JP2012242355A - 放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シンチレータや光検出部に形成された凹凸構造の損傷を防止する。
【解決手段】放射線の入射により光を発生するシンチレータは、立設された複数の柱状結晶３１からなり、柱状結晶３１の錐状の先端部３１ａが光検出部１７に形成された樹脂層２０に埋入している。樹脂層２０は、熱硬化性樹脂材からなり、柱状結晶３１の先端部３１ａを埋入させた状態で加熱することにより形成される。樹脂層２０は、柱状結晶３１より屈折率が低くいため、柱状結晶３１と光検出部１７との間における各層での平均屈折率が連続的に変化する。樹脂層２０は、柱状結晶３１の先端部３１ａを防止するとともに、光検出部１７への光入射効率を向上させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、柱状結晶構造のシンチレータと、シンチレータから射出された光を検出する光検出部とを備えた放射線検出装置に関する。

近年、照射されたＸ線やγ線、α線等の放射線を検出し、照射放射線量の分布を表す放射線画像のデータへ直接変換して出力する放射線検出装置が実用化されている。放射線検出装置として、基板上にフォトダイオード（ＰＤ）及び薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が画素ごとに形成されてなる光検出部の上に、ＣｓＩ、ＧＯＳ（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ）等のシンチレータ（蛍光体層）を積層した間接変換方式の放射線検出装置が知られている。シンチレータは、照射された放射線を光（可視光）に変換する。光検出部は、シンチレータから射出された光をＰＤにより電荷に変換して蓄積する。この電荷は、ＴＦＴを介して読み出される。

間接変換方式の放射線検出装置には、放射線入射側からシンチレータ、光検出部を順に配置したＰＳＳ（Penetration Side Sampling）方式と、このＰＳＳ方式とは逆に、放射線入射側から光検出部、シンチレータを順に配置したＩＳＳ（Irradiation Side Sampling）方式とがある。ＩＳＳ方式の放射線検出装置では、光検出部を透過した放射線をシンチレータで光に変換し、放射線入射方向とは逆方向に射出される光をＰＤによって検出する。シンチレータの発光量は、放射線の入射側がそれとは反対の裏面側に比べて大きく、ＩＳＳ方式では、シンチレータの放射線の入射側に近接して光検出部が配置される。このため、ＩＳＳ方式は、ＰＳＳ方式に比べて高感度化及び高鮮鋭化に有利である。

特許文献１には、シンチレータをＣｓＩ等からなる柱状結晶構造とし、柱状結晶の先端側を光検出部に向けて対向配置した放射線検出装置が開示されている。このシンチレータでは、放射線の照射により柱状結晶内で発生した光は、柱状結晶のライトガイド効果によって柱状結晶中を進行する。シンチレータから射出される光の散乱が抑制されるため、検出画像の鮮鋭度が向上する。

また、特許文献２には、間接変換方式の放射線検出装置においてさらに高感度化を図るため、シンチレータから光が入射する光検出部の表面を、複数の錐形状の突起からなる凹凸面とすることにより、光検出部への光の入射高率を高めることが開示されている。このように、凹凸構造により屈折率を連続的に変化させて入射面での反射を防止することにより光の入射効率を高める技術は、固体撮像装置の分野でも知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００８−２６０１３号公報 特許第３９９３１７６号公報 特開２０１０−２７２６１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のように柱状結晶による凹凸構造をシンチレータの表面に形成した場合や、特許文献２に記載のように反射防止のための凹凸構造を光検出部の表面に形成した場合には、シンチレータと光検出部との界面での接触により、凹凸構造が損傷し、感度や鮮鋭度が低下するといった問題がある。

本発明の目的は、シンチレータや光検出部に形成された凹凸構造の損傷を防止することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の放射線検出装置は、立設された複数の柱状結晶を有し、放射線の入射により光を発生して前記柱状結晶の先端部から射出するシンチレータと、前記柱状結晶の先端部に対向するよう配置され、前記先端部から射出された光を検出する光検出部と、前記シンチレータと前記光検出部との間に配置され、前記各柱状結晶の先端部による押圧により凹凸構造が形成された樹脂層と、を備えたものである。

前記樹脂層は、熱硬化性樹脂材からなることが好ましい。また、前記樹脂層は、前記シンチレータの発光ピーク波長の光を透過させることが好ましい。さらに、前記樹脂層は、前記シンチレータより屈折率が低いことが好ましい。

前記柱状結晶の先端部は、錐状であることが好ましい。また、前記複数の柱状結晶は、空隙を介して互いに離間していることが好ましい。

本発明の放射線検出装置は、前記シンチレータに、前記光検出部を透過した放射線が入射するようＩＳＳ方式とすることが好ましい。前記シンチレータは、ヨウ化セシウムからなることが好ましい。

前記光検出部は、基板と、この基板上に形成された画素部とからなり、この画素部の表面に前記樹脂層が形成されていることが好ましい。これに代えて、前記光検出部は、基板と、この基板上に形成された画素部とからなり、この画素部の表面に平坦化層が形成され、この平坦化層の表面に前記樹脂層が形成されたものであってもよい。

この場合、前記平坦化層と前記樹脂層との間で、かつ前記平坦化層の周縁部に、解体性接着剤を設けることが好ましい。前記解体性接着剤は、紫外線により接着性が低下する接着剤からなることが好ましい。

さらに、前記光検出部は、基板と、この基板上に形成された画素部とからなり、この画素部の表面に、前記シンチレータに向かって突出した複数の凸部を有する凹凸部が形成され、この凹凸部が埋入するように前記樹脂層が形成されたものであってもよい。

本発明の放射線検出装置によれば、シンチレータを構成する各柱状結晶の先端部による押圧により凹凸構造が形成された樹脂層を、シンチレータと光検出部との間に配置したので、シンチレータと光検出部との間の凹凸構造（柱状結晶の先端部）の破損を防止することができる。また、この構成により、シンチレータと光検出部との間における各層での平均屈折率が連続的に変化するため、シンチレータから光検出部への光入射効率が向上する。

樹脂層を熱硬化性樹脂材とすることにより、柱状結晶の先端部を熱硬化性樹脂材に埋入させた状態で加熱するといった簡単な手法で樹脂層を形成することができる。

本発明を実施した電子カセッテを一部破断して示す斜視図である。 電子カセッテの概略断面図である。 シンチレータの構成を示す概略断面図である。 シンチレータと光検出部との間の各層での平均屈折率を説明する図である。 光検出部とシンチレータとの接合方法を説明する工程図である。 光検出部の構成を模式的に示した断面図である。 電子カセッテの電気的構成を示すブロック図である。 本発明の別の実施形態の電子カセッテの構成を示す概略断面図である。 本発明の別の実施形態の電子カセッテの構成を示す概略断面図である。

図１において、電子カセッテ１０は、放射線を透過させる材料からなり、全体形状がおよそ箱形で、矩形状の上面が、被撮影者の体を透過した放射線が照射される照射面１１とされた筐体１２を備えた可搬型の放射線検出装置である。筐体１２のうち、照射面１１が設けられた天板１３以外の部分は、ＡＢＳ樹脂等から構成され、天板１３はカーボン等の放射線低吸収材から構成される。これにより、天板１３による放射線の吸収が抑制されるとともに、天板１３の強度が確保される。

電子カセッテ１０の照射面１１には、複数個のＬＥＤからなり、電子カセッテ１０の動作モード（例えば「レディ状態」や「データ送信中」等）やバッテリの残容量等の動作状態を表示するための表示部１５が設けられている。表示部１５は、ＬＥＤ以外の発光素子や、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示装置で構成してもよい。また、表示部１５は照射面１１以外の部分に配置してもよい。

電子カセッテ１０の筐体１２内には、被撮影者の体を透過した放射線の進行方向に沿って、照射面１１側から、光検出部１７及びシンチレータ１８がこの順に配置されている。また、筐体１２の内部には、照射面１１の長手方向に沿った一端側に、マイクロコンピュータを含む各種の電子回路や、充電可能かつ着脱可能なバッテリ（二次電池）を収容するケース１９が配置されている。光検出部１７を含む電子カセッテ１０の各種電子回路は、バッテリから供給される電力によって作動する。これらの各種電子回路が放射線の照射に伴って損傷することを回避するため、ケース１９の照射面１１側には鉛板等からなる放射線遮蔽部材（図示せず）が配設されている。

図２に示すように、光検出部１７は全面に亘って天板１３の内面に接着等により貼り付けられている。また、光検出部１７とシンチレータ１８との間は、樹脂層２０を介して貼り合わされており、周縁部のみが全周に亘り、柔軟性を有する固定剤２１によって固定されている。筐体１２内の底面には、基台２２が取付けられており、基台２２の天板の下面には、制御基板２３が取付けられている。制御基板２３と光検出部１７とは、フレキシブルケーブル２４を介して電気的に接続されている。

図３において、シンチレータ１８は、蒸着基板２６と、蒸着基板２６上に結晶成長されることにより立設した複数の柱状結晶３１とからなる。シンチレータ１８は、被撮影者の体を透過して筐体１２の照射面１１に照射され、天板１３及び光検出部１７を透過して照射された放射線を吸収して光（可視光）を放出する。

シンチレータ１８は、蒸着基板２６にタリウム活性化ヨウ化セシウム（ＣｓＩ：Ｔｌ）を蒸着することにより形成されたものであり、蒸着基板２６側は非柱状結晶３０となり、光検出部１７側に複数の柱状結晶３１が形成される。蒸着基板２６としては、耐熱性の高い材料が望ましく、低コストの観点からはアルミニウムが好適である。柱状結晶３１は、互いに空隙Ｇを介して離間されている。柱状結晶３１の平均径は、その長手方向に沿ってほぼ均一（約μｍ〜１０μｍ程度）である。なお、シンチレータ１８は、ＣｓＩ：Ｔｌに代えて、ナトリウム活性化ヨウ化セシウム（ＣｓＩ：Ｎａ）等で形成されたものであってもよい。

放射線は、光検出部１７を介してシンチレータ１８に入射するため、シンチレータ１８内での発光は、主に柱状結晶３１の光検出部１７側で生じる。シンチレータ１８で発生した光は、柱状結晶３１のライトガイド効果によって柱状結晶３１内を進行し、先端部３１ａから光検出部１７へ射出される。先端部３１ａは、ほぼ円錐状であり、その頂部の角度が鋭角（例えば、４０°〜８０°）である。この先端部３１ａの形状は、ＷＯ２００８／０２９６１０号公報に記されているように、先端部３１ａが凸曲面状の場合よりも光の反射を低減し、柱状結晶３１からの光の射出効率を向上させる。なお、先端部３１ａの長さは、約μｍ〜１０μｍ程度である。

柱状結晶３１で生じた光は、ライトガイド効果によって非柱状結晶３０にも到達し、非柱状結晶３０によって光検出部１７側へ反射されるため、光の射出効率がさらに向上する。

柱状結晶３１は互いに離間して配置されているが、その充填率（領域中の柱状結晶３１の占める割合）には適切な範囲がある。この充填率は、例えば７０〜８５％程度が最適である。充填率が過小（例えば７０％未満）になるとシンチレータ１８の発光量の低下が顕著になる一方、充填率が過大に（例えば８５％よりも高く）なると、隣り合う柱状結晶３１が接触しやすくなり、クロストークが発生して画像の鮮鋭度が低下する。

樹脂層２０は、ゲル状の熱硬化性樹脂材からなる。具体的な材料としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、シアルルフタレート樹脂などが好ましい。また、樹脂層２０は、少なくともシンチレータ１８の発光ピーク波長（ＣｓＩ：Ｔｌの場合には、約５６５ｎｍ）に対して透過性を有する。

光検出部１７は、詳しくは後述するが、ＴＦＴ基板４２と、その表層に形成された画素部４４とからなる。樹脂層２０は、画素部４４の表面に形成され、各柱状結晶３１の先端部３１ａが埋入することにより、先端部３１ａの一部または全てを覆っている。樹脂層２０は、先端部３１ａの埋入により凹凸構造が形成され、先端部３１ａが埋入されていない部分の厚みは、約μｍ〜１０μｍ程度である。なお、先端部３１ａの頂部の高さにはある程度の分布が生じるため、樹脂層２０の厚みは、この分布を吸収し、全ての先端部３１ａが埋まる程度の厚みであることが好ましい。

本実施形態では、先端部３１ａを光検出部１７から離間させているが、先端部３１ａを光検出部１７に当接させてもよい。なお、先端部３１ａと樹脂層２０との間に隙間が生じると、先端部３１ａと隙間との間で屈折率差が大きくなり、光の全反射が生じやすくなるため、隙間が生じないようにすることが好ましい。

シンチレータ１８の屈折率ｎ_１は約１．８である。これに対して、樹脂層２０の屈折率ｎ_２はシンチレータ１８の屈折率ｎ_１より低く、例えば約１．５である。図４は、各層での平均的な屈折率（以下、平均屈折率と呼ぶ）の変化を示す。先端部３１ａの形状、及び先端部３１ａと樹脂層２０との屈折率ｎ_１，ｎ_２の関係により、平均屈折率は連続的な変化を示す。この平均屈折率の変化により、先端部３１ａから画素部４４へ入射する光の反射が防止され、画素部４４への光入射効率が向上する。

また、シンチレータ１８の周囲は、保護フイルム３２によって覆われている。保護フイルム３２は、大気中の水分に対してバリア性を有する材料として、例えば熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の気相重合で得られる有機膜が用いられる。有機膜としては、ポリパラキシリレン製樹脂の熱ＣＶＤ法によって形成された気相重合膜、または含フッ素化合物不飽和炭化水素モノマーのプラズマ重合膜不飽和炭化水素モノマーのプラズマ重合膜が用いられる。また有機膜と無機膜の積層構造を用いることもでき、無機膜の材料としては、例えば、窒化珪素（ＳｉＮ_ｘ）膜、酸化珪素（ＳｉＯ_ｘ）膜、酸窒化珪素（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）膜、Ａｌ_２Ｏ_３等が好適である。

次に、光検出部１７とシンチレータ１８との接合方法について説明する。図５（Ａ）に示すように、光検出部１７の表面上に、例えば、フェノール樹脂からなるゲル状の熱硬化性樹脂材を塗布することにより、樹脂層２０を形成する。そして、樹脂層２０が柱状結晶３１の先端部３１ａの上に重ねられるように、樹脂層２０をシンチレータ１８の上に載置する。

図５（Ｂ）に示すように、光検出部１７の全域を均一な押圧力でシンチレータ１８に押し付け、柱状結晶３１の先端部３１ａを樹脂層２０内に埋め込む。例えば、光検出部１７と同程度の大きさを有する押圧板によって、光検出部１７の全域を同時に押圧してもよいし、光検出部１７上で転動される押圧ローラにより押圧してもよい。このとき、光検出部１７の押圧力が強すぎると、柱状結晶３１の先端部３１ａが破損してしまため、押圧力は適度な値とする。

このように光検出部１７をシンチレータ１８に対して押圧した状態で、樹脂層２０を加熱して熱硬化させる。この加熱温度は、使用する熱硬化性樹脂材によるが、例えば１００〜１５０°Ｃ程度である。なお、このときシンチレータ１８を過度に加熱しないことが好ましい。シンチレータ１８を過度に加熱すると、ＣｓＩ：Ｔｌは熱膨張率が高い（５０ＰＰＭ程度）ため、常温に戻した際に樹脂層２０との間に隙間が生じてしまう。

次に、光検出部１７について説明する。図６において、光検出部１７は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４０及び蓄積容量４１がマトリクス配列されたＴＦＴ基板４２と、ＴＦＴ４０及び蓄積容量４１に接続されるようにフォトダイオード（ＰＤ）からなる光電変換部４３がマトリクス配列された画素部４４とから構成されている。

なお、本実施形態では、シンチレータ１８の放射線入射側に光検出部１７が配置されている。シンチレータと光検出部をこのような位置関係で配置する方式をＩＳＳ（Irradiation Side Sampling）方式と称する。シンチレータは放射線入射側がより強く発光するので、シンチレータの放射線入射側に光検出部を配置するＩＳＳ方式は、シンチレータの放射線入射側と反対側に光検出部を配置するＰＳＳ（Penetration Side Sampling）方式よりも光検出部とシンチレータの発光位置とが接近することから、撮影によって得られる放射線画像の分解能が高い。また、ＩＳＳ方式では、光検出部の受光量が増大することから、感度が向上する。

光電変換部４３は、下部電極４３ａと上部電極４３ｂとの間に、シンチレータ１８から放出された光を吸収し、吸収した光に応じた電荷を発生する光電変換膜４３ｃが配置されて構成されている。下部電極４３ａは、シンチレータ１８から放出された光を光電変換膜４３ｃに入射させる必要があるため、少なくともシンチレータ１８の発光波長に対して透明な導電性材料で構成することが好ましく、具体的には、可視光に対する透過率が高く、抵抗値が小さい透明導電性酸化物を用いることが好ましい。

また、光電変換膜４３ｃは、アモルファスシリコンからなり、シンチレータ１８から放出された光を吸収し、吸収した光に応じた電荷を発生する。光電変換膜４３ｃとしてアモルファスシリコンを用いることにより、シンチレータ１８から放出された光を広い波長域に亘って吸収するように構成することができる。

また、光検出部１７と天板１３との間には接着層４５が設けられており、光検出部１７は接着層４５によって天板１３に貼り付けられている。

図７において、光検出部１７には、行方向に沿って延設され個々のＴＦＴ４０をオンオフさせるための複数本のゲート配線４６と、行方向と交差する列方向に沿って延設され、蓄積容量４１（及び光電変換部４３の下部電極４３ａと上部電極４３ｂの間）に蓄積された電荷をオン状態のＴＦＴ４０を介して読み出すための複数本のデータ配線４７が設けられている。

光検出部１７のゲート配線４６はゲート線ドライバ５１に接続されており、データ配線４７は信号処理部５２に接続されている。被撮影者の体を透過した放射線（被撮影者の体の画像情報を担持した放射線）が電子カセッテ１０に照射されると、シンチレータ１８のうち照射面１１上の各位置に対応する部分からは、前記各位置における放射線の照射量に応じた光量の光が放出され、光電変換部４３では、シンチレータ１８のうちの対応する部分から放出された光の光量に応じた量の電荷が発生され、この電荷が蓄積容量４１（及び光電変換部４３の下部電極４３ａと上部電極４３ｂの間）に蓄積される。

蓄積容量４１に電荷が蓄積されると、ＴＦＴ４０は、ゲート線ドライバ５１からゲート配線４６を介して供給される信号により行単位で順にオンされる。オンされたＴＦＴ４０に接続された蓄積容量４１の電荷は、アナログの電気信号としてデータ配線４７を伝送されて信号処理部５２に入力される。このように、蓄積容量４１に蓄積された電荷は行単位で順に読み出される。

信号処理部５２は、データ配線４７ごとに設けられた増幅器及びサンプルホールド回路を備えている。データ配線４７を伝送された電気信号は、増幅器で増幅された後にサンプルホールド回路に保持される。サンプルホールド回路の出力側にはマルチプレクサ、Ａ／Ｄ変換器が順に接続されている。サンプルホールド回路に保持された電気信号はマルチプレクサに順に入力され、Ａ／Ｄ変換器によってデジタルの画像データへ変換される。

信号処理部５２には画像メモリ５４が接続されている。信号処理部５２のＡ／Ｄ変換器から出力された画像データは、画像メモリ５４に順に記憶される。画像メモリ５４は複数フレーム分の画像データを記憶可能な記憶容量を有しており、放射線画像の撮影が行われる毎に、撮影によって得られた画像データが画像メモリ５４に順次記憶される。

画像メモリ５４は電子カセッテ１０全体の動作を制御するカセッテ制御部５６と接続されている。カセッテ制御部５６はマイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵ５６ａ、ＲＯＭ及びＲＡＭを含むメモリ５６ｂ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリ等からなる不揮発性の記憶部５６ｃを備えている。

また、カセッテ制御部５６には無線通信部５８が接続されている。無線通信部５８は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ等に代表される無線ＬＡＮ規格に対応しており、無線通信による外部機器との間での各種情報の伝送を制御する。カセッテ制御部５６は、無線通信部５８を介してコンソール（図示せず）と無線通信が可能であり、コンソールとの間で各種情報の送受信を行う。

次に、本実施形態の作用を説明する。電子カセッテ１０を使用して放射線画像の撮影を行う場合、撮影者（例えば、放射線技師）は、被撮影者の撮影対象部位と基台（図示せず）との間に、照射面１１側を上方へ向けた電子カセッテ１０を挿入し、向きや位置等を調整する準備作業を行う。

撮影者は、準備作業が完了すると、コンソールに設けられた操作パネルを操作して撮影開始を指示する。これにより、コンソールでは、曝射開始を指示する指示信号を放射線発生装置（図示せず）へ送信し、放射線発生装置は、放射線源（図示せず）から放射線を射出させる。放射線源から射出された放射線は、被撮影者の体を透過して電子カセッテ１０の照射面１１に照射され、天板１３及び光検出部１７を透過してシンチレータ１８に照射される。シンチレータ１８は、照射された放射線を吸収し、吸収した放射線量に応じた光量の光を射出する。

柱状結晶３１内で発生した光は、先端部３１ａから射出され、樹脂層２０を介して画素部４４に入射する。この先端部３１ａの形状は円錐状であり、その頂部の角度が鋭角であるため、光の全反射が生じにくく、光は効率よく射出される。また、図４に示したように、先端部３１ａと画素部４４との間では、平均屈折率が連続的に変化しているため、画素部４４での表面反射が少なく、画素部４４に効率よく光が入射する。

光検出部１７は、画素部４４に照射された光を画像として検出する。そして、光検出部１７による検出結果は画像信号として読み出され、画像データに変換されてコンソールへ送信される。

上記実施形態では、柱状結晶３１の先端部３１ａが樹脂層２０に埋入しているため、電子カセッテ１０に加わる荷重や、電子カセッテ１０が落下した際の衝撃から先端部３１ａが保護されるとともに、先端部３１ａの位置ずれが防止される。先端部３１ａの位置ずれが生じた場合には、シンチレータ１８の欠陥位置がずれてしまうため、欠陥補正において不都合が生じてしまう。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。上記実施形態では、樹脂層２０を光検出部１７の画素部４４の表面に形成しているが、図８に示すように、画素部４４の表面に平坦化層６０を形成し、この平坦化層６０上に樹脂層２０を形成してもよい。平坦化層６０は、窒化珪素（ＳｉＮ_ｘ）、酸化珪素（ＳｉＯ_ｘ）、酸窒化珪素（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）等の常温で変形しない無機材料により形成する。このように平坦化層６０を設けることにより、柱状結晶３１の先端部３１ａで画素部４４が損傷することが防止される。

また、平坦化層６０の周縁部に解体性接着剤６１を設け、この解体性接着剤６１を介して樹脂層２０を形成する。解体性接着剤６１として、例えば、紫外線により解体する（接着性が低下する）接着剤を用いる。光検出部１７やシンチレータ１８が損傷し、いずれかを交換する必要が生じた場合には、樹脂層２０等を介して解体性接着剤６１に紫外線を照射することで、容易に交換することができる。なお、樹脂層２０には柱状結晶３１の先端部３１ａにより凹凸が形成されているため、シンチレータ１８を交換する場合には、樹脂層２０の交換も行うことが好ましい。解体性接着剤６１により樹脂層２０の交換も容易に行うことができる。

また、上記実施形態では、柱状結晶３１の先端部３１ａの形状によりシンチレータ１８と画素部４４との間の平均屈折率を連続的に変化させているが、図９に示すように、画素部４４の表面に光反射防止のための凹凸部７０を形成してもよい。凹凸部７０は、シンチレータ１８に向かって突出した錐形状の凸部７１を備え、凸部７１は樹脂層２０に埋入される。凹凸部７０は、窒化珪素（ＳｉＮ_ｘ）、酸化珪素（ＳｉＯ_ｘ）、酸窒化珪素（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）等の常温で変形しない無機材料を微細加工することにより形成される。この構成により、平均屈折率は、より連続的に変化し、画素部４４への光入射効率がさらに向上する。

同図では、柱状結晶３１の先端部３１ａに対応するように凸部７１を記載しているが、凸部７１を先端部３１ａに対応して設ける必要はない。光の反射防止性を向上させるためには、凸部７１の配列ピッチは、シンチレータ１８の発光ピーク波長より小さいことが好ましい。

また、上記実施形態では、光電変換部４３の光電変換膜４３ｃをアモルファスシリコンによって構成しているが、光電変換膜４３ｃを、有機光電変換材料を含む材料で構成してもよい。この場合には、主に可視光域で高い吸収を示す吸収スペクトルが得られ、光電変換膜４３ｃではシンチレータ１８から放出された光以外の電磁波の吸収が殆ど無くなる。これにより、Ｘ線やγ線等の放射線が光電変換膜４３ｃで吸収されることで発生するノイズが抑制される。

また、有機光電変換材料からなる光電変換膜４３ｃは、インクジェットヘッド等の液滴吐出ヘッドを用いて有機光電変換材料をＴＦＴ基板４２上に付着させることで形成することができ、ＴＦＴ基板４２の耐熱性は要求されない。このため、ガラス以外の材質からなるＴＦＴ基板を用いることもできる。

光電変換膜４３ｃを有機光電変換材料で構成した場合、光電変換膜４３ｃで放射線が殆ど吸収されないので、ＩＳＳ方式において、光検出部１７を透過することによる放射線の減衰が抑制される。従って、光電変換膜４３ｃを有機光電変換材料で構成することは、特にＩＳＳ方式に好適である。

光電変換膜４３ｃを構成する有機光電変換材料は、シンチレータ１８から放出された光を最も効率良く吸収するために、その吸収ピーク波長が、シンチレータ１８の発光ピーク波長と近いほど好ましい。有機光電変換材料の吸収ピーク波長とシンチレータ１８の発光ピーク波長とが一致することが理想的であるが、双方の差が小さければシンチレータ１８から放出された光を十分に吸収することが可能である。具体的には、有機光電変換材料の吸収ピーク波長と、シンチレータ１８の発光ピーク波長との差が１０ｎｍ以内であることが好ましく、５ｎｍ以内であることがより好ましい。

このような条件を満たすことが可能な有機光電変換材料としては、キナクリドン系有機化合物やフタロシアニン系有機化合物が挙げられる。キナクリドンの可視域における吸収ピーク波長は５６０ｎｍであるため、有機光電変換材料としてキナクリドンを用い、シンチレータ１８の材料としてＣｓＩ：Ｔｌを用いれば、上記ピーク波長の差を５ｎｍ以内にすることが可能であり、光電変換膜４３ｃで発生する電荷量をほぼ最大にすることができる。

放射線検出装置に適用可能な光電変換膜４３ｃについて具体的に説明する。放射線検出装置における電磁波吸収／光電変換部は、電極４３ａ，４３ｂと、該電極４３ａ，４３ｂに挟まれた光電変換膜４３ｃを含む有機層である。この有機層は、より具体的には、電磁波吸収部、光電変換部、電子輸送部、正孔輸送部、電子ブロッキング部、正孔ブロッキング部、結晶化防止部、電極、及び、層間接触改良部等を積み重ねるか、若しくは混合することで形成される。

上記有機層は、有機ｐ型化合物または有機ｎ型化合物を含有することが好ましい。有機ｐ型化合物は、主に正孔輸送性有機化合物に代表されるドナー性有機半導体であり、電子を供与しやすい性質を有する。さらに詳しくは、有機ｐ型化合物は、２つの有機材料を接触させて用いたときにイオン化ポテンシャルの小さい方の有機化合物である。ドナー性有機半導体としては、電子供与性を有するものであれば如何なる有機化合物も使用可能である。有機ｎ型化合物は、主に電子輸送性有機化合物に代表されるアクセプター性有機半導体であり、電子を受容し易い性質を有する。さらに詳しくは、有機ｎ型化合物は、２つの有機化合物を接触させて用いたときに電子親和力の大きい方の有機化合物である。アクセプター性有機半導体としては、電子受容性を有するものであれば如何なる有機化合物も使用可能である。

有機ｐ型化合物及び有機ｎ型化合物として適用可能な材料や、光電変換膜４３ｃの構成については、特開２００９−３２８５４号公報において詳細に記載されているため説明を省略する。

また、光電変換部４３は、少なくとも電極対４３ａ，４３ｂと光電変換膜４３ｃとを含んでいればよいが、暗電流の増加を抑制するため、電子ブロッキング膜及び正孔ブロッキング膜の少なくとも何れかを設けることが好ましく、両方を設けることがより好ましい。

電子ブロッキング膜は、上部電極４３ｂと光電変換膜４３ｃとの間に設けられる。上部電極４３ｂと下部電極４３ａとの間にバイアス電圧を印加したときに、上部電極４３ｂから光電変換膜４３ｃに電子が注入されて暗電流が増加することを抑制する。電子ブロッキング膜には電子供与性有機材料が用いられる。電子ブロッキング膜に用いる材料は、隣接する電極の材料や、隣接する光電変換膜４３ｃの材料等に応じて選択すればよく、隣接する電極の材料の仕事関数（Ｗｆ）より１．３ｅＶ以上電子親和力（Ｅａ）が大きく、かつ、隣接する光電変換膜４３ｃの材料のイオン化ポテンシャル（Ｉｐ）と同等のＩｐ、若しくはそれより小さいＩｐを有するものが好ましい。この電子供与性有機材料として適用可能な材料については、特開２００９−３２８５４号公報において詳細に記載されているため説明を省略する。

電子ブロッキング膜の厚みは、暗電流抑制効果を確実に発揮させると共に、光電変換部４３の光電変換効率の低下を防ぐため、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、特に好ましくは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。

正孔ブロッキング膜は、光電変換膜４３ｃと下部電極４３ａとの間に設けられる。上部電極４３ｂと下部電極４３ａとの間にバイアス電圧を印加したときに、下部電極４３ａから光電変換膜４３ｃに正孔が注入されて暗電流が増加することを抑制する。正孔ブロッキング膜には電子受容性有機材料が用いられる。正孔ブロッキング膜に用いる材料は、隣接する電極の材料、及び隣接する光電変換膜４３ｃの材料等に応じて選択すればよく、隣接する電極の材料の仕事関数（Ｗｆ）より１．３ｅＶ以上イオン化ポテンシャル（Ｉｐ）が大きく、かつ、隣接する光電変換膜４３ｃの材料の電子親和力（Ｅａ）と同等のＥａ、若しくはそれより大きいＥａを有するものが好ましい。この電子受容性有機材料として適用可能な材料については、特開２００９−３２８５４号公報において詳細に記載されているため説明を省略する。

正孔ブロッキング膜の厚みは、暗電流抑制効果を確実に発揮させると共に、光電変換部４３の光電変換効率の低下を防ぐため、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、特に好ましくは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。

なお、光電変換膜４３ｃで発生した電荷のうち、正孔が下部電極４３ａに移動し、電子が上部電極４３ｂに移動するようにバイアス電圧を設定する場合には、電子ブロッキング膜と正孔ブロッキング膜の位置を逆にすればよい。また、電子ブロッキング膜と正孔ブロッキング膜は両方設けることは必須ではなく、何れかを設ければ、ある程度の暗電流抑制効果が得られる。

また、ＴＦＴ４０の活性層を形成可能な非晶質酸化物としては、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎのうちの少なくとも１つを含む酸化物（例えば、Ｉｎ−Ｏ系）が好ましく、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎのうちの少なくとも２つを含む酸化物（例えば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系）がより好ましく、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含む酸化物が特に好ましい。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非晶質酸化物としては、結晶状態における組成がＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは６未満の自然数）で表される非晶質酸化物が好ましく、特に、ＩｎＧａＺｎＯ_４がより好ましい。なお、活性層を形成可能な非晶質酸化物はこれらに限定されるものではない。

また、活性層を形成可能な有機半導体材料としては、フタロシアニン化合物や、ペンタセン、バナジルフタロシアニン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、フタロシアニン化合物の構成については、特開２００９−２１２３８９号公報で詳細に記載されているため説明を省略する。

ＴＦＴ４０の活性層を非晶質酸化物や有機半導体材料、カーボンナノチューブ等のうちの何れかによって形成すれば、Ｘ線等の放射線を吸収せず、或いは吸収したとしても極めて微量に留まるため、ノイズの発生を効果的に抑制することができる。

また、活性層をカーボンナノチューブで形成した場合、ＴＦＴ４０のスイッチング速度を高速化することができ、また、ＴＦＴ４０における可視光域の光の吸収度合いを低下させることができる。なお、活性層をカーボンナノチューブで形成する場合、活性層にごく微量の金属性不純物が混入しただけでＴＦＴ４０の性能が著しく低下するため、遠心分離等により非常に純度の高いカーボンナノチューブを分離・抽出して活性層の形成に用いる必要がある。

また、ＴＦＴ基板４２は、光透過性を有し且つ放射線の吸収が少ないものであればよい。ここで、ＴＦＴ４０の活性層を構成する非晶質酸化物や、光電変換部４３の光電変換膜４３ｃを構成する有機光電変換材料は、いずれも低温での成膜が可能である。従って、ＴＦＴ基板４２としては、半導体基板、石英基板、及びガラス基板等の耐熱性の高い基板に限定されず、合成樹脂製の可撓性基板、アラミド、バイオナノファイバを用いることもできる。具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の可撓性基板を用いることができる。このような合成樹脂製の可撓性基板を用いれば、軽量化を図ることもでき、例えば持ち運び等に有利となる。なお、ＴＦＴ基板４２には、絶縁性を確保するための絶縁層、水分や酸素の透過を防止するためのガスバリア層、平坦性あるいは電極等との密着性を向上するためのアンダーコート層等を設けてもよい。

なお、アラミドには２００度以上の高温プロセスを適用できるため、透明電極材料を高温硬化させて低抵抗化でき、また、ハンダのリフロー工程を含むドライバＩＣの自動実装にも対応できる。アラミドは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やガラス基板と熱膨張係数が近いため、製造後の反りが少なく、割れにくい。また、アラミドは、ガラス基板等と比べて基板を薄型化できる。超薄型ガラス基板とアラミドを積層してＴＦＴ基板４２を形成してもよい。

また、バイオナノファイバは、バクテリア（酢酸菌、Acetobacter Xylinum）が産出するセルロースミクロフィブリル束（バクテリアセルロース）と透明樹脂とを複合したものである。セルロースミクロフィブリル束は、幅５０ｎｍと可視光波長に対して１／１０のサイズで、かつ、高強度、高弾性、低熱膨である。バクテリアセルロースにアクリル樹脂、エポキシ樹脂等の透明樹脂を含浸・硬化させることで、繊維を６０〜７０％も含有しながら、波長５００ｎｍで約９０％の光透過率を示すバイオナノファイバが得られる。バイオナノファイバは、シリコン結晶に匹敵する低い熱膨張係数（３〜７ｐｐｍ）を有し、鋼鉄並の強度（４６０ＭＰａ）、高弾性（３０ＧＰａ）で、かつフレキシブルであることから、ガラス基板等と比べて薄型化できる。

ＴＦＴ基板４２としてガラス基板を用いた場合、光検出部１７全体としての厚みは、０．７ｍｍ程度になるが、ＴＦＴ基板４２として光透過性を有する合成樹脂からなる薄型の基板を用いることにより、光検出部１７全体としての厚みを、０．１ｍｍ程度に薄型化できると共に、光検出部１７に可撓性をもたせることができる。光検出部１７に可撓性をもたせることで、電子カセッテ１０の耐衝撃性が向上し、電子カセッテ１０に衝撃が加わった場合にも破損し難くなる。また、ＴＦＴ基板４２を、プラスチック樹脂や、アラミド、バイオナノファイバ等の放射線吸収が少ない材料で形成することにより、ＩＳＳ方式において感度の低下を抑えることができる。

上記実施形態では、ＩＳＳ方式の放射線検出装置を例に説明したが、本発明は、ＰＳＳ方式の放射線検出装置にも適用可能である。また、放射線検出装置として電子カセッテを例示したが、立位型や臥位型の放射線検出装置、マンモグラフィ装置等にも適用可能である。その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

１０ 電子カセッテ
１７ 光検出部
１８ シンチレータ
２０ 樹脂層
３０ 非柱状結晶
３１ 柱状結晶
３１ａ 先端部
４２ ＴＦＴ基板
４４ 画素部
６０ 平坦化層
６１ 解体性接着剤
７０ 凹凸部
７１ 凹部

Claims (13)

1. 立設された複数の柱状結晶を有し、放射線の入射により光を発生して前記柱状結晶の先端部から射出するシンチレータと、
   前記柱状結晶の先端部に対向するよう配置され、前記先端部から射出された光を検出する光検出部と、
   前記シンチレータと前記光検出部との間に配置され、前記各柱状結晶の先端部による押圧により凹凸構造が形成された樹脂層と、
   を備えたことを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記樹脂層は、熱硬化性樹脂材からなることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記樹脂層は、前記シンチレータの発光ピーク波長の光を透過させることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線検出装置。
4. 前記樹脂層は、前記シンチレータより屈折率が低いことを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の放射線検出装置。
5. 前記柱状結晶の先端部は、錐状であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の放射線検出装置。
6. 前記複数の柱状結晶は、空隙を介して互いに離間していることを特徴とする請求項１から５いずれか１項に記載の放射線検出装置。
7. 前記シンチレータには、前記光検出部を透過した放射線が入射することを特徴とする請求項１から６いずれか１項に記載の放射線検出装置。
8. 前記シンチレータは、ヨウ化セシウムからなることを特徴とする請求項１から７いずれか１項に記載の放射線検出装置。
9. 前記光検出部は、基板と、この基板上に形成された画素部とからなり、この画素部の表面に前記樹脂層が形成されていることを特徴とする請求項１から８いずれか１項に記載の放射線検出装置。
10. 前記光検出部は、基板と、この基板上に形成された画素部とからなり、この画素部の表面に平坦化層が形成され、この平坦化層の表面に前記樹脂層が形成されていることを特徴とする請求項１から８いずれか１項に記載の放射線検出装置。
11. 前記平坦化層と前記樹脂層との間で、かつ前記平坦化層の周縁部に、解体性接着剤を設けたことを特徴とする請求項１０に記載の放射線検出装置。
12. 前記解体性接着剤は、紫外線により接着性が低下する接着剤からなることを特徴とする請求項１１に記載の放射線検出装置。
13. 前記光検出部は、基板と、この基板上に形成された画素部とからなり、この画素部の表面に、前記シンチレータに向かって突出した複数の凸部を有する凹凸部が形成され、この凹凸部が埋入するように前記樹脂層が形成されていることを特徴とする請求項１から１２いずれか１項に記載の放射線検出装置。

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