TWI642963B - 輻射影像拾取單元及輻射影像拾取顯示系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種輻射影像拾取單元，其包含：複數個像素，其等各者經組態以基於一輻射產生一信號電荷；一裝置基板，其包含用於各像素之一光電轉換元件；一波長轉換層，其係提供於該裝置基板之一光入射側上，且經組態以將該輻射之一波長轉換為其他波長；及一隔離壁，其分離用於各像素之該波長轉換層。該輻射影像拾取單元經組態以容許該波長轉換層與該裝置基板之間之一間隙等於或大於一臨限值或等於或小於該臨限值，該臨限值係基於一影像拾取目標之一空間頻率而預設。

Description

輻射影像拾取單元及輻射影像拾取顯示系統 相關申請案之交叉參考
本申請案主張2013年7月24日申請之日本優先權專利申請案JP 2013-153318之權利，該案之全部內容係以引用之方式併入本文。
本發明係關於一種基於入射輻射擷取一影像之輻射影像拾取單元，且係關於一種具備此一輻射影像拾取單元之輻射影像拾取顯示系統。
近年來，已開發出基於諸如X射線之輻射擷取一影像作為一電信號之一輻射影像拾取單元(例如，PTL 1)。此一輻射影像拾取單元大致上被分類為所謂的間接轉換類型及直接轉換類型。在(例如)間接轉換類型的輻射影像拾取單元中，包含將X射線轉換為可見光之一轉換層之一波長轉換基板(一閃爍體板)及包含基於可見光產生一電信號之一光電轉換元件之一感測器基板可彼此接合。
[引用清單]
[專利文獻]
[PTL 1]
JP 2002-228757
在上述輻射影像拾取單元中，希望達成一裝置結構，其能夠最佳化感測器基板與轉換基板之間之一間隙以改良一拾取影像之影像品質。
希望提供能夠改良一拾取影像之影像品質之一輻射影像拾取單元及具備此一輻射影像拾取單元之一輻射影像拾取顯示系統。
根據本發明之一實施例，提供一種輻射影像拾取單元，其包含：複數個像素，其等各者經組態以基於一輻射產生一信號電荷；一裝置基板，其包含用於各像素之一光電轉換元件；一波長轉換層，其提供於該裝置基板之一光入射側上，且經組態以將該輻射之一波長轉換為其他波長；及一隔離壁，其分離用於各像素之該波長轉換層。該輻射影像拾取單元經組態以容許該波長轉換層與該裝置基板之間之一間隙等於或大於一臨限值或等於或小於該臨限值，該臨限值係基於一影像拾取目標之一空間頻率而預設。
根據本發明之一實施例，提供一種輻射影像拾取顯示系統，其具備一輻射影像拾取單元及一顯示單元，該顯示單元經組態以基於由該輻射影像拾取單元獲得之一影像拾取信號執行影像顯示。該輻射影像拾取單元包含：複數個像素，其等各者經組態以基於一輻射產生一信號電荷；一裝置基板，其包含用於各像素之一光電轉換元件；一波長轉換層，其提供於該裝置基板之一光入射側上，且經組態以將該輻射之一波長轉換為其他波長；及一隔離壁，其分離用於各像素之該波長轉換層。該輻射影像拾取單元經組態以容許該波長轉換層與該裝置基板之間之一間隙等於或大於一臨限值或等於或小於該臨限值，該臨限值係基於一影像拾取目標之一空間頻率而預設。
在根據本發明之各自實施例之輻射影像拾取單元及輻射影像拾 取顯示系統中，具有用於各像素之光電轉換元件之裝置基板與波長轉換層之間之間隙經組態以基於影像拾取目標之空間頻率等於或大於預定臨限值或等於或小於臨限值。因此，基於影像拾取目標之空間頻率最佳化裝置基板與波長轉換層之間的間隙，抑制一拾取影像之MTF(清晰度)的減小且抑制莫耳條紋的發生等等。
在根據本發明之各自實施例之輻射影像拾取單元及輻射影像拾取顯示系統中，具有用於各像素之光電轉換元件之裝置基板與將輻射之波長轉換為其他波長之波長轉換層之間之間隙經組態以基於影像拾取目標之空間頻率等於或大於預定臨限值或等於或小於臨限值。因此，最佳化裝置基板與波長轉換層之間的間隙，且容許抑制一拾取影像之MTF的減小或抑制莫耳條紋的發生等等。因此，可改良拾取影像之影像品質。
應瞭解，前述一般描述及以下詳細描述兩者皆係例示性的，且被提供以提供如所主張之技術之進一步解釋。
1‧‧‧輻射影像拾取單元
4‧‧‧顯示單元
5‧‧‧輻射影像拾取顯示系統
11‧‧‧像素區段
13‧‧‧列掃描區段
14‧‧‧A/D轉換區段
15‧‧‧行掃描區段
16‧‧‧系統控制區段
17‧‧‧行選擇區段
20‧‧‧像素(影像拾取像素)
20A‧‧‧像素(影像拾取像素)
20B‧‧‧像素(影像拾取像素)
20C‧‧‧像素(影像拾取像素)
20D‧‧‧像素(影像拾取像素)
21‧‧‧光電轉換元件
22‧‧‧薄膜電晶體(TFT)
22A‧‧‧電晶體
22B‧‧‧電晶體
22C‧‧‧電晶體
23‧‧‧佈線
24‧‧‧中間層
24A‧‧‧中間層
24B‧‧‧平面化層
24C‧‧‧中間層
24c1‧‧‧空氣層
24c2‧‧‧接合層
24c3‧‧‧接合層
24D‧‧‧中間層
24d1‧‧‧平面化層
24d2‧‧‧平面化層
24d3‧‧‧平面化層
25‧‧‧波長轉換層
26‧‧‧隔離壁
40‧‧‧監視器螢幕
50‧‧‧目標
51‧‧‧光源/輻射源
52‧‧‧影像處理區段
110‧‧‧裝置基板
110a‧‧‧基板
120‧‧‧支撐基板
171‧‧‧電荷放大器電路
171A‧‧‧電荷放大器電路
172‧‧‧電荷放大器
173‧‧‧取樣及保持(S/H)電路
174‧‧‧多工器電路
175‧‧‧類比轉數位(A/D)轉換器
176‧‧‧放大器
177‧‧‧恆定電流源
C1‧‧‧電容器
d‧‧‧間隙
d1‧‧‧第一中間層之膜厚度
d2‧‧‧第二中間層之膜厚度
dB‧‧‧間隙
dO‧‧‧臨限值
dO'‧‧‧臨限值
D1‧‧‧影像資料
Dout‧‧‧輸出資料
Lbias‧‧‧偏壓線
Lcarst‧‧‧放大器重設控制線
Lread‧‧‧讀出控制線
Lrst‧‧‧重設控制線
Lsig‧‧‧信號線
N‧‧‧儲存節點
n1‧‧‧波長轉換層之折射率
n2‧‧‧第一中間層之折射率
n3‧‧‧第二中間層之折射率
p‧‧‧像素節距
S1‧‧‧波形
S2‧‧‧波形
S101‧‧‧波形
SW1‧‧‧切換器
Vca‧‧‧輸出電壓
VDD‧‧‧電源
Vin‧‧‧輸入電壓VSS電源
Vrst‧‧‧重設電壓
w‧‧‧隔離壁之寬度
θ1‧‧‧波長轉換層與第一中間層之間之介面的入射角
θ2‧‧‧波長轉換層與第一中間層之間之介面處的折射角
θ3‧‧‧第一中間層與第二中間層之間之介面處的折射角
隨附圖式經包含以提供技術之一進一步理解，且併入本說明書中並構成本說明書之一部分。該等圖式繪示實施例且連同說明書一起用來解釋技術之原理。
圖1係繪示根據本發明之一實施例之一輻射影像拾取單元之一完整組態實例之一方塊圖。
圖2係繪示圖1中繪示之一像素等等之一詳細組態實例之一電路圖。
圖3係繪示圖1中繪示之像素區段之一結構之一截面圖。
圖4係繪示圖3中繪示之像素區段之一平面示意圖。
圖5係繪示圖1中繪示之一行選擇區段之一詳細組態實例之一方 塊圖。
圖6係繪示根據本發明之一第一實施例之一像素區段之一結構之一截面圖。
圖7A係用於解釋根據一比較實例1之一像素區段之一功能之一示意圖。
圖7B係用於解釋圖6中繪示之像素區段之一功能之一示意圖。
圖8係繪示根據本發明之一第二實施例之一像素區段之一結構之一截面圖。
圖9A係用於解釋根據一比較實例2之一像素區段之一功能之一示意圖。
圖9B係用於解釋圖8中繪示之像素區段之一功能之一示意圖。
圖10係繪示根據本發明之一第三實施例之一像素區段之一結構之一截面圖。
圖11係繪示根據一修改1-1之一像素區段之一主要部分之一結構之一截面圖。
圖12係繪示根據一修改1-2之一像素區段之一主要部分之一結構之一截面圖。
圖13係繪示根據一修改1-3之一像素區段之一主要部分之一結構之一截面圖。
圖14係繪示根據一修改2之一像素等等之一組態之一電路圖。
圖15係繪示根據一修改3之一像素等等之一組態之一電路圖。
圖16係繪示根據一修改4-1之一像素等等之一組態之一電路圖。
圖17係繪示根據一修改4-2之一像素等等之一組態之一電路圖。
圖18係繪示根據一應用實例之一輻射影像拾取顯示系統之一示意配置之一示意圖。
在下文中，將參考圖式詳細描述本發明之較佳實施例。注意將以下列順序給定描述。
1.完整組態(一輻射影像拾取單元及一像素區段之一組態實例)
2.第一實施例(其中在一影像拾取目標之一空間頻率等於或低於奈奎斯特(Nyquist)頻率之一情況下最佳化一裝置基板與一波長轉換層之間之一間隙之一實例)
3.第二實施例(其中在一影像拾取目標之一空間頻率等於或高於奈奎斯特頻率之一情況下最佳化一裝置基板與一波長轉換層之間之一間隙之一實例)
4.第三實施例(其中折射率彼此不同之兩個中間層插置在一裝置基板與一波長轉換層之間之一情況下之一實例)
5.修改1-1(其中插置兩個中間層之一情況下之另一實例)
6.修改1-2(其中插置兩個中間層之一情況下之另一實例)
7.修改1-3(其中插置兩個中間層之一情況下之另一實例)
8.修改2(另一被動像素電路之一實例)
9.修改3(另一被動像素電路之一實例)
10.修改4-1及4-2(一主動像素電路之實例)
11.應用實例(一輻射影像拾取顯示系統之一實例)
<完整組態>
圖1繪示根據本發明之一實施例之一完整輻射影像拾取單元(一輻射影像拾取單元1)之一方塊組態。此處，在描述隨後描述之第一實施例至第三實施例之前，描述各自實施例共有之一組態。輻射影像拾取單元1基於入射輻射(例如，X射線)讀取一目標之資訊(拾取目標之一影像)。輻射影像拾取單元1包含一像素區段11，且包含用作像素區段11之一驅動電路之一列掃描區段13、一A/D轉換區段14、一行掃描區 段15及一系統控制區段16。輻射影像拾取單元1可為(例如)一間接轉 換類型的平板偵測器(FPD)。雖然隨後將描述細節，但是在像素區段11中一旦將輻射轉換為可見光之後，即容許獲得一基於可見光之電信號。
(像素區段11)
像素區段11包含各者基於輻射產生一信號電荷之複數個像素(影像拾取像素及單位像素)20。該複數個像素20二維配置成一矩陣。注意，如圖1中繪示，像素區段11中之一水平方向(一列方向)稱為「H」方向，且一垂直方向(一行方向)稱為「V」方向。
圖2例證像素20之一電路組態(一所謂的被動電路組態)連同A/D轉換區段14中之一電荷放大器電路171(隨後描述)之一電路組態。例如，被動像素20中可提供一光電轉換元件21及一TFT 22。此外，沿H方向延伸之一讀出控制線Lread(一掃描線或一閘極線)及沿V方向延伸之一信號線Lsig連接至像素20。
例如，光電轉換元件21可由一正本征負(PIN)類型的光二極體或一金屬-絕緣體-半導體(MIS)類型的感測器組態而成，且產生對應於一入射光量的量之信號電荷。順便提及，光電轉換元件21之一陰極在此情況下連接至一儲存節點N，且例如，光電轉換元件21之一陽極可接地或可連接至一偏壓線。
TFT 22係一電晶體(一讀出電晶體)，其回應於供應自讀出控制線Lread之一列掃描信號而置於一ON狀態以將由光電轉換元件21獲得之信號電荷(一輸入電壓Vin)輸出至信號線Lsig。TFT 22可由(例如)一N通道(一N型)場效電晶體(FET)組態而成。然而，TFT 22可由一P通道(一P型)FET等等組態而成。
例如，TFT 22可具有一所謂的雙閘極類型(雙表面閘極類型或雙閘極類型)裝置結構，其中兩個閘極電極經安置以面向彼此使得一半導體層(一作用層)在其等之間。替代地，TFT 22可具有一底部閘極類 型裝置結構或一頂部閘極類型裝置結構。TFT 22之半導體層可由(例如)一矽基半導體(諸如非晶矽、微晶矽及多晶矽(多晶矽(poly-silicon)))組態而成，且希望由低溫多晶矽(LTPS)形成。然而，TFT 22之材料不限於此等矽基半導體，且TFT 22可由(例如)諸如銦鎵鋅氧化物(InGaZnO)及氧化鋅(ZnO)之氧化物半導體組態而成。
圖3繪示由如上文所述之像素20組態而成之像素區段11之一截面表面結構。圖4示意地繪示像素區段11之一平面結構。像素區段11包含一裝置基板(一感測器基板)110之一光入射側(一光接收表面側)上之一波長轉換層25。波長轉換層25係由用於各像素20之一隔離壁26分離。例如，波長轉換層25及隔離壁26可形成於一支撐基板120之一表面上，且組態一波長轉換基板(一閃爍體板)。在像素區段11中，例如，支撐基板120及裝置基板110可彼此接合使得波長轉換層25及隔離壁26在其等之間。在下文描述之各自實施例中，一或複數個中間層(中間層24)插置在裝置基板110與波長轉換層25之間。順便提及，雖然圖3中為簡單起見繪示其中配置三個像素20之結構，但是像素之數目及像素區段11之像素配置不限於此。
裝置基板110包含形成於玻璃等等之一基板110a上之上述光電轉換元件21及上述TFT 22，且包含一佈線23等等。例如，佈線23對應於讀出控制線Lread、信號線Lsig、偏壓線(Lbias)等等。在裝置基板110中，例如，光電轉換元件21、TFT 22及佈線23(Lead、Lsig及Lbias)可如圖4中繪示般配置。例如，讀出控制線Lread及信號線Lsig可經配置彼此交叉且面向隔離壁26。此外，例如，偏壓線Lbias可經配置平行於信號線Lsig。TFT 22經形成相鄰於(或靠近)讀出控制信號線Lread及信號線Lsig以減小雜訊並抑制填充因素的減小。光電轉換元件21形成於由讀出控制線Lread、信號線Lsig、偏壓線Lbias及TFT 22包圍之一區域中。
隔離壁26形成於各自像素20之間之一區域中，且分離用於各像素之波長轉換層25。換言之，隔離壁26可具有(例如)如圖4中繪示之一格子形狀，且波長轉換層25填充在由格子包圍之部分(開口部分)中。此一隔離壁26可由(例如)光敏玻璃(例如，陶瓷粉末及低熔點玻璃之一混合物)形成。隔離壁26之一厚度(一高度)可為(例如)約0.1mm至約0.3mm(包含0.1mm及0.3mm)，且隔離壁26之一寬度(一寬度w)可為(例如)約0.02mm至約0.06mm(包含0.02mm及0.06mm)。
波長轉換層25將輻射Rrad(例如，一α射線、一β射線、一γ射線及一X射線)之一波長轉換為光電轉換元件21之一敏感範圍中之一波長，且可由(例如)吸收X射線以發射可見光之螢光物質(例如，閃爍體)形成。螢光物質之材料之實例可包含(例如)CsI(添加有Tl)、Gd2O2S、BaFX(X係Cl、Br、I等等)、NaI及CaF2。波長轉換層25之厚度等於或小於隔離壁26之厚度(高度)。
支撐基板120可由(例如)玻璃、陶瓷、半導體、金屬、聚合物材料等等形成。例如，可使用平板玻璃(諸如石英、硼矽酸鹽玻璃及化學強化玻璃)、陶瓷(諸如藍寶石、氮化矽及碳化矽)、半導體(諸如矽、鍺、砷化鎵、磷化鎵及氮化鎵)、金屬(諸如鋁(Al)、鐵(Fr)及銅(Cu))及覆蓋有其等之一金屬氧化物之此等金屬等等。此外，可使用諸如聚酯、聚對苯二甲酸乙二(醇)酯、聚醯胺、聚醯亞胺及碳纖維強化樹脂之聚合物材料(塑膠)。
例如，如上所述，中間層24可提供於裝置基板110之整個表面上方且介於裝置基板110與波長轉換層25之間。雖然隨後將描述細節，但是中間層24可由一預定材料形成或可為一空氣層。中間層24界定裝置基板110與波長轉換層25之間之一距離(一間隙d)。適當地設定中間層24之折射率、膜厚度等等使得可基於下文描述之實施例之各者中之影像拾取目標之空間頻率(fs)最佳化間隙d。注意，更具體言之，間隙 d對應於裝置基板110之光電轉換元件21之光接收表面與波長轉換層25之一光發射表面之間之一距離。
具體言之，距離d經設定以基於空間頻率fs而等於或小於一預設臨限值dO或等於或大於臨限值dO。臨限值dO係當發射自波長轉換層25之光進入一相鄰像素之光電轉換元件21之一端(一光接收區域與一非光接收區域之間之一邊界)時之間隙之一大小。換言之，臨限值dO係由以下表達式(1)及(2)表示。順便提及，△s係對應於光電轉換元件21之端與像素20之一端之間之一距離之一最小值之一值(參見圖4)。此外，θ1表示波長轉換層25與中間層24之間之一介面之一入射角(一最大值)，θ2表示波長轉換層25與中間層24之間之介面處之一折射角，n1表示波長轉換層25之一折射率，且n2表示中間層24之一折射率。
dO=(△s+w/2)/tanθ2 (1)
θ2=sin-1(n1．sinθ1/n2) (2)
參數及臨限值dO之實例可為θ1=20°(+20°或-20°)。當θ1超過20度時，可見光因隔離壁26處之反射衰減而難以發射至波長轉換層25之外部。此外，參數可設定如下：n1=2.2，n2=1.5，△s=10μm，且w=25μm。當以此方式設定參數時，dO變為38.8μm。
(列掃描區段13)
列掃描區段13係一像素驅動區段(一列掃描電路)，其包含一移位電阻器電路、一預定邏輯電路及隨後描述之類似電路，且逐列(逐水平線)地執行像素區段11中之複數個像素20的驅動(線性循序掃描)。具體言之，列掃描區段13可(例如)透過線性循序掃描來執行影像拾取操作，諸如像素20之讀出操作及重設操作。注意，線性循序掃描係藉由透過讀出控制線Lread將上述列掃描信號供應至像素20而執行。
(A/D轉換區段14)
A/D轉換區段14包含各者經提供用於複數個(在此情況下，四個) 信號線Lsig之複數個行選擇區段17。A/D轉換區段14基於透過信號線Lsig輸入之一信號電壓(對應於信號電荷之一電壓)來執行A/D轉換(類比轉數位轉換)。因此，產生由數位信號形成之輸出資料Dout(一影像拾取信號)並將其輸出至外部。
例如，如圖5中繪示，行選擇區段17之各者包含電荷放大器172、電容器(例如，回饋電容器等等)C1、切換器SW1、取樣及保持(S/H)電路173、包含四個切換器SW2之一多工器電路(一選擇電路)174以及一A/D轉換器175。除此之外電荷放大器172、電容器C1、切換器SW1、S/H電路173及切換器SW2經逐個提供用於各信號線Lsig。注意，除此之外，電荷放大器172、電容器C1、及切換器SW1對應於圖2中繪示之電荷放大器電路171。多工器電路174及A/D轉換器175經提供用於各行選擇區段17。
電荷放大器172係將自信號線Lsig讀出之信號電荷轉換為一電壓(Q-V轉換)之一放大器。在電荷放大器172中，一負側(一減號側)上之一輸入端子連接至信號線Lsig之一端，且一正側(一加號側)上之一輸入端子接收預定重設電壓Vrst。電荷放大器172之一輸出端子及負側上之輸入端子透過電容器C1及切換器SW1之一並聯連接電路呈回饋連接。換言之，電容器C1之一第一端子連接至電荷放大器172之負側上之輸入端子，且電容器C1之一第二端子連接至電荷放大器172之輸出端子。同樣地，切換器SW1之一第一端子連接至電荷放大器172之負側上之輸入端子，且切換器SW1之一第二端子連接至電荷放大器172之輸出端子。注意，切換器SW1之ON-OFF狀態受控於透過一放大器重設控制線Lcarst供應自系統控制區段16之控制信號(一放大器重設控制信號)。
S/H電路173係安置在電荷放大器172與多工器電路174(切換器SW2)之間之一電路，且暫時保持來自電荷放大器172之一輸出電壓 Vca。
多工器電路174係當四個切換器SW2之一者回應於由行掃描區段15進行之掃描驅動而循序置於ON狀態時在S/H電路173之各者與A/D轉換器175之間選擇性地連接或阻斷之一電路。
A/D轉換器175係對來自S/H電路173之輸出電壓(透過切換器SW2而輸入)執行A/D轉換以產生並輸出上述輸出資料Dout之一電路。
(行掃描區段15)
行掃描區段15可包含(例如)未繪示之一移位電阻器、一位址解碼器等等，且按順序掃描並驅動上述行選擇區段17中之切換器SW2。透過各自信號線Lsig讀出之各自像素20之信號(上述輸出資料Dout)按順序由行掃描區段15進行之此選擇掃描輸出至外部。
(系統控制區段16)
系統控制區段16控制列掃描區段13、A/D轉換區段14及行掃描區段15之各者之操作。具體言之，系統控制區段16具有產生上述各種時序信號(控制信號)之一時序產生器，且基於由時序產生器產生之各種時序信號執行列掃描區段13、A/D轉換區段14及行掃描區段15之驅動控制。列掃描區段13、A/D轉換區段14及行掃描區段15各者基於系統控制區段16之控制對像素區段11中之複數個像素20執行影像拾取驅動(線性循序影像拾取驅動)，且因此自像素區段11擷取輸出資料Dout。
在下文中，在上述輻射影像拾取單元1中，將描述基於空間頻率fs之間隙d之最佳化。
<第一實施例>
(結構)
圖6繪示根據本發明之一第一實施例之像素區段11之一截面表面結構。在第一實施例中，描述其中影像拾取目標之空間頻率fs等於或低於奈奎斯特頻率fn(例如，一像素節距p的1/2)(fsfn)之一情況下， 間隙d之最佳化。在此情況下，像素區段11經組態使得間隙d係等於或小於上述臨限值dO之一值(dA)。換言之，間隙dA係由以下表達式(A)及(2)表示。
θ2=sin-1(n1．sinθ1/n2) (2)
裝置基板110與波長轉換層25之間形成一中間層24A(一第一中間層)作為上述中間層24之一特定實例。中間層24A可希望由(例如)與波長轉換層25相同之材料(閃爍體)形成。替代地，中間層24A可由不同於波長轉換層25之一材料形成；然而，其可希望由與波長轉換層25具有一小的折射率差(折射率n1與n2之間之差)之一材料形成。此係因為與其中(例如)裝置基板110與波長轉換層25之間提供一空氣層之一情況相比，折射角θ2較小且間隙dA之一設計範圍增加，且因此擴大一製程裕度。此外，當作為中間層24之閃爍體材料係粉末或液體時，容易執行填充。
(功能及效果)
在根據第一實施例之輻射影像拾取單元1中，例如當諸如X射線之輻射進入像素區段11時，輻射由波長轉換層25吸收且發射可見光。可見光係發射自波長轉換層25，且接著由裝置基板110中之像素20(光電轉換元件21)接收。因此，在各像素20(各光電轉換元件21)中，產生基於入射光之信號電荷(執行光電轉換)。此時，儲存節點N(圖2)處藉由累積所產生之信號電荷而發生根據節點電容之電壓變化。根據電壓變化，將輸入電壓Vin(對應於信號電荷之一電壓)供應給TFT 22之汲極。此後，當TFT 22回應於供應自讀出控制線Lread之列掃描信號而置於ON狀態時，向信號線Lsig讀取上述信號電荷。
以此方式讀出之信號電荷透過信號線Lsig輸入至A/D轉換區段14中之行選擇區段17用於複數個(本文係四個)像素行之各者。在行選擇 區段17中，首先在由電荷放大器172等等組態而成之一電荷放大器電路171中對輸入自各信號線Lsig之各信號電荷執行Q-V轉換(自信號電荷至信號電壓之轉換)。隨後，在A/D轉換器175中透過S/H電路173及多工器電路174對已轉換之信號電壓(來自電荷放大器172之輸出電壓Vca)執行A/D轉換以產生由數位信號形成之輸出資料Dout(影像拾取信號)。以此方式，該輸出資料Dout自各行選擇區段17循序地輸出且被傳輸至外部(或輸入至未繪示之一內部記憶體)。
此處，在第一實施例中，像素區段11經組態使得間隙dA等於或小於臨限值dO。因此，在其中空間頻率fs等於或低於奈奎斯特頻率fn之情況下，可改良拾取影像之影像品質。下文描述原因。
具體言之，如上所述，輻射影像拾取單元1係藉由接合裝置基板110及具備波長轉換層25及隔離壁26之支撐基板120而組態。此時，在理想情況下，裝置基板110及波長轉換層25彼此緊密地接合在像素區段11之整個表面上方。然而，實際上，裝置基板110與波長轉換層25之間歸因於裝置基板110之表面之變形或不規則性而產生一間隙。如圖7A中繪示，在一些情況下，當間隙大至一定程度(間隙d100>dO之一大小)時，發射自波長轉換層25之光(L100)可到達相鄰像素且無光剩餘在一像素20中。此外，在一些情況下，已接收之光量可藉由間隙折射或散射而降低。作為一感測器，此可導致解析度降級。此外，若間隙之大小在平面內變動，則拾取影像中之平面內之亮度可變得不均勻。
與上述情況相比，在第一實施例中，如圖7B中繪示，裝置基板110與波長轉換層25之間提供中間層24A使得間隙d變為間隙dA(dO)。因此，最佳化間隙d，且發射自波長轉換層25之光LA難以洩漏至相鄰像素且由一像素20接收。此外，因為容許藉由插置中間層24A來抑制折射及散射，所以容易取得較大的光量，此使得可抑制所接收的光量之減小。因此，抑制拾取影像之MTF(清晰度)之減小。
如上所述，在第一實施例中，具有用於各像素20之光電轉換元件21之裝置基板110與波長轉換層25之間的間隙d經組態以基於影像拾取目標之空間頻率fs等於或大於臨限值dO或等於或小於臨限值dO。具體言之，在第一實施例中，在其中空間頻率fs等於或低於奈奎斯特頻率fn之情況下，間隙d經組態以等於或小於臨限值dO。因此，基於空間頻率fs最佳化間隙d，且因此容許抑制拾取影像之MTF(清晰度)之減小等等。因此，可改良拾取影像之影像品質。
下文將描述本發明之其他實施例及修改。注意，相同數字用來指定上述第一實施例之實質上相同組件，且適當地省略其描述。
<第二實施例>
(結構)
圖8繪示根據本發明之一第二實施例之像素區段11之一截面表面結構。在第二實施例中，描述其中影像拾取目標之空間頻率fs等於或高於奈奎斯特頻率fn(fsfn)之一情況中之間隙d之最佳化。在此情況下，像素11經組態使得間隙d係等於或大於上述臨限值dO之一值(dB)。具體言之，間隙dB係由以下表達式(B)及(2)表示。
θ2=sin-1(n1．sinθ1/n2) (2)
裝置基板110與波長轉換層25之間形成一平面化層24B(一第一中間層)作為上述中間層24之一特定實例。例如，平面化層24B可由諸如一有機材料之一平面化材料形成。藉由插置平面化層24B，容許抑制裝置基板110之變形及不規則性並同時最佳化間隙d。因此，與其中裝置基板110與波長轉換層25之間僅提供一空氣層之一情況相比，可抑制間隙d之平面內變動以抑制亮度之不均勻性。
(功能及效果)
又，在第二實施例中，如同上述第一實施例，當諸如X射線之輻 射進入像素區段時，輻射由波長轉換層25吸收且發射可見光。可見光係由裝置基板110中之各自像素20(各自光電轉換元件21)接收。因此，在各自像素20中產生基於入射光之信號電荷，且向信號線Lsig讀出所產生之信號電荷。已讀取之信號電荷作為輸出資料Dout傳輸至外部(或輸入至未繪示之一內部記憶體)。
在此情況下，在第二實施例中，像素區段11經組態使得間隙dB等於或大於dO。因此，當空間頻率fs等於或高於奈奎斯特頻率fn時，可改良拾取影像之影像品質。下文描述原因。
圖9A及圖9B示意地繪示其中空間頻率fs等於或高於奈奎斯特頻率fn之一情況下之影像拾取目標之X射線透射率之一波形(一實線：S1)及獲自各自像素20之一信號值之一波形(長虛線及短虛線交替：S101及S2)以及像素區段11之主要部分之結構。在此情況下，波長轉換層25中產生之可見光難以由隔離壁26擴散及反射。因此，當如圖9A中繪示般間隙d101小於臨限值dO時，對應像素20容易選擇性地接收發射自波長轉換層25之L101光。因此，如由波形S101繪示，發生所謂的混疊雜訊，此使拾取影像中產生莫耳條紋。
與上述情況對比，在第二實施例中，如圖9B中繪示，裝置基板110與波長轉換層25之間的間隙d經組態以等於間隙dB(dO)。因此，最佳化間隙d，且不僅對應像素20散射並接收發射自波長轉換層25之光LB，而且相鄰像素亦係如此。因此，如由波長S2繪示，混疊雜訊減小且拾取影像中之莫耳條紋的發生得到抑制。
如上所述，在第二實施例中，具有用於各像素之光電轉換元件21之裝置基板110與波長轉換層25之間的間隙d經組態以基於影像拾取目標之特殊頻率fs等於或大於臨限值dO或等於或小於臨限值dO。具體言之，在第二實施例中，當空間頻率fs等於或高於奈奎斯特頻率fn時，間隙d(dB)經組態以等於或大於臨限值dO。因此，基於空間頻率fs 最佳化間隙d，此使得可抑制拾取影像中之莫耳條紋的發生等等。因此，可改良拾取影像之影像品質。
<第三實施例>
圖10繪示根據本發明之一第三實施例之像素區段11之一截面表面結構。雖然上述第一實施例及第二實施例中已描述其中裝置基板110與波長轉換層25之間提供一中間層之情況，但是中間層可由兩個或更多個層組態而成。此處，上述第二實施例中描述之情況(fsfn之情況)被視為一實例且描述其中中間層由兩個層組態而成之情況中之間隙d之最佳化。具體言之，在第三實施例中，按順序自波長轉換層25包含一中間層24C(一第一中間層)及一中間層24D(一第二中間層)作為上述中間層24。
第三實施例中之一臨限值dO'係由以下表達式(3)至(8)表示。順便提及，d1表示中間層24C之一膜厚度，d2表示中間層24D之一膜厚度，θ1表示波長轉換層25與中間層24C之間之一介面之一入射角(一最大值)，θ2表示波長轉換層25與中間層24C之間之介面處之一折射角(中間層24C與24D之間之一介面之一入射角)，θ3表示中間層24C及24D之間之介面處之一折射角，n2表示中間層24C之一折射率，且n3表示中間層24D之一折射率。
dO'=d1+d2 (3)
d1=△s1/tanθ2 (4)
d2=△s2/tanθ3 (5)
θ2=sin-1(n1．sinθ1/n2) (6)
θ3=sin-1(n2．sinθ2/n3) (7)
△s1+△s2=△s+w/2 (8)
當以此方式提供中間層24C及24D時，使用上述臨限值dO'執行間隙d基於空間頻率fs之最佳化。例如，當空間頻率fs等於或高於奈奎斯 特頻率fn時，像素區段11經組態使得間隙d等於或大於dO'。替代地，雖然未繪示，但是當空間頻率fs等於或低於奈奎斯特頻率fn時，僅必須組態像素區段11使得間隙d等於或小於臨限值dO'。
又，在第三實施例中，適當地設定中間層24C及24D之各者之折射率、膜厚度等等可最佳化間隙d。因此，可獲得等效於上述第一實施例(或上述第二實施例)之效果。
注意，在此實例中，已描述其中中間層係由兩個層組態而成之情況作為一實例；然而，中間層可由三個或更多個層組態而成。在此一情況下，諸如d、θ、n及△s之參數數目增加，且當發射自波長轉換層25之光進入一相鄰像素之光電轉換元件21之一端時之間隙d被設定為臨限值。
上述中間層24C及24D之特定實例在下文被描述為上述第三實施例之修改(修改1-1至1-3)。
<修改1-1>
圖11繪示根據一修改1-1之一像素區段之一主要部分之一結構。如圖11中繪示，可按順序自波長轉換層25側在裝置基板110與波長轉換層25之間提供一空氣層24c1及一平面化層24d1。空氣層24c1係藉由以下事實形成：波長轉換層25形成於隔離壁26之開口之一部分中(一閃爍體材料填充在開口之一部分中)。注意，類似於上述第二實施例，平面化層24d1係由一平面化材料形成。
<修改1-2>
圖12繪示根據一修改1-2之一像素區段之一主要部分之一結構。如圖12中繪示，可按順序自波長轉換層25側在裝置基板110與波長轉換層25之間提供一接合層24c2及一平面化層24d2。接合層24c2可由(例如)一UV可固化樹脂形成，且類似於上述第二實施例，平面化層24d2係由一平面化材料形成。
<修改1-3>
圖13繪示根據一修改1-3之一像素區段之一主要部分之一結構。如圖13中繪示，可按順序，自波長轉換層25側，在裝置基板110與波長轉換層25之間提供一接合層24c3及一平面化層24d3。接合層24c3可由(例如)一UV可固化樹脂或含有與波長轉換層25之材料相同之材料(閃爍體材料)的類似物形成。注意，類似於上述第二實施例，平面化層24d3係由一平面化材料形成。此外，雖然未繪示，但是平面化層24d3可含有閃爍體材料。
<修改2>
圖12繪示根據一修改2之一像素(一像素20A)之一電路組態連同上述實施例中描述之電荷放大器電路171之一電路組態實例。本修改之像素20A如同實施例中之像素20具有一所謂的被動電路組態，且具有一光電轉換元件21及一TFT 22。此外，沿H方向延伸之讀出控制線Lread及沿V方向延伸之信號線Lsig係連接至像素20A。
然而，在本修改之像素20A中，不同於上述實施例之像素20，光電轉換元件21之陽極係連接至儲存節點N，且其陰極係連接至接地(被接地)。以此方式，在像素20A中，光電轉換元件21之陽極可經連接至儲存節點N。
<修改3>
圖15繪示根據一修改3之一像素(一像素20B)之一電路組態連同上述實施例中描述之電荷放大器電路171之電路組態實例。本修改之像素20B如同實施例中之像素20具有一所謂的被動電路組態，具有一光電轉換元件21，且經連接至沿H方向延伸之讀出控制線Lread及沿V方向延伸之信號線Lsig。
然而，在本修改中，像素20B具有兩個TFT 22。該兩個TFT 22彼此經串聯連接(TFT 22之一者之一源極或一汲極電係連接至另一TFT 22之一源極或一汲極)。以此方式，兩個TFT 22係提供於一像素20B中，此使得可減小洩漏。
<修改4-1及4-2>
圖16繪示根據一修改4-1之一像素(一像素20C)之一電路組態連同下文描述之電荷放大器電路171A之一電路組態實例。此外，圖17繪示根據一修改4-2之一像素(一像素20D)之一電路組態連同電荷放大器電路171A之電路組態實例。不同於上述像素20、20A及20B，像素20C及20D之各者具有一所謂的主動像素電路。
在主動類型的像素20C及20D之各者中，提供一光電轉換元件21及三個TFT 22A、22B及22C。此外，沿H方向延伸之讀出控制線Lread及重設控制線Lrst以及沿V方向延伸之信號線Lsig連接至像素20C及20D之各者。
在像素20C及20D之各者中，TFT 22A之一閘極連接至讀出控制線Lread，TFT 22A之一源極連接至信號線Lsig，且TFT 22A之一汲極連接至電晶體22B之一汲極，從而組態源極隨耦器電路。電晶體22B之一源極連接至電源VDD，且電晶體22B之一閘極透過儲存節點N連接至光電元件21之陰極(圖16之實例中)或陽極(圖17之實例中)及電晶體22C之一汲極，從而用作一重設電晶體。電晶體22C之一閘極連接至重設控制線Lrst，且電晶體22C之一源極被供應重設電壓Vrst。在修改4-1中，光電轉換元件21之陽極連接至接地，且在修改4-2中，光電轉換元件21之陰極連接至接地。
此外，電荷放大器電路171A具有一放大器176及一恆定電流源177來代替上述電荷放大器電路171中之電荷放大器172、電容器C1及切換器SW1。在放大器176中，信號線Lsig連接至一正側上之一輸入端子，且一負側上之一輸入端子與一輸出端子彼此連接以形成一電壓隨耦器電路。注意，恆定電流源177之一第一端子連接至信號線Lsig 之一端，且恆定電流源177之一第二端子連接至電源VSS。
<應用實例>
隨後，根據上述實施例及修改之任一者之輻射影像拾取單元可應用於下文描述之一輻射影像拾取顯示系統。
圖18示意地繪示根據一應用實例之一輻射影像拾取顯示系統(一輻射影像拾取顯示系統5)之一示意組態實例。輻射影像拾取顯示系統5包含具有像素區段11及根據上述實施例等等之類似物之輻射影像拾取單元1、影像處理區段52及一顯示單元4。
影像處理區段52對輸出自輻射影像拾取單元1之輸出資料Dout(一影像拾取信號)執行預定影像處理以產生影像資料D1。顯示單元4基於由影像處理區段52產生之影像資料D1在一預定監視器螢幕40上執行影像顯示。
在輻射影像拾取顯示系統5中，輻射影像拾取單元1基於自諸如一X射線源之一輻射源51朝一目標50施加之輻射擷取目標50之影像資料Dout，且將影像資料Dout輸出至影像處理區段52。影像處理區段52對輸入影像資料Dout執行上述預定影像處理，且將經影像處理之影像資料(顯示資料)D1輸出至顯示單元4。顯示單元4基於輸入影像資料D1在監視器螢幕40上顯示影像資訊(拾取影像)。
以此方式，在本應用實例之輻射影像拾取顯示系統5中，容許目標50之一影像作為一電信號由輻射影像拾取單元1擷取，且因此可藉由將所擷取之電信號傳輸至顯示單元4執行影像顯示。換言之，可在不使用輻射攝影膠片之情況下觀察目標50之影像，且可達成移動圖像拍攝及移動圖像顯示。
在上文中，雖然已描述實施例、修改及應用實例，但是本發明之內容不限於該等實施例等等，且可作出各種修改。例如，根據上述實施例等等之像素區段中之像素之電路組態不限於上述組態(像素 20、及20A至20D之電路組態)，且可採用其他電路組態。同樣地，列掃描區段、行選擇區段等等之電路組態不限於上述實施例等等中描述之組態，且可採用其他電路組態。
進一步言之，上述實施例等等中描述之列掃描區段、A/D轉換區段(行選擇區段)、行掃描區段等等可形成於(例如)相同基板上。具體言之，例如，諸如低溫多晶矽之一多晶矽半導體用來容許在相同基板上形成電路部分中之切換器等等。因此，例如，可基於(例如)來自一外部系統控制區段之控制信號對相同基板執行驅動操作，且因此可在減小一邊框(三個自由側之一框架結構)之寬度及連接佈線時達成可靠性之改良。
注意，本發明可組態如下。
(1)一輻射影像拾取單元，其包含：複數個像素，其等各者經組態以基於一輻射產生一信號電荷；一裝置基板，其包含用於各像素之一光電轉換元件；一波長轉換層，其提供於該裝置基板之一光入射側上，且經組態以將該輻射之一波長轉換為其他波長；及一隔離壁，其分離用於各像素之該波長轉換層，其中該輻射影像拾取單元經組態以容許該波長轉換層與該裝置基板之間之一間隙等於或大於一臨限值或等於或小於該臨限值，該臨限值係基於一影像拾取目標之一空間頻率而預設。
(2)如(1)之輻射影像拾取單元，其中當該空間頻率等於或低於半奈奎斯特頻率時，該間隙被設定為等於或小於該臨限值。
(3)如(1)之輻射影像拾取單元，其中當該空間頻率等於或高於半奈奎斯特頻率時，該間隙被設定為等於或大於該臨限值。
(4)如(1)至(3)中任一項之輻射影像拾取單元，其進一步包含提供於該波長轉換層與該裝置基板之間之一第一中間層，其中 臨限值(dO)係由以下表達式(1)及(2)表示，dO=(△s+w/2)/tanθ2 (1) θ2=sin-1(n1．sinθ1/n2) (2)其中△s係該光電轉換元件之一端與該像素之一端之間之一距離之一最小值，w係該隔離壁之一寬度，θ1係該波長轉換層與該第一中間層之間之一介面之一入射角；θ2係該波長轉換層與該第一中間層之間之該介面處之一折射角，n1係該波長轉換層之一折射率，且n2係該第一中間層之一折射率。
(5)如(4)之輻射影像拾取單元，其中該第一中間層係由與該波長轉換層之一材料相同之一材料形成。
(6)如(4)或(5)之輻射影像拾取單元，其中該第一中間層係一平面化層。
(7)如(1)至(3)中任一項之輻射影像拾取單元，其進一步包含一第一中間層及一第二中間層，其等按順序自該波長轉換層側提供於該波長轉換層與該裝置基板之間，其中臨限值(dO')係由以下表達式(3)至(8)表示，dO'=d1+d2 (3)
d1=△s1/tanθ2 (4)
d2=△s2/tanθ3 (5)
θ2=sin-1(n1．sinθ1/n2) (6)
θ3=sin-1(n2．sinθ2/n3) (7)
△s1+△s2=△s+w/2 (8)
其中△s係該光電轉換元件之一端與該像素之一端之間之一距離之一最小值， w係該隔離壁之一寬度，d1係該第一中間層之一膜厚度，d2係該第二中間層之一膜厚度，θ1係該波長轉換層與該第一中間層之間之一介面之一入射角；θ2係該波長轉換層與該第一中間層之間之該介面處之一折射角(該第一中間層與該第二中間層之間之一介面之一入射角)，θ3係該第一中間層與該第二中間層之間之該介面處之一折射角，n1係該波長轉換層之一折射率，n2係該第一中間層之一折射率，且n3係該第二中間層之一折射率。
(8)如(7)之輻射影像拾取單元，其中該第一中間層係一空氣層，且該第二中間層係一平面化層。
(9)如(7)之輻射影像拾取單元，其中該第一中間層係一接合層，且該第二中間層係一平面化層。
(10)如(9)之輻射影像拾取單元，其中該接合層或該平面化層含有與該波長轉換層之一材料相同之一材料。
(11)一種輻射影像拾取顯示系統，其具備一輻射影像拾取單元及一顯示單元，該顯示單元經組態以基於由該輻射影像拾取單元獲得之一影像拾取信號執行影像顯示，該輻射影像拾取單元包含：複數個像素，其等各者經組態以基於一輻射產生一信號電荷；一裝置基板，其包含用於各像素之一光電轉換元件；一波長轉換層，其提供於該裝置基板之一光入射側上，且經組態以將該輻射之一波長轉換為其他波長；及一隔離壁，其分離用於各像素之該波長轉換層，其中 該輻射影像拾取單元經組態以容許該波長轉換層與該裝置基板之間之一間隙等於或大於一臨限值或等於或小於該臨限值，該臨限值係基於一影像拾取目標之一空間頻率而預設。
熟習此項技術者應瞭解可取決於設計需求及其他因素發生各種修改、組合、子組合及變更，只要該等修改、組合、子組合及變更在隨附申請專利範圍或其等之等效物之範疇內。

Claims (11)

  1. 一輻射影像拾取單元，其包括：複數個像素，其等各者經組態以基於一輻射而產生一信號電荷；一裝置基板，其包含用於各像素之一光電轉換元件；一波長轉換層，其係提供於該裝置基板之一光入射側上，且經組態以將該輻射之一波長轉換為其他波長；及一隔離壁，其分離用於各像素之該波長轉換層，其中該輻射影像拾取單元經組態以容許該波長轉換層與該裝置基板之間之一間隙等於或大於一臨限值或等於或小於該臨限值，該臨限值係基於一影像拾取目標之一空間頻率而預設。
  2. 如請求項1之輻射影像拾取單元，其中當該空間頻率等於或低於半奈奎斯特頻率時，該間隙被設定為等於或小於該臨限值。
  3. 如請求項1之輻射影像拾取單元，其中當該空間頻率等於或高於半奈奎斯特頻率時，該間隙被設定為等於或大於該臨限值。
  4. 如請求項1之輻射影像拾取單元，進一步包括提供於該波長轉換層與該裝置基板之間之一第一中間層，其中臨限值(dO)係由以下表達式(1)及(2)表示，dO=(△s+w/2)/tanθ2 (1) θ2=sin-1(n1．sinθ1/n2) (2)其中△s係該光電轉換元件之一端與該像素之一端之間之一距離之一最小值，w係該隔離壁之一寬度，θ1係該波長轉換層與該第一中間層之間之一介面之一入射角；θ2係該波長轉換層與該第一中間層之間之該介面處之一折射 角，n1係該波長轉換層之一折射率，且n2係該第一中間層之一折射率。
  5. 如請求項4之輻射影像拾取單元，其中該第一中間層係由與該波長轉換層之一材料相同之一材料形成。
  6. 如請求項4之輻射影像拾取單元，其中該第一中間層係一平面化層。
  7. 如請求項1之輻射影像拾取單元，進一步包括一第一中間層及一第二中間層，其等按順序自該波長轉換層側提供於該波長轉換層與該裝置基板之間，其中臨限值(dO')係由以下表達式(3)至(8)表示，dO'=d1+d2 (3) d1=△s1/tanθ2 (4) d2=△s2/tanθ3 (5) θ2=sin-1(n1．sinθ1/n2) (6) θ3=sin-1(n2．sinθ2/n3) (7) △s1+△s2=△s+w/2 (8)其中△s係該光電轉換元件之一端與該像素之一端之間之一距離之一最小值，w係該隔離壁之一寬度，d1係該第一中間層之一膜厚度，d2係該第二中間層之一膜厚度，θ1係該波長轉換層與該第一中間層之間之一介面之一入射角；θ2係該波長轉換層與該第一中間層之間之該介面處之一折射角，且θ2亦係該第一中間層與該第二中間層之間之一介面之一入射角， θ3係該第一中間層與該第二中間層之間之該介面處之一折射角n1係該波長轉換層之一折射率，n2係該第一中間層之一折射率，且n3係該第二中間層之一折射率。
  8. 如請求項7之輻射影像拾取單元，其中該第一中間層係一空氣層，且該第二中間層係一平面化層。
  9. 如請求項7之輻射影像拾取單元，其中該第一中間層係一接合層，且該第二中間層係一平面化層。
  10. 如請求項9之輻射影像拾取單元，其中該接合層或該平面化層含有與該波長轉換層之一材料相同之一材料。
  11. 一種輻射影像拾取顯示系統，其具備一輻射影像拾取單元及一顯示單元，該顯示單元經組態以基於由該輻射影像拾取單元獲得之一影像拾取信號來執行影像顯示，該輻射影像拾取單元包括：複數個像素，其等各者經組態以基於一輻射而產生一信號電荷；一裝置基板，其包含用於各像素之一光電轉換元件；一波長轉換層，其係提供於該裝置基板之一光入射側上，且經組態以將該輻射之一波長轉換為其他波長；及一隔離壁，其分離用於各像素之該波長轉換層，其中該輻射影像拾取單元經組態以容許該波長轉換層與該裝置基板之間之一間隙等於或大於一臨限值或等於或小於該臨限值，該臨限值係基於一影像拾取目標之一空間頻率而預設。
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