JP2009043826A - 撮像装置及び放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】極性溶媒を有する保護層を用いた場合でも画像ムラを低減させることが可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】変換素子１０、変換素子１０に接続されたＴＦＴ１４とを有する複数の画素、複数の画素上に配置された保護層２７、変換素子に電気的に接続された複数のバイアス線１１、ＴＦＴ１４に電気的に接続された複数の信号線１２を具備する。複数のバイアス線１１と複数の信号線１２は保護層２７の領域内で所定間隔で交互に配置する。複数のバイアス線１１は保護層２７の領域外で接続配線１７によって共通化し、接続配線１７は複数の信号線１２と交差して配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光を検知する撮像装置、或いは医療用画像診断装置、非破壊検査装置或いは放射線を用いた分析装置等に用いられる撮像装置及び放射線撮像システムに関するものである。

近年、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた液晶ディスプレイ用パネルの製造技術が進展し、パネルの大型化と共に表示部の大画面化が進んでいる。この製造技術は半導体によって構成された変換素子（例えば、光電変換素子）とＴＦＴ等のスイッチ素子を有する大面積エリアセンサに応用されている。このようなエリアセンサ（放射線検出パネル）は、Ｘ線等の放射線を可視光等の光に変換するシンチレータと組み合わせて医療用Ｘ線検出装置のような放射線検出装置の分野で利用されている。

特許文献１には、製造工程で放射線検出パネルが帯電した場合でも、静電気によるデバイスの能力低下或いは破壊を防止する放射線検出装置が開示されている。この放射線検出装置は、絶縁基板上に、放射線を電荷に変換する複数の半導体変換素子がマトリクス状に配置されている。また、半導体変換素子に接続されたスイッチ素子と、変換素子にバイアスを印加するバイアス線（Ｖｓ線）と、スイッチ素子に駆動信号を供給するゲート線（Ｖｇ線）と、変換素子にて変換された電荷を読み出す信号線（Ｓｉｇ線）を備えている。そして、画素領域外においていずれかの同種配線の複数本と光電変換層を有する配線が接続されている。
特開２００６−４９９８号公報

特許文献１には、画素の近傍でＶｓ線がＶｓ接続配線により共通化され、共通化されたＶｓ線が引き出し配線により最端部の外部回路接続電極であるＴＣＰ−Ａ接続用パッドに接続した例が開示されている。このような構成において、各画素及び各配線の上部に極性を有する溶媒（極性溶媒）を用いたポリイミド等の保護層を配置した場合には、画像品位を損なう画像ムラを生じることがあった。

本発明の目的は、画像ムラを低減させることが可能な撮像装置及び放射線撮像システムを提供することにある。

本発明は、入射する放射線を電気信号に変換するセンサ基板を有する撮像装置において、センサ基板は、変換素子と、前記変換素子に接続されたスイッチ素子とを有する複数の画素と、前記複数の画素上に配置された保護層と、前記変換素子に電気的に接続された複数のバイアス線と、前記スイッチ素子に電気的に接続された複数の信号線とを有する。そして、前記複数のバイアス線の各々と前記複数の信号線の各々は前記保護層の領域内で所定間隔で交互に配置され、前記複数のバイアス線は前記保護層の領域外で接続配線によって共通化され、且つ、前記接続配線は前記複数の信号線と交差して配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、極性溶媒を有する保護層を用いた場合でも、画像ムラを低減させることが可能となる。

次に、発明を実施するための最良の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本願明細書において、放射線とは、可視光、赤外線、Ｘ線、γ線、或いはα線、β線等の粒子線を含むものをいう。また、変換素子とは、少なくとも光信号又は放射線を電気信号に変換する半導体素子をいう。

（実施形態１）
図１は発明に係る撮像装置としてのＸ線撮像装置の実施形態１を示す平面図、図２は図１中のＡ部分を拡大して示す平面図である。また、図３は図２のＢ−Ｂ’線における１画素の断面図、図４は図２のＣ−Ｃ’線における断面図、図５は図２のＤ−Ｄ’線における断面図、図６は図２のＥ−Ｅ’線における断面図である。各図面において、Ｘ線などの放射線を可視光に変換するシンチレータ層は、図示していない。

Ｘ線撮像装置は、図１に示すようにセンサ基板としての放射線検出パネル１を有し、この放射線検出パネル１は駆動回路接続部３を介して外部回路である駆動回路２を有するゲート駆動装置４に接続されている。また読み出し回路接続部６を介して外部回路である読み出し回路５を有する読み出し装置７に接続されている。ゲート駆動装置４はスイッチ素子（ＴＦＴ）のＯＮ、ＯＦＦを制御し、読み出し装置７はＴＦＴからの信号を外部に読み出す。

次に、本実施形態の動作原理を図２を用いて説明する。図２の外部回路接続電極１６は図１の読み出し回路接続部６に接続され、放射線検出パネル１の信号線やバイアス線等は外部回路接続電極１６を介して図１の読み出し回路５に接続されている。

まず、変換素子であるＭＩＳ型光電変換素子１０の光電変換層が空乏化するようにバイアス線（Ｖｓ線）１１にバイアスが与えられる。例えば、信号線（Ｓｉｇ線）１２に基準電位（ＧＮＤ）が、Ｖｓ線１１に１０Ｖが与えられる。この状態で、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、図示しないシンチレータ層で可視光に変換され、この可視光が変換素子１０に入射して電荷に変換される。

この電荷はゲート駆動装置４からゲート線（Ｖｇ線）１３に印加されるゲート駆動パルスによりスイッチ素子（ＴＦＴ）１４を介してＳｉｇ線１２に転送され、読み出し装置７により外部に読み出される。その後、Ｖｓ線１１の電位変化により変換素子１０で発生し転送されなかった残留電荷が除去される。この時Ｖｓ線１１は、例えば、１０Ｖから−５Ｖに変化する。残留電荷の除去に関しては、ＴＦＴを用いて行ってもよい。

次に、図３を用いて放射線検出パネル１の層構成を説明する。ＭＩＳ型光電変換素子１０は、絶縁基板１９上に、第１の電極層２０、第１の絶縁層２１、光電変換層である半導体層（ａ−Ｓｉ層）２２が順次形成されている。また、不純物半導体層２３、Ｖｓ線１１を形成する第２の電極層２４、第３の電極層２５が順次形成されている。第３の電極層２５はＶｓ線１１から供給されるバイアス電圧を、ＭＩＳ型光電変換素子１０全体に印加するための電極を形成している。

ＴＦＴ１４は絶縁基板１９上にゲート電極とＶｇ線を形成する第１の電極層２０、第１の絶縁層２１、チャネル層である半導体層（ａ−Ｓｉ層）２２、不純物半導体層２３、ソース又はドレイン電極とＳｉｇ線を形成する第２の電極層２４が順次形成されている。ＭＩＳ型光電変換素子１０及びＴＦＴ１４の上層には、第２の絶縁層２６、保護層２７、接着層２８、Ｘ線を可視光に波長変換するシンチレータ層２９が順次形成されている。図３はＭＩＳ型光電変換素子１０とＴＦＴ１４を、同様の層で同時形成することにより製造プロセスの簡略化を図った例を示す。

また、図４は上述のように図２のＣ−Ｃ’線における断面図であり、図２の引き出し線１５の断面構造を示す。図４では図３と同一部分には同一符号を付している。図２と図４に示すように各配線（Ｓｉｇ線とＶｓ線）と外部回路接続電極１６を接続する引き出し配線１５の構造は、Ｓｉｇ線１２もＶｓ線１１も同様であり、第２の電極層２４から形成されている。

図５は図２のＤ−Ｄ’線における断面図であり、外部回路接続電極１６付近の断面構造を示す。図５では図３と同一部分には同一符号を付している。図２及び図５に示すように外部回路接続電極１６は第２の電極層２４及び第３の電極層２５から形成され、その上部の第２の絶縁層２６は除去された構成となる。

本実施形態においては、引き出し配線１５及び外部回路接続電極１６の下層に不純物半導体層２３、半導体層２２、第１の絶縁層２１を配置しているが、これらの層は必ずしも配置する必要はない。

ここで、従来の装置において画像ムラが生じる原因について考える。通常、保護層に含まれる極性溶媒は、熱による保護層の硬化工程で消失する。しかしながら、硬化条件によっては、極性溶媒が電荷若しくはイオンとして保護層中に残留する場合がある。この電荷若しくはイオンはＶｓ線に加わる電圧によりＶｓ線上部に集中し、電極の役割を持つことにより、近傍のＳｉｇ線と容量を形成する。

この容量は、Ｖｓ線に近い位置にあるＳｉｇ線では大きく、Ｖｓ線から遠い位置にあるＳｉｇ線では小さい。即ち、各Ｓｉｇ線には異なる容量が形成されるため、画像ムラが生じると考えられる。

図６は図２のＥ−Ｅ’線における断面図であり、Ｖｓ線１１からＶｓ接続電極配線１７の断面構造を示す。図６では図３と同一部分には同一符号を付している。図２及び図６に示すように各Ｖｓ線１１は保護層２７の形成領域外において画素の近傍で第１の電極層２０から形成されたＶｓ接続配線１７により共通化されている。Ｖｓ接続配線１７は複数のＳｉｇ線１２と交差して配置されている。

共通化されたＶｓ線１１は引き出し配線１５により最端部の外部回路接続電極１６に接続されている。またＶｓ接続配線１７は保護層２７の形成領域外に配置され、この点が従来例と大きく異なる。

即ち、保護層２７が形成された領域においてはＶｓ線１１とＳｉｇ線１２が交互に配置され、且つ、Ｖｓ線１１とＳｉｇ線１２はそれぞれほぼ同一の間隔で配置されている。そのため、極性溶媒を用いた保護層２７を配置した場合でも、各信号線の寄生容量はほぼ同等となり、画像ムラを低減することが可能となる。

ここで共通化されたＶｓ線１１の引き出し配線１５（１５ａで示す引き出し配線）の配置例を次に示す。
（１）画素領域に対して一方の端部のみに配置する。
（２）画素領域に対して両端部に配置する。
（３）各読み出し回路接続部６の両端部に配置する。
これらの配置例において、いずれの配置も画像ムラを低減することができる。

なお、図２には２×４画素を示しているが、実際には、例えば、２０００×２０００画素が配置され、センサ基板としての放射線検出パネルが構成されている。また、光電変換素子と、光電変換素子上に配置したシンチレータ層とを組み合わせた間接型の放射線検出パネルを示したが、本発明はこれに限るものではない。

例えば、光電変換素子に代えて、Ｘ線、γ線等の放射線を直接電荷に変換するアモルファスセレン等の半導体層を電極間に挟んだ変換素子を用いた直接型の放射線検出パネルにおいても同様の効果が得られる。

また、間接型の放射線検出パネルの変換素子はＭＩＳ型光電変換素子とは別の光電変換素子、例えば、ＰＩＮ型の光電変換素子を用いても構わない。更に、間接型の放射線検出パネルの画素構造に関しては、光電変換素子とスイッチ素子が同一層で構成された平面型でも、スイッチ素子の上部に光電変換素子が形成された積層型でも構わない。また、保護層２７上に接着層２８を介してシンチレータ層２９を積層した例を示したが、保護層上に直接ＣｓＩ等のシンチレータ層を設けてもよい。

また、上述のようなＸ線を検知する撮像装置（Ｘ線撮像装置）を例に説明したが、γ線などの放射線を検知する撮像装置（放射線撮像装置）や、光を検出する撮像装置にも本発明を適用できる。

本発明は、入射する放射線を電気信号に変換するセンサ基板を有する撮像装置である。この撮像装置において、変換素子（ＭＩＳ型光電変換素子）１０と、変換素子に接続されたスイッチ素子（ＴＦＴ）１４とを有する複数の画素と、複数の画素上に配置された保護層２７とを具備する。更に、変換素子に電気的に接続された複数のバイアス線（Ｖｓ線１１）と、スイッチ素子に電気的に接続された複数の信号線（Ｓｉｇ線）１２とを具備する。

そして、本発明においては複数のバイアス線１１の各々と複数の信号線１２の各々は保護層２７の領域内で所定間隔で交互に配置されている。そして、複数のバイアス線１１は保護層２７の領域外でＶｓ接続配線１７によって共通化され、且つ、Ｖｓ接続配線１７は複数の信号線１２と交差して配置されている。そのため、上述のように極性溶媒を用いた保護層２７を配置した場合でも、各信号線の寄生容量はほぼ同等となり、画像ムラを低減することが可能となる。

（実施形態２）
次に、本発明の撮像装置の実施形態２について説明する。本実施形態の撮像装置の基本構成及び動作原理は実施形態１と同様であるため詳細な説明は省略する。図７は図１のＡ部分を拡大して示す平面図、図８は図７のＦ−Ｆ’線における断面図、図９は図７のＧ−Ｇ’における断面図である。図７〜図９では図２〜図６と同一部分には同一符号を付している。

本実施形態において実施形態１と異なるのは、図７に示すようにＶｓ接続配線１７を引き出し配線１５と外部回路接続電極１６の間に配置した点である。その他の構成は実施形態１と同様である。

図８は図７のＦ−Ｆ’線における断面図であり、図７の引き出し線１５の断面構造を示す。図７及び図８に示すようにＳｉｇ線１２と外部回路接続電極１６を接続する引き出し配線１５は第２の電極層２４から形成され、Ｖｓ線１１と外部回路接続電極１６を接続する引き出し配線１５は第１の電極層２０から形成されている。

つまり、複数のバイアス線（Ｖｓ線１１）を外部回路接続電極１６に引き出す引き出し配線１５と、複数の信号線（Ｓｉｇ線１２）を外部回路接続電極１６に引き出す引き出し配線１５とは、異なる金属層で形成されている。このように引き出し配線１５を異なる層で形成することにより、引き出し配線１５のピッチが小さい場合でも、全てのＳｉｇ線１２とＶｓ線１１を形成することが可能となる。

図９は図７のＧ−Ｇ’における断面図であり、図７のＶｓ接続配線１７から外部回路接続電極１６付近の断面構造を示す。図７及び図９に示すように各Ｖｓ線１１は外部回路接続電極１６の近傍において第１の電極層２０から形成されたＶｓ接続配線１７により共通化されている。Ｖｓ接続配線１７は複数のＳｉｇ線１２と交差して配置されている。共通化されたＶｓ線１１は最端部の外部回路接続電極１６に接続されている。更にＶｓ接続配線１７は保護層２７の形成領域外に配置されている。

即ち、保護層２７が形成された領域においては、実施形態１と同様にＶｓ線１１とＳｉｇ線１２が交互に配置され、Ｖｓ線１１とＳｉｇ線１２がそれぞれほぼ同一の間隔で配置されている。そのため、極性溶媒を用いた保護層を配置した場合でも、各信号線の寄生容量はほぼ同等となり、画像ムラを低減することが可能となる。

また、図９に示すように外部回路接続電極１６は、第２の電極層２４及び第３の電極層２５から形成される。その上部の第２の絶縁層２６は、外部回路が接続される部分のみ除去された構成となり、この点が実施形態１と異なる。本実施形態では、引き出し配線１５及び外部回路接続電極１６の下層に不純物半導体層２３、半導体層２２、第１の絶縁層２１を配置しているが、これらの層は必ずしも配置する必要はない。

（実施形態３）
図１０は本発明に係る撮像装置としての放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムの一実施形態としてのＸ線診断システムを示す。

図１０に示すように放射線源であるＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は患者或いは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、放射線画像を撮影する放射線撮像装置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放射線撮像装置のシンチレータ層が発光し、これを光電変換して電気的情報が得られる。

この電気的情報は信号処理手段によって処理される。即ち、この情報はディジタル変換され、イメージプロセッサ６０７０により画像処理され、コントロールルームにある表示手段としてのディスプレイ６０８０で観察できる。

また、この情報は通信回線６０９０等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等で表示手段であるディスプレイ６０８１に表示するか、又は光ディスク等の記録手段に保存することができる。これにより、遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録手段であるフィルムプロセッサ６１００によりフィルム６１１０に記録することもできる。

本発明の実施形態１に係る撮像装置を示す平面図である。 図１のＡ部を拡大して示す平面図である。 図２のＢ−Ｂ’線における１画素の断面図である。 図２のＣ−Ｃ’線における断面図である。 図２のＤ−Ｄ’線における断面図である。 図２のＥ−Ｅ’線における断面図である。 本発明の実施形態２を示す平面図である。 図７のＦ−Ｆ’線における断面図である。 図７のＧ−Ｇ’線における断面図である。 本発明の放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムの一実施形態を示す概略図である。

符号の説明

１ 放射線検出パネル
２ 駆動回路
４ ゲート駆動回路
５ 読み出し回路
７ 読み出し装置
１０ ＭＩＳ型光電変換素子
１１ Ｖｓ配線
１２ Ｓｉｇ線
１３ Ｖｇ線
１４ ＴＦＴ
１５ 引き出し配線
１６ 外部回路接続電極
１７ Ｖｓ接続配線
１９ 絶縁基板
２０ 第１の電極層
２１ 第１の絶縁層
２２ 半導体層
２３ 不純物半導体層
２４ 第２の電極層
２５ 第３の電極層
２６ 第２の絶縁層
２７ 保護層
２８ 接着層
２９ シンチレータ層

Claims (4)

1. 入射する放射線を電気信号に変換するセンサ基板を有する撮像装置において、
   前記センサ基板は、
   変換素子と、前記変換素子に接続されたスイッチ素子とを有する複数の画素と、
   前記複数の画素上に配置された保護層と、
   前記変換素子に電気的に接続された複数のバイアス線と、
   前記スイッチ素子に電気的に接続された複数の信号線とを有し、
   前記複数のバイアス線の各々と前記複数の信号線の各々は前記保護層の領域内で所定間隔で交互に配置され、
   前記複数のバイアス線は前記保護層の領域外で接続配線によって共通化され、且つ、前記接続配線は前記複数の信号線と交差して配置されていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記複数のバイアス線を外部回路接続電極に引き出す引き出し配線と、前記複数の信号線を外部回路接続電極に引き出す引き出し配線とは、異なる金属層で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記変換素子が光電変換素子であり、前記光電変換素子上に配置されたシンチレータ層を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置と、
   前記撮像装置からの信号を処理する信号処理手段と、
   前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、
   前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
   前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、
   前記放射線を発生させるための放射線源と、を具備することを特徴とする放射線撮像システム。

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