(57)【要約】【課題】放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、収集電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量および蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素とＴＦＴスイッチをＯＮ／ＯＦＦするための多数の走査線と蓄積容量に蓄積された電荷が読み出される多数のデータ線とを備えた検出層とが積層された放射線画像検出器において、大きな歩留まりの低下を招くことなく５０μｍ前後の高精細な画素ピッチを実現する。【解決手段】蓄積容量４を、ＴＦＴスイッチ３のドレイン電極７に接続される蓄積容量電極９とそのドレイン電極７が属するＴＦＴスイッチ３に隣接するＴＦＴスイッチ３に接続される走査線１との間で構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、該電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、該収集電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量および該蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素と前記ＴＦＴスイッチをＯＮ／ＯＦＦするための多数の走査線と前記蓄積容量に蓄積された電荷が読み出される多数のデータ線とを備えた検出層とが積層された放射線画像検出器において、
前記蓄積容量が、前記ＴＦＴスイッチのドレイン電極に接続される蓄積容量電極と前記ドレイン電極が属するＴＦＴスイッチに隣接するＴＦＴスイッチに接続される走査線との間で構成されていることを特徴とする放射線画像検出器。
【請求項２】
前記収集電極が、絶縁膜を介して前記走査線の一部を覆っていることを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出器。
【請求項３】
前記蓄積容量電極が、前記データ線毎に交互に前記走査線に対して上下に配置されていることを特徴とする放射線画像検出器。
【請求項４】
前記蓄積容量電極の幅が前記走査線の幅よりも広く、前記蓄積容量電極の両端が前記走査線に対してはみだしていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の放射線画像検出器。
【請求項５】
前記蓄積容量電極の幅が前記走査線の幅よりも狭く、前記蓄積容量電極の両端が前記走査線に対してはみだしていないことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の放射線画像検出器。
【請求項６】
前記収集電極が前記蓄積容量電極を覆っていることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の放射線画像検出器。
【請求項７】
前記走査線の配線間ピッチＰｇｇと前記走査線の幅Ｗｇとが下式（１）を満たすことを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の放射線画像検出器。
（Ｐｇｇ−２Ｗｇ）／２≦２５μｍ  ・・・（１）
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項記載の放射線画像検出器の駆動方法であって、
前記走査線が、該走査線が接続されるＴＦＴスイッチが電気的に接続する蓄積容量電極の下層に配置される走査線よりも先のタイミングでオン動作をすることを特徴とする駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、ＴＦＴスイッチを有する多数の画素が２次元状に配列された検出層とが積層された放射線画像検出器およびその駆動方法に関するものであり、特に画素のレイアウトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＴＦＴアクティブマトリクスアレイ上にＸ線感応層を配置し、Ｘ線情報を直接デジタルデータに変換できるＦＰＤ（ｆｌａｔ  ｐａｎｅｌ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ）が実用化されている。従来のイメージングプレートに比べて、即時に画像を確認でき、動画も確認できるといったメリットがあり、急速に普及が進んでいる。
【０００３】
まず、図７を用いて従来の放射線画像検出器の構成について説明する。
【０００４】
従来の放射線画像検出器は、図７に示すように、収集電極８をアレイ状に配置したアクティブマトリクス基板１０上に、電磁波導電性を有する半導体膜２０が形成され、その上に上部電極２１が順次形成されている。上部電源２２は高圧電源２４に接続されている。そして、半導体膜２０は、セレンを主成分とする膜厚１００〜１０００μｍの非晶質ａ−Ｓｅ膜で、Ｘ線が照射されると、膜の内部に電荷を発生する。アクティブマトリクス基板１０上にアレイ状に配置された収集電極８の近傍には、ＴＦＴスイッチ３と蓄積容量４とが設けられており、ＴＦＴスイッチ３のドレイン電極７と蓄積容量４の一方の電極とが接続されている。そして、蓄積容量４の他方の電極は蓄積容量配線１２に接続されている。ＴＦＴスイッチ３のゲート電極２には走査線１が接続されており、ソース電極６にはデータ線５が接続されており、データ線５の終端にはアンプ２３が接続されている。
【０００５】
次に、従来の放射線画像検出器の動作原理について説明する。
【０００６】
図７の上方よりＸ線が照射されると半導体膜２０は内部に電荷を発生する。その発生した電荷のうち正孔は上部電極２２と収集電極８間のバイアスにより収集電極８に集められ、収集電極８に電気的に接続された蓄積容量４に蓄積される。半導体膜２０はＸ線量に応じて異なる電荷量を発生するため、Ｘ線が担持した画像情報に応じた電荷が各画素の蓄積容量４に蓄積される。その後、走査線１を介してＴＦＴスイッチ３をＯＮ状態にする信号を順次加え、データ線５を介して各蓄積容量４に蓄積された電荷を取り出す。さらにアンプ２３で各画素の電荷量を検出することにより画像情報を読み取ることができる。
【０００７】
ここで、現在実現されている放射線画像検出器は、１００〜３００μｍ角前後の画素サイズが一般的であるが、Ｘ線画像の画質の向上のため、さらなる画素の高精細化が求められている。
【特許文献１】特開２０００−１１１６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＴＦＴアレイ構造の制限から１００μｍ角前後が現実的な限界となっている。その理由を図８の従来の放射線画像検出器の画素のレイアウト図を用いて説明する。従来のＴＦＴアレイ構造では、蓄積容量４を構成するため、走査線１間に走査線を平行に蓄積容量配線１２が配置されている。製造コストを抑えるため、蓄積容量配線１２は走査線１と同一レイヤの金属で形成される。
【０００９】
ここで、たとえば、上記のような画素のレイアウトを用いて画素ピッチ５０μｍの放射線画像検出器を実現することを考える。走査線１と蓄積容量配線１２の幅を１２μｍとすると、走査線１と蓄積容量配線１２との間隔は１３μｍしか確保することができない。上述したように走査線１と蓄積容量配線１２とは同一レイヤであるため、配線間ピッチの低下は配線間リークの増加による歩留まりの低下を招く。なお、走査線と蓄積容量配線を別々のレイヤに形成すると配線層と絶縁膜層の２レイヤを追加しなければならず、製造コストの大幅な増加となり現実的ではない。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑み、大きな歩留まりの低下を招くことなく５０μｍ前後の高精細な画素ピッチを実現可能な放射線画像検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の放射線画像検出器は、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、収集電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量および蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素とＴＦＴスイッチをＯＮ／ＯＦＦするための多数の走査線と蓄積容量に蓄積された電荷が読み出される多数のデータ線とを備えた検出層とが積層された放射線画像検出器において、蓄積容量が、ＴＦＴスイッチのドレイン電極に接続される蓄積容量電極とドレイン電極が属するＴＦＴスイッチに隣接するＴＦＴスイッチに接続される走査線との間で構成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の放射線画像検出器においては、収集電極を、絶縁膜を介して走査線の一部を覆っているものとすることができる。
【００１３】
また、蓄積容量電極を、データ線毎に交互に走査線に対して上下に配置するようにすることができる。
【００１４】
また、蓄積容量電極の幅を走査線の幅よりも広くし、蓄積容量電極の両端が走査線に対してはみだすようにすることができる。
【００１５】
また、蓄積容量電極の幅を走査線の幅よりも狭くし、蓄積容量電極の両端が走査線に対してはみださないようにすることができる。
【００１６】
また、収集電極を蓄積容量電極を覆っているものとすることができる。
【００１７】
また、走査線の配線間ピッチＰｇｇと走査線の幅Ｗｇとが下式（１）を満たすようにすることができる。
【００１８】
（Ｐｇｇ−２Ｗｇ）／２≦２５μｍ  ・・・（１）
本発明の放射線画像検出器の駆動方法は、上記放射線画像検出器の駆動方法であって、走査線が、その走査線が接続されるＴＦＴスイッチが電気的に接続する蓄積容量電極の下層に配置される走査線よりも先のタイミングでオン動作をすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の放射線画像検出器は、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、収集電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量および蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素とＴＦＴスイッチをＯＮ／ＯＦＦするための多数の走査線と蓄積容量に蓄積された電荷が読み出される多数のデータ線とを備えた検出層とが積層された放射線画像検出器において、蓄積容量が、ＴＦＴスイッチのドレイン電極に接続される蓄積容量電極とドレイン電極が属するＴＦＴスイッチに隣接するＴＦＴスイッチに接続される走査線との間で構成されるようにしたので、従来の放射線画像検出器のように蓄積容量配線が不要となり、５０μｍ前後の画素ピッチを実現することができるとともに、走査線間ピッチを拡大することができるので、配線間リーク不良の低減を図ることができる。
【００２０】
また、本発明の放射線画像検出器において、収集電極を、絶縁膜を介して走査線を覆っているものとした場合には、走査線上の収集電極もフィルファクターとして機能させることができ、フィルファクターを向上させることができる。
【００２１】
また、蓄積容量電極を、データ線毎に交互に走査線に対して上下に配置するようにした場合には、蓄積容量を増やすことができるとともに、一定の走査線間ピッチを確保することができ、製造歩留まりを向上させることができる。
【００２２】
また、蓄積容量電極の幅を走査線の幅よりも広くし、蓄積容量電極の両端が走査線に対してはみだすようにした場合には、はみだし量を露光機のアライメントマージン以上とすることにより、アライメントずれが生じた場合においても蓄積容量のばらつきを低減することができる。
【００２３】
また、蓄積容量電極の幅を走査線の幅よりも狭くし、蓄積容量電極の両端が走査線に対してはみださないようにした場合には、蓄積容量電極の両端が走査線に対して内側に入る量を露光機のアライメントマージン以上とすることにより、アライメントずれが生じた場合においても蓄積容量のばらつきを低減することができる。
【００２４】
また、収集電極を蓄積容量電極を覆っているものとした場合には、蓄積容量電極の部分もフィルファクターとして機能し、フィルファクターの向上に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の放射線画像検出器の第１の実施形態について説明する。
【００２６】
本実施形態の放射線画像検出器としてのフラットパネル型イメージセンサは、たとえば、人体を透過したＸ線像を画像化するＸ線撮像装置等に使用され、Ｘ線等の画像を検出できるイメージセンサである。なお、本発明の放射線画像検出器は、必ずしもフラットパネル型に限らず、基板が曲面にて形成される曲面基板からなるイメージセンサを含むものとする。
【００２７】
すなわち、例えば、図２に示すように、Ｘ線管球９１から出射されるＸ線による被検体９２の透過Ｘ線像が、２次元アレイ状に光電変換素子が配置された本実施形態の放射線画像検出器１００により画像信号に変換されるようになっている。
【００２８】
この放射線画像検出器１００から出力されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器９３によりディジタル画像信号に変換され、画像処理装置９４に取り込まれる。画像処理装置９４は、種々の画像処理を行うとともに、保存が必要な画像を画像記憶装置９６に記憶させる。また、画像処理装置９４から出力されるディジタル画像信号は、Ｄ／Ａ変換器９５によりアナログ信号に変換されて、画像モニタ装置９７の画面に表示することができるものとなっている。
【００２９】
図１に第１の実施形態の放射線画像検出器１００の概略構成図を示す。
【００３０】
本実施形態の放射線画像検出器１００は、図１に示すように、アクティブマトリクス基板１０と、このアクティブマトリクス基板１０上の略全面に形成された半導体膜２０と、誘電体層２１と、上部電極２２および後述する収集電極８の上に設けられる電子阻止層２３とによって構成されている。
【００３１】
半導体膜２０は、電磁波導電性を有するものであり、Ｘ線が照射されると膜の内部に電荷を発生するものである。半導体膜２０としては、たとえば、セレンを主成分とする膜厚保１００〜１０００μｍの非晶質ａ−Ｓｅ膜を用いることができる。上記半導体膜２０は、真空蒸着法によってたとえば３００〜１０００μｍの厚みで形成されている。
【００３２】
また、誘電体層２１及び電子阻止層２３は、Ｘ線の照射時に漏れ電流が原因で電荷が後述する蓄積容量４に蓄積するのを防止するために設けられているものであり、必要に応じて設ければ良い。
【００３３】
すなわち、誘電体層２１は、動作電圧が上部電極２２に印加されたときに、電荷が上部電極２２から半導体膜２０に注入されるのを防ぐ一方、電子阻止層２３は、電荷が収集電極８から半導体膜２０に注入されるのを防ぐものとなっている。これにより、漏洩電流を防止して、Ｘ線イメージの解像度を向上させることができる。
【００３４】
上部電極２２は、Ａｕ、Ａｌなどの低抵抗の導電材料で構成されている。そして、上部電極２２には、高圧電源２４が接続されている。
【００３５】
アクティブマトリクス基板１０は、半導体膜２０において発生した電荷を収集する収集電極８、収集電極８によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量４および蓄積容量４に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチ３を有する多数の画素１１とＴＦＴスイッチ３をＯＮ／ＯＦＦするための多数の走査線１と蓄積容量４に蓄積された電荷が読み出される多数のデータ線５とを備えている。画素１１は、アレイ状に配置されている。
【００３６】
ＴＦＴスイッチ３としては、一般的には、アモルファスシリコンを活性層に用いたａ−ＳｉＴＦＴが用いられる。そして、ＴＦＴスイッチ３のゲート電極２には、ＴＦＴスイッチ３をＯＮ／ＯＦＦするための走査線１が接続されており、ソース電極６には、蓄積容量４に蓄積された電荷が読み出されるデータ線５が接続され、ドレイン電極７には、蓄積容量４を構成する一方の電極である蓄積容量電極９が接続されている。そして、蓄積容量４の他方の電極は、蓄積容量４の属する画素１１に隣接する画素１１のＴＦＴスイッチ３に接続される走査線１に接続されている。
【００３７】
そして、データ線５の終端には、アンプ２３が接続されている。
【００３８】
図３に放射線画像検出器の画素１１のレイアウトを示す。
【００３９】
図３に示すように、各画素１１の周辺には、走査線１と走査線１に直交するデータ線５が配置されている。そして、走査線１とデータ線５の交差部近傍にＴＦＴスイッチ３が配置されている。そして、ＴＦＴスイッチ３のソース電極６はデータ線５に接続され、ドレイン電極７は、蓄積容量電極９に接続されている。蓄積容量電極９はコンタクトホールを介して収集電極８に接続されている。また、蓄積容量電極９は、絶縁膜を介して走査線１上に重なるように配置している。そして、蓄積容量電極９と走査線１とで蓄積容量４が構成される。すなわち走査線１は、走査線としてだけでなく蓄積容量電極としても機能するものである。
【００４０】
そして、収集電極８は、走査線１の一部を覆うように配置されている。これにより画素１１の領域に対する収集電極８の比率（フィルファクター）を拡大することが可能である。
【００４１】
また、収集電極８は、蓄積容量４も完全に覆っている。これにより蓄積容量４の領域もフィルファクターとして機能する。
【００４２】
また、蓄積容量電極９の幅Ｗｔは走査線１の幅Ｗｇよりも広くし、蓄積容量電極９の両端が走査線９に対してはみだすようにすることが望ましい。上記のように蓄積容量電極９を配置することにより、フォト工程でのアライメントずれが生じた場合においても蓄積容量の変化量を抑制することができる。なお、蓄積容量電極９の幅Ｗｔを走査線１の幅よりも狭くし、蓄積容量電極９の両端が走査線１に対してはみ出さないようにしてもよい。
【００４３】
また、走査線１の配線間ピッチＰｇｇと走査線１の幅Ｗｇとが下式（１）を満たすようにすることが望ましい。
【００４４】
（Ｐｇｇ−２Ｗｇ）／２≦２５μｍ  ・・・（１）
（１）式をみたす場合は、蓄積容量配線を配置するとライン間のギャップが２５μｍ以下になる。TFT製造ラインでは、ライン間のギャップは２５μｍ以下になるとダスト等によりリーク不良が多発する。また、レーザーリペア等の修正装置でもライン間ギャップは２０〜２５μｍになると修正ができなくなる。したがって、（１）式を満たすような画素サイズにおいては、より本構造の採用のメリットが大きくなる。
【００４５】
次に、本実施形態の放射線画像検出器の動作原理について説明する。
【００４６】
図１の上方より被写体を透過したＸ線が照射されると半導体膜２０はその内部に電荷を発生する。そして、半導体膜２０で発生した電荷のうち正孔は上部電極２２と収集電極８との間のバイアスにより収集電極８に集められ、収集電極８と電気的に接続された蓄積容量４に蓄積される。半導体膜２０はＸ線量に依存して異なる電荷量を発生するため、Ｘ線が担持した画像情報に依存した量の電荷が各画素１１の蓄積容量４に蓄積される。
【００４７】
その後、走査線１を介してＴＦＴスイッチ３をＯＮ状態にする信号が順次加えられ、データ線５を介して蓄積容量４に蓄積された電荷が読み出される。そして、さらにアンプ２３で各画素１１の電荷量を検出することにより画像情報を読み取ることができる。
【００４８】
次に、図４の等価回路図を用いて、本実施形態の放射線画像検出器の駆動方法について説明する。
【００４９】
まず、上述したようにＸ線照射を行うことによりＸ線画像データの書き込みが行われる。上述したようにＸ線の照射量に応じて半導体膜２０において発生した電荷は、各収集電極８に集められ、収集電極８に電気的に接続された蓄積容量４に蓄積される。そして、次に、走査線１に、Ｇｎ−１、Ｇｎ、Ｇｎ＋１の順で順次ＯＮ信号を入力する。図４では下から上方向に走査線１をスキャンする。すなわち、各走査線１は、その走査線１が接続されるＴＦＴスイッチ３が電気的に接続する蓄積容量電極の下層に配置される走査線１よりも先のタイミングでオン動作する。これに応じてデータ線Ｄｍ−１、Ｄｍ、Ｄｍ＋１に、各画素１１の蓄積容量４に蓄積された電荷が出力され、図示省略したアンプにより検出される。
【００５０】
本実施形態の放射線画像検出器では、特に、走査線１のスキャン方向が重要である。上述のスキャン方向とは逆の場合には、データ検出以前に蓄積容量４を介してカップリングする走査線１の電位が変化し、蓄積容量４に蓄積された電荷の電位が変動してしまう。したがって、検出する画像データのノイズの低減のためには上述の順でスキャンすることが望ましい。
【００５１】
次に、本発明の第２の実施形態の放射線画像検出器ついて説明する。本実施形態の放射線画像検出器は、第１の実施形態の放射線画像検出器と概略構成は同様であるが、画素のレイアウトが異なる。
【００５２】
本実施形態の放射線画像検出器では、図５に示すように、データ線毎に画素１１を１／２ピッチずらすことにより実効解像度を向上することができる。そして、本実施形態の放射線画像検出器では、ドレイン電極７に接続される蓄積容量電極９とそのドレイン電極７が属するＴＦＴスイッチ３に隣接するＴＦＴスイッチ３に接続される走査線１との間で蓄積容量４を形成した構成において、走査線１から延伸する蓄積容量４の下部電極の位置をデータ線４毎に上下にずらす。すなわち、蓄積容量電極９を、データ線５毎に交互に走査線１に対して上下に配置する。これにより、従来の蓄積容量配線と蓄積容量電極との間で蓄積容量４を形成した構成に対して、大幅に蓄積容量４の面積を増やすことができる。蓄積容量４の面積は放射線画像検出器が蓄えられる電荷量に比例するため、放射線画像検出器のダイナミックレンジを広げることができる。なお、図６に従来の蓄積容量配線１２と蓄積容量電極９との間で蓄積容量４を形成した構成を示す。また、従来の放射線画像検出器は、図６に示すように走査線１が曲線となるが、図５に示す第２の実施形態の放射線画像検出器においては、走査線１を直線にすることができるので、その分長さを短くすることができ、信号検出の高速化を図ることができるとともに、ノイズを低減することができる。また、上記のように蓄積容量の位置を上下にずらすことにより、一定の走査線間ピッチを確保することができ、製造歩留まりが向上し、ひいては製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の放射線画像検出器の第１の実施形態の概略構成図
【図２】本発明の放射線画像検出器の適用状態を示す説明図
【図３】本発明の放射線画像検出器の第１の実施形態の画素のレイアウト図
【図４】本発明の放射線画像検出器の第１の実施形態の等価回路図
【図５】本発明の放射線画像検出器の第２の実施形態のレイアウト図
【図６】従来の放射線画像検出器のレイアウト図
【図７】従来の放射線画像検出器の概略構成図
【図８】従来の放射線画像検出器の画素のレイアウト図
【符号の説明】
【００５４】
１  走査線
２  ゲート電極
３  ＴＦＴスイッチ
４  蓄積容量
５  データ線
６  ソース電極
７  ドレイン電極
８  収集電極
９  蓄積容量電極
１０  アクティブマトリクス基板
１１  画素
１２  蓄積容量配線
２０  半導体膜
２１  誘電体層
２２  上部電極
２３  電子阻止層
２４  高圧電源
【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】
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【図７】
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【図８】
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