JP2008082852A - 放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体膜部13の耐湿性や機械的な信頼性を向上でき、生産性も高い放射線検出装置11を提供する。
【解決手段】光検出器12の表面に、光を電気信号に変換する光電変換素子部18を有する。光検出器12の表面に、放射線を光に変換する蛍光体膜部13を形成するとともに、蛍光体膜部13を覆う保護膜部14を形成する。保護膜部14は、蛍光体膜部13を覆う第１の保護膜21と、第１の保護膜21を覆って積層形成された第２の保護膜22を有する。第２の保護膜22は、第１の保護膜21に対して面積が大きく、かつ光検出器12の表面に接着させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線を検出する放射線検出装置に関する。

近年、放射線、特にＸ線を光に変換する蛍光体膜部と、その光を電気信号に変換する光電変換素子部とを、その構成要素として含む放射線検出装置が実用化されてきている。

これは、放射線検出装置全体の小型軽量化に貢献するとともに、放射線を介した検査対象物からの画像情報を放射線検出装置によりデジタル電気情報に変換し、デジタル画像処理、デジタル画像保存などデジタル情報処理の多くの利便性を享受することができるためである。

放射線検出装置は、患者診断や治療に使用する医療用や歯科用、非破壊検査などの工業用、構造解析などの科学研究用など広い分野で使われつつある。それぞれの分野において、デジタル情報処理による高精度な画像抽出、高速度な画像検出が可能となることにより、不要な放射線被爆量の低減や、迅速な検査、診断などの効果が期待できる。

これら放射線検出装置の蛍光体膜部には、従来のＸ線イメージ管で用いられているＣｓおよびＩを主成分とするシンチレータ材の技術を転用することが多い。これは、主成分であるヨウ化セシウム（以下ＣｓＩ）が柱状結晶を成すため、他の粒子状結晶からなるシンチレータ材に比較し、光ガイド効果による感度および解像度の向上を成すことができるためである。

例えば、従来のＸ線イメージ管におけるＣｓＩ膜の形成技術を転用し、基板上にＣｓＩ膜を形成したものがある。基板上にＣｓＩの柱状結晶が成長しているが、柱状結晶間には隙間が存在しており、それ故、ＣｓＩ膜を保持する基板が必須であり、かつその隙間を吸湿防湿膜で覆う必要もある。ＣｓＩ膜は優れた解像度特性とＸ感度を有するが、潮解性があり、水分により生じる発光特性劣化の問題を回避することが必要となる（例えば、特許文献１参照）。

また、光検出器上に蛍光体膜部を形成し、この蛍光体膜部をポリパラキシリレン樹脂からなる保護膜で覆って水分進入を防止した構造がある。この保護膜は、接着性が劣り、保護膜の切断時に剥離しやすい問題がある。そこで、蛍光体膜部の全周を囲むように保護膜の切断のための樹脂枠を形成し、保護膜の切断後、保護膜の切断部をさらに被覆樹脂で覆うことで、保護膜が樹脂枠から剥離することを防止している（例えば、特許文献２参照）。

また、保護膜の切断部が剥離するのを防止するための別の方法として、蛍光体膜部の外周で保護膜の付着力強化のために大気プラズマ処理を施し、保護膜の切断時の剥れを防止している（例えば、特許文献３参照）。
特開２００３−７５５９３号公報（第３頁、図１） 特開２０００−２８４０５３号公報（第３−５頁、図１−１１） 特開２００４−３３５８７０号公報（第５−６頁、図１−２）

しかしながら、以上に説明した従来技術によると、以下のような問題が生じる。

ポリパラキシリレン樹脂の保護膜は、化学気相成長（ＣＶＤ）法により形成され、緻密で防湿性の高い膜を形成できるが、基材等への接着性が劣り、他材との界面からの水分の浸透を防止する必要がある。そのため、界面または保護膜の端部の処理が必要となる。上述の従来技術では、樹脂枠を設けた場合、ポリパラキシリレン樹脂との接着性から樹脂材が限定され、かつ界面の面積も限定され、水分の浸透防止に必要な沿面距離が不足するという問題がある。

また、大気プラズマ処理では、処理中のプラズマによる光検出器への損傷の危険性や、大気プラズマ処理後の処理面への汚染物の付着によるポリパラキシリレン樹脂との接着性の低下など問題がある。

さらに、ポリパラキシリレン樹脂はＣＶＤ法により形成されるため、単層または金属蒸着膜との積層のみでは、保護膜としての膜厚を確保するためには多くの時間を要し、生産性が低い問題もある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、蛍光体膜部の耐湿性や機械的な信頼性を向上でき、生産性も高い放射線検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、表面に光を電気信号に変換する光電変換素子部を有する光検出器と、この光検出器の表面に形成され、放射線を光に変換する蛍光体膜部と、この蛍光体膜部を覆う第１の保護膜およびこの第１の保護膜を覆って積層形成された第２の保護膜を有し、この第２の保護膜は第１の保護膜に対して面積が大きくかつ前記光検出器の表面に接着されている保護膜部とを具備しているものである。

本発明によれば、蛍光体膜部を覆う第１の保護膜とこの第１の保護膜を覆う第２の保護膜との積層構造の保護膜部とし、その第２の保護膜は第１の保護膜に対して面積が大きくかつ光検出器の表面に接着させることにより、蛍光体膜部の耐湿性や機械的な信頼性を向上でき、生産性も高くできる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１に、放射線検出装置の一部の断面図を示す。放射線検出装置11は、光を検出する光検出器12と、この光検出器12の表面に形成された放射線を光に変換する蛍光体膜部13と、この蛍光体膜部13を覆って保護する保護膜部14とを備えている。

光検出器12は、基材となる基板17を有し、無アルカリガラスもしくは低アルカリガラスを用いることが望ましい。例えば、コーニング社製 １７３７ガラスが用いられる。

この基板17の表面上には、アモルファスシリコン（以下ａ−Ｓｉ）を主材とした光電変換素子部18が形成され、さらに、光電変換素子部18を覆い、かつ基板17の略全域を覆うように、光電変換素子部保護膜19が形成されている。

この光電変換素子部保護膜19は、例えば、エポキシ系樹脂材料をスピンナーにて塗布した後、加熱オーブンにて熱硬化させて形成したものである。他には、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂などを使用することもできる。

また、光電変換素子部保護膜19上には、柱状結晶をなす蛍光体膜部13が加熱蒸着法にて着膜形成されている。蛍光体膜部13のシンチレーション材としては、例えば、ＣｓＩにＴｌを添加した材料が使用される。

シンチレーション材の添加材としては、使用する発光波長により適当に選択することが可能であり、緑色波長の使用する場合には、Ｔｌ、Ｃｕなどを添加すると良いことが知られている。また、Ｘ線イメージ管などで用いられている青色波長を使用する場合には、Ｎａが主に用いられている。これら以外にもＩｎ、Ｔａ、Ｋなどの添加材がある。例えば、ａ−Ｓｉからなる光電変換素子部18の光電変換特性に合わせて蛍光体膜部13から緑色波長を発光させる場合には、ＣｓＩのＴｌ添加を選択するのが好ましい。

蛍光体膜部13の膜厚は、例えば６００μｍとされている。但し、放射線強度、特に使用するＸ線のエネルギーなどに応じて適当な膜厚を設定することができる。通常は、１５０μｍから２０００μｍの間で選択される。

また、蛍光体膜部13の表面には、蛍光体膜部13の表面全体を覆うとともに周辺部が光検出器12の表面の光電変換素子部保護膜19に接する保護膜部14の第１の保護膜21が形成されている。この第１の保護膜21は、例えば、ポリパラキシリレン樹脂からなり、化学気相成長法（ＣＶＤ）にて厚さ数μｍに形成されている。

ポリパラキシリレン樹脂は、ＣＶＤ法により、重合形成する薄膜であるため、１μｍ以下の厚さからピンホールの無い緻密かつ均一な厚さの膜を形成することができる。しかし、ＣＶＤ法のため、成膜速度は遅く、通常の成膜速度は数μｍ／時間ほどである。したがって、通常、ポリパラキシリレン樹脂膜厚としては、生産性と耐湿性の観点から１０ないし２０μｍ厚を選択することが多い。そのため、第１の保護膜21は、例えば、ポリパラキシリレン樹脂からなり、ＣＶＤ法により２０μｍ厚に形成されている。

また、ポリパラキシリレン樹脂は、水蒸気およびガスの透過が極めて少なく、撥水性、耐薬品性も高いほか、薄膜でも優れた電気絶縁性を有し、一方、放射線、可視光線に対しては透明などの特徴を有している。但し、ポリパラキシリレン樹脂は安定した特性のため、他材料に対する接着性が劣る傾向にあり、この補強が必要となる。

通常の使用環境下における膜自体の防湿性としては、２０μｍ厚のポリパラキシリレン樹脂による第１の保護膜21にても略防止できるが、第１の保護膜21の端部の光電変換素子部保護膜19との界面を通過する水分の進入防止のためと、保護膜自体の更なる防湿性の向上と機械的な保護膜機能の補強とのため、第１の保護膜21の表面に保護膜部14の第２の保護膜22が形成されている。

この第２の保護膜22は、第１の保護膜21よりも面積が大きく、第１の保護膜21の全体を覆い、かつ第１の保護膜21の外周部（全周部）から突出して光検出器12の光電変換素子部保護膜19に接着されている。第２の保護膜22の膜厚は約０．５ｍｍ、第２の保護膜22と光検出器12の光電変換素子部保護膜19との接着代は約５ｍｍとされている。

第２の保護膜22は、例えば、樹脂材としてエポキシ系樹脂を使用し、このエポキシ系樹脂の塗布後、加熱硬化させることにより、光電変換素子部保護膜19に強固に接着させることができる。

エポキシ系樹脂の塗布方法としては、例えば、ディスペンス法を使用することができ、他にはスプレー法、ロールコート法、ラミネート法、注型法などがあり、使用するエポキシ系樹脂材の特性に応じて選択すればよい。

エポキシ系樹脂は、半導体、回路基板の保護などに広く使用されており、防湿性、機械的保護機能、他部材への接着性など特徴を有している。これらの特徴は、第１の保護膜21のポリパラキシリレン樹脂の膜自体の防湿性と結合することにより、防湿性の向上、保護膜部14の端部界面からの水分の進入防止、保護膜部14の機械的強度の増大とその結果による機械的保護機能が可能になる。

第２の保護膜22の樹脂材としては、エポキシ系樹脂の他、接着力を有する硬化樹脂であるシリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂などを用いても良く、さらに、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂などを複合した樹脂材でも良い。

また、上述のように、第２の保護膜22はＣＶＤ法を使用しないため、生産性が極めて高く、所望の厚さ、所望の塗布量で短時間に成膜することが可能となる。そのため、例えば保護膜部14の端部の接着面において必要な沿面距離を確保することも容易である。

次に、図２に、放射線検出装置の光電変換素子部を拡大した断面図を示す。

光電変換素子部18は、上述の様にａ−Ｓｉを材料に形成されているが、構造としては光を電荷に変換するフォトダイオード部25と変換された電荷を読み出す薄膜トラジスタ部26とを含む。それぞれの機能を構成するためには、ボロン（Ｂ）を添加したＰ層とリン（Ｐ）を添加したＮ層、およびａ−ＳｉのみのＩ層とを適切に積層し、各機能素子部を形成する必要がある。

本例では、例えばフォトダイオード部25は、ａ−ＳｉからなるＰ層、Ｉ層、Ｎ層の積層構造をＩＴＯからなる上部透明電極27とＭｏからなる下部電極28で挟みこんだ構造である。

また、図１および図２には図示されていないが、光電変換素子部18より出力された電気信号は放射線検出装置11の後段の信号処理回路部において、デジタル信号に変換され、補正処理および画像処理が行われる。

このように、蛍光体膜部13を覆う第１の保護膜21とこの第１の保護膜21を覆う第２の保護膜22との積層構造の保護膜部14とし、その第２の保護膜22は第１の保護膜21に対して面積が大きくかつ光検出器12の表面に接着させることにより、蛍光体膜部13の耐湿性や機械的な信頼性を向上でき、生産性も高くできる。

なお、本実施の形態では、光電変換素子部18としてａ−Ｓｉ薄膜を主材料とした薄膜光電変換素子を２次元的に配列した例で説明したが、光電変換素子部18がＣＣＤやＣＭＯＳなどの半導体素子からなる場合にも同様である。

また、本実施の形態では、第１の保護膜21と第２の保護膜22の構成を説明したが、第１の保護膜21の下部、第１の保護膜21と第２の保護膜22との中間部、第２の保護膜22の上部などの何れかに別の膜が存在する場合でも同様である。

本発明の一実施の形態を示す放射線検出装置の一部の断面図である。 同上放射線検出装置の光電変換素子部を拡大した断面図である。

符号の説明

11 放射線検出装置
12 光検出器
13 蛍光体膜部
14 保護膜部
18 光電変換素子部
21 第１の保護膜
22 第２の保護膜

Claims (4)

1. 表面に光を電気信号に変換する光電変換素子部を有する光検出器と、
   この光検出器の表面に形成され、放射線を光に変換する蛍光体膜部と、
   この蛍光体膜部を覆う第１の保護膜およびこの第１の保護膜を覆って積層形成された第２の保護膜を有し、この第２の保護膜は第１の保護膜に対して面積が大きくかつ前記光検出器の表面に接着されている保護膜部と
   を具備していることを特徴とする放射線検出装置。
2. 蛍光体膜部の主成分はＣｓおよびＩであり、副成分としてＮａ、Ｔａ、Ｔｌ、Ｋ、Ｉｎ、Ｃｕのうちの少なくとも１元素以上を含む
   ことを特徴とする請求項１記載の放射線検出装置。
3. 第１の保護膜にはポリパラキシリレン樹脂が用いられている
   ことを特徴とする請求項１または２記載の放射線検出装置。
4. 第２の保護膜にはエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂のうちの少なくとも１つ以上を主剤とした樹脂材が用いられている
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の放射線検出装置。

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