JP2008244410A - 画像検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】記録用の電磁波の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、電荷発生層において発生した電荷を蓄積する蓄積容量および蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素とＴＦＴスイッチをＯＮ／ＯＦＦするための多数の走査配線と走査線に直交する蓄積容量に蓄積された電荷が読み出される多数のデータ配線とを備えた検出層とが積層された画像検出器において、解像度を向上させる。
【解決手段】データ配線１６間の間隔Ｐｓｓを走査配線１５間の間隔Ｐｇｇよりも広くする。
【選択図】図２

Description

本発明は、薄膜トランジスタを有する多数の画素が２次元状に配列された画像検出器に関するものである。

近年、ＴＦＴ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）が実用化されている。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。

放射線画像検出器は、電荷収集電極をアレイ状に配置したアクティブマトリックス基板上に、電磁波導電性を有する半導体膜が形成され、その上にバイアス電極が順次形成されている。バイアス電極は高圧電源に接続されている。

そして、半導体膜は、セレンを主成分とする膜厚１００〜１０００μｍの非晶質ａ−Ｓｅ膜で、Ｘ線が照射されると膜の内部に電荷を発生する。アクティブマトリックス基板上にアレイ状に配置された電荷収集電極の近傍には、ＴＦＴスイッチと蓄積容量とが設けられており、ＴＦＴスイッチのドレイン電極と蓄積容量の一方の電極とが接続されている。そして、ＴＦＴスイッチのゲート電極にはスキャン配線が接続されており、ソース電極にはデータ配線が接続されており、データ配線の終端には信号検出器（アンプ）が接続されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。

次に、従来の放射線画像検出器の動作原理について説明する。

バイアス電極側よりＸ線が照射されると半導体膜は内部に電荷を発生する。その発生した電荷のうち正孔はバイアス電極と電荷収集電極との間のバイアスにより電荷収集電極に集められ、電荷収集電極に電気的に接続された蓄積容量に蓄積される。半導体膜はＸ線量に応じて異なる電荷量を発生するため、Ｘ線が担持した画像情報に応じた電荷が各画素の蓄積容量に蓄積される。その後、スキャン配線を介してＴＦＴスイッチをＯＮ状態にする信号を順次加え、データ配線を介して各蓄積容量に蓄積された電荷を取り出す。さらに信号検出器で各画素の電荷量を検出することにより画像情報を読み取ることができる。

次に、上記のような放射線画像検出器のアクティブマトリクス基板の詳細について説明する。

図９に示すように、アクティブマトリクス基板においては、走査配線１５とデータ配線１６とが直交して配置されている。そして、走査配線１５とデータ配線１６の交差部近傍にＴＦＴスイッチ１３が配置されている。そして、ＴＦＴスイッチ１３のソース電極１７はデータ配線１６に接続され、ドレイン電極１８は、蓄積容量上部電極２０に接続されている。蓄積容量上部電極２０はコンタクトホールを介して収集電極１１に接続されている。また、蓄積容量上部電極２０の下部には、蓄積容量下部電極２１が配置されており、この蓄積容量下部電極２１と蓄積容量上部電極２０とで蓄積容量１２が構成されている。また、走査線配線間隔とデータ配線間隔とが同じ間隔となるように走査配線１５およびデータ配線１６とが配置されている。
特開平１１−１９０７７４号公報 特開２００１−１３５８０９号公報

ここで、放射線画像検出器の重要な検出能力指標の一つに解像度がある。一般的に画素サイズを小さくすればするほど解像度は上がり、画質が向上する。ここで、画素サイズとは、画素領域のサイズ、すなわち走査配線間隔×データ配線間隔を指している。

したがって、画素サイズの縮小化は、走査配線とデータ配線の間隔の微細化につながり、これらの配線に接続される外部ＩＣ回路との接続端子も狭ピッチ化する。しかしながら、放射線画像検出器においては、一般的には、外部ＩＣ回路の接続には端子間ピッチ７０μｍが限界のＴＡＢ法が採用されており、これにともない放射線画像検出器の解像度も７０μｍが限界となっていた。たとえば、画素ピッチに対し、外部ＩＣ回路の端子ピッチを広げると放射線画像検出器本体に対して、端子部の基板サイズが大きくなって放射線画像検出器の外形が大きくなり、製造コストが増大するといった問題が生じて現実的でない。

一方、同様にアクティブマトリクス基板を採用する液晶ディスプレイでは、狭ピッチの端子実装を実現するため、ＣＯＧ（Chip on Glass）と呼ばれる直接ガラス基板上にＩＣチップを実装するパッケージを採用している。ＣＯＧでは、端子間ピッチを３５μｍ程度まで縮小することが可能である。

そこで、放射線画像検出器においても、ＣＯＧを採用することがもっとも容易であるが、チャージアンプＩＣは放射線画像検出器専用の回路であること、チャージアンプＩＣは放射線画像検出器の性能を決定する主要部品であるため回路構成が複雑であること、放射線画像検出器の市場規模が小さいことの３つの理由から、ＣＯＧタイプのチャージアンプＩＣの開発はなされていない。

本発明は、上記の事情に鑑み、できるだけ解像度を向上することができる画像検出器を提供することを目的とする。

本発明の放射線画像検出器は、記録用の電磁波の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、該電荷発生層において発生した電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素とＴＦＴスイッチをＯＮ／ＯＦＦするための多数の走査配線と上記電荷が読み出される多数のデータ配線とを有する画像検出器において、データ配線間の間隔が、走査配線間の間隔よりも広いことを特徴とする。

また、上記本発明の放射線画像検出器においては、データ配線間の間隔Ｐｓｓと走査配線間の間隔Ｐｇｇとを下式の関係を満たす大きさとすることができる。

Ｐｓｓ＝Ｎ×Ｐｇｇ
ただし、Ｎは２以上の整数
また、データ配線間の間隔Ｐｇｇと走査配線間の間隔Ｐｓｓとの比Ｐｇｇ：Ｐｓｓを、１：２、２：３、１：３または３：４とすることができる。

また、画素がデータ配線の延びる方向に配列されたデータ配線画素配列を、走査配線が延びる方向について一定周期でデータ配線が延びる方向に所定量ずらすようにすることができる。

また、データ配線画素配列を、１列おきに走査配線間隔の１／２ずつずらすようにすることができる。

本発明の放射線画像検出器によれば、記録用の電磁波の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、該電荷発生層において発生した電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素とＴＦＴスイッチをＯＮ／ＯＦＦするための多数の走査配線と上記電荷が読み出される多数のデータ配線とを有する画像検出器において、データ配線間の間隔を、走査配線間の間隔よりも広くなるようにしたので、データ配線方向の解像度を向上させることができる。

また、上記本発明の放射線画像検出器においては、データ配線間の間隔Ｐｓｓと走査配線間の間隔Ｐｇｇとを下式の関係を満たす大きさとした場合には、データ配線方向の画素密度と走査配線方向の画素密度とが同じ画像データへの変換を容易に行うことができる。

Ｐｓｓ＝Ｎ×Ｐｇｇ
ただし、Ｎは２以上の整数
また、縦横の解像度が異なる画像検出器で検出した画像データは、外部装置に出力するため、縦横のどちらかの解像度に合わせる必要があり、その際、補間処理を行う必要があるが、データ配線間の間隔Ｐｇｇと走査配線間の間隔Ｐｓｓとの組み合わせＰｇｇ／Ｐｓｓを、５０μｍ／１００μｍ、５０μｍ／７５μｍ、５０μｍ／１５０μｍ、７５μｍ／１００μｍ、７５μｍ／１５０μｍまたは１００μｍ／１５０μｍとした場合、すなわち両者の比Ｐｇｇ：Ｐｓｓを、１：２、２：３、１：３または３：４として場合には、上記補間処理を簡単な処理とすることができる。また、補間処理時の繰り返しノイズ等が発生した場合でも認識されにくいものとすることができる。

また、画素がデータ配線の延びる方向に配列されたデータ配線画素配列を、走査配線が延びる方向について一定周期でデータ配線が延びる方向に所定量ずらすようにした場合には、走査配線方向の解像度も向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の画像検出器の第１の実施形態を用いた放射線画像検出器について説明する。図１に第１の実施形態の放射線画像検出器１００の概略構成図を示す。

本実施形態の放射線画像検出器１００は、図１に示すように、アクティブマトリクス基板１０と、このアクティブマトリクス基板１０上の略全面に形成された半導体膜２０と、半導体膜２０上に設けられた上部電極２１とによって構成されている。

半導体膜２０は、電磁波導電性を有するものであり、Ｘ線が照射されると膜の内部に電荷を発生するものである。半導体膜２０としては、たとえば、セレンを主成分とする膜厚１００〜１０００μｍの非晶質ａ−Ｓｅ膜を用いることができる。上記半導体膜２０は、真空蒸着法によってたとえば１００〜１０００μｍの厚みで形成されている。

上部電極２２は、Ａｕ、Ａｌなどの低抵抗の導電材料で構成されている。

アクティブマトリクス基板１０は、半導体膜２０において発生した電荷を収集する収集電極１１、収集電極１１によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量１２および蓄積容量１２に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチ１３を有する多数の画素１４とＴＦＴスイッチ１３をＯＮ／ＯＦＦするための多数の走査配線１５と蓄積容量１２に蓄積された電荷が読み出される多数のデータ配線１６とを備えている。画素１４は、アレイ状に配置されている。

ＴＦＴスイッチ１３としては、一般的には、アモルファスシリコンを活性層に用いたａ−ＳｉＴＦＴが用いられる。

そして、データ線５の終端には、アンプ２３が接続されている。

図２にアクティブマトリクス基板１０のレイアウト図を示す。

図２に示すように、各画素１４の周辺には、走査配線１５と走査配線１５に直交するデータ配線１６が配置されている。そして、走査配線１５とデータ配線１６の交差部近傍にＴＦＴスイッチ１３が配置されている。そして、ＴＦＴスイッチ１３のソース電極１７はデータ配線１６に接続され、ドレイン電極１８は、蓄積容量上部電極２０に接続され、ゲート電極１９は走査配線１５に接続されている。蓄積容量上部電極２０はコンタクトホールを介して収集電極１１に接続されている。また、蓄積容量上部電極２０の下部には、蓄積容量下部電極２１が配置されており、この蓄積容量下部電極２１と蓄積容量上部電極２０とで蓄積容量１２が構成されている。

そして、本実施形態の放射線画像検出器のアクティブマトリクス基板１０においては、図２に示すように、データ配線１６の配線間隔Ｐｓｓの方が走査配線１５の配線間隔Ｐｇｇよりも広くなるように各配線が配置されている。たとえば、本実施形態においては、Ｐｓｓ＝７５μｍ、Ｐｇｇ＝５０μｍとすることができる。

また、ＰｓｓとＰｇｇは、以下の式を満たすように設定することがより望ましい。

Ｐｓｓ＝Ｎ×Ｐｇｇ
ただし、Ｎは２以上の整数。

水平方向と垂直方向とで画素密度が異なる放射線画像検出器で検出された画像データの処理を行う場合、一旦、水平方向の画素密度と垂直方向の画素密度とが同じ画像データに変換した後に画像処理を行う必要がある。多くの出力装置（ディスプレイ、プリンタなど）の水平方向および垂直方向の画素密度は同じであるためである。一般的に、一方の画素密度を他方の画素密度の整数倍とすることにより画像変換が容易になるため上式を満たすように設定することが有効である。たとえば、放射線画像検出器の画素ピッチがＰｇｇ＝５０μｍ、Ｐｓｓ＝１００μｍの場合、Ｐｓｓの方は倍の長さを有しているため、中間の５０μｍの位置の画素が存在しない。そこで、この画素の補間データを生成する画像変換を施すことにより、Ｐｇｇ＝Ｐｓｓ＝５０μｍの画像データに変換後、その後の画像補正を行う。これにより、補正に伴うアーティファクトの発生を抑えることができるとともに、画像変換の処理時間を短くすることができる。

また、データ配線１５間の間隔Ｐｓｓと走査配線１６間の間隔Ｐｇｇとの最小公倍数がＰｇｇの６倍以下となるようにしてもよい。例えば、したがって、ＰｇｇとＰｓｓとは、たとえば、以下のような比率とすることができる。

Ｐｇｇ：Ｐｓｓ＝５０μｍ：１００μｍ（１：２）、５０μｍ：７５μｍ（２：３）、５０μｍ：１５０μｍ（１：３）、７５μｍ：１００μｍ（３：４）、７５μｍ：１５０μｍ（１：２）、１００μｍ：１５０μｍ（２：３）
たとえば、Ｐｇｇ＝１００μｍ、Ｐｓｓ＝１５０μｍ（画素比率２：３）のように、一方が他方の単純な整数倍でない場合、画像検出装置は、出力画像としては、画素ピッチ（＝Ｐｇｇ＝Ｐｓｓ）１００μｍとして画像処理を行う。よって、走査配線方向はＰｇｇ＝１００μｍであるのでそのまま画像処理を行うが、データ配線方向はＰｓｓ１５０μｍであるため２画素から３画素のデータを生成する必要がある。すなわち、データ配線方向の隣接画素の相互の関係から、２画素のデータ値を３画素に振り分ける。

一方、ＰｓｓとＰｇｇとの比率が５０μｍ：６５μｍの場合、その最小公倍数は６５０μｍとなり、Ｐｇｇの６倍より大きくなってしまう。上記のような比率とすると、画素補間を行う場合の補間アルゴリズムが複雑になり、結果的に高精細化の効果が得られにくい。

また、上記最小公倍数は、放射線画像検出器で検出した画像データが出力される外部装置（プリンタ、ディスプレイなど）の画素の最小ピッチの整数倍、もしくは整数分の１とすることが好ましい。たとえば、２０インチＱＸＧＡ（２０４８×１５３６）では画素ピッチ１９８μｍで、１９８μｍの整数倍、もしくは整数分の１とすれば、実寸表示する際の画像処理が容易となる。また、特に、プリンタでは実物大に出力するケースが多く、この関係を満たさない場合には、解像度変換のために画質（精細度）が低下する。

図３に本実施形態の放射線画像検出器の等価回路図を示す。

図３に示すように、各データ配線１６には、アンプ２３が接続されている。そして、各ゲート配線１５には、ゲート配線１５にＴＦＴスイッチ１３をＯＮ／ＯＦＦする制御信号を出力するゲートドライバ４０が接続されている。

そして、アンプ２３としては、アンプＩＣが用いられ、ゲートドライバ４０としては、ゲートドライバＩＣが用いられる。

図４に、放射線画像検出器本体とアンプＩＣ３１とゲートドライバＩＣ４１とを実装した放射線画像検出器の平面図を示す。

本実施形態では、放射線画像検出器本体が９０ｍｍ×９０ｍｍの放射線画像検出器について説明する。本実施形態の放射線画像検出器においては、上述したように走査配線間の間隔に対し、データ配線間の間隔が広くなっており、データ配線間の間隔Ｐｓｓ＝７５μｍに対し、走査配線間の間隔Ｐｇｇ＝５０μｍとなっている。したがって、走査配線数は、１８００本、データ配線数は１２００本である。ゲートドライバＩＣ４１として端子ピッチ７０μｍ、２５６出力（ゲート出力２４０本）のＴＣＰパッケージを採用すると、少なくとも１５０ｍｍ以上の基板サイズが必要となってしまう。そこで、本実施形態においては、ＣＯＧパッケージのゲートドライバＩＣ４１を採用した。放射線画像検出器に求められるゲートドライバの仕様は、液晶ディスプレイと同じであるため、液晶ディスプレイ用ＣＯＧゲートドライバＩＣを容易に入手することができる。ＣＯＧパッケージのゲートドライバＩＣは、端子ピッチ３６μｍ、２５６出力（ゲート出力２４０本）であり、ゲートドライバＩＣの設置エリアを８０ｍｍ幅以下とすることができる。

一方、アンプＩＣ３１は放射線画像検出器向けの専用ＩＣであり、世の中にＣＯＧパッケージ品が存在しない。また、放射線画像検出器は生産量が非常に少なく、専用ＣＯＧチップを開発すると製造コストが大幅に増加する。また、半導体膜に用いるＳｅが熱に弱いので、アンプＩＣの発熱を避けるためにはフィルムを介しガラス基板の外にアンプを配置したＴＣＰパッケージが好ましい。

そこで、本実施形態においては、走査配線間の間隔５０μｍに対し、データ配線間の間隔を７５μｍに設定した。このため、端子ピッチが７０μｍ、２５６出力（アンプ入力２４０本）のＴＣＰパッケージを用いた場合でも、アンプＩＣ３１の接続エリアは９４ｍｍで実現することができる。このため、放射線画像検出器本体の大きさと外形サイズの差異はなく、放射線画像検出器として商品性を落とさないパッケージが実現できる。

一方、画質面では、走査配線の解像度をデータ配線の解像度の１．５倍とすることができ、画質を著しく向上することができる。

なお、図４に示すように、ゲートドライバＩＣ４１とアンプＩＣ３１は、放射線画像検出器本体の走査配線１５とデータ配線１６とが設けられる基板とは、別のシリコン基板によって形成されている。

次に、本実施形態の放射線画像検出器の動作原理について説明する。

図１の上方より被写体を透過したＸ線が照射されると半導体膜２０はその内部に電荷を発生する。そして、半導体膜２０で発生した電荷のうち正孔は上部電極２１と収集電極１１との間のバイアスにより収集電極１１に集められ、収集電極１１と電気的に接続された蓄積容量１２に蓄積される。半導体膜２０はＸ線量に依存して異なる電荷量を発生するため、Ｘ線が担持した画像情報に依存した量の電荷が各画素１４の蓄積容量１２に蓄積される。

その後、走査配線１５を介してＴＦＴスイッチ１３をＯＮ状態にする信号が順次加えられ、データ配線１６を介して蓄積容量１２に蓄積された電荷が読み出される。そして、さらにアンプ３０で各画素１４の電荷量を検出することにより画像情報を読み取ることができる。

次に、本発明の画像検出器の第２の実施形態を用いた放射線画像検出器について説明する。本発明の第２の実施形態を用いた放射線画像検出器は、本発明の第１の実施形態を用いた放射線画像検出器と画素の配列の仕方が異なる。

図５に示すように、本発明の第２の実施形態を用いた放射線画像検出器は、画素１４がデータ配線１６の延びる方向に配列されたデータ配線画素配列が、１列おきにデータ配線方向に走査配線１５の間隔の１／２ずつずれて配置されている。

たとえば、図６に示すような画素配列の場合、四角で囲んだ範囲の画素密度は、走査配線方向の画素密度Ｘについては３画素、データ配線方向の画素密度Ｙについては４画素ということになるが、上記のようにデータ配線画素配列を、１列おきに走査配線１５の間隔の１／２ずつずらして配置することによって、走査配線方向の画素密度Ｙも４画素にすることができる。したがって、データ配線方向だけでなく、走査配線方向の解像度も向上させることができる。

なお、上記第２の実施形態においては、１列おきに走査配線１５の間隔の１／２ずつずらすようにしたが、必ずしも走査配線１５の間隔の１／２でなくてもよい。また、１列おきではなく、複数列おきにデータ配線画素配列をデータ配線方向にずらすようにしてもよい。

また、上記第１および第２の実施形態の放射線画像検出器は、放射線の照射を直接受けて電荷を発生する、いわゆる直接変換型の放射線画像検出器であるが、本発明の画像検出器は、直接変換型の放射線画像検出器に限らず、放射線を蛍光体により一旦光に変換し、その光の照射を受けて電荷を発生する、いわゆる間接変換型の放射線画像検出器にも適用可能である。

間接変換型の放射線画像検出器の概略構成を示す断面図を図７に示す。図７に示すように、間接変換型の放射線画像検出器２００は、図７に示すように、アクティブマトリクス基板３０と、このアクティブマトリクス基板３０上の略全面に形成された半導体膜３１と、半導体膜３１上に設けられた上部電極３２と、上部電極３２上に設けられた波長変換層３３によって構成されている。

波長変換層３３は、放射線を可視光に変換するものである。

また、半導体膜３１は、たとえば、可視光を検出するａ−Ｓｉにより形成され、その厚さは１〜２μｍであり、直接変換型の放射線画像検出器よりも薄くなっている。これにより大きな容量が確保でき、補助容量が不要となる。すなわち、半導体膜３１が蓄積容量の機能も兼ね備えている。

まや、上部電極３２は、波長変換層３３から発せられた可視光を透過する材料および厚さで形成されている。

アクティブマトリクス基板３０は、半導体膜３１において発生した電荷を収集する収集電極３４と、収集電極３４によって収集された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチ３５とを有する多数の画素３６とＴＦＴスイッチ３５をＯＮ／ＯＦＦするための多数の走査配線３７と収集電極３４によって収集された電荷が読み出される多数のデータ配線３８とを備えている。

図８に、アクティブマトリクス基板３０のレイアウト図を示す。図８に示すように、間接変換型の放射線画像検出器は、直接変換型の放射線画像検出器のように蓄積容量を備えていないため、蓄積容量上部電極と蓄積容量下部電極は設けられていない。その他の構成については、直接変換型の放射線画像検出器と同様である。そして、間接変換型の放射線画像検出器においても、データ配線３８間の間隔が、走査配線３７間の間隔よりも広くなっている。

本発明の画像検出器の第１の実施形態を用いた放射線画像検出器の断面図 図１に示す放射線画像検出器のアクティブマトリクス基板のレイアウト図 図１に示す放射線画像検出器の等価回路図 放射線画像検出器本体とアンプＩＣとゲートドライバＩＣとを実装した放射線画像検出器の平面図 本発明の第２の実施形態の放射線画像検出器のレイアウト図 本発明の第１の実施形態の放射線画像検出器のレイアウト図 間接変換型の放射線画像検出器の概略構成を示す断面図 間接変換型の放射線画像検出器のアクティブマトリクス基板のレイアウト図 従来の放射線画像検出器のアクティブマトリクス基板のレイアウト図

符号の説明

１０ アクティブマトリックス基板
１１ 電荷収集電極
１２ 蓄積容量
１３ ＴＦＴスイッチ
１４ 画素
１５ 走査配線
１６ データ配線
１７ ソース電極
１８ ドレイン電極
１９ ゲート電極
２０ 蓄積容量上部電極
２１ 蓄積容量下部電極
２３ アンプ
３１ アンプＩＣ
４１ ゲートドライバＩＣ
１００ 放射線画像検出器

Claims (5)

1. 記録用の電磁波の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、該電荷発生層において発生した電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素と前記ＴＦＴスイッチをＯＮ／ＯＦＦするための多数の走査配線と前記電荷が読み出される多数のデータ配線とを有する画像検出器において、
   前記データ配線間の間隔が、前記走査配線間の間隔よりも広いことを特徴とする画像検出器。
2. 前記データ配線間の間隔Ｐｓｓと前記走査配線間の間隔Ｐｇｇとが下式の関係を満たす大きさであることを特徴とする請求項１記載の画像検出器。
   Ｐｓｓ＝Ｎ×Ｐｇｇ
   ただし、Ｎは２以上の整数
3. 前記データ配線間の間隔Ｐｇｇと前記走査配線間の間隔Ｐｓｓとの比Ｐｇｇ：Ｐｓｓが、１：２、２：３、１：３または３：４であることを特徴とする請求項１記載の画像検出器。
4. 前記画素が前記データ配線の延びる方向に配列されたデータ配線画素配列が、前記走査配線が延びる方向について一定周期で前記データ配線が延びる方向に所定量ずれていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の画像検出器。
5. 前記データ配線画素配列が、１列おきに前記走査配線間隔の１／２ずつずれていることを特徴とする請求項４記載の画像検出器。

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