JPWO2003067282A1 - Ｘ線検出器およびｘ線検出器の製造方法 - Google Patents
Ｘ線検出器およびｘ線検出器の製造方法Info
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Abstract
画素単位に設けられたＸ線を光に変換するシンチレータ層３８と、シンチレータ層３８で変換された光を電荷として蓄積する蓄積用コンデンサ１５と、隣り合う画素単位のシンチレータ層３８間を仕切る隔壁層３９とを具備したＸ線検出器において、シンチレータ層３８に蛍光材料Ｉが含まれ、隔壁層に蛍光材料ＩＰ１と光学的特性が相違する第２蛍光体Ｐ２が含まれ、かつ、第２蛍光体Ｐ２が発生する蛍光波長は、蛍光材料ＩＰ１が発生する最短の蛍光波長と等しいかそれよりも長い成分を有する。
Description
技術分野
本発明はＸ線の検出に用いられるＸ線検出器およびその製造方法に関する。
背景技術
近年、新世代の診断用Ｘ線検出器として、アクティブマトリックスを用いた平面型のＸ線検出器が注目を集めている。平面型Ｘ線検出器は、Ｘ線で撮影したＸ線画像あるいはリアルタイムのＸ線透視画像をデジタル信号として出力する構成になっている。
平面型Ｘ線検出器は固体検出器であるため、画質性能の向上や安定性の面でも大きい期待が寄せられている。
平面型Ｘ線検出器は、比較的大きな線量で静止画像を収集する一般撮影用や胸部撮影用のものがすでに開発され、商品化されている。また、透視線量のもとで毎秒３０画面以上のリアルタイムのＸ線動画の検出も可能なことから、近い将来、循環器や消化器などの診断分野に応用した製品の商品化も予想されている。このような動画用のＸ線検出器の実用化には、Ｓ／Ｎの改善や微小信号のリアルタイム処理技術の一層の改善が必要である。
平面型Ｘ線検出器は、大きく分けると直接方式と間接方式の２つの方式がある。
直接方式はａ−Ｓｅなどの光導電膜を用いてＸ線を電荷に直接変換し、変換した電荷を電荷蓄積用キャパシターに蓄積する方式である。この方式では、解像度特性は画素ピッチでほぼ規定される。間接方式はシンチレータ層でＸ線を可視光に変換し、変換した可視光をａ−ＳｉフォトダイオードやＣＣＤなどの光電変換素子で電荷に変換し、電荷蓄積用キャパシターに蓄積する方式である。
直接方式の平面Ｘ線検出器では、Ｘ線の吸収率を上げて信号強度を確保する為に、例えばａ−Ｓｅの光導電膜を１ｍｍ程度の厚膜で形成している。また、Ｘ線フォトン１個当りの光導電電荷生成率を上げる為、生成した光導電電荷が膜中の欠陥準位にトラップされることなく集電電極に到達させる為、そしてバイアス電界と直角方向への電荷の拡散を極力抑える為に、例えばａ−Ｓｅの光導電膜の両端に１０Ｖ／μｍの強バイアス電界が印加されている。したがって、ａ−Ｓｅの光導電膜の膜厚が１．０ｍｍの場合、１０ｋＶ程度の高電圧が印加される。
直接方式のＸ線検出器は解像度特性が優れているという利点があるが、その反面、動作電圧の低いＴＦＴを高電圧から保護しなければならず、信頼性の点で問題がある。また、低暗電流特性と高感度特性、熱的安定性などを備えた光導電材料を容易に入手できないという問題もある。
一方、間接方式のＸ線検出器は信号電荷の発生にフォトダーオードやＣＣＤなどを用いるため、直接方式におけるような高電圧の印加を必要とせず、高電圧による絶縁破壊の問題はない。また、シンチレータ材料やフォトダーオードなどは基本的な技術が確立しているので製品化が容易であるという利点がある。
しかし、Ｘ線診断装置としての解像度特性はシンチレータ層で変換された蛍光が光電変換素子に到達するまでの間に拡散や散乱を起こすため直接方式に較べて一般に劣るという問題がある。特に感度特性を改善する為にシンチレータ層を厚膜にすると、フォトダイオード等の光電変換素子に到達するまでの蛍光の広がりが大きくなって解像度の劣化が顕著となる。この蛍光の広がりを抑えて解像度を確保するために、シンチレータ層をフォトダイオードとＴＦＴのマトリックスに合わせて画素単位に形成し、シンチレータ画素間を隔壁で光学的に遮断する方法が知られている。しかし従来のＸ線検出器における隔壁はＸ線感度に寄与しない金属材料などで形成されており、この為シンチレータ層から隔壁に置き換えられた分だけシンチレータ層の総発光量が低減してＸ線検出器の感度が低下するという問題があった。
発明の開示
そこで本発明の目的は、画素間に、解像度特性の劣化を抑える為の隔壁が形成された間接方式のＸ線検出器において、隔壁の存在による輝度低下をできるだけ小さくしたＸ線検出器を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、かかるＸ線検出器の製造方法において、輝度の低下をできるだけ小さく抑える隔壁とシンチレータ層の構造を均質かつ信頼性良く形成する方法を提供することにある。
本発明のＸ線検出器は、画素間に隔壁の形成された間接方式のＸ線検出器の高い解像度特性を維持しつつ、感度特性を向上させる為に、以下の構造を有する。
すなわち、本発明のＸ線検出器の一つの形態は、画素単位の光電変換部と、前記光電変換部の各画素上に形成されたシンチレータ画素と、前記シンチレータ画素間の隔壁とを具えたＸ線検出器において、前記隔壁は、前記シンチレータ画素内に含まれる蛍光材料Ｉと光学的特性が相違し、かつ、前記蛍光材料Ｉの最短蛍光波長と等しいかそれよりも長い最長蛍光波長を有する蛍光材料ＩＩを含有することを特徴としている。
従来知られている隔壁構造を有するＸ線検出器では、隔壁が、例えば金属材料やガラス系又はセラミックス材料、或いは樹脂材料などで形成されており、それ自体がＸ線照射により発光することはないのは勿論、シンチレータ層の発光を増大させる効果はないが、本発明のＸ線検出器は、シンチレータ層から発せられる蛍光が拡散あるいは散乱して隣接する画素の光電変換素子に到達するのを防ぐ為の隔壁構造が形成されており、この隔壁構造が画素間の透過光を抑えて解像度を向上させるとともにシンチレータ層の発光輝度の向上に寄与するという特徴を備えている。
本発明のＸ線検出器における画素間の透過光の抑制による解像度の改善は、隔壁が、画素を構成する蛍光材料と光学的特性が相違する蛍光材料を含むため、画素と隔壁との界面で屈折や反射が生じることにより得られる。ここで、光学的特性が異なるとは、平均粒径が異なる場合や、屈折率が異なる場合、或いは分光吸収特性が異なる事などを意味する。
一方、発光輝度の改善は、次のようなメカニズムで行われる。
すなわち、隔壁に含まれる蛍光材料ＩＩの最長蛍光波長がシンチレータ層に含まれる蛍光材料Ｉの最短蛍光波長より長くなっている。この為、蛍光材料ＩＩから発する蛍光が蛍光材料Ｉに達すると蛍光の発光には寄与しないが、蛍光励起に関係する少なくとも最短波長の蛍光発生に関係する電子遷移のグランド準位に存在する電子を上位のエネルギー準位に励起する。その結果、蛍光材料Ｉの蛍光発光遷移に必要なグランド準位の電子の空き率が増加する。あるいは、バンド間の不純物準位や欠陥準位が関係する電子遷移を励起する。この結果、蛍光材料Ｉからの蛍光がシンチレータ層内を通過する際に、グランド準位の電子を励起する確率や、バンド間の準位が関係する電子励起の確率を減じて、蛍光材料Ｉからの蛍光のシンチレータ層内での吸収が抑えられる。その結果、金属材料等により形成された隔壁をもつ従来の間接方式のＸ線検出器と比べて高い輝度のＸ線検出器を得ることができる。
本発明の他の態様は、画素単位の光電変換部と、前記光電変換部の各画素上に形成されたシンチレータ画素と、前記シンチレータ画素間の隔壁とを備えたＸ線検出器において、前記隔壁は、前記シンチレータ画素内に含まれる蛍光材料Ｉと光学的特性が相違し、かつ前記蛍光材料Ｉの最長蛍光励起波長と等しいかそれよりも短い最短蛍光波長を有する蛍光材料ＩＩＩを含有することを特徴としている。ここで、光学的特性が異なるとは、平均粒径が異なる場合や、屈折率が異なる場合、或いは分光吸収特性が異なる事などを意味する。
本発明のこの態様では、で次のようなメカニズムで線検出器の輝度が改善される。
すなわち、この態様では、隔壁に含まれる蛍光材料ＩＩＩの最短蛍光波長がシンチレータ層に含まれる蛍光材料の最長蛍光励起波長よりも短い為、蛍光材料ＩＩＩから発する蛍光が蛍光材料Ｉに達して少なくとも最長蛍光励起波長に係るグランド準位から励起準位への電子遷移を増大させ、この結果として蛍光材料Ｉの発光強度自体が増大する。
前記蛍光材料ＩＩ又は蛍光材料ＩＩＩは粒状の蛍光材料から成り、その蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩの平均粒径φを蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩの隔壁層内の体積充填率（Ｄ）で除した値（φ／Ｄ）が前記隔壁幅の１／２以下であることが望ましい。ここで、例えば堆積充填率５０％の場合の（Ｄ）は０．５である。
このように隔壁内の蛍光材料の粒径を隔壁幅との関係で調整することにより、シンチレータ膜の光学的な画素分離効果をより発揮させることができる。
すなわち、間接方式のＸ線検出器に隔壁を設けるのは、シンチレータ画素からの蛍光が隣接画素に到達するのを防ぐためであるが、その効果は隔壁層の実効的な蛍光吸収若しくは反射の程度と関係している。蛍光の吸収率を増大させると実質的な輝度は低下するが、反射率を向上させても輝度の低下はもたらさない。隔壁層の実効反射率は、蛍光材料粒子の粒径（針状粉体の場合には針の直径等）を小さくして蛍光材料とバインダー等の周辺材料との界面での屈折頻度を増やすことにより向上させることができる。粒径を小さくすると完全拡散反射面に近付きトータルの反射率は増大する。隔壁の幅、即ち隣接画素間に蛍光材料粒子が最低４個程度配列されれば実効的には顕著な反射効果が期待できる。蛍光材料の充填密度を考慮すると、平均粒径（φ）を充填密度（Ｄ）で除した値（φ／Ｄ）が隔壁厚みの１／２以下でほぼこのような状況が実現する事が光学シミュレーション結果から判明している。
しかし粒径が極端に小さくなって蛍光波長程度に近付くと散乱効果が小さくなるので、粒径の下限はシンチレータ層の蛍光波長程度までとすることが望ましい。蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩからシンチレータ層に入射した蛍光は、蛍光材料Ｉに吸収されて発光輝度増大に寄与するが、さらに主にシンチレータ層内を通過してフォトダイオードに達して、Ｘ線検出器の実効感度も向上させる。蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩからシンチレータ層に入射した蛍光がフォトダイオードに到達し易くする為にはシンチレータ層の蛍光材料Ｉの粒径を、隔壁の蛍光材料のように小さくせずに、できるだけ大きくすることが望ましい。または蛍光材料Ｉを焼結体のようなバインダー等を含まないものとして、蛍光材料とバインダー等との界面での屈折による散乱の頻度を極力抑えたり、夫々の蛍光材料の自己吸収係数及びバインダー材料等の蛍光に対する吸収係数をできるだけ小さくすることにより、蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩからシンチレータ層に入射した蛍光をフォトダイオードに一層到達し易くすることができる。
本発明のＸ線検出器は、例えば次に挙げる方法により製造することができる。
第１の方法は、シンチレータ層を先に形成する方法である。蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩを含む隔壁材料の層を一旦形成した後にシンチレータ画素が形成されるべき部分を、化学反応又は光化学反応を用いて、或いは機械的に又は熱的に除去し、しかる後に除去した部分に蛍光材料Ｉを充填する方法である。
すなわち、本発明の第１のＸ線検出器の製造方法は、画素単位の光電変換部上にシンチレータ画素を形成する工程と、前記シンチレータ画素間に隔壁を形成する工程とを備えたＸ線検出器の製造方法において、前記画素単位の光電変換部上に蛍光材料Ｉを含む層を形成する工程と、前記層から隔壁となる部分を除去して前記シンチレータ画素を形成する工程と、前記シンチレータ画素を形成する工程で除去した部分に前記蛍光材料材料ＩＩ及び／又は蛍光材料材料ＩＩＩを含む材料を充填して前記隔壁を形成する工程とを備えたことを特徴としている。
第２の方法は、第１の方法とは逆に、隔壁層を先に形成する方法である。
すなわち、本発明の第２のＸ線検出器の製造方法は、画素単位の光電変換部上にシンチレータ画素を形成する工程と、前記シンチレータ画素間に隔壁を形成する工程とを備えたＸ線検出器の製造方法において、前記画素単位の光電変換部上に蛍光材料材料ＩＩ及び／又は蛍光材料材料ＩＩＩを含む層を形成する工程と、前記層から画素となる部分（前記隔壁となる部分以外の部分）を除去して前記隔壁を形成する工程と、前記隔壁を形成する工程で除去した部分に前記蛍光材料Ｉを含む材料を充填して前記シンチレータ画素を形成する工程とを備えたことを特徴としている。
第３の方法は、樹脂材料等の有機材料又は金属材料等の無機材料により形成された仮隔壁を用いる方法で、蛍光材料を含む層の画素形状又は隔壁形状への加工が困難な場合に特に有効な方法である。
すなわち、本発明の第３のＸ線検出器の製造方法は、画素単位の光電変換部上にシンチレータ画素を形成する工程と、前記シンチレータ画素間に隔壁を形成する工程とを備えたＸ線検出器の製造方法において、前記画素単位の光電変換部上に樹脂材料等の有機材料又は金属材料等の無機材料により層を形成する工程と、前記層から前記隔壁となる部分を除去して樹脂材料又は金属材料による仮画素を形成する工程と、前記仮画素を形成する工程で除去した部分に前記蛍光材料材料ＩＩ及び／又は蛍光材料材料ＩＩＩを含む材料を充填して前記隔壁を形成する工程と、前記仮画素を除去する工程と、前記仮画素を除去した部分に前記蛍光材料材料Ｉを含む材料を充填して前記シンチレータ画素を形成する工程とを備えたことを特徴としている。
第４の方法は、樹脂材料等の有機材料又は金属材料等の無機材料などにより形成された仮画素を用いる方法で、この方法も蛍光材料を含む層の画素形状又は隔壁形状への加工が困難な場合に特に有効である。
すなわち、本発明の第４のＸ線検出器の製造方法は、画素単位の光電変換部上にシンチレータ画素を形成する工程と、前記シンチレータ画素間に隔壁を形成する工程とを備えたＸ線検出器の製造方法において、前記画素単位の光電変換部上に樹脂材料等の有機材料又は金属材料等の無機材料により層を形成する工程と、前記層から隔壁となる部分以外の部分を除去して樹脂材料又は金属材料による仮隔壁を形成する工程と、前記仮隔壁を形成する工程で除去した部分に前記蛍光材料Ｉを含む材料を充填して前記シンチレータ画素を形成する工程と、前記仮隔壁を除去する工程と、前記仮隔壁を除去した部分に蛍光材料ＩＩ及び／又は蛍光材料ＩＩＩを含む材料を充填して前記隔壁を形成する工程とを備えたことを特徴としている。なお、一般に画素は一辺が３０〜４００μｍの正方形又は正方形に近い長方形であり、隔壁の幅は１０〜５０μｍ程度であり、シンチレータ画素の厚さは１００〜８００μｍである。用途や検出するＸ線のエネルギーにより必要な膜厚は異なるが、医療用途の一般撮影用や透視用としては、好ましくは２００〜５００μである。
隔壁層やシンチレータ層等の蛍光材料を含む層あるいは樹脂材料や金属材料からなる層を部分除去する方法としては、紫外線領域の発光波長を持つレーザー光による光化学的反応を用いた除去、化学的な処理による除去、ダイシング他の機械的な手段を用いての切削除去、更には赤外線レーザーなどによる高密度の加熱による熱的な除去等の公知の方法を用いることができる。
また、蛍光材料は硬度と結合エネルギーが高いために化学反応や機械加工、或いは熱的又は光化学的な除去がいずれの方法でも難しいが、樹脂材料や金属材料でパターン形成して仮隔壁や仮画素を形成する方法では、このような蛍光材料を除去する工程を省略できるという利点がある。また加工時の蛍光体へのダメージによる発光効率の低下や着色による輝度低下を避けることができる。
従来のＸ線検出器では、例えば金属材料やガラス系又はセラミックス材料、或いは樹脂材料などで隔壁が形成されており、隔壁自体がＸ線照射により発光することはないのは勿論、シンチレータ層の発光を増大させる効果も保有してはいない。これに対して本発明のＸ線検出器では、隔壁層が、シンチレータ層から発せられる蛍光が拡散して隣接する画素の光電変換素子へ到達するのを抑制するとともに、同じ隔壁層がシンチレータ層の発光輝度の増大に寄与する。なお、本発明のＸ線検出器における隔壁の光の遮蔽効果は、前述したように、隔壁内の蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩを適当な粒径の粉体状とすることにより蛍光材料自体とバインダー材の界面屈折や界面での全反射により得られるが、例えばＡｇやＡｇ系合金などの金属粉体やＴｉＯ２等の微細な透明セラミックス粉体のような反射材や蛍光を吸収する色素などの樹脂材料を隔壁を構成する蛍光材料に含有させることによっても実現可能である。
発明を実施するための最良の形態
本発明の実施形態について図１の回路構成図を参照して説明する。
符号１１はＸ線光電変換部で、Ｘ線光電変換部１１はマトリックス状に配列した複数の画素単位１２から構成されている。たとえばガラスなどの絶縁基板上に同じ構造の複数の画素単位１２が行方向（たとえば図の横方向）および列方向（たとえば図の縦方向）の２次元に配置されている。図１では、たとえば９個の画素単位１２ａ〜１２ｉが示されている。
１つの画素単位たとえば画素単位１２ｉは、光を電荷に変換するフォトダイオード１３およびスイッチング部を構成する薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴという）１４、電荷を蓄積する電荷蓄積部たとえば蓄積キャパシタ１５などから構成されている。ＴＦＴ１４はゲート電極Ｇおよびソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄを有し、たとえばドレイン電極Ｄはフォトダイオード１３および蓄積キャパシタ１５と電気的に接続されている。
Ｘ線光電変換部１１の外部に、ＴＦＴ１４の動作状態たとえばオン・オフを制御する制御回路１６が設けられている。制御回路１６には複数の制御ライン１７が設けられている。図では第１ないし第４の４個の制御ライン１７１〜１７４が設けられている。それぞれの制御ライン１７は、同じ行の画素単位１２を構成するＴＦＴ１４のゲート電極Ｇに接続されている。たとえば第１の制御ライン１７１は画素単位１２ａ〜１２ｃのゲート電極Ｇに接続されている。
列方向には、複数のデータライン１８が設けられている。図では第１ないし第４の４個のデータライン１８１〜１８４が設けられている。それぞれのデータライン１８は、同じ列の画素単位１２を構成するＴＦＴ１４のソース電極Ｓに接続されている。たとえば第１のデータライン１８１は画素単位１２ａ、１２ｄ、１２ｇのソース電極Ｓに接続されている。各データライン１７は対応する電荷増幅器１９に接続されている。
電荷増幅器１９はたとえば演算増幅器で構成され、その一方の入力端子ａ１にデータライン１８が接続され、他方の入力端子ａ２は接地されている。一方の入力端子ａ１と出力端子ｂ間にコンデンサＣが接続され積分機能を有する構成になっている。コンデンサＣと並列にスイッチＳＷが接続され、たとえばスイッチＳＷを閉じてコンデンサＣに残った電荷を放電する構成になっている。
それぞれの電荷増幅器１９は、並列に入力する複数の電気信号を直列信号に変換して出力する並列／直列変換器２０に接続されている。並列／直列変換器２０は、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器２１に接続されている。
制御回路１６や電荷増幅器１９、並列／直列変換器２０、アナログデジタル変換器２１はたとえば集積回路で形成され、制御回路１６とＴＦＴ１４間などそれぞれの回路間はたとえばワイヤボンディングで接続される。
次に、Ｘ線光導変換部１１の構成について図２を参照して説明する。図２は１つの画素単位の部分を抜き出した断面図で、図１に対応する部分には同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
ガラスなどの絶縁基板３１上にＴＦＴ１４および蓄積キャパシタ１５が形成されている。ＴＦＴ１４は、絶縁基板３１上に形成されたゲート電極Ｇおよびゲート電極Ｇを覆う絶縁膜３２、絶縁膜３２上に形成された半導体膜３３、半導体膜３３上に設けられたソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄなどから構成されている。
ＴＦＴ１４のゲート電極Ｇは制御ライン１７（図１）に接続され、ソース電極Ｓはデータライン１８に接続されている。
蓄積キャパシタ１５は絶縁基板３１上に形成された下部電極３４、ゲート電極Ｇ上から下部電極３４上まで延長する絶縁膜３２、絶縁膜３２上に設けられた上部電極３５などから構成されている。上部電極３５はドレイン電極Ｄと電気的に接続されている。
ＴＦＴ１４および蓄積キャパシタ１５の上方に絶縁層３６が設けられ、絶縁層３６上にフォトダイオード１３が形成されている。フォトダイオード１３は、ａ−ＳｉのｐｎダイオードやＰＩＮダイオードなどで形成される。図の場合はＰＩＮダイオードで形成されている。フォトダイオード１３の図示下方および上方にそれぞれ第１電極１３１および第２電極１３２が設けられ、第１電極１３１と第２電極１３２間にバイアス電圧が印加される。第２電極１３２はスパッタリング法などで成膜したＩＴＯ透明導電膜で形成されている。絶縁層３６の一部にスルーホール３７が設けられ、フォトダイオード１３の第１電極１３１はスルーホール３７を介してＴＦＴ１４のドレイン電極Ｄと電気的に接続されている。第２電極１３２上にＸ線を光に変換するシンチレータ層３８が形成されている。
シンチレータ層３８を囲む周縁領域たとえば隣接する画素単位のシンチレータ層３８１との境界に隔壁層３９が形成され、隣接する画素単位のシンチレータ層どうしは隔壁層３９で遮断されている。シンチレータ層３８および隔壁層３９にはそれぞれ蛍光材料ＩＰ１および蛍光材料ＩＩＰ２が含まれ、蛍光材料ＩＰ１および蛍光材料ＩＩＰ２は、光学的特性たとえば発光スペクトルや屈折率、反射率、平均粒径などの１つあるいは複数の特性が相違している。また、シンチレータ層３８および隔壁層３９上に、光を反射する蛍光反射層４０がＸ線光導変換部１１の全面にわたってたとえば共通に形成されている。
上記した構成において、蛍光反射層４０を通してシンチレータ層３８および隔壁層３９にＸ線４１が入射し、シンチレータ層３８および隔壁３９で光に変換される。シンチレータ層３８で発生した光Ｌ１は、隔壁層３９から入力する光Ｌ２の作用で強められ、あるいは減衰が抑えられ、あるいは隔壁層３９との境界などで反射し、シンチレータ層３８からフォトダイオード１３に入力し、電荷に変換される。この電荷は蓄積キャパシタ１５に蓄積される。
蓄積キャパシタ１５に蓄積した電荷の読み出しは制御回路１６によって制御され、たとえば画素単位１２の行（図１の横方向）ごとに順に行われる。まず、制御回路１６から第１のゲートライン１７１を通して第１行目に位置する画素単位１２ａ〜１２ｃのゲート電極Ｇに、たとえば１０Ｖのオン信号を加え、第１行目の画素単位のＴＦＴ１４をオン状態にする。
このとき、第１行目の画素単位１２ａ〜１２ｃの蓄積キャパシタ１５に蓄積された電荷が、ドレイン電極Ｄからソース電極Ｓに電気信号として出力される。ソース電極Ｓに出力した電気信号はそれぞれ複数の電荷増幅器１９で増幅される。増幅された電気信号は並列／直列変換器２０に並列に加えられ、直列信号に変換される。その後、アナログデジタル変換機２１でデジタル信号に変換され、次段の信号処理回路（図示せず）に送られる。
第１行目に位置する画素単位の蓄積キャパシタ１５の電荷の読み出しが終了すると、制御回路１６から第１ゲートライン１７１を通して第１行目の画素単位のゲート電極Ｇにたとえば−５Ｖのオフ信号が加えられ、第１行目の画素単位のＴＦＴ１４をオフ状態にする。
上記した動作が第２行目以下の画素単位１２についても順に行われる。そして、すべての画素単位１２の蓄積キャパシタ１５に蓄積した電荷の読み出しが行われ、順次、デジタル信号に変換されて出力され、１つのＸ線画面に対応する電気信号がアナログデジタル変換器２０から出力される。
図１の場合、フォトダイオード１３はＴＦＴ１４や蓄積キャパシタ１５に重ならない領域に形成されている。しかし、広い受光面積を確保するために、たとえばＴＦＴ１４および蓄積キャパシタ１５上に絶縁層を設け、１つの画素内のより広い領域にフォトダイオード１３を形成することもできる。
ここで、シンチレータ層３８に含まれる蛍光材料Ｉ（Ｐ１）および隔壁層３９に含まれる蛍光材料ＩＩ（Ｐ２）による輝度改善効果について説明する。
蛍光材料Ｉには、蛍光波長が所定の範囲に分布する光を発生するたとえばＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂが用いられ、蛍光材料ＩＩには、蛍光材料Ｉの蛍光波長のうちその一番短い波長と等しいかそれよりも長い波長成分を有する蛍光波長の光を発生する蛍光材料が用いられる。たとえばＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（４重量％）などで、この場合、たとえば平均粒径が２μｍ程度の小さな粒径のものが用いられる。
この組み合わせの場合、シンチレータ層３８で発生した光Ｌ１は、隔壁層３９の蛍光材料ＩＩが発生する光Ｌ２の作用により、シンチレータ層３８内での減衰が小さく抑えられてフォトダイオード１３に入力し輝度が上昇する。
この構成の場合、隔壁に含まれる蛍光材料ＩＩの最長蛍光波長がシンチレータ層に含まれる蛍光材料Ｉが発生する蛍光波長のうちその最も短い波長より大きくなっている。したがって、蛍光材料ＩＩから発する蛍光Ｌ２がシンチレータ層３８に進入すると、蛍光材料Ｉの蛍光励起には寄与しないが、蛍光励起に係る電子遷移のグランド準位に存在する電子を上位の不純物準位や蛍光発生に関係しない上位のエネルギー準位に励起する。その結果、蛍光材料Ｉの蛍光発光遷移に必要なグランド準位の電子の空き率が増加する。これによって、蛍光材料ＩのＸ線蛍光発光効率が増大する。あるいは、蛍光Ｌ２が蛍光材料Ｉのバンド間の不純物準位や欠陥準位が関係する電子遷移を励起するときには、蛍光材料Ｉからの蛍光Ｌ１がシンチレータ層内を通過する際に、グランド準位の電子を励起して吸収される確率や、バンド間の準位が関係する電子励起により吸収される確率を減じて、蛍光材料Ｉからの蛍光Ｌ１のシンチレータ層３８内での自己吸収が抑えられる。これらの結果として輝度の向上が期待できる。
また蛍光材料ＩＩから発した蛍光Ｌ２で前記の蛍光材料Ｉへの輝度向上効果を生じなかったものも、シンチレータ層内を何回か反射して、その一部が検出器に達しシンチレータ層の輝度向上に寄与する。
上記の場合、蛍光材料Ｉには、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂの他にＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ等の添加材の異なるもの、Ｇｄ２Ｏ２ＳやＬａ２Ｏ２Ｓ、Ｌｕ２Ｏ２Ｓ等の希土類セラミックス系材料を母材としたＸ線用蛍光体、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ等の沃化物系のＸ線用蛍光体あるいはＣａＷＯ４、ＬａＯＢｒ：Ｔｍ、ＬａＯＢｒ：Ｔｂ等のＸ線用蛍光体などが用いられる。
また、蛍光材料ＩＩにはＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕの他、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：ＰｒやＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ等の添加材の異なるもの、Ｇｄ２Ｏ２ＳやＬａ２Ｏ２Ｓ、Ｌｕ２Ｏ２Ｓ等の希土類セラミックス系材料を母材としたＸ線用蛍光体あるいはＺｎＣｄＳ：Ａｇ等の硫化物系蛍光体などが用いられる。
蛍光材料Ｉおよび蛍光材料ＩＩを選択する場合に、実用上望ましくは、例えば両者の蛍光発光スペクトルなどを考慮し、蛍光材料ＩＩには蛍光材料Ｉの主蛍光波長と同程度かそれよりも長い主蛍光波長を有する蛍光材料が用いられる。例えば蛍光材料Ｉに主蛍光波長が５４０ｎｍ前後のＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂを用いる場合には蛍光材料ＩＩには主蛍光波長が６４０ｎｍ前後のＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕが用いられる。
しかし、蛍光材料ＩＩの主発光波長が必ずしも蛍光材料Ｉの主発光波長より長い必要は無く、蛍光材料ＩＩの発光スペクトルの少なくとも一部が蛍光材料Ｉの最短発光波長よりも長ければ前述したメカニズムから輝度向上効果が期待できる。前述の例と逆の組み合わせになるが、例えば蛍光材料ＩにＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕを用い、蛍光材料ＩＩにＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂを用いた場合にも、蛍光材料ＩＩのＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂが発光する３８０ｎｍ前後から６８０ｎｍ前後までの蛍光Ｌ２のうち５００ｎｍ程度以上の蛍光スペクトルが、最短発光波長５００ｎｍ程度の蛍光材料ＩのＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕの蛍光発光効率を増大させる。
隔壁に含まれる蛍光材料ＩＩが画素部に含まれる蛍光材料Ｉと同じ蛍光体種の場合、例えばどちらもＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、或いはＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ、Ｌｕ２Ｏ２Ｓ等の同じ蛍光体種系の場合も同様な効果が期待できる。
また、蛍光材料で隔壁を構成した場合には、次の構成でもシンチレータ画素の輝度が向上する。すなわち、隔壁層に含有される蛍光材料ＩＩＩの発光スペクトルがシンチレータ層３８に含有される蛍光材料Ｉの蛍光励起波長を含む場合、蛍光材料ＩＩＩから発する蛍光Ｌ２が蛍光材料Ｉに達して少なくとも最長蛍光励起波長に対応するグランド準位から励起準位への電子遷移を増大させ、この結果として蛍光材料Ｉの発光強度自体が増大する。この構成においてシンチレータ層３８に含有される蛍光材料Ｉの最長蛍光波長と等しいか又はこれよりも短波長側の蛍光発光スペクトルを有する蛍光材料ＩＩＩを隔壁に含有した場合が該当する。特に蛍光材料ＩＩＩの主発光波長が蛍光材料Ｉの主発光波長よりも短い場合に輝度改善効果は一層大きいものとなる。蛍光材料Ｉとしては例えば、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：ＥｕやＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ等の他にＧｄ２Ｏ２Ｓ系で添加物の異なるもの、更にＬａ２Ｏ２Ｓ、Ｌｕ２Ｏ２Ｓ等の希土類セラミックス系材料を母材とし、Ｅｕ、Ｔｂ等の添加物を含有したＸ線用蛍光体などが好適である。
蛍光材料ＩＩＩには、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂの他にＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ等の添加材の異なるもの、更にＧｄ２Ｏ２ＳやＬａ２Ｏ２Ｓ、Ｌｕ２Ｏ２Ｓ等の希土類セラミックス系材料を母材としたＸ線用蛍光体、或いはＺｎＣｄＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕ等の硫化物系蛍光体、或いはＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ等の沃化物系のＸ線用蛍光体、ＣａＷＯ４、ＬａＯＢｒ：Ｔｍ、ＬａＯＢｒ：Ｔｂ等のＸ線用蛍光体などが用いられる。
蛍光材料Ｉと蛍光材料ＩＩＩが同一蛍光体種の場合には、蛍光材料Ｉの発光スペクトルの各スペクトル成分に対して当該各スペクトル成分より短波長側の蛍光材料ＩＩＩの発光スペクトル成分が蛍光材料Ｉの蛍光励起に寄与して蛍光材料ＩＩＩの発光輝度向上に効果がある。
また蛍光材料ＩＩＩから発した蛍光Ｌ２で前記の蛍光材料Ｉへの輝度向上効果を生じなかったものも、シンチレータ層内を乱反射してその一部が検出器に達しシンチレータ層の輝度向上に寄与することは先に説明した第１のメカニズムの場合と同様である。
なお、蛍光材料Ｉを励起する蛍光波長をもつ蛍光材料ＩＩＩとしては、ＺｎＳ：Ａｇの他、ＣａＷＯやＬａＯＢｒ：Ｔｂ、ＢａＳＯ４：ＥｕなどのＸ線用蛍光体が用いられる。
この場合も、蛍光材料ＩＩＩの選定にあたっては、蛍光材料Ｉの蛍光励起スペクトルおよび蛍光材料ＩＩＩの蛍光発光スペクトルなどを考慮し、例えば蛍光材料Ｉの蛍光励起波長と同程度、あるいはそれよりも短い波長成分の光を発生するＸ線蛍光体が用いられる。
なお、シンチレータ層に含まれる蛍光材料Ｉには、Ｘ線吸収率およびＸ線から蛍光への変換効率が高く、蛍光の自己吸収が小さい透明度の高い蛍光材料が望ましい。例えばＧｄ２Ｏ２Ｓを母材とする蛍光体あるいはＣｓＩを母材とする蛍光体が有効である。Ｇｄ２Ｏ２Ｓを母材とする蛍光体は、粒径の制御が比較的容易な粉体で、また湿気に対しても、化学的にも安定で、シンチレータ層の製造にも適している。
蛍光材料Ｉの選択には、使用するＸ線に対するその蛍光体の発光効率だけではなく、蛍光波長とフォトダイオードの分光感度特性との整合性も考慮することが望ましい。例えば、分光感度特性のピークが６００ｎｍ台にあるａ−Ｓｉフォトダイオードを検出器とする場合、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ（主発光波長５４５ｎｍ）に対して発光効率で劣るＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（主発光波長６３０ｎｍ）がフォトダイオードの検出出力では同等か若干大きい値を示す。総合的には、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、ＣｓＩ：Ｔｌ等が好適な蛍光材料である。
また、隔壁層に含有される蛍光材料ＩＩとしては、例えばシンチレータ層に含有する蛍光材料をＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂとした場合、その最短蛍光波長は３７０ｎｍ程度であることから、最長蛍光波長が３７０ｎｍ以上で前記の条件を満足するＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、ＣｓＩ：Ｔｌ、等が有効である。
隔壁層に含まれる蛍光材料ＩＩＩには、例えばシンチレータ層に含有する蛍光材料ＩがＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（主発光波長６３０ｎｍ）の場合には、その主発光波長成分の励起波長が概ね６３０ｎｍ以下であることから、６３０ｎｍ以下に主要蛍光発光成分を有するＧｄ２Ｏ２Ｓ：ＴｂやＢａＦＣｌ：Ｅｕ、ＬａＯＢｒ：Ｔｂ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、ＺｎＳ：Ａｇ、（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ等のＸ線用蛍光体が好適である。
また、蛍光材料Ｉを励起する蛍光材料ＩＩＩには、最長の蛍光波長が紫外領域にある蛍光材料が有効となる。例えば、シンチレータ層が厚くなると、隔壁層で発生した光が隣接する画素のシンチレータ層を超えて、さらにその先のシンチレータ層まで到達し、解像度を低下させる場合がある。
隔壁層に含有する蛍光材料ＩＩＩの蛍光波長が紫外領域にある為に、可視光以上の長波長蛍光に較べてシンチレータ層内で吸収が大きく、隣接するシンチレータ画素を超えてこの紫外蛍光が到達する可能性が極めて小さい。特に膜厚が厚い場合には隣接画素を超えての蛍光の発散による解像度低下を生じやすく、本発明の有効性が増す。
隔壁層内の蛍光材料ＩＩＩとしては、上記の蛍光材料Ｉを励起する蛍光波長成分を有する蛍光材料および最長の蛍光波長が紫外領域にある蛍光材料を混合したものを使用することもできる。この場合、両者の配合率に応じてそれぞれのメカニズムにより輝度の向上効果が実現される。
ここまでに説明した構成によれば、隔壁層に含まれる蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩが発生した光はシンチレータ層内の蛍光材料Ｉが発生した光の減衰を抑え、または、蛍光材料Ｉが発生する光を強めている。このとき、蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩが発生した光の一部は、シンチレータ層内を通過してフォトダイオードに達し感度の上昇にも寄与する。
このような感度上昇の効果を上げるためには、シンチレータ層の蛍光材料Ｉの粒径は大きい方が望ましい。例えば隔壁層の粒径よりも大きな粒径とし、あるいは焼結した一体化構造とし、蛍光材料とバインダーなどの周辺材料との界面の屈折による散乱を極力抑えた方が効果が大きくなる。また、それぞれの蛍光材料の自己吸収係数およびバインダー材料のそれぞれの蛍光に対する吸収係数は小さい方が望ましい。
上記した構成は、隔壁層内の蛍光材料の粒径を小さくすれば画素分離効果が顕著となり、いわゆる解像度が改善する。
例えば蛍光材料の粒径（蛍光材料が針状紛体の場合は針の直径）を小さくすると、蛍光材料とバインダーなどの周辺材料との界面での屈折頻度が増加する。また、粒径が小さいと、完全拡散反射面に近い状態となり反射率が増大する。その結果、シンチレータ層で発生した光の隣接する画素単位のシンチレータ層への到達が防止され、画素分離効果が大きくなる。
この場合、シンチレータ層間に挟まれた隔壁層の壁幅方向に、例えば最低４個程度の蛍光材料の粒子を配列すれば有効な反射効果が実現される。この時、隔壁層に含まれる蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩの平均粒径がφ、体積充填率がＤの場合、平均粒径φを体積充填率Ｄで徐した値（φ／Ｄ）隔壁層の幅の１／２以下にすれば十分に有効な反射効果が得られる。蛍光材料の粒径が極端に小さくなり、その粒径がシンチレータ層で発生する蛍光波長に近い大きさになると散乱効果が小さくなる。従って粒径の下限は、シンチレータ層の蛍光材料Ｉが発生する最短の蛍光波長程度となる。
次に、上記した構成のＸ線検出器の製造方法について説明する。
まず、絶縁基板３１上に光電変換部例えばＴＦＴ１４および蓄積コンデンサ１５、フォトダイオード１３などをそれぞれ画素単位に形成する。
次に、シンチレータ層３８を構成するＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂなどの蛍光材料Ｉとエポキシなどの樹脂材料とを混合した材料を、例えばマトリクス状に形成された複数のフォトダイオード１３などの上部に、４００μｍの厚さで塗付してシンチレータ膜を形成し、その後、焼成し固化する。
次に、ダイシング法などを用いてシンチレータ膜を加工し、隔壁層３９が設けられる部分に溝を形成する。このとき、フォトダイオード１３やＴＦＴ１４の配置に合わせて、１５０μｍのピッチで幅２５μｍの溝を形成し、画素単位に分離したシンチレータ層３８が形成される。
次に、蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩ、例えば平均粒径が２μｍのＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕの小粒径や平均粒径が２μｍのＺｎＳ：Ａｇの粉体とＰＶＢ（ポリビニルブチラール）とを混合した材料を酢酸ブチルで溶かしたスラリー状の充填材を、溝の部分に沈殿法等により充填し、乾燥させ、その後、表面に残った充填材を研磨などで除去し隔壁層３９を形成する。
次に、微粒子紛体のＴｉＯ２と樹脂バインダーとを混合した材料を、画素ごとに分離して形成された複数のシンチレータ層３８および隔壁層３９の表面に塗布し、蛍光反射膜４０を形成する。
なお、蛍光反射膜４０は、その他の透明なセラミックスの微粒子紛体や蛍光体の微粉末で形成することもできる。良好な平坦性が得られればメタル膜で形成することもできる。
また、湿気などによるシンチレータ層３８の変質を防ぐ場合は、Ｘ線検出器の主要部を、Ａｌやプラスチックなどの外囲器で覆って真空封止し、あるいは、外囲器内に乾燥気体が封入される。
上記した製造方法の場合、まずシンチレータ層３８を形成し、その後、隔壁層３９を形成している。しかし、隔壁層３９を形成した後にシンチレータ層３８を形成することもできる。例えば蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩを含む材料で隔壁膜を形成し、その後、シンチレータ層３８となる部分の隔壁膜を除去し、この除去した部分に、蛍光材料Ｉを含むシンチレータ材料を充填する方法である。
ここで、シンチレータ層３８および隔壁層３９を形成する他の方法について説明する。まず、成形が容易な樹脂材料または金属材料からなる予備膜をフォトダイオードなどの上部に形成する。次に、隔壁層３９（またはシンチレータ層３８）となる部分の予備膜を除去し、その除去した部分に隔壁層３９（またはシンチレータ層３８）となる蛍光材料を充填する。次に、先の工程で除去されずに残った予備膜のパターンを選択的に除去し、予備膜が選択的に除去された部分にシンチレータ層３８（または隔壁層３９）となる蛍光材料を充填する方法である。
蛍光材料は、無機材料で硬度が高く結合エネルギーが高い。そのため、化学反応や機械加工、熱的、光化学的な方法では、シンチレータ膜や隔壁膜を部分的に除去するパターニング加工が困難な場合がある。このような場合、樹脂材料や金属材料からなる予備膜を形成する方法が有効となる。また、加工時の蛍光体へのダメージによる発光効率の低下や着色による輝度低下を抑えるメリットもある。
シンチレータ膜や隔壁を部分的に除去して溝を形成しパターン化する方法としては、ダイシング法の他、紫外領域のレーザーによる光化学分解を用いる方法や赤外領域のレーザーによる加熱分解を用いる方法、バインダー材料を化学的に溶解するエッチング法などを利用することもできる。
また、上記の実施形態では、画素単位ごとに形成された複数の光電変換部上にシンチレータ層および隔壁層を順に形成している。しかし、シンチレータ層および隔壁層を別の基板上に形成し、その後、これらシンチレータ層および隔壁層を光電変換部上に接合する方法を用いることもできる。
ここで、本発明の実施例と比較例との特性の測定結果を次表に示す。
なお、表中の各特性は次の方法により測定したものである。
＜相対感度＞
ガラス基板上にＴｉＯ２微粉を樹脂にねりこんで塗布した反射層を形成し、その上に各シンチレータ層及び隔壁層を３００μｍｔの厚さで形成して特性評価用のサンプルを得た。碁盤の目状に画素分離した膜の画素間ピッチは１５０μｍで、隔壁幅は約２０μｍ幅で形成した。各サンプルは研磨により表面を平坦化し、光学ジェルを介して分光感度特性が６００〜７００ｎｍであるａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）フォトダイオードアレイに密着させ、このａ−Ｓｉフォトダイオードの感度出力を平均化して感度評価の指標とした。
＜ＭＴＦ（解像度特性）＞
感度特性測定用と同様にサンプル作成し、５０μｍ以下の幅のスリット状ラインを開けた鉛板チャートを介してＸ線の透過像を測定し、そのＸ線透過像の広がりからＬｉｎｅ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎを測定する。このＬｉｎｅ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎをフーリエ変換することにより空間周波数（Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）に対するＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を計算した。
＜蛍光材料の平均粒径＞
適当な断面を数箇所割ってＳＥＭ観察し、ＳＥＭ画像の各蛍光材料粒子の面積から実効粒径を求めてこれらを平均する。
【表１】
実施例および従来例とも、単位画素のピッチは１５０μｍ、単位画素サイズは１３０μｍ×１３０μｍとし（隔壁の幅が２０μｍ）、シンチレータ層及び隔壁層の蛍光体の体積充填率は０．５（５０％）とした。フォトダイオードなどはプラズマＣＶＤ法およびフォトリソグラフィを用いて形成した。フォトダイオード上の電極膜はＩＴＯをスパッタリング法で形成した。フォトダイオードはａ−ＳｉのＰＩＮ構造で、３８０乃至７２０ｎｍ程度の波長範囲で感度を持ち、６００ｎｍ近傍が感度のピークとなっている。また、シンチレータ層および隔壁層の膜厚は３００μとなっている。
第１表のサンプル１〜４は発明の構造で、いずれも隔壁層に蛍光材料が含まれている。サンプル５は蛍光材料が含まれない隔壁層を設けた構造で、サンプル６は隔壁層のない構造である。解像度特性は空間周波数２Ｌｐ／ｍｍのＭＴＦ（％）で比較した。
第１表から分かるように、隔壁層のないサンプルＦの構造と比較した場合、従来例のサンプルＥは輝度の低下が大きい。発明のサンプルＡ〜Ｄは、輝度の低下は１５％前後に留まっている。サンプルＦは、隔壁層がないため輝度低下はないものの、解像度特性が極端に劣り、精細画像が要求されるＸ線診断には使えないレベルになっている。
次に、図３の符号Ｑで、隔壁層に含まれる蛍光材料の平均粒径（横軸、単位μｍ）と解像度特性の２Ｌｐ／ｍｍのＭＴＦ（縦軸、単位％）との関係を示す。ＭＴＦの値はある範囲にばらつきがあるため、符号Ｑは所定の幅でしめされている。この図４から分かるように、蛍光材料の平均粒径が隔壁幅の１／４である概ね５μｍ以下になると解像度特性の向上が顕著になる。
また、隔壁幅など多少異なるが上記のサンプル１〜６とほぼ同じ構造で、第２表の各蛍光材料を用いてＸ線検出器を作成し、特性を測定した。比較例との対比で結果を第２表に示す。
【表２】
なお、表中、比較例と示したものは、従来構造のＸ線検出器であって、実施例との比較のために示したものである。
上記した発明の構成によれば、隔壁層にシンチレータ層内の蛍光材料と光学的特性が異なる蛍光材料が含まれている。この場合、隔壁層の蛍光材料による発光がシンチレータ層の蛍光材料に作用し、シンチレータ層の蛍光材料が発生する光の強度を強め、あるいは、シンチレータ層内を進む光の減衰を抑え、輝度特性が改善する。また、シンチレータ層の蛍光材料で発生した光は、隔壁層内の蛍光材料と周辺のバインダーとの界面、あるいは、蛍光材料と空間との界面における屈折や反射で、隔壁層全体として拡散反射効果が確保され、或いは蛍光体と一緒にセラミックス微紛等の反射材や、色素含有樹脂或いはカーボンブラックなど無機の蛍光吸収材料を含有する事でシンチレータ層間の光の遮蔽効果が得られる。
従って、夫々のシンチレータ層で発生した蛍光は隣接画素まで到達すること無く各々の画素に対応する光電変換素子に入射して解像度特性の劣化が抑えられる。
その結果、印加電圧が低く信頼性が高い間接方式の利点を生かし、同時に、輝度特性や解像度特性などの画像特性を改善したＸ線検出器およびその製造方法が得られる。
産業上の利用可能性
本発明は、画像特性を改善したＸ線検出器およびその製造方法を実現できる。
本発明のＸ線検出器は、人体の胸部撮影の他、循環器や消化器などの診断にも適用可能である。また工業用のＸ線検出器も適用可能である。更に、２次元的に配列した平面検出器だけでなく、１次元配列のライン検出器（Ｘ線ラインセンサー）にも適用可能である。したがって、広い分野の産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施形態を説明するための回路構成図。
図２は、本発明の実施形態を説明するための図で、１つの画素単位部分を抜き出した断面図。
図３は、本発明の実施形態を説明するための特性図。
本発明はＸ線の検出に用いられるＸ線検出器およびその製造方法に関する。
背景技術
近年、新世代の診断用Ｘ線検出器として、アクティブマトリックスを用いた平面型のＸ線検出器が注目を集めている。平面型Ｘ線検出器は、Ｘ線で撮影したＸ線画像あるいはリアルタイムのＸ線透視画像をデジタル信号として出力する構成になっている。
平面型Ｘ線検出器は固体検出器であるため、画質性能の向上や安定性の面でも大きい期待が寄せられている。
平面型Ｘ線検出器は、比較的大きな線量で静止画像を収集する一般撮影用や胸部撮影用のものがすでに開発され、商品化されている。また、透視線量のもとで毎秒３０画面以上のリアルタイムのＸ線動画の検出も可能なことから、近い将来、循環器や消化器などの診断分野に応用した製品の商品化も予想されている。このような動画用のＸ線検出器の実用化には、Ｓ／Ｎの改善や微小信号のリアルタイム処理技術の一層の改善が必要である。
平面型Ｘ線検出器は、大きく分けると直接方式と間接方式の２つの方式がある。
直接方式はａ−Ｓｅなどの光導電膜を用いてＸ線を電荷に直接変換し、変換した電荷を電荷蓄積用キャパシターに蓄積する方式である。この方式では、解像度特性は画素ピッチでほぼ規定される。間接方式はシンチレータ層でＸ線を可視光に変換し、変換した可視光をａ−ＳｉフォトダイオードやＣＣＤなどの光電変換素子で電荷に変換し、電荷蓄積用キャパシターに蓄積する方式である。
直接方式の平面Ｘ線検出器では、Ｘ線の吸収率を上げて信号強度を確保する為に、例えばａ−Ｓｅの光導電膜を１ｍｍ程度の厚膜で形成している。また、Ｘ線フォトン１個当りの光導電電荷生成率を上げる為、生成した光導電電荷が膜中の欠陥準位にトラップされることなく集電電極に到達させる為、そしてバイアス電界と直角方向への電荷の拡散を極力抑える為に、例えばａ−Ｓｅの光導電膜の両端に１０Ｖ／μｍの強バイアス電界が印加されている。したがって、ａ−Ｓｅの光導電膜の膜厚が１．０ｍｍの場合、１０ｋＶ程度の高電圧が印加される。
直接方式のＸ線検出器は解像度特性が優れているという利点があるが、その反面、動作電圧の低いＴＦＴを高電圧から保護しなければならず、信頼性の点で問題がある。また、低暗電流特性と高感度特性、熱的安定性などを備えた光導電材料を容易に入手できないという問題もある。
一方、間接方式のＸ線検出器は信号電荷の発生にフォトダーオードやＣＣＤなどを用いるため、直接方式におけるような高電圧の印加を必要とせず、高電圧による絶縁破壊の問題はない。また、シンチレータ材料やフォトダーオードなどは基本的な技術が確立しているので製品化が容易であるという利点がある。
しかし、Ｘ線診断装置としての解像度特性はシンチレータ層で変換された蛍光が光電変換素子に到達するまでの間に拡散や散乱を起こすため直接方式に較べて一般に劣るという問題がある。特に感度特性を改善する為にシンチレータ層を厚膜にすると、フォトダイオード等の光電変換素子に到達するまでの蛍光の広がりが大きくなって解像度の劣化が顕著となる。この蛍光の広がりを抑えて解像度を確保するために、シンチレータ層をフォトダイオードとＴＦＴのマトリックスに合わせて画素単位に形成し、シンチレータ画素間を隔壁で光学的に遮断する方法が知られている。しかし従来のＸ線検出器における隔壁はＸ線感度に寄与しない金属材料などで形成されており、この為シンチレータ層から隔壁に置き換えられた分だけシンチレータ層の総発光量が低減してＸ線検出器の感度が低下するという問題があった。
発明の開示
そこで本発明の目的は、画素間に、解像度特性の劣化を抑える為の隔壁が形成された間接方式のＸ線検出器において、隔壁の存在による輝度低下をできるだけ小さくしたＸ線検出器を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、かかるＸ線検出器の製造方法において、輝度の低下をできるだけ小さく抑える隔壁とシンチレータ層の構造を均質かつ信頼性良く形成する方法を提供することにある。
本発明のＸ線検出器は、画素間に隔壁の形成された間接方式のＸ線検出器の高い解像度特性を維持しつつ、感度特性を向上させる為に、以下の構造を有する。
すなわち、本発明のＸ線検出器の一つの形態は、画素単位の光電変換部と、前記光電変換部の各画素上に形成されたシンチレータ画素と、前記シンチレータ画素間の隔壁とを具えたＸ線検出器において、前記隔壁は、前記シンチレータ画素内に含まれる蛍光材料Ｉと光学的特性が相違し、かつ、前記蛍光材料Ｉの最短蛍光波長と等しいかそれよりも長い最長蛍光波長を有する蛍光材料ＩＩを含有することを特徴としている。
従来知られている隔壁構造を有するＸ線検出器では、隔壁が、例えば金属材料やガラス系又はセラミックス材料、或いは樹脂材料などで形成されており、それ自体がＸ線照射により発光することはないのは勿論、シンチレータ層の発光を増大させる効果はないが、本発明のＸ線検出器は、シンチレータ層から発せられる蛍光が拡散あるいは散乱して隣接する画素の光電変換素子に到達するのを防ぐ為の隔壁構造が形成されており、この隔壁構造が画素間の透過光を抑えて解像度を向上させるとともにシンチレータ層の発光輝度の向上に寄与するという特徴を備えている。
本発明のＸ線検出器における画素間の透過光の抑制による解像度の改善は、隔壁が、画素を構成する蛍光材料と光学的特性が相違する蛍光材料を含むため、画素と隔壁との界面で屈折や反射が生じることにより得られる。ここで、光学的特性が異なるとは、平均粒径が異なる場合や、屈折率が異なる場合、或いは分光吸収特性が異なる事などを意味する。
一方、発光輝度の改善は、次のようなメカニズムで行われる。
すなわち、隔壁に含まれる蛍光材料ＩＩの最長蛍光波長がシンチレータ層に含まれる蛍光材料Ｉの最短蛍光波長より長くなっている。この為、蛍光材料ＩＩから発する蛍光が蛍光材料Ｉに達すると蛍光の発光には寄与しないが、蛍光励起に関係する少なくとも最短波長の蛍光発生に関係する電子遷移のグランド準位に存在する電子を上位のエネルギー準位に励起する。その結果、蛍光材料Ｉの蛍光発光遷移に必要なグランド準位の電子の空き率が増加する。あるいは、バンド間の不純物準位や欠陥準位が関係する電子遷移を励起する。この結果、蛍光材料Ｉからの蛍光がシンチレータ層内を通過する際に、グランド準位の電子を励起する確率や、バンド間の準位が関係する電子励起の確率を減じて、蛍光材料Ｉからの蛍光のシンチレータ層内での吸収が抑えられる。その結果、金属材料等により形成された隔壁をもつ従来の間接方式のＸ線検出器と比べて高い輝度のＸ線検出器を得ることができる。
本発明の他の態様は、画素単位の光電変換部と、前記光電変換部の各画素上に形成されたシンチレータ画素と、前記シンチレータ画素間の隔壁とを備えたＸ線検出器において、前記隔壁は、前記シンチレータ画素内に含まれる蛍光材料Ｉと光学的特性が相違し、かつ前記蛍光材料Ｉの最長蛍光励起波長と等しいかそれよりも短い最短蛍光波長を有する蛍光材料ＩＩＩを含有することを特徴としている。ここで、光学的特性が異なるとは、平均粒径が異なる場合や、屈折率が異なる場合、或いは分光吸収特性が異なる事などを意味する。
本発明のこの態様では、で次のようなメカニズムで線検出器の輝度が改善される。
すなわち、この態様では、隔壁に含まれる蛍光材料ＩＩＩの最短蛍光波長がシンチレータ層に含まれる蛍光材料の最長蛍光励起波長よりも短い為、蛍光材料ＩＩＩから発する蛍光が蛍光材料Ｉに達して少なくとも最長蛍光励起波長に係るグランド準位から励起準位への電子遷移を増大させ、この結果として蛍光材料Ｉの発光強度自体が増大する。
前記蛍光材料ＩＩ又は蛍光材料ＩＩＩは粒状の蛍光材料から成り、その蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩの平均粒径φを蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩの隔壁層内の体積充填率（Ｄ）で除した値（φ／Ｄ）が前記隔壁幅の１／２以下であることが望ましい。ここで、例えば堆積充填率５０％の場合の（Ｄ）は０．５である。
このように隔壁内の蛍光材料の粒径を隔壁幅との関係で調整することにより、シンチレータ膜の光学的な画素分離効果をより発揮させることができる。
すなわち、間接方式のＸ線検出器に隔壁を設けるのは、シンチレータ画素からの蛍光が隣接画素に到達するのを防ぐためであるが、その効果は隔壁層の実効的な蛍光吸収若しくは反射の程度と関係している。蛍光の吸収率を増大させると実質的な輝度は低下するが、反射率を向上させても輝度の低下はもたらさない。隔壁層の実効反射率は、蛍光材料粒子の粒径（針状粉体の場合には針の直径等）を小さくして蛍光材料とバインダー等の周辺材料との界面での屈折頻度を増やすことにより向上させることができる。粒径を小さくすると完全拡散反射面に近付きトータルの反射率は増大する。隔壁の幅、即ち隣接画素間に蛍光材料粒子が最低４個程度配列されれば実効的には顕著な反射効果が期待できる。蛍光材料の充填密度を考慮すると、平均粒径（φ）を充填密度（Ｄ）で除した値（φ／Ｄ）が隔壁厚みの１／２以下でほぼこのような状況が実現する事が光学シミュレーション結果から判明している。
しかし粒径が極端に小さくなって蛍光波長程度に近付くと散乱効果が小さくなるので、粒径の下限はシンチレータ層の蛍光波長程度までとすることが望ましい。蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩからシンチレータ層に入射した蛍光は、蛍光材料Ｉに吸収されて発光輝度増大に寄与するが、さらに主にシンチレータ層内を通過してフォトダイオードに達して、Ｘ線検出器の実効感度も向上させる。蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩからシンチレータ層に入射した蛍光がフォトダイオードに到達し易くする為にはシンチレータ層の蛍光材料Ｉの粒径を、隔壁の蛍光材料のように小さくせずに、できるだけ大きくすることが望ましい。または蛍光材料Ｉを焼結体のようなバインダー等を含まないものとして、蛍光材料とバインダー等との界面での屈折による散乱の頻度を極力抑えたり、夫々の蛍光材料の自己吸収係数及びバインダー材料等の蛍光に対する吸収係数をできるだけ小さくすることにより、蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩからシンチレータ層に入射した蛍光をフォトダイオードに一層到達し易くすることができる。
本発明のＸ線検出器は、例えば次に挙げる方法により製造することができる。
第１の方法は、シンチレータ層を先に形成する方法である。蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩを含む隔壁材料の層を一旦形成した後にシンチレータ画素が形成されるべき部分を、化学反応又は光化学反応を用いて、或いは機械的に又は熱的に除去し、しかる後に除去した部分に蛍光材料Ｉを充填する方法である。
すなわち、本発明の第１のＸ線検出器の製造方法は、画素単位の光電変換部上にシンチレータ画素を形成する工程と、前記シンチレータ画素間に隔壁を形成する工程とを備えたＸ線検出器の製造方法において、前記画素単位の光電変換部上に蛍光材料Ｉを含む層を形成する工程と、前記層から隔壁となる部分を除去して前記シンチレータ画素を形成する工程と、前記シンチレータ画素を形成する工程で除去した部分に前記蛍光材料材料ＩＩ及び／又は蛍光材料材料ＩＩＩを含む材料を充填して前記隔壁を形成する工程とを備えたことを特徴としている。
第２の方法は、第１の方法とは逆に、隔壁層を先に形成する方法である。
すなわち、本発明の第２のＸ線検出器の製造方法は、画素単位の光電変換部上にシンチレータ画素を形成する工程と、前記シンチレータ画素間に隔壁を形成する工程とを備えたＸ線検出器の製造方法において、前記画素単位の光電変換部上に蛍光材料材料ＩＩ及び／又は蛍光材料材料ＩＩＩを含む層を形成する工程と、前記層から画素となる部分（前記隔壁となる部分以外の部分）を除去して前記隔壁を形成する工程と、前記隔壁を形成する工程で除去した部分に前記蛍光材料Ｉを含む材料を充填して前記シンチレータ画素を形成する工程とを備えたことを特徴としている。
第３の方法は、樹脂材料等の有機材料又は金属材料等の無機材料により形成された仮隔壁を用いる方法で、蛍光材料を含む層の画素形状又は隔壁形状への加工が困難な場合に特に有効な方法である。
すなわち、本発明の第３のＸ線検出器の製造方法は、画素単位の光電変換部上にシンチレータ画素を形成する工程と、前記シンチレータ画素間に隔壁を形成する工程とを備えたＸ線検出器の製造方法において、前記画素単位の光電変換部上に樹脂材料等の有機材料又は金属材料等の無機材料により層を形成する工程と、前記層から前記隔壁となる部分を除去して樹脂材料又は金属材料による仮画素を形成する工程と、前記仮画素を形成する工程で除去した部分に前記蛍光材料材料ＩＩ及び／又は蛍光材料材料ＩＩＩを含む材料を充填して前記隔壁を形成する工程と、前記仮画素を除去する工程と、前記仮画素を除去した部分に前記蛍光材料材料Ｉを含む材料を充填して前記シンチレータ画素を形成する工程とを備えたことを特徴としている。
第４の方法は、樹脂材料等の有機材料又は金属材料等の無機材料などにより形成された仮画素を用いる方法で、この方法も蛍光材料を含む層の画素形状又は隔壁形状への加工が困難な場合に特に有効である。
すなわち、本発明の第４のＸ線検出器の製造方法は、画素単位の光電変換部上にシンチレータ画素を形成する工程と、前記シンチレータ画素間に隔壁を形成する工程とを備えたＸ線検出器の製造方法において、前記画素単位の光電変換部上に樹脂材料等の有機材料又は金属材料等の無機材料により層を形成する工程と、前記層から隔壁となる部分以外の部分を除去して樹脂材料又は金属材料による仮隔壁を形成する工程と、前記仮隔壁を形成する工程で除去した部分に前記蛍光材料Ｉを含む材料を充填して前記シンチレータ画素を形成する工程と、前記仮隔壁を除去する工程と、前記仮隔壁を除去した部分に蛍光材料ＩＩ及び／又は蛍光材料ＩＩＩを含む材料を充填して前記隔壁を形成する工程とを備えたことを特徴としている。なお、一般に画素は一辺が３０〜４００μｍの正方形又は正方形に近い長方形であり、隔壁の幅は１０〜５０μｍ程度であり、シンチレータ画素の厚さは１００〜８００μｍである。用途や検出するＸ線のエネルギーにより必要な膜厚は異なるが、医療用途の一般撮影用や透視用としては、好ましくは２００〜５００μである。
隔壁層やシンチレータ層等の蛍光材料を含む層あるいは樹脂材料や金属材料からなる層を部分除去する方法としては、紫外線領域の発光波長を持つレーザー光による光化学的反応を用いた除去、化学的な処理による除去、ダイシング他の機械的な手段を用いての切削除去、更には赤外線レーザーなどによる高密度の加熱による熱的な除去等の公知の方法を用いることができる。
また、蛍光材料は硬度と結合エネルギーが高いために化学反応や機械加工、或いは熱的又は光化学的な除去がいずれの方法でも難しいが、樹脂材料や金属材料でパターン形成して仮隔壁や仮画素を形成する方法では、このような蛍光材料を除去する工程を省略できるという利点がある。また加工時の蛍光体へのダメージによる発光効率の低下や着色による輝度低下を避けることができる。
従来のＸ線検出器では、例えば金属材料やガラス系又はセラミックス材料、或いは樹脂材料などで隔壁が形成されており、隔壁自体がＸ線照射により発光することはないのは勿論、シンチレータ層の発光を増大させる効果も保有してはいない。これに対して本発明のＸ線検出器では、隔壁層が、シンチレータ層から発せられる蛍光が拡散して隣接する画素の光電変換素子へ到達するのを抑制するとともに、同じ隔壁層がシンチレータ層の発光輝度の増大に寄与する。なお、本発明のＸ線検出器における隔壁の光の遮蔽効果は、前述したように、隔壁内の蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩを適当な粒径の粉体状とすることにより蛍光材料自体とバインダー材の界面屈折や界面での全反射により得られるが、例えばＡｇやＡｇ系合金などの金属粉体やＴｉＯ２等の微細な透明セラミックス粉体のような反射材や蛍光を吸収する色素などの樹脂材料を隔壁を構成する蛍光材料に含有させることによっても実現可能である。
発明を実施するための最良の形態
本発明の実施形態について図１の回路構成図を参照して説明する。
符号１１はＸ線光電変換部で、Ｘ線光電変換部１１はマトリックス状に配列した複数の画素単位１２から構成されている。たとえばガラスなどの絶縁基板上に同じ構造の複数の画素単位１２が行方向（たとえば図の横方向）および列方向（たとえば図の縦方向）の２次元に配置されている。図１では、たとえば９個の画素単位１２ａ〜１２ｉが示されている。
１つの画素単位たとえば画素単位１２ｉは、光を電荷に変換するフォトダイオード１３およびスイッチング部を構成する薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴという）１４、電荷を蓄積する電荷蓄積部たとえば蓄積キャパシタ１５などから構成されている。ＴＦＴ１４はゲート電極Ｇおよびソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄを有し、たとえばドレイン電極Ｄはフォトダイオード１３および蓄積キャパシタ１５と電気的に接続されている。
Ｘ線光電変換部１１の外部に、ＴＦＴ１４の動作状態たとえばオン・オフを制御する制御回路１６が設けられている。制御回路１６には複数の制御ライン１７が設けられている。図では第１ないし第４の４個の制御ライン１７１〜１７４が設けられている。それぞれの制御ライン１７は、同じ行の画素単位１２を構成するＴＦＴ１４のゲート電極Ｇに接続されている。たとえば第１の制御ライン１７１は画素単位１２ａ〜１２ｃのゲート電極Ｇに接続されている。
列方向には、複数のデータライン１８が設けられている。図では第１ないし第４の４個のデータライン１８１〜１８４が設けられている。それぞれのデータライン１８は、同じ列の画素単位１２を構成するＴＦＴ１４のソース電極Ｓに接続されている。たとえば第１のデータライン１８１は画素単位１２ａ、１２ｄ、１２ｇのソース電極Ｓに接続されている。各データライン１７は対応する電荷増幅器１９に接続されている。
電荷増幅器１９はたとえば演算増幅器で構成され、その一方の入力端子ａ１にデータライン１８が接続され、他方の入力端子ａ２は接地されている。一方の入力端子ａ１と出力端子ｂ間にコンデンサＣが接続され積分機能を有する構成になっている。コンデンサＣと並列にスイッチＳＷが接続され、たとえばスイッチＳＷを閉じてコンデンサＣに残った電荷を放電する構成になっている。
それぞれの電荷増幅器１９は、並列に入力する複数の電気信号を直列信号に変換して出力する並列／直列変換器２０に接続されている。並列／直列変換器２０は、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器２１に接続されている。
制御回路１６や電荷増幅器１９、並列／直列変換器２０、アナログデジタル変換器２１はたとえば集積回路で形成され、制御回路１６とＴＦＴ１４間などそれぞれの回路間はたとえばワイヤボンディングで接続される。
次に、Ｘ線光導変換部１１の構成について図２を参照して説明する。図２は１つの画素単位の部分を抜き出した断面図で、図１に対応する部分には同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
ガラスなどの絶縁基板３１上にＴＦＴ１４および蓄積キャパシタ１５が形成されている。ＴＦＴ１４は、絶縁基板３１上に形成されたゲート電極Ｇおよびゲート電極Ｇを覆う絶縁膜３２、絶縁膜３２上に形成された半導体膜３３、半導体膜３３上に設けられたソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄなどから構成されている。
ＴＦＴ１４のゲート電極Ｇは制御ライン１７（図１）に接続され、ソース電極Ｓはデータライン１８に接続されている。
蓄積キャパシタ１５は絶縁基板３１上に形成された下部電極３４、ゲート電極Ｇ上から下部電極３４上まで延長する絶縁膜３２、絶縁膜３２上に設けられた上部電極３５などから構成されている。上部電極３５はドレイン電極Ｄと電気的に接続されている。
ＴＦＴ１４および蓄積キャパシタ１５の上方に絶縁層３６が設けられ、絶縁層３６上にフォトダイオード１３が形成されている。フォトダイオード１３は、ａ−ＳｉのｐｎダイオードやＰＩＮダイオードなどで形成される。図の場合はＰＩＮダイオードで形成されている。フォトダイオード１３の図示下方および上方にそれぞれ第１電極１３１および第２電極１３２が設けられ、第１電極１３１と第２電極１３２間にバイアス電圧が印加される。第２電極１３２はスパッタリング法などで成膜したＩＴＯ透明導電膜で形成されている。絶縁層３６の一部にスルーホール３７が設けられ、フォトダイオード１３の第１電極１３１はスルーホール３７を介してＴＦＴ１４のドレイン電極Ｄと電気的に接続されている。第２電極１３２上にＸ線を光に変換するシンチレータ層３８が形成されている。
シンチレータ層３８を囲む周縁領域たとえば隣接する画素単位のシンチレータ層３８１との境界に隔壁層３９が形成され、隣接する画素単位のシンチレータ層どうしは隔壁層３９で遮断されている。シンチレータ層３８および隔壁層３９にはそれぞれ蛍光材料ＩＰ１および蛍光材料ＩＩＰ２が含まれ、蛍光材料ＩＰ１および蛍光材料ＩＩＰ２は、光学的特性たとえば発光スペクトルや屈折率、反射率、平均粒径などの１つあるいは複数の特性が相違している。また、シンチレータ層３８および隔壁層３９上に、光を反射する蛍光反射層４０がＸ線光導変換部１１の全面にわたってたとえば共通に形成されている。
上記した構成において、蛍光反射層４０を通してシンチレータ層３８および隔壁層３９にＸ線４１が入射し、シンチレータ層３８および隔壁３９で光に変換される。シンチレータ層３８で発生した光Ｌ１は、隔壁層３９から入力する光Ｌ２の作用で強められ、あるいは減衰が抑えられ、あるいは隔壁層３９との境界などで反射し、シンチレータ層３８からフォトダイオード１３に入力し、電荷に変換される。この電荷は蓄積キャパシタ１５に蓄積される。
蓄積キャパシタ１５に蓄積した電荷の読み出しは制御回路１６によって制御され、たとえば画素単位１２の行（図１の横方向）ごとに順に行われる。まず、制御回路１６から第１のゲートライン１７１を通して第１行目に位置する画素単位１２ａ〜１２ｃのゲート電極Ｇに、たとえば１０Ｖのオン信号を加え、第１行目の画素単位のＴＦＴ１４をオン状態にする。
このとき、第１行目の画素単位１２ａ〜１２ｃの蓄積キャパシタ１５に蓄積された電荷が、ドレイン電極Ｄからソース電極Ｓに電気信号として出力される。ソース電極Ｓに出力した電気信号はそれぞれ複数の電荷増幅器１９で増幅される。増幅された電気信号は並列／直列変換器２０に並列に加えられ、直列信号に変換される。その後、アナログデジタル変換機２１でデジタル信号に変換され、次段の信号処理回路（図示せず）に送られる。
第１行目に位置する画素単位の蓄積キャパシタ１５の電荷の読み出しが終了すると、制御回路１６から第１ゲートライン１７１を通して第１行目の画素単位のゲート電極Ｇにたとえば−５Ｖのオフ信号が加えられ、第１行目の画素単位のＴＦＴ１４をオフ状態にする。
上記した動作が第２行目以下の画素単位１２についても順に行われる。そして、すべての画素単位１２の蓄積キャパシタ１５に蓄積した電荷の読み出しが行われ、順次、デジタル信号に変換されて出力され、１つのＸ線画面に対応する電気信号がアナログデジタル変換器２０から出力される。
図１の場合、フォトダイオード１３はＴＦＴ１４や蓄積キャパシタ１５に重ならない領域に形成されている。しかし、広い受光面積を確保するために、たとえばＴＦＴ１４および蓄積キャパシタ１５上に絶縁層を設け、１つの画素内のより広い領域にフォトダイオード１３を形成することもできる。
ここで、シンチレータ層３８に含まれる蛍光材料Ｉ（Ｐ１）および隔壁層３９に含まれる蛍光材料ＩＩ（Ｐ２）による輝度改善効果について説明する。
蛍光材料Ｉには、蛍光波長が所定の範囲に分布する光を発生するたとえばＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂが用いられ、蛍光材料ＩＩには、蛍光材料Ｉの蛍光波長のうちその一番短い波長と等しいかそれよりも長い波長成分を有する蛍光波長の光を発生する蛍光材料が用いられる。たとえばＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（４重量％）などで、この場合、たとえば平均粒径が２μｍ程度の小さな粒径のものが用いられる。
この組み合わせの場合、シンチレータ層３８で発生した光Ｌ１は、隔壁層３９の蛍光材料ＩＩが発生する光Ｌ２の作用により、シンチレータ層３８内での減衰が小さく抑えられてフォトダイオード１３に入力し輝度が上昇する。
この構成の場合、隔壁に含まれる蛍光材料ＩＩの最長蛍光波長がシンチレータ層に含まれる蛍光材料Ｉが発生する蛍光波長のうちその最も短い波長より大きくなっている。したがって、蛍光材料ＩＩから発する蛍光Ｌ２がシンチレータ層３８に進入すると、蛍光材料Ｉの蛍光励起には寄与しないが、蛍光励起に係る電子遷移のグランド準位に存在する電子を上位の不純物準位や蛍光発生に関係しない上位のエネルギー準位に励起する。その結果、蛍光材料Ｉの蛍光発光遷移に必要なグランド準位の電子の空き率が増加する。これによって、蛍光材料ＩのＸ線蛍光発光効率が増大する。あるいは、蛍光Ｌ２が蛍光材料Ｉのバンド間の不純物準位や欠陥準位が関係する電子遷移を励起するときには、蛍光材料Ｉからの蛍光Ｌ１がシンチレータ層内を通過する際に、グランド準位の電子を励起して吸収される確率や、バンド間の準位が関係する電子励起により吸収される確率を減じて、蛍光材料Ｉからの蛍光Ｌ１のシンチレータ層３８内での自己吸収が抑えられる。これらの結果として輝度の向上が期待できる。
また蛍光材料ＩＩから発した蛍光Ｌ２で前記の蛍光材料Ｉへの輝度向上効果を生じなかったものも、シンチレータ層内を何回か反射して、その一部が検出器に達しシンチレータ層の輝度向上に寄与する。
上記の場合、蛍光材料Ｉには、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂの他にＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ等の添加材の異なるもの、Ｇｄ２Ｏ２ＳやＬａ２Ｏ２Ｓ、Ｌｕ２Ｏ２Ｓ等の希土類セラミックス系材料を母材としたＸ線用蛍光体、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ等の沃化物系のＸ線用蛍光体あるいはＣａＷＯ４、ＬａＯＢｒ：Ｔｍ、ＬａＯＢｒ：Ｔｂ等のＸ線用蛍光体などが用いられる。
また、蛍光材料ＩＩにはＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕの他、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：ＰｒやＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ等の添加材の異なるもの、Ｇｄ２Ｏ２ＳやＬａ２Ｏ２Ｓ、Ｌｕ２Ｏ２Ｓ等の希土類セラミックス系材料を母材としたＸ線用蛍光体あるいはＺｎＣｄＳ：Ａｇ等の硫化物系蛍光体などが用いられる。
蛍光材料Ｉおよび蛍光材料ＩＩを選択する場合に、実用上望ましくは、例えば両者の蛍光発光スペクトルなどを考慮し、蛍光材料ＩＩには蛍光材料Ｉの主蛍光波長と同程度かそれよりも長い主蛍光波長を有する蛍光材料が用いられる。例えば蛍光材料Ｉに主蛍光波長が５４０ｎｍ前後のＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂを用いる場合には蛍光材料ＩＩには主蛍光波長が６４０ｎｍ前後のＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕが用いられる。
しかし、蛍光材料ＩＩの主発光波長が必ずしも蛍光材料Ｉの主発光波長より長い必要は無く、蛍光材料ＩＩの発光スペクトルの少なくとも一部が蛍光材料Ｉの最短発光波長よりも長ければ前述したメカニズムから輝度向上効果が期待できる。前述の例と逆の組み合わせになるが、例えば蛍光材料ＩにＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕを用い、蛍光材料ＩＩにＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂを用いた場合にも、蛍光材料ＩＩのＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂが発光する３８０ｎｍ前後から６８０ｎｍ前後までの蛍光Ｌ２のうち５００ｎｍ程度以上の蛍光スペクトルが、最短発光波長５００ｎｍ程度の蛍光材料ＩのＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕの蛍光発光効率を増大させる。
隔壁に含まれる蛍光材料ＩＩが画素部に含まれる蛍光材料Ｉと同じ蛍光体種の場合、例えばどちらもＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、或いはＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ、Ｌｕ２Ｏ２Ｓ等の同じ蛍光体種系の場合も同様な効果が期待できる。
また、蛍光材料で隔壁を構成した場合には、次の構成でもシンチレータ画素の輝度が向上する。すなわち、隔壁層に含有される蛍光材料ＩＩＩの発光スペクトルがシンチレータ層３８に含有される蛍光材料Ｉの蛍光励起波長を含む場合、蛍光材料ＩＩＩから発する蛍光Ｌ２が蛍光材料Ｉに達して少なくとも最長蛍光励起波長に対応するグランド準位から励起準位への電子遷移を増大させ、この結果として蛍光材料Ｉの発光強度自体が増大する。この構成においてシンチレータ層３８に含有される蛍光材料Ｉの最長蛍光波長と等しいか又はこれよりも短波長側の蛍光発光スペクトルを有する蛍光材料ＩＩＩを隔壁に含有した場合が該当する。特に蛍光材料ＩＩＩの主発光波長が蛍光材料Ｉの主発光波長よりも短い場合に輝度改善効果は一層大きいものとなる。蛍光材料Ｉとしては例えば、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：ＥｕやＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ等の他にＧｄ２Ｏ２Ｓ系で添加物の異なるもの、更にＬａ２Ｏ２Ｓ、Ｌｕ２Ｏ２Ｓ等の希土類セラミックス系材料を母材とし、Ｅｕ、Ｔｂ等の添加物を含有したＸ線用蛍光体などが好適である。
蛍光材料ＩＩＩには、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂの他にＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ等の添加材の異なるもの、更にＧｄ２Ｏ２ＳやＬａ２Ｏ２Ｓ、Ｌｕ２Ｏ２Ｓ等の希土類セラミックス系材料を母材としたＸ線用蛍光体、或いはＺｎＣｄＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕ等の硫化物系蛍光体、或いはＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ等の沃化物系のＸ線用蛍光体、ＣａＷＯ４、ＬａＯＢｒ：Ｔｍ、ＬａＯＢｒ：Ｔｂ等のＸ線用蛍光体などが用いられる。
蛍光材料Ｉと蛍光材料ＩＩＩが同一蛍光体種の場合には、蛍光材料Ｉの発光スペクトルの各スペクトル成分に対して当該各スペクトル成分より短波長側の蛍光材料ＩＩＩの発光スペクトル成分が蛍光材料Ｉの蛍光励起に寄与して蛍光材料ＩＩＩの発光輝度向上に効果がある。
また蛍光材料ＩＩＩから発した蛍光Ｌ２で前記の蛍光材料Ｉへの輝度向上効果を生じなかったものも、シンチレータ層内を乱反射してその一部が検出器に達しシンチレータ層の輝度向上に寄与することは先に説明した第１のメカニズムの場合と同様である。
なお、蛍光材料Ｉを励起する蛍光波長をもつ蛍光材料ＩＩＩとしては、ＺｎＳ：Ａｇの他、ＣａＷＯやＬａＯＢｒ：Ｔｂ、ＢａＳＯ４：ＥｕなどのＸ線用蛍光体が用いられる。
この場合も、蛍光材料ＩＩＩの選定にあたっては、蛍光材料Ｉの蛍光励起スペクトルおよび蛍光材料ＩＩＩの蛍光発光スペクトルなどを考慮し、例えば蛍光材料Ｉの蛍光励起波長と同程度、あるいはそれよりも短い波長成分の光を発生するＸ線蛍光体が用いられる。
なお、シンチレータ層に含まれる蛍光材料Ｉには、Ｘ線吸収率およびＸ線から蛍光への変換効率が高く、蛍光の自己吸収が小さい透明度の高い蛍光材料が望ましい。例えばＧｄ２Ｏ２Ｓを母材とする蛍光体あるいはＣｓＩを母材とする蛍光体が有効である。Ｇｄ２Ｏ２Ｓを母材とする蛍光体は、粒径の制御が比較的容易な粉体で、また湿気に対しても、化学的にも安定で、シンチレータ層の製造にも適している。
蛍光材料Ｉの選択には、使用するＸ線に対するその蛍光体の発光効率だけではなく、蛍光波長とフォトダイオードの分光感度特性との整合性も考慮することが望ましい。例えば、分光感度特性のピークが６００ｎｍ台にあるａ−Ｓｉフォトダイオードを検出器とする場合、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ（主発光波長５４５ｎｍ）に対して発光効率で劣るＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（主発光波長６３０ｎｍ）がフォトダイオードの検出出力では同等か若干大きい値を示す。総合的には、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、ＣｓＩ：Ｔｌ等が好適な蛍光材料である。
また、隔壁層に含有される蛍光材料ＩＩとしては、例えばシンチレータ層に含有する蛍光材料をＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂとした場合、その最短蛍光波長は３７０ｎｍ程度であることから、最長蛍光波長が３７０ｎｍ以上で前記の条件を満足するＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、ＣｓＩ：Ｔｌ、等が有効である。
隔壁層に含まれる蛍光材料ＩＩＩには、例えばシンチレータ層に含有する蛍光材料ＩがＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（主発光波長６３０ｎｍ）の場合には、その主発光波長成分の励起波長が概ね６３０ｎｍ以下であることから、６３０ｎｍ以下に主要蛍光発光成分を有するＧｄ２Ｏ２Ｓ：ＴｂやＢａＦＣｌ：Ｅｕ、ＬａＯＢｒ：Ｔｂ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、ＺｎＳ：Ａｇ、（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ等のＸ線用蛍光体が好適である。
また、蛍光材料Ｉを励起する蛍光材料ＩＩＩには、最長の蛍光波長が紫外領域にある蛍光材料が有効となる。例えば、シンチレータ層が厚くなると、隔壁層で発生した光が隣接する画素のシンチレータ層を超えて、さらにその先のシンチレータ層まで到達し、解像度を低下させる場合がある。
隔壁層に含有する蛍光材料ＩＩＩの蛍光波長が紫外領域にある為に、可視光以上の長波長蛍光に較べてシンチレータ層内で吸収が大きく、隣接するシンチレータ画素を超えてこの紫外蛍光が到達する可能性が極めて小さい。特に膜厚が厚い場合には隣接画素を超えての蛍光の発散による解像度低下を生じやすく、本発明の有効性が増す。
隔壁層内の蛍光材料ＩＩＩとしては、上記の蛍光材料Ｉを励起する蛍光波長成分を有する蛍光材料および最長の蛍光波長が紫外領域にある蛍光材料を混合したものを使用することもできる。この場合、両者の配合率に応じてそれぞれのメカニズムにより輝度の向上効果が実現される。
ここまでに説明した構成によれば、隔壁層に含まれる蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩが発生した光はシンチレータ層内の蛍光材料Ｉが発生した光の減衰を抑え、または、蛍光材料Ｉが発生する光を強めている。このとき、蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩが発生した光の一部は、シンチレータ層内を通過してフォトダイオードに達し感度の上昇にも寄与する。
このような感度上昇の効果を上げるためには、シンチレータ層の蛍光材料Ｉの粒径は大きい方が望ましい。例えば隔壁層の粒径よりも大きな粒径とし、あるいは焼結した一体化構造とし、蛍光材料とバインダーなどの周辺材料との界面の屈折による散乱を極力抑えた方が効果が大きくなる。また、それぞれの蛍光材料の自己吸収係数およびバインダー材料のそれぞれの蛍光に対する吸収係数は小さい方が望ましい。
上記した構成は、隔壁層内の蛍光材料の粒径を小さくすれば画素分離効果が顕著となり、いわゆる解像度が改善する。
例えば蛍光材料の粒径（蛍光材料が針状紛体の場合は針の直径）を小さくすると、蛍光材料とバインダーなどの周辺材料との界面での屈折頻度が増加する。また、粒径が小さいと、完全拡散反射面に近い状態となり反射率が増大する。その結果、シンチレータ層で発生した光の隣接する画素単位のシンチレータ層への到達が防止され、画素分離効果が大きくなる。
この場合、シンチレータ層間に挟まれた隔壁層の壁幅方向に、例えば最低４個程度の蛍光材料の粒子を配列すれば有効な反射効果が実現される。この時、隔壁層に含まれる蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩの平均粒径がφ、体積充填率がＤの場合、平均粒径φを体積充填率Ｄで徐した値（φ／Ｄ）隔壁層の幅の１／２以下にすれば十分に有効な反射効果が得られる。蛍光材料の粒径が極端に小さくなり、その粒径がシンチレータ層で発生する蛍光波長に近い大きさになると散乱効果が小さくなる。従って粒径の下限は、シンチレータ層の蛍光材料Ｉが発生する最短の蛍光波長程度となる。
次に、上記した構成のＸ線検出器の製造方法について説明する。
まず、絶縁基板３１上に光電変換部例えばＴＦＴ１４および蓄積コンデンサ１５、フォトダイオード１３などをそれぞれ画素単位に形成する。
次に、シンチレータ層３８を構成するＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂなどの蛍光材料Ｉとエポキシなどの樹脂材料とを混合した材料を、例えばマトリクス状に形成された複数のフォトダイオード１３などの上部に、４００μｍの厚さで塗付してシンチレータ膜を形成し、その後、焼成し固化する。
次に、ダイシング法などを用いてシンチレータ膜を加工し、隔壁層３９が設けられる部分に溝を形成する。このとき、フォトダイオード１３やＴＦＴ１４の配置に合わせて、１５０μｍのピッチで幅２５μｍの溝を形成し、画素単位に分離したシンチレータ層３８が形成される。
次に、蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩ、例えば平均粒径が２μｍのＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕの小粒径や平均粒径が２μｍのＺｎＳ：Ａｇの粉体とＰＶＢ（ポリビニルブチラール）とを混合した材料を酢酸ブチルで溶かしたスラリー状の充填材を、溝の部分に沈殿法等により充填し、乾燥させ、その後、表面に残った充填材を研磨などで除去し隔壁層３９を形成する。
次に、微粒子紛体のＴｉＯ２と樹脂バインダーとを混合した材料を、画素ごとに分離して形成された複数のシンチレータ層３８および隔壁層３９の表面に塗布し、蛍光反射膜４０を形成する。
なお、蛍光反射膜４０は、その他の透明なセラミックスの微粒子紛体や蛍光体の微粉末で形成することもできる。良好な平坦性が得られればメタル膜で形成することもできる。
また、湿気などによるシンチレータ層３８の変質を防ぐ場合は、Ｘ線検出器の主要部を、Ａｌやプラスチックなどの外囲器で覆って真空封止し、あるいは、外囲器内に乾燥気体が封入される。
上記した製造方法の場合、まずシンチレータ層３８を形成し、その後、隔壁層３９を形成している。しかし、隔壁層３９を形成した後にシンチレータ層３８を形成することもできる。例えば蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩを含む材料で隔壁膜を形成し、その後、シンチレータ層３８となる部分の隔壁膜を除去し、この除去した部分に、蛍光材料Ｉを含むシンチレータ材料を充填する方法である。
ここで、シンチレータ層３８および隔壁層３９を形成する他の方法について説明する。まず、成形が容易な樹脂材料または金属材料からなる予備膜をフォトダイオードなどの上部に形成する。次に、隔壁層３９（またはシンチレータ層３８）となる部分の予備膜を除去し、その除去した部分に隔壁層３９（またはシンチレータ層３８）となる蛍光材料を充填する。次に、先の工程で除去されずに残った予備膜のパターンを選択的に除去し、予備膜が選択的に除去された部分にシンチレータ層３８（または隔壁層３９）となる蛍光材料を充填する方法である。
蛍光材料は、無機材料で硬度が高く結合エネルギーが高い。そのため、化学反応や機械加工、熱的、光化学的な方法では、シンチレータ膜や隔壁膜を部分的に除去するパターニング加工が困難な場合がある。このような場合、樹脂材料や金属材料からなる予備膜を形成する方法が有効となる。また、加工時の蛍光体へのダメージによる発光効率の低下や着色による輝度低下を抑えるメリットもある。
シンチレータ膜や隔壁を部分的に除去して溝を形成しパターン化する方法としては、ダイシング法の他、紫外領域のレーザーによる光化学分解を用いる方法や赤外領域のレーザーによる加熱分解を用いる方法、バインダー材料を化学的に溶解するエッチング法などを利用することもできる。
また、上記の実施形態では、画素単位ごとに形成された複数の光電変換部上にシンチレータ層および隔壁層を順に形成している。しかし、シンチレータ層および隔壁層を別の基板上に形成し、その後、これらシンチレータ層および隔壁層を光電変換部上に接合する方法を用いることもできる。
ここで、本発明の実施例と比較例との特性の測定結果を次表に示す。
なお、表中の各特性は次の方法により測定したものである。
＜相対感度＞
ガラス基板上にＴｉＯ２微粉を樹脂にねりこんで塗布した反射層を形成し、その上に各シンチレータ層及び隔壁層を３００μｍｔの厚さで形成して特性評価用のサンプルを得た。碁盤の目状に画素分離した膜の画素間ピッチは１５０μｍで、隔壁幅は約２０μｍ幅で形成した。各サンプルは研磨により表面を平坦化し、光学ジェルを介して分光感度特性が６００〜７００ｎｍであるａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）フォトダイオードアレイに密着させ、このａ−Ｓｉフォトダイオードの感度出力を平均化して感度評価の指標とした。
＜ＭＴＦ（解像度特性）＞
感度特性測定用と同様にサンプル作成し、５０μｍ以下の幅のスリット状ラインを開けた鉛板チャートを介してＸ線の透過像を測定し、そのＸ線透過像の広がりからＬｉｎｅ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎを測定する。このＬｉｎｅ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎをフーリエ変換することにより空間周波数（Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）に対するＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を計算した。
＜蛍光材料の平均粒径＞
適当な断面を数箇所割ってＳＥＭ観察し、ＳＥＭ画像の各蛍光材料粒子の面積から実効粒径を求めてこれらを平均する。
【表１】
第１表のサンプル１〜４は発明の構造で、いずれも隔壁層に蛍光材料が含まれている。サンプル５は蛍光材料が含まれない隔壁層を設けた構造で、サンプル６は隔壁層のない構造である。解像度特性は空間周波数２Ｌｐ／ｍｍのＭＴＦ（％）で比較した。
第１表から分かるように、隔壁層のないサンプルＦの構造と比較した場合、従来例のサンプルＥは輝度の低下が大きい。発明のサンプルＡ〜Ｄは、輝度の低下は１５％前後に留まっている。サンプルＦは、隔壁層がないため輝度低下はないものの、解像度特性が極端に劣り、精細画像が要求されるＸ線診断には使えないレベルになっている。
次に、図３の符号Ｑで、隔壁層に含まれる蛍光材料の平均粒径（横軸、単位μｍ）と解像度特性の２Ｌｐ／ｍｍのＭＴＦ（縦軸、単位％）との関係を示す。ＭＴＦの値はある範囲にばらつきがあるため、符号Ｑは所定の幅でしめされている。この図４から分かるように、蛍光材料の平均粒径が隔壁幅の１／４である概ね５μｍ以下になると解像度特性の向上が顕著になる。
また、隔壁幅など多少異なるが上記のサンプル１〜６とほぼ同じ構造で、第２表の各蛍光材料を用いてＸ線検出器を作成し、特性を測定した。比較例との対比で結果を第２表に示す。
【表２】
上記した発明の構成によれば、隔壁層にシンチレータ層内の蛍光材料と光学的特性が異なる蛍光材料が含まれている。この場合、隔壁層の蛍光材料による発光がシンチレータ層の蛍光材料に作用し、シンチレータ層の蛍光材料が発生する光の強度を強め、あるいは、シンチレータ層内を進む光の減衰を抑え、輝度特性が改善する。また、シンチレータ層の蛍光材料で発生した光は、隔壁層内の蛍光材料と周辺のバインダーとの界面、あるいは、蛍光材料と空間との界面における屈折や反射で、隔壁層全体として拡散反射効果が確保され、或いは蛍光体と一緒にセラミックス微紛等の反射材や、色素含有樹脂或いはカーボンブラックなど無機の蛍光吸収材料を含有する事でシンチレータ層間の光の遮蔽効果が得られる。
従って、夫々のシンチレータ層で発生した蛍光は隣接画素まで到達すること無く各々の画素に対応する光電変換素子に入射して解像度特性の劣化が抑えられる。
その結果、印加電圧が低く信頼性が高い間接方式の利点を生かし、同時に、輝度特性や解像度特性などの画像特性を改善したＸ線検出器およびその製造方法が得られる。
産業上の利用可能性
本発明は、画像特性を改善したＸ線検出器およびその製造方法を実現できる。
本発明のＸ線検出器は、人体の胸部撮影の他、循環器や消化器などの診断にも適用可能である。また工業用のＸ線検出器も適用可能である。更に、２次元的に配列した平面検出器だけでなく、１次元配列のライン検出器（Ｘ線ラインセンサー）にも適用可能である。したがって、広い分野の産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施形態を説明するための回路構成図。
図２は、本発明の実施形態を説明するための図で、１つの画素単位部分を抜き出した断面図。
図３は、本発明の実施形態を説明するための特性図。
Claims (10)
- 画素単位の光電変換部と、前記光電変換部の各画素上に形成されたシンチレータ画素と、前記シンチレータ画素間の隔壁とを具えたＸ線検出器において、
前記隔壁は、前記シンチレータ画素内に含まれる蛍光材料Ｉと光学的特性が相違し、かつ前記蛍光材料Ｉの最短蛍光波長と等しいかそれよりも長い最長蛍光波長を有する蛍光材料ＩＩを含有することを特徴とするＸ線検出器。 - 画素単位の光電変換部と、前記光電変換部の各画素上に形成されたシンチレータ画素と、前記シンチレータ画素間の隔壁とを備えたＸ線検出器において、
前記隔壁は、前記シンチレータ画素内に含まれる蛍光材料Ｉと光学的特性が相違し、かつ前記蛍光材料Ｉの最長蛍光励起波長と等しいかそれよりも短い最短蛍光波長を有する蛍光材料ＩＩＩを含有することを特徴とするＸ線検出器。 - 前記蛍光材料ＩＩ又は蛍光材料ＩＩＩが粒状の蛍光材料から成り、その蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩの平均粒径φを蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩの隔壁層内の体積充填率Ｄで除した値（φ／Ｄ）が前記隔壁幅の１／２以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線検出器。
- 前記蛍光材料Ｉが、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ又はＣｓＩを母材とする蛍光材料であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のＸ線検出器。
- 前記蛍光材料ＩＩ又はＩＩＩが、Ｇｄ２Ｏ２Ｓを母材とする蛍光材料であることを特徴とする請求項１乃至４記載のいずれか１項記載のＸ線検出器。
- 前記蛍光材料ＩＩＩの最長蛍光波長が紫外領域にあることを特徴とする請求項２又は３又は４記載のＸ線検出器。
- 画素単位の光電変換部上にシンチレータ画素を形成する工程と、前記シンチレータ画素間に隔壁を形成する工程とを備えたＸ線検出器の製造方法において、
前記画素単位の光電変換部上に蛍光材料Ｉを含む層を形成する工程と、前記層から隔壁となる部分を除去して前記シンチレータ画素を形成する工程と、前記シンチレータ画素を形成する工程で除去した部分に前記蛍光材料Ｉと光学的特性が相違し、かつ前記蛍光材料Ｉの最短蛍光波長と等しいかそれよりも長い最長蛍光波長を有する蛍光材料ＩＩ及び／又は前記シンチレータ画素内に含まれる蛍光材料Ｉと光学的特性が相違し、かつ前記蛍光材料Ｉの最長蛍光励起波長と等しいかそれよりも短い最短蛍光波長を有する蛍光材料ＩＩＩを含む材料を充填して前記隔壁を形成する工程とを備えたことを特徴とするＸ線検出器の製造方法。 - 画素単位の光電変換部上にシンチレータ画素を形成する工程と、前記シンチレータ画素間に隔壁を形成する工程とを備えたＸ線検出器の製造方法において、
前記画素単位の光電変換部上に前記蛍光材料Ｉと光学的特性が相違し、かつ前記蛍光材料Ｉの最短蛍光波長と等しいかそれよりも長い最長蛍光波長を有する蛍光材料ＩＩ及び／又は前記シンチレータ画素内に含まれる蛍光材料Ｉと光学的特性が相違し、かつ前記蛍光材料Ｉの最長蛍光励起波長と等しいかそれよりも短い最短蛍光波長を有する蛍光材料ＩＩＩを含む層を形成する工程と、前記層から前記隔壁となる部分以外の部分を除去して前記隔壁を形成する工程と、前記隔壁を形成する工程で除去した部分に前記蛍光材料Ｉを含む材料を充填して前記シンチレータ画素を形成する工程とを備えたことを特徴とするＸ線検出器の製造方法。 - 画素単位の光電変換部上にシンチレータ画素を形成する工程と、前記シンチレータ画素間に隔壁を形成する工程とを備えたＸ線検出器の製造方法において、
前記画素単位の光電変換部上に樹脂材料等の有機材料又は金属材料等の無機材料により層を形成する工程と、前記層から前記隔壁となる部分を除去して樹脂材料又は金属材料による仮画素を形成する工程と、前記仮画素を形成する工程で除去した部分に前記蛍光材料Ｉと光学的特性が相違し、かつ前記蛍光材料Ｉの最短蛍光波長と等しいかそれよりも長い最長蛍光波長を有する蛍光材料ＩＩ及び／又は前記シンチレータ画素内に含まれる蛍光材料Ｉと光学的特性が相違し、かつ前記蛍光材料Ｉの最長蛍光励起波長と等しいかそれよりも短い最短蛍光波長を有する蛍光材料ＩＩＩを含む材料を充填して前記隔壁を形成する工程と、前記仮画素を除去する工程と、前記仮画素を除去した部分に前記蛍光材料Ｉを含む材料を充填して前記シンチレータ画素を形成する工程とを備えたことを特徴とするＸ線検出器の製造方法。 - 画素単位の光電変換部上にシンチレータ画素を形成する工程と、前記シンチレータ画素間に隔壁を形成する工程とを備えたＸ線検出器の製造方法において、
前記画素単位の光電変換部上に樹脂材料等の有機材料又は金属材料等の無機材料により層を形成する工程と、前記層から隔壁となる部分以外の部分を除去して樹脂材料又は金属材料による仮隔壁を形成する工程と、前記仮隔壁を形成する工程で除去した部分に前記蛍光材料Ｉを含む材料を充填して前記シンチレータ画素を形成する工程と、前記仮隔壁を除去する工程と、前記仮隔壁を除去した部分に前記蛍光材料Ｉと光学的特性が相違し、かつ前記蛍光材料Ｉの最短蛍光波長と等しいかそれよりも長い最長蛍光波長を有する蛍光材料ＩＩ及び／又は前記シンチレータ画素内に含まれる蛍光材料Ｉと光学的特性が相違し、かつ前記蛍光材料Ｉの最長蛍光励起波長と等しいかそれよりも短い最短蛍光波長を有する蛍光材料ＩＩＩを含む材料を充填して前記隔壁を形成する工程とを備えたことを特徴とするＸ線検出器の製造方法。
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