WO2014050533A1

WO2014050533A1 - 放射線画像検出装置

Info

Publication number: WO2014050533A1
Application number: PCT/JP2013/074328
Authority: WO
Inventors: 美広岡田; 中津川　晴康
Original assignee: 富士フイルム株式会社
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2014-04-03
Also published as: EP2902807A1; JP2014081358A; CN104704390A; US20150204987A1; EP2902807A4; EP2902807B1; TW201415611A; TWI596744B

Abstract

　シンチレータが光電変換パネルから容易に剥がれることのないＩＳＳ型の放射線画像検出装置を提供する。　光電変換パネルは、絶縁性基板上に複数のＴＦＴが形成されており、複数のＴＦＴは、第１の平坦化膜で覆われている。この第１の平坦化膜上に複数のフォトダイオードが形成されており、複数のフォトダイオード及び第１の平坦化膜は、第２の平坦化膜で覆われている。シンチレータは、ヨウ化セシウムを含有し、光電変換パネル上に直接蒸着されている。シンチレータの形成領域は、第２の平坦化膜上において、第１の平坦化膜の端部及び第２の平坦化膜の端部よりも内側で、かつＴＦＴ及びフォトダイオードの形成領域よりも外側である。

Description

放射線画像検出装置

　本発明は、放射線を可視光に変換する間接変換方式の放射線画像検出装置に関する。

　近年、医療分野において、画像診断を行うために、放射線源から被写体（患者）の撮影部位に向けて放射し、撮影部位を透過した放射線（例えば、Ｘ線）を電荷に変換して放射線画像を生成する放射線画像検出装置が用いられている。この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のものと、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のものがある。

　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シンチレータ（蛍光体層）と、可視光を検出して電荷に変換する光電変換パネルとを有する。シンチレータには、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）やガドリニウムオキサイドサルファ（ＧＯＳ）が用いられている。光電変換パネルは、ガラス製の絶縁性基板の表面に薄膜トランジスタ及びフォトダイオードがマトリクス状に配列されたものである。

　ＣｓＩは、ＧＯＳに比べて製造コストが高いが、放射線から可視光への変換効率が高い。また、ＣｓＩは、柱状結晶構造を有し、光ガイド効果により画像データのＳＮ比に優れる。このため、ＣｓＩは、特にハイエンド向けの放射線画像検出装置のシンチレータとして用いられている。

　ＣｓＩをシンチレータとする放射線画像検出装置には、貼り付け方式と直接蒸着方式とが知られている。貼り付け方式では、シンチレータが蒸着された蒸着基板と、光電変換パネルは、シンチレータが光電変換パネルに対向するように粘着層を介して貼り付けられている。貼り付け方式は、ＣｓＩの柱状結晶の先端部が光電変換パネルに近接しており、この先端部から放出された可視光が効率良く光電変換パネルに入射するため、高解像度の放射線画像が得られる。しかし、貼り付け方式は、蒸着基板を用いることにより、製造工程数が多く、高コストである。

　一方、直接蒸着方式では、シンチレータが光電変換パネルに直接蒸着されている。この直接蒸着方式は、蒸着基板が不要であるので、製造工程数が少なく、低コストである。この直接蒸着方式では、ＣｓＩの柱状結晶の先端部が光電変換パネルとは反対側に配置されるため、放射線画像の画質は、貼り付け方式の場合よりは劣るが、少なくともシンチレータがＧＯＳの場合よりは優れる。このように、直接蒸着方式は、性能面とコスト面とのバランスが良い。

　この直接蒸着方式の放射線画像検出装置において、筐体内に収容される光電変換パネルとシンチレータのうち、光電変換パネルを放射線源側に配置し、放射線源から放射された放射線を、光電変換パネルを介してシンチレータに入射させるＩＳＳ（Irradiation Side Sampling）型が知られている（特開２０１２－１０５８７９号公報参照）。このＩＳＳ型では、シンチレータは、光電変換パネル側で発光するため、画質及び輝度に優れる放射線画像が得られる。また、ＩＳＳ型では、光電変換パネルの放射線透過性を向上させるために、絶縁性基板の厚みが薄くされている。

　しかしながら、直接蒸着方式のＩＳＳ型放射線画像検出装置では、光電変換パネルからシンチレータが剥がれやすいことが問題である。これには、以下の第１～第３の原因が考えられる。

　第１の原因は、光電変換パネルとシンチレータ（ＣｓＩ）との熱膨張率が大きく異なる（１桁程度異なる）ことである。第２の原因は、ＩＳＳ型では、光電変換パネルが筐体と近接することにより、光電変換パネルが筐体からの荷重を受けやすく、撓みやすいことである。第３の原因は、ＩＳＳ型では、光電変換パネルが薄型化されることにより、撓みやすいことである。光電変換パネルの撓みは、端部で大きくなるため、シンチレータの剥がれは、特に端部で生じやすい。

　本発明は、シンチレータが光電変換パネルから容易に剥がれることのないＩＳＳ型の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、光電変換パネルとシンチレータとを備え、撮影時に放射線源から放射線が入射する側から、光電変換パネル、シンチレータの順番に配置されている。光電変換パネルは、絶縁性基板と、複数のスイッチング素子と、第１の平坦化膜と、複数のフォトダイオードと、第２の平坦化膜とを有する。複数のスイッチング素子は、絶縁性基板上に形成されている。第１の平坦化膜は、複数のスイッチング素子を覆うように形成され、表面が平坦化されている。複数のフォトダイオードは、第１の平坦化膜上に形成されている。第２の平坦化膜は、複数のフォトダイオード及び第１の平坦化膜を覆うように形成され、表面が平坦化されている。シンチレータは、第２の平坦化膜上において、第１の平坦化膜の端部及び第２の平坦化膜の端部よりも内側であって、かつスイッチング素子及びフォトダイオードの形成領域を覆う領域に蒸着されたヨウ化セシウムを有する。

　第１の平坦化膜の端部は、第２の平坦化膜の端部よりも内側に位置していることが好ましい。

　絶縁性基板上には、１つのスイッチング素子と１つのフォトダイオードとを含む画素がマトリクス状に複数配列されていることが好ましい。スイッチング素子は、逆スタガ型のＴＦＴであることが好ましい。

　スイッチング素子と第１の平坦化膜との間に、第１の保護膜を備えることが好ましい。第２の平坦化膜とシンチレータとの間に、第２の保護膜を備えることが好ましい。

　シンチレータは、非柱状結晶層と、この非柱状結晶層上に形成された複数の柱状結晶とを有することが好ましい。非柱状結晶層は、柱状結晶よりも光電変換パネル側に位置している。

　第１の平坦化膜の端面と第２の平坦化膜の端面は、テーパ形状であることが好ましい。

　シンチレータの表面及び第２の平坦化膜の端面を覆う封止膜を備えることが好ましい。封止膜上に光反射膜を備えることが好ましい。

　光電変換パネル及びシンチレータは、モノコック構造の筐体に収容されていることが好ましい。絶縁性基板は、ガラスであることが好ましい。

　シンチレータを支持するための支持基板を備えることが好ましい。この支持基板は、光電変換パネルが配置されていないシンチレータの面に固着されている。

　光電変換パネルは、各フォトダイオードにバイアス電圧を供給するためのバイアス線を有し、バイアス線は、各フォトダイオードと絶縁性基板との間に形成されていることが好ましい。

　本発明の放射線画像検出装置によれば、複数のスイッチング素子を覆う第１の平坦化膜と、複数のフォトダイオード及び第１の平坦化膜を覆う第２の平坦化膜を備え、第２の平坦化膜上において、第１の平坦化膜の端部及び第２の平坦化膜の端部よりも内側であって、かつスイッチング素子及びフォトダイオードの形成領域を覆う領域に、ヨウ化セシウムを含有するシンチレータを蒸着しているので、シンチレータが光電変換パネルから容易に剥がれることはない。

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。ＦＰＤの断面図である。シンチレータの形成領域を説明する説明図である。光電変換パネルの構成を示す回路図である。Ｘ線画像検出装置の使用状態を説明する説明図である。封止膜の変形例を示すＸ線画像検出装置の断面図である。下層バイアス線構造の画素を示す平面図である。図８のＩＸ－ＩＸ線に沿う断面図である。Ｘ線画像検出装置の変形例を示す断面図である。

　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、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。

　筐体１４の１つの側面には開口（図示せず）が形成され、Ｘ線画像検出装置１０の製造時には、この開口からＦＰＤ１１、回路基板１２、制御ユニット１３が筐体１４内に挿入される。これらの挿入後に、この開口を塞ぐように蓋（図示せず）が取り付けられている。

　この筐体１４の上面１４ａは、撮影時にＸ線源７０（図６参照）から放射され、被写体（患者）７１（図６参照）を透過したＸ線ＸＲが照射される照射面である。照射面１４ａには、Ｘ線源７０や被写体７１を位置合わせするためにアライメントマーク（図示せず）が設けられている。

　Ｘ線画像検出装置１０は、従来のＸ線フィルムカセッテと同程度のサイズであり、Ｘ線フィルムカセッテに代えて用いることが可能であるため、電子カセッテと称されている。

　筐体１４内には、撮影時にＸ線ＸＲが照射される照射面１４ａ側から順に、ＦＰＤ１１、支持基板１２が配置されている。支持基板１２は、回路基板２５（図２参照）を支持しており、筐体１４にネジ止め等の方法で固定されている。制御ユニット１３は、筐体１４内の短めな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、有線または無線の通信部（図示せず）を介して、Ｘ線源７０と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、撮影時にＸ線ＸＲが入射する側（照射面１４ａ側）から、光電変換パネル２１、シンチレータ２０の順番に配置されている。シンチレータ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、シンチレータ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。

　シンチレータ２０は、光電変換パネル２１の表面２１ａ上にタリウム賦活ヨウ化セシウム（ＣｓＩ：Ｔｌ）を蒸着することにより形成されている。シンチレータ２０は、複数の柱状結晶２０ａと非柱状結晶層２０ｂとを有し、光電変換パネル２１側に非柱状結晶層２０ｂが形成されている。柱状結晶２０ａは、非柱状結晶層２０ｂから結晶成長したものであり、非柱状結晶層２０ｂとは反対側に先端部２０ｃを有する。

　柱状結晶２０ａは、非柱状結晶層２０ｂ上に複数形成されており、各柱状結晶２０ａは、隣接する柱状結晶２０ａと空気層を介して離間している。柱状結晶２０ａは、屈折率が約１．８１と、空気層の屈折率（約１．０）より大きいため、光ガイド効果を有する。この光ガイド効果により、各柱状結晶２０ａ内で発生した可視光の大部分は、発生した柱状結晶２０ａ内を伝搬し、非柱状結晶層２０ｂを介して光電変換パネル２１に入射する。

　このシンチレータ２０には、柱状結晶２０ａ及び非柱状結晶層２０ｂを封止する封止膜２３が形成されている。封止膜２３は、防湿性を有するポリパラキシレンにより形成されている。このポリパラキシレンとして、例えば、パリレンＣ（日本パリレン株式会社製の商品名；「パリレン」は登録商標）が用いられる。封止膜２３は、シンチレータ２０を防湿している。

　柱状結晶２０ａの先端部２０ｃを覆う封止膜２３の表面上には、光反射膜２４が形成されている。光反射膜２４は、アルミニウムフィルムやアルミニウム蒸着膜により形成されている。この光反射膜２４により、柱状結晶２０ａの先端部２０ｃから放出された可視光が反射され、柱状結晶２０ａに戻るため、Ｘ線ＸＲの電荷への変換効率が向上する。

　支持基板１２は、シンチレータ２０のＸ線入射側とは反対側に配置されている。支持基板１２と光反射膜２４とは、空気層を介して対向している。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。支持基板１２のシンチレータ２０とは反対側の下面１２ａには、回路基板２５が接着剤等を介して固着されている。

　回路基板２５と光電変換パネル２１とは、フレキシブルプリント基板２６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２６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２６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２６ａ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２６ｂが集積回路（ＩＣ）チップとして搭載されている。回路基板２５には、チャージアンプ２６ｂ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２５ａや、画像データを記憶する画像メモリ２５ｂが搭載されている。

　図３において、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３０と、この上に配列された複数の画素３１を有する。絶縁性基板３０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３１は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３２と、このＴＦＴ３２に接続されたフォトダイオード（ＰＤ）３３とを有する。ＰＤ３３は、シンチレータ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。ＴＦＴ３２は、ＰＤ３３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。

　ＴＦＴ３２は、ゲート電極３２ｇ、ソース電極３２ｓ、ドレイン電極３２ｄ、及び活性層３２ａを有する。ＴＦＴ３２は、ゲート電極３２ｇがソース電極３２ｓ及びドレイン電極３２ｄより下層に配置された逆スタガ型である。ゲート電極３２ｇは、絶縁性基板３０上に形成されている。また、絶縁性基板３０上には、各画素３１の電荷の蓄積容量を増加させるために、電荷蓄積用電極３４が形成されている。電荷蓄積用電極３４には、グランド電圧が付与されている。

　絶縁性基板３０上には、ゲート電極３２ｇ及び電荷蓄積用電極３４を覆うように、窒化シリコン（ＳｉＮ_Ｘ）等からなる絶縁膜３５が形成されている。この絶縁膜３５上には、ゲート電極３２ｇに対向するように、活性層３２ａが配置されている。ソース電極３２ｓ及びドレイン電極３２ｄは、活性層３２ａ上に所定間隔だけ離して配置されている。ドレイン電極３２ｄは、その一部が絶縁膜３５上に延在し、絶縁膜３５を介して電荷蓄積用電極３４と対向して、キャパシタ３４ａを構成している。

　ゲート電極３２ｇ、ソース電極３２ｓ、ドレイン電極３２ｄ、電荷蓄積用電極３４は、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）で形成されている。活性層３２ａ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３２ｓ、ドレイン電極３２ｄ、及び活性層３２ａを覆うように、絶縁膜３５上には、窒化シリコン（ＳｉＮ_Ｘ）等からなるＴＦＴ保護膜３６が形成されている。

　このＴＦＴ保護膜３６上には、ＴＦＴ３２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３７が形成されている。この第１の平坦化膜３７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３７及びＴＦＴ保護膜３６には、ドレイン電極３２ｄと対向する位置にコンタクトホール３８が形成されている。ＰＤ３３は、コンタクトホール３８を介してＴＦＴ３２のドレイン電極３２ｄに接続している。ＰＤ３３は、下部電極３３ａ、半導体層３３ｂ、上部電極３３ｃにより形成されている。

　下部電極３３ａは、コンタクトホール３８内を覆い、かつＴＦＴ３２上を覆うように、第１の平坦化膜３７上に形成されており、ドレイン電極３２ｄに接続されている。この下部電極３３ａは、アルミニウム（Ａｌ）や酸化スズインジウム（ＩＴＯ）で形成されている。半導体層３３ｂは、下部電極３３ａ上に積層されている。半導体層３３ｂ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３３ｃは、半導体層３３ｂ上に形成されている。この上部電極３３ｃは、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）や酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）などの透光性の高い材料で形成されている。

　このＰＤ３３及び第１の平坦化膜３７上には、ＰＤ３３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３９が形成されている。この第２の平坦化膜３９は、第１の平坦化膜３７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３９には、上部電極３３ｃを露呈させるようにコンタクトホール４０が形成されている。そして、このコンタクトホール４０を介して上部電極３３ｃにバイアス線４１が接続されている。バイアス線４１は、各ＰＤ３３の上部電極３３ｃに共通に接続されており、バイアス電圧を上部電極３３ｃに印加するために用いられる。上部電極３３ｃは、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）で形成されている。

　第２の平坦化膜３９及びバイアス線４１上には、保護絶縁膜４２が形成されている。保護絶縁膜４２は、ＴＦＴ保護膜３６と同様に、窒化シリコン（ＳｉＮ_Ｘ）等で形成されている。

　前述のように、第１の平坦化膜３７は、有機材料を塗布することにより形成されているため、その端部（第１端部）３７ａよりも外側に位置する端面３７ｂはテーパ状に傾斜している。同様に、第２の平坦化膜３９の端部（第２端部）３９ａよりも外側に位置する端面３９ｂはテーパ状に傾斜している。第１端部３７ａは、第１の平坦化膜３７の平坦な部分の最外部（端面３７ｂとの境界）である。第２端部３９ａは、第２の平坦化膜３９の平坦な部分の最外部（端面３９ｂとの境界）である。第２端部３９ａは、第１端部３７ａより外側に位置している。第２端部３９ａのさらに外側に、前述の外部端子２１ｂが設けられている。

　外部端子２１ｂは、絶縁性基板３０上に形成された端子電極４３と、絶縁膜３５及びＴＦＴ保護膜３６に形成されたコンタクトホール４４を覆うように設けられた金属膜４５とで形成されている。

　バイアス線４１は、バイアス電圧供給用の１つの外部端子２１ｂと、端面３９ｂ上に配置された配線（図示せず）により接続されている。この配線は、端面３９ｂ上に蒸着形成されるため、端面３９ｂの傾斜が急であると膜厚が薄くなり断線する恐れがある。このため、端面３９ｂは、ある程度緩やかな傾斜であることが好ましい。

　シンチレータ２０は、第２の平坦化膜３９の平坦面上に、保護絶縁膜４２を介して形成されている。具体的には、図４に示すように、シンチレータ２０の蒸着領域５０は、第２端部３９ａ及び第１端部３７ａよりも内側であり、かつ画素３１の形成領域５１を覆っている。

　蒸着領域５０の保護絶縁膜４２上には、非柱状結晶層２０ｂが真空蒸着により形成されている。この非柱状結晶層２０ｂは、複数の粒子状の結晶からなり、結晶間の空隙が少ない（空間充填率が高い）ため、保護絶縁膜４２との間で高い密着性を有する。非柱状結晶層２０ｂの厚みは、５μｍ程度である。柱状結晶２０ａは、非柱状結晶層２０ｂを基礎として真空蒸着により結晶成長されたものである。柱状結晶２０ａの径は、その長手方向に沿ってほぼ均一であり、６μｍ程度である。

　シンチレータ２０の周囲には、前述のように封止膜２３が形成されている。この封止膜２３は、端面３９ｂの外側まで形成されている。封止膜２３上には、前述のように光反射膜２４が形成されている。

　図５において、画素３１は、絶縁性基板３０上に２次元マトリクス状に配列されている。各画素３１には、前述のように、ＴＦＴ３２、ＰＤ３３、及びキャパシタ３４ａが含まれている。各画素３１は、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、行方向に延在し、列方向に複数配列されている。データ配線６１は、列方向に延在し、ゲート配線６０と交わるように、行方向に複数配列されている。ゲート配線６０は、ＴＦＴ３２のゲート電極３２ｇに接続されている。データ配線６１は、ＴＦＴ３２のドレイン電極３２ｄ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２６ａ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２６ｂに接続されている。ゲートドライバ２６ａは、各ゲート配線６０に順にゲート駆動信号を与え、各ゲート配線６０に接続されたＴＦＴ３２をオンさせる。ＴＦＴ３２がオンすると、ＰＤ３３及びキャパシタ３４ａ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２６ｂは、電荷蓄積用のコンデンサ（図示せず）を有し、データ配線６１に出力された電荷を積分して電圧信号に変換する。信号処理部２５ａは、チャージアンプ２６ｂ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２５ｂは、フラッシュメモリなどからなり、信号処理部２５ａにより生成された画像データを記憶する。画像メモリ２５ｂ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６に示すように、撮影者（例えば、放射線技師）は、Ｘ線画像検出装置１０上に被写体７１を載置し、被写体７１に対向するようにＸ線源７０を配置する。

　コンソールを操作して撮影開始を指示すると、Ｘ線源７０からＸ線ＸＲが射出され、被写体７１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を順に通過して、シンチレータ２０に入射する。

　シンチレータ２０は、Ｘ線ＸＲを吸収して可視光を発生する。シンチレータ２０での可視光の発生は、主に、柱状結晶２０ａ内の非柱状結晶層２０ｂ側で生じる。柱状結晶２０ａ内で発生した可視光は、光ガイド効果により、各柱状結晶２０ａ内を伝搬し、非柱状結晶層２０ｂを通過して光電変換パネル２１に入射する。また、柱状結晶２０ａ内を先端部２０ｃの方向に伝搬し、先端部２０ｃから射出された可視光は、光反射膜２４によって反射されて柱状結晶２０ａ内に戻り、非柱状結晶層２０ｂを通過して光電変換パネル２１に入射する。

　光電変換パネル２１に入射した可視光は、画素３１毎にＰＤ３３により電荷に変換され、ＰＤ３３及びキャパシタ３４ａに電荷が蓄積される。Ｘ線源７０からのＸ線照射が終了すると、ゲートドライバ２６ａにより、ゲート配線６０を介してＴＦＴ３２のゲート電極３２ｇに順にゲート駆動信号が印加される。これにより、行方向に並んだＴＦＴ３２が列方向に順にオンとなり、オンとなったＴＦＴ３２を介してＰＤ３３及びキャパシタ３４ａ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２６ｂにより電圧信号に変換されて信号処理部２５ａに入力される。信号処理部２５ａにより、全画素３１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２５ｂに記憶される。

　この撮影の際に、図６において二点鎖線で示すように、Ｘ線画像検出装置１０が被写体７１の重みによって僅かに撓むことがある。Ｘ線画像検出装置１０は、ＩＳＳ型であり、光電変換パネル２１が照射面１４ａ側に配置されているため、被写体７１の重みは、筐体１４を介して光電変換パネル２１に作用する。この光電変換パネル２１の絶縁性基板３０は、Ｘ線ＸＲの透過性を向上させるように、０．５ｍｍ以下と厚みが薄く形成されているため、撓みやすい。また、筐体１４は、モノコック構造であり、軽量化に優れているが、耐荷重性が低いため、被写体７１により撓みやすい。

　しかし、本実施形態では、シンチレータ２０は、第２の平坦化膜３９の第２端部３９ａ及び第１の平坦化膜３７の第１端部３７ａよりも内側で、第２の平坦化膜３９の平坦面上に形成されているため、光電変換パネル２１から容易に剥がれることはない。また、シンチレータ２０は、空間充填率が高く、光電変換パネル２１と密着性のよい非柱状結晶層２０ｂが光電変換パネル２１に直接蒸着されていることにより、光電変換パネル２１からの剥がれがより防止される。さらに、光電変換パネル２１上の画素３１の形成領域５１には、バイアス線４１等により微細な凸凹が生じているが、シンチレータ２０は、画素３１の形成領域５１を覆うように、形成領域５１外の完全な平坦部まで蒸着されているため、光電変換パネル２１からの剥がれが防止される。

　また、本実施形態では、第２端部３９ａを第１端部３７ａよりも外側に配置している。もし、第２端部３９ａが第１端部３７ａよりも内側に位置していると、第２の平坦化膜３９の残渣によりテーパ状の端面３９ｂの表面形状が不均一となり、保護絶縁膜４２の剥がれやクラックが生じることがあるが、本実施形態では第２端部３９ａが第１端部３７ａよりも外側にあるため、この問題は防止されている。

　また、本実施形態では、表面形状が不均一な端面３９ｂ及び端面３７ｂ上にはシンチレータ２０を蒸着しないため、非平坦面で柱状結晶が異常成長することにより発生する異常成長突起がシンチレータ２０に含まれる確率は低い。

　また、本実施形態では、端面３９ｂは、塗布法で形成されるので、実際に形成される表面形状は不安定である。この場合に、封止膜２３の端部が端面３９ｂ上に位置していると、封止膜２３が剥がれやすくなる。しかし、本実施形態の封止膜２３は、シンチレータ２０を封止するとともに、第２の平坦化膜３９の端面３９ｂを完全に覆っているため、剥がれは生じにくい。

　なお、上記実施形態では、ＴＦＴ３２の活性層３２ａ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、ＰＤ３３の半導体層３３ｂ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、シンチレータ２０で発光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、ポリパラキシレンにより形成された封止膜２３を用いているが、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）やアルミニウム（Ａｌ）膜により封止膜を用いてもよい。この場合には、図７に示すように、封止膜８０がシンチレータ２０を覆い、かつ、封止膜８０の端部が第２の平坦化膜３９の端部３９ａよりも内側に位置するように形成することが好ましい。この封止膜８０の形成には、マスクを用いた蒸着法や、ホットメルト法を用いることができる。

　また、上記実施形態では、図３に示すように、ＰＤ３３の上部電極３３ｃにバイアス電圧を印加するためのバイアス線４１を、ＰＤ３３の上方（シンチレータ２０側）に設けた上層バイアス線構造としている。この上層バイアス線構造では、バイアス線４１上に保護絶縁膜４２を介してシンチレータ２０が蒸着形成される。シンチレータ２０は、湿気により潮解しやすいＣｓＩ：Ｔｌにより形成されているため、シンチレータ２０が潮解した場合に、保護絶縁膜４２を介してバイアス線４１が腐食し、劣化する恐れがある。バイアス線４１が腐食劣化した場合には、バイアス電圧の印加不良が生じる恐れがあるため、保護絶縁膜４２を厚くしてバイアス線４１の腐食劣化を防止することが考えられるが、保護絶縁膜４２を厚くすると、ＰＤ３３とシンチレータ２０との間の間隔が大きくなり、画像劣化を生じさせてしまう。

　そこで、図８及び図９に示すように、ＰＤ３３の下方（シンチレータ２０とは反対側）にバイアス線９０を設けた下層バイアス線構造とすることが好ましい。バイアス線９０は、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）により、ＴＦＴ３２のソース電極３２ｓ及びドレイン電極３２ｄと同一の層（絶縁膜３５とＴＦＴ保護膜３６との間）に形成されている。また、バイアス線９０は、データ配線６１に沿う方向（列方向）に延在しており、ゲート配線６０と交差する位置において、コンタクトプラグ９１によりＰＤ３３の上部電極３３ｃと接続されている。

　この下層バイアス線構造では、バイアス線９０がＰＤ３３の下方に配置されているため、シンチレータ２０が潮解することによる影響を受けず、バイアス電圧の印加不良が防止される。また、上層バイアス線構造では、ＰＤ３３とシンチレータ２０との間にバイアス線４１が形成されていることにより、シンチレータ２０で生じた可視光の一部がバイアス線４１によって遮蔽され、ＰＤ３３による受光効率が低下するが、下層バイアス線構造では、バイアス線９０は、ＰＤ３３とシンチレータ２０との間に存在しないため、ＰＤ３３の受光効率が向上する。

　また、上記実施形態では、図２に示すように、ＦＰＤ１１は、接着層２２を介して筐体１４の照射面１４ａ側に貼り付けられているが、図１０に示すように、ＦＰＤ１１を支持基板１２に固定してもよい。この場合は、接着層２２を省略することができる。支持基板１２は、厚みが１ｍｍ程度のカーボン板であることが好ましい。ＦＰＤ１１は、例えば、シンチレータ２０側を支持基板１２にアクリル系の接着剤等で貼り付ける。この場合、シンチレータ２０の光反射膜２４側の全面に接着剤を塗布してもよいし、周縁部のみに接着剤を塗布してもよい。

　また、支持基板１２は、カーボン板と緩衝層との積層構成としてもよい。緩衝層は、粘弾性を有する高分子材料（例えば、アイソタクチックポリプロピレンや、ポリ－α－メチルスチレン）等により形成し、シンチレータ２０に対向させることが好ましい。この場合、緩衝層により、柱状結晶２０ａの先端部２０ｃが衝撃等から保護される。

　このようにＦＰＤ１１を支持基板１２に固定する場合には、ＦＰＤ１１と支持基板１２とを接着したものをモジュールとして作成しておき、モジュール化されたＦＰＤ１１と支持基板１２とを筐体１４内に組み込むことによりＸ線画像検出装置１０を製造してもよい。

　また、上記実施形態では、保護絶縁膜４２上にシンチレータ２０を形成しているが、保護絶縁膜４２の上に平坦化膜を形成し、この平坦化膜上にシンチレータ２０を形成してもよい。この平坦化膜の材料としては、特表２００２－５２４８４１号公報に記載されたバリアを形成するものが好ましく、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）系の樹脂、シリコーン樹脂ポリパラキシレン及びポリテトラフルオロパラキシレン等そのハロゲン誘導体、熱帯用ワニス、ゾル－ゲル状の鉱物成分、溶性珪酸（いわゆる液体ガラス）、ポリエステル薄膜などを用いることが好ましい。

　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。

Claims

　光電変換パネルと、シンチレータとを備え、撮影時に放射線源から放射線が入射する側から、前記光電変換パネル、前記シンチレータの順番に配置されている放射線画像検出装置において、
Ａ．前記光電変換パネルは、以下を有する：
　絶縁性基板；
　前記絶縁性基板上に形成された複数のスイッチング素子；
　前記複数のスイッチング素子を覆うように形成され、表面が平坦化された第１の平坦化膜；
　前記第１の平坦化膜上に形成された複数のフォトダイオード；及び
　前記複数のフォトダイオード及び前記第１の平坦化膜を覆うように形成され、表面が平坦化された第２の平坦化膜；
Ｂ．前記シンチレータは、以下を有する：
　前記第２の平坦化膜上において、前記第１の平坦化膜の端部及び前記第２の平坦化膜の端部よりも内側であって、かつ前記スイッチング素子及び前記フォトダイオードの形成領域を覆う領域に蒸着されたヨウ化セシウム。
　前記第１の平坦化膜の端部は、前記第２の平坦化膜の端部よりも内側に位置している請求の範囲第１項に記載の放射線画像検出装置。
　前記絶縁性基板上には、１つの前記スイッチング素子と１つの前記フォトダイオードとを含む画素がマトリクス状に複数配列されている請求の範囲第２項に記載の放射線画像検出装置。
　前記スイッチング素子は、逆スタガ型のＴＦＴである請求の範囲第３項に記載の放射線画像検出装置。
　前記スイッチング素子と前記第１の平坦化膜との間に、第１の保護膜を備える請求の範囲第４項に記載の放射線画像検出装置。
　前記第２の平坦化膜と前記シンチレータとの間に、第２の保護膜を備える請求の範囲第５項に記載の放射線画像検出装置。
　前記シンチレータは、非柱状結晶層と、この非柱状結晶層上に形成された複数の柱状結晶とを有し、
　前記非柱状結晶層が前記柱状結晶よりも前記光電変換パネル側に位置している請求の範囲第１項に記載の放射線画像検出装置。
　前記第１の平坦化膜の端面と前記第２の平坦化膜の端面は、テーパ形状である請求の範囲第１項に記載の放射線画像検出装置。
　前記シンチレータの表面及び前記第２の平坦化膜の端面を覆う封止膜を備える請求の範囲第１項に記載の放射線画像検出装置。
　前記封止膜上に光反射膜を備える請求の範囲第９項に記載の放射線画像検出装置。
　前記光電変換パネル及び前記シンチレータは、モノコック構造の筐体に収容されている請求の範囲第１項に記載の放射線画像検出装置。
　前記絶縁性基板は、ガラスである請求の範囲第１項に記載の放射線画像検出装置。
　前記シンチレータを支持するための支持基板を備え、この支持基板は、前記光電変換パネルが配置されていない前記シンチレータの面に固着されている請求の範囲第１項に記載の放射線画像検出装置。
　前記光電変換パネルは、前記各フォトダイオードにバイアス電圧を供給するためのバイアス線を有し、前記バイアス線は、前記各フォトダイオードと前記絶縁性基板との間に形成されている請求の範囲第１項に記載の放射線画像検出装置。