CN102288979A - 放射线检测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种放射线检测器，其可以抑制动态范围的减小，并且可以改善低放射线量下的S/N比。即，多个像素设置有各具有不同感光特性的传感器部，传感器部响应于放射线的照射而生成电荷并累积与照射的放射线量相对应的电荷。控制信号通过扫描线流过针对各像素设置的开关元件。与各像素的传感器部中累积的电荷相应的电信号根据各开关元件的开关状态流过信号线。
Description
技术领域
本发明涉及一种放射线检测器。本发明具体涉及具有以矩阵排列的多个像素的放射线检测器，其中，对放射线的照射所生成的电荷进行累积，并且检测累积的电荷量，作为图像信息。
背景技术
放射线图像成像装置最近被实现成采用具有在TFT(薄膜晶体管)有源矩阵基板上设置的X放射线感应层并且将X放射线信息直接转换成数字信息的放射线检测器，例如，FPD(平板检测器)放射线检测器。这种放射线检测器与相关成像板相比的优点在于能够更迅速地检查图像，并且还能够检查视频图像。这种放射线检测器的引入正在迅速普及。
提出了放射线各种类型的这种放射线检测器。例如，存在直接转换型放射线检测器，其在半导体层中将放射线直接转换成电荷，并且累积这些电荷。还存在间接转换型放射线检测器，其首先利用闪烁器(例如，CsI:T1，GOS(Gd2O2S:Tb)等)将放射线转换成光然后将转换后的光转换成电荷并累积这些电荷。放射线检测器输出与各光电二极管中累积的电荷相对应的电信号。在放射线图像成像装置中，从放射线检测器输出的电信号在被放大器放大之后在模拟/数字(A/D)转换器中被转换成数字信息。
即，在放射线检测器，同时实现S/N比和动态范围的提高可能是一件重要的事情。
光电二极管线性地累积与照射的光量相对应的电荷。因此，对于提高低照放射线量范围内的S/N比，提高中光电二极管对光的感光度并且减小放大器的增益是有效的。
然而，如图28所示，放大器对电信号具有固定的可放大范围。因此，当通过增加生成的电荷量来提高光电二极管的感光度时，电信号可能不落入放大器的可放大范围内，并且可能导致动态范围降低。此外，当提高光电二极管的感光度时，可以在低照射放射线量范围内获得具有高S/N比的图像，在低照射量范围对于放射线图像诊断来说是重要的。然而，可能不能获得高放射线照射量范围内的信息，并且可能不能获得宏观的图像(例如，人体轮廓信息)。
日本专利申请特开No.2008-270765公开了一种可以同时提高S/N比和动态范围的技术。在该技术中，在互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的像素中设置电流-电压转换电路，在诊断对象范围内的信息以高S/N比(小增益)被放大，在大放射线照射量范围内的信息以低S/N比(大增益)被转换成电压，并被输出。
医疗领域使用的放射线检测器需要传感器面积足够大以容纳作为人体的摄影对象的位置。具体地说，传感器面积的一般标准尺寸是35cm×43cm，或43cm×43cm。因此，难以由6英寸和12英寸之间的直径形成于硅基板上的CMOS来制造放射线检测器。因此，由诸如TFT技术在诸如玻璃的绝缘基板上形成的晶体管阵列来构成放射线检测器。
然而，基于以下理由，将电流-电压转换电路并入TFT是不现实的。
(1)由于TFT的阈值的均匀性、制造稳定性和低可靠性，很难以高精确度进行电流-电压转换。
(2)由于制造装置的规格的最小布线宽度大(CMOS≤0.1μm，TFT约等于5μm)，对于电流-电压转换，CMOS需要100倍以上的面积。
因此，尽管已经提出了在放射线检测器的像素内设置电流-电压转换电路，但难以将该技术付诸实践。
发明内容
本发明提供了一种放射线检测器，其可以抑制动态范围的减小，并且可以改善低放射线量下的S/N比，而不用在像素中设置任何电流-电压转换电路。
本发明的第一方面是一种放射线检测器，该放射线检测器包括：多个像素，这些像素以二维形式排列在检测放射线的检测区域中，所述多个像素中的各像素包括：响应于放射线的照射而生成电荷并累积与照射的放射线量相对应的电荷的多个传感器部以及用于读取所述电荷的开关元件，并且各传感器部具有不同的感光特性；多条扫描线，开关各开关元件的控制信号流过各扫描线；以及多条信号线，根据各所述开关元件的开关状态，与所述各像素的所述各传感器部中累积的电荷相对应的电信号流过各信号线。
注意，感光特性是示出了放射线(例如，X放射线或可见光)的照射量与传感器部中累积的电荷量之间的关系的特性。此外，感光特性由传感器部的尺寸、传感器部的材料、施加到传感器部的偏置电压等决定。这里，尺寸指的是传感器部的面积的大小、其膜厚或者这二者。
因此，本发明的第一方面包括各具有不同的感光特性的多个传感器部。由此，本发明的第一方面可以改变从各像素输出的电信号的输出特性，而不必为像素提供任何电流-电压转换电路。因此，本发明的第一方面可以抑制动态范围的减小，并且可以改善低放射线量处的S/N比。
本发明的第二方面，在以上方面中，所述各传感器部可以具有不同的与所照射的放射线量相对应地累积的电荷量的饱和值。
本发明的第三方面，在以上方面中，所述各传感器部可以形成在相同层中，并且具有不同尺寸。
本发明的第四方面，在以上方面中，该放射线检测器可以还包括发光部，其形成于所述检测区域上并且响应于所照射的放射线而产生光，其中，所述多个传感器部响应于所述发光部产生的光的照射而生成电荷，并且所述多个传感器部的至少一部分被遮光。
本发明的第五方面，在以上方面中，该放射线检测器可以还包括多条偏置线，各偏置线提供不同的偏置电压，其中，所述各传感器部可以累积的电荷量可以根据施加的偏置电压变化，并且其中，所述各传感器部可以通过所述多条偏置线中的不同偏置线被施加有不同偏置电压。
本发明的第六方面，在以上方面中，累积所生成的电荷的辅助电容器可以在所述各传感器部的至少一端处与各传感器部电并联设置。
根据上述多个方面，本发明可以抑制动态范围的减小，并且可以改善低放射线量下的S/N比，而不用在像素中设置任何电流-电压转换电路。
附图说明
基于以下附图详细描述本发明的示例性实施方式，其中：
图1是根据第一示例性实施方式的放射线图像成像装置的示意图；
图2是示出了根据第一示例性实施方式的放射线检测器的构造的平面图；
图3是根据第一示例性实施方式的沿图2的线A-A所取的放射线检测器的截面图；
图4是根据第一示例性实施方式的沿图2的线B-B所取的放射线检测器的截面图；
图5是根据第一示例性实施方式的沿图2的线C-C所取的放射线检测器的截面图；
图6是根据第一示例性实施方式的放射线图像成像装置的放射线检测器的示意图；
图7是根据第一示例性实施方式的放射线检测器的一个像素的等效电路图；
图8A和图8B是示出了根据第一示例性实施方式的传感器部103A和103B的感光特性的图；
图9是示出了根据第一示例性实施方式的像素的感光特性的图；
图10是示出了根据第二示例性实施方式的放射线检测器的构造的平面图；
图11是根据第二示例性实施方式的放射线检测器的一个像素的等效电路图；
图12A和图12B是示出了根据第二示例性实施方式的传感器部103A的感光特性的图；
图13A和图13B是示出了根据第二示例性实施方式的传感器部103B和103B的感光特性的图；
图14是示出了根据第二示例性实施方式的像素的感光特性的图；
图15是根据第三示例性实施方式的放射线图像成像装置的示意图；
图16是示出了根据第三示例性实施方式的放射线检测器的构造的平面图；
图17是根据第三示例性实施方式的沿图16的线A-A所取的放射线检测器的截面图；
图18是根据第三示例性实施方式的放射线检测器的一个像素的等效电路图；
图19A和图19B是示出了根据第三示例性实施方式的传感器部103A的感光特性的图；
图20A和图20B是示出了根据第三示例性实施方式的传感器部103B的感光特性的图；
图21是示出了根据第三示例性实施方式的像素的感光特性的图；
图22是示出了根据第四示例性实施方式的放射线检测器的构造的平面图；
图23是关注于根据第四示例性实施方式的放射线检测器的一个像素的等效电路图；
图24A和图24B是示出了根据第四示例性实施方式的传感器部103A的感光特性的图；
图25A和图25B是示出了根据第四示例性实施方式的传感器部103B的感光特性的图；
图26是示出了根据第四示例性实施方式的像素的感光特性的图；
图27是示出了根据其他实施方式的放射线检测器的构造的平面图；以及
图28是示出了传统像素的感光特性的图。
具体实施方式
此后，将参照附图来描述用于实现本发明的示例性实施方式。
[第一示例性实施方式]
图1例示了根据第一示例性实施方式的放射线图像成像装置100的总体结构。
如图1所示，根据第一示例性实施方式的放射线图像成像装置100包括间接转换型放射线检测器10。
放射线检测器10设置有沿一个方向(图1中的横向，以下称为“行方向”)和与该行方向交叉的方向(图1中的纵向，以下称为“列方向”)设置以形成2维形状的多个像素7。各像素7配置成包括两个传感器部103A和103B以及TFT开关4A和4B。这两个传感器部103A和103B由于从闪烁器照射的光而累积电荷。TFT开关4A和4B分别读出传感器部103A和103B中累积的电荷。在第一示例性实施方式中，TFT开关4A和4B的栅极共同形成。传感器部103A和103B具有不同的感光特性，这将在后面描述。
放射线检测器装置10设置有沿行方向彼此平行并且使TFT开关4A和4B导通/断开(ON/OFF)的多条扫描线101。放射线检测器装置10还设置有沿行方向彼此平行并且读出传感器部103A和103B中累积的电荷的多条信号线3。此外，公共电极线109与信号线3平行地设置在放射线检测器10中。
在放射线检测器10中，线107设置为环绕二维地设置有像素7的检测区域的周围部分，并与供应预定偏置电压的电源110连接。各公共电极线109的两端连接到线107。各像素7的传感器部103A和103B连接到公共电极线109，并通过公共电极线109和线107供应偏置电压。
通过使连接到信号线3的一个像素7的TFT开关4A和4B导通(ON)，与传感器部103A和103B中累积的累积电荷量相对应的电信号流过各信号线3。信号检测电路105连接到各信号线3，用于检测从各信号线3流出的电信号。扫描信号控制电路104也连接到扫描线101，用于向各扫描线101输出用于TFT开关4A和4B的导通/断开切换的控制信号。
信号检测电路105各内置有用于各信号线3的放大电路，并且该放大电路对输入的电信号进行放大。信号检测电路105中的放大电路对由各信号线3输入的电信号进行放大。信号检测电路105由此检测各传感器部103A和103B中累积的电荷量，作为呈现图像的各像素的信息。
信号处理装置106连接到信号检测电路105和扫描信号控制电路104。信号处理装置106对信号检测电路105检测到的电信号执行特定处理。信号处理装置106还向信号检测电路105输出表示信号检测定时的控制信号，并向扫描信号控制电路104输出表示扫描信号输出定时的控制信号。
图2到图5示出了根据本示例性实施方式的放射线检测器10的构造的一个示例。图2以平面图例示出了根据本示例性实施方式的放射线检测器10的单个像素7的结构。图3示出了沿图2的线A-A所取的截面图。图4示出了沿图2的线B-B所取的截面图。图5示出了沿图2的线C-C所取的截面图。
如图3到图5所示，本示例性实施方式的放射线检测器10形成有由无碱玻璃等构成的绝缘基板1，在该绝缘基板1上形成有扫描线101和栅极2。扫描线101和栅极2连接在一起(见图2)。形成有扫描线101和栅极2的布线层(该布线层在下面称为第一信号布线层)由主要由Al和/或Cu构成的分层膜、或者Al和/或Cu形成。然而，第一信号布线层的材料不限于此。
第一绝缘膜15A形成在第一信号布线层的一个面上的扫描线101和栅极2之上，从而覆盖扫描线101和栅极2。第一绝缘膜15A中位于栅极2上方的位置被用作TFT开关4A和4B中的绝缘膜。第一绝缘膜15A通过例如化学气相沉积(CVD)成膜例如由SiNx等形成。
岛形半导体有源层8A和8B形成于各栅极2上的第一绝缘膜15A上方。半导体有源层8A和8B是TFT开关4A和4B的沟道部分，并且例如由非晶硅膜形成。
源极9A和9B以及漏极13A和13B形成在前述层上方。形成有源极9A和9B以及漏极13A和13B的布线层中还形成有公共电极线109。形成有信号线3、源极9A和9B以及公共电极线109的布线层(该布线层在下面称为第二信号布线层)由主要由Al和/或Cu构成的分层膜、或者Al和/或Cu形成。然而，第二信号布线层的材料不限于此。
接触层(未示出)形成于源极9A、漏极13A和半导体有源层8A之间以及源极9B、漏极13B和半导体有源层8B之间。接触层是例如掺杂非晶硅等的掺杂半导体层。TFT开关4A由栅极2、半导体有源层8A、源极9A和漏极13A构成。此外，TFT开关4B由栅极2、半导体有源层8B、源极9B和漏极13B构成。
第二绝缘层15B在基板1上方像素7所在的区域的基本整个表面(基本全部区域)上方形成，以便覆盖半导体有源层8A和8B、源极9A和9B、漏极13A和13B以及公共电极线109。第二绝缘膜15B通过例如CVD成膜例如由SiNx等形成。
信号线3、触点24以及触点36A和36B形成在第二绝缘膜15B上方。形成了信号线3、触点24以及触点36A和36B的布线层(下面称为第三信号布线层)由主要由Al和/或Cu构成的分层膜、或者Al和/或Cu、形成。然而，第三信号布线层的材料不限于此。
在信号线3和源极9A、9B彼此相对的位置处，在第二绝缘膜15B中形成接触孔37A和37B(见图2)。在触点36A和漏极13A彼此相对的位置处，在第二绝缘膜15B中形成接触孔38A。此外，在触点36B和漏极13B彼此相对的位置处，在第二绝缘膜15B中形成接触孔38B。另外，在触点24和公共电极线109彼此相对的位置处，在第二绝缘膜15B中形成接触孔39A。
信号线3通过接触孔37A连接到源极9A，并通过接触孔37B连接到源极9B(参照图1)。触点36A通过接触孔38A连接到漏极13A。此外，触点36B通过接触孔38B连接到漏极13B。此外，触点24通过接触孔39A连接到公共电极线109。
第三绝缘膜15C还形成在第三信号布线层上方的一个面上，在第二绝缘膜15B中上面进一步形成涂敷的层间绝缘膜12。第三绝缘膜15C通过例如CVD成膜例如由SiNx等形成。接触孔40A通过层间绝缘膜12和第三绝缘膜15C二者在面对触点36A的位置处形成。接触孔40B通过层间绝缘膜12和第三绝缘膜15C二者在面对触点36B的位置处形成。接触孔39B也通过层间绝缘膜12和第三绝缘膜15C二者在面对触点24的位置处形成。
在层间绝缘膜12上，形成下电极18A，以填充相应接触孔40A，并形成下电极18B以填充相应接触孔40B。下电极18A通过接触孔40A连接到触点36A，并通过触点36A连接到TFT开关4A的漏极13A。此外，下电极18B通过接触孔40B连接到触点36B，并通过触点36B连接到TFT开关4B的漏极13B。当半导体层6A和6B(下面描述)大约1μm厚时，对下电极18A和18B的材料基本没有限制，只要它是导电材料即可。因此，以诸如铝基材料或ITO等的导电金属形成下电极18A、18B。
然而，当半导体层6A和6B的膜厚较薄(大约0.2μm到0.5μm)时，半导体层6A和6B的光吸收不足。因此，为了防止由于各TFT开关4A和4B上的光照导致的漏电流的增加，下电极18A和18B优选为以具有阻光能力的金属作为主要组分的合金或分层膜。
起光电二极管作用的半导体层6A形成于下电极18A上。此外，半导体层6B形成于下电极18B上。在本示例性实施方式中，PIN结构的光电二极管用作半导体层6A和6B。因此，半导体层6A和6B从底开始由相互层叠的n+层、i层和p+层形成。注意，在本示例性实施方式中，下电极18A和18B形成为比相应半导体层6A和6B部分更大。当半导体层6A和6B的厚度较薄(例如，0.5μm以下)时，TFT开关4A和4B优选覆盖有具有阻光能力的金属，以便防止光入射到TFT开关4A和4B上。
优选确保从各TFT开关4A和4B的沟道到阻光金属下电极18A和18B的边缘具有5μm以上的间隔，以便抑制由于装置内光的散射和反射导致光进入TFT开关4A和4B。
分别在各半导体层6A和6B上形成上电极22A和22B。例如利用诸如ITO或铟锌氧化物(IZO)等的具有高透光率的材料，来形成上电极22A和22B。
在根据本示例性实施方式的放射线检测器10中，上电极22A、半导体层6A和下电极18A构成了传感器部103A。此外，在根据本示例性实施方式的放射线检测器10中，上电极22B、半导体层6B和下电极18B构成了传感器部103B。此外，根据本示例性实施方式的放射线检测器10配置成传感器部103A和传感器部103B的尺寸不同，并且其光接收面积不同。因此，传感器部103A和传感器部103B的感光特性不同。具体地说，在根据本示例性实施方式的放射线检测器10中，大约80％的像素区域是传感器部103A的区域，而大约20％的像素区域是传感器部103B的区域。因此，在根据本示例性实施方式的放射线检测器10中，传感器部103A和传感器部103B的光接收面积形成为相差大约四倍。
在层间绝缘膜12及上电极22A和22B上，形成涂敷的层间绝缘膜23，以覆盖半导体层6A和6B。在对应于上电极22A和22B的部位，层间绝缘膜23分别具有开口41A和41B。在层间绝缘膜23中，在对应于触点24的部位形成接触孔39B。
在层间绝缘膜23上形成电极45，以覆盖像素区域。例如利用诸如ITO或IZO等的具有高透光率的材料形成电极45。电极45通过开口41A连接到上电极22B，还通过接触孔39B连接到触点24。因此，上电极22A和22B通过触点24和电极45电连接到公共电极线109。
在如所述配置的放射线检测器10中，按照需要，如图6所示，保护层28可以由具有低光吸收特性的绝缘材料形成。例如由GOS等构成的闪烁器70然后可以利用具有低光吸收特性的粘合树脂附着到保护层28的表面。闪烁器70将照射的放射线转换成光，并发射光。如图6所示，在本示例性实施方式中在闪烁器70的下部设置由反光材料制成的反射体。
现在来解释如上所示配置的放射线图像成像装置100的工作原理。
当X放射线从图6中上方照射时，照射的X放射线被闪烁器70吸收并被转换成可见光。注意，X放射线还可以从图6中下方照射。在这种情况下，照射的X放射线被闪烁器70吸收并被转换成可见光。产生的光透过由粘合树脂构成的保护层28，并分别照射到相应传感器部103A和103B上。
图7例示了关注于根据第一示例性实施方式的放射线检测器10的一个像素7的等效电路图。
预定偏置电压通过公共电极线109施加到传感器部103A和103B，并且在照射光时生成电荷。由下电极18A和18B收集在半导体层6A和6B处生成的电荷。传感器部103A和103B分别连接到TFT开关4A和4B。当检测图像时，向TFT开关4A和4B的栅极2施加负偏压，并且使TFT开关4A和4B保持OFF(断开)状态，并且累积在下电极18A、18B中收集的电荷。
当读取图像时，向各扫描线101依次施加导通(ON)信号(从+10V到+20V)。由此，针对各行，使相应像素7的TFT开关4A和4B导通，并且与下电极18A和18B中累积的电荷量相对应的电信号流过相应信号线3。信号检测电路105基于流过各信号线3的电信号，检测相应像素7的传感器部103A和103B中累积的电荷量，作为表示图像的信息。这允许放射线检测器10获得由所照射的X放射线表示的图像信息。
这里，根据本示例性实施方式的放射线检测器10针对各相应像素7设置有传感器部103A和103B。此外，如图2中所示，在根据本示例性实施方式的放射线检测器10中，传感器部103A和103B的尺寸不同，从而其感光特性也不同。特别是，在本示例性实施方式中，传感器部103A具有比传感器部103B大四倍的光接收面积。
在传感器部103A和传感器部103B中，与光的照射量相对应地、线性地累积电荷。接着，上电极22A和22B的电势与电荷的累积相对应地增加。此外，当上电极22A和22B的电势变成偏置电压的电势时，电荷的累积饱和。
由于传感器部103A的光接收面积大，所以针对光接收量的累积电荷量较大，如图8A所示，并且累积的电荷较早变饱和。注意，在电荷的累积变饱和之前的范围DLA是传感器部103A的动态范围。
另一方面，由于传感器部103B的光接收面积小，所以针对光接收量的累积电荷量较小，如图8A所示，并且累积的电荷较晚变饱和。注意，在电荷的累积变饱和之前的范围DLB是传感器部103B的动态范围。
在各像素7中，在传感器部103A和103B中分别与光的接收量相对应地累积电荷。接着，在TFT开关4A和4B导通时，作为传感器部103A和传感器部103B中已累积电荷的组合的电信号流过信号线103，如图9所示。
如上所述，本示例性实施方式可以通过使传感器部103A和传感器部103B的感光特性不同来实现各像素的呈非线性曲线的输出特性，如图9所示。因此，通过传感器部103A的感光特性，可以增大低放射线量区域中对光的感光度。另一方面，在高放射线量区域，由于即使在传感器部103A中累积的电荷变饱和时也能够在传感器部103B中累积电荷，因此高放射线量区域中电荷的增加量较小。因此，根据本示例性实施方式的放射线检测器10可以在放大器的范围内匹配电信号，而不使动态范围DL变窄。
如上所述，根据本示例性实施方式，通过为各像素7提供具有不同感光特性的传感器部103A和103B，可以将从各像素7输出的电信号的输出特性设置为非线性曲线。因此，本示例性实施方式的放射线检测器10可以抑制动态范围的减小，并且可以改善低放射线量处的S/N比。
此外，在本示例性实施方式中，在相同层中形成传感器部103A和103B。因此，根据本示例性实施方式的放射线检测器10可以抑制传感器部103A和103B的膜厚的变化。相应地，根据本示例性实施方式的放射线检测器10例如可以通过选择相应传感器部的光接收面积，来调节相应传感器中的感光特性的差异。
[第二示例性实施方式]
接着，来描述第二示例性实施方式。注意，与第一示例性实施方式中的构造类似的构造将给予相同的标号，并省略其说明。
图10例示了示出根据第二示例性实施方式的放射线检测器10中的一个像素7的构造的平面图。
在该放射线检测器10中，通过在传感器部103B的一部分中更宽地形成触点36B，来形成电极部47A。此外，在放射线检测器10中，通过在传感器部103B的一部分处更宽地形成公共电极线109，来形成电极部47B，以与电极部47A相对。因此，在放射线检测器10中，由电极部47A和电极部47B形成电荷存储电容器47。
图11例示了根据第二示例性实施方式的放射线检测器10中的一个像素7的等效电路图。
在根据第二示例性实施方式的放射线检测器10中，电荷存储电容器47并联连接到放射线传感器部103B。
因此，在根据本示例性实施方式的放射线检测器10中，传感器部103A和103B的尺寸配置成不同，并且电荷存储电容器47设置为与传感器部103B并联。
由于传感器部103A的光接收面积大，因此根据光接收量累积的电荷量变大。因此，电荷根据光的照射量线性地累积，并且上电极22A的电势与所累积的电荷相对应地增加，如图12A所示。因此，当上电极22A的电势变为偏置电压Vd的电势时，所累积的电荷变饱和，如图12B所示。注意，在电荷的累积变饱和之前的范围DLA是传感器部103A的动态范围。
另一方面，传感器部103B的光接收面积小，并且电荷存储电容器47并联连接。由此，上电极22B的电势与累积的电荷相对应地缓慢增加，如图13A所示。此外，当上电极22B的电势变为偏置电压Vd的电势时，所累积的电荷变饱和，如图13B所示。注意，在电荷的累积变饱和之前的范围DLB是传感器部103B的动态范围。
在各像素7中，在传感器部103A和103B中分别与光的接收量相对应地累积电荷。接着，当TFT开关4A和4B导通时，作为传感器部103A和传感器部103B中已累积的组合电荷的电信号流过信号线3，如图14所示。
如上所述，本示例性实施方式可以通过使传感器部103A和传感器部103B的感光特性不同，来实现各像素的呈曲线的输出特性，如图14所示。因此，根据本示例性实施方式的放射线检测器10可以在放大器的范围内匹配电信号，而不使动态范围DL变窄。
如上所述，根据本示例性实施方式，通过为各像素7提供具有不同感光特性的传感器部103A和103B，可以将从各像素7输出的电信号的输出特性设置为非线性曲线。因此，本示例性实施方式的放射线检测器10可以抑制动态范围的减小，并且可以改善低放射线量处的S/N比。
因此，传感器部与不存在电荷存储电容器47的情况相比，本示例性实施方式通过在传感器部103A和103B下方设置电荷存储电容器47，可以使各传感器部中的感光特性显著不同，而不减小传感器部103A和103B的光接收面积。因此，本示例性实施方式可以抑制动态范围的减小。
[第三示例性实施方式]
接着，来描述第三示例性实施方式。注意，与第一示例性实施方式中的构造类似的构造将给予相同的标号，并省略其说明。
图15示出了根据第三示例性实施方式的放射线检测器10的整体构造。
在根据第三示例性实施方式的放射线检测器10中，针对各信号线3，平行设置公共电极线109A和109B。
此外，在该放射线检测器10中，设置线107A和107B，以围绕以二维方式设置有像素7的检测区域的周围部分。线107A连接到电源110A，而线107B连接到电源110B。公共电极线109A的两端连接到线107A，并且通过线107A从电源110A向公共电极线109A供应偏置电压。此外，公共电极线109B的两端连接到线107B，并且通过线107B从电源110B向公共电极线109B供应偏置电压。
图16和图17示出了根据第三示例性实施方式的放射线检测器10的示例。图16例示了示出根据本示例性实施方式的放射线检测器10中的一个像素7的构造的平面图。图17例示了沿图16中的线A-A所取的截面图。
在根据本示例性实施方式的放射线检测器10中，在层间绝缘膜23上形成公共电极线109A和109B。公共电极线109A通过开口41A与上电极22A电连接。此外，公共电极线109B通过开口41B与上电极22B电连接。
图18例示了根据第三示例性实施方式的放射线检测器10中的一个像素7的等效电路图。
在根据第三示例性实施方式的放射线检测器10中，传感器部103A和103B的尺寸配置成不同，并且供应给传感器部103A和103B的偏置电压也配置成不同。此外，偏置电压Vd1通过公共电极线109A供应给传感器部103A。而且，偏置电压Vd2通过公共电极线109B供应给传感器部103B。
由于传感器部103A的光接收面积大，根据光接收量累积的电荷量变大。因此，电荷根据光的照射量线性地累积，并且上电极22A的电势与所累积的电荷相对应地增加，如图19A所示。因此，当上电极22A的电势变为偏置电压Vd1的电势时，所累积的电荷变饱和，如图19B所示。注意，在电荷的累积变饱和之前的范围DLA是传感器部103A的动态范围。
另一方面，传感器部103B的光接收面积小。由此，上电极22B的电势与累积的电荷相对应地缓慢增加，如图20A所示。此外，当上电极22B的电势变为偏置电压Vd2的电势时，所累积的电荷变饱和，如图20B所示。注意，在电荷的累积变饱和之前的范围DLB是传感器部103B的动态范围。
在各像素7中，在传感器部103A和103B中分别与光的接收量相对应地累积电荷。接着，当TFT开关4A和4B导通时，作为传感器部103A和传感器部103B中累积电荷的组合的电信号流过信号线3，如图21所示。
如上所述，本示例性实施方式可以通过使传感器部103A和传感器部103B的感光特性不同，来实现各像素的呈曲线的输出特性，如图21所示。因此，根据本示例性实施方式的放射线检测器10可以抑制在低放射线量处的S/N比的减小，并可以提高动态范围。
如上所述，根据本示例性实施方式，通过为各像素7提供具有不同感光特性的传感器部103A和103B，可以将从各像素7输出的电信号的输出特性设置为非线性曲线。因此，本示例性实施方式的放射线检测器10可以抑制动态范围的减小，并且可以改善低放射线量处的S/N比。
此外，根据本示例性实施方式，可以从放射线检测器10的外部控制偏置电压。由此，本示例性实施方式可以根据其规格任意改变施加到各传感器部的偏置电压的值。因此，即使放射线检测器10内存在制造偏差，本示例性实施方式也可以通过从放射线检测器10的外部控制偏置电压，来任意调节各传感器部的感光特性的差异。
[第四示例性实施方式]
接着，来描述第四示例性实施方式。注意，与第一示例性实施方式中的构造类似的构造给予相同的标号，并省略其说明。
图22例示了示出根据第四示例性实施方式的放射线检测器10中的一个像素7的构造的平面图。
在根据本示例性实施方式的放射线检测器10中，如同第三示例性实施方式，在层间绝缘膜23上形成公共电极线109。公共电极线109通过开口41A电连接到上电极22A，并通过开口41B电连接到上电极22B。
此外，在根据本示例性实施方式的放射线检测器10中，通过在传感器部103B的一部分上更宽地形成公共电极线109，来形成保护各传感器部103B的一部分免受光照的遮光电极部48。
图23例示了根据第四示例性实施方式的放射线检测器10中的一个像素7的等效电路图。
在根据本示例性实施方式的放射线检测器10中，由遮光电极部48保护各传感器部103B的一部分免受光照。由此，传感器部103B的遮光部分的感光度变为零，并且遮光部分起到与传感器部103B并联连接的辅助电容器49的作用。
由于传感器部103A的光接收面积大，因此与光的接收量相对应地累积的电荷量变大。因此，电荷与光的照射量相对应地线性累积，并且上电极22A的电势与所累积的电荷相对应地增加，如图24A所示。因此，当上电极22A的电势变为偏置电压Vd的电势时，所累积的电荷变饱和，如图24B所示。注意，在电荷的累积变饱和之前的范围DLA是传感器部103A的动态范围。
另一方面，传感器部103B的光接收面积小，并且辅助电容器49并联连接。由此，上电极22B的电势与累积的电荷相对应地缓慢增加，如图25A所示。此外，当上电极25B的电势变为偏置电压Vd的电势时，所累积的电荷变饱和，如图13B所示。注意，在电荷的累积变饱和之前的范围DLB是传感器部103B的动态范围。
在各像素7中，在传感器部103A和103B中分别与光的接收量相对应地累积电荷。接着，当TFT开关4A和4B导通时，作为传感器部103A和传感器部103B中累积电荷的组合的电信号流过信号线3，如图26所示。
如上所述，本示例性实施方式可以通过使传感器部103A和传感器部103B的感光特性不同，来实现各像素的呈曲线的输出特性，如图26所示。因此，根据本示例性实施方式的放射线检测器10在低放射线量处可以抑制S/N比的减小，并提高动态范围。
如上所述，根据本示例性实施方式，通过为各像素7提供具有不同感光特性的传感器部103A和103B，可以将从各像素7输出的电信号的输出特性设置为非线性曲线。因此，根据本示例性实施方式的放射线检测器10可以抑制动态范围的减小，并且可以改善低放射线量处的S/N比。
此外，本示例性实施方式在传感器部的相同层中包括为传感器部的一部分遮光的辅助电容器49。因此，与在与传感器部的层不同的层中设置辅助电容器的情况相比，本示例性实施方式能够抑制制造偏差。
注意，上述示例性实施方式中解释的放射线图像成像装置100的构造和放射线检测器10的构造仅仅是其示例，并且显然在不脱离本发明的精神范围内可以进行各种修改。
例如，在上述示例性实施方式中，描述了在各像素7中设置两个传感器部103A和103B的情况。然而，本发明并不限于此。可以在各像素7中设置两个或更多个传感器部，并且可以以多级方式改变从各像素7输出的电信号的输出特性。
在上述示例性实施方式中，描述了在相同层中形成传感器部103A和传感器部103B的情况。然而，本发明并不限于此。在替代示例性实施方式中，传感器部103A和传感器部103B可以形成在不同层中。当像素尺寸小时，两个传感器部之间的绝缘面积与整个像素面积之比变大。然而，当在不同层中设置传感器部时，传感器部还可以设置在两个传感器部之间的绝缘区域中，由此光接收面积变大。因此，在本替代示例性实施方式中，各传感器部中累积的电荷量增加，并且本替代示例性实施方式可以抑制动态范围的减小。
在上述示例性实施方式中，描述了传感器部103A和传感器部103B的光接收面积大约相差四倍的情况。然而，本发明并不限于此。传感器部103A和传感器部103B的光接收面积可以相差四倍以上。可以通过传感器部103A和传感器部103B之间的光接收面积不同，来使传感器部103A和传感器部103B的感光特性不同。
在上述示例性实施方式中，描述了通过使传感器部103A和传感器部103B的光接收面积的大小不同而使传感器部103A和传感器部103B的感光特性不同的情况。然而，本发明并不限于此。可以通过在半导体层6A和6B中使用不同材料，来使传感器部103A和传感器部103B的感光特性不同。
在上述示例性实施方式中，描述了各像素7的TFT开关4A、4B的栅极形成为共用的情况。然而，本发明并不限于此。在一个替代示例性实施方式中，可以使TFT开关4A、4B分开。例如，如图27所示，TFT开关4A和4B的源极9以及栅极2可以共同形成。在这种情况下，可以减少各像素7中与信号线3相连的线。因此，本替代示例性实施方式可以减小信号线3的寄生电容。
在上述示例性实施方式中，描述了将本示例性实施方式应用于通过X放射线检测图像的放射线图像成像装置100的情况。然而，本发明并不限于此。例如，使用的放射线可以是X放射线，也可以是可见光、紫外光、红外光、伽玛(gamma)放射线或粒子束。
Claims (6)
1.一种放射线检测器，该放射线检测器包括：
多个像素，这些像素以二维形式排列在检测放射线的检测区域中，所述多个像素中的各像素包括：响应于放射线的照射而生成电荷并累积与照射的放射线量相对应的电荷的多个传感器部以及用于读取所述电荷的开关元件，并且各传感器部的感光特性不同；
多条扫描线，开关各开关元件的控制信号流过各扫描线；以及
多条信号线，根据各所述开关元件的开关状态，与所述各像素的所述各传感器部中累积的电荷相对应的电信号流过各信号线。
2.根据权利要求1所述的放射线检测器，其中，所述各传感器部具有不同的与照射的放射线量相对应地累积的电荷量的饱和值。
3.根据权利要求1或2所述的放射线检测器，其中，所述各传感器部形成在相同层中，并且具有不同尺寸。
4.根据权利要求1所述的放射线检测器，该放射线检测器还包括发光部，其形成于所述检测区域上并且响应于所照射的放射线而产生光，
其中，所述多个传感器部响应于所述发光部产生的光的照射而生成电荷，并且所述多个传感器部的至少一部分被遮光。
5.根据权利要求1所述的放射线检测器，该放射线检测器还包括多条偏置线，各偏置线提供不同的偏置电压，
其中，所述各传感器部能够累积的电荷量根据施加的偏置电压变化，并且
其中，所述各传感器部通过所述多条偏置线中的不同偏置线被施加有不同偏置电压。
6.根据权利要求1所述的放射线检测器，其中，累积所生成的电荷的辅助电容器在所述各传感器部的至少一端处与各传感器部电并联设置。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20111221 |