WO2014050534A1

WO2014050534A1 - 放射線画像検出装置の製造方法

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Publication number: WO2014050534A1
Application number: PCT/JP2013/074329
Authority: WO
Inventors: 中津川　晴康; 敏之鍋田; 美広岡田; 成行　書史; 弘隆渡野; 宗貴加藤
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: JP2014081359A

Abstract

　シンチレータの破損を防止することができる放射線画像検出装置の製造方法を提供する。　光電変換パネルの表面に、ヨウ化セシウムを含有するシンチレータを、膜厚が４００μｍ以上となるように蒸着する。このシンチレータの表面に保護膜を蒸着する。この保護膜の表面に光反射膜を蒸着する。シンチレータ及び光反射膜を覆うように、封止膜を蒸着する。シンチレータ、保護膜、光反射膜、封止膜の形成は、蒸着装置のチャンバーから取り出さずに行う。

Description

放射線画像検出装置の製造方法

　本発明は、放射線撮影に用いられる放射線画像検出装置の製造方法に関する。

　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、放射線を吸収して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。

　しかし、直接蒸着方式では、シンチレータを光電変換パネルに蒸着する際に、一部の箇所で柱状結晶が異常成長し、この異常成長した柱状結晶（以下、異常成長結晶という）の先端部が、シンチレータの表面から大きく突出することがある（特開２００６－０５２９８０号公報参照）。この異常成長結晶は、光電変換パネルの表面上に凸状等に局所的に変形した欠陥等を起点として柱状結晶が成長したものであり、光電変換パネルから離れるに連れて、起点の欠陥等の大きさよりも大きく広がる。

　特開２００６－０５２９８０号公報に記載の放射線画像検出装置では、シンチレータは、光電変換パネルより放射線源側に配置されている。シンチレータには、柱状結晶の先端部側から放射線が入射し、先端部の付近で放射線が吸収されて可視光の発光が生じる。このように、光電変換パネルより放射線源側にシンチレータを配置する構成は、ＰＳＳ（Penetration Side Sampling）型と呼ばれている。

　このＰＳＳ型では、柱状結晶の先端部側から放射線が入射するため、異常成長結晶が存在する場合には、異常成長結晶の先端部で発光が生じる。異常成長結晶の先端部は、大きく広がっているため、発光量が大きく、放射線画像に画像欠陥が生じる。このため、光電変換パネルにシンチレータを蒸着した後、異常成長結晶の先端部を加圧等の方法で押しつぶすことにより、画像欠陥の低減が図られている。

　直接蒸着方式の放射線画像検出装置において、ＰＳＳ型とは逆に、光電変換パネルをシンチレータより放射線源側に配置し、放射線源から放射され、光電変換パネルを透過した放射線をシンチレータに入射させるＩＳＳ（Irradiation Side Sampling）型が知られている（例えば、特開２０１２－１０５８７９号公報（対応ＵＳ２０１２／０１２６１２４Ａ１）、特開２００１－３３０６７７号公報参照）。このＩＳＳ型では、シンチレータは、放射線入射側の光電変換パネルに近い領域で発光するため、光電変換パネルでの受光効率が高まり、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、シンチレータの厚みが大きいほど、放射線の変換効率（感度）が向上することが知られている。

　特開２０１２－１０５８７９号公報（ＵＳ２０１２／０１２６１２４Ａ１）及び特開２００１－３３０６７７号公報には、異常成長結晶については記載がないが、ＩＳＳ型の放射線画像検出装置においても、製造時に異常成長結晶が生じた場合には、ＰＳＳ型と同様に、異常成長結晶の先端部を押しつぶして画素欠陥の低減を図ることが考えられる。

　しかしながら、異常成長結晶の先端部を押しつぶすと、その周囲に存在する正常な柱状結晶も押しつぶされて破損することがある。ＩＳＳ型の放射線画像検出装置では、シンチレータを厚膜化することが好ましいので、柱状結晶の結晶長を長くすることになるが、こうすると柱状結晶が破損しやすい。このため、ＩＳＳ型の放射線画像検出装置では、異常成長結晶の先端部を押しつぶす際に、その周囲に存在する正常な柱状結晶が破損しやすいという問題がある。また、柱状結晶は、潮解性を有することにより劣化しやすいという問題がある。

　本発明は、シンチレータの破損を防止することができる放射線画像検出装置の製造方法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の製造方法は、シンチレータ形成工程と、封止膜形成工程と、装着工程とを有し、シンチレータ形成工程と封止膜形成工程とを、蒸着装置のチャンバーから光電変換パネルを取り出さずに行う。シンチレータ形成工程では、光電変換を行う光電変換パネルの表面にヨウ化セシウムを含有するシンチレータを膜厚が４００μｍ以上となるように蒸着する。封止膜形成工程では、シンチレータを覆うように封止膜を蒸着する。装着工程では、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となるように、光電変換パネルを筐体内に装着する。

　シンチレータ形成工程では、光電変換パネルの表面に密着した非柱状結晶層と、この非柱状結晶層上に立設した複数の柱状結晶とを形成することが好ましい。

　シンチレータには、柱状結晶が異常成長した異常成長結晶が生じており、異常成長結晶の先端部の突出量が、シンチレータの膜厚の５％以上である。異常成長結晶の先端部は封止膜により覆われる。

　封止膜をポリパラキシレンにより形成することが好ましい。

　シンチレータの表面に保護膜を蒸着する保護膜形成工程を有し、シンチレータ形成工程、保護膜形成工程、封止膜形成工程の順に、蒸着装置のチャンバーから光電変換パネルを取り出さずに行うことが好ましい。この保護膜をホットメルト樹脂により形成することが好ましい。

　保護膜の表面に光反射膜を蒸着する光反射膜形成工程を有し、シンチレータ形成工程、保護膜形成工程、光反射膜形成工程、封止膜形成工程の順に、蒸着装置のチャンバーから光電変換パネルを取り出さずに行うことが好ましい。この光反射膜を金属により形成することが好ましい。

　封止膜上に保護膜を形成する保護膜形成工程を有し、シンチレータ形成工程と封止膜形成工程とを、蒸着装置のチャンバーから光電変換パネルを取り出さずに行った後、保護膜形成工程を、蒸着装置のチャンバーから取り出した上で行ってもよい。

　封止膜上に光反射膜を蒸着する光反射膜形成工程を有し、シンチレータ形成工程と封止膜形成工程とを、蒸着装置のチャンバーから光電変換パネルを取り出さずに行った後、光反射膜形成工程を、蒸着装置のチャンバーから取り出した上で行ってもよい。

　封止膜上に光反射膜を蒸着する光反射膜形成工程と、光反射膜上に保護膜を形成する保護膜形成工程とを有し、シンチレータ形成工程と封止膜形成工程とを、蒸着装置のチャンバーから光電変換パネルを取り出さずに行った後、光反射膜形成工程と保護膜形成工程とを、蒸着装置のチャンバーから取り出した上で行ってもよい。

　封止膜上に保護膜を形成する保護膜形成工程を有し、保護膜上に光反射膜を蒸着する光反射膜形成工程と、シンチレータ形成工程と封止膜形成工程とを、蒸着装置のチャンバーから光電変換パネルを取り出さずに行った後、保護膜形成工程と光反射膜形成工程とを、蒸着装置のチャンバーから取り出した上で行ってもよい。

　画素は、可視光を電荷に変換するフォトダイオードと、このフォトダイオードにより生成された電荷を読み出すためのスイッチング素子とを有することが好ましい。筐体はモノコック構造であることが好ましい。

　光電変換パネルの表面に可視光を透過させる透光性基板が接着されており、シンチレータ形成工程では、透光性基板の表面にシンチレータを蒸着することが好ましい。この透光性基板は、ＯＰＳフィルムであることが好ましい。

　本発明の放射線画像検出装置の製造方法によれば、光電変換パネルの表面上へのシンチレータの蒸着と封止膜の蒸着とを、蒸着装置のチャンバーから光電変換パネルを取り出さずに行うので、シンチレータの潮解が防止される。また、放射線画像検出装置は、ＩＳＳ型であり、シンチレータには、異常成長結晶の基端側から放射線が入射し、異常成長結晶の先端部までは放射線が届きにくいので、異常成長結晶の先端部を敢えて押しつぶす必要はなく、シンチレータの破損が防止される。

Ｘ線画像検出装置の一部破断斜視図である。Ｘ線画像検出装置の断面図である。ＦＰＤの断面図である。ＩＳＳ型とＰＳＳ型におけるシンチレータの膜厚と感度の関係を示すグラフである。ＰＳＳ型における主発光領域を示す説明図である。ＩＳＳ型における主発光領域を示す説明図である。光電変換パネルの構成を示す回路図である。ＣＶＤ装置を示す概略図である。Ｘ線画像検出装置の使用状態を説明する説明図である。Ｘ線画像検出装置の変形例を示す断面図である。柱状結晶の先端部に形成した金属薄膜を示す断面図である。Ｘ線画像検出装置の第２の変形例を示す断面図である。保護膜と光電変換パネルとの接触部の接着方法について説明する断面図である。Ｘ線画像検出装置の第３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、回路基板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８参照）から放射され、被写体（患者）７１（図８参照）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、回路基板１２が配置されている。回路基板１２は、信号処理等を行う集積回路（ＩＣ）チップが搭載されており、筐体１４に固定されている。制御ユニット１３は、筐体１４内の短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を吸収して可視光を発生する。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受光し、光電変換を行って電荷を生成する。

　光電変換パネル２１は、そのＸ線入射側が、ポリイミド等からなる接着層２２を介して筐体１４の照射面１４ａ側に貼り付けられている。

　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。

　光電変換パネル２１の表面２１ａに凸状等に局所的に変形した欠陥２３が存在する場合には、この欠陥２３上に蒸着されるＣｓＩ：Ｔｌは、蒸着中に異常成長し、径及び長さが正常な柱状結晶２０ａより大きい異常成長結晶２０ｄとなる。異常成長結晶２０ｄの先端部（突起）２０ｅは、シンチレータ２０の表面から光電変換パネル２１とは反対側の方向に突出する。

　各柱状結晶２０ａの先端部２０ｃ及び異常成長結晶２０ｄの先端部２０ｅを覆うように、保護膜２４が形成されている。この保護膜２４は、ホットメルト樹脂により形成されている。ホットメルト樹脂は、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である。

　保護膜２４の表面には、アルミニウム（Ａｌ）等の金属からなる光反射膜２５が形成されている。この光反射膜２５は、保護膜２４上に蒸着形成されている。保護膜２４及び光反射膜２５は、柱状結晶２０ａの先端部２０ｃから放出された可視光を反射して、柱状結晶２０ａ内に戻すため、Ｘ線ＸＲの電荷への変換効率を向上させる。

　この光反射膜２５上及びシンチレータ２０の側面を覆うように封止膜２６が形成されている。この封止膜２６は、光電変換パネル２１との間で、シンチレータ２０を封止している。封止膜２６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。

　回路基板１２は、シンチレータ２０のＸ線入射側とは反対側に、隙間２７を介して配置されている。回路基板１２は、筐体１４の側部１４ｂに固設された固定部２８にビスや接着剤等で固着されている。

　回路基板１２と光電変換パネル２１とは、フレキシブルプリント基板２９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２９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２９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２９ａ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２９ｂがＩＣチップとして搭載されている。回路基板１２には、チャージアンプ２９ｂ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１２ａや、画像データを記憶する画像メモリ１２ｂがＩＣチップとして搭載されている。

　図３において、光電変換パネル２１は、無アルカリガラス等のガラスで形成された絶縁性基板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の厚みは、Ｘ線透過性を向上させるために、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。この電荷蓄積用電極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、有機材料を塗布することにより形成されたものである。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と同様に、有機材料を塗布することにより形成されたものである。

　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に共通電極配線４１が接続されている。共通電極配線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及び共通電極配線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。

　第２の平坦化膜３９の外側の絶縁性基板３０上には、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とで構成されている。

　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、保護絶縁膜４２上に、非柱状結晶層２０ｂがＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により蒸着されている。この非柱状結晶層２０ｂは、複数の粒状あるいは不定形の結晶からなり、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。柱状結晶２０ａは、非柱状結晶層２０ｂを基礎として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。

　前述のように、光電変換パネル２１の表面に欠陥２３が存在する場合には、この欠陥２３上に異常成長結晶２０ｄが生じる。この異常成長結晶２０ｄの先端部２０ｃの突出量Ｈは、シンチレータ２０の膜厚Ｔの５％以上となる。

　また、前述のように、各柱状結晶２０ａの先端部２０ｃ及び異常成長結晶２０ｄの先端部２０ｅを覆うように、保護膜２４が形成されており、この保護膜２４の表面上に光反射膜２５が形成されている。そして、シンチレータ２０の周囲には、封止膜２６が形成されている。

　図４に示すように、ＰＳＳ型では、シンチレータ２０の膜厚Ｔが０～４００μｍまでの間は、膜厚Ｔを大きくするに連れてシンチレータ２０のＸ線変換効率（感度）が向上するが、膜厚が４００μｍ以上となると感度が低下する。この感度の低下は、図５Ａに示すように、ＰＳＳ型では、シンチレータ２０内での可視光の主発光領域ＭＬが光電変換パネル２１とは反対側に位置するため、膜厚Ｔが大きくなると、主発光領域ＭＬから光電変換パネル２１までの距離Ｌが大きくなり、可視光が光電変換パネル２１まで伝播する間に減衰してしまうためである。また、ＰＳＳ型では、異常成長結晶２０ｄが生じた場合に、その先端部２０ｅが主発光領域ＭＬに位置し、この領域で大きく広がって画像欠陥を生じさせるため、先端部２０ｅの押しつぶしが必要となる。

　これに対して、ＩＳＳ型では、図５Ｂに示すように、可視光の主発光領域ＭＬが光電変換パネル２１側に位置するため、シンチレータ２０の膜厚Ｔを大きくしても、主発光領域ＭＬから光電変換パネル２１までの距離Ｌは変化しない。このため、ＩＳＳ型では、膜厚Ｔが大きくなると、主発光領域ＭＬ以外での発光量が増加し、光電変換パネル２１に遠方から伝搬する光量が増すため、膜厚Ｔが大きければ大きいほど感度が向上する。

　このように、ＩＳＳ型は、シンチレータ２０の膜厚が４００μｍ以上の場合に、ＰＳＳ型より感度が顕著に向上する。このため、本実施形態では、シンチレータ２０の膜厚Ｔは、４００μｍ以上であることが好ましい。膜厚Ｔが４００μｍ以上であると、異常成長結晶２０ｄの先端部２０ｅにはＸ線ＸＲが届きにくくなる（主発光領域ＭＬから先端部２０ｅまでの間で殆どのＸ線ＸＲが吸収される）ため、先端部２０ｅは画像欠陥を生じさせない。このため、ＰＳＳ型のように先端部２０ｅを押しつぶす必要がなく、先端部２０ｅの押しつぶしによるその周辺の柱状結晶２０ａの破損が防止される。特に、膜厚Ｔが４００μｍ以上では、先端部２０ｅの突出量Ｈが２０μｍ以上となり、５０μｍ程度のものも生じるため、先端部２０ｅを押しつぶすことにより、その柱状結晶２０ａが破損するリスクが高い。

　図６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５０とデータ配線５１とに接続されている。ゲート配線５０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５１は、列方向に延在し、ゲート配線５０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５０は、ＴＦＴ３２のゲート電極３２ｇに接続されている。データ配線５１は、ＴＦＴ３２のドレイン電極３２ｄに接続されている。

　ゲート配線５０の一端は、ゲートドライバ２９ａに接続されている。データ配線５１の一端は、チャージアンプ２９ｂに接続されている。ゲートドライバ２９ａは、各ゲート配線５０に順にゲート駆動信号を与え、各ゲート配線５０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５１に出力される。

　チャージアンプ２９ｂは、電荷蓄積用のコンデンサ（図示せず）を有し、データ配線５１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１２ａは、チャージアンプ２９ｂ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１２ｂは、フラッシュメモリなどからなり、信号処理部１２ａにより生成された画像データを記憶する。画像メモリ１２ｂに記憶された画像データは、有線や無線の通信部（図示せず）を介して外部に読み出し可能である。

　次に、Ｘ線画像検出装置１０の製造方法を説明する。まず、図７に示すように、周知の半導体プロセスにより製造された光電変換パネル２１を、ＣＶＤ装置６０の真空チャンバー（ベルジャー）６１内に設けられた支持台６２にセットする。この真空チャンバー６１内には、第１～第４の耐熱性容器６３ａ～６３ｄが設けられている。

　第１の耐熱性容器６３ａには、シンチレータ２０を形成するためのヨウ化セシウムとヨウ化タリウムとを混合した材料が充填されている。第２の耐熱性容器６３ｂには、保護膜２４を形成するためのホットメルト樹脂が充填されている。第３の耐熱性容器６３ｃには、光反射膜２５を形成するための金属材料が充填されている。第４の耐熱性容器６３ｄには、封止膜２６を形成するためのポリパラキシレンが充填されている。第１の耐熱性容器６３ａは、柱状結晶２０ａを光電変換パネル２１の表面２１ａに対して垂直に形成するために、光電変換パネル２１の真下に配置されている。

　まず、第１の耐熱性容器６３ａを加熱して材料を気化させ、光電変換パネル２１の表面２１ａ上に堆積させる。この加熱を所定時間だけ行うことにより、４００μｍ以上の膜厚Ｔを有するシンチレータ２０を形成する。具体的には、第１の耐熱性容器６３ａから気化した材料が表面２１ａ上に堆積する際、最初は、粒状あるいは不定形の結晶が形成され、非柱状結晶層２０ｂとなる。この後、真空チャンバー内の真空度や光電変換パネル２１の温度を制御することで、非柱状結晶層２０ｂ上に複数の柱状結晶２０ａが形成される。なお、光電変換パネル２１の表面に欠陥２３が存在する場合には、この欠陥２３上に異常成長結晶２０ｄが生じる。

　シンチレータ２０の形成が終了すると、第２の耐熱性容器６３ｂを加熱してホットメルト樹脂を気化させ、シンチレータ２０の表面上に堆積させる。これにより、柱状結晶２０ａの先端部２０ｃを覆う保護膜２４が形成される。この保護膜２４の形成が終了すると、第３の耐熱性容器６３ｃを加熱して金属材料を気化させ、保護膜２４の表面上に堆積させる。これにより、光反射膜２５が形成される。そして、第４の耐熱性容器６３ｄを加熱してポリパラキシレンを気化させ、光反射膜２５及びシンチレータ２０の側面を覆うように堆積させる。これにより、封止膜２６が形成される。

　このように、シンチレータ２０、保護膜２４、光反射膜２５、及び封止膜２６は、真空状態の真空チャンバー６１内で順に形成される。このため、シンチレータ２０は空気にさらされず、潮解が防止される。

　以上でＦＰＤ１１が完成する。このＦＰＤ１１にフレキシブルプリント基板２９を接続し、回路基板１２、制御ユニット１３とともに筐体１４内に挿入して、それぞれを所定の位置に装着することで、Ｘ線画像検出装置１０が完成する。

　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８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、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、保護膜２４及び光反射膜２５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２９ａにより、ゲート配線５０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５１に出力される。

　データ配線５１に出力された電荷は、チャージアンプ２９ｂにより電圧信号に変換されて信号処理部１２ａに入力される。信号処理部１２ａ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１２ｂに記憶される。

　この撮影の際に、図８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。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、撓みやすい。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。

　光電変換パネル２１が撓むとシンチレータ２０も撓むが、シンチレータ２０と回路基板１２との間には隙間２７が設けられているため、異常成長結晶２０ｄの先端部２０ｅが回路基板１２に接触して破損することは防止される。

　なお、上記実施形態では、光電変換パネル２１にシンチレータ２０を直接蒸着しているが、図９に示すように、光電変換パネル２１の放射線入射側とは反対側に透光性基板８０を貼り付け、この透光性基板８０上にシンチレータ２０を蒸着してもよい。透光性基板８０は、接着層８１を介して光電変換パネル２１に貼り付けられている。

　シンチレータ２０で発生された可視光は、透光性基板８０及び接着層８１を通過して光電変換パネル２１に入射するため、透光性基板８０及び接着層８１は、可視光に対して高い透光性を有することが好ましい。透光性基板８０の材料として、透明ポリイミド、ポリアルレート樹脂、ＯＰＳ（Oriented Polystyrene Sheet）フィルム、アラミドなどを用いることができる。また、透光性基板８０は、シンチレータ２０の蒸着基板として用いられるため、蒸着温度に耐えることができる耐熱性を有するものが好ましい。ＯＰＳフィルムは、２５０℃程度の耐熱性を有しているため、透光性基板８０の材料として最も好ましい。また、接着層８１の材料としては、透光性のエポキシ樹脂やアクリル樹脂などを用いることができる。

　接着層８１は、補修の際などに、光電変換パネル２１と、シンチレータ２０が蒸着された透光性基板８０とを容易に分離可能なように、粘着材や解体性接着剤で形成してもよい。さらに、接着層８１を設けず、透光性基板８０を光電変換パネル２１に押し当てた状態として、筐体１４などに固定してもよい。

　また、上記実施形態では、シンチレータ２０の保護膜２４上に光反射膜２５を形成し、この光反射膜２５上に封止膜２６を形成しているが、これに代えて、保護膜２４上に封止膜を形成し、この封止膜上に光反射膜を形成してもよい。また、図１０に示すように、柱状結晶２０ａの先端部２０ｃに、光反射性を有するアルミニウム等の金属薄膜９０を蒸着し、この金属薄膜９０が形成された先端部２０ｃを覆うようにホットメルト樹脂で保護膜９１を形成してもよい。

　また、上記実施形態では、真空チャンバー６１内に第１～第４の耐熱性容器６３ａ～６３ｄを設け、この真空チャンバー６１内でシンチレータ２０、保護膜２４、光反射膜２５、封止膜２６の成膜を行っているが、各形成材料による真空チャンバー６１内の汚染が懸念されるため、第１～第４の耐熱性容器６３ａ～６３ｄをそれぞれ異なる真空チャンバー内に設け、光電変換パネル２１を各真空チャンバーに移送しながら、シンチレータ２０、保護膜２４、光反射膜２５、封止膜２６の成膜を行ってもよい。この場合、光電変換パネル２１を、真空状態のまま移送可能なように、各真空チャンバーを接続すればよい。

　また、上記実施形態では、シンチレータ２０上に保護膜２４及び光反射膜２５を介して封止膜２６を形成しているが、図１１に示すように、シンチレータ２０上に封止膜１００を形成し、この封止膜１００上に光反射膜１０１及び保護膜１０２を順に形成してもよい。この場合においても、上記実施形態と同様に、シンチレータ２０、封止膜１００、光反射膜１０１、保護膜１０２の全てを、真空チャンバー内で真空状態のままで一貫して蒸着形成することが好ましい。

　また、シンチレータ２０、封止膜１００、光反射膜１０１は、同一の蒸着マスクを用いて光電変換パネル２１上に蒸着することにより、光電変換パネル２１上の同一領域に形成することが好ましい。保護膜１０２は、上記蒸着マスクより大きな開口を有する蒸着マスクを用いて蒸着することにより、シンチレータ２０、封止膜１００、光反射膜１０１の全体を覆うように形成することが好ましい。

　また、図１１に示す形態では、封止膜１００を形成した時点でシンチレータ２０が封止膜１００で覆われ、シンチレータ２０の防湿性が保たれるため、封止膜１００を形成した直後に真空チャンバーから光電変換パネル２１を取り出すことが可能である。したがって、真空チャンバー内で光電変換パネル２１上に、シンチレータ２０及び封止膜１００を形成した後、真空チャンバーから光電変換パネル２１を取り出した上で、光反射膜１０１及び保護膜１０２を形成することができる。

　この場合には、光反射膜１０１及び保護膜１０２を、フィルム材を加熱により溶融させて圧着させる熱ラミネート法等で形成することができる。このように、熱ラミネート法で光反射膜１０１及び保護膜１０２を形成する場合には、光反射膜１０１用の第１のフィルム材と保護膜１０２用の第２のフィルム材とを予め積層したものを、封止膜１００上に圧着させてもよいし、第１のフィルム材と第２のフィルム材とを１枚ずつ個別に封止膜１００上に圧着させてもよい。この第１のフィルム材としては、例えば、アルミニウム等の金属薄膜が用いられる。第２のフィルム材としては、例えば、ポリエチレンテレフタラート（Polyethylene terephthalate）や、エチレン－アクリル酸エステル共重合体を主成分とするホットメルト樹脂が用いられる。

　熱ラミネート法で光反射膜１０１及び保護膜１０２を形成する場合には、少なくとも保護膜１０２で、シンチレータ２０及び封止膜１００を完全に覆い、保護膜１０２の周縁部１０２ａを光電変換パネル２１の表面２１ａに接着させることが好ましい。例えば、図１２に示すように、保護膜１０２の周縁部１０２ａと光電変換パネル２１の表面２１ａとを、紫外線（ＵＶ）等の光により硬化する光硬化型接着剤１０３で接着する。光硬化型接着剤１０３は、光電変換パネル２１のシンチレータ２０とは反対側から光を照射し、光電変換パネル２１を透過した光により硬化させることができる。このように、シンチレータ２０を封止膜１００で覆い、封止膜１００を覆う保護膜１０２の周縁部１０２ａを光電変換パネル２１の表面２１ａに接着することで、シンチレータ２０の防湿性（特に、周縁部の防湿性）がさらに向上する。

　また、光反射膜１０１及び保護膜１０２を、光反射性及び耐湿性を有するアルミニウム膜等の１枚のフィルムで構成してもよい。また、光反射膜１０１を省略し、保護膜１０２を封止膜１００上に直接形成してもよい。さらに、保護膜１０２を省略し、光反射膜１０１を封止膜１００上に直接形成してもよい。

　また、図１３に示すように、シンチレータ２０上に蒸着形成した封止膜１００上に保護膜１０２を形成し、この保護膜１０２上に光反射膜１０１を形成してもよい。この場合においても、シンチレータ２０、封止膜１００、保護膜１０２、光反射膜１０１を全て真空チャンバー内で一貫して蒸着形成してもよいが、シンチレータ２０上に封止膜１００を形成した後、真空チャンバーから光電変換パネル２１を取り出した上で、前述の熱ラミネート法等で保護膜１０２及び光反射膜１０１を形成してもよい。この場合にも、保護膜１０２の周縁部１０２ａと光電変換パネル２１の表面２１ａとを光硬化型接着剤で接着することが好ましい。

　さらに、図１１～図１３に示す形態においても、光電変換パネル２１の放射線入射側とは反対側に透光性基板を貼り付け、この透光性基板上にシンチレータ２０を蒸着してもよい。

　また、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。

　なお、上記した各変形例は、適宜組み合わせて用いてもよい。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

　光電変換を行う光電変換パネルの表面にヨウ化セシウムを含有するシンチレータを膜厚が４００μｍ以上となるように蒸着するシンチレータ形成工程と、
　前記シンチレータを覆うように封止膜を蒸着する封止膜形成工程と、
　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となるように、前記光電変換パネルを筐体内に装着する装着工程とを有し、
　前記シンチレータ形成工程と前記封止膜形成工程とを、蒸着装置のチャンバーから前記光電変換パネルを取り出さずに行う放射線画像検出装置の製造方法。
　前記シンチレータ形成工程では、前記光電変換パネルの表面に密着した非柱状結晶層と、前記非柱状結晶層上に立設した複数の柱状結晶とを形成する請求の範囲第１項に記載の放射線画像検出装置の製造方法。
　前記シンチレータには、前記柱状結晶が異常成長した異常成長結晶が生じており、前記異常成長結晶の先端部の突出量が、前記シンチレータの膜厚の５％以上であり、前記先端部が前記封止膜により覆われる請求の範囲第２項に記載の放射線画像検出装置の製造方法。
　前記封止膜をポリパラキシレンにより形成する請求の範囲第１項に記載の放射線画像検出装置の製造方法。
　前記シンチレータの表面に保護膜を蒸着する保護膜形成工程を有し、
　前記シンチレータ形成工程、前記保護膜形成工程、前記封止膜形成工程の順に、蒸着装置のチャンバーから前記光電変換パネルを取り出さずに行う請求の範囲第１項に記載の放射線画像検出装置の製造方法。
　前記保護膜をホットメルト樹脂により形成する請求の範囲第５項に記載の放射線画像検出装置の製造方法。
　前記保護膜の表面に光反射膜を蒸着する光反射膜形成工程を有し、
　前記シンチレータ形成工程、前記保護膜形成工程、前記光反射膜形成工程、前記封止膜形成工程の順に、蒸着装置のチャンバーから前記光電変換パネルを取り出さずに行う請求の範囲第５項に記載の放射線画像検出装置の製造方法。
　前記光反射膜を金属により形成する請求の範囲第７項に記載の放射線画像検出装置の製造方法。
　前記封止膜上に保護膜を形成する保護膜形成工程を有し、
　前記シンチレータ形成工程と前記封止膜形成工程とを、蒸着装置のチャンバーから前記光電変換パネルを取り出さずに行った後、前記保護膜形成工程を、前記蒸着装置のチャンバーから取り出した上で行う請求の範囲第１項に記載の放射線画像検出装置の製造方法。
　前記封止膜上に光反射膜を蒸着する光反射膜形成工程を有し、
　前記シンチレータ形成工程と前記封止膜形成工程とを、蒸着装置のチャンバーから前記光電変換パネルを取り出さずに行った後、前記光反射膜形成工程を、前記蒸着装置のチャンバーから取り出した上で行う請求の範囲第１項に記載の放射線画像検出装置の製造方法。
　前記封止膜上に光反射膜を蒸着する光反射膜形成工程と、
　前記光反射膜上に保護膜を形成する保護膜形成工程とを有し、
　前記シンチレータ形成工程と前記封止膜形成工程とを、蒸着装置のチャンバーから前記光電変換パネルを取り出さずに行った後、前記光反射膜形成工程と前記保護膜形成工程とを、前記蒸着装置のチャンバーから取り出した上で行う請求の範囲第１項に記載の放射線画像検出装置の製造方法。
　前記封止膜上に保護膜を形成する保護膜形成工程を有し、
　前記保護膜上に光反射膜を蒸着する光反射膜形成工程と、
　前記シンチレータ形成工程と前記封止膜形成工程とを、蒸着装置のチャンバーから前記光電変換パネルを取り出さずに行った後、前記保護膜形成工程と前記光反射膜形成工程とを、前記蒸着装置のチャンバーから取り出した上で行う請求の範囲第１項に記載の放射線画像検出装置の製造方法。
　前記画素は、可視光を電荷に変換するフォトダイオードと、前記フォトダイオードにより生成された電荷を読み出すためのスイッチング素子とを有する請求の範囲第１項に記載の放射線画像検出装置の製造方法。
　前記筐体はモノコック構造である請求の範囲第１項に記載の放射線画像検出装置の製造方法。
　前記光電変換パネルの表面に可視光を透過させる透光性基板が接着されており、
　前記シンチレータ形成工程では、前記透光性基板の表面に前記シンチレータを蒸着する請求の範囲第１項に記載の放射線画像検出装置の製造方法。
　前記透光性基板は、ＯＰＳフィルムである請求の範囲第１５項に記載の放射線画像検出装置の製造方法。