JPH09297181A - 放射線撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蛍光体で変換された間接光による光学的クロ
ストーク等で起こる光学的ノイズの減少及び外光遮光に
伴う装置の簡素化を促し、高画質で小型化、軽量化、及
び低コスト化をはかり得る大面積の放射線撮像装置を提
供する． 【解決手段】 複数の光電変換素子が形成された透光性
基板１と前記透光性基板１上に形成された蛍光体層ＣＳ
Ｉとを有する放射線撮像基板からなる放射線撮像装置に
おいて、前記放射線撮像基板は、少なくとも前記蛍光体
層ＣＳＩの放射線入射面と、前記透光性基板１の前記光
電変換素子が形成されている面とは反対側の面ａ及び前
記透光性基板１の少なくとも１つの端面ｂが光吸収材料
ＣＯＴ１で覆われていることを特徴とする放射線撮像装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射線撮像装置に
係わり、特に大面積プロセスを用いて形成した光電変換
素子を二次元に配置した光電変換装置を用い、蛍光体の
発光による放射線像を直接且つ電気信号として読み取り
を行う、医療機器のレントゲン装置や非破壊検査等のデ
ィジタル画像Ｘ線撮像装置に好適に用いられる放射線撮
像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の放射線写真は、遮光カセット格納
装置内のハロゲン化銀感光フィルムを使用して、放射線
写真潜像し、その後化学的現像と定着を行い可視像の写
真フィルムとして得ている。ハロゲン化銀感光フィルム
は、Ｘ線放射に対する感度があまりよくなく、像を得る
ために大量の露光を必要とするので、多くの装置は、Ｘ
線を可視光に変換する蛍光体を持つ増感スクリーンをハ
ロゲン化銀フィルムと併用して、露光の減少化を達成し
ている。

【０００３】近年装置の小型化、デジタル画像によるフ
ィルムレス化や装置の動画・リアルタイムな静止画への
対応に伴い、水素化アモルファスシリコン（以下ａ−Ｓ
ｉと記す）に代表される光電変換材料を用いた光電変換
素子及び信号処理部を大面積の基板に形成した光電変換
装置をハロゲン化銀感光フィルムに代え配置し蛍光体層
からの情報を等倍の光学系で直接電気信号として読み取
る放射線撮像装置の開発がめざましい。

【０００４】特にａ−Ｓｉは光電変換材料としてだけで
なく、薄膜電界効果型トランジスタ（以下ＴＦＴと記
す）としても用いることができるので光電変換半導体層
とＴＦＴの半導体層とを同時に形成することができる利
点を有している。

【０００５】図５（ａ）〜（ｃ）は従来の光電変換素子
の構成を示す図であり、図５（ａ）、（ｂ）は二種類の
光センサの層構成を示し、図５（ｃ）は共通した代表的
な駆動方法を示している。

【０００６】図５（ａ）、（ｂ）共にフォト・ダイオー
ド型の光センサであり、図５（ａ）はＰＩＮ型、図５
（ｂ）はショットキー型と称されている。図５（ａ）、
（ｂ）中１は絶縁基板、２は下部電極、３はｐ型半導体
層（以下ｐ層と記す）、４は真性半導体層（以下ｉ層と
記す）、５はｎ型半導体層（以下ｎ層と記す）、６は透
明電極である。図５（ｂ）のショットキー型では下部電
極２の材料を適当に選び、下部電極２からｉ層４に電子
が注入されないようショットキーバリア層が形成されて
いる。

【０００７】図５（ｃ）において、１０は上記光電変換
素子を記号化して表わした光電変換素子を示し、１１は
電源、１２は電流アンプ等の検出部を示している。光電
変換素子１０中Ｃで示された方向は図５（ａ）、（ｂ）
中の透明電極６側、Ａで示された方向が下部電極２側で
あり、電極１１はＡ側に対しＣ側に正の電圧が加わる様
に設定されている。

【０００８】ここで動作を簡単に説明する。図５
（ａ）、（ｂ）に示されるように、矢印で示された方向
から光が入射され、ｉ層４に達すると、光は吸収され電
子とホールが発生する。ｉ層４には電源１１により電界
が印加されているため電子はＣ側、つまりｎ層５を通過
して透明電極６に移動し、ホールはＡ側つまり下部電極
２に移動する。よって、光電変換素子１０に光電流が流
れたことになる。

【０００９】また、光が入射しない場合ｉ層４で電子も
ホールも発生せず、また、透明電極内６のホールはｎ層
５がホールの注入阻止層として働き、下部電極２内の電
子は図５（ａ）のＰＩＮ型ではｐ層３が、図５（ｂ）の
ショットキー型ではショットキーバリア層が、電子の注
入阻止層として働き、電子、ホール共に移動できず、電
流は流れない。したがって光の入射の有無で電流が変化
し、これを図５（ｃ）の検出部１２で検出すれば光電変
換素子として動作する。

【００１０】しかしながら、上記従来の光電変換素子で
ＳＮ比が高く、低コストの光電変換装置を生産するのは
困難であった。以下その理由について説明する。

【００１１】第一の理由は、図５（ａ）のＰＩＮ型、図
５（ｂ）のショットキー型は、共に２カ所に注入阻止層
が必要なところにある。図５（ａ）のＰＩＮ型におい
て、注入阻止層であるｎ層５は電子を透明電極６に導く
と同時にホールがｉ層４に注入するのを阻止する特性が
必要である。どちらかの特性を逸すれば光電流が低下し
たり、光が入射しない時の電流（以下暗電流と記す）が
発生、増加することになりＳＮ比の低下の原因になる。
この暗電流はそれ自身がノイズと考えられると同時にシ
ョットノイズと呼ばれるゆらぎ、いわゆる量子ノイズを
含んでおり、たとえ検出部１２で暗電流を差し引く処理
をしても、暗電流に伴う量子ノイズを小さくすることは
できない。通常この特性を向上させるためｉ層４やｎ層
５の成膜の条件や、作成後のアニールの条件の最適化を
図る必要がある。

【００１２】しかし、もう一つの注入阻止層であるｐ層
３についても電子、ホールが逆ではあるが同等の特性が
必要であり、同様に各条件の最適化が必要である。通
常、前者ｎ層の最適化と後者ｐ層の最適化の条件は同一
でなく、両者の条件を同時に満足させるのは困難であ
る。つまり、同一光電変換素子内に二カ所の注入阻止層
が必要なことは高ＳＮ比の光電変換素子の形成を困難に
する。

【００１３】これは、図５（ｂ）のショットキー型にお
いても同様である。また図５（ｂ）のショットキー型に
おいては片方の注入阻止層にショットキーバリア層を用
いているが、これは下部電極２とｉ層４の仕事関数の差
を利用するもので、下部電極２の材料が限定されたり、
界面の局在準位の影響が特性に大きく影響し、条件を満
足させるのはさらに困難である。

【００１４】また、さらにショットキーバリア層の特性
を向上させるために、下部電極２とｉ層４の間に１００
オングストローム前後の薄いシリコンや金属の酸化膜、
窒化膜を形成することも報告されているが、これはトン
ネル効果を利用し、ホールを下部電極２に導き、電子の
ｉ層４への注入を阻止する効果を向上させるもので、や
はり仕事関数の差を利用しているため下部電極２の材料
の限定は必要であるし、電子の注入の阻止とトンネル効
果によるホールの移動という逆の性質を利用するため酸
化膜や窒化膜は１００オングストローム前後と非常に薄
いところに限定され、かつ、厚さや膜質の制御は難しく
生産性を低下させられる。

【００１５】また、注入阻止層が２カ所必要なことは生
産性を低下させコストもアップする。これは注入阻止層
が特性上重要な為２カ所中１所でもゴミ等で欠陥が生じ
た場合、光電変換素子としての特性が得られないからで
ある。

【００１６】第二の理由を、図６を用いて説明する。図
６は薄膜の半導体膜で形成した電界効果型トランジスタ
（以降ＴＦＴと記す）の層構成を示している。ＴＦＴは
光電変換装置を形成するうえで制御部の一部として利用
することがある。図中図５と同一なものは同番号で示し
てある。図６において、７はゲート絶縁膜であり、６０
は上部電極である。形成法を順を追って説明する。絶縁
基板１上にゲート電極（Ｇ）として働く下部電極２、ゲ
ート絶縁膜７、ｉ層４、ｎ層５、ソース、ドレイン電極
（Ｓ，Ｄ）として働く上部電極６０を順次成膜し、上部
電極６０をエッチングしてソース、ドレイン電極を形成
し、その後ｎ層５をエッチングしてチャネル部を構成し
ている。ＴＦＴの特性はゲート絶縁膜７とｉ層４の界面
の状態に敏感で通常その汚染を防ぐために同一真空内で
連続に堆積する。

【００１７】従来の光電変換素子をこのＴＦＴと同一基
板上に形成する場合、この層構成が問題となりコストア
ップや特性の低下を招く。この理由は図５に示した従来
の光電変換素子の構成が、図５（ａ）のＰＩＮ型が電極
／ｐ層／ｉ層／ｎ層／電極、図５（ｂ）のショットキー
型が電極／ｉ層／ｎ層／電極という構成であるのに対
し、ＴＦＴは電極／絶縁膜／ｉ層／ｎ層／電極という構
成で両者が異なるからである。これは同一プロセスで形
成できないことを示し、プロセスの複雑化による歩留ま
りの低下、コストアップを招く。また、ｉ層／ｎ層を共
通化するにはゲート絶縁膜７やｐ層３のエッチング工程
が必要となり、先に述べた光センサの重要な層である注
入阻止層のｐ層３とｉ層４が同一真空内で成膜できなか
ったり、ＴＦＴの重要なゲート絶縁膜７とｉ層４の界面
がゲート絶縁膜のエッチングにより汚染され、特性の劣
化やＳＮ比の低下の原因になる。

【００１８】また、前述した図５（ｂ）のショットキー
型の特性を改善するため下部電極２とｉ層４の間に酸化
膜や窒化膜を形成したものは膜構成の順は同一であるが
先に述べたように酸化膜や窒化膜は１００オングストロ
ーム前後である必要がありゲート絶縁膜と共用すること
は困難である。

【００１９】図７に、ゲート絶縁膜とＴＦＴの歩留まり
について、我々が実験した結果を示す。ゲート絶縁膜厚
が１０００オングストローム以下で歩留まりは急激に低
下し、８００オングストロームで歩留まりは約３０％、
５００オングストロームで歩留まりは０％、２５０オン
グストロームではＴＦＴの動作すら確認できなかった。
トンネル効果を利用した光センサの酸化膜や窒化膜と、
電子やホールを絶縁しなければならないＴＦＴのゲート
絶縁膜を共用化することは明らかに困難であり、これを
データが示している。

【００２０】またさらに、図示していないが電荷や電流
の積分値を得るのに必要となる素子である容量素子（以
下コンデンサと記す）を従来の光電変換素子と同一の構
成でリークが少ない良好な特性のものを作るのは難し
い。コンデンサは２つの電極間に電荷を蓄積するのが目
的なため電極間の中間層には必ず電子とホールの移動を
阻止する層が必要であるのに対し、従来の光電変換素子
は電極間に半導体層のみ利用しているため熱的にリーク
の少ない良好な特性の中間層を得るのは難しいからであ
る。

【００２１】このように光電変換装置を構成するうえで
重要な素子であるＴＦＴやコンデンサとプロセス的にま
たは特性的にマッチングが良くないことは複数の光セン
サを二次元に多数配置し、この光信号を順次検出するよ
うなシステム全体を構成するうえで工程が多くかつ複雑
になるため歩留まりが非常に悪く、低コストで高性能多
機能な装置を作るうえで重大な問題になる。

【００２２】［先行技術］そこで我々は、以前図８に示
す光電変換装置を用いた放射線撮像装置を提案した（特
願平６−３１３３９２号）。

【００２３】図８は、以前我々が提案した光電変換装置
を用いた放射線撮像装置を示す全体回路図、図９（ａ）
は以前我々が提案した光電変換装置を用いた放射線撮像
装置の１画素に相当する各構成素子の平面図、図９
（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ｂ線断面図である。図８にお
いて、Ｓ１１〜Ｓ３３は光電変換素子で下部電極側を
Ｇ、上部電極側をＤで示している。Ｃ１１〜Ｃ３３は蓄
積用コンデンサ、Ｔ１１〜Ｔ３３は転送用ＴＦＴであ
る。Ｖｓは読み出し用電源、Ｖｇはリフレッシュ用電源
であり、それぞれスイッチＳＷｓ，ＳＷｇを介して全光
電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極に接続されている。
スイッチＳＷｓはインバータを介して、スイッチＳＷｇ
は直接にリフレッシュ制御回路ＲＦに接続されており、
リフレッシュ期間はスイッチＳＷｇがｏｎするよう制御
されている。

【００２４】１画素は、１個の光電変換素子とコンデン
サ、およびＴＦＴで構成され、その信号出力は信号配線
ＳＩＧにより検出用集積回路ＩＣに接続されている。以
前我々が提案した光電変換装置は計９個の画素を３つの
ブロックに分け１ブロックあたり３画素の出力を同時に
転送しこの信号配線ＳＩＧを通して検出用集積回路ＩＣ
によって順次出力に変換され出力される（Ｖｏｕｔ）。
また１ブロック内の３画素を横方向に配置し、３ブロッ
クを順に縦に配置することにより各画素を二次元的に配
置している。

【００２５】図中破線で囲んだ部分は、大面積の同一透
光性基板上に形成されているが、このうち第１画素に相
当する部分の平面図を図９（ａ）に示す。また図中破線
Ａ−Ｂで示した部分の断面図を図９（ｂ）に示す。Ｓ１
１は光電変換素子、Ｔ１１はＴＦＴ、Ｃ１１はコンデン
サ、およびＳＩＧは信号配線である。以前我々が提案し
た光電変換装置においてはコンデンサＣ１１と光電変換
素子Ｓ１１は特別に素子を分離しておらず、光電変換素
子Ｓ１１の電極の面積を大きくすることによりコンデン
サＣ１１を形成している。これは光電変換素子とコンデ
ンサが同じ層構成であるから可能なことで以前我々が提
案した光電変換装置の特徴でもある。

【００２６】また、画素上部にはパッシベーション用窒
化シリコン膜ＳｉＮとＸ線を可視光に変換するヨウ化セ
シウム等の蛍光体ＣＳＩが形成されている。上方よりＸ
線Ｘが入射すると蛍光体ＣＳＩにより可視光（破線矢
印）に変換され、この光が光電変換素子に入射される。

【００２７】次に図８と図１０によって以前我々が提案
した光電変換装置の動作について説明する。図１０は図
８の動作を示すタイミングチャートである。

【００２８】はじめにシフトレジスタＳＲ１およびＳＲ
２により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ２にＨｉが印加
される。すると転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３とスイッ
チＭ１〜Ｍ３がｏｎし導通し、全光電変換素子Ｓ１１〜
Ｓ３３のＤ電極はＧＮＤ電位になる（積分検出器Ａｍｐ
の入力端子はＧＮＤ電位に設計されているため）。同時
にリフレッシュ制御回路ＲＦがＨｉを出力しスイッチＳ
Ｗｇがｏｎし全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極は
リフレッシュ用電源Ｖｇにより正電位になる。すると全
光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３はリフレッシュモードにな
りリフレッシュされる。

【００２９】つぎに、リフレッシュ制御回路ＲＦがＬｏ
を出力しスイッチＳＷｓがｏｎし全光電変換素子Ｓ１１
〜Ｓ３３のＧ電極は読み取り用電源Ｖｓにより負電位に
なる。すると全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３は光電変換
モードになり同時にコンデンサＣ１１〜Ｃ３３は初期化
される。この状態でシフトレジスタＳＲ１およびＳＲ２
により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ２にＬｏが印加さ
れる。

【００３０】すると転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３のス
イッチＭ１〜Ｍ３がｏｆｆし、全光電変換素子Ｓ１１〜
Ｓ３３のＤ電極はＤＣ的にはオープンになるがコンデン
サＣ１１〜Ｃ３３によって電位は保持される。しかしこ
の時点ではＸ線は入射されていないため全光電変換素子
Ｓ１１〜Ｓ３３には光は入射されず光電流は流れない。
この状態でＸ線がパルス的に出射され人体等を通過し蛍
光体ＣｓＩに入射すると光に変換され、その光がそれぞ
れの光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３に入射する。この光は
人体等の内部構造の情報が含まれている。この光により
流れた光電流は電荷としてそれぞれのコンデンサＣ１１
〜Ｃ３３に蓄積されＸ線の入射終了後も保持される。

【００３１】つぎにシフトレジスタＳＲ１により制御配
線ｇ１にＨｉの制御パルスが印加され、シフトレジスタ
ＳＲ２の制御配線ｓ１〜ｓ３への制御パルス印加によっ
て転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３のスイッチＭ１〜Ｍ３
を通してｖ１〜ｖ３が順次出力される。同様にシストレ
ジスタＳＲ１，ＳＲ２の制御により他の光信号も順次出
力される。これにより人体等の内部構造の二次元情報が
ｖ１〜ｖ９として得られる。

【００３２】静止画像を得る場合はここまでの動作であ
るが動画像を得る場合はここまでの動作を繰り返す。

【００３３】以前我々が提案した光電変換装置を用いた
放射線撮像装置では光電変換素子のＧ電極が共通に接続
され、この共通の配線をスイッチＳＷｇとスイッチＳＷ
ｓを介してリフレッシュ用電源Ｖｇと読み取り用電源Ｖ
ｓの電位に制御している為、全光電変換素子を同時にリ
フレッシュモードと光電変換モードとに切り換えること
ができる。このため複雑な制御なくして１画素あたり１
個のＴＦＴで光出力を得ることができる。

【００３４】以前我々が提案した光電変換装置を用いた
放射線撮像装置では９個の画素を３×３に二次元配置し
３画素ずつ同時に、３回に分割して転送・出力したがこ
れに限らず、例えば縦横１ｍｍあたり５×５個の画素を
２０００×２０００個の画素として二次元的に配置すれ
ば４０ｃｍ×４０ｃｍのＸ線検出器が得られる。これを
ハロゲン化銀感光フィルムの代わりにＸ線発生器と組み
合わせＸ線レントゲン装置を構成すれば胸部レントゲン
検診や乳ガン検診に使用できる。するとフィルムと異な
り瞬時にその出力をＣＲＴで映し出すことが可能で、さ
らに出力をディジタルに変換しコンピュータで画像処理
して目的に合わせた出力に変換することも可能である。
また光磁気ディスクに保管もでき、過去の画像を瞬時に
検索することもできる。また感度もハロゲン化銀感光フ
ィルムより良く人体に影響の少ない微弱なＸ線で鮮明な
画像を得ることもできる。

【００３５】図１１、図１２に２０００×２０００個の
画素を持つ放射線撮像装置を示す平面図を示す。２００
０×２０００個の検出器を構成する場合図８で示した破
線内の素子を縦・横に数を増せばよいが、この場合制御
配線もｇ１〜ｇ２０００と２０００本になり信号配線Ｓ
ＩＧもｓｉｇ１〜ｓｉｇ２０００と２０００本になる。
またシフトレジスタＳＲ１や検出用集積回路ＩＣも２０
００本の制御・処理をしなければならず大規模となる。
これをそれぞれ１個のＩＣチップで行うことは１個のＩ
Ｃチップが非常に大きくなり製造時の歩留まりや価格等
で不利である。そこで、シフトレジスタＳＲ１は例えば
１００段ごと１個のＩＣチップに形成し、２０個（ＳＲ
１−１〜ＳＲ１−２０）を使用すれば良い。また検出用
集積回路も１００個の処理回路ごと１個のチップに形成
し、２０個（ＩＣ１〜ＩＣ２０）を使用する。

【００３６】図１１には左側（Ｌ）に２０チップ（ＳＲ
１−１〜ＳＲ１−２０）と下側（Ｄ）に２０チップ実装
し、１チップあたり１００本の制御配線、信号配線を各
々ワイヤーボンディングで各ＩＣチップと接線してい
る。図１１中破線部は図８の破線部に相当する。また外
部への接続は省略している。また、ＳＷｇ，ＳＷｓ，Ｖ
ｇ，Ｖｓ，ＲＦ等も省略している。検出集積回路ＩＣ１
〜ＩＣ２０からは２０本の出力（Ｖｏｕｔ）があるが、
これらはスイッチ等を介して１本にまとめたり、２０本
をそのまま出力し並列処理すればよい。

【００３７】図１２には別の例を示す。左側（Ｌ）に１
０チップ（ＳＲ１−１〜ＳＲ１−１０）と右側（Ｒ）に
１０チップ（ＳＲ１−１１〜ＳＲ１−２０）と上側
（Ｕ）に１０チップ（ＩＣ１〜１０）、下側（Ｄ）に１
０チップ（ＩＣ１１〜２０）を実装している。この構成
は上・下・左・右側（Ｕ，Ｄ，Ｌ，Ｒ）にそれぞれ各配
線を１０００本ずつに振り分けているため、各辺の配線
の密度が小さくなり、また各辺のワイヤーボンディング
の密度も小さく、歩留まりが向上する。配線の振り分け
は左側（Ｌ）にｇ１，ｇ３，ｇ５，…，ｇ１９９９、右
側（Ｒ）にｇ２，ｇ４，ｇ６，…，ｇ２０００とし、つ
まり奇数番目の制御線を左側（Ｌ）、偶数番目の制御線
を右側（Ｒ）に振り分ける。こうすると各配線は等間隔
に引き出され配線されるので密度の集中なく歩留まりが
向上する。また、上側（Ｕ）下側（Ｄ）への配線も同様
に振り分ければよい。

【００３８】また、図示していないが、別の例として配
線の振り分けは左側（Ｌ）にｇ１〜１００，ｇ２０１〜
ｇ３００，…，ｇ１８０１〜ｇ１９００、右側（Ｒ）に
ｇ１０１〜ｇ２００，ｇ３０１〜ｇ４００，…，ｇ１９
０１〜ｇ２０００を振り分け、つまり、１チップごと連
続な制御線を振り分け、これを左・右側（Ｌ・Ｒ）交互
に振り分ける。こうすると、１チップ内は連続に制御で
き、駆動タイミングが楽で回路を複雑にしなくてよく安
価なものが使用できる上・下側（Ｕ・Ｄ）についても同
様で、連続な処理が可能で安価な回路が使用できる。

【００３９】また、図１１、図１２共に１枚の基板上に
破線部の回路を形成した後、その基板上にチップを実装
してもよいし、別の大きな基板上に破線部の回路基板と
チップを実装してもよい。また、チップをフレキシブル
基板上に実装して破線部の回路基板に張り付け接線して
もよい。

【００４０】また、このような非常に多くの画素をもつ
大面積の光電変換装置を用いた放射線撮像装置は従来の
光電変換素子を用いた複雑な工程では不可能であった
が、以前我々が提案した光電変換装置の工程は各素子を
共通な膜で同時に形成しているため工程数が少なく、簡
易的な工程ですむため高歩留まりが可能で低コストで大
面積・高性能の光電変換装置を用いた放射線撮像装置の
生産を可能としている。また、コンデンサと光電変換素
子とが同じ素子内で構成でき、実質上素子を半減するこ
とが可能でさらに歩留まりを向上できる。

【００４１】以上説明したように、以前我々が提案した
光電変換装置を用いた放射線撮像装置によれば光電変換
装置内の光電変換素子は注入素子層が一カ所のみで光の
入射量を検出することができ、プロセスの最適化が容易
で、歩留まりの向上が図れ、製造コストの低減が可能
で、ＳＮ比の高い低コストの光電変換装置を提供するこ
とができる効果がある。また、第一の電極層／絶縁層／
光電変換半導体層においてトンネル効果や、ショットキ
ーバリアを利用していないため、電極材料は自由に選択
でき、絶縁層の厚さやその他の制御も自由度が高い。

【００４２】また同時に形成する薄膜電界効果トランジ
スタ（ＴＦＴ）等のスイッチ素子または／および容量素
子とはマッチングが良く、同一膜構成のため共通な膜と
して同時に形成可能でかつ光電変換素子、ＴＦＴ共に重
要な膜構成は同一真空内で同時に形成可能であり、さら
に光電変換装置を高ＳＮ化、低コスト化することができ
る効果がある。またコンデンサも中間層に絶縁層を含ん
でおり良好な特性で形成でき複数の光電変換素子で得ら
れた光情報の積分値を簡単な構成で出力できる高機能の
光電変換装置を用いた放射線撮像装置が提供できる効果
がある。また低コストで大面積・高機能・高特性のＸ線
レントゲン装置を提供できるという効果もある。

【００４３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以前我
々が提案した大面積の光電変換装置を用いた放射線撮像
装置では、高Ｓ／Ｎの光電変換素子を用いても透光性基
板による光学的ノイズの影響によって放射線撮像装置自
体の高Ｓ／Ｎ即ち高画質画像を得ることが難しかった。
以下に図を用いて説明する。

【００４４】図１３は、図１１に示した我々が提案した
光電変換装置を用いた放射線撮像装置のＡ−Ｂ断面図で
ある。図１３において、１は透光性基板、ＰＸＬは図９
で説明した一画素を模式的に示しており、前述したよう
に、画素内には光電変換素子、ＴＦＴ、コンデンサ、信
号配線及び制御配線が形成されている。また、ＳＩＮは
画素を保護するパッシベーション層、ＣＳＩはＸ線を可
視光に変換する蛍光体である。

【００４５】Ｘ線Ｘ１が蛍光体ＣＳＩに入射するとＸ線
Ｘ１は蛍光体内の発光点Ｈ１で可視光Ｌｄ及びＬｍ１に
変換され、蛍光体及び各素子のパッシベーションＳＩＮ
を経て画素ＰＸＬ内の光電変換素子に入射し、光電変換
され電気信号として読み出される。しかし、蛍光体で変
換された可視光は、直接、画素ＰＸＬ内の光電変換素子
に入射する直接光Ｌｄの他に、図９のＭで示される画素
内の素子及び配線の未形成部即ち窓部Ｍを経て、透光性
基板１内に入射する間接光Ｌｍ１がある。この間接光Ｌ
ｍ１は、更に透光性基板１の裏面ａに到達し、そこで透
過・散乱し、一部の間接光Ｌｍ１は再度画素ＰＸＬ内の
窓部Ｍ及びパッシベーションＳＩＮ透過し蛍光体ＣＳＩ
に至り、各所の界面や蛍光体ＣＳＩ内で透過・散乱を引
き起こす。

【００４６】各所で散乱した光の一部が発光点Ｈ下の画
素の光電変換素子や周辺の画素の光電変換素子に入射
し、読み取り信号のレベルシフトや光学的クロストーク
を引き起こし、読み取り信号の分解能の低下、即ち、画
像品位の低下を招いている。

【００４７】更に、一様に配置された画素の外郭部に位
置する画素即ち透光性基板１の端面周辺の画素は、同図
１３のＮＯＮに示すように、画素パターンの未形成部や
配線のみの部分ができており、窓部が画素ＰＸＬ内に比
べ非常に多くの面積になる。

【００４８】つまり、Ｘ線Ｘ２により変換された間接光
Ｌｍ２およびＬｍ３の量が多く、更に間接光Ｌｍ３の様
に透光性基板１の端面ｂに到達し、透過・散乱した光が
透光性基板１の裏面ａに到達する間接光が加わるため、
透光性基板１の端面周辺は透光性基板１の中央に比べ画
像品位が著しく低下する。

【００４９】また、このような放射線撮像装置では、室
内の蛍光灯や太陽光による外光の入射を防ぐため放射線
撮像装置を覆う為の遮光カセット等の遮光部材内に納め
る必要があると同時に微弱な光も漏れることが許されな
い為、遮光カセット内外との電気接続のための開口部処
理や遮光カセット自体が複雑になってしまう。よって、
部品点数の増加・工数アップによるコスト高や装置の大
型化を招くという問題点がある。

【００５０】［発明の目的］つまり、本発明の目的は、
高Ｓ／Ｎな光電変換素子を用いた放射線撮像装置におい
て、蛍光体で変換された可視間接光による光学的クロス
トーク等で起こる光学的ノイズの減少及び外光遮光に伴
う装置の簡素化を促すことにより、高画質で小型化、軽
量化、及び低コスト化をはかり得る大面積の放射線撮像
装置を提供することである。

【００５１】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
する為、本発明は、複数の光電変換素子が形成された透
光性基板と前記透光性基板上に形成された蛍光体層とを
有する放射線撮像基板からなる放射線撮像装置におい
て、前記放射線撮像基板は、少なくとも前記蛍光体層の
放射線入射面と、前記透光性基板の前記光電変換素子が
形成されている面とは反対側の面、及び前記透光性基板
の少なくとも１つの端面が光吸収材料で覆われているこ
とを特徴とする放射線撮像装置、をその手段とするもの
である。

【００５２】［作用］上記構成における放射線撮像装置
によれば、蛍光体で変換発光した可視光の画素内の窓等
の素子及び配線が未形成な部分の窓部を経て透光性基板
内に入射し、透光性基板内で透過・散乱を繰り返し光電
変換素子へ入射する間接光を、透光性基板の裏面及び端
面を覆う光吸収材料によって吸収させ、間接光を減少す
ることにより、光学的な影響による不均一なレベルシフ
トやクロストーク等の光学的ノイズを減少させることが
できる。

【００５３】更に、蛍光体層入射面も可視光吸収材料で
覆うことにより、放射線撮像装置自体に外光遮断機能を
有するため遮光部材の簡素化・部材レス化ができる。

【００５４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００５５】［第１の実施形態］図１及び図２は、本発
明第１の実施形態に係わる放射線撮像装置の構成図であ
り、図１は、全体平面図、図２は、図１のＡ−Ｂで示す
模式的断面図である。尚、従来例の項で説明した図９
（ａ）、図９（ｂ）、図１１及び図１３と同一機能の部
分には、同一符号を付してあり、説明を省略する場合が
ある。

【００５６】図中、１は透光性基板、ＰＸＬは画素を模
式的に表しており、従来例の図９（ａ）及び図９（ｂ）
で説明した一画素分の光電変換素子、コンデンサ、ＴＦ
Ｔ、制御配線、信号配線が形成され、従来例の図１１で
の説明と同様に２０００×２０００個の画素を透光性基
板１上に二次元的に配置している（図１中一点破線
内）。

【００５７】従来例の図１１での説明と同様に、ＳＲ１
−１〜ＳＲ１−２０はシフトレジスタ又ＩＣ−１〜ＩＣ
−２０は検出用集積回路（それぞれ、図１中は破線で図
示）であり、従来例の図１１と同様それぞれ各画素に接
続されている制御配線（不図示）及び信号配線（不図
示）とワイヤーボンディングＷＢによって接続されてい
る。ＳＩＮは画素を保護するパッシベーション、ＣＳＩ
はＸ線を可視光に変換する蛍光体、ＣＯＴ１は可視光吸
収材料である黒色樹脂等で形成した光吸収層、ＣＯＴ２
はＳＲ１−１〜ＳＲ１−２０のシフトレジスタ及びＩＣ
−１〜ＩＣ−２０の検出用集積回路のＩＣチップやワイ
ヤーボンディングを保護するＩＣ封止である。

【００５８】同図を用いて本実施形態の放射線撮像装置
の作製方法について簡単に説明する。

【００５９】透光性基板１上に、薄膜半導体プロセス
（プラズマＣＶＤや蒸着装置を用いた成膜工程による各
層の薄膜形成及びホトリソ工程によるパターニング）に
より画素ＰＸＬ及びパッシベーションＳＩＮを形成し、
その上に画素ＰＸＬを覆うようＣｓＩ等の材料を用い蒸
着形成により蛍光体ＣＳＩを形成する。

【００６０】次に、光吸収層ＣＯＴ１をシフトレジスタ
ＳＲ１−１〜ＳＲ１−２０及び検出用集積回路ＩＣ−１
〜ＩＣ−２０のＩＣチップのダイボンド部（ＩＣ封止Ｃ
ＯＴ２部）や不図示のＩＣと装置外部との接続部等の未
形成領域をマスキングし、可視光等の光吸収材料からな
る黒色樹脂（例えば、染料もしくは顔料を含んだアクリ
ル塗料等）をスプレー等の噴霧により透光性基板１の全
周面（４端面・裏面及び蛍光体ＣＳＩ形成面）を塗布
し、加熱硬化させ形成する。

【００６１】その後、シフトレジスタＳＲ１−１〜ＳＲ
１−２０、検出用集積回路ＩＣ−１〜ＩＣ−２０のＩＣ
チップをダイボンド及びワイヤーボンディングＷＢによ
る各制御配線及び信号配線との電気接続を行う。

【００６２】その後、黒色のエポキシ樹脂等でＩＣ封止
ＣＯＴ２を形成することにより本実施形態の放射線撮像
装置が形成される。

【００６３】図１及び図２に示す様に、本実施形態にお
いては、蛍光体のＸ線Ｘの入射面、透光性基板１の裏面
ａ、端面ｂ及び端面ｂ′が可視光等の光吸収材料からな
る黒色樹脂で形成された光吸収層ＣＯＴ１で覆われてい
る。

【００６４】このように、透光性基板１の裏面ａ、端面
ｂ及び端面ｂ′が光吸収層ＣＯＴ１で覆われているた
め、蛍光体ＣＳＩで変換された可視光の間接光（画素内
や透光性基板端部周辺の窓部を経て、透光性基板１内に
入射した光）が、透光性基板１の内部（透光性基板１の
裏面や端面）で透過・散乱することなく光吸収層に吸収
され、間接光を減少させることができる。

【００６５】また、蛍光体のＸ線Ｘの入射面も同様の光
吸収層で覆われているため、放射線撮像装置のほとんど
の面が光吸収層で覆う構成となり、外光の入射を防ぐ遮
光カセット等の遮光部材を簡素化できる。更に、本実施
形態では、ＩＣ封止や外部との接続部を黒色の封止材料
を用いることにより、完全に外光遮光の機能を有する放
射線撮像装置を提供することができる。

【００６６】尚、本実施形態においては、蛍光体のＸ線
の入射面、透光性基板の裏面及び端面に形成した光吸収
層を同時且つ同一の材料を用いて形成したが、これに限
定するものではなく、例えば、蛍光体のＸ線入射面をス
クリーン印刷、透光性基板の端面をディッピングにより
光吸収層を塗布形成したりし、光吸収材料を各塗布方法
や各形成面に適した材料を用いることもできる。

【００６７】また、本実施形態のように、各素子上に直
接蛍光体を蒸着形成した場合、通常湿気等の影響を防ぐ
ため蛍光体を覆うように保護膜を形成するが、本実施形
態では蛍光体面を覆う光吸収層にその機能を有する材料
を適宜選定することにより蛍光体の保護膜としての機能
を付加することができる。

【００６８】［第２の実施形態］図３及び図４は本発明
第２の実施形態に係わる放射線撮像装置の構成図であ
り、低コストで大面積の放射線撮像装置を得るために小
さな放射線基板を複数枚張り合わせた例である。

【００６９】大面積の光電変換装置では製造時の微少な
ちり、特にアモルファスシリコン層を基板に堆積する時
に薄膜堆積装置の壁から剥れ出るゴミ及びメタル層を基
板に堆積する時に基板上に残っているほこりを完全にな
くすことが不可能であったため、配線の不具合、即ち配
線のショートまたはオープンをゼロにすることは困難で
あった。

【００７０】大面積の光電変換装置では、制御配線また
は信号配線がショートまたはオープンになると、その配
線に接続されている光電変換素子の全ての出力信号が不
正確なものとなり、光電変換装置としては使用不可能と
なるのである。

【００７１】つまり、大面積の光電変換装置を用いた放
射線撮像装置を作製する時の１枚の基板が大きくなれば
なるほど基板１枚あたりの歩留まりは低くなり、同時に
基板１枚あたりの不具合による損失額も大きくなってし
まい放射線撮像装置のコスト高を招くこともあった。

【００７２】以下に、本実施形態を図面を用いて説明す
る。

【００７３】図３は全体平面図、図４は図１のＡ−Ｂで
示す模式的断面図である。尚、従来例の項で説明した図
９（ａ）、図９（ｂ）、図１１、図１３及び本発明第１
の実施形態の項で説明した図１、図２と同一機能の部分
には、同一符号を付してあり、説明を省略する場合があ
る。

【００７４】図３及び図４に示す放射線撮像装置におい
て特徴的な点は、Ａ１やガラス等の基台５００の同一平
面上に４枚の放射線撮像基板１００を各々隣接する放射
線撮像基板１００の画素端の間隔を一画素分あけてシリ
コン樹脂等の接着剤３００で張り合わせることによって
１つの大面積な放射線撮像装置を構成していることであ
る。

【００７５】放射線撮像基板１００には、透光性基板１
上に従来例の図９（ａ）、図９（ｂ）及び本発明の図
１、図２で説明または用いた画素と同様の画素ＰＸＬが
１０００×１０００個配置され、不図示の制御配線ｇ１
〜ｇ１０００と信号配線ｓｉｇ１〜ｓｉｇ１０００に各
々接続されている。シフトレジスタＳＲ１及び検出用集
積回路は、それぞれ１００段又は１００個の処理回路ご
とに一個のＩＣチップに形成してあり、各透光性基板１
上にはシフトレジスタＳＲ１−１〜ＳＲ１−１０、検出
用集積回路ＩＣ−１〜ＩＣ−１０のそれぞれ１０個のＩ
Ｃチップが配置されている。シフトレジスタＳＲ１−１
〜ＳＲ１−１０は制御配線ｇ１〜ｇ１０００と、検出用
集積回路ＩＣ１〜ＩＣ１０は信号配線ｓｉｇ１〜ｓｉｇ
１０００とそれぞれ接続されている。

【００７６】また、本実施形態の放射線撮像基板１００
は、画素、制御配線、信号配線、シフトレジスタ、検出
用集積回路の数及び配置以外は、本発明の第１の実施形
態の図１及び図２で説明した放射線撮像装置と同様に構
成され、かつ同様の作成方法で形成されており、蛍光体
のＸ線Ｘの入射面、透光性基板１の裏面及び端面は可視
光吸収材料からなる黒色樹脂で形成された光吸収層ＣＯ
Ｔ１で覆われている。

【００７７】図３に示すように４枚の放射線撮像基板を
作製し、その４枚の放射線撮像基板を若干の隙間をあけ
て貼り合わせて大面積の放射線撮像装置を構成すること
により、基板１枚あたりの歩留まりは高くなり、同時に
基板１枚あたりの不具合による損失額を小さくすること
ができる。具体的には、図３の大面積の放射線撮像装置
における画素が配置してある面積と、図１１の放射線撮
像装置における画素が配置してある面積が同じ場合、図
３に示す各基板内のすべての制御配線とすべての信号配
線の合計の長さは図１１に示す放射線撮像装置内のすべ
ての制御配線とすべての信号配線の合計の長さの約１／
４となる。このような光電変換装置において制御配線及
び信号配線のショートまたはオープンはその配線に接続
されている光電変換素子のすべての出力信号が不正確な
ものとなるため、光電変換装置としては使用不可能とな
ってしまう。そのため、すべての制御配線及びすべての
信号配線の合計の長さにほぼ比例して上記のような不具
合が生じ、歩留まりを下げるのである。

【００７８】よって図３に示す基板１枚あたりの配線の
不具合による歩留まりは、図１１に示す光電変換装置の
約４倍となる。また、図３に示す基板１が不具合とな
り、使用不可能になった場合の損失額は、基板の面積に
ほぼ比例するため、図１１に示す光電変換装置において
不具合が発生し使用不可能になった場合の損失額の約１
／４となるのである。

【００７９】また、本実施形態の放射線撮像装置も本発
明第１の実施形態と同様に蛍光体ＣＳＩで変換された可
視光の間接光（画素内や透光性基板端部周辺の窓部を経
て、透光性基板１内に入射した光）が、透光性基板１の
内部（透光性基板１の裏面や端面）で透過・散乱するこ
となく光吸収層に吸収され、間接光を減少させることが
でき、また、蛍光体のＸ線Ｘの入射面も同様の光吸収層
で覆われているため、放射線撮像装置のほとんどの面が
光吸収層で覆う構成となり、外光の入射を防ぐ遮光カセ
ット等の遮光部材を簡素化できる。更に、ＩＣ封止や外
部との接続部を黒色の封止材料を用いることにより、完
全に外光遮光の機能を有する放射線撮像装置を提供する
ことができる。

【００８０】また、放射線撮像基板を基台に張り合わせ
た場合、透光性基板を透過した間接光が基台表面で散乱
し再度透光性基板に入射したりする為に基台の選定に制
限ができたり、接着剤の塗布ムラが起こると透光性基板
裏面の場所によって透過・散乱の度合いが変わる為に張
り合わせ工程が複雑になったり、更に放射線撮像基板間
の不感度域（画素抜け）を最小限にする必要から他の基
板を張り合わせる基板端面と画素が非常に近接し間接光
の影響が大きくなる為張り合わせ後の基板間の極小な隙
間に樹脂を充填させる難度の高い工程が増加することが
発生するが、本実施形態の放射線撮像装置は既に張り合
わせ前の放射線撮像基板１００に蛍光体のＸ線Ｘの入射
面、透光性基板１の裏面及び端面は可視光吸収材料から
なる黒色樹脂で形成された光吸収層ＣＯＴ１で覆われて
いる為、張り合わせ工程が簡略で張り合わせ後の間接光
への配慮の為の工程が不要である。

【００８１】よって、高画質で大面積な放射線撮像装置
を容易な工程を用いて歩留まりよく提供することができ
る。

【００８２】また、上記実施形態においては、従来例に
前述したように、前記透光性基板には、第一の電極層、
絶縁層、光電変換半導体層、第１導電型のキャリアの注
入を阻止する半導体層、及び第二の電極層を積層した前
記光電変換素子と、前記光電変換半導体層に入射した信
号光により発生した第１導電型のキャリアを前記光電変
換半導体層に留まらせ、前記第１導電型と異なる第２導
電型のキャリアを前記第二の電極層に導く方向に前記光
電変換素子に電界を与える光電変換手段と、前記光電変
換素子に電界を与えて、前記第１導電型のキャリアを前
記光電変換半導体層から前記第二の電極層に導く方向に
前記光電変換素子に電界を与えるリフレッシュ手段と、
前記光電変換手段による光電変換動作中に前記光電変換
半導体層に蓄積された前記第１導電型のキャリアもしく
は前記第二の電極層に導かれた前記第２導電型のキャリ
アを検出する為の信号検出部と、を有することを特徴と
する放射線撮像装置とした。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、本出願に係わる発
明によれば、蛍光体で変換発光した可視光が画素内の窓
等の素子及び配線が未形成な部分の窓部を経て透光性基
板内に入射し、透光性基板内で透過・散乱を繰り返し光
電変換素子へ入射する間接光を透光性基板の裏面及び端
面を覆う光吸収材料によって吸収させ間接光を減少させ
ることより光学的な不均一のレベルシフトやクロストー
ク等の光学的ノイズを減少させ、放射線撮像装置の画像
品位を向上すると同時に、蛍光体層入射面も光吸収材料
で覆われているため、放射線撮像装置自体に外光遮断機
能を有することにより、遮光カセットのような外光遮光
部材の簡素化、部材レス化ができる。

【００８４】よって、高画質で軽量・小型・低コストの
放射線撮像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる第１の実施形態における全体平
面図である。

【図２】図１の図示Ａ−Ｂの模式的断面図である。

【図３】本発明に係わる第２の実施形態における全体平
面図である。

【図４】図３の図示Ａ−Ｂの模式的断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は、従来の光電変換素子の構成
図である。

【図６】ＴＦＴの層構成図である。

【図７】ゲート絶縁膜の厚さに対するＴＦＴの歩留まり
を示すグラフである。

【図８】以前我々が提案した光電変換装置における全体
回路図である。

【図９】（ａ）は、以前我々が提案した光電変換装置に
おける各構成素子の平面図であり、（ｂ）は、図９
（ａ）の図示Ａ−Ｂの断面図である。

【図１０】図８の動作を示すタイミングチャートであ
る。

【図１１】２０００×２０００個の画素を配置させた、
放射線撮像装置を示す全体平面図である。

【図１２】２０００×２０００個の画素を配置させた他
の例の放射線撮像装置を示す全体平面図である。

【図１３】図１１の図示Ａ−Ｂの模式的断面図である。

【符号の説明】

１ 透光性基板 １００ 放射線撮像基板 ３００ 接着剤 ５００ 基台 ＰＸＬ 画素 ＳＩＮ パッシベーション ＣＳＩ 蛍光体 Ｘ，Ｘ１，Ｘ２ Ｘ線 Ｌｄ 直接光 Ｌｍ１〜Ｌｍ３ 間接光 ＮＯＮ 素子及び配線の未形成部 ＣＯＴ１ 光吸収層 ＣＯＴ２ ＩＣ封止 ＳＲ１−１〜ＳＲ１−２０ シフトレジスタ ＩＣ−１〜ＩＣ−２０ 検出用集積回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望月 千織 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 林 眞一 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 冨名腰 章 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 森下 正和 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 多胡 晃 神奈川県川崎市中原区今井上町53番地 キ ヤノン株式会社小杉事業所内 (72)発明者 田村 敏和 神奈川県川崎市中原区今井上町53番地 キ ヤノン株式会社小杉事業所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の光電変換素子が形成された透光性
   基板と前記透光性基板上に形成された蛍光体層とを有す
   る放射線撮像基板からなる放射線撮像装置において、 前記放射線撮像基板は、少なくとも前記蛍光体層の放射
   線入射面と、前記透光性基板の前記光電変換素子が形成
   されている面とは反対側の面、及び前記透光性基板の少
   なくとも１つの端面が光吸収材料で覆われていることを
   特徴とする放射線撮像装置。
2. 【請求項２】 前記蛍光体層の放射線入射面及び前記透
   光性基板の端面及び前記光電変換素子が形成されている
   面とは反対側の面を覆う前記光吸収材料が、同一材料か
   らなることを特徴とする請求項１記載の放射線撮像装
   置。
3. 【請求項３】 前記放射線撮像基板を前記光吸収材料で
   覆われた前記透光性基板の端面を互いに対向するよう同
   一平面上に複数枚貼り合わせて形成されたことを特徴と
   する請求項１又は２記載の放射線撮像装置。
4. 【請求項４】 前記透光性基板には、 第一の電極層、絶縁層、光電変換半導体層、第１導電型
   のキャリアの注入を阻止する半導体層、及び第二の電極
   層を積層した前記光電変換素子と、 前記光電変換半導体層に入射した信号光により発生した
   第１導電型のキャリアを前記光電変換半導体層に留まら
   せ、前記第１導電型と異なる第２導電型のキャリアを前
   記第二の電極層に導く方向に前記光電変換素子に電界を
   与える光電変換手段と、 前記光電変換素子に電界を与えて、前記第１導電型のキ
   ャリアを前記光電変換半導体層から前記第二の電極層に
   導く方向に前記光電変換素子に電界を与えるリフレッシ
   ュ手段と、 前記光電変換手段による光電変換動作中に前記光電変換
   半導体層に蓄積された前記第１導電型のキャリアもしく
   は前記第二の電極層に導かれた前記第２導電型のキャリ
   アを検出する為の信号検出部と、 を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
   載の放射線撮像装置。