JP5557769B2 - 放射線画像検出装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2では、蛍光物質の母体に付活剤を添加することで発光量を高めている。特許文献2には、光検出器とシンチレータとを有し、シンチレータに光検出器とは反対側からX線が入射するX線画像検出装置において、シンチレータのX線入射側の領域における付活剤濃度を高くすることが記載されている。
付活剤濃度増大により、主発光領域でかつ光検出器に近い部分の結晶性が乱れ、これによってMTFが悪化してしまう。特に、シンチレータの蒸着初期の領域で付活剤濃度を高くすると、シンチレータの結晶成長への悪影響が大きく、結晶性が乱れて柱状結晶間で光が拡散するため、MTFが悪化してしまう。
放射線の照射によって蛍光を発する第1シンチレータ及び第2シンチレータと、
前記蛍光を検出する第1光検出器及び第2光検出器と、を備え、
放射線入射側から、前記第1光検出器、前記第1シンチレータ、前記第2光検出器、及び前記第2シンチレータの順に配置され、
前記第1シンチレータにおける前記第1光検出器近傍、及び前記第2シンチレータにおける前記第2光検出器近傍の少なくとも一方には、当該シンチレータにおける平均の付活剤濃度よりも付活剤濃度が相対的に高い高付活剤濃度領域が設けられる。
また、上述の放射線画像検出装置を製造する方法は、基板上に、前記第2光検出器を形成する第2光検出器形成工程と、前記第2光検出器から前記基板を剥離する基板剥離工程と、支持部材上に、前記第1シンチレータを形成し、当該第1シンチレータと前記第1光検出器とを貼り合わせた後に、前記第1シンチレータから前記支持部材を除去する支持部材除去工程とを備え、前記基板剥離工程では、支持体上に形成した前記第2シンチレータと、前記第2光検出器とを貼り合わせた後に、前記第2光検出器から前記基板を剥離し、前記支持部材除去工程及び前記基板剥離工程の後、前記第1シンチレータと前記第2光検出器とを貼り合わせる。
また、上述の放射線画像検出装置を製造する方法は、基板上に、前記第2光検出器を形成する第2光検出器形成工程と、前記第2光検出器から前記基板を剥離する基板剥離工程と、基板上に、前記第1光検出器、及び前記第1シンチレータをこの順に形成する第1光検出器形成工程とを備え、前記第2光検出器形成工程では、前記基板上に、前記第2光検出器、及び前記第2シンチレータをこの順に形成し、前記基板剥離工程では、前記第2シンチレータの前記第2光検出器側とは反対側に、支持部材を貼り合わせた後、前記第2光検出器から前記基板を剥離し、前記第1光検出器形成工程及び前記基板剥離工程の後、前記第1シンチレータと前記第2光検出器とを貼り合わせる。
また、上述の放射線画像検出装置を製造する方法は、基板上に、前記第2光検出器を形成する第2光検出器形成工程と、前記第2光検出器から前記基板を剥離する基板剥離工程と、支持部材上に、前記第1シンチレータを形成し、当該第1シンチレータと前記第1光検出器とを貼り合わせた後に、前記第1シンチレータから前記支持部材を除去する支持部材除去工程とを備え、前記第2光検出器形成工程では、前記基板上に、前記第2光検出器、及び前記第2シンチレータをこの順に形成し、前記基板剥離工程では、前記第2シンチレータの前記第2光検出器側とは反対側に、支持部材を貼り合わせた後、前記第2光検出器から前記基板を剥離し、前記支持部材除去工程及び前記基板剥離工程の後、前記第1シンチレータと前記第2検出器とを貼り合わせる。
なお、既に述べた構成と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。
図1は、間接変換方式のX線画像検出装置1の概略構成を模式的に示す側断面図である。X線画像検出装置1は、X線(図1の白抜き矢印)の照射により蛍光を発する蛍光物質を含有する第1シンチレータ10及び第2シンチレータ20と、これらの第1、第2シンチレータ10,20から発せられた蛍光を電気信号として検出する第1、第2光検出器40,50と、第1、第2シンチレータ10,20を被覆する保護膜30と、第2シンチレータ20のX線入射側とは反対側に設けられる図示しない制御モジュールとを備えている。
すなわち、X線画像検出装置1においては、X線入射側から第1光検出器40、第1シンチレータ10、第2光検出器50、第2シンチレータ20、及び制御モジュールがこの順に配置されている。
(第1光検出器)
図2は、第1、第2光検出器40、50を模式的に示す側断面図である。図3は、二次元配列された素子を示す平面図である。
第1光検出器40は、a−Si等で形成されたPD(Photodiode)41と、a−Si等で形成された薄膜スイッチング素子であるTFT(Thin Film Transistor)42と、これらPD41及びTFT42が形成される絶縁性基板40Aとを備えている。第1光検出器40上に、第1シンチレータ10が蒸着されている。
PD41は、主として第1シンチレータ10から入射した光(図2の実線矢印)を電荷に変換する光導電層を有する。各PD41は、第1光検出器40によって検出される画像の画素に対応している。
TFT42のPD41側の端部には、TFT42のスイッチングノイズの発生を抑制するための光反射層42Aが設けられている。
第2光検出器50は、a−Si等で形成されたPD(Photodiode)51と、a−Si等で形成された薄膜スイッチング素子であるTFT(Thin Film Transistor)52とを備えている。これらPD51及びTFT52も、図3に示したPD41及びTFT42と同様に二次元配列されている。
TFT52は、PD51と平面的に隣接する位置に、PD51と同一面上あるいは略同一面上に配置されている。TFT52の厚み方向両側には、TFT52のスイッチングノイズの発生を抑制するための光反射層52A,52Aが設けられている。
PD51及びTFT52を基板から剥離する方法については、特開2000-133809号公報、特開2003-66858号公報、特開2003-45890号公報などの記載が参考となる。
ここで、基板を剥離する以外に、化学的溶解法又は研磨法によって基板を薄くする、あるいは除去することによっても、基板剥離と同様の効果が得られる。
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10,20から発せられるシンチレーション光に対して光学的に透明なものが好ましく、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、第2光検出器50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、平坦化層、接着層等の樹脂層の厚みは、感度、画質の観点からは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。
〔3−1.支持体〕
第2シンチレータ20が蒸着されている支持体21は、光を反射するAl等の材料で板状に形成されている。支持体21としては、Al製の板に限らず、カーボン板、CFRP(carbon fiber reinforced plastic)、ガラス板、石英基板、サファイア基板などから適宜選ぶことができ、支持体表面にシンチレータ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。ただし、支持体21が光の反射部材を兼ねる場合には、Alなどの軽金属を支持体の材料として用いるとよい。支持体21は、X線入射面11Aとは反対側に配置されるため、X線透過率が低い材料で形成してもよい。
第1、第2シンチレータ10,20は、CsIを母体に付活剤としてTlを添加することによって形成されている。Tl付活により、発光量を高めることができる。
本例の第1、第2シンチレータ10,20は、蛍光物質を柱状に成長させた柱状結晶の群で形成されており、CsI:Tl(タリウム付活ヨウ化セシウム)を材料に用いて形成されている。その他、第1、第2シンチレータ10,20の材料にNaI:Tl(タリウム付活ヨウ化ナトリウム)、CsI:Na(ナトリウム付活ヨウ化セシウム)等を用いることも可能である。発光スペクトルがa−Siフォトダイオードの分光感度の極大値(550nm付近)と適合する点で、CsI:Tlを材料に用いることが好ましい。
なお、第1、第2シンチレータ10,20が柱状結晶を含んでいなくてもよく、例えばGOS(Gd2O2S:Tb(テルビウム付活酸硫化ガドリニウム))を支持体に塗布することなどによって第1、第2シンチレータが形成されていてもよい。
上述のように、第2光検出器50が基板から剥離されたものであることと、PD51及びTFT52が平面的に隣接するように配置されていることにより、第1、第2シンチレータ10,20間は極めて近接している。第1、第2シンチレータ10,20の互いに対向する表面間の距離は、40μm以下であることが好ましく、より好ましくは30μm以下である。このように第1、第2シンチレータ10,20間の距離を短くすることで、MTFを良化させることができる。
なお、第2光検出器のPD及びTFTを形成する基板として、X線、蛍光の吸収量が低い有機材料により形成された基板を用いることにより、基板の剥離をしないことも検討できる。但し、基板を剥離することによって第1、第2シンチレータ間の距離を小さくできるので、基板を剥離することが好ましい。
図4は、第1シンチレータ10の結晶構造を模式的に示す側断面図である。第1シンチレータ10は、柱状結晶12Aの群で形成された柱状部12と、柱状結晶12Aの基端に形成された非柱状結晶13Aを含む非柱状部13とを有する。第1シンチレータ10の非柱状部13は、第1光検出器40と第1シンチレータ10との密着性を向上させる役目を果たす。
第2シンチレータ20も、第1シンチレータ10とほぼ同様に、柱状部12と、非柱状部13とほぼ同様に形成された非柱状部14(図1)と、を有する。第2シンチレータ20の非柱状部14は、支持体21と第2シンチレータ20との密着性向上の機能に加え、光反射特性を有する。
柱状部12は、多数の柱状結晶12Aの集合体であり、図4に示した例では、各柱状結晶12Aは第1光検出器40上にほぼ垂直に起立する。柱状結晶12Aは、先端側がすぼまった形状とされている。柱状結晶12Aの先端部は研磨されていてもよい。第1、第2光検出器40,50の1つの画素(PD41,51)に対して、複数の柱状結晶12Aの先端部、基端部がそれぞれ対向する。
まず、第2シンチレータ20の非柱状部14(図1)について説明する。
非柱状部14は、図4に示した非柱状部13の結晶構造とほぼ同様に、略球形あるいは不定形の非柱状結晶13Aを含んで構成されている。なお、非柱状部14及び非柱状部13は、アモルファス(非晶質)の部分を含むことがある。
非柱状結晶13Aの形状は、結晶間に空隙が維持され易く、反射効率を高くできる観点から、略球状であることが好ましい。すなわち、非柱状部14は、球状に近い結晶(略球状結晶である非柱状結晶13A)の集合体で構成されることが好ましい。
また、非柱状部14の厚みは、支持体21との密着性と光の反射機能とが得られる最小の厚みで足りる。
ここで、非柱状結晶13Aの径が小さい方が略球形の結晶形状が維持され易いので好ましいが、非柱状結晶13Aの径が小さすぎると空隙率が0に近づき、非柱状部14が光の反射層としての役目を有しなくなるので、非柱状結晶13Aの径は0.5μm以上であることが好ましい。また、径が大きすぎると、非柱状部14の平坦性及び表面積が低下し、支持体21との密着性が低下するとともに、結晶同士が結合して空隙率が低下し反射効果が減少するので、非柱状部14の結晶径は7.0μm以下であることが好ましい。
また、結晶性が良い第2シンチレータ20の柱状部12で発光し、第2光検出器50側とは反対側に進行した光を非柱状部14によって反射し、第2光検出器50に入射させることが可能となるので、第2光検出器50への入射光量が増加し、利用可能な発光量を高めることが可能となる。非柱状結晶13Aの径、厚み、空隙率などは、光の反射特性、支持体21との密着性などを考慮して決められる。
第2シンチレータ20において非柱状部14を設けることにより、支持体21と第2シンチレータ20との密着性が向上するので、制御モジュールからの熱の伝搬に際しても第2シンチレータ20が支持体21から剥離しにくくできる。
上述の第1、第2シンチレータ10,20は、気相堆積法により形成されることが好ましい。ここでは、CsI:Tlを用いた態様を例に挙げて説明する。
気相堆積法の概要としては、真空度0.01〜10Paの環境下、母体であるCsIと付活剤であるTlとをそれぞれ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(あるいは光検出器の基板)の温度を室温(20℃)〜300℃としてCsI:Tlを支持体上に堆積させる。
そして、真空度や支持体温度、蒸着レート等を変更することによって、シンチレータ20の結晶の形状や結晶径、空隙率などを制御することができる。
このとき、第1、第2シンチレータ10,20の一方を第2光検出器50に接着層48を介して貼り合わせた後、第2光検出器50から基板(不図示)を剥離する(基板剥離工程)。そして、第1、第2シンチレータ10,20の他方と、第2光検出器50とを接着層48を介して貼り合わせ、保護膜30を形成することにより、X線画像検出装置1が製造される。
また、第1、第2シンチレータ10,20のそれぞれと第2光検出器50との貼り合わせ方法には特に制限はなく、両者が光学的に結合されればよい。両者を貼り合わせる方法としては、両者を直接対向させて密着させる方法と、樹脂層を介して密着させる方法とのいずれをとってもよい。
図7(B)は、第1、第2シンチレータ10,20の付活剤濃度の分布を示す。図7(B)には、第1、第2光検出器40,50が設けられている位置を破線で模式的に示した。
第1シンチレータ10における第1光検出器40近傍には、第1シンチレータ10における付活剤濃度の平均よりも付活濃度が相対的に高い高付活剤濃度領域R1が設けられている。
また、第2シンチレータ20における第2光検出器50近傍には、第2シンチレータ20における付活剤濃度の平均よりも付活濃度が相対的に高い高付活剤濃度領域R2が設けられている。
高付活剤濃度領域R1,R2における付活剤濃度は、図7(B)の例では同じ高濃度DHであるが、違っていても良い。低濃度DLは、0であってもよい。すなわち、低濃度の部分は、Tlが添加されていないCsIから形成されていてもよい。
一方、図7(A)に一点鎖線で示した発光量は、第2シンチレータ20から発せられ、主として第2光検出器50に入射する発光量である。この発光量は、図7(B)に示した第2シンチレータ20の部分P2における発光量を含む。
図7(A)に実線及び一点鎖線でそれぞれ示した発光量を示す2つの山形形状は、各部分P1、P11、及びP12の幅相応に対する発光量の急峻さを示す。これらP1、P11、及びP12の付活剤濃度は、図7(B)の横軸に関係しておらず、部分P1、P11、及びP12のそれぞれにおける付活剤濃度はいずれも高濃度DHである。
図17に示したX線画像検出装置のシンチレータ91では、図18(B)に示すようにシンチレータの厚み全体の付活剤濃度が高いのに対して、図7(B)の構成では第1シンチレータ10における第1光検出器40近傍の付活剤濃度のみが高く、第1シンチレータ10における第1光検出器40から離れた部分の付活剤濃度が低いため、この点で図7(A)に実線で示した発光量は図17(A)に実線で示した発光量よりも低い。
すなわち、1つのシンチレータのみを用いる場合(図17)のシンチレータ厚みt1よりも、図7に示したシンチレータ全体の厚みt2(第1、第2シンチレータの厚みの合計)を小さくできるので、薄型化を促進できるとともに、高価な蛍光体材料の使用量を減らしてコストダウンできる。
例えば、第1シンチレータ10に高付活剤濃度領域R1が設けられ、第2シンチレータ20には高付活剤濃度領域R2が設けられておらず、第2シンチレータ20の部分P2における付活剤濃度が低い、又は0の場合には、図7(A)に一点鎖線で示した発光量よりも発光量が小さくなるが、その場合でも、第1シンチレータ10における第1光検出器40近傍の付活剤濃度が高いことと、第1、第2シンチレータ10,20間に第2光検出器50が設けられていることによって、第1、第2シンチレータ10,20のそれぞれの発光量を足したトータルの発光量の一層の増大及び、トータルMTFのさらなる良化を実現できる。
以上説明したX線画像検出装置1によれば、次のような作用及び効果が得られる。X線入射側から、第1光検出器40、第1シンチレータ10、基板から剥離された第2光検出器50、及び第2シンチレータ20を備える構成において、第1シンチレータ10における第1光検出器40近傍に高付活剤濃度領域R1が設けられていることにより、第1光検出器40に近い部分P11で発光量増大の効果を最大限に得つつ、第1光検出器40から離れた部分P12においても発光量を増大させることが可能となる。
以上により、X線入射側でかつ光検出器92側からシンチレータ91にX線が照射される構成においてシンチレータのX線入射側の主発光領域Sにおける付活剤濃度を高くすること(図16)に対して、発光量の一層の増大及びMTFのさらなる良化を図ることができる。これにより、検出感度及び検出画像の鮮鋭度を向上させることができる。
図8は、第1、第2シンチレータ10,20に適用し得る他の付活剤濃度分布を示す。図7に示した第1シンチレータ10では、第1光検出器40近傍にのみ高付活剤濃度領域R1が設けられていたが、図8の第1シンチレータ10では、第2光検出器50近傍にも、第1シンチレータ10の付活剤濃度の平均よりも付活剤濃度が高い高付活剤濃度領域R3が設けられている。このように第2光検出器50近傍の付活濃度が高いことにより、第1シンチレータ10において第1光検出器40には遠いが第2光検出器50には近い部分P12の発光量を増大させることができる。部分P12から発せられた蛍光が第1光検出器40よりも光路長の短い第2光検出器50に入射することにより、部分P12の発光量が増大し、かつMTFも良化する。
また、第1シンチレータ10における第2光検出器50近傍にも、第1シンチレータ10における付活剤濃度の平均よりも付活剤濃度が高い高付活剤濃度領域R3が設けられている。
なお、第1シンチレータ10の付活剤濃度の平均が高濃度DHと低濃度DLとの中間の中濃度DMであるため、図8のように第1シンチレータ10の少なくとも一部において、付活剤濃度の平均よりも高い付活剤濃度でほぼ一定に保持される場合との比較においては、発光量が低い。但し、図18との比較において、実線で示した発光量と一点鎖線で示した発光量とを足したトータルの発光量としては、図9(A)の発光量は図18(A)の発光量に対して十分に大きい。
なお、シンチレータの結晶性などを考慮して、パルスの幅、パルス間隔等を適宜決めることができる。また、パルスにおける高濃度及び低濃度はそれぞれ、一定であってもよいし、連続的にあるいは不連続に増加又は減少するものであってもよい。
第1シンチレータ10における高付活剤濃度領域R1と高付活剤濃度領域R3との間には、第1シンチレータ10における付活剤濃度の平均よりも付活剤濃度が低い低付活剤濃度領域R4が設けられている。
図10の付活剤濃度分布によれば、高付活剤濃度領域R1〜R3、低付活剤濃度領域R4、及び付活剤濃度の繰り返し変化のそれぞれについて、前述した作用効果を享受できる。
以下、図1に示したX線画像検出装置1とは異なる構成のX線画像検出装置2〜4(図12〜図14)について説明する。これらX線画像検出装置2〜4は、前述したX線画像検出装置1の詳細構成と同様の構成を具備することが可能であって、これにより、X線画像検出装置1について述べた作用効果と同様の作用効果を奏する。また、X線画像検出装置2〜4には、後述する各種の光検出器や各種デバイス材料を採用することが可能である。
図1のX線画像検出装置1では、第1シンチレータ10が第1光検出器40上に蒸着されていたが、図12のX線画像検出装置2では、第1シンチレータ10が図示しない支持部材に蒸着された後、第1光検出器40に貼り合わせられている。
一方、第2光検出器50と第2シンチレータ20とを貼り合わせた後で、第2光検出器50から図示しない基板を剥離する(基板剥離工程)。そして、第2光検出器50と第1シンチレータ10とを貼り合わせることにより、X線画像検出装置2が製造される。
また、次のようにしてもよい。まず、第1光検出器40と第1シンチレータ10とを貼り合わせた後で、第1シンチレータ10から図示しない支持部材を剥離して除去する(支持部材除去工程)。この後、第1シンチレータ10と第2光検出器50とを貼り合わせる。次に、第2光検出器50から図示しない基板を剥離する(基板剥離工程)。そして、第2光検出器50と第1シンチレータ10とを貼り合わせ、保護膜30を形成することにより、X線画像検出装置2が製造される。
また、図1、図12のそれぞれのX線画像検出装置1,2を比べると、第1光検出器40に近い主発光領域での発光量を如何に大きくするという観点からは、図12のように結晶性の良い柱状結晶12A先端部が第2光検出器50に対向する構成が有利である。
図1のX線画像検出装置1では、第2シンチレータ20が第2光検出器50に貼り合わせられていたが、図13のX線画像検出装置3では、第2シンチレータ20が第2光検出器50に蒸着されている。すなわち、図13の構成では、第1、第2シンチレータ10,20のいずれも光検出器上に蒸着されている。
次に、一体の第1光検出器40及び第1シンチレータ10と、一体の第2光検出器50及び第2シンチレータ20とを接着層48を介して貼り合わせ、保護膜30を形成することにより、X線画像検出装置3が製造される。なお、第1シンチレータ10と第2シンチレータ20とを貼り合わせた後、支持部材23を除去してもよいが、支持部材23がAl製等であれば、第2シンチレータ20で発生した光の反射部材として機能する。支持部材23による光の反射により、第2光検出器50に入射する発光量を増大できる。
そして、第2シンチレータ20の第2光検出器50側とは反対側に、支持部材23を貼り合わせて第2シンチレータ20を支持した後、第2光検出器50から基板(不図示)を剥離する(基板剥離工程)。次に、貼り合わせて一体化した第1光検出器40及び第1シンチレータ10と、一体の第2光検出器50及び第2シンチレータ20とを接着層48を介して貼り合わせ、保護膜30を形成することにより、X線画像検出装置4が製造される。なお、第1シンチレータ10と第2シンチレータ20とを貼り合わせた後、支持部材23を除去してもよいが、支持部材23がAl製等であれば、第2シンチレータ20で発生した光の反射部材として機能する。支持部材23による光の反射により、第2光検出器50に入射する発光量を増大できる。
第1、第2シンチレータのそれぞれの結晶成長方向における基端部又は先端部に非柱状部を形成する場合には、第1、第2シンチレータのそれぞれと貼り合わせられる支持体や光検出器、あるいは、第1、第2シンチレータがそれぞれ蒸着される基板との密着性を確保することができる。密着性の確保により、支持体や光検出器からの剥離を防止でき、シンチレータの吸湿による性能劣化を防止できる。また、柱状結晶12Aの先端側に非柱状部が形成される場合には、非柱状部によってシンチレータ表面が平坦化されるので、シンチレータと光検出器とを均一に密着させることができる。これにより、検出画像の画質を均一化できる。
図15は、図2に示した第2光検出器50に置換可能な他の第2光検出器55を示す。第2光検出器55は、1つの画素について1つのTFT552と、TFT552を挟んで厚み方向両側に配置された2つのPD551,551とを備え、これらPD551とTFT552とが積層されて構成されている。このようにPD551とTFT552とが積層されているため、第2光検出器45を挟んで両側に配置される第1、第2シンチレータ間の距離を短くできる。これら第1、第2シンチレータ10,20間の距離は、前述したように40μm以下である。
また、PD551,551はそれぞれ、TFT551側に光反射層551Aを有しており、これによってTFT551のスイッチングノイズを低減できる。
光電変換素子561及びTFT562に用いられる有機材料によるX線吸収が殆どないため、光電変換素子561及びTFT562を透過して第2シンチレータに到達するX線量を多くできる。ここで、シンチレータに緑光を発光するCsI:Tlが用いられかつ、光電変換素子561のOPCがキナクリドンであって、TFTの透明有機材料が例えば特開2009−212389号公報に記載されている化学式1のフタロシアニン化合物や化学式2のナフタロシアニン化合物などである場合には、図16のように光反射層を設けなくてもTFTのスイッチングノイズが生じ難い。光反射層を設けない場合には、第1シンチレータ側に配置された光電変換素子561から第2シンチレータ側へ光が漏れる場合があるが、漏れた光の殆どは、同一画素に対応する第2シンチレータ側の光電変換素子561に入射するので問題ない。
ところで、2つのシンチレータを用いてエネルギーサブトラクション撮影用パネルを構成することも可能である。この場合には、第1、第2のシンチレータは、放射線Xに対する感度(K吸収端及び発光波長)が互いに異なる蛍光材料で構成されている。具体的には、第1シンチレータは、被写体を透過した放射線のうち低エネルギーの放射線が現す軟部組織の低圧画像を撮影するため、放射線吸収率μが高エネルギー部分にK吸収端を持たない、すなわち高エネルギー部分で吸収率μが不連続的に増加することのない蛍光材料で構成されている。また、第2シンチレータは、被写体を透過した放射線のうち高エネルギーの放射線が現す硬部組織の高圧画像を撮影するため、高エネルギー部分の放射線吸収率μが第1シンチレータに用いる蛍光材料よりも高くなっている蛍光材料で構成されている。
なお、「軟部組織」とは、筋肉、内臓等を含み、皮質骨及び/又は海綿骨等の骨組織以外の組織を意味する。また、「硬部組織」とは、硬組織とも呼ばれ、皮質骨及び/又は海綿骨等の骨組織を意味する。
ただし、高画質が得られるという観点から、上述の中でも柱状構造となる母体材料がCsIやCsBrを選択することが好ましい。特に、低圧画像は軟部組織の微細な部分を十分に表現できるような高画質が求められるため、第1シンチレータが柱状構造となる蛍光材料で構成することがより好ましい。具体的に、第1シンチレータを柱状構造とすると、第1シンチレータで変換された光は柱状構造の中を当該柱状構造の境界で反射しつつ進むことができ、光散乱が少なくなる。したがって、PD51の光の受光量が多くなり、もって高画質の低圧画像を得ることができるようになる。
d)S:Ag、CaWO4:Pb、La2OBr:Tb、ZnS:Ag、CsI:Na以外の、ブロードでないシャープ(発光波長の狭い)な波長の光を発光するものが好ましい。このようなシャープな波長の光を発光する蛍光材料としては、例えば緑発光のGd2O2S:Tb、La2O2S:Tb、青発光のBaFX:Eu(ただし、Xは、Br、Cl等のハロゲン元素)が挙げられる。この中でも、特に、第1、第2シンチレータに用いる蛍光材料の組み合わせは、青発光のBaFX:Euと緑発光のGd2O2S:Tbの組み合わせが好ましい。
〔9−1.有機光電変換(OPC;Organic photoelectric conversion)材料〕
上述したPD51(図2)に、例えば特開2009−32854号公報に記載されたOPC(有機光電変換)材料を用いることができる。このOPC材料により形成された膜(以下、OPC膜という)をPD51の光導電層として使用できる。OPC膜は、有機光電変換材料を含み、シンチレータ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。このように有機光電変換材料を含むOPC膜であれば、可視域にシャープな吸収スペクトルを持ち、シンチレータによる発光以外の電磁波がOPC膜に吸収されることがほとんどなく、X線等の放射線がOPC膜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。
上述したOPC膜に関するその他の構成は、例えば、特開2009−32854号公報の記載が参考となる。
上述したTFTTFT52には、無機材料が使われることが多いが、例えば特開2009−212389号公報に記載されたように、有機材料を使用することができる。有機TFTはいかなるタイプの構造でもよいが、最も好ましいのは電界効果型トランジスタ(FET)構造である。このFET構造は、最下層に基板を配置し、その上面の一部にゲート電極を設け、更に該電極を覆い、かつ電極以外の部分で基板と接するように絶縁体層を設けている。更に絶縁体層の上面に半導体活性層を設け、その上面の一部にソース電極とドレイン電極とを隔離して配置している。なお、この構成はトップコンタクト型素子と呼ばれるが、ソース電極とドレイン電極とが半導体活性層の下部にあるボトムコンタクト型素子も好ましく用いることができる。また、キャリアが有機半導体膜の膜厚方向に流れる縦型トランジスタ構造であってもよい。
半導体活性層は、p型有機半導体材料を用いてなる。このp型有機半導体材料は実質的に無色透明である。有機半導体薄膜の膜厚は、例えば触針式膜厚計により測定できる。膜厚の異なる薄膜を複数作製して吸収スペクトルを測定し、検量線から膜厚30nmあたりの最大吸光度に換算してもよい。
以下に、有機薄膜トランジスタにおける半導体活性層以外の素子構成材料について説明する。これらの各材料は、いずれも可視光又は赤外光の透過率が60%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、80%以上であることが更に好ましい。
上述した有機TFTに関するその他の構成は、例えば、特開2009−212389号公報の記載が参考となる。
上述したTFTTFT52には、例えば特開2010−186860号公報に記載された非晶質酸化物を使用することができる。ここで、特開2010−186860号に記載された電界効果型トランジスタが有する非晶質酸化物含有の活性層について示す。この活性層は、電子又はホールの移動する電界効果型トランジスタのチャネル層として機能する。
活性層に用いられる非晶質酸化物半導体としては、好ましくはIn、Sn、Zn、又はCdよりなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む非晶質酸化物であり、より好ましくは、In、Sn、Znよりなる群より選ばれる少なくとも1種を含む非晶質酸化物、更に好ましくは、In、Znよりなる群より選ばれる少なくとも1種を含む非晶質酸化物である。
上述した非晶質酸化物に関するその他の構成は、例えば、特開2010−186860号公報の記載が参考となる。
フレキシブルでかつ低熱膨張、高強度といった、既存のガラスやプラスチックでは得られない特性を有するアラミド、バイオナノファイバー等を放射線画像検出装置に用いることも考えられる。
(1)アラミド
上述した支持体11や、制御モジュールの回路基板などとして、フレキシブル材料であるアラミドによって形成されたフィルム(あるいはシート、基板)を使用することができる。アラミド材料は、ガラス転移温度315℃という高い耐熱性、ヤング率が10GPaという高い剛性、熱膨張率が−3〜5ppm/℃という高い寸法安定性を有する。このため、アラミド製のフィルムを用いると、一般的な樹脂フィルムを用いる場合と比べて、半導体層やシンチレータの高品質の成膜が容易に行える。また、アラミド材料の高耐熱性により、透明電極材料を高温硬化させて低抵抗化できる。更に、ハンダのリフロー工程を含むICの自動実装にも対応できる。また更に、ITO(indium tin oxide)やガス・バリア膜、ガラス基板と熱膨張係数が近いために、製造後の反りが少ない。そして,割れにくい。ここで、ハロゲンを含まないハロゲンフリー(JPCA−ES01−2003の規定に適合)なアラミド材料を用いることが環境負荷低減の点で好ましい。
アラミドフィルムは、ガラス基板やPET基板と積層されてもよいし、デバイスの筐体に貼り付けられてもよい。
光の波長に対して十分に小さなコンポーネントは光散乱を生じないことから、ナノファイバーによって補強されたフレキシブルなプラスチック材料などを上述した絶縁性基板40Aや、制御モジュールの回路基板などに好適に使用することができる。ナノファイバーの中でも、バクテリア(酢酸菌、Acetobacter Xylinum)が産出するセルロースミクロフィブリル束が幅50nmと、可視光波長に対して約1/10のサイズでかつ、高強度、高弾性、低熱膨である特徴を有するバクテリアセルロースと透明樹脂との複合材料(バイオナノファイバーということがある)を好適に使用できる。
上述したバイオナノファイバーに関する構成は、例えば、特開2008−34556号公報の記載が参考となる。
また、X線画像検出装置1は、医療用のX線撮影装置のほか、例えば、工業用のX線撮影装置として非破壊検査に用いたり、或いは、電磁波以外の粒子線(α線、β線、γ線)の検出装置として用いたりすることができ、その応用範囲は広い。
以上、説明したように、本明細書には、
放射線の照射によって蛍光を発する第1シンチレータ及び第2シンチレータと、
前記蛍光を検出する第1光検出器及び第2光検出器と、を備え、
放射線入射側から、前記第1光検出器、前記第1シンチレータ、前記第2光検出器、及び前記第2シンチレータの順に配置され、
前記第1シンチレータにおける前記第1光検出器近傍、及び前記第2シンチレータにおける前記第2光検出器近傍の少なくとも一方には、当該シンチレータにおける平均の付活剤濃度よりも付活剤濃度が相対的に高い高付活剤濃度領域が設けられる、放射線画像検出装置が開示されている。
前記第2光検出器は、基板上に形成され、当該基板から剥離されたものである、ことが好ましい。
前記第1シンチレータにおける前記第2光検出器近傍にも、第1シンチレータにおける平均の付活剤濃度よりも付活剤濃度が相対的に高い高付活剤濃度領域が設けられる、ことが好ましい。
前記第1シンチレータにおける前記第1光検出器近傍には、前記高付活剤濃度領域が設けられ、
前記第1シンチレータにおける前記第1光検出器近傍の前記高付活剤濃度領域と、前記第1シンチレータにおける前記第2光検出器近傍の前記高付活剤濃度領域との間には、第1シンチレータにおける平均の付活剤濃度よりも付活濃度が相対的に低い低付活剤濃度領域が設けられる、ことが好ましい。
前記第1、第2シンチレータのうち少なくとも一方の付活剤濃度が、当該シンチレータの少なくとも一部で、放射線進行方向において高濃度と低濃度とに繰り返し変化する、ことが好ましい。
前記第1シンチレータの付活剤濃度が、放射線進行方向において高濃度と低濃度とに繰り返し変化し、
前記第2シンチレータの付活剤濃度が、前記第2シンチレータの少なくとも前記第2光検出器側の一部において、前記第2シンチレータにおける付活剤濃度の平均よりも高い付活剤濃度でほぼ一定とされる、ことが好ましい。
前記第1シンチレータにおける前記第2光検出器近傍の前記高付活剤濃度領域の付活剤濃度は、前記第1シンチレータにおける前記第1光検出器近傍の前記高付活剤濃度領域の付活剤濃度よりも相対的に低い、ことが好ましい。
前記第1、第2シンチレータの対向する表面間の距離が40μm以下である、ことが好ましい。
前記第1、第2光検出器のうち少なくとも第2光検出器が、受光により導電性を呈する光導電層と、当該導電層から電荷を取り出すための薄膜スイッチング素子とが積層あるいは平面的に配置されてなるものである、ことが好ましい。
前記第1、第2光検出器のうち少なくとも第2光検出器が、有機材料を用いて形成される、ことが好ましい。
前記第1、第2シンチレータはそれぞれ、蛍光物質の結晶が柱状に成長してなる柱状結晶の群で形成された柱状部を含む、ことが好ましい。
前記柱状部の結晶成長方向端部には、非柱状の結晶を含む非柱状部が形成される、ことが好ましい。
前記蛍光物質の母体はCsIであり、付活剤はTlである、ことが好ましい。
基板上に、前記第2光検出器を形成する第2光検出器形成工程と、
前記第2光検出器から前記基板を剥離する基板剥離工程と、を備える、放射線画像検出装置の製造方法が開示されている。
前記基板剥離工程では、前記第1光検出器上に形成した前記第1シンチレータ、及び支持体上に形成した前記第2シンチレータの一方と、前記基板上に形成した前記第2光検出器とを貼り合わせた後に、前記第2光検出器を前記基板から剥離し、
前記基板剥離工程後、前記第1、第2シンチレータの他方と、前記第2光検出器とを貼り合わせる、ことが好ましい。
支持部材上に、前記第1シンチレータを形成し、当該第1シンチレータと前記第1光検出器とを貼り合わせた後に、前記第1シンチレータから前記支持部材を除去する支持部材除去工程を備え、
前記基板剥離工程では、支持体上に形成した前記第2シンチレータと、前記第2光検出器とを貼り合わせた後に、前記第2光検出器から前記基板を剥離し、
前記支持部材除去工程及び前記基板剥離工程の後、前記第1シンチレータと前記第2光検出器とを貼り合わせる、ことが好ましい。
基板上に、前記第1光検出器、及び前記第1シンチレータをこの順に形成する第1光検出器形成工程を備え、
前記第2光検出器形成工程では、前記基板上に、前記第2光検出器、及び前記第2シンチレータをこの順に形成し、
前記基板剥離工程では、前記第2シンチレータの前記第2光検出器側とは反対側に、支持部材を貼り合わせた後、前記第2光検出器から前記基板を剥離し、
前記第1光検出器形成工程及び前記基板剥離工程の後、前記第1シンチレータと前記第2光検出器とを貼り合わせる、ことが好ましい。
支持部材上に、前記第1シンチレータを形成し、当該第1シンチレータと前記第1光検出器とを貼り合わせた後に、前記第1シンチレータから前記支持部材を除去する支持部材除去工程を備え、
前記第2光検出器形成工程では、前記基板上に、前記第2光検出器、及び前記第2シンチレータをこの順に形成し、
前記基板剥離工程では、前記第2シンチレータの前記第2光検出器側とは反対側に、支持部材を貼り合わせた後、前記第2光検出器から前記基板を剥離し、
前記支持部材除去工程及び前記基板剥離工程の後、前記第1シンチレータと前記第2検出器とを貼り合わせる、ことが好ましい。
10 第1シンチレータ
12 柱状部
12A 柱状結晶
13 非柱状部
13A 非柱状結晶
14 非柱状部
20 第2シンチレータ
21 支持体
23 支持部材
30 保護膜
40 第1光検出器
40A 絶縁性基板
41 PD(光導電層)
42 TFT(薄膜スイッチング素子)
42A 反射層
43 ゲート線
44 データ線
45 接続端子
46 フレキシブル配線
47 樹脂製の膜
48 接着層
50 第2光検出器
51 PD
52 TFT
52A 反射層
11A X線入射面
55 第2光検出器
551 PD
551A 光反射層
552 TFT
56 第2光検出器
561 光電変換素子
562 TFT
DH 高濃度
DL 低濃度
DM 中濃度
P1,P2 部分
P2 部分
R1,R2,R3 高付活剤濃度領域
R4 低付活剤濃度領域
S 主発光領域
Claims (17)
- 放射線の照射によって蛍光を発する第1シンチレータ及び第2シンチレータと、
前記蛍光を検出する第1光検出器及び第2光検出器と、を備え、
放射線入射側から、前記第1光検出器、前記第1シンチレータ、前記第2光検出器、及び前記第2シンチレータの順に配置され、
前記第1シンチレータにおける前記第1光検出器近傍、及び前記第2シンチレータにおける前記第2光検出器近傍の少なくとも一方には、当該シンチレータにおける平均の付活剤濃度よりも付活剤濃度が相対的に高い高付活剤濃度領域が設けられる、放射線画像検出装置。 - 請求項1に記載の放射線画像検出装置であって、
前記第2光検出器は、基板上に形成され、当該基板から剥離されたものである、放射線画像検出装置。 - 請求項1又は2に記載の放射線画像検出装置であって、
前記第1シンチレータにおける前記第2光検出器近傍にも、第1シンチレータにおける平均の付活剤濃度よりも付活剤濃度が相対的に高い高付活剤濃度領域が設けられる、放射線画像検出装置。 - 請求項3に記載の放射線画像検出装置であって、
前記第1シンチレータにおける前記第1光検出器近傍には、前記高付活剤濃度領域が設けられ、
前記第1シンチレータにおける前記第1光検出器近傍の前記高付活剤濃度領域と、前記第1シンチレータにおける前記第2光検出器近傍の前記高付活剤濃度領域との間には、第1シンチレータにおける平均の付活剤濃度よりも付活濃度が相対的に低い低付活剤濃度領域が設けられる、放射線画像検出装置。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置であって、
前記第1、第2シンチレータのうち少なくとも一方の付活剤濃度が、当該シンチレータの少なくとも一部で、放射線進行方向において高濃度と低濃度とに繰り返し変化する、放射線画像検出装置。 - 請求項5に記載の放射線画像検出装置であって、
前記第1シンチレータの付活剤濃度が、放射線進行方向において高濃度と低濃度とに繰り返し変化し、
前記第2シンチレータの付活剤濃度が、前記第2シンチレータの少なくとも前記第2光検出器側の一部において、前記第2シンチレータにおける付活剤濃度の平均よりも高い付活剤濃度でほぼ一定とされる、放射線画像検出装置。 - 請求項4から6のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置であって、
前記第1シンチレータにおける前記第2光検出器近傍の前記高付活剤濃度領域の付活剤濃度は、前記第1シンチレータにおける前記第1光検出器近傍の前記高付活剤濃度領域の付活剤濃度よりも相対的に低い、放射線画像検出装置。 - 請求項2から7のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置であって、
前記第1、第2シンチレータの対向する表面間の距離が40μm以下である、放射線画像検出装置。 - 請求項1から8のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置であって、
前記第1、第2光検出器のうち少なくとも第2光検出器が、受光により導電性を呈する光導電層と、当該導電層から電荷を取り出すための薄膜スイッチング素子とが積層あるいは平面的に配置されてなるものである、放射線画像検出装置。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置であって、
前記第1、第2光検出器のうち少なくとも第2光検出器が、有機材料を用いて形成される、放射線画像検出装置。 - 請求項1から10のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置であって、
前記第1、第2シンチレータはそれぞれ、蛍光物質の結晶が柱状に成長してなる柱状結晶の群で形成された柱状部を含む、放射線画像検出装置。 - 請求項11に記載の放射線画像検出装置であって、
前記柱状部の結晶成長方向端部には、非柱状の結晶を含む非柱状部が形成される、放射線画像検出装置。 - 請求項11又は12に記載の放射線画像検出装置であって、
前記蛍光物質の母体はCsIであり、付活剤はTlである、放射線画像検出装置。 - 請求項2から13のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置を製造する方法であって、
基板上に、前記第2光検出器を形成する第2光検出器形成工程と、
前記第2光検出器から前記基板を剥離する基板剥離工程と、を備え、
前記基板剥離工程では、前記第1光検出器上に形成した前記第1シンチレータ、及び支持体上に形成した前記第2シンチレータの一方と、前記基板上に形成した前記第2光検出器とを貼り合わせた後に、前記第2光検出器を前記基板から剥離し、
前記基板剥離工程後、前記第1、第2シンチレータの他方と、前記第2光検出器とを貼り合わせる、放射線画像検出装置の製造方法。 - 請求項2から13のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置を製造する方法であって、
基板上に、前記第2光検出器を形成する第2光検出器形成工程と、
前記第2光検出器から前記基板を剥離する基板剥離工程と、
支持部材上に、前記第1シンチレータを形成し、当該第1シンチレータと前記第1光検出器とを貼り合わせた後に、前記第1シンチレータから前記支持部材を除去する支持部材除去工程とを備え、
前記基板剥離工程では、支持体上に形成した前記第2シンチレータと、前記第2光検出器とを貼り合わせた後に、前記第2光検出器から前記基板を剥離し、
前記支持部材除去工程及び前記基板剥離工程の後、前記第1シンチレータと前記第2光検出器とを貼り合わせる、放射線画像検出装置の製造方法。 - 請求項2から13のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置を製造する方法であって、
基板上に、前記第2光検出器を形成する第2光検出器形成工程と、
前記第2光検出器から前記基板を剥離する基板剥離工程と、
基板上に、前記第1光検出器、及び前記第1シンチレータをこの順に形成する第1光検出器形成工程とを備え、
前記第2光検出器形成工程では、前記基板上に、前記第2光検出器、及び前記第2シンチレータをこの順に形成し、
前記基板剥離工程では、前記第2シンチレータの前記第2光検出器側とは反対側に、支持部材を貼り合わせた後、前記第2光検出器から前記基板を剥離し、
前記第1光検出器形成工程及び前記基板剥離工程の後、前記第1シンチレータと前記第2光検出器とを貼り合わせる、放射線画像検出装置の製造方法。 - 請求項2から13のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置を製造する方法であって、
基板上に、前記第2光検出器を形成する第2光検出器形成工程と、
前記第2光検出器から前記基板を剥離する基板剥離工程と、
支持部材上に、前記第1シンチレータを形成し、当該第1シンチレータと前記第1光検出器とを貼り合わせた後に、前記第1シンチレータから前記支持部材を除去する支持部材除去工程とを備え、
前記第2光検出器形成工程では、前記基板上に、前記第2光検出器、及び前記第2シンチレータをこの順に形成し、
前記基板剥離工程では、前記第2シンチレータの前記第2光検出器側とは反対側に、支持部材を貼り合わせた後、前記第2光検出器から前記基板を剥離し、
前記支持部材除去工程及び前記基板剥離工程の後、前記第1シンチレータと前記第2検出器とを貼り合わせる、放射線画像検出装置の製造方法。
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