KR20090028884A - 엑스레이 검출방법 및 이를 수행하기 위한 엑스레이검출장치 - Google Patents

엑스레이 검출방법 및 이를 수행하기 위한 엑스레이검출장치 Download PDF

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Abstract

엑스레이를 보다 정확하게 검출할 수 있는 엑스레이 검출방법 및 이를 수행하기 위한 엑스레이 검출장치에서, 엑스레이를 검출하기 위해 우선, 광검출 다이오드에 제1 리버스 바이어스(reverse bias)를 인가하고, 광검출 다이오드로 엑스레이(X-ray)가 인가되어 형성된 광검출 전압을 이용하여, 엑스레이의 광량에 대응되는 영상신호를 출력한다. 이어서, 광검출 다이오드에 포워드 바이어스(forward bias)를 인가한다. 이와 같이, 현재 프레임의 엑스레이를 인가받아 영상신호를 출력한 후, 광검출 다이오드에 포워드 바이어스를 인가함으로써, 다음 프레임 때 인가되는 엑스레이를 보다 정확하게 검출할 수 있다.
제1 리버스 바이어스, 포워드 바이어스, 제2 리버스 바이어스

Description

엑스레이 검출방법 및 이를 수행하기 위한 엑스레이 검출장치{METHOD FOR DETECTING X-RAY AND X-RAY DETECTING APPARATUS FOR CARRYING OUT THE METHOD}
본 발명은 엑스레이 검출방법 및 이를 수행하기 위한 엑스레이 검출장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박막 트랜지스터 기판 상에 형성된 광검출 다이오드를 이용하여 엑스레이를 검출할 수 있는 엑스레이 검출방법 및 이를 수행하기 위한 엑스레이 검출장치에 관한 것이다.
일반적으로, 엑스레이(X-Ray)는 단파장을 갖고 있어 물체를 쉽게 투과할 수 있다. 이러한 엑스레이는 상기 물체 내부의 밀한 정도에 따라 투과되는 양이 결정된다. 즉, 상기 물체의 내부상태는 상기 물체를 투과한 상기 엑스레이의 투과량을 통해 간접적으로 관측될 수 있다.
엑스레이 검출장치는 상기 물체를 투과한 상기 엑스레이의 투과량을 검출하는 장치이다. 상기 엑스레이 검출장치는 상기 엑스레이의 투과량을 검출하여, 상기 물체의 내부상태를 표시장치를 통해 외부로 표시할 수 있다. 상기 엑스레이 검출장치는 일반적으로, 의료용 검사장치, 비파괴 검사장치 등으로 사용될 수 있다.
일반적으로, 상기 엑스레이 검출장치는 상기 물체를 투과한 상기 엑스레이의 투과량을 검출할 수 있는 복수의 광검출 다이오드들을 포함한다. 상기 각 광검출 다이오드에 리버스 바이어스(reverse bias)가 인가된 상태에서 상기 엑스레이가 상기 각 광검출 다이오드로 인가되면, 상기 엑스레이의 투과량에 대응되는 광검출 전압이 상기 각 광검출 다이오드 내에 발생된다. 상기 광검출 전압은 영상신호로 변경되고, 상기 영상신호는 상기 표시장치로 인가되어 상기 물체의 내부상태를 외부로 표시한다.
상기 각 광검출 다이오드는 내부에 전하를 트랩(trap)할 수 있는 트랩공간을 포함할 수 있다. 상기 트랩공간은 일반적으로, 전자 또는 전공과 결합할 수 있는 댕글링 본드(dangling bond)에 의해 형성된다. 상기 엑스레이가 상기 각 광검출 다이오드로 인가되면, 상기 트랩공간 내에 전하가 트랩된다.
상기 트랩공간 내에 트랩전하의 양은 상기 각 광검출 다이오드로 인가된 상기 엑스레이의 양과 대응된다. 즉, 상기 각 광검출 다이오드로 인가된 상기 엑스레이의 양이 증가하면, 상기 트랩전하의 양도 증가하고, 상기 각 광검출 다이오드로 인가된 상기 엑스레이의 양이 감소하면, 상기 트랩전하의 양도 감소한다.
일반적으로, 상기 트랩전하가 상기 트랩공간으로부터 외부로 방출되는 데에는 상당한 시간을 필요하기 때문에, 이전 프레임 때의 트랩전하 중 일부가 외부로 방출되지 않고 현재 프레임 때까지 상기 트랩공간 내에 남아 있을 수 있다. 그로 인해, 상기 현재 프레임 때의 트랩전하의 양은 상기 현재 프레임 때 인가되는 엑스레이의 광량에 대응되는 값보다 더 큰 값을 가질 수 있다.
결과적으로, 상기 이전 프레임 때의 트랩전하의 일부는 상기 현재 프레임 때 의 엑스레이의 광량에 대응되는 영상을 상기 표시장치로 표시할 때, 잔상으로 표시될 수 있다. 상기 잔상은 상기 표시장치가 상기 엑스레이의 광량에 대응되는 영상을 정확하게 표시하는 것을 방해할 수 있다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 광검출 다이오드를 이용하여 엑스레이를 보다 정확하게 검출할 수 있는 엑스레이 검출방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 엑스레이 검출방법을 수행하기 위한 엑스레이 검출장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 엑스레이 검출방법으로 엑스레이를 보다 정확하게 검출하기 위해, 우선 광검출 다이오드에 제1 리버스 바이어스(reverse bias)를 인가한다. 상기 제1 리버스 바이어스가 인가된 상태의 상기 광검출 다이오드로 엑스레이(X-ray)가 인가되어 형성된 광검출 전압을 이용하여, 상기 엑스레이의 광량에 대응되는 영상신호를 출력한다. 상기 영상신호를 출력한 후, 상기 광검출 다이오드에 포워드 바이어스(forward bias)를 인가한다.
상기 제1 리버스 바이어스를 인가하기 위해, 상기 광검출 다이오드의 N측 전극에 기준전압을 인가하고, 상기 광검출 다이오드의 P측 전극에 상기 기준전압보다 낮은 제1 전압을 인가할 수 있다.
상기 포워드 바이어스를 인가하기 위해, 상기 N측 전극에 상기 기준전압을 인가하고, 상기 P측 단자에 상기 기준전압보다 높은 제2 전압을 인가할 수 있다.
상기 엑스레이 검출방법으로 엑스레이를 보다 정확하게 검출하기 위해, 상기 포워드 바이어스를 인가한 후, 상기 제1 리버스 바이어스보다 더 큰 레벨의 제2 리버스 바이어스를 상기 광검출 다이오드에 더 인가할 수도 있다.
상기 제2 리버스 바이어스를 인가하기 위해, 상기 N측 전극에 상기 기준전압을 인가하고, 상기 P측 단자에 상기 제1 전압보다 낮은 제3 전압을 인가할 수 있다.
상기 광검출 전압을 이용하여 상기 영상신호를 출력하기 위해, 우선 데이터 배선에 걸려있는 제1 샘플전압을 검출한다. 상기 제1 샘플전압을 검출한 후, 상기 제1 샘플전압과 상기 광검출 전압의 합성전압인 제2 샘플전압을 검출한다. 이어서, 상기 제1 및 제2 샘플전압들을 이용하여 상기 영상신호를 출력한다. 선택적으로, 상기 제1 샘플전압을 인가받기 전에, 상기 데이터 배선에 걸려있는 전압을 기준전압으로 리셋(reset)시킬 수 있다.
상기 제2 샘플전압을 검출하기 위해, 박막 트랜지스터를 턴온(turn-on)시켜 상기 데이터 배선을 상기 광검출 다이오드의 P측 전극에 전기적으로 연결시킬 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출방법으로 엑스레이를 보다 정확하게 검출하기 위해, 우선 광검출 다이오드에 포워드 바이어스를 인가하고, 이어서 상기 광검출 다이오드에 제1 리버스 바이어스를 인가한다. 상기 리버스 바이어스가 인가된 상태의 상기 광검출 다이오드로 엑스레이가 인가되어 형성된 광검출 전압을 이용하여, 상기 엑스레이의 광량에 대응되는 영상신호를 출력한다. 상기 포워드 바이어스를 인가하고 난 후 상기 제1 리버스 바이어스를 인가하기 전에, 상기 제1 리버스 바이어스보다 더 큰 레벨의 제2 리버스 바이어스를 상기 광검출 다이오드에 더 인가할 수도 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 엑스레이 검출장치는 광검출 기판, 신호 출력부 및 바이어스 구동부를 포함한다.
상기 광검출 기판은 외부로부터 인가된 엑스레이에 의해 광검출 전압을 형성하는 광검출 다이오드를 포함한다. 상기 신호 출력부는 상기 광검출 전압에 대응하여 영상신호를 출력한다. 상기 바이어스 구동부는 바이어스 발생부 및 바이어스 선택부를 포함한다. 상기 바이어스 발생부는 상기 광검출 전압을 형성하기 위한 제1 리버스 바이어스 및 상기 광검출 다이오드 내에 트랩(trap)된 전하량을 포화시키기 위한 포워드 바이어스를 발생시킨다. 상기 바이어스 선택부는 상기 제1 리버스 바이어스 및 상기 포워드 바이어스 중 하나를 선택하여 상기 광검출 다이오드에 인가한다.
상기 광검출 기판은 게이트 배선, 데이터 배선, 바이어스 배선 및 박막 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 상기 게이트 배선은 제1 방향으로 형성된다. 상기 데이터 배선은 상기 제1 방향과 교차되는 제2 방향으로 형성되어, 상기 신호 출력부와 전기적으로 연결된다. 상기 바이어스 배선은 상기 광검출 다이오드의 P측 전극을 상기 바이어스 구동부와 전기적으로 연결시킨다. 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트 배선과 전기적으로 연결된 게이트 전극, 상기 데이터 배선과 전기적으로 연결된 소스 전극 및 상기 광검출 다이오드의 N측 전극과 전기적으로 연결된 드레인 전극을 갖는다.
상기 엑스레이 검출장치는 상기 게이트 배선과 전기적으로 연결되어, 상기 박막 트랜지스터를 턴온(turn-on) 및 턴오프(turn-off)시키는 게이트 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 N측 전극에는 기준전압이 형성될 수 있다. 상기 바이어스 구동부는 상기 바이어스 선택부에 의해 선택된 상기 제1 리버스 바이어스를 인가하기 위해 상기 기준전압보다 낮은 제1 전압을 상기 P측 전극에 인가할 수 있다. 또한, 상기 바이어스 구동부는 상기 바이어스 선택부에 의해 선택된 상기 포워드 바이어스를 인가하기 위해, 상기 기준전압보다 높은 제2 전압을 상기 P측 전극에 인가할 수 있다.
상기 바이어스 발생부는 상기 제1 리버스 바이어스보다 더 큰 레벨의 제2 리버스 바이어스를 더 발생시키고, 상기 바이어스 선택부는 상기 제2 리버스 바이어스를 더 선택하여 상기 광검출 다이오드에 인가시킨다. 상기 바이어스 구동부는 상기 바이어스 선택부에 의해 선택된 상기 제2 리버스 바이어스를 상기 광검출 다이오드에 더 인가하기 위해, 상기 제1 전압보다 낮은 제2 전압을 상기 P측 전극에 더 인가할 수도 있다.
상기 신호 출력부는 상기 박막 트랜지스터가 턴오프되었을 때 상기 데이터 배선으로부터 제1 샘플전압을 인가받을 수 있고, 상기 박막 트랜지스터가 턴온되었을 때 상기 데이터 배선으로부터 제2 샘플전압을 인가받을 수 있으며, 상기 제1 및 제2 샘플전압들을 이용하여 상기 영상신호를 출력할 수 있다.
상기 신호 출력부는 상기 제1 및 제2 샘플전압들을 인가받아 제1 및 제2 샘플신호를 출력하는 광검출 출력부, 및 상기 제1 및 제2 샘플신호들을 이용하여 상기 영상신호를 출력하는 영상신호 출력부를 포함할 수 있다.
상기 광검출 출력부는 연산 증폭기, 연산 커패시터 및 리셋소자를 포함할 수 있다. 상기 연산 증폭기는 제1 입력단으로 상기 제1 및 제2 샘플전압들을 인가받고, 제2 입력단으로 기준전압을 인가받으며, 출력단으로 상기 제1 및 제2 샘플신호들을 출력한다. 상기 연산 커패시터는 상기 제1 입력단 및 상기 출력단과 전기적으로 연결된다. 상기 리셋소자는 상기 연산 커패시터에 충전된 전압을 리셋시킨다.
이러한 본 발명에 따르면, 현재 프레임의 엑스레이를 인가받아 영상신호를 출력한 후, 상기 광검출 다이오드에 상기 포워드 바이어스를 인가함으로써, 상기 광검출 다이오드 내에 트랩되는 전하량을 포화시켜, 다음 프레임에 인가되는 엑스레이의 광량을 보다 정확하게 검출할 수 있다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 엑스레이 검출장치를 나타낸 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 엑스레이 검출장치는 광검출 기판(100), 바이어스 구동부(200), 게이트 구동부(300) 및 신호 처리부(400)를 포함한다.
상기 광검출 기판(100)은 외부로부터 엑스레이(X-Ray)를 인가받아 광검출 전압을 형성한다. 상기 광검출 기판(100)은 게이트 배선(GL)들, 데이터 배선(DL)들, 박막 트랜지스터(TFT)들, 광검출 다이오드(LD)들 및 바이어스 배선(BL)들을 포함한다.
상기 게이트 배선(GL)들은 제1 방향(D1)으로 형성된다. 상기 데이터 배선(DL)들은 상기 제1 방향(D1)과 교차하는 제2 방향(D2)으로 형성된다. 상기 제1 및 제2 방향들(D1, D2)은 서로 수직하게 직교할 수 있다. 도 1은, 일례로, 4개의 게이트 배선(GL)들 및 4개의 데이터 배선(DL)들을 도시하였다.
상기 박막 트랜지스터(TFT)들은 상기 제1 및 제2 방향들(D1, D2)을 따라 매트릭스 형태로 배치된다. 상기 박막 트랜지스터(TFT)들 각각은 상기 게이트 배선(GL)들 중 하나 및 상기 데이터 배선(DL)들 중 하나와 전기적으로 연결된다. 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 전극은 상기 게이트 배선(GL)과 전기적으로 연결되고, 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 소스 전극은 상기 데이터 배선(DL)과 전기적으로 연결된다. 도 1은, 일례로, 4행 4열로 배치된 16개의 박막 트랜지스터(TFT)들을 도시하였다.
상기 광검출 다이오드(LD)들은 상기 박막 트랜지스터(TFT)들과 일대일로 대응되게 상기 제1 및 제2 방향들(D1, D2)을 따라 매트릭스 형태로 배치된다. 상기 광검출 다이오드(LD)들 각각은 상기 박막 트랜지스터(TFT)들 중 하나와 전기적으로 연결된다. 상기 광검출 다이오드(LD)의 N측 전극은 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극과 전기적으로 연결된다. 도 1은, 일례로, 4행 4열로 배치된 16개의 광 검출 다이오드(LD)들을 도시하였다.
상기 광검출 다이오드(LD)들 각각은 상기 엑스레이를 외부로부터 인가받아, 광검출 전압을 형성한다. 상기 광검출 전압은 상기 엑스레이의 광량과 대응되는 전압을 가질 수 있다. 상기 광검출 전압은 상기 광검출 다이오드(LD)의 N측 전극에 형성될 수 있다.
상기 바이어스 배선(BL)들은 상기 광검출 다이오드(LD)들과 전기적으로 연결된다. 상기 바이어스 배선(BL)들 각각은 일 방향을 따라 배치된 광검출 다이오드(LD)들의 P측 전극들과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 바이어스 배선(BL)들은 상기 제2 방향(D2)과 실질적으로 평행하게 형성되어, 상기 광검출 다이오드(LD)들과 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 다르게, 상기 바이어스 배선(BL)들은 상기 제1 방향(D1)과 실질적으로 평행하게 형성되어, 상기 광검출 다이오드(LD)들과 전기적으로 연결될 수도 있다. 도 1은, 일례로, 상기 제2 방향을 따라 형성된 4개의 바이어스 배선(BL)들을 도시하였다.
상기 바이어스 구동부(200)는 상기 바이어스 배선(BL)들과 전기적으로 연결되어, 상기 바이어스 배선(BL)들로 구동전압을 인가한다. 상기 바이어스 구동부(200)는 상기 광검출 다이오드(LD)에 제1 리버스 바이어스(reverse bias) 및 포워드 바이어스(forward bias)를 선택적으로 인가할 수 있다. 또한, 상기 바이어스 구동부(200)는 상기 제1 리버스 바이어스 및 상기 포워드 바이어스뿐만 아니라 상기 광검출 다이오드(LD)에 상기 제1 리버스 바이어스보다 더 큰 레벨의 제2 리버스 바이어스를 더 인가할 수도 있다.
예를 들어, 상기 광검출 다이오드(LD)의 N측 전극에는 기준전압이 인가될 수 있다. 상기 바이어스 구동부(200)는 상기 광검출 다이오드(LD)에 상기 제1 리버스 바이어스를 인가하기 위해, 상기 광검출 다이오드(LD)의 P측 전극에 상기 기준전압보다 낮은 제1 전압을 인가할 수 있다. 또한, 상기 바이어스 구동부(200)는 상기 광검출 다이오드(LD)에 상기 포워드 바이어스를 인가하기 위해, 상기 광검출 다이오드(LD)의 P측 전극에 상기 기준전압보다 높은 제2 전압을 인가할 수 있다. 또한, 상기 바이어스 구동부(200)는 상기 광검출 다이오드(LD)에 상기 제2 리버스 바이어스를 인가하기 위해, 상기 광검출 다이오드(LD)의 P측 전극에 상기 제1 전압보다 낮은 제3 전압을 인가할 수 있다.
예를 들어, 상기 기준전압은 약 1V ~ 약 2V의 범위를 가질 수 있고, 상기 제1 전압은 약 -4V ~ 약 -3V의 범위를 가질 수 있고, 상기 제2 전압은 약 2.5V ~ 약 3.5V의 범위를 갖으며, 상기 제3 전압은 약 -9V ~ 약 -8V의 범위를 가질 수 있다. 바람직하게, 상기 기준전압은 약 1.5V일 수 있고, 상기 제1 전압은 약 -3.5V일 수 있고, 상기 제2 전압은 약 3V의 일 수 있으며, 상기 제3 전압은 약 -8.5V일 수 있다.
그로 인해, 상기 제1 리버스 바이어스는 약 4V ~ 약 6V의 범위를 가질 수 있고, 상기 포워드 바이어스는 약 1V ~ 약 2V의 범위를 가질 수 있으며, 상기 제2 리버스 바이어스는 약 9V ~ 약 11V의 범위를 가질 수 있다. 바람직하게, 상기 제1 리버스 바이어스는 약 5V일 수 있고, 상기 포워드 바이어스는 약 1.5V일 수 있으며, 상기 제2 리버스 바이어스는 약 10V일 수 있다.
상기 게이트 구동부(300)는 상기 게이트 배선(GL)들과 전기적으로 연결되어, 상기 게이트 배선(GL)들로 게이트 신호들을 인가한다. 상기 게이트 구동부(300)는 상기 게이트 배선(GL)들로 상기 제2 방향(D2)을 따라 상기 게이트 신호들을 순차적으로 인가한다. 예를 들어, 상기 게이트 신호들이 상기 게이트 배선(GL)들로 인가되면, 상기 게이트 신호들은 상기 박막 트랜지스터(TFT)들을 턴온(turn-on)시킬 수 있다. 반면, 상기 게이트 신호들이 상기 게이트 배선(GL)들로 인가되지 않으면, 상기 게이트 신호들은 상기 박막 트랜지스터(TFT)들을 턴오프(turn-off)시킬 수 있다.
상기 신호 처리부(400)는 상기 데이터 배선(DL)들과 전기적으로 연결되어, 상기 데이터 배선(DL)으로부터 샘플 입력전압을 인가받는다. 상기 샘플 입력전압은 제1 샘플전압 및 제2 샘플전압을 포함할 수 있다.
상기 신호 처리부(400)는 상기 박막 트랜지스터(TFT)가 턴오프되었을 때 상기 데이터 배선(DL)으로부터 제1 샘플전압을 인가받을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 샘플전압은 상기 데이터 배선(DL)에 걸려있는 노이즈 전압일 수 있다.
상기 신호 처리부(400)는 상기 박막 트랜지스터(TFT)가 턴온되었을 때 상기 데이터 배선(DL)으로부터 제2 샘플전압을 인가받을 수 있다. 즉, 상기 박막 트랜지스터(TFT)가 턴온되면, 상기 데이터 배선(DL)은 상기 광검출 다이오드의 N측 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 N측 전극에 형성된 상기 광검출 전압은 상기 박막 트랜지스터(TFT) 및 상기 데이터 배선(DL)을 경유하여, 상기 신호 처리부(400)로 전송될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 샘플전압은 상기 광검출 전압에 상기 노이즈 전압이 합성된 합성전압일 수 있다.
상기 신호 처리부(400)는 상기 제1 및 제2 샘프전압들을 이용하여 영상신호(VOUT)를 외부로 출력할 수 있다. 상기 영상신호(VOUT)는 상기 광검출 전압에 대응되는 아날로그 신호 또는 디지털 신호일 수 있다. 즉, 상기 신호 처리부(400)는 상기 제2 샘플전압에서 상기 제1 샘플전압을 제거하여, 상기 노이즈 전압이 제거된 상기 광검출 전압을 발생시킬 수 있고, 상기 광검출 전압에 응답하여 상기 영상신호(VOUT)를 출력할 수 있다.
예를 들어, 상기 신호 처리부(400)는 광검출 출력부(410) 및 영상신호 출력부(420)를 포함할 수 있다.
상기 광검출 출력부(410)는 상기 데이터 배선(DL)들과 전기적으로 연결된다. 상기 광검출 출력부(410)는 상기 데이터 배선(DL)들 각각으로부터 상기 제1 샘플전압 및 상기 제2 샘플전압을 인가받는다. 상기 광검출 출력부(410)는 상기 제1 및 제2 샘플전압들에 응답하여, 제1 및 제2 샘플신호들을 출력한다. 예를 들어, 상기 제1 샘플신호는 상기 제1 샘플전압에 대응되는 아날로그 신호일 수 있고, 상기 제2 샘플신호는 상기 제2 샘플전압에 대응되는 아날로그 신호일 수 있다.
상기 영상신호 출력부(420)는 상기 광검출 출력부(410)와 전기적으로 연결되어, 상기 제1 및 제2 샘플신호들을 출력받는다. 상기 영상신호 출력부(420)는 상기 제1 및 제2 샘플신호들에 응답하여, 상기 영상신호를 출력한다. 즉, 상기 영상신호 출력부(420)는 상기 제2 샘플신호에서 상기 제1 샘플신호를 제거하여, 상기 광검출 전압에 대응되는 상기 영상신호(VOUT)를 출력할 수 있다.
도 2는 도 1의 엑스레이 검출장치 중 광검출 기판의 단위화소를 도시한 평면도이이고, 도 3은 도 2의 단위화소를 I-I'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 광검출 기판(100)은 베이스 기판(110), 게이트 절연막(120), 패시베이션막(130) 및 유기 절연막(140)을 더 포함할 수 있다. 상기 박막 트랜지스터(TFT)들 각각은 게이트 전극(GE), 액티브 패턴(AP), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)을 포함할 수 있다. 상기 광검출 다이오드(LD)들 각각은 제1 전극(LD-a), 광도전층(LD-b) 및 제2 전극(LD-c)을 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판(110)은 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 베이스 기판(110)은 투명한 물질, 예를 들어, 유리, 석영 또는 합성수지로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 배선(GL)들은 상기 베이스 기판(110) 상에 상기 제1 방향(D1)을 따라 형성된다. 상기 게이트 배선(GL)들 각각은, 예를 들어, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 전극(GE)은 상기 게이트 배선(GL)으로부터 돌출되어, 상기 베이스 기판(110) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 게이트 전극(GE)은 상기 게이트 배선(GL)으로부터 실질적으로 상기 제2 방향(D2)과 평행하게 돌출될 수 있다. 상기 게이트 전극(GE)은 상기 게이트 배선(GL)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 절연막(120)은 상기 게이트 배선(GL)들을 덮도록 상기 베이스 기판(110) 상에 형성된다. 상기 게이트 절연막(120)은, 예를 들어, 질화 실리콘(SiNx) 및 산화 실리콘(SiOx) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 액티브 패턴(AP)은 상기 게이트 전극(GE)과 중첩되도록 상기 게이트 절연막(120) 상에 형성될 수 있다. 상기 액티브 패턴(AP)은, 예를 들어, 상기 게이트 절연막(120) 상에 형성된 채널층 및 상기 채널층 상에 형성된 오믹콘택층을 포함할 수 있다. 상기 채널층은 아몰퍼스 실리콘(a-Si)을 포함할 수 있고, 상기 오믹코택층은 고밀도 이온도핑 아몰퍼스 실리콘(n+ a-Si)을 포함할 수 있다.
상기 데이터 배선(DL)들은 상기 게이트 절연막(120) 상에 상기 제2 방향(D2)을 따라 형성된다. 상기 데이터 배선(DL)은, 예를 들어, 몰리브텐(Mo), 몰리브덴-텅스텐 합금(MoW), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti) 등을 포함할 수 있다. 상기 데이터 배선(DL)은 저항이 작은 도전층 및 다른 물질로 접촉성이 좋은 접촉층을 갖는 다층구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 데이터 배선(DL)은 알루미늄-크롬 합금(Al/Cr) 및 알루미늄-몰리브덴 합금(Al/Mo) 등을 포함할 수 있다.
상기 소스 전극(SE)은 상기 데이터 배선(DL)으로부터 돌출되어, 상기 게이트 절연막(120) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 소스 전극(SE)은 상기 데이터 배선(DL)으로부터 실질적으로 상기 제1 방향과 평행하게 돌출될 수 있다. 상기 소스 전극(GE)의 일부분은 상기 액티브 패턴(AP)과 중첩되도록 상기 액티브 패턴(AP) 상에 형성된다. 상기 드레인 전극(DE)은 상기 소스 전극(SE)과 이격되도록 상기 게이트 절연막(120) 상에 형성된다. 상기 드레인 전극(DE)의 일부분은 상기 액티브 패턴(AP)과 중첩되도록 상기 액티브 패턴(AP) 상에 형성된다. 상기 소스 전극(SE) 및 상기 드레인 전극(DE)은 상기 데이터 배선(DL)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 액티브 패턴(AP) 중 상기 오믹코택층은 상기 드레인 전극(DE) 및 상기 소스 전극(SE)과 접촉된다. 상기 오믹콘택층은 상기 드레인 전극(DE)의 하부 및 상기 소스 전극(SE)의 하부에만 형성될 수 있다.
상기 광검출 다이오드(LD) 중 상기 제1 전극(LD-a)은 상기 데이터 배선(DL)과 이격되어 상기 게이트 절연막(120) 상에 형성된다. 상기 제1 전극(LD-a)은 단위화소 내에 형성되어 상기 게이트 배선(GL)과 중첩되지 않을 수 있다. 상기 제1 전극(LD-a)은 상기 드레인 전극(DE)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 전극(LD-a)은 상기 드레인 전극(DE)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 광검출 다이오드(LD) 중 상기 광도전층(LD-b)은 상기 제1 전극(LD-a) 상에 형성된다. 상기 광도전층(LD-b)은 상기 제1 전극(LD-a)과 실질적으로 동일한 크기로 형성될 수 있다.
상기 광도전층(LD-b)은 N형 실리콘층 및 P형 실리콘층을 포함할 수 있고, 상기 N형 실리콘층 및 상기 P형 실리콘층 사이에 형성된 진성 실리콘층을 더 포함할 수 있다. 상기 N형 실리콘층은 상기 제1 전극(LD-a) 상에 형성된다. 상기 N형 실리콘층은 N형 불순물을 포함하는 아몰퍼스 실리콘층일 수 있다. 상기 진성 실리콘층은 상기 N형 실리콘층 상에 형성된다. 상기 진성 실리콘층은 불순물을 포함하지 않은 아몰퍼스 실리콘층일 수 있다. 상기 P형 실리콘층은 상기 진성 실리콘층 상에 형성된다. 상기 P형 실리콘층은 P형 불순물을 포함하는 아몰퍼스 실리콘층일 수 있다.
상기 광검출 다이오드(LD) 중 상기 제2 전극(LD-c)은 상기 광도전층(LD-b) 상에 형성된다. 즉, 상기 제2 전극(LD-c)은 상기 P형 실리콘층 상에 형성된다. 상기 제2 전극(LD-c)은 상기 엑스레이가 상기 광도전층(LD-b) 내로 인가될 수 있도록 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극(LD-c)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide) 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 전극(LD-a)은 상기 N측 전극에 해당하고, 상기 제2 전극(LD-c)은 상기 P측 전극에 해당한다.
상기 패시베이션막(130)은 상기 광검출 다이오드(LD)들, 상기 박막 트랜지스터(TFT)들 및 상기 데이터 배선(DL)들을 덮도록 상기 게이트 절연막(120) 상에 형성된다. 상기 패시베이션막(130)은, 예를 들어, 질화 실리콘(SiNx) 및 산화 실리콘(SiOx) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 유기 절연막(140)은 상기 패시베이션막(130) 상에 형성된다. 상기 유기 절연막(140)은, 예를 들어, 약 2um 이상의 두께를 가질 수 있다. 상기 유기 절연막(140)의 상면은 상기 베이스 기판(110)과 실질적으로 평행하게 형성될 수 있다.
상기 패시베이션막(130) 및 상기 유기 절연막(140)에는 상기 제2 전극(LD-c)의 일부를 노출시키는 콘택홀(CN)이 형성된다.
상기 바이어스 배선(BL)들은 상기 유기 절연막(140) 상에 형성된다. 예를 들어, 상기 바이어스 배선(BL)들은 상기 제2 방향(D2)과 실질적으로 평행하게 형성될 수 있다. 상기 바이어스 배선(BL)들 각각은 상기 콘택홀(CN)을 통해 상기 제2 전극(LD-c)과 전기적으로 접촉된다.
본 실시예에서, 상기 패시베이션막(130) 및 상기 유기 절연막(140) 중 어느 하나만 형성될 수 있다. 즉, 상기 패시베이션막(130)만 형성될 수 있고, 상기 유기 절연막(140)만 형성될 수 있다.
도 4는 도 1의 엑스레이 검출장치를 단순화하여 나타낸 평면도이다.
도 1 및 도 4를 참조하여 상기 엑스레이 검출장치의 구성요소들 간의 전기적인 연결관계를 자세하게 설명하겠다.
상기 바이어스 구동부(200)는 상기 바이어스 배선(BL)을 통해 상기 광검출 다이오드(LD)의 P측 전극과 전기적으로 연결된다. 상기 바이어스 구동부(200)는 상기 제1 전압, 상기 제2 전압 및 상기 제3 전압을 선택적으로 상기 P측 전극으로 인가할 수 있다.
상기 광검출 다이오드(LD)의 N측 전극은 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극과 전기적으로 연결된다. 상기 N측 전극에는 상기 기준전압(Vref)이 인가될 수 있다.
상기 게이트 구동부(300)는 상기 게이트 배선(GL)을 통해 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 전극과 전기적으로 연결된다. 상기 게이트 구동부(300)는 상기 게이트 전극으로 상기 게이트 신호를 인가할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터(TFT)의 소스 전극은 상기 데이터 배선(DL)을 통해 상기 광검출 출력부(410)와 전기적으로 연결된다. 상기 광검출 출력부(410)는 상기 데이터 배선(DL)으로부터 상기 제1 및 제2 샘플전압들을 포함하는 상기 샘플 입력전압(SMI)을 인가받을 수 있다. 상기 광검출 출력부(410)는 상기 샘플 입력전압(SMI)에 응답하여, 샘플 출력신호(SMO)를 출력할 수 있다. 상기 샘플 출력신 호(SMO)는 상기 제1 샘플전압에 대응되는 상기 제1 샘플신호 및 상기 제2 샘플전압에 대응되는 상기 제2 샘플신호를 포함할 수 있다.
상기 광검출 출력부(410)는 연산 증폭기(OP), 연산 커패시터(CP) 및 리셋소자(RT)를 포함할 수 있다.
상기 연산 증폭기(OP)는 제1 입력단으로 상기 샘플 입력전압(SMI)을 인가받고, 제2 입력단으로 상기 기준전압(Vref)을 인가받으며, 출력단으로 상기 샘플 출력신호(SMO)를 출력한다. 상기 제1 입력단은 상기 연상 증폭기(OP)의 마이너스 단자일 수 있고, 상기 제2 입력단은 상기 연상 증폭기(OP)의 플러스 단자일 수 있다. 상기 제2 입력단으로 인가된 상기 기준전압(Vref)은 상기 제1 입력단을 통해 상기 광검출 다이오드(LD)의 N측 전극으로 인가될 수 있다.
상기 연산 커패시터(OP)는 상기 제1 입력단 및 상기 출력단과 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 연산 커패시터(OP)의 일단은 상기 연산 증폭기(OP)의 상기 제1 입력단과 전기적으로 연결되고, 상기 연산 커패시터(OP)의 타단은 상기 연산 증폭기(OP)의 상기 출력단과 전기적으로 연결된다.
상기 리셋소자(RT)는 상기 연산 커패시터(OP)에 충전된 전압을 리셋시킨다. 상기 리셋소자(RT)의 일단은 상기 연산 커패시터(OP)의 일단과 전기적으로 연결되고, 상기 리셋소자(RT)의 타단은 상기 연산 커패시터(OP)의 타단과 전기적으로 연결된다.
상기 리셋소자(RT)는 상기 연산 커패시터(OP)의 양단을 전기적으로 연결시킬 수 있는 스위치를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 상기 스위치가 닫히면, 상기 연 산 커패시터(OP)의 양단은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 그로 인해, 상기 연산 커패시터(OP)의 양단에 충전된 전압을 리셋시킬 수 있다. 상기 연산 커패시터(OP)의 양단에 충전된 전압이 리셋되면, 상기 데이터 배선(DL)에는 상기 기준전압(Vref)이 형성될 수 있다.
상기 연산 증폭기(OP)의 출력단은 상기 영상신호 출력부(420)와 전기적으로 연결되고, 상기 영상신호 출력부(420)로 상기 샘플 출력신호(SMO)를 출력한다. 상기 영상신호 출력부(420)는 상기 샘플 출력신호(SMO)에 응답하여 상기 영상신호(VOUT)를 출력한다.
도 5는 도 4의 엑스레이 검출장치 중 바이어스 구동부를 확대해서 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 상기 바이어스 구동부(200)는 상기 제1 리버스 바이어스, 상기 포워드 바이어스 및 상기 제2 리버스 바이어스를 발생시키기 위한 바이어스 발생부(210), 및 상기 제1 리버스 바이어스, 상기 포워드 바이어스 및 상기 제2 리버스 바이어스 중 어느 하나를 선택하여 상기 광검출 다이오드(LD)에 인가시키는 바이어스 선택부(220)를 포함할 수 있다.
상기 바이어스 발생부(210)는 상기 제1 리버스 바이어스를 발생시키기 위한 제1 전압(V1), 상기 포워드 바이어스를 발생시키기 위한 제2 전압(V2) 및 상기 제2 리버스 바이어스를 발생시키기 위한 제3 전압(V3)을 출력할 수 있다.
상기 바이어스 선택부(220)는 상기 바이어스 발생부(210)로부터 상기 제1, 제2 및 제3 전압들(V1, V2, V3)을 인가 받는다. 상기 바이어스 선택부(220)는 상기 제1, 제2 및 제3 전압들(V1, V2, V3) 중 어느 하나(VSEL)를 선택하여 상기 광검출 다이오드(LD)의 P측 전극에 인가할 수 있다.
한편, 상기 광검출 다이오드(LD)의 P측 전극에는 상기 기준전압이 인가된 상태이다. 또한, 상기 제1 전압(V1)은 상기 기준전압보다 낮은 전압이고, 상기 제2 전압(V2)은 상기 기준전압보다 높은 전압이며, 상기 제3 전압(V3)은 상기 P측 단자에 상기 제1 전압보다 낮은 전압이다.
도 6은 도 1의 엑스레이 검출장치가 한 프레임 동안 구동되는 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 1, 도 4 및 도 6을 참조하여, 상기 엑스레이 검출장치가 구동되는 과정을 설명하겠다.
상기 엑스레이 검출장치가 구동되는 한 프레임 동안의 과정은 엑스레이 입력구간, 신호 출력구간 및 프레임 여유구간으로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 프레임 여유구간은 상기 신호 출력구간 후 다음 프레임이 시작되기 전까지의 구간을 의미한다.
상기 엑스레이 입력구간 동안에는 상기 엑스레이 검출장치가 외부로부터 상기 엑스레이를 인가받고, 상기 광검출 전압을 형성한다. 상기 엑스레이 입력구간은 바이어스 인가구간 및 엑스레이 인가구간으로 구분될 수 있다.
상기 바이어스 인가구간 동안에는 상기 제1 리버스 바이어스가 상기 광검출 다이오드(LD)에 인가된다. 즉, 상기 광검출 다이오드(LD)의 N측 전극에는 상기 기준전압(Vref)이 인가되고, 상기 광검출 다이오드(LD)의 P측 전극에는 상기 기준전 압보다 낮은 상기 제1 전압이 인가된다.
예를 들어, 상기 연산 증폭기(OP)의 제2 입력단으로 인가된 상기 기준전압(Vref)이 상기 데이터 배선(DL) 및 상기 박막 트랜지스터(TFT)를 통해 상기 N측 전극으로 전송될 수 있다. 상기 바이어스 구동부(200)는 상기 바이어스 배선(BL)을 통해 상기 P측 전극으로 상기 제1 전압을 인가할 수 있다.
상기 엑스레이 인가구간 동안에는 상기 엑스레이가 상기 제1 리버스 바이어스가 인가된 상기 광검출 다이오드(LD)로 인가된다. 예를 들어, 상기 엑스레이가 상기 광검출 다이오드(LD)로 인가되면, 상기 광검출 다이오드(LD) 내부에서는 전자 및 전공이 형성될 수 있다. 즉, 상기 광검출 다이오드(LD)의 내부에서는 상기 엑스레이에 의해 전하가 형성될 수 있다.
상기 엑스레이에 의해 발생된 전하는 상기 N측 전극 또는 상기 P측 전극으로 이동되거나, 상기 광검출 다이오드(LD)의 트랩공간 내에 트랩(trap)될 수 있다. 그 결과, 상기 광검출 다이오드(LD) 내에서 상기 광검출 전압이 발생될 수 있다. 상기 P측 전극은 상기 제1 전압으로 고정되어 있으므로, 상기 N측 전극에 상기 광검출 전압이 발생될 수 있다.
상기 N측 전극에 형성된 상기 광검출 전압은 상기 광검출 다이오드(LD)로 인가된 상기 엑스레이의 광량과 대응된다. 즉, 상기 엑스레이의 광량이 증가하면 상기 광검출 전압도 증가하고, 반면 상기 엑스레이의 광량이 감소하면 상기 광검출 전압도 감소한다. 상기 광검출 전압은 매트릭스 형태로 배치된 상기 광검출 다이오드(LD)들 마다 서로 동일할 수도 있고, 서로 상이할 수도 있다.
한편, 상기 광검출 다이오드(LD)들의 트랩공간들은 실질적으로 서로 동일한 수용능력을 가질 수 있다. 즉, 상기 광검출 다이오드(LD)들의 트랩공간들은 실질적으로 서로 동일한 전하의 최대량을 수용할 수 있다.
상기 엑스레이 입력구간이 수행된 후, 상기 영상신호(VOUT)를 출력하는 상기 신호 출력구간이 수행된다. 상기 신호 출력구간은 복수의 단위 출력구간들로 구성될 수 있다. 상기 단위 출력구간들은 상기 제2 방향을 따라 순차적으로 발생되는 상기 게이트 신호들과 일대일로 대응될 수 있다.
예를 들어, 상기 박막 트랜지스터(TFT)들 및 상기 광검출 다이오드(LD)들은 4행 4열로 배치되어 있으므로, 상기 신호 출력구간은 4개의 단위 출력구간들로 구성될 수 있다. 즉, 첫 번째 게이트 신호에 대응하여 제1 단위 출력구간이 수행되고, 두 번째 게이트 신호에 대응하여 제2 단위 출력구간이 수행되고, 세 번째 게이트 신호에 대응하여 제3 단위 출력구간이 수행되며, 네 번째 게이트 신호에 대응하여 제4 단위 출력구간이 수행된다.
도 7은 도 6의 엑스레이 검출장치의 구동순서 중 신호출력구간의 일부를 나타낸 파형도이다.
도 1, 도 4 및 도 7을 참조하여 상기 4개의 단위 출력구간들을 설명하겠다. 상기 단위 출력구간들은 서로 동일한 과정을 반복하므로, 상기 제1 단위 출력구간만을, 예를 들어, 설명하겠다.
우선, 리셋신호(RST)를 상기 리셋소자(RT)로 인가하여, 상기 연산 커패시터(CP)의 양단의 전압을 상기 기준전압(Vref)으로 리셋시킨다. 그 결과, 상기 연산 커패시터(CP)의 양단에 충전된 이전 프레임의 전압이 제거될 수 있다.
상기 리셋신호(RST)를 인가한 후, 샘플링 제어신호(SMP)를 상기 광검출 출력부(410)로 인가한다. 상기 샘플링 제어신호(SMP)가 상기 광검출 출력부(410)로 인가되면, 상기 광검출 출력부(410)는 상기 데이터 배선(DL)으로부터 상기 데이터 배선(410) 내에 형성된 전압을 인가받는다.
상기 샘플링 제어신호(SMP)가 인가되는 도중에 상기 제1 게이트 신호(GS1)가 상기 박막 트랜지스터(TFT)에 인가된다. 상기 제1 게이트 신호(GS1)는 상기 박막 트랜지스터(TFT)를 턴온시켜, 상기 광검출 다이오드(LD)의 N측 전극을 상기 데이터 배선(DL)과 전기적으로 연결시킨다. 그 결과, 상기 N측 전극에 형성된 상기 광검출 전압은 상기 데이터 배선(DL)을 통해 상기 광검출 출력부(410)로 전송된다.
결과적으로, 상기 광검출 출력부(410)는 상기 박막 트랜지스터(TFT)가 턴오프되었을 때 상기 데이터 배선(DL)으로부터 상기 제1 샘플전압을 인가받고, 상기 박막 트랜지스터(TFT)가 턴온되었을 때 상기 데이터 배선(DL)으로부터 상기 제2 샘플전압을 인가받는다. 예를 들어, 상기 제1 샘플전압은 상기 데이터 배선(DL)에 걸려있는 상기 노이즈 전압일 수 있고, 상기 제2 샘플전압은 상기 광검출 전압에 상기 노이즈 전압이 합성된 합성전압일 수 있다.
상기 광검출 출력부(410)는 상기 제1 샘플전압을 인가받아 상기 제1 샘플신호(SM1)를 출력하고, 상기 제2 샘플전압을 인가받아 상기 제2 샘플신호(SM2)를 출력한다.
상기 영상신호 출력부(420)는 상기 제1 및 제2 샘플신호(SM1, SM2)들을 인가 받아, 상기 제1 및 제2 샘플신호들(SM1, SM2)의 차이값에 대응되는 상기 영상신호(VOUT)를 출력한다.
상기 제1 게이트 신호(GS1)에 대응되는 상기 제1 단위 출력구간이 수행된 후, 상기 제1 단위 출력구간과 동일한 과정을 갖는 상기 제2 내지 제4 출력구간들이 순차적으로 수행된다.
다시 도 1, 도 4 및 도 6을 참조하면, 상기 신호 출력구간이 수행된 후, 상기 프레임 여유구간이 수행된다. 상기 프레임 여유구간은 포워드 바이어스 구간 및 리버스 바이어스 구간을 포함할 수 있다.
상기 포워드 바이어스 구간 동안에는 상기 광검출 다이오드(LD)에 상기 포워드 바이어스가 인가된다. 예를 들어, 상기 광검출 다이오드(LD)의 N측 전극에는 상기 기준전압(Vref)이 인가되고, 상기 바이어스 구동부(200)가 상기 광검출 다이오드(LD)의 P측 전극으로 상기 기준전압(Vref)보다 높은 제2 전압을 인가할 수 있다.
상기 광검출 다이오드(LD)에 상기 포워드 바이어스가 인가될 경우, 상기 광검출 다이오드(LD)의 트랩공간은 상기 전하를 수용할 수 있는 최대치까지 채워질 수 있다. 그로 인해, 상기 광검출 다이오드(LD)들 모두는 동일한 트랩전하의 양을 가질 수 있다.
상기 트랩공간 내의 상기 트랩전하는 상기 광검출 다이오드(LD)들 모두 동일한 속도로 서서히 외부로 방출된다. 그로 인해, 상기 광검출 다이오드(LD)들 모두는 다음 프레임 때 다른 엑스레이를 인가받는 시점에도 동일한 트랩전하의 양을 가질 수 있다.
상기 광검출 다이오드(LD)들 모두가 상기 다음 프레임 때에 동일한 상기 트랩전하의 양을 가질 경우, 상기 현재 프레임 때 상기 광검출 다이오드(LD) 내에 형성된 상기 광검출 전압들이 상기 다음 프레임 때 발생될 광검출 전압들에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 현재 프레임 때 표시되는 영상이 상기 다음 프레임 때 잔상으로 표시되는 것을 방지할 수 있다.
상기 포워드 바이어스 구간이 수행된 후, 상기 리버스 바이어스 구간이 수행될 수 있다.
상기 리버스 바이어스 구간 동안에는 상기 광검출 다이오드(LD)에 상기 제2 리버스 바이어스가 인가된다. 예를 들어, 상기 광검출 다이오드(LD)의 N측 전극에는 상기 기준전압(Vref)이 형성되어 있고, 상기 바이어스 구동부(200)가 상기 광검출 다이오드(LD)의 P측 전극으로 상기 제1 전압보다 낮은 제3 전압을 인가할 수 있다.
일반적으로, 상기 다음 프레임 때 상기 다른 엑스레이가 인가될 시점에 상기 트랩공간 내의 트랩전하의 대부분이 외부로 방출되는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 트랩공간 내의 트랩전하는 서서히 외부로 방출되므로, 상기 트랩전하의 대부분이 외부로 방출되는 시간은 상대적으로 길다.
본 실시예에서, 상기 포워드 바이어스 구간이 수행된 후 상기 리버스 바이어스 구간이 수행될 경우, 상기 트랩공간 내의 트랩전하가 보다 빠른 속도로 방출될 수 있다. 즉, 상기 트랩전하의 대부분이 외부로 방출되는 시간이 보다 단축될 수 있다.
한편, 본 실시예에서, 상기 엑스레이 검출장치가 구동되는 한 프레임 동안의 과정은 상기 프레임 여유구간, 상기 엑스레이 입력구간 및 상기 신호 출력구간 순으로 구성될 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 제1 리버스 바이어스가 인가된 광검출 다이오드들로 엑스레이가 인가된 후, 포워드 바이어스가 상기 광검출 다이오드들 모두에 동일하게 인가됨에 따라, 상기 현재 프레임 때 표시되는 영상이 상기 다음 프레임 때 잔상으로 표시되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 포워드 바이어스가 상기 광검출 다이오드들에 인가된 후, 상기 제1 리버스 바이어스보다 더 큰 레벨의 제2 리버스 바이어스가 상기 광검출 다이오드들에 인가됨에 따라, 상기 광검출 다이오드 내의 트랩전하의 대부분이 외부로 방출되는 시간이 보다 단축될 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 엑스레이 검출장치를 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 엑스레이 검출장치 중 광검출 기판의 단위화소를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 단위화소를 I-I'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 도 1의 엑스레이 검출장치를 단순화하여 나타낸 회로도이다.
도 5는 도 4의 엑스레이 검출장치 중 바이어스 구동부를 확대해서 도시한 블럭도이다.
도 6은 도 1의 엑스레이 검출장치가 한 프레임 동안 구동되는 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6의 엑스레이 검출장치의 구동순서 중 신호출력구간의 일부를 나타낸 파형도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 광검출 기판 GL : 게이트 배선
DL : 데이터 배선 TFT : 박막 트랜지스터
LD : 광검출 다이오드 BL : 바이어스 배선
200 : 바이어스 구동부 300 : 게이트 구동부
400 : 신호 출력부 410 : 광검출 출력부
OP : 연산 증폭기 CP : 연산 커패시터
RT : 리셋소자 420 : 영상신호 출력부

Claims (20)

  1. 광검출 다이오드에 제1 리버스 바이어스(reverse bias)를 인가하는 단계;
    상기 광검출 다이오드로 엑스레이(X-ray)가 인가되어 형성된 광검출 전압을 이용하여, 상기 엑스레이의 광량에 대응되는 영상신호를 출력하는 단계; 및
    상기 광검출 다이오드에 포워드 바이어스(forward bias)를 인가하는 단계를 포함하는 엑스레이 검출방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 리버스 바이어스를 인가하는 단계는
    상기 광검출 다이오드의 N측 전극에는 기준전압을 인가하고, 상기 광검출 다이오드의 P측 전극에는 상기 기준전압보다 낮은 제1 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 포워드 바이어스를 인가하는 단계는
    상기 N측 전극에는 상기 기준전압을 인가하고, 상기 P측 단자에는 상기 기준전압보다 높은 제2 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기준전압은 1V ~ 2V의 범위를 갖고, 상기 제1 전압은 -4V ~ -3V의 범위를 갖으며, 상기 제2 전압은 2.5V ~ 3.5V의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 포워드 바이어스를 인가한 후, 상기 제1 리버스 바이어스보다 더 큰 레벨의 제2 리버스 바이어스를 상기 광검출 다이오드에 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 리버스 바이어스를 인가하는 단계는
    상기 N측 전극에는 상기 기준전압을 인가하고, 상기 P측 단자에 상기 제1 전압보다 낮은 제3 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기준전압은 1V ~ 2V의 범위를 갖고, 상기 제1 전압은 -4V ~ -3V의 범위를 갖고, 상기 제2 전압은 2.5V ~ 3.5V의 범위를 갖으며, 상기 제3 전압은 -9V ~ -8V의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 영상신호를 출력하는 단계는
    데이터 배선에 걸려있는 제1 샘플전압을 검출하는 단계;
    상기 제1 샘플전압과 상기 광검출 전압의 합성신호인 제2 샘플전압을 검출하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 샘플전압들을 이용하여 상기 영상신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 샘플전압을 검출하는 단계에서는
    박막 트랜지스터를 턴온(turn-on)시켜, 상기 데이터 배선을 상기 광검출 다이오드의 P측 전극에 전기적으로 연결시키는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 샘플전압을 인가받기 전에, 상기 데이터 배선에 걸려있는 전압을 기준전압으로 리셋시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출방법.
  11. 광검출 다이오드에 포워드 바이어스를 인가하는 단계;
    상기 광검출 다이오드에 제1 리버스 바이어스를 인가하는 단계; 및
    상기 광검출 다이오드로 엑스레이가 인가되어 형성된 광검출 전압을 이용하여, 상기 엑스레이의 광량에 대응되는 영상신호를 출력하는 단계를 포함하는 엑스레이 검출방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 포워드 바이어스를 인가하고 난 후 상기 제1 리버스 바이어스를 인가하기 전에, 상기 제1 리버스 바이어스보다 더 큰 레벨의 제2 리버스 바이어스를 상기 광검출 다이오드에 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출방법.
  13. 외부로부터 인가된 엑스레이에 의해 광검출 전압을 형성하는 광검출 다이오드를 포함하는 광검출 기판;
    상기 광검출 전압에 대응하여 영상신호를 출력하는 신호 출력부; 및
    상기 광검출 전압을 형성하기 위한 제1 리버스 바이어스 및 상기 광검출 다이오드 내에 트랩(trap)된 전하량을 포화시키기 위한 포워드 바이어스를 발생시키는 바이어스 발생부와, 상기 제1 리버스 바이어스 및 상기 포워드 바이어스 중 하나를 선택하여 상기 광검출 다이오드에 인가시키는 바이어스 선택부를 구비하는 바이어스 구동부를 포함하는 엑스레이 검출장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 광검출 기판은
    제1 방향으로 형성된 게이트 배선;
    상기 제1 방향과 교차되는 제2 방향으로 형성되어, 상기 신호 출력부와 전기적으로 연결된 데이터 배선;
    상기 광검출 다이오드의 P측 전극을 상기 바이어스 구동부와 전기적으로 연결시키는 바이어스 배선; 및
    상기 게이트 배선과 전기적으로 연결된 게이트 전극, 상기 데이터 배선과 전기적으로 연결된 소스 전극 및 상기 광검출 다이오드의 N측 전극과 전기적으로 연결된 드레인 전극을 갖는 박막 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 게이트 배선과 전기적으로 연결되어, 상기 박막 트랜지스터를 턴온(turn-on) 및 턴오프(turn-off)시키는 게이트 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 N측 전극에는 기준전압이 형성되고,
    상기 바이어스 구동부는
    상기 바이어스 선택부에 의해 선택된 상기 제1 리버스 바이어스를 상기 광검출 다이오드에 인가하기 위해, 상기 기준전압보다 낮은 제1 전압을 상기 P측 전극에 인가하고,
    상기 바이어스 선택부에 의해 선택된 상기 포워드 바이어스를 상기 광검출 다이오드에 인가하기 위해, 상기 기준전압보다 높은 제2 전압을 상기 P측 전극에 인가하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 바이어스 발생부는 상기 제1 리버스 바이어스보다 더 큰 레벨의 제2 리버스 바이어스를 더 발생시키고,
    상기 바이어스 선택부는 상기 제2 리버스 바이어스를 더 선택하여 상기 광검출 다이오드에 인가시키며,
    상기 바이어스 구동부는 상기 바이어스 선택부에 의해 선택된 상기 제2 리버스 바이어스를 상기 광검출 다이오드에 더 인가하기 위해, 상기 제1 전압보다 낮은 제2 전압을 상기 P측 전극에 인가하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출장치.
  18. 제14항에 있어서, 상기 신호 출력부는
    상기 박막 트랜지스터가 턴오프되었을 때, 상기 데이터 배선으로부터 제1 샘플전압을 인가받고, 상기 박막 트랜지스터가 턴온되었을 때, 상기 데이터 배선으로부터 제2 샘플전압을 인가받으며,
    상기 제1 및 제2 샘플전압들을 이용하여 상기 영상신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 신호 출력부는
    상기 제1 및 제2 샘플전압들을 인가받아 제1 및 제2 샘플신호들을 출력하는 광검출 출력부; 및
    상기 제1 및 제2 샘플신호들을 이용하여 상기 영상신호를 출력하는 영상신호 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 광검출 출력부는
    제1 입력단으로 상기 제1 및 제2 샘플전압들을 인가받고, 제2 입력단으로 기준전압을 인가받으며, 출력단으로 상기 제1 및 제2 샘플신호들을 출력하는 연산 증폭기;
    상기 제1 입력단 및 상기 출력단과 전기적으로 연결된 연산 커패시터; 및
    상기 연산 커패시터에 충전된 전압을 리셋시키기 위한 리셋소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출장치.
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