JP2005030806A

JP2005030806A - 放射線検出器及びその製造方法

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Publication number: JP2005030806A
Application number: JP2003193789A
Authority: JP
Inventors: Akiko Fujisawa; 晶子藤澤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】解像度特性を向上することが可能であるとともに、感度特性を向上することが可能な放射線検出器及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】放射線検出器は、画素単位の光電変換素子１３が複数配列してなる光電変換基板１１と、光電変換基板１１上に配置され放射線により励起されて蛍光を発生する蛍光材料及び蛍光材料を結合するバインダを含むシンチレータ層３９と、光電変換基板１１上に形成されシンチレータ層３９を画素単位に区画する隔壁部３８と、を備えている。シンチレータ層３９を構成するバインダは、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、及び、二液性硬化樹脂の少なくとも１種によって構成されたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放射線検出器及びその製造方法に係り、特に、放射線画像を検出する間接方式の放射線平面検出器及びこれを製造するための製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、新世代のＸ線診断用検出器としてアクティブマトリックス型のＸ線平面検出器が大きな注目を集めている。このＸ線平面検出器において、照射されたＸ線を検出することにより、Ｘ線撮影像またはリアルタイムのＸ線画像がデジタル信号として出力される。Ｘ線平面検出器は固体検出器であることから、画質性能や安定性の面でも極めて期待が大きい。このため、多くの大学やメーカが研究開発に取り組んでいる。
【０００３】
実用化の最初の用途として、比較的大きなＸ線量で、静止画像を収集する人体の胸部・一般撮影用に開発され、近年商品化されている。より高い技術的なハードルをクリアして、透視線量下で毎秒３０コマ以上のリアルタイム動画を実現させる必要のある循環器、消化器分野への応用に対しても近い将来に商品化が予想される。この動画用途に対しては、ノイズ（Ｓ／Ｎ：シグナル／ノイズ比）の改善や微小信号のリアルタイム処理技術等が重要な開発項目となっている。
【０００４】
Ｘ線平面検出器には、大きく分けて直接方式と間接方式との２通りがある。直接方式は、Ｘ線をａ−Ｓｅなどの光導電膜を用いて直接信号電荷に変換し、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。この直接方式は、Ｘ線により発生した光導電電荷を高電界により直接に電荷蓄積用キャパシタに導くため、ほぼアクティブマトリックスの画素ピッチで規定される解像度特性が得られる。
【０００５】
直接方式のＸ線平面検出器は、Ｘ線の吸収率を上げて信号強度を確保するために、例えばａ−Ｓｅの光導電膜を１ｍｍ程度の厚膜で形成している。また、Ｘ線フォトン１個当りの光導電電荷生成率を上げるためと、生成した光導電電荷が膜中の欠陥準位にトラップされることなく収電電極に到達させるため、かつ、バイアス電界と直角方向への電荷の拡散を極力抑えるために、例えば１０Ｖ／μｍの強バイアス電界を印加して用いる。
【０００６】
すなわち、この例では、光導電膜のａ−Ｓｅに対し、１０ｋＶの高電圧を印加することになる。このため、直接方式は、解像度特性面からは間接方式に比較して有利であるが、動作電圧の低い薄膜トランジスタすなわちＴＦＴを高電圧から保護する信頼性の確保や、暗電流と感度特性、熱的安定性などを兼ね備えた好適な光導電材料が見つからないなどの問題が生じている。
【０００７】
一方の間接方式は、シンチレータ層によりＸ線を受けて一旦可視光に変換し、可視光をａ−ＳｉフォトダイオードやＣＣＤにより信号電荷に変換して、電荷蓄積用キャパシタに導く方式であるため、直接方式で生じる耐高電圧の問題は生じない。また、シンチレータ材料や、フォトダイオードに付いても基本的な技術は確立している点で有利である。
【０００８】
しかしながら、この間接方式は、シンチレータ層からの可視光がフォトダイオードに到達するまでの光学的な拡散及び散乱により、その分の解像度劣化を生じる。特に、感度特性を確保するために、シンチレータ層を厚膜にするほど、フォトダイオード等の光電変換素子に到達するまでの蛍光の広がりが大きく、解像度劣化が顕著となる。
【０００９】
このような蛍光の広がりを抑えて解像度を確保する方法として、間接方式において、シンチレータ層をフォトダイオードとＴＦＴのマトリックスに合わせて画素単位に形成し、画素間を光学的に分離する隔壁部を設けたＸ線検出器が提案されている。これにより、シンチレータ層内で発光した蛍光は、隔壁により横方向への散乱や拡散を抑制される。したがって、光学的なガイド効果により、蛍光をフォトダイオード等の光電変換素子に効率良く到達させることができ、解像度特性が改善される（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−１６６９７６号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シンチレータ層を隔壁部によって画素分離したＸ線検出器などの放射線検出器では、隔壁部に相当する部分が放射線感度に寄与しない。すなわち、放射線が隔壁部に照射されても蛍光が発光することはなく、このため、シンチレータ層から隔壁部に置き換えられた程度に応じて必然的にシンチレータ層の総発光量が低減する。したがって、１画素あたりの輝度が低下するため、放射線検出器としての感度が低下するといった問題を生ずる。
【００１２】
また、シンチレータ層は、蛍光材料とバインダとして溶剤揮散性樹脂との混合物を塗布液とし、塗布液を塗布して成型することにより作製されている。溶剤揮散性樹脂は、一般的に熱や放射線に対する耐性が弱く、長時間使用することにより劣化してしまう。このため、シンチレータ層の感度低下、引いては放射線検出器としての感度の低下を招くといった問題を生ずる。
【００１３】
この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、解像度特性を向上することが可能であるとともに、感度特性を向上することが可能な放射線検出器及びその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の様態による放射線検出器は、
画素単位の光電変換素子が配列してなる光電変換基板と、
前記光電変換基板上に配置され、放射線により励起されて蛍光を発生する蛍光材料及び蛍光材料を結合するバインダを含むシンチレータ層と、
前記光電変換基板上に形成され、前記シンチレータ層を画素単位に区画する隔壁部と、
を備え、
前記バインダは、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、及び、二液性硬化樹脂の少なくとも１種によって構成されたことを特徴とする。
【００１５】
この発明の第２の様態による放射線検出器の製造方法は、
画素単位の光電変換素子が配列してなる光電変換基板上にシンチレータ層を形成し、
前記シンチレータ層を画素単位に区画する隔壁部を形成する放射線検出器の製造方法であって、
前記シンチレータ層は、放射線により励起されて蛍光を発生する蛍光材料とこの蛍光材料を結合するためのモノマとの混合液を前記光電変換基板上に塗布して塗布膜を形成する工程と、
塗布膜に含まれるモノマを重合して蛍光材料を結合する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態に係る放射線検出器及びその製造方法について図面を参照して説明する。なお、この発明においては、Ｘ線、γ線、その他の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、この発明が対象とする他の放射線にも適用可能である。
【００１７】
図１に示すように、Ｘ線を検出してＸ線の強度分布に対応する電気信号を出力するＸ線検出器１は、複数の画素を有するアクティブマトリクス型の光電変換基板１１を有している。この光電変換基板１１は、ガラスなどの絶縁基板上に、行方向（例えば図中の横方向）及び列方向（例えば図中の縦方向）に所定のピッチＬで２次元的にマトリクス状に配列された同じ構造の複数の画素１２を有している。図１に示した例では、９個の画素（１２ａ〜１２ｉ）が図示されている。
【００１８】
各画素１２（ａ〜ｉ）は、入射した光強度に対応して信号電荷に変換する光電変換素子として機能するフォトダイオード１３、スイッチング素子として機能する薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと称する）１４、信号電荷を蓄積する電荷蓄積部として機能する蓄積キャパシタ１５などによって構成されている。
【００１９】
各ＴＦＴ１４は、ゲート電極Ｇ、ソース電極Ｓ、及び、ドレイン電極Ｄを有している。ドレイン電極Ｄは、例えばフォトダイオード１３及び蓄積キャパシタ１５と電気的に接続されている。
【００２０】
光電変換基板１１の外部には、制御回路１６が設けられている。この制御回路１６は、ＴＦＴ１４の動作状態、例えばオン／オフを制御する。すなわち、この制御回路１６には、光電変換基板１１上において、行方向に延びる複数の制御ライン１７が接続されている。それぞれの制御ライン１７は、同じ行の画素１２を構成する各ＴＦＴ１４のゲート電極Ｇに接続されている。図１に示した例では、第１乃至第４の４個の制御ライン１７１乃至１７４が設けられている。例えば、第１の制御ライン１７１は、画素１２ａ乃至１２ｃを構成する各ＴＦＴ１４のゲート電極Ｇに接続されている。
【００２１】
光電変換基板１１上において、列方向には、複数のデータライン１８が設けられている。それぞれのデータライン１８は、同じ列の画素１２を構成する各ＴＦＴ１４のソース電極Ｓに接続されている。図１に示した例では、第１乃至第４の４個のデータライン１８１乃至１８４が設けられている。例えば、第１のデータライン１８１は、画素１２ａ、１２ｄ、１２ｇを構成する各ＴＦＴ１４のソース電極Ｓに接続されている。
【００２２】
それぞれのデータライン１７は、対応する電荷増幅器１９に接続されている。各電荷増幅器１９は、例えば演算増幅器で構成され、その一方の入力端子ａ１にデータライン１８が接続され、他方の入力端子ａ２は接地されている。一方の入力端子ａ１と出力端子ｂとの間にコンデンサＣが接続され、積分機能を有する。また、コンデンサＣに並列にスイッチＳＷが接続され、例えばスイッチＳＷを閉じてコンデンサＣに残った電荷を放電する構成になっている。
【００２３】
それぞれの電荷増幅器１９は、並列に入力する複数の電気信号を直列信号に変換する並列／直列変換器またはマルチプレクサ２０に接続されている。並列／直列変換器２０は、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器またはデジタイザ２１に接続されている。
【００２４】
このような構成により、制御回路１６は、同一の制御ライン１７に接続された同じ行の複数のＴＦＴ１４を同時にオン／オフ制御するための制御信号を出力する。制御回路１６による制御に基づいてオン状態のＴＦＴ１４は、画像電荷を画素１２からデータライン１８に転送する。これにより、画素１２の電位がリセットされる。データライン１８に転送された画像電荷は、電荷増幅器１９にて増幅され、並列／直列変換器またはマルチプレクサ２０にて複合化された後、アナログ−デジタル変換器またはデジタイザ２１に送られる。
【００２５】
次に、この実施の形態に係るＸ線検出器の画素の構造について図２を参照して説明する。なお、図２では、１つの画素部分１２を抜き出して図示しており、図１に対応する部分には同じ参照符号を付して重複する説明は一部省略する。
【００２６】
光電変換基板１１は、ガラスなどの絶縁基板３１上に形成されたフォトダイオード１３、ＴＦＴ１４、及び蓄積キャパシタ１５を備えている。
【００２７】
ＴＦＴ１４は、３つの電気的接続、すなわちゲート電極Ｇ、ソース電極Ｓ、及び、ドレイン電極Ｄを備えている。ゲート電極Ｇは、絶縁基板３１上に形成されている。このゲート電極Ｇは、絶縁膜３２によって覆われている。また、このゲート電極Ｇは、同じ行に位置する他のＴＦＴ１４のゲート電極Ｇとともに共通の制御ライン１７に接続されている。例えば、ＴＦＴ１４をオン／オフする制御するためには、＋１０Ｖ及び−５Ｖが用いられる。
【００２８】
ソース電極Ｓは、絶縁膜３２上に形成された半絶縁膜３３にコンタクトしている。このソース電極Ｓは、同じ列に位置する他のＴＦＴ１４のソース電極Ｓとともに共通のデータライン１８に接続されている。ドレイン電極Ｄは、半絶縁膜３３にコンタクトしている。このドレイン電極Ｄは、フォトダイオード１３及び蓄積キャパシタ１５に接続されている。
【００２９】
蓄積キャパシタ１５は、絶縁基板３１上に形成された下部電極３４、絶縁膜３２を介して下部電極３４に対向して設けられた上部電極３５などによって構成されている。上部電極３５は、ＴＦＴ１４のドレイン電極Ｄと電気的に接続されている。
【００３０】
ＴＦＴ１４及び蓄積キャパシタ１５は、第１絶縁層３６１によって覆われている。この第１絶縁層３６１上には、フォトダイオード１３が形成されている。フォトダイオード１３の周囲の第１絶縁層３６１上には、第２絶縁層３６２が設けられている。この第２絶縁層３６２は、ほぼ矩形状のフォトダイオード１３を囲むように枠状に形成されている。
【００３１】
フォトダイオード１３は、ａ−Ｓｉのｐｎダイオード構造、もしくはｐｉｎダイオード構造などで画素毎に形成される。このフォトダイオード１３は、第１絶縁層３６１上に形成された第１電極１３１、第１電極１３１に対向して配置された第２電極１３２などによって構成されている。
【００３２】
第１電極１３１は、第１絶縁層３６１の一部に形成されたスルーホール３７を介してＴＦＴ１４のドレイン電極Ｄ及び蓄積キャパシタ１５の上部電極３５に電気的に接続されている。第２電極１３２は、例えばスパッタリング法によってＩＴＯなどの透明導電膜を成膜することによって形成される。これら第１電極１３１と第２電極１３２との間には、バイアス電圧が印加される。
【００３３】
なお、この実施の形態では、フォトダイオード１３は、図１に示すように、蓄積キャパシタ１５及びＴＦＴ１４に重ならないエリアに形成されているが、受光面積を確保するために、ＴＦＴ１４及び蓄積キャパシタ１５上に絶縁層を配して、これらを含む画素全域に収電電極を形成して、更にその上部にほぼ各画素の全面対応するフォトダイオードを形成するなどの構造も可能である。
【００３４】
上述したような構造の光電変換基板１１の上には、外部から入射したＸ線を可視光に変換する（すなわちＸ線により励起されて蛍光を発生する）シンチレータ層３９が配置されている。また、この光電変換基板１１上には、シンチレータ層３９を画素単位に区画する隔壁部３８が形成されている。
【００３５】
すなわち、図２に示すように、シンチレータ層３９は、光電変換基板１１におけるフォトダイオード１３上及び第２絶縁層３６２上に配置されている。このシンチレータ層３９は、蛍光材料及びこの蛍光材料を結合するバインダを含んで構成されている。
【００３６】
蛍光材料は、Ｘ線などの放射線によって励起されて蛍光を発生するものであり、ほぼ同等の平均粒径を有する蛍光体粒子、例えばＧＯＳ（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ，ＰＲ^＋３，ＣＥ^＋３，Ｆ）などで構成されている。また、シンチレータ層３９に適用可能な蛍光体として、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂを母材とする他のＸ線用蛍光体、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ、ＣａＷＯ_４、ＬａＯＢｒ：Ｔｍ等のＸ線用蛍光体などでも構わない。
【００３７】
バインダは、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、及び、二液性硬化樹脂の少なくとも１種によって構成されている。すなわち、バインダは、上述したいずれかの樹脂であるエポキシ系、アクリル系、ウレタン系、又はシリコン系の樹脂材料によって構成されている。
【００３８】
隔壁部３８は、上方よりシンチレータ層３９に入射したＸ線４０がシンチレータ層３９内で蛍光４１に変換され、この蛍光４１が隣接する画素１２のフォトダイオード１３のエリアに極力干渉しないように、画素１２を分離する境界に沿って形成される。これにより、シンチレータ層３９は、主にフォトダイオード１３に重なるエリアが残り、画素分離される。
【００３９】
この隔壁部３８は、シンチレータ層３９内で発生した蛍光４１のうち、隣接する画素１２に向かって外方に散乱された蛍光４１１をシンチレータ層３９の内部に向けて反射する光反射性を有する反射材料によって形成されても良い。また、この隔壁部３８は、画素１２に入射したＸ線のうち、隣接する画素１２に向かって外方に散乱された散乱Ｘ線を吸収するＸ線吸収体によって形成されても良い。
【００４０】
次に、このＸ線検出器の製造方法について説明する。
【００４１】
まず、画素単位のフォトダイオード１３などが配列してなる光電変換基板１１上に、例えば以下のような方法によりシンチレータ層３９を形成する。
すなわち、光電変換基板１１におけるフォトダイオード１３及び第２絶縁層３６２の上に、蛍光材料とこの蛍光材料を結合するためのモノマとの混合液を塗布して塗布膜を形成する。モノマは、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、及び、二液性硬化樹脂の少なくとも１種を構成するエポキシ系、アクリル系、ウレタン系、又はシリコン系の材料の中から適宜選択可能である。
【００４２】
この実施の形態では、混合液は、蛍光材料として例えばＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂの粉末を含有するとともに、バインダとして例えばエポキシ系熱硬化性樹脂のモノマを含有している。この混合液は、１６Ｐａ・ｓより小さい粘度に調整された状態で、ディスペンサ法やインクジェット法、スプレー法などの塗布法により、例えば４００μｍの膜厚でベタ膜状に塗布される。
【００４３】
その後、塗布膜に含まれるモノマを重合してポリマとする事で蛍光材料を結合する。ここでは、塗布膜は、熱硬化性樹脂のモノマを含有しているため、塗布膜に対して熱エネルギを与えることでモノマを重合する。例えば、約１５０℃で１８０分間焼成することで、モノマを完全に重合し、塗布膜を硬化する。これにより、塗布膜に含まれる蛍光材料が結合され、膜の剥離やクラック等を生じない良好なシンチレータ層３９が形成される。
【００４４】
続いて、シンチレータ層３９を画素単位に区画する隔壁部３８は、例えば以下のような方法で形成する。
すなわち、シンチレータ層３９における画素１２間に、ダイシング法などにより溝部を形成する。この実施の形態では、溝部は、下地のフォトダイオード１３及びＴＦＴ１４に合わせて１５０μｍのピッチで、約２５μｍの溝幅で形成し、シンチレータ層３９を画素分離している。
【００４５】
なお、この溝部は、ダイシング法に限らず、紫外領域の主波長を有するレーザビームを照射することによる光化学分解を用いたシンチレータ層の除去、赤外領域の主波長を有するレーザビームを照射することによる加熱分解を用いたシンチレータ層の除去などによって形成しても良いし、さらに、バインダ材料を化学的に溶解して溝部分をエッチング除去する方法などで形成しても良い。さらに、この溝部は、光電変換基板１１の第２絶縁層３６２まで到達する深さに形成しても良いし、溝部と光電変換基板１１との間にシンチレータ層３９が残るような深さに形成しても良い。
【００４６】
その後、この溝部の内部に、光反射性を有する反射材料を充填することにより、隔壁部３８を形成する。この隔壁部３８を構成する反射材料としては、高屈折特性を有する微粒子、例えばＴｉＯ_２、またはＸ線発光蛍光体粒子、例えばＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、あるいは透明セラミックスの微粒子粉体などが用いられ、さらに、膜の平坦性が高いものであればメタル膜であってもよい。この反射材料は、樹脂バインダと混合して塗布される。
【００４７】
光電変換基板１１の外部に接続される制御回路１６などは、光電変換基板１１にワイヤボンディングで接続する集積回路として製造すればよい。電荷増幅器１９、マルチプレクサ２０、デジタイザ２１などもまた、光電変換基板１１にワイヤボンディングで接続される集積回路として製造すればよい。
【００４８】
さらに、シンチレータ層３９の湿気による変質などを防ぐために、Ｘ線検出器１の主要部を、例えばアルミニウムやプラスチックなどの外囲器で覆って、真空封止しても良いし、あるいは乾燥気体を封入するしても良い。
【００４９】
上述したように、この実施の形態に係るＸ線検出器によれば、Ｘ線によって励起されて蛍光を発光するシンチレータ層を隔壁部により画素毎に分離している。このため、デバイスへの印加電圧が高々数十ボルトと低い利点を生かした信頼性の高い間接方式でありながら、蛍光の拡散が抑制され、隣接する画素のフォトダイオードに到達することを抑制できるため、直接方式並みの高解像度を有する平面検出器を提供することができる。
【００５０】
次に、上述したＸ線検出器におけるシンチレータ層３９の構成について、より詳細に説明する。上述した構造のＸ線検出器では、蛍光の拡散を防止するための隔壁部の存在により、その分のシンチレータ層の体積が減少するため、シンチレータ層の総発光量が低下し、１画素当たりの輝度が低下してしまい、感度の低下を招く。
【００５１】
そこで、シンチレータ層を構成する蛍光材料とバインダとに着目して、１画素当たりの輝度を向上するための条件について検討する。
蛍光材料紛体とバインダとを混合して形成したシンチレータ層の輝度特性は、蛍光材料自体の発光効率に加えて、シンチレータ層内の実効的な蛍光透過率により大きく影響される。蛍光材料の発光効率は、材料固有のものであり、選択された材料によって決定される。つまり、蛍光材料の発光効率は、利用条件によって異なるものではなく、同一の材料を利用する限り発光効率は変わらない。
【００５２】
一方、シンチレータ層の実効的な蛍光透過率は、利用条件によって異なり、実効的な蛍光透過率が大きいほど、フォトダイオードに到達する実効的な蛍光量が多くなり、輝度を向上することができる。このような蛍光透過率は、蛍光材料の自己吸収率及びバインダの蛍光吸収率が大きいほど、また蛍光発光点からフォトダイオードに到達するまでの間での気泡や溶媒の残留による欠陥が多いほど、低くなる。
【００５３】
ここで、シンチレータ層として用いられる一般的な蛍光材料は、自己吸収率が十分に小さい材料が選択される。また、バインダとして用いられる材料も、蛍光材料によって発光された蛍光の主波長での吸収率が十分に小さいものが選択される。一方、作製後のシンチレータ層内の欠陥や溶媒の残留、及びシンチレータ層の熱やＸ線への耐性に関しては、蛍光材料の発光効率やバインダの塗布性などに重点をおいて材料選定されるために、一般には考慮され難い。
【００５４】
シンチレータ層を、蛍光材料をバインダとして溶剤に分散した溶剤揮散性樹脂と混ぜて塗布液とし、平面状に成型した後に、溶剤を加熱除去することにより作製した場合、シンチレータ層内に気化した溶剤による気泡や気化し切れなかった溶剤の残留による欠陥が発生するおそれがある。このような欠陥が発生した場合、蛍光の光路が遮断されるために、シンチレータ層の実効的な蛍光透過率が低くなってしまう。また、シンチレータ層の経時的な特性は、バインダとして用いた溶剤揮散性樹脂の分子構造が一次元であるために、熱やＸ線への耐性が小さく、長期間の使用により劣化して、シンチレータ層の輝度の低下を招く。
【００５５】
このため、上述した実施の形態のように、シンチレータ層を構成するバインダは、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、または二液性硬化樹脂を用いて構成している。このような樹脂は、液状のモノマに外的な刺激（エネルギ）を与えて架橋反応を生じさせることで形成される。
【００５６】
すなわち、熱硬化性樹脂は、モノマに熱エネルギを与えることによって形成される。紫外線硬化性樹脂は、モノマに紫外線波長の光エネルギを照射することによって形成される。電子線硬化性樹脂は、モノマに電子線を照射することによって形成される。二液性硬化樹脂は、所定の２種類すなわちモノマに硬化促進剤を混合することで形成される。
【００５７】
このように、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、または二液性硬化樹脂は、重合する前のモノマが溶剤としての溶媒を含有していないため、溶媒を除去するプロセスが不要となるだけでなく、上述したような溶媒を含有する樹脂に生じうる欠陥の発生を防止することができる。このため、欠陥の存在に起因した蛍光透過率の低減が抑制され、実効的な蛍光透過率を向上することができる。
【００５８】
また、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、または二液性硬化樹脂は、モノマの架橋反応によって形成されるため、分子構造が二次元化もしくは三次元化される。このため、シンチレータ層のバインダは、熱やＸ線に対する耐性が大きく、長期間の使用によっても劣化しにくいため、シンチレータ層の輝度の低下を抑制することができる。
【００５９】
さらに、シンチレータ層の製造方法において、塗布液の粘度が小さい程、泡の喰い込みにより発生する気泡の欠陥が減少する。例えば、塗布液の粘度を１６Ｐａ・ｓより小さく設定することにより、塗布液を均一に塗布することができるとともに硬化した塗布膜内に残留する気泡が減少するため、均質な信頼性の高いシンチレータ層を形成することができ、しかも、実効的な蛍光透過率を向上することができる。
【００６０】
したがって、隔壁部の存在による輝度低下を最低限に抑えてシンチレータ層の輝度特性を改善することができ、高い感度特性を確保することが可能となる。
【００６１】
次に、具体的な試作による効果の検証を行った。
まず、本実施形態のＸ線検出器におけるシンチレータ層の輝度特性について比較評価した。すなわち、比較例では、蛍光材料として種々の粒径のＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂと、バインダとして溶剤揮散性樹脂であるポリビニル系の樹脂（ポリビニルブチラール）とを用いてシンチレータ層を形成した。また、本実施形態では、蛍光材料として種々の粒径のＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂと、バインダとして熱硬化性エポキシ系樹脂とを用いてシンチレータ層を形成した。
【００６２】
測定結果を図３に示す。なお、１画素当たりの輝度（ｃｄ／ｍ^２）は、赤から緑の光線に感度を有するフォトダイオードや、光電子増倍管を使用したＨＧ−Ｈ２（富士フィルム社製増感紙）との輝度を比較する方法で測定した。図３に示すように、比較例での１画素の輝度を「１」とした場合、本実施形態では１画素あたり約１．５倍の輝度が得られた。
【００６３】
これは、蛍光材料から発光及び反射した蛍光がバインダを介してフォトダイオードに導かれるが、シンチレータ層内に気泡や溶媒の残留による欠陥が減少したことによるシンチレータ層の実効的な蛍光透過率が高くなったためである。つまり、本実施形態の構成によれば、フォトダイオードに到達する蛍光量が多くなり、輝度特性が改善されたことを確認できた。
【００６４】
次に、本実施形態のＸ線検出器におけるシンチレータ層の耐熱特性及び耐Ｘ線特性について比較評価した。ここでも同様に、比較例では、バインダとして溶剤揮散性樹脂であるポリビニル系の樹脂（ポリビニルブチラール）を用いてシンチレータ層を形成し、本実施形態では、バインダとして熱硬化性エポキシ系樹脂を用いてシンチレータ層を形成した。
【００６５】
耐熱特性の測定結果を図４に示す。ここでは、加熱する前、及び、光電変換基板１１を約１２０℃で４時間加熱した後の輝度をそれぞれ上述した方法によって測定し、加熱前の輝度に対する加熱後の輝度の減衰率によって耐熱特性を比較評価した。図４に示すように、比較例での輝度の減衰率「１１．９」に対して、本実施形態での輝度の減衰率は「６．０３」と約１／２に抑えることができた。
【００６６】
また、耐Ｘ線特性の測定結果を図５に示す。ここでは、Ｘ線を照射する前、及び、光電変換基板１１に約２Ｒ／ｍｉｎの照射エネルギでＸ線を照射した後の輝度をそれぞれ上述した方法によって測定し、照射前の輝度に対する照射後の輝度の減衰率によって耐Ｘ線特性を比較評価した。図５に示すように、比較例での輝度の減衰率「９．３０」に対して、本実施形態での輝度の減衰率は「６．９３」に抑えることができた。
【００６７】
これらの結果は、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、又は二液性硬化樹脂を用いてシンチレータ層のバインダを構成したことにより、バインダの硬化後の分子構造が高次元化したためである。つまり、本実施形態の構成によれば、シンチレータ層の耐熱特性及び耐Ｘ線特性が改善されたことで、長期間の使用に際しても輝度の低下を抑制できることを確認できた。
【００６８】
次に、本実施形態のＸ線検出器におけるシンチレータ層を形成するための塗布液の粘度に対する輝度特性について比較評価した。ここでは、比較例及び本実施形態では、バインダとして熱硬化性エポキシ系樹脂を用いてシンチレータ層を形成した。
【００６９】
粘度に対する輝度特性の測定結果を図６に示す。ここでは、粘度が１６．０Ｐａ・ｓの塗布液によって形成したシンチレータ層の輝度と、粘度が５．１７Ｐａ・ｓの塗布液によって形成したシンチレータ層の輝度と、をそれぞれ上述した方法によって測定し、粘度に対する輝度特性を比較評価した。図６に示すように、比較例での輝度が「１．５０」であったのに対して、本実施形態での輝度は「１．６３」に向上することができた。
【００７０】
これは、塗布液の粘度が小さい程、シンチレータ層内に気泡の欠陥が減少したことによるシンチレータ層の実効的な蛍光透過率が高くなったためである。つまり、本実施形態の構成によれば、塗布液の粘度を１６Ｐａ・ｓより小さくすることで、フォトダイオードに到達する蛍光量が多くなり、輝度特性が改善されたことを確認できた。
【００７１】
以上説明したＸ線検出器によれば、シンチレータ層は、隔壁部によって画素単位に区画される。このため、隣接する画素のシンチレータ層への蛍光の散乱を抑制することができ、画素を完全に分離することができる。したがって、解像度特性を向上することができる。
【００７２】
また、シンチレータ層内で発光した蛍光が隔壁部に到達した際、蛍光は、シンチレータ層の内部に向けて反射される。このため、画素毎の輝度を向上することができる。
【００７３】
さらに、シンチレータ層を構成するバインダを溶剤を含有しない樹脂によって構成したことにより、溶剤を含有することに起因した欠陥の発生を抑制することができ、シンチレータ層の輝度特性を改善することができる。このため、隔壁部の存在による１画素当たりの輝度の低下を抑え、平面検出器としての感度特性を向上することができる。また、長期間にわたって良好な輝度特性を維持することができる。
【００７４】
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。
【００７５】
この発明のＸ線検出器は、縦横に複数の画素が配列された構成のものについて説明したが、縦横の画素の比率が異なる（例えば、一方の画素数が１個の場合など）一見すると線状に構成されたＸ線検出器に適用するこも可能である。この場合、スイッチング素子はＴＦＴを使用しなくとも実施可能である。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、解像度特性を向上することが可能であるとともに、感度特性を向上することが可能な放射線検出器及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の一実施の形態に係るＸ線検出器の回路構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、図１に示したＸ線検出器の１画素部分の構造を概略的に示す断面図である。
【図３】図３は、比較例及び本実施形態のＸ線検出器における輝度特性の測定結果を示す図である。
【図４】図４は、比較例及び本実施形態のＸ線検出器における耐熱特性の測定結果を示す図である。
【図５】図５は、比較例及び本実施形態のＸ線検出器における耐Ｘ線特性の測定結果を示す図である。
【図６】図６は、シンチレータ層を形成するための塗布液の粘度とシンチレータ層の輝度との関係の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１…Ｘ線検出器、１１…光電変換基板、１２…画素、１３…フォトダイオード、１４…薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、１５…蓄積キャパシタ、１６…制御回路、１７…データライン、１８…制御ライン、３８…隔壁部、３９…シンチレータ層、４１…蛍光

Claims

画素単位の光電変換素子が配列してなる光電変換基板と、
前記光電変換基板上に配置され、放射線により励起されて蛍光を発生する蛍光材料及び蛍光材料を結合するバインダを含むシンチレータ層と、
前記光電変換基板上に形成され、前記シンチレータ層を画素単位に区画する隔壁部と、
を備え、
前記バインダは、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、及び、二液性硬化樹脂の少なくとも１種によって構成されたことを特徴とする放射線検出器。
画素単位の光電変換素子が配列してなる光電変換基板上にシンチレータ層を形成し、
前記シンチレータ層を画素単位に区画する隔壁部を形成する放射線検出器の製造方法において、
前記シンチレータ層は、放射線により励起されて蛍光を発生する蛍光材料とこの蛍光材料を結合するためのモノマとの混合液を前記光電変換基板上に塗布して塗布膜を形成する工程と、
塗布膜に含まれるモノマを重合してポリマとする事で蛍光材料を結合する工程と、を備えたことを特徴とする放射線検出器の製造方法。
前記モノマは、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、及び、二液性硬化樹脂の少なくとも１種を構成することを特徴とする請求項２に記載の放射線検出器の製造方法。
前記光電変換基板上に塗布される前記混合液の粘度は、１６Ｐａ・ｓより小さいことを特徴とする請求項２に記載の放射線検出器の製造方法。