(57)【要約】【課題】直接方式で出力信号の強度特性（放射線−電荷変換効率）の高い放射線平面状検知器及びその製造方法を提供する。【解決手段】入射放射線Ｒを信号電荷に変換する放射線光導電膜２は、放射線−電荷変換媒体粒子１２を相互に接触させ、あるいは所定の密度で近接させた状態で、所定の膜厚に保持可能なバインダー１３を含み、放射線−電荷変換媒体粒子の誘電率と上記バインダーの誘電率との関係が、放射線−電荷変換媒体粒子の誘電率  ＜  バインダーの誘電率であることを特徴とする。これにより、バインダーに作用されるバイアス電圧Ｖｂの大きさが低減され、絶縁破壊が生じることが抑止される。【選択図】    図１
2005033003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面基板上に画素電極とスイッチング素子が一次元もしくは二次元的に複数設けられている回路基板と、この回路基板に接触され、入射放射線をその強度に対応する大きさの電荷に変換する放射線−電荷変換媒体の粒子を含む放射線光導電層と、この放射線光導電層に所定のバイアス電圧を印加可能なバイアス電極とを具備する放射線検出器において、
前記放射線光導電層は、上記放射線−電荷変換媒体粒子を相互に接触させ、あるいは所定の密度で近接させた状態で、所定の膜厚に保持可能なバインダーを含み、上記放射線−電荷変換媒体粒子の誘電率と上記バインダーの誘電率との関係が、放射線−電荷変換媒体粒子の誘電率  ＜  バインダーの誘電率であることを特徴とした放射線検出器。
【請求項２】
上記バインダーは、有機物または重金属を含む強誘電性ポリマーであることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
上記バインダーは、弗化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体等の弗化物ポリマーまたはシアン化ビニリデンと酢酸ビニルの共重合体等のシアノ基もしくはシアノエチル基を有するポリマーであることを特徴とする請求項２記載の放射線検出器。
【請求項４】
上記放射線−電荷変換媒体は、ＰｂＩ２（沃化鉛）またはＨｇＩ２（沃化水銀）を含むこと特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の放射線検出器。
【請求項５】
平面基板上にスイッチング素子および電荷蓄積用キャパシタを、一次元もしくは二次元的に複数形成し、
スイッチング素子および電荷蓄積用キャパシタにより定義される画素領域毎に絶縁層を介在させて、画素電極を配置し、
画素電極および画素領域を、放射線−電荷変換媒体粒子の誘電率より誘電率の大きなバインダーを用いて、放射線−電荷変換媒体粒子と放射線−電荷変換媒体素子を相互に接触させ、あるいは所定の密度で近接させた状態で、所定の膜厚とした放射線光導電層により覆い、
放射線光導電層を、バイアス電極層で覆う、
ことを特徴とする放射線検出器の製造方法。
【請求項６】
上記バインダーは、弗化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体等の弗化物ポリマーまたはシアン化ビニリデンと酢酸ビニルの共重合体等のシアノ基もしくはシアノエチル基を有するポリマーであることを特徴とする請求項５記載の放射線検出器の製造方法。
【請求項７】
上記放射線−電荷変換媒体粒子は、ＰｂＩ２（沃化鉛）もしくはＨｇＩ２（沃化水銀）を含むこと特徴とする請求項５または６記載の放射線検出器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線で撮影された放射線画像を検出する放射線検出器およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射線検出器として、例えば、複数のＸ線検出素子を２次元的に配置した平面状検出器が注目されている。平面状検出器は、Ｘ線で撮影したＸ線画像またはリアルタイムのＸ線画像をデジタル信号として出力可能である。なお、平面状検出器は、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期待されている。
【０００３】
平面状検出器は、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、商品化もされている。
【０００４】
近い将来、例えば透視線量を用い、毎秒３０画面以上のＸ線動画の検出が可能で、循環器や消化器等の分野に応用した製品の商品化も予測されている。このようなＸ線動画の検出には、Ｓ／Ｎの改善や、微小信号のリアルタイム処理技術等の開発が求められている。
【０００５】
平面状検出器は、大きく分けると直接方式および間接方式の２つがある。
【０００６】
直接方式は、ａ−Ｓｅ等のＸ線光導電材料を用いてＸ線を信号電荷に直接変換し、変換した信号電荷を電荷蓄積用キャパシタに蓄積する方式である。
【０００７】
これに対し、間接方式は、シンチレータ材料を用いて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で信号電荷に変換し、その信号電荷を電荷蓄積用キャパシタに蓄積する方式である。
【０００８】
直接方式において、検出面に２次元に配列された画素毎に、画素部、電荷蓄積部、ＴＦＴおよびツェナダイオードを設け、ツェナダイオードによりＴＦＴの入力側に入力される電圧が、ＴＦＴを破壊する電圧未満の所定の電圧になった時点で電荷蓄積部に電荷を出力することにより、ＴＦＴ（読み出しスイッチ）の破壊を防止する検出器が既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−１０２３７号公報（要約書、図１、段落［００３８］〜［００４８］）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
直接方式の放射線平面状検知器においては、放射線光導電層の特性、すなわち入射した放射線の強度に対する出力信号の強度（入射放射線を信号電荷として出力可能な変換効率）が重要となる。このことから、放射線−信号電荷変換効率を向上させる目的で、放射線光導電層には、例えばＰｂＩ２（沃化鉛）やＨｇＩ２（沃化水銀）等の金属沃化物または金属ハロゲン化合物系の光導電材料が用いられる。
【００１１】
放射線光導電層にＰｂＩ２やＨｇＩ２等の金属沃化物または金属ハロゲン化合物系を用いた場合、入射した放射線に対する出力信号の強度を高め、しかも放射線吸収量を十分に確保するため、放射線光導電層には、数百μｍ以上の厚さが要求される。
【００１２】
しかしながら、膜厚が数百μｍ以上の放射線光導電層を用いた場合、入射した放射線の強度に対する出力信号の強度の向上、およびバイアス電極が印加される方向と直角な方向への光導電電荷の拡散を防止するため、バイアス電極として、数ｋＶ以上の高電圧が印加されなければならない。
【００１３】
放射線光導電層を形成する場合、通常は、真空蒸着法やスパッタリング法が利用されるが、ＰｂＩ２やＨｇＩ２等の金属沃化物または金属ハロゲン化合物系の光導電材料は、結晶成長性が不安定なため、真空蒸着法やスパッタリング法では、数百μｍにもおよぶ膜厚の層を形成することは困難である。
【００１４】
このため、ＰｂＩ２やＨｇＩ２等の金属沃化物または金属ハロゲン化合物系により放射線光導電層を構成する場合、ＰｂＩ２やＨｇＩ２等と、例えば樹脂であるバインダーとを混合して、塗布する方法が広く利用されている。
【００１５】
しかしながら、バインダーを用いることにより、放射線光導電層中のＰｂＩ２やＨｇＩ２等の密度がバインダーの混合量の分だけ低下することから、放射線を電荷に変換する変換効率が低下する問題がある。
【００１６】
また、バインダーとして利用されるエポキシ樹脂等の誘電率はＰｂＩ２やＨｇＩ２等の光導電材料よりも低いため、バイアス電極に印加されたバイアス電圧の多くは、バインダーに分担（印加）される（バインダーに作用する電界が光導電材料に作用する電界よりも高くなる）。このことは、入射した放射線に対する出力信号の強度の劣化およびバインダーの絶縁破壊等を生じさせる問題がある。
【００１７】
この発明の目的は、直接方式における放射線平面状検知器の出力信号の強度特性（放射線−信号電荷変換効率）を改善すること、および出力信号の強度特性を改善可能な放射線平面状検出器の製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述問題点に基づきなされたもので、平面基板上に画素電極とスイッチング素子が一次元もしくは二次元的に複数設けられている回路基板と、この回路基板に接触され、入射放射線をその強度に対応する大きさの電荷に変換する放射線−電荷変換媒体の粒子を含む放射線光導電層と、この放射線光導電層に所定のバイアス電圧を印加可能なバイアス電極とを具備する放射線検出器において、前記放射線光導電層は、上記放射線−電荷変換媒体粒子を相互に接触させ、あるいは所定の密度で近接させた状態で、所定の膜厚に保持可能なバインダーを含み、上記放射線−電荷変換媒体粒子の誘電率と上記バインダーの誘電率との関係が、放射線−電荷変換媒体粒子の誘電率  ＜  バインダーの誘電率であることを特徴とした放射線検出器である。
【００１９】
また本発明は、平面基板上にスイッチング素子および電荷蓄積用キャパシタを、一次元もしくは二次元的に複数形成し、スイッチング素子および電荷蓄積用キャパシタにより定義される画素領域毎に絶縁層を介在させて、画素電極を配置し、画素電極および画素領域を、放射線−電荷変換媒体粒子の誘電率より誘電率の大きなバインダーを用いて、放射線−電荷変換媒体粒子と放射線−電荷変換媒体素子を相互に接触させ、あるいは所定の密度で近接させた状態で、所定の膜厚とした放射線光導電層により覆い、放射線光導電層を、バイアス電極層で覆う、ことを特徴とする放射線検出器の製造方法である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
なお、本発明においてはＸ線，γ線，その他各種放射線の場合に適用可能であるが、以下の一実施の形態においては、放射線の中の代表的なＸ線の場合を例にとり説明する。したがって、実施の形態の「Ｘ線」を「放射線」に置き換えることにより、本発明が対象とする他の放射線にも適用可能である。
【００２１】
以下、図面を参照してこの発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００２２】
図１に示すように、直接方式のＸ線平面状検出器１０１は、アクティブマトリクス基板１上に、入力された放射線（この例ではＸ線）の強度に対応する大きさの信号電荷を生起可能なＸ線−信号電荷変換層であるＸ線光導電層２を有する。なお、図１は、図２を用いて後段に説明するように、ｍ行×ｎ列のマトリクス状に複数の信号電荷検出部と信号取出し素子とが設けられているアクティブマトリクス基板１およびＸ線光導電層２を、２画素分を切り出した断面を、拡大して示している。
【００２３】
図１に示される通り、Ｘ線光導電層２上には、Ｘ線光導電層２にバイアス電圧を印加することのできるバイアス電極３が設けられている。
【００２４】
マトリクス基板１は、例えばガラスで構成される支持基板４上であって、Ｘ線光導電層２との間に、Ｘ線光導電層２により生起された信号電荷をｍ行×ｎ列に区分された領域毎に独立に取り込む画素電極５、画素電極５により取り込まれた信号電荷が蓄積される電荷蓄積用キャパシタ６、および電荷蓄積用キャパシタ６に蓄積された信号電荷を所定のタイミングで転送するためのスイッチング素子としてのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）７を有する。なお、電荷蓄積用キャパシタ６およびＴＦＴ７のそれぞれにより定義されるｍ×ｎ個の単位画素とＸ線光導電層２とは、例えばＳｉＯ２（酸化珪素）等で形成される絶縁層８により絶縁されている。
【００２５】
個々の画素電極５は、例えばスルーホール９により、絶縁層８により絶縁されているＴＦＴ７のドレイン電極１０と接続されている。なお、ドレイン電極１０には、電荷蓄積用キャパシタ６の一方の電極となる透明電極１１が接続されている。
【００２６】
Ｘ線光導電層２は、例えばＰｂＩ２（沃化鉛）やＨｇＩ２（沃化水銀）等の金属沃化物または金属ハロゲン化合物を主成分とするＸ線−電荷変換媒体が所定の大きさの粒子状に形成されたＸ線−電荷変換粒子１２とこのＸ線−電荷変換媒体粒子１２を保持するバインダー１３からなる。なお、バインダー１３としては、例えばエポキシ樹脂等の樹脂材料が広く利用可能である。また、バインダー１３は、結晶成長性が不安定なＸ線−電荷変換媒体（ＰｂＩ２やＨｇＩ２）粒子１２を相互に接触させ、あるいは所定の密度で近接させた状態で、所定の膜厚に堆積するために有益である。
【００２７】
なお、図１に示したＸ線検出器１０１は、ガラス基板４上に電荷蓄積用キャパシタ６およびＴＦＴ７を、一次元もしくは二次元的に複数形成し、
電荷蓄積用キャパシタ６およびＴＦＴ７により定義される画素領域毎に絶縁層８介して画素電極５を配置し、
画素電極５および画素領域を、Ｘ線−電荷変換媒体粒子１２の誘電率より誘電率の大きなバインダー１３（例えばＸ線−電荷変換媒体粒子１２の誘電率とバインダー１３の誘電率の比は１：２である）を用いて、Ｘ線−電荷変換媒体粒子とＸ線−電荷変換媒体素子を相互に接触させ、あるいは所定の密度で近接させた状態で、所定の膜厚としたＸ線光導電層２により覆い、
Ｘ線光導電層２を、バイアス電極３で覆う、
ことにより、容易に形成される。
【００２８】
図１に示した直接方式のＸ線平面状検出器のバイアス電極３に所定のバイアス電圧Ｖｂが印加された状態でバイアス電極３に入射Ｘ線Ｒが照射されると、Ｘ線光導電層２で生起された電荷１４は、バイアス電極３に印加されているバイアス電圧Ｖｂにより方向づけられる電界により、アクティブマトリックス基板１上の任意の画素電極５に移動され、ＴＦＴ７のドレイン電極１０を経由して、電荷蓄積用キャパシタ６に蓄積される。なお、電荷１４は、図１においては、電子ｅとホール（正孔）ｈとが、それぞれバイアス電極３と画素電極５に向かう状態として説明されている。
【００２９】
電荷蓄積用キャパシタ６に蓄積された電荷１４は、図２を用いて以下に説明する信号読み出し部により、所定のタイミングで、図示しない信号（画像）処理部に出力される。
【００３０】
図２は、図１に説明した個々の画素から信号電荷を読み出すための信号取出し部を概略的に説明する等価回路である。
【００３１】
ｍ×ｎ個の格子状に配列された各ＴＦＴ７のゲート電極１５は、図示しない走査線制御回路と接続されているｍ本の制御電極１６と個々に接続されている。また、ＴＦＴ７のドレイン電極１０は、図示しない読み出し制御回路と接続されているｎ本の読み出し電極１７と個々に接続されている。
【００３２】
従って、制御電極１６により任意の１行分のゲート電極１５にオン信号が入力されて個々のＴＦＴがオンされるまでの間、各画素に設けられている画素電極５を介してキャパシタ６に蓄積された電荷１４は、ＴＦＴ７がオンされることで、読み出し電極１７に出力される。
【００３３】
すなわち、マトリクス状に配列されたｍ×ｎ個の画素に入射され、光導電層２により電荷に変換されてキャパシタ６に蓄えられているＸ線画像に対応する電荷は、図示しない読み出し制御回路の制御により、任意の行毎に順に取出される。取出された信号電荷は、図示しない信号（画像）処理部に出力される。
【００３４】
上述のＸ線光導電層２は、マクロ（巨視）的には、Ｘ線−信号電荷変換粒子１２の層２ａとバインダー１３の層２ｂの２層で構成された状態として、図３に示されるように近似できる。なお、図３は、Ｘ線光導電層２をＸ線−信号電荷変換粒子１２の層２ａとバインダー１３の層２ｂの２層で構成される近似としているのであるため、Ｘ線−信号電荷変換粒子１２の層２ａとバインダー１３の層２ｂの位置関係は、逆であっても良い。つまり、バインダー１３の層２ｂがバイアス側に、Ｘ線−信号電荷変換粒子１２の層２ａが単位画素側に配置された状態で近似しても同様であることはいうまでもない。
【００３５】
従って、バイアス電極３に印加されるバイアス電圧Ｖｂの大きさをＶ［Ｖ］、Ｘ線光導電層２の厚さをｄ、Ｘ線−信号電荷変換粒子１２とバインダー１３の体積混合比をｄ１：ｄ２  ，誘電率比をｅ１：ｅ２  ，印加電界比をＥ１：Ｅ２とすると、Ｘ線−信号電荷変換粒子１２に作用する電界の大きさＥ１とバインダー１３に作用する電界の大きさＥ２は、
Ｅ１＝ｅ２Ｖ／（ｅ２ｄ１＋ｅ１ｄ２）・・・（Ａ）
Ｅ２＝ｅ１Ｖ／（ｅ２ｄ１＋ｅ１ｄ２）・・・（Ｂ）
と表記される。
【００３６】
ここで、Ｘ線−信号電荷変換粒子１２とバインダー１３の体積混合比を１：１とすると、式（Ａ）および式（Ｂ）は、
Ｅ１＝２ｅ２Ｖ／（ｅ１＋ｅ２）ｄ・・・（Ｃ）
Ｅ２＝２ｅ１Ｖ／（ｅ１＋ｅ２）ｄ・・・（Ｄ）
と表記される。
【００３７】
式（Ｃ）および式（Ｄ）から、Ｘ線−信号電荷変換粒子１２とバインダー１３の誘電率比の関係がｅ１＜ｅ２となるようにバインダー１３の材質を選択することにより、Ｘ線−信号電荷変換粒子１２とバインダー１３の誘電率比の関係がｅ１≧ｅ２となるようにバインダー１３の材質を設定した場合に比べて、Ｘ線−信号電荷変換粒子１２に作用する電界Ｅ１をバインダー１３に作用する電界Ｅ２よりも高く（バインダー１３に作用する電界Ｅ２を低く）設定できる。
【００３８】
従って、バインダー１３に作用する電界の大きさが低下されるので、絶縁破壊が防止でき、しかも入射したＸ線に対する出力信号の強度特性を改善できる。
【００３９】
例えば、Ｘ線−信号電荷変換粒子１２とバインダー１３の体積混合比を９：１とし、Ｘ線−信号電荷変換粒子１２とバインダー１３の誘電率比が１：１０となるような強誘電性ポリマー（例えば、弗化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体等の弗化物ポリマーやシアン化ビニリデンと酢酸ビニルの共重合体等のシアノ基もしくはシアノエチル基を有するポリマー等に代表される有機物または重金属を含み誘電率の高い）をバインダー１３に選択すると、式（Ａ）および式（Ｂ）より、Ｘ線−信号電荷変換粒子１２に作用する電界Ｅ１およびバインダー１３に作用する電界Ｅ２は、
Ｅ１＝１００Ｖ／９１ｄ・・・（Ｅ）
Ｅ２＝１０Ｖ／９１ｄ  ・・・（Ｆ）
となる。
【００４０】
このことから、Ｘ線−信号電荷変換粒子１２とバインダー１３の誘電率比を１：１０とした場合には、Ｘ線−信号電荷変換粒子１２とバインダー１３の誘電率比が１：１である場合に比べて、Ｘ線−信号電荷変換粒子１２に作用する電界を概ね１０％高めることができ、バインダー１３に作用する電界を概ね９０％低くできる。
【００４１】
従って、バインダー１３に作用する電界の大きさが低下されるので、絶縁破壊が防止でき、かつ入射したＸ線に対する出力信号の強度特性が改善できる。なお、Ｘ線−信号電荷変換粒子１２とバインダー１３の誘電率の比は、例えば１：２程度であっても、誘電率比が１：１である場合に比べて、バインダー１３に作用する電界の大きさを低減できることはいうまでもない。また、バインダー１３の材質としては、好ましくは、有機物または重金属を含むポリマーが有益である。
【００４２】
以上説明したように、この発明によれば、マトリクス状に配置された画素から得られるＸ線−電荷変換出力の変換効率を高めることができる。しかも、Ｘ線−電荷変換媒体の粒子を相互に接触させ、あるいは所定の密度で近接させた状態で所定の膜厚に堆積可能とするバインダーに作用する電界の大きさを抑えることにより、バインダーに絶縁破壊が生じることを抑止できる。
【００４３】
従って、Ｘ線−電荷変換効率が高く、安定に動作可能なＸ線平面状検出器が得られる。
【００４４】
なお、この発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形・変更が可能である。また、各実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。
【００４５】
また、上述した実施の形態においては縦横の複数の画素が配列されたＸ線検出器について説明したが、縦横の画素の比率が異なる（例えば、一方の画素が１個の場合等）一見すると線状に構成されたＸ線検出器にも適用可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、放射線−電荷変換効率が高く、安定に動作可能な放射線平面状検出器が得られる。また、個々の画素により放射線が電荷に変換される効率が高められることは、実質的な感度の向上にあたることから、検査対象物（検体）に照射しなければならない放射線量を低減でき、特に検体が人体である場合には、被爆量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態が適用可能なＸ線検出器の一例を説明する概略図。
【図２】図１に示したＸ線検出器におけるアクティブマトリックス基板の一例を説明する概略図画素単位部分を説明する概略図。
【図３】図１に示したＸ線検出器のＸ線光導電層を巨視的に捕らえて近似した概略図。
【符号の説明】
１…アクティブマトリックス基板、２…Ｘ線光導電層、３…バイアス電極、４…支持基板、５…画素電極、６…電荷蓄積用キャパシタ、７…薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、８…絶縁層、９…スルーホール、１０…ドレイン電極、１１…透明電極、１２…Ｘ線（放射線）−電荷変換媒体粒子（金属沃化物または金属ハロゲン化物を主成分とする粒子）、１３…バインダー、１４…電荷（光導電電荷）、１５…ゲート電極、１６…制御電極、１７…読み出し電極、Ｒ…入射Ｘ線、ｅ…電子、ｈ…ホール（正孔）、１０１…Ｘ線平面状検出器。
【図１】
2005033003.tif 000003
【図２】
2005033003.tif 000004
【図３】
2005033003.tif 000005