JP2004221207A - アクティブマトリクス基板および電磁波検出器 - Google Patents
アクティブマトリクス基板および電磁波検出器 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】電荷収集電極の隙間に効率良く光を照射し、信号線および走査線の配線抵抗を上げることなくトラップ電荷を解消する。
【解決手段】ガラス基板１１上に、信号線１８、走査線１２が格子状に配設され、単位格子毎にスイッチング素子４と画素電極５が形成されたアクティブマトリクス基板において、上記信号線１８（又は走査線１２）に、開口部１８１を形成する。
【選択図】 図１
【解決手段】ガラス基板１１上に、信号線１８、走査線１２が格子状に配設され、単位格子毎にスイッチング素子４と画素電極５が形成されたアクティブマトリクス基板において、上記信号線１８（又は走査線１２）に、開口部１８１を形成する。
【選択図】 図１
Description
【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、赤外線等の電磁波による画像を検出できる電磁波検出器に関し、特にアクティブマトリクス基板を読み出し回路基板に用いた電磁波検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電磁波検出器の一種として、例えば、Ｘ線等の電磁波を感知して電荷（電子−正孔対）を発生する半導体膜、すなわち電磁波導電性（光導電性とも呼ぶ）を有する半導体膜と、該半導体膜中で生成された電荷を収集する電荷収集電極とを行方向および列方向の二次元状に配置するとともに、画素毎にスイッチング素子を設けて、各行毎にスイッチング素子を順次オンにして各列毎に上記電荷を読み出す二次元の電磁波検出器が知られている。
【０００３】
上記二次元の電磁波検出器は、例えば、下記の非特許文献１等にその構造や原理が解説されている。上記非特許文献１に記載されている従来の電磁波検出器の構成および原理について以下に簡単に説明する。
【０００４】
図９は、電磁波検出器の検出原理を示す断面図である。電磁波検出器は、例えばａ−Ｓｅに代表される電磁波導電性を示す半導体膜１０１を備え、該半導体膜１０１の上層にバイアス電極１０２が、下層に電荷収集電極１０３が形成されている。電荷収集電極１０３は、蓄積容量（Ｃｓ）１０４に接続されており、蓄積容量１０４はＦＥＴ（ＴＦＴ）などのスイッチング素子１０５を介して電荷検出アンプ１０６に接続されている。
【０００５】
このような電磁波検出器にＸ線等の電磁波が入射すると、半導体膜１０１内で電荷（電子−正孔対）が発生する。この時、バイアス電極１０２と電荷収集電極１０３との間に印加されるバイアス電圧により、半導体膜１０１で発生した電子は＋電極側に、正孔は−電極側に移動し、その結果、蓄積容量１０４に電荷が蓄積される仕組みになっている。蓄積容量１０４に蓄積された電荷は、スイッチング素子１０５をオンにすることで電荷検出アンプ１０６に取り出される。こうして、電荷検出アンプ１０６により検出された電荷量から、半導体膜１０１に入射した電磁波の強度を検知することができる。
【０００６】
また、このような電磁波検出器の構成要素（電荷収集電極、蓄積容量、スイッチング素子）を二次元状にマトリクス配置し、線順次に電荷を読み出していくことで、検出対象である電磁波の二次元情報を得ることが可能となる。ここで、二次元のマトリクスアレイとしては、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング素子として使用したアクティブマトリクスアレイを用いることができる。
【０００７】
図１０（ａ）は、スイッチング素子１０５、蓄積容量１０４、電荷収集電極１０３、およびそれらを駆動するための配線（走査線（ゲート配線）１０７、信号線（ソース配線）１０８等：図７（ｂ）参照）を備えたアクティブマトリクスアレイ１１０と、その上に設けられた半導体膜１０１と、さらにその上に設けられたバイアス電極１０２によって構成される電磁波検出器の断面構造（１画素分）を示すものである。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示するアクティブマトリクスアレイを上側から見た平面図であり、１画素当たりのレイアウトを示すものである。
【０００８】
ところで、上述の電磁波検出器において、電荷収集電極１０３はその上の半導体膜１０１にて発生した電荷を収集する役割を果たすが、隣接する電荷収集電極１０３同士の間隙には電荷がトラップされやすいことが知られている。
【０００９】
ここで、電荷収集電極同士の間隙とは、図１１に示される模式図において矢印の部分を指す。また、電荷トラップ発生のメカニズムについては、例えば、非特許文献２で説明されている。この電荷トラップは、アクティブマトリクス基板１１０と半導体膜１０１の界面や、半導体膜１０１内の該界面に近接した部分で生じやすいと考えられる。電荷収集電極１０３間に過剰に電荷がトラップされると、画像を撮像する際に、残像や感度低下などの悪影響を与える。
【００１０】
このようなトラップ電荷に対しては、該トラップ電荷を発生する半導体膜１０１の領域に光を照射してトラップ電荷を解消する方法が、例えば特許文献１に開示されている。このため、例えば図１２に示すように、アクティブマトリクス基板１１０の裏面に光源１０９を設置し、アクティブマトリクス基板１１０を介して半導体膜１０１に光を照射することで、上述のトラップ電荷を減少させることができる。
【００１１】
【非特許文献１】
Ｓ． Ｏ． Ｋａｓａｐ， Ｊ． Ａ． Ｒｏｗｌａｎｄｓ， “Ｄｉｒｅｃｔ−Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｆｌａｔ−Ｐａｎｅｌ Ｘ−Ｒａｙ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ｆｏｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ， 米国， Ａｐｒｉｌ， ２００２， Ｖｏｌ． ９０， Ｎｏ． ４， ｐｐ．５９１−６０４」
【００１２】
【非特許文献２】
Ｗ． Ｚｈａｏ， Ｇ． ＤｅＣｒｅｓｃｅｎｚｏ， Ｊ． Ａ． Ｒｏｗｌａｎｄｓ， ”Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｇ ａｎｄ ｇｈｏｓｔｉｎｇ ｉｎ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｅｌｅｎｉｕｍ ｆｌａｔ−ｐａｎｅｌ ｘ−ｒａｙ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ， 米国， Ｍａｙ， ２００２， Ｖｏｌ． ４６８２， ｐｐ． ９−２０」
【００１３】
【特許文献１】
特開平９−９１５３号公報（公開日１９９７年１月１０日）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成では、隣接する電荷収集電極１０３の間には、図１１に示すように、金属膜によって形成された信号線１０８や走査線１０７が存在する。尚、電磁波検出器において、上述のように走査線および信号線の各配線と電荷収集電極とが平面的に重畳しない設計とすることは、各配線のそれぞれにおける時定数（配線抵抗値×配線容量）をできるだけ小さくし、高い周波数で精度良く電気信号を伝送する能力を得るために有用な構成である。
【００１５】
ところが、隣接する電荷収集電極１０３の間に金属膜によって形成された配線が存在する構成では、アクティブマトリクス基板１１０の裏面から半導体膜１０１に光を照射し、電荷トラップを解消する方法を採用する場合に以下のような問題が生じる。すなわち、これらの配線が配設された領域については、配線によって照射光が遮られるため、電荷がトラップされている領域に効率良く光を照射することができず、電荷トラップの発生を十分に抑制できないといった問題がある。
【００１６】
もちろん、信号線１０８や走査線１０７の線幅を狭くすることで、配線によって遮光される面積を小さくする方法も考えられるが、これらの配線はそこを流れる電気信号の遅延を抑え、かつＳ／Ｎの優れた画像信号を検出する必要があることから配線抵抗の低減が求められ、線幅を細くするにも限界があった。
【００１７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、電荷収集電極の隙間に効率良く光を照射してトラップ電荷を解消することのできるデバイス構造を有したアクティブマトリクス基板および電磁波検出器を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のアクティブマトリクス基板は、上記の課題を解決するために、基板上に、信号線、走査線が格子状に配設され、単位格子毎にスイッチング素子と画素電極が形成されたアクティブマトリクス基板において、上記信号線及び／又は走査線に、開口部が形成されていることを特徴としている。
【００１９】
上記アクティブマトリクス基板を用いた電磁波検出器では、該アクティブマトリクス基板上に半導体膜およびバイアス電極が形成される。このような電磁波検出器において、アクティブマトリクス基板における画素電極はその上の半導体膜にて発生した電荷を収集する役割を果たすが、隣接する画素電極同士の間隙には電荷がトラップされやすい。
【００２０】
そして、上記アクティブマトリクス基板を用いた電磁波検出器では、このトラップ電荷の発生を解消するために、アクティブマトリクス基板の裏面に光源を設置し、該アクティブマトリクス基板を介して半導体膜に光を照射する構成を取ることが前提とされる。
【００２１】
このような前提のもと、上記の構成によれば、光源から発せられた光は、信号線や走査線の配線に設けられた開口部を通過する。そして、上記開口部を通過する光の回折により、配線に対して光の照射側と反対側にも光を回り込ませることができる。
【００２２】
これにより、配線に開口部を持たない従来構成に比べ、実質的な配線幅が同じであっても、配線の裏側にある半導体膜に効率よく光を照射することができ、配線抵抗を上げることなく、電荷がトラップされている場所に効率良く光を照射することができる。
【００２３】
また、上記アクティブマトリクス基板においては、上記開口部は、上記信号線及び／又は上記走査線の延伸方向に沿って設けられたスリットである構成とすることができる。
【００２４】
上記の構成によれば、格子状に形成された画素電極同士の間隙に効率良く光を照射することができる。
【００２５】
また、上記アクティブマトリクス基板においては、上記信号線及び／又は上記走査線は、上記信号線と上記走査線との交差部において線幅が細くなるように形成されている構成とすることができる。
【００２６】
上記の構成によれば、信号線と走査線との交差部の面積が小さくなり、信号線と走査線との配線容量（主に交差部に発生する寄生容量）を低減することができる。これにより、配線の時定数を小さくすることができ、Ｓ／Ｎの優れた電磁波検出器を実現できる。
【００２７】
また、上記アクティブマトリクス基板においては、上記信号線及び／又は走査線と上記画素電極との間には、層間絶縁膜が介在している構成とすることができる。
【００２８】
上記の構成によれば、光源から発せられた光は、配線の内部の開口部を通過した後、層間絶縁膜の内部を通過する間に、回折によって信号線や走査線の裏側により光が回り込み易くなるといった効果をもたらす。これにより、電荷がトラップされている場所にさらに効率良く光を照射することができる。
【００２９】
また、本発明の電磁波検出器は、上記の課題を解決するために、上記アクティブマトリクス基板と、上記アクティブマトリクス基板の上面に形成された半導体膜と、上記半導体膜の上面に形成されたバイアス電極とを備えており、上記アクティブマトリクス基板の上記半導体膜が形成された面とは反対の面側に、上記アクティブマトリクス基板を照射し得る光源を備えている構成である。
【００３０】
上記の構成によれば、アクティブマトリクス基板において配線に開口部を持たない従来構成に比べ、実質的な配線幅が同じであっても、配線の裏側にある半導体膜に効率よく光を照射することができ、配線抵抗を上げることなく、電荷がトラップされている場所に効率良く光を照射することができる。
【００３１】
また、上記電磁波検出器においては、上記アクティブマトリクス基板と上記光源との間に、上記光源からの照射光を拡散光に変換する拡散手段を備えている構成とすることができる。
【００３２】
上記の構成によれば、光源から発せられた光がアクティブマトリクス基板への入射前に拡散手段によって拡散され、斜め方向への入射光が生成される。これにより、信号線や走査線の上部に光が回り込み易いといった効果をもたらし、半導体膜において電荷がトラップされている場所にさらに効率良く光を照射することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１ないし図８に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、以下の説明においては、検出される画像の１画素分に相当する電磁波検出素子を複数備えており、それが２次元に配列されたものを電磁波検出器とする。
【００３４】
図１（ａ）は、上記電磁波検出器の１画素単位の構造を示す断面図、図１（ｂ）はその平面図である。図１（ａ）および（ｂ）に示す１画素のサイズは、０．１ｍｍ×０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ×０．３ｍｍ程度であり、電磁波検出器全体としてはこの画素（電磁波検出器）がＸＹマトリクス状に５００×５００〜３０００×３０００画素程度配列されたものが一般的である。サイズとしては、Ｘ線の胸部撮影を想定すると、１７”×１７”程度のものが要求される。
【００３５】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、上記電磁波検出器は、アクティブマトリクス基板１上に、電磁波導電性を有する半導体膜２、および図示しない電源に接続されたバイアス電極（共通電極）３が順次形成されている。半導体膜２は、Ｘ線などの電磁波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、半導体膜２は電磁波導電性を有し、Ｘ線などの電磁波画像情報を電荷情報に変換するためのものである。
【００３６】
また、半導体膜２は、例えば、セレンを主成分とする（５０％以上の含有率を有する）非晶質のａ−Ｓｅ（アモルファスセレン）からなる。この他に、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２、ＧａＡｓ、Ｓｉなどを半導体膜２として使用することもできる。
【００３７】
以下に、アクティブマトリクス基板１について詳しく説明する。アクティブマトリクス基板１は、ガラス基板１１、走査線（ゲート電極）１２、蓄積容量線（蓄積容量電極）１３、ゲート絶縁膜１４、接続電極１５、チャネル層１６、コンタクト層１７、信号線（ソース電極）１８、絶縁保護膜１９、層間絶縁膜２０、画素電極（電荷収集電極）２１とを有している。アクティブマトリクス基板１では、ガラス基板１１上に信号線１８および走査線１２が格子状に配設され、その単位格子毎にスイッチング素子であるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）４と画素電極２１とが形成されている。
【００３８】
また、アクティブマトリクス基板１においては、走査線１２、ゲート絶縁膜１４、信号線１８、接続電極１５、チャネル層１６、およびコンタクト層１７等によりＴＦＴ４が構成されており、蓄積容量線１３、ゲート絶縁膜１４、接続電極１５等により蓄積容量（Ｃｓ）５が構成されている。
【００３９】
尚、ここでは、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、走査線１２のうちＴＦＴ４を構成する部分をゲート電極１２ａ、信号線１８のうちＴＦＴ４を構成する部分をソース電極１８ａ、蓄積容量線１３のうち蓄積容量５を構成する部分を蓄積容量電極１３ａと呼ぶこととする。
【００４０】
また、本実施の形態１では、ゲート電極１２ａ、ソース電極１８ａ、蓄積容量電極１３ａが、それぞれ走査線１２、信号線１８、蓄積容量線１３の一部を兼用して構成される構成を例示しているが、ゲート電極１２ａ、ソース電極１８ａ、蓄積容量電極１３ａを、それぞれ走査線１２、信号線１８、蓄積容量線１３とは別に構成しても構わない。
【００４１】
ガラス基板１１は支持基板であり、ガラス基板１１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＃１７３７等）を用いることができる。走査線１２および信号線１８は、格子状に配列された電気配線（金属配線）であり、その各交点にはＴＦＴ４が形成されている。
【００４２】
ＴＦＴ４はスイッチング素子であり、そのソースおよびドレインのそれぞれは、信号線１８および接続電極１５に接続されている。つまり、信号線１８は、信号線としての直線部分と、ＴＦＴ４を構成するための延長部分（すなわち、ソース電極１８ａ）とを備えており、接続電極１５は、ＴＦＴ４のドレイン電極を構成しながらＴＦＴ４と蓄積容量５とをつなぐように設けられている。
【００４３】
ゲート絶縁膜１４には、ＳｉＮｘやＳｉＯｘ等が使用可能である。ゲート絶縁膜１４は、ゲート電極１２ａおよび蓄積容量電極１３ａを覆うように設けられており、ゲート電極１２ａ上に位置する部位がＴＦＴ４におけるゲート絶縁膜として作用し、蓄積容量電極１３ａ上に位置する部位は蓄積容量５における誘電体層として作用する。つまり、蓄積容量５は、ゲート電極２と同一層に形成された蓄積容量電極１３ａと接続電極１５との重畳領域によって形成されている。尚、ゲート絶縁膜１４としては、ＳｉＮｘやＳｉＯｘに限らず、ゲート電極１４ａおよび蓄積容量電極１３ａを陽極酸化した陽極酸化膜を併用することもできる。
【００４４】
また、チャネル層（ｉ層）１６はＴＦＴ４のチャネル部であり、ソース電極１８ａと接続電極１５とを結ぶ電流の通路となる。コンタクト層（ｎ＋層）１７は、チャネル層１６とソース電極１８ａとのコンタクト、およびチャネル層１６と接続電極１５とのコンタクトを図る。
【００４５】
絶縁保護膜１９は、信号線１８および接続電極１５上、つまり、ガラス基板１１上に、ほぼ全面（ほぼ全領域）にわたって形成されている。これにより、接続電極１５とソース電極１８ａとを保護すると共に、これらの電極の電気的な絶縁分離を図っている。また、絶縁保護膜１９は、その所定位置、つまり、接続電極１５において蓄積容量５を介して蓄積容量電極１３ａと対向している部分上に位置する部位に、コンタクトホール２２を有している。
【００４６】
絶縁保護膜１９の上方には、層間絶縁膜２０が設けられている。層間絶縁膜２０は１〜５μｍの厚みを有する透光性の樹脂からなり、ＴＦＴ４の平坦化を図っている。層間絶縁膜２０の上層、すなわちアクティブマトリクス基板１の最上層には、ＩＴＯやＡｌなどの導電膜からなる画素電極２１が設けられている。層間絶縁膜２０においても、絶縁保護膜１９と同一箇所にコンタクトホール２２が貫通しており、画素電極２１は該コンタクトホール２２を介して接続電極１５に接続されている。
【００４７】
さらに、画素電極２１上には、半導体膜２とバイアス電極３とがアクティブマトリクス基板１の略全面を覆うように形成されている。尚、半導体膜２の上層および／又は下層には、電荷ブロッキング層や緩衝層を設ける場合もあるが、本実施の形態１に係る電磁波検出器ではこれらの層を含めて半導体膜２と定義する。電荷ブロッキング層や緩衝層の例としては、ＡｓやＴｅを含有したＳｅ層、ハロゲンやアルカリ金属等を微量ドープしたＳｅ層、もしくはＳｂ２Ｓ３、ＣｅＯ２、ＣｄＳ等の高抵抗半導体層等が挙げられる。
【００４８】
バイアス電極３と蓄積容量電極１３ａとの間には、半導体膜２に対して電圧が印加できるように、図示しない電源が接続されている。これにより、蓄積容量５を介してバイアス電極３と画素電極２１との間に電界を発生させることができる。このとき、半導体膜２と蓄積容量５とは、電気的に直列に接続された構造になっているので、バイアス電極３にバイアス電圧を印加した状態で、Ｘ線等の電磁波の吸収によって半導体膜２内に電荷（電子−正孔対）が生成すると、生成した電子は＋電極側に、正孔は−電極側に移動する。その結果、蓄積容量５に電荷が蓄積される。
【００４９】
電磁波検出器全体において画素電極２１は１次元または２次元に複数配列されていると共に、該電磁波検出器は、画素電極２１に個別に接続された蓄積容量５と蓄積容量５に個別に接続されたＴＦＴ４とを複数備えている。これにより、１次元または２次元の電磁波情報を一旦蓄積容量５に蓄積し、ＴＦＴ４を順次走査していくことで、１次元または２次元の電荷情報を簡単に読み出すことができる。尚、上記電荷情報を読み出すために、各信号線１８の端部には電荷検出アンプが接続されている（図９参照）。
【００５０】
以上、本実施の形態に係る電磁波検出器の基本的な構造について説明してきたが、続いて上記電磁波検出器の特徴点について説明する。
【００５１】
本実施の形態に係る電磁波検出器では、特に、信号線１８および走査線１２の形状にその特徴を有するものである。例えば、上記電磁波検出器で用いる信号線１８は、図１（ｂ）に示すように、配線の略中央部に該配線の延設方向に沿った開口部１８１が設けられている。例えば、１３μｍの線幅の信号線に対して、３μｍの幅を有する開口部１８１がスリット状に設けられている。この開口部１８１は、信号線１８をパターニングする際に同時に形成されるもので、そこから光が透過できるようになっている。
【００５２】
さらに、上記電磁波検出器は、アクティブマトリクス基板１の裏面側（すなわち、アクティブマトリクス基板１に対する画素電極２１の形成側と反対側）に光源（例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などから構成される平面光源）を備えている。これは、従来技術の記載でも述べたように、アクティブマトリクス基板１の裏面側から光を照射し、その光を半導体膜２に当てることで、画素電極２１間の半導体膜２において発生するトラップ電荷を放出させ、電磁波検出器の特性を安定させるためである（Ｌａｇ（残像）や感度低下といった問題を抑制する）。
【００５３】
ここで、従来の構成では、画素電極間の隙間に光を照射するにあたって、画素電極間に配設される配線によって光が遮られ、上記隙間の半導体膜に効率よく光を照射できないといった問題があった。これに対し、本実施の形態に係る電磁波検出器の構成では、図１（ｂ）に示すように、信号線１８にスリット状の開口部１８１が設けられているので、信号線１８上の半導体膜２における電荷トラップ領域にも効率良く光を照射させることができる。したがって、本願の電磁波検出器では、Ｌａｇ（残像）や感度低下といった問題を実用上問題の無いレベルまで抑えることが可能になる。
【００５４】
尚、アクティブマトリクス基板１では、信号線１８と半導体膜２との間に、透光性を有する層間絶縁膜２０が介在する構成をとっている。ここでは、層間絶縁膜２０は１〜５μｍの厚みを有するものとする。この構成では、アクティブマトリクス基板１の裏面から照射された光が層間絶縁膜２０の内部を通過する際の光の回折によって、信号線１８の上部に光が回り込み易いといった効果も得られる。このため、本実施の形態に係る電磁波検出器では、信号線１８と半導体膜２との間に、層間絶縁膜２０を備えた構成が好ましいといえる。
【００５５】
但し、層間絶縁膜２０を備えず信号線１８と半導体膜２とが保護絶縁膜１９のみを介して近接している場合であっても、半導体膜２に入射した光はその内部で回折を生じる。また、半導体膜２内で生じるトラップ電荷は、アクティブマトリクス基板１と半導体膜２との界面以外に、半導体膜２内の該界面に近接した部分でも生じると考えられる。したがって、本願発明は、層間絶縁膜２０を備えないアクティブマトリクス基板１への適用を否定するものではない。
【００５６】
また、層間絶縁膜２０の厚みとしては、該厚みが１μｍ未満の場合は光の回折効果が急激に悪くなるために有用でなく、５μｍより厚い場合は厚みの制御（均一性）が困難になる、或いはコンタクトホールの形成が困難になるといったプロセス的な問題が生じるため好ましくない。
【００５７】
また、層間絶縁膜が介在することによる光の回折効果については、図３（ａ）に示すように、配線に開口部が形成されていない従来の構成においても相応の効果をもたらす。但し、本実施の形態に係る電磁波検出器は、信号線１８に開口部１８１を設けることによって、図３（ｂ）に示すように、回折光による半導体膜２への光の照射領域を広げており、これによって、実質的な配線幅を細くすることなく（すなわち、配線抵抗を増加させることなく）画素電極２１の隙間に効率良く光を照射することができるものである。
【００５８】
以上の説明においては、信号線１８において開口部１８１を設けた場合の構成について例示している。しかしながら、走査線１２においても開口部を設けることで信号線１８の場合と同様の効果が得られる。図４は、信号線１８に加えて走査線１２にも開口部１２１を設けた例を示す。これによって、縦方向および横方向の画素間電荷トラップを解消することが可能になる。
【００５９】
また、上記電磁波検出器においては、信号線１８および走査線１２のどちらか一方にのみ開口部を設ける構造であっても良い。但し、走査線１２と信号線１８との線幅が大きく異なる場合、太い線幅を有する配線の方に優先的に開口部を設けることが好ましい。
【００６０】
また、信号線１８や走査線１２が、金属膜だけでなく、金属膜と透明導電膜の積層膜（例えばＴａとＩＴＯの積層膜）から形成される場合には、金属膜と透明導電膜の両者に開口部を設けても良いし、金属膜にのみ開口部を設ける構成としても良い。また、上記の各例では、信号線１８と走査線１２との交差部には開口部を設けない図を示したが、該交差部にも開口部を延設させてもよい。
【００６１】
さらに、上述のように配線に開口部を設ける構成のアクティブマトリクス基板において、以下の変形例をとり得ることが可能である。
【００６２】
図５は、信号線１８にスリット状の開口部１８１を設けつつ、信号線１８と走査線１２の交差部において、信号線１８の線幅を狭くする構成をとっている。これによって、信号線１８と走査線１２との交差部の面積が小さくなり、信号線１８と走査線１２との間の配線容量（主に交差部に発生する寄生容量）を低減することができる。これにより、配線の時定数を小さくすることができるとともに、Ｓ／Ｎの優れた電磁波検出器を実現できる。尚、信号線１８から読み出される信号の雑音のゲインは、Ｃｄ／Ｃｆ（Ｃｄ：信号線の配線容量、Ｃｆ：電荷検出アンプのフィードバック容量）で表されるため、信号線の配線容量は、読出し信号のＳ／Ｎに直接作用する。
【００６３】
図６は、図５の構成に加えて、走査線１２にもスリット状の開口部１２１を設けつつ、信号線１８と走査線１２の交差部において、走査線１２の線幅をも狭くする構成を示す。これによって、縦方向と横方向の画素間電荷トラップを解消し、かつ、信号線１８と走査線１２との交差部の面積が小さくなり、信号線１８や走査線１２の配線容量を低減することができる。
【００６４】
さらに、図７では、図６の構成において信号線１８や走査線１２に形成する開口部を、複数の開口部から構成した例を示している。このように、配線上の領域における半導体膜に対しての光照射効率を向上させるものであれば、開口部の大きさ、形状、配置間隔等は、特に限定されるものではない。
【００６５】
また、本実施の形態に係る電磁波検出器では、光の回折を利用することで、配線に対して光の照射側と反対側に光を効率よく回り込ませ、半導体膜２への光照射効率を向上させている。このような光の回り込み効果をより向上させるために、図８に示すように、アクティブマトリクス基板１とその背後に設置された光源６との間に拡散板７を設ける構成とすることができる。
【００６６】
このように、拡散板７を配置することによって、アクティブマトリクス基板１に照射される光において、基板の法線方向に対し斜め方向に入射する光が増加する。そして、斜め方向に入射する光の増加と光の回折との相乗効果により、配線に対して光の照射側と反対側に光を効率よく回り込ませることができる。また、アクティブマトリクス基板１に照射される光を拡散光とすることで光強度の面内分布を均一にすることができる。尚、図８に示す構成において、拡散板７と光源６とが一体形成されていてもよい。
【００６７】
【発明の効果】
本発明のアクティブマトリクス基板は、以上のように、上記信号線及び／又は走査線に、開口部が形成されている構成である。
【００６８】
それゆえ、上記アクティブマトリクス基板を用いた電磁波検出器では、アクティブマトリクス基板の裏面に光源を設置する前提のもと、光源から発せられた光は、信号線や走査線の配線に設けられた開口部を通過する。そして、上記開口部を通過する光の回折により、配線に対して光の照射側と反対側にも光を回り込ませることができ、配線抵抗を上げることなく、電荷がトラップされている場所に効率良く光を照射することができるという効果を奏する。
【００６９】
また、上記アクティブマトリクス基板においては、上記開口部は、上記信号線及び／又は上記走査線の延伸方向に沿って設けられたスリットである構成とすることができる。
【００７０】
それゆえ、格子状に形成された画素電極同士の間隙に効率良く光を照射することができるという効果を奏する。
【００７１】
また、上記アクティブマトリクス基板においては、上記信号線及び／又は上記走査線は、上記信号線と上記走査線との交差部において線幅が細くなるように形成されている構成とすることができる。
【００７２】
それゆえ、信号線と走査線との交差部の面積が小さくなり、信号線と走査線との配線容量（主に交差部に発生する寄生容量）を低減することができ、Ｓ／Ｎの優れた電磁波検出器を実現できるという効果を奏する。
【００７３】
また、上記アクティブマトリクス基板においては、上記信号線及び／又は走査線と上記画素電極との間には、層間絶縁膜が介在している構成とすることができる。
【００７４】
それゆえ、光源から発せられた光は、配線の内部の開口部を通過した後、層間絶縁膜の内部を通過する間に、回折によって信号線や走査線の裏側により光が回り込み易くなり、電荷がトラップされている場所にさらに効率良く光を照射することができるという効果を奏する。
【００７５】
また、本発明の電磁波検出器は、以上のように、上記アクティブマトリクス基板と、上記アクティブマトリクス基板の上面に形成された半導体膜と、上記半導体膜の上面に形成されたバイアス電極とを備えており、上記アクティブマトリクス基板の上記半導体膜が形成された面とは反対の面側に、上記アクティブマトリクス基板を照射し得る光源を備えている構成である。
【００７６】
それゆえ、アクティブマトリクス基板において配線に開口部を持たない従来構成に比べ、実質的な配線幅が同じであっても、配線の裏側にある半導体膜に効率よく光を照射することができ、配線抵抗を上げることなく、電荷がトラップされている場所に効率良く光を照射することができるという効果を奏する。
【００７７】
また、上記電磁波検出器においては、上記アクティブマトリクス基板と上記光源との間に、上記光源からの照射光を拡散光に変換する拡散手段を備えている構成とすることができる。
【００７８】
それゆえ、光源から発せられた光がアクティブマトリクス基板への入射前に拡散手段によって拡散され、斜め方向への入射光が生成される。これにより、信号線や走査線の上部に光が回り込み易くなり、半導体膜において電荷がトラップされている場所にさらに効率良く光を照射することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであり、図１（ａ）は電磁波検出器の１画素単位の構造を示す断面図、図１（ｂ）はその平面図である。
【図２】図２（ａ）は走査線とゲート電極との形状を示す平面図、図２（ｂ）は信号線とソース電極との形状を示す平面図、図２（ｃ）は電荷容量線と電荷容量電極との形状を示す平面図である。
【図３】図３（ａ）は従来のアクティブマトリクス基板の構造における半導体膜への光照射領域を示す図であり、図３（ｂ）は本発明のアクティブマトリクス基板の構造における半導体膜への光照射領域を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示すものであり、電磁波検出器の１画素単位の構造を示す平面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態を示すものであり、電磁波検出器の１画素単位の構造を示す平面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態を示すものであり、電磁波検出器の１画素単位の構造を示す平面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態を示すものであり、電磁波検出器の１画素単位の構造を示す平面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態を示すものであり、光源とアクティブマトリクス基板との間に拡散板を設けた電磁波検出器の構造を示す断面図である。
【図９】電磁波検出器の検出原理を示す図である。
【図１０】従来の電磁波検出器を示すものであり、図１０（ａ）は電磁波検出器の１画素単位の構造を示す断面図、図１０（ｂ）はその平面図である。
【図１１】電磁波検出器において、隣接する画素収集電極間における間隙を示す平面図である。
【図１２】従来の電磁波検出器において、アクティブマトリクス基板の裏面に光源を配置する場合の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ アクティブマトリクス基板
２ 半導体膜
３ バイアス電極
４ ＴＦＴ（スイッチング素子）
５ 蓄積容量
６ 光源
７ 拡散板（拡散手段）
１１ ガラス基板（基板）
１２ 走査線
１８ 信号線
２０ 層間絶縁膜
２１ 画素電極
１２１・１８１ 開口部
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線等の放射線、可視光、赤外線等の電磁波による画像を検出できる電磁波検出器に関し、特にアクティブマトリクス基板を読み出し回路基板に用いた電磁波検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電磁波検出器の一種として、例えば、Ｘ線等の電磁波を感知して電荷（電子−正孔対）を発生する半導体膜、すなわち電磁波導電性（光導電性とも呼ぶ）を有する半導体膜と、該半導体膜中で生成された電荷を収集する電荷収集電極とを行方向および列方向の二次元状に配置するとともに、画素毎にスイッチング素子を設けて、各行毎にスイッチング素子を順次オンにして各列毎に上記電荷を読み出す二次元の電磁波検出器が知られている。
【０００３】
上記二次元の電磁波検出器は、例えば、下記の非特許文献１等にその構造や原理が解説されている。上記非特許文献１に記載されている従来の電磁波検出器の構成および原理について以下に簡単に説明する。
【０００４】
図９は、電磁波検出器の検出原理を示す断面図である。電磁波検出器は、例えばａ−Ｓｅに代表される電磁波導電性を示す半導体膜１０１を備え、該半導体膜１０１の上層にバイアス電極１０２が、下層に電荷収集電極１０３が形成されている。電荷収集電極１０３は、蓄積容量（Ｃｓ）１０４に接続されており、蓄積容量１０４はＦＥＴ（ＴＦＴ）などのスイッチング素子１０５を介して電荷検出アンプ１０６に接続されている。
【０００５】
このような電磁波検出器にＸ線等の電磁波が入射すると、半導体膜１０１内で電荷（電子−正孔対）が発生する。この時、バイアス電極１０２と電荷収集電極１０３との間に印加されるバイアス電圧により、半導体膜１０１で発生した電子は＋電極側に、正孔は−電極側に移動し、その結果、蓄積容量１０４に電荷が蓄積される仕組みになっている。蓄積容量１０４に蓄積された電荷は、スイッチング素子１０５をオンにすることで電荷検出アンプ１０６に取り出される。こうして、電荷検出アンプ１０６により検出された電荷量から、半導体膜１０１に入射した電磁波の強度を検知することができる。
【０００６】
また、このような電磁波検出器の構成要素（電荷収集電極、蓄積容量、スイッチング素子）を二次元状にマトリクス配置し、線順次に電荷を読み出していくことで、検出対象である電磁波の二次元情報を得ることが可能となる。ここで、二次元のマトリクスアレイとしては、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング素子として使用したアクティブマトリクスアレイを用いることができる。
【０００７】
図１０（ａ）は、スイッチング素子１０５、蓄積容量１０４、電荷収集電極１０３、およびそれらを駆動するための配線（走査線（ゲート配線）１０７、信号線（ソース配線）１０８等：図７（ｂ）参照）を備えたアクティブマトリクスアレイ１１０と、その上に設けられた半導体膜１０１と、さらにその上に設けられたバイアス電極１０２によって構成される電磁波検出器の断面構造（１画素分）を示すものである。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示するアクティブマトリクスアレイを上側から見た平面図であり、１画素当たりのレイアウトを示すものである。
【０００８】
ところで、上述の電磁波検出器において、電荷収集電極１０３はその上の半導体膜１０１にて発生した電荷を収集する役割を果たすが、隣接する電荷収集電極１０３同士の間隙には電荷がトラップされやすいことが知られている。
【０００９】
ここで、電荷収集電極同士の間隙とは、図１１に示される模式図において矢印の部分を指す。また、電荷トラップ発生のメカニズムについては、例えば、非特許文献２で説明されている。この電荷トラップは、アクティブマトリクス基板１１０と半導体膜１０１の界面や、半導体膜１０１内の該界面に近接した部分で生じやすいと考えられる。電荷収集電極１０３間に過剰に電荷がトラップされると、画像を撮像する際に、残像や感度低下などの悪影響を与える。
【００１０】
このようなトラップ電荷に対しては、該トラップ電荷を発生する半導体膜１０１の領域に光を照射してトラップ電荷を解消する方法が、例えば特許文献１に開示されている。このため、例えば図１２に示すように、アクティブマトリクス基板１１０の裏面に光源１０９を設置し、アクティブマトリクス基板１１０を介して半導体膜１０１に光を照射することで、上述のトラップ電荷を減少させることができる。
【００１１】
【非特許文献１】
Ｓ． Ｏ． Ｋａｓａｐ， Ｊ． Ａ． Ｒｏｗｌａｎｄｓ， “Ｄｉｒｅｃｔ−Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｆｌａｔ−Ｐａｎｅｌ Ｘ−Ｒａｙ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ｆｏｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ， 米国， Ａｐｒｉｌ， ２００２， Ｖｏｌ． ９０， Ｎｏ． ４， ｐｐ．５９１−６０４」
【００１２】
【非特許文献２】
Ｗ． Ｚｈａｏ， Ｇ． ＤｅＣｒｅｓｃｅｎｚｏ， Ｊ． Ａ． Ｒｏｗｌａｎｄｓ， ”Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｇ ａｎｄ ｇｈｏｓｔｉｎｇ ｉｎ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｅｌｅｎｉｕｍ ｆｌａｔ−ｐａｎｅｌ ｘ−ｒａｙ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ， 米国， Ｍａｙ， ２００２， Ｖｏｌ． ４６８２， ｐｐ． ９−２０」
【００１３】
【特許文献１】
特開平９−９１５３号公報（公開日１９９７年１月１０日）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成では、隣接する電荷収集電極１０３の間には、図１１に示すように、金属膜によって形成された信号線１０８や走査線１０７が存在する。尚、電磁波検出器において、上述のように走査線および信号線の各配線と電荷収集電極とが平面的に重畳しない設計とすることは、各配線のそれぞれにおける時定数（配線抵抗値×配線容量）をできるだけ小さくし、高い周波数で精度良く電気信号を伝送する能力を得るために有用な構成である。
【００１５】
ところが、隣接する電荷収集電極１０３の間に金属膜によって形成された配線が存在する構成では、アクティブマトリクス基板１１０の裏面から半導体膜１０１に光を照射し、電荷トラップを解消する方法を採用する場合に以下のような問題が生じる。すなわち、これらの配線が配設された領域については、配線によって照射光が遮られるため、電荷がトラップされている領域に効率良く光を照射することができず、電荷トラップの発生を十分に抑制できないといった問題がある。
【００１６】
もちろん、信号線１０８や走査線１０７の線幅を狭くすることで、配線によって遮光される面積を小さくする方法も考えられるが、これらの配線はそこを流れる電気信号の遅延を抑え、かつＳ／Ｎの優れた画像信号を検出する必要があることから配線抵抗の低減が求められ、線幅を細くするにも限界があった。
【００１７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、電荷収集電極の隙間に効率良く光を照射してトラップ電荷を解消することのできるデバイス構造を有したアクティブマトリクス基板および電磁波検出器を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のアクティブマトリクス基板は、上記の課題を解決するために、基板上に、信号線、走査線が格子状に配設され、単位格子毎にスイッチング素子と画素電極が形成されたアクティブマトリクス基板において、上記信号線及び／又は走査線に、開口部が形成されていることを特徴としている。
【００１９】
上記アクティブマトリクス基板を用いた電磁波検出器では、該アクティブマトリクス基板上に半導体膜およびバイアス電極が形成される。このような電磁波検出器において、アクティブマトリクス基板における画素電極はその上の半導体膜にて発生した電荷を収集する役割を果たすが、隣接する画素電極同士の間隙には電荷がトラップされやすい。
【００２０】
そして、上記アクティブマトリクス基板を用いた電磁波検出器では、このトラップ電荷の発生を解消するために、アクティブマトリクス基板の裏面に光源を設置し、該アクティブマトリクス基板を介して半導体膜に光を照射する構成を取ることが前提とされる。
【００２１】
このような前提のもと、上記の構成によれば、光源から発せられた光は、信号線や走査線の配線に設けられた開口部を通過する。そして、上記開口部を通過する光の回折により、配線に対して光の照射側と反対側にも光を回り込ませることができる。
【００２２】
これにより、配線に開口部を持たない従来構成に比べ、実質的な配線幅が同じであっても、配線の裏側にある半導体膜に効率よく光を照射することができ、配線抵抗を上げることなく、電荷がトラップされている場所に効率良く光を照射することができる。
【００２３】
また、上記アクティブマトリクス基板においては、上記開口部は、上記信号線及び／又は上記走査線の延伸方向に沿って設けられたスリットである構成とすることができる。
【００２４】
上記の構成によれば、格子状に形成された画素電極同士の間隙に効率良く光を照射することができる。
【００２５】
また、上記アクティブマトリクス基板においては、上記信号線及び／又は上記走査線は、上記信号線と上記走査線との交差部において線幅が細くなるように形成されている構成とすることができる。
【００２６】
上記の構成によれば、信号線と走査線との交差部の面積が小さくなり、信号線と走査線との配線容量（主に交差部に発生する寄生容量）を低減することができる。これにより、配線の時定数を小さくすることができ、Ｓ／Ｎの優れた電磁波検出器を実現できる。
【００２７】
また、上記アクティブマトリクス基板においては、上記信号線及び／又は走査線と上記画素電極との間には、層間絶縁膜が介在している構成とすることができる。
【００２８】
上記の構成によれば、光源から発せられた光は、配線の内部の開口部を通過した後、層間絶縁膜の内部を通過する間に、回折によって信号線や走査線の裏側により光が回り込み易くなるといった効果をもたらす。これにより、電荷がトラップされている場所にさらに効率良く光を照射することができる。
【００２９】
また、本発明の電磁波検出器は、上記の課題を解決するために、上記アクティブマトリクス基板と、上記アクティブマトリクス基板の上面に形成された半導体膜と、上記半導体膜の上面に形成されたバイアス電極とを備えており、上記アクティブマトリクス基板の上記半導体膜が形成された面とは反対の面側に、上記アクティブマトリクス基板を照射し得る光源を備えている構成である。
【００３０】
上記の構成によれば、アクティブマトリクス基板において配線に開口部を持たない従来構成に比べ、実質的な配線幅が同じであっても、配線の裏側にある半導体膜に効率よく光を照射することができ、配線抵抗を上げることなく、電荷がトラップされている場所に効率良く光を照射することができる。
【００３１】
また、上記電磁波検出器においては、上記アクティブマトリクス基板と上記光源との間に、上記光源からの照射光を拡散光に変換する拡散手段を備えている構成とすることができる。
【００３２】
上記の構成によれば、光源から発せられた光がアクティブマトリクス基板への入射前に拡散手段によって拡散され、斜め方向への入射光が生成される。これにより、信号線や走査線の上部に光が回り込み易いといった効果をもたらし、半導体膜において電荷がトラップされている場所にさらに効率良く光を照射することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１ないし図８に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、以下の説明においては、検出される画像の１画素分に相当する電磁波検出素子を複数備えており、それが２次元に配列されたものを電磁波検出器とする。
【００３４】
図１（ａ）は、上記電磁波検出器の１画素単位の構造を示す断面図、図１（ｂ）はその平面図である。図１（ａ）および（ｂ）に示す１画素のサイズは、０．１ｍｍ×０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ×０．３ｍｍ程度であり、電磁波検出器全体としてはこの画素（電磁波検出器）がＸＹマトリクス状に５００×５００〜３０００×３０００画素程度配列されたものが一般的である。サイズとしては、Ｘ線の胸部撮影を想定すると、１７”×１７”程度のものが要求される。
【００３５】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、上記電磁波検出器は、アクティブマトリクス基板１上に、電磁波導電性を有する半導体膜２、および図示しない電源に接続されたバイアス電極（共通電極）３が順次形成されている。半導体膜２は、Ｘ線などの電磁波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、半導体膜２は電磁波導電性を有し、Ｘ線などの電磁波画像情報を電荷情報に変換するためのものである。
【００３６】
また、半導体膜２は、例えば、セレンを主成分とする（５０％以上の含有率を有する）非晶質のａ−Ｓｅ（アモルファスセレン）からなる。この他に、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２、ＧａＡｓ、Ｓｉなどを半導体膜２として使用することもできる。
【００３７】
以下に、アクティブマトリクス基板１について詳しく説明する。アクティブマトリクス基板１は、ガラス基板１１、走査線（ゲート電極）１２、蓄積容量線（蓄積容量電極）１３、ゲート絶縁膜１４、接続電極１５、チャネル層１６、コンタクト層１７、信号線（ソース電極）１８、絶縁保護膜１９、層間絶縁膜２０、画素電極（電荷収集電極）２１とを有している。アクティブマトリクス基板１では、ガラス基板１１上に信号線１８および走査線１２が格子状に配設され、その単位格子毎にスイッチング素子であるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）４と画素電極２１とが形成されている。
【００３８】
また、アクティブマトリクス基板１においては、走査線１２、ゲート絶縁膜１４、信号線１８、接続電極１５、チャネル層１６、およびコンタクト層１７等によりＴＦＴ４が構成されており、蓄積容量線１３、ゲート絶縁膜１４、接続電極１５等により蓄積容量（Ｃｓ）５が構成されている。
【００３９】
尚、ここでは、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、走査線１２のうちＴＦＴ４を構成する部分をゲート電極１２ａ、信号線１８のうちＴＦＴ４を構成する部分をソース電極１８ａ、蓄積容量線１３のうち蓄積容量５を構成する部分を蓄積容量電極１３ａと呼ぶこととする。
【００４０】
また、本実施の形態１では、ゲート電極１２ａ、ソース電極１８ａ、蓄積容量電極１３ａが、それぞれ走査線１２、信号線１８、蓄積容量線１３の一部を兼用して構成される構成を例示しているが、ゲート電極１２ａ、ソース電極１８ａ、蓄積容量電極１３ａを、それぞれ走査線１２、信号線１８、蓄積容量線１３とは別に構成しても構わない。
【００４１】
ガラス基板１１は支持基板であり、ガラス基板１１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＃１７３７等）を用いることができる。走査線１２および信号線１８は、格子状に配列された電気配線（金属配線）であり、その各交点にはＴＦＴ４が形成されている。
【００４２】
ＴＦＴ４はスイッチング素子であり、そのソースおよびドレインのそれぞれは、信号線１８および接続電極１５に接続されている。つまり、信号線１８は、信号線としての直線部分と、ＴＦＴ４を構成するための延長部分（すなわち、ソース電極１８ａ）とを備えており、接続電極１５は、ＴＦＴ４のドレイン電極を構成しながらＴＦＴ４と蓄積容量５とをつなぐように設けられている。
【００４３】
ゲート絶縁膜１４には、ＳｉＮｘやＳｉＯｘ等が使用可能である。ゲート絶縁膜１４は、ゲート電極１２ａおよび蓄積容量電極１３ａを覆うように設けられており、ゲート電極１２ａ上に位置する部位がＴＦＴ４におけるゲート絶縁膜として作用し、蓄積容量電極１３ａ上に位置する部位は蓄積容量５における誘電体層として作用する。つまり、蓄積容量５は、ゲート電極２と同一層に形成された蓄積容量電極１３ａと接続電極１５との重畳領域によって形成されている。尚、ゲート絶縁膜１４としては、ＳｉＮｘやＳｉＯｘに限らず、ゲート電極１４ａおよび蓄積容量電極１３ａを陽極酸化した陽極酸化膜を併用することもできる。
【００４４】
また、チャネル層（ｉ層）１６はＴＦＴ４のチャネル部であり、ソース電極１８ａと接続電極１５とを結ぶ電流の通路となる。コンタクト層（ｎ＋層）１７は、チャネル層１６とソース電極１８ａとのコンタクト、およびチャネル層１６と接続電極１５とのコンタクトを図る。
【００４５】
絶縁保護膜１９は、信号線１８および接続電極１５上、つまり、ガラス基板１１上に、ほぼ全面（ほぼ全領域）にわたって形成されている。これにより、接続電極１５とソース電極１８ａとを保護すると共に、これらの電極の電気的な絶縁分離を図っている。また、絶縁保護膜１９は、その所定位置、つまり、接続電極１５において蓄積容量５を介して蓄積容量電極１３ａと対向している部分上に位置する部位に、コンタクトホール２２を有している。
【００４６】
絶縁保護膜１９の上方には、層間絶縁膜２０が設けられている。層間絶縁膜２０は１〜５μｍの厚みを有する透光性の樹脂からなり、ＴＦＴ４の平坦化を図っている。層間絶縁膜２０の上層、すなわちアクティブマトリクス基板１の最上層には、ＩＴＯやＡｌなどの導電膜からなる画素電極２１が設けられている。層間絶縁膜２０においても、絶縁保護膜１９と同一箇所にコンタクトホール２２が貫通しており、画素電極２１は該コンタクトホール２２を介して接続電極１５に接続されている。
【００４７】
さらに、画素電極２１上には、半導体膜２とバイアス電極３とがアクティブマトリクス基板１の略全面を覆うように形成されている。尚、半導体膜２の上層および／又は下層には、電荷ブロッキング層や緩衝層を設ける場合もあるが、本実施の形態１に係る電磁波検出器ではこれらの層を含めて半導体膜２と定義する。電荷ブロッキング層や緩衝層の例としては、ＡｓやＴｅを含有したＳｅ層、ハロゲンやアルカリ金属等を微量ドープしたＳｅ層、もしくはＳｂ２Ｓ３、ＣｅＯ２、ＣｄＳ等の高抵抗半導体層等が挙げられる。
【００４８】
バイアス電極３と蓄積容量電極１３ａとの間には、半導体膜２に対して電圧が印加できるように、図示しない電源が接続されている。これにより、蓄積容量５を介してバイアス電極３と画素電極２１との間に電界を発生させることができる。このとき、半導体膜２と蓄積容量５とは、電気的に直列に接続された構造になっているので、バイアス電極３にバイアス電圧を印加した状態で、Ｘ線等の電磁波の吸収によって半導体膜２内に電荷（電子−正孔対）が生成すると、生成した電子は＋電極側に、正孔は−電極側に移動する。その結果、蓄積容量５に電荷が蓄積される。
【００４９】
電磁波検出器全体において画素電極２１は１次元または２次元に複数配列されていると共に、該電磁波検出器は、画素電極２１に個別に接続された蓄積容量５と蓄積容量５に個別に接続されたＴＦＴ４とを複数備えている。これにより、１次元または２次元の電磁波情報を一旦蓄積容量５に蓄積し、ＴＦＴ４を順次走査していくことで、１次元または２次元の電荷情報を簡単に読み出すことができる。尚、上記電荷情報を読み出すために、各信号線１８の端部には電荷検出アンプが接続されている（図９参照）。
【００５０】
以上、本実施の形態に係る電磁波検出器の基本的な構造について説明してきたが、続いて上記電磁波検出器の特徴点について説明する。
【００５１】
本実施の形態に係る電磁波検出器では、特に、信号線１８および走査線１２の形状にその特徴を有するものである。例えば、上記電磁波検出器で用いる信号線１８は、図１（ｂ）に示すように、配線の略中央部に該配線の延設方向に沿った開口部１８１が設けられている。例えば、１３μｍの線幅の信号線に対して、３μｍの幅を有する開口部１８１がスリット状に設けられている。この開口部１８１は、信号線１８をパターニングする際に同時に形成されるもので、そこから光が透過できるようになっている。
【００５２】
さらに、上記電磁波検出器は、アクティブマトリクス基板１の裏面側（すなわち、アクティブマトリクス基板１に対する画素電極２１の形成側と反対側）に光源（例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などから構成される平面光源）を備えている。これは、従来技術の記載でも述べたように、アクティブマトリクス基板１の裏面側から光を照射し、その光を半導体膜２に当てることで、画素電極２１間の半導体膜２において発生するトラップ電荷を放出させ、電磁波検出器の特性を安定させるためである（Ｌａｇ（残像）や感度低下といった問題を抑制する）。
【００５３】
ここで、従来の構成では、画素電極間の隙間に光を照射するにあたって、画素電極間に配設される配線によって光が遮られ、上記隙間の半導体膜に効率よく光を照射できないといった問題があった。これに対し、本実施の形態に係る電磁波検出器の構成では、図１（ｂ）に示すように、信号線１８にスリット状の開口部１８１が設けられているので、信号線１８上の半導体膜２における電荷トラップ領域にも効率良く光を照射させることができる。したがって、本願の電磁波検出器では、Ｌａｇ（残像）や感度低下といった問題を実用上問題の無いレベルまで抑えることが可能になる。
【００５４】
尚、アクティブマトリクス基板１では、信号線１８と半導体膜２との間に、透光性を有する層間絶縁膜２０が介在する構成をとっている。ここでは、層間絶縁膜２０は１〜５μｍの厚みを有するものとする。この構成では、アクティブマトリクス基板１の裏面から照射された光が層間絶縁膜２０の内部を通過する際の光の回折によって、信号線１８の上部に光が回り込み易いといった効果も得られる。このため、本実施の形態に係る電磁波検出器では、信号線１８と半導体膜２との間に、層間絶縁膜２０を備えた構成が好ましいといえる。
【００５５】
但し、層間絶縁膜２０を備えず信号線１８と半導体膜２とが保護絶縁膜１９のみを介して近接している場合であっても、半導体膜２に入射した光はその内部で回折を生じる。また、半導体膜２内で生じるトラップ電荷は、アクティブマトリクス基板１と半導体膜２との界面以外に、半導体膜２内の該界面に近接した部分でも生じると考えられる。したがって、本願発明は、層間絶縁膜２０を備えないアクティブマトリクス基板１への適用を否定するものではない。
【００５６】
また、層間絶縁膜２０の厚みとしては、該厚みが１μｍ未満の場合は光の回折効果が急激に悪くなるために有用でなく、５μｍより厚い場合は厚みの制御（均一性）が困難になる、或いはコンタクトホールの形成が困難になるといったプロセス的な問題が生じるため好ましくない。
【００５７】
また、層間絶縁膜が介在することによる光の回折効果については、図３（ａ）に示すように、配線に開口部が形成されていない従来の構成においても相応の効果をもたらす。但し、本実施の形態に係る電磁波検出器は、信号線１８に開口部１８１を設けることによって、図３（ｂ）に示すように、回折光による半導体膜２への光の照射領域を広げており、これによって、実質的な配線幅を細くすることなく（すなわち、配線抵抗を増加させることなく）画素電極２１の隙間に効率良く光を照射することができるものである。
【００５８】
以上の説明においては、信号線１８において開口部１８１を設けた場合の構成について例示している。しかしながら、走査線１２においても開口部を設けることで信号線１８の場合と同様の効果が得られる。図４は、信号線１８に加えて走査線１２にも開口部１２１を設けた例を示す。これによって、縦方向および横方向の画素間電荷トラップを解消することが可能になる。
【００５９】
また、上記電磁波検出器においては、信号線１８および走査線１２のどちらか一方にのみ開口部を設ける構造であっても良い。但し、走査線１２と信号線１８との線幅が大きく異なる場合、太い線幅を有する配線の方に優先的に開口部を設けることが好ましい。
【００６０】
また、信号線１８や走査線１２が、金属膜だけでなく、金属膜と透明導電膜の積層膜（例えばＴａとＩＴＯの積層膜）から形成される場合には、金属膜と透明導電膜の両者に開口部を設けても良いし、金属膜にのみ開口部を設ける構成としても良い。また、上記の各例では、信号線１８と走査線１２との交差部には開口部を設けない図を示したが、該交差部にも開口部を延設させてもよい。
【００６１】
さらに、上述のように配線に開口部を設ける構成のアクティブマトリクス基板において、以下の変形例をとり得ることが可能である。
【００６２】
図５は、信号線１８にスリット状の開口部１８１を設けつつ、信号線１８と走査線１２の交差部において、信号線１８の線幅を狭くする構成をとっている。これによって、信号線１８と走査線１２との交差部の面積が小さくなり、信号線１８と走査線１２との間の配線容量（主に交差部に発生する寄生容量）を低減することができる。これにより、配線の時定数を小さくすることができるとともに、Ｓ／Ｎの優れた電磁波検出器を実現できる。尚、信号線１８から読み出される信号の雑音のゲインは、Ｃｄ／Ｃｆ（Ｃｄ：信号線の配線容量、Ｃｆ：電荷検出アンプのフィードバック容量）で表されるため、信号線の配線容量は、読出し信号のＳ／Ｎに直接作用する。
【００６３】
図６は、図５の構成に加えて、走査線１２にもスリット状の開口部１２１を設けつつ、信号線１８と走査線１２の交差部において、走査線１２の線幅をも狭くする構成を示す。これによって、縦方向と横方向の画素間電荷トラップを解消し、かつ、信号線１８と走査線１２との交差部の面積が小さくなり、信号線１８や走査線１２の配線容量を低減することができる。
【００６４】
さらに、図７では、図６の構成において信号線１８や走査線１２に形成する開口部を、複数の開口部から構成した例を示している。このように、配線上の領域における半導体膜に対しての光照射効率を向上させるものであれば、開口部の大きさ、形状、配置間隔等は、特に限定されるものではない。
【００６５】
また、本実施の形態に係る電磁波検出器では、光の回折を利用することで、配線に対して光の照射側と反対側に光を効率よく回り込ませ、半導体膜２への光照射効率を向上させている。このような光の回り込み効果をより向上させるために、図８に示すように、アクティブマトリクス基板１とその背後に設置された光源６との間に拡散板７を設ける構成とすることができる。
【００６６】
このように、拡散板７を配置することによって、アクティブマトリクス基板１に照射される光において、基板の法線方向に対し斜め方向に入射する光が増加する。そして、斜め方向に入射する光の増加と光の回折との相乗効果により、配線に対して光の照射側と反対側に光を効率よく回り込ませることができる。また、アクティブマトリクス基板１に照射される光を拡散光とすることで光強度の面内分布を均一にすることができる。尚、図８に示す構成において、拡散板７と光源６とが一体形成されていてもよい。
【００６７】
【発明の効果】
本発明のアクティブマトリクス基板は、以上のように、上記信号線及び／又は走査線に、開口部が形成されている構成である。
【００６８】
それゆえ、上記アクティブマトリクス基板を用いた電磁波検出器では、アクティブマトリクス基板の裏面に光源を設置する前提のもと、光源から発せられた光は、信号線や走査線の配線に設けられた開口部を通過する。そして、上記開口部を通過する光の回折により、配線に対して光の照射側と反対側にも光を回り込ませることができ、配線抵抗を上げることなく、電荷がトラップされている場所に効率良く光を照射することができるという効果を奏する。
【００６９】
また、上記アクティブマトリクス基板においては、上記開口部は、上記信号線及び／又は上記走査線の延伸方向に沿って設けられたスリットである構成とすることができる。
【００７０】
それゆえ、格子状に形成された画素電極同士の間隙に効率良く光を照射することができるという効果を奏する。
【００７１】
また、上記アクティブマトリクス基板においては、上記信号線及び／又は上記走査線は、上記信号線と上記走査線との交差部において線幅が細くなるように形成されている構成とすることができる。
【００７２】
それゆえ、信号線と走査線との交差部の面積が小さくなり、信号線と走査線との配線容量（主に交差部に発生する寄生容量）を低減することができ、Ｓ／Ｎの優れた電磁波検出器を実現できるという効果を奏する。
【００７３】
また、上記アクティブマトリクス基板においては、上記信号線及び／又は走査線と上記画素電極との間には、層間絶縁膜が介在している構成とすることができる。
【００７４】
それゆえ、光源から発せられた光は、配線の内部の開口部を通過した後、層間絶縁膜の内部を通過する間に、回折によって信号線や走査線の裏側により光が回り込み易くなり、電荷がトラップされている場所にさらに効率良く光を照射することができるという効果を奏する。
【００７５】
また、本発明の電磁波検出器は、以上のように、上記アクティブマトリクス基板と、上記アクティブマトリクス基板の上面に形成された半導体膜と、上記半導体膜の上面に形成されたバイアス電極とを備えており、上記アクティブマトリクス基板の上記半導体膜が形成された面とは反対の面側に、上記アクティブマトリクス基板を照射し得る光源を備えている構成である。
【００７６】
それゆえ、アクティブマトリクス基板において配線に開口部を持たない従来構成に比べ、実質的な配線幅が同じであっても、配線の裏側にある半導体膜に効率よく光を照射することができ、配線抵抗を上げることなく、電荷がトラップされている場所に効率良く光を照射することができるという効果を奏する。
【００７７】
また、上記電磁波検出器においては、上記アクティブマトリクス基板と上記光源との間に、上記光源からの照射光を拡散光に変換する拡散手段を備えている構成とすることができる。
【００７８】
それゆえ、光源から発せられた光がアクティブマトリクス基板への入射前に拡散手段によって拡散され、斜め方向への入射光が生成される。これにより、信号線や走査線の上部に光が回り込み易くなり、半導体膜において電荷がトラップされている場所にさらに効率良く光を照射することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであり、図１（ａ）は電磁波検出器の１画素単位の構造を示す断面図、図１（ｂ）はその平面図である。
【図２】図２（ａ）は走査線とゲート電極との形状を示す平面図、図２（ｂ）は信号線とソース電極との形状を示す平面図、図２（ｃ）は電荷容量線と電荷容量電極との形状を示す平面図である。
【図３】図３（ａ）は従来のアクティブマトリクス基板の構造における半導体膜への光照射領域を示す図であり、図３（ｂ）は本発明のアクティブマトリクス基板の構造における半導体膜への光照射領域を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示すものであり、電磁波検出器の１画素単位の構造を示す平面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態を示すものであり、電磁波検出器の１画素単位の構造を示す平面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態を示すものであり、電磁波検出器の１画素単位の構造を示す平面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態を示すものであり、電磁波検出器の１画素単位の構造を示す平面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態を示すものであり、光源とアクティブマトリクス基板との間に拡散板を設けた電磁波検出器の構造を示す断面図である。
【図９】電磁波検出器の検出原理を示す図である。
【図１０】従来の電磁波検出器を示すものであり、図１０（ａ）は電磁波検出器の１画素単位の構造を示す断面図、図１０（ｂ）はその平面図である。
【図１１】電磁波検出器において、隣接する画素収集電極間における間隙を示す平面図である。
【図１２】従来の電磁波検出器において、アクティブマトリクス基板の裏面に光源を配置する場合の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ アクティブマトリクス基板
２ 半導体膜
３ バイアス電極
４ ＴＦＴ（スイッチング素子）
５ 蓄積容量
６ 光源
７ 拡散板（拡散手段）
１１ ガラス基板（基板）
１２ 走査線
１８ 信号線
２０ 層間絶縁膜
２１ 画素電極
１２１・１８１ 開口部
Claims (6)
- 基板上に、信号線、走査線が格子状に配設され、単位格子毎にスイッチング素子と画素電極が形成されたアクティブマトリクス基板において、
上記信号線及び／又は走査線に、開口部が形成されていることを特徴とするアクティブマトリクス基板。 - 上記開口部は、上記信号線及び／又は上記走査線の延伸方向に沿って設けられたスリットであることを特徴とする請求項１に記載のアクティブマトリクス基板。
- 上記信号線及び／又は上記走査線は、上記信号線と上記走査線との交差部において線幅が細くなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアクティブマトリクス基板。
- 上記信号線及び／又は走査線と上記画素電極との間には、層間絶縁膜が介在していることを特徴とする請求項１に記載のアクティブマトリクス基板。
- 請求項１ないし４の何れかに記載のアクティブマトリクス基板と、
上記アクティブマトリクス基板の上面に形成された半導体膜と、
上記半導体膜の上面に形成されたバイアス電極とを備えており、
上記アクティブマトリクス基板の上記半導体膜が形成された面とは反対の面側に、上記アクティブマトリクス基板を照射し得る光源を備えていることを特徴とする電磁波検出器。 - 上記アクティブマトリクス基板と上記光源との間に、上記光源からの照射光を拡散光に変換する拡散手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載の電磁波検出器。
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