JP2009088086A - 放射線画像検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧が印加される電圧印加電極と、放射線の照射を受けて電荷を発生する半導体層とが積層された放射線画像検出器において、画像領域を狭くすることなく、電圧印加電極から半導体層への電荷の注入を抑制するとともに、電圧印加電極の端部における放電破壊を防止する。
【解決手段】電圧印加電極１の少なくとも端部を覆うように電荷注入阻止層１１を設け、電荷注入阻止層１１の上面に、電圧印加電極１の端部１ａの側端面１ｂよりも外側に一方の側端面１２ａが位置するとともに、他方の側端面１２ｂが電圧印加電極１の端部１ａの側端面１ｂの位置またはその側端面１ｂの位置よりも内側に位置するように張出電極１２を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、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放射線画像を記録する放射線画像検出器に関するものである。

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。

上記放射線画像検出器としては、たとえば、放射線の照射により電荷を発生するアモルファスセレンを利用した放射線画像検出器があり、そのような放射線画像検出器として、いわゆる光読取方式のものやＴＦＴ読取方式のものが提案されている。

光読取方式の放射線画像検出器としては、たとえば、図２０に示すように、放射線画像を担持した放射線を透過する第１の電極層１０１、第１の電極層１を透過した放射線の照射を受けることにより電荷を発生する記録用光導電層１０２、記録用光導電層１０２において発生した電荷のうち一方の極性の電荷に対しては絶縁体として作用し、且つ他方の極性の電荷に対しては導電体として作用する電荷輸送層１０３、読取光の照射を受けることにより電荷を発生する読取用光導電層１０４、および読取光を透過する透明線状電極１０６と読取光を遮光する遮光線状電極１０７とからなる第２の電極層をこの順に積層してなるものが提案されている。

上記のような光読取方式の放射線画像検出器に放射線画像を記録する際には、まず、高圧電源によって放射線画像検出器の第１の電極層１０１に負の電圧を印加した状態において、被写体を透過して被写体の放射線画像を担持した放射線が放射線画像検出器１０１の第１の電極層１０１側から照射される。

そして、放射線画像検出器に照射された放射線は、第１の電極層１０１を透過し、記録用光導電層１０２に照射される。そして、その放射線の照射によって記録用光導電層１０２において電荷対が発生し、そのうち正の電荷は第１の電極層１０１に帯電した負の電荷と結合して消滅し、負の電荷は潜像電荷として記録用光導電層１０２と電荷輸送層１０３との界面に形成される蓄電部１０５に蓄積されて放射線画像が記録される（図２０参照）。

そして、次に、第１の電極層１０１が接地された状態において、第２の電極層側から読取光が照射され、読取光は透明線状電極１０６を透過して読取用光導電層１０４に照射される。読取光の照射により読取用光導電層１０４において発生した正の電荷が蓄電部１０５における潜像電荷と結合するとともに、負の電荷が透明線状電極１０６および遮光線状電極１０７に帯電した正の電荷と結合する際に流れる電流が遮光線状電極に接続されたチャージアンプにより検出されて放射線画像に応じた画像信号の読取りが行われる。

しかしながら、上記のようにして放射線画像検出器に放射線画像を記録する際、第１の電極層１０１に負の電圧が印加されるが、このとき第１の電極層１０１の端部近傍において電界集中が生じるため、第１の電極層１０１から記録用光導電層１０２への電荷の注入が生じ、放射線画像の端部の濃度変動が生じやすい問題を生じていた。また、第１の電極層１０１の端部において沿面放電により放電破壊を起こすおそれもあった。

一方、ＴＦＴ読取方式の放射線画像検出器としては、たとえば、電圧が印加される上部電極と、放射線の照射を受けて電荷を発生する半導体層と、半導体層において発生した電荷を収集する収集電極と収集電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量と蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチとを有する画素が２次元状に多数配列されたアクティブマトリクス基板とが積層されたものが提案されている。

そして、上記のようなＴＦＴ読取方式の放射線画像検出器に放射線画像を記録する際には、まず、電圧源によって放射線画像検出器の上部電極に正の電圧を印加した状態において、被写体を透過して被写体の放射線画像を担持した放射線が放射線画像検出器の上部電極側から照射される。

そして、放射線画像検出器に照射された放射線は、上部電極を透過し、半導体層に照射される。そして、その放射線の照射によって半導体層において電荷対が発生し、そのうち負の電荷は上部電極に帯電した正の電荷と結合して消滅し、正の電荷は潜像電荷としてアクティブマトリクス基板の各画素の各収集電極に収集され、各蓄積容量に蓄積されて放射線画像が記録される。

そして、アクティブマトリクス基板のＴＦＴスイッチがゲートドライバから出力された制御信号に応じてＯＮされ、蓄積容量に蓄積された電荷が読み出され、その電荷信号がチャージアンプによって検出されることによって放射線画像に応じた画像信号の読取りが行われる。

しかしながら、ＴＦＴ読取方式の放射線画像検出器においても、上記のようにして上部電極に正の電圧を印加すると、上部電極の端部近傍において電界集中が生じるため、上部電極から半導体層への電荷の注入が生じ、放射線画像の端部の濃度変動が生じやすい問題を生じていた。また、上部電極の端部において沿面放電により放電破壊を起こすおそれもあった。

また、特許文献１にもアモルファスセレンを利用した放射線画像検出器が提案されており、特許文献１に記載の放射線画像検出器においては、上記のような電荷注入や放電破壊を防止するため、電圧が印加される電圧印加電極の端部と半導体層との間に、高耐圧の絶縁性物質を形成することが提案されている。
特開２００３−１３３５７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の放射線画像検出器のように、電圧印加電極の端部と半導体層との間に絶縁性物質を設けるようにしたのでは、その絶縁性物質を設けた範囲に対応する半導体層において十分な電界を形成することができないため、十分な電荷を発生させることができず、十分な画像信号を読み取ることができない。つまり、画像領域として利用することができず、その結果、画像領域が狭くなるという欠点があった。

本発明は、上記の事情に鑑み、画像領域を狭くすることなく、電圧印加電極から半導体層への電荷の注入を十分に抑制することができるとともに、電圧印加電極の端部における放電破壊を防止することができる放射線画像検出器を提供することを目的とする。

本発明の放射線画像検出器は、電圧が印加される電圧印加電極と、放射線の照射を受けて電荷を発生する半導体層と放射線量に応じた電気信号を検出する電極とが積層された放射線画像検出器において、電圧印加電極の少なくとも端部を覆うように設けられた電荷注入阻止層と、電荷注入阻止層の上面に、電圧印加電極の端部の側端面よりも外側に一方の側端面が位置するとともに、他方の側端面が電圧印加電極の端部の側端面の位置またはその側端面の位置よりも内側に位置するように設けられた張出電極とを備えたことを特徴とする。

また、上記本発明の放射線画像検出器においては、張出電極を、電圧印加電極の外周に沿って設け、電圧印加電極と接触するようにすることができる。

また、張出電極を、電圧印加電極の全面に亘って設け、電圧印加電極と接触するようにすることができる。

また、張出電極を、電圧印加電極の外周に沿って設け、電圧印加電極とは接触することなく、電圧印加電極に印加される電圧と同極性の電圧が印加されるものとすることができる。

また、張出電極を、電圧印加電極の全面に亘って設け、電圧印加電極とは接触することなく、電圧印加電極に印加される電圧と同極性の電圧が電圧印加されるものとすることができる。

また、電荷注入阻止層の厚さを、１μｍ−３０μｍとすることができる。

また、電荷注入阻止層を、絶縁材料から形成するようにすることができる。

また、電荷注入阻止層を、ポリパラキシリレンから形成するようにすることができる。

また、電圧印加電極を、負の電圧が印加されるものとし、電荷注入阻止層を、電圧印加電極から半導体層への電子の注入を阻止するとともに、正孔を輸送するものとすることができる。

また、電荷注入阻止層を、有機高分子物質に正孔輸送材料を添加したものから形成するようにすることができる。

また、有機高分子物質として、ポリカーボネートを利用することができる。

また、正孔輸送材料として、TPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis-(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine)を利用することができる。

また、電圧印加電極を、正の電圧が印加されるものとし、電荷注入阻止層を、電圧印加電極から半導体層への正孔の注入を阻止するとともに、電子を輸送するものとすることができる。

また、電荷注入阻止層を、有機高分子に電子輸送材料を添加したものから形成するようにすることができる。

また、有機高分子として、ポリカーボネートを利用することができる。

また、電子輸送材料として、カーボンクラスターまたはその誘導体、もしくはカーボンナノチューブを利用することができる。

また、カーボンクラスターとして、フラーレンＣ_６０、フラーレンＣ_７０、酸化フラーレンまたはそれらの誘導体から選択される少なくとも１種を利用することができる。

ここで、上記「電荷注入阻止層」とは、電圧印加電極から半導体層へ注入される電荷を阻止するものであり、電子および正孔のうち電子のみの注入を阻止するもの、正孔のみの注入を阻止するもの、または電子および正孔の両方を阻止するものである。

本発明の放射線画像検出器によれば、電圧印加電極の少なくとも端部を覆うように電荷注入阻止層を設け、電荷注入阻止層の上面に、電圧印加電極の端部の側端面よりも外側に一方の側端面が位置するとともに、他方の側端面が電圧印加電極の端部の側端面の位置またはその側端面の位置よりも内側に位置するように張出電極を設けるようにしたので、電荷注入阻止層を設けることによって電圧印加電極の端部における放電破壊を防止することができるとともに、張出電極を設けることによって電圧印加電極の端部における電界集中を抑制することができるので、放射線画像の端部における濃度変動を抑制することができる。

また、張出電極を、電圧印加電極の全面に亘って設けるようにした場合には、張出電極を容易に形成することができる。

また、電荷注入阻止層の厚さを、１μｍ〜３０μｍとした場合には、後述するように電圧印加電極の端部における電界集中を十分に抑制することができるとともに、張出電極から半導体層への電荷の注入も十分に抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の放射線画像検出器の第1の実施形態について説明する。第１の実施形態の放射線画像検出器は、いわゆる光読取方式の放射線画像検出器である。図１は第１の実施形態の放射線画像検出器の一部断面図、図２は上面図である。

第１の実施形態の放射線画像検出器１０は、図１および図２に示すように、放射線画像を担持した放射線を透過する第１の電極層１、第１の電極層１を透過した放射線の照射を受けることにより電荷を発生する記録用光導電層２、記録用光導電層２において発生した電荷のうち一方の極性の電荷に対しては絶縁体として作用し、且つ他方の極性の電荷に対しては導電体として作用する電荷輸送層３、読取光の照射を受けることにより電荷を発生する読取用光導電層４、および第２の電極層５をこの順に積層してなるものである。記録用光導電層２と電荷輸送層３との界面近傍には、記録用光導電層２内で発生した電荷を蓄積する蓄電部６が形成される。なお、上記各層は、ガラス基板７上に第２の電極層５から順に形成される。なお、第１の電極層１が請求項における電圧印加電極に相当する。

第１の電極層１としては、放射線を透過するものであればよく、たとえば、ネサ皮膜（ＳｎＯ₂）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、アモルファス状光透過性酸化膜であるＩＤＩＸＯ（Idemitsu Indium X-metal Oxide ；出光興産（株））などを５０〜２００ｎｍ厚にして用いることができ、また、１００ｎｍ厚のＡｌやＡｕなども用いることもできる。

第２の電極層５は、読取光を透過する複数の透明線状電極８と読取光を遮光する複数の遮光線状電極９とを有するものである。そして、透明線状電極８と遮光線状電極９とは、図１に示すように、所定の間隔を空けて交互に平行に配列されている。なお、図１は、透明線状電極８と遮光線状電極９の長さ方向に直交する方向についての断面図が示されている。

透明線状電極８は読取光を透過するとともに、導電性を有する材料から形成されている。上記のような材料であれば如何なるものでもよいが、たとえば、第１の電極層１と同様に、ＩＴＯ、ＩＺＯやＩＤＩＸＯを用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｒなどの金属を用いて読取光を透過する程度の厚さ（たとえば、１０ｎｍ程度）で形成するようにしてもよい。

遮光線状電極９は読取光を遮光するとともに、導電性を有する材料から形成されている。上記のような材料であれば如何なるものでもよいが、たとえば、１００−３００ｎｍ厚のＣｒ、Ｍｏ、Ｗがある。または、予めレジスト材料からなる遮光層をストライプ状にパターニングし、その上に上記透明線状電極と同じ材料をストライプ状にパターニングし、遮光された電極として機能させてもよい。

記録用光導電層２は、放射線の照射を受けることにより電荷を発生するものであればよく、放射線に対して比較的量子効率が高く、また暗抵抗が高いなどの点で優れているａ−Ｓｅを主成分とするものを使用する。厚さは５００μｍ程度が適切である。

電荷輸送層３としては、たとえば、放射線画像の記録の際に第１の電極層１に帯電する電荷の移動度と、その逆極性となる電荷の移動度の差が大きい程良く（例えば１０^２以上、望ましくは１０^３以上）、たとえば、ポリＮ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、N,N'−ジフェニル−N,N'−ビス（３−メチルフェニル）−〔1,1'−ビフェニル〕−4,4'−ジアミン（ＴＰＤ）やディスコティック液晶等の有機系化合物、或いはＴＰＤのポリマー（ポリカーボネート、ポリスチレン、ＰＶＫ）分散物，Ｃｌを１０〜２００ｐｐｍドープしたａ−Ｓｅ、Ａｓ_２Ｓｅ_３等の半導体物質が適当である。厚さは０．２〜２μｍ程度が適切である。

読取用光導電層４としては、読取光および消去光の照射を受けることにより導電性を呈するものであればよく、たとえば、ａ−Ｓｅ、Ｓｅ−Ｔｅ、Ｓｅ−Ａｓ−Ｔｅ、無金属フタロシアニン、金属フタロシアニン、ＭｇＰｃ（Magnesium phtalocyanine），ＶｏＰｃ（phaseII of Vanadyl phthalocyanine）、ＣｕＰｃ（Cupper phtalocyanine）などのうち少なくとも１つを主成分とする光導電性物質が好適である。厚さは５〜２０μｍ程度が適切である。

ここで、従来の光読取方式の放射線画像検出器においては、上述したように放射線画像を記録する際、第１の電極層に高圧電圧が印加されるが、このとき第１の電極層の端部近傍において電界集中が生じるため、第１の電極層から記録用光導電層への電荷の注入が生じ、放射線画像の再生時に、その再生画像の端部に濃度変動が生じやすい問題を生じていた。また、第１の電極層の端部において沿面放電により放電破壊を起こすおそれもあった。

そこで、本実施形態の放射線画像検出器１０においては、図１および図２に示すように、第１の電極層１の端部１ａを覆うように電荷注入阻止層１１が設けられている。そして、電荷注入阻止層１１は、記録用光導電層２の側面からガラス基板７に亘って設けられている。そして、さらに、電荷注入阻止層１１の上面に張出電極１２が設けられている。張出電極１２は、その一方の側端面１２ａが第１の電極層１の端部１ａの側端面１ｂよりも外側に位置するとともに、他方の側端面１２ｂが第１の電極層１の端部１ａの側端面１ｂの位置よりも内側に位置するように設けられている。なお、本実施形態においては、張出電極１２の側端面１２ｂが、第１の電極層１の端部１ａの側端面１ｂの位置よりも内側に位置するようにしたが、張出電極１２の側端面１２ｂの位置を、第１の電極層１の端部１ａの側端面１ｂと同じ位置にするようにしてもよい。また、電荷注入阻止層１１は張出電極１２の側端面１２ａよりも外側まで配置されていればよく、必ずしも記録用光導電層２を完全に覆わなくてもよい。

電荷注入阻止層１１は、第１の電極層１の端部において電界集中が起きるのを防止するとともに、張出電極１２からの電荷の注入を阻止するためのものである。電荷注入阻止層１１の材料としては、たとえば、第１の電極層１および張出電極１２に負の電圧が印加される場合には、電子の注入を阻止するものを利用することができ、たとえば、絶縁材料であるポリパラキシリレンを利用することができる。また、電子の注入を阻止するとともに、正孔を輸送する材料も利用することができ、たとえば、TPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis-(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine)を利用することができる。また、TPDをバルク層として形成して電荷注入阻止層１１としてもよいし、ポリカーボネートにTPDを添加したものを塗布して電荷注入阻止層１１を形成するようにしてもよい。なお、電荷注入阻止層１１の材料として、絶縁材料ではなく、上記のように正孔を輸送する材料を使用するようにした場合には、放射線画像の記録時に第１の電極層１に近寄ってくる正孔を記録用光導電層２内に貯めないようにすることができるので、放射線画像検出器を繰り返し使用する場合においても第１の電極層１の端部で生じる放電破壊を防止することができる。また、上記のようにポリカーボネートのような有機高分子物質を利用することによって、電荷注入阻止層１１に接する記録用光導電層２の結晶化を抑制することができる。

張出電極１２は、第１の電極層１の端部１ａにおいて電界集中が生じるのを防止するために設けられたものであり、たとえば、第１の電極１と同様に、ネサ皮膜、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＤＩＸＯから形成することができ、また、１００ｎｍ厚のＡｌやＡｕなどから形成するようにしてもよい。

また、張出電極１２は、図２に斜線で示すように、第１の電極層１の外周に沿って設けられ、図１に示すように、その内側の端部が第１の電極層１と接触するように設けられている。したがって、張出電極１２には、第１の電極層１と同様の電圧が印加されることになる。

次に、上記第１の実施形態の放射線画像検出器への放射線画像の記録および読取りの作用について、図３および図４を用いて説明する。なお、図３および図４においては、電荷注入阻止層１１と張出電極１２とについては、図示省略している。

まず、図３（Ａ）に示すように、高圧電源２０によって放射線画像検出器１０の第１の電極層１に負の電圧を印加した状態において、被写体を透過して被写体の放射線画像を担持した放射線が放射線画像検出器１０の第１の電極層１側から照射される。

そして、放射線画像検出器１０に照射された放射線は、第１の電極層１を透過し、記録用光導電層２に照射される。そして、その放射線の照射によって記録用光導電層２において電荷対が発生し、そのうち正の電荷は第１の電極層１に帯電した負の電荷と結合して消滅し、負の電荷は潜像電荷として記録用光導電層２と電荷輸送層３との界面に形成される蓄電部６に蓄積されて放射線画像が記録される（図３（Ｂ）参照）。

そして、次に、図４に示すように、第１の電極層１が接地された状態において、第２の電極層５側から読取光Ｌ１が照射され、読取光Ｌ１は透明線状電極８を透過して読取用光導電層４に照射される。読取光Ｌ１の照射により読取用光導電層４において発生した正の電荷が蓄電部６における潜像電荷と結合するとともに、負の電荷が、遮光線状電極９に接続されたチャージアンプ３０を介して遮光線状電極９に帯電した正の電荷と結合する。

そして、読取用光導電層５において発生した負の電荷と遮光線状電極９に帯電した正の電荷との結合によって、チャージアンプ３０に電流が流れ、この電流が積分されて画像信号として検出され、放射線画像に応じた画像信号の読取りが行われる。

本実施形態の放射線画像検出器１０によれば、図１に示すように、電荷注入阻止層１１を設けるようにしたので、第１の電極層１からの沿面放電による放電破壊を防止することができる。また、張出電極１２を設けるようにしたので、図５に示すように、第１の電極層１に電圧印加された際、張出電極１２によっても電界が形成されるので、第１の電極層１の端部１ａでの電界集中を抑制することができ、第１の電極層１の端部１ａからの電荷注入を抑制することができるので、放射線画像の端部における濃度変動を抑制することができる。

次に、本発明の放射線画像検出器の第２の実施形態について説明する。図６は第２の実施形態の放射線画像検出器の一部断面図、図７は上面図である。

第２の実施形態の放射線画像検出器１５は、第１の実施形態の放射線画像検出器１０と張出電極２２の形状のみが異なり、その他の構成は、第１の実施形態の放射線画像検出器１０と同様である。

第２の実施形態の放射線画像検出器１５の張出電極２２は、図６および図７に示すように、第１の電極１の外周だけではなく、第１の電極１の全面に亘って設けられている。なお、張出電極２２の側端面２２ａは、第１の電極層１の側端面１ｂよりも外側に位置している。そして、張出電極２２も第１の電極層１に接触しており、第１の電極層１と同様の電圧が印加される。また、電荷注入阻止層１１は張出電極２２の側端面２２ａよりも外側まで配置されていればよく、必ずしも記録用光導電層２を完全に覆わなくてもよい。

第２の実施形態の放射線画像検出器１５における電荷注入阻止層１１と張出電極２２の作用効果は、第１の実施形態の放射線画像検出器１０と同様であるが、張出電極２２を第１の電極層１の全面に設けるようにしたので、第１の実施形態の放射線画像検出器１０と比較するとその形成が容易である。

なお、第１の実施形態のように張出電極１２を第１の電極層１の外周の沿って設け、第１の電極層１の外周部分以外には設けないようにした場合には、第２の実施形態の放射線画像検出器１５のように張出電極２２を第１の電極層１の全面に設ける場合と比べると、張出電極１２を作成する材料が少量で済み、かつ画像形成領域に照射線される放射線の減衰を回避することができる。

次に、本発明の放射線画像検出器の第３の実施形態について説明する。図８は第３の実施形態の放射線画像検出器の一部断面図、図９は上面図である。

第３の実施形態の放射線画像検出器１６は、第１の実施形態の放射線画像検出器１０と電荷注入阻止層３１と張出電極３２の形状のみが異なり、その他の構成は、第１の実施形態の放射線画像検出器１０と同様である。

第３の実施形態の放射線画像検出器１６の電荷注入阻止層３１は、図７および図８に示すように、第１の電極１の端部だけではなく、第１の電極１の全面に亘って設けられている。そして、張出電極３２は、第１の実施形態の放射線画像検出器１０と同様に、第１の電極層１の外周に沿って設けられているが、上述したように電荷注入阻止層３１が第１の電極層１の全面に設けられているので、張出電極３２と第１の電極層１とは接触していない。そして、第３の実施形態の放射線画像検出器１６における張出電極３２には、放射線画像の記録の際、外部の高圧電源４０から電圧が印加される。このときの印加電圧は、第１の電極層１に印加される電圧と同じ極性の電圧である。そして、その大きさは、第１の電極層１に印加される電圧の０．５倍〜１．２倍であることが好ましい。この電圧よりも大きな電圧が張出電極３２に印加されると新たな放電を引き起こす可能性があり、この電圧より低いと引出電極３２により形成される電界強度が弱くなり十分な効果を得ることができない。なお、本実施形態においては、第１の電極層１に電圧を印加する電圧源と張出電極３２に電圧を印加する電圧源とを別個に設けるようにしたが、共通の電圧源を利用するようにしてもよい。

第３の実施形態の放射線画像検出器１６における電荷注入阻止層３１と張出電極３２の作用効果は、第１の実施形態の放射線画像検出器と同様であるが、電荷注入阻止層３１を第１の電極層１の全面に設けるようにしたので、第１の実施形態の放射線画像検出器１０と比較するとその形成が容易である。

次に、本発明の放射線画像検出器の第４の実施形態について説明する。図１０は第４の実施形態の放射線画像検出器の一部断面図、図１１は上面図である。

第４の実施形態の放射線画像検出器１７は、第３の実施形態の放射線画像検出器１６と張出電極４２の形状のみが異なり、その他の構成は、第３の実施形態の放射線画像検出器１６と同様である。

第４の実施形態の放射線画像検出器１７の張出電極４２は、図１０および図１１に示すように、第１の電極１の外周だけではなく、第１の電極１の全面に亘って設けられている。なお、張出電極４２の側端面４２ａは、第１の電極層１の側端面１ｂよりも外側に位置している。そして、第２の実施形態の放射線画像検出器１７においては、第３の実施形態の放射線画像検出器１６と同様に、電荷注入阻止層３１が第１の電極層１の全面に設けられているので、張出電極４２と第１の電極層１とは接触していない。そして、第４の実施形態の放射線画像検出器１７における張出電極４２には、放射線画像の記録の際、外部の高圧電源４０から電圧が印加される。このときの印加電圧は、第１の電極層１に印加される電圧と同じ極性の電圧である。そして、その大きさは、第１の電極層１に印加される電圧の０．５倍〜１．２倍であることが好ましい。この電圧よりも大きな電圧が張出電極４２に印加されると新たな放電を引き起こす可能性があり、この電圧より低いと引出電極４２により形成される電界強度が弱くなり十分な効果を得ることができない。なお、本実施形態においては、第１の電極層１に電圧を印加する電圧源と張出電極４２に電圧を印加する電圧源とを別個に設けるようにしたが、共通の電圧源を利用するようにしてもよい。

第４の実施形態の放射線画像検出器１７における電荷注入阻止層３１と張出電極４２の作用効果は、第１の実施形態の放射線画像検出器１０と同様であるが、電荷注入阻止層３１と張出電極４２を第１の電極層１の全面に設けるようにしたので、第１の実施形態の放射線画像検出器１０と比較するとその形成が容易である。

なお、上記第１から第４の実施形態の放射線画像検出器においては、電荷注入阻止層の材料として第１の電極層からの電子の注入を阻止するものを利用するようにしたが、放射線画像検出器が、放射線画像の記録の際、第１の電極層に正の電圧が印加されるものである場合には、第１の電極層からの正孔の注入を阻止するものを利用すればよい。正孔の注入を阻止する材料については、後で詳述する。

次に、本発明の放射線画像検出器の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態の放射線画像検出器は、いわゆるＴＦＴ読取方式の放射線画像検出器である。図１２は第５の実施形態の放射線画像検出器の一部断面図である。

第５の実施形態の放射線画像検出器５０は、図１２に示すように、アクティブマトリクス基板６０と、このアクティブマトリクス基板６０上に積層された放射線検出部７０とから構成されている。

放射線検出部７０は、アクティブマトリクス基板６０上の略全面に形成された半導体層７１と、半導体層７１上に設けられた上部電極７２とを備えている。なお、上部電極７２が請求項における電圧印加電極に相当する。

半導体層７１は、電磁波導電性を有するものであり、Ｘ線が照射されると膜の内部に電荷を発生するものである。半導体層７１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。上記半導体層７１は、アクティブマトリクス基板６０上に真空蒸着法によって形成される。

上部電極７２は、Ａｕ、Ａｌなどの低抵抗の導電材料で形成されている。

アクティブマトリクス基板６０は、半導体層７１において発生した電荷を収集する収集電極６１、収集電極６１によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量６２および蓄積容量６２に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチ６３を有する多数の画素６４とＴＦＴスイッチ６３をＯＮ／ＯＦＦするための多数の走査配線６５と蓄積容量６２に蓄積された電荷が読み出される多数のデータ配線６６とを備えている。

ＴＦＴスイッチ６３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。

図１３に、アクティブマトリクス基板６０の平面図を示す。アクティブマトリクス基板６０には、図１３に示すように、蓄積容量６２とＴＦＴスイッチ６３とを有する画素６４が２次元状に多数設けられており、走査配線６５とデータ配線６６とが、格子状に配置されている。そして、データ配線６６の終端には、データ配線６６に流れ出した信号電荷を検出するアンプからなる読出回路８０が接続され、走査配線６５には、ＴＦＴスイッチ６３をＯＮ/ＯＦＦするための制御信号を出力するゲートドライバ９０が接続されている。

ここで、従来のＴＦＴ読取方式の放射線画像検出器においては、上述したように放射線画像を記録する際、上部電極に電圧が印加されるが、このとき上部電極の端部近傍において電界集中が生じるため、上部電極から半導体層への電荷の注入が生じ、放射線画像の端部の濃度変動が生じやすい問題を生じていた。また、上部電極の端部において沿面放電により放電破壊を起こすおそれもあった。

そこで、本実施形態の放射線画像検出器５０においては、図１２に示すように、上部電極７２の端部７２ａを覆うように電荷注入阻止層７３が設けられている。そして、電荷注入阻止層７３は、半導体層７１の側面からアクティブマトリクス基板６０に亘って設けられている。そして、さらに、電荷注入阻止層７３の上面に張出電極７４が設けられている。張出電極７４は、その一方の側端面７４ａが上部電極７２の端部７２ａの側端面７２ｂよりも外側に位置するとともに、他方の側端面７４ｂが上部電極７２の端部７２ａの側端面７２ｂの位置よりも内側に位置するように設けられている。なお、本実施形態においては、張出電極７４の側端面７４ｂが、上部電極７２の端部７２ａの側端面７２ｂの位置よりも内側に位置するようにしたが、張出電極７４の側端面７４ｂの位置を、上部電極７２の端部７２ａの側端面７２ｂと同じ位置にするようにしてもよい。

電荷注入阻止層７３は、上部電極７２の端部において電界集中が起きるのを防止するとともに、張出電極７４からの電荷の注入を阻止するためのものである。電荷注入阻止層７３の材料としては、たとえば、上部電極７２および張出電極７４に正の電圧が印加される場合には、正孔の注入を阻止するものを利用することができ、たとえば、絶縁材料であるポリパラキシリレンを利用することができる。また、正孔の注入を阻止するとともに、電子を輸送する材料も利用することができる。たとえば、有機高分子にカーボンクラスターまたはその誘導体、もしくはカーボンナノチューブを添加したものを利用することができる。有機高分子としては、ポリカーボネートを利用することができる。また、カーボンクラスターとしては、フラーレンＣ_６０、フラーレンＣ_７０、酸化フラーレンまたはそれらの誘導体から選択される少なくとも１種を利用することができる。

なお、カーボンクラスターまたはその誘導体とは、炭素原子が、炭素−炭素間結合の種類は問わず数個から数百個結合して形成されている集合体であって、必ずしも１００％炭素クラスターのみで構成されているとは限らず、他原子の混在や、置換基を有する場合も含むものである。電荷注入阻止層７３の材料として用いるカーボンクラスターは、例えば、フラーレン類の１種あるいは数種を含有してなるものである。

ここで用いられるフラーレンとは、ｓｐ２炭素よりなる球状あるいはラグビーボール状のカーボンクラスターの総称であり、一般にＣ_６０、Ｃ_７０、Ｃ_７６、Ｃ_７８、Ｃ_８４等が知られている。本発明では、これらを単独で、あるいは混合物として用いることできる。好適には、Ｃ_６０とＣ_７０の混合物を用いることができる。また、フラーレンを酸化した酸化フラーレンを好適に用いることができる。酸化フラーレンとしては、Ｃ_６０（Ｏ）_１、Ｃ_６０（Ｏ）_２、Ｃ_６０（Ｏ）_３等の混合物を用いることができる。

なお、電荷注入阻止層７３の材料として、絶縁材料ではなく、上記のように電子を輸送する材料を使用するようにした場合には、放射線画像の記録時に上部電極７２に近寄ってくる電子を半導体層７１内に貯めないようにすることができるので、放射線画像検出器を繰り返し使用する場合においても上部電極７２の端部で生じる放電破壊を防止することができる。また、上記のようにポリカーボネートのような有機高分子物質を利用することによって、電荷注入阻止層７３に接する半導体層７１の結晶化を抑制することができる。

張出電極７４の材料は、第１の実施形態の放射線画像検出器と同様である。

また、張出電極７４は、上部電極７２の外周に沿って設けられ、図１２に示すように、その内側の端部が上部電極７２と接触するように設けられている。したがって、張出電極７４には、上部電極７２と同様の電圧が印加されることになる。

次に、上記第５の実施形態の放射線画像検出器への放射線画像の記録および読取りの作用について、図１４を用いて説明する。なお、図１４においては、電荷注入阻止層７３と張出電極７４とについては、図示省略している。

まず、図１４に示すように、電圧源５５によって放射線画像検出器５０の上部電極に正の電圧を印加した状態において、被写体を透過して被写体の放射線画像を担持した放射線が放射線画像検出器５０の上部電極７２側から照射される。

そして、放射線画像検出器５０に照射された放射線は、上部電極７２を透過し、半導体層７１に照射される。そして、その放射線の照射によって半導体層７１において電荷対が発生し、そのうち負の電荷は上部電極７２に帯電した正の電荷と結合して消滅し、正の電荷は潜像電荷として各画素６４の各収集電極６１に収集され、各蓄積容量６２に蓄積されて放射線画像が記録される。

そして、次に、図１３に示すゲートドライバ９０から各走査配線６５にＴＦＴスイッチ６３をＯＮするための制御信号が順次出力される。そして、各走査配線６５に接続されたＴＦＴスイッチ６３がゲートドライバ９０から出力された制御信号に応じてＯＮし、各画素６４の蓄積容量６２からデータ配線６６に蓄積電荷が読み出される。そして、データ配線６６に流れ出した電荷信号は読出回路８０のチャージアンプにより画像信号として検出され、放射線画像に応じた画像信号の読取りが行われる。

本実施形態の放射線画像検出器５０によれば、図１２に示すように、電荷注入阻止層７３を設けるようにしたので、上部電極７２からの沿面放電による放電破壊を防止することができる。また、張出電極７４を設けるようにしたので、上記第１の実施形態の放射線画像検出器の場合と同様に、上部電極７２に電圧印加された際、張出電極７４によっても電界が形成され、これにより上部電極７２の端部７２ａでの電界集中を抑制することができ、上部電極７２の端部７２ａからの電荷注入を抑制することができるので、放射線画像の端部における濃度変動を抑制することができる。

なお、ＴＦＴ読取方式の放射線画像検出器においても、光読取方式の放射線画像検出器と同様の形状で電荷注入阻止層および張出電極を設けることができ、上記第５の実施形態の放射線画像検出器における電荷注入阻止層および張出電極の形状に限らず、上記第２から第４の実施形態の放射線画像検出器の電荷注入阻止層と張出電極の形状をそのままＴＦＴ読取方式の放射線画像検出器にも適用することができる。

また、上記実施形態においては、放射線を直接電荷に変換する、いわゆる直接変換型の放射線画像検出器について説明したが、これに限らず、放射線を蛍光体により一旦光に変換し、その光を電荷に変換する、いわゆる間接変換型の放射線画像検出器に類似する構成の放射線画像検出器にも本発明は適用することができる。なお、間接変換型の放射線画像検出器に類似する構成の放射線画像検出器とは、直接変換型の放射線画像検出器よりもａ
−Ｓｅ層を薄くし、光透過型の第１の電極層を設けるとともに、第１の電極層の上方に蛍光体を設け、その蛍光体からの光を電荷に変換するものである。なお、上記のように構成された放射線画像検出器においては、記録用光導電層や半導体層の厚さは１〜３０μｍ程度となり、ＴＦＴ読取方式の放射線画像検出器の場合には、蓄積容量はなくてもよい。

ここで、上記実施形態の放射線画像検出器のように、電荷注入阻止層および張出電極を設けるようにした場合における効果をシミュレーションした結果について説明する。

シミュレーションは、図１５に示すように、Ｓｅ層上に、電圧が印加される金電極、絶縁体および張出電極を設けた場合におけるＡ点およびＢ点の電界を算出することによって行なった。

図１６は、張出電極と金電極との重なり長の変化に対するＢ点における電界（Ｓｅ界面最大電界）の変化について計算機シミュレーションを行なった結果である。なお、重なり長とは、金電極の端面Ｑに位置に対する張出電極の端面Ｐの位置を示しており、重なり長が０とは、金電極の端面ＱのＸ方向の位置と張出電極の端面ＰのＸ方向の位置とが一致している場合を示し、重なり長が正である場合とは、張出電極の端面ＰのＸ方向の位置が金電極の端面ＱのＸ方向の位置よりも金電極側に位置する場合を示し、重なり長が負である場合とは、張出電極の端面ＰのＸ方向の位置が金電極の端面ＱのＸ方向の位置よりも金電極から離れる側に位置する場合を示している。また、シミュレーションは、絶縁体の厚さ（張出電極と金電極との間の絶縁体の厚さ）を１μｍ〜１００μｍまで変化させた場合について行なった。なお、図１６は、絶縁体の誘電率を４．０としてシミュレーションを行なった結果である。

図１６に示すように、張出電極と金電極との重なり長が０以上の場合においてＢ点における電界を減少させることができることがわかった。また、絶縁体の厚さに対しては、厚さが薄い方が電界集中をより抑制することができ、１μｍ〜３０μｍである場合に、Ｂ点における電界を略半分以下に減少させることができて十分な効果が得られることがわかった。

この結果より、上記第１から第５の実施形態の放射線画像検出器においては、電荷注入阻止層の厚さ（張出電極と第１の電極層または上部電極との間の電荷注入阻止層の厚さ）を３０μｍ以下とすることが望ましい。また、張出電極と第１の電極層または上部電極との重なり長は５００μｍ以上であることが望ましい。また、張出電極は、第１の電極層または上部電極の端面から５００μｍ以上外側に張り出すように設けることが望ましい。

また、図１７は、張出電極と金電極との重なり長の変化に対するＡ点における電界（Ｓｅ界面最大電界）の変化をシミュレーションした結果である。図１７に示すように、絶縁体の厚さが１μｍ以上あれば、重なり長に関わらず、Ａ点における電界を十分に小さくすることができることがわかった。つまり、張出電極からＳｅ層への電荷の注入を十分に抑制することができることがわかった。したがって、この結果からも、上記第１から第５の実施形態の放射線画像検出器においては、電荷注入阻止層の厚さ（張出電極と第１の電極層または上部電極との間の電荷注入阻止層の厚さ）を１μｍ以上とすることが望ましい。

なお、図１８および図１９に、図１５の構成で絶縁体の誘電率を３．０とした場合におけるシミュレーション結果を示す。図１８および図１９からも上記と同様の結論を導き出すことができる。

本発明の放射線画像検出器の第１の実施形態を示す一部断面図 図１に示す放射線画像検出器の上面図 第１の実施形態の放射線画像検出器への放射線画像の記録の作用を説明するための図 第１の実施形態の放射線画像検出器からの放射線画像の読取りの作用を説明するための図 第１の実施形態の放射線画像検出器における張出電極の作用効果を説明するための図 本発明の第２の実施形態の放射線画像検出器の一部断面図 図６に示す放射線画像検出器の上面図 本発明の第３の実施形態の放射線画像検出器の一部断面図 図８に示す放射線画像検出器の上面図 本発明の第４の実施形態の放射線画像検出器の一部断面図 図１０に示す放射線画像検出器の上面図 本発明の第５の実施形態の放射線画像検出器の一部断面図 第５の実施形態の放射線画像検出器におけるアクティブマトリクス基板の平面図 第２の実施形態の放射線画像検出器への放射線画像の記録および読取りの作用を説明するための図 本発明の効果のシミュレーションで用いられた放射線画像検出器の構成を示す図 本発明の効果のシミュレーション結果を示す図 本発明の効果のシミュレーション結果を示す図 本発明の効果のシミュレーション結果を示す図 本発明の効果のシミュレーション結果を示す図 従来の放射線画像検出器への放射線画像の記録および読取りの作用を説明するための図

符号の説明

１ 第１の電極層（電圧印加電極）
２ 記録用光導電層（半導体層）
３ 電荷輸送層
４ 読取用光導電層
５ 第２の電極層
６ 蓄電部
７ ガラス基板
８ 透明線状電極
９ 遮光線状電極
１０，１５，１６ 放射線画像検出器
１１，３１，７３ 電荷注入阻止層
１２，２２，３２，４２，７４ 張出電極
２０ 高圧電源
３０ チャージアンプ
４０ 高圧電源
５０ 放射線画像検出器
５５ 電圧源
６０ アクティブマトリクス基板
６１ 収集電極
６２ 蓄積容量
６３ ＴＦＴスイッチ
６４ 画素
６５ 走査配線
６６ データ配線
７０ 放射線検出部
７１ 半導体層
７２ 上部電極（電圧印加電極）
８０ 読出回路
９０ ゲートドライバ
１０１ 第１の電極層
１０２ 記録用光導電層
１０３ 電荷輸送層
１０４ 読取用光導電層
１０５ 蓄電部
１０６ 透明線状電極
１０７ 遮光線状電極

Claims (17)

1. 電圧が印加される電圧印加電極と、放射線の照射を受けて電荷を発生する半導体層と放射線量に応じた電気信号を検出する電極とが積層された放射線画像検出器において、
   前記電圧印加電極の少なくとも端部を覆うように設けられた電荷注入阻止層と、
   該電荷注入阻止層の上面に、前記電圧印加電極の端部の側端面よりも外側に一方の側端面が位置するとともに、他方の側端面が前記電圧印加電極の端部の側端面の位置または該側端面の位置よりも内側に位置するように設けられた張出電極とを備えたことを特徴とする放射線画像検出器。
2. 前記張出電極が、前記電圧印加電極の外周に沿って設けられ、前記電圧印加電極と接触していることを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出器。
3. 前記張出電極が、前記電圧印加電極の全面に亘って設けられ、前記電圧印加電極と接触していることを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出器。
4. 前記張出電極が、前記電圧印加電極の外周に沿って設けられ、前記電圧印加電極とは接触することなく、前記電圧印加電極に印加される電圧と同極性の電圧が印加されるものであることを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出器。
5. 前記張出電極が、前記電圧印加電極の全面に亘って設けられ、前記電圧印加電極とは接触することなく、前記電圧印加電極に印加される電圧と同極性の電圧が印加されるものであることを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出器。
6. 前記電荷注入阻止層の厚さが、１μｍ〜３０μｍであることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の放射線画像検出器。
7. 前記電荷注入阻止層が、絶縁材料から形成されていることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の放射線画像検出器。
8. 前記電荷注入阻止層が、ポリパラキシリレンから形成されていることを特徴とする請求項７記載の放射線画像検出器。
9. 前記電圧印加電極が、負の電圧が印加されるものであり、
   前記電荷注入阻止層が、前記電圧印加電極から前記半導体層への電子の注入を阻止するとともに、正孔を輸送するものであることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の放射線画像検出器。
10. 前記電荷注入阻止層が、有機高分子物質に正孔輸送材料を添加したものから形成されていることを特徴とする請求項９記載の放射線画像検出器。
11. 前記有機高分子物質が、ポリカーボネートであることを特徴とする請求項１０記載の放射線画像検出器。
12. 前記正孔輸送材料が、TPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis-(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine)であることを特徴とする請求項１０または１１記載の放射線画像検出器。
13. 前記電圧印加電極が、正の電圧が印加されるものであり、
    前記電荷注入阻止層が、前記電圧印加電極から前記半導体層への正孔の注入を阻止するとともに、電子を輸送するものであることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の放射線画像検出器。
14. 前記電荷注入阻止層が、有機高分子に電子輸送材料を添加したものから形成されていることを特徴とする請求項１３記載の放射線画像検出器。
15. 前記有機高分子が、ポリカーボネートであることを特徴とする請求項１４記載の放射線画像検出器。
16. 前記電子輸送材料が、カーボンクラスターまたはその誘導体、もしくはカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１４または１５記載の放射線画像検出器。
17. 前記カーボンクラスターが、フラーレンＣ_６０、フラーレンＣ_７０、酸化フラーレンまたはそれらの誘導体から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１６記載の放射線画像検出器。

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