CN105283779B

CN105283779B - 辐射检测器及制造它的方法

Info

Publication number: CN105283779B
Application number: CN201480033641.5A
Authority: CN
Inventors: 本间克久
Original assignee: Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2018-12-28
Anticipated expiration: 2034-06-06
Also published as: US9810791B2; JP2015001397A; TWI518352B; JP6226579B2; TW201508309A; US20160091616A1; WO2014199925A1; CN105283779A

Abstract

根据本发明一实施例的辐射检测器具有：阵列基板，其具有光电转换元件；闪烁体层，其形成在该光电转换元件上且将辐射转换为荧光；防湿层，其具有平滑层和水蒸气阻隔层，该平滑层是形成为覆盖该闪烁体层的连续膜且至少包含有机树脂材料作为主成份，该水蒸气阻隔层是直接形成在该平滑层的表面上的连续膜且包含无机材料。

Description

辐射检测器及制造它的方法

技术领域

本发明总地涉及辐射检测器及制造它的方法。

背景技术

基于有源矩阵的平面型X射线检测器已经发展为新一代X射线诊断检测器。通过检测应用于此X射线检测器的X射线，经X射线成像的图像或实时的X射线图像被输出为数字信号。在X射线检测器中，X射线被闪烁体(scintillator)层转换为可见光，即荧光，而该荧光被光电转换元件(诸如非晶硅(a-Si)光电二极管或CCD(电荷耦合器件))转换为信号负荷，由此获取图像。

该闪烁体层的材料总地包括碘化铯(CsI):钠(Na),碘化铯(CsI):铊(Tl),碘化钠(NaI),或硫氧化钆(Gd₂O₂S)。Gd₂O₂S通过将烧结体(sintered body)的粉末与粘合剂树脂(binder resin)混合和涂敷膜而形成，或者用作整合式烧结体。通过切割等在这些涂敷的膜或烧结体上形成槽(groove)来构想改进分辨率的方法。可通过使柱状结构由真空沉积而形成来改进CsI:Tl膜和CsI:Na膜的分辨率特性。闪烁体的材料包括以上所述的多种类型并且根据应用和必要特性来不同地使用。

反射膜可被形成在闪烁体层的上部以增大荧光的利用效率并改进灵敏度特性。即，通过该反射膜将从闪烁体层发射的荧光之中朝向与光电转换器侧相反的一侧的荧光反射来增大进入光电转换器侧的荧光。

作为反射膜的示例，在闪烁体层上形成具有高荧光反射率的金属层(诸如银合金和铝)的方法，以及通过应用由粘合剂树脂与光散射基板(诸如TiO₂)制成的光散射反射性的反射膜来形成的方法是已知的。通过使具有金属表面的反射板粘附到闪烁体层而不是形成在该闪烁体膜上来反射闪烁体光的方法也投入实际使用。

通过保护闪烁体层、反射层或反射板等免受外部大气的影响而抑制由于潮湿等使特性变差的防湿结构是使检测器为实用产品的重要构成特征。具体地，在作为对于潮湿而高度降解的材料的CsI:Tl膜和CsI:Na膜被用作闪烁体层的情况下，需要高防湿的性能。

防湿结构包括使用聚对苯二甲撑(polyparaxylylene)的CVD膜或用包围部件围绕闪烁体的周围的结构以通过与防湿层等结合来密封的方法。作为能够获得更高的防湿性能的结构，已知将具有优秀防湿性能的铝箔等处理为帽形，该帽形包括闪烁体层且利用接合层在闪烁体的边缘密封。

引用列表

专利文献

专利文献1：美国专利No.6262422说明书

专利文献2：JP H5-242847 A(Kokai)

专利文献3：JP 2009-128023 A(Kokai)

发明内容

[技术问题]

在聚对苯二甲撑CVD膜用作保护闪烁体层等的防湿结构的情况下，至少在实用的膜厚度范围(例如，大约20μm)中，水蒸汽阻隔属性通常是不足的。作为特定示例，对于防湿性能的确认，实验上使用CsI:Tl膜(膜厚度600μm)作为玻璃基板上的闪烁体膜而聚对苯二甲撑CVD膜(20μm)作为防湿层来产生样本，以及研究亮度和分辨率在高温度和高湿度测试中的变化的结果在下文中总地描述。

已经通过从闪烁体膜侧应用X射线并将CCD相机聚焦在玻璃基板与该玻璃基板侧的CsI:Tl膜之间的界面上来测量亮度和分辨率。亮度是关于富士(Fuji)膜增光屏(HG-H2Back)的相对亮度，从分辨率图表将2Lp/mm的CTF(对比度传递函数)测量为分辨率，亮度和分辨率分别为一指标。

以此方式产生的样本具有在60℃-90％RH的高温度与高湿度寿命测试中极大变化的亮度和分辨率。分辨率的变差尤其显著，且在24H中CTF的值(2Lp/mm)降低到初始值的大约80％。作为低分辨率下的现象分析的由SEM进行的外形观察的结果，已发现CsI:Tl膜的柱状结构在初期高度独立，然而在高温和高湿度测试中，在样本中发生多个柱之间的融合，其中分辨率变差。认为多个柱之间的融合引起光导效果变差并导致分辨率降低。

在通过用包围部件围绕闪烁体的边缘并与防湿层结合来密封结构的情况下，包围部件通常是诸如金属之类的坚硬物质，密封部分的裂缝和脱离容易发生在可靠性测试(诸如冷却/加热循环)以及由于玻璃基板与包围部件之间或覆盖物与包围部件之间的热膨胀率差导致的热冲击中。在这种情况下，防湿性能致命地降低。由于在包围部件上下接合和密封，与一个密封表面的情况相比较，穿透树脂密封材料的湿度渗透量会明显地增大。

在由防湿性能优秀的材料(诸如铝)制成的箔片或薄板被形成为帽形且具有容纳闪烁体层的深度并由接合层在闪烁体的边缘密封的结构中，可获得特别优秀的防湿性能。然而，由于接合层将帽形的边缘部分与包含形成光电转换元件的阵列基板接合的结构，应用于该接合层的尺寸需要例如大约5mm的边缘宽度。将对应于AL帽的边缘的接合区域固定在包含光电转换元件的阵列基板上是必要的。

此接合区域通常被形成在有效像素区域的外部。此外，连接用来接收和发送来自外部的电信号的电极焊盘被形成在该接合区域的外部，而阵列基板终止于大约1mm更外的常用空间。为了固定接合区域，阵列基板的尺寸例如在该阵列基板的一侧周围增加5mm而在该阵列基板的两端增加10mm。这种必要的尺寸直接导致底盘的外部尺寸的增大。X射线检测器和辐射检测器通常有要求规格的情况，该要求的规格对底盘的小型化是重要的，而防湿区域所需的尺寸不是有利的。

本实施例的目的是提供一种防湿结构，该防湿结构在辐射检测器的闪烁体层的防湿性能中是优秀的并且对于冷却/加热循环以及热冲击等中的温度变化是高度可靠的。

[问题的解决方案]

为了获得上述目的，根据实施例，辐射检测器包括：阵列基板，包括光电转换元件；闪烁体层，形成在光电转换元件上且将辐射转换为荧光；以及包括形成为覆盖该闪烁体层且至少包含有机树脂材料作为主成份的连续膜的平滑层的水蒸汽阻隔层与通过直接膜形成而形成于该平滑层上且包含无机材料的连续膜的防湿层。

根据本实施例，公开了一种用于制造辐射检测器的方法。此方法可包括：在包含光电转换元件的阵列基板的表面上形成将辐射转换为荧光的闪烁体层；形成平滑层以覆盖该闪烁体层，该平滑层是通过溶剂溶解而使有机树脂材料变为涂敷液体并涂敷在该闪烁体层上之后干燥来形成；以及形成水蒸汽阻隔层，该水蒸汽阻隔层是通过直接膜形成而形成在该平滑层的表面上且包含无机材料的连续膜。

附图说明

图1是根据实施例的辐射检测器的示意性透视图。

图2是根据实施例的辐射检测器的阵列基板的电路图。

图3是根据实施例的辐射检测器的结构图。

图4是根据实施例的辐射检测器的横截面的部分放大的横截面图。

图5是根据实施例的辐射检测器的俯视图。

图6是根据实施例的辐射检测器的侧视图。

图7是根据实施例的辐射检测器附近的放大的横截面图。

图8是根据实施例的变体的辐射检测器附近的放大的横截面图。

图9是根据实施例的另一个变体的辐射检测器附近的放大的横截面图。

图10是示出聚对苯二甲撑CVD防湿层渗透CsI:Tl膜柱状结构的照片。

图11是示出根据实施例的辐射检测器的高温度和高湿度测试的结果的表格。

图12是示出根据实施例的水蒸汽阻隔层的膜形成条件的示例的表格。

图13是示出根据实施例的辐射检测器的高温度和高湿度测试中的CTF维护系数的时间变化的曲线图。

图14是放大图13中的竖轴的曲线图。

图15是示出根据实施例的辐射检测器的高温度和高湿度测试中初始亮度与CTF维护系数之间的关系的曲线图。

具体实施方式

根据实施例的辐射检测器将参考附图进行描述。相同或相似的构造被标记相同的附图标记，且省略了重复的描述。

图1是根据实施例的辐射检测器的示意性透视图。图2是根据实施例的辐射检测器的阵列基板的电路图。图3是根据实施例的辐射检测器的结构图。图4是根据实施例的辐射检测器的横截面的部分放大的横截面图。图5是根据实施例的辐射检测器的俯视图。图6是根据实施例的辐射检测器的侧视图。

实施例的辐射检测器11是检测X射线图像的X射线平面传感器，该X射线图像例如是用于一般医学应用等的辐射图像。辐射检测器10包括辐射检测器11、支承板31、电路板30和易弯曲基板32。该辐射检测器11包括阵列基板12和闪烁体13。该辐射检测器11检测入射的X射线并将其转换为荧光，而且将该荧光转换为电信号。该辐射检测器10驱动辐射检测器11并将从该辐射检测器11输出的电信号输出为图像信息。由该辐射检测器10输出的图像信息被显示在外部显示器等上。

该阵列基板12是将荧光转换为电信号的光电转换基板。阵列基板12包括玻璃基板16。以正方形栅格状将多个微像素20安排在玻璃基板16的表面上。例如，以具有13英寸的一侧长度的矩形图像区域(有效区域)中的方阵来安排像素20。各个像素20包括薄膜晶体管22和光电二极管21。控制线沿着具有在玻璃基板16的表面上安排的像素20的正方形栅格中的行在各个像素20之间延伸。此外，相同数量的数据线19沿着具有在玻璃基板16的表面上安排的像素20的正方形栅格中的列在各个像素20之间延伸。闪烁体层13形成在具有在阵列基板12上安排的像素20的区域的表面上。

闪烁体层13被设置在阵列基板12的表面上，且当X射线入射时，产生了可见光区域中的荧光。产生的荧光到达阵列基板12的表面。

例如通过碘化铯(CsI):铊(Tl)或碘化钠(NaI):铊(Tl)等的真空沉积将闪烁体层13形成为柱状结构。例如，CsI:Tl的沉积膜被用于闪烁体层13，且膜厚度为大约600μm。CsI:T的柱状结构的柱(柱状物)的尺寸在最外层的表面处例如为大约8到12μm。可选地，将硫氧化钆(Gd₂O₂S)荧光材料粒子与粘合剂材料混合，涂敷在阵列基板12上，烧制并硬化，并且通过用切割机切割而将槽形成为正方形柱状，因而可形成闪烁体层13。柱之间的空间被封入大气或诸如氮气(N₂)之类的惰性气体以防止氧化，该空间可替代地处于真空状态。

阵列基板12接收在闪烁体层13中产生的荧光并产生电信号。因此，在闪烁体层13中由入射的X射线产生的可见光图像被转换为由电信号所表达的图像信息。

辐射检测器11由支承板31支承从而使得支承板31接触与闪烁体层13形成所在的表面相反的表面。电路板30被设置在支承板31的与辐射检测器11相反的一侧上。辐射检测器11与电路板30通过易弯曲的基板32电连接。

各个光电二极管21连接至控制线18而数据线19经由薄膜晶体管来用作转换元件。各个光电二极管21并联连接到存储电容器27，该存储电容器27被设置为下部相对且被形成为矩形平板形状。存储电容器27可兼任光电二极管21的电容，但不总是需要。

并联连接的光电二极管27和存储电容器27连接至薄膜晶体管22的漏极25。薄膜晶体管22的栅极23连接至控制线18。薄膜晶体管22的源极24连接至数据线19。

位于此布置的同一行的像素20的薄膜晶体管22的栅极23连接至相同的控制线18。位于此布置的同一列的像素20的薄膜晶体管22的源极24连接至相同的数据线19。

同一行上的像素20中的薄膜晶体管22的栅极23连接至相同的控制线18。同一列上的像素20中的薄膜晶体管22的源极24连接至相同的数据线19。

各个薄膜晶体管22起了储存和释放由入射到光电二极管21的荧光所产生的电荷的转换功能的作用。由诸如结晶性半导体材料的非晶质半导体的非晶硅(a-Si)或者结晶性半导体的多晶硅(P-Si)的半导体材料形成薄膜晶体管22的至少一部分。

在图1和图2中，像素仅仅通过5行5列或4行4列来描述，然而事实上，根据分辨率和所成像的面积来形成更多的必要像素。

辐射检测器10包括辐射检测器11、栅极驱动器39、行选择电路35、集成放大器33、A/D转换器34、串联/并联转换器38、以及图像构成电路36。栅极驱动器39连接至辐射检测器11的各个控制线18。栅极驱动器39控制各个薄膜晶体管22的运行条件，即接通和断开。例如，栅极驱动器39被安装在沿着阵列基板12的表面上的行方向的侧边上。集成放大器33连接至辐射检测器11的各个数据线19。

行选择电路35连接至栅极驱动器39。串联/并联转换器38连接至集成放大器33。A/D转换器34连接至串联/并联转换器38。A/D转换器34连接至图像构成电路36。

例如，集成放大器33被提供在连接辐射检测器11与电路板30的易弯曲基板32上。例如，其他的元件被提供在电路板30上。

栅极驱动器39从行选择电路35接收信号并且控制各个薄膜晶体管22的运行状态，即接通和断开。即控制线18的电压顺序地改变。行选择电路35将用于选择扫描X射线图像的指定行的信号发送到栅极驱动器39。集成电路33放大经过数据线19输出的极其微弱的电荷信号并将其输出。

诸如光电二极管21与薄膜晶体管22的检测元件以及覆盖诸如控制线18与数据线19的金属线的绝缘保护膜被形成在阵列基板12的表面上。闪烁体层13被形成在保护膜的表面上以覆盖安排了像素20的区域。

焊盘29被安排在阵列基板12上，控制线18的数据线19的各自的端部露出，从而形成了端子群26。沿着阵列基板12的一侧安排端子群26。沿着不同侧安排连接至控制线18的端子群26与连接至数据线19的端子群26。这些端子群26与电路板30经由易弯曲的基板32电连接。

图7是根据实施例的辐射检测器附近的放大的横截面图。

闪烁体层13的表面由具有树脂材料作为一种成分的平滑表面14所覆盖。平滑表面14被形成为接触闪烁体层13的表面。平滑表面14的表面由水蒸汽阻隔层15所覆盖。水蒸汽阻隔层15被形成为接触平滑层14的表面。表面平滑层14可具有反射膜的作用，反射闪烁体层13中产生的荧光之中从阵列基板12消失的荧光以反射到阵列基板12侧。水蒸汽阻隔层15的外边缘51直接接触阵列基板12的表面。

有机树脂材料被溶剂所溶解且变化为涂敷液体，该液体与陶瓷的光散射体(例如TiO₂等)或要被散射的金属粒子混合，然后通过涂抹、印刷或喷雾等方法涂敷在闪烁体层13上，之后干燥，由此形成了平滑层14。通过物理或化学蒸气膜生长法(PVD法或CVD法)在平滑层上层叠金属膜，金属与半导体的氧化膜、氮化膜或氮氧化膜，或这些膜的合成膜来形成水蒸汽阻隔层15。

在此变体中，平滑层15的外边缘52与阵列基板12的表面接触某一程度的宽度。

闪烁体层13的保护膜所需的重要特性是防湿属性。具体地，在通常用于X射线检测器10的潮解闪烁体层13(诸如CsI:Tl膜)中，防湿属性是检测器的可靠性的生命线。为了确保防湿性能，有必要使用具有高水蒸汽阻隔性能作为材料本身的物理属性的物质。

通常，从材料本身的物理属性这点来说，有机树脂材料具有低水蒸汽阻隔属性。原因被认为是由于聚合物分子的分子链之间的原始缝隙和归因于热运动的缝隙，水分子容易地穿透。尽管根据树脂的类型存在程度的差异，水蒸汽阻隔性能通常很低而且有机树脂材料不适合用作CsI:Tl层的防湿层。

另一方面，从材料本身的物理属性这点来说，诸如金属和陶瓷之类的无机材料具有相对较高的水蒸汽阻隔性能。原因被认为是与聚合树脂材料不同，金属和陶瓷的无机物质具有在金属原子之间以及在金属原子与诸如氧、氮和碳原子之间形成的结构和缝隙，在体积中几乎不存在透过该缝隙的水分子(水蒸气)通道。因此，当闪烁体保护膜由无机物质形成时，可预期优秀的防湿性能。

例如，基于铝箔材料等的防湿层利用了无机材料的高气体阻隔性能。然而，在此情况下，有必要在闪烁体的边缘将防湿层与基板接合与密封，而接合与密封所需要的区域大小导致产品本身的外部尺寸的增加。

那么，期望具有高水蒸汽阻隔属性的无机材料的防湿层被形成为直接覆盖闪烁体膜。此时重点是所形成的无机膜必须为几乎无缺陷的膜。

然而，CsI:Tl等的闪烁体膜通常具有柱状结构而且膜表面具有大的凹凸。同样在诸如Gd₂O₂S:Tb之类的其他烧制的闪烁体材料的情况下，凹凸可被形成在表面上。因此，即使无机材料的保护膜被直接形成在这些闪烁体层13上，由于基础闪烁体材料的缝隙和表面上的凹凸，也形成了具有很多缺陷的膜。由于柱状(柱状物)结构，直接在闪烁体层上形成CsI:Tl等的连续膜是困难的。

然而，在实施例中，易于形成为连续且平滑的并具有有机树脂物质的一个主成分的平滑层14被直接形成在闪烁体层13上，并且基于平滑度，具有高水蒸汽阻隔属性、由无机物质制成且几乎无缺陷的水蒸汽阻隔层15被形成在平滑层14上。当在闪烁体层的边缘确保用于接合与密封的最小区域的情况下，这种合成膜允许形成具有优秀的防湿性能的防湿层。

根据本实施例，可提供辐射检测器，其抑制由防湿结构引起的阵列基板12的尺寸的增大并且具有小的特性变差和优秀的高温度与高湿度抵抗性，甚至在灵敏度和分辨率的特性对湿度敏感的闪烁体膜(CsI:Tl膜)中。

从不产生如先前说明中描述为重要的膜缺陷的角度，确定防湿层所需要的相应膜厚度。有必要使具有有机树脂作为主要原始材料的平滑层14形成为使闪烁体层13的表面的凹凸变平滑并且使形成在闪烁体层的上部的无机水蒸汽阻隔层15为连续膜。为此目的，由于所涂敷的膜具有有机树脂作为主成分，尽管根据粘性在厚度中存在一些差异，确保用作平滑层14的基础的膜厚度大体上基本不小于闪烁体层13的凹凸，由此实现了该目的。有必要使无机材料的水蒸汽阻隔层15为充分覆盖作为基础的平滑层的表面凹凸的连续膜。为此目的，尽管在无机材料膜的膜形成方法(溅射、真空沉积或等离子体CVD等)中存在差异，确保膜厚度大体上基本不小于基础的平滑层的表面凹凸，由此实现了该目的。

像这样的防湿层可通过交替地层叠平滑层14和水蒸汽阻隔层15若干次而形成。当平滑层14和水蒸汽阻隔层15被层叠若干次时，即使导致水蒸气穿过的缺陷存在于水蒸汽阻隔层15中，缺陷位置在多层之间重叠的可能性是极低的，因此获得了更可靠的防湿性能。

在此变体中，平滑层14的外边缘52和水蒸汽阻隔层15的外边缘覆盖了易弯曲基板53的表面的一部分，该易弯曲基板53连接至焊盘29以用于形成在阵列基板12的表面上的外部连接。

在本实施例的防湿结构中，为了在闪烁体层13的边缘处将基板与保护膜(即表面平滑层14与水蒸汽阻隔层15)粘附与密封，小宽度(例如，大约5mm)足够了。然而，当通过分配方法、丝网印刷方法或喷雾法等形成具有有机树脂作为主成分的平滑层14时，应该避免覆盖边缘焊盘29和附连平滑层14的材料的一部分。同样当通过溅射和真空沉积方法等形成无机水蒸汽阻隔层15时，应该避免覆盖边缘焊盘29和附连水阻隔层15的材料的一部分。

为了确信地避免这些膜材料与阵列基板12的焊盘29的附连，有必要制造和使用具有优秀尺寸准确度和可加工性的掩模。对于掩模，期望在焊盘29与闪烁体13之间提供某一定量的缝隙。缝隙导致基板尺寸的过度增加。

然而，在此变体中，在形成防湿层之前，诸如易弯曲基板53导向外部电路的接线被预先连接至焊盘29。因此，用作防湿层的平滑层14和水阻隔层覆盖焊盘29的表面的一部分，而不会发生任何特别的问题。此外，当形成保护膜时，对掩模的严格尺寸准确度是不必要的。此外，还有可能在最后一刻使焊盘29靠近闪烁体层13，而且省略了多度的板尺寸以及可提供具有最小尺寸的紧凑辐射检测器11。

在直接形成在闪烁体13上的光滑层14(在层叠多层的情况下，第一层)仅仅由树脂成分形成，例如该树脂成分可在柱状结构缝隙中渗透到闪烁体层13(诸如CsI:Tl膜闪烁体膜)的表面以下的位置60。当树脂渗透时，柱之间的缝隙被填充且降低了柱状结构的光导效果。因此，降低了闪烁体膜的分辨率特性。

那么，与树脂材料相比，具有通常高的折射率的陶瓷微粒可被添加到直接形成在闪烁体层13上的平滑层14(在层叠多层的情况下，第一层)作为闪烁体光的光散射粒子。例如，可通过光散射体效应来抑制CsI:Tl膜的柱之间充满平滑层14的树脂所产生的柱之间的闪烁体光的串扰。因此，可提供辐射检测器，其具有优秀的分辨率特性以及伴随平滑层14的树脂渗透闪烁体层13的副作用的少许分辨率降低。

有机树脂在可见光区域的折射率通常接近1.4到1.5，而诸如氧化物和氮化物的陶瓷在同一区域的折射率大于树脂的折射率。具体地，在添加了高折射率材料的氧化钛(TiO₂:金红石类型，n＝大约2.8)的微粒的情况下，闪烁体光的散射性能是极高的，而且抑制分辨率降低的效果是特别大的。

当添加的陶瓷粒子的粒子直径接近闪烁体光的波长的大约1/2时，这被称为Mie散射区域，最容易发生散射。即，闪烁体的柱中的串扰的抑制效果很大。当粒子直径很小，通常相对于闪烁体的波长一个数量级或更小而抑制效果变小时，光散射变得难以发生。当陶瓷的粒子直径相对于闪烁体光的波长很大时，可预期归因于几何光折射的散射，然而因为可被添加到平滑层的陶瓷微粒的数量密度随着增加粒子直径而减小，不可避免地降低了每单位体积的散射性能。由此，具有一般大约为闪烁体光的1/10到10倍的平均粒子直径的陶瓷微粒适用于光散射体。

当树脂成分中陶瓷微粒的添加量增大极多时，损坏了平滑层14的表面的必要平滑度，因此体积比例的下限一般为大约60vol.％。另一方面，当添加量极小时，闪烁体光的散射效果很小，因此期望体积比例一般大约不小于20vol.％。

形成在闪烁体层13上的包含陶瓷微粒的平滑层14起了抑制闪烁体与柱之间的串扰的作用，还另外覆盖整个闪烁体以起到反射层的作用。

平滑层14至少含有有机树脂作为主成分。当有机树脂溶解在溶剂中而一旦处于涂敷液体的状态则该涂敷液体被涂抹到闪烁体层上时，闪烁体表面的凹凸被该涂敷液体填充，通过重力效果该涂敷液体的最外层表面齐平(平滑)。因此，在平滑状态下最外侧表面变化为膜，由此可获得平滑层14所需的表面状态。

根据树脂的类型，用于改变为涂敷液体的溶剂自然地容易溶解树脂，此外还期望该溶剂具有适当的干燥率。溶剂的沸点作为一标准同样是很重要的。通过使用具有一般不小于100℃的沸点的溶剂，可避免在涂抹之后的快速干燥且可确保足够的时间以用于发挥齐平效果从而减轻凹凸。因此，获得适当的最外侧表面作为平滑层14变得可能。

诸如溅射法和真空沉积法之类的物理蒸气膜形成方法(PVD法)以及诸如PECVD法之类的化学蒸气膜形成方法可被期望用作制造形成在平滑层14上的水蒸汽阻隔层15的方法。这是因为这些方法有利于获得具有水蒸汽阻隔层15所需的特性的致密膜且确保与平滑层14的粘附强度的可靠性。与湿膜形成方法相比，根据来自气相的膜形成，尽可能多地抑制了含有杂质且空隙、针孔和裂缝等极其难以发生。此外，在膜形成之前的膜表面的清洁(诸如溅射蚀刻)可在相同的膜形成设备在膜形成之前进行，然后这些方法也可被期望用于改进有机树脂与平滑层14的粘附强度的可靠性。

此外，已确认下列观点是重要和有效的，以用于获得平滑度优秀且包含有机树脂的平滑层14，以及没有针孔、致密的优秀膜质量且包含无机材料的水蒸汽阻隔层15。

首先，平滑层14被形成在闪烁体层13上。接着，通过使用PVD法或CVD法将包含无机材料的水蒸汽阻隔层15形成在平滑层14上。此时，在水蒸汽阻隔层15的膜形成之前，在腔室中将平滑层14加热达一定的时间。如果由此加热促使平滑层14的排气，那么在水蒸汽阻隔层15的随后形成中抑制了平滑层14的排气。此效果允许使水蒸汽阻隔层15的膜质量优秀。

有必要通过包含于平滑层14的有机树脂和闪烁体层13的热抵抗温度来确定加热温度。在此情况下，闪烁体层13由CsI:Tl沉积膜或Gd₂O₂S:Tb的烧结材料制成，且其热抵抗温度远高于有机材料的。因此，可通过考虑用于平滑层14的有机树脂的热抵抗温度来作出确定。

在有机树脂是热固树脂的情况下，通过采用由于过度硬化导致膜的变差不处于标准的范围来设置加热温度的上限。在有机树脂是热塑性树脂的情况下，通过采用作为标准的软化点来设置加热温度的上限。

在热塑性树脂被用作平滑层14的材料的情况下，如果在热塑性树脂的软化点附近执行加热，则减小了平滑层14的表面上的微凹凸，从而可额外地获得更加改进表面的光滑度的效果。

优选加热时间通常很长以尽可能多地进行平滑层14的排气。实际上，预先确定了由于加热温度和加热时间的排气量的变化，从而可从排气特性来设置加热时间。期望设置加热时间，其中排气量随着时间减小且降低至与腔室中的其他排气量相当的水平。

在平滑层14的加热(脱气)之后，期望减小平滑层14的温度并通过PVD法(溅射法、沉积法)或CVD法(等离子体CVD法、热CVD法)来形成包含无机材料的水蒸汽阻隔层15。

减小平滑层14的温度(闪烁体层13和阵列基板12通常具有相同的温度)的原因是进一步抑制经脱气的光滑层14的排气速率。可通过在脱气之后减小温度来获得平滑层14的表面的排气更小的状态。因此，容易地形成具有小缺陷(诸如针孔)、高密度和高质量的水蒸汽阻隔层15。

然而，如果平滑层14的温度减小过多，则可能相反地降低形成在平滑层14的表面上且包含无机材料的水蒸汽阻隔层15的膜质量(密度和小缺陷)。原因是如果平滑层14的温度过低，那么到达平滑层14的无机材料的原子与分子和群集的动能容易衰减，从而抑制了平滑层14的表面上的运动范围。平滑层14的表面上的运动范围的减小导致膜缺陷的增加。

因此，期望优化温度减小的程度且通过与加热平滑层14中的脱气温度有关的预先确认来形成水蒸汽阻隔层15。

执行高温度和高湿度测试以评估根据本实施例的辐射检测器11的特性。

在最终产品的辐射检测器11中，在阵列基板12上顺序形成闪烁体层13、平滑层14和表面层15，然而在高温度和高湿度测试中，闪烁体层13被直接形成在玻璃基板上，而在其上层叠表面层14和表面层15。在高温度和高湿度测试中，测量亮度和分辨率(CTF)特性。对于亮度和分辨率特性，使用了如下方法：从防湿层15侧施加X射线，从玻璃基板的背面聚焦在玻璃基板与闪烁体层13之间的界面上，以及对CCD相机的X射线图像成像。亮度是关于用作标准的增光屏(Fuji膜Kabushiki Kaisha HG-H2 Back)的相对亮度，而从分辨率图表的2Lp/mm的CTF(对比度传递函数)的值＝CTF(2Lp/mm)％的图像处理来确定了分辨率。

制造了测试样本，如下所述。通过在具有一边40mm的正方形玻璃基板上形成具有一边25mm的正方形CsI:Tl膜(600μmt)来形成闪烁体层13。接着，平滑层14被形成在闪烁体层13上。平滑层14的材料是涂敷液体，基于丁缩醛的树脂和作为增塑剂的环氧化亚麻籽油分别以50wt.％混合，通过使用环乙烷作为溶剂将该混合物改变为涂敷液体，并将该涂敷液体涂抹在闪烁体层13上。涂抹方法能够包括当扫描XY工作台上的玻璃基板时由分配器顺序涂抹的方法，使用简单的屏幕由任务涂敷机(role coater)来涂抹的方法，以及刷涂敷(brush coating)的方法。根据闪烁体层13的类型，在稀释涂敷液体的浓度的状态下使用喷枪(spray gun)来涂抹的方法也是可以的。平滑层14被形成为覆盖整个CsI:Tl闪烁体层13并在闪烁体层13的边缘粘附玻璃基板的状态。与基板的粘附区域通常为大约1mm。

与使平滑层14直接粘附到玻璃基板16的方法不同，也可通过以下方法来确保防湿性能，在该方法中，在玻璃基板16的闪烁体层13的边缘上由树脂、金属或玻璃等预先形成坝形框架，并且将平滑层14粘附到该框架。然而，有必要将各个框架与玻璃基板16粘附与密封以防止水蒸气的渗透。

根据基座的闪烁体层13的凹凸程度，形成作为光滑层14的连续膜所需的膜厚度是不同的。在CsI:Tl闪烁体层13上形成600μm厚度的情况下，具有足够优秀的平整度的平滑层14通常获得大约100μm作为干燥时的膜厚度。膜厚度不限于此，只需要确保足够的平整度，其中，基座的闪烁体13的表面的凹凸被覆盖成为连续膜而在后续处理中形成的无机水蒸气阻隔层15被形成为连续膜。在柱状结构的CsI:Tl膜上形成的情况下，一般10μm以上的膜厚度可确保平滑层14的连续性和表面的平整度。

在平滑层14的膜厚度过厚的情况下，干燥时的膜应力(移动闪烁体膜的应力加强)和干燥所需的长时间可产生问题。此外，鉴于闪烁体层13在边缘接触阵列基板12的区域容易变宽，以及鉴于外侧尺寸的小型化效果会消失，不期望表面层14的膜厚度的多度增加。从这些观点来看，期望通常大约300μm作为厚度的上限。

作为平滑层14的其他示例，还制造了意在通过将具有大约0.3μm的平均直径的TiO₂(金红石)的粉末与要变为涂敷液体的树脂材料混合而兼任反射层的样本。混合比例被设置为树脂:TiO₂＝1:9的重量比例。尽管TiO₂的含量比例显著地高，这是为了使反射膜的高分辨率特性保持很高。如果包含TiO₂等的光散射体渗透在闪烁体的柱之间，可预期柱之间的串扰的抑制效果的改进。如果TiO₂的含量比例超过此比例，难以确保平滑层14的最外侧表面的平整度，从而预期TiO₂的含量的上限基本上在上述比例附近。

作为混合了TiO₂微粒的平滑层被涂抹/干燥到600μmt CsI:Tl膜之后的横截面的状态的SEM观察的结果，已经确认了具有树脂成分的TiO₂微粒会渗透到CsI:Tl膜的柱状结构的缝隙中。在此情况下，预期了抑制闪烁体光在柱之间的串扰的效果。

当通过使粘合剂树脂含有高填充率的包含TiO₂等的光散射粒子来形成兼任反射膜的平滑层时，容易发生此情况，其中根据光散射体的粒子直径与含量比例和粘合剂树脂与溶剂的类型与粘性，最外侧表面不是非常平滑的(获得了很多多孔的凹凸性的膜表面)。在此情况中，可通过利用无光散射体或较低含量比例的成分形成平滑层的涂敷液体并将其过度涂敷在包含高含量光散射体的膜上来获得极平滑的表面。

为了抑制光在膜中漫射一距离，含有高填充率的光散射体的平滑层被期望具有一般不小于1.0的体积比(光散射体的体积/粘合剂树脂的体积)。

另一方面，在含有高填充率的光散射体的平滑层上层叠的且含有低填充率的光散射体的平滑层被期望具有一般小于1.0的体积比(光散射体的体积/粘合剂树脂的体积)。

接着，水蒸气阻隔层15被形成在平滑层14上。有必要选择不容易抑制X射线的透射且具有高水蒸气阻隔性能的材料。

图12是示出根据实施例的水蒸气阻隔层的膜形成条件的示例的表格。

可通过在图12所示的条件下的EB(电子束)真空蒸发法、RF(射频)溅射法、PE(等离子体)CVD法等在膜内形成水阻隔层15。基于图12所示的条件，关于膜形成速率和膜质量，适当地调谐了引导压强、输入功率等。

当在膜内形成水蒸气阻隔层15时，制造掩模以避免发生膜与膜形成区域的外部的附连。考虑到用作基础的平滑层14的树脂的热抵抗温度，在能够将基板温度设置为不超过150℃的条件下执行了膜形成。

作为其他示例，讨论了与水蒸气阻隔层15交替层叠多次的具有平滑层14的保护层。材料的质量和膜厚度与一层一层堆叠的情况相同，且制成了分别交替层叠两层的情况以及分别交替层叠三层的情况的试验产品。

作为比较示例，对于在CsI:Tl膜上形成聚对苯二甲撑CVD膜(膜厚度20μm)作为保护层的情况，和对于具有帽形边缘的防湿层与基板在闪烁体周围的接合与密封的结构，制成了试验产品。在先前的比较示例中，二甲苯(paraxylylene)的二聚物被用作原始材料，将其加热和汽化以转移到膜形成腔室，从而在包含闪烁体膜的基板上形成聚对苯二甲撑的膜。在后面的比较示例中，由TiO₂微粒和粘合剂树脂形成的反射膜被预先形成在CsI:Tl膜上，此外通过高度气密的粘合剂来接合与密封AL帽的边缘。AL帽的边缘宽度为5mm。

当设计应用于实际的辐射检测器11的光电转换元件基板时，需要包括一区域以用于通过闪烁体层13形成所在的区域的外部的接合层来密封防湿层和基板。在此示例中，AL帽边缘宽度和粘合剂的灌注(flash)的裕度在一侧大约为8mm，两侧就是16mm，与本实施例中的必要区域(在工作示例中，在一侧为1mm而在两侧为2mm)相比较，基板尺寸在前后方向和水平方向上都将增加大约14mm。

根据以此方式产生的实施例的样本和比较示例的样本遭受60℃-90％RH的高温度和高湿度测试，跟踪了亮度和分辨率(维护系数)的变化。

图13是示出根据实施例的辐射检测器的高温度和高湿度测试中CTF维护系数的时间变化的曲线图。图14是放大图13中的竖轴的曲线图。

因为湿气导致CsI:Tl膜的特性变差可能显著地显示在分辨率中，检查了作为分辨率指数的CTF(2Lp/mm)的特性维护系数。基于聚对苯二甲撑CVD膜的样本的CTF(2Lp/mm)的值减小到初始值的2/3附近。相反，根据本实施例的样本的CTF(2Lp/mm)的值和基于AL帽的防湿层的样本几乎不从初始值变化，即使过去500小时。发现在本实施例的保护膜中，具有大量层叠平滑层14和水蒸气阻隔层15的保护膜具有更高的防湿性能。

当通过将形成在CsI:Tl膜闪烁体层13上的平滑层14与TiO₂微粒粉末混合来给予反射膜性能时，与TiO₂反射膜与AL帽防湿层/接合层的结构类似，获得了高亮度和高分辨率的特性。另一方面，在基于聚对苯二甲撑CVD膜作为防湿层且陶瓷微粒粉末不添加到形成在闪烁体层13上的平滑层14的实施例的样本的比较示例中，亮度和分辨率趋向为低。关于亮度，未形成反射膜的功能，因此低亮度被认为是由于在与基板侧相反的方向上发射的荧光的损失。

关于分辨率减小，认为树脂材料渗透到CsI:Tl膜的柱状结构中且降低了光导效果，导致柱之间发生光的串扰以及分辨率减小。具体地，在聚对苯二甲撑CVD膜的防湿层的情况下，聚对苯二甲撑深深地渗透，如图10所示。这被认为是归因于蒸汽膜形成的单体分子的深度渗透所引起的。

另一方面，当在涂敷液体的状态下在闪烁体层上进行形成时，可通过粘性来控制进入CsI:Tl膜的柱内的渗透深度。在通过溶剂的环乙烷的添加量将平滑层14的涂敷液体的粘性设置为大约1200mPa·sec并进行膜涂敷时，CsI:Tl闪烁体膜13从表面层的渗透深度被抑制为大约50μm或更小。

虽然已描述了本发明的一个实施例，但此实施例仅通过示例的方式呈现，并且不旨在限制本发明的范围。实际上，本文所描述的新的实施例可以各种其他形式体现，而且，可作出各种删减、替换和对本文所描述的实施例的形式的改变而不背离发明的精神。所附权利要求书及其等同旨在覆盖可落入本发明的范围和精神的这些形式或修改。

[附图标记列表]

10 辐射检测设备

11 辐射检测器

12 阵列基板

13 闪烁体层

14 平滑层

15 水蒸汽阻隔层

16 玻璃基板

18 控制线

19 数据线

20 像素

21 光电二极管

22 薄膜晶体管

23 栅极

24 源极

25 漏极

26 端子群

27 存储电容器

28 保护膜

29 焊盘

30 电路板

31 支承板

32 易弯曲基板

33 集成放大器

34A/D 转换器

35 线选择电路

36 图像合成电路

38 串联/并联转换器

39 栅极驱动器

53 易弯曲基板

Claims

1.一种辐射检测器，包括：

阵列基板，包含光电转换元件；

闪烁体层，形成在所述光电转换元件上且将辐射转换为荧光；以及

防湿层，该防湿层通过层叠平滑层和水蒸汽阻隔层而形成，所述平滑层是形成为覆盖所述闪烁体层的连续膜且至少包含有机树脂材料以及散布于其中的光散射体，所述水蒸汽阻隔层是通过直接成膜而形成在所述平滑层的表面上的连续膜且包含无机材料，

其特征在于，所述平滑层中，

在靠近所述闪烁体层的一侧具有高体积比例的所述光散射体，而在靠近所述水蒸汽阻隔层的一侧具有低体积比例的所述光散射体，且

所述平滑层的厚度不小于所述闪烁体层的凹凸。

2.如权利要求1所述的辐射检测器，其特征在于，

平滑层中的微粒形状的光散射体具有所述闪烁体的主荧光发射波长的1/10到10倍的平均粒子直径，并且包括陶瓷或金属。

3.如权利要求1所述的辐射检测器，其特征在于，

所述光散射体的体积比例在靠近所述闪烁体层的一侧满足以下等式，

光散射体的体积/有机树脂材料的体积≥1.0。

4.如权利要求1所述的辐射检测器，其特征在于，

所述光散射体的体积比例在远离所述闪烁体层的一侧满足以下等式，

光散射体的体积/有机树脂材料的体积<1.0。

5.如权利要求2所述的辐射检测器，其特征在于，

所述光散射体包括氧化钛。

6.一种用于制造辐射检测器的方法，包括：

在包含光电转换元件的阵列基板的表面上形成闪烁体层，所述闪烁体层将辐射转换为荧光；

形成平滑层以覆盖所述闪烁体层，通过溶剂溶解而使有机树脂材料变为涂敷液体并进一步将所述涂敷液体与微粒形状的光散射体进行混合，将包含所述光散射体的所述涂敷液体涂敷在所述闪烁体层上后干燥来形成所述平滑层；以及

形成水蒸气阻隔层，所述水蒸气阻隔层是通过直接成膜而形成在所述平滑层的表面上且包含无机材料的连续膜，

所述平滑层在靠近所述闪烁体层的一侧具有高体积比例的所述光散射体，而在靠近所述水蒸汽阻隔层的一侧具有低体积比例的所述光散射体，且

所述平滑层的厚度不小于所述闪烁体层的凹凸。

7.如权利要求6所述的用于制造辐射检测器的方法，其特征在于，

在形成所述平滑层中，通过在所述闪烁体层上涂抹涂敷液体后干燥来使所述平滑层的最外侧表面平滑，所述涂敷液体包括具有100℃或更高的沸点的所述溶剂、所述有机树脂材料以及所述光散射体。

8.如权利要求6所述的用于制造辐射检测器的方法，其特征在于，

在形成所述水蒸气阻隔层中，通过物理蒸汽膜形成法(PVD法)或化学蒸汽膜形成法(CVD法)来形成所述水蒸气阻隔层，并且所述水蒸气阻隔层包括从金属膜、氧化膜、氮化膜、氮氧化膜、以及金属膜、氧化膜、氮化膜、氮氧化膜的合成膜的组中选择的至少一个。

9.如权利要求6所述的用于制造辐射检测器的方法，其特征在于，

在形成所述水蒸气阻隔层之前，加热所述平滑层以促进排气，所述平滑层的温度被减小到确定的温度，此后所述水蒸气阻隔层被形成在所述平滑层上。

10.如权利要求6所述的用于制造辐射检测器的方法，进一步包括：

在形成所述水蒸气阻隔层之前，将接线与焊盘连接，所述焊盘连接设置在所述阵列基板上的外部电路。