(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波による画像情報を電荷に変換するための変換層と、
該変換層の電荷を収集すべく該変換層と接続された画素電極が配列されてなる画素配列層、前記変換層に対して前記画素配列層を介して位置し、収集した電荷を検出するための電極配線を形成する配線層、および前記画素配列層と前記配線層との間に介在する絶縁層を含む画素基板と、
前記変換層を介して前記画素配列層と対向する位置に配置され、前記画素電極との間に電界を発生させるための上部電極とを備えており、
該上部電極が、前記画素電極が配列された領域である画素領域内に形成されていることを特徴とする二次元画像検出器。
【請求項２】
前記上部電極が、前記画素領域において最外周に配列された画素電極より内側に形成されてい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】
前記画素領域における、前記変換層を介して前記上部電極と対向する領域において、前記画像情報を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の二次元画像検出器。
【請求項４】
前記変換層に対して前記画像情報である電磁波が入射する側の位置に、画像検出に寄与する有効画素が配置された領域の外側の領域であり、かつ、前記変換層が形成されている領域の少なくとも一部を覆うようにして、前記電磁波を遮蔽するための遮蔽部材を備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の二次元画像検出器。
【請求項５】
前記変換層に対して前記画像情報である電磁波が入射する側の位置に、画像情報を検出する領域の外側の領域であり、かつ、前記変換層が形成されている領域の少なくとも一部を覆うようにして、前記電磁波を遮蔽するための遮蔽部材を備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の二次元画像検出器。
【請求項６】
前記画像情報である電磁波が放射線であり、前記遮蔽部材が、Ｐｂ、Ｔａ、ＷおよびＢａからなる群より選ばれた材料を含むことを特徴とする請求項４または５に記載の二次元画像検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波（Ｘ線等の放射線、可視光、赤外光など）の画像を検出する二次元画像検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放射線の二次元画像検出器として、Ｘ線等の放射線または可視光等の光線（以下では、これらを代表してＸ線についてのみ記載する）を感知して電荷（電子−正孔）を発生する半導体センサを二次元行列状に配置し、これらにそれぞれ電気スイッチを設けたものがある。これは、各行毎に電気スイッチを順次オンにし、各列毎に半導体センサの電荷を読み出すものである。
【０００３】
このような二次元画像検出器は、例えば「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  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎ  ａ  Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  Ｐａｎｅｌ”，ＳＩＤ  ９７  ＤＩＧＥＳＴ，ｐｐ．９１−９４，１９９７」、「特開平６−３４２０９８号公報」などに具体的な構造や検出原理が記載されている。
【０００４】
以下において、図４および図５に基づいて従来の二次元画像検出器の構成および検出原理について説明する。図４は、従来の二次元画像検出器の平面図、およびこの平面図におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。また、図５は、図４の二次元画像検出器における１画素当たりの断面図である。なお、図４の断面図では、図５に示した構成を一部簡略化して示している。
【０００５】
図４および図５に示す二次元画像検出器は、アクティブマトリクス基板１０１上に光導電膜１０２および共通電極（上部共通電極）１０３が順次積層された基本構造を有している。
【０００６】
ここで、アクティブマトリクス基板１０１は、ガラス基板１０４上に、スイッチング素子であるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、薄膜トランジスタ）１０５および電荷蓄積容量（Ｃｓ容量）１０６が形成され、それらの上方を覆うように画素電極１０７が形成されて構成されている。このＴＦＴ１０５、電荷蓄積容量１０６および画素電極１０７などにより画素が形成されており、この画素がＸＹマトリクス状（二次元行列状）に配置されている。
【０００７】
ＴＦＴ１０５は、ゲート電極１０８、ゲート絶縁膜１０９、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）層（ｉ層）１１０、ａ−Ｓｉ層（ｎ＋  層）１１１、ソース電極１１２、およびドレイン電極１１３により形成されている。また、電荷蓄積容量１０６は、蓄積容量電極（Ｃｓ電極）１１４、ゲート絶縁膜１０９、蓄積容量電極１１３（ドレイン電極１１３と兼用）により形成されている。
【０００８】
画素電極１０７と、ＴＦＴ１０５、電荷蓄積容量１０６およびこれらに接続された電極配線とは、間に介在する絶縁層（絶縁保護膜）１１５および絶縁層（絶縁保護膜）１１６により電気的に絶縁されている。また、画素電極１０７とドレイン電極１１３とは、絶縁層１１５・１１６に形成されたコンタクトホール１１７を介して電気的に接続されている。
【０００９】
このアクティブマトリクス基板１０１の画素電極１０７および絶縁層１１６を覆って光導電膜１０２が設けられ、さらに光導電膜１０２を覆って共通電極１０３が設けられている。
【００１０】
光導電膜１０２は、Ｘ線が照射されることにより、内部に電荷（電子−正孔）を発生するものである。この光導電膜１０２の材料としては、検出する電磁波の波長に応じて選択された半導体材料（ａ−Ｓｅ等）が用いられる。
【００１１】
そして、共通電極１０３と蓄積容量電極１１４との間には、電圧を印加することができるようになっている。
【００１２】
また、アクティブマトリクス基板１０１には、絶縁層１１５・１１６の下層に、各画素のゲート電極１０８、ソース電極１１２および蓄積容量電極１１４とそれぞれ接続されたゲート（走査）線、ソース（信号）線およびＣｓ（容量）線などの配線層１２０が形成されている。なお、図４の断面図には、配線層１２０としてのゲート線を表している。
【００１３】
上記各配線は、画素領域１１８（画素電極１０７が形成されている領域）外のガラス基板１０４端部に至るまで延長されている。そして、各配線は、ガラス基板１０４端部において、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）等を介して、走査制御回路や信号処理回路など（図示せず）の外部装置と接続されている。
【００１４】
次に、上記二次元画像検出器の動作原理について説明する。共通電極１０３と蓄積容量電極１１４との間に電圧を印加した状態で、光導電膜１０２にＸ線が照射されると、光導電膜１０２内部に電荷（電子−正孔）が発生する。そして、発生した電荷は、印加電圧の方向に応じてそれぞれ正負電極側に移動し、これにより電荷蓄積容量１０６に電荷が蓄積される。
【００１５】
電荷蓄積容量１０６に蓄積された電荷は、ゲート電極１０８への入力信号でＴＦＴ１０５をオン状態にすることにより、ソース電極１１２を介して外部に取り出すことが可能である。
【００１６】
ここで、上述のように画素がＸＹマトリクス状に配置されているため、ゲート電極１０８に入力する信号をゲート線ごとに順次走査し、ソース電極１１２からの電荷をソース線ごとに検知することにより、二次元的に画像情報を得ることが可能となる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光導電膜１０２の電荷変換効率は、その光導電膜を構成する材料によって異なるが、通常、一定以上の電荷変換効率を得るために、光導電膜１０２の膜厚を大きくして厚膜を形成する必要がある。例えば、光導電膜１０２にａ−Ｓｅを使用した場合では、これを０．５〜１．５ｍｍ程度の膜厚に積層する。この場合、印加電圧としては数ｋＶの高電圧が必要となる。
【００１８】
ここで、画像検出の際において、Ｘ線が過剰に照射された場合や、ＴＦＴ１０５が長時間オフ状態で放置された場合には、電荷の蓄積に伴ない画素電極１０７には最大で印加電圧と同程度の高電圧が印加される。従って、上記のように印加電圧を数ｋＶとした場合では、画素電極１０７にも最大で数ｋＶの電圧負荷が生じ得る。
【００１９】
この電圧負荷がＴＦＴ１０５または電荷蓄積容量１０６の耐圧を越えた場合、絶縁破壊によるＴＦＴ１０５または電荷蓄積容量１０６の破壊が発生し、画像検出器の動作に重大な影響を与えるおそれがある。
【００２０】
この問題に対して、ＴＦＴ１０５および電荷蓄積容量１０６の破壊を防ぐために各種対策が講じられている。具体的には、保護容量の形成（特開平６−３４２０９８号公報などに開示）、別途画素内に形成した保護回路による過剰蓄積電荷の放出（特開平１０−１７０６５８号公報などに開示）、ＴＦＴ素子の電圧降伏特性による過剰蓄積電荷の放出（Ｂｒａｄ  ｐｏｌｉｓｃｈｕｋ，ｅｔ  ａｌ．，”Ｄｉｒｅｃｔ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ
ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｆｏｒ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｍａｍｍｏｇｒａｐｈｙ”，ＳＰＩＥ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ，１９９９，  Ｖｏｌ．３６５９，ｐｐ．４１７−４２５．などに開示）、またはダブルゲート構造ＴＦＴによる過剰蓄積電荷の放出（特開平１１−５０４１６３号公報などに開示）などの対策が講じられている。
【００２１】
上記対策の中で、保護容量の形成以外の対策は、基本的に画素領域１１８内にその効果が限定されている。また、保護容量の形成は、その形成範囲により画素領域１１８外に対しても有効となり得るが、蓄積電荷のリセットに一定の時間を要するため、動画像の撮影には不適である。
【００２２】
ここで、画素領域１１８の外周辺である周辺領域Ｒにおける上記電圧負荷の問題を考える。
【００２３】
Ｘ線照射により画像検出が可能な領域（画像検出領域）は、画素領域１１８、光導電膜１０２が形成されている領域、および共通電極１０３が形成されている領域の各領域すべてが、ガラス基板１０４の基板面法線方向において重複する領域である。
【００２４】
したがって、画素領域１１８を最大限利用して画像検出領域とする場合には、画素領域１１８全体を光導電膜１０２および共通電極１０３で覆う必要がある。このとき、位置合わせ精度を考慮することにより、図４に示すように光導電膜１０２および共通電極１０３の形成領域が、画素領域１１８の外側にまで延長されるように設計するのが一般的である。
【００２５】
また、アクティブマトリクス基板１０１における画素領域１１８外側の周辺領域Ｒには、絶縁層１１５・１１６の下層に、走査線、信号線および容量線を形成する配線層１２０が配置されている。
【００２６】
したがって、周辺領域Ｒにおいて、配線層１２０と光導電膜１０２および共通電極１０３とが重複した領域では、過剰のＸ線照射などに伴ない光導電膜１０２内で発生した電荷により、配線層１２０上の絶縁層１１５・１１６に高電圧が印加され得る。これにより、画素領域１１８内と同様に、絶縁層１１５・１１６が絶縁破壊する可能性が生じる。
【００２７】
その結果、配線層１２０における各配線と接続されている電荷蓄積容量１０６およびＴＦＴ１０５、並びに走査制御回路および信号処理回路などもまた破壊されるおそれがある。
【００２８】
また、過剰のＸ線照射を伴わない場合でも、周辺領域Ｒにおける配線層１２０上層の共通電極１０３に高圧のＤＣ電圧が印加された状態が長く持続すると、光導電膜１０２中の電荷が徐々に絶縁層１１５・１１６側に引き寄せられる。これにより、絶縁層１１５・１１６上に電荷が蓄積され、走査線、信号線および容量線の信号に悪影響を与えることがある。
【００２９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、アクティブマトリクス基板１０１上に、光導電性を有する半導体層等を積層した二次元画像検出器において、その画素領域外側で、Ｘ線の過剰照射等に伴なう高電圧印加による絶縁破壊を防止することを目的としている。これにより、静止画および動画を検出することができ、装置として高い信頼性を有する二次元画像検出器を提供する。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明の二次元画像検出器は、上記の課題を解決するために、電磁波による画像情報を電荷に変換するための変換層と、該変換層の電荷を収集すべく該変換層と接続された画素電極が配列されてなる画素配列層、前記変換層に対して前記画素配列層を介して位置し、収集した電荷を検出するための電極配線を形成する配線層、および前記画素配列層と前記配線層との間に介在する絶縁層を含む画素基板と、前記変換層を介して前記画素配列層と対向する位置に配置され、前記画素電極との間に電界を発生させるための上部電極とを備えており、該上部電極が、前記画素電極が配列された領域である画素領域内に形成されていることを特徴としている。
【００３１】
上記の構成によれば、画素電極の電荷を検出するための電極配線を形成している配線層と、絶縁層と、画素電極が配列された画素配列層とが、この順に配置されて画素基板が構成されている。この画素基板の画素配列層上に、電磁波を電荷に変換する変換層と、画素電極との間に電界を発生させるための上部電極とが、この順に配置されて二次元画像検出器が構成されている。そして、上記の構成では、画素電極が配列されている領域である画素領域の範囲内に上部電極が形成されている。
【００３２】
この構成では、上部電極が画素領域内に形成されているため、画素領域の外側の領域における変換層の上方には上部電極が存在しないことになる。したがって、変換層における画素領域の外側の領域には電圧がほとんど印加されない。そのため、上部電極と画素電極との間に電界を発生させた際であっても、上部電極から絶縁層下方に設けられている電極配線に向かう電界は、ほとんど発生しないことになる。
【００３３】
これにより、変換層において発生した電荷が、上記電界の影響により電極配線上方の絶縁層上に蓄積されることを抑制することができる。その結果、絶縁層上への電荷の過剰な蓄積を防止することができ、絶縁層が絶縁破壊することを防ぐことが可能になる。
【００３４】
また、電極配線上方の絶縁層上に電荷が蓄積されることを抑制することができることから、蓄積される電荷による電極配線の電位上昇を抑制することが可能になる。これにより、電極配線の電位変動を抑制することができ、電極配線により伝達する信号のノイズ成分を抑制することが可能になる。
【００３５】
本発明の二次元画像検出器は、上記二次元画像検出器において、さらに、前記上部電極が、前記画素領域において最外周に配列された画素電極より内側に形成されていることが好ましい。
【００３６】
上記の構成では、上部電極が、画素領域の少なくとも１画素以上内側の領域に形成されていることになる。つまり、画素領域において、上方に上部電極が形成されている領域の周囲に、上方に上部電極が形成されていない画素電極が存在することになる。
【００３７】
絶縁層の下方に設けられた電極配線が上部電極と対向していない場合であっても、上部電極の端部から電極配線に向かって斜め方向に電界が発生し得る。この電界の影響により、上部電極と対向していない絶縁層上の領域であっても、上部電極が形成されている領域の近傍であれば、電荷が蓄積されることがある。
【００３８】
これに対して、上記の構成では、画素領域の端部に少なくとも１列以上の画素電極が、いわば緩衝領域として設けられている。この緩衝領域により、上記斜め方向の電界の影響により、電荷が絶縁層上に蓄積することを抑制することができる。
【００３９】
ここで、緩衝領域における画素電極は、上部電極と対向していないので、上部電極と対向している画素電極より電荷の蓄積量が少なくなる。したがって、緩衝領域における画素電極は、電荷を蓄積しやすくなっており、上記斜め方向の電界の影響による絶縁層上への電荷の蓄積をより効果的に抑制することができる。
【００４０】
また、この緩衝領域は画素電極からなっているため、画像を検出するための電荷の読み出しに合わせて、蓄積された電荷を定期的に掃き出すことが可能である。これにより、上記斜め方向の電界の影響による絶縁層上への電荷の蓄積をさらに効果的に抑制することができる。
【００４１】
この結果、絶縁層上への電荷の蓄積を防止することによる絶縁破壊の抑制効果を向上させることができる。また、画素領域の外側の領域への電荷の蓄積、およびこれに伴う絶縁破壊をも抑制することが可能になる。
【００４２】
本発明の二次元画像検出器は、上記二次元画像検出器において、さらに、前記画素領域における、前記変換層を介して前記上部電極と対向する領域で、前記画像情報を検出することが好ましい。
【００４３】
上記の構成では、画素領域において、上部電極と対向する領域内を画像情報を検出する領域、つまり画像検出領域として設定する。
【００４４】
この構成では、上部電極と対向する画素電極により画像情報を検出し、それ以外の画素電極を上述した絶縁破壊の防止を図るものとして特化させることができる。これにより、検出する画像の品位が劣化することを防ぐことができる。
【００４５】
本発明の二次元画像検出器は、上記二次元画像検出器において、さらに、前記変換層に対して前記画像情報である電磁波が入射する側の位置に、前記画素検出領域の外側の領域であり、かつ、前記変換層が形成されている領域の少なくとも一部を覆うようにして、前記電磁波を遮蔽するための遮蔽部材を備えていることが好ましい。
【００４６】
上記の構成では、上部電極が形成されていない領域の変換層を覆うようにして、電磁波を遮蔽する遮蔽部材が設けられている。
【００４７】
この構成では、変換層における画素検出領域の外側の領域において、電磁波の照射による電荷の発生を抑制することが可能になる。つまり、この構成では、上記領域において、上述した電界の影響を抑制する効果に加えて、電荷の発生をも抑制することが可能になる。これにより、画素領域の外側の領域における絶縁層上への電荷の蓄積をさらに抑制することができ、過剰な電荷の蓄積による絶縁破壊をより確実に防ぐことが可能になる。
【００４８】
本発明の二次元画像検出器は、上記遮蔽部材を備えた二次元画像検出器において、さらに、前記画像情報である電磁波が放射線であり、前記遮蔽部材が、Ｐｂ、Ｔａ、ＷおよびＢａからなる群より選ばれた材料を含むことが好ましい。
【００４９】
上記の構成では、遮蔽部材による放射線の遮蔽効果の向上を図ることが可能になる。したがって、絶縁破壊をさらに確実に防ぐことが可能になる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１から図３に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、二次元画像検出器の一例として、Ｘ線二次元画像検出器について説明する。
【００５１】
図１（ａ）および図１（ｂ）は、本実施の形態における二次元画像検出器の基本構成を示しており、図１（ａ）は平面図、およびこの平面図におけるＢ−Ｂ線矢視断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の断面図における円で囲んだ部分の拡大図である。また、図２は、この二次元画像検出器における１画素当たりの断面図である。なお、図１（ａ）の断面図および図１（ｂ）では、図２に示した構成を一部省略し、図を簡略化して示している（特に図１（ａ）では、画素の数を少なく表している）。また、以下において「領域」とは、本二次元画像検出器を平面的、すなわち図１（ａ）のように見た場合における所定の範囲を指すものとする。
【００５２】
図１および図２に示すように、本実施の形態における二次元画像検出器は、アクティブマトリクス基板（画素基板）１上に光導電膜（光導電層、半導体層、変換層）２および共通電極（上部電極）３が順次形成されることにより、装置としての基本部分が構成されている。
【００５３】
ここで、アクティブマトリクス基板１は、支持基板であるガラス基板４と、ガラス基板４上に形成された次の各部とから構成されている。ガラス基板４上には、ゲート電極５およびゲート線（走査線、電極配線）２０並びに蓄積容量電極（Ｃｓ電極）６およびＣｓ線（容量線、電極配線）が形成されている。なお、Ｃｓ線は、図の簡略化のため図示していないが、ゲート電極５、ゲート線２０および蓄積容量電極６と同じ層からなるものであり、蓄積容量電極６とは連続して形成されているものである。
【００５４】
そして、これらの電極および配線上に、ガラス基板４上のほぼ全面において、ゲート絶縁膜（絶縁層）７、第１絶縁保護膜（絶縁層）８、第２絶縁保護膜（絶縁層）９が形成されている。なお、ゲート絶縁膜７と第１絶縁保護膜８との間には、ソース線（信号線、電極配線）２４が形成されている。
【００５５】
なお、Ｃｓ線、ゲート線２０およびソース線２４をまとめて電極配線と称する。この電極配線は、後述する画素電極１０により収集された電荷を検出するためのものである。すなわち、Ｃｓ線は、蓄積容量電極６に一定の電位を与えて電荷蓄積容量１３において電荷を蓄積させるためのものである。ゲート線２０は、ゲート電極５に信号を送り、ＴＦＴ１２にスイッチング動作をさせ、蓄積された電荷のソース線２４への送出を制御するためのものである。そして、ソース線２４は、ＴＦＴ１２を介して送出された電荷を外部の検出回路等へ伝達するためのものである。また、この電極配線を形成する層を配線層と称する。
【００５６】
さらに、第２絶縁保護膜９上には、複数の画素電極（下部電極）１０が配列された画素配列層が形成されている。この各画素電極１０により画素が構成されており、画素が配列された領域全体により画素領域１８が構成されている。また、この画素が、アクティブマトリクス基板１上にＸＹマトリクス状（二次元行列状）に配置されている。
【００５７】
また、アクティブマトリクス基板１には、ガラス基板４上に上記各画素に対応して、スイッチング素子であるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１２および電荷蓄積容量（Ｃｓ容量）１３が形成されている。そして、上記画素電極１０は、ＴＦＴ１２や電荷蓄積容量１３の上方を覆うように形成されている。このＴＦＴ１２、電荷蓄積容量１３および画素電極１０などは、上記各画素に形成されている。
【００５８】
ＴＦＴ１２は、ゲート電極５、上記ゲート絶縁膜７、ａ−Ｓｉ層（ｉ層）１４、ａ−Ｓｉ層（ｎ＋  層）１５、ソース電極１１、およびドレイン電極２３により形成されている。また、電荷蓄積容量１３は、上記蓄積容量電極６、上記ゲート絶縁膜７、および蓄積容量電極１６により形成されている。なお、蓄積容量電極１６は、ドレイン電極２３と同一の層からなっており、ドレイン電極２３と連続している。
【００５９】
画素電極１０と、ＴＦＴ１２、電荷蓄積容量１３およびこれらに接続された上記各配線とは、間に介在する上記第１および第２絶縁保護膜８・９により電気的に絶縁されている。また、画素電極１０とドレイン電極２３とは、第１および第２絶縁保護膜８・９に形成されたコンタクトホール１７を介して電気的に接続されている。
【００６０】
また、上記ゲート線２０、ソース線２４およびＣｓ線は、それぞれ各画素のゲート電極５、ソース電極１１および蓄積容量電極６と接続されている。なお、図１（ａ）の断面図および図１（ｂ）にはゲート線２０が現れている。
【００６１】
上記各配線は、画素領域１８外のガラス基板４端部に至るまで延長されている。そして、各配線は、ガラス基板４端部において、ＴＡＢ等を介して、走査制御回路や信号処理回路など（図示せず）の外部装置と接続されている。
【００６２】
このアクティブマトリクス基板１の画素電極１０および第２絶縁保護膜９を覆うようにして光導電膜２が設けられ、さらに光導電膜２を覆って共通電極３が設けられている。
【００６３】
光導電膜２は、Ｘ線が照射されることにより、内部に電荷（電子−正孔）を発生するものである。つまり、光導電膜２は、Ｘ線による画像情報を電荷に変換するためのものである。この光導電膜２の材料としては、検出する電磁波の波長に応じて選択された半導体材料（ａ−Ｓｅ等）が用いられる。
【００６４】
この光導電膜２と画素電極１０とは電気的に導通しており、光導電膜２で発生した電荷を画素電極１０で収集できるようになっている。
【００６５】
そして、共通電極３と蓄積容量電極６との間には、電圧を印加することができるように、高圧電源（図示せず）が接続されている。この高圧電源で共通電極３と蓄積容量電極６との間に電圧を印加することにより、電荷蓄積容量１３を介して共通電極３と画素電極１０との間に電界を発生させることができる。
【００６６】
次に、上記二次元画像検出器の動作原理について説明する。共通電極３と蓄積容量電極６との間に電圧を印加した状態で、Ｘ線が光導電膜２に照射されると、光導電膜２内部に電荷（電子−正孔）が発生する。そして、発生した電荷は、印加電圧により発生する電界の方向に応じてそれぞれ正負電極側に移動し、電荷蓄積容量１３に電荷が蓄積される。
【００６７】
電荷蓄積容量１３に蓄積された電荷は、ゲート電極５への入力信号でＴＦＴ１２をオン状態にすることにより、ソース電極１１を介して外部に取り出すことが可能である。
【００６８】
ここで、上述のように画素がＸＹマトリクス状に配置されているため、ゲート電極５に入力する信号をゲート線２０ごとに順次走査し、ソース電極１１からの信号をソース線２４ごとに検知することにより、二次元的に画像情報を得ることが可能となる。
【００６９】
次に、本実施の形態における二次元画像検出器の製造方法等について、さらに詳細に説明する。
【００７０】
まず、ガラス基板４上に、格子状に配置されるゲート線２０およびソース線２４、Ｃｓ線、スイッチング素子であるＴＦＴ１２、電荷蓄積容量１３などが形成される。
【００７１】
上記ガラス基板４としては、例えば無アルカリガラス基板（例えばコーニング社製＃７０５９や＃１７３７等）を用いることができる。そして、このガラス基板４上に、Ｔａ（タンタル）やＡｌ（アルミニウム）等の金属膜からなるゲート電極５および蓄積容量電極６を形成する。これらは、ガラス基板４上に、上記金属膜をスパッタ蒸着で厚さ約３０００Åに成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより形成する。
【００７２】
そして、このゲート電極５および蓄積容量電極６を覆うようにして、ガラス基板４のほぼ全面にＳｉＮｘ  （シリコン窒化物）やＳｉＯｘ  （シリコン酸化物）等からなるゲート絶縁膜７をＣＶＤ法により厚さ約３５００Åに成膜する。このゲート絶縁膜７は、電荷蓄積容量１３における誘電体としての機能も兼ねている。なお、ゲート絶縁膜７としては、ＳｉＮｘ  やＳｉＯｘ  に限らず、ゲート電極５および蓄積容量電極６を陽極酸化した陽極酸化膜を併用することもできる。
【００７３】
ゲート電極５の上方には、ゲート絶縁膜７を介して、ＴＦＴ１２のチャネル部となるｉ層１４、およびソース電極１１とドレイン電極２３とのコンタクトを図るためのｎ＋  層１５を形成する。これらは、ＣＶＤ法によりａ−Ｓｉを、それぞれ約１０００Å、約４００Åの厚さになるように成膜し、成膜した膜を所望の形状にパターニングすることにより形成することができる。
【００７４】
ｎ＋  層１５上には、ソース電極１１およびドレイン電極２３（蓄積容量電極１６と同一層からなる）を形成する。これらは、上記ゲート電極５および蓄積容量電極６と同様に、ＴａやＡ１等の金属膜をスパッタ蒸着で厚さ約３０００Åに成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより形成する。
【００７５】
このようにしてＴＦＴ１２および電荷蓄積容量１３等を形成したガラス基板４のほぼ全面を覆うようにして、第１絶縁保護膜８を形成する。この第１絶縁保護膜８は、ＳｉＮｘ  をＣＶＤ法で厚さ約３０００Åに成膜する。そして、コンタクトホール１７となるドレイン電極２３上の所定の部分において、ＳｉＮｘ  膜を除去しておく。
【００７６】
さらに、第１絶縁保護膜８上のほぼ全面を覆うようにして、第２絶縁保護膜９を形成する。この第２絶縁保護膜９は、感光性を有するアクリル樹脂等を厚さ約３μｍに成膜する。そして、フォトリソグラフィ技術によるパターニングを行い、第１絶縁保護膜８におけるコンタクトホール１７となる部分と位置合わせして、コンタクトホール１７を形成する。
【００７７】
第２絶縁保護膜９上には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）をスパッタ蒸着法で厚さ約２０００Åに成膜し、所望の形状にパターニングして画素電極１０を形成する。このとき、第１および第２絶縁保護膜８・９に設けたコンタクトホール１７を介して、画素電極１０とドレイン電極２３とを電気的に導通させる（短絡させる）。
【００７８】
なお、本実施の形態では、上述したように、アクティブマトリクス基板１として画素電極１０がＴＦＴ１２の上方にオーバーラップする、いわゆる屋根型構造を採用しているが、非屋根型構造を採用してもよい。またスイッチング素子として、ａ−Ｓｉを用いた逆スタガ構造のＴＦＴ１２を用いたが、これに限らず、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）を用いてもよいし、スタガ構造にしてもよい。
【００７９】
このようにして形成したアクティブマトリクス基板１の画素領域１８上に、ａ−Ｓｅからなる光導電膜２を形成する。この光導電膜２は、真空蒸着法により、膜厚が約０．５〜１．５ｍｍになるように成膜する。この光導電層２は、画素領域１８全体を覆うように形成する。
【００８０】
そして、この光導電膜２上に、画素領域１８を覆うようにして、Ａｕ（金）からなる膜厚約２０００Åの共通電極３を真空蒸着法により形成する。
【００８１】
次に、本実施の形態の二次元画像検出器において、画素領域１８の周辺部の構造について説明する。なお、画素領域１８とは、上述したように、画素が配列されている領域全体を指す。また、画素領域１８における各画素のうち、画像検出時に実際に画像検出に寄与する有効画素が配置された領域を、画像検出領域１９とする。図１（ａ）の平面図では、画像検出領域１９を太線で囲んでいる。
【００８２】
上記光導電膜２は、アクティブマトリクス基板１の画素領域１８を完全に覆うように、画素領域１８より大きく形成されている。この理由は、上述したように、光導電膜２とアクティブマトリクス基板１における画素領域１８との位置合わせ精度を考慮しているためである。また、この構成では、画素領域１８が露出した状態になることを防ぎ、画素領域１８を光導電膜２によって保護することができる。
【００８３】
また、上記共通電極３は、画素領域１８内に形成されており、画像検出領域１９は、さらに共通電極３が形成されている領域（以下、共通電極領域と称す）内に設定されている。
【００８４】
なお、画像検出領域１９を共通電極領域内に設定することにより、画像検出領域１９の外側の画素電極１０を、後述する絶縁破壊の防止のために特化させ、検出する画像の品位が劣化することを防ぐことができる。また、所定の画像検出領域１９のサイズに基づいて画素領域１８等のサイズを調整することができる。
【００８５】
ここでは、画素電極１０を、一辺が１３０μｍの正方形とし、画素ピッチを、１５０μｍとしている。また、画素領域１８を、１辺が約４３２．１ｍｍの正方形、共通電極３を、一辺が約４３０．６ｍｍの正方形、画像検出領域１９を、一辺が約４３０ｍｍの正方形としている。
【００８６】
さらに、詳細には、共通電極３および画素領域１８を、ガラス基板４の表面に垂直方向に重ねた場合に、共通電極３の４辺の外側にそれぞれ５列分の画素が配置されるようにそれぞれを配置する。つまり、共通電極３の４辺の外側において、各辺と垂直方向に５つの画素が並ぶようにする。したがって、共通電極３は、画素領域１８に対して４辺がそれぞれ５画素分内側の領域に位置するように形成される。
【００８７】
共通電極３の外周付近を上記のように構成することにより、本二次元画像検出器では、以下の効果を得ることができる。なお、以下において「重複」とは、ガラス基板４の表面に垂直方向において、互いに重なり合っている状態を指すものとする。
【００８８】
まず、画素領域１８（画像検出領域１９も含む）において、共通電極３と重複している領域では次の通りである。この領域では、Ｘ線照射量に応じて光導電膜２内に電荷が発生する。そしてこの電荷は、画素電極１０を介して電荷蓄積容量１３に蓄積される。さらに、蓄積された電荷は、各フレームごとに画像データを読み出す際に放出される。なお、画像検出領域１９の外側にある画素、すなわち、画像検出時に画像検出に寄与しない非有効画素では、画像データの読み出しは、単に蓄積電荷の排出のために行われる。
【００８９】
したがって、通常の画像検出動作においては、この領域において、電荷が過剰に蓄積されることにより電荷蓄積容量１３に高電圧が印加されるということは起こりにくい。そのため、この場合に電荷蓄積容量１３において絶縁破壊が発生する可能性は小さい。
【００９０】
また、Ｘ線が過剰に照射されることにより、画素領域１８において過剰に電荷が蓄積され、電荷蓄積容量１３に高電圧が印加されることに対しては、過剰蓄積電荷の放出機構を設けておけばよい。過剰蓄積電荷の放出機構としては、例えば、保護回路によるもの、ＴＦＴ１２の電圧降伏特性によるもの、ダブルゲート構造ＴＦＴによるものなどを適宜採用すればよい。これにより、電荷蓄積容量１３の絶縁破壊を防ぐことが可能になる。
【００９１】
一方、画素領域１８において、共通電極３と重複していない領域では次の通りである。この領域では、構造的に共通電極３からの電圧印加がほとんどないため、Ｘ線の照射により光導電膜２内に発生した電荷が画素電極１０を介して電荷蓄積容量１３に蓄積される割合は少ない。しかし、共通電極３端部から斜め方向に発生する電界により、共通電極３と重複していない光導電膜２内においても電界が発生し得る。
【００９２】
これに対して、本二次元画像検出器では、上述したように、画素領域１８の外周４辺の外側において、それぞれ５画素分の幅において共通電極３と重複しない画素の領域（以下、緩衝領域２５と称す）を設けている。これにより、上記斜め方向の電界の影響により、光導電膜２で発生した電荷がアクティブマトリクス基板１の上記領域に蓄積される場合でも、その電荷のほぼすべてを上記緩衝領域２５にて蓄積することが可能である。この緩衝領域２５は、画素が形成されている領域であるため、電荷は電荷蓄積容量１３に蓄積される。そして、上記と同様に、フレームごとに画像データを読み出す際に放出することが可能である。したがって、上記領域での過剰電荷蓄積による絶縁破壊が発生する可能性も小さい。
【００９３】
また、この作用は、Ｘ線が過剰に照射された場合にはもちろん有効であるが、Ｘ線が照射されていない場合においても、光導電膜２内を流れる暗電流に伴なう電荷による電位上昇を抑制することが可能である。これにより、特に信号の読み出しの際におけるソース線２４の電位変動を抑制することができ、信号のノイズ成分を抑制することが可能である。
【００９４】
このように、緩衝領域２５における画素電極１０は、その下方に形成されている絶縁層および配線層を、電荷からシールドするシールド電極としての機能を有している。したがって、緩衝領域２５の画素電極１０をシールド電極として区別した場合、画像情報を検出するための画素電極１０が配列されている領域は画像検出領域１９となる。
【００９５】
画素領域１８の外側の領域、つまり画素電極１０が存在しない領域では次の通りである。この領域では、共通電極３が重複していないため、構造的に共通電極３から光導電膜２への電圧印加がほとんどない。さらに、この領域は、上記緩衝領域２５の存在により共通電極３からの距離が大きいため、共通電極３端部から斜め方向に発生する電界の影響もほとんどない。
【００９６】
そのため、上記領域では、第１および第２絶縁保護膜８・９の下方に、ゲート線２０、ソース線２４およびＣｓ線等の配線が形成されているものの、上述のように共通電極３からの電界の影響がほとんどないため、第２絶縁保護膜９上に電荷が蓄積されることがほとんどない。したがって、電荷の過剰蓄積による高電圧印加により、絶縁破壊が発生する可能性は小さい。
【００９７】
なお、ここでは、緩衝領域２５を５画素分としたが、共通電極３が画素領域１８の内側に形成されておればよい。また、共通電極３が画素領域１８において最外周に配列された画素電極１０より内側に形成されていることが好ましい。この場合には、緩衝領域２５の画素電極１０が共通電極３と対向していないので、共通電極３と対向している画素電極１０より電荷の蓄積量が少なくなる。したがって、上記斜め方向の電界の影響による電荷の蓄積をより効果的に抑制することができる。
【００９８】
次に、本実施の形態の一変形例について図３（ａ）および図３（ｂ）に基づいて説明する。図３（ａ）および図３（ｂ）は、本変形例における二次元画像検出器の基本構成を示しており、図３（ａ）は平面図、およびこの平面図におけるＣ−Ｃ線矢視断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の断面図における円で囲んだ部分の拡大図である。なお、図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ上述した二次元画像検出器を示す図１（ａ）および図１（ｂ）と対応している。したがって、図３（ａ）および図３（ｂ）では、図１（ａ）および図１（ｂ）において説明した構成要素と同等の機能・作用を有する構成要素については、同一の符号を付記し、以下ではその説明を省略している。
【００９９】
本変形例における二次元画像検出器は、上述の二次元画像検出器の構成に加えて、さらにＸ線遮蔽部材（遮蔽部材）２１および絶縁膜２２が追加された構成である。
【０１００】
ここで、絶縁膜２２は、シリコン樹脂等からなっており、光導電膜２および共通電極３を覆うようにして形成されている。そして、絶縁膜２２上において、共通電極３と重複する領域の外側であり、光導電膜２と重複する領域を覆うようにして、Ｐｂ（鉛）等からなるＸ線遮蔽部材２１が形成されている。つまり、Ｘ線遮蔽部材２１は、絶縁膜２２により、光導電膜２および共通電極３から絶縁されている。
【０１０１】
この構造では、光導電膜２における共通電極３と重複していない領域の上方をＸ線遮蔽部材２１により覆っているため、光導電膜２内のこの領域での電荷の発生を抑制することができる。したがって、本二次元画像検出器では、画素検出領域１９の外側の領域において、共通電極３からの電圧印加が小さいこと、および上記緩衝領域２５による効果に加えて、Ｘ線照射による電荷の発生量を小さくすることができるため、アクティブマトリクス基板１上の第２絶縁保護膜９への電荷の過剰蓄積による絶縁破壊をより確実に防ぐことが可能になる。
【０１０２】
なお、Ｘ線遮蔽部材２１は、光導電膜２に対してＸ線が入射する側の位置に、画素検出領域１９の外側の領域であり、かつ、光導電膜２が形成されている領域の少なくとも一部を覆うようにして配置されておれば、その領域において上記の効果を得ることができる。特に、画素検出領域１９の外側の領域であり、かつ、光導電膜２が形成されている領域全体を覆うようにしてＸ線遮蔽部材２１が配置されることが好ましい。
【０１０３】
また、Ｘ線遮蔽部材２１としては、上記Ｐｂ以外に、Ｔａ、ＷまたはＢａを含む材料であればよい。これらによりＸ線遮蔽部材２１を形成することにより、Ｘ線等の放射線の遮蔽効果の向上を図ることが可能になる。
【０１０４】
以上のように、本二次元画像検出器の特徴は、次の通りである（図１から図３参照）。
【０１０５】
本二次元画像検出器は、支持基板（ガラス基板４）上に格子状に配列された電極配線（ゲート線２０、ソース線２４およびＣｓ線）、各格子ごとに設けられたスイッチング素子（ＴＦＴ１２）、該スイッチンゲ素子を介して上記電極配線に接続された電荷蓄積容量１３、および各格子点ごとに設けられ、電荷蓄積容量１３に接続された画素電極１０からなる画素配列層を含むアクティブマトリクス基板１を有している。
【０１０６】
さらに、本二次元画像検出器は、上記画素配列層上面に形成された光導電性を有する半導体層（光導電膜２）と、上記半導体層上面に形成された電極層（共通電極３）とを有している。そして、上記電極層が、上記画素配列層の形成領域（画素領域１８）内に、上記画素配列層と重複して形成されている。
【０１０７】
これにより、画素電極１０が存在しない領域の上方に形成された半導体層へは電圧がほとんど印加されない。したがって、電極配線の上方に形成されている絶縁層上に、蓄積される電荷の割合が小さくなる。その結果、電荷の過剰蓄積による絶縁破壊を防止することができる。
【０１０８】
また、上記電極層は、上記画素配列層の少なくとも１画素以上内側の領域に形成されていることが好ましい。
【０１０９】
さらに、上記画素配列層において、上記電極層と重複した領域内に、画像情報を検出する画像検出領域１９が設定されていることが好ましい。
【０１１０】
さらに、少なくとも上記画素配列層と重複していない上記半導体層上に、放射線遮蔽部材（放射線遮蔽マスク、Ｘ線遮蔽部材２１）が設けられていることが好ましい。なお、上記放射線遮蔽部材は、Ｐｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｂａのうち少なくとも１つを含むことが好ましい。
【０１１１】
なお、本実施の形態では、Ｘ線による画像情報を検出するＸ線二次元画像検出器について説明したが、これ以外に、他の放射線や可視光、赤外光などの光線による画像情報を検出するものであってもよい。このとき、検出しようとする電磁波の照射により、電荷を発生する材料を適宜選択して光導電膜２を構成すればよい。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明の二次元画像検出器は、以上のように、電極配線を形成している配線層と、絶縁層と、画素電極が配列された画素配列層とが、この順に配置されて画素基板が構成されている。この画素基板の画素配列層上に、電磁波を電荷に変換する変換層と、画素電極との間に電界を発生させるための上部電極とが、この順に配置されて二次元画像検出器が構成されている。そして、画素電極が配列されている領域である画素領域の範囲内に上部電極が形成されている。
【０１１３】
この構成では、上部電極が画素領域内に形成されているため、画素領域の外側の領域における変換層の上方には上部電極が存在しない。したがって、上部電極から電極配線に向かう電界はほとんど発生しない。
【０１１４】
これにより、変換層において発生した電荷が、電極配線上方の絶縁層上に蓄積されることを抑制することができる。その結果、絶縁層が絶縁破壊することを防ぐことが可能になる。
【０１１５】
本発明の二次元画像検出器は、上記二次元画像検出器において、さらに、上部電極が、最外周に配列された画素電極よりも内側に形成されていることが好ましい。
【０１１６】
上記の構成では、画素領域において、上方に上部電極が形成されていない画素電極が存在することになる。この画素電極は、上部電極と対向していないので、上部電極と対向している画素電極より電荷の蓄積量が少なくなる。したがって、この画素電極は、電荷を蓄積しやすくなり、斜め方向の電界の影響による絶縁層上への電荷の蓄積を効果的に抑制することができる。
【０１１７】
また、この画素電極では、蓄積された電荷を定期的に掃き出すことが可能である。これにより、上記斜め方向の電界の影響による絶縁層上への電荷の蓄積をさらに効果的に抑制することができる。
【０１１８】
この結果、絶縁破壊の抑制効果を向上させることができる。
【０１１９】
本発明の二次元画像検出器は、上記二次元画像検出器において、さらに、変換層を介して上部電極と対向する画素電極により、画像情報を検出することが好ましい。
【０１２０】
上記の構成では、検出する画像の品位が劣化することを防ぐことができる。
【０１２１】
本発明の二次元画像検出器は、上記二次元画像検出器において、さらに、変換層に電磁波が入射する側に、画素検出領域の外側の領域を覆うようにして、電磁波を遮蔽するための遮蔽部材を備えていることが好ましい。
【０１２２】
上記の構成では、上述した電界の影響を抑制する効果に加えて、電荷の発生をも抑制することが可能になる。これにより、絶縁層上への電荷の蓄積をさらに抑制することができ、絶縁破壊をより確実に防ぐことが可能になる。
【０１２３】
本発明の二次元画像検出器は、上記遮蔽部材を備えた二次元画像検出器において、さらに、遮蔽部材が、Ｐｂ、Ｔａ、ＷおよびＢａからなる群より選ばれた材料を含むことが好ましい。
【０１２４】
上記の構成では、遮蔽部材による放射線の遮蔽効果の向上を図ることが可能になる。したがって、絶縁破壊をさらに確実に防ぐことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における二次元画像検出器の基本構成を示しており、（ａ）は平面図、およびこの平面図におけるＢ−Ｂ線矢視断面図、（ｂ）は（ａ）の断面図における円で囲んだ部分の拡大図である。
【図２】図１の二次元画像検出器における１画素当たりの断面図である。
【図３】本実施の形態の一変形例における二次元画像検出器の基本構成を示しており、（ａ）は平面図、およびこの平面図におけるＣ−Ｃ線矢視断面図、（ｂ）は（ａ）の断面図における円で囲んだ部分の拡大図である。
【図４】従来の二次元画像検出器の平面図、およびこの平面図におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図５】図４の二次元画像検出器における１画素当たりの断面図である。
【符号の説明】
１    アクティブマトリクス基板（画素基板）
２    光導電膜（変換層）
３    共通電極（上部電極）
５    ゲート電極
６    蓄積容量電極
７    ゲート絶縁膜（絶縁層）
８    第１絶縁保護膜（絶縁層）
９    第２絶縁保護膜（絶縁層）
１０    画素電極
１１    ソース電極
１２    ＴＦＴ
１３    電荷蓄積容量
１６    蓄積容量電極
１８    画素領域
１９    画像検出領域
２０    ゲート線
２１    Ｘ線遮蔽部材（遮蔽部材）
２３    ドレイン電極
２４    ソース線
２５    緩衝領域
【図１】
0003594122.tif 000002
【図２】
0003594122.tif 000003
【図３】
0003594122.tif 000004
【図４】
0003594122.tif 000005
【図５】
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