TW201729404A - X射線攝影元件的製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種X射線攝影元件的製造方法，包含以下各步驟：一TFT電路層的形成步驟，在支撐基板的上方形成TFT電路層；一光電轉換膜的形成步驟，在上述TFT電路的上方形成由將可見光轉換成電信號的光二極體所形成的光電轉換膜；一退火處理步驟，根據螢光材料的發光特性而對上述光電轉換膜施加退火處理；及一螢光體層的形成步驟，在上述光電轉換膜的上方，形成由將X射線轉換成可見光的上述螢光材料所形成的螢光體層。
Description
本發明係關於一種X射線攝影元件的製造方法，尤關於一種利用X射線拍攝數位式X光片用的X射線攝影元件的製造方法。
近年，作為取代使用X射線底片的攝影裝置的X射線影像診斷機器的X射線影像攝影裝置的普及逐漸擴大。相對於X射線底片，因為X射線影像攝影裝置從X射線攝影到影像確認為止的所需時間非常短，故具有影像的動態範圍變廣，且不需要有X射線底片的顯像用的藥劑的優點。
目前實際運用的X射線影像攝影裝置大多採用間接轉換的方式。於此種間接轉換方式的間接型的X射線影像攝影裝置之中，使穿透受照者的人體（例如，胸部）等等的X射線影像入射到X射線影像攝影裝置之中，並將此影像資訊轉換成電信號。此時，X射線影像攝影裝置乃藉由可將X射線轉換成可見光的螢光轉換膜而將X射線轉換成可見光，且藉由呈矩陣型配置的複數的光檢測器檢測出此光線而作為二維的影像資訊，並作為電信號輸出到外部。
又，在此種間接型的X射線影像攝影裝置之中，使用平板偵測器（FPD）的X射線攝影元件（以下，將有稱為「間接型X射線FPD」的情況）。間接型X射線FPD乃利用閃爍計將穿透受照者的人體的X射線轉換成可見光，並利用光二極體與TFT檢測出由閃爍計所產生的光線。此時，光二極體與TFT通常已知為由非晶矽（以下稱為「a-Si」）型態的薄膜的矽膜所製成的（例如，參照日本專利公開公報第2014-122903號）。
然而，在間接型X射線FPD中，利用閃爍計將穿透人體的X射線轉換成可見光，且為了利用光二極體與TFT檢測出此光線時，閃爍計的發光波長與光二極體的檢測波長有偏差的問題將會發生。因此，將發生轉換效率降低，並在對受照者進行X射線拍照時，造成輻射線受照劑量增加的問題。
在此，本發明乃有鑑於上述需求而創作出來的，亦即，藉由根據螢光材料的發光特性而對光電轉換膜施加退火處理，將能夠減少閃爍計的發光波長與光二極體的檢測波長的偏差，因而本發明之目的在於提供一種以較少的輻射線受照劑量就能診斷病患的X射線攝影元件的製造方法。
為了解決上述課題，本發明之一樣態的X射線攝影元件的製造方法，包含以下各步驟：一TFT電路層的形成步驟，在支撐基板的上方形成TFT電路層；一光電轉換膜的形成步驟，在上述TFT電路的上方形成由將可見光轉換成電信號的光二極體所形成的光電轉換膜；一退火處理步驟，根據螢光材料的發光特性而對上述光電轉換膜施加退火處理；及一螢光體層的形成步驟，在上述光電轉換膜的上方，形成由將X射線轉換成可見光的上述螢光材料所形成的螢光體層。
又，上述退火處理步驟係以使上述螢光體層的最大發光波長與上述光電轉換膜的最大吸收波長一致的方式，調整上述光電轉換膜的結晶度。
較佳地，在上述退火處理步驟中，使用非晶矽材料製作上述光電轉換膜，並以使上述光電轉換膜細結晶化的方式調整結晶度。
較佳地，使用可撓性樹脂製作上述支撐基板。
本發明之一樣態的X射線攝影元件係藉由根據螢光材料的發光特性而對光電轉換膜施加退火處理，將能夠減少閃爍計的發光波長與光二極體的檢測波長的偏差，因而能夠以較少的輻射線受照劑量就能診斷病患。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文列舉實施例，並配合所附圖式，詳細說明如下。
接著，參照圖式，俾就本發明之一實施型態加以說明。所示之作為本實施型態的X射線攝影元件係應用於間接型的數位式X射線攝影裝置（digital radiography）。再者，所謂間接方式，係指：藉由螢光體層接受X射線的照射而一時地將其轉換成可見光，並藉由非晶矽（以下簡稱為「a-Si」）等等的光二極體將此可見光轉換成信號電荷而引導到儲存電荷用的電容器的方式。
在此，在本實施型態中，以特定的條件對光二極體構造中的a-Si層施加退火處理（細結晶），而使光二極體的最大吸收波長能夠變成較長的波長地調整結晶度，俾能與閃爍計的最大發光波長一致地抑制偏差。藉此，抑制閃爍計的發光光譜與光二極體的檢測光譜的偏差，而能夠提高轉換效率，因而以較少的輻射線受照劑量就能夠診斷病患。以下將詳細說明。再者，所謂細結晶，係意謂著：非晶態的a-Si與單晶態的Poly-Si之間的狀態。
如圖1（A）所示地，間接型的數位式X射線攝影裝置10包含X射線產生器11、臥式攝影台12、電子卡匣13、控制台14、顯示器15。基於控制台14的控制，電子卡匣13係檢測來自X射線產生器11向受照者F照射而穿透的X射線，並生成X射線影像。控制台14對從電子卡匣13傳送來的X射線影像資料施以各種影像處理，並使顯示器15顯示出X射線影像P。
藉由間接型的數位式X射線攝影裝置10的攝影是藉由X射線產生器11從上方對仰臥在臥式攝影台12的受照者F照射X射線，並以電子卡匣13檢測此X射線穿透受照者F而得之X射線影像。又，對四肢、手肘等的其它部位的攝影時，也可以將電子卡匣13放置在臥式攝影台12之上而進行攝影。
電子卡匣13呈長方體形狀，例如，半形尺寸（383.5mm×459.5mm）的底片用、或具有與IP用的卡匣相同的國際規格ISO4090：2001為準的外形尺寸。電子卡匣13的外形尺寸，除了上述的半形尺寸以外，還有四分之一形尺寸、六分之一形尺寸等等，可根據攝影的部位而適當地選擇。
如圖2所示地，電子卡匣13除了藉由可撓性印刷電路基板17使用以檢測X射線的強度的面板狀的X射線攝影元件20與信號處理電路基板16呈電性連接之外，還藉由特定的容器18而成為可提的卡匣。
如圖3所示地，在X射線攝影元件20之中，使用具有矩陣型的複數的像素20a的構造的零件。
如圖1（B）所示地，X射線攝影元件20從圖式下方起，依序包含支撐基板20A、TFT電路層20B、像素電極層20C、構成光二極體的光電轉換膜20D、透明電極層20E、閃爍計層20F。入射到閃爍計層20F的X射線經由閃爍計層20F的構造中的CsI閃爍計而被轉換成光線。然後，此光信號經由光電轉換膜20D的各像素的光二極體而被轉換成電信號。各像素的電信號係通過連接於光二極體的TFT電路層20B的薄膜電晶體（TFT）開關而被讀出。藉此，藉由構成信號處理電路基板16的A／D轉換元件與低雜訊放大電路等等而能夠形成X射線影像。此時，電子卡匣13係成為記憶由穿透受照者F照射而來的X射線所呈現的X射線影像的可提型卡匣。
藉由高穿透率的無色透明的板狀的材料，例如，玻璃作為構成支撐基板20A的材料。再者，可以使用上述玻璃以外的可撓性基板作為支撐基板20A。例如，可以應用鐵（Fe）、不鏽鋼（SUS）等等的鐵合金（Fe合金）、鋁（Al）或鋁合金（Al合金）等等的金屬製的材料。又，可以應用聚醯亞胺、聚醯亞胺醚碸、聚對苯二甲酸、聚萘二甲酸、聚醚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、環烯烴等等的樹脂製的材料。
TFT主動矩陣基板的TFT電路層20B係具有基於從像素電極層20C的各像素電極傳來電信號，生成代表一張的X射線影像P的影像信號並加以輸出的功能。
像素電極層20C為與形成X射線影像P的各像素相對應的電極，並將以從光電轉換膜20D所傳來的電信號為依據的電信號傳向TFT電路層20B。
構成光二極體的光電轉換膜20D係檢測由閃爍計層20F所發出的光線，根據此光線量而將其轉換成電信號，並將此電信號傳向像素電極層20C。例如，光電轉換膜20D除了可使用非晶矽（a-Si）之外，也可以使用多晶矽（Poly-Si）。此時，在光電轉換膜20D之中，也可以使中央區域與末端區域的材質不同。例如，在中央區域使用Poly-Si，而在末端區域使用（a-Si）。
透明電極層20E係與像素電極層20C成對地形成，且是為了使光電轉換膜20D所產生的電信號能從透明電極層20E流向像素電極層20C的電極。
X射線感應層的閃爍計層20F是，例如，碘化銫（CsI）螢光體等等，並且能夠將X射線轉換成可見光（螢光）。藉此，可見光經由光二極體層被光電轉換，所產生的電荷則被儲存在電容器（未圖示）之中。在閃爍計層20F之中，例如，除了以無摻雜的純碘化銫（CsI）作為發光材料、以受鉈活化的碘化銫（以下稱為「CsI（T1）」）作為發光材料、以受鉈活化的碘化鈉（以下稱為「NaI（T1）」）作為發光材料之外，也有使用NaGdS2（Eu）（例如，日本專利公開公報第2008-208328號）、使用Mg2SiO4（Mn）（例如，日本專利公開公報第2010-067596號）作為將來自外部的能量轉換成光線的發光材料（螢光材料、螢光體）。
如圖4（A）所示地，在使用Poly-Si作為構成上述的光二極體的光電轉換膜20D的情況時，其轉換波長的峰值在680nm的附近，而a-Si的轉換波長的峰值在480nm的附近。相對於此，在使用CsI（T1）作為閃爍計層20F的情況時，閃爍計的最大發光波長在550nm的附近。因此，例如，在使用a-Si作為光電轉換膜20D、並使用CsI（T1）作為閃爍計層20F的情況時，將產生約70nm的偏差。因此，如果能抑制此偏差，將能夠提高轉換效率，因而將能夠以較少的輻射線受照劑量就可診斷病患。
如圖4（B）所示地，以在使用CsI（T1）作為閃爍計層20F、且同時不對光電轉換膜20D進行退火處理的情況時的轉換效率當作標準（100％），對光電轉換膜20D進行退火處理。在此，將結晶度作為25％時的轉換效率達114％，提高了14％，而將結晶度作為50％時的轉換效率達136％，提高了36％。另一方面，將結晶度作為75％時的轉換效率為97％，降低了3％。又，將a-Si的轉換效率作為100％的情況時的Poly-Si的轉換效率為58％。
因此，在特定的條件下，對光電轉換膜20D的光二極體的構造中的a-Si層施加雷射退火處理時，將如同圖4（A）所示之結晶度受調整的矽，使光二極體的最大吸收波長能夠變成較長之波長地調整結晶度。如此一來，如果能夠控制吸收波長的峰值，其結果將是：能夠一定程度地自由選擇閃爍計的發光波長。
圖5繪示出對光電轉換膜20D的a-Si施加雷射退火處理的情況時的吸收波長的變化。如圖5所示地，在以67mJ／cm2
的條件、以96mJ／cm2
的條件、以139mJ／cm2
的條件、以168mJ／cm2
的條件施加雷射退火處理的情況中，若雷射照射條件越高，則較短波長的分量越加減少，同時較長波長的區域越加增加。
一方面，如圖6（A）和（B）所示地，在使用CsI（T1）、NaI（T1）、NaGdS2
（Eu）、Mg2
SiO4
（Mn）作為閃爍計層20F時的各種材料的最大發光波長（峰值波長）分別為550nm、420nm、760nm、640nm。
在此，對於這些各種閃爍計材料的閃爍計層20F，利用以圖5所示之67mJ／cm2
、96mJ／cm2
、139mJ／cm2
、168mJ／cm2
的條件對其施加雷射退火處理的a-Si的光電轉換膜20D的結果，而得到如圖7～圖10所示之結果。
因此，對於發光波長為較長的波長（500nm以上）的閃爍計材料的閃爍計層20F而言，藉由對光電轉換膜20D施加雷射退火處理將可提高轉換效率。藉此，在將X射線轉換成可見光之時，藉由使用具有較長波長的發光特性的高效率的閃爍計材料，將可促進將可見光轉換成電信號時的高轉換效率化。
＜放射線影像攝影元件的製造方法＞
以下利用圖11，就上述的X射線攝影元件20的製造方法加以說明。
首先，製備支撐基板20A，並在其上方形成TFT電路層20B（步驟S1，TFT電路層的形成步驟）。接著，在TFT電路層20B的上方形成與各像素相對應的像素電極層20C（步驟S2）。 在形成有像素電極層20C的上方，將由可將可見光轉換成電信號的光二極體所構成的光電轉換膜20D加以成膜（步驟S3，光電轉換膜的形成步驟）。
然後，同樣地，對成膜的光電轉換膜20D照射雷射，而施加雷射退火處理（步驟S4，退火處理步驟）。此時，在雷射退火處理時，使閃爍計材料（螢光材料）的發光特性的波長，亦即，使螢光體層的閃爍計層20F的最大發光波長能與光電轉換膜20D的最大吸收波長一致地施加退火處理，並調整光電轉換膜20D的結晶度。再者，在使用a-Si作為光電轉換膜20D的情況時，使光電轉換膜20D能夠細結晶地調整結晶度。再者，也可以閃光燈退火代替雷射退火。
接著，在成膜的光電轉換膜20D的上方形成透明電極層20E（步驟S5）。進一步地，在形成的透明電極層20E的上方形成可將X射線轉換成螢光之由螢光材料所形成的閃爍計層20F（步驟S6，螢光體層的形成步驟）。再者，最後也可以在形成的閃爍計層20F的上方形成反射膜。
以此方式，藉由對a-Si施加雷射退火處理而提高光電轉換效率，X射線攝影元件20將除了以較少的X射線量就能夠診斷病患，還可使用樹脂基板當作支撐基板20A，因而也能夠易於可提式的應用。
然而，本發明的X射線攝影元件20並非僅限於上述的實施型態所示者，只要是在後附之申請專利範圍所界定之技術範圍內，於不脫離本發明之精神的範圍內，將包含各種設計變化的型態。 例如，在上述實施型態中，雖然以對整個光電轉換膜20D施加雷射退火處理進行說明，然而，例如，也可僅對光電轉換膜20D的一部分（例如，深度方向的表面側）施加雷射退火處理。
此時，在對深度方向的表面側施加雷射退火的情況時，雖然使用一般的玻璃基板作為支撐基板20A也有效，特別地，使用可撓性的樹脂基板也是有效。亦即，因為樹脂基板的耐熱性較低，將無法承受在a-Si的成膜時將溫度升高到高溫，在相較於玻璃的情況時，電子移動度將因而容易變低。相對於此，如果能夠針對對象施加雷射退火處理，將能夠使此種與耐熱性有關的不協調難以發生，故將能夠使用樹脂基板。
此外，於不脫離本發明之精神的範圍內，可對本發明進行各種變化而加以實施。
如上所述，本發明之X射線攝影元件的製造方法係藉由根據螢光材料的發光特性而對光電轉換膜施加退火處理，俾能減少閃爍計的發光波長與光二極體的檢測波長的偏差，因而具有以較少的輻射線受照劑量就能夠診斷病患的效果，並且於利用X射線的數位式X光片拍攝用的X射線攝影元件的製造方法的全體中是有用的。
雖然本發明已用具體實施例揭露如上，但應瞭解的是：在不脫離本發明之精神和後附之申請專利範圍所界定範圍內，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，當可對本發明作各種之更動與潤飾。
10‧‧‧X射線攝影裝置
11‧‧‧X射線產生器
12‧‧‧臥式攝影台
13‧‧‧電子卡匣
14‧‧‧控制台
15‧‧‧顯示器
16‧‧‧信號處理電路基板
17‧‧‧可撓性印刷電路基板
18‧‧‧容器
20‧‧‧X射線攝影元件
20a‧‧‧像素
20A‧‧‧支撐基板
20B‧‧‧TFT電路層
20C‧‧‧像素電極層
20D‧‧‧光電轉換膜
20E‧‧‧透明電極層
20F‧‧‧閃爍計層
F‧‧‧受照者
P‧‧‧X射線影像
11‧‧‧X射線產生器
12‧‧‧臥式攝影台
13‧‧‧電子卡匣
14‧‧‧控制台
15‧‧‧顯示器
16‧‧‧信號處理電路基板
17‧‧‧可撓性印刷電路基板
18‧‧‧容器
20‧‧‧X射線攝影元件
20a‧‧‧像素
20A‧‧‧支撐基板
20B‧‧‧TFT電路層
20C‧‧‧像素電極層
20D‧‧‧光電轉換膜
20E‧‧‧透明電極層
20F‧‧‧閃爍計層
F‧‧‧受照者
P‧‧‧X射線影像
圖1為繪示出藉由本發明之一實施型態的X射線攝影元件的製造方法所製造的X射線攝影元件的應用實例，（A）為間接型的數位式X射線攝影裝置的說明圖，（B）為繪示出X射線攝影元件的層疊結構的一例子的說明圖。 圖2為利用藉由本發明之一實施型態的X射線攝影元件的製造方法所製造的X射線攝影元件的電子卡匣的說明圖。 圖3為藉由本發明之一實施型態的X射線攝影元件的製造方法所製造的X射線攝影元件的概略俯視圖。 圖4（A）為a-Si與Poly-Si與CsI（T1）與受結晶度調整的Si的波長特性的比較圖形，（B）為繪示出使光電轉換膜受結晶度調整的情況時的轉換效率的結果的圖表。 圖5為應用於本發明之一實施型態的X射線攝影元件的製造方法之中的雷射裝置的說明圖。 圖6（A）為閃爍計材料的發光光譜的圖形，（B）為將閃爍計材料與經退火處理的a-Si組合之後的情況時的積分光譜面積比的一覽表。 圖7為繪示出應用於本發明之一實施型態的X射線攝影元件的製造方法之中的作為閃爍計材料的CsI（T1）的情況時的每一退火條件的積分強度的變化的圖形。 圖8為繪示出應用於本發明之一實施型態的X射線攝影元件的製造方法之中的作為閃爍計材料的NaI（T1）的情況時的每一退火條件的積分強度的變化的圖形。 圖9為繪示出應用於本發明之一實施型態的X射線攝影元件的製造方法之中的作為閃爍計材料的NaGdS2（Eu）的情況時的每一退火條件的積分強度的變化的圖形。 圖10為繪示出應用於本發明之一實施型態的X射線攝影元件的製造方法之中的作為閃爍計材料的Mg2SiO4（Mn）的情況時的每一退火條件的積分強度的變化的圖形。 圖11為本發明之一實施型態的X射線攝影元件的製造方法的流程圖。
Claims (4)
- 一種X射線攝影元件的製造方法，包含以下各步驟： 一TFT電路層的形成步驟，在支撐基板的上方形成TFT電路層； 一光電轉換膜的形成步驟，在上述TFT電路的上方形成由將可見光轉換成電信號的光二極體所形成的光電轉換膜； 一退火處理步驟，根據螢光材料的發光特性而對上述光電轉換膜施加退火處理；及 一螢光體層的形成步驟，在上述光電轉換膜的上方，形成由將X射線轉換成可見光的上述螢光材料所形成的螢光體層。
- 如申請專利範圍第1項所述的X射線攝影元件的製造方法，其中上述退火處理步驟係以使上述螢光體層的最大發光波長與上述光電轉換膜的最大吸收波長一致的方式，調整上述光電轉換膜的結晶度。
- 如申請專利範圍第2項所述的X射線攝影元件的製造方法，其中在上述退火處理步驟中，使用非晶矽材料製作上述光電轉換膜，並以使上述光電轉換膜細結晶化的方式調整結晶度。
- 如申請專利範圍第1至3項任一項所述的X射線攝影元件的製造方法，其中使用可撓性樹脂製作上述支撐基板。
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