專利名稱：一種投影射線照相成像裝置以及一種射線照相成像面板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型通常涉及數(shù)字射線照相成像并且更具體地涉及具有直接形成在閃爍磷光體屏幕上的光敏元件和薄膜晶體管讀出器件的成像陣列的閃爍磷光體屏幕的平板成
像裝置。
背景技術(shù)：
通常，采用閃爍磷光體屏幕來吸收X射線和產(chǎn)生光的醫(yī)學(xué)X射線檢測器由于在磷光體中的側(cè)光漫射而遭受空間分辨率的損失。為了減少側(cè)光漫射和維持可接受的空間分辨率，磷光體屏幕必須被足夠薄地制造。成像裝置的空間分辨率和X射線檢測能力通常分別由調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)和X射線吸收率來表征。薄的磷光體屏幕以減少的X射線吸收的代價(jià)來產(chǎn)生更佳的MTF。磷光體屏幕的涂層密度和厚度被用于空間分辨率和X射線吸收率之間的設(shè)計(jì)權(quán)衡。例如，兩種由Eastman Kodak公司制造的典型的商業(yè)屏幕是Lanex Fine和Lanex Fast Back屏幕。兩者都由Gd2Oj2 (Tb)磷光體制成。與Lanex Fine屏幕相比，Lanex Fast Back屏幕相對較厚并且吸收X射線更有效，但是具有較低的分辨率。另一方面，Lanex Fine 屏幕比Lanex Fast Back屏幕薄，效率相對較低地吸收X射線，但是具有較高的分辨率。 Lanex Fine 禾口 Lanex Fast Back 屏幕的涂層密度分另Ij是 34mg/cm2 禾口 133mg/cm2。 Lanex Fine和Lanex Fast Back屏幕分別具有對％和63%的吸收率(對于80kVp，利用鎢中間電極(tungsten target)，2. 5mm鋁固有過濾，以及由0. 5mm銅+1. Omm鋁過濾)和在5c/mm的 0. 26 和 0. 04 的 MTF 值。最近，基于有源矩陣薄膜電子器件的數(shù)字平板X射線成像器已經(jīng)成為用于諸如診斷放射學(xué)和數(shù)字乳房X射線照相應(yīng)用的具有前景的技術(shù)。有兩種類型的在數(shù)字射線成像 (DR)中使用的X射線能量轉(zhuǎn)換方法，即，直接的和間接的方法。在直接的方法中，在光電導(dǎo)體中吸收的X射線被直接地轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)、存儲(chǔ)在位于有源矩陣陣列(AMA)的像素電極上并且使用薄膜晶體管(TFT)讀出以產(chǎn)生數(shù)字圖像。非晶硒(a-Se)通常被用作光電導(dǎo)體。在間接的方法中，單個(gè)磷光體屏幕被用于吸收X射線并且所產(chǎn)生的可見光子由在每個(gè)像素具有單個(gè)光電二極管(PD)和TFT開關(guān)的AMA檢測。光電二極管吸收由磷光體發(fā)出的與吸收的X射線能量成比例的光。與直接的方法一樣，隨后使用TFT開關(guān)讀出存儲(chǔ)的電荷。普通的磷光體材料包括諸如Gd2Oj2 (Tb)的粉末磷光體和諸如CsI (Tl)的結(jié)構(gòu)化的磷光體。在間接的方法中，通常使用非晶氫化硅(a_Si:H)來形成光電二極管和TFT開關(guān)。圖IA示出了現(xiàn)有技術(shù)的在間接的方法中使用的基于a-Si的平板成像器中的單個(gè)成像像素10的截面(不按比例)、，以及圖IB示出包括這種像素10的陣列的平板成像器 80的示意性俯視圖。每個(gè)成像像素10具有光電二極管70和TFT開關(guān)71。X射線轉(zhuǎn)換器層 (例如，發(fā)光的磷光體屏幕1 被耦合到光電二極管TFT陣列。光電二極管70包括以下層 鈍化層14、銦錫氧化物層16、p型摻雜硅層18、固有的a-Si:H層20、n型摻雜的硅層22、金屬層24、電介質(zhì)層沈和玻璃基底28。在圖IA中還示出了 X射線光子路徑30和可視光的光子路徑32。如圖所示，當(dāng)單個(gè)X射線被磷光體吸收時(shí)，無向性地發(fā)射出大量的可見光子。僅僅小部分發(fā)射的光到達(dá)了光電二極管并且被檢測到。如在圖IB中示出的，平板成像器80由傳感器陣列81組成，傳感器陣列81包括 a-Si n-i-p光電二極管70和TFT 71的矩陣。門驅(qū)動(dòng)器芯片82被連接到柵極線83的塊以及讀出芯片被連接到數(shù)據(jù)線84和偏置線85的塊。數(shù)據(jù)線84中的每一個(gè)具有關(guān)聯(lián)的電荷放大器86。放大器優(yōu)選地包括具有可編程濾波的雙相關(guān)采樣電路(未示出)，并且與模擬多路復(fù)用器87通信，模擬多路復(fù)用器87又與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 88通信，從而以理想的速率流輸出數(shù)字圖像數(shù)據(jù)?；赼-Si的間接平板成像器的操作已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，并且因此本文僅給出簡要描述。入射的X射線光子在磷光體屏幕12中被轉(zhuǎn)換成光量子，并且這些光量子隨后在a-Si:H n-i-p光電二極管70中被轉(zhuǎn)換成電子空穴對。通常，反偏置電壓被施加到偏置線85以產(chǎn)生跨光電二極管的電場(以及因此產(chǎn)生的耗盡區(qū))和提高電荷收集效率。光電二極管的像素電荷容量由偏置電壓與光電二極管電容的乘積確定。圖像信號(hào)由光電二極管集成，而關(guān)聯(lián)的TFT 71被保持在非導(dǎo)通(“斷開”)狀態(tài)。這是通過將柵極線83維持在負(fù)電壓來實(shí)現(xiàn)的。通過借助TFT柵極控制電路順序地將TFT行切換到導(dǎo)通狀態(tài)來讀出陣列。 當(dāng)通過向?qū)?yīng)的柵極線83施加正電壓將像素行切換到導(dǎo)通(“接通”)狀態(tài)時(shí)，來自那些像素的電荷沿著數(shù)據(jù)線84被傳送并且由外部電荷靈敏放大器86集成。然后該行被切換回非導(dǎo)通狀態(tài)，并且該步驟被重復(fù)用于每一行直到整個(gè)陣列被讀取。來自外部電荷靈敏放大器 86的信號(hào)輸出通過并行到串行的多路復(fù)用器87被傳送到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)88，隨后產(chǎn)生數(shù)字圖像。平板成像器能夠單拍(射線照相)以及連續(xù)(熒光鏡的(fluoroscopic))的圖像獲取。常規(guī)的閃爍磷光體屏幕成像面板具有三個(gè)基本部件玻璃或者其它剛性的透明材料的基底、在基底上形成的TFT層以及包含該閃爍體材料的磷光體層。有利的是通過去除不直接涉及獲取圖像數(shù)據(jù)的部件來簡化成像面板的設(shè)計(jì)以及減少尺寸、重量和成本。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的一個(gè)目標(biāo)是提供投影射線照相成像裝置，其具有簡化的和輕便的設(shè)計(jì)和改進(jìn)的檢測和顯示特性。在一個(gè)方面，本實(shí)用新型涉及包括閃爍物和成像陣列的投影射線照相成像裝置。 成像陣列包括直接地形成在閃爍物的側(cè)面上的多個(gè)像素。每個(gè)像素包括至少一個(gè)光敏元件和至少一個(gè)讀出元件。根據(jù)另一方面，本實(shí)用新型包括制造射線照相成像裝置的方法。該方法包括在臨時(shí)的基底上形成釋放層的步驟。該方法還包括在釋放層上形成包括多個(gè)光敏元件和多個(gè)薄膜晶體管讀出元件的成像陣列。在成像陣列上形成閃爍物以及釋放層被激活(activate) 以將陣列從臨時(shí)基底移除。在又一實(shí)施例中，本實(shí)用新型提供了包括具有第一厚度的第一閃爍物和具有第二厚度的第二閃爍物的射線照相成像面板。成像陣列形成在第一閃爍物上并且被設(shè)置在第一和第二閃爍物之間。成像陣列包括多個(gè)光敏元件和多個(gè)薄膜晶體管讀出元件。根據(jù)其它方面，本實(shí)用新型提供了包括第一和第二閃爍物的射線照相成像面板， 所述第一和第二閃爍物分別具有第一和第二厚度，并且成像陣列被直接地設(shè)置在第一和第二閃爍物中的一個(gè)上。成像陣列包括多個(gè)像素元件并且被設(shè)置在第一和第二閃爍物之間。 每個(gè)像素元件包括光耦合到第一閃爍物的第一光敏元件、光耦合到第二閃爍物的第二光敏元件和電耦合到第一和第二光敏元件并且直接地設(shè)置在第一和第二閃爍物中的一個(gè)上的讀出元件。本實(shí)用新型提供一種投影射線照相成像裝置，包括閃爍物；和包括直接地在所述閃爍物的側(cè)面上形成的多個(gè)像素的成像陣列，每個(gè)像素包括至少一個(gè)光敏元件和至少一個(gè)讀出元件。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的裝置中，其中所述至少一個(gè)光敏元件包括金屬絕緣半導(dǎo)體、p-n結(jié)光電二極管、PIN光電二極管、針型光電二極管、電荷注入器件、電荷耦合器件以及光電晶體管中的一個(gè)或多個(gè)。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的裝置中，其中所述至少一個(gè)讀出元件包括薄膜晶體管、 MOS晶體管、雙極型晶體管、二極管開關(guān)、電荷注入器件和電荷耦合器件中的一個(gè)或多個(gè)。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的裝置中，其中所述閃爍物是第一閃爍物，并且進(jìn)一步包括第二閃爍物，該第二閃爍物被設(shè)置成將所述成像陣列夾在所述第一閃爍物和所述第二閃爍物之間。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的裝置中，其中所述成像陣列在以下一種或多種中形成非晶硅、多晶硅、單晶硅、有機(jī)半導(dǎo)體、和包括銦、鋅、氧和鎵之一的二元、三元或者四元半導(dǎo)體中的一個(gè)或多個(gè)。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的裝置中，進(jìn)一步包括在所述閃爍物和所述成像陣列之間的阻擋層和平面化層中的至少一個(gè)。本實(shí)用新型還提供一種制造射線照相成像裝置的方法，包括在臨時(shí)基底形成釋放層；在所述釋放層形成包括多個(gè)光敏元件和多個(gè)薄膜晶體管讀出元件的成像陣列；將閃爍物粘結(jié)到所述成像陣列；以及激活所述釋放層以將陣列和粘結(jié)的閃爍物從所述臨時(shí)基底移除。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的方法中，其中所述釋放層包括有機(jī)物和無機(jī)物中的一個(gè)或兩個(gè)。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的方法中，其中所述激活步驟包括將所述釋放層在熱、光、 和化學(xué)劑中的一個(gè)曝光。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的方法中，進(jìn)一步包括在所述釋放層和所述成像陣列之間形成阻擋層。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的方法中，其中所述激活步驟包括通過蝕刻溶解所述釋放層，其中所述蝕刻具有對所述阻擋層的高選擇性的蝕刻速率。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的方法中，其中所述蝕刻包括氟化氙氣體。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的方法中，進(jìn)一步包括在將所述閃爍物粘結(jié)到所述成像陣列之前在所述成像陣列上形成平面化層。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的方法中，其中激活所述釋放層的步驟包括將輻射能量導(dǎo)向所述釋放層并且其中所述釋放層包括能夠吸收至少一部分所述輻射能量的著色劑。[0037]優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的方法中，其中所述閃爍物包括Gd2AS:Tb、Tb、 CsI Tl、CaWO4、BaFBr:Eu、LaOBr 和 LaOBr: Tm 中的至少一個(gè)。本實(shí)用新型提供一種射線照相成像面板，包括具有第一厚度的第一閃爍物；具有第二厚度的第二閃爍物；和在所述第一閃爍物上形成并且夾在所述第一和第二閃爍物之間的成像陣列，所述成像陣列包括多個(gè)光敏元件和多個(gè)薄膜晶體管讀出元件。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的成像面板中，其中根據(jù)材料組合物、空間頻率響應(yīng)特性、 厚度和原子序數(shù)中的至少一個(gè)所述第一和第二閃爍物不同。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的成像面板中，其中所述第一厚度和所述第二厚度相同。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的成像面板中，其中所述第一閃爍物的調(diào)制傳遞函數(shù)超過所述第二閃爍物的調(diào)制傳遞函數(shù)，使得對于所述第一閃爍物在調(diào)制傳遞函數(shù)是50%時(shí)的空間頻率比對于所述第二屏幕的高出至少0. 5c/mm。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的成像面板中，其中所述第二閃爍物的X射線吸收率比第一閃爍物的X射線吸收率超出至少10%。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的成像面板中，其中所述第一閃爍物比所述第二閃爍物薄并且在使用中，所述成像面板被定向成接收從所述第一閃爍物的側(cè)面的方向入射的X射線曙光。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的成像面板中，其中所述多個(gè)光敏元件包括對于來自所述第一閃爍物的光敏感的第一光敏元件和對來自所述第二閃爍物的光敏感的第二光敏元件。本實(shí)用新型還提供一種射線照相成像面板包括具有第一厚度的第一閃爍物；具有第二厚度的第二閃爍物；以及包括多個(gè)像素元件的成像陣列，該成像陣列被直接地設(shè)置在所述第一和第二閃爍物中的一個(gè)上，并且被布置在所述第一和第二閃爍物之間，在所述成像陣列中的每個(gè)像素元件包括光耦合到所述第一閃爍物的第一光敏元件；光耦合到所述第二閃爍物的第二光敏元件；和電耦合到所述第一和第二光敏元件并且直接地設(shè)置在所述第一和第二閃爍物中的一個(gè)上的讀出元件。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的成像面板中，其中所述第一和第二閃爍物在材料組合物、 空間頻率響應(yīng)特性和原子序數(shù)的至少一個(gè)上不同。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的成像面板中，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述第一和第二光敏元件之間的光屏蔽。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的成像面板中，其中所述光屏蔽是金屬、半導(dǎo)體和著色劑中的一個(gè)。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的成像面板中，其中所述第一和第二厚度中的一個(gè)是至少一個(gè)光吸收長度。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的成像面板中，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述成像陣列與所述第一和第二閃爍物中沒有在其上直接設(shè)置所述成像陣列的一個(gè)之間的透明基底。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的成像面板中，其中所述第一和第二閃爍物中的至少一個(gè)包括靠近所述成像陣列的阻擋層。當(dāng)本領(lǐng)域的技術(shù)人員結(jié)合附圖閱讀以下的詳細(xì)說明時(shí)，本實(shí)用新型的這些和其它目標(biāo)、特征和優(yōu)勢將會(huì)變得明顯，其中附圖中示出和描述了本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例。

雖然本說明書以特別示明和清楚地要求保護(hù)本實(shí)用新型的主題的權(quán)利要求書結(jié)束，但是可以理解的是當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)從以下描述可以更好地理解本實(shí)用新型。圖IA是示出在現(xiàn)有技術(shù)的平板成像器中的成像像素的截面圖。圖IB是示出現(xiàn)有技術(shù)的平板成像器的部件的示意圖。圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的像素元件的截面圖。圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例的像素元件的截面圖。圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的又一優(yōu)選實(shí)施例的像素元件的截面圖。圖5是根據(jù)本實(shí)用新型的又一優(yōu)選實(shí)施例的像素元件的截面圖。圖6是根據(jù)本實(shí)用新型的又一優(yōu)選實(shí)施例的像素元件的部分的截面圖。圖7是根據(jù)本實(shí)用新型的又一優(yōu)選實(shí)施例的像素元件的截面圖。圖8是根據(jù)本實(shí)用新型的又一優(yōu)選實(shí)施例的像素元件的截面圖。圖9是根據(jù)本實(shí)用新型的又一優(yōu)選實(shí)施例的像素元件的截面圖。圖10是具有雙閃爍物層和多個(gè)光敏元件的像素元件的截面圖，光屏蔽和TFT讀出電路連接到每個(gè)光敏元件以及在單獨(dú)的層上。圖11是根據(jù)本實(shí)用新型的又一優(yōu)選實(shí)施例的像素元件的截面圖。圖12是根據(jù)本實(shí)用新型的又一優(yōu)選實(shí)施例的像素元件的截面圖。圖13是根據(jù)本實(shí)用新型的又一優(yōu)選實(shí)施例的像素元件的截面圖。
具體實(shí)施方式
本說明書尤其關(guān)心的是形成根據(jù)本實(shí)用新型的裝置和方法的部分的元件，或者直接地與根據(jù)本實(shí)用新型的裝置和方法合作的元件。應(yīng)當(dāng)理解，未明確示出或者描述的元件可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的各種形式。在下面的描述中，諸如“之上”或者“在…頂部”的術(shù)語和短語以寬泛的含義被用來表示層相對于彼此的布置。當(dāng)然，X射線成像板可以以任意方向被曝光，其中堆疊的層通常在水平、垂直或者傾斜的方向上延伸。本實(shí)用新型的一般方法排除了在形成用于射線照相成像的成像面板中單獨(dú)的基底材料的需要。在本實(shí)用新型的各種實(shí)施例中，成像面板的閃爍物材料用作基底，其中在其上形成光敏元件和TFT讀出元件。也就是說，不需要單獨(dú)的基底層；閃爍物材料用作用于成像面板的基底。參考圖2，其在截面圖中示出了用于在根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例的投影射線照相成像裝置的成像面板上使用的像素元件110的結(jié)構(gòu)。像素單元110包括光敏元件112 和讀出元件114(在圖2中示出為TFT，但是不限于TFT)。每個(gè)像素單元110還包括向光敏元件12提供光能的閃爍物層130或者閃爍磷光體層的對應(yīng)的部分。閃爍物層130起到雙目的功能，即，提供閃爍磷光體材料和基底，其中光敏元件112和TFT讀出元件114被設(shè)置在其上。光敏元件112可以是多種類型的器件中的任意一種。例如，光敏元件112可以是分段或者非分段的金屬絕緣半導(dǎo)體(MIS)?？商娲兀饷粼?12可以是分段或者非分段的光電二極管和光電晶體管。光敏元件在本領(lǐng)域眾所周知，并且本實(shí)用新型不被限制于任意特殊類型的光敏元件。圖3示出用于在投影射線照相成像裝置中使用的可替換的像素元件210的結(jié)構(gòu)。 該元件與在圖2中示出的類似，但是閃爍物層230具有諸如薄的涂層的阻擋層232，將閃爍物層230從光敏元件212和TFT讀出元件214隔離的。這種布置使得光敏元件212和TFT 讀出元件214形成在閃爍物層230上，但是磷光體材料會(huì)擴(kuò)散進(jìn)TFT半導(dǎo)體部件并且使TFT 半導(dǎo)體部件退化的可能性減小了。阻擋層232可以例如是諸如氮化硅的無機(jī)材料，或者諸如聚酰亞胺或BCB的有機(jī)材料。阻擋層232可以替代地為溶膠凝膠。參考圖4，其示出了本實(shí)用新型的另一實(shí)施例，在該實(shí)施例中可替代的像素元件 310具有兩個(gè)，第一和第二，閃爍物層330、331，每個(gè)具有相應(yīng)的厚度tl、t2。在這個(gè)實(shí)施例中，光敏元件312和TFT讀出元件314被布置在第一和第二閃爍物層330、331之間，形成在閃爍物層330、331中的一個(gè)上。圖5示出了像素元件410的另一實(shí)施例，其組合了在圖3和圖4中示出的實(shí)施例。 這里，阻擋層432位于光敏元件412和TFT讀出元件414的成像電子器件和第二閃爍物層 431之間。第一閃爍物層430在光敏元件412和讀出元件414與第二閃爍物層431相對的側(cè)面上形成。在替代實(shí)施例中，阻擋層可以替代地在光敏元件412和TFT讀出元件414以及第一閃爍物430之間。此外，可以提供兩個(gè)阻擋層，在光敏元件412和TFT 414以及閃爍物430、431的每一個(gè)之間有一個(gè)。圖6示出根據(jù)本實(shí)用新型的像素元件510的又一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，第一和第二光敏元件512、513在頂部彼此堆疊。不透明的光屏蔽層522被提供在第一和第二光敏元件512、513之間。為了對于第一和第二閃爍物層530、531中的每一個(gè)來說減小第一和第二光敏元件512、513之間的光串?dāng)_，光屏蔽層522有助于隔離第一光敏元件512，使得它接收僅僅來自第一閃爍物層530的光。類似地，光屏蔽層522有助于隔離第二光敏元件513， 使得它接收僅僅來自第二閃爍物層531的光。盡管未示出，在圖6中示出的像素元件510優(yōu)選地還包括與光敏元件512、513關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)讀出元件。圖7就示出了這樣的實(shí)施例。在圖7中，像素元件610包括由光屏蔽層622隔開的第一和第二光敏元件612、613。第一光敏元件612在第一閃爍物層630 上形成以及第二光敏元件613在第二閃爍物層631上形成。在該實(shí)施例中，還包括了讀出元件614。如圖所示，第二光敏元件613和TFT讀出元件614在相同的層上形成，S卩，在同一平面上被制造。利用這種布置TFT讀出元件614優(yōu)選地被用于從的每一層中讀出光敏元件的值。讀出元件614可替代地可以位于與第一光敏元件612相同的層上或者可以位于完全不同的層上。還預(yù)期了其它布置。例如，圖8示出了另一新的像素元件710，在該像素元件710 中，第一和第二光敏元件712、713被堆疊，并且具有被布置在堆的側(cè)邊的開關(guān)TFT讀出元件714。在該實(shí)施例中使用了多個(gè)光屏蔽層722，以有助于避免光串?dāng)_以及限制TFT讀出元件 714被照明曝光，其中TFT讀出元件714被照明曝光可以向X射線數(shù)據(jù)增加噪音。TFT讀出元件714在第二閃爍物層731上形成，在與第二光敏元件713相同的平面上被制造。這將薄膜晶體管讀出元件714在堆疊的光敏元件712、713旁邊放置，其中光敏元件712、713分別在第一和第二閃爍物層730、731上形成。圖9示出替代的像素元件810，其中兩個(gè)光敏元件812、813以及開關(guān)TFT讀出元件 814在相同的平面上形成。光屏蔽層822形式的保護(hù)被提供在開關(guān)TFT讀出元件814的兩側(cè)。閃爍物層被標(biāo)記為830和831。在圖10中示出的相似的實(shí)施例中，像素元件910包括在第一閃爍物層930上的同一平面上并排制造的第一和第二光敏元件912、913，具有設(shè)置在第二閃爍物層931上的TFT讀出元件914。光屏蔽層922形式的保護(hù)被提供在開關(guān)TFT 讀出元件914的兩側(cè)。參考圖11，其示出了根據(jù)本實(shí)用新型的另一像素元件1010。在該實(shí)施例中，像素元件1010包括并排布置并且堆疊在第三光敏元件1016頂部的第一和第二光敏元件1012、 1013。這里像素元件1010包括多個(gè)光敏元件，根據(jù)發(fā)射光的光譜內(nèi)容，每個(gè)光敏元件都表現(xiàn)出不同的響應(yīng)。光屏蔽層1022形式的保護(hù)被提供。閃爍物層被標(biāo)記為1030和1031。在該圖中未示出TFT讀出元件，盡管其可以被包含在圖12和13中示出的布置中。特別地，圖12示出像素元件1110，其中包括了第一、第二和第三光敏元件1112、 1113和1116，以及在第三光敏元件1116旁邊形成了 TFT讀出元件1114。圖12中還示出的是在一個(gè)實(shí)施例中的用于這種設(shè)計(jì)的X射線輻射的方向。這里，由于輻射首先在第二閃爍物層1131的表面附件，在第一閃爍物層1130的對面被吸收，因此從該層激發(fā)出來的照明遭受較少的光散射并且因此得到的圖像具有較高的MTF，使得每一像素元件具有多個(gè)光敏元件1112、1113和1116允許以較高的空間頻率采樣圖像。如圖所示出的，也可以提供光屏蔽層 1122。在圖13中，像素1210再次具有三個(gè)光敏元件1212、1213、1216，其中，根據(jù)發(fā)射的光的光譜內(nèi)容，不同的光敏元件1212、1213、1216表現(xiàn)出不同的響應(yīng)。在該實(shí)施例中，TFT讀出元件1214被設(shè)置在與三個(gè)光敏元件1212、1213、1216相同的平面或者層上。如圖所示， 也可以提供多個(gè)光屏蔽層1222來屏蔽從第一和第二閃爍物1230、1231發(fā)射的光。因此，已經(jīng)描述了根據(jù)本實(shí)用新型的成像像素元件的實(shí)施例。在這些實(shí)施例的每一個(gè)中，包括光敏元件和讀出元件中的至少一個(gè)的成像陣列直接地在閃爍物上形成。根據(jù)這些實(shí)施例，不需要通常被使用并且在其上通常形成成像陣列的基底。也可以結(jié)合使用基底的常規(guī)設(shè)計(jì)來使用這些實(shí)施例。例如，當(dāng)使用兩個(gè)閃爍物層，如這里所述，成像陣列的部件可以直接地在閃爍物中的一個(gè)上形成，并且成像陣列的其它部件可以在基底上形成，在其上也設(shè)置了其它閃爍物層。在這樣的實(shí)施例中，具有伴隨的(accompanying)圖像陣列部件的兩個(gè)閃爍物可以在構(gòu)成之后被“碾壓(laminated)”。按這種方式，采用一個(gè)閃爍物仍可以獲得減少基底產(chǎn)生的散射的好處，而該基底仍然提供一定的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本實(shí)用新型的若干個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例包括具有優(yōu)選地不同厚度的兩個(gè)閃爍物層 (盡管，閃爍物層可以為相同的厚度)。這些實(shí)施例的方法是在DR成像板中使用多個(gè)閃爍物層來最大化有點(diǎn)沖突的對于信噪比(SNR)和調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)的要求。在實(shí)施例中，第一閃爍物層具有比第二閃爍物層的厚度t2相對較薄的厚度tl。由于固有地較少光漫射，較薄的閃爍物層用于最優(yōu)化分辨率和MTF。相反地，較厚的閃爍物層用于最優(yōu)化SNR。例如， 一個(gè)磷光體屏幕的厚度可以是97 μ m(具有為45. 3mg/cm2的Gd2AS = Tb的涂層重量)，而其他磷光體屏幕的厚度可以是186 μ m(具有為82. 7mg/cm2的Gd2AS = Tb的涂層重量)。較薄的磷光體屏幕可以具有黑色、吸收性材料的光控制層并且較厚磷光體屏幕可以具有黑色吸收性材料的光控制涂層。使用用于普通的射線照相的典型的X射線束(DN5 RQA5束)， 在MTF將等于50%的空間頻率(f1/2)對于較薄的磷光體屏幕和較厚的磷光體屏幕分別為 3. 8c/mm和2.如/mm。在同一時(shí)間，較厚的磷光體屏幕的X射線吸收率是47%，相比之下較薄的磷光體屏幕是四％。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，較薄的磷光體屏幕的MTF將超出較厚的磷光體屏幕的MTF，使得對于第一磷光體屏幕的在MTF為50%的空間頻率(f1/2)比對于第二磷光體屏幕的在MTF為50%的空間頻率(f1/2)高出至少0.5c/mm。另外，第二磷光體屏幕的X 射線吸收率將超出第一磷光體屏幕的X射線吸收率至少10%。成像陣列能夠讀取從每個(gè)磷光體屏幕產(chǎn)生的圖像，使得合成的圖像可以提供比使用具有單個(gè)磷光體屏幕的常規(guī)的DR 系統(tǒng)所能達(dá)到的圖像質(zhì)量更高的質(zhì)量。在本實(shí)用新型的實(shí)施例中有用的磷光體屏幕的材料組合物包括以下一種或多種或者它們的組合:Gd202S:Tb, Gd2O2SiEu, Gd2O3:Eu, La2O2SiTb, La2O2S, Y2O2SiTb, CsI :T1、 CsI :Na、CsBr Tl, NaI Tl, CaffO4, CaffO4:Tb, BaFBr:Eu, BaFCl:Eu, BaSO4:Eu, BaSrSO4, BaPbS04、BaAl12O19: Mn > BaMgAl10O17: Eu、Zn2S i O4: Mn > (Zn, Cd)S:Ag、LaOBr > LaOBr Tm > Lu2O2S:Eu、Lu2O2S:Tb、LuTa04、HfO2:Ti、HfGeO4:Ti、YTaO4> YTaO4:Gd、YTaO4:Nb、Y2O3:Eu、 TO03:Eu、TO03:Tb、或(Y，Gd)BO3:Eu0作為示例，磷光體屏幕可以具有相同或者不同的材料組合物。例如，磷光體屏幕可以具有相同的磷光體材料但是具有不同的粒度分布、粒膠比 (particle to binder ratio)、裝填(pack)密度或者吸收染料(absorbing dye)。在第二磷光體屏幕上的磷光體材料的中間粒度可以在大約1到大約5微米的范圍，但是在第一磷光體屏幕上的磷光體材料的中間粒度可以在大約6到大約15微米的范圍在本實(shí)用新型的實(shí)施例中的有用磷光體屏幕中重元素的原子序數(shù)可以不同。例如，為了較高的X射線能量吸收，與第一磷光體屏幕相比，第二磷光體屏幕可以具有擁有較高原子序數(shù)元素的組合物。在一個(gè)示例中，第二磷光體屏幕可以包含Gd2AS Tb而第一磷光體屏幕可以包含t&S:Tb。釓(Gd)具有原子序數(shù)64，而釔(Y)具有原子序數(shù)39。此外，由于具有不同結(jié)構(gòu)的不同磷光體材料的使用，在本實(shí)用新型的實(shí)施例中可用的磷光體屏幕的空間頻率響應(yīng)可以不同。例如，第二磷光體屏幕可以包括諸如CsI:Tl的柱狀結(jié)構(gòu)化的磷光體，而第一磷光體屏幕可以包括諸如Gd2O2S = Tb的粉末磷光體。當(dāng)在合適的條件下進(jìn)行蒸發(fā)時(shí)，CsI層將會(huì)以針狀的具有高裝填密度的緊密裝填的微晶體形式濃縮，。這種柱狀或者針狀的磷光體在本領(lǐng)域中是眾所周知的。參見例如ALN Stevels等人 ^t Philips Research Reports 29 :353-362(1974) ^"Vapor Deposited CsI:Na Layers Screens for Application in X-Ray Imaging Devices，，;以及T. Jing等人在 IEEE Trans. Nucl. Sci. 39 :1195-1198(1992)的"Enhanced Columnar Structure in CsI Layer by Substrate Patterning".以這種形式，相對于具有相同厚度的粉末磷光體屏幕改進(jìn)了空間頻率響應(yīng)(或者分辨率)，大概是因?yàn)榕c粉末磷光體屏幕相比，柱狀微晶體增強(qiáng)了光的前向散射。這些柱可以被認(rèn)為是用作光纖光導(dǎo)，使得將朝著柱的任一端引導(dǎo)由入射X射線的吸收產(chǎn)生的可見光子。與粉末屏幕類似，通過朝著出射表面重定向可見光子，反射性的襯背被用于最大化層的光收集能力。例如，第二磷光體屏幕可以具有厚度為89微米的CsI:Tl層， 而第一磷光體屏幕可以具有厚度為93微米的Gd2AS = Tb層。第二磷光體屏幕的空間頻率響應(yīng)可以比第一磷光體屏幕的空間頻率高。對于第二和第一磷光體屏幕在MTF等于50%的空間頻率(f1/2)的值分別為4. 7c/mm和3. 3c/mm。在這些雙屏幕裝置中，X射線輻射通常在具有較薄磷光體屏幕的成像裝置的側(cè)面入射，即，較薄屏幕被布置成更接近于X射線源。以這種方式，較薄屏幕的MTF被最優(yōu)化?？商娲?，X射線輻射可以入射到磷光體屏幕中的較厚磷光體屏幕上，使得較厚屏幕的SNR被最優(yōu)化。還是在雙屏幕裝置中，閃爍物層的厚度tl、t2可以縮放以最優(yōu)化光吸收長度。例如，超出一個(gè)或多個(gè)吸收長度的厚度可有利于減少光串?dāng)_。還是在上述的實(shí)施例中，光屏蔽可以是金屬的或者一些其它不透明的材料并且還可以提供例如諸如觸點(diǎn)的電連接。光屏蔽額外地/替代地可以是著色劑和/或半導(dǎo)體。當(dāng)在之前的實(shí)施例中存在多于一個(gè)的光敏元件時(shí)，它們可能是相同的，示出對于不同波長的入射輻射的相同的總體響應(yīng)。但是，在其它實(shí)施例中，光敏元件可以具有不同的敏感特性，“被調(diào)諧”以匹配它們對應(yīng)的閃爍物層的發(fā)射特性。例如，一個(gè)閃爍物層可能發(fā)射峰值接近500nm的光以及其它閃爍物層可能具有不同的磷光體材料，例如其可以發(fā)射峰值接近例如550nm的光。MM如在之前的實(shí)施例中所指出地，根據(jù)本實(shí)用新型光敏元件和/或讀出元件可以直接地被設(shè)置在閃爍物層上而不需介于其間的基底。在形成這種裝置的一個(gè)方法中，使用已知的制造技術(shù)，直接地在閃爍物層上制造這些成像部件。這種方法的優(yōu)選的實(shí)施例包括使用Gd^2S = Tb作為閃爍物層。此外，為了確保成像部件在閃爍物上的適當(dāng)?shù)男纬?，通常理想的是將閃爍物層的平面性維持在20nm RMS之內(nèi)。在另一優(yōu)選的實(shí)施例中，成像部件可以首先形成在中間或者臨時(shí)基底上，然后碾壓到閃爍物層上。一種使用中間基底的方法包括在中間基底上形成釋放層。然后在該釋放層上形成由光敏元件和薄膜晶體管讀出元件組成的陣列。之后，將輻射能量、熱量、壓力或者其它能量施加到釋放層上以便將它從中間基底隔離。然后可以使用釋放層或者其它物質(zhì)或者工藝將成像像素的陣列粘附或者以其它方式粘結(jié)到閃爍物以形成成像面板。根據(jù)本實(shí)用新型使用的釋放層可以是有機(jī)或者無機(jī)的并且可以被化學(xué)、光學(xué)、熱激活。已知的釋放層包括可從Brewer Science購買的ProLIFT和HD-3007聚酰亞胺粘合劑，可以從HD Microsystems購買的激光激活的釋放材料。釋放層還可以包括聚苯并惡唑。在將陣列制造在閃爍物上的另一方法中，提供了臨時(shí)的基底。同在剛剛描述的實(shí)施例中的一樣，在臨時(shí)基底的基本上平坦的表面上形成釋放層，并且在該釋放層上形成包括光敏元件和開關(guān)元件的成像陣列。雖然陣列和釋放層仍然被設(shè)置在臨時(shí)基底上，而閃爍物被粘結(jié)在成像陣列上。釋放層在此后被激活以將成像陣列(具有粘結(jié)到其的有閃爍物) 從臨時(shí)基底隔離。因此得到了如在圖2中所示的成像陣列。釋放層優(yōu)選地為可以被熱、光和/或化學(xué)激活的有機(jī)或者無機(jī)材料。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，使用蝕刻技術(shù)激活釋放層。在這種實(shí)施例中，阻擋層可以被用在釋放層和成像陣列之間以及使用的蝕刻對阻擋層具有高選擇性的蝕刻速率以防止損壞成像陣列。蝕刻可以是例如氟化氙氣體(xenon difloride gas)。在另一實(shí)施例中，釋放層可以包括著色劑。為了激活釋放層，輻射能量被導(dǎo)向釋放層并且著色劑吸收至少一部分輻射能量。上面所描述的釋放層也可以被用在該實(shí)施例中。雖然阻擋層可以被包括以作為蝕刻停止，阻擋層可以在成像陣列和閃爍物之間形成，以形成諸如在圖3中示出的裝置。在其它實(shí)施例中，平面化層可以在粘結(jié)閃爍物之前被形成在成像陣列，以提供閃爍物被粘結(jié)在其上的基本上平坦的表面。之前方法的變化也可以被考慮到并且被用于形成本實(shí)用新型的優(yōu)選的成像陣列。 例如，一旦將成像陣列和閃爍物從臨時(shí)基底移除，可以剛進(jìn)行這種移除就被曝光的成像陣列的表面上粘結(jié)第二閃爍物。優(yōu)選地，第二閃爍物具有不同于第一閃爍物的屬性的屬性。以這種方式增加第二閃爍物將形成諸如圖4和5中所示出的那些裝置。此外，在使用粘合劑或者等同物構(gòu)造之后，兩個(gè)具有粘結(jié)的基底的陣列可以被碾壓以產(chǎn)生在圖6和7中示例的陣列?？梢赃m當(dāng)?shù)赝ㄟ^在釋放層上形成成像陣列以類似的方式形成剩余示出的陣列。也可以使用已知的方法形成阻擋層以產(chǎn)生理想的像素結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型尤其參考其中的某些優(yōu)選的實(shí)施例被詳細(xì)地描述，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，在如上面所描述的和如所附的權(quán)利要求指出的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)變化和修改。例如，盡管在前面的實(shí)施例中光電二極管被用作示例性光敏元件，但是本實(shí)用新型并不限于此?？梢允褂萌魏喂饷粼?，包括但不限于，金屬絕緣半導(dǎo)體、p-n結(jié)光電二極管、PIN光電二極管、針型光電二極管、電荷注入器件、電荷耦合器件以及光電晶體管。本實(shí)用新型還不限于將TFT作為讀出元件?？梢允褂肕OS晶體管、雙極型晶體管、二極管開關(guān)、 電荷注入器件和電荷耦合器件的任意一種。此外，成像陣列可以以下任意一種形成非晶硅、多晶硅、單晶硅、有機(jī)半導(dǎo)體、和包括銦、鋅、氧和鎵中的一個(gè)的二元、三元或者四元半導(dǎo)體中的一個(gè)或多個(gè)、或者其任意組合。因此提供了直接地在閃爍物磷光體屏幕上形成的光敏元件和薄膜晶體管讀出器件的成像陣列。部件清單[0113]10.成像像素[0114]12.磷光體屏幕[0115]14.^MM (Passivization layer)[0116]16.銦錫氧化物層 Gndium-tin-oxide layer)[0117]18.P型摻雜硅層[0118]20.a-Si:H層[0119]22.η型摻雜硅層[0120]24.金屬層[0121]26.電介質(zhì)層[0122]28.玻璃基底[0123]30.X射線光子路徑[0124]32.可視光的光子路徑[0125]70.光電二極管0126]
0127]
0128]
0129]
0130]
0131]
0132]
0133]
0134]
0135]
0136]
0137]
0138]
0139]
0140]
0141]
0142]
0143]
0144]
0145]
71. TFT開關(guān)
80.平板成像器
81.傳感器陣列
82.驅(qū)動(dòng)器芯片
83.柵極線
84.數(shù)據(jù)線
85.偏置線
86.放大器
87.多路復(fù)用器
88.A-D轉(zhuǎn)換器
110，210，310，410，510，610，710，810，910，1010，1110，1210 112，212，312，412，512，612，712，812，912，1012，1112，1212 513,613,713,813,913,1013，1113，1213.第二光敏元件 114,214,314,414,614,714,814,914,1114，1214. TFT 讀出元件 1016，1116，1216.第三光敏元件 522,622,722,822,922,1022，1122，1222.光屏蔽層 130,230,330,430,530,630,730,830,930,1030，1130，1230.(第-331,431,531,631,731,831,931,1031，1131，1231.第二閃爍物層 232,432.阻擋層 tl，t2.厚度
像素元件 (第一)光敏元件
)閃爍物層
權(quán)利要求1.投影射線照相成像裝置，其特征在于，包括閃爍物；和包括直接地在所述閃爍物的側(cè)面上形成的多個(gè)像素的成像陣列，每個(gè)像素包括至少一個(gè)光敏元件和至少一個(gè)讀出元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，其中所述至少一個(gè)光敏元件包括金屬絕緣半導(dǎo)體、p-n結(jié)光電二極管、PIN光電二極管、針型光電二極管、電荷注入器件、電荷耦合器件以及光電晶體管中的一個(gè)或多個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，其中所述至少一個(gè)讀出元件包括薄膜晶體管、MOS晶體管、雙極型晶體管、二極管開關(guān)、電荷注入器件和電荷耦合器件中的一個(gè)或多個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，其中所述閃爍物是第一閃爍物，并且進(jìn)一步包括第二閃爍物，該第二閃爍物被設(shè)置成將所述成像陣列夾在所述第一閃爍物和所述第二閃爍物之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，其中所述成像陣列在以下一種或多種中形成非晶硅、多晶硅、單晶硅、有機(jī)半導(dǎo)體、和包括銦、鋅、氧和鎵之一的二元、三元或者四元半導(dǎo)體中的一個(gè)或多個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述閃爍物和所述成像陣列之間的阻擋層和平面化層中的至少一個(gè)。
7.一種射線照相成像面板，包括具有第一厚度的第一閃爍物；具有第二厚度的第二閃爍物；和在所述第一閃爍物上形成并且夾在所述第一和第二閃爍物之間的成像陣列，所述成像陣列包括多個(gè)光敏元件和多個(gè)薄膜晶體管讀出元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的成像面板，其特征在于，其中所述第一閃爍物的調(diào)制傳遞函數(shù)超過所述第二閃爍物的調(diào)制傳遞函數(shù)，使得對于所述第一閃爍物在調(diào)制傳遞函數(shù)是50% 時(shí)的空間頻率比對于第二屏幕高出至少0. 5c/mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的成像面板，其特征在于，其中所述第一閃爍物比所述第二閃爍物薄并且在使用中，所述成像面板被定向成接收從所述第一閃爍物的側(cè)面的方向入射的 X射線曝光。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的成像面板，其特征在于，其中根據(jù)材料組合物、空間頻率響應(yīng)特性、厚度和原子序數(shù)中的至少一個(gè)，所述第一和第二閃爍物不同。
專利摘要投影射線照相成像裝置包括閃爍物和成像陣列。該成像陣列包括直接地在所述閃爍物的側(cè)面形成的多個(gè)像素。每個(gè)像素包括至少一個(gè)光敏元件和至少一個(gè)讀出元件。
文檔編號(hào)G01T1/20GK201965237SQ20102028670
公開日2011年9月7日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
發(fā)明者R·S·克爾, R·W·庫爾平斯基, T·J·特雷威爾 申請人:卡爾斯特里姆保健公司