CN109782329B - 一种柔性x射线探测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柔性X射线探测器，所述柔性X射线探测器至少包括：柔性的感光像素阵列、设置于所述感光像素阵列一侧的印制电路板、以及设置于所述印制电路板上且与所述感光像素阵列相连的像素选择部件和数据读取芯片，并且所述感光像素阵列通过外加薄膜晶体管与像素选择部件相连接。所述像素选择部件包括第一Gate控制芯片和第二Gate控制芯片。本发明的柔性X射线探测器中，将硬质的印制电路板设置在柔性的感光像素阵列的其中一侧，可以实现一个维度上的柔性弯曲，另外，在每行感光像素的控制线上加设了一个薄膜晶体管，并分组共栅极相接，使用两颗Gate控制芯片配合，实现逐行打开像素的功能，节省了芯片的使用量，降低探测器的成本。

Description

一种柔性X射线探测器

技术领域

本发明涉及探测技术领域，特别是涉及一种柔性X射线探测器。

背景技术

直接数字化X线摄影技术(Direct Digital Radiography，DR)出现于20世纪90年代，因其具有优异的图像质量和后处理功能、低X射线剂量、高效存储与传输、节约资源与提高工作效率等一系列显著的优点，在医学成像、工业检测等领域得到了越来越广泛的应用。

平板探测器(Flat Panel Detector，FPD)是DR系统中最关键的部件，由感光器阵列(Sensor)和外围电路模块组成，可以将穿过物体之后的X射线信号转换为电信号，最终由计算机处理成像。主流的平板探测器是基于薄膜晶体管阵列(Thin Film Transistor，TFT)制成的，可以进行大面积的成像。其中，根据X射线信号转化为电信号的方式，平板探测器又可以分为直接式和间接式平板探测器。直接式结构中，X光子直接作用于光电导材料，如非晶硒，产生电子空穴对，由TFT阵列控制读出形成数字图像。间接式结构中，X光子先经闪烁体转化为低能量的光子，而后被光电二极管(PD)捕获产生电子空穴对，再由TFT阵列控制读出形成数字图像。

现有技术中，探测器的感光器阵列大都是做在玻璃基板上的，这种探测器不能调整探测面以使其很好地贴合待测物体的表面。此外，玻璃基板易碎，在制造和使用的过程中都要十分小心，这就限制了其在室外复杂探测场景的应用。在实际应用中，当被检测对象具有曲面时，如石油管道，平板探测器所呈的像会出现扭曲失真。此时，往往需要柔性或者具有一定曲率的X射线探测器。此外，在战场或者事故现场，柔性X射线探测器也以其轻便不易碎的特点而更加实用。

为了制备柔性探测器，当前研究较多的是柔性感光器阵列，即将感光器阵列做成柔性的，但是，与感光器阵列相连的外围控制电路一般都做在印制电路板(PrintedCircuit Board,PCB)上，如图1所示，所述探测器包括感光像素阵列1A、与所述感光像素阵列1A相连的Gate控制芯片3A和数据读取芯片4A，所述Gate控制芯片3A和数据读取芯片4A分别安装在所述感光像素阵列1A两侧的印制电路板2A上。图2为感光像素阵列的剖面图，图3为电路连接结构。由此可见，虽然感光像素阵列1A可以做成柔性的，但是印制电路板2A不是柔性的，并且印制电路板2A位于感光像素阵列1A的两侧，因此，整个探测器无论从哪个方向都不能实现可弯曲功能。

因此，提供一种真正能弯曲的柔性X射线探测器以满足特定场合的需求实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种柔性X射线探测器，用于解决现有技术中探测器无法弯曲的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种柔性X射线探测器，所述柔性X射线探测器至少包括：柔性的感光像素阵列、设置于所述感光像素阵列一侧的印制电路板、以及设置于所述印制电路板上且与所述感光像素阵列相连的像素选择部件和数据读取芯片。

作为本发明柔性X射线探测器的一种优化的方案，所述感光像素阵列由感光像素以矩阵形式排列，所述感光像素至少包括光电二极管和与所述光电二极管相连的第一薄膜晶体管。

作为本发明柔性X射线探测器的一种优化的方案，所述像素选择部件包括第一Gate控制芯片和所述第二Gate控制芯片，每一行感光像素均配置一第二薄膜晶体管，且每一行感光像素的所述第一薄膜晶体管的栅极相连并通过该行的所述第二薄膜晶体管分别连接至所述第一Gate控制芯片和所述第二Gate控制芯片，每一列感光像素的所述第一薄膜晶体管的漏极相连并连接至所述数据读取芯片。

作为本发明柔性X射线探测器的一种优化的方案，每一行感光像素的所述第一薄膜晶体管的栅极相连，并与该行的所述第二薄膜晶体管的源极相连，所述第二薄膜晶体管的漏极连接至所述第一Gate控制芯片，所述第二薄膜晶体管的栅极连接至所述第二Gate控制芯片。

作为本发明柔性X射线探测器的一种优化的方案，所述感光像素中，所述光电二极管负极与所述第一薄膜晶体管的源极相连，所述光电二极管的正极连接至偏置电压。

作为本发明柔性X射线探测器的一种优化的方案，将所述感光像素阵列中每N行感光像素设为一组，N为不小于1的整数，每一组中对应行的所述第二薄膜晶体管的漏极相连并通过一根连接线连接至所述第一Gate控制芯片。

作为本发明柔性X射线探测器的一种优化的方案，将所述感光像素阵列中每N行感光像素设为一组，N为不小于1的整数，每一组所述感光像素所配置的所述第二薄膜晶体管的栅极相连并通过一根连接线连接至所述第二Gate控制芯片。

作为本发明柔性X射线探测器的一种优化的方案，所述感光像素还包括柔性基板和闪烁体，所述光电二极管和所述第一薄膜晶体管形成于所述柔性基板表面，所述闪烁体形成于所述光电二极管和所述第一薄膜晶体管表面。

作为本发明柔性X射线探测器的一种优化的方案，所述柔性基板包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯及聚乙烯中的一种或多种的组合。

作为本发明柔性X射线探测器的一种优化的方案，所述印制电路板在弯曲方向上的尺寸介于1cm～2cm之间。

如上所述，本发明的柔性X射线探测器，具有以下有益效果：

1、本发明的柔性X射线探测器中，包含有柔性的感光像素阵列和设置在所述感光像素阵列一侧的硬质印制电路板，由于印制电路板仅设置在一侧，可以实现一个维度上的柔性弯曲，从而满足某些特定场合对柔性探测器的需求。

2、本发明的柔性X射线探测器中，在每行感光像素的控制线上加设了一个薄膜晶体管，并分组共栅极相接，使用两颗Gate控制芯片配合即可实现逐行打开像素的功能，节省了芯片的使用量，可以降低探测器的成本。

附图说明

图1为现有X射线探测器的结构版图。

图2为现有X射线探测器中感光像素的截面图。

图3为现有探测器的电路结构示意图。

图4为本发明柔性X射线探测器的结构版图。

图5为本发明柔性X射线探测器中感光像素的截面图。

图6为本发明柔性X射线探测器的电路结构示意图。

元件标号说明

1，1A 感光像素阵列

11，11A 光电二极管

12A 薄膜晶体管

12 第一薄膜晶体管

13 柔性基板

13A 基板

14，14A 闪烁体

2，2A 印制电路板

3A Gate控制芯片

3 像素选择部件

31 第一Gate控制芯片

32 第二Gate控制芯片

4，4A 数据读取芯片

5 第二薄膜晶体管

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供一种柔性X射线探测器，如图4～图6所示，所述柔性X射线探测器至少包括：柔性的感光像素阵列1、设置于所述感光像素阵列1一侧的印制电路板2、以及设置于所述印制电路板2上且与所述感光像素阵列1相连的像素选择部件3和数据读取芯片4。

本发明的探测器中，仅在所述感光像素阵列1的一侧设置了印制电路板，使柔性探测器能够实现弯曲功能，在实际应用中可以更好地贴合于待测物体的表面，成像质量更佳，不失真。

需要说明的是，所述印制电路板2仅设置在所述感光像素阵列1的一侧，可以是所述感光像素阵列1四周的任意一侧，上下左右均可，在此不限。本实施例中，如图4和图6所示，所述印制电路板2设置在所述感光像素阵列1的上方一侧。

如图4和图6所示，所述感光像素阵列1由感光像素以矩阵形式排列。如图5所示，所述感光像素至少包括光电二极管11和第一薄膜晶体管12。进一步地，所述感光像素还包括柔性基板13和闪烁体14，所述光电二极管11和所述第一薄膜晶体管12形成于所述柔性基板13表面，所述闪烁体14形成于所述光电二极管11和所述第一薄膜晶体管12表面。

作为本发明的实施方式，所述柔性基板11包括聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)及聚乙烯(PE)中的一种或多种的组合。这种柔性基板11跟现有的玻璃基板相比，具有轻便不易碎、可弯曲的特点，使其在室外复杂的探测场景中更好地发挥探测作用。

更进一步地，所述像素选择部件3包括第一Gate控制芯片31和第二Gate控制芯片32，如图6所示，每一行感光像素均配置一第二薄膜晶体管5(也可称外加薄膜晶体管)，且每一行感光像素的所述第一薄膜晶体管12的栅极G相连并通过该行的所述第二薄膜晶体管5分别连接至所述第一Gate控制芯片31和所述第二Gate控制芯片32，每一列感光像素的所述第一薄膜晶体管12的漏极D相连并连接至所述数据读取芯片4。

再进一步地，每一行感光像素的所述第一薄膜晶体管12的栅极G相连，并与该行的所述第二薄膜晶体管5的源极S相连，所述第二薄膜晶体管5的漏极D连接至所述第一Gate控制芯片31，所述第二薄膜晶体管5的栅极G连接至所述第二Gate控制芯片32。

而所述感光像素中，所述光电二极管11负极(或称N极)与所述第一薄膜晶体管12的源极S相连，所述光电二极管11的正极(或称P极)连接至偏置电压，如图6所示，V_com是所有光电二极管11的公共电极，可以给光电二极管11提供一个负偏置电压使其工作在反偏状态，一般为-6V。

作为进一步的实施方式，将所述感光像素阵列中每N行感光像素设为一组，N为不小于1的整数，每一组中对应行的所述第二薄膜晶体管5的漏极D相连并通过一根连接线连接至所述第一Gate控制芯片31，例如，若将所述感光像素阵列中每2行感光像素设为一组，则每组中第一行的所述第二薄膜晶体管5的漏极D相连并通过一根连接线连接至所述第一Gate控制芯片31，每组中第二行的所述第二薄膜晶体管5的漏极D相连并通过另一根连接线连接至所述第一Gate控制芯片31。

另外，将所述感光像素阵列中每N行感光像素设为一组，N为不小于1的整数，每一组所述感光像素所配置的所述第二薄膜晶体管5的栅极G相连并通过一根连接线连接至所述第二Gate控制芯片32，例如，若将所述感光像素阵列中每2行感光像素设为一组，第一组的所有行的所述第二薄膜晶体管5的栅极G相连并通过一根连接线连接至所述第二Gate控制芯片32，第二组的所有行的所述第二薄膜晶体管5的栅极G相连并通过另一根连接线连接至所述第二Gate控制芯片32。

下面利用图4和图6来详细说明本发明柔性X射线探测器的连接方式和工作过程。

图4具体为32×32像素阵列的柔性X射线探测器示意图，下面以它作为示例阐述本发明的柔性X射线探测器的具体实施方式；图6为8×8像素阵列的电路连接示意图，用以辅助说明图4中第一Gate控制芯片31和第二Gate控制芯片32是如何配合实现逐行读出数据功能的。当然，对于M×N像素阵列的探测器，原理是一样的。

对于32×32像素阵列，把32行像素从上到下分成8组，每组有四根gateline线，可以控制该行32个TFT(第一薄膜晶体管12)的开和关。第一Gate控制芯片31的第一根连接线与八组像素中的第一根gateline线相连，可以控制八组像素中的第一根gateline线同时打开和关闭(即八组中的第一行感光像素的第一薄膜晶体管12的打开和关闭)。以此类推，第一Gate控制芯片31的第二、三、四根连接线分别控制八组像素中的第二、三、四根gateline线的同时打开和关闭；

另外，第二Gate控制芯片32的第一根连接线控制第一组的4根gateline上外接TFT(第二薄膜晶体管5)同时打开和关闭，以此类推，第二Gate控制芯片32的第二、三、四根连接线分别控制第二、三、四组的4根gateline上外接TFT同时打开和关闭；

当第一Gate控制芯片31的第一根线和第二Gate控制芯片32的第一根线同时打开时，可以读取第一行32个像素内的信号；当第一Gate控制芯片31的第二根线和第二Gate控制芯片32的第一根线同时打开时，可以读取第二行32个像素内的信号，当第一Gate控制芯片31的第三根线和第二Gate控制芯片32的第一根线同时打开时，可以读取第三行32个像素内的信号；当第一Gate控制芯片31的第四根线和第二Gate控制芯片32的第一根线同时打开时，可以读取第四行32个像素内的信号；当第一Gate控制芯片31的第一根线和第二Gate控制芯片32的第二根线同时打开时，可以读取第五行32个像素内的信号……当第一Gate控制芯片31的第一根线和第二Gate控制芯片32的第三根线同时打开时，可以读取第九行32个像素内的信号……以此类推，在第一Gate控制芯片31和第二Gate控制芯片32的共同作用下，可以完成逐行打开32行像素的工作，同时每打开一行像素，数据读取芯片4控制读出该行32个像素内的信号，逐行读完32行像素内的信号即可得到一帧图像。

需要说明的是，图4和图6的探测器中，所述印制电路板2是有一定硬度的板子，因此探测器左右方向上不可弯折，但是在上下方向上可以实现弯曲，可以满足某些特定场合对柔性探测器的需求。

为了更容易实现弯曲，所述印制电路板2在弯曲方向上的尺寸W不宜太大，例如可以控制在1cm～2cm之间，如图6所示。

综上所述，本发明提供一种柔性X射线探测器，所述柔性X射线探测器至少包括：柔性的感光像素阵列、设置于所述感光像素阵列一侧的印制电路板、以及设置于所述印制电路板上且与所述感光像素阵列相连的像素选择部件和数据读取芯片，并且所述感光像素阵列通过外加薄膜晶体管与像素选择部件及数据读取芯片相连接，所述像素选择部件包括第一Gate控制芯片和第二Gate控制芯片。本发明的柔性X射线探测器中，将硬质的印制电路板设置在柔性的感光像素阵列的其中一侧，可以实现一个维度上的柔性弯曲，另外，在每行感光像素的控制线上加设了一个薄膜晶体管，并分组共栅极相接，使用两颗Gate控制芯片配合，实现逐行打开像素的功能，节省了芯片的使用量，降低探测器的成本。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种柔性X射线探测器，其特征在于，所述柔性X射线探测器至少包括：柔性的感光像素阵列，所述感光像素阵列由感光像素以矩阵形式排列，所述感光像素至少包括光电二极管和与所述光电二极管相连的第一薄膜晶体管，设置于所述感光像素阵列一侧的印制电路板、以及设置于所述印制电路板上且与所述感光像素阵列相连的像素选择部件和数据读取芯片，所述像素选择部件包括第一Gate控制芯片和第二Gate控制芯片，每一行感光像素均配置一第二薄膜晶体管，且每一行感光像素的所述第一薄膜晶体管的栅极相连并通过该行的所述第二薄膜晶体管分别连接至所述第一Gate控制芯片和所述第二Gate控制芯片，每一列感光像素的所述第一薄膜晶体管的漏极相连并连接至所述数据读取芯片。

2.根据权利要求1所述的柔性X射线探测器，其特征在于：每一行感光像素的所述第一薄膜晶体管的栅极相连，并与该行的所述第二薄膜晶体管的源极相连，所述第二薄膜晶体管的漏极连接至所述第一Gate控制芯片，所述第二薄膜晶体管的栅极连接至所述第二Gate控制芯片。

3.根据权利要求2所述的柔性X射线探测器，其特征在于：所述感光像素中，所述光电二极管负极与所述第一薄膜晶体管的源极相连，所述光电二极管的正极连接至偏置电压。

4.根据权利要求2所述的柔性X射线探测器，其特征在于：将所述感光像素阵列中每N行感光像素设为一组，N为不小于1的整数，每一组中对应行的所述第二薄膜晶体管的漏极相连并通过一根连接线连接至所述第一Gate控制芯片。

5.根据权利要求2所述的柔性X射线探测器，其特征在于：将所述感光像素阵列中每N行感光像素设为一组，N为不小于1的整数，每一组感光像素的所述第二薄膜晶体管的栅极相连并通过一根连接线连接至所述第二Gate控制芯片。

6.根据权利要求1所述的柔性X射线探测器，其特征在于：所述感光像素还包括柔性基板和闪烁体，所述光电二极管和所述第一薄膜晶体管形成于所述柔性基板表面，所述闪烁体形成于所述光电二极管和所述第一薄膜晶体管表面。

7.根据权利要求6所述的柔性X射线探测器，其特征在于：所述柔性基板包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯及聚乙烯中的一种或多种的组合。

8.根据权利要求1所述的柔性X射线探测器，其特征在于：所述印制电路板在弯曲方向上的尺寸介于1cm~2cm之间。

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