KR20020093630A

KR20020093630A - 방사선 촬상장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20020093630A
Application number: KR1020020032024A
Authority: KR
Inventors: 엔도다다오
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2002-12-16
Also published as: US20030038242A1; CN1391288A; EP1267411A3; US6818899B2; CN1251329C; KR100539837B1; EP1267411A2

Abstract

본 발명은, 기판과; 기판상에 2차원적으로 배열되고, 각각이 MIS형 광전변환소자와 스위칭소자로 구성된 복수의 화소와; 상기 스위칭소자의 제어전극에 접속된 복수의 제어배선과; MIS형 광전변환소자로부터 신호를 판독하기 위한 복수의 신호배선과; 제 1바이어스와 제 2바이어스중 적어도 하나로 상기 스위칭소자를 온하기 위하여 바이어스를 절환하기위한 제 2스위칭유닛으로 이루어진 방사선 촬상장치를 제공하는 것이다.

Description

방사선촬상장치 및 그 제조방법{RADIOGRAPHIC IMAGE PICKUP APPARATUS AND METHOD OF DRIVING THE APPARATUS}

본 발명은 방사선 촬상장치에 관한 것으로, 특히 의료용의 진단 또는 공업용의 비파괴검사에 사용되는 방사선촬상장치에 관한 것이다.

본 명세서에 있어서, 방사선은 X선과 같은 전자파, α선, β선 및 γ선과 같은 전자파를 포함하고, 이에 의거해서 설명한다.

병원 등에 설치된 X선촬영시스템은, 피검자를 X선으로 조사하고, 피검자를 투과한 후 필름에 도달하는 X선에 필름을 노광하는 아날로그 시스템과, 피검자를 투과한 X선이 예를들면 기억될 전기신호로 변환하는 디지틀시스템으로 나누어진다.

디지틀시스템으로써는, X선을 가시광선으로 변환하는 형광체와, 가시광선을 전기신호로 변환하는 광전변환기로 구성된 방사선촬상장치가 공지되어 있다. X선은 피검자를 투과하고, 이 X선에 의해 형광체가 조사되며, 이 X선은 피검자의 체내정보에 관한 정보용의 가시광선으로 변환된다. 광전변환기는 가시광선을 전기신호로 변환하고, 이 신호를 출력한다. 변환된 전기신호의 형태에 있어서는, A/D컨버터에 의해 디지틀화한 후에 기록, 표시, 인쇄 또는 진단등을 하기 위한 X선화상정보를 디지틀값으로 취급할 수 있다.

광전변환기용의 아몰퍼스 실리콘 반도체박막을 사용하는 방사선촬상장치가 최고 실용화되어오고 있다.

도 13은 금속절연체반도체(MIS)형의 광전변환소자와 스위칭소자가 아몰퍼스 실리콘 반도체박막을 재료로 사용해서 형성된 광전변환기판의 예의 상면도이다. 도 13에는 또한 상기 소자를 접속하기 위한 배선이 예시되어 있다. 도 14는 도13의 선14-14를 따른 단면도이다. 간략히 하기 위하여 MIS형 광전변환소자는 이후 설명에서 간단히 "광전변환소자"로 지칭한다.

광전변환소자(301)와 스위칭소자(302)(아몰퍼스 실리콘 TFT, 이후 간단히 TFT로 칭한다)는 하나의 기판(303)상에 형성되어 있다. 각 광전변환소자의 하부전극과 각 TFT의 하부전극(게이트전극)은 하나의 공통층, 즉 제 1금속박막층(304)으로 형성되어 있고, 각 광전변환소자의 상부전극과 각 TFT의 상부전극(소스전극 및 드레인전극)도 하나의 공통층, 즉 제 2금속박막층(305)으로 형성되어 있다. 또한 광전변환회로부의 게이트구동배선(306)과 매트릭스신호배선(307)은 제 1 및 제 2금속박막층으로 형성되어 있다. 층(313)은 N⁺층이고, 층(312)은 고유반도체층이며, 층(311)은 예를들면 SiN_X로 이루어진 절연층이다. 2×2에 대응하는 수의 화소, 즉 전체 4화소가 도 13에 도시되어 있다. 도 13의 해치된(hatched)영역은 광전변환소자의 수광면을 나타낸다. (309)는 광전변환소자를 바이어스하기 위한 전원선이다. 광전변환소자와 TFT는 컨택트홀(310)을 개재해서 서로 접속되어 있다.

단독으로 형성된 광전변환소자와 동작을 예로써 설명한다. 도 15a∼15c는 도 13 및 도 14에 도시하는 광전변환소자의 동작을 설명하기 위한 에너지밴드도이다.

도 15a∼도 15c는 각각 리프레시모드(refresh mode)와 광전변환모드에 있어서의 동작을 나타내고, 도 14에 도시한 층의 막두께방향의 상태를 나타낸다. 층(M1)은 제 1금속박막층(예를들면, Cr막)으로 형성된 하부전극(G전극)이다.a-SiN_X층은 전자와 홀의 흐름을 차단하는 절연층이다. a-SiN_X층의 두께는 터널효과를 방지하기에 충분히 클 필요가 있다. 통상적으로, a-SiN_X층의 두께는 500옹스트롬(angstrom)이상으로 설정된다. a-Si-층은 고유반도체i층으로 형성된 광전변환반도체층이다. N⁺층은 a-Si-층으로 홀이 주입하는 것을 차단하는 N형주입차단층이고, 층(M2)은 제 2금속박막층(즉, Al막)으로 형성된 상부전극(D전극)이다.

도 13에 도시한 구조에 있어서, N⁺층은 D전극으로 항상 덮여져 있지 않으나, D전극과 N⁺층은 그들 사이에서 전자가 자유로 이동하기 때문에 항상 동전위이다. 이하의 설명에서 이것을 전제로 하고 있다.

이 광전변환소자는 D전극과 G전극에의 전압인가방법에 따라서 리프레시모드와 광전변환모드의 2개의 동작모드를 가진다.

예를들면, 리프레시모드에 있어서는, G전극에 인가된 것에 대해 부의 전위를 D전극에 인가하고, i층의 검고 둥근마크로 표시된 홀은 도 15a에 도시한 바와같이 전계에 의해 D전극쪽으로 이동한다. 동시에, 희고 둥근마크로 표시된 전자는 i층으로 주입된다. 이 때, 홀의 부분과 전자의 부분은, N⁺-와 i-층내에서 서로 재결합하여 소멸한다. 만일 소자가 이 상태에서 충분히 오랜시간동안 유지되면, i층내의 홀은 이 층으로부터 스위프(sweep)된다.

상기 소자를 이 모드로부터 도 15b에 도시한 모드로 설정하기 위해서는, G전극에 인가된 것에 대하여 D전극에 정의 전위를 인가한다, 그후, i층내의 전자는순간적으로 D전극쪽으로 이동된다. 그러나, N⁺층은 주입차단층으로써 작용하기 때문에 i층으로 이동되지 않는다. 이 상태에서 광의 i층에 입사하면, 광은 흡수되어 전자홀쌍을 발생시킨다. 이들 전자는 전계에 의해 D전극쪽으로 이동되고, 홀은 i층을 통해서 이동되어 i층과 a-SiN_X층절연층사이의 계면에 도달한다. 홀은 절연층으로 이동할 수 없기 때문에 i층에 머문다. 이때, 전자가 D전극으로 이동하고 홀이 i의 절연층계면으로 이동하기 때문에, 전류가 G전극으로부터 흘러서 이 전류는 광전변환소자내에서 전기적중성을 유지한다. 이 전류는 광에 의해 발생한 전자-홀쌍에 대응하고, 따라서 광전변환소자에 입사하는 광량에 비례한다. 상기 소자가 도 15b에 도시한 광전변환모드의 상태에서 어느 기간동안 유지된 후에, 도 15a에 도시한 리프레시모드의 상태로 들어간다. 상기 i층에 머물렀던 홀은 상기한 바와같이 D전극으로 이동되고, 이 홀의 흐름에 대응하는 전류가 흐른다. 이 홀의 양은 광전변환모드의 기간동안 입사하는 전체광량에 대응한다. 이때, 또한 i층에 주입되는 전자의 양에 대응하는 전류가 흐른다. 그러나, 이 양은 거의 일정하고, 전체의 양으로부터 차감해서 검출결과를 얻어도 된다. 즉, 이 광전변환소자는 리얼타임으로 소자에 입사하는 광량을 출력하고, 또한 어느 기간동안 입사하는 전체광량을 검출할 수 있다.

그러나, 어떠한 이유로 광전변환모드기간이 증가되거나, 소자에 입사하는 광의 조명강도가 높은 경우에는, 광이 소자에 입사하는데도 불구하고, 소망의 전류를 얻을 수 없을 가능성이 있다. 이것은, 도 15c에 도시한 바와같이, i층내에 많은홀이 축적되고, i층내의 전계는 홀에 의해 감소되며, 발생된 전자는 이동되지않고, i층내의 구멍과 재결합된다. 이 상태를 광전변환소자의 포화상태라고 한다. 이 상태에서 광의 입사상태가 변경되면, 어느 경우에 있어서는 전류가 불안정하게 흐르기 시작할 수 있다. 그러나, 광전변환소자를 리프레시모드로 다시 설정할 경우에는, i층내의 홀은 스위프된다. 다음의 광전변환모드에 있어서는, 전류는 광에 비례해서 다시 흐른다. 다음의 광전변환모드에 있어서는, 전류는 광예 비례해서 다시 흐른다.

상기한 동작에 있어서는, i층내의 모든 홀이 리프레시코드에서 스위프되는 것이 이상적이다. 그러나 일부의 홀만을 스위프하는 것만으로도 상기한 것과 동일한 전류를 문제없이 얻는데 효과적이고 충분하다. 즉, 광전변환모드에 있어서의 다음의 검출기회에 도 15c에 도시한 상태로 되어있지 않으면 되고, 리프레시모드에 있어서의 G전극전위에 대한 D전극전위, 리프레시모드기간 및 N⁺층의 주입차단층의 특성을 결정하면 된다. 또, 리프레시모드에 있어서 전자를 i층으로 주입하는 것은 필요조건이 아니며, G전극전위에 대한 D전극전위는 부로 한정되는 것은 아니다. 이것은 많은 홀이 i층내에 머무는 경우에, G전극전위에 대한 D전극전위가 정일때에도 홀이 D전극으로 이동되도록하는 방향으로 i층내의 전계가 작용하기 때문이다. 또 N⁺층의 주입차단층을 i층에 전자를 주입할수 있는 특성으로 한정하는 것은 필요조건이 아니다.

도 16은 광전변환소자의 TFT로 구성된 1화소분의 종래의 광전변환회로를 나타낸다.

도 16에 있어서, 광전변환소자는 i층에 의해 형성된 용량성분(Ci)와 주입차단층에 의해 형성된 용량성분(C_siN)으로 표시되어있다. i층과 주입차단층 사이의 접합에 대응하는 점(도 16의 노드(N))에서, 광전변환소자가 포화상태인 경우, 즉, D전극과 노드(N)(i층)사이에 전계가 존재하지 않는 경우(또는 작은 전계만 존재하는 경우) 광에 의해 발생된 전자와 홀은 서로 재결합한다. 따라서, 이 상태에서, 홀캐리어는 부분(N)에 저장될 수 없다. 즉, 노드(N)의 전위는 어떠한 조건하에서도 D전극의 전위를 초과하지 않는다. 이 포화상태에서의 동작을 구체화하기 위하여, 다이오드(D1)는 도 16의 (Ci)와 병렬로 접속된다. 즉 도 16에 있어서 광전변환소자는 3개의 성분(Ci),(CsiN)및 (D1)에 의해 표기되어 있다.

도 17은 도 16에 도시한 1화소분의 회로의 동작을 나타내는 타이밍챠트이다.

광전변환소자와 TFT에 의해 구성된 1화소분의 회로에 대한 동작을 도 16 및 도 17을 참조해서 설명한다.

먼저 리프레시동작을 설명한다.

Vs=9V, Vref=3V로 한다. 리프레시동작을 개시하기 위하여는, 스위치(SW-A)를 Verf, 스위치(SW-B)를 Vg(on), 스위치(SW-C)를 온으로한다. 이 상태에서 D전극은 Verf(6V)로, G전극은 GND전위로, 노드(N)는 최대 Verf(6V)로 바이어스된다.

여기서, "최대"라고하는 이유는 다음과 같다. 노드(N)에서의 전위가 현재의 리프레시동작이전에 광전환소자에 의해 Vref이상으로 이미 증가한 경우,노드(N)는 현재의 리프레시동작에 의해 D1을 개재해서 Verf에서 바이어스된다. 그러나, 이전의 광전변환동작에 의한 노드(N)에서의 전위가 Verf이하인 경우, 노드(N)는 현재의 리프레시동작에 의해 전위(Verf)로 바이어스되지는 않는다. 실제 사용시에 광전변환동작이 미리 복수회 반복되면, 이 리프레시동작에 의해 노드(N)는 사실상 바이어스된다. 노드(N)가 Verf(6V)로 바이어스된 후에는, (SW-A)는 Vs쪽으로 절환된다. 이에의해 D전극은 Vs(9V)로 바이어스된다. 이 리프레시동작에 의해, 광전변환소자의 노드(N)에 축적된 홀캐리어는 D전극쪽으로 완전히 스위프된다.

다음에 X선 조사기간을 설명한다. X선은 도 17에 도시한 바와같이 펄스적으로 조사한다. 형광체(1001)는 피검자를 투과한 X선에 의해 조사되고, 상기 X선을 가시광선으로 변환한다. 형광체로부터의 가시광선은 반도체층(i층)에 조사되어 광전변환소자에 의해 전기신호로 변환된다. 광전변환에 의해 생성된 홀캐리어는 노드(N)에 축적되어 이 노드에서의 전위를 증가시킨다. TFT는 오프이기때문에, G전극쪽에서의 전위는 대응해서 증가한다.

리프레시기간과 X선조사시간사이에는 대기시간이 설정되어 있다. 이 기간에 있어서는, 특별한 동작은 행해지지않고, 리프레시직후의 암전류(만일 존재한다면)에 의한 특성의 불안정성의 조건으로부터 완화되어 소자는 비동작상태로 된다. 리프레시동작직후에 광전변환소자가 불안정하게 될 가능성이 없으면, 대기기간을 특별히 설정할 필요가 없다.

다음에 전송동작을 설명한다. 전송동작을 개시하기 위하여, 스위치(SW-B)는 Vg(on)쪽으로 접속되도록 설정하고, 이에의해 TFT를 온한다. 이에의해 X선조사에 의해 축적된 홀캐리어 (Sh)의 양에 대응하는 전자캐리어(Se)는 (C2)쪽으로부터 TFT를 개재해서 G전극으로 흐르게 되고, 이에의해 판독커패시턴스(C2)에서의 전위를 상승시킨다. (Se)와 (Sh)사이의 관계는 Se=Sh×C_siN/(C_siN+Ci)로 표현된다. 동시에, (C2)에서의 전위는 증폭기에 의해 증폭되어 출력된다. TFT는 충분한 양의 신호전하를 전송하기에 충분히 오랜시간동안 온상태로 유지되고, 그후 오프된다.

최후에 리세트동작이 행해진다. 리세트동작을 개시하기 위해서는, 스위치(SW-C)를 온한다. 이에의해 용량(C2)는 GND전위로 리세트되고, 다음회의 전송동작을 준비한다.

도 18은 종래의 광전변환기의 2차원의 회로도이다. 여기서는 설명을 간단히 하기위해 3×3=9화소에 대응하는 변환기의 부분만 도시되어 있다. 여기서, (S1-1)∼(S3-3)는 광전변환소자, (T1-1)∼(T3-3)는 스위칭소자(TFT), (G1-1)∼(G3-3)는 TFT를 온 및 오프하기 위한 게이트배선, (M1)∼(M3)는 신호배선이다. Vs선은 광전변환소자에 축적바이어스 또는 리프레시바이서스를 인가하기 위한 배선이다. 검게 채워진 직4각형으로 표시된 광전변환소자의 전극은 G전극이고, 반대쪽의 전극은 D전극이다. Vs선의 일부는 D전극과 공유되고있다. 용이하게 광을 입사시키기 위해서는, 얇은 N⁺층을 사용하여 D전극을 형성한다. 성분군: (S1-1)∼(S3-1), (T1-1)∼(T3-3), (G1)∼(G3), (M1)∼(M3) 및 Vs선을광전변환회로부(101)로 총칭한다.

Vs선은 제어신호(VSC)를 사용해서 선택되는, Vs전원(106A) 또는 Vref전원(106B)에 의해 바이어스된다. 배선(G1)∼(G3)에 구동펄스전압을 공급하기 위해서는 시프트레지스터(102)가 설치되어있다. TFT를 온하는 전압은 전원(VG(on))에 의해 결정되며, 전원(VG(on))으로부터 외부적으로 공급된다. 광전변환회로부(101)의 배선(M1)∼(M3)으로부터의 병렬신호 출력이 증폭되고 직렬신호로 변화되어 출력되는 판독회로부(107)가 형성되어있다.

판독회로부(107)에는, (M1)∼(M3)을 리세트하는 스위치(RES1)∼(RES3), (M1)∼(M3)의 신호를 증폭하는 증폭기 (A1)∼(A3), 증폭기 (A1)∼(A3)에 의해 증폭된 신호를 일시 저장하는 샘플 및 홀드커패시터(CL1)∼(CL3), 샘플 및 홀드하기위한 스위치(Sn1)∼(Sn3), 버퍼증폭기 (B1)∼(B3), 병렬신호를 직렬신호로 변환하는 스위치 (Sr1)∼(Sr3), 병렬-직렬변환을 하기 위한 펄스를 스위치(Sr1)∼(Sr3)에 공급하는 시프트레지스터(103) 및 변환된 직렬신호를 출력하는 버퍼증폭기(104)가 설치되어있다.

도 19는 도 18에 도시한 광전변환기의 동작을 나타내는 타이밍챠트이다. 도 18에 도시한 광전변환기의 동작을 도 19의 타임챠트를 참조해서 설명한다. 제어신호(VSC)에 의해서, 다른 2개의 바이어스중 하나를 광전변환소자의 Vs선, 즉 광전변환소자의 D전극에 인가한다. D전극의 각각은 VSC가 "Hi"이면 전위 VREF(V)를 가지고, VSC가 "L₀"이면 전위 VS(V)를 가진다. DC전원(106A) 및 (106B)은 판독전원전압VS(V)과 리프레시전원전압VREF(V)를 각각 공급한다.

리프레시기간에 있어서의 동작을 이하 설명한다. 시프트레지스터(102)로부터의 모든 신호는 "Hi"로 설정되고, 판독회로부에서의 신호(CRES)는 "Hi"로 설정된다. 이에의해 모든 스위치TFT(T1-1)∼(T1-3)는 온되고, 판독회로부의 스위칭소자 (RES1)∼(RES3)도 온되며, GND전위는 모든 광전변환소자의 G전극에 설정된다. 신호(VSC)가 "Hi"로 되면, 모든 광전변환소자의 D전극은 리프레시전원전압(VREF)(부의 전위)으로 바이어스된다. 모든 광전변환소자(S1-1)∼(S3-3)는 이에의해 리프레시모드로 설정되고, 이에의해 리프레시먼트(refreshment)를 행한다.

광전변환기간내의 동작을 다음에 설명한다. (VSC)는 "L₀"로 변경되어있고, 모든 광전변환소자의 D전극은 판독전원전압(VS)(정의 전압)으로 바이어스된다. 이에의해 광전변환소자는 광전변환모드로 설정된다. 이 상태에서, 시프트레지스터(102)로부터의 모든 신호는 "L₀"로 설정되고, 판독회로부의 신호(CRES)도 "L₀"로 설정된다. 이에의해 모든 스위칭TFT(T1-1)∼(T3-3)는 오프되고, 판독회로부의 스위칭소자(RES1)∼(RES3)도 오프된다. 모든 광전변환소자의 G전극은 DC개방상태로 설정된다. 그러나 광전변환소자는 또한 커패시터로써 작용하기 때문에 각 G전극에서의 전위는 유지된다. 그러나, 이 시점에서는, 각 광전변환소자에 광이 입사하지 않고, 광전변환소자에 전하는 발생하지 않는다. 즉, 전류가 흐르지 않는다. 이 상태에서 광원이 펄스적으로 온도면, 각 광전변환소자의 D전극(N⁺전극)은 광에의해 조사되고, 소위 광전류는 소자를 통해 흐르지않는다. 도 18에 도시하지는 않았지만, 광원은 예를들면 복사기를 사용하는 경우에 형광램프, LED, 또는 할로겐램프이다. X선촬상장치에 사용하는 경우에는, 광원은 물론 X선원이다. 이 경우, X선을 가시광선으로 변환하기 이한 신티레이터(scintillator)를 사용해도 된다. 광에 의해 흐르게 되는 광전류는 각 광전변환소자내에 전하로써 축적되고, 이것은 광원이 오프된 후에도 유지된다.

다음에, 판독기간내의 동작에 대해 설명한다. 판독동작은 (S1-1)∼(S3-3)에 대응하는 제 1행, (S2-1)∼(S2-3)에 대응하는 제 2행 및 (S3-1)∼(S3-3)에 대응하는 제 3행의 순서로 행해진다. 먼저, (S1-1)∼(S3-3)에 대응하는 제 1행 신호를 판독하기 위해, 시프트레지스터(SR1)는 스위칭소자(TFT)(T1-1)∼(T1-3)에 접속된 게이트배선(G1)에 게이트펄스를 공급한다. 이때, 공급된 하이레벨의 게이트펄스는 외부적으로 공급된 전압(Vcom)이다. 이에의해, TFT(T1-1)∼(T1-3)는 온되고, (S1-1)∼(S3-3)에 축적된 신호전하는 신호배선(M1)∼(M3)에 전송된다. (도 18에 도시하지 않은)판독용량이 신호배선 (M1)∼(M3)에 부가되고, 신호전하는 TFT를 개재해서 판독용량에 전송된다. 예를들면, 신호배선에 부가된 판독용량은 신호배선(M1)에 접속된 TFT(T1-1), (T2-1) 및 (T3-1)의 게이트-소스 전극간용량(Cgs)(3개의 용량)의 합계이며, 도 16에 도시한 C2에 대응한다. 신호배선 (M1)∼(M3)에 전송된 신호전하는 증폭기(A1)∼(A3)에 의해 증폭된다. 그후 신호(CRES)는 온되고 샘플 및 홀커패시터(CL1)∼(CL3)에 전하를 전송한다. 신호(CRES)가 오프되면, 전송된 전하는 커패시터(CL1)∼(CL3)에 유지된다. 이어서, 시프트레지스터(103)는 스위치(Sr1), (Sr2) 및 (Sr3)에 펄스를 인가해서 스위치가 (Sr1), (Sr2) 및 (Sr3)의 순서로 연속해서 펄스를 받도록 한다. 커패시터(CL1)∼(CL3)에 유지된 신호는 그후 (CL1),(CL2),(CL3)의 순서로 증폭기(104)로부터 출력된다. 결과적으로, 제 1행분의 (S1-1),(S1-2),(S1-3)로부터 광전변환에 의해 얻어진 신호는 연속적으로 출력된다. (S2-1)∼(S2-3)로부터 제 2행의 신호를 판독하는 동작과, (S3-1)∼(S3-3)로부터 제 3행의 신호를 판독하는 동작도 같은 방법으로 행해진다.

만일, 제 1행의 샘플신호를 사용해서 배선(M1)∼(M3)의 신호를 샘플 및 홀드하면, 배선(M1)∼(M3)을 신호(CRES)에 의해 GND전위로 리세트할수있고, 이어서 배선(G2)에 게이트펄스를 인가할 수 있다. 즉, 제 1행신호의 병렬-직렬변환이 시프트레지스터(SR2)에 의해 행해지는 동안, 광전변환소자(S2-1)∼(S2-3)로부터의 제 2행신호전하는 시프트레지스터(SR1)에 의해 동시에 전송될 수 있다.

제 1∼제 3행에 대응하는 모든 광전변환소자의 신호전하는 상기한 판독동작에 의해 출력할 수 있다.

연속한 동화상을 얻기 위해서는, 도 19의 타임챠트에 도시한 동작을 얻어지는 동화상의 수에 대응해서 복수회 반복해도 된다.

그러나, 화소수가 증가된 동화상을 얻기 위해서는, 프레임주파수를 개선하는 것이 바람직하다.

리프레시동작을 모든 광전변환소자에 공통인 Vs선을 개재해서 행하는 경우에는, 1프레임당 1회의 리프레시먼트기간을 제공할 필요가 있다. 이것은 동화상의 촬상시에 프레임주파수가 작아지는, 즉 스피드가 늦어진다고 하는 문제를야기한다.

일반적으로, 흉부의 단순촬상의 사양으로써, 촬상영역은 40㎠이상이고, 화소의 피치는 200㎛이하이다. 예를들면, 촬상영역이 40㎠이고, 화소의 피치가 200㎛이하이면, 광전변환소자의 전체수는 4,000,000이다. 이러한 다수의 촬상소자를 동시에 일괄해서 리프레시하면, 리프레시먼트시에 더 큰 전류가 흐른다. 따라서, X선촬상장치의 GND와 전원선의 전압변동이 더 크게된다. 특별한 경우의 촬상에 있어서는, 전압변동을 안정하게하는 기간동안, X선조사전에 대기기간을 설치할 필요가 있으며, 이것은 도 17에 도시한 대기기간이다. 즉, 광전변환소자의 동시적이고 일괄적인 리프레시먼트를 위해서는, 1프레임에 1회의 리프레시먼트기간을 설치하는 것뿐 아니라, 1프레임에 1회의 대기기간도 설치할 필요가 있다.

상기한 바와같이, 1회의 판독동작마다 전체촬상소자에 1회의 리프레시먼트를 하는 것이 필요하고, 이와같이해서 동화상촬영을 어렵게 한다고 하는 것이 종래기술에 있어서의 기술적인 문제이다.

본 발명의 상기한 문제점에 비추어서 이루어졌다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예를 나타내는 X선촬상장치의, 제 1화소에 대응하는 부분의 등가회로도,

도 2는 도 1에 도시한 1화소의 회로의 동작을 나타내는 타임챠트,

도 3은 리프레시기간내에 있어서 도 1에 도시한 광전변화소자의 TFT의 노드(N), G전극 및 게이트전극에서의 전위를 나타내는 타임챠트,

도 4는 본 발명의 제 1실시예를 나타내는 X선촬상장치에 포함된 관전변환회로부의 2차원회로도,

도 5는 도 4에 도시한 광전변환기의 동작을 나타내는 타이밍챠트,

도 6은 본 발명의 제 2실시예를 나타내는 X선촬상장치의 구동을 나타내는 타이밍챠트,

도 7은 본 발명의 제 3실시예를 나타내는 X선촬상장치의 구동을 나타내는 타이밍챠트,

도 8은 본 발명의 제 4실시예를 나타내는 X선촬상장치의, 1화소에 대응하는 부분의 등가회로도,

도 9는 본 발명의 제 4실시예를 나타내는 X선촬상장치에 포함된 광전변환회로부의 2차원회로도,

도 10은 본 발명의 제 4실시예에 따른 씨쓰루 모드와 촬영모드의 개략적 타이밍챠트,

도 11은 도 10에 도시한 씨쓰루 모드의 타이밍챠트,

도 12는 (도 11과 다른 타이밍의 예를 나타내는) 도 10에 도시한 씨쓰루 모드의 타이밍챠트,

도 13은 기판에 아몰퍼스실리콘반도체박막을 이용해서 광전변환소자와 스위칭소자를 형성한 종래의 광전변환기구조에 대한 상면도,

도 14는 도 13의 14-14선을 따른 단면도,

도 15a, 15b, 15c는 도 13 및 도 14에 도시한 광전변환소자의 동작을 설명하는 에너지밴드도,

도 16은 광전변환소자와 TFT로 구성된 종래의 광전변환회로의, 1화소에 대응하는 부분의 회로도,

도 17은 도 16에 도시한 1화소에 대응하는 회로의 동작을 나타내는 타이밍챠트,

도 18은 종래의 X선 촬상장치에 포함된 광전변환회로부의 2차원회로도,

도 19는 도 18에 도시한 광전변환회로부의 동작을 나타내는 타임챠트,

도 20은 본 발명의 제 5실시예를 나타내는 X선촬상시스템의 적용을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

A1∼A3,B3: 증폭기CL1∼CL3: 샘플 및 홀드커패시터

G1-1∼G1-3: 게이트구동배선N: 노드

RES1∼RES3: M1∼M3에 형성되는 부하용량을 리세트하는 스위치

S1-1∼S3-3: 광전변환소자Se: 전자케리어

SHi 홀캐리어Sn1∼Sn3: 전송스위치

Sr1∼Sr3: 판독용스위치SR1: 시프트레지스터(스위칭소자용)SR2: 시프트레지스터(판독스위치용)T1-1∼T3-3: 스위칭소자

VREF: 광전변화소자의 리프레시전원101: 광전변환회로부

102,103: 시프트레지스터104: 버퍼증폭기

106A: Vs전원106B: Vref전원

VS: 광전변환소자의 바이어스전원

301: 광전변환소자302: 스위칭소자(TFT)

303: 절연소자304: 제 1금속박막층

305: 제 2금속박막층306: 게이트구동용 배선

307: 매트릭스신호배선309: 전원선

310: 컨택트홀312: 고유반도체층

313: N⁺층 1001: 형광체

상기 문제를 해결하기 위하여 본 발명에 따르면, 기판과; 각각 MIS형 광전변환소자와 스위칭소자로 이루어지고, 기판에 2차원적으로 배열된 복수의 화소와; 스위칭소자의 제어전극에 접속된 복수의 제어배선과; MIS형 광전변환소자로부터의 신호를 판독하는 복수의 신호배선과; 제 1바이어스와 제 2바이어스중 적어도 하나로상기 스위칭소자를 온하기 위하여 바이어스를 스위칭하기 위한 제 2스위칭수단으로 이루어진 방사선촬상장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다음 실시예에서 상세한 설명을 할 것이다.

본 발명의 실시예는, 시프트레지스터에 의해 MIS형 광전변환소자로부터 신호전하가 전송된후, 다음행에 해당하는 광전변환소자의 신호전하가 전송되기 전에 복수의 행중 어느 하나에 대응해서 MIS형 광전변환소자를 리프레시하는 수단을 포함한다. 리프레시수단으로써는, 동일한 시프트레지스터를 사용해서 TFT에 접속된 게이트배선에 고전압펄스를 인가하면 된다. 이 경우, MIS형 광전변환소자는 TFT의 게이트절연막의 용량을 개재해서 리프레시된다. 본 발명에 따르면, 이 리프레시동작은 행단위주사로 행해져서 광전변환소자의 각 행을 연속해서 리프레시한다. 즉, 각 판독프레임에 대해 모든 화소형성소자를 일시에 리프레시하는 대신에 행단위 리프레시먼트를 행한다. 일시에 리프레시되는 MIS형 광전변환소자의 수는 1행의 화소수에 대응하고, 이것은 종래기술에서보다 훨씬 적다. 따라서, 각 단위 리프레시먼트기간 직후에 흐르는 과도전류의 양은 상당히 작고, X선촬상장치의 GND전위와 전원선의 전압변동이 거의 없다. 결과적으로, 광전변환소자를 행단위로 연속해서 동작시킬 수 있다. 또 동화상을 얻기 위하여 프레임판독주사를 같은 방법으로 행해도 된다.

이와같이해서 얻어진 동화상은 X선조사전의 대기시간이 감소되기 때문에 프레임주파수가 증가한다. 본 발명의 실시예를 유첨도면을 참조해서 이하 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예를 나타내는 X선촬상장치의 1화소분의 등가회로도이다. 광전변환소자는 i-층으로 형성된 용량성분(Ci)와 주입저지층으로 형성된 용량성분 (C_siN)으로 표기하고 있다. i-층과 주입저지층사이의 접합점(도 1의 노드(N))에서는, 광전변환소자가 포화상태로 되었을 때, 즉 D전극과 노드(N)(i-층)사이에 전계가 존재하지 않을(전계가 작을) 때, 광에 의해 발생된 전자와 홀은 서로 재결합되고, 따라서, 이 상태에서는, 홀캐리어가 (N)부에 축적할 수 없게 된다. 즉 노드(N)의 전위는 어떠한 조건하에서도 D전극의 전위를 초과하지 않는다. 이 포화상태에서의 동작을 구현화하기 위하여, 도 1에서 다이오드(D1)를 (Ci)과 평행하게 접속하고 있다. 즉, 도 1에서 광전변환소자는 3개의 성분 (Ci), (C_siN) 및 (D1)으로 표시되고 있다.

X선파장으로부터 가시광선파장으로 파장을 변환하기 위한 형광체(1001)가 형성되어 있다. 형광체의 모체재료로써는 Gd₂O₂, Gd₂O₃등이 사용되고 있다. 발광중심에는 Tb³⁺또는 Eu³⁺와 같은 희토류원소가 사용되고 있다. 선택적으로, 모체재료로써는 CsI: TI 또는 CsI:N과 같은 CsI를 사용하는 형광체를 사용해도 된다.

광전변환소자의 D전극에 바이어스를 인가하기 위하여 전원(Vs)이 설치되어있다. 절환소자로써는 박막트랜지스터(TFT)가 설치되어 있다. 판독용량(C2)이 신호배선에 부가되어있다. 절환소자로써는 통상의 트랜지스터를 사용해도 된다. 그러나, 본 실시예에서와 같이 TFT를 사용하면, TFT에서는 방사선의 흡수에 의한 노이즈가 작아지기 때문에 바람직하다.

스위치(SW-C)는, (C2)를 GND전위로 리세트하기 위한 스위치이고, 신호(RC)에 의해 제어된다. 스위치(SW-C)는 신호(RC)에 의해 제어된다. 광전변환소자를 리프레시하기 위한 전원(Vg)(on1), TFT를 ON시켜서 신호전하를 (C2)에 전송하기 위한 전원Vg(on2) 및 TFT를 오프시키기 위한 전원Vg(off)이 설치되어 있다. Vg(on1)과 Vg(on2)사이를 절환하기위한 스위치(SW-E)와, V(off)과 Vg(on1) 또는 Vg(on2) 사이를 절환하기 위한 스위치(SW-D)가 또한 설치되어 있다. TFT의 게이트전극과 드레인전극(광전변환소자쪽)사이에는 용량(Cg)이 형성되어있다.

도 2는 도 1에 도시한 1화소의 회로동작을 나타내는 타임챠트이다. 광전변환소자와 TFT로 구성되는, 1화소의 회로의 동작을 도 1 및 도 2를 참조해서 설명한다.

먼저, X선 조사기간에 대해 설명한다. X선은 도시한 바와같이 펄스형상으로 출사된다. 형광체(100)는 피검체를 투과한 X선으로 조사되고, 상기 X선을 가시광선으로 변환한다. 형광체로부터의 가시광선은 반도체층(i-층)에 조사되어 광전변환에 의해 전기신호로 변환된다. 광전변환에 의해 생성된 홀캐리어는 i층과 절연층(주입저지층) 사이의 계면에 축적되어서 노드(N)에서의 전위를 상승시킨다. TFT는 오프이기 때문에, G전극쪽에서의 전위도 대응해서 상승한다. X선조사기간에 있어서, (SW-D)는 V(off)쪽으로의 접속을 위해 설정되고, (SW-C)는 오프이다.

다음에 전송기간에 대해 설명한다. 전송동작은 이하와 같이 행해진다. (SW-D)는 TFT가 온되도록 동작하고, (SW-E)는 Vg(on2)쪽으로의 접속을 위해 설정되어서, TFT를 온한다. X선조사에 의해 축적된 홀캐리어(Sh)의 양에 대응하는 전자캐리어(Se)가 TFT를 개재해서 (C2)쪽으로부터 G전극쪽으로 흐르고, 이에의해 판독용량(C2)에서의 전위를 증가시킨다. (Se)와 (Sh)사이의 관계는 Se=Sh×C_siN/(C_siN+Ci)로 표현된다. 동시에, (C2)에서의 전위는 증폭기에 의해 증폭되어 출력된다. TFT는 충분히 오랜시간동안 온상태로 유지되어 충분한 양의 신호전하를 전송하며, 그후 오프된다.

다음에 리프레시(refresh)동작을 설명한다.

도 3은 노드(N), G전극 및 TFT의 게이트전극을 나타내는 타임챠트이다.

예로써, Vs=9(V), Vg(off)=-5(V), Vg(on1)=12(V), 및 Vg(on2)=30(V)로하고 동작을 설명한다.

리프레시동작을 개시하기 위하여, (SW-D)가 동작해서 TFT가 온되도록하고, (SW-E)는 Vg(on1)쪽으로의 접속을 위하여 설정되며, (SW-C)는 온된다. TFT의 게이트바이어스를 Vg(off)=-5(V)로부터 Vg(on1)=30(V)로 증가시키기 위하여 △V=35(V)의 전위차가 주어지면, 용량(Cg),(C_siN) 및 (Ci)(챠아지 셰어)에 35V바이어스의 인가에 의해 챠아지가 순간적으로 분포된다. G전극에서의 전위의 상승과 노드(N)에서의 전위의 증가는 용량(Cg),(C_siN) 및 (Ci)에 의해 결정된다. 그러나, 노드(N)에서의 전위는 다이오드(D1)이 존재하기 때문에 9V를 초과하지 않는다. 노드(N)에서의 전위를 9V이상으로 증가시키도록 전압, 예를들면 Vg(on1)을 인가하는 경우, 홀캐리어는 노드(N)의 전위가 9V로 유지되면 홀캐리어는 리프레쉬먼트되도록 D전극쪽으로 이동한다. 챠아지셰어 의해 일단 상승된 G전극에서의 전위는 그후TFT의 온저항(Ron)과 광전변환소자의 용량(C_siN//Ci:직렬용량C_siN과 Ci의 전체용량)에 의해 결정되는 시정수로 GND전위로 감쇠한다. 동시에, 노드(N)에서의 전위도 G전극에서와 같이 감쇠한다. G전극의 감쇠량(△VG)에 대한 노드(N)의 감쇠량(△VN)은 다음의 광전변화동작에 의해 축적된 홀캐리어의 양을 결정한다. 노드(N), G전극 및 TFT의 게이트전극에서의 전위는 도 3의 타임챠트에 도시되어 있다.

마지막으로 리세트동작을 설명한다.

리세트동작을 개시하기 위하여는, 스위치(SW-C)가 온된다. 이에의해 용량(C2)이 GND전위로 리세트되어서, 다음의 전송동작을 준비한다.

도 17에 도시한 바와같은 대기기간(wait period)은 도 2에는 도시되어있지 않다. 그 이유는 도 3 및 도 4를 참조해서 이하 설명한다.

도 4는 본 발명의 제 1실시예의 X선촬상장치에 포함된 광전변환기의 2차원회로도이다. 설명을 용이하게 하기 위하여 3×3화소에 대응하는 변환기의 부분만 예시되어 있다. 여기서, (S1-1)∼(S3-3)은 광전변환소자, (T1-1)∼(T3-3)은 스위칭소자(TFT), (G1-1)∼(G3-3)은 TFT, (M1∼M3)는 신호배선이다. Vs선은 광전변환소자에 축적바이어스를 인가하기 위한 배선이다. 검게 채워진 직4각형으로 표시된 광전변환소자의 전극은 G전극이고, 반대쪽의 전극은 D전극이다. Vs선의 부분은 D전극용으로 사용된다. 용이하게 광을 입사시키기 위하여는, 얇은 N⁺층을 사용해서 D전극을 형성한다. 입사효율을 향상시키기 위하여는, 예를들면 산와인듐주석(ITO)로 이루어진 투명전극을 사용해도 된다. 성분군: (S1-1)∼(S3-3), (T1-1)∼(T3-3), (G1∼G3), (M1∼M3)과 Vs선을 광전회변환부(101)로써 총징한다. Vs선은 Vs전원(106A)에 의해 바이어스된다. 배선(G1)∼(G3)에 구동펄스전압을 공급하기 위해서는 시프트레지스터(102)가 설치된다. TFT를 온하기 위한 전압은, 외부에서 공급된다. 이 전압의 공급을 위해서는 스위치(SW-E)로 선택해서 2개의 외부전원 VG(on1)와 VG(on2)을 사용한다.

인가하는 선을 연속적으로 변경해서 전압을 인가하여 오루-바이-로우(행단위 리프레시 동작)리프레시동작을 행한다. 광전변환회로부(101)내에서의 배선(M1)∼(M3)로부터의 병렬신호출력을 증폭하고 변환해서 직렬신호로 출력하는 판독회로부(107)가 설치된다. 바람직하게는, 판독회로는 IC칩을 포함하고 고속처리를 실현한다. 판독회로부(107)에는 (M1)∼(M3)를 리세트하는 스위치(RES1)∼(RES3), (M1)에서 (M3)로 신호를 증폭하는 증폭기(A1)∼(A3), 증폭기(A1)∼(A3)에 의해 증폭된 신호를 일시적으로 기억하는 샘플 및 호울드커패시터(CL1)∼(CL3), 샘플 및 호울드하기 위한 스위치(Sn1)∼(Sn3), 버퍼증폭기(B1)∼(B3), 병렬신호를 직렬신호로 변환하기 위한 스위치(Sr1)∼(Sr3), 병렬-직렬변환을 위한 펄스를 스위치(Sr1)∼(Sr3)에 공급하기위한 시프트레지스터(103) 및 변환된 신호를 출력하는 버퍼증폭기(104)가 설치되어있다.

도 5는 도 4에 도시한 광전변환기의 2개의 프레임에 대한 동작을 나타내는 타임챠아트이다.

먼저 광전변환기간에 대하여 설명한다. 모든 관전변환소자의 D전극은 판독전원전압(Vs)(정전위)에 바이어스된 상태에 있다. 시프트레지스터(102)로부터의모든 신호는 L₀이고, 모든 스위칭TFT(T1-1)∼(T3-3)는 오프이다. 이 상태에서 광원을 펄스적으로 온하면, 각 광전변환소자는 광으로 조사되고 광전변환소자의 i층에 전자 및 홀캐리어가 생성된다. 전자는 Vs에 의해 야기되어 D전극을 향해 이동하고, 홀은 광전변환소자내의 i층과 절연층사이의 계면에 축적되어 X선원을 오프한 후에도 유지된다.

다음에 판독기간에 대하여 설명한다. (S1-1)∼(S1-3)에 대응하는 제 1행, (S2-1)∼(S2-3)에 대응하는 제 2행, (S3-1)∼(S3-3)에 대응하는 제 3행의 순서로 판독동작이 행해진다. 먼저, (S1-1)∼(S1-3)으로부터의 제 1행의 신호를 판독하기 위하여, 시프트레지스터(SR1)는 게이트펄스를 스위칭소자(TFT)(T1-1)∼(T1-3)에 접속된 게이트배선(G1)에 공급한다. 이때 공급된 게이트펄스의 하이레벨은 외부에서 공급된 전압Vg(on2)이다. TFT(T1-1)∼(T1-3)는 이에 의해 온되고, (S1-1)∼(S1-3)에 축적된 신호전하는 신호배선(M1)∼(M3)로 전송된다. 판독용량(도 4에 도시하지 않음)은 신호배선(M1)∼(M3)에 부가되고, 신호전하는 TFT를 개재해서 판독용량에 전송된다. 예를들면, 신호배선(M1)에 부가된 판독용량은 신호배선(M1)에 접속된 TFT(T1-1),(T2-1) 및 (T3-1)의 게이트소스전극간 용량(Cgs)의 합계이고, 도 1에 도시한(C2)에 대응한다. 신호배선(M1)∼(M3)에 전송된 신호전하는 증폭기(A1)∼(A3)에 의해 증폭된다. 그후, 신호(CRES)는 온되어 샘플 및 홀커패시터(CL1)∼(CL3)에 전하를 전송한다. 신호(CRES)가 오프되면, 이송된 전하는 커패시터(CL1)∼(CL3)에 유지된다. 이어서, 시프트레지스터(103)는스위치(Sr1),(Sr2) 및 (Sr3)에 펄스를 인가하고, (Sr1),(Sr2) 및 (Sr3)의 순서로 연속해서 펄스를 받는다. 커패시터(CL1)∼(CL3)에 유지된 신호는 그후 (CL1),(CL2) 및 (CL3)의 순서로 증폭기(104)로부터 출력된다. 결과적으로, 제 1행에 대해 (S1-1), (S2-2) 및 (S1-3)로부터 광전변환에 의해 얻어진 신호는 연속해서 출력된다. (S2-1)∼(S2-3)로부터 제 2신호를 판독하기위한 동작과, (S3-1)∼(S3-3)으로부터 제 3신호를 판독하기 위한 동작도 동일한 방법으로 행해진다.

만일, 배선(M1)∼(M3)의 신호가 제 1행샘플신호를 이용해서 (CL1)∼(CL3)에 샘플 및 홀드되면, (S1-1)∼(S1-3)로부터의 신호가 광전변환회로부(101)로부터 출력된다. 그러므로, 판독회로부(107)의 스위치(Sr1)∼(Sr3)에 의해 병렬-직렬변환이 행해지는 동안, (S1-1)∼(S1-3)를 리프레시하기 위한 동작과, 배선(M1)∼(M3)를 리세트하기 위한 동작을 행할 수 있다.

(S1-1)∼(S1-3)를 리프레시하기 위한 동작은 이하 설명하는 바와같이 행해진다. 스위치(RES1)∼(RES3)는 신호(CRES)에 의해 온되어, TFT의 게이트배선에 전압Vg(on1)을 인가한다. 전압(Vg)(on1)는 전압Vg(on2)보다 높게 설정된다. 그후, 스위치(RES1)∼(RES3)가 도통상태로 유지되는 동안, TFT는 오프되어 신호배선(M1)∼(M3)의 판독용량을 GND전위로 리세트한다. 배선(M1)∼(M3)을 리세트한 후에, 선(G2)에 게이트펄스를 인가할 수 있다. 즉, 시프트레지스터(SR2)에 의해 제 1행신호의 병렬-직렬변환이 행해지고 있는 동안, 광전변환회로부(101)의 광전변환소자(S1-1)∼(S1-3)의 리프레시먼트, 배선(M1)∼(M3)의 리세팅 및 시트프레지스터(SR1)에 의한 제 2행 광전변환소자(S2-1)∼(S2-3)의 신호전하의 배선(M1)∼(M3)로의 전송을 동시에 행할 수 있다.

제 1행∼제 3행 광전변환소자 모두의 신호전하는 상기 동작에 의해 출력될 수 있다.

상기한 광전변환기간과 팡독기간의 과정을 반복함으로써 연속한 동화상을 얻을 수 있다.

본 실시예의 타이밍챠트에 도시한 바와같이, 동화상을 얻는 경우에 설정되는 프레임주파수를 효과적으로 증가시킬 수 있도록 리프레시먼트기간은 별도로 설정되지 않는다. 광전변환소자의 모두를 일시에 리프레시하기 위한 종래의 방법은 리프레시먼트시에 발생되는 암전류성분에 의한 변동을 완화시키기 위하여 대기기간의 설정을 필요로 한다. 이에 대해서, 본 실시예에서는 각 행단위로 리프레시먼트를 행하고 있다. 따라서, 일시에 리프레시하는 광전변환소자의 수는 훨씬 적어지기 때문에 대기기간을 특별히 설정할 필요가 없으며, 이것은 동화상주파수프레임을 크게 할 수 있다는 것을 의미한다.

(실시예 2)

도 6은 본 발명의 제 2실시예를 나타내는 X선촬상장치에 있어서의 구동을 나타내는 타임챠트이다. 도 2의 타임챠트는 펄스적으로 X선을 조사하는 방법을 나타내고, 도 6의 타임챠트는 일정한 강도로 X선을 조사하는 방법을 나타낸다. 이 경우, 광전변환기간은 리프레시먼트가 종료되고나서 전송을 개시하기 까지의 사이이다. 실제 의료용의 X선촬상장치는 다수의 화소(N행×M열)를 가진다. 예를들면, 제 1행의 광전변환소자는 그 자신내에서 행해지는 전송, 시프레시먼트 및 리세팅의 기간을 제외한, 제 2행 내지 제 N행, 즉 N-1행의 판독기간의 합계와 대략 동등한 광전변환기간을 가진다. 다른 각 행의 광전변환소자는 같은 방법으로 결정되는 광전변환기간, 즉 그 자신내에서 행해지는 전송, 리프레시먼트, 리세팅의 가간을 제외한, N-1행의 판독을 위한 기간의 합계에 해당하는 광전변환기간을 가진다. 예를들면, 제 100행의 광전변환소자는 제 101행∼제 N행의 판독을 위한 기간과, 다음 프레임에 있어서의 제 1행∼제 99행의 판독을 위한 기간의 합계, 즉, N-1행의 판독을 위한 기간과 대략 동등한 광전변환기간을 가진다. 즉, X선을 일정한 강도로 조사하는 것을 특징으로하는 본 실시예에 있어서는, 광전변환기간은 1프레임 더 연장해도 된다(즉, 2프레임분으로 연장해도 된다). 그러나, 모든 광전변환소자는 동일한 광전변환기간을 가지며, 특이한 조건은 발생하지 않는다.

본 실시예에 있어서는, X선조사기간, 즉 도 2 또는 도 5에 도시한 광전변환기간을 제거할 수 있어서, 프레임레이트를 더욱 크게할 수 있다고하는 장점을 가진다. 또, 펄스조사방법에 비해서, X선의 강도를 저감할 수 있어서 X선원의 관구와 전원에의 부담을 경감시킬 수 있다.

(실시예 3)

도 7은 본 발명의 제 3실시예를 나타내는 X선촬상장치의 구동을 나타내는 타임챠트이다. 도 6의 타임챠트에 도시한 실시예에 있어서는, 광전변환소자의 리프레시먼트후에 배선 (M1)∼(M3)가 리세트되는데 대하여, 도 7에 도시한 실시에에서는 광전변환소자의 리프레시동작과 배선(M1)∼(M3)의 리세트동작을 동시에 행한다. 리프레시동작에 필요한 조건은 리세팅동작에 필요한 조건과 같고, 제어신호(CRES)(제어신호 RC)를 사용해서 도 1에 도시한 스위치(SW-C) 또는 도 4에 도시한 스위치(RES1)∼(RES3)를 온한다. 따라서, 리프레시동작과 리세팅동작을 서로 동시에 행할 수 있다. 본 실시예에 있어서도 X선을 일정한 강도로 조사하기 때문에, 제 1행의 광전변환소자는 제 2실시예에서와 같이 그 자신내에서 행해지는 전송, 리프레시먼트 및 리세팅의 기간을 제외한, N-1행의 판독기간의 합계와 대략 동등한 광전변환기간을 가진다.

본 실시예에 있어서는, 도 6에 도시한 리세트기간을 제거할 수 있기 때문에, 제 2실시예에 비해서 프레임레이트를 더욱 크게 할 수 있다고하는 장점을 가진다. 또, 제 1실시예에 비해서, X선의 강도를 저감할 수 있어서 제 2실시예에서와 같이 X선원의 관구와 전원에의 부담을 경감시킬 수 있다.

(실시예 4)

도 8은 본 발명의 제 4실시예를 나타내는 X선촬상장치의, 1화소에 해당하는 부분의 등가회로도이다. 도 1에 도시한 회로에 있어서는 광전변환소자의 D전극이 일정한 전압Vs로 바이어스되어 있는데 대하여, 도 8에 도시한 회로에 있어서는 스위치(SW-F)를 개재해서 전압(Vs)과 전압(Vref)을 선택적으로 인가할 수 있다. 본 발명의 특징은 광전변환소자의 리프레시전압의 인가를 G전극쪽으로부터 부여하던가또는 D전극쪽으로부터 부여하던가를 선택할수 있는 점에 있다. 예를들면, 하나의 정지화상을 취득하는 경우에는, 예를들면 도 7의 타임챠트에 도시한 동작을 행하기 위하여 D전극쪽으로부터 리프레시 바이어스를 인가하는 방법이 사용된다.

복수의 정지화상을 얻는 경우에는, 예를들면 도 2의 타임챠트에 도시한 동작을 행하기 위하여 G전극쪽으로부터 리프레시바이어스를 인가하는 방법이 사용된다. 본 실시예에 있어서는, 하나의 X선촬상장치로 정지화상을 얻는 모드(촬영모드 또는 정지화상모드)와 동화상을 얻는 모드(씨쓰루 모드(seethrough mode) 또는 동화상모드)의 각각에서 촬영을 행할 수 있다. 도 9는 본 발명의 제 4실시예에 나타내는 x선촬상장치의 2차원회로도이다. 도 9에 도시한 회로는 제어신호(VSC)에 의해 전압(VS)과 전압(Vref)사이에서 센서바이어스선을 변경할 수 있다는 점에서 도 4에 도시한 회로와는 다르다. 도 10은 촬영시에 씨쓰루 모드(동화상모드)로부터 촬영모드(정지화상모드)로의 변경을 나타내는 개략적 타이밍챠트이다. 도 11은 도 9에 도시한 회로의 씨쓰루 모드에 있어서의 동작을 나타내는 타이밍챠트이다. 즉, 씨쓰루 모드에 있어서는, 도 9에 도시한 타이밍동작을 반복한다. 씨쓰루 모드의 기간동안, 촬영자는 피검자(환자)의 씨쓰루화상을 모니터해서 피검자의 위치와 각도를 결정하고, 정지화상의 촬영을 행한다. 통상적으로, 이 기간동안 피검자를 X선으로 비교적 낮은 선량률(dose rate)로 조사한다. 촬영자가 장치에 노광요구신호(정지화상을 촬영하기 위한 촬영자의 의지를 나타내는 신호)를 입력하면, 씨쓰루 모드로부터 촬영모드로 변경된다. 촬영모드에 있어서의 동작타이밍은 도 19에 도시한 것과 동일하다. 본 실시예에 따르면, 동화상을 얻는 것과 같은 신속한 리프레시먼트가 요구되는 경우에는 행단위로 제어할 수 있는 G전극쪽으로부터의 바이어스가 행해진다. 이 바이어스를 행하면, 높은 리프레시전압을 설정할 수 있고, 이에 의해 큰 다이나믹 영역을 보증할수 있다고 하는 이점이 있다.

도 9에 도시한 바와같이, 씨쓰루 모드와 촬영모드를 각각 1회만 연속해서 설정하는 것은 유일한 것이 아니다, 예를들면 씨쓰루 모드와 촬영모드는 씨쓰루 모드로부터 촬영모드로 번갈아가며 반복적으로 설정해도 되는 것이며, 피검자가 촬영되는 성질에 따라서 씨쓰루모드로, 그리고 그후 촬영모드로 돌아간다.

도 12는 X선이 펄스적으로 조사되지 않는다는 점에서 도 11과는 다른 씨쓰루모드 타이밍챠트이다. 도 12에 도시한 타이밍의 경우에는, 투명모드(transparent mode)의 동작 주파수를 크게할 수 있도록 판독기간과 광전변환기간을 동시에 설정할 수 있다. 또, X선원은 펄스적으로 X선을 조사하도록 동작하지 않기 대문에, X선원에의 부담을 경감시킬 수 있다.

본 발명이 씨쓰루장치에 적용되는 경우에, 씨쓰루모드에 있어서는, TFT게이트로부터의 리프레시먼트를 행함으로써 연속적인 화상을 얻고, 씨쓰루위치결정의 완료후의 정지화상촬영모드로의 변경이 이루어질 경우에는, SW-F로부터의 리프레시먼트를 행해서 고S/N정지화상을 얻도록 구성해도 된다. 통상적으로는, SW-F쪽으로부터의 리프레시먼트의 리프레시먼트효율은 TFT쪽으로부터의 리프레시먼트보다 높고, 전자에 의한 S/N도 역시 더 높다. 높은 S/N을 필요로하지 않는 씨쓰루위치결정화상을 촬영하는 경우에는 TFT게이트로부터의 리프레시먼트를 사용하는 것이 합리적이다. 또, 높은 S/N을 필요로하고, 개선된 화상의 질을 필요로 하는 정지화상을 촬영하는 경우에는, SW-F쪽으로부터의 리프레시먼트를 사용하는 것이 합리적이다.

(실시예 5)

도 20은 방사선촬상장치를 사용하는 X선진단장치에 본 발명을 적용한 예를나타낸다. X선튜브(6050)에서 발생한 X선(6060)은 환자 또는 피검자(6061)의 흉부를 투과해서 형광체가 장착된 광전변환기(6040)에 입사한다. 광전변환기에 입사하는 X선은 환자(6061)의 신체의 내부에 관한 정보를 가지며, 형광체는 입사하는 X선에 따라서 광을 출사하고, 이 광은 광전변환에 의해 전기신호로 변환된다. 이 전기신호는 디지틀형태로 변환되고, 화상처리장치(6070)에 의해 화상처리를 받는다. 화상처리후에, 상기 신호는 제어실의 디스플레이(6080)로 관찰할 수 있다.

또, 이 정보를 전송수단, 예를들면 전화선(6090)에 의해 원격지로 전송되어 닥터룸 등에 있는 표시스크린(6081)에 표시하거나 광디스크와 같은 보존수단에 보존해서 원격지에 있는 의사가 진단용으로 사용할 수 있다. 이 정보는 또한 필름프로세서(6100)에 의해 필름(6110)에 기록할 수 있다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명의 방사선 촬상장치에 의하면, 광전변환화소를 각 라인단위로 순차적으로 리프레시하여 갈 수 있고, GND나 전원라인의 전압변동을 억제하고, 프레임마다의 대기기간을 없게 하였기 때문에, 종래에 없는 고속의 X선동화상촬영을 할 수 있다. 또, 아몰퍼스실리콘반도체를 주재료로 사용하면, 광전변환소자와 스위칭소자를 동일기판상에, 동시에 성막할 수 있다고하는 상당히 간단한 프로세스로 작성할 수 있기 때문에, 수율도 높고, 상당히 저렴한 X선촬상장치를 제공할 수 있다. 또, 얻어진 동화상은 광전변환된 전기신호로써 인출할 수 있기 때문에 디지틀화가 용이하다. 디지틀정보는 기록, 표시, 진단의 면에서, 아날로그정보를 취급하는 경우에 비해서 상당히 시간적으로도 코스트면에서도 효율이 높게 되는 효과가 있다. 그리고, 장래의 고령화사회, IT사회속에서 현재보다 더욱 질이 높은 의료환경을 만들 수 있다.

Claims

기판과;

기판상에 2차원적으로 배열되고, 각각 MIS형 광전변환소자와 스위칭소자로 구성된 복수의 화소와;

스위칭소자의 제어전극에 접속된 복수의 제어배선과;

MIS형 광전변환소자로부터의 신호를 판독하는 복수의 신호배선과;

제 1바이어스와 제 2바이어스의 적어도 하나로 스위칭소자를 온하기 위하여 바이어스를 절환하는 제 2스위칭소자

를 구비한 것을 특징으로하는 방사선촬상장치.
제 1항에 있어서, 상기 제 1바이어스는 MIS형 광전변환소자에 남아있는 캐리어를 스위프하기 위한 리프레시 동작용 바이어스이고,

상기 제 2바이어스는 MIS형광전변환소자에 축적된 신호전하를 신호배선중 대응하는 하나에 전송하기 위한 전송바이어스인 것을 특징으로하는 방사선촬상장치.
제 1항에 있어서, 상기 제어배선중 하나에 공통으로 접속된 스위칭소자는 제 2바이어스에 의해 온되어 전송동작을 행하고, 상기 제어배선에 접속된 스위칭소자는 그후 제 1바이어스에 의해 온되어 각 라인에 대하여 리프레시 동작을 행하는 것을 특징으로하는 방사선촬상장치.
제 1항에 있어서, 상기 아몰퍼스 실리콘 반도체는 MIS형 광전변환소자와 스위칭소자의 재료로써 사용되는 것을 특징으로하는 방사선촬상장치.
제 1항에 있어서, 상기 스위칭소자는 박막트랜지스터로 이루어진 것을 특징으로하는 방사선촬상장치.
제 5항에 있어서, 상기 MIS형 광전변환소자는, 하부전극으로써 형성된 제 1금속박막층과, 아몰퍼스질화실리콘절연층(a-SiNx)과, 수소화아몰퍼스실리콘광전변환층(a-Si:H)과,

홀의 주입을 차단하는 N형주입지지층과, 투명도전층 또는 주입저지층의 일부에 상부전극으로써 우치한 제 2금속박막층이 순서대로 기판상에 배열되어 구성되고;

상기 스위칭소자는, 하부게이트전극으로써 형성된 제 1금속박막층과, 아몰퍼스질화실리콘게이트절연층(a-SiNx)과, 수소화아몰퍼스실리콘광전변환층(a-Si:H)과, N형 오오믹 컨택트층과, 소스 및 드레인전극으로써 형성된 투명도전층 또는 제 2금속박막층이 기판상에 순서대로 배열되어 구성되고;

리프레시모드에 있어서는, 홀이 광전변환층으로부터 제 2금속박막층으로 이동되도록하는 방향으로 MIS형 광전변환소자에 전계가 인가되고, 광전변환모드에 있어서는, 광전변환층에 입사하는 광에 의해 발생된 캐리어가 광전변환층에 남도록하고, 또한 광에 의해 발생된 전자캐리어가 제 2금속박막층으로 이동되도록 하는 방향으로 MIS형 광전변환소자에 전계를 인가하고, 광전변환모드에 있어서는, 광전변환층내에 축적된 홀캐리어 또는 제 2금속박막층을 향해 이동하도록 야기된 전자캐리어는 광신호로써 검출되는 것을 특징으로하는 방사선촬상장치.
제 1항에 있어서, 또 방사선의 파장변환을 하는 파장변환부재를 구비한 것을 특징으로하는 방사선촬상장치.
제 1항에 있어서, 상기 제 1바이어스는 제 2바이어스보다 높은 것을 특징으로하는 방사선촬상장치.
제 1항에 있어서, 또 광전변환소자에 바이어스를 인가하는 바이어스배선을 구비한 것을 특징으로하는 방사선촬상장치.
제 9항에 있어서, 또 제 3스위칭수단에 의해 절환되는 적어도 하나의 바이어스로 이루어진 제 3바이어스는 제 2리프레시동작용 바이어스인 것을 특징으로하는 제 3스위칭수단을 구비한 것을 특징으로 하는 방사선촬상장치.
제 10항에 있어서, 상기 제 2리프레시동작은 정지화상용인것을 특징으로하는 방사선 촬상장치.
MIS형 광전변환소자에 남아있는 캐리어를 스위프하는 리프레시동작을 행하는 단계와,

MIS형 광전변환소자에 축적된 신호전하를 제 2바이어스에 의해 신호배선에 전송하는 단계로 이루어진 제 2항에 따른 방사선 촬상장치의 구동방법.
제 10항에 있어서, 각 센서행에 대해 리프레시동작을 행해서, n번째 센서행에 대해 신호전송동작을 행한후에, n번째 센서행의 리프레시동작을 행하는 방법으로 이동화상을 얻는 것을 특징으로하는 방사선촬상장치.
광전변환소자를 리프레시하기 위하여 광전변환소자에 제 1바이어스를 인가하는 씨쓰루 모드와,

광전변환소자를 리프레시하기 이하여 광전변환소자에 제 3바이어스를 인가하는 촬영모드를 구비한 것을 특징으로하는 제 10항에 따른 방사선촬상장치의 구동방법.
제 1항에 따른 방사선 촬상장치와;

방사선으로 방사선촬상장치를 조사하는 조사수단과;

방사선촬상장치로부터의 신호를 처리하는 신호처리회로와;

신호처리회로로부터의 신호를 기록하는 기록수단과;

신호처리회로로부터의 신호를 표시하는 디스플레이수단과;

신호처리회로로부터의 신호를 전송하는 전송처리수단

을 구비한 것을 특징으로하는 방사선촬상장치.