KR20030031927A - Passive matrix X-ray image detector - Google Patents

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KR20030031927A
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남상희
김재형
문치웅
이형원
박지군
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학교법인 인제학원
남상희
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Abstract

PURPOSE: A passive matrix type X-ray detector is provided to achieve improved efficiency of generation of electric charge, while reducing the amount of applied voltage and manufacturing costs. CONSTITUTION: A passive matrix type X-ray detector comprises an electroluminescence layer(20) where strip electrodes(10,30) are arranged in such a manner that the strip electrodes cross with each other; a storage phosphor(40) for storing the latent image charge generated by the incidence of X-ray; a high voltage applying electrode(50) for separating electron-hole pairs generated from a photo-conductor layer(60); the photo-conductor layer where the light excited by the storage phosphor is incident so as to generate electron-hole pairs; a collector electrode(70) for collecting electrical signals generated from the photo-conductor; and a readout unit(80) for detecting electrical image signals generated by X-ray.

Description

패시브 매트릭스 형태의 엑스레이 검출기{Passive matrix X-ray image detector}Passive matrix X-ray image detector

본 발명은 디지털 X-선 영상 검출기판에 관한 것으로서, 자세하게는 평판형 디지털 X-선 검출기판에 있어서, 스트립 전극이 나란히 배열되고 양단에 서로 교차되어 위치하는 이엘(Electroluminescence)층과; X-선의 입사에 의해 생성된 영상 정보인 잠상을 저장하는 스토리지 포스포(Storage phosphor)와; 광도전체층에서 발생된 전자 정공쌍을 분리하기 위한 고전압 인가 전극과; 스토리지 포스포에서 여기된 빛이 입사되어 전자 정공 쌍을 발생시키는 광도전 물질인 비정질 셀레늄층과; 광도전체인 비정질 셀레늄에서 발생된 전기적 신호를 수집하는 수집전극인 ITO 기판과; 방사선에 의하여 발생된 전기적 영상 신호를 검출하는 리드아웃(Readout) 장치로; 구성되는 것을 특징으로 하는 패시브 매트릭스 형태의 엑스레이 검출기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital X-ray image detector plate, and in particular, to a flat plate digital X-ray detector plate, comprising: an EL layer having strip electrodes arranged side by side and crossing each other at both ends; A storage phosphor for storing a latent image which is image information generated by incident X-rays; A high voltage applying electrode for separating the electron hole pair generated in the photoconductor layer; An amorphous selenium layer, which is a photoconductive material in which light excited by the storage phosphor is incident to generate electron hole pairs; An ITO substrate which collects electrical signals generated from amorphous selenium as a photoconductor; A readout device for detecting an electrical image signal generated by radiation; The present invention relates to an x-ray detector in the form of a passive matrix.

현재 의료용으로 사용되는 진단용 X-선 영상 획득 장치는 스크린/필름 (screen/film)을 사용하여 촬영하고, 판독을 위해 그 필름을 인화해야하는 공정을 가진다.Diagnostic X-ray image acquisition devices currently used for medical use have a process of taking a picture using a screen / film and printing the film for reading.

근래에는 반도체 기술의 발전에 힘입어 박막 트랜지스터를 이용한 디지털 엑스레이 디텍터(digital x-ray detector)가 연구, 개발되고 있다.Recently, with the development of semiconductor technology, digital x-ray detectors using thin film transistors have been researched and developed.

일반적으로 엑스레이 검출용 평판형 기판은 인체를 투과한 방사선을 검출하여 영상정보를 획득하는 방사선 검출장치에 있어서 방사선의 영상정보를 전기신호로 변환시키고 이를 검출하는 패널을 의미한다.In general, the flat panel substrate for X-ray detection means a panel for converting image information of radiation into an electrical signal and detecting the same in a radiation detection apparatus for detecting radiation transmitted through a human body.

종래기술방식에 있어서, TFT는 픽셀을 기본단위로 하는 셀들의 집합으로 구성된 평면판으로서, 이러한 TFT 기판을 이용한 검출장치는 array 형태로 배열된 패널에서 행으로 배열된 각 픽셀의 게이트를 컨트롤하고, 열로 배열된 각 픽셀의 데이터 라인을 통해 전기 신호를 검출하여 이를 모니터 등의 디스플레이 장치에 각 픽셀에 해당하는 전기적 영상 신호를 뿌려 줌으로써 디지털 영상을 형성하였다.In the prior art, the TFT is a flat plate composed of a set of pixels based on pixels, and the detection device using the TFT substrate controls the gates of each pixel arranged in rows in a panel arranged in an array form, The digital image is formed by detecting an electrical signal through data lines of each pixel arranged in rows and spraying the electrical signal on the display device such as a monitor.

종래의 디지털 X-선 검출패널은 X-선의 조사선량에 비례하는 전하를 발생하는 광도전체(photoconductor)와, 광도전체에서 생성된 전하를 수집하는 수집전극과, 수집전극에서 수집된 전하가 충전되는 캐패시터(capacitor)와, 캐패시터에 충전된 전압신호를 리드아웃 라인 쪽으로 선택적으로 전달하는 스위치 소자(switch device)로 이루어진다.Conventional digital X-ray detection panel has a photoconductor for generating a charge proportional to the irradiation dose of X-rays, a collection electrode for collecting the charge generated in the photoconductor, and the charge collected from the collection electrode is charged A capacitor and a switch device for selectively transferring the voltage signal charged in the capacitor toward the lead-out line.

광도전체는 광전변환 특성을 갖는 셀레늄으로 형성되어 X-선을 전기적 신호로 변환하게 된다.The photoconductor is formed of selenium having photoelectric conversion properties to convert X-rays into electrical signals.

이때 광도전체에는 X-선에 대응하는 전자 정공쌍(electron-hole pair)이 생성된다.In this case, electron-hole pairs corresponding to X-rays are generated in the photoconductor.

스위치 소자는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)로 구현되며, 이때 TFT의 게이트 단자는 게이트 버스단자에 접속되고, TFT의 소스단자는 아날로그 버스라인에 접속된다.The switch element is implemented with a thin film transistor (TFT), wherein the gate terminal of the TFT is connected to the gate bus terminal, and the source terminal of the TFT is connected to the analog bus line.

X-선의 입사에 의해 생성된 정공이 캐패시터에 충전되고, 캐패시터에 충전된 전압신호가 아날로그 라인을 경유하여 리드아웃되어 영상으로 재생된다.Holes generated by the incidence of X-rays are charged to the capacitors, and the voltage signals charged to the capacitors are read out via analog lines and reproduced as images.

이러한 기존의 TFT 기판을 이용하는 방식의 검출기는 TFT 기판의 각 픽셀에 TFT(Thin Film Transistor)를 제작하여야 하며, 간접방식의 형광층을 이용하는 검출 패널은 TFT 뿐만 아니라, PIN 수광소자를 제작하여야 하는 복잡한 공정이 요구된다.Such a detector using a conventional TFT substrate has to produce a thin film transistor (TFT) in each pixel of the TFT substrate, and a detection panel using an indirect fluorescent layer has to produce a PIN light receiving element as well as a TFT. Process is required.

그러므로, 이러한 복잡한 제작공정에 의한 수율의 저하와 반도체 기술의 한계에 의해서 제품 비용이 높은 문제점을 지니고 있다.Therefore, there is a problem in that the product cost is high due to the decrease in yield and the limitation of semiconductor technology due to such a complicated manufacturing process.

뿐만 아니라, 각 픽셀에 위치하는 TFT 의 파괴에 의한 영구적인 Dead pixel 이 발생하여 검출기 수명의 한계점을 보이고 있으며, TFT 각 픽셀의 캐패시턴스에 의해서 발생하는 Lag 현상에 의한 Ghost image 발생 등의 약점을 지니고 있다.In addition, permanent dead pixels are generated due to the destruction of TFTs located in each pixel, which shows the limitations of detector lifetime, and weaknesses such as ghost image generation due to Lag phenomenon caused by capacitance of each pixel of TFT. .

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 종래의 Active matrix TFT 기판을 대신에 Passive matrix 기판을 사용하는 Passive matrix Digital X-ray Detector 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a passive matrix digital X-ray detector structure using a passive matrix substrate instead of a conventional active matrix TFT substrate in order to solve the above problems.

이엘층 양단의 스트립 전극이 서로 교차되는 점이 영상 정보의 픽셀이 된다.The point where the strip electrodes at both ends of the EL layer cross each other becomes a pixel of the image information.

교차 전극에 전압을 인가해 줌으로써 이엘층에서 발광되고, 이엘층에서 발광된 빛이 X-선의 입사에 의해 맺힌 스토리지 포스포의 잠상을 여기시켜 잠상의 모양과 입사된 X-선의 강약에 비례한 빛이 발광된다.Light is applied in the EL layer by applying a voltage to the cross-electrode, and the light emitted from the EL layer excites the latent image of the storage phosphor formed by X-ray incidence, so that the light is proportional to the shape of the latent image and the intensity of the incident X-ray. Light is emitted.

그 빛은 광전도체층에서 흡수되어 전기적 신호로 검출된다.The light is absorbed by the photoconductor layer and detected as an electrical signal.

도 1은 본 발명에 따른 패시브 매트릭스 형태의 엑스레이 검출기의 단면구조도1 is a cross-sectional structure diagram of an X-ray detector in the form of a passive matrix according to the present invention.

도 2는 패시브 매트릭스(Passive matrix)의 구조도2 is a structural diagram of a passive matrix

도 3는 종래 기술의 직접방식 디지털 X-레이 이미지 디텍터의 단면구조도3 is a cross-sectional structure diagram of a conventional direct digital X-ray image detector.

*도면의 주요부분에 관한 부호의 설명** Explanation of symbols on main parts of drawings *

20 : 이엘층 40 : 스토리지 포스포20: ELF 40: storage phosphor

50 : 인가 전극 60 : 광도전체층50 applied electrode 60 photoconductor layer

70 : 수집전극 80 : 리드아웃70: collection electrode 80: lead out

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 것으로써, 광도전체인 비정질 셀레늄에서 발생된 전기적 신호를 수집하는 수집전극인 ITO 기판과; 상기 ITO 기판 위에, 스토리지 포스포에서 여기된 영상 정보를 함유한 빛이 입사되어 전자 정공 쌍을 발생시키는 광도전체층과; 광도전체층 상층에 형성되어, 광도전체층에서 발생된 전자 정공을 분리하는 고전압 인가 전극; X-선의 입사에 의해 생성된 영상 정보, 즉 잠상을 저장하는 스토리지 포스포(Storage phosphor)와; 그 상층에 스트립 전극이 서로 교차되어 배열되어 있는 이엘(Electroluminescence)층과; 방사선에 의하여 발생된 전기적 영상 신호를 검출하는 리드아웃(Readout) 장치로; 구성되는 것을 특징으로 하는 패시브 매트릭스 형태의 엑스레이 검출기를 기술적 요지로 한다.The present invention is to achieve the above object, ITO substrate as a collecting electrode for collecting the electrical signal generated from the amorphous selenium photoconductor; A photoconductor layer on which the light containing the image information excited at the storage phosphor is incident on the ITO substrate to generate an electron hole pair; A high voltage applying electrode formed on the photoconductor layer to separate electron holes generated in the photoconductor layer; A storage phosphor for storing image information generated by incidence of X-rays, i.e., a latent image; An EL layer on which the strip electrodes are arranged to cross each other; A readout device for detecting an electrical image signal generated by radiation; An X-ray detector in the form of a passive matrix characterized in that the configuration is a technical gist.

여기서 상기 이엘층은 패시브 매트릭스 형태의 패널인 것을 특징으로 하는 패시브 매트릭스 형태의 엑스레이 검출기로 되는 것이 바람직하다.Here, the EL layer is preferably a passive matrix type X-ray detector, characterized in that the panel of the passive matrix type.

또한 상기 수집전극은 패시브 매트릭스 형태의 전극인 것을 특징으로 하는 패시브 매트릭스 형태의 엑스레이 검출기로 되는 것이 바람직하다.In addition, the collection electrode is preferably a passive matrix type X-ray detector, characterized in that the electrode of the type.

그리고 상기 수집전극은 ITO인 것을 특징으로 하는 패시브 매트릭스 형태의 엑스레이 검출기로 되는 것이 바람직하다.The collection electrode is preferably an X-ray detector in the form of a passive matrix, characterized in that ITO.

이하 도면과 함께 본 발명의 상세한 설명을 하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 패시브매트릭스(Passive matrix) 기반의 평판 디지털 X-선 영상 검출기의 단면 구조도이다.1 is a cross-sectional structural diagram of a passive matrix based flat digital X-ray image detector according to the present invention.

도 1은 본 발명에 의한 패시브매트릭스(Passive matrix) 형태의 디지털 X-선 영상 검출기 구조도의 일예로서, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 크게, 이엘층(20)과 스토리지 포스포(Storage phosphor)(40)와 인가 전극(50)과 광도전체층(60)과 수집전극(70)과 리드아웃(Readout)장치(80)로 구성된다.1 is an example of the structure of a digital X-ray image detector in the form of a passive matrix according to the present invention. As shown in FIG. 1, the present invention is largely an EL layer 20 and a storage phosphor. 40), the application electrode 50, the photoconductor layer 60, the collection electrode 70, and the readout device 80.

본 발명의 스토리지 포스포(40)는 잠상을 얻기 위하여 광 저장 인광체를 포함하고 있으며 상기 저장된 광은 레이저 빔이나 빛 에너지에 의해 스캐닝된다.The storage phosphor 40 of the present invention includes a light storage phosphor to obtain a latent image and the stored light is scanned by a laser beam or light energy.

상기 스캐닝에 의하여 스토리지 포스포(40)에 저장된 잠상 이미지 정보는 잠상 이미지의 형태 및 피사체를 투과한 X-선의 강약에 비례하여 빛을 발생하게 되고, 이 빛은 다시 광도전체 물질인 셀레늄에 입사되어 전하로 변환된다.The latent image information stored in the storage phosphor 40 by the scanning generates light in proportion to the shape of the latent image and the intensity of X-rays passing through the subject, and the light is incident on selenium, a photoconductor material. Is converted into a charge.

더욱 자세하게는, X-선 검출기 위에 피사체를 올리고 X-선 촬영하면 스토리지 포스포(Storage phosphor)(40) 에서 피사체의 모양이나 밀도의 차이에 대응한 잠상(latent image charge)이 맺힌다.More specifically, when the subject is placed on the X-ray detector and X-ray imaging, a latent image charge is formed in the storage phosphor 40 corresponding to the difference in shape or density of the subject.

상기 잠상을 여기시켜 빛을 발생시키기 위하여 스토리지 포스포 상측에 패시브 매트릭스(Passive matrix) 형태의 이엘(Electroluminescence)층(20)을 위치시킨다.An electroluminescence layer 20 in the form of a passive matrix is positioned above the storage phosphor to excite the latent image.

상기 패시브 매트릭스(Passive matrix) 형태란 스트립 전극이 서로 교차되어 배열된 것을 의미하며 교차되는 전극을 하나의 디지탈 신호로 해석할 수 있는 이점이 있다.The passive matrix form means that the strip electrodes are arranged to cross each other, and there is an advantage that the intersecting electrodes can be interpreted as one digital signal.

도 2는 패시브 매트릭스(Passive matrix)의 구조도이다.2 is a structural diagram of a passive matrix.

상기 이엘층(20) 양단의 스트립 전극(10, 30)에 순차적으로 전압을 인가하면, 이엘층(20) 양단의 스트립 전극(10, 30)이 서로 교차하는 점은 영상 픽셀이 되며, 교차하는 픽셀에서 이엘층(20)이 순차적으로 발광된다.When voltage is sequentially applied to the strip electrodes 10 and 30 at both ends of the EL layer 20, the points at which the strip electrodes 10 and 30 at both ends of the EL layer 20 cross each other become image pixels. EL layers 20 emit light sequentially in the pixel.

상기 이엘층(20)에서 순차적으로 발광된 빛은, 스토리지 포스포(40)에 형성된 잠상을 여기시켜 잠상의 강약에 비례한 빛을 발산시키게 된다.The light sequentially emitted from the EL layer 20 excites a latent image formed in the storage phosphor 40 to emit light in proportion to the intensity of the latent image.

상기 셀레늄을 이용한 광도전체층(60)은 상기 스토리지 포스포(40)에서 발생된 빛에 비례하여 전하를 발생시킨다.The photoconductor layer 60 using the selenium generates charge in proportion to the light generated by the storage phosphor 40.

즉, 상기 셀레늄층은 상기 스토리지 포스포(40)에서 입사된 빛에 비례하여전자 정공쌍을 발생시킨다.That is, the selenium layer generates electron hole pairs in proportion to light incident from the storage phosphor 40.

이렇게 생성된 전자 정공쌍은 광도전체층(60) 상단의 고전압 인가 전극에 의해 분리되어 전자는 고전압 인가 전극쪽으로, 정공은 수집 전극쪽으로 이동하게 된다.The generated electron hole pair is separated by the high voltage applying electrode on the upper photoconductor layer 60 so that electrons move toward the high voltage applying electrode and holes move toward the collecting electrode.

상기 광도전체층(60)에서 생성된 전하는 스트립 전극(10, 30)인 ITO 기판에 수집되어 리드아웃되어 영상정도로 제공된다.The charges generated by the photoconductor layer 60 are collected on the ITO substrates, which are the strip electrodes 10 and 30, and are read out to provide the image.

상기 수집전극(70)은 매트릭스 형태의 ITO전극으로 되어 디지탈 신호로 리드아웃되는 것이 바람직하다.The collection electrode 70 is preferably a matrix type ITO electrode and is read out as a digital signal.

이상 설명한 본 발명을 요약하면, 상기 스토리지 포스포(40)는 방사선에 노출되었을 때 인광체 안의 전자는 여기되고 다소 불안정한 고에너지 상태로 전이된다.Summarizing the invention described above, the storage phosphor 40 is excited when the electrons in the phosphor are exposed to radiation and transition to a somewhat unstable high energy state.

이를 레이저 빔이나 빛을 이용하여 스캔하면 여기된 전자를 방출시켜 빛을 발하게 된다.When scanned using a laser beam or light, it emits excited electrons to emit light.

이엘층(20)의 양단에 서로 교차되어 위치한 스트립 전극(10, 30)에 순차적으로 전압을 인가하면 이엘층에서는 가시광이 발생되고, 스토리지 포스포(40)에서는 이 가시광의 자극에 의해서 영상신호에 비례하는 가시광을 발생시킨다.When voltage is sequentially applied to the strip electrodes 10 and 30 positioned at both ends of the EL layer 20, visible light is generated in the EL layer, and the storage phosphor 40 is applied to the image signal by the stimulus of the visible light. Generates proportional visible light.

상기 가시광은 이엘층(20)의 각 픽셀에 해당되는 디지탈 신호로서 영상정보를 제공하며 상기 영상정보는 다시 비정질 셀레늄층 표면에 흡수되어 전기적 신호로 변환되고, 상기 셀레늄에서 발생한 전하를 셀레늄 하단의 수집 전극에서 수집함으로써 획득된다.The visible light provides image information as a digital signal corresponding to each pixel of the EL layer 20. The image information is again absorbed by the surface of the amorphous selenium layer and converted into an electrical signal, and the charge generated in the selenium is collected at the bottom of the selenium. Obtained by collecting at the electrode.

이상 설명한 본 발명에 의하여 기존의 TFT 기판을 이용하는 X-선 영상 검출기의 복잡한 제조 공정 및 제품의 짧은 수명을 해결할 수 있는 패시브 매트릭스 형태의 엑스레이 검출기를 제공할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention described above there is an advantage to provide an X-ray image detector using a conventional TFT substrate and provide an X-ray detector in the form of a passive matrix that can solve the short life of the product.

본 발명에서는 TFT 기판 없이 이엘(Electroluminescence) 층 전극에 순차적으로 전압을 인가하여 위치정보를 신호와 동시에 얻을 수 있는 패시브 매트릭스 형태의 엑스레이 검출기를 제공할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, there is an advantage of providing an X-ray detector in the form of a passive matrix capable of simultaneously obtaining a positional information with a signal by sequentially applying a voltage to an EL layer electrode without a TFT substrate.

스토리지 포스포에서 발생된 빛에 의해, 그리고 스토리지 포스포를 투과한 X-선에 의해 광도전층에서 전자 정공쌍을 발생시키기 때문에 전하 생성 효율이 좋으며, 부수적으로 광도전층의 두께를 얇게 증착할 수 있어 인가 전압을 줄일 수 있는 패시브 매트릭스 형태의 엑스레이 검출기를 제공할 수 있는 이점이 있다.The charge generation efficiency is good because the electron hole pairs are generated in the photoconductive layer by light generated from the storage phosphor and X-rays transmitted through the storage phosphor, and consequently, the thickness of the photoconductive layer can be thinly deposited. There is an advantage to provide an X-ray detector in the form of a passive matrix that can reduce the applied voltage.

또한 복잡한 제조공정에 의한 제품의 높은 제조 단가를 낮춤으로써 제조 비용을 크게 낮출 수 있으며, 이로써 기존의 필름/스크린 방식을 이용하는 시스템을 디지털 시스템으로 전환함으로써 의료영상기술의 보편화에 크게 이바지 할 수 있는 패시브 매트릭스 형태의 엑스레이 검출기를 제공할 수 있는 이점이 있다.In addition, the manufacturing cost can be greatly reduced by lowering the high manufacturing cost of the product by a complicated manufacturing process, thereby converting the existing film / screen system into a digital system, which can greatly contribute to the universalization of medical imaging technology. There is an advantage to provide an X-ray detector in the form of a matrix.

Claims (4)

평판형 디지털 X-선 검출기판에 있어서,In the flat plate digital X-ray detector plate, 스트립 전극이 나란히 배열되고 양단에 서로 교차되어 위치하는 이엘(Electroluminescence)층과;An electroluminescence layer in which the strip electrodes are arranged side by side and intersect with each other at both ends; X-선의 입사에 의해 생성된 영상 정보인 잠상을 저장하는 스토리지 포스포(Storage phosphor)와;A storage phosphor for storing a latent image which is image information generated by incident X-rays; 광도전체층에서 발생된 전자 정공쌍을 분리하기 위한 고전압 인가 전극과;A high voltage applying electrode for separating the electron hole pair generated in the photoconductor layer; 스토리지 포스포에서 여기된 빛이 입사되어 전자 정공 쌍을 발생시키는 광도전 물질인 비정질 셀레늄층과;An amorphous selenium layer, which is a photoconductive material in which light excited by the storage phosphor is incident to generate electron hole pairs; 광도전체인 비정질 셀레늄에서 발생된 전기적 신호를 수집하는 수집전극인 ITO 기판과;An ITO substrate which collects electrical signals generated from amorphous selenium as a photoconductor; 방사선에 의하여 발생된 전기적 영상 신호를 검출하는 리드아웃(Readout) 장치로;A readout device for detecting an electrical image signal generated by radiation; 구성되는 것을 특징으로 하는 패시브 매트릭스 형태의 엑스레이 검출기.An X-ray detector in the form of a passive matrix, characterized in that the configuration. 제1항에 있어서 상기 이엘층은The method of claim 1 wherein the EL layer 패시브 매트릭스 형태의 패널인 것을 특징으로 하는 패시브 매트릭스 형태의 엑스레이 검출기.A passive matrix type x-ray detector, characterized in that the panel is a passive matrix type. 제1항 또는 제2항에 있어서 상기 수집전극은The method of claim 1, wherein the collection electrode 패시브 매트릭스 형태의 전극인 것을 특징으로 하는 패시브 매트릭스 형태의 엑스레이 검출기.A passive matrix type x-ray detector, characterized in that the electrode is a passive matrix type. 제3항에 있어서 상기 수집전극은The method of claim 3, wherein the collecting electrode ITO인 것을 특징으로 하는 패시브 매트릭스 형태의 엑스레이 검출기.An X-ray detector in the form of a passive matrix, characterized in that ITO.
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