JP2001264443A

JP2001264443A - Ｘ線平面検出器

Info

Publication number: JP2001264443A
Application number: JP2001003168A
Authority: JP
Inventors: Mitsushi Ikeda; 光志池田; Masaki Atsuta; 昌己熱田; Akira Konno; 晃金野; Manabu Tanaka; 学田中; Yasuhiro Sugawara; 靖宏菅原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-01-12
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2001-09-26
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: JP3883388B2

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｘ線の入射により発生した電荷を効率良く外
部へ取り出すことのできるＸ線平面検出器を提供する。【解決手段】入射Ｘ線を電荷に変換するＸ線電荷変換
膜４０３と、Ｘ線電荷変換膜４０３上にアレイ状に配列
された複数の画素電極５０３と、それぞれの画素電極５
０３と接続されるスイッチング素子４０２と、各々１列
のスイッチング素子４０２に駆動信号を送る走査線と、
各々１行のスイッチング素子４０２と接続される信号線
と、Ｘ線電荷変換膜４０３の画素電極５０３が設けられ
ている面と反対側の面上に設けられる共通電極６０３と
を具備し、Ｘ線電荷変換膜４０３は、無機半導体粒子か
らなるＸ線感光材料１１０と、有機半導体からなるキャ
リア輸送材料１０９とを含むことを特徴とするＸ線平面
検出器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医用Ｘ線診断装置
のＸ線平面検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、医療分野においては、治療を迅速
かつ的確に行うために、患者の医療データをデータベー
ス化する方向へと進んでいる。これは、患者はしばしば
複数の医療機関を利用するので、的確な治療行為を行う
ために他の医療機関のデータが必要になるためである。

【０００３】Ｘ線撮影の画像データについてもデータベ
ース化の要求があり、それに伴って、Ｘ線撮影画像のデ
ジタル化が望まれている。従来、医用Ｘ線診断装置で
は、銀塩フィルムを使用して画像を撮影している。こう
した画像をデジタル化するためには、撮影したフィルム
を現像した後、スキャナなどで読み取る操作が必要とな
り、手間と時間がかかっていた。

【０００４】最近は、光電膜、加速電極及び蛍光膜を設
けた大きな真空管と１インチ程度のＣＣＤカメラを使用
し、直接画像をデジタル化するイメージインテンシファ
イアＴＶ（ＩＩ−ＴＶ）方式が実現されている。しか
し、例えば肺の診断では、４０ｃｍ×４０ｃｍ程度の領
域を撮影するため、光を集光する光学装置が必要であ
り、装置の大型化が問題になっている。

【０００５】これら２方式の問題を解決する方式とし
て、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（ａ−Ｓｉ
ＴＦＴ）を用いた直接変換方式のＸ線平面検出器が提
案されている。このＸ線平面検出器は、入射Ｘ線を各画
素のＸ線電荷変換膜で直接的に電荷に変換する。

【０００６】図９に従来のＸ線平面検出器の１画素の素
子構成を示す。ガラス基板１０１上に、キャパシタ電極
４０４、絶縁層および補助電極５０２の積層構造からな
るキャパシタ（Ｃｓｔ）と、このキャパシタに接続され
たスイッチングＴＦＴ４０２および保護用ＴＦＴ４１１
が形成されている。これらの各部材の上に保護膜が形成
されており、補助電極５０２上でコンタクトホールが形
成されている。保護膜上には画素電極５０３（補助電極
５０２と接続される）、ｐ型コンタクト膜６０１、Ｘ線
電荷変換膜４０３、ｎ型コンタクト膜６０２、および共
通電極６０３が積層されている。画素はアレイ状に配置
される。

【０００７】Ｘ線が入射すると、Ｘ線はＸ線電荷変換膜
４０３で電荷に変換され、電荷は共通電極６０３と画素
電極５０３との間に印加された電界により加速され、キ
ャパシタに蓄積される。スイッチングＴＦＴ４０２は、
走査線を介して駆動され、キャパシタに蓄積された電荷
を信号線へ転送する。保護用ＴＦＴ４１１は過度の電荷
が発生した場合に、電荷を逃がすように機能する。

【０００８】従来、Ｘ線電荷変換膜としては、ＳｅやＰ
ｂＩ２などからなる膜が主に用いられている。このＸ線
平面検出器の表面では、Ｘ線電荷変換膜４０３はｎ型コ
ンタクト膜６０２および共通電極６０３で覆われてい
る。しかし、このＸ線平面検出器の側面では、Ｘ線電荷
変換膜４０３が露出している。ＳｅやＰｂＩ２などの物
質は人体に悪影響を及ぼすため、Ｘ線電荷変換膜４０３
が露出していることは好ましくない。また、精度のよい
画像を得るためには、Ｘ線電荷変換膜４０３を均一に形
成する必要がある。しかし、ＳｅやＰｂＩ２などの金属
や金属化合物で均一な膜を形成することは困難である。

【０００９】特公平４−６３５５５号は、透明電荷輸送
物質と、透明電荷輸送物質に分散させた蛍光体粒子およ
び光導電体粒子とから構成されるＸ線検知層を有するＸ
線センサーを開示している。このＸ線センサーはＸ線Ｃ
Ｔスキャナーに適用されるものである。このＸ線センサ
ーでは、Ｘ線に照射された蛍光体粒子が蛍光を発生し、
蛍光に照射された光導電体粒子が電子および正孔を発生
し、電子および正孔が電荷輸送物質により輸送される。
しかし、このＸ線センサーをＸ線平面検出器に適用した
場合、発光した蛍光が等方的に広がって隣接する画素に
到達し、クロストークが生じて空間分解能が劣化すると
いう問題がある。

【００１０】特開平３−２７３６８７号は、金属フタロ
シアニンなどの有機半導体またはＣｄＳなどの無機半導
体中に、これらの半導体よりも原子番号の大きい元素、
具体的にはＷやＰｂなどの金属を分散させた放射線吸収
材料を開示している。しかし、この従来技術は放射線を
吸収する材料として金属を用いているため、電子−正孔
対が導電性の高い金属中で再結合し、電荷を外部へ取り
出すことが困難であり、効率が悪いという問題がある。
これは金属中では電界が小さい為移動度が小さく、電子
及び正孔の離散距離が小さくなり、解離する前に電子正
孔間のクーロン力により再結合しやすくなる為である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のＸ線平面検出器では、Ｘ線電荷変換膜を形成する際、
ＳｅやＰｂＩ２などの金属や金属化合物で均一な膜を形
成することは困難であった。また、Ｘ線電荷変換膜中で
Ｘ線の入射により発生した電荷を、効率良く外部へ取り
出すことが出来なかった。

【００１２】そこで、本発明は、Ｘ線の入射により発生
した電荷を効率良く外部へ取り出すことのできるＸ線平
面検出器を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、入射Ｘ
線を電荷に変換するＸ線電荷変換膜と、Ｘ線電荷変換
膜上にアレイ状に配列された複数の画素電極と、それぞ
れの画素電極と接続されるスイッチング素子と、各々１
列のスイッチング素子に駆動信号を送る走査線と、各々
１行のスイッチング素子と接続される信号線と、Ｘ線電
荷変換膜の画素電極が設けられている面と反対側の面上
に設けられる共通電極とを具備し、Ｘ線電荷変換膜は、
無機半導体粒子からなるＸ線感光材料と、有機半導体か
らなるキャリア輸送材料とを含むことを特徴とするＸ線
平面検出器を提供する。

【００１４】本発明では、Ｘ線感光材料が、ＰｂＩ２、
ＣｓＩ、ＮａＩ、ＨｇＩ２、ＣｄＳ、Ｈｇ２ＩＮ、Ｈｇ
ＢｒＮ、Ｍｎ３ＨｇＮ、ＨｇＩ２ＢＮ、ＰｂＮ２、Ｐｂ
（Ｎ３）２、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＰｂＴｅ、Ｔｅおよ
びＳｅからなる群より選択される少なくとも１種の材料
を含んでも良い。

【００１５】また本発明では、キャリア輸送材料の、正
孔または電子の移動度が１×１０−７ｃｍ２／Ｖ・ｓｅ
ｃ以上であっても良い。

【００１６】さらに本発明では、キャリア輸送材料が、
Ａｌｑ３、ＴＰＤ、ポリフェニレンビニレン、ポリアル
キルチオフェン、ポリビニルカルバゾール、トリフェニ
レン、液晶分子および金属フタロシアニン、ＤＣＭ、ル
ブレンからなる群より選択される少なくとも１種の材料
を含んでも良い。

【００１７】また本発明では、キャリア輸送材料は、Ｌ
ＵＭＯが２．４ｅＶ以上でＨＯＭＯが６．５ｅＶ以下で
あっても良い。さらに本発明では、Ｘ線電荷変換膜と接
する一方の面に正孔輸送層、Ｘ線電荷変換膜と接する他
方の面に電子輸送層が設けられていても良い。また本発
明では、それぞれの画素にＸ線電荷変換膜で発生した電
荷を蓄積するキャパシタを有し、各キャパシタは各画素
においてスイッチング素子と接続されていても良い。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明において、Ｘ線感光材料は
Ｘ線に感光性のある無機半導体の粒子からなる。Ｘ線感
光材料として用いられる無機半導体は、ＰｂＩ２、Ｃｓ
Ｉ、ＮａＩ、ＨｇＩ２、ＣｄＳ、Ｈｇ２ＩＮ、ＨｇＢｒ
Ｎ、Ｍｎ３ＨｇＮ、ＨｇＩ２ＢＮ、ＰｂＮ２、Ｐｂ（Ｎ
３）２、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＰｂＴｅ、Ｔｅ、Ｓｅか
らなる群より選択される少なくとも１種の材料からな
る。これらの物質はＸ線の吸収係数が大きいため好まし
い。Ｘ線感光材料粒子の粒径は、例えば約１〜１０μｍ
の範囲に設定される。

【００１９】本発明において、キャリア輸送材料は導電
性を持つ有機半導体からなる。キャリア輸送材料は正孔
または電子の移動度が約１×１０−７ｃｍ２／Ｖ・ｓｅ
ｃ以上であることが好ましい。キャリア輸送材料として
用いられる有機半導体は、トリス（８−キノリノラト）
アルミニウム（Ａｌｑ３）、Ｎ，Ｎ−ジフェニル−Ｎ，
Ｎ−ジ（ｍ−トリル）ベンジジン（ＴＰＤ）、ポリパラ
フェニレンビニレン（ＰＰＶ）、ポリアルキルチオフェ
ン、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、トリフェニレ
ン（ＴＮＦ）、液晶分子、金属フタロシアニン、４−
（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（ｐ−ジメチ
ルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）からなる
群より選択される少なくとも１種の材料からなる。これ
らの物質はキャリアの移動度が高いため好ましい。

【００２０】ＰＰＶまたはＰＶＫ−ＴＮＦ混合物のよう
なポリマー系のキャリア輸送材料を用いる場合、Ｘ線電
荷変換膜はＸ線感光材料の粒子をポリマー系のキャリア
輸送材料に分散させることにより形成される。また、低
分子のキャリア輸送材料を用いる場合、Ｘ線電荷変換膜
はＸ線感光材料の粒子および低分子のキャリア輸送材料
をバインダーに分散させることにより形成される。バイ
ンダーとしては、ポリカーボネート、ポリスチレンなど
が用いられる。バインダーを用いる場合、キャリア輸送
材料とバインダーとの混合物中におけるキャリア輸送材
料の混合割合は約０．１〜４０モル％に設定される。た
だし、バインダーを混合せずに形成しても良い。

【００２１】Ｘ線感光材料、キャリア輸送材料および必
要に応じて用いられるバインダーをトルエン、塩化メチ
レンなどの有機溶媒または水に溶解または分散させるこ
とにより塗布溶液が調製される。Ｘ線電荷変換膜はこの
ようにして調製された塗布溶液を基板上に塗布すること
により容易に形成することができる。

【００２２】Ｘ線電荷変換膜中のＸ線感光材料の等価厚
さは、Ｘ線感光材料がＸ線を約５０％以上吸収する厚さ
の、約１倍以上約１０倍以下であることが好ましい。Ｘ
線感光材料の等価厚さがこの程度であれば、Ｘ線電荷変
換膜によってＸ線を十分に吸収することができる。ま
た、Ｘ線電荷変換膜の厚さは、この等価厚さの約１．３
倍以上約３倍以下であることが好ましい。これは、Ｘ線
電荷変換膜を塗布により形成する際に、十分な流動性を
確保するためである。

【００２３】Ｘ線電荷変換膜中で発生したキャリアの移
動度を大きくするためには、Ｘ線電荷変換膜に印加され
る電界を高くすることが好ましい。これはキャリアがＸ
線電荷変換膜内のキャリアトラップ間をホッピングして
移動するために電界が大きい方が移動度が増加する為で
ある。電界は印加電圧／膜厚によって決まるため、電界
を高くするにはＸ線電荷変換膜の厚さを薄くすることが
有効である。このためには、Ｘ線電荷変換膜中のＸ線感
光材料の割合を高くすることが好ましい。Ｘ線感光材料
の粒子の形状に関しては、球形に近いほうが充填率を高
くできるが、必ずしも球形に限定されない。球形の場合
には、Ｘ線感光材料の等価厚さを、Ｘ線電荷変換膜の厚
さの約５０〜９５％にすることができる。このとき、Ｘ
線電荷変換膜中におけるＸ線感光材料の体積分率は、約
３０〜９０％になる。

【００２４】Ｘ線電荷変換膜中でのＸ線感光材料の充填
率をさらに上げるためには、相対的に粒径の大きい無機
半導体粒子と相対的に粒径の小さい無機半導体粒子を用
いてもよい。この場合、大きい粒子と小さい粒子とし
て、互いに種類の異なる無機半導体を用いてもよい。

【００２５】Ｘ線電荷変換膜におけるＸ線から電荷への
変換効率を高めるためには、Ｘ線感光材料の密度を共通
電極側（Ｘ線入射面側）で相対的に高く、画素電極側
（Ｘ線入射面と反対面側）で相対的に低くすることが好
ましい。

【００２６】Ｘ線電荷変換膜は、暗電流（オフ電流）を
低減するために、抵抗率が約１×１０10Ωｃｍ以上であ
ることが好ましい。このためには、キャリア輸送材料の
バインダーに対する混合割合を、共通電極側（Ｘ線入射
面側）で相対的に高く、画素電極側（Ｘ線入射面と反対
面側）で相対的に低くすることが好ましい。

【００２７】Ｘ線感光材料の粒子を、Ｘ線感光材料のエ
ネルギーレベルと、バインダーと混合されているキャリ
ア輸送材料のエネルギーレベルとの中間のエネルギーレ
ベルを持つ、有機半導体からなる第２のキャリア輸送材
料で被覆してもよい。

【００２８】本発明においては、Ｘ線電荷変換膜と画素
電極との間に正孔輸送層、Ｘ線電荷変換膜と共通電極と
の間に電子輸送層を設けることが好ましい。これは金属
電極とＸ線電荷変換膜とをオーミック接合とすることに
よりキャリアの輸送効率を上げるためである。また、動
作時には共通電極に正電圧を印加してＸ線感光膜のｐ−
ｉ−ｎ構造が逆バイアス状態になるために画素電極から
の電子の注入や共通電極からの正孔の注入がないことか
ら、Ｘ線照射の無い暗時のオフ電流を制限でき、Ｘ線平
面検出器のＳＮ比（信号・ノイズ比）を拡大できる効果
もある。また逆に画素電極側に電子輸送層を形成する場
合には共通電極に負電圧を印加して同様に暗時のオフ電
流を制限できる。正孔輸送層における正孔移動度、電子
輸送層における電子移動度は、それぞれ約１×１０―７
ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上であることが好ましい。

【００２９】電子輸送層には、オキサジアゾール誘導
体、Ａｌｑ３、ｎ型Ｓｉおよびｎ型ＧａＡｓからなる群
より選択される少なくとも１種の材料が用いられる。正
孔輸送層には、ＴＰＤ、ジアミン、ｐ型Ｓｉ、ｐ型Ｇａ
Ａｓ、ＰＰＶおよびＤＣＭからなる群より選択される少
なくとも１種の材料が用いられる。

【００３０】以下、本発明の実施形態をより具体的に説
明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるもの
ではない。

【００３１】まず、図２を参照して本発明に係るＸ線平
面検出器の１画素の回路構成を説明する。１つの画素４
０１内には、スイッチングＴＦＴ４０２、Ｘ線電荷変換
膜４０３、キャパシタ（Ｃｓｔ）４０４、保護用ＴＦＴ
４１１が含まれる。画素４０１はアレイ状に配置され
る。Ｘ線電荷変換膜４０３には、高圧電源４０６によっ
て負のバイアス電圧が印加される。Ｃｓｔ４０４はＣｓ
ｔバイアス線４０５に接続される。スイッチングＴＦＴ
４０２は、走査線４０７と信号線４０８に接続され、走
査線駆動回路４０９によりオン／オフが制御される。信
号線４０８の終端は、信号検出用の増幅器４１０に接続
されている。保護用ＴＦＴ４１１はバイアス線４１２を
通して電源４１３によりバイアスされている。なお、Ｃ
ｓｔ４０４を設けずに、他の素子や配線の浮遊容量を利
用することも可能である。またスイッチングＴＦＴ４０
２を用いずにダイオードを用いても良い。

【００３２】Ｘ線平面検出器の動作は以下の通りであ
る。Ｘ線が入射すると、Ｘ線はＸ線電荷変換膜４０３で
電荷に変換され、Ｃｓｔ４０４に電荷が蓄積される。走
査線駆動回路４０９で走査線４０７を駆動し、１つの走
査線４０７に接続している１列のスイッチングＴＦＴ４
０２をオンすると、蓄積された電荷は１行のスイッチン
グＴＦＴ４０２に接続されている信号線４０８を通って
増幅器４１０側へ転送される。図示しないスイッチで、
１画素ごとの電荷を増幅器４１０に入力し、ＣＲＴ等で
表示できるような点順次信号に変換する。画素４０１に
入射されるＸ線の量によって電荷量が異なり、増幅器４
１０の出力振幅は変化する。なお、Ｃｓｔ４０４に過度
の電荷が蓄積されないように、バイアス電圧以上の電荷
は、保護用ＴＦＴ４１１によりバイアス線４１２から逃
がす。

【００３３】（第１の実施形態）本発明の第１の実施形
態を説明する。図１にＸ線平面検出器の断面図、図３
（ａ）〜（ｃ）に平面図を示す。図１は図３（ａ）のII
I−III線に沿う断面図である。ただし、図３（ａ）は電
極や信号線、走査線等の下部の部材のみを示している。
最初に、これらの図面を参照して、第１の実施形態のＸ
線平面検出器を製造する方法を説明する。

【００３４】ガラス基板１０１上に厚さ約３００ｎｍの
金属膜を堆積する。この金属膜は、ＭｏＴａ、Ｔａ、Ｔ
ａＮ、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、またはＭｏＷを用いた１
層膜でもよいし、ＴａおよびＴａＮｘを積層した２層膜
でもよい。この金属層をフォトリソグラフィーにより加
工して、スイッチングＴＦＴ４０２のゲート電極１０２
および走査線４０７、保護用ＴＦＴ４１１のゲート電極
１０２、キャパシタ電極４０４およびＣｓｔ線、バイア
ス線４１２のパターンを形成する（図３（ａ））。

【００３５】プラズマＣＶＤにより、全面に厚さ約３０
０ｎｍのＳｉＯｘおよび厚さ約５０ｎｍのＳｉＮｘを順
次堆積して絶縁膜１０３を形成する。全面に厚さ約１０
０ｎｍのアンドープアモルファスシリコン１０４を堆積
する。全面に厚さ約２００ｎｍのＳｉＮｘを堆積した
後、裏面露光法によりゲートに合わせてパターニングす
ることにより、ストッパ１０５を形成する。全面に厚さ
約５０ｎｍのｎ＋アモルファスシリコン１０６を堆積す
る。ｎ＋アモルファスシリコン１０６およびアンドープ
アモルファスシリコン１０４をフォトリソグラフィーに
より加工して、スイッチングＴＦＴ４０２および保護用
ＴＦＴ４１１のそれぞれのソース、ドレイン領域を形成
する。保護用ＴＦＴ４１１のゲート電極１０２およびバ
イアス線４１２の上のアモルファスシリコン層および絶
縁層１０３の一部を除去してコンタクトホールを形成す
る（図３（ｂ））。

【００３６】スパッタリングにより、全面に厚さ約５０
ｎｍのＭｏ、厚さ約３５０ｎｍのＡｌ、厚さ約２０〜５
０ｎｍのＭｏを堆積する。これらの金属層をフォトリソ
グラフィーにより加工して、補助電極５０２、信号線４
０８、ＴＦＴのソース、ドレイン配線などの配線を形成
する（図３（ｃ））。

【００３７】全面に厚さ約２００ｎｍのＳｉＮｘ、およ
び厚さ約１〜５μｍ、好ましくは約３μｍのベンゾシク
ロブテン（ＢＣＢ）を積層して保護膜１０７を形成す
る。フォトリソグラフィーにより、補助電極５０２上の
保護膜１０７の一部を除去してコンタクトホール５０４
を形成する。全面に厚さ約１００ｎｍのＩＴＯを堆積し
た後、画素の大きさにパターニングして画素電極５０３
を形成する。全面に厚さ約１０ｎｍ〜１００μｍのＴＰ
Ｄを塗布して正孔輸送層１０８を形成する。

【００３８】全面に厚さ約１０〜１０００μｍ、好まし
くは約２００μｍのＸ線電荷変換膜４０３を形成する。
このＸ線電荷変換膜４０３は、ポリカーボネート樹脂か
らなるバインダー中に、ＴＰＤからなるキャリア輸送材
料１０９および粒径約１〜１０μｍのＰｂＩ２微粒子か
らなるＸ線感光材料１１０を分散させたものを塗布する
ことにより形成される。

【００３９】全面に厚さ約１０ｎｍ〜１００μｍのオキ
サジアゾール誘導体を塗布して電子輸送層１１１を形成
する。全面に厚さ約１００ｎｍのＡｌまたはＭｇＡｇな
どを堆積して共通電極６０３を形成する。最後に、配線
を駆動回路４０９などへ接続する。

【００４０】以上のように本実施形態のＸ線平面検出器
におけるＸ線電荷変換膜４０３は、Ｘ線感光材料１１
０、キャリア輸送材料１０９およびバインダーの混合物
をスピンコート等、塗布することにより形成できる。し
たがって、通常用いられる真空蒸着等の高価な装置を用
いずにすむ。また製造工程が簡易化される為コストを低
減できるうえに、大型化にも対応できる。このＸ線電荷
変換膜４０３では、人体に悪影響を及ぼす可能性がある
Ｘ線感光材料１１０がキャリア輸送材料１０９およびバ
インダーの混合物で覆われ、ほとんど露出していないの
で、安全性が高い。

【００４１】また、Ｘ線電荷変換膜４０３と画素電極５
０３との間に正孔輸送層１０８、Ｘ線電荷変換膜４０３
と共通電極６０３との間に電子輸送層１１１が設けられ
ているので、キャリアの収集効率を増大させることがで
きる。またこれらは、Ｘ線非照射時の感光膜のオフ電流
を減少させて、検出器のＳＮ比を増大することもでき
る。正孔輸送層１０８にｐ型Ｓｉ微粒子やｐ型ＧａＡｓ
微粒子を添加し、電子輸送層１１１にｎ型Ｓｉ微粒子や
ｎ型ＧａＡｓ微粒子を添加すれば、キャリアの移動度が
高くなり、さらにキャリアの収集効率を増大させること
ができる。

【００４２】図４に、Ｘ線電荷変換膜４０３に含まれる
Ｘ線感光材料１１０とキャリア輸送材料１０９のバンド
図を示す。Ｘ線の入射によりＸ線電荷変換膜４０３で発
生した電荷を外部へ効率よく取り出すためには、この図
に示されるような関係を示すＸ線感光材料１１０とキャ
リア輸送材料１０９を用いることが好ましい。すなわ
ち、伝導帯端において、Ｘ線感光材料１１０のエネルギ
ーレベルＥｃ（ＰＣ）がキャリア輸送材料１０９のエネ
ルギーレベル（最低空軌道ＬＵＭＯとも呼ばれる）Ｅｃ
（Ｏ）よりも高いことが、電子の取り出しに有利にな
る。逆に、価電子帯端において、Ｘ線感光材料１１０の
エネルギーレベルＥｖ（ＰＣ）がキャリア輸送材料１０
９のエネルギーレベル（最高被占軌道ＨＯＭＯとも呼ば
れる）Ｅｖ（Ｏ）よりも低いことが、正孔の取り出しに
有利になる。

【００４３】すなわち、真空レベルＩｃを基準にして伝
導帯端のエネルギーレベルを比較すると、Ｉｃ−Ｅｃ
（ＰＣ）の方がＩｃ−Ｅｃ（Ｏ）よりも小さいと、電子
の取り出しに有利になる。また、真空レベルＩｃを基準
にして価電子帯端のエネルギーレベルを比較すると、Ｉ
ｃ−Ｅｖ（ＰＣ）の方がＩｃ−Ｅｖ（Ｏ）よりも大きい
と、正孔の取り出しに有利になる。

【００４４】表１に各種のＸ線感光材料とキャリア輸送
材料について、エネルギーギャップＥｇ＝Ｅｃ−Ｅｖ、
Ｉｃ−Ｅｃ（またはＬＵＭＯ）、およびＩｃ−Ｅｖ（ま
たはＨＯＭＯ）の値を示す。なお、いくつかの材料につ
いては、これらの常数の値は測定されていない。

【００４５】

【表１】

【００４６】表１から、Ｘ線感光材料としてＸ線から電
荷への変換効率の高いＰｂＩ2を用いる場合には、以下
のようなキャリア輸送材料を用いることが好適であるこ
とがわかる。すなわち、電子を輸送するのに有利なキャ
リア輸送材料としては、ＬＵＭＯの値がＰｂＩ２の約
３．１５ｅＶより大きい、５，６，１１，１２−テトラ
フェニルナフタセン（ルブレン）、ＤＣＭ、キノクリド
ン、Ｅｕ錯体が挙げられる。正孔を輸送するのに有利な
輸送材料としては、ＨＯＭＯの値がＰｂＩ２の約５．５
ｅＶより小さい、ペンタセン、テトラセン、５，６，１
１，１２−テトラフェニルナフタセン、αＮＰＤ、Ａｌ
ｑ3、ＤＣＭ、ＰＰＶ、Ｂｕ−ＰｙＶ、ＤＭｅＯＰＰＶ
が挙げられる。５，６，１１，１２−テトラフェニルナ
フタセンとＤＣＭは両方の条件を満足しているので特に
好ましい。ここで、αＮＰＤは（化１）で示されるキャ
リア輸送材料である。

【００４７】

【化１】

【００４８】Ｘ線感光材料がＰｂＩ２以外でも、上記と
同様の基準でキャリア輸送材料を選択することができ
る。例えば、ＰｂＩ２に対して用いられるのと同様なキ
ャリア輸送材料をＨｇＩ２に対しても用いることができ
る。

【００４９】一般的には、ＬＵＭＯが約２．４ｅＶ以上
でＨＯＭＯが約６．５ｅＶ以下であるキャリア輸送材料
から、Ｘ線感光材料に応じて最適なキャリア輸送材料が
選択される。

【００５０】（第２の実施形態）図５を参照して本発明
の第２の実施形態を説明する。この実施形態では、Ｘ線
電荷変換膜４０３を構成するＸ線感光材料として、図１
で用いているような相対的に粒径の大きいＸ線感光材料
粒子１１０に加えて、相対的に粒径の小さいＸ線感光材
料粒子１１０ａを混合している。このように大きい粒子
と小さい粒子とを用いることにより、Ｘ線電荷変換膜４
０３中におけるＸ線感光材料の充填率をさらに上げるこ
とができ、Ｘ線の吸収効率が向上するため、Ｘ線電荷変
換膜４０３の厚さを薄くすることができる。この結果、
Ｘ線電荷変換膜４０３に印加される電界を高くすること
ができ、Ｘ線電荷変換膜中で発生したキャリアの移動度
を上げて、効率よく外部へ取り出すことができる。小さ
い粒子の粒径が大きい粒子の粒径の約０．１〜０．３倍
であると、充填率が高くなるため好ましい。

【００５１】大きい粒子のＸ線感光材料と小さい粒子の
Ｘ線感光材料の種類は、目的に応じて変えることができ
る。例えば、高い機械的強度を有し、かつ高いキャリア
移動度を示すＣｄＴｅと、高い吸収係数および高い変換
効率を示すＰｂＩ２を混合することにより、高強度で変
換効率の高いＸ線電荷変換膜を実現できる。

【００５２】（第３の実施形態）図６および図７を参照
して本発明の第３の実施形態を説明する。上述したよう
に、正孔輸送層１０８、Ｘ線電荷変換膜４０３、および
電子輸送層１１１のバンド図は図４に示すような関係に
あることが好ましい。しかし、Ｘ線電荷変換膜４０３に
用いられるＸ線感光材料１１０とキャリア輸送材料１０
９によっては、必ずしも図４の関係が満たされるわけで
はない。材料の組み合わせによっては、伝導帯端におい
てＸ線感光材料１１０のエネルギーレベルＥｃ（ＰＣ）
がキャリア輸送材料１０９のエネルギーレベルＥｃ
（Ｏ）よりも低く、価電子帯端においてＸ線感光材料１
１０のエネルギーレベルＥｖ（ＰＣ）がキャリア輸送材
料１０９のエネルギーレベルＥｖ（Ｏ）よりも高くなる
ことがあり得る。この場合、Ｘ線感光材料１１０とキャ
リア輸送材料１０９との間にキャリアに対するエネルギ
ー障壁が形成される。この場合、電子がＸ線感光材料１
１０中に局所的に閉じ込められ、Ｘ線感光材料１１０中
の正孔と再結合して失われる確率が大きい。このため、
Ｘ線感光材料１１０中で発生した電子がキャリア輸送材
料１０９へ取り出される確率が小さくなる。

【００５３】図６に示す実施形態においては、Ｘ線電荷
変換膜４０３を構成するＸ線感光材料１１０を有機半導
体からなる第２のキャリア輸送材料１０９ａで被覆して
いる。この第２のキャリア輸送材料１０９ａのエネルギ
ーレベルは、Ｘ線感光材料１１０のエネルギーレベルと
バインダーと混合されているキャリア輸送材料１０９の
エネルギーレベルとの中間にある。

【００５４】図７に、Ｘ線電荷変換膜４０３に含まれる
Ｘ線感光材料１１０、第２のキャリア輸送材料１０９ａ
およびキャリア輸送材料１０９のバンド図を示す。この
図に示されるように、Ｘ線感光材料１１０のエネルギー
レベルとキャリア輸送材料１０９との間に第２のキャリ
ア輸送材料１０９ａのエネルギーレベルがあり、エネル
ギー障壁が低くなっている。このため、Ｘ線感光材料１
１０で発生した電子は、第２のキャリア輸送材料１０９
ａを通してバインダー中のキャリア輸送材料１０９へ輸
送され、さらに外部へ輸送される確率が高くなる。Ｘ線
感光材料１１０の外部へ脱出した電子は正孔と空間的に
分離されるため、電子と正孔が再結合する確率が減少す
る。最終的に画素電極にドリフトしたキャリアは信号に
寄与できる。このため、信号に寄与するキャリアの割合
が増加する。

【００５５】（第４の実施形態）図８を参照して第４の
実施形態を説明する。図８に示されるＸ線電荷変換膜４
０３では、Ｘ線感光材料１１０の密度を表面の共通電極
６０３側（Ｘ線入射面側）で相対的に高く、内部（Ｘ線
入射面と反対面側）に向かうにつれて相対的に低くして
いる。Ｘ線の大部分は表面において吸収され、Ｘ線の強
度は表面から内部へ向かうにつれて指数関数的に減少す
る。このため、図８のようにＸ線感光材料１１０の密度
を表面側において高くすれば、Ｘ線から電荷への変換効
率を上げることができる。

【００５６】一方、Ｘ線平面検出器で検出するＸ線は弱
いため、ＳＮ比を高くするためには暗電流（オフ電流）
を十分に低くする必要がある。具体的には、約１５０μ
ｍ^２の画素において、約１０Ｖ／μｍの電界で約１×１
０^−１４Ａ程度の低電流が要求される。このためには、
Ｘ線電荷変換膜４０３の抵抗を十分高くすることが好ま
しい。有機キャリア輸送材料の抵抗率は約１×１０^１２
〜１×１０^１４Ωｃｍと高いが、Ｘ線感光材料の抵抗率
は約１×１０^１０Ωｃｍと相対的に低く、キャリアの移
動速度を速くしようとしてＸ線電荷変換膜４０３の厚さ
を薄くすると十分な抵抗を確保できなくなるおそれがあ
る。

【００５７】Ｘ線電荷変換膜４０３の厚さが薄い場合で
も、オフ電流をできるだけ制限するためには、バインダ
ー中のキャリア輸送材料１０９の混合割合を、画素電極
５０３側（Ｘ線入射面と反対面側）で表面の共通電極６
０３側（Ｘ線入射面側）よりも下げて抵抗を高くするこ
とが有効である。画素電極５０３側におけるバインダー
中のキャリア輸送材料１０９の混合割合は、共通電極６
０３側の１／１０程度にすることが有効である。

【００５８】上述した、画素電極側における、Ｘ線感光
材料の密度の低減およびキャリア輸送材料の濃度の低減
は、同時に実施してもよいし、いずれか一方のみを実施
してもよい。また、このような調整を実施する領域は、
画素電極５０３側から測ってＸ線電荷変換膜４０３の膜
厚の１／３〜１／２０程度の領域で十分である。

【００５９】なお、本発明において、基板はＴＦＴを形
成できるものであれば特に限定されない。また、Ｘ線電
荷変換膜は低温で溶液を塗布することにより形成でき
る。したがって、耐熱性の低いプラスチックを用いるこ
ともでき、Ｘ線平面検出器全体に柔軟性を持たせること
もできる。

【００６０】上記実施形態ではＴＦＴを形成するシリコ
ンとしてアモルファスシリコンを用いたが、ポリシリコ
ンを用いてもよい。ポリシリコン中ではキャリアの移動
度が高いため、ＴＦＴを小さくすることができ、画素の
有効エリアを拡大できる。また、ポリシリコンを用いれ
ば、周辺回路も同じ基板上に形成できるため、周辺回路
を含めた製造コストを低減できる。ＴＦＴの構造はゲー
ト上置きでもゲート下置きでもよい。

【００６１】保護膜１０７としては、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ
２、ポリイミド（ε＝約３．３、耐圧約３００Ｖ／ｍ
ｍ）、ベンゾシクロブテン（ε＝約２．７、耐圧約４０
０Ｖ／ｍｍ）、アクリル系感光樹脂（日本合成ゴム製、
商品名ＨＲＣ、ε＝約３．２）、黒レジスト等を用いる
ことができる。必要に応じてこれらを積層してもよい。
保護膜１０７として比誘電率が低いフッ素系樹脂（ε＝
約２．１）も有効である。保護膜１０７は感光性であれ
ばパターニングが容易であるため好ましいが、感光性で
なくてもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、Ｘ線の
入射により発生した電荷を効率良く外部へ取り出すこと
のできるＸ線平面検出器を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態のＸ線平面検出器の
断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態のＸ線平面検出器の
回路図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）とも本発明の第１の
実施形態のＸ線平面検出器の製造工程を示す平面図であ
る。

【図４】本発明の第１の実施形態のＸ線平面検出器を
構成するＸ線電荷変換膜のバンド図である。

【図５】本発明の第２の実施形態のＸ線平面検出器の
断面図である。

【図６】本発明の第３の実施形態のＸ線平面検出器の
断面図である。

【図７】本発明の第３の実施形態のＸ線平面検出器を
構成する正孔輸送層、Ｘ線電荷変換膜および電子輸送層
のバンド図である。

【図８】本発明の第４の実施形態のＸ線平面検出器の
断面図である。

【図９】従来のＸ線平面検出器の断面図である。

【符号の説明】

１０１…ガラス基板１０２…ゲート電極１０３…絶縁膜１０４…ａ−Ｓｉ１０５…ストッパ１０６…ｎ^＋ａ−Ｓｉ１０７…保護膜１０８…正孔輸送層１０９…有機輸送材料１１０…無機感光材料１１１…電子輸送層２０１…無機感光材料部分２０２…有機輸送材料部分４０１…画素４０２…スイッチングＴＦＴ４０３…Ｘ線電荷変換膜４０４…Ｃｓｔ４０５…Ｃｓｔバイアス線４０６…高圧電源４０７…走査線４０８…信号線４０９…走査線駆動回路４１０…増幅器４１１…保護用ＴＦＴ４１２…バイアス線４１３…電源５０２…補助電極５０３…画素電極５０４…コンタクト部６０１…ｐ型コンタクト膜６０２…ｎ型コンタクト膜６０３…共通電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金野晃神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者田中学栃木県大田原市下石上1385番地株式会社東芝那須工場内 (72)発明者菅原靖宏栃木県大田原市下石上1385番地株式会社東芝那須工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射Ｘ線を電荷に変換するＸ線電荷変換
膜と、前記Ｘ線電荷変換膜上にアレイ状に配列された複
数の画素電極と、それぞれの画素電極と接続されるスイ
ッチング素子と、各々１列のスイッチング素子に駆動信
号を送る走査線と、各々１行のスイッチング素子と接続
される信号線と、前記Ｘ線電荷変換膜の前記画素電極が
設けられている面と反対側の面上に設けられる共通電極
とを具備し、前記Ｘ線電荷変換膜は、無機半導体粒子か
らなるＸ線感光材料と、有機半導体からなるキャリア輸
送材料とを含むことを特徴とするＸ線平面検出器。
【請求項２】前記Ｘ線感光材料が、ＰｂＩ２、Ｃｓ
Ｉ、ＮａＩ、ＨｇＩ２、ＣｄＳ、Ｈｇ２ＩＮ、ＨｇＢｒ
Ｎ、Ｍｎ３ＨｇＮ、ＨｇＩ２ＢＮ、ＰｂＮ２、Ｐｂ（Ｎ
３）２、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＰｂＴｅ、ＴｅおよびＳ
ｅからなる群より選択される少なくとも１種の材料を含
むことを特徴とする請求項１記載のＸ線平面検出器。
【請求項３】前記キャリア輸送材料の、正孔または電
子の移動度が１×１０−７ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上であ
ることを特徴とする請求項１記載のＸ線平面検出器。
【請求項４】前記キャリア輸送材料が、Ａｌｑ３、Ｔ
ＰＤ、ポリフェニレンビニレン、ポリアルキルチオフェ
ン、ポリビニルカルバゾール、トリフェニレン、液晶分
子および金属フタロシアニン、ＤＣＭ、ルブレンからな
る群より選択される少なくとも１種の材料を含むことを
特徴とする請求項１記載のＸ線平面検出器。
【請求項５】前記キャリア輸送材料は、ＬＵＭＯが
２．４ｅＶ以上でＨＯＭＯが６．５ｅＶ以下であること
を特徴とする請求項１記載のＸ線平面検出器。
【請求項６】前記Ｘ線電荷変換膜と接する一方の面に
正孔輸送層、前記Ｘ線電荷変換膜と接する他方の面に電
子輸送層が設けられていることを特徴とする請求項１記
載のＸ線平面検出器。
【請求項７】前記電子輸送層はオキサジアゾール誘導
体、Ａｌｑ_３、ｎ型Ｓｉおよびｎ型ＧａＡｓからなる群
より選択される少なくとも１種の材料を含むことを特徴
とする請求項６記載のＸ線平面検出器。
【請求項８】前記正孔輸送層はＴＰＤ、ジアミン、ｐ
型Ｓｉ、ｐ型ＧａＡｓ、ポリパラフェニレンビニレンお
よびＤＣＭからなる群より選択される少なくとも１種の
材料を含むことを特徴とする請求項６記載のＸ線平面検
出器。
【請求項９】それぞれの画素に前記Ｘ線電荷変換膜で
発生した電荷を蓄積するキャパシタを有し、各キャパシ
タは各画素においてスイッチング素子と接続されている
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線平面検出器。
【請求項１０】前記Ｘ線感光材料は相対的に粒径の大
きい無機半導体粒子と相対的に粒径の小さい無機半導体
粒子を含むことを特徴とする請求項１記載のＸ線平面検
出器。
【請求項１１】前記Ｘ線電荷変換膜における前記Ｘ線
感光材料の密度は、前記共通電極側で相対的に高く、前
記画素電極側で相対的に低いことを特徴とする請求項１
記載のＸ線平面検出器。