KR20200076328A - 디지털 엑스레이 검출장치 및 그의 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 매트릭스 배열된 복수의 화소영역 중 수직방향으로 배열된 화소영역들로 이루어진 각 수직라인에 대응하는 데이터라인, 상기 복수의 화소영역 중 수평방향으로 배열된 화소영역들로 이루어진 각 수평라인에 대응하고, 서로 다른 제 1 및 제 2 게이트신호를 상기 복수의 화소영역에 공급하는 제 1 및 제 2 게이트라인, 상기 각 화소영역에 대응하고 소정의 바이어스신호를 공급하는 바이어스라인과 제 1 노드 사이에 배치되는 광감지소자, 상기 제 1 노드와 제 2 노드 사이에 배치되고, 상기 제 1 게이트라인의 상기 제 1 게이트신호에 기초하여 턴온하면 상기 광감지소자의 출력신호에 대응하는 화소신호를 상기 제 2 노드에 전달하는 제 1 트랜지스터, 소정의 구동전원신호를 공급하는 구동전원라인과 상기 데이터라인 사이에 배치되고, 상기 화소신호에 기초하여 턴온하면 상기 광감지소자의 출력신호에 대응하는 화소출력전류신호를 상기 데이터라인에 전달하는 제 2 트랜지스터, 및 소정의 리셋신호를 공급하는 리셋전원라인에 연결되고, 상기 제 2 게이트라인의 상기 제 2 게이트신호에 기초하여 턴온하는 제 3 트랜지스터를 포함하는 디지털 엑스레이 검출장치를 제공한다.

Description

디지털 엑스레이 검출장치 및 그의 구동방법{DIGITAL X-RAY DETECTOR AND METHOD FOR DRIVING THE SAME}
본 발명은 엑스레이(X-ray; 방사선)의 투과량을 검출하는 디지털 엑스레이 검출장치(Digital X-ray Detector; DXD) 및 그의 구동방법에 관한 것이다.
엑스레이(X-ray; 방사선)는 투과성을 갖는 전자기파이다. 이러한 엑스레이의 투과량은 객체(object) 내부의 밀도에 대응한다. 이에, 엑스레이 영상은 의료, 보안 및 산업 등의 분야에서 널리 이용되고 있다. 특히, 엑스레이 영상은 의료 분야에서 진단의 기본 도구로 빈번하게 사용되고 있다.
기존의 엑스레이 영상은 감광성재료로 이루어진 필름을 마련하고, 객체를 투과한 엑스레이에 필름을 노출시킨 후, 필름의 영상을 인화지에 전사하는 과정으로 제공되었다. 이 경우, 인화과정으로 인해 영상정보의 실시간 제공이 불가능한 문제점 및 필름의 장시간 보관 및 보존이 불가능함에 의해 영상정보가 용이하게 손실되는 문제점이 있다.
최근에는 영상처리 기술 및 반도체 기술의 발달로 인해, 필름을 대체할 수 있는 플랫 패널(flat panel) 구조의 디지털 엑스레이 검출장치가 제시되었다.
일반적인 디지털 엑스레이 검출장치는 감지영역에 배치된 복수의 화소영역에 대응한 복수의 광감지소자를 포함하는 화소어레이와, 각 화소영역의 광감지소자의 출력신호를 리드아웃(readout)하는 리드아웃구동부를 포함한다. 여기서, 광감지소자는 입사된 광량에 반응하여 전자를 발생시키는 광반응부를 포함함으로써, 광에 대응한 출력신호를 생성한다. 그리고, 리드아웃구동부는 복수의 화소영역에 대응한 복수의 광감지소자의 출력신호를 리드아웃하고, 리드아웃한 결과에 기초하여 영상신호를 생성한다. 이로써, 디지털 엑스레이 검출장치는 엑스레이 영상을 제공한다.
그런데, 기존의 디지털 엑스레이 검출장치에 있어서, 복수의 광감지소자의 출력신호를 리드아웃하는 과정은 수동 매트릭스 방식으로 실시되거나 또는 1개의 트랜지스터를 이용한 능동 매트릭스 방식으로 실시되는 것이 일반적이다.
즉, 복수의 광감지소자의 출력신호를 전압 기반으로 리드아웃함에 따라, 복수의 광감지소자의 출력신호를 리드아웃하는 과정이 소자 및 배선의 기생성분에 대응하는 노이즈에 취약한 문제점이 있다. 그로 인해, 디지털 엑스레이 검출장치에 의한 엑스레이 영상의 정확성 및 신뢰도가 저하될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 엑스레이 영상의 정확성 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 디지털 엑스레이 검출장치 및 그의 구동방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 예시는 매트릭스 배열된 복수의 화소영역 중 수직방향으로 배열된 화소영역들로 이루어진 각 수직라인에 대응하는 데이터라인, 상기 복수의 화소영역 중 수평방향으로 배열된 화소영역들로 이루어진 각 수평라인에 대응하고, 서로 다른 제 1 및 제 2 게이트신호를 상기 복수의 화소영역에 공급하는 제 1 및 제 2 게이트라인, 상기 각 화소영역에 대응하고 소정의 바이어스신호를 공급하는 바이어스라인과 제 1 노드 사이에 배치되는 광감지소자, 상기 제 1 노드와 제 2 노드 사이에 배치되고, 상기 제 1 게이트라인의 상기 제 1 게이트신호에 기초하여 턴온하면 상기 광감지소자의 출력신호에 대응하는 화소신호를 상기 제 2 노드에 전달하는 제 1 트랜지스터, 소정의 구동전원신호를 공급하는 구동전원라인과 상기 데이터라인 사이에 배치되고, 상기 화소신호에 기초하여 턴온하면 상기 광감지소자의 출력신호에 대응하는 화소출력전류신호를 상기 데이터라인에 전달하는 제 2 트랜지스터, 및 소정의 리셋신호를 공급하는 리셋전원라인에 연결되고, 상기 제 2 게이트라인의 상기 제 2 게이트신호에 기초하여 턴온하는 제 3 트랜지스터를 포함하는 디지털 엑스레이 검출장치를 제공한다.
상기 복수의 화소영역에 엑스레이를 조사하는 조사기간 동안 상기 광감지소자의 출력신호가 생성되고, 상기 조사기간 이후의 검출기간 중 적어도 일부 기간 동안 상기 제 1 트랜지스터가 턴온하며, 상기 턴온한 제 1 트랜지스터를 통해 상기 화소신호가 상기 제 2 노드에 전달되고, 상기 화소신호에 기초하여 상기 제 2 트랜지스터가 턴온하며, 상기 턴온한 제 2 트랜지스터를 통해 상기 각 화소영역의 상기 화소출력전류신호가 상기 데이터라인에 전달되고, 상기 화소신호는 상기 광감지소자의 출력신호에 대응한다.
상기 제 3 트랜지스터는 상기 제 1 노드와 상기 리셋전원라인 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 조사기간 이전의 휴지기간 중 적어도 일부기간 동안 상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터가 턴온하고, 상기 턴온한 제 3 트랜지스터 및 상기 턴온한 제 1 트랜지스터를 통해 상기 리셋신호가 상기 제 2 노드에 전달되며, 상기 제 2 트랜지스터는 상기 제 2 노드에 전달된 상기 리셋신호에 기초하여 턴오프한다.
또는, 상기 제 3 트랜지스터는 상기 제 2 노드와 상기 리셋전원라인 사이에 배치된다. 이 경우, 상기 검출기간 중 상기 제 1 트랜지스터가 턴온되는 일부 기간 이전의 다른 적어도 일부 기간 동안 상기 제 3 트랜지스터가 턴온하고, 상기 턴온한 제 3 트랜지스터를 통해 상기 리셋신호가 상기 제 2 노드에 전달되며, 상기 제 2 트랜지스터는 상기 제 2 노드에 전달된 상기 리셋신호에 기초하여 턴오프한다.
본 발명의 다른 예시는 매트릭스 배열된 복수의 화소영역, 상기 각 화소영역에 대응하고 바이어스라인과 제 1 노드 사이에 배치되는 광감지소자, 상기 광감지소자와 데이터라인 사이에 배치되는 화소회로, 및 상기 데이터라인에 연결되는 리드아웃구동부를 포함하는 디지털 엑스레이 검출장치가 구동하는 방법을 제공한다. 여기서, 상기 화소회로는 상기 제 1 노드와 제 2 노드 사이에 배치되고, 제 1 게이트라인의 제 1 게이트신호에 기초하여 턴온하면 상기 광감지소자의 출력신호에 대응하는 화소신호를 상기 제 2 노드에 전달하는 제 1 트랜지스터, 상기 데이터라인과 구동전원라인 사이에 배치되고 상기 화소신호에 기초하여 턴온하는 제 2 트랜지스터, 및 상기 제 2 노드의 전위를 초기화하기 위한 리셋신호를 공급하는 리셋전원라인에 연결되고, 제 2 게이트라인의 제 2 게이트신호에 기초하여 턴온하는 제 3 트랜지스터를 포함한다. 그리고, 상기 리드아웃구동부는 상기 각 데이터라인에 연결되는 증폭부, 상기 증폭부의 오프셋에 대응한 제 1 연관신호에 기초하여 충전되는 제 1 버퍼 커패시터, 상기 증폭부의 출력단과 상기 제 1 버퍼 커패시터 사이에 배치되는 제 1 버퍼 스위치, 상기 광감지소자의 출력신호에 대응한 제 2 연관신호에 기초하여 충전되는 제 2 버퍼 커패시터, 상기 증폭부의 출력단과 상기 제 2 버퍼 커패시터 사이에 배치되는 제 2 버퍼 스위치, 및 상기 제 1 및 제 2 연관신호에 기초하여 상기 각 화소영역의 광감지신호를 도출하는 먹스부를 포함한다.
이러한 디지털 엑스레이 검출장치의 구동방법은 상기 복수의 화소영역에 엑스레이를 조사하는 조사기간 동안 상기 광감지소자의 출력신호가 생성되는 단계, 상기 조사기간 이후의 검출기간 중 제 1 검출구동기간 동안 상기 제 1 버퍼 스위치가 턴온하고, 상기 턴온한 제 1 버퍼 스위치를 통해 상기 제 1 연관신호가 상기 제 1 버퍼 커패시터에 전달되는 단계, 상기 검출기간 중 상기 제 1 검출구동기간 이후의 제 2 검출구동기간 동안 상기 제 1 트랜지스터가 턴온하고, 상기 턴온한 제 1 트랜지스터를 통해 상기 화소신호가 상기 제 2 노드에 전달되며, 상기 화소신호에 기초하여 상기 제 2 트랜지스터가 턴온하고, 상기 턴온한 제 2 트랜지스터 및 상기 데이터라인을 통해 상기 광감지소자의 출력신호에 대응하는 화소출력전류신호가 상기 증폭부에 전달되는 단계, 상기 검출기간 중 상기 제 2 검출구동기간 이후의 제 3 검출구동기간 동안 상기 제 2 버퍼 스위치가 턴온하고, 상기 턴온한 제 2 버퍼 스위치를 통해 상기 화소출력전류신호에 대응하는 상기 제 2 연관신호가 상기 제 2 버퍼 커패시터에 전달되는 단계, 및 상기 먹스부가 상기 제 1 및 제 2 연관신호에 기초하여 상기 각 화소영역의 광감지신호를 도출하는 단계를 포함한다.
상기 제 3 트랜지스터는 상기 제 1 노드와 상기 리셋전원라인 사이에 배치된다. 이 경우, 상기 구동방법은 상기 조사기간 이전의 휴지기간 중 제 1 휴지구동기간 동안 상기 제 1 버퍼 스위치 및 상기 제 3 트랜지스터가 턴온하는 단계, 상기 휴지기간 중 제 2 휴지구동기간 동안 상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터가 턴온하는 단계, 및 상기 휴지기간 중 제 3 휴지구동기간 동안 상기 제 2 버퍼 스위치가 턴온하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 제 2 휴지구동기간 동안 상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터가 턴온하는 단계에서, 상기 턴온한 제 3 트랜지스터 및 상기 턴온한 제 1 트랜지스터를 통해 상기 리셋신호가 상기 제 2 노드에 전달되고, 상기 제 2 노드에 전달된 상기 리셋신호에 기초하여 상기 제 2 트랜지스터가 턴오프한다.
또는 상기 제 3 트랜지스터는 상기 제 2 노드와 상기 리셋전원라인 사이에 배치된다. 이 경우, 상기 검출기간은 상기 제 1 및 제 2 검출구동기간 사이에 배치되는 화소리셋기간을 더 포함한다. 그리고 상기 구동방법은 상기 화소리셋기간 동안 상기 제 3 트랜지스터가 턴온하고, 상기 턴온한 제 3 트랜지스터를 통해 상기 리셋신호가 상기 제 2 노드에 전달되며, 상기 제 2 노드에 전달된 상기 리셋신호에 기초하여 상기 제 2 트랜지스터가 턴오프하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 각 실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치는 각 화소영역에 대응하는 광감지소자와 데이터라인 사이에 배치되는 제 1, 제 2 및 제 3 트랜지스터를 포함한다. 여기서, 각 화소영역에 대응하는 광감지소자는 바이어스라인과 제 1 노드 사이에 배치되고, 제 1 트랜지스터는 제 1 및 제 2 노드 사이에 배치되며, 제 2 트랜지스터는 제 2 노드와 데이터라인 사이에 배치되고 광감지신호의 출력신호에 대응하는 화소신호에 기초하여 턴온하면, 광감지신호의 출력신호에 대응하는 화소출력전류신호를 데이터라인에 전달한다.
이와 같이, 제 1 및 제 2 트랜지스터에 의해, 각 화소영역의 광감지소자의 출력신호가 전압 기반이 아닌 전류 기반으로 리드아웃될 수 있다. 이로써, 각 화소영역의 광감지소자의 출력신호를 리드아웃하는 과정에서, 광감지소자, 트랜지스터 및 신호라인 등의 기생성분으로 인한 노이즈의 영향이 감소될 수 있다. 즉, 각 화소영역의 광감지소자의 출력신호를 리드아웃하는 과정에서 노이즈로 인한 데이터의 왜곡이 감소될 수 있으므로, 엑스레이 영상의 정확성 및 신뢰도가 향상될 수 있다.
제 3 트랜지스터에 의해, 제 2 트랜지스터의 게이트전극에 연결되는 제 2 노드의 전위가 초기화될 수 있다. 그로 인해, 누설전류로 인한 데이터의 왜곡이 방지될 수 있으므로, 제 1, 제 2 및 제 3 트랜지스터가 NMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다. 이로써, 제조과정이 용이한 장점, 제조비용이 감소될 수 있는 장점 및 수율이 향상될 수 있는 장점이 있다.
그리고, 각 화소영역의 광감지소자의 출력신호를 리드아웃하는 과정이 전류 기반으로 실시됨으로써 응답속도가 향상될 수 있고, 제 2 노드의 전위가 주기적으로 초기화될 수 있으므로, 동영상 촬영에 용이하게 적용될 수 있는 장점이 있다.
여기서, 제 3 트랜지스터는 제 1 노드와 리셋전원라인 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 복수의 화소영역에 엑스레이를 조사하는 조사기간 이전의 휴지기간 중 적어도 일부기간 동안 제 1 및 제 3 트랜지스터가 턴온함으로써 각 화소영역의 제 2 노드에 리셋신호가 공급될 수 있다. 이에 따라, 제 2 노드의 전위를 초기화하는 기간으로 인해, 조사기간 이후의 검출기간이 증가되는 것이 방지됨으로써, 응답속도의 저하가 방지될 수 있는 장점이 있다.
또는, 제 3 트랜지스터는 제 2 노드와 리셋전원라인 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 검출기간 중 제 1 트랜지스터가 턴온하기 전에, 제 3 트랜지스터가 턴온함으로써, 각 화소영역의 제 2 노드에 리셋신호가 공급될 수 있다. 이에 따라, 조사기간의 종료시점부터 제 1 트랜지스터의 턴온시점까지의 기간 동안 광감지소자 및 제 1 트랜지스터의 기생성분으로 인해 누적되는 노이즈가 제거될 수 있으므로, 노이즈의 영향이 더욱 감소될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 영상 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 디지털 엑스레이 검출장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 화소어레이 중 어느 하나의 화소영역 및 리드아웃구동부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 화소영역 및 리드아웃구동부에 대응한 구동파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 화소영역 및 리드아웃구동부에 있어서, 도 4의 제 2 휴지구동기간에 대응한 동작을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3의 화소영역 및 리드아웃구동부에 있어서, 도 4의 조사기간에 대응한 동작을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 3의 화소영역 및 리드아웃구동부에 있어서, 도 4의 제 1 검출구동기간에 대응한 동작을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 3의 화소영역 및 리드아웃구동부에 있어서, 도 4의 제 2 검출구동기간에 대응한 동작을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 3의 화소영역 및 리드아웃구동부에 있어서, 도 4의 제 3 검출구동기간에 대응한 동작을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 도 2의 화소어레이 중 어느 하나의 화소영역 및 리드아웃구동부를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 도 10의 화소영역 및 리드아웃구동부에 대응한 구동파형을 나타낸 도면이다.
도 12는 도 10의 화소영역 및 리드아웃구동부에 있어서, 도 11의 화소리셋기간에 대응한 동작을 나타낸 도면이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하, 본 발명의 각 실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치 및 그의 구동방법에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 1 내지 도 3를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치 및 이를 포함하는 엑스레이 영상 시스템에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 영상 시스템을 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 디지털 엑스레이 검출장치를 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 화소어레이 중 어느 하나의 화소영역 및 리드아웃구동부를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엑스레이 영상 시스템(10)은 소정의 대상 객체(20)의 내부에 관한 엑스레이 영상을 제공하기 위한 것이다. 예시적으로, 대상 객체(20)는 피검 대상인 생체의 일부 또는 검사 대상인 산업공정 산출물의 일부일 수 있다.
이러한 엑스레이 영상 시스템(10)은 엑스레이의 투과량을 검출하는 디지털 엑스레이 검출장치(100), 및 대상 객체(20)를 사이에 두고 디지털 엑스레이 검출장치(100)에 대향하고 대상 객체(20) 측으로 엑스레이(X-ray)를 조사하는 광원장치(200)를 포함한다.
디지털 엑스레이 검출장치(100)는 대상 객체(20)에 대한 엑스레이의 투과량을 검출하기 위한 감지영역을 포함하는 평판 패널 형태로 이루어질 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 디지털 엑스레이 검출장치(100)는 매트릭스 형태로 배열된 복수의 화소영역(P)을 포함하는 화소어레이(110) 및 화소어레이(110)의 데이터라인(DL1, DL2, DLj, DLm; 이하, "DL"로 통칭함)에 연결되는 리드아웃구동부(120)를 포함한다.
그리고, 디지털 엑스레이 검출장치(100)는 화소어레이(110)의 제 1 게이트라인(GL11, GL1i, GL1n; 이하, "GL1"로 통칭함)에 연결되는 제 1 게이트구동부(131), 화소어레이(110)의 제 2 게이트라인(GL21, GL2i, GL2n; 이하, "GL2"로 통칭함)에 연결되는 제 2 게이트구동부(132), 화소어레이(110)의 바이어스라인(BL1, BL2, BLj, BLm; 이하, "BL"로 통칭함)에 연결되는 바이어스 구동부(140)를 더 포함한다.
또한, 도 2에 도시되지 않았으나, 디지털 엑스레이 검출장치(100)는 데이터구동부(120)와 제 1 및 제 2 게이트구동부(131, 132)의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
도 3의 도시와 같이, 화소어레이(110)의 각 화소영역(Pij)은 광을 감지하는 광감지소자(PD; PIN Diode) 및 광감지소자(PD)와 데이터라인(DL) 사이에 배치되는 화소회로(PC; Pixel Circuit)를 포함한다. 별도로 도시하고 있지 않으나, 화소어레이(110)는 엑스레이(X-ray)를 가시광선으로 변환하는 신틸레이터층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
화소어레이(110)가 엑스레이에 노출되면, 신틸레이터층은 엑스레이를 가시광선으로 변환한다.
광감지소자(PD)는 신틸레이터층으로부터 공급되는 가시광선을 흡수하며 가시광선에 반응하여 전자를 발생시킴으로써, 엑스레이의 투과량에 대응하는 출력신호를 생성한다.
화소회로(PC)는 제 1 및 제 2 게이트라인(GL1, GL2)의 제 1 및 제 2 게이트신호에 기초하여 광감지소자(PD)의 출력신호에 대응하는 화소출력전류신호를 데이터라인(DL)으로 전달한다. 이러한 화소회로(PC)에 대해서는 도 3을 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.
타이밍 컨트롤러는 제 1 게이트구동부(131)의 구동 타이밍 제어를 위한 개시신호 및 스캔클럭신호를 제 1 게이트구동부(131)에 공급한다. 타이밍 컨트롤러는 제 2 게이트구동부(132)의 구동 타이밍 제어를 위한 리셋제어신호 및 리셋클럭신호를 제 2 게이트구동부(132)에 공급한다.
그리고, 타이밍 컨트롤러는 리드아웃구동부(120)의 구동 타이밍 제어를 위한 리드아웃제어신호 및 리드아웃클럭신호를 데이터구동부(120)에 공급한다.
제 1 게이트구동부(131)는 타이밍 컨트롤러의 개시신호 및 스캔클럭신호에 기초하여 각 수평라인에 포함된 화소영역(P)들의 스캔을 위한 제 1 게이트신호를 제 1 게이트라인(GL1)에 순차적으로 공급한다.
제 2 게이트구동부(132)는 타이밍 컨트롤러의 리셋제어신호 및 리셋클럭신호에 기초하여 각 수평라인에 포함된 화소영역(P)들의 초기화를 위한 제 2 게이트신호를 제 2 게이트라인(GL2)에 공급한다.
여기서, 각 수평라인은 복수의 화소영역(P) 중 수평방향(도 2의 좌우방향)으로 나란하게 배열된 화소영역(P)들로 이루어진다. 그리고, 화소 어레이(110)의 제 1 및 제 2 게이트라인(GL1, GL2)은 각 수평라인에 대응할 수 있다.
바이어스구동부(140)는 광감지소자(PD)에 소정의 바이어스 전압을 인가하기 위한 바이어스신호를 바이어스라인(BL)에 공급한다. 이때, 바이어스구동부(140)는 리버스 바이어스(reverse bias) 동작을 위한 바이어스 신호 또는 포워드 바이어스(forward bias) 동작을 위한 바이어스 신호를 선택적으로 공급할 수 있다.
리드아웃구동부(120)는 데이터라인(DL)을 통해 수평라인 별로 각 화소영역(P)의 화소출력전류신호를 수신하고, 복수의 화소영역(P)의 화소출력전류신호에 기초하여 영상신호를 생성한다.
도 2의 도시와 같이, 데이터라인(DL) 및 바이어스라인(BL)은 각 수직라인에 대응할 수 있다. 각 수직라인은 복수의 화소영역(P) 중 수직방향(도 2의 상하방향)으로 나란하게 배열된 화소영역(P)들로 이루어진다. 다만, 이는 단지 예시일 뿐이며, 바이어스라인(BL)의 배치 방향은 수평방향일 수도 있다.
리드아웃구동부(120)는 각 데이터라인(DL)에 대응하는 증폭부(121), 증폭부(121)의 출력단에 연결되고 증폭부(121)의 오프셋에 대응하는 제 1 연관신호와, 각 화소영역(P)의 광감지소자(PD)의 출력신호에 대응하는 제 2 연관신호를 출력하는 신호버퍼부(122), 각 화소영역(P)에 대응한 제 1 및 제 2 연관신호에 기초하여 각 화소영역(P)의 광감지신호를 도출하고, 복수의 화소영역(P)의 광감지신호를 취합하여 아날로그출력신호를 생성하는 먹스부(123), 아날로그출력신호를 디지털출력신호로 변환하는 신호변환부(124), 및 디지털출력신호에 기초하여 영상신호를 생성하는 데이터처리부(125)를 포함할 수 있다.
또한, 리드아웃구동부(120)는 소정의 통신방식에 기초하여 영상신호를 표시부(미도시)로 전달하는 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예시적으로, 통신부는 LVDS(Low-voltage differential signaling) 방식의 신호 송수신을 위한 CMOS 집적회로로 이루어질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 화소영역(P) 중 어느 하나의 화소영역(Pij)은 i번째 수평라인에 대응한 제 i 번째 제 1 게이트라인(GL1i)과 j번째 수직라인에 대응한 제 j 번째 데이터라인(DLj) 및 제 j 번째 바이어스라인(BLj)에 연결된다.
화소어레이(110)는 복수의 화소영역(P)에 서로 다른 제 1 및 제 2 게이트신호를 공급하고 각 수평라인에 대응하는 제 1 및 제 2 게이트라인(GL1, GL2), 복수의 화소영역(P)에 연결되고 각 수직라인에 대응하는 데이터라인(DL), 복수의 화소영역(P)에 바이어스신호를 공급하는 바이어스라인(BL), 복수의 화소영역(P)에 리셋신호(VINT)를 공급하는 리셋전원라인 및 복수의 화소영역(P)에 구동전원신호(VDD)를 공급하는 구동전원라인을 포함한다.
그리고, 화소어레이(110)는 각 데이터라인(DL)에 연결되는 데이터커패시터(Cd)를 더 포함할 수 있다. 데이터커패시터(Cd)는 각 화소영역(P)에서 데이터라인(DL)로 전달된 화소출력전류신호에 기초하여 충전될 수 있다.
화소어레이(110)에 포함된 복수의 화소영역(P) 중 어느 하나인 화소영역(Pij)은 광을 감지하는 광감지소자(PD), 및 광감지소자(PD)와 데이터라인(DLj) 사이에 배치되는 화소회로(PC)를 포함한다. 화소회로(PC)는 제 1, 제 2 및 제 3 트랜지스터(T1, T2, T3)를 포함한다.
그리고, 화소영역(Pij)은 광감지소자(PD)와 병렬로 연결되는 화소 커패시터(Cp)를 더 포함할 수 있다.
광감지소자(PD)는 바이어스라인(BLj)과 제 1 노드(N1) 사이에 배치된다. 화소어레이(110)가 엑스레이에 노출되면, 광감지소자(PD)는 엑스레이의 투과량을 변환한 광량에 대응하는 출력신호를 생성한다.
화소 커패시터(Cp)는 광감지소자(PD)의 출력신호에 기초하여 충전된다.
광감지소자(PD)의 출력신호는 제 1 노드(N1)에 공급된다. 이때, 화소 커패시터(Cp)의 충전전압 또한 제 1 노드(N1)에 공급된다.
제 1 트랜지스터(T1)는 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2) 사이에 배치되고, 제 1 게이트라인(GL1i)의 제 1 게이트신호에 기초하여 턴온한다.
제 1 트랜지스터(T1)가 턴온하면, 턴온한 제 1 트랜지스터(T1)를 통해 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2)가 연결된다. 그리고, 제 1 노드(N1)에는 광감지소자(PD)의 출력신호가 공급된다. 이에, 턴온한 제 1 트랜지스터(T1)를 통해, 제 1 노드(N1)에 공급된 광감지소자(PD)의 출력신호에 대응하는 화소신호가 제 2 노드(N2)에 전달된다.
제 2 트랜지스터(T2)는 구동전원신호(VDD)를 공급하는 구동전원라인과 데이터라인(DLj) 사이에 배치되고, 제 2 노드(N2)의 화소신호에 기초하여 턴온한다. 이때, 턴온한 제 2 트랜지스터(T2)를 통해, 구동전원라인(VDD)과 데이터라인(DLj)이 연결됨으로써, 구동전원라인(VDD)과 데이터라인(DLj) 간의 전위차에 의해 화소출력전류신호가 발생된다. 여기서, 화소출력전류신호의 전류크기는 제 2 노드(N2)의 화소신호에 대응한다.
더불어, 리드아웃의 오작동을 방지하기 위해서는 제 2 트랜지스터(T2)의 턴온 시에만 화소출력전류신호를 발생시켜야 한다. 이를 위하여, 구동전원라인의 구동전원신호(VDD)는 제 2 트랜지스터(T2)가 턴온하는 기간 동안 비교적 낮은 제 1 전압레벨로 공급되고, 그 외 나머지 기간 동안 제 1 전압레벨보다 높은 제 2 전압레벨로 공급된다. 여기서, 구동전원신호(VDD)의 제 1 전압레벨은 광감지소자의 출력신호, 리셋전원라인(VINT)의 리셋신호 및 제 2 트랜지스터(T2)의 문턱전압을 합한 전압보다 낮다.
제 3 트랜지스터(T3)는 리셋신호(VINT)를 공급하는 리셋전원라인에 연결되고, 제 2 게이트라인(GL2i)의 제 2 게이트신호에 기초하여 턴온된다. 여기서, 리셋신호(VINT)는 제 2 트랜지스터(T2)의 게이트전극에 연결되는 제 2 노드(N2)의 전위를 초기화하기 위한 것이다. 달리 설명하면, 리셋신호(VINT)는 제 2 트랜지스터(T2)의 턴오프 구동을 위한 것이다.
즉, 리셋신호(VINT)가 제 2 노드(N2)에 공급되면, 제 2 트랜지스터(T2)는 제 2 노드(N2)의 리셋신호(VINT)에 기초하여 턴오프한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 3 트랜지스터(T3)는 제 1 노드(N1)와 리셋전원라인(VINT) 사이에 배치된다.
이러한 제 3 트랜지스터(T3)는 제 2 게이트라인(GL2i)의 제 2 게이트신호에 기초하여 턴온하면, 제 1 노드(N1)에 리셋신호(VINT)를 전달한다.
이때, 화소어레이(110)가 엑스레이(X-ray)에 노출된 이후에, 광감지소자(PD)의 출력신호가 발생된 상태이면, 제 1 노드(N1)의 전압은 리셋신호(VINT) 및 광감지소자(PD)의 출력신호에 대응한다.
그리고, 제 1 트랜지스터(T1)가 턴온한 상태이면, 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2)가 연결되므로, 리셋신호(VINT) 및 광감지소자(PD)의 출력신호에 대응하는 화소신호가 제 2 노드(N2)에 전달된다.
앞서 도 2의 설명에서 언급한 바와 같이, 리드아웃구동부(120)는 각 데이터라인(DL)에 연결되는 증폭부(121)와, 증폭부(121)의 출력단에 연결되고 제 1 및 제 2 연관신호를 보유하는 신호버퍼부(122)와, 제 1 및 제 2 연관신호에 기초하여 각 화소영역(P)의 광감지신호를 도출하는 먹스부(123)를 포함한다.
도 3의 도시와 같이, 증폭부(121)는 각 데이터라인(DLj)에 연결되는 제 1 입력단과 소정의 레퍼런스신호(Vref)가 입력되는 제 2 입력단을 포함하는 증폭기(AMP), 및 제 1 입력단과 증폭기(AMP)의 출력단 사이에 배치되는 피드백 커패시터(Cf)를 포함할 수 있다.
증폭기(AMP)는 레퍼런스신호(Vref) 및 피드백 커패시터(Cf)의 커패시턴스에 기초하여 제 1 입력단의 신호, 즉 데이터라인(DLj)의 신호를 증폭하고, 증폭된 신호를 출력단으로 출력한다. 피드백 커패시터(Cf)의 커패시턴스는 증폭기(AMP)의 게인에 대응한다.
그리고, 증폭부(121)는 피드백 커패시터(Cf)와 병렬로 연결되는 리셋스위치(SWre)를 더 포함할 수 있다.
리셋스위치(SWre)는 피드백 커패시터(Cf)를 초기화하기 위한 것이다. 일 예로, 복수의 화소영역(P)에 엑스레이를 조사하기 전에, 피드백 커패시터 초기화기간이 배치될 수 있으며, 피드백 커패시터 초기화기간 동안 전체 데이터라인(DL)에 대응한 증폭부(121)의 리셋스위치(SWre)가 턴온될 수 있다.
신호버퍼부(122)는 증폭부(121)의 출력단에 연결되고 제 1 및 제 2 연관신호를 보유한다.
구체적으로, 신호버퍼부(122)는 제 1 및 제 2 연관신호에 대응하는 제 1 및 제 2 버퍼 커패시터(Cb1, Cb2)와, 제 1 및 제 2 버퍼 커패시터(Cb1, Cb2) 각각과 증폭부(121)의 출력단 사이에 배치되는 제 1 및 제 2 버퍼 스위치(SWb1, SWb2)를 포함한다.
증폭부(121)의 출력단과 제 1 버퍼 커패시터(Cb1) 사이에 배치된 제 1 버퍼 스위치(SWb1)가 턴온하면, 제 1 버퍼 커패시터(Cb1)는 증폭부(121)의 오프셋(offset)에 대응하는 제 1 연관신호에 기초하여 충전된다.
증폭부(121)의 출력단과 제 2 버퍼 커패시터(Cb2) 사이에 배치된 제 2 버퍼 스위치(SWb2)가 턴온하면, 제 2 버퍼 커패시터(Cb2)는 각 화소영역(P)의 광감지소자(PD)의 출력신호에 대응한 제 2 연관신호에 기초하여 충전된다.
먹스부(123)는 제 1 및 제 2 버퍼 커패시터(Cb1, Cb2)에 의한 제 1 및 제 2 연관신호에 기초하여 각 화소영역(P)의 광감지신호를 도출한다. 즉, 먹스부(123)는 제 2 연관신호에서 제 1 연관신호를 뺀 값으로 각 화소영역(P)의 광감지신호를 도출할 수 있다. 여기서, 각 화소영역(P)의 광감지신호는 각 화소영역(P)의 광감지소자(PD)의 출력신호에 대응한다.
그리고, 먹스부(123)는 복수의 화소영역(P)의 광감지신호를 취합하여 아날로그출력신호를 생성한다.
다음, 도 4 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치(100)의 구동방법에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 화소영역 및 리드아웃구동부에 대응한 구동파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 화소영역 및 리드아웃구동부에 있어서, 도 4의 제 2 휴지구동기간에 대응한 동작을 나타낸 도면이다. 도 6은 도 3의 화소영역 및 리드아웃구동부에 있어서, 도 4의 조사기간에 대응한 동작을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 3의 화소영역 및 리드아웃구동부에 있어서, 도 4의 제 1 검출구동기간에 대응한 동작을 나타낸 도면이다. 도 8은 도 3의 화소영역 및 리드아웃구동부에 있어서, 도 4의 제 2 검출구동기간에 대응한 동작을 나타낸 도면이다. 도 9는 도 3의 화소영역 및 리드아웃구동부에 있어서, 도 4의 제 3 검출구동기간에 대응한 동작을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 디지털 엑스레이 검출장치(100)는 복수의 화소영역(P)에 엑스레이를 조사하는 조사기간(XRP; X-ray Radiation Period) 이전의 휴지기간(IP; Idling Period) 동안 노이즈광 또는 누설전류 등에 의해 각 화소영역(P)의 광감지소자(PD), 화소 커패시터(Cp), 데이터 커패시터(Cd), 제 1 및 제 2 버퍼 커패시터(Cb1, Cb2) 등에 누적된 전하(charge)를 제거하기 위한 구동을 실시한다.
구체적으로, 휴지기간(IP)는 제 1, 제 2 및 제 3 휴지구동기간(IP1, IP2, IP3)를 포함한다. 여기서, 휴지기간(IP)은 적어도 1회 교번하는 제 1, 제 2 및 제 3 휴지구동기간(IP1, IP2, IP3)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 디지털 엑스레이 검출장치(100)의 구동방법은 제 1 휴지구동기간(IP1) 동안 제 1 버퍼 스위치(SWb1) 및 제 3 트랜지스터(T3)가 턴온하는 단계, 제 2 휴지구동기간(IP2) 동안 제 1 트랜지스터(T1) 및 제 3 트랜지스터(T3)가 턴온하는 단계, 및 제 3 휴지구동기간(IP3) 동안 제 2 버퍼 스위치(SWb2)가 턴온하는 단계를 포함한다.
제 1 휴지구동기간(IP1) 동안 제 1 버퍼 스위치(SWb1) 및 제 3 트랜지스터(T3)가 턴온하는 단계에서, 턴온한 제 1 버퍼 스위치(SWb1)에 의해 제 1 버퍼 커패시터(Cb1)에 누적된 전하가 제거되고, 턴온한 제 3 트랜지스터(T3)에 의해 리셋신호(VINT)가 제 1 노드(N1)에 전달된다. 이때, 광감지소자(PD) 및 화소 커패시터(Cp)에 누적된 전하가 제거된다.
제 2 휴지구동기간(IP2) 동안 제 1 트랜지스터(T1) 및 제 3 트랜지스터(T3)가 턴온하는 단계에서, 턴온한 제 3 트랜지스터(T3) 및 턴온한 제 1 트랜지스터(T1)을 통해 리셋신호(VINT)가 제 2 노드(N2)에 전달됨으로써, 제 2 노드(N2)의 전위가 리셋신호(VINT)에 기초하여 초기화된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 휴지구동기간(IP2) 동안 제 1 트랜지스터(T1) 및 제 3 트랜지스터(T3)가 턴온하는 단계에서, 턴온한 제 3 트랜지스터(T3)를 통해 리셋신호(VINT)가 제 1 노드(N1)에 공급되고, 턴온한 제 1 트랜지스터(T1)를 통해 제 1 노드(N1)의 리셋신호(VINT)가 제 2 노드(N2)에 공급된다. 즉, 턴온한 제 3 트랜지스터(T3) 및 턴온한 제 1 트랜지스터(T1)을 통해 리셋신호(VINT)가 제 2 노드(N2)에 전달됨으로써, 제 2 노드(N2)의 전위가 리셋신호(VINT)에 기초하여 초기화된다. 이때, 제 2 트랜지스터(T2)는 제 2 노드(N2)의 리셋신호(VINT)에 기초하여 턴오프된다.
제 3 휴지구동기간(IP3) 동안 제 2 버퍼 스위치(SWb2)가 턴온하는 단계에서, 턴온한 제 2 버퍼 스위치(SWb2)에 의해 제 2 버퍼 커패시터(Cb2)에 누적된 전하가 제거된다.
도 4의 도시와 같이, 디지털 엑스레이 검출장치(100)의 구동방법은 휴지기간(IP)의 종료 후 조사기간(XRP) 이전의 피드백 커패시터 초기화기간(FRP; Feedback Reset Period) 동안 리셋 스위치(SWre)를 턴온하는 단계를 더 포함할 수 있다.
디지털 엑스레이 검출장치(100)의 구동방법은 조사기간(XRP) 동안 엑스레이의 방출(SHOT)을 실시하여, 화소어레이(110)에 포함된 복수의 화소영역(P)이 엑스레이에 노출되는 단계를 포함한다.
이때, 신틸레이터층은 엑스레이를 변환하여 광을 공급한다.
그리고, 도 6에 도시한 바와 같이, 각 화소영역(P)의 광감지소자(PD)는 신틸레이터층으로부터 전달된 광량에 대응하는 출력신호를 생성한다.
도 4의 도시와 같이, 디지털 엑스레이 검출장치(100)는 조사기간(XRP) 이후의 검출기간(DP; Detection Period) 동안 각 화소영역(P)의 광감지소자(PD)의 출력신호를 리드아웃하는 구동을 실시한다.
구체적으로, 검출기간(DP)은 제 1, 제 2 및 제 3 검출구동기간(DP1, DP2, DP3)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 디지털 엑스레이 검출장치(100)의 구동방법은 제 1 검출구동기간(DP1) 동안 제 1 버퍼 스위치(SWb1)를 턴온하는 단계, 제 2 검출구동기간(DP2) 동안 제 1 트랜지스터(T1)를 턴온하는 단계, 및 제 3 검출구동기간(DP3) 동안 제 2 버퍼 스위치(SWb2)를 턴온하는 단계를 포함한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 제 1 검출구동기간(DP1) 동안 제 1 버퍼 스위치(SWb1)가 턴온하는 단계에서, 턴온한 제 1 버퍼 스위치(SWb1)를 통해 증폭기(AMP)의 오프셋에 대응하는 제 1 연관신호가 제 1 버퍼 커패시터(Cb1)에 전달된다. 이에, 제 1 버퍼 커패시터(Cb1)는 제 1 연관신호로 충전된다.
여기서, 증폭기(AMP)의 오프셋에 대응하는 제 1 연관신호는 데이터라인(DLj)을 통해 화소출력전류신호가 증폭기(AMP)의 제 1 입력단에 전달되지 않은 상태에서, 증폭기(AMP)의 출력단이 출력하는 신호일 수 있다.
다음, 도 8에 도시한 바와 같이, 제 2 검출구동기간(DP2) 동안 제 1 트랜지스터(T1)가 턴온하는 단계에서, 턴온한 제 1 트랜지스터(T1)을 통해 광감지소자(PD)의 출력신호에 대응하는 화소신호가 제 2 노드(N2)에 전달된다. 이때, 화소신호에 기초하여 제 2 트랜지스터(T2)가 턴온한다. 이로써, 턴온한 제 2 트랜지스터(T2) 및 데이터라인(DLj)을 통해 광감지소자(PD)의 출력신호에 대응하는 화소출력전류신호가 증폭부(121)에 전달된다.
앞서 제 1 및 제 2 휴지구동기간(IP1, IP2) 동안 제 1 노드(N1)의 전위는 턴온한 제 3 트랜지스터(T3)에 의해 리셋신호(VINT)로 초기화된 상태이다. 이어서, 조사기간(XRP) 동안 광감지소자(PD)가 광량에 대응한 출력신호를 생성하면, 제 1 노드(N1)의 전위는 리셋신호(VINT) 및 광감지소자(PD)의 출력신호에 대응한다.
이에 따라, 제 2 검출구동기간(DP2) 동안 제 1 트랜지스터(T1)가 턴온하면, 리셋신호(VINT) 및 광감지소자(PD)의 출력신호에 대응하는 화소신호가 제 2 노드(N2)에 전달된다.
그리고, 제 2 트랜지스터(T2)가 화소신호에 기초하여 턴온하기 위해서는, 제 2 트랜지스터(T2)의 게이트-소스 전압이 제 2 트랜지스터(T2)의 문턱전압 이상이어야 한다.
이에 따라, 제 2 검출구동기간(DP2) 동안 제 1 트랜지스터(T1)가 턴온하는 단계에서, 제 2 트랜지스터(T2)의 소스전극에 공급되는 구동전원신호(VDD)는 비교적 작은 제 1 전압레벨(VDD1)로 공급된다. 즉, 제 1 전압레벨(VDD1)은 리셋신호(VINT), 광감지소자(PD)의 출력신호 및 제 2 트랜지스터(T2)의 문턱전압의 합보다 작다.
이어서, 제 3 검출구동기간(DP3)에서, 구동전원신호(VDD)는 제 1 전압레벨(VDD1)에서 제 1 전압레벨(VDD1)보다 높은 제 2 전압레벨(VDD2)로 변경될 수 있다.
또는, 제 2 검출구동기간(DP2) 이후의 제 3 검출구동기간(DP3) 중 제 2 버퍼 스위치(SWb2)가 턴온하기 전에, 구동전원신호(VDD)는 제 1 전압레벨(VDD1)에서 제 2 전압레벨(VDD2)로 변경될 수 있다. 이와 같이 하면, 제 3 검출구동기간(DP3) 중 제 2 버퍼 스위치(SWb2)가 턴온하기 전의 기간 동안, 제 1 전압레벨(VDD1)의 구동전원신호(VDD)에 의해, 제 2 트랜지스터(T2)의 턴온 상태가 유지됨으로써, 화소출력전류신호가 증폭부(121)에 공급되는 것이 유지될 수 있다.
또한, 휴지기간(IP), 피드백 커패시터 초기화기간(FRP), 조사기간(XRP) 및 제 1 검출구동기간(DP1) 동안 구동전원신호(VDD)는 제 2 전압레벨(VDD2)로 유지된다. 이와 같이 하면, 턴온한 제 1 트랜지스터(T1)에 의해서만 제 2 트랜지스터(T2)가 턴온할 수 있으므로, 화소출력전류신호의 오출력이 방지될 수 있다.
이어서, 도 9에 도시한 바와 같이, 제 3 검출구동기간(DP3) 동안 제 2 버퍼 스위치(SWb2)를 턴온하는 단계에서, 턴온한 제 2 버퍼스위치(SWb2)를 통해, 화소출력전류신호에 대응하는 제 2 연관신호가 제 2 버퍼 커패시터(Cb2)에 전달된다.
그리고, 디지털 엑스레이 검출장치(100)의 구동방법은 먹스부(123)가 제 1 및 제 2 버퍼 커패시터(Cb1, Cb2)에 대응한 제 1 및 제 2 연관신호에 기초하여 각 화소영역(P)의 광감지신호를 도출하는 단계를 포함한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 각 화소영역(P)의 화소회로(PC)는 제 1, 제 2 및 제 3 트랜지스터(T1, T2, T3)를 포함한다.
여기서, 제 1 트랜지스터(T1)는 광감지소자(PD)의 출력신호에 대응한 화소신호를 제 2 노드(N2)에 전달하고, 제 2 트랜지스터(T2)는 제 2 노드(N2)의 화소신호에 기초하여 턴온한다. 이때, 턴온한 제 2 트랜지스터(T2)를 통해, 광감지소자(PD)의 출력신호에 대응한 화소출력전류신호가 데이터라인(DLj)에 전달된다. 즉, 제 1 및 제 2 트랜지스터(T1, T2)에 의해, 광감지소자(PD)의 출력신호를 리드아웃하는 과정이 전압 기반이 아닌 전류 기반으로 실시될 수 있다. 이에 따라, 리드아웃하는 과정에서 각 소자 및 신호라인의 기생성분으로 인한 노이즈의 영향이 감소될 수 있다. 그러므로, 먹스부(123)가 도출한 각 화소영역(P)의 광감지신호의 왜곡이 감소될 수 있으므로, 엑스레이 영상의 정확성 및 신뢰도가 향상될 수 있다.
그리고, 제 3 트랜지스터(T3)에 의해 제 2 노드(N2)의 전위가 초기화될 수 있다. 이에 따라, 화소출력전류신호에 대한 누설전류의 영향을 방지할 수 있으므로, 제 1, 제 2 및 제 3 트랜지스터가 CMOS 트랜지스터 대신 NMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다. 이로써, 제조과정이 용이한 장점, 제조비용이 감소될 수 있는 장점 및 수율이 향상될 수 있다.
더불어, 리드아웃 과정이 전류 기반으로 실시됨으로써 응답속도가 향상될 수 있고, 제 2 노드(N2)의 전위가 주기적으로 초기화될 수 있으므로, 동영상 촬영에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 제 2 노드(N2)의 전위를 초기화하는 과정이 휴지기간(IP)의 일부인 제 2 휴지구동기간(IP2) 동안 실시된다. 이에 따라, 제 2 노드(N2)의 전위를 초기화하는 과정에 소요되는 기간으로 인해, 검출기간(DP)이 연장되는 것이 방지되므로, 응답시간 저하가 방지될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 3 트랜지스터(T2)가 제 1 노드(N1)에 연결되고, 제 2 노드(N2)의 전위를 초기화하는 과정이 조사기간(XRP) 이전의 휴지기간(IP) 동안에만 실시된다. 이에 따라, 조사기간(IP)의 종료시점부터 제 1 트랜지스터(T1)의 턴온시점까지의 기간 동안 광감지소자(PD) 및 제 1 트랜지스터(T1)의 기생성분으로 누적된 노이즈가 제 2 노드(N2)의 전위에 영향을 미칠 수 있다.
이에, 다음과 같이 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치(100) 및 이의 구동방법을 제공한다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 도 2의 화소어레이 중 어느 하나의 화소영역 및 리드아웃구동부를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 도 10의 화소영역 및 리드아웃구동부에 대응한 구동파형을 나타낸 도면이다.
도 12는 도 10의 화소영역 및 리드아웃구동부에 있어서, 도 11의 화소리셋기간에 대응한 동작을 나타낸 도면이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치(100)는 제 3 트랜지스터(T3')가 제 1 노드(N1)가 아닌 제 2 노드(N2)에 연결되는 점을 제외하고는 도 3에 도시된 일 실시예와 동일하므로 이하에서 중복 설명을 생략한다.
그리고, 도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치(100)의 구동방법은 검출기간(DP)의 적어도 일부 기간 동안 제 3 트랜지스터(T3')가 턴온하는 단계를 더 포함하는 점을 제외하고는 도 4에 도시된 일 실시예와 동일하므로 이하에서 중복 설명을 생략한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 검출기간(DP)은 제 1 및 제 2 검출구동기간(DP1, DP2) 사이에 배치되는 화소리셋기간(PRP; Pixel Reset Period)을 더 포함한다.
그리고, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치(100)의 구동방법은 화소리셋기간(PRP) 동안 제 3 트랜지스터(T3')가 턴온하는 단계를 더 포함한다.
상세히 도시하지 않았으나, 도 11의 도시와 같이, 휴지기간(IP) 중 제 2 휴지기간(IP2) 동안 제 1 및 제 3 트랜지스터(T1, T3')가 턴온함으로써, 제 1 및 제 2 노드(N1, N2)의 전위가 리셋신호(VINT)로 초기화된다. 이때, 제 1 및 제 2 노드(N1, N2)에 쌓인 노이즈가 제거될 수 있다.
그리고, 도 7의 도시와 같이, 조사기간(XRP) 이후의 검출기간(DP) 중 제 1 검출구동기간(DP1) 동안 제 1 버퍼 스위치(SWb1)가 턴온하는 단계에서, 턴온한 제 1 버퍼 스위치(SWb1)를 통해 증폭기(AMP)의 오프셋에 대응하는 제 1 연관신호가 제 1 버퍼 커패시터(Cb1)에 전달된다. 이에, 제 1 버퍼 커패시터(Cb1)는 제 1 연관신호로 충전된다.
도 12에 도시한 바와 같이, 제 1 검출구동기간(DP)이 종료한 후, 화소리셋기간(PRP) 동안 제 3 트랜지스터(T3')가 턴온하는 단계에서, 턴온한 제 3 트랜지스터(T3')를 통해 리셋신호(VINT)가 제 2 노드(N2)에 전달된다. 이에 따라, 제 2 노드(N2)의 전위가 리셋신호(VINT)에 기초하여 초기화된다.
이러한 화소리셋기간(PRP)으로 인해, 휴지기간(IP) 이후에 누적된 노이즈가 제거될 수 있다.
그리고, 도 8의 도시와 같이, 제 2 검출구동기간(DP2) 동안 제 1 트랜지스터(T1)가 턴온하면, 리셋신호(VINT) 및 광감지소자(PD)의 출력신호에 대응하는 화소신호가 제 2 노드(N2)에 전달된다.
이때, 구동전원신호(VDD)는 제 2 전압레벨(VDD2)에서 제 1 전압레벨(VDD1)로 변경된다.
이로써, 제 2 트랜지스터(T2)는 제 2 노드(N2)의 화소신호 및 제 1 전압레벨(VDD1)의 구동전원신호(VDD)에 기초하여 턴온한다. 이와 같이 턴온한 제 2 트랜지스터(T2)를 통해 화소출력전류신호가 데이터라인(DLj)에 전달된다.
이와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 제 3 트랜지스터(T3')는 제 2 노드(N2)와 리셋전원라인(VINT) 사이에 배치되고, 검출기간(DP) 중 제 1 트랜지스터(T1)가 턴온하는 제 2 검출구동기간(DP2) 이전에, 제 3 트랜지스터(T3')가 턴온한다.
이에 따라, 턴온한 제 1 트랜지스터(T1)를 통해 화소신호가 제 2 노드(N2)에 전달되기 전에, 제 2 노드(N2)가 리셋신호(VINT)로 초기화된다. 이때, 조사기간(IP)의 종료시점부터 제 1 트랜지스터(T1)의 턴온시점까지의 기간 동안 광감지소자(PD) 및 제 1 트랜지스터(T1)의 기생성분으로 누적된 노이즈가 제거될 수 있다. 그러므로, 노이즈의 영향이 더욱 감소될 수 있고, 그로 인해, 엑스레이 영상의 정확성 및 신뢰도가 더욱 향상될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10: 엑스레이 영상 시스템 20: 객체
100: 디지털 엑스레이 검출장치 200: 광원장치
110: 화소어레이 120: 리드아웃구동부
131, 132: 제 1 및 제 2 게이트구동부
140: 바이어스구동부
P: 화소영역 DL: 데이터라인
GL1, GL2: 제 1 및 제 2 게이트라인
BL: 바이어스라인
PD: 광감지소자 PC: 화소회로
T1, T2, T3: 제 1, 제 2 및 제 3 트랜지스터
VINT: 리셋신호 VDD: 구동전원신호
N1, N2: 제 1 및 제 2 노드
Cp: 화소 커패시터 Cd: 데이터 커패시터
121: 증폭부 AMP: 증폭기
Vref: 레퍼런스신호 Cf: 피드백 커패시터
SWre: 리셋스위치
122: 신호버퍼부
SWb1, SWb2: 제 1, 제 2 버퍼 스위치
Cb1, Cb2: 제 1, 제 2 버퍼 커패시터
123: 먹스부 124: 신호변환부
125: 데이터처리부

Claims (12)

  1. 매트릭스 배열된 복수의 화소영역 중 수직방향으로 배열된 화소영역들로 이루어진 각 수직라인에 대응하는 데이터라인;
    상기 복수의 화소영역 중 수평방향으로 배열된 화소영역들로 이루어진 각 수평라인에 대응하고, 서로 다른 제 1 및 제 2 게이트신호를 상기 복수의 화소영역에 공급하는 제 1 및 제 2 게이트라인;
    상기 각 화소영역에 대응하고 소정의 바이어스신호를 공급하는 바이어스라인과 제 1 노드 사이에 배치되는 광감지소자;
    상기 제 1 노드와 제 2 노드 사이에 배치되고, 상기 제 1 게이트라인의 상기 제 1 게이트신호에 기초하여 턴온하면 상기 광감지소자의 출력신호에 대응하는 화소신호를 상기 제 2 노드에 전달하는 제 1 트랜지스터;
    소정의 구동전원신호를 공급하는 구동전원라인과 상기 데이터라인 사이에 배치되고, 상기 화소신호에 기초하여 턴온하면 상기 광감지소자의 출력신호에 대응하는 화소출력전류신호를 상기 데이터라인에 전달하는 제 2 트랜지스터; 및
    소정의 리셋신호를 공급하는 리셋전원라인에 연결되고, 상기 제 2 게이트라인의 상기 제 2 게이트신호에 기초하여 턴온하는 제 3 트랜지스터를 포함하는 디지털 엑스레이 검출장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 화소영역에 엑스레이를 조사하는 조사기간 동안 상기 광감지소자의 출력신호가 생성되고,
    상기 조사기간 이후의 검출기간 중 적어도 일부 기간 동안 상기 제 1 트랜지스터가 턴온하며, 상기 턴온한 제 1 트랜지스터를 통해 상기 화소신호가 상기 제 2 노드에 전달되고, 상기 화소신호에 기초하여 상기 제 2 트랜지스터가 턴온하며, 상기 턴온한 제 2 트랜지스터를 통해 상기 각 화소영역의 상기 화소출력전류신호가 상기 데이터라인에 전달되고,
    상기 화소신호는 상기 광감지소자의 출력신호에 대응하는 디지털 엑스레이 검출장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 검출기간 중 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터 중 적어도 어느 하나가 턴온하는 기간 동안 상기 구동전원신호는 상기 광감지소자의 출력신호, 상기 리셋신호 및 상기 제 2 트랜지스터의 문턱전압을 합한 전압보다 낮은 제 1 전압레벨로 공급되고,
    상기 검출기간 중 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터 중 적어도 어느 하나가 턴온하는 기간을 제외한 나머지 기간 동안 상기 구동전원신호는 상기 제 1 전압레벨보다 높은 제 2 전압레벨로 공급되는 디지털 엑스레이 검출장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 트랜지스터는 상기 제 1 노드와 상기 리셋전원라인 사이에 배치되는 디지털 엑스레이 검출장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 조사기간 이전의 휴지기간 중 적어도 일부기간 동안 상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터가 턴온하고,
    상기 턴온한 제 3 트랜지스터 및 상기 턴온한 제 1 트랜지스터를 통해 상기 리셋신호가 상기 제 2 노드에 전달되며,
    상기 제 2 트랜지스터는 상기 제 2 노드에 전달된 상기 리셋신호에 기초하여 턴오프하는 디지털 엑스레이 검출장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 트랜지스터는 상기 제 2 노드와 상기 리셋전원라인 사이에 배치되는 디지털 엑스레이 검출장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 검출기간 중 상기 제 1 트랜지스터가 턴온되는 일부 기간 이전의 다른 적어도 일부 기간 동안 상기 제 3 트랜지스터가 턴온하고,
    상기 턴온한 제 3 트랜지스터를 통해 상기 리셋신호가 상기 제 2 노드에 전달되며,
    상기 제 2 트랜지스터는 상기 제 2 노드에 전달된 상기 리셋신호에 기초하여 턴오프하는 디지털 엑스레이 검출장치.
  8. 매트릭스 배열된 복수의 화소영역, 상기 각 화소영역에 대응하고 바이어스라인과 제 1 노드 사이에 배치되는 광감지소자, 상기 광감지소자와 데이터라인 사이에 배치되는 화소회로, 및 상기 데이터라인에 연결되는 리드아웃구동부를 포함하는 디지털 엑스레이 검출장치가 구동하는 방법에 있어서,
    상기 화소회로는
    상기 제 1 노드와 제 2 노드 사이에 배치되고, 제 1 게이트라인의 제 1 게이트신호에 기초하여 턴온하면 상기 광감지소자의 출력신호에 대응하는 화소신호를 상기 제 2 노드에 전달하는 제 1 트랜지스터;
    상기 데이터라인과 구동전원라인 사이에 배치되고 상기 화소신호에 기초하여 턴온하는 제 2 트랜지스터; 및
    상기 제 2 노드의 전위를 초기화하기 위한 리셋신호를 공급하는 리셋전원라인에 연결되고, 제 2 게이트라인의 제 2 게이트신호에 기초하여 턴온하는 제 3 트랜지스터를 포함하며,
    상기 리드아웃구동부는
    상기 각 데이터라인에 연결되는 증폭부;
    상기 증폭부의 오프셋에 대응한 제 1 연관신호에 기초하여 충전되는 제 1 버퍼 커패시터;
    상기 증폭부의 출력단과 상기 제 1 버퍼 커패시터 사이에 배치되는 제 1 버퍼 스위치;
    상기 광감지소자의 출력신호에 대응한 제 2 연관신호에 기초하여 충전되는 제 2 버퍼 커패시터;
    상기 증폭부의 출력단과 상기 제 2 버퍼 커패시터 사이에 배치되는 제 2 버퍼 스위치; 및
    상기 제 1 및 제 2 연관신호에 기초하여 상기 각 화소영역의 광감지신호를 도출하는 먹스부를 포함하며,
    상기 복수의 화소영역에 엑스레이를 조사하는 조사기간 동안 상기 광감지소자의 출력신호가 생성되는 단계;
    상기 조사기간 이후의 검출기간 중 제 1 검출구동기간 동안 상기 제 1 버퍼 스위치가 턴온하고, 상기 턴온한 제 1 버퍼 스위치를 통해 상기 제 1 연관신호가 상기 제 1 버퍼 커패시터에 전달되는 단계;
    상기 검출기간 중 상기 제 1 검출구동기간 이후의 제 2 검출구동기간 동안 상기 제 1 트랜지스터가 턴온하고, 상기 턴온한 제 1 트랜지스터를 통해 상기 화소신호가 상기 제 2 노드에 전달되며, 상기 화소신호에 기초하여 상기 제 2 트랜지스터가 턴온하고, 상기 턴온한 제 2 트랜지스터 및 상기 데이터라인을 통해 상기 광감지소자의 출력신호에 대응하는 화소출력전류신호가 상기 증폭부에 전달되는 단계;
    상기 검출기간 중 상기 제 2 검출구동기간 이후의 제 3 검출구동기간 동안 상기 제 2 버퍼 스위치가 턴온하고, 상기 턴온한 제 2 버퍼 스위치를 통해 상기 화소출력전류신호에 대응하는 상기 제 2 연관신호가 상기 제 2 버퍼 커패시터에 전달되는 단계; 및
    상기 먹스부가 상기 제 1 및 제 2 연관신호에 기초하여 상기 각 화소영역의 광감지신호를 도출하는 단계를 포함하는 디지털 엑스레이 검출장치의 구동방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3 트랜지스터는 상기 제 1 노드와 상기 리셋전원라인 사이에 배치되고,
    상기 조사기간 이전의 휴지기간 중 제 1 휴지구동기간 동안 상기 제 1 버퍼 스위치 및 상기 제 3 트랜지스터가 턴온하는 단계;
    상기 휴지기간 중 제 2 휴지구동기간 동안 상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터가 턴온하는 단계; 및
    상기 휴지기간 중 제 3 휴지구동기간 동안 상기 제 2 버퍼 스위치가 턴온하는 단계를 포함하며,
    상기 제 2 휴지구동기간 동안 상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터가 턴온하는 단계에서, 상기 턴온한 제 3 트랜지스터 및 상기 턴온한 제 1 트랜지스터를 통해 상기 리셋신호가 상기 제 2 노드에 전달되고, 상기 제 2 노드에 전달된 상기 리셋신호에 기초하여 상기 제 2 트랜지스터가 턴오프하는 디지털 엑스레이 검출장치의 구동방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3 트랜지스터는 상기 제 2 노드와 상기 리셋전원라인 사이에 배치되고,
    상기 검출기간은 상기 제 1 및 제 2 검출구동기간 사이에 배치되는 화소리셋기간을 더 포함하며,
    상기 화소리셋기간 동안 상기 제 3 트랜지스터가 턴온하고, 상기 턴온한 제 3 트랜지스터를 통해 상기 리셋신호가 상기 제 2 노드에 전달되며, 상기 제 2 노드에 전달된 상기 리셋신호에 기초하여 상기 제 2 트랜지스터가 턴오프하는 단계를 더 포함하는 디지털 엑스레이 검출장치의 구동방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 검출구동기간 동안 상기 제 1 트랜지스터가 턴온하는 단계에서,
    상기 화소신호는 상기 광감지소자의 출력신호와 상기 리셋신호에 대응하고,
    상기 구동전원신호는 상기 광감지소자의 출력신호, 상기 리셋신호 및 상기 제 2 트랜지스터의 문턱전압을 합한 전압보다 낮은 제 1 전압레벨로 공급되는 디지털 엑스레이 검출장치의 구동방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 조사기간 이전의 휴지기간, 상기 조사기간 및 상기 제 1 검출구동기간 동안 상기 구동전원신호는 상기 구동전원신호는 상기 제 1 전압레벨보다 높은 제 2 전압레벨로 유지되고,
    상기 제 3 검출구동기간 동안 상기 제 2 버퍼 스위치가 턴온하는 단계에서, 상기 제 2 버퍼 스위치가 턴온하기 전에 상기 구동전원신호는 상기 제 1 전압레벨에서 상기 제 2 전압레벨로 변경되는 디지털 엑스레이 검출장치의 구동방법.
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