JP5388275B2

JP5388275B2 - 放射線固体検出器

Info

Publication number: JP5388275B2
Application number: JP2009007604A
Authority: JP
Inventors: 和宏野田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-01-16
Also published as: JP2010165905A

Description

本発明は、電磁波の照射を受けて直接電荷を発生する光導電層を備えた放射線固体検出器に関し、より詳細には耐久性の向上に関するものである。

従来、医療分野等において、被写体を透過した放射線の照射を受けて被写体に関する放射線画像を記録し、その記録された放射線画像に応じた電気信号を出力する放射線固体検出器が各種提案、実用化されている。

放射線固体検出器の方式としては、放射線を直接電荷に変換し電荷を蓄積する直接変換方式と、放射線を一度ＣｓＩ：Ｔｌ、ＧＯＳ（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ）等のシンチレータで光に変換し、その光を光導電層で電荷に変換し蓄積する間接変換方式がある。また、読取方式としては、読取光を用いる光読取方式と、ＴＦＴ（thin film transistor）、ＣＣＤ（charge coupled device）、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）センサ等を用いる電気読取方式に大別される。

光読取方式の放射線固体検出器としては例えば、放射線の照射により記録用光導電層に発生した電荷を蓄積するとともにこの蓄積電荷と逆極性の電荷を線状電極に帯電させ、読取光の照射により読取用光導電層に発生した電荷対の各電荷を蓄積電荷と帯電させた電荷にそれぞれ結合させることにより、蓄積電荷を読み取るものが知られている。

電気読取方式の放射線固体検出器としては例えば、放射線の照射により発生した電荷を画素ごとの画素電極で収集し、該画素電極と接続された蓄積容量に蓄積し、その蓄積電荷をＴＦＴ等の電気的スイッチを１行ずつＯＮ・ＯＦＦすることにより読み取るものが知られている。

上記の直接変換方式の放射線固体検出器において光導電層には、ＣｄＴｅ、ＨｇＩ_２などの様々な物質が用いられるが、最も一般的には、Ｘ線等の放射線に対して高感度に感応するアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）が用いられている。ａ−Ｓｅは外界の温度、湿度の影響を受けやすく、保護膜なしの状態で長期に使用すると、感度低下、画像の質の低下などの悪化が進行するという問題がある。またａ−ＳｅはＸ線吸収率が低い為に比較的厚い膜厚が必要で、結果として光伝導層として機能させるために高いバイアス電圧の印加が必要とされる。こうした高い電場の印加では、ａ−Ｓｅに発生した微細な欠陥が大きな画像欠陥の発生に繋がることがある。このため、特許文献１に記載のように、通常、放射線固体検出器に保護フィルムを接着剤、粘着剤で貼り付けて光導電層を保護することが行われている。

特開２００８−２５１９９９号公報特開２００３−３１５４６６号公報

ここで、上記のような放射線固体検出器の構造について図４を用いて説明する。図４は従来の放射線固体検出器の断面図である。

従来の放射線固体検出器１００は、平板状の第１の電極層１１１（バイアス電極）、Ｘ線の照射を受けることにより直接電荷を発生して導電性を呈する光導電層１１２、ＴＦＴからなる読み取り回路と画素電極とからなる第２の電極層１１３がガラス基板１１４上に積層され、さらに第１の電極層１１１および光導電層１１２は、化学蒸着で製膜したポリマー１２０により封止され、さらにその上から保護フィルム１２１が貼付されている。また、第１の電極層１１１と光導電層１１２との間には、第１の電極層１１１から光導電層１１２への不要な電荷の注入を阻止して、検出器で検出される画像の画質の低下を防止するための電荷注入阻止層１１５が設けられている。

この放射線固体検出器１１０では、第１の電極層１１１と第２の電極層１１３との間に高電界を印加して放射線画像の記録を行なうが、この場合に平板状の第１の電極層１１１の端縁部（図４中Ａ矢指部）は電界が集中して中心部位よりも強い電界が形成されることになる。そして、上記のように第１の電極層１１１と光導電層１１２との間に電荷注入阻止層１１５を配しておくと、第１の電極層１１１の端縁部付近では過剰に電荷が蓄積されてしまい、対極する第２の電極層１１３からの電荷注入を誘発して、電荷注入阻止層１１５下のａ−Ｓｅ（光導電層１１２）が結晶化するという問題がある。

このような問題を解消するために、電荷注入阻止層１１５を第１の電極層１１１の端縁にかからないように内側に配することで、第１の電極層１１１の端縁部付近での過剰な電荷の蓄積を抑制することができる。しかしながら、電荷注入阻止層１１５の端縁は、アーティファクトの発生等を無くすために、検出器の画像検出領域外としなければならないため、例えば乳房撮影用の放射線固体検出器のように、検出領域をできるだけ検出器の端縁部まで確保したいような場合には、電荷注入阻止層１１５を第１の電極層１１１の端縁から十分に内側にすることができないという問題がある。

従って、上記以外の方法でバイアス電極の端縁部における光導電層の劣化を抑制しようとする場合、特許文献２に記載のように、バイアス電極の端縁部に近接する光導電層において、光導電層の劣化原因となる電荷対を発生させないようにするために、放射線固体検出器の有効検出領域外（バイアス電極端縁部）に照射されるＸ線を遮蔽するコリメーターを放射線固体検出器上方に配することが考えられるが、この場合には、コリメーターと放射線固体検出器との間に距離があるために周囲で散乱したＸ線の入り込みが防げず、バイアス電極端縁部に対して精度良くＸ線を遮蔽することができず、光導電層の劣化を十分に抑制することができないという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、電磁波の照射を受けて直接電荷を発生する光導電層を備えた放射線固体検出器において、バイアス電極の端縁部における光導電層の劣化を抑制した放射線固体検出器を提供することを目的とするものである。

本発明の放射線固体検出器は、第１の電極層と、電磁波の照射を受けて電荷を発生する光導電層と、複数の分割電極を備えた第２の電極層とを、第２の電極層から順に基板上に積層してなり、少なくとも第１の電極層および光導電層を保護するように、保護フィルムが設けられてなる放射線固体検出器であって、第１の電極層の端縁部の少なくとも一部の上方において、電磁波を遮蔽する電磁波遮蔽部材が保護フィルム上に直接設けられたことを特徴とするものである。

ここで、「保護フィルム」とは、放射線固体検出器の表面に密着して、少なくとも第１の電極層および光導電層を覆っているものを意味しており、その機能について限定するものではない。

また、「電磁波遮蔽部材」とは、電磁波を吸収および／または反射することにより、電磁波の透過を阻害するものを意味する。

この電磁波遮蔽部材は、絶縁性を有するものとすることが好ましい。

さらに、「電磁波遮蔽部材が保護フィルム上に直接設けられた」とは、保護フィルム上に電磁波遮蔽部材が空間を介在させることなく設けられていることを意味しており、保護フィルムと電磁波遮蔽部材との間に上記保護フィルムとは異なる薄膜フィルム等の介在物を介したものも含むものである。

上記における「放射線固体検出器」とは、被写体の画像情報を担持する放射線を検出して被写体に関する放射線画像を表す画像信号を出力する検出器であって、入射した放射線を直接電荷に変換し、この電荷を一旦蓄電部に蓄積し、その後、この電荷を外部に出力させることにより、被写体に関する放射線画像を表す画像信号を得ることができるものである。

本発明の放射線固体検出器によれば、第１の電極層と、電磁波の照射を受けて電荷を発生する光導電層と、複数の分割電極を備えた第２の電極層とを、第２の電極層から順に基板上に積層してなり、少なくとも第１の電極層および光導電層を保護するように、保護フィルムが設けられてなる放射線固体検出器について、第１の電極層の端縁部の少なくとも一部の上方において、電磁波を遮蔽する電磁波遮蔽部材を保護フィルム上に直接設け、第１の電極層の端縁部に近接する光導電層中で、光導電層の劣化原因となる電荷対を発生させないようにしたので、第１の電極層の端縁部における光導電層の劣化を抑制することが可能となる。

本発明の一実施の形態による放射線固体検出器の上面図図１中のII−II線断面図上記放射線固体検出器について複数回記録動作を行なったときの出力信号の強度の変化を示すグラフ従来の放射線固体検出器の断面図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態による放射線固体検出器の上面図、図２は図１中のII−II線断面図である。

放射線固体検出器１０は、第１の電極層１１、Ｘ線の照射を受けることにより直接電荷を発生して導電性を呈する光導電層１２、ＴＦＴからなる読み取り回路と画素電極とからなる第２の電極層１３がガラス基板１４上に積層され、さらに第１の電極層１１および光導電層１２は、化学蒸着で製膜したポリマー２０により封止され、さらにその上から保護フィルム２１が貼付されている。また、第１の電極層１１と光導電層１２との間には、第１の電極層１１から光導電層１２への不要な電荷の注入を阻止して、検出器で検出される画像の画質の低下を防止するための電荷注入阻止層１５が設けられている。

また、図１、２に示すように、第１の電極層１１の端縁部（図２中Ａ矢指部）の上方において、電磁波を遮蔽する電磁波遮蔽部材２２が保護フィルム２１上に設けられている。

第１の電極層１１は、Ｘ線に対して透過性を有するものであればよく、例えば金薄膜等を用いることができる。本実施の形態においては厚さ１００ｎｍの金膜としている。

光導電層１２は、量子効率が高く、暗電流の少ないａ−Ｓｅから構成されている。本実施の形態においてこの光導電層１２の厚さは２００μｍとしている。

第２の電極層１３は、各画素毎に対応してＴＦＴが形成されており、各ＴＦＴの出力ラインは不図示の信号検出手段に接続される。また各ＴＦＴの制御ラインは不図示のＴＦＴ制御用手段に接続されている。

電荷注入阻止層１５は、硫化アンチモン等を用いることができる。図２に示すように、電荷注入阻止層１５の端縁は、第１の電極層１１の端縁にかからないように内側に配されており、これにより第１の電極層１１の端縁部付近での過剰な電荷の蓄積を抑制することができる。

第１の電極層１１および光導電層１２を封止するポリマー２０は、透湿性が低く、かつａ−Ｓｅを変質させないものであれば種々のものが使用可能であり、例えばポリ−パラキシリレン類が挙げられる。

化学蒸着で製膜したポリマー２０の厚さは１〜１００μｍとすることが好ましく、１０〜５０μｍとすればより好ましい。本実施の形態においては、ポリマー２０として、ポリ−パラキシリレンを１５μｍの厚さでＣＶＤ法により堆積させている。

これにより放射線固体検出器１０に対して隙間を生じることなく封止できるとともに、接着剤を用いないため接着剤をａ−Ｓｅを主成分とする光導電層１２に浸透させることがないため、画像斑や放電破壊等の問題を生じることなく光導電層１２を保護することが可能である。

また、ポリマー２０上から接着剤付きの保護フィルム２１を貼付している。この保護フィルム２１は、放射線固体検出器１０に対する印加電位を上回る絶縁破壊強度を有することが必要であり、更に放射線固体検出器１０の機能上、放射線透過を妨げない部材であることが必要である。また、絶縁性を長期にわたり確保する上でデバイスに対する密着耐久性を確保する必要もある。このような機能を満たす材質としてはＰＥＴフィルム、あるいはアルミ表面にＰＥＴ、ナイロン等樹脂膜を形成したアルミラミネートフィルム等があるが、フィルムへのアース処理が不要な点からＰＥＴフィルムの採用が望ましい。

放射線固体検出器１０に印加する電圧は、光導電層の厚みに応じて２ｋＶ〜１０ｋＶ程度の範囲で用いられるが、高湿環境下などにおいてもマージンを持って絶縁性を確保するため保護フィルム２１の絶縁破壊強度は１０ｋＶ以上であることが望ましい。この１０ｋＶ以上の絶縁破壊強度をマージンをもって得るためにはＰＥＴフィルム厚さが５０μｍ以上であることが望ましい。なお、ＰＥＴフィルムの接着にはアクリル系粘着剤、あるいはエポキシ系接着剤が適用可能であるが、硬化時間が必要無い粘着剤の使用が望ましい。

電磁波遮蔽部材２２は、記録用に照射する電磁波の照射波長により最適な材料が異なり、本実施の形態のようにＸ線を照射する場合には、ビスマスまたはビスマス化合物、鉛または鉛化合物、タングステンまたはタングステン化合物、タンタルまたはタンタル化合物、バリウム化合物、セシウム化合物、ガドリニウム化合物等を用いることができ、好ましくはＢｉＦ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＰｂＯ、ＢａＳＯ_４、ＣｓＢｒ、ＣｓＩ、Ｇｄ_２Ｏ_３である。

上記Ｘ線吸収材料をウレタン樹脂等を含有する揮発性溶媒と混合させ、上部第１の電極層１１の端縁部に沿って保護フィルム２１上部に塗布することが好ましい。無論、予め保護フィルム２１上に上記Ｘ線吸収材料を塗布した後に、この保護フィルム２１をポリマー２０上に貼り付けても構わない。

なお、記録用に照射する電磁波に可視光もしくは赤外光を用いる場合には、黒色の遮光材料が好ましく、例えば黒色粘着ＰＥＴフィルム等が好ましい。

上記のように形成された放射線固体検出器１０の劣化評価を行なっており、この評価について下記で説明する。本評価は加速して行うために照射波長をＸ線（２８ｋｅＶ）ではなく、Ｘ線１Ｒ照射時の発生電荷量と同等の電荷を発生するよう強度を調整した５３０ｎｍの緑色光とし、この緑色光を放射線固体検出器１０の全面に照射した。また、これに伴い緑色光を吸収する絶縁性黒色遮蔽テープを保護フィルム２１上に設置した。この劣化評価には、放射線固体検出器１０の最も端部に位置する電極（図２中の有効検出領域外）の信号強度の変化を用いた。なお、この信号強度劣化とａ−Ｓｅ（光導電層１２）の劣化には相関があることが分かっている。

評価の結果を図３に示す。図３は複数回記録動作を行なったときの出力信号の強度の変化を示すグラフである。なお、このグラフの横軸は動作回数（万回）、縦軸は信号強度（初期値を１に規格化）を示している。

このグラフに示すとおり、黒色遮蔽テープを設けた場合には、３０万回記録動作を行なっても信号値は初期値の６０％程度を確保しているのに対し、黒色遮蔽テープを設けない場合には、１０万回程度までで急峻に信号値が低下し、２０万回で信号が出力されなくなってしまう。このように、電磁波遮蔽部材を設けることによって、ａ−Ｓｅの劣化に対して有意に効果があることが判明した。

上記のように形成された放射線固体検出器１０は、第１の電極層１１と第２の電極層１３との間に電界を形成している際に、光導電層１２にＸ線が照射されると、光導電層１２内に電荷対が発生し、この電荷対の量に応じた潜像電荷が第２の電極層１３内に蓄積されるものである。蓄積された潜像電荷を読み取る際には、第２の電極層１３のＴＦＴを順次駆動して、各画素に対応した潜像電荷に基づく画像信号を出力ラインから出力させて、この画像信号を信号検出手段により検出することにより、潜像電荷が担持する静電潜像を読み取ることができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記の電気読取方式の放射線固体検出器に限定されるものではなく、電磁波の照射を受けて直接電荷を発生する光導電層を備えた放射線固体検出器であればどのようなものにも応用可能である。

１０放射線固体検出器
１１第１の電極層
１２光導電層
１３第２の電極層
１４ガラス基板
１５電荷注入阻止層
２０ポリマー
２１保護フィルム
２２電磁波遮蔽部材

Claims

第１の電極層と、
電磁波の照射を受けて電荷を発生する光導電層と、
２次元状に配列され、画素検出領域を形成する複数の分割電極を備えた第２の電極層とを、該第２の電極層から順に基板上に積層してなり、
少なくとも前記第１の電極層および前記光導電層を保護するように、保護フィルムが設けられてなる放射線固体検出器であって、
前記第１の電極層と前記光導電層との間に、前記第１の電極層から前記光導電層への電荷の注入を阻止する電荷注入阻止層を備え、
該電荷注入阻止層が、前記第１の電極層の内側で、かつ前記画素検出領域の端部まで覆う様に配され、
前記第１の電極層の端縁部の少なくとも一部の上方で、かつ前記画素検出領域の外のみに、前記電磁波を遮蔽する電磁波遮蔽部材が前記保護フィルム上に直接設けられたことを特徴とする放射線固体検出器。
前記電磁波遮蔽部材が、絶縁性を有するものであることを特徴とする請求項１記載の放射線固体検出器。
前記電磁波遮蔽部材が、ビスマスまたはビスマス化合物、鉛または鉛化合物、タングステンまたはタングステン化合物、タンタルまたはタンタル化合物、バリウム化合物、セシウム化合物、ガドリニウム化合物のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１または２記載の放射線固体検出器。