TWI648846B

TWI648846B - 光偵測器

Info

Publication number: TWI648846B
Application number: TW106144746A
Authority: TW
Inventors: 陳德銘; 陳宗漢; 吳聲楨; 周耕群; 陳盈憲
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2019-01-21
Also published as: TW201929203A; CN108461513A; CN108461513B

Abstract

一種光偵測器，其包括感應元件陣列、多個閃爍體單元和反射層。感應元件陣列位於基板上，且感應元件陣列包括多個感應單元。閃爍體單元位於感應元件陣列上，其中閃爍體單元彼此之間相互分離且對應感應單元。反射層覆蓋閃爍體單元，且反射層電性連接至感應單元。至少一閃爍體單元包括多個閃爍體粒子，其中各閃爍體粒子包含閃爍體粒子核以及覆蓋於閃爍體粒子核表面的透明導電層，且該些閃爍體粒子彼此之間電性連接。

Description

光偵測器

本發明是有關於一種偵測器，且特別是有關於一種光偵測器。

X射線影像是醫療診斷的重要工具之一。目前，X射線影像成像技術需要利用可吸收光能並將其轉換成電子訊號的X光偵測器，其中X光偵測器通常包括可將X光轉換為可見光的閃爍體。一般而言，X光偵測器是透過黏著層將一層閃爍體膜層與感測陣列進行對位貼合所組立而成的，然而，黏著層的材料和厚度會造成所轉出的可見光容易產生散射，進而導致嚴重的光學串擾現象（optical crosstalk），使得影像的解析度下降。因此，如何使光偵測器具有良好影像解析度，實為目前研發人員亟欲解決的問題之一。

本發明提供一種光偵測器，其具有良好影像解析度。

本發明提供一種光偵測器，其包括感應元件陣列、多個閃爍體單元和反射層。感應元件陣列位於基板上，且感應元件陣列包括多個感應單元。閃爍體單元位於感應元件陣列上，其中閃爍體單元彼此之間相互分離且對應感應單元。反射層覆蓋閃爍體單元，且反射層電性連接至感應單元。閃爍體單元包括多個閃爍體粒子，其中各閃爍體粒子包含閃爍體粒子核以及覆蓋於閃爍體粒子核表面的透明導電層，且該些閃爍體粒子彼此之間電性連接。

基於上述，在本發明的光偵測器中，反射層覆蓋於閃爍體單元之上且各閃爍體單元包括多個閃爍體粒子，使得閃爍體粒子受特定波長的光激發後所產生的可見光集中於相對應的感應單元中，進而提升影像解析度。除此之外，各閃爍體粒子核的表面覆蓋透明導電層；閃爍體粒子彼此之間電性連接，使得反射層能夠電性連接至感應單元，如此可減少光的散射，進而提升影像解析度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

以下將參照本實施例之圖式以更全面地闡述本發明。然而，本發明亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似之參考號碼表示相同或相似之元件，以下段落將不再一一贅述。另外，實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖1為依據本發明一實施例的光偵測器的上視示意圖。圖2為圖1中沿A-A’線的剖面示意圖。圖3為依據本發明另一實施例的光偵測器的剖面示意圖。

請參照圖1和圖2，光偵測器100包括感應元件陣列110、多個閃爍體單元120以及反射層130。在本實施例中，光偵測器100例如是X光偵測器。

感應元件陣列110位於基板102上。感應元件陣列110包括多個感應單元115。感應單元115用以接收特定波長範圍的光（例如波長範圍介於400 nm至800 nm的光）。在本實施方式中，感應單元115例如是PIN二極體（P-intrinsic-N diode），但本發明不以此為限，感應單元115也可以是其他適合的光二極體（photodiode）。基板102可為玻璃、石英、有機聚合物、或是不透光/反射材料（例如：導電材料、金屬、晶圓、陶瓷、或其它可適用的材料）或是其它可適用的材料。若使用導電材料或金屬時，則在基板102上覆蓋一層絕緣層（未繪示），以避免短路問題。在一些實施例中，感應元件陣列110還包括多個主動元件TFT、多個圖案化電極112、鈍化層114與平坦層116。

主動元件TFT位於基板102上且電性連接至相對應的感應單元115。主動元件TFT可以是底部閘極型（bottom gate）薄膜電晶體或是頂部閘極型（top gate）薄膜電晶體，其包括閘極G、閘絕緣層GI、通道層CH、源極S和汲極D。

舉例來說，主動元件TFT為底部閘極型薄膜電晶體，其閘極G位於基板102上，且閘絕緣層GI覆蓋於閘極G之上。閘極G的材料可以是導電材料，例如金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氮氧化物或其組合。閘絕緣層GI的材料可以是無機介電材料、有機介電材料或其組合。舉例來說，無機材料可以是氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其組合；有機材料可以是聚醯亞胺系樹脂、環氧系樹脂或壓克力系樹脂等高分子材料。

通道層CH位於閘絕緣層GI上，且源極S和汲極D分別位於通道層CH的相對兩端上。通道層CH的材料例如是非晶矽、微晶矽、單晶矽、有機半導體材料、氧化物半導體材料或其他適合的材料。舉例來說，通道層CH可包括氧化銦鎵鋅（Indium-Gallium-Zinc Oxide, IGZO）、氧化鋅（ZnO）、氧化錫（SnO)、氧化銦鋅（Indium-Zinc Oxide, IZO）、氧化鎵鋅（Gallium-Zinc Oxide, GZO）、氧化鋅錫（Zinc-Tin Oxide, ZTO）或氧化銦錫（Indium-Tin Oxide, ITO）。在一些實施例中，通道層CH的相對兩端可含有摻雜物（dopant）以形成用來連接源極S的源極區（未繪示）和用來連接汲極D的汲極區（未繪示）。源極S或汲極D的材料可以是導電材料，例如金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氮氧化物或其組合。

圖案化電極112位於相對應的感應單元115和基板102之間，且主動元件TFT藉由圖案化電極112連接至相對應的感應單元115。舉例來說，如圖2所示，圖案化電極112與位於其上的感應單元115接觸，且主動元件TFT中的汲極D耦接至圖案化電極112。在一些實施例中，圖案化電極112與汲極D或源極S由同一圖案化導電層所形成。在一些實施例中，圖案化電極112的圖案對應於感應單元115的圖案。圖案化電極112的材料可以是導電材料，例如金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氮氧化物或其組合。

鈍化層114覆蓋於主動元件TFT和部分圖案化電極112之上，在一些實施例中，感應單元115位於鈍化層114上，並且與鈍化層114所暴露之圖案化電極112接觸。鈍化層114的材料可以是有機絕緣材料、無機絕緣材料或其組合。有機絕緣材料可以是聚醯亞胺（polyimide, PI）、聚醯胺酸（polyamic acid, PAA）、聚醯胺（polyamide, PA）、聚乙烯醇（polyvinyl alcohol, PVA）、聚乙烯醇肉桂酸酯（polyvinyl cinnamate, PVCi）、其他適合的光阻材料或其組合。無機絕緣材料可以是氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其組合。

平坦層116覆蓋於鈍化層114和感應單元115之上，並且平坦層116具有暴露感應單元115的開口118。平坦層116的材料可以是機絕緣材料、無機絕緣材料或其組合。有機絕緣材料可以是PI、PAA、PA、PVA、PVCi、其他適合的光阻材料或其組合。無機絕緣材料可以是氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其組合。舉例來說，平坦層116的材料可以是SU8或是黑色矩陣用的材料。

至少一閃爍體單元120位於感應元件陣列110上，其中閃爍體單元120彼此之間相互分離，且閃爍體單元120對應感應單元115。閃爍體單元120包括多個閃爍體粒子122，其中各閃爍體粒子122包含閃爍體粒子核122a以及覆蓋於閃爍體粒子核122a表面的透明導電層122b。在一些實施例中，閃爍體粒子核122a受特定波長的光激發後會發出可見光，其包括Gd ₂O ₂S:Tb、ZnS:Cu、ZnS:Ag、CaWO ₄、GdOS:Tb、Y ₃Al ₅O ₁₂:Ce（YAG:Ce）、Gd ₂SiO ₅:Ce（GSO）、Lu ₂SiO ₅:Ce（LSO）或BaFCl:Eu。在一些實施例中，閃爍體單元120與相對應的感應單元115直接接觸，如圖2所示，閃爍體粒子122位於開口118中並與感應單元115直接接觸。如此一來，閃爍體單元120與感應單元115之間沒有其他的膜層（例如保護層、平坦層或黏著層），使得閃爍體粒子122受特定波長的光激發所產生的可見光集中於相對應的感應單元115中（即避免閃爍體粒子122所產生的可見光散射），進而提升影像解析度。在一些實施例中，將閃爍體粒子122形成於開口118中的方法可以是先將閃爍體粒子122、溶劑及添加劑均勻混合以形成一混合物。接著，將此混合物填入開口118中後再以高溫將液體蒸發，使得閃爍體粒子122形成於開口118中。在一些實施例中，閃爍體粒子122除了位於開口118中之外，還可位於開口118周圍的平坦層116上（如圖2所示）。上述溶劑包括水、異丙醇或其組合。上述添加劑包括界面活性劑（surfactant）、黏合劑（binder）或其組合，其中界面活性劑（surfactant）例如是包括Surfynol系列產品；黏合劑（binder）例如是包括聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）。在一些實施例中，閃爍體粒子的含量約為4.5 wt%至5.0 wt%、水的含量約為45 wt%至50 wt%；異丙醇的含量約為40 wt%至45 wt%；界面活性劑的含量約為1.5 wt%；黏合劑的含量約為4.5 wt%至5.0 wt%。

另外，為了提升閃爍體單元120與感應單元115之間的導電性，在一些實施例中，更可於閃爍體單元120和感應單元115之間設置導體層140（如圖3所示）。導體層140的材料可以是導電材料，例如金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氮氧化物或其組合。

反射層130覆蓋於閃爍體單元120之上，如此閃爍體粒子核122a受特定波長的光激發後所產生的可見光會被反射層130侷限在相對應的感應單元115中。換句話說，每一閃爍體單元120所轉換出的可見光會被對應的感應單元115接收，藉此可大幅提升光偵測器100的影像解析度。反射層130的材料可以是鋁（Al）、銀（Ag）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鎳（Ni）、鈦（Ti）、鉬（Mo）、鎂（Mg）、鉑（Pt）、金（Au）或其組合，且反射層130可以是單層、雙層或多層結構。舉例來說，反射層130可以是由Ti/Al/Ti所構成的三層結構或是由Mo/Al/Mo所構成的三層結構。

另外，反射層130電性連接至感應單元115。在一些實施例中，由於各閃爍體粒子122包含閃爍體粒子核122a以及覆蓋於閃爍體粒子核122a表面的透明導電層122b，且閃爍體粒子122彼此之間相互接觸，故可使得閃爍體粒子122之間彼此電性連接，進而讓反射層130可藉由閃爍體單元120電性連接至感應單元115（亦即反射層130以垂直導通的方式，電連接至位於其下的感應單元115）。如此一來可藉由調整反射層130和圖案化電極112之間的電壓來對感應單元115施加順向偏壓或是逆向偏壓。也就是說，在一些實施例中，反射層130可當作共用電極。透明導電層122b的材料可以是透明的導電材料，例如銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物或銦鍺鋅氧化物等金屬氧化物。在一些實施例中，可以藉由溶膠-凝膠（Sol-Gel）法於閃爍體粒子核122a的表面形成透明導電層122b。舉例來說，可先藉由分散劑將含有銦錫氧化物（例如含有90 wt%的氧化銦和10 wt%的氧化錫）的粉末均勻懸浮於液體中，之後再將閃爍體粒子核122a加入上述液體中，以浸鍍的方式於閃爍體粒子核122a表面形成液態薄膜（其厚度約為1μm），最後再以燒結的方式將液體蒸發，以於閃爍體粒子核122a表面形成緻密的透明導電層122b。

在上述反射層130當作共用電極的實施例中，反射層130可包括多個共用電極圖案130a（如圖1所示），共用電極圖案130a彼此之間相互分離。更詳而言之，共用電極圖案130a在結構上彼此分離。在本實施例中，各共用電極圖案130a對應於閃爍體單元120。如此一來，由於閃爍體粒子122彼此之間相互接觸，且其表面覆蓋透明導電層122b，因此，感應單元115可藉由閃爍體單元120電性連接至共用電極圖案130a。在一些實施例中，相鄰的兩個共用電極圖案130a彼此之間電性連接。舉例來說，可藉由導線130b電性連接相鄰的兩個共用電極圖案130a。在本實施例中，導線130b可為位於相鄰的兩個共用電極圖案130a之間的條狀電極，但本發明不以為限。在其他實施例中，導線130b也可以是其他適合的圖案。在一些實施例中，共用電極圖案130a和導線130b可以是由同一圖案化導電層所形成。此外，在一些實施例中，共用電極圖案130a還可覆蓋於主動元件TFT之上。

在一些實施例中，閃爍體單元120’還可包括填充層124，其位於各感應單元115和反射層130之間（如圖3所示）。也就是說，填充層124可填入開口118中未被閃爍體粒子122所填滿的空間，以提升閃爍體單元120’的穩定性。另外，填充層124的材料例如是有機材料，並且為了提升反射層130與感應單元115之間的導電性，在一些實施例中，填充層124的材料也可以是導電高分子，例如聚吡咯（polypyrrole）、聚苯胺（polyaniline）或其組合。

感應元件陣列110還可包括多條掃描線SL和多條資料線DL。在本實施例中，多條資料線DL與多條掃描線SL相交。換句話說，資料線DL的延伸方向與掃描線SL的延伸方向不平行。另外，掃描線SL和資料線DL電性連接於主動元件TFT。舉例來說，掃描線SL電性連接於主動元件TFT的閘極G；而資料線DL電性連接於主動元件TFT的源極S。另外，為了提升資料線DL與源極S之間的導電性，在一些實施例中，資料線DL和共用電極圖案130a由同一圖案化導電層所形成。也就是說，資料線DL藉由穿過平坦層116和鈍化層114的接觸窗via電性連接至主動元件TFT的源極S。在另一些實施例中，資料線DL和源極S也可由同一圖案化導電層所形成。

覆蓋層150覆蓋於反射層130和平坦層116之上。也就是說，覆蓋層150覆蓋了閃爍體單元120和感應單元115，故可保護閃爍體單元120及感應單元115，以避免環境中的水氣和氧氣與其反應，進而有效地延長光偵測器100的壽命。在本實施方式中，覆蓋層150為可撓性覆蓋層，其材料包括聚對二甲苯（parylene）、聚二甲基矽氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）、聚醯亞胺(polyimide, PI)、聚乙烯對苯二甲酸酯（polyethylene terephthalate, PET）、丙烯酸類樹脂（acrylic-based resin）等的聚合物，或是與鈍化層114相同材料。

綜上所述，在上述實施例的光偵測器中，反射層覆蓋於閃爍體單元之上且各閃爍體單元包括多個閃爍體粒子，使得閃爍體粒子受特定波長的光激發後所產生的可見光集中於相對應的感應單元中，進而提升影像解析度。除此之外，閃爍體粒子的表面覆蓋透明導電層，且閃爍體粒子彼此之間相互接觸，使得反射層能夠電性連接至感應單元，如此可減少光的散射，進而提升影像解析度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧光偵測器

102‧‧‧基板

110‧‧‧感應元件陣列

112‧‧‧圖案化電極

114‧‧‧鈍化層

115‧‧‧感應單元

116‧‧‧平坦層

118‧‧‧開口

120、120’‧‧‧閃爍體單元

122‧‧‧閃爍體粒子

122a‧‧‧閃爍體粒子核

122b‧‧‧透明導電層

124‧‧‧填充層

130‧‧‧反射層

130a‧‧‧共用電極圖案

130b‧‧‧導線

140‧‧‧導體層

150‧‧‧覆蓋層

via‧‧‧接觸窗

TFT‧‧‧主動元件

G‧‧‧閘極

GI‧‧‧閘絕緣層

CH‧‧‧通道層

S‧‧‧源極

D‧‧‧汲極

SL‧‧‧掃描線

DL‧‧‧資料線

Claims

一種光偵測器，包括：一感應元件陣列，位於一基板上，且該感應元件陣列包括多個感應單元；多個閃爍體單元，位於該感應元件陣列上，其中該些閃爍體單元彼此之間相互分離，且對應該些感應單元；一反射層，覆蓋該些閃爍體單元，且該反射層電性連接至該些感應單元；以及多個主動元件，分別電性連接至該相對應的所述感應單元，且該反射層覆蓋於該些主動元件之上，其中至少一閃爍體單元包括多個閃爍體粒子，各該閃爍體粒子包含一閃爍體粒子核以及覆蓋於該閃爍體粒子核表面的一透明導電層，且該些閃爍體粒子彼此之間電性連接。
如申請專利範圍第1項所述的光偵測器，其中該反射層藉由該些閃爍體單元電性連接至該些感應單元。
如申請專利範圍第1項所述的光偵測器，其中該些閃爍體粒子核包括Gd₂O₂S：Tb、ZnS：Cu、ZnS：Ag、CaWO₄、GdOS：Tb、Y₃Al₅O₁₂：Ce、Gd₂SiO₅：Ce、Lu₂SiO₅：Ce或BaFCl：Eu。
如申請專利範圍第1項所述的光偵測器，其中各該閃爍體單元更包括：一填充層，位於對應的該感應單元和該反射層之間。
如申請專利範圍第1項所述的光偵測器，其中各該閃爍體單元與該相對應的感應單元直接接觸。
如申請專利範圍第1項所述的光偵測器，其中該反射層包括多個共用電極圖案，該些共用電極圖案在結構上彼此相互分離，且該些共用電極圖案對應該些閃爍體單元以及覆蓋於該些主動元件之上。
如申請專利範圍第6項所述的光偵測器，其中該兩相鄰的共用電極圖案彼此之間電性連接。
如申請專利範圍第6項所述的光偵測器，其中該感應元件陣列更包括：多條掃描線；以及多條資料線，與該些掃描線相交，其中該些掃描線和該些資料線電性連接於該些主動元件，且該些資料線和該些共用電極圖案由同一圖案化導電層所形成。