阵列基板、X射线平板探测器及X射线探测方法与流程

本公开涉及x射线探测领域，具体地涉及一种阵列基板、x射线平板探测器及x射线探测方法。

背景技术

常规的x射线平板探测器(间接式)通过tft(thinfilmtransistor，薄膜晶体管)阵列来实现各个像素的电信号输出控制，所输出的电信号与相应像素中接收的x射线强度成正比。这一电信号受到栅极与源极、漏极间的寄生电容的影响，而寄生电容则取决于tft结构中栅极与源极、漏极之间的交叠程度。

技术实现要素：

本公开提出了一种阵列基板、x射线平板探测器及x射线探测方法。

根据本公开的一个方面，提出了一种阵列基板，包括：衬底基板，包括感应区和辅助区；多个感应tft，按矩阵形式布置在所述感应区；多条信号读取线和多条栅线，纵横交叉的设置在所述感应区，其中，位于同一列的感应tft的第一极电连接到同一条信号读取线，位于同一行的感应tft的栅极电连接到同一条栅线；补偿tft行，设置在所述辅助区，所述补偿tft行中的各个tft分别对应所述多个感应tft的不同列，并且所述补偿tft的第一极分别与其所对应列中的感应tft电连接到相同的信号读取线；以及补偿栅线，连接所述补偿tft行中的每个补偿tft的栅极。所述感应tft的第一极和所述补偿tft的第一极同为源极或同为漏极，所述连接同一条信号读取线的感应tft的从源极到漏极的方向相同，所述补偿tft的从源极到漏极的方向与该补偿tft连接相同信号读取线的感应tft的从源极到漏极的方向相反。

在一个实施例中，所述阵列基板还包括：伪tft列，设置于所述辅助区，所述伪tft列中的各个伪tft分别位于所述感应tft的不同行中或所述补偿tft行中，并且所述伪tft的栅极分别与其所位于的行中的感应tft或补偿tft电连接到相同的栅线或补偿栅线；以及伪信号读取线，连接所述伪tft列中的每个伪tft的第一极，其中，位于感应tft行中的伪tft的从源极到漏极的方向相同，且位于所述补偿tft行的伪tft的从源极到漏极的方向与位于感应tft的行中的伪tft的从源极到漏极的方向相反。

在一个实施例中，感应tft、补偿tft和伪tft的从源极到漏极的方向与其所连接到的信号读取线的延伸方向垂直。

在一个实施例中，针对阵列基板上的每一列tft，感应tft与位于补偿tft分别设置在相应信号读取线的两侧。

在一个实施例中，除了源极到漏极的方向相反之外，感应tft与补偿tft具有相同的规格。

在一个实施例中，阵列基板上的感应tft和补偿tft的沟道区形状相同，均为“一”形、“u”形或“l”形。

在一个实施例中，所述补偿栅线被配置为：在所述多条栅线之一导通所述感应tft中的相应tft行的同时，导通所述补偿tft行。

在一个实施例中，所述阵列基板还包括：多个光电转换器，布置在所述衬底基板上，分别与所述感应tft(以及伪tft)的第二极电连接，所述光电转换器用于接收光信号，并将所接收的光信号转换为电信号，以使得在与之电连接的tft导通的情况下，所述电信号能够经由相应的信号读取线传递到信号读取电路。其中，与所述伪tft的第二极电连接的光电转换器被遮光层覆盖，其中，所述光电转换器位于所述遮光层与所述衬底基板之间。

在一个实施例中，所述多个光电转换器中还包括分别与所述补偿tft的第二极电连接的光电转换器。其中，与所述补偿tft的第二极电连接的光电转换器被遮光层覆盖。

在一个实施例中，所述补偿tft的第二极被浮置。

在一个实施例中，所述遮光层与阵列基板上用于遮蔽tft的遮光层相同。

在一个实施例中，所述遮光层由金属制成。

根据本公开的另一方面，提出了一种x射线平板探测器。所述x射线平板探测器包括：根据以上各实施例的阵列基板；以及x射线转换层，设置于所述光电转换器的远离衬底基板的一侧，用于将接收的x射线转换成可见光，并使可见光照射到所述阵列基板上。

根据本公开的又一方面，提出了一种使用根据以上实施例所述的x射线平板探测器进行x射线探测的方法。所述方法包括：通过x射线转换层接收x射线，且将所接收的x射线转换成可见光；通过光电转换器接收所述可见光，且将所述可见光转换成电信号；通过栅线导通一行所述感应tft，并将该行感应tft接收到的对应光电转换器转换的电信号通过信号读取线输出。在导通一行所述感应tft的同时，还通过所述补偿栅线导通所述补偿tft行，以将来自该行中任一所述感应tft的电信号与来自补偿tft行中的与该感应tft连接同一信号读取线的补偿tft的电信号相加后作为补偿电信号进行输出。

在一个实施例中，所述方法还包括：将从任一列信号读取线输出的补偿电信号减去同时从所述伪信号读取线输出的电信号，以对所述补偿电信号进行修正。

附图说明

图1示出了一种阵列基板的等效电路图。

图2示出了图1所示的阵列基板的像素的分层结构图。

图3示出了根据本公开实施例的阵列基板的等效电路图。

图4示出了根据本公开实施例的栅线的时序图。

图5示出了根据本公开另一实施例的阵列基板的等效电路图。

图6示出了根据本公开实施例的x射线平板探测器的示意图。

图7示出了使用根据本公开实施例的x射线平板探测器进行x射线探测的方法的流程图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部。基于所描述的本公开实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例都属于本公开保护的范围。应注意，贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在以下描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本公开有任何限制，而只是本公开实施例的示例。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。应注意，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。

除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或科学术语应当是本领域技术人员所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似词语并不表示任何顺序、数量或重要性，而只是用于区分不同的组成部分。

以下参考附图对本公开进行具体描述。

图1示出了一种阵列基板100的等效电路图。

如图1所示，所述阵列基板100包括衬底基板110、感应tft120、多条信号读取线rl、多条栅线gate和多个光电转换器130。

衬底基板110包括感应区。感应区用于布置感应tft120。

感应tft120包括按矩阵形式布置在衬底基板110的感应区上的多个感应tft120。感应tft120可以是n型或p型。感应tft120可以以例如m×n的矩阵形式布置，其中，m和n均为大于1的正整数。

多条信号读取线rl布置在衬底基板110的感应区上。感应tft120中的每列感应tft120的第一极分别电连接到多条信号读取线rl之一。对于具有m×n形式的阵列来讲，多条信号读取线rl可以包括rl1-rln。信号读取线rl与信号读取电路电连接。

感应tft120的第一极可以是源极和漏极之一。类似地，感应tft120的第二极可以是源极和漏极中的另一个。一般地，tft的源极和漏极是可以互换的，以下为了便于描述，将第一极指定为漏极，将第二极指定为源极。从而，下文中将要考虑的寄生电容是感应tft120的栅极与源极之间的电容cgs。本领域技术人员能够理解到本申请的技术方案同样适用于第一极为源极且第二极为漏极的情况。连接同一条信号读取线的感应tft的从源极到漏极的方向相同。在一个实施例中，tft(包括下文提及的伪tft和补偿tft)的从源极到漏极的方向与其所连接到的信号读取线的延伸方向垂直。

多条栅线gate布置在衬底基板110的感应区上。栅线gate与信号读取线rl在所述感应区纵横交叉的设置。感应tft中的每行感应tft120的栅极分别电连接到多条栅线gate之一。对于具有m×n形式的阵列来讲，多条栅线gate可以包括gate1-gatem。栅线gate与栅极驱动电路电连接。

光电转换器130布置在衬底基板110的感应区上，分别与感应tft中的相应感应tft120的第二极电连接。光电转换器130用于接收光信号，并将所接收的光信号转换为电信号，以使得在与之电连接的感应tft120导通的情况下，电信号能够经由相应的信号读取线rl传递到信号读取电路。

光电转换器130可以是光敏电阻、光电三极管、光电二极管或者光电耦合器件等。在示例性的实施例中，光电转换器130是光电二极管。具体的，该光电二极管可具有pin结构。pin结构可以包括：由n型杂质掺杂的半导体材料形成的n型半导体材料层；由p型杂质掺杂的半导体材料形成的p型半导体材料层；以及i型半导体材料层，位于n型半导体材料层和p型半导体材料层之间并由低掺杂的本征半导体材料形成。

在本实施例中，所述阵列基板100用于x射线平板探测器，因此需要设置光电转换器130。应该理解的是，在其他实施例中，根据功能的需要，可以省略光电转换器130或通过其他结构或功能单元来替代光电转换器130。

在阵列基板100中，每个像素140包括一个感应tft120和一个光电转换器130。

图2示出了图1所示的阵列基板的像素140的分层结构图。应该理解的是，图2中的结构是示例性的，并不对本公开的范围进行限制。在本公开的其他实施例中，所述像素140以及其中的感应tft120还可以具有其他适当的结构。

从图2可见，每个像素140包括衬底基板110、感应tft120和光电转换器130。

感应tft120布置在衬底基板110上，包括栅极210、栅极绝缘层220、有源层230、源极240和漏极250。有源层230中包括位于中间的沟道区，当感应tft120导通时，通过沟道区在源极和漏极之间形成电流。

一般地，在感应tft120中，栅极210与源极240和漏极250之间存在寄生电容。例如，图2中的两条竖直虚线标示了图2中栅极210与源极240之间沿从源极到漏极的方向(即图2中的水平方向)的交叠部分，栅极210与源极240的交叠部分之间的电容可以通过例如计算平板电容器的电容的方法进行估算。应该理解的是，即使栅极210与源极240或漏极250之间不存在沿从源极到漏极的方向的交叠部分，二者之间同样存在寄生电容，但其估算方法更为复杂。对于具有“一”字形沟道的tft，能够通过平板电容计算方法较为准确地进行估算，并且对于具有其他形状(例如“u”形或“l”形)沟道的tft来讲，这一方法至少能够提供定性的参考。下文中，为了便于说明，将以具有“一”字形沟道的tft作为示例，并简单地指定栅源寄生电容cgs＝ks·w·ls，栅漏寄生电容cgd＝kd·w·ld，其中，w是沟道宽度，ls是栅源重叠长度，ld是栅漏重叠长度，ks和kd是拟合系数。应该理解的是，本公开的范围并不限于此。

在图2的结构中，cgs的大小会对从信号读取线输出的电信号产生影响，从而影响通过所输出的电信号获得的图像的均一性。在制作感应tft120时，按照特定的位置参数(比如，源漏层图案的位置)来形成栅极210、栅极绝缘层220、有源层230、源极240和漏极250。然而，由于工艺误差等的存在，在制作不同的感应tft列时，并不能保证位置参数在各列感应tft之间实际完全相同。因此，不同的感应tft列之间，源极与栅极的交叠长度可能是不同的，并从而导致cgs的不同。例如，当源漏层图案的位置向图2中的左侧偏移了s时，将使得栅源交叠长度增加s，从而cgs增加ks·w·s。

这种实际制作过程中产生的cgs的差异将导致最终通过输出的电信号获得的图像(例如x射线探测功能中的x射线画面)的准确性下降。

还应该理解的是，为了便于说明，在本公开的各实施例中，不考虑cgd以及其他可能的寄生电容、电阻、电感等在基板上的均一性问题。

在此，还需要指出的是，可以在图2的结构中定义“源漏方向”，即从源极到漏极的方向，结合图2，可以将有源层230中与衬底基板平行的部分从源极240向漏极250延伸的方向定义为“源漏方向”。在图2中，源漏方向与衬底基板和纸面都平行，如箭头所示从源极240向漏极250。

图3示出了根据本公开实施例的阵列基板300的等效电路图。

与图1中的阵列基板100相比，阵列基板300增加了辅助区，并且还布置了补偿tft行310和补偿栅线gate0。

在一个实施例中，感应区对应于要形成的面板的中心区域，辅助区对应于面板的边缘区域。需要指出的是，辅助区可以与感应区沿面板的特定方向并排布置(如图3)，也可以被布置为部分地或完整地围绕所述感应区。

补偿tft行310中的各个tft分别对应感应tft的各列，补偿tft行310中的每个tft的栅极都电连接到补偿栅线gate0，并且补偿tft行310中的每个tft的第一极(在图3的实施例中为漏极)分别与其所对应的感应tft列中的感应tft电连接到相同的信号读取线，即电连接到多条信号读取线rl1-rln之一。

在一个实施例中，补偿tft行310位于辅助区。可替换地，补偿tft行310也可以位于感应区。

补偿tft行310中的每个tft分别与感应tft中的一个tft列连接到同一条信号读取线rl。例如，图3中，补偿tft行310中的第一个tft(从左开始)连接到信号读取线rl1，感应tft中的第一个tft列(从左开始)也连接到信号读取线rl1。在制作时，连接到同一条信号读取线rl1的tft是在相同的制作步骤中制作的(即，通过相同的构图过程)。例如，补偿tft行310中的第一个tft与感应tft中的第一个tft列是在相同的制作步骤中形成的。从而，它们的源漏层图案的偏移(如果存在的话)是一致的(即，都向左偏移或都向右偏移)。

从图3中可见，补偿tft行310中的tft与感应tft中相对应的tft列中的tft位于相应信号读取线rl的不同侧。从而，补偿tft行310中的每个tft的从源极到漏极的方向(图3中从左向右)与感应tft120的从源极到漏极的方向(图3中从右向左)相反。在一个实施例中，除了源极到漏极的方向不同之外，感应tft与补偿tft具有相同的规格，包括具有相同的tft类型，相同的沟道形状、相同的关键尺寸等。

在一个实施例中，感应tft与补偿tft相对于相应信号读取线rl对称的布置。

如上文所述，补偿tft行310中的tft与感应tft中相对应的tft列中的tft的源漏层图案的偏移一致。在此情况下，将补偿tft行310中的tft与感应tft中相对应的tft列中的tft的从源极到漏极的方向设为相反会使得二者的cgs的变化是相反的。例如，假定没有位置偏差时，感应tft中相对应的tft列中的tft的栅源电容cgs1＝cgs0，同样，补偿tft行310中的tft的栅源电容cgs2＝cgs0(感应tft与补偿tft是按照相同的规格制作在衬底基板上的，如果没有位置偏差，它们的栅源电容应认为相同)。当源漏层图案的位置向图3中的左侧偏移了s时，感应tft中tft列中的tft的栅源交叠长度增加s，从而cgs1增加ks·w·s，即cgs1＝cgs0+ks·w·s。相反地，补偿tft行310中的tft的栅源交叠长度将减少s，从而cgs2减少ks·w·s，即cgs1＝cgs0-ks·w·s。cgs1与cgs2变化方向相反，且二者之和与偏移无关,cgs1+cgs2＝2cgs0。

cgs对输出的信号的影响与光电转换器检测到的光量无关，而取决于tft的栅极电压。在一个实施例中，可以将cgs对输出信号的影响表示为项k·cgs·vgh，其中，vgh为栅极电压的高电平，k为拟合系数。应该理解的是，这只是为了便于说明的示例性表示，在其他实施例中，可以通过其他的表示来表达cgs对输出信号的影响，其与本实施例是定性一致的。以下以该实施例作为参考进行说明。

通过设计适当的信号采集方案，可以利用感应tft中的cgs变化与补偿tft行310中的cgs的变化相反来实现输出信号的补偿，使得输出信号与源漏层图案的位置偏移无关，保证输出图像的均一性。

如上文所述，在与感应tft130对应的每个像素中都设置有光电转换器130。在一个实施例中，在与补偿tft对应的像素中同样可以设置光电转换器。然而，由于使用补偿tft进行补偿时只需要利用补偿tft的像素中的cgs部分，因此应通过遮光层来覆盖补偿tft对应的像素中的光电转换器。光电转换器位于所述遮光层与所述衬底基板之间。

一般地，探测器面板上的tft都应被遮光层覆盖，以避免光照对tft产生影响。比如，光照会使tft产生漏电流，影响整个器件的性能。在一个实施例中，可以通过相同的遮光层(例如，图3中的遮光层320)来覆盖tft和补偿tft所对应的像素中的光电转换器。

在另一实施例中，可以在与补偿tft对应的像素中不设置光电转换器，而是将补偿tft的第二极浮置，这将不会影响补偿tft的补偿功能。通过在补偿tft对应的像素中不设置光电转换器，能够减少对面板面积的占用，从而能够实现更为优化的面板设计方案。

在一个实施例中，所述遮光层由金属制成。

进一步将所述补偿栅线的驱动控制设置为：在多条栅线gate之一导通感应tft中的相应tft行的同时，导通补偿tft行310。例如，图4示出了根据本公开实施例的栅线的时序图。为了简明，图4中只示出了m等于3的情况，即像素阵列只包括3行，只包括三条栅线gate1、gate2和gate3。从图4可见，三条栅线gate1、gate2和gate3依次提供高电平vgh，而补偿栅线gate0则在三条栅线中的任一条栅线提供高电平的同时也提供高电平，从而在每一行像素tft导通时都导通补偿tft行310。应该指出的是，图4中示出了gate1、gate2和gate3的高电平时段之间具有一定的间隔(亦可参见gate0的图形)，然而，在其他实施例中，这些栅线之间可以不具有间隔或具有更大的间隔，本公开对此不进行限制。

在这一配置下，通过信号读取线所采集到的关于所述像素阵列中的每个像素的电信号中都附加了由相应的补偿tft导致的项k·cgs2·vgh，从而该电信号中与cgs有关的项从k·cgs1·vgh变为k·(cgs1+cgs2)·vgh。在此情况下，即使源漏层图案的位置向图3中的一侧(例如左侧)偏移了s，cgs1将增加ks·w·s，cgs2将减少ks·w·s。从而，cgs1+cgs2＝2cgs0保持不变，输出的电信号k·(cgs1+cgs2)·vgh＝2k·cgs0·vgh，与偏移s无关。

在一个实施例中，还需要考虑从信号读取线rl输出的信号中与“暗电流”有关的影响。在实际探测时，即使将所有的光电转换器都遮蔽(即无感光现象发生)，也会有一定电平的电信号从信号读取线rl输出，即“暗电流”产生的输出信号。为了更为准确地获得实际采集的信号，需要在输出信号中将与“暗电流”有关的信号消除。

图5示出了根据本公开另一实施例的阵列基板500的等效电路图。

阵列基板500与图3中的阵列基板300相比，增加了伪tft列510和伪信号读取线rl0。伪tft列510同样设置在辅助区。伪tft列510中的每个tft的第一极(图5中的漏极)都电连接到伪信号读取线rl0，并且伪tft列510中的每个tft的栅极分别电连接到多条栅线gate1-gatem加上补偿栅线gate0中的一条栅线。

在图5中，伪tft的第二极分别连接光电转换器，但通过遮光层(例如，与覆盖tft的遮光层相同的遮光层，如图5中的遮光层520)覆盖光电转换器，以使得从rl0输出的信号中将不包括由光电转换器产生的电信号。

在一个实施例中，对于从rl0输出的信号，只考虑暗电流项和cgs项。从而，在一个子帧(对应于gate1-gatem之一具有高电平的时段)中，信号读取电路从rl0读出的信号包括暗电流项和cgs项，从rl1-rln中的任一信号读取线(比如rlx，1≤x≤n)读出的信号包括光电转换项、暗电流项和cgs项。从而，从rlx读出的信号减去从rl0读出的信号便得到了从rlx读出的信号中的光电转换项，即与实际采集的x射线相对应的信号部分。

应该指出的是，在以上各实施例中，假定感应tft、补偿tft行以及伪tft列中的tft是按照相同的规格制作在衬底基板上的，并因此认为各个tft处产生的暗电流影响是相同的。从而，在从rlx读出的信号减去从rl0读出的信号的过程中，暗电流项能够抵消。关于cgs项，在从rlx读出的信号减去从rl0读出的信号的过程之前，可以先进行以上参照图3-4说明的抵消处理，从而rlx和rl0中的cgs项与各自的源漏层图案位置偏移无关，都是例如2k·cgs0·vgh。从而，在从rlx读出的信号减去从rl0读出的信号的过程中，cgs项完全抵消。

图6示出了根据本公开实施例的x射线平板探测器600的示意图。

如图6所示，x射线平板探测器600包括阵列基板610以及x射线转换层620。x射线转换层620设置于所述光电转换器的远离衬底基板的一侧。

阵列基板610可以是根据以上各实施例所述的阵列基板，例如阵列基板300或500。从而，以上结合图3或图5进行的描述在此同样使用。

x射线转换层620将x射线转换为可见光，并使可见光照射到阵列基板610上。然后，阵列基板610中的光电转换器将可见光转换为电信号，并进行存储。当与光电转换器相连接的tft导通后，电信号通过信号读取线输出，并通过进一步处理得到图像信息。

图7示出了使用根据本公开实施例的x射线平板探测器进行x射线探测的方法700的流程图。所述x射线平板探测器可以是例如x射线平板探测器600，从而以上结合图6(进而结合图3或图5)进行的描述在此同样适用，不再赘述。

在步骤s710中，通过x射线转换层(例如x射线转换层620)接收x射线，以将所接收的x射线转换成可见光。

在步骤s720中，通过光电转换器接收所述可见光，以将所述可见光转换成电信号。

在步骤s730中，通过栅线导通所述感应tft中的一行tft，并将该行感应tft接收到的对应光电转换器转换的电信号通过信号读取线输出。

在所述步骤s730中，同时还通过所述补偿栅线导通所述补偿tft行，以将来自该行中任一所述感应tft的电信号与来自补偿tft行中的与该感应tft连接同一信号读取线的补偿tft的电信号相加后作为补偿电信号进行输出。从而，通过步骤s730，补偿了源漏层图案的偏移对输出的电信号的影响。

在一个实施例中，所述方法还包括：将从任一列信号读取线输出的补偿电信号减去同时从所述伪信号读取线输出的电信号，以对所述补偿电信号进行修正。从而，通过该步骤，从输出的电信号中减去了暗电流和栅源电容的影响，更准确地得到了与实际采集的x射线相对应的电信号。

虽然已参照几个典型实施例描述了本公开，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本公开能够以多种形式具体实施而不脱离公开的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。