主动矩阵式影像感测装置的制作方法

本发明关于一种影像感测装置，特别关于一种主动矩阵式影像感测装置。

背景技术：

传统x光成像技术是利用成像胶片接收x光的曝光而成像，但近年来，由于半导体技术的发展，x光成像技术也进化到利用平板式的数字化影像感测面板来成像，即所谓的数字放射造影(digitalradiography,dr)技术。

将数字放射造影技术的原理简述如下。当x光进入影像感测装置内时，会先经过一闪烁晶体层(scintillator)，以将x光转变为可见光，再通过感测面板的感光元件(光电二极管)将所感测到的可见光转换成电信号，再从数据线被读出，再经过影像处理后变成一影像。

然而，当x光通过闪烁晶体层而被转换成可见光时，可见光的行进并无方向性，并不会沿着原先x光的行进方向前进而完全被感光元件感测到，这将造成影像感测装置的影像解析能力的下降。因此，如何提升x光影像感测装置的影像解析能力，一直是业界努力追求的目标之一。

另外，由于可挠性基板(flexiblesubstrate)的材料逐渐成熟，业者也开始思考将主动矩阵平板感测面板的感光元件制作在可挠性基板的可行性。因此，具有较高的影像解析能力，同时具有可挠性的x光影像感测装置，也是业界努力追求的目标之一。

技术实现要素：

本发明的目的为提供一种主动矩阵式影像感测装置，可具有较高的影像空间解析能力。

本发明的目的为提供另一种主动矩阵式影像感测装置，除了具有较高的影像空间解析能力，更具有可挠性而可应用于更多的领域上。

本发明提出一种主动矩阵式影像感测装置，包括一影像感测基板以及一闪烁体基板。影像感测基板具有多个影像感测像素。闪烁体基板与影像感测基板相对设置，闪烁体基板具有一第一基板、多个导引件、一反射层及一闪烁晶体层，该些导引件设置于第一基板上，并分别由第一基板朝向影像感测基板突出，且该些导引件分别与该些影像感测像素对应，反射层设置在该些导引件上，且闪烁晶体层设置于反射层与影像感测基板之间。

在一实施例中，该些导引件形成多个开口，该些开口分别与该些影像感测像素对应设置。

在一实施例中，闪烁晶体层具有面向影像感测基板的一顶面，顶面与反射层的最短距离介于20微米至200微米之间。

在一实施例中，主动矩阵式影像感测装置更包括一框胶，影像感测基板更具有一第二基板，该些影像感测像素配置于第二基板上，且框胶封闭第一基板与第二基板的外围。

在一实施例中，主动矩阵式影像感测装置更包括一粘着层，粘着层设置于影像感测基板与闪烁晶体层之间。

本发明提出另一种主动矩阵式影像感测装置，包括一影像感测基板、一第一闪烁晶体层以及一第二闪烁晶体层。影像感测基板具有一软性基板，且影像感测基板包含一第一表面及与第一表面相对的一第二表面。第一闪烁晶体层设置于影像感测基板的第一表面上。第二闪烁晶体层设置于影像感测基板的第二表面上。

在一实施例中，影像感测基板更具有多个影像感测像素，该些影像感测像素配置于软性基板上。

在一实施例中，影像感测像素包含一感光元件及一薄膜晶体管元件，感光元件具有一第一端点电极及一第二端点电极，薄膜晶体管元件具有一第一电极、一第二电极及一栅极，第一电极与一数据线电连接，第二电极与感光元件的第一端点电极电连接，栅极与一扫描线电连接，第二端点电极与一导电层电连接。

在一实施例中，第一端点电极与第二端点电极分别为透明电极。

在一实施例中，主动矩阵式影像感测装置更包括一反射层，反射层设置于第一闪烁晶体层远离第一表面的一侧，或设置于第二闪烁晶体层远离第二表面的一侧。

承上所述，在本发明的一种主动矩阵式影像感测装置中，通过在闪烁体基板上具有对应于影像感测基板的像素图案的导引件，并在导引件上形成可反射光线的反射层来限制光线的行进路径，再通过将闪烁晶体层设置于反射层与影像感测基板之间。藉此，相较于已知技术而言，本发明的主动矩阵式影像感测装置可具有较高的影像空间解析能力。

另外，在本发明的另一种主动矩阵式影像感测装置中，影像感测基板具有一软性基板而有可挠性，而第一闪烁晶体层设置于影像感测基板的第一表面上，且第二闪烁晶体层设置于影像感测基板的第二表面上。藉此，相较于比较例的主动矩阵式影像感测装置而言，本发明的主动矩阵式影像感测装置在维持相同的光转换率(或光吸收率)的情况下，可具有较高的影像空间解析能力。此外，由于本发明的影像感测基板具有可挠性，使得主动矩阵式影像感测装置亦具有可挠性，因此可应用于更多的领域上。

附图说明

图1为本发明一实施例的一种主动矩阵式影像感测装置的剖视示意图。

图2a为图1的主动矩阵式影像感测装置中，影像感测基板的一个影像感测像素的结构示意图。

图2b为图1的主动矩阵式影像感测装置中，影像感测基板的一个影像感测像素的等效电路示意图。

图2c为一实施例的闪烁体基板的立体示意图。

图3与图4分别为本发明不同实施态样的主动矩阵式影像感测装置的示意图。

图5为本发明另一实施例的另一种主动矩阵式影像感测装置的示意图。

图6a为本发明的主动矩阵式影像感测装置的另一示意图。

图6b为一种比较例的主动矩阵式影像感测装置的示意图。

图7a及图7b分别为图6a与图6b的主动矩阵式影像感测装置的空间解析度比较示意图。

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明依本发明实施例的主动矩阵式影像感测装置，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。本发明所有实施态样的图示只是示意，不代表真实尺寸与比例。此外，以下实施例的内容中所称的方位“上”及“下”只是用来表示相对的位置关系。再者，一个元件形成在另一个元件“上”、“之上”、“下”或“之下”可包括实施例中的一个元件与另一个元件直接接触，或也可包括一个元件与另一个元件之间还有其他额外元件使一个元件与另一个元件无直接接触。

请参照图1至图2b所示，其中，图1为本发明一实施例的一种主动矩阵式影像感测装置1的剖视示意图，图2a为图1的主动矩阵式影像感测装置1中，影像感测基板11的一个影像感测像素p的结构示意图，而图2b为图1的主动矩阵式影像感测装置1中，影像感测基板11的一个影像感测像素p的等效电路示意图。

主动矩阵式影像感测装置1包括一影像感测基板11以及一闪烁体基板12，两者相对设置。

影像感测基板11包含多个影像感测像素p，该些影像感测像素p配置于一基板111上。在实施上，基板111可为一可透光的材质，例如是玻璃、石英或类似物、塑胶、橡胶、玻璃纤维或其他高分子材料，较佳的可为一硼酸盐无碱玻璃基板(aluminosilicateglasssubstrate)。基板111亦可为一不透光的材质，例如是金属-玻璃纤维复合板、金属-陶瓷复合板。

如图2a及图2b所示，影像感测像素p包含一扫描线sl、一数据线dl、一感光元件pd及一薄膜晶体管元件t。另外，影像感测像素p更包含一绝缘层il2、一平坦化层pl及一导电层bl。其中，扫描线sl、数据线dl、感光元件pd、薄膜晶体管元件t、绝缘层il2、平坦化层pl与导电层bl皆设置于基板111上。需注意的是，图2a与图2b仅绘出1个影像感测像素p，就主动矩阵式影像感测装置1的而言，其可具有多个影像感测像素p呈二维阵列设置，且多条数据线dl与多条扫描线sl是交错设置以分别定义出该些影像感测像素p。

数据线dl与扫描线sl交错设置。感光元件pd具有一第一端点电极e1及一第二端点电极e2。第二端点电极e2电连接至一参考电压v，而参考电压v可提供感光元件pd一偏压(biasvoltage)。其中，第一端点电极e1与第二端点电极e2可为一透明电极层，其材质可例如但不限于为铟锡氧化物(indium-tinoxide,ito)或铟锌氧化物(indium-zincoxide,izo)；或者，第一端点电极e1可为一金属层，而第二端点电极e2可为一透明电极层，并不限定。

另外，感光元件pd更具有叠设的一第一半导体层p1、一本征(intrinsic)半导体层p2及一第二半导体层p3，本征半导体层p2夹设于第一半导体层p1与第二半导体层p3之间。其中，第一半导体层p1与第二端点电极e2直接接触而电连接，而第二半导体层p3与第一端点电极e1直接接触而电连接。于此，感光元件pd为一nip型的光电二极管(photo-diode)，并例如以非晶硅(a-si)薄膜沉积制成。本实施例的第一半导体层为p型半导体，而第二半导体层为n型半导体，当然并不以此为限。在不同的实施例中，两者可相反。

薄膜晶体管元件t例如为n型非晶硅薄膜晶体管，并具有一栅极g、一绝缘层(或称栅极绝缘层)il1、一通道层a、一第一电极e3及一第二电极e4。栅极g设置于基板111上，并与扫描线sl电连接。栅极g的材质为金属(例如为铝、铜、银、钼、或钛)或其合金所构成的单层或多层结构。部分用以传输驱动信号的导线，可以使用与栅极g同层且同一工艺的结构，且彼此电性相连，例如扫描线。

绝缘层il1设置于栅极g上，且绝缘层il1可为有机材质例如为有机硅氧化合物，或无机材质例如为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氧化铝、氧化铪、或上述材质的多层结构。(栅极)绝缘层il1需完整覆盖栅极g，并可选择部分或全部覆盖基板111。

通道层a相对栅极g的位置设置于绝缘层il1上。在实施上，通道层a例如可包含一氧化物半导体。其中，前述的氧化物半导体包括氧化物，且氧化物包括铟、镓、锌及锡其中之一，例如但不限于为氧化铟镓锌(indiumgalliumzincoxide,igzo)，使薄膜晶体管元件t为一金属氧化物薄膜晶体管。其中，金属氧化物薄膜晶体管具有低漏电流(漏电流介于10^-14安培至10^-18安培)、高电子能隙(约3.1电子伏特)及对光照射不敏感等特性，为一增益型(enhancementmode)晶体管。

第一电极e3与第二电极e4分别设置于通道层a上，且第一电极e3与第二电极e4分别与通道层a接触，于薄膜晶体管元件t的通道层a未导通时，两者是电性分离。其中，第一电极e3例如为薄膜晶体管元件t的漏极，并与数据线dl电连接，而第二电极e4为薄膜晶体管元件t的源极，并与感光元件pd之第一端点电极e1电连接。

绝缘层il2设置并覆盖于第一电极e3、第二电极e4与通道层a上。其中，是通过绝缘层il2上的一通孔h1，并通过第一端点电极e1往薄膜晶体管元件t的方向延伸，通过通孔h1使第一端点电极e1与第二电极e4电连接。其中，第一电极e3与第二电极e4的材质可为金属(例如铝、铜、银、钼、或钛)或其合金所构成的单层或多层结构。此外，部分用以传输驱动信号的导线，可以使用与第一电极e3与第二电极e4同层且同一工艺的结构，例如数据线。

值得一提的是，在本实施例中，薄膜晶体管元件t为下栅极(top-gate)型，在不同的实施例中，薄膜晶体管元件t也可为上栅极(bottom-gate)型，并不限制。另外，本实施例的薄膜晶体管元件t的第一电极e3与第二电极e4是直接设置于通道层a上，在不同的实施例中，第一电极e3与第二电极e4亦可设置于一刻蚀终止(etchstop)层(图未显示)上，且第一电极e3与第二电极e4的一端分别自刻蚀终止层的一开口与通道层a接触。其中，刻蚀终止层可为有机材质例如为有机硅氧化合物，或单层无机材质例如氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氧化铝、氧化铪、或上述材质组合的多层结构。

平坦化层pl设置于绝缘层il2上，并覆盖绝缘层il2与感光元件pd，以起平坦化的作用。导电层bl则设置于平坦化层pl上，并通过平坦化层pl的一通孔h2与感光元件pd的第二端点电极e2电连接，使得参考电压v可通过导电层bl而提供给感光元件pd。其中，导电层bl可为透光(例如ito)或不透光的材料所构成，而平坦化层pl的材质例如包含氧化硅(siox)、氮化硅(sinx)或四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(polyfluoroalkoxy,pfa)。

请再参照图1所示，闪烁体基板12具有一基板121、多个导引件122、一反射层123及一闪烁晶体层124。

基板121可为一可透光的材质，例如是玻璃、石英或类似物、塑胶、橡胶、玻璃纤维或其他高分子材料，较佳的可为一硼酸盐无碱玻璃基板(aluminosilicateglasssubstrate)。基板121亦可为一不透光的材质，例如是金属-玻璃纤维复合板、金属-陶瓷复合板。

该些导引件122设置于基板121上，并分别由基板121朝向影像感测基板11突出，且该些导引件122分别与该些影像感测像素p对应。本实施例的各导引件122包含其底部的一部分，且该些导引件122与该些影像感测像素p相同，都是二维阵列排列，而且该些导引件122分别与影像感测像素p1对应。

请先参照图2c所示，其为一实施例的闪烁体基板12的立体示意图。于此，为了清楚说明导引件122的结构，图2c绘示的闪烁体基板12没有闪烁晶体层124。

在本实施例中，导引件122是包含四面环设且由基板121往下延伸的间隔壁(barrierrib)所构成，而且两个相邻的导引件122之间共用一个间隔壁。其中，各导引件122的中间部分为中空状且分别形成一开口o，各个开口o是面向影像感测像素p而分别与影像感测像素p相对而设。于此，导引件122的间距(pitch)与影像感测基板11的影像感测像素p的间距一致。导引件122的材料可为高分子复合材料，例如但不限于玻璃纤维(glassfibre)。

请再参照图1及图2c所示，反射层123设置并覆盖在该些导引件122上。于此，除了该些导引件122四面环设的间隔壁之外，面对影像感测像素p的开口o内部及导引件122面对影像感测基板的顶面亦覆盖有反射层123。反射层123例如为金属镀层或反光镀膜，并具有高反射率的反射材料所制成，而反射材料可例如包含金属(例如铝)、金属氧化物(例如tio2)、高反射漆(白漆)、镜面涂层或其组合，并不限定。

闪烁晶体层124设置于反射层123与影像感测基板11之间。本实施例的闪烁晶体层124可称为部份像素化闪烁晶体(partialpixelatedscintillator)层，并包含多个闪烁体，该些闪烁体可为有机、无机或气体闪烁体。在一实施例中，闪烁晶体层124的材料例如但不限于为硫氧化钆(gd2o2s，gadoliniumoxidesulfur,gos)，其可将x光转换成可见光。

另外，闪烁晶体层124具有面向影像感测基板11的一顶面1241，且顶面1241与反射层123的最短距离d可介于20微米(um)至200微米之间。较佳者，最短距离d可介于50um至200um之间。在一实施例中，顶面1241与反射层123的最大距离d(即闪烁晶体层124的最大厚度)可为300um，而最短距离d例如为100um。

因此，当x光由闪烁体基板12的上依序穿过基板121、导引件122、反射层123而到达闪烁晶体层124时，闪烁晶体层124的闪烁体可将其转换成可见光，同时通过形成于该些导引件122表面的反射层123的反射作用来限制其行进路径，将可见光导引往下而由对应的影像感测像素p的感光元件pd所感测、接收。由于光线进入感光元件pd时，可激发感光元件pd而产生电子电洞对，并通过参考电压v施加一偏压给感光元件pd，使得电子电洞对分离而产生电流(感光信号)。因此，当该些扫描线sl依序接收一导通信信号时，可循序使能与其连接的薄膜晶体管元件t而依序读出该些感光信号，以形成一影像数据。

承上，在主动矩阵式影像感测装置1中，通过在闪烁体基板12上具有对应于影像感测基板11的像素图案(pixelatedpatten)的导引件122，并在导引件122上形成可反射光线的反射层123，来限制光线的行进路径，再通过将闪烁晶体层124设置于反射层123与影像感测基板11之间，藉此，可提升主动矩阵式影像感测装置1的影像空间解析能力，亦即提高其空间分辨率(spatialresolution)。

值得一提的是，本实施例的闪烁晶体层124除了设置于导引件122的该些开口o内之外，亦设置于反射层123与影像感测基板11之间，其原因是：若反射层123与影像感测基板11之间没有闪烁体的话，部份的x光可能会直接穿透导引件122与反射层123后就射出影像感测基板11，可能使x光的转换不完全而使读出的感光信号不准确。

另外，请分别参照图3与图4所示，其分别为本发明不同实施态样的主动矩阵式影像感测装置1a、1b的示意图。

图3的主动矩阵式影像感测装置1a与图1的主动矩阵式影像感测装置1具有相同的影像感测基板11及闪烁体基板12，不过，在图3的主动矩阵式影像感测装置1a中，更包括一框胶13，框胶13封闭(第一)基板121与(第二)基板111的外围。于此，是将影像感测基板11与闪烁体基板12对位组合后，通过框胶13封闭基板121、111的外围。本实施例的框胶13例如可为光固化胶(例如uv胶)，并例如但不限于以涂布方式环设于基板121与基板111之间。

另外，图4的主动矩阵式影像感测装置1b与图1的主动矩阵式影像感测装置1具有相同的影像感测基板11及闪烁体基板12，不过，在图4的主动矩阵式影像感测装置1b中，更包括一粘着层14，粘着层14设置于影像感测基板11与闪烁晶体层124之间。于此，粘着层14例如但不限于为光学胶(opticalclearadhesive,oca)，以将影像感测基板11与闪烁晶体层124粘着而形成主动矩阵式影像感测装置1b。

此外，主动矩阵式影像感测装置1a、1b的其他技术特征可参照主动矩阵式影像感测装置1的相同元件，不再赘述。

另外，请参照图5所示，其为本发明另一实施例的另一种主动矩阵式影像感测装置2的示意图。

主动矩阵式影像感测装置2包括一影像感测基板21、一第一闪烁晶体层22以及一第二闪烁晶体层23。

影像感测基板21具有一软性基板而有可挠性，且影像感测基板21包含一第一表面s1及与第一表面s1相对的一第二表面s2。本实施例的影像感测基板21包含一软性基板211与多个影像感测像素p，该些影像感测像素p配置于软性基板211上。其中，软性基板211包含有机高分子材料，并可为热塑性材料，例如为聚酰亚胺(pi)、聚乙烯(polyethylene,pe)、聚氯乙烯(polyvinylchloride,pvc)、聚苯乙烯(ps)、压克力(丙烯，acrylic)、氟化聚合物(fluoropolymer)、聚酯纤维(polyester)或尼龙(nylon)。在本实施例中，软性基板211的材料是以聚酰亚胺(pi)，且其厚度例如介于5微米(5um)至50微米(50um)之间为例。由于影像感测基板21具有可挠性，使得主动矩阵式影像感测装置2亦具有可挠性，因此可应用于更多的领域上，例如可应用于曲面的x光感测器上。

本实施例的影像感测像素p具有上述实施例的主动矩阵式影像感测装置1的影像感测像素p相同的元件与技术内容，具体技术特征可参照上述，不再赘述。

第一闪烁晶体层22设置于影像感测基板21的第一表面s1上，且第二闪烁晶体层23设置于影像感测基板21的第二表面s2上。本实施例的第一闪烁晶体层22与第二闪烁晶体层23分别包含多个闪烁体，该些闪烁体可为有机、无机或气体闪烁体。在一实施例中，第一闪烁晶体层22与第二闪烁晶体层23的材料例如但不限于为硫氧化钆(gd2o2s，gadoliniumoxidesulfur,gos)，其可将x光转换成可见光。

请参照图6a及图6b所示，其中，图6a为本发明的主动矩阵式影像感测装置的另一示意图，而图6b为一种比较例的主动矩阵式影像感测装置3的示意图。于此，是将图6b的主动矩阵式影像感测装置3当成比较例，以说明本发明的主动矩阵式影像感测装置2a的特点。

在图6a的主动矩阵式影像感测装置2a中，除了包含图5的主动矩阵式影像感测装置2之外，更包含二反射层24、25，反射层24设置于第一闪烁晶体层22远离第一表面s1的一侧，且反射层25设置于第二闪烁晶体层23远离第二表面s2的一侧。于此，反射层24贴合于第一闪烁晶体层22的上表面，而反射层25贴合于第二闪烁晶体层23的下表面。通过反射层24可将往上穿出第一闪烁晶体层22的光线再反射回来，并通过反射层25将往下穿出第二闪烁晶体层23的光线再反射回来，以分别被影像感测基板21的影像感测像素的感光元件所接收，藉此提高光线利用率，同时增加电信号读出的准确度。反射层24、25例如为金属镀层或反光镀膜，并具有高反射率的反射材料所制成，而反射材料可例如包含金属(例如铝)、金属氧化物(例如tio2)、高反射漆(白漆)、镜面涂层或其组合，并不限定。

另外，在图6b的比较例的主动矩阵式影像感测装置3中，包含一影像感测基板31、一闪烁晶体层32及一反射层34。其中，影像感测基板31与闪烁晶体层32相对设置，且反射层34贴合于闪烁晶体层32的上表面。通过反射层34将往上穿出影像感测基板31的光线再反射往下，以被影像感测基板31的感光元件所接收。其中，闪烁晶体层32的厚度例如为200微米与300微米之间。本实施例的闪烁晶体层32的厚度例如为200微米。

请参照图7a及图7b所示，其分别为图6a的主动矩阵式影像感测装置2a与图6b的主动矩阵式影像感测装置3的空间解析度比较示意图。

在图7b的比较例中，主动矩阵式影像感测装置3的闪烁晶体层32的厚度为200微米，假设这种厚度可完全将由闪烁晶体层32的上表面入射的x光完全转换成可见光。

而在图7a的本发明中，主动矩阵式影像感测装置2a的第一闪烁晶体层22与第二闪烁晶体层23的厚度例如分别为100微米，因此闪烁晶体层的总厚度与图7b相同，使得第一闪烁晶体层22与第二闪烁晶体层23也可将由第一闪烁晶体层22的上表面入射的x光完全转换成可见光。在此特别强调一点的是，为了不阻挡由反射层24、25反射的光线，本实施例的影像感测基板21的影像感测像素p中，其感光元件pd的第一端点电极e1与第二端点电极e2均为透明电极(例如为ito或izo)。

因此，由图7a及图7b中可看出，相较于比较例技术的主动矩阵式影像感测装置3而言，第一闪烁晶体层22与第二闪烁晶体层23的总厚度与闪烁晶体层32的厚度相同，都是200微米，使得主动矩阵式影像感测装置2a与主动矩阵式影像感测装置3具有相同的光转换率(或光吸收率)，但由于主动矩阵式影像感测装置2a的第一闪烁晶体层22与第二闪烁晶体层23的厚度分别较薄，因此在具有相同的光转换率(或光吸收率)的情况下，主动矩阵式影像感测装置2a可具有主动矩阵式影像感测装置3较高的影像空间解析能力。

综上所述，在本发明的一种主动矩阵式影像感测装置中，通过在闪烁体基板上具有对应于影像感测基板的像素图案的导引件，并在导引件上形成可反射光线的反射层来限制光线的行进路径，再通过将闪烁晶体层设置于反射层与影像感测基板之间。藉此，相较于已知技术而言，本发明的主动矩阵式影像感测装置可具有较高的影像空间解析能力。

另外，在本发明的另一种主动矩阵式影像感测装置中，影像感测基板具有一软性基板而有可挠性，而第一闪烁晶体层设置于影像感测基板的第一表面上，且第二闪烁晶体层设置于影像感测基板的第二表面上。藉此，相较于比较例的主动矩阵式影像感测装置而言，本发明的主动矩阵式影像感测装置在维持相同的光转换率(或光吸收率)的情况下，可具有较高的影像空间解析能力。此外，由于本发明的影像感测基板具有可挠性，使得主动矩阵式影像感测装置亦具有可挠性，因此可应用于更多的领域上。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于权利要求的范围中。