JPH11274453A

JPH11274453A - 二次元画像検出器およびその製造方法

Info

Publication number: JPH11274453A
Application number: JP10070271A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Izumi; 良弘和泉; Masahiko Kondo; 正彦近藤; Osamu Teranuma; 修寺沼
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1998-03-19
Publication date: 1999-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】アクティブマトリクス基板上に３００℃以下
の低温でＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅなどの半導体材料を形
成することで、応答性がよく、動画像にも対応できる二
次元画像検出器およびその製造方法を提供すること。【解決手段】格子状に配列された電極配線と、各格子
点毎に設けられた複数のスイッチング素子と、該スイッ
チング素子を介して前記電極配線に接続される画素電極
を含む電荷蓄積容量とからなる画素配列層と、前記画素
配列層のほぼ全面に対向して形成される電極部と、前記
画素配列層および電極部の間に形成され、光導電性を有
する半導体層とを備えてなる二次元画像検出器におい
て、前記画素配列層を含むアクティブマトリクス基板
と、前記電極部および半導体層を含む対向基板とを備え
ており、前記アクティブマトリクス基板の画素配列層
と、前記対向基板の半導体層とが対向するように両基板
が配置されるとともに、該両基板は、絶縁材料で格子状
に絶縁された導電材料によって電気的に接続されている
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線などの放射
線、可視光、赤外光などの画像を検出できる二次元画像
検出器と、その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、放射線の二次元画像検出器と
して、Ｘ線を感知して電荷（電子−正孔）を発生する半
導体センサーを二次元状に配置し、これらのセンサーに
それぞれ電気スイッチを設けて、各行毎に電気スイッチ
を順次オンにして各列毎にセンサーの電荷を読み出すも
のが知られている。このような二次元画像検出器は、例
えば、文献「D.L.Lee,et al.,"A New Digital Detector
for Projection Radiography",SPIE,2432,pp.237-249,
1995」、「L.S.Jeromin,et al.,"Application ofa-Si A
ctive-Matrix Technology in a X-Ray Detector Pane
l",SID 97 DIGEST,pp.91-94,1997」、および特開平６−
３４２０９８号公報などに具体的な構造や原理が記載さ
れている。

【０００３】以下、前記従来の放射線二次元画像検出器
の構成と原理について説明する。

【０００４】図１１は、前記従来の放射線二次元画像検
出器の構造を模式的に示した図である。また、図１２
は、１画素当たりの構成断面を模式的に示した図であ
る。

【０００５】前記放射線二次元画像検出器は、図１１お
よび図１２に示すように、ガラス基板５１上にＸＹマト
リクス状の電極配線（ゲート電極５２とソース電極５
３）、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５４、電荷蓄積容量
（Ｃｓ）５５などが形成されたアクティブマトリクス基
板を備えている。また、このアクティブマトリクス基板
上には、そのほぼ全面に、光導電膜５６、誘電体層５７
および上部電極５８が形成されている。

【０００６】前記電荷蓄積容量５５は、Ｃｓ電極５９
と、前記薄膜トランジスタ５４のドレイン電極に接続さ
れた画素電極６０とが、絶縁層６１を介して対向してい
る構成である。

【０００７】前記光導電膜５６は、Ｘ線などの放射線が
照射されることで電荷（電子−正孔）が発生する半導体
材料が用いられるが、前記文献によれば、暗抵抗が高
く、Ｘ線照射に対して良好な光導電特性を示すアモルフ
ァスセレニウム（ａ−Ｓｅ）が用いられている。この光
導電膜（ａ−Ｓｅ）５６は、真空蒸着法によって３００
〜６００μｍの厚みで形成されている。

【０００８】また、前記アクティブマトリクス基板は、
液晶表示装置を製造する過程で形成されるアクティブマ
トリクス基板を流用することが可能である。例えば、ア
クティブマトリクス型液晶表示装置（ＡＭＬＣＤ）に用
いられるアクティブマトリクス基板は、アモルファスシ
リコン（ａ−Ｓｉ）やポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）によっ
て形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や、ＸＹマト
リクス電極、電荷蓄積容量（Ｃｓ）を備えた構造になっ
ている。したがって、若干の設計変更を行うだけで、放
射線二次元検出器用のアクティブマトリクス基板として
利用することが容易である。

【０００９】次に、前記構造の放射線二次元画像検出器
の動作原理について説明する。

【００１０】前記ａ−Ｓｅ膜などの光導電膜５６に放射
線が照射されると、光導電膜５６内に電荷（電子−正
孔）が発生する。図１１および図１２に示すように、光
導電膜５６と電荷蓄積容量（Ｃｓ）５５は電気的に直列
に接続された構造になっているので、上部電極５８とＣ
ｓ電極５９間との間に電圧を印加しておくと、光導電膜
５６で発生した電荷（電子−正孔）がそれぞれ＋電極側
と−電極側に移動し、その結果、電荷蓄積容量（Ｃｓ）
５５に電荷が蓄積される仕組みになっている。なお、光
導電膜５６と電荷蓄積容量（Ｃｓ）５５との間には、薄
い絶縁層からなる電子阻止層６２が形成されており、こ
れが一方側からの電荷の注入を阻止する阻止型フォトダ
イオードの役割を果たしている。

【００１１】前記の作用で、電荷蓄積容量（Ｃｓ）５５
に蓄積された電荷は、ゲート電極Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、
…、Ｇｎの入力信号によって薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）５４をオープン状態にすることでソース電極Ｓ１、
Ｓ２、Ｓ３、…、Ｓｎより外部に取り出すことが可能で
ある。電極配線（ゲート電極５２とソース電極５３）、
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５４、および電荷蓄積容量
（Ｃｓ）５５などは、すべてＸＹマトリクス状に設けら
れているため、ゲート電極Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、…、Ｇｎ
に入力する信号を線順次に走査することで、二次元的に
Ｘ線の画像情報を得ることが可能となる。

【００１２】なお、前記二次元画像検出器は、使用する
光導電膜５６がＸ線などの放射線に対する光導電性だけ
でなく、可視光や赤外光に対しても光導電性を示す場合
は、可視光や赤外光の二次元画像検出器としても作用す
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
放射線二次元検出器では、光導電膜５６としてａ−Ｓｅ
を用いており、このａ−Ｓｅは、アモルファス材料特有
の光電流の分散型伝導特性を有していることから応答性
が悪く、また、ａ−ＳｅのＸ線に対する感度（Ｓ／Ｎ
比）が十分でないため、長時間Ｘ線を照射して電荷蓄積
容量（Ｃｓ）５５を十分に充電してからでないと情報を
読み出すことができないといった欠点を持ち合わせてい
る。

【００１４】また、Ｘ線の照射時に漏れ電流が原因で電
荷が電荷蓄積容量に蓄積することの防止、およびリーク
電流（暗電流）の低減や高電圧保護の目的で、光導電膜
（ａ−Ｓｅ）５６と上部電極５８との間に誘電体層５７
が設けられているが、この誘電体層５７に残留する電荷
を１フレーム毎に除去するシーケンスを付加する必要が
あるため、前記放射線二次元検出器は静止画の撮影にし
か利用することができないといった問題を生じていた。

【００１５】これに対し、動画に対応した画像データを
得るためには、ａ−Ｓｅの代わりに、結晶（もしくは多
結晶）材料で、かつＸ線に対する感度（Ｓ／Ｎ比）の優
れた光導電膜５６を利用する必要がある。光導電膜５６
の感度が向上すれば、短時間のＸ線照射でも電荷蓄積容
量（Ｃｓ）５５を十分に充電できるようになり、また、
光導電膜５６に高電圧を印加する必要がなくなるため、
誘電体層５７自身も不要となる。

【００１６】このような、Ｘ線に対する感度が優れた光
導電材料としては、ＣａＴｅやＣｄＺｎＴｅなどが知ら
れている。一般に、Ｘ線の光電吸収は吸収物質の実効原
子番号の５乗に比例するため、例えば、Ｓｅの原子番号
が３４、ＣｄＴｅの実効原子番号が５０とすると、約
６．９倍の感度の向上が期待できる。ところが、前記放
射線二次元検出器の光導電膜として、ａ−Ｓｅの代わり
にＣａＴｅやＣｄＺｎＴｅを利用しようとすると、以下
のような問題が生じる。

【００１７】従来のａ−Ｓｅの場合、成膜方法としては
真空蒸着法を用いることができ、この時の成膜温度は常
温で可能なため、上述のアクティブマトリクス基板上へ
の成膜が容易であった。これに対して、ＣｄＴｅやＣｄ
ＺｎＴｅの場合は、ＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法による成膜
法が知られており、特に大面積基板への成膜を考慮する
とＭＯＣＶＤが適した方法と考えられる。

【００１８】しかしながら、ＭＯＣＶＤ法でＣｄＴｅや
ＣｄＺｎＴｅを成膜する場合、原料である有機カドミウ
ム（ＤＭＣｄ）の熱分解温度が約３００℃、有機テルル
（ＤＥＴｅやＤｉＰＴｅ）の熱分解温度が各々約４００
℃、約３５０℃であるため、成膜には約４００℃の高温
が要求される。

【００１９】一般に、アクティブマトリクス基板に形成
されている前述の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５４は、
半導体層としてａ−Ｓｉ膜やｐ−Ｓｉ膜を用いている
が、半導体特性を向上させるために３００〜３５０℃程
度の成膜温度で水素（Ｈ₂）を付加しながら成膜されて
いる。このようにして形成されるＴＦＴ素子の耐熱温度
は約３００℃であり、ＴＦＴ素子をこれ以上の高温に曝
すとａ−Ｓｉ膜やｐ−Ｓｉ膜から水素が抜け出し半導体
特性が劣化してしまう。

【００２０】したがって、上述のアクティブマトリクス
基板上に、ＭＯＣＶＤ法を用いてＣｄＴｅやＣｄＺｎＴ
ｅを成膜することは、成膜温度の観点から事実上困難で
あった。

【００２１】本発明は、上述したような問題点に臨みて
なされたものであって、その目的とするところは、アク
ティブマトリクス基板上に３００℃以下の低温でＣｄＴ
ｅやＣｄＺｎＴｅなどの半導体材料を形成することで、
応答性がよく、動画像にも対応できる二次元画像検出器
およびその製造方法を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の二次元画像検出
器は、格子状に配列された電極配線と、各格子点毎に設
けられた複数のスイッチング素子と、該スイッチング素
子を介して前記電極配線に接続される画素電極を含む電
荷蓄積容量とからなる画素配列層と、前記画素配列層の
ほぼ全面に対向して形成される電極部と、前記画素配列
層および電極部の間に形成され、光導電性を有する半導
体層とを備えてなる二次元画像検出器において、前記画
素配列層を含むアクティブマトリクス基板と、前記電極
部および半導体層を含む対向基板とを備えており、前記
アクティブマトリクス基板の画素配列層と、前記対向基
板の半導体層とが対向するように両基板が配置されると
ともに、該両基板は、絶縁材料で格子状に絶縁された導
電材料によって電気的に接続されていることを特徴とし
ており、そのことによって、上記目的が達成される。

【００２３】また、前記導電材料は、導電性を有する液
体もしくは液晶であることが望ましい。

【００２４】また、前記絶縁材料は、高分子材料である
ことが望ましい。

【００２５】また、前記アクティブマトリクス基板およ
び対向基板の少なくともいずれか一方側の表面には、該
基板表面の表面自由エネルギーを部分的に制御するため
の薄膜が形成されていることが望ましい。

【００２６】また、前記半導体層は、放射線に対して感
度を有することが望ましい。

【００２７】このとき、前記半導体層は、ＣｄＴｅもし
くはＣｄＺｎＴｅ化合物半導体であることが望ましい。

【００２８】また、前記対向基板の半導体層表面には、
前記アクティブマトリクス基板上に形成されている各画
素電極に対応して、複数の接続電極が形成されているこ
とが望ましい。

【００２９】また、前記対向基板は、光導電性を有する
半導体層自身が支持基板であることが望ましい。

【００３０】また、前記対向基板は、検出する光や放射
線を透過する基板を支持基板とし、該支持基板上に光導
電性を有する半導体膜が形成されていることが望まし
い。

【００３１】本発明の二次元画像検出器の製造方法は、
格子状に配列された電極配線と、各格子点毎に設けられ
た複数のスイッチング素子と、該スイッチング素子を介
して前記電極配線に接続される画素電極を含む電荷蓄積
容量とからなる画素配列層と、前記画素配列層のほぼ全
面に対向して形成される電極部と、前記画素配列層およ
び電極部の間に形成され、光導電性を有する半導体層と
を備えてなる二次元画像検出器の製造方法において、前
記画素配列層を含むアクティブマトリクス基板を作製す
る工程と、前記電極部および半導体層を含む対向基板を
作製する工程と、前記アクティブマトリクス基板および
対向基板の間隙に、少なくとも導電材料と絶縁材料とを
含む混合物を注入する工程と、前記混合物を単一相にあ
る状態から相分離を起こさせることにより、前記導電材
料と前記絶縁材料との配列制御を行う工程と、を含むこ
とを特徴としており、そのことによって、上記目的は達
成される。

【００３２】また、前記導電材料は、導電性を有する液
体もしくは液晶を主成分とし、前記絶縁材料は、高分子
の原料となる重合性材料を主成分とすることが望まし
い。

【００３３】また、前記混合物を単一相にある状態から
相分離を起こさせる工程において、該相分離は、単一相
にある混合物に含まれる液体もしくは液晶と重合性材料
とを前記アクティブマトリクス基板および対向基板との
界面自由エネルギーの差を利用することによって行われ
ることが望ましい。

【００３４】以下、本発明の二次元画像検出器およびそ
の製造方法による作用について説明する。

【００３５】本発明の二次元画像検出器によれば、格子
状に配列された電極配線と、各格子点毎に設けられた複
数のスイッチング素子と、該スイッチング素子を介して
前記電極配線に接続される画素電極を含む電荷蓄積容量
とからなる画素配列層とを含むアクティブマトリクス基
板と、光導電性を有する半導体層がほぼ全面に具備され
た対向基板とが、絶縁材料で格子状に絶縁された導電材
料によって電気的に接続されていることにより、従来半
導体層の成膜温度とアクティブマトリクス基板の耐熱性
との関係で、アクティブマトリクス基板上に直接成膜す
ることができなかった半導体材料を、前記半導体層とし
て二次元画像検出器に使用することが可能になり、ま
た、両基板を電気的に接続している導電材料が絶縁材料
によって格子状に絶縁されているため、隣り合う画素同
士の電気的クロストークの発生を防止することが可能に
なる。

【００３６】また、前記導電材料として、導電性を有す
る液体もしくは液晶を用いることにより、流動性を有す
る導電材料とすることができるため、自由な配置をとる
ことが可能になる。

【００３７】また、前記絶縁材料として、高分子材料を
用いることにより、この高分子材料が前記導電材料を囲
み込む構造をとりながらアクティブマトリクス基板と対
向基板との間隔を一定に保つことができるため、クロス
トークを防止して表示むらの少ない高品位の画像を検出
することが可能になる。

【００３８】また、前記アクティブマトリクス基板およ
び対向基板の少なくともいずれか一方側の表面の特定部
分にのみ薄膜を形成して、該基板表面の表面自由エネル
ギーを部分的に変化させ、他の物質に対する基板上の界
面自由エネルギーを変化させていることにより、２つの
物質がある界面をもって接しているときに、その界面自
由エネルギーが小さいものは密着力が大きく、逆に界面
自由エネルギーが大きいものは密着力が小さいため、こ
の界面自由エネルギーの差を利用して物質の配置を制御
することが可能になる。

【００３９】ここで、前記薄膜として、重合性樹脂を用
い、また、この重合性樹脂を光重合性樹脂かまたは熱重
合性樹脂とすることにより、光や熱で重合反応を起こし
て高分子化することができ、薄膜を特定の位置に容易に
形成して基板上のエネルギー状態を制御することが可能
になる。

【００４０】また、前記薄膜形成部分の表面自由エネル
ギーを周囲の部分よりも低くすることにより、この部分
との密着力が大きい物質を制限することができ、その結
果この部分に集まる物質の選択性を増すことが可能にな
る。すなわち、薄膜との密着力が大きい物質を薄膜上に
集めることが容易になり、また、薄膜との密着力が小さ
い物質が薄膜上に集まることを抑制することが可能にな
る。

【００４１】なお、このときの薄膜形成部分の表面自由
エネルギーを５０ｍＮ／ｍ以下に制限することにより、
密着力の大きい物質を制限し、高分子材料が集まり易す
い状況を作ることが可能となる。

【００４２】また、前記半導体層が、放射線に対して感
度を有していることにより、放射線に対する二次元画像
検出器を実現することが可能になる。

【００４３】なお、このときの前記半導体層をＣｄＴｅ
もしくはＣｄＺｎＴｅ化合物半導体とすることにより、
従来のａ−Ｓｅからなる半導体層と比べて、放射線に対
する感度が向上し、動画の撮影も可能になる。

【００４４】また、前記対向基板の半導体層表面に、前
記アクティブマトリクス基板上に形成されている各画素
電極に対応した複数の接続電極が形成されていることに
より、対向基板上の半導体の画素電極間が電気的に分離
され、放射線や光線の入射により半導体内で発生した電
荷が入射位置に対応した接続電極にのみ収集され、周囲
の画素に回り込むことなく電気的クロストークが抑制さ
れる。

【００４５】また、前記対向基板が光導電性を有する半
導体層自身を支持基板にしていることにより、ブリッジ
マン法やグラディエントフリーズ法、トラベルヒーティ
ング法などによって得られる結晶性半導体基板を利用す
ることが可能になる。

【００４６】また、前記対向基板が検出する光や放射線
を透過する基板を支持基板とし、該支持基板上に光導電
性を有する半導体膜を形成していることにより、対向基
板自身の強度を増すことが可能になる。

【００４７】本発明の二次元画像検出器の製造方法によ
れば、格子状に配列された電極配線と、各格子点毎に設
けられた複数のスイッチング素子と、該スイッチング素
子を介して前記電極配線に接続される画素電極を含む電
荷蓄積容量とからなる画素配列層とを含むアクティブマ
トリクス基板と、光導電性を有する半導体層がほぼ全面
に具備された対向基板との間隙に、少なくとも導電材料
と絶縁材料とを含む混合物を注入する工程と、前記混合
物を単一相にある状態から相分離を起こさせることによ
り、前記導電材料と前記絶縁材料との配列制御を行う工
程とを含んでいることにより、二枚の基板間に材料を注
入するという一般的な液晶表示素子の製造方法をそのま
ま本発明の二次元画像検出器に適用することが可能にな
る。

【００４８】また、前記導電材料は、導電性を有する液
体もしくは液晶を主成分とし、前記絶縁材料は、高分子
の原料となる重合性材料を主成分とすることにより、前
記絶縁材料としての高分子前駆体の重合性材料は、その
重合前は流動性が高いため、導電材料および絶縁材料と
もに両基板間への注入性が良好になり、また、絶縁材料
として用いる重合性材料は、その重合後は両基板の間隙
を一定に保ち、該両基板間の接着性を維持しながら画素
電極間を絶縁してクロストークを低減することが可能に
なる。したがって、これらを組み合わせることにより、
高品位の二次元画像検出器を実現することが可能にな
る。

【００４９】また、前記混合物を単一相にある状態から
相分離を起こさせる工程において、該相分離は、単一相
にある混合物に含まれる液体もしくは液晶と重合性材料
とを前記アクティブマトリクス基板および対向基板との
界面自由エネルギーの差を利用することによって行って
いることにより、効率良く相分離を行うことが可能にな
る。

【００５０】このとき、基板表面の表面自由エネルギー
分布を薄膜形成により制御し、この薄膜との密着力が液
体もしくは液晶と重合性材料とでは異なることを利用し
て、薄膜上に集まるものと薄膜以外の部分に集まるもの
とを選択することにより相分離を生じさせている。した
がって、薄膜のパターンによって任意に導電材料と絶縁
材料とを配置させることが容易に可能になる。

【００５１】さらに、雰囲気温度を変化させることによ
り、界面自由エネルギーを変化させて相分離を促進させ
ることも可能である。すなわち、液体もしくは液晶と重
合性材料との混合物を一旦相溶状態にして均一にした
後、冷却することにより液晶の析出が始まるが、この過
程を徐々に行うことによって液晶との密着力が大きいと
ころでのみ析出を生じさせることが可能となる。

【００５２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。

【００５３】（実施の形態１）図１および図２は、本発
明の実施の形態１に係る二次元画像検出器を示したもの
であり、図１は、該二次元画像検出器の全体構成の概略
を示す断面図であり、図２は、その二次元画像検出器の
１画素当たりの構成を示す断面図である。

【００５４】本実施の形態１における二次元画像検出器
は、図１に示すように、スイッチング素子としての薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）５と画素電極１４とが形成され
たアクティブマトリクス基板１と、接続電極６が形成さ
れた対向基板２とが、導電材料である液晶３ａおよび絶
縁材料である重合性樹脂３ｂを介して電気的に接続され
ることにより貼り合わされた構成となっている。

【００５５】このアクティブマトリクス基板１は、液晶
表示装置を製造する過程で形成されるアクティブマトリ
クス基板と同じプロセスで形成することが可能である。
具体的に説明すれば、図２に示すように、ガラス基板７
上に、ＸＹマトリクス状の電極配線（ゲート電極８とソ
ース電極９）、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５、電荷蓄
積容量（Ｃｓ）４などにより画素配列層が構成されてい
る。

【００５６】前記ガラス基板７には、無アルカリガラス
基板（例えばコーニング社製＃７０５９や＃１７３７）
を用い、その上にＴａなどの金属膜からなるゲート電極
８を形成する。ゲート電極８は、Ｔａなどをスパッタ蒸
着で約３０００Å成膜した後、所望の形状にパターニン
グして得られる。この際、同時に電荷蓄積容量（Ｃｓ電
極）４も形成する。次に、ＳｉＮｘやＳｉＯｘからなる
絶縁膜１１を、ＣＶＤ法で約３５００Å成膜して形成す
る。この絶縁膜１１は、前記薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）５のゲート絶縁膜および電荷蓄積容量（Ｃｓ）４の
電極間の誘電層として作用する。なお、絶縁膜１１とし
て、ＳｉＮｘやＳｉＯｘだけでなく、ゲート電極８とＣ
ｓ電極４とを陽極酸化した陽極酸化膜を併用してもよ
い。

【００５７】次に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５のチ
ャネル部となるａ−Ｓｉ膜（ｉ層）１２と、ソース・ド
レイン電極とのコンタクトを図るａ−Ｓｉ膜（ｎ⁺層）
１３とを、ＣＶＤ法で各々約１０００Å、約４００Å成
膜した後、所望の形状にパターニングする。次に、Ｔａ
やＡｌなどの金属膜からなるソース電極９とドレイン電
極１０、ＩＴＯなどの導電膜からなる画素電極１４を形
成する。このソース電極９と画素電極１４とは、前記金
属膜をスパッタ蒸着で約３０００Å成膜した後、所望の
形状にパターニングすることで得られる。

【００５８】その後、画素電極１４の開口部以外の領域
を絶縁保護する目的で、絶縁保護膜１５を形成する。こ
の絶縁保護膜１５は、ＳｉＮｘやＳｉＯｘからなる絶縁
膜をＣＶＤ法で約６０００Å成膜した後、所望の形状に
パターニングすることで得られる。なお、この絶縁保護
膜１５には、無機の絶縁膜の他に、アクリルやポリイミ
ドなどの有機膜を使用することも可能である。このよう
にして、アクティブマトリクス基板１が形成される。

【００５９】なお、ここでは、前記アクティブマトリク
ス基板１のＴＦＴ素子として、ａ−Ｓｉを用いた逆スタ
ガ構造のＴＦＴ５を用いたが、これに限定されるもので
はなく、ｐ−Ｓｉを用いても良いし、スタガ構造にして
も良い。また、前記アクティブマトリクス基板１は、液
晶表示装置を製造する過程で形成されるアクティブマト
リクス基板と同じプロセスで形成することが可能であ
る。

【００６０】このときの各部材の位置関係については、
図３に示すとおりであり、図３は、上述のようにして作
製されたアクティブマトリクス基板１表面の平面図を示
したものである。

【００６１】上述のようにして作製されたアクティブマ
トリクス基板１の表面には、該基板１の表面自由エネル
ギーを制御する目的で、薄膜１９が所定の位置に形成さ
れている。具体的には、フォトレジスト（薄膜）１９を
前記アクティブマトリクス基板１上に塗布し、フォトマ
スクを被せて露光、現像することによって所定の位置に
フォトレジスト（薄膜）１９を形成することになる。こ
のときのアクティブマトリクス基板１上に形成する薄膜
１９のパターンを図４に示す。

【００６２】図４に示すように、薄膜１９は、画素電極
１４以外の領域を覆うように形成されている。この薄膜
１９の材料としては、無機材料、有機材料それらを単独
で用いてもよく、また複数種類の材料を混合したものを
用いてもよい。

【００６３】また、この薄膜１９を形成する方法として
は、スパッタ蒸着により一旦基板全面に薄膜１９を形成
し、その後、ドライエッチングやウエットエッチングな
どによって薄膜１９を所定位置に形成する方法や、重合
性材料を基板全面に塗布して所定の位置でのみ重合反応
を起こさせて薄膜１９を形成する方法や、印刷によって
所定の位置のみに薄膜１９を形成する方法などを用いる
ことが可能である。

【００６４】なお、このように塗布する薄膜１９につい
ては、表面自由エネルギーをより積極的に制御するため
に、各種界面活性剤をさらに添加してもよいが、その際
には、導電性材料の特性を変化させないように、ノニオ
ン系の界面活性剤を使用することが望ましく、また、十
分に精製されたものを使用することが好ましい。

【００６５】一方、対向基板２は、図２にも示すよう
に、Ｘ線などの放射線に対して光導電性を有する半導体
基板（光導電体基板）１６を支持基板としている。ここ
では、ＣｄＴｅもしくはＣｄＺｎＴｅといった化合物半
導体を用いる。前記半導体基板１６の厚みは約Ｏ．３〜
０．５ｍｍである。この半導体基板１６は、ブリッジマ
ン法やグラディエントフリーズ法、トラベルヒーティン
グ法などによって、容易に結晶基板を形成することが可
能である。前記半導体基板１６の一方の面のほぼ全面
に、ＡｌなどのＸ線を透過しやすい金属によって上部電
極１７を形成する。また、他方の面には、厚さ約１００
０ÅのＡｌＯｘからなる絶縁層である電子阻止層１８を
ほぼ全面に形成した後、ＴａやＡｌなど金属膜をスパッ
タ蒸着で約２０００Å成膜し、所望の形状にパターニン
グすることで接続電極６を形成する。前記接続電極６
は、アクティブマトリクス基板に形成された画素電極１
４と対応する位置に形成される。

【００６６】以上のようにして作製されたアクティブマ
トリクス基板１および対向基板２は、画素電極１４およ
び接続電極６が画素毎に各々対向するようにして配置さ
れており、これら両基板の間隙には、図２にも示すよう
に、導電材料である液晶３ａと絶縁材料である重合性樹
脂３ｂとが存在している。このときの導電材料である液
晶３ａは、接続電極６と画素電極１４とを電気的に接続
する役割を果たしており、また、絶縁材料である重合性
樹脂３ｂは、各画素電極１４毎に導電材料３ａを分離す
るように格子状に形成されており、隣接する画素同士の
電気的クロストークの発生を防止するとともに、前記両
基板１、２同士を接着して固定する役割も果たしてい
る。

【００６７】以下に、前記導電材料３ａおよび絶縁材料
３ｂを用いて、アクティブマトリクス基板１と対向基板
２とを貼り合わせる際の具体的な方法について説明す
る。図５（ａ）〜（ｄ）は、両者の基板の貼り合わせプ
ロセスを示す図面である。

【００６８】先ず、図５（ａ）に示すように、アクティ
ブマトリクス基板１と対向基板２との貼り合わせを行
う。この工程においては、通常の液晶表示装置に使用す
るパネルの作製手法により貼り合わせることが可能であ
る。すなわち、アクティブマトリクス基板１もしくは対
向基板２のどちらか一方の基板に熱硬化性または紫外線
硬化性のシール材２０を印刷法などにより基板周辺部に
塗布する。この際に両基板１、２間の間隔を一定に保つ
ためのスペーサを混合してもよい。そして、他方の基板
と貼り合わせ、両基板１、２間の間隔を保ちながらシー
ル材２０を硬化させるために、熱もしくは紫外光を照射
する。このとき、画素電極１４と接続電極６とが各々画
素毎に対応するように位置合わせをしておく。

【００６９】次に、図５（ｂ）に示すように、混合物３
の注入を行う。これも、通常の液晶表示装置に使用する
パネルの液晶注入方法により注入することが可能であ
る。すなわち、アクティブマトリクス基板１と対向基板
２とを貼り合わせる際に、前記シール材２０の一部に開
口部２１を形成しておき、両基板１、２を貼り合わせた
後に減圧する。このような減圧した状態のままで、注入
するのに十分な量の混合物３をシール材２０の開口部２
１に接触させ、周囲の雰囲気を常圧に戻すことにより該
両基板１、２間に該混合物３が注入されることになる。

【００７０】ここで、注入される混合物３とは、後述す
る導電材料である液晶３ａと絶縁材料である重合性樹脂
３ｂとを均一に混合させたものであり、このとき、該混
合物３を均一な状態で注入しなければ、両基板１、２間
で導電性などに偏りが生じてしまう可能性があるため、
前記導電材料である液晶３ａと絶縁材料である重合性樹
脂３ｂとは混合を十分に行った状態で注入する必要があ
る。すなわち、注入する混合物３が、均一に混ざり合っ
ているアイソトロピックな状態で注入することができる
ように、液晶相とアイソトロピック相の相転移温度以上
の過熱を行いながら注入することが望ましい。

【００７１】次に、図５（ｃ）に示すように、上述した
両基板１、２間に注入された混合物３の配置制御を行
う。配置制御には、アクティブマトリクス基板１上に形
成された薄膜１９部分と、薄膜１９が形成されていない
画素電極１４部分と、導電材料３ａと、絶縁材料３ｂと
の４者の界面自由エネルギーの相対関係に依存する相分
離現象を利用する。なお、このとき、薄膜１９が形成さ
れていない画素電極１４部分に導電材料３ａが集まり、
また、それ以外の薄膜１９部分には絶縁材料３ｂが集ま
るように相分離が進行していく。この相分離は明確に行
われるほど導電材料３ａと絶縁材料３ｂとの相分離が良
好となり、クロストークの低減に大きな効果を発揮す
る。そのためには、相分離の条件が重要となるが、この
条件としては、薄膜１９が形成された部分とそれ以外の
薄膜１９が形成されていない画素電極１４部分との表面
自由エネルギーの差が大きいことが好ましい。

【００７２】また、一般的な画素電極１４の材料となる
ＩＴＯの表面自由エネルギーは、１００ｍＮ／ｍ程度で
あり、それと優位な差がある５０ｍＮ／ｍ以下の薄膜１
９を形成することができれば、上述した相分離はより良
好に進行して行く。

【００７３】さらに、この相分離は、導電材料３ａと絶
縁材料３ｂとの混合物３がアイソトロピックな状態から
液晶相が析出してくるのを利用しているため、液晶相の
析出の際に、その内部に重合性樹脂が入り込まないよう
に徐々に析出させること、つまり徐々に温度を下げて行
くことが好ましい。

【００７４】最後に、図５（ｄ）に示すように、絶縁材
料３ｂの固化を行う。上述したような手順で導電材料３
ａと絶縁材料３ｂとを相分離させた後、絶縁材料３ｂを
硬化させるが、絶縁材料３ｂに光重合性樹脂（光重合開
始剤）を使用している場合には光を照射し、また、熱重
合性樹脂（熱重合開始剤）を使用している場合には熱を
加えることによって重合反応を進行させることができ
る。このようにして、本実施の形態１における二次元画
像検出器は作製される。

【００７５】なお、上述したような形態では、表面自由
エネルギーの制御を行うために、薄膜１９を画素電極１
４以外の部分に形成し、該薄膜１９上に絶縁材料３ｂと
なる重合性樹脂が選択的に析出するよう設計したが、本
発明はこのような構成に限定されるものではない。例え
ば、アクティブマトリクス基板１上に形成された薄膜１
９部分と、薄膜１９が形成されていない画素電極１４部
分と、導電材料３ａと、絶縁材料３ｂとの４者の界面自
由エネルギーの相対関係によって、薄膜１９形成部分に
導電材料３ａが集まるのか、それとも絶縁材料３ｂが集
まるのかを予めテスト基板などにより検討しておき、そ
の検討結果に基づいて、薄膜１９形成部分に導電材料３
ａが集まり易すい組み合わせであれば薄膜１９を画素電
極１４部分に形成し、また、薄膜１９形成部分に絶縁材
料３ｂが集まり易すい組み合わせであれば薄膜１９は画
素電極１４以外の部分に形成することにより、導電材料
３ａを画素電極１４部分に集めるとともに、絶縁材料３
ｂが導電材料３ａを包囲した構造を実現することが可能
になる。

【００７６】以下、本実施の形態１における二次元画像
検出器に用いる導電材料３ａと、各画素領域を囲むよう
に格子状に設けられる絶縁材料３ｂについて、詳細に説
明する。

【００７７】本実施の形態１における導電材料として
は、適度な導電性と流動性とを有する液体もしくは液晶
を使用することができる。ここでは、円盤状の分子が一
次元にカラム状に積層されたディスコティック液晶を使
用した。このディスコティックカラムナー相は、隣接す
る分子のπ電子共役系の重なりがカラム方向に最も大き
くなる配置となっており、一次元の電子移動が見られる
ため導電材料としての使用が可能である。このような液
晶性化合物としては、例えば、図６（ａ）〜（ｇ）に示
すようなものが挙げられる（図中、Ｒは炭素原子数１〜
２０のアルキル基を表しており、Ｍは遷移金属原子を表
す）。この中で特に有機金属錯体は、錯体液晶中の遷移
金属が電導度を高め、カラム軸に沿って協同的な電導効
果が在すると考えられ、高い導通性が得られる。本実施
の形態１では、図６中の（ａ）に示した化合物を用い
た。

【００７８】なお、ディスコティックカラムナー相を示
す液晶性化合物の大半は、１００℃以上の高温で液晶相
を形成し、室温以下で液晶相を形成するものはごく僅か
であるが、ディスコティックカラムナー相、すなわち一
次元カラム積層構造が保たれていれば、作製段階で流動
性を示すのものであれば、化合物は最終的には固体（結
晶）であっても構わない。また、よく精製された材料
で、極めて伝導率が小さい場合には、必要に応じてヨウ
素（Ｉ₂）や塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ₃）などを用い
た化学ドーピングによりキャリア濃度を増加させ、伝導
率を調整するとよい。

【００７９】また、導電材料としては、適度な導電性と
流動性とを有するものであれば、前記ディスコティック
液晶の他にも、棒状液晶（ネマチック液晶、コレステリ
ック液晶、スメクチック液晶、強誘電性液晶など）を使
用することもできる。例えば、図７（ａ）（ｂ）に示す
ような分子構造の液晶は、高い導電率を有することが知
られている。また、導電材料は、液晶に限られるもので
はなく、広くは水銀、ガリウムなどの液体金属、イオン
導電性の液体など、導電性と流動性とを有しており、か
つ絶縁材料との相分離が行い易いものであれば、同様の
原理で使用することが可能である。

【００８０】また、絶縁材料としては、重合性樹脂を用
いた。例えば、炭素数３以上の長鎖アルキル基または芳
香族基を有するアクリル酸またはアクリル酸エステルを
使用し得る。これらの例としては、イソブチルアクリレ
ート、ステアリルアクリレート、ラウリルアクリレー
ト、イソアミルアクリレート、ｎ−ブチルアクリレー
ト、トリデシルアクリレート、２−エチルハキシルアク
リレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアク
リレート、２−フェノキシエチルアクリレート、これら
のアクリレート基をメタクリレート基に変えたもの、お
よびこれらのモノマーのハロゲン化物（特に、塩素化も
しくはフッ素化したモノマー）、例えば、２．２．３．
４．４．４−ヘキサフルオロブチルメタクリレート、
２．２．３．４．４．４−ヘキサクロロブチルメタクリ
レート、２．２．３．３−テトラフルオロプロピルメタ
クリレート、２．２．３．３−テトラクロロプロピルメ
タクリレート、パーフロロオクチルエチルメタクリレー
ト、パーフロロオクチルエチルアクリレート、パークロ
ロオクチルエチルアクリレートなどを挙げることができ
る。また、液晶性類似骨格を有する重合性樹脂を使用し
てもよい。これらの重合性樹脂は、単独または２種類以
上混合して使用できる。

【００８１】さらに、これらの他に、重合性樹脂の重合
反応を開始させるために、光（可視、赤外、紫外）、熱
などによって開烈して重合反応を開始させる光重合開始
剤、熱重合開始剤などを加えてもよい。この光重合開始
剤としては、例えば、Irgacure 651,Irgacure 184（チ
バガイギー社製）や、Darcure 1137（メルク社製）など
を挙げることができる。なお、光重合開始剤の添加量と
しては、液晶材料と重合性樹脂材料との混合物の総重量
に体して、０．０１〜３重量％の割合で添加するのが好
ましい。

【００８２】ここで、図２および図８を用いて、上述し
た二次元画像検出器の動作原理について説明する。図８
は、本実施の形態１における二次元画像検出器の１画素
当たりの等価回路を示す回路図である。

【００８３】ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅからなる半導体基
板（光導電体基板）１６にＸ線が入射すると、光導電効
果によりこの半導体基板１６に電荷（電子−正孔）が発
生する。この時、電荷蓄積容量（Ｃｓ）４と半導体基板
１６とは、画素電極１４／導電性液晶３ａ／接続電極６
を介して直列に接続された構造になっているので、上部
電極１７とＣｓ電極４との間に電圧を印加しておくと、
半導体基板１６内で発生した電荷（電子−正孔）がそれ
ぞれ＋電極側と−電極側に移動し、その結果、電荷蓄積
容量（Ｃｓ）４に電荷が蓄積される仕組みになってい
る。

【００８４】なお、半導体基板１６と接続電極６との間
には、薄い絶縁層からなる電子阻止層１８が形成されて
おり、これが一方側からの電荷の注入を阻止するＭＩＳ
（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｓｅｍｉｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒ）構造の阻止型フォトダイオードの役割を果
たしており、Ｘ線が入射しない時の暗電流の低減に寄与
している。すなわち、上部電極１７側に正電圧を印加し
た場合、電子阻止層１８は接続電極６から半導体基板
（光導電体）１６への電子の注入を阻止する働きをす
る。なお、半導体基板（光導電体）１６と上部電極１７
との間にも絶縁層を設け、上部電極１７から半導体基板
（光導電体）１６への正孔の注入も阻止し、更なる暗電
流低減を図る場合もある。

【００８５】この阻止型フォトダイオードの構造として
は、前記ＭＩＳ構造の他にも、ＣｄＴｅ／ＣｄＳなどの
積層膜を用いたヘテロ接合構造、ＰＩＮ接合構造、ショ
ットキー接合構造を用いることも、もちろん可能であ
る。

【００８６】前記の作用により、電荷蓄積容量（Ｃｓ）
４に蓄積された電荷は、ゲート電極８の入力信号によっ
て薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５をオープン状態にする
ことでソース電極９より外部に取り出すことが可能であ
る。電極配線（ゲート電極８とソース電極９）、薄膜ト
ランジスタ（ＴＦＴ）５、電荷蓄積容量（Ｃｓ）４など
は、従来例の図１１にも示すように、すべてＸＹマトリ
クス状に設けられているため、ゲート電極Ｇ１、Ｇ２、
Ｇ３、…、Ｇｎに入力する信号を線順次に走査すること
で、二次元的にＸ線の画像情報を得ることが可能とな
る。このように、基本的な動作原理は、従来例に示した
画像検出器と同様である。

【００８７】前記のごとく、本実施の形態１における二
次元画像検出器は、格子状の電極配線と各格子点毎に設
けられた複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５と複数の
画素電極１４とが具備されたアクティブマトリクス基板
１と、光導電性を有する半導体基板１６がほぼ全面に具
備された対向基板とが、液晶からなる導電材料３ａによ
り電気的に接続されているとともに、この導電材料３ａ
は絶縁材料３ｂによって格子状に絶縁されている構成で
あることを特徴としている。

【００８８】したがって、従来の画像検出器のように、
光導電半導体を直接アクティブマトリクス基板上に成膜
する場合に問題となっていた、アクティブマトリクス基
板の耐熱性に起因する光導電体の成膜温度の制限が、本
実施の形態１の構成では緩和される。この結果、従来で
はアクティブマトリクス基板上に直接成膜できなかった
半導体材料を、容易に画像検出器に使用することが可能
になる。さらに、格子状に形成された前記絶縁材料３ｂ
は、前記信号が導電材料（液晶）３ａの部分で隣接画素
にリークすることを防ぐとともに、上下基板の接着を補
強する役目も果たしているので、画質面および品質面で
優れた二次元画像検出器を実現することが可能となる。

【００８９】また、前記理由により、半導体基板（光導
電体基板）１６としてＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅを用いる
ことができるため、従来のａ−Ｓｅを用いた二次元画像
検出器に比べてＸ線に対する感度が向上するとともに、
半導体基板１６と上部電極１７間に誘電体層を設ける必
要がなくなり、動画に対応する画像データ、すなわち３
３ｍｓｅｃ／ｆｒａｍのレートで画像データを得ること
が可能になった。

【００９０】また、前記構造の二次元画像検出器は、半
導体基板１６の貼り合わせ面に、アクティブマトリクス
基板１上に形成されている複数の画素電極１４に対応し
て各画素毎に独立された接続電極６が形成されている。
これにより、対向基板２の半導体基板１６上の画素間が
電気的に分離され、放射線や光線の入射により半導体基
板１６内で発生した電荷が、入射位置に対応した接続電
極６にのみ収集され、周囲の画素に回り込むことなく電
気的クロストークが抑制される。

【００９１】（実施の形態２）本発明に係る二次元画像
検出器に用いられるアクティブマトリクス基板は、図２
に示した構造に限定されるものではなく、上述した実施
の形態１で示した二次元画像検出器の他の構成について
以下に説明する。図９は、本発明の実施の形態２に係る
二次元画像検出器を示すものであり、該二次元画像検出
器の１画素当たりの構成を示す断面図である。

【００９２】なお、本実施の形態２に係る二次元画像検
出器の構成は、図２に示した本実施の形態１に係る二次
元画像検出器の構成と類似しているため、図２で用いた
部材と同一の機能を有する部材については同一の部材番
号を付記し、その説明を省略する。

【００９３】図９に示すように、本実施の形態２におけ
る二次元画像検出器は、本実施の形態１に係る二次元画
像検出器と同様に、ガラス基板７上にＸＹマトリクス状
の電極配線（ゲート電極８とソース電極９）、薄膜トラ
ンジスタ（ＴＦＴ）５、電荷蓄積容量（Ｃｓ）４などが
形成されている。

【００９４】このガラス基板７には、無アルカリガラス
基板（例えばコーニング社製＃７０５９や＃１７３７）
を用い、その上にＴａなどの金属膜からなるゲート電極
８を形成する。ゲート電極８は、Ｔａなどをスパッタ蒸
着で約３０００Å成膜した後、所望の形状にパターニン
グして得られる。この際、同時に電荷蓄積容量電極（Ｃ
ｓ電極）４も形成される。次に、ＳｉＮｘやＳｉＯｘか
らなる絶縁膜１１をＣＶＤ法で約３５００Å成膜して形
成する。この絶縁膜１１は、前記薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）５のゲート絶縁膜および電荷蓄積容量（Ｃｓ）４
の電極間の誘電層として作用する。なお、絶縁膜１１と
して、ＳｉＮｘやＳｉＯｘだけでなく、ゲート電極８と
Ｃｓ電極４とを陽極酸化した陽極酸化膜を併用してもよ
い。

【００９５】次に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５のチ
ャネル部となるａ−Ｓｉ膜（ｉ層）１２と、ソース・ド
レイン電極とのコンタクトを図るａ−Ｓｉ膜（ｎ⁺層）
１３とをＣＶＤ法で各々約１０００Å、約４００Å成膜
した後、所望の形状にパターニングする。次に、Ｔａや
Ａｌなどの金属膜からなるソース電極９とドレイン電極
１０とを形成する。このソース電極９とドレイン電極１
０とは、上記金属膜をスパッタ蒸着で約３０００Å成膜
した後、所望の形状にパターニングすることで得られ
る。

【００９６】その後、アクティブマトリクス基板４０の
ほぼ全面を覆う形で、絶縁保護膜４２を約３μｍの厚み
でコートする。この絶縁保護膜４２には、感光性を有す
る有機絶縁膜、例えばアクリル樹脂などを用いる。その
後、絶縁保護膜４２をフォトリソグラフィ技術でパター
ニングし、所定の場所にスルーホール４３を形成する。
次に、絶縁保護膜４２の上に、Ａｌ、Ｔｉ、ＩＴＯなど
の導電膜からなる画素電極１４をスパッタ蒸着法で約２
０００Å成膜し、所望の形状にパターニングする。この
時、保護絶縁膜４２に設けたスルーホール４３を介し
て、画素電極１４と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５のド
レイン電極１０とを電気的に接続する。

【００９７】さらに、このアクティブマトリクス基板４
０の表面自由エネルギーを制御する目的で、薄膜１９を
該基板４０表面の所定の領域に形成する。具体的には、
フォトレジストを前記基板４０の表面上に塗布し、フォ
トマスクを被せて露光、現像を行うことによって、所定
の領域に薄膜１９を形成した。

【００９８】なお、この薄膜１９の材料としては、実施
の形態１と同様に各種の材料や製造方法を使用すること
が可能である。また、フォトレジストからなる薄膜１９
の代わりに、前記有機絶縁膜からなる絶縁保護膜４２を
兼用することも可能である。この場合には、薄膜形成プ
ロセスを省略することが可能となる。

【００９９】そして、上述したような構造のアクティブ
マトリクス基板４０を、実施の形態１と同様に、Ｘ線に
対して光導電性を有する半導体基板（光導電体基板）１
６を支持基板とする対向基板２と、画素電極１４と接続
電極６とが画素領域毎に各々が対向するように配置し
て、両者の間隔に図９に示すような形態で導電材料３ａ
と絶縁材料３ｂとを存在させて貼り合わせることで、本
実施の形態２における二次元画像検出器は完成する。実
施の形態１に記載の二次元画像検出器と比較すると、ア
クティブマトリクス基板の構造が若干異なるだけで、二
次元画像検出器としての基本的な動作原理は同じであ
る。

【０１００】以上のように、本実施の形態２に係る二次
元画像検出器は、アクティブマトリクス基板４０のほぼ
全表面を有機絶縁膜からなる絶縁保護膜４２で覆った構
成となっているため、該絶縁保護膜４２が下地基板（ガ
ラス基板７上にＸＹマトリクス状の電極配線やＴＦＴ５
が形成されている状態のもの）の平坦化効果をもたら
す。すなわち、図２に示した本実施の形態１の構成で
は、ＴＦＴ５やＸＹマトリクス状の電極配線によりアク
ティブマトリクス基板１の表面に１μｍ程度の凹凸が生
じるが、本実施の形態２では、図９に示すように、絶縁
保護膜４２によって下地基板の表面が平坦化されるた
め、アクティブマトリクス基板４０表面の凹凸は約０．
２μｍに抑えられる。

【０１０１】また、本実施の形態２の構成では、画素電
極１４をＴＦＴ５や電極配線の上にオーバーラップさせ
た状態で形成させることができるため、画素電極１４の
設計マージンを大きくとることができる。

【０１０２】（実施の形態３）本発明に係る二次元画像
検出器に用いられる対向基板は、図２に示した構造に限
定されるものではなく、上述した実施の形態１で示した
二次元画像検出器の他の構成について以下に説明する。
図１０は、本発明の実施の形態３に係る二次元画像検出
器を示すものであり、該二次元画像検出器の１画素当た
りの構成を示す断面図である。

【０１０３】なお、本実施の形態３に係る二次元画像検
出器の構成は、図２に示した本実施の形態１に係る二次
元画像検出器の構成と類似しているため、図２で用いた
部材と同一の機能を有する部材については同一の部材番
号を付記し、その説明を省略する。

【０１０４】図１０に示すように、ここで用いる対向基
板４５は、支持基板４６と、該支持基板４６上に成膜さ
れる半導体膜（半導体層）４７とによって主に構成され
ている。具体的には、支持基板４６としては、Ｘ線に対
して透過性を有する基板を用いる必要があり、ガラス、
セラミック、シリコン基板などを用いることができる。
なお、ここでは、Ｘ線と可視光の両者に対して透過性の
優れた、厚みが０．７〜１．１ｍｍのガラス基板を用い
ている。このような基板であれば、４０〜１００ｋｅＶ
のＸ線をほとんど透過する。

【０１０５】まず、支持基板４６の一方の面のほぼ全面
に、Ｔｉ、Ａｇなどの金属によって上部電極１７を形成
する。但し、この二次元画像検出器を可視光による像の
検出に用いる場合には、前記上部電極１７として可視光
に対して透明なＩＴＯ電極を用いる。

【０１０６】次に、この上部電極１７上に半導体膜４７
として、ＭＯＣＶＤ法を用いてＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅ
の多結晶膜を約０．３〜０．５ｍｍの厚みで形成する。
ＭＯＣＶＤ法は、大面積基板への成膜に適しており、原
料である有機カドミウム（ジメチルカドミウム［ＤＭＣ
ｄ］など）、有機テルル（ジエチルテルル［ＤＥＴｅ］
やジイソプロピルテルル［ＤｉＰＴｅ］など）、有機亜
鉛（ジエチル亜鉛［ＤＥＺｎ］やジイソプロピル亜鉛
［ＤｉＰＺｎ］やジメチル亜鉛［ＤＭＺｎ］など）を用
いて、４００〜５００℃の成膜温度で成膜が可能であ
る。

【０１０７】更にその上に、ＡｌＯｘの薄い絶縁層から
なる電子阻止層１８を、ほぼ全面に形成した後、Ｔａや
Ａｌなど金属膜を約２０００Å成膜し所望の形状にパタ
ーニングすることで接続電極６を形成する。この接続電
極６は、アクティブマトリクス基板１に形成された画素
電極１４と対応する位置に形成するとよい。

【０１０８】前記構造の対向基板４５を、実施の形態１
と同様に、アクティブマトリクス基板１と、画素電極１
４と接続電極６とが画素領域毎に各々が対向するように
配置して、両者の間隔に図１０に示すような形態で導電
材料３ａと絶縁材料３ｂとを存在させて貼り合わせるこ
とで、本実施の形態２における二次元画像検出器は完成
する。

【０１０９】これを実施の形態１に記載の二次元画像検
出器と比較すると、対向基板の構造が若干異なるだけ
で、その基本的な動作原理は同じである。

【０１１０】前記構造の対向基板４５を用いると、支持
基板４６上に光導電性を有する半導体膜４７を形成して
いるので、実施の形態１に記載の対向基板４５に比べ
て、力学的強度を増すことが可能になる。したがって、
対向基板４５とアクティブマトリクス基板１とを貼り合
わせる際に、対向基板４５が割れにくくなり、プロセス
マージンが増大する。

【０１１１】また、この二次元画像検出器の使用目的を
Ｘ線による像の検出に限定すれば、Ｘ線を透過しやすい
金属基板を用いて、支持基板４６と上部電極１７とを兼
用させることも可能である。

【０１１２】なお、上述したような実施の形態１〜３で
は、主にＸ線（放射線）に対する二次元画像検出器の場
合について説明してきたが、使用する半導体（光導電
体）がＸ線などの放射線に対する光導電性だけでなく、
可視光や赤外光に対しても光導電性を示す場合は、可視
光や赤外光の二次元画像検出器として使用することも可
能である。ただし、この場合は、半導体（光導電体）か
らみて光入射側に配置される上部電極１７の材料として
は、ＩＴＯなどの可視光や赤外光を透過する透明電極を
材料として用いる必要がある。また、半導体（光導電
体）の厚みも、可視光、赤外光の吸収効率に応じて最適
化する必要がある。

【０１１３】

【発明の効果】本発明の二次元画像検出器によれば、格
子状に配列された電極配線と、各格子点毎に設けられた
複数のスイッチング素子と、該スイッチング素子を介し
て前記電極配線に接続される画素電極を含む電荷蓄積容
量とからなる画素配列層とを含むアクティブマトリクス
基板と、光導電性を有する半導体層がほぼ全面に具備さ
れた対向基板とが、絶縁材料で格子状に絶縁された導電
材料によって電気的に接続されていることにより、従来
半導体層の成膜温度とアクティブマトリクス基板の耐熱
性との関係で、アクティブマトリクス基板上に直接成膜
することができなかった半導体材料を、前記半導体層と
して二次元画像検出器に使用することが可能になり、ま
た、両基板を電気的に接続している導電材料が絶縁材料
によって格子状に絶縁されているため、隣り合う画素同
士の電気的クロストークの発生を防止することが可能に
なった。

【０１１４】また、前記導電材料として、導電性を有す
る液体もしくは液晶を用いることにより、流動性を有す
る導電材料とすることができるため、自由な配置をとる
ことが可能になった。

【０１１５】また、前記絶縁材料として、高分子材料を
用いることにより、この高分子材料が前記導電材料を囲
み込む構造をとりながらアクティブマトリクス基板と対
向基板との間隔を一定に保つことができるため、クロス
トークを防止して表示むらの少ない高品位の画像を検出
することが可能になった。

【０１１６】また、前記アクティブマトリクス基板およ
び対向基板の少なくともいずれか一方側の表面の特定部
分にのみ薄膜を形成して、該基板表面の表面自由エネル
ギーを部分的に変化させ、他の物質に対する基板上の界
面自由エネルギーを変化させていることにより、２つの
物質がある界面をもって接しているときに、その界面自
由エネルギーが小さいものは密着力が大きく、逆に界面
自由エネルギーが大きいものは密着力が小さいため、こ
の界面自由エネルギーの差を利用して物質の配置を制御
することが可能になった。

【０１１７】ここで、前記薄膜として、重合性樹脂を用
い、また、この重合性樹脂を光重合性樹脂かまたは熱重
合性樹脂とすることにより、光や熱で重合反応を起こし
て高分子化することができ、薄膜を特定の位置に容易に
形成して基板上のエネルギー状態を制御することが可能
になった。

【０１１８】また、前記薄膜形成部分の表面自由エネル
ギーを周囲の部分よりも低くすることにより、この部分
との密着力が大きい物質を制限することができ、その結
果この部分に集まる物質の選択性を増すことが可能にな
った。すなわち、薄膜との密着力が大きい物質を薄膜上
に集めることが容易になり、また、薄膜との密着力が小
さい物質が薄膜上に集まることを抑制することが可能に
なった。

【０１１９】なお、このときの薄膜形成部分の表面自由
エネルギーを５０ｍＮ／ｍ以下に制限することにより、
密着力の大きい物質を制限し、高分子材料が集まり易す
い状況を作ることが可能となった。

【０１２０】また、前記半導体層が、放射線に対して感
度を有していることにより、放射線に対する二次元画像
検出器を実現することが可能になった。

【０１２１】なお、このときの前記半導体層をＣｄＴｅ
もしくはＣｄＺｎＴｅ化合物半導体とすることにより、
従来のａ−Ｓｅからなる半導体層と比べて、放射線に対
する感度が向上し、動画の撮影も可能になった。

【０１２２】また、前記対向基板の半導体層表面に、前
記アクティブマトリクス基板上に形成されている各画素
電極に対応した複数の接続電極が形成されていることに
より、対向基板上の半導体の画素電極間が電気的に分離
され、放射線や光線の入射により半導体内で発生した電
荷が入射位置に対応した接続電極にのみ収集され、周囲
の画素に回り込むことなく電気的クロストークが抑制さ
れる。

【０１２３】また、前記対向基板が光導電性を有する半
導体層自身を支持基板にしていることにより、ブリッジ
マン法やグラディエントフリーズ法、トラベルヒーティ
ング法などによって得られる結晶性半導体基板を利用す
ることが可能になった。

【０１２４】また、前記対向基板が検出する光や放射線
を透過する基板を支持基板とし、該支持基板上に光導電
性を有する半導体膜を形成していることにより、対向基
板自身の強度を増すことが可能になった。

【０１２５】本発明の二次元画像検出器の製造方法によ
れば、格子状に配列された電極配線と、各格子点毎に設
けられた複数のスイッチング素子と、該スイッチング素
子を介して前記電極配線に接続される画素電極を含む電
荷蓄積容量とからなる画素配列層とを含むアクティブマ
トリクス基板と、光導電性を有する半導体層がほぼ全面
に具備された対向基板との間隙に、少なくとも導電材料
と絶縁材料とを含む混合物を注入する工程と、前記混合
物を単一相にある状態から相分離を起こさせることによ
り、前記導電材料と前記絶縁材料との配列制御を行う工
程とを含んでいることにより、二枚の基板間に材料を注
入するという一般的な液晶表示素子の製造方法をそのま
ま本発明の二次元画像検出器に適用することが可能にな
った。

【０１２６】また、前記導電材料は、導電性を有する液
体もしくは液晶を主成分とし、前記絶縁材料は、高分子
の原料となる重合性材料を主成分とすることにより、前
記絶縁材料としての高分子前駆体の重合性材料は、その
重合前は流動性が高いため、導電材料および絶縁材料と
もに両基板間への注入性が良好になり、また、絶縁材料
として用いる重合性材料は、その重合後は両基板の間隙
を一定に保ち、該両基板間の接着性を維持しながら画素
電極間を絶縁してクロストークを低減することが可能に
なった。したがって、これらを組み合わせることによ
り、高品位の二次元画像検出器を実現することが可能に
なった。

【０１２７】また、前記混合物を単一相にある状態から
相分離を起こさせる工程において、該相分離は、単一相
にある混合物に含まれる液体もしくは液晶と重合性材料
とを前記アクティブマトリクス基板および対向基板との
界面自由エネルギーの差を利用することによって行って
いることにより、効率良く相分離を行うことが可能にな
った。

【０１２８】このとき、基板表面の表面自由エネルギー
分布を薄膜形成により制御し、この薄膜との密着力が液
体もしくは液晶と重合性材料とでは異なることを利用し
て、薄膜上に集まるものと薄膜以外の部分に集まるもの
とを選択することにより相分離を生じさせている。した
がって、薄膜のパターンによって任意に導電材料と絶縁
材料とを配置させることが容易に可能になった。

【０１２９】さらに、雰囲気温度を変化させることによ
り、界面自由エネルギーを変化させて相分離を促進させ
ることも可能である。すなわち、液体もしくは液晶と重
合性材料との混合物を一旦相溶状態にして均一にした
後、冷却することにより液晶の析出が始まるが、この過
程を徐々に行うことによって液晶との密着力が大きいと
ころでのみ析出を生じさせることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る二次元画
像検出器の全体構成の概略を示す断面図である。

【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る二次元画
像検出器の１画素当たりの構成の概略を示す断面図であ
る。

【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る二次元画
像検出器の表面の概略を示す薄膜形成前の平面図であ
る。

【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係る二次元画
像検出器の表面の概略を示す薄膜形成後の平面図であ
る。

【図５】図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態１
に係る二次元画像検出器におけるアクティブマトリクス
基板と対向基板との貼り合わせを示したプロセス図であ
る。

【図６】図６（ａ）〜（ｇ）は、本発明の実施の形態１
に係る二次元画像検出器の導電性材料として用いること
のできる代表的なディスコティック液晶の分子構造図で
ある。

【図７】図７（ａ）（ｂ）は、本発明の実施の形態１に
係る二次元画像検出器の導電性材料として用いることの
できる代表的な棒状液晶の分子構造図である。

【図８】図８は、本発明の実施の形態１に係る二次元画
像検出器の１画素当たりの等価回路を示す図面である。

【図９】図９は、本発明の実施の形態２に係る二次元画
像検出器の１画素当たりの構成の概略を示す断面図であ
る。

【図１０】図１０は、本発明の実施の形態３に係る二次
元画像検出器の１画素当たりの構成の概略を示す断面図
である。

【図１１】図１１は、従来の二次元画像検出器の構造の
模式的に示した図面である。

【図１２】図１２は、従来の二次元画像検出器の１画素
当たりの構成の概略を示す断面図である。

【符号の説明】

１アクティブマトリクス基板２対向基板３混合物３ａ導電材料（液晶）３ｂ絶縁材料（重合性樹脂）４電荷蓄積容量電極５薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）６接続電極７ガラス基板８ゲート電極９ソース電極１０ドレイン電極１１絶縁膜１２ａ−Ｓｉ膜（ｉ層）１３ａ−Ｓｉ膜（ｎ⁺層）１４画素電極１５絶縁保護膜１６半導体基板１７上部電極１８電子阻止層１９薄膜２０シール材２１開口部４０アクティブマトリクス基板４１ドレイン電極４２絶縁保護膜４３コンタクトホール４４画素電極４５対向基板４６支持基板４７半導体膜（光導電膜）５１ガラス基板５２ゲート電極５３ソース電極５４薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５５電荷蓄積容量電極５６光導電膜（Ｓｅ）５７誘電体層５８上部電極５９Ｃｓ電極６０画素電極６１絶縁膜６２電子阻止層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】格子状に配列された電極配線と、各格子
点毎に設けられた複数のスイッチング素子と、該スイッ
チング素子を介して前記電極配線に接続される画素電極
を含む電荷蓄積容量とからなる画素配列層と、前記画素配列層のほぼ全面に対向して形成される電極部
と、前記画素配列層および電極部の間に形成され、光導電性
を有する半導体層とを備えてなる二次元画像検出器にお
いて、前記画素配列層を含むアクティブマトリクス基板と、前記電極部および半導体層を含む対向基板とを備えてお
り、前記アクティブマトリクス基板の画素配列層と、前記対
向基板の半導体層とが対向するように両基板が配置され
るとともに、該両基板は、絶縁材料で格子状に絶縁され
た導電材料によって電気的に接続されていることを特徴
とする二次元画像検出器。
【請求項２】前記導電材料が、導電性を有する液体も
しくは液晶であることを特徴とする請求項１に記載の二
次元画像検出器。
【請求項３】前記絶縁材料が、高分子材料であること
を特徴とする請求項１または２に記載の二次元画像検出
器。
【請求項４】前記アクティブマトリクス基板および対
向基板の少なくともいずれか一方側の表面に、該基板表
面の表面自由エネルギーを部分的に制御するための薄膜
が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３に記
載の二次元画像検出器。
【請求項５】前記半導体層が、放射線に対して感度を
有することを特徴とする請求項１乃至４に記載の二次元
画像検出器。
【請求項６】前記半導体層が、ＣｄＴｅもしくはＣｄ
ＺｎＴｅ化合物半導体であることを特徴とする請求項５
に記載の二次元画像検出器。
【請求項７】前記対向基板の半導体層表面に、前記ア
クティブマトリクス基板上に形成されている各画素電極
に対応して、複数の接続電極が形成されていることを特
徴とする請求項１乃至６に記載の二次元画像検出器。
【請求項８】前記対向基板は、光導電性を有する半導
体層自身が支持基板であることを特徴とする請求項１乃
至７に記載の二次元画像検出器。
【請求項９】前記対向基板は、検出する光や放射線を
透過する基板を支持基板とし、該支持基板上に光導電性
を有する半導体膜が形成されていることを特徴とする請
求項１乃至７に記載の二次元画像検出器。
【請求項１０】格子状に配列された電極配線と、各格
子点毎に設けられた複数のスイッチング素子と、該スイ
ッチング素子を介して前記電極配線に接続される画素電
極を含む電荷蓄積容量とからなる画素配列層と、前記画素配列層のほぼ全面に対向して形成される電極部
と、前記画素配列層および電極部の間に形成され、光導電性
を有する半導体層とを備えてなる二次元画像検出器の製
造方法において、前記画素配列層を含むアクティブマトリクス基板を作製
する工程と、前記電極部および半導体層を含む対向基板を作製する工
程と、前記アクティブマトリクス基板および対向基板の間隙
に、少なくとも導電材料と絶縁材料とを含む混合物を注
入する工程と、前記混合物を単一相にある状態から相分離を起こさせる
ことにより、前記導電材料と前記絶縁材料との配列制御
を行う工程と、を含むことを特徴とする二次元画像検出
器の製造方法。
【請求項１１】前記導電材料が、導電性を有する液体
もしくは液晶を主成分とし、前記絶縁材料が、高分子の
原料となる重合性材料を主成分とすることを特徴とする
請求項１０に記載の二次元画像検出器の製造方法。
【請求項１２】前記混合物を単一相にある状態から相
分離を起こさせる工程において、該相分離は、単一相に
ある混合物に含まれる液体もしくは液晶と重合性材料と
を前記アクティブマトリクス基板および対向基板との界
面自由エネルギーの差を利用することによって行われる
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の二次元
画像検出器の製造方法。