(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子状の電極配線と前記電極配線の各格子点毎に設けられた複数の薄膜トランジスタおよび複数の画素電極が具備されたアクティブマトリクス基板と、光導電性を有する半導体がほぼ全面に具備された対向基板とが、画素毎に独立して設けられた導電性材料で平面的に接続された構造の二次元画像検出器であって、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板の間隙の内、前記導電性材料が存在する場所以外の領域に絶縁材が充填されており、前記導電性材料が導電性を有する感光性樹脂であることを特徴とする二次元画像検出器。
【請求項２】
前記絶縁材が不活性ガスであることを特徴とする請求項１に記載の二次元画像検出器。
【請求項３】
前記絶縁材がシリコーンオイルであることを特徴とする請求項１に記載の二次元画像検出器。
【請求項４】
前記絶縁材が光重合性高分子であることを特徴とする請求項１に記載の二次元画像検出器。
【請求項５】
格子状の電極配線と前記電極配線の各格子点毎に設けられた複数の薄膜トランジスタおよび複数の画素電極が具備されたアクティブマトリクス基板と、光導電性を有する半導体がほぼ全面に具備された対向基板とが、画素毎に独立して設けられた導電性材料で平面的に接続された構造の二次元画像検出器であって、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板の間隙の内、前記導電性材料が存在する場所以外の領域が大気圧に比べて減圧されており、前記導電性材料が導電性を有する感光性樹脂であることを特徴とする二次元画像検出器。
【請求項６】
格子状の電極配線と前記電極配線の各格子点毎に設けられた複数の薄膜トランジスタおよび複数の画素電極が具備されたアクティブマトリクス基板と、光導電性を有する半導体がほぼ全面に具備された対向基板とが、画素毎に独立して設けられた導電性材料で平面的に接続された構造の二次元画像検出器であって、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板の貼り合せ領域の周辺部がシールされており、前記導電性材料が導電性を有する感光性樹脂であることを特徴とする二次元画像検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線等の放射線、可視光、赤外光等の画像を検出できる二次元画像検出器の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、放射線の二次元画像検出器として、Ｘ線を感知して電荷（電子−正孔）を発生する半導体センサーを二次元状に配置し、これらのセンサーにそれぞれ電気スイッチを設けて、各行毎に電気スイッチを順次オンにして各列毎にセンサの電荷を読み出すものが知られている。このような二次元画像検出器は、例えば、文献「Ｄ．Ｌ．Ｌｅｅ，ｅｔ  ａｌ．，”Ａ  Ｎｅｗ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ”，ＳＰＩＥ，２４３２，ｐｐ．２３７−２４９，１９９５」、「Ｌ．Ｓ．Ｊｅｒｏｍｉｎ，ｅｔ  ａｌ．，”Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ−Ｓｉ  Ａｃｔｉｖｅ−Ｍａｔｒｉｘ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｉｎ  ａ  Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  Ｐａｎｅｌ”，ＳＩＤ  ９７  ＤＩＧＥＳＴ，ｐｐ．９１−９４，１９９７」、および特開平６−３４２０９８号公報等に具体的な構造や原理が記載されている。
【０００３】
以下、上記従来の放射線二次元画像検出器の構成と原理について説明する。
【０００４】
図７は、上記従来の放射線二次元画像検出器の構造を模式的に示した図である。また図８は、１画素当たりの構成断面を模式的に示した図である。
【０００５】
上記放射性二次元画像検出器は、図７および図８に示すように、ガラス基板５１上にＸＹマトリクス状の電極配線（ゲート電極５２およびソース電極５３）、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５４、電荷蓄積容量（Ｃｓ）５５等が形成されたアクティブマトリクス基板と、該アクティブマトリクス基板上のほぼ全面に形成された光導電膜５６、誘電体層５７、上部電極５８によって構成されている。
【０００６】
上記電荷蓄積容量５５は、Ｃｓ電極５９と、上記ＴＦＴ５４のドレイン電極に接続された画素電極６０とが、絶縁膜６１を介して対向している構成である。
【０００７】
前記光導電膜５６は、Ｘ線等の放射線が照射されることで電荷（電子−正孔）が発生する半導体材料が用いられるが、上記文献によれば暗抵抗が高く、Ｘ線照射に対して良好な光導電特性を示すアモルファスセレニウム（ａ−Ｓｅ）が用いられている。前記光導電膜（ａ−Ｓｅ）５６は、真空蒸着法によって３００μｍ〜６００μｍの厚みで形成されている。
【０００８】
また、上記アクティブマトリクス基板は、液晶表示装置を製造する過程で形成されるアクティブマトリクス基板を流用することが可能である。例えば、アクティブマトリクス型液晶表示装置（ＡＭＬＣＤ）に用いられるアクティブマトリクス基板は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）やポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）によって形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や、ＸＹマトリクス電極、電荷蓄積容量（Ｃｓ）を備えた構造になっており、若干の設計変更を行うだけで、放射線二次元画像検出器用のアクティブマトリクス基板として利用することが容易である。
【０００９】
次に、上記構造の放射線二次元画像検出器の動作原理について説明する。
【００１０】
ａ−Ｓｅ膜等の光導電膜５６に、放射線が照射されると、光導電膜５６内に電荷（電子−正孔）が発生する。図７および図８に示すように、光導電膜５６と電荷蓄積容量（Ｃｓ）５５は電気的に直列に接続された構造になっているので、上部電極５８とＣｓ電極５９間に電圧を印加しておくと、光導電膜５６で発生した電荷（電子−正孔）がそれぞれ＋電極側と−電極側に移動し、その結果、電荷蓄積容量（Ｃｓ）５５に電荷が蓄積される仕組みになっている。なお、光導電膜５６と電荷蓄積容量（Ｃｓ）５５の間には、薄い絶縁層からなる電子阻止層６２が形成されており、これが一方側からの電荷の注入を阻止する阻止型フォトダイオードの役割を果たしている。
【００１１】
上記の作用で、電荷蓄積容量（Ｃｓ）５５に蓄積された電荷は、ゲート電極５２Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、・・・、Ｇｎの入力信号によってＴＦＴ５４をオープン状態にすることでソース電極５３Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・、Ｓｎより外部に取り出すことが可能である。電極配線（ゲート電極５２およびソース電極５３）、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５４、電荷蓄積容量（Ｃｓ）５５等は、すべてＸＹマトリクス状に設けられているため、ゲート電極５２Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、・・・、Ｇｎに入力する信号を線順次に走査することで、二次元的にＸ線の画像情報を得ることが可能となる。
【００１２】
なお、上記二次元画像検出器は、使用する光導電膜５６がＸ線等の放射線に対する光導電性だけでなく、可視光や赤外光に対しても光導電性を示す場合は、可視光や赤外光の二次元画像検出器としても作用する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記放射線二次元画像検出器では、光導電膜５６としてａ−Ｓｅを用いている。しかしながら、ａ−Ｓｅは、アモルファス材料特有の光電流の分散型伝導特性を有していることから応答性が悪い、またａ−ＳｅのＸ線に対する感度（Ｓ／Ｎ比）が十分でないことから、長時間Ｘ線を照射して、電荷蓄積容量（Ｃｓ）５５を十分に充電してからでないと情報を読み出すことができない、といった欠点を持ち合わせている。
【００１４】
また、Ｘ線の照射時に漏れ電流が原因で電荷が電荷蓄積容量５５に蓄積することへの防止、及びリーク電流（暗電流）の低減の目的で光導電膜（ａ−Ｓｅ）５６と上部電極５８の間に誘電体層５７が設けられているが、この誘電体層５７に残留する電荷を１フレーム毎に除去するシーケンスを付加する必要があるため、上記放射線二次元画像検出器は静止画の撮影にしか利用することができないといった問題を生じていた。
【００１５】
これに対し、動画に対応した画像データを得るためには、結晶材料で、かつＸ線に対する感度（Ｓ／Ｎ比）の優れた光導電膜５６を利用する必要がある。光導電膜５６の感度が向上すれば、短時間のＸ線照射でも電荷蓄積容量５５を十分に充電できるようになり、また、光導電膜５６に高電圧を印加する必要がなくなるため、誘電体層５７も不要となる。
【００１６】
このようなＸ線に対する感度が優れた光導電材料としては、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅ等が知られている。一般に、Ｘ線の光電吸収は吸収物質の実効原子番号の５乗に比例するため、例えば、Ｓｅの原子番号が３４、ＣｄＴｅの実効原子番号を５０とすると、約６．９倍の感度の向上が期待できる。ところが、上記放射線二次元画像検出器の光導電膜５６として、ａ−Ｓｅの代わりにＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅを利用しようとすると、以下のような問題が生じる。
【００１７】
従来のａ−Ｓｅの場合、成膜方法としては真空蒸着法を用いることができ、この時の成膜温度は常温で可能なため、上述のアクティブマトリクス基板上への成膜が容易であった。これに対し、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅは、ＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法による成膜法が知られており、特に大面積基板への成膜を考慮するとＭＯＣＶＤが適した方法と考えられる。
【００１８】
しかしながら、ＭＯＣＶＤ法でＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅを成膜する場合、原料である有機カドミウム（ＤＭＣｄ）の熱分解温度が約３００℃、有機テルル（ＤＥＴｅやＤｉＰＴｅ）の熱分解温度が各々約４００℃、約３５０℃であるため、成膜には約４００℃の高温が要求される。
【００１９】
一般にアクティブマトリクス基板に形成されている前述のＴＦＴ５４は、半導体層としてａ−Ｓｉ膜やｐ−Ｓｉ膜を用いているが、半導体特性を向上させるために３００℃〜３５０℃程度の成膜温度で水素（Ｈ２）を付加しながら成膜されている。このようにして形成されるＴＦＴ素子の耐熱温度は約３００℃であり、ＴＦＴ素子をこれ以上の高温で処理するとａ−Ｓｉ膜やｐ−Ｓｉ膜から水素が抜け出し半導体特性が劣化してしまう。
【００２０】
したがって、上述のアクティブマトリクス基板上にＭＯＣＶＤ法を用いてＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅを成膜することは、成膜温度の観点から事実上困難であった。
【００２１】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、動画に対応できる二次元画像検出器を得るために、アクティブマトリクス基板上に３００℃以下の低温でＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅ等の半導体を形成する方法を提供すると共に、信頼性を向上させた二次元画像検出器を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の二次元画像検出器は、格子状の電極配線と前記電極配線の各格子点毎に設けられた複数の薄膜トランジスタおよび複数の画素電極が具備されたアクティブマトリクス基板と、光導電性を有する半導体がほぼ全面に具備された対向基板とが、画素毎に独立して設けられた導電性材料で平面的に接続された構造の二次元画像検出器であって、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板の間隙の内、前記導電性材料が存在する場所以外の領域に絶縁材が充填されており、前記導電性材料が導電性を有する感光性樹脂であることを特徴としている。
【００２３】
本発明の請求項２記載の二次元画像検出器は、請求項１記載の二次元画像検出器であって、前記絶縁材が不活性ガスであることを特徴としている。
【００２４】
本発明の請求項３記載の二次元画像検出器は、請求項１記載の二次元画像検出器であって、前記絶縁材がシリコーンオイルであることを特徴としている。
【００２５】
本発明の請求項４記載の二次元画像検出器は、請求項１記載の二次元画像検出器であって、前記絶縁材が光重合性高分子であることを特徴としている。
【００２６】
本発明の請求項５記載の二次元画像検出器は、格子状の電極配線と前記電極配線の各格子点毎に設けられた複数の薄膜トランジスタおよび複数の画素電極が具備されたアクティブマトリクス基板と、光導電性を有する半導体がほぼ全面に具備された対向基板とが、画素毎に独立して設けられた導電性材料で平面的に接続された構造の二次元画像検出器であって、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板の間隙の内、前記導電性材料が存在する場所以外の領域が大気圧に比べて減圧されており、前記導電性材料が導電性を有する感光性樹脂であることを特徴としている。
【００２７】
本発明の請求項６記載の二次元画像検出器は、格子状の電極配線と前記電極配線の各格子点毎に設けられた複数の薄膜トランジスタおよび複数の画素電極が具備されたアクティブマトリクス基板と、光導電性を有する半導体がほぼ全面に具備された対向基板とが、画素毎に独立して設けられた導電性材料で平面的に接続された構造の二次元画像検出器であって、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板の貼り合せ領域の周辺部がシールされており、前記導電性材料が導電性を有する感光性樹脂であることを特徴としている。
【００２８】
以下、上記構成による作用を説明する。請求項１に記載の二次元画像検出器は、格子状の電極配線と前記電極配線の各格子点毎に設けられた複数の薄膜トランジスタおよび複数の画素電極が具備されたアクティブマトリクス基板と、光導電性を有する半導体がほぼ全面に具備された対向基板が、画素毎に独立して設けられた導電性材料で平面的に接続された構造の二次元画像検出器であって、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板の間隙の内、前記導電性材料が存在する場所以外の領域に絶縁材が充填されており、前記導電性材料が導電性を有する感光性樹脂であることを特徴としている。したがって、従来、半導体の成膜温度とアクティブマトリクス基板の耐熱性の関係で、アクティブマトリクス基板上に直接成膜できなかった半導体材料を、画像検出器に使用することが可能である。またさらに、前記アクティブマトリクス基板と対向基板の間隙の内、導電性材料が存在する場所以外の領域に絶縁材が充填されているので、導電性材料が湿気等を含む外気に触れることがなく、導電性材料の防湿、あるいは接着性や導電性の経時劣化を防ぐことが可能になる。すなわち、二次元画像検出器の信頼性を向上させることが可能になる。また絶縁材を充填するため、隣接画素同士が導電性材料を介して電気的にクロストークを発生する心配もない。
【００２９】
請求項２に記載の二次元画像検出器は、前記絶縁材が不活性ガスであることを特徴としている（但し、ここで述べる不活性ガスとは、アルゴン等の希ガスの他に、窒素等反応性の乏しいガスも含むものとする。）。したがって、導電性材料は湿気等を含む外気に触れることがなく、常時不活性ガスに接触している状態になるため、導電性材料の防湿、あるいは接着性や導電性の経時劣化を防ぐことが可能になる。
【００３０】
請求項３に記載の二次元画像検出器は、前記絶縁材がシリコーンオイルであることを特徴としている。したがって、導電性材料は湿気等を含む外気に触れることがなく、常時、シリコーンオイルに接触している状態になる。シリコーンオイルは、周知のように化学的に不活性な液体であるため、導電性材料の防湿、あるいは接着性や導電性の経時劣化を防ぐことが可能になる。
【００３１】
請求項４に記載の二次元画像検出器は、前記絶縁材が光重合性高分子であることを特徴とする。したがって、導電性材料は常時光重合性高分子に接触している状態になるため、湿気等を含む外気に触れることがなく、導電性材料の防湿、あるいは接着性や導電性の経時劣化を防ぐことが可能になる。また、光重合性高分子は、紫外線硬化型接着剤として使用されるように、優れた接着性を有する。前記導電性材料自身が、アクティブマトリクス基板と対向基板の接着材としても作用すれば理想的であるが、導電性材料の接着性が乏しい場合は、両基板が簡単に剥がれてしまう場合がある。そこで、上記の如く、両基板間隙の導電性材料が存在する場所以外の領域に光重合性高分子を充填しておくことで、前記光重合性高分子が接着剤の役割を果たすため、機械的強度の点でも信頼性の向上を図ることが可能になる。
【００３２】
請求項５に記載の二次元画像検出器は、格子状の電極配線と前記電極配線の各格子点毎に設けられた複数の薄膜トランジスタおよび複数の画素電極が具備されたアクティブマトリクス基板と、光導電性を有する半導体がほぼ全面に具備された対向基板とが、画素毎に独立して設けられた導電性材料で平面的に接続された構造の二次元画像検出器であって、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板の間隙の内、前記導電性材料が存在する場所以外の領域が大気圧に比べて減圧されており、前記導電性材料が導電性を有する感光性樹脂であることを特徴としている。したがって、導電性材料は湿気等を含む外気に触れることがなく、導電性材料の防湿、あるいは接着性や導電性の経時劣化を防ぐことが可能になる。また、前記導電性材料自身が、アクティブマトリクス基板と対向基板の接着材としても作用すれば理想的であるが、導電性材料の接着性が乏しい場合は、両基板が簡単に剥がれてしまう場合がある。そこで、上記の如く、両基板間隙を大気圧より減圧しておくことで、両基板の外側に常時大気圧が加わるため、機械的強度の点でも信頼性の向上を図ることが可能になる。
【００３３】
請求項６に記載の二次元画像検出器は、格子状の電極配線と前記電極配線の各格子点毎に設けられた複数の薄膜トランジスタおよび複数の画素電極が具備されたアクティブマトリクス基板と、光導電性を有する半導体がほぼ全面に具備された対向基板とが、画素毎に独立して設けられた導電性材料で平面的に接続された構造の二次元画像検出器であって前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板の貼り合せ領域の周辺部がシールされており、前記導電性材料が導電性を有する感光性樹脂であることを特徴としている。したがって、導電性材料は湿気等を含む外気に触れることがなく、導電性材料の防湿、あるいは接着性や導電性の経時劣化を防ぐことが可能になる。また、請求項１〜４の如く、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板間隙に、不活性ガス、シリコーンオイル、光重合性高分子等の絶縁材を充填する際においては、これら充填物を容易に封止することが可能になる。また、請求項５の如く、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板の間隙を減圧する場合においては、両基板間隙を密封することが可能になる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３５】
図１および図２は、本発明の二次元画像検出器の基本構成断面図である（図１は全体断面図、図２は１画素当たりの詳細断面図）。アクティブマトリクス基板１と対向基板２が、図に示すように導電性材料３を介して対向配置した構成をなしている。
【００３６】
アクティブマトリクス基板１は、液晶表示装置を製造する過程で形成されるアクティブマトリクス基板と同じプロセスで形成することが可能である。具体的に説明すれば、ガラス基板４上にＸＹマトリクス状の電極配線（ゲート電極５およびソース電極６）、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）７、電荷蓄積容量電極（Ｃｓ電極）８等が形成されている。ガラス基板４には、無アルカリガラス基板（例えば、コーニング社製＃７０５９や＃１７３７）を用い、その上にＴａ等の金属膜からなるゲート電極５を形成する。ゲート電極５はスパッタ蒸着で約３０００オングストローム成膜した後、所望の形状にパターニングする。この際同時に蓄積容量電極（Ｃｓ電極）８も形成しておく。
【００３７】
次に、ＳｉＮｘやＳｉＯｘからなる絶縁膜９をＣＶＤ法で約３５００オングストローム成膜して形成する。該絶縁膜９は、ゲート絶縁膜あるいは、蓄積容量（Ｃｓ）として作用する。なお絶縁膜９として、ＳｉＮｘやＳｉＯｘだけでなく、ゲート電極５とＣｓ電極８を陽極酸化した陽極酸化膜を併用する場合もある。
【００３８】
次に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）７のチャネル部となるａ−Ｓｉ膜（ｉ層）１０と、ソース・ドレイン電極とのコンタクトを図るａ−Ｓｉ膜（ｎ＋層）１１を、ＣＶＤ法で各々約１０００オングストローム、約４００オングストローム成膜した後、所望の形状にパターニングする。
【００３９】
次に、ＴａやＡｌ等の金属膜からなるソース電極６とドレイン電極（画素電極１２にも兼用）を形成する。ソース電極６と画素電極１２は、スパッタ蒸着で約３０００オングストローム成膜した後、所望の形状にパターニングする。なお、画素電極１２とドレイン電極を別々に形成しても良く、画素電極１２にＩＴＯなどの透明電極を使用することも可能である。
【００４０】
さらにその後、画素電極１２の開口部以外の領域を絶縁保護する目的で絶縁保護膜１３を形成する。絶縁保護膜１３は、ＳｉＮｘやＳｉＯｘの絶縁膜をＣＶＤ法で約６０００オングストローム成膜した後、所望の形状にパターニングする。絶縁保護膜１３には、無機の絶縁膜の他に、アクリルやポリイミド等の有機膜を使用することも可能である。
【００４１】
このようにして、アクティブマトリクス基板１が形成される。なお、ここでは、ＴＦＴ素子として、ａ−Ｓｉを用いた逆スタガ構造のＴＦＴを用いたが、これに限定されるものではなく、ｐ−Ｓｉを用いても良いし、スタガ構造にしてもよい。
【００４２】
対向基板２は、Ｘ線や可視光に対して透過性を有する基板を支持基板１４としている。ここでは厚み約０．７ｍｍ〜１．１ｍｍのガラス基板を用いている。
【００４３】
先ず、前記支持基板１４の一方面のほぼ全面に、Ｔｉ、Ａｇ、ＩＴＯ等の導電膜によって上部電極１５を形成する。但し、可視光に対する画像検出器に用いる場合は、可視光に対して透明なＩＴＯ電極を用いる必要がある。
【００４４】
次に、この上部電極１５上にＭＯＣＶＤ法を用いてＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅの半導体層１６を約０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの厚みで形成する。ＭＯＣＶＤ法は大面積基板への成膜に適しており、原料である有機カドミウム（ジメチルカドミウム［ＤＭＣｄ］）、有機テルル（ジエチルテルル［ＤＥＴｅ］やジイソプロピルテルル［ＤｉＰＴｅ］）、有機亜鉛（ジエチル亜鉛［ＤＥＺｎ］やジイソプロピル亜鉛［ＤｉＰＺｎ］やジメチル亜鉛［ＤＭＺｎ］）を用いて、４００℃〜５００℃の成膜温度で多結晶膜の成膜が可能である。
【００４５】
さらにその上に、ＡｌＯｘの薄い絶縁層からなる電子阻止層１７をほぼ全面に形成した後、ＴａやＡｌ、ＩＴＯ等の導電膜を約２０００オングストローム成膜し、所望の形状にパターニングすることで接続電極１８を形成する。接続電極１８は、アクティブマトリクス基板１に形成された画素電極１２と対応する位置に形成すると良い。
【００４６】
なお、対向基板２としては、Ｘ線に対して光導電性を有する半導体基板（光導電体基板）自身を支持基板１４とすることも可能である。例えば、ＣｄＴｅもしくはＣｄＺｎＴｅといった化合物半導体の結晶基板（厚みが約０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ）を用いることが可能である。この種の半導体基板はブリッジマン法やグラディエントフリーズ法、トラベルヒーティング法等によって、容易に結晶基板を形成することが可能である。この場合、半導体基板の一方面のほぼ全面に、Ａｌ、ＩＴＯ等のＸ線を透過しやすい導電膜によって上部電極１５を形成し、他方の面には、約１０００オングストローム厚のＡｌＯｘからなる絶縁層（電子阻止層１７）をほぼ全面に形成した後、ＴａやＡｌ、ＩＴＯ等の導電膜をスパッタ蒸着で約２０００オングストローム成膜し、所望の形状にパターニングすることで接続電極を形成すると良い。
【００４７】
次に、上記のプロセスによって形成された両基板のうち一方の基板側（本実施の形態の場合、アクティブマトリクス基板１側）に、導電性材料３として導電性および接着性を有する感光性樹脂を塗布もしくは圧着し、フォトリソグラフ技術を用いて所望の形状にパターニングする。そして両基板を、画素電極１２と接続電極１８が各々対応するように貼り合わせて圧着することにより、上下基板を電気的及び物理的に接続しパネル化する。導電性材料（導電性および接着性を有する感光性樹脂）３としては、感光性樹脂にカーボン、ＩＴＯ、金属等の導電性微粒子を分散させたものが適している。
【００４８】
またこの時、アクティブマトリクス基板１と対向基板２の貼り合せ領域の周辺部を封止できるようにシール材１９を形成しておく。ただし、後の工程でパネル間隙に不活性ガス２０を充填できるよう、シール材１９の一部に複数の開口部を設けておく。シール材１９としては、光硬化性接着剤、熱硬化性接着剤、熱可塑性接着剤、シリコーンゴム等、各種シーリング材料を用いることが可能である。
【００４９】
その後、アクティブマトリクス基板１と対向基板２とシール材１９に囲まれた領域の中で、導電性材料３が存在しない空間に、不活性ガス２０の充填を行う。具体的には、シール材１９の一方の開口部よりパネル間隙の既存のガスを排出し、他方の開口部より不活性ガス２０を充填する。そして、ガスの置換が終了した時点でシール開口部を封止する。不活性ガス２０としては、希ガス（アルゴンガス、ヘリウムガス等）や、反応性の乏しいガス（窒素ガス等）を使用すると良い。
【００５０】
このようなプロセスを経て、本発明の図１および図２に示す二次元画像検出器の基本構成が完成する。
【００５１】
図３は、上記画像検出器の１画素当たりの等価回路図であるが、図２および図３をもとに上記画像検出器の動作原理を説明する。
【００５２】
まず、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅからなる半導体層１６にＸ線が入射すると、光導電効果により電荷（電子−正孔）が発生する。この時、蓄積容量（Ｃｓ）８と半導体層１６は画素電極１２／導電性材料３／接続電極１８を介して直列に接続された構造になっているので、上部電極１５とＣｓ電極８間に電圧を印加しておくと、半導体層１６内で発生した電荷（電子−正孔）がそれぞれ＋電極側と−電極側に移動し、その結果、電荷蓄積容量（Ｃｓ）２１に電荷が蓄積される仕組みになっている。なお、半導体層１６と接続電極１８の間には、薄い絶縁層からなる電子阻止層１７が形成されており、これが一方側からの電荷の注入を阻止するＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造の阻止型フォトダイオードの役割を果たしており、Ｘ線が入射しない時の暗電流の低減に寄与している。すなわち、上部電極１５側に正電圧を印加した場合、電子阻止層１７は接続電極１８から半導体層１６への電子の注入を阻止する働きをする。なお、半導体層１６と上部電極１５の間にも絶縁層を設け、上部電極１５から半導体層１６への正孔の注入も阻止し、さらなる暗電流低減を図る場合もある。また、阻止型フォトダイオードの構造としては、上記ＭＩＳ構造の他にＰＩＮ接合構造、ヘテロ接合構造、ショットキー接合構造を用いることも、もちろん可能である。
【００５３】
上記の作用により、電荷蓄積容量（Ｃｓ）２１に蓄積された電荷は、ゲート電極５の入力信号によってＴＦＴ７をオープン状態にすることでソース電極６より外部に取り出すことが可能である。電極配線（ゲート電極５とソース電極６）、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）７、電荷蓄積容量（Ｃｓ）２１等は、従来例の図７にも示すように、すべてＸＹマトリクス状に設けられているため、ゲート電極５２Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、・・・、Ｇｎに入力する信号を線順次に走査することで、二次元的にＸ線の画像情報を得ることが可能となる。このように基本的な動作原理は従来例に示した二次元画像検出器と同様である。また、上記理由により、半導体層１６としてＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅを用いることができるので、従来のａ−Ｓｅを用いた二次元画像検出器に比べてＸ線に対する感度が向上し、動画に対応する画像データ、すなわち３３ｍｓｅｃ／ｆｒａｍのレートで画像データを得ることが可能である。
【００５４】
このように、本発明の二次元画像検出器の特徴は、アクティブマトリクス基板１と対向基板２が、導電性材料３で平面的に接続されており、さらに、前記アクティブマトリクス基板１と対向基板２の間隙の内、導電性材料３が存在する場所以外の領域に絶縁材として、不活性ガス２０が充填されていることである。したがって、従来、半導体の成膜温度とアクティブマトリクス基板の耐熱性の関係で、アクティブマトリクス基板上に直接成膜できなかった半導体材料を、画像検出器に使用することが可能である。
【００５５】
さらに、本発明においては、前記アクティブマトリクス基板１と対向基板２の間隙の内、導電性材料３が存在する場所以外の領域に絶縁材として不活性ガス２０が充填されているので、導電性材料３が湿気等を含む外気に触れることがなく、導電性材料３の防湿、あるいは接着性や導電性の経時劣化を防ぐことが可能になる。
【００５６】
一般に、樹脂が大気中の湿気を吸収したり、大気中に浮遊している活性なイオンに触れると、特性が経時変化してしまうといった問題が発生する場合がある。具体的には、上記のように、両基板間隙に形成された導電性材料３として感光性樹脂を用いると、導電性材料３の導電特性や接着特性が劣化する現象が見られる。これは、特に、大気に触れ易い基板（パネル）周辺部で顕著に見られる。
【００５７】
しかしながら、導電性材料３の周りに乾燥させた不活性ガス２０を充填しておくことで、このような導電性材料３の経時変化を解消することができる。すなわち、信頼性を向上させることができる。もちろんシール材を設けるだけでも、大気との接触を防ぐことは可能であり、それなりの効果を得ることができるが、両基板貼り合せ時に基板間隙に閉じ込められたガスが存在するため、このガスを上記のように不活性ガス２０で置換してしまう方が、さらに効果があがる。
【００５８】
なお、本実施の形態においては、不活性ガス２０として、窒素ガスとアルゴンガスを用いて上記二次元画像検出器を試作したが、両者とも、高温高湿の環境エージング試験を施しても導電性材料３の顕著な経時変化は見られなかった。もちろん、不活性ガス２０としては、これに限るものではなく、ヘリウムガス等の希ガス、あるいはその他比較的不活性なガスであれば、原理的に同様の効果が期待できる。また絶縁材として不活性ガス２０を充填するため、隣接画素同士が導電性材料３を介して電気的にクロストークを発生する心配もない。
【００５９】
（実施の形態２）
実施の形態１では、アクティブマトリクス基板１と対向基板２の間隙の内、導電性材料３が存在する場所以外の領域に絶縁材として、不活性ガス２０を充填させることで、導電性材料３の信頼性を向上させた例を示したが、不活性ガス２０でなくても、不活性な液体を充填することでも同様の効果を得ることができる。
【００６０】
図４は、両基板間隙に絶縁材としてシリコーンオイル２２を充填させた場合の、二次元画像検出器の基本構成断面図である。充填物が異なる点以外は、実施の形態１で示した構造と同じである。シリコーンオイル２２は、シリコーン（分子構造の骨格がシロキサン結合（−Ｓｉ−Ｏ−）からできており、ケイ素原子にさらにアルキル、アリールまたはそれらの誘導基が結合した側鎖をもつ物質）のうち、重合度が小さく常温で液体のものを指すが、電気的絶縁性、耐老化性に優れており、化学的に不活性である。
【００６１】
したがって、アクティブマトリクス基板１と対向基板２の間隙の内、導電性材料３が存在する場所以外の領域に絶縁材として、不活性な液体であるシリコーンオイル２２を充填することで、導電性材料３と大気を完全に遮断することができ、実施の形態１と同様に導電性材料３の信頼性を向上させることができる。もちろん、不活性な液体としては、これに限るものではなく、その他比較的不活性な液体であれば、原理的に同様の効果が期待できる。
【００６２】
（実施の形態３）
実施の形態１では、アクティブマトリクス基板１と対向基板２の間隙の内、導電性材料３が存在する場所以外の領域に絶縁材として、不活性ガス２０を充填させることで、導電性材料３の信頼性を向上させた例を示したが、不活性ガス２０ではなく、光重合性高分子２３を充填することで、導電性材料３の信頼性向上の他に、新たな効果を得ることも可能になる。
【００６３】
図５は、両基板間隙に絶縁材として光重合性高分子２３を充填させた場合の、二次元画像検出器の基本構成断面図である。充填物が異なる点以外は、実施の形態１で示した構造と同じである。光重合性高分子２３とは、アクリル系、あるいはエン／チオール等の二重結合した部位を持ち、光を照射することにより二重結合が開裂して重合が促進するものであり、一般的に、光硬化性樹脂（接着剤）として広く使用されているものである。
【００６４】
まず、両基板間隙に低粘度の光重合性高分子材料を注入し、その後、アクティブマトリクス基板１側から光を照射し、重合を促進させると良い。このように、アクティブマトリクス基板１と対向基板２の間隙の内、導電性材料３が存在する場所以外の領域に絶縁材として、光重合性高分子２３を充填することで、導電性材料３と大気を完全に遮断することができ、実施の形態１と同様に導電性材料３の信頼性を向上させることができると共に、上下基板の接着剤としても作用し、機械的接着強度を増す効果も得ることができる。特に、導電性材料３自身の接着力が弱い場合に有効である。
【００６５】
なお、アクティブマトリクス基板１側から光を照射する際、アクティブマトリクス基板１上に設けられた金属配線によって光が遮られ、その場所で光重合が促進しない場合は、あらかじめ光重合性高分子材料に熱重合性を付加した材料を用いておき光照射後に加熱処理を施すことで、光が照射されない部分においても完全に重合を促進することができる。
【００６６】
（実施の形態４）
実施の形態１では、アクティブマトリクス基板１と対向基板２の間隙の内、導電性材料３が存在する場所以外の領域に絶縁材として、不活性ガス２０を充填させることで、導電性材料３の信頼性を向上させた例を示したが、その領域を減圧２４するだけでも同様の効果を得ることが可能である。
【００６７】
図６は、両基板間隙の導電性材料３が存在する場所以外の領域を、大気圧の約１／１０減圧２４させた場合の、二次元画像検出器の基本構成断面図である。それ以外の構造は、実施の形態１で示した構造と同じである。
【００６８】
基板間隙を減圧２４するには、基板周辺部に形成するシール材（封止材）１９の一部に開口部を設けておき、そこからロータリーポンプやイジェクターを用いて減圧２４し、減圧２４した状態で開口部を封止すれば良い。減圧度は、上記に限定するものではなく、適度に調整すれば良い。
【００６９】
このように、アクティブマトリクス基板１と対向基板２の間隙の内、導電性材料３が存在する場所以外の領域を減圧２４することで、導電性材料３と大気を完全に遮断することができ、実施の形態１と同様に導電性材料３の信頼性を向上させることができると共に、基板間隙が減圧２４されている分だけ、基板の外側から大気圧に押された状態になり、上下基板の機械的接着強度を増す効果も得ることができる。特に、導電性材料３自身の接着力が弱い場合に有効である。また、減圧２４領域では、気体の密度が小さいため温度変化に対する気体の体積変化（膨張や収縮）も生じず、環境温度変化に対する機械的接着強度を増すことができる。
【００７０】
なお、上記実施の形態１〜４では、主にＸ線（放射線）に対する画像検出器の場合について説明してきたが、使用する半導体（光導電体）がＸ線等の放射線に対する光導電性だけでなく、可視光や赤外光に対しても光導電性を示す場合は、可視光や赤外光の二次元画像検出器として使用することも可能である。ただし、この時は、半導体（光導電体）からみて光入射側に配置される上部電極材料としては、ＩＴＯ等の可視光や赤外光を透過する透明電極材料を用いる必要がある。また、半導体（光導電体）の厚みも、可視光、赤外光の吸収効率に応じて最適化する必要がある。
【００７１】
【発明の効果】
請求項１に記載の二次元画像検出器は、格子状の電極配線と前記電極配線の各格子点毎に設けられた複数の薄膜トランジスタおよび複数の画素電極が具備されたアクティブマトリクス基板と、光導電性を有する半導体がほぼ全面に具備された対向基板が、画素毎に独立して設けられた導電性材料で平面的に接続された構造の二次元画像検出器であって、前記導電性材料が存在する場所以外の領域に絶縁材が充填されており、前記導電性材料が導電性を有する感光性樹脂であることを特徴としている。したがって、従来、半導体の成膜温度とアクティブマトリクス基板の耐熱性の関係で、アクティブマトリクス基板上に直接成膜できなかった半導体材料を、画像検出器に使用することが可能である。またさらに、前記アクティブマトリクス基板と対向基板の間隙の内、導電性材料が存在する場所以外の領域に絶縁材が充填されているので、導電性材料が湿気等を含む外気に触れることがなく、導電性材料の防湿、あるいは接着性や導電性の経時劣化を防ぐことが可能になる。すなわち、二次元画像検出器の信頼性を向上させることが可能になる。また絶縁材を充填するため、隣接画素同士が導電性材料を介して電気的にクロストークを発生する心配もない。
【００７２】
請求項２に記載の二次元画像検出器は、前記絶縁材が不活性ガスであることを特徴としている（但し、ここで述べる不活性ガスとは、アルゴン等の希ガスの他に、窒素等反応性の乏しいガスも含むものとする。）。したがって、導電性材料は湿気等を含む外気に触れることがなく、常時不活性ガスに接触している状態になるため、導電性材料の防湿、あるいは接着性や導電性の経時劣化を防ぐことが可能になる。
【００７３】
請求項３に記載の二次元画像検出器は、前記絶縁材がシリコーンオイルであることを特徴としている。したがって、導電性材料は湿気等を含む外気に触れることがなく、常時、シリコーンオイルに接触している状態になる。シリコーンオイルは、周知のように化学的に不活性な液体であるため、導電性材料の防湿、あるいは接着性や導電性の経時劣化を防ぐことが可能になる。
【００７４】
請求項４に記載の二次元画像検出器は、前記絶縁材が光重合性高分子であることを特徴とする。したがって、導電性材料は常時光重合性高分子に接触している状態になるため、湿気等を含む外気に触れることがなく、導電性材料の防湿、あるいは接着性や導電性の経時劣化を防ぐことが可能になる。また、光重合性高分子は、紫外線硬化型接着剤として使用されるように、優れた接着性を有する。前記導電性材料自身が、アクティブマトリクス基板と対向基板の接着材としても作用すれば理想的であるが、導電性材料の接着性が乏しい場合は、両基板が簡単に剥がれてしまう場合がある。そこで、上記の如く、両基板間隙の導電性材料が存在する場所以外の領域に光重合性高分子を充填しておくことで、前記光重合性高分子が接着剤の役割を果たすため、機械的強度の点でも信頼性の向上を図ることが可能になる。
【００７５】
請求項５に記載の二次元画像検出器は、格子状の電極配線と前記電極配線の各格子点毎に設けられた複数の薄膜トランジスタおよび複数の画素電極が具備されたアクティブマトリクス基板と、光導電性を有する半導体がほぼ全面に具備された対向基板とが、画素毎に独立して設けられた導電性材料で平面的に接続された構造の二次元画像検出器であって、前記導電性材料が存在する場所以外の領域が大気圧に比べて減圧されており、前記導電性材料が導電性を有する感光性樹脂であることを特徴としている。したがって、導電性材料は湿気等を含む外気に触れることがなく、導電性材料の防湿、あるいは接着性や導電性の経時劣化を防ぐことが可能になる。また、前記導電性材料自身が、アクティブマトリクス基板と対向基板の接着材としても作用すれば理想的であるが、導電性材料の接着性が乏しい場合は、両基板が簡単に剥がれてしまう場合がある。そこで、上記の如く、両基板間隙を大気圧より減圧しておくことで、両基板の外側に常時大気圧が加わるため、機械的強度の点でも信頼性の向上を図ることが可能になる。
【００７６】
請求項６に記載の二次元画像検出器は、格子状の電極配線と前記電極配線の各格子点毎に設けられた複数の薄膜トランジスタおよび複数の画素電極が具備されたアクティブマトリクス基板と、光導電性を有する半導体がほぼ全面に具備された対向基板とが、画素毎に独立して設けられた導電性材料で平面的に接続された構造の二次元画像検出器であって、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板の貼り合せ領域の周辺部がシールされており、前記導電性材料が導電性を有する感光性樹脂であることを特徴としている。したがって、導電性材料は湿気等を含む外気に触れることがなく、導電性材料の防湿、あるいは接着性や導電性の経時劣化を防ぐことが可能になる。また、請求項１〜４の如く、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板間隙に、不活性ガス、シリコーンオイル、光重合性高分子等の絶縁材を充填する際においては、これら充填物を容易に封止することが可能になる。また、請求項５の如く、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板の間隙を減圧する場合においては、両基板間隙を密封することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に関わる二次元画像検出器の全体の基本構成断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に関わる二次元画像検出器の１画素当たりの基本構成断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に関わる二次元画像検出器の１画素当たりの等価回路図である。
【図４】本発明の実施の形態２に関わる二次元画像検出器の全体の基本構成断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３に関わる二次元画像検出器の全体の基本構成断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４に関わる二次元画像検出器の全体の基本構成断面図である。
【図７】従来の二次元画像検出器の基本構成図である。
【図８】従来の二次元画像検出器の一画素当りの基本構成図である。
【符号の説明】
１      アクティブマトリクス基板
２      対向基板
３      導電性材料
４      ガラス基板
５      ゲート電極
６      ソース電極
７      薄膜トランジスタ
８      電荷蓄積容量電極（Ｃｓ電極）
９      絶縁膜
１０      ａ−Ｓｉ膜（ｉ層）
１１      ａ−Ｓｉ膜（ｎ＋層）
１２      画素電極
１３      絶縁保護膜
１４      支持基板
１５      上部電極
１６      半導体層
１７      電子阻止層
１８      接続電極
１９      シール材
２０      不活性ガス
２１      電荷蓄積容量
２２      シリコーンオイル
２３      光重合性高分子
２４      減圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003549039.tif 000007
【図７】
0003549039.tif 000008
【図８】
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