JP2007093545A - Radiation detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入射する放射線を所定の信号に変換する信号変換層と、この信号変換層にて変換された信号を検出する回路基板とを備えた放射線検出器に関する。 The present invention relates to a radiation detector including a signal conversion layer that converts incident radiation into a predetermined signal and a circuit board that detects a signal converted by the signal conversion layer.
新世代のX線診断用画像検出器として、アクティブマトリクスを用いたX線画像検出器が大きな注目を集めている。このようなX線画像検出器は、平面状に形成され、X線を当てることでX線撮影像またはリアルタイムのX線画像がデジタル信号として出力される。そして、このようなX線画像検出器は、固体検出器であることから、画質性能あるいは安定性の面でも極めて期待が大きく、多数の研究開発がなされてきた。 As a new generation image detector for X-ray diagnosis, an X-ray image detector using an active matrix has attracted much attention. Such an X-ray image detector is formed in a planar shape, and an X-ray image or a real-time X-ray image is output as a digital signal by applying X-rays. Since such an X-ray image detector is a solid state detector, it is extremely expected in terms of image quality performance or stability, and many researches and developments have been made.
実用化の最初の用途として、比較的大きな線量で、静止画像を収集する胸部あるいは一般撮影用に開発され、近年商品化されている。より高性能で、透視線量下で毎秒30コマ以上のリアルタイム動画を実現させる必要がある循環器、消化器分野への応用に対しても、近い将来に商品化が予想される。このような動画用途に対しては、S/Nの改善や微小信号のリアルタイム処理技術などが重要な開発項目となっている。 As the first application for practical use, it has been developed for the chest or general radiography for collecting still images with a relatively large dose, and has been commercialized in recent years. Commercialization is expected in the near future for applications in the fields of circulatory organs and digestive organs that require higher performance and real-time video at 30 frames per second under fluoroscopic dose. For such moving image applications, improvement of S / N and real-time processing technology of minute signals are important development items.
ところで、平面検出器には、大きく分けて直接方式と間接方式との二通りの方式がある。 By the way, there are two types of flat detectors, a direct method and an indirect method.
直接方式は、入射X線をa−Seなどの光導電膜により直接電荷信号に変換し、この変換した信号電荷を電荷蓄積用キャパシタに蓄積する方式である(例えば、特許文献1参照。)。 The direct method is a method in which incident X-rays are directly converted into a charge signal using a photoconductive film such as a-Se, and the converted signal charge is stored in a charge storage capacitor (see, for example, Patent Document 1).
一方、間接方式は、シンチレータ層により入射X線を受けて、一旦可視光に変換し、この可視光をa−SiフォトダイオードやCCDにより信号電荷に変換して電荷蓄積用キャパシタに導く方式である(例えば、特許文献2参照。)。 On the other hand, the indirect method receives incident X-rays from the scintillator layer, temporarily converts it into visible light, converts this visible light into signal charge by an a-Si photodiode or CCD, and leads it to a charge storage capacitor. (For example, refer to Patent Document 2).
X線画像検出器では、現在間接方式が大半を占めているものの、将来における構成の科への可能性は直接方式の方が高いとされている。 In the X-ray image detectors, the indirect method currently occupies the majority, but the direct method is considered to have a higher possibility of the configuration in the future.
直接方式では、入射X線を直接電荷信号に変換するX線光導電材料が必要となり、これは半導体の一種である。平面検出器の主な用途としては、人体を透過させその情報を医療用として使用する場合が多く、人体を充分にカバーできるだけの大きさを必要とする。このため、通常使用される大きさとしては一辺40cm程度の検出器がよく用いられている。このとき、直接方式のX線画像検出器を実現しようとすると、それ以上の大きさを有するTFT回路基板の上にX線光導電膜を均一に形成しなければならない。 The direct method requires an X-ray photoconductive material that directly converts incident X-rays into a charge signal, which is a kind of semiconductor. The main application of the flat panel detector is to transmit the human body and use the information for medical purposes in many cases, and it needs to be large enough to cover the human body. For this reason, detectors with a side of about 40 cm are often used as the size that is normally used. At this time, in order to realize a direct X-ray image detector, an X-ray photoconductive film must be uniformly formed on a TFT circuit substrate having a larger size.
また、入射X線を充分に検出するためには、重金属で構成された大きな比重を有する材料を用いても、数百μmの厚みを有するX線光導電膜が必要となる。すなわち、一辺が40cmもの大きさを有する半導体膜を、TFT回路基板上に形成することが必要になる。 In order to sufficiently detect incident X-rays, an X-ray photoconductive film having a thickness of several hundred μm is required even if a material having a large specific gravity made of heavy metal is used. That is, it is necessary to form a semiconductor film having a size of 40 cm on one side on the TFT circuit substrate.
X線光導電材料は、半導体の一種なので、その結晶構造や組成によって特性が大きく変化してしまう可能性が非常に高い。また、通常の半導体材料の特性は単結晶において最高の特性が得られるものの、X線画像検出器の大きさをカバーできるだけの半導体単結晶材料は実現されていない。そこで、直接方式のX線画像検出器を実現するには、TFT回路基板の上にX線光導電膜を直接形成することが必要になる。 Since the X-ray photoconductive material is a kind of semiconductor, there is a very high possibility that the characteristics will change greatly depending on its crystal structure and composition. Moreover, although the characteristic of a normal semiconductor material can obtain the highest characteristic in a single crystal, a semiconductor single crystal material that can cover the size of an X-ray image detector has not been realized. Therefore, in order to realize a direct X-ray image detector, it is necessary to form an X-ray photoconductive film directly on the TFT circuit substrate.
通常のX線画像検出器のTFT回路基板は、液晶表示装置の製造プロセスを流用して製造されている。このため、X線光導電膜と直接接触する画素電極には、アルミニウム、あるいはITOが多く用いられ、それら画素電極を取り囲むように酸化ケイ素(SiO2)の絶縁膜もX線光導電膜に接触する構造となっている。 A TFT circuit board of a normal X-ray image detector is manufactured by diverting a manufacturing process of a liquid crystal display device. For this reason, aluminum or ITO is often used for the pixel electrode in direct contact with the X-ray photoconductive film, and the insulating film of silicon oxide (SiO 2 ) is also in contact with the X-ray photoconductive film so as to surround the pixel electrode. It has a structure to do.
このTFT回路基板の上にX線光導電膜を形成する際に、通常数百μmにもなるX線光導電膜を形成するのに、真空蒸着などを用いて、X線を効率よく電荷信号に変化する特性を有する材料、例えばヨウ化鉛(PbI2)やヨウ化ビスマス(BiI3)を膜状に形成した後、このX線光導電膜に電荷を供給する役割を有する上部電極を形成してX線画像検出器の基本的な構成が完成する。 When an X-ray photoconductive film is formed on this TFT circuit substrate, the X-ray photoconductive film, which is usually several hundred μm, is formed by using vacuum evaporation to efficiently charge the X-ray photoconductive signal. After forming a material having characteristics that change into, for example, lead iodide (PbI 2 ) or bismuth iodide (BiI 3 ) into a film shape, an upper electrode having a role of supplying charges to the X-ray photoconductive film is formed. Thus, the basic configuration of the X-ray image detector is completed.
また、もう一方の方式である間接方式のX線画像検出器でも、入射X線を充分に検出するために重金属で構成された比較的大きな比重を有する材料による蛍光体からなる数百μmの厚みを有するX線入力膜を必要とする。この間接方式に用いるTFT回路基板も、直接方式と同様の液晶表示装置の製造プロセスを流用して製造される。したがって、このようにして製造されたTFT回路基板の上にX線入力蛍光膜を形成することとなり、現在多く用いられているのは、ヨウ化セシウム(CsI)から構成される蛍光物質をTFT回路基板上に真空蒸着を用いて厚膜を形成する方法と、酸硫化ガドリニウム(Gd2O2S)や灰重石(CaWO4)を樹脂中に分散させた構造を有する増感紙をTFT回路基板表面に貼り合わせる方法、または、他の基板上に真空蒸着により形成したヨウ化セシウム膜をTFT回路基板の表面に貼り合わせる手法などである。
上述したように、上記従来のX線画像検出器では、主にガラス基板上に形成されるTFT回路基板と、X線光導電膜あるいはX線入力蛍光膜が有する熱膨張率に大きな差が生じる。 As described above, in the conventional X-ray image detector, there is a large difference in the coefficient of thermal expansion between the TFT circuit substrate formed mainly on the glass substrate and the X-ray photoconductive film or the X-ray input fluorescent film. .
例えば、一般的なTFT回路基板に用いられているガラス基板では、膨張により回路が破損したりしないように、熱膨張率が5ppm/℃程度に設定されており、TFT回路基板の高精度化に伴い、さらに熱膨張率が低くなることが予想される。 For example, in a glass substrate used for a general TFT circuit substrate, the coefficient of thermal expansion is set to about 5 ppm / ° C. so that the circuit is not damaged due to expansion. Along with this, the coefficient of thermal expansion is expected to be further reduced.
これに対して、代表的なX線光導電材料であるセレン(Se)では、熱膨張率が44ppm/℃、ヨウ化鉛(PbI2)では、40ppm/℃、ヨウ化水銀(HgI2)では54ppm/℃、臭化タリウム(TlBr)では、51ppm/℃に達している。 In contrast, selenium (Se), which is a typical X-ray photoconductive material, has a coefficient of thermal expansion of 44 ppm / ° C, lead iodide (PbI 2 ) at 40 ppm / ° C, and mercury iodide (HgI 2 ). At 54 ppm / ° C., thallium bromide (TlBr) reaches 51 ppm / ° C.
また、間接方式のX線画像検出器に用いられる入力蛍光膜の熱膨張率でも、ヨウ化セシウムが49ppm/℃となっている。さらに、増感紙を用いる場合でも、増感紙の主成分が樹脂であるため、熱膨張率がこの樹脂の値に近くなり、数十〜100ppm/℃前後の値をとることが予想される。 Also, the thermal expansion coefficient of the input phosphor film used in the indirect X-ray image detector is 49 ppm / ° C. for cesium iodide. Furthermore, even when using an intensifying screen, the main component of the intensifying screen is a resin, so that the coefficient of thermal expansion is close to the value of this resin and is expected to take a value of about several tens to 100 ppm / ° C. .
上記に示すように、TFT回路基板上に密着するX線光導電材料もしくはX線入力蛍光膜との間に大きな熱膨張率の差がある状態では、X線画像検出器の使用もしくは保管中に起こりうる温度変化により、TFT回路基板とX線光導電体もしくは入力蛍光膜との界面に大きな応力が発生し、また増感紙などを密着する場合には熱膨張率差によりTFT表面を「こする」状態になることが予想される。 As shown above, when there is a large difference in thermal expansion coefficient between the X-ray photoconductive material or the X-ray input phosphor film that is in close contact with the TFT circuit substrate, the X-ray image detector is being used or stored. Due to a possible temperature change, a large stress is generated at the interface between the TFT circuit board and the X-ray photoconductor or the input fluorescent film. It is expected to become a “Yes” state.
そして、TFT回路基板表面に応力が発生することで、TFT回路内部にその応力が伝わり、半導体で構成されるTFTの特性が変化したり、内部配線が断線や短絡をしたりする危険性が考えられる。 There is a risk that stress will be transmitted to the inside of the TFT circuit due to the stress generated on the surface of the TFT circuit substrate, and the characteristics of the TFT composed of semiconductors may change, or the internal wiring may be disconnected or short-circuited. It is done.
また、TFT回路基板表面に直接形成されるX線光導電膜内部の半導体特性が変化することも予想される。 It is also expected that the semiconductor characteristics inside the X-ray photoconductive film directly formed on the TFT circuit substrate surface will change.
さらには、同様のことが、TFT回路基板上に直接形成されるX線入力蛍光膜にも当てはまり、この入力蛍光膜の解像度を大きく左右する空隙が変化し特性変化を起こす。 Further, the same applies to the X-ray input fluorescent film directly formed on the TFT circuit substrate, and the gap that greatly affects the resolution of the input fluorescent film changes to cause a characteristic change.
そして、両者ともに応力によりX線光導電膜もしくはX線入力蛍光膜のTFT回路基板からの剥離や亀裂が発生し易くなり、製品特性に好ましくない影響を与えるおそれがあると予想される。 In both cases, the stress is likely to cause the X-ray photoconductive film or the X-ray input phosphor film to be peeled off or cracked from the TFT circuit substrate, which may adversely affect the product characteristics.
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、熱膨張による特性劣化を抑制した放射線検出器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide a radiation detector that suppresses deterioration of characteristics due to thermal expansion.
本発明は、入射する放射線を所定の信号に変換する信号変換層と、この信号変換層より小さい熱膨張率を有し、この信号変換層に接合され、この信号変換層にて変換された信号を検出する検出体を備えた回路基板と、この回路基板の前記信号変換層と反対側の主面に接合され、前記信号変換層との熱膨張率差が、前記信号変換層と前記回路基板との熱膨張率差よりも小さい熱膨張率調整体とを具備したものである。 The present invention has a signal conversion layer for converting incident radiation into a predetermined signal, and a signal having a thermal expansion coefficient smaller than that of the signal conversion layer, joined to the signal conversion layer, and converted by the signal conversion layer. A circuit board provided with a detection body for detecting the signal and a main surface of the circuit board opposite to the signal conversion layer, and a difference in thermal expansion coefficient between the signal conversion layer and the signal conversion layer is determined between the signal conversion layer and the circuit board. And a coefficient of thermal expansion that is smaller than the difference in coefficient of thermal expansion.
本発明によれば、信号変換層と熱膨張率調整体との熱膨張率差を、信号変換層と回路基板との熱膨張率差よりも小さくすることで、温度が上昇した際の回路基板と信号変換層との熱膨張率差による界面での応力を抑制し、特性劣化を抑制できる。 According to the present invention, the circuit board when the temperature rises by making the difference in thermal expansion coefficient between the signal conversion layer and the coefficient of thermal expansion adjustment body smaller than the difference in thermal expansion coefficient between the signal conversion layer and the circuit board. It is possible to suppress the stress at the interface due to the difference in thermal expansion coefficient between the signal conversion layer and the signal conversion layer, and to suppress the deterioration of characteristics.
以下、本発明の第1の実施の形態の放射線検出器の構成を図1ないし図3を参照して説明する。 The configuration of the radiation detector according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1において、1は放射線検出器としてのX線画像検出器であるX線検出器で、この図1に示すX線検出器1は、直接方式のX線平面画像検知器である。そして、このX線検出器1の検出器部分は、図2および図3に示すように、マトリクス状に二次元的に配列された複数の画素2を有する回路基板としての光電変換基板であるTFT回路基板3を備えている。
In FIG. 1,
そして、このTFT回路基板3の一主面である表面上には、入射する放射線としての入射X線Lを電気信号に変換する信号変換層としての放射線光導電体層であるX線光導電体層4が積層されて設けられている。このX線光導電体層4は、例えばPN接合状態であり、TFT回路基板3の表面と完全に接着された状態となっている。すなわち、このX線光導電体層4は、TFT回路基板3上に直接形成されている。
An X-ray photoconductor that is a radiation photoconductor layer as a signal conversion layer that converts incident X-rays L as incident radiation into an electric signal is provided on the surface that is one main surface of the
ここで、このX線光導電体層4は、図1に示すように、X線画像を検出する重要な要素である放射線光導電膜としてのX線光導電膜5を備えている。このX線光導電膜5は、例えば重金属であり半導体的な性質を有するX線光導電物質として、熱膨張率44ppm/℃のセレン(Se)、熱膨張率40ppm/℃のヨウ化鉛(PbI2)、熱膨張率54ppm/℃のヨウ化水銀(HgI2)、あるいは、熱膨張率51ppm/℃の臭化タリウム(TlBr)などのいずれかを主成分として含有し、これらX線光導電物質を所定の厚さにTFT回路基板3上に真空蒸着させることによって形成されている。さらに、このX線光導電膜5の一主面である表面上には、上部電極としてのバイアス電極層6が積層されて設けられ、検出体としての画素電極13のそれぞれ対向している。この結果、X線光導電体層4は、TFT回路基板3よりも大きい熱膨張率を有している。
Here, the X-ray
そして、TFT回路基板3は、図2に示すように、矩形平板状の透光性を有するガラスなどで形成された絶縁基板としての保持基板11を備えている。ここで、この保持基板11は、主に熱膨張率を抑制したガラスにて構成されている。このため、この保持基板11は、引っ張り応力に極めて弱く、強固な固定手段により不用意に発生する引っ張り応力によって破損することを避けるために、一般的に、図示しないゴムなどの弾性体を介して周辺部にて緩く固定され、できる限り応力が加わらないように構成されている。
As shown in FIG. 2, the
また、この保持基板11の一主面である表面上には、TFT回路層12と画素電極13とが画素2毎に形成されている。この画素電極13は、TFT回路基板3の最表面の大部分を覆うように配置されている。また、この画素電極13は、金属酸化物であるITO(インジウム−錫混合酸化物)にて構成されている。
A
さらに、TFT回路層12は、図3に示すように、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ(TFT)14と、コンデンサである電荷蓄積用キャパシタ15を備えている。そして、画素電極13、薄膜トランジスタ14および電荷蓄積用キャパシタ15のそれぞれは、保持基板11上の画素2毎に形成されている。すなわち、これら画素電極13、薄膜トランジスタ14および電荷蓄積用キャパシタ15のそれぞれは、これらを1組とした格子状の配列を有しており、各組がX線画像の画素2に対応するように構成されている。
Furthermore, as shown in FIG. 3, the
また、保持基板11上には、この保持基板11の行方向に沿った複数の制御ラインとしての制御電極16が配線されている。これら複数の制御電極16は、保持基板11上の各画素2間に位置し、この保持基板11の列方向に離間されて設けられている。そして、これら制御電極16には、薄膜トランジスタ14のゲート電極17が電気的に接続されている。
On the holding
さらに、保持基板11上には、この保持基板11の列方向に沿った複数の読み出し電極18が配線されている。これら複数の読み出し電極18は、保持基板11上の各画素2間に位置し、この保持基板11の行方向に離間されて設けられている。そして、これら複数の読み出し電極18には、薄膜トランジスタ14のソース電極19が電気的に接続されている。また、この薄膜トランジスタ14のドレイン電極20は、電荷蓄積用キャパシタ15および画素電極13のそれぞれに電気的に接続されている。
Furthermore, a plurality of
一方、図1および図2に示すように、保持基板11上のTFT回路層12上には、島状の画素電極13が各画素2に対応するようにマトリクス状に積層されて設けられている。そして、この画素電極13を含むTFT回路層12上の全面とX線光導電膜5との界面、および、X線光導電膜5とバイアス電極層6との界面には、それぞれ図示しない金属酸化物薄膜層が形成され、X線光導電膜5の内部にPN接合状態が実現されている。
On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 2, island-
そして、TFT回路基板3の他主面である裏面側、すなわちX線光導電体層4と反対側の主面には、熱膨張率調整体としての金属板25が接着層26を介して接合されている。
Further, a
この金属板25は、例えばアルミニウム(Al)で形成したブロック、すなわちアルミブロックであり、X線光導電体層4との熱膨張率差が、TFT回路基板3とX線光導電膜5との熱膨張率差よりも小さくなるように形成されている。
The
すなわち、この金属板25は、例えばTFT回路基板3の保持基板11よりも大きい厚みおよび熱膨張率を有しており、保持基板11に接着されることでTFT回路基板3と金属板25との全体の熱膨張率をこの金属板25の熱膨張率に近づけることで、保持基板11よりも大きい熱膨張率を有するX線光導電体層4との熱膨張率差を抑制するように構成されている。なお、金属板25の厚み、熱膨張率などは、保持基板11の熱膨張率などの特性に応じて適宜設定する。
That is, the
そして、この金属板25は、画素電極13の配設範囲である画素2全体の範囲、すなわち画像取得範囲の全てにおいて保持基板11に接着されている。
The
接着層26としては、例えばエポキシ、アクリルあるいはシリコーンなどの樹脂接着剤が用いられ、X線検出器1の使用時の温度(例えば0℃〜40℃)、および、保管時の温度(例えば−20℃〜60℃)の範囲において、TFT回路基板3の保持基板11に圧縮応力が常時加えられる状態となるように、この温度範囲の最高温度以上の温度雰囲気、例えば100℃などの温度雰囲気にて加熱接着が行なわれる。
As the
次に、上記第1の実施の形態の動作を説明する。 Next, the operation of the first embodiment will be described.
まず、X線検出器1のX線光導電体層4のX線光導電膜5中に外部からX線が入射すると、このX線光導電膜5内へと入射した入射X線Lは、このX線光導電膜5内で吸収されて励起される。
First, when X-rays are incident on the X-ray photoconductive film 5 of the
そして、この入射X線L自体のエネルギによって、X線光導電膜5の内部に電子eと正孔hとのペアが多数発生する。 A large number of pairs of electrons e and holes h are generated inside the X-ray photoconductive film 5 by the energy of the incident X-ray L itself.
このとき、バイアス電極層6と画素電極13との間に数百Vの電圧が印加されてバイアス電界を形成していることにより、X線光導電膜5内に発生した光導電電荷Qがバイアス電界によって移動する。
At this time, a voltage of several hundred volts is applied between the bias electrode layer 6 and the
すると、電子eあるいは正孔hのいずれかが光導電電荷Qとして画素電極13へと移動して到達する。
Then, either the electron e or the hole h moves to the
この後、これら各画素電極13へと移動して流入した光導電電荷Qは、これら各画素電極13に接続された薄膜トランジスタ14のゲート電極17が駆動状態、すなわちオン状態となるまで、これら各画素電極13に接続された電荷蓄積用キャパシタ15へと移動して保持されて蓄積される。
Thereafter, the photoconductive charge Q that has flowed into and flowed into the
このとき、制御電極16の一つをオン状態にすると、このオン状態となった制御電極16に接続された横一行の薄膜トランジスタ14がオン状態となる。
At this time, when one of the
そして、このオン状態となったそれぞれの薄膜トランジスタ14に接続された電荷蓄積用キャパシタ15に蓄積された光導電電荷Qが読み出し電極18へと出力される。
Then, the photoconductive charge Q stored in the
この結果、X線画像の特定の行の画素2に対応する信号が出力されるため、オンする制御電極16の駆動を順々に変えて制御することにより、全てのX線画像の画素に対応する信号を出力でき、この出力信号をデジタル画像信号に変換することによって、この画像情報を外部に映像信号すなわちX線画像として出力できる。
As a result, since a signal corresponding to the
ここで、このようなX線検出器1の動作により、周囲の電気機器が発する熱により温度上昇が発生し、また、X線検出器1の保管や運搬時には、動作時以上の温度変化が予想され、このような温度変化により、TFT回路基板3とX線光導電体層4とには応力が発生する。
Here, due to the operation of the
このとき、特にTFT回路基板3の熱膨張率よりも、X線光導電体層4の熱膨張率の方が大きいため、TFT回路基板3に引っ張り応力が発生し、TFT回路基板3を構成するガラス製の保持基板11が破損するおそれがある。
At this time, since the thermal expansion coefficient of the
また、TFT回路基板3上に直接形成する必要があるX線光導電体層4においては、一般的にTFT回路基板3を加熱した状態で真空蒸着法などによりX線光導電物質にてX線光導電膜5を形成することが求められ、このような製造プロセス後に室温に戻すと、上記熱膨張率差により、極めて大きな応力が発生する。
In addition, in the
このとき、この応力は機械的に弱いX線光導電体層4に集中し、半導体物質であるX線光導電体層4の特性変化、あるいはクラックの発生による破損などを引き起こすおそれがある。
At this time, the stress concentrates on the mechanically weak
そこで、上記第1の実施の形態では、X線光導電体層4との熱膨張率差がこのX線光導電体層4とTFT回路基板3との熱膨張率差よりも小さい金属板25を、TFT回路基板3を構成する保持基板11のX線光導電体層4と反対側に接合して、X線光導電体層4とTFT回路基板3側との熱膨張率差を小さくする、すなわち改善する構成とした。
Therefore, in the first embodiment, the
具体的に、例えば保持基板11の厚みを0.7mm、熱膨張率を3.8ppm/℃、ヤング率を84GPaとするのに対して、金属板25の厚みを10mm、熱膨張率を23.1ppm/℃、ヤング率を73GPaなどとすることで、TFT回路基板3側、すなわち保持基板11と金属板25との全体の熱膨張率を22.4ppm/℃と、金属板25の熱膨張率に近づけることができ、例えばX線光導電体層4の材質としてヨウ化鉛を使用した場合のX線光導電体層4の横方向熱膨張率(40ppm/℃)に対して、従来技術では保持基板11単体の熱膨張率(3.8ppm/℃)と10倍以上の開きがあったものの、本実施の形態の構成では2倍以下の開きに改善されている。
Specifically, for example, the thickness of the holding
このため、X線検出器1の使用時、製造後、あるいは保管時などの温度変化により発生するX線光導電体層4とTFT回路基板3側との界面での熱膨張率差による応力を抑制して、TFT回路基板3を構成する保持基板11の破損や、X線光導電体層4の特性変化、クラックの発生による破損などを抑制でき、特性劣化を抑制でき、この結果、直接方式のX線検出器1に容易に対応できるとともに、X線検出器1を高性能かつ信頼性が高い製品とすることが可能となる。
For this reason, the stress due to the difference in thermal expansion coefficient at the interface between the
さらに、直接方式のX線検出器1において、X線光導電体層4は、TFT回路基板3との電気的接続が必要不可欠であるため、X線光導電体層4とTFT回路基板3とは完全に接着した状態であることが重要であるから、X線光導電体層4とTFT回路基板3側との熱膨張率差による応力が、これらの界面に作用し易くなっているので、上述のように構成することで、この界面での熱膨張率差による応力を確実に抑制できる。
Furthermore, in the
特に、TFT回路基板3を構成するガラス製の保持基板11は、この保持基板11上に形成される各種回路をこの保持基板11の熱膨張から保護したり、この回路の今後一層の高精度化がなされたりすることで、熱膨張率を可能な限り抑制する必要があるから、重金属で構成され一般的にガラスより熱膨張率が大きいX線光導電体層4との熱膨張率差が大きくなる傾向があるため、上述のようにX線光導電体層4とTFT回路基板3側との熱膨張率差を改善することで、このような回路の保護、および、高精度化にも容易に対応できる。
In particular, the
また、上記構成では、構造的に弱いガラス製の保持基板11に熱応力が発生するが、TFT回路基板3の保持基板11と金属板25とを接合する際に、その後に想定される使用時、保管時およびTFT回路基板3の製造プロセスでの所定の温度範囲、例えば−20℃〜60℃の最高温度である60℃以上の温度、例えば100℃の雰囲気で加熱接着することで、この保持基板11と金属板25との接合工程以降において、保持基板11には常に圧縮応力が加わる状態を実現でき、一般的に圧縮応力に強く引っ張り応力に弱いガラス製の保持基板11が熱応力により破損することを、より確実に抑制できる。
Further, in the above configuration, thermal stress is generated in the structurally weak
さらに、X線検出器1による画像取得範囲の全てをTFT回路基板3と金属板25との接合範囲とすることで、画像取得範囲全体を熱応力に対して保護できる。
Furthermore, the entire image acquisition range can be protected from thermal stress by setting the entire image acquisition range of the
またさらに、金属板25としてアルミブロックを用いることで、金属板25の熱膨張率を高く設定できるとともに、金属板25の重量を軽くでき、かつ、金属板25を安価に製造できる。
Furthermore, by using an aluminum block as the
次に、第2の実施の形態を図4ないし図6を参照して説明する。なお、上記第1の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。 Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, about the structure and effect | action similar to the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
この第2の実施の形態は、上記第1の実施の形態のX線光導電体層4に代えて、信号変換層としての入力蛍光膜28が設けられた間接方式のX線検出器1を示している。
In the second embodiment, an
この入力蛍光膜28は、熱膨張率が比較的大きい、例えばヨウ化セシウム(CsI)、ヨウ化ナトリウム(NaI)、酸硫化ガドリニウム(Gd2O2S)、あるいは有機物などを主原料とし、TFT回路基板3の表面に直接形成されている。
The
そして、金属板25は、入力蛍光膜28との熱膨張率差が、TFT回路基板3と入力蛍光膜28との熱膨張率差よりも小さくなるように設定されている。
The
また、TFT回路基板3には、上記第1の実施の形態の画素電極13に代えて、検出体としてのフォトダイオード29が設けられている。すなわち、このフォトダイオード29と電荷蓄積用キャパシタ15との並列回路が、フォトダイオード29のカソード側にて薄膜トランジスタ14のドレイン電極20に電気的に接続されている。
The
このX線検出器1は、予め電荷蓄積用キャパシタ15に蓄積された電荷によりフォトダイオード29に逆バイアス電圧が印加された状態となっており、この状態において、入力蛍光膜28に外部から入射した入射X線Lにより蛍光が発生し、この蛍光がフォトダイオード29に入射することでフォトダイオード29内部にキャリアが発生し、この蛍光の強度に応じた光電流が流れ、電荷蓄積用キャパシタ15に蓄えられた電荷を減少させ、この電荷の変化が制御電極16の電位を変更することで、この制御電極16に接続された薄膜トランジスタ14がオン状態となり、読み出し電極18を通じて外部に出力される。
The
そして、この第2の実施の形態においても、入力蛍光膜28との熱膨張率差がこの入力蛍光膜28とTFT回路基板3との熱膨張率差よりも小さい金属板25を、TFT回路基板3の入力蛍光膜28と反対側に接合し、入力蛍光膜28とTFT回路基板3側との熱膨張率差を改善することで、上記第1の実施の形態と同様の作用効果を奏することが可能になり、間接方式のX線検出器1にも容易に対応できる。
Also in the second embodiment, the
特に、間接方式の入力蛍光膜28においては、X線画像情報を有する蛍光をTFT回路基板3に入射させる際に、その画像伝達ロスを極限まで低減することが求められるため、入力蛍光膜28とTFT回路基板3とは密着状態であることが重要であるから、入力蛍光膜28とTFT回路基板3側との熱膨張率差による応力が、これらの界面に作用し易くなっているので、上述のように構成することで、この界面での熱膨張率差による応力を確実に抑制できる。
In particular, in the indirect type
なお、上記第2の実施の形態において、入力蛍光膜28は、例えば重金属で構成され一般的にガラスよりも熱膨張率が大きいX線光導電材料やX線蛍光体、またX線蛍光体粉末などを樹脂によって板状に形成した増感紙をTFT回路基板3に密着させる構成とすることも可能であり、上記熱膨張率調整体をTFT回路基板3に接合する構成は、このようなX線検出器全般に対して有効な技術である。
In the second embodiment, the
また、上記各実施の形態において、金属板25としては、アルミブロックに代えて、熱膨張率が比較的大きいもの、例えば熱膨張率30ppm/℃の亜鉛(Zn)、熱膨張率17ppm/℃の銅(Cu)、熱膨張率29ppm/℃の鉛(Pb)、熱膨張率47ppm/℃のリチウム(Li)、熱膨張率26ppm/℃のマグネシウム(Mg)、熱膨張率19ppm/℃の銀(Ag)、あるいは、熱膨張率22ppm/℃の錫(Sn)などを用いることも可能である。
In each of the above embodiments, instead of the aluminum block, the
同様に、熱膨張率調整体としては、X線光導電体層4との熱膨張率差が、TFT回路基板3とX線光導電体層4との熱膨張率差よりも小さくなるように選択すれば、金属板に限らず、例えば合成樹脂板なども適宜使用できる。
Similarly, as the thermal expansion coefficient adjusting body, the difference in thermal expansion coefficient between the
1 放射線検出器としてのX線検出器
3 回路基板としてのTFT回路基板
4 信号変換層としての放射線光導電体層であるX線光導電体層
13 検出体としての画素電極
25 熱膨張率調整体としての金属板
28 信号変換層としての入力蛍光膜
29 検出体としてのフォトダイオード
DESCRIPTION OF
13 Pixel electrode as detector
25 Metal plate as coefficient of thermal expansion adjustment
28 Input phosphor film as signal conversion layer
29 Photodiode as detector
Claims (9)
この信号変換層より小さい熱膨張率を有し、この信号変換層に接合され、この信号変換層にて変換された信号を検出する検出体を備えた回路基板と、
この回路基板の前記信号変換層と反対側の主面に接合され、前記信号変換層との熱膨張率差が、前記信号変換層と前記回路基板との熱膨張率差よりも小さい熱膨張率調整体と
を具備したことを特徴とした放射線検出器。 A signal conversion layer for converting incident radiation into a predetermined signal;
A circuit board having a thermal expansion coefficient smaller than that of the signal conversion layer, including a detection body which is bonded to the signal conversion layer and detects a signal converted by the signal conversion layer;
Bonded to the main surface of the circuit board opposite to the signal conversion layer, the thermal expansion coefficient difference between the signal conversion layer and the signal conversion layer is smaller than the thermal expansion coefficient difference between the signal conversion layer and the circuit board. A radiation detector comprising: an adjustment body.
ことを特徴とした請求項1記載の放射線検出器。 The radiation detector according to claim 1, wherein the signal conversion layer is a radiation photoconductor layer that converts incident radiation into an electrical signal.
ことを特徴とした請求項2記載の放射線検出器。 The radiation photoconductor layer is made of selenium (Se), lead iodide (PbI 2 ), mercury iodide (HgI 2 ), or thallium bromide (TlBr) as a main raw material. The radiation detector described.
ことを特徴とした請求項1記載の放射線検出器。 The radiation detector according to claim 1, wherein the signal conversion layer is an input phosphor film that converts incident radiation into light.
ことを特徴とした請求項4記載の放射線検出器。 5. The radiation according to claim 4, wherein the input fluorescent film is mainly composed of cesium iodide (CsI), sodium iodide (NaI), gadolinium oxysulfide (Gd 2 O 2 S), or an organic substance. Detector.
ことを特徴とした請求項1ないし5いずれか一記載の放射線検出器。 The radiation detector according to any one of claims 1 to 5, wherein the circuit board and the coefficient of thermal expansion adjustment body have the entire arrangement range of the detection body as a bonding range.
ことを特徴とした請求項1ないし6いずれか一記載の放射線検出器。 The coefficient of thermal expansion adjuster is any one of aluminum (Al), zinc (Zn), copper (Cu), lead (Pb), lithium (Li), magnesium (Mg), silver (Ag) and tin (Sn). The radiation detector according to claim 1, wherein the radiation detector is a main component.
ことを特徴とした請求項1ないし7いずれか一記載の放射線検出器。 The radiation detector according to any one of claims 1 to 7, wherein the circuit board is in a state in which compressive stress is applied to the circuit board in a predetermined temperature range during use and storage.
ことを特徴とした請求項1ないし8いずれか一記載の放射線検出器。 The radiation detection according to any one of claims 1 to 8, wherein the circuit board and the coefficient of thermal expansion adjuster are bonded in a temperature atmosphere equal to or higher than a maximum temperature in a predetermined temperature range during use and storage. vessel.
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