KR20090044443A - 엑스레이 검출 패널, 엑스레이 검출기 및 엑스레이검출기의 구동 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 검출기는 엑스레이 검출 패널의 검출 단위 영역내 박막 트랜지스터에 2개의 광센서를 연결하고, 움직이는 물체를 검출하는 경우에는 하나의 광센서만을 동작시키고, 정지된 물체를 검출하는 경우에는 2개의 광센서를 모두 동작시킨다.
그 결과 움직이는 물체에 대해서도 엑스레이를 노출시켜 검출할 수 있고, 작은 영역으로 축소하여 엑스레이를 검출한 후 이미지를 확대할 필요도 없으며, 필름등의 추가 비용없이 반 영구적으로 사용할 수 있다.
엑스레이, 신틸레이터, PIN 다이오드
Description
본 발명은 엑스레이 검출 패널, 엑스레이 검출기 및 엑스레이 검출기의 구동 방법에 관한 것이다.
근래 들어 고부가가치 산업으로 크게 주목 받고 있는 의로 산업용 방사선 투과 사진 장치가 각광을 받고 있다.
기존에는 별도의 필름을 이용하여 엑스레이를 검출하는 방식을 사용하였다. 이 경우에는 움직이지 않는 피사체에 엑스레이를 노출시키는 경우에만 사용이 가능하며, 매번 엑스레이를 검출할 때마다 새로운 필름을 사용하여야 했다. 그 결과 매번 비용이 소요된다는 단점이 있다.
한편, CCD나 CMOS를 이용하여 엑스레이를 검출하는 방식도 있으나, CCD나 CMOS로 제작된 검출기는 그 크기가 작아 실제 크기를 축소시켜 검출한 후 이미지를 확대하여야 한다는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 움직이는 물체에 대해서도 엑스레이를 노출시켜 검출할 수 있고, 추후 이미지를 확대할 필요도 없으며, 별도의 추가 비용없이 반 영구적으로 사용할 수 있는 엑스레이 검출 패널, 엑스레이 검출기 및 엑스레이 검출기의 구동 방법을 제공하고자 한다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 엑스레이 검출 패널의 검출 단위 영역내의 박막 트랜지스터에 2개의 광센서(본 실시예에서는 PIN 다이오드를 이용)를 연결하고, 움직이는 물체를 검출하는 경우에는 하나의 광센서만을 동작시키고, 정지된 물체를 검출하는 경우에는 2개의 광센서를 모두 동작시킨다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 검출 패널은 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터에 연결된 제1 및 제2 광센서, 외부로부터 입사된 엑스레이를 가시광선으로 바꿔주는 신틸레이터를 포함한다.
상기 광센서는 PIN 다이오드일 수 있다.
상기 박막 트랜지스터는 게이트선 및 데이터선에 연결되어 있을 수 있다.
상기 2개의 광센서는 각각 제1 및 제2 바이어스 선에 연결되어 있을 수 있다.
상기 게이트선은 제1 방향으로 뻗어 있으며, 상기 데이터선, 상기 제1 및 제2 바이어스 선은 제2 방향으로 뻗어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 검출 패널은 기판, 상기 기판위에 형성되어 있으며, 게이트 전극을 포함하는 게이트선, 상기 게이트선을 덮는 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있으며, 상기 게이트 전극의 상측에 형성되어 있는 반도체, 상기 게이트선과 교차하며, 상기 반도체의 일부분을 덮는 소스 전극을 포함하는 데이터선, 상기 소스 전극에 대향하는 드레인 전극을 포함하며, 상기 드레인 전극으로부터 연장되어 있는 하부 전극, 상기 하부 전극 위에 형성되어 있는 다이오드용 반도체, 상기 다이오드용 반도체 위에 형성되어 있으며, 투명한 도전 물질로 형성되어 있고, 전기적으로 분리되어 있는 제1 및 제2 상부 전극, 상기 상부 전극을 덮으며, 상기 제1 및 제2 상부 전극을 각각 노출하는 제1 및 제2 접촉 구멍을 가지는 보호막, 상기 제1 및 제2 접촉 구멍을 통하여 상기 제1 및 제2 상부 전극과 각각 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 바이어스 선 및 외부로부터 입사된 엑스레이를 가시광선으로 바꿔주는 신틸레이터를 포함한다.
상기 제1 또는 제2 바이어스 선은 상기 게이트 전극 상측에 형성된 반도체층을 가리도록 위치되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 검출기는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터에 연결된 제1 및 제2 광센서 및 외부로부터 입사된 엑스레이를 가시광선으로 바꿔주는 신틸레이터를 포함하는 검출 단위 영역, 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 게이트선 및 데이터선, 상기 제1 및 제2 광센서와 각가 연결되어 있는 제1 및 제2 바이어스 선, 상기 게이트선과 연결되어 있는 게이트 구동부, 상기 데이터선과 연결되어 있는 수신 신호 검출부 및 상기 제1 및 제2 바이어스 선과 연결 되어 있는 바이어스 전원 공급부를 포함한다.
상기 수신 신호 검출부는 OP 앰프, 상기 OP 앰프에 연결되어 있는 커패시터, 시프트 레지스터 및 AD 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 바이어스 전원 공급부는 상기 제1 바이어스 선과 상기 제2 바이어스 선에 인가하는 바이어스 전압을 공급 및 차단할 수 있는 수단을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 검출기의 구동 방법은 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터에 연결된 제1 및 제2 광센서 및 외부로부터 입사된 엑스레이를 가시광선으로 바꿔주는 신틸레이터를 포함하는 검출 단위 영역, 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 게이트선 및 데이터선, 상기 제1 및 제2 광센서와 각가 연결되어 있는 제1 및 제2 바이어스 선, 상기 게이트선과 연결되어 있는 게이트 구동부, 상기 데이터선과 연결되어 있는 수신 신호 검출부 및 상기 제1 및 제2 바이어스 선과 연결되어 있는 바이어스 전원 공급부를 포함하는 엑스레이 검출기에서, 상기 바이어스 전원 공급부에서 정지된 물체를 대상으로 검출하는 경우에는 상기 제1 및 제2 바이어스 선에 바이어스 전압을 인가하고, 움직이는 물체를 대상으로 검출하는 경우에는 상기 제1 또는 제2 바이어스 선 중 하나에 바이어스 전압을 인가하는 단계, 상기 게이트 구동부에서 게이트선 중 하나에 게이트 온 전압을 인가하는 단계, 상기 제1 및 제2 광센서에서 검출된 신호를 상기 수신 신호 검출부에서 수신하는 단계를 포함한다.
상기 수신 신호 검출부는 OP 앰프, 상기 OP 앰프에 연결되어 있는 커패시터, 시프트 레지스터 및 AD 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 수신 신호 검출부에서 상기 검출된 신호를 검출하는 단계는 상기 커패시터에서 상기 제1 및 제2 광센서에서 검출된 신호를 저장하는 단계, 다음 게이트선에 게이트온 전압이 인가되면 상기 커패시터에 저장된 신호는 상기 시프트 레지스터로 이동하는 단계, 및 그 후 다른 게이트선에 게이트온 전압이 인가되면 상기 시프트 레지스터에 인가된 신호는 상기 AD 컨버터로 전달되어 디지털 신호로 컨버팅하는 단계를 포함할 수 있다.
인접하는 상기 검출 단위 영역을 하나로 묶어서 엑스레이를 검출할 수 있다.
엑스레이 검출기는 엑스레이 검출 패널의 검출 단위 영역내 박막 트랜지스터에 2개의 광센서를 연결하고, 움직이는 물체를 검출하는 경우에는 하나의 광센서만을 동작시키고, 정지된 물체를 검출하는 경우에는 2개의 광센서를 모두 동작시킨다.
그 결과 움직이는 물체에 대해서도 엑스레이를 노출시켜 검출할 수 있고, 작은 영역으로 축소하여 엑스레이를 검출한 후 이미지를 확대할 필요도 없으며, 필름등의 추가 비용없이 반 영구적으로 사용할 수 있다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
먼저 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스레이 검출기에 대하여 도 1 및 도 2를 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 검출기의 구조를 도시하고 있고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 검출기 중 하나의 검출 단위 영역을 등가 회로로 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스레이 검출기는 엑스레이 검출 패널(300), 이에 연결된 게이트 구동부(400), 수신 신호 검출부(500) 및 바이어스 전원 공급부(600)를 포함한다.
엑스레이 검출 패널(300)은 도 1 및 도 2를 참고로 하여 간단하게 살펴보면, 복수의 신호선(G1-Gn, D1-Dm, B11-B1m, B21-B2m)과 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 검출 단위 영역을 포함한다. 각 검출 단위 영역은 하나의 박막 트랜지스터 및 2개의 PIN 다이오드(광센서)를 포함한다.(상세한 구조는 도 3 및 도 4 참조) 여기서 PIN 다이오드 각각은 빛을 감지하는 센서의 역할을 수행한다. 한편, 박막 트랜지스터 및 PIN 다이오드의 상부에는 신틸레이 터(Scintillator)(230)가 위치하고 있다. 신틸레이터(Scintillator)(230)는 방사선과 충동하여 발광하는 물질로 형성되어 있어 엑스레이가 입사되는 경우 이를 가시광선 영역의 빛으로 바꾸어 방출한다. 방출된 가시광선은 광센서인 PIN 다이오드를 통하여 감지된다.
신호선(G1-Gn, D1-Dm, B11-B1m, B21-B2m)은 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 복수의 게이트선(G1-Gn), PIN 다이오드에서 검출한 신호를 수신 신호 검출부(500)로 전달하는 복수의 데이터선(D1-Dm) 및 각각의 PIN 다이오드에 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 선(B11-B1m, B21-B2m)을 포함한다. 게이트선(G1-Gn)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고, 데이터선(D1-Dm) 및 바이어스 선(B11-B1m, B21-B2m)은 대략 열 방향으로 뻗으며 서로가 거의 평행하다.
게이트 구동부(400)는 엑스레이 검출 패널(300)의 게이트선(G1-Gn)과 연결되어 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(G1-Gn)에 인가한다. 게이트 구동부(400)는 하나씩의 게이트선(G1-Gn)에 게이트 온 전압(Von)을 순차적으로 인가하며, 게이트 온 전압(Von)이 인가되지 않는 시간에는 게이트 오프 전압(Voff)이 인가된다.
수신 신호 검출부(500)는 엑스레이 검출 패널(300)의 데이터선(D1-Dm)에 연결되어 있으며, PIN 다이오드에서 검출된 신호를 수신하는 역할을 수행한다. 수신 신호 검출부(500)는 PIN 다이오드에서 검출된 신호를 OP 앰프(도시하지 않음)와 연결된 커패시터(도시하지 않음)에서 게이트 온 시간동안 모으고, 이를 시프트 레지 스터(도시하지 않음)로 전송하여 적어도 한번의 게이트 온 시간동안 저장하고 있다가, AD 컨버터(도시하지 않음)로 전송하여 디지털 신호로 변경한 후 출력되도록 된다.
바이어스 전원 공급부(600)는 엑스레이 검출 패널(300)의 제1 바이어스 선(B11-B1m) 및 제2 바이어스 선(B21-B2m)에 연결되어 있으며, PIN 다이오드에 바이어스 전압을 인가하는 역할을 수행한다. 하나의 검출 단위 영역에는 2개의 PIN 다이오드가 형성되어 있어 각 PIN 다이오드에 인가하는 바이어스 선도 2개가 형성되어 있다. 바이어스 전원 공급부(600)는 2개의 바이어스 선에 바이어스 전압이 인가되거나 인가되지 않도록 조절할 수 있는 구조를 가진다. 이 때, 바이어스 전압이 인가되는 PIN 다이오드는 엑스레이(정확하게는 엑스레이가 신틸레이터에서 바뀐 가시광선)를 감지하고 전류를 발생시킬 수 있으며, 바이어스 전압이 인가되지 않는 경우에는 PIN 다이오드에 가시광선이 입사되더라도 전류를 발생시키지 않아 센서로서의 역할을 수행하지 않는다. 정지한 물체에 엑스레이를 노출시킨 경우에는 엑스레이 검출을 위하여 2개의 바이어스 선에 모두 바이어스 전압이 인가되도록 한다. 그러나, 움직이는 물체를 대상으로 엑스레이를 노출시킨 경우라면 2개의 바이어스 선 중 하나의 바이어스 선에는 바이어스 전압이 인가되지 않도록 한다. 그 이유는 움직이는 물체를 측정하기 위해서는 적어도 초당 30프레임의 구동이 필요한데, 2개의 다이오드에 모두 바이어스 전압이 인가되면 다이오드 자체의 RC 딜레이 값이 커지기 때문에 초당 30프레임의 구동이 어렵기 때문이다. 이에 대해서는 후술한다.
이러한 구동 장치(400, 500, 600) 각각은 적어도 하나의 집적 회로 칩의 형태로 엑스레이 검출 패널(300) 위에 집적 장착되거나, 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되어 TCP(tape carrier package)의 형태로 엑스레이 검출 패널(300)에 부착되거나, 별도의 인쇄 회로 기판(printed circuit board)(도시하지 않음) 위에 장착될 수도 있다. 이와는 달리, 이들 구동 장치(400, 500, 600)가 신호선(G1-Gn, D1-Dm, B11-B1m, B21-B2m) 및 박막 트랜지스터 스위칭 소자(Q) 따위와 함께 엑스레이 검출 패널(300)에 집적될 수도 있다. 또한, 구동 장치(400, 500, 600)는 단일 칩으로 집적될 수 있으며, 이 경우 이들 중 적어도 하나 또는 이들을 이루는 적어도 하나의 회로 소자가 단일 칩 바깥에 있을 수 있다.
도 2는 하나의 검출 단위 영역을 간략하게 회로도로 도시하고 있다.
각 검출 단위 영역 중 예를 들어 i번째(i=1, 2, ..., n) 게이트선(Gi)과 j번째(j=1, 2, ..., m) 데이터선(Dj)에 연결된 검출 단위 영역은 신호선(Gi, Dj)에 연결된 스위칭 소자(Qs)와 이에 연결된 2개의 PIN 다이오드(Ds1, Ds2)를 포함한다.
스위칭 소자(Qs)는 하부 기판(110)에 구비되어 있는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 게이트선(G1-Gn)과 연결되어 있고, 출력 단자는 데이터선(D1-Dm)과 연결되어 있으며, 입력 단자는 2개의 PIN 다이오드(Ds1, Ds2)와 연결되어 있다.
PIN 다이오드(Ds1, Ds2)는 P형 반도체, 진성 반도체 및 N형 반도체가 순서대로 연결되어 있는 구조의 다이오드로 외부의 빛을 감지하면 일방향으로 전류를 흘 리는 특성을 가진다. PIN 다이오드(Ds1, Ds2)는 바이어스 선(B1j, B2j)을 통하여 바이어스(Bias) 전압을 인가받아 스위칭 소자(Qs)로 출력을 전달한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 하나의 검출 단위 영역의 구조에 대하여 상세하게 살펴본다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 검출기 중 하나의 검출 단위 영역의 배치도이고, 도 4는 도 2의 IV-IV선을 따라 절단한 단면도이다.
본 실시예에 따른 엑스레이 검출 패널은 하부 기판(110)과 이와 마주보고 있는 상부 기판(210), 그리고 이들 사이에 형성되어 있는 박막 트랜지스터(124, 154, 163, 165, 173, 175), PIN 다이오드(177, 251, 252, 253, 191, 192) 및 신틸레이터(230)를 포함하는 구조를 가진다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 하부 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 위로 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)을 포함한다.
게이트선(121) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위로 만들어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon) 또는 다결정 규소(polysilicon) 등으로 만들어진 복수의 섬형 반도체(154)가 형성되어 있다. 반도체(154)는 게이트 전극(124) 위에 형성되며, 게이 트 전극(124)의 끝단을 덮을 수 있는 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
반도체(154) 위에는 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 인 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 PIN 다이오드에서 감지한 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(source electrode)(173)을 포함한다.
드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있으며 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주한다. 각 드레인 전극(175)은 연장되어 검출 단위 영역의 대부분의 영역(정확하게는 박막 트랜지스터 영역, 게이트선(121) 및 데이터선(171)으로부터 일정 거리만큼 떨어져 형성되는 영역)을 덮도록 형성된다. 이렇게 드레인 전극(175)으로부터 연장된 영역은 PIN 다이오드의 하부 전극(177)을 형성한다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전 극(175) 사이의 반도체(154)에 형성된다.
저항성 접촉 부재(163, 165)는 그 아래의 반도체(154)와 그 위의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다.
PIN 다이오드의 하부 전극(177)의 위에는 다이오드용 반도체(251, 252, 253)가 형성된다. 다이오드용 반도체는 각각 N형 반도체(251), 진성 반도체(252) 및 P형 반도체(253)이며, 이들이 순서대로 적층되어 PIN 다이오드를 형성한다.
P형 반도체(253)의 상부에는 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 만들어진 상부 전극(191, 192)이 형성되어 있다. 상부 전극(191, 192)은 전기적으로 분리된 2개의 전극으로 형성되어 있다. 2개의 전극 중 하나(192)는 넓은 면적을 가지며, 나머지 하나(191)는 좁은 면적을 가지도록 형성하는 것이 바람직하다. 이는 좁은 면적의 상부 전극(191)이 구성하는 PIN 다이오드로 움직이는 물체를 엑스레이로 측정하는 것이 보다 짧은 시간동안 검출할 수 있기 때문이다.
데이터선(171), 드레인 전극(175), 노출된 반도체(153) 및 PIN 다이오드의 상부 전극(191, 192) 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 질화규소나 산화규소 따위의 무기 절연물이나 유기 절연물로 형성되어 있다. 보호막(180)은 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 각각 만들어진 이중막 구조를 가질 수도 있다. 보호막(180)에는 제1 상부 전극(191) 및 제2 상부 전극(192)을 각각 노출하는 제1 및 제2 접촉 구멍(181, 182)이 형성되어 있다.
보호막(180)의 위에는 제1 및 제2 바이어스 선(198, 199)이 형성되어 있다. 제1 바이어스 선(198)은 제1 접촉 구멍(181)을 덮으면서 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차하며 데이터선(171)과 평행하게 형성되어 있다. 제1 바이어스 선(198)은 제1 접촉 구멍(181)을 통하여 제1 상부 전극(191)과 전기적으로 연결되어 있다. 한편, 제1 바이어스 선(198)은 박막 트랜지스터의 채널 부분을 덮으면서 형성되며, 그 결과 노출된 반도체(154)로 빛이 입사되는 것을 막아주는 차광층의 역할도 수행한다.
또한, 제2 바이어스 선(199)은 제2 접촉 구멍(182)을 덮으면서 제1 바이어스 선(198)과 평행하게 형성되어 있다. 제2 바이어스 선(199)은 제2 접촉 구멍(182)을 통하여 제2 상부 전극(192)과 전기적으로 연결되어 있다.
보호막(180), 제1 및 제2 바이어스 선(198, 199) 위에는 신틸레이터(Scintillator)(230)가 형성되어 있다. 신틸레이터(Scintillator)(230)는 방사선과 충동하여 발광하는 물질로 형성되어 있으며, 엑스레이가 입사되는 경우 이를 가시광선 영역(특히 녹색 파장)의 빛으로 바꾸어 방출한다. 이 빛은 PIN 다이오드로 입사되어 전류를 발생시킨다.
신틸레이터(230)위에는 하부 구조를 보호하기 위하여 상부 기판(210)이 형성되어 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 검출기의 구조 및 하나의 검출 단위 영역의 구조를 살펴보았다.
하나의 검출 단위 영역에 2개의 PIN 다이오드를 형성하고 있다. 정지한 물체를 대상으로 엑스레이 검사를 진행하는 경우에는 2개의 PIN 다이오드 모두를 이 용하여 엑스레이를 검출한다. 이에 반하여 움직이는 물체를 대상으로 엑스레이 검사를 하는 경우에는 2개의 PIN 다이오드 중 하나의 다이오드만을 이용하여 엑스레이를 검출한다.
그 이유는 아래와 같다.
정지된 물체의 경우에는 엑스레이 검출기가 엑스레이를 검출하는데 시간이 오래 걸려도 문제가 되지 않는다. 그러나 움직이는 물체(예를 들면, 혈류의 흐름이나 심장 박동 등)를 측정하기 위해서는 적어도 초당 30프레임의 구동이 필요하다. 즉, 한 프레임의 검출 영역에서 전부 엑스레이를 검출하는 시간이 1/30초(대약 0.033초)보다 적게 걸려야 한다.
그러나 실제 2000×2000의 해상도를 가지는 엑스레이 검출기에서 한 프레임의 검출 영역에 대하여 PIN 다이오드에서 엑스레이를 검출하여 수신 신호 검출부(500)로 전송하는 시간은 대략 0.358초 가량 걸린다. 여기에다가 수신 신호 검출부(500) 내의 AD 컨버터(도시하지 않음)를 통하여 디지털 신호로 변경하는 시간도 추가적으로 0.1초가 소요된다. 그 결과 움직이는 물체를 대상으로 초당 30프레임으로 검출하는 것이 불가능하다.
실제 0.358초의 대부분은 하나의 검출 단위 영역에서 발생되는 RC 딜레이로 인한 것이다. 여기서 R은 TFT가 on 되었을 때의 저항을 의미하며, C는 PIN 다이오드가 가지는 커패시턴스를 의미한다. R 값은 TFT의 특성이므로 그대로 두더라도 C 값은 PIN 다이오드가 가지는 면적(A)을 줄이거나 PIN 다이오드의 두께(d)를 크게 함으로써 줄일 수 있다.(수학식 1 참고) 실제 PIN 다이오드의 두께는 고정된 값을 가지는 것이 일반적이므로 면적(A)을 줄이는 것이 가장 바람직한 방법이다.
그 결과 본 발명의 실시예와 같이 2개의 다이오드를 형성하고, 실제 움직이는 물체를 대상으로 엑스레이를 검출할 때에는 하나의 PIN 다이오드만을 사용하면 C 값이 줄어들어 검출 시간을 줄일 수 있다.
한편, C 값만을 줄여서도 1/30초보다 측정 시간이 작지 않거나, 보다 큰 해상도를 필요로 하는 경우 및 초당 30 프레임 이상을 필요로 하는 경우 등에는 아래와 같은 방법을 함께 사용하여 측정시간을 단축할 수 있다. 아래와 같은 방법은 전부를 사용할 수도 있고 하나만 취사 선택하여 사용할 수도 있다.
첫 번째로는 인접하는 4개의 검출 단위 영역을 하나로 묶어서 구동한다. 인접하는 4개의 검출 단위 영역은 하나의 검출 단위 영역을 기준으로 상측 또는 하측의 제1 검출 단위 영역, 우측 또는 좌측의 제2 검출 단위 영역 그리고 제1 및 제2 검출 단위 영역과 인접하는 제3 검출 단위 영역을 포함하여 구성된다. 이 방법을 사용하는 경우에는 해상도가 낮아지는 단점이 있으나 엑스레이 검출기가 검출하는 시간이 반으로 줄어드는 장점이 있다.
두 번째로는 수신 신호 검출부(500)에서 OP 앰프와 연결되어 있으며 차지를 모으는 커패시터, 시프트 레지스터및 AD 컨버터가 각각 하나의 게이트 선이 온 되는 주기에 맞추어 데이터를 수신하고 출력하도록 한다. 즉, PIN 다이오드에서 출 력된 신호가 커패시터에 저장되면, 다음 게이트 선이 온된다. 이때 커패시터는 시프트 레지스터로 저장된 데이터를 전달한다. 그 다음 게이트 선이 온되면, 시프트 레지스터로 저장된 데이터는 AD 컨버터로 전달되어 디지털 신호로 출력되도록 한다. 이 방법은 PIN 다이오드의 검출 신호 출력 시간 동안 AD 컨버팅이 한꺼번에 이루어지도록 하여 PIN 다이오드의 검출 신호 출력 시간에 AD 컨버팅 시간이 포함(그 반대의 경우도 있을 수 있다. 즉, 해상도가 높을 경우에는 AD 컨버팅 시간이 PIN 다이오드의 검출 신호 출력 시간에 비하여 오래 걸릴 수 있다.)될 수 있도록 하여 전체 구동 시간을 줄이는 방법이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 검출기의 구조를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 검출기 중 하나의 검출 단위 영역을 등가 회로로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 검출기 중 하나의 검출 단위 영역의 배치도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 절단한 단면도이다.
<도면 부호의 설명>
110: 하부 기판 121 : 게이트선
124 : 게이트 전극 154 : 반도체
163 165 : 저항성 접촉층 171 : 데이터선
173 : 소스 전극 175 : 드레인 전극
177 : 다이오드 하부 전극 180 : 보호막
181, 182 : 접촉 구멍 191, 192 : 다이오드 상부 전극
198, 199 : 바이어스 선 210 : 상부 기판
230 : 신틸레이터(Scintillator) 251, 252, 253 : 다이오드용 반도체
300 : 엑스레이 검출 패널 400 : 게이트 구동부
500 : 수신 신호 검출부 600 : 바이어스 전원 공급부
Claims (14)
- 박막 트랜지스터,상기 박막 트랜지스터에 연결된 제1 및 제2 광센서,외부로부터 입사된 엑스레이를 가시광선으로 바꿔주는 신틸레이터를 포함하는 엑스레이 검출 패널.
- 제1항에서,상기 광센서는 PIN 다이오드인 엑스레이 검출 패널.
- 제1항에서,상기 박막 트랜지스터는 게이트선 및 데이터선에 연결되어 있는 엑스레이 검출 패널.
- 제3항에서,상기 2개의 광센서는 각각 제1 및 제2 바이어스 선에 연결되어 있는 엑스레이 검출 패널.
- 제4항에서,상기 게이트선은 제1 방향으로 뻗어 있으며, 상기 데이터선, 상기 제1 및 제 2 바이어스 선은 제2 방향으로 뻗어 있는 엑스레이 검출 패널.
- 기판,상기 기판위에 형성되어 있으며, 게이트 전극을 포함하는 게이트선,상기 게이트선을 덮는 게이트 절연막,상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있으며, 상기 게이트 전극의 상측에 형성되어 있는 반도체,상기 게이트선과 교차하며, 상기 반도체의 일부분을 덮는 소스 전극을 포함하는 데이터선,상기 소스 전극에 대향하는 드레인 전극을 포함하며, 상기 드레인 전극으로부터 연장되어 있는 하부 전극,상기 하부 전극 위에 형성되어 있는 다이오드용 반도체,상기 다이오드용 반도체 위에 형성되어 있으며, 투명한 도전 물질로 형성되어 있고, 전기적으로 분리되어 있는 제1 및 제2 상부 전극,상기 상부 전극을 덮으며, 상기 제1 및 제2 상부 전극을 각각 노출하는 제1 및 제2 접촉 구멍을 가지는 보호막,상기 제1 및 제2 접촉 구멍을 통하여 상기 제1 및 제2 상부 전극과 각각 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 바이어스 선 및외부로부터 입사된 엑스레이를 가시광선으로 바꿔주는 신틸레이터를 포함하는 엑스레이 검출 패널.
- 제6항에서,상기 제1 또는 제2 바이어스 선은 상기 게이트 전극 상측에 형성된 반도체층을 가리도록 위치되어 있는 엑스레이 검출 패널.
- 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터에 연결된 제1 및 제2 광센서 및 외부로부터 입사된 엑스레이를 가시광선으로 바꿔주는 신틸레이터를 포함하는 검출 단위 영역,상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 게이트선 및 데이터선,상기 제1 및 제2 광센서와 각가 연결되어 있는 제1 및 제2 바이어스 선,상기 게이트선과 연결되어 있는 게이트 구동부,상기 데이터선과 연결되어 있는 수신 신호 검출부 및상기 제1 및 제2 바이어스 선과 연결되어 있는 바이어스 전원 공급부를 포함하는 엑스레이 검출기.
- 제8항에서,상기 수신 신호 검출부는 OP 앰프, 상기 OP 앰프에 연결되어 있는 커패시터, 시프트 레지스터 및 AD 컨버터를 포함하는 엑스레이 검출기.
- 제8항에서,상기 바이어스 전원 공급부는 상기 제1 바이어스 선과 상기 제2 바이어스 선에 인가하는 바이어스 전압을 공급 및 차단할 수 있는 수단을 포함하는 엑스레이 검출기.
- 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터에 연결된 제1 및 제2 광센서 및 외부로부터 입사된 엑스레이를 가시광선으로 바꿔주는 신틸레이터를 포함하는 검출 단위 영역,상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 게이트선 및 데이터선,상기 제1 및 제2 광센서와 각가 연결되어 있는 제1 및 제2 바이어스 선,상기 게이트선과 연결되어 있는 게이트 구동부,상기 데이터선과 연결되어 있는 수신 신호 검출부 및상기 제1 및 제2 바이어스 선과 연결되어 있는 바이어스 전원 공급부를 포함하는 엑스레이 검출기에서,상기 바이어스 전원 공급부에서 정지된 물체를 대상으로 검출하는 경우에는 상기 제1 및 제2 바이어스 선에 바이어스 전압을 인가하고, 움직이는 물체를 대상으로 검출하는 경우에는 상기 제1 또는 제2 바이어스 선 중 하나에 바이어스 전압을 인가하는 단계,상기 게이트 구동부에서 게이트선 중 하나에 게이트 온 전압을 인가하는 단계,상기 제1 및 제2 광센서에서 검출된 신호를 상기 수신 신호 검출부에서 수신 하는 단계를 포함하는 엑스레이 검출기의 구동 방법.
- 제11항에서,상기 수신 신호 검출부는 OP 앰프, 상기 OP 앰프에 연결되어 있는 커패시터, 시프트 레지스터 및 AD 컨버터를 포함하는 엑스레이 검출기의 구동 방법.
- 제12항에서,상기 수신 신호 검출부에서 상기 검출된 신호를 검출하는 단계는상기 커패시터에서 상기 제1 및 제2 광센서에서 검출된 신호를 저장하는 단계,다음 게이트선에 게이트온 전압이 인가되면 상기 커패시터에 저장된 신호는 상기 시프트 레지스터로 이동하는 단계, 및그 후 다른 게이트선에 게이트온 전압이 인가되면 상기 시프트 레지스터에 인가된 신호는 상기 AD 컨버터로 전달되어 디지털 신호로 컨버팅하는 단계를 포함하는 엑스레이 검출기의 구동 방법.
- 제11항에서,인접하는 상기 검출 단위 영역을 하나로 묶어서 엑스레이를 검출하는 엑스레이 검출기의 구동 방법.
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