JP5456211B2 - 放射線検出素子、放射線画像検出パネル、及び放射線画像検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射線検出素子、放射線画像検出パネル、及び放射線画像検出装置に関する。本発明は、特に、放射線を電荷へ直接変換する放射線検出素子、放射線画像検出パネル、及び放射線画像検出装置に関する。

近年、多くの放射線画像検出装置において、放射線検出素子として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）が使用されている。このＦＰＤの分解能を向上させるには、画素サイズを小さくすることが有効である。特に、放射線を吸収して電荷に変換する光電変換層にセレン（Ｓｅ）を使用した直接変換方式の放射線検出素子では、画素サイズが分解能の向上に寄与する。このため、近年、画素サイズの高精細化による画質の向上が試みられている。

一方、ＦＰＤでは、画素サイズの縮小に比例して収集できる電荷量が減少し、Ｓ／Ｎが低下するため、分解能が向上しても総合的な画質ＤＱＥが低下する。そこで、画素の形状を六角形にして、それらをハニカム状に配列することで、分解能の向上とＳ／Ｎを維持するとともに、光の利用率向上を図ることが提案されている（例えば、特開２００３−２５５０４９号公報、及び特開２０００−１０５２７８号公報参照）。

特開２００３−２５５０４９号公報に記載された装置は、間接変換型の放射線検出装置であり、光電変換して得られた電荷を蓄積するための容量（補助容量）を備えていない。したがって、この装置では、直接変換型の放射線画像検出装置のような共通グランド配線が不要となる。従って、特開２００３−２５５０４９号公報の図９に記載されたバイアス線１０３は、光電変換部の上部に配線されるので、バイアス線の設計自由度は確保される。一方、直接変換型の放射線画像検出装置の場合、上記の補助容量が必須になり、バイアス線を配置しなければならない。直接変換型放射線画像検出装置の放射線検出部において、画素形状を六角形にしてハニカム状に配列し、画素内のＴＦＴスイッチ２０４の位置を、画素形状が矩形の場合と同様に、全ての画素について同じ向きに配置にし、データ配線２０１と共通グランド配線２０３とが交差しないように、データ配線２０１に合わせて共通グランド配線２０３を蛇行させた場合を、図７に示す。この場合、共通グランド配線２０３が左右に蛇行する部分において、ＴＦＴスイッチとの距離が狭くなる箇所が生じる（図７において、点線で囲んだ部分を参照。この図７では、左に蛇行する部分でＴＦＴスイッチと距離が近くなっている）。また、ＴＦＴスイッチとデータ配線との距離が狭小となることに起因して、共通グランド配線２０３がＴＦＴスイッチと衝突し、共通グランド配線の配置が困難になる。また、共通グランド配線２０３を細くした場合、配線の抵抗が上がり、共通電圧（グランド）を維持するのが困難になってくる。

さらには、データ配線２０１と共通グランド配線２０３が近接している場合、データ配線と共通グランド配線間の容量が増加する。これらによって、放射線検出素子の画素の高精細化が著しく妨げられることになり、放射線検出素子の分解能を向上できなくなる。

本発明は、信号線の配線間ピッチの狭小化を回避して、高精細化を図る、放射線検出素子、放射線画像検出パネル、及び放射線画像検出装置を提供する。

本発明の第１の態様は、放射線の照射を受けて電荷を発生する半導体膜を有し、互いに隣接しながら２次元状に配列された複数の六角形の画素からなるセンサ部と、前記画素各々に設けられるとともに、前記電荷を収集する画素電極、該画素電極で収集された電荷を蓄積する蓄積容量、及び該蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子を有する検出部と、互いに並列に配置され、前記スイッチ素子のスイッチング制御を行う信号を伝送する複数のスキャン配線と、前記スキャン配線と交差するとともに前記六角形の画素周縁の一部に沿って屈曲して配され、前記スイッチ素子によって読み出された前記電荷に対応する電気信号を伝送する複数のデータ配線と、前記蓄積容量の一方の電極同士を相互に接続して所定電位に固定する複数の共通配線と、を備え、前記スイッチ素子は、前記複数のスキャン配線の延設方向と交差する方向に前記画素を２分する線分と、該画素の周縁のうち前記データ配線が連設された３辺とで囲まれた第１の領域内に配置されるとともに、該３辺に連設されたデータ配線に接続され、前記共通配線が前記複数のデータ配線の間を該複数のデータ配線と交差することなく配置され、前記複数の共通配線は、前記複数のスキャン配線と交差する方向に直線状に形成され、前記画素の領域の内の前記第１の領域以外の残りの第２の領域で、前記共通配線と前記蓄積容量の一方の電極とが接続される。

本発明の第２の態様は、上記第１の態様において、共通配線は、複数のデータ配線の間に延設されてもよい。また、本発明の第３の態様は、上記態様において、複数の共通配線は、蓄積容量及びスイッチ素子を介して複数のデータ配線に接続されてもよい。さらに、本発明の第４の態様は、上記第３の態様において、蓄積容量及びスイッチ素子は、複数のスキャン配線により区切られる画素列ごとにデータ配線の一方側又は他方側に交互に位置されてもよい。

本発明の第５の態様は、上記態様において、複数の共通配線は、画素電極よりも下層側に配されていてもよい。また、本発明の第６の態様は、上記第１から第４の態様において、複数のスキャン配線、複数のデータ配線、複数の共通配線、及びスイッチ素子は、センサ部の下層側に配されていてもよい。

本発明の第７の態様は、上記態様において、複数のデータ配線は、複数のスキャン配線が形成された金属層と絶縁膜を介して異なる金属層により形成されてもよい。また、本発明の第８の態様は、上記態様において、スイッチ素子のゲート電極はスキャン配線に接続され、ドレイン電極及びソース電極の一方が蓄積容量の一方の電極に接続され、ドレイン電極及びソース電極の他方がデータ配線に接続されてもよい。

本発明の第９の態様は、上記態様において、画素電極は、データ配線と、断面方向において重ならずに配置されていてもよい。

本発明の第１０の態様は、上記第９の態様において、画素電極は、共通配線と、断面方向において重なって配置されていてもよい。

本発明の第１１の態様は、上記第９の態様において、画素電極は、蓄積容量と、断面方向において重なって配置されていてもよい。

本発明の第１２の態様は、上記態様において、画素電極の形状は、六角形の画素の形状と略相似であり、画素の面積よりも小さい面積を有する角を取った略六角形の形状であってもよい。

本発明の第１３の態様は、上記態様において、画素電極の形状は、画素の面積より小さい面積を有する円形であってもよい。

本発明の第１４の態様は、上記態様の放射線検出素子と、複数のスキャン配線に、スイッチング素子のスイッチング制御を行う信号を出力する、スキャン信号制御部と、複数のデータ配線を介して伝送された電気信号を検出し、検出された電気信号に所定の処理を施し、デジタル画像データを生成する、信号処理部と、を備える、放射線画像検出装置であって、信号処理部は、複数の六角形からなる画素から得られる画像データを、複数の略正方形の画素が正方格子配列された画像を表わす画像データに変換し、デジタル画像データを生成する。

本発明の第１５の態様は、放射線の照射を受けて電荷を発生する半導体膜を有し、互いに隣接して２次元状に配列された複数の六角形の画素からなるセンサ部を備え、複数のデータ配線が前記六角形の画素の周縁に沿って屈曲して配され、蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子が、複数のスキャン配線の延設方向と交差する方向に前記画素を２分する線分と、該画素の周縁のうち前記データ配線が連設された３辺とで囲まれた第１の領領域内に配置されるとともに、該３辺に連設されたデータ配線に接続され、前記蓄積容量の一方の電極を所定電位に固定するための共通配線が前記複数のデータ配線の間を該複数のデータ配線と交差することなく延設された放射線検出素子を配し、前記複数の共通配線は、前記複数のスキャン配線と交差する方向に直線状に形成され、前記画素の領域の内の前記第１の領域以外の残りの第２の領域で、前記共通配線と前記蓄積容量の一方の電極とが接続される。

本発明の第１６の態様は、放射線の照射を受けて電荷を発生する半導体膜を有し、互いに隣接して２次元状に配列された複数の六角形の画素からなるセンサ部を備え、複数のデータ配線が前記六角形の画素の周縁に沿って屈曲して配され、蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子が、複数のスキャン配線の延設方向と交差する方向に前記画素を２分する線分と、該画素の周縁のうち前記データ配線が連設された３辺とで囲まれた第１の領領域内に配置されるとともに、該３辺に連設されたデータ配線に接続され、前記蓄積容量の一方の電極を所定電位に固定するための共通配線が前記複数のデータ配線の間を該複数のデータ配線と交差することなく延設された放射線検出素子を配した放射線画像検出パネルにより放射線画像を撮像し、前記複数の共通配線は、前記複数のスキャン配線と交差する方向に直線状に形成され、前記画素の領域の内の前記第１の領域以外の残りの第２の領域で、前記共通配線と前記蓄積容量の一方の電極とが接続される。

このように、本発明の上記態様によれば、信号線の配線間ピッチの狭小化を回避して、高精細化を図ることができる、放射線検出素子、放射線画像検出パネル、及び放射線画像検出装置を提供できる。

本発明の例示的実施形態に係る放射線画像検出装置の全体構成を示す図である。 本例示的実施形態に係る放射線画像検出装置の放射線検出素子における画素単位の構造を模式的に示す平面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 各画素におけるＴＦＴスイッチの配置位置を模式的に示す図である。 本例示的実施形態の放射線検出素子の変形例における画素の構造を模式的に示す平面図である。 本例示的実施形態の放射線検出素子の変形例における画素の構造を模式的に示す平面図である。 本例示的実施形態の放射線検出素子の変形例における画素の構造の断面図である。 従来の放射線検出装置の放射線検出部における信号配線を示す平面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の例示的実施形態について説明する。図１は、本発明の例示的実施形態に係る放射線画像検出装置の全体構成を示している。また、図２は、本例示的実施形態に係る放射線画像検出装置１００の放射線検出素子１０について、画素単位の構造を模式的に示す平面図である。さらに、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。

図１に示す放射線画像検出装置１００の放射線検出素子１０は、複数の六角形の画素２０が互いに隣接しながら２次元状に多数配列され、ハニカム状に配列された画素２０が画素領域を構成している。各画素２０は、センサ部１０３と、電荷蓄積容量５と、薄膜トランジスタ４（ＴＦＴスイッチともいう）とを含んで構成される。各画素２０は、センサ部１０３（図３参照）は、照射された放射線（Ｘ線）を受けて電荷を発生する。電荷蓄積容量５は、センサ部１０３で発生した電荷を蓄積する。薄膜トランジスタ４は、電荷蓄積容量５に蓄積された電荷を読み出す。

なお、ここでの画素形状の「六角形」は正六角形に限らず、角を取った略六角形も含まれる。また、例えば、図１の紙面上下方向に潰した扁平六角形等、平面状に見て略六角形になるものも含まれる。また、各画素２０をハニカム状に配置するとは、図２及び図４に示す画素列２０ａ〜２０ｄのように、第１の画素列と、第２の画素列とを、所定方向と交差する方向に交互に配列するとともに、上記第２の画素列の画素２０が、上記第１の画素列の隣接する画素間に対応して配置され、上記第１の画素列の各画素２０の配列ピッチの１／２だけずれるように配置されることである。第１の画素列には、同じ大きさの六角形状の画素２０が所定方向に複数配列されている。第２の画素列には、第１の画素列の画素２０と同じ大きさの六角形状の画素２０が、所定方向に複数配列されている。
なお、本例示的実施形態において、画素２０とは、図１、及び図２に示されるように、後述するデータ配線３により形成される略六角形の領域を指す。また、画素２０は、ハニカム状に配置されていれば良く、画素２０の形状は、略六角形に限定されない。

また、放射線画像検出装置１００の放射線検出素子１０には、複数のスキャン配線１０１が一定方向（図１において横方向）に延設され、複数のデータ配線３が、縦方向に延びるように設けられている。スキャン配線１０１は、個々の画素のＴＦＴスイッチ４をＯＮ／ＯＦＦするための信号経路である。データ配線３は、電荷蓄積容量５に蓄積された電荷を読み出すため信号経路である。さらに、電荷蓄積容量５の一方の電極には、縦方向に延設された共通グランド配線３０（蓄積容量配線、あるいは共通配線ともいう）が接続されている。なお、図１に示す放射線検出素子１０では、説明と図示の便宜上、４本のスキャン配線Ｇ１〜Ｇ４、３本のデータ配線Ｄ１〜Ｄ３、及び４本の共通グランド配線３０を配した構成を例示している。また、放射線検出素子１０は、後述するようにアモルファスセレン等の放射線−電荷変換材料を用いて、放射線を電荷へ直接変換する構成をとる。

放射線画像検出装置１００の放射線検出素子１０において、スキャン配線Ｇ１〜Ｇ４と共通グランド配線３０は、互いに直交するようにそれぞれが直線状に配されている。また、データ配線Ｄ１〜Ｄ３は、六角形の画素２０の周縁に沿ってジグザグ状に（又は蛇行するように）配されている。なお、後述するように、電荷蓄積容量５及びＴＦＴスイッチ４を覆うように、光電変換層６が設けられている。光電変換層６は、例えば半導体層を用いる。

信号処理部２５は、各データ配線Ｄ１〜Ｄ３に流れ出した電荷を電気信号として検出する信号検出器（不図示）を有し、検出された電気信号に所定の処理を施す。これとともに、信号処理部２５は、各信号検出器及びスキャン信号制御部３５に信号検出のタイミングを示す制御信号や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。その結果、スキャン信号制御部３５は、信号処理部２５からの制御信号を受けて、スキャン配線Ｇ１〜Ｇ４にＴＦＴスイッチ４をＯＮ／ＯＦＦするための信号を出力する。

より具体的には、信号処理部２５において、個々のデータ配線Ｄ１〜Ｄ３より伝送された電荷信号が増幅器（不図示）で増幅され、サンプルホールド回路（不図示）に保持される。個々のサンプルホールド回路に保持された電荷信号は、順にマルチプレクサ（不図示）へ入力された後、Ａ／Ｄ変換器（不図示）によってデジタル画像データに変換される。また、図１に示すように、信号処理部２５には画像メモリ９０が接続されている。上記Ａ／Ｄ変換器から出力されたデジタル画像データは、この画像メモリ９０に順に記憶される。画像メモリ９０は、例えば、撮影された放射線画像を複数フレーム分のデジタル画像データとして記憶する。

上述した放射線検出素子１０を用いた放射線画像検出装置１００において放射線画像を撮影する場合、放射線（Ｘ線）が照射される間、各スキャン配線Ｇ１〜Ｇ４に対してＯＦＦ信号を出力して各ＴＦＴスイッチ４をオフにして、後述する半導体層に発生した電荷を各電荷蓄積容量５に蓄積する。そして、画像を読み出す場合には、各スキャン配線Ｇ１〜Ｇ４に対して１ラインずつ順にＯＮ信号を出力して各ＴＦＴスイッチ４をオンにして、各電荷蓄積容量５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。

図２は、放射線検出素子１０について、画素単位の構造を模式的に示す平面図である。図２に示すように、放射線検出素子１０には、横方向（行方向）に並列配置された複数のスキャン配線１０１と、これらのスキャン配線１０１と交差し、かつ画素２０の周縁に沿って屈曲しながら縦方向（列方向）に延設された複数のデータ配線３が配されている。また、放射線検出素子１０には、複数の共通グランド配線３０が、複数のスキャン配線１０１と直交しながら、複数のデータ配線３の間をこれら複数のデータ配線３と交差することなく配されている。

放射線検出素子１０は、図２のＡ−Ａ線断面図である図３に示すように、絶縁性の基板１上にゲート配線層として、ゲート電極２、スキャン配線１０１、蓄積容量下部電極１４が形成された構造になっている。共通グランド配線３０は、例えば、図３に示すように、絶縁性の基板１上に蓄積容量下部電極１４等と同じ金属層により形成されている。

スキャン配線１０１は、図２に示すように、各々が複数の画素からなる画素列２０ａ〜２０ｄに対して１本ずつ配され、各画素２０に形成されたゲート電極２に接続されている。このゲート電極２のためのゲート配線層は、例えば、ＡｌあるいはＣｕ、又はＡｌあるいはＣｕを主体とした積層膜を用いて形成されている。また、ゲート配線層上には、一面に絶縁膜１５Ａ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１５Ａは、例えば、ＳｉＮ_Ｘ等からなっており、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）成膜法により形成される。さらに、絶縁膜１５Ａ上のゲート電極２の上には、半導体活性層８が島状に形成されている。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。

これらゲート電極２等の上層には、ソース電極９、及びドレイン電極１３が形成されている。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、データ配線３が形成されている。また、絶縁膜１５Ａ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１６が形成されている。ドレイン電極１３は蓄積容量上部電極１６に接続されている。データ配線３は、画素２０の周縁に沿って、隣接する画素と画素の間を迂回するように屈曲して配設されており、各画素列の画素２０に形成されたソース電極９に接続されている。すなわち、データ配線３は、個々の画素２０の周縁（６辺）のうち連続する３辺に沿いながら、列方向に延設されている。

放射線画像検出装置１００の放射線検出素子１０には、各画素２０におけるＴＦＴスイッチ４の配置が、画素列２０ａ〜２０ｄごとに異なる構成となっている。より具体的には、図４に示すように、画素列２０ａ〜２０ｄの各画素について、各画素を縦方向に２分する線分（図中、一点鎖線で示す）と、各画素の周縁とのうち、データ配線３が連設された３辺とで囲まれた領域（画素４０を例にとると、線分５４と、辺５１〜５３の３辺とで囲まれた領域ａ１）にＴＦＴスイッチ４が配される。すなわち、画素列２０ａの画素については、領域ａ１〜ａ３にＴＦＴスイッチ４が配され、画素列２０ａの下段に位置する画素列２０ｂの画素については、領域ａ４〜ａ６にＴＦＴスイッチ４が配されている。以下、同様に画素列２０ｃでは、領域ａ７〜ａ９に、画素列２０ｄでは、領域ａ１０〜ａ１２にそれぞれＴＦＴスイッチ４が配されている。

このようにＴＦＴスイッチ４を配置することで、画素列２０ａに位置する画素２０では、領域ａ１〜ａ３に配置されたＴＦＴスイッチ４のソース電極９が、領域ａ１〜ａ３の右側の３辺に連設されたデータ配線３と接続される。また、画素列２０ｂの画素２０では、領域ａ４〜ａ６に配置されたＴＦＴスイッチ４のソース電極９が、領域ａ４〜ａ６の左側の３辺に連設されたデータ配線３と接続される。画素列２０ｃ、及び画素列２０ｄについても同様であり、画素列２０ｃでは領域ａ７〜ａ９の右側の３辺、画素列２０ｄでは領域ａ１０〜ａ１２の左側の３辺に連設されたデータ配線３と、ＴＦＴスイッチ４のソース電極９とが接続される。

その結果、放射線検出素子１０では、ＴＦＴスイッチ４とデータ配線３との接続点を回避しながら共通グランド配線３０を屈曲させて配置する必要がなくなる。したがって、図２に示すように、放射線検出素子１０では、共通グランド配線３０を縦方向（列方向）に直線状に配することができ、共通グランド配線の抵抗を不要に上げることを回避できる。また、共通グランド配線３０が直線状に配されることで、蓄積容量下部電極１４相互間を短い距離で結線することができる。したがって、共通グランド配線３０の接続抵抗、配線抵抗を効率的に減らすことにより、グランド配線及び蓄積容量下部電極１４を一定電圧（例えば、グランド電圧）に安定的に保つことができる。なお、ここで、共通グランド配線３０が直線状に配されるとは、放射線検出素子１０の製造工程における誤差を許容し得る範囲で、直線状態を維持することを意味している。

図３に示すソース電極９、ドレイン電極１３、データ配線３、及び蓄積容量上部電極１６が形成された配線層（ソース配線層ともいう）は、例えば、ＡｌあるいはＣｕ、又はＡｌあるいはＣｕを主体とした積層膜を用いて形成される。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、不純物添加アモルファスシリコン等による不純物添加半導体層（不図示）が形成されている。なお、ＴＦＴスイッチ４は、後述する下部電極１１により収集、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が逆になる。

ソース配線層を覆い、基板１上の画素が設けられた領域のほぼ全面（ほぼ全領域）には、ＴＦＴ保護膜層１５Ｂが形成されている。このＴＦＴ保護膜層１５Ｂは、例えば、ＳｉＮ_Ｘ等からなり、例えば、ＣＶＤ成膜法により形成される。そして、このＴＦＴ保護膜層１５Ｂ上には、塗布型の層間絶縁膜１２が形成されている。この層間絶縁膜１２は、低誘電率（比誘電率ε_ｒ＝２〜４）の感光性の有機材料（例えば、ポジ型感光性アクリル系樹脂：メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとの共重合体からなるベースポリマーに、ナフトキノンジアジド系ポジ型感光剤を混合した材料等）により１μｍ〜４μｍの膜厚で形成されている。

本例示的実施形態に係る放射線画像検出装置１００の放射線検出素子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、層間絶縁膜１２を形成する上述した材料は、一般的に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。本例示的実施形態に係る放射線画像検出装置１００の放射線検出素子１０では、この層間絶縁膜１２及びＴＦＴ保護膜層１５Ｂの蓄積容量上部電極１６と対向する位置に、コンタクトホール１７が形成されている。

図３に示すように、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１７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が形成されている。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１７を介して蓄積容量上部電極１６と接続されている。その結果、下部電極１１とＴＦＴスイッチ４とが、蓄積容量上部電極１６を介して電気的に接続されている。
図１において点線で示されるように、下部電極１１は、画素２０の形状にあわせて、六角形、正六角形、又は角を取った略六角形の形状に形成される。しかしながら、下部電極１１は、画素２０と同様に、ハニカム状に配置されていれば良く、下部電極１１の形状は、上記形状に限定されない。
また、下部電極１１とデータ配線３とは、断面方向（即ち、基板１を底部に各層が積層された積層方向）において、重ならないように配置されてもよい。このような配置とすることで、下部電極１１とデータ配線３との間の付加容量を低減し、データ配線３に流れる信号のＳ／Ｎを上げる事が出来る。

下部電極１１上であって基板１上の画素２０が設けられた画素領域のほぼ全面には、光電変換層６が一様に形成されている。この光電変換層６は、Ｘ線等の放射線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。つまり、光電変換層６は、導電性を有し、放射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り、例えば、セレンを主成分とする膜厚１００μｍ〜１０００μｍの非晶質の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ことを意味する。光電変換層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、バイアス電源（不図示）に接続されており、そのバイアス電源からバイアス電圧（例えば、数ｋＶ）が供給されている。上述した複数のスキャン配線１０１、複数のデータ配線３、複数の共通グランド配線３０、及びスイッチ素子４は、光電変換層６からなるセンサ部１０３の下層側に配されている。

次に、本実施形態に係る放射線画像検出装置１００の動作について説明する。上述した上部電極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、光電変換層６にＸ線が照射されると、光電変換層６内に電荷（電子−正孔対）が発生する。光電変換層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ため、光電変換層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、スキャン信号制御部３５から全てのスキャン配線１０１に対してＯＦＦ信号（０Ｖ）が出力され、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は、ＯＦＦ状態に保持される。その結果、光電変換層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。光電変換層６は、照射された放射線量に応じた電荷量を発生するので、放射線が担持した画像情報に応じた電荷が各画素の電荷蓄積容量５に蓄積される。なお、上部電極７と蓄積容量下部電極１４との間に上記数ｋＶの電圧が印加されることから、光電変換層６で形成される容量に対して、電荷蓄積容量５を大きくとる必要がある。

一方、画像の読出時には、スキャン信号制御部３５から各スキャン配線１０１に対して１本ずつ、順にＯＮ信号が出力され、ＴＦＴスイッチ４のゲート電極２に、スキャン配線１０１を介して順次、ＯＮ信号（例えば、電圧が＋１０〜２０Ｖの信号）が印加される。これにより、スキャン配線方向の各画素列の各画素２０のＴＦＴスイッチ４が１列ずつ順次、ＯＮとなり、１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データ配線３に流れ出す。信号処理部２５は、各データ配線３に流れた電気信号に基づいて、電荷蓄積容量５に蓄積された電荷量を、画像を構成する画素の情報として検出する。これにより、放射線検出素子１０は、照射された放射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。

以上説明したように、本例示的実施形態に係る放射線画像検出装置では、放射線検出素子を構成する画素の形状を六角形にし、それらの画素を２次元状に多数配列してハニカム状にするとともに、各画素におけるＴＦＴスイッチの位置が画素列ごとに左右方向に異なるように配置している。すなわち、本例示的実施形態に係る放射線画像検出装置は、各画素を縦方向に２分する線分と、各画素の周縁のうちデータ配線が連設された３辺とで囲まれた領域内にＴＦＴスイッチを配するとともに、共通グランド配線を画素電極よりも下側に略直線状に配した構成としている。このようにすることで、本例示的実施形態に係る放射線画像検出装置は、直接変換型の放射線画像検出装置において、各画素の電荷蓄積容量の蓄積容量下部電極を最短の共通グランド配線で相互に接続することができる。

また、本例示的実施形態に係る放射線画像検出装置は、ＴＦＴスイッチを、各画素を縦方向に２分する線分と、画素の６辺のうちデータ配線が連設された３辺とで囲まれた領域であって、画素列ごとに画素の中心線に対して左右方向が異なるように交互に配置している。したがって、従来のようにＴＦＴスイッチの配置位置において、ＴＦＴスイッチとデータ配線との距離が狭小となることがない。さらには、本例示的実施形態に係る放射線画像検出装置は、データ配線に合わせて共通グランド配線を蛇行させる必要もなければ、データ配線と共通グランド配線とが交差することもない。したがって、本例示的実施形態に係る放射線画像検出装置は、データ配線において誘導等に起因するノイズが増えることを抑制し、データ配線と共通グランド配線間の容量が増えることを抑制できる。

また、本例示的実施形態に係る放射線画像検出装置は、放射線検出素子の製造工程において、データ配線と共通グランド配線間の配線間ピッチの狭小化による放射線検出素子の製造歩留りの低下を防止できる。

なお、上記例示的実施形態では、下部電極１１が、画素２０の形状にあわせて、六角形、正六角形、又は角を取った略六角形の形状に形成された場合について、説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されない。例えば、上記例示的実施形態の放射線検出素子１０の変形例として、図５Ａ、図５Ｂに示されるように、下部電極１１の形状は、画素２０の形状と異なって、角を取った略六角形の形状、又は角にＲを付けた略六角形の形状（場合によっては、円形）に形成されてもよい。

複数の略六角形の画素２０を、ハニカム状に配列して画素領域を構成した場合、上記例示的実施形態の放射線検出素子１０から出力される画像データは、各画素がハニカム状に配列された画像を表わす画像データとなる。しかしながら、多くのプリンタやモニタ等の一般的な出力機器は、各画素が正方格子状に配列された画像を取り扱うように構成されている。したがって、上記例示的実施形態では、放射線検出素子１０から出力される画像データを、複数の略正方形の画素が正方格子配列された画像を表わす画像データに変換する（画素密度変換）処理を、信号処理部２５で行うことが必要となる。なお、画素密度変換処理は、放射線画像検出装置１００の外部において行われてもよい。

しかしながら、画素密度変換において、変換前の画像データに多くの高周波成分が含まれている場合、変換後の画像データにシャギーや、ムラ等のアーティファクトが生じる場合がある。このようなアーティファクトを抑制するために、従来は、ハニカム配列から正方格子配列への画素密度変換の際に、高周波成分を除去するフィルタ処理を行う必要があった。

一方、本変形例の放射線検出素子１０ように、下部電極１１を、角を取った略六角形の形状、又は角にＲを付けた略六角形の形状（場合によっては、円形）に形成した場合、画素２０と下部電極１１との間の領域に印加される電界強度は弱められ、画素２０の中心から離れた部分における高周波成分に対する感度は低下する。したがって、本変形例の放射線検出素子１０は、高周波成分の入力自体を低減することで、画素密度変換時に高周波成分によって生じるアーティファクトを抑制することができる。また、本変形例の放射線検出素子１０は、放射線検出時から一定の高周波成分を抑制することで、その後のフィルタ処理を簡易化できる。このことで、本変形例の放射線検出素子１０は、過剰なフィルタ処理により画質の低下、及びフィルタ処理の複雑化による処理スピード低下を防ぐことができる。さらに、本変形例の放射線検出素子１０は、下部電極１１の角が無くなることにより、下部電極１１の角部分が他の配線等（例えば、データ配線３）と、断面方向（即ち、基板１を底に各層が積層された積層方向）において重なることを防ぐことができる。このことにより、本変形例の放射線検出素子１０は、下部電極１１が他の配線等と重なることによる付加容量を低減することができる。

なお、上記例示的実施形態では、放射線画像検出装置の放射線検出素子について説明したが、放射線検出素子の適用範囲はこれに限定されない。例えば、この放射線検出素子を放射線画像検出パネル（例えば、ＦＰＤ等であるが、これらに限定されない）に適用してもよいし、さらに、この放射線検出素子を有する放射線画像検出パネルを撮像に使用する放射線画像検出装置（例えば、マンモグラフィー装置、立位型Ｘ線撮影装置、臥位型Ｘ線撮影装置、ＣＴ撮影装置、電子カセッテ等であるが、これらに限定されない）としての適用も可能である。

また、上記例示的実施形態では、共通グランド配線３０を絶縁性の基板１上に配している。しかしながら、本発明は、これに限定されない。例えば、共通グランド配線３０は、光電変換層６で発生した電荷を収集する下部電極１１の下のいずれかの層に配されていればよい。こうすることで、共通グランド配線３０は、センサ部１０３へ照射される放射線の照射効率の低下を回避できる。
また、図６に示されるように、下部電極１１と共通グランド配線３０とは、断面方向（即ち、基板１を底に各層が積層された積層方向）において、重なるように配置されてもよい。このような配置とした場合においても、共通グランド配線３０には、データ配線３とは異なり画像データを構成する信号が流れないことから、画像のＳ／Ｎへ影響を与える事は少ない。その一方で、上記配置とした場合、下部電極１１を広げることができることから、対向電極７と下部電極１１の間で電界を発生させ、光電変換層６で発生した電荷を収集する際に、光電変換層６で発生した電荷を効率的に下部電極１１に送る事が出来る。
また、図６に示されるように、下部電極１１と電荷蓄積容量５（特に、蓄積容量上部電極１４と下部電極１６）とは、断面方向において、重なるように配置されてもよい。このような配置とした場合においても、下部電極１１を広げることができることから、上部電極７と下部電極１１の間で電界を発生させ、光電変換層６で発生した電荷を収集する際に、光電変換層６で発生した電荷を効率的に下部電極１１に送る事が出来る。

また、本例示的実施形態では、本発明の放射線は、特に限定されるものではなく、Ｘ線やα線、γ線等を適用することができる。

日本出願２０１１−１７７３２７の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。

本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (16)

1. 放射線の照射を受けて電荷を発生する半導体膜を有し、互いに隣接しながら２次元状に配列された複数の六角形の画素からなるセンサ部と、
   前記画素各々に設けられるとともに、前記電荷を収集する画素電極、該画素電極で収集された電荷を蓄積する蓄積容量、及び該蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子を有する検出部と、
   互いに並列に配置され、前記スイッチ素子のスイッチング制御を行う信号を伝送する複数のスキャン配線と、
   前記スキャン配線と交差するとともに前記六角形の画素周縁の一部に沿って屈曲して配され、前記スイッチ素子によって読み出された前記電荷に対応する電気信号を伝送する複数のデータ配線と、
   前記蓄積容量の一方の電極同士を相互に接続して所定電位に固定する複数の共通配線と、を備え、
   前記スイッチ素子は、前記複数のスキャン配線の延設方向と交差する方向に前記画素を２分する線分と、該画素の周縁のうち前記データ配線が連設された３辺とで囲まれた第１の領域内に配置されるとともに、該３辺に連設されたデータ配線に接続され、前記共通配線が前記複数のデータ配線の間を該複数のデータ配線と交差することなく配置され、
   前記複数の共通配線は、前記複数のスキャン配線と交差する方向に直線状に形成され、
   前記画素の領域の内の前記第１の領域以外の残りの第２の領域で、前記共通配線と前記蓄積容量の一方の電極とが接続される
   放射線検出素子。
2. 前記共通配線は、前記複数のデータ配線の間に延設される
   請求項１に記載の放射線検出素子。
3. 前記複数の共通配線は、前記蓄積容量及び前記スイッチ素子を介して前記複数のデータ配線に接続される
   請求項１又は２に記載の放射線検出素子。
4. 前記蓄積容量及び前記スイッチ素子は、前記複数のスキャン配線により区切られる画素列ごとに前記データ配線の一方側又は他方側に交互に位置する
   請求項３に記載の放射線検出素子。
5. 前記複数の共通配線は、前記画素電極よりも下層側に配されている
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
6. 前記複数のスキャン配線、前記複数のデータ配線、前記複数の共通配線、及び前記スイッチ素子は、前記センサ部の下層側に配されている
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
7. 前記複数のデータ配線は、前記複数のスキャン配線が形成された金属層と絶縁膜を介して異なる金属層により形成される
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
8. 前記スイッチ素子のゲート電極は前記スキャン配線に接続され、ドレイン電極及びソース電極の一方が前記蓄積容量の一方の電極に接続され、ドレイン電極及びソース電極の他方が前記データ配線に接続される
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
9. 前記画素電極は、前記データ配線と、断面方向において重ならずに配置されている、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
10. 前記画素電極は、前記共通配線と、断面方向において重なって配置されている、請求項９に記載の放射線検出素子。
11. 前記画素電極は、前記蓄積容量と、断面方向において重なって配置されている、請求項９に記載の放射線検出素子。
12. 前記画素電極の形状は、前記六角形の画素の形状と略相似であり、前記画素の面積よりも小さい面積を有する角を取った略六角形の形状である、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
13. 前記画素電極の形状は、前記画素の面積より小さい面積を有する円形である、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
14. 請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の放射線検出素子と、
    前記複数のスキャン配線に、前記スイッチング素子のスイッチング制御を行う信号を出力する、スキャン信号制御部と、
    前記複数のデータ配線を介して伝送された前記電気信号を検出し、検出された前記電気信号に所定の処理を施し、デジタル画像データを生成する、信号処理部と、
    を備える、放射線画像検出装置であって、
    前記信号処理部は、前記複数の六角形からなる画素から得られる画像データを、複数の略正方形の画素が正方格子配列された画像を表わす画像データに変換し、前記デジタル画像データを生成する
    放射線画像検出装置。
15. 放射線の照射を受けて電荷を発生する半導体膜を有し、互いに隣接して２次元状に配列された複数の六角形の画素からなるセンサ部を備え、複数のデータ配線が前記六角形の画素の周縁に沿って屈曲して配され、蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子が、複数のスキャン配線の延設方向と交差する方向に前記画素を２分する線分と、該画素の周縁のうち前記データ配線が連設された３辺とで囲まれた第１の領領域内に配置されるとともに、該３辺に連設されたデータ配線に接続され、前記蓄積容量の一方の電極を所定電位に固定するための共通配線が前記複数のデータ配線の間を該複数のデータ配線と交差することなく延設された放射線検出素子を配し、
    前記複数の共通配線は、前記複数のスキャン配線と交差する方向に直線状に形成され、
    前記画素の領域の内の前記第１の領域以外の残りの第２の領域で、前記共通配線と前記蓄積容量の一方の電極とが接続される
    放射線画像検出パネル。
16. 放射線の照射を受けて電荷を発生する半導体膜を有し、互いに隣接して２次元状に配列された複数の六角形の画素からなるセンサ部を備え、複数のデータ配線が前記六角形の画素の周縁に沿って屈曲して配され、蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子が、複数のスキャン配線の延設方向と交差する方向に前記画素を２分する線分と、該画素の周縁のうち前記データ配線が連設された３辺とで囲まれた第１の領領域内に配置されるとともに、該３辺に連設されたデータ配線に接続され、前記蓄積容量の一方の電極を所定電位に固定するための共通配線が前記複数のデータ配線の間を該複数のデータ配線と交差することなく延設された放射線検出素子を配した放射線画像検出パネルにより放射線画像を撮像し、
    前記複数の共通配線は、前記複数のスキャン配線と交差する方向に直線状に形成され、
    前記画素の領域の内の前記第１の領域以外の残りの第２の領域で、前記共通配線と前記蓄積容量の一方の電極とが接続される
    放射線画像検出装置。

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