JP2004163169A

JP2004163169A - 放射線検出器

Info

Publication number: JP2004163169A
Application number: JP2002327125A
Authority: JP
Inventors: Akiko Fujisawa; 晶子藤澤; Katsuhisa Honma; 克久本間; Kenichi Ito; 健一伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】解像度特性を向上することが可能であるとともに、感度特性を向上することが可能な放射線検出器を提供することを目的とする。
【解決手段】放射線検出器は、画素単位の光電変換素子１３が複数配列してなる光電変換基板１１と、光電変換基板１１上に配置されたシンチレータ層３９と、光電変換基板１１上に形成されシンチレータ層３９を画素単位に区画する区画部３８と、を備えている。シンチレータ層３９は、放射線により励起されて蛍光を発生する蛍光材料及び蛍光材料を結合するバインダを含んで構成されている。蛍光材料の屈折率ｎ_Ｐとバインダの屈折率ｎ_Ｂとの関係が、
ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂ＜１．５
であることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放射線検出器に係り、特に、放射線画像を検出する間接方式の放射線平面検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、新世代のＸ線診断用検出器としてアクティブマトリックス型のＸ線平面検出器が大きな注目を集めている。このＸ線平面検出器において、照射されたＸ線を検出することにより、Ｘ線撮影像またはリアルタイムのＸ線画像がデジタル信号として出力される。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。このため、多くの大学やメーカが研究開発に取り組んでいる。
【０００３】
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人体の胸部・一般撮影用に開発され、近年商品化されている。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。この動画用途に対しては、ノイズ（Ｓ／Ｎ：シグナル／ノイズ比）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。
【０００４】
Ｘ線平面検出器には、大きく分けて直接方式と間接方式との２通りがある。
【０００５】
直接方式は、Ｘ線をａ−Ｓｅなどの光導電膜を用いて直接信号電荷に変換し、変換した信号電荷を電荷蓄積用キャパシタに蓄積する方式である。この直接方式は、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ックスの画素ピッチで規定される解像度特性が得られる。
【０００６】
直接方式のＸ線平面検出器は、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。
【０００７】
すなわち、この例では、光導電膜のａ−Ｓｅに対し、１０ｋＶの高電圧を印加することになる。このため、動作電圧の低いＴＦＴを高電圧から保護する信頼性の確保や、暗電流と感度特性、熱的安定性などを兼ね備えた好適な光導電材料が見つからないなどの問題が生じている。
【０００８】
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付いても基本的な技術は確立している点で有利である。
【０００９】
しかしながら、この間接方式は、シンチレータ層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及び散乱により、その分の解像度劣化を生じる。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ほど、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。
【００１０】
これに対して、この間接方式において、シンチレータ層を画素毎に分離するために隔壁を設けたＸ線検出器が提案されている。これにより、シンチレータ層内で発光した蛍光は、隔壁により横方向への散乱や拡散を抑制される。したがって、光学的なガイド効果により、蛍光を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ことができ、解像度特性が改善される（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−１６６９７６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シンチレータ層を隔壁によって画素分離したＸ線検出器などの放射線検出器では、隔壁に相当する部分が放射線感度に寄与しない。すなわち、放射線が隔壁に照射されても蛍光が発光することはなく、このため、シンチレータから隔壁に置き換えられた程度に応じて必然的にシンチレータ層の総発光量が低減する。したがって、１画素あたりの輝度が低下するため、放射線検出器としての感度が低下するといった問題を生ずる。
【００１３】
この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、解像度特性を向上することが可能であるとともに、感度特性を向上することが可能な放射線検出器を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明の様態による放射線検出器は、
画素単位の光電変換素子が配列してなる光電変換基板と、
前記光電変換基板上に配置され、放射線により励起されて蛍光を発生する蛍光材料及び蛍光材料を結合するバインダを含むシンチレータ層と、
前記光電変換基板上に形成され、前記シンチレータ層を画素単位に区画する区画部と、
を備え、
前記蛍光材料の屈折率ｎ_Ｐと前記バインダの屈折率ｎ_Ｂとの関係が、
ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂ＜１．５
であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態に係る放射線検出器について図面を参照して説明する。なお、この発明においては、Ｘ線、γ線、その他の各種放射線の場合に適用可能であるが、以下の一実施の形態においては、放射線の中の代表的なＸ線の場合を例にとり説明する。したがって、実施の形態の「Ｘ線」を「放射線」に置き換えることにより、この発明が対象とする他の放射線にも適用可能である。
【００１６】
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Ｘ線検出器１は、複数の画素を有するアクティブマトリクス型の光電変換基板１１を有している。この光電変換基板１１は、ガラスなどの絶縁基板上に、行方向（例えば図中の横方向）及び列方向（例えば図中の縦方向）に所定のピッチＬで２次元的にマトリクス状に配列された同じ構造の複数の画素１２を有している。図１に示した例では、９個の画素（１２ａ〜１２ｉ）が図示されている。
【００１７】
各画素１２（ａ〜ｉ）は、入射した光強度に対応して信号電荷に変換する光電変換素子として機能するフォトダイオード１３、スイッチング素子として機能する薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと称する）１４、信号電荷を蓄積する電荷蓄積部として機能する蓄積キャパシタ１５などによって構成されている。
【００１８】
各ＴＦＴ１４は、ゲート電極Ｇ、ソース電極Ｓ、及び、ドレイン電極Ｄを有している。ドレイン電極Ｄは、例えばフォトダイオード１３及び蓄積キャパシタ１５と電気的に接続されている。
【００１９】
光電変換基板１１の外部には、制御回路１６が設けられている。この制御回路１６は、ＴＦＴ１４の動作状態、例えばオン／オフを制御する。また、この制御回路１６には、行方向に延びる複数の制御ライン１７が接続されている。図１に示した例では、第１乃至第４の４個の制御ライン１７１乃至１７４が設けられている。それぞれの制御ライン１７は、同じ行の画素１２を構成する各ＴＦＴ１４のゲート電極Ｇに接続されている。例えば、第１の制御ライン１７１は、画素１２ａ乃至１２ｃを構成する各ＴＦＴ１４のゲート電極Ｇに接続されている。
【００２０】
列方向には、複数のデータライン１８が設けられている。図１に示した例では、第１乃至第４の４個のデータライン１８１乃至１８４が設けられている。それぞれのデータライン１８は、同じ列の画素１２を構成する各ＴＦＴ１４のソース電極Ｓに接続されている。例えば、第１のデータライン１８１は、画素１２ａ、１２ｄ、１２ｇを構成する各ＴＦＴ１４のソース電極Ｓに接続されている。
【００２１】
それぞれのデータライン１７は、対応する電荷増幅器１９に接続されている。各電荷増幅器１９は、例えば演算増幅器で構成され、その一方の入力端子ａ１にデータライン１８が接続され、他方の入力端子ａ２は接地されている。一方の入力端子ａ１と出力端子ｂとの間にコンデンサＣが接続され、積分機能を有する。また、コンデンサＣに並列にスイッチＳが接続され、例えばスイッチＳを閉じてコンデンサＣに残った電荷を放電する構成になっている。
【００２２】
それぞれの電荷増幅器１９は、並列に入力する複数の電気信号を直列信号に変換する並列／直列変換器またはマルチプレクサ２０に接続されている。並列／直列変換器２０は、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器またはデジタイザ２１に接続されている。
【００２３】
次に、この実施の形態に係るＸ線検出器の画素の構造について図２を参照して説明する。なお、図２では、１つの画素部分を抜き出して図示しており、図１に対応する部分には同じ参照符号を付して重複する説明は一部省略する。
【００２４】
光電変換基板１１は、ガラスなどの絶縁基板３１上に形成されたＴＦＴ１４及び蓄積キャパシタ１５を備えている。
【００２５】
ＴＦＴ１４は、３つの電気的接続、すなわちゲート電極Ｇ、ソース電極Ｓ、及び、ドレイン電極Ｄを備えている。ゲート電極Ｇは、絶縁基板３１上に形成されている。このゲート電極Ｇは、絶縁膜３２によって覆われている。また、このゲート電極Ｇは、同じ行に位置する他のＴＦＴ１４のゲート電極Ｇとともに共通の制御ライン１７に接続されている。例えば、ＴＦＴ１４をオン／オフする制御するためには、＋１０Ｖ及び−５Ｖが用いられる。
【００２６】
ソース電極Ｓは、絶縁膜３２上に形成された半絶縁膜３３にコンタクトしている。このソース電極Ｓは、同じ列に位置する他のＴＦＴ１４のソース電極Ｓとともに共通のデータライン１８に接続されている。ドレイン電極Ｄは、半絶縁膜３３にコンタクトしている。このドレイン電極Ｄは、フォトダイオード１３及び蓄積キャパシタ１５に接続されている。
【００２７】
蓄積キャパシタ１５は、絶縁基板３１上に形成された下部電極３４、絶縁膜３２を介して下部電極３４に対向して設けられた上部電極３５などによって構成されている。上部電極３５は、ＴＦＴ１４のドレイン電極Ｄと電気的に接続されている。
【００２８】
ＴＦＴ１４及び蓄積キャパシタ１５は、第１絶縁層３６１によって覆われている。この第１絶縁層３６１上には、フォトダイオード１３が形成されている。フォトダイオード１３の周囲の第１絶縁層３６１上には、第２絶縁層３６２が設けられている。この第２絶縁層３６２は、ほぼ矩形状のフォトダイオード１３を囲むように枠状に形成されている。
【００２９】
フォトダイオード１３は、ａ−Ｓｉのｐｎダイオード構造、もしくはｐｉｎダイオード構造などで画素毎に形成される。このフォトダイオード１３は、第１絶縁層３６１上に形成された第１電極１３１、第１電極１３１に対向して配置された第２電極１３２などによって構成されている。
【００３０】
第１電極１３１は、第１絶縁層３６１の一部に形成されたスルーホール３７を介してＴＦＴ１４のドレイン電極Ｄに接続されている。第２電極１３２は、例えばスパッタリング法によってＩＴＯなどの透明導電膜を成膜することによって形成される。これら第１電極１３１と第２電極１３２との間には、バイアス電圧が印加される。
【００３１】
なお、この実施の形態では、フォトダイオード１３は、図１に示すように、蓄積キャパシタ１５及びＴＦＴ１４に重ならないエリアに形成されているが、受光面積を確保するために、ＴＦＴ１４及び蓄積キャパシタ１５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、更にその上部にほぼ各画素の全面対応するフォトダイオードを形成するなどの構造も可能である。
【００３２】
上述したような構造の光電変換基板１１の上には、外部から入射したＸ線を可視光に変換する（すなわちＸ線により励起されて蛍光を発生する）シンチレータ層３９が配置されている。また、この光電変換基板１１上には、シンチレータ層３９を画素単位に区画する区画部３８が形成されている。
【００３３】
すなわち、図２に示すように、シンチレータ層３９は、光電変換基板１１におけるフォトダイオード１３上及び第２絶縁層３６２上に配置されている。このシンチレータ層３９は、ほぼ同等の平均粒径を有する蛍光体粒子、例えばＧＯＳ（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ，ＰＲ^＋３，ＣＥ^＋３，Ｆ）によって構成されている。また、シンチレータ層３９に適用可能な蛍光体として、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂを母材とする他のＸ線用蛍光体、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ、ＣａＷＯ_４、ＬａＯＢｒ：Ｔｍ等のＸ線用蛍光体などでも構わない。
【００３４】
区画部３８は、上方よりシンチレータ層３９に入射したＸ線４０がシンチレータ層３９内で蛍光４１に変換され、この蛍光４１が隣接する画素１２のフォトダイオード１３のエリアに極力干渉しないように、画素１２を分離する境界に沿って形成される。これにより、シンチレータ層３９は、主にフォトダイオード１３に重なるエリアが残り、画素分離される。
【００３５】
この区画部３８は、シンチレータ層３９内で発生した蛍光４１のうち、隣接する画素１２に向かって外方に散乱された蛍光４１１をシンチレータ層３９の内部に向けて反射する光反射性を有する反射材料によって形成されても良い。また、この区画部３８は、画素１２に入射したＸ線のうち、隣接する画素１２に向かって外方に散乱された散乱Ｘ線を吸収するＸ線吸収体によって形成されても良い。
【００３６】
次に、このＸ線検出器の製造方法について説明する。
【００３７】
まず、シンチレータ層３９は、例えば以下のような方法で形成される。
すなわち、マトリクス状に配置された複数のフォトダイオード１３などを有する光電変換基板１１におけるフォトダイオード１３及び第２絶縁層３６２の上に、液状のシンチレータ材料を塗布して、シンチレータ含有塗膜層を形成する。このシンチレータ材料は、Ｘ線を吸収して発光する蛍光材料と、樹脂バインダと、を含んで形成される。このシンチレータ材料は、ディスペンサやインクジェット、スプレー等を用いた塗布法により、例えば４００μｍの膜厚でベタ膜状に塗布される。
【００３８】
シンチレータ材料に含まれる蛍光材料としては、前述したように、例えばＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂの粉末が利用される。また、シンチレータ材料に含まれる樹脂バインダとしては、ハロゲン化ビスフェノールＡを原料としたエポキシ系樹脂、チオエーテル系樹脂、チオール系樹脂、アクリル系樹脂、芳香族系ポリマーなどの樹脂材料が利用される。
【００３９】
その後、６０〜１５０℃で加熱する乾燥工程を通して有機溶剤を除去し、シンチレータ含有塗膜層を硬化させる。これにより、膜の剥離やクラック等を生じない良好なシンチレータ層３９が形成される。
【００４０】
続いて、区画部３８は、例えば以下のような方法で形成される。
すなわち、シンチレータ層３９における画素１２間に、ダイシング法などにより溝部を形成する。この実施の形態では、溝部は、下地のフォトダイオード１３及びＴＦＴ１５に合わせて１５０μｍのピッチで、約２５μｍの溝幅で形成した。
【００４１】
なお、この溝部は、ダイシング法に限らず、紫外領域の主波長を有するレーザビームを照射することによる光化学分解を用いたシンチレータ層の除去、赤外領域の主波長を有するレーザビームを照射することによる加熱分解を用いたシンチレータ層の除去などによって形成しても良いし、さらに、バインダ材料を化学的に溶解して溝部分をエッチング除去する方法などで形成しても良い。さらに、この溝部は、光電変換基板１１の第２絶縁層３６２まで到達する深さに形成しても良いし、溝部と光電変換基板１１との間にシンチレータ層３９が残るような深さに形成しても良い。
【００４２】
その後、この溝部の内部に、光反射性を有する反射材料を充填することにより、区画部３８を形成する。この区画部３８を構成する反射材料としては、高屈折特性を有する微粒子、例えばＴｉＯ_２、またはＸ線発光蛍光体粒子、例えばＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、あるいは透明セラミックスの微粒子粉体などが用いられ、さらに、膜の平坦性が高いものであればメタル膜であってもよい。この反射材料は、樹脂バインダと混合して塗布される。
【００４３】
光電変換基板１１の外部に接続される制御回路１６などは、光電変換基板１１にワイヤボンディングで接続する集積回路として製造すればよい。電荷増幅器１９、マルチプレクサ２０、デジタイザ２１などもまた、光電変換基板１１にワイヤボンディングで接続される集積回路として製造すればよい。
【００４４】
さらに、シンチレータ層３９の湿気による変質などを防ぐために、Ｘ線検出器１の主要部を、例えばアルミニウムやプラスチックなどの外囲器で覆って、真空封止しても良いし、あるいは乾燥気体を封入するしても良い。
【００４５】
上述したように、この実施の形態に係るＸ線検出器によれば、Ｘ線によって励起されて蛍光を発光するシンチレータ層を区画部により画素毎に分離している。このため、デバイスへの印加電圧が高々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ありながら、蛍光の拡散が抑制され、隣接する画素のフォトダイオードに到達することを抑制できるため、直接方式並みの高解像度を有する平面検出器を提供することができる。
【００４６】
次に、上述したＸ線検出器におけるシンチレータ層３９の構成について、より詳細に説明する。上述した構造のＸ線検出器では、蛍光の拡散を防止するための区画部の存在により、その分のシンチレータ層の体積が減少するため、シンチレータ層の総発光量が低下し、１画素当たりの輝度が低下してしまう。
【００４７】
そこで、まずはシンチレータ層を構成する蛍光材料の屈折率ｎ_Ｐとバインダの屈折率ｎ_Ｂとに着目して、１画素当たりの輝度を向上するための条件について検討する。
【００４８】
シンチレータ層の輝度特性は、蛍光材料自体の発光効率に加えて、シンチレータ層の実効的な蛍光透過率により大きく影響される。蛍光材料の発光効率は、材料固有のものであり、選択された材料によって決定される。つまり、蛍光材料の発光効率は、利用条件によって異なるものではなく、同一の材料を利用する限り発光効率は変わらない。
【００４９】
一方、シンチレータ層の実効透過率は、利用条件によって異なり、実効透過率が大きいほど、フォトダイオードに到達する実効的な蛍光量が多くなり、輝度を向上することができる。この実効透過率は、蛍光材料の自己吸収率及びバインダの蛍光吸収率が小さいほど、また蛍光発光点からフォトダイオードに到達するまでの蛍光材料とバインダとの間の反射及び屈折に起因する蛍光の実効光路長が短くほど、高くなる。
【００５０】
ここで、シンチレータ層として用いられる蛍光材料は、自己吸収率が十分小さいものが選択される。また、バインダとして用いられる材料も、蛍光材料によって発光された蛍光の主波長での吸収率が十分に小さいものが選択される。一方、蛍光の実効光路長を決定する蛍光材料の屈折率ｎ_Ｐ及びバインダの屈折率ｎ_Ｂに関しては、蛍光材料の発光効率やバインダの塗布性などに重点をおいて材料選定されるために、一般には考慮されていない。
【００５１】
蛍光材料の屈折率ｎ_Ｐは、バインダの屈折率ｎ_Ｂと比較して、ほとんどの材料で大きい場合が多い。蛍光材料の屈折率ｎ_Ｐと、バインダの屈折率ｎ_Ｂとの差が大きすぎると、互いの界面での全反射の割合や、蛍光の光路の屈折角が大きくなり、光路の屈曲が増大する。この結果、実行光路長が長くなってしまう。
【００５２】
このため、蛍光材料の屈折率ｎ_Ｐと、バインダの屈折率ｎ_Ｂとの差できるだけ小さく、すなわちバインダの屈折率ｎ_Ｂが蛍光材料の屈折率ｎ_Ｐに近づく程度に大きくすることで、蛍光のフォトダイオードまでの実効的光路長を短縮することができる。
【００５３】
バインダは、一般的に樹脂材料を用いている。バインダとして用いられる樹脂材料の屈折率は、１．４〜１．６程度の範囲に限られている。屈折率は、誘電率の平方根にほぼ比例する。フォトダイオードの感度特性に合った一般的な可視領域の光に対する誘電率は、樹脂材料に含有される原子の密度とそれら原子の電子分極の大きさに依存する。
【００５４】
通常の樹脂材料では、炭素（Ｃ），酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）等の軽元素で構成されることから、単位体積当りに含有される原子の電子分極の総和は大差を生じない。そのことが前述のような屈折率の幅の狭さに繋がっている。これに対して、分子構造中に、少なくとも芳香族環、珪素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）のいずれかを含む有機材料からなるバインダを適用することにより、大きな電子分極を得ることができる。
【００５５】
例えば、酸素（Ｏ）の替わりに硫黄（Ｓ）、炭素（Ｃ）の替わりに珪素（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）の替わりにリン（Ｐ）、置換基として塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）などのハロゲンを含有することで大きな電子分極を得ることができる。これにより、バインダの誘電率が大きくなり、さらにはバインダの屈折率ｎ_Ｂを蛍光材料の屈折率ｎ_Ｐに近づける程度に大きくすることができる。
【００５６】
したがって、蛍光の発光点からフォトダイオードに到達するまでの実効光路長を短縮することができ、輝度を向上することができる。
【００５７】
図３には、蛍光材料及びバインダの屈折率比ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂと、輝度との関係の一例が示されている。ここで比較した３種類のＸ線検出器では、シンチレータ層を構成するバインダの材料以外は、すべて同一条件としている。シンチレータ層の膜厚は４００μｍとし、蛍光材料を構成する蛍光体粒子の平均粒径は４０μｍとした。蛍光材料は、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂを使用した（屈折率ｎ_Ｐ≒２．２）。
【００５８】
比較例は、バインダとしてポリビニル系の樹脂を使用し、実施例１は、バインダとしてエポキシ系の樹脂またはアクリル系の樹脂を使用し、実施例２は、チオール系の樹脂を使用した。
【００５９】
なお、この実施の形態では、蛍光材料の屈折率ｎ_Ｐ及びバインダの屈折率ｎ_Ｂは、屈折計による臨界角法などの方法で測定される。また、このときの１画素当たりの輝度（ｃｄ／ｍ^２）は、赤から緑の光線に感度を有するフォトダイオード、フォトマルを使用したＨＧ−Ｈ２（富士フィルム社製増感紙）との輝度を比較するなどの方法で測定される。
【００６０】
図３に示した結果から、蛍光材料の屈折率ｎ_Ｐとバインダの屈折率ｎ_Ｂとの関係が、
ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂ＜１．５
であることが望ましい。
【００６１】
このように設定することにより、蛍光材料から発生した蛍光は、蛍光材料とバインダとの間で反射されながらフォトダイオードに導かれるが、蛍光材料とバインダとの屈折率比ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂが１．５を下回るほど、蛍光材料とバインダとの界面での全反射の割合や蛍光の屈折角が小さくなり、輝度を著しく向上することができる。
【００６２】
換言すると、屈折率比ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂが１．００に近似するほど、蛍光材料からバインダへの蛍光の透過率が大きくなるため、光路の屈曲が抑えられる。したがって、蛍光の実効光路長が短縮され、フォトダイオードに到達する実効的な蛍光量が多くなり（すなわちシンチレータ層の実効透過率が向上し）、輝度を向上することができる。好ましい屈折率比ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂは、１．３〜１であり、さらに好ましくは１．２〜１である。
【００６３】
続いて、シンチレータ層の膜厚Ｔと、蛍光材料の平均粒径Ｒとの関係に着目して、１画素当たりの輝度を向上するための条件について検討する。
【００６４】
蛍光材料とバインダとの界面の割合が少ないほど、蛍光の光路での反射及び屈折の頻度も低くなる。このため、シンチレータ層を同一膜厚で形成し、しかも蛍光材料の充填率を同程度とした場合には、蛍光材料を構成する蛍光体粒子の平均粒径Ｒが大きいほど、蛍光体粒子の積層数が少ないことを意味し、当然、蛍光材料とバインダとの界面の割合も少なくなる。これにより、蛍光の反射及び屈折が抑制され、蛍光の減衰をさらに抑制することができる。
【００６５】
図４には、シンチレータ層の膜厚Ｔと蛍光材料の平均粒径Ｒとの比Ｔ／Ｒと、輝度との関係の一例が示されている。ここで比較した３種類のＸ線検出器では、蛍光材料の平均粒径Ｒ以外は、すべて同一条件としている。シンチレータ層の膜厚は４００μｍとした。蛍光材料はＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂを使用した。
【００６６】
また、比較例は、バインダとしてポリビニル系の樹脂を使用し、実施例１は、バインダとしてエポキシ系の樹脂またはアクリル系の樹脂を使用し、実施例２は、チオール系の樹脂を使用した。
【００６７】
比較例では膜厚Ｔと平均粒径Ｒとの比Ｔ／Ｒを２７とし、実施例１ではＴ／Ｒを１６とし、実施例２ではＴ／Ｒを１０とした。
なお、この実施の形態では、蛍光材料の平均粒径Ｒ及びシンチレータ層の膜厚Ｔは、例えばシンチレータ層の断面を走査型電子顕微鏡によって撮影することによって測定される。
【００６８】
図４に示した結果から、シンチレータ層の膜厚Ｔと蛍光材料の平均粒径Ｒとの関係が
Ｔ／Ｒ ≦ ２０
であることが望ましい。
【００６９】
このように、シンチレータ層の膜厚Ｔと蛍光材料の平均粒径Ｒとの比Ｔ／Ｒを２０以下と小さく設定することにより、蛍光材料とバインダとの界面での反射回数が少なくなり、輝度を著しく向上することができる。好ましい比Ｔ／Ｒは、２０以下であり、さらに好ましくは１０以下である。
【００７０】
続いて、蛍光材料／バインダの屈折率比（ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂ）及びシンチレータ層の膜厚／蛍光材料の平均粒径比（Ｔ／Ｒ）の積（Ｔ／Ｒ）・（ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂ）に着目して、１画素当たりの輝度を向上するための条件について検討する。
【００７１】
図５には、蛍光材料／バインダの屈折率比及びシンチレータ層の膜厚／蛍光材料の平均粒径比の積（Ｔ／Ｒ）・（ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂ）と、輝度との関係の一例が示されている。この積（Ｔ／Ｒ）・（ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂ）は、シンチレータ層における輝度に大きく影響し、一定値以上で特に輝度の改善効果が顕著に確認される。
【００７２】
図５に示した結果から、蛍光材料の屈折率ｎ_Ｐ、バインダの屈折率ｎ_Ｂ、シンチレータ層の膜厚Ｔ、及び、蛍光材料の平均粒径Ｒの関係が
（Ｔ／Ｒ）・（ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂ） ≦ ３０
であることが望ましい。
【００７３】
このように、積（Ｔ／Ｒ）・（ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂ）を３０以下と小さく設定することにより、シンチレータ層内をフォトダイオードに向けて進行する蛍光の反射回数が少なくなるため、蛍光材料からバインダへの蛍光の透過率が大きくなる。したがって、輝度特性を改善することができる。好ましい積は１３以下であり、さらに好ましくは１０以下である。
【００７４】
以上説明したＸ線検出器によれば、シンチレータ層３９は、区画部３８によって画素単位に区画される。このため、隣接する画素１２のシンチレータ層３９への蛍光４１の散乱を抑制することができ、画素１２を完全に分離することができる。したがって、解像度特性を向上することができる。
【００７５】
また、シンチレータ層３９内で発光した蛍光４１が区画部３８に到達した際、蛍光４１は、シンチレータ層３９の内部に向けて反射される。このため、画素１２毎の輝度を向上することができる。
【００７６】
さらに、シンチレータ層３９を構成する蛍光材料及びバインダの屈折率比（ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂ）、シンチレータ層の膜厚に対する蛍光材料の平均粒径の比（Ｔ／Ｒ）、さらには、これらの積（Ｔ／Ｒ）・（ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂ）を所定範囲に設定することにより、区画部３８の存在による１画素当たりの輝度の低下を抑え、平面検出器としての感度特性を向上することができる。
【００７７】
なお、上述した実施の形態において、Ｘ線４０は、図６に示すように、シンチレータ層３９の中心部分から上面に距離をおいて設置されたＸ線源５１によって、放射状に放射される。このため、シンチレータ層３９を画素分離する区画部３８は、Ｘ線源５１から放射された通常のＸ線（直進波）の進行方向と平行になるように形成されることが望ましい。
【００７８】
なお、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形・変更が可能である。また、各実施の形態は可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合組み合わせによる効果が得られる。
【００７９】
この発明のＸ線検出器は、縦横に複数の画素が配列された構成のものについて説明したが、縦横の画素の比率が異なる（例えば、一方の画素数が１個の場合など）一見すると線状に構成されたＸ線検出器に適用するこも可能である。この場合、スイッチング素子はＴＦＴを使用しなくとも実施可能である。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、解像度特性を向上することが可能であるとともに、感度特性を向上することが可能な放射線検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の一実施の形態に係るＸ線検出器の回路構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、図１に示したＸ線検出器の１画素部分の構造を概略的に示す断面図である。
【図３】図３は、蛍光材料及びバインダの屈折率比（ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂ）と、輝度との関係の一例を示す図である。
【図４】図４は、シンチレータ層の膜厚Ｔと蛍光材料の平均粒径Ｒとの比（Ｔ／Ｒ）と、輝度との関係の一例を示す図である。
【図５】図５は、蛍光材料／バインダの屈折率比及びシンチレータ層の膜厚／蛍光材料の平均粒径の比の積（Ｔ／Ｒ）・（ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂ）と、輝度との関係の一例を示す図である。
【図６】図６は、放射されるＸ線の進行方向と平行に形成した区画部の構造を説明するための図である。
【符号の説明】
１…Ｘ線検出器
１１…光電変換基板
１２…画素
１３…フォトダイオード
１４…薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
１５…蓄積キャパシタ
３８…区画部
３９…シンチレータ層
４１…蛍光

Claims

画素単位の光電変換素子が配列してなる光電変換基板と、
前記光電変換基板上に配置され、放射線により励起されて蛍光を発生する蛍光材料及び蛍光材料を結合するバインダを含むシンチレータ層と、
前記光電変換基板上に形成され、前記シンチレータ層を画素単位に区画する区画部と、
を備え、
前記蛍光材料の屈折率ｎ_Ｐと前記バインダの屈折率ｎ_Ｂとの関係が、
ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂ＜１．５
であることを特徴とする放射線検出器。
前記シンチレータ層の膜厚Ｔと前記蛍光材料の平均粒径Ｒとの関係が
Ｔ／Ｒ ≦ ２０
であることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
画素単位の光電変換素子が複数配列してなる光電変換基板と、
前記光電変換基板上に配置され、放射線により励起されて蛍光を発生する蛍光材料及び蛍光材料を結合するバインダを含むシンチレータ層と、
前記光電変換基板上に形成され、前記シンチレータ層を画素単位に区画する区画部と、
を備え、
前記蛍光材料の屈折率ｎ_Ｐ、前記バインダの屈折率ｎ_Ｂ、前記シンチレータ層の膜厚Ｔ、及び、前記蛍光材料の平均粒径Ｒの関係が
（Ｔ／Ｒ）・（ｎ_Ｐ／ｎ_Ｂ） ≦ ３０
であることを特徴とする放射線検出器。
前記バインダは、分子構造中に少なくとも芳香族環、硫黄（Ｓ）、珪素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）のいずれかを含む有機材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線検出器。