JP2009128023A - 放射線検出器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】防湿性能に優れ、かつ冷熱サイクルや熱衝撃などの温度変化に対する信頼性も高いＸ線検出器11を提供する。
【解決手段】シンチレータ層13を包含する深さを有するとともに周辺に鍔部33を有する防湿体15を用い、防湿体15の鍔部33とアレイ基板12とを接着層34で接着封止する。実質的に透湿を無視できるレベルの防湿体15でシンチレータ層13の大部分を覆う構造とする。防湿体15の鍔部33とアレイ基板12との間を接着層34で接着することにより、接着層34を薄くして透湿断面積を小さく抑えるとともに、接着層34の幅を鍔部33の幅程度まで広くして防湿性能を確保する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線を検出する放射線検出器及びその製造方法に関する。

新世代のＸ線診断用検出器として、アクティブマトリクスを用いた平面形のＸ線検出器が開発されている。このＸ線検出器に照射されたＸ線を検出することにより、Ｘ線撮影像、あるいはリアルタイムのＸ線画像がデジタル信号として出力される。そして、このＸ線検出器では、Ｘ線をシンチレータ層により可視光すなわち蛍光に変換させ、この蛍光をアモルファスシリコン(ａ−Ｓｉ)フォトダイオード、あるいはＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの光電変換素子で信号電荷に変換することで画像を取得している。

シンチレータ層は、材料として、一般的にヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：ナトリウム（Ｎａ）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：タリウム（Ｔｌ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、あるいは酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ）などが用いられ、ダイシングなどにより溝を形成したり、柱状構造が形成されるように蒸着法で堆積したりすることで、解像度特性を向上させることができる。シンチレータの材料としては上記の通り種々のものがあり、用途や必要な特性によって使い分けられている。

そして、シンチレータ層からの蛍光の利用効率を高めて感度特性を改善するために、シンチレータ層上に反射層を形成する方法がある。即ち、シンチレータ層で発光した蛍光のうち光電変換素子側に対して反対側に向かう蛍光を反射層で反射させて、光電変換素子側に到達する蛍光を増大させるものである。

反射層の例としては、銀合金やアルミニウムなど蛍光反射率の高い金属層をシンチレータ層上に成膜する方法や、ＴｉＯ₂などの光散乱性物質とバインダ樹脂とから成る光散乱反射性の反射層を塗布形成する方法などが知られている。また、シンチレータ層上に形成するのではなく、アルミなどの金属表面を持つ反射板をシンチレータ層に密着させてシンチレータ光を反射させる方式も実用化されている。

また、シンチレータ層や反射層或いは反射板などを外部雰囲気から保護して湿度などによる特性の劣化を抑えるための防湿構造は、放射線検出器を実用的な製品とするうえで重要な構成要素となる。特に湿度に対して劣化の大きい材料であるＣｓＩ：Ｔｌ膜やＣｓＩ：Ｎａ膜をシンチレータ層とする場合には高い防湿性能が要求される。

従来の防湿構造としては、シンチレータ層を覆うポリパラキシリレンのＣＶＤ膜を防湿層として用いる方法（例えば、特許文献１参照。）、或いは、基板上にシンチレータ層の周囲を囲う包囲部材を接着剤で接着するとともに包囲部材上にカバーを接着剤で接着してシンチレータ層を封止する構造などがある（例えば、特許文献２参照。）。
特許第３０７７９４１号公報（第３−４頁、第１−２図） 特開平５−２４２８４１号公報（第３−５頁、図１）

しかしながら、従来の防湿構造では以下のような問題がある。

ポリパラキシリレンのＣＶＤ膜を防湿層として用いる方法の場合、少なくとも実用的な膜厚範囲（例えば２０μｍ）では、透湿バリア性が不十分な場合が多い。具体例として、防湿性能の確認のためにガラス基板上にシンチレータ層としてＣｓＩ：Ｔｌ膜（膜厚６００μｍ）、防湿層としてポリパラキシリレンのＣＶＤ膜（膜厚２０μｍ）を用いたサンプルを試作し、高温高湿試験における輝度と解像度の変化を調査した結果を以下に概説する。

輝度と解像度の測定方法としては、シンチレータ層側からＸ線を照射し、ガラス基板側からＣＣＤカメラによりガラス基板とシンチレータ層との界面に焦点を合わせてＸ線画像を観察した。輝度は富士フィルム増感紙（ＨＧ−Ｈ２ Ｂａｃｋ）に対する相対輝度で、解像度は解像度チャート像から２Ｌｐ／ｍｍのＣＴＦ（Contrast Transfer Function）を測定して夫々を指標とした。

このように作成されたサンプルでは、６０℃−９０％ＲＨの高温高湿ライフ試験で、輝度の変化は小さいが、解像度の劣化は大きく、２４ＨでＣＴＦ（２Ｌｐ／ｍｍ）の値が初期の８０％程度まで低下した。解像度低下の現象解析としてＳＥＭにより形態観察した結果、初期では独立性の強かったＣｓＩ：Ｔｌ膜のピラー構造が、高温高湿試験で解像度劣化したサンプルではピラー間の融合が生じていることが分かった。ピラー間の融合により、ライトガイド効果が低減して、解像度低下に繋がっているものと考えられる。

次に、基板上にシンチレータ層の周囲を囲う包囲部材を接着剤で接着するとともに包囲部材上にカバーを接着剤で接着してシンチレータ層を封止する構造の場合、包囲部材は一般に金属などの剛性のある物質で、基板と包囲部材との間、及びカバーと包囲部材との間の熱膨張率差により、冷熱サイクルや熱衝撃などの信頼性試験で接着部分の亀裂や剥離を発生し易く、防湿性能が致命的に低下する。また、包囲部材の上下で接着封止しているために、樹脂の接着剤を通しての透湿量は接着部が１つの場合に比べて明らかに増大してしまう。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、防湿性能に優れ、かつ冷熱サイクルや熱衝撃などの温度変化に対する信頼性も高い放射線検出器及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の放射線検出器は、光電変換素子を有する基板と、この基板上に形成され、放射線を蛍光に変換するシンチレータ層と、少なくとも前記シンチレータ層を包含する深さを有するとともに周辺に鍔部を有する防湿体と、前記基板と前記防湿体の鍔部とを接着封止する接着層とを具備しているものである。

また、本発明の放射線検出器の製造方法は、前記放射線検出器の防湿体と基板とを減圧状態で接着封止するものである。

本発明の放射線検出器によれば、少なくともシンチレータ層を包含する深さを有するとともに周辺に鍔部を有する防湿体を用い、この防湿体の鍔部と基板とを接着層で接着封止するため、実質的に透湿を無視できるレベルの防湿体でシンチレータ層の大部分を覆う構造ができ、加えて、防湿体の鍔部の部分を接着部として用いることで、接着層と基板との間を薄い接着層として透湿断面積を小さく抑えられるとともに接着層の幅を鍔部の幅程度まで広く確保することができる。しかも、防湿体自体は必要以上に厚くする必要がないために、放射線の吸収によるロスも極めて小さく抑えることができる。従って、接着層からの透湿を最小限に抑えて信頼性が高く、かつ放射線の吸収によるロスも小さく、高い検出能力の放射線検出器が実現できる。

本発明の放射線検出器の製造方法によれば、前記放射線検出器の効果に加えて、防湿体と基板とを減圧状態で接着封止するため、例えば航空機での輸送などによる周囲の減圧に対して防湿体と基板との接着封止の信頼性をも確保できる。

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に放射線検出器の断面図、図２(a)及び(b)に放射線検出器の防湿体の正面図及び側面図、図３に放射線検出器の斜視図を示す。

11は放射線検出器としてのＸ線検出器で、このＸ線検出器11は、放射線像であるＸ線像を検出するＸ線平面センサであり、例えば一般医療用途などに用いられている。そして、このＸ線検出器11は、蛍光を電気信号に変換する基板である光電変換基板としてのアレイ基板12、このアレイ基板12の一主面である表面上に設けられ入射するＸ線を蛍光に変換するＸ線変換部であるシンチレータ層13、このシンチレータ層13上に設けられシンチレータ層13からの蛍光をアレイ基板12側へ反射させる反射層14、アレイ基板12上にシンチレータ層13及び反射層14を覆って設けられこれらを外気や湿度から保護する防湿構造としてハット状の防湿体15を備えている。

そして、アレイ基板12は、シンチレータ層13によりＸ線から可視光に変換された蛍光を電気信号に変換するもので、ガラス基板16、このガラス基板16上に設けられて光センサとして機能する略矩形状の複数の光電変換部17、行方向に沿って配設された複数の制御ライン（又はゲートライン）18、列方向に沿って配設された複数のデータライン（又はシグナルライン）19、各制御ライン18が電気的に接続された図示しない制御回路、各データライン19が電気的に接続された図示しない増幅／変換部を備えている。

アレイ基板12には、それぞれ同構造を有する画素20がマトリクス状に形成されているとともに、各画素20内にそれぞれ光電変換素子としてのフォトダイオード21が配設されている。これらフォトダイオード21はシンチレータ層13の下部に配設されている。

各画素20は、フォトダイオード21に電気的に接続されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）22、フォトダイオード21にて変換した信号電荷を蓄積する電荷蓄積部としての図示しない蓄積キャパシタを具備している。但し、蓄積キャパシタは、フォトダイオード21の容量が兼ねる場合もあり、必ずしも必要ではない。

各薄膜トランジスタ22は、フォトダイオード21への蛍光の入射にて発生した電荷を蓄積及び放出させるスイッチング機能を担う。結晶性を有する半導体材料である非晶質半導体としてのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、あるいは多結晶半導体であるポリシリコン（Ｐ−Ｓｉ）などの半導体材料にて少なくとも一部が構成されている。また、薄膜トランジスタ22は、ゲート電極23、ソース電極24及びドレイン電極25のそれぞれを有している。このドレイン電極25は、フォトダイオード21及び蓄積キャパシタに電気的に接続されている。蓄積キャパシタは、矩形平板状に形成され、各フォトダイオード21の下部に対向して設けられている。

制御ライン18は、各画素20間に行方向に沿って配設され、同じ行の各画素20の薄膜トランジスタ22のゲート電極23に電気的に接続されている。

データライン（シグナルライン）19は、各画素20間に列方向に沿って配設され、同じ列の各画素20の薄膜トランジスタ22のソース電極24に電気的に接続されている。

制御回路は、各薄膜トランジスタ22の動作状態、即ちオン及びオフを制御するもので、アレイ基板12の表面における行方向に沿った側縁に実装されている。

増幅／変換部は、例えば各データライン19に対応してそれぞれ配設された複数の電荷増幅器、これら電荷増幅器が電気的に接続された並列／直列変換器、この並列／直列変換器が電気的に接続されたアナログ−デジタル変換器を有している。

アレイ基板12の表面には樹脂製の保護層26が形成されている。

また、シンチレータ層13は、入射するＸ線を可視光すなわち蛍光に変換するもので、例えばヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：タリウム（Ｔｌ）、あるいはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）：タリウム（Ｔｌ）等により真空蒸着法で柱状構造に形成したもの、あるいは酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ）蛍光体粒子をバインダ材と混合し、アレイ基板12上に塗布して焼成及び硬化し、ダイサによりダイシングするなどで溝部を形成して四角柱状に形成したものなどである。これら柱間には、大気、あるいは酸化防止用の窒素（Ｎ₂）などの不活性ガスが封入され、あるいは真空状態とすることも可能である。そして、以下に示す各実施例では、シンチレータ層13にＣｓＩ：Ｔｌの蒸着膜を用い、膜厚は約６００μｍ、ＣｓＩ：Ｔｌの柱状構造結晶の柱（ピラー）の太さは最表面で８〜１２μｍ程度のものが用いられる。

また、ハット状の防湿体15には、シンチレータ層13の表面に対向される表面部31が形成され、この表面部31の周辺からシンチレータ層13を包含する深さを有する周面部32が形成され、この周面部32の先端側から周辺に突出する鍔部33が形成されている。鍔部33は、防湿体15の周辺から突出した環状で、アレイ基板12の表面と平行に形成されており、接着層34を介してアレイ基板12に接着封止されている。この防湿体15は、反射層14と接触してもしなくても良いが、通常は反射層14との間に隙間35が存在する。

そして、以下に各実施例を示す。各実施例において、最終的なＸ線検出器11としては前述のようにアレイ基板12上にシンチレータ層13及び反射層14を順次形成し、更に、周辺回路やモニター等も全て配してＸ線画像を観察することになるが、種々の試作に対してこれを行うことはとてつもない費用と時間を要する。この困難を避け、高温高湿試験におけるシンチレータ層13の輝度及び解像度の変化、即ち防湿構造の防湿性能を簡易的に評価するために、アレイ基板12の代わりに画素や配線パターンの何も無いガラス基板上にＣｓＩ：Ｔｌのシンチレータ層13を形成し、そのシンチレータ層13上に反射層14を形成し、更に防湿体15を形成して輝度と解像度（ＣＴＦ）特性を測定する方法を適宜用いた。この方法での輝度と解像度特性は、Ｘ線を防湿体15側から入射し、ガラス基板側からこのガラス基板とシンチレータ層13との界面に焦点を合わせてＣＣＤカメラでＸ線像を撮影する方法を採用した。このＣＣＤカメラによる簡易的な評価方法は、アレイ基板12でも使えないことはないが、アレイ基板12だと画素や配線パターンが邪魔をして基板裏面からＣＣＤカメラによる画像観察が（後述の実施例で一部用いてるように不可能ではないが）非常に困難となるために、何もパターンの無いガラス基板を用いている。また、本発明に係る重要特性である解像度（ＣＴＦ）もこの簡易的な方法で十分に評価可能である。また、Ｘ線質条件としては７０ＫＶｐでＲＱＡ−５相当条件とし、輝度は標準とする増感紙（富士フィルム株式会社ＨＧ−Ｈ２ Back）に対する相対輝度とし、解像度は解像度チャート像の２Ｌｐ／ｍｍのＣＴＦ（Contrast Transfer Function）の値＝ＣＴＦ（２Ｌｐ／ｍｍ）％を画像処理により求めた。

まず、第１の実施例を説明する。

シンチレータ層13は、４０ｍｍ四角形のガラス基板上に、２５ｍｍ四角形サイズのＣｓＩ：Ｔｌ膜（６００μｍ）を真空蒸着法で形成し、また、反射層14は、ＴｉＯ₂のサブミクロン粉体とバインダ樹脂及び溶媒を混合した塗液をシンチレータ層13上に塗布・乾燥して形成した。防湿体15は、厚み８０μｍのＡｌ合金箔を、周辺部に５ｍｍ幅の鍔部33を持つ構造にプレス成形してハット状とした。防湿体15の鍔部33に接着層34をディスペンサーにより一周塗布し、シンチレータ層13及び反射層14の形成されたガラス基板と貼り合わせた。接着層34は、一般に市販されている加熱硬化型の接着剤、紫外線硬化型の接着剤との両方で作成した。

比較用として、防止構造にポリパラキシリレンのＣＶＤ膜（膜厚２０μｍ）を用いたもの、及びシンチレータ層13の周囲を囲うアルミ枠の下面をガラス基板に接着するとともにアルミ枠の上面に１ｍｍ厚のアルミ板と接着する構造を試作した。接着剤の材質は本実施例と同じである。

これらのサンプルを６０℃−９０％ＲＨの高温高湿試験に供して、輝度及び解像度変化を追跡した。その結果、図４に示すように、ポリパラキシリレンのＣＶＤ膜を用いたサンプルは、２４時間時点で解像度の指標であるＣＴＦ（２Ｌｐ／ｍｍ）の値が初期の２／３前後に低下した。それに対して、防湿体15を用いたサンプルは５００時間経過でもＣＴＦ（２Ｌｐ／ｍｍ）の値は初期値と殆ど変化していない。アルミ枠とアルミ板で防湿構造を形成したサンプルでは、防湿体15を用いたサンプルに比較してＣＴＦの低下は２倍程度大きい。また、防湿構造に１ｍｍのアルミ板を用いているため、輝度及びＤＱＥ（０Ｌｐ／ｍｍ）の値が、概ねＸ線吸収の約９％相当分だけ低い値となった。

このように、シンチレータ層13を包含する深さを有するとともに周辺に鍔部33を有する防湿体15を用い、この防湿体15の鍔部33とアレイ基板12とを接着層34で接着封止するため、実質的に透湿を無視できるレベルの防湿体15でシンチレータ層13の大部分を覆う構造ができ、加えて、防湿体15の鍔部33の部分を接着部として用いることで、接着層34とアレイ基板12との間を薄い接着層34として透湿断面積を小さく抑えられるとともに接着層34の幅を鍔部33の幅程度まで広く確保することができる。しかも、防湿体15自体は、Ａｌ合金や第５の実施例で説明する積層構造の場合、ピンホールを生じない程度の厚み（概ね２０〜３０μｍ以上）があれば十分であるため、Ｘ線の吸収によるロスも極めて小さく抑えることができる。従って、接着層34からの透湿を最小限に抑え、かつＸ線の吸収によるロスも極めて小さく、高い検出能力のＸ線検出器11が実現できる。

ここで、透湿率に関して近似式を使って説明すると、防湿体15及び接着層34を含む防湿構造全体の透湿率は概略以下の式１で表せる。ここで、本実施例の構造の場合、式１の１項目のＱ（防湿体）は防湿構造の大部分を占める防湿体15からの透湿率を示すが、この透湿率は実質的にゼロレベルに抑えることが可能である。また、本実施例の構造では、式１の２項目のＱ（接着層）も極めて低い値に抑えられる。即ち、式１の２項目のＱ（接着層）を書き下した式２の中で、先に説明した通り鍔部33の部分を有効に用いることで接着層34の幅Ｗの値を大きく取れ、加えて防湿体15の平坦な鍔部33の部分とアレイ基板12との間に接着層34を形成することから接着層34の厚みＴを必要最小限まで小さく抑えることができる。従って、Ｔ（接着層34の厚み）／Ｗ（接着層34の幅）の値を極めて低い値に押さえ込むことが可能となる。

Ｑ（Ｔｏｔａｌ）＝Ｑ（防湿体）＋Ｑ（接着層）・・・式１
Ｑ（接着層）＝P（接着層）・Ｓ（接着層）／Ｗ（接着層）
＝P（接着層）・Ｌ（接着層）・Ｔ（接着層）／Ｗ（接着層）・・・式２
Ｑ：透湿率
Ｐ：接着層34の透湿係数
Ｓ：接着層34の透湿断面積
Ｗ：接着層34の幅
Ｌ：接着層34の周長
Ｔ：接着層34の厚み

次に、第２の実施例を説明する。

４０ｍｍ四角形サイズのガラス基板上に２５ｍｍ四角形サイズのＣｓＩ：Ｔｌ膜（厚み６００μｍ）を形成した。防湿体15としては厚み０．１ｍｍのＡｌ合金箔を用いた。接着層34としては樹脂材料中に接着層厚未満の厚みのＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂など無機材料のフィラー材を添加した接着剤を用いた。フィラー材は代表寸法が数μｍ〜数十μｍの球状や鱗片状、ロッド状のものが添加されて、材質や形状、含有比率などは接着剤メーカーによって適正化されている。一般には同一含有比率（重量含有率）の場合はフィラー材のサイズは小さくて（２次凝集を起こさない程度で）フィラー粒子の個数が多くなる方が望ましい。またフィラー材の含有比率は、接着性能や塗布性を維持しかつ隙間を生じない範囲では高いほうが透湿係数を低くできる。

本実施例の接着層34は、６０℃−９０％ＲＨでの透湿係数が２ｇ・ｍｍ／（ｍ²・ｄａｙ）程度に低く抑えられている。比較例としては、市販のシール材で、同条件の透湿係数がエポキシ系の１５ｇ・ｍｍ／（ｍ²・ｄａｙ）、シリコーン系の２５ｇ・ｍｍ／（ｍ²・ｄａｙ）のものを用いた。接着層34の厚みは、本実施例及び比較例とも２７０μｍ程度、幅は約５ｍｍ程度と同等レベルに合わせた。

６０℃−９０％ＲＨ×２４ｈの高温高湿試験の結果、図５に示すように、解像度の低下は接着剤の透湿係数の値に略対応する結果となっている。即ち、透湿係数が２ｇ・ｍｍ／（ｍ²・ｄａｙ）の本実施例の解像度維持率が最も高く、透湿係数が１５ｇ・ｍｍ／（ｍ²・ｄａｙ）のエポキシ系、透湿係数が２５ｇ・ｍｍ／（ｍ²・ｄａｙ）のシリコーン系の順に解像度維持率が低くなる結果となっている。

フィラー材の効果は、接着層34の中で透湿道（path）を制限して実質的な透湿断面積の低下と透湿距離の延長を得ることができる。この効果で、上述した式２の透湿係数Ｐ（接着層）の実効値を低減できる。

次に、第３の実施例を説明する。

防湿体15としては厚み０．１ｍｍのＡｌ合金箔を用いた。接着層34としては樹脂材料中に接着層厚未満の厚みのＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂など無機材料のフィラー材を添加した接着剤を用い、接着層34の実質的な平均幅Ｗと実質的な平均厚みＴとを数通りに振って試作した。

６０℃−９０％ＲＨ高温高湿試験による解像度の劣化速度（例えば解像度が初期の９０％程度に達する時間）は、図６に示すように、平均幅Ｗが同一の場合には平均厚みＴに略比例して劣化が速く、また、平均厚みＴが同一の場合には平均幅Ｗに略反比例して劣化速度は低減していることがわかる。これらの結果から、Ｗ＞＞Ｔの領域において特に解像度劣化を抑える防湿構造が実現するといえる。具体的にはＷ／Ｔ＞１０が目安となる。

次に、第４の実施例を説明する。

防湿体15の材質としてＡｌ合金のＡ３００４−Ｈ０箔を用いた。防湿体15は、図２に示すように、厚さ０．１ｍｍの薄材をプレスで深さ約１ｍ程度に絞り加工し、また、周辺には５ｍｍ程度の幅の平坦部分（接着する部分）である鍔部33を形成した。

防湿体15の加工に用いたＡ３００４−Ｈ０箔（厚み０．１ｍｍ）の６０℃−９０％ＲＨ透湿度を測定した結果は、０．２ｇ／ｍ²／ｄａｙ以下（透湿係数としては０．０２ｇ・ｍｍ／ｍ²／ｄａｙ相当以下）であった。

この防湿体15を適用し、接着層34はフィラー材添加の紫外線硬化型の接着剤を用いて数十μｍの接着層厚で接着層幅は約５ｍｍとして試作した。比較用に試作した樹脂製防湿体（ポリエステルフィルム 厚さ０．１ｍｍ 透湿係数＝７．４ｇ・ｍｍ／ｍ²／ｄａｙ相当）との比較で、図７に示すように、本実施例の６０℃−９０％ＲＨの特性維持率は格段に優れていることがわかる。

防湿体15のＡｌ合金箔の厚みは、防湿性能の面からは概ね２０μｍ以上あれば問題ないが、ピンホールリスクなどを考慮すると３０μｍ程度以上が望ましい。一方、防湿体15のＡｌ合金の厚みが厚くなり過ぎるとＸ線吸収によるロスが大きくなる。Ｘ線検出器11の用途やＸ線のエネルギーにもよるが、ＲＱＡ−５相当のＸ線の場合は概ね０．２ｍｍ以下の厚みであればＸ線吸収は２％程度以下に抑えられる。マンモグラフィー用途などの低エネルギーＸ線を検出する場合には、防湿性を確保できる範囲で可能な限り厚みを抑えるのが望ましい。

防湿体15は、Ａｌ合金の箔に限らず、Ａｌ及びＡｌ合金のいずれか一方の材料で、箔及び薄板のいずれの形態を用いても同様の効果が得られる。

次に、第５の実施例を説明する。

防湿体15として、樹脂材料としてＰＥＴとＡｌ₂Ｏ₃（実際にはＡｌ₂Ｏxでも同様）とを積層した積層フィルムを用いた。この防湿体15の製造は、離形性のよいハット形状の型の上に、樹脂材料の吹き付け塗布及び乾燥とＡｌ₂Ｏ₃のスパッタ成膜とを繰り返す方法で積層数を増やして形成した。

ＰＥＴの厚み及びＡｌ₂Ｏ₃のスパッタ膜の厚み、及びそれらの積層回数を何通りか振って防湿性能を比較した。防湿性能はカップ法により６０℃−９０％ＲＨでの透湿率を測定した。

図８に示すように、ＰＥＴ層とＡｌ₂Ｏ₃層の厚みが同じ場合には、透湿率は積層回数が増えるに従って低減し、やがて飽和傾向となる。この例では、１０μｍのＰＥＴ基材に３μｍのＡｌ₂Ｏ₃のスパッタ膜を成膜したものを積層した。積層回数としては無機膜の総数で概ね３層以上の場合に特に透湿度の低減が大きい。

積層回数が同じ場合には、ＰＥＴとＡｌ₂Ｏ₃の層厚増大により透湿係数は低減する。また、試作した層厚の範囲で、夫々の材料の総厚が同じ場合には、ＰＥＴ及びＡｌ₂Ｏ₃の１層の厚みが薄くて積層回数の多い方が透湿係数は低い。積層の回数や厚みを増やして透湿係数が低減するのは、単純に各層のトータルの透湿抵抗が増大するためと考えられる。総厚が同じで積層回数が多い場合には、各層のピンホールや微細なリークパスが積層の各層間で分断されるために透湿係数をより低く抑えられるものと考えられる。

積層フィルムを防湿体15に用い、接着層34はフィラー材添加の紫外線硬化型の接着剤を用いた試作では、積層フィルム全体の透湿率が大きいほど解像度の劣化は速い。一方、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂など無機膜の総厚が大きくなるとＸ線吸収によるロスも増大するので、例えばＲＱＡ−５相当のＸ線照射条件の場合は無機膜の総厚としては概ね０．２ｍｍ以下が望ましい。

樹脂材料は、ＰＥＴに限らず、成形性と無機膜の被着性とに問題無ければ種々の樹脂材料が同様に使用できる。また、無機膜は、Ａｌ₂Ｏ₃に限らず、ＳｉＯｘやＳｉ−Ｏ−Ｎ、Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ、その他電子デバイスの防湿層や保護層に用いられる薄膜材料が同様に使用できる。即ち、防湿体15は、ＳｉまたはＡｌなどの軽元素の酸化膜又は窒化膜、又は酸窒化膜などの無機膜、又はＡｌ又はＡｌ合金などの軽金属の薄膜と樹脂材料との積層構造を使用できる。

次に、第６の実施例を説明する。

第５の実施例のように樹脂材料と積層する無機膜にＡｌ又はＡｌ合金の薄膜を用いた場合で、アレイ基板12の回路配線のアース電位と防湿体15とを電気的に接続した場合と接続しない場合とを比較した。この比較評価はノイズ測定を伴うため、実際のアレイ基板12を用いた試作で実施した。アレイ基板12としては９インチ四角形相当サイズのものを用い、シンチレータ層13としては約６００μｍ厚のＣｓＩ：Ｔｌ膜を蒸着した。アレイ基板12上に、シンチレータ層13の全体を覆うようにＡｌ合金の防湿体15を載置し、この防湿体15の鍔部33を紫外線硬化型の接着剤で接着封止した。防湿体15とアレイ基板12の回路配線との電気的接続にはシールド線を用い、防湿体15のＡｌとシールド線との接続には導電ペーストを用いた。

アレイ基板12のノイズ特性を調査した結果、防湿体15とアレイ基板12の回路のグランドとを電気的に接続したサンプルでは接続しないサンプルに比較して低ノイズ特性が得られた。これは、防湿体15がアレイ基板12全体を覆うシールドの役割となって、外部からの電磁ノイズの侵入を抑える効果を示したものと考えられる。

本実施例では回路のグランドと防湿体15とを電気的に接続しているが、回路側は必ずしもグランドに限らず、一定電位との電気的接続により同様な効果が得られる。

次に、第７の実施例を説明する。

防湿体15の材質により程度は異なるが、防湿体15による蛍光の反射は、輝度特性をアップさせる一方で解像度特性を低下させる。特に防湿体15の材質がＡｌ又はＡｌ合金などのメタル材質の場合にはその影響が大きい。Ｘ線検出器11の用途などの場合には輝度は抑えても解像度特性を優先させることが一般的には望ましい。

防湿体15として０．１ｍｍ厚のＡｌを用い、この防湿体15の少なくとも内側、即ちシンチレータ層13と対峙する面に蛍光を吸収する蛍光吸収層を設ける。蛍光吸収層として、黒化処理として黒アルマイト処理を施したものと、光吸収シートを配置したものとを試作した。比較例としては、蛍光吸収層無しのものを用いた。

図９に結果を示すように、防湿体15に黒アルマイト処理を施したＸ線検出器11、及び防湿体15に光吸収シートを用いたＸ線検出器11は、蛍光吸収層無しのものに比べて、輝度が低めであるものの、解像度特性に優れることがわかる。

蛍光吸収層としては、黒化または蛍光を吸収する色合いの着色がなされているか、黒色または蛍光を吸収する色合いのシートを用いることができ、同様な効果が得られる。

次に、第８の実施例を説明する。

ガラス基板上に６００μｍの厚さでＣｓＩ：Ｔｌ膜を蒸着した。更にその上部にサブμｍサイズのＴｉＯ₂粉体とバインダ樹脂からなる反射層14を約１００μｍの厚さで形成した。防湿体15は厚さ０．１ｍｍのＡ３００４−Ｈ０のＡｌ合金製を用いた。比較例としては、反射層14を付けないで防湿体15を形成した。

図１０に示すように、本実施例の反射層14を設けたＸ線検出器11は、比較例に比べて輝度特性に優れ、解像度特性も優れて良好な結果を得た。反射層14をＣｓＩ：Ｔｌ膜のシンチレータ層13に密着して形成することで、シンチレータ層13と反射層14との隙間がなく、隙間に起因する蛍光の散乱や反射光の遠方への広がりが最小限に抑制された効果と考えられる。そのために反射層14による高輝度を得つつ、解像度の低下は最小限に抑えられている。比較として、このようにシンチレータ層13に密着した反射層14がない場合は、防湿体15による反射光が、シンチレータ層13と防湿体15との隙間35により遠方に広がるため、解像度の低下を招く。

次に、第９及び第１０の実施例を説明する。

シンチレータ層13としては厚み６００μｍのＣｓＩ：Ｔｌ膜を用いた。上述のＴｉＯ₂粉末とバインダ樹脂からなる反射層14をシンチレータ層13上に密着形成した実施例と、反射層14のない実施例とを作成した。それら各実施例の反射層14上又はシンチレータ層13上にシリコーン樹脂系の緩衝シート（厚み０．２ｍｍ）を載置した。更に、Ａ３００４−Ｈ０のＡｌ合金製の防湿体15をシンチレータ（及び反射膜14）を覆うように載置し、その鍔部33とアレイ基板12とを紫外線硬化型の接着剤で接着した。反射層14の有無の各実施例に対して、比較例は夫々緩衝シートを具備しないものを作成した。

信頼性試験として、減圧サイクル試験（１気圧と０．５気圧との繰り返しを１００回）と熱衝撃試験（−１５℃×３０分／４５℃×３０分 ３０サイクル）を実施したところ、緩衝シート有りの各実施例では内部の膜（シンチレータ層13又は反射層14）にクラックなどの異常を生じなかったが、比較例では夫々微細なクラックを発生していることが分解調査の結果判明した。

本実施例の緩衝シートの挿入により、減圧試験時の防湿体15の変形による衝撃が緩和され、また、熱衝撃試験の際には断熱層として作用したために、反射層14やシンチレータ層13の急激な温度変化を抑えてクラックなどの発生を防いだものと考えられる。

次に、第１１の実施例を説明する。

防湿体15の形成以前の製造工程は同様であるが、防湿体15を形成する際に、図１１を示す減圧加圧装置41を用いて減圧状態で接着封止を行う。

この減圧加圧装置41は、減圧可能なチャンバー42、このチャンバー42内に配置される下部ステージ43及びこの下部ステージ43に開閉可能な上部ステージ44を備え、下部ステージ43上にクッションシート45を介して環状の貼り合わせ治具46及びこの貼り合わせ治具46の内側に高さ調整シート47が配置されている。

そして、先ずは、０．１ｍｍ厚のＡ３００４−Ｈ０ハット状の防湿体15を貼り合わせ冶具46上に逆さ置きにし、周辺の鍔部33に接着剤を塗布し、この防湿体15上にシンチレータ層13及び反射層14が形成されたアレイ基板12も逆さ置きする。

続いて、チャンバー42内を減圧した後に、下部ステージ43と上部ステージ44との間で防湿体15とアレイ基板12とを合体、加圧する。そのときの加圧力は、周辺の接着部分において１ｃｍ当り１０Ｎ（約０．１Ｋｇ）とし、数十秒の間保持した。

その後、チャンバー42を大気開放し、加圧を解除した後に、防湿体15の内部の減圧状態が破れないように取り出し、接着部分を露出させ、紫外線ランプにより紫外線を照射して接着剤を硬化させた。紫外線の照射量は、３６０ｎｍの紫外線の積算照射量が７Ｊ／ｃｍ²程度になる条件で行った。さらに８０℃のオーブン中で約１時間の加熱処理を施して硬化を促進した。

減圧の条件としては０．１〜０．９気圧まで、０．１気圧刻みで減圧条件を振って数通りのサンプルを試作した。

できあがったサンプルに関し、防湿体15の内部の隙間容積は、外形から求めた防湿体15の内部の容積から、シンチレータ層13と反射層14などの内部充填物の体積を差し引いて求めた。また、０．１気圧以下に周囲を減圧した場合の防湿体15の内部の隙間容積は、Ａ３００４−Ｈ０ハット状の防湿体15が最大限に膨らんだ場合の容積から、シンチレータ層13と反射層14などの内部充填物の体積を差し引いて求めた。

これらのサンプルを減圧試験に供した結果、周囲の減圧の程度によりＡ３００４−Ｈ０ハット状の防湿体15は膨らんだ。最大限に膨れる以上の減圧状態では、防湿体15の周辺の接着層34に対して内外圧力差に応じた力が加わっていると考えられる。通常要求される条件として、航空機の輸送などを想定した０．５気圧程度の減圧状態と大気圧との繰り返しでも接着層34の信頼性が確保されなければならない。１気圧と０．５気圧の減圧サイクルを２０サイクル繰り返す試験の結果、減圧封止の際の減圧条件が概ね０．５気圧以下で密着させたサンプルは接着層34が破壊することはなかった。また、この条件で減圧封止したサンプルでは、防湿体15の内部の隙間35の容積が、防湿体15の周囲を０．１気圧まで減圧した場合（最大限に膨らんだ場合）に対して、１．０気圧（大気圧により内部構造に密着した状態）では概ね１／２以下であった。

次に、第１２の実施例を説明する。

この実施例では、画素及び配線パターンがある基板裏面から紫外線を照射して紫外線硬化型シール材の硬化状況を評価する必要があるので、周辺部に制御ライン18やデータライン19の回路配線を有するアレイ基板12を用いた。ＣｓＩ：Ｔｌ膜（膜厚６００μｍ）のシンチレータ層13、反射層14を形成する所はこれまでの実施例同様である。防湿体15は０．１ｍｍ厚のＡ３００４−Ｈ０ハット状のＡｌ合金箔を用い、カチオン重合型のエポキシ系紫外線硬化型の接着剤（長瀬ケムテック ＸＮＲ−５５１６ＨＶ Ｂ−１）を、また比較例としてはラジカル重合型のアクリル系紫外線硬化型の接着剤、及び加熱硬化型の接着剤（長瀬ケムテック Ｔ８３２／Ｒ１０１ Ｂ−１）を用いて、アレイ基板12上に接着封止した。

接着剤は防湿体15の鍔部33にディスペンサーで所定量を塗布した後にアレイ基板12と合体した。接着部分に圧力を加えて密着を保った状態で、紫外線硬化型の接着剤は夫々の推奨条件に相当する紫外線量を照射した。防湿体15側からは紫外線が透過しないのでアレイ基板12の裏面側から紫外線を照射した。紫外線照射後、硬化反応を促進させるために８０℃−１Ｈの加熱処理を実施した。加熱硬化型の接着剤は、接着部分に圧力を加えて密着を保った状態で、推奨条件により８０℃−１Ｈの加熱処理を実施した。

加熱硬化型の接着剤を用いたサンプルでは、室温に戻した際にアレイ基板12の面が凹型に反る現象が発生した。これは加熱状態の８０℃で接着剤が固化したため、室温に戻した際の温度差で、アレイ基板12のガラス基板16と接着剤のエポキシ樹脂の熱膨張率差により発生したものと考えられる。因みに、試作で用いたコーニング１７３７ガラス基板（０．７ｍｍ厚）の熱膨張率は約３．８ｐｐｍ／ｄｅｇ、エポキシ樹脂の熱膨張率は約２４ｐｐｍ／ｄｅｇである。４５ｃｍ四角形サイズで６０℃の温度差の場合には約０．５５ｍｍの膨張差を生じる。反り量は場所によって異なるが、アレイ基板12の周辺部で最大約１ｍｍ以上の隙間を生じた。これらの隙間は、後工程で基板周辺のＴＡＢ溶接の際にＦＰＣとＰａｄとの溶接位置ずれを招いたり、実装時にアレイ基板12の裏面に隙間を生じて放熱特性の悪化を招いたりする。

一方、紫外線硬化型の接着剤の２種類は、室温で紫外線硬化の後に８０℃の加熱処理を行ったが、その後に室温に戻した際の反りは殆ど生じていなかった。また、加熱処理の無いものも当然反りを生じなかった。

次に、封止性の比較として６０℃−９０％ＲＨの高温高湿試験を実施した結果、図１２に示すように、紫外線硬化型の接着剤のうち、カチオン重合型のエポキシ系接着剤及び加熱硬化型のエポキシ系接着剤を用いたサンプルは優れた解像度（ＣＴＦ）維持率であったが、ラジカル重合型のアクリル系接着剤を用いた場合は透湿によると思われる解像度（ＣＴＦ）劣化が見られた。カチオン重合系の紫外線硬化型の接着剤は、一般に停止反応が無いことから、アレイ基板12の配線回路パターンにより紫外線照射の影になった部分にも硬化反応が伝播し、アレイ基板12の配線回路パターンの有無に関わらず紫外線硬化が全体的に成されたと考えられる。一方、ラジカル重合系の紫外線硬化型の接着剤では、停止反応があるために、回路配線パターンの有るアレイ基板12では紫外線が届かない配線の影の部分で架橋硬化が進まず、従って十分な防湿性能が得られなかったものと推定される。

尚、画素や配線パターン付きアレイ基板12を通してのＣＴＦ（２Ｌｐ／ｍｍ）の測定は、画素パターンの隙間を通してのＸ線画像測定となるが、解像度チャート有りのＸ線画像を解像度チャート無しのＸ線画像で除算するなどの画像処理により測定が可能である。画素や配線回路パターンが無いガラス基板上の場合とは違ってＣＴＦの絶対値はズレた値になるが、高温高湿試験によるＣＴＦの劣化特性は対イニシャルの維持率（相対値）を問題にするのでこのような劣化特性の評価には特に問題はない。

本実施例の構造及び製造方法によれば、アレイ基板12の反りを生じないで、かつ防湿信頼性の高いＸ線検出器11が得られる。

本発明の一実施の形態を示す放射線検出器の断面図である。 放射線検出器の防湿体を示し、(a)は正面図、(b)は側面図である。 放射線検出器の斜視図である。 防湿構造の種類毎の６０℃−９０％ＲＨ高温高湿試験による解像度維持率を示すグラフである。 接着層の材料の透湿係数と防湿効果との関係を示すグラフである。 接着層のＷ／Ｔ比率と防湿性能との関係を示すグラフである。 防湿体の材質と解像度維持率との関係を示すグラフである。 積層構造の防湿体の積層回数と透湿率との関係を示すグラフである。 防湿体の蛍光吸収層の有無による解像度との関係を示すグラフである。 反射層の有無による輝度および解像度との関係を示すグラフである。 減圧加圧装置の断面図である。 接着剤の種類毎の６０℃−９０％ＲＨ高温高湿試験による解像度維持率を示すグラフである。

符号の説明

11 放射線検出器としてのＸ線検出器
12 基板としてのアレイ基板
13 シンチレータ層
14 反射層
15 防湿体
21 光電変換素子としてのフォトダイオード
33 鍔部
34 接着層

Claims (14)

1. 光電変換素子を有する基板と、
   この基板上に形成され、放射線を蛍光に変換するシンチレータ層と、
   少なくとも前記シンチレータ層を包含する深さを有するとともに周辺に鍔部を有する防湿体と、
   前記基板と前記防湿体の鍔部とを接着封止する接着層と
   を具備していることを特徴とする放射線検出器。
2. 接着層は、樹脂材料中に接着層厚未満の厚みのフィラー材を含有している
   ことを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
3. 接着層は、接着層の実質的な平均厚みＴと実質的な平均幅Ｗが、Ｗ＞＞Ｔの関係を満足する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の放射線検出器。
4. 防湿体は、Ａｌ及びＡｌ合金のいずれか一方の材料で、箔及び薄板のいずれか一方の形態に形成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の放射線検出器。
5. 防湿体は、軽元素の無機膜及び軽金属の薄膜のいずれか一方と樹脂材料との積層構造に形成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の放射線検出器。
6. 防湿体は、基板に形成される回路配線の少なくとも一部と電気的に接続されている
   ことを特徴とする請求項４又は５記載の放射線検出器。
7. 防湿体のシンチレータ層側の面に蛍光を吸収する蛍光吸収層が設けられている
   ことを特徴とする請求項４乃至６いずれか記載の放射線検出器。
8. シンチレータ層と防湿体との間に蛍光を基板側へ反射する反射層を具備している
   ことを特徴とする請求項１乃至７いずれか記載の放射線検出器。
9. 反射層と防湿体との間に緩衝シートを具備している
   ことを特徴とする請求項８記載の放射線検出器。
10. シンチレータ層と防湿体との間に緩衝シートを具備している
    ことを特徴とする請求項１乃至７いずれか記載の放射線検出器。
11. １気圧下での防湿体の内部の隙間容積が、防湿体の周囲を０．１気圧以下に減圧した場合の防湿体の内部の隙間容積に対して１／２以下である
    ことを特徴とする請求項１乃至１０いずれか記載の放射線検出器。
12. 請求項１乃至１０記載の放射線検出器の製造方法において、
    防湿体と基板とを減圧状態で接着封止する
    ことを特徴とする放射線検出器の製造方法。
13. 接着層は、紫外線硬化型の接着剤を防湿体の鍔部及び鍔部と接着する基板側の面の少なくともいずれか一方に塗布し、これら防湿体の鍔部と基板とを密着させた後に、紫外線を照射して接着剤を室温硬化させるか、紫外線を照射して接着剤を室温硬化させた後に加熱してさらに硬化させるかのいずれか一方で硬化させる
    ことを特徴とする請求項１２記載の放射線検出器の製造方法。
14. 接着層は、カチオン重合により硬化反応が進む紫外線硬化型接着剤を用い、回路配線を具備する基板側から紫外線照射して硬化反応を生じさせる
    ことを特徴とする請求項１３記載の放射線検出器の製造方法。

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