專利名稱：X光影像感測元件及感測模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種X光影像感測元件，且特別是涉及一種適用于雙能量X光照相技術(shù)的X光影像感測元件。
背景技術(shù)：
放射線照相技術(shù)為現(xiàn)代醫(yī)學中廣泛應用的技術(shù)，特別是胸部的放射線影像可提供關(guān)于胸部骨骼及軟組織大量且重要的診斷信息，例如可用于探測關(guān)于肺部、胸部骨骼結(jié)構(gòu)、上腹部器官(upper abdominal organs)、肺血管結(jié)構(gòu)、中胸椎的椎間隙等骨骼或軟組織的疾病。
在現(xiàn)有的胸部放射線照相技術(shù)中，常會使用雙能量X光照相(dual energy X-rayimaging)技術(shù)。雙能量X光照相的原理為連續(xù)的對人體照射兩次X光，這兩次的X光分別為高能X光及低能X光。由于高能X光及低能X光對于骨骼結(jié)構(gòu)及軟組織各自具有不同程度的影像對比，通過計算機針對該兩種不同能量所得到的影像作影像處理可得到更為清晰的影像，例如影像可僅呈現(xiàn)骨骼結(jié)構(gòu)或僅呈現(xiàn)軟組織?，F(xiàn)有的X光影像感測元件通常為間接式的X光影像感測元件，其僅包括一個用以感測X光的熒光層及一個光二極管(photodiode)。X光在穿透人體之后被熒光層所吸收而放出熒光，所放出的熒光被光二極管所吸收并轉(zhuǎn)換成電子信號。然而，由上述已知的X光影像感測元件以雙能量X光照相技術(shù)所量測得到的影像仍具有難以解決的問題。在兩次照射的期間，如X光光源或人體有所位移，就會造成影像處理上的異常，稱為動態(tài)模糊(motion blur)。況且，就算將X光光源及人體在兩次照射期間完全固定，心臟的跳動仍會導致動態(tài)模糊。因此，亟需發(fā)展的是一種可適用于雙能量X光照相技術(shù)且能解決上述動態(tài)模糊問題的X光影像感測元件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施提供一種X光影像感測元件，包括第一熒光層及第二熒光層，其相互重疊并分別對X光光源提供的入射光具有實質(zhì)上不同的能量吸收范圍，以各自放出第一熒光及第二熒光，其中該第一熒光及第二熒光具有不同波長；第一光二極管，設(shè)置于該第一及該第二熒光層相對于該光源側(cè)的另一側(cè)；以及第二光二極管，設(shè)置于該第一及該第二熒光層相對于該光源側(cè)的另一側(cè)，其中該第一光二極管及該第二光二極管設(shè)計為能各自感測該第一突光及該第二突光。本發(fā)明實施例亦提供一種X光影像感測模塊，包括基板；多個如前述的X光影像感測元件設(shè)置于該基板之上；柵極驅(qū)動電路，與這些X光影像感測元件電性連接；及數(shù)據(jù)驅(qū)動電路，與這些X光影像感測元件電性連接，其中該柵極驅(qū)動電路及該數(shù)據(jù)驅(qū)動電路能依時序控制各個X光影像感測元件的開關(guān)。為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出優(yōu)選實施例，并配合附圖，作詳細說明如下


圖I為依照本發(fā)明實施例的X光感測元件的示意圖。圖2為依照本發(fā)明實施例的X光感測元件陣列的俯視圖。圖3 6為依照本發(fā)明其他各種實施例的X光感測元件的示意圖。附圖標記說明102 X光光源104a 低能X光 104b 高能X光106 熒光層108 突光層110 突光112 熒光114 光二極管116 半導體層118 電極120 電極122 光二極管124 半導體層126 電極128 電極130 薄膜晶體管132 薄膜晶體管134 數(shù)據(jù)線136 數(shù)據(jù)線140 有源式電路150 彩色濾光片152 彩色濾光片160 彩色濾光片202 X光感測元件陣列204 高能X光的數(shù)據(jù)驅(qū)動電路206 低能X光的數(shù)據(jù)驅(qū)動電路208 柵極電路
具體實施例方式本發(fā)明接下來將會提供許多不同的實施例以實施本發(fā)明中不同的特征。各特定實施例中的組成及配置將會在以下作描述以簡化本發(fā)明。這些實施例并非用于限定本發(fā)明。此外，在本說明書的各種例子中可能會出現(xiàn)重復的元件符號以便簡化描述，但這不代表在各個實施例及/或圖示之間有何特定的關(guān)聯(lián)。此外，第一元件形成于第二元件“上方”、“之上”、“之下”或“上”可包括實施例中的該第一元件與第二元件直接接觸，或也可包括該第一元件與第二元件之間還有其他額外元件使該第一元件與第二元件無直接接觸。本發(fā)明實施例提供一種X光影像感測元件，其可適用于雙能量X光照相技術(shù)，且僅需照射一次X光，即可同時獲得由高能X光及低能X光感測得到的影像，因而可避免得到具有動態(tài)模糊問題的X光影像。參見圖1，其顯示依照本發(fā)明實施例的X光影像感測元件及其相關(guān)元件的示意圖。該X光影像感測元件為可為間接式的X光影像感測元件，其至少包括兩個熒光層106、108及兩個光二極管檢測元件114、122，熒光層106、108吸收經(jīng)穿透物體后的低能X光104a及高能X光104b而激發(fā)放出熒光，所放出的熒光110、112由光二極管114、112所吸收并轉(zhuǎn)換成電子信號，經(jīng)由薄膜晶體管130、132及數(shù)據(jù)線134、136傳遞至計算機中作影像處理，以得到所欲的X光影像。X光光源102可同時提供X光照相所需的雙能量X光。在實施例中，X光光源102可同時提供兩個能量范圍的X光，例如低能X光104a及高能X光104b。低能X光104a的能量范圍可為約 40 90kVp，高能X光104b的能量范圍可為約100 160kVp。例如，該X光光源102可包括一或多個真空管、汞燈、同步輻射光源或前述的組合。突光層106、108相對于X光光源102可為重疊設(shè)置，以具有最大的吸光面積。例如，如圖I所示，熒光層106可重疊設(shè)置于熒光層108上(即設(shè)置于熒光層108及X光光源102之間)。在實施例中，熒光層106可吸收低能X光104a的至少一部分能量范圍的X光，例如可吸收能量范圍介于約40 90kVp之間的X光，并可放出波長范圍介于約350 580nm的突光或磷光110 (為了方便敘述，以下皆簡稱為突光110),例如綠光。突光層106可包括例如 CsI:Tl、CsI:Na、CdWO4、YTaO4:Nb、Gd2O2S:Tb、Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)、CaWO4、CaHfO3:Ce、SrHf03:Ce, BaHfO3:Ce, NaI:TU LaCl3:Ce、LaBr3:Ce, Bi4Ge3O12' Lu2SiO5:Ce, Gd2SiO5:Ce,YAlO3: Ce、LuAlO3: Ce、Lu2Si2O7: Ce等熒光或磷光材料。熒光層108可吸收高能X光104b的至少一部分能量范圍，例如可吸收能量范圍介于約100 160kVp的X光,并可放出波長范圍介于約600 800nm的突光或磷光112 (為了方便敘述，以下皆簡稱為突光112),例如紅外光或近紅外光。熒光層 108 可包括例如 Gd3Ga5O12: Cr，Ce,YL34GdQ.6Eu0.Q603、Y1.34GdQ.6Pr0.Q603、Lu2O3:Eu，Tb等熒光或磷光材料。通過調(diào)整熒光層106的厚度讓熒光層106主要吸收低能X光104a,雖然突光層106重疊設(shè)置于突光層108上，高能X光104b仍可穿透突光層106而幾乎不被吸收，得以進入熒光層108激發(fā)熒光層108放光。熒光層106的厚度可約為50 150 μ m，而熒光層108的厚度可約為150 450 μ m。光二極管114及光二極管122設(shè)置于熒光層106、108的相對于X光光源102的另一側(cè)。如圖I所示，光二極管114可設(shè)置于第二熒光層108及光二極管122之間。光二極管114可包括電極118、120及半導體層116夾設(shè)于電極118、120之間。電極118、120可包括二氧化錫、氧化鋅、氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋪錫(ATO)、摻氟的二氧化錫(FTO)、摻鋁的氧化鋅(AZO)其他合適的透明導電材料。半導體層116可包括非晶硅層，其厚度可為約O. 5 2μπι，其吸光范圍大致上包括熒光110的波長范圍。光二極管122可包括電極126、128及半導體層124夾設(shè)于電極126、128之間。半導體層124可包括多晶娃層，其厚度可為約O. 05 I μπι，其吸光范圍大致上包括熒光112的波長范圍。在本實施例中，光二極管114可為垂直式光二極管，其電極118、120為垂直地設(shè)置于半導體層124的上方及下方。電極118可例如為P型電極，電極120可例如為η型電極?？闪私獾氖牵姌O118及120的位置或極性亦可互換。光二極管122可為水平式光二極管，其電極126、128水平地設(shè)置于半導體層124的兩側(cè)。電極126可例如為η型電極，電極128可例如為ρ型電極，其位置或極性亦可互換。光二極管114可電性連接至薄膜晶體管130及數(shù)據(jù)線134。薄膜晶體管一般是由柵極電極、有源層、源極電極漏極電極所組成，其可作為一開關(guān)，控制光二極管的電子信號的傳遞。例如，薄膜晶體管130可作為開關(guān)，控制由光二極管114吸收熒光110后所轉(zhuǎn)換成的電子信號是否傳遞至數(shù)據(jù)線134。光二極管122可電性連接至薄膜晶體管132。薄膜晶體管132可作為開關(guān)，控制由光二極管122吸收熒光112后所轉(zhuǎn)換成的電子信號是否傳遞至數(shù)據(jù)線136。薄膜晶體管130、132可電性連接至同一柵極電路，以同時打開或關(guān)閉薄膜晶體管130、132，以使由光二極管114、122所產(chǎn)生的電子信號得以同時傳遞至數(shù)據(jù)線134、136。因此，僅需進行一次的X光照射，即可同時獲得由光二極管114所檢測得到的低能X光104a所感測到的影像及由光二極管122所檢測得到的高能X光104b所感測得到的影像，避免了已知X光影像感測元件的動態(tài)模糊問題。再者，在本實施例中，由于光二極管122為水平式的多晶娃光二極管，其可由低溫多晶娃(low temperature poly-silicon, LTPS)技術(shù)形成，因而可在制造薄膜晶體管130、132的工藝中一并予以形成。圖2顯示為由圖I所示的含多個X光影像感測元件所形成陣列所形成的X光感測模塊的俯視圖。多個X光影像感測元件202形成于基板上，每個X光感測元件包括至少兩個能量吸收范圍不同的熒光層及兩個光二極管檢測元件。高能X光的數(shù)據(jù)驅(qū)動電路204、低能X光的數(shù)據(jù)驅(qū)動電路206及柵極電路208設(shè)置于X光感測元件陣列周圍，依時序控制各個X光影像感測元件202的開關(guān)，以獲得X光影像感測元件陣列所感測到的X光影像。在實施例中，高能X光的驅(qū)動電路204及低能X光的數(shù)據(jù)驅(qū)動電路206可分開設(shè)置。在另一實施例中，可將高能X光的驅(qū)動電路204及低能X光的數(shù)據(jù)驅(qū)動電路206可合并設(shè)置為驅(qū)動電路。 圖3顯示依照本發(fā)明另一實施例的X光影像感測元件及其相關(guān)元件的示意圖。在該實施例中，除非特別說明，相同的標號代表與前述實施例相同或類似的元件。本實施例與圖I所示的實施例的主要差異為光二極管122為垂直式的光二極管。本實施的所示的光二極管122大致上可與圖I所示的光二極管由相同材料形成。例如，光二極管122包括電極126、128及半導體層124夾設(shè)于電極126、128之間。電極126可包括二氧化錫、氧化鋅、氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋪錫(ATO)、摻氟的二氧化錫(FTO)、摻招的氧化鋅(AZO)、前述的組合或其他合適的透明導電材料。半導體層124可包括多晶硅層，其厚度可為約O. 05 I μ m，其吸光范圍大致上包括熒光112的波長范圍。在本實施例中，光二極管122可設(shè)置為如同光二極管114般的垂直式光二極管，光二極管的電極126、128為垂直地設(shè)置于半導體層124的上方及下方。電極126可例如為ρ型電極，電極128可例如為η型電極?？闪私獾氖牵姌O126及128的位置或極性亦可互換。圖4顯示依照本發(fā)明又一實施例的X光影像感測元件及其相關(guān)元件的示意圖。在該實施例中，除非特別說明，相同的標號代表與前述實施例相同或類似的元件。本實施例與圖I所示的實施例的主要差異為光二極管124直接電性連接至有源式電路140。由于多晶硅的分子結(jié)構(gòu)在管芯中的排列狀態(tài)，是整齊而有方向性的，因此電子移動速率要比排列雜亂的非晶硅快了約200 300倍。因此，水平式多晶硅光二極管122可直接電性連接至有源式像素電路140或成為有源式像素電路中140的一部分。有源式像素電路可例如為信號放大器、薄膜晶體管、數(shù)據(jù)線、柵極線或前述的組合。水平式多晶硅光二極管122所產(chǎn)生的信號經(jīng)由有源式電路140處理后再傳遞至數(shù)據(jù)線136。圖5顯示依照本發(fā)明變化實施例的X光影像感測元件及其相關(guān)元件的示意圖。在該實施例中，除非特別說明，相同的標號代表與前述實施例相同或類似的元件。本實施例與圖I所不的實施例的主要差異為光二極管114及光二極管122相對于突光層106、108為水平排列。在實施例中，光二極管114、122的半導體層116、124可由相同材料形成并具有相同的厚度，例如可包括非晶硅層，厚度可介于約O. 5 2 μ m之間。在該厚度下，半導體層116及124可具有相同的吸光范圍，例如可吸收波長介于300 600nm的突光。在另一實施例中，光二極管114、122的半導體層116、124亦可具有不同的厚度，但具有重疊的吸光范圍。彩色濾光片150可設(shè)置于光二極管114與突光層108之間，以過濾由高能X光104b所激發(fā)的突光112。彩色濾光片152可設(shè)置于光二極管122與突光層108之間，以過濾由低能X光104a所激發(fā)的熒光110。因此，光二極管114僅會檢測到由低能X光104a所激發(fā)的熒光110，光二極管122僅會檢測到由高能X光104b所激發(fā)的熒光112。僅需照射一次X光源，即可同時獲得來自低能X光104a及高能X光104b照射得到的影像。例如，在具體實施例中，低能X光104a激發(fā)熒光層106放出藍色熒光(例如波長約420nm) 110，高能X光104b激發(fā)熒光層108放出綠色熒光(例如波長約550nm) 112。光二極管114的半導體層116及光二極管122的半導體層124為厚度為O. 5 2μπι的非晶 硅層，具有較寬的吸光范圍，例如可同時吸收藍光及綠光。彩色濾光片150可過濾除了藍光之外的所有波長，彩色濾光片152則可過濾除了綠光之外的所有波長。因此，光二極管114僅會檢測到由低能X光104a所激發(fā)的藍色熒光110，且光二極管122僅會檢測得到由高能X光104b所激發(fā)的綠色熒光112。此外，由于光二極管114及光二極管122的結(jié)構(gòu)及材料大致上相同，且為水平地排列，因此光二極管114及122可形成在同一基板上并以同一工藝一并完成。彩色濾光片150、152可于隨后再設(shè)置于光二極管114及122上。圖6顯示依照本發(fā)明另一變化實施例的X光影像感測元件及其相關(guān)元件的示意圖。在該實施例中，除非特別說明，相同的標號代表與前述實施例相同或類似的元件。本實施例與圖I所示的實施例的主要差異為光二極管114的半導體層116及光二極管122的半導體層124為由相同材料形成，但具有不同厚度。例如，光二極管114、122的半導體層116、124皆可包括非晶硅層。在實施例中，光二極管114的半導體層116的厚度可為I 2μπι，光二極管122的半導體層124的厚度可為O. I O. 5 μ m,半導體層124的厚度可較半導體層116的厚度薄，且半導體層124的吸收范圍可包括至少一部分的半導體層116的吸收范圍。彩色濾光片160可設(shè)置于光二極管114與第二熒光層108之間，其可過濾由高能X光104b所激發(fā)的熒光112。因此，光二極管114僅會檢測到由低能X光104a所激發(fā)的熒光110，光二極管122僅會檢測到由高能X光104b所激發(fā)的熒光112。僅需照射一次X光源，即可同時獲得來自低能X光104a及高能X光104b照射得到的影像。例如，在具體實施例中，低能X光104a激發(fā)熒光層106放出綠色熒光(例如波長約550nm) 110，高能X光104b激發(fā)至熒光層108放出藍色熒光(例如波長約420nm) 112。光二極管114的半導體層116為厚度為I 2μπι的非晶硅層，光二極管122的半導體層124為厚度為O. I O. 5μπι的非晶硅層。因此，光二極管114的半導體層116具有較大的吸光范圍，包括吸收藍光及綠光，光二極管122的半導體層124僅會吸收藍光。彩色濾光片160設(shè)置于熒光層108與光二極管114之間，其可過濾藍光。因此，光二極管114僅會檢測到由低能X光104a所激發(fā)的綠色熒光110，且光二極管122僅會檢測得到由高能X光104b所激發(fā)的藍色熒光112。由于光二極管114及光二極管122的結(jié)構(gòu)及材料大致上相同，且為水平地排列，因此光二極管114及122可形成在同一基板上并以同一工藝一并完成。彩色濾光片160于隨后工藝中再設(shè)置于光二極管114上。綜上所述，本發(fā)明提供了多個依照本發(fā)明實施例的X光影像感測裝置，其僅需一次X光照射即可同時到高能X光及低能X光照射得到的影像，有效解決已知的X光影像感測裝置動態(tài)模糊的問題。雖然本發(fā)明已以數(shù)個優(yōu)選實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作任意的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視權(quán)利要求所界·定為準。
權(quán)利要求
1.一種X光影像感測元件，包括 第一突光層及第二突光層，其相互重疊并各自對X光光源提供的入射光具有不同的能量吸收范圍，以分別放出第一突光及第二突光，其中該第一突光及第二突光具有不同波長; 第一光二極管，設(shè)置于該第一及該第二熒光層相對于該光源側(cè)的另一側(cè)；以及 第二光二極管，設(shè)置于該第一及該第二熒光層相對于該光源側(cè)的另一側(cè)，其中該第一光二極管及該第二光二極管能感測該第一熒光及該第二熒光。
2.如權(quán)利要求I所述的X光影像感測元件，其中該第一及該第二光二極管相對于該第一及該第二突光層為重疊排列。
3.如權(quán)利要求2所述的X光影像感測元件，其中該第一光二極管包括非晶硅層，該第二光二極管包括多晶娃層。
4.如權(quán)利要求I所述的X光影像感測元件，其中該第一及該第二光二極管相對于該第一及該第二熒光層為水平排列。
5.如權(quán)利要求4所述的X光影像感測元件，其中該第一光二極管及該第二光二極管各自包括第一非晶娃層及第二非晶娃層。
6.如權(quán)利要求4所述的X光影像感測元件，還包括第一彩色濾光片設(shè)置于該第二熒光層與該第一光二極管之間，及第二彩色濾光片設(shè)置于該第二突光層與該第二光二極管之間，且其中該第一彩色濾光片能過濾該第二熒光，該第二彩色濾光片能過濾該第一熒光。
7.如權(quán)利要求6所述的X光影像感測元件，其中該第一非晶硅層及第二非晶硅層具有相同厚度。
8.如權(quán)利要求4所述的X光影像感測元件，還包括彩色濾光片設(shè)置于該第二熒光層與該第二光二極管之間，其中該彩色濾光片能過濾該第一熒光。
9.如權(quán)利要求8所述的X光影像感測元件，其中該第一光二極管及該第二熒光層之間不包括彩色濾光片。
10.如權(quán)利要求8所述的X光影像感測元件，其中該第一非晶硅層及第二非晶硅層具有不同厚度，且其中該第二非晶硅層的厚度較該第一非晶硅層薄。
11.如權(quán)利要求10所述的X光影像感測元件，其中該第二非晶硅層的厚度為O.I O. 5 μ m0
12.如權(quán)利要求I所述的X光影像感測元件，其中該第一光二極管為垂直式光二極管，該第二光二極管為水平式光二極管。
13.如權(quán)利要求12所述的X光影像感測元件，其中該第二光二極管電性連接至有源式電路或為該有源式電路的一部分元件。
14.如權(quán)利要求13所述的X光影像感測元件，其中該有源式電路包括信號放大器、薄膜晶體管、數(shù)據(jù)線、柵極線或前述的組合。
15.如權(quán)利要求I所述的X光影像感測元件，該第一光二極管及該第二光二極管皆為垂直式光二極管。
16.如權(quán)利要求I所述的X光影像感測元件，其中該第一光二極管電性連接至第一薄膜晶體管，該第二光二極管電性連接至第二薄膜晶體管。
17.如權(quán)利要求16所述的X光影像感測元件，其中該第一薄膜晶體管及第二薄膜晶體管電性連接至同一柵極電路。
18.如權(quán)利要求I所述的X光影像感測元件，其中該第一熒光層包括CsI:Tl、CsI:Na、CdWO4、YTaO4:Nb、Gd2O2S:Tb、Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)、CaWO4、CaHfO3:Ce、SrHfO3:Ce、BaHfO3:Ce、NaI: Tl> LaCl3: Ce> LaBr3: Ce> Bi4Ge3O12^ Lu2SiO5: Ce> Gd2SiO5: Ce> YAlO3: Ce> LuAlO3: Ce>Lu2Si2O7ICe或前述材料的組合。
19.如權(quán)利要求I所述的X光影像感測元件，其中該第二熒光層包括Gd3Ga5O12= Cr, Ce、Y1.34Gd0.6Eu0.0603> Y1.34Gd0.6Pr0.0603, Lu2O3:Eu, Tb 或前述材料的組合。
20.一種X光影像感測模塊，包括 基板； 多個如權(quán)利要求I所述的X光影像感測元件，設(shè)置于該基板之上； 柵極驅(qū)動電路，與該多個X光影像感測元件電性連接 '及 數(shù)據(jù)驅(qū)動電路，與該多個X光影像感測元件電性連接，其中該柵極驅(qū)動電路及該數(shù)據(jù)驅(qū)動電路能依時序控制各個X光影像感測元件的開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種X光影像感測元件及感測模塊。該感測元件包括第一熒光層及第二熒光層，其相互重疊并各自對X光光源提供的入射光具有實質(zhì)上不同的能量吸收范圍，以分別放出第一熒光及第二熒光，其中該第一熒光及第二熒光具有不同波長；第一光二極管，設(shè)置于該第一及該第二熒光層相對于該光源側(cè)的另一側(cè)；以及第二光二極管，設(shè)置于該第一及該第二熒光層相對于該光源側(cè)的另一側(cè)，其中該第一光二極管及該第二光二極管各自能感測該第一熒光及該第二熒光。
文檔編號H04N5/32GK102903721SQ20111020854
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者吳智濠 申請人:群康科技(深圳)有限公司, 奇美電子股份有限公司