JP2012141297A - 放射線撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】支持体10上に、柱状結晶12を含んで構成され、照射された放射線を光に変換するシンチレータ28と、該シンチレータ28から放出された光を受光し、電気信号に変換するTFT素子26とを備え、該シンチレータ28に含まれる柱状結晶12は、TFT素子26側に位置する領域の断面径が、TFT素子26とは反対側に位置する領域の断面径よりも太い柱状結晶12である放射線撮像装置。該シンチレータ28は、柱状結晶12とともに、非柱状結晶領域14を有していてもよい。
【選択図】図2
Description
可搬式或いは固定式を問わず、このような放射線撮像装置は、従来のイメージングプレートに比べて、即時に画像を確認できるといったメリットがあり、急速に普及が進んでいる。
このような結晶を含んで構成されるシンチレータにおいては、理論上は結晶相が厚いほど感度が向上するが、実際には結晶相の厚みをある程度以上厚くすると、光がシンチレータを通過する際に減衰したり、散乱したりして、十分な感度が得られなかったり、画像のボケが生じるなどの問題があり、さらなる感度の向上が望まれている。
また、シンチレータ層の形成時に、真空度を良化させ、基板温度を上昇させることで柱状結晶の柱径を太くさせるという実施態様が開示されている(例えば、特許文献4参照。)。
本発明は、上記事実を考慮し、検出感度に優れ、シンチレータの厚みを大きくすることなく、鮮鋭度が良好な画像が得られる放射線撮像装置を提供することを目的とする。
本発明においては、シンチレータに発光効率の高い柱状結晶であって断面径が太い領域が存在する柱状結晶を用いることで、効率よい発光が得られるため、高感度で解像度の高い画像が得られる。
柱状結晶は、成膜開始から太くし、先端部まで太さを維持すると、柱状結晶が、成長と共に融着してしまい、柱状結晶の独立が確保できなくなってしまう。従って、成膜開始から先端部に向かって、柱状結晶を太くしていくことで、柱状結晶の光学的独立を維持しつつ、先端部で十分な太さを有する柱状結晶を実現することができる。また、反対に、成膜開始から先端部に向かって、ある領域まで柱状結晶を細くしていくことによっても、柱状結晶の光学的独立を維持しつつ、先端部で十分な太さを有する柱状結晶を実現することができる。
柱状結晶の光学的独立が確保される、即ち、隣接する複数の柱状結晶間の間隙が確保されることで、該間隔が発光した光のガイド機能を果たすため、発せられた光が拡がらずに効率よく透過し、画像ボケの発生が抑制されるという利点をも有する。
本発明の請求項3に記載の放射線撮像装置では、放射線は前記センサ基板側から入射される。この態様によれば、高い柱状結晶における発光効率の高い断面径が太い領域が、センサ基板側に存在することで、発光領域と光検出領域とが近傍に存在することで、より一層の高感度化が図れる。
また、本発明の請求項5に係る放射線撮像装置は、前記柱状結晶のセンサ基板側にさらに非柱状結晶領域を有し、柱状結晶の平均断面径をDとした時に、非柱状結晶領域の厚みTが0.1μm以上、2×D以下であり、放射線がセンサ基板側とは反対側の面から入射されることを特徴とする。
シンチレータが有する柱状結晶の放射線入射面とは反対側に、特定の厚みの微細な断面径の結晶の集合体領域や非柱状結晶領域を有することで、微細な断面径の結晶の集合体領域又は非柱状結晶領域が反射層の機能を果たすため、光検出器と逆方向へと進行した放射線が、柱状結晶の深部において効率よく反射され、発光の検出効率がより向上する。このため、感度よく、鮮鋭度の高い画像が検出される。
柱状結晶の断面径と非柱状結晶領域の厚みが上記条件を満たすことで、本発明の優れた効果が得られる。
なお、請求項9に記載されるように、シンチレータの厚みを300μm以下とし、柱状結晶の平均断面径をDとし、非柱状結晶領域の厚みTが0.1μm以上、0.5×D以下とし、且つ、放射線をセンサ基板側とは反対側の面から入射される態様とすることで、より一層の高感度化、高解像度化が図れるため、人体への放射線の影響を低く抑える必要のあるマンモグラフィ用途に好適な放射線撮像装置となる。
シンチレータが有する柱状結晶の放射線入射面側に、特定の厚みの非柱状結晶領域を有することで、発光の検出効率がより向上する。このため、感度よく、鮮鋭度の高い画像が検出される。
柱状結晶の平均断面径と非柱状結晶領域の厚みが上記条件を満たすことで、本発明の優れた効果を奏する。
柱状結晶のさらに好ましい態様としては、本発明の請求項7に記載のように、蒸着法により前記非柱状結晶領域の表面に形成され、センサ基板より20μm離間した箇所の柱径の柱状結晶を形成するための雰囲気温度が、非柱状結晶部形成時のセンサ基板の温度よりも高い条件、及び、センサ基板より20μm以上離間した箇所の柱状結晶を形成するための真空度が、非柱状結晶部形成時の真空度よりも高い条件、のうち少なくとも一方を満たす条件下で形成された柱状結晶であること、また、請求項8に記載のように、蒸着法により前記非柱状結晶領域の表面に形成され、前記非柱状結晶領域との界面における柱状結晶の平均断面径よりも、前記界面とシンチレータ層の全厚みの50%の位置との間の柱状結晶における最大断面径が大きく、且つ、前記柱状結晶の先端とシンチレータ層の全厚みの50%の位置との間の柱状結晶における平均断面径が、前記最大断面径よりも小さい、柱状結晶であることが挙げられる。
さらに、請求項9に記載されるように、シンチレータの厚みを300μm以下とし、柱状結晶の平均断面径をDとした時に、非柱状結晶領域の厚みTが0.1μm以上、1×D以下であり、放射線がセンサ基板側の面から入射される態様とすることで、より一層の高感度化、高解像度化が図れるため、人体への放射線の影響を低く抑える必要のあるマンモグラフィ用途に好適な放射線撮像装置となる。
なお、本発明の放射線撮像装置の効果は、以下に示すとおり、検出感度に優れ、シンチレータの厚みを大きくすることなく、鮮鋭度が良好な画像が得られるというものであるが、本発明の放射線撮像装置はマンモグラフィの撮像装置としても適用可能である。マンモグラフィの撮影においては、X線エネルギが低いのでシンチレータの照射側での発光の寄与がより高いが、本発明の装置を、光検出基板側に放射線を照射する撮像装置として用いることにより、光検出基板に近い部分でより発光量を増やすことができるので、マンモグラフィの撮影により好ましい態様となる。
本実施の形態に係る放射線撮像装置は、X線撮影装置等に用いられるものであり、放射線の照射を受けることにより発光する層と、発光層の光を光電変換する受光素子を有するセンサ基板と、を備えてなり、画像情報を担持する放射線の照射を受けて画像情報を記録し、記録した画像情報を表す画像信号を出力するものである。
センサ基板は、前記受光素子を有し、さらに該受光素子において変換された電気信号を出力するTFT(Thin Film Transistor)素子やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)素子を備えていてもよい。
(本実施形態に係る放射線撮像装置の構成)
まず、本実施形態に係る放射線撮像装置の構成を、センサ基板にTFT素子を備えた態様を例に挙げて説明する。
図1に示すように、本実施の形態に係る放射線検出パネル20は、絶縁性基板22に薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)等のスイッチ素子24が形成された受光素子と、変換された電気信号を出力するTFT素子を有するTFT基板26を備えている。
また、絶縁性基板22としては、例えば、ガラス基板、各種セラミック基板、樹脂基板を用いることができる。なお、絶縁性基板22も、これらの材料に限られるものではない。
シンチレータ層28が発する光の波長域は、可視光域(波長360nm〜830nm)であることが好ましく、この放射線検出パネル20によってモノクロ撮像を可能とするためには、緑色の波長域を含んでいることがより好ましい。
シンチレータ層28に用いる蛍光体としては、具体的には、放射線としてX線を用いて撮像する場合、ヨウ化セシウム(CsI)を含むものが好ましく、X線照射時の発光スペクトルが420nm〜700nmにあるCsI(Tl)を用いることが特に好ましい。なお、CsI(Tl)の可視光域における発光ピーク波長は565nmである。
シンチレータ層28は、例えば、CsI(Tl)等の柱状結晶で形成しようとする場合、蒸着基板への蒸着によって形成されてもよい。このように蒸着によってシンチレータ層28を形成する場合、蒸着基板は、X線の透過率、コストの面からAlの板がよく使用されるがこれに限定されるものではない。なお、シンチレータ層28としてGOSを用いる場合、蒸着基板を用いずにTFT基板26の表面にGOSを塗布することにより、シンチレータ層28を形成してもよい。
図4に示すように、通常、真空度が良化するか、或いは、基板温度を上昇させると柱径は太くなる傾向にある。他方、これらの条件を制御しない場合、蒸着進行と共に真空度は良くなる方向にあるため柱径は太くなり、そのまま成長を続けると隣接する柱状結晶間で接触、融着が生じ、光拡散による画像ボケの懸念が出てくる。このため、蒸着においては、本発明のある実施形態における如き柱状結晶の先端側の柱径を基板側の柱径より大きくしても互いに融着しないように真空度、或いは、基板温度の少なくともいずれかを制御することが必要となる。なお、このような直接蒸着により形成されたシンチレータ層28は、以下に詳述する図3に示す構成をとる。
一般的には、例えば、後述する本発明の好ましい態様である基板上に非柱状結晶領域を形成し、その表面に柱状結晶を形成する場合には、例えば、基板より20μm離間した箇所の柱状結晶を形成するための雰囲気温度が、非柱状結晶部形成時の蒸着基板の温度よりも高い条件、及び、基板より20μm離間した箇所の柱状結晶を形成するための真空度が、非柱状結晶部形成時の真空度よりも高い条件の少なくとも一方を満たす条件下で形成されたることが好ましい。直接蒸着によりシンチレータ28を形成する場合には、形成されたシンチレータ28における、非柱状結晶部近傍の柱状結晶の柱径の最も太い部分が、シンチレータの厚み方向の中央部よりもTFT基板26に近い側に存在する。
光導電層30は、シンチレータ層28から発せられた光を吸収し、吸収した光に応じた電荷を発生する。光導電層30は、光が照射されることにより電荷を発生する材料により形成すればよく、例えば、アモルファスシリコンや有機光電変換材料などにより形成することができる。アモルファスシリコンを含む光導電層30であれば、幅広い吸収スペクトルを持ち、シンチレータ層28による発光を吸収することができる。有機光電変換材料を含む光導電層30であれば、可視域にシャープな吸収スペクトルを持ち、シンチレータ層28による発光以外の電磁波が光導電層30に吸収されることがほとんどなく、X線等の放射線が光導電層30で吸収されることによって発生するノイズを効果的に抑制することができる。
光導電層30を構成する有機光電変換材料は、シンチレータ層28で発光した光を最も効率良く吸収するために、その吸収ピーク波長が、シンチレータ層28の発光ピーク波長と近いほど好ましい。有機光電変換材料の吸収ピーク波長とシンチレータ層28の発光ピーク波長とが一致することが理想的であるが、双方の差が小さければシンチレータ層28から発された光を十分に吸収することが可能である。具体的には、有機光電変換材料の吸収ピーク波長と、シンチレータ層28の放射線に対する発光ピーク波長との差が、10nm以内であることが好ましく、5nm以内であることがより好ましい。
このような条件を満たすことが可能な有機光電変換材料としては、例えばキナクリドン系有機化合物及びフタロシアニン系有機化合物が挙げられる。例えばキナクリドンの可視域における吸収ピーク波長は560nmであるため、有機光電変換材料としてキナクリドンを用い、シンチレータ層28の材料としてCsI(Tl)を用いれば、上記ピーク波長の差を5nm以内にすることが可能となり、光導電層30で発生する電荷量をほぼ最大にすることができる。
次に、本実施の形態に係る放射線検出パネル20に適用可能な光導電層30について具体的に説明する。
本発明に係る放射線検出パネル20における電磁波吸収/光電変換部位は、1対の電荷収集電極34,バイアス電極32と、該電荷収集電極34,バイアス電極32間に挟まれた有機光導電層30を含む有機層により構成することができる。この有機層は、より具体的には、電磁波を吸収する部位、光電変換部位、電子輸送部位、正孔輸送部位、電子ブロッキング部位、正孔ブロッキング部位、結晶化防止部位、電極、及び層間接触改良部位等の積み重ねもしくは混合により形成することができる。
上記有機層は、有機p型化合物または有機n型化合物を含有することが好ましい。
有機p型半導体(化合物)は、主に正孔輸送性有機化合物に代表されるドナー性有機半導体(化合物)であり、電子を供与しやすい性質がある有機化合物をいう。さらに詳しくは2つの有機材料を接触させて用いたときにイオン化ポテンシャルの小さい方の有機化合物をいう。したがって、ドナー性有機化合物としては、電子供与性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。
この有機p型半導体及び有機n型半導体として適用可能な材料、及び光導電層30の構成については、特開2009−32854号公報において詳細に説明されているため説明を省略する。なお、光導電層30は、さらにフラーレン若しくはカーボンナノチューブを含有させて形成してもよい。
各画素部を構成するセンサ部37は、少なくとも電荷収集電極34、光導電層30、及びバイアス電極32を含んでいればよいが、暗電流の増加を抑制するため、電子ブロッキング膜及び正孔ブロッキング膜の少なくともいずれかを設けることが好ましく、両方を設けることがより好ましい。
電子ブロッキング膜には、電子供与性有機材料を用いることができる。
実際に電子ブロッキング膜に用いる材料は、隣接する電極の材料および隣接する光導電層30の材料等に応じて選択すればよく、隣接する電極の材料の仕事関数(Wf)より1.3eV以上電子親和力(Ea)が大きく、かつ、隣接する光導電層30の材料のイオン化ポテンシャル(Ip)と同等のIpもしくはそれより小さいIpを持つものが好ましい。この電子供与性有機材料として適用可能な材料については、特開2009−32854号公報において詳細に説明されているため説明を省略する。
電子ブロッキング膜の厚みは、暗電流抑制効果を確実に発揮させるとともに、センサ部37の光電変換効率の低下を防ぐため、10nm以上200nm以下が好ましく、さらに好ましくは30nm以上150nm以下、特に好ましくは50nm以上100nm以下である。
正孔ブロッキング膜には、電子受容性有機材料を用いることができる。
正孔ブロッキング膜の厚みは、暗電流抑制効果を確実に発揮させるとともに、センサ部37の光電変換効率の低下を防ぐため、10nm以上200nm以下が好ましく、さらに好ましくは30nm以上150nm以下、特に好ましくは50nm以上100nm以下である。
実際に正孔ブロッキング膜に用いる材料は、隣接する電極の材料および隣接する光導電層30の材料等に応じて選択すればよく、隣接する電極の材料の仕事関数(Wf)より1.3eV以上イオン化ポテンシャル(Ip)が大きく、かつ、隣接する光導電層30の材料の電子親和力(Ea)と同等のEaもしくはそれより大きいEaを持つものが好ましい。この電子受容性有機材料として適用可能な材料については、特開2009−32854号公報において詳細に説明されているため説明を省略する。
なお、光導電層30で発生した電荷のうち、正孔がバイアス電極32に移動し、電子が電荷収集電極34に移動するようにバイアス電圧を設定する場合には、電子ブロッキング膜と正孔ブロッキング膜の位置を逆にすれば良い。又、電子ブロッキング膜と正孔ブロッキング膜は両方設けなくてもよく、いずれかを設けておけば、ある程度の暗電流抑制効果を得ることができる。
本実施形態におけるシンチレータ層28の放射線入射側には柱状結晶12が存在し、シンチレータ層の放射線のTFT素子26側の柱状結晶12は、支持体10側に比較して断面径が大きくなるように形成されている。本実施形態では、柱状結晶12のTFT素子26側と反対側の端部に隣接して、非柱状結晶からなる非柱状結晶領域14が存在しているが、非柱状結晶領域14は必ずしも必要ではない。
本発明における柱状結晶12は、効率よい発光が得られる断面径の太い部分が、光を検出するTFT素子26近傍に存在することで、高解像度の画像が形成されるとともに、隣接する複数の柱状結晶12の間隙が光のガイドとなって光拡散を抑制することで画像のボケが抑制される。さらに、深部まで到達した光が、非柱状結晶領域14と柱状結晶12との界面において反射され、発光の検出効率がより向上する。
シンチレータ層28とTFT素子26とは、接着層16を介して密着される。
なお、図1に示すように、TFT基板側に非柱状結晶領域14を有することで、基板との密着性が向上するという利点を有する。本実施形態をとる場合、非柱状結晶領域14においては、できる限る空隙を形成させない態様をとることが、空隙を有することで生じる所望されない反射を抑制しうるという観点から好ましい。
上記条件を満たすことで、シンチレータ厚み方向における発光効率、光の拡散防止及び光が反射される領域が好適な範囲となり、光の発光効率、光の検出効率と画像の解像度がより向上する。なお、シンチレータ層28の厚みを300μm以下、具体的には100μm以上300μm以下、好ましくは、150μm以上250μm以下とし、前記柱状結晶の平均断面径をDとした時に、非柱状結晶領域の厚みTが0.1μm以上、0.5×D以下であり、放射線がTFT素子26側とは反対側の面から入射される態様をとることで、放射線検出感度が向上し、より弱い放射線の照射で高解像度の画像が形成されることから、本実施形態は特にマンモグラフィ用途に好適である。
また、前記柱状結晶12の最太部の断面径をAとし、最細部の断面径をBとしたとき、(A)と(B)とは、以下に示す条件を満たすことが好ましい。
(A−B)/B≧0.1
この条件を満たすことで、画像の鮮鋭度が一層良好となる。なお、(A−B)/Bは0.2以上であることが好ましい。この数値は相対的であり、柱状結晶12の厚さが大きくなるに従い、柱状結晶同士の融着を防止するために、(A)と(B)との差異が大きくなることが好ましい。
柱状結晶の膜厚方向(結晶成長方向)に対して垂直な面の断面を10箇所作製し、この断面をSEM(走査型電子顕微鏡)で観察することで柱径(結晶断面径)を測定する。各断面の1回の撮影で、柱状結晶が100本から200本観察できる倍率(約2000倍程度)で観察し、1撮影に含まれる柱状結晶全てに対し、柱状結晶の柱径(断面径)を測定し、最大断面径A、最小断面径B、平均断面径Dを得て、これらを平均した値を採用している。柱径(μm)は小数点以下2桁まで読み、平均値をJIS Z 8401に従い小数点以下2桁目を丸めた値とした。
柱状結晶の断面は、通常、円形に近い形状を示す。断面径は10箇所それぞれの箇所の断面において、円形に近い形状であれば、断面の1方向を測定して当該箇所の断面径とすればよい。また、結晶の成長条件等により、断面が楕円など円形に近似し難い形状を示す場合には、当該箇所の断面の最大径と最小径を測定し、その平均を当該箇所の断面径とする。
また、非柱状結晶の結晶形状は、反射効率の観点から、略球状であることが好ましく、非柱状結晶領域は、球状に近い結晶(略球状結晶)の集合体で構成されることが好ましい。また、既述のように、柱状結晶部形成時の当初に基板表面近傍には微細な柱径、例えば、1μm〜3μmの如き細い柱径を有する柱状結晶が高密度で形成される場合があり、これらが互いに融着して、非柱状結晶領域と同様の機能を有する場合があり、この態様も好ましい。
また、柱状結晶と非柱状結晶領域とが連続的に形成されてなるシンチレータ層28は、以下に詳述するように適切な支持体10上に、気相堆積法を用いて容易に形成しうる。
支持体11としては、カーボン板、CFRP(carbon fiber reinforced plastic)、ガラス板、石英基板、サファイア基板、鉄、スズ、クロム、アルミニウムなどから選択される金属シートなどから適宜選ぶことができ、表面にシンチレータ層28を構成する結晶領域を形成させうる限りにおいて特にこれらに限定されない。なお、支持体10側から放射線照射を行う場合を考慮すれば、照射される放射線に対して透明な支持体が好ましく、例えば、当該放射線の透過率が80%以上であるような支持体を選択することが好ましい。
シンチレータ保護層15は、シンチレータ層28が有する柱状結晶12、非柱状結晶領域14が潮解しないための防湿層として機能するとともに、シンチレータ層26に隣接して配置される反射層27が腐食しないための緩衝層としても機能する。
シンチレータ保護層15の構成成分としては、大気中の水分に対してバリア性を有する材料が用いられ、材料として、熱CVD法、プラズマCVD法等の気相重合で得られる有機膜が用いられる。有機膜としては、ポリパラキシリレン製樹脂の熱CVD法によって形成された気相重合膜、または含フッ素化合物不飽和炭化水素モノマーのプラズマ重合膜不飽和炭化水素モノマーのプラズマ重合膜が用いられる。また有機膜と無機膜の積層構造を用いることも出来、無機膜の材料としては、例えば、窒化珪素(SiNx)膜、酸化珪素(SiOx)膜、酸窒化珪素(SiOxNy)膜、Al2O3等が好適である。
反射層27は、TFT基板26側から入射した放射線を反射する機能を有し、通常は、矩形平板形状とされており、反射率が高く、寸法安定性、耐熱性等に優れる材質で形成することが好ましい。このような材質としては、アルミニウム、ステンレススチール等から選択される金属が好ましいが、上記条件を満たす限りこれらに限定されない。
また、反射層保護層29の構成成分としては、フッ素系化合物、シリコーン系化合物等のコーティング剤及びオイル等から選ばれ、これらを適宜塗布することで反射層保護層が形成される。また、反射保護層29を設けず、前記シンチレータ保護層15の接触面との摩擦を減らすことで、反射層27を保護する観点から、反射層27本体表面を研磨して、滑り処理を施してもよい。
この第2の実施形態においても、柱状結晶12における最太部の断面径をAとし、最細部の断面径をBとしたとき、(A)と(B)とは、以下に示す条件を満たすことが好ましい。
(A−B)/B≧0.1
この条件を満たすことで、画像の鮮鋭度が一層良好となる。なお、(A−B)/Bは0.2以上であることが好ましい。
なお、上記2つの実施形態において柱状結晶12をCsIを含む材料で構成する場合、X線などの放射線入射側で低エネルギ成分が、柱状結晶の放射線照射面から深部に達するにしたがって高エネルギ成分が可視光に変換される特性を有する。このため、低エネルギ成分且つ低放射線量で撮影するマンモグラフィ用途には、本願実施形態は望ましい形態といえる。
電荷収集電極34に対応して、電荷収集電極34に移動した電荷を電気信号に変換して出力するスイッチング素子24が形成されている。スイッチング素子24の形成された領域は、平面視において電荷収集電極34と重なる部分を有しており、このような構成とすることで、各画素部におけるスイッチング素子24とセンサ部37とが厚さ方向で重なりを有することとなる。なお、放射線検出パネル20(画素部)の平面積を最小にするために、スイッチング素子24の形成された領域が電荷収集電極34によって完全に覆われていることが望ましい。
スイッチング素子24は、ゲート電極220、ゲート絶縁膜222、及び活性層(チャネル層)224が積層され、さらに、活性層224上にソース電極226とドレイン電極228が所定の間隔を開けて形成されている。
ドレイン電極228は、絶縁性基板22と電荷収集電極34との間に設けられた絶縁膜219を貫通して形成された導電性材料の配線を介して対応する電荷収集電極34と電気的に接続されている。これにより、電荷収集電極34で捕集された電荷をスイッチング素子24に移動させることができる。
活性層224を構成可能な非晶質酸化物としては、In、Ga及びZnのうちの少なくとも1つを含む酸化物(例えばIn−O系)が好ましく、In、Ga及びZnのうちの少なくとも2つを含む酸化物(例えばIn−Zn−O系、In−Ga−O系、Ga−Zn−O系)がより好ましく、In、Ga及びZnを含む酸化物が特に好ましい。In−Ga−Zn−O系非晶質酸化物としては、結晶状態における組成がInGaO3(ZnO)m(mは6未満の自然数)で表される非晶質酸化物が好ましく、特に、InGaZnO4がより好ましい。なお、活性層224を構成可能な非晶質酸化物は、これらに限定されるものではない。
活性層224を構成可能な有機半導体材料としては、フタロシアニン化合物や、ペンタセン、バナジルフタロシアニン等を挙げることができるがこれらに限定されるものではない。なお、フタロシアニン化合物の構成については、特開2009−212389号公報において詳細に説明されているため説明を省略する。
スイッチング素子24の活性層224を非晶質酸化物や有機半導体材料、カーボンナノチューブで形成したものとすれば、X線等の放射線を吸収せず、あるいは吸収したとしても極めて微量に留まるため、スイッチング素子24におけるノイズの発生を効果的に抑制することができる。
また、活性層224をカーボンナノチューブで形成した場合、スイッチング素子24のスイッチング速度を高速化することができ、また、可視光域での光の吸収度合の低いスイッチング素子24を形成できる。なお、カーボンナノチューブで活性層224を形成する場合、活性層224に極微量の金属性不純物が混入するだけで、スイッチング素子24の性能は著しく低下するため、遠心分離などにより極めて高純度のカーボンナノチューブを分離・抽出して形成する必要がある。
また、基板22には、絶縁性を確保するための絶縁層、水分や酸素の透過を防止するためのガスバリア層、平坦性あるいは電極等との密着性を向上するためのアンダーコート層等を設けてもよい。
アラミドは、200℃以上の高温プロセスを適用できるために,透明電極材料を高温硬化させて低抵抗化でき、また、ハンダのリフロー工程を含むドライバICの自動実装にも対応できる。また、アラミドは、ITO(indium tin oxide)やガラス基板と熱膨張係数が近いため、製造後の反りが少なく、割れにくい。また、アラミドは、ガラス基板等と比べて薄く基板を形成できる。なお、超薄型ガラス基板とアラミドを積層して絶縁性基板22を形成してもよい。
本実施の形態では、絶縁性基板22上に、スイッチング素子24、センサ部37、透明な平坦化層38を順に形成し、当該絶縁性基板22上に光吸収性の低い接着樹脂等を用いた接着層39でシンチレータ層28を貼り付けることにより放射線検出パネル20を形成している。以下、透明絶縁膜206まで形成された絶縁性基板22をTFT基板26と称する。
前記シンチレータ層28は、支持体10又はTFT基板26上の下地層11の表面に、直接気相堆積法により形成されることが好ましい。気相堆積法により非柱状結晶領域と柱状結晶領域とを順次連続して形成することができる。ここでは、CsI:Tlを用いた態様を例に挙げて説明する。
気相堆積法は常法により行うことができる。即ち、真空度0.01〜10Paの環境下、CsI:Tlを抵抗加熱式のるつぼに通電するなどの手段で加熱して気化させ、支持体10の温度を室温(20℃)〜300℃としてCsI:Tlを支持体上に堆積させればよい。なお、前記実施形態の如く、柱状結晶の断面径を変化させて形成するためには、例えば、柱状結晶の径を当初細くし、その後、徐々に太くしたい場合には、ヒータ等の加熱手段の印加密度を向上させればよく、この方法については、特開2003−66147公報に記載され、ここに記載の如き条件で御すればよい。
また。気相堆積法により支持体10上にCsI:Tlの結晶相を形成する際、当初は不定形或いは略球状結晶の直径の比較的小さな結晶の集合体が形成される。気相堆積法の実施に際しては、真空度及び支持体温度の少なくとも一方の条件を変更することで、非柱状結晶領域の形成後に連続して気相堆積法により柱状結晶を成長させることができる。
即ち、所定の厚みとなるように非柱状結晶領域を形成した後、真空度を上げる、支持体温度を高くする等の手段のうち少なくとも一方を行うことで、効率よく均一な柱状結晶を成長させることができる。
平坦化層を形成する樹脂としては、ポリイミドやパリレン等を使用することができ、製膜性が良好なポリイミドが好ましい。
接着層を形成する接着剤としてはシンチレータ層28から発生するシンチレーション光に対して光学的に透明であれば限定されるものではなく、例えば、熱可塑性樹脂、UV硬化接着剤、加熱硬化型接着剤、室温硬化型接着剤、両面接着シート、などが挙げられるが、画像の鮮鋭度を低下させないという観点からは、TFT基板26の画素サイズに対して十分に薄い接着層を形成しうるという点で、低粘度エポキシ樹脂製の接着剤を用いることが好ましい。
また、上述のように、樹脂層の厚みは、感度、画像の観点からは50μm以下であることが好ましく、5μm〜30μmの範囲であることがより好ましい。
[実施例1〜4、比較例1]
1.シンチレータの成膜
支持体として、液晶用の無アルカリガラス基板(0.7mm厚)を準備した。
まず、支持体に、CsI結晶層との密着性向上を目的としてArプラズマで表面処理した。その後、表面処理した支持体をシンチレータ成膜用の真空チャンバーにセットした。真空チャンバーは原料のCsI、TlIをそれぞれ独立に加熱するための複数のるつぼを備えている。チャンバーを排気した後、Arを一定量流入することで装置真空度を0.75Paに設定した。原料るつぼを加熱して原料の融液状態が安定した時点で、支持体を真空装置の装置機構により同心円状に回転させ、シャッターを開き、非柱状結晶部分の蒸着を開始した。
なお、直接蒸着により、TFT基板26上の下地層11表面に直接形成した非柱状結晶14と柱状結晶12とは、そのままシンチレータ層28を構成することになり、柱状結晶12の柱径の最も太い部分は、図3に示すように、シンチレータの厚み方向の中央部よりもTFT基板26に近い側に配置される。また、間接蒸着により別の基板16上の下地層11表面に形成した非柱状結晶14と柱状結晶12とは、これをTFT基板26に貼り合わせることにより、柱状結晶12の柱径の最も太い側が図2に示すように、シンチレータの厚み方向の中央部よりもTFT基板26に近い側となるように貼り合わせてシンチレータ層28を形成した。
例えば、CsIの柱状結晶部の厚みが500μmである場合、xは根元から250μmであることを示す。なお、柱状結晶の柱径が最大値をとる位置は、非柱状結晶部及び柱状結晶部を含むシンチレータ28の根元から先端までの全厚みに対して50%以下の領域、即ち、中央部よりもTFT基板に近い領域に存在することが好ましく、さらに好ましくは全厚みに対して30%以下の領域、即ち、TFT基板により近い領域に存在することが好ましい。
また、表1において、柱状結晶部の蒸着終了面から30μmにおける柱径を測定するが、これは、柱状結晶部形成の蒸着終了時にはかならず先端に尖った細い部分が形成されるために、この先端部を除く柱径を示したものである。これらにより、実施例、比較例のシンチレータ層を形成する柱状結晶部の形状が認識されるものである。
その後、TFT基板26の端子部にTFT駆動用の回路基板と、電荷読み取り用の集積回路ICを異方性導電膜により貼り付け、駆動制御とAD変換を行うための回路基板に接続して実施例1、2及び比較例1の放射線撮像装置を作製した。
放射線が光検出器26側から入射するように配置し、放射線画像の読み取りは、放射線撮像装置とケーブルで接続した走査用のPCを制御することにより実施した。
2−1.感度
放射線としてX線を使用した。X線照射時に光検出器16を電気回路で駆動させ、シンチレーション光によりフォトダイオードで発生した光電変換による電荷を読み出し、チャージアンプで増幅した後にAD変換することで発生電荷量を計算した。
X線非照射時の読み取り電荷(検出系のノイズ)量を事前に測定し、X線照射時の発生電荷量から差し引いた値を感度とした。なお、結果は後述する比較例1における感度を100とした時の相対値で示す。実施例1の感度は120であった。
IEC規格に準拠し、W(タングステン)製のMTFエッジを撮影して得られたエッジ像を演算することでMTF曲線を得た。結果は2cycle/mmの値で比較し、比較例1の値を100とした時の相対値で示す。実施例1のMTFは100であった。
既述のように、柱状結晶12、非柱状結晶領域14を有するシンチレータ層28とTFT基板26とを工学的に接合したサンプルについて、−30℃から50℃まで、20℃/時間の昇温速度で昇温し、その後、50℃から−30℃まで20℃/時間の降温速度で降温するヒートサイクル試験を100回繰り返し、シンチレータ層28とTFT基板26との界面を観察した。
界面に剥離、浮き、及び接着ムラのいずれも認められないものを密着性が良好なものとして「○」、界面における剥離、浮き、及び接着ムラの少なくともいずれかが認められたものを密着性に劣るものとして「×」と評価した。結果を表1に示す。
前記感度及びMTFの評価結果の積を指標として放射線撮像装置の性能を判断した。比較例1の結果を100として相対評価を行った。結果を表1に併記した。
感度とMTFの積は110以上であると画像を官能評価した際に性能の違いがはっきりと認識され好ましい。実施例1〜実施例4の総合評価は115又は118であり、比較例1に対し、感度、画像の鮮鋭度に優れることがわかる。
実施例1において、蒸着条件を変えて、非柱状結晶部分の膜厚、柱状結晶の平均断面径を以下に示すようにした以外は、同様にして実施例5、6、比較例2〜4の放射線撮像装置を作製し、同様に評価した。結果を下記表2に示す。なお、本実施形態では、放射線照射は支持体11側から行った。
実施例1において、蒸着条件を変えて、非柱状結晶部分の膜厚、柱状結晶の平均断面径を以下にしめすようにしてシンチレータ層を形成し、これを図3に示す放射線照射装置に組み込んだ外は、同様にして実施例7〜9、比較例5,6の放射線撮像装置を作製し、同様に評価した。結果を下記表3に示す。なお、本実施形態では、放射線照射はTFT基板26側から行った。
12 柱状結晶
14 非柱状結晶領域
26 TFT基板(光検出器)
28 シンチレータ層(放射線変換層)
Claims (11)
- 柱状結晶を含んで構成され、照射された放射線を光に変換するシンチレータと、
該シンチレータから放出された光を受光して電気信号に変換する受光素子を有するセンサ基板と、を備え、
該シンチレータに含まれる柱状結晶は、センサ基板側に位置する領域の断面径が、センサ基板とは反対側に位置する領域の断面径よりも太い柱状結晶である放射線撮像装置。 - 前記柱状結晶の最太部の断面径をAとし、最細部の断面径をBとしたとき、(A−B)/Bが0.1以上である
請求項1記載の放射線撮像装置。 - 前記センサ基板側の面から放射線が入射される
請求項1又は請求項2記載の放射線撮像装置。 - 前記柱状結晶は、直接蒸着により形成された柱状結晶であり、該柱状結晶のセンサ基板側に微細な断面径の結晶の集合体領域を有する
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 - 前記柱状結晶のセンサ基板側にさらに非柱状結晶領域を有し、
柱状結晶の平均断面径をDとした時に、非柱状結晶領域の厚みTが0.1μm以上、2×D以下であり、
放射線がセンサ基板側とは反対側の面から入射される
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 - 前記柱状結晶のセンサ基板側にさらに非柱状結晶領域を有し、
柱状結晶の平均断面径をDとした時に、非柱状結晶領域の厚みTが0.1μm以上、3×D以下であり、
放射線がセンサ基板側の面から入射される
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 - 前記柱状結晶は、蒸着法により前記非柱状結晶領域の表面に形成され、センサ基板より20μm離間した箇所の柱径の柱状結晶を形成するための雰囲気温度が、非柱状結晶部形成時のセンサ基板の温度よりも高い条件、及び、センサ基板より20μm以上離間した箇所の柱状結晶を形成するための真空度が、非柱状結晶部形成時の真空度よりも高い条件、のうち少なくとも一方を満たす条件下で形成された柱状結晶である
請求項5又は請求項6に記載の放射線撮像装置。 - 前記柱状結晶は、蒸着法により前記非柱状結晶領域の表面に形成され、前記非柱状結晶領域との界面における柱状結晶の平均断面径よりも、前記界面とシンチレータ層の全厚みの50%の位置との間の柱状結晶における最大断面径が大きく、且つ、前記柱状結晶の先端とシンチレータ層の全厚みの50%の位置との間の柱状結晶における平均断面径が、前記最大断面径よりも小さい、柱状結晶である
請求項5又は請求項6に記載の放射線撮像装置。 - 前記シンチレータの厚みが100μm以上300μm以下であり、
前記柱状結晶の平均断面径をDとした時に、非柱状結晶領域の厚みTが0.1μm以上、0.5×D以下であり、
放射線がセンサ基板側とは反対側の面から入射され、
マンモグラフィ用途に用いられる
請求項5に記載の放射線撮像装置。 - 前記シンチレータの厚みが100μm以上300μm以下であり、
前記柱状結晶の平均断面径をDとした時に、非柱状結晶領域の厚みTが0.1μm以上、1×D以下であり、
放射線がセンサ基板側の面から入射され、
マンモグラフィ用途に用いられる
請求項6に記載の放射線撮像装置。 - 前記シンチレータが、CsI及びTlを含有する結晶を含んで構成される
請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。
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