TW201438204A - 平板型ｘ光偵測器的ｔｆｔ－ｐｉｎ陣列基板及組裝結構 - Google Patents
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Abstract
一種平板型X光偵測器的TFT-PIN陣列基板及組裝結構，乃用以解決現有的閃爍體基板與TFT-PIN陣列基板不能讓紫外光穿透，而無法利用UV液態光學膠貼合方式予以組裝的問題，本發明係將TFT-PIN陣列基板中的PIN光電二極體之金屬層作開孔設計，使紫外光得以穿透過TFT-PIN陣列基板，達成UV液態光學膠固化的效果，藉此，將可應用UV液態光學膠作為黏著層於閃爍體基板與TFT-PIN陣列基板之組裝結構，以提高量子檢測效率(DQE)暨X光醫療影像品質。
Description
本發明係有關於一種平板型X光偵測器，特別是指一種應用於UV液態光學膠貼合製程之平板型X光偵測器的TFT-PIN陣列基板及組裝結構。
平板型X光偵測器(FPD；flat-panel detector)是X光數位醫療影像重要的光學元件，也是X光數位醫療影像未來發展趨勢，它具有較大的視野(FOV；Field of Vision)與優異的量子檢測效率(DQE；Detective Quantum Efficiency)值。FPD的主要組成結構是閃爍體基板與包含TFT(薄膜電晶體)和PIN(正型-本質型-負型)光電二極體的TFT-PIN陣列基板，閃爍體的種類多，較常用的閃爍體為碘化銫摻入雜質鉈元素(CsI：Tl)。CsI：Tl閃爍體是以熱蒸鍍的方式鍍在鋁或碳纖維基板，其晶體結構分為多晶型與柱狀型。多晶型的優點是製程參數簡單，但缺點是X光激發閃爍體所產生的可見光具有大的散射角，會造成相鄰畫素誤動作，降低空間解析度(spatial resolution)及DQE值。柱狀體閃爍體的缺點是製程參數複雜，製程良率不易掌控，尤其是在大面積平板型X光偵測器的應用，其優點是散射角小，能降低雜訊進而提高影像解析度。
傳統閃爍體基板與TFT-PIN陣列基板的組裝結構，一種是利用壓敏黏著膠(PSA；pressure sensitive adhesive)400貼合的方式，如第1圖所示，將閃爍體基板410與TFT-PIN陣列基板420壓合，予以組裝；此種方式較適合於軟性基板411之閃爍體412與TFT-PIN陣列基板420之貼合製程。再者，如第2圖所示，是利用常溫濕氣固化或熱固化之液態光學膠(OCA；optical clear adhesive)430，將閃爍體基板410與TFT-PIN陣列基板420壓合；此種方式較適合於鋁與碳纖維等硬質基板411閃爍體412與TFT-PIN陣列基板420的貼合製程，其缺點是硬化時間長，影響產能與
對位精準度。另外，還有利用外界施加壓力的方式，如第3圖所示，將閃爍體基板410與TFT-PIN陣列基板420予以固定。此方法的缺點是閃爍體412與TFT-PIN陣列基板420間容易產生間隙，因閃爍體412與空氣折射係數差異，使得光穿透量降低，因此，局部光穿透量會產生差異，而造成亮度不均勻。
另一方面，請參照第5A圖與第6圖，分別繪示先前技術之TFT-PIN陣列基板之平面圖與沿著第5A圖的剖面線A-A之剖面圖。TFT-PIN陣列基板420之PIN光電二極體423包括金屬層431、光電導層433、透明導電層434，且共同佈線460透過接觸孔451電性連接至PIN光電二極體423之透明導電層434。由於現有的TFT-PIN陣列基板420中PIN光電二極體423佈有整面的金屬層431，導致波長365奈米(nm)的長波紫外光(UVA)並不能穿透，造成UV液態光學膠會難以硬化，故無法利用UV液態光學膠貼合製程於平板型X光偵測器之組裝結構。
鑒於以上的問題，本發明的主要目的在於提供一種平板型X光偵測器的TFT-PIN陣列基板及組裝結構，將TFT-PIN陣列基板中的PIN光電二極體之金屬層作開孔設計，使紫外光得以穿透過TFT-PIN陣列基板，使UV液態光學膠容易固化，藉以應用UV液態光學膠作為黏著層於閃爍體基板與TFT-PIN陣列基板之間予以組裝，從而可提高量子檢測效率(DQE)與X光醫療影像品質。
為達以上之目的，本發明提供一種平板型X光偵測器的TFT-PIN陣列基板，包含第一基板，且第一基板上形成有TFT與PIN光電二極體，PIN光電二極體包含金屬層、光電導層及第一透明導電層，光電導層形成於金屬層上並使用外部所提供的光線產生電子及電洞，第一透明導電層形成於光電導層上，且金屬層貫穿設置有至少一個開孔，使外部所提供的光線得以穿透金屬層之開孔。
另外，本發明也提供一種平板型X光偵測器的組裝結構，包含閃爍體基板、由UV液態光學膠形成於閃爍體基板上之黏著層、以及藉由黏著層和閃爍體基板予以貼合的TFT-PIN陣列基板，且TFT-PIN陣列基板包含第一基板，且第一基板上形成有TFT與PIN光電二極體，PIN光
電二極體包含金屬層、光電導層及第一透明導電層，光電導層形成於金屬層上並使用外部所提供的光線產生電子及電洞，第一透明導電層形成於光電導層上，且金屬層貫穿設置有至少一個開孔，使外部所提供的光線得以穿透金屬層之開孔，使UV液態光學膠之黏著層能夠固化，而將TFT-PIN陣列基板與閃爍體基板固定。其中UV液態光學膠之黏度大略為2000~3000 CPS。
具體而言，PIN光電二極體之光電導層包括摻有n型雜質之非晶矽層、不摻有雜質之本質非晶矽層及摻有p型雜質之非晶矽層，而第一透明導電層可由選自銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)之透明導電材料所形成。且本發明之一個實施例中，PIN光電二極體可更包含第二透明導電層，設置於金屬層與光電導層之間，用以提高PIN光電二極體之電容值。
再者，本發明所提供之平板型X光偵測器的組裝結構，其中TFT可包含閘極佈線、閘極絕緣層、半導體島、資料傳輸電極佈線、介電層與共同佈線，且閘極佈線形成於第一基板上，其包含閘極線及電性連接至閘極線之閘極，閘極絕緣層覆蓋閘極佈線與第一基板，半導體島形成於閘極絕緣層上並位於閘極上方，資料傳輸電極佈線形成於閘極絕緣層上且包含資料傳輸電極線、源極及汲極，而資料傳輸電極線與閘極線交叉，汲極和源極延伸至半導體島上並間隔分開，且汲極電性連接至資料線，源極電性連接至PIN光電二極體之金屬層，另外，介電層覆蓋資料傳輸電極佈線及PIN光電二極體，且包含一個或多個接觸孔，至於共同佈線，其形成於介電層上，並透過接觸孔電性連接至PIN光電二極體之第一透明導電層。
為使對本發明的目的、特徵及其功能有進一步的了解，茲配合圖式詳細說明如下：
100‧‧‧TFT-PIN陣列基板
110‧‧‧第一基板
120‧‧‧TFT
122‧‧‧閘極線
123‧‧‧閘極
124‧‧‧閘極絕緣層
125‧‧‧半導體島
127‧‧‧資料線
128‧‧‧汲極
129‧‧‧源極
130‧‧‧PIN光電二極體
131‧‧‧金屬層
132‧‧‧開孔
133‧‧‧光電導層
134‧‧‧第一透明導電層
135‧‧‧第二透明導電層
140‧‧‧鈍化層
150‧‧‧介電層
151‧‧‧接觸孔
160‧‧‧共同佈線
170‧‧‧阻障層
200‧‧‧黏著層
300‧‧‧閃爍體基板
310‧‧‧第二基板
320‧‧‧閃爍體
400‧‧‧壓敏黏著膠
410‧‧‧閃爍體基板
411‧‧‧基板
412‧‧‧閃爍體
420‧‧‧TFT-PIN陣列基板
423‧‧‧PIN光電二極體
430‧‧‧液態光學膠
431‧‧‧金屬層
433‧‧‧光電導層
434‧‧‧透明導電層
451‧‧‧接觸孔
460‧‧‧共同佈線
第1~3圖係先前技術中不同平板型X光偵測器的組裝結構之示意圖。
第4圖係本發明所提供之平板型X光偵測器的組裝結構之示意圖。
第5A圖係先前技術所提供之TFT-PIN陣列基板之平面圖，且具有剖面線A-A。
第5B圖係本發明之一個實施例所提供之TFT-PIN陣列基板之平面圖，且具有剖面線B-B。
第6圖係為沿著第5A圖的剖面線A-A之剖面圖。
第7圖係為沿著第5B圖的剖面線B-B之剖面圖。
第8圖係本發明之另一個實施例所提供之TFT-PIN陣列基板之剖面圖。
根據本發明之平板型X光偵測器的TFT-PIN陣列基板及組裝結構，乃應用於UV液態光學膠貼合製程。請參照第4圖所繪示，本發明所提供之平板型X光偵測器的組裝結構，主要是由TFT-PIN陣列基板100、黏著層200與閃爍體基板300所構成，TFT-PIN陣列基板100包含第一基板以及形成於第一基板上的TFT與PIN光電二極體(容后詳述)，閃爍體基板300包含第二基板310與形成於第二基板310上之閃爍體320，TFT-PIN陣列基板100是以面對閃爍體基板310之閃爍體320來設置，並以UV液態光學膠貼合的方式，形成黏著層200於閃爍體320與TFT-PIN陣列基板100之間來予以固定、組裝。前述UV液態光學膠之黏度大略為2000~3000 CPS。
由於先前技術之閃爍體基板與TFT-PIN陣列基板不能讓紫外光穿透，而無法利用UV液態光學膠貼合方式予以組裝，本發明則藉由將TFT-PIN陣列基板100中PIN光電二極體之金屬層作開孔設計，使紫外光得以穿透過TFT-PIN陣列基板100，達成UV液態光學膠固化的效果；接著，即藉由底下之實施例，針對本發明所提供之TFT-PIN陣列基板100的結構設計與其應用原理予以詳細介紹。
請參照第5B圖，繪示本發明之一個實施例所提供之TFT-PIN陣列基板100之平面圖，分別具有剖面線B-B；同時，請參第7圖，繪示沿著第5B圖的剖面線B-B之剖面圖。
第一基板110上之TFT120區域形成有金屬材料之閘極佈線，閘極佈線包含沿著橫向方向延伸之閘極線122及電性連接至閘極線122
之閘極123。閘極絕緣層124則覆蓋閘極佈線與第一基板110。半導體島125形成於閘極絕緣層124上並位於閘極123上方。金屬材料之資料傳輸佈線形成於閘極絕緣層124上，且包含沿著縱向方向延伸並和閘極線122交叉之資料傳輸線127，還有延伸到半導體島125上方之汲極128和源極129，汲極128和源極129係於半導體島125上間隔分開，且汲極128電性連接至資料線127，而源極129電性係連接至PIN光電二極體130區域內之金屬層131，金屬層131貫穿設置有單一開孔132，開孔132穿透金屬層131而露出金屬層131下方之閘極絕緣層124。實務上，開孔132的數量係不予以限制為單一個或複數個。
而光電導層133形成於金屬層131上，它是由摻有n型雜質之非晶矽層、不摻有雜質之本質非晶矽層及摻有p型雜質之非晶矽層所構成，並使用外部所提供的光線產生電子及電洞。第一透明導電層134形成於光電導層133上，並由選自銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)之透明導電材料所形成。且金屬層131、光電導層133、第一透明導電層134係形成PIN光電二極體130。
鈍化層140覆蓋資料傳輸佈線及金屬層131，且介電層150覆蓋鈍化層140及鈍化層140底下的資料傳輸佈線和PIN光電二極體130，並形成多個接觸孔151穿過鈍化層140和介電層150，而分別露出源極129與第一透明導電層133的表面。另外，金屬材料之共同佈線160沿著縱向方向延伸，且形成介電層150上，共同佈線160係透過接觸孔151(見第5B圖)電性連接至PIN光電二極體130之第一透明導電層134。並且，氮化物之阻障層(nitride barrier)170形成於TFT120與PIN光電二極體130上方。
根據上述實施例所揭露之平板型X光偵測器的組裝結構，如第7圖所示，針對TFT-PIN陣列基板100中PIN光電二極體130之金屬層131作開孔132設計後，因開孔132位置無金屬層131遮蔽，故可讓外部光線(尤其是指波長365奈米之UVA)透過開孔132穿過TFT-PIN陣列基板100，使得UV液態光學膠之黏著層200能夠固化，而將TFT-PIN陣列基板100與閃爍體基板300予以固定、組裝。
請參照第8圖，其繪示本發明的另一種實施例所揭露之
TFT-PIN陣列基板100之剖面圖。本實施例中，是在PIN光電二極體130之金屬層131與光電導層133之間更包含第二透明導電層135，且第二透明導電層135同樣可由選自銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)之透明導電材料所形成。藉此，可以增加PIN光電二極體130的電容值，維持原有畫素的儲存電荷數，再配合前述針對金屬層131的開孔132設計，可達成提高UV光穿透率的效果。
綜上所述，根據本發明所揭露之平板型X光偵測器的TFT-PIN陣列基板及組裝結構，藉由TFT-PIN陣列基板中的PIN光電二極體之金屬層具有開孔設計，使得紫外光不會受到金屬層的阻擋，而能夠直接穿透過TFT-PIN陣列基板，而達成UV液態光學膠固化的效果，藉此，將可應用UV液態光學膠作為黏著層於閃爍體基板與TFT-PIN陣列基板之組裝結構，以提高量子檢測效率(DQE)暨X光醫療影像品質。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
110‧‧‧第一基板
120‧‧‧TFT
123‧‧‧閘極
124‧‧‧閘極絕緣層
125‧‧‧半導體島
128‧‧‧汲極
129‧‧‧源極
130‧‧‧PIN光電二極體
131‧‧‧金屬層
132‧‧‧開孔
133‧‧‧光電導層
134‧‧‧第一透明導電層
140‧‧‧鈍化層
150‧‧‧介電層
151‧‧‧接觸孔
170‧‧‧阻障層
Claims (22)
- 一種平板型X光偵測器的TFT-PIN陣列基板，其包含：一第一基板；及一TFT(薄膜電晶體)與一PIN(正型-本質型-負型)光電二極體，形成於該第一基板上，該PIN光電二極體包含一金屬層、一光電導層及一第一透明導電層，該光電導層係形成於該金屬層上並使用外部所提供的光線產生電子及電洞，該第一透明導電層形成於該光電導層上，且該金屬層貫穿設置有至少一開孔，使該外部所提供的光線得以穿透該金屬層之該開孔。
- 如申請專利範圍第1項所述之TFT-PIN陣列基板，其中該光電導層包括一摻有n型雜質之非晶矽層、一不摻有雜質之本質非晶矽層及一摻有p型雜質之非晶矽層。
- 如申請專利範圍第1項所述之TFT-PIN陣列基板，其中該第一透明導電層係由一選自銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)之透明導電材料所形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之TFT-PIN陣列基板，其中該PIN光電二極體更包含一第二透明導電層，位於該金屬層與該光電導層之間，用以提高該PIN光電二極體之電容值。
- 如申請專利範圍第5項所述之TFT-PIN陣列基板，其中該第二透明導電層係由一選自銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)之透明導電材料所形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之TFT-PIN陣列基板，其中該TFT包含：一閘極佈線，形成於該第一基板上，且包含一閘極線及一電性連接至該閘極線之閘極；一閘極絕緣層，覆蓋該閘極佈線與該第一基板；一半導體島，形成於該閘極絕緣層上並位於該閘極上方；一資料傳輸電極佈線，形成於該閘極絕緣層上，且包含一資料線、一源極及一汲極，該資料線與該閘極線交叉，該汲極和該源極係延伸至該半導體島上並間隔分開，且該汲極電性連接至該資料線，該源極電性連接至該PIN光電二極體之該金屬層； 一介電層，覆蓋該資料傳輸電極佈線及該PIN光電二極體，且包含至少一接觸孔；及一共同佈線，其形成於該介電層上，並透過該接觸孔電性連接至該PIN光電二極體之該第一透明導電層。
- 如申請專利範圍第6項所述之TFT-PIN陣列基板，其中該接觸孔係複數個，藉以穿透該介電層而分別露出該源極與該第一透明導電層的表面。
- 如申請專利範圍第6項所述之TFT-PIN陣列基板，其中該TFT更包含一鈍化層，該鈍化層覆蓋該資料傳輸電極佈線及該金屬層，該介電層覆蓋該鈍化層，該接觸孔係穿過該鈍化層和該介電層。
- 如申請專利範圍第6項所述之TFT-PIN陣列基板，更包含一氮化物之阻障層，形成於該TFT與該PIN光電二極體上方。
- 如申請專利範圍第6項所述之TFT-PIN陣列基板，其中該開孔係穿透該金屬層而露出該金屬層下方之該閘極絕緣層。
- 一種平板型X光偵測器的組裝結構，其包含：一閃爍體基板；一黏著層，係由一UV(紫外光)液態光學膠形成於該閃爍體基板上；及一TFT(薄膜電晶體)-PIN(正型-本質型-負型)陣列基板，係藉由該黏著層和該閃爍體基板相貼合，且該TFT-PIN陣列基板包含一第一基板，該第一基板上形成有一TFT與一PIN光電二極體，該PIN光電二極體包含一金屬層、一光電導層及一第一透明導電層，該光電導層係形成於該金屬層上並使用外部所提供的光線產生電子及電洞，該第一透明導電層形成於該光電導層上，且該金屬層貫穿設置有至少一開孔，使該外部所提供的光線得以穿透該金屬層之該開孔，以供該UV液態光學膠之該黏著層固化，而固定該TFT-PIN陣列基板與該閃爍體基板。
- 如申請專利範圍第11項所述之平板型X光偵測器的組裝結構，其中該閃爍體基板包含一第二基板與一閃爍體，該閃爍體位於該第二基板上並面對於該TFT-PIN陣列基板。
- 如申請專利範圍第11項所述之平板型X光偵測器的組裝結構，其中該 光電導層包括一摻有n型雜質之非晶矽層、一不摻有雜質之本質非晶矽層及一摻有p型雜質之非晶矽層。
- 如申請專利範圍第11項所述之平板型X光偵測器的組裝結構，其中該第一透明導電層係由一選自銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)之透明導電材料所形成。
- 如申請專利範圍第11項所述之平板型X光偵測器的組裝結構，其中該PIN光電二極體更包含一第二透明導電層，位於該金屬層與該光電導層之間，用以提高該PIN光電二極體之電容值。
- 如申請專利範圍第15項所述之平板型X光偵測器的組裝結構，其中該第二透明導電層係由一選自銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)之透明導電材料所形成。
- 如申請專利範圍第11項所述之平板型X光偵測器的組裝結構，其中該TFT包含：一閘極佈線，形成於該第一基板上，且包含一閘極線及一電性連接至該閘極線之閘極；一閘極絕緣層，覆蓋該閘極佈線與該第一基板；一半導體島，形成於該閘極絕緣層上並位於該閘極上方；一資料傳輸電極佈線，形成於該閘極絕緣層上，且包含一資料線、一源極及一汲極，該資料線與該閘極線交叉，該汲極和該源極係延伸至該半導體島上並間隔分開，且該汲極電性連接至該資料線，該源極電性連接至該PIN光電二極體之該金屬層；一介電層，覆蓋該資料傳輸電極佈線及該PIN光電二極體，且包含至少一接觸孔；及一共同佈線，其形成於該介電層上，並透過該接觸孔電性連接至該PIN光電二極體之該第一透明導電層。
- 如申請專利範圍第17項所述之平板型X光偵測器的組裝結構，其中該接觸孔係複數個，藉以穿透該介電層而分別露出該源極與該第一透明導電層的表面。
- 如申請專利範圍第17項所述之平板型X光偵測器的組裝結構，其中該TFT更包含一鈍化層，該鈍化層覆蓋該資料傳輸電極佈線及該金屬層， 該介電層覆蓋該鈍化層，該接觸孔係穿過該鈍化層和該介電層。
- 如申請專利範圍第17項所述之平板型X光偵測器的組裝結構，更包含一氮化物之阻障層，形成於該TFT與該PIN光電二極體上方。
- 如申請專利範圍第17項所述之平板型X光偵測器的組裝結構，其中該開孔係穿透該金屬層而露出該金屬層下方之該閘極絕緣層。
- 如申請專利範圍第11項所述之平板型X光偵測器的組裝結構，其中該UV液態光學膠之黏度為2000~3000 CPS。
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