JP2008098391A - 放射線画像検出器 - Google Patents

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Abstract

【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、上記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多数の走査線と多数のデータ線とを備えた検出層とが積層され、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その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とともに、TFTスイッチのアレイが上下に2分割されて駆動されデータ線が上下に2分割された放射線画像検出器において、分割境界部の画素についても蓄積容量を構成し、分割境界部の画像段差を目立たなくする。
【解決手段】TFTスイッチ3のアレイの上下の分割境界部に、分割境界部に配置された画素の蓄積容量4を構成するダミー配線30を設ける。
【選択図】図3

Description

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に関するものである。
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。
まず、図10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。
従来の放射線画像検出器は、図10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22が順次形成されている。上部電極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。
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。
図10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。
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。
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11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。
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。
そこで、図3に示すように、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を、上記TFTスイッチ3に隣接するTFTスイッチに接続される走査線1に絶縁膜を介して重畳することで蓄積容量4を構成し、蓄積容量配線の配置が不要となる画素のレイアウトが考えられる。上記のような画素レイアウトとすることにより走査線間隔を拡大することができ、たとえば、画素ピッチ50μm、走査線の幅12μmの場合には、走査線間隔を38μmとすることができ、配線間リークの発生を防止できる。
一方、上記のようなTFTアレイ型放射線画像検出器は、高精細化およびサイズの大型化とともに画素数が増え、その結果、電気ノイズも増加する。そのため、大型の放射線画像検出器では、データ線をTFTスイッチアレイの中央部で2分割し、TFTスイッチアレイの上下にアンプICを接続する上下分割方式が採用されている。
特開2002−369078号公報
しかしながら、図3で示した画素レイアウトで上下分割方式を採用すると、図12の等価回路図および図13のレイアウト図からわかるように、分割境界部の画素について、蓄積容量4を構成することができなくなる。
本発明は、上記の事情に鑑み、上記のような上下分割方式の放射線画像検出器において、分割境界部の画素についても蓄積容量を構成することができ、分割境界部の画像段差を目立たなくすることができる放射線画像検出器を提供することを目的とする。
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、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その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とともに、TFTスイッチのアレイが上下に2分割されて駆動され前記データ線が上下に2分割された放射線画像検出器であって、TFTスイッチのアレイの上下の分割境界部に、分割境界部に配置された画素の蓄積容量を構成するダミー配線を設けたことを特徴とする。
また、本発明の放射線画像検出器においては、TFTスイッチのアレイを、TFTスイッチのアレイの上下両端から駆動するTFTスイッチ駆動部を備えるようにすることができる。
また、ダミー配線を、分割境界部の上下の画素列のそれぞれについて設けるようにすることができる。
また、分割境界部の上下の画素列についてそれぞれ設けられたダミー配線を電気的に接続するようにすることができる。
また、分割境界部の上下の画素列についてそれぞれ設けられたダミー配線を、収集電極が上下方向に等間隔で配置されるような間隔で配置するようにすることができる。
また、分割境界部の上下の画素列の各画素の収集電極が、分割境界部の上側の画素列の画素の収集電極と下側の画素列の画素の収集電極との間隔が画素列以外の画素の収集電極の上下方向の間隔に近くなるように配置するようにすることができる。
本発明の放射線画像検出器によれば、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、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その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とともに、TFTスイッチのアレイが上下に2分割されて駆動されデータ線が上下に2分割された放射線画像検出器であって、TFTスイッチのアレイの上下の分割境界部に、分割境界部に配置された画素の蓄積容量を構成するダミー配線を設けるようにしたので、分割境界部の画素についても蓄積容量を構成することができ、分割境界部の画像段差を目立たなくすることができる。
また、本発明の放射線画像検出器において、TFTスイッチのアレイを、TFTスイッチのアレイの上下両端から駆動するTFTスイッチ駆動部を備えるようにした場合には、蓄積容量を介してカップリングする走査線の電位の変化による蓄積容量に蓄積された電荷の電位変動を抑制することができ、検出する画像データのノイズを低減することができる。
また、ダミー配線を、分割境界部の上下の画素列のそれぞれについて設けるようにした場合には、分割境界部の画素の蓄積容量の容量を、分割境界部以外の画素の蓄積容量と同じ容量にすることができる。
また、分割境界部の上下の画素列についてそれぞれ設けられたダミー配線を、収集電極が上下方向に等間隔で配置されるような間隔で配置するようにした場合には、収集電極の間隔を等間隔にすることができ、分割境界部の画像段差を目立たなくすることができる。
また、分割境界部の上下の画素列の各画素の収集電極が、分割境界部の上側の画素列の画素の収集電極と下側の画素列の画素の収集電極との間隔が画素列以外の画素の収集電極の上下方向の間隔に近くなるように配置するようにした場合には、収集電極の間隔を等間隔に近づけることができ、分割境界部の画像段差を目立たなくすることができる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図3に放射線画像検出器の画素11のレイアウトを示す。
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。
次に、図4に本実施形態の放射線画像検出器の等価回路図を、図5にレイアウト図を示す。
図4に示すように、図4の水平方向に複数の走査線1が、垂直方向に複数のデータ線5が配置されている。そして、本実施形態の放射線画像検出器においては、TFTスイッチ3が、上下に2分割されて駆動され、データ線5は、TFTスイッチアレイの上下で分割され、上下にアンプ23(図示省略)が設けられている。そして、走査線1は、TFTスイッチアレイの上側では、上端から画素ピッチ間隔で均等配置されている。一方、TFTスイッチアレイの下側では、下側から画素ピッチ間隔で均等配置されている。したがって、TFTスイッチアレイの分割境界には、走査線1はないことになる。そこで、本実施形態の放射線画像検出器においては、TFTスイッチアレイの分割境界部の画素11の蓄積容量4を構成するために、走査線1と同じ材料からなるダミー配線30を配置している。
図5に示すように、ダミー配線30は、TFTスイッチアレイの分割境界部の画素11a、11b、11c、11dの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と交差して蓄積容量4を構成している。これにより、TFTスイッチアレイの分割境界部の画素についても蓄積容量4を備えることができ、分割境界部を目立たなくすることができる。
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。
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。
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。
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。
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、GT1、・・・、GTn−1、GTnの順で順次ON信号を入力する。すなわち図3の上側のTFTスイッチアレイは、上から下方向に走査線1をスキャンする。これに応じてデータ線5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。次に、走査線1に、GB1、・・・、GBn−1、GBnの順で順次ON信号を入力する。すなわち図4の下側のTFTスイッチアレイは、下から上方向に走査線1をスキャンする。
なお、本実施形態の放射線画像検出器は、図示省略したが、上記のように走査線1をスキャンするTFTスイッチ駆動部を備えている。
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。
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、ダミー配線の設け方が異なる。図6に第2の実施形態の放射線画像検出器の等価回路図を、図7にレイアウト図を示す。
本実施形態の放射線画像検出器では、図6および図7に示すように、ダミー配線30a、30bが、分割境界部の上下の画素列のそれぞれについて設けられている。ダミー配線30aとダミー配線30bとは、電気的に分離していても接続していてもよい。たとえば、ダミー配線30aとダミー配線30bとを接続し、共通電圧を入力してお互いの電位が揃うようにしてもよい。また、分割境界部の画素以外の画素と蓄積容量を完全にそろえるため、走査線ドライバから走査配線駆動信号を入力する場合には、ダミー配線30aとダミー配線30bとを分離し、それぞれに異なる走査線ドライバから走査配線駆動信号を入力するようにしてもよい。この場合、ダミー線30a、30bは走査線ドライバICもしくは走査線ドライバICを搭載するTCPに接続するようにすればよい。
上記のようにTFTスイッチアレイの上側と下側とにそれぞれダミー配線30a、30bを配置したことにより、分割境界部の画素11の蓄積容量4の容量を、分割境界部以外の画素11の蓄積容量4の容量と同じにすることができ、第1の実施形態の放射線画像検出器よりもさらに分割段差を認識しにくくすることができる。
次に、本発明の第3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2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、ダミー配線の配置が異なる。図8に第3の実施形態の放射線画像検出器のレイアウト図を示す。
第3の実施形態の放射線画像検出器においては、ダミー配線30aとダミー配線30bの間隔Wdを、走査線1の間隔Wsに対して狭くしている。すなわち、ダミー配線30aとダミー配線30bとを、収集電極8が上下方向に等間隔で配置されるような間隔で配置している。
上記のようにダミー配線30a、30bを配置することにより収集電極8の間隔がずれることによる視覚的な画像段差を減らすことができる。
次に、本発明の第4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2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、分割境界部の画素11の収集電極8の配置が異なる。図9に第4の実施形態の放射線画像検出器のレイアウト図を示す。
第3の実施形態の放射線画像検出器のようにダミー配線30aとダミー配線30bの間隔Wdを、走査線1の間隔Wsに対して狭くした場合、2つのダミー配線30aとダミー配線30b間でリーク不良が発生する可能性がある。そこで、第4の実施形態の放射線画像検出器においては、ダミー配線30aとダミー配線30bとの間隔を狭くせず、分割境界部の画素11の収集電極8の配置を上下方向にずらすことにより、分割段差を認識しにくくしている。すなわち、分割境界部の上下の画素列の各画素11の収集電極8を、分割境界部の上側の画素列の画素11の収集電極8と下側の画素列の画素11の収集電極8との間隔が上記画素列以外の画素11の収集電極8の上下方向の間隔に近くなるように配置している。
さらに、分割境界部の画素11に上下方向に隣接して並ぶ複数の収集電極8も上下方向にずらし、そのずらし量を分割境界部に近づくほど大きくすることで、より分割段差を認識しにくくするようにしてもよい。
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 本発明の放射線画像検出器の適用状態を示す説明図 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 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 本発明の放射線画像検出器の第1の実施形態のレイアウト図 本発明の放射線画像検出器の第2の実施形態の等価回路図 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 本発明の放射線画像検出器の第3の実施形態のレイアウト図 本発明の放射線画像検出器の第4の実施形態のレイアウト図 従来の放射線画像検出器の概略構成図 従来の放射線画像検出器の画素のレイアウト図 従来の放射線画像検出器の等価回路図 従来の放射線画像検出器のレイアウト図
符号の説明
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
30,30a,30b ダミー配線

Claims (6)

  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、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るとともに、前記TFTスイッチのアレイが上下に2分割されて駆動され前記データ線が上下に2分割された放射線画像検出器であって、
    前記TFTスイッチのアレイの上下の分割境界部に、該分割境界部に配置された画素の蓄積容量を構成するダミー配線を設けたことを特徴とする放射線画像検出器。
  2. 前記TFTスイッチのアレイを、該TFTスイッチのアレイの上下両端から検出するTFTスイッチ駆動部を備えたことを特徴とする請求項1記載の放射線画像検出器。
  3. 前記ダミー配線が、前記分割境界部の上下の画素列のそれぞれについて設けられていることを特徴とする請求項1または2記載の放射線画像検出器。
  4. 前記分割境界部の上下の画素列についてそれぞれ設けられたダミー配線が電気的に接続されていることを特徴とする請求項3記載の放射線画像検出器。
  5. 前記分割境界部の上下の画素列についてそれぞれ設けられたダミー配線が、前記収集電極が前記上下方向に等間隔で配置されるような間隔で配置されていることを特徴とする請求項1から4いずれか1項記載の放射線画像検出器。
  6. 前記分割境界部の上下の画素列の各画素の収集電極が、前記分割境界部の上側の画素列の画素の収集電極と下側の画素列の画素の収集電極との間隔が前記画素列以外の画素の収集電極の前記上下方向の間隔に近くなるように配置されていることを特徴とする請求項1から4いずれか1項記載の放射線画像検出器。
JP2006278411A 2006-10-12 2006-10-12 放射線画像検出器 Abandoned JP2008098391A (ja)

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