TWI693831B - 使用雙閘極ｔｆｔ結構的設備及方法 - Google Patents

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Abstract

一種偵測器，其具有排列成行及列之像素之一陣列。該等像素中之每一者具有一光感測器及一開關裝置。每一對列相鄰像素中的開關裝置連接至一共同資料線及一共同底部閘極線。一對頂部閘極線各自連接至該對列相鄰像素中之一者。

Description

使用雙閘極TFT結構的設備及方法
數位X射線偵測器(DXD)含有像素元件之二維陣列。每一像素元件通常含有二極體元件及薄膜電晶體(TFT)元件。二極體元件收集自入射於閃爍器材料上的X射線轉換而來的光。TFT元件作為開關。當開關被「斷開」時，無電荷自二極體元件經由資料線傳送至讀出電路上。當開關被「接通」時，在二極體元件上所收集的任何電荷均經由資料線傳送至讀出電路上。TFT元件組態係藉由所施加閘極電壓來控制。在DXD偵測器之情況下，所施加閘極電壓為基於列的操作，其中在給定列中之所有像素具有共同的列閘極控制線。
圖1為根據一個實施例之先前技術數位放射照相(DR)成像系統10之透視圖，該系統包括：大體上平面的DXD 40(為清楚描述起見，未展示殼體)；x射線源14，其經組態來產生放射照相能量(x射線輻射)；以及數位監視器26，其經組態來顯示由DXD 40捕獲的影像。DXD 40可包括排列成電子可定址列及行的偵測器格22(光二極體)之二維陣列12。DXD 40可經定位以在放射照相能量曝光或放射照相能量脈衝期間接收藉由x射線源14發射之穿過受試者20之x射線16。如圖1中所展示，放射照相成像系統10可使用x射線源14，該x射線源發射準直的x 射線16，例如x射線束，該x射線束選擇性地瞄準且穿過受試者20之預選區18。x射線束16可根據受試者20之內部結構沿該x射線束之複數個射線在不同程度上衰減，衰減的射線係藉由光敏偵測器格22之陣列12來偵測。平面DXD 40盡可能與由x射線源14發射之複數個射線16之大致中心射線17呈垂直關係來定位。單獨的光敏格(像素)22之陣列12可藉由該等光敏格的根據行及列之位置來電子地定址(掃描)。如本文所使用，術語「行」及「列」指代光感測器格22之垂直排列及水平排列，且為清楚描述起見，將假定列水平延伸且行垂直延伸。然而，行及列之定向係任意的，且不限制本文所揭示之任何實施例的範疇。此外，術語「受試者」可在圖1之描述中例示為人類患者，然而當該術語在本文中使用時，DR成像系統之受試者可為人類、動物、無生命物體或其部分。
在一個示範性實施例中，光敏格22之列可藉由電子掃描電路28一次掃描一或多個，以使得來自陣列12之曝光資料可傳輸至電子讀出電路30。每一光敏格22可獨立儲存電荷，該電荷與在該格中所接收且吸收之衰減的放射照相輻射或x射線之強度或能階成比例。因此，每一光敏格在被讀出時提供定義放射照相影像24之像素的資訊，例如亮度級或由像素吸收之能量的量，該資訊可藉由影像處理電子器件34數位地解碼且被傳輸以藉由數位監視器26顯示，以便使用者觀察。電子偏壓電路32電氣連接至二維偵測器陣列12，以向光敏格22中之每一者提供偏電壓。
偏壓電路32、掃描電路28以及讀出電路30中之每一者可經由連接電纜(佈線)33與獲取控制及影像處理單元34通信，或DR偵測器可配備有無線傳輸器以將放射照相影像資料35無線地傳輸至獲取控制及影像處理單元34。偏壓電路32、掃描電路28以及讀出電路30可形成為用於讀出的電子積體電路(ROIC)。獲取控制及影像處理單元34可包括處 理器及電子記憶體(未展示)，以例如藉由使用程式化指令來控制如本文所描述之DXD 40的操作，包括控制ROIC 28、30以及32。獲取控制及影像處理單元34亦可用來在放射照相曝光期間控制x射線源14的啟動，控制x射線管電流量值，且因此控制x射線束16中之x射線的通量及/或x射線管電壓，且因此控制x射線束16中之x射線的能階。
獲取控制及影像處理單元34可基於自光敏格22之陣列12所接收的放射照相曝光資料來將影像(像素)資料傳輸至監視器26。或者，獲取控制及影像處理單元34可處理影像資料且儲存該影像資料，或者獲取控制及影像處理單元34可在本地記憶體或遠程可存取記憶體中儲存原始的、未處理的影像資料。
關於DXD 40之直接偵測實施例，光敏格22可各自包括對x射線敏感的感測元件，即，該感測元件吸收x射線且產生與所吸收x射線能量之量值成比例的電荷載體量。切換元件可經組態來選擇性地啟動，以讀出對應的x射線感測元件之電荷位準。關於DXD 40之間接偵測實施例，光敏格22可各自包括：對可見光譜中之光射線敏感的感測元件，即，該感測元件吸收光射線且產生與所吸收光能量之量值成比例的電荷載體量；以及切換元件，該切換元件選擇性地啟動以讀取對應的感測元件之電荷位準。閃爍器或波長轉換器設置於光敏感測元件上，以將入射的x射線放射照相能量轉換成可見光能量。
感測陣列12中所使用之感測元件之實例包括各種類型之光電轉換裝置(例如光感測器)，諸如光二極體(P-N或PIN二極體)、光電容器(MIS)、光電晶體或光導體。用於信號讀出之切換元件之實例包括MOS電晶體、雙極電晶體以及其他p-n接面組件。
圖2A為用於DXD 40之二維陣列12之一部分的示意圖240。光感測器格陣列212之操作可與上文所描述之光感測器陣列12一致，光感測器格陣列212可包括數個非晶矽(a-Si)或氫化非晶矽(a-Si：H)n-i-p光 二極體270，以及形成為場效應電晶體(FET)的薄膜電晶體(TFT)271，該等場效應電晶體各自具有閘極端子(G)、源極端子(S)以及汲極端子(D)。在本文所揭示之DXD 40之實施例中，光感測器格之二維陣列12可形成於裝置層中，該裝置層鄰接DR偵測器結構之相鄰層。複數個閘極驅動電路228(ROIC)可電氣連接至複數個閘極線283，該等閘極線控制施加至TFT 271之閘極的電壓，複數個讀出電路230(ROIC)可電氣連接至資料線284，且複數個偏壓線285可電氣連接至偏壓線匯流排或可變偏壓參考電壓線232，該等可變偏壓參考電壓線控制施加至光二極體270的電壓。電荷放大器286可電氣連接至資料線284，以自該等資料線接收信號。來自電荷放大器286之輸出可電氣連接至諸如類比多工器之多工器287，隨後電氣連接至類比-數位轉換器(ADC)288，或該等輸出可直接電氣連接至ADC，以使數位放射照相影像資料以所需速率流出。在一個實施例中，圖2之示意圖可表示DXD 40之一部分，諸如如以下所描述之基於a-Si的間接平板成像器。
入射的x射線或x射線光子16由閃爍器轉換成可見光子或光射線，該等光射線隨後在撞擊a-Si n-i-p光二極體270後轉換成電子-電洞對或電荷。在一個實施例中，在本文中可相等地稱為像素之示範性偵測器格222可包括光二極體270，該光二極體之陽極電氣連接至偏壓線285且該光二極體之陰極電氣連接至TFT 271之汲極(D)。偏壓參考電壓線232可控制在偵測器格222中之每一者處的光二極體270之偏電壓。光二極體270中之每一者的電荷容量隨該光二極體之偏電壓及該光二極體之電容而變。一般而言，可將例如負電壓的反向偏電壓施加至偏壓線285，以橫跨光二極體270中之每一者的pn接面創建電場(且從而創建空乏區)，以提高該光二極體對藉由入射的光射線所產生之電荷之收集效率。在例如藉由經由閘極驅動電路228將閘極線283維持在負電壓來將與光二極體相關聯的TFT 271保持在非導電(斷開)狀態 時，可藉由光二極體來整合藉由光感測器格陣列212表示的影像信號。藉由藉助於閘極驅動電路228將TFT 271之各列依序切換至導電(接通)狀態，可讀出光感測器格陣列212。當例如藉由向對應閘極線283施加正電壓來將像素22之列切換至導電狀態時，可沿資料線284傳送自彼等像素中之光二極體所收集的電荷且藉由外部電荷放大器電路286對電荷進行整合。隨後可將該列切換回至非導電狀態，且針對每一列重複該過程，直至已讀出整個光感測器格陣列212為止。使用諸如多工器287之並-串轉換器將整合的信號輸出自外部電荷放大器286傳送至類比-數位轉換器(ADC)288，該等外部電荷放大器、該多工器以及該類比-數位轉換器共同組成讀出電路230。
隨後可藉由影像處理系統34來處理此數位影像資訊以產生數位影像，隨後可數位地儲存該數位影像且將其立即顯示於監視器26上，或可在稍後藉由存取含有所儲存影像之數位電子記憶體來顯示該數位影像。具有如參照圖2所描述之成像陣列的平板DXD 40可能夠進行單照(例如靜態的、放射照相的)影像獲取及連續(例如螢光鏡的)影像獲取。此外，影像處理系統34中的大部分控制電子器件可由DXD面板40之殼體來容納。
圖2B展示具有一個光二極體元件及一個TFT元件之單個像素結構的示例性示意圖，該TFT元件藉由每一實體列之單個閘極線控制來控制，該示意圖例示針對閘極線(列)之約20V(「接通」)至約-4V(「斷開」)之示範性電壓控制水平。對已知像素大小而言，大部分區域由光二極體元件佔據，如圖2C的影像像素之區域表示中所例示。一些區域可由TFT元件佔據。TFT之大小可盡可能小，以使光二極體元件的區域最大化。銦鎵鋅氧化物(IGZO)TFT元件因其更高的移動性而可製造得比非晶矽(a-Si)TFT小。
圖3展示圖2C之單個單元像素之示例性二維陣列區域佈局。陣列 中之資料線(讀出)輸出線302的數目將等於實體行的數目。陣列中之閘極線304的數目將等於實體列的數目。同樣，輸出資料線上之TFT元件的數目等於列的數目。對大型DXD偵測器而言，可需要許多ROIC總成來讀出整個面板。在高效能面板及雙面讀出組態中，第二組ROIC總成係常見的架構。對低成本偵測器DXD應用而言，減少所需ROIC總成的數目以降低DXD面板成本係有利的。
圖4中例示了減少外部ROIC之數目的一種方式，圖4展示常見的多工架構，其中使用陣列末端處的多工電路(「多工器(mux)」)將來自像素陣列之兩個資料線向下多工至一個實體資料線輸出。此為單個像素之陣列及多工輸出資料線之常見的架構，該多工輸出資料線置於該陣列的一個末端處。在此組態中，兩個分開的且相鄰的像素資料線可減少至一個，此舉可導致ROIC之數目減少2x。為了使用一個共用資料線成功讀出所有像素，通常將花費兩個線讀出時間來讀出一個實體列。使用圖4之結構的一種方法係組合在共用一個輸出資料線之水平相鄰像素中的所偵測光二極體電荷，稱為合併(binning)，或更特定而言，稱為水平2x合併。此多工方案不提供關於水平電荷合併的信號雜訊比(SNR)優點，此係由於在兩個分開的資料線上共用電荷(在多工器之前)且資料線雜訊係典型DXD面板中之主要雜訊源的事實。
於像素內提供多工且共用一個共同資料線以便減少資料線的數目，以及利用由資料線電容降低引起的水平電荷合併之SNR效益將為有利的。注意IGZO TFT可製造得與a-Si TFT相比而言更小亦係重要的。例如，TFT的大小減少2x將允許帶有類似DXD雜訊之TFT結構之兩倍數目。
揭示一種偵測器，其具有排列成行及列之像素之一陣列。該等像素中之每一者具有光感測器及開關裝置。每一對列相鄰像素中的開 關裝置連接至共同資料線及共同底部閘極線。一對頂部閘極線各自連接至該對列相鄰像素中之一者。在本文所揭示之一些實施例的實踐中可實現之優點為：減少輸出資料線之數目，以獲得更低成本的DXD；具有信號雜訊比效益的相鄰水平2x電荷合併；不降低全解析度圖框率而仍具有多工像素；與標準途徑相比而言改良水平2x電荷合併模式之圖框率；以及與標準途徑讀出方案相比而言改良4x電荷合併(2x2)模式之圖框率。
在一個實施例中，一種操作偵測器之方法包括：啟動兩個列相鄰像素中之每一者中的TFT開關及頂部閘極，以及經由一個資料線自兩個列相鄰像素讀出電荷。
在另一實施例中，一種個別地讀出來自像素陣列中之每一像素的電荷之方法包含：在第一線時間期間啟動兩個列相鄰像素中之第一者中的第一頂部閘極線，以及在第二線時間期間啟動兩個列相鄰像素中之第二者中的第二頂部閘極線以讀出來自兩個列相鄰像素中之第二者的電荷。
在另一實施例中，一種偵測器包括排列成行及列之像素之一陣列，其中該等像素中之每一者包含光感測器。一對列相鄰像素中之每一者中的開關裝置連接至共同資料線及共同底部閘極線。
在另一實施例中，一種操作偵測器之方法包含：在偵測器中捕獲放射照相影像；啟動第一列中的兩個列相鄰像素中之每一者及第二列中的兩個列相鄰像素中之每一者中的TFT開關及頂部閘極。經由僅一個資料線同時讀出來自第一列及第二列中的列相鄰像素之電荷。
以上概要描述並不意圖描述其中元件不可互換之個別單獨的實施例。事實上，描述為與特定實施例相關的許多該等元件可與其他所描述實施例之元件共同使用，且可能與其他所描述實施例之元件互換。可在本發明的範疇內作出許多變更及修改而不脫離本發明的精 神，且本發明包括所有此類修改。以下圖式既不意欲以關於相對大小、角度關係、相對位置或時序關係之任何精確尺度來繪製，亦不意欲以關於所需實行方案的可互換性、取代或表示之任何組合關係來繪製。
此發明簡要描述僅意欲提供本文所揭示之根據一或多個例示性實施例的標的物之簡要概述，且不作為用來解釋申請專利範圍或用來定義或限制本發明之範疇的指導，該範疇僅由隨附申請專利範圍來定義。提供此簡要描述來以簡化形式介紹概念之例示性選擇，以下在詳細描述中進一步描述該等概念。此簡要描述並不意欲識別所主張標的物之關鍵特徵或基本特徵，該簡要描述亦不意欲用作判定所主張標的物之範疇的輔助。所主張標的物不限於解決背景中所指出之任何或所有缺點的實行方案。
10‧‧‧數位放射照相(DR)成像系統
12‧‧‧偵測器格之二維陣列
14‧‧‧x射線源
16‧‧‧x射線
17‧‧‧中心射線
18‧‧‧預選區
20‧‧‧受試者
22‧‧‧偵測器格
24‧‧‧照相影像
26‧‧‧數位監視器
28‧‧‧掃描電路
30‧‧‧讀出電路
32‧‧‧偏壓電路
33‧‧‧電纜(佈線)
34‧‧‧影像處理單元
35‧‧‧照相影像資料
40‧‧‧數位X射線偵測器(DXD)
212‧‧‧光感測器格陣列
222‧‧‧偵測器格
228‧‧‧閘極驅動電路
230‧‧‧讀出電路
232‧‧‧偏壓參考電壓線
240‧‧‧用於DXD之二維陣列之一部分的示意圖
270‧‧‧非晶矽(a-Si)或氫化非晶矽(a-Si：H)n-i-p光二極體
271‧‧‧薄膜電晶體(TFT)
283‧‧‧閘極線
284‧‧‧資料線
285‧‧‧偏壓線
286‧‧‧電荷放大器
287‧‧‧多工器
288‧‧‧類比-數位轉換器(ADC)
302‧‧‧資料線(讀出)輸出線
304‧‧‧閘極線
560‧‧‧偏移頂部閘極
580‧‧‧雙TFT結構
702‧‧‧資料線
為使可瞭解本發明之特徵的方式，可參考某些實施例而進行本發明之詳細描述，該等實施例中的一些例示於隨附圖式中。然而應指出，圖式僅例示本發明之某些實施例，且因此不應認為圖式會限制本發明的範疇，因為本發明的範疇包含其他同等有效實施例。圖式未必按比例繪製，重點通常在於例示本發明之某些實施例的特徵。在圖式中，在所有各種視圖中，相似數字用來指示相似部分。因此，為進一步瞭解本發明，可參考結合圖式來閱讀之以下詳細描述，在圖式中：圖1例示示範性數位X射線系統；圖2A為示範性像素陣列及DXD面板電子器件的圖；圖2B展示具有一個光二極體元件及一個TFT元件之單個像素結構之示例性示意圖；圖2C展示具有光二極體元件及一個TFT元件的示例性典型單個像素區域佈局，該TFT元件藉由每一實體列的一個閘極線控制來控制； 圖3展示圖2C之單個單元像素之示例性陣列；圖4展示圖3之陣列的陣列區域佈局，但該陣列區域佈局具有多工架構，其中使用陣列末端處的多工電路將來自像素陣列之兩個資料線向下多工至一個實體資料線；圖5A至圖5B展示兩個示例性TFT結構的比較，該等TFT結構具有其相應的I-V曲線，其中圖5A展示標準的僅底部閘極，且圖5B展示具有頂部閘極及底部閘極的替代TFT；圖5C展示替代TFT，該替代TFT具有底部閘極及幾何偏移的頂部閘極以降低與資料線之電容耦合；圖5D展示使用替代性兩個雙閘極TFT結構之示範性單個像素結構，其中兩個頂部閘極、兩個底部閘極以及一個光二極體可用於讀出操作；圖6展示示例性共用像素架構，其中兩個鏡像水平相鄰像素利用圖5C之示範性像素結構；圖7為圖6的共用共同資料線之鏡像水平相鄰像素之示範性陣列的示意圖；圖8A至圖8D為用於使用圖7之陣列結構之DXD讀出的時序圖；以及圖9A及圖9B分別展示2x2單元格及每列交錯之2x2單元格的陣列。
圖5A至圖5B展示兩個TFT元件結構在橫截面及其相關聯的I-V曲線(Id汲極電流對閘極電壓)方面之比較。此等裝置中之作用層可包含IGZO。圖5A之底部部分例示圖5A之頂部部分中所展示之單個(底部)閘極控制TFT結構的常見I-V曲線繪圖。此底部閘極電極(BG)連接至DXD面板之基於列的讀出。藉由偵測器需要來定義用於BG之「斷開」電壓及「接通」電壓。在IGZO TFT中，由於與a-Si TFT相比而言 更高的移動性，故亦可使「接通」電壓比a-Si低得多。圖5B之底部例示圖5B之頂部部分中所展示之雙閘極TFT結構的所量測I-V特性。圖5B之底部部分例示減小的頂部閘極電壓之一組六個曲線，減小之步階為：0V、-2V、-4V、-6V、-8V以及-10V，其中逐漸更負的頂部閘極電壓使I-V曲線向右偏移，即，需要更高的閘極電壓來接通TFT。Vee及Vgg分別表示用於示範性DXD面板之斷開閘極線電壓位準及接通閘極線電壓位準。如圖5B之底部部分中所展示，所施加之-10V頂部閘極電壓(最靠右之I-V曲線)超過用於DXD面板之閘極電壓接通位準Vgg，且因此，此種所施加頂部閘極電壓有效停用TFT且將防止使用TFT之底部閘極接通該TFT，從而防止自此TFT之光二極體至所連接資料線之任何電荷傳送。如本文所使用，術語「斷開(off)」及「接通(on)」將關於用於接通及斷開TFT之閘極(「接通」用於讀出)之TFT底部閘極電壓，而術語「停用(disable)」及「啟用(enable)」將關於用於停用及啟用TFT(用於讀出)的TFT頂部閘極電壓。
對典型TFT結構而言，I-V曲線係藉由如圖5A之底部部分中所展示之單個曲線來表示。圖5B之頂部部分中的替代TFT結構為含有底部閘極電極及頂部閘極電極之雙閘極TFT元件。具有帶有單獨的頂部閘極電極之TFT將允許根據如本文所闡明的I-V曲線來調節臨限電壓。若使用頂部閘極控制線之臨限電壓被設定為負且絕對值較大，例如在示範性組態中設定為-10V，則即使當底部閘極控制設定為「接通」時，亦將無電荷自光二極體元件傳送至資料線上，且將仍被偵測為「斷開」。因此，可定義隨頂部閘極電極而變之兩個新的狀態。即使底部閘極設定為「接通」狀態，大的負電壓仍將「停用」TFT，使其不能「接通」。若將頂部閘極電極電壓設定為零伏特或某一零伏特正電壓，則將「啟用」TFT。若「啟用」TFT且「斷開」底部閘極，則TFT仍將不以與僅具有底部閘極結構之TFT結構相同的方式自像素光 二極體傳送電荷至資料線。若「啟用」且「接通」TFT，則TFT將自光二極體傳送電荷至資料線。在一個實施例中，TFT結構可具有如圖5C中所描繪之偏移頂部閘極560(在該圖的視角中較窄)，以使與資料線的重疊電容最小化，從而使偵測器雜訊最小化。
圖5D例示雙TFT結構580，該雙TFT結構包含兩個分離的且獨立的TFT：TFT1、TFT2，該等TFT與共同的底部閘極、源極以及汲極電氣連接。頂部閘極電極TG1、TG2保持分離且可獨立控制。當啟用兩個TFT時，電流流動將使用兩個TFT結構在指定VGG接通位準上發生。當停用兩個TFT時，將無電流流動在指定VGG接通位準上發生。當僅啟用一個TFT時，電流將僅流過啟用的TFT，而將無電流流過停用的TFT。每一TFT之臨限電壓可偏移超出VGG接通位準，從而藉由使用頂部閘極電極來創建兩個操作狀態，以便將該TFT置於停用狀態。
使用來自頂部及底部閘極TFT結構之此等所添加的兩個狀態，其中頂部閘極上之大的負電壓可調節臨限電壓以便即使在底部閘極處於「接通」狀態時亦保持「斷開」，當每一TFT頂部閘極被獨立控制時，頂部及底部閘極TFT結構可用作像素內多工器開關。使用此頂部及底部閘極TFT結構，可製造具有兩個水平相鄰「鏡像」像素結構及共同的共用資料線之像素架構。圖6例示將頂部及底部閘極雙TFT結構580用作多工開關的此種像素架構之示範性實施例。具有分離的TFT之兩個鏡像水平相鄰像素共用資料線及單個閘極控制線。頂部閘極1及頂部閘極2控制線經展示為在大致垂直於閘極線的方向上電氣連接至雙閘極TFT結構。
圖7展示利用雙TFT結構580之像素陣列。資料線702的數目為實體行的數目之一半。資料線數目之此二分之一減少意謂將需要一半數目之外部讀出IC(ROIC)且可降低DXD面板之成本。
為使用共用資料線讀出兩個像素，將藉由相應地設定獨立控制 的頂部閘極電壓TG1、TG2來「停用」一個TFT且「啟用」一個TFT，如本文所闡明。參照圖8A，當閘極線(底部閘極)「接通」(光二極體電荷傳送)時，唯有具有「啟用」的TFT(使用TG1)之像素光二極體將自光二極體元件傳送電荷至資料線，而另一像素光二極體被停用(使用TG2)。在下一個線時間，將「啟用」另一TFT(使用TG2)，而將「停用」先前所使用之TFT(使用TG1)，以使得閘極線在「接通」時將讀取另一光二極體元件。因此，此結構仍需要兩個讀出線時間來讀出一個實體列。術語「線時間」在本文中用來指代針對陣列之一條線所執行之讀出序列。在ROIC利用抽樣保持方案(sample & hold scheme)之先前技術單閘極TFT實施例中，讀出步驟之序列可包括：重設資料線，其包括自讀出IC清除電荷及儲存重設位準(重設樣本)；繼之以讀取光二極體(電荷傳送)中之電荷位準及將該電荷位準儲存為像素資料(信號樣本)。圖8A至圖8D中將此步驟序列例示為底部閘極時序。如圖8A至圖8D中所展示，TG1頂部閘極線及TG2頂部閘極線可在0V(啟用)與-10V(停用)之間切換。
若「啟用」用於每一TFT之兩個頂部閘極電壓，則當閘極線「接通」時，兩個光二極體元件均將傳送電荷至同一共同資料線上。此組態允許水平電荷合併。在此情況下將可見到信號雜訊比效益，此係由於與像素陣列(圖4)外部之典型多工方案的分離資料線相比而言，在陣列內使用共用的共同資料線。
可對陣列信號之時序進行考慮。在「斷開」至「接通」之轉變中，任何切換元件將注入電荷至資料線及光二極體中/自資料線及光二極體移除電荷，且反之亦然。眾所周知，在僅底部TFT結構中亦如此。在「停用」至「啟用」之轉變中，具有頂部閘極電極的TFT結構中將發生類似之電荷注入/移除，且反之亦然。
關於用來操作圖7之陣列結構之控制線的時序信號，圖8A中例示 一種方法。可在線時間開始時或線時間結束時改變「啟用」狀態及「停用」狀態。由於資料線重設發生在抽樣(儲存)像素重設位準之前，故在圖8A中，因頂部閘極轉變而注入之電荷將在讀取陣列中之已知像素列之前自外部讀出電子器件清除。如本文所闡明，將需要兩個線時間來使用共用資料線讀出。第一線時間用於讀出鏡像像素中之一者，而第二線時間可用來讀出剩餘像素。可利用第二時序方案，如圖8B中所例示，用於「啟用」及「停用」之切換時序為互補的且同時發生的，以使得將發生資料線上的電荷消除。在此實例中，外部電子器件將不會見到電荷之較大改變。
其他方法包括在光二極體(底部閘極)傳送信號之前或緊接在光二極體(底部閘極)傳送信號之後交替「啟用」狀態及「停用」狀態，如圖8C及圖8D中分別所例示。在圖8D之頂部閘極時序序列中，由於在接通底部閘極之後啟用頂部閘極且在斷開底部閘極之前停用頂部閘極，故藉由該頂部閘極控制電荷傳送時間。在此等實例中，在抽樣最終信號值之前，資料線及外部讀出電子器件將見到因頂部閘極轉變而「啟用」電荷注入及「停用」電荷注入。在抽樣之前，應存在頂部閘極「啟用」及「停用」轉變的淨電荷注入消除，正如在底部閘極「接通」及「斷開」轉變中存在電荷注入消除。藉由外部讀出電子器件所抽樣之最終淨電荷結果僅應為儲存於光二極體元件上的電荷。
在一個實施例中，高效能偵測器亦可利用使用水平電荷共用或「合併」的此新穎像素架構。圖9A中展示處於交錯列對組態的水平共用像素之2x2格之排列，且圖9B中展示利用交錯列對組態的偵測器陣列之一部分。此組態能夠在一個讀出線時間中自每一行讀出實體像素。儘管所讀出像素之排列將處於交錯的次序，但此陣列排列克服了如以上關於圖7之陣列所描述的缺點，即需要對一個實體列之兩個線讀出。此導致具有與非多工像素架構相同之讀出圖框率。此交錯組態 亦允許在具有2x水平電荷合併及2x2(4X)電荷合併的模式下，與非多工像素架構相比而言的速度改良。在使用交錯列對組態之示例性操作中，在一個實施例中，可藉由啟動對應的底部閘極控制線及一個頂部閘極控制線TG1來個別地讀出標記為「1」的像素，隨後，使用相同程序，可使用TG2沿共同資料線在下一個線時間個別地讀出標記為「2」的鏡像像素，如以上在圖7之示例性陣列操作中所闡明。隨後在下一列中個別地針對像素「3」及像素「4」執行相同序列，等等，貫穿整個陣列。注意，四個線時間將讀出處於圖9B中所例示之交錯列對組態的四個像素列，因為與圖7之陣列相比而言，資料線之數目加倍，即，行的數目等於資料線的數目。
在一個實施例中，可針對圖9B之陣列之每一列執行2x水平合併，藉此啟動對應的底部閘極控制線及頂部閘極控制線TG1、TG2，如本文所描述，以沿標記為「1」及「2」的水平列相鄰像素所共有的資料線同時讀出(在一個線時間)儲存於該等像素之光二極體中的電荷，並且，在隨後的線時間使用類似程序，可同時讀出儲存於標記為「3」及「4」的水平列相鄰像素光二極體中的電荷，等等，貫穿整個陣列。注意，用於2x水平合併方案的兩個線時間將讀出處於圖9B中所例示之交錯列對組態的四個像素列。
在一個實施例中，可實施2x2(4x)合併方案，藉此啟動用於圖9B中所例示之四個相鄰像素列的對應底部閘極控制線，且啟動頂部閘極控制線TG1及TG2，如本文所描述，以沿標記為「1」、「2」、「3」、「4」的垂直相鄰且水平相鄰像素所共有的資料線同時讀出(在一個線時間)儲存於該等像素之四個光二極體中的電荷。針對四個列之每一隨後的群組使用類似程序，可讀出整個像素陣列。注意，用於2x2(4x)水平合併方案的一個線時間將讀出處於圖9B中所例示之交錯列對組態的全部四個像素列。
本文所描述之設備及方法之優點包括新穎的水平相鄰像素內多工設備，該設備藉由使用雙閘極TFT結構及具有SNR效益的2x相鄰水平電荷合併而具有共同輸出資料線，該雙閘極TFT結構減少輸出資料線之數目以獲得更低成本解決方案。使用處於2x2交錯列對組態之水平相鄰像素內多工方案的新穎像素陣列排列導致全解析度圖框率不會降低，同時仍具有多工像素；與標準途徑讀出方案相比，改良水平2X電荷合併中的圖框率；以及與標準途徑讀出方案相比，改良4X電荷合併(2x2)模態中的圖框率。
如熟習此項技術者將瞭解，本發明之態樣可體現為系統、方法或電腦程式產品。相應地，本發明之態樣可採取完全硬體實施例、完全軟體實施例(包括韌體、常駐軟體、微碼等等)，或組合軟體態樣及硬體態樣的實施例之形式，該等態樣可全部在本文中大體上稱為「服務」、「電路」、「電路系統」、「模組」及/或「系統」。此外，本發明之態樣可採取電腦程式產品之形式，該電腦程式產品體現於具有電腦可讀程式碼之一或多個電腦可讀媒體中，該程式碼體現於該/該等電腦可讀媒體上。
可利用一或多個電腦可讀媒體的任何組合。電腦可讀媒體可為電腦可讀信號媒體或電腦可讀儲存媒體。電腦可讀儲存媒體可為，例如但不限於，電子、磁性、光學、電磁、紅外或半導體系統、設備或裝置，或前述各者之任何適宜組合。電腦可讀儲存媒體之更特定實例(非詳盡清單)將包括以下各者：具有一或多個電線的電氣連接、可攜式電腦磁片、硬碟、隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM或快閃記憶體)、光纖、可攜式光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、光學儲存裝置、磁性儲存裝置，或前述各者之任何適宜組合。在本文件之情境中，電腦可讀儲存媒體可為可含有或儲存供指令執行系統、設備或裝置使用之程式，或與指令執行系 統、設備或裝置結合使用之程式的任何有形媒體。
可使用任何適當媒體來傳輸體現於電腦可讀媒體上的程式碼及/或可執行指令，該適當媒體包括但不限於無線、纜線、光纖電纜、RF等，或前述各者之任何適宜組合。
進行用於本發明之態樣之操作的電腦程式碼可以一或多種程式設計語言之任何組合來撰寫，該或該等程式設計語言包括：諸如Java、Smalltalk、C++或類似語言之物件導向程式設計語言，及諸如「C」程式設計語言或類似程式設計語言之習知程序性程式設計語言。程式碼可完全在使用者之電腦(裝置)上執行，部分在使用者之電腦上執行，作為單獨套裝軟體來執行，部分在使用者之電腦上且部分在遠程電腦上執行，或完全在遠程電腦或伺服器上執行。在後一種情形中，遠程電腦可經由任何類型之網路連接至使用者之電腦，該網路包括區域網路(LAN)或廣域網路(WAN)，或可(例如，經由網際網路服務供應者，使用網際網路)與外部電腦進行連接。
可向通用電腦、專用電腦或其他可程式化資料處理設備之處理器提供電腦程式指令以產生機器，以使得經由電腦或其他可程式化資料處理設備之處理器執行之指令創建用於實施本文所指定之功能/動作之構件。
此等電腦程式指令亦可儲存於電腦可讀媒體中，該電腦可讀媒體可引導電腦、其他可程式化資料處理設備或其他裝置以特定方式運行，以使得儲存於電腦可讀媒體中的指令產生包括實施本文所指定之功能/動作之指令的製造物品。
電腦程式指令亦可載入至電腦、其他可程式化資料處理設備或其他裝置上，以導致一系列操作步驟在電腦、其他可程式化設備或其他裝置上執行，以產生電腦實施過程，以使得在電腦或其他可程式化設備上執行的指令提供用於實施本文所指定之功能/動作之過程。
此書面描述使用實例來揭示本發明，包括最佳模式，且亦使任何熟習此項技術者能夠實踐本發明，包括製造並使用任何裝置或系統及執行任何所併入方法。本發明之專利適格範疇係藉由申請專利範圍來定義，且可包括熟習此項技術者所想到的其他實例。在此類其他實例具有與申請專利範圍之文字語言並無不同的結構要素之情況下，或在此類其他實例包括與申請專利範圍之文字語言有非實質性不同的同等結構要素之情況下，此類其他實例意欲處於申請專利範圍的範疇內。
580‧‧‧雙TFT結構

Claims (10)

  1. 一種偵測器，其包含：排列成行及列之像素之一陣列，該等像素中之每一者包含一光感測器及一開關裝置，該等開關裝置各自包含一第一端子及一第二端子，其中一相同列中之一對相鄰像素中之每一者中的該開關裝置係兩者均經由其第一端子連接至一共同資料線及係兩者均經由其第二端子連接至一共同底部閘極線，且其中該共同資料線經調適以自該相同列中之該對相鄰像素中之每一者讀出影像資料。
  2. 如請求項1之偵測器，其中該等開關裝置各自包含一TFT。
  3. 如請求項1之偵測器，其中該等開關裝置各自進一步包含一第三端子，且其中該對相鄰像素中之每一者中的該開關裝置各自經由該第三端子連接至一第一頂部閘極線及一第二頂部閘極線中之一者。
  4. 如請求項3之偵測器，其中一共同像素行中的該等開關裝置全部連接至該第一頂部閘極線及該第二頂部閘極線中之一者。
  5. 一種操作一偵測器的方法，該偵測器包含一二維像素陣列，該等像素中之每一者具有一頂部閘極、一光感測器以及一TFT開關，該TFT開關連接於一資料線與該光感測器之間，該方法包含：在該偵測器中捕獲一第一放射照相影像；啟動一相同列中之兩個相鄰像素中之每一者中的該TFT開關及該頂部閘極；以及經由僅一個資料線同時讀出來自該等兩個相鄰像素中之每一 者的電荷，其中來自該等兩個相鄰像素中之每一者的該同時讀出的電荷包含對應於該第一放射照相影像之影像資訊。
  6. 如請求項5之方法，其進一步包含：在該偵測器中捕獲一第二放射照相影像；以及個別地讀出來自該二維陣列中的該等像素中之每一者的電荷，其中來自該等像素中之每一者的該個別讀出的電荷對應於該第二放射照相影像。
  7. 如請求項6之方法，其中同時讀出來自該等兩個相鄰像素中之每一者的該電荷的該步驟包含以下步驟：啟動該等兩個相鄰像素中之每一者中的一頂部閘極線，且其中個別地讀出來自該等像素中之每一者的該電荷的該步驟包含以下步驟：在一第一線時間期間啟動該等兩個相鄰像素中之一第一者中的一第一頂部閘極線，以讀出來自該等兩個相鄰像素中之該第一者的該電荷；以及在一第二線時間期間啟動該等兩個相鄰像素中之一第二者中的一第二頂部閘極線，以讀出來自該等兩個相鄰像素中之該第二者的該電荷。
  8. 一種操作一偵測器的方法，該偵測器包含一二維像素陣列，該等像素中之每一者具有一頂部閘極、一光感測器以及一TFT開關，該TFT開關連接於一資料線與該光感測器之間，該方法包含：在該偵測器中捕獲一第一放射照相影像；啟動一第一列中的兩個相鄰像素中之每一者中的該TFT開關及該頂部閘極，且啟動一第二列中的兩個相鄰像素中之每一者中的該TFT開關及該頂部閘極；以及經由僅一個資料線同時讀出來自該第一列及該第二列中的該 等相鄰像素的電荷，其中該同時讀出的電荷包含對應於該第一放射照相影像之影像資訊。
  9. 如請求項8之方法，其進一步包含：在該偵測器中捕獲一第二放射照相影像；以及個別地讀出來自該二維陣列中的該等像素中之每一者的電荷，其中來自該等像素中之每一者的該個別讀出的電荷對應於該第二放射照相影像。
  10. 如請求項9之方法，其中個別地讀出來自該等像素中之每一者的該電荷的該步驟包含以下步驟：在一第一線時間期間啟動該第一列中的該等兩個相鄰像素中之一第一者中的一第一頂部閘極線，以讀出來自該等兩個相鄰像素中之該第一者的該電荷；以及在一第二線時間期間啟動該第一列中的該等兩個相鄰像素中之該第二者中的一第二頂部閘極線，以讀出來自該等兩個相鄰像素中之該第二者的該電荷。
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