KR20120055379A - 엑스레이 검출기 및 그 구동방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예들은 기존의 엑스레이 검출기에 비하여 잔상 제거 효율을 유지하면서 엑스레이 검출기의 초기화 시간을 감소시키기 위한 것이다. 본 발명의 일 실시예의 일 측면에 따르면, 입사광에 대응하는 전기적인 검출 신호를 생성하는 포토다이오드(photo diode) 및 상기 검출 신호를 전달하는 스위칭 소자를 포함하는 복수의 광감지 화소들; 상기 스위칭 소자를 턴 온시키는 게이트 펄스를 복수의 게이트 라인들을 통해 상기 스위칭 소자에 공급하는 게이트 드라이버; 및 상기 복수의 광감지 화소들로부터 상기 검출 신호를 리드아웃하는 리드아웃 집적회로를 포함하고, 상기 복수의 광감지 화소들의 상기 포토다이오드들을 초기화시키기 위해 적어도 1회의 게이트 스캔을 수행하는 스크러빙(scrubbing) 구간동안, 적어도 두 개의 게이트 라인들에 공급되는 게이트 펄스들이 부분적으로 오버랩되는, 엑스레이 검출기가 제공된다.
Description
본 발명의 실시예들은 엑스레이 검출기 및 엑스레이 검출기 구동방법에 관한 것이다.
엑스레이(X-Ray)는 단파장으로 피사체를 쉽게 투과할 수 있으며, 상기 피사체 내부의 밀한 정도에 따라 엑스레이의 투과량이 결정된다. 즉, 상기 피사체의 내부 상태는 상기 피사체를 투과한 엑스레이의 투과량을 통해 간접적으로 관측될 수 있다.
엑스레이 검출기는 상기 피사체를 투과한 상기 엑스레이의 투과량을 검출하는 장치이다. 엑스레이 검출기는 상기 엑스레이의 투과량을 검출하여, 상기 피사체의 내부 상태를 디스플레이 장치를 통해 외부로 표시할 수 있다. 엑스레이 검출기는 일반적으로, 의료용 검사장치, 비파괴 검사장치 등으로 사용될 수 있다.
현재 엑스레이 검출기로서 필름을 사용하지 않는 디지털 방사선(Digital Radiography: 이하 DR) 방식을 이용하는 플랫 패널(flat panel) 디지털 방사선(DR) 방식이 널리 이용되고 있다.
엑스레이 검출기의 초기화는 엑스레이 검출기를 반복적으로 게이트 스캔하는 스크러빙(scrubbing)을 이용하여 행해진다. 엑스레이 검출기는 이러한 스크러빙 처리에 의하여, 이전 촬영의 잔상을 제거할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 기존의 엑스레이 검출기에 비하여 잔상 제거 효율을 유지하면서 엑스레이 검출기의 초기화 시간을 감소시키기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예의 일 측면에 따르면, 입사광에 대응하는 전기적인 검출 신호를 생성하는 포토다이오드(photo diode) 및 상기 검출 신호를 전달하는 스위칭 소자를 포함하는 복수의 광감지 화소들; 상기 스위칭 소자를 턴 온시키는 게이트 펄스를 복수의 게이트 라인들을 통해 상기 스위칭 소자에 공급하는 게이트 드라이버; 및 상기 복수의 광감지 화소들로부터 상기 검출 신호를 리드아웃하는 리드아웃 집적회로를 포함하고, 상기 복수의 광감지 화소들의 상기 포토다이오드들을 초기화시키기 위해 적어도 1회의 게이트 스캔을 수행하는 스크러빙(scrubbing) 구간동안, 적어도 두 개의 게이트 라인들에 공급되는 게이트 펄스들이 부분적으로 오버랩되는, 엑스레이 검출기가 제공된다.
각각의 게이트 라인들에 공급되는 상기 게이트 펄스는, n 클럭주기의 펄스폭을 갖고(n은 상기 복수의 광감지 화소들의 행의 개수보다 작거나 같은 자연수), 인접한 게이트 라인에 공급되는 게이트 펄스와 (n-1) 클럭 주기 동안 오버랩될 수 있다.
일 실시예로서, 각각의 상기 게이트 라인들에 공급되는 게이트 펄스는, 2 클럭주기의 펄스폭을 갖고, 인접한 게이트 라인에 공급되는 상기 게이트 펄스와 1 클럭주기 동안 오버랩될 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 다른 측면에 따르면, 엑스레이 검출기를 구동하는 방법에 있어서, 상기 엑스레이 검출기에 구비된 복수의 광감지 화소들의 포토다이오드들을 초기화시키기 위해 적어도 1회의 게이트 스캔을 수행하는 스크러빙(scrubbing) 구간동안, 상기 복수의 광감지 화소들의 상기 포토다이오드들로부터 검출 신호를 전달하는 상기 복수의 광감지 화소들 각각에 구비된 스위칭 소자를 턴 온시키는 게이트 펄스를 생성하는 단계; 복수의 게이트 라인들을 통해 상기 복수의 광감지 화소들의 각각의 스위칭 소자에 상기 게이트 펄스를 전달하는 단계; 및 상기 복수의 광감지 화소들로부터 상기 검출 신호를 데이터 라인으로 출력하는 단계를 포함하고, 상기 게이트 펄스를 생성하는 단계는, 적어도 두 개의 게이트 라인들에 공급되는 게이트 펄스들이 부분적으로 오버랩되도록 상기 게이트 펄스를 생성하는, 엑스레이 검출기 구동방법이 제공된다.
각각의 게이트 라인들에 공급되는 상기 게이트 펄스는 n 클럭주기의 펄스폭을 갖고(n은 상기 복수의 광감지 화소들의 행의 개수보다 작거나 같은 자연수), 인접한 게이트 라인에 공급되는 게이트 펄스와 (n-1) 클럭 주기 동안 오버랩될 수 있다.
일 실시예로서, 각각의 상기 게이트 라인들에 공급되는 게이트 펄스는, 2 클럭주기의 펄스폭을 갖고, 인접한 게이트 라인에 공급되는 상기 게이트 펄스와 1 클럭주기 동안 오버랩될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 잔상 제거 효율을 유지하면서 엑스레이 검출기의 초기화 시간을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 전원부 및 리드아웃 집적회로의 부담을 거의 증가시키지 않으면서, 엑스레이 검출기의 초기화 시간을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 시스템(1)을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 엑스레이 검출기(100)의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 신호 검출부(160)의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 단위 광감지 화소(P)의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 이미지와 엑스레이 이미지를 생성하는 방법을 설명하는 타이밍도이다.
도 6은 종래 방식에 따른 게이트 스캔 동작의 일례를 나타낸 타이밍도이다.
도 7은 게이트 온 타임에 따른 스크러빙 효율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 예를 나타낸 타이밍도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 예를 나타낸 타이밍도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 엑스레이 검출기(100)의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 신호 검출부(160)의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 단위 광감지 화소(P)의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 이미지와 엑스레이 이미지를 생성하는 방법을 설명하는 타이밍도이다.
도 6은 종래 방식에 따른 게이트 스캔 동작의 일례를 나타낸 타이밍도이다.
도 7은 게이트 온 타임에 따른 스크러빙 효율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 예를 나타낸 타이밍도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 예를 나타낸 타이밍도이다.
하기의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명에 따른 동작을 이해하기 위한 것이며, 본 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분은 생략될 수 있다.
또한 본 명세서 및 도면은 본 발명을 제한하기 위한 목적으로 제공된 것은 아니고, 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어들은 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 시스템(1)을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 엑스레이 검출 시스템(1)은 에너지원(10), 엑스레이 검출기(100), 제어부(200), 신호 처리부(300) 및 디스플레이 장치(400)를 포함한다.
상기 에너지원(10)은 피사체(20)를 향해 엑스레이(X-ray) 등의 방사선을 조사하는 방사선 조사 수단이다.
상기 엑스레이 검출기(100)는 플랫 패널 내에 엑스레이를 감지하기 위한 복수의 광감지 화소를 구비한다. 상기 엑스레이 검출기(100)는 상기 피사체(20)를 투과한 엑스레이의 투과량을 검출할 수 있는 복수의 포토다이오드들과 스위칭 소자들을 포함한다. 상기 포토다이오드에 리버스 바이어스(reverse bias)가 인가된 상태에서 엑스레이가 상기 포토다이오드로 인가되면, 엑스레이의 투과량에 대응되는 전기적인 검출 신호가 각 포토다이오드 내에 발생된다. 이러한 검출 신호는 데이터 라인(DL)을 통해 리드아웃되어 리드아웃 집적회로(150)로 입력된다.
상기 엑스레이 검출기(100)는 엑스레이 비조사시 오프셋 이미지 획득을 위한 오프셋 리드아웃 및 엑스레이 조사 시 엑스레이 이미지 획득을 위한 엑스레이 리드아웃을 수행한다. 또한, 상기 엑스레이 검출기(100)는 상기 오프셋 리드아웃에 앞서 스크러빙에 의한 오프셋 조정을 수행하고, 상기 엑스레이 리드아웃에 앞서 스크러빙에 의한 신호 초기화를 수행한다. 상기 스크러빙 시 게이트 스캔은 적어도 2회 이상 수행할 수 있다.
상기 제어부(200)는 오프셋 보정된 엑스레이 이미지를 형성하기 위해 상기 에너지원(10), 상기 엑스레이 검출기(100), 및 디스플레이 장치(400)의 동작을 제어한다. 상기 제어부(200)는 상기 에너지원(10)의 엑스레이 조사시기 및 조사 시간을 제어한다. 또한, 상기 제어부(200)는 상기 엑스레이 검출기(100)의 오프셋 이미지를 획득하기 위한 구동 시퀀스 및 엑스레이 이미지를 획득하기 위한 구동 시퀀스를 제어한다.
상기 신호 처리부(300)는 상기 엑스레이 검출기(100)로부터 출력되는 검출 신호를 디지털 신호로 변환한다. 상기 신호 처리부(300)는 상기 디지털 신호로부터 오프셋 이미지와 엑스레이 이미지를 생성한다. 일례로서, 상기 오프셋 이미지는 기 생성된 오프셋 이미지와 현재 생성된 오프셋 이미지를 평균함으로써 업데이트될 수 있다. 상기 신호 처리부(300)는 상기 엑스레이 이미지로부터 엑스레이 조사 전에 생성된 오프셋 이미지를 감산하여 오프셋 보정된 엑스레이 촬영 이미지를 생성한다.
상기 디스플레이 장치(400)는 상기 오프셋 보정된 엑스레이 촬영 이미지를 표시한다. 상기 디스플레이 장치(400)는 액정표시장치(liquid crystal display; LCD), 유기 발광 표시 장치, 플라스마 표시 장치 등으로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 엑스레이 검출기(100)의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 신호 검출부(160)의 구성을 도시한 도면이다.
엑스레이 검출기(100)는 화소부(110), 바이어스 공급부(120), 게이트 드라이버(130), 리드아웃 집적회로(150), 및 타이밍 제어부(180)를 포함한다. 리드아웃 집적회로(150)는 신호 검출부(160) 및 멀티플렉서(170)를 포함한다.
상기 화소부(110)는 에너지원(10)으로부터 방출된 엑스레이를 감지하고, 감지된 신호를 광전 변환하여 전기적인 검출 신호로 출력한다. 화소부(110)는 복수의 게이트 라인(GL)들과 복수의 데이터 라인(DL)들이 교차하는 지점 근처에 매트릭스 형태로 배열된 복수의 광감지 화소(P)들을 구비한다. 상기 복수의 게이트 라인(GL)들과 복수의 데이터 라인(DL)들은 서로 거의 직교하도록 배치될 수 있다. 도 2는 4행 4열로 배치된 16개의 광감지 화소(P)들을 일예로서 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 광감지 화소(P)들의 개수는 다양하게 선택될 수 있다.
상기 광감지 화소(P) 각각은 엑스레이를 감지하여 검출 신호, 예를 들어 광검출 전압을 출력하는 포토다이오드(PD)와, 포토다이오드(PD)로부터 출력된 검출 신호를 게이트 펄스에 응답하여 전달하는 스위칭 소자(Tr)를 구비하며, 상기 스위칭 소자(Tr)는 예를 들면 트랜지스터일 수 있다. 이하 상기 스위칭 소자(Tr)가 트랜지스터(Tr)인 실시예를 중심으로 설명한다.
상기 포토다이오드(PD)는 에너지원(10)으로부터 방출된 엑스레이를 감지하고, 감지된 신호를 상기 검출 신호로써 출력한다. 상기 포토다이오드(PD)는 광전 효과에 의해 입사된 광을 전기적인 검출 신호로 변환하는 소자로서, 예를 들면 PIN다이오드일 수 있다. 상기 포토다이오드(PD)의 제1전극은 트랜지스터(Tr)의 제1 전극에 전기적으로 연결되고, 제2전극은 바이어스 전압이 인가되는 바이어스 라인(BL)에 전기적으로 연결된다.
상기 트랜지스터(Tr)는 포토다이오드(PD)로부터 출력된 검출 신호를 전달하는 스위칭 소자이다. 상기 트랜지스터(Tr)의 게이트 전극은 게이트 라인(GL)에 전기적으로 연결되고, 제2 전극은 데이터 라인(DL)을 통해서 리드아웃 집적회로(150)와 전기적으로 연결된다.
바이어스 공급부(120)는 복수의 바이어스 라인(BL)들로 구동전압을 인가한다. 상기 바이어스 공급부(120)는 상기 포토다이오드(PD)에 리버스 바이어스(reverse bias) 또는 포워드 바이어스(forward bias)를 선택적으로 인가할 수 있다.
게이트 드라이버(130)는 복수의 게이트 라인(GL)들로 게이트 온 전압 레벨을 갖는 게이트 펄스들을 순차적으로 인가한다. 게이트 온 전압 레벨은, 광감지 화소(P)들의 트랜지스터(Tr)들을 턴-온(turn-on)시키는 전압 레벨이다. 광감지 화소(P)들의 트랜지스터(Tr)들은 상기 게이트 펄스에 응답하여 턴-온된다.
상기 트랜지스터(Tr)가 턴-온되면, 상기 포토다이오드(PD)로부터 출력된 검출 신호가 트랜지스터(Tr), 및 데이터 라인(DL)을 통해서 상기 리드아웃 집적회로(150)로 입력된다. 상기 게이트 드라이버(130)는 IC 형태로 이루어져 상기 화소부(110)의 일 측에 실장되거나 박막 공정을 통해서 상기 화소부(110)와 같은 기판 상에 형성될 수 있다.
상기 리드아웃 집적회로(150)는 상기 게이트 펄스에 응답하여 턴-온된 트랜지스터(Tr)로부터 출력되는 상기 검출 신호를 리드아웃한다. 상기 리드아웃 집적회로(150)는 오프셋 이미지를 리드아웃하는 오프셋 리드아웃 구간과, 엑스레이 노광 후의 검출 신호를 리드아웃하는 엑스레이 리드아웃 구간에 광감지 화소(P)로부터 출력되는 검출 신호를 리드아웃한다.
리드아웃 집적회로(150)는 신호 검출부(160) 및 멀티플렉서(170)를 포함할 수 있다.
신호 검출부(160)는 복수의 데이터 라인(DL)들과 일대일 대응하는 복수의 증폭부를 포함하고, 각 증폭부는 증폭기(OP), 커패시터(CP) 및 리셋소자(SW)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 상기 증폭기(OP)는 데이터 라인(DL)과 연결된 제1입력단, 기준전압(Vref)을 인가받는 제2입력단 및 출력단을 포함한다. 상기 기준전압(Vref)은 그라운드 전압일 수 있다. 상기 제1입력단은 상기 증폭기(OP)의 반전 입력일 수 있고, 상기 제2입력단은 상기 증폭기(OP)의 비반전 입력일 수 있다. 증폭기(OP)의 출력단에서 출력된 신호는 멀티플렉서(170)로 입력된다.
상기 커패시터(CP)의 일단은 상기 증폭기(OP)의 상기 제1입력단과 전기적으로 연결되고, 타단은 상기 증폭기(OP)의 상기 출력단과 전기적으로 연결된다.
상기 리셋소자(SW)는 상기 커패시터(CP)에 충전된 전압을 방전하여 상기 커패시터(CP)를 리셋시킨다. 상기 리셋소자(SW)는 상기 커패시터(CP)에 병렬로 연결되며, 일단은 상기 커패시터(CP)의 일단과 전기적으로 연결되고, 타단은 상기 커패시터(CP)의 타단과 전기적으로 연결된다. 상기 리셋소자(SW)는 상기 커패시터(CP)의 양단을 전기적으로 연결시킬 수 있는 스위치를 포함할 수 있다. 상기 스위치가 닫히면, 상기 커패시터(CP)의 양단은 서로 전기적으로 연결되고, 상기 커패시터(CP)의 양단에 충전된 전압이 방전된다. 상기 리셋소자(SW)의 스위치는 게이트 스캔 모드동안 닫혀, 데이터 라인(DL)을 방전시킨다.
상기 멀티플렉서(170)는 상기 신호 검출부(160)의 증폭기(OP)로부터 전압 신호를 수신하고, 순차적으로 신호 처리부(300)로 출력한다. 상기 멀티플렉서(170)는 각 증폭기(OP)에 대응하는 스위치들을 포함할 수 있다.
타이밍 제어부(180)는 게이트 드라이버(130)의 동작을 제어하기 위하여, 개시신호(STV) 및 클럭신호(CPV) 등을 생성하여 게이트 드라이버(130)로 출력한다. 또한 타이밍 제어부(180)는 리드아웃 집적회로(150)의 동작을 제어하기 위하여, 리드아웃 제어신호(ROC) 및 리드아웃 클럭신호(CLK) 등을 생성하여 리드아웃 집적회로(150)로 출력한다. 게이트 드라이버(130) 및 리드아웃 집적회로(150)는 별개의 클럭신호를 이용하여 동작할 수 있다.
도 4는 도 2의 단위 광감지 화소(P)의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 단위 광감지 화소(P)는 베이스 기판(411) 상에 형성된 트랜지스터(Tr) 및 포토다이오드(PD)를 포함한다. 상기 트랜지스터(Tr)는 게이트 전극(412a), 액티브 패턴(412b), 제1 전극(412c), 및 제2 전극(412d)을 포함할 수 있다. 상기 포토다이오드(PD)는 제1전극(414a), 광도전층(414b) 및 제2전극(414c)을 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판(411)은 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 베이스 기판(411)은 투명한 물질, 예를 들어, 유리, 석영 또는 합성수지로 이루어질 수 있다.
상기 베이스 기판(411) 상에는 상기 트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(412a)이 형성된다. 상기 게이트 전극(412a)은 게이트 라인(GL)으로부터 돌출된 형태로 형성될 수 있으며, 상기 게이트 라인(GL)과 동일한 물질, 예를 들어, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 전극(412a)은 게이트 절연막(413)에 의해 커버된다. 상기 게이트 절연막(413)은, 예를 들어, 질화 실리콘(SiNx) 및 산화 실리콘(SiOx) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 절연막(413) 상에는 상기 트랜지스터(Tr)의 액티브 패턴(412b)이 형성된다. 상기 액티브 패턴(412b)은, 예를 들어, 상기 게이트 절연막(413) 상에 형성된 채널층 및 상기 채널층 상에 형성된 오믹(ohmic) 콘택층을 포함할 수 있다. 상기 채널층은 비정질 실리콘(a-Si)을 포함할 수 있고, 상기 오믹 콘택층은 고밀도 이온도핑 비정질 실리콘(n+ a-Si 또는 p+ a-Si)을 포함할 수 있다.
상기 액티브 패턴(412b) 상에는 상기 트랜지스터(Tr)의 제1 전극(412c) 및 제2 전극(412d)이 형성되고, 상기 제1 전극(412c) 및 제2 전극(412d)은 서로 소정의 간격으로 이격된다. 상기 제1 전극(412c) 및 제2 전극(412d)은 데이터 라인(DL)과 동일한 물질, 예를 들어, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴-텅스텐 합금(MoW), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 절연막(413) 상에 포토다이오드(PD)의 제1전극(414a)이 상기 트랜지스터(Tr)의 제1 전극(412c)과 일체로 형성되어 서로 전기적으로 연결된다.
상기 포토다이오드(PD)의 제1전극(414a) 상에는 광도전층(414b)이 형성된다. 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 광도전층(414b)은 n-타입 실리콘층, 진성(Intrinsic) 실리콘층 및 p-타입 실리콘층이 순차적으로 적층된 구조로 이루어질 수 있다.
상기 광도전층(414b) 상에는 포토다이오드(PD)의 제2전극(414c)이 상기 포토다이오드(PD)의 제1전극(414a)과 대향하여 형성된다. 상기 포토다이오드(PD)의 제2전극(414c)은 엑스레이가 상기 광도전층(414b) 내로 인가될 수 있도록 투명한 도전성 물질, 예를 들어, 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide: ITO) 등을 포함할 수 있다.
상기 포토다이오드(PD)와 상기 트랜지스터(Tr)를 커버하며 상기 베이스 기판(411) 전면에 보호막(415)이 형성된다. 상기 보호막(415)은, 예를 들어, 질화 실리콘(SiNx) 및 산화 실리콘(SiOx) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 보호막(415)에는 상기 포토다이오드(PD)의 제2전극(414c)을 노출시키기 위한 콘택홀(415a)이 형성된다. 상기 바이어스 라인(BL)은 상기 콘택홀(415a)을 통해서 상기 포토다이오드(PD)의 제2전극(414c)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 보호막(415)과 상기 바이어스 라인(BL)을 커버하며 상기 베이스 기판(411) 전면에 절연층(416)을 더 구비할 수 있다.
상기 화소부(110)의 상면 즉, 상기 절연층(416) 상에는 신틸레이터(420)가 구비된다. 상기 신틸레이터(420)는 에너지원(10)으로부터 피사체(20)를 통과하여 입사된 엑스레이를 가시광선 영역의 약 550nm의 파장을 갖는 녹색 광으로 변환하여 상기 화소부(110) 측으로 전달한다. 상기 신틸레이터(420)는 예를 들면, 세슘 요오드화합물(cesium iodide)로 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 이미지와 엑스레이 이미지를 생성하는 방법을 설명하는 타이밍도이다.
도 5를 참조하면, 엑스레이 검출기(100)는 오프셋 이미지 취득 구간동안, 엑스레이 조사 없이 수행된 리드아웃을 통해 오프셋 이미지를 획득하고, 노광 이미지 취득 구간동안, 엑스레이 조사 후 수행된 리드아웃을 통해 엑스레이 이미지를 획득한다.
오프셋 이미지 취득 구간은 제1 스크러빙 구간(A)과 오프셋 리드아웃 구간(B)을 포함한다.
제1 스크러빙 구간(A)동안, 엑스레이 검출기(100)는 게이트 스캔을 n회 수행한다. 상기 게이트 스캔은 적어도 2회 수행될 수 있다. 게이트 스캔 타임(ts)은 첫 번째 게이트 라인부터 마지막 게이트 라인으로 순차적으로 게이트 펄스가 인가되어 게이트 스캔이 수행되는 시간이다. 게이트 스캔 간격(ti)은 0일 수 있다. n회의 게이트 스캔은 전체 게이트 스캔 타임(TS) 동안 수행된다.
구체적으로, 상기 게이트 드라이버(130)로부터 게이트 펄스가 순차적으로 복수의 게이트 라인(GL)으로 인가되고, 상기 게이트 펄스에 의해 각 행의 트랜지스터(Tr)가 턴-온된다. 다음으로 턴-온된 트랜지스터(Tr)가 턴-오프된다. 이때, 신호 검출부(160)의 리셋소자(SW)는 닫힌 상태로써 커패시터(CP)의 양단에 전기적으로 연결되어 있다. 데이터 라인(DL)의 전기적 신호는 상기 리셋소자(SW)에 의해 방전된다. 즉, 스크러빙 시 수집되는 데이터는 폐기된다. 게이트 스캔이 종료되면 리셋소자(SW)는 열린 상태가 된다. 또한, 제1 스크러빙 구간(A) 동안, 게이트 스캔 사이에 각 포토다이오드(PD)는 소정의 초기전위까지 충전된다.
스크러빙은 엑스선 조사 후, 포토다이오드(PD)에 남아있는 잔상(image lag)을 리셋하여, 엑스레이 검출기(100)를 초기화하는 동작이다. 또한, 스크러빙은 휴지기 사이에 포토다이오드(PD)의 양단의 적절한 바이어스 전위를 유지하기 위해 행해진다. 또한, 스크러빙은 포토다이오드(PD)의 지연 또는 불완전한 전하회복의 영향을 줄이기 위해 행해진다. 노광 이후, 포토다이오드(PD)의 양단의 전위를 초기전위로 회복시키는데 필요한 전하량은, 엑스레이를 노광시키는 시간에 걸쳐서 각 광감지 화소(P)의 단위 구역에서 적분되고, 각 광감지 화소(P)에서 검출된 엑스레이 량에 비례한다.
오프셋 리드아웃 구간(B)에서, 엑스레이 검출기(100)는 오프셋 윈도우 타임(TW1) 동안 아이들 상태를 유지한다. 이때, 트랜지스터(Tr)는 턴-오프 상태이다.
오프셋 윈도우 타임(TW1) 경과 후, 엑스레이 검출기(100)는 각 광감지 화소(P)의 전기적 신호를 판독하는 오프셋 리드아웃(TR1)을 수행한다.
구체적으로, 게이트 드라이버(130)로부터 복수의 게이트 라인(GL)으로 게이트 펄스가 순차적으로 인가된다. 상기 게이트 펄스에 의해 각 광감지 화소(P)의 트랜지스터(Tr)가 턴-온된다. 상기 턴-온된 트랜지스터(Tr)가 출력하는 전기적 신호는 데이터 라인(DL)을 통해 리드아웃되고, 리드아웃 집적회로(150)로 전달된다.
신호 처리부(300)는 리드아웃 집적회로(150)로부터 출력된 신호를 기초로 오프셋 이미지를 획득한다. 예를 들면, 상기 획득된 오프셋 이미지와 기 획득된 오프셋 이미지와의 평균에 의해 오프셋 이미지를 업데이트 할 수 있다.
노광 이미지 취득 구간은 제2 스크러빙 구간(C)과 엑스레이 리드아웃 구간(D)을 포함한다.
제2 스크러빙 구간(C)에서, 엑스레이 검출기(100)는 게이트 스캔을 n회 수행한다. 상기 게이트 스캔은 적어도 2회 수행될 수 있다. 게이트 스캔 타임(ts)은 첫 번째 게이트 라인부터 마지막 게이트 라인까지 순차적으로 게이트 펄스가 인가되어 게이트 스캔이 수행되는 시간이다. 게이트 스캔 간격(ti)은 0일 수 있다. n회의 게이트 스캔은 전체 게이트 스캔 타임(TS) 동안 수행된다.
구체적으로, 상기 게이트 드라이버(130)로부터 게이트 펄스가 순차적으로 복수의 게이트 라인(GL)으로 인가되고, 상기 게이트 펄스에 의해 각 행의 트랜지스터(Tr)가 턴-온된다. 이때, 신호검출부(160)의 리셋소자(SW)는 닫힌 상태로써 커패시터(CP)의 양단에 전기적으로 연결되어 있다. 즉, 스크러빙 시 수집되는 데이터는 폐기된다. 데이터 라인(DL)의 전기적 신호는 상기 리셋소자(SW)에 의해 방전된다. 또한, 제2 스크러빙 구간(C) 동안, 게이트 스캔 사이에 각 포토다이오드(PD)는 소정의 초기전위까지 충전된다.
게이트 스캔이 종료되면 리셋소자(SW)는 열린 상태가 된다.
엑스레이 리드아웃 구간(D)에서, 엑스레이 검출기(100)는 엑스레이 윈도우 타임(TW2) 동안 엑스레이에 노출된다. 이때, 트랜지스터(Tr)는 턴-오프 상태이다. 엑스레이 검출기(100)가 엑스레이에 노출되면, 엑스레이가 신틸레이터(420)에 흡수되고, 신틸레이터(420)로부터 포토다이오드(PD)로 방출되는 빛은, 포토다이오드(PD)를 부분적으로 방전시킨다. 신틸레이터(420)로부터 포토다이오드(PD)로 방출되는 빛의 광량은 신틸레이터(420)에서 흡수된 엑스레이의 광량에 비례한다.
엑스레이 윈도우 타임(TW2) 경과 후, 엑스레이 검출기(100)는 각 광감지 화소(P)의 전기적 신호를 판독하는 엑스레이 리드아웃(TR2)을 수행한다.
구체적으로, 게이트 드라이버(130)로부터 복수의 게이트 라인(GL)으로 게이트 펄스가 순차적으로 인가된다. 상기 게이트 펄스에 의해 각 광감지 화소(P)의 트랜지스터(Tr)가 턴-온된다. 엑스레이 윈도우 타임(TW2) 동안 포토다이오드(PD)에 형성된 전기적 신호는 상기 턴-온된 트랜지스터(Tr)로 전달된다. 상기 턴-온된 트랜지스터(Tr)가 출력하는 전기적 신호는 데이터 라인(DL)을 통해 리드아웃되고, 리드아웃 집적회로(150)로 전달된다.
신호 처리부(300)는 리드아웃 집적회로(150)로부터 출력된 신호를 기초로 엑스레이 이미지를 획득한다.
신호 처리부(300)는 상기 엑스레이 이미지로부터 상기 업데이트된 오프셋 이미지를 감산하여 오프셋 보정된 엑스레이 이미지를 생성한다.
도 6은 종래 방식에 따른 게이트 스캔 동작의 일례를 나타낸 타이밍도이다.
도 5의 제1 스크러빙 구간(A) 및 제2 스크러빙 구간(C)동안, 도 6에 도시된 바와 같이, 각 게이트 라인들(GL)에 게이트 펄스가 인가되어, 스크러빙이 수행된다. 도 6은 6개의 게이트 라인들(GL1 내지 GL6)을 구동하는 실시예를 도시하였으며, 게이트 라인들의 개수는 실시예들에 따라 변경될 수 있다. 또한, 도 6은 1회의 게이트 스캔 동작을 나타내며, 도 6의 게이트 스캔 주기(T)는 도 5의 게이트 스캔 타임(ts)에 대응된다.
게이트 스캔은 개시신호(STV)의 개시펄스에 응답하여 개시된다. 개시펄스가 인가되는 동안, 클럭신호(CPV)의 클럭 펄스에 응답하여 게이트 펄스가 제1 게이트 라인(GL1)으로부터 순차적으로 인가된다. 종래 방식에 따르면, 게이트 펄스의 펄스폭(t)은 클럭신호(CPV)의 주기와 같게 결정된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 게이트 라인들(GL1 내지 GL6)에 게이트 펄스가 순차적으로 인가되어, 화소부(110)의 복수의 화소들의 스위칭 소자(Tr)가 행(row) 단위로 순차적으로 턴-온되고, 게이트 스캔이 수행된다. IGH는 각 데이터 라인(DL)들을 통해 흐르는 전류를 나타낸다.
도 7은 게이트 온 타임에 따른 스크러빙 효율을 나타낸 그래프이다.
스크러빙 동안, 엑스레이 검출기를 적절하게 초기화시키고 잔상을 제거하기 위해서는 복수 회에 걸친 게이트 스캔이 필요하다. 스크러빙을 위해 필요한 게이트 스캔의 횟수는 게이트 온 타임에 따라 달라질 수 있다. 여기서 게이트 온 타임은 스위칭 소자(Tr)가 턴-온되는 시간을 의미하며, 게이트 펄스의 펄스폭에 해당한다. 구체적으로 설명하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 게이트 온 타임이 길어질수록, 스크러빙을 위해 요구되는 게이트 스캔 횟수는 작아진다. 그런데 리셋에 필요한 스크러빙 시간이 길어지면, 다음 엑스레이 촬영까지의 대기시간(Image cycle time)도 길어진다. 따라서 스크러빙 시간은 짧을수록 좋다.
스크러빙 시간을 짧게 하기 위해서, 게이트 드라이버(130)로 입력되는 클럭신호(CPV)의 주파수를 높이는 방법이 있다. 그런데 이러한 방법을 쓸 경우, 게이트 온 타임도 함께 짧아지므로, 한 번의 게이트 스캔에 의한 포토다이오드(PD)의 리셋 효과가 작아져, 스크러빙을 위한 게이트 스캔 횟수가 증가한다. 결과적으로 종래의 구동 방법에서 클럭신호(CPV)의 주파수만을 높이는 방법은 스크러빙 시간을 감소시키는 효과가 작다.
스크러빙 시간을 짧게 하는 다른 방법으로, 모든 게이트 라인들(GL1 내지 GL6)에 동시에 게이트 펄스를 인가하여, 모든 광감지 화소(P)들의 스위칭 소자(Tr)를 동시에 턴-온시키는 방법이 있다. 그런데 게이트 펄스가 인가되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 데이터 라인(DL)의 전류에 순간적으로 전류 펄스(OS)가 발생한다. 이는 게이트 펄스에 의하여 스위칭 소자(Tr)가 턴-온될 때, 순간적으로 전류가 증가하기 때문이다. 따라서, 앞서 설명한 바와 같이, 모든 게이트 라인들(GL1 내지 GL6)에 동시에 게이트 펄스를 인가하여, 모든 광감지 화소(P)들의 스위칭 소자(Tr)를 동시에 턴-온시킨다면, 데이터 라인(DL)을 통해 돌입 전류가 리드아웃 집적회로(150)로 출력될 수 있다. 결국, 이러한 구동 방법은 리드아웃 집적회로(150)에 부담을 주고, 리드아웃 집적회로(150)의 수명을 감소시킬 수 있다. 또한 모든 광감지 픽셀(P)로부터 동시에 검출 신호를 내보내기 위해서는 모든 광감지 픽셀(P)로 동시에 구동 전력이 공급되어야 하는데, 이는 바이어스 공급부(120)에 큰 부담을 준다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 예를 나타낸 타이밍도이다.
본 발명의 실시예들에 따른 게이트 드라이버(130)는 도 8에 도시된 바와 같이 복수의 게이트 라인들(GL1 내지 GL6)에 인가되는 게이트 펄스가 서로 오버랩되도록 게이트 펄스를 생성하여, 복수의 게이트 라인들(GL1 내지 GL6)에 순차적으로 출력한다. 예를 들면, 게이트 펄스의 펄스폭은 2 클럭주기에 대응되고, 게이트 펄스들은 인접한 게이트 라인에 인가되는 게이트 펄스와 1 클럭주기만큼 오버랩될 수 있다.
도 8의 실시예에서는, 제1 및 제2 스크러빙 구간(A, C)동안, 클럭신호(CPV)의 주파수를 기존 주파수의 2배로 배가하고, 게이트 펄스의 펄스폭은 그대로 유지하여, 스크러빙 시간이 오버랩 구동을 하지 않는 경우에 비하여 50% 가깝게 감소한다. 이를 위해, 제1 및 제2 스크러빙 구간(A, C)동안, 게이트 드라이버(130)로 인가되는 개시신호(STV)는 두 개의 클럭 펄스를 포함하도록 하는 개시펄스폭을 가질 수 있다.
도 8의 실시예는 제1 및 제2 스크러빙 구간(A, C)동안의 클럭신호(CPV)의 주파수를 n배로 하고, 게이트 펄스는 n 클럭주기의 펄스폭을 갖도록 다양하게 변형될 수 있다. 여기서 n은 게이트 라인의 개수보다 작거나 같은 자연수이다. 예를 들면, 제1 및 제2 스크러빙 구간(A, C) 동안의 클럭신호(CPV)는, 오프셋 리드아웃 구간(B) 및 엑스레이 리드아웃 구간(D)의 클럭신호(CPV)의 주파수의 3 배의 주파수를 갖고, 게이트 펄스는 3 클럭주기의 펄스폭을 가질 수 있다. 이러한 경우, 스크러빙 시간은 오버랩 구동을 하지 않는 경우에 비하여 33% 가까이 감소한다.
게이트 라인들(GL1 내지 GL6)을 오버랩 구동하는 구성은 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들면, 게이트 펄스 생성 블록을, 게이트 펄스의 펄스폭이 개시펄스의 펄스폭을 따라가도록 레벨 래치로 구성하고, 개시신호(STV)의 개시펄스폭을 조절하여, 복수의 게이트 라인들(GL1 내지 GL6)의 게이트 펄스가 서로 오버랩되도록 구현할 수 있다. 다른 예로서, 게이트 신호를 생성하는 쉬프트 레지스터(미도시)가 복수의 클럭신호들 및 복수의 개시신호들에 의하여 구동되도록 구성하여, 복수의 게이트 라인들(GL1 내지 GL6)의 게이트 펄스가 서로 오버랩되도록 구성할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 예를 나타낸 타이밍도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 및 제2 스크러빙 구간(A, C)동안, 클럭신호(CPV)의 주파수는 오프셋 리드아웃 구간(B) 및 엑스레이 리드아웃 구간(D)동안의 클럭신호(CPV)의 주파수와 동일하게 유지하면서, 게이트 펄스폭을 늘리고, 복수의 게이트 라인들(GL1 내지 GL6)의 게이트 펄스들이 오버랩되도록 구동하여, 스크러빙 시간을 감소시킨다. 이러한 경우, 오버랩 구동하지 않는 경우에 비하여, 게이트 온 타임이 증가하여, 스크러빙을 위해 요구되는 게이트 스캔 횟수가 감소하기 때문에, 스크러빙 시간을 감소시킬 수 있다.
예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 게이트 드라이버(130)는, 게이트 펄스의 펄스폭이 2 클럭주기에 대응되고, 복수의 게이트 라인들(GL1 내지 GL6)의 게이트 펄스들이 인접한 게이트 라인의 게이트 펄스와 1 클럭주기만큼 오버랩되도록 게이트 펄스를 생성할 수 있다. 스크러빙을 위한 게이트 스캔 횟수는 게이트 펄스의 펄스폭에 의하여 결정될 것이며, 게이트 펄스의 펄스폭이 증가함에 따라 스크러빙을 위한 게이트 스캔 횟수가 감소되기 때문에, 스크러빙 시간이 감소된다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 특허청구범위에 의해 청구된 발명 및 청구된 발명과 균등한 발명들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
1 엑스레이 검출 시스템 10 에너지원
20 피사체 100 엑스레이 검출기
200 제어부 300 신호처리부
400 디스플레이 장치 110 화소부
120 바이어스 공급부 130 게이트 드라이버
150 리드아웃 집적회로 160 신호 검출부
170 멀티플렉서 180 타이밍 제어부
PD 포토다이오드 Tr 스위칭 소자
GL 게이트 라인 DL 데이터 라인
SW 리셋소자 CP 커패시터
OP 증폭기
20 피사체 100 엑스레이 검출기
200 제어부 300 신호처리부
400 디스플레이 장치 110 화소부
120 바이어스 공급부 130 게이트 드라이버
150 리드아웃 집적회로 160 신호 검출부
170 멀티플렉서 180 타이밍 제어부
PD 포토다이오드 Tr 스위칭 소자
GL 게이트 라인 DL 데이터 라인
SW 리셋소자 CP 커패시터
OP 증폭기
Claims (6)
- 입사광에 대응하는 전기적인 검출 신호를 생성하는 포토다이오드(photo diode) 및 상기 검출 신호를 전달하는 스위칭 소자를 포함하는 복수의 광감지 화소들;
상기 스위칭 소자를 턴 온시키는 게이트 펄스를 복수의 게이트 라인들을 통해 상기 스위칭 소자에 공급하는 게이트 드라이버; 및
상기 복수의 광감지 화소들로부터 상기 검출 신호를 리드아웃하는 리드아웃 집적회로를 포함하고,
상기 복수의 광감지 화소들의 상기 포토다이오드들을 초기화시키기 위해 적어도 1회의 게이트 스캔을 수행하는 스크러빙(scrubbing) 구간동안, 적어도 두 개의 게이트 라인들에 공급되는 게이트 펄스들이 부분적으로 오버랩되는, 엑스레이 검출기. - 제1항에 있어서, 각각의 게이트 라인들에 공급되는 상기 게이트 펄스는, n 클럭주기의 펄스폭을 갖고(n은 상기 복수의 광감지 화소들의 행의 개수보다 작거나 같은 자연수), 인접한 게이트 라인에 공급되는 게이트 펄스와 (n-1) 클럭 주기 동안 오버랩되는, 엑스레이 검출기.
- 제2항에 있어서, 각각의 상기 게이트 라인들에 공급되는 게이트 펄스는, 2 클럭주기의 펄스폭을 갖고, 인접한 게이트 라인에 공급되는 상기 게이트 펄스와 1 클럭주기 동안 오버랩되는, 엑스레이 검출기.
- 엑스레이 검출기를 구동하는 방법에 있어서, 상기 엑스레이 검출기에 구비된 복수의 광감지 화소들의 포토다이오드들을 초기화시키기 위해 적어도 1회의 게이트 스캔을 수행하는 스크러빙(scrubbing) 구간동안,
상기 복수의 광감지 화소들의 상기 포토다이오드들로부터 검출 신호를 전달하는 상기 복수의 광감지 화소들 각각에 구비된 스위칭 소자를 턴 온시키는 게이트 펄스를 생성하는 단계;
복수의 게이트 라인들을 통해 상기 복수의 광감지 화소들의 각각의 스위칭 소자에 상기 게이트 펄스를 전달하는 단계; 및
상기 복수의 광감지 화소들로부터 상기 검출 신호를 데이터 라인으로 출력하는 단계를 포함하고,
상기 게이트 펄스를 생성하는 단계는, 적어도 두 개의 게이트 라인들에 공급되는 게이트 펄스들이 부분적으로 오버랩되도록 상기 게이트 펄스를 생성하는, 엑스레이 검출기 구동방법. - 제4항에 있어서, 각각의 게이트 라인들에 공급되는 상기 게이트 펄스는 n 클럭주기의 펄스폭을 갖고(n은 상기 복수의 광감지 화소들의 행의 개수보다 작거나 같은 자연수), 인접한 게이트 라인에 공급되는 게이트 펄스와 (n-1) 클럭 주기 동안 오버랩되는, 엑스레이 검출기 구동방법.
- 제5항에 있어서, 각각의 상기 게이트 라인들에 공급되는 게이트 펄스는, 2 클럭주기의 펄스폭을 갖고, 인접한 게이트 라인에 공급되는 상기 게이트 펄스와 1 클럭주기 동안 오버랩되는, 엑스레이 검출기 구동방법.
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