JP2008305845A - 放射線検出器 - Google Patents
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Abstract
【課題】接合部材で接合される上部基板及び下部基板の熱応力による剥離を抑制すると共に、上部電極から下部電極への沿面放電を抑制する。
【解決手段】アクティブマトリックス基板16とガラス基板32とは、互いの外周部で接合されているため、アクティブマトリックス基板16及びガラス基板32が接合される接合面積を低減できる。これにより、アクティブマトリックス基板16及びガラス基板32と接着樹脂36との間で生じる熱応力を低減でき、接着樹脂36で接合されるアクティブマトリックス基板16及びガラス基板32の剥離を抑制できる。また、半導体層12の周端部が接着樹脂36で覆われているので、半導体層12の周端部とアクティブマトリックス基板16と間に隙間が生じた場合であっても、その隙間を通じてバイアス電極18から電荷収集電極14へ生じる沿面放電を抑制できる。
【選択図】図1
【解決手段】アクティブマトリックス基板16とガラス基板32とは、互いの外周部で接合されているため、アクティブマトリックス基板16及びガラス基板32が接合される接合面積を低減できる。これにより、アクティブマトリックス基板16及びガラス基板32と接着樹脂36との間で生じる熱応力を低減でき、接着樹脂36で接合されるアクティブマトリックス基板16及びガラス基板32の剥離を抑制できる。また、半導体層12の周端部が接着樹脂36で覆われているので、半導体層12の周端部とアクティブマトリックス基板16と間に隙間が生じた場合であっても、その隙間を通じてバイアス電極18から電荷収集電極14へ生じる沿面放電を抑制できる。
【選択図】図1
Description
本発明は、医療用のX線撮影装置などに用いられる放射線検出器に関する。
放射線検出器としては、アクティブマトリックス基板上に、半導体層を配置し、放射線情報を直接デジタルデータに変換できるFPD(flat panel detector)が実用化されている。このFPDは、従来のイメージングプレートに比べて、即時に画像を確認でき、動画も確認できるといったメリットがあり、急速に普及が進んでいる。
ここで、図12及び図13に基づき、従来のFPDの構成について説明する。
従来のFPD100は、図12及び図13に示すように、下部電極としての電荷収集電極102をアレイ状に配置したアクティブマトリックス基板(下部基板)104を備えている。
アクティブマトリックス基板104上には、電磁波導電性を有する半導体層(電荷変換層)106が形成され、その上に上部電極108が順次形成されている。上部電極108は、導線112を介して、図示しない高圧電源に接続されている。
そして、半導体層106は、セレンを主成分とする膜厚100〜1000μmの非晶質a−Se膜で、X線が照射されると膜の内部に電荷を発生する。
アクティブマトリックス基板104上にアレイ状に配置された電荷収集電極102には、TFTスイッチ114と図示しない電荷蓄積容量とが接続されている。TFTスイッチ114のドレイン電極と電荷蓄積容量の一方の電極とが接続されている。
そして、電荷蓄積容量の他方の電極は蓄積容量配線に接続されている。TFTスイッチ114のゲート電極にはスキャン配線116が接続されており、ソース電極にはデータ配線118が接続されており、データ配線118の終端には端子120を介して図示しない信号検出器(アンプ)が接続されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
FPD100に用いるセレン等の光電変換材料は、熱、湿度、汚染等の環境変化により劣化しやすい。一方、上部電極108には1k〜10kVの高電圧が印加されるため、十分な耐圧対策が必要である。また、上部電極から下部電極への沿面放電を防止する必要がある。
このため、特許文献1に示される構成を利用し、半導体膜及び上部電極を密封(モールド)する構成が採用されている。
特開2001−148475号公報
特開2001−111019号公報
しかしながら、上記のモールド構成には次の課題がある。一般的に、放射線検出器は、一般撮影用とよばれる胸部撮影装置に用いられる。この場合、検出装置のサイズは17インチ×17インチに達する。
従来例のごとく、ガラスで形成された上部基板及び下部基板を、接合部材としての接着樹脂で接合した場合、温度変化により大きな内部応力を発生し、これにより、上部基板及び下部基板が剥離、もしくは割れる問題が発生する。これは、接着樹脂とガラスの線膨張係数の差に起因するものあり、物性の違いから線膨張差をなくすことはできない。
また、接着樹脂は、十分な接着力特性と、上部電極から下部電極への沿面放電を防ぐ特性が必要であり、このため、材料選択の幅が狭く、線膨張差を低減することも困難である。
本発明は、上記事実を考慮し、接合部材で接合される上部基板及び下部基板の熱応力による剥離を抑制すると共に、上部電極から下部電極への沿面放電を抑制できる放射線検出器を提供することを目的とする。
本発明の請求項1に係る放射線検出器は、バイアス電圧が印加された状態で放射線が入射されることにより電荷を生成する電荷変換層と、前記電荷変換層下に設けられ、前記電荷変換層が生成した電荷を収集する下部電極を有する下部基板と、前記電荷変換層上に積層され、前記電荷変換層へ前記バイアス電圧を印加するための上部電極と、前記上部電極上に設けられ、前記上部電極を覆う上部基板と、前記下部基板の外周部上に設けられ、前記電荷変換層の周端部のみを覆うと共に前記下部基板の外周部と前記上部基板の外周部とを接合する接合部材と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、上部電極を介して電荷変換層へバイアス電圧が印加される。電荷変換層は、バイアス電圧が印加された状態で放射線が入射されることにより、電荷を生成する。電荷変換層が生成した電荷は、下部電極により収集される。
ここで、請求項1の構成では、下部基板と上部基板とは、互いの外周部で接合されているため、下部基板及び上部基板がその全面で接合される構成に比して、下部基板及び上部基板が接合される接合面積を低減できる。接合面積を低減することにより、下部基板及び上部基板と接合部材との間で生じる熱応力を小さくできるので、接合部材で接合される下部基板及び上部基板の剥離を抑制できる。
また、電荷変換層の周端部が接合部材で覆われているので、電荷変換層の周端部と下部基板と間に隙間が生じた場合であっても、その隙間を通じて上部電極から下部電極へ生じる沿面放電を抑制できる。
本発明の請求項2に係る放射線検出器は、請求項1の構成において、前記接合部材は、前記上部電極の周端部の少なくとも一部を覆うことを特徴とする。
この構成によれば、接合部材が、上部電極の周端部の少なくとも一部を覆うので、上部電極の周端部から下部電極への沿面放電を抑制できる。
本発明の請求項3に係る放射線検出器は、請求項1又は請求項2の構成において、前記上部電極上に形成され、前記上部電極を覆う絶縁膜を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、上部電極上に形成された絶縁膜が、上部電極を覆うので、上部電極から下部電極への沿面放電を抑制できる。
本発明は、上記構成としたので、接合部材で接合される上部基板及び下部基板の熱応力による剥離を抑制すると共に、上部電極から下部電極への沿面放電を抑制できる。
以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。
(本実施形態に係る放射線検出器の構成)
まず、本実施形態に係る放射線検出器の構成を説明する。図1は、本実施形態に係る放射線検出器の断面側面図であり、図2は、図1におけるガラス基板32を外した状態の放射線検出器の平面図である。
まず、本実施形態に係る放射線検出器の構成を説明する。図1は、本実施形態に係る放射線検出器の断面側面図であり、図2は、図1におけるガラス基板32を外した状態の放射線検出器の平面図である。
本実施形態に係る放射線検出器10は、図1及び図2に示すように、バイアス電圧が印加された状態で放射線が入射されることにより電荷を生成する電荷変換層として、電磁波導電性を有する半導体層12を備えている。半導体層12は、例えば、セレンを主成分とする膜厚100〜1000μmの非晶質a−Se膜で形成されている。なお、半導体層12としては、他の光電変換材料を用いても良い。
半導体層12下には、下部基板としてのアクティブマトリックス基板16が設けられている。アクティブマトリックス基板16は、半導体層12が生成した電荷を収集する下部電極としての電荷収集電極14を有している。この電荷収集電極14は、図2に示すように、アクティブマトリックス基板16にアレイ状に配置されている。
半導体層12は、アクティブマトリックス基板16上に積層され、その半導体層12上には、半導体層12へバイアス電圧を印加するための上部電極としてのバイアス電極18が積層されている。バイアス電極18は、例えば、Auから形成されている。
バイアス電極18は、導電テープ20を介して取出し端子22と接続され、さらに、この取出し端子22を通じて、図示しない高圧電源と電気的に接続されている。高圧電源からバイアス電極18へは、例えば、1k〜10kVの高電圧が印加される。
半導体層12は、バイアス電極18を介して高圧電源よりバイアス電圧が印加された状態で、X線等の放射線が照射されると、その半導体層12の内部に電荷を発生させるようになっている。
アクティブマトリックス基板16上にアレイ状に配置された電荷収集電極14には、TFTスイッチ24と図示しない電荷蓄積容量とが接続されている。TFTスイッチ24のドレイン電極と電荷蓄積容量の一方の電極とが接続されている。電荷蓄積容量の他方の電極は蓄積容量配線に接続されている。
TFTスイッチ24のゲート電極にはスキャン配線26が接続されており、TFTスイッチ24のソース電極にはデータ配線28が接続されており、データ配線28の終端には端子30を介して図示しない信号検出器(アンプ)が接続されている。
半導体層12に用いられるセレン等の光電変換材料は、熱、湿度、汚染等の環境変化により劣化しやすいために何らかのカバーが必要である。バイアス電極18には、1〜10kVの高圧電圧が印加されるため、十分な耐圧を確保する必要がある。
そこで、本実施形態では、バイアス電極18上のデバイス上部に、バイアス電極18を覆う上部基板としてのガラス基板32が設けられている。
ガラス基板32は、アクティブマトリックス基板16と同じ材質、板厚が好ましく、ここでは、0.7mm厚の無アルカリガラスを採用した。アクティブマトリックス基板16とガラス基板32の間には、アクティブマトリックス基板16上に立設されると共にガラス基板32を支持する支持部材としてのリブ材34が設けられている。リブ材34は、例えば、アクリル樹脂等の樹脂材料で形成されている。
リブ材34は、アクティブマトリックス基板16の外周部上に配置されたリブ材34Aと、バイアス電極18の外周部上に配置されたリブ材34Bとで構成されている。
リブ材34Aは、平面視矩形状に形成されており、4辺をなす4つの側壁で構成されている。この4つの側壁は、アクティブマトリックス基板16の外周部上に立設され、半導体層12の外周を囲んでいる。
リブ材34Bは、平面視矩形状に形成されており、4辺をなす4つの側壁で構成されている。この4つの側壁で囲まれた内側には、平面視矩形状で所定の大きさとされた空間33が形成されており、収集電極14が配置されたアクティブエリアの約7割以上の領域で、好ましくはアクティブエリアの全領域で、バイアス電極18と上部基板32とは密着されていない。このような構成をとることにより、樹脂材料による放射線の吸収がなくなり、放射線検出器としての高い検出効率を実現することができる。
リブ材34Bの側壁とリブ材34Aの側壁との間の領域には、アクティブマトリックス基板16の外周部とガラス基板32の外周部とを接合する接合部材としての接着樹脂36が充填されている(図中、グレー部分参照)。接着樹脂36がアクティブマトリックス基板16の外周部とガラス基板32の外周部を接合することにより、アクティブマトリックス基板16とガラス基板32とが固定される。接着樹脂36としては、例えば、エポシキ等の樹脂が用いられる。
リブ材34Bの側壁とリブ材34Aの側壁との間の領域は、アクティブマトリックス基板16の外周部上であると共に、この領域には、半導体層12の周端部、バイアス電極18の周端部、導電テープ20及び取出し端子22が配置されている。この領域に接着樹脂36が充填されることにより、半導体層12の周端部、バイアス電極18の周端部、導電テープ20及び取出し端子22が、接着樹脂36で覆われる。
なお、接着樹脂36は、バイアス電極18の周端部の全周を覆わなくてもよく、バイアス電極18の周端部の一部を覆っていれば良い。半導体層12の周端部を覆う場合も、同様に、半導体層12の周端部の全周を覆わなくてもよく、半導体層12の周端部の一部を覆っていれば良い。また、接着樹脂36は、バイアス電極18の周端部を覆わずに、半導体層12の周端部のみを覆う構成であってもよい。
(本実施形態の作用)
次に、上記の実施形態について作用を説明する。
次に、上記の実施形態について作用を説明する。
バイアス電極18と介して半導体層12に電圧が印加された状態において、半導体層12にX線等の放射線が照射されると、半導体層12内に電荷が発生する。半導体層12内に発生した電荷は、電荷収集電極14へ移動し、その結果、電荷蓄積容量に電荷が蓄積される。
電荷蓄積容量に蓄積された電荷は、TFTスイッチ24のゲート電極への入力信号によってTFTスイッチ24がオン状態になることにより、TFTスイッチ24のソース電極を介して外部に取り出すことが可能となる。そして、ゲート電極とソース電極とからなる電極配線、TFTスイッチ24及び電荷蓄積容量は、すべてマトリクス状に設けられているため、ゲート電極に入力する信号を順次走査し、ソース電極からの信号をソース電極毎に検知することにより、二次元的に放射線の画像情報を得ることが可能となる。
ここで、本実施形態の構成では、アクティブマトリックス基板16とガラス基板32とは、互いの外周部で接合されているため、アクティブマトリックス基板16及びガラス基板32が接合される接合面積を低減できる。
従来のように、ほぼ全面でガラス基板とアクティブマトリックス基板が接着樹脂等で固定されている場合には、温度変化により接着樹脂とアクティブマトリックス基板、あるいはガラス基板との間に高い熱応力が発生し、これによりわずかな温度変化、例えば、−10℃以下、あるいは50℃以上前後で基板剥離が生じる。病院等で使用する場合には、空調により20℃から30℃前後に管理されているが、停電時や、あるいは海外への出荷時には、−10℃や50℃の環境も十分に想定され、医療機器といえども、上記のような温度耐性が求められる。
一方、本実施形態の構成では、接着樹脂36とアクティブマトリックス基板16及びガラス基板32とが接合される接合面積が少ないため、アクティブマトリックス基板16及びガラス基板32と接着樹脂36との間で生じる熱応力を抑制することができる。例えば、ガラス基板32の70%前後を固定した場合には、熱応力は全面固定する場合の30%前後に低下する。これにより、接着樹脂36で接合されるアクティブマトリックス基板16及びガラス基板32の剥離を抑制でき、放射線検出器10の耐環境性能を向上することができる。
また、半導体層12の周端部が接着樹脂36で覆われているので、半導体層12の周端部とアクティブマトリックス基板16と間に隙間が生じた場合であっても、その隙間を通じてバイアス電極18から電荷収集電極14へ生じる沿面放電を抑制できる。
ところで、バイアス電極18の周端部の端面は、電界集中が発生しやすく、バイアス電極18に数百〜数千ボルトの高圧を印加した場合、バイアス電極18からの放電を起こしやすい。バイアス電極18の上方には、ガラス基板32があるので、外部との放電は発生しないが、アクティブマトリックス基板16上の電荷収集電極14や配線パターンとの放電破壊や、データ配線28への電子ノイズを引き起こす(沿面放電)。
これに対して、接着樹脂36が、バイアス電極18、導電テープ20及び取出し端子22を覆っているので、バイアス電極18の周端部から、電荷収集電極14や配線パターンやデータ配線28への沿面放電を抑制できる。
また、沿面放電を防ぐためには、本実施形態のように、バイアス電極18の周端部、導電テープ20及び取出し端子22をエポキシ樹脂等の絶縁材料からなる接着樹脂36で覆っていれば十分で、バイアス電極18の中央部にエポキシ樹脂を配置しなくても沿面放電を抑制することができる。
なお、本実施形態では、空間33には、充填部材を充填しない構成とされているが、この空間33に、接着樹脂36及びリブ材34よりもヤング率の低い材料、例えばガス、液体、ゴム、柔らかい樹脂を充填しても良い。この構成であっても、アクティブマトリックス基板16及びガラス基板32に対して生じる熱応力の低減につながる。
また、接着樹脂36及びリブ材34と同じ材料を用いた場合や、接着樹脂36及びリブ材34のヤング率以上のヤング率を有する材料であっても、その材料をガラス基板32及びアクティブマトリックス基板16の一方にのみ接合し、他方との間に隙間を形成して接合しない自由状態にすることによって、アクティブマトリックス基板16及びガラス基板32に対して生じる熱応力を低減する構成であっても良い。
さらに、リブ材34Bの内周側にガラス基板32のたわみによる接触を積極的に防ぐため、ガラス基板32とバイアス電極18間にスペーサーを配置しても良く、この場合は、リブ材34Bの内周側に空間33が点在する構成であっても良い。
(放射線検出器の製造工程)
次に、上記構成の放射線検出器10の製造工程の一例を、図3−1及び図3−2に基づき説明する。
次に、上記構成の放射線検出器10の製造工程の一例を、図3−1及び図3−2に基づき説明する。
まず、図3−1(A)、(B)に示すように、アレイ状に配置された電荷収集電極14、TFTスイッチ24及び電荷蓄積容量を有するアクティブマトリックス基板16上に、セレンからなる半導体層12を真空蒸着により堆積する。セレンの膜厚は、0.1〜1mm前後で、厚いほど放射線検出感度が高くなる。
半導体層12としては、セレンを主体とした化合物材料を用いてもよく、また、半導体層12の上下面に光電変換特性を改善するための膜を積層してもよい。
次に、図3−1(C)に示すように、半導体層12上に、Au薄膜からなるバイアス電極18を真空蒸着により形成する。Au膜の膜厚は50−100nm前後である。Au蒸着時は、デポマスクを用いて、半導体層12よりも1mm〜10mm前後内側に入るように堆積する。これは、バイアス電極18を半導体層12よりも大きくし、アクティブマトリックス基板16上に配置した場合、その部分から放電破壊や、沿面放電が発生するためである。
次に、図3−1(D)に示すように、バイアス電極18に取出し端子22を接続する。ここでは、導電テープ20にてアクティブマトリックス基板16上のパッドとバイアス電極18を接続する共に、アクティブマトリックス基板16のパッド上に取出し端子22を接着剤で固定している。
なお、Au膜の蒸着時に、アクティブマトリックス基板16の取出し端子22までAu膜を引き延ばして電極取出し部を形成してもよい。この場合は、放電破壊、沿面放電を防ぐため、電極取出し部近傍には、データ配線28を配置せず、電極取り出し部及び取出し端子22を含め接着樹脂36で完全に覆うことが望ましい。
次に、図3−2(E)、(F)に示すように、ガラス基板32とリブ材34からなる上部保護部材をアクティブマトリックス基板16上に貼り付ける。上部保護部材は、ガラス基板32と、2つのリブ材を接着剤で固定して構成されており、接着材によりアクティブマトリックス基板16上に接着される。
2つのリブ材34のうち、内側のリブ材34Bは、Auからなるバイアス電極18の内側に配置されており、バイアス電極18の周端部がリブ材34Bの内側に入らないように設計されている。
リブ材34Bの幅は2〜10mm前後で、沿面放電を防ぐため絶縁材料が用いられる。内側のリブ材34Bには液晶ディスプレイ等の貼り合せに用いられるシール材を採用してもよい。外側のリブ材34Aは、デバイス外形をなす部材で、半導体層12よりも十分に3〜20mm程度外側に配置される。外側のリブ材34Aも幅2〜10mmである。外側のリブ材34Aの高さは0.5〜10mmで、内側のリブ材34Bはそれよりも半導体層12とバイアス電極18の厚さ(0.1〜1mm)を差し引いた厚さの材料を適用する。
ガラス基板32のたわみによりバイアス電極18接触する恐れがあるため、ガラス基板32とバイアス電極18との間は、例えば、5mm以上の十分な間隔を確保することが好ましい。ガラス基板32が自重や外圧により2〜3mmたわむためである。
また、ガラス基板32のたわみによる接触を積極的に防ぐため、ガラス基板32とバイアス電極18間にスペーサーを配置しても良い。スペーサーは、5〜20μmφの樹脂スペーサーをガラス基板32に配置する場合や、常温で硬化しないシリコーン樹脂等の樹脂絶縁材料を充填する場合、あるいはエポキシ樹脂をガラス基板32に塗布、硬化することでガラス基板32にのみ固定する場合などがある。
次に、図3−2(F)、(G)に示すように、上部保護部材の一部に設けた注入孔43より、接着樹脂36を注入する。接着樹脂36は常温で硬化するエポキシ材料を用いた。
図3−2(F)では、注入孔43が、上部保護部材の上部にあるガラス基板32に開いているが、アクリル樹脂からなるリブ材34に設ける方が製造する上では容易である。注入後、注入孔を封止し、常温で24時間前後放置し、エポシキ材料を硬化し、放射線検出器10が完成する。
なお、半導体層12の膜厚は、面内で20%前後ばらつくことがあり、これにより内側のリブ材34Bを最適化できないケースも多い。そこで、図4及び図5に示すように、リブ材34の代わりに、肉厚となる接着樹脂36(シール材)のみを用いてもよい。接着樹脂36は(シール材)は、アクティブマトリックス基板16に描画装置で塗布後、ガラス基板32を貼り付け、常温放置することで硬化させる。
また、図6、図7、図8及び図9に示すように、バイアス電極18上にバイアス電極18を覆う絶縁膜としてのパリレン膜40を形成する構成であっても良い。
パリレンは真空蒸着法で形成され、膜厚0.1〜3μm前後である。絶縁膜としては、パリレン膜の他に、CVD法で形成したSiNx膜やSiOx膜等の絶縁膜や、あるいはスパッタリング法で堆積したSiNx、SiOx膜を採用してもよい。
このように、パリレン膜40等の絶縁膜をバイアス電極18上に形成することにより、沿面放電をさらに抑制し、絶縁性をさらに向上することができる。
パリレン膜40の形成は、図3−1及び図3−2に示す工程において、バイアス電極18の取出し端子22を接続する工程と、ガラス基板32とリブ材34からなる上部保護部材をアクティブマトリックス基板16上に貼り付ける工程の間に行われる。
また、パリレン膜40の形成は、金型(デポマスク)を用いて、バイアス電極18を覆うエリアのみに選択的に堆積する。信号の入出力ができなくなるため、TFTスイッチ24の端子部には堆積しない。
また、パリレン膜40は、図8及び図9に示すように、絶縁性の強化を考慮する場合には、アクティブマトリックス基板16上に引き延ばしても良い。一方、リブ材34Aとアクティブマトリックス基板16の密着性を考慮する場合には、図6及び図7に示すように、外側のリブ材34Aの下層となる領域には堆積せず、半導体層12上に形成する構成が好ましい。
なお、図10及び図11に示すように、パリレン膜40等の絶縁膜を形成する図6の構成と、肉厚となる接着樹脂36(シール材)のみ図4の構成を組み合わせても良い。
本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、種々の変形、変更、改良が可能である。
10 放射線検出器
12 半導体層(電荷変換層)
14 電荷収集電極(下部電極)
16 アクティブマトリックス基板(下部基板)
18 バイアス電極(上部電極)
32 ガラス基板(上部基板)
36 接着樹脂(接合部材)
40 パリレン膜(絶縁膜)
12 半導体層(電荷変換層)
14 電荷収集電極(下部電極)
16 アクティブマトリックス基板(下部基板)
18 バイアス電極(上部電極)
32 ガラス基板(上部基板)
36 接着樹脂(接合部材)
40 パリレン膜(絶縁膜)
Claims (3)
- バイアス電圧が印加された状態で放射線が入射されることにより電荷を生成する電荷変換層と、
前記電荷変換層下に設けられ、前記電荷変換層が生成した電荷を収集する下部電極を有する下部基板と、
前記電荷変換層上に積層され、前記電荷変換層へ前記バイアス電圧を印加するための上部電極と、
前記上部電極上に設けられ、前記上部電極を覆う上部基板と、
前記下部基板の外周部上に設けられ、前記電荷変換層の周端部のみを覆うと共に前記下部基板の外周部と前記上部基板の外周部とを接合する接合部材と、
を備えたことを特徴とする放射線検出器。 - 前記接合部材は、前記上部電極の周端部の少なくとも一部を覆うことを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
- 前記上部電極上に形成され、前記上部電極を覆う絶縁膜を備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の放射線検出器。
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