JP2014182000A - 放射線画像検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コスト、耐衝撃性、分解能に優れ、感度の低下を防止することを可能とする放射線画像検出装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線画像検出装置１０は、光電変換パネル２１、蛍光体層２０、蛍光体支持基板２５を備える。光電変換パネル２１は、光電変換を行うフォトダイオード（ＰＤ）４３を含む画素４１が２次元マトリクス状に配列されている。蛍光体層２０は、各ＰＤ４３に対応した位置に開口部２３ａが形成された隔壁２３と、各開口部２３ａに充填され、Ｘ線を可視光に変換する蛍光体２４とを有する。蛍光体支持基板２５は、蛍光体層２０の光電変換パネル２１とは反対側に配置されて、蛍光体層２０を支持する。蛍光体支持基板２５には、第１のアライメントマーク２７が形成されている。光電変換パネル２１には、第１のアライメントマーク２７に対向する位置に、第２のアライメントマーク２８が設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、間接変換方式の放射線画像検出装置に関する。

医療分野などにおいて、体内を観察するための放射線画像撮影システムが普及している。この放射線画像撮影システムは、放射線源から被写体に向けてＸ線などの放射線を放射する放射線源と、被写体を透過した放射線を検出して電荷に変換し、この電荷を電圧に変換して、被写体の放射線画像を表す画像データを生成する放射線画像検出装置とを備えている。

放射線画像検出装置には、放射線を直接電荷に変換する直接変換方式と、放射線を一旦可視光に変換し、この可視光を電荷に変換する間接変換方式がある。間接変換方式の放射線画像検出装置は、放射線を可視光に変換する蛍光体層（シンチレータ）と、この蛍光体層により生成された可視光を電荷に変換する光電変換パネルとを有する。光電変換パネルには、フォトダイオードを含む画素が２次元マトリクス状に複数配列されており、この上に蛍光体層が積層されている。

蛍光体層には、ＧＯＳ（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ）等の粒子状の蛍光体材料（粒状結晶）を有する粒状タイプと、ＣｓＩ：Ｔｌなどの柱状の蛍光体材料（柱状結晶）を有する柱状タイプとが知られている。

粒状タイプの蛍光体層は、ＧＯＳ等の蛍光体粒子を樹脂などのバインダ（結合剤）に分散させて形成されるため、可撓性を有し、耐衝撃性に優れるといった利点がある。特に、ＧＯＳを有する蛍光体層は、ＧＯＳに含まれる重金属原子のＧｄが、ＣｓＩに含まれる重金属原子のＣｓより原子番号が大きいため、耐衝撃性に加えて、放射線の吸収率が高い。しかし、粒状タイプの蛍光体層では、蛍光体粒子から可視光が等方的に放射され、光ガイド効果を有さないため、画像の分解能が低い。放射線の変換効率を高めるには、蛍光体層の膜厚を大きくすればよいが、膜厚が大きいほど、可視光が光電変換パネルに到達するまでの間での拡散が大きく、分解能が低下する。

これに対して、柱状タイプの蛍光体層は、基板上に蛍光体材料を結晶成長させて柱状結晶としたものであり、各柱状結晶が光ガイド効果を有するため、画像の分解能が高い。しかし、柱状タイプの蛍光体層では、厚膜化を図ろうとすると、一部の柱状結晶が異常成長して突起が生じたり、隣接する柱状結晶同士が融着するといった欠陥が生じやすいため、厚膜化には限界がある。また、柱状タイプの蛍光体層は、柱状結晶を有することにより耐衝撃性が低い。さらに、柱状タイプの蛍光体層は、材料が高価であり、製造コストが嵩む。

そこで、粒状タイプの蛍光体層を有する放射線画像検出装置において、蛍光体層を各フォトダイオードに対応して分離する隔壁を設けることが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。この隔壁には、各フォトダイオードに対応して開口部が設けられている。各開口部内の蛍光体で発生した可視光は、隔壁により拡散が防止され、対応するフォトダイオードに効率よく導かれるため、分解能が向上する。このような隔壁を有する粒状タイプの蛍光体層は、製造コスト、耐衝撃性、かつ分解能に優れる。

特開２００２−０５５１６５号公報 特開２００４−１６３１６９号公報 特開２００２−１８１９４０号公報

しかしながら、蛍光体層中に隔壁を設ける場合には、隔壁の開口部とフォトダイオードとの間で位置ズレが生じると、開口部内の蛍光体で発生した可視光の一部がフォトダイオード外に漏れ出て、フォトダイオードへの可視光の入射効率が低下する（放射線画像検出装置の感度が低下する）ため、開口部とフォトダイオードとの間の正確な位置合わせが必要である。

特許文献１には、光電変換パネルにアライメントマークを設け、このアライメントマークを観察しながら光電変換パネルに蛍光体層を貼り合わせることが記載されているが、アライメントマークが光電変換パネル側にしか設けられておらず、位置合わせ精度が不十分であり、感度の低下が生じる可能性がある。

本発明は、製造コスト、耐衝撃性、分解能に優れ、感度の低下を防止することを可能とする放射線画像検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の放射線画像検出装置は、光電変換を行うフォトダイオードを含む画素が２次元配列された光電変換パネルと、各フォトダイオードに対応した位置に開口部が形成された隔壁と、各開口部に充填され、放射線を可視光に変換する蛍光体とを有する蛍光体層と、蛍光体層の光電変換パネルとは反対側に配置されて、蛍光体層を支持する蛍光体支持基板と、蛍光体支持基板に形成された第１のアライメントマークと、光電変換パネルに形成された第２のアライメントマークと、を備える。

蛍光体は、バインダと、このバインダに分散された蛍光体粒子とを含むことが好ましい。

第１及び第２のアライメントマークは、同一形状であり、互いに対応する位置に形成されていることが好ましい。

一方向に隣接する２つの開口部の間の隔壁の幅は、一方向に隣接する２つのフォトダイオードの間隔より大きいことが好ましい。第１及び第２のアライメントマークの一方向への最小線幅は、隔壁の幅とフォトダイオードの間隔との差より小さいことが好ましい。

第１のアライメントマークは、蛍光体支持基板の光電変換パネルに対向する面に設けられており、第２のアライメントマークは、光電変換パネルの蛍光体支持基板に対向する面に設けられており、蛍光体支持基板は透光性を有することが好ましい。

蛍光体層と蛍光体支持基板との間に光反射層が形成されていることが好ましい。第１のアライメントマークは、光反射層と同一の製造工程で形成されたものであることが好ましい。

各画素は、スイッチング素子を有し、第２のアライメントマークは、スイッチング素子の一部と同一の製造工程で形成されたものであることが好ましい。

隔壁は、蛍光体より屈折率が低いことが好ましい。

蛍光体層は、粘着層を介して光電変換パネルに貼り合わされていることが好ましい。

各蛍光体は、開口部からフォトダイオードに向けて突出し、球面状の表面を有する凸部を有することが好ましい。

光電変換パネル、蛍光体層、蛍光体支持基板は、撮影時に放射線が入射する側から、光電変換パネル、蛍光体層、蛍光体支持基板の順番に配置されていることが好ましい。

また、本発明の放射線画像検出装置は、光電変換を行うフォトダイオードを含む画素が２次元配列された光電変換パネルと、各フォトダイオードに対応した位置に開口部が形成された隔壁と、各開口部に充填され、放射線を可視光に変換する蛍光体とを有する蛍光体層と、蛍光体層の光電変換パネルとは反対側に配置されて、蛍光体層を支持する蛍光体支持基板と、光電変換パネルに形成されたアライメントマークと、を備えた放射線画像検出装置において、一方向に隣接する２つの開口部の間の隔壁の幅は、一方向に隣接する２つのフォトダイオードの間隔より大きく、アライメントマークの一方向への最小線幅は、隔壁の幅とフォトダイオードの間隔との差より小さい。

本発明の放射線画像検出装置によれば、蛍光体支持基板に形成された第１のアライメントマークと、光電変換パネルに形成された第２のアライメントマークとを設けることにより、蛍光体とフォトダイオードとの位置合わせ精度が向上するので、感度の低下を防止することができる。

Ｘ線画像検出装置の一部破断斜視図である。 Ｘ線画像検出装置の断面図である。 隔壁及びフォトダイオードの平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿うＦＰＤの断面図である。 光電変換パネルの構成を示す回路図である。 Ｘ線画像検出装置の製造工程を示す図（その１）である。 Ｘ線画像検出装置の製造工程を示す図（その２）である。 カメラにより撮像される第１及び第２アライメントマークの重なり画像を示す図である。 撮影時のＸ線画像検出装置の配置例を説明する説明図である。 ＦＰＤの第１変形例を説明する図である。 ＦＰＤの第２変形例を説明する図である。 ＦＰＤの第３変形例を説明する図である。 ＦＰＤの第４変形例を説明する図である。 ＦＰＤの第５変形例を説明する図である。 ＦＰＤの第５変形例を説明する図である。 第５変形例の効果を説明する図である。

図１において、Ｘ線画像検出装置１０は、フラットパネル検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）１１と、回路支持基板１２と、制御ユニット１３と、これらを収容する筐体１４により構成されている。筐体１４は、Ｘ線ＸＲの透過性が高く、軽量で耐久性の高い炭素繊維強化樹脂（カーボンファイバー）により一体形成されたモノコック構造である。Ｘ線画像検出装置１０は、可搬型の電子カセッテである。

筐体１４の１つの側面には、開口部（図示せず）と、この開口部を塞ぐ蓋部材（図示せず）とが設けられている。Ｘ線画像検出装置１０の製造時には、開口部からＦＰＤ１１や制御ユニット１３が筐体１４内に挿入される。

筐体１４には、撮影時にＸ線源８０（図９参照）から放射され、被写体（患者）８１（図９参照）を透過したＸ線ＸＲが照射される照射面１４ａが設けられている。この照射面１４ａには、被写体８１の撮像可能領域とその中心位置とを示すガイド線１５が形成されている。ガイド線１５の外枠が、撮影可能領域に対応し、ガイド線１５が十字状に交差する交点が撮影可能領域の中心位置に対応する。

筐体１４内には、照射面１４ａ側から順に、ＦＰＤ１１、回路支持基板１２が配置されている。回路支持基板１２は、回路基板３０（図２参照）を支持しており、筐体１４に固定されている。制御ユニット１３は、筐体１４内の短手方向に沿った一端側に配置されている。

制御ユニット１３は、マイクロコンピュータやバッテリ（いずれも図示せず）を収容している。このマイクロコンピュータは、有線または無線により、Ｘ線源８０に接続されたコンソール（図示せず）と通信して、ＦＰＤ１１の動作を制御する。

図２において、ＦＰＤ１１は、Ｘ線ＸＲを可視光に変換する蛍光体層（シンチレータ）２０と、この可視光を電荷に変換する光電変換パネル２１を有している。Ｘ線画像検出装置１０は、ＩＳＳ（Irradiation Side Sampling）型であり、光電変換パネル２１は、蛍光体層２０よりＸ線ＸＲの入射側に配置されている。蛍光体層２０は、光電変換パネル２１を透過したＸ線ＸＲを可視光に変換して放出する。光電変換パネル２１は、蛍光体層２０から放出された可視光を光電変換して電荷に変換する。

光電変換パネル２１は、筐体１４の照射面１４ａ側の内面に、エポキシ樹脂等からなる接着層２２を介して貼り付けられている。光電変換パネル２１の表面２１ａには、図３に示すように、光電変換を行うフォトダイオード（ＰＤ）４３が、ＸＹ方向に沿って２次元マトリクス状に形成されている。

蛍光体層２０は、図３に示すように平面形状が正方格子状で、かつ光電変換パネル２１の各ＰＤ４３に対応して開口部２３ａが設けられた隔壁２３と、各開口部２３ａ内に充填された蛍光体２４とで構成されている。隔壁２３は、ガラス微粒子とバインダとを主成分とするガラスペーストにより形成されている。隔壁２３は、蛍光体２４より屈折率が低く、蛍光体２４から隔壁２３に入射する可視光は、入射角が所定以上の場合に全反射する。また、隔壁２３に、ガラス微粒子以外に、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどのフィラー粒子を添加することにより、反射率を高めてもよい。

蛍光体層２０は、蛍光体支持基板２５により支持されており、蛍光体層２０と蛍光体支持基板２５との間には、光反射膜２６が形成されている。蛍光体支持基板２５は、ガラス等の透明な絶縁性材料で形成されている。光反射膜２６は、アルミニウム等の金属薄膜により形成されている。

蛍光体支持基板２５の蛍光体層２０を支持する側の表面２５ａには、蛍光体層２０及び光反射膜２６の形成領域外に、２つの第１のアライメントマーク２７が形成されている。各第１のアライメントマーク２７は、アルミニウムやニッケル等の金属薄膜で形成されている。各第１のアライメントマーク２７の平面形状は、図３に示すように、十字状である。

蛍光体層２０は、光反射膜２６が形成された面とは反対側が、アクリル系接合剤等からなる粘着層２８を介して光電変換パネル２１の表面２１ａに貼り合わされている。光電変換パネル２１の表面２１ａには、第１のアライメントマーク２７に対向する位置に、第２のアライメントマーク２９が形成されている。各第２のアライメントマーク２９は、アルミニウム等の金属薄膜により形成され、第１のアライメントマーク２７と同一形状でかつ同一サイズである。第１及び第２のアライメントマーク２７，２９は、蛍光体層２０を光電変換パネル２１に貼り合わせる際に、ＰＤ４３と隔壁２３とを位置合わせするために用いられる。

回路支持基板１２は、蛍光体支持基板２５のＸ線ＸＲの入射側とは反対側に配置されている。回路支持基板１２と蛍光体支持基板２５とは、空気層を介して対向している。回路支持基板１２は、筐体１４の側部１４ｂにビス等で固着されている。回路支持基板１２の蛍光体支持基板２５とは反対側の下面１２ａには、回路基板３０が接着剤等を介して固定されている。

回路基板３０と光電変換パネル２１とは、フレキシブルプリント基板３１を介して電気的に接続されている。フレキシブルプリント基板３１は、いわゆるＴＡＢ（Tape Automated Bonding）ボンディング法により、光電変換パネル２１の端部に設けられた外部端子２１ｂに接続されている。

フレキシブルプリント基板３１には、光電変換パネル２１を駆動するためのゲートドライバ３１ａや、光電変換パネル２１から出力された電荷を電圧信号に変換するチャージアンプ３１ｂが搭載されている。回路基板３０には、チャージアンプ３１ｂにより変換された電圧信号に基づいて画像データを生成する信号処理部３０ａや、画像データを記憶する画像メモリ３０ｂが搭載されている。信号処理部３０ａには、相関二重サンプリング回路、電圧アンプ、マルチプレクサ、Ａ／Ｄ変換器等が含まれている。ゲートドライバ３１ａ、チャージアンプ３１ｂ、信号処理部３０ａ、画像メモリ３０ｂは、それぞれ集積回路として構成されている。

回路支持基板１２は、Ｘ線ＸＲから回路基板３０、信号処理部３０ａ、及び画像メモリ３０ｂを保護するために、鉛等のＸ線遮蔽材料を含むことが好ましい。

図３において、各ＰＤ４３の平面形状はほぼ正方形状（例えば、１００μｍ×１００μｍの正方形状）であり、Ｘ方向に間隔Ｄｘだけ離して配置されており、Ｙ方向に間隔Ｄｙだけ離して配置されている。間隔Ｄｘ，Ｄｙは、５〜１０μｍ程度である。隔壁２３の各開口部２３ａは、平面形状がほぼ正方形状であり、その中心が各ＰＤ４３の中心とほぼ一致している。開口部２３ａは、ＰＤ４３よりサイズが小さい。このため、Ｘ方向及びＹ方向への隔壁２３の幅（開口部２３ａの間隔）Ｗｘ，Ｗｙは、それぞれＰＤ４３の間隔Ｄｘ，Ｄｙより大きい。

第１及び第２のアライメントマーク２７，２９のＸ方向への最小線幅Ｓｘは、ＰＤ４３のＸ方向への間隔Ｄｘと、隔壁２３のＸ方向への幅Ｗｘとの差（Ｗｘ−Ｄｘ）より小さい。同様に、第１及び第２のアライメントマーク２７，２９のＹ方向への最小線幅Ｓｙは、ＰＤ４３のＹ方向への間隔Ｄｙと、隔壁２３のＹ方向への幅Ｗｙとの差（Ｗｙ−Ｄｙ）より小さい。

図４において、蛍光体２４は、樹脂等からなるバインダ（結合剤）２４ａと、このバインダ２４ａに分散された複数の蛍光体粒子２４ｂとで構成されている。蛍光体粒子２４ｂは、ＧＯＳ（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ）等の粒状結晶であり、Ｘ線ＸＲを吸収して可視光を発生する。

光電変換パネル２１は、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板４０と、この上に配列された複数の画素４１とを有する。絶縁性基板４０は、Ｘ線ＸＲの透過性を向上させるために、厚みが０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

各画素４１は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４２と、このＴＦＴ４２に接続されたＰＤ４３とを有する。ＰＤ４３は、蛍光体層２０により生成された可視光を光電変換して電荷を発生し、これを蓄積する。ＴＦＴ４２は、ＰＤ４３に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチング素子である。

ＴＦＴ４２は、逆スタガ型であり、ゲート電極４２ｇ、ソース電極４２ｓ、ドレイン電極４２ｄ、及び活性層４２ａを有する。ゲート電極４２ｇは、絶縁性基板４０上に形成されている。また、絶縁性基板４０上には、各画素４１の電荷蓄積容量を増加させるために、電荷蓄積用電極４４が形成されている。さらに、絶縁性基板４０上には、第２のアライメントマーク２９が形成されている。第２のアライメントマーク２９は、ゲート電極４２ｇ及び電荷蓄積用電極４４とともに、同一の製造工程で形成されることが好ましい。

絶縁性基板４０上には、ゲート電極４２ｇ及び電荷蓄積用電極４４を覆うように、窒化シリコン（ＳｉＮ_Ｘ）等からなる絶縁膜４５が形成されている。この絶縁膜４５上には、ゲート電極４２ｇに対向するように、活性層４２ａが配置されている。ソース電極４２ｓ及びドレイン電極４２ｄは、活性層４２ａ上に所定間隔だけ離して配置されている。ドレイン電極４２ｄは、その一部が絶縁膜４５上に延在し、絶縁膜４５を介して電荷蓄積用電極４４と対向して、キャパシタ４４ａを構成している。

ゲート電極４２ｇ、ソース電極４２ｓ、ドレイン電極４２ｄ、電荷蓄積用電極４４は、アルミニウムや銅で形成されている。活性層４２ａは、アモルファスシリコンで形成されている。そして、ソース電極４２ｓ、ドレイン電極４２ｄ、及び活性層４２ａを覆うように、絶縁膜４５上には、窒化シリコン（ＳｉＮ_Ｘ）等からなるＴＦＴ保護膜４６が形成されている。

このＴＦＴ保護膜４６上には、ＴＦＴ４２による凹凸構造をなくすように、表面が平坦な第１の平坦化膜４７が形成されている。この第１の平坦化膜４７は、低誘電率（比誘電率ε_ｒ＝２〜４）の感光性の有機材料（例えば、ポジ型感光性アクリル系樹脂：メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとの共重合体からなるベースポリマーに、ナフトキノンジアジド系ポジ型感光剤を混合した材料など）を塗布し、１〜４μｍの膜厚に形成したものである。

この第１の平坦化膜４７及びＴＦＴ保護膜４６には、ドレイン電極４２ｄを露出させるコンタクトホール４８が形成されている。ＰＤ４３は、コンタクトホール４８を介してＴＦＴ４２のドレイン電極４２ｄに接続している。ＰＤ４３は、下部電極４３ａ、半導体層４３ｂ、上部電極４３ｃにより形成されている。

下部電極４３ａは、コンタクトホール４８内を覆い、かつＴＦＴ４２上を覆うように、第１の平坦化膜４７上に形成されており、ドレイン電極４２ｄに接続されている。この下部電極４３ａは、アルミニウムや酸化スズインジウムで形成されている。半導体層４３ｂは、下部電極４３ａ上に積層されている。半導体層４３ｂは、ＰＩＮ型のアモルファスシリコンであり、下から順にｎ^＋層、ｉ層、ｐ^＋層が積層されたものである。上部電極４３ｃは、半導体層４３ｂ上に形成されている。この上部電極４３ｃは、酸化スズインジウムや酸化亜鉛インジウムなどの透光性の高い材料で形成されている。

このＰＤ４３及び第１の平坦化膜４７上には、ＰＤ４３による凹凸構造をなくすように、表面が平坦な第２の平坦化膜４９が形成されている。この第２の平坦化膜４９は、第１の平坦化膜４７と同様の感光性の有機材料を塗布し、１〜４μｍの膜厚に形成したものである。

第２の平坦化膜４９には、上部電極４３ｃを露呈させるコンタクトホール５０が形成されている。そして、このコンタクトホール５０を介して上部電極４３ｃに共通電極配線５１が接続されている。共通電極配線５１は、各ＰＤ４３の上部電極４３ｃに共通に接続されており、バイアス電圧を各上部電極４３ｃに印加するために用いられる。共通電極配線５１は、アルミニウムや銅で形成されている。

第２の平坦化膜４９及び共通電極配線５１上には、保護絶縁膜５２が形成されている。保護絶縁膜５２は、ＴＦＴ保護膜４６と同様に、窒化シリコン（ＳｉＮ_Ｘ）等で形成されている。この保護絶縁膜５２上に、粘着層２８を介して蛍光体層２０が貼り合わされている。

図５において、画素４１は、絶縁性基板４０上に２次元マトリクス状に配列されている。各画素４１には、前述のように、ＴＦＴ４２、ＰＤ４３、及びキャパシタ４４ａが含まれている。各画素４１は、ＴＦＴ４２を介してゲート配線６０とデータ配線６１とに接続されている。ゲート配線６０は、Ｘ方向に延在し、Ｙ方向に複数配列されている。データ配線６１は、Ｙ方向に延在し、ゲート配線６０と交わるように、Ｘ方向に複数配列されている。ゲート配線６０は、ＴＦＴ４２のゲート電極４２ｇに接続されている。データ配線６１は、ＴＦＴ４２のドレイン電極４２ｄに接続されている。

ゲート配線６０の一端は、ゲートドライバ３１ａに接続されている。データ配線６１の一端は、チャージアンプ３１ｂに接続されている。ゲートドライバ３１ａは、各ゲート配線６０に順にゲート駆動電圧を与え、各ゲート配線６０に接続されたＴＦＴ４２をオンさせる。ＴＦＴ４２がオンすると、ＰＤ４３及びキャパシタ４４ａに蓄積された電荷がデータ配線６１に出力される。

チャージアンプ３１ｂは、データ配線６１に出力された電荷を積算して電圧信号に変換する。信号処理部３０ａは、チャージアンプ３１ｂから出力された電圧信号にＡ／Ｄ変換やゲイン補正処理等を施して画像データを生成する。画像メモリ３０ｂは、フラッシュメモリなどからなり、信号処理部３０ａにより生成された画像データを記憶する。画像メモリ３０ｂに記憶された画像データは、有線や無線の通信部（図示せず）を介して外部に読み出し可能である。

次に、Ｘ線画像検出装置１０の製造方法を説明する。まず、図６（Ａ）に示すように、ガラス等で形成された蛍光体支持基板２５の表面２５ａ上に、周知のフォトリソグラフィやスクリーン印刷等の技術を用いて、アルミニウム等の金属薄膜からなる光反射膜２６及び第１のアライメントマーク２７を形成する。光反射膜２６と第１のアライメントマーク２７とは、それぞれ別の製造工程で形成してもよいが、工程数の削減のために、同一の製造工程で形成することも好ましい。

図６（Ｂ）に示すように、蛍光体支持基板２５の表面２５ａ上に、光反射膜２６及び第１のアライメントマーク２７を覆うように感光性ペースト７０を塗布し、これを乾燥した後、フォトマスク７１を介して感光性ペースト７０を露光する。

感光性ペースト７０としては、例えば、特開２００９−２３１２８０号公報に記載された無機微粒子と感光性有機成分を主成分とする材料を用いることができる。この無機微粒子としては、ガラス、セラミック（アルミナやコーディライト）などが好ましく、特に、ガラスが好ましい。前述のように、感光性ペースト７０には、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの粒子を添加することが好ましい。

フォトマスク７１には、前述の隔壁２３の平面形状に対応した開口部７１ａが形成されており、この開口部７１ａを通過した露光光ＥＬ（例えば、紫外線）が感光性ペースト７０に照射される。本実施形態では、感光性ペースト７０は、ネガ型である。この感光性ペースト７０を、現像することにより感光した部分が残存し、これを焼成することにより、図６（Ｃ）に示すように、隔壁２３が形成される。隔壁２３には、フォトマスク７１の開口部７１ａに対応する位置に開口部２３ａが形成される。露光時のフォトマスク７１の位置は、第１のアライメントマーク２７を用いて設定される。このため、隔壁２３は、第１のアライメントマーク２７に対して、高精度に形成される。

そして、バインダ２４ａの溶液（結合剤溶液）に、ＧＯＳ等で形成された蛍光体粒子２４ｂを分散させた蛍光体塗布液を隔壁２３上に塗布して、蛍光体塗布液を各開口部２３ａに充填させ、これを乾燥させることにより、図６（Ｄ）に示すように、蛍光体２４が形成される。

結合剤溶液は、例えば、ポリビニルブチラール樹脂、ウレタン樹脂脂および可塑剤の混合物を、トルエン、２−ブタノールおよびキシレンの混合溶剤に溶解して撹拌することにより作成される。蛍光体粒子２４ｂは、例えば、平均粒子径が約５μｍのＧＯＳ粒子であり、蛍光体塗布液に混合し、ボールミルで分散処理される。この結合剤溶液は、例えば、ドクターブレードを用いて塗布される。

以上の工程により、蛍光体層２０が完成する。この後、図７に示すように、蛍光体層２０上に、アクリル系接合剤等からなる粘着層２８を形成し、蛍光体層２０を、粘着層２８を介して光電変換パネル２１の表面２１ａに貼り合わせる。この貼り合わせは、例えば、光電変換パネル２１の裏面２１ｃからローラ（図示）で光電変換パネル２１を蛍光体層２０に対して押圧することにより行う。光電変換パネル２１は、周知の半導体プロセスにより製造されたものである。

蛍光体層２０と光電変換パネル２１との貼り合わせ時には、例えば、蛍光体支持基板２５の蛍光体層２０とは反対側から、カメラ７２を用いて、蛍光体支持基板２５を介して第１及び第２のアライメントマーク２７，２９を撮像し、第１及び第２のアライメントマーク２７，２９との重なり度合いが最も高い位置に蛍光体層２０と光電変換パネル２１とを位置決めした上で、両者を貼り合わせる。この重なり度合いとは、例えば、図８に示すように、カメラ７２により撮像される第１及び第２のアライメントマーク２７，２９の重なり画像（図８の斜線によるハッチング部分）の面積であり、その面積が小さいほど重なり度が高い。

以上の工程によりＦＰＤ１１が完成する。この後、ＦＰＤ１１を筐体１４内に接着層２２を介して取り付けるとともに、信号処理部３０ａや画像メモリ３０ｂを実装した回路支持基板１２、ゲートドライバ３１ａやチャージアンプ３１ｂを実装したフレキシブルプリント基板３１、制御ユニット１３を取り付けることにより、Ｘ線画像検出装置１０が完成する。

本実施形態では、第１及び第２のアライメントマーク２７，２９の最小線幅Ｓｘ，Ｓｙは、前述のように、「Ｓｘ＜Ｗｘ−Ｄｘ」及び「Ｓｙ＜Ｗｙ−Ｄｙ」の関係を満たしているため、蛍光体層２０と光電変換パネル２１との位置合わせを高精度に行うことができ、隔壁２３の各開口部２３ａに充填された蛍光体２４は、各ＰＤ４３のほぼ中央に位置する（図３におけるδ１〜δ４が、δ１≒δ２、δ３≒δ４となる）。

仮に、蛍光体層２０と光電変換パネル２１との間で位置ずれが生じ、隔壁２３がＰＤ４３の間を覆わない場合（δ１〜δ４のいずれかが負となる場合）には、蛍光体２４の一部がＰＤ４３外にはみ出て、蛍光体２４で生成された可視光がＰＤ４３外に漏れ出るため、ＰＤ４３への可視光の入射効率が低下する（Ｘ線画像検出装置１０の感度が低下する）。本実施形態では、少なくとも隔壁２３がＰＤ４３の間を覆い、各蛍光体２４が各ＰＤ４３に完全に対向するように配置されるため、ＰＤ４３への可視光の入射効率の低下（感度の低下）は防止される。

次に、Ｘ線画像検出装置１０の作用を説明する。Ｘ線画像検出装置１０を用いて撮影を行うには、図９に示すように、撮影者（医師や放射線技師）は、Ｘ線画像検出装置１０上に被写体８１を載置し、被写体８１に対向するようにＸ線源８０を配置する。

撮影者がコンソールを操作してＸ線源８０及びＸ線画像検出装置１０に撮影開始を指示すると、Ｘ線源８０からＸ線ＸＲが射出され、被写体８１を透過したＸ線ＸＲがＸ線画像検出装置１０の照射面１４ａに照射される。照射面１４ａに照射されたＸ線ＸＲは、筐体１４、接着層２２、光電変換パネル２１、粘着層２８を順に通過して、蛍光体層２０に入射する。

蛍光体層２０では、蛍光体２４に含まれる複数の蛍光体粒子２４ｂが、入射したＸ線ＸＲを吸収して可視光を発生する。蛍光体粒子２４ｂにより発生された可視光は、隔壁２３の開口部２３ａ内を伝播する。具体的には、蛍光体粒子２４ｂでの発光は、等方的であり、ＰＤ４３の方向に伝播する可視光は、粘着層２８を透過して光電変換パネル２１に入射する。逆に、光反射膜２６の方向に伝播する可視光は、光反射膜２６で反射された後、ＰＤ４３の方向に伝播し、同様に光電変換パネル２１に入射する。また、横方向に伝播する可視光は、隔壁２３の表面で反射され、その反射方向に応じて光電変換パネル２１または光反射膜２６の方向へ伝播を行い、最終的に光電変換パネル２１に入射する。このように、各蛍光体２４で発生した可視光は、隔壁２３により拡散が抑えられ、各蛍光体２４に対応するＰＤ４３に効率よく入射する。

光電変換パネル２１に入射した可視光は、保護絶縁膜５２及び第２の平坦化膜４９を透過して、ＰＤ４３に入射する。可視光は、ＰＤ４３により電荷に変換され、変換された電荷は、ＰＤ４３及びキャパシタ４４ａに蓄積される。Ｘ線源８０からのＸ線照射が終了すると、ゲートドライバ３１ａにより、ゲート配線６０を介してＴＦＴ４２のゲート電極４２ｇに順にゲート駆動電圧が印加される。これにより、行方向に並んだＴＦＴ４２が列方向に順にオンとなり、オンとなったＴＦＴ４２を介して、ＰＤ４３及びキャパシタ４４ａに蓄積された電荷がデータ配線６１に出力される。

データ配線６１に出力された電荷は、チャージアンプ３１ｂにより電圧信号に変換されて信号処理部３０ａに入力される。信号処理部３０ａにより、全画素４１分の電圧信号に基づいて画像データが生成され、画像メモリ３０ｂに記憶される。

なお、上記実施形態では、第１及び第２のアライメントマーク２７，２９の形状を十字状としている。この十字状のアライメントマークに代えて、特開２０１２−１４０４０号公報（第２１頁、図１２（ａ）〜（ｅ））に記載された各種アライメントマークを用いてもよい。これらのアライメントマークは、十字状を構成する複数の直線に加えて、それらの直線より短い直線や曲線を含むものであり、視認性が向上する。

また、上記実施形態では、第１及び第２のアライメントマーク２７，２９をそれぞれ２個ずつ蛍光体支持基板２５及び光電変換パネル２１に設けているが、個数は２個に限られず、例えば４個としてもよい。この場合には、第１及び第２のアライメントマーク２７，２９をそれぞれ蛍光体支持基板２５及び光電変換パネル２１の四隅に１つずつ設けることが好ましい。

また、上記実施形態では、隔壁２３は、Ｘ方向及びＹ方向への幅Ｗｘ，Ｗｙが、ＸＹ平面に直交する方向に均一であるが、特開２０１１−２３２１９７号公報等に記載されているように、隔壁２３を、蛍光体支持基板２５側から光電変換パネル２１に向けて幅Ｗｘ，Ｗｙが次第に減少するように、テーパ状としてもよい。

また、上記実施形態では、図３に示すような正方格子状の隔壁２３を用いているが、Ｘ方向またはＹ方向に平行な溝を有するストライプ状の隔壁を用いてもよい。正方格子状の隔壁２３の場合には、複数の孤立した開口部２３ａを有するため、蛍光体塗布液を充填する際に、塗布ムラが生じると、蛍光体塗布液が十分に充填されない開口部２３ａが生じる恐れがあるが、ストライプ状の隔壁の場合には、蛍光体塗布液を塗布する際に各溝に蛍光体塗布液が流動して一様に満たされるため、充填不良が生じにくいという利点がある。

また、上記実施形態では、隔壁２３を、感光性ペーストを用いてフォトリソグラフィ（感光性ペースト法）により形成しているが、特開２００９−２３１２８０号公報に記載されているように、サンドブラスト法やスクリーン印刷法を用いて形成することも可能である。また、隔壁２３は、ガラスペーストに限られず、レジスト材等の他の材料で形成してもよい。さらに、隔壁２３の側面に、金属等で反射膜を形成してもよい。

また、上記実施形態では、図６（Ｄ）に示すように、隔壁２３の各開口部２３ａ内を蛍光体塗布液で満たすことにより、各開口部２３ａ内を蛍光体２４で完全に埋めているが、図１０（Ａ）に示すように、隔壁２３の各開口部２３ａ内を蛍光体２４で完全には埋めずに、一部に空隙２３ｂを残しておき、図１０（Ｂ）に示すように、この空隙２３ｂを、粘着層２８の一部で埋めてもよい。空隙２３ｂの深さは、例えば、１０〜２０μｍ程度である。これにより、粘着層２８と蛍光体層２０との密着性が向上し、蛍光体層２０を光電変換パネル２１に貼り合わせる際のズレ等が防止される。

また、図１０（Ａ）に示すように空隙２３ｂを形成した後、図１１（Ａ）に示すように、空隙２３ｂを埋めるように樹脂層９０を形成することにより、蛍光体層２０の表面を平坦化し、図１１（Ｂ）に示すように、樹脂層９０の表面上に粘着層２８を形成してもよい。この樹脂層９０の材料としては、蛍光体２４より粘度が低い熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂を用いることが好ましい。また、蛍光体２４から光電変換パネル２１側への可視光の射出効率を高める（樹脂層９０の表面での反射を抑える）ために、樹脂層９０の屈折率は、蛍光体２４の屈折率に近く、かつ蛍光体２４の屈折率より低いことが好ましい。具体的には、蛍光体２５の屈折率は、バインダ２５ａの屈折率が支配的であるため、樹脂層９０の屈折率は、バインダ２４ａの屈折率に近く、かつバインダ２４ａの屈折率より低いことが好ましい。これにより、蛍光体２４から樹脂層９０への可視光の入射効率が向上する。

このように樹脂層９０を設ける場合には、粘着層２８を設けず、樹脂層９０を光電変換パネル２１に直接当接させてもよい。粘着層２８を設けない場合には、蛍光体層２０と光電変換パネル２１との間の接合力が弱いため、蛍光体支持基板２５と光電変換パネル２１との間に端部封止部（図示せず）を設け、この端部封止部を介して両者を接合することが好ましい。この端部封止部は、蛍光体層２０の外周を囲うように、アクリル樹脂等からなる紫外線硬化性樹脂で形成する。

また、図１０（Ａ）に示すように空隙２３ｂを形成した後、図１２（Ａ）に示すように、蛍光体支持基板２５の表面２５ａからの高さが蛍光体層２０より高い壁部９１を、蛍光体層２０の外周を囲うように形成し、図１２（Ｂ）に示すように、壁部９１で囲われた蛍光体層２０上の空間を埋めるように、前述の樹脂層９０を形成してもよい。これにより、樹脂層９０の表面の平坦性が向上する。

この場合、樹脂層９０の表面上に粘着層２８を形成し、蛍光体層２０を、樹脂層９０及び粘着層２８を介して光電変換パネル２１に貼り合わせてもよいが、粘着層２８を設けず、樹脂層９０の表面を光電変換パネル２１に直接接触させてもよい。このように粘着層２８を設けない場合には、蛍光体支持基板２５と光電変換パネル２１との間に、前述の端部封止部を設けることが好ましい。

また、図１３（Ａ）に示すように、隔壁２３の開口部２３ａのうち、最も外側に位置する開口部２３ａに樹脂を充填することにより、蛍光体層２０の外周を囲う壁部９２を形成し、図１３（Ｂ）に示すように、壁部９２で囲われた蛍光体層２０上の空間を埋めるように、前述の樹脂層９０を形成してもよい。この場合も同様に、樹脂層９０の表面上に粘着層２８を形成してもよいし、粘着層２８を形成せずに、樹脂層９０を光電変換パネル２１に直接当接させてもよい。

また、図１０（Ａ）に示すように空隙２３ｂを形成した後、図１４に示すように、熱により塑性変形するシート状の樹脂層９３を蛍光体層２０の表面に押し当て、熱を加えて樹脂層９３を変形させることにより、樹脂層９３の一部で空隙２３ｂを埋めてもよい。この場合も同様に、樹脂層９３の表面上に粘着層２８を形成してもよいし、粘着層２８を形成せずに、樹脂層９３を光電変換パネル２１に直接当接させてもよい。樹脂層９３は、樹脂層９０と同様に、その屈折率は、バインダ２４ａの屈折率に近いことが好ましい。

また、図１０〜図１４の例では、隔壁２３の各開口部２３ａ内を蛍光体２４で完全に埋めずに空隙２３ｂを形成しているが、図１５（Ａ）に示すように、蛍光体塗布液を塗布する際に、蛍光体塗布液を各開口部２３ａから溢れさせ、その表面張力により、開口部２３ａから突出した凸部２４ｃを蛍光体２４に形成することも好ましい。この場合、凸部２４ｃの表面は、ほぼ球面状となる。図１５（Ｂ）に示すように、各凸部２４ｃを覆うように前述の粘着層２８を形成し、この粘着層２８を介して蛍光体層２０を光電変換パネル２１に貼り合わせればよい。なお、粘着層２８に代えて、樹脂層９０と同様な樹脂層（図示せず）で凸部２４ｃの表面を覆ってもよい。この場合には、樹脂層の表面上に粘着層２８を形成してもよいし、粘着層２８を形成せずに、樹脂層を光電変換パネル２１に直接当接させてもよい。

このように蛍光体２４に球面状の表面を有する凸部２４ｃを設けた場合には、蛍光体２４から光電変換パネル２１側への可視光の射出効率が高まる（樹脂層９０の表面での反射が減少する）。これは、例えば、図１６（Ａ）に示すように、蛍光体２４の表面が平坦な場合に、その表面に、臨界角より大きな入射角θ１で入射する可視光ＬＴは反射されるが、図１６（Ｂ）に示すように、蛍光体２４の表面が球面状の場合には、凸部２４ｃの表面に対する可視光ＬＴの入射角θ２が臨界角より低下し、可視光ＬＴは表面で反射されずに射出されるためである。

また、上記実施形態では、蛍光体粒子２４ｂとしてＧＯＳ粒子を用いているが、蛍光体粒子２４ｂとして、Ａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｘ（ただし、Ａは、Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕのうちいずれか１つ、Ｘは、Ｅｕ，Ｔｂ，Ｐｒのうちのいずれか１つ）で表される粒子を用いることが可能である。また、蛍光体粒子２４ｂとして、Ａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｘに共付活剤としてセリウム（Ｃｅ）またはサマリウム（Ｓｍ）を含めたものを用いてもよい。

また、上記実施形態では、ＴＦＴ４２の活性層４２ａをアモルファスシリコンにより形成しているが、これに代えて、非晶質酸化物（例えば、Ｉｎ−Ｏ系）、有機半導体材料、カーボンナノチューブなどにより形成してもよい。

また、上記実施形態では、ＰＤ４３の半導体層４３ｂをアモルファスシリコンにより形成しているが、これに代えて、有機光電変換材料（例えば、キナクリドン系有機化合物やフタロシアニン系有機化合物）により形成してもよい。アモルファスシリコンは、幅広い吸収スペクトルを持つが、有機光電変換材料は、可視域にシャープな吸収スペクトルを持つため、蛍光体層２０で生成された可視光以外の電磁波を吸収することが殆どなく、ノイズを抑制することができる。

また、上記実施形態では、放射線としてＸ線を用いているが、γ線やα線等、Ｘ線以外の放射線を用いてもよい。さらに、上記実施形態では、可搬型の放射線画像検出装置である電子カセッテを例に挙げて本発明を説明しているが、本発明は、立位型や臥位型の放射線画像検出装置や、マンモグラフィ装置等にも適用可能である。

１０ Ｘ線画像検出装置
１２ 回路支持基板
２０ 蛍光体層
２１ 光電変換パネル
２３ 隔壁
２３ａ 開口部
２３ｂ 空隙
２４ 蛍光体
２４ａ バインダ
２４ｂ 蛍光体粒子
２４ｃ 凸部
２５ 蛍光体支持基板
２６ 光反射膜
２７ アライメントマーク
２８ 粘着層
２９ アライメントマーク
３０ 回路基板
４０ 絶縁性基板
４１ 画素
４３ フォトダイオード

Claims (14)

1. 光電変換を行うフォトダイオードを含む画素が２次元配列された光電変換パネルと、
   前記各フォトダイオードに対応した位置に開口部が形成された隔壁と、前記各開口部に充填され、放射線を可視光に変換する蛍光体とを有する蛍光体層と、
   前記蛍光体層の前記光電変換パネルとは反対側に配置されて、前記蛍光体層を支持する蛍光体支持基板と、
   前記蛍光体支持基板に形成された第１のアライメントマークと、
   前記光電変換パネルに形成された第２のアライメントマークと、
   を備えることを特徴とする放射線画像検出装置。
2. 前記蛍光体は、バインダと、このバインダに分散された蛍光体粒子とを含むことを特徴とする請求項１に記載の放射線画像検出装置。
3. 前記第１及び第２のアライメントマークは、同一形状であり、互いに対応する位置に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の放射線画像検出装置。
4. 一方向に隣接する２つの前記開口部の間の前記隔壁の幅は、前記一方向に隣接する２つの前記フォトダイオードの間隔より大きいことを特徴とする請求項３に記載の放射線画像検出装置。
5. 前記第１及び第２のアライメントマークの前記一方向への最小線幅は、前記隔壁の幅と前記フォトダイオードの間隔との差より小さいことを特徴とする請求項４に記載の放射線画像検出装置。
6. 前記第１のアライメントマークは、前記蛍光体支持基板の前記光電変換パネルに対向する面に設けられており、前記第２のアライメントマークは、前記光電変換パネルの前記蛍光体支持基板に対向する面に設けられており、前記蛍光体支持基板は透光性を有することを特徴とする請求項５に記載の放射線画像検出装置。
7. 前記蛍光体層と前記蛍光体支持基板との間に光反射層が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の放射線画像検出装置。
8. 前記第１のアライメントマークは、前記光反射層と同一の製造工程で形成されたものであることを特徴とする請求項７に記載の放射線画像検出装置。
9. 前記各画素は、スイッチング素子を有し、前記第２のアライメントマークは、前記スイッチング素子の一部と同一の製造工程で形成されたものであることを特徴とする請求項８に記載の放射線画像検出装置。
10. 前記隔壁は、前記蛍光体より屈折率が低いことを特徴とする請求項１から９いずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
11. 前記蛍光体層は、粘着層を介して前記光電変換パネルに貼り合わされていることを特徴とする請求項１から１０いずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
12. 前記各蛍光体は、前記開口部から前記フォトダイオードに向けて突出し、球面状の表面を有する凸部を有することを特徴とする請求項１から１１いずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
13. 前記光電変換パネル、前記蛍光体層、前記蛍光体支持基板は、撮影時に放射線が入射する側から、前記光電変換パネル、前記蛍光体層、前記蛍光体支持基板の順番に配置されていることを特徴とする請求項１から１２いずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
14. 光電変換を行うフォトダイオードを含む画素が２次元配列された光電変換パネルと、
    前記各フォトダイオードに対応した位置に開口部が形成された隔壁と、前記各開口部に充填され、放射線を可視光に変換する蛍光体とを有する蛍光体層と、
    前記蛍光体層の前記光電変換パネルとは反対側に配置されて、前記蛍光体層を支持する蛍光体支持基板と、
    前記光電変換パネルに形成されたアライメントマークと、
    を備えた放射線画像検出装置において、
    一方向に隣接する２つの前記開口部の間の前記隔壁の幅は、前記一方向に隣接する２つの前記フォトダイオードの間隔より大きく、
    前記アライメントマークの前記一方向への最小線幅は、前記隔壁の幅と前記フォトダイオードの間隔との差より小さい
    ことを特徴とする放射線画像検出装置。

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