JP5142943B2 - 放射線検出装置の製造方法、放射線検出装置及び放射線撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、医療用画像診断装置、非破壊検査装置、放射線を用いた分析装置などに応用される放射線検出装置に関するものである。

近年、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた液晶ディスプレイのような表示装置用のマトリクスパネルの製造技術が進展し、パネルの大型化と共に表示部の大画面化が進んでいる。この製造技術は、ＴＦＴなどのスイッチ素子と半導体によって構成された変換素子（光電変換素子）を有する大面積エリアセンサとしてのマトリクスパネルに応用されている。そして、このマトリクスパネルは、特許文献１のようにＸ線などの放射線を可視光等の光に変換するシンチレータ層と組み合わせて、医療用Ｘ線検出装置のような放射線検出装置の分野で利用されている。

一方、ガラス基板に比べて、装置の軽量化と、衝撃や変形に耐える高い信頼性が期待できるプラスチック基板等を用いたフレキシブルな表示装置の開発も進んでいる。

特許文献２や特許文献３には、上記のフレキシブルな表示装置としてのマトリクスパネルの製造方法が提案されている。これは、ガラス等の基板上に剥離層を介して薄膜素子を形成し、その上に接着層を介してプラスチック基板等の転写体を接続し、剥離層にレーザー等の光を照射してガラス基板を剥離し、薄膜素子をプラスチック基板に転写するものである。
特開２００７−１４９７４９号公報 特開平１０−１２５９３１号公報 特開２００３−１６３３３８号公報

放射線検出装置は、据え置き型と、可搬型の２つに分類される。いずれのタイプも軽量化が望まれているが、可搬型の場合は特に、装置を持ち運ぶ場合や、或いは患者自身が放射線検出装置を持ち、撮影する場合があるため、更なる軽量化が望まれている。しかしながら、上述の特許文献のいずれにおいても軽量な放射線検出装置の最適な構成を実現することができない。

したがって、本発明の目的は、軽量な放射線検出装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の放射線検出装置の製造方法は、基板と、前記基板上に配置された絶縁層と、前記絶縁層上に配置された、入射した放射線又は光を電気信号に変換する変換素子とスイッチ素子とを有する複数の画素と、外部回路と接続するために前記複数の画素の周辺部に配置された接続電極と、を有するマトリクスアレイを準備する工程と、前記マトリクスアレイの前記基板側とは反対側に、前記複数の画素及び前記接続電極を覆う可撓性支持体を固定する工程と、前記可撓性支持体が固定された前記マトリクスアレイから前記基板を剥離する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、軽量な放射線検出装置を実現することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお本願明細書では、放射線はＸ線、γ線の電磁波、あるいはα線、β線などの粒子線を含むものをいう。また、変換素子とは少なくとも光又は放射線を電気信号に変換する半導体素子をいう。

［実施形態１］
以下、本発明の第１の実施形態である放射線検出装置の可撓性を有するマトリクスパネル（ここでは可撓性放射線検出パネル）について、図面を用いて説明する。

図１は可撓性放射線検出パネルと外部回路の平面図、図２は図１中Ａ部分の拡大平面図である。また、図３、図４、図５、図６は、図２中Ｂ−Ｂ’の１画素の断面図により製造方法を説明する図である。図６は図２中Ｃ−Ｃ’の断面図、図７は図２中Ｄ−Ｄ’の断面図である。図８は、図２中Ｃ−Ｃ’の断面図により製造方法を説明する図である。また、図９は可撓性放射線検出パネルと外部回路の接続部の断面図である。

本実施形態における可撓性放射線検出パネル１０は、図１のように外部装置に接続され、放射線検出装置を構成する。可撓性放射線検出パネル１０は、外部回路である駆動回路２２を有する駆動回路接続手段２３を介してゲート駆動装置２１に接続され、また、外部回路である読み出し回路３２を有する読み出し回路接続手段３３を介して読み出し装置３１に接続される。可撓性放射線検出パネルには、複数の画素、複数の配線、そして、複数の画素の周辺部に配置され、複数の配線の各々に電気的に接続された接続電極が少なくとも配置されている。複数の画素は、変換素子と、スイッチ素子とを有する。ゲート駆動装置はスイッチ素子（ＴＦＴ）のオン、オフを制御し、読み出し装置はＴＦＴからの信号を外部に読み出す機能を有する。放射線検出パネル１１の電磁シールド層１１５はゲート駆動装置２１のグランド端子２９（ＧＮＤ端子）に電気的に接続されている。

図２において、可撓性放射線検出パネル１０は、各画素１１に変換素子である光電変換素子１２とＴＦＴ１３を有する。後述の第１の絶縁層１０３、Ａｌシールド層１１５、第５の絶縁層１１２、シンチレータ層１１３の平面の広がりを示している。また、接続電極２４が駆動回路接続手段２３に接続される接続部２５、及び接続電極３４が読み出し回路接続手段３３に接続される接続部３５を示す。

次に、動作原理について説明する。まず、光電変換素子１２の光電変換層が空乏化するようにバイアス線１６（Ｖｓ線）にバイアスを与える。例えば、信号線１５（Ｓｉｇ線）に基準電位（ＧＮＤ）を、Ｖｓ線１６に１０Ｖを与える。この状態で、被検体に向けて曝射されたＸ線は、被検体により減衰を受けて透過し、ここでは図示しない可撓性を有するシンチレータ層（可撓性シンチレータ層）で可視光に変換され、この可視光が光電変換素子１２に入射し、電荷に変換される。この電荷は、ゲート駆動装置２１からゲート線１４（Ｖｇ線）に印加されるゲート駆動パルスによりオン状態となったＴＦＴ１３を介してＳｉｇ線１５に転送され、読み出し装置３１により外部に読み出される。その後、Ｖｓ線１６の電位変化により、光電変換素子１２で発生し転送されなかった残留電荷が除去される。この時Ｖｓ線１６は、例えば１０Ｖから−５Ｖに変化する。残留電荷の除去に関しては、ＴＦＴ１３を用いて転送によって行ってもよい。

図３は、放射線検出パネルの製造工程を示している。

放射線検出パネルは、基板上に光電変換素子やＴＦＴ、さらにはシンチレータ層などを配置して形成する。以下、具体的に説明する。

図３（ａ）は、基板１０１の準備工程である。基板１０１は、剛性が高く、変換素子やＴＦＴの形成温度に耐える材料を使用する。特に、ガラス、セラミックからなる透明な絶縁基板が好ましい。図３（ｂ）は、剥離層の形成工程であり、基板１０１上に剥離層１０２が形成される。図３（ｃ）は、絶縁層の形成工程であり、剥離層１０２上に第１の絶縁層１０３、第２の絶縁層１０４が順次形成される。図３（ｄ）は、光電変換素子及びＴＦＴの形成工程であり、まず、第２の絶縁層１０４上に光電変換素子１２、及びＴＦＴ１３が形成される。そして、光電変換素子１２及びＴＦＴ１３の上には、第４の絶縁層１１１、第５の絶縁層１１２が形成される。以上で、マトリクスアレイ２１０が完成する。光電変換素子１２及びＴＦＴ１３は、第１の導電層１０５、第３の絶縁層１０６、真性半導体層１０７、不純物半導体層１０８、第２の導電層１０９、第３の導電層１１０が順次堆積されて構成される。第１の導電層によって、光電変換素子１２の一方の電極、ＴＦＴ１３のゲート電極、そしてＶｇ線１４が形成される。第２の導電層１０９によって、光電変換素子１２にバイアスを供給するＶｓ線１６、ＴＦＴ１３のソース及びドレイン電極、そしてＳｉｇ線１５が形成される。第３の導電層１１０によって、Ｖｓ線１６に供給されたバイアスを光電変換素子１２の全体に印加するための電極が形成される。ＩＴＯ等から構成される透明電極である。また、ＴＦＴ１３はＶｇ線１４と共通に形成されたゲート電極を構成する第１の導電層１０５、第３の絶縁層１０６、チャネル層である真性半導体層１０７、不純物半導体層１０８、ソース及びドレイン電極とＳｉｇ線１５を形成する第２の導電層１０９を有する。真性半導体層１０７及び不純物半導体層１０８は、光電変換素子１２にはａ−Ｓｉが一般的に用いられ、ＴＦＴ１３にはアモルファスシリコン、多結晶シリコン、透明アモルファス酸化物半導体であるＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）などが用いられる。第４の絶縁層１１１は光電変換素子やＴＦＴを水分などから保護するためにＳｉＮなどの無機の絶縁膜が用いられる。また、第５の絶縁層１１２は、耐衝撃性や平坦性を得るためにポリイミドなどの有機の絶縁膜が用いられる。

図４及び図５は、シンチレータ層１１３と電磁シールド層１１５の形成工程を示す図である。図４（ａ）及び（ｂ）は、シンチレータ層１１３と電磁シールド層１１５とを接着剤で予め互いに固定する準備を行い、シンチレータ層側を複数の画素上となる第５の絶縁層１１２上に接着層１１４で固定する工程を示している。図５（ａ）及び（ｂ）は、第５の絶縁層１１２上にシンチレータ層１１３を形成し、シンチレータ層１１３上に電磁シールド層１１５を接着層１１４で固定する工程を示している。このようにして、複数の画素、シンチレータ層、電磁シールド層の順の積層構成とする。電磁シールド層１１５は、電磁波のシールド、及び水分の浸入防止を目的として設けたアルミニウムからなる金属層が好ましい。電磁シールド層は、アルミニウム以外の他の金属からなる層でもよく、金属と樹脂とを積層して強度を向上させた構成でもよい。シンチレータ層１１３、接着層１１４、そして電磁シールド層１１５は、可撓性を有するシンチレータ部材２１２である。シンチレータ層は、柱状結晶構造を有するＣｓＩ等のシンチレータ材料や、蛍光粒子とバインダーとを混合したＧＯＳ等のシンチレータ材料が好適に用いられる。ＧＯＳはＣｓＩに比べて柔軟性が高いため、より好ましい。ここでは、マトリクスアレイ２１０の光電変換素子１２とＴＦＴ１３の各層は、同時形成することにより、製造プロセスの簡略化が計られた例を示した。そして、基板１０１及び剥離層１０２が剥離された放射線検出パネル１０の第１の絶縁層１０３から第５の絶縁層１１２までの構成を、可撓性を有するマトリクスアレイ２１１（可撓性マトリクスアレイ）とする。可撓性マトリクスアレイ２１１は、少なくとも絶縁層、絶縁層上の複数の変換素子、複数の配線及び前記複数の配線の各々に電気的に接続された接続電極と、を含む。このようにして、複数の画素、第１のシンチレータ層、電磁シールド層の順の積層構成とする。マトリクスアレイは、例えば、表面又は／及び裏面に絶縁層を追加した構成を含む。

図６、図７を用いて、図２における放射線検出パネルと外部回路接続手段（駆動回路接続手段２３又は読み出し回路接続手段３３）とを接続する接続部２５，３５の構成を説明する。図６は、Ｖｇ線と駆動回路接続手段２３の接続部２５の断面図を示している。Ｖｇ線と接続電極２４とは第１の電極層１０５で形成されている。すなわち、第１のＶｇ線１４は、接続電極２４に電気的に接続されている。また図７は、Ｓｉｇ線１５と読み出し回路接続手段３３との接続部３５の断面図を示しており、Ｓｉｇ線１５を構成する第２の導電層１０９は接続電極３４を構成する第１の導電層１０５に接続されている。このように、Ｖｇ線１４やＳｉｇ線１５などの配線は、接続電極２４，３４に電気的に接続されている。

図６、図７に示すように、剥離層１０２及び絶縁基板１０１を剥離した後、接続電極を露出させる。続いて、各配線に電気的に接続された接続電極２４と駆動回路接続用電極２８とが導電性接着剤２６を介して電気的に接続される。同様に、接続電極３４と読み出し回路接続用電極３８とが導電性接着剤３６を介して電気的に接続される。すなわち、放射線検出パネルと外部回路接続手段が電気的に接続される。駆動回路２２、読み出し回路３２は、それぞれ駆動回路用保護層２７、読み出し回路用保護層３７により保護される。また図示するように、各配線と外部回路接続手段が電気的に接続される接続部と対向する側に、外部回路接続手段の一部と重なりをもつように接着層１１４、電磁シールド層１１５が形成されている。すなわち、シンチレータ部材２１２の電磁シールド層１１５は、複数の画素及び接続電極に対応した領域に配置され、可撓性マトリクスアレイ２１１に固定されている可撓性を有する支持体である。

図８に、本実施形態の放射線検出装置の製造方法を示す。特に図４で示した放射線検出パネルの一部である接続部を用いて説明する。

まず、絶縁基板１０１及び剥離層１０２上に光電変換素子１２及びＴＦＴ１３を形成し、マトリクスアレイ２１０を準備する。そして、マトリクスアレイ２１０上にシンチレータ部材２１２を固定する。すなわち、マトリクスアレイの基板側とは反対側に複数の画素を覆うように可撓性支持体を固定する。図８（ａ）は、これらの工程によって形成された放射線検出パネルである。

次に、剥離層１０２にレーザーを照射して放射線検出パネルから絶縁基板１０１と剥離層１０２を剥離する。図８（ｂ）は、剥離工程によって分離した、可撓性放射線検出パネルと、絶縁基板１０１及び剥離層１０２である。

次に、第１の導電層１０５を露出させるためにエッチングを行う。図８（ｃ）は、エッチング工程によって、第１の絶縁層１０３と第２の絶縁層１０４に開口２０が形成された可撓性放射線検出パネルである。

次に、開口２０に導電性接着剤２６を塗布し可撓性放射線検出パネルと駆動回路接続手段とを電気的機械的に接続する。図８（ｄ）は、接続工程によって形成された可撓性を有する放射線検出装置である。

また、可撓性を有する放射線検出装置は、画像処理回路、バッテリー、通信手段などと共に筐体内に収容される。

図９は、ゲート駆動装置２１とマトリクスアレイ２１１とが接続され、マトリクスアレイ２１１の外周部を超えて電磁シールド層１１５が配置された装置を示す断面図である。このような可撓性支持体が可撓性マトリクスアレイと外部回路接続手段を保持する構造によって、可撓性を有する放射線検出装置の信頼性が向上する。

図１０は、図８や図９で示された構成とは異なり、ゲート駆動装置２１が可撓性マトリクスアレイ２１１とシンチレータ部材２１２の間に挟まれた構成を示している。図１０（ａ）は、シンチレータ層の形成工程によって、第５の絶縁層１１２上にシンチレータ層１１３が形成された構成を示している。図１０（ｂ）は、駆動回路接続手段の接続と電磁シールド層の形成工程である。基板１０１とは反対側の第３の絶縁層１０６、第４の絶縁層１１１、第５の絶縁層１１２に開口が形成され、導電性接着剤２６で接続電極と駆動回路接続手段が電気的に接続される。駆動回路接続手段は両面を電磁シールド層とマトリクスアレイ２１０で挟まれる。図１０（ｃ）は、剥離工程によって、基板１０１及び剥離層１０２が剥離され、可撓性放射線検出パネルが形成されたことを示している。

図１１は図１中Ａ部分の拡大平面図で、図２とは電磁シールド層の配置が異なる可撓性放射線検出パネルである。電磁シールド層１１５は接続電極３４の内側の領域に対応して配置され、複数配置された画素１１の配置領域を覆っている。

図１２は図１１中Ｅ−Ｅ’の断面図である。図１２（ａ）は、マトリクスアレイ２１０上にシンチレータ部材２１２を固定する工程によって形成された放射線検出パネルである。図１２（ｂ）は、駆動回路接続手段の接続工程によって、接続電極２４上に開口が形成され、導電性接着剤２６で接続電極と駆動回路接続手段とが電気的に接続されたことを示している。図１２（ｃ）は、剥離工程によって、基板１０１及び剥離層１０２が剥離され、可撓性放射線検出パネルが形成されたことを示している。

以上のように、電磁波のシールド機能、及び高い強度を有し、かつフレキシブルな電磁シールド層と、外部回路接続手段の間に可撓性マトリクスアレイが配置される。これにより、衝撃や変形に耐え、ノイズに強い、軽量で高い信頼性を有するフレキシブルな放射線検出装置を実現することが可能となる。

また、電磁シールド層１１５が接着層１１４を介して外部回路接続手段１４に接続されれば、更に接続部の強度を向上させることが可能となる。

更に、図１、図２のように、電磁シールド層１１５がゲート駆動装置の接地電極であるＧＮＤ端子に接続されれば電磁シールドとしてより高い効果を有するため、なお良い。電磁シールド層１１５が、読み出し装置のＧＮＤ端子に接続された場合も、同様の効果が得られる。

本実施形態では、上述のように電磁シールド層１１５を可撓性支持体として用いた接続部の強度向上の例を示した。ところで、シンチレータ部材に含まれるシンチレータ層１１３、接着層１１４、電磁シールド層１１５の全てが可撓性支持体であり、それぞれ固有の機能を有する機能層（可撓性機能層）である。このため、これらの層が可撓性を有する場合、何れの層を用いても同様の効果が得られる。本実施形態では、この可撓性支持体である可撓性機能層が可撓性マトリクスアレイの第１の絶縁層１０３側とは反対側に固定されている。

なお、図２には３×２画素を示しているが、実際には例えば２０００×２０００画素が配置され、放射線検出パネル１０を構成している。また、間接型の放射線検出パネルの変換素子は、ＭＩＳ型光電変換素子とは別の光電変換素子、例えばＰＩＮ型の光電変換素子を用いても構わない。また、間接型の放射線検出パネルの画素構造に関しては、光電変換素子とスイッチ素子が同一層で構成されている平面型でも、スイッチ素子の上部に光電変換素子が形成されている積層型でも構わない。図１３は、積層型の放射線検出パネルである。図６と同じ構成には同じ符号を付し、説明を省略する。図６とは、スイッチ素子上に絶縁層１１１及び絶縁層１１２を介して、下部電極となる導電層１２５、絶縁層１２６、真性半導体層１２７、不純物半導体層１２８、導電層１２９、透明電極となる導電層１１０からなるＭＩＳ型光電変換素子を有することが異なる。そして、ＭＩＳ型光電変換素子上にＳｉＮなどの無機の絶縁材料からなる絶縁層１５１、ポリイミドなどの有機の絶縁材料からなる絶縁層１５２を有する。また、本実施形態では第５の絶縁層１１２或いは絶縁層１５２上に直接ＣｓＩ等のシンチレータ層１１３を積層させた例を示した。他の例として、カーボン板や、樹脂、金属或いは金属と樹脂の積層フィルムにＣｓＩ等のシンチレータ層を設けたシンチレータ部材と可撓性マトリクスアレイとを接着層で貼り合わせた放射線検出パネルでもよい。この場合も、可撓性を有するシンチレータ部材が可撓性マトリクスアレイの接続電極を覆って固定されていることによって強度を向上できる。可撓性マトリクスアレイ２１１に接着層で貼り合わせるシンチレータ部材はシンチレータパネルとも言う。プラスチックからなる接着層１１４は、可撓性を有する樹脂が好ましく、アクリル系、ウレタン系、エポキシ系、オレフィン系、シリコーン系の群に属する接着剤を用いることができる。また、ホットメルト樹脂である熱可塑性樹脂は、無溶剤で短時間接着であるために好ましく、例えばポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系、ポリウレタン系、エポキシ系などのホットメルト樹脂を用いることができる。ＣｓＩ等の潮解性を有するシンチレータ層は、無溶剤のホットメルト樹脂が他の部材との接着には好適に用いられる。

また、本実施形態において、光電変換素子とシンチレータ層と組み合わせた間接型の放射線検出パネルを示したが、直接型の放射線検出パネルにおいても同様の効果が得られる。すなわち、図１４に示すように光電変換素子に代えて、Ｘ線、γ線、あるいはα線、β線などの粒子線を直接電気信号（電荷）に変換するアモルファスセレン等の半導体層１２７を導電層１２５と導電層１１０の電極間に挟んだ変換素子を用いている。このような変換素子を用いた直接型の放射線検出パネルにおいても適用できる。直接型の放射線検出パネルの場合は、高電圧が印加される変換素子上を覆う保護のための絶縁層１１５が可撓性支持体２３２として好適に用いられる。

以下、本発明の第２の実施形態、第３の実施形態について、説明するが、これらは第１の実施形態で説明した可撓性マトリクスアレイの上に固定した可撓性支持体側とは反対側に更に可撓性支持体を有する形態である。すなわち可撓性支持体が、絶縁基板及び剥離層が剥離された絶縁層側にも配置されているような可撓性マトリクスアレイの両面に固定されている形態である。

［実施形態２］
まず、本発明の第２の実施形態である放射線検出装置について、図面を用いて説明する。本実施形態の放射線検出装置の平面図、及びその動作原理については第１の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図１５、図１６は放射線検出装置を構成する可撓性放射線検出パネルと外部回路接続手段の接続部の断面図である。

図１５において、本実施形態における可撓性放射線検出パネルは、第１の実施形態と同様に光電変換素子１２及びＴＦＴ１３の上に第４の絶縁層１１１、第５の絶縁層１１２が順次配置されており、可撓性マトリクスアレイを構成している。その上には、シンチレータ部材２１２が固定されている。シンチレータ部材２１２は、第１のシンチレータ層１２１、接着層１２２、電磁シールド層１２３を有する。具体的には、Ｘ線を可視光に波長変換する第１のシンチレータ層１２１であるＣｓＩが可撓性マトリクスアレイ上に直接蒸着されている。更にその上には接着層１２２、電磁波のシールド、及び水分の浸入防止を目的としたアルミニウム（Ａｌ）からなる電磁シールド層１２３が配置されている。なお、予め固定された第１のシンチレータ層と第１の電磁シールド層の第１のシンチレータ層側をマトリクスアレイの複数の画素上に接着剤などにより固定してもよい。剥離層１０２及び絶縁基板１０１は剥離されて、露出された接続電極とゲート駆動装置２１が導電性接着剤を介して接続されている。この時、電磁シールド層１２３がゲート駆動装置２１の一部と重なりをもつように配置されている。また図示するように、可撓性マトリクスアレイ２２１の第１のシンチレータ層１２１を有するシンチレータ部材側とは反対側のゲート駆動装置２１が接続される側にも第２のシンチレータ層１２５を有するシンチレータ部材２１３は配置されている。シンチレータ部材２１２は、第２のシンチレータ層と、第２のシンチレータ層を支持するシンチレータ層支持板１２４と、を有する。シンチレータ部材２１２は、接着層１２６により可撓性マトリクスアレイ２２１と固定されている。すなわち、剥離した基板側の表面に、予め固定した第２のシンチレータ層と第２の電磁シールド層の第２のシンチレータ層側を固定する。これにより、Ｘ線が入射する側に配置された第１のシンチレータ層１２１で可視光に変換されなかったＸ線が、可撓性マトリクスアレイ２２１の第１のシンチレータ層１２１側とは反対側に配置された第２のシンチレータ層１２５で可視光に変換される。

すなわち、本実施形態の放射線検出装置は、ＭＩＳ型光電変換素子が２つシンチレータ層に挟まれた構造となるため、従来の放射線検出装置に比べ高感度となる。従来の放射線検出装置においては、絶縁基板であるガラス基板が存在するため、ガラス基板と第２のシンチレータ層を貼り合わせることになる。ガラス基板の厚みは、薄いものでも２００μｍある。このため、第２のシンチレータ層を配置したとしても、第２のシンチレータ層で変換された可視光はガラス内で散乱し、感度は向上しても、解像度が低下するといった問題があった。すなわち、上記手法による高感度化は、放射線検出パネルのガラスを除去することにより実現可能となる。また、ガラス基板に換えてプラスチック基板上に画素を配置して第１及び第２のシンチレータ層を配置した場合は、同様に、プラスチック基板が厚いために解像度は低い。第２のシンチレータ層を配置した構成において高い解像度を得るには、光電変換素子と第２のシンチレータ層との間の距離は５０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下、最も好ましくは１０μｍ以下である。光電変換素子と第２のシンチレータ層との間の距離は、１００ｎｍ以上が好ましい。光電変換素子と第２のシンチレータ層との間に配置されるＳｉＮ膜などからなる無機の絶縁層が１００ｎｍ以上の膜厚を有していれば光電変換素子やＴＦＴへの水分などの影響を低減出来るためである。

また、シンチレータ層に入射するＸ線は、Ｘ線入射側からシンチレータ層に吸収される。そして、Ｘ線入射側で発生した光は、シンチレータ層が薄い膜厚より厚い膜厚の方がシンチレータ層に吸収されやすい。そのため、上記のように２つシンチレータ層が配置される構成においては、同じ発光量を得る場合にマトリクスアレイの一方側のみに配置する場合のシンチレータ層の厚みより２つのシンチレータ層のトータルの厚みは薄くできる。従って、直接蒸着する第１のシンチレータ層１２１は第１の実施形態より薄く形成することが可能となるため、第１のシンチレータ層１２１の形成時間を低減し、タクトタイムを向上させることもできる。

更に本実施形態では、放射線検出パネルとゲート駆動装置２１の接続部が、シンチレータ部材２１２の構成要素とシンチレータ部材２１３の構成要素で挟まれた構成となっているため、第１の実施形態に比べより接続部の強度を向上させることが可能となる。そして、読み出し装置もゲート駆動装置と同様な構成となっている。

また、図１６に示すように、マトリクスアレイが２つの電磁シールド層に挟まれた構成とすることができる。図１５と同様に、可撓性マトリクスアレイ２３１の第１のシンチレータ層１３１と対向する側に第２のシンチレータ層１３６を配置する。可撓性マトリクスアレイ２３１が第１の電磁シールド層１３３、第２の電磁シールド層１３４に挟まれた構成とすることができる。第１の電磁シールド層１３３は、接着層１３２により、第２のシンチレータ層１３６は、接着層１３７により、第２の電磁シールド層１３４は、接着層１３５によりそれぞれ接着される。これにより更なるノイズの低減が可能となる。

以上のように、衝撃や変形に耐え、ノイズに強い、軽量で高い信頼性を有するフレキシブルな放射線検出装置、更に高感度の放射線検出装置を実現することが可能となる。

［実施形態３］
以下、本発明の第３の実施形態である放射線検出装置について、図面を用いて説明する。本実施形態の放射線検出装置の平面図、及びその動作原理については第１の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図１７は、放射線検出装置を構成する可撓性放射線検出パネルとゲート駆動装置の接続部の断面図である。

放射線検出装置を用いて動画撮影のように連続して撮影を実施した場合、放射線検出パネルに同じ強度のＸ線が入射しているにも拘わらず出力が少しずつ低下する場合がある。すなわち、感度が変化する場合がある。この対策として、光電変換素子に強い光を照射し、その後撮影を開始する方法が知られている。

従来の放射線検出装置においては、シンチレータ層と対向する側、すなわち絶縁基板であるガラス基板にＥＬやＬＥＤなどの発光層を有する光源を接着していた。このため、放射線検出装置の厚みが増し、重量も重くなっていた。

本実施形態では、放射線検出パネルからガラス基板を剥離した後、可撓性支持体であって発光という機能層としての光源（可撓性光源）を可撓性マトリクスアレイのシンチレータ層側とは反対側に配置する。図１７において、図９と同様に、シンチレータ層１４１上に接着層１４２、電磁シールド層１４３が形成される。図９と比較して更に、発光層１４５と発光層支持板１４４とを有する光源２４２が、可撓性マトリクスアレイ２４１に対して接着層１４６により固定されている。

これにより、放射線検出装置の軽量化が実現できる。また図示するように、可撓性放射線検出パネルとゲート駆動装置の接続部が、電磁シールド層と光源で挟まれた構成となっているため、第１の実施形態に比べより接続部の強度を向上させることが可能となる。そして、読み出し装置もゲート駆動装置と同様な構成となっている。

以上のように、衝撃や変形に耐え、ノイズに強い、軽量で高い信頼性を有するフレキシブルな放射線検出装置を実現することが可能となる。

［応用例１］
本応用例においては、放射線検出パネルにガラスのような絶縁基板を使用しないため、軽量でコンパクトな、更に薄型のハンディー型の放射線検出装置が実現可能となっている。被検体である患者は、放射線検出装置を脇に挟み、患者の側方からＸ線が当てられる。放射線検出装置が薄いため装置を容易に脇に挟むことができ、更に軽量であるため撮影中の装置の固定が容易になる。また脇に挟まれる側は、図１において周辺回路が接続されない側であるため、放射線検出パネルの端部まで画素の配置が可能であり、装置端部まで画像が取得できる。

［応用例２］
図１８は、本発明の放射線検出装置へのＸ線の入射方向を説明する１画素の断面図である。

ここでは実施形態１の放射線検出パネルを用いた例を示す。図１８のように、画素の上方には電磁シールド層となる金属層が配置されるため、Ｘ線を画素の上方から入射させた場合には、Ｘ線が金属層により減衰され、患者を透過したＸ線量よりシンチレータ層に入射するＸ線量が低減する。これに対して画素の下方からＸ線８０２を入射させた場合には、画素の下方にはガラスなどの厚い基板が存在しないため、Ｘ線の減衰は少ない。よって放射線検出パネルは、画素の下方からＸ線が入射するよう放射線検出装置に設置することが望ましい。

［応用例３］
図１９は、本発明の第３の応用例である曲面型の放射線検出装置を説明する概略図である。

本応用例においては、放射線検出パネルが可撓性を有するため、放射線検出装置を湾曲させることが可能となっている。通常、Ｘ線源９０１が点光源であるため、Ｘ線９０２は図のように扇型に広がる。従来は扇型に広がったＸ線が放射線検出装置９０９に対して垂直に近い角度で入射するように、Ｘ線源９０１と被検体９０３と放射線検出装置９０９の距離ｄ１を十分とり、画像の歪みを低減していた。これに対して曲面型の放射線検出装置９１０の場合には、Ｘ線の広がりに合わせて装置を湾曲させることができるため、Ｘ線源９０１と放射線検出装置９１０の距離が近い場合にも、Ｘ線９０２が放射線検出装置９１０に対して垂直に近い角度で入射する。すなわち、本発明による放射線検出パネルを、曲面型の放射線検出装置に応用することによりＸ線源との放射線検出装置の距離をｄ２へ短縮可能であり、検査のためのスペースを低減可能である。また、良好な画像を得るためには、装置を湾曲させる場合、一定の形状を保持しておくことが必要である。従って、図２０に示す、放射線検出装置を保持する支持手段９２０が好適に用いられる。図２０（ａ）の支持手段９２０は、湾曲した形状の凹部９２１を有するケースであり、ケース内部に放射線検出装置を挿入して保持している。支持手段の材質は、湾曲した放射線検出装置の形状を維持できる硬さを有し、放射線の吸収が少ない材料が好ましく、アクリルなどの樹脂が好ましい。図２０（ｂ）の支持手段９２０は、対向する２辺に配置されたガイドレール９２２を有する部材であり、ガイドレールに沿って放射線検出装置を挿入して保持している。このような構造の場合、図２０（ａ）で示した構成とは異なり、放射線検出装置の放射線の入射側が開放されているため、支持手段の材質は透明樹脂や金属などが用いられる。図２０（ｃ）は、支持手段９２０が不図示のバキューム装置を有しており、放射線検出装置を開口９２３から吸引し、圧力によって保持している。このような構成においても図２０（ｂ）と同様に支持手段の材質は樹脂や金属などが用いられる。他に、支持手段９２０が磁石を有することで放射線検出装置を磁力によって保持することも可能である。支持手段による放射線検出装置の固定は、それぞれ係合部によって固定されていれば位置をより安定できるため好ましい。係合部は、支持手段に設けた係合用フックと、放射線検出装置に設けた係合用溝とで固定する方法等がある。

［応用例４］
図２１は、本発明の放射線検出装置を放射線撮像システムへ適用した場合の応用例を示す図である。放射線撮像システムは、放射線検出装置と、次の放射線源、信号処理手段、表示手段、伝送手段及び記憶手段の少なくとも１つを有する。

放射線源である放射線チューブ１００１で発生した放射線１００２は、被検体（患者など）１００３の胸部などの体の部位１００４を透過し、シンチレータを上部に実装した放射線検出装置１１００に入射する。この入射した放射線１００２には被検体１００３の体内部の情報が含まれている。放射線検出装置１１００では、放射線１００２の入射に対応してシンチレータが発光し、これを光電変換して電気的情報を得る。また、放射線検出装置１１００では、放射線１００２を直接電荷に変換して、電気的情報を得てもよい。この情報はディジタルに変換され、信号処理手段としてのイメージプロセッサ１００５により画像処理されて、コントロールルームに有る表示手段としてのディスプレイ１００６に表示される。

また、この情報は、無線又は電話回線などの有線等の伝送手段１００７により遠隔地へ転送することができる。これによって、別の場所のドクタールーム等に設置された、表示手段としてのディスプレイ１００８に表示するか、或いは、記憶手段としてのデータストレージ１００９により光ディスクや半導体メモリ等の記録媒体に保存することができる。これによって、遠隔地の医師が診断することも可能である。また、データストレージ１００９は、印刷手段としてのレーザプリンタ１０１１に接続され、伝送手段１００７により伝送された情報をフィルム１０１０等の記録媒体に記録することができる。

本発明の第１の実施形態である放射線検出装置の放射線検出パネルの平面図 図１中Ａ部分の拡大平面図 放射線検出パネルの製造方法を示すための図２中Ｂ−Ｂ’の１画素に対応する断面図 放射線検出パネルの製造方法を示すための図２中Ｂ−Ｂ’の１画素に対応する断面図 放射線検出パネルの製造方法を示すための図２中Ｂ−Ｂ’の１画素に対応する断面図 図２中Ｃ−Ｃ’の断面図 図２中Ｄ−Ｄ’の断面図 本発明の放射線検出装置の製造方法を説明する、放射線検出パネルと外部回路接続手段の接続部の断面図 本発明の第１の実施形態である放射線検出装置を説明する、放射線検出パネルと外部回路接続手段の接続部の断面図 本発明の第１の実施形態の他の例である放射線検出装置及び製造方法を説明する、放射線検出パネルと外部回路接続手段の接続部の断面図 本発明の第１の実施形態の他の例である放射線検出装置の放射線検出パネルの平面図 本発明の第１の実施形態の他の例である放射線検出装置及び製造方法を説明する、図９中Ｅ−Ｅ’の放射線検出パネルと外部回路接続手段の接続部の断面図 積層型の放射線検出パネルの放射線検出パネルと外部回路接続手段の接続部の断面図 直接型の放射線検出パネルの放射線検出パネルと外部回路接続手段の接続部の断面図 本発明の第２の実施形態である放射線検出装置を説明する、放射線検出パネルと外部回路接続手段の接続部の断面図 本発明の第２の実施形態である放射線検出装置を説明する、放射線検出パネルと外部回路接続手段の接続部の断面図 本発明の第３の実施形態である放射線検出装置を説明する、放射線検出パネルと外部回路接続手段の接続部の断面図 本発明の第２の応用例である放射線検出装置へのＸ線の入射方向を説明する１画素の断面図 本発明の第３の応用例である曲面型の放射線検出装置を説明する概略図 第３の応用例の放射線検出装置を曲面に保持する保持手段を示す図 本発明の第４の応用例である放射線検出装置を放射線撮像システムへ適用した場合の例を示す図

符号の説明

１０ 放射線検出パネル
１１ 画素
１２ ＭＩＳ型光電変換素子
１３ ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
１４ ゲート線（Ｖｇ線）
１５ 信号線（Ｓｉｇ線）
１６ バイアス線（Ｖｓ線）
２３ 駆動回路接続手段
３３ 読み出し回路接続手段
２４，３４ 接続電極
２５，３５ 接続部
１１５，１２３，１４３ 電磁シールド層
１３３ 第１の電磁シールド層
１３４ 第２の電磁シールド層
１１３，１４１ シンチレータ層
１２１，１３１ 第１のシンチレータ層
１２５，１３６ 第２のシンチレータ層
２１０ マトリクスアレイ
２１１，２２１，２３１，２４１ 可撓性マトリクスアレイ
２４２ 発光板

Claims (26)

1. 基板と、前記基板上に配置された絶縁層と、前記絶縁層上に配置された、入射した放射線又は光を電気信号に変換する変換素子とスイッチ素子とを有する複数の画素と、外部回路と接続するために前記複数の画素の周辺部に配置された接続電極と、を有するマトリクスアレイを準備する工程と、
   前記マトリクスアレイの前記基板側とは反対側に、前記複数の画素及び前記接続電極を覆う可撓性支持体を固定する工程と、
   前記可撓性支持体が固定された前記マトリクスアレイから前記基板を剥離する工程と、
   を有することを特徴とする放射線検出装置の製造方法。
2. 前記可撓性支持体は、第１の電磁シールド層であり、
   前記可撓性支持体を固定する工程は、第１のシンチレータ層を複数の画素上に固定し、前記第１のシンチレータ層の上に前記第１の電磁シールド層を固定して、前記複数の画素、前記第１のシンチレータ層、前記第１の電磁シールド層の順の積層構成とすることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置の製造方法。
3. 前記可撓性支持体は、第１の電磁シールド層であり、
   前記可撓性支持体を固定する工程は、予め互いに固定された第１のシンチレータ層と前記第１の電磁シールド層の前記第１のシンチレータ層側を、前記複数の画素上に固定して、前記複数の画素、前記第１のシンチレータ層、前記第１の電磁シールド層の順の積層構成とすることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置の製造方法。
4. 前記可撓性支持体は、第１のシンチレータ層であり、
   前記可撓性支持体を固定する工程は、前記第１のシンチレータ層を複数の画素上に固定し、前記第１のシンチレータ層の上に第１の電磁シールド層を固定して、前記複数の画素、前記第１のシンチレータ層、前記第１の電磁シールド層の順の積層構成とすることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置の製造方法。
5. 前記可撓性支持体は、第１のシンチレータ層であり、
   前記可撓性支持体を固定する工程は、予め互いに固定された前記第１のシンチレータ層と第１の電磁シールド層の前記第１のシンチレータ層側を、前記複数の画素上に固定して、前記複数の画素、前記第１のシンチレータ層、前記第１の電磁シールド層の順の積層構成とすることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置の製造方法。
6. 前記絶縁層の前記基板が前記剥離された側の表面に、第２のシンチレータ層を固定する工程を更に有すること特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の放射線検出装置の製造方法。
7. 前記絶縁層の前記基板が剥離された側の表面に、第２のシンチレータ層を固定し、前記第２のシンチレータ層の上に第２の電磁シールド層を固定する工程を更に有すること特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の放射線検出装置の製造方法。
8. 前記絶縁層の前記剥離した前記基板側の表面に、予め互いに固定された第２のシンチレータ層と第２の電磁シールド層の前記第２のシンチレータ層側を固定する工程を更に有すること特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の放射線検出装置の製造方法。
9. 前記変換素子と前記第２のシンチレータ層との距離が１００ｎｍ以上、５０μｍ以下であることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の放射線検出装置の製造方法。
10. 前記接続電極に前記外部回路を接続する工程を更に有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の放射線検出装置の製造方法。
11. 前記可撓性支持体は、前記外部回路の少なくとも一部を更に覆うことを特徴とする請求項１０に記載の放射線検出装置の製造方法。
12. 前記外部回路を接続する工程は、前記基板を剥離する工程の後に前記絶縁層側から行うことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の放射線検出装置の製造方法。
13. 前記電磁シールド層を前記外部回路の接地電極と電気的に接続する工程を有することを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の放射線検出装置の製造方法。
14. 前記絶縁層の前記剥離した前記基板側の表面に、可撓性光源を固定する工程を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の放射線検出装置の製造方法。
15. 絶縁層と、前記絶縁層上に配置された、入射した光又は放射線を電気信号に変換する変換素子とスイッチ素子とを有する複数の画素と、外部回路と接続するために前記複数の画素の周辺部に配置された接続電極と、を有する可撓性マトリクスアレイと、
    前記可撓性マトリクスアレイの前記複数の画素の側に配置された、前記複数の画素及び前記接続電極を覆う可撓性支持体と、を有する放射線検出装置。
16. 前記可撓性支持体は、第１の電磁シールド層を含むことを特徴とする請求項１５に記載の放射線検出装置。
17. 前記第１の電磁シールド層と前記複数の画素との間に配置された第１のシンチレータ層を有する請求項１６に記載の放射線検出装置。
18. 前記可撓性支持体は、第１のシンチレータ層を含むことを特徴とする請求項１５に記載の放射線検出装置。
19. 前記接続電極と電気的に接続された前記外部回路を更に有し、前記可撓性支持体は、更に外部回路の少なくとも一部を覆うことを特徴とする請求項１５から１８のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
20. 前記電磁シールド層は、前記外部回路の接地電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の放射線検出装置。
21. 更に、第２のシンチレータ層を有し、前記第２のシンチレータ層、前記可撓性マトリクスアレイ、前記第１のシンチレータ層、前記第１の電磁シールド層の順の積層構成を有すること特徴とする請求項１７に記載の放射線検出装置。
22. 更に第２の電磁シールド層を有し、前記第２の電磁シールド層、前記第２のシンチレータ層、前記可撓性マトリクスアレイ、前記第１のシンチレータ層、前記第１の電磁シールド層の順の積層構成を有すること特徴とする請求項２１に記載の放射線検出装置。
23. 前記変換素子と前記第２のシンチレータ層との距離が１００ｎｍ以上、５０μｍ以下であることを特徴とする請求項２１又は２２に記載の放射線検出装置。
24. 前記可撓性マトリクスアレイの前記可撓性支持体側とは反対側に配置された、可撓性光源を有することを特徴とする請求項１５から２３のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
25. 前記変換素子は、入射した放射線を直接電気信号に変換する素子であり、前記可撓性支持体は絶縁層であることを特徴とする請求項１５に記載の放射線検出装置。
26. 請求項１５から２５のいずれかに記載の放射線検出装置と、
    前記放射線検出装置からの信号を処理する信号処理手段と、
    前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、
    前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
    前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送手段と、
    前記放射線を発生させるための放射線源とを具備することを特徴とする放射線撮像システム。

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