CN104037185B - 光检测器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光检测器及其制造方法，所述方法包括以下步骤。提供基板。于基板上形成感应元件阵列，其中感应元件阵列包括多个感应单元。于感应元件阵列上形成多个闪烁体单元，其中闪烁体单元彼此之间互相分离，且每一闪烁体单元对应一个感应单元。形成覆盖闪烁体单元的反射层。形成覆盖反射层的覆盖层。本发明能够直接在感应元件阵列上形成彼此分离且分别对应于一个感应单元的闪烁体单元，借此不但可制作出大面积的光检测器，也可提高光检测器的工艺良率及图像解析度。
Description
技术领域
本发明涉及一种光检测器及其制造方法，尤其涉及一种具有良好图像解析度及敏感度的光检测器及其制造方法。
背景技术
X射线图像是医疗诊断的重要工具之一。目前，X射线图像成像技术需要利用可吸收光能并将其转换成电子信号的X光检测器，其中X光检测器通常包括可将X光转换为可见光的闪烁体。一般而言，闪烁体的厚度越厚有利于增加敏感度，但随着闪烁体厚度的增加，所转换出的可见光容易产生散射而造成严重的光学串扰现象(optical crosstalk)，使得图像的解析度下降。这是由于公知的X光检测器通常是通过一层闪烁体膜层与感测阵列进行对位贴合所组立而成的。此外，所述对位贴合的方式容易产生偏差而导致工艺良率降低。因此，如何有效地制造出同时具有良好图像解析度及敏感度的光检测器是目前研发的重点之一。
发明内容
本发明提供一种光检测器的制造方法，可制造同时具有良好图像解析度及敏感度的光检测器。
本发明提出一种光检测器的制造方法，包括以下步骤。提供基板。于基板上形成感应元件阵列，其中感应元件阵列包括多个感应单元。于感应元件阵列上形成多个闪烁体单元，其中闪烁体单元彼此之间互相分离，且每一闪烁体单元对应一个感应单元。形成覆盖闪烁体单元的反射层。形成覆盖反射层的覆盖层。
本发明另提出一种光检测器，包括基板、多个闪烁体单元、反射层以及覆盖层。基板具有感应元件阵列，其中感应元件阵列包括多个感应单元。多个闪烁体单元配置于感应元件阵列上，其中闪烁体单元彼此之间互相分离，且每一闪烁体单元对应一个感应单元。反射层配置于闪烁体单元上且覆盖闪烁体单元。覆盖层覆盖反射层。
基于上述，在本发明的光检测器及其制造方法中，通过进行曝光显影工艺及干燥工艺，或是通过进行凹板印刷工艺及干燥工艺，能够直接在感应元件阵列上形成彼此分离且分别对应于一个感应单元的闪烁体单元，借此不但可制作出大面积的光检测器，也可提高光检测器的工艺良率及图像解析度。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A至图1F为本发明的第一实施方式的光检测器的制造方法的流程示意剖面图。
图2A至图2F为本发明的第二实施方式的光检测器的制造方法的流程示意剖面图。
其中，附图标记说明如下：
10、20：光检测器
100、200：基板
101、201：感应单元
102、202：感应元件阵列
103、203：平坦层
104：闪烁体材料层
106：图案化闪烁体材料层
108、208：闪烁体单元
110、210：反射层
112、212：覆盖层
220：印刷板
221：钢板
222：凹槽结构
223：网板
224：闪烁体材料
226：刮刀
228：闪烁体材料图案
P1、P2、P3、P1’、P2’、P3’、P4’：间距
具体实施方式
图1A至图1F为本发明的第一实施方式的光检测器的制造方法的流程示意剖面图。
请参照图1A，首先，提供基板100。在本实施方式中，基板100为可挠性基板，诸如塑胶基板。接着，在基板100上形成感应元件阵列102，此感应元件阵列102包括多个感应单元101。详细而言，感应单元101用以接收特定波长范围的光。在本实施方式中，感应单元101例如是非晶硅的光二极管(photodiode)，其吸收频谱例如是介于450nm至620nm的波长范围。另外，在本实施方式中，感应单元101的间距P1介于130微米至200微米之间。另外，在本实施方式中，形成感应元件阵列102之后还包括于基板100上形成平坦层103，其中平坦层103暴露出感应元件阵列102。在一实施例中，平坦层103的表面可与感应元件阵列102的表面齐平，以使后续所形成的膜层能够形成在一平坦的表面上。平坦层103的材料例如是聚酰亚胺(Polyimide)、丙烯酸酯树脂(Acrylic resin)等材料。
接着，请参照图1B，于基板100上形成闪烁体材料层104。于基板100上形成闪烁体材料层104的方法包括以下步骤。
首先，配制闪烁体材料。在本实施方式中，闪烁体材料包括荧光粉、溶剂、感光剂及添加剂，其中荧光粉的含量约为15wt％至25wt％、溶剂的含量约为25wt％至35wt％、感光剂的含量约为0.4wt％至0.5wt％。详细而言，荧光粉受特定波长的光激发后会发出可见光，其包括Gd2O2S:Tb、ZnS:Cu、ZnS:Ag、CaWO4、GdOS:Tb或BaFCl:Eu。溶剂包括水。感光剂包括重铬酸钠(SDC)或由以下式1表示的聚合物。添加剂包括分散剂、粘合剂、乳化剂、显色剂、pH调整剂，其中分散剂包括Sokalan PA30CL(BASF公司制造)、Orotan731DP(Rohm and Haas公司制造)，粘合剂包括聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)，乳化剂包括Reodol TW-L120(花王公司(Kao Chemical Corporation)制造)，显色剂包括三缩四乙二醇(tetraethyleneglycol，TEG)，pH调整剂包括稀释氨水。在一实施例中，闪烁体材料包括29.29wt％的水(溶剂)、0.94wt％的Sokalan PA30CL(添加剂)、18.89wt％的Gd2O2S:Tb(荧光粉)、48.37wt％的聚乙烯醇(黏合剂)、0.47wt％的Orotan731DP(添加剂)、0.76wt％的Reodol TW-L120、(添加剂)、0.60wt％的三缩四乙二醇(添加剂)、0.24wt％的稀释氨水(添加剂)、0.44wt％的重铬酸钠(感光剂)。
接着，进行涂布工艺，以将所制备的闪烁体材料涂布于基板100上。涂布工艺包括旋转涂布工艺(spin-on coating process)、刮刀涂布工艺(blade coating process)、滚筒涂布工艺(roller coating process)、狭缝涂布工艺(slit coating process)或喷墨法(ink-jet method)。
接着，请参照图1C，于基板100上形成图案化闪烁体材料层106。形成图案化闪烁体材料层106的方法包括进行曝光显影工艺，以移除基板100上位于感应单元101之间的闪烁体材料层104。从另一观点而言，图案化闪烁体材料层106是对应感应单元101而形成，因此与感应单元101的间距P1相同，图案化闪烁体材料层106的间距P2也介于130微米至200微米之间。曝光显影工艺的步骤为本领域普通技术人员所熟知，故于此不详加描述。
接着，请参照图1D，于感应元件阵列102上形成多个闪烁体单元108。形成闪烁体单元108的方法包括进行干燥工艺，以移除图案化闪烁体材料层106内的溶剂。干燥工艺可选择性利用热板或烘箱等加热装置进行加热处理，其中加热处理通常在氮气气氛下进行。如此一来，可于感应元件阵列102上形成彼此之间互相分离的闪烁体单元108，且每一闪烁体单元108对应一个感应单元101。在本实施方式中，闪烁体单元108的厚度介于50微米至200微米之间，且闪烁体单元108的间距P3介于130微米至200微米之间。详细而言，当闪烁体单元108的厚度介于上述范围内时，光检测器可具有良好的敏感度。
另外，闪烁体单元108可将一特定波长范围的光线转换成另一特定波长范围的光线。举例而言，当闪烁体单元108所包括的荧光粉为Gd2O2S:Tb时，闪烁体单元108可将X光转换成绿色的可见光。
值得说明的是，在本实施方式中，通过对闪烁体材料层104依序进行曝光显影工艺及干燥工艺，能够直接在感应元件阵列102上定义出对应于感应单元101的闪烁体单元108，借此不但可制作出大面积的光检测器，且与公知贴合对位的方式相比，还可提高光检测器的工艺良率。
接着，请参照图1E，形成覆盖闪烁体单元108的反射层110。详细而言，反射层110是用以使特定波长范围的频谱穿透且使其他波长范围的频谱反射。详细而言，在本实施方式中，反射层110设计成使X光穿透且使可见光反射。另外，反射层110的材质包括铝、银、铬、铜、镍、钛、镁、铂或金，且反射层110的形成方法包括化学气相沉积法或物理气相沉积法。此外，闪烁体单元108的顶表面为一非平坦表面。然而，本发明并不限于此。在其他实施方式中，在形成反射层110之前，可先进行涂漆工艺(lacquer process)，以在闪烁体单元108的顶表面上形成一层平坦的涂漆层(lacquer layer)。
值得说明的是，由于闪烁体单元108彼此之间互相分离，且每一闪烁体单元108对应一个感应单元101，以及由于闪烁体单元108上覆盖有反射层110，故使得每一闪烁体单元108所转换出的可见光能够在被反射层110反射后而仅仅被对应的感应单元101接收，借此可在光检测器具有良好敏感度的情况下，大幅提升光检测器的图像解析度。
接着，请参照图1F，形成覆盖反射层110的覆盖层112。详细而言，覆盖层180覆盖了闪烁体单元108及感应单元101，故可保护闪烁体单元108及感应单元101减少其与环境中的水气与氧气反应，以有效地延长光检测器的寿命。在本实施方式中，覆盖层112为可挠性覆盖层，其材质包括聚对二甲苯(parylene)、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)、聚酰亚胺(polyimide，PI)、聚乙烯对苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate，PET)、丙烯酸类树脂(Acrylic-based resin)等的聚合物。
此外，通过进行上述实施方式中的所有步骤(图1A至图1F)后，将可完成本发明第一实施方式所提出的光检测器10。
接着，在下文中，将参照图1F对本发明第一实施方式提出的光检测器10的结构进行说明。
请再次参照图1F，光检测器10包括基板100、多个闪烁体单元108、反射层110以及覆盖层112。基板100具有感应元件阵列102，其中感应元件阵列102包括多个感应单元101。闪烁体单元108配置于感应元件阵列102上，其中闪烁体单元108彼此之间互相分离，且每一闪烁体单元108对应一个感应单元101。反射层110配置于闪烁体单元108上且覆盖闪烁体单元108。覆盖层112覆盖反射层110。此外，光检测器10中各构件的材质、形成方法与相关描述及功效已于上文中进行详尽地说明，故于此不再赘述。
值得一提的是，由于基板100为可挠性基板且覆盖层112为可挠性覆盖层，使得光检测器10具有良好的可挠性，也因此增加了光检测器10的应用性及商业价值。
另外，在上述实施方式中，光检测器10的闪烁体单元108是通过对闪烁体材料层104依序进行曝光显影工艺及干燥工艺而直接对应地形成在感应单元101上。然而，本发明并不限于此，闪烁体单元还可通过其他方法来形成。以下将搭配图2A至图2F来说明第二实施方式的光检测器的制造方法。
图2A至图2F为本发明的第二实施方式的光检测器的制造方法的流程示意剖面图。
请参照图2A，首先，提供基板200。基板200与第一实施方式中对应的基板100相同，于此不再重述。接着，在基板200上形成感应元件阵列202，此感应元件阵列202包括多个感应单元201。同样地，感应元件阵列202、感应单元201与第一实施方式中对应的感应元件阵列102、感应单元101相同，于此不再重述。另外，在本实施方式中，感应单元201的间距P1’介于130微米至200微米之间。另外，在本实施方式中，形成感应元件阵列202之后还包括于基板200上形成平坦层203。同样地，平坦层203与第一实施方式中对应的平坦层103相同，于此不再重述。
接着，请参照图2B，于基板200上进行一凹板印刷工艺。所述凹板印刷工艺包括以下步骤。
首先，于基板200上设置印刷板220。印刷板220包括多个凹槽结构222，其中凹槽结构222分别对应于感应单元101。也就是说，与感应单元201的间距P1’相同，凹槽结构222的间距P2’也介于130微米至200微米之间。进一步而言，印刷板220是由钢板221与网板223所构成，而钢板221与网板223即定义出凹槽结构222。
接着，配制闪烁体材料224。在本实施方式中，闪烁体材料224包括荧光粉、溶剂及添加剂，其中荧光粉的含量约为4.5wt％至5.0wt％、溶剂的含量约为25wt％至35wt％、添加剂的含量约为65wt％至70wt％。详细而言，荧光粉受特定波长的光激发后会发出可见光，其包括Gd2O2S:Tb、ZnS:Cu、ZnS:Ag、CaWO4、GdOS:Tb或BaFCl:Eu。溶剂包括水、异丙醇及其混合物。添加剂包括界面活性剂、粘合剂，其中界面活性剂包括Surfynol系列产品，粘合剂包括聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)。
之后，进行刮刀涂布工艺，利用刮刀226将闪烁体材料224涂布于印刷板220上，以使闪烁体材料224填入凹槽结构222中。在本实施方式中，虽然将闪烁体材料224涂布于印刷板220上是通过刮刀涂布工艺来完成，但本发明并不限于此。在其他实施方式中，根据实际上工艺的需求，将闪烁体材料224涂布于印刷板220上的方法也可以包括进行转涂布工艺(spin-on coating process)、滚筒涂布工艺(roller coating process)、狭缝涂布工艺(slit coating process)或喷墨法(ink-jet method)等的涂布工艺。
接着，请参照图2C，在使闪烁体材料224填入所有凹槽结构222中之后，移除印刷版220，以于基板200上形成多个闪烁体材料图案228。详细而言，闪烁体材料图案228彼此之间是互相分离的，且每一闪烁体材料图案228对应一个感应单元201。在本实施方式中，闪烁体材料图案228的间距P3’也介于130微米至200微米之间。
接着，请参照图2D，于感应元件阵列202上形成多个闪烁体单元208。形成闪烁体单元208的方法包括进行干燥工艺，以移除闪烁体材料图案228内的溶剂。干燥工艺可选择性利用热板或烘箱等加热装置进行加热处理，其中加热处理通常在氮气气氛下进行。如此一来，可于感应元件阵列202上形成彼此之间互相分离的闪烁体单元208，且每一闪烁体单元208对应一个感应单元201。另外，闪烁体单元208可将一特定波长范围的光线转换成另一特定波长范围的光线。举例而言，当闪烁体单元208所包括的荧光粉为Gd2O2S:Tb时，闪烁体单元208可将X光转换成绿色的可见光。
在本实施方式中，闪烁体单元208的厚度介于50微米至200微米之间，且闪烁体单元208的间距P4’介于130微米至200微米之间。详细而言，当闪烁体单元208的厚度介于上述范围内时，光检测器可具有良好的敏感度。
值得说明的是，在本实施方式中，通过使用凹槽结构222分别对应于感应单元201的印刷板220来进行凹板印刷工艺并继之进行干燥工艺，能够直接在感应元件阵列202上定义出对应于感应单元201的闪烁体单元208，借此不但可制作出大面积的光检测器，且与公知贴合对位的方式相比，还可提高光检测器的工艺良率。
接着，请参照图2E，形成覆盖闪烁体单元208的反射层210。反射层210与第一实施方式中对应的反射层110相同，于此不再重述。此外，闪烁体单元208的顶表面为一非平坦表面。然而，本发明并不限于此。在其他实施方式中，在形成反射层210之前，可先进行涂漆工艺(lacquer process)，以在闪烁体单元208的顶表面上形成一层平坦的涂漆层(lacquerlayer)。
值得说明的是，由于闪烁体单元208彼此之间互相分离，且每一闪烁体单元208对应一个感应单元201，以及由于闪烁体单元208上覆盖有反射层210，故使得每一闪烁体单元208所转换出的可见光能够在被反射层210反射后而仅仅被对应的感应单元201接收，借此可在光检测器具有良好敏感度的情况下，大幅提升光检测器的图像解析度。
接着，请参照图2F，形成覆盖反射层210的覆盖层212。覆盖层212与第一实施方式中对应的覆盖层112相同，于此不再重述。
此外，通过进行上述实施方式中的所有步骤(图2A至图2F)后，将可完成本发明第二实施方式所提出的光检测器20。
接着，在下文中，将参照图2F对本发明第二实施方式提出的光检测器20的结构进行说明。
请再次参照图2F，光检测器20包括基板200、多个闪烁体单元208、反射层210以及覆盖层212。基板200具有感应元件阵列202，其中感应元件阵列202包括多个感应单元201。闪烁体单元208配置于感应元件阵列202上，其中闪烁体单元208彼此之间互相分离，且每一闪烁体单元208对应一个感应单元201。反射层210配置于闪烁体单元208上且覆盖闪烁体单元208。覆盖层212覆盖反射层210。此外，光检测器20中各构件的材质、形成方法与相关描述及功效已于上文中进行详尽地说明，故于此不再赘述。
值得一提的是，由于基板200为可挠性基板且覆盖层212为可挠性覆盖层，使得光检测器20具有良好的可挠性，也因此增加了光检测器20的应用性及商业价值。
综上所述，在本发明的光检测器及其制造方法中，通过进行曝光显影工艺及干燥工艺，或是通过进行凹板印刷工艺及干燥工艺，使得基板上位于感应单元之间的闪烁体材料层被移除而直接在感应元件阵列上形成彼此分离且分别对应于一个感应单元的闪烁体单元，借此不但可制作出大面积的光检测器，也可提高光检测器的工艺良率及图像解析度。另外，由于基板及覆盖层分别为可挠性基板及可挠性覆盖层，本发明的光检测器可具有良好的可挠性，也因此使得本发明的光检测器其制造方法具有较广泛的应用性及商业价值。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。
Claims (11)
1.一种光检测器的制造方法，包括：
提供一基板；
于该基板上形成一感应元件阵列，该感应元件阵列包括多个感应单元；
于该感应元件阵列上形成多个闪烁体单元，其中所述多个闪烁体单元彼此之间互相分离，且每一闪烁体单元对应一个感应单元；
形成覆盖所述多个闪烁体单元的一反射层，其中所述反射层覆盖各个所述闪烁体单元的上表面与侧表面；以及
形成覆盖该反射层的一覆盖层。
2.如权利要求1所述的光检测器的制造方法，其中形成所述多个闪烁体单元的方法包括：
配制一闪烁体材料；
使用该闪烁体材料进行一涂布工艺，以于该基板上形成一闪烁体材料层；以及
对该闪烁体材料层依序进行一曝光显影工艺及一干燥工艺，以定义出所述多个闪烁体单元。
3.如权利要求2所述的光检测器的制造方法，其中该闪烁体材料包括一荧光粉、一溶剂、一感光剂及一添加剂。
4.如权利要求1所述的光检测器的制造方法，其中形成所述多个闪烁体单元的方法包括：
于该基板上设置一印刷板，其中该印刷板包括多个凹槽结构，所述多个凹槽结构分别对应于所述多个感应单元；
配制一闪烁体材料；
使用该闪烁体材料进行一涂布工艺，以使该闪烁体材料填入所述多个凹槽结构中；
移除该印刷版，以于该基板上形成多个闪烁体材料图案；以及
对所述多个闪烁体材料图案进行一干燥工艺，以形成所述多个闪烁体单元。
5.如权利要求4所述的光检测器的制造方法，其中该闪烁体材料包括一荧光粉、一溶剂及一添加剂。
6.如权利要求3或5所述的光检测器的制造方法，其中该荧光粉包括Gd2O2S:Tb、ZnS:Cu、ZnS:Ag、CaWO4、GdOS:Tb或BaFCl:Eu。
7.一种光检测器，包括：
一基板，其具有一感应元件阵列，该感应元件阵列包括多个感应单元；
多个闪烁体单元，配置于该感应元件阵列上，其中所述多个闪烁体单元彼此之间互相分离，且每一闪烁体单元对应一个感应单元，所述多个闪烁体单元的顶表面为一非平坦表面；
一反射层，配置于所述多个闪烁体单元上且覆盖所述多个闪烁体单元，其中所述反射层覆盖各个所述闪烁体单元的上表面与侧表面；以及
一覆盖层，覆盖该反射层。
8.如权利要求7所述的光检测器，其中该基板为可挠性基板，该覆盖层为可挠性覆盖层。
9.如权利要求7所述的光检测器，其中所述多个闪烁体单元包括Gd2O2S:Tb、ZnS:Cu、ZnS:Ag、CaWO4、GdOS:Tb或BaFCl:Eu。
10.如权利要求7所述的光检测器，其中所述多个闪烁体单元的厚度介于50微米至200微米之间，所述多个感应单元的间距介于130微米至200微米之间。
11.如权利要求7所述的光检测器，其中该每一闪烁体单元与其所对应的该感应单元直接接触。
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