JP2003262675A

JP2003262675A - シンチレータパネル及びそれを用いた放射線検出装置

Info

Publication number: JP2003262675A
Application number: JP2002065469A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Okada; 岡田　　聡; Kazumi Nagano; 和美長野; Katsuro Takenaka; 克郎竹中; Tomoyuki Tamura; 知之田村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2003-09-19

Abstract

(57)【要約】【目的】シンチレータの耐湿向上と耐ノイズ性の向上【構成】シンチレータを構成するに必要な導電性部材
（金属反射膜など）の周りを定電位に固定された導電材
で覆い、光が透過するセンサーパネルとの間の導電材を
透明にする

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医療用Ｘ線診断装
置、非破壊検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、レントゲン撮影のデジタル化が加
速しており、各社からＸ線エリアセンサーが発表されて
いる。その方式もダイレクト方式（Ｘ線を直接電気信号
に変換して読み取るタイプ）とインダイレクト方式（Ｘ
線を一旦可視光に変換して可視光を電気信号に変換して
読み取るタイプ）の２つに大別される。

【０００３】図１２は、一般的なＸ線デジタルラジオグ
ラフィーの断面図である。図中、２１は基板、この上部
にはアモルファスシリコンを用いた複数の光電変換部２
２、ＴＦＴ部２３を形成しており、窒化シリコン等より
なる保護層２５−ａとＰＩよりなる保護層２５−ｂで光
電変換部２２及びＴＦＴ部２３を保護している。２４は
電極引き出しパッド部で、ここに図示しないＡＣＦを介
してＴＡＢを接続、外部回路部に接続している。また、
光電変換部２２、ＴＦＴ部２３、及び電極引出しパッド
部２４は、図示しない配線によって回路に従い結ばれて
いる。上部の１はガラスよりなる基材、３はポリイミド
よりなる保護層で、Ａｌ薄膜よりなる反射層２を後述の
蛍光体層より隔離している。柱状の蛍光体よりなる蛍光
体層４は有機樹脂等よりなる保護層５によって、外部と
の間を耐湿保護されている。Ａｌ薄膜よりなる反射層２
は、蛍光体層４から光電変換部と反対側へ向かった光を
反射させ、光電変換部へ導くために設けた反射層であ
り、周囲の保護層３によって絶縁されているため、電気
的には浮いた状態となっている。これら２１〜２６から
構成されるセンサーパネル２００と１〜５で構成される
シンチレータは透明接着剤２６により貼り合わせられて
おり、封止部２７によって耐湿封止されている。このよ
うにセンサーパネル２００とシンチレータ１００とを接
着剤２６を介して貼り合わせる構造は、センサーパネル
２００の素子構成やシンチレータ１００の蛍光体構成の
制約を受けることなく、さまざまなものを用途に応じて
組み合わせることを可能としている。

【０００４】図面上部から入射したＸ線が保護層５、基
材１、保護層３、及び反射層２を透過し、蛍光体層４で
吸収された後、蛍光体層４により吸収され、蛍光体層４
は可視光を発光する。発光した光が光電変換部２２に到
達し、光電変換部が電気信号に変換、ＴＦＴ部２３でス
イッチングし、配線を通して接続された外部回路で読み
出すことで、入射するＸ線情報を２次元のデジタル画像
に変換するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】このような構造を
取った場合、静電気や外部の電磁界の影響により、反射
層として設けたアルミ薄膜の電位が変化してしまい、光
電変換部２２やＴＦＴ部２３、更には配線部の電極の電
位を変化させることとなり、それがノイズとなって、画
像品質を悪くすることがわかった。提案（整理番号４２
８２０３７）では、この問題を解決する一つの方法とし
て、アルミ層２上の保護層５の一部を破り、そこに電極
を接続して定電位に落とす方法を開示したが、保護層５
を破るがゆえの耐湿性の低下を招くことも判明した。

【０００６】このようなことを鑑み、本発明の目的は、
シンチレータに電気的に浮いた電極が存在しても耐湿性
を損なうことなく、その影響をセンサーパネルに与えな
い構造、つまりノイズに強い構造を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、導電性材料１を含む波長変換体であっ
て、波長変換体側の導電性材料１と反対側に無機導電性
材料２、導電性材料１側の波長変換体側と反対側に無機
導電性材料３を載置し、無機導電性材料２と無機導電性
材料３が電気的に接続されているシンチレータパネルと
した。また、無機導電性材料２は、透明である必要があ
り、波長変換体の変換された後、発生する電磁波のフォ
トンエネルギー（ｅＶ）のピーク値よりも広いバンドギ
ャップ（ｅＶ）を有するものである。導電性材料１が１
層以上であり、金属反射膜を含むものである。波長変換
体が放射線を可視光に変換する蛍光体であって、アルカ
リハライド材料を母体とする材料である。

【０００８】上記のシンチレータパネルを光電変換パネ
ルに貼り合わせ、導電性材料３又は導電性材料２を装置
の定電位に接続してなる放射線検出装置も提供するもの
である。光電変換パネルは、複数の光電変換素子を表面
に配置しており、光電変換素子が、ＭＩＳ型又はＰＩＮ
型構造である。

【０００９】このことによって、シンチレータパネルの
表裏に存在する無機の導電性材料２及び３が耐湿性とノ
イズ耐性を高めることが可能となった。

【００１０】

【発明の実施の形態】本構成の基本思想は、シンチレー
タを構成するに必要な導電部材（金属反射層など）の周
りを定電位に固定された無機の導電材で覆うというもの
である。光が透過するセンサーパネルとの間の導電材は
透明にするというものである。

【００１１】図１に、その概略断面図を示す。この構成
は、図１２の従来の構成に対し、シンチレータの周りに
無機透明電極６を追加し、それをＧＮＤに接続したもの
となっている。アルミ薄膜２はＧＮＤに接続されていな
いが、周りを電極で覆っているため、静電気による電位
変化を起こしにくい構造となった。たとえ、静電気によ
り電位が変化しても、その影響を透明電極によって抑制
することが可能となっている。また、外部の電磁界の影
響で、アルミ薄膜の電位が振動しても、その影響を抑制
することも可能となる。

【００１２】図２には、本構成の詳細断面を、図３に
は、等価回路を示す。

【００１３】大きくはアモルファスシリコンを用いたＭ
ＩＳ型フォトセンサー部３と、同材料を用いたＴＦＴ部
４よりなる。３１はクロム等よりなる下部電極で３１−
ａがセンサー下部電極、３１−ｂがＴＦＴゲート電極で
ある。３２は窒化膜等よりなる絶縁膜で３２−ａはＭＩ
Ｓセンサーの絶縁膜、３２−ｂはＴＦＴ用ゲート絶縁膜
である。３３はアモルファスシリコン等よりなる活性で
３３−ａはセンサー用の活性層、３３−ｂはＴＦＴ用の
活性層である。３４はマイクロクリスタルシリコン等よ
りなるｎ型オーミックコンタクト層で３４−ａはセンサ
ー用上部電極として働き、３４−ｂはオーミックコンタ
クト層として働いている。３５はアルミ等よりなる上電
極で、３５−ａはバイアス電極、３５−ｂはドレイン電
極、３５−Ｃはソース電極（シグナル電極）である。３
５−ｂのドレイン電極と３１−ａのセンサー下電極はコ
ンタクトしている。これらと基板１でセンサーパネル２
００を構成している。その上部は、シンチレータ２００
−ａの構成部で、透明電極６でアルミ薄膜２を絶縁物
（基板１、保護層５、保護層３、蛍光体４）を介してサ
ンドイッチにした構成になっている。図１で示した通
り、上下の透明電極６は図示しない部分で連続体となっ
ており、図示しない構成によってＧＮＤに接続されてい
る。ＧＮＤ接続方法は後述する。このＧＮＤ電極と上部
の電極３５−ａ、３５−ｂ、３５−Ｃが容量結合してい
る。７１及び７２はそれぞれ、３５−ｂ、３５−ｃが透
明電極６との間で結合する容量を故意的に図示したもの
である。

【００１４】図面上部からセンサーパネル１００に入射
したシンチレータ２００−ｂからの光はセンサー活性層
３３−ａで吸収され、ここでフォトン数に相当するキャ
リアを発生する。このキャリアを蓄積することによるセ
ンサー下部電極３１−ａの電位変化を、ＴＦＴ４でスイ
ッチングすることによってソース電極（シグナル電極）
につないだアンプによって読み取り、光信号とするもの
である。ＴＦＴのスイッチングはゲート電極３１−ｂの
バイアスを変化させることによって行っている。通常、
この構造にした場合のＴＦＴのＶｔｈは１．０〜２．０
Ｖ程度なので、ｏｆｆにする場合は、ゲート電極３２−
ｂには０Ｖを、ｏｎにする場合には１０Ｖ程度をバイア
スする。このような光電変換部３とＴＦＴ部４を２次元
に並べることによって２次元アナログ情報をデジタル画
像に変換するものである。

【００１５】等価回路を図３に示す。５１は、センサー
活性層３３−ａによって形成されるキャパシター部、５
２は、センサー絶縁膜３２−ａによって形成されるキャ
パシター部であり、この５１と５２によってＭＩＳ型フ
ォトセンサー部が形成されており、２２に対応してい
る。６１はシグナルラインＡで３５−ｂに対応、５３は
ＴＦＴ部で２３に対応している。５４はバイアスライン
で３５−ａに対応、５７はバイアス用の電源、５５はシ
グナルラインＢで３５−ｃに対応、５８はアンプ、５６
はゲートライン、６０はシグナル読み出し装置、５９は
ゲートドライブ装置である。７１及び７２はそれぞれ、
シグナルラインＡ、Ｂが透明電極６との間で結合する容
量を故意的に図示したものである。この図の中では、蛍
光板は図示していない。ここで、簡単に駆動を説明す
る。最初、バイアス用電源５７よりリフレッシュ電圧を
投入し、バイアスライン５４を通して、５１及び５２の
キャパシターをリフレッシュしておく。その後、同じく
バイアス用電源５７よりバイアス電圧に切り替えた状態
で、Ｘ線を放射し、蛍光体からの可視光を５１部に当て
ると、その光に相当した量の電子・ホール対（キャリ
ア）が発生する。このキャリアをキャパシター５１及び
５２に蓄積した状態でゲートライン５６より一定電圧を
投入すると、ＴＦＴ５３が導通し、相当の電荷（微弱）
がシグナルライン５５に流れる。これをアンプ５８によ
って増幅し、シグナル読み出し装置６０で信号処理を行
うことによって、信号出力を取り出すことができる。本
センサーは非常に微弱な信号を取り扱う回路になってい
るため、外部からのノイズの影響を受けやすいものと言
える。図面では、便宜上３×３のピクセルで表現した
が、実際は、縦、横方向ともＮ×Ｍピクセルとすること
が可能である。

【００１６】この時、容量結合分７１及び７２が存在す
るため、仮に透明電極側で時間的な電位変化が発生する
と信号にそれが冗長されることになるが、透明電極が安
定なＧＮＤに落ちているため、このようなノイズは抑制
されることになる。ちなみに従来例では、容量結合成分
７１及び７２は、電気的に浮いたアルミ薄膜との間で存
在していたといえる。

【００１７】構造上は、透明導電材料だけで周囲を覆っ
てもいいし、透明が必要ない部分に関しては、他の導電
材料を用い、透明導電材料とつなぎ合わせる構造にして
も本発明の思想を損なうものではない。

【００１８】両面を無機の導電体で覆うねらいは、耐湿
性を向上させることと、周囲からの静電気や電磁波など
の影響を極力抑えることである。両面に導電体が存在す
れば、電磁波シールド効果も高まることが実験データか
ら明らかになっている。また、無機材料の透湿性は有機
材料よりも低いため、できる限り外部とのパス（外部→
有機材料→蛍光体）の開口部を狭くするためにも有効で
ある。たとえば、基板に有機材料などを用いた場合はそ
の効果は顕著である。より好適には、全ての周囲を完全
に無機導電材料で覆うとよい。こういった耐湿構造は潮
解性の高いアルカリハライド蛍光体を用いる場合では特
に有効である。

【００１９】透明電極としては、母体成分としてＩｎ_２
Ｏ_３（Ｅｇ＝３．５〜４．０ｅＶ）、ＺｎＯ（Ｅｇ＝
３．３ｅＶ）、ＳｎＯ_２（Ｅｇ＝３．４〜３．８ｅＶ）
などがあり、代表的な材料として、Ｉｎ_２Ｏ_３にＳｎを
ドープしたＩＴＯやＺｎＯにＡｌをドープしたＡＺＯ
（ＺＡＯと表記される書籍もある）などがある。この他
Ｃｄ_２ＳｎＯ_４（Ｅｇ＝２．１〜２．９ｅＶ）、ＡｇＳ
ｂＯ_３（Ｅｇ＝３．１ｅＶ）、ＣｄＧｅＯ_４（Ｅｇ＝
３．２ｅＶ）などのような材料も適用可能である。特
に、アモルファスシリコンを用いた光電変換部での感度
領域は５００ｎｍ（Ｅ＝２．６０ｅＶ）〜７００ｎｍ
（Ｅ＝１．８６ｅＶ）の波長領域にあるため、この範囲
にピーク波長を有する蛍光体を用いることになるので、
上記透明導電材料は、フォトンエネルギー以上のバンド
ギャップエネルギーを有している。これらは、スパッタ
リング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法（化学気
相法）、スプレーパイロリシス法、レーザーアブレーシ
ョン法、ディップコーティング法などの方法で形成でき
る。図７には、シンチレータにＩＴＯをスパッタリング
法によって形成する断面図と平面図を示す。この例で
は、シンチレータの両面に同時にＩＴＯを形成する様子
を示した。図７−ｂのように、シンチレータ基板１の端
辺をチャック４４で支え、図７−ａに示した通り、両面
にＩＴＯターゲットを配置し、プラズマ４３−１、４３
−２を発生させてスパッタリングを行う。このとき、チ
ャック４４接触部分にはＩＴＯ膜は形成されないが、そ
の他の部分は端辺であっても膜が回り込んで形成される
ため、表裏のＩＴＯ膜はつながる。図８はより完全に全
周囲をＩＴＯ膜で覆う方法を示した。図８−ａのように
先に蛍光体層４側をＩＴＯターゲット４２側に向け、プ
ラズマ４３を発生させてスパッタリングを行う。その
後、シンチレータを反転させて、裏側を同様にスパッタ
リングする。こうすれば、全周囲を完全に透明導電膜で
覆うことが可能である。

【００２０】図４から６は定電位への落とし方を示した
断面図である。接続用配線としては、金属箔のラミネー
トシート（フレキシブルケーブルも含む）、導電テー
プ、バネなどの材料がある。接続用配線材料と導電体と
の接続方法としては、ＡＣＦによる圧着、導電性接着剤
による固定、導電性粘着材による固定、ネジによる固定
などの方法がある。図４−ａは、接続用配線として金属
箔のラミネートシート（ＰＥＴフィルム９とアルミ箔
８）、接続方法として導電性接着剤（７−ａ、７−ｂ）
を用いた例を示している。シャーシ１５はマグネシウム
合金などの軽量合金材料を用いている。図４−ｂは、シ
ャーシ側１５の接続をネジによって行った例である。図
５は、導電性テープ（導電性基台１１と導電性粘着材１
０）で接続した例、図６は板バネ１２で接続した例を示
している。板バネを用いる場合は、透明導電膜を破壊し
ないよう圧力を調整する必要がある。

【００２１】

【実施例１】図１に好適な実施例を示す。本例では、基
板１にアモルファスカーボン材料を用い、反射用Ａｌ薄
膜の表裏に保護層３−ａ、３−ｂを設けている。透明導
電膜としてはＩＴＯを全周囲に蒸着しており、外部と蛍
光体とのパス（外部→有機材料５→蛍光体４）は無機材
料６によって完全に遮断されている。透明導電膜の内部
には導電材料として、Ａｌ薄膜２とアモルファスカーボ
ン１の２層が存在する構成になっている。シャーシ１５
との接続は、Ａｌラミネートフィルムを用い、シンチレ
ータ側とは導電性接着剤で、シャーシ側とはネジで接続
している。ＧＮＤに落ちたシャーシからＡｌラミネート
フィルムを介してＩＴＯに接続されている。

【００２２】この構造により、蛍光体４に対する耐湿性
の強化とセンサーパネル２００に対する耐ノイズ性の向
上を達成した。

【００２３】

【実施例２】図２に好適な実施例を示す。本例でも、基
板１にアモルファスカーボン材料を用い、反射用Ａｌ薄
膜の表裏に保護層３−ａ、３−ｂを設けている。透明導
電膜としてはＩＴＯを蛍光体面側から蒸着し、基板１の
端面で基板１と接続している。この例でもＩＴＯは基板
１の端面と周囲の僅かな剥き出し部との間で接してお
り、外部と蛍光体とのパス（外部→有機材料５→蛍光体
４）は無機材料６と１によって完全に遮断されている。
透明導電膜の内部には導電材料として、Ａｌ薄膜が存在
する構成になっている。シャーシ１５との接続は、板バ
ネを用い、シンチレータ側とは押し付け固定で、シャー
シ側とはネジで接続している。ＧＮＤに落ちたシャーシ
から板バネを介してＩＴＯに接続されている。

【００２４】この構造により、蛍光体４に対する耐湿性
の強化とセンサーパネル２００に対する耐ノイズ性の向
上を達成した。

【００２５】実施例１に比べ、ＩＴＯを成膜する工程を
簡略することを可能にしている。

【００２６】

【実施例３】図３は好適な実施例を示す。本例でも、基
板１にアモルファスカーボン材料を用い、反射用Ａｌ薄
膜の表裏に保護層３−ａ、３−ｂを設けている。透明導
電膜としてはＩＴＯを蛍光体面側から蒸着し、基板１の
端面で基板１と接続しているが、実施例２と違い、有機
の保護層５を形成する前にＩＴＯ６を形成した。この例
でもＩＴＯは基板１の端面と周囲の僅かな剥き出し部と
の間で接しており、外部と蛍光体とのパス（外部→有機
材料５→蛍光体４）は無機材料６と１によって完全に遮
断されている。透明導電膜の内部には導電材料として、
Ａｌ薄膜が存在する構成になっている。シャーシ１５と
の接続は、導電性テープ８、９を用い、シンチレータ側
とは押し付け固定で、シャーシ側とはネジで接続してい
る。ＧＮＤに落ちたシャーシ１５から導電性テープ８、
９を介してアモルファスカーボンからなる基板１に接続
されている。

【００２７】この構造により、蛍光体４に対する耐湿性
の強化とセンサーパネル２００に対する耐ノイズ性の向
上を達成した。

【００２８】実施例２に比べ、シンチレータ貼り合わせ
時にＩＴＯが破壊されにくい構造となっている。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、シンチレータの耐湿性
を損なうことなく、ノイズに強いシンチレータ構造及び
放射線検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の断面図である。

【図２】実施形態の詳細断面図である。

【図３】実施形態の等価回路図である。

【図４】実施形態のＧＮＤ接続方法の断面図である。

【図５】実施形態のＧＮＤ接続方法の断面図である。

【図６】実施形態のＧＮＤ接続方法の断面図である。

【図７】実施形態の透明導電膜形成方法の断面図であ
る。

【図８】実施形態の透明導電膜形成方法の断面図であ
る。

【図９】実施例１の断面図である。

【図１０】実施例２の断面図である。

【図１１】実施例３の断面図である。

【図１２】従来例の断面図である。

【符号の説明】

１基板２金属反射層３保護層４蛍光体層５有機の保護層６透明導電膜７導電性接着層８金属箔９ラミネート用有機フィルム１０導電性粘着材１１導電性フィルム１２バネ１５シャーシ１６ネジ２１基板２２光電変換部２３ＴＦＴ部２４配線パッド部２５保護層２６接着層２７封止部１００シンチレータ２００センサーパネル３１下電極３２絶縁層３３活性層３４オーミックコンタクト層３５上電極４１ホルダー４２ＩＴＯターゲット４３プラズマ領域４４チャック５１キャパシター部５２キャパシター部５３ＴＦＴ部５４バイアスライン５５シグナルラインＢ５６ゲートライン５７バイアス電源５８アンプ５９ゲートドライブ装置６０シグナル読み出し装置６１シグナルラインＡ７１ドレイン電極とＩＴＯとの間の結合容量７２ソース電極とＩＴＯ戸の間の結合容量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹中克郎東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者田村知之東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2G088 EE01 EE29 FF02 GG16 GG19 JJ05 JJ09 5F088 AA03 AA04 AB05 BB03 BB07 HA15 LA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性材料１を含む波長変換体であっ
て、波長変換体側の導電性材料１と反対側に無機導電性
材料２、導電性材料１側の波長変換体側と反対側に無機
導電性材料３を載置し、無機導電性材料２と無機導電性
材料３が電気的に接続されているシンチレータパネル。
【請求項２】無機導電性材料２が波長変換体の変換さ
れた後、発生する電磁波のフォトンエネルギー（ｅＶ）
のピーク値よりも広いバンドギャップ（ｅＶ）を有する
１項記載のシンチレータ。
【請求項３】導電性材料１が１層以上である１項記載
のシンチレータパネル。
【請求項４】導電材料１が金属反射膜を含む１項及び
３項記載のシンチレータパネル。
【請求項５】波長変換体が放射線を可視光に変換する
蛍光体である１項記載のシンチレータパネル。
【請求項６】波長変換体がアルカリハライド材料を母
体とする材料である１項及び５項記載のシンチレータパ
ネル。
【請求項７】１項から６項記載のシンチレータパネル
を光電変換パネルに貼り合わせ、導電性材料３又は導電
性材料２を装置の定電位に接続してなる放射線検出装
置。
【請求項８】光電変換パネルが、複数の光電変換素子
を表面に配置している７項記載の放射線検出装置。
【請求項９】光電変換素子が、ＭＩＳ型又はＰＩＮ型
構造を有する７項及び８項記載の放射線検出装置。