JP2014122903A - Radiation detector and radiation imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射線検出器に係り、特に、マトリクス状に複数配置された画素に検出対象とする放射線が照射されることにより発生した電荷を蓄積し、蓄積した電荷量を画像を示す情報として検出する放射線検出器および当該放射線検出器を有する放射線画像撮影装置に関する。 The present invention relates to a radiation detector, and in particular, accumulates charges generated by irradiating a plurality of pixels arranged in a matrix form with radiation to be detected, and detects the accumulated charge amount as information indicating an image. The present invention relates to a radiation detector and a radiographic imaging apparatus having the radiation detector.
近年、TFT(Thin film transistor)アクティブマトリックス基板上に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)等の放射線検出器(放射線検出素子)を用いた放射線画像撮影装置(放射線画像検出装置)が実用化されている。このFPDは、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。 In recent years, an X-ray sensitive layer is arranged on a TFT (Thin film transistor) active matrix substrate, and a radiation detector (radiation detection element) such as an FPD (flat panel detector) capable of directly converting X-ray information into digital data has been used. Radiographic imaging devices (radiological image detection devices) have been put into practical use. Compared with conventional imaging plates, this FPD has the advantage that images can be confirmed instantly and moving images can be confirmed, and is rapidly spreading.
この種の放射線検出素子は、種々のタイプのものが提案されており、例えば、放射線を直接、半導体層で電荷に変換して蓄積する直接変換方式や、放射線を一度CsI:Tl、GOS(Gd2O2S:Tb)などのシンチレータで光に変換し、変換した光を半導体層で電荷に変換して蓄積する間接変換方式がある。 Various types of radiation detection elements of this type have been proposed. For example, a direct conversion method in which radiation is directly converted into electric charges in a semiconductor layer and stored, or radiation is once converted into CsI: Tl, GOS (Gd2O2S). There is an indirect conversion method in which the light is converted into light by a scintillator such as Tb), and the converted light is converted into electric charges in a semiconductor layer and accumulated.
ここで、AECセンサを用いて照射する放射線の総照射量を検出し、放射線を照射する放射線源の制御を行う技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1に記載の技術では、第一の放射線変換素子(放射線検出用の素子)の間隙にAECセンサ(第二の放射線変換素子)が形成されており、第一の放射線変換素子が形成された基板と同一の基板上にAECセンサが形成されている。 Here, a technique is known in which a total dose of radiation to be irradiated is detected using an AEC sensor, and a radiation source for irradiating the radiation is controlled (see, for example, Patent Document 1). In the technique described in Patent Document 1, an AEC sensor (second radiation conversion element) is formed in a gap between first radiation conversion elements (elements for radiation detection), and the first radiation conversion element is formed. An AEC sensor is formed on the same substrate as the formed substrate.
このように、特許文献1に記載の技術では、高額な部品である第一の放射線変換素子がマトリクス状に複数設けられた基板上にAECセンサが内蔵されており、AECセンサまたはその配線で製造不良が生じた場合に、基板ごと不良品となる。すなわち、AECセンサまたはその配線で製造不良が生じた場合には、マトリクス状に複数設けられた第一の放射線変換素子に製造不良が発生していなくても、基板ごと廃棄する必要があり、非常にコストがかかってしまう、という問題があった。ここで、AECセンサが内蔵され、第一の放射線変換素子がマトリクス状に複数設けられた基板は完成時に出荷検査を行うため、当該基板の歩留まりは以下の式(1)で表すことができる。 As described above, in the technique described in Patent Document 1, an AEC sensor is built on a substrate on which a plurality of first radiation conversion elements, which are expensive components, are provided in a matrix, and is manufactured using the AEC sensor or its wiring. When a defect occurs, the entire board becomes a defective product. That is, when a manufacturing failure occurs in the AEC sensor or its wiring, it is necessary to discard the entire board even if no manufacturing failure occurs in the first radiation conversion element provided in a matrix. There was a problem that it was expensive. Here, since a substrate in which an AEC sensor is incorporated and a plurality of first radiation conversion elements are provided in a matrix is subjected to shipping inspection upon completion, the yield of the substrate can be expressed by the following equation (1).
歩留まり=第一の放射線変換素子の良品率×AECセンサの良品率・・・式(1)
本発明は上記問題点を解決するために成されたものであり、従来技術と比較して、製造時のコストを抑えることができる放射線検出器を提供することを目的とする。
Yield = non-defective rate of first radiation conversion element x non-defective rate of AEC sensor (1)
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a radiation detector that can reduce the manufacturing cost as compared with the prior art.
上記目的を達成するために、本発明に係る放射線検出器は、照射された第1の波長の放射線を第1の波長よりも長い波長の可視光に変換するシンチレータと、放射線の入射側である第1の面及び第1の面とは異なる第2の面を有し、第1の面側に設けられたシンチレータからの可視光が照射されることにより発生した電荷を蓄積すると共に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子を各々が備えた複数の放射線検出用画素が第1の面側にマトリクス状に設けられ、各放射線検出用画素に備えられた各スイッチ素子をスイッチングする制御信号が流れる複数の走査配線と各スイッチ素子のスイッチング状態に応じて放射線検出用画素に蓄積された電荷に応じた電気信号が流れる複数の信号配線とが第1の面側に設けられた第1の基板と、第1の基板の第2の面側に設けられ、第1の面側に照射されて第2の面から出射された可視光が照射されることにより電荷を発生する複数の放射線照射量検出用センサがマトリクス状に設けられた第2の基板と、を備えている。マトリクス状に設けられた複数の放射線照射量検出用センサが第2の基板全面に設けられ、複数の放射線照射量検出用センサの各々が、放射線照射量検出用配線の各々に接続されている。放射線照射量検出用配線の各々には、接続された放射線照射量検出用センサに発生した電荷に応じた電気信号が流れ、かつ放射線照射量検出用配線の各々が第1の波長の放射線の照射量を検出し当該照射量に基づいて第1の波長の放射線を照射する放射線源による第1の波長の放射線の照射を制御する放射線照射制御装置に接続されている。 In order to achieve the above object, a radiation detector according to the present invention includes a scintillator that converts irradiated radiation having a first wavelength into visible light having a wavelength longer than the first wavelength, and a radiation incident side. The first surface has a second surface different from the first surface, and accumulates and accumulates charges generated by irradiation with visible light from a scintillator provided on the first surface side. A plurality of radiation detection pixels each provided with a switch element for reading out charges are provided in a matrix on the first surface side, and a control signal for switching each switch element provided in each radiation detection pixel flows. A first substrate provided on a first surface side with a plurality of scanning wirings and a plurality of signal wirings through which an electrical signal corresponding to the electric charge accumulated in the radiation detection pixel flows according to a switching state of each switch element; The second A plurality of radiation dose detection sensors which are provided on the second surface side of the substrate and generate charges when irradiated with the visible light irradiated on the first surface and emitted from the second surface. And a second substrate provided in a matrix. A plurality of radiation dose detection sensors provided in a matrix are provided on the entire surface of the second substrate, and each of the plurality of radiation dose detection sensors is connected to each of the radiation dose detection wirings. An electrical signal corresponding to the charge generated in the connected radiation dose detection sensor flows through each of the radiation dose detection wires, and each of the radiation dose detection wires emits radiation of the first wavelength. It is connected to a radiation irradiation control device that detects the amount and controls the irradiation of the first wavelength radiation by the radiation source that irradiates the first wavelength radiation based on the irradiation amount.
本発明では、シンチレータが、照射された第1の波長の放射線を第1の波長よりも長い波長の可視光に変換する。また、第1の基板は、放射線の入射側である第1の面及び第1の面とは異なる第2の面を有する。第1の基板の第1の面には、シンチレータからの可視光が照射されることにより発生した電荷を蓄積すると共に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子を各々が備えた複数の放射線検出用画素がマトリクス状に設けられている。また、第1の基板の第1の面には、各放射線検出用画素に備えられた各スイッチ素子をスイッチングする制御信号が流れる複数の走査配線と前記各スイッチ素子のスイッチング状態に応じて前記放射線検出用画素に蓄積された電荷に応じた電気信号が流れる複数の信号配線とが設けられている。そして、第2の基板は、第1の基板の第2の面側に設けられ、第2の基板には、第1の基板の第1の面側に照射されて第2の面から出射された可視光が照射されることにより電荷を発生する複数の放射線照射量検出用センサがマトリクス状に設けられている。 In the present invention, the scintillator converts the irradiated radiation having the first wavelength into visible light having a wavelength longer than the first wavelength. The first substrate has a first surface on the radiation incident side and a second surface different from the first surface. On the first surface of the first substrate, a plurality of radiation detecting elements each provided with a switch element for accumulating charges generated by irradiation of visible light from the scintillator and reading the accumulated charges Pixels are provided in a matrix. Further, the radiation on the first surface of the first substrate depends on a plurality of scanning wirings through which a control signal for switching each switch element provided in each radiation detection pixel flows and the switching state of each switch element. A plurality of signal wirings through which an electric signal corresponding to the electric charge accumulated in the detection pixel flows are provided. The second substrate is provided on the second surface side of the first substrate, and the second substrate is irradiated on the first surface side of the first substrate and emitted from the second surface. A plurality of radiation dose detection sensors that generate charges when irradiated with visible light are provided in a matrix.
このように、本発明によれば、放射線検出用画素と、放射線照射量検出用センサとが別の基板に設けられているため、放射線検出用画素の歩留まりと、放射線照射量検出用センサの歩留まりとを分離することができ、例えば、放射線照射量検出用センサで製造不良が発生した場合であっても第2の基板のみ不良品となり、第1の基板については不良品とならない。すなわち、放射線照射量検出用センサで製造不良が発生した場合であっても、放射線検出用画素がマトリクス状に複数設けられた第1の基板については廃棄などの処理を行わずにすむ。 As described above, according to the present invention, since the radiation detection pixel and the radiation irradiation amount detection sensor are provided on different substrates, the yield of the radiation detection pixel and the yield of the radiation irradiation amount detection sensor are increased. For example, even if a manufacturing defect occurs in the radiation dose detection sensor, only the second substrate is a defective product, and the first substrate is not a defective product. That is, even if a manufacturing defect occurs in the radiation dose detection sensor, the first substrate on which a plurality of radiation detection pixels are provided in a matrix form does not need to be subjected to disposal or the like.
従って、本発明によれば、従来技術と比較して、製造時のコストを抑えることができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce the manufacturing cost as compared with the prior art.
また、本発明によれば、放射線検出用画素の間に放射線照射量検出用センサが設けられていないため、第一の放射線変換素子(放射線検出用の素子)の間隙にAECセンサ(第二の放射線変換素子)が形成された従来技術と比較して、放射線検出用画素の有効検出エリアを拡大することができ、放射線検出の精度が良好となる。 Further, according to the present invention, since the radiation dose detection sensor is not provided between the radiation detection pixels, the AEC sensor (second sensor) is disposed in the gap between the first radiation conversion elements (elements for radiation detection). Compared with the prior art in which the radiation conversion element is formed, the effective detection area of the radiation detection pixel can be expanded, and the accuracy of radiation detection is improved.
また、放射線照射量検出用センサが複数配置された第2の基板が、放射線検出用画素がマトリクス状に複数設けられた第1の基板の第2の面側に設けられているため、例えば、放射線検出用のTFTの隙間にAECセンサが形成された場合よりも多くの第2の波長の放射線(例えば光)を受けることができ、検出感度がより高くなる。これは、TFTの隙間にAECセンサが形成されるような場合には、そのAECセンサが設けられた隙間より更に面積が小さいAECセンサのセンサ部で第2の波長の放射線を受けるのに対し、本発明では、TFTの上面にAECセンサが配置されてるので、TFTの隙間全体にAECセンサを配置でき、その隙間から漏れて出射される第2の波長の放射線をより多く受けることができるからである。 Further, since the second substrate on which a plurality of radiation dose detection sensors are arranged is provided on the second surface side of the first substrate on which a plurality of radiation detection pixels are provided in a matrix, for example, More radiation (for example, light) of the second wavelength can be received than when the AEC sensor is formed in the gap between the radiation detection TFTs, and the detection sensitivity becomes higher. This is because when the AEC sensor is formed in the gap of the TFT, the sensor part of the AEC sensor having a smaller area than the gap provided with the AEC sensor receives the radiation of the second wavelength. In the present invention, since the AEC sensor is disposed on the upper surface of the TFT, the AEC sensor can be disposed in the entire gap of the TFT, and more radiation of the second wavelength emitted from the gap can be received. is there.
また、同一のシンチレータによって変換された光を放射線検出用画素及び放射線照射量検出用センサで検出しているので、外部AECセンサにて照射量検出を行う場合に比べ、照射条件による画像検出と放射線照射量検出のズレを低減させることができる。 In addition, since the light converted by the same scintillator is detected by the radiation detection pixel and the radiation irradiation amount detection sensor, image detection and radiation according to the irradiation conditions are compared with the case where the irradiation amount detection is performed by the external AEC sensor. It is possible to reduce the deviation of the irradiation amount detection.
また、本発明に係る放射線検出器において、複数の放射線照射量検出用センサの各々の面積が、複数の放射線検出用画素の各々の面積よりも大きく構成されていてもよい。 In the radiation detector according to the present invention, the area of each of the plurality of radiation dose detection sensors may be configured to be larger than the area of each of the plurality of radiation detection pixels.
また、本発明に係る放射線検出器において、マトリクス状に設けられている複数の放射線照射量検出用センサが形成されている領域に、複数の放射線検出用画素がマトリクス状に設けられていてもよい。 In the radiation detector according to the present invention, a plurality of radiation detection pixels may be provided in a matrix in a region where a plurality of radiation dose detection sensors provided in a matrix are formed. .
また、本発明に係る放射線検出器において、シンチレータの第1の面と接する面とは反対側の面には、光を反射させるための部材である反射体が設けられていてもよい。 Moreover, the radiation detector which concerns on this invention WHEREIN: The reflector which is a member for reflecting light may be provided in the surface on the opposite side to the surface which contact | connects the 1st surface of a scintillator.
また、本発明に係る放射線検出器において、第2の基板は樹脂基板を含んで構成されていてもよい。 In the radiation detector according to the present invention, the second substrate may include a resin substrate.
また、本発明に係る放射線検出器において、放射線照射量検出用センサは有機材料を含んで構成されていてもよい。 In the radiation detector according to the present invention, the radiation dose detection sensor may include an organic material.
また、本発明に係る放射線検出器において、放射線照射量検出用センサは無機材料を含んで構成されていてもよい。 In the radiation detector according to the present invention, the radiation dose detection sensor may include an inorganic material.
また、本発明に係る放射線検出器において、シンチレータは、GOSを含んで構成されていてもよい。 Further, in the radiation detector according to the present invention, the scintillator may include GOS.
また、本発明に係る放射線検出器において、シンチレータは、CsIを含んで構成されていてもよい。 In the radiation detector according to the present invention, the scintillator may include CsI.
また、本発明に係る放射線画像撮影装置は、照射された第1の波長の放射線を第1の波長よりも長い波長の可視光に変換するシンチレータと、放射線の入射側である第1の面及び第1の面とは異なる第2の面を有し、第1の面側に設けられたシンチレータからの可視光が照射されることにより発生した電荷を蓄積すると共に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子を各々が備えた複数の放射線検出用画素が第1の面側にマトリクス状に設けられ、各放射線検出用画素に備えられた各スイッチ素子をスイッチングする制御信号が流れる複数の走査配線と各スイッチ素子のスイッチング状態に応じて放射線検出用画素に蓄積された電荷に応じた電気信号が流れる複数の信号配線とが第1の面側に設けられた第1の基板と、第1の基板の第2の面側に設けられ、第1の面側に照射されて第2の面から出射された可視光が照射されることにより電荷を発生する複数の放射線照射量検出用センサがマトリクス状に設けられた第2の基板と、を備え、マトリクス状に設けられた複数の放射線照射量検出用センサが第2の基板全面に設けられ、複数の放射線照射量検出用センサの各々が、放射線照射量検出用配線の各々に接続されており、放射線照射量検出用配線の各々には、接続された放射線照射量検出用センサに発生した電荷に応じた電気信号が流れ、かつ放射線照射量検出用配線の各々が第1の波長の放射線の照射量を検出し当該照射量に基づいて第1の波長の放射線を照射する放射線源による第1の波長の放射線の照射を制御する放射線照射制御装置に接続された放射線検出器と、放射線を第1の基板の第1の面側から入射させる放射線源と、を備える。 In addition, the radiographic imaging apparatus according to the present invention includes a scintillator that converts irradiated radiation having a first wavelength into visible light having a wavelength longer than the first wavelength, a first surface that is a radiation incident side, and A second surface different from the first surface, for accumulating charges generated by irradiating visible light from a scintillator provided on the first surface side and for reading the accumulated charges A plurality of radiation detection pixels each provided with a switch element are provided in a matrix on the first surface side, and a plurality of scanning wirings through which a control signal for switching each switch element provided in each radiation detection pixel flows A first substrate provided on the first surface side with a plurality of signal wirings through which an electrical signal corresponding to the charge accumulated in the radiation detection pixel according to the switching state of each switch element; and the first substrate Second of A plurality of radiation dose detection sensors that are provided on the surface side and generate charges when irradiated with visible light emitted from the second surface and emitted from the first surface are provided in a matrix. A plurality of radiation dose detection sensors provided in a matrix and provided on the entire surface of the second substrate, and each of the plurality of radiation dose detection sensors is used for radiation dose detection. An electrical signal corresponding to the charge generated in the connected radiation dose detection sensor flows to each of the radiation dose detection wirings, and each of the radiation dose detection wirings is connected to each of the wirings. Is connected to a radiation irradiation control device that detects radiation dose of the first wavelength and controls radiation of the first wavelength by the radiation source that emits radiation of the first wavelength based on the radiation dose. A radiation detector; Comprising a radiation source for incident from the first surface side of the first substrate ray, a.
このように、本発明によれば、従来技術と比較して、製造時のコストを抑えることができる、という優れた効果を有する。 Thus, according to the present invention, compared with the prior art, there is an excellent effect that the manufacturing cost can be suppressed.
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための各実施の形態について説明する。
[第1の実施の形態]
まず、第1の実施の形態について説明する。本実施の形態では、第1の波長の放射線を一旦第2の波長の放射線に変換し、変換した第2の波長の放射線を電荷に変換する間接変換方式の放射線検出器10Aに本発明を適用した場合について説明する。なお、以下の説明では、第1の波長の放射線を単に「放射線(例えばX線)」と称し、第1の波長とは異なる第2の波長の放射線が「光」である場合を例に挙げて説明するが、第1の波長の放射線及び第2の波長の放射線はこれに限られるものではない。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, the first embodiment will be described. In the present embodiment, the present invention is applied to an indirect conversion type radiation detector 10A that once converts radiation of the first wavelength into radiation of the second wavelength and converts the converted radiation of the second wavelength into electric charge. The case will be described. In the following description, the radiation having the first wavelength is simply referred to as “radiation (for example, X-ray)”, and the radiation having the second wavelength different from the first wavelength is “light”. However, the radiation of the first wavelength and the radiation of the second wavelength are not limited to this.
図1及び図2には、第1の実施の形態に係る放射線検出器10Aを用いた放射線画像撮影装置(放射線画像検出装置)100の全体構成が示されている。なお、図2では、シンチレータ70及びAECフォトセンサアレイ用基板74が省略されている。 1 and 2 show the overall configuration of a radiographic image capturing apparatus (radiological image detection apparatus) 100 using the radiation detector 10A according to the first exemplary embodiment. In FIG. 2, the scintillator 70 and the AEC photosensor array substrate 74 are omitted.
本実施の形態に係る放射線画像撮影装置100は、間接変換方式の放射線検出器10Aを備えている。 The radiographic image capturing apparatus 100 according to the present embodiment includes an indirect conversion type radiation detector 10A.
放射線検出器10Aは、シンチレータ70、フォトセンサ付きTFTアレイ基板72、及びAECフォトセンサアレイ用基板74を備えている。 The radiation detector 10A includes a scintillator 70, a TFT array substrate 72 with a photosensor, and an AEC photosensor array substrate 74.
まず、シンチレータ70について説明する。シンチレータ70は、照射された放射線を光に変換して、光を出射する。図1に示すように、本実施の形態のシンチレータ70の下部には、光を反射させるための部材である反射体が設けられている。なお、シンチレータ70は、本発明の波長変換部(波長変換層)に対応する。 First, the scintillator 70 will be described. The scintillator 70 converts the irradiated radiation into light and emits the light. As shown in FIG. 1, a reflector, which is a member for reflecting light, is provided below the scintillator 70 of the present embodiment. The scintillator 70 corresponds to the wavelength conversion unit (wavelength conversion layer) of the present invention.
次に、フォトセンサ付きTFTアレイ基板72について説明する。 Next, the TFT array substrate 72 with a photo sensor will be described.
フォトセンサ付きTFTアレイ基板72には、後述する上部電極と半導体層と下部電極を備え、照射された放射線をシンチレータで変換した光を受けて電荷を蓄積するセンサ部103と、センサ部103に蓄積された電荷を読み出すためのTFTスイッチ4と、を含んで構成される画素が2次元状に多数設けられている。 The TFT array substrate 72 with a photo sensor includes an upper electrode, a semiconductor layer, and a lower electrode, which will be described later. The sensor unit 103 receives light obtained by converting irradiated radiation by a scintillator, and stores the charge in the sensor unit 103. A number of pixels each including a TFT switch 4 for reading out the generated charges are provided in a two-dimensional manner.
また、フォトセンサ付きTFTアレイ基板72には、上記TFTスイッチ4をON/OFFするための複数の走査配線101と、上記センサ部103に蓄積された電荷を読み出すための複数の信号配線3と、が互いに交差して設けられている。 Further, on the TFT array substrate 72 with a photo sensor, a plurality of scanning wirings 101 for turning on / off the TFT switch 4, a plurality of signal wirings 3 for reading out charges accumulated in the sensor unit 103, Are provided so as to cross each other.
各信号配線3には、当該信号配線3に接続された何れかのTFTスイッチ4がONされることによりセンサ部103に蓄積された電荷量に応じた電気信号が流れる。各信号配線3には、各信号配線3に流れ出した電気信号を検出する信号検出回路105が接続されており、各走査配線101には、各走査配線101にTFTスイッチ4をON/OFFするための制御信号を出力するスキャン信号制御装置104が接続されている。 An electric signal corresponding to the amount of electric charge accumulated in the sensor unit 103 flows through each signal line 3 when any TFT switch 4 connected to the signal line 3 is turned on. Each signal wiring 3 is connected to a signal detection circuit 105 that detects an electric signal flowing out to each signal wiring 3, and each scanning wiring 101 is used to turn on / off the TFT switch 4 in each scanning wiring 101. A scan signal control device 104 for outputting the control signal is connected.
信号検出回路105は、各信号配線3毎に、入力される電気信号を増幅する増幅回路を内蔵している。信号検出回路105では、各信号配線3より入力される電気信号を増幅回路により増幅して検出することにより、画像を構成する各画素の情報として、各センサ部103に蓄積された電荷量を検出する。 The signal detection circuit 105 includes an amplification circuit for amplifying an input electric signal for each signal wiring 3. The signal detection circuit 105 detects the amount of electric charge accumulated in each sensor unit 103 as information of each pixel constituting the image by amplifying and detecting the electric signal input from each signal wiring 3 by the amplification circuit. To do.
この信号検出回路105及びスキャン信号制御装置104には、信号検出回路105において検出された電気信号に所定の処理を施すとともに、信号検出回路105に対して信号検出のタイミングを示す制御信号を出力し、スキャン信号制御装置104に対してスキャン信号の出力のタイミングを示す制御信号を出力する信号処理装置106が接続されている。 The signal detection circuit 105 and the scan signal control device 104 perform predetermined processing on the electrical signal detected by the signal detection circuit 105 and output a control signal indicating signal detection timing to the signal detection circuit 105. The signal processing device 106 is connected to the scan signal control device 104 for outputting a control signal indicating the output timing of the scan signal.
次に、図3及び図4を参照して、本実施形態に係るフォトセンサ付きTFTアレイ基板72についてより詳細に説明する。なお、図3には、本実施形態に係るフォトセンサ付きTFTアレイ基板72上の放射線検出素子の1画素単位の構造を示す平面図が示されており、図4(A)には、図3のA−A線断面図が示されており、図4(B)には、図3のB−B線断面図が示されている。 Next, the photosensor-equipped TFT array substrate 72 according to the present embodiment will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 3 is a plan view showing the structure of one pixel unit of the radiation detection element on the TFT array substrate 72 with a photosensor according to this embodiment, and FIG. FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 3.
図4(A)及び図4(B)に示すように、本実施の形態の放射線検出素子は、無アルカリガラス等からなる絶縁性の基板1上に、走査配線101、ゲート電極2が形成されており、走査配線101とゲート電極2は接続されている(図3参照。)。走査配線101及びゲート電極2が形成された配線層(以下、この配線層を「第1信号配線層」ともいう。)は、Al若しくはCu、又はAl若しくはCuを主体とした積層膜を用いて形成されているが、これらに限定されるものではない。 As shown in FIGS. 4A and 4B, the radiation detection element of this embodiment has a scanning wiring 101 and a gate electrode 2 formed on an insulating substrate 1 made of non-alkali glass or the like. The scanning wiring 101 and the gate electrode 2 are connected (see FIG. 3). The wiring layer in which the scanning wiring 101 and the gate electrode 2 are formed (hereinafter, this wiring layer is also referred to as “first signal wiring layer”) uses Al or Cu, or a laminated film mainly composed of Al or Cu. Although formed, it is not limited to these.
この走査配線101及びゲート電極2上には、走査配線101及びゲート電極2を覆い一面に絶縁膜15が形成されており、ゲート電極2上に位置する部位がTFTスイッチ4におけるゲート絶縁膜として作用する。この絶縁膜15は、例えば、SiNX 等からなっており、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)成膜により形成される。 An insulating film 15 is formed on the scanning wiring 101 and the gate electrode 2 so as to cover the scanning wiring 101 and the gate electrode 2, and a portion located on the gate electrode 2 acts as a gate insulating film in the TFT switch 4. To do. The insulating film 15 is made of, for example, SiN X or the like, and is formed by, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition) film formation.
絶縁膜15上のゲート電極2上には、半導体活性層8が島状に形成されている。この半導体活性層8は、TFTスイッチ4のチャネル部であり、例えば、アモルファスシリコン膜からなる。 On the gate electrode 2 on the insulating film 15, the semiconductor active layer 8 is formed in an island shape. The semiconductor active layer 8 is a channel portion of the TFT switch 4 and is made of, for example, an amorphous silicon film.
これらの上層には、ソース電極9、及びドレイン電極13が形成されている。このソース電極9及びドレイン電極13が形成された配線層には、ソース電極9、ドレイン電極13とともに、信号配線3、及び当該信号配線3と並行に共通電極配線25が形成されている。ソース電極9は信号配線3に接続されている。信号配線3、ソース電極9、及び共通電極配線25が形成された配線層(以下、この配線層を「第2信号配線層」ともいう。)は、Al若しくはCu、又はAl若しくはCuを主体とした積層膜が用いて形成されるが、これらに限定されるものではない。 A source electrode 9 and a drain electrode 13 are formed on these upper layers. In the wiring layer in which the source electrode 9 and the drain electrode 13 are formed, together with the source electrode 9 and the drain electrode 13, a signal wiring 3 and a common electrode wiring 25 are formed in parallel with the signal wiring 3. The source electrode 9 is connected to the signal wiring 3. The wiring layer in which the signal wiring 3, the source electrode 9, and the common electrode wiring 25 are formed (hereinafter, this wiring layer is also referred to as “second signal wiring layer”) is mainly Al or Cu, or Al or Cu. However, the present invention is not limited to these.
このソース電極9及びドレイン電極13と半導体活性層8との間にはコンタクト層(不図示)が形成されている。このコンタクト層は、不純物添加アモルファスシリコン等の不純物添加半導体からなる。これらによりスイッチング用のTFTスイッチ4が構成される。 A contact layer (not shown) is formed between the source electrode 9 and the drain electrode 13 and the semiconductor active layer 8. This contact layer is made of an impurity-doped semiconductor such as impurity-doped amorphous silicon. These constitute the TFT switch 4 for switching.
そして、これら半導体活性層8、ソース電極9、ドレイン電極13、信号配線3、及び共通電極配線25を覆い、基板1上の画素が設けられた領域のほぼ全面(ほぼ全領域)には、TFT保護膜層11が形成されている。このTFT保護膜層11は、例えば、SiNX 等からなっており、例えば、CVD成膜により形成される。 Then, the semiconductor active layer 8, the source electrode 9, the drain electrode 13, the signal wiring 3, and the common electrode wiring 25 are covered. A protective film layer 11 is formed. The TFT protective film layer 11 is made of, for example, SiN X or the like, and is formed by, for example, CVD film formation.
このTFT保護膜層11上には、塗布型の層間絶縁膜12が形成されている。この層間絶縁膜12は、低誘電率(比誘電率εr=2〜4)の感光性の有機材料(例えば、ポジ型感光性アクリル系樹脂:メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとの共重合体からなるベースポリマーに、ナフトキノンジアジド系ポジ型感光剤を混合した材料など)により1〜4μmの膜厚で形成されている。本実施の形態に係る放射線検出素子10では、この層間絶縁膜12によって層間絶縁膜12上層と下層に配置される金属間の容量を低く抑えている。また、一般的にこのような材料は平坦化膜としての機能も有しており、下層の段差が平坦化される効果も有する。これにより、上層に配置される半導体層6の形状が平坦化されるため、半導体層6の凹凸による吸収効率の低下や、リーク電流の増加を抑制することができる。この層間絶縁膜12及びTFT保護膜層11には、ドレイン電極13と対向する位置、及び走査配線101が形成された領域の照射面側の位置に各々コンタクトホール16、及びコンタクトホール22Aが形成されている。 A coating type interlayer insulating film 12 is formed on the TFT protective film layer 11. This interlayer insulating film 12 is made of a photosensitive organic material having a low dielectric constant (relative dielectric constant ε r = 2 to 4) (for example, a positive photosensitive acrylic resin: a copolymer of methacrylic acid and glycidyl methacrylate). And a base polymer mixed with a naphthoquinonediazide-based positive photosensitive agent). In the radiation detection element 10 according to the present exemplary embodiment, the capacitance between metals disposed in the upper layer and the lower layer of the interlayer insulating film 12 is kept low by the interlayer insulating film 12. In general, such a material also has a function as a flattening film, and has an effect of flattening a lower step. Thereby, since the shape of the semiconductor layer 6 disposed in the upper layer is flattened, it is possible to suppress a decrease in absorption efficiency due to the unevenness of the semiconductor layer 6 and an increase in leakage current. In the interlayer insulating film 12 and the TFT protective film layer 11, a contact hole 16 and a contact hole 22A are formed at a position facing the drain electrode 13 and a position on the irradiation surface side of the region where the scanning wiring 101 is formed. ing.
層間絶縁膜12上には、コンタクトホール16を埋めつつ、画素領域を覆うようにセンサ部103の下部電極14が形成されており、この下部電極14は、TFTスイッチ4のドレイン電極13と接続されている。この下部電極14は、後述する半導体層6が1μm前後と厚い場合には導電性があれば材料に制限がほとんどない。このため、Al系材料、ITO(酸化スズインジウム)など導電性の金属を用いて形成すれば問題ない。 A lower electrode 14 of the sensor unit 103 is formed on the interlayer insulating film 12 so as to cover the pixel region while filling the contact hole 16, and the lower electrode 14 is connected to the drain electrode 13 of the TFT switch 4. ing. If the semiconductor layer 6 described later is as thick as about 1 μm, the material of the lower electrode 14 is not limited as long as it has conductivity. Therefore, there is no problem if it is formed using a conductive metal such as an Al-based material or ITO (indium tin oxide).
一方、半導体層6の膜厚が薄い場合(0.2〜0.5μm前後)、半導体層6で光が吸収が十分でないため、TFTスイッチ4への光照射によるリーク電流の増加を防ぐため、遮光性メタルを主体とする合金、もしくは積層膜とすることが好ましい。 On the other hand, when the film thickness of the semiconductor layer 6 is thin (around 0.2 to 0.5 μm), light is not sufficiently absorbed by the semiconductor layer 6, so that an increase in leakage current due to light irradiation to the TFT switch 4 is prevented. An alloy mainly composed of a light-shielding metal or a laminated film is preferable.
下部電極14上には、フォトダイオードとして機能する半導体層6が形成されている。本実施の形態では、半導体層6として、PIN構造のフォトダイオードを採用しており、下層からn+層、i層、p+層を順に積層して形成する。なお、本実施の形態では、下部電極14を半導体層6よりも大きくしている。なお、半導体層6の膜厚が薄い場合(例えば、0.5μm以下の場合)には、TFTスイッチ4への光入射を防ぐ目的で、遮光性金属を配置してTFTスイッチ4を覆うことが好ましい。 A semiconductor layer 6 that functions as a photodiode is formed on the lower electrode 14. In the present embodiment, a photodiode having a PIN structure is employed as the semiconductor layer 6, and an n + layer, an i layer, and a p + layer are sequentially stacked from the lower layer. In the present embodiment, the lower electrode 14 is made larger than the semiconductor layer 6. When the semiconductor layer 6 is thin (for example, 0.5 μm or less), a light shielding metal is disposed to cover the TFT switch 4 in order to prevent light from entering the TFT switch 4. preferable.
好ましくは、デバイス内部の光の乱反射によるTFTスイッチ4への光進入を抑制するため、TFTスイッチ4のチャネル部から遮光性金属からなる下部電極14の端部への間隔を5μm以上確保している。 Preferably, in order to suppress light entering the TFT switch 4 due to irregular reflection of light inside the device, a space from the channel portion of the TFT switch 4 to the end portion of the lower electrode 14 made of a light shielding metal is secured to 5 μm or more. .
層間絶縁膜12及び半導体層6上には、各半導体層6部分で開口を持つように保護絶縁膜17が形成されている。そして、半導体層6及び保護絶縁膜17上には、少なくとも保護絶縁膜17の開口部を覆うように上部電極7が形成されている。この上部電極7には、例えば、ITOやIZO(酸化亜鉛インジウム)などの光透過性の高い材料を用いている。上部電極7は、下層に配置された、上部電極7にバイアス電圧を供給するための共通電極配線25と接続する導電部材も兼ねている。図3(B)に示すように、共通電極配線25は、第1の層間絶縁膜12に設けられたコンタクトホール22Aを介して下部電極14の層に形成されたコンタクトパッド24と接続され、さらに保護絶縁膜17に設けられたコンタクトホール22B上を上部電極7で覆うことで、上部電極7と共通電極配線25とが電気的に接続されている。 A protective insulating film 17 is formed on the interlayer insulating film 12 and the semiconductor layer 6 so that each semiconductor layer 6 has an opening. An upper electrode 7 is formed on the semiconductor layer 6 and the protective insulating film 17 so as to cover at least the opening of the protective insulating film 17. For the upper electrode 7, for example, a material having high light transmittance such as ITO or IZO (zinc oxide indium) is used. The upper electrode 7 also serves as a conductive member connected to the common electrode wiring 25 that is disposed in the lower layer and supplies a bias voltage to the upper electrode 7. As shown in FIG. 3B, the common electrode wiring 25 is connected to a contact pad 24 formed in the layer of the lower electrode 14 through a contact hole 22A provided in the first interlayer insulating film 12, and By covering the contact hole 22 </ b> B provided in the protective insulating film 17 with the upper electrode 7, the upper electrode 7 and the common electrode wiring 25 are electrically connected.
ここで、上部電極7と、共通電極配線25に接続する導電部材とは別層の金属で形成してもかまわない。 Here, the upper electrode 7 and the conductive member connected to the common electrode wiring 25 may be formed of different layers of metal.
このように、基板1の第1の面1A´側に放射線検出用の画素(放射線検出用画素)が形成され、このように形成されたフォトセンサ付きTFTアレイ基板72には、図5に示すように、第1の面1A´側に、放射線検出用の画素が形成された光吸収性の低い接着樹脂28等を用いてGOS等からなるシンチレータ70が貼り付けられている。また、同図に図示されるように、第1の面1A´とは逆の面1B(第1の面とは異なる面1B)側には、AEC用フォトセンサアレイ基板74が設けられている。なお、フォトセンサ付きTFTアレイ基板72についても、シンチレータ70側の面を「第1の面」と称し、AEC用フォトセンサアレイ基板74側の面を「第2の面」と称することとする。また、フォトセンサ付きTFTアレイ基板72は本発明の第1の基板に対応し、AEC用フォトセンサアレイ基板74は本発明の第2の基板に対応する。 In this way, radiation detection pixels (radiation detection pixels) are formed on the first surface 1A ′ side of the substrate 1, and the photosensor-equipped TFT array substrate 72 thus formed is shown in FIG. As described above, the scintillator 70 made of GOS or the like is attached to the first surface 1A ′ side using an adhesive resin 28 having a low light absorption property on which radiation detection pixels are formed. As shown in the figure, an AEC photosensor array substrate 74 is provided on the surface 1B opposite to the first surface 1A '(surface 1B different from the first surface). . For the TFT array substrate 72 with a photosensor, the surface on the scintillator 70 side is referred to as a “first surface”, and the surface on the AEC photosensor array substrate 74 side is referred to as a “second surface”. The photosensor-equipped TFT array substrate 72 corresponds to the first substrate of the present invention, and the AEC photosensor array substrate 74 corresponds to the second substrate of the present invention.
次に、図6(A)〜(I)を参照して、第1の実施形態に係るフォトセンサ付きTFTアレイ基板72の放射線検出素子の製造工程の一例を説明する。 Next, with reference to FIGS. 6A to 6I, an example of a manufacturing process of the radiation detection element of the photosensor-equipped TFT array substrate 72 according to the first embodiment will be described.
まず、基板1上に、第1信号配線層として、ゲート電極2、走査配線101を形成する(図6(A))。この第1信号配線層は、Al、Al合金等の低抵抗金属、もしくは高融点金属からなるバリアメタル層との積層膜からなり、膜厚が100−300nm前後でスパッタリング法にて基板1上に堆積される。その後、フォトリソグラフィー技術にてレジスト膜のパターンニングを行う。その後、Al用のエッチャントによるウェットエッチ法か、ドライエッチ法にて金属膜をパターンニングする。その後、レジストを除去することにより第1信号配線層が完成する。 First, the gate electrode 2 and the scanning wiring 101 are formed on the substrate 1 as the first signal wiring layer (FIG. 6A). This first signal wiring layer is a laminated film with a barrier metal layer made of a low resistance metal such as Al or Al alloy or a refractory metal, and has a film thickness of about 100 to 300 nm on the substrate 1 by sputtering. Is deposited. Thereafter, the resist film is patterned by photolithography. Thereafter, the metal film is patterned by a wet etch method using an etchant for Al or a dry etch method. Then, the first signal wiring layer is completed by removing the resist.
次に、第1信号配線層上に、絶縁膜15、半導体活性層8、コンタクト層(不図示)を順次堆積する(図6(B))。絶縁膜15はSiNxからなり膜厚は200−600nm、半導体活性層8はアモルファスシリコンからなり膜厚20−200nm前後、コンタクト層は不純物添加アモルファスシリコンからなり膜厚10−100nm前後で、P−CVD(Plasma-Chemical Vapor Deposition)法にて堆積する。その後、第1信号配線層と同様に、フォトリソグラフィー技術によりレジストのパターンニングを行う。その後、半導体活性層8と不純物添加半導体によるコンタクト層を絶縁膜15に対し選択的にドライエッチングすることにより半導体活性領域を形成する。 Next, an insulating film 15, a semiconductor active layer 8, and a contact layer (not shown) are sequentially deposited on the first signal wiring layer (FIG. 6B). The insulating film 15 is made of SiNx and has a thickness of 200 to 600 nm, the semiconductor active layer 8 is made of amorphous silicon and has a thickness of about 20 to 200 nm, and the contact layer is made of impurity-doped amorphous silicon and has a thickness of about 10 to 100 nm. Deposited by (Plasma-Chemical Vapor Deposition) method. Thereafter, similarly to the first signal wiring layer, resist patterning is performed by photolithography. Thereafter, the semiconductor active region is formed by selectively dry-etching the semiconductor active layer 8 and the contact layer made of the doped semiconductor with respect to the insulating film 15.
次に、絶縁膜15、及び半導体活性層8の上層に、第2信号配線層として、信号配線3、ソース電極9、ドレイン電極13、共通電極配線25を形成する(図6(C))。この第2信号配線層は、第1信号配線層と同様に、Al、Al合金等の低抵抗金属、もしくは高融点金属からなるバリアメタル層との積層膜、又はMo等の高融点金属膜単層からなり、膜厚が100−300nm前後である。第1信号配線層と同様に、フォトリソグラフィー技術にてパターンニングを行い、Al用のエッチャントによるウェットエッチ法か、ドライエッチ法にて金属膜をパターンニングする。その際、選択的にエッチング法を採用することにより絶縁膜15は除去されない。ドライエッチ法にて、コンタクト層と半導体活性層8の一部を除去しチャネル領域を形成する。 Next, the signal wiring 3, the source electrode 9, the drain electrode 13, and the common electrode wiring 25 are formed as the second signal wiring layer on the insulating film 15 and the semiconductor active layer 8 (FIG. 6C). Similar to the first signal wiring layer, the second signal wiring layer is a laminated film with a barrier metal layer made of a low-resistance metal such as Al or an Al alloy or a refractory metal, or a single refractory metal film such as Mo. It consists of layers and the film thickness is around 100-300 nm. Similar to the first signal wiring layer, patterning is performed by photolithography, and the metal film is patterned by wet etching using an etchant for Al or dry etching. At this time, the insulating film 15 is not removed by selectively employing an etching method. A contact layer and a part of the semiconductor active layer 8 are removed by a dry etching method to form a channel region.
次に、上記のように形成された層の上層に、TFT保護膜層11及び層間絶縁膜12を順次形成する(図6(D))。TFT保護膜層11及び層間絶縁膜12は無機材料単体の場合や、無機材料からなる保護絶縁膜と有機系材料からなる層間絶縁膜の積層により形成する場合や、有機系からなる層間絶縁膜単層により形成する場合がある。本実施形態では、下層の共通電極配線25と下部電極14間との静電容量を抑制する一方で、TFTスイッチ4の特性を安定させるため感光性の層間絶縁膜12と無機材料からなるTFT保護膜層11の積層構造としており、例えば、CVD成膜によりTFT保護膜層11を形成し、塗布系材料である感光性の層間絶縁膜12材料を塗布、プリベーク後、露光、現像のステップを通過後、焼成を行なって各層を形成する。 Next, the TFT protective film layer 11 and the interlayer insulating film 12 are sequentially formed on the layer formed as described above (FIG. 6D). The TFT protective film layer 11 and the interlayer insulating film 12 are formed of a single inorganic material, formed by stacking a protective insulating film made of an inorganic material and an interlayer insulating film made of an organic material, or a single layer insulating film made of an organic material. It may be formed by layers. In the present embodiment, the electrostatic capacitance between the lower common electrode wiring 25 and the lower electrode 14 is suppressed, while the TFT protection composed of the photosensitive interlayer insulating film 12 and the inorganic material is used to stabilize the characteristics of the TFT switch 4. The film layer 11 has a laminated structure. For example, the TFT protective film layer 11 is formed by CVD film formation, a photosensitive interlayer insulating film 12 material, which is a coating system material, is applied, prebaked, and then passes through exposure and development steps. Thereafter, firing is performed to form each layer.
次に、フォトリソグラフィー技術によりTFT保護膜層11をパターンニングする(図6(E))。なお、TFT保護膜11を配置しない場合には、このステップは必要ない。 Next, the TFT protective film layer 11 is patterned by photolithography (FIG. 6E). Note that this step is not necessary when the TFT protective film 11 is not disposed.
次に、上記の層の上層にAl系材料もしくはITO等の金属材料をスパッタリング法により堆積する。膜厚は20−200nm前後である。フォトリソグラフィー技術にてパターンニングを行い、メタル用のエッチャント等によるウェットエッチ法か、ドライエッチ法にてパターンニングして下部電極14を形成する(図6(F))。 Next, an Al-based material or a metal material such as ITO is deposited on the above layer by a sputtering method. The film thickness is around 20-200 nm. Patterning is performed by a photolithography technique, and patterning is performed by a wet etching method using a metal etchant or the like or a dry etching method to form the lower electrode 14 (FIG. 6F).
次に、CVD法で下層より順にn+、i、p+の各層を堆積して半導体層6を形成する(図6(G))。膜厚は、それぞれn+層50−500nm、i層0.2〜2μm、p+層50−500nmである。半導体層6は各層を順に積層してフォトリソグラフィー技術により、半導体層6をパターンニングし、ドライエッチ、もしくはウェットエッチによる下層の層間絶縁膜12との選択エッチすることにより完成する。 Next, n + , i, and p + layers are sequentially deposited from the lower layer by the CVD method to form the semiconductor layer 6 (FIG. 6G). The film thicknesses are n + layer 50-500 nm, i layer 0.2-2 μm, and p + layer 50-500 nm, respectively. The semiconductor layer 6 is completed by laminating each layer in order, patterning the semiconductor layer 6 by photolithography, and selectively etching with the lower interlayer insulating film 12 by dry etching or wet etching.
ここでは、n+、i、p+の順で積層したが、p+、i、n+の順で積層し、PINダイオードとしてもかまわない。 Here, n +, i, was laminated in the order of p +, p +, i, and laminated in the order of n +, it may be a PIN diode.
次に、CVD法等で、半導体層6を覆うようにSiNx膜からなる保護絶縁膜17を堆積する。膜厚は100〜300nm前後である。フォトリソグラフィー技術にてパターンニングを行い、ドライエッチ法にてパターンニングし、開口部を形成する。(図6(H))。ここでは、一例としてCVD成膜のSiNxを記載したが、絶縁材料であれば適用でき、SiNxに限定するものではない。 Next, a protective insulating film 17 made of a SiNx film is deposited by CVD or the like so as to cover the semiconductor layer 6. The film thickness is around 100 to 300 nm. Patterning is performed by a photolithography technique, and patterning is performed by a dry etching method to form an opening. (FIG. 6 (H)). Here, SiNx formed by CVD is described as an example, but any insulating material can be applied and is not limited to SiNx.
次に、上部電極7及び共通電極配線25との接続部位を形成する(図6(I))。上部電極7及び共通電極配線25との接続部位は上記のようにして形成された層の上層に、ITO等の透明電極材料をスパッタリング法により堆積する。膜厚は20−200nm前後である。フォトリソグラフィー技術にてパターンニングを行い、ITO用のエッチャント等によるウェットエッチ法か、ドライエッチ法にて上部電極7をパターンニングする。その際、選択的にエッチングを採用することにより、下層の保護絶縁膜17はダメージを受けない。 Next, a connection portion between the upper electrode 7 and the common electrode wiring 25 is formed (FIG. 6I). A transparent electrode material such as ITO is deposited by sputtering on the upper layer of the layer formed as described above at the connection portion between the upper electrode 7 and the common electrode wiring 25. The film thickness is around 20-200 nm. Patterning is performed by a photolithography technique, and the upper electrode 7 is patterned by a wet etching method using an etchant for ITO or the like or a dry etching method. At this time, by selectively employing etching, the underlying protective insulating film 17 is not damaged.
最後にこのように形成されたフォトセンサ付きTFTアレイ基板72に接着樹脂28等を用いてGOSからなるシンチレータ70を貼り付けると共に、AEC用フォトセンサアレイ基板74を貼り付けることにより、図5に示すような放射線検出素子10が形成される。 Finally, a GOS scintillator 70 and an AEC photosensor array substrate 74 are attached to the TFT array substrate 72 with a photosensor formed in this manner using an adhesive resin 28 or the like, as shown in FIG. Such a radiation detection element 10 is formed.
次に、AEC用フォトセンサアレイ基板74について説明する。AEC用フォトセンサアレイ基板74は、例えば、樹脂基板を含んで構成される。AEC用フォトセンサアレイ基板74は、フォトセンサ付きTFTアレイ基板72の「第2の面」側に設けられており、AEC用フォトセンサアレイ基板74には、シンチレータ70によって変換された光が、図1に示すように、第1の面側に照射されて第2の面から出射された光が照射されることにより電荷を発生するフォトセンサが複数設けられたものが用いられる。すなわち、このフォトセンサは、放射線照射量検出用センサである。また、このようなフォトセンサとしては、TFTアレイほどの高精細な光検出は必要ないため、例えば、特開平9−307088に記載された図7に示すシート形状のフォトセンサアレイを用いることができる。これにより、低コストで放射線照射量検出(AEC)を行うことができる。 Next, the AEC photosensor array substrate 74 will be described. The AEC photosensor array substrate 74 includes, for example, a resin substrate. The photo sensor array substrate 74 for AEC is provided on the “second surface” side of the TFT array substrate 72 with photo sensor, and the light converted by the scintillator 70 is shown on the photo sensor array substrate 74 for AEC. As shown in FIG. 1, one provided with a plurality of photosensors that generate charges by irradiating light emitted from the second surface and irradiated from the first surface side is used. That is, this photosensor is a radiation dose detection sensor. In addition, as such a photosensor, it is not necessary to detect light as finely as the TFT array. For example, a sheet-shaped photosensor array shown in FIG. 7 described in JP-A-9-307088 can be used. . Thereby, radiation dose detection (AEC) can be performed at low cost.
また、このようなフォトセンサ層には、a−Siを用いたPIN型、MIS型フォトダイオードよりも、例えば、図8(A)及び図8(B)示すような有機薄膜材料が含有された光電変換膜が好ましい。これは、PIN型フォトダイオードやMIS型フォトダイオードを用いた場合と比較して、製造コストの削減や、フレキシブル化への対応の点で有機薄膜材料が含有された光電変換膜を用いたほうが有利だからである。なお、フォトセンサ層に、IGZOなどの無機薄膜材料が含有された光電変換膜を用いても良い。 In addition, such a photosensor layer contains an organic thin film material as shown in FIGS. 8A and 8B, for example, rather than a PIN-type or MIS-type photodiode using a-Si. A photoelectric conversion film is preferable. Compared to the case of using a PIN type photodiode or MIS type photodiode, it is more advantageous to use a photoelectric conversion film containing an organic thin film material in terms of reduction in manufacturing cost and flexibility. That's why. Note that a photoelectric conversion film containing an inorganic thin film material such as IGZO may be used for the photosensor layer.
なお、AEC用フォトセンサアレイ基板74に設けられた各フォトセンサは、上述したように放射線照射量検出用センサとして用いられ、放射線照射量検出用配線(図9(B)参照)の各々に接続されている。すなわち、放射線照射量検出用配線の各々には、接続されたフォトセンサに発生した電荷に応じた電気信号が流れる。また、このフォトセンサの各々は、放射線照射量検出用配線の各々を介して放射線照射制御装置(図示せず)に接続されている。ここで、この放射線照射制御装置は、フォトセンサからの電気信号に基づいて、放射線の照射量を検出し、検出した照射量に基づいて、放射線を照射する放射線源(図示せず)による放射線の照射を制御する。 Each photosensor provided on the AEC photosensor array substrate 74 is used as a radiation dose detection sensor as described above, and is connected to each radiation dose detection wiring (see FIG. 9B). Has been. That is, an electrical signal corresponding to the electric charge generated in the connected photosensor flows through each of the radiation dose detection wirings. In addition, each of the photosensors is connected to a radiation irradiation control device (not shown) via each of the radiation irradiation amount detection wirings. Here, the radiation irradiation control device detects the radiation dose based on the electrical signal from the photosensor, and based on the detected radiation dose, the radiation source emits radiation (not shown). Control irradiation.
以上説明したように、本実施の形態では、フォトセンサ付きTFTアレイ基板72(図9(A)に示した模式図参照)の第1の面側にシンチレータ70が設けられ、フォトセンサ付きTFTアレイ基板72の第2の面側にAEC用フォトセンサアレイ基板74(図9(B)に示した模式図参照)が設けられる。 As described above, in this embodiment, the scintillator 70 is provided on the first surface side of the TFT array substrate 72 with photosensor (see the schematic diagram shown in FIG. 9A), and the TFT array with photosensor is provided. An AEC photosensor array substrate 74 (see the schematic diagram shown in FIG. 9B) is provided on the second surface side of the substrate 72.
次に、上記構造の放射線画像検出装置100の動作原理について説明する。 Next, the operation principle of the radiation image detection apparatus 100 having the above structure will be described.
図5(図1)の上方からX線が照射されると、照射されたX線は、シンチレータ70に吸収され、可視光(第2の波長の放射線)に変換される。なお、図5(図1)の下方からX線が照射されてもよく、この場合においても照射されたX線は、シンチレータ70に吸収され、可視光に変換される。シンチレータ70から発生する光量は、通常の医療診断用のX線撮影では0.5〜2μW/cm2である。この発生した光は、接着樹脂28の層を通過して、TFTアレイ基板上にアレイ状に配置されたセンサ部103の半導体層6に照射される。また、発生した光の一部は、AEC用フォトセンサアレイ基板74に到達し、AEC用フォトセンサアレイ基板74は、発生した光の一部を受光する。 When X-rays are irradiated from above in FIG. 5 (FIG. 1), the irradiated X-rays are absorbed by the scintillator 70 and converted into visible light (second wavelength radiation). Note that X-rays may be irradiated from below in FIG. 5 (FIG. 1). In this case as well, the irradiated X-rays are absorbed by the scintillator 70 and converted into visible light. The amount of light generated from the scintillator 70 is 0.5 to 2 μW / cm 2 in normal medical diagnostic X-ray imaging. The generated light passes through the layer of the adhesive resin 28 and irradiates the semiconductor layer 6 of the sensor unit 103 arranged in an array on the TFT array substrate. A part of the generated light reaches the AEC photosensor array substrate 74, and the AEC photosensor array substrate 74 receives a part of the generated light.
放射線検出器10Aには、半導体層6が各画素単位に分離して備えられている。半導体層6は、共通電極配線25を介して上部電極7から所定のバイアス電圧が印加されており、光が照射されると内部に電荷が発生する。例えば、半導体層6が下層からn+−i−p+(n+アモルファスシリコン、アモルファスシリコン、p+アモルファスシリコン)の順に積層したPIN構造の場合は、上部電極7に負のバイアス電圧が印加されるものとされており、I層の膜厚が1μm程度の場合、印加されるバイアス電圧が−5〜−10V程度である。半導体層6には、このような状態で光が未照射の場合、数〜数+pA/mm2以下の電流しか流れない。一方、半導体層6には、このような状態で光が照射(100μW/cm2)されると、0.3μA/mm2程度の明電流が発生する。この発生した電荷は下部電極14により収集される。下部電極14は、TFTスイッチ4のドレイン電極13と接続されており、TFTスイッチ4のソース電極9は、信号配線3に接続されている。画像検出時には、TFTスイッチ4のゲート電極2に負バイアスが印加されてオフ状態に保持されており、下部電極14に収集された電荷が蓄積される。 In the radiation detector 10A, the semiconductor layer 6 is provided separately for each pixel unit. A predetermined bias voltage is applied to the semiconductor layer 6 from the upper electrode 7 through the common electrode wiring 25, and when light is irradiated, charges are generated inside. For example, in the case of a PIN structure in which the semiconductor layer 6 is laminated in the order of n + -ip + (n + amorphous silicon, amorphous silicon, p + amorphous silicon) from the lower layer, a negative bias voltage is applied to the upper electrode 7. When the thickness of the I layer is about 1 μm, the applied bias voltage is about −5 to −10V. When the semiconductor layer 6 is not irradiated with light in such a state, only a current of several to several + pA / mm 2 or less flows. On the other hand, when the semiconductor layer 6 is irradiated with light (100 μW / cm 2 ) in such a state, a bright current of about 0.3 μA / mm 2 is generated. The generated charges are collected by the lower electrode 14. The lower electrode 14 is connected to the drain electrode 13 of the TFT switch 4, and the source electrode 9 of the TFT switch 4 is connected to the signal wiring 3. At the time of image detection, a negative bias is applied to the gate electrode 2 of the TFT switch 4 and held in the off state, and the collected charges are accumulated in the lower electrode 14.
画像読出時には、TFTスイッチ4のゲート電極2に走査配線101を介して順次ON信号(+10〜20V)が印加される。これにより、TFTスイッチ4が順次ONされることにより下部電極14に蓄積された電荷量に応じた電気信号が信号配線3に流れ出す。信号検出回路105は、信号配線3に流れ出した電気信号に基づいて各センサ部103に蓄積された電荷量を、画像を構成する各画素の情報として検出する。これにより、放射線検出器10Aに照射されたX線により示される画像を示す画像情報を得ることができる。 At the time of image reading, an ON signal (+10 to 20 V) is sequentially applied to the gate electrode 2 of the TFT switch 4 through the scanning wiring 101. As a result, when the TFT switch 4 is sequentially turned on, an electric signal corresponding to the amount of charge accumulated in the lower electrode 14 flows out to the signal wiring 3. The signal detection circuit 105 detects the amount of electric charge accumulated in each sensor unit 103 based on the electric signal flowing out to the signal wiring 3 as information of each pixel constituting the image. Thereby, the image information which shows the image shown with the X-ray irradiated to 10 A of radiation detectors can be obtained.
ところで、本実施形態に係る放射線検出器10Aでは、共通電極配線25をセンサ部103に対し、シンチレータ30からの可視光の非照射面側(可視光の下流側)に形成しており、コンタクトホール22A、22Bを介して上部電極7にバイアス電圧を供給している。これにより、シンチレータ30により可視光に変換されて半導体層6に照射される光が共通電極配線25よって遮断されることが無くなるため、センサ部103での光の利用効率の低下を防止することができる。 By the way, in the radiation detector 10A according to the present embodiment, the common electrode wiring 25 is formed on the non-irradiation surface side of the visible light from the scintillator 30 (downstream side of the visible light) with respect to the sensor unit 103. A bias voltage is supplied to the upper electrode 7 through 22A and 22B. As a result, the light that is converted into visible light by the scintillator 30 and irradiated on the semiconductor layer 6 is not blocked by the common electrode wiring 25, thereby preventing a decrease in light use efficiency in the sensor unit 103. it can.
また、本実施の形態に係る放射線検出器10Aでは、AEC用フォトセンサアレイ基板74の各フォトセンサ(放射線照射量検出用センサ)が光を受光し、放射線の照射量(総照射量)が検出され、放射線源による放射線の照射が制御される。 Further, in the radiation detector 10A according to the present exemplary embodiment, each photosensor (radiation dose detection sensor) of the AEC photosensor array substrate 74 receives light and detects the radiation dose (total dose). Then, irradiation of radiation by the radiation source is controlled.
以上、本実施の形態の放射線検出器10Aを備えた放射線画像検出装置100について説明した。本実施の形態の放射線検出器10Aは、照射された放射線を光に変換するシンチレータ70と、第1の面1A及び第1の面1Aとは異なる第2の面1Bを有し、シンチレータ70によって変換された光が照射されることにより発生した電荷を蓄積すると共に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子を備えた放射線検出用画素が第1の面1A側にマトリクス状に複数設けられ、各放射線検出用画素に備えられた各スイッチ素子をスイッチングする制御信号が流れる複数の走査配線101と各スイッチ素子のスイッチング状態に応じて放射線検出用画素に蓄積された電荷に応じた電気信号が流れる複数の信号配線3とが第1の面側に設けられたフォトセンサ付きTFTアレイ基板72と、フォトセンサ付きTFTアレイ基板72の第2の面1B側に設けられ、第1の面1A側に照射されて第2の面1Bから出射された光が照射されることにより電荷を発生する放射線照射量検出用センサが複数設けられたAEC用フォトセンサアレイ基板74と、を備えている。 The radiation image detection apparatus 100 provided with the radiation detector 10A of the present embodiment has been described above. 10 A of radiation detectors of this Embodiment have the 2nd surface 1B different from the scintillator 70 which converts the irradiated radiation into light, and the 1st surface 1A and the 1st surface 1A, and the scintillator 70 A plurality of radiation detection pixels each having a switching element for accumulating charges generated by irradiation of the converted light and reading the accumulated charges are provided in a matrix on the first surface 1A side. A plurality of scanning wires 101 through which control signals for switching each switch element provided in the radiation detection pixel flow and a plurality of electrical signals through which electric signals corresponding to the charges accumulated in the radiation detection pixel flow according to the switching state of each switch element. The signal wiring 3 is provided on the first surface side of the TFT array substrate 72 with a photo sensor, and the second surface of the TFT array substrate 72 with a photo sensor. AEC photo provided with a plurality of radiation dose detection sensors provided on the B side and generating charges when irradiated with the light emitted from the second surface 1B by being irradiated on the first surface 1A side And a sensor array substrate 74.
本実施の形態の放射線検出器10Aによれば、放射線検出用画素と、放射線照射量検出用センサとが別の基板に設けられているため、放射線検出用画素の歩留まりと、放射線照射量検出用センサの歩留まりとを分離することができ、例えば、放射線照射量検出用センサで製造不良が発生した場合であってもAEC用フォトセンサアレイ基板74のみ不良品となり、フォトセンサ付きTFTアレイ基板72については不良品とならない。すなわち、放射線照射量検出用センサで製造不良が発生した場合であっても、放射線検出用画素がマトリクス状に複数設けられたフォトセンサ付きTFTアレイ基板72については廃棄などの処理を行わずにすむ。 According to the radiation detector 10A of the present embodiment, since the radiation detection pixel and the radiation irradiation amount detection sensor are provided on different substrates, the yield of the radiation detection pixel and the radiation irradiation amount detection are reduced. The sensor yield can be separated. For example, even when a manufacturing defect occurs in the radiation dose detection sensor, only the AEC photosensor array substrate 74 becomes a defective product. Will not be defective. That is, even if a manufacturing defect occurs in the radiation dose detection sensor, the TFT array substrate 72 with a photosensor in which a plurality of radiation detection pixels are provided in a matrix can be dispensed with. .
従って、本実施の形態によれば、従来技術と比較して、製造時のコストを抑えることができる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to reduce the manufacturing cost as compared with the prior art.
また、本実施の形態によれば、放射線検出用画素の間に放射線照射量検出用センサが設けられていないため、第一の放射線変換素子(放射線検出用の素子)の間隙にAECセンサ(第二の放射線変換素子)が形成された従来技術と比較して、放射線検出用画素の有効検出エリアを拡大することができ、放射線検出の精度が良好となる。 Further, according to the present embodiment, since no radiation irradiation amount detection sensor is provided between the radiation detection pixels, an AEC sensor (first element) is provided in the gap between the first radiation conversion elements (elements for radiation detection). Compared with the prior art in which the second radiation conversion element) is formed, the effective detection area of the radiation detection pixel can be enlarged, and the accuracy of radiation detection is improved.
また、放射線照射量検出用センサが複数配置されたAEC用フォトセンサアレイ基板74が、放射線検出用画素がマトリクス状に複数設けられたフォトセンサ付きTFTアレイ基板72の第2の面側に設けられているため、例えば、放射線検出用のTFTの隙間にAECセンサが形成された場合よりも多くの第2の波長の放射線(例えば光)を受けることができ、検出感度がより高くなる。これは、TFTの隙間にAECセンサが形成されるような場合には、そのAECセンサが設けられた隙間より更に面積が小さいAECセンサのセンサ部で第2の波長の放射線を受けるのに対し、本実施の形態では、TFTの上面にAECセンサが配置されてるので、TFTの隙間全体にAECセンサを配置でき、その隙間から漏れて出射される第2の波長の放射線をより多く受けることができるからである。 The AEC photosensor array substrate 74 in which a plurality of radiation dose detection sensors are arranged is provided on the second surface side of the photosensor-equipped TFT array substrate 72 in which a plurality of radiation detection pixels are provided in a matrix. Therefore, for example, more radiation (for example, light) of the second wavelength can be received than when the AEC sensor is formed in the gap between the radiation detection TFTs, and the detection sensitivity becomes higher. This is because when the AEC sensor is formed in the gap of the TFT, the sensor part of the AEC sensor having a smaller area than the gap provided with the AEC sensor receives the radiation of the second wavelength. In this embodiment, since the AEC sensor is arranged on the upper surface of the TFT, the AEC sensor can be arranged in the entire gap of the TFT, and more radiation of the second wavelength leaked from the gap can be received. Because.
また、同一のシンチレータ70(波長変換部)によって変換された光を放射線検出用画素及び放射線照射量検出用センサで検出しているので、外部AECセンサにて照射量検出を行う場合に比べ、照射条件による画像検出と放射線照射量検出のズレを低減させることができる。
[第2の実施の形態]
次に第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同様の構成のものについては同一の符号を付す。また、第1の実施の形態と同様に、以下の説明においても、第1の波長の放射線を単に「放射線(例えばX線)」と称し、第1の波長とは異なる第2の波長の放射線が「光」である場合を例に挙げて説明するが、第1の波長の放射線及び第2の波長の放射線はこれに限られるものではない。図10に示すように、第2の実施の形態の放射線検出器10Bは、シンチレータ70´、フォトセンサ付きTFTアレイ基板72、及びAEC用フォトセンサアレイ基板74を備えている。
Further, since the light converted by the same scintillator 70 (wavelength conversion unit) is detected by the radiation detection pixel and the radiation irradiation amount detection sensor, the irradiation is performed as compared with the case where the irradiation amount is detected by the external AEC sensor. Deviation between image detection and radiation dose detection according to conditions can be reduced.
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to 1st Embodiment. Similarly to the first embodiment, in the following description, radiation having the first wavelength is simply referred to as “radiation (for example, X-ray)”, and radiation having a second wavelength different from the first wavelength. However, the radiation of the first wavelength and the radiation of the second wavelength are not limited to this. As shown in FIG. 10, the radiation detector 10 </ b> B of the second embodiment includes a scintillator 70 ′, a photosensor-equipped TFT array substrate 72, and an AEC photosensor array substrate 74.
本実施の形態のシンチレータ70´は、第1の実施の形態のシンチレータ70に設けられていた反射体を取り除いて両面から光を出射するようになっている。すなわち、本実施の形態のシンチレータ70´は、照射された放射線を光に変換して両面から光を照射する。なお、本実施の形態のシンチレータ70´は、本発明の波長変換部(波長変換層)に対応する。 The scintillator 70 'according to the present embodiment emits light from both sides by removing the reflector provided in the scintillator 70 according to the first embodiment. That is, the scintillator 70 ′ of the present embodiment converts irradiated radiation into light and irradiates light from both sides. Note that the scintillator 70 ′ of the present embodiment corresponds to the wavelength conversion unit (wavelength conversion layer) of the present invention.
また、本実施の形態では、フォトセンサ付きTFTアレイ基板72は、シンチレータ70´の一方の面側に設けられており、当該一方の面から出射された光がフォトセンサ付きTFTアレイ基板72に照射されるようになっている。これにより、フォトセンサ付きTFTアレイ基板72に設けられた複数の放射線検出用画素の各々は、当該一方の面から出射された光が照射されることにより発生した電荷を蓄積する。なお、本実施の形態の放射線検出用画素は、第1の実施の形態と同様に、蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子を備えている。 In the present embodiment, the TFT array substrate 72 with photosensor is provided on one surface side of the scintillator 70 ′, and light emitted from the one surface is irradiated onto the TFT array substrate 72 with photosensor. It has come to be. Thus, each of the plurality of radiation detection pixels provided on the photosensor-equipped TFT array substrate 72 accumulates electric charges generated by irradiation with light emitted from the one surface. Note that the radiation detection pixel according to the present embodiment includes a switch element for reading out the accumulated charges, as in the first embodiment.
また、本実施の形態では、AEC用フォトセンサアレイ基板74は、シンチレータ70´の他方の面側に設けられており、当該他方の面から出射された光がAEC用フォトセンサアレイ基板74に照射されるようになっている。これにより、AEC用フォトセンサアレイ基板74に設けられた複数のフォトセンサ(放射線照射量検出用センサ)の各々は、当該他方の面から出射された光が照射されることにより電荷を発生する。 In this embodiment, the AEC photosensor array substrate 74 is provided on the other surface side of the scintillator 70 ′, and light emitted from the other surface is irradiated onto the AEC photosensor array substrate 74. It has come to be. As a result, each of the plurality of photosensors (radiation dose detection sensors) provided on the AEC photosensor array substrate 74 generates an electric charge when irradiated with the light emitted from the other surface.
このように設計することで、第1の実施の形態の放射線照射量検出用センサは、フォトセンサ付きTFTアレイ基板72の隙間から漏れる光のみを受光していたが、本実施の形態の放射線照射量検出用センサは、他方の面から出射された全ての光を受光できるため、検出感度が高くなる。 By designing in this way, the radiation irradiation amount detection sensor of the first embodiment receives only light leaking from the gap between the TFT array substrate 72 with a photosensor, but the radiation irradiation of the present embodiment. Since the quantity detection sensor can receive all the light emitted from the other surface, the detection sensitivity is increased.
次に本実施の形態の放射線画像検出装置の製造方法について説明する。図11には、本実施の形態の放射線画像検出装置の製造方法の概略が示されている。また、図12には製造方法の各段階で製造された物の断面図が示されている。 Next, the manufacturing method of the radiographic image detection apparatus of this Embodiment is demonstrated. FIG. 11 shows an outline of a method for manufacturing the radiological image detection apparatus of the present embodiment. FIG. 12 shows a cross-sectional view of an object manufactured at each stage of the manufacturing method.
まず、フォトセンサ付きTFTアレイ基板72を製造し、製造されたフォトセンサ付きTFTアレイ基板72の出荷検査を行う(図11(A)及び図12(A)参照。)。 First, a TFT array substrate 72 with a photosensor is manufactured, and a shipping inspection of the manufactured TFT array substrate 72 with a photosensor is performed (see FIGS. 11A and 12A).
次に、出荷検査で良品である(不良品でない)と判定されたフォトセンサ付きTFTアレイ基板72に対してシンチレータ70´を上述したように接着剤などを用いて貼り合わせる(図11(B)及び図12(B)参照。)。 Next, the scintillator 70 'is bonded to the TFT array substrate 72 with a photosensor determined to be a non-defective product (not a defective product) by a shipping inspection using an adhesive as described above (FIG. 11B). And FIG. 12B).
また、AEC用フォトセンサアレイ基板74を製造し、製造されたAEC用フォトセンサアレイ基板74の出荷検査を行う(図11(C)及び図12(C)参照。)。 Further, the AEC photosensor array substrate 74 is manufactured, and the manufactured AEC photosensor array substrate 74 is inspected for shipment (see FIGS. 11C and 12C).
そして、出荷検査で良品である(不良品でない)と判定されたAEC用フォトセンサアレイ基板74を、フォトセンサ付きTFTアレイ基板72が貼り合わせられたシンチレータ70´に、上述したように接着剤などを用いて貼り合わせる(図11(D)及び図12(D)参照。)。 Then, the AEC photosensor array substrate 74 determined to be a non-defective product (not a defective product) in the shipping inspection is applied to the scintillator 70 ′ with the photosensor-attached TFT array substrate 72 bonded thereto, as described above. (See FIGS. 11D and 12D.)
そして、2次分断を行い各端子を電気的、物理的に分離して、ゲートドライバ、アンプICの実装(TCP実装:Tape carrier packageに実装されたICの実装)を行い、最後に回路基板(ゲートドライブ基板、信号検出回路基板等)を実装し、放射線画像検出装置の放射線検出器10Bが完成する(図11(E)参照。)。 Then, secondary division is performed to electrically and physically separate each terminal, and a gate driver and an amplifier IC are mounted (TCP mounting: mounting an IC mounted in a tape carrier package), and finally a circuit board ( A gate drive board, a signal detection circuit board, etc.) are mounted, and the radiation detector 10B of the radiation image detection apparatus is completed (see FIG. 11E).
本実施の形態では、このようにして、図9(A)に示すフォトセンサ付きTFTアレイ基板72と、図9(B)に示すAEC用フォトセンサアレイ基板74とが、図13(A)及び図13(B)に示すように、1枚のシンチレータ70´の上下に配置される。 In the present embodiment, the photosensor-equipped TFT array substrate 72 shown in FIG. 9A and the AEC photosensor array substrate 74 shown in FIG. As shown in FIG. 13B, the scintillators 70 'are arranged above and below the single scintillator 70'.
次に、本実施の形態に係る上記構造の放射線画像検出装置の動作原理について説明する。 Next, the operation principle of the radiation image detection apparatus having the above structure according to the present embodiment will be described.
図10の上方からX線が照射されると、照射されたX線は、シンチレータ70´に吸収され、可視光(第2の波長の放射線)に変換される。なお、図10の下方からX線が照射されてもよく、この場合においても照射されたX線は、シンチレータ70´に吸収され、可視光に変換される。シンチレータ70´から発生する光量は、通常の医療診断用のX線撮影では0.5〜2μW/cm2である。この発生した光は、シンチレータ70´の両面から照射される。この発生した光(シンチレータ70´の一方の面から照射された光)は、接着樹脂28の層を通過して、TFTアレイ基板上にアレイ状に配置されたセンサ部103の半導体層6に照射される。また、発生した光(シンチレータ70´の他方の面から照射された光)は、AEC用フォトセンサアレイ基板74に到達し、AEC用フォトセンサアレイ基板74は、発生した光の一部を受光する。 When X-rays are irradiated from above in FIG. 10, the irradiated X-rays are absorbed by the scintillator 70 ′ and converted into visible light (radiation having the second wavelength). Note that X-rays may be irradiated from below in FIG. 10. In this case as well, the irradiated X-rays are absorbed by the scintillator 70 'and converted into visible light. The amount of light generated from the scintillator 70 ′ is 0.5 to 2 μW / cm 2 in normal X-ray imaging for medical diagnosis. This generated light is irradiated from both sides of the scintillator 70 '. The generated light (light irradiated from one surface of the scintillator 70 ′) passes through the adhesive resin 28 layer and irradiates the semiconductor layer 6 of the sensor unit 103 arranged in an array on the TFT array substrate. Is done. The generated light (light irradiated from the other surface of the scintillator 70 ′) reaches the AEC photosensor array substrate 74, and the AEC photosensor array substrate 74 receives a part of the generated light. .
放射線検出器10Bには、半導体層6が各画素単位に分離して備えられている。半導体層6は、共通電極配線25を介して上部電極7から所定のバイアス電圧が印加されており、光が照射されると内部に電荷が発生する。例えば、半導体層6が下層からn+−i−p+(n+アモルファスシリコン、アモルファスシリコン、p+アモルファスシリコン)の順に積層したPIN構造の場合は、上部電極7に負のバイアス電圧が印加されるものとされており、I層の膜厚が1μm程度の場合、印加されるバイアス電圧が−5〜−10V程度である。半導体層6には、このような状態で光が未照射の場合、数〜数+pA/mm2以下の電流しか流れない。一方、半導体層6には、このような状態で光が照射(100μW/cm2)されると、0.3μA/mm2程度の明電流が発生する。この発生した電荷は下部電極14により収集される。下部電極14は、TFTスイッチ4のドレイン電極13と接続されており、TFTスイッチ4のソース電極9は、信号配線3に接続されている。画像検出時には、TFTスイッチ4のゲート電極2に負バイアスが印加されてオフ状態に保持されており、下部電極14に収集された電荷が蓄積される。 In the radiation detector 10B, the semiconductor layer 6 is provided separately for each pixel unit. A predetermined bias voltage is applied to the semiconductor layer 6 from the upper electrode 7 through the common electrode wiring 25, and when light is irradiated, charges are generated inside. For example, in the case of a PIN structure in which the semiconductor layer 6 is laminated in the order of n + -ip + (n + amorphous silicon, amorphous silicon, p + amorphous silicon) from the lower layer, a negative bias voltage is applied to the upper electrode 7. When the thickness of the I layer is about 1 μm, the applied bias voltage is about −5 to −10V. When the semiconductor layer 6 is not irradiated with light in such a state, only a current of several to several + pA / mm 2 or less flows. On the other hand, when the semiconductor layer 6 is irradiated with light (100 μW / cm 2 ) in such a state, a bright current of about 0.3 μA / mm 2 is generated. The generated charges are collected by the lower electrode 14. The lower electrode 14 is connected to the drain electrode 13 of the TFT switch 4, and the source electrode 9 of the TFT switch 4 is connected to the signal wiring 3. At the time of image detection, a negative bias is applied to the gate electrode 2 of the TFT switch 4 and held in the off state, and the collected charges are accumulated in the lower electrode 14.
画像読出時には、TFTスイッチ4のゲート電極2に走査配線101を介して順次ON信号(+10〜20V)が印加される。これにより、TFTスイッチ4が順次ONされることにより下部電極14に蓄積された電荷量に応じた電気信号が信号配線3に流れ出す。信号検出回路105は、信号配線3に流れ出した電気信号に基づいて各センサ部103に蓄積された電荷量を、画像を構成する各画素の情報として検出する。これにより、放射線検出器10Bに照射されたX線により示される画像を示す画像情報を得ることができる。 At the time of image reading, an ON signal (+10 to 20 V) is sequentially applied to the gate electrode 2 of the TFT switch 4 through the scanning wiring 101. As a result, when the TFT switch 4 is sequentially turned on, an electric signal corresponding to the amount of charge accumulated in the lower electrode 14 flows out to the signal wiring 3. The signal detection circuit 105 detects the amount of electric charge accumulated in each sensor unit 103 based on the electric signal flowing out to the signal wiring 3 as information of each pixel constituting the image. Thereby, the image information which shows the image shown with the X-ray irradiated to the radiation detector 10B can be obtained.
本実施の形態に係る放射線検出器10Bでは、AEC用フォトセンサアレイ基板74の各フォトセンサ(放射線照射量検出用センサ)が光を受光し、放射線の照射量(総照射量)が検出され、放射線源による放射線の照射が制御される。 In the radiation detector 10B according to the present exemplary embodiment, each photosensor (radiation dose detection sensor) of the AEC photosensor array substrate 74 receives light, and a radiation dose (total dose) is detected. The irradiation of radiation by the radiation source is controlled.
以上、本実施の形態の放射線検出器10Bを備えた放射線画像検出装置について説明した。本実施の形態の放射線検出器10Bは、照射された放射線を光に変換して両面から光を出射するシンチレータ70´と、シンチレータ70´の一方の面側に設けられ、シンチレータ70´の一方の面から出射された光が照射されることにより発生した電荷を蓄積すると共に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子を備えた放射線検出用画素がマトリクス状に複数設けられ、各放射線検出用画素に備えられた各スイッチ素子をスイッチングする制御信号が流れる複数の走査配線101と各スイッチ素子のスイッチング状態に応じて放射線検出用画素に蓄積された電荷に応じた電気信号が流れる複数の信号配線3とが設けられたフォトセンサ付きTFTアレイ基板72と、シンチレータ70´の他方の面側に設けられ、シンチレータ70´の他方の面から出射された光が照射されることにより電荷を発生する放射線照射量検出用センサが複数設けられたAEC用フォトセンサアレイ基板74と、を備えている。 The radiation image detection apparatus provided with the radiation detector 10B of the present embodiment has been described above. The radiation detector 10B according to the present embodiment is provided on one surface side of the scintillator 70 ′ and the scintillator 70 ′ that converts the irradiated radiation into light and emits light from both surfaces, and one of the scintillators 70 ′. A plurality of radiation detection pixels each having a switch element for accumulating charges generated by irradiating light emitted from the surface and reading the accumulated charges are provided in a matrix, and each radiation detection pixel A plurality of scanning wirings 101 through which control signals for switching the respective switch elements are provided, and a plurality of signal wirings 3 through which electric signals according to the electric charges accumulated in the radiation detection pixels flow according to the switching state of each switch element; Is provided on the other surface side of the scintillator 70 ′, and the other side of the scintillator 70 ′. And an AEC photosensor array substrate 74 provided with a plurality of radiation dose detection sensors that generate charges when irradiated with light emitted from the other surface.
本実施の形態の放射線検出器10Bによれば、放射線検出用画素と、放射線照射量検出用センサとが別の基板に設けられているため、放射線検出用画素の歩留まりと、放射線照射量検出用センサの歩留まりとを分離することができ、例えば、放射線照射量検出用センサで製造不良が発生した場合であってもAEC用フォトセンサアレイ基板74のみ不良品となり、フォトセンサ付きTFTアレイ基板72については不良品とならない。すなわち、放射線照射量検出用センサで製造不良が発生した場合であっても、放射線検出用画素がマトリクス状に複数設けられたフォトセンサ付きTFTアレイ基板72については廃棄などの処理を行わずにすむ。 According to the radiation detector 10B of the present embodiment, since the radiation detection pixel and the radiation irradiation amount detection sensor are provided on different substrates, the yield of the radiation detection pixel and the radiation irradiation amount detection are reduced. The sensor yield can be separated. For example, even when a manufacturing defect occurs in the radiation dose detection sensor, only the AEC photosensor array substrate 74 becomes a defective product. Will not be defective. That is, even if a manufacturing defect occurs in the radiation dose detection sensor, the TFT array substrate 72 with a photosensor in which a plurality of radiation detection pixels are provided in a matrix can be dispensed with. .
従って、本実施の形態によれば、従来技術と比較して、製造時のコストを抑えることができる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to reduce the manufacturing cost as compared with the prior art.
また、本実施の形態によれば、放射線検出用画素の間に放射線照射量検出用センサが設けられていないため、第一の放射線変換素子(放射線検出用の素子)の間隙にAECセンサ(第二の放射線変換素子)が形成された従来技術と比較して、放射線検出用画素の有効検出エリアを拡大することができ、放射線検出の精度が良好となる。 Further, according to the present embodiment, since no radiation irradiation amount detection sensor is provided between the radiation detection pixels, an AEC sensor (first element) is provided in the gap between the first radiation conversion elements (elements for radiation detection). Compared with the prior art in which the second radiation conversion element) is formed, the effective detection area of the radiation detection pixel can be enlarged, and the accuracy of radiation detection is improved.
また、放射線照射量検出用センサが複数配置されたAEC用フォトセンサアレイ基板74が、シンチレータ70´の他方の面側に設けられているため、例えば、放射線検出用のTFTの隙間にAECセンサが形成された場合よりも多くの第2の波長の放射線(例えば光)を受けることができ、検出感度がより高くなる。これは、TFTの隙間にAECセンサが形成されるような場合には、そのAECセンサが設けられた隙間より更に面積が小さいAECセンサのセンサ部で第2の波長の放射線を受けるのに対し、本実施の形態では、TFTの上面のAECセンサが配置されてるので、TFTの隙間全体にAECセンサを配置でき、例えば、シンチレータ70´で変換されて他方の面から出射された第2の波長の放射線をより多く受けることができるからである。なお、第1の実施の形態と比較して本実施の形態のほうが受ける光の量が多いため、第1の実施の形態より検出感度は高い。 Further, since the AEC photosensor array substrate 74 on which a plurality of radiation dose detection sensors are arranged is provided on the other surface side of the scintillator 70 ′, for example, the AEC sensor is placed in the gap between the radiation detection TFTs. More radiation of the second wavelength (for example, light) can be received than when formed, and the detection sensitivity becomes higher. This is because when the AEC sensor is formed in the gap of the TFT, the sensor part of the AEC sensor having a smaller area than the gap provided with the AEC sensor receives the radiation of the second wavelength. In the present embodiment, since the AEC sensor on the upper surface of the TFT is arranged, the AEC sensor can be arranged in the entire gap of the TFT. For example, the second wavelength of the second wavelength converted by the scintillator 70 'and emitted from the other surface. This is because more radiation can be received. Note that the detection sensitivity is higher than that of the first embodiment because the amount of light received by this embodiment is larger than that of the first embodiment.
また、同一のシンチレータ70´(波長変換部)によって変換された光を放射線検出用画素及び放射線照射量検出用センサで検出しているので、外部AECセンサにて照射量検出を行う場合に比べ、照射条件による画像検出と放射線照射量検出のズレを低減させることができる。 In addition, since the light converted by the same scintillator 70 '(wavelength conversion unit) is detected by the radiation detection pixel and the radiation dose detection sensor, compared with the case where the dose detection is performed by the external AEC sensor, Deviation between image detection and radiation dose detection according to irradiation conditions can be reduced.
また、本実施の形態によれば、AEC用フォトセンサアレイ基板74による放射線の吸収ロスがなくなり、画質が向上する。また、本実施の形態によれば、放射線が照射される側と反対側の非放射側にAEC用フォトセンサアレイ基板74が設けられているが、上述したように、同一のシンチレータ70´によって変換された光を放射線検出用画素及び放射線照射量検出用センサで検出しているので、フォトセンサ付きTFTアレイ基板72での放射線吸収に起因する放射線照射量の検出の精度の劣化を抑制できる。 Further, according to this embodiment, there is no radiation absorption loss due to the AEC photosensor array substrate 74, and the image quality is improved. Further, according to the present embodiment, the AEC photosensor array substrate 74 is provided on the non-radiation side opposite to the side irradiated with radiation. As described above, the AEC photosensor array substrate 74 is converted by the same scintillator 70 '. Since the emitted light is detected by the radiation detection pixel and the radiation dose detection sensor, it is possible to suppress deterioration in the accuracy of radiation dose detection due to radiation absorption by the photosensor-equipped TFT array substrate 72.
また、上記第1の実施の形態で説明した放射線画像撮影装置100の構成、及び放射線検出素子10Aの構成、並びには上記第2の実施の形態で説明した放射線画像撮影装置の構成、及び放射線検出素子10Bの構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。 In addition, the configuration of the radiographic imaging device 100 described in the first embodiment and the configuration of the radiation detection element 10A, and the configuration of the radiographic imaging device described in the second embodiment, and the radiation detection It goes without saying that the configuration of the element 10B is an example, and can be changed as appropriate without departing from the gist of the present invention.
例えば、第1の実施の形態及び第2の実施の形態において、AEC用フォトセンサアレイ基板74全面に放射線照射量検出用センサが設けられていても良く、AEC用フォトアレイ基板44の一部に放射線照射量検出用センサが設けられていても良い。 For example, in the first embodiment and the second embodiment, a radiation irradiation amount detection sensor may be provided on the entire surface of the AEC photosensor array substrate 74, and a part of the AEC photoarray substrate 44 may be provided. A radiation irradiation amount detection sensor may be provided.
3 信号配線
4 TFTスイッチ
10A 放射線検出器
70 シンチレータ
72 フォトセンサ付きTFTアレイ基板
74 AEC用フォトセンサアレイ基板
100 放射線画像撮影装置
3 Signal wiring 4 TFT switch 10A Radiation detector 70 Scintillator 72 TFT array substrate with photo sensor 74 Photo sensor array substrate for AEC 100 Radiation imaging device
Claims (10)
放射線の入射側である第1の面及び前記第1の面とは異なる第2の面を有し、前記第1の面側に設けられた前記シンチレータからの前記可視光が照射されることにより発生した電荷を蓄積すると共に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子を各々が備えた複数の放射線検出用画素が前記第1の面側にマトリクス状に設けられ、各放射線検出用画素に備えられた各スイッチ素子をスイッチングする制御信号が流れる複数の走査配線と前記各スイッチ素子のスイッチング状態に応じて前記放射線検出用画素に蓄積された電荷に応じた電気信号が流れる複数の信号配線とが前記第1の面側に設けられた第1の基板と、
前記第1の基板の前記第2の面側に設けられ、前記第1の面側に照射されて前記第2の面から出射された前記可視光が照射されることにより電荷を発生する複数の放射線照射量検出用センサがマトリクス状に設けられた第2の基板と、を備え、
マトリクス状に設けられた前記複数の放射線照射量検出用センサが前記第2の基板全面に設けられ、前記複数の放射線照射量検出用センサの各々が、放射線照射量検出用配線の各々に接続されており、
前記放射線照射量検出用配線の各々には、接続された放射線照射量検出用センサに発生した電荷に応じた電気信号が流れ、かつ前記放射線照射量検出用配線の各々が前記第1の波長の放射線の照射量を検出し当該照射量に基づいて前記第1の波長の放射線を照射する放射線源による前記第1の波長の放射線の照射を制御する放射線照射制御装置に接続された
放射線検出器。 A scintillator that converts the irradiated radiation of the first wavelength into visible light having a longer wavelength than the first wavelength;
A first surface that is a radiation incident side and a second surface that is different from the first surface are irradiated with the visible light from the scintillator provided on the first surface side. A plurality of radiation detection pixels each having a switch element for accumulating the generated charges and reading the accumulated charges are provided in a matrix on the first surface side, and each radiation detection pixel is provided. A plurality of scanning wirings through which control signals for switching each switch element flow and a plurality of signal wirings through which an electrical signal corresponding to the charge accumulated in the radiation detection pixel flows according to the switching state of each switch element. A first substrate provided on the first surface side;
A plurality of the first substrate is provided on the second surface side, and generates a charge by irradiating the visible light emitted from the second surface by irradiating the first surface. A second substrate on which a radiation dose detection sensor is provided in a matrix,
The plurality of radiation dose detection sensors provided in a matrix are provided on the entire surface of the second substrate, and each of the plurality of radiation dose detection sensors is connected to each of the radiation dose detection wirings. And
An electrical signal corresponding to the charge generated in the connected radiation dose detection sensor flows through each of the radiation dose detection wires, and each of the radiation dose detection wires has the first wavelength. A radiation detector connected to a radiation irradiation control device that detects radiation dose of the first wavelength and controls radiation of the first wavelength by a radiation source that irradiates radiation of the first wavelength based on the radiation dose.
放射線の入射側である第1の面及び前記第1の面とは異なる第2の面を有し、前記第1の面側に設けられた前記シンチレータからの前記可視光が照射されることにより発生した電荷を蓄積すると共に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子を各々が備えた複数の放射線検出用画素が前記第1の面側にマトリクス状に複数設けられ、各放射線検出用画素に備えられた各スイッチ素子をスイッチングする制御信号が流れる複数の走査配線と前記各スイッチ素子のスイッチング状態に応じて前記放射線検出用画素に蓄積された電荷に応じた電気信号が流れる複数の信号配線とが前記第1の面側に設けられた第1の基板と、
前記第1の基板の前記第2の面側に設けられ、前記第1の面側に照射されて前記第2の面から出射された前記可視光が照射されることにより電荷を発生する複数の放射線照射量検出用センサがマトリクス状に設けられた第2の基板と、を備え、
マトリクス状に設けられた前記複数の放射線照射量検出用センサが前記第2の基板全面に設けられ、前記複数の放射線照射量検出用センサの各々が、放射線照射量検出用配線の各々に接続されており、
前記放射線照射量検出用配線の各々には、接続された放射線照射量検出用センサに発生した電荷に応じた電気信号が流れ、かつ前記放射線照射量検出用配線の各々が前記第1の波長の放射線の照射量を検出し当該照射量に基づいて前記第1の波長の放射線を照射する放射線源による前記第1の波長の放射線の照射を制御する放射線照射制御装置に接続された放射線検出器と、
放射線を前記第1の基板の前記第1の面側から入射させる放射線源と、
を備える
放射線画像撮影装置。 A scintillator that converts the irradiated radiation of the first wavelength into visible light having a longer wavelength than the first wavelength;
A first surface that is a radiation incident side and a second surface that is different from the first surface are irradiated with the visible light from the scintillator provided on the first surface side. A plurality of radiation detection pixels each having a switch element for accumulating the generated charges and reading the accumulated charges are provided in a matrix on the first surface side, and each radiation detection pixel is provided. A plurality of scanning wirings through which a control signal for switching each of the switching elements flows, and a plurality of signal wirings through which an electric signal corresponding to the charge accumulated in the radiation detection pixel flows according to the switching state of each switching element. A first substrate provided on the first surface side;
A plurality of the first substrate is provided on the second surface side, and generates a charge by irradiating the visible light emitted from the second surface by irradiating the first surface. A second substrate on which a radiation dose detection sensor is provided in a matrix,
The plurality of radiation dose detection sensors provided in a matrix are provided on the entire surface of the second substrate, and each of the plurality of radiation dose detection sensors is connected to each of the radiation dose detection wirings. And
An electrical signal corresponding to the charge generated in the connected radiation dose detection sensor flows through each of the radiation dose detection wires, and each of the radiation dose detection wires has the first wavelength. A radiation detector connected to a radiation irradiation control device that detects radiation dose of the first wavelength and controls radiation of the first wavelength radiation by a radiation source that irradiates the radiation of the first wavelength based on the radiation dose; ,
A radiation source for injecting radiation from the first surface side of the first substrate;
A radiographic imaging apparatus comprising:
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