JP2009283710A - 電磁波検出素子 - Google Patents

Abstract

【課題】画像の読み出し速度を向上させることができる電磁波検出素子を提供する。
【解決手段】複数配置された画素２０のマトリクス配列における行方向の各画素列に対して複数の画素列毎に１本ずつ走査配線１０１をそれぞれ配設し、各走査配線１０１により複数の画素列の各画素２０に備えられた各ＴＦＴスイッチ４をスイッチングし、マトリクス配列における行方向の各画素列に対してそれぞれ複数本ずつ信号配線３を配設し、行方向の各画素列毎に各信号配線３を同一の走査配線１０１に接続された異なる各ＴＦＴスイッチ４にそれぞれ接続して、各信号配線３によりＴＦＴスイッチ４のスイッチング状態に応じて電荷蓄積容量５に蓄積された電荷を読み出す。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁波検出素子に係り、特に、マトリクス状に複数配置された画素に検出対象とする電磁波が照射されることにより発生した電荷を蓄積し、蓄積した電荷量を画像を示す情報として検出する電磁波検出素子に関する。

近年、ＴＦＴ（Thin film transistor）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）等の電磁波検出素子を用いた放射線画像撮影装置が実用化されている。このＦＰＤは、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。

この種の電磁波検出素子は、種々のタイプのものが提案されており、例えば、放射線を直接、半導体層で電荷に変換して蓄積する直接変換方式や、放射線を一度ＣｓＩ：Ｔｌ、ＧＯＳ（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ）などのシンチレータで光に変換し、変換した光を半導体層で電荷に変換して蓄積する間接変換方式がある。

この電磁波検出素子は、例えば、複数の走査配線及び複数の信号配線が互いに交差して配設され、当該走査配線及び信号配線の各交差部に対応して電荷蓄積部及びＴＦＴスイッチが設けられ、各交差部の電荷蓄積部及びＴＦＴスイッチ素子を覆うように半導体層が設けられている。このような電磁波検出素子を用いた放射線画像撮影装置では、放射線画像を撮影する場合、Ｘ線が照射される間、各走査配線に対してＯＦＦ信号を出力して各ＴＦＴスイッチをオフにして半導体層に発生した電荷を各電荷蓄積部に蓄積し、画像を読み出す場合、各走査配線に対して１ラインずつ順にＯＮ信号を出力して各電荷蓄積部に蓄積された電荷を電気信号として読み出し、読み出した電気信号をデジタルデータへ変換することにより、放射線画像を得ている。

ところで、放射線画像撮影装置では、電磁波検出素子から放射線画像を連続的に読み出して動画を得ようとした場合、１秒間当たりの放射線画像を読み出す枚数（所謂、フレームレート）が多く、また電磁波検出素子の走査配線の本数が多いほど、１本の走査配線に対してＯＮ信号を出力して電気信号を読み出す走査時間が短くなる。

走査時間１Ｈは、フレームレートをＦＲとし、電磁波検出素子の走査配線の本数をＧｎとした場合、以下の（１）式より求めることができる。

１Ｈ＝１／ＦＲ／Ｇｎ ・・・（１）
例えば、フレームレートＦＲを６０とし、走査配線の本数Ｇｎを１０００本とした場合、走査時間１Ｈは、１６．７μｓとなる。

ＴＦＴアクティブマトリックス基板を液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）として使用する場合は、走査時間１Ｈを全てデータの書込み時間として使用できるため、１６．７μｓは十分な時間である。

しかし、ＴＦＴアクティブマトリックス基板を画像を撮影する検出素子として使用する場合、とりわけ低ノイズな撮影が必要な医療用の放射線画像を撮影する検出素子として使用する場合は、低ノイズ化のため、各電荷蓄積部に蓄積された電荷の電気信号をアンプで増幅した後にＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部でデジタルデータに変換し、変換したデジタルデータに対して補正処理等を行うため、走査時間１Ｈを全て電荷の読み取り期間に当てることができず、高フレームレートでの動画像の撮影が困難であった。

そこで、高フレームレートでの動画像の撮影を可能にする技術として、特許文献１には、電磁波検出素子の受像面を複数の画素エリアに分けて画素エリア毎に読み出し装置を設け、各画素エリア毎に画像の読み出しを行う技術が開示されている。
特開２００３−２６４２７３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、受像面を複数の画素エリアに分けて各画素エリアから並列に画像を読み出すことにより、全体として画像の読み出し速度を向上させる技術であり、１つの画素エリアにおける画像の読み出し速度は向上していない。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、画像の読み出し速度を向上させることができる電磁波検出素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明の電磁波検出素子は、一方向及び当該一方向に対する交差方向にマトリクス状に複数配置され、各々検出対象とする電磁波が照射されることにより発生した電荷を蓄積し、当該蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子を備えた画素と、前記複数配置された画素のマトリクス配列における前記一方向の各画素列に対して複数の画素列毎に１本ずつそれぞれ配設され、それぞれ当該複数の画素列の各画素に備えられた各スイッチ素子に接続されて当該各スイッチ素子をスイッチングする走査配線と、前記マトリクス配列における前記交差方向の各画素列に対してそれぞれ複数本ずつ配設され、交差方向の各画素列毎に同一の前記走査配線に接続された異なる各スイッチ素子にそれぞれ接続されて当該スイッチ素子のスイッチング状態に応じて前記画素に蓄積された電荷が流れる信号配線と、を備えている。

本発明の電磁波検出素子は、各々検出対象とする電磁波が照射されることにより発生した電荷を蓄積し、当該蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子を備えた画素が、一方向及び当該一方向に対する交差方向にマトリクス状に複数配置されている。

そして、本発明では、走査配線は、複数配置された画素のマトリクス配列における一方向の各画素列に対して複数の画素列毎に１本ずつそれぞれ配設され、それぞれ当該複数の画素列の各画素に備えられた各スイッチ素子に接続されて当該各スイッチ素子をスイッチングする。また、信号配線は、マトリクス配列における交差方向の各画素列に対してそれぞれ複数本ずつ配設され、交差方向の各画素列毎に同一の走査配線に接続された異なる各スイッチ素子にそれぞれ接続されて当該スイッチ素子のスイッチング状態に応じて画素に蓄積された電荷が流れる。

このように、本発明によれば、各走査配線により、一方向の各画素列の各画素のスイッチ素子を複数列ずつスイッチングし、信号配線により、複数列ずつ各画素に蓄積された電荷を読み出すことができるので、画像の読み出し速度を向上させることができる。

一方、上記目的を達成するために、請求項２記載の発明の電磁波検出素子は、一方向及び当該一方向に対する交差方向にマトリクス状に複数配置され、各々検出対象とする電磁波が照射されることにより発生した電荷を蓄積し、当該蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子を備えた画素と、前記複数配置された画素のマトリクス配列における前記一方向の各画素列に対してそれぞれ１本ずつそれぞれ配設され、それぞれ当該画素列の各画素に備えられた各スイッチ素子に接続されて当該各スイッチ素子をスイッチングする走査配線と、前記走査配線を所定本ずつ電気的に接続する接続配線と、前記マトリクス配列における前記交差方向の各画素列に対してそれぞれ複数本ずつ配設され、交差方向の各画素列毎に同一の前記接続配線によって電気的に接続された所定本の前記走査配線に各々接続された異なる各スイッチ素子にそれぞれ接続されて当該スイッチ素子のスイッチング状態に応じて前記画素に蓄積された電荷が流れる信号配線と、を備えている。

本発明の電磁波検出素子は、各々検出対象とする電磁波が照射されることにより発生した電荷を蓄積し、当該蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子を備えた画素が、一方向及び当該一方向に対する交差方向にマトリクス状に複数配置されている。

そして、本発明では、走査配線は、複数配置された画素のマトリクス配列における一方向の各画素列に対してそれぞれ１本ずつそれぞれ配設され、それぞれ当該画素列の各画素に備えられた各スイッチ素子に接続されて当該各スイッチ素子をスイッチングする。この走査配線は、接続配線によって所定本ずつ電気的に接続されている。また信号配線は、マトリクス配列における交差方向の各画素列に対してそれぞれ複数本ずつ配設され、交差方向の各画素列毎に同一の前記接続配線によって電気的に接続された所定本の走査配線に各々接続された異なる各スイッチ素子にそれぞれ接続されて当該スイッチ素子のスイッチング状態に応じて画素に蓄積された電荷が流れる。

このように、本発明によれば、接続配線により、走査配線が所定本ずつ電気的に接続し、接続配線によって接続された各走査配線により、一方向の各画素列の各画素のスイッチ素子を複数列ずつスイッチングし、信号配線により、複数列ずつ各画素に蓄積された電荷を読み出すことができるので、画像の読み出し速度を向上させることができる。

なお、請求項１に記載の発明は、請求項３に記載の発明のように、前記走査配線が、前記一方向の各画素列に対して２列毎に１本ずつ、当該２列の画素列の間にそれぞれ配設され、各画素のスイッチ素子が、それぞれ前記走査配線側に設けられてもよい。

また、本発明は、請求項４に記載の発明のように、前記信号配線が、前記交差方向の各画素列に対してそれぞれ２本ずつ、当該２本の内の１本が画素の中央部を通るように配設されてもよい。

また、本発明は、請求項５に記載の発明のように、前記信号配線が、均等な間隔で配設されることが好ましい。

また、本発明は、請求項６に記載の発明のように、前記画素が、発生した電荷を収集する収集電極を備え、前記収集電極が、前記信号配線の配設された位置にスリットを備えてもよい。

また、請求項６に記載の発明は、請求項７に記載の発明のように、前記画素が、収集した電荷を蓄積する電荷蓄積部を備え、前記電荷蓄積部と前記スイッチ素子とが前記収集電極を介して電気的に接続されてもよい。

また、請求項７に記載の発明は、請求項８に記載の発明のように、前記電荷蓄積部が、２つの電極が対向配置されて蓄積した電荷量に応じて一方の電極の電位を基準として他方の電極の電位が変化するものとし、前記マトリクス配列における前記一方向の各画素列に対して複数の画素列毎に１本ずつそれぞれ配設され、それぞれ当該複数の画素列の各画素に備えられた前記電荷蓄積部の一方の電極に接続された補助容量配線をさらに備えてもよい。

また、請求項７に記載の発明は、請求項９に記載の発明のように、前記電荷蓄積部が、２つの電極が対向配置されて蓄積した電荷量に応じて一方の電極の電位を基準として他方の電極の電位が変化するものとし、前記マトリクス配列における前記交差方向の各画素列に対してそれぞれ１本ずつ前記信号配線と並んで配設され、前記交差方向の各画素列毎に、各画素列の各画素に備えられた前記電荷蓄積部の一方の電極に接続された補助容量配線をさらに備えてもよい。

また、請求項８又は請求項９に記載の発明は、請求項１０に記載の発明のように、前記信号配線と前記補助容量配線が、別な配線層により形成されることが好ましい。

このように、本発明によれば、画像の読み出し速度を向上させることができる、という優れた効果を有する。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下では、本発明を、直接変換型の電磁波検出素子１０を用いた放射線画像撮影装置１００に適用した場合について説明する。
［第１の実施の形態］
図１には、第１の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００の全体構成が示されている。

同図に示すように、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００は、電磁波検出素子１０を備えている。

電磁波検出素子１０は、後述する上部電極と半導体層と下部電極を備え、照射された放射線を受けて電荷を発生するセンサ部１０３と、画像センサ部１０３で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積容量５と、電荷蓄積容量５に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチ４と、を含んで構成される画素２０が一方向（図１の横方向、以下「行方向」ともいう。）及び当該一方向に対する交差方向（図１の縦方向、以下「列方向」ともいう。）にマトリクス状に複数配置されている。電荷蓄積容量５の一方の電極は後述する蓄積容量配線１０２（図２参照。）を介して接地されてグランドレベルとされている。なお、図１、及び後述する図７、図９、図１１、図１３では、電荷蓄積容量５の一方の電極が個別にグランドに接続されているものとして示している。

また、電磁波検出素子１０には、複数配置された画素２０のマトリクス配列における行方向の各画素列に対して２列毎に１本ずつ、当該２列の画素列の間に走査配線１０１がそれぞれ配設されている。各画素２０は、ＴＦＴスイッチ４がそれぞれ走査配線１０１側に設けられている。各走査配線１０１は、それぞれ２列の画素列の各画素２０に備えられた各ＴＦＴスイッチ４に接続されて各ＴＦＴスイッチ４をスイッチングする。

また、電磁波検出素子１０には、複数配置された画素２０のマトリクス配列における列方向の各画素列に対してそれぞれ２本ずつ信号配線３が均等な間隔で配設されている。よって、本実施の形態に係る電磁波検出素子１０では、列方向の各画素列毎に、２本の信号配線３の内の１本が画素２０の中央部を通るようにそれぞれ配設されている。信号配線３は、列方向の各画素列毎に、それぞれ同一の走査配線１０１に接続された異なる各ＴＦＴスイッチ４に接続され、ＴＦＴスイッチ４のスイッチング状態に応じて電荷蓄積容量５に蓄積された電荷が流れる。各信号配線３には、各信号配線３に流れ出した電気信号を検出する信号検出回路１０５が接続されており、各走査配線１０１には、各走査配線１０１にＴＦＴスイッチ４をＯＮ／ＯＦＦするための制御信号を出力するスキャン信号制御装置１０４が接続されている。

信号検出回路１０５は、各信号配線３毎に、入力される電気信号を増幅する増幅回路を内蔵している。信号検出回路１０５では、各信号配線３より入力される電気信号を増幅回路により増幅して検出することにより、画像を構成する各画素の情報として、各電荷蓄積容量５に蓄積された電荷量を検出する。

この信号検出回路１０５及びスキャン信号制御装置１０４には、信号検出回路１０５において検出された電気信号に対してノイズ除去などの所定の処理を施すとともに、信号検出回路１０５に対して信号検出のタイミングを示す制御信号を出力し、スキャン信号制御装置１０４に対してスキャン信号の出力のタイミングを示す制御信号を出力する信号処理装置１０６が接続されている。

次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係る電磁波検出素子１０についてより詳細に説明する。なお、図２には、本実施形態に係る電磁波検出素子１０の構造を示す平面図が示されており、図３には、図２のＡ−Ａ線断面図が示されている。

図３に示すように、電磁波検出素子１０は、無アルカリガラス等からなる絶縁性の基板１上に、走査配線１０１、蓄積容量下部電極１４、ゲート電極２及び蓄積容量配線１０２（図２参照。）が形成されており、ゲート電極２は走査配線１０１に接続され、蓄積容量下部電極１４は蓄積容量配線１０２に接続されている。この走査配線１０１、蓄積容量下部電極１４、ゲート電極２及び蓄積容量配線１０２が形成された配線層（以下、この配線層を「第１信号配線層」ともいう。）は、Ａｌ若しくはＣｕ、又はＡｌ若しくはＣｕを主体とした積層膜を用いて形成されているが、これらに限定されるものではない。

この第１信号配線層上には、一面に絶縁膜１５が形成されており、ゲート電極２上に位置する部位がＴＦＴスイッチ４におけるゲート絶縁膜として作用する。この絶縁膜１５は、例えば、ＳｉＮ_Ｘ 等からなっており、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）成膜により形成される。

絶縁膜１５上のゲート電極２に対応する位置には、半導体活性層８が形成されている。この半導体活性層８は、ＴＦＴスイッチ４のチャネル部であり、例えば、アモルファスシリコン膜からなる。

これらの上層には、ソース電極９、及びドレイン電極１３が形成されている。このソース電極９及びドレイン電極１３が形成された配線層には、ソース電極９、ドレイン電極１３とともに、信号配線３が形成され、また、絶縁膜１５上の蓄積容量下部電極１４に対応する位置に蓄積容量上部電極１８が形成されている。ソース電極９は信号配線３に接続されている（図２参照。）。なお、ＴＦＴスイッチ４は蓄積容量配線１０２に蓄積される電荷の極性によってソース電極９とドレイン電極１３が逆となる。ソース電極９、ドレイン電極１３、蓄積容量上部電極１８及び信号配線３が形成された配線層（以下、この配線層を「第２信号配線層」ともいう。）は、Ａｌ若しくはＣｕ、又はＡｌ若しくはＣｕを主体とした積層膜が用いて形成されるが、これらに限定されるものではない。

このソース電極９及びドレイン電極１３と半導体活性層８との間にはコンタクト層（不図示）が形成されている。このコンタクト層は、不純物添加アモルファスシリコン等の不純物添加半導体からなる。本実施の形態に係る電磁波検出素子１０では、ゲート電極２やゲート絶縁膜１５、ソース電極９、ドレイン電極１３、半導体層６によりＴＦＴスイッチ４が構成されており、蓄積容量下部電極１４やゲート絶縁膜１５、蓄積容量上部電極１８により電荷蓄積容量５が構成されている。

本実施の形態に係る電磁波検出素子１０では、各画素２０毎にＴＦＴスイッチ４と電荷蓄積容量５を画素２０の中央部を通る信号配線３によって分けられる２つの領域に別々に配置しており、また、列方向の画素列毎に、各画素２０のＴＦＴスイッチ４を設けた領域と電荷蓄積容量５を設けた領域の配置を一致させている。

そして、これら第２信号配線層を覆い、基板１上の画素２０が設けられた領域のほぼ全面（ほぼ全領域）には、層間絶縁膜１２が形成されている。この層間絶縁膜１２は、感光性を有するアクリル樹脂などの有機材料からなり、膜厚が１〜４μｍ、比誘電率が２〜４である。本実施の形態に係る電磁波検出素子１０では、この層間絶縁膜１２によって層間絶縁膜１２上層と下層に配置される金属間の容量を低く抑えている。また、一般的にこのような材料は平坦化膜としての機能も有しており、下層の段差が平坦化される効果も有する。これにより、上層に配置される半導体層６の形状が平坦化されるため、半導体層６の凹凸による吸収効率の低下や、リーク電流の増加を抑制することができる。この層間絶縁膜１２には、蓄積容量上部電極１８と対向する位置とドレイン電極１３と対向する位置にそれぞれコンタクトホール１６Ａ，１６Ｂが形成されている。

層間絶縁膜１２上には、各画素２０毎に、各々コンタクトホール１６Ａ，１６Ｂを埋めつつ、画素領域を覆うようにセンサ部１０３の下部電極１１が形成されおり、この下部電極１１は、非晶質透明導電酸化膜（ＩＴＯ）からなり、コンタクトホール１６Ａを介してドレイン電極１３と接続され、また、コンタクトホール１６Ｂを介して蓄積容量上部電極１８と接続されている。よって、電荷蓄積容量５とＴＦＴスイッチ４とは下部電極１１を介して電気的に接続されている。また、下部電極１１には、信号配線３の配設された位置にスリット１９を設けている。

下部電極１１上の基板１上の画素２０が設けられた画素領域のほぼ全面には、半導体層６が一様に形成されている。この半導体層６は、Ｘ線などの電磁波が照射されることにより、内部に電荷（電子−正孔）を発生するものである。つまり、半導体層６は電磁波導電性を有し、Ｘ線による画像情報を電荷情報に変換するためのものである。また、半導体層６は、例えば、セレンを主成分とする非晶質のａ−Ｓｅ（アモルファスセレン）からなる。ここで、主成分とは、５０％以上の含有率を有するということである。

この半導体層６上には、上部電極７が形成されている。この上部電極７は、図示しないバイアス電源に接続されており、バイアス電源からバイアス電圧が供給されている。

次に、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００の動作原理について簡単に説明する。

上部電極７と蓄積容量下部電極１４との間にバイアス電圧を印加した状態で、半導体層６にＸ線が照射されると、半導体層６内に電荷（電子−正孔対）が発生する。

半導体層６と電荷蓄積容量５とは電気的に直列に接続された構造となっている。このため、半導体層６内に発生した電子は＋（プラス）電極側に、正孔は−（マイナス）電極側に移動する。画像検出時には、スキャン信号制御装置１０４から全走査配線１０１に対してＯＦＦ信号が出力されて、ＴＦＴスイッチ４のゲート電極２に負バイアスが印加される。これにより、各ＴＦＴスイッチ４がＯＦＦ状態に保持されている。この結果、半導体層６内に発生した電子は下部電極１１により収集されて電荷蓄積容量５に蓄積される。

画像読出時には、スキャン信号制御装置１０４から各走査配線１０１に対して１本ずつ順にＯＮ信号が出力されて、ＴＦＴスイッチ４のゲート電極２に走査配線１０１を介して順次ＯＮ信号（＋１０〜２０Ｖ）が印加される。これにより、複数配置された画素２０のマトリクス配列における行方向に２列ずつ各画素２０のＴＦＴスイッチ４が順次ＯＮされ、２列ずつ各画素２０の電荷蓄積容量５に蓄積された電荷量に応じた電気信号が信号配線３に流れ出す。

ここで、本実施の形態に係る電磁波検出素子１０では、信号配線３を列方向の各画素列に対してそれぞれ２本ずつ配設し、列方向の各画素列毎に、２本の信号配線３をそれぞれ同一の走査配線１０１に接続された異なる各ＴＦＴスイッチ４に接続している。よって、２列ずつ各画素２０から流れ出した電気信号は、それぞれ異なる信号配線３を流れる。

信号検出回路１０５は、各信号配線３に流れた電気信号に基づいて各センサ部１０３の電荷蓄積容量５に蓄積された電荷量を、画像を構成する２ライン分の各画素の情報として検出する。これにより、電磁波検出素子１０に照射されたＸ線により示される画像を示す画像情報を得ることができる。

このように、本実施の形態によれば、各画素２０の電荷蓄積容量５に蓄積された電荷を２列ずつ読み出すことにより、１列ずつ読み出す場合と比較して画像の読み出し速度が向上する。これにより、１列ずつ読み出す場合と比較して走査時間を２倍にすることができるため、高フレームレートでの動画像の撮影が可能となる。

また、本実施の形態によれば、走査配線１０１を２列の画素列毎に配設しているので、１本の信号配線３に対する走査配線１０１の交差箇所の数が減り、各信号配線３の配線容量が小さくなるため、各信号配線３に発生するノイズが小さくなる。また、配設される走査配線１０１の本数が減ることにより、画素２０のサイズを大きくすることができる。

また、本実施の形態によれば、信号配線３が均等な間隔で配設されているので、他の信号配線３との間で各信号配線３に生じる寄生容量を小さくすることができる。

また、本実施の形態によれば、半導体層６に発生した電荷を収集する下部電極１１の信号配線３の配設された位置にスリット１９を設けているので、下部電極１１との間で各信号配線３に生じる寄生容量を小さくすることができ、各信号配線３の配線容量を差を小さく抑えることができる。

また、列方向の画素列毎に、各画素２０のＴＦＴスイッチ４を設けた領域と電荷蓄積容量５を設けた領域の配置を一致させているので、偶数番目と奇数番目で信号配線３の配線容量が略同一となる。

また、本実施の形態によれば、画素２０において、電荷蓄積容量５とＴＦＴスイッチ４とを下部電極１１を介して電気的に接続することにより、別途、電荷蓄積容量５とＴＦＴスイッチ４とを接続する配線を形成する必要が無い。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００の構成は、上記第１の実施の形態（図１参照）と同一であるので、ここでの説明は省略する。

図４には、本実施形態に係る電磁波検出素子１０の構造を示す平面図が示されている。なお、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

同図に示すように、電磁波検出素子１０は、補助容量配線１０２がマトリクス配列における行方向の各画素列に対して２列毎に１本ずつ、走査配線１０１と交互に、当該２列の画素列の間にそれぞれ配設されている。各補助容量配線１０２は、それぞれ２列の画素列の各画素２０に備えられた電荷蓄積容量５の蓄積容量下部電極１４に接続されている。

このように、本実施の形態によれば、補助容量配線１０２を２列毎に１本ずつ配設することにより、信号配線３と補助容量配線１０２との交差箇所の数がさらに減少するため、信号配線３の配線容量をさらに小さくすることができる。

また、本実施の形態によれば、補助容量配線１０２の本数が減ることにより、画素２０のサイズを大きくすることができる。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００の構成は、上記第１の実施の形態（図１参照）と同一であるので、ここでの説明は省略する。

図５には、本実施形態に係る電磁波検出素子１０の構造を示す平面図が示されている。なお、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

同図に示すように、電磁波検出素子１０は、補助容量配線１０２がマトリクス配列における列方向の各画素列に対してそれぞれ１本ずつ、信号配線３と並んで配設されている。

図６には、図５のＡ−Ａ線断面図が示されている。なお、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

本実施の形態に係る電磁波検出素子１０は、基板１上に、第１信号配線層として、走査配線１０１（図５参照。）及びゲート電極２が形成されており、第１信号配線層上には、絶縁膜１５が形成されている。また、絶縁膜１５上には、第２信号配線層として、ソース電極９、ドレイン電極１３、蓄積容量下部電極１４、及び蓄積容量配線１０２（図５参照。）が形成されている。

各補助容量配線１０２は、列方向の各画素列毎に、各画素列の各画素２０に備えられた電荷蓄積容量５の蓄積容量下部電極１４に接続されている。

そして、本実施の形態に係る電磁波検出素子１０は、第２信号配線層上の画素２０が設けられた領域のほぼ全面に絶縁膜２１が形成されており、絶縁膜２１上には、第３信号配線層として、信号配線３が形成され、また、絶縁膜２１上の蓄積容量下部電極１４に対応する位置に蓄積容量上部電極１８が形成されている。

絶縁膜２１には、信号配線３とソース電極９と対向する位置にコンタクトホール１６Ｃ（図５参照）が形成されている。信号配線３とソース電極９はコンタクトホール１６Ｃを介して電気的に接続されている。

これら第３信号配線層上のほぼ全面には、層間絶縁膜１２が形成されている。層間絶縁膜１２には、蓄積容量上部電極１８と対向する位置にコンタクトホール１６Ｂが形成されており、層間絶縁膜１２及び絶縁膜２１には、ドレイン電極１３と対向する位置にコンタクトホール１６Ａが形成されている。層間絶縁膜１２上に形成された下部電極１１は、コンタクトホール１６Ａを介してドレイン電極１３と接続され、また、コンタクトホール１６Ｂを介して蓄積容量上部電極１８と接続されている。

このように、本実施の形態によれば、補助容量配線１０２を列方向に配設することにより、信号配線３と補助容量配線１０２との交差箇所が無くなるため、信号配線３の配線容量をさらに小さくすることができる。

［第４の実施の形態］
図７には、第４の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００の全体構成が示されている。なお、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

同図に示すように、電磁波検出素子１０には、複数配置された画素２０のマトリクス配列における行方向（図７の横方向）の各画素列に対して１本ずつ走査配線１０１がそれぞれ配設されている。

図８には、本実施形態に係る電磁波検出素子１０の構造を示す平面図が示されている。なお、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

同図に示すように、電磁波検出素子１０は、各走査配線１０１が、それぞれ各画素列の各画素２０に備えられた各ＴＦＴスイッチ４に接続されて当該各ＴＦＴスイッチ４をスイッチングする。

また、図７に示すように、電磁波検出素子１０には、走査配線１０１を２本ずつ電気的に接続する接続配線１０７が配設されている。スキャン信号制御装置１０４には、接続配線１０７により接続された２本の走査配線１０１のうちの１本が接続されている。

よって、スキャン信号制御装置１０４から走査配線１０１にＯＮ信号が出力されると、２本の走査配線１０１にＯＮ信号が流れる。

画像読出時には、スキャン信号制御装置１０４は、各走査配線１０１に対して順にＯＮ信号を出力する。これにより、２本ずつ走査配線１０１にＯＮ信号が供給され、２列ずつ電荷の読み出しが行われる。

このように、本実施の形態によれば、各画素２０の電荷蓄積容量５に蓄積された電荷を２列ずつ読み出すことにより、１列ずつ読み出す場合と比較して画像の読み出し速度が向上する。

なお、上記各実施の形態では、複数配置された画素２０のマトリクス配列における行方向に走査配線１０１を配設し、列方向に信号配線３を配設した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、走査配線１０１を列方向に配設し、信号配線３を行方向に配設してもよい。

また、上記第１〜第３の実施の形態では、走査配線１０１を行方向の２列の画素列毎に１本ずつ配設し、信号配線３を列方向の各画素列に対してそれぞれ２本ずつ配設した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、走査配線１０１を行方向のＮ列（Ｎは２以上の自然数）の画素列毎に１本ずつ配設し、信号配線３を列方向の各画素列に対してそれぞれＮ本ずつ配設してもよい。走査配線１０１を行方向の３列以上の画素列毎に１本ずつ配設する場合は、電磁波検出素子１０の層構成を、例えば、第３の実施の形態のような層構成にして、第１信号配線層において、走査配線１０１と各ゲート電極２とを接続する配線を形成すればよい。図９には、走査配線１０１を行方向の４列の画素列毎に１本ずつ配設し、信号配線３を列方向の各画素列に対してそれぞれ４本ずつ配設した電磁波検出素子１０が示されており、図１０には、当該電磁波検出素子１０の構造を示す平面図が示されている。

また、上記第４の実施の形態では、走査配線１０１を行方向の各画素列に対してそれぞれ１本ずつ配設して接続配線１０７により走査配線１０１を２本ずつ電気的に接続した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、接続配線１０７により走査配線１０１をＮ本ずつ以上電気的に接続するようにしてもよい。

また、上記各実施の形態では、信号配線３を均等な間隔で配置した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、各画素列毎に信号配線３を各画素列の各画素２０の脇を沿うように不均等に配設してもよい。図１１には、上記第１の実施の形態のような構成において、信号配線３を画素２０の脇を沿うように不均等に配設した電磁波検出素子１０が示されており、図１２には、当該電磁波検出素子１０の構造を示す平面図が示されている。また、図１３には、上記第４の実施の形態のような構成において、信号配線３を画素２０の脇を沿うように不均等に配設した電磁波検出素子１０が示されている。

また、上記各実施の形態では、列方向の各画素列において各画素２０のＴＦＴスイッチ４を設けた領域と電荷蓄積容量５を設けた領域の配置を一致させた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、列方向の各画素列において各画素２０のＴＦＴスイッチ４を設けた領域と電荷蓄積容量５を設けた領域とを交互に設けてもよい。また、各画素２０毎に電荷蓄積容量５を複数の領域に複数個設けてもよい。図１４には、上記第２の実施の形態のような構成において、各画素２０毎に電荷蓄積容量５を２つの領域にそれぞれ設けた構成が示されている。

また、上記第１〜第３の実施の形態では、各信号配線３に対して列方向の２つの画素のＴＦＴスイッチ４が上下の順に交互に接続される場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、列方向の画素列毎に接続順を、上下、下上と変えてもよい。

また、上記各実施の形態では、受像面を１つの画素エリアとしてマトリクス状に画素２０を複数設けて読み出しを行った場合について説明したが、例えば、特許文献１のように受像面を複数の画素エリアに分けて、各画素エリアの構成に上記各実施の形態のような構成を適用し、各画素エリア毎に画像の読み出しを行うことにより、さらに高フレームレートでの動画像の撮影が可能となる。

また、上記各実施の形態では、検出対象とする電磁波としてＸ線を検出することにより画像を検出する放射線画像撮影装置１００に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、検出対象とする電磁波は可視光や紫外線、赤外線等いずれであってもよい。

また、上記各実施の形態では、放射線を直接、半導体層で電荷に変換して蓄積する直接変換方式の電磁波検出素子１０に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、放射線を一度シンチレータで光に変換し、変換した光を半導体層で電荷に変換して蓄積する間接変換方式の電磁波検出素子に適用してもよい。

また、上記各実施の形態では、電磁波検出素子１０が各画素２０に電荷蓄積容量５を備えた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではないく、例えば、下部電極１１が電荷を十分に蓄積できる容量を有する場合、各画素２０に電荷蓄積容量５が形成されない場合もある。

その他、上記各実施の形態で説明した放射線画像撮影装置１００の構成（図１及び図７参照。）及び電磁波検出素子１０の構成（図２〜図６、及び図８〜図１４）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

第１〜第３の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の全体構成を示す構成図である。 第１の実施の形態に係る電磁波検出素子の構成を示す平面図である。 第１の実施の形態に係る電磁波検出素子の線断面図である。 第２の実施の形態に係る電磁波検出素子の構成を示す平面図である。 第３の実施の形態に係る電磁波検出素子の構成を示す平面図である。 第３の実施の形態に係る電磁波検出素子の線断面図である。 第４の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の全体構成を示す構成図である。 第４の実施の形態に係る電磁波検出素子の構成を示す平面図である。 第１〜第３の実施の形態に係る電磁波検出素子の他の構成を示す構成図である。 第１〜第３の実施の形態に係る電磁波検出素子の他の構成を示す平面図である。 第１の実施の形態に係る電磁波検出素子の他の構成を示す構成図である。 第１の実施の形態に係る電磁波検出素子の他の構成を示す平面図である 第４の実施の形態に係る電磁波検出素子の他の構成を示す構成図である。 第３の実施の形態に係る電磁波検出素子の他の構成を示す平面図である

符号の説明

３ 信号配線
４ ＴＦＴスイッチ（スイッチ素子）
５ 電荷蓄積容量（電荷蓄積部）
６ 半導体層
１０ 電磁波検出素子
１１ 下部電極（収集電極）
１９ スリット
２０ 画素
１００ 放射線画像撮影装置
１０１ 走査配線
１０２ 補助容量配線

Claims (10)

1. 一方向及び当該一方向に対する交差方向にマトリクス状に複数配置され、各々検出対象とする電磁波が照射されることにより発生した電荷を蓄積し、当該蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子を備えた画素と、
   前記複数配置された画素のマトリクス配列における前記一方向の各画素列に対して複数の画素列毎に１本ずつそれぞれ配設され、それぞれ当該複数の画素列の各画素に備えられた各スイッチ素子に接続されて当該各スイッチ素子をスイッチングする走査配線と、
   前記マトリクス配列における前記交差方向の各画素列に対してそれぞれ複数本ずつ配設され、交差方向の各画素列毎に同一の前記走査配線に接続された異なる各スイッチ素子にそれぞれ接続されて当該スイッチ素子のスイッチング状態に応じて前記画素に蓄積された電荷が流れる信号配線と、
   を備えた電磁波検出素子。
2. 一方向及び当該一方向に対する交差方向にマトリクス状に複数配置され、各々検出対象とする電磁波が照射されることにより発生した電荷を蓄積し、当該蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子を備えた画素と、
   前記複数配置された画素のマトリクス配列における前記一方向の各画素列に対してそれぞれ１本ずつそれぞれ配設され、それぞれ当該画素列の各画素に備えられた各スイッチ素子に接続されて当該各スイッチ素子をスイッチングする走査配線と、
   前記走査配線を所定本ずつ電気的に接続する接続配線と、
   前記マトリクス配列における前記交差方向の各画素列に対してそれぞれ複数本ずつ配設され、交差方向の各画素列毎に同一の前記接続配線によって電気的に接続された所定本の前記走査配線に各々接続された異なる各スイッチ素子にそれぞれ接続されて当該スイッチ素子のスイッチング状態に応じて前記画素に蓄積された電荷が流れる信号配線と、
   を備えた電磁波検出素子。
3. 前記走査配線は、前記一方向の各画素列に対して２列毎に１本ずつ、当該２列の画素列の間にそれぞれ配設され、
   各画素は、スイッチ素子がそれぞれ前記走査配線側に設けられている
   請求項１記載の電磁波検出素子。
4. 前記信号配線は、前記交差方向の各画素列に対してそれぞれ２本ずつ、当該２本の内の１本が画素の中央部を通るように配設されている
   請求項１〜請求項３の何れか１項記載の電磁波検出素子。
5. 前記信号配線は、均等な間隔で配設されている
   請求項１〜請求項４の何れか１項記載の電磁波検出素子。
6. 前記画素は、発生した電荷を収集する収集電極を備え、
   前記収集電極は、前記信号配線の配設された位置にスリットが設けられている
   請求項１〜請求項５の何れか１項記載の電磁波検出素子。
7. 前記画素は、収集した電荷を蓄積する電荷蓄積部を備え、
   前記電荷蓄積部と前記スイッチ素子とが前記収集電極を介して電気的に接続されている
   請求項６記載の電磁波検出素子。
8. 前記電荷蓄積部は、２つの電極が対向配置され、
   前記マトリクス配列における前記一方向の各画素列に対して複数の画素列毎に１本ずつそれぞれ配設され、それぞれ当該複数の画素列の各画素に備えられた前記電荷蓄積部の一方の電極に接続された補助容量配線をさらに備えた
   請求項７記載の電磁波検出素子。
9. 前記電荷蓄積部は、２つの電極が対向配置され、
   前記マトリクス配列における前記交差方向の各画素列に対してそれぞれ１本ずつ前記信号配線と並んで配設され、前記交差方向の各画素列毎に、各画素列の各画素に備えられた前記電荷蓄積部の一方の電極に接続された補助容量配線をさらに備えた
   請求項７記載の電磁波検出素子。
10. 前記信号配線と前記補助容量配線は、別な配線層により形成された
    請求項８又は請求項９記載の電磁波検出素子。

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