專利名稱：平板x射線檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平板X射線檢測器。
背景技術(shù)：
近年來，為了迅速和適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行醫(yī)療處置，針對病人醫(yī)療數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫的準(zhǔn)備正在醫(yī)療領(lǐng)域中得到促進(jìn)。應(yīng)當(dāng)注意到在這方面病人一般有多個醫(yī)療機(jī)構(gòu)。因此，如果在另一醫(yī)療機(jī)構(gòu)沒有準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，則可能不能實(shí)施適當(dāng)?shù)尼t(yī)療處置。
在X射線片子的圖像數(shù)據(jù)方面也需要準(zhǔn)備數(shù)據(jù)庫，并且從這一點(diǎn)來說希望在X射線片子方面開發(fā)數(shù)字系統(tǒng)。過去習(xí)慣在醫(yī)療X射線診斷裝置中使用鹵化銀膠片。為了在醫(yī)療X射線診斷裝置中使用數(shù)字系統(tǒng)，需要將照片膠片圖像進(jìn)行沖洗，并再次用掃描儀掃描沖洗出的膠片圖像，這費(fèi)力和費(fèi)時。
近年來，直接將圖像變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的系統(tǒng)已經(jīng)通過使用大約1英寸大小的CCD照相機(jī)實(shí)現(xiàn)。但在拍攝中，例如拍攝胸部(大約40cm×40cm的區(qū)域)時，需要使用用于收集光的光學(xué)裝置，這導(dǎo)致該裝置體積過大。
作為克服了存在于上述的兩個系統(tǒng)中的上述問題的系統(tǒng)，提出了一種使用無定形硅薄膜晶體管(amorphous silicon thin filmtransistor)(a-Si TFT)的間接變換系統(tǒng)的平板X射線檢測器。圖1表示該平板X射線檢測器的電路結(jié)構(gòu)。下面將參照圖1對該平板X射線檢測器的操作進(jìn)行描述。
圖1中所示的平板X射線檢測器是一種間接變換型的平板X射線檢測器，其中入射的X射線例如通過磷光體(phosphor)被變換成可見光，并且變換后的可見光由光電導(dǎo)薄膜被再變換為每一像素的電荷。
如圖1所示，該平板X射線檢測器包含像素e(i，j)(i＝1至2000，j＝1至2000)。每一像素e包含由a-Si構(gòu)成的開關(guān)(switching)TFT 401、光電導(dǎo)薄膜402和Cst 403。這些像素e排列形成一個陣列，該陣列的行包含數(shù)百至數(shù)千個像素e并且該陣列的列(指定為TFT陣列)也包含數(shù)百至數(shù)千個像素。負(fù)偏壓從電源404施加到光電導(dǎo)薄膜402。開關(guān)TFT 401與信號線405相連并與掃描線406相連，并且受掃描線驅(qū)動電路407的開-關(guān)控制。信號線405的端部通過由信號線控制電路408控制的轉(zhuǎn)換開關(guān)(change-over switch)409與放大器410相連用于信號檢測。
如果X射線入射，則X射線照射的磷光體(未示出)發(fā)出熒光。接著該熒光由光電導(dǎo)薄膜402變換為電荷，并且該電荷在Cst403中聚集。如果掃描線406由掃描線驅(qū)動電路407驅(qū)動以接通與該掃描線406之一相連的一列開關(guān)TFT 401，則聚集電荷通過信號線405傳輸?shù)椒糯笃?10。通過變換開關(guān)409，該電荷被提供到放大器410用于每一像素以便被變換成點(diǎn)序列信號(dotsequential signal)。
電荷的數(shù)量依據(jù)在像素e(i，j)上入射的光的量而不同以便改變放大器410的輸出幅度。通過將放大器410的輸出信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，能夠?qū)㈦姾芍苯幼儞Q為數(shù)字圖像。此外，通過使用開關(guān)TFT 401的陣列可以將像素區(qū)做薄和做大。
圖2是表示包含在平板X射線檢測器中的像素501的結(jié)構(gòu)的平面圖。如圖所示，像素501包含用于讀取的開關(guān)TFT 401、Cst403、與Cst 403相連的Cst線502、面朝Cst 403的輔助電極503、像素電極504、信號線405和掃描線406。分別在開關(guān)TFT 401和輔助電極503中形成一個接觸部分505。
應(yīng)當(dāng)注意，在像素電極504之上的各層和像素501之外的區(qū)在圖2中被省略。順便提及，可以使用其它部件的浮動電容(floating capacitance)和布線替代排列Cst 403。
圖3是沿圖2所示的線II-II的橫截面圖，該圖顯示在像素電極504之上形成的各層的結(jié)構(gòu)。
如圖3所示，像素電極504、p型接觸層601、光電導(dǎo)薄膜402、n型接觸層602、共電極(common electrode)603、磷光層604和反射層605以上述的次序在包含開關(guān)TFT 401、Cst 403、輔助電極503、信號線405和掃描線(未示出)的結(jié)構(gòu)上層疊。
如果X射線通過反射層605射入到磷光層604上，從該X射線照射的磷光層604發(fā)出熒光，并且散射由此發(fā)出的熒光。接著該熒光直接進(jìn)入光電導(dǎo)薄膜402或由反射層605反射，然后反射熒光進(jìn)入光電導(dǎo)薄膜402。在光電導(dǎo)薄膜402中，該熒光被變換為電荷。應(yīng)當(dāng)注意，因?yàn)殡妷罕回灤┦┘拥焦怆妼?dǎo)薄膜402，所以產(chǎn)生的電荷由像素電極504吸引給每一像素501以便通過像素電極504在Cst 403中聚集。
在以上描述的檢測器的結(jié)構(gòu)中，在X射線的照射下熒光從磷光層604沿各個方向發(fā)出。由此發(fā)出的熒光被散射并從反射層605被反射。由此非?？赡茉诿恳幌袼刂袕牧坠鈱?04發(fā)出的熒光到達(dá)相鄰像素的光電導(dǎo)薄膜402。應(yīng)當(dāng)注意到電壓被施加到光電導(dǎo)薄膜402，由此從該熒光變換的電荷幾乎沒有散射以便到達(dá)與特定區(qū)域?qū)?yīng)的像素電極504。此外，有一個問題，即從該磷光體發(fā)出的光被在該磷光薄膜內(nèi)的吸收和該薄膜的上表面以及底面的反射所衰減，由此降低了效率。
因此，從磷光層604發(fā)出的熒光被散射以便到達(dá)相鄰的像素。在相鄰像素的光電導(dǎo)薄膜402中，該熒光被變換成電荷，并且由此產(chǎn)生的電荷在相鄰像素的像素電極504中聚集。由此產(chǎn)生分辨率降低這一問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種平板X射線檢測器，該檢測器具有高分辨率并能夠以低成本生產(chǎn)大儀器。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種平板X射線檢測器，包含將射入的X射線變換為電荷的X射線電荷變換薄膜、與X射線電荷變換薄膜相鄰的并為每一像素設(shè)置的像素電極、與該像素電極相連的開關(guān)部件、與該開關(guān)部件相連的信號線以及給該開關(guān)部件提供驅(qū)動電壓的掃描線，其中X射線電荷變換薄膜包含磷光體粒子(phosphor particle)、光敏材料和載流子(carrier)傳輸材料。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種X射線電荷變換薄膜，其包含光敏材料、涂覆有該光敏材料的磷光體粒子和載流子傳輸材料。


圖1是平板X射線檢測器的電路圖；圖2是表示包含在圖1所示的平板X射線檢測器中的一個像素的平面圖；圖3是表示沿圖2所示的線II-II的傳統(tǒng)平板X射線檢測器的像素的橫截面圖；圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的平板X射線檢測器的橫截面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的平板X射線檢測器的帶(band)圖；圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的平板X射線檢測器的橫截面圖；和圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方案的平板X射線檢測器的橫截面圖。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方式本發(fā)明的平板X射線檢測器包含一種X射線電荷變換薄膜，并且其特點(diǎn)在于該X射線電荷變換薄膜包含磷光體粒子、光敏材料和載流子傳輸材料。
在本發(fā)明中，磷光體粒子可以涂覆有光敏材料?；蛘?，該磷光體粒子可以分散在包含光敏材料和載流子傳輸材料的X射線電荷變換薄膜中。
希望在本發(fā)明中使用的磷光體粒子包含至少一種選自金屬氧化物、金屬碘化物和金屬硫化物的材料。此外，希望在本發(fā)明中使用的光敏材料包含由三硝基芴酮(TNF)、二苯基腙、三(8-喹啉醇合)鋁(Alq3)和氧鈦構(gòu)成的第一組中的至少一種材料，以及由偶氮顏料、角鯊烯嗡顏料、酞菁顏料、鈦氧酞菁顏料和苝系顏料構(gòu)成的第二組中的至少一種材料。
此外，希望在本發(fā)明中使用的載流子傳輸材料是至少一種選自三亞苯基、聚乙烯基咔唑、N，N-二苯基-N，N-二(間甲苯基)聯(lián)苯胺、聚(對亞苯基亞乙烯基)、聚烷基噻吩、4-(二氰基亞甲基)-2-甲基-6-(對二甲氨基苯乙烯基)-4H-吡喃和并五苯的材料。
磷光體粒子可包含多種粒子直徑彼此不同的粒子。在這種情況下，希望直徑較小的粒子的直徑大約為直徑較大的粒子的約0.1至0.3倍。
每一像素可包含一個用于聚集在X射線電荷變換薄膜中產(chǎn)生的電荷的電容，并且該電容在每一像素中與開關(guān)部件相連。
在本發(fā)明中使用的磷光體表示一種在X射線照射下發(fā)出紫外線光、可見光和紅外線光的材料。在本發(fā)明中使用的光敏材料表示一種在紫外線光、可見光和紅外線光照射下產(chǎn)生載流子的材料。此外，在本發(fā)明中使用的載流子傳輸材料表示一種傳輸諸如電子和空穴之類的載流子的材料。
下面對本發(fā)明的某些實(shí)施方案進(jìn)行描述。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的平板X射線檢測器具有等同于圖1所示的電路結(jié)構(gòu)，并且具有等同于圖2所示的像素結(jié)構(gòu)。圖4是表示在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的平板X射線檢測器中使用的像素的橫截面圖。下面參照圖4對本發(fā)明的第一實(shí)施方案進(jìn)行描述。
如圖4所示，對每一像素在玻璃基材101上形成開關(guān)TFT401、Cst 403、面朝Cst 403的輔助電極503和與輔助電極503電連接的像素電極504。此外，空穴傳輸層108、X射線電荷變換薄膜109、電子傳輸層113和共電極603以上述的順序在像素電極504的整個表面均勻形成。
開關(guān)TFT 401包含門電極102、用于門絕緣的絕緣薄膜103和用作活性層的非摻雜a-Si層104。在非摻雜a-Si層104上形成限制層(stopper)105和n+型a-Si層106，并且在n+型a-Si層106的另一部分上形成與輔助電極503相連的漏電極。此外，本實(shí)施方案中使用的X射線電荷變換薄膜109包含磷光體粒子110，涂覆有光敏材料111和載流子傳輸材料112。
下面對本如何生產(chǎn)第一實(shí)施方案的平板X射線檢測器進(jìn)行描述。
在第一步驟中，諸如MoTa、Ta、TaN、鋁合金、Cu、MoW或Ta/TaNx之類的預(yù)定的材料大約300nm的厚度被沉積在玻璃基材101上，然后選擇性地蝕刻該沉積層以便形成包括開關(guān)TFT 401的門電極102、掃描線(未示出)、Cst 403和Cst線(未示出)的圖案。
在下一步驟中，通過用等離子CVD法沉積厚度約為300nm的SiOx形成絕緣薄膜103，然后用等離子CVD法在該SiOx層上沉積厚度約為50nm的SiNx。接著，分別沉積厚度約為10nm和200nm的非摻雜a-Si層104和用作限制層105的SiNx。
接下來，用后表面曝光法(back surface light exposure)對限制層105制圖，以便與門電極102一致，然后沉積厚度約為50nm的n+型a-Si層106并且接下來選擇性地對非摻雜a-Si層104和n+型a-Si層106刻蝕以便與晶體管的形狀一致，由此形成a-Si島。
在下一步驟中，選擇性地對與像素區(qū)的內(nèi)部和外部接觸部分對應(yīng)的絕緣薄膜103的這些區(qū)刻蝕以便形成接觸空穴。然后，通過濺射法在絕緣薄膜103上形成包含約50nm厚的鉬薄膜、約350nm厚的鋁薄膜和約20至50nm厚的鉬薄膜的疊層結(jié)構(gòu)，以便形成輔助電極503、信號線405和其它布線。
接下來，形成厚度約為200nm的SiNx層，然后在該SiNx層上層疊厚度約為1至5μm的苯并環(huán)丁烯(BCB)層，優(yōu)選是3μm，以便形成保護(hù)薄膜107。在保護(hù)薄膜107中形成接觸空穴后，形成厚度約為100nm的ITO薄膜，然后對該ITO薄膜制圖以便形成與開關(guān)TFT 401和輔助電極503相連的像素電極504。此外，像素電極504涂覆有厚度約為10nm至約100μm的二苯基-3-甲基苯基-聯(lián)苯基-二胺(TPD)以便形成空穴傳輸層108。
在下一步驟中，將空穴傳輸層108涂覆厚度約為200μm的X射線電荷變換薄膜109。為了形成X射線電荷變換薄膜109，通過使用GdO2S；Pr(GOS)準(zhǔn)備分別具有約10μm粒子直徑的磷光體粒子。接下來，將磷光體粒子的表面涂覆通過在聚碳酸酯中混合約40％重量的二苯基腙制備的光敏材料111。涂覆磷光體粒子與由聚乙烯基咔唑(PVK)構(gòu)成的載流子傳輸材料112混合，并且用所得混合物涂覆空穴傳輸層108的表面以便形成X射線電荷變換薄膜109。
可以通過將多晶磷光體研磨成粉并分級或者使用等離子金屬蒸氣沉積來制備磷光體粒子110。作為一種用光敏材料111涂覆磷光體粒子110的方法，可以將磷光體粒子110浸入光敏材料111的溶液中，然后蒸發(fā)去除溶劑。
希望磷光體粒子的粒子直徑在0.5至100μm的范圍內(nèi)，優(yōu)選1-30μm。應(yīng)當(dāng)注意，在磷光體粒子的表面區(qū)域的表面缺陷會使光的發(fā)射效率降低。此外，X射線電荷變換薄膜中的磷光體粒子的擠壓密度的降低會使X射線吸收效率降低。鑒于上述兩個因素有必要確定最優(yōu)的粒子直徑。
需要確定涂覆磷光體粒子110表面的光敏材料111的厚度使得光敏材料111能夠充分地吸收從磷光體粒子發(fā)出的熒光。更具體地說，希望光敏材料111的厚度在約1至10μm的范圍內(nèi)。
X射線電荷變換薄膜109涂覆有厚度約為10nm至100nm的噁唑衍生物以便形成電子傳輸層113。此外，通過例如在電子傳輸層113上形成厚度約100μm的鋁或MgAg薄膜而形成共電極603，然后將共電極603與驅(qū)動電路連接，由此完成根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的平板X射線檢測器的生產(chǎn)。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的平板X射線檢測器的帶圖。該圖僅顯示空穴傳輸層108、包含磷光體粒子110的X射線電荷變換薄膜109、光敏材料111和載流子傳輸材料112的那部分。在X射線照射時，包含在圖5所示的X射線電荷變換薄膜109中的磷光體粒子110發(fā)出熒光，涂覆有磷光體粒子110的光敏材料111產(chǎn)生載流子。由此產(chǎn)生的載流子在載流子傳輸材料112中移動使得空穴201和電子202被分別傳輸?shù)娇昭▊鬏攲?08和電子傳輸層113，結(jié)果是在該像素電極中電荷被聚集。
如圖5所示，在導(dǎo)帶側(cè)的光敏材料111的帶能比在載流子傳輸材料112的部分高，在價帶側(cè)的光敏材料111的帶能比在載流子傳輸材料112的部分低。應(yīng)當(dāng)注意到，因?yàn)檩d流子的移動主要在載流子傳輸材料112中進(jìn)行，所以在光敏材料111中產(chǎn)生的載流子迅速移動到載流子傳輸材料112中，導(dǎo)致上述的情況發(fā)生。
還應(yīng)當(dāng)注意，磷光體粒子110通常具有不小于約3eV的帶隙，并且光敏材料111和載流子傳輸材料112分別具有比磷光體粒子110小的帶隙。順便提及，圖5顯示，X射線電荷變換薄膜109僅包含涂覆有光敏材料111的一個磷光體粒子110。但是，X射線電荷變換薄膜109實(shí)際包含大量的涂覆有光敏材料111的磷光體粒子110。
在本發(fā)明的第一實(shí)施方案中，磷光體粒子110涂覆有光敏材料111。因此，在X射線照射時，磷光體粒子110發(fā)出熒光，在該熒光散射之前該熒光射入到光敏材料111，以便產(chǎn)生電荷。由此產(chǎn)生的電荷在載流子傳輸材料112中移動，電場施加到載流子傳輸材料112上，結(jié)果是電荷沒有散射而是聚集到每一像素501的像素電極504中。
應(yīng)當(dāng)注意在傳統(tǒng)的平板X射線檢測器中，在X射線照射時在磷光層內(nèi)產(chǎn)生的熒光散射，并且接著該熒光被變換為電荷。因此，電荷被聚集在某一像素和相鄰像素中，引起分辨率差這一問題。但是，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的平板X射線檢測器，當(dāng)X射線在磷光體粒子110中被變換為熒光后，該熒光不散射，以便與在光敏材料111上一樣入射來產(chǎn)生電荷。接下來，因?yàn)檩d流子傳輸材料112被施加了電場，因此電荷沒有散射而是聚集到與特定區(qū)域?qū)?yīng)的像素501中以便獲得高分辨率。
此外，在現(xiàn)有技術(shù)中，需要通過蒸汽沉積或CVD法分別形成光電導(dǎo)薄膜和磷光層。但是，在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的平板X射線檢測器中，X射線電荷變換薄膜109在單層中執(zhí)行傳統(tǒng)上由兩層執(zhí)行的功能。此外，X射線電荷變換薄膜109可以很容易地形成，因?yàn)楸∧?09可以通過涂覆包含涂覆有光敏材料111的磷光體粒子110的載流子傳輸材料112而形成。因?yàn)閄射線電荷變換薄膜109可以容易地形成，所以能夠以低的生產(chǎn)成本獲得大平板X射線檢測器。
下面對本發(fā)明的第二實(shí)施方案進(jìn)行描述。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的平板X射線檢測器的電路結(jié)構(gòu)與圖1所示的相同，并且根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的平板X射線檢測器的像素結(jié)構(gòu)與圖2所示的相同。圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的平板X射線檢測器的像素的橫截面圖。下面參照圖6對根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的平板X射線檢測器進(jìn)行描述。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的平板X射線檢測器包含X射線電荷變換薄膜301，該X射線電荷變換薄膜301與包含在根據(jù)第一實(shí)施方案的X射線檢測器中的X射線電荷變換薄膜不同。在第二實(shí)施方案中的X射線電荷變換薄膜301包含磷光體粒子303和光敏傳輸材料302，該光敏傳輸材料302是光敏的并具有載流子傳輸特性。
下面對根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案如何生產(chǎn)平板X射線檢測器進(jìn)行描述。對第二實(shí)施方案的描述主要是在對與第一實(shí)施方案不同的部分，為了避免重復(fù)描述，對附圖中與第一實(shí)施方案相同部分給予相同的標(biāo)號。
在第二實(shí)施方案中，通過使用與第一實(shí)施方案中使用的相同的方法和材料，執(zhí)行在形成開關(guān)TFT 401的門電極102、掃描線、Cst 403和玻璃基材101上的Cst線的步驟和形成空穴傳輸層108的步驟之間的過程。
在接下來的步驟中，在空穴傳輸層108上形成厚度約為100μm至約300μm的X射線電荷變換薄膜301。用磷光體粒子303在將50％重量的用作光敏材料的TNF的和50％重量的用作傳輸材料的PVK相混合制備出的光敏傳輸材料302中的混合物涂覆空穴傳輸層108，形成X射線電荷變換薄膜301。通過使用第一實(shí)施方案中使用的方法和材料形成具有大約1μm至大約30μm粒子直徑的磷光體粒子303。但在第二實(shí)施方案中，磷光體粒子303的表面沒有涂覆該光敏材料。
在形成X射線電荷變換薄膜301后，通過使用與第一實(shí)施方案中使用的相同的材料和方法形成電子傳輸層113和共電極603。最終，將共電極603與驅(qū)動電路連接，由此完成根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的平板X射線檢測器的生產(chǎn)。
在第二實(shí)施方案中，磷光體粒子303涂覆有光敏材料。但是，因?yàn)榱坠怏w粒子303被光敏傳輸材料302所包圍，因此可以獲得與在第一實(shí)施方案類似的效果。更具體地說，在X射線照射后從磷光體粒子303發(fā)出的熒光在該熒光被散射到相鄰像素之前通過光敏傳輸材料302被變換為電荷。因此，從入射到某一像素的X射線最終獲得的電荷不會漏到相鄰像素，而是被積聚在特定像素中，結(jié)果是可以獲得高分辨率。
應(yīng)當(dāng)注意電場被施加到X射線電荷變換薄膜301。因此，在熒光通過光敏傳輸材料302被變換為電荷后，該電荷被吸引到與特定區(qū)域?qū)?yīng)的像素的像素電極。因此分辨率幾乎不降低。
也應(yīng)當(dāng)注意的是在第二實(shí)施方案中，可以與第一實(shí)施方案一樣通過涂覆形成X射線電荷變換薄膜，以便簡化X射線電荷變換薄膜的形成方法。因此，能夠以低成本生產(chǎn)大的平板X射線檢測器。順便提及，在第二實(shí)施方案中，可以僅通過涂覆既包含光敏材料又包含傳輸材料的X射線電荷變換薄膜301和光敏傳輸材料302的混合物形成X射線電荷變換薄膜301。因?yàn)樵诘诙?shí)施方案中，磷光體粒子沒有涂覆光敏材料，因此可以比第一實(shí)施方案更容易形成X射線電荷變換薄膜301。
下面對本發(fā)明的第三實(shí)施方案進(jìn)行描述。根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方案的平板X射線檢測器的電路結(jié)構(gòu)與圖1所示的相同，并且根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方案的平板X射線檢測器的像素結(jié)構(gòu)與圖2所示的相同。圖76是表示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方案的平板X射線檢測器的像素的橫截面圖。下面參照圖7對根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方案的平板X射線檢測器進(jìn)行描述。根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方案的平板X射線檢測器包含X射線電荷變換薄膜109，該X射線電荷變換薄膜109與包含在根據(jù)第一實(shí)施方案的X射線檢測器中的X射線電荷變換薄膜不同。
在本發(fā)明的第三實(shí)施方案中，除了在第一實(shí)施方案中使用的具有相對較大粒子直徑的磷光體粒子110之外，具有相對較小粒子直徑的磷光體粒子110a與X射線電荷變換薄膜109混合。具有相對較小粒子直徑的磷光體粒子110a的表面也涂覆有光敏材料111a。
在與大粒子110一起使用小粒子110a的情況下，可以再增加X射線電荷變換薄膜109中磷光體粒子的擠壓密度，以便提高X射線的吸收效率和減小X射線電荷變換薄膜109的厚度。因此，可以增加施加到X射線電荷變換薄膜109的電場的強(qiáng)度，以便增加在該X射線電荷變換薄膜中產(chǎn)生的載流子的移動性，由此有效地取出載流子。因此，可以減小施加到X射線電荷變換薄膜109的電壓。
希望較小磷光體粒子110a的粒子直徑約為較大磷光體粒子110的粒子直徑的約0.1至0.3倍，因?yàn)樵谶@種情況下可以提高磷光體粒子的擠壓密度。在本發(fā)明的第三實(shí)施方案中，設(shè)置有保護(hù)二極管701，該二極管701用于當(dāng)像素電極的電位被在該光敏薄膜的上半部分中的電極的高電壓提高時釋放電荷，以便防止像素電位超過開關(guān)TFT的門絕緣薄膜的擊穿電壓。
可以依據(jù)目的改變X射線敏感材料的大粒子和X射線敏感材料的小粒子的種類。例如，可以通過將具有高機(jī)械強(qiáng)度和高光發(fā)射效率的Gd2O2S；Tb的大直徑磷光體粒子與具有高吸收系數(shù)和高變換效率的CsI的小直徑磷光體粒子混合獲得具有高機(jī)械強(qiáng)度和高變換效率的X射線變換薄膜。
在由磷光薄膜和光敏薄膜組成的傳統(tǒng)層疊結(jié)構(gòu)中，熒光在該磷光體內(nèi)被吸收或該磷光薄膜的上表面以及底表面所反射，由此該熒光被衰減。但在本發(fā)明的第三實(shí)施方案中，磷光體粒子涂覆有光敏材料，以便防止該熒光被衰減，由此提高該熒光的使用率。
本發(fā)明不限于以上所描述的各實(shí)施方案。
例如，可以使用任何種類的磷光體，只要該磷光體在X射線照射下能發(fā)出紫外線光、可見光和紅外線光的熒光。例如，金屬氧化物、金屬碘化物和金屬硫化物具有大的X射線吸收系數(shù)，由此，該X射線可以被任何這些材料的薄膜充分吸收，盡管本發(fā)明中使用的磷光體不限于這些材料。特別是，希望例如使用GOS、Gd2O2S；Tb、CsI、ZnS、YxGd1-2xO3或CdWO4作為磷光體，因?yàn)檫@些材料具有大的X射線吸收系數(shù)，由此該X射線可以被這些材料的薄膜充分吸收。此外，在X射線照射時熒光發(fā)射效率特別高。
希望磷光體粒子的粒子直徑在約1μm至約100μm，特別是至約10μm的范圍內(nèi)。如果粒子直徑小于約1μm，則諸如表面狀態(tài)(surface state)的表面缺陷會增加，使得光的發(fā)射效率降低。另一方面，如果粒子直徑大于約100μm，則難以將磷光體粒子與用于形成X射線變換薄膜的其它材料充分混合以通過涂覆形成X射線電荷變換薄膜。
同時希望本發(fā)明中使用的磷光體粒子基本上呈球型，因?yàn)閄射線電荷變換薄膜的厚度很可能做得很均勻。
再有，X射線電荷變換薄膜中的磷光體的等同厚度依據(jù)該磷光材料的X射線吸收系數(shù)來選擇。更具體地說，希望磷光體的等同的厚度在與吸收了至少大約50％的X射線的該磷光體的厚度的大約1至10倍的范圍內(nèi)。具有這一程度的等同厚度的磷光體能夠充分吸收X射線。也希望X射線電荷變換薄膜的厚度在上述等同厚度的大約1.3至3倍的范圍內(nèi)。當(dāng)X射線電荷變換薄膜的厚度在上述范圍內(nèi)時，可以確保通過涂覆形成X射線電荷變換薄膜所需要的充分的流動性。
在本發(fā)明的平板X射線檢測器中使用的光敏材料在諸如紫外線光、可見光或紅外線光的光的照射下產(chǎn)生諸如電子和空穴的載流子，該光敏材料包含由三硝基芴酮(TNF)、二苯基腙、三(8-喹啉醇合)鋁(Alq)和氧鈦構(gòu)成的第一組中的至少一種材料。也希望除了包含第一組中的至少一種材料外，該光敏材料包含由偶氮顏料、角鯊烯嗡顏料、酞菁顏料、鈦氧酞菁顏料和苝系顏料構(gòu)成的第二組中的至少一種材料。但是，本發(fā)明使用的該光敏材料不限于上述示例出的材料。
希望X射線電荷變換薄膜包含光敏材料的量在大約0.1mol％至40mol％之間的范圍內(nèi)。如果包含在X射線電荷變換薄膜中的光敏材料的量小于約0.1mol％，則該光敏材料的敏感度可能會降低。此外，該熒光的吸收系數(shù)易于被降低。另一方面，如果該光敏材料的量大于約40mol％，則可能提供的載流子材料的量不足，使得載流子傳輸特性惡化。
當(dāng)磷光體粒子涂覆有光敏材料時，希望該光敏層的厚度在大約1μm至約100μm的范圍內(nèi)。如果該光敏層的厚度小于約1μm，則可能用該光敏材料均勻地涂覆該磷光體粒子會很困難。此外，可能不能提供充足的熒光的吸收。另一方面，如果該光敏層的厚度大于約100μm，則該光敏材料可以與載流子傳輸材料混合，并且可以提供厚度布均勻的涂覆的光敏層。
希望本發(fā)明中使用的該光敏材料從包含諸如4，4’(9-氧-9H-芴-2，7-二基)雙-(偶氮)-雙[N-(2-二氯苯基)-3-羥基-2-萘羥酰胺]的偶氮系列的顏料和諸如三{4，[3-(2-乙苯基氨基甲?；?-2-羥基苯并]-1-基偶氮}苯基}胺的三偶氮顏料組中選擇的。
在本發(fā)明中可以使用能夠傳輸諸如電子和空穴的載流子的材料作為載流子傳輸材料。更具體地說，在本發(fā)明中使用的載流子傳輸材料包括化合物，其中選自氫、氧和氮的至少一種元素與碳或硅結(jié)合。特別地，希望使用這些化合物的金屬配合物，因?yàn)檫@些金屬配合物呈現(xiàn)高載流子移動性，盡管本發(fā)明中使用的載流子傳輸材料不限于上述示例出的材料。
在上述示例出的材料中，希望使用聚乙烯基咔唑(PVK)、N，N-二苯基．N，N-二(間甲苯基)聯(lián)苯胺(TPD)、聚-對-亞苯基亞乙烯基(PPV)、聚烷基噻吩、4-(二氰基亞甲基)-2-甲基-6-(對二甲氨基苯乙烯基)-4H-吡喃(DCM)、并五苯、NPD、聚亞苯基亞乙烯基、聚烷基噻吩和液晶分子。特別地，更希望使用萘系列有機(jī)液晶材料和4-N，N-雙(4-甲基苯基)氨基-α-苯基-芪，因?yàn)檫@些材料呈現(xiàn)高載流子移動性。也可以將這些有機(jī)材料與諸如聚碳酸酯的聚合物混合。
此外，為了獲得充分的傳導(dǎo)性，希望載流子傳輸材料呈現(xiàn)不低于約1×10-7cm2/(V·ses)的高載流子移動性，而且為了防止暗電流的增加希望載流子傳輸材料具有不低于約1×108Ω的電阻率。
在本發(fā)明的平板x射線檢測器中，可以使用從包含噁唑衍生物、Alq3、n型硅和n型GaAs的用以形成電子傳輸層的組中選擇的至少一種材料。這些材料產(chǎn)生出高電子移動性。
可以使用從包含TPD、二胺、p型硅和p型GaAs的用以形成空穴傳輸層的組中選擇的至少一種材料。這些材料產(chǎn)生出高電子移動性。
在本發(fā)明中，只要在該基材上可以形成TFT，則可以使用任何種類的基材。在前面描述的每一實(shí)施方案中，x射線電荷變換薄膜通過涂覆在低溫下形成。因此，可以使用具有低熱阻抗的塑料形成該基材。
在這種情況下，可以地制出柔軟的整個平板x射線檢測器。在使用塑料基材的情況下，該平板X射線檢測器可以在重量上做得很輕，以便該平板x射線檢測器的運(yùn)輸。
在前面描述的每一實(shí)施方案中，a-si被用作形成TFT的硅。或者，也可以使用多晶硅來形成TFT。在使用多晶硅來形成TFT的情況下，該TFT可以制得很小，以便擴(kuò)大像素的有效面積。此外，在相同的玻璃基材上也形成外圍電路，這導(dǎo)致包括該外圍電路的生產(chǎn)成本降低。
該TFT可以是上門型(top gate type)或底門型(bottom gatetop)。
此外，保護(hù)薄膜107可以例如由非有機(jī)物SiNx或二氧化硅、有機(jī)聚酰亞胺(ε約＝3.3；擊穿電壓約300V/mm)、BCB(ε約＝2.7；擊穿電壓約400V/mm)、由JSR公司生產(chǎn)的丙烯酸光敏樹脂HRC(ε約＝3.2)和黑色抗蝕劑構(gòu)成。也可以將這些材料的薄膜一個一個層疊。此外，基于氟的樹脂具有小的電介質(zhì)常數(shù)(ε約＝2.1)，并且可以被有效地用于形成保護(hù)薄膜107。保護(hù)薄膜107不絕對要求是光敏的。但是，光敏材料的有效是因?yàn)楸阌谛纬蓤D案。
工業(yè)可應(yīng)用性如上所述，本發(fā)明提供了一種具有高分辨率的平板X射線檢測器，能夠以低的生產(chǎn)成本將該檢測器做成大的平板X射線檢測器。
權(quán)利要求
1.一種平板X射線檢測器，包含將射入的X射線變換為電荷的X射線電荷變換薄膜、與所述X射線電荷變換薄膜相鄰的并為每一像素設(shè)置的像素電極、與所述像素電極相連的開關(guān)部件、與所述開關(guān)部件相連的信號線以及給所述開關(guān)部件提供驅(qū)動信號的掃描線，其中所述X射線電荷變換薄膜包含磷光體粒子、光敏材料和載流子傳輸材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的平板X射線檢測器，其中所述磷光體粒子涂覆有所述光敏材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的平板X射線檢測器，其中涂覆有所述磷光體粒子的所述光敏材料的厚度在約1μm至約10μm的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的平板X射線檢測器，其中所述磷光體粒子可以分散在包含所述光敏材料和所述載流子傳輸材料的所述X射線電荷變換薄膜中。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的平板X射線檢測器，其中所述磷光體粒子的粒子直徑在0.5μm至100μm的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的平板X射線檢測器，其中所述磷光體粒子包含至少一種選自金屬氧化物、金屬碘化物和金屬硫化物的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的平板X射線檢測器，其中所述光敏材料包含由三硝基芴酮(TNF)、二苯基腙、三(8-喹啉醇合)鋁(Alq3)和氧鈦構(gòu)成的第一組中的至少一種材料，以及由偶氮顏料、角鯊烯嗡顏料、酞菁顏料、鈦氧酞菁顏料和苝系顏料構(gòu)成的第二組中的至少一種材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的平板X射線檢測器，其中所述載流子傳輸材料是至少一種選自三亞苯基、聚乙烯基咔唑、N，N-二苯基-N，N-二(間甲苯基)聯(lián)苯胺、聚(對亞苯基亞乙烯基)、聚烷基噻吩、4-(二氰基亞甲基)-2-甲基-6-(對二甲氨基苯乙烯基)-4H-吡喃和并五苯的材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的平板X射線檢測器，其中所述磷光體粒子包含多種粒子直徑彼此不同的磷光體粒子。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的平板X射線檢測器，其中直徑較小的磷光體粒子的直徑大約為直徑較大的磷光體粒子的0.1至0.3倍。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的平板X射線檢測器，其中所述像素分別包含一個用于聚集在所述X射線電荷變換薄膜中產(chǎn)生的電荷的電容，并且每一電容在每一像素中與開關(guān)部件相連。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的平板X射線檢測器，其中在所述像素中包含高電壓保護(hù)電路。
13.一種X射線電荷變換薄膜，包含光敏材料、涂覆有該光敏材料的磷光體粒子和載流子傳輸材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的X射線電荷變換薄膜，其中涂覆有所述磷光體粒子的所述光敏材料的厚度在大約1μm至大約10μm的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的X射線電荷變換薄膜，其中所述磷光體粒子的直徑在大約0.5μm至100μm的范圍內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的X射線電荷變換薄膜，其中所述磷光體粒子包含至少一種選自金屬氧化物、金屬碘化物和金屬硫化物的材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的X射線電荷變換薄膜，其中所述所述光敏材料包含由三硝基芴酮(TNF)、二苯基腙、三(8-喹啉醇合)鋁(Alq3)和氧鈦構(gòu)成的第一組中的至少一種材料，或與所述第一組中的至少一種材料一起，由偶氮顏料、角鯊烯嗡顏料、酞菁顏料、鈦氧酞菁顏料和苝系顏料構(gòu)成的第二組中的至少一種材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的X射線電荷變換薄膜，其中所述載流子傳輸材料是至少一種選自三亞苯基、聚乙烯基咔唑、N，N-二苯基-N，N-二(間甲苯基)聯(lián)苯胺、聚(對亞苯基亞乙烯基)、聚烷基噻吩、4-(二氰基亞甲基)-2-甲基-6-(對二甲氨基苯乙烯基)-4H-吡喃和并五苯的材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求13的X射線電荷變換薄膜，其中所述磷光體粒子包含多種粒子直徑彼此不同的磷光體粒子。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的X射線電荷變換薄膜，其中直徑較小的磷光體粒子的直徑大約為直徑較大的磷光體粒子的0.1至0.3倍。
全文摘要
公開了一種平板X射線檢測器,包含將射入的X射線變換為電荷的X射線電荷變換薄膜(109)、與X射線電荷變換薄膜(109)相鄰的并為每一像素設(shè)置的像素電極(504)、與像素電極(504)相連的開關(guān)部件(401)、與開關(guān)部件(401)相連的信號線以及給開關(guān)部件(401)提供驅(qū)動信號的掃描線,其中X射線電荷變換薄膜(109)包含磷光體粒子(110)、光敏材料(111)和載流子傳輸材料(112)。
文檔編號H01L27/14GK1365448SQ01800711
公開日2002年8月21日 申請日期2001年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月28日
發(fā)明者池田光志, 熱田昌己, 內(nèi)藤勝之, 金野晃, 八木均, 田中學(xué) 申請人:株式會社東芝