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TWI655755B - 放射線偵測元件以及放射線圖像偵測裝置 - Google Patents

放射線偵測元件以及放射線圖像偵測裝置 Download PDF

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TWI655755B
TWI655755B TW102135035A TW102135035A TWI655755B TW I655755 B TWI655755 B TW I655755B TW 102135035 A TW102135035 A TW 102135035A TW 102135035 A TW102135035 A TW 102135035A TW I655755 B TWI655755 B TW I655755B
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岡田美広
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日商富士軟片股份有限公司
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Abstract

本發明的課題是抑制圖像的偽影。放射線偵測元件10包括：多個六邊形的畫素20，排列為蜂窩狀，包括藉由照射放射線而產生電荷的感測器部103、儲存所產生的電荷的電荷儲存電容5、以及用以將儲存於電荷儲存電容5的電荷讀出的TFT開關4；多個掃描配線101，沿第1方向並列配置，且輸出對TFT開關4進行開關控制的開關信號；以及多個資料配線3，沿與第1方向交叉的第2方向並列配置，且輸出藉由TFT開關4讀出的電荷。TFT開關4於第1方向上，夾著資料配線3而彼此自不同的側連接於資料配線3，且TFT開關4的源極電極9以及汲極電極13的配置以於第1方向成為相同的方式配置。

Description

放射線偵測元件以及放射圖像偵測裝置
本發明是有關於一種放射線偵測元件以及放射線圖像偵測裝置。本發明尤其是有關於一種畫素配置為蜂窩狀(honeycomb)的放射線偵測元件以及放射線圖像偵測裝置。
近年來，於多半的放射線圖像偵測裝置中，使用平板偵測器(Flat Panel Detector，FPD)作為放射線偵測元件，該平板偵測器是將X射線感應層配置於薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)主動矩陣(active matrix)基板上，可將X射線資訊直接轉換為數位資料(digital data)。為了使該平板偵測器的解析度提高，有效的是使畫素尺寸變小。尤其，於將放射線吸收並轉換為電荷的光電轉換層使用硒(Se)的直接轉換方式的放射線偵測元件中，畫素尺寸有助於提高解析度。因此，近年來，嘗試著利用畫素尺寸的高精細化來提高畫質。
另一方面，於平板偵測器中，可收集的電荷量與畫素尺寸的縮小成比例地減少，信噪(signal to noise，S/N)降低，故而即便解析度提高，綜合性的畫質偵測量子效率(detective quantum efficiency，DQE)亦降低。因此，提出有藉由使畫素的形狀為六邊形等，並將該等畫素排列為蜂窩狀，而提高解析度與維持信噪，並且實現光的利用率提高(例如，參照專利文獻1~專利文獻4)。
例如於專利文獻1中記載有如下構成的放射線偵測元件200，該放射線偵測元件200為如圖14所示，多個六邊形的畫素20相互鄰接並且二維狀地排列有多個，且排列為蜂窩狀。各畫素20包括薄膜電晶體4(以下，稱為薄膜電晶體開關4)。
又，於放射線偵測元件200配置有：多個掃描配線101，於圖14中沿作為橫向的X方向(行方向)延伸設置，且沿與X方向正交的Y方向(列方向)並列配置；以及多個資料配線3，與該等掃描配線101交叉，且沿畫素20的周緣彎曲並且沿Y方向延伸設置。又，於放射線偵測元件200，與多個掃描配線101交叉、並且於多個資料配線3之間不與該等多個資料配線3交叉地配置有多個共用接地(ground)配線30。
掃描配線101如圖14所示，相對於各自包含多個畫素的畫素列20a~畫素列20d而均配置有一根，且連接於構成形成於各畫素20的薄膜電晶體開關4的閘極電極2。於閘極電極2等的上層，形成有構成薄膜電晶體開關4的源極(source)電極9以及汲極(drain)電極13。於形成有源極電極9以及汲極電極13的配線層，與源極電極9、汲極電極13一同形成有資料配線3。資料配線3沿畫素20的周緣，以於鄰接的畫素與畫素之間迂迴的方式彎曲配置，且連接於形成於各畫素列的畫素20的源極電極9。即，資料配線3沿各個畫素20的周緣(6邊)中的連續的3邊，並且沿列方向延伸設置。
又，放射線偵測元件200成為如下構成，即各畫素20中的薄膜電晶體開關4的配置於每個畫素列20a~畫素列20d而不同。更具體而言，對於畫素列20a~畫素列20d的各畫素，於將各畫素沿縱向2等分的線段、及各畫素的周緣中連續設置有資料配線3的3邊所包圍的區域配置有薄膜電晶體開關4。
而且，對於畫素列20a的畫素，於畫素20的右側半部分的區域配置有薄膜電晶體開關4，對於位於畫素列20a的下段的畫素列20b的畫素，於畫素20的左側半部分的區域配置有薄膜電晶體開關4。以下，同樣地分別為於畫素列20c中，於畫素20的右側半部分的區域配置有薄膜電晶體開關4，且於畫素列20d中，於畫素20的左側半部分的區域配置有薄膜電晶體開關4。
藉由如此般配置薄膜電晶體開關4，而於位於畫素列20a的畫素20中，配置於畫素的右側半部分的區域的薄膜電晶體開關4的源極電極9，與連續設置於畫素的右側半部分的區域的3邊的資料配線3連接。又，於畫素列20b的畫素20中，配置於畫素的左側半部分的區域的薄膜電晶體開關4的源極電極9，與連續設置於畫素的左側半部分的區域的3邊的資料配線3連接。對於畫素列20c以及畫素列20d亦相同，於畫素列20c中連續設置於畫素的右側半部分的區域的3邊的資料配線3與薄膜電晶體開關4的源極電極9連接，且於畫素列20d中連續設置於畫素的左側半部分的區域的3邊的資料配線3與薄膜電晶體開關4的源極電極9連接。
即，於圖14所示的放射線偵測元件200中，於Y方向的第2N+1段(N為整數)畫素列(第奇數個畫素列)與第2N+ 2段畫素列(第偶數個畫素列)，薄膜電晶體開關4的朝向不同。即，X方向上的源極電極9以及汲極電極13的位置關係顛倒。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]PCT/JP2012/068722
[專利文獻2]日本專利特開2003-255049號公報
[專利文獻3]日本專利特開2011-109012號公報
[專利文獻4]日本專利特開2011-146587號公報
然而，如上所述於薄膜電晶體開關4的朝向針對每一段而變化的構成中，於在製造薄膜電晶體開關4而光罩(photomask)的位置偏移的情形時，存在薄膜電晶體開關4的寄生電容，具體而言閘極-汲極間的寄生電容Cgdt、閘極-源極間的寄生電容Cgst針對每一段具有週期性而產生不均的問題。
例如，於在配置有閘極電極2的閘極層上，形成配置有源極電極9以及汲極電極13的資料層時，即便於光罩的位置於Y方向偏移的情形時，於第2N+1段畫素列與第2N+2段畫素列，閘極-汲極間的位置偏移以及閘極-源極間的位置偏移的方向亦成為相同方向，故而寄生電容Cgdt、寄生電容Cgst不會針對每一段具有週期性而產生不均。
另一方面，於光罩的位置於X方向偏移的情形時，於第2N+1段畫素列與第2N+2段畫素列，閘極-汲極間的位置偏移以 及閘極-源極間的位置偏移向不同的方向變化。因此，例如第2N+1段畫素以寄生電容Cgdt、寄生電容Cgst均增加的方式，且第2N+2段畫素以寄生電容Cgdt、寄生電容Cgst均減少的方式，針對每一段而寄生電容Cgdt、寄生電容Cgst的變化週期性地產生不均，從而產生圖像的偽影(artifact)。
對於該問題進行具體說明。
於如上所述的放射線偵測元件200中，即便於不照射放射線的情形時，亦會因各種因素而儲存有固定的漂移電荷(offset charge)。所儲存的漂移電荷包含自放射線偵測元件洩漏的電荷以及薄膜電晶體開關4的饋通(feed through)電荷。該等中成為問題的是饋通電荷。
此處，若將由畫素電極的薄膜電晶體開關4的閘極接通/斷開所引起的饋通電荷設為Qft1，則Qft1以下式表示。
Qft1=Qft_on+Qft_off=[Cgst(on)-Cgst(off)]×Vpp=△Cgst×Vpp…(1)
此處，Qft_on為閘極自斷開變化為接通時的電荷，Qft_off為閘極自接通變化為斷開時的電荷，Cgst(on)為閘極自斷開變化為接通時的閘極-源極間的寄生電容，Cgst(off)為閘極自接通變化為斷開時的閘極-源極間的寄生電容，△Cgst為Cgst(on)與Cgst(off)的差分，Vpp為電源電壓。
另一方面，實際上於汲極電極側產生的電荷亦於信號配線傳輸並由放大器電路(amplifier circuit)直接讀取，若將該成分設為Qft2，則Qft2以下式表示。
Qft2=Qft2_on+Qft2_off=[(Cgdt(on)-Cgdt(off)]×Vpp=△Cgdt×Vpp…(2)
此處，Qft_2on為閘極自斷開變化為接通時的電荷，Qft2_off為閘極自接通變化為斷開時的電荷，Cgdt(on)為閘極自斷開變化為接通時的閘極-汲極間的寄生電容，Cgdt(off)為閘極自接通變化為斷開時的閘極-汲極間的寄生電容，△Cgdt為Cgdt(on)與Cgdt(off)的差分。
根據上述(1)、(2)式，整體的饋通電荷Qft以下式表示。
Qft=Qft1+Qft2=[△Cgdt+△Cgst]＊Vpp…(3)
而且，如上所述於在製造薄膜電晶體開關4而光罩的位置於X方向偏移的情形時，△Cgdt以及△Cgst的值於第2N+1段畫素與第2N+2段畫素中的一者向增加方向變動，且於另一者向減少方向變動。藉此，饋通電荷於每一段畫素列規則性地變化，故而例如相對於第2N+1段畫素列而於第2N+2段畫素列偏移值變高，從而產生圖像偽影。
本發明提供一種可抑制圖像的偽影的放射線偵測元件以及放射線圖像偵測裝置。
本發明的放射線偵測元件包括：多個多邊形的畫素，排列為蜂窩狀，且包括藉由照射放射線而產生電荷並儲存該電荷的電荷產生儲存部、以及與上述電荷產生儲存部連接並且用以將儲存於上述電荷產生儲存部的電荷讀出的開關元件；多個掃描配 線，沿第1方向並列配置，且輸出對上述開關元件進行開關控制的開關信號；以及多個資料配線，沿與上述第1方向交叉之第2方向並列配置，且輸出藉由上述開關元件讀出的上述電荷，多個上述開關元件的各者於上述第1方向上，夾著所對應的上述資料配線而彼此自不同側連接於上述資料配線，且上述開關元件的源極電極以及汲極電極的配置以於上述第1方向成為相同的方式配置。
又，本發明亦可為如下構成，即以上述開關元件的通道(chunnel)寬度方向與上述掃描配線並行的方式配置有上述開關元件。
又，本發明亦可為如下構成，即上述資料配線沿上述多邊形的畫素的周緣的一部分彎曲配置，且上述開關元件配置於上述掃描配線上。
又，本發明亦可為如下構成，即上述開關元件的上述源極電極直線狀地連接於上述資料配線。
又，本發明亦可為如下構成，即上述電荷產生儲存部以及上述開關元件於藉由上述多個掃描配線劃分的每一畫素列交替地配置於上述資料配線的一側或另一側。
又，本發明亦可為如下構成，即上述放射線偵測元件包括多個共用配線，在上述多個資料配線之間直線狀地延伸設置，且將上述電荷產生儲存部固定為規定電位。
又，本發明亦可為如下構成，即上述多邊形的畫素為六邊形的畫素。
又，本發明亦可為如下構成，即上述多邊形的畫素為菱 形形狀的畫素。
又，本發明亦可為如下構成，即上述多邊形的畫素為矩形狀的畫素。
本發明的放射線圖像偵測裝置包括：如技術方案第1項至第9項中任一項所述的放射線偵測元件；掃描信號控制部，對上述多個掃描配線輸出對上述開關元件進行開關控制的信號；以及信號處理部，偵測與經由上述多個資料配線而傳輸的上述電荷對應的電信號，且對偵測出的上述電信號實施預先規定的處理而生成數位圖像資料。
根據本發明，具有可抑制圖像的偽影的效果。
1‧‧‧基板
2‧‧‧閘極電極
3‧‧‧資料配線
4‧‧‧薄膜電晶體開關(開關元件)
5‧‧‧電荷儲存電容(電荷產生儲存部)
6‧‧‧光電轉換層
7‧‧‧上部電極
8‧‧‧半導體活性層
9‧‧‧源極電極
10‧‧‧放射線偵測元件
11‧‧‧下部電極
12‧‧‧層間絕緣膜
13‧‧‧汲極電極
14‧‧‧儲存電容下部電極
15A‧‧‧絕緣膜
15B‧‧‧薄膜電晶體保護膜層
16‧‧‧儲存電容上部電極
17‧‧‧接觸孔
20、40‧‧‧畫素
20a、20b、20c、20d‧‧‧畫素列
25‧‧‧信號處理部
30‧‧‧共用接地配線
35‧‧‧掃描信號控制部
51~53‧‧‧邊
54‧‧‧線段
90‧‧‧圖像記憶體
100‧‧‧放射線圖像偵測裝置
101‧‧‧掃描配線
103‧‧‧感測器部(電荷產生儲存部)
105‧‧‧閘極配線
110‧‧‧放射線偵測元件
112‧‧‧光電轉換元件
114‧‧‧偏壓配線
200‧‧‧放射線偵測元件
a1~a12‧‧‧區域
D1~D3‧‧‧資料配線
G1~G6‧‧‧掃描配線
圖1是表示放射線圖像偵測裝置的整體構成的圖。
圖2是示意性地表示放射線偵測元件中的畫素單位的構造的俯視圖。
圖3是沿圖2的A-A線的剖面圖。
圖4是示意性地表示各畫素中的薄膜電晶體開關的配置位置的圖。
圖5是畫素的構造的局部放大圖。
圖6是示意性地表示放射線偵測元件的變形例中的畫素的構造的俯視圖。
圖7是變形例中的畫素的構造的局部放大圖。
圖8是表示變形例中的放射線偵測元件的整體構成的圖。
圖9是表示變形例中的放射線偵測元件的整體構成的圖。
圖10是表示變形例中的放射線偵測元件的整體構成的圖。
圖11是示意性地表示放射線偵測元件的變形例中的畫素的構造的俯視圖。
圖12是示意性地表示放射線偵測元件的變形例中的畫素的構造的俯視圖。
圖13是放射線偵測元件的變形例中的畫素的構造的剖面圖。
圖14是表示先前的放射線偵測元件的信號配線的俯視圖。
以下，一面參照圖式，一面對本發明的實施形態進行說明。圖1表示本發明的實施形態的放射線圖像偵測裝置的整體構成。又，圖2是示意性地表示本實施形態的放射線圖像偵測裝置100的放射線偵測元件10的畫素單位的構造的俯視圖。進而，圖3是沿圖2的A-A線的剖面圖。
圖1所示的放射線圖像偵測裝置100的放射線偵測元件10中，多個六邊形的畫素20相互鄰接並且二維狀地排列有多個，排列為蜂窩狀的畫素20構成畫素區域。各畫素20包含感測器(sensor)部103、電荷儲存電容5、以及薄膜電晶體開關4而構成。各畫素20的感測器部103(參照圖3)接收所照射的放射線(X射線)而產生電荷。電荷儲存電容5儲存利用感測器部103產生的電荷。薄膜電晶體開關4讀出儲存於電荷儲存電容5的電荷。
再者，此處的畫素形狀的「六邊形」並不限定於正六邊形，亦包含將角去除的大致六邊形。又，例如亦包含在圖1的紙 面上下方向壓扁的扁平六邊形等、以平面狀觀察成為大致六邊形者。
又，所謂將各畫素20配置為蜂窩狀，是指如圖2以及圖4所示的畫素列20a~畫素列20d般，將第1畫素列與第2畫素列沿第1方向(列方向)交替地排列，並且上述第2畫素列的畫素20對應於上述第1畫素列的鄰接的畫素間而配置，且以僅偏移有上述第1畫素列的各畫素20的排列間距(pitch)的1/n(n為自然數，圖2、圖4中作為一例而設為n=2)的方式配置。
於第1畫素列，相同大小的六邊形狀的畫素20沿第2方向排列有多個。於第2畫素列，與第1畫素列的畫素20為相同大小的六邊形狀的畫素20，沿與第1方向正交的第2方向(行方向)排列有多個。
又，於放射線圖像偵測裝置100的放射線偵測元件10，多個資料配線3以沿第1方向延伸的方式設置，並且多個掃描配線101以沿第2方向延伸的方式設置。
資料配線3是用以讀出儲存於電荷儲存電容5的電荷的信號路徑。又，於電荷儲存電容5的一電極連接有沿第1方向延伸設置的共用接地配線30(亦稱為儲存電容配線或者共用配線)。
掃描配線101是用以使各個畫素的薄膜電晶體開關4接通/斷開的信號路徑。再者，圖1所示的放射線偵測元件10中，為了方便說明與圖示，而例示配置有4根掃描配線G1~掃描配線G4、3根資料配線D1~資料配線D3、以及4根共用接地配線30的構成。又，放射線偵測元件10如下所述採用使用非晶硒等放射線-電荷轉換材料而將放射線直接轉換為電荷的構成。
於放射線圖像偵測裝置100的放射線偵測元件10中，掃描配線G1~掃描配線G4與共用接地配線30以相互正交的方式而分別直線狀地配置。又，資料配線D1~資料配線D3沿六邊形的畫素20的周緣而鋸齒狀地(或以蜿蜒的方式)配置。再者，如下所述，以覆蓋電荷儲存電容5以及薄膜電晶體開關4的方式而設置有光電轉換層6。光電轉換層6使用例如半導體層。
信號處理部25具有將流出至各資料配線D1~資料配線D3的電荷作為電信號來偵測的信號偵測器(未圖示)，且對偵測出的電信號實施預先規定的處理。又，信號處理部25對各信號偵測器以及掃描信號控制部35輸出表示信號偵測的時序(timing)的控制信號或表示掃描信號的輸出的時序的控制信號。其結果，掃描信號控制部35接收來自信號處理部25的控制信號，而對掃描配線G1~掃描配線G4輸出用以使薄膜電晶體開關4接通/斷開的信號。
更具體而言，於信號處理部25中，自各個資料配線D1~資料配線D3傳輸的電荷信號由放大器(未圖示)放大，並保持於取樣保持電路(sample hold circuit)(未圖示)。保持於各個取樣保持電路的電荷信號依序輸入至多工器(multiplexer)(未圖示)之後，藉由類比/數位(Analog/Digital，A/D)轉換器(未圖示)轉換為數位圖像資料。又，如圖1所示，於信號處理部25連接有圖像記憶體90。自上述類比/數位轉換器輸出的數位圖像資料被依序記憶於該圖像記憶體90。圖像記憶體90例如將拍攝的放射線圖像記憶為多個幀(frame)的數位圖像資料。
於使用上述放射線偵測元件10的放射線圖像偵測裝置 100拍攝放射線圖像的情形時，在照射放射線(X射線)的期間，對各掃描配線G1~掃描配線G4輸出斷開(OFF)信號而使各薄膜電晶體開關4斷開，從而將於下述的半導體層產生的電荷儲存於各電荷儲存電容5。然後，於讀出圖像的情形時，對各掃描配線G1~掃描配線G4逐條線(line)地依序輸出接通信號而使各薄膜電晶體開關4接通，從而將儲存於各電荷儲存電容5的電荷作為電信號讀出，並將所讀出的電信號轉換為數位資料，藉此獲得放射線圖像。
圖2是示意性地表示放射線偵測元件10的畫素單位的構造的俯視圖。如圖2所示，於放射線偵測元件10配置有：多個掃描配線101，沿第1方向並列配置；以及多個資料配線3，與該等掃描配線101交叉，沿畫素20的周緣彎曲並且沿第2方向並列配置。又，於放射線偵測元件10，與多個掃描配線101正交、並且於多個資料配線3之間不與該等多個資料配線3交叉地配置有多個共用接地配線30。
放射線偵測元件10如沿圖2的A-A線的剖面圖即圖3所示成為如下構造，即於絕緣性的基板1上形成有閘極電極2、掃描配線101、及儲存電容下部電極14作為閘極配線層。例如，如圖3所示，共用接地配線30於絕緣性的基板1上藉由與儲存電容下部電極14等相同的金屬層而形成。
如圖2所示，掃描配線101相對於各自包含多個畫素的畫素列20a~畫素列20d而均配置有一根，且連接於形成於各畫素20的閘極電極2。
用於該閘極電極2的閘極配線層，使用例如Al或者Cu、 或以Al或者Cu為主體的積層膜而形成。又，於閘極配線層上，於一面形成有絕緣膜15A，位於閘極電極2上的部位作為薄膜電晶體開關4的閘極絕緣膜而發揮作用。該絕緣膜15A包含例如SiNX等，例如，藉由化學氣相沈積(Chemical Vapor Deposition，CVD)成膜法而形成。進而，於絕緣膜15A上的閘極電極2上，以島狀形成有半導體活性層8。該半導體活性層8為薄膜電晶體開關4的通道部，包含例如非晶矽膜。
於該等閘極電極2等的上層，形成有源極電極9、以及汲極電極13。於形成有源極電極9以及汲極電極13的配線層，與源極電極9、汲極電極13一同形成有資料配線3。又，於絕緣膜15A上的對應於儲存電容下部電極14的位置形成有儲存電容上部電極16。汲極電極13連接於儲存電容上部電極16。
資料配線3沿畫素20的周緣，以於鄰接的畫素與畫素之間迂迴的方式彎曲配置，且連接於形成於各畫素列的畫素20的源極電極9。即，資料配線3沿各個畫素20的周緣(6邊)中的連續的3邊，並且沿列方向延伸設置。
放射線偵測元件10成為如下構成，即各畫素20的薄膜電晶體開關4的配置於每個畫素列20a~畫素列20d不同。更具體而言，如圖4所示，對於畫素列20a~畫素列20d的各畫素，於由將各畫素沿縱向2等分的線段(圖中，以單點鏈線表示)、及各畫素的周緣中連續設置有資料配線3的3邊所包圍的區域(若以畫素40為例，則由線段54及邊51~邊53的3邊所包圍的區域a1)，配置薄膜電晶體開關4。即，對於畫素列20a的畫素，於區域a1~區域a3配置薄膜電晶體開關4，對於位於畫素列20a的下段的 畫素列20b的畫素，於區域a4~區域a6配置薄膜電晶體開關4。以下，同樣地於畫素列20c中，於區域a7~區域a9配置薄膜電晶體開關4，於畫素列20d中，於區域a10~區域a12配置薄膜電晶體開關4。
藉由如此般配置薄膜電晶體開關4，而於位於畫素列20a的畫素20中，配置於區域a1~區域a3的薄膜電晶體開關4的源極電極9，與連續設置於區域a1~區域a3的右側的3邊的資料配線3連接。又，於畫素列20b的畫素20中，配置於區域a4~區域a6的薄膜電晶體開關4的源極電極9，與連續設置於區域a4~區域a6的左側的3邊的資料配線3連接。關於畫素列20c、以及畫素列20d亦相同，於畫素列20c中，連續設置於區域a7~區域a9的右側的3邊的資料配線3，與薄膜電晶體開關4的源極電極9連接，於畫素列20d中，連續設置於區域a10~區域a12的左側的3邊的資料配線3，與薄膜電晶體開關4的源極電極9連接。
其結果，放射線偵測元件10中，無需一面避免薄膜電晶體開關4與資料配線3的連接點，一面使共用接地配線30彎曲配置。因此，如圖2所示，放射線偵測元件10中，可將共用接地配線30沿第1方向配置為直線狀，從而可避免共用接地配線的電阻多餘升高。又，藉由共用接地配線30配置為直線狀，可將儲存電容下部電極14相互之間以較短的距離接線。因此，有效率地減小共用接地配線30的連接電阻、配線電阻，藉此可將接地配線以及儲存電容下部電極14穩定地保持為固定電壓(例如接地電壓)。再者，此處，所謂共用接地配線30配置為直線狀，是指於可容許放射線偵測元件10的製造步驟中的誤差的範圍內維持直線狀態。
圖3所示的形成有源極電極9、汲極電極13、資料配線3、以及儲存電容上部電極16的配線層(亦稱為源極配線層)，使用例如Al或者Cu、或以Al或者Cu為主體的積層膜而形成。於源極電極9以及汲極電極13與半導體活性層8之間，形成有包含添加雜質的非晶矽等的添加雜質的半導體層(未圖示)。再者，薄膜電晶體開關4根據藉由下述的下部電極11收集、儲存的電荷的極性，而使源極電極9與汲極電極13成為相反關係。
於覆蓋源極配線層、且為基板1上的設置有畫素的區域的大致整個面(大致整個區域)，形成有薄膜電晶體保護膜層15B。該薄膜電晶體保護膜層15B包含例如SiNX等，藉由例如化學氣相沈積成膜法而形成。而且，於該薄膜電晶體保護膜層15B上，形成有塗佈型的層間絕緣膜12。該層間絕緣膜12藉由低介電常數(相對介電常數εr=2~4)的感光性的有機材料(例如正型感光性丙烯酸系樹脂：於包含甲基丙烯酸與甲基丙烯酸縮水甘油酯的共聚物的基礎聚合物中混合有二疊氮萘醌系正型感光劑的材料等)以1μm~4μm的膜厚形成。
放射線偵測元件10中，藉由該層間絕緣膜12而將配置於層間絕緣膜12的上層與下層的金屬間的電容抑制為低。又，形成層間絕緣膜12的上述材料，一般而言亦具有作為平坦化膜的功能，亦具有使下層的階差平坦化的效果。又，放射線偵測元件10於該層間絕緣膜12以及薄膜電晶體保護膜層15B的與儲存電容上部電極16對向的位置形成有接觸孔(contact hole)17。
如圖3所示，於層間絕緣膜12上，以針對各畫素20分別填埋接觸孔17並且覆蓋畫素區域的方式形成有感測器部103的 下部電極11。該下部電極11包含非晶質透明導電氧化膜(Indium Tin Oxides，ITO，氧化銦錫)，且經由接觸孔17而與儲存電容上部電極16連接。其結果，下部電極11與薄膜電晶體開關4經由儲存電容上部電極16而電性連接。
如圖1中虛線所示，下部電極11配合於畫素20的形狀而形成為六邊形、正六邊形、或將角去除的大致六邊形的形狀。然而，下部電極11與畫素20相同地配置為蜂窩狀即可，下部電極11的形狀並不限定於上述形狀。
又，下部電極11與資料配線3亦可配置為於剖面方向(即，以基板1為底部而積層有各層的積層方向)不重疊。藉由設為該配置，可降低下部電極11與資料配線3之間的附加電容，從而可提高流過資料配線3的信號的信噪。
於下部電極11上且基板1上的設置有畫素20的畫素區域的大致整個面，同樣地形成有光電轉換層6。該光電轉換層6藉由照射X射線等放射線，而於內部產生電荷(電子-電洞)。即，光電轉換層6具有導電性，用以將利用放射線所生成的圖像資訊轉換為電荷資訊，例如，包含以硒為主成分的膜厚100μm~1000μm的非晶質的a-Se(非晶硒)。此處，所謂主成分是指具有50%以上的含有率。於光電轉換層6上形成有上部電極7。該上部電極7連接於偏壓(bias)電源(未圖示)，自該偏壓電源供給偏壓電壓(bias voltage)(例如數kV)。上述的多個掃描配線101、多個資料配線3、多個共用接地配線30、以及薄膜電晶體開關4配置於包含光電轉換層6的感測器部103的下層側。
又，如圖2所示，薄膜電晶體開關4於第1方向，夾著 資料配線3而彼此自不同側連接於資料配線3。即，於第1方向上，第奇數個畫素列20a、畫素列20c的各畫素20自資料配線3的左側連接薄膜電晶體開關4，於第1方向上，第偶數個畫素列20b、畫素列20d的各畫素20自資料配線3的右側連接薄膜電晶體開關4。
而且，如圖5所示，連接於薄膜電晶體開關4的閘極電極2的閘極配線105與掃描配線101並行，並且連接於掃描配線101。又，於與掃描配線101並行配置的閘極配線105的寬度方向(第1方向)上側配置有汲極電極13，且於下側配置有源極電極9。即，以薄膜電晶體開關4的通道寬度方向與掃描配線101並行的方式，配置有薄膜電晶體開關4。該汲極電極13、源極電極9的第1方向上的配置，於第1方向上的第奇數個畫素列20a、畫素列20c與第偶數個畫素列20b、畫素列20d相同。
如此，薄膜電晶體開關4於第1方向上，夾著資料配線3而彼此自不同側連接於資料配線3，但是薄膜電晶體開關4的源極電極9以及汲極電極13的配置以於第1方向成為相同的方式配置。
因此，於在配置有閘極電極2的閘極層上，形成配置有源極電極9以及汲極電極13的資料層時，即便於光罩的位置於第1方向偏移的情形時，於第1方向上的第奇數個畫素列與第偶數個畫素列，閘極-汲極間的位置的偏移以及閘極-源極間的位置的偏移亦於同一方向變化，故而上述的寄生電容Cgdt、寄生電容Cgst於同一方向變化。因此，可抑制寄生電容Cgdt、寄生電容Cgst的變化週期性地產生不均，從而可抑制圖像偽影的產生。
又，於光罩的位置於第2方向偏移的情形時，閘極配線105與掃描配線101並行，成為於第2方向長的直線形狀，故而閘極-汲極間的位置關係以及閘極-源極間的位置關係無變化，從而寄生電容Cgdt、寄生電容Cgst不會變化。因此，不會產生圖像偽影。
其次，對本實施形態的放射線圖像偵測裝置100的動作進行說明。若於對上述的上部電極7與儲存電容下部電極14之間施加有偏壓電壓的狀態下，對光電轉換層6照射X射線，則於光電轉換層6內產生電荷(電子-電洞對)。光電轉換層6與電荷儲存電容5成為電性串聯連接的構造，故而於光電轉換層6內產生的電子向+(正)電極側移動，電洞向-(負)電極側移動。
於圖像偵測時，自掃描信號控制部35對所有掃描配線101輸出斷開信號(0V)，對薄膜電晶體開關4的閘極電極2施加負偏壓。藉此，各薄膜電晶體開關4保持為斷開狀態。其結果，於光電轉換層6內所產生的電子藉由下部電極11收集並儲存於電荷儲存電容5。
光電轉換層6產生與所照射的放射線量對應的電荷量，故而與放射線載持的圖像資訊對應的電荷儲存於各畫素的電荷儲存電容5。再者，由於對上部電極7與儲存電容下部電極14之間施加上述數kV的電壓，故而必須對由光電轉換層6形成的電容採用大的電荷儲存電容5。
另一方面，於讀出圖像時，自掃描信號控制部35對各掃描配線101逐根地依序輸出接通信號，對薄膜電晶體開關4的閘極電極2經由掃描配線101而依序施加接通信號(例如，電壓為+10V~20V的信號)。藉此，掃描配線方向的各畫素列的各畫 素20的薄膜電晶體開關4逐列地依序成為接通，從而逐列地使與儲存於各畫素20的電荷儲存電容5的電荷量對應的電信號流出至資料配線3。信號處理部25根據流過各資料配線3的電信號，而偵測儲存於電荷儲存電容5的電荷量作為構成圖像的畫素的資訊。藉此，放射線偵測元件10可獲得表示藉由所照射的放射線而表示的圖像的圖像資訊。
如以上所說明般，本實施形態的放射線圖像偵測裝置中，薄膜電晶體開關4於第1方向上，夾著資料配線3而彼此自不同側連接於資料配線3，且薄膜電晶體開關4的源極電極9以及汲極電極13的配置以於第1方向成為相同的方式配置。
因此，於在配置有閘極電極2的閘極層上，形成配置有源極電極9以及汲極電極13的資料層時，即便於光罩的位置於第1方向偏移的情形時，第奇數個畫素列以及第偶數個畫素列均為各畫素的寄生電容Cgdt、寄生電容Cgst於同一方向變化。因此，可抑制寄生電容Cgdt、寄生電容Cgst的變化週期性地產生不均，從而可抑制圖像偽影的產生。
再者，作為薄膜電晶體開關4的源極電極9以及汲極電極13的配置以於第1方向成為相同的方式配置的構成，並不限定於圖2、圖5所示的構成。例如，如圖6、圖7所示，亦可為薄膜電晶體開關4配置於掃描配線101上的構成。於該情形時，資料配線3沿六邊形的畫素20的周緣的一部分而彎曲配置，故而可將源極電極9於第1方向直線狀地連接於資料配線3。因此，可使配線圖案的尺寸變小，從而可使畫素20的尺寸變小。因此，可使畫素間距變小，從而可獲得高精細的放射線偵測元件。
又，本實施形態中，對將資料配線3沿六邊形的畫素20的周緣的一部分彎曲配置的構成進行了說明，但是只要為薄膜電晶體開關4於第1方向上夾著資料配線3而彼此自不同側連接於資料配線3的構成，則亦可使資料配線3為直線狀。
又，本實施形態中，對使畫素20的形狀為六邊形狀的情形進行了說明，但是畫素的形狀並不限定於此。只要為將多邊形的畫素二維狀地排列為蜂窩狀，則例如亦可如圖8所示，使畫素20的形狀為矩形狀(例如正方形或長方形)。進而，如圖9所示，亦可使畫素20的形狀為菱形形狀，例如形成為使正方形旋轉45度而成的形狀。
即便於使畫素20的形狀為如圖8、圖9般的形狀的情形時，藉由將薄膜電晶體開關4的源極電極9以及汲極電極13的配置以於第1方向成為相同的方式配置，亦可抑制圖像偽影的產生。
又，本實施形態中，說明對吸收放射線並轉換為電荷的光電轉換層使用硒(Se)的直接轉換方式的放射線偵測元件應用本發明的情形，但是只要為畫素配置為蜂窩狀、且薄膜電晶體開關4於第1方向上夾著資料配線3而彼此自不同側連接於資料配線3的構成，則例如亦可對如圖10所示的間接轉換型的放射線偵測元件110應用本發明。該圖所示的放射線偵測元件110包括將放射線轉換為光的閃爍器(scintillator)(省略圖示)，各畫素20包括薄膜電晶體開關4、以及偵測利用閃爍器轉換的光並轉換為電荷的光電轉換元件112。而且，分別為薄膜電晶體開關4的源極電極連接於資料配線3，閘極電極連接於掃描配線101，汲極電極連接於光電轉換元件112的一端。光電轉換元件112的另一端連接 於偏壓配線114。
即便於該間接型的放射線偵測元件的情形時，藉由薄膜電晶體開關4的源極電極9以及汲極電極13的配置以於第1方向成為相同的方式配置，而可抑制圖像偽影的產生。
又，本實施形態的放射線圖像偵測裝置中，使構成放射線偵測元件的畫素的形狀為六邊形，使該等畫素二維狀地排列有多個而形成為蜂窩狀，並且以各畫素的薄膜電晶體開關的位置針對每個畫素列而於左右方向不同的方式配置。即，本實施形態的放射線圖像偵測裝置設為如下構成，即於由將各畫素沿縱向2等分的線段、及各畫素的周緣中連續設置有資料配線的3邊所包圍的區域內配置薄膜電晶體開關，並且使共用接地配線大致直線狀地配置於較畫素電極更靠下側。如此一來，本實施形態的放射線圖像偵測裝置於直接轉換型的放射線圖像偵測裝置中，可將各畫素的電荷儲存電容的儲存電容下部電極以最短的共用接地配線相互連接。
又，本實施形態的放射線圖像偵測裝置將薄膜電晶體開關配置於將各畫素沿縱向2等分的線段、及畫素的6邊中連續設置有資料配線的3邊所包圍的區域，且將該薄膜電晶體開關以針對每個畫素列而相對於畫素的中心線於左右方向不同的方式交替地配置。因此，於薄膜電晶體開關的配置位置，薄膜電晶體開關與資料配線的距離不會變得狹小。進而，本實施形態的放射線圖像偵測裝置中，若亦無需使共用接地配線配合於資料配線而蜿蜒，則資料配線與共用接地配線亦不會交叉。因此，本實施形態的放射線圖像偵測裝置中，可抑制資料配線中由感應等引起的雜 訊(noise)增加，從而可抑制資料配線與共用接地配線間的電容增加。
又，本實施形態的放射線圖像偵測裝置於放射線偵測元件的製造步驟中，可防止由資料配線與共用接地配線間的配線間間距的狹小化所引起的放射線偵測元件的製造良率的降低。
再者，本實施形態中，對下部電極11配合於畫素20的形狀而形成為六邊形、正六邊形、或將角去除的大致六邊形的形狀的情形進行了說明。然而，本發明並不限定於此。例如，作為本實施形態的放射線偵測元件10的變形例，如圖11、圖12所示，下部電極11的形狀亦可與畫素20的形狀不同，而形成為將角去除的大致六邊形的形狀、或使角帶有弧度的大致六邊形的形狀(根據情況有時為圓形)。
於將多個大致六邊形的畫素20排列為蜂窩狀而構成畫素區域的情形時，自本實施形態的放射線偵測元件10輸出的圖像資料成為表示各畫素排列為蜂窩狀的圖像的圖像資料。然而，多半印表機(printer)或監視器(monitor)等普通的輸出機器，構成為處理各畫素排列為正方格子狀的圖像。因此，本實施形態中，必須在信號處理部25進行如下處理，即，將自放射線偵測元件10輸出的圖像資料轉換為表示呈正方格子狀排列有多個大致正方形的畫素的圖像的圖像資料(畫素密度轉換)。再者，畫素密度轉換處理亦可於放射線圖像偵測裝置100的外部進行。
然而，於畫素密度轉換中，於在轉換前的圖像資料包含多種高頻分量的情形時，存在轉換後的圖像資料產生模糊(shaggy)或不均勻等偽影的情形。為了抑制該偽影，先前於自蜂 窩排列向正方格子排列的畫素密度轉換時，必須進行將高頻分量去除的濾波(filter)處理。
另一方面，如本變形例的放射線偵測元件10般，於將下部電極11形成為將角去除的大致六邊形的形狀、或使角帶有弧度的大致六邊形的形狀(根據情況有時為圓形)的情形時，施加於畫素20與下部電極11之間的區域的電場強度減弱，對自畫素20的中心離開的部分的高頻分量的感度降低。因此，本變形例的放射線偵測元件10藉由降低高頻分量的輸入本身，可抑制於畫素密度轉換時因高頻分量而產生的偽影。
又，本變形例的放射線偵測元件10藉由自放射線偵測時起抑制固定的高頻分量，可簡化其後的濾波處理。因此，本變形例的放射線偵測元件10可防止因過剩的濾波處理而導致畫質降低、以及因濾波處理的複雜化所引起的處理速度降低。進而，本變形例的放射線偵測元件10藉由去除下部電極11的角，可防止下部電極11的角部分與其他配線等(例如資料配線3)於剖面方向(即，以基板1為底部而積層有各層的積層方向)重疊。藉此，本變形例的放射線偵測元件10可降低由下部電極11與其他配線等重疊所引起的附加電容。
再者，本實施形態中，對放射線圖像偵測裝置的放射線偵測元件進行了說明，但放射線偵測元件的應用範圍並不限定於此。例如，亦可將該放射線偵測元件應用於放射線圖像偵測面板(例如為平板偵測器等，但並不限定於該等)，進而，亦可應用為將具有該放射線偵測元件的放射線圖像偵測面板用於攝像的放射線圖像偵測裝置(例如乳房攝影(mammography)裝置、立位型X 射線攝影裝置、臥位型X射線攝影裝置、電腦化斷層掃瞄(computerized tomography，CT)攝影裝置、電子膠片盒(electronic cassette)等，但並不限定於該等)。
又，本實施形態中，將共用接地配線30配置於絕緣性的基板1上。然而，本發明並不限定於此。例如，共用接地配線30可配置於收集在光電轉換層6產生的電荷的下部電極11之下的任一層。如此一來，共用接地配線30可避免向感測器部103照射的放射線的照射效率的降低。
又，如圖13所示，下部電極11與共用接地配線30亦可以於剖面方向(即，以基板1為底部而積層有各層的積層方向)重疊的方式配置。即便於設為該配置的情形時，與資料配線3不同，於共用接地配線30亦不會流過構成圖像資料的信號，因此對圖像的信噪帶來影響的情況少。另一方面，於設為上述配置的情形時，可擴大下部電極11，因此當於上部電極7與下部電極11之間產生電場，且收集在光電轉換層6產生的電荷時，可將在光電轉換層6產生的電荷有效率地輸送至下部電極11。
又，如圖13所示，下部電極11與電荷儲存電容5(尤其，儲存電容上部電極16與儲存電容下部電極14)亦可以於剖面方向重疊的方式配置。即便於設為該配置的情形時，亦可擴大下部電極11，因此當於上部電極7與下部電極11之間產生電場，並收集在光電轉換層6產生的電荷時，可將在光電轉換層6產生的電荷有效率地輸送至下部電極11。
又，亦可不配置電荷儲存電容5，而使光電轉換層兼具產生電荷與儲存電荷。
又，雖未圖示，但為於Se感測器抑制殘像，亦存在自圖13的薄膜電晶體基板1的下方照射背光(backlight)的情形。背光藉由使畫素間的電子的遷移活化而改善殘像特性，另一方面，構成薄膜電晶體的a-Si亦藉由背光而增加驅動電流。進入薄膜電晶體通道部的光量依存於金屬圖案(metal pattern)的位置、形狀，因此於照射背光的情形時，本發明的課題的影響變大，從而本發明的必要性進一步增加。
又，上述例示性的實施形態中，本發明的放射線並無特別限定，可應用X射線或α射線、γ射線等。

Claims (10)

  1. 一種放射線偵測元件，包括：多個多邊形的畫素，排列為蜂窩狀，且包括藉由照射放射線而產生電荷並將上述電荷加以儲存的電荷產生儲存部、以及與上述電荷產生儲存部連接並且將儲存於上述電荷產生儲存部的上述電荷讀出的開關元件；多個掃描配線，沿第1方向並列配置，且輸出對上述開關元件進行開關控制的開關信號；以及多個資料配線，沿與上述第1方向交叉的第2方向並列配置，且輸出藉由上述開關元件讀出的上述電荷，多個上述開關元件的各者於上述第1方向上，夾著所對應的上述資料配線而彼此自不同側連接於上述資料配線，且在所述多個多邊形的畫素的各者中的上述開關元件的源極電極以及汲極電極的配置以於上述第1方向成為相同的方式配置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的放射線偵測元件，其中以上述開關元件的通道寬度方向與上述掃描配線並行的方式配置上述開關元件。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的放射線偵測元件，其中上述資料配線沿上述多邊形的畫素的周緣的一部分而彎曲配置，且上述開關元件配置於上述掃描配線上。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的放射線偵測元件，其中上述開關元件的上述源極電極直線狀地連接於上述資料配線。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的放射線偵測元件，其中上述電荷產生儲存部以及上述開關元件在藉由上述多個掃描配線劃分 的每個畫素列交替地配置於上述資料配線的一側或另一側。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的放射線偵測元件，其中上述放射線偵測元件包括多個共用配線，上述多個共用配線在上述多個資料配線之間直線狀地延伸設置，且將上述電荷產生儲存部固定為規定電位。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的放射線偵測元件，其中上述多邊形的畫素為六邊形的畫素。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的放射線偵測元件，其中上述多邊形的畫素為菱形形狀的畫素。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的放射線偵測元件，其中上述多邊形的畫素為矩形狀的畫素。
  10. 一種放射線圖像偵測裝置，包括：如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述的放射線偵測元件；掃描信號控制部，對上述多個掃描配線輸出對上述開關元件進行開關控制的信號；以及信號處理部，偵測與經由上述多個資料配線而傳輸的上述電荷對應的電信號，且對偵測出的上述電信號實施預先規定的處理而生成數位圖像資料。
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