JP2012237562A - 放射線検出パネルおよび放射線画像検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】シンチレータの蛍光体内で発光した光が面方向に反射される度合を低減させて、高感度で鮮鋭性が高い放射線画像を得ることが可能な放射線検出パネルを提供する。
【解決手段】放射線検出パネル３は、一方の面４ａに二次元状に配列された複数の光電変換素子１５上に平坦化層２１が形成された素子基板４と、蛍光体６ａの柱状結晶で形成されており、放射線を光に変換して光電変換素子１５に照射するシンチレータ６が一方の面５ａに形成されたシンチレータ基板５とを備え、シンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の先端Ｐａが平坦化層２１の方向を向く状態で素子基板４とシンチレータ基板５とが貼り合わされ、シンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の先端Ｐａ部分と平坦化層２１との間に、蛍光体６ａの屈折率ｎ_6aと平坦化層２１の屈折率ｎ₂₁のうち、小さい方の屈折率以上で大きい方の屈折率以下の屈折率ｎ₂₃を有する光学補償層２３が形成されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、放射線検出パネルおよび放射線画像検出器に関する。

従来から、入射した放射線をシンチレータで可視光等の光に変換し、変換された光を、基板上に二次元状に配列されたフォトダイオード等の複数の光電変換素子で検出する放射線検出パネルを用いた放射線画像検出器（Flat Panel Detector（ＦＰＤ）ともいう。）が開発されている。そして、光電変換素子で入射した光を電荷に変換し、発生した電荷を取り出すことで、被写体を介して照射された放射線に担持された情報を電気信号として検出するように構成される。

そして、放射線画像検出器では、例えばガラス基板上に複数の光電変換素子を二次元状に配列させて素子基板を形成し、その上方にシンチレータを配置して放射線検出パネルが形成される場合がある（例えば特許文献２、３等参照）。

具体的には、例えば、図２０に示すように、複数の光電変換素子１０１が配列された素子基板１０２の上方から、蛍光体１０３ａの柱状結晶からなるシンチレータ１０３が一面側に形成されたシンチレータ基板１０４を貼り合わせる等して、放射線検出パネル１００が形成される場合がある。

なお、図２０では、シンチレータ１０３の蛍光体１０３ａの柱状結晶の先端Ｐａが、光電変換素子１０１を被覆するたとえば樹脂製の平坦化層１０５の表面に当接する状態になるようにシンチレータ１０３を配置し、シンチレータ１０３や光電変換素子１０１の外側の周囲の部分に配置された接着剤１０６によって素子基板１０２とシンチレータ基板１０４とが貼り合わされた状態が示されている。

特開２００９−２１９５３８号公報 米国特許第６１７２３７１号明細書 特開２０１０−４３８８７号公報

ところで、放射線検出パネル１００を図２０に示したように形成する場合、シンチレータ１０３の蛍光体１０３ａの柱状結晶の先端Ｐａが素子基板１０２の平坦化層１０５の表面に当接する部分を拡大すると、図２１に示すような状態になっている。そして、蛍光体１０３ａの柱状結晶の先端Ｐａの部分は略円錐状になっている。

そして、蛍光体１０３ａの柱状結晶の略円錐状の先端Ｐａが平坦化層１０５の表面に当接する状態になっており、蛍光体１０３ａの柱状結晶と平坦化層１０５との間には、空気Ａｉ（或いは低真空）の層が介在する状態になっている。

このような状態の放射線検出パネル１００や放射線画像検出器に放射線が照射されると、照射された放射線がシンチレータ１０３に到達し、シンチレータ１０３の蛍光体１０３ａ内で放射線が光Ｌに変換されて発光する。そして、光Ｌは、蛍光体１０３ａの柱状結晶内を、平坦化層１０５や光電変換素子１０１の方向に伝播する。

しかし、この場合、蛍光体１０３ａ内を伝播した光Ｌの一部Ｌ１が、蛍光体１０３ａの柱状結晶の先端Ｐａ部分の略円錐状の壁面Ｐａ１で蛍光体１０３ａ内に反射される。また、蛍光体１０３ａから空気Ａｉ内に進入した光Ｌは、今度は、その一部Ｌ２が、平坦化層１０５の表面で反射される。

そして、蛍光体１０３ａ内で発光した光Ｌが蛍光体１０３ａの先端Ｐａ部分の壁面Ｐａ１や平坦化層１０５の表面等で反射されると、光Ｌの一部Ｌ１、Ｌ２が蛍光体１０３ａの柱状結晶の延在方向に直交する方向（図２０や図２１では左右方向。以下、素子基板１０２やシンチレータ基板１０４が延在する方向という意味で面方向という。）にも伝播する状態になる。

放射線画像検出器や放射線検出パネル１００では、本来、蛍光体１０３ａ内で発光した光Ｌがその直下（図２０や図２１では当該蛍光体１０３ａの下方）の光電変換素子１０１に入射することで鮮鋭性が高い放射線画像が得られる。

しかし、上記のように、蛍光体１０３ａ内で発光した光Ｌが反射されて面方向に伝播する度合が増すと、当該蛍光体１０３ａの直下の光電変換素子１０１で受光されるべき光Ｌの一部が他の光電変換素子１０１で受光される状態になる。そのため、得られる放射線画像が必ずしも鮮鋭性が十分に高くならない可能性があった。

また、上記のように蛍光体１０３ａの柱状結晶の先端Ｐａ部分の略円錐状の壁面Ｐａ１で反射した光Ｌ１や、平坦化層１０５の表面で反射された光Ｌ２は、さらにその先で蛍光体１０３ａの壁面等に反射される。そして、このようにして多重反射が繰り返されることになる。

このように多重反射が繰り返されると、反射された光のうち蛍光体１０３ａ等で吸収される分量が多くなる。そのため、結局、最初に蛍光体１０３ａ内で発光した光Ｌのうち、光電変換素子１０１に到達する光量に損失が生じてしまい、画像取得の感度が低下するという現象が生じてしまうといった問題もあった。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、シンチレータの蛍光体内で発光した光が面方向に反射される度合を低減させて、高感度でかつ鮮鋭性が高い放射線画像を得ることが可能な放射線検出パネルおよび放射線画像検出器を提供することを目的とする。

前記の問題を解決するために、本発明の放射線検出パネルは、
一方の面に複数の光電変換素子が二次元状に配列され、前記複数の光電変換素子上に平坦化層が形成された素子基板と、
蛍光体の柱状結晶で形成されており、放射線を光に変換して前記光電変換素子に照射するシンチレータが一方の面に形成されたシンチレータ基板と、
を備え、
前記シンチレータの蛍光体の柱状結晶の先端が前記平坦化層の方向を向く状態で、前記素子基板と前記シンチレータ基板とが貼り合わされて形成され、
前記シンチレータの蛍光体の柱状結晶の先端部分と前記平坦化層との間に、前記蛍光体の屈折率と前記平坦化層の屈折率のうち、小さい方の屈折率以上で大きい方の屈折率以下の屈折率を有する光学補償層が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の放射線画像検出器は、上記の本発明の放射線検出パネルを備えることを特徴とする。

本発明のような方式の放射線検出パネルおよび放射線画像検出器によれば、シンチレータの蛍光体の柱状結晶と光学補償層との屈折率の差、および光学補償層と平坦化層との屈折率の差が小さくなり、照射された放射線により蛍光体内で発光した光が蛍光体の柱状結晶と光学補償層との境界面や光学補償層と平坦化層との境界面で反射される度合が小さくなる。

そのため、シンチレータの蛍光体内で発光した光が面方向に反射される度合が低減されるため、当該蛍光体の直下の光電変換素子以外の光電変換素子で受光されることが抑制される。また、反射光が蛍光体等で吸収されることも的確に防止される。そのため、当該蛍光体の直下の光電変換素子に光のほとんどの量が的確に入射される状態になり、高感度でかつ鮮鋭性が高い放射線画像を得ることが可能となる。

本実施形態に係る放射線画像検出器の外観を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 素子基板上の構成を示す平面図である。 放射線検出パネルの各入出力端子にフレキシブル回路基板が圧着され、素子基板の下面側に引き回されてＰＣＢ基板と圧着されて接続された状態を示す図である。 シンチレータの蛍光体の柱状結晶の構成およびシンチレータの支持体への貼付を説明する模式図である。 図２における放射線検出パネルの拡大断面図である。 外力による素子基板とシンチレータ基板との接近に抗して両方の基板の間隔を確保するスペーサの機能を説明する図である。 図６等の拡大図であり、シンチレータの蛍光体の柱状結晶の先端部分と平坦化層との間に光学補償層が形成されていることを説明する図である。 放射線検出パネルの製造方法を示すフローチャートである。 接着剤が開口部を有する状態で各光電変換素子の周囲の部分に配置された状態で素子基板とシンチレータ基板とが仮貼り合わせされた状態を表す図である。 放射線検出パネルの製造に用いられるチャンバの構成例を説明する図である。 チャンバ基台とフィルムとの間の空間が減圧され基板と支持体とが貼り合わされる状態を説明する図である。 接着剤が水平方向に押し広げられて開口部が封止される状態を表す図である。 放射線画像検出器の製造方法を示すフローチャートである。 図８においてシンチレータの蛍光体の柱状結晶と光学補償層との境界面や光学補償層と平坦化層との境界面で反射される光等を説明する図である。 シンチレータの蛍光体の柱状結晶同士の間に隙間が形成されていることを表す図である。 光学補償層を形成する樹脂が毛細管現象によりシンチレータの蛍光体の柱状結晶同士の隙間に入り込んだ状態と表す図である。 シンチレータの蛍光体の柱状結晶の先端部分を被覆するコート層を表す図である。 コート層により樹脂が毛細管現象によってシンチレータの蛍光体の柱状結晶同士の隙間に入り込むことが防止された状態を表す図である。 放射線検出パネルの従来の構成例を表す拡大断面図である。 図２０の拡大図であり、シンチレータの蛍光体内で発光した光が面方向に反射されることを説明する図である。

以下、本発明に係る放射線検出パネルおよび放射線画像検出器の実施の形態について、図面を参照して説明する。

なお、以下では、放射線画像検出器が持ち運び可能な可搬型に形成されている場合について説明するが、本発明は、例えば支持台等と一体的に形成された、いわゆる専用機型の放射線画像検出器およびそれに用いられる放射線検出パネルに対しても適用することが可能である。

また、以下では、放射線検出パネル３や放射線画像検出器１における各部材の相対的な位置関係、特に相対的な上下関係について、後述する図１や図２等に示すように、放射線画像検出器１の筐体２の放射線入射面Ｘ側を上側に向け、筐体２における放射線入射面Ｘとは反対側の面Ｙ側を下側に向けて配置した場合の位置関係に基づいて説明する。

［放射線検出パネルや放射線画像検出器の構成等について］
図１は、本実施形態に係る放射線画像検出器の外観を示す斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図１や図２に示すように、放射線画像検出器１では、筐体２内に放射線検出パネル３が収納されて構成されている。

筐体２は、カーボン板やプラスチック等の材料で形成されている。なお、図１や図２では、筐体２がフレーム板５１とバック板５２とで形成された、いわば弁当箱型である場合が示されているが、筐体２を一体的に形成するいわゆるモノコック型とすることも可能である。また、筐体２の側面部分には、ＬＥＤ等で構成されたインジケータ５３や蓋５４、外部の装置と接続される端子５５、電源スイッチ５６等が配置されている。

筐体２の内部には、図２に示すように、放射線検出パネル３が内蔵されている。放射線検出パネル３は、ガラス基板で形成された素子基板４と、ガラス基板の下面にシンチレータ６が形成されたシンチレータ基板５とが接着剤２２を介して貼り合わされ、それらが図示しない鉛の薄板等を介して基台７の上面側に配置され、基台７の下面側に、電子部品８等が配設されたＰＣＢ基板９やバッテリ１０等が取り付けられて形成されている。

図３は、素子基板４上の構成を示す平面図である。素子基板４の上面（すなわちシンチレータ６側の面）４ａ上には、複数の配線、すなわち複数の走査線１１と複数の信号線１２とが互いに交差するように配設されている。また、複数のバイアス線１３が、複数の信号線１２と平行に配置されていて、各光電変換素子１５に接続されている。そして、本実施形態では、各バイアス線１３は、素子基板４上の一方側の端部で１本の結線１４により結束されている。

素子基板４の上面４ａ上の走査線１１と信号線１２により区画された各小領域Ｒには、光電変換素子１５がそれぞれ設けられており、各光電変換素子１５が素子基板４の上面４ａ上に二次元状に配列されている。また、各光電変換素子１５には、バイアス線１３を介して逆バイアス電圧が印加されるようになっている。

本実施形態では、光電変換素子１５としてフォトダイオードが用いられている。また、図３に示すように、各光電変換素子１５にはそれぞれスイッチ手段として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor。以下ＴＦＴという。）１６が設けられている。

また、各走査線１１や各信号線１２、バイアス線１３の結線１４は、素子基板４の上面４ａ上の各光電変換素子の外側の部分までそれぞれ延設されており、各走査線１１や各信号線１２、バイアス線１３の結線１４には、各光電変換素子１４の周囲の部分に入出力端子（パッド等ともいう。）１８がそれぞれ設けられている。

各入出力端子１８には、図４に示すように、フレキシブル回路基板（Chip On Film等ともいう。）１９が異方性導電接着フィルム（Anisotropic Conductive Film）や異方性導電ペースト（Anisotropic Conductive Paste）等の異方性導電性接着材料２０を介して圧着されている。また、フレキシブル回路基板１９は、素子基板４の下面４ｂ側に引き回されており、下面４ｂ側でＰＣＢ基板９とフレキシブル回路基板１９とが圧着されて接続されるようになっている。

また、図４に示すように、複数の光電変換素子１５等の部分には、それらによる表面の凹凸を平坦化するための平坦化層２１が、透明な樹脂等が塗布されて形成されている。平坦化層２１は、例えば透明な、すなわちシンチレータ６の蛍光体６ａから出力される光を透過するアクリル樹脂等で形成される。なお、図４では、シンチレータ６のほか、電子部品８等（図２参照）の図示が省略されている。

シンチレータ６（図２参照）は、放射線入射面Ｘ側から入射した放射線を光に変換して各光電変換素子１５に照射するものであり、蛍光体を主たる成分とする。本実施形態では、シンチレータ６として、入射したＸ線等の放射線を、波長が３００ｎｍ〜８００ｎｍの光に変換するものが用いられるようになっている。蛍光体としては、例えばＣｓＩ：Ｔｌ等の母体材料内に発光中心物質が付活されたものが好ましく用いられる。

シンチレータ６は、本実施形態では、図５に示すように、各種高分子材料により形成された支持体６ｂの上に、例えば気相成長法により蛍光体６ａを成長させて形成されたものであり、蛍光体６ａの柱状結晶からなっている。気相成長法としては、蒸着法やスパッタ法等が好ましく用いられる。

そして、蛍光体６ａの柱状結晶の先端Ｐａが下側、すなわち素子基板４の複数の光電変換素子１５や平坦化層２１の方向を向くように、支持体６ｂがガラス基板の下面５ａ側に貼付されるようになっている。本実施形態では、このようにしてシンチレータ基板５が形成されている。

一方、本実施形態では、放射線検出パネル３は、図６に示すように、シンチレータ基板５が、シンチレータ６の蛍光体６ａの鋭角状の先端Ｐａが複数の光電変換素子１５や平坦化層２１に対向するように素子基板４の上方から素子基板４に載置されて形成されている。

なお、図６において、放射線検出パネル３の各部材の相対的な大きさや厚さ、部材間の間隔等は、必ずしも現実の放射線検出パネル３の構造を反映するものではない。また、シンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の先端Ｐａを含む部分と平坦化層２１との間に、光学補償層２３が形成されているが、この点については後で詳しく説明する。

本実施形態では、素子基板４とシンチレータ基板５との間隙部分であって、各光電変換素子１５やシンチレータ６等の周囲の部分に、接着剤２２が配置されており、この接着剤２２によって、素子基板４とシンチレータ基板５とが貼り合わされるようになっている。

接着剤２２は、各光電変換素子１５やシンチレータ６の周囲の全周にわたって配置されており、素子基板４とシンチレータ基板５と接着剤２２とで、外部から区画された内部空間Ｃが形成されている。そして、本実施形態では、内部空間Ｃの内部圧力が大気圧より低くなるように、内部空間Ｃが減圧されている。

このように内部空間Ｃの内部が減圧されるように構成することで、図７に示すように、素子基板４やシンチレータ基板５が外部の気圧すなわち大気圧により外側から内部空間Ｃ側に向けて常時押圧された状態となる。そのため、本実施形態では、大気圧により押圧されることで、素子基板４とシンチレータ基板５が離間することが抑制されるようになっている。

また、大気圧により押圧された素子基板４とシンチレータ基板５の端部同士が接近し過ぎないようにするために、本実施形態では、図７に示すように、接着剤２２の中に、例えば球形状のスペーサＳが含まれるようになっている。

［光学補償層について］
図６や図８等に示すように、シンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の先端Ｐａを含む部分（以下、先端Ｐａ部分という。）と平坦化層２１との間には、光学補償層２３が形成されている。

本実施形態では、光学補償層２３は、図８に示すように、少なくとも蛍光体６ａの柱状結晶の各先端Ｐａを含む柱状結晶の各先端Ｐａ部分における略円錐状の各壁面Ｐａ１部分と、平坦化層２１の表面とに、それぞれ接触するように形成されている。その際、光学補償層２３は、各壁面Ｐａ１部分や平坦化層２１に、空気（或いは低真空）が介在しない状態で接触する状態、すなわち密接する状態とされている。

光学補償層２３は、放射線の照射によりシンチレータ６の蛍光体６ａで発光した光が光学補償層２３や平坦化層２１を介して光電変換素子１５に到達するようにするために透明であり、光の透過率が９０％以上の高透過率であることが好ましい。

また、本実施形態では、素子基板４（図６参照）には光電変換素子１５等が形成されており、シンチレータ基板５にはシンチレータ６の発光が放射線入射面Ｘ側（図１や図２参照。図６では図中上側）に漏出しないようにするために図示しない反射層が設けられている。そのため、本実施形態では、光学補償層２３を、例えば紫外線硬化型の樹脂で形成すると、光電変換素子１５や反射層等のために樹脂に紫外線を照射することが難しくなり、樹脂を硬化させることが困難になる。

そこで、本実施形態では、光学補償層２３は、熱硬化性の樹脂で形成されている。熱硬化性の樹脂としては、アクリル樹脂やエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が好ましく用いられる。

なお、熱硬化性の樹脂を硬化させて光学補償層２３を形成することについては、後述する放射線検出パネル３等の製造方法の中で説明する。また、光学補償層２３を、硬化させた樹脂等の固体で形成する代わりに、透明な液体やゲル状物質で形成することも可能である。この場合も、液体やゲル状物質からなる光学補償層２３が、図８に示すように少なくともシンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の各先端Ｐａ部分と平坦化層２１の表面とにそれぞれ密接する状態に形成される。

一方、光学補償層２３は、その屈折率ｎ₂₃が、シンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の屈折率ｎ_6aと平坦化層２１の屈折率ｎ₂₁のうち、小さい方の屈折率以上で大きい方の屈折率以下の屈折率となるように形成されている。

本実施形態では、前述したようにシンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶としてＣｓＩ：Ｔｌが用いられており、その屈折率ｎ_6aは約１．８である。また、平坦化層２１を形成するアクリル樹脂の屈折率ｎ₂₁は約１．５である。そこで、本実施形態では、光学補償層２３は、その屈折率ｎ₂₃が１．５〜１．８の範囲になるように形成されている。

なお、光学補償層２３をこのように形成することによる作用等については、放射線検出パネル３や放射線画像検出器１の製造方法を説明した後で説明する。また、図８等では、シンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の先端Ｐａが平坦化層２１に当接するように記載されているが、蛍光体６ａの先端Ｐａと平坦化層２１とが許容される距離の範囲内で離れていてもよい。そして、その場合にはそれらの間隙部分が光学補償層２３で満たされる状態とされる。

［放射線検出パネルや放射線画像検出器の製造方法について］
ここで、放射線検出パネル３や放射線画像検出器１の製造方法について説明する。

放射線検出パネル３は、例えば図９に示すフローチャートに従って製造することができる。すなわち、放射線検出パネル３の製造方法では、まず、上記のように、素子基板４の上面４ａに二次元状に配列された各光電変換素子１５上に形成された平坦化層２１上に、光学補償層２３となる透明な熱硬化性の樹脂を塗布する樹脂塗布工程（ステップＳ１）が行われる。

なお、素子基板４の平坦化層２１上に樹脂を塗布する代わりに、シンチレータ基板５上に形成されたシンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の先端Ｐａ部分に透明な熱硬化性の樹脂を塗布してもよい。

そして、シンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の先端Ｐａが素子基板４の各光電変換素子１５に対向する状態で、素子基板４上にシンチレータ基板５を配置して、シンチレータ６を各光電変換素子１５上に配置するシンチレータ配置工程（ステップＳ２）が行われる。その際、シンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の先端Ｐａが、まだ軟らかい樹脂に差し込まれる状態になり、シンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の先端Ｐａ部分と平坦化層２１との間に、光学補償層２３となる樹脂が充填される。

この状態で、放射線検出パネル３を適度な温度に加熱して、熱硬化性の樹脂を硬化させる。このようにして、蛍光体６ａの柱状結晶の先端Ｐａ部分と平坦化層２１との間に光学補償層２３が形成される。なお、この熱硬化性の樹脂の硬化は、後述する減圧貼り合わせ工程（ステップＳ４）の後等に行ってもよい。また、その場合、このシンチレータ配置工程（ステップＳ２）では、熱硬化性の樹脂を適度に硬化させる仮硬化処理を行うように構成することも可能である。

そして、この状態の放射線検出パネル３に対して、図６や図７に示したように、素子基板４とシンチレータ基板５との間隙部分の、各光電変換素子１５やシンチレータ６等の周囲の部分に、接着剤２２やスペーサＳを含む接着剤２２を挿入して、素子基板４とシンチレータ基板５とを接着剤２２を介して仮貼り合わせする仮貼り合わせ工程（ステップＳ３）が行われる。

その際、接着剤２２を、各光電変換素子１５やシンチレータ６の周囲の全周にわたって配置するのではなく、例えば図１０に示すように、内部空間Ｃとその外側の空間とを連通する開口部２４が接着剤２２部分に単数或いは複数形成されるように配置することが好ましい。

続いて、前述したように、素子基板４とシンチレータ基板５と接着剤２２とで形成される内部空間Ｃを減圧した状態で素子基板４とシンチレータ基板５とを貼り合わせる減圧貼り合わせ工程（ステップＳ４）が行われるが、ここで、減圧貼り合わせ工程等に用いられるチャンバ３０の構成等について説明する。なお、減圧貼り合わせ工程等の工程については、本願出願人が先に提出した前記特許文献３等に詳しく記載されており、詳しくは当該公報等を参照されたい。

この場合、接着剤２２としては、例えば紫外線等の光が照射されると硬化する光硬化型の樹脂で形成された接着剤が用いられる。本実施形態では、紫外線硬化型の接着剤を用いる場合について説明するが、他の波長の光で硬化する接着剤を用いることも可能である。また、接着剤２２として熱硬化性の樹脂等を用いることも可能である。

図１１に示すように、チャンバ３０は、底部が平面状に形成された載置台３１や、フィルム３２や、蓋部材３３等で構成されている。そして、載置台３１と蓋部材３３の各側面にはＯリング状のシール部材３４ａ、３４ｂがそれぞれ配設されており、蓋部材３３が設置されると各シール部材３４ａ、３４ｂで上下からフィルム３２を挟持した状態で、チャンバ３０内が密閉されるようになっている。フィルム３２は、紫外線を透過し、伸縮性を有する素材で形成されている。

載置台３１の底部には、図示しない開口部を介して減圧用ポンプ３５が取り付けられている。また、蓋部材３３の内部には紫外線照射装置３６が取り付けられており、蓋部材３３には図示しない開口部を介してポンプ３７が取り付けられている。なお、ポンプ３７は必ずしも設けられなくてもよく、単なる開口とすることも可能である。

減圧貼り合わせ工程（ステップＳ４）では、上記のようにして接着剤２２を介して仮貼り合わせされた素子基板４とシンチレータ基板５とをチャンバ３０の載置台３１上に載置し、その上方からフィルム３２を載置して蓋部材３３を設置する。

なお、図１１では素子基板４がシンチレータ基板５の下側に配置されるように載置する場合が示されているが、それらの上下関係は逆でもよい。また、前述したように、内部空間Ｃ内の空気が湿気を含んでいると、湿気によりシンチレータ６の蛍光体６ａに含まれる成分が潮解して溶け出すため、この時点で、例えば、チャンバ３０内の空気、或いは少なくとも放射線検出パネル３を含むチャンバ３０の載置台３１とフィルム３２との間の空間（以下、下方空間Ｒ１という。図１１参照）内の空気をドライエアや不活性ガスで置換することが好ましい。

続いて、この状態で、減圧用ポンプ３５を作動させて、放射線検出パネル３を含むチャンバ３０内の下方空間Ｒ１を減圧する。この場合、例えば、下方空間Ｒ１内の圧力（すなわち放射線検出パネル３の内部空間Ｃ内の圧力）が大気圧より低い、例えば０．２気圧〜０．５気圧になるように減圧される。

この場合、チャンバ３０内部のフィルム３２の上側の空間（以下、上方空間Ｒ２という。図１１参照）は大気圧のままである。或いは、ポンプ３７を作動させて、上方空間Ｒ２の圧力を調整するように構成してもよい。その場合、上方空間Ｒ２の圧力が下方空間Ｒ１の圧力よりも高くなるように調整される。

そして、チャンバ３０の下方空間Ｒ１を減圧していくと、図１１に示した状態から、図１２に示すように放射線検出パネル３のシンチレータ基板５の上方からフィルム３２が張り付くように変わり、放射線検出パネル３は、フィルム３２を介して上方から上方空間Ｒ２の圧力で押圧されて、素子基板４とシンチレータ基板５とが貼り合わされる。

その際、上記の仮貼り合わせ工程（ステップＳ３）で図１０に示したように接着剤２２を開口部２４が形成された状態に配置しておくと、上記の過程で、放射線検出パネル３の内部空間Ｃの内部の気体が接着剤２２の開口部２４から引き出され、内部空間Ｃの内部の圧力が減圧される。

また、予め開口部２４の開口の大きさを適切な大きさに形成しておくと、図１３に示すように、上方空間Ｒ２からの圧力によってシンチレータ基板５と素子基板４とが互いに接近する際に、接着剤２２が水平方向に押し広げられて、いわば自動的に開口部２４が封止される。なお、開口部２４が自動的に封止されない場合には、改めて開口部２４に接着剤２２等を塗布して封止してもよい。

そして、この状態で（図１２参照）、チャンバ３０内の紫外線照射装置３６から紫外線を照射し、接着剤２２を硬化させて、素子基板４とシンチレータ基板５とを貼り合わせる。そして、開口部２４が封止されるため、内部空間Ｃが大気圧より減圧された状態で密閉される。

なお、接着剤２２の硬化をより確実にするために、上記の紫外線の照射後に、さらに放射線検出パネル３を加熱して、接着剤２２を焼成させる等の処理を行うように構成することも可能である。その際、熱硬化性の樹脂を硬化させて形成した光学補償層２３が、接着剤２２の焼成の際にガラス転移しないようにするために、光学補償層２３を形成する熱硬化性の樹脂は、接着剤２２のガラス転移点よりも高いガラス転移点を有する材料で形成されていることが好ましい。

次に、放射線画像検出器１は、上記のようにして製造された放射線検出パネル３を用いて、例えば図１４に示すフローチャートに従って製造される。

すなわち、上記の製造方法（ステップＳ１〜Ｓ４）を用いて製造された放射線検出パネル３の素子基板４の入出力端子１８（図４参照）に、前述したように異方性導電接着フィルムを貼付したり異方性導電ペーストを塗布する等してフレキシブル回路基板１９を圧着するフレキシブル回路基板圧着工程（ステップＳ５）が行われる。

そして、入出力端子１８にフレキシブル回路基板１９を圧着すると、入出力端子１８とフレキシブル回路基板１９との通電を検査する検査工程等が行われ、素子基板４やシンチレータ基板５の不要な部分を切り落とす等の処理が行われる。そして、図４等に示したように、基台７の上面に素子基板４の下面４ｂを接着する等して放射線検出パネル３が基台７に固定され、また、基台７の下面側に、電子部品８等が配設されたＰＣＢ基板９が取り付けられる。

そして、フレキシブル回路基板１９が素子基板４の下面４ｂ側に引き回されて、下面４ｂ側でＰＣＢ基板９上の端子に圧着されて接続される（ステップＳ６：モジュール形成工程）。そして、フレキシブル回路基板１９を介してＰＣＢ基板９上の各電子部品と素子基板４上の各光電変換素子１５やＴＦＴ１６とが接続されているか否かや、放射線検出パネル３が的確に動作するか否か等の検査等が行われる。

そして、上記のようにしてモジュール化された放射線検出パネル３が、図２等に示したように筐体２内に収納されて（ステップＳ７：モジュール収納工程）、放射線画像検出器１が製造される。

［光学補償層の作用等について］
次に、本実施形態に係る放射線検出パネル３や放射線画像検出器１の作用について説明する。

本実施形態では、上記のように、シンチレータ基板５に設けられたシンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の先端Ｐａ部分と、素子基板４に設けられた平坦化層２１との間に、光学補償層２３が形成されている。そして、光学補償層２３の屈折率ｎ₂₃が、シンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の屈折率ｎ_6aと平坦化層２１の屈折率ｎ₂₁のうち、小さい方の屈折率以上で大きい方の屈折率以下の屈折率とされている。

具体的には、本実施形態では、光学補償層２３の屈折率ｎ₂₃が、平坦化層２１を形成するアクリル樹脂の屈折率ｎ₂₁（約１．５）以上で、ＣｓＩ：Ｔｌで形成されているシンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の屈折率ｎ_6a（約１．８）以下、すなわち１．５〜１．８の範囲の屈折率とされている。

このように構成することで、光学補償層２３が以下のように作用するようになる。

前述した図２１に示した従来の放射線検出パネル１００やそれを備える放射線画像検出器のように、シンチレータ１０３の蛍光体１０３ａの柱状結晶の先端Ｐａと平坦化層１０５との間の間隙部分が空気や低真空の層Ａｉである場合、空気や低真空の層Ａｉ（以下、単に空気層Ａｉという。）の屈折率ｎ_Aiは約１．０である。そして、よく知られているように、光は、２層の各屈折率の違いが大きいほど、それらの境界面で大きく反射される。すなわち、反射される光の量が大きくなる。

従来の放射線検出パネル１００等の場合、放射線画像検出器に照射された放射線がシンチレータ１０３の蛍光体１０３ａに到達して、蛍光体１０３ａ内で放射線が光Ｌに変換されて発光し、発光した光Ｌが蛍光体１０３ａの柱状結晶内を光電変換素子１０１の方向に伝播する。そして、光Ｌは、まず、蛍光体１０３ａの柱状結晶と空気層Ａｉとの境界面（すなわち先端Ｐａ部分の略円錐状の壁面Ｐａ１）に到達する。

すると、蛍光体１０３ａの柱状結晶では屈折率ｎ_103aが約１．８であるのに対し、空気層Ａｉの屈折率ｎ_Aiは約１．０であり、屈折率が大きく変わる。そのため、蛍光体１０３ａ内を伝播した光Ｌの一部Ｌ１がこれらの境界面で反射される。

そして、その残りの光Ｌが空気層Ａｉに進入して、平坦化層１０５に到達する。しかし、ここでも、空気層Ａｉの屈折率ｎ_Aiが約１．０であるのに対し、平坦化層１０５の屈折率ｎ₁₀₅は約１．５であり、屈折率が比較的大きく変わる。そのため、平坦化層１０５に到達した光Ｌのうち、一部の光Ｌ２がこれらの境界面（すなわち平坦化層１０５の表面）で反射される。

このように、従来の放射線検出パネル１００等では、シンチレータ１０３の蛍光体１０３ａ内で発光した光Ｌが、蛍光体１０３ａの柱状結晶と空気層Ａｉとの境界面や、空気層Ａｉと平坦化層１０５との境界面で反射される。そして、それらの反射光が、素子基板１０２やシンチレータ基板１０４の延在方向すなわち面方向に伝播するため、蛍光体１０３ａの直下の光電変換素子１０１に入射すべき光Ｌのうち、他の光電変換素子１０１で受光される反射光が多くなる可能性があった。そのため、得られる放射線画像が必ずしも十分に鮮鋭性が高くならなくなる可能性が生じていた。

また、上記のように蛍光体１０３ａの柱状結晶の先端Ｐａ部分の略円錐状の壁面Ｐａ１で反射した光Ｌ１や、平坦化層１０５の表面で反射された光Ｌ２は、さらにその先で蛍光体１０３ａの壁面等に反射され、多重反射が繰り返される。そして、光は蛍光体１０３ａ内や平坦化層１０５内等を進行するうちに、蛍光体６ａや平坦化層１０５等によって吸収される。

そのため、上記のように多重反射を繰り返して、光が反射されながら蛍光体１０３ａ内や平坦化層１０５内等を進行する距離が長くなることにより、反射された光のうち蛍光体１０３ａ等で吸収される分量が多くなる。そのため、結局、最初に蛍光体１０３ａ内で発光した光Ｌのうち、光電変換素子１０１に到達する光量に損失が生じてしまい、画像取得の感度が低下するという現象が生じてしまうといった問題もあった。

それに対し、本実施形態では、図８等に示したように、シンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の先端Ｐａ部分と平坦化層２１との間に、上記のような光学補償層２３を形成する。この場合、光学補償層２３の屈折率ｎ₂₃を仮に１．６として説明する。

すると、本実施形態では、シンチレータ６の蛍光体６ａの屈折率ｎ_6a（約１．８）と光学補償層２３の屈折率ｎ₂₃（１．６）との間にあまり差がない。そのため、図１５に示すように、蛍光体６ａ内で発光して伝播した光Ｌが光学補償層２３との境界面（すなわち先端Ｐａ部分の略円錐状の壁面Ｐａ１）に到達すると、光Ｌのうちの一部Ｌ１が境界面で反射されるが、反射される割合は、上記の従来の放射線検出パネル１００等の場合に比べて非常に小さくなる。

そして、残りの大きい割合の光Ｌが光学補償層２３に進入して、平坦化層２１に到達するが、光学補償層２３の屈折率ｎ₂₃（１．６）と平坦化層２１の屈折率ｎ₂₁（約１．５）との間にはほとんど差がない。そのため、平坦化層２１に到達した光Ｌのうち、一部の光Ｌ２がこれらの境界面（すなわち平坦化層２１の表面）で反射されるとしても、反射される割合は、上記の従来の放射線検出パネル１００等の場合に比べて格段に小さくなる。

このように、本実施形態に係る放射線検出パネル３や放射線画像検出器１では、シンチレータ６の蛍光体６ａ内で発光した光Ｌが、蛍光体６ａの柱状結晶と光学補償層２３との境界面や、光学補償層２３と平坦化層２１との境界面で反射される割合が低減される。

そのため、シンチレータ６の蛍光体６ａ内で発光した光Ｌが面方向に反射される度合が低減され、当該蛍光体６ａの直下の光電変換素子１５に入射すべき光Ｌのうちのほとんどが当該光電変換素子１５に入射される状態になる。そのため、鮮鋭性が高く放射線画像を得ることが可能となる。

また、本実施形態に係る放射線検出パネル３や放射線画像検出器１では、このように反射される反射光Ｌ１、Ｌ２の割合が減り、最初に蛍光体６ａ内で発光した光Ｌのうちの多くの割合が、多重反射されずに図１５に示したような経路をたどって最短距離で光電変換素子１５に到達する状態になる。そのため、光電変換素子１５に到達する光量にほとんど損失が生じない状態とすることが可能となり、画像取得の感度を向上させることが可能となる。

以上のように、本実施形態に係る放射線検出パネル３および放射線画像検出器１によれば、シンチレータ基板５に設けられたシンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の先端Ｐａ部分と、素子基板４上に設けた平坦化層２１との間に、光学補償層２３を形成し、さらに、光学補償層２３の屈折率ｎ₂₃が、蛍光体６ａの柱状結晶の屈折率ｎ_6aと平坦化層２１の屈折率ｎ₂₁のうち、小さい方の屈折率以上であり、かつ、大きい方の屈折率以下となるように構成した。

そのため、蛍光体６ａの柱状結晶と光学補償層２３との屈折率の差や、光学補償層２３と平坦化層２１との屈折率の差が小さくなり、照射された放射線により蛍光体６ａ内で発光した光Ｌが蛍光体６ａの柱状結晶と光学補償層２３との境界面や、光学補償層２３と平坦化層２１との境界面で反射される度合が小さくなる。

そのため、シンチレータ６の蛍光体６ａ内で発光した光Ｌが面方向に反射される度合が低減される。そのため、当該蛍光体６ａの直下の光電変換素子１５以外の光電変換素子１５で受光されることが抑制され、当該蛍光体６ａの直下の光電変換素子１５に光Ｌのほとんどの量が的確に入射される状態になる。

そのため、本実施形態に係る放射線検出パネル３や放射線画像検出器１を用いて放射線画像を行うことにより、高感度でかつ鮮鋭性が高い放射線画像を得ることが可能となる。

なお、光学補償層２３を形成する樹脂が、例えば、硬化する際に収縮し易いものであったり、温度が高くなると膨張し易いものであるような場合、光学補償層２３が収縮したり膨張したりする際に、シンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶に対して面方向に力が加わる状態になる。そして、その力によって柱状結晶が破壊されてしまう可能性が生じる。

そこで、光学補償層２３を形成する樹脂としては、硬化収縮率や線膨張係数が低いものを用いることが好ましい。

［蛍光体にコート層を形成する変形例について］
また、図８や図１５等では、シンチレータ６の蛍光体６ａの各柱状結晶が、隣接する柱状結晶と隙間なく形成されているように記載されているが、実際には、図１６に示すように、シンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶同士の間には隙間が形成されている。

そして、柱状結晶の屈折率と隙間（すなわち空気や低真空）の屈折率とに差があるため、蛍光体６ａの柱状結晶内で発光した光が、柱状結晶の側壁６ａ１で反射されるようになり、柱状結晶の外に漏れ出しにくくなるといった効果がある。

しかし、例えば、上記のように、素子基板４上に形成された平坦化層２１上に光学補償層２３となる樹脂を塗布し（図９のステップＳ１）、シンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の先端Ｐａが平坦化層２１の方向を向く状態でシンチレータ６を配置する場合（ステップＳ２）、図１７に示すように、樹脂が、毛細管現象によって柱状結晶同士の隙間に入り込んでしまう場合がある。

そして、この状態で樹脂を硬化させて光学補償層２３を形成すると、上記のように光学補償層２３には境界面で反射される光の割合を低減させる効果があるため、柱状結晶の側壁６ａ１で反射される光の割合が低減されてしまい、光が柱状結晶の外に漏れ出し易くなってしまう。そして、光が柱状結晶から漏れ出すと、シンチレータ６の蛍光体６ａ内で発光した光Ｌが面方向に拡散してしまい、結局、得られる放射線画像が鮮鋭性が高くならなくなる可能性が高くなるという問題が生じる。

そこで、例えば、光学補償層２３となる樹脂を塗布する際に、或いは塗布した後で、樹脂を増粘させたり、或いは、毛細管現象によって蛍光体６ａの柱状結晶同士の隙間に入り込まない程度の粘度を有する樹脂を用いるようにすることが可能である。

また、例えば図１８に示すように、シンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の先端Ｐａ部分を被覆する薄膜のコート層２５を形成しておき、その状態で、図１９に示すように、シンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の先端Ｐａが平坦化層２１の方向を向く状態でシンチレータ６を配置するように構成することも可能である。

このように構成すれば、図１９に示すように、光学補償層２３を形成する樹脂が、毛細管現象によって蛍光体６ａの柱状結晶同士の隙間に入り込むことがコート層２５により防止される。そのため、上記のように、蛍光体６ａの柱状結晶内で発光した光が柱状結晶から漏れ出て面方向に拡散して放射線画像の高鮮鋭化が阻害されることを的確に防止することが可能となる。

また、シンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶の先端Ｐａ部分にコート層２５を設ける場合、コート層２５の屈折率ｎ₂₅が、蛍光体６ａの柱状結晶の屈折率ｎ_6aと光学補償層２３の屈折率ｎ₂₃のうち、小さい方の屈折率以上で大きい方の屈折率以下とされることが好ましい。

このように構成すれば、蛍光体６ａの柱状結晶とコート層２５との屈折率の差や、コート層２５と光学補償層２３との屈折率の差が小さくなり、蛍光体６ａ内で発光した光が蛍光体６ａの柱状結晶とコート層２５との境界面や、コート層２５と光学補償層２３との境界面で反射される度合が小さくなる。

そのため、上記の本実施形態と同様に、シンチレータ６の蛍光体６ａ内で発光した光が面方向に反射される度合が低減される。そのため、鮮鋭性が高い放射線画像を得ることが可能となる。また、シンチレータ５の蛍光体６ａ内で発光した光Ｌのうちの多くの割合が、多重反射されずに最短距離で光電変換素子１５に到達する状態になる。そのため、光電変換素子１５に到達する光量にほとんど損失が生じない状態とすることが可能となり、画像取得の感度を向上させることが可能となる。

また、コート層２５を形成する場合、コート層２５をポリパラキシリレンで形成することが好ましい。ポリパラキシリレンの屈折率ｎは約１．６であるため、シンチレータ６の蛍光体６ａの柱状結晶をＣｓＩ：Ｔｌ（屈折率ｎ_6aは約１．８）で形成し、光学補償層２３を例えばアクリル樹脂（屈折率ｎ₂₁は約１．５）で形成する場合、屈折率に関する上記の条件を満たされる。

なお、上記の実施形態や変形例では、光学補償層２３を１層として形成する場合について説明したが、光学補償層２３をより多くの層で形成することも可能である。

また、その他、本発明の有益な効果がさらに効果的に発揮されるようにするために種々の改良を加えることは適宜行われる。

１ 放射線画像検出器
３ 放射線検出パネル
４ 素子基板
４ａ 上面（一方の面）
５ シンチレータ基板
５ａ 下面（一方の面）
６ シンチレータ
６ａ 蛍光体
１５ 光電変換素子
２１ 平坦化層
２２ 接着剤
２３ 光学補償層
２５ コート層
Ｃ 内部空間
Ｌ 光
ｎ_6a 蛍光体の柱状結晶の屈折率
ｎ₂₁ 平坦化層の屈折率
ｎ₂₃ 光学補償層の屈折率
ｎ₂₅ コート層の屈折率
Ｐａ 先端

Claims (10)

1. 一方の面に複数の光電変換素子が二次元状に配列され、前記複数の光電変換素子上に平坦化層が形成された素子基板と、
   蛍光体の柱状結晶で形成されており、放射線を光に変換して前記光電変換素子に照射するシンチレータが一方の面に形成されたシンチレータ基板と、
   を備え、
   前記シンチレータの蛍光体の柱状結晶の先端が前記平坦化層の方向を向く状態で、前記素子基板と前記シンチレータ基板とが貼り合わされて形成され、
   前記シンチレータの蛍光体の柱状結晶の先端部分と前記平坦化層との間に、前記蛍光体の屈折率と前記平坦化層の屈折率のうち、小さい方の屈折率以上で大きい方の屈折率以下の屈折率を有する光学補償層が形成されていることを特徴とする放射線検出パネル。
2. 前記光学補償層は、透明な熱硬化性の樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出パネル。
3. 前記素子基板と前記シンチレータ基板とは、前記素子基板と前記シンチレータ基板の間隙部分であって、かつ、前記各光電変換素子および前記シンチレータの周囲の部分に配置された接着剤により貼り合わされており、
   前記光学補償層は、前記接着剤のガラス転移点よりも高いガラス転移点を有する熱硬化性の樹脂で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の放射線検出パネル。
4. 前記光学補償層は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の放射線検出パネル。
5. 前記光学補償層は、透明な液体またはゲル状物質で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出パネル。
6. 前記シンチレータの蛍光体の柱状結晶の先端部分を被覆するコート層が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の放射線検出パネル。
7. 前記コート層と前記平坦化層との間に前記光学補償層が形成されており、
   前記コート層の屈折率が、蛍光体の柱状結晶の屈折率と前記光学補償層の屈折率のうち、小さい方の屈折率以上で大きい方の屈折率以下とされていることを特徴とする請求項６に記載の放射線検出パネル。
8. 前記コート層は、ポリパラキシリレンで形成されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の放射線検出パネル。
9. 前記素子基板と前記シンチレータ基板とは、前記素子基板と前記シンチレータ基板の間隙部分であって、かつ、前記各光電変換素子および前記シンチレータの周囲の部分に配置された接着剤により貼り合わされており、
   前記素子基板、前記シンチレータ基板および前記接着剤により外部から区画された内部空間の内部圧力が、大気圧より低くなるように減圧されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の放射線検出パネル。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の放射線検出パネルを備えることを特徴とする放射線画像検出器。

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