TWI550836B

TWI550836B - 光偵測器及其製造方法

Info

Publication number: TWI550836B
Application number: TW103116067A
Authority: TW
Inventors: 陳德銘; 王騰嶽; 林宗毅
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2014-05-06
Filing date: 2014-05-06
Publication date: 2016-09-21
Also published as: TW201543653A; CN104037185B; CN104037185A

Description

光偵測器及其製造方法

本發明是有關於一種光偵測器及其製造方法，且特別是有關於一種具有良好影像解析度及敏感度的光偵測器及其製造方法。

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，閃爍體的厚度越厚有利於增加敏感度，但隨著閃爍體厚度的增加，所轉換出的可見光容易產生散射而造成嚴重的光學串擾現象(optical crosstalk)，使得影像的解析度下降。這是由於習知的X光偵測器通常是透過一層閃爍體膜層與感測陣列進行對位貼合所組立而成的。此外，所述對位貼合的方式容易產生偏差而導致製程良率降低。因此，如何有效地製造出同時具有良好影像解析度及敏感度的光偵測器是目前研發的重點之一。

本發明提供一種光偵測器的製造方法，可製造同時具有良好影像解析度及敏感度的光偵測器。

本發明提出一種光偵測器的製造方法，包括以下步驟。提供基板。於基板上形成感應元件陣列，其中感應元件陣列包括多個感應單元。於感應元件陣列上形成多個閃爍體單元，其中閃爍體單元彼此之間互相分離，且每一閃爍體單元對應一個感應單元。形成覆蓋閃爍體單元的反射層。形成覆蓋反射層的覆蓋層。

本發明另提出一種光偵測器，包括基板、多個閃爍體單元、反射層以及覆蓋層。基板具有感應元件陣列，其中感應元件陣列包括多個感應單元。多個閃爍體單元配置於感應元件陣列上，其中閃爍體單元彼此之間互相分離，且每一閃爍體單元對應一個感應單元。反射層配置於閃爍體單元上且覆蓋閃爍體單元。覆蓋層覆蓋反射層。

基於上述，在本發明的光偵測器及其製造方法中，透過進行曝光顯影製程及乾燥製程，或是透過進行凹板印刷製程及乾燥製程，能夠直接在感應元件陣列上形成彼此分離且分別對應於一個感應單元的閃爍體單元，藉此不但可製作出大面積的光偵測器，也可提高光偵測器的製程良率及影像解析度。

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。

10、20‧‧‧光偵測器

100、200‧‧‧基板

101、201‧‧‧感應單元

102、202‧‧‧感應元件陣列

103、203‧‧‧平坦層

104‧‧‧閃爍體材料層

106‧‧‧圖案化閃爍體材料層

108、208‧‧‧閃爍體單元

110、210‧‧‧反射層

112、212‧‧‧覆蓋層

220‧‧‧印刷板

221‧‧‧鋼板

222‧‧‧凹槽結構

223‧‧‧網板

224‧‧‧閃爍體材料

226‧‧‧刮刀

228‧‧‧閃爍體材料圖案

P1、P2、P3、P1’、P2’、P3’、P4’‧‧‧間距

圖1A至圖1F為本發明之第一實施方式的光偵測器的製造方法的流程示意剖面圖。

圖2A至圖2F為本發明之第二實施方式的光偵測器的製造方法的流程示意剖面圖。

請參照圖1A，首先，提供基板100。在本實施方式中，基板100為可撓性基板，諸如塑膠基板。接著，在基板100上形成感應元件陣列102，此感應元件陣列102包括多個感應單元101。詳細而言，感應單元101用以接收特定波長範圍的光。在本實施方式中，感應單元101例如是非晶矽的光二極體(photodiode)，其吸收頻譜例如是介於450nm至620nm的波長範圍。另外，在本實施方式中，感應單元101的間距P1介於130微米至200微米之間。另外，在本實施方式中，形成感應元件陣列102之後更包括於基板100上形成平坦層103，其中平坦層103暴露出感應元件陣列102。在一實施例中，平坦層103的表面可與感應元件陣列102的表面齊平，以使後續所形成的膜層能夠形成在一平坦的表面上。平坦層103的材料例如是聚亞醯胺(Polyimide)、丙烯酸酯樹脂(Acrylic resin)等材料。

接著，請參照圖1B，於基板100上形成閃爍體材料層104。於基板100上形成閃爍體材料層104的方法包括以下步驟。

首先，配製閃爍體材料。在本實施方式中，閃爍體材料包括螢光粉、溶劑、感光劑及添加劑，其中螢光粉的含量約為15wt%至25wt%、溶劑的含量約為25wt%至35wt%、感光劑的含量約為0.4wt%至0.5wt%。詳細而言，螢光粉受特定波長的光激發後會發出可見光，其包括Gd₂O₂S：Tb、ZnS：Cu、ZnS：Ag、CaWO₄、GdOS：Tb或BaFCl：Eu。溶劑包括水。感光劑包括重鉻酸鈉(SDC)或由以下式1表示的聚合物。添加劑包括分散劑、黏合劑、乳化劑、顯色劑、pH調整劑，其中分散劑包括Sokalan PA 30 CL(BASF公司製造)、Orotan 731DP(Rohm and Haas公司製造)，黏合劑包括聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)，乳化劑包括Reodol TW-L120(花王公司(Kao Chemical Corporation)製造)，顯色劑包括三縮四乙二醇(tetraethylene glycol，TEG)，pH調整劑包括稀釋氨水。在一實施例中，閃爍體材料包括29.29wt%的水(溶劑)、0.94wt%的Sokalan PA 30 CL(添加劑)、18.89wt%的Gd₂O₂S：Tb(螢光粉)、48.37wt%的聚乙烯醇(黏合劑)、0.47wt%的Orotan 731DP(添加劑)、0.76wt%的Reodol TW-L120、(添加劑)、0.60wt%的三縮四乙二醇(添加劑)、0.24wt%的稀釋氨水(添加劑)、0.44wt%的重鉻酸鈉(感光劑)。

接著，進行塗佈製程，以將所製備的閃爍體材料塗佈於基板100上。塗佈製程包括旋轉塗佈製程(spin-on coating process)、刮刀塗佈製程(blade coating process)、滾筒塗佈製程(roller coating process)、狹縫塗佈製程(slit coating process)或噴墨法(ink-jet method)。

接著，請參照圖1C，於基板100上形成圖案化閃爍體材料層106。形成圖案化閃爍體材料層106的方法包括進行曝光顯影製程，以移除基板100上位於感應單元101之間的閃爍體材料層104。從另一觀點而言，圖案化閃爍體材料層106是對應感應單元101而形成，因此與感應單元101的間距P1相同，圖案化閃爍體材料層106的間距P2也介於130微米至200微米之間。曝光顯影製程的步驟為所屬領域中具有通常知識者所熟知，故於此不詳加描述。

接著，請參照圖1D，於感應元件陣列102上形成多個閃爍體單元108。形成閃爍體單元108的方法包括進行乾燥製程，以移除圖案化閃爍體材料層106內的溶劑。乾燥製程可選擇性利用熱板或烘箱等加熱裝置進行加熱處理，其中加熱處理通常在氮氣氣氛下進行。如此一來，可於感應元件陣列102上形成彼此之間互相分離的閃爍體單元108，且每一閃爍體單元108對應一個感應單元101。在本實施方式中，閃爍體單元108的厚度介於50微米至200微米之間，且閃爍體單元108的間距P3介於130微米至200微米之間。詳細而言，當閃爍體單元108的厚度介於上述範圍內時，光偵測器可具有良好的敏感度。

另外，閃爍體單元108可將一特定波長範圍的光線轉換成另一特定波長範圍的光線。舉例而言，當閃爍體單元108所包括的螢光粉為Gd₂O₂S：Tb時，閃爍體單元108可將X光轉換成綠色的可見光。

值得說明的是，在本實施方式中，透過對閃爍體材料層104依序進行曝光顯影製程及乾燥製程，能夠直接在感應元件陣列102上定義出對應於感應單元101的閃爍體單元108，藉此不但可製作出大面積的光偵測器，且與習知貼合對位的方式相比，還可提高光偵測器的製程良率。

接著，請參照圖1E，形成覆蓋閃爍體單元108的反射層110。詳細而言，反射層110是用以使特定波長範圍的頻譜穿透且使其他波長範圍的頻譜反射。詳細而言，在本實施方式中，反射層110設計成使X光穿透且使可見光反射。另外，反射層110的材質包括鋁、銀、鉻、銅、鎳、鈦、鎂、鉑或金，且反射層110的形成方法包括化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。此外，閃爍體單元108的頂表面為一非平坦表面。然而，本發明並不限於此。在其他實施方式中，在形成反射層110之前，可先進行塗漆製程(lacquer process)，以在閃爍體單元108的頂表面上形成一層平坦的塗漆層(lacquer layer)。

值得說明的是，由於閃爍體單元108彼此之間互相分離，且每一閃爍體單元108對應一個感應單元101，以及由於閃爍體單元108上覆蓋有反射層110，故使得每一閃爍體單元108所轉換出的可見光能夠在被反射層110反射後而僅僅被對應的感應單元101接收，藉此可在光偵測器具有良好敏感度的情況下，大幅提升光偵測器的影像解析度。

接著，請參照圖1F，形成覆蓋反射層110的覆蓋層112。詳細而言，覆蓋層180覆蓋了閃爍體單元108及感應單元101，故可保護閃爍體單元108及感應單元101減少其與環境中的水氣與氧氣反應，以有效地延長光偵測器的壽命。在本實施方式中，覆蓋層112為可撓性覆蓋層，其材質包括聚對二甲苯(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。

此外，藉由進行上述實施方式中的所有步驟(圖1A至圖1F)後，將可完成本發明第一實施方式所提出的光偵測器10。

接著，在下文中，將參照圖1F對本發明第一實施方式提出的光偵測器10的結構進行說明。

請再次參照圖1F，光偵測器10包括基板100、多個閃爍體單元108、反射層110以及覆蓋層112。基板100具有感應元件陣列102，其中感應元件陣列102包括多個感應單元101。閃爍體單元108配置於感應元件陣列102上，其中閃爍體單元108彼此之間互相分離，且每一閃爍體單元108對應一個感應單元101。反射層110配置於閃爍體單元108上且覆蓋閃爍體單元108。覆蓋層112覆蓋反射層110。此外，光偵測器10中各構件的材質、形成方法與相關描述及功效已於上文中進行詳盡地說明，故於此不再贅述。

值得一提的是，由於基板100為可撓性基板且覆蓋層112為可撓性覆蓋層，使得光偵測器10具有良好的可撓性，也因此增加了光偵測器10的應用性及商業價值。

另外，在上述實施方式中，光偵測器10的閃爍體單元108是透過對閃爍體材料層104依序進行曝光顯影製程及乾燥製程而直接對應地形成在感應單元101上。然而，本發明並不限於此，閃爍體單元還可透過其他方法來形成。以下將搭配圖2A至圖2F來說明第二實施方式的光偵測器的製造方法。

請參照圖2A，首先，提供基板200。基板200與第一實施方式中對應的基板100相同，於此不再重述。接著，在基板200 上形成感應元件陣列202，此感應元件陣列202包括多個感應單元201。同樣地，感應元件陣列202、感應單元201與第一實施方式中對應的感應元件陣列102、感應單元101相同，於此不再重述。另外，在本實施方式中，感應單元201的間距P1’介於130微米至200微米之間。另外，在本實施方式中，形成感應元件陣列202之後更包括於基板200上形成平坦層203。同樣地，平坦層203與第一實施方式中對應的平坦層103相同，於此不再重述。

接著，請參照圖2B，於基板200上進行一凹板印刷製程。所述凹板印刷製程包括以下步驟。

首先，於基板200上設置印刷板220。印刷板220包括多個凹槽結構222，其中凹槽結構222分別對應於感應單元101。也就是說，與感應單元201的間距P1’相同，凹槽結構222的間距P2’也介於130微米至200微米之間。進一步而言，印刷板220是由鋼板221與網板223所構成，而鋼板221與網板223即定義出凹槽結構222。

接著，配製閃爍體材料224。在本實施方式中，閃爍體材料224包括螢光粉、溶劑及添加劑，其中螢光粉的含量約為4.5wt%至5.0wt%、溶劑的含量約為25wt%至35wt%、添加劑的含量約為65wt%至70wt%。詳細而言，螢光粉受特定波長的光激發後會發出可見光，其包括Gd₂O₂S：Tb、ZnS：Cu、ZnS：Ag、CaWO₄、GdOS：Tb或BaFCl：Eu。溶劑包括水、異丙醇及其混合物。添加劑包括界面活性劑、黏合劑，其中界面活性劑包括Surfynol系列產品，黏合劑包括聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)。

之後，進行刮刀塗佈製程，利用刮刀226將閃爍體材料224塗佈於印刷板220上，以使閃爍體材料224填入凹槽結構222中。在本實施方式中，雖然將閃爍體材料224塗佈於印刷板220上是透過刮刀塗佈製程來完成，但本發明並不限於此。在其他實施方式中，根據實際上製程的需求，將閃爍體材料224塗佈於印刷板220上的方法也可以包括進行轉塗佈製程(spin-on coating process)、滾筒塗佈製程(roller coating process)、狹縫塗佈製程(slit coating process)或噴墨法(ink-jet method)等的塗佈製程。

接著，請參照圖2C，在使閃爍體材料224填入所有凹槽結構222中之後，移除印刷版220，以於基板200上形成多個閃爍體材料圖案228。詳細而言，閃爍體材料圖案228彼此之間是互相分離的，且每一閃爍體材料圖案228對應一個感應單元201。在本實施方式中，閃爍體材料圖案228的間距P3’也介於130微米至200微米之間。

接著，請參照圖2D，於感應元件陣列202上形成多個閃爍體單元208。形成閃爍體單元208的方法包括進行乾燥製程，以移除閃爍體材料圖案228內的溶劑。乾燥製程可選擇性利用熱板或烘箱等加熱裝置進行加熱處理，其中加熱處理通常在但氣氣氛下進行。如此一來，可於感應元件陣列202上形成彼此之間互相分離的閃爍體單元208，且每一閃爍體單元208對應一個感應單元201。另外，閃爍體單元208可將一特定波長範圍的光線轉換成另一特定波長範圍的光線。舉例而言，當閃爍體單元208所包括的螢光粉為Gd₂O₂S：Tb時，閃爍體單元208可將X光轉換成綠色的可見光。

在本實施方式中，閃爍體單元208的厚度介於50微米至200微米之間，且閃爍體單元208的間距P4’介於130微米至200微米之間。詳細而言，當閃爍體單元208的厚度介於上述範圍內時，光偵測器可具有良好的敏感度。

值得說明的是，在本實施方式中，透過使用凹槽結構222分別對應於感應單元201的印刷板220來進行凹板印刷製程並繼之進行乾燥製程，能夠直接在感應元件陣列202上定義出對應於感應單元201的閃爍體單元208，藉此不但可製作出大面積的光偵測器，且與習知貼合對位的方式相比，還可提高光偵測器的製程良率。

接著，請參照圖2E，形成覆蓋閃爍體單元208的反射層210。反射層210與第一實施方式中對應的反射層110相同，於此不再重述。此外，閃爍體單元208的頂表面為一非平坦表面。然而，本發明並不限於此。在其他實施方式中，在形成反射層210之前，可先進行塗漆製程(lacquer process)，以在閃爍體單元208的頂表面上形成一層平坦的塗漆層(lacquer layer)。

值得說明的是，由於閃爍體單元208彼此之間互相分離，且每一閃爍體單元208對應一個感應單元201，以及由於閃爍體單元208上覆蓋有反射層210，故使得每一閃爍體單元208所轉換出的可見光能夠在被反射層210反射後而僅僅被對應的感應單元201接收，藉此可在光偵測器具有良好敏感度的情況下，大幅提升光偵測器的影像解析度。

接著，請參照圖2F，形成覆蓋反射層210的覆蓋層212。覆蓋層212與第一實施方式中對應的覆蓋層112相同，於此不再重述。

此外，藉由進行上述實施方式中的所有步驟(圖2A至圖2F)後，將可完成本發明第二實施方式所提出的光偵測器20。

接著，在下文中，將參照圖2F對本發明第二實施方式提出的光偵測器20的結構進行說明。

請再次參照圖2F，光偵測器20包括基板200、多個閃爍體單元208、反射層210以及覆蓋層212。基板200具有感應元件陣列202，其中感應元件陣列202包括多個感應單元201。閃爍體單元208配置於感應元件陣列202上，其中閃爍體單元208彼此之間互相分離，且每一閃爍體單元208對應一個感應單元201。反射層210配置於閃爍體單元208上且覆蓋閃爍體單元208。覆蓋層212覆蓋反射層210。此外，光偵測器20中各構件的材質、形成方法與相關描述及功效已於上文中進行詳盡地說明，故於此不再贅述。

值得一提的是，由於基板200為可撓性基板且覆蓋層212為可撓性覆蓋層，使得光偵測器20具有良好的可撓性，也因此增加了光偵測器20的應用性及商業價值。

綜上所述，在本發明的光偵測器及其製造方法中，透過進行曝光顯影製程及乾燥製程，或是透過進行凹板印刷製程及乾燥製程，使得基板上位於感應單元之間的閃爍體材料層被移除而直接在感應元件陣列上形成彼此分離且分別對應於一個感應單元的閃爍體單元，藉此不但可製作出大面積的光偵測器，也可提高光偵測器的製程良率及影像解析度。另外，由於基板及覆蓋層分別為可撓性基板及可撓性覆蓋層，本發明的光偵測器可具有良好的可撓性，也因此使得本發明的光偵測器其製造方法具有較廣泛的應用性及商業價值。

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。

10‧‧‧光偵測器

100‧‧‧基板

101‧‧‧感應單元

102‧‧‧感應元件陣列

103‧‧‧平坦層

108‧‧‧閃爍體單元

110‧‧‧反射層

112‧‧‧覆蓋層

Claims

一種光偵測器的製造方法，包括：提供一基板；於該基板上形成一感應元件陣列，該感應元件陣列包括多個感應單元；於該感應元件陣列上形成多個閃爍體單元，其中該些閃爍體單元彼此之間互相分離，且每一閃爍體單元對應一個感應單元；形成覆蓋該些閃爍體單元的一反射層；以及形成覆蓋該反射層的一覆蓋層。
如申請專利範圍第1項所述的光偵測器的製造方法，其中形成該些閃爍體單元的方法包括：配製一閃爍體材料；使用該閃爍體材料進行一塗佈製程，以於該基板上形成一閃爍體材料層；以及對該閃爍體材料層依序進行一曝光顯影製程及一乾燥製程，以定義出該些閃爍體單元。
如申請專利範圍第2項所述的光偵測器的製造方法，其中該閃爍體材料包括一螢光粉、一溶劑、一感光劑及一添加劑。
如申請專利範圍第1項所述的光偵測器的製造方法，其中形成該些閃爍體單元的方法包括：於該基板上設置一印刷板，其中該印刷板包括多個凹槽結構，該些凹槽結構分別對應於該些感應單元；配製一閃爍體材料；使用該閃爍體材料進行一塗佈製程，以使該閃爍體材料填入該些凹槽結構中；移除該印刷版，以於該基板上形成多個閃爍體材料圖案；以及對該些閃爍體材料圖案進行一乾燥製程，以形成該些閃爍體單元。
如申請專利範圍第4項所述的光偵測器的製造方法，其中該閃爍體材料包括一螢光粉、一溶劑及一添加劑。
如申請專利範圍第3項或第5項所述的光偵測器的製造方法，其中該螢光粉包括Gd₂O₂S：Tb、ZnS：Cu、ZnS：Ag、CaWO₄、GdOS：Tb或BaFCl：Eu。
一種光偵測器，包括：一基板，其具有一感應元件陣列，該感應元件陣列包括多個感應單元；多個閃爍體單元，配置於該感應元件陣列上，其中該些閃爍體單元彼此之間互相分離，該些閃爍體單元的頂表面為一非平坦表面，且每一閃爍體單元對應一個感應單元；一反射層，配置於該些閃爍體單元上且覆蓋該些閃爍體單元；以及一覆蓋層，覆蓋該反射層。
如申請專利範圍第7項所述的光偵測器，其中該基板為可撓性基板，該覆蓋層為可撓性覆蓋層。
如申請專利範圍第7項所述的光偵測器，其中該些閃爍體單元包括Gd₂O₂S：Tb、ZnS：Cu、ZnS：Ag、CaWO₄、GdOS：Tb或BaFCl：Eu。
如申請專利範圍第7項所述的光偵測器，其中該些閃爍體單元的厚度介於50微米至200微米之間，該些感應單元的間距介於130微米至200微米之間。