JP2012098175A - 放射線検出素子およびその製造方法、放射線検出モジュール並びに放射線画像診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】解像度特性が向上した放射線検出素子およびその製造方法、放射線検出モジュール並びに放射線画像診断装置を提供する。
【解決手段】加熱し蒸発させた蒸着材料を複数の放出孔４１Ａ１，〜４１Ａｎ，４１Ｂ１〜４１Ｂｍを有する蒸着用容器（プレート）４１に誘導し、蒸着材料を複数の放出孔４１Ａ１，〜４１Ａｎ，４１Ｂ１〜４１Ｂｍから放出してセンサー基板１１に蒸着する。これによりシンチレータ層を構成する柱状結晶の成長および分布のばらつきが低減される。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射線を可視光に変換して放射線の計数・分析を行う放射線検出素子およびその製造方法、放射線検出モジュール並びに放射線画像診断装置に関する。

近年、液晶ディスプレイ用薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）技術の進歩により大面積、且つ、デジタル化が達成された様々なフラットパネル検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）が開発され、医療画像分析または工業用非破壊検査等に用いられている。

ＦＰＤは、放射線（Ｘ線，α線，β線，電子線または紫外線等）画像を読み取り、瞬時にディスプレイ上に表示できるものである。この表示された画像は、デジタル情報として直接取り出すことが可能であるため、データの保管、加工あるいは転送などの取り扱いが容易である。また、感度等の特性は撮影条件に依存するが、従来のスクリーンフィルム系撮影法、コンピューティッドラジオグラフィ撮影法と比較して、同等またはそれ以上であることが確認されている。

ＦＰＤには、放射線を電荷信号として読み出す直接方式と、放射線を光検出基板上に設けられた蛍光体層（シンチレータ層）によって可視光に変換して読み出す間接方式との２つの方式がある。シンチレータ層は、主剤として結晶が柱状に成長するヨウ化セシウム（ＣｓＩ）と感度を上げるための付活剤として例えばタリウム（Ｔｌ）またはナトリウム（Ｎａ）等の無機材料を用いた共蒸着によって形成される。

間接方式のＦＰＤ（例えば放射検出素子）では、上面から照射された放射線をシンチレータ層において光に変換し、その光を光検出器によりシンチレータ層の底面側から読み取る。ＦＰＤの解像度特性を向上させるためには、変調伝達関数（ＭＴＦ：Modulation Transfer Function）が均一、即ちシンチレータ層を構成する複数の柱状結晶が均一に成長および分布している必要がある。このため、例えば特許文献１では、蒸発させた蒸着材料（主剤および付活剤）の温度、蒸着材料を収容する容器の温度および蒸着速度のうちのいずれかを厳密に制御することによって高精度で安定したシンチレータ層を得る方法が提案されている。また、引用文献２では、シンチレータ層とシンチレータ層上に設けられた反射層との間に反射制限手段を設け、反射光量に面内分部を持たせることによりＭＴＦ特性のばらつきを抑える方法が提案されている。

特開２００８−８８５３１号公報 特開２００８−９６３４４号公報 特開２００６−２２５７２５号公報

しかしながら、特許文献１の放射線検出素子では、シンチレータ層を構成する柱状結晶の成長および分布のばらつきの低減は十分とはいえず、シンチレータ層の中心部と周辺部との膜厚の差、即ち柱状結晶の成長率の差は依然として存在する。また、引用文献２では、反射制限手段として光吸収層または反射防止膜等を設けるため製造工程が増加する。更に、シンチレータ層自体の膜質の改善は図られていない。

一方、有機材料を用いた有機ＥＬディスプレイ等の分野では、蒸着によって略均一な膜厚を得るために様々な方法が開発されている。例えば引用文献３では、基板などの被蒸着部材へ放出される蒸着材料の指向性を弱めることにより、被蒸着部材に形成された膜の膜厚を略均一にする蒸着装置が提案されている。具体的には、被蒸着部材と同程度の蒸着材料放出用の容器を設け、この容器の被蒸着部材側に蒸着材料を放出する複数の放出孔を形成する。この複数の放出孔から蒸発した蒸着材料を被蒸着部材に放出することによって、略均一な蒸着膜の形成が可能となる。

しかしながら、蒸着材料として有機材料を用いた場合の加熱温度は３００℃程度であるのに対し、ＣｓＩ等の無機材料を用いた場合には７００℃〜１０００℃、あるいはそれ以上の加熱が必要である。そのため引用文献３に提案された蒸着装置をそのまま用いることはできない。また、このような引用文献３に示された蒸着方法または類似の方法を無機材料に適用して蒸着膜を形成した報告例は皆無である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、解像度特性を向上させることのできる放射線検出素子の製造方法、およびその方法により製造された放射線検出素子、放射線検出モジュール並びに放射線画像診断装置を提供することにある。

本発明の放射線検出素子の製造方法は、蒸着材料を加熱し蒸発させる工程と、蒸発した蒸着材料を複数の放出孔を有する蒸着用容器に誘導する工程と、蒸発した蒸着材料を複数の放出孔から放出し、基板に蒸着させることにより、各側面に実質的に凹凸を有しない複数の柱状結晶により構成されているシンチレータ層を形成する工程とを含むものである。

本発明の放射線検出素子は、上記方法により形成されたものであり、複数の柱状結晶により構成されているシンチレータ層の各側面には実質的に凹凸がなく平坦となっている。

本発明の放射線検出モジュールは、上記放射線検出素子と、放射線検出素子によって変換された光を電気信号に変換する光電変換素子とを備えたものである。

本発明の放射線画像診断装置は、放射線を発生する放射線源装置と、上記放射線検出モジュールを有する放射線検出器とを備えたものである。

本発明の放射線検出素子およびその製造方法、放射線検出モジュール並びに放射線画像診断装置では、加熱によって蒸発した蒸着材料を、複数の放出孔を有する蒸着用容器に誘導し、蒸着材料を複数の放出孔から放出して基板上に蒸着させることにより、シンチレータ層を構成する柱状結晶の成長および柱径のばらつきが低減され、よってシンチレータ層の膜質のばらつきが低減される。

本発明の放射線検出素子およびその製造方法、放射線検出モジュール並びに放射線画像診断装置によれば、蒸着材料を複数の放出孔から放出して基板上に蒸着させるようにしたので、側面に実質的に凹凸がない平坦な柱状結晶によりシンチレータ層を形成することができ、膜質のばらつきを低減することが可能となる。これにより、基板中心部および周辺部におけるＭＴＦ特性のばらつきが低減され、解像度特性が向上する。

本発明の第１の実施の形態に係る放射線検出素子の構成を表す断面図である。 図１のシンチレータ層を形成するための蒸着装置を表す概略図である。 従来例の蒸着装置を表す概略図である。 従来例に係るシンチレータ層を構成する柱状結晶の模式図およびシンチレータ層の断面図である。 図１のシンチレータ層を構成する柱状結晶の模式図である。 図１のシンチレータ層および従来例のシンチレータ層の基板位置によるＭＴＦの変化を表す特性図である。 本発明の第２の実施の形態に係る放射線検出素子の構成を表す断面図である。 上記実施の形態の放射線検出素子の適用例の構成を表すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、以下の順に図面を参照しつつ説明する。
［第１の実施の形態］
（センサー基板に直接シンチレータ層が設けられた放射線検出素子）
（１）放射線検出素子の構成
（２）製造方法
［第２の実施の形態］
（支持基板側にシンチレータ層が設けられた放射線検出素子）

［第１の実施の形態］
（放射線検出素子の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る放射線検出素子１を備えた放射線検出モジュールの断面構成を表したものである。放射線検出素子１は、センサー基板１１、シンチレータ層１２、接着層１３、反射層１４および保護層１５をこの順に有している。放射線検出モジュールは、放射線検出素子１と、センサー基板上に設けられたスイッチ素子および光電変換素子を含むものである。

センサー基板１１は、ＴＦＴ等のスイッチ素子（図示せず）と、光を電気信号に変換するための複数の光電変換素子により構成された光電変換部（図示せず）とを備えている。このセンサー基板１１は、放射線検出器で用いられている材料、例えばガラスにより構成されている。センサー基板１１の厚みは、耐久性や軽量化という観点から５０〜７００μｍであることが好ましい。

シンチレータ層１２は、放射線の照射により蛍光を発する放射線蛍光体を含有する層である。蛍光体材料としては、放射線のエネルギーを吸収して、波長が３００ｎｍ〜８００ｎｍの電磁波、即ち可視光線を中心に紫外光から赤外光にわたる電磁波（光）への変換効率が比較的高く、蒸着によって容易に柱状結晶構造を形成しやすい材料が好ましい。柱状結晶構造を形成することにより、光ガイド効果による結晶内における発光光の散乱が抑えられると共に、シンチレータ層１２の膜厚を厚くすることができ、これにより高い画像分解能が得られるためである。具体的な蛍光体材料としては、主剤として例えばＣｓＩ、発光効率等を補うための付活剤として例えばＴｌまたはＮａを用いることが好ましい。また、シンチレータ層１２の厚みは、例えば１００μｍ〜７００μｍであることが好ましく、柱状結晶の太さは、最表面で１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。

なお、シンチレータ層１２に用いられる蛍光体材料は、上記ＣｓＩおよびＴｌ等に限定されるものではない。例えば、基本組成式（Ｉ）：Ｍ^IＸ・ａＭ^IIＸ'₂・ｂＭ^IIIＸ''₃で表わされるアルカリ金属ハロゲン化物系蛍光体を用いてもよい。上記式において、Ｍ^Iはリチウム（Ｌｉ），Ｎａ，カリウム（Ｋ），ルビジウム（Ｒｂ）およびＣｓからなる群より選択される少なくとも１種のアルカリ金属を表す。Ｍ^IIはベリリウム（Ｂｅ），マグネシウム（Ｍｇ），カルシウム（Ｃａ），ストロンチウム（Ｓｒ），バリウム（Ｂａ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ）およびカドミウム（Ｃｄ）からなる群より選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属または２価金属を表し、Ｍ^IIIはスカンジウム（Ｓｃ），イットリウム（Ｙ），ランタン（Ｌａ），セリウム（Ｃｅ），プラセオジム（Ｐｒ），ネオジム（Ｎｄ），プロメチウム（Ｐｍ），サマリウム（Ｓｍ），ユウロピウム（Ｅｕ），ガドリニウム（Ｇｄ），テルビウム（Ｔｂ），ジスプロシウム（Ｄｙ），ホルミウム（Ｈｏ），エルビウム（Ｅｒ），ツリウム（Ｔｍ），イッテルビウム（Ｙｂ），ルテチウム（Ｌｕ），アルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）からなる群より選択される少なくとも１種の希土類元素又は３価金属を表す。また、Ｘ、Ｘ'およびＸ"はそれぞれ、フッ素（Ｆ），塩素（Ｃｌ），臭素（Ｂｒ）およびヨウ素（Ｉ）からなる群より選択される少なくとも１種のハロゲン元素を表す。Ａは、Ｙ，Ｃｅ、Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｃｕ，銀（Ａｇ），Ｔｌおよびビスマス（Ｂｉ）からなる群より選択される少なくとも１種の希土類元素又は金属を表す。また、ａ，ｂおよびｚはそれぞれ、０≦ａ＜０．５、０≦ｂ＜０．５、０＜ｚ＜１．０の範囲内の数値を表わす。更に、上記基本組成式（Ｉ）中のＭ^Iは少なくともＣｓを含んでいることが好ましく、Ｘは少なくともIを含んでいることが好ましい。また、Ａは特にＴｌまたはＮａであることが好ましい。ｚは１×１０^-4≦ｚ≦０．１であることが好ましい。

また、上記基本組成（Ｉ）の他に、基本組成式（II）：Ｍ^IIＦＸ：ｚＬｎで表わされる希土類付活アルカリ土類金属フッ化ハロゲン化物系蛍光体を用いてもよい。上記式において、Ｍ^IIはＢａ，ＳｒおよびＣａからなる群より選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属を表す。ＬｎはＣｅ，Ｐｒ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｎｄ，Ｅｒ，ＴｍおよびＹｂからなる群より選択される少なくとも１種の希土類元素を表す。Ｘは、Ｃｌ，ＢｒおよびＩからなる群より選択される少なくとも１種のハロゲン元素を表す。また、ｚは、０＜ｚ≦０．２である。なお、上記式中のＭ^IIとしては、Ｂａが半分以上を占めることが好ましい。Ｌｎとしては、特にＥｕまたはＣｅであることが好ましい。また、他に、ＬｎＴａＯ₄：（Ｎｂ，Ｇｄ）系，Ｌｎ₂ＳｉＯ₅：Ｃｅ系，ＬｎＯＸ：Ｔｍ系（Ｌｎは希土類元素である），Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｔｂ，Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｐｒ，Ｃｅ，ＺｎＷＯ₄，ＬｕＡｌＯ₃：Ｃｅ，Ｇｄ₃Ｇａ₂₅Ｏ₁₂：Ｃｒ，Ｃｅ、ＨｆＯ₂等が挙げられる。

接着層１３は、シンチレータ層１２と反射層１４を接続するためのものである。接着層１３の材料としては、例えばエポキシ樹脂等の接着剤、粘着剤などを用いることができる。

反射層１４は、シンチレータ層１２からセンサー基板１１とは反対側に発せられる蛍光を反射してセンサー基板１１に設けられた光電変換素子に到達する蛍光光量を増大させるためのものである。また、反射層１４はシンチレータ層１２の防湿保護層としての役割も兼ねている。反射層１４の材料としては、金属薄膜を用いることが好ましく、例えばＡｌ，Ａｇ，ＮｉおよびＴｉを用いることができる。この他、シリコン系樹脂およびエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂材料、アクリル系等のメタクリル系樹脂あるいはブチラール系等のポリビニルアセタール系樹脂等の熱可塑性樹脂材料をバインダ材とし、平均粒径がサブミクロン程度の酸化チタン（ＴｉＯ₂），酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）あるいは二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）等の光散乱性粒子を含有してもよい。反射層１４の膜厚は、例えば５０ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましい。

保護層１５は、反射層１４を保護するためのものであり、反射層１４上に設けられている。保護層１５の材料としては、例えばポリウレタン、塩化ビニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合体、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリアミド樹脂、ポリビニルブチラール、ポリエステル、セルロース誘導体、ポリイミド、ポリアミド、ポリパラキシリレン、スチレン−ブタジエン共重合体が挙げられる。この他、合成ゴム系樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル系樹脂、尿素ホルムアミド樹脂等を萌えいいてもよい。保護層１５の厚みとしては、１０μｍ〜６０μｍが好ましく、更に２０μｍ〜５０μｍであることが好ましい。

（蒸着装置）
本実施の形態におけるシンチレータ層１２は、図２（Ａ），（Ｂ）に示した蒸着装置１０を用いて形成される。図２（Ａ）に示したように、蒸着装置１０は真空チャンバ（蒸着室）２０内にセンサー基板１１（被蒸着部材）を保持するための保持具３０と、加熱蒸発部４０と、真空ポンプ（真空排気手段）５０と、ガス導入ノズル６０とを備えている。なお、蒸着装置１０はこの他に公知の真空蒸着装置が有する各種の部材を有していてもよい。例えば、被蒸着部材の洗浄を行うマッチングボックスや真空チャンバ２０内の真空度を測定する真空計等を有していてもよい。

加熱蒸着部４０では、蒸着材料（蛍光体；例えばＣｓＩおよびＴｌＩ）を加熱蒸発させることにより保持具３０によって保持されたセンサー基板１１へシンチレータ層が形成される。加熱蒸着部４０には、蒸着用容器（プレート）４１および蒸発容器４２Ａ，４２Ｂが設けられている。蒸発容器４２Ａ，４２Ｂは蒸着材料として主剤であるＣｓＩと付活剤であるＴｌＩをそれぞれ独立して加熱、蒸発させるためのものである。プレート４１には蒸発した蒸着材料（ＣｓＩおよびＴｌＩ）を放出するための放出孔４１Ａ，４１Ｂが複数設けられている。プレート４１と蒸発容器４２Ａ，４２Ｂとの間には、誘導管４３Ａ，４３Ｂが設けられ、この誘導管４３Ａ，４３Ｂにより蒸発したＣｓＩおよびＴｌＩかプレート４１へ導かれるようになっている。また、センサー基板１１とプレート４１との間には、放出孔４１Ａ，４１Ｂからセンサー基板１１へ放出されるＣｓＩおよびＴｌＩの飛翔経路を遮断または解放するためのシャッタ（図示せず）が設けられている。なお、保持具３０に設置したセンサー基板１１とプレート４１との間隔は、例えば１００ｍｍ〜５００ｍｍとすることが好ましい。また、上記部材の他、図示しないが、プレート４１を覆う保温カバー、誘導管４３Ａ，４３Ｂを加熱するためのヒータあるいは蒸着材料の分解温度以上の熱が加わることを防止するための冷却板等を設けてもよい。

図２（Ｂ）は、プレート４１の平面構成を表したものである。プレート４１の大きさは蒸着部材であるセンサー基板１１より小さく、その上面にはＣｓＩおよびＴｌＩをそれぞれ放出するための放出孔４１Ａ，４１Ｂが所定の間隔置きに、例えば縦横に複数列設けられている。放出孔４１Ａ，４１Ｂそれぞれの間隔は任意であるが、放出孔４１Ａ１，〜４１Ａｎ同士および放出孔４１Ｂ１〜４１Ｂｎ同士の間隔は一定であることが好ましい。また、図示しないがプレート４１の内部にはＣｓＩを放出孔４１Ａ１，〜４１Ａｎへ、ＴｌＩを放出孔４１Ｂ１〜４１Ｂｎへそれぞれ独立して導くための流路が設けられている。プレート４１および誘導管４３Ａ，４３Ｂの材質としては、蒸着材料として用いられるＣｓＩ等の無機材料の蒸発温度（例えば７００℃〜１０００℃程度）に耐性を持ち、蒸着材料と反応しない金属材料を用いることが好ましい。具体的には、例えばインコネル（商標）等を用いることができる。

なお、プレート４１は、図２（Ｂ）に示した矩形状に限らず、円形あるいは多角形であってもよく、センサー基板１１の形状に則した形状を用いることが好ましい。また、放出孔４１Ａ，４１Ｂの形状は図２（Ｂ）に示した円形におよび三角形に限らず、矩形あるいは多角形であってもよい。更に、ここではプレート４１の内部にＣｓＩおよびＴｌＩがそれぞれ流通する流路を設けたが、上下に２つのプレートを配置し、これらプレートの内部に空間を設け、ＣｓＩおよびＴｌＩそれぞれ独立して誘導させるようにしてもよい。プレートの内部に空間を設けることにより蒸着材料の濃度の均一化を図ることができる。

（製造方法）
まず、真空チャンバ２０内の保持具３０にセンサー基板１１を蒸着面が下方となるように設置する。続いて、蒸発容器４２Ａ，４２ＢにＣｓＩおよびＴｌＩをそれぞれ充填したのちシャッタを閉塞し、更に真空チャンバ２０を閉塞する。

次に、真空ポンプ５０を駆動して真空チャンバ２０内が例えば１×１０^-4Ｐａとなるまで排気したのち、排気を継続しつつガス導入ノズル６０によって例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを導入し、真空チャンバ２０内の圧力を例えば０．１Ｐａ〜１０Ｐａになるように調整する。

続いて、電源（図示せず）を駆動して蒸発容器４２Ａ，４２Ｂに通電してＣｓＩおよびＴｌＩを例えば６００℃〜９００℃で加熱する。加熱を開始した後、蒸発容器４２Ａ，４２Ｂの底部に配置した熱電対（図示せず）によってＣｓＩおよびＴｌＩの温度を測定し、それぞれ蒸発温度に達していることを確認したのち、シャッタを開放して蒸着を開始する。

設定したシンチレータ層１２の膜厚等に応じて所定時間の蒸着を行ったのちシャッタを閉塞し、電源による蒸発容器４２Ａ，４２Ｂへの通電を停止して蒸着を終了する。最後に、センサー基板１１が十分に冷却されたのち真空チャンバ２０内を大気に開放してシンチレータ層１２が形成されたセンサー基板１１を取り出す。なお、保持具３０はここでは固定されているが、後述する一般的な蒸着装置の保持具３００（図３）のように蒸着時にセンサー基板１１を回転させながら蒸着を行ってもよい。

シンチレータ層１２を形成した後は、接着層１３、反射層１４および保護層１５を例えば塗布、蒸着あるは転写によって形成する。具体的には、例えばシンチレータ層１２上に接着層１３としてエポキシ樹脂またはアクリル樹脂を薄く塗布したのち、Ａｌを蒸着し反射層１４を形成する。続いて、反射層１４上に保護層１５として例えばシリコン樹脂を塗布により形成する。次に、防湿処理を経たのち、放射線検出器等の組立工程へと進む。

図３は従来のシンチレータ層１０１２（図４）の形成に用いられている蒸着装置１０００の概略図である。この蒸着装置１０００では、センサー基板１０１１を保持具３０００に被蒸着面（受光面）を下向きの状態で設置し、真空チャンバ２０００内を真空排気したのち、センサー基板１１１の中心を軸として回転させながら蒸着する。蒸着材料（ＣｓＩおよびＴｌＩ）はセンサー基板１０１１と対向する任意の位置に設置した蒸発容器４２００Ａ，４２００Ｂにそれぞれ収容し、所定の温度まで予備加熱する。予備加熱中は、蒸着材料がセンサー基板１１１に到達しないようにシャッタ（図示せず）によって遮断する。蒸着材料が蒸発温度に達した時点でシャッタを開放し蒸着を開始する。

このような蒸着装置１０００を用いて形成したシンチレータ層１０１２は、蒸着材料（ＣｓＩおよびＴｌＩ）の蒸発源がそれぞれ１ヶ所、即ちスポットであるためセンサー基板１０１１上に対する蒸着材料の入射方向が位置によって大きく異なる。図４（Ａ），（Ｂ）はシンチレータ層１０１２を構成する柱状結晶の平面構成および断面構成を模式的に表したものである。このシンチレータ層１０１２は蒸着源の対向位置近傍、即ちシンチレータ層１０１２の中心付近では密に、且つ、柱径が大きな柱状結晶が多く形成される。これに対し、蒸着源から離れた位置、即ち周辺部では疎で、且つ、柱径の小さな柱状結晶が大半を占める。これは、周辺部方向に放出される蒸着材料は少ないためである。更に、周辺部方向に放出される蒸着材料が少ないため周辺部の柱状結晶は成長しにくい。そのため、図４（Ｃ）に示したようにシンチレータ層１０１２全体の膜厚は中央付近が比較的均一であるのに対し、周辺部の膜厚は端面方向に対してスロープ状に減少する。また、上述したように蒸着材料の入射方向は基板中心部と周辺部とでは大きく異なるため、柱状結晶の先端も基板中心部から周辺部に行くに従い先鋭となり、空間周波数が増加しコントラストの低下が生じる。この対策として、シンチレータ層１０１２の膜厚の薄い周辺部を除去して使用する方法もあるが、これでは除去のための追加工程が必要であり、蒸着材料に対するシンチレータ層の製造効率が低下するという問題が発生する。また、柱状結晶ごとに柱径が異なるため、シンチレータ層の面内におけるＭＴＦ特性のばらつきが存在する。更に、従来の蒸着装置１０００では、保持具３０００によってセンサー基板１０１１を回転させながら蒸着材料を蒸着させるため、蒸着源の位置が回転軸に対してオフセットしている場合には蒸着材料の蒸発の方向が不均一であったり、蒸着レートが変動する。これにより、図４（Ｂ）に示した柱状結晶のように側面に凹凸が形成される。具体的には凸部と凹部との差は２μｍ程度、あるいはそれ以上となる。この凸凹により光ガイド効果が失われ、柱状結晶内を通過する光が散乱されることによりＭＴＦ特性が低下する。

これに対して本実施の形態では、蒸発容器４２Ａ，４２Ｂ上に複数の放出孔４１Ａ１，〜４１Ａｎ，４１Ｂ１〜４１Ｂｍを備えたプレート４１を設けた。このプレート４１に蒸発したＣｓＩおよびＴｌＩを誘導し、複数の放出孔４１Ａ１，〜４１Ａｎ，４１Ｂ１〜４１Ｂｍからそれぞれ放出する、即ち複数の蒸着源でシンチレータ層１２を形成する。これにより、基板中心部および周辺部における蒸着材料の入射方向の差およびセンサー基板１１に到達する蒸着材料の差が低減されるため、図５（Ａ），（Ｂ）に示したようにシンチレータ層１２を構成する柱状結晶は、基板中心部および周辺部における成長が均質、且つ、複数の柱状結晶の柱径および間隔が略均一に形成される。即ち、基板中心部および周辺部における膜厚および膜質の差が小さい表面全体が平坦、且つ、膜質が均質なシンチレータ層１２が得られる。具体的には各柱状結晶の成長率の差、即ちシンチレータ層１２の面内における膜厚差は１０％以下となる。また、上述したように本実施の形態では、複数の放出孔４１Ａ１，〜４１Ａｎ，４１Ｂ１〜４１Ｂｍから平面上に蒸着材料が放出されるため、従来の蒸着装置１０００によって放出される蒸着材料と比較して、センサー基板１１における蒸発の方向が異なる可能性が少ない。このため、１つの柱状結晶の側面には実質的に凹凸がなく平坦となる。具体的には、前記柱状結晶の成長方向において、任意の部分における凸部と凹部の差が１μｍ以下に抑えられる。更に、図５（Ｃ）に示したように、各柱状結晶の先端部分の傾斜面のなす角度θは０°〜４０°の範囲内となる。図６は、本実施の形態における放射線検出素子１（実線）および従来例（破線）の基板位置によるＭＴＦの変化を表したものである。本実施の形態の放射線検出素子１では基板周辺部におけるＭＴＦ特性の低下が改善されていることがわかる。

このように本実施の形態の放射線検出素子１では、蒸発容器４２Ａ，４２Ｂ上に複数の放出孔４１Ａ１，〜４１Ａｎ，４１Ｂ１〜４１Ｂｍを備えたプレート４１を設け、これら放出孔４１Ａ１，〜４１Ａｎ，４１Ｂ１〜４１ＢｍからＣｓＩおよびＴｌＩをそれぞれ放出するようにしたので、柱状結晶の密度、柱径、成長率および先端角のばらつきが少なくなる。即ち、膜厚および膜質のばらつきが低減された、全面が平坦なシンチレータ層１２が形成される。従って、シンチレータ層１２のＭＴＦ特性の分布が低減されると共に、ノイズ特性および入力特性が改善され、シンチレータの解像度特性が向上する。

［第２の実施の形態］
以下、図７を参照して第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同一の構成要素については同一符号を付してその説明は省略する。本実施の形態における放射線検出素子２は、支持基板１６上に下地層１７、シンチレータ層１２および保護層１５を備えた、いわゆるシンチレータパネルである。図７は、ＴＦＴ等のスイッチ素子（図示せず）および複数の光電変換素子（図示せず）を備えたセンサー基板１１上に、この放射線検出器２を保護層１５側を下方にして備えた放射線検出モジュールの断面構成を表したものである。なお、本実施の形態におけるシンチレータ層１２は、下地層１７が形成された支持基板１６側に蒸着により形成されている。また、保護層１５は、シンチレータ層１２を保護するためのものであり、シンチレータ層１２上に設けられている。

支持基板１６は、放射線を透過する材料、例えばガラス、グラファイト、ベリリウム（Ｂｅ），チタン（Ｔｉ），アルミニウム（Ａｌ）等の軽金属あるいはそれらの合金、セラミックス、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド等により構成されている。支持基板１６の厚みは、センサー基板１１の厚みと同様に、耐久性や軽量化という観点から５０〜５００μｍであることが好ましい。

下地層１７は、支持基板１６を腐食等から保護するためのものである。下地層１７の材料としては、例えばポリエステル樹脂、ポリアクリル酸共重合体、ポリアクリルアミドあるいはこれらの誘導体および部分加水分解物が挙げられる。また、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリアクリル酸エステル等のビニル重合体およびその重合体、ロジン、シェラック等の天然物およびその誘導体等が挙げられる。この他、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステルおよびその誘導体、ポリ酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体、ポリオレフィン−酢酸ビニル共重合体等のエマルジョンも使用することができる。更に、カーボネート系、ポリエステル系、ウレタン系、エポキシ系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンおよびポリピロールなども用いることができる。下地層１７の厚みとしては、１μｍ〜５０μｍであることが好ましい。

下地層１７は、上記材料を溶剤に溶解した塗布液を用いて塗布、乾燥することにより形成される。溶剤としてはメタノール、エタノール、ｎ−プロパノール等の低級アルコール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン、トルエン、ベンゼン、シクロヘキサン、キシレン等の芳香族化合物、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等の低級脂肪酸と低級アルコールとのエステル、ジオキサン、エチレングリコールモノエチルエステル、エチレングリコールモノメチルエステルなどのエーテルおよびそれらの混合物が挙げられる。

本実施の形態の放射線検出素子２においても、図２に示した蒸着装置１０を用い、複数の放出孔４１Ａ１，〜４１Ａｎ，４１Ｂ１〜４１ＢｍからＣｓＩおよびＴｌＩを放出することにより、第１の実施の形態と同様の膜厚および膜質のばらつきが低減された全面が平坦なシンチレータ層１２が形成される。即ち、シンチレータ層１２のＭＴＦ特性の分布が低減されると共に、ノイズ特性および入力特性が改善され、シンチレータの解像度特性が向上する。

（適用例）
図８は、上記実施の形態の放射線検出素子１または放射線検出素子２が適用される放射線画像診断装置の一例としてＸ線診断装置（レントゲン）の構成を表したものである。このＸ線診断装置は、Ｘ線の透過強度を上記放射線検出素子１または放射線検出素子２を備えた放射線検出モジュールによって二次元平面上に描出する画像診断装置である。Ｘ線診断装置は、例えばＸ線の発生に必要なＸ線管装置１００Ａおよび発生したＸ線の範囲を制限する照射野限定器１００Ｂを含むＸ線源装置１００と、高電圧をＸ線管装置１００Ａに導くためのプラグ付きＸ線高電圧ケーブル（図示せず）と、高電圧を発生させるＸ線高電圧装置２００と、検体Ｈを透過したＸ線の強度を検出する放射線（Ｘ線）検出モジュールを含むＸ線検出器３００と、検出したＸ線を二次元平面上に表示する表示部４００とから構成されている。

このＸ線診断装置では、Ｘ線源装置１００において発生したＸ線が検体Ｈに照射され、検体Ｈを透過したＸ線がＸ線検出器３００によって検出され、検出されたＸ線の強度分布に基づいて描出された画像が表示部４００に表示される。

以上、第１の実施の形態、第２の実施の形態および適用例を挙げて本発明を説明したが、本発明は、上記第１および第２の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形することが可能である。

例えば、上記実施の形態では、蒸着材料であるＣｓＩ（主剤）およびＴｌＩ（付活剤）をそれぞれ別の蒸発容器４２Ａ，４２Ｂに入れて用いたが、主剤と付活剤を混合して１つの蒸発容器に入れて蒸発させてもよい。

１，２…放射線検出素子、１０，１０００…蒸着装置、１１，１０１１…センサー基板、１２，１０１２…シンチレータ層、１３…接着層、１４…反射層、１５…保護層、１６…支持基板、１７…下地層、２０，２０００…真空チャンバ、３０，３０００…保持具、４０…加熱蒸発部、４１…プレート、４１Ａ，４１Ｂ…放出孔、４２Ａ，４２Ｂ，４２００Ａ，４２００Ｂ……蒸発装置、４３Ａ，４３Ｂ…誘導管、５０…真空ポンプ、６０…ガス導入ノズル、１００…Ｘ線源装置、１００Ａ…Ｘ線管装置、１００Ｂ…照射野限定器、２００…Ｘ線高電圧装置。３００…Ｘ線検出器、４００…表示部。

Claims (11)

1. 基板上にシンチレータ層を有する放射線検出素子であって、
   前記シンチレータ層は、各側面に実質的に凹凸を有しない複数の柱状結晶により構成されている
   放射線検出素子。
2. 前記柱状結晶の成長方向において、任意の部分における凸部と凹部の差が１μｍ以下である、請求項１記載の放射線検出素子。
3. 前記複数の柱状結晶の柱径の差は３０％以下である、請求項１または２記載の放射線検出素子。
4. 前記シンチレータ層は前記複数の柱状結晶の密度分布が均一である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
5. 前記複数の柱状結晶の先端の傾斜角度が４０度以下である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
6. 前記シンチレータ層は中心部と周縁部との膜厚差が１０％以下である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
7. 前記シンチレータ層は、加熱によって蒸発した蒸着材料を複数の放出孔を有する蒸着用容器に誘導し、前記蒸着材料を前記複数の放出孔から前記基板上に蒸着させることによって形成された、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
8. 前記シンチレータ層はヨウ化セシウム（ＣｓＩ）を含む、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
9. 基板上にシンチレータ層を有する放射線検出素子と、前記放射線検出素子によって変換された光を電気信号に変換する光電変換素子とを備え、
   前記シンチレータ層は、各側面に実質的に凹凸を有しない複数の柱状結晶により構成されている
   放射線検出モジュール。
10. 放射線を発生する放射線源装置と、放射線検出素子および前記放射線検出素子によって変換された光を電気信号に変換する光電変換素子を有する放射線検出器とを備え、
    前記放射線検出素子は基板上にシンチレータ層を有し、
    前記シンチレータ層は、各側面に実質的に凹凸を有しない複数の柱状結晶により構成されている
    放射線画像診断装置。
11. 蒸着材料を加熱し蒸発させる工程と、
    前記蒸発した蒸着材料を複数の放出孔を有する蒸着用容器に誘導する工程と、
    前記蒸発した蒸着材料を複数の放出孔から放出し、基板に蒸着させることにより各側面に実質的に凹凸を有しない複数の柱状結晶により構成されているシンチレータ層を形成する工程と
    を含む放射線検出素子の製造方法。

Images