JP2011017683A - 放射線画像検出器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光検出感度に優れ、放射線画像の画質低下が抑制された放射線画像検出器及びその製造方法を提供する。
【解決手段】支持体１１上に、柱状結晶３４を含んで構成され、照射された放射線を光に変換するシンチレータ１８と、該シンチレータ１８から放出された光を電気信号に変換する光検出器１６とを有し、放射線が光検出器１６、シンチレータ１８の順に入射するように配置した放射線画像検出器であって、該シンチレータ１８の放射線入射側には柱状結晶３４が存在し、且つ、該シンチレータの放射線の入射側と反対側には非柱状結晶３６が存在する放射線画像検出器である。
【選択図】図３

Description

本発明は、医療用のＸ線撮影装置などに用いられる放射線画像検出器及びその製造方法に関する。

近年、放射線を直接デジタルデータに変換できるＦＰＤ（Flat Panel Detector）等の放射線画像検出器が実用化されている。この放射線画像検出器は、従来のイメージングプレートに比べて、即時に画像を確認できるといったメリットがあり、急速に普及が進んでいる。

この放射線画像検出器は、種々のタイプのものが提案されており、例えば、放射線を一度ＣｓＩ：Ｔｌ、ＧＯＳ（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ）などのシンチレータで光に変換し、変換した光を半導体層で電荷に変換して蓄積する間接変換方式がある。

放射線画像検出器では、例えば、生体などに使用する場合には、照射する放射線の量を低くすることが望ましく、光検出器部分での発光量が高く、感度の優れたシンチレータが望まれている。そのような観点から、絶縁性基板上にＣｓｌ等の結晶からなるシンチレータを貼り合わせるとともに、光検出器側から放射線を照射する放射線画像検出器が種々提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）
このような結晶を含んで構成されるシンチレータにおいては、理論上は結晶相が厚いほど感度が向上するが、実際には結晶相の厚みをある程度以上厚くすると、光がシンチレータを通過する際に減衰したり、散乱したりして、十分な感度が得られなかったり、画像のボケが生じるなどの問題があり、さらなる感度の向上が望まれている。

感度向上を目的とし、シンチレータ層を柱状結晶体の集合体で構成するとともに、賦活剤の濃度に傾斜を持たせる放射線画像検出器が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。しかしながら、このシンチレータは製造時のプロセスの制御に精密さを要するために歩留まりの低下を招く可能性があり、且つ、感度や得られる画像の解像度についても満足できるものではなく、改良が望まれているのが現状である。

特許第３３３３２７８号 特開２００１−３３０６７７号公報 特開２００８−５１７９３号公報

本発明は、上記事実を考慮し、検出感度に優れ、放射線画像の鮮鋭度低下が抑制された放射線画像検出器及びその簡易な製造方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る放射線画像検出器は、支持体上に、柱状結晶を含んで構成され、照射された放射線を光に変換するシンチレータと、該シンチレータから放出された光を電気信号に変換する光検出器とを有し、放射線が光検出器、シンチレータの順に入射するように配置した放射線画像検出器であって、該シンチレータの放射線入射側には柱状結晶領域が存在し、且つ、該シンチレータの放射線の入射側と反対側には非柱状結晶領域が存在することを特徴とする。
本発明においては、シンチレータの放射線入射側に発光効率の高い柱状結晶領域が存在することで、光検出器近傍において、効率よい発光が得られる。また、柱状結晶の間隙は発光した光のガイド機能を果たすため、発せられた光が拡がらずに効率よく透過し、画像ボケの発生が抑制される。さらに、シンチレータ深部の非柱状結晶領域が反射層の機能を果たすため、光検出器と逆方向へと進行した光もシンチレータ深部において効率よく反射され、発光の検出効率が向上する。このため、感度よく、鮮鋭度の高い画像が検出される。

本発明の放射線画像検出器は、請求項２に示すように、前記シンチレータの放射線入射側に存在する柱状結晶領域の厚みをｔ１とし、シンチレータの放射線の入射側と反対側に存在する非柱状結晶領域の厚みをｔ２としたとき、ｔ１とｔ２との関係が下記式を満たすことが好ましい。
（式） ０．０１≦（ｔ２／ｔ１）≦０．２５
柱状結晶領域と非柱状結晶領域の厚みが上記式を満たすことで、シンチレータ厚み方向における発光、光の誘導と反射が好ましい領域において行われ、光検出感度と画像の解像度がより向上する。

本発明の放射線画像検出器は、請求項３に示すように、前記非柱状結晶領域における非柱状結晶の結晶径が０．５μｍ以上７．０μｍ以下であることも好ましい態様である。
また、請求項４に記載されるように、前記シンチレータが、Ｃｓｌ：Ｔｌを含有する結晶を含んで構成されることが好ましく、このような結晶を含んで構成されるシンチレータは、支持体上に気相堆積法により形成されることが、柱状結晶領域及び非柱状結晶領域の厚みを制御する上で好ましい。

本発明の請求項６に係る放射線画像検出器の製造方法は、前記本発明の放射線画像検出器の製造方法であって、支持体上に、気相堆積法によりシンチレータを形成する際に、真空度及び支持体温度の少なくとも一方の条件を変更することで、非柱状結晶領域と柱状結晶領域とを順次形成するシンチレータ形成工程を含むことを特徴とする。
このような工程を経ることにより、シンチレータにおける非柱状結晶領域と柱状結晶領域が順次、容易に形成され、また、真空度や支持体温度の各条件とこれを変更するタイミングと、を制御することで、各結晶領域の形状や厚みを所望のサイズに制御することができる。

本発明の放射線画像検出器の製造方法においては、請求項７に記載のように、前記シンチレータ形成工程の後に、さらに、形成されたシンチレータの柱状結晶領域が存在する側の面と、光検出器とを対向させて密着させる工程を行ってもよく、また、請求項８に記載のように、形成されたシンチレータの柱状結晶領域が存在する側の面と、光検出器とを、樹脂層を介して対向させることで光学的に結合させる工程を行ってもよい。

本発明は、上記構成としたので、光検出感度に優れ、放射線画像の鮮鋭度低下が抑制された放射線画像検出器及びその簡易な製造方法を提供しうるという優れた効果を有する。

間接変換方式に係る放射線画像検出器の構成を模式的に示す概略側面図である。 本実施形態に係る放射線検出装置の構成を模式的に示し、支持体側から見た概略図である。 本実施形態に係る放射線画像検出器のシンチレータ部分の結晶構成を模式的に示す概略図である。 シンチレータを構成する柱状結晶領域を示す電子顕微鏡写真である。 シンチレータを構成する非柱状結晶領域の非柱状結晶断面を示す電子顕微鏡写真である。 本実施形態に係る放射線画像検出器の全体構成を簡略化して示した概略図である。

以下に、本発明に係る放射線画像検出器の実施の形態の一例を図面に基づき説明する。
本実施の形態に係る放射線画像検出器は、Ｘ線撮影装置等に用いられるものであり、放射線の照射を受けることにより発光する層と、発光層の光を光電変換する導電層とを備えてなり、画像情報を担持する放射線の照射を受けて画像情報を記録し、記録した画像情報を表す画像信号を出力するものである。

以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。
（本実施形態に係る放射線画像検出器の構成）
まず、本実施形態に係る放射線画像検出器の構成を説明する。図１は、間接変換方式に係る放射線画像検出器の構成を模式的に示す概略側面図である。図２は、本実施形態に係る放射線検出装置の構成を模式的に示し、支持体側から見た概略図である。図３は、本実施形態に係る放射線画像検出器のシンチレータ層の構成を模式的に示す概略図である。図６は、放射線画像検出器の全体構成を簡略化して示した概略図である。

放射線画像検出器１０は、図１に示すように、薄膜トランジスタ（TFT：Thin Film Transistor）からなるスイッチ素子２８が絶縁性基板１２に形成されたＴＦＴ基板１６を備えている。本実施形態においては後述する光電変換層２６を備えたこのＴＦＴ基板１６が光検出器１６としての機能を有している。

このＴＦＴ基板１６は、入射される放射線（矢印で入射方向を示す）を変換する放射線変換層として、入射される放射線を光に変換する、支持体１１上に形成されたシンチレータ層１８と、平坦化層２３及び接着層２５とを介して密着されている。

シンチレータ層１８の形成には、例えば、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＧＯＳ（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ）、ＮａＩ：Ｔｌ（タリウム賦活ヨウ化ナトリウム）、ＣｓＩ：Ｎａ（ナトリウム賦活ヨウ化セシウム）からなる結晶を用いることができるが、シンチレータ層１８は、これらの材料からなるものに限られるものではない。なお、これらのなかでも、発光スペクトルがａ−Ｓｉフォトダイオードの分光感度の極大値（５５０ｎｍ付近）と適合する点、及び、湿度による経時的な劣化が生じがたいという点で、ＣｓＩ：Ｔｌを用いてなるものが好ましい。

以下、本実施形態のシンチレータ層１８について詳細に説明する。
本実施形態におけるシンチレータ層１８の放射線入射側には柱状結晶３４からなる柱状結晶領域が存在し、シンチレータ層の放射線の入射側と反対側には非柱状結晶３６からなる非柱状結晶領域が存在することを特徴とする。
柱状結晶３４からなる領域においては、効率よい発光が得られる柱状結晶３４が光検出器１６近傍に存在するとともに、柱状結晶３４の間隙が光のガイドとなって光拡散を抑制することで画像のボケが抑制される。さらに、深部まで到達した光も、非柱状結晶３６からなる領域において反射され、発光の検出効率が向上する。

図３はシンチレータ層１８内の結晶領域を示す模式図である。図３では、図１における放射線画像検出器とは異なり、シンチレータ層１８と光検出器１６とが、接着層２５の如き樹脂層を介さずに直接密着する態様を示している。図３に示すように、シンチレータ層１８の放射線入射側に存在する柱状結晶３４領域の厚みをｔ１とし、シンチレータ層１８の放射線の入射側と反対側に存在する非柱状結晶３６領域の厚みをｔ２としたとき、ｔ１とｔ２との関係が下記式を満たすことが好ましい。
（式） ０．０１≦（ｔ２／ｔ１）≦０．２５
柱状結晶３４領域の厚みｔ１と非柱状結晶３６領域の厚みｔ２とが上記式を満たすことで、シンチレータ厚み方向における発光効率、光の拡散防止及び光が反射される領域が好適な範囲となり、光の発光効率、光の検出効率と画像の解像度がより向上する。非柱状結晶領域の厚みｔ２が厚すぎる場合には、発光効率の低い領域が増え、感度の低下が懸念される。そのような観点から、（ｔ２／ｔ１）は０．０２以上０．１以下の範囲であることがより好ましい。

図４は、シンチレータ層を構成する柱状結晶３４の図３におけるＡ−Ａ断面を示す電子顕微鏡写真である。図４に明らかなように、柱状結晶３４からなる領域においては、柱状結晶３４は、結晶の成長方向に対しほぼ均一な断面径を示し、且つ、柱状部分が周辺部に間隙を有しており、互いに独立して存在することがわかる。この領域が発光効率の高い領域となるとともに柱状結晶の間隙が光の拡散を抑制する光ガイドとなるものと考えている。
ここで、柱状結晶の柱状部分の結晶径は２μｍ以上１５μｍ以下であることが、効率的な光誘導性を与える観点から好ましく、４μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。
なお、本発明における結晶径とは、柱状結晶の成長方向上面から観察した結晶の最大径を示す。具体的な測定方法としては、柱状結晶の膜厚方向に対して垂直な面からＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察することで柱径（結晶径）を測定する。１回の撮影でシンチレータを表面から見た時に柱状結晶が１００本から２００本観察できる倍率（約２０００倍程度）で観察し、１撮影に含まれる結晶全てに対し、柱状結晶の柱径の最大値を測定して平均した値を採用している。柱径（μｍ）は小数点以下２桁まで読み、平均値をＪＩＳ Ｚ ８４０１に従い小数点以下２桁目を丸めた値とした。

図５は、シンチレータ層１８を構成する非柱状結晶３６の図３におけるＡ’−Ａ’断面を示す電子顕微鏡写真である。図４に明らかなように、非柱状結晶領域では、結晶同士が不規則に結合したり重なり合ったりして結晶間の明確な間隙は殆ど認めらない。
非柱状結晶領域の如く、結晶間が癒着している場合の結晶径の測定は、隣接結晶間に生じる窪み（凹）同士を結んだ線を結晶間の粒界と見なし、癒着した結晶同士を最小多角形となるように分離して柱径および柱径に対応する結晶径を測定し、柱状結晶領域における結晶径と同様にして平均値をとり、その値を採用した。

非柱状結晶の結晶径は ０．２μｍ以上７．０μｍ以下であることが、効率的な反射を与える観点から好ましく、１．０μｍ以上６．０μｍ以下であることがより好ましい。
また、非柱状結晶の結晶形状は、反射効率の観点から、略球状であることが好ましく、非柱状結晶領域は、球状に近い結晶(略球状結晶）の集合体で構成されることが好ましい。

このような柱状結晶３４領域と非柱状結晶３６領域とが連続的に形成されてなるシンチレータ層１８は、以下に詳述するように適切な支持体１１上に、気相堆積法を用いて容易に形成しうる。
支持体１１としては、カーボン板、ＣＦＲＰ（ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ）、ガラス板、石英基板、サファイア基板、鉄、スズ、クロム、アルミニウムなどから選択される金属シートなどから適宜選ぶことができ、表面にシンチレータ層１８を構成する結晶領域を形成させうる限りにおいて特にこれらに限定されない。

絶縁性基板１２としては、例えば、ガラス基板、各種セラミック基板、樹脂基板を用いることができる。なお、絶縁性基板１２は、これらの材料に限られるものではない。

シンチレータ層１８とＴＦＴ基板１６との間には、シンチレータ層１８によって変換された光が入射されることにより電荷を生成する光導電層２０が配置されている。この光導電層２０のシンチレータ層１８側の表面には、光導電層２０にバイアス電圧を印加するためのバイアス電極２２が形成されている。

ＴＦＴ基板１６には、光導電層２０で生成された電荷を収集する電荷収集電極２４が形成されている。ＴＦＴ基板１６では、各電荷収集電極２４で収集された電荷が、スイッチ素子２８によって読み出される。このバイアス電極２２と光導電層２０と電荷収集電極２４との積層体を光電変換層２６と称する。

電荷収集電極２４は、ＴＦＴ基板１６に２次元状に配置されており、それに対応して、スイッチ素子２８が、図２に示すように、絶縁性基板１２に２次元状に配置されている。

また、ＴＦＴ基板１６には、一定方向（行方向）に延設され各スイッチ素子２８をオンオフさせるための複数本のゲート線３０と、ゲート線３０と直交する方向（列方向）に延設されオン状態のスイッチ素子２８を介して電荷を読み出すための複数本の信号線（データ線）３２が設けられている。

なお、ＴＦＴ基板１６上には、ＴＦＴ基板１６上を平坦化するための平坦化層２３が形成されている。また、ＴＦＴ基板１６とシンチレータ層１８との間であって、平坦化層２３上には、シンチレータ層１８をＴＦＴ基板１６に接着するための接着層２５が、形成されている。
なお、後述するように、ＴＦＴ基板１６とシンチレータ層１８との間には、接着層２５や樹脂製の平坦化層２３は必ずしも必要ではなく、ＴＦＴ基板１６表面とシンチレータ層１８を構成する柱状結晶３４領域とを対向させて直接密着して構成してもよい。

ＴＦＴ基板１６は、平面視において外縁に４辺を有する四辺形状をしている。具体的には、矩形状に形成されている。

平面視におけるＴＦＴ基板１６の周端部には、１辺において、個々のゲート線３０及び個々の信号線３２が接続された接続端子３８が配置されている。この接続端子３８は、図２に示すように、接続回路を介して回路基板に接続される。この回路基板は、外部回路としてのゲート線ドライバ（図示せず）及び、外部回路としての信号処理部（図示せず）を備えている。

各スイッチ素子２８は、ゲート線ドライバからゲート線３０を介して供給される信号により行単位で順にオンされ、オン状態とされたスイッチ素子２８によって読み出された電荷は、電荷信号として信号線３２を伝送されて信号処理部に入力される。これにより、電荷は行単位で順に読み出され、二次元状の放射線画像が取得可能となる。

なお、上記の構成では、ゲート線３０と信号線３２とが直交して延設されていたが、ゲート線３０及び信号線３２が平行に延設され、ＴＦＴ基板１６の周端部の１辺に配置された接続端子にゲート線３０及び信号線３２が接続される構成であってもよい。
上記の放射線画像検出器１０は、放射線を一旦、光に変換し、その光を電荷に変換して放射線検出を行う間接変換方式である。

本実施形態では、図６に示すように、支持体４０表面に上述の光検出器としてのＴＦＴ基板１６及びシンチレータ層１８が配置されている。放射線は、支持体４０側から入射され、ＴＦＴ基板１６を通してシンチレータ層１８に入射するようになっている。
このような放射線画像検出器は、放射線画像を高感度、高精細に検出しうるため、低放射線照射量で鮮鋭な画像を検出することを要求される、マンモグラフィなどの医療診断用のＸ線撮影装置をはじめ、様々な装置に組み込んで使用することができる。例えば、工業用のＸ線撮影装置として非破壊検査に用いたり、或いは、電磁波以外の粒子線（α線、β線、γ線）の検出装置として用いたりすることができ、その応用範囲は広い。

次に、前記本発明の放射線画像検出器を効率的に製造しうる放射線画像検出器の製造方法について説明する。
前記シンチレータ層１８は、支持体１１表面に直接気相堆積法により形成されることが好ましい。気相堆積法により非柱状結晶領域と柱状結晶領域とを順次連続して形成することができる。ここでは、ＣｓＩ：Ｔｌを用いた態様を例に挙げて説明する。
気相堆積法は常法により行うことができる。即ち、真空度０．０１〜１０Ｐａの環境下、ＣｓＩ：Ｔｌを抵抗加熱式のるつぼに通電するなどの手段で加熱して気化させ、支持体１１の温度を室温（２０℃）〜３００℃としてＣｓＩ：Ｔｌを支持体上に堆積させればよい。
気相堆積法により支持体１１上にＣｓＩ：Ｔｌの結晶相を形成する際、当初は不定形或いは略球状結晶の直径の比較的小さな結晶の集合体が形成される。気相堆積法の実施に際しては、真空度及び支持体温度の少なくとも一方の条件を変更することで、非柱状結晶領域の形成後に連続して気相堆積法により柱状結晶を成長させることができる。
即ち、所定の厚みｔ２となるように非柱状結晶領域を形成した後、真空度を上げる、支持体温度を高くする等の手段のうち少なくとも一方を行うことで、効率よく均一な柱状結晶を成長させることができる。

このようにして、支持体１１上にシンチレータ層１８を形成した後、これを光検出器と重ね合わせて配置することで本発明の放射線画像検出器１０を得ることができる。シンチレータ層１８と光検出器１６との重ね合わせ方法には特に制限はなく、両者が光学的に結合されればよい。両者を重ね合わせて配置する方法としては、両者を対向させて直接密着させる方法と、何らかの接着層や平坦化層を介して密着させる方法のいずれをとってもよい。

直接密着させる方法としては、シンチレータ層１８を支持体１１上に形成した後に、形成されたシンチレータ層１８の柱状結晶領域が存在する側の面と、光検出器であるＴＦＴ基板１６とを対向させて密着させる方法があり、このようにして両者を重ね合わせて配置することで、放射線画像検出器１０が製造される。密着させる工程は必ずしも両者の表面が完全に密着する必要はなく、シンチレータ層１８表面に結晶による凹凸が存在する場合でも、両者を重ね合せて配置することで光学的に結合していればよく、シンチレータ層１８において放射線が変換された光がＴＦＴ基板１６に入射すれば本発明の効果を奏することになる。

また、形成されたシンチレータ層１８の柱状結晶３４領域が存在する側の面と、光検出器１６とを、樹脂層を介して対向させることで光学的に結合させてもよい。樹脂層としては、シンチレータ層１８の表面を平滑にする平坦化層、両者を密着固定化する接着層、透明な液体またはゲルからなるマッチングオイル層などが挙げられる。これら樹脂層を構成する樹脂は、シンチレータ層１８から発生するシンチレーション光を減衰させることなく光検出器１６に到達させうるものであれば特に制限はない。
平坦化層を形成する樹脂としては、ポリイミドやパリレン等を使用することができ、製膜性が良好なポリイミドが好ましい。
接着層を形成する接着剤としてはシンチレータ層１８から発生するシンチレーション光に対して光学的に透明であれば限定されるものではなく、例えば、熱可塑性樹脂、UV硬化接着剤、加熱硬化型接着剤、室温硬化型接着剤、両面接着シート、などが挙げられるが、画像の鮮鋭度を低下させないという観点からは、光検出器１６の画素サイズに対して十分に薄い接着層を形成しうるという点で、低粘度エポキシ樹脂製の接着剤を用いることが好ましい。
また、上述のように、樹脂層の厚みは、感度、画像の観点からは５０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ〜３０μｍの範囲であることがより好ましい。

このような方法により前記本発明の放射線画像検出器を効率よく、容易に製造しうる。また、本発明の製造方法によれば、シンチレータ層の製膜における真空度や支持体温度を制御することで、簡易に種々の仕様のシンチレータ層を設計通りに製造することができるという利点をも有するものである。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら具体例に制限されるものではない。
［実施例１］
１．シンチレータの成膜
支持体として、液晶用の無アルカリガラス基板（０．７ｍｍ厚）を準備した。
まず、支持体に、ＣｓＩ結晶層との密着性向上を目的としてＡｒプラズマで表面処理した。その後、表面処理した支持体をシンチレータ成膜用の真空チャンバーにセットした。真空チャンバーは原料のＣｓＩ、ＴｌＩをそれぞれ独立に加熱するための複数のるつぼを備えている。チャンバーを排気した後、Ａｒを一定量流入することで装置真空度を０．７５Ｐａに設定した。原料るつぼを加熱して原料の融液状態が安定した時点で、支持体を真空装置の装置機構により同心円状に回転させ、シャッターを開き、非柱状結晶３６部分の蒸着を開始した。

この条件で製膜を行い、非柱状結晶３６の膜厚（ｔ２）が５μｍとなった時点で真空度を１Ｐａに上げ、柱状結晶３４の蒸着を開始した。なお、真空度を変更する際には原料の融液状態が変化するため、一度シャッターを閉じ、融液状態が安定したのを確認してから再度シャッターを開き、蒸着を再開した。柱状結晶３４膜厚（ｔ１）が５００μｍとなった時点で原料るつぼの加熱を止め、真空装置に吸気して支持体上に蒸着により、非柱状結晶３６領域と柱状結晶３４領域とを有するシンチレータ（以下シンチレータ層）１８を形成した。

２．シンチレータ層における物性評価
２−１．非柱状結晶領域の厚み（ｔ２）及び柱状結晶領域の厚み（ｔ１）の測定
シンチレータ層の任意の一部を割断し、柱状結晶方向の側面からＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察することで膜厚を測定した。膜厚の値は切り出した部分から無作為に１０カ所を選択して測定した値の平均値を用いた。なお、ＣｓＩは非導電性のため、Ａｕを約２００ÅスパッタしてからＳＥＭ観察を行った。

２−２．非柱状結晶及び柱状結晶の結晶径の測定
シンチレータ層の一部を支持体もしくは後述する比較例１においては、光検出基板から剥離し、柱状結晶の膜厚方向に対して垂直な面からＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察することで柱径（柱状結晶の断面径）を測定した。１回の撮影でシンチレータを表面から見た時に柱状結晶が１００本から２００本観察できる倍率（約２０００倍程度）で観察し、１撮影に含まれる結晶全てに対し、柱状結晶の柱径の最大値を測定して平均した。

なお、非柱状結晶領域の如く、結晶間が癒着している場合には、隣接結晶間に生じる窪み（凹）同士を結んだ線を結晶間の粒界と見なし、癒着した結晶同士を最小多角形となるように分離して柱径および柱径に対応する結晶径を測定した。柱径（ｕｍ）は小数点以下２桁まで読み、平均値をＪＩＳ Ｚ ８４０１に従い小数点以下２桁目を丸めた値とした。

支持体からシンチレータ層が剥離しにくい場合には、支持体から１００ｕｍ程度の位置にてシンチレータ層を結晶成長方向に垂直にスライスし、支持体に付着したＣｓＩ結晶の界面付近の形状が観察できる距離までＡｒイオンでエッチングした後、エッチング面から観察した。ＣｓＩは非導電性のため、Ａｕを約２０ÅスパッタしてからＳＥＭ観察を行った。

３．放射線画像検出器の作製
光検出器１６を準備し、表面にスピンコーターで、溶媒で希釈した低粘度エポキシ樹脂接着剤（ハンツマン社製アラルダイト２０２０）を溶媒揮発後の厚さが１５μｍとなるように塗布して接着層２５を形成した。光検出器１６に形成された接着層２６と得られたシンチレータ層１８の柱状結晶領域側を対向させたのち、加熱することで光検出器１６とシンチレータ層１８とを接着層２５を介して貼り合わせた。
その後、光検出器１６の端子部にＴＦＴ駆動用の回路基板と、電荷読み取り用の集積回路ＩＣを異方性導電膜により貼り付け、駆動制御とＡＤ変換を行うための回路基板に接続して実施例１の放射線画像検出器１０を作製した。
放射線が光検出器１６側から入射するように配置し、放射線画像の読み取りは、放射線画像検出器１０とケーブルで接続した走査用のＰＣを制御することにより実施した。

４．放射線画像検出器の評価
４−１．感度
放射線としてＸ線を使用した。Ｘ線照射時に光検出器１６を電気回路で駆動させ、シンチレーション光によりフォトダイオードで発生した光電変換による電荷を読み出し、チャージアンプで増幅した後にＡＤ変換することで発生電荷量を計算した。
Ｘ線非照射時の読み取り電荷（検出系のノイズ）量を事前に測定し、Ｘ線照射時の発生電荷量から差し引いた値を感度とした。なお、結果は後述する比較例１における感度を１００とした時の相対値で示す。実施例１の感度は１２０であった。

４−２．ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）
ＩＥＣ規格に準拠し、Ｗ（タングステン）製のＭＴＦエッジを撮影して得られたエッジ像を演算することでＭＴＦ曲線を得た。結果は２ｃｙｃｌｅ／ｍｍの値で比較し、比較例１の値を１００とした時の相対値で示す。実施例１のＭＴＦは１００であった。

４−３．総合判断
前記感度及びＭＴＦの評価結果の積を指標として放射線画像検出器の性能を判断した。感度とＭＴＦの積は１２０以上であると画像を官能評価した際に性能の違いがはっきりと認識され好ましい。実施例１の総合評価は１２０であり、後述する比較例１に対し、感度、画像の鮮鋭度に優れることがわかる。

［比較例１］
支持体として、実施例１で用いたガラス基板に変えて、ウェットエッチングにより表面に５μｍピッチで高さ５μｍ程度の凹凸を設けたガラス基板を用いた。
シンチレータ層の形成において、非柱状結晶部分の蒸着は行わずに、支持体上に直接柱状結晶層の蒸着を実施した以外は実施例１と同様にして比較例１の放射線画像検出器を作製した。実施例１と同様にして評価し、比較例１の結果を１００として相対評価をおこなう。

［実施例２〜実施例６］
実施例１において、非柱状結晶部分の膜厚を、真空度が０．７５Ｐａ時の蒸着時間を変更することで表１に記載のように調整した他は実施例１と同様にして、実施例２〜実施例６の放射線画像検出器を作製し、同様に評価した。結果を下記表1に示す。

［実施例７〜実施例１１］
実施例１において、非柱状結晶部分の製膜に際して、真空度を表１に示すものに変えて、非柱状結晶領域における結晶径を表１に記載のように調製した他は実施例１と同様にして、実施例２〜実施例６の放射線画像検出器を作製し、同様に評価した。結果を下記表1に示す。

［比較例２］
支持体として、実施例３で用いたガラス基板に変えて、光検出器１６表面に直接シンチレータ層１８を、実施例３と同様の条件にて製膜して形成した。本態様では、光検出器１６の近傍に非柱状結晶領域がまず形成され、その後、柱状結晶領域が形成されることになり、熱硬化性の接着剤による貼り合わせは実施していない。この処理以外は、実施例３と同様に行った。

表１に明らかなように、本発明の実施例１〜１１の放射線画像検出器は、シンチレータ層がすべて柱状結晶で構成される比較例１に比べて、高感度で且つ、画像のボケなどの画質低下が抑制され、得られる画像の鮮鋭度が高いことがわかる。
他方、光検出器１６側近傍に非柱状結晶領域を有する比較例２では、非柱状結晶領域における散乱及び発光効率の低下に起因して、十分な感度が得られないことがわかる。
また、実施例１〜１１により、柱状結晶領域の厚み（ｔ１）と非柱状結晶領域の厚み（Ｔ２）との比（ｔ２／ｔ１）が好ましい範囲にあるもの、非柱状結晶の結晶径が好ましい範囲にあるものは、特に感度が良好で、画像のボケが抑制されることがわかる。

１０ 放射線画像検出器
１６ 光電変換層を有するＴＦＴ基板（光検出器）
１８ シンチレータ層（放射線変換層）
２６ 光電変換層
３４ 柱状結晶
３６ 非柱状結晶

Claims (8)

1. 支持体上に、柱状結晶を含んで構成され、照射された放射線を光に変換するシンチレータと、該シンチレータから放出された光を電気信号に変換する光検出器とを有し、放射線が光検出器、シンチレータの順に入射するように配置した放射線画像検出器であって、
   該シンチレータの放射線入射側には柱状結晶領域が存在し、且つ、該シンチレータの放射線の入射側と反対側には非柱状結晶領域が存在する放射線画像検出器。
2. 前記シンチレータの放射線入射側に存在する柱状結晶領域の厚みをｔ１とし、シンチレータの放射線の入射側と反対側に存在する非柱状結晶領域の厚みをｔ２としたとき、ｔ１とｔ２との関係が下記式を満たす請求項１記載の放射線画像検出器。
   （式） ０．０１≦（ｔ２／ｔ１）≦０．２５
3. 前記非柱状結晶領域における非柱状結晶の断面径が０．５μｍ以上７．０μｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の放射線画像検出器。
4. 前記シンチレータが、Ｃｓｌ及びＴｌを含有する結晶を含んで構成される請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の放射線画像検出器。
5. 前記シンチレータが、支持体上に気相堆積法により形成された請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の放射線画像検出器。
6. 支持体上に、気相堆積法によりシンチレータを形成する際に、真空度及び支持体温度の少なくとも一方の条件を変更することで、非柱状結晶領域と柱状結晶領域とを順次形成するシンチレータ形成工程を含む請求項１から請求項５の何れか１項に記載の放射線画像検出器の製造方法。
7. 前記シンチレータ形成工程の後に、形成されたシンチレータの柱状結晶領域が存在する側の面と、光検出器とを対向させて密着させる工程を含む請求項６に記載の放射線画像検出器の製造方法。
8. 前記シンチレータ形成工程の後に、形成されたシンチレータの柱状結晶領域が存在する側の面と、光検出器とを、樹脂層を介して対向させることで光学的に結合させる工程を含む請求項６に記載の放射線画像検出器の製造方法。