JP2002202373A

JP2002202373A - 平面検出器及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002202373A
Application number: JP2000401640A
Authority: JP
Inventors: Katsuhisa Honma; 克久本間; Takashi Uemura; 敬植村; Satoru Sano; 哲佐野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-07-19

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｘ線用の平面検知器に関し、特に間接方式の平
面検出器における解像度特性を改善する構成および方法
を提供する。【解決手段】この発明の平面検出器１は、シンチレータ
層２７と、シンチレータ層下に、光導電膜からなるフォ
トダイオード２５と電荷蓄積容量部１３とスイッチング
素子１４とを有する画素単位の光電変換素子が複数配列
してなるアクティブマトリクス光電変換基板１１と、ア
クティブマトリクス光電変換基板の側から成長または成
膜され、画素単位の光電変換素子を周縁してシンチレー
タ層を個々の画素単位の領域に分離する隔壁２８を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、Ｘ線用の平面検
知器に関し、特に間接方式の平面検出器における解像度
特性を改善する構成および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】新世代のＸ線診断用検出器としてアクテ
ィブマトリクスを用いた平面検出器が大きな注目を集め
ている。

【０００３】平面状の検出器にＸ線を当てることで、Ｘ
線撮影像またはリアルタイムのＸ線画像デジタル信号と
し出力される。

【０００４】固体検出器であることから、画質性能や安
定性の面でも極めて期待が大きい。

【０００５】このため、多くの大学やメーカーが研究開
発に取り組んできた。

【０００６】実用化の最初の用途として、比較的大きな
Ｘ線量で、静止画像を収集する胸部・一般撮影用に開発
され、近年商品化されている。

【０００７】より高い技術的なハードルをクリアして、
透視線量下で秒３０コマ以上のリアルタイム動画を実現
させる必要のある循環器、消化器分野への応用に対して
も近い将来に商品化が予想される。

【０００８】この動画用途に対しては、Ｓ／Ｎの改善や
微小信号のリアルタイム処理技術等が重要な開発項目と
なっている。

【０００９】平面検出器には、大きく分けて、直接方式
と間接方式の２通りがある。直接方式は、Ｘ線をａ−Ｓ
ｅ等の光導電膜により直接電荷信号に変換し、電荷蓄積
用のキャパシタに導く方式である。

【００１０】一方の間接方式は、シンチレータ層により
Ｘ線を受けて一旦可視光に変換し、可視光を、ａ−Ｓｉ
フォトダイオードやＣＣＤにより信号電荷に変換して、
電荷蓄積用キャパシタに導く方式である。

【００１１】直接方式は、Ｘ線により発生した光導電電
荷を高電界により直接に電荷蓄積用キャパシタに導くた
め、ほぼアクティブマトリクスの画素ピッチで規定され
る解像度特性が得られる。

【００１２】間接方式は、シンチレータからの可視光が
フォトダイオードに到達するまでの光学的な拡散と散乱
により、その分の解像度劣化を生じる。

【００１３】直接方式の平面検出器は、Ｘ線の吸収率を
上げて信号強度を確保するために、例えばａ−Ｓｅの光
導電膜を、１ｍｍ程度の厚膜で形成している。また、Ｘ
線フォトン１個当りの光導電電荷生成率を上げるため
と、生成した光導電電荷が膜中の欠陥準位にトラップさ
れることなく収電電極に到達させるため、かつバイアス
電界と直角方向への電荷の拡散を極力抑えるために、例
えば１０Ｖ／μｍの強バイアス電界を印加して用いる。
すなわち、この例では、光導電膜であるａ−Ｓｅに対
し、１０ｋＶ前後の高電圧を印加することになる。

【００１４】このため、前述の通り、解像度特性面から
は間接方式に比較して有利であるが、動作電圧の低いＴ
ＦＴを高電圧から保護することに代表される信頼性を確
保や、暗電流と感度特性、熱的安定性等を兼ね備えた好
適な光導電材料が見つからない等の問題が生じている。

【００１５】一方の間接方式は、信号電荷の発生にフォ
トダイオードやＣＣＤ等を用いるため、直接方式で生じ
る耐高電圧の問題は生じない。また、シンチレータ材料
や、フォトダイオードについても基本的な技術は確立し
ている点で有利である。

【００１６】しかしながら、先に述べたように、Ｘ線診
断装置としての解像度特性が直接方式に較べて、一般に
劣る問題がある。特に、感度特性を確保するためにシン
チレータ層を厚膜にする程、シンチレータ層から放出さ
れた光がフォトダイオード等の光電変換素子に到達する
までの蛍光の広がりが大きく、解像度劣化が顕著とな
る。

【００１７】また、間接方式に限らず直接方式でも同様
であるが、シンチレータ層（直接方式の場合には、光導
電層での）散乱Ｘ線が隣接画素のシンチレータ層（直接
方式の場合には光導電層）に達する現象も、解像度を低
下させる一因と成っている。

【００１８】図７および図８を用いて、従来型間接方式
の平面検出器に関して、構造及び製造方法と特性の一例
を以下に述べる。

【００１９】アクティブマトリクス光電変換基板４１
は、画素ピッチが１５０μｍで、画素サイズは、一辺が
１００μｍの正方形である。画素４２毎に信号電荷を蓄
えるキャパシタ４３、スイッチング素子としてのＴＦＴ
（薄膜トランジスタ）４４、及び光電変換用のフォトダ
イオード４５を有する。フォトダイオード上面のバイア
ス電極５６としては、例えばＩＴＯ膜をスパッタリング
法で成膜している。

【００２０】この基板を真空チャンバ内で例えば１００
〜２００℃に加熱した状態で、フォトダイオードの上面
電極上に、シンチレータ層５７となるＣｓＩ：Ｎａ膜を
真空蒸着法で形成する。Ｘ線吸収率を確保するために、
ＣｓＩ：Ｎａの膜厚は、一般には、３００μｍ以上とし
ている。真空蒸着後に基板を取り出した後、シンチレー
タ層５７の活性化のために加熱処理する場合もある。信
号取り出しと信号処理用の回路１６，１９，２０等を実
装して、間接方式の平面検出器が完成する。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７お
よび図８平面検出器の製造方法においては、直接方式の
光導電膜の場合も間接方式のシンチレータ膜の場合も、
Ｘ線検出感度を確保するために、数百μｍ以上の厚膜の
形成が必要である。薄膜製造法である真空蒸着法等で、
このような厚膜を成膜していた従来の製造方法では、極
端な成膜時間を要するのみでなく、成膜中の温度変化を
制御して膜厚方向に膜質を安定して成膜することが困難
である等の大きな問題がある。

【００２２】また、別の成膜方式として、単に樹脂等と
混合して溶剤で溶いた塗液状態で、光導電膜やシンチレ
ータ材料を塗布した場合は、膜と界面との密着力が一般
に乏しく、膜剥がれや、或いはクラックを生じて、実用
レベルの膜を形成することは困難である。

【００２３】なお、特開平５−６０８７１号公報には、
シリコン基板４１に複数の開口を設け、その開口にシン
チレータ材４２を埋め込んだシンチレータ埋込パネル４
００と二次元光センサ３００とをそれぞれの外周部で貼
り合わせて平面検出器を構成した例が開示されている。

【００２４】しかしながら、上記公報に開示されたシン
チレータ埋込パネル４００と二次元光センサ３００の各
画素３０のそれぞれとシンチレータ４２とのメカニカル
な位置あわせにおける位置ずれの問題と、二次元光セン
サがシンチレータ層と直接接合されていないことによ
り、各画素毎の輝度むらを生じやすい等、解像度や輝度
均一性を劣化させる要因がある。特に、シンチレータ材
と二次元センサ３００とのギャップが不均等な場合、検
出画像も不均質なものとなってしまう。また、シリコン
基板４１は、比較的Ｘ線を透過しやすく、蛍光に変換さ
れなかったＸ線がシリコン基板４１を通りぬけて、隣接
する画素３０に到達しやすい問題がある。

【００２５】この発明の目的は、Ｘ線用の平面検知器に
関し、特に間接方式の平面検出器における解像度特性を
改善する構成および方法を提供することにある。

【００２６】またこの発明の目的は、間接方式の平面検
出器で問題となっている解像度特性の劣化を抑えて直接
方式並の解像度特性を確保でき、かつＴＦＴ構造および
その周辺を高電圧に曝すことを不要とし、信頼性の高い
間接方式の特長を生かした平面検出器を提供するもので
ある。

【００２７】さらにこの発明の目的は、従来の真空蒸着
法等で生じた長時間の成膜と、これに伴う成膜時の温度
変化に起因する膜の感度特性や残像特性の変化を抑え
て、均質で剥がれやクラックの生じない信頼性の高い厚
膜を形成することで、高感度の平面検出器を製造する方
法を提供するものである。

【００２８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述した問
題点に基づきなされたもので、マトリクス状に配置され
た複数のスイッチング素子部と、各々が前記スイッチン
グ素子に電気的に接続された複数のフォトダイオードお
よび電荷蓄積容量とを有するアクティブマトリクス光電
変換基板と、前記アクティブマトリクス光電変換基板上
に堆積されたシンチレータ層と、前記アクティブマトリ
クス光電変換基板上に形成され、前記シンチレータ層を
区画する隔壁と、を有することを特徴とする平面検出器
である。

【００２９】また、この発明は、光導電膜と電荷蓄積容
量部とスイッチング素子部を具備する複数の光電変換素
子からなるアクティブマトリクス光電変換基板上にシン
チレータ層を形成する平面検出器の製造方法において、
アクティブマトリクス光電変換基板上に、アクティブマ
トリクス光電変換基板の側から、個々の光電変換素子に
対応する領域を分離する形状に隔壁を形成する工程と、
それに続いてシンチレータ層を前記アクティブマトリク
ス光電変換基板に堆積する工程とを含むことを特徴とす
る平面検出器の製造方法である。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について詳細に説明する。

【００３１】図１に示すように、Ｘ線を検出してＸ線の
強度分布に対応する電気信号を出力する平面検出器１
は、複数の画素を有するアクティブマトリクス光電変換
基板１１を有し、アクティブマトリクス光電変換基板１
１は、画素電極１２、電荷蓄積キャパシタ１３、ＴＦＴ
（薄膜トランジスタ）１４、及びフォトダイオード構造
１５を備えている。

【００３２】外部の走査制御回路１６は、画像電荷を画
素から複数のデータライン１７に転送し、続いてそれぞ
れの電荷増幅器へと送るために、複数の制御ライン１８
を介して、一行のＴＦＴを一度にオンさせる。同時に、
増幅器の入力によって、それぞれの画素電極の電位がリ
セットされる。

【００３３】それぞれの行において得られた増幅された
信号は、並列／直列変換器、またはマルチプレクサ１９
によって複合化され、ついでアナログデジタル変換機ま
たはデジタイザ２０に送られる。

【００３４】次に、各画素部の断面模式構造を、図２を
参照して説明する。図１と同じ部位は同一番号で示して
いる。

【００３５】フォトダィオード２５のエリアに極力干渉
しないように、画素を周縁する形状に隔壁層２８が形成
される。この結果、主にフォトダイオード２５のエリア
に重なるように、シンチレータ層２７のエリアが必然的
に配置される。

【００３６】それぞれのＴＦＴ１４は、３つの電気的接
続を具備している。すなわち、ドレイン電極２１は、画
素電極１２及び電荷蓄積キャパシタ１３に接続されてい
る。ソース電極２２は、この列の全てのＴＦＴに共有さ
れた共通データライン２４に接続され、また外部の電荷
感受性増幅器に接続されている。ゲート電極２３は、制
御ライン１８に接続され、ＴＦＴ１４のオン／オフを制
御するために用いられる。通常、ＴＦＴをオン／オフす
るためには、＋１０Ｖ及び−５Ｖが用いられる。

【００３７】フォトダイオード２５は、例えばａ−Ｓｉ
のｐｎダイオード構造あるいはｐｉｎダイオード構造と
して、画素毎に形成される。なお、ダイオード２５の片
側の電極は、電荷蓄積キャパシタ１３に電気的に接続さ
れる。

【００３８】また、本実施例のフォトダイオード２５
は、電荷蓄積キャパシタ１３とＴＦＴ１４に重ならない
エリアで形成されているが、受光面積を確保するため
に、ＴＦＴと蓄積キャパシタ１３上に絶縁層を配して、
これらを含む画素全域に収電電極を形成して、さらにそ
の上部にほぼ各画素の全面に対応するフォトダイオード
を形成する等の構造も可能である。

【００３９】フォトダイオード上には、バイアス電極２
６として、例えばＩＴＯ透明電極層が、例えばスパッタ
リング法で成膜される。

【００４０】また、必要に応じて、フォトダイオード層
上に、無機絶縁膜等からなる投光性の保護膜を形成して
もよい。

【００４１】また、バイアス電極２６上には、実施例１
ないし実施例６により以下に説明するいずれかの隔壁２
８が形成されている。なお、隔壁２８に利用可能な材料
は、シンチレータ層２７の発光を吸収する効果を狙っ
て、シンチレータの発光波長の光に対する吸収係数が大
きな材料や同発光の反射効果が期待できる金属等が望ま
しい。また、隔壁２８の高さは、後工程で形成するシン
チレータ層２７の膜厚程度の高さと同程度かそれ以上が
望ましいが、シンチレータ層２７の厚さ以下の高さの範
囲でも相応の効果を有する。

【００４２】シンチレータ層２７は、従来と同様、例え
ばＣｓＩ：ＮａやＣｓＩ：Ｔｌ等であり、真空蒸着法で
成膜することも可能である。この場合、隔壁２８上にも
膜が堆積するため、成膜後のシンチレータ層２７表面を
研磨する等して、余分な部分の堆積膜を除去することが
望ましい。

【００４３】なお、シンチレータ層２７上には、耐湿の
保護膜等形成することも可能である。シンチレータ層成
膜後の周辺回路実装と外囲器封止等の後工程は、いずれ
も従来と同様であるから、詳細な説明を省略する。

【００４４】また、走査制御回路１６は、アクティブマ
トリクスＴＦＴアレイに、ワイヤボンディングにより接
続される集積回路として製造すればよい。同様に、電荷
増幅器やマルチプレクサも、アクティブマトリクスアレ
イにワイヤボンディングされる集積回路として製造すれ
ばよい。

【００４５】以下に、隔壁を形成するためのさまざまな
手法およびその特徴を説明する。

【００４６】（実施例１）所定高さの隔壁２８を製造す
るための第１の実施例を説明する。

【００４７】第１の実施例は、隔壁２８の材料として、
染料と低融点ガラスの混合物からなるガラスペーストを
用いたスクリーン印刷の重ね印刷である。

【００４８】顔料やセラミックス紛を低融点ガラスと混
合したガラスペーストを、スクリーン印刷によりフォト
ダイオード２５を周縁する領域上に堆積し、スクリーン
印刷と乾燥を、複数回繰り返すことにより、隔壁２８を
所定の高さにできる。

【００４９】詳細には、図示しないガラスペーストの印
刷工程と乾燥工程を繰り返し、例えば１０回程度の繰り
返しで、１００μｍ以上の高さの隔壁２８を得ることが
できる。また、ガラスペーストの粘度や塗布量を制御す
ることで、数十回の繰り返しにより、数百μｍの高さの
隔壁２８を得ることができる。例えば、１回に塗布する
ガラスペーストの厚さを３０〜５０μｍに制御すること
で、高さが約３００μｍの隔壁層を、容易に得ることが
できる。

【００５０】この隔壁２８によれば、シンチレータ層２
７により発生した蛍光を、反射または屈折させることが
でき、シンチレータ層２７からの蛍光３０を光学的にガ
イドして、フォトダイオード２５等の光電変換素子に、
蛍光３０を効率良く到達させることができる。従って、
ガラスを含む材料により隔壁２８を構成することで、光
ガイド効果により、解像度特性を改善できるのみなら
ず、感度特性も改善できる。

【００５１】（実施例２）所定高さの隔壁２８を製造す
るための第２の実施例を説明する。

【００５２】第２の実施例は、感光性フィルム（レジス
ト）をアクティブマトリクス光電変換基板１１上に形成
し、レジストを所定形状にパターニングして除去した空
間（窪み）に、隔壁２８に用いられる部材を埋め込むア
ディティブ法である。

【００５３】なお、レジストは、パターニング露光と現
像により、任意の形状に除去可能である。また、隔壁２
８となる部材の埋め込みの終了後、レジストは除去され
る。

【００５４】（実施例３）所定高さの隔壁２８を製造す
るための第３の実施例を説明する。

【００５５】第３の実施例は、隔壁２８に利用する部材
を、複数回の印刷と乾燥により所定の厚さに形成した
後、感光性フィルム（レジスト）を、その隔壁用部材の
上面に貼り付け、レジストをパターニングした後、現像
して、隔壁２８として残す部分のレジストを形成し、サ
ンドブラストにより、隔壁２８として利用される部材以
外の部材を除去し、その後、レジストを除去する方法で
ある。

【００５６】なお、レジストは、パターニング露光と現
像により、任意の形状に形成できる。

【００５７】ところで、実施例１ないし実施例３の隔壁
は、シンチレータ層２７で発生された蛍光を屈折させる
ことができるため、以下の屈折率の関係により、隔壁効
果が特に有効である。すなわち、シンチレータの発光波
長域で隔壁材の屈折率をｎ_Ｐ、シンチレータ材の屈折率
をｎ_Ｓとすると、閾値入射角θ_ｔ＝ｓｉｎ^−１（ｎ_Ｐ／
ｎ_Ｓ）以上で、シンチレータから隔壁に入射した光は、
全反射する。

【００５８】従って、隔壁材の屈折率ｎ_Ｐがシンチレー
タ材の屈折率ｎ_Ｓより小さい場合で、その比ｎ_Ｐ／ｎ_Ｐ
が小さい程、隔壁効果を発揮する材料構成として望まし
い。

【００５９】閾値入射角θ_ｔは、ｎ_Ｐ／ｎ_Ｓが０．９以
下の場合、入射角６４°以上で隔壁２８への入射光は、
全反射されることから、画素間の光学的な分離効果が特
に顕在化してくる。

【００６０】さらに、隔壁２８の光の吸収を考慮する
と、シンチレータ２７の発光波長域での隔壁材の吸収係
数をμ_Ｐとし、隔壁の厚さをｗ_Ｐとすると、隔壁に対す
る垂直入射光の隔壁透過率は概ねｅｘｐ（−μ_Ｐ・
ｗ_Ｐ）となり、入射角がθの場合には、実効的な透過厚
みが１／ｃｏｓθに増えるため、ｅｘｐ（−μ_Ｐ・ｗ_Ｐ
／ｃｏｓθ）の透過率と試算される。

【００６１】透過率は、画素サイズとシンチレータ層２
７の厚差等の設計パラメータにもよるが、μ_Ｐ・ｗ_Ｐの
値が概ね０．２以上で、隔壁２８を垂直に透過する場合
の透過率が８２％程度以下となる。隔壁２８を透過する
大部分の光の透過率はさらにこれ以下となるため、画素
間の光学的な分離効果が顕在化してくる。

【００６２】なお、隔壁２８の厚さが大きくなれば吸収
率も増大するが、各画素のフォトダイオードの有効面積
が減少するために、感度特性の悪化を招くことから、隔
壁の厚さｗは、画素ピッチの１／３以下ができれば望ま
しいと考えられる。

【００６３】（実施例４）所定高さの隔壁２８を製造す
るための第４の実施例を説明する。

【００６４】第４の実施例は、隔壁２８に利用する部材
として、感光性（ＵＶ硬化）ペーストを用いるもので、
厚膜のＵＶ硬化型ペーストを所定の厚さに塗布して乾燥
し、パターン露光、現像および焼成の各工程により、隔
壁２８を形成するものである。

【００６５】この方法によれば、現像工程により直接隔
壁２８が形成されるので、レジストを除去する等の工程
は不要である。

【００６６】なお、実施例１〜３の方法では、必要に応
じて、フォトダイオード２５のＩＴＯ膜等で形成される
上面電極の膜厚を厚めにするか、ＩＴＯ膜の上に、透明
な保護膜を設けることにより、製造プロセス中に、フォ
トダイオード２５（ＩＴＯ膜）に、不所望なダメージを
与える虞れも抑制できる。

【００６７】（実施例５）所定高さの隔壁２８を製造す
るための第５の実施例を説明する。

【００６８】第５の実施例は、隔壁２８に利用する部材
として、金属を用いる場合であって、電気メッキを用い
るものである。

【００６９】例えば、隔壁２８をＣｕ（銅）により形成
する場合には、電気メッキによりＣｕを高さ方向に成長
させて所定の高さを得ることが可能である。

【００７０】先ず、アクティブマトリクス光電変換基板
１１上に、図示しない絶縁層を形成し、次に、絶縁層上
に、メッキ下地層としてのＣｕ膜を、例えば約３μｍの
厚さにスパッタリング法で成膜する。

【００７１】続いて、メッキ下地層上に、例えば１００
μｍ厚のフィルム状レジスト１０１をラミネートし、そ
のレジスト１０１を、図３（ａ）に示すように画素領域
（フォトダイオード２５）上にレジスト１０１を残す形
状に、ＰＥＰ工程で、パターニングする。この工程を３
回繰り返して３００μｍ相当の高さのレジストパターン
を形成する。

【００７２】次に、メッキ下地層を負極とし、正極にＣ
ｕ板を用い、硫酸銅溶液にＣｕメッキ形成部を浸しなが
ら、電気メッキにより、Ｃｕメッキ層を高さ方向に、成
長させる。なお、Ｃｕメッキ層の厚さ（隔壁２８の高
さ）として、約３００μｍまでＣｕを成長させること
で、図３（ｂ）に示すような隔壁２８が得られる。

【００７３】以下、図３（ｃ）に示すように、レジスト
１０１を除去し、さらにレジスト除去後のＣｕ下地膜
を、酸でエッチングして除去する。

【００７４】また、図３（ｂ）に示すＣｕを成長させる
工程では、Ｃｕを成長させるべき領域が硫酸銅を含む電
解液に浸けられているので、Ｃｕを成長させたくない部
分（電解液から保護しておきたい部分を含む）には、レ
ジスト膜が配置される。また、Ｃｕの電気メッキにおい
ては、ピロリン酸溶液等も利用可能である。なお、Ｃｕ
以外の金属では、ＮｉやＡｌ等の金属も利用可能であ
る。

【００７５】なお、図３（ａ）ないし図３（ｃ）の示し
た工程により形成されたＣｕの隔壁の表面に、例えばス
パッタリング法でＮｉやＡｌを所定厚さにコーティング
してもよい。また、Ｃｕ製の隔壁の表面に、実施例１に
用いるガラスペーストの薄層を形成してもよい。

【００７６】以上述べたこれらの隔壁２８によれば、シ
ンチレータ層２７により発生した蛍光を、反射または屈
折させることができ、シンチレータ層２７からの蛍光３
０を光学的にガイドして、フォトダイオード２５等の光
電変換素子に、蛍光３０を効率良く到達させることがで
きる。ガラスを含む材料により隔壁２８を構成する場合
は、光の屈折による光ガイド効果で、解像度特性を改善
できるのみならず、感度特性も改善できる。また、隔
壁２８が金属材料の場合には、シンチレータ２７からの
蛍光が、一般に可視光域が主であることを考慮すると、
１００％に近い反射率を得ることができ、画素間の光学
的分離効果は顕著となる。また、光ガイド効果も大き
い。ここで、シンチレータ層２７からの隣接画素領域へ
の散乱Ｘ線の到達に起因する解像度低下も抑える効果を
考えると、金属材料のうちでも比重が大きな重元素が好
ましい。この場合、比重は、例えば８以上であることが
好ましい。

【００７７】（実施例６）所定高さの隔壁２８を製造す
るための第６の実施例を説明する。

【００７８】第６の実施例は、隔壁２８に利用する部材
を有機珪素材料としたものである。

【００７９】まず、有機珪素材料等のレジストをフォト
ダイオード２５上に成膜し、パターン露光後、現像して
所定の形状を得る。

【００８０】次に、ハードベークにより、画素領域の周
縁を隔壁２８とするものである。なお、成膜、パターン
露光および現像を所定回数繰り返すことで、隔壁２８の
高さを、高さ方向に成長させることもできる。

【００８１】この場合、一回の成膜で形成できるレジス
トの膜厚は、通常数μｍから数十μｍと薄いが、厚さが
百μｍ前後あるいは百μｍを超えるフィルム状レジスト
部材を、アクティブマトリクス光電変換基板１１上に貼
り付け、フォトリソグラフィーにより、画素に対応する
部分を除去する工程を複数回繰り返すことで、隔壁２８
の高さを数百μｍとすることができる。

【００８２】なお、上述した実施例１（ガラス材料（ペ
ースト）を用いる）、実施例５（金属メッキを用い
る）、および実施例６（有機材料を用いる）のいずれか
の方法により隔壁２８を形成する場合、隔壁２８の厚み
は、高さ方向に変化または変動するが、画素領域（フォ
トダイオード２５）を大きく塞ぐことのないように、プ
ロセス条件を制御する必要がある。

【００８３】次に、シンチレータ層２７として利用する
光導電層部材を、隔壁２８間の窪みに、例えば真空蒸着
により所定厚さに体積する。

【００８４】次に、シンチレータ層２７となる領域およ
び隔壁２８頂部に堆積された光導電層部材を、例えば研
磨により除去して、余分な部分の光導電層部材を除去す
る。なお、余分な光導電層部材の除去は必ずしも必要な
工程ではない。

【００８５】なお、シンチレータ層２７には、従来と同
様の、例えばＣｓＩ：ＮａやＣｓＩ：Ｔｌが利用可能で
ある。

【００８６】また、上述した各実施例に従って形成され
た隔壁２８に、シンチレータ層２７を製造する方法とし
て、シンチレータ層２７の材料として粒径が数μｍのＣ
ｓＩ：Ｎａ微細紛を有機樹脂バインダ（例えばＰＶｄ
Ｆ）と混合して有機溶剤で溶いたシンチレータ塗液を用
い、図示しないディスペンサ装置で、光電変換素子アク
ティブマトリクスの各画素上に充填するように、厚さ約
３５０μｍ、塗り上がり状態で、隔壁２８の頂部が少し
隠れる程度に塗布し、これを、キュアオーブンで最大２
００℃まで昇温して有機溶剤を除去することで、シンチ
レータ層を固化することもできる。いうまでもなく、シ
ンチレータを含む塗液の塗布と乾燥工程は、必要膜厚が
厚い場合には複数回に分けてやることも可能である。

【００８７】なお、ここでは詳細を述べないが、隔壁構
造のないアクティブマトリクス光電変換基板上にシンチ
レータ材料を含む塗膜を塗布して、その後乾燥させた確
認試験においては、本発明の実施の形態により得られる
シンチレータ層の構成とは異なり、膜の剥離やクラック
が多数見られ、実用レベルの膜品位が得られなかったこ
とを付記する。

【００８８】次に、本発明平面検出器と比較のための従
来例相当の検出器のＭＴＦ特性を比較した結果につい
て、図４を参照して、述べる。

【００８９】本発明平面検出器と比較のための従来例相
当の検出器の共通の構造として、アクティブマトリクス
の画素ピッチを１５０μｍ、画素サイズを１００μｍ×
１００μｍとし、フォトダイオードについては、ａ−Ｓ
ｉのＰＩＮ構造をプラズマＣＶＤ法とフォトリソグラフ
ィーにより形成し、フォトダイオード上のバイアス膜と
しては、ＩＴＯをスパッタリング法で形成した平面検出
器を用意した。

【００９０】光電変換アクティブマトリクス基板１１の
上に、従来例相当の平面検出器の例では、ＣｓＩ：Ｎａ
のシンチレータ層を３００μｍの層厚で、真空蒸着し
た。成膜時の基板温度は、１６０℃とした。

【００９１】本発明の平面検出器としては、図３（ａ）
〜図３（ｃ）に示した方法で、隔壁がＣｕメッキにより
形成された平面検出器を用意した。

【００９２】なお、従来例相当の平面検出器と本発明の
平面検出器は、いずれもＣｓＩ：Ｎａシンチレータ層を
蒸着後に、シンチレータ層の表面を研磨し、表面を平坦
化した層を用いている。この際、本発明の平面検出器に
ついては、隔壁２８上の余分な膜を除去している。

【００９３】図４から明らかなように、本発明実施例の
シンチレータ層を隔壁で区分した構造の平面検出器は、
２Ｌｐ／ｍｍ（２ラインペア／ミリメートル）の空間周
波数で、約８０％のＭＴＦ（符号３１）を有している。
この能力は、間接方式でありながら、同レベルの画素ピ
ッチで製作した直接方式の平面検出器に匹敵するＭＴＦ
特性である。

【００９４】一方、比較用の従来例相当の平面検出器
は、２Ｌｐ／ｍｍの空間周波数におけるＭＴＦが５０％
程度（符号３２）で、明らかに、解像度特性が本発明の
平面よりも低いことが認められる。その他の空間周波数
領域についても、本発明の平面検出器は、ＭＴＦ特性に
おいて、従来例相当の平面検出器よりもＭＴＦが低下す
る領域を持たないことが確認されている。

【００９５】図５および図６は、図１ないし図３に示し
た隔壁の別の実施の形態を説明する概略図である。な
お、図１ないし図３と同じ部位は同一番号で示してい
る。

【００９６】図５に示されるように、フォトダィオード
２５により定義される画素を周縁する形状に隔壁層２８
が形成される。この結果、主にフォトダイオード２５の
エリアに重なるように、シンチレータ層２７のエリアが
必然的に配置される。

【００９７】それぞれのフォトダイオード２５には、Ｔ
ＦＴ１４が接続され、ＴＦＴ１４のドレイン２１は、画
素電極１２及び電荷蓄積キャパシタ１３に、同ソース２
２は、この列の全てのＴＦＴに共有された共通データラ
イン２４および外部の電荷感受性増幅器に、同ゲート電
極２３は、制御ライン１８に、それぞれ接続されてい
る。

【００９８】フォトダイオード２５は、例えばａ−Ｓｉ
のｐｎダイオード構造あるいはｐｉｎダイオード構造と
して、画素毎に形成される。なお、ダイオード２５の片
側の電極は、電荷蓄積キャパシタ１３に電気的に接続さ
れる。

【００９９】フォトダイオード上には、バイアス電極２
６として、例えばＩＴＯ透明電極層が、例えばスパッタ
リング法で成膜される。

【０１００】隔壁２８は、図５から明らかなようにアク
ティブマトリクス光電変換基板１１上のフォトダイオー
ド２５の周囲から所定高さまで、断面積が次第に増加す
るように、成長または成膜されている。従って、シンチ
レータ層２７に入射したＸ線２９により発生された蛍光
３０は、隔壁２８で反射されてフォトダイオード２５に
入射される。

【０１０１】この構成は、実質的に図２に示したと同様
であるが、蛍光３０が隔壁２８に衝突して反射される際
の角度が浅くなるため、隔壁２８で反射された蛍光３０
がフォトダイオード２５に入射される（もう一度隔壁２
８に当たらない）確率が向上され、検出感度が増大され
る。なお、図２に示した角度の（ほぼ垂直な）隔壁２８
を通り抜けようとする蛍光３０を反射することが可能で
あり、検出感度の一層の増大を、見込むことができる。

【０１０２】図６に示す隔壁は、図５に示した隔壁に比
較して、逆方向の角度が与えられている。

【０１０３】隔壁２８は、図６から明らかなようにアク
ティブマトリクス光電変換基板１１上のフォトダイオー
ド２５の周囲から所定高さまで、断面積が次第に増加す
るように、成長または成膜されている。従って、シンチ
レータ層２７に入射したＸ線２９により発生された蛍光
３０は、隔壁２８で反射されてフォトダイオード２５に
入射される。

【０１０４】なお、図６に示す例では、隔壁２８のＸ線
入射側がフォトダイオード２５の面積に比較して広く形
成されていることから、Ｘ線２９を捕獲できる確率が向
上され、ノイズの影響が低減される。

【０１０５】以上のように構成されたこの発明の平面検
出器では、フォトダイオードの受光領域により区分され
る画素間の透過光を隔壁により抑制したことにより、シ
ンチレータ層から発せられる蛍光が拡散して隣接する画
素の光電変換素子に到達することが抑制される。従っ
て、隔壁に要求される機能としては、シンチレータ層で
の発光を反射または吸収して隣接画素への漏れ光を抑制
することである。

【０１０６】上記の各実施例においては、隔壁を各画素
を区画するような形状としているが、隔壁をフォトダイ
オードの形成領域の最外周を囲むように配置することも
有効である。すなわち、隔壁を設けない場合、中央部に
位置する画素は、上下方向に隣接する画素からの漏れ光
を受けるが、最外周の画素においては、隣接画素が少な
いため、受ける漏れ光の量も少なくなる。従って、中央
部の画素と最外周の画素とでは、入射光量に差が生じ
る。最外周に背馳された隔壁は、フォトダイオード形成
領域外に漏れようとする光を反射して最外周の画素に戻
してやることができるため、均質な検出画像を得るうえ
で有効である。

【０１０７】また、隔壁をマトリクスの行または列に沿
った形状としてもよい。好適には、ＴＦＴを駆動するゲ
ートラインおよびまたはシグナルライン上に沿って配置
される。

【０１０８】また、隔壁層がシンチレータ層による発光
を反射または屈折させる材料の場合、シンチレータ層か
らの蛍光を光学的にガイドして、フォトダイオード等の
光電変換素子に、効率良く到達させる機能を有する。従
って、この光ガイド効果により、解像度特性改善に加え
て感度特性改善の効果も発揮する。特に、金属の場合に
は、光ガイド効果は大きい。

【０１０９】また、隔壁層がシンチレータ層からの散乱
Ｘ線を減衰させる材料の場合、隣接の画素領域への散乱
Ｘ線の到達に起因する解像度低下も抑える効果がある。
例えば、隔壁層が重元素から形成される場合には、この
効果が期待される。一般には、比重８以上の材料（Ｃ
ｕ，Ｎｉ）であることが目安となる。

【０１１０】光の屈折機構を利用する場合については、
次の屈折率の関係により、隔壁効果が特に有効である。
すなわち、シンチレータの発光波長域で隔壁材の屈折率
をｎ _Ｐ、シンチレータ材の屈折率をｎ_Ｓとすると、閾値
入射角θ_ｔ＝ｓｉｎ^−１（ｎ _Ｐ／ｎ_Ｓ）以上で、シンチ
レータから隔壁に入射した光は、全反射する。

【０１１１】従って、隔壁材の屈折率ｎ_Ｐがシンチレー
タ材の屈折率ｎ_Ｓより小さい場合で、その比ｎ_Ｐ／ｎ_Ｐ
が小さい程、隔壁効果を発揮する材料構成として望まし
い。

【０１１２】閾値入射角θ_ｔは、ｎ_Ｐ／ｎ_Ｓが０．９以
下の場合、入射角６４°以上の場合に全反射することか
ら、画素間の光学的な分離効果が特に顕在化してくる。

【０１１３】また、シンチレータからの発光は、一般に
可視光域が主であることから、隔壁材が金属の場合に
は、１００％に近い反射率となるため、画素間の光学的
分離効果は顕著となる。

【０１１４】光の吸収機構を利用する場合には、次の関
係により、隔壁効果が成り立つ。すなわち、シンチレー
タの発光波長域での隔壁材の吸収係数をμ_Ｐとし、隔壁
の厚さをｗ_Ｐとすると、隔壁に対する垂直入射光の隔壁
透過率は概ねｅｘｐ（−μ_Ｐ・ｗ_Ｐ）となる。入射角が
θの場合には、実効的な透過厚みが１／ｃｏｓθに増え
るため、ｅｘｐ（−μ_Ｐ・ｗ_Ｐ／ｃｏｓθ）の透過率と
試算される。

【０１１５】透過率は、画素サイズとシンチレータ層厚
等の設計パラメータにもよるが、μ _Ｐ・ｗ_Ｐの値が概ね
０．２以上で、膜を垂直に透過する場合の透過率が８２
％程度となる。膜を透過する大部分の光の透過率はこれ
以下となるため、画素間の光学的な分離効果が顕在化し
てくる。

【０１１６】隔壁厚さが大きくなれば、吸収率も増大す
るが、各画素のフォトダイオードの有効面積が減少する
ために、感度特性の悪化を招くことから、隔壁の厚さｗ
は、画素ピッチの１／３以下ができれば望ましいと考え
られる。

【０１１７】また、本発明の製造法によれば、格子状の
隔壁が後工程で形成するシンチレータ層を画素サイズの
微小領域に分割し、かつ側面からも機械的に保持するこ
とになるので、シンチレータ層の密着性確保やクラック
防止の効果を発揮する。

【０１１８】また、この方法によれば、例えば同じ膜厚
のシンチレータ層を形成するのに、真空蒸着法に対し
て、製造時間の短縮と材料の利用効率の改善の点で、桁
違いに有利となる。

【０１１９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の平面検
出器及びその製造方法によれば、信号取り出し系ヘの印
加電圧が数十ボルトと低い利点を生かした信頼性の高い
間接方式で、かつ直接方式並の高解像度を有する平面検
出器を得ることができる。

【０１２０】また、本発明の平面検出器の製造方法によ
れば、Ｘ線検出感度の高い厚膜のシンチレータ層あるい
は光導電層を信頼性高く形成することができる。

【０１２１】これにより、高感度で高品質の信号が得ら
れるＸ線用平面検出器が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態が適用される平面検出器
を説明する概略図。

【図２】図１に示した平面検出器の１画素を拡大した状
態を示す部分断面図。

【図３】図１に示した平面検出器の隔壁を成長させる工
程を説明する概略図。

【図４】本発明の平面検出器と従来例相当の平面検出器
のＭＴＦ特性を比較した結果を示すグラフ。

【図５】図１に示した平面検出器の隔壁の形状の別の実
施の形態を説明する概略図。

【図６】図１に示した平面検出器の隔壁の形状の別の実
施の形態を説明する概略図。

【図７】周知の従来例の平面検出器の基本構成を説明す
る概略図。

【図８】図７に示した周知の平面検出器の１画素を拡大
した状態を示す部分断面図。

【符号の説明】

１・・・Ｘ線平面検出器、１０・・・Ｘ線入力面、１１・・・アクティブマトリクス光電変換基板、１２・・・画素電極、１３・・・電荷蓄積キャパシタ、１４・・・ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、１５・・・フォトダイオード、１６・・・走査制御回路、１７・・・データライン、１８・・・制御ライン（ゲートライン）、１９・・・マルチプレクサ、２０・・・デジタイザ、２１・・・ＴＦＴのドレイン電極、２２・・・ＴＦＴのソース電極、２３・・・ＴＦＴのゲート電極、２４・・・共通データライン、２５・・・フォトダイオード、２６・・・バイアス電極、２７・・・シンチレータ層、２８・・・隔壁、２９・・・Ｘ線、３０・・・可視光、３１・・・本発明の平面検出器のＭＴＦ特性、３２・・・従来例相当の平面検出器のＭＴＦ特性。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 31/00 Ａ (72)発明者佐野哲栃木県大田原市下石上字東山1385番の１株式会社東芝那須電子管工場内Ｆターム(参考） 2G088 EE01 FF02 GG13 GG16 GG19 GG20 JJ05 JJ09 JJ13 LL09 LL12 LL15 4M118 AA10 AB01 BA05 CA03 CA05 CA32 CB06 CB11 CB14 FB09 FB13 FB16 GA09 GA10 5C024 AX11 CX00 CY47 GX00 GX03 5F088 AA02 AB05 BB03 EA16 FA04 HA15 LA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリクス状に配置された複数のスイッチ
ング素子部と、各々が前記スイッチング素子に電気的に
接続された複数のフォトダイオードおよび電荷蓄積容量
とを有するアクティブマトリクス光電変換基板と、前記アクティブマトリクス光電変換基板上に堆積された
シンチレータ層と、前記アクティブマトリクス光電変換基板上に形成され、
前記シンチレータ層を区画する隔壁と、を有することを
特徴とする平面検出器。
【請求項２】前記隔壁は、前記フォトダイオード形成領
域の外周を囲んで形成されていることを特徴とする請求
項１記載の平面検出器。
【請求項３】前記隔壁は、前記マトリクスの行およびま
たは列に沿って前記シンチレータ層を区画することを特
徴とする請求項１記載の平面検出器。
【請求項４】前記の隔壁材料の屈折率をｎ_Ｐ、前記シン
チレータ層材料の屈折率をｎ_Ｓとするとき、ｎ_Ｐ／ｎ_Ｓ
が０．９以下であることを特徴とする請求項１ないし３
のいずれかに記載の平面検出器。
【請求項５】前記の隔壁は、前記シンチレータ層が発生
する光の主発光波長での吸収係数μと隔壁の平均厚さｗ
との積μ・ｗが０．２以上であることを特徴とする請求
項１ないし３のいずれかに記載の平面検出器。
【請求項６】前記隔壁は、顔料またはセラミックス紛と
低融点ガラスとの混合物からなることを特徴とする請求
項１ないし５のいずれかに記載の平面検出器。
【請求項７】前記隔壁は、有機感光性レジスト材料から
なることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記
載の平面検出器。
【請求項８】前記隔壁は、金属材料からなることを特徴
とする請求項１ないし３のいずれかに記載の平面検出
器。
【請求項９】前記隔壁は、比重が８以上の材料からなる
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の
平面検出器。
【請求項１０】光導電膜と電荷蓄積容量部とスイッチン
グ素子部を具備する複数の光電変換素子からなるアクテ
ィブマトリクス光電変換基板上にシンチレータ層を形成
する平面検出器の製造方法において、アクティブマトリクス光電変換基板上に、アクティブマ
トリクス光電変換基板の側から、個々の光電変換素子に
対応する領域を分離する形状に隔壁を形成する工程と、
それに続いてシンチレータ層を前記アクティブマトリク
ス光電変換基板に堆積する工程とを含むことを特徴とす
る平面検出器の製造方法。