JP2022039047A - 放射線撮像パネル、放射線撮像装置、放射線撮像システム、および、シンチレータプレート - Google Patents

Abstract

【課題】放射線撮像パネルにおいてＭＴＦの向上に有利な技術を提供する。
【解決手段】光電変換素子を含む複数の画素が配された基板と、前記基板の上に配された複数の柱状結晶を含むシンチレータと、保護層と、を含み、前記保護層は、前記シンチレータを覆うように配された第１樹脂層と、前記第１樹脂層の上に配された第２樹脂層と、を含み、前記第１樹脂層および前記第２樹脂層は、それぞれ金属化合物の粒子を含み、前記第１樹脂層に含まれる前記粒子の平均の粒子径ｄ_１が、前記シンチレータが発する光のピーク波長の光をレイリー散乱する粒子径であり、前記第２樹脂層に含まれる前記粒子の平均の粒子径ｄ_２が、前記シンチレータが発する光のピーク波長の光をミー散乱する粒子径である。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線撮像パネル、放射線撮像装置、放射線撮像システム、および、シンチレータプレートに関する。

医療画像診断や非破壊検査などで放射線撮影に用いられるフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）として、被写体を通過した放射線をシンチレータで光に変換し、シンチレータが発した光を光電変換素子で検出する間接変換方式のＦＰＤがある。放射線を光に変換するシンチレータには、放射線から変換された光を光電変換素子に効率よく伝達するために、ヨウ化セシウムなどのハロゲン化アルカリ金属化合物の柱状結晶が広く用いられている。ハロゲン化アルカリ金属化合物は、吸湿によって劣化してしまうため、シンチレータの上には防湿機能を有する保護層が配されうる。また、シンチレータで放射線から変換された光が光電変換素子で効率よく検出されるように、シンチレータの光電変換素子とは反対の側に、光反射機能を有する反射層が配されうる。特許文献１には、蛍光体層に対する防湿機能と光反射機能とを備えた光反射性微粒子を含有した樹脂からなる蛍光体保護層を備える放射線検出装置が示されている。

特開２００６－０５２９８０号公報

特許文献１に示される構成において、柱状結晶から蛍光体保護層に入射した光のうち一部が、蛍光体保護層の上面に達し、蛍光体保護層の上面でシンチレータの側に反射することによって拡散してしまう可能性がある。蛍光体保護層内で光が拡散してしまった場合、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が低下してしまう可能性がある。

本発明は、放射線撮像パネルにおいてＭＴＦの向上に有利な技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る放射線撮像パネルは、光電変換素子を含む複数の画素が配された基板と、前記基板の上に配された複数の柱状結晶を含むシンチレータと、保護層と、を含む放射線撮像パネルであって、前記保護層は、前記シンチレータを覆うように配された第１樹脂層と、前記第１樹脂層の上に配された第２樹脂層と、を含み、前記第１樹脂層および前記第２樹脂層は、それぞれ金属化合物の粒子を含み、前記第１樹脂層に含まれる前記粒子の平均の粒子径ｄ_１が、前記シンチレータが発する光のピーク波長の光をレイリー散乱する粒子径であり、前記第２樹脂層に含まれる前記粒子の平均の粒子径ｄ_２が、前記シンチレータが発する光のピーク波長の光をミー散乱する粒子径であることを特徴とする。

上記手段によって、放射線撮像パネルにおいてＭＴＦの向上に有利な技術を提供する。

本実施形態に係る放射線撮像パネルの構成例を示す断面図。 図１の放射線撮像パネルの特性を示す図。 図１の放射線撮像パネルの特性を示す図。 図１の放射線撮像パネルを用いた放射線撮像装置および放射線撮像システムの構成例を示す図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

また、本発明における放射線には、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども含みうる。

図１～４を参照して、本実施形態による放射線撮像パネルの構成および製造方法について説明する。図１は、本実施形態における放射線撮像パネル１００の断面構造を示す図である。放射線撮像パネル１００は、それぞれ光電変換素子を含む複数の画素が配された画素領域１０５を備える基板１０１と、基板１０１の上に配された複数の柱状結晶を含むシンチレータ１０２と、保護層１０８と、を含む。保護層１０８は、シンチレータ１０２を覆うように配された第１樹脂層１０３と、第１樹脂層１０３の上に配された第２樹脂層１０６と、を含む。換言すると、保護層１０８は、第２樹脂層１０６と、第２樹脂層１０６とシンチレータ１０２との間に配された第１樹脂層１０３と、を含む。基板１０１とシンチレータ１０２との間には、図１に示されるように、画素領域１０５に配された画素を保護するための画素保護層１０７が配されていてもよい。

画素領域１０５には、複数の画素が、２次元アレイ状に配されうる。例えば、５５０ｍｍ×４４５ｍｍの基板１０１に対して、３３００×２８００の画素が配される。３３００×２８００の画素のうち外周に配された１０画素は、ダミー画素領域とし、ダミー画素の内側に配される３２８０×２７８０の画素によって画素領域１０５のうち有効画素領域が構成されていてもよい。画素領域１０５に配される画素の数や、画素領域１０５のうち有効画素領域に配される画素の数は、基板１０１の大きさや撮像対象などに応じて適宜設定すればよい。

画素領域１０５には、それぞれの画素で生成される信号を取り出すための列信号線や、画素領域１０５に配される画素を含むそれぞれの素子を駆動するための行信号線などが配されうる。列信号線や行信号線は、それぞれ読出回路基板や駆動回路基板とフレキシブル配線基板などを介して電気的に接続されうる。列信号線および行信号線と、読出回路基板および駆動回路基板と、の接続を行うために、基板１０１には、接続端子部（不図示）が設けられていてもよい。接続端子部を介して、画素領域１０５のそれぞれの画素で生成された信号が、放射線撮像パネル１００から出力されうる。

ここでは、読出回路および駆動回路が、放射線撮像パネル１００の外部に配される例を示すが、読出回路および駆動回路が放射線撮像パネル１００に配されていてもよい。この場合であっても、基板１０１には接続端子部（不図示）が配され、画素領域１０５のそれぞれの画素で生成された信号は、接続端子部（不図示）を介して放射線撮像パネル１００から出力されうる。

本実施形態において、保護層１０８は、第２樹脂層１０６の上に配された基台１１０と、第２樹脂層１０６と基台１１０との間に配された金属層１０９と、をさらに備える。しかしながら、保護層１０８の構成はこれに限られることはない。例えば、保護層１０８は、第１樹脂層１０３と第２樹脂層１０６との２層構造であってもよい。また、例えば、保護層１０８は、第２樹脂層１０６の上に基台１１０が配された３層構造であってもよい。また、例えば、保護層１０８は、第２樹脂層１０６の上に金属層１０９が配された３層構造であってもよい。さらに、例えば、保護層１０８は、５層以上の構成であってもよい。

シンチレータ１０２は、シンチレータ１０２に入射した放射線を、基板１０１の画素領域１０５に設けられた光電変換素子が検出可能な光に変換する。例えば、シンチレータ１０２は、放射線を可視光に変換しうる。シンチレータ１０２には、柱状結晶が成長するヨウ化セシウム（ＣｓＩ）などのハロゲン化アルカリ金属化合物が用いられうる。ＣｓＩをシンチレータ１０２として用いる場合、賦活剤としてヨウ化タリウム（ＴｌＩ）が用いられうる。

ハロゲン化アルカリ金属化合物を用いたシンチレータ１０２は、例えば、蒸着法を用いて形成することができる。基板１０１の画素領域１０５が形成された側の面が蒸着面となるように基板１０１を蒸着装置に載置し、Ｔｌ濃度がＣｓＩに対し１ｍｏｌ％となるようにＣｓＩとＴｌＩをそれぞれセル容器に充填し、加熱することによって共蒸着を行う。これによって、複数の柱状結晶を含むシンチレータ１０２が形成される。賦活剤としてＴｌＩを用いたＣｓＩのシンチレータが発する光のピーク波長λは５５０ｎｍ程度、また、４００ｎｍ程度から７５０ｎｍ程度までの広い発光波長を有しうる。

シンチレータ１０２の上には、保護層１０８が形成される。ハロゲン化アルカリ金属化合物を含む複数の柱状結晶よって構成されるシンチレータ１０２は、吸湿によって劣化してしまう。そこで、保護層１０８は、シンチレータ１０２の防湿層の機能を備える。シンチレータ１０２を被覆する保護層１０８が、防湿層の機能を備えることによって、シンチレータ１０２が吸湿によって劣化してしまうことを抑制することが可能となる。

次に、保護層１０８のうち第１樹脂層１０３について説明する。保護層１０８のうち第１樹脂層１０３は、金属化合物の粒子１０４を含む。第１樹脂層１０３に金属化合物の粒子１０４が添加されることによって、シンチレータ１０２で生じた光のうち第１樹脂層１０３の側に入射した光は、短い光路長で反射し、光を発したシンチレータ１０２の柱状結晶に再入射させることが可能となる。これによって、第１樹脂層１０３の側に入射した光が拡散してしまうことを抑制できるため、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の低下が抑制された放射線撮像パネル１００を実現することが可能となる。

ここで、第１樹脂層１０３に含まれる金属化合物の粒子１０４について、さらに説明を行う。上述のように、粒子１０４は、シンチレータ１０２で生じた光のうち第１樹脂層１０３の側に入射した光を短い光路長で反射し、光を発したシンチレータ１０２の柱状結晶に再入射させる必要がある。そこで、第１樹脂層１０３に含まれる金属化合物の粒子１０４は、平均の粒子径ｄ_１がシンチレータ１０２が発する光のピーク波長λの光をレイリー散乱する粒子径であるように設定されてもよい。つまり、第１樹脂層１０３に含まれる金属化合物の粒子１０４に入射した光が、粒子１０４によって指向性が強いレイリー散乱をすることによって、光を発したシンチレータ１０２の柱状結晶に再入射する確率が高くなる。これによって、ＭＴＦの低下が抑制される。

ハロゲン化アルカリ金属化合物を用いたシンチレータ１０２は、賦活剤によって４００ｎｍ～８００ｎｍ程度に発光波長の発光ピークを有しうる。また、光電変換素子の感度特性は、５００ｎｍ～８００ｎｍ程度である。光の波長に対して、１／２以下程度の大きさの粒子径であれば、上述のレイリー散乱の効果が現れる。このため、第１樹脂層１０３に含まれる金属化合物の粒子１０４の粒子径ｄ_１が、２００ｎｍ以上、かつ、４００ｎｍ以下であれば、粒子１０４に入射した光が、光の入射方向側に反射する確率が高くなりうる。

また、シンチレータ１０２が発する光の範囲を短波長の側から長波長の側にλ_１からλ_２としたとき、第１樹脂層１０３に含まれる金属化合物の粒子１０４の平均の粒子径ｄ_１が、λ_１／２＜ｄ_１＜λ_２／２を満たしていてもよい。上述のように、ＴｌＩを賦活剤として用いたＣｓＩは、４００ｎｍ程度から７５０ｎｍ程度までの広い発光波長を有しうる。したがって、第１樹脂層１０３に含まれる金属化合物の粒子１０４の平均の粒子径ｄ_１が、２００ｎｍ以上、かつ、４００ｎｍ以下であれば、第１樹脂層１０３の金属化合物の粒子１０４に入射した光が、光の入射方向側に反射する確率が高くなりうる。

次に、第１樹脂層１０３の膜厚について考える。金属化合物の粒子１０４を分散させた第１樹脂層１０３が厚すぎる場合、第１樹脂層１０３内で光が拡散してしまい、ＭＴＦの向上効果が不十分となりうる。また、第１樹脂層１０３が薄すぎる場合、第１樹脂層１０３の厚さにムラを生じやすくなる。発明者らが実際に第１樹脂層１０３を作製したところ、第１樹脂層１０３の厚さが１０μｍ未満の場合、第１樹脂層１０３の膜厚の均一性を得ることが困難であった。つまり、第１樹脂層１０３は、１０μｍ以上の厚さが必要となる。また、第１樹脂層１０３の膜厚が４０μｍを超えると、第１樹脂層１０３内で光が拡散してしまい、ＭＴＦの向上効果が不十分となることがわかった。このことから、第１樹脂層１０３の厚さは、４０μｍ未満であってもよい。さらに、第１樹脂層１０３の厚さは、３０μｍ未満であってもよい。つまり、第１樹脂層１０３の厚さが、１０μｍ以上、かつ、３０μｍ未満であってもよい。ここで、第１樹脂層１０３の厚さとは、第１樹脂層１０３のうちシンチレータ１０２の複数の柱状結晶のそれぞれの頂部から第１樹脂層１０３の上面までの厚さとする。シンチレータ１０２の柱状結晶の頂部は、シンチレータ１０２の柱状結晶のそれぞれの基板１０１から最も遠い部分でありうる。

次いで、第１樹脂層１０３の上、換言すると、第１樹脂層１０３のシンチレータ１０２とは反対の側に配される第２樹脂層１０６について説明する。保護層１０８のうち第２樹脂層１０６は、金属化合物の粒子１１１を含む。ここで、第２樹脂層１０６に含まれる粒子１１１の平均の粒子径ｄ_２が、シンチレータ１０２が発する光のピーク波長の光をミー散乱する粒子径であってもよい。シンチレータ１０２から発せられた光のうち第１樹脂層１０３を通過し、第２樹脂層１０６に入射する光が存在しうる。この第２樹脂層１０６に入射した光を、第２樹脂層１０６に含まれる金属化合物の粒子１１１は、入射波長に依存せず全方向に反射するミー散乱で反射する。第２樹脂層１０６に入射した光は、金属化合物の粒子１１１で散乱を繰り返す間に減衰する。つまり、シンチレータ１０２から発せられ第１樹脂層１０３を通過し第２樹脂層１０６に入射した光路長が長い光が、第１樹脂層１０３（さらに、シンチレータ１０２）に再入射することを抑制できる。これによって、ＭＴＦを向上させることが可能になる。

ミー散乱は、入射する光の波長程度以上の粒子径を備える粒子によって起きる現象である。したがって、シンチレータ１０２が発する光のピーク波長を波長λとしたとき、第２樹脂層１０６に含まれる金属化合物の粒子１１１の平均の粒子径ｄ_２が、ｄ_２≧λを満たしていてもよい。

また、上述のように、ハロゲン化アルカリ金属化合物を用いたシンチレータ１０２は、賦活剤によって４００ｎｍ～８００ｎｍ程度に発光波長の発光ピークを有しうる。このため、第２樹脂層１０６に含まれる金属化合物の粒子１１１の平均の粒子径ｄ_２は、４００ｎｍ以上であってもよい。さらに、賦活剤としてＴｌＩを用いたＣｓＩのシンチレータが発する光のピーク波長λは５５０ｎｍ程度であることから、第２樹脂層１０６に含まれる金属化合物の粒子１１１の平均の粒子径ｄ_２は、５５０ｎｍ以上であってもよい。

一方、第２樹脂層１０６に含まれる金属化合物の粒子１１１の粒径ｄ_２が、１０００ｎｍを超えた場合、第２樹脂層１０６を形成する際に、第２樹脂層１０６の厚さにムラを生じやすくなる。そこで、第２樹脂層１０６に含まれる金属化合物の粒子１１１の平均の粒子径ｄ_２が、４００ｎｍ以上、かつ、１０００ｎｍ以下であってもよい。さらに、Ｔｌを含むＣｓＩをシンチレータ１０２として用いることを考慮した場合など、第２樹脂層１０６に含まれる金属化合物の粒子１１１の平均の粒子径ｄ_２が、５５０ｎｍ以上、かつ、１０００ｎｍ以下であってもよい。

実施例
次いで、放射線撮像パネル１００の製造方法およびＭＴＦを向上させる効果について実施例を用いて説明する。まず、基板１０１として、５５０ｍｍ×４４５ｍｍ、厚さ５００μｍの無アルカリガラスを準備した。基板１０１には、ガラスに限られることはなく、例えば、樹脂基板や、シリコンなどの半導体基板が用いられてもよい。次に、ガラスの基板１０１に、シリコン（例えば、アモルファスシリコン。）などの半導体層や配線層を構成する金属（例えば、アルミニウム。）などを成膜する成膜工程、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程などを繰り返し行うことによって、画素領域１０５を形成した。画素領域１０５には、シンチレータ１０２の発光に応じた電荷を生成する光変換素子と、生成された電荷に応じた信号を出力するスイッチング素子と、をそれぞれ含む複数の画素が配される。また、画素領域１０５には、画素を駆動し、得られた信号を外部回路に送り出すための接続端子部（不図示）などが形成される。

画素領域１０５を形成した後、画素領域１０５に形成された画素の動作をチェックするためのアレイ検査を実施した。アレイ検査において、画素領域１０５に形成された光電変換素子やスイッチング素子などの動作が良好であり、欠損した画素が無い、または、僅かなことを確認した。アレイ検査を実施した後、接続端子部（不図示）を保護する目的で基板１０１の周辺部をマスキングフィルムによりマスキングし、画素保護層１０７を形成した。より具体的には、画素保護層１０７は、基板１０１をスプレイスピンコーターに設置し、ポリイミド溶液をスプレーしつつ、約１００ｒｐｍの回転でスピンさせ、その後、２２０℃の温度で乾燥アニーリングさせることによって形成した。本実施例において、約２μｍの厚さの画素保護層１０７が形成された。

画素領域１０５が形成された基板１０１を準備した後、次いで、シンチレータ１０２を形成した。まず、画素保護層１０７が形成された基板１０１のうちシンチレータ１０２を形成しない領域に蒸着マスクをセットした後、基板１０１の画素保護層１０７が配された側が蒸着面となるように基板１０１を蒸着装置に載置した。その後、Ｔｌ濃度がＣｓＩに対し１ｍｏｌ％となるようにＣｓＩとＴｌＩをそれぞれセル容器に充填し、セル容器を加熱することによって共蒸着を行う。シンチレータ１０２の蒸着を行う際に、蒸着装置を１０^－３Ｐａまで排気した後、基板１０１の表面が１７５℃になるようにランプヒーターで加熱を行った。本実施例において、シンチレータ１０２は、３８０μｍの厚さを有し、膜充填率は７５％であった。このとき、シンチレータ１０２の外縁は、画素領域１０５の外縁よりも外側に配されていてもよい。

次いで、保護層１０８のうちシンチレータ１０２を覆うように配される、金属化合物の粒子１０４が添加された第１樹脂層１０３の形成方法について説明する。本実施例において、第１樹脂層１０３を構成する樹脂として、ポリオレフィン樹脂を主成分とするホットメルト樹脂を用いた。ホットメルト樹脂とは、水や溶剤を含まず室温で固体であり、１００％不揮発性の熱可塑性材料からなる接着性樹脂と定義されるものである（Ｔｈｏｍａｓ Ｐ． Ｆｌａｎａｇａｎ，Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ Ａｇｅ，ｖｏｌ．９，Ｎｏ．３，ｐｐ．２８（１９６６））。また、ホットメルト樹脂は、樹脂温度が上昇すると溶融し、樹脂温度が低下すると固化する性質を有しており、加熱溶融状態にて他の有機材料、および、無機材料に対する接着性を示し、反対に常温では固体状態になり接着性を示さない樹脂である。さらに、ホットメルト樹脂は、極性溶媒、溶剤、および、水を含まないため、ハロゲン化アルカリ金属化合物の柱状結晶を備えるシンチレータ１０２に接触した場合であっても、シンチレータ１０２を溶解してしまう可能性が低い。このため、ホットメルト樹脂を用いた第１樹脂層１０３は、シンチレータ１０２に対する防湿層（保護層）の機能を併せもつことも可能となる。

ホットメルト樹脂は、主成分であるベースポリマー（ベース材料）の種類によって分類される。ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリアミド系などを、第１樹脂層１０３を構成するベースポリマーとして用いることができる。シンチレータ１０２の保護層１０８（第１樹脂層１０３）にホットメルト樹脂を用いる場合、防湿性が高く、また、シンチレータ１０２から発生する可視光線を透過する光透過性が高いことが重要である。

第１樹脂層１０３を構成する材料は、ホットメルト樹脂に限られることはない。第１樹脂層１０３を構成する樹脂として、例えば、分子間力による加圧性接着作用を有する樹脂、いわゆる粘着材と呼ばれる樹脂が用いられてもよい。この場合、第１樹脂層１０３を構成する樹脂として、ウレタン樹脂やアクリル樹脂などが用いられてもよい。例えば、第１樹脂層１０３として、アクリル樹脂のうちポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）が用いられてもよい。

本実施例において、第１樹脂層１０３は、ポリオレフィン樹脂をトルエン、キシレンの混合溶媒に溶解させ、さらに粘度を１０ｃｐｓ程度になるよう調整した。また、予めブタノール、プロパノールの混合液中に金属酸化物の粒子１０４を分散剤と共に分散させた。これに、トルエン、キシレンの混合溶液にポリオレフィン樹脂などの樹脂を溶解された材料を加え、ボールミルによって十分解砕させた。この分散液を、混合攪拌し、三本ロールミルを通すことにより凝集の無い金属化合物の粒子１０４が分散した樹脂溶液を得ることができた。

次に、例えば、ロールコーター装置に厚さ３０μｍの離形作用を有するＰＥＴフィルムロールをセットし、このＰＥＴフィルム上に上述のように調製した第１樹脂層１０３となる樹脂溶液を塗工し、乾燥させることによって、第１樹脂層１０３を形成した。このようにして、３０μｍの厚みを有する、金属化合物の粒子１０４が分散された第１樹脂層１０３となる熱可塑性樹脂フィルムを得ることができる。

金属化合物の粒子１０４は、例えば、金属酸化物の粒子であってもよい。金属化合物の粒子１０４には、シンチレータ１０２よりも大きい屈折率の材料が用いられうる。例えば、ハロゲン化アルカリ金属化合物のシンチレータ１０２として、上述のＣｓＩ（屈折率（ｎ）：１．７８～１．８４（賦活剤の種類などによる））が用いられる場合、ＣｓＩよりも屈折率が大きな材料が用いられてもよい。例えば、金属化合物の粒子１０４は、鉛白（２ＰｂＣｏ_３・Ｐｂ（ＯＨ）_２）（ｎ：１．９４～２．０９）、酸化亜鉛（ｎ：２．０）、酸化イットリウム（ｎ：１．９１）、酸化ジルコニウム（ｎ：２．２０）、酸化チタン（ｎ：２．５０～２．７２）などが用いられうる。例えば、金属化合物の粒子１０４の屈折率が、１．９４以上、かつ、２．７２以下であってもよい。本実施例において、金属化合物として、酸化チタンの中でも屈折率が高い、ルチル型二酸化チタン（ｎ：２．７２）の粒子を用いた。しかしながら、これに限られることはなく、金属化合物の粒子１０４として、反射性が高い各種の材料を用いることができる。例えば、硫酸バリウムや酸化マグネシウムなどの材料が、金属化合物の粒子１０４として用いられてもよい。

金属化合物の粒子１０４は、第１樹脂層１０３を構成する樹脂よりも屈折率が高くてもよい。金属化合物の粒子１０４の屈折率と、第１樹脂層１０３の屈折率と、の差が大きくなることによって、第１樹脂層１０３において、金属化合物の粒子１０４の表面で光が反射しやすくなる。上述したホットメルト樹脂の屈折率は１．５２程度、ウレタン樹脂の屈折率は１．４９程度、アクリル樹脂の屈折率は１．４９～１．５３程度である。

本実施例において、第１樹脂層１０３に添加される金属化合物の粒子１０４として、平均の粒子径ｄ_１が１５０ｎｍ、２２５ｎｍのルチル型二酸化チタン粒子を用いた。また、第１樹脂層１０３に分散する金属化合物の粒子１０４の濃度は、粒子径ｄ_１が１５０ｎｍの場合、７．１ｖｏｌ％、粒子径ｄ_１が２２５ｎｍの場合、１．８ｖｏｌ％、４．０ｖｏｌ％、７．１ｖｏｌ％、１１．１ｖｏｌ％、１９．５ｖｏｌ％とした。

次に、第２樹脂層１０６の形成方法について説明する。本実施例において、第２樹脂層１０６は、金属層１０９として１２μｍのアルミニウムが成膜された３０μｍのＰＥＴフィルムの基台１１０の上に、第２樹脂層１０６となる樹脂層を形成することによって形成した。つまり、第２樹脂層１０６と基台１１０との間に、金属層１０９が配されている。第２樹脂層１０６を構成する樹脂として、上述のホットメルト樹脂やウレタン樹脂、アクリル樹脂など、第１樹脂層１０３と同様の材料を用いることができる。

第１樹脂層１０３および第２樹脂層１０６が、同じ化学組成を有する樹脂を含んでいてもよい。換言すると、第１樹脂層１０３と第２樹脂層１０６とが、同じ樹脂によって形成されていてもよい。第１樹脂層１０３と第２樹脂層１０６とが、同じ樹脂によって形成される場合、それぞれの層を形成する際のプロセスが、複数の材料に対応する必要がないため単純化できる。また、第１樹脂層１０３と第２樹脂層１０６との層間での熱的、機械的、科学的安定性を高く保つことが可能となる。本実施例において、第１樹脂層１０３と同様に、第２樹脂層１０６を構成する樹脂として、ポリオレフィン樹脂を主成分とするホットメルト樹脂を用いた。第１樹脂層１０３は、厚さ３０μｍの離形作用を有するＰＥＴフィルム上に形成したが、第２樹脂層１０６は、ＰＥＴフィルムの代わりに金属層１０９が形成されたＰＥＴフィルムの基台１１０を用いた以外、上述の第１樹脂層１０３と同様の方法で形成した。

第２樹脂層１０６に含まれる金属化合物の粒子１１１として、上述のような反射性が高い各種の材料を用いることができる。本実施例において、第２樹脂層１０６に含まれる金属化合物の粒子１１１として、平均の粒子径ｄ_２が２２５ｎｍ、５５０ｎｍ、８００ｎｍのルチル型二酸化チタン粒子を用いた。また、第２樹脂層１０６に分散する金属化合物の粒子１１１の濃度は７ｖｏｌ％、第２樹脂層１０６の膜厚は３０μｍとした。

本実施例では、第１樹脂層１０３に含まれる金属化合物の粒子１０４と第２樹脂層１０６に含まれる金属化合物の粒子１１１とで、平均の粒径が異なる同じ材料の粒子を用いた。しかしながら、これに限られることはなく、第１樹脂層１０３に含まれる金属化合物の粒子１０４と第２樹脂層１０６に含まれる金属化合物の粒子１１１とで、異なる材料の金属化合物が用いられてもよい。例えば、第１樹脂層１０３に含まれる金属化合物の粒子１０４として二酸化チタンが用いられ、第２樹脂層１０６に含まれる金属化合物の粒子１１１として硫酸バリウムが用いられてもよい。

次いで、本実施例において、第１樹脂層１０３と第２樹脂層１０６とは、以下に示す工程によって積層した。ＰＥＴフィルムの基台１１０の上に形成された第２樹脂層１０６の上に、上述した方法で形成された第１樹脂層１０３を重ね、真空熱転写装置にセットした。第２樹脂層１０６は、上述のように、基台１１０の上に成膜されたアルミニウムの金属層１０９の上に形成した。次いで、ポリオレフィン樹脂を主成分とするホットメルト樹脂のガラス転移点付近の温度である約５０℃に加温することによって、第１樹脂層１０３と第２樹脂層１０６とを密着、積層した。このとき、第１樹脂層１０３と第２樹脂層１０６とが、十分な密着状態で積層されていることが確認できた。

第１樹脂層１０３および第２樹脂層１０６が積層された保護層１０８を形成した後、シンチレータ１０２が形成された基板１０１と保護層１０８とを真空熱転写装置などを用いて貼り合わせることによって、図１に示される放射線撮像パネル１００を作製した。シンチレータ１０２が形成された基板１０１に、保護層１０８のうち第１樹脂層１０３がシンチレータ１０２に対向するように、基板１０１および保護層１０８を真空熱転写装置にセットした。このとき、第１樹脂層１０３を形成する際に使用した離形作用を有するＰＥＴフィルムは剥離されている。基板１０１および保護層１０８をアライメントマークによる位置合わせを行った後、まず、３０℃でシンチレータ１０２と第１樹脂層１０３とを接触させ、次いで、１０^－１Ｐａまで真空熱転写装置の装置内を減圧し気泡を取り除いた。さらに、基板１０１と保護層１０８との間に圧力を印加するとともに７０～１００℃に加温し、適当な時間、圧力を印加した状態を保持することによって、シンチレータ１０２が形成された基板１０１と保護層１０８を構成する第１樹脂層１０３とが貼り合わされた。

その後、第１樹脂層１０３および第２樹脂層１０６を含む保護層１０８が貼り合わされた基板１０１に、接続端子部（不図示）に異方性導電フィルムを介して駆動基板類を接続した。さらに、基板１０１のシンチレータ１０２とは反対の側に、放射線撮像パネル１００の強度を補強するためのシートを貼り付けた。以上の工程によって、本実施例の放射線撮像パネル１００が作製された。

次いで、本実施形態におけるＭＴＦの向上の効果について説明する。上述の製造方法を用いて放射線撮像パネル１００を作製した。また、比較例として、保護層１０８に金属化合物の粒子を含まない以外は、上述と同様のプロセスを用いて形成した放射線撮像パネルを作製した。

図２には、第１樹脂層１０３に含まれる金属化合物の粒子１０４の平均の粒子径ｄ_１が２２５ｎｍ、第２樹脂層１０６に含まれる金属化合物の粒子１１１の平均の粒子径ｄ_２が８００ｎｍの場合の、第１樹脂層１０３に含まれる金属化合物の粒子の量を変化させた場合のＭＴＦ値が示されている。また、図３は、上述の金属化合物の粒子の粒子径ｄ_１、ｄ_２および第１樹脂層１０３の金属化合物の粒子の濃度をそれぞれ組み合わせて作製した各実施例の放射線撮像パネル１００と、比較例の放射線撮像パネルと、の感度、ＭＴＦ値をまとめたものである。図２、３に示されるＭＴＦ値は、各実施例の放射線撮像パネル１００および比較例の放射線撮像パネルに、国際規格の線質ＲＱＡ５に準じたＸ線を照射し測定を行った２ｌｐ／ｍｍでのＭＴＦ値である。

図２、３から、第１樹脂層１０３および第２樹脂層１０６に金属化合物の粒子１０４、１１１を添加することによって、ＭＴＦ値が向上していることがわかる。さらに、第１樹脂層１０３における金属化合物の粒子１０４の濃度が７．５ｖｏｌ％未満になると、７．５ｖｏｌ％以上よりも特にＭＴＦ値が向上していることがわかる。また、発明者らが実験したところ、第１樹脂層１０３における金属化合物の粒子１０４の濃度が０．１ｖｏｌ％～０．１５ｖｏｌ％以上で、ＭＴＦ値が向上する効果があることがわかった。したがって、第１樹脂層１０３における金属化合物の粒子１０４の濃度が、０．１５ｖｏｌ％以上、かつ、７．５ｖｏｌ％未満であってもよい。

さらに、第２樹脂層１０６に含まれる金属化合物の粒子１１１の平均の粒子径ｄ_２が、シンチレータ１０２が発する光をミー散乱する可能性が高い５５０ｎｍ、８００ｎｍであると、粒子径ｄ_２が２２５ｎｍの場合よりもＭＴＦ値が向上していることがわかる。また、第２樹脂層１０６に含まれる金属化合物の粒子１１１の平均の粒子径ｄ_２が８００ｎｍの方が、５５０ｎｍよりもさらにＭＴＦ値が向上していることがわかった。また、発明者らが実験したところ、第２樹脂層１０６における金属化合物の粒子１１１の濃度が０．１ｖｏｌ％～０．１５ｖｏｌ％以上で、比較例よりもＭＴＦ値が向上する効果があることがわかった。したがって、第２樹脂層１０６における金属化合物の粒子１１１の濃度が、０．１５ｖｏｌ％以上であってもよい。

また、本実施例において、第２樹脂層１０６の膜厚は３０μｍであったが、例えば、３０μｍ以下であってもよいし、３０μｍ以上であってもよい。しかしながら、第１樹脂層１０３を形成する場合と同様に、第２樹脂層１０６の厚さが１０μｍ未満の場合、膜厚の均一性を得ることが困難でありうる。このため、第２樹脂層１０６の膜厚は、１０μｍ以上であってもよい。また、第２樹脂層１０６の膜厚が薄い場合、第２樹脂層１０６内で金属化合物の粒子１１１によってミー散乱した場合であっても、第２樹脂層１０６に入射した光が減衰しきらずに第１樹脂層１０３に再入射してしまう可能性がある。したがって、第２樹脂層１０６の膜厚は２０μｍ以上であってもよい。また、第２樹脂層１０６の膜厚の上限は、放射線撮像パネル１００のＭＴＦ値を考慮した場合、特に制限されるものではない。しかしながら、第２樹脂層１０６を作製するために掛かる時間やコスト、第２樹脂層１０６の重量などを考慮し、適宜設定されればよい。

また、第１樹脂層１０３の光の屈折率ｎ１と第２樹脂層１０６の屈折率ｎ２とが、ｎ１≧ｎ２を満たしていてもよい。第１樹脂層１０３の光の屈折率ｎ１が第２樹脂層１０６の光の屈折率ｎ２よりも大きい場合、第１樹脂層１０３を通過し第２樹脂層１０６に入射した光が、第１樹脂層１０３に再入射することが抑制される。これによって、ＭＴＦが向上しうる。上述の実施例において、第１樹脂層１０３および第２樹脂層１０６に同じホットメルト樹脂を用いたため、第１樹脂層１０３の光の屈折率ｎ１と第２樹脂層１０６の光の屈折率ｎ２とは、ｎ１＝ｎ２の関係であった。

また、本実施形態、および、本実施例において、基板１０１が複数の画素が配された画素領域１０５を備えている場合について説明した。しかしながら、これに限られることはない。例えば、基板１０１が、画素領域１０５を備えていなくてもよい。この場合、符号『１００』は、シンチレータプレートと呼ばれうる。例えば、複数の画素が配された画素領域を備えるセンサ基板の上に、このシンチレータプレートを搭載することによって、放射線撮像パネルとして機能しうる。このため、基板１０１が画素領域１０５を備えていない場合、基板１０１は、シンチレータ１０２が発する光を透過する透明基板であってもよい。この場合、基板１０１には、ガラスや樹脂など、シンチレータ１０２で入射した放射線から変換された光を透過する材料が用いられうる。

以下、上述の放射線撮像パネル１００が組み込まれた放射線撮像装置、および、放射線撮像パネル１００が組み込まれた放射線撮像装置を用いた放射線撮像システム８００について図４を用いて説明する。

放射線撮像システム８００は、放射線で形成される光学像を電気的に撮像し、電気的な放射線画像（すなわち、放射線画像データ）を得るように構成される。放射線撮像システム８００は、例えば、放射線撮像装置８０１、曝射制御部８０２、放射線源８０３、コンピュータ８０４を含む。

放射線撮像装置８０１に放射線を照射するための放射線源８０３は、曝射制御部８０２からの曝射指令に従って放射線の照射を開始する。放射線源８０３から放射された放射線は、不図示の被険体を通って放射線撮像装置８０１に照射される。放射線源８０３は、曝射制御部８０２からの停止指令に従って放射線の放射を停止する。

放射線撮像装置８０１は、上述の放射線撮像パネル１００と、放射線撮像パネル１００を制御するための制御部８０５と、放射線撮像パネル１００から出力される信号を処理するための信号処理部８０６と、を含む。信号処理部８０６は、例えば、放射線撮像パネル１００から出力される信号のＡ／Ｄ変換し、コンピュータ８０４に放射線画像データとして出力してもよい。また、信号処理部８０６は、例えば、放射線撮像パネル１００から出力される信号に基づいて、放射線源８０３からの放射線の照射を停止させるための停止信号を生成してもよい。停止信号は、コンピュータ８０４を介して曝射制御部８０２に供給され、曝射制御部８０２は、停止信号に応答して放射線源８０３に対して停止指令を送る。

制御部８０５は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅの略。）、または、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、または、プログラムが組み込まれた汎用コンピュータ、または、これらの全部または１部の組み合わせによって構成されうる。

また、本実施形態において、信号処理部８０６は、制御部８０５の中に配される、または制御部８０５の一部の機能であるように示されているが、これに限られるものではない。制御部８０５と信号処理部８０６とは、それぞれ別の構成であってもよい。さらに、信号処理部８０６は、放射線撮像装置８０１とは別に配されていてもよい。例えば、コンピュータ８０４が、信号処理部８０６の機能を有していてもよい。このため、信号処理部８０６は、放射線撮像装置８０１から出力される信号を処理する信号処理装置として、放射線撮像システム８００に含まれうる。

コンピュータ８０４は、放射線撮像装置８０１および曝射制御部８０２の制御や、放射線撮像装置８０１から放射線画像データを受信し、放射線画像として表示するための処理を行いうる。また、コンピュータ８０４は、ユーザが放射線画像の撮像を行う条件を入力するための入力部として機能しうる。

一例として、曝射制御部８０２は、曝射スイッチを有し、ユーザによって曝射スイッチがオンされると、曝射指令を放射線源８０３に送るほか、放射線の放射の開始を示す開始通知をコンピュータ８０４に送る。開始通知を受けたコンピュータ８０４は、開始通知に応答して、放射線の照射の開始を放射線撮像装置８０１の制御部８０５に通知する。これに応じて、制御部８０５は、放射線撮像パネル１００において、入射する放射線に応じた信号を生成させる。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１００：放射線撮像パネル、１０１：基板、１０２：シンチレータ、１０３：第１樹脂層、１０４，１１１：粒子、１０６：第２樹脂層、１０８：保護層

Claims (23)

1. 光電変換素子を含む複数の画素が配された基板と、前記基板の上に配された複数の柱状結晶を含むシンチレータと、保護層と、を含む放射線撮像パネルであって、
   前記保護層は、前記シンチレータを覆うように配された第１樹脂層と、前記第１樹脂層の上に配された第２樹脂層と、を含み、
   前記第１樹脂層および前記第２樹脂層は、それぞれ金属化合物の粒子を含み、
   前記第１樹脂層に含まれる前記粒子の平均の粒子径ｄ_１が、前記シンチレータが発する光のピーク波長の光をレイリー散乱する粒子径であり、
   前記第２樹脂層に含まれる前記粒子の平均の粒子径ｄ_２が、前記シンチレータが発する光のピーク波長の光をミー散乱する粒子径であることを特徴とする放射線撮像パネル。
2. 前記シンチレータが発する光の範囲を短波長の側から長波長の側にλ_１からλ_２としたとき、
   前記粒子径ｄ_１が、λ_１／２＜ｄ_１＜λ_２／２を満たすことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像パネル。
3. 前記粒子径ｄ_１が、２００ｎｍ以上、かつ、４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮像パネル。
4. 前記シンチレータが発する光のピーク波長をλとしたとき、
   前記粒子径ｄ_２が、ｄ_２≧λを満たすことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
5. 前記粒子径ｄ_２が、５５０ｎｍ以上、かつ、１０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
6. 前記第１樹脂層における前記金属化合物の粒子の濃度が、０．１５ｖｏｌ％以上、かつ、７．５ｖｏｌ％未満であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
7. 前記第２樹脂層における前記金属化合物の粒子の濃度が、０．１５ｖｏｌ％以上であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
8. 前記第１樹脂層のうち前記複数の柱状結晶のそれぞれの頂部から前記第１樹脂層の上面までの厚さが、１０μｍ以上、かつ、３０μｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
9. 前記第１樹脂層の屈折率をｎ１、前記第２樹脂層の屈折率をｎ２としたとき、ｎ１≧ｎ２を満たすことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
10. 前記金属化合物が、金属酸化物を含むことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
11. 前記金属化合物が、ルチル型二酸化チタンを含むことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
12. 前記第１樹脂層および前記第２樹脂層のうち少なくとも一方が、不揮発性の熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
13. 前記不揮発性の熱可塑性樹脂が、ホットメルト樹脂を含むことを特徴とする請求項１２に記載の放射線撮像パネル。
14. 前記第１樹脂層および前記第２樹脂層のうち少なくとも一方が、分子間力による加圧性接着作用を有する樹脂を含むことを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
15. 前記分子間力による加圧性接着作用を有する樹脂が、ウレタン樹脂、および、アクリル樹脂のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１４に記載の放射線撮像パネル。
16. 前記第１樹脂層および前記第２樹脂層が、同じ化学組成を有する樹脂を含むことを特徴とする請求項１乃至１５の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
17. 前記第１樹脂層に添加された前記金属化合物の前記粒子、および、前記第２樹脂層に添加された前記金属化合物の前記粒子が、同じ化学組成を有する化合物を含むことを特徴とする請求項１乃至１６の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
18. 前記シンチレータが、ヨウ化セシウムを含むことを特徴とする請求項１乃至１７の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
19. 前記保護層が、前記第２樹脂層の上に配された基台と、前記第２樹脂層と前記基台との間に配された金属層と、をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１８の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
20. 請求項１乃至１９の何れか１項に記載の放射線撮像パネルと、
    前記放射線撮像パネルを制御するための制御部と、
    を含むことを特徴とする放射線撮像装置。
21. 請求項２０に記載の放射線撮像装置と、
    前記放射線撮像装置から出力される信号を処理する信号処理装置と、
    を含むことを特徴とする放射線撮像システム。
22. 基板と、前記基板の上に配された複数の柱状結晶を含むシンチレータと、保護層と、を含むシンチレータプレートであって、
    前記保護層は、前記シンチレータを覆うように配された第１樹脂層と、前記第１樹脂層の上に配された第２樹脂層と、を含み、
    前記第１樹脂層および前記第２樹脂層には、それぞれ金属化合物の粒子が添加され、
    前記第１樹脂層に添加された前記粒子の平均の粒子径ｄ_１が、前記シンチレータが発する光をレイリー散乱する粒子径であり、
    前記第２樹脂層に添加された前記粒子の平均の粒子径ｄ_２が、前記シンチレータが発する光をミー散乱する粒子径であることを特徴とするシンチレータプレート。
23. 前記基板が、前記シンチレータが発する光を透過する透明基板であることを特徴とする請求項２２に記載のシンチレータプレート。

Images