KR20110028897A - 디지털 ｘ-선 검출기에서 방전 경로를 구비한 화소 회로 및 이를 이용한 디지털 ｘ-선 검출기 - Google Patents

디지털 ｘ-선 검출기에서 방전 경로를 구비한 화소 회로 및 이를 이용한 디지털 ｘ-선 검출기 Download PDF

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Abstract

X-선 검출을 통해 이미지를 생성하는데 사용되는 화소 회로가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 화소 회로는, 화소 회로를 구성하는 스토리지 커패시터를 초기화하기 위한 방전 경로를 포함한다. 보다 상세하게는, 입사된 X-선의 세기에 상응하는 전하를 저장하는 스토리지 커패시터, 스캔 라인으로부터 입력된 스캔 신호에 의해 스토리지 커패시터에 저장된 전하에 의한 출력 신호를 데이터 라인으로 전달하는 제1 스위칭소자 및 스토리지 커패시터 양단에 연결되며, 출력 신호가 데이터 라인으로 전달된 뒤 스토리지 커패시터에 잔류된 전하를 방전시키는 제2 스위칭소자를 포함한다. 이에 의하면, 스토리지 커패시터에 잔류된 전하를 방전시키는데 별도의 시간이 필요하지 않아 빠른 데이터 처리가 가능하므로, 보다 빨리 연속적인 이미지를 생성할 수 있다.
화소, X-선 검출기, TFT, 커패시터

Description

디지털 Ｘ-선 검출기에서 방전 경로를 구비한 화소 회로 및 이를 이용한 디지털 Ｘ-선 검출기 {Pixel circuit with discharge path in digital X-ray detector and Digital X-ray detector}
본 발명은 디지털 X-선 검출기의 화소 회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화소 회로를 구성하는 스토리지 커패시터를 초기화하기 위한 방전 경로를 포함하는 회로에 관한 것이다.
현재 의학용으로 널리 사용되고 있는 진단용 X-선(X-ray) 검사장치는 X-선 감지 필름을 사용하여 촬영하고, 그 결과를 알기 위해서 소정의 필름 인화시간을 거쳐야 했다. 그러나, 근래에 들어서 반도체 기술의 발전에 힘입어 필름을 사용 하지 않는 디지털 X-선 검출기가 진단용 X-선 검출기로서 많이 보급되어 있다. 디지털 X-선 검출기는, 피사체에 X-선을 조사하여 얻은 이미지를 디지털 데이터로 출력하고 저장한다. 디지털 X-선 검출기에는 직접방식과 간접방식이 있는데, 직접방식은 비정질 셀레늄(Se), 산화납(PbO), 요오드화 수은(HgI2)등의 광 도전막을 이용하여, 피사체를 통과하여 검출기에 검출된 X-선을 전하로 직접 변환하는 방식이다. 직접방식의 X-선 검출기는 해상도가 우수하다는 장점이 있다.
보다 상세하게는, 디지털 X-선 검출기는 X-선의 조사에 의해 신호 전하를 발생시키는 X-선 화소가 2차원으로 배치되어있다. 그리고 조사된 X-선에 의해 각 화소에서 발생한 신호 전하를 신호 전하 축적부에 축적하고, 스위칭 소자로서의 박막 트랜지스터에 의해 신호 전하를 판독하도록 구성되어 있다.
보다 상세하게 설명하면, 디지털 X-선 검출기에 X-선이 조사되면, X-선 검출기 내부의 비정질 셀레늄(amorphouse selenium)에서 양전하와 음전하로 분리되어, 음전하는 탑 전극(top electrode)으로 이동하고 양전하는 전하수집전극(charge collection electrode)으로 이동한다. 그리고 전하수집전극에서 수집된 전하를 축적하여 박막 트랜지스터에 의해 신호 전하를 판독하게 된다.
이때, 각각의 화소 회로를 구성하는 스토리지 커패시터가 완전히 방전되어야 다음 이미지를 얻을 수 있는데, 그 과정에서 시간이 필요하다. 즉, 한번 신호를 판독한 후, 다음 입력을 받아들이기 위해, 스토리지 커패시터를 초기화하여 한다. 종래에는, 스토리지 커패시터를 초기화하기 위해 스캔 라인을 온/오프(On/Off)하여 커패시터를 초기화한다. 이 방법은 별도의 시간이 필요하므로, 초기화하는 시간만큼의 시간 지연이 발생하여 빠른 데이터 처리를 요구하는 동영상 이미지를 얻기 어렵다. 또한 이 방법은 커패시터를 완전히 방전시키기 어려우며, 완전히 방전되지 않은 커패시터의 전하는 결국 노이즈 성분으로 작용하여 화질에 큰 영향을 미친다.
디지털 X-선 검출기의 각 화소를 구성하는 스토리지 커패시터에 잔류된 전하를 신속하게 방전시켜, 데이터 처리 속도를 높인 화소 회로를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 양상에 따른 화소 회로는, X-선 검출을 통해 이미지를 생성하는 직접방식 기반 디지털 X-선 검출기의 화소 회로로서, 입사된 X-선의 세기에 상응하는 전하를 저장하는 스토리지 커패시터, 스캔 라인으로부터 입력된 스캔 신호에 의해 스토리지 커패시터에 저장된 전하에 의한 출력 신호를 데이터 라인으로 전달하는 제1 스위칭소자 및 스토리지 커패시터 양단에 연결되며, 출력 신호가 데이터 라인으로 전달된 뒤 스토리지 커패시터에 잔류된 전하를 방전시키는 제2 스위칭소자를 포함한다.
본 발명의 다른 양상에 따른 디지털 X-선 검출기는, 일 방향으로 일정 간격으로 이격 배열된 복수개의 스캔 라인, 스캔라인과 수직으로 배치되어 있고, 일정 간격으로 배열된 복수개의 데이터 라인, 스캔 라인 및 데이터 라인에 의해 구획된 복수 개의 화소를 포함하고, 각 화소는 입사된 X-선의 세기에 상응하는 전하를 저장하는 스토리지 커패시터, 스캔 라인으로부터 입력된 스캔 신호에 의해 상기 스토리지 커패시터에 저장된 전하에 의한 출력 신호를 데이터 라인으로 전달하는 제1 스위칭소자 및 스토리지 커패시터 양단에 연결되며, 출력 신호가 데이터 라인으로 전달된 뒤 스토리지 커패시터에 잔류된 전하를 방전시키는 제2 스위칭소자를 포함 한다.
본 발명에 따르면, 화소 회로를 구성하는 스토리지 커패시터에 잔류된 전하를 방전시키는데 별도의 시간이 필요하지 않아 빠른 데이터 처리가 가능하므로, 보다 빨리 연속적인 이미지를 생성할 수 있다. 또한, 화질에 영향을 미치는 노이즈 발생을 감소시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.
본 발명 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 X-선 검출기의 동작을 설명하기 위한 참조도이다.
일 실시예에 따르면, 디지털 X-선 검출기(20)는 직접방식 X-선 검출기로, 유리 기판(21)위에 스위칭 소자를 포함하는 화소 회로(200), 전하 수집부(23), 전하 분리부(22) 및 상부 전극(26)을 증착시켜 구성된다. 전하 분리부(22)는 비정질 셀레늄(a-Se)을 포함하여 구성된다. 부가적으로, 상부 전극(26) 아래 절연층(25)을 포함하여 구성할 수 있다. 절연층(25)은 무기절연막(질화실리콘(SiNx)) 또는 유기절연막(BCB, 포토 아크릴) 등에 의해 구현될 수 있다.
상부 전극(26)에 고전압원(29)을 연결하여 디지털 X-선 검출기(20)에 고전압 인가 후, 디지털 X-선 검출기로 X-선이 입사되면, 전하 분리부(22)에 의해 양전하와 음전하로 분리되고, 전위차에 의해 음전하는 상부 전극(26)으로, 양전하는 전하 수집부(23)로 모인다. 전하 수집부(23)에 모인 양전하는 화소 회로(200)의 스토리지 커패시터(240)에 저장되며, 이 때, 저장된 전하량은 입사된 X-선의 세기에 의해 결정된다. 스캔 라인(210)으로부터 수신된 스캔 신호에 의해 해당 화소가 선택되었을 때, 스토리지 커패시터(240)에 저장된 전하에 의한 출력 신호가 데이터 라인을 통해 리드아웃부(24)로 출력된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 X-선 검출기의 화소 회로의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 화소 회로(200)는 스캔 라인(210), 데이터 라인(220), 제1 스위칭소자(230), 스토리지 커패시터(240) 및 제2 스위칭소자(250)를 포함한다.
제1 스위칭소자(230)는 바람직하게는 3단자 스위칭소자이며, 소스전극은 데이터 라인(220)에 연결되어 있고, 게이트 전극은 스캔 라인(210-1)에 연결되어 있다. 스캔 라인(210)으로부터 스캔 신호가 입력되면 제1 스위칭소자(230)가 온(On)되고, 스토리지 커패시터(240)에 저장된 전하량에 상응하는 출력 신호가 데이터 라인(220)으로 출력된다. 출력신호는 스토리지 커패시터(240) 양단의 전압 또는 전류량일 수 있다. 제1 스위칭 소자(230)는 박막 트랜지스터(TFT)로 구현될 수 있다.
스토리지 커패시터(240)는 도 1에서 상술한 바와 같이, 입사된 X-선에 의해 분리되고 생성된 전하를 저장한다.
제2 스위칭소자(250)는 스토리지 커패시터(240) 양단에 연결되며, 출력 신호가 데이터 라인으로 전달된 뒤, 스토리지 커패시터(240)에 남아있는 전하를 방전시켜 스토리지 커패시터(240)를 초기화시킨다. 일 실시예에 따르면, 제1 스위칭 소자는 N번째 스캔 라인(210-1)에 연결되어 있고, 제2 스위칭소자(250)는 N+1번째 스캔 라인(210-2)에 연결되어 있다. 다시 말하면, N번째 스캔 라인(210-1)으로부터 입력된 스캔 신호에 의해 제1 스위칭소자(230)가 온(On)되어 스토리지 커패시터(240)에 저장된 전하량에 상응하는 출력 신호가 데이터 라인(220)으로 전달된 뒤, N+1번째 스캔 라인(210-2)로부터 입력된 스캔 신호에 의해 제2 스위칭소자(250)가 온(On)되어 스토리지 커패시터(240)에 잔류된 전하가 모두 방전된다. 제2 스위칭 소자(230) 또한 박막 트랜지스터(TFT)로 구현될 수 있다.
도 3은 각 화소에 도 2의 회로 구성을 채용한 디지털 X-선 검출기의 개략도이다. 상술한 바와 같이, 일 실시예에 따른 디지털 X-선 검출기(30)는 액티브 매트릭스형의 X-선 검출기로, 복수의 화소가 기판상에 매트릭스 형상으로 배치되어 있다.
도 3을 참조하면, 기판의 매트릭스의 행 방향으로는 스캔신호 입력부(27)로부터 순차적으로 스캔 신호가 입력되는 복수 개의 스캔 라인(210)이, 열 방향으로는 화소 회로에서 출력된 출력 신호를 리드아웃부(24)로 전달하는 복수 개의 데이터 라인(220)이 있다. 각각의 화소 회로는 복수 개의 스캔 라인(210) 및 데이터 라 인(220)에 의해 구획되는 영역에 위치한다.
또한, 디스플레이(30)는 스캔신호 입력부(27) 및 리드아웃부(24)를 더 포함할 수 있다. 스캔신호 입력부(27)는 스캔하고자 하는 화소 회로가 있는 스캔 라인에 스캔 신호를 인가한다. 일 실시예에 따르면, X-선이 주사된 후, 스캔신호 입력부(27)는 스캔 신호를 모든 스캔 라인에 순차적으로 입력한다. 리드아웃부(24)는 각각의 화소 회로로부터 전달된 출력신호를 수신하고, 이를 디지털 신호로 변환한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 X-선 검출기의 화소 회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 X-선 검출기의 화소 회로(300)의 구현예를 도시한 도면이다.
도 5을 참조하면, 제1 스위칭소자(330)는 N번째 스캔 라인(310-1) 및 데이터 라인(320)이 일부 겹치면서 생성되어 있고, 제 2 스위칭 소자(350)는 N+1번째 스캔 라인(310-2)과 공통 라인(360)에 의해 형성된다. 스토리지 커패시터(340)는 제2 스위칭소자(350) 및 공통 라인(360)에 연결되어 있다. 이하, 도 4 내지 도 5를 참조하여 출력신호의 전달 및 커패시터의 초기화를 설명한다.
X-선이 입사되고 난 뒤, 선택신호 입력부(27)에 의해 N번째 스캔 라인(310-1)에 스캔 신호가 입력되면, 제1 스위칭소자(320)가 온(On)되고, 스토리지 커패시터(240)에 저장된 전하에 상응하는 출력 신호가 데이터 라인(330)으로 전달된다. 연속적으로 N+1번째 스캔 라인(310-2)에 스캔 신호가 인가되면, 스토리지 커패시터(340) 양단의 제2 스위칭소자(250)가 온(On)되어, 스토리지 커패시터(340)에 저 장된 전하는 공통 라인(360)을 통해 접지(ground)로 이동한다. 연속적인 스캔 신호에 의해 스토리지 커패시터를 초기화시키므로, 별도의 지연이 발생하지 않는다는 이점이 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었으나, 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 범위 내에서 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 X-선 검출기의 동작을 설명하기 위한 참조도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 X-선 검출기의 화소 회로의 구성도,
도 3은 각 화소에 도 2a의 회로 구성을 채용한 디지털 X-선 검출기의 개략도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 X-선 검출기의 화소 회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 X-선 검출기의 화소 회로의 예시도이다.

Claims (6)

  1. X-선 검출을 통해 이미지를 생성하는 디지털 X-선 검출기의 화소 회로에 있어서,
    입사된 X-선의 세기에 상응하는 전하를 저장하는 스토리지 커패시터;
    스캔 라인으로부터 입력된 스캔 신호에 의해 상기 스토리지 커패시터에 저장된 전하에 의한 출력 신호를 데이터 라인으로 전달하는 제1 스위칭소자; 및
    상기 스토리지 커패시터 양단에 연결되며, 상기 출력 신호가 데이터 라인으로 전달된 뒤 상기 스토리지 커패시터에 잔류된 전하를 방전시키는 제2 스위칭소자를 포함하는 화소 회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭소자는 N번째 스캔 라인에 연결되고, 상기 제2 스위칭소자는 N+1번째 스캔 라인에 연결되며,
    상기 제 2 스위칭소자는 N+1번째 선택라인에 입력된 스캔 신호에 의해 구동하는 화소 회로.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭소자 및 제2 스위칭소자는 박막 트랜지스터(Thin Film transistor)인 화소 회로.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 디스플레이의 화소 구조는
    상기 스토리지 커패시터는 입사된 X-선으로부터 전하를 수집하는 전하 수집부로부터 전달된 전하를 저장하는 화소 회로.
  5. 일 방향으로 일정 간격으로 이격 배열된 복수개의 스캔 라인;
    상기 스캔라인과 수직으로 배치되어 있고, 일정 간격으로 배열된 복수개의 데이터 라인;
    상기 스캔 라인 및 상기 데이터 라인에 의해 구획된 복수개의 화소를 포함하고, 각 화소는,
    입사된 X-선의 세기에 상응하는 전하를 저장하는 스토리지 커패시터, 스캔 라인으로부터 입력된 스캔 신호에 의해 상기 스토리지 커패시터에 저장된 전하에 의한 출력 신호를 데이터 라인으로 전달하는 제1 스위칭소자 및 상기 스토리지 커패시터 양단에 연결되며, 상기 출력 신호가 데이터 라인으로 전달된 뒤 상기 스토리지 커패시터에 잔류된 전하를 방전시키는 제2 스위칭소자를 포함하는 디지털 X- 선 검출기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 소자는 N번째 스캔 라인에 연결되고, 상기 제2 스위칭 소자는 N+1번째 스캔 라인에 연결되는 디지털 X-선 검출기.
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