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TWI461725B - 輻射成像系統 - Google Patents

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TWI461725B
TWI461725B TW101127718A TW101127718A TWI461725B TW I461725 B TWI461725 B TW I461725B TW 101127718 A TW101127718 A TW 101127718A TW 101127718 A TW101127718 A TW 101127718A TW I461725 B TWI461725 B TW I461725B
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Hyun Suk Jang
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Description

輻射成像系統
本發明係有關於輻射成像系統。特別是有關於使用新穎組合物做為輻射轉換層，上述轉換層吸收輻射然後產生與吸收的輻射成比例的電荷。
傳統的醫療診斷程序將X光影像圖案紀錄在銀鹽片。這些系統指揮最初一致圖案的X光輻射穿過病人，以X光輻射強化銀幕擷取成像之X光輻射的模組化圖案，紀錄強化的圖案於銀鹽片，化學轉化此輻射圖案為永久可視影像，即為X線片。
X線片是藉由使用複數個輻射感應材料直接以電荷的成像模組化圖案補捉放射影像。依據X光輻射的強度，在畫素區域內由X光輻射電子性或光學性產生的電荷被規則放置之分離型固態輻射感測器陣列量化。發明人Lee et al.於1994年6月7日取得，指定給杜邦公司(E.I.du Pont de Nemours and company)之美國專利No.5,319,206，敘述一使用光導層材料產生電子-電洞對的成像模組化區域分佈，上述電子-電洞對隨即被如薄膜電晶體的電感裝置轉換成對應的類比畫素(影像元件)值。美國專利No.5,262,649(Antonuk et al.)即描述磷層或閃爍材料的系統，其產生光子的成像模組化分佈，再被如非晶矽矽光二極體之光感裝置轉換成對應之電荷的成像模組化分佈。這 些固態系統具有可X光輻射重複曝光而無須使用銀鹽片的化學加工之優點。
在使用如美國專利No.5,319,206所描述之光導材料如硒的系統中(第1圖)，在成像模組化X光輻射曝光前，對上電極1施加電位能而產生適當的電場。在X光輻射10曝光時，對應X光輻射的成像模組化圖案的強度產生電子-電洞對(以-/+表示)於光導層3，這些電子-電洞對則被以高壓電源器12施加在電場中的偏壓分開。電子-電洞對沿著電場線往光導層3的相對表面以相反方向移動。在X光輻射曝光後，電荷影像儲存在TFT陣列7A的儲存電容8中。這個影像電荷再被直角陣列的薄膜電晶體7以及整合電荷放大器6判讀。上述直接轉換系統具有幾乎不受X光轉換光導層厚度的影響而能維持高空間解析度的優點。然而，目前僅有非常少數直接轉換光導器可做為商業產品。最受歡迎且技術成熟的材料是非晶矽硒，其對X光產生的電子與電洞均具有優良電荷傳遞特性。然而，硒的原子數34在低能量範圍，典型在30Kev以下，具有好的X光吸收性。對於高能量X光，硒的吸收系數變小因此需要更厚的硒才能抓取足夠的X光。由於硒的厚度對於製造好的成像品質的非晶矽硒的複雜度與困難度有很大的影響，目前成功的X光成像產品僅限於低能量X光運用，如乳房X光檢查、低能量X光結晶學、低能量非破壞性測試。
在使用磷或閃爍材料層的系統，其產生光子的成像模組化分佈接著被如非晶矽光二極體的光感裝置轉換成電荷 的成像模組化分佈，被吸收的X光產生的閃爍可進行數次散射，因此會在被光感成像裝置偵測到之前擴散。可選擇具有較高X光吸收系數的磷類元素，其包含較高原子數分子，例如釓(原子數64)、銫(原子重量133)、碘(53)、鑭(57)、铽(57)、鋇(56)等。然而因為閃爍的散射，這類件接轉換X光偵測器具有高點擴散功能，導致與直接轉換類型如硒比較，空間解析度較低。
因而需要設計輻射成像系統，其在大範圍輻射能量具有足夠的輻射吸收，且不論輻射吸收媒介的厚度都能維持高空間解析度。
本發明之一實施例是針對輻射成像系統，其包括：一輻射轉換層；一位於輻射轉換層上的上電極；以及一電性耦合於輻射轉換層的畫素單元陣列(pixel unit array)；其中該輻射轉換層包含一含有電荷傳遞材料(CTM)之有機基質；以及用以吸收輻射之閃爍顆粒，該閃爍顆粒分散於該有機基質中；其中該閃爍顆粒與電荷產生材料(CGM)接觸。
上述與閃爍顆粒接觸之電荷產生材料(CGM)是以與該電荷傳遞材料(CTM)組成混合物的形式存在於該有機基質中。
上述閃爍顆粒的表面是部分或全部都塗上電荷產生材料(CGM)。
上述塗佈於閃爍顆粒表面之電荷產生材料的厚度足以 吸收20%發自於閃爍顆粒的光。
上述閃爍顆粒包含至少一種擇自硫氧化钆(GOS)、碘化銫(CsI)、碘化鈉(NaI)、鍺酸鉍(BGO)、硫化鋅(ZnS)、鎢酸鎘(CdWO4 或CWO、閃爍晶體(LYSO Lu1.8 Y0.2 SiO5 (Ce))以及與上述相似還有上述之組合。
上述閃爍顆粒摻雜包含至少一種擇自銪(Eu)、铽(Tb)、鐠(Pr)、鋰(Li)以及上述組合之摻雜劑。
上述摻雜之閃爍顆粒的原子光譜是在CGM材料的吸收光譜範圍內。
上述電荷產生材料是至少一種擇自喹啉、吡喀紫質、喹吖酮(quinacridones)、二溴基蒽嵌蒽醌顏料、方酸立鎓(squalilium)染料、二胺基二萘嵌苯、二胺基培瑞酮、多核芳香醌、吡喃鹽(pyrylium salts)、硫代吡喃鹽、偶氮顏料、三苯甲烷類染料、硒、氧化釩花青染料(oxyvanadium phthalocyanine)、鋁酞青素、銅花青、氧鈦青素、氯化鎵花青染料(chlorogallium phthalocyanine)、氫化鎵花青染料(hydroxygallium phthalocyanine)、鎂青素、無金屬青素、靛青色染料以及上述之組合。上述電荷產生材料可單獨使用或兩種及兩種以上組合使用。
上述電荷傳遞材料是至少一種擇自4,4’-三苯胺二聚物(TPD)、9-二氰甲烯-2,4,7-三硝基芴、N,N’-二(富馬酸二甲酯-1-yl)-N,N’-二(4-甲基-苯基)-聯苯胺、N,N’-二(富馬酸二甲酯-2-yl)-N,N’-二(3-甲基-苯基)-聯苯胺、4,4’-(1,2-聯亞甲基(ethanediylidene))-雙(2,6- 雙甲基-2,5-環己烯-1-酮)、2-(1,1-雙甲基乙基)-4-[3-(1,1-雙甲基乙基)-5-甲基-4-羰基-2,5-環己基-二烯-1-ylidene]-6-甲基-2,5-環己二烯-1-酮、N,N’-二(富馬酸二甲酯-1-yl)-N,N’-二(3-甲基-苯基)-聯苯胺、聚(3-辛基噻吩(octylthiophene)-2,5-diyl)、聚(3-癸基噻吩(decylthiophene)-2,5-diyl)、N-雙苯基yl-N-苯基-N-(3-甲基苯基)-胺、4-N,N-雙(4-甲基苯基)-氨基-苯甲醛-N,N’-二苯基腙(hydrazone)、p-二苯基胺苯甲醛-N-苯基-甲基-腙、N,N’-二苯基-N,N’-雙(3-羥苯基)-1,1’-二苯基-4,4’-雙胺、N,N’-雙苯基-N,N’-雙(3-甲基苯基)-1,1’-二苯基-4,4’-雙胺、N,N,N’N’-四(4-甲基苯基)-(1,1’-雙苯基)-4,4’-雙胺、4,4’-(3,4-雙甲基苯基氮烷diyl)雙(4,1-苯)雙甲烷、N,N’-雙(3-甲基苯基)-N,N’-雙(4-n-丁苯基)-1,1’-三聯苯-4,4’-雙胺以及上述之組合。上述電荷傳遞材料可單獨使用或兩種及兩種以上組合使用。
CGM對CTM的重量比率為約1：99至95：5。
閃爍顆粒的平均粒徑是在約1至100μm的範圍。
閃爍顆粒在混合物中的重量比例是約10vol%至約95vol%。
輻射是至少一種擇自由X光、γ射線以及游離輻射所組成之群組。
上述輻射轉換層具有厚度約5μm至2000μm。
上述輻射成像系統，還包括一電荷注入阻障層(charge injection blocking layer)於輻射轉換層以及上電極之間。
上述畫素單元陣列包括一電荷收集電極，用以在輻射轉換層的畫素區域中收集電荷訊號；一訊號儲存電容，其連接於該電荷收集電極，用以儲存電荷收集電極所收集的電荷訊號；以及一電晶體，其連接於電荷收集電極，用以轉換電荷收集電極上的電荷訊號成電壓訊號，並轉換電壓訊號為訊號線。
該閃爍顆粒的尺寸小於該輻射成像偵知器的畫素尺寸。
上述本發明之特徵，透過更詳細的說明結合下列圖式，將更為清楚。
以下將更詳細說明本發明，實施例的部分將節錄於此，而不是所有的實施例。事實上，本發明可在不同形式做變化，不限定於下列實施例，下列揭露之實施例僅用來滿足法律上申請的必要條件。
以下將對照所附圖示更詳細說明本發明，然而這些實施例可以不同形式進行，而不限定於下列的描述。下述之實施例是為了更完整仔細的揭露發明內容，而能夠向熟習此技術的人士完整表達發明的範圍。
在圖示中，薄層以及區域的尺寸有增大用以更清楚描繪出內容。此外，當薄層或元件是在其他薄層或基材之上， 該薄層可能是直接在另一薄層或基材上，也有可能有其他層在其中間。反之亦然，薄層在另一薄層之下，有可能薄層直接在另一薄層之下，或者在這兩層薄層中間可能有多層中間層在其中。此外，當一薄層在兩層中間時，該薄層有可能是上述兩層中唯一的一層，或者會有一個層或多層在其中。在說明中相同號碼代表著相同的元件。
在此省略對熟習此技藝者即明顯易懂的部分，以求精簡。
本發明之一實施例是針對輻射成像系統，其包括：一輻射轉換層；一位於輻射轉換層上的上電極；以及一電性耦合於輻射轉換層的畫素單元陣列；其中該輻射轉換層包含有機基質以及用以吸收輻射之閃爍顆粒。
上述閃爍顆粒分散於該有機基質中。；上述閃爍顆粒與電荷產生材料(CGM)接觸。例如，上述閃爍顆粒的表面是部分或全部都塗上電荷產生材料(CGM)。
這裡所謂的”接觸”是指閃爍顆粒與電荷產生材料(CGM)互相緊密接觸的狀態。在一實施例中，電荷產生材料(CGM)包圍整個閃爍顆粒的表面。另一實施例，閃爍顆粒的部份表面則塗佈電產生材料。再另一實施例，閃爍顆粒能與電荷產生材料存在於一混合物中而接觸，上述電荷傳遞材料在有機基質中。
閃爍顆粒可分散於連續狀態的有機基質中。
第1圖係繪示根據本發明之實施例的輻射成像系統。 如第1圖所示，閃爍顆粒10分散於有機基質20中。
第2圖係繪示根據一實施例的輻射轉換層。如第2圖所示，閃爍顆粒10塗佈有電荷產生材料(CGM)21，而塗佈的閃爍顆粒分散於有機基質20中。
閃爍顆粒吸收輻射且產生強度與吸收的能量成比例的光波。具有高原子數的閃爍顆粒能有效吸收高輻射能量，而為較佳的選擇。
閃爍顆粒可包括，但不限於硫氧化钆(GOS)、碘化銫(CsI)、碘化鈉(NaI)、鍺酸鉍(BGO)、硫化鋅(ZnS)、鎢酸鎘(CdWO4 或CWO、閃爍晶體(LYSO Lu1.8 Y0.2 SiO5 (Ce))。上述閃爍顆粒可單獨使用，亦可組合兩者或以上使用之。其中較佳是硫氧化钆(GOS)。
閃爍顆粒的尺寸可小於輻射成像偵知器的畫素尺寸。例如，閃爍顆粒的平均粒徑可在約1至100μm的範圍，如3至50μm。在上述範圍內，組合物能提供輻射成性偵知器良好的解析度以及低雜訊。
在一實施例中，閃爍顆粒能塗有摻雜劑。摻雜劑包括，但不限於銪(Eu)、铽(Tb)、鐠(Pr)、以及鋰(Li)。這些摻雜劑可單獨使用亦可兩者或以上組合使用。每個閃爍顆粒的閃爍光譜可因不同摻雜劑而有所不同，可配合電荷產生材料的吸收光譜選擇適當的使用。例如，摻雜之閃爍顆粒的原子光譜是在電荷產生材料(CGM)的原子光譜中。在一實施例中，閃爍顆粒為硫氧化钆(GOS)，而電荷產生材料(CGM)是花青染料(phthalocyanine)類化合物，摻雜劑則擇自Eu，因為Eu摻雜的閃爍顆粒的原子光譜與花青染料類電荷 產生材料(CGM)的吸收光譜相合。
上述有機基質是包含電荷傳遞材料的有機光導體材料(OPC)。在一實施例中，有機基質可為電荷傳遞材料。在其他實施例，有機基質可為電荷產生材料(CGM)與電荷傳遞材料(CTM)的混合物。
電荷產生材料(CGM)在有機基質中能與電荷傳遞材料(CGM)有電性接觸。
當電荷產生材料塗佈在閃爍顆粒上時，電荷產生材料塗佈於閃爍顆粒上的厚度可能足夠吸收大於約20%，較佳是30%或更多的閃爍顆粒散發的閃爍光。
電荷產生材料包括，但不限於喹啉、吡喀紫質、喹吖酮、二溴基蒽嵌蒽醌顏料、方酸立鎓染料、二胺基二萘嵌苯、二胺基培瑞酮、多核芳香醌、吡喃鹽、硫代吡喃鹽、偶氮顏料、三苯甲烷類染料、硒、氧化釩花青染料、鋁酞青素、銅花青、氧鈦青素、氯化鎵花青染料、氫化鎵花青染料、鎂青素、無金屬青素、靛青色染料。上述電荷產生材料可單獨使用，亦可兩種或兩種以上組合使用。例如2,9-二苄(Dibenzyl)-蒽(anthra)[2,1,9-def：6,5,10-d’e’f’]雙異喹啉(diisoquinoline)-1,3,8,10-四酮、花青染料鐵(II)錯化合物、8,9,18,19-四氯-二苯並咪唑(2,1-a：1’,2’-b’)蒽(2,1,9-def：6,5,10,d’e’f’)雙異喹啉-6,16-二酮(與順式異構物之混合物)、5,10,15,20-四苯基卟吩氧釩(IV)化物、2,9-二(十三基-7-yl)-蒽 [2,1,9-def：6,5,10-d’e’f’]雙異喹啉-1,3,8,10-四酮、2,9-Di(pent-3-yl)-蒽[2,1,9-def：6,5,10-d’e’f’]雙異喹啉-1,3,8,10-四酮、2,9-二苄-5,6,12,13-四氯-蒽(2,1,9-def：6,5,10-d’e’f’)雙異喹啉-1,3,8,10-四酮、2,9-二丙基-5,6,12,13-四氯-蒽(2,1,9-def：6,5,10-d’e’f’)雙異喹啉-1,3,8,10-四酮、2,9-二甲基-5,6,12,13-四氯-蒽(2,1,9-def：6,5,10-d’e’f’)雙異喹啉-1,3,8,10-四酮、2,9-二苄-5,6,12,13-四氯-蒽(2,1,9-def：6,5,10-d’e’f’)雙異喹啉-1,3,8,10-四酮、花青染料鉛錯化合物、鈦氧(IV)花青染料鈦氧、與2%之混有2%的BM5聚乙烯醛縮丁醛(Polyvinylbutyral)黏結劑的96% 1,3-二氧戊環(dioxolane)，1-(4-雙甲基胺基苯基)-3-(4-雙甲基氨環己-2,5-二烯-1-ylidene)-2-羰基環丁-4-olate、銦(III)花青染料氯化物、1-(2,5-二甲基-吡咯(pyrrol)-3-yl)-3-(2,5-二甲基-吡咯鎓-3-ylidene)-環丁-2-酮-4-olate、1-(1-芐基(Benzyl)-喹啉-4-ylidene甲基)-3-(1-芐基-喹啉鎓-4-yl-甲烯)2-氧代-環己烯-4-olate、5,10,15,20-四苯基卟吩(無金屬)、1-(4-二甲基氨-2-氫氧基-苯基)-3-(4-二甲基胺-2-氫氧基-環己-2,5-二烯-1-ylidene)-2-氧代-環己-4-olate、二苯並咪唑[2,1-a：2’,1’-a’]蒽[2,1,9-def：6,5,10-d’e’f’]雙異喹啉-10-21-二酮 (與順式異構物之混合物)、氧化鈦(IV)花青染料、5,10,15,20-四苯基卟吩鈷(II)、1-(3,5-二甲基-4-乙基-吡咯-2-yl)-3-(3,5-二甲基-4-乙基-吡咯鎓-2-ylidene)-環丁-2-酮-4-olate、聯咪唑[2,1-a：2’,1’]蒽〔2,1,9-def：6,5,10-d’e’f’]雙異喹啉-二酮(與順式異構物之混合物)、2,9-Di(2-甲氧乙基)-蒽[2,1,9-def：6,5,10-d’e’f’]雙異喹啉-1,3,8-10-四酮、氯化鐵(III)四苯基卟吩、亞洛立鎓(Azulenylium)、二氫-3-[2-氫氧-3-(5-異丙基-3,8-二甲基-1.亞洛連基(azulenyl))-4-oxo-2-環丁-1-ylidene]-7-異丙基-1,4-二甲基、氧化物等等。
電荷傳遞材料包括有，但不限於4,4’-三苯胺二聚物(TPD)、9-二氰甲烯-2,4,7-三硝基芴、N,N’-二(富馬酸二甲酯-1-yl)-N,N’-二(4-甲基-苯基)-聯苯胺、N,N’-二(富馬酸二甲酯-2-yl)-N,N’-二(3-甲基-苯基)-聯苯胺、4,4’-(1,2-聯亞甲基)-雙(2,6-雙甲基-2,5-環己烯-1-酮)、2-(1,1-雙甲基乙基)-4-[3-(1,1-雙甲基乙基)-5-甲基-4-羰基-2,5-環己基-二烯-1-ylidene]-6-甲基-2,5-環己二烯-1-酮、N,N’-二(富馬酸二甲酯-1-yl)-N,N’-二(3-甲基-苯基)-聯苯胺、聚(3-辛基噻吩-2,5-diyl)、聚(3-癸基噻吩-2,5-diyl)、N-雙苯基yl-N-苯基-N-(3-甲基苯基)-胺、4-N,N-雙(4-甲基苯基)-氨基-苯甲醛-N,N’-二苯基腙、p-二苯基胺苯甲醛-N-苯基-甲基-腙、N,N’-二苯基-N,N’-雙(3-羥苯基)-1,1’-二苯基-4,4’-雙胺、N,N’- 雙苯基-N,N’-雙(3-甲基苯基)-1,1’-二苯基-4,4’-雙胺、N,N,N’N’-四(4-甲基苯基)-(1,1’-雙苯基)-4,4’-雙胺、4,4’-(3,4-雙甲基苯基氮烷diyl)雙(4,1-苯)雙甲烷、N,N’-雙(3-甲基苯基)-N,N’-雙(4-n-丁苯基)-1,1’-三聯苯-4,4’-雙胺。上述電荷傳遞材料能單獨使用，亦可使用兩者或兩者以上之組合。
CGM對CTM的重量比約為1：99至95：5，如10：90至80：20。在上述範圍內，該層能提供輻射成像系統好的解析度以及低雜訊。
閃爍顆粒在有機基質的體積比例為約10 vol%至95 vol%，例如約15 vol%至80 vol%。在上述範圍，組合物能提供輻射成像系統好的解析度與低雜訊。例如，閃爍顆粒在有機基質的體積比例為約20 vol%至65 vol%。
第3圖係繪示根據本發明實施例的輻射成像系統。上述輻射成像系統包括輻射轉換層100、在輻射轉換層上的上電極300以及電性耦合在輻射轉換層上的畫素單元陣列。
上述輻射是一擇自由X射線、γ射線以及游離輻射所組成之群組的輻射。游離輻射可包括所有能穿透材料的輻射，而製造光於閃爍顆粒。例如游離輻射可包括α射線、β射線、中子等等。
輻射轉換層100可藉由混合有機基質與閃爍顆粒成一組合物，再將組合物塗佈在影像電荷收集裝置而形成。
在一實施例，可將電荷產生材料(CGM)塗佈在閃爍顆粒 的表面，再將塗佈有電荷產生材料的閃爍顆粒分散在含有電荷傳遞材料(CTM)的有機基質中而形成上述組合物。
另一實施例，可混合電荷產生材料(CTM)與電荷傳遞材料(CTM)成有機基質，再將閃爍顆粒分散在上述有機基質中而形成上述組合物。
上述有機基質中可加入樹脂黏結劑。樹脂黏結劑的範例包括，但不限於苯乙烯基樹脂、聚烯烴、丙烯醛基樹脂、醋酸乙烯酯基樹脂、環氧樹脂、聚胺基甲酸乙酯樹脂、酚樹脂、聚酯樹脂、醇酸聚酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、矽樹脂、三聚氰胺樹脂等等。
上述樹脂黏結劑可溶解於芳香烴溶劑，例如酒精、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、甲乙酮、環己烷、酯酸乙酯、丁酸丁酯、甲氧基乙醇醚、乙氧基乙醇醚、四氫呋喃、1,4-二氧陸圜、吡啶、二乙基胺等等的溶劑。
將閃爍顆粒分散於有機基質的方式可用超音波擴散裝置、球磨機、砂磨機或均質混合機。
輻射轉換層100具有約5μm至2000μm的厚度，如約10μm至1000μm。上述輻射轉換層100可沉積在影像電荷收集裝置之上。
上述輻射影像系統還包括電荷注入阻障層200在輻射轉換層與上電極之間。
畫素單元陣列包括電荷收集電極500，用以收集輻射轉換層中的畫素區域的電荷訊號；訊號儲存電容700，連接於電荷收集電極用以儲存電荷收集電極與電晶體800收 集的電荷，上述電晶體連接到電荷收集電極，用以轉換電荷收集電極上的電荷訊號為電壓訊號並轉換電壓訊號為訊號線。
在一實施例，輻射成像系統可藉由市面上販售的薄膜電晶體面板，其面板包括一基材600，訊號儲存電容700，電晶體800，以及電荷放大器900。液晶顯示器使用的面板會是個方便的選擇。電荷收集電極500形成於薄膜電晶體面板上。在電荷收集電極500的表面可再形成電子阻障層400。上述電子阻障層400較佳是氧化鋁。本發明之輻射轉換層100可塗佈在電子阻障層400上。電荷注入阻障層200與上電極300可行成在輻射轉換層100上。
在被閃爍顆粒的輻射吸收時，產生的閃爍光馬上被鄰近CGM材料所吸收，在位置上被轉換成電荷。在施加偏壓的電場中，上述電荷被基質中的CTM材料分開且傳遞到上和下介面，且被如薄膜電晶體(TFT)陣列之成像系統的畫素電極收集。
閃爍顆粒衰退時間與餘輝特性也可選擇以配合成像系統的需求，例如成像畫面更新率(frame rate)、曝光累積時間(image integration time)等等。在一實施例中，以花青染料為基底的CGM材料的光吸收係數可配合摻雜銪的硫氧化钆(Europium doped GOS)的閃爍光譜。閃爍光可在非常短的瞬間(如0.01~10微米)被周圍的CGM材料吸收，CGM可隨即在輻射被吸收的地方於閃爍顆粒附近產生電荷。
傳統閃爍成像偵知器的閃爍光，在到達感光二極體之 電荷裝置的光之前需要經過通常為數百微米長距離。在這長光程中，傳統閃爍成像偵知器的閃爍光在閃爍材料內部會進行許多散射，導致影像清晰度惡化。
另一方面，本發明之組合物能在光大量散射之前，局部性轉換閃爍光為電荷。電荷即被CTM材料內的電場導向相對應的影像充電電極，而維持高的空間影像解析度。根據本發明之輻射成像系統而得之影像品質，能與直接轉換半導體，例如硒而產生的相提並論。除了高影像空間品質，本發明之輻射轉換層的輻射吸收效率可擇自大範圍之具有不同原子數以及顆粒尺寸的閃爍材料。
本發明之組合物能塗佈在例如薄膜電晶體(TFT)之帶電判讀系統，而形成類似Lee et al.於1994年6月7日所獲得之美國專利No.5,319,206揭露之TFT陣列的輻射轉換層，上述專利之完整內容包括於本專利申請之參考文件中。在輻射轉換層之上可再沉積上電極。在上電極與TFT電流回流平面之間可施加偏壓，產生一致電場於輻射轉換層中。在成像過程，衝擊輻射(impinging radiation)穿過如人體的物體，可被輻射轉換層中的組合物吸收，產生與被吸收輻射能量的強度成比例的光。大部分的閃爍光會被周圍CGM吸收，因此產生與閃爍強度成比例的電子-電荷對。在施加偏壓的電場中，同極性的電荷會被驅動往偏向電極。這樣的結構相似於美國專利5,319,206所描述之帶有電荷轉換硒層之如硒偵知器的直接轉換輻射成像偵知器。由於大部分光會被CGM塗層或緊鄰閃爍材料所吸收， 過程中輻射吸收產生的電荷會非常局部在輻射吸收材料。在偏壓電場中，藉由小於閃爍顆粒尺寸的展開，其可能遠小於TFT畫素尺寸的輻射交互作用，這些電荷隨即會被直接驅動往電荷收集畫素。與僅使用GOS或碘化銫閃爍材料的間接轉換偵知器不同的是，非常少閃爍光會被散佈至輻射反應點之外，因此能維持與直接轉換偵知器如TFT上硒之空間解析度。
本發明之細節將參考下列實施例更詳細說明之。對於熟習此技藝者，不包含在本發明的實施例是很容易辨識的，因此在此省略。
實施例
以10：1重量比混合二氯甲烷與甲苯成試液。再將2%重量之具有化學式I之做為CGM的鈦氧青花染料、2%重量之具有化學式II之做為CTM的4,4’-TPD(三苯胺二聚物)、2%重量之聚碳酸酯聚合物加入試液中形成混合物。CGM，CTM以及聚碳酸酯的重量比例為1：1：1。在4ml的CGM/CTM混合物與0.54ml的甲苯中加入直徑4μm之20g的摻雜銪的硫氧化钆GOS粉末。接著使用厚度500μm之刮刀將上述組合物塗佈於銦錫氧化物(ITO)下電極。在50℃硬化48小時候，在組合物表面上塗佈導電上電極。對樣品的上電極施加偏壓，ITO下電極則連接於具有迴路到高電壓供電器的負載電阻R。如第4圖所示，將示波器探針連接到負載電阻R。
〔化學式I〕
第5圖係表示當施加正偏壓1000伏特時，來源為70KVP，100mA以及20毫秒曝光於X光時的示波器訊號。第6圖係表示施加負偏壓1000伏特時的示波器訊號。當以2D薄膜電晶體陣列取代ITO玻璃時，X光曝光造成的電荷訊號會被每個獨立的畫素元件收集，形成X光影像。
上述揭露之實施例，雖然使用特定名詞，是僅用來描述大觀念，而不是用以侷限發明範圍。因此，對於熟習此技藝者，可在不脫離本發明列出之以下申請專利範圍的精神與範圍內有各種不同的變化形式。
10‧‧‧閃爍顆粒
20‧‧‧有機基質
21‧‧‧電荷產生材料
100‧‧‧輻射轉換層
200‧‧‧電荷注入阻障層
300‧‧‧上電極
400‧‧‧電子阻障層
500‧‧‧電荷收集電極
600‧‧‧基材
700‧‧‧訊號儲存電容
800‧‧‧電晶體
900‧‧‧電荷放大器
第1圖係繪示實施例之輻射轉換層的概要圖。
第2圖係繪示另一實施例之輻射轉換層的概要圖。
第3圖係繪示實施例之輻射成像系統的概要圖。
第4圖係繪示實施例之實驗架設的概要圖。
第5圖係繪示實施例所施加之1000伏特的正偏壓的示波器訊號。
第6圖係繪示實施例所施加之1000伏特的負偏壓的示波器訊號。
100‧‧‧輻射轉換層
200‧‧‧電荷注入阻障層
300‧‧‧上電極
400‧‧‧電子阻障層
500‧‧‧電荷收集電極
600‧‧‧基材
700‧‧‧訊號儲存電容
800‧‧‧電晶體
900‧‧‧電荷放大器

Claims (17)

  1. 一種輻射成像系統，包括：a)一輻射轉換層；b)一上電極，位於輻射轉換層上；以及c)一畫素單元陣列，電性耦合於輻射轉換層；其中該輻射轉換層包含一含有電荷傳遞材料(CTM)之有機基質；以及用以吸收輻射以產生光波之閃爍顆粒，該閃爍顆粒分散於該有機基質中；其中該閃爍顆粒與電荷產生材料(CGM)接觸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之輻射成像系統，其中上述與閃爍顆粒接觸之電荷產生材料(CGM)是以與該電荷傳遞材料(CTM)組成混合物的形式存在於該有機基質中。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之輻射成像系統，其中該閃爍顆粒的表面是部分或全部都塗上電荷產生材料(CGM)。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之輻射成像系統，其中塗佈於閃爍顆粒表面之電荷產生材料的厚度足以吸收20%發自於閃爍顆粒的光。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之輻射成像系統，其中該閃爍顆粒包含至少一種擇自硫氧化钆(GOS)、碘化銫(CsI)、碘化鈉(NaI)、鍺酸鉍(BGO)、硫化鋅(ZnS)、鎢酸鎘(CdWO4 或CWO、閃爍晶體(LYSO Lu1.8 Y0.2 SiO5 (Ce))。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之輻射成像系統，其中 該閃爍顆粒摻雜包含至少一種擇自銪、铽、鐠、鋰之摻雜劑。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之輻射成像系統，其中該摻雜之閃爍顆粒的原子光譜是在CGM材料的吸收光譜範圍內。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之輻射成像系統，其中該電荷產生材料是至少一種擇自喹啉、吡喀紫質、喹吖酮、二溴基蒽嵌蒽醌顏料、方酸立鎓染料、二胺基二萘嵌苯、二胺基培瑞酮、多核芳香醌、吡喃鹽、硫代吡喃鹽、偶氮顏料、三苯甲烷類染料、硒、氧化釩花青染料、鋁酞青素、銅花青、氧鈦青素、氯化鎵花青染料、氫化鎵花青染料、鎂青素、無金屬青素、靛青色染料以及上述之組合。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之輻射成像系統，其中該電荷傳遞材料是至少一種擇自4,4’-三苯胺二聚物(TPD)、9-二氰甲烯-2,4,7-三硝基芴、N,N’-二(富馬酸二甲酯-1-yl)-N,N’-二(4-甲基-苯基)-聯苯胺、N,N’-二(富馬酸二甲酯-2-yl)-N,N’-二(3-甲基-苯基)-聯苯胺、4,4’-(1,2-聯亞甲基)-雙(2,6-雙甲基-2,5-環己烯-1-酮)、2-(1,1-雙甲基乙基)-4-[3-(1,1-雙甲基乙基)-5-甲基-4-羰基-2,5-環己基-二烯-1-ylidene]-6-甲基-2,5-環己二烯-1-酮、N,N’-二(富馬酸二甲酯-1-yl)-N,N’-二(3-甲基-苯基)-聯苯胺、聚(3-辛基噻吩-2,5-diyl)、聚(3-癸基噻吩-2,5-diyl)、N-雙苯基yl-N-苯基-N-(3-甲基苯基)-胺、4-N,N-雙(4-甲基苯基)-氨基-苯甲醛-N,N’-二苯 基腙、p-二苯基胺苯甲醛-N-苯基-甲基-腙、N,N’-二苯基-N,N’-雙(3-羥苯基)-1,1’-二苯基-4,4’-雙胺、N,N’-雙苯基-N,N’-雙(3-甲基苯基)-1,1’-二苯基-4,4’-雙胺、N,N,N’N’-四(4-甲基苯基)-(1,1’-雙苯基)-4,4’-雙胺、4,4’-(3,4-雙甲基苯基氮烷diyl)雙(4,1-苯)雙甲烷、N,N’-雙(3-甲基苯基)-N,N’-雙(4-n-丁苯基)-1,1’-三聯苯-4,4-雙胺以及上述之組合。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之輻射成像系統，其中，CGM對CTM的重量比率為約1：99.至95：5。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之輻射成像系統，其中閃爍顆粒的平均粒徑是在約1至100μm的範圍。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之輻射成像系統，其中閃爍顆粒在混合物中的重量比例是約10vol%至約95vol%。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之輻射成像系統，其中輻射是至少一種擇自由X光、γ射線以及游離輻射所組成之群組。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之輻射成像系統，其中該組合物是具有厚度約5μm至2000μm之厚度的薄層。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之輻射成像系統，還包括一電荷注入阻障層於輻射轉換層以及上電極之間。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之輻射成像系統，其中該畫素單元陣列包括：一電荷收集電極，用以在輻射轉換層的畫素區域中收集電荷訊號； 一訊號儲存電容，其連接於該電荷收集電極，用以儲存電荷收集電極所收集的電荷訊號；以及一電晶體，其連接於電荷收集電極，用以轉換電荷收集電極上的電荷訊號成電壓訊號，並轉換電壓訊號為訊號線。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之輻射成像偵知器，其中該閃爍顆粒的尺寸小於該輻射成像偵知器的畫素尺寸。
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