CN110797365A - 一种探测面板、其制作方法及光电检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种探测面板、其制作方法及光电检测装置，本发明通过在每一探测像素单元内的衬底基板与检测电路之间设置反射结构，这样在可见光入射至探测像素单元区域时，反射结构可以将从光电二极管与周围布线之间的间隙透出像素平面的可见光向光电二极管区域反射，又由于光电转换结构中的第一电极为透光电极，因此反射回光电二极管区域的可见光可以重新被光电二极管吸收，从而将从光电二极管与周围布线之间的间隙透出像素平面的可见光有效利用起来，能够在不影响分辨率的前提下显著提高像素的光电效应灵敏度，从而可以显著提升现有的像素灵敏度水平。

Description

一种探测面板、其制作方法及光电检测装置
技术领域
本发明涉及探测面板技术领域，特别涉及一种探测面板、其制作方法及光电检测装置。
背景技术
基于薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)技术制作的平板X射线探测器(Flat X-ray Panel Detector，FPXD)是数字影像技术中至关重要的元件，由于其具有成像速度快，良好的空间及密度分辨率、高信噪比、直接数字输出等优点，广泛应用于医学影像(如X光胸透)、工业检测(如金属探伤)、安保检测、航空运输等领域。
在现有的FPXD中，通常包括用于检测X光的探测面板，每个探测面板都包括多个探测像素单元，在探测像素单元中设置光电探测读出电路，从而将光信号转换为电信号并输出。
发明内容
本发明实施例提供一种探测面板、其制作方法及检测装置，用以解决现有技术中由于可见光会通过光电二极管与周围布线之间的间隙透出像素平面，进而穿过透明TFT基板而损失掉，从而降低了像素灵敏度的问题。
本发明实施例提供了一种探测面板，包括呈阵列分布的多个探测像素单元，每一所述探测像素单元包括：位于衬底基板之上的反射结构，位于所述反射结构之上的检测电路，位于所述检测电路之上的光电转换结构；
所述光电转换结构包括依次叠层设置的第一电极、光电二极管和第二电极，所述第一电极与所述检测电路电连接；其中，
所述第一电极为透光电极，所述反射结构在所述衬底基板上的正投影至少覆盖所述光电二极管在所述衬底基板上的正投影。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测面板中，所述反射结构在所述衬底基板上的正投影完全覆盖对应的所述探测像素单元在所述衬底基板上的正投影。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测面板中，所述反射结构为平面反射结构。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测面板中，所述反射结构为向所述衬底基板一侧突出的凹面反射结构，所述衬底基板面向所述凹面反射结构一侧具有凹槽结构，所述凹面反射结构贴合在所述凹槽结构内。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测面板中，还包括位于所述凹面反射结构与所述检测电路之间的平坦层，所述平坦层的材料为树脂。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测面板中，所述衬底基板为柔性衬底基板。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测面板中，所述第一电极的材料为半透明导电材料或透明导电材料。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测面板中，所述半透明导电材料包括石墨烯、金属纳米颗粒其中之一或组合，所述透明导电材料为ITO。
相应地，本发明实施例还提供了一种光电检测装置，包括本发明实施例提供的上述任一项所述的探测面板。
相应地，本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的上述任一项所述的探测面板的制作方法，包括：
在每一探测像素单元内的衬底基板之上形成反射结构；
在所述反射结构之上形成检测电路；
在所述检测电路之上依次形成叠层设置的第一电极、光电二极管和第二电极，以形成光电转换结构；其中，所述第一电极与所述检测电路电连接，所述第一电极为透光电极，且所述反射结构在所述衬底基板上的正投影至少覆盖所述光电二极管在所述衬底基板上的正投影。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述制作方法中，所述在每一探测像素单元内的衬底基板之上形成反射结构，具体包括：
采用刻蚀或纳米压印工艺，在每一所述探测像素单元内的柔性衬底基板表面制作凹槽结构；
在形成有所述凹槽结构的柔性衬底基板一侧蒸镀金属材料，以在所述凹槽结构内形成凹面反射结构。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述制作方法中，在形成所述凹面反射结构之后，形成所述检测电路之前，还包括：
在形成有所述凹面反射结构的衬底基板之上形成平坦层。
本发明的有益效果如下：
本发明实施例提供的探测面板、其制作方法及光电检测装置，该探测面板包括呈阵列分布的多个探测像素单元，每一探测像素单元包括：位于衬底基板之上的反射结构，位于反射结构之上的检测电路，位于检测电路之上的光电转换结构；光电转换结构包括依次叠层设置的第一电极、光电二极管和第二电极，第一电极与检测电路电连接；其中，第一电极为透光电极，反射结构在衬底基板上的正投影至少覆盖光电转换结构在衬底基板上的正投影。本发明通过在每一探测像素单元内的衬底基板与检测电路之间设置反射结构，这样在可见光入射至探测像素单元区域时，反射结构可以将从光电二极管与周围布线之间的间隙透出像素平面的可见光向光电二极管区域反射，又由于光电转换结构中的第一电极为透光电极，因此反射回光电二极管区域的可见光可以重新被光电二极管吸收，从而将从光电二极管与周围布线之间的间隙透出像素平面的可见光有效利用起来，能够在不影响分辨率的前提下显著提高像素的光电效应灵敏度，从而可以显著提升现有的像素灵敏度水平。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种探测面板的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种探测面板的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的探测面板的制作方法流程图之一；
图4为本发明实施例提供的探测面板的制作方法流程图之二；
图5A至图5D分别为本发明实施例提供的探测面板在执行各步骤后的剖面结构示意图；
图6为本发明实施例提供的光电检测装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面结合附图，对本发明实施例提供的探测面板、其制作方法及检测装置的具体实施方式进行详细地说明。
附图中各层薄膜厚度和形状不反映探测面板的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
目前，提高FPXD像素的可见光利用率是提升图像信噪比、降低X射线辐射剂量的重要技术方向。目前主流的像素设计改进趋势主要围绕于提升像素中光电二极管的填充率，以进一步增大感光面积。但实际上，在像素中光电二极管的填充率一定的前提下，仍有10％～20％左右的可见光会通过光电二极管与周围布线之间的间隙透出像素平面，进而穿过透明TFT基板而损失掉。因此，如何将该部分透出的可见光有效利用起来，以提升现有的像素灵敏度水平是非常必要的。
有鉴于此，本发明实施例提供了一种探测面板，包括呈阵列分布的多个探测像素单元，如图1和图2所示，每一探测像素单元包括：位于衬底基板10之上的反射结构20，位于反射结构20之上的检测电路30，位于检测电路30之上的光电转换结构；
光电转换结构包括依次叠层设置的第一电极41、光电二极管43和第二电极42，第一电极41与检测电路30电连接；其中，
第一电极41为透光电极，反射结构20在衬底基板10上的正投影至少覆盖光电二极管43在衬底基板10上的正投影。
本发明实施例提供的上述探测面板，通过在每一探测像素单元内的衬底基板10与检测电路30之间设置反射结构20，这样在可见光(箭头所示)入射至探测像素单元区域时，反射结构20可以将从光电二极管43与周围布线(如数据线60等)之间的间隙透出像素平面的可见光向光电二极管43区域反射，又由于光电转换结构中的第一电极41为透光电极，因此反射回光电二极管43区域的可见光可以重新被光电二极管43吸收，从而将从光电二极管43与周围布线之间的间隙透出像素平面的可见光有效利用起来，能够在不影响分辨率的前提下显著提高像素的光电效应灵敏度，从而可以显著提升现有的像素灵敏度水平。
需要说明的是，图1和图2中仅是为了示意性说明探测面板中光电二极管和周围检测电路30及布线(如数据线60)之间存在间隙，导致可见光(箭头所示)通过该间隙透出探测像素单元，图1中是将第一电极41与检测电路30中薄膜晶体管的漏极34示意在同一膜层，在具体实施时，第一电极41位于漏极34之上，且第一电极41通过贯穿绝缘层的过孔与漏极34电连接，也就是说本发明实提供的探测面板中检测电路30和光电转换结构中各膜层的结构与现有技术中相同，本发明与现有技术中的区别在于在检测电路30与衬底基板之间设置反射结构20以及将第一电极41设置为透光电极。
进一步地，在本发明实施例提供的上述探测面板中，如图1和2所示，检测电路30包括薄膜晶体管，薄膜晶体管包括位于衬底基板10上依次层叠设置的栅极31、有源层32、源极33和漏极34；有源层32的材料可以是非晶硅、多晶硅、IGZO等半导体材料，源极33和漏极34用于传输数据线与像素极电信号。
进一步地，在本发明实施例提供的上述探测面板中，如图1和图2所示，还包括偏置电压层70，第二电极42与偏置电压层70电连接。第一电极41用于传导光电二极管43经可见光照后形成的电信号。工作时，例如通过偏置电压层70向第二电极42施加-5～-10V的电压，使光电二极管43工作在负偏压下，光电二极管43产生不同的电信号，该电信号存储在第一电极41内，第一电极41内存储的电信号通过检测电路30传输至外部IC，以保存图像数据。
进一步地，在本发明实施例提供的上述探测面板中，光电二极管为PIN光电二极管。具体地，PIN光电二极管包括在衬底基板上依次叠层设置的P型区域、N型区域以及介于P型区域和N型区域之间的本征区域。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测面板中，还包括：位于偏置电压层之上的闪烁体层(图中未示出)。具体地，闪烁体层用于将辐射信号转换成可见光信号，可以使用任何适当的闪烁材料制备闪烁体层。在一些实施例中，闪烁材料为将辐射(例如，X射线)转换成可见光的光波长转换材料。闪烁材料可以包括但不限于铊激活的碘化铯、钠激活的碘化铯，碘化铯是一种对光敏感的材料。
可选地，在具体实施时，为了将从光电二极管与周围布线之间的间隙透出像素平面的可见光全部有效利用起来，在本发明实施例提供的上述探测面板中，如图1和图2所示，反射结构20在衬底基板10上的正投影完全覆盖对应的探测像素单元在衬底基板10上的正投影。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测面板中，如图1所示，反射结构20可以为平面反射结构。通过在衬底基板10与检测电路30之间增加平面反射结构，可有效将透出的可见光反射回光电二极管43，在具体实施时，入射至探测像素单元的可见光通过闪烁体层转化得到，但并非所有的可见光都是垂直于像素平面入射的，还有部分斜向可见光，因此斜向可见光经过反射后会有一定的横向偏移量，进而进入临近探测像素单元区域(如图1中向左右两侧反射的箭头所示)，就会造成图像上的分辨率损失。
基于上述反射结构为平面反射结构的方案不能将斜向可见光反射回对应的光电二极管的问题，在本发明实施例提供的上述探测面板中，为了将透出的可见光完全反射回光电二极管，如图2所示，反射结构20可以为向衬底基板10一侧突出的凹面反射结构20，衬底基板10面向凹面反射结构20一侧具有凹槽结构，凹面反射结构20贴合在凹槽结构内。具体地，凹面反射结构20可以为凹面镜，这样，反射结构20采用凹面镜结构进行反射，可以通过几何形状的调整，使反射焦点位于对应的光电二极管43的有效吸收层位置，同时也可以保证绝大部分非垂直入射光线(斜向可见光)反射后仍然可以限制在同一个探测像素单元区域内，减少对临近探测像素单元的串扰影响，进一步提高像素的灵敏度水平。
可选地，在具体实施时，由于凹面反射结构不平坦，如果直接在凹面反射结构上制作探测面板的其它膜层结构，由于各膜层结构的厚度较薄，会发生膜层断裂的问题，因此在本发明实施例提供的上述探测面板中，如图2所示，还包括位于凹面反射结构20与检测电路30之间的平坦层50，为了保证从间隙透出的可见光能够透过平坦层50以及增加后续膜层结构与衬底基板10直接的附着力，平坦层50的材料可以为树脂。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测面板中，如图1所示，为了增加后续膜层结构与衬底基板10直接的附着力，还包括位于平面反射结构20与检测电路30之间的平坦层50，平坦层50的材料可以为树脂。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测面板中，如图1和图2所示，衬底基板10可以为柔性衬底基板。一方面，如图2所示，衬底基板10采用柔性衬底基板，可以通过刻蚀或纳米压印工艺，在每一探测像素单元内的柔性衬底基板表面制作凹槽结构，在形成有凹槽结构的柔性衬底基板一侧蒸镀金属材料，以在凹槽结构内形成凹面反射结构，该制作工艺简单易实现；另一方面还可以扩大探测面板的应用范围，如柔性领域。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测面板中，如图1和图2所示，第一电极41的材料可以为半透明导电材料或透明导电材料。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测面板中，当第一电极的材料采用半透明导电材料时，该半透明导电材料可以包括石墨烯、金属纳米颗粒其中之一或组合；当第一电极的材料采用透明导电材料时，该透明导电材料可以为ITO。当然，在具体实施时，半透明导电材料或透明导电材料不限于本发明所列举的，还可以为其它半透明导电材料或透明导电材料，在此不做限定。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种探测面板的制作方法，如图3所示，包括：
S301、在每一探测像素单元内的衬底基板之上形成反射结构；
S302、在反射结构之上形成检测电路；
S303、在检测电路之上依次形成叠层设置的第一电极、光电二极管和第二电极，以形成光电转换结构；其中，第一电极与检测电路电连接，第一电极为透光电极，且反射结构在衬底基板上的正投影至少覆盖光电转换结构在衬底基板上的正投影。
本发明实施例提供的上述探测面板的制作方法，通过在每一探测像素单元内的衬底基板与检测电路之间制作反射结构，这样在可见光入射至探测像素单元区域时，反射结构可以将从光电二极管与周围布线之间的间隙透出像素平面的可见光向光电二极管区域反射，又由于光电转换结构中的第一电极为透光电极，因此反射回光电二极管区域的可见光可以重新被光电二极管吸收，从而将从光电二极管与周围布线之间的间隙透出像素平面的可见光有效利用起来，从而可以显著提升现有的像素灵敏度水平。
进一步地，在本发明实施例提供的上述探测面板的制作方法中，如图4所示，在每一探测像素单元内的衬底基板之上形成反射结构，具体包括：
S401、采用刻蚀或纳米压印工艺，在每一探测像素单元内的柔性衬底基板表面制作凹槽结构；
S402、在形成有凹槽结构的柔性衬底基板一侧蒸镀金属材料，以在凹槽结构内形成凹面反射结构。
进一步地，在本发明实施例提供的上述探测面板的制作方法中，在形成凹面反射结构之后，形成检测电路之前，还包括：
在形成有凹面反射结构的衬底基板之上形成平坦层。
下面通过具体实施例对图2所示的探测面板的制作方法进行详细阐述。
(1)提供一柔性衬底基板10，如图5A所示；
(2)采用刻蚀或纳米压印工艺，在每一探测像素单元内的柔性衬底基板10表面制作凹槽结构01，如图5B所示；
(3)在形成有凹槽结构01的柔性衬底基板10一侧蒸镀金属材料，以在凹槽结构内形成凹面反射结构20，如图5C所示；
(4)在形成有凹面反射结构20的衬底基板10之上形成平坦层50，如图5D所示；
(5)在平坦层50上形成光电检测电路30和光电转换结构，其中光电转换结构的第一电极采用透光电极，如图2所示。
通过上述实施例一的步骤(1)至步骤(5)后可以得到本发明实施例提供的图2所示的探测面板。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种光电检测装置，包括本发明实施例提供的上述任一种探测面板。具体地，如图6所示，该光电检测装置包括上述任一种探测面板，该探测面板包括呈阵列排布的多个探测像素单元，该光电检测装置还包括与探测像素单元对应的栅线Gate电连接的栅极驱动电路，与探测像素单元对应的数据线Data电连接的数据驱动电路，以及与栅极驱动电路和数据驱动电路电连接的现场可编程门阵列(FPGA)，栅极驱动电路、数据驱动电路和现场可编程门阵列(FPGA)制作在柔性电路板(PCB)上。该光电检测装置解决问题的原理与前述探测面板相似，因此该光电检测装置的实施可以参见前述探测面板的实施，重复之处在此不再赘述。
本发明实施例提供的探测面板、其制作方法及光电检测装置，该探测面板包括呈阵列分布的多个探测像素单元，每一探测像素单元包括：位于衬底基板之上的反射结构，位于反射结构之上的检测电路，位于检测电路之上的光电转换结构；光电转换结构包括依次叠层设置的第一电极、光电二极管和第二电极，第一电极与检测电路电连接；其中，第一电极为透光电极，反射结构在衬底基板上的正投影至少覆盖光电转换结构在衬底基板上的正投影。本发明通过在每一探测像素单元内的衬底基板与检测电路之间设置反射结构，这样在可见光入射至探测像素单元区域时，反射结构可以将从光电二极管与周围布线之间的间隙透出像素平面的可见光向光电二极管区域反射，又由于光电转换结构中的第一电极为透光电极，因此反射回光电二极管区域的可见光可以重新被光电二极管吸收，从而将从光电二极管与周围布线之间的间隙透出像素平面的可见光有效利用起来，能够在不影响分辨率的前提下显著提高像素的光电效应灵敏度，从而可以显著提升现有的像素灵敏度水平。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种探测面板，其特征在于，包括呈阵列分布的多个探测像素单元，每一所述探测像素单元包括：位于衬底基板之上的反射结构，位于所述反射结构之上的检测电路，位于所述检测电路之上的光电转换结构；
所述光电转换结构包括依次叠层设置的第一电极、光电二极管和第二电极，所述第一电极与所述检测电路电连接；其中，
所述第一电极为透光电极，所述反射结构在所述衬底基板上的正投影至少覆盖所述光电二极管在所述衬底基板上的正投影。
2.如权利要求1所述的探测面板，其特征在于，所述反射结构在所述衬底基板上的正投影完全覆盖对应的所述探测像素单元在所述衬底基板上的正投影。
3.如权利要求1所述的探测面板，其特征在于，所述反射结构为平面反射结构。
4.如权利要求1所述的探测面板，其特征在于，所述反射结构为向所述衬底基板一侧突出的凹面反射结构，所述衬底基板面向所述凹面反射结构一侧具有凹槽结构，所述凹面反射结构贴合在所述凹槽结构内。
5.如权利要求4所述的探测面板，其特征在于，还包括位于所述凹面反射结构与所述检测电路之间的平坦层，所述平坦层的材料为树脂。
6.如权利要求1所述的探测面板，其特征在于，所述衬底基板为柔性衬底基板。
7.如权利要求1所述的探测面板，其特征在于，所述第一电极的材料为半透明导电材料或透明导电材料。
8.如权利要求7所述的探测面板，其特征在于，所述半透明导电材料包括石墨烯、金属纳米颗粒其中之一或组合，所述透明导电材料为ITO。
9.一种光电检测装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的探测面板。
10.一种如权利要求1-8任一项所述的探测面板的制作方法，其特征在于，包括：
在每一探测像素单元内的衬底基板之上形成反射结构；
在所述反射结构之上形成检测电路；
在所述检测电路之上依次形成叠层设置的第一电极、光电二极管和第二电极，以形成光电转换结构；其中，所述第一电极与所述检测电路电连接，所述第一电极为透光电极，且所述反射结构在所述衬底基板上的正投影至少覆盖所述光电二极管在所述衬底基板上的正投影。
11.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，所述在每一探测像素单元内的衬底基板之上形成反射结构，具体包括：
采用刻蚀或纳米压印工艺，在每一所述探测像素单元内的柔性衬底基板表面制作凹槽结构；
在形成有所述凹槽结构的柔性衬底基板一侧蒸镀金属材料，以在所述凹槽结构内形成凹面反射结构。
12.如权利要求11所述的制作方法，其特征在于，在形成所述凹面反射结构之后，形成所述检测电路之前，还包括：
在形成有所述凹面反射结构的衬底基板之上形成平坦层。
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