따라 방사선 화상 검출기(101)에 기록된 화상의 검출(f4)의 타이밍이 제어된다.
한편, 이러한 타이밍 제어부(f1)는, 예를 들면, 신호 처리 장치(104)에 포함되는 CPU나 DSP 등의 연산 장치에 의해 실행되는 프로그램에 의해 실현된다.
이렇게, 본 실시형태의 구동 방법에 의하면, 상기한 바와 같이 화상 데이터의 판독 기간 전에 리크 전류를 충분히 흐르게 하고, 화상 데이터의 판독 기간까지 리크 전류를 충분히 감소시킨 후, 화상 데이터의 판독을 행하므로 판독 기간 동안에 있어서의 리크 전류의 영향을 억제할 수 있다. 또한, 상기 판독 기간 동안은 신호 검출기(102)의 기준 전극 배선(102a)(도 4 참조)의 전위와 전하 축적 용량(5)을 구성하는 Cs 전극(14)의 전위는 동일 레벨로 한다. 방사선 화상 검출기의 화소가 도 4에 나타낸 바와 같은 구성일 경우에는 신호 검출기(102)의 기준 전극 배선(102a)의 전위와 전하 축적 용량(5)을 구성하는 Cs 전극(14)의 전위는 GND가 된다. 상기한 바와 같이 기준 전극 배선(102a)과 Cs 전극(14)을 접속함으로써 GND를 안정시킬 수 있다.
비교를 위해, 도 9에 종래의 방사선 화상 검출기의 구동 방법을 나타낸다.
우선, 기록 기간에 있어서 방사선 화상 검출기에 방사선이 조사된다. 이 기록 기간에 있어서는 전하 축적 용량을 구성하는 Cs 전극(14)은 GND와 동 전위에 유지되어 있다. 그리고, 이 기록 기간 동안은 조사되는 방사선량에 의존해서 전하 수집 전극(11)의 전위(Vp)가 높아진다. 전하 수집 전극(11)의 전위가 오름으로써 과잉으로 된 전하는 TFT 스위치(4)를 통해서 리크되고, 이에 따라 전하 수집 전극(11)의 전위(Vp)는 저하되므로 서서히 리크 전류도 감소되지만, 도 9에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방사선 화상 검출기의 구동 방법에 비교해 장기간을 필요로 한다.
그리고, 그 다음에, 스캔 신호 제어 장치(103)로부터 스캔 신호가 주사 배선(G1, G2, G3)에 순차 출력되고, 주사 배선(G1, G2, G3)에 접속된 TFT 스위치(4)가 순차 온되고, 전하 축적 용량(5)에 축적된 전하가 데이터 배선(3)에 유출되고, 이 데이터 배선(3)에 유출된 전하를 신호 검출기(102)에 의해 검출해서 판독이 행하여지지만, 종래의 구동 방법에서는 상기한 바와 같이 리크 전류가 감소하는데도 장기간 요하기 때문에 화상 데이터의 판독 기간에 리크 전류분의 전하가 부가되고, 기록 데이터가 아닌 가화상[아터팩트(artifact)]이 발생하기 쉽다.
또한, 상기 실시형태의 방사선 화상 검출기에 있어서는 상기한 바와 같이 TFT 스위치(4)에 TFT 보호 회로를 제공하도록 했지만, 반드시 TFT 보호 회로를 제공할 필요는 없고, 상기한 바와 같이 전하 축적 용량에 전압을 소정 시간만 인가하는 것만으로도 리크 전류를 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 실시형태의 방사선 화상 검출 장치에 있어서는 전하 축적 용량에 정의 전압을 인가하도록 했지만, 방사선 화상 검출기가 부 바이어스의 것일 경우에는 부의 전압을 인가하도록 하면 좋다. 즉, TFT 스위치(4)로부터의 리크 전류가 증가하는 방향으로 전압을 인가하도록 하면 좋다.
그 다음에, 제 2 실시형태에 의한 방사선 화상 검출 시스템에 대해서 설명한다.
제 2 실시형태에 의한 방사선 화상 검출 시스템의 개략 구성은 도 1에 나타낸 제 1 실시형태의 방사선 화상 검출 시스템과 마찬가지이지만, 방사선 화상 검출 장치에 있어서의 가변 Cs 전원의 구성이 제 1 실시형태와는 다르다.
제 2 실시형태의 방사선 화상 검출 장치에 있어서의 가변 Cs 전원(113)은, 도 11에 나타낸 바와 같이, 구형파 형상의 전압을 출력하는 것이다. 그리고, 신호 처리 장치(104)로부터 가변 Cs 전원(113)으로 제어 신호가 출력되고, 이 제어 신호에 따라 가변 Cs 전원(113)으로부터 도 8에 나타낸 바와 같은 타이밍에서 구형파 형상의 전압이 출력된다. 또한, 본 실시형태에 있어서는 가변 Cs 전원(113)으로부터 구형파 형상의 전압을 출력하도록 했지만, 파형은 이에 한하지 않고, 소정값 이상으로 승압할 수 있는 파형이면 어떠한 파형이어도 좋고, 예를 들면, 산 형상의 전압 시프트이어도 좋다.
도 12에 제 2 실시형태의 방사선 화상 검출기의 1화소의 등가 회로도를 나타낸다.
또한, 가변 Cs 전원(113)은 방사선 화상 검출기(101)와는 별개로 제공된 주변 회로 기판 상에 제공되도록 해도 좋고, 방사선 화상 검출기(101)에 제공되도록 해도 좋다.
제 1 실시형태의 방사선 화상 검출 시스템에 있어서는 가변 Cs 전원(106)을 직류 전압원 및 스위치로 구성하도록 했으므로 스위치를 스위칭했을 때 스위칭 노이즈가 발생해버리지만, 본 실시형태와 같이 가변 Cs 전원(113)을 전압원만으로 구성함으로써 상기와 같은 스위칭 노이즈를 없앨 수 있다.
다른 구성 및 작용에 대해서는 제 1 실시형태의 방사선 화상 검출 시스템과 마찬가지이다.
그 다음에, 제 3 실시형태에 의한 방사선 화상 검출 시스템에 대해서 설명한다.
제 3 실시형태에 의한 방사선 화상 검출 시스템의 구성은 제 1 실시형태의 방사선 화상 검출 시스템과 마찬가지이기 때문에 상세한 구성의 설명을 생략한다.
그 다음에, 도 16을 이용해서 본 실시형태에 의한 방사선 화상 검출기의 구동 방법에 대해서 설명한다. 도 16은 방사선 화상 검출기(101)로의 방사선 조사의 타이밍 신호와, 스캔 신호 제어 장치(103)로부터 출력되는 TFT 스위치(4)의 온ㆍ오프를 제어하는 스캔 신호와, 가변 Cs 전원(106)에 의해 전하 축적 용량(5)에 인가되는 바이어스 전압과, 신호 검출기(102)에 의해 검출되는 검출 전류를 나타낸 것이다.
우선, 본 발명의 화상 검출 장치에서는 화상 검출을 행할 경우 기록 기간 전에 신호 처리 장치(104)로부터 가변 Cs 전원(106)에 대하여 Cs 전원 스위칭 신호의 출력을 개시한다. 이 신호에 의해 Cs 전극(14)에 대하여 직류 전압원(106a)으로부 터 전압이 인가되도록 스위치(106b)를 스위칭해서 전하 축적 용량(5)의 Cs 전극(14)이 전위(Vcs)로 승압된다.
그리고, 기록 기간에 있어서 방사선 화상 검출기(101)에 방사선이 조사된다. 이 기록 기간에 있어서는 전하 축적 용량을 구성하는 Cs 전극(14)은 전위(Vcs)로 유지되어 있다.
이 기록 기간 동안은 Cs 전극(14)의 전위(Vcs)를 기준으로서 조사되는 방사선량에 의존해서 전하 수집 전극(11)의 전위(Vp)가 상승한다. 예를 들면, Cs 전극(14)의 전위(Vcs)가 10V이며, 전위(Vp)가 Cs 전극(14)의 전위(Vcs)의 전위를 기준으로서 25V가 되었다고 하면, 실제 Cs 전극(14)의 전위(Vcs)는 35V가 된다.
이 Cs 전극(14)의 전위(Vcs)의 전위에 따라, 도 6에 나타낸 바와 같이, TFT 스위치(14)를 통해서 100pA의 리크 전류가 데이터 배선(3)에 흐른다.
그리고, 기록 기간 종료 후, 소정 기간 경과한 후에 신호 처리 장치(104)로부터 가변 Cs 전원(106)에 대하여 Cs 전원 스위칭 신호의 출력을 정지한다. 이에 따라 가변 Cs 전원의 스위치(106b)가 스위칭되어 전하 축적 용량(5)의 Cs 전극(14)이 GND에 접속되고, 전하 수집 전극(11)의 전위(Vp)가 GND를 기준으로 한 전위로 리턴된다. 이에 따라, Vp가 10V 저하하기 때문에 15~20V 전후가 된다. 이 때, 리크 전류는 수pA 전후로 저하되어 있다. 이렇게, 전하 축적 용량(5)의 Cs 전극(14)에 인가되는 전압(Vcs)을 변동시킴으로써 리크 전류를 저감하는 것이 가능하다.
그리고, 그 다음에, 스캔 신호 제어 장치(103)로부터 스캔 신호가 주사 배선(G1, G2, G3)에 순차 출력되고, 주사 배선(G1, G2, G3)에 접속된 TFT 스위치(4) 가 순차 온되고, 전하 축적 용량(5)에 축적된 전하가 데이터 배선(3)에 유출되고, 이 데이터 배선(3)에 유출된 전하를 신호 검출기(102)에 의해 검출해서 판독이 행하여진다.
이렇게, 본 실시형태의 구동 방법에 의하면, 상기한 바와 같이 화상 데이터의 판독 기간 전에 리크 전류를 충분히 흐르게 하고, 화상 데이터의 판독 기간까지 리크 전류를 충분히 감소시킨 후, 화상 데이터의 판독을 행하므로 판독 기간 동안에 있어서의 리크 전류의 영향을 억제할 수 있다.
이렇게, 본 실시형태의 구동 방법에 의하면, 기록 기간 후로부터 판독을 개시할 때까지의 시간을 짧게 할 수 있다.
즉, 방사선 화상 검출기(101)의 각 화소로부터 축적된 전하를 안정시켜 판독하기 위해서는 기록 기간으로부터 Cs 전극(14)의 전위를 승압시킬 때까지 일정 기간(예를 들면, 10ｍs 전후)을 필요로 한다. 이것은 X선 조사중에 Cs 전극(14)의 전위가 승압된 경우 전하 수집 전극(11)의 전위(Vp)가 급격히 높아지고, TFT 스위치(4)를 파괴해버릴 우려가 있기 때문이다. 이 때문에, 기록 기간으로부터 Cs 전극(14)의 전위를 승압시킬 때까지 충분한 타이밍 마진을 필요로 한다.
또한, 상술한 바와 같이, 리크 전류를 충분히 흘려보내기 위해서는 전압 유지 기간을 100ｍs정도의 시간이 바람직하다.
이 때문에, 도 8에 나타낸 바와 같이, 기록 기간과 리크 전류의 방전 기간을 특별히 했을 경우는 판독이 가능해질 때까지의 시간이 길어진다.
그래서, 도 16에 나타낸 바와 같이, 기록용의 전자파를 조사하고 있는 기간 (기록 기간)을 포함하는 소정 시간만 Cs 전극(14)의 전위를 승압시킴으로써 상술한 타이밍 마진 등을 삭감할 수 있고, 기록 기간으로부터 판독 개시 기간까지를 단축할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태와 같이, 상기 판독 기간 동안은 신호 검출기(102)의 기준 전극 배선(102a)(도 4 참조)의 전위와 전하 축적 용량(5)을 구성하는 Cs 전극(14)의 전위는 동일 레벨로 하는 것이 바람직하다.
그 다음에, 상술한 바와 같은 리크 전류 저감의 원리적 설명을 이하에 나타낸다.
본래, TFT 보호 회로의 보호 다이오드는 TFT 스위치의 내압 보호를 위해 존재하지만, 실제로는 이 보호 다이오드를 제공함으로써 리크 전류 기인의 노이즈의 저감에도 효과가 있고, 보호 다이오드 역치 전압을 최적화할 수 있으면 리크 전류기인 노이즈를 저감할 수 있다.
도 13A 및 13B를 이용해서 보호 다이오드에 의한 리크 전류 기인 노이즈 저감의 메커니즘에 대해서 자세하게 설명한다. 도 13A는 보호 다이오드가 없을 경우의 리크 전류를 설명하기 위한 도이며, 도 13B는 보호 다이오드가 있을 경우의 리크 전류를 설명하기 위한 도이다. 도 13A 및 13B에서는 1개의 데이터 배선(20)에 4개의 검출 소자(화소)가 접속되어 있는 예를 나타내고 있다.
X선 촬영시에 방사선 화상 검출기에 대하여 X선원으로부터 일정한 X선이 조사된다. X선원과 방사선 화상 검출기의 사이에는 인체 등의 X선을 흡수체하는 피사체가 배치된다. 방사선 화상 검출기는 X선 흡수체를 통해서 쇠퇴한 X선을 검출한 다. 우선, 도 13A에 나타낸 보호 다이오드가 없는 구성의 경우를 생각하면, 예를 들면, 도 13A의 검출 소자(P1)에서는 X선 흡수체의 투과율은 0.1%이기 때문에 100mR의 X선이 0.1mR만이 검출 소자에 조사되고, 이에 따라 반도체층에서 전하가 발생되어 전하 수집 전극에 전하량(Qp)이 축적된다. 여기서 반도체층의 전하 변환 효율은 1mR당 6pC로 하면 Qp는 0.6pC가 된다. 또한, 검출 소자의 전하 축적 용량(Cp)을 1pF로 하면 전하 수집 전극의 전위(Vp)=0.6V가 된다. 이 때의 리크 전류(Ioff)는 도 5로부터 1fA이하(측정 한계 이하)이다.
한편, 피사체가 존재하지 않는 투과부의 검출 소자(도 13A의 검출 소자(P2))에서는 Qp=60pC, Vp=60V가 되고, 리크 전류는 230㎂에 도달한다. 리크 전류는 TFT 스위치의 오프 동작시에 흐르는 전류이기 때문에 데이터 배선(20)에 접속되는 모든 검출 소자의 리크 전류가 소정의 검출 소자의 화상 데이터를 취득할 경우에 리크 전류 노이즈로서 부여된다. 이 때문에, 동일 데이터 배선에 접속되는 검출 소자 중에서 큰 축적 전하를 유지하는 검출 소자가 존재했을 경우, 그 영향은 대단히 커진다.
한편, 도 13B에 나타낸 보호 다이오드를 갖는 구성에 대해서 생각한다. 피사체가 존재하지 않는 투과부의 검출 소자(도 13B의 검출 소자(P2))에서 일시적으로 Qp=60pC, Vp=60V가 되지만, 동시에 보호 다이오드가 기동하고, 과잉 전하가 데이터 배선(20)에 리크된다. 최대로 10nA를 초과하는 리크 전류가 보호 다이오드를 통해서 흐르고, 축적 전하량이 감소한다. 그 결과, 보호 다이오드의 구동 역치 전압 25V 부근까지 전하 수집 전극의 전위가 저하하고, 그 결과 리크 전류량도 10㎂까지 저감한다. 화상 데이터의 판독은 보호 다이오드를 통한 리크가 충분히 된 후에 행해지기 때문에 보호 다이오드의 리크 전류가 리크 전류 노이즈에 기여하지 않는다. 이에 따라, TFT 보호 회로가 없을 경우에 대하여 리크 전류 기인 노이즈는 1/20이하가 된다.
그런데, 상기에서 설명한 보호 다이오드의 전류량은 리크 전류 노이즈 저감이라는 목적에 대해 불충분할 경우가 많다. 또한, X선 정보로서 필요한 선량은 목적의 시스템에 의해 다르지만, 10mR이하의 경우가 많고, TFT 보호 회로의 역치 전압을 낮게 할 수 있으면, 리크 전류 노이즈를 더욱 저감하고, 화질을 향상하는 것이 가능해진다.
본 발명의 방사선 화상 검출 장치, 방사선 화상 검출기의 구동 방법을 채용하면 이들의 과제를 해결할 수 있다.
상술한 대로, 전하 축적 용량의 전위(Vcs)를 승압하고, 이에 따라 전하 수집 전극의 전위(Vp)를 일정 기간 10V 높게 유지했을 경우, 도 14와 같이 된다. 즉, 투과부의 검출 소자(도 14의 검출 소자(P2))에서 100mR의 X선의 조사에 의해 일시적으로 Qp=60pC, Vp=60V가 되지만, 보호 다이오드 및 Vcs에 의한 승압으로 과잉 전하가 데이터 배선(20)에 리크된다. 그 결과, 보호 다이오드 역치 전압 25V 부근까지 전하 수집 전극의 전위가 저하한다. 그 후, 화상 데이터의 판독까지 Vcs에 의해 Vp는 이전 상태로 리턴되기 때문에 전하 수집 전극의 전위는 15V전후까지 저하하고, 그 결과 리크 전류량은 1.6㎂까지 저하한다. 상기와 같이, 화상 데이터의 판독은 보호 다이오드를 통한 리크가 충분히 된 후에 행해지기 때문에 보호 다이오드의 리 크 전류가 리크 전류 노이즈에 기여하지 않는다.
또한, 상기 제 1 및 제 3 실시형태에서는 방사선을 반도체막(6)에서 직접 전하로 변환해서 축적하는 직접 변환 방식의 방사선 화상 검출기(101)를 이용한 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한하지 않고, 방사선을 한번 CsＩ:T1, GOS(Gd2O2S:Tb) 등의 신틸레이터에서 광으로 변환하고, 변환된 광을 반도체층(6)에서 전하로 변환해서 축적하는 간접 변환 방식의 방사선 화상 검출기에 적용해도 좋다. 특히, 직접 변환 방식에서는 방사선을 직접 전하로 변환하기 위해서 반도체막(6)을 두껍게(깊이) 할 필요가 있고, 간접 변환 방식의 경우보다도 바이어스 전극(7)에 고압 전원(108)으로부터 높은 전압이 인가되기 때문에 리크 전류에 의한 문제가 현재화되기 쉽다. 이 때문에, 상기 제 1 및 제 3 실시형태의 구동 방법을 채용함으로써 리크 전류의 영향을 억제할 수 있다. 또한, 간접 변환 방식의 경우는 방사선을 신틸레이터에서 광으로 변환하고, 변환된 광을 반도체층(6)에서 전하로 변환하는 구성이기 때문에 직접 변환 방식의 경우에 비해서 반도체막(6)을 얇게 할 수 있고, 전하 축적 용량(5)이 제공되지 않고 전하 수집 전극(11)으로 전하를 축적시켜 둘 수도 있지만, 축적가능한 전하량을 증가시키기 위해서 의도적으로 용량을 제공할 것이 있다. 간접 변환 방식에서는, 이렇게 의도적으로 제공된 보조 용량이나 기생 용량, 부유 용량이 본 발명의 축적 용량에 상당한다.
또한, 상기 제 1 및 제 3 실시형태에서는 1매분의 화상 데이터를 판독할 경우에 대해서 설명했지만, 도 17에 나타낸 바와 같이, 방사선 화상 검출기(101)로의 방사선의 조사와 방사선 화상 검출기(101)로부터의 화상 데이터의 판독을 되풀이해 서 연속적으로 행함으로써 동화상을 얻을 수도 있다. 상기 제 1 및 제 3 실시형태의 구동 방법은, 상술한 바와 같이, 리크 전류가 감소하는 시간을 단축할 수 있기 때문에 동화상의 촬상에 적합하다.
더욱이, 조사되는 X선의 선량(에너지)을 변화시켜 2회 이상의 방사선 화상을 연속적으로 촬영하고, 촬영에 의해 얻어진 각 화상에 적당한 중량을 부여해서 차분을 취하는 등의 화상 처리를 행함으로써 선질에 의한 흡수 계수의 변화의 차이를 화상화해서, 예를 들면, 흉부를 촬영한 화상으로부터 뼈 상을 제외하는 등 1회의 촬영에서는 시인하기 어려웠던 화상을 얻는 촬영 방법이 있다.
이러한 촬영 방법에서는 피사체가 움직이지 않는 것이 전제로 되어 있기 때문에 극력으로 짧은 촬영 간격에서 화상을 취득하는 것이 필요로 된다.
예를 들면, 도 18은 1회째에 고에너지의 촬영을, 2회째에 저에너지의 촬영을 행하는 2쇼트 에너지 서브트랙션 촬영의 예이다.
도 18에 나타낸 바와 같이, 1회째의 촬영시의 기록 기간 동안 Cs 전극(14)에 대하여 직류 전압원(106a)으로부터 전압을 인가해서 Cs 전극(14)을 전위(Vcs)에 유지함으로써 리크 전류가 감소하는 시간을 단축할 수 있기 때문에 2회째의 촬영까지의 시간을 단축할 수 있다. 또한, 미리 발생하는 리크 전류량이 적은 것을 알고 있을 경우는 직류 전압원(106a)으로부터의 Cs 전극(14)으로의 전압 인가를 없애도록 해도 좋다. 도 18에서는 2회째가 저에너지의 촬영이며, 발생하는 리크 전류량이 적기 때문에 Cs 전극(14)에 대하여 직류 전압원(106a)으로부터 전압을 인가하지 않는다. 이에 따라, 2회째의 촬상에 의해 얻어진 화상 데이터의 판독 기간을 빠르게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 화상 검출 장치의 제 1 실시형태를 적용한 방사선 화상 검출 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 방사선 화상 검출기의 1화소 단위의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 3은 방사선 화상 검출기의 1화소 단위의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4는 방사선 화상 검출기의 1화소의 등가 회로도이다.
도 5는 TFT 보호 회로가 없을 경우에 있어서의 TFT 스위치의 리크 전류 특성을 나타내는 도이다.
도 6은 TFT 보호 회로가 있을 경우에 있어서의 TFT 스위치의 리크 전류 특성을 나타내는 도이다.
도 7은 가변 Cs 전원의 다른 구성 예를 나타내는 도이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 화상 검출기의 구동 방법의 일실시형태를 설명하기 위한 타이밍 차트이다.
도 9는 종래의 방사선 화상 검출기의 구동 방법을 설명하기 위한 도이다.
도 10은 도 1에 나타낸 방사선 화상 검출 시스템의 기능 블록도이다.
도 11은 본 발명의 화상 검출 장치의 제 2 실시형태를 적용한 방사선 화상 검출 시스템의 개략 구성도이다.
도 12는 도 11에 나타낸 방사선 화상 검출기의 1화소의 등가 회로도이다.
도 13A는 보호 다이오드가 없을 경우에 있어서의 TFT 스위치의 리크 전류를 설명하기 위한 도이며, 도 13B는 보호 다이오드가 있을 경우에 있어서의 TFT 스위 치의 리크 전류를 설명하기 위한 도이다.
도 14는 본 발명의 화상 검출기의 구동 방법의 일실시형태를 실시했을 경우에 있어서의 TFT 스위치의 리크 전류를 설명하기 위한 도이다.
도 15는 종래의 방사선 화상 검출기의 개략 구성도이다.
도 16은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 화상 검출기의 구동 방법의 일실시형태를 설명하기 위한 타이밍 차트이다.
도 17은 동화상 촬상시의 화상 검출기의 구동 방법의 일실시형태를 설명하기 위한 타이밍 차트이다.
도 18은 2쇼트 에너지 서브트랙션 촬영시의 화상 검출기의 구동 방법의 일실시형태를 설명하기 위한 타이밍 차트이다.

Claims (20)

  1. 기록용의 전자파의 조사를 받아서 전하를 발생시키는 전하 발생부와, 2개의 전극이 대향 배치되어 상기 전하 발생부에 있어서 발생된 전하를 축적하고, 축적된 전하량에 따라 한쪽의 전극의 전위를 기준으로 하여 다른 쪽의 전극의 전위가 변화되는 축적 용량과, 상기 축적 용량에 축적된 전하를 판독하기 위한 TFT형의 스위칭 소자를 갖는 검출부를 구비한 화상 검출기;
    상기 한쪽의 전극에 전압을 인가가능하게 접속되는 전원부; 및
    상기 화상 검출기로부터 상기 축적 용량에 축적된 전하가 판독되기 전의 소정 시간에 상기 스위칭 소자로부터 리크 전류가 흐르는 것을 촉진하도록 상기 전원부로부터 상기 한쪽의 전극으로 인가되는 전압을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 화상 검출기에 상기 기록용의 전자파가 조사된 후, 상기 화상 검출기로부터 상기 전하를 판독하기 전까지의 사이의 상기 소정 시간에 상기 한쪽의 전극에 전압이 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 화상 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 화상 검출기에 상기 기록용의 전자파가 조사되어 있는 기간을 포함하는 상기 소정 시간에 상기 한쪽의 전극에 전압이 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 화상 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 상기 축적 용량에 전하가 축적되어 상기 다른 쪽의 전극의 전위가 일정값 이상이 되면 전류가 흐르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 화상 검출 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원부는 상기 화상 검출기과는 별개로 제공된 주변 회로 기판에 설치되는 것을 특징으로 하는 화상 검출 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 화상 검출기의 검출부로부터 판독된 전하 신호의 전위를 검출함으로써 축적된 전하량을 검출하는 신호 검출기를 갖고, 상기 전하 신호의 전위를 검출할 때 상기 신호 검출기에 있어서 검출의 기준이 되는 기준 전극 배선의 전위와 상기 축적 용량을 구성하는 상기 한쪽의 전극의 전위는 동일 전위 레벨에 있는 것을 특징으로 하는 화상 검출 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 시간은 100μs~1s인 것을 특징으로 하는 화상 검출 장치.
  8. 기록용의 전자파의 조사를 받아서 전하를 발생시키는 전하 발생부와, 2개의 전극이 대향 배치되어 상기 전하 발생부에 있어서 발생된 전하를 축적하고, 축적된 전하량에 따라 한쪽의 전극의 전위를 기준으로 하여 다른 쪽의 전극의 전위가 변화되는 축적 용량과, 상기 축적 용량에 축적된 전하를 판독하기 위한 TFT형의 스위칭 소자를 갖는 검출부를 구비한 화상 검출기; 및
    상기 한쪽의 전극에 상기 스위칭 소자로부터의 리크 전류를 변동시키도록 제어된 전압을 인가하는 전압 인가 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 검출 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전압 인가 회로에 의한 상기 한쪽의 전극으로의 전압 인가는 상기 화상 검출기로부터 상기 축적 용량에 축적된 전하가 판독되기 전의 소정 시간에 행해지는 것을 특징으로 하는 화상 검출 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 소정 시간은 상기 화상 검출기에 상기 기록용의 전자파가 조사된 후의 시간인 것을 특징으로 하는 화상 검출 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 소정 시간은 상기 화상 검출기에 상기 기록용의 전자파가 조사되는 시간을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 검출 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 상기 축적 용량에 전하가 축적되어 상기 다른 쪽의 전극의 전위가 일정값 이상이 되면 전류가 흐르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 화상 검출 장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 전압 인가 회로는 상기 화상 검출기와는 별개로 제공된 주변 회로 기판에 설치되는 것을 특징으로 하는 화상 검출 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 화상 검출기의 검출부로부터 판독된 전하 신호의 전위를 검출함으로써 축적된 전하량을 검출하는 신호 검출기를 갖고, 상기 전하 신호의 전위를 검출할 때 상기 신호 검출기에 있어서 검출의 기준이 되는 기준 전극 배선의 전위와 상기 축적 용량을 구성하는 상기 한쪽의 전극의 전위는 동일 전위 레벨에 있는 것을 특징으로 하는 화상 검출 장치.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 소정 시간은 100μs~1s인 것을 특징으로 하는 화상 검출 장치.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 전압 인가 회로는 구형파 형상의 전압이 출력가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 화상 검출 장치.
  17. 기록용의 전자파의 조사를 받아서 전하를 발생시키는 전하 발생부와, 2개의 전극이 대향 배치되어 상기 전하 발생부에 있어서 발생된 전하를 축적하고, 축적된 전하량에 따라 한쪽의 전극의 전위를 기준으로 하여 다른 쪽의 전극의 전위가 변화되는 축적 용량과, 상기 축적 용량에 축적된 전하를 판독하기 위한 TFT형의 스위칭 소자를 갖는 검출부를 구비한 화상 검출기의 구동 방법으로서:
    기록용의 전자파를 발생시켜 전하 발생부에 조사하는 단계;
    상기 스위칭 소자를 통해서 상기 축적 용량으로부터 상기 전하를 판독하는 시점보다도 전의 소정 시간에 있어서 상기 스위칭 소자로부터 리크 전류를 촉진하도록 상기 한쪽의 전극에 인가되는 전압을 변동시키는 단계; 및
    상기 스위칭 소자를 작동시켜 상기 축적 용량에 축적된 전하를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 검출기의 구동 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 소정 시간은 상기 화상 검출기에 상기 기록용의 전자파가 조사된 후의 시간인 것을 특징으로 하는 화상 검출기의 구동 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 소정 시간은 상기 화상 검출기에 상기 기록용의 전자파가 조사되는 시간을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 검출기의 구동 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 상기 축적 용량에 전하가 축적되어 상기 다른 쪽의 전극의 전위가 일정값 이상이 되면 전류가 흐르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 화상 검출기의 구동 방법.
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