CN105723245B - 具有隔层的有机x射线检测器 - Google Patents
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Abstract
公开了一种有机x射线检测器和制作有机x射线检测器的方法。x射线检测器包括设置在基底上的TFT阵列、设置在TFT阵列上的有机光电二极管层、设置在光电二极管层上的隔层，以及设置在隔层上的闪烁体层，使得隔层包括至少一种无机材料。
Description
背景技术
制造成具有连续光电二极管的数字x射线检测器具有低成本数字射线照相和坚固、轻量和便携式检测器中的潜在应用。具有连续光电二极管的数字x射线检测器具有增大的填充系数和可能的较高量子效率。连续的光电二极管大体上包括有机光电二极管(OPD)。将x射线转换成可见光的闪烁体大体上设置在OPD的顶部上。
在诸如设置闪烁体、封装、激光修复过程或操作的后OPD过程期间，OPD具有高机会暴露于空气。大多数基于有机的光电二极管对氧和水分敏感，且因此需要免受含水分的空气。因此，所需的是一种用于OPD的隔层，其将保护OPD在沉积过程和操作期间免受来自闪烁体的氧和水分含量。
发明内容
本发明通过在OPD层与来自闪烁体的水分和氧之间提供隔层来满足这些和其它需要。有机x射线检测器包括基底、薄膜晶体管(TFT)层、隔层和OPD。
因此，在一方面，本发明涉及有机x射线检测器。x射线检测器包括设置在基底上的TFT阵列、设置在TFT阵列上的有机光电二极管层、设置在光电二极管层上的隔层，以及设置在隔层上的闪烁体层，使得隔层包括至少一种无机材料。
在另一方面，本发明涉及一种有机x射线检测器，其包括TFT阵列、有机光电二极管层、电极、平面化层、隔层、粘合层、闪烁体层和附加的隔层。TFT阵列设置在基底上，且有机光电二极管层设置在TFT阵列上。第一电极设置在TFT阵列与光电二极管层之间，且第二电极设置在光电二极管层上。平面化层设置在第二电极上，且隔层设置在平面化层上。粘合层设置在隔层与闪烁体层之间，且附加的隔层设置在闪烁体上。隔层和附加的隔层两者包括至少一种无机材料。
在又一方面，本发明涉及一种制作有机x射线检测器的方法。制作有机x射线检测器的步骤包括将TFT阵列设置在基底上、将有机光电二极管层设置在TFT阵列上、将平面化层设置在光电二极管层上、将包括至少一种无机材料的隔层设置在平面化层上，以及将闪烁体层设置在隔层上。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施例的有机x射线检测器的简图；
图2为根据本发明的一个实施例的平面化层和隔层的简图；
图3为根据本发明的一个实施例的平面化层和隔层的简图；
图4为根据本发明的一个实施例的平面化层和隔层的简图；
图5为根据本发明的一个实施例的平面化层和隔层的简图；
图6为根据本发明的一个实施例的阴极层和隔层的简图；
图7为根据本发明的一个实施例的阴极层和隔层的简图；
图8为根据本发明的一个实施例的阴极层和隔层的简图；
图9为根据本发明的一个实施例的阴极层和隔层的简图；以及
图10为根据本发明的一个实施例的阴极层和隔层的简图。
具体实施方式
在以下描述中，相似的参考标号表示附图中所示的若干视图各处的相似或对应的部分。还将理解的是，诸如"顶部"、"上方"、"上面"、"上"等用语是方便的词语，且不看作是限制性用语。
诸如但不限于有机x射线检测器的光电装置包括电子或光学活性的部分，例如，常常设置在基底上的闪烁体和光电二极管。为了保护活性部分和基底免于暴露于水分、氧或腐蚀性化学侵蚀引起的退化，光电装置一般包装在密封件中。
本发明的一个方面在于提供一种光电装置，诸如但不限于有机x射线检测器。图1中示出了此光电装置的简图。有机x射线检测器10包括闪烁体层20，其由冲击x射线12激励且产生可见光。闪烁体层20可为整体式闪烁体或像素化闪烁体阵列。GOS(Gd2O2S)一般用于低成本闪烁体，其为具有毫米范围的厚度的薄膜形式。碘化铯(CsI)为另一闪烁体材料，其可用于高敏感性闪烁体，且可由热蒸发来沉积。可使用的另一闪烁体为PIB(粘合剂中颗粒)闪烁体，其中闪烁颗粒可结合到粘合剂基质材料中，且在基底上变平。由闪烁体生成的可见光照射设置在薄膜晶体管(TFT)阵列32上的有机光电二极管层30。
取决于应用和设置变化，光电二极管层30可为单个有机层或可包括多个有机层。此外，光电二极管层30可直接地设置在TFT阵列32上，或设计可包括设置在光电二极管层30与TFT阵列32之间的一个或更多个层。
冲击在光电二极管层上的可见光部分地排放二极管的电容。光电二极管排放的量与入射光的量成比例。TFT的各个像素结合用于控制电荷何时恢复至光电二极管的电容的开关场效应晶体管(FET)。恢复电容所需的电荷由外部电荷测量电路提供和测量。与TFT阵列联接的该电路允许阵列中的所有光电二极管的连续扫描和读出。常规的A/D积分器/转换器一般用于测量使光电二极管恢复至其初始未放电状态所需的电荷。放电的大小与由闪烁体层20和光电二极管层30两者在x射线暴露的长度期间集成的各个像素处的入射x射线剂量成比例。最终x射线图像使用光电二极管层30放电水平来逐像素重建，以设置图像像素强度。
TFT阵列32设置在基底40上。适合的基底40材料包括玻璃、陶瓷、塑料和金属。基底40可呈现为刚性板，诸如厚玻璃、厚塑料板、厚塑料复合板和金属板，或诸如薄玻璃板、薄塑料板、薄塑料复合板和金属箔片的柔性板。如本文中所使用的，"柔性基底"为可弯曲成等于或小于大约1厘米的半径的基底，而没有影响基底40的性能的任何破裂。在一个特定实施例中，柔性基底包括聚碳酸酯。闪烁体20、光电二极管层30和TFT阵列32被包围在密封件50内，以免受从大气引入的水分和氧60。
在本发明的一个实施例中，除免受外部水分和氧60之外，光电二极管层30还免受在形成期间或在操作期间可从闪烁体层20引入的水分和氧。隔层70设置光电二极管层30上以提供此保护。
在一个实施例中，装置10还可包括平面化层72(图1)，其夹在隔层与光电二极管层之间。平面化层提供用于隔层70的平滑表面，使得平面化层的顶部上的扩散隔层70起作用而没有任何针孔缺陷。平面化层72可由聚碳酸酯、环氧聚合物或丙烯酸基材料构成。平面化层72还可包括光引发剂。平面化层可由不同方法设置，例如，溶液涂布、自旋涂布、狭缝涂布(slot die)或刀片涂布或丝网印刷。在一个实施例中，平面化层使用溶液涂布设置。平面化层72还可蚀刻来形成逐渐的边缘轮廓来用于更好的密封。
本文使用的隔层70包括至少一种无机材料。无机材料可包括硅、金属氧化物、金属氮化物或它们的组合，其中金属为铟、锡、锌、钛和铝中的一种。在一个实施例中，隔层70的无机材料包括铟锡氧化物、氧化硅、氮化硅、氧化铝或它们任何组合。在另一个实施例中，隔层70可包括氧化铟锌、氧氮化硅、氮化铝、氧氮化铝、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化镉锡、氧化镉或氧化镁。
在一个实施例中，除至少一种无机材料外，隔层70包括至少一种有机材料。隔层70的有机材料可包括选自以下构成的集合中的至少一种材料：聚对二甲苯、硅氧烷、二甲苯、烯烃、苯乙烯、有机硅烷、有机硅氮烷和有机硅酮。
在一个实施例中，隔层70包括多层，包括至少一层有机材料和一层无机材料。在另一个实施例中，具有一组交替的有机层和无机层(未示出)的多层可呈现为隔层70。隔层70可包括交错地布置的多个无机层和有机层。作为备选，有机层可由多个连续地堆叠的无机层分开，或无机层可由多个连续地堆叠的有机层分开。此外，多层隔层70的有机层和无机层可以以其成分、密度或厚度分级，以适合各种设计要求和性能优化。在一个实施例中，例如，隔层可具有混合无机/有机成分，包括具有分级的成分的单个隔层，分级成分从纯无机层过渡到纯有机层。
隔层70的无机层用作辐射吸收层、水分隔层、氧隔层、导电层、抗反射层或它们的组合。隔层70的有机层可包括粘合层、应力消除层、共形层、耐化学制品层、耐磨层和它们的组合中的至少一个。
在一个实施例中，隔层70包括无机多层涂层和至少一个有机层。沉积在光滑的平面化层72上的第一无机层可具有良好的粘合性和将热膨胀系数(CTE)与平面化层72匹配。沉积在第一无机层上的第二无机层可具有内在良好的氧和水分阻隔性质。第二无机层化学和物理上不同于第一无机层。第一无机层的粘合和CTE匹配性质可用于提高第二无机层的阻隔性能。沉积在第二无机层的顶部上的聚合有机层可用作光滑层，且可保护第一无机层和第二无机层在处理期间免受化学侵蚀。第三无机层可具有良好的粘合性和与有机层匹配的CTE性质，且第四无机层可具有内在的良好氧和水分阻隔性质。除同时地优化隔层和粘合性能之外，隔层70可设计成同时满足热、机械、大小和光学性能的需求。
隔层70可具有从大约0.05微米到大约50微米的范围中的厚度。在一个实施例中，隔层70的厚度在从0.1微米到大约10微米的范围中。隔层70中独立层的厚度可部分地取决于独立层的功能和包括独立层的材料，且平衡来优化独立层的性能，同时最大化隔层70的粘合和柔性。
隔层70对于光谱的可见部分中的光基本透明，使得从闪烁体层20产生的基本所有可见光到达光电二极管层30且套准。在一个实施例中，隔层70具有至少大约85%的透射率，以及1000次循环之后小于大约5%的Taber雾值。
具有或没有平面化层72的隔层70设置成保护光电二极管层30免受水分和氧含量，且因此从顶部和在侧部上保护光电二极管层。在一个实施例中，隔层70进一步设置成至少部分在TFT阵列32或基底40上，使得隔层70与TFT阵列32或基底40之间的密封保护光电二极管层30。除一些情况中的如下文详细所述的平面化层72之外，本文使用的隔层70与TFT阵列32或基底40之间的密封不涉及任何其它密封材料。
因此，在一个实施例中，如图2中所示，平面化层72由隔层完全覆盖，且隔层70连同平面化层72与TFT阵列32和基底40的密封来与基底40直接地密封。
在一个实施例中，如图3中所示，平面化层72与TFT阵列32和基底40密封，而隔层70不会接触基底40。
在备选布置中，如图4中所示，平面化层72与TFT阵列32密封，且隔层70与TFT阵列32和基底40密封，而平面化层不接触基底40。
在另一个备选布置中，如图5中所示，平面化层72和隔层70两者与TFT阵列32密封，而不接触基底40。
在一个实施例中，涉及外部电荷测量电路，以提供和测量恢复电容的所需电荷。为了接通该电路，在一个实施例中，第一电极80设置在TFT阵列32与光电二极管层30之间，且第二电极82设置在光电二极管层30与隔层70之间，如图6中所示。第一电极80与第二电极82中的一个可为阳极，且另一个为阴极。在一个实施例中，第一电极80为阳极，且第二电极82为阴极。阳极80和阴极82可包括金属氧化物层。在一个实施例中，阴极82包括氧化铟锡层。
设置在光电二极管层30与隔层70(或平面化层72)之间的阴极层82还可用作用于水分和氧的隔层，以保护如图6, 7, 8, 9或10中绘出的不同实施例中所示的光电二极管层30。在图6中，阴极层82向光电二极管层30提供顶部保护，同时隔层70向光电二极管层30的边缘部分提供保护免受水分和氧。在图7中，阴极层82保护光电二极管层30的边缘部分和顶部部分，而隔层70保护光电二极管层30的另一个边缘部分。在图8中，阴极层82保护光电二极管层30的顶部部分和边缘部分。在图9中，阴极层82保护光电二极管层30的顶部部分和边缘部分，且进一步电联接到隔层70上。图10为图9的备选实施例中，其中阴极层82保护光电二极管层30的顶部部分和边缘部分，且进一步，隔层70覆盖平面化层72和阴极层82。尽管图6-10绘出了阴极层82和隔层70在一起的一些构想的使用，但本领域的技术人员将理解的是，取决于不同层的形状、尺寸和相对位置，可存在阴极层82和隔层70的许多组合来保护光电二极管层30。
如对于图2-6中所示的隔层70构想出的那样，阴极层82还可设置在TFT阵列32或基底40上。在一个实施例中，阴极层82设置在TFT阵列32和基底40(未示出)上。在有机x射线检测器的设计的变型中，如图1中所示，可存在闪烁体层20与隔层70之间的粘合层74。此外，可存在设置在闪烁体层上的粘合隔层76。
本书面描述使用了实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例具有并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则此类其它实例意图在权利要求的范围内。
Claims (18)
1.一种有机x射线检测器，包括：
设置在基底上的TFT阵列；
设置在所述TFT阵列上的有机光电二极管层；
设置在所述TFT阵列与所述有机光电二极管层之间的第一电极；
设置在所述光电二极管层上的隔层，所述隔层包括至少一种无机材料；
夹在所述隔层与所述光电二极管层之间的平面化层，所述平面化层包含聚碳酸酯，环氧聚合物或丙烯酸基材料；
设置在所述光电二极管层与所述平面化层之间的第二电极，所述第二电极进一步设置在光电二极管的边缘部分上；以及
设置在所述隔层上的闪烁体层。
2.根据权利要求1所述的有机x射线检测器，其特征在于，所述隔层进一步设置在所述TFT阵列或所述基底上。
3.根据权利要求1所述的有机x射线检测器，其特征在于，所述第二电极进一步设置在所述TFT阵列或所述基底上。
4.根据权利要求1所述的有机x射线检测器，其特征在于，所述至少一种无机材料包括氧化铟锡、氧化硅、氮化硅和氧化铝中的至少一者。
5.根据权利要求1所述的有机x射线检测器，其特征在于，所述隔层包括至少一种有机材料。
6.根据权利要求5所述的有机x射线检测器，其特征在于，所述有机材料包括聚对二甲苯、硅氧烷、二甲苯、烯烃、苯乙烯、有机硅烷、有机硅氮烷和有机硅酮中的至少一者。
7.根据权利要求5所述的有机x射线检测器，其特征在于，所述隔层包括至少一组交错的有机材料层和无机材料层。
8.根据权利要求5所述的有机x射线检测器，其特征在于，所述隔层包括分级的有机层和无机层。
9.根据权利要求1所述的有机x射线检测器，其特征在于，所述隔层对于可见光基本透明。
10.根据权利要求1所述的有机x射线检测器，其特征在于，还包括闪烁体层与所述隔层之间的粘合层。
11.根据权利要求1所述的有机x射线检测器，其特征在于，还包括设置在所述闪烁体层上的附加隔层。
12.根据权利要求1所述的有机x射线检测器，其特征在于，所述基底为柔性的。
13.一种有机x射线检测器，包括：
设置在基底上的TFT阵列；
设置在所述TFT阵列上的第一电极；
设置在所述第一电极上的有机光电二极管层；
设置在有机光电二极管层上的第二电极，所述第二电极进一步设置在有机光电二极管的边缘部分上；
设置在所述第二电极上的平面化层；
设置在所述平面化层上的隔层；
设置在所述隔层上的粘合层；
设置在所述粘合层上的闪烁体层；以及
设置在所述闪烁体层上的附加隔层，其中
所述隔层和所述附加隔层包括至少一种无机材料，其中所述平面化层包含聚碳酸酯，环氧聚合物或丙烯酸基材料。
14.根据权利要求13所述的有机x射线检测器，其特征在于，所述第二电极进一步设置在所述TFT阵列或所述基底上。
15.根据权利要求13所述的有机x射线检测器，其特征在于，所述第二电极设置在所述TFT阵列和所述基底上。
16.根据权利要求15所述的有机x射线检测器，其特征在于，所述隔层电联接至所述第二电极。
17.一种制作有机x射线检测器的方法，包括以下步骤：
将TFT阵列设置在基底上；
将有机光电二极管层设置在所述TFT阵列上；
将第一电极设置在所述TFT阵列与所述有机光电二极管层之间；
通过溶液沉积方法将平面化层设置在有机光电二极管层上；
将第二电极设置在所述光电二极管层与所述平面化层之间，其中设置第二电极还包括将第二电极设置在有机光电二极管层的边缘部分上；
将隔层设置在所述平面化层上；以及
将闪烁体层设置在所述隔层上，其中
所述隔层包括至少一种无机材料，并且所述平面化层包含聚碳酸酯，环氧聚合物或丙烯酸基材料。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括电联接所述第二电极和所述隔层。
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