KR20230039386A - 동영상 엑스레이 검출 패널, 그것을 갖는 엑스레이 디텍터, 및 엑스레이 디텍터의 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

동영상 엑스레이 검출 패널, 그것을 갖는 엑스레이 디텍터, 및 엑스레이 디텍터 구동 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 엑스레이 디텍터의 구동 방법은, 엑스레이 검출 패널을 포함하는 동영상 엑스레이 디텍터의 구동 방법으로서, 상기 엑스레이 검출 패널은 행렬로 배열된 복수의 픽셀을 포함하고, 각 픽셀은 리드아웃 박막 트랜지스터, 리셋 박막 트랜지스터, 및 포토 다이오드를 포함하며, 상기 복수의 픽셀에 대해 행별로, 라인 리셋, 윈도우 타임, 및 리드아웃이 수행된다.

Description

동영상 엑스레이 검출 패널, 그것을 갖는 엑스레이 디텍터, 및 엑스레이 디텍터의 구동 방법{DYNAMIC X-RAY DETECTING PANEL, X-RAY DETECTOR HAVING THE SAME, AND METHOD OF DRIVING X-RAY DETECTOR}
본 발명은 엑스레이 검출 패널, 그것을 갖는 엑스레이 디텍터, 및 엑스레이 디텍터의 구동 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속(High Frame Rate) 동영상 엑스레이 검출 패널, 그것을 갖는 엑스레이 디텍터, 및 엑스레이 디텍터를 구동하는 방법에 관한 것이다.
엑스레이 디텍터는 병의원과 치과에서 엑스레이 진단 촬영용으로 사용되는 의료용 장비 뿐만 아니라, 전기자동차 배터리, 반도체, 전장 부품, 건설, 항공, 선박 등의 내부 결함 검사, 공항과 항만 시설의 선적 물품 및 하역 물품을 검사하기 위한 산업용 장비, 및 폭발물 등 위험물을 찾아내는 군사용 장비 등에 사용된다.
동영상 엑스레이 디텍터는 의료용 및 산업용 장비에서 사용되고 있으며, 산업용으로는 전기자동차 배터리나 반도체 검사와 같이 제품의 안전성과 신뢰성 확보를 위해 필수적인 비파괴 검사에서 사용이 증가하고 있다. 의료용으로는 예를 들어 씨암시티(C-arm CT), 콘빔씨티(CBCT), 유방암 진단용 CT 등에 동영상 엑스레이 디턱터가 사용되고 있다.
동영상 엑스레이 디텍터에 있어서, 고속의 영상을 구동하고 취득하기 위해 높은 초당 프레임 속도(Frame Rate), 낮은 영상 지연(Image Lag), 낮은 영상 잔상(Ghost Image)이 요구된다.
엑스레이 디텍터는 영상 센세인 엑스레이 검출 패널을 포함한다. 엑스레이 검출 패널은 신틸레이터를 이용한 가시광선을 검출할 수 있다.
도 1은 종래의 동영상 엑스레이 디텍터의 엑스레이 검출 패널을 설명하기 위한 개략적인 레이아웃도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 엑스레이 검출 패널은 복수의 픽셀(N, N+1, N+2,...)을 포함하며, 각 픽셀(N-th Pixel)은 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)와 포토다이오드(photodiode)를 포함한다.
박막 트랜지스터의 리드아웃 단자, 즉 드레인은 리드아웃 패드(Readout Pad)를 통해 리드아웃 IC(Readout IC)로 연결되며, 게이트는 게이트 패드(Gate Pad)를 통해 게이트 IC(Gate IC)로 연결된다.
포토다이오드는 바이어스 패드(Bias Pad)를 통해 바이어스 전압 단자에 연결된다.
도 2는 종래 엑스레이 검출 패널 내 리드아웃 박막 트랜지스터의 스위칭 동작을 설명하기 위한 개략적인 도면이고, 도 3은 종래 엑스레이 검출 패널의 구동 타이밍을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
우선, 도 2를 참조하면, 종래의 엑스레이 검출 패널은 글로벌 리셋, 윈도우 타임, 및 리드아웃의 순차적인 단계를 통해 영상 정보를 취득한다. 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)는 글로벌 리셋시에 온 상태로 스위칭되고, 윈도우 타임에서 오프 상태로 스위칭되며, 리드아웃 단계에서 온 상태로 스위칭된다.
도 3을 참조하면, 글로벌 리셋은 모든 라인에 대해 한번에 정해신 시간 동안 진행되며, 윈도우 타임 또한 모든 라인에 대해 동일하게 진행되고, 리드아웃은 라인별로 순차적으로 진행된다. 이러한 방식에 의하면, 윈도우 타임과 리드아웃 사이에 각 라인별로 시간 지연(Time Delay)이 발생하게 되며, 이에 따라, 동영상 엑스레이 영상 구현시 이미지 지연(Image Lag)과 잔상(Ghost Image) 등이 발생하게 된다. 따라서, 종래의 엑스레이 디텍터 구동 방식은 초당 높은 프레임 속도가 필요한 동영상 엑스레이 디텍터에는 부적합하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 윈도우 타임과 리드아웃 사이에 라인별로 시간 지연이 발생하는 것을 방지할 수 있는 동영상 엑스레이 디텍터의 검출 패널, 동영상 엑스레이 디텍터, 및 엑스레이 디텍터의 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 고속의 동영상 엑스레이 영상 취득에 적합한 동영상 엑스레이 디텍터의 검출 패널, 동영상 엑스레이 디텍터, 및 엑스레이 디텍터의 구동 방법을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따르면 동영상 엑스레이 디텍터의 구동 방법이 제공된다. 상기 동영상 엑스레이 디텍터의 구동 방법은, 엑스레이 검출 패널을 포함하는 동영상 엑스레이 디텍터의 구동 방법으로서, 상기 엑스레이 검출 패널은 행렬로 배열된 복수의 픽셀을 포함하고, 각 픽셀은 리드아웃 박막 트랜지스터, 리셋 박막 트랜지스터, 및 포토 다이오드를 포함하며, 상기 복수의 픽셀에 대해 행별로, 라인 리셋, 윈도우 타임, 및 리드아웃이 수행된다.
일 실시예에 있어서, 앞의 행의 윈도우 타임의 시작보다 다음 행의 윈도우 타임의 시작이 늦고, 앞의 행의 픽셀들의 리드 아웃이 종료된 후 다음 행의 픽셀들의 리드 아웃이 수행될 수 있다.
나아가, 앞의 행의 리드 아웃의 종료 시점과 다음 행의 윈도우 타임 종료 시점이 일치할 수 있다.
또한, 리셋 타임이 리드 아웃 타임보다 길 수 있으며, 리드 아웃 종료 후에 아이들 타임이 정의될 수 있다. 아이들 타임은 리셋 타임과 리드 아웃 타임의 차이에 해당할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 앞의 행의 라인 리셋이 종료된 후 다음 행의 라인 리셋이 시작될 수 있다.
나아가, 리셋 타임이 리드 아웃 타임보다 짧을 수 있으며, 리셋 타임 종료 후에 아이들 타임이 정의될 수 있다. 상기 아이들 타임은 리셋 타임과 리드 아웃 타임의 차이에 해당될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 앞의 행의 라인 리셋이 종료되기 전에 다음 행의 라인 리셋이 수행될 수 있으며, 앞의 행의 라인 리셋이 종료된 후 일정 시간 후에 다음 행의 라인 리셋이 종료될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 리셋 타임, 윈도우 타임, 및 리드아웃 타임은 각각 상기 검출 패널 내 모든 행의 픽셀들에 대해 동일하게 정의될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 라인 리셋시, 해당되는 행의 리셋 박막 트랜지스터들은 온 상태이고, 리드아웃 박막 트랜지스터들은 오프 상태이며, 윈도우 타임 동안, 해당되는 행의 리셋 박막 트랜지스터들은 오프 상태이고, 리드아웃 박막 트랜지스터들은 오프 상태이며, 리드아웃 단계에서, 해당되는 행의 리셋 박막 트랜지스터들은 오프 상태이고, 리드아웃 박막 트랜지스터들은 온 상태이다.
나아가, 각 행의 픽셀들 내의 리드아웃 박막 트랜지스터들의 게이트들은 하나의 리드아웃 게이트 패드에 공통으로 연결되고, 각 행의 픽셀들 내의 리드아웃 박막 트랜지스터들의 드레인들은 서로 다른 리드아웃 패드들에 각각 연결되며, 각 행의 픽셀들 내의 리셋 박막 트랜지스터들의 게이트들은 하나의 리셋 게이트 패드에 공통으로 연결되고, 상기 복수의 픽셀들 내의 리셋 박막 트랜지스터들의 드레인들은 리셋 드레인 패드에 공통으로 연결되고, 각 픽셀 내 포토다이오드는 리셋 박막 트랜지스터 및 리드아웃 박막 트랜지스터의 소스들에 공통으로 연결된다.
일 실시예에 따른 동영상 엑스레이 검출 패널은, 행렬로 배열되며, 각 픽셀이 리드아웃 박막 트랜지스터, 리셋 박막 트랜지스터, 및 포토 다이오드를 포함하는 복수의 픽셀; 각각 하나의 행의 픽셀들 내의 리드아웃 박막 트랜지스터들의 게이트들에 공통으로 연결된 복수의 리드아웃 게이트 패드들; 하나의 행의 픽셀들 내의 리드아웃 박막 트랜지스터들의 드레인들에 각각 연결된 리드아웃 패드들; 각각 각 행의 픽셀들 내의 리셋 박막 트랜지스터들의 게이트들에 공통으로 연결된 복수의 리셋 게이트 패드들; 및 상기 복수의 픽셀들 내의 리셋 박막 트랜지스터들의 드레인들에 공통으로 연결된 적어도 하나의 리셋 드레인 패드를 포함하고, 각 픽셀 내 포토다이오드는 리셋 박막 트랜지스터 및 리드아웃 박막 트랜지스터의 소스들에 공통으로 연결된다.
상기 동영상 엑스레이 검출 패널은 상기 복수의 픽셀 내의 포토 다이오드들의 양극에 공통으로 연결된 바이어스 패드를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 리드아웃 패드들은 각각 하나의 열(column)의 픽셀들 내의 리드아웃 박막 트랜지스터들에 공통으로 연결될 수 있다.
상기 동영상 엑스레이 검출 패널은 복수의 리셋 드레인 패드를 포함할 수 있으며, 각각의 리셋 드레인 패드가 상기 복수의 픽셀들 내의 리셋 박막 트랜지스터들의 드레인들에 공통으로 연결되고, 상기 복수의 리셋 드레인 패드는 상기 검출 패널 내에서 상하 및/또는 좌우 위치에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동영상 엑스레이 디텍터는 앞에서 설명한 동영상 엑스레이 검출 패널을 포함한다.
나아가, 상기 동영상 엑스레이 디텍터는 상기 리드아웃 게이트 패드들에 연결된 리드아웃 게이트 IC; 상기 리드아웃 패드들에 연결된 리드아웃 IC; 및 상기 리셋 게이트 패드들에 연결된 리셋 게이트 IC를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 윈도우 타임과 리드아웃 사이에 라인별로 시간 지연이 발생하는 것을 방지할 수 있는 고속 동영상 엑스레이 검출 패널 및 엑스레이 디텍터를 제공할 수 있다. 또한, 고속의 동영상 엑스레이 영상 취득에 적합한 동영상 엑스레이 디텍터의 구동 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 동영상 엑스레이 디텍터의 엑스레이 검출 패널을 설명하기 위한 개략적인 레이아웃도이다.
도 2는 종래 엑스레이 검출 패널 내 리드아웃 박막 트랜지스터의 스위칭 동작을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 3은 종래 엑스레이 검출 패널의 구동 타이밍을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동영상 엑스레이 디텍터의 엑스레이 검출 패널을 설명하기 위한 개략적인 레이아웃도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 패널 내 박막 트랜지스터들의 스위칭 동작을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 패널의 구동 타이밍을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 엑스레이 검출 패널의 구동 타이밍을 예시한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 개시의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 개시의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 개시는 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분에 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동영상 엑스레이 디텍터의 엑스레이 검출 패널을 설명하기 위한 개략적인 레이아웃도이다. 여기서 설명하는 엑스레이 검출 패널은 신틸레이터에 의해 변환된 가시광을 검출하는 간접 방식에 적합하다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 엑스레이를 직접 검출하는 직접 방식의 엑스레이 검출 패널에도 적용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 엑스레이 검출 패널은 복수의 픽셀(N, N+1, N+2,...)을 포함하며, 각각의 픽셀(N-th Pixel)은 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT), 리셋 박막트랜지스터(Reset TFT), 및 포토다이오드(Photodiode)를 포함한다. 또한, 복수의 픽셀(N, N+1, N+2,..)에 연결된 리드아웃 패드들(Readout Pads), 리드아웃 게이트 패드들(Readout Gate Pads), 리셋 게이트 패드들(Reset Gate Pads), 리셋 드레인 패드(Reset Drain Pad), 및 바이어스 패드(Bias Pad)를 포함한다.
복수의 픽셀(pixel)은, 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수의 픽셀은 5000×5000 개의 행렬로 배열된 픽셀들을 포함할 수 있다.
리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT) 및 리셋 박막 트랜지스터(Reset TFT)는 비정질 실리콘, In-Ga-Zn-O 중 하나 이상으로 구성된 산화물, 또는 다결정 실리콘을 반도체층으로 사용하는 스위칭 소자일 수 있다. 포토다이오드는 비정질 실리콘, In-Ga-Zn-O 중 하나 이상으로 구성된 산화물, 다결정 실리콘 또는 유기화합물을 광변환층으로 사용하는 소자일 수 있다.
우선, N번째 픽셀(N-th Pixel)을 예를 들어 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT), 리셋 박막 트랜지스터(Reset TFT), 및 포토다이오드(Photodiode)의 연결 구조에 대해 설명한다.
리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)의 리드아웃 단자, 즉, 드레인은 리드아웃 패드(Readout pad)를 통해 리드아웃 IC로 연결되며, 게이트는 리드아웃 게이트 패드(Readout Gate Pad)를 통해 리드아웃 게이트 IC에 연결된다.
리셋 박막 트랜지스터(Reset TFT)의 드레인은 리셋 드레인 패드(Reset Drain Pad)를 통해 드레인 소스 전압 단자 Vds(rst)에 연결되며, 게이트는 리셋 게이트 패드(Reset Gate Pad)를 통해 리셋 게이트 IC에 연결된다.
포토다이오드는 바이어스 패드(Bias Pad)를 통해 바이어스 전압 단자 Vbias에 연결된다. 포토다이오드의 양극(Anode)이 바이어스 패드(Bias Pad)에 연결될 수 있으며, 음극(Cathode)은 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT) 및 리셋 박막 트랜지스터(Reset TFT)의 소스에 연결될 수 있다. 이와 달리, 포토다이오드의 음극(Cathode)이 바이어스 패드(Bias Pad)에 연결될 수 있으며, 양극(Anode)이 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT) 및 리셋 박막 트랜지스터(Reset TFT)의 소스에 연결될 수도 있다.
바이어스 패드(Bias Pad) 및 리셋 드레인 패드(Reset Drain Pad)는 각각 복수의 픽셀들(N, N+1, N+2,...) 모두에 공통으로 연결될 수 있다. 즉, 검출 패널 내 복수의 포토다이오드들은 모두 하나의 바이어스 패드에 공통으로 연결될 수 있으며, 복수의 리셋 박막 트랜지스터(Rest TFT)의 드레인들은 모두 하나의 리셋 드레인 패드(Reset Drain Pad)에 공통으로 연결될 수 있다. 본 실시예에서, 바이어스 패드 및 리셋 드레인 패드가 각각 하나씩 마련된 것으로 도시하지만, 검출 패널 내에 복수의 바이어스 패드들 및 복수의 리셋 드레인 패드들이 마련될 수 있다. 각 바이어스 패드가 검출 패널 내 복수의 포토다이오드들에 공통으로 연결될 수 있으며, 각 리셋 드레인 패드가 검출 패널 내 복수의 리셋 박막 트랜시스터의 드레인들에 공통으로 연결될 수 있다. 복수의 리셋 드레인 패드는 검출 패널 내에서 상하 및/또는 좌우 위치에 배치될 수 있다. 복수의 리셋 드레인 패드를 배치함으로써 리셋 드레인 패드와 픽셀간의 연결 길이를 감소시킬 수 있어 RC 지연을 감소시킬 수 있다.
한편, 같은 행(Row)에 배열된 픽셀들은 하나의 리드아웃 게이트 패드 및 하나의 리셋 게이트 패드(Reset Gate Pad)에 공통으로 연결될 수 있으며, 서로 다른 행에 배열된 픽셀들은 서로 다른 리드아웃 게이트 패드들 및 서로 다른 리셋 게이트 패드들에 연결될 수 있다. 즉, 같은 행에 배열된 픽셀들의 경우, 리드아웃 박막 트랜지스터들(Readout TFTs)의 게이트들이 하나의 리드아웃 게이트 패드(Readout Gate Pad)에 공통으로 연결되고, 서로 다른 행에 배열된 픽셀들의 경우, 리드아웃 박막 트랜지스터들(Readout TFTs)의 게이트들이 서로 다른 리드아웃 게이트 패드들(Readout Gate Pads)에 연결된다. 또한, 같은 행에 배열된 픽셀들의 경우, 리셋 박막 트랜지스터들(Reset TFTs)의 게이트들이 하나의 리셋 게이트 패드(Reset Gate Pad)에 공통으로 연결되고, 서로 다른 행에 배열된 픽셀들의 경우, 리셋 박막 트랜지스터들(Reset TFTs)의 게이트들이 서로 다른 리셋 게이트 패드들(Reset Gate Pads)에 연결된다.
한편, 같은 열(column)에 배열된 픽셀들은 하나의 리드아웃 패드에 공통으로 연결될 수 있으며, 서로 다른 열에 배열된 픽셀들은 서로 다른 리드아웃 패드들에 연결될 수 있다. 즉, 같은 열에 배열된 픽셀들의 경우, 리드아웃 박막 트랜지스터들(Readout TFT)의 드레인들이 하나의 리드아웃 패드(Readout Pad)에 공통으로 연결되고, 서로 다른 열에 배열된 픽셀들의 경우, 리드아웃 박막 트랜지스터들(Readout TFT)의 드레인들이 서로 다른 리드아웃 패드들(Readout Pads)에 연결된다. 따라서, 하나의 행에 배열된 픽셀들은 서로 다른 리드아웃 패드들에 연결된다.
행열로 배열된 픽셀들 내의 트랜지스터들 및 포토다이오드를 위와 같이 연결함으로써, 라인 단위, 즉 행 단위로 리셋 동작 및 리드아웃 동작을 쉽게 수행할 수 있으며, 고속 동영상에 최적화된 영상 정보를 취득할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 패널 내 박막 트랜지스터들의 스위칭 동작을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 있어서, 픽셀들(N, N+1, N+2,...)은 라인 단위, 즉 행 단위로 라인 리셋이 수행될 수 있다.
라인 리셋시, 리셋 박막 트랜지스터(Reset TFT)는 온 상태로, 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)는 오프 상태로 스위칭된다. 예를 들어, 리셋 게이트 IC(Reset Gate IC)에 의해 리셋 박막 트랜지스터(Reset TFT)의 게이트에 게이트 전압 Vg(rst)이 인가되어 리셋 박막 트랜지스터(TFT)가 온 상태로 되고, 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)의 게이트에는 리드아웃 게이트 IC(Readout Gate IC)에 의해 게이트 전압 Vg(ro)이 인가되어 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)가 오프 상태로 될 수 있다. 예를 들어, 라인 리셋시, 리셋 박막 트랜지스터(Rest TFT)의 게이트 전압 Vg(rst)은 0V 내지 30V 범위 내일 수 있고, 드레인-소스간 전압은 0V 내지 20V의 범위 내일 수 있으며, 또한, 드레인은 플로팅될 수도 있다. 또한, 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)의 게이트 전압 Vg(ro)는 0V 내지 -30V 범위 내일 수 있으며, 드레인-소스간 전압은 0V 내지 20V 범위 내일 수 있으며, 드레인은 플로팅될 수도 있다. 한편, 포토다이오드에 바이어스 전압 Vbias가 인가될 수 있다. 바이어스 전압 Vbias는 예를 들어 -10V 내지 10V 범위 내일 수 있다.
상기 라인 리셋에 의해 리셋 게이트 패드(Reset Gate Pad)에 연결된 픽셀들 내의 잔류 전하가 리셋 박막 트랜지스터들(Rest TFTs)을 통해 제거되어 픽셀들이 리셋될 수 있다. 하나의 라인(행)에 대해 라인 리셋이 완료되며, 다음 라인에 대한 라인 리셋이 수행될 수 있으며, 이와 같이, 엑스레이 동영상 검출 패널 내의 픽셀들에 대해 라인 단위로 리셋이 수행될 수 있다.
리셋이 수행된 후, 엑스레이 조사에 의한 정보를 수집하는 윈도우 타임이 배치된다. 본 실시예에 있어서, 용어 "윈도우 타임"은 엑스레이 조사에 의해 포토다이오드(Photodiode)에서 생성되는 전하가 포화되는 시간을 의미한다. 윈도우 타임은 포토 다이오드들의 전하 포화 시간을 고려하여 임의로 설정될 수 있다.
윈도우 타임 동안, 리셋 박막 트랜지스트(Reset TFT) 및 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)는 오프 상태로 스위칭된다. 예를 들어, 리셋 게이트 IC(Reset Gate IC)에 의해 리셋 박막 트랜지스터(Reset TFT)의 게이트에 게이트 전압 Vg(rst)인 인가되어 리셋 박막 트랜지스터(TFT)가 오프 상태로 되고, 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)의 게이트에는 리드아웃 게이트 IC(Readout Gate IC)에 의해 게이트 전압 Vg(ro)이 인가되어 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)가 오프 상태로 될 수 있다. 예를 들어, 윈도우 타임에서, 리셋 박막 트랜지스터(Rest TFT)의 게이트 전압 Vg(rst)은 0V 내지 -30V 범위 내일 수 있고, 드레인-소스간 전압은 0V 내지 20V의 범위 내일 수 있으며, 드레인은 플로팅될 수도 있다. 또한, 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)의 게이트 전압 Vg(ro)는 0V 내지 -30V 범위 내일 수 있고, 드레인-소스간 전압은 0V 내지 20V 범위 내일 수 있으며, 드레인은 플로팅될 수도 있다. 한편, 포토다이오드에 바이어스 전압 Vbias가 인가될 수 있다. 바이어스 전압 Vbias는 예를 들어 -10V 내지 10V 범위 내일 수 있다.
엑스레이가 조사됨에 따라 포토다이오드(Photodiode)에서 광전 변환이 수행되어 전하가 생성된다. 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT) 및 리셋 박막 트랜지스터(Reset TFT)가 오프 상태이므로, 포토다이오드(Photodiode)에서 생성된 전하는 포토다이오드 또는 리드아웃 박막 트랜지스터(Read TFT)의 소스에 축적될 수 있다.
리드아웃 단계에서, 리셋 박막 트랜지스터(Reset TFT)는 오프 상태를 유지하고, 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)는 온 상태로 스위칭된다. 예를 들어, 리셋 게이트 IC(Reset Gate IC)에 의해 리셋 박막 트랜지스터(Reset TFT)의 게이트에 게이트 전압 Vg(rst)이 인가되어 리셋 박막 트랜지스터(TFT)가 오프 상태를 유지하며, 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)의 게이트에는 리드아웃 게이트 IC(Readout Gate IC)에 의해 게이트 전압 Vg(ro)이 인가되어 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)가 온 상태로 스위칭될 수 있다. 예를 들어, 리드아웃 단계에서, 리셋 박막 트랜지스터(Rest TFT)의 게이트 전압 Vg(rst)은 0V 내지 -30V 범위 내일 수 있고, 드레인-소스간 전압은 0V 내지 20V의 범위 내일 수 있으며, 드레인은 플로팅될 수도 있다. 또한, 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)의 게이트 전압 Vg(ro)는 0V 내지 30V 범위 내일 수 있고, 드레인-소스간 전압은 0V 내지 20V 범위 내일 수 있으며, 드레인은 플로팅될 수도 있다. 한편, 포토다이오드에 바이어스 전압 Vbias가 인가될 수 있다. 바이어스 전압 Vbias는 예를 들어 -10V 내지 10V 범위 내일 수 있다.
리드아웃 단계에서, 포토다이오드에 의해 생성된 전하는 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)의 소스로부터 드레인으로 이동하며, 리드아웃 패드를 통해 리드아웃 IC로 전달된다. 리드아웃 IC는 이 전하 정보를 이용하여 영상 정보를 생성할 수 있다.
라인 리셋, 윈도우 타임, 및 리드 아웃 단계는 순차적으로 진행되며, 이들 단계에 의해 하나의 라인에 대한 정보가 처리된다. 각 라인에 대해 순차적으로 정보를 처리함으로써 전체 픽셀들에 대한 1 프레임의 정보를 취득할 수 있다. 라인 단위로 정보를 처리하는 과정을 반복하여 복수 프레임의 정보를 취득함으로써 동영상을 구현할 수 있다.
각 라인들에 대해 라인 리셋, 윈도우 타임, 및 리드 아웃 단계를 진행하는 방법에 대해 도 6을 참조하여 상세히 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 패널의 구동 타이밍을 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 도 6은 1 프레임 시간 동안의 각 라인에 대한 라인 리셋, 윈도우 타임, 및 리드아웃을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 각 라인별로 라인 리셋, 윈도우 타임, 및 리드아웃이 수행된다. 예를 들어, 제1행에 대해, 라인 리셋, 윈도우 타임, 및 리드아웃이 진행된다. 제1행의 픽셀들을 리셋하기 위해 제1행의 픽셀들 내의 리셋 박막 트랜지스터들(Reset TFTs)이 온 상태로 스위칭된다. 이때, 다른 행들 내의 픽셀들 내의 리셋 박막 트랜지스터들은 오프 상태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 다른 행들 내의 픽셀들 또한 제1행의 픽셀들과 함께 리셋이 수행될 수도 있다.
제1행의 픽셀들에 대한 라인 리셋은 리드아웃 박막 트랜지스터들(Readout TFTs)의 소스에 잔류하는 전하 또는 기생 커패시터에 의한 전하 등을 제거하기 위해 수행된다. 라인 리셋은 잔류 전하를 제거하기 위해 충분한 시간 동안 수행될 수 있으며, 라인 리셋에 필요한 시간은 예를 들어, 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT), 리셋 박막 트랜지스터(Reset TFT), 및 포토다이오드의 재료 및 용량 등을 고려하여 설정될 수 있으며, 실험적으로 설정될 수도 있다.
제1행에 대해 라인 리셋이 수행된 후 제1행의 리셋 박막 트랜지스터들(Reset TFTs)은 오프 상태로 스위칭된다. 한편, 제1행의 리드아웃 박막 트랜지스터들(Readout TFTs)은 오프 상태를 유지한다. 이에 따라, 엑스레이 조사에 의해 포토다이오드(photodiode)에서 생성된 전하가 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)의 소스에 축적된다. 전하는 윈도우 타임 동안 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)의 소스에 축적되어 포화될 수 있다.
윈도우 타임이 지난 후, 제1행의 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFTs)들이 온 상태로 스위칭된다. 이에 따라, 제1행 내 각각의 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)의 소스에 축적된 전하가 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)의 드레인 및 리드아웃 패드(Readout Pad)를 리드아웃 IC(Readout IC)로 전달된다.
제1행의 리드아웃이 종료된 후, 제2행의 리드아웃이 수행될 수 있으며, 제2행의 리드아웃이 종료된 후, 제3 행의 리드아웃이 수행될 수 있고, 이러한 과정을 거쳐, 각 행에 대한 리드아웃이 완료되어 1 프레임의 정보가 취득될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 바로 앞의 행의 리드아웃이 종료되는 시간과 다음 행의 윈도우 타임이 종료되는 시간이 일치할 수 있다. 또한, 앞의 행의 윈도우 타임이 시작되는 시간과 다음 행의 리셋이 시작되는 시간이 일치할 수 있다.
본 실시예에서, 리드아웃이 연속적으로 수행되도록 타이밍을 설정함으로써 동영상 정보를 고속으로 취득할 수 있으며, 1 프레임의 시간을 줄일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1행의 리드아웃이 종료된 후, 제2행의 라인 리셋, 또는, 제2행의 윈도우 타임이 시작되도록 할 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 윈도우 타임 및 리드 아웃이 라인 별로 순차적으로 수행됨에 따라, 윈도우 타임과 리드 아웃 사이에 시간 지연이 발생되지 않는다. 이에 따라, 종래 기술에서 발생하는 이미지 지연이나 잔상 없이 고속 동영상을 구현할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 엑스레이 검출 패널의 구동 타이밍을 예시한다.
엑스레이가 조사되는 동안 각 픽셀은 리셋 박막 트랜지스터 및 리드아웃 박막 트랜지스터를 오프 상태로 스위칭하여 정보를 축적한다. 즉, 윈도우 타임 동안 리드아웃 박막 트랜지스터의 소스에 전하가 축적된다. 윈도우 타임은 실질적으로 전하가 포화되는 시간으로 설정되며, 일반적으로 리셋이나 리드아웃에 필요한 시간보다 더 길다. 한편, 리셋시간과 리드아웃 시간은 서로 동일할 수도 있고, 차이가 있을 수 있으며, 각 경우에 구동 타이밍을 조정할 수 있다.
도 7을 참조하면, 타이밍 1은 리셋 타임과 리드아웃 타임이 서로 동일한 경우를 나타낸다. 리셋 타임과 리드아웃 타임이 서로 동일한 경우, 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 앞의 행의 리드아웃이 종료되는 시간과 다음 행의 리드아웃이 시작되는 시간이 일치할 수 있다. 또는, 앞의 행의 리드아웃이 종료되는 시간과 다음 행의 윈도우 타임이 종료되는 시간이 일치할 수 있다. 또한, 앞의 행의 리셋이 종료되는 시간 또는 윈도우 타임이 시작되는 시간과 다음 행의 리셋이 시작되는 시간이 일치할 수 있다.
타이밍 2는 리셋 타임이 리드아웃 타임보다 긴 경우를 나타낸다. 이 경우, 도 6과 같은 방식으로 라인 리셋, 윈도우 타임, 및 리드 아웃을 수행하면, 앞의 행의 리드 아웃이 종료되는 시간과 다음 행의 윈도우 타임이 종료되는 시간이 일치하지 않는다. 이를 보완하기 위해, 아이들(Idle) 타임이 정의될 수 있다. 아이들 타임은 리셋 타임과 리드아웃 타임의 차이에 해당되는 시간으로 정의된다. 아이들 타임 동안 리드아웃 박막 트랜지스터(Readout TFT)는 오프 상태로 스위칭될 수 있다.
타이밍 3는 타이밍 2와 달리 리셋 타임이 리드아웃 타임보다 짧은 경우를 나타낸다. 이 경우, 앞의 행의 리드아웃이 종료된 후 다음 행의 리드아웃이 시작되려며, 앞의 행의 윈도우 타임의 시작 시점과 다음 행의 리셋 시작 시점에 불일치가 발생한다. 이를 보완하기 위해, 리셋 타임과 윈도우 타임 사이에 아이들 타임이 정의될 수 있다. 아이들 타임 동안 리셋 박막 트랜지스터(Reset TFT)는 오프 상태로 스위칭될 수 있다.
본 실시예들에 따르면, 리셋 타임과 리드아웃 타임이 불일치할 경우에도 아이들 타임을 배치하여 검출 패널의 타이밍 구동을 최적화할 수 있다.
앞의 실시예들에 있어서, 앞의 행의 리셋 타임이 종료된 후 다음행의 리셋이 시작되는 것으로 설명하지만, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 모든 행의 리셋은 동시에 시작될 수도 있다. 다만, 리셋 타임이 종료되는 시간은 각 행마다 다르며, 따라서, 윈도우 타임 이후에 시간 지연 없이 리드아웃이 수행될 수 있다.
앞에서 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 설명하였지만, 본 발명이 이들 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한 앞에서 설명한 실시예들은 다양하게 변형될 수 있다.

Claims (16)

  1. 엑스레이 검출 패널을 포함하는 동영상 엑스레이 디텍터의 구동 방법에 있어서,
    상기 엑스레이 검출 패널은 행렬로 배열된 복수의 픽셀을 포함하고, 각 픽셀은 리드아웃 박막 트랜지스터, 리셋 박막 트랜지스터, 및 포토 다이오드를 포함하며,
    상기 복수의 픽셀에 대해 행별로, 라인 리셋, 윈도우 타임, 및 리드아웃이 수행되는 엑스레이 디텍터의 구동 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    앞의 행의 윈도우 타임의 시작보다 다음 행의 윈도우 타임의 시작이 늦고,
    앞의 행의 픽셀들의 리드 아웃이 종료된 후 다음 행의 픽셀들의 리드 아웃이 수행되는 동영상 엑스레이 디텍터의 구동 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    앞의 행의 리드 아웃의 종료 시점과 다음 행의 윈도우 타임 종료 시점이 일치하는 동영상 엑스레이 디텍터의 구동 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    리셋 타임이 리드 아웃 타임보다 길고,
    리드 아웃 종료 후에 아이들 타임이 정의되며,
    아이들 타임은 리셋 타임과 리드 아웃 타임의 차이에 해당하는 동영상 엑스레이 디텍터의 구동 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    앞의 행의 라인 리셋이 종료된 후 다음 행의 라인 리셋이 시작되는 동영상 엑스레이 디텍터의 구동 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    리셋 타임이 리드 아웃 타임보다 짧고,
    리셋 타임 종료 후에 아이들 타임이 정의되며,
    상기 아이들 타임은 리셋 타임과 리드 아웃 타임의 차이에 해당되는 동영상 엑스레이 디텍터의 구동 방법.
  7. 청구항 2에 있어서,
    앞의 행의 라인 리셋이 종료되기 전에 다음 행의 라인 리셋이 수행되되,
    앞의 행의 라인 리셋이 종료된 후 일정 시간 후에 다음 행의 라인 리셋이 종료되는 동영상 엑스레이 디텍터의 구동 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    리셋 타임, 윈도우 타임, 및 리드아웃 타임은 각각 상기 검출 패널 내 모든 행의 픽셀들에 대해 동일하게 정의되는 동영상 엑스레이 디텍터의 구동 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    라인 리셋시, 해당되는 행의 리셋 박막 트랜지스터들은 온 상태이고, 리드아웃 박막 트랜지스터들은 오프 상태이며,
    윈도우 타임 동안, 해당되는 행의 리셋 박막 트랜지스터들은 오프 상태이고, 리드아웃 박막 트랜지스터들은 오프 상태이며,
    리드아웃 단계에서, 해당되는 행의 리셋 박막 트랜지스터들은 오프 상태이고, 리드아웃 박막 트랜지스터들은 온 상태인 동영상 엑스레이 디텍터의 구동 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    각 행의 픽셀들 내의 리드아웃 박막 트랜지스터들의 게이트들은 하나의 리드아웃 게이트 패드에 공통으로 연결되고,
    각 행의 픽셀들 내의 리드아웃 박막 트랜지스터들의 드레인들은 서로 다른 리드아웃 패드들에 각각 연결되며,
    각 행의 픽셀들 내의 리셋 박막 트랜지스터들의 게이트들은 하나의 리셋 게이트 패드에 공통으로 연결되고,
    상기 복수의 픽셀들 내의 리셋 박막 트랜지스터들의 드레인들은 리셋 드레인 패드에 공통으로 연결되고,
    각 픽셀 내 포토다이오드는 리셋 박막 트랜지스터 및 리드아웃 박막 트랜지스터의 소스들에 공통으로 연결된 동영상 엑스레이 디텍터의 구동 방법.
  11. 행렬로 배열되며, 각 픽셀이 리드아웃 박막 트랜지스터, 리셋 박막 트랜지스터, 및 포토 다이오드를 포함하는 복수의 픽셀;
    각각 하나의 행의 픽셀들 내의 리드아웃 박막 트랜지스터들의 게이트들에 공통 연결된 복수의 리드아웃 게이트 패드들;
    하나의 행의 픽셀들 내의 리드아웃 박막 트랜지스터들의 드레인들에 각각 연결된 리드아웃 패드들,
    각각 각 행의 픽셀들 내의 리셋 박막 트랜지스터들의 게이트들에 공통으로 연결된 복수의 리셋 게이트 패드들; 및
    상기 복수의 픽셀들 내의 리셋 박막 트랜지스터들의 드레인들에 공통으로 연결된 적어도 하나의 리셋 드레인 패드를 포함하고,
    각 픽셀 내 포토다이오드는 리셋 박막 트랜지스터 및 리드아웃 박막 트랜지스터의 소스들에 공통으로 연결된 동영상 엑스레이 검출 패널.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 픽셀 내의 포토 다이오드들에 공통으로 연결된 바이어스 패드를 더 포함하는 동영상 엑스레이 검출 패널.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 리드아웃 패드들은 각각 하나의 열(column)의 픽셀들 내의 리드아웃 박막 트랜지스터들에 공통으로 연결된 동영상 엑스레이 검출 패널.
  14. 청구항 11에 있어서,
    복수의 리셋 드레인 패드를 포함하되,
    각각의 리셋 드레인 패드가 상기 복수의 픽셀들 내의 리셋 박막 트랜지스터들의 드레인들에 공통으로 연결되며,
    상기 복수의 리셋 드레인 패드는 상기 검출 패널 내에서 상하 및/또는 좌우 위치에 배치된 동영상 엑스레이 검출 패널.
  15. 청구항 11 내지 14의 어느 한 항의 동영상 엑스레이 검출 패널을 포함하는 동영상 엑스레이 디텍터.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 리드아웃 게이트 패드들에 연결된 리드아웃 게이트 IC;
    상기 리드아웃 패드들에 연결된 리드아웃 IC; 및
    상기 리셋 게이트 패드들에 연결된 리셋 게이트 IC를 더 포함하는 동영상 엑스레이 디텍터.
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