JP2009025258A - Radiation detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射線を検出する放射線検出器に関する。 The present invention relates to a radiation detector for detecting radiation.
新世代の診断用X線画像検出器として、アクティブマトリックスを用いた平面形のX線検出器が注目を集めている。このX線検出器にX線を照射することより、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。このX線検出器は、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く、多くの研究開発が進められている。 As a new generation diagnostic X-ray image detector, a planar X-ray detector using an active matrix has attracted attention. By irradiating the X-ray detector with X-rays, an X-ray image or a real-time X-ray image is output as a digital signal. Since this X-ray detector is a solid-state detector, there are great expectations in terms of image quality performance and stability, and many researches and developments are underway.
実用化の最初の用途として、比較的大きな線量で、静止画像を収集する胸部あるいは一般撮影用に開発され、近年商品化されている。より高性能で、透視線量下で毎秒30フレーム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、S/Nの改善や微小信号のリアルタイム処理技術などが重要な開発項目となっている。 As the first application for practical use, it has been developed for the chest or general radiography for collecting still images with a relatively large dose, and has been commercialized in recent years. Commercialization is expected in the near future for applications in the circulatory and gastrointestinal fields that require higher performance and real-time video at 30 frames per second under fluoroscopic dose. For this moving image application, improvement of S / N and real-time processing technology of minute signals are important development items.
この種のX線検出器には、大きく分けて直接方式と間接方式との二方式の方式がある。直接方式は、X線をa−Seなど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。一方、間接方式は、シンチレータ層である蛍光変換膜により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、電荷蓄積用のキャパシタに導く方式である。 This type of X-ray detector is roughly divided into two systems, a direct system and an indirect system. The direct method is a method in which X-rays are directly converted into a charge signal by a photoconductive film such as a-Se and led to a charge storage capacitor. On the other hand, in the indirect method, X-rays are received by a fluorescent conversion film that is a scintillator layer, and once converted into visible light, the visible light is converted into signal charges by an a-Si photodiode or CCD, and led to a charge storage capacitor. It is a method.
現在実用化されているX線検出器の多くが間接方式を採用している。従来の間接方式のX線検出器においては、人体などを透過したX線画像をX線検出器に入射し、その画像情報を電気信号に変換する。この際、蛍光変換膜によってX線を可視光に変換し、その可視光を光電変換基板の格子状に形成された画素毎に検出し、二次元的な画像情報の電気信号として出力する。 Many of the X-ray detectors currently in practical use adopt the indirect method. In a conventional indirect X-ray detector, an X-ray image transmitted through a human body or the like is incident on the X-ray detector, and the image information is converted into an electrical signal. At this time, X-rays are converted into visible light by the fluorescence conversion film, and the visible light is detected for each pixel formed in a grid pattern on the photoelectric conversion substrate and is output as an electrical signal of two-dimensional image information.
光電変換基板は、液晶表示装置の製造工程に類似している薄膜トランジスタ(TFT)パネル製造工程により、信号配線および薄膜トランジスタを形成した回路基板を作成し、その回路基板上に入力面からの蛍光を検出するフォトダイオード素子を画素毎に格子状に形成し、そのフォトダイオード素子を下部に配置されている薄膜トランジスタに電気的に接続している。 The photoelectric conversion substrate is a thin film transistor (TFT) panel manufacturing process that is similar to the manufacturing process of a liquid crystal display device. A circuit board on which signal wiring and thin film transistors are formed is created, and fluorescence from the input surface is detected on the circuit board. A photodiode element to be formed is formed in a lattice pattern for each pixel, and the photodiode element is electrically connected to a thin film transistor disposed below.
このような工程により製造された光電変換基板上に入力面の蛍光変換膜を形成している。蛍光変換膜は入射X線を可視光に変換する機能を有する蛍光物質から構成され、蛍光物質の種類としてはGd2O2S:Tb(テルビウム添加硫化酸化ガドリニウム)やCsI:Tl(タリウム添加沃化セシウム)を用いることが多い。 The fluorescence conversion film of the input surface is formed on the photoelectric conversion substrate manufactured by such a process. The fluorescence conversion film is made of a fluorescent material having a function of converting incident X-rays into visible light. As the fluorescent material, Gd 2 O 2 S: Tb (terbium-added gadolinium sulfide oxide) or CsI: Tl (thallium-added iodine) is used. Cesium) is often used.
Gd2O2S:Tbを蛍光物質として用いる場合、粒子状のGd2O2S:Tbを樹脂中に分散した膜を用いる。それに対してCsI:Tlを蛍光物質として用いる場合、真空蒸着法により光電変換基板上にCsI:Tl膜を形成するもので、その際に適切な製造条件をとることで、光電変換基板に対して垂直方向の柱状構造を持つCsI:Tl膜を形成することができる。そのCsI:Tlによる柱状構造を持つ入力面は、Gd2O2S:Tbを用いた入力面より入射X線に対する解像度が高く、高性能のX線画像検出器が可能となる。 When Gd 2 O 2 S: Tb is used as a fluorescent material, a film in which particulate Gd 2 O 2 S: Tb is dispersed in a resin is used. On the other hand, when CsI: Tl is used as a fluorescent substance, a CsI: Tl film is formed on the photoelectric conversion substrate by a vacuum deposition method. By taking appropriate manufacturing conditions at that time, A CsI: Tl film having a columnar structure in the vertical direction can be formed. The input surface having a columnar structure of CsI: Tl has higher resolution for incident X-rays than the input surface using Gd 2 O 2 S: Tb, and a high-performance X-ray image detector is possible.
入力面に用いられるCsI:Tlは吸湿性があり、周囲の水分の存在により入力面としての性能が劣化することが知られている。そのため、CsI:Tlによる柱状構造を持つ入力面は周囲の環境から隔離する必要がある。主に用いられる方法としてはCsI:Tlによる柱状構造を持つ入力面の表面全体と同時に光電変換基板の一部までを覆う保護膜を形成することである。適切な保護膜の材質および厚さを設定することで、周囲からの水分の浸入を防ぎ、CsI:Tlによる柱状構造を持つ入力面の性能の劣化を防止することができる。保護膜の材質としては、真空中で形成可能であり、段差被覆性に優れているポリパラキシリレンが多く用いられている。その他には、光反射性微粒子を含有した樹脂にて構成される保護膜を柱状結晶の柱間に埋め込む形で形成する手法や(例えば、特許文献1参照)、入力面上に有機フィルムを貼り付ける手法がある。
X線画像検出器のCsI:Tl入力面の保護として使われているポリパラキシリレンは、防湿特性および段差被覆性が優れている半面、入力面の内部への過度の浸透が問題となる。 Polyparaxylylene used for protecting the CsI: Tl input surface of an X-ray image detector has excellent moisture-proof properties and step coverage, but excessive penetration into the input surface is a problem.
高性能のX線検出器に多く用いられているCsI:Tlによる柱状構造を持つ入力面では、屈折率の高い柱状のCsI:Tlの柱内部による蛍光の伝播と、屈折率の低い柱間の空隙の存在による柱内部への蛍光の閉じ込め効果よって、入射したX線による蛍光は解像度を保ったまま入力面の下部にあるフォトダイオード素子に到達し、高解像度のX線画像として外部に出力している。 In the input surface having a columnar structure of CsI: Tl, which is often used in high-performance X-ray detectors, the propagation of fluorescence through the columnar CsI: Tl with a high refractive index and between columns with a low refractive index are performed. Due to the confinement effect of the fluorescence inside the column due to the presence of the air gap, the fluorescence due to the incident X-ray reaches the photodiode element at the lower part of the input surface while maintaining the resolution, and is output to the outside as a high-resolution X-ray image. ing.
この特性をもつ入力面にポリパラキシリレンによる被覆処理を行った場合、気相化学堆積法(CVD)技術により入力面上に形成されるが、真空中にて形成されるポリパラキシリレンはモノマーのガスの状態により導入され、物質表面にて重合し固体化する。そのため、物質内部の微細な空隙に浸透しやすく、CsI:Tlによる柱状構造を持つ入力面においては柱間の空隙の内部にまでポリパラキシリレンの皮膜を形成することになる。その結果、CsI:Tlによる柱状構造を持つ入力面の柱間の空隙は狭まり、最終的には空隙がすべて埋まってしまうことになる。 When the input surface with this characteristic is coated with polyparaxylylene, it is formed on the input surface by vapor phase chemical vapor deposition (CVD) technology, but polyparaxylylene formed in vacuum is It is introduced by the state of the monomer gas and polymerizes and solidifies on the surface of the substance. Therefore, it easily penetrates into the fine voids inside the substance, and on the input surface having a columnar structure of CsI: Tl, a polyparaxylylene film is formed even inside the voids between the columns. As a result, the gap between the columns of the input surface having the columnar structure of CsI: Tl is narrowed, and finally, all the gaps are filled.
このため、ポリパラキシリレンによる被覆処理を行ったCsI:Tlによる柱状構造を持つ入力面では、柱間の空隙の減少と屈折率の高いポリパラキシリレンの柱間への含浸とにより、柱内部での蛍光の閉じ込め効果が弱まり、X線画像の解像度劣化を招くことになる。 For this reason, in the input surface having a columnar structure of CsI: Tl that has been coated with polyparaxylylene, the columns are reduced by reducing the gaps between the columns and impregnating the columns with polyparaxylylene having a high refractive index. The internal fluorescence confinement effect is weakened, and the resolution of the X-ray image is degraded.
また、入力面上に光反射性微粒子を含有した樹脂にて構成される保護膜を柱状結晶の柱間に埋め込む形で形成する手法の場合にも、樹脂がCsI:Tlによる柱状構造を持つ入力面の柱間へ含浸し、柱内部での蛍光の閉じ込め効果が弱まり、X線画像の解像度劣化を招くことになる。 Also, in the case of a method of forming a protective film made of a resin containing light-reflecting fine particles on the input surface in a form of embedding between columns of columnar crystals, the resin has a columnar structure of CsI: Tl. The impregnation between the pillars of the surface impairs the fluorescent confinement effect inside the pillars, leading to resolution degradation of the X-ray image.
また、入力面上に有機フィルムを貼り付ける手法では、有機フィルムにより、水分遮断性を確保することができ、CsI:Tlによる柱状構造を持つ入力面の柱間への物質の含浸を防ぐことは可能である。しかし、十分な水分遮断性を持つ有機フィルムは厚くなり、入力面の内部にて発生した蛍光が有機フィルムの内部に侵入し、横方向へと拡散する割合が多くなる。これにより、X線画像の解像度が減少し、X線画像の解像度劣化を招くことになる。 Also, in the method of attaching an organic film on the input surface, the organic film can ensure moisture barrier properties and prevent impregnation of substances between the columns of the input surface having a columnar structure by CsI: Tl. Is possible. However, an organic film having sufficient moisture barrier properties becomes thick, and the ratio of the fluorescence generated inside the input surface to enter the organic film and diffuse in the lateral direction increases. As a result, the resolution of the X-ray image is reduced and the resolution of the X-ray image is degraded.
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、解像度を改善できる放射線検出器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide a radiation detector capable of improving the resolution.
本発明は、光を電気信号に変換する光電変換基板と、この光電変換基板上に形成され、放射線を可視光に変換する蛍光変換膜と、透明かつ粘着性を有する粘着物質とこの粘着物質より屈折率が高い無機物質の粉末との混合体によって構成され、前記蛍光変換膜上に形成された光反射層とを具備しているものである。 The present invention includes a photoelectric conversion substrate that converts light into an electrical signal, a fluorescent conversion film that is formed on the photoelectric conversion substrate and converts radiation into visible light, a transparent and adhesive adhesive material, and the adhesive material The light reflecting layer is formed of a mixture with an inorganic substance powder having a high refractive index and formed on the fluorescence conversion film.
また、本発明は、光を電気信号に変換する光電変換基板と、この光電変換基板上に形成された放射線を可視光に変換する蛍光変換膜と、透明かつ粘着性を有する粘着物質によって構成され、少なくとも前記蛍光変換膜上に形成された粘着層と、透明な有機物質とこの有機物質より屈折率が高い無機物質の粉末との混合体によって構成され、前記粘着層上に形成された光反射層とを具備しているものである。 Further, the present invention includes a photoelectric conversion substrate that converts light into an electrical signal, a fluorescence conversion film that converts radiation formed on the photoelectric conversion substrate into visible light, and a transparent and adhesive material. A light reflection layer formed on the pressure-sensitive adhesive layer, comprising a mixture of at least the pressure-sensitive adhesive layer formed on the fluorescence conversion film, a transparent organic material, and a powder of an inorganic material having a higher refractive index than the organic material. And a layer.
本発明によれば、蛍光変換膜上に、透明かつ粘着性を有する粘着物質とこの粘着物質より屈折率が高い無機物質の粉末との混合体によって構成された光反射層を形成したため、この光反射層により、水分遮断性を確保して蛍光変換膜の劣化を防止できるとともに、光電変換膜で変換された可視光の利用効率を改善でき、しかも、光反射層は蛍光変換膜の内部へ浸透せず、したがって、放射線検出器の解像度を改善できる。 According to the present invention, the light reflecting layer composed of a mixture of a transparent and sticky adhesive substance and a powder of an inorganic substance having a higher refractive index than the adhesive substance is formed on the fluorescence conversion film. The reflection layer ensures moisture barrier properties and prevents deterioration of the fluorescence conversion film, improves the utilization efficiency of visible light converted by the photoelectric conversion film, and the light reflection layer penetrates into the fluorescence conversion film. Therefore, the resolution of the radiation detector can be improved.
また、本発明によれば、蛍光変換膜上に透明かつ粘着性を有する粘着物質によって構成された粘着層を形成し、この粘着層上に透明な有機物質とこの有機物質より屈折率が高い無機物質の粉末との混合体によって構成された光反射層を形成したため、光反射層により、水分遮断性を確保して蛍光変換膜の劣化を防止できるとともに、光電変換膜で変換された可視光の利用効率を改善でき、しかも、粘着層は蛍光変換膜の内部へ浸透せず、この粘着層が蛍光変換膜と光反射層との間に介在することによって光反射層が蛍光変換膜に浸透するのを防止でき、したがって、放射線検出器の解像度を改善できる。 According to the present invention, an adhesive layer made of a transparent and adhesive adhesive substance is formed on the fluorescence conversion film, and a transparent organic substance and an inorganic material having a higher refractive index than the organic substance are formed on the adhesive layer. Since the light reflecting layer composed of the mixture with the substance powder is formed, the light reflecting layer can prevent moisture deterioration by ensuring the moisture blocking property and also prevent the visible light converted by the photoelectric converting film. Utilization efficiency can be improved, and the adhesive layer does not penetrate into the fluorescence conversion film, and the light reflection layer penetrates into the fluorescence conversion film because the adhesion layer is interposed between the fluorescence conversion film and the light reflection layer. Therefore, the resolution of the radiation detector can be improved.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1ないし図3に第1の実施の形態を示す。 1 to 3 show a first embodiment.
図2には、放射線検出器としてのX線検出器11の分解状態の斜視図を示す。
In FIG. 2, the perspective view of the decomposition | disassembly state of the
このX線検出器11は、間接形のX線画像検出器であり、マトリクス状に配列された複数の画素12を有する光電変換基板13、およびこの光電変換基板13の表面に積層形成された入力面である蛍光変換膜14によって構成されている。
The
光電変換基板13は、ガラス基板15上に回路層16が形成された回路基板17を有し、この回路基板17上に光電変換素子としてのフォトダイオード素子18が各画素毎に形成されている。
The
そして、蛍光変換膜14中に放射線としてのX線19が入射すると、蛍光変換膜14にてX線19の二次元分布に対応する可視光が発生し、発生した可視光がフォトダイオード素子18に入射して電荷に変換される。
When
次に、図3には、X線検出器11を模式的に示す正面図を示す。
Next, FIG. 3 shows a front view schematically showing the
薄膜トランジスタ(TFT)21とコンデンサ22とフォトダイオード素子18とは、それぞれ組として格子状に配置され、それぞれの組がX線画像の画素12に対応する。ガラス基板15上には、各薄膜トランジスタ21のゲート電極を接続する複数の制御電極23が行方向に配列され、各薄膜トランジスタ21のドレインを接続する複数の読出電極24が列方向に配列されている。このような回路構成にすることにより、画素12毎の各フォトダイオード素子18にて発生した電荷は、それぞれに接続されている薄膜トランジスタ21のゲート電極がオン状態になるまでそれぞれに接続されたコンデンサ22に保持され、その状態のときに制御電極23を1つだけオン状態にすると、そのオンになった制御電極23に接続された同じ列の薄膜トランジスタ21がオン状態になり、その薄膜トランジスタ21を通じてそれに接続されているコンデンサ22の電荷が読出電極24に流れる。これによって、特定の行に対応する画像情報が外部に出力されることになる。さらに、オンにする制御電極23を順々に変えることにより、全体の画像情報を外部に映像信号として出力することが可能となる。
The thin film transistor (TFT) 21, the
次に、図1には、X線検出器11の一部の断面図を示す。
Next, FIG. 1 shows a partial sectional view of the
ガラス基板15上に回路層16を設けた回路基板17上には、フォトダイオード素子18が形成され、このフォトダイオード素子18を覆って酸化シリコン(SiO2)や窒化シリコン(SiNx)などで構成される保護膜27が形成されている。これら回路基板17、フォトダイオード素子18および保護膜27などによって光電変換基板13が構成されている。なお、回路基板17の製造方法は、一般的なアクティブ型液晶表示装置と同じ手法により実現可能であり、また材料も同等のものを使用することができる。
A
光電変換基板13のフォトダイオード素子18が形成された表面に、X線19を可視光に変換する蛍光変換膜14が形成されている。この蛍光変換膜14は、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法等の気相成長法で、高輝度蛍光物質であるCsI:Tl(タリウム添加沃化セシウム)を主成分とする蛍光体を、光電変換基板13上に柱状に堆積させて成膜されている。そして、蛍光変換膜14は、光電変換基板13の面方向に複数の短冊状の柱状結晶30が形成された柱状結晶構造に形成されている。
On the surface of the
また、蛍光変換膜14上には、周辺部が光電変換基板13に密着して蛍光変換膜14を密閉する光反射層33が積層形成されている。この光反射層33は、透明かつ粘着性を有する粘着物質34と、この粘着物質34より屈折率が高い無機物質35の粉末との混合体によって構成されている。粘着物質34は、粘着性を有する粘着性ゲルによって構成されており、流動性が少なく、蛍光変換膜14の柱状結晶30間に浸透することはない。また、無機物質35の粉末は、蛍光変換膜14で変換された可視光の利用効率を高めるもので、反射特性に優れた例えば金属物質によって構成されている。
On the
また、光反射層33上には、光反射層33を覆う保護フィルム38が積層形成されている。この保護フィルム38は、有機物質もしくは金属物質で構成され、好ましくはアルミニウムを主成分とする金属物質で構成されている。
A
そして、間接方式のX線検出器11においては、人体などを透過したX線画像をX線検出器11に入射し、その画像情報を電気信号に変換する。この際、蛍光変換膜14によってX線を可視光に変換し、その可視光を光電変換基板13の格子状に形成された画素12毎に検出し、二次元的な画像情報の電気信号として出力する。
In the
このX線検出器11では、蛍光変換膜14上に形成する光反射層33により、水分遮断性を確保して蛍光変換膜14の劣化を防止できるとともに、蛍光変換膜14で変換された可視光の利用効率を改善できる。しかも、粘着物質34で構成された光反射層33は蛍光変換膜14の内部へ浸透しない。これらによって、X線検出器11のX線解像度を改善できる。
In this
また、光反射層33上には、保護フィルム38を粘着させて積層形成することができる。この保護フィルム38を、アルミニウムを主成分とする金属物質で構成した場合、水分遮断性をより向上できる。
Further, a
次に、図4に第2の実施の形態を示す。 Next, FIG. 4 shows a second embodiment.
蛍光変換膜14上には、周辺部が光電変換基板13に密着して蛍光変換膜14を密閉する粘着層41が積層形成されている。この粘着層41は、透明かつ粘着性を有する粘着物質としての粘着性ゲルによって構成され、蛍光変換膜14の柱状結晶30間に浸透することはない。
On the
この粘着層41上には、周辺部が光電変換基板13に密着して蛍光変換膜14を密閉する光反射層33が積層形成されている。この光反射層33は、透明な有機物質42と、この有機物質42より屈折率が高い無機物質35の粉末との混合体によって構成されている。
On the adhesive layer 41, a light reflecting layer 33 is formed by laminating the
このX線検出器11では、蛍光変換膜14上に形成する光反射層33により、水分遮断性を確保して蛍光変換膜14の劣化を防止できるとともに、蛍光変換膜14で変換された可視光の利用効率を改善できる。しかも、粘着層41は蛍光変換膜14の内部へ浸透しないとともに、この粘着層41が蛍光変換膜14と光反射層33との間に介在することによって光反射層33が蛍光変換膜14に浸透するのを防止できる。これらによって、X線検出器11のX線解像度を改善できる。
In this
11 放射線検出器としてのX線検出器
13 光電変換基板
14 蛍光変換膜
33 光反射層
34 粘着物質
35 無機物質
38 保護フィルム
41 粘着層
11 X-ray detectors as radiation detectors
13 Photoelectric conversion board
14 Fluorescence conversion film
33 Light reflection layer
34 Adhesive substances
35 Inorganic substances
38 Protective film
41 Adhesive layer
Claims (4)
この光電変換基板上に形成され、放射線を可視光に変換する蛍光変換膜と、
透明かつ粘着性を有する粘着物質とこの粘着物質より屈折率が高い無機物質の粉末との混合体によって構成され、前記蛍光変換膜上に形成された光反射層と
を具備していることを特徴とする放射線検出器。 A photoelectric conversion substrate that converts light into an electrical signal;
A fluorescence conversion film formed on the photoelectric conversion substrate and converting radiation into visible light;
A light-reflective layer formed on the fluorescent conversion film, which is composed of a mixture of a transparent and sticky adhesive substance and a powder of an inorganic substance having a refractive index higher than that of the adhesive substance. A radiation detector.
この光電変換基板上に形成された放射線を可視光に変換する蛍光変換膜と、
透明かつ粘着性を有する粘着物質によって構成され、少なくとも前記蛍光変換膜上に形成された粘着層と、
透明な有機物質とこの有機物質より屈折率が高い無機物質の粉末との混合体によって構成され、前記粘着層上に形成された光反射層と
を具備していることを特徴とする放射線検出器。 A photoelectric conversion substrate that converts light into an electrical signal;
A fluorescence conversion film for converting radiation formed on the photoelectric conversion substrate into visible light;
Consists of a transparent and adhesive adhesive material, at least an adhesive layer formed on the fluorescence conversion film,
A radiation detector comprising: a transparent organic substance and a mixture of an inorganic substance powder having a higher refractive index than that of the organic substance, and a light reflecting layer formed on the adhesive layer. .
ことを特徴とする請求項1または2記載の放射線検出器。 The radiation detector according to claim 1, wherein a protective film composed of either an organic substance or a metal substance is laminated on the light reflecting layer.
ことを特徴とする請求項3記載の放射線検出器。 The radiation detector according to claim 3, wherein the protective film is made of a metal material mainly composed of aluminum.
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