(57)【要約】  【課題】解像度特性を向上できる放射線検出器を提供する。  【解決手段】有機材料の隔壁31でＸ線光導電層４を各画素電極９単位に分割する。隣接する画素電極９間が絶縁物の隔壁31で囲まれる。隣接する画素電極９間のリーク電流の発生を隔壁31にて防止できる。画素電極９ピッチで規定する解像度特性を得ることができる。Ｘ線光導電層４を形成する際に掛かる内部応力を緩和できる。Ｘ線光導電層４の剥れやアクティブマトリクス基板３の反りを防止できる。  【選択図】図１
2005268722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素電極を備えた回路基板と、
この回路基板の複数の画素電極上に設けられ入射する放射線を電気信号に変換する放射線光導電層と、
この放射線光導電層を前記複数の画素電極のそれぞれに対応させて分割し絶縁性を有する隔壁と、
この放射線光導電層上に前記複数の画素電極に対向して設けられた電極層と
を具備したことを特徴とした放射線検出器。
【請求項２】
隔壁は、有機材料にて形成されている
ことを特徴とした請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
複数の画素電極を備えた回路基板を形成する基板形成工程と、
この回路基板の一主面の前記複数の画素電極間に絶縁性を有する隔壁を形成する隔壁形成工程と、
前記回路基板の一主面の前記隔壁間に、入射した放射線を電気信号に変換する放射線光導電層を形成する導電層形成工程と、
この放射線光導電層の一主面にバイアス電極層を形成する電極層形成工程と
を具備したことを特徴とする放射線検出器の製造方法。
【請求項４】
隔壁形成工程は、エッチングにて隔壁を形成する
ことを特徴とする請求項３記載の放射線検出器の製造方法。
【請求項５】
隔壁形成工程は、有機材料で隔壁を形成する
ことを特徴とする請求項３または４記載の放射線検出器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画素電極および放射線光導電層を備えた放射線検出器およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
新世代のＸ線診断用画像検出器としてアクティブマトリクス型の平面検出器が大きな注目を集めている。この平面検出器において、照射されたＸ線を検出することにより、Ｘ線撮影像またはリアルタイムのＸ線画像がデジタル信号として出力される。また、この平面検出器は固体検出器であることから、画質性能や安定性の面においても極めて期待が大きい。
【０００３】
実用化の最初の用途として、比較的大きな線量で、静止画像を収集する胸部あるいは一般撮影用に開発され、近年商品化されている。より高性能で、透視線量下で毎秒３０フレイム、すなわち３０Ｆｒａｍｅ／ｓｅｃ以上のリアルタイム動画を実現させる必要のある循環器、消化器分野への応用に対しても近い将来に商品化が予想される。この動画用途に対しては、Ｓ／Ｎの改善や微小信号のリアルタイム処理技術などが重要な開発項目となっている。
【０００４】
そして、この種の平面検出器には、大きく分けて直接方式と間接方式との二通りの方式がある。直接方式は、Ｘ線をａ−Ｓｅなどの光導電膜により直接電荷信号に変換し、変換した信号電荷を電荷蓄積用キャパシタに蓄積する方式である。これに対し、間接方式は、シンチレ−タ層によりＸ線を受けて一旦可視光に変換し、この可視光をａ−ＳｉフォトダイオードやＣＣＤにより信号電荷に変換して、この信号電荷を電荷蓄積用キャパシタに蓄積する方式である。
【０００５】
さらに、直接方式のＸ線検出器としては、支持基板上にマトリクス状に配列された画素毎に、電荷蓄積用キャパシタ、スイッチング素子、フォトダイオードおよび画素電極のそれぞれが設けられたアクティブマトリクス基板を備えており、このアクティブマトリクス基板上にＸ線光導電層が積層された構成が知られている(例えば、特許文献１参照。)。
【特許文献１】特開平１０−１０２３７号公報（第４−６頁、図１および図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そして、上記直接方式のＸ線検出器においては、Ｘ線光導電層の特性、すなわち入射したＸ線の強度に対する出力信号の強度、言い換えると入射Ｘ線を信号電荷として出力可能な変換効率が重要となる。したがって、入射したＸ線の強度に対する出力信号強度を向上させるためには、例えば沃化鉛(ＰｂＩ２)や沃化水銀(ＨｇＩ２)などの金属沃化物または金属ハロゲン化合物系の光導電材料がＸ線光導電層に用いられる。
【０００７】
ところが、このＸ線光導電層に金属沃化物や金属ハロゲン化合物系の光導電材料を用いた場合には、入射したＸ線の強度に対する出力信号強度と十分なＸ線吸収率を得るために数百μｍ以上の厚膜のＸ線光導電層を形成しなければならない。よって、入射したＸ線の強度に対する出力信号強度の向上およびバイアス電極の印加電界と直角方向への光導電電荷との拡散による解像度特性の劣化を防止するためには、バイアス電極として数ｋＶ以上の高電圧の印加が必要となる。
【０００８】
また、Ｘ線光導電層は、一般に真空蒸着法およびスパッタリング法あるいは高感度光導電材料とバインダとの混合塗布などによって、アクティブマトリクス基板上に一様に形成される。ところが、このＸ線光導電層の体積抵抗率は、酸化珪素(ＳｉＯ２)などの絶縁物に対して小さい。このため、隣接する画素電極間に電位差が生じた場合には、これら隣接する画素電極間に微小なリーク電流が発生する可能性があり、アクティブマトリクス基板上の画素電極ピッチで規定される解像度よりも解像度特性が劣化してしまうという問題を有している。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、解像度特性を向上できる放射線検出器およびその製造方法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】
【００１０】
本発明は、複数の画素電極を備えた回路基板と、この回路基板の複数の画素電極上に設けられ入射する放射線を電気信号に変換する放射線光導電層と、この放射線光導電層を前記複数の画素電極のそれぞれに対応させて分割し絶縁性を有する隔壁と、この放射線光導電層上に前記複数の画素電極に対向して設けられた電極層とを具備したものである。
【００１１】
そして、回路基板の複数の画素電極上に、入射する放射線を電気信号に変換する放射線光導電層を設ける。絶縁性を有する隔壁にて放射線光導電層を複数の画素電極のそれぞれに対応させて分割させる。放射線光導電層上に複数の画素電極に対向させて電極層を設ける。この結果、隣接する画素電極間に電位差が生じた際のリーク電流の発生を隔壁にて防止できる。よって、これら画素電極間のリーク電流の発生による解像度の低下を防止できるので、解像度特性を向上できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、絶縁性を有する隔壁にて放射線光導電層を複数の画素電極のそれぞれに対応させて分割させたので、隣接する画素電極間に電位差が生じた際のリーク電流の発生を隔壁にて防止できるから、これら画素電極間のリーク電流の発生による解像度の低下を防止できるため、解像度特性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の放射線検出器の一実施の形態の構成を図１および図２を参照して説明する。
【００１４】
図１および図２において、１は放射線検出器としてのＸ線検出器で、このＸ線検出器１は、直接方式のＸ線平面画像検知器である。そして、このＸ線検出器１は、図１に示すように、マトリクス状に配列された複数の画素２を有する回路基板としての光電変換基板であるアクティブマトリクス基板３を備えている。
【００１５】
このアクティブマトリクス基板３の一主面である表面上には、入射する放射線を電気信号に変換する放射線光導電層としてのＸ線光導電層４が積層されて設けられている。このＸ線光導電層４は、アクティブマトリクス基板３の表面に接しており、このアクティブマトリクス基板３上に直接形成されている。さらに、このＸ線光導電層４の一主面である表面上には、バイアス電極層５が積層されて設けられている。
【００１６】
そして、アクティブマトリクス基板３は、図２に示すように、矩形平板状の透光性を有するガラスなどにて形成された絶縁基板としての支持基板６を備えている。この支持基板６の一主面である表面上には、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)７と、電荷蓄積用キャパシタ８と、画素電極９とのそれぞれが各画素２毎に複数形成されている。そして、これら薄膜トランジスタ７、電荷蓄積用キャパシタ８および画素電極９それぞれは、これらを１組とした格子状の配列を有しており、各組がＸ線画像の画素２に対応するように構成されている。
【００１７】
また、支持基板６上には、この支持基板６の行方向に沿った複数の制御ラインとしての制御電極11が配線されている。これら複数の制御電極11は、支持基板６上の各画素２間に位置し、この支持基板６の列方向に離間されて設けられている。そして、これら制御電極11には、薄膜トランジスタ７のゲ−ト電極12が電気的に接続されている。
【００１８】
さらに、支持基板６上には、この支持基板６の列方向に沿った複数の読み出し電極13が配線されている。これら複数の読み出し電極13は、支持基板６上の各画素２間に位置し、この支持基板６の行方向に離間されて設けられている。そして、これら複数の読み出し電極13には、薄膜トランジスタ７のソース電極14が電気的に接続されている。また、この薄膜トランジスタ７のドレイン電極15は、電荷蓄積用キャパシタ８および画素電極９のそれぞれに電気的に接続されている。
【００１９】
ここで、この薄膜トランジスタ７のゲート電極12は、支持基板６上に島状に形成されている。そして、このゲート電極12を含む支持基板６上には、絶縁膜21が積層されて形成されている。この絶縁膜21は、各ゲート電極12を覆っている。また、この絶縁膜21上には、島状の複数の半絶縁膜22が積層されて形成されている。これら半絶縁膜22は、半導体にて構成されており、薄膜トランジスタ７のチャネル領域として機能する。そして、これら各半絶縁膜22は、各ゲート電極12に対向して配設されており、これら各ゲート電極12を覆っている。すなわち、これら各半絶縁膜22は、各ゲート電極12上に絶縁膜21を介して設けられている。
【００２０】
さらに、この半絶縁膜22を含む絶縁膜21上には、島状のソース電極14およびドレイン電極15のそれぞれが形成されている。これらソース電極14およびドレイン電極15は、互いに絶縁され電気的に接続されていない。また、これらソース電極14およびドレイン電極15は、ゲート電極12上の両側に設けられており、これらソース電極14およびドレイン電極15それぞれの一端部が半絶縁膜22上に積層されている。
【００２１】
そして、各薄膜トランジスタ７のゲート電極12は、図２に示すように、同じ行に位置する他の薄膜トランジスタ７のゲート電極12とともに共通の制御電極11に電気的に接続されている。さらに、これら各薄膜トランジスタ７のソース電極14は、同じ列に位置する他の薄膜トランジスタ７のソース電極14とともに共通の読み出し電極13に電気的に接続されている。
【００２２】
一方、電荷蓄積用キャパシタ８は、支持基板６上に形成された島状の下部電極23を備えている。この下部電極23を含む支持基板６上には絶縁膜21が積層されて形成されている。この絶縁膜21は、各薄膜トランジスタ７のゲート電極12上から各下部電極23上まで延長している。さらに、この絶縁膜21上には、島状の上部電極24が積層されて形成されている。この上部電極24は、下部電極23に対向して配設されており、これら各下部電極23を覆っている。すなわち、これら各上部電極24は、各下部電極23上に絶縁膜21を介して設けられている。そして、この上部電極24を含む絶縁膜21上にはドレイン電極15が積層されて形成されている。このドレイン電極15は、他端部が上部電極24上に積層されて、この上部電極24に電気的に接続されている。
【００２３】
さらに、各薄膜トランジスタ７の半絶縁膜22、ソース電極14およびドレイン電極15と、各電荷蓄積用キャパシタ８の上部電極24とのそれぞれを含む絶縁膜21上には、絶縁層25が積層されて形成されている。この絶縁層25は、酸化珪素(ＳｉＯ２)などにて形成されており、各画素電極９を取り囲むように形成されている。
【００２４】
そして、この絶縁層25の一部には、薄膜トランジスタ７のドレイン電極15に連通したコンタクトホールとしてのスルーホール26が開口形成されている。このスルーホール26を含む絶縁層25上には、島状の画素電極９が積層されて形成されている。この画素電極９は、スルーホール26にて絶縁層25を介して薄膜トランジスタ７のドレイン電極15に電気的に接続されている。
【００２５】
さらに、各画素電極９上には、Ｘ線光導電層４が積層されて形成されている。このＸ線光導電層４は、分割部としての絶縁性を有する隔壁31にて上下方向に沿ってマトリクス状に分割されている。すなわち、この隔壁31は、支持基板６上に格子状に形成されており、この支持基板６上に垂直に突出している。さらに、この隔壁31は、絶縁物である有機材料にて構成されており、各画素電極９の周縁を周方向に沿って覆っている。よって、Ｘ線光導電層４は、隔壁31間における各画素電極９上に設けられている。
【００２６】
また、隔壁31は、各画素電極９が形成された領域であるエリアを干渉させないように、これら画素電極９間に設けられている。さらに、この隔壁31は、支持基板６上の各画素２の画素電極９を画素単位毎に分離する。言い換えると、この隔壁31は、Ｘ線光導電層４を各画素電極９のそれぞれ、すなわち各画素電極９単位に分割して、これら各画素電極９間を互いに絶縁させる。なお、これら各画素電極９の周縁は、隔壁31に接しており、この隔壁31にて周縁が周方向に亘って覆われている。
【００２７】
ここで、この隔壁31は、感光性を有する有機材料を、フォトエッチングプロセスを含む化学的あるいは物理的なエッチングによって各画素電極９単位に分割することにより形成されている。さらに、Ｘ線光導電層４は、各画素電極９間に隔壁31が形成されたアクティブマトリクス基板３上に、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、高感度光導電材料とバインダとの混合塗布法、あるいは高感度光導電材料の粒子を圧縮成型する方法などにて形成されている。
【００２８】
さらに、隔壁31を含むＸ線光導電層４上には、バイアス電極層５が積層されて形成されている。このバイアス電極層５は、各画素電極９に対向して設けられており、Ｘ線光導電層４および隔壁31上の全面に面一に形成されている。そして、このバイアス電極層５には、このバイアス電極層５に電圧を印加させて、このバイアス電極層５に印加電界を生じさせる電源部32の正極側が電気的に接続されている。また、この電極部32の負極側は接地されている。
【００２９】
さらに、バイアス電極層５上には、絶縁層33が積層されて形成されている。さらに、この絶縁層33上には、格子状のＸ線グリッド34が形成されている。このＸ線グリッド34は、Ｘ線光導電層４へと入射して散乱したＸ線による解像度特性の劣化を防止する。また、このＸ線グリッド34は、隔壁31に対向して、この隔壁31上に設けられている。さらに、このＸ線グリッド34は、隔壁31の厚さ寸法に等しい厚さ寸法を有している。すなわち、このＸ線グリッド34は、絶縁層33を介して画素電極９間を遮蔽する。言い換えると、隔壁31は、Ｘ線グリット34と絶縁層33との間である、このＸ線グリッド34の下方に設けられている。
【００３０】
次に、上記一実施の形態の作用について説明する。
【００３１】
まず、Ｘ線検出器１のＸ線光導電層４へと入射した入射Ｘ線Ｌは、このＸ線光導電層４にて励起されて光導電電荷ｅとなる。
【００３２】
そして、この光導電電荷ｅは、バイアス電極層５による印加電界によって各画素電極９へと移動する。
【００３３】
この後、これら各画素電極９へと移動して流入した光導電電荷ｅは、これら各画素電極９に接続された薄膜トランジスタ７のゲ−ト電極12が駆動状態となるまで、これら各画素電極９に接続された電荷蓄積用キャパシタ８へと移動して保持されて蓄積される。
【００３４】
このとき、制御電極11の一つを駆動状態にすると、この駆動状態となった制御電極11に接続された一行の薄膜トランジスタ７が駆動状態となる。
【００３５】
そして、この駆動状態となったそれぞれの薄膜トランジスタ７に接続された電荷蓄積用キャパシタ８に蓄積された光導電電荷ｅが読み出し電極13へと出力される。
【００３６】
この結果、Ｘ線画像の特定の行の画素に対応する信号が出力されるため、制御電極11の駆動制御によって、全てのＸ線画像の画素に対応する信号を出力でき、この出力信号をデジタル画像信号に変換することにより、直接方式のＸ線検出器１が形成される。
【００３７】
次に、上記一実施の形態のＸ線検出器の製造方法について説明する。
【００３８】
まず、基板形成工程として、支持基板６上の各画素２に薄膜トランジスタ７、電荷蓄積用キャパシタ８および画素電極９のそれぞれを形成してアクティブマトリクス基板３を形成する。
【００３９】
次いで、隔壁形成工程として、このアクティブマトリクス基板３の各画素電極９を含む絶縁層25上に、感光性を有する有機材料を積層させた後、この有機材料を、フォトエッチングプロセスを含む化学的あるいは物理的なエッチングによって各画素電極９単位に分割して格子状の隔壁31を形成する。
【００４０】
さらに、Ｘ線光導電層形成工程として、各画素電極９間に隔壁31が形成されたアクティブマトリクス基板３の隔壁31間における各画素電極９上に、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、高感度光導電材料とバインダとの混合塗布法、あるいは高感度光導電材料の粒子を圧縮成型する方法などでＸ線光導電層４を形成する。
【００４１】
この後、バイアス電極層形成工程として、隔壁31を含むＸ線光導電層４上の全面にバイアス電極層５を積層させて形成した後、絶縁層形成工程として、このバイアス電極層５上の全面に絶縁層33を積層させて形成してから、Ｘ線グリッド形成工程として、この絶縁層33上に格子状のＸ線グリッド34を形成する。
【００４２】
上述したように、上記一実施の形態によれば、有機材料の隔壁31にてＸ線光導電層４を各画素電極９単位に分割したことにより、隣接する画素電極９間が絶縁物の隔壁31で囲まれる構造となる。この結果、隣接する画素電極９からの影響、例えばＸ線光導電層４からの光導電電荷ｅの流入などによる、隣接する画素電極９間に電位差が生じた際に発生し得るリーク電流の発生、すなわち光導電電荷ｅの拡散による解像度の劣化を隔壁31にて確実に防止できる。
【００４３】
このため、これら画素電極９間のリーク電流の発生による解像度の低下を防止できるので、アクティブマトリクス基板３上の各画素電極９ピッチで規定される解像度特性を確実に得ることができる。よって、このアクティブマトリクス基板３の解像度特性を向上できるとともに、この解像度特性を改善できる。特に、マンモグラフィ用途などのＸ線検出器１においては高解像度特性が要求されるので、より効果がある。
【００４４】
また、アクティブマトリクス基板３の各画素電極９を含む絶縁層25上に、感光性を有する有機材料を積層させた後、この有機材料を、フォトエッチングプロセスを含む化学的あるいは物理的なエッチングによって各画素電極９単位に分割して格子状の隔壁31を形成してから、この隔壁31間における各画素電極９上に、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、高感度光導電材料とバインダとの混合塗布法、あるいは高感度光導電材料の粒子を圧縮成型する方法などでＸ線光導電層４を形成した。
【００４５】
この結果、真空蒸着法およびスパッタリング法あるいは高感度光導電材料とバインダとの混合塗布などによって、アクティブマトリクス基板上にＸ線光導電層を形成する従来の方法に比べ、このＸ線光導電層４を形成する際に掛かる内部応力を大幅に緩和できる。したがって、このＸ線光導電層４を形成する際の内部応力に基づく、このＸ線光導電層４の剥れやアクティブマトリクス基板３の反りなどによる諸特性および信頼性の劣化の発生を防止できる。
【００４６】
特に、直接方式のＸ線検出器１の大面積化に対しては、Ｘ線光導電層４を形成する際に掛かる内部応力が大きいため、より効果がある。したがって、このＸ線光導電層４の大面積化に対する信頼性を改善できる。
【００４７】
なお、上記一実施の形態では、Ｘ線を検出するＸ線検出器１について説明したが、例えばγ線などのＸ線以外の各種の放射線を検出する放射線検出器であっても対応させて用いることができる。
【００４８】
また、アクティブマトリクス基板３の支持基板６上に、薄膜トランジスタ７および画素電極９が形成された画素２を二次元的にマトリクス状に形成したが、これら画素２を支持基板６上に一次元的に設けてもよい。さらに、Ｘ線光導電層４は少なくとも画素電極９上に設けられていればよい。
【実施例】
【００４９】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００５０】
まず、アクティブマトリクス基板３の画素電極９のサイズを１２５μｍ×１２５μｍとし、この画素電極９のピッチを１５０μｍとし、この画素電極９間のギャップを２５μｍとする。また、Ｘ線光導電層４を構成する高感度光導電材料を沃化鉛(ＰｂＩ２)とし、このＸ線光導電層４の膜厚を３００μｍとする。
【００５１】
さらに、アクティブマトリクス基板３の電荷蓄積用キャパシタ８の容量を１．０ｐＦとし、この電荷蓄積用キャパシタ８の動画用途における読み出しレ−トを３３ｍｓとする。また、このアクティブマトリクス基板３への入射Ｘ線のＸ線エネルギを６０ｋｅＶとするとともに、隔壁31の感光性を有する有機材料として、エポキシ系高アスペクト比対応レジスト(例えば、ＳＵ−８)などを用いる。
【００５２】
そして、Ｘ線光導電層４の沃化鉛のＷ値を１０ｅＶとし、この沃化鉛の体積抵抗率を１．０×１０１０Ωｃｍとするとともに、隔壁31のエポキシ系高アスペクト比対応レジストの体積抵抗率を１．０×１０１６Ωｃｍとする。
【００５３】
この結果、このアクティブマトリクス基板３の画素電極９間の抵抗値が１／１５×１０１８Ωとなり、このアクティブマトリクス基板３上にＸ線光導電層４を一様に形成した場合、すなわち画素電極９間の抵抗値が１／１５×１０12Ωの場合に比べ、これら画素電極９間の抵抗値を非常に高くできるため、これら画素電極９間の絶縁性を高くできる。
【００５４】
また、Ｘ線光導電層４へ入射する単位入射Ｘ線Ｌによって単位画素電極９当りに発生するエレクトロン数が６０００個となる。このため、単位入射Ｘ線Ｌによって単位画素電極９当りに励起される光導電電荷ｅが９．６×１０−１６クーロンとなるから、この光導電電荷ｅの全てが電荷蓄積用キャパシタ８に蓄積されたとすると、この電荷蓄積用キャパシタ８の電圧は０．９６ｍＶとなる。したがって、隣接する画素電極９間に入射する入射Ｘ線Ｌの量の差が生じる場合には、これら隣接する画素電極９間には、少なくとも０．９６ｍＶオーダーの電位差が発生し得る。
【００５５】
よって、これら隣接する画素電極９間に発生する電位差を０．９６ｍＶとし、これら隣接する画素電極９間のリーク電流が発生する可能性の高い領域におけるＸ線光導電層４の膜厚を画素電極９間のギャップと同等、すなわち２５μｍとする。この結果、これら隣接する画素電極９間には、１．２×１０−２２Ａのリーク電流が発生し得るが、動画用途における読み出しレート間においては、３．９６×１０−２４クーロンの光導電電荷ｅが隣接する画素電極９間を移動することとなるため、これら隣接する画素電極９間を移動するエレクトロン数が２．４７５×１０−５個となる。
【００５６】
この値は、アクティブマトリクス基板３上にＸ線光導電層４を一様に形成した場合、すなわち隣接する画素電極９間を移動するエレクトロン数が２４．７５個である場合に比べると著しく小さく、かつ動画用途における読み出しレート間においては隣接する画素電極９間を移動するエレクトロン数が０個となる。したがって、解像度特性の劣化が全く発生しなくなり、アクティブマトリクス基板３上の画素電極９ピッチで規定される解像度特性を完全に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の放射線検出器の一実施の形態を示す説明断面図である。
【図２】同上放射線検出器を示す説明平面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１    放射線検出器としてのＸ線検出器
３    回路基板としてのアクティブマトリクス基板
４    放射線光導電層としてのＸ線光導電層
５    電極層としてのバイアス電極層
９    画素電極
31    隔壁
【図１】
2005268722.tif 000003
【図２】
2005268722.tif 000004