JP5583452B2 - 電磁波情報検出装置および電磁波情報検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、電磁波情報検出装置および電磁波情報検出方法に関し、特に、放射線を可視光に変換して画像を得る間接変換型放射線撮像装置および方法ならびに放射線量検出装置および方法に関する。

非特許文献１には、放射線を可視光に変換するシンチレータ（ＧＯＳ：ガドリニウムオキシサルファイド）と、可視光を電気信号に変換する光電変換膜としての、電荷発生層（ベンゾイミダゾール）と正孔輸送層（ポリカーボネートおよびＴＰＤ（Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−Ｎ，Ｎ′−ビス（３−メチルフェニル）−［１，１′−ビフェニル］−４，４′−ジアミン））の積層体である有機光電変換膜（ＯＰＣ）と、を使用した間接変換型放射線撮像素子が開示されている。しかしながら、このような撮像素子を使用した場合の残像の発生の有無やその消去方法については何ら開示されていない。

特許文献１には、シンチレータを使わずアモルファスセレンを含む多層構造体を用いた直接変換型放射線撮像素子と、その駆動方法が開示されている。この多層構造体は、ｐ層（Ａｓ_２Ｓｅ_３層）、ｉ層（アモルファスセレンの厚膜）およびｎ層（アルカリ金属がドーピングされたアモルファスセレン層）からなっている。下部電極と上部電極を短時間短絡することにより、Ｘ線爆射後の検出器内空間電荷を中和し、感度を安定化できることが示されている。この効果は、電荷発生と電荷輸送を担うアモルファスセレン層より抵抗の低い層（Ａｓ_２Ｓｅ_３層）によって達成されている。このように、Ａｓ_２Ｓｅ_３層が必須であり、Ａｓ_２Ｓｅ_３層はアモルファスセレン層より多くの自由正孔を有し、抵抗が低いからであるとされている。さらに、Ａｓ_２Ｓｅ_３層と基板電極との接合は、「電荷注入」の役割を果たし、負の空間電荷の中和を促すとしている。しかしながら、Ａｓ_２Ｓｅ_３層には、耐熱性がない、蒸着コストが高い、毒性が大きい等の問題がある。また、この特許文献１は、アモルファスセレンを用い、シンチレータを使わない直接変換型放射線撮像素子に関するものであり、電荷発生層と電荷輸送層とを有する光電変換膜を備える撮像素子の残像の発生の有無やその消去方法については何ら示唆していない。

米国特許第６，１７１，６４３号

J.Non-Cry. Sol.299-302(2002)1240-1244

本発明者は、電荷発生層と電荷輸送層とを有する光電変換膜を備える撮像素子では、連続して複数回撮像したり、大線量で撮像すると、感度が変動することを見出した。

本発明の主な目的は、感度変動を抑制できる電磁波情報検出装置および電磁波情報検出方法を提供することにある。

本発明によれば、
第１の電極層と、情報を担持する電磁波の照射を受けることにより正と負の電荷を発生する電荷発生層であって前記第１の電極層に電気的に接続されて設けられた前記電荷発生層と、前記電荷発生層で発生した前記正と負の電荷のうちの一方の電荷のみを輸送する電荷輸送層と、前記電荷輸送層に電気的に接続されて設けられた第２の電極層とを有する光電変換器と、前記第１の電極層と前記第２の電極層にそれぞれ所定の電位を供与する電位供与手段と、前記第１の電極層または前記第２の電極層のいずれか一方に接続された電荷蓄積用キャパシタと、薄膜トランジスタと、前記電荷蓄積用キャパシタに蓄積された電荷量を読み取る読取手段とを備え、前記薄膜トランジスタの一方の端子が前記第１の電極層または前記第２の電極層の前記いずれか一方および前記電荷蓄積用キャパシタに接続され、前記薄膜トランジスタの他方の端子が前記読取手段に接続され、前記光電変換器により光電変換された前記電磁波の情報を検出する検出手段と、前記電位供与手段によって前記第１の電極層と前記第２の電極層に検出用の電位をそれぞれ供与し、前記検出手段によって電磁波の前回照射時の前記電磁波の情報を検出する工程と、前記電位供与手段によって前記第１の電極層と前記第２の電極層に検出用の電位をそれぞれ供与し、前記検出手段によって電磁波の次回照射時の前記電磁波の情報を検出する工程との間で、前記電位供与手段によって前記第１の電極層と前記第２の電極層とを１秒以上の所定期間同電位に設定すると共に、前記所定期間の途中に前記薄膜トランジスタのゲートがオフになる期間があるよう前記電位供与手段と前記検出手段とを制御する制御手段と、を備える電磁波情報検出装置が提供される。

好ましくは、前記所定期間は１０秒以上である。

また、好ましくは、前記電位供与手段によって前記第１の電極層と前記第２の電極層とを前記所定期間同電位に設定する間は、前記光電変換器には、消去光が照射されない。

また、好ましくは、前記電荷発生層の電荷発生剤には有機化合物が使用され、前記電荷輸送層の電荷輸送剤には有機化合物が使用されている。

また、好ましくは、前記電荷輸送層は、前記電荷発生層に電荷を発生させる電磁波に対して透明な層である。

また、好ましくは、前記電荷輸送層は、ホールのみを輸送する層である。

また、好ましくは、前記電磁波情報検出装置は、放射線を前記放射線よりも波長の長い前記電磁波に変換する放射線変換層をさらに供える。

また、好ましくは、前記制御手段は、前記電位供与手段によって前記第１の電極層と前記第２の電極層とを前記所定期間同電位に設定する間は、前記電位供与手段と前記薄膜トランジスタの前記他方の端子とが接続され、前記薄膜トランジスタによって前記電位供与手段と前記第１の電極層または前記第２の電極層の前記いずれか一方が接続されて、前記電位供与手段によって、前記第１の電極層または前記第２の電極層の前記いずれか一方と、前記第１の電極層または前記第２の電極層の他方とを前記所定期間同電位に設定するよう、前記電位供与手段と前記検出手段と前記薄膜トランジスタと前記読取手段とを制御する。

また、本発明によれば、
第１の電極層と、情報を担持する電磁波の照射を受けることにより正と負の電荷を発生する電荷発生層であって前記第１の電極層に電気的に接続されて設けられた前記電荷発生層と、前記電荷発生層で発生した前記正と負の電荷のうちの一方の電荷のみを輸送する電荷輸送層と、前記電荷輸送層に電気的に接続されて設けられた第２の電極層とを有する光電変換器の、前記第１の電極層と前記第２の電極層に検出用の電位をそれぞれ供与して、前記光電変換器により光電変換された前記電磁波の情報を検出する電磁波情報検出方法であって、前記第１の電極層または前記第２の電極層のいずれか一方に接続された電荷蓄積用キャパシタと、薄膜トランジスタと、前記電荷蓄積用キャパシタに蓄積された電荷量を読み取る読取手段とを備え、前記薄膜トランジスタの一方の端子が前記第１の電極層または前記第２の電極層の前記いずれか一方および前記電荷蓄積用キャパシタに接続され、前記薄膜トランジスタの他方の端子が前記読取手段と接続された検出手段によって、前記電磁波の情報の検出が行われ、前記第１の電極層と前記第２の電極層に検出用の電位をそれぞれ供与し、電磁波の前回照射時の前記電磁波の情報を検出する工程と、前記第１の電極層と前記第２の電極層に検出用の電位をそれぞれ供与し、電磁波の次回照射時の前記電磁波の情報を検出する工程との間に、前記第１の電極層と前記第２の電極層とを１秒以上の所定期間同電位に設定する工程と共に、前記所定期間の途中に前記薄膜トランジスタのゲートがオフになる期間があるよう制御する工程を備える電磁波情報検出方法が提供される。

好ましくは、前記所定期間は１０秒以上である。

また、好ましくは、前記第１の電極層と前記第２の電極層とを前記所定期間同電位に設定する間は、前記光電変換器には、消去光が照射されない。

また、好ましくは、前記電荷発生層の電荷発生剤には有機化合物が使用され、前記電荷輸送層の電荷輸送剤には有機化合物が使用されている。

また、好ましくは、前記電荷輸送層は、電荷発生層に電荷を発生させる電磁波に対して透明な層である。

また、好ましくは、前記電荷輸送層は、ホールのみを輸送する層である。

また、好ましくは、前記電磁波は、放射線を前記放射線よりも波長の長い電磁波に変換する放射線変換層によって変換された電磁波である。

また、好ましくは、前記電磁波の情報を検出する工程は、電磁波の照射を受けている間は、前記光電変換器により光電変換された電荷に対応する電荷を前記電荷蓄積用キャパシタに蓄積し、電磁波の照射終了後に前記電荷蓄積用キャパシタに蓄積した電荷量を薄膜トランジスタを介して検出する工程であり、
前記第１の電極層と前記第２の電極層とを前記所定期間同電位に設定する工程は、前記第１の電極層または前記第２の電極層の他方に供与する電位と、前記薄膜トランジスタを介して前記第１の電極層または前記第２の電極層の前記いずれか一方に供与する電位とを、前記所定期間同電位に設定する工程である。

また、好ましくは、前記電磁波の情報を検出する工程は、前記第１の電極層と前記第２の電極層の間の電流量を検出して前記電磁波の線量を検出する検出工程であり、前記電磁波情報検出方法は線量検出方法である。

本発明によれば、感度変動を抑制できる電磁波情報検出装置および電磁波情報検出方法が提供される。

本発明の好ましい第１の実施の形態の放射線量モニターおよび放射線量モニター方法を説明するための概略縦断面図である。 本発明の好ましい第１の実施の形態の放射線量モニターにおけるＸ線照射時間と光電流密度との関係を示す図である。 比較例１の放射線量モニターにおけるＸ線照射時間と光電流密度との関係を示す図である。 本発明の好ましい第２の実施の形態の間接変換型放射線撮像装置およびそれを使用した撮像方法を説明するための概略縦断面図である。 本発明の好ましい第２の実施の形態の間接変換型放射線撮像装置の画素部を説明するための概略縦断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（第１の実施の形態）
図１を参照すれば、本発明の好ましい第１の実施の形態の放射線量モニター１００は、センサー部１１０と、制御装置１４０とを有している。センサー部１１０は、可撓性基板１１２と、可撓性基板１１２上に設けられた電極層１１４と、電極層１１４上に設けられた高分子下引き層１１６と、高分子下引き層１１６上に設けられた電荷発生層１１８と、電荷発生層１１８上に設けられた電荷輸送層１２０と、電荷輸送層１２０上に設けられたバイアス電極層１２２と、バイアス電極層１２２上に、接着層１２４を介して貼り付られた蛍光体層１２６とを有している。

可撓性基板１１２は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなる。電極層１１４は、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)からなる。高分子下引き層１１６は、アルコール可溶性ポリアミドを塗布乾燥したものからなり、電極層１１４と電荷発生層１１８とを強固に接合する機能を有している。電荷発生層１１８は、電磁波の照射を受けることによって、正の電荷を持つホールと負の電荷を持つ電子とを発生する電荷発生剤とポリマーバインダーとから構成されている。電荷発生剤としてジブロモアントアントロン顔料を使用し、ポリマーバインダーとしてポリビニルブチラール樹脂を使用している。電荷輸送層１２０は、ホールのみを輸送する電荷輸送剤とポリマーバインダーとから構成されている。電荷輸送剤としてＮ，Ｎ′−ジフェニル−Ｎ，Ｎ′−ビス（３−メチルフェニル）−［１，１′−ビフェニル］−４，４′−ジアミンを使用し、ポリマーバインダーとしてポリカーボネートを使用している。バイアス電極層１２２はＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）からなっている。接着層１２４は、アクリル系両面接着テープからなっている。蛍光体層１２６は、ＫＯＤＡＫ社蛍光体シートである、ＫＯＤＡＫ Ｌａｎｅｘ Ｒｅｇｕｌａｒ（Ｇａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ）からなっている。

センサー部１１０は、以下のようにして製造される。まず、例えば、厚さ０．１ｍｍのポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）上に、電極層１１４となるＩＴＯ膜が、例えば、厚さ１００ｎｍにスパッタ蒸着されて形成された可撓性基板１１２を準備する。

次に、アルコール可溶性ポリアミドを、ＩＴＯからなる電極層１１４上に、厚さが０．１μｍになるようにスピンコート塗布し、乾燥して高分子下引き層１１６を形成した。

次に、ジブロモアントアントロン顔料とポリビニルブチラール樹脂を前者：後者の質量比が５０：５０でシクロヘキサノンに添加、分散させたものを、高分子下引き層１１６上にスピンコーティングにより塗布し、厚さ０．５μｍの電荷発生層１１８を形成した。

次に、電荷輸送剤としてのＮ，Ｎ′−ジフェニル−Ｎ，Ｎ′−ビス（３−メチルフェニル）−［１，１′−ビフェニル］−４，４′−ジアミン３．５ｇとポリカーボネート（分子量：約３５０００〜４００００）６．５ｇをメチレンクロリド３５ｇに溶解して、電荷発生層１１８上にバーコートによって塗布し電荷輸送層１２０を形成した。１３５℃で１時間乾燥後、電荷輸送層１２０の膜厚を測定すると２μｍであった。

次に、電荷輸送層１２０上にＩＺＯを１００ｎｍの厚さに成膜して、バイアス電極層１２２を形成した。

次に、ＫＯＤＡＫ社蛍光体シートである、ＫＯＤＡＫ Ｌａｎｅｘ Ｒｅｇｕｌａｒ（Ｇａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ ３８０μｍ）を準備し、この蛍光体シートとバイアス電極層１２２とをアクリル系両面接着テープの接着層１２４（厚さは２０μｍ）介して貼り付けて、Ｘ線シンチレータとなる蛍光体シート１１６を形成して、放射線量モニター１００のセンサー部１１０を作製した。

制御装置１４０は、バイアス電圧印加回路１４２と、検出回路１４４と、制御部１４６とを有している。バイアス電圧印加回路１４２の一端はバイアス電極層１２２に接続され、バイアス電圧印加回路１４２の他端は検出回路１４４の一端に接続され、検出回路１４４の他端は電極層１１４と接地電位１３０に接続されている。バイアス電圧印加回路１４２と検出回路１４４は制御部１４６に接続され、制御部１４６によって制御される。

次に、上記放射線量モニター１００を使用して、放射線の線量を測定する方法について説明する。

制御部１４６によって、バイアス電圧印加回路１４２と検出回路１４４を制御して、バイアス電極層１２２に−２０Ｖのバイアス電圧を印加して、３０秒間隔でＸ線量４００ｍＲ（８０ｋＶｐ）を１０ショット（ｓｈｏｔ）照射し、ショット毎に検出回路１４４で検出する光電流密度を比較した。各ショットのバイアス電圧印加時間は２０秒であった。各ショットの前に、バイアス電極層１２２に印加する電圧を接地電位として、バイアス電極層１２２と電極層１１４とを同電位として（短絡して）、感度安定化処理を行った。各ショットにおける放射線量検出前のバイアス電圧短絡時間を１０秒とした。その結果、図２に示すように、Ｘ線照射による光電流の感度変動は±１％以内であった。なお、本実施の形態では、バイアス電圧短絡時間を１０秒としたが、１秒以上あれば、感度変動を充分抑制でき、１０秒以上であれば確実に抑制できる。

次に、比較例１として、制御部１４６によって、バイアス電圧印加回路１４２と検出回路１４４を制御して、バイアス電極層１２２に−２０Ｖのバイアス電圧を印加して、３０秒間隔でＸ線量４００ｍＲ（８０ｋＶｐ）を１０ショット照射し、ショット毎に検出回路１４４で検出する光電流密度を比較した。各ショットのバイアス電圧印加時間は３０秒であった。比較例１においては、１０ショットの間、バイアス電極層１２２に−２０Ｖのバイアス電圧を印加したままであり、上述のような、感度安定化処理は行わなかった。その結果、図３に示すように、Ｘ線照射による光電流の感度変動は±１０％以上であった。

（第２の実施の形態）
図４を参照すれば、本発明の好ましい第２の実施の形態の間接変換型放射線撮像装置２００は、撮影部２１０と、制御装置２６０と、放射線発生装置２７０とを有している。

撮影部２１０は、放射線検出部２２０と、ゲート線ドライバー２４２と、信号処理部２４４と、バイアス電圧印加回路２４６と、基準電位供与回路２４８とを備えている。

制御装置２６０は、ゲート線ドライバー２４２、信号処理部２４４、バイアス電圧印加回路２４６および基準電位供与回路２４８に接続されており、ゲート線ドライバー２４２、信号処理部２４４、バイアス電圧印加回路２４６および基準電位供与回路２４８の制御を行う。

放射線検出部２２０では、基板２２２上に、放射線を電荷に変換する放射線電荷変換部３０４と、放射線電荷変換部３０４で変換された電荷を蓄積する蓄積容量３３０と、蓄積容量３３０に蓄積された電荷を読み出すための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）３２０を備えた画素部３００がマトリクス状に多数個配置されている。

基板２２２には、一定方向（行方向）に配設され、各画素部２２２の薄膜トランジスタ３２０をオン・オフさせるための複数本のゲート配線２２６と、ゲート配線２２６と直交する方向（列方向）に配設され、オンされた薄膜トランジスタ３２０を介して蓄積容量３３０から蓄積電荷を読み出すための複数本の信号配線２２８が設けられている。

各ゲート配線２２６はゲート線ドライバー２４２に接続されており、各信号配線２２８は信号処理部２４４に接続されている。放射線の照射を受けている間は、各画素部３００の薄膜トランジスタ３２０は、制御装置２６０の制御によりゲート線ドライバー２４２からゲート配線２２６を介して供給される信号により全てオフ状態にされ、放射線電荷変換部３０４で放射線から光電変換された電荷に対応する電荷を各画素部３００の蓄積容量３３０に蓄積する。放射線の照射後に、各画素部３００の薄膜トランジスタ３２０は、制御装置２６０の制御によりゲート線ドライバー２４２からゲート配線２２６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。薄膜トランジスタ３２０がオンされた画素部３００の蓄積容量３３０に蓄積されている電荷は、アナログの電気信号として信号配線２２８を伝送されて信号処理部２４４に入力される。このように、各画素部３００の蓄積容量３３０に蓄積されている電荷は行単位で順に読み出される。

各信号配線２２８は、基準電位供与回路２４８にも接続されている。信号処理部２４４と基準電位供与回路２４８内には、各信号配線２２８に対して信号処理部２４４と基準電位供与回路２４８とを切り替える切り替えスイッチ（図示せず）がそれぞれ設けられている。制御装置２６０の制御により切り替えスイッチを切り替えて、各信号配線２２８を信号処理部２４４と基準電位供与回路２４８のいずれか一方に接続するように切り替える。

基板２２２上には、後述するバイアス電極３４６（図５参照）が全面に設けられ、バイアス電極３４６（図５参照）はバイアス電圧印加回路２４６に接続されている。制御装置２６０の制御により、バイアス電圧印加回路２４６によって、バイアス電極３４６（図５参照）に所定のバイアス電圧または接地電位等の基準電位が印加される。なお、蓄積容量の放射線電荷変換部３０４とは反対側の電極３３２（蓄積容量下部電極３３２、図５参照）は接地電位３０２に接続されている。

次に、図５を参照して、放射線検出部２２０の各画素部３００について説明する。

可撓性基板３１０の一方の表面上には、蓄積容量３３０および薄膜トランジスタ３２０が設けられている。蓄積容量３３０は、蓄積容量上部電極３３４と、蓄積容量下部電極３３２と、これらの電極間にある誘電体層３１４（この誘電体層３１４は、絶縁膜としても機能する）によって構成されている。薄膜トランジスタ３２０は、ドレイン電極３２４と、蓄積容量上部電極３３４に接続するソース電極３２６と、ソース電極３２６とドレイン電極３２４の間にある活性層（チャネル層）３２８と、活性層３２８を覆うように形成された保護層３２９と、絶縁膜として機能する誘電体層３１４を介して活性層３２８に対向する位置にあるゲート電極３２２とを有している。

蓄積容量３３０および薄膜トランジスタ３２０上に、層間絶縁膜３３８が設けられている。蓄積容量上部電極３３４上の層間絶縁膜３３８にはコンタクトホール３３９が設けられている。層間絶縁膜３３８上に、電荷収集電極（下部電極）３３６が設けられている。電荷収集電極３３６は画素電極となる。電荷収集電極３３６は、コンタクトホール３３９を介して、蓄積容量上部電極３３４と接続されている。

電荷収集電極３３６上には、高分子下引き層３１２が設けられている。高分子下引き層３１２上に、電荷発生層３４４と、電荷輸送層３４２と、バイアス電極３４６がこの順で設けられている。電荷発生層３４４と電荷輸送層３４２とにより有機光電変換層３４０を構成している。バイアス電極３４６上には層間絶縁膜３１６を介して蛍光体層３５０が設けられている。

可撓性基板３１０は、薄ガラスとポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）とを張り合わせたものからなる。ゲート電極３２２および蓄積容量下部電極３３２は、Ｍｏからなる。誘電体層３１４は、二酸化ケイ素からなる。ソース電極３２６、ドレイン電極３２４および蓄積容量上部電極３３４は、ＩＺＯからなる。活性層３２８は、ＩＧＺＯ（In-Ga-Zn-Oxide）からなる。保護層３２９はアモルファスＧａ_２Ｏ_３からなる。層間絶縁膜３３８は、アクリル樹脂からなる。電荷収集電極３３６は、ＩＺＯからなる。高分子下引き層１１６は、アルコール可溶性ポリアミド塗布乾燥したものからなり、電荷収集電極３３６と電荷発生層３４４とを強固に接合する機能を有している。

電荷発生層３４４は、電磁波の照射を受けることによって、正の電荷を持つホールと負の電荷を持つ電子とを発生する電荷発生剤とポリマーバインダーとから構成されている。電荷発生剤としてジブロモアントアントロン顔料を使用し、ポリマーバインダーとしてポリビニルブチラール樹脂を使用している。電荷輸送層３４２は、ホールのみを輸送する電荷輸送剤とポリマーバインダーとから構成されている。電荷輸送剤としてＮ，Ｎ′−ジフェニル−Ｎ，Ｎ′−ビス（３−メチルフェニル）−［１，１′−ビフェニル］−４，４′−ジアミンを使用し、ポリマーバインダーとしてポリカーボネートを使用している。バイアス電極３４６は、ＩＺＯからなる。

層間絶縁膜３１６は、アクリル系両面接着テープからなる。蛍光体層３５０は、ＫＯＤＡＫ社蛍光体シートである、ＫＯＤＡＫ Ｌａｎｅｘ Ｒｅｇｕｌａｒ（Ｇａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ）からなっている。蛍光体層３５０によって、撮影対象の被検体に放射線を照射する際に当該被検体を透過した放射線を可視光に変換する。

放射線検出部２２０は、以下のようにして製造される。まず、厚さ０．１５ｍｍの薄ガラスと厚さ０．１ｍｍのＰＥＮを貼り合わせた可撓性基板３１０上に、Ｍｏを４０ｎｍの厚さにスパッタ成膜し、フォトリソグラフィおよびウェットエッチングでパターニングして、ゲート電極３２２および蓄積容量下部電極３３２を形成した。

この上に、二酸化ケイ素を２００ｎｍの厚さにスパッタ成膜し、絶縁膜を兼ねた誘電体層３１４を形成した。

次に、ＩＺＯを酸素導入なしで２００ｎｍの厚さにスパッタ成膜し、フォトリソグラフィおよびウェットエッチングでパターンニングし、ソース電極３２６およびドレイン電極３２４および蓄積容量上部電極３３４を形成した。ソース電極３２６およびドレイン電極３２４が互いに対向するエッジは、２５°のテーパ角となるようにした。

次に、ＩＧＺＯを１０ｎｍの厚さにスパッタ成膜し、フォトリソグラフィおよびウェットエッチングでパターンニングし、活性層３２８を形成した。

次に、アモルファスＧａ_２Ｏ_３を１０ｎｍの厚さにスパッタ成膜し、活性層３２８を覆う領域のみ残して保護層３２９とした。

次に、アクリル樹脂からなる層間絶縁膜３３８を塗布し、蓄積容量上部電極３３４の上の層間絶縁膜３３８にコンタクトホール３３９を形成した。

次に、ＩＺＯを４０ｎｍの厚さに成膜、パターンニングし、電荷収集電極（下部電極）３３６を形成した。電荷収集電極３３６はコンタクトホール３３９を介して蓄積容量上部電極３３４に接続される。

次に、アルコール可溶性ポリアミドを、電荷収集電極３３６上に、厚さが０．１μｍになるようにスピンコート塗布し、乾燥して高分子下引き層３１２を形成した。

次に、ジブロモアントアントロン顔料とポリビニルブチラール樹脂を前者：後者の質量比が５０：５０でシクロヘキサノンに添加、分散させたものを、高分子下引き層３１２上にスピンコーティングにより塗布し、厚さ０．５μｍの電荷発生層３４４を形成した。

次に、電荷輸送剤としてのＮ，Ｎ′−ジフェニル−Ｎ，Ｎ′−ビス（３−メチルフェニル）−［１，１′−ビフェニル］−４，４′−ジアミン３．５ｇとポリカーボネート（分子量：約３５０００〜４００００）６．５ｇをメチレンクロリド３５ｇに溶解して、電荷発生層３４４上にバーコートによって塗布し電荷輸送層３４２を形成した。１３５℃で１時間乾燥後、電荷輸送層３４２の膜厚を測定すると２μｍであった。

次に、電荷輸送層３４２上にＩＺＯを１００ｎｍの厚さに成膜して、バイアス電極層３４６を形成した。

次に、ＫＯＤＡＫ社蛍光体シートである、ＫＯＤＡＫ Ｌａｎｅｘ Ｒｅｇｕｌａｒ（Ｇａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ ３８０μｍ）を準備し、この蛍光体シートとバイアス電極層３４６とをアクリル系両面接着テープの接着層３１６（厚さは２０μｍ）介して貼り付けて、間接変換型放射線撮像装置２００の撮影部２１０の放射線検出部２２０を作製した。

本実施の形態による間接変換型放射線撮像装置２００では、被写体を透過した放射線が蛍光体層３５０に入射され、この蛍光体層３５０で放射線よりも波長の長い電磁波である可視光に変換される。この変換された可視光は、有機光電変換層３４０で正の電荷を持つホールと負の電荷を持つ電子とに変換される。有機光電変換層３４０で変換されたホールは、バイアス電極３４６と電荷収集電極３３６との間で与えられた電位差によって電荷輸送層３４２を移動し、バイアス電極３４６に集められる。有機光電変換層３４０で変換された電子は、電荷収集電極３３６と接続している蓄積容量上部電極３３４と、蓄積容量下部電極３３２と、これらの電極間にある誘電体層３１４によって構成される蓄積容量３３０に蓄えられる。蓄積容量上部電極３３４とドレイン電極３２４は接続されているので、ゲート電極３２２にオン電圧を印加して薄膜トランジスタ３２０をオン状態とすることによって、蓄積容量３０に蓄積された電荷は、ドレイン電極３２４から信号配線２２８（図４参照）を伝送されて信号処理部２４４（図４参照）に入力される。信号処理部２４４（図４参照）に入力された後、適宜Ａ／Ｄ変換されて画像メモリ（図示せず）等に記憶される。画像メモリ（図示せず）等に記憶された放射線画像情報は、表示装置の表示部（図示せず）に可視画像として表示される。

次に、上記間接変換型放射線撮像装置２００を使用して、撮像する方法について説明する。

制御装置２６０によって、放射線発生装置２７０、ゲート線ドライバー２４２、信号処理部２４４、バイアス電圧印加回路２４６および基準電位供与回路２４８を制御して、バイアス電極３４６に−２０Ｖのバイアス電圧を、バイアス印加時間を２０秒として印加して、放射線発生装置２７０によって３０秒間隔でＸ線量４００ｍＲ（８０ｋＶｐ）を１０ショット照射し、ショット毎のＸ線感度を撮像画像から読み取り、比較した。

各ショットの前に、制御装置２６０の制御により、ゲート線ドライバー２４２により、各薄膜トランジスタ３２０のゲートにオン電圧を印加して各薄膜トランジスタ３２０のソース電極３２６（画素電極である電荷収集電極３３６に接続）とドレイン電極３２４とを導通化する。その状態で、制御装置２６０の制御により、信号処理部２４４と基準電位供与回路２４８内の切り替えスイッチ（図示せず）を切り替えて、各信号配線２２８の接続を信号処理部２４４から基準電位供与回路２４８に切り替えて、各信号配線２２８に基準電位供与回路２４８によって接地電位を与えると共に、バイアス電圧印加回路２４６により、バイアス電極３４６に接地電位を与えて、バイアス電極３４６と電荷収集電極３３６とを同電位として（短絡して）、感度安定化処理を行った。各ショット前のバイアス電圧短絡時間を１０秒とした。その結果、Ｘ線電流の感度変動は±１％以内であり、残像が発生しなかった。なお、本実施の形態では、バイアス電圧短絡時間を１０秒としたが、１秒以上あれば、感度変動を充分抑制でき、１０秒以上であれば確実に抑制できる。

次に、比較例２として、放射線発生装置２７０、ゲート線ドライバー２４２、信号処理部２４４、バイアス電圧印加回路２４６および基準電位供与回路２４８を制御して、バイアス電極３４６に−２０Ｖのバイアス電圧を印加して、３０秒間隔でＸ線量４００ｍＲ（８０ｋＶｐ）を１０ショット照射し、ショット毎のＸ線感度を撮像画像から読み取り、比較した。感度安定化処理を行わず、バイアス電極３４６に一定のバイアス電圧−２０Ｖを印加した。その結果、Ｘ線電流の感度変動は５％以上であり、残像が発生した。

上記本実施の形態では、バイアス電極３４６と電荷収集電極３３６とを同電位とする期間中、すべての薄膜トランジスタ３２０のゲートをオン状態に保ったが、ゲートのオン状態とオフ状態とを繰り返すことが、薄膜トランジスタ３２０の閾値変動を発生させない点で好ましい。なお、一旦、バイアス電極３４６と電荷収集電極３３６とを同電位とすれば、その後、薄膜トランジスタ３２０のゲートをオフ状態にする期間があっても、電荷収集電極３３６は、同電位の状態からフローティング状態となるだけなので、感度変動の抑制効果には殆ど影響を与えない。従って、バイアス電圧短絡時間は、途中にゲートをオフ状態にする期間も含めて１秒以上あれば、感度変動を充分抑制でき、１０秒以上であれば確実に抑制できる。

また、１秒間に通常は数フレーム走査できるので、すべての薄膜トランジスタ３２０のゲートを同時にオン状態にしなくても、行単位で順にオンしていっても、最初のフレームで、一旦、バイアス電極３４６とすべての電荷収集電極３３６とが同電位となるので、その後、薄膜トランジスタ３２０のゲートをオフ状態にする期間があっても、電荷収集電極３３６は、同電位の状態からフローティング状態となるだけなので、感度変動の抑制効果には殆ど影響を与えない。

上記第１の実施の形態の蛍光体シート１２６や第２の実施の形態の蛍光体層３５０には、ガドリニウム硫酸化物（ＧＯＳ：Ｔｂ）を使用したが、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ：Ｔｌ）を好ましく使用される。

上記第１の実施の形態では、放射線を可視光に変換するシンチレータとして、蛍光体シート１２６を使用し、第２の実施の形態では、蛍光体層３５０を使用したが、これらのシンチレータを使用しなければ、第１の実施の形態の放射線量モニター１００は、可視光の線量モニターとして使用でき、第２の実施の形態の間接変換型放射線撮像装置２００は、可視光の撮像装置として使用できる。

上記第１および第２の実施の形態では、３０秒間隔でＸ線量４００ｍＲ（８０ｋＶｐ）を１０ショット照射した場合に、感度を安定することができたが、Ｘ線を、例えば腰椎撮影に使用するような、このような大線量で照射する場合だけでなく、低線量（例えば、胸部撮影に使用するような３０ｍＲ以下）で長時間の連続撮影(例えば、３０秒間隔で１００ショット）の場合に適用しても、感度を安定することができた。

上記第１の実施の形態の電荷発生層１１８の厚さは０．５μｍであり、第２の実施の形態の電荷発生層３４４の厚さは０．５μｍであったが、電荷発生層の厚さは好ましくは０．５〜３μｍである。

上記第１の実施の形態の電荷輸送層１２０の厚さは２μｍであり、第２の実施の形態の電荷輸送層３４２の厚さは２μｍであったが、電荷輸送層の厚さは好ましくは０．５〜７μｍである。電荷輸送層が０．５〜７μｍと薄いと、感度安定化処理の短絡時間を短くできるので、好ましい。なお、電荷輸送層は、電荷発生層に電荷を発生させる電磁波に対して透明な層であり、電荷発生層に電荷を発生させる電磁波によっては、電荷輸送層には、電荷は発生しない。

上記第１および第２の実施の形態では、感度安定化処理の短絡時間には、電荷発生層１１８、電荷発生層３４４、電荷輸送層１２０、電荷輸送層３４２には消去光を照射しない。このように、上記第１および第２の実施の形態では、消去光を照射しなくても、感度を安定化させることができる。

なお、上記第１および第２の実施の形態の電荷発生層１１８、電荷発生層３４４は、電荷発生剤とポリマーバインダとを構成成分として含有するが、電荷発生剤としては、例えば金属フタロシアニン、無金属フタロシアニン等のフタロシアニン染料またはフタロシアニン顔料、ナフタロシアニン染料またはナフタロシアニン顔料、インジゴ染料、キナクリドン染料、アントラキノン染料、例えばジブロモアントアントロンのようなアントアントロン染料、ペリレン染料、例えばモノアゾ染料、ビスアゾ染料、トリスアゾ染料などのアゾ染料、シアニン染料等が好ましく用いられる。

電荷発生層１１８、電荷発生層３４４に使用されるポリマーバインダとしては、ポリビニルブチラール等が挙げられる。

電荷発生剤とポリマーバインダの比率は、前者：後者の質量比で８０：２０〜２０：８０の範囲から選ばれることが感度安定性と経時安定性の両立という理由から好ましい。より好ましくは、４５：５５〜２５：７５の範囲から選ばれる。
ポリマーバインダの溶剤に溶解した溶液中に電荷発生剤を分散させた分散液を準備し、これをスピンコートし、乾燥（ベークとも言う。）して溶剤を蒸発させて電荷発生層１１８、電荷発生層３４４が形成される。

上記第１および第２の実施の形態の電荷輸送層１２０、電荷輸送層３４２は、電荷輸送剤およびポリマーバインダを構成成分として含有する。

電荷輸送剤としては、正孔輸送物質として知られているものが好ましく使用される。例えば、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物、ピラゾリン化合物、スチリルアミン化合物、ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、カルバゾール化合物、ポリシラン化合物、チオフェン化合物、フタロシアニン化合物、シアニン化合物、メロシアニン化合物、オキソノール化合物、ポリアミン化合物、インドール化合物、ピロール化合物、ピラゾール化合物、ポリアリーレン化合物、縮合芳香族炭素環化合物（ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体）、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体等を用いることができる。なお、これらに限らず、電荷発生剤として用いた有機化合物よりもイオン化ポテンシャルの小さい有機化合物であれば、電荷輸送剤として用いることができる。

電荷輸送層４２に使用されるポリマーバインダとしては、例えばポリカーボネート、ポリビニルブチラール、アクリル酸エステルのホモポリマーまたは他の共重合性モノマーとのコポリマー、メタクリル酸エステルのホモポリマーまたは他の共重合性モノマーとのコポリマー、スチレンのホモポリマーまたは他の共重合性モノマー、例えばアクリロニトリルなど、とのコポリマー、ポリスルホン等が挙げられる。

電荷輸送層は、電荷輸送剤とポリマーバインダを溶剤に溶解した溶液を準備し、これを電荷発生層上に、例えばディップコート、スピンコート等により塗布し、ベークして溶剤を蒸発させることにより形成される。

以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。

１００ 放射線量モニター
１１０ センサー部
１１２ 可撓性基板
１１４ 電極層
１１６ 高分子下引き層
１１８ 電荷発生層
１２０ 電荷輸送層
１２２ バイアス電極層
１２４ 接着層
１２６ 蛍光体シート
１３０ 接地電位
１４０ 制御装置
１４２ バイアス電圧印加回路
１４４ 検出回路
１４６ 制御部
２００ 間接変換型放射線撮像装置
２１０ 撮像部
２２０ 放射線検出部
２２２ 基板
２２６ ゲート配線
２２８ 信号配線
２４２ ゲート線ドライバー
２４４ 信号処理部
２４６ バイアス電圧印加回路
２４８ 基準電位供与回路
２６０ 制御装置
２７０ 放射線発生装置
３００ 画素部
３０２ 接地電位
３０４ 放射線電荷変換部
３１０ 可撓性基板
３１２ 高分子下引き層
３１４ 誘電体層
３１６ 層間絶縁膜
３１８ 可撓性基板
３２０ 薄膜トランジスタ
３２２ ゲート電極
３２４ ドレイン電極
３２６ ソース電極
３２８ 酸化物半導体活性層
３２９ 保護層
３３０ 蓄積容量
３３２ 蓄積容量下部電極
３３４ 蓄積容量上部電極
３３６ 電荷収集電極（下部電極）
３３８ 層間絶縁膜
３３９ コンタクトホール
３４０ 有機光電変換層
３４２ 電荷輸送層
３４４ 電荷発生層
３４６ バイアス電極
３５０ 蛍光体層

Claims (17)

1. 第１の電極層と、情報を担持する電磁波の照射を受けることにより正と負の電荷を発生する電荷発生層であって前記第１の電極層に電気的に接続されて設けられた前記電荷発生層と、前記電荷発生層で発生した前記正と負の電荷のうちの一方の電荷のみを輸送する電荷輸送層と、前記電荷輸送層に電気的に接続されて設けられた第２の電極層とを有する光電変換器と、
   前記第１の電極層と前記第２の電極層にそれぞれ所定の電位を供与する電位供与手段と、
   前記第１の電極層または前記第２の電極層のいずれか一方に接続された電荷蓄積用キャパシタと、薄膜トランジスタと、前記電荷蓄積用キャパシタに蓄積された電荷量を読み取る読取手段とを備え、前記薄膜トランジスタの一方の端子が前記第１の電極層または前記第２の電極層の前記いずれか一方および前記電荷蓄積用キャパシタに接続され、前記薄膜トランジスタの他方の端子が前記読取手段に接続され、前記光電変換器により光電変換された前記電磁波の情報を検出する検出手段と、
   前記電位供与手段によって前記第１の電極層と前記第２の電極層に検出用の電位をそれぞれ供与し、前記検出手段によって電磁波の前回照射時の前記電磁波の情報を検出する工程と、前記電位供与手段によって前記第１の電極層と前記第２の電極層に検出用の電位をそれぞれ供与し、前記検出手段によって電磁波の次回照射時の前記電磁波の情報を検出する工程との間で、前記電位供与手段によって前記第１の電極層と前記第２の電極層とを１秒以上の所定期間同電位に設定すると共に、前記所定期間の途中に前記薄膜トランジスタのゲートがオフになる期間があるよう前記電位供与手段と前記検出手段とを制御する制御手段と、を備える電磁波情報検出装置。
2. 前記所定期間は１０秒以上である請求項１記載の電磁波情報検出装置。
3. 前記電位供与手段によって前記第１の電極層と前記第２の電極層とを前記所定期間同電位に設定する間は、前記光電変換器には、消去光が照射されない請求項１又は２に記載の電磁波情報検出装置。
4. 前記電荷発生層の電荷発生剤には有機化合物が使用され、前記電荷輸送層の電荷輸送剤には有機化合物が使用されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の電磁波情報検出装置。
5. 前記電荷輸送層は、前記電荷発生層に電荷を発生させる電磁波に対して透明な層である請求項１〜４のいずれか一項に記載の電磁波情報検出装置。
6. 前記電荷輸送層は、ホールのみを輸送する層である請求項１〜５のいずれか一項に記載の電磁波情報検出装置。
7. 放射線を前記放射線よりも波長の長い前記電磁波に変換する放射線変換層をさらに供える請求項１〜６のいずれか一項に記載の電磁波情報検出装置。
8. 前記制御手段は、前記電位供与手段によって前記第１の電極層と前記第２の電極層とを前記所定期間同電位に設定する間は、前記電位供与手段と前記薄膜トランジスタの前記他方の端子とが接続され、前記薄膜トランジスタによって前記電位供与手段と前記第１の電極層または前記第２の電極層の前記いずれか一方が接続されて、前記電位供与手段によって、前記第１の電極層または前記第２の電極層の前記いずれか一方と、前記第１の電極層または前記第２の電極層の他方とを前記所定期間同電位に設定するよう、前記電位供与手段と前記検出手段と前記薄膜トランジスタと前記読取手段とを制御する請求項７記載の電磁波情報検出装置。
9. 第１の電極層と、情報を担持する電磁波の照射を受けることにより正と負の電荷を発生する電荷発生層であって前記第１の電極層に電気的に接続されて設けられた前記電荷発生層と、前記電荷発生層で発生した前記正と負の電荷のうちの一方の電荷のみを輸送する電荷輸送層と、前記電荷輸送層に電気的に接続されて設けられた第２の電極層とを有する光電変換器の、前記第１の電極層と前記第２の電極層に検出用の電位をそれぞれ供与して、前記光電変換器により光電変換された前記電磁波の情報を検出する電磁波情報検出方法であって、
   前記第１の電極層または前記第２の電極層のいずれか一方に接続された電荷蓄積用キャパシタと、薄膜トランジスタと、前記電荷蓄積用キャパシタに蓄積された電荷量を読み取る読取手段とを備え、前記薄膜トランジスタの一方の端子が前記第１の電極層または前記第２の電極層の前記いずれか一方および前記電荷蓄積用キャパシタに接続され、前記薄膜トランジスタの他方の端子が前記読取手段と接続された検出手段によって、前記電磁波の情報の検出が行われ、
   前記第１の電極層と前記第２の電極層に検出用の電位をそれぞれ供与し、電磁波の前回照射時の前記電磁波の情報を検出する工程と、前記第１の電極層と前記第２の電極層に検出用の電位をそれぞれ供与し、電磁波の次回照射時の前記電磁波の情報を検出する工程との間に、前記第１の電極層と前記第２の電極層とを１秒以上の所定期間同電位に設定する工程と共に、前記所定期間の途中に前記薄膜トランジスタのゲートがオフになる期間があるよう制御する工程を備える電磁波情報検出方法。
10. 前記所定期間は１０秒以上である請求項９記載の電磁波情報検出方法。
11. 前記第１の電極層と前記第２の電極層とを前記所定期間同電位に設定する間は、前記光電変換器には、消去光が照射されない請求項９又は１０に記載の電磁波情報検出方法。
12. 前記電荷発生層の電荷発生剤には有機化合物が使用され、前記電荷輸送層の電荷輸送剤には有機化合物が使用されている請求項９〜１１のいずれか一項に記載の電磁波情報検出方法。
13. 前記電荷輸送層は、電荷発生層に電荷を発生させる電磁波に対して透明な層である請求項９〜１２のいずれか一項に記載の電磁波情報検出方法。
14. 前記電荷輸送層は、ホールのみを輸送する層である請求項９〜１３のいずれか一項に記載の電磁波情報検出方法。
15. 前記電磁波は、放射線を前記放射線よりも波長の長い電磁波に変換する放射線変換層によって変換された電磁波である請求項９〜１４のいずれか一項に記載の電磁波情報検出方法。
16. 前記電磁波の情報を検出する工程は、電磁波の照射を受けている間は、前記光電変換器により光電変換された電荷に対応する電荷を前記電荷蓄積用キャパシタに蓄積し、電磁波の照射終了後に前記電荷蓄積用キャパシタに蓄積した電荷量を薄膜トランジスタを介して検出する工程であり、
    前記第１の電極層と前記第２の電極層とを前記所定期間同電位に設定する工程は、前記第１の電極層または前記第２の電極層の他方に供与する電位と、前記薄膜トランジスタを介して前記第１の電極層または前記第２の電極層の前記いずれか一方に供与する電位とを、前記所定期間同電位に設定する工程である請求項９〜１５のいずれか一項に記載の電磁波情報検出方法。
17. 前記電磁波の情報を検出する工程は、前記第１の電極層と前記第２の電極層の間の電流量を検出して前記電磁波の線量を検出する検出工程であり、前記電磁波情報検出方法は線量検出方法である請求項９〜１５のいずれか一項に記載の電磁波情報検出方法。