JP2010003752A

JP2010003752A - 光電変換装置及び放射線検出装置

Info

Publication number: JP2010003752A
Application number: JP2008159344A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Yamazaki; 泰志山崎; Takashi Sato; 尚佐藤; Yukimasa Ishida; 幸政石田
Original assignee: Epson Imaging Devices Corp
Current assignee: Epson Imaging Devices Corp
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2010-01-07

Abstract

【課題】光バリア性能を確保しながら平坦化を図ることができる光電変換装置及び放射線検出装置を提供する。
【解決手段】複数の画素２０を備え、前記複数の画素２０の各々が基板１１上に形成された光電変換素子２３を備えた光電変換装置において、前記光電変換素子２３は光入射側に受光面を備え、前記複数の画素２０間の領域には受光面を露出させて光バリア層４６が配置されており、前記受光面は、前記光バリア層４６から露出しており、前記光バリア層４６は、前記光電変換素子２３と前記基板１１とで形成される段差に配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板の表面上に光電変換部及びスイッチング素子部を有する画素が多数形成されたセンサアレイ領域が形成された光電変換装置及び放射線撮像装置に関する。

放射線撮像装置では、シンチレータによって放射線を可視光線に変換し、変換された可視光線をＰＩＮフォトダイオード等の光電変換素子で光電変換することにより、放射線画像データを得るようにしている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載された従来例では、シンチレータ及び光学結合層を介して光センサ配列体を配設し、光学結合層の画素境界位置に光吸収材から構成された画素境界光バリアが設けられ、この画素境界光バリアは隣り合う光感知素子のそれぞれの完全光活性領域相互の合間に位置する光センサ配列体の第１の表面の領域上配置されている。
特開平８−１６６４６０号公報

上記特許文献１に記載された従来例にあっては、単結晶Ｓｉ基板に形成した光センサ配列体の境界部を覆うようにセンサ配列体の上方に光バリア層が配置されている。このとき、センサ配列体の上方に光バリア層か形成されているので、センサ配列体の表面と光バリア層の表面とで大きな段差を生じることになり、センサ配列体の上方に透明なエポキシ等の光学的に透明な光学結合層を配置して平坦化を図っている。

しかしながら、光バリア層は、光センサ配列体の境界部を覆うため、実施質的に、格子上に段差が形成されてしまう。その結果、光学結合層やシンチレータ層を均一に塗布することが困難であるという未解決の課題がある。また、塗布性を優先させるために、光センサ配列体の境界部を完全に覆わずに、一部を開口した格子状に配置するため、光バリア性能が劣るという未解決の課題もある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、光バリア性能を確保しながら平坦化を図ることができる光電変換装置及び放射線検出装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の光電変換装置は、複数の画素を備え、前記複数の画素の各々が基板上に形成された光電変換素子を備えた光電変換装置において、前記光電変換素子は光入射側に受光面を備え、前記複数の画素間の領域には受光面を露出させて光バリア層が配置されており、前記受光面は、前記光バリア層から露出しており前記光バリア層は、前記光電変換素子と前記基板とで形成される段差に配置されてなることを特徴とする。光バリア層は、受光面の周囲を取り囲むように配置すると好ましい。
本発明の光電変換素子においては、基板と光電変換素子とで形成される段差に埋設されて配置される。そのため、基板の光入射側、すなわち、光電変換素子上方に形成される受光面と、光バリア層との間の高低差がなくなり平坦面が形成される。また、受光面の周囲を取り囲むように光バリア層を配置することで、受光面以外、特に光電変換素子側面から入射する光を完全に防止することができる。

また、前記光電変換部を覆う保護絶縁膜を更に備え、前記光バリア層が前記保護絶縁膜上に形成されてなることを特徴とする。
この光電変換装置では、光電変換部が保護絶縁膜で覆われているので、光電変換素子と、光バリア層との間の電流の漏れ電流を防止することができるため、光電変換素子の特性変動を抑制することができる。
また、前記光電変換素子に接続されてなるスイッチング素子を備えており、前記スイッチング素子上に前記光バリア層が形成されてなることを特徴とする。スイッチング素子と光バリア層との間に、前述の保護絶縁膜が形成されていてもよい。

この光電変換装置では、スイッチング素子を光バリア層で遮光するので、シンチレータ光等によるスイッチング素子の誤動作が抑制され、ノイズの少ないクリアな画像信号を得ることができる。また、スイッチング素子を保護絶縁膜で覆えば、スイッチング素子と光バリア層との間での漏れ電流が防止できるため、スイッチング素子部の特性変動を抑制することができる。また、スイッチング素子によって形成される段差を光バリア層、又は光バリア層及び保護絶縁膜によって平坦化することができる。
本発明にあっては、前述の複数の画素によりセンサアレイ領域を定義し、そのセンサアレイ領域においては、画素間、及び画素内における光電変換素子の受光面を除く全域の前記光入射面側に光バリア層を形成するとよい。こうすることにより、センサアレイ領域全域に渡り、受光面に対して平坦面が形成されるので、その平坦となったセンサアレイ領域上に光学結合層や、シンチレータ層を均一に形成することが可能となる。

また、前記光バリア層は、樹脂を含んでなることを特徴とする。樹脂としては感光性の樹脂を利用するとよい。
光バリア層として樹脂を用いれば、樹脂の流動性を利用し、光バリア層の表面を光電変換素子の受光面とが平坦化できるからである。また、露光・現像によりにより光バリア層を形成することができるので、金属製の光バリア層に比較して真空装置を必要とせず、加工が容易となる。樹脂としては、光硬化性の樹脂を使うことができる。その場合は、硬化前の樹脂の流動性により平坦化した後、その平坦性を保ったまま、樹脂を光硬化させればよい。樹脂としては、熱硬化性樹脂を用いることもできる。

光バリア層の遮光性を高めるために、樹脂中に黒色の顔料、又は染料を分散させるとよい。一方、多量の黒色顔料又は染料を樹脂中に含ませることで、現像性に課題が生じるような場合には、黒色以外の黒色顔料又は染料を樹脂に分散させてもよい。その場合においては、光電変換素子の受光面に入射する光の波長を効率的に遮光する色相の顔料又は染料を選択するとよい。
本発明の光電変換装置においては、光電変換素子は、ＰＩＮダイオードで構成されている。ＰＩＮダイオードを構成する各層は、基板に対して縦型に積層され、そのアノード又はカソードが前述のスイッチング素子に接続される。基板に対して各層が縦に積層されたＰＩＮダイオードを用いることにより、ＰＩＮ型ダイオードの各層の面積を広くすることができ、したがって受光面の面積も広くすることができる。

また、前記複数の画素同士を接続するバイアス配線を更に有し、そのバイアス配線は、前記光バリア層の上方に形成される。より具体的には、各光電変換素子に形成される受光面としての上部電極同士をバイアス配線で接続して各画素を接続することとなる。
本発明においては、受光面と光バリア層とが平坦化されているため、画素同士を接続するバイアス配線を平坦面に形成することができるため、断線を抑制することができる。
また、前記バイアス配線が遮光性の金属材料を含んでおり、前記複数の画素間の領域を配線されることを特徴とする。
この光電変換装置では、画素間に引き回されるバイアス配線に遮光性があるので、漏れ電流やクロストークをより抑制することができる。バイアス配線とは接続されない他の配線を遮光性の材料で形成し、画素間領域を通過するよう引き回しても同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の放射線撮像装置は、複数の画素を含んでなるセンサアレイ領域と、前記センサアレイ領域に配置されるシンチレータ層を含んでなる放射線撮像装置において、前記複数の画素の各々が基板上に形成された光電変換素子を備え、各前記光電変換素子は光入射側に受光面を備え、前記複数の画素間の領域には前記受光面を露出させて光バリア層が配置されており、前記光バリア層は、前記光電変換素子と前記基板とで形成される段差に配置され、前記シンチレータ層が前記受光面および前記光バリア層上に形成されてなることを特徴とする。シンチレータ層は、必ずしも受光面および光バリア層上に直接形成されている必要はなく、光学結合層、又は他の中間層を介して受光面および光バリア層上に形成されていてもよい。シンチレータは受光面および光バリア層上に塗布するとよい。

本発明の放射線撮像装置においては、光電変換素子と基板との間に形成される段差に光バリア層が配置されることにより、光バリア層と光電変換素子の受光面とが平坦化される。そして、その平坦化された面上にシンチレータを配置するため、平坦なシンチレータ層が実現する。また、シンチレータ層を画素間等、光電変換素子の受光面以外の領域に配置したとしても、その部分での発光光は光バリア層で遮光されるため、光電変換素子の受光面以外、特に光電変換素子の側面から入射することがない。したがって、クロストークを抑制することができるとともに、スイッチング素子部の漏れ電流を抑制することもでき、ノイズの少ないクリアな放射線画像信号を得ることができる。

また、光バリア層としては、遮光性の点からは黒色の光バリア層とするのが好ましいが、一方において、光バリア層に黒色顔料や黒色染料を多量に含ませた感光性樹脂を用いると現像性が悪いという課題がある。その場合には、シンチレータの主たる発光波長域において、最大発光波長における透過率が、最大発光波長領域以外の波長域での透過率より低い透過率に設定された光バリア層を用いてもよい。光バリア層は、単層でもよいし、互いに色の異なる複数の層を積層してもよい。シンチレータ層からの発光色が複数の色要素を含む場合には、互いに色の異なる複数層を積層して光バリア層を構成すると効果的である。例えば、赤色感光性樹脂や青色感光性樹脂または両者を積層したもの等を選択することにより、現像性を向上させるとともに製造性も良くなり、散乱光を遮光し、クロストークをより抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を可搬型放射線撮像装置に適用した場合の第１の実施形態を示す正面図、図２は放射線撮像部を示す側面図、図３は光電変換装置の画素を示す断面図、図４は画素の等価回路図、図５は放射線撮像部の回路構成図である。
図中、１は可搬型放射線撮像装置であって、図１に示すように、把手２を上面に有するケース体３を有し、このケース体３の正面に放射線撮像部４が形成されている。
この放射線撮像部４の概略構成は、図２に示すように、放射線（Ｘ線）を可視光に変換して出力するシンチレータ５と、このシンチレータ５の出力側に配置された可視光を電気信号に変換する光電変換装置６、さらにそれをカバーするカバープレート（図示せず）で構成されている。カバープレートは例えばカーボンープレートが使用される。

光電変換装置６は、図５に示すように、ガラス基板１１の一方の面となる上面１１ａ側に、幅方向の中央部に多数の画素をマトリックス状に整列させたセンサアレイ領域１２が形成され、このセンサアレイ領域１２の左右両側に走査部１３及び１４が配設され、センサアレイ領域の手前側にセンシング制御部１５が配設されている。
センサアレイ領域１２には例えば４０００個の画素２０がマトリックス状に配列された構成を有する。これら各画素２０は、図３に示すように、ガラス基板１１の表面側に形成されたスイッチング素子としてのＴＦＴ（Thin Film Transistor）２１と、このＴＦＴ２１の右側に形成された光電変換素子２２と、この光電変換素子２２の右側に形成された電荷蓄積容量部２３とで構成されている。

ＴＦＴ２１は、ガラス基板１１の上面に形成されたゲート電極３１と、このゲート電極３１を覆うゲート絶縁膜３２と、このゲート絶縁膜３２の上面に形成されたシリコン層３３と、このシリコン層３３の左右両端に個別に接続されて形成されたソース電極３４及びドレイン電極３５と、これらソース電極３４及びドレイン電極３５に連結されて形成されたソース線３６及びドレイン線３７と、これらソース線３６及びドレイン線３７を覆う保護膜３８とで構成されている。

ここで、ゲート電極３１はＡｌ及びＭｏが積層されて形成され、Ａｌの厚みが約２０００Å、Ｍｏの厚みが約５００Åに設定されている。また、ゲート絶縁膜３２は窒化シリコンＳｉＮ_Ｘで形成され、その厚みが約４０００Åに設定されている。シリコン層３３の厚みがソース電極３４及びドレイン電極３５の下側で約１２００Åに設定され、これら間の中央部で約９００Åに設定されている。さらに、ソース電極３４及びドレイン電極３５の厚みは約５００Åに設定されている。さらにまた、ソース線３６及びドレイン線３７はＭｏ、Ａｌ、Ｍｏで３層構造とされ、下段Ｍｏの厚みが約５００Å、Ａｌの厚みが約２５００Å、上段Ｍｏの厚みが約５００Åに設定されている。

そして、ドレイン線３７に保護膜３８に形成したスルーホール３８ａを介して光電変換素子２２の光電変換下部電極４１が接続されている。
光電変換素子２２は、ガラス基板１１の上面上にＴＦＴ２１のゲート絶縁膜３２及び保護膜３８を介して前述したＴＦＴ２１のドレイン線３７に接続された光電変換下部電極４１が形成され、この光電変換下部電極４１上にＰＩＮダイオード（p-intrinsic-n Diode）４２が形成され、このＰＩＮダイオード４２上に光電変換上部電極４３が形成された構成を有する。そして、光電変換素子２２、ＴＦＴ部２１及び電荷蓄積容量部２３が保護絶縁膜４５で覆われている。

ここで、ＰＩＮダイオード４２は、保護絶縁膜４５で覆われており、光電変換下部電極４１上にｎ^＋層４２ａ、Ｉ層４２ｂ及びｐ^＋層４２ｃが順に積層されて構成されている。ｐ^＋層４２ｃの上面に光電変換上部電極４３が形成され、この光電変換上部電極４３が保護絶縁膜４５に形成したスルーホール４５ａを介してバイアス配線４４に接続されている。なお、ｐ^＋層４２ｃの光入射面側の面（上面）は光電変換素子２２の受光面として機能する。

また、光電変換下部電極４１は例えばＭｏ、Ａｌ、Ｍｏの３層構造とされ、下段Ｍｏの厚みが約５００Å、Ａｌの厚みが約２０００Å、上段Ｍｏの厚みが約５００Åに設定されている。さらに、ｎ^＋層４２ａ、Ｉ層４２ｂ及びｐ^＋層４２ｃは、例えばアモルファスシリコンを主材料として形成され、ｎ^＋層４２ａ及びｐ^＋層４２ｃの厚みが約５００Å、Ｉ層４２ｂの厚みが約５０００Åに設定されている。さらにまた、保護膜４５及び４６は例えば窒化シリコン（ＳｉＮ_Ｘ）で形成され、それぞれの厚みが約４０００Åに設定されている。さらに、光電変換上部電極４３は透明なＩＴＯで形成され、その厚みは約９００Åに設定されている。なおさらに、バイアス配線４４はＭｏ、Ａｌ、Ｍｏの三層構造とされ、下段Ｍｏの厚みが約５００Å、Ａｌの厚みが約２０００Å、上段Ｍｏの厚みが約５００Åに設定されている。
なお、光電変換部としてはＰＩＮダイオードに限定されるものではなく、ＭＩＳ(Metal Insulator Semiconductor)型受光素子を適用するようにしてもよい。

また、電荷蓄積容量部２３は、ガラス基板１１の表面に形成されゲート絶縁膜３２で覆われた第１の蓄積容量線５１と、ゲート絶縁膜３２の上面に形成され保護膜３８で覆われた第２の蓄積容量線５２とで構成されている。ここで、第１の蓄積容量線５１はゲート電極３１と同時に形成され、第２の蓄積容量線５２はソース線３６及びドレイン線３７と同時に形成される。この電荷蓄積容量部２３では、第１の蓄積容量線５１及び第２の蓄積容量線５２とこれら間に介在するゲート絶縁膜３２とで蓄積容量Ｃｓを蓄積する。この電荷蓄積容量部２３は、第１及び第２の蓄積容量線５１及び５２でゲート絶縁膜３２を挟んで構成する場合に限らず、第１及び第２の蓄積容量線５１及び５２を、保護膜３８を挟んで配置するようにしてもよい。また、図３では第２蓄積容量線５２とドレイン線３７は分離しているが、１画素の平面図において両者は接続されている。

そして、ＴＦＴ２１、光電変換素子２２及び電荷蓄積容量部２３を覆う保護絶縁膜４５の上面側に光電変換素子２２を構成するＰＩＮダイオード４２の上面の受光面を除いてカーボンブラックやチタンブラック等の黒色顔料又は黒色染料を分散させた感光性樹脂でなる光バリア層４６が形成されている。そして、この光バリア層４６の上面に透明な保護膜４７が形成されている。
ここで、上記ＴＦＴ部２１、光電変換部２２及び電荷蓄積容量部２３を形成するには、先ず、ガラス基板１１上にスパッタリングによってゲート電極３１及び蓄積容量線５１を形成し、次いでＣＶＤ法によってゲート絶縁膜３２をゲート電極３１及び蓄積容量線５１を覆うように形成する。
次いで、ゲート絶縁膜３２上にシリコン層３３をＣＶＤ法によって形成し、シリコン層３３の上部にソース電極３４及びドレイン電極３５をスパッタリングで形成してから同様にスパッタリングによってソース線３６及びドレイン線３７と蓄積容量線５２とを形成する。

次いで、ＴＦＴ２１及び電荷蓄積容量部２３を覆うように保護膜３８をＣＶＤ法で形成し、この保護膜３８上に光電変換部２２の光電変換下部電極４１をスパッタリングで形成し、この光電変換下部電極４１上に、ＣＶＤ法によって順次ｎ^＋層４２ａ、Ｉ層４２ｂ及びｐ^＋層４２ｃを形成し、ｐ^＋層４２ｃの上面にスパッタリング、真空蒸着等によってＩＴＯでなる光電変換上部電極４３を形成し、次いで、ＴＦＴ部２１、光電変換素子２２及び電荷蓄積容量部２３を覆うように保護絶縁膜４５をＣＶＤ法によって形成し、次いで、光バリア層４６を、露光・現像処理によって形成する。そして、保護絶縁膜４５の光電変換素子２２の光電変換上部電極４３に対向する位置にスルーホール４５ａを形成してからバイアス配線４４をスパッタリングによって形成し、最後に保護膜４７をＣＶＤ法によって形成する。

上記の構成を有する画素２０を等価回路で表すと、図４に示すように、ゲート電極線５０にＴＦＴ部２１のゲート電極３１が接続され、このＴＦＴ部２１のソース電極３４がソース線３６に接続され、ドレイン電極３５が光電変換素子２２の光電変換下部電極４１及びＰＩＮダイオード４２を介してソース線３６と所定間隔を保って平行なバイアス配線４４に接続されると共に、電荷蓄積容量部２３を介して接地された第１の蓄積容量線５１に接続されている。
そして、各画素２０のゲート電極３１は、図５に示すように、センサアレイ領域１２の左右両側に配設された走査部１３及び１４に接続され、これら走査部１３及び１４によって、各画素２０のＴＦＴ部２１が所定の順序でオン・オフ制御されて、各画素２０の蓄積電荷Ｃｃがセンサアレイ領域１２の手前側に配設されたセンシング制御部１５に読出され、このセンシング制御部１５で読み出した各画素２０の出力信号を放射線画像信号として外部に出力する。

次に、上記第１の実施形態の動作を説明する。
先ず、可搬型放射線撮像装置１を、把手２を把持して所望の放射線被撮像部と放射線撮像部４が対向するように配置し、放射線被撮像部の放射線撮像装置１とは反対側に放射線源（図示せず）を配置する。ここで、放射線被撮像部としては、可搬型放射線撮像装置１を診療用に使用する場合には、人体又は動物の所望の撮像個所に放射線撮像部４を配置すればよく、空港等の手荷物検査に使用する場合には、手荷物の搬送経路に沿って可搬型放射線撮像装置１を配置し、搬送経路の反対側に放射線源を配置する。さらには工業用に使用する場合には、外観検査のできない加工品の内部状況を検査する場合には検査対象の加工品を可搬型放射線撮像装置１と放射線源との間に配置する。なお、診断用以外の場合には、放射線撮像装置１を可搬型とする必要はなく、検査対象の移動経路に固定配置するようにすればよい。

このようにして、放射線源と可搬型放射線撮像装置１との間に検査対象となる放射線被撮像部を配置した状態で、放射線源から放射線を放射線被撮像部に放射することにより、放射線被撮像部を透過した放射線が可搬型放射線撮像装置１の放射線撮像部４に到達する。
放射線撮像部４では、入射される放射線をシンチレータ５で可視光に変換し、変換された可視光がセンサアレイ領域１２に照射される。このため、センサアレイ領域１２の各画素２０では、ＰＩＮダイオード４２がバイアス配線４４から供給される電源によって逆バイアス状態とされ、入射光量によってＰＩＮダイオード４２で誘起される電力が変化し、これに応じて電荷蓄積容量部２３の蓄積電荷Ｃｃが変化される。この蓄積電荷Ｃｃの変化が、図５に示すように、ＴＦＴ部２１のソース線３６を介してセンサアレイ領域１２の外側に配設されたセンシング制御部１５で検出される。

このとき、蓄積電荷ＣｃのＰＩＮダイオード４２の電力による変化分ΔＣｐはソース線３６の電荷Ｃｓに対して非常に小さく、センシング制御部１５で検出される電圧としてはて数ｍＶ以下であり、ノイズの影響を極めて受け易い。また、各画素２０のゲート電極３１は、図５に示すように、センサアレイ領域１２の左右両側に形成された走査部１３及び１４に接続され、これら走査部１３及び１４によって順次ＴＦＴ部２１がオン・オフ制御されて画素２０の蓄積電荷容量Ｃｃがセンシング制御部１５で読み出され、このセンシング制御部１５で読み出した画素信号が放射線撮像信号として外部に出力される。
ところで、本実施形態では、ＴＦＴ２１、光電変換素子２２及び電荷蓄積容量部２３を覆うように保護絶縁膜４５が形成されており、この保護絶縁膜４５によって、ＴＦＴ２１、光電変換素子２２及び電荷蓄積容量部２３の特性変動を抑制することができる。

しかも、光電変換素子２２を構成するＰＩＮダイオード４２の上面の受光部を除いて、保護絶縁膜４５の上面が光バリア層４６によって覆われている。このため、ＰＩＮダイオード４２の側面に入射される散乱光を遮蔽することができるので、ＰＩＮダイオード４２でのクロストークを抑制することができる。また、ＴＦＴ２１でもその上面が保護絶縁膜４５を介して光バリア層４６で覆われて遮光されているので、シンチレータ５光等によるＴＦＴ部２１での漏れ電流を抑制するとこができ、ノイズの少ないクリアな放射線画像信号が得られる。

その上、光バリア層４６を黒色顔料や黒色染料を分散させた感光性樹脂材を硬化させて形成するので、この感光性樹脂材の硬化前では流動性を有することから、平面の平坦化を容易に行なうことができる。さらに光バリア層４６の形成が露光・現像処理を行なうだけでよく、金属バリア層のように真空装置を必要としないので、形成が容易であるとともに、省エネルギーで形成することができる。
このように、光バリア層４６によって上面が平坦化されるので、シンチレータ５との結合が容易となり、シンチレータ５とセンサアレイ領域１２との間の光伝達を効率よく行なうことができる。

次に、本発明の第２の実施形態を図６〜図８について説明する。
この第２の実施形態では、光バリア層４６を黒色顔料又は黒色染料を分散させた感光性樹脂に代えて、シンチレータ５の分光強度に合わせて光バリア層４６の特性を設定するようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態では、図６に示すように、光バリア層４６が赤色感光性樹脂４６ｒ及び青色感光性樹脂４６ｂを積層した構成とされている。
ここで、シンチレータ５の分光強度は、ＣｓＩ（ＴＩ）で形成したときに、図７に示すように、最大発光強度が５６０ｎｍ付近であり、この最大発光強度で散乱光も強い光となる。
このため、最大発光強度の光の透過率を低下させることにより、光電変換部２２を構成するＰＩＮダイオード４２の周囲から入射される散乱光を遮光することができ、クロストークを大幅抑制することができる。

このとき、緑色感光性樹脂の分光透過率は、図８の特性曲線Ｌｇで示すように、波長４９０〜５９０ｎｍの領域で最大透過率となる。ところが、青色感光性樹脂では、図８の特性曲線Ｌｂで示すように、４２０〜５００ｎｍの領域で最大透過率となり、赤色感光性樹脂では、逆に６００〜７８０ｎｍの領域で最大透過率となる。
このため、光バリア層４６として青色感光性樹脂４６ｂと赤色感光性樹脂４６ｒとを積層して形成することにより、シンチレータ５の最大分光強度となる５６０ｎｍでの透過率を大幅に低下させて、この最大分光強度領域以外の領域での透過率を高めることにより、シンチレータ５で発生する最大分光強度領域の強い散乱光の入射を確実に抑制して光電変換部２２でのクロストークの抑制とＴＦＴ部２１での漏れ電流の抑制との双方を効率よく行なうことができる。

しかも、青色感光性樹脂及び赤色感光性樹脂は、第１の実施形態で使用した黒色顔料又は黒色染料を分散させた黒色感光性樹脂材に比較して現像性が良いので、製造性を向上させることができる。
なお、上記第２の実施形態においては、光バリア層４６を赤色感光性樹脂４６ｒ及び青色感光性樹脂４６ｂを積層して形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、赤色感光性樹脂４６ｒ又は青色感光性樹脂４６ｂを単層で形成するようにしてもよい。
また、シンチレータ５としてＧＳＯを適用した場合には、図示しないが最大発光波長が例えば４４０ｎｍとなるので、緑色感光性樹脂及び赤色感光性樹脂の積層構造とするか緑色感光性樹脂又は赤色感光性樹脂の単層構造とすることが好ましい。

さらに、上記第１及び第２の実施形態においては、光電変換素子２２を構成するＰＩＮダイオード４２の受光面上にバイアス配線４４を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、バイアス配線４４は、読出配線となるソース線３６と交差することがないので、図９及び図１０に示すように、センサアレイ領域１２の各画素２０における光電変換素子の受光面（図中、矩形で示された部分）の上面側で中央を通過させることにより、光バリア層４６の遮光性能に加えて金属製のバイアス配線４４自身による遮光性能も使用することができ、ＴＦＴ部２１や光電変換素子２２の周囲での遮光性能をより向上させる。このため、ＴＦＴ部２１での漏れ電流や光電変換素子２２でのクロストークを低減し、よりクリアが放射線画像データを得ることができる。

また、上記第１及び第２の実施形態においては、本発明の光電変換装置６を可搬型放射線撮像装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、固定型の放射線撮像装置に適用することもできる。さらにはＸ線以外の光を光電変換装置が検知できる光に変換するシンチレータを用いることにより、Ｘ線以外の放射線撮像装置に本発明を適用することができ、さらには、シンチレータ５を省略したイメージセンサなどの任意の光電変換装置に本発明を適用することができる。例えば、光電変換素子をアモルファスセレン等のＸ線に有感な材料で形成した光電変換装置にも本発明を適用ことができる。

本発明を可搬型放射線撮像装置に適用した場合の第１実施形態を示す正面図である。図１に適用し得る放射線撮像部の一例を示す側面図である。放射線撮像部に適用し得る光電変換装置の画素の一例を示す断面図である。画素の等価回路図である。放射線撮像部の回路構成図である。本発明の第２の実施形態を示す断面図である。シンチレータの分光強度特性を示す特性線図である。感光性樹脂材の分光透過率を示す特性線図である。本発明の変形例を示す平面図である。図９の縦断面図である。

符号の説明

１…可搬型放射線撮像装置、２…把手、３…ケース体、４…放射線撮像部、５…シンチレータ、６…光電変換装置、１１…ガラス基板、１１ａ…表面、１１ｂ…裏面、１２…センサアレイ領域、１３，１４…走査部、１５…センシング制御部、２０…画素、２１…ＴＦＴ、２２…光電変換素子、２３…電荷蓄積容量部、３１…ゲート電極、３２…ゲート絶縁膜、３３…シリコン層、３４…ソース電極、３５…ドレイン電極、３６…ソース線、３７…ドレイン線、３８…保護膜、４１…光電変換下部電極、４２…ＰＩＮダイオード、４３…光電変換上部電極、４４…光電変換配線、４５…保護絶縁膜、４６…光バリア層、４６ｒ…赤色感光性樹脂、４６ｂ…青色感光性樹脂

Claims

複数の画素を備え、前記複数の画素の各々が基板上に形成された光電変換素子を備えた光電変換装置において、
前記光電変換素子は光入射側に受光面を備え、
前記複数の画素間の領域には受光面を露出させて光バリア層が配置されており、
前記受光面は、前記光バリア層から露出しており、
前記光バリア層は、前記光電変換素子と前記基板とで形成される段差に配置されてなることを特徴とする光電変換装置。
前記光電変換素子を覆う保護絶縁膜を更に備え、
前記光バリア層が前記保護絶縁膜上に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
前記光電変換素子に接続されてなるスイッチング素子を備えており、前記スイッチング素子上に前記光バリア層が形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置。
前記スイッチング素子と前記光バリア層との間に前記保護絶縁膜が形成されてなることを特徴とする請求項３に記載の光電変換装置。
前記光バリア層は、樹脂を含んでなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
前記光電変換素子は、前記基板上に縦型に積層されたＰＩＮダイオードを含んでなることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光電変換装置。
前記複数の画素同士を接続するバイアス配線をさらに有し、前記バイアス配線が前記光バリア層の上方に形成されてなることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の光電変換装置。
前記バイアス配線が遮光性の金属材料を含んでおり、前記複数の画素間の領域を配線されることを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
複数の画素を含んでなるセンサアレイ領域と、前記センサアレイ領域に配置されるシンチレータ層を含んでなる放射線撮像装置において、
前記複数の画素の各々が基板上に形成された光電変換素子を備え、
各前記光電変換素子は光入射側に受光面を備え、
前記複数の画素間の領域には前記受光面を露出させて光バリア層が配置されており、
前記光バリア層は、前記光電変換素子と前記基板とで形成される段差に配置され、
前記シンチレータ層が前記受光面および前記光バリア層上に形成されてなることを特徴とする放射線撮像装置。
前記光電変換装置の光バリア層は、前記シンチレータの主たる発光波長域において、最大発光波長における透過率が、最大発光波長領域以外の波長域での透過率より低い透過率に設定されていることを特徴とする請求項９に記載の放射線撮像装置。