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JP4845352B2 - 放射線撮像装置、その製造方法及び放射線撮像システム - Google Patents

放射線撮像装置、その製造方法及び放射線撮像システム Download PDF

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Description

本発明は、医療用画像診断装置、非破壊検査装置、放射線を用いた分析装置等に応用される光電変換用基板及び光電変換装置、放射線撮像用基板及び放射線撮像装置に関するものである。なお、本明細書では、可視光などの電磁波やX線、α線、β線、γ線なども、放射線に含まれるものとする。
図10は従来の放射線撮像装置の概略図、図11は等価回路図、図12は平面図である。また、図13は1画素の断面図、図14は放射線撮像用基板の切断部近傍の拡大図である。
P11〜P44は光電変換素子などの半導体変換素子、T11〜T44は薄膜トランジスタ(TFT)であり、それぞれ画素を構成している。なお、ここでは画素エリアに4×4画素を示しているが、実際には例えば1000×2000画素が放射線撮像用基板(絶縁基板)に配置されている。
図示するように、光電変換素子P11〜P44は共通のバイアス線Vs1〜Vs4に接続されており、読み出し装置から一定バイアスが印加されている。各TFTのゲート電極は、共通のゲート線Vg1〜Vg4に接続されており、ゲート駆動装置からTFTのゲートのON、OFFを制御する。また、各TFTのソース又はドレイン電極は、共通の信号線Sig1〜Sig4に接続されており、Sig1〜Sig4は、読み出し装置に接続されている。
被検体に向けて曝射されたX線は、被検体により減衰を受けて透過し、図13に示す蛍光体層で可視光に変換され、この可視光が光電変換素子に入射し、電荷に変換される。この電荷は、ゲート駆動装置により印加されるゲート駆動パルスによりTFTを介して信号線に転送され、読み出し装置により外部に読み出される。その後、共通のバイアス線により、光電変換素子で発生し転送されなかった残留電荷が除去される。
従来、この種の代表的な放射線撮像装置としては、MIS型光電変換素子とスイッチTFTとから構成されたMIS−TFT構造の光センサーを配置した放射線撮像用基板と、放射線を可視光に変換するための蛍光体を組み合わせた放射線撮像装置がある。
放射線撮像装置は、放射線撮像用基板を図14に示す切断部で切断し、TCP(テープキャリアパッケージ)などのプリント配線基板を介して、信号線及びバイアス線は読み出し装置に、ゲート線はゲート駆動装置にそれぞれ接続し構成される。ここで、読み出し装置に接続されるTCPをTCP−A、ゲート駆動装置に接続されるTCPをTCP−Dとする。
層構成は図13のように、MIS型光電変換素子は下部電極(第1の電極層)、絶縁層(第1の絶縁層)、光電変換層(第1の半導体層)、ホールブロッキング層、第2の電極層から構成され、下部電極はTFTのソース・ドレイン電極と接続されている。TFTはゲート電極(第1の電極層)、ゲート絶縁層(第1の絶縁層)、第1の半導体層、オーミックコンタクト層、ソース・ドレイン電極(第2の電極層)を備えている。各Vg線はTFTのゲート電極が形成される電極層に、各Sig線はソース・ドレイン電極を形成する層にそれぞれ接続されている。
特開平8−116044号公報
近年、TFTを用いた液晶パネルの製造技術の発展や、光電変換素子を有するエリアセンサーの各分野への利用(例えば、X線撮像装置)の進展により、TFTを用いたパネルの大量生産が可能となっている。
また、放射線撮像装置は液晶パネルなどとは異なり、微小信号をディジタル変換して画像出力するという特徴を持っている。
このため、製造工程で基板が帯電し、例えば信号線とゲート線に電位差が生じた場合には、読み出し用TFTのVthシフトが起こり、微小信号の読み出しができなくなってしまう。
また、前記の電位差が大きい場合には、デバイス破壊が起こり、大量生産を行なう製造ラインでは大きな歩留まりの低下につながる。
本発明では、光電変換層がバイアス線、ゲート線及び信号線のいずれかと接続することにより、静電気によるデバイスの能力低下及び破壊が発生しない放射線撮像用基板及び放射線撮像装置を提供することを目的とする
本発明の1つの側面は、上記課題を解決するための手段として、を電荷に変換する光電変換素子及び当該光電変換素子に接続されたスイッチ素子がマトリクス状に配設された画素エリアと、前記光電変換素子にバイアスを印加するバイアス線と、前記スイッチ素子に駆動信号を供給するゲート線と、前記光電変換素子にて変換された電荷を読み出す信号線と絶縁基板上に備える放射線撮像用基板と、
前記画素エリア上に配置され、放射線を光に変換する蛍光体層と、前記絶縁基板のうち前記蛍光体層が配置されていない領域に配置された光電変換層とを有する放射線撮像装置であって、前記バイアス線、複数の前記ゲート線及び複数の前記信号線が前記画素エリアから前記蛍光体層が配置されていない前記領域まで延びており、前記光電変換層は、前記バイアス線、前記ゲート線及び前記信号線のいずれかと接続すように配線されることを特徴とする。
また、本発明の別の側面は、上記課題を解決するための手段として、光を電荷に変換する光電変換素子及び当該光電変換素子に接続されたスイッチ素子がマトリクス状に配設された画素エリアと、前記光電変換素子にバイアスを印加するバイアス線と、前記スイッチ素子に駆動信号を供給するゲート線と、前記光電変換素子にて変換された電荷を読み出す信号線とを絶縁基板上に備える放射線撮像用基板と、前記画素エリア上に配置され、放射線を光に変換する蛍光体層と、前記絶縁基板のうち前記蛍光体層が配置されていない領域に配置された光電変換層とを有する放射線撮像装置であって、前記バイアス線、複数の前記ゲート線及び複数の前記信号線が前記画素エリアから前記蛍光体層が配置されていない前記領域まで延びており、前記光電変換層は、前記バイアス線、前記ゲート線及び前記信号線のうち少なくとも同種配線の複数本を接続するように配線されることを特徴とすることを特徴とする。
また、本発明の別の側面は、を電荷に変換する光電変換素子及び当該光電変換素子に接続されたスイッチ素子がマトリクス状に配設された画素エリアと、前記光電変換素子にバイアスを印加するバイアス線と、前記スイッチ素子に駆動信号を供給するゲート線と、前記光電変換素子にて変換された電荷を読み出す信号線と絶縁基板上に備える放射線撮像用基板と、前記画素エリア上に配置され、放射線を光に変換する蛍光体層と、前記絶縁基板のうち前記蛍光体層が配置されていない領域に配置された光電変換層
を有し、前記バイアス線、複数の前記ゲート線及び複数の前記信号線が前記画素エリアから前記蛍光体層が配置されていない前記領域まで延びている放射線撮像装置の製造方法であって、前記絶縁基板のうち前記蛍光体層が配置されていない領域に、前記バイアス線、前記ゲート線及び前記信号線のいずれかと接続するように配線される光電変換層を形成する工程と、前記絶縁基板のうち前記画素エリア上に前記蛍光体層を形成する工程とを含むことを特徴とする。
また、本発明の別の側面は、光を電荷に変換する光電変換素子及び当該光電変換素子に接続されたスイッチ素子がマトリクス状に配設された画素エリアと、前記光電変換素子にバイアスを印加するバイアス線と、前記スイッチ素子に駆動信号を供給するゲート線と、前記光電変換素子にて変換された電荷を読み出す信号線とを絶縁基板上に備える放射線撮像用基板と、前記画素エリア上に配置され、放射線を光に変換する蛍光体層と、前記絶縁基板のうち前記蛍光体層が配置されていない領域に配置された光電変換層とを有し、前記バイアス線、複数の前記ゲート線及び複数の前記信号線が前記画素エリアから前記蛍光体層が配置されていない前記領域まで延びている放射線撮像装置の製造方法であって、前記絶縁基板のうち前記蛍光体層が配置されていない領域に、前記バイアス線、前記ゲート線及び前記信号線のうち少なくとも同種配線の複数本を接続するように配線される光電変換層を形成する工程と、前記絶縁基板のうち前記画素エリア上に前記蛍光体層を形成する工程とを含むことを特徴とする。
本発明により、光電変換層がバイアス線、ゲート線及び信号線のいずれかと接続することにより、静電気によるデバイスの能力低下及び破壊が発生しない放射線撮像用基板及び放射線撮像装置が提供される
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。
以下の実施の形態では放射線撮像装置を構成した場合について説明するが、本発明の撮像装置は放射線を電気信号に変換する放射線撮像装置に限定されず、可視光及び赤外光等の光を電気信号に変換する撮像装置にも適用することができる。
[第1の実施の形態]
以下、本発明の放射線撮像用基板及び放射線撮像装置の第1の実施の形態を図面を用いて説明する。
図1は本発明の放射線撮像装置の概略図、図2は等価回路図、図3は放射線撮像用基板(絶縁基板)の切断部近傍の拡大図、図4は1画素と接続配線の断面図である。図4において、図4(a)が一画素(図3中A−A)の断面図であり、図4(b)が接続配線(図3中B−B)の断面図である。
本発明の放射線撮像装置は、MIS型光電変換素子とスイッチTFTとから構成されたMIS−TFT構造の光センサーを配置した放射線撮像用基板と、放射線を可視光に変換するための蛍光体を組み合わせた放射線撮像装置で、その他駆動原理も従来例と同様なのでここでは説明を省略する。
図示するように本実施の形態の放射線撮像用基板では、バイアス線(Vs線)、ゲート線(Vg線)及び信号線(Sig線)の全てが接続配線により接続されている。
図3に示すように、接続配線はMIS型光電変換素子と同様の第1の半導体層(光電変換層)及びホールブロッキング層により形成されている。
ここで、光電変換層の特性については、光が入射しない場合は高抵抗であるが、光が入射すると層内でホール及びエレクトロンが発生するため低抵抗になる特性をもっている。
このため、Vs線の配線抵抗をRa、Vg線の配線抵抗をRb、Sig線の配線抵抗をRc、接続配線における光が入射した場合の光電変換層の配線抵抗をRp、光が入射しない場合の光電変換層の配線抵抗をRd、ホールブロッキング層の配線抵抗Reとすると、
Ra,Rb,Rc<Re<Rd
Ra,Rb,Rc<Re≦Rp又はRa,Rb,Rc≦Rp<Re
の関係が成り立つ。
よって、例えば製造工程において絶縁基板が帯電しても、放射線撮像用基板は絶縁基板に光が入射する環境下で製造されるため、接続配線の抵抗は小さく、Vs線、Vg線及びSig線の全てが接続配線により接続されているため、各配線間に電位差が生じにくい。
また、放射線撮像用基板を用いた放射線撮像装置は、図4のように画素エリア上に蛍光体層を形成し、組み立て後は接続配線には光が入射することがないため、接続配線の抵抗は大きく放射線撮像装置の動作に影響はない。
さらに、TCP接続用パッドを利用したパネル検査も、光が入射しない環境下で行なわれるため、検査に影響を及ぼすこともない。
以上のように、画素エリア外に少なくとも光電変換層を有する接続配線が形成されており、Vs線、Vg線及びSig線を接続配線により接続することにより、製造工程で基板が帯電した場合でも、静電気によるデバイスの能力低下及び破壊を防止できる効果をもつ。
ここで、本実施の形態において、接続配線にホールブロッキング層を用いたが、前記の各抵抗の関係を満たすならば、スイッチ素子を形成するオーミックコンタクト層でも構わない。
半導体変換素子としてMIS型光電変換素子を示したが、PIN型光電変換素子を用いても構わない。また、画素の構造に関しては、半導体変換素子とスイッチ素子が同一層で構成されている平面型でも、スイッチ素子が形成されている層上に半導体変換素子が形成されている積層型でも構わない。
[第2の実施の形態]
以下、本発明の放射線撮像用基板及び放射線撮像装置の第2の実施の形態を図面を用いて説明する。
図5は本発明の放射線撮像装置の概略図、図6は等価回路図、図7は放射線撮像用基板(絶縁基板)の切断部近傍の拡大図、図8は1画素とガードリングの断面図ある。図8において、図8(a)は1画素(図7中A−A線)の断面図であり、図8(b)がガードリング(図7中B−B線)の断面図である。
図示するように、P11〜44は光電変換素子、T11〜44は第1のスイッチ素子(TFT)である。図示するように光電変換素子P11〜P44は共通のバイアス線Vs1〜4に接続されており、読み出し装置1、2から一定バイアスが印加されている。各TFTのゲート電極は共通のゲート線Vg1〜4に接続されており、各ゲート線はゲート駆動装置1、2に接続されている。また図示するように各TFTのソース又はドレイン電極は共通の信号線Sig1〜8に接続されており、Sig1〜4は読み出し装置1に、同様にSig5〜8は読み出し装置2に接続されている。
本発明の放射線撮像装置は、MIS型光電変換素子とスイッチTFTとから構成されたMIS−TFT構造の光センサーを配置した放射線撮像用基板と、放射線を可視光に変換するための蛍光体を組み合わせた放射線撮像装置で、その他駆動原理も従来例と同様なのでここでは説明を省略する。
図示するように本実施の形態の放射線撮像用基板では、画素エリアの周辺にガードリングが形成されており、バイアス線(Vs線)、ゲート線(Vg線)及び信号線(Sig線)の各配線がガードリングと接続されている。
また、断面図のように、ガードリングはMIS型光電変換素子と同様の第1の電極層、第1の絶縁層及び第1の半導体層(光電変換層)により形成されており、ホールブロッキング層を介して各配線とガードリングが接続され、ホールブロッキング層は各配線を接続しないよう配置されている。
ここで、光電変換層の特性については、第1の実施の形態と同様で、光が入射しない場合は高抵抗であるが、光が入射すると層内でホール及びエレクトロンが発生するため低抵抗になる特性をもっている。
このため、例えば製造工程において絶縁基板が帯電しても、放射線撮像用基板は絶縁基板に光が入射する環境下で製造されるため、接続配線の抵抗は小さく、Vs線、Vg線及びSig線の全てがガードリングにより接続されているため、各配線間に電位差が生じにくい。
また、TCP接続用パッドを利用したパネル検査は、光が入射しない環境下で行なわれるため、検査に影響を及ぼすことはない。
さらに、図7のように画素エリアとガードリングとの間に絶縁基板の切断部を設けているため、切断後の放射線撮像用基板においては各配線が分離され、放射線撮像装置の動作に影響はない。
以上のように、画素エリア周辺に少なくとも光電変換層を有するガードリングを形成し、バイアス線、ゲート線及び信号線のいずれかの配線と接続し、画素エリアとガードリングとの間に絶縁基板の切断部を設けることにより、製造工程で基板が帯電した場合でも、静電気によるデバイスの能力低下及び破壊を防止できる効果をもつ。
ここで、本実施の形態において、各配線とガードリングの接続はホールブロッキング層を介して行なったが、スイッチ素子を形成するオーミックコンタクト層でも構わない。
また、半導体変換素子としてMIS型光電変換素子を示したが、PIN型光電変換素子を用いても構わない。また、画素の構造に関しては、半導体変換素子とスイッチ素子が同一層で構成されている平面型でも、スイッチ素子が形成されている層上に半導体変換素子が形成されている積層型でも構わない。
[第3の実施の形態]
図9は本発明による放射線撮像用基板及び放射線撮像装置のX線診断システムへの応用例を示したものである。
X線チューブ6050で発生したX線6060は患者又は被験者6061の胸部6062を透過し、シンチレーターを上部に実装した光電変換装置6040に入射する。
この入射したX線には患者6061の体内部の情報が含まれている。X線の入射に対応してシンチレーターは発光し、これを光電変換して、電気的情報を得る。この情報はディジタルに変換され信号処理手段となるイメージプロセッサ6070により画像処理され制御室の表示手段となるディスプレイ6080で観察できる。
また、この情報は電話回線6090などの伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなどにある表示手段となるディスプレイ6081に表示したり、光ディスクなどの記録手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。
また、記録手段となるフィルムプロセッサ6100により記録媒体となるフィルム6110に記録することもできる。
以上説明した各実施の形態の撮像用基板は、絶縁基板上にMIS型光電変換素子とスイッチTFTとから構成されたMIS−TFT構造の光センサーを配置し、この基板に放射線を可視光などの光に変換するための蛍光体を組み合わせることで放射線検出用の撮像用基板としたものであったが、本発明の撮像用基板はこの構成に限定されず、例えば、変換素子としてX線などの放射線を直接変換する直接変換膜としての、アモルファスセレン(a−Se)や多結晶CdSなどを用いることができ、かかる場合、蛍光体を組み合わせることなく放射線検出を行なうことができ、かかる撮像用基板も本発明の範疇に含まれるものとする。さらに、本実施の形態の撮像用基板は蛍光体を組み合わせない場合は光電変換用基板であり、かかる撮像用基板も本発明の範疇に含まれるものとする。
本発明の放射線撮像用基板及び放射線撮像装置の第1の実施の形態を説明するための放射線撮像装置の概略図である。 本発明の放射線撮像用基板及び放射線撮像装置の第1の実施の形態を説明するための放射線撮像装置の等価回路図である。 本発明の放射線撮像用基板及び放射線撮像装置の第1の実施の形態を説明するための放射線撮像用基板の切断部近傍の拡大図である。 本発明の放射線撮像用基板及び放射線撮像装置の第2の実施の形態を説明するための図3中A−A線及びB−B線における断面図である。 本発明の放射線撮像用基板及び放射線撮像装置の第2の実施の形態を説明するための放射線撮像装置の概略図である。 本発明の放射線撮像用基板及び放射線撮像装置の第2の実施の形態を説明するための放射線撮像装置の等価回路図である。 本発明の放射線撮像用基板及び放射線撮像装置の第2の実施の形態を説明するための放射線撮像用基板の切断部近傍の拡大図である。 本発明の放射線撮像用基板及び放射線撮像装置の第2の実施の形態を説明するための図7中A−A線及びB−B線における断面図である。 本発明の放射線撮像用基板及び放射線撮像装置のX線診断システムへの応用例を説明する概略図である。 従来の放射線撮像用基板及び放射線撮像装置の概略図である。 従来の放射線撮像用基板及び放射線撮像装置の等価回路図である。 従来の放射線撮像用基板及び放射線撮像装置の平面図である。 従来の放射線撮像用基板及び放射線撮像装置の1画素の断面図である。 従来の放射線撮像用基板の切断部近傍の拡大図である。
符号の説明
TFT 薄膜トランジスタ
Vg線 ゲート線
Sig線 信号線
Vs線 バイアス線
P11〜P44 半導体変換素子(光電変換素子)
T11〜T44 薄膜トランジスタ(TFT)
Vg1〜4 共通のゲート線
Sig1〜8 共通の信号線
Vs1〜4 共通バイアス線
TCP テープキャリアパッケージ

Claims (9)

  1. を電荷に変換する光電変換素子及び当該光電変換素子に接続されたスイッチ素子がマトリクス状に配設された画素エリアと、前記光電変換素子にバイアスを印加するバイアス線と、前記スイッチ素子に駆動信号を供給するゲート線と、前記光電変換素子にて変換された電荷を読み出す信号線と絶縁基板上に備える放射線撮像用基板と、
    前記画素エリア上に配置され、放射線を光に変換する蛍光体層と、
    前記絶縁基板のうち前記蛍光体層が配置されていない領域に配置された光電変換層
    を有する放射線撮像装置であって、
    前記バイアス線、複数の前記ゲート線及び複数の前記信号線が前記画素エリアから前記蛍光体層が配置されていない前記領域まで延びており、
    前記光電変換層は、前記バイアス線、前記ゲート線及び前記信号線のいずれかと接続すように配線されることを特徴とする放射線撮像装置
  2. 前記光電変換層は、前記ゲート線及び前記信号線のいずれかと接続するように配線されることを特徴とする請求項1記載の放射線撮像装置。
  3. 光を電荷に変換する光電変換素子及び当該光電変換素子に接続されたスイッチ素子がマトリクス状に配設された画素エリアと、前記光電変換素子にバイアスを印加するバイアス線と、前記スイッチ素子に駆動信号を供給するゲート線と、前記光電変換素子にて変換された電荷を読み出す信号線とを絶縁基板上に備える放射線撮像用基板と、
    前記画素エリア上に配置され、放射線を光に変換する蛍光体層と、
    前記絶縁基板のうち前記蛍光体層が配置されていない領域に配置された光電変換層と
    を有する放射線撮像装置であって、
    前記バイアス線、複数の前記ゲート線及び複数の前記信号線が前記画素エリアから前記蛍光体層が配置されていない前記領域まで延びており、
    前記光電変換層は、前記バイアス線、前記ゲート線及び前記信号線のうち少なくとも同種配線の複数本を接続するように配線されることを特徴とする放射線撮像装置。
  4. 前記光電変換層は、前記バイアス線、前記ゲート線及び前記信号線のすべてを接続することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の放射線撮像装置
  5. 請求項1乃至4の何れか1項記載の放射線撮像装置を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
  6. を電荷に変換する光電変換素子及び当該光電変換素子に接続されたスイッチ素子がマトリクス状に配設された画素エリアと、前記光電変換素子にバイアスを印加するバイアス線と、前記スイッチ素子に駆動信号を供給するゲート線と、前記光電変換素子にて変換された電荷を読み出す信号線と絶縁基板上に備える放射線撮像用基板と、
    前記画素エリア上に配置され、放射線を光に変換する蛍光体層と、
    前記絶縁基板のうち前記蛍光体層が配置されていない領域に配置された光電変換層
    を有し、
    前記バイアス線、複数の前記ゲート線及び複数の前記信号線が前記画素エリアから前記蛍光体層が配置されていない前記領域まで延びている放射線撮像装置の製造方法であって、
    前記絶縁基板のうち前記蛍光体層が配置されていない領域に、前記バイアス線、前記ゲート線及び前記信号線のいずれかと接続するように配線される光電変換層を形成する工程と、
    前記絶縁基板のうち前記画素エリア上に前記蛍光体層を形成する工程と
    を含むことを特徴とする製造方法。
  7. 前記光電変換層を形成する工程は、前記ゲート線及び前記信号線のいずれかと接続することを特徴とする請求項6記載の製造方法。
  8. 光を電荷に変換する光電変換素子及び当該光電変換素子に接続されたスイッチ素子がマトリクス状に配設された画素エリアと、前記光電変換素子にバイアスを印加するバイアス線と、前記スイッチ素子に駆動信号を供給するゲート線と、前記光電変換素子にて変換された電荷を読み出す信号線とを絶縁基板上に備える放射線撮像用基板と、
    前記画素エリア上に配置され、放射線を光に変換する蛍光体層と、
    前記絶縁基板のうち前記蛍光体層が配置されていない領域に配置された光電変換層と
    を有し、
    前記バイアス線、複数の前記ゲート線及び複数の前記信号線が前記画素エリアから前記蛍光体層が配置されていない前記領域まで延びている放射線撮像装置の製造方法であって、
    前記絶縁基板のうち前記蛍光体層が配置されていない領域に、前記バイアス線、前記ゲート線及び前記信号線のうち少なくとも同種配線の複数本を接続するように配線される光電変換層を形成する工程と、
    前記絶縁基板のうち前記画素エリア上に前記蛍光体層を形成する工程と
    を含むことを特徴とする製造方法。
  9. 前記光電変換層を形成する工程は、前記バイアス線、前記ゲート線及び前記信号線のすべてを接続することを特徴とする請求項6乃至8の何れか1項記載の製造方法。
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