JP2005337962A - 放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像欠陥の無い高品位で耐久性の高い放射線検出装置を提供すること。
【解決手段】２次元に配置された光電変換素子と外周部に電極パッド部を備えたセンサーパネルと、該光電変換素子上に形成された柱状蛍光体層を備えている放射線検出装置において、前記柱状蛍光体が蒸着により形成された柱状蛍光体部と柱状蛍光体部を覆うように形成された非柱状蛍光体部とを有することを特徴とする。又、前記非柱状蛍光体部が柱状蛍光体を溶融させて形成されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、医療診断機器、非破壊検査機器等に用いられるル放射線検出装置に関し、特に、Ｘ線撮影等に用いられる放射線検出装置に関する。

従来、Ｘ線蛍光体層が内部に備えられた蛍光スクリーンと両面塗布剤とを有するＸ線フィルムシステムが一般的にＸ線写真撮影に使用されてきた。しかし、最近、Ｘ線蛍光体層と２次元光検出器とを有するデジタル放射線検出装置の画像特性が良好であること、又、データーがデジタルデーターであるため、ネットワーク化したコンピュータシステムに取り込むことによってデーターの共有化が図られる利点があることから、デジタル放射線検出装置について盛んに研究開発が行われ、種々の特許出願もされている。

これらデジタル放射線検出装置の中でも、高感度で高鮮鋭な装置として、特許文献1に開示されているように、複数のフォトセンサー及びＴＦＴ （Thin Film Transistor）等の電気素子が２次元に配置されている光電変換素子部から成る光検出器上に放射線を光電変換素子で検出可能な光に変換するための柱状結晶蛍光体層を形成して成る放射線検出装置が知られている。
又、特許文献２には、柱状結晶蛍光体の上部及びその側面に耐湿保護層を形成する際に柱状結晶蛍光体の柱間の隙間に該保護層が入り込むように形成する手法が開示されている。これら柱状結晶蛍光体としては、ＣｓＩ（ヨウ化セシウム）が主な材料として使われ、蛍光体を形成する手法としては真空蒸着によることが多い。真空蒸着によって柱状結晶蛍光体を形成するには、蒸着材料を入れた容器を加熱して蒸発気化させ被着基板に形成する。この際、蒸発材料が気化する前に真空槽内に飛び出して被着基板に付着して欠陥となる場合があり、これをスプラッシュと言う。

特開２０００−２８４０５３号公報 特許第３４０５７０６号」公報

スプラッシュが付着した柱状結晶蛍光体部は、図７（ａ）に示すように正常に形成された柱状蛍光体部１２０とは異なり、大きな凸欠陥部１２１を形成する。大きさは、直径 数十〜数百μｍ程度、高さは、数十〜数百μｍ程度になる。更に、凸状欠陥結晶部の周辺部には、凸状欠陥部に結晶成長を阻害される部分が存在するために隙間が凹欠陥部１２２として形成される。これらの凹凸部は、結晶蛍光体の表面に存在し、例えば蛍光体層の厚みを厚くすればより大きく成長することになる。
又、柱状結晶蛍光体に使用されているＣｓＩは潮解性結晶物質であるため蛍光体の耐久性向上のために蛍光体耐湿保護層は必須である。低透湿度の材料が好ましくポリパラキシリレン樹脂は好適な材料である。パラキシリレン樹脂はＣＶＤ法により形成する手法が知られている。図７（ｂ）に、スプラッシュ欠陥に保護層を形成した場合、
１．凹凸部境界部に保護層が形成されないため耐湿保護膜にピンホール欠陥が発生する。耐湿保護層に欠陥があるため蛍光体耐久性が著しく低下する
２． 凸欠陥部は、貼り合わせ時にセンサーパネルを傷つける
等の問題があった
又、図７（ｃ）にスプラッシュ欠陥をプレス等で加圧して潰してから保護層を形成した場合、図７（ｄ）にスプラッシュ欠陥を削ってから保護層を形成した場合を示した。ＣＶＤ法による成膜は一般的にカバレッジ特性の高い皮膜形成法であるが、上記従来例の凹凸欠陥部においては、図７（ｃ），（ｄ）に示すように、
２．欠陥を潰しても結晶内部に空洞部１２４が残り他の正常な結晶部とは異なる屈折率領域が形成されてしまうためＸ線照射による画像で欠陥として検出される。
３．凹部欠陥部壁面に保護層が入り込み大きな樹脂層領域１２５を形成し、他の正常な結晶部とは異なる屈折率領域が形成されてしまうためＸ線照射による画像で欠陥として検出される。
等の問題があった。
本発明の目的は、画像欠陥の無い高品位で耐久性の高い放射線検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、２次元に配置された光電変換素子と外周部に電極パッド部を備えたセンサーパネルと、該光電変換素子上に形成された柱状蛍光体層を備えている放射線検出装置において、
前記柱状蛍光体が蒸着により形成された柱状蛍光体部と柱状蛍光体部を覆うように形成された非柱状蛍光体部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、欠陥の少ない蛍光体及び保護層形成方法を提供することにより、画像欠陥の無い高品位で耐久性の高い放射線検出装置を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明に係る放射線検出装置を示す断面図である。図１中、１０１はガラス基板、１０２はアモルファスシリコンを用いたフォトセンサーとＴＦＴから成る光電変換素子部、１０３は配線部、１０４は電極取り出し部、１０５は窒化シリコン等より成る保護層、これら１０１〜１０５によってセンサーパネル１００が構成される。尚、保護層１０５上には樹脂膜等より形成された光電変換素子の剛性保護層を設けても良い。更に、センサーパネル１００上には、柱状蛍光体部を覆うように形成された非柱状蛍光体部とを有する蛍光体層１３が形成され、この蛍光体層全体を覆うように蛍光体保護層３１、反射層３２、耐湿保護層３３が設けられている。

図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の放射線検出装置の製造方法を示す図である。１０１〜１０５によって構成されたセンサーパネル１００に、アルカリハライドより成る柱状結晶化した蛍光体（例えば、ＣｓＩ：Ｔｌ、タリウム活性化沃化セシウム）より成る柱状蛍光体層１１を蒸着によって形成する（図３（ａ））。
柱状蛍光体層表面には、スプラッシュによる凸欠陥、凹欠陥が存在している。柱状蛍光体層１１に形成された凸欠陥部を溶解させ、該欠陥部近傍の凹部欠陥や柱状蛍光体間の隙間に溶液を流し込み凹欠陥部を修正することができる（図３（ｂ））。
次に、修復された蛍光体層に蛍光体耐湿保護層３１を形成する。蛍光体耐湿保護層は、ＣＶＤ法等で形成されるポリパラキシリレン樹脂が好適な材料として挙げられる。本発明においては、柱状蛍光体層の欠陥の凹凸部が非柱状蛍光体によって修復され、特に柱状蛍光体部の凹欠陥部が結晶で埋まっているので、保護層を形成する際に、欠陥周辺の隙間に蛍光体耐湿保護層が入り込むことがない。
更に、反射層３２及び第２の耐湿保護層３３を形成し放射線検出装置を形成する（図３（ｃ））。このとき、反射層は第１の保護層を全て覆うように形成すると、金属は一般的な樹脂材料に比べての水分透過率が低く金属反射膜が蛍光体全体及び保護層全体を覆うことによって耐湿性を大きく向上することができ望ましい。更に、保護膜がセンサーパネルと接する蛍光体外周端部である保護膜端部に封止樹脂を形成すれば耐湿性を一層向上することができ望ましい。

図４は本発明の放射線検出装置の他の製造方法を示す図である。
基板１１１上に反射層下地層として保護層１１２、反射層１１３、反射層保護層と蛍光体下地層を兼ねた保護層１１４を順次積層して成る蛍光体支持基板１１０に上記説明と同様にして柱状蛍光体層１１を形成し、欠陥部を修正した蛍光体層１３を得る。次に、該蛍光体及び蛍光体基板全体を覆うように耐湿保護層４１を形成し蛍光体基板４３を得る。更に、１０１〜１０５により成るセンサーパネル１００と蛍光体基板４３を蛍光体がパネル面側になるようにして接着剤４２で張り合わせることによって放射線検出装置を得た。

又、図５（ａ）〜（ｃ）のようにセンサーパネル上に形成された蛍光体層の上部全面を修復処理することもできる。柱状蛍光体層の上部はスプラッシュ欠陥が無くても、柱状結晶上部が３〜５μｍの凸状になっている。又、柱間には微小に隙間が形成されている部分もある。
従って、スプラッシュ欠陥のように大きな欠陥は勿論のこと、柱状蛍光体上部の小さな凸部や微小な隙間を一様に処理すれば保護層材料の蛍光体凹部・隙間への入り込みを防ぐばかりでなく、蛍光体層全面の平滑化を行うことができる。蛍光体層上に形成される保護層・反射層が一様に形成されピンホール欠陥が発生せず、反射面が平滑なので均一な反射率を得ることができる。
又、図６（ａ）〜（ｄ）に示したように、センサーパネルに蛍光体を張り合わせる方式であれば、蛍光体上面全面が平滑になることによりセンサーパネルとの貼り合わせ時に蛍光体の凹凸によってパネルを傷つけることがなく、又、表面の凹凸に貼り合わせ時に接着剤との界面に気泡を巻き込んで欠陥を生じることもない。

本発明において、蛍光体の凸部を溶融して欠陥周辺の凹部に該溶融結晶を形成するには微細な欠陥領域を選択して過熱できる方法が望ましく、微細加工に適したレーザー加工が望ましい。例えば、半導体製造過程で使用されているミクロンオーダーの加工が可能な各種レーザー例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、ＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザーＸｅＣｌエキシマレーザー、Ａｒレーザー、ＣＯ2レーザー、ＣＯレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー等が挙げられる。柱状蛍光体は柱状結晶によってＸ線照射によって発した光が誘導され高い鮮鋭度を得ることができる。従って、修正層は１〜５０μｍ望ましくは１０〜２０μｍ程度の厚さに留めることが望ましい。

金属反射膜の材料としては、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｒｈ、Ｐｔ及びＡｕ等の反射率の高い金属が望ましい。
蛍光体層及び反射層を覆う耐湿保護層１１３及び１１５は、防湿保護の目的で設けられているものであって、該目的にかなうものであれば何れの材料でも良く、例えば、ポリパラキシリレン等のＣＶＤ膜を用いるのが望ましい。ＣＶＤ膜の形成は生成させる材料をガス化し形成する素材上に吸着・重合させるものである。

蛍光体としては、アルカリハライド：付活剤が好適に用いられ、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ，等を用いることができる。

封止樹脂には、特に保護膜の端部剥がれを防止し、更に端部からの水分の浸入を防ぐ目的で形成されており、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の一般的封止な材料を用いることができるが、特に水分透過率の低い樹脂が望ましい。

尚、２次元光検出器として、ガラス基板上にアモルファスシリコンを用いたフォトセンサーとＴＦＴから成る光電変換素子部を形成した場合について説明したが、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等を２次元状に配置した撮像素子を形成した半導体単結晶基板上に下地層、蛍光体層を配置することで放射線検出装置を構成することができる。

次に、本発明の放射線検出装置を実施例に基づいて詳細に説明する。

図３（ａ）に示すように、ガラス基板１０１上の非晶質シリコンから成る半導体薄膜上にフォトセンサーとＴＦＴから成る光電変換素子部（光検出素子（画素））１０２及び配線部１０３を形成し、その上にＳｉＮx より成る保護膜（第１の保護層）１０５と、更にポリイミド樹脂を硬化した保護層（第２の保護層）を形成してセンサーパネル１００を作製した。

次に、下地層１０５の表面に、アルカリハライドより成る柱状結晶化した蛍光体の層（蛍光体層１１）を蒸着法によって形成した。蒸着は、ＣｓＩ（Ｔｌ）を入れた容器に電流を流して１００〜４００℃に加熱し、真空槽内は０．１〜１．０[Ｐａ]で行った。センサーパネル上に形成された蛍光体の表面にはスプラッシュ欠陥が発生した。スプラッシュ欠陥をレーザーで修正したところ、凸欠陥部は溶融して近接する凹欠陥部上に流れ込むとともに柱状蛍光体に表面に溶融後固化した平坦な修正層を形成した。
照射したレーザーは、Ｋｒ−Ｆエキシマレーザー（２４８ｎｍ）を１５０ｍＪ／ｃｍ2 照射時間２５ｎｓｅｃ照射した。更に、全体をパラキシリレン樹脂より成る耐湿保護層３１（膜厚１２μｍ）をＣＶＤ法によって形成した。更に、反射層としてＡｌ膜３２を蒸着法によって形成した。Ａｌ膜形成時には、Ａｌ膜が第１の保護層と同サイズになるように基板セッティングに押さえ冶具を使用し、膜厚３０００Åで形成した。反射層上を第１の保護層と同様にしてパラキシリレン樹脂より成る耐湿保護層３３で被覆し、更に、保護層端部を被覆するように封止樹脂（ワールドロックＸＶＬ−１４ 共立化学）を高さ０．７ｍｍに形成して、放射線検出装置を得た。

図４（ａ）に示すように、アモルファスカーボンより成る基板１１１にポリイミド樹脂から成る保護層１１２をスピンナー塗布後加熱して形成し、更に反射層１１３としてＡｌにスパッタ膜を形成した。次に、蛍光体下地層となる保護層１１４として再度ポリイミド樹脂を同様に形成し、蛍光体支持基板１１０を得た。
実施例１と同様にして蛍光体支持基板上に柱状結晶化した蛍光体の層（蛍光体層１１）を蒸着法によって形成した。実施例１と同様にして蛍光体表面に形成されたスプラッシュ欠陥を修正した。レーザーはＸｅ−Ｃｌエキシマレーザー（３０８ｎｍ）を１６０ｍＪ／ｃｍ2で２０ｎｓｅｃ照射した。
次に、蛍光体及び蛍光体基板全体を覆うようにパラキシリレン樹脂より成る耐湿保護層４１（膜厚１２μｍ）をＣＶＤ法によって形成し、蛍光体基板４３を得た。更に、蛍光体基板４３をセンサーパネル１００と蛍光体層がパネル側になるように接着剤を介して貼り合わせた。又、実施例１と同様にして蛍光体保護層外周部、及び接着層とセンサーパネルの端部を覆うように封止樹脂を形成して、放射線検出装置を得た。

これらの実施例のような構成においては、蛍光体上の凸凹欠陥が無いので蛍光体に耐湿保護層を形成したときにピンホールの発生や、空隙による画像欠陥が発生することがなく、欠陥の少ない蛍光体及び保護層形成方法を提供することにより、画像欠陥の無い高品位で耐久性の高い放射線検出装置が得られた。

＜比較例１＞
実施例１と同様にセンサーパネル１００上にアルカリハライドより成る柱状結晶化した蛍光体の層（蛍光体層１１）を蒸着法によって形成した。更に、全体をパラキシリレン樹脂より成る耐湿保護層３１（膜厚１２μｍ）をＣＶＤ法によって形成した。更に、反射層としてＡｌ膜３２を蒸着法によって形成した。Ａｌ膜形成時には、Ａｌ膜が第１の保護層と同サイズになるように基板セッティングに押さえ冶具を使用し、膜厚３０００Åで形成した。反射層上を第１の保護層と同様にしてパラキシリレン樹脂より成る耐湿保護層３３で被覆し、更に保護層端部を被覆するように封止樹脂（ワールドロックＸＶＬ−１４ 共立化学）を高さ０．７ｍｍに形成して、放射線検出装置を得た。

このようにして得られた装置から、耐久性６０℃、９０％ １０００Ｈ放置後に、放射線検出装置にＸ線を照射して得られた画像から、蛍光体剥がれや破損による欠陥画像があるかないかを観察したところ、スプラッシュ欠陥部が耐久後に画像欠陥として検出された
＜比較例２＞
実施例２と同様にして、蛍光体支持基板１１０に蛍光体支持基板上に柱状結晶化した蛍光体の層（蛍光体層１１）を蒸着法によって形成した。次に、蛍光体及び蛍光体基板全体を覆うようにパラキシリレン樹脂より成る耐湿保護層４１（膜厚１２μｍ）をＣＶＤ法によって形成し、蛍光体基板４３を得た。更に、蛍光体基板４３をセンサーパネル１００と蛍光体層がパネル側になるように接着剤を介して貼り合わせた。更に、実施例１と同様にして蛍光体保護層外周部及び接着層とセンサーパネルの端部を覆うように封止樹脂を形成して、放射線検出装置を得た。

このようにして得られた装置から、パネルの光電変換素子が形成されている面側に、貼り合わせ中に傷が入り、形成された塗布膜が一部破損している欠陥が見られた。

＜比較例３＞
比較例２と同様にして、蛍光体支持基板１１０に蛍光体支持基板上に柱状結晶化した蛍光体の層（蛍光体層１１）を蒸着法によって形成した。次に、蛍光体層が下になるようにして前記基板を定盤に置き、上からローラで押し転がして平坦化処理を行った。次に、蛍光体及び蛍光体基板全体を覆うようにパラキシリレン樹脂より成る耐湿保護層４１（膜厚１２μｍ）をＣＶＤ法によって形成し、蛍光体基板４３を得た。更に、蛍光体基板４３をセンサーパネル１００と蛍光体層がパネル側になるように接着剤を介して貼り合わせた。更に、実施例１と同様にして蛍光体保護層外周部及び接着層とセンサーパネルの端部を覆うように封止樹脂を形成して、放射線検出装置を得た。

このようにして得られた放射線検出装置を、６０℃、９０％の温度・湿度試験槽に１０００時間保存した。その結果、蛍光体層の層内での欠陥と思われる画像欠陥が発生した。
図８は本発明による放射線検出装置のＸ線診断システムへの応用例を示したものである。

Ｘ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は患者或は被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、図３に示したような放射線検出装置（イメージセンサ）６０４０に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応してシンチレーター（蛍光体層）は発光し、これをセンサーパネルの光電変換素子が光電変換して電気的情報を得る。この情報はディジタルに変換され信号処理手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され、制御室の表示手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。

又、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールーム等の表示手段となるディスプレイ６０８１に表示若しくは光ディスク等の記録手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。又、記録手段となるフィルムプロセッサ６１００によりフィルム６１１０に記録することもできる。

本発明の放射線検出装置における実施形態を示す断面図である。 本発明の放射線検出装置における他の実施形態を示す断面図である。 本発明の放射線検出装置における実施形態の製造方法を示す断面図である。 本発明の放射線検出装置における実施形態の他の製造方法を示す断面図である。 本発明の放射線検出装置における他の実施形態の製造方法を示す断面図である。 本発明の放射線検出装置における他の実施形態の他の製造方法を示す断面図である。 従来例の放射線検出装置を示す断面図である。 本発明による放射線撮影システムの構成を示す概念図である。

符号の説明

１１ 蛍光体
１３ 修正した蛍光体
３１ 保護層
３２ 反射層
３３ 保護層
４１ 保護層
４２ 接着層
４３ 蛍光体基板
１００ センサーパネル
１０１ ガラス基板
１０２ 光電変換素子部
１０３ 配線部
１０４ 電極取り出し部
１０５ 第１の保護層
１１０ 蛍光体支持基板
１１１ 基板
１１２ 保護層
１１３ 反射層
１１４ 保護層
１２０ 正常な柱状結晶部
１２１ 凸欠陥部
１２２ 凹欠陥部

Claims (4)

1. ２次元に配置された光電変換素子と外周部に電極パッド部を備えたセンサーパネルと、該光電変換素子上に形成された柱状蛍光体層を備えている放射線検出装置において、
   前記柱状蛍光体が蒸着により形成された柱状蛍光体部と柱状蛍光体部を覆うように形成された非柱状蛍光体部とを有することを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記非柱状蛍光体部が柱状蛍光体を溶融させて形成されることを特徴とする請求項１記載の放射線検出装置。
3. 前記非柱状蛍光体部が柱状蛍光体をレーザー照射によって溶融させて形成されることを特徴とする請求項１記載の放射線検出装置。
4. 前記非柱状蛍光体部が柱状蛍光体部の凹部欠陥を被覆するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の放射線検出装置。

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