[发明专利]一种像素结构及X射影像传感器

说明书

本发明提供一种像素结构及X射影像传感器，包括：多个像素单元，以蜂窝状排布，所述像素单元为沿X轴和Y轴对称的多边形；数据线，分别位于各列像素单元的一侧，同一列像素单元共用一根数据线；扫描线，分别沿X轴方向穿过各行像素单元，同时从下一行像素单元的边缘穿过，同一行像素单元共用一根扫描线；公共电位线，分别沿Y轴方向穿过各列像素单元，同一列像素单元共用一根公共电位线，各公共电位线连接同一公共电位。本发明采用多边形结构，将数据线设置于一列像素单元的同一侧，同时各像素单元周边走线对称设计，可实现高空间分辨率，高光利用率，避免产生干涉现象，提高图像质量。

技术领域

本发明涉及医疗辐射成像、工业探伤、安检等领域，特别是涉及一种像素结构及X射影像传感器。

背景技术

平板图像传感器，特别是大尺寸图像传感器，面积通常数十厘米，数百万至千万像素。通常应用于医疗辐射成像、工业探伤、安检等领域。在X射线图像探测器的应用中，一般要求面积达到43cm*43cm，所以目前都是非晶硅技术为主流。

如图1所示，常见的非晶硅技术的大平板图像传感器一般包括：基板1(可以是玻璃或塑料等材料)，所有的传感器都放置于所述基板1上；像素单元2，各像素单元2以二维阵列排布在所述基板1上，每个像素单元2一般包括一个光电二极管PD(photodiode)及一个开关元件TFT，所述光电二极管PD通过像素电极与所述开关元件TFT连接；用于控制各像素单元2的扫描线3及数据线4；以及用于提供各光电二极管PD电压的公共电极5。其基本原理是，所述公共电极5施加一负电压(比如-8V)，将所述光电二极管PD置于反偏状态，所述数据线4接0V或其他电位，所述扫描线3接低电压或高电压以便将所述开关元件TFT关闭或打开。为了形成大面积的二维的图像传器，通常所述开关元件TFT及所述光电二极管PD的有源半导体层都采用非晶硅材料；这是由于非晶硅材料可以大面积成膜，可以达到数十厘米或更大，这是目前古惑仔材料所不具备的；非晶硅材料对可见光非常灵感，所以光电二极管PD也用非晶硅材料。

如图2所示，上述大平板图像传感器的工作时序如下：

第一步：复位。所述扫描线3施加正向脉冲(通常15V左右)，将所述开关元件TFT打开，同一时间使同一行的像素电极与所述数据线4的电位相等，然后所述开关元件TFT恢复到关闭状态。

第二步：曝光。当光照后，所述光电二极管PD将入射光转换为光电荷，在所述光电二极管PD两端电压的电场作用下，电荷向像素电极移动，并存储到自身的电容当中，像素电极由于负电荷的累积而降低，直到降至与公共电位同等电位。

第三步：读出。所述扫描线3施加正向脉冲(通常15V左右)，将所述开关元件TFT打开，所述光电二极管PD产生的光电荷通过所述数据线4流到外部电路，完成一行数据读取，所述开关元件TFT关闭。

注意，这里采用的是逐行计出。即处于同一行的所有像素单元2的开关元件TFT的栅极全部电性相连，处于同一列的所有像素单元2的开关元件TFT的漏极电性相连，读出时采用逐行读出。即同一行的所有像素单元2同时打开，经各自的数据线4读出，关闭本行，再进行下一行的读出。

如图3所示，在当前主流技术中像素结构(包括像素单元及周边走线)设计为正方形，多个像素结构在二维空间上以阵列方式排布。像素结构尺寸越小，理论上空间分辨率更高，但降低像素结构尺寸(主要是光电二极管PD的尺寸减小)后，开关元件TFT及周边走线(扫描线3，数据线4)在整个像素结构的面积占比变大，填充因子(fillfactor)越低，光电二极管PD的面积越小，对光的利用率越低。为了解决这个矛盾，现有技术中提出六边形像素结构，按六边形像素排列，在像素物理尺寸比较大的前提下，可通过一定的算法得到等效的空间像素，提高了空间分辨率，但像素物理尺寸没有缩小。