(57)【要約】【課題】ＴＦＴ方式の放射線画像検出器において、暗電流抑制と残像抑制とを両立させる。【解決手段】放射線画像検出器は、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層２０と、電荷発生層２０において発生した電荷を収集する収集電極８、および収集電極８によって収集された電荷を読み出すためのスイッチ素子３を有する画素部１１が２次元状に多数配列された検出層１０とが積層された構造を有する。収集電極８の周縁部に、収集電極８の中央部の電界強度に対する収集電極８の端部の電界強度の比を小さくする電界比低減部品として保護膜１８を設ける。【選択図】図１
2008091829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、
該電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、および該収集電極によって収集された前記電荷を読み出すためのスイッチ素子を有する画素部が２次元状に多数配列された検出層とが積層された放射線画像検出器において、
前記収集電極の周縁部のみに、前記収集電極の中央部の電界強度に対する前記収集電極の端部の電界強度の比を小さくする電界比低減部品が設けられていることを特徴とする放射線画像検出器。
【請求項２】
前記電界比低減部品が、絶縁材料からなることを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出器。
【請求項３】
前記電界比低減部品が、半導体材料からなることを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、スイッチ素子を有する多数の画素部が２次元状に配列された検出層とが積層された放射線画像検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療分野などにおいて、被写体を透過した放射線の照射を受けて電荷を発生し、その電荷を蓄積することにより被写体に関する放射線画像を記録する放射線画像検出器が各種提案、実用化されている。
【０００３】
放射線画像検出器の方式としては、放射線を直接電荷に変換し電荷を蓄積する直接変換方式と、放射線を一度ＣｓＩ：Ｔｌ、ＧＯＳ（Ｇｄ２Ｏ2Ｓ：Ｔｂ）などのシンチレータで光に変換し、その光を光導電層で電荷に変換し蓄積する間接変換方式がある。また、読取り方式としては、光の照射により電荷を発生する半導体材料を利用した光読取方式と、放射線の照射により発生した電荷を収集電極に蓄積し、その蓄積した電荷を薄膜トランジスタ（thin film transistor：ＴＦＴ）などの電気的スイッチを１画素ずつＯＮ・ＯＦＦすることにより読み取るＴＦＴ方式に大別される。
【０００４】
上記のような放射線画像検出器では、光電変換層にかかる電界がある閾値を超えると、急激に電極からの電荷注入（暗電流）が増加し、結晶化が起こり、点欠陥が発生することが知られている。そこで、特許文献１には、光読取方式の放射線画像検出器において、暗電流を防止するために電極端部を絶縁膜からなる保護膜で覆うことが提案されている。また、特許文献２には、ＴＦＴ方式の放射線画像検出器において、収集電極からの暗電流を防止するために収集電極全面を有機膜からなる保護膜で覆うことが提案されている。
【特許文献１】特開２００５−１８３６７０号公報
【特許文献２】特開２００６−１５６５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
放射線画像検出器においては、暗電流だけでなく、以前の画像パターンが残る残像も大きな問題である。特に、ＴＦＴ方式の放射線画像検出器では、収集電極に直接電荷を蓄積するため、残像の問題解決が重要である。これに対して、光読取方式の放射線画像検出器では、電極とは別に蓄電部を備え、この蓄電部に電荷を蓄積するようにしているため、電極そのものの残像問題はＴＦＴ方式とは異なると言える。また、ＴＦＴ方式の放射線画像検出器では一般に、収集電極間にデータ線やゲート線等の配線があるのに対し、光読取方式の放射線画像検出器では、電極間に配線がない。配線の有無や配線と収集電極との距離は、形成すべき保護膜の構成に影響する。以上のことから、光読取方式の保護膜の構成をＴＦＴ方式にそのまま適用しても、暗電流および残像の両方を効果的に防止することは難しいと考えられる。
【０００６】
特許文献２では、残像特性を改善するために保護膜に導電性を付与することを提案しているが、保護膜が収集電極全体を覆っているため、残像特性の劣化は避けがたく、暗電流防止と残像防止とを両立することは難しいと考えられる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、暗電流抑制と残像抑制との両立が可能なＴＦＴ方式の放射線画像検出器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の放射線画像検出器は、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、該電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、および該収集電極によって収集された前記電荷を読み出すためのスイッチ素子を有する画素部が２次元状に多数配列された検出層とが積層された放射線画像検出器において、前記収集電極の周縁部のみに、前記収集電極の中央部の電界強度に対する前記収集電極の端部の電界強度の比を小さくする電界比低減部品が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
なお、本明細書において、上記の「収集電極の中央部の電界強度に対する前記収集電極の端部の電界強度の比」を「電界比」と呼ぶことにする。
【００１０】
ここで、「放射線」の具体例としては例えばＸ線が挙げられる。
【００１１】
前記電界比低減部品は、前記収集電極の周縁部の全周にわたって設けられていることが好ましい。
【００１２】
前記電界比低減部品が、絶縁材料からなるように構成してもよく、または、半導体材料からなるように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
一般に、電極の端部は、中央部よりも電界が集中しやすく、電界強度が強い。そのため、暗電流は電極の端部から発生することが多い。本発明の放射線画像検出器によれば、収集電極の周縁部のみに、電界比を小さくする電界比低減部品が設けられているため、収集電極の端部に電界が集中するのを低減させることができ、暗電流を抑制できる。また、本発明の放射線画像検出器では、電界比低減部品を収集電極の周縁部のみに設けているため、電界比低減部品が覆っている面積を、特許文献２に記載されているような従来のものよりも小さくすることができ、残像を抑制することができる。すなわち、本発明の放射線画像検出器によれば、暗電流抑制と残像抑制との両立が可能になる。
【００１４】
電界比低減部品が、絶縁材料からなる場合は、暗電流抑制効果を高くすることができる。
【００１５】
電界比低減部品が半導体材料からなる場合は、残像抑制効果を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の放射線画像検出器の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる放射線画像検出器１００の概略構成図であり、図２は図１に示す放射線画像検出器１００の画素部のレイアウトである。
【００１７】
本実施形態の放射線画像検出器１００は、ＴＦＴ方式のものであり、図１に示すように、上部電極層２１と、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層２０と、電荷発生層２０において発生した電荷を収集する収集電極８、および該収集電極８によって収集された前記電荷を読み出すためのスイッチ素子３を有する画素部１１が２次元上に多数配列された検出層１０とが順次積層された構造を有する。
【００１８】
上部電極層２１は、Ａｕなどの低抵抗の導電材料で構成されている。そして、上部電極層２１には、バイアス電圧を印加するための高圧電源２２が接続されている。
【００１９】
電荷発生層２０は、電磁波導電性を有するものであり、放射線の照射により内部に電荷を発生するものである。電荷発生層２０としては、たとえば、セレンを主成分とする膜厚１００〜１０００μｍの非晶質ａ−Ｓｅ膜を用いることができる。
【００２０】
検出層１０は、アクティブマトリクス基板からなり、収集電極８と、収集電極８によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量４と、蓄積容量４に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子３とを有するアレイ状に配置された画素部１１を備えている。
【００２１】
収集電極８は、たとえばＡｌ、Ａｕ、Ｃｒ、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）等の材料を用いて構成でき、その厚みは０．０５μｍ〜１μｍの範囲が好ましい。
【００２２】
収集電極８には、その周縁部のみに全周にわたって保護膜１８が設けられている。保護膜１８が収集電極８を覆っているカバー幅Ｗは均一である。図２においては、収集電極８の外形を太い点線で示し、保護膜１８を太い実線で囲まれた斜線部で示している。なお、図１および図２は概念図であり、図面内の各部の寸法は必ずしも実際の物と同じではない。保護膜１８を設けることにより、収集電極８の中央部の電界強度（Ｅｃ）に対する収集電極８の端部の電界強度（Ｅｅ）の比（電界比＝Ｅｅ／Ｅｃ）を小さくすることができ、暗電流を低減し、点欠陥を減少できる。なお、本例では、隣接する保護膜１８は分離した構成となっているが、隣り合う収集電極８間にわたって連続する構成にしてもよい。
【００２３】
保護膜１８の材料としては、絶縁材料や半導体材料を用いることができる。絶縁材料としては、アクリル樹脂、ＰＶＡ（polyvinylalcohol）膜、ＰＶＰ（polyvinyl pyrrolidone）膜、ＰＡＡ（Polyacrylic Acid）膜を用いることが好ましく、半導体材料としては、カーボン添加アクリル樹脂を用いることが好ましい。その他の保護膜１８の材料としては、低誘電率のものとしては多孔質ポリアレルエーテル、中誘電率のものとしてはＳｉＯ２、ポリイミド、ノボラック樹脂、高誘電率のものとしてはＴａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３を用いることができる。保護膜１８の厚みは、たとえば０．０５μｍ〜５μｍの範囲が好ましい。保護膜１８の比誘電率が大きい方が電界比を小さくできるが、電極間の静電容量が増加してしまうため、保護膜１８の比誘電率は２〜２０の範囲が好ましい。保護膜１８の耐電圧は、電荷発生層２０の耐電圧よりも大きいことが好ましい。なお、保護膜１８の詳細な効果については後述する。
【００２４】
また、検出層１０は、スイッチ素子３をＯＮ／ＯＦＦするための多数の走査線１と、蓄積容量４に蓄積された電荷を読み出すための多数のデータ線５とを備えている。
【００２５】
スイッチ素子３としては、一般的には、アモルファスシリコンを活性層に用いたａ−ＳｉＴＦＴが用いられる。そして、スイッチ素子３のゲート電極２には、スイッチ素子３をＯＮ／ＯＦＦするための走査線１が接続されており、ソース電極６には、蓄積容量４に蓄積された電荷を読み出すためのデータ線５が接続され、ドレイン電極７には、蓄積容量４を構成する一方の電極である蓄積容量電極９が接続されている。データ線５の終端には、アンプ２３が接続されている。そして、蓄積容量４の他方の電極は蓄積容量配線１２に接続されている。なお、図の煩雑化を避けるため、図１では同一部位の符号の一部を省略している。
【００２６】
次に、放射線画像検出器１００の動作の一例について説明する。図１の上方よりＸ線等の放射線画像を担持した記録用の放射線が照射され、該放射線は上部電極層２１を透過し、電荷発生層２０に照射される。この照射により電荷発生層２０は内部に電荷を発生する。その発生した電荷のうち正孔は上部電極層２１と収集電極８間のバイアスにより収集電極８に集められ、収集電極８に電気的に接続された蓄積容量４に蓄積される。電荷発生層２０は照射された放射線量に応じた量の電荷を発生するため、放射線が担持した画像情報に応じた電荷が各画素部１１の蓄積容量４に蓄積される。その後、走査線１を介してスイッチ素子３をＯＮ状態にする信号を順次加え、データ線５を介して各蓄積容量４に蓄積された電荷を取り出す。さらにアンプ２３で各画素の電荷量を検出することにより画像情報を読み取ることができる。
【００２７】
以下、保護膜１８の効果について詳細に説明する。図３に、放射線画像検出器１００において、保護膜無しのもの（図３の表の最上段のデータ）と、厚み０．５μｍの保護膜有りのもの（図３の表の２段目以降のデータ）の各特性のシミュレーション結果を示す。保護膜有りのものについては、保護膜の幅と比誘電率を変化させた場合の結果も示している。図３において、右端の「品質性能」は、各特性の結果から総合的に判断した性能である。図３中の記号はそれぞれ、◎：製品として優れた性能を有する、○：製品として十分なレベルの性能を有する、△：製品として十分ではないが許容範囲の性能を有する、×：製品として許容されない、の意味である。
【００２８】
図３に示すように、保護膜無しのものは、電界比は３．８と大きく、残像特性は良いが、点欠陥特性が悪く、総合的な品質性能は×となっている。これに対して、幅０．５μｍ、比誘電率２の保護膜を設けたものは、電界比は２．３となり、ノイズや残像特性は保護膜無しのものと同様に良好である上に、点欠陥特性が改善され、総合的な品質性能は○となっている。
【００２９】
図３において、保護膜が同じ比誘電率で異なる幅のものを比較すると、幅が大きい方が、電界比が小さくなり、残像特性は低下するが、点欠陥特性が改善されることがわかる。また、保護膜の幅は同じ２μｍで比誘電率が２と１０のものを比較すると、比誘電率が大きい方が、電界比が小さくなり、残像特性はやや低下するが、点欠陥特性が改善されることがわかる。
【００３０】
一般に、ＴＦＴ方式の放射線画像検出器では、図４に示すように収集電極８の間には、その下層の絶縁層１４に配置されたデータ線やゲート線等の配線１３が存在するのに対し、光読取方式の放射線画像検出器では、電極間に配線が存在しない。電界比低減部品として保護膜を設けるときには、このような配線の有無に注意することが必要である。
【００３１】
図５は、配線が有る場合、無い場合について、電界比を電界シミュレーションにより求めた結果である。図５では、電極間距離、電極と配線間の距離（図４に示すｄ）、保護膜比誘電率、保護膜のカバー幅Ｗ、保護膜の厚み（図４に示すｔ）、絶縁層の厚み、配線の有無の条件が異なる各場合について示している。図６は、図５の数値データに基づく傾向をまとめた結果である。配線の有るものの方が、配線の無いものよりも電界比は小さく、また、電極と配線間の距離が小さい方が電界比が小さくなっている。保護膜を設ける際には、このような傾向を考慮して、暗電流抑制と残像抑制の両立化を図ることが好ましい。
【００３２】
以上述べた本実施形態の放射線画像検出器によれば、収集電極の周縁部に、電界比を小さくする保護膜を設けているため、暗電流抑制と残像抑制の両立化を図ることができる上に、以下の効果が期待できる。まず、収集電極端部の電界強度が小さくなり、暗電流が低減するので、Ｓ／Ｎを向上できるとともに、電荷発生層の結晶化を抑制できる。そして、収集電極からの電荷注入が起こりにくくなるため、記録時の電圧を増加することが可能となり、その結果、信号アップを図ることができるのでＳ／Ｎが向上し、良好な画質が得られる。また、保護膜を設ける範囲を周縁部にしているため、残像特性も良好に維持できる。誘電率の小さな保護膜を付与した場合には、静電容量が小さくなりノイズ特性を改善できる。
【００３３】
なお、本発明の放射線画像検出器は上記実施形態に限定されない。たとえば、本発明の放射線画像検出器における層構成は上記実施形態のような層構成に限らず、その他の層を加えたりしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の放射線画像検出器の一実施形態の概略構成図
【図２】図１に示す放射線画像検出器の画素部のレイアウト
【図３】保護膜の有無、構成の違いによる各特性を示す図
【図４】図１に示す放射線画像検出器の概略的な要部構成図
【図５】配線の有無、保護膜の有無等の違いによる電界比を示す図
【図６】図５の結果をまとめた図
【符号の説明】
【００３５】
１  走査線
２  ゲート電極
３  スイッチ素子
４  蓄積容量
５  データ線
６  ソース電極
７  ドレイン電極
８  収集電極
９  蓄積容量電極
１０  検出層
１１  画素部
１２  蓄積容量配線
１３  配線
１８  保護膜
２０  電荷発生層
２１  上部電極層
２２  高圧電源
【図１】
2008091829.tif 000003
【図２】
2008091829.tif 000004
【図３】
2008091829.tif 000005
【図４】
2008091829.tif 000006
【図５】
2008091829.tif 000007
【図６】
2008091829.tif 000008