像素读出电路及驱动方法、X射线像素电路、X射线探测器与流程

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种像素读出电路及驱动方法、x射线像素电路、x射线探测器。

背景技术：

x射线是一种波长约为10-0.01纳米之间的超短电磁波，对应的频率在3×10¹⁶hz到3×10¹⁹hz之间，波粒二相性对应的能量在120ev至120kev之间。x射线是中性高能光子流，对所辐射的物体具有超强的穿透作用以及荧光、加热、感光、电离等作用。x射线穿过物体后，因物体吸收和散射而使其强度或者相位变化，其信号变化内容与物体的材料、结构、厚度、缺陷等特性有关，因此可以通过信号检测应用于非接触式的物体内部形貌成像、成分分析中，在医疗影像检测、工业生产安全检测、天文探测、高能粒子检测、环境安全探测等多个领域中得到广泛应用。

现有技术中用于检测x射线的方式是：x射线探测器包括多个像素单元，通过位于像素单元中的像素读出电路对每个像素单元中的像素信号进行读取后，将该像素信号提供至图像处理电路进行处理，以得到探测结果。其中，现有的像素读出电路，如图1所示，光敏二极管d产生的电荷较少，使得现有技术中的像素读出电路需要在终端加一个放大器amp将像素信号放大，才能传输到终端输出端被识别，结构复杂，成本较高。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种像素读出电路及驱动方法、x射线像素电路、x射线探测器，可简化像素读出电路的结构，节省成本。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种像素读出电路，包括：复位模块、信号生成模块、信号放大晶体管、以及开关模块；所述复位模块，分别连接所述信号生成模块的第一端、初始信号端、以及第一信号端，用于在所述初始信号端的控制下，将所述第一信号端的信号输入至所述信号生成模块的第一端，对所述信号生成模块进行初始化；所述信号生成模块的第一端还连接所述信号放大晶体管的栅极，第二端连接第二信号端；用于在光照条件下产生并存储电荷；所述信号放大晶体管的第一极连接第三信号端，第二极连接所述开关模块；用于在所述信号生成模块产生的电荷的控制下开启，并放大所述信号生成模块产生的电荷；所述开关模块，还连接扫描信号端、以及信号读取端，用于在所述扫描信号端的控制下，将经所述信号放大晶体管放大后的电荷传输至所述信号读取端。

优选的，所述信号放大晶体管为光敏晶体管。

优选的，所述信号放大晶体管为p型光敏晶体管。

优选的，所述信号生成模块包括存储电容和光敏二极管；所述存储电容的一端连接所述信号放大晶体管的栅极，另一端连接所述第二信号端；所述光敏二极管的阳极连接所述信号放大晶体管的栅极，阴极连接所述第二信号端。

优选的，所述复位模块包括第一薄膜晶体管；所述第一薄膜晶体管的栅极连接所述初始信号端，第一极连接所述第一信号端，第二极连接所述信号生成模块。

优选的，所述第一薄膜晶体管为p型晶体管。

优选的，所述开关模块包括第二薄膜晶体管；所述第二薄膜晶体管的栅极连接所述扫描信号端，第一极连接所述信号放大晶体管，第二极连接所述信号读取端。

优选的，所述第二薄膜晶体管为光敏晶体管。

进一步优选的，所述第二薄膜晶体管为p型晶体管。

优选的，所述第二信号端为高电平信号端，所述第三信号端为低电平信号端。

第二方面，提供一种像素读出电路的驱动方法，所述方法包括：初始化阶段，复位模块在初始信号端的控制下，将第一信号端的信号输入至信号生成模块的第一端，对所述信号生成模块进行初始化；光感阶段，所述信号生成模块在光照条件下产生并存储电荷；信号读出阶段，信号放大晶体管在所述信号生成模块产生的电荷的控制下开启，开关模块在扫描信号端的控制下开启，所述信号放大晶体管对所述信号生成模块产生的电荷进行放大并经所述开关模块传输至信号读取端。

优选的，所述驱动方法包括：初始化阶段，所述初始信号端控制第一薄膜晶体管开启，将所述第一信号端的信号经所述第一薄膜晶体管输入至所述信号生成模块，对所述信号生成模块进行初始化。

优选的，所述驱动方法包括：光感阶段，光敏二极管在光照条件下产生电荷，存储电容对所述光敏二极管产生的电荷进行存储，所述信号放大晶体管在光照条件下，产生阈值电压的漂移。

优选的，所述驱动方法包括：信号读出阶段，所述信号放大晶体管在所述信号生成模块产生的电荷的控制下开启，所述第二薄膜晶体管在所述扫描信号端的控制下开启，所述信号放大晶体管对所述信号生成模块产生的电荷进行放大并经所述第二薄膜晶体管传输至所述信号读取端。

第三方面，提供一种x射线探测器，包括多个像素单元，所述像素单元包括第二方面所述的像素读出电路。

优选的，所述第二薄膜晶体管为光敏晶体管时，所述x射线探测器包含遮光板，其中所述挡光板覆盖所述第二薄膜晶体管的有源层。

本发明实施例提供一种像素读出电路及驱动方法、x射线像素电路、x射线探测器，通过设置信号放大晶体管，使得信号放大晶体管在光照条件下产生阈值电压的漂移，而当信号生成模块在光照条件下产生的电荷量积累到一定程度时，控制信号放大晶体管开启，此时，由于信号放大晶体管产生了较大的阈值电压漂移，使得信号生成模块产生的电荷经信号放大晶体管传输后明显增大，从而达到取代放大器的效果。因此，本发明采用信号放大晶体管替代原有晶体管，由于信号放大晶体管既有普通晶体管的开关功能，同时在光照的条件下又能放大电流，产生电流增益，放大电路信号，继而又取代放大器，达到节省成本的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种像素读出电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种像素读出电路的结构示意图；

图3为一种光敏二极管的特性曲线示意图；

图4为图2所示的像素读出电路的各个模块的一种具体结构示意图一；

图5为用于驱动图4所示的像素读出电路时采用的各个信号的时序图；

图6-8为图4所示的像素读出电路对应不同情况时的等效电路图；

图9为本发明实施例提供的一种像素读出电路驱动方法流程示意图；

图10为图2所示的像素读出电路的各个模块的一种具体结构示意图二。

附图标记

10-复位模块；20-信号生成模块；30-开关模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种像素读出电路，如图2所示，包括：复位模块10、信号生成模块20、信号放大晶体管td、以及开关模块30。

具体的，所述复位模块10，分别连接信号生成模块20的第一端、初始信号端s1、以及第一信号端v1，用于在初始信号端s1的控制下，将第一信号端v1的信号输入至信号生成模块20的第一端，对信号生成模块20进行初始化。

信号生成模块20的第一端还连接信号放大晶体管td的栅极，第二端连接第二信号端v2；用于在光照条件下产生并存储电荷。

其中，信号生成模块20有两个连接端，第二信号端v2和信号放大晶体管td的栅极连接在信号生成模块20的不同端。

信号放大晶体管td的第一极连接第三信号端v3，第二极连接开关模块30；用于在信号生成模块20产生的电荷的控制下开启，并放大信号生成模块20产生的电荷。

即，信号放大晶体管td在光照条件下产生阈值电压的漂移并开启，与此同时，信号生成模块20在光照条件下产生电荷并存储。其中，虽然信号放大晶体管td处于开启状态，但由于与信号放大晶体管td第二极连接开关模块30处于截止状态，信号生成模块20产生的电荷并不流向信号放大晶体管td，而是存储在信号生成模块20中，信号放大晶体管td只是产生阈值电压的漂移。当信号生成模块20产生的电荷控制信号放大晶体管td开启、并且开关模块30处于开启状态时，信号生成模块20产生的电荷经信号放大晶体管td放大，并传输至开关模块30。

开关模块30，还连接扫描信号端s2、以及信号读取端r/o，用于在扫描信号端s2的控制下，将经信号放大晶体管td放大后的电荷传输至信号读取端r/o。

其中，对于信号放大晶体管td，其输出电流的大小由以下公式决定：

其中，w/l为信号放大晶体管td的沟道宽长比，ε为沟道绝缘层的介电常数，μ为沟道载流子迁移率，vth为阈值电压，vgs为第一极与栅极的压差。

信号放大晶体管td的栅极由信号生成模块20决定，第一极由第三信号端v3决定，因此vgs(v3-vgate)可以是固定值，对于一个确定的晶体管，其绝缘层电容c、沟道长宽w/l比是固定的，因此决定输出电流大小的是迁移率μ和阈值电压vth。

信号放大晶体管td，例如可以是使用有机半导体材料并五苯制备的晶体管作为信号放大晶体管td，这种光敏晶体管器件对可见光光照有明显的光敏特性，在光照条件下会产生阈值电压的漂移，从而使得信号放大晶体管td输出的电流比普通的晶体管要大。以一个具体的光敏晶体管进行示意，如图3所示，光照后信号放大晶体管td的阈值电压漂移了14v。当vgs的数值固定为7v，vds＝-8v时，其光暗电流比数值可以达到10³-10⁴。当电路处于信号读出阶段时，读出的电流值就会放大，从而达到取代信号放大器的目的。除了并五苯晶体管，其他具有类似光敏特性的晶体管都可以应用于此处，比如wse2(二硒化钨)等二维材料制备得到的光敏晶体管。

本发明实施例提供一种像素读出电路，通过设置信号放大晶体管td，使得信号放大晶体管td在光照条件下产生阈值电压的漂移，而当信号生成模块20在光照条件下产生的电荷量积累到一定程度时，控制信号放大晶体管开启t1，此时，由于信号放大晶体管td产生了较大的阈值电压漂移，使得信号生成模块20产生的电荷经信号放大晶体管td传输后明显增大，从而达到取代放大器的效果。因此，本发明采用信号放大晶体管td替代原有晶体管，由于信号放大晶体管td既有普通晶体管的开关功能，同时在光照的条件下又能放大电流，产生电流增益，放大电路信号，继而又取代放大器，达到节省成本的目的。

由于信号放大晶体管td的栅极由信号生成模块20决定，即栅极的信号固定不变，因此本发明实施例优选的，信号放大晶体管为光敏晶体管。

进一步具体的，如图4所示，信号生成模块20包括存储电容c和光敏二极管d。

存储电容c的一端连接信号放大晶体管td的栅极，另一端连接第二信号端v2。

光敏二极管d的阳极连接信号放大晶体管td的栅极，阴极连接第二信号端v2。

如图4所示，复位模块10包括第一薄膜晶体管t1。

第一薄膜晶体管t1的栅极连接初始信号端s1，第一极连接第一信号端v1，第二极连接信号生成模块20。

需要说明的是，所述复位模块10还可以包括并联的多个第一薄膜晶体管t1。上述仅仅是对复位模块10的举例说明，其它与该复位模块10功能相同的结构在此不再一一赘述，但都应当属于本发明的保护范围。

此外，初始信号端s1也可以与信号读取端r/o连接，在复位阶段，信号读取端r/o为复位模块10提供复位信号，在信号读取阶段，信号读取端r/o主要用于读取数据。

如图4所示，开关模块30包括第二薄膜晶体管t2。

第二薄膜晶体管t2的栅极连接扫描信号端s2，第一极连接信号放大晶体管td，第二极连接信号读取端r/o。

需要说明的是，所述开关模块30还可以包括与第二晶体管t3并联的多个开关晶体管。上述仅仅是对开关模块30的举例说明，其它与开关模块30功能相同的结构在此不再一一赘述，但都应当属于本发明的保护范围。

优选的，第二薄膜晶体管t2为p型晶体管。

基于上述对各模块具体电路的描述，以下结合图4和图5对上述像素读出电路的具体驱动过程进行详细的说明。

需要说明的是，本发明实施例对各个模块以及单元中的晶体管的类型不做限定，可以是p型晶体管，也可以是n型晶体管，p型晶体管低电平信号控制其开启，高电平控制其关闭；n型晶体管高电平控制其开启，低电平控制其关闭。本发明以下实施例均是以上述晶体管均为p型晶体管为例进行的说明。

其中，上述晶体管的第一极可以是漏极、第二极可以是源极；或者，第一极可以是源极、第二极可以是漏极。本发明实施例对此不作限制。

此外，根据晶体管导电方式的不同，可以将上述像素电路中的晶体管分为增强型晶体管和耗尽型晶体管。本发明实施例对此不作限制。

如图5所示，像素读出电路的每一帧读出过程可以分为初始化阶段p1、光感阶段p2和信号读出阶段p3。在每个阶段，第二信号端v2均输入高电平信号，第三信号端v3均输入低电平信号，具体的：

初始化阶段p1，v1为高电平信号，初始信号端s1输入低电平开启信号，扫描信号端s2输入高电平截止信号、信号放大晶体管td的栅极被输入v1，基于此，图4所示的像素读出电路的等效电路图如图6所示，第一薄膜晶体管t1导通，信号放大晶体管td和第二薄膜晶体管t2均截止，(处于截止状态的晶体管以打“×”表示)。

其中，第一薄膜晶体管t1导通，光敏二极管d被复位，存储电容c两端被初始化。光敏二极管d处于无光照的状态。

光感阶段p2，初始信号端s1和扫描信号端s2均输入高电平截止信号，在光照条件下，光敏二极管d产生电荷并存储至存储电容c，此时信号放大晶体管td的栅极由高电平变为低电平，信号放大晶体管td开启，但没有信号流通，只产生阈值电压的漂移。当存储电容c存储的电荷量足以开启信号放大晶体管td时，光感阶段p2结束。基于此，图4所示的像素读出电路的等效电路图如图7所示，信号放大晶体管td开启，第一薄膜晶体管t1和第二薄膜晶体管t2均截止。

其中，光敏二极管d和信号放大晶体管td接受同样的光照，光敏二极管d光照后产生光感电流，信号放大晶体管td的迁移率变化不大，但可以积累电荷并产生较大的阈值电压漂移。

此处，信号放大晶体管td内部本身也有电容，可以用来存储电荷，信号放大晶体管td产生的电荷存储在自身的电容中。因为t2是截至的，因此r/o端并没有读取到信号。

x射线经过闪烁体的转换之后变成可见光，波长范围在300-600nm。此时存储电容c存储光敏二极管d在光感阶段p2产生的电荷，而信号放大晶体管td在光感阶段p2的迁移率变化不大，但会产生较大阈值电压的漂移，从而导致输出电流增大，由于开关模块30处于关闭状态，因此整个电路不会有电流输出。

信号读出阶段p3，扫描信号端s2输入低电平开启信号、信号放大晶体管td在信号产生模块20的控制下开启、初始信号端s1输入高电平截止信号，基于此，图4所示的像素读出电路的等效电路图如图8所示，信号放大晶体管td和第二薄膜晶体管t2均导通，第一薄膜晶体管t1截止。

其中，信号放大晶体管td和第二薄膜晶体管t2均导通，存储电容c上的电荷同时输出，电荷经信号放大晶体管td后产生电流增益，对存储电容c上的电荷进行放大，使得终端输出端可以直接识别，信号读取端r/o不再需要信号放大器。

此外，在该阶段光敏二极管d和信号放大晶体管td均不再接受光照。

基于上述，优选的，信号放大晶体管td、第一薄膜晶体管t1、第二薄膜晶体管t2均为p型晶体管。

本发明实施例还提供一种像素读出电路的驱动方法，所述方法包括：

s10、初始化阶段p1，复位模块10在初始信号端s1的控制下，将第一信号端v1的信号输入至信号生成模块20的第一端，对信号生成模块20进行初始化。

s20、光感阶段p2，信号生成模块20在光照条件下产生并存储电荷。

s30、信号读出阶段p3，信号放大晶体管td在信号生成模块20产生的电荷的控制下开启，开关模块30在扫描信号端s2的控制下开启，信号放大晶体管td对信号生成模块20产生的电荷进行放大并经开关模块30传输至信号读取端r/o。

本发明实施例提供一种像素读出电路的驱动方法，通过设置信号放大晶体管td，使得信号放大晶体管td在光照条件下产生阈值电压的漂移，而当信号生成模块20在光照条件下产生的电荷量积累到一定程度时，控制信号放大晶体管td开启，此时，由于信号放大晶体管td产生了较大的阈值电压漂移，使得信号生成模块20产生的电荷经信号放大晶体管td传输后明显增大，从而达到取代放大器的效果。因此，本发明采用信号放大晶体管td替代原有晶体管，由于信号放大晶体管td既有普通晶体管的开关功能，同时在光照的条件下又能放大电流，产生电流增益，放大电路信号，继而又取代放大器，达到节省成本的目的。

优选的，初始化阶段p1，初始信号端s1控制第一薄膜晶体管t1开启，将所述第一信号端v1的信号经第一薄膜晶体管t1输入至信号生成模块20，对信号生成模块20进行初始化。

优选的，光感阶段p2，光敏二极管d在光照条件下产生电荷，存储电容c对光敏二极管d产生的电荷进行存储，信号放大晶体管td在光照条件下，产生阈值电压的漂移。

其中，信号放大晶体管td在光照条件下，产生阈值电压的同时还可以产生电荷，存储至信号放大晶体管td内。

优选的，信号读出阶段p3，信号放大晶体管td在信号生成模块20产生的电荷的控制下开启，第二薄膜晶体管t2在扫描信号端s2的控制下开启，信号放大晶体管td对信号生成模块20产生的电荷进行放大并经第二薄膜晶体管t2传输至信号读取端r/o。

本发明实施例还提供一种x射线像素电路，包括上述像素读出电路。

本发明实施例提供的x射线像素电路，与上述像素读出电路的有益效果相同，此处不再赘述。

本发明实施例还提供一种x射线探测器，包括多个像素单元，所述像素单元包括上述x射线像素电路。

本发明实施例提供的x射线探测器，与上述x射线像素电路的有益效果相同。此外，由于光敏晶体管结构与普通晶体管结构一致，只是半导体材料不同，x射线探测器的制备工艺难度不会增加，大大节省了生产成本。

优选的，第二薄膜晶体管t2为光敏晶体管时，所述x射线探测器包含遮光板，其中挡光板覆盖第二薄膜晶体管t2的有源层。

其中，第二薄膜晶体管t2有源层的半导体材料可以是无机材料，也可以是有机材料。

信号放大晶体管td和第二薄膜晶体管t2为相同的光敏晶体管，但是第二薄膜晶体管t2在工艺制备过程中加了一道挡光板，阻挡光照对第二薄膜晶体管t2的影响。第一薄膜晶体管t1仍使用的普通晶体管。

这样一来，x射线探测器在工作过程中，如图10所示，虽然第二薄膜晶体管t2为光敏晶体管，但不受光照影响，仍只起到普通薄膜晶体管的开关功能。即，在光感阶段，第二薄膜晶体管t2由于有挡光板保护，不受光照影响。

本发明实施例通过将第二薄膜晶体管t2设置为光敏晶体管，使得在制备过程中，第二薄膜晶体管t2和信号放大晶体管td同步形成，从而简化制备工艺。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。