CN109671737A - 一种有机x射线成像板 - Google Patents

Abstract

一种有机X射线成像板，它是由1高灵敏荧光薄膜、2有机矩阵光电传感器薄膜、3TFT薄膜层、4隔离层、5保护层、配套电路组成；高灵敏荧光薄膜紧贴在有机矩阵光电传感器薄膜前面，高灵敏荧光薄膜含有闪烁体发光材料，高灵敏荧光薄膜能够在X射线照射下形成发光图像，高灵敏荧光薄膜发光图像能够带有更好的多种发光灰度，被有机矩阵光电传感器薄膜中的对应像素元感应产生光电转换信号，TFT薄膜层置于有机矩阵光电传感器薄膜后面，TFT薄膜层与有机矩阵光电传感器薄膜的像素元对应连接，矩阵的TFT层收集处理将像素元产生的强弱电信号，通过配套电路处理形成数字图像。

Description

一种有机X射线成像板

技术领域

本发明属医疗、工业、安检中X光成像技术领域。

背景技术

现有X光成像已经广泛用于医疗诊断的实时影像、大型安检成像等，现有成像传感器技术产品的结构主要是由：X光荧光板、无机半导体光传感元件、控制配套电路等组成，其中半导体光传感元件主要是非晶硅、非晶硒、CMOS、CCD等，这些的固态半导体器件形成复杂的矩阵感光像素平板，将荧光图像转为电信号，从而形成数字影像生成与存储。现有技术不足是上述无机半导体器件形成阵列具有复杂的工艺结构，不可弯曲，成像面积受到限制、像素较大、成本昂贵，器件体积较大等。中国专利：201016215901、2012103939402、2006100644606、2014103057586，美国专利US9735194、US5093576 揭示了现有技术制备原理与工艺。

本发明一种有机X射线成像板，它是由X射线激发发光的高灵敏荧光薄膜层、光电转换功能的有机矩阵光电传感器薄膜层、像素元信号收集处理传输的TFT薄膜层、X射线功能隔离层、防潮密封保护层、电信号处理数字图形生成的配套电路共同组成；当X射线源照射目标物体时，闪烁体发光材料产生发光，并被有机矩阵光电传感器薄膜及TFT薄膜层转换为电信号，通过连接配套电路形成实时的数字图像，传输到终端显示器并存储。

本发明可以用于医疗、工业、安检中X光成像技术领域，也可以用于便携式三维立体X光成像，中子成像、质子成像等。

发明内容

一种有机X射线成像板，它是由1高灵敏荧光薄膜、2有机矩阵光电传感器薄膜、3TFT薄膜层、4隔离层、5保护层、配套电路组成；高灵敏荧光薄膜紧贴在有机矩阵光电传感器薄膜前面，高灵敏荧光薄膜含有闪烁体发光材料，高灵敏荧光薄膜能够在X射线照射下形成发光图像，高灵敏荧光薄膜发光图像能够带有更好的多种发光灰度，被有机矩阵光电传感器薄膜中的对应像素元感应产生光电转换信号，TFT薄膜层置于有机矩阵光电传感器薄膜后面，TFT薄膜层与有机矩阵光电传感器薄膜的像素元对应连接，矩阵的TFT层收集处理将像素元产生的强弱电信号，通过配套电路处理形成数字图像。隔离层置于TFT薄膜层后面；高灵敏荧光薄膜、有机矩阵光电传感器薄膜、TFT薄膜层、隔离层共同被保护层密封形成柔性成像薄膜；TFT薄膜层通过6连接线与配套电路连接；当X射线源照射目标物体时，当X射线源照射目标物体时，闪烁体发光材料产生发光，并被有机矩阵光电传感器薄膜及TFT薄膜层转换为电信号，通过连接配套电路形成实时的数字图像，传输到终端显示器并存储。

本发明中的高灵敏荧光薄膜是由闪烁体发光材料与衬底薄膜构成；闪烁体材料是由X射线激发的粉末微晶发光材料构成；衬底薄膜是PET薄膜、碳纤维薄膜、金属薄膜中的一种；衬底薄膜薄膜表面镀有可见光增强层，闪烁体材料喷涂、印刷、压涂在柔性衬底薄膜表面。由于本发明使用的是有机矩阵光电转换传感原理，其对长波段波长接收响应灵敏，因此选择使用红色、绿色、近红外发光材料尤为重要，这不同于其它半导体感应器件对短波响应灵敏特征。

本发明中的有机矩阵光电传感器薄膜是利用光伏效应产生电压形成电流的有机光敏材料或纳米量子点材料当中的一种，含有有机成分的纳米量子点材料同样具有良好的光电转换效果，钙钛矿的纳米量子点具有良好的长波吸收特性，它们制备形成矩阵光电传感器柔性薄膜，矩阵光电传感器薄膜中的每个像素元具有独立光电转换功能，其产生的电流信号被TFT薄膜晶体管电路接收、汇集、处理。这种光敏性质的有机半导体材料通常具有共轭结构及导电性，可以是单质结结构、P-N 异质结结构、染料敏化纳米晶结构等，与有机太阳能器件相近，本发明比有机太阳能电池等器件对长波转换效率更加灵敏。

本发明中的有机矩阵光电传感器薄膜的矩阵像素元是由有机染料光电转换像素元、量子点光电转换像素元、聚合物光电转换像素元、石墨烯有机光电转换像素元中的一种，组合形成矩阵。通过镀膜、涂敷、打印、印刷等方式制备成薄膜，独立像素元尺寸控制在100微米以下。这种有机矩阵像素元与TFT制备使用有机电致发光显示器件制备方法工艺可以产生良好效果，单元像素元尺寸能够实现100纳米，本发明的的制备工艺简单于有机电致发光（OEL或OLED）或液晶显示器。由于本发明使用了特别密封，有机矩阵光电传感器薄膜可以制备在PET导电薄膜表面，不是必须制备在柔性玻璃表面。

本发明中的柔性TFT薄膜层可以通过前期制备粘贴复合形成在有机矩阵光电传感器薄膜面部或背部。TFT薄膜层单点连接像素元，形成一一对应有机矩阵光电传感器薄膜的矩阵像素元，有机矩阵光电传感器薄膜矩阵像素元产生的电压、电流变化形成电信号，同过TFT薄膜层将电信号传输汇集到配套电路，通过专用软件程序形成数字图像。本发明优点是有机矩阵光电传感器薄膜层与TFT薄膜层具有轻薄特点，并可以制备成透明薄膜器件，与高灵敏荧光薄膜结合，可形成视觉能够直接观察的图像，便于成像物体位置准确设置。本发明中的TFT薄膜晶体管与液晶显示器件、有机OLED器件功能不同，现有发光显示TFT是主动给出控制信号，本发明中的TFT是被动接收汇集信号，本发明中的TFT制备材料可以是非晶硅、氧化物、有机等半导体材料。

本发明中的配套电路设置有多个数据连接插孔，连接插孔通过数据线连接TFT薄膜层与常规的图像显示器、数据处理器、数据存储器；配套电路与成像薄膜合并封装固定形成有机X射线成像板，尤其是成像薄膜各个环节使用的基础是玻璃时候，其具有良好的稳定性。如果配套电路与成像薄膜分别独立设置封装固定，并且成像薄膜各个环节使用的基础是柔性材料时候，其可以形成柔性有机X射线成像板，其能够弯曲实现X射线一次性多角度立体成像。

本发明中的隔离层是使用含有高能粒子吸收材料、阻挡材料中的一种制备形成薄膜层，其可以防止弯曲影像重叠曝光，同时产生防护作用，或增强图像减少照射时间。X线吸收材料是稀土氧化物材料、金属铅薄膜、有机塑料膜、6氟化锂、碳化硅膜中的一种或多种混合组成，它们对X射线、γ射线、中子均具有防护作用，当然其它类硼酸盐材料也可以使用产生效果。本发明由于是完全可以小角度弯曲柔性器件，所以不同于现有技术的防护封装，这种特别的防护可以保护器件长期使用，及使用者的安全。本发明不仅可以实现X射线成像，也可实现中成像、质子成像等其它高能离子成像、探测。

本发明中的保护层是由阻止水分子渗透的薄膜材料构成整体密封，保护层是氟塑料膜、镀有氧化硅的PET薄膜、镀有金属铝薄膜中的一种或多种组合，这些柔性防止水分子渗透材料可以形成柔性成像薄膜。保护层主要密封成像板，本发明由于使用的是有机光敏材料，其缺点是易于与水分子结合老化，因此防潮密封是稳定使用的重要技术。当然封装主要是有机矩阵光电传感器薄膜与TFT薄膜层，其它可以不封装。当然使用玻璃封装也可以产生更加优良的效果。

本发明中的有机矩阵光电传感器薄膜的矩阵像素元使用衬底基础材料是超薄柔性导电玻璃或柔性PET导电薄膜，制备形成柔性有机矩阵光电传感器薄膜，这些制备工艺与有机电致显示发光器件相似，具有成熟的方法与工艺；能够弯曲的成像薄膜有利于实现多角度一次成像。

本发明中的高灵敏荧光薄膜中的绿色发光是硫化锌铊闪烁体发光材料，红色发光是硫氧钆铕闪烁体发光材料，高灵敏荧光薄膜中的闪烁体材料也可以是硫化锌铊与硫氧钆铕的混合体。这些发光的粉末闪烁体材料，与树脂混合通过涂敷或印刷形成20-100微米厚度的高灵敏荧光薄膜。闪烁体材料硫氧钇铕红色发光与硫化锌铊蓝绿色发光混合后制备出的荧光薄膜，在X射线、中子、γ射线激发下具有高灵敏发光特性，且具有丰富的灰度，适合有机矩阵光电传感器吸收光谱的覆盖。本发明的多色材料混合方法针对有机光电传感器好于独立使用的蓝色硫化锌银、蓝色碘化铯、绿色GOS材料。本发明中的高灵敏荧光薄膜也可以对中子实现成像与探测。

附图说明

图1 有机X射线成像板结构截面图

图中结构为：1高灵敏荧光薄膜，2有机矩阵光电传感器薄膜，3TFT薄膜层，4隔离层，5保护层，6连接线。

具体实施方式

一种有机X射线成像板，它包括1高灵敏荧光薄膜、2有机矩阵光电传感器薄膜、3TFT薄膜层、4隔离层、5保护层、配套电路组成；高灵敏荧光薄膜紧贴在有机矩阵光电传感器薄膜前面，它们需要紧密粘贴，高灵敏荧光薄膜的发光图像才可清晰，有机矩阵光电传感器薄膜像素元因感光产生电信号。TFT薄膜层置于有机矩阵光电传感器薄膜后面，它与有机矩阵光电传感器薄膜的像素元对应连接，矩阵的TFT层收集处理将像素元产生的强弱电信号，通过配套电路处理形成数字图像。

本发明中的高灵敏荧光薄膜是由闪烁体发光材料与衬底薄膜构成；闪烁体材料是由X射线激发的粉末微晶发光材料构成，颗粒5-10微米，闪烁体材料主要成分是硫化锌银、硫氧钆铽、硫化锌铜、硫化钇铕、碘化铯铊、氧化钆铕等，市售产品KPT荧光粉技术公司牌号X340、X430、X440，X610，X530均可以，选择高效率的发光及光谱分布的闪烁体荧光材料是本发明的重要构成。衬底薄膜是PET薄膜可以实现柔性，衬底薄膜是碳纤维薄膜可以提高X射线或中子离子的透过率；衬底薄膜是金属薄膜如金属铝箔可以提高中子接收效率。闪烁体材料可以使用喷涂、印刷、压涂工艺，当然闪烁体材料也可制备成陶瓷片。由于有机光电传感器对长波接收响应灵敏，因此选择使用红色、绿色、近红外发光材料较好。

本发明中的有机矩阵光电传感器薄膜的矩阵像素元可以选择含有有机成分的：有机染料光电转换像素元、量子点光电转换像素元、聚合物光电转换像素元、石墨烯有机光电转换像素元等。像素元材料可以选择如：钙钛矿量子点、石墨烯材料等，它们选择对长波的发光具有更高的吸收效率，这不同于其它有机材料，这可以提高图像的灰度对比度。它们通过镀膜、涂敷、打印、印刷等方式制备在透明导电衬底上，像素元尺寸控制在100微米以下。这种有机矩阵像素元制备工艺可以借鉴有机电致发光显示器件、有机光伏电池的制备方法与工艺，有机光伏电池类型有肖特基电池、异质结有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池。本发明单元像素元尺寸能够实现10微米，其对应闪烁体发光材料的颗粒度，清新度高于现有非晶硅技术。

本发明中的TFT薄膜层可以通过前期制备成薄膜电路，再粘贴复合在有机矩阵光电传感器薄膜的矩阵像素元上，有机矩阵光电传感器薄膜的矩阵像素元或直接镀膜制备在有机矩阵光电传感器薄膜面部或背部，TFT其可以是非晶硅等半导体材料。本发明中的TFT薄膜晶体管制备工艺与液晶显示器、OLED显示器的工艺形成相同，具有较成熟稳定的生产工艺。

本发明中的配套电路是将像素元的TFT获取的电流值数据化，其是由芯片与电子电路实现。它连接TFT薄膜层与常规的图像显示器、数据处理器、数据存储器，并通过专用软件形成数字图像。配套电路可以独立设置，也可以装载在成像薄膜后端，该部分电路与现有技术相似。

本发明中的隔离层可以对操作人员产生防护作用，或增强图像减少照射时间。选择稀土氧化物材料可以是氧化钆、氧化镝、氧化钐对X射线、中子均具有防护作用；选择铅薄膜对X射线、γ射线、中子均具有阻挡作用；当然有机塑料膜、6氟化锂、碳化硅膜、硼酸盐对X射线、γ射线、中子均具有防护作用。以上这些材料与丙烯酸树脂混合，在塑料薄膜衬底上制备形成柔性防护膜。本发明中实现X射线成像隔离层不是必须的，其可以使用保护层的防潮膜替代。

本发明中的保护层是由阻止水分子渗透的薄膜材料构成，这些材料是氟塑料膜、镀有氧化硅的PET薄膜、镀有金属铝箔薄膜中的一种或多种组合，它们有效防止氧与水分子渗透，避免了有机电致发光与有机光伏电池的缺点。封装主要是针对有机矩阵光电传感器薄膜与TFT薄膜层，封装后的有机光敏材料寿命延长5-10倍，在高温潮湿环境使用效果会更加明显，使用传统的玻璃封装会导致无法弯曲。

本发明中的有机矩阵光电传感器薄膜的衬底基础材料是柔性导电玻璃或PET导电薄膜，可以形成透明的X射线光电传感器，便于位置准确设置摆放；以及形成柔性有机矩阵光电传感器薄膜，这些制备工艺与有机电致显示发光器件相似，具有成熟的方法与工艺；能够弯曲的成像薄膜有利于实现多角度一次成像。

本发明中的高灵敏荧光薄膜中的绿色或蓝绿色发光是硫化锌铊闪烁发光体材料，其具有更加高的发光效率与较宽的发光光谱，且结构稳定不易潮解，发光效率高于硫化锌银与碘化铯铊，发光光谱宽于绿色的GOS铽闪烁体材料。红色发光是硫氧钆铕闪烁体材料，其长波发光易于有机光电传感器接收。高灵敏荧光薄膜中的闪烁体材料是硫化锌铊与硫氧钆铕的混合体，硫化锌铊的重量比70-90%。当然本发明中的高灵敏荧光薄膜中的发光闪烁体材料可以是传统的闪烁体红、蓝、绿发光材料，应该注意的是本发明有机光电转换材料对可见光中的长波接收更加灵敏，可以提高15%的效率，灰度同样增加15%，而非晶硅类材料对蓝光或绿光短波长接收灵敏，混合的发光闪烁体材料可以提高有机光电转换材料转换效率20%，现阶段有机光敏材料在短波可见光电流效率小于非晶硅等无机材料，但通过本技术弥补了其缺陷。市场销售的KPT 荧光材料公司牌号X340、X530、X610，它们是X射线发光材料，颗粒度5-10微米，它们与丙烯酸树脂混合通过涂敷或印刷在PET薄膜表面，厚度约为20-100微米，制作成柔性荧光薄膜。本发明不仅可以实现X射线成像，也可实现中成像、质子成像等其它高能离子成像与探测。

本发明的有机X射线成像板，其优点在于结构简单、成本低廉、可以形成柔性器件、也可透明成像，借助现有的有机电致发光器件生产线易于批量生产，便于携带，能实现一次多角度成像，适合大面积制备X射线及时显示，可以用于CT、PET人体高清晰检测影像。本明可以用于医疗、工业、安检中X光成像技术领域，也可以用于便携式三维立体X光成像，中子成像、质子成像等，或用于高能离子的探测。

在上面针对本发明较好的实施方式作了举例说明后，对本领域的技术人员来说应明白的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，对本发明所作的任何改变和改进都在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种有机X射线成像板，它是由高灵敏荧光薄膜、有机矩阵光电传感器薄膜、TFT薄膜层、隔离层、保护层、配套电路组成；高灵敏荧光薄膜置于有机矩阵光电传感器薄膜前面，高灵敏荧光薄膜含有闪烁体发光材料；TFT薄膜层置于有机矩阵光电传感器薄膜后面，并与有机矩阵光电传感器薄膜的像素元对应连接；隔离层置于TFT薄膜层后面；高灵敏荧光薄膜、有机矩阵光电传感器薄膜、TFT薄膜层、隔离层共同被保护层密封形成柔性成像薄膜；TFT薄膜层通过连接线与配套电路连接；当X射线源照射目标物体时，闪烁体发光材料产生发光，并被有机矩阵光电传感器薄膜及TFT薄膜层转换为电信号，通过连接配套电路形成实时的数字图像，传输到终端显示器并存储。

2.如权利要求1所述的一种有机X射线成像板，高灵敏荧光薄膜是由闪烁体材料与衬底薄膜构成；闪烁体材料是由X射线激发的粉末微晶发光材料；衬底薄膜是PET薄膜、碳纤维薄膜、金属薄膜中的一种；闪烁体材料喷涂、印刷、压涂在柔性衬底薄膜表面。

3.如权利要求1所述的一种有机X射线成像板，有机矩阵光电传感器薄膜是以光伏效应而产生电压形成电流的有机光敏材料或纳米量子点材料当中的一种，制备形成矩阵光电传感器柔性薄膜，矩阵光电传感器薄膜中的每个像素元具有独立光电转换功能。

4.如权利要求1所述的一种有机X射线成像板，有机矩阵光电传感器薄膜的矩阵像素元是由有机染料光电转换像素元、量子点光电转换像素元、聚合物光电转换像素元、石墨烯有机光电转换像素元中的一种，组合形成矩阵。

5.如权利要求1所述的一种有机X射线成像板，柔性TFT薄膜层通过粘贴复合形成，TFT薄膜层单点连接像素元，形成一一对应有机矩阵光电传感器薄膜的矩阵像素元，有机矩阵光电传感器薄膜矩阵像素元产生的电压、电流变化形成电信号，通过TFT薄膜层将电信号传输汇集到配套电路，通过软件程序形成数字图像。

6.如权利要求1所述的一种有机X射线成像板，配套电路设置有多个数据连接插孔，连接插孔通过数据线连接TFT薄膜层与常规的图像显示器、数据处理器、数据存储器；配套电路与成像薄膜合并封装固定形成有机X射线成像板；配套电路与成像薄膜分别独立设置封装固定，形成柔性有机X射线成像板。

7.如权利要求1所述的一种有机X射线成像板，隔离层是使用含有高能粒子吸收材料、阻挡材料中的一种制备形成薄膜层；X线吸收材料是稀土氧化物材料、金属铅薄膜、有机塑料膜、6氟化锂、碳化硅膜中的一种或多种混合组成。

8.如权利要求1所述的一种有机X射线成像板，保护层是由阻止水分子渗透的薄膜材料构成整体密封，保护层是镀有氧化硅的透明PET薄膜、镀有金属铝薄膜中的一种或多种组合。

9.如权利要求1所述的一种有机X射线成像板，有机矩阵光电传感器薄膜的矩阵像素元使用衬底基础材料是柔性PET导电薄膜，制备形成柔性有机矩阵光电传感器薄膜；弯曲的成像薄膜实现多角度一次成像或探测。

10.如权利要求1所述的一种有机X射线成像板，高灵敏荧光薄膜中的绿色发光是硫化锌铊闪烁体发光材料；或者高灵敏荧光薄膜中的红色发光是硫氧钆铕闪烁体发光材料；或者高灵敏荧光薄膜中的闪烁体发光材料是硫化锌铊与硫氧钆铕的混合体；它们在X射线、中子、γ射线照射下可以产生荧光。