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    • 专利摘要:
    本發明提供了一種X光影像感測元件，包括：一第一螢光層及一第二螢光層，其相互重疊並各自對一X光光源提供之一入射光具有實質上不同的能量吸收範圍，以各自放出一第一螢光及一第二螢光，其中此第一螢光及第二螢光具有不同波長；一第一光二極體，設置於此第一及此第二螢光層相對於此光源側之另一側；以及一第二光二極體，設置於此第一及此第二螢光層相對於此光源側之另一側，其中此第一光二極體及此第二光二極體各自能感測此第一螢光及此第二螢光。使外，本發明亦提供一種X光影像感測模組。
    公开号:TW201306240A
    申请号:TW100126139
    申请日:2011-07-25
    公开日:2013-02-01
    发明作者:Chih-Hao Wu
    申请人:Chimei Innolux Corp；
    IPC主号:G01T1-00
    专利说明:
    X光影像感測元件及X光影像感測模組
    本發明係有關於X光影像感測元件，且特別是有關於一種適用於雙能量X光照相技術之X光影像感測元件。
    放射線照相技術為現代醫學中廣泛應用的技術，特別是胸部的放射線影像可提供關於胸部骨骼及軟組織大量且重要的診斷資訊，例如可用於探測關於肺部、胸部骨骼結構、上腹部器官(upper abdominal organs)、肺血管結構、中胸椎之椎間隙等骨骼或軟組織的疾病。
    在現有的胸部放射線照相技術中，常會使用雙能量X光照相(dual energy X-ray imaging)技術。雙能量X光照相的原理為連續的對人體照射兩次X光，這兩次的X光各自為高能X光及低能X光。由於高能X光及低能X光對於骨骼結構及軟組織各自具有不同程度的影像對比，藉由計算機針對此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，例如影像可僅呈現骨骼結構或僅呈現軟組織。
    現有的X光影像感測元件通常為間接式的X光影像感測元件，其僅包含一個用以感測X光的螢光層及一個光二極體(photodiode)。X光在穿透人體之後被螢光層所吸收而放出螢光，所放出的螢光被光二極體所吸收並轉換成電子訊號。
    然而，由上述習知的X光影像感測元件以雙能量X光照相技術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模糊。
    因此，亟需發展的是一種可適用於雙能量X光照相技術且能解決上述動態模糊問題之X光影像感測元件。
    本發明實施例係提供一種X光影像感測元件，包括：一第一螢光層及一第二螢光層，其相互重疊並各自對一X光光源提供之一入射光具有實質上不同的能量吸收範圍，以各自放出一第一螢光及一第二螢光，其中此第一螢光及第二螢光具有不同波長；一第一光二極體，設置於此第一及此第二螢光層相對於此光源側之另一側；以及一第二光二極體，設置於此第一及此第二螢光層相對於此光源側之另一側，其中此第一光二極體及此第二光二極體係設計為能各自感測此第一螢光及此第二螢光。
    本發明實施例亦提供一種X光影像感測模組，包括：一基板；複數個如前述之X光影像感測元件設置於此基板之上；一閘極驅動電路，與此些X光影像感測元件電性連接；及一資料驅動電路，與此些X光影像感測元件電性連接，其中此閘極驅動電路及此資料驅動電路係能依時序控制各個X光影像感測元件的開關。
    為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
    本發明接下來將會提供許多不同的實施例以實施本發明中不同的特徵。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明。這些為實施例並非用於限定本發明。此外，在本說明書的各種例子中可能會出現重複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連。此外，一第一元件形成於一第二元件“上方”、“之上”、“之下”或“上”可包含實施例中的該第一元件與第二元件直接接觸，或也可包含該第一元件與第二元件之間更有其他額外元件使該第一元件與第二元件無直接接觸。
    本發明實施例係提供一種新穎的X光影像感測元件，其可適用於雙能量X光照相技術，且僅需照射一次X光，即可同時獲得由高能X光及低能X光感測得到之影像，因而可避免得到具有動態模糊問題的X光影像。
    參見第1圖，其顯示依照本發明一實施例之X光影像感測元件及其相關元件之示意圖。此X光影像感測元件為可為間接式的X光影像感測元件，其至少包含兩個螢光層106、108及兩個光二極體偵測元件114、122，螢光層106、108吸收經穿透物體後之低能X光104a及高能X光104b而激發放出螢光，所放出之螢光110、112由光二極體114、112所吸收並轉換成電子訊號，經由薄膜電晶體130、132及資料線134、136傳遞至計算機中作影像處理，以得到所欲之X光影像。
    X光光源102可同時提供X光照相所需之雙能量X光。在一實施例中，X光光源102可同時提供兩個能量範圍的X光，例如低能X光104a及高能X光104b。低能X光104a之能量範圍可為約40～90kVp，高能X光104b之能量範圍可為約100～160kVp。例如，此X光光源102可包含一或多個真空管、汞燈、同步輻射光源、或前述之組合。
    螢光層106、108相對於X光光源102可為重疊設置，以具有最大的吸光面積。例如，如第1圖所示，螢光層106可重疊設置於螢光層108上(即設置於螢光層108及X光光源102之間)。在一實施例中，螢光層106可吸收低能X光104a之至少一部分能量範圍的X光，例如可吸收能量範圍介於約40～90kVp之間的X光，並可放出波長範圍介於約350~580nm的螢光或磷光110(為了方便敘述，以下皆簡稱為螢光110)，例如綠光。螢光層106可包含例如CsI:Tl、CsI:Na、CdWO4、YTaO4:Nb、Gd2O2S:Tb、Gd2O2S:Pr,Ce,F、CaWO4、CaHfO3:Ce、SrHfO3:Ce、BaHfO3:Ce、NaI:Tl、LaCl3:Ce、LaBr3:Ce、Bi4Ge3O12、Lu2SiO5:Ce、Gd2SiO5:Ce、YAlO3:Ce、LuAlO3:Ce、Lu2Si2O7:Ce等螢光或磷光材料。螢光層108可吸收高能X光104b之至少一部分能量範圍，例如可吸收能量範圍介於約100～160kVp之X光，並可放出波長範圍介於約600~800nm的螢光或磷光112(為了方便敘述，以下皆簡稱為螢光112)，例如紅外光或近紅外光。螢光層108可包含例如Gd3Ga5O12:Cr,Ce、Y1.34Gd0.6Eu0.06O3、Y1.34Gd0.6Pr0.06O3、Lu2O3:Eu,Tb等螢光或磷光材料。藉由調整螢光層106的厚度讓螢光層106主要吸收低能X光104a，雖然螢光層106重疊設置於螢光層108上，高能X光104b仍可穿透螢光層106而幾乎不被吸收，得以進入螢光層108激發螢光層108放光。螢光層106的厚度可約為50~150μm，而螢光層108的厚度可約為150~450μm。
    光二極體114及光二極體122設置於螢光層106、108之相對於X光光源102之另一側。如第1圖所示，光二極體114可設置於第二螢光層108及光二極體122之間。光二極體114可包含電極118、120及半導體層116夾設於電極118、120之間。電極118、120可包含二氧化錫、氧化鋅、氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銻錫(ATO)、摻氟之二氧化錫(FTO)、摻鋁之氧化鋅(AZO)其他合適的透明導電材料。半導體層116可包含非晶矽層，其厚度可為約0.5～2μm，其吸光範圍大致上包含螢光110的波長範圍。光二極體122可包含電極126、128及半導體層124夾設於電極126、128之間。半導體層124可包含多晶矽層，其厚度可為約0.05～1 μm，其吸光範圍大致上包含螢光112的波長範圍。在本實施例中，光二極體114可為垂直式光二極體，其電極118、120為垂直地設置於半導體層124之上方及下方。電極118可例如為p型電極，電極120可例如為n型電極。可瞭解的是，電極118及120之位置或極性亦可互換之。光二極體122可為水平式光二極體，其電極126、128水平地設置於半導體層124的兩側。電極126可例如為n型電極，電極128可例如為p型電極，其位置或極性亦可互換之。
    光二極體114可電性連接至薄膜電晶體130及資料線134。薄膜電晶體一般是由閘極電極、主動層、源極電極汲極電極所組成，其係可作為一開關，控制光二極體的電子訊號的傳遞。例如，薄膜電晶體130係可作為一開關，控制由光二極體114吸收螢光110後所轉換成的電子訊號是否傳遞至資料線134。光二極體122可電性連接至薄膜電晶體132。薄膜電晶體132係可作為一開關，控制由光二極體122吸收螢光112後所轉換成的電子訊號是否傳遞至資料線136。薄膜電晶體130、132可電性連接至同一閘極電路，以同時打開或關閉薄膜電晶體130、132，以使由光二極體114、122所產生的電子訊號得以同時傳遞至資料線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體114所偵測得到之低能X光104a所感測到的影像及由光二極體122所偵測得到之高能X光104b所感測得到的影像，避免了習知X光影像感測元件的動態模糊問題。再者，在本實施例中，由於光二極體122為水平式的多晶矽光二極體，其可由低溫多晶矽(low temperature poly-silicon，LTPS)技術形成，因而可在製造薄膜電晶體130、132的製程中一併予以形成。
    第2圖顯示為由第1圖所示之含多個X光影像感測元件所形成陣列所形成之X光感測模組之上視圖。多個X光影像感測元件202形成於基板上，每個X光感測元件包含至少兩個能量吸收範圍不同的螢光層及兩個光二極體偵測元件。高能X光之資料驅動電路204、低能X光之資料驅動電路206及閘極電路208設置於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，以獲得X光影像感測元件陣列所感測到之X光影像。在一實施例中，高能X光之驅動電路204及低能X光之資料驅動電路206可分開設置。在另一實施例中，可將高能X光之驅動電路204及低能X光之資料驅動電路206可合併設置為一驅動電路。
    第3圖顯示依照本發明另一實施例之X光影像感測元件及其相關元件之示意圖。在此實施例中，除非特別說明，相同的標號代表與前述實施例相同或類似之元件。本實施例與第1圖所示之實施例的主要差異為光二極體122為垂直式的光二極體。本實施之所示之光二極體122大致上可與第1圖所示之光二極體由相同材料形成。例如，光二極體122包含電極126、128及半導體層124夾設於電極126、128之間。電極126可包含二氧化錫、氧化鋅、氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銻錫(ATO)、摻氟之二氧化錫(FTO)、摻鋁之氧化鋅(AZO)、前述之組合或其他合適的透明導電材料。半導體層124可包含多晶矽層，其厚度可為約0.05~1μm，其吸光範圍大致上包含螢光112的波長範圍。在本實施例中，光二極體122可設置為如同光二極體114般的垂直式光二極體，光二極體之電極126、128為垂直地設置於半導體層124之上方及下方。電極126可例如為p型電極，電極128可例如為n型電極。可瞭解的是，電極126及128之位置或極性亦可互換之。
    第4圖顯示依照本發明又一實施例之X光影像感測元件及其相關元件之示意圖。在此實施例中，除非特別說明，相同的標號代表與前述實施例相同或類似之元件。本實施例與第1圖所示之實施例的主要差異為光二極體124直接電性連接至主動式電路140。
    由於多晶矽的分子結構在晶粒中的排列狀態，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矽快了約200～300倍。因此，水平式多晶矽光二極體122可直接電性連接至主動式畫素電路140或成為主動式畫素電路中140之一部分。主動式畫素電路可例如為訊號放大器、薄膜電晶體、資料線、閘極線或前述之組合。水平式多晶矽光二極體122所產生之訊號經由主動式電路140處理後再傳遞至資料線136。
    第5圖顯示依照本發明一變化實施例之X光影像感測元件及其相關元件之示意圖。在此實施例中，除非特別說明，相同的標號代表與前述實施例相同或類似之元件。本實施例與第1圖所示之實施例的主要差異為光二極體114及光二極體122相對於螢光層106、108為水平排列。在一實施例中，光二極體114、122之半導體層116、124可由相同材料形成並具有相同之厚度，例如可包含非晶矽層，厚度可介於約0.5~2μm之間。在此厚度下，半導體層116及124可具有相同的吸光範圍，例如可吸收波長介於300~600nm的螢光。在另一實施例中，光二極體114、122之半導體層116、124亦可具有不同之厚度，但具有重疊的吸光範圍。彩色濾光片150可設置於光二極體114與螢光層108之間，以過濾由高能X光104b所激發之螢光112。彩色濾光片152可設置於光二極體122與螢光層108之間，以過濾由低能X光104a所激發之螢光110。因此，光二極體114僅會偵測到由低能X光104a所激發之螢光110，光二極體122僅會偵測到由高能X光104b所激發之螢光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，在一具體實施例中，低能X光104a激發螢光層106放出藍色螢光(例如波長約420 nm)110，高能X光104b激發螢光層108放出綠色螢光(例如波長約550 nm)112。光二極體114之半導體層116及光二極體122之半導體層124為厚度為0.5~2μm之非晶矽層，具有較寬的吸光範圍，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，光二極體114僅會偵測到由低能X光104a所激發之藍色螢光110，且光二極體122僅會偵測得到由高能X光104b所激發之綠色螢光112。
    此外，由於光二極體114及光二極體122的結構及材料大致上相同，且為水平地排列，因此光二極體114及122此可形成在同一基板上並以同一製程一併完成。彩色濾光片150、152可於隨後再設置於光二極體114及122上。
    第6圖顯示依照本發明另一變化實施例之X光影像感測元件及其相關元件之示意圖。在此實施例中，除非特別說明，相同的標號代表與前述實施例相同或類似之元件。本實施例與第1圖所示之實施例的主要差異為光二極體114之半導體層116及光二極體122之半導體層124為由相同材料形成，但具有不同厚度。例如，光二極體114、122之半導體層116、124皆可包含非晶矽層。在一實施例中，光二極體114之半導體層116之厚度可為1~2μm，光二極體122之半導體層124之厚度可為0.1~0.5μm，半導體層124之厚度可較半導體層116之厚度薄，且半導體層124之吸收範圍可包含至少一部分的半導體層116之吸收範圍。彩色濾光片160可設置於光二極體114與第二螢光層108之間，其可過濾由高能X光104b所激發之螢光112。因此，光二極體114僅會偵測到由低能X光104a所激發之螢光110，光二極體122僅會偵測到由高能X光104b所激發之螢光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，在一具體實施例中，低能X光104a激發螢光層106放出綠色螢光(例如波長約550nm)110，高能X光104b激發至螢光層108放出藍色螢光(例如波長約420 nm)112。光二極體114之半導體層116為厚度為1~2μm之非晶矽層，光二極體122之半導體層124為厚度為0.1~0.5μm之非晶矽層。因此，光二極體114之半導體層116具有較大的吸光範圍，包括吸收藍光及綠光，光二極體122之半導體層124僅會吸收藍光。彩色濾光片160設置於螢光層108與光二極體114之間，其可過濾藍光。因此，光二極體114僅會偵測到由低能X光104a所激發之綠色螢光110，且光二極體122僅會偵測得到由高能X光104b所激發之藍色螢光112。由於光二極體114及光二極體122的結構及材料大致上相同，且為水平地排列，因此光二極體114及122此可形成在同一基板上並以同一製程一併完成。彩色濾光片160於隨後製程中再設置於光二極體114上。
    綜上所述，本發明提供了多個依照本發明實施例之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光照射得到之影像，有效解決習知的X光影像感測裝置動態模糊的問題。
    雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
    102．．．X光光源
    104a．．．低能X光
    104b．．．高能X光
    106．．．螢光層
    108．．．螢光層
    110．．．螢光
    112．．．螢光
    114．．．光二極體
    116．．．半導體層
    118．．．電極
    120．．．電極
    122．．．光二極體
    124．．．半導體層
    126．．．電極
    128．．．電極
    130．．．薄膜電晶體
    132．．．薄膜電晶體
    134．．．資料線
    136．．．資料線
    140．．．主動式電路
    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光之資料驅動電路
    206．．．低能X光之資料驅動電路
    208．．．閘極電路
    第1圖為依照本發明一實施例之X光感測元件之示意圖。
    第2圖為依照本發明一實施例之X光感測元件陣列之上視圖。
    第3～6圖為依照本發明其他各種實施例之X光感測元件之示意圖。
    102．．．X光光源
    104a．．．低能X光
    104b．．．高能X光
    106．．．螢光層
    108．．．螢光層
    110．．．螢光
    112．．．螢光
    114．．．光二極體
    116．．．半導體層
    118．．．電極
    120．．．電極
    122．．．光二極體
    124．．．半導體層
    126．．．電極
    128．．．電極
    130．．．薄膜電晶體
    132．．．薄膜電晶體
    134．．．資料線
    136．．．資料線
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] 一種X光影像感測元件，包括：一第一螢光層及一第二螢光層，其相互重疊並各自對一X光光源提供之一入射光具有實質上不同的能量吸收範圍，以各自放出一第一螢光及一第二螢光，其中該第一螢光及第二螢光具有不同波長；一第一光二極體，設置於該第一及該第二螢光層相對於該光源側之另一側；以及一第二光二極體，設置於該第一及該第二螢光層相對於該光源側之另一側，其中該第一光二極體及該第二光二極體能感測該第一螢光及該第二螢光。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之X光影像感測元件，其中該第一及該第二光二極體相對於該第一及該第二螢光層為重疊排列。
    [3] 如申請專利範圍第2項所述之X光影像感測元件，其中該第一光二極體包含一非晶矽層，該第二光二極體包含一多晶矽層。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之X光影像感測元件，其中該第一及該第二光二極體相對於該第一及該第二螢光層為水平排列。
    [5] 如申請專利範圍第4項所述之X光影像感測元件，其中該第一光二極體及該第二光二極體各自包含一第一非晶矽層及一第二非晶矽層。
    [6] 如申請專利範圍第4項所述之X光影像感測元件，更包含一第一彩色濾光片設置於該第二螢光層與該第一光二極體之間，及一第二彩色濾光片設置於該第二螢光層與該第二光二極體之間，且其中該第一彩色濾光片係能過濾該第二螢光，該第二彩色濾光片係能過濾該第一螢光。
    [7] 如申請專利範圍第6項所述之X光影像感測元件，其中該第一非晶矽層及一第二非晶矽層具有相同厚度。
    [8] 如申請專利範圍第4項所述之X光影像感測元件，更包含一彩色濾光片設置於該第二螢光層與該第二光二極體之間，其中該彩色濾光片係能過濾該第一螢光。
    [9] 如申請專利範圍第8項所述之X光影像感測元件，其中該第一光二極體及該第二螢光層之間不包含彩色濾光片。
    [10] 如申請專利範圍第8項所述之X光影像感測元件，其中該第一非晶矽層及一第二非晶矽層具有不同厚度，且其中該第二非晶矽層之厚度較該第一非晶矽層薄。
    [11] 如申請專利範圍第10項所述之X光影像感測元件，其中該第二非晶矽層之厚度為0.1~0.5μm。
    [12] 如申請專利範圍第1項所述之X光影像感測元件，其中該第一光二極體為垂直式光二極體，該第二光二極體為水平式光二極體。
    [13] 如申請專利範圍第12項所述之X光影像感測元件，其中該第二光二極體電性連接至一主動式電路或為該主動式電路之一部分元件。
    [14] 如申請專利範圍第13項所述之X光影像感測元件，其中該主動式電路包含訊號放大器、薄膜電晶體、資料線、閘極線或前述之組合。
    [15] 如申請專利範圍第1項所述之X光影像感測元件，該第一光二極體及該第二光二極體皆為一垂直式光二極體。
    [16] 如申請專利範圍第1項所述之X光影像感測元件，其中該第一光二極體電性連接至一第一薄膜電晶體，該第二光二極體電性連接至一第二薄膜電晶體。
    [17] 如申請專利範圍第16項所述之X光影像感測元件，其中該第一第一薄膜電晶體及第二薄膜電晶體電性連接至同一閘極電路。
    [18] 如申請專利範圍第1項所述之X光影像感測元件，其中該第一螢光層包含CsI:Tl、CsI:Na、CdWO4、YTaO4:Nb、Gd2O2S:Tb、Gd2O2S:Pr,Ce,F、CaWO4、CaHfO3:Ce、SrHfO3:Ce、BaHfO3:Ce、NaI:Tl、LaCl3:Ce、LaBr3:Ce、Bi4Ge3O12、Lu2SiO5:Ce、Gd2SiO5:Ce、YAlO3:Ce、LuAlO3:Ce、Lu2Si2O7:Ce或前述之組合。
    [19] 如申請專利範圍第1項所述之X光影像感測元件，其中該第二螢光層包含Gd3Ga5O12:Cr,Ce、Y1.34Gd0.6Eu0.06O3、Y1.34Gd0.6Pr0.06O3、Lu2O3:Eu,Tb或前述之組合。
    [20] 一種X光影像感測模組，包括：一基板；複數個如申請專利範圍第1項所述之X光影像感測元件設置於該基板之上；一閘極驅動電路，與該些X光影像感測元件電性連接；及一資料驅動電路，與該些X光影像感測元件電性連接，其中該閘極驅動電路及該資料驅動電路係能依時序控制各個X光影像感測元件的開關。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    US20130026373A1|2013-01-31|
    TWI455297B|2014-10-01|
    引用文献:
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    法律状态:
    2018-07-01| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|
    优先权:
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