JP2010091402A - 放射線検出装置の製造方法および放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機樹脂膜14を均一に形成しつつ、有機樹脂の硬化に伴う反りおよび蛍光体膜13の剥れを抑制できるＸ線検出装置11の製造方法を提供する。
【解決手段】光電変換基板12を蛍光体膜13とともに平坦状態として蛍光体膜13上に流体状の有機樹脂を塗布して所定粘度まで仮硬化させる。有機樹脂を光電変換基板12に均一に塗布できるとともに、光電変換基板12を蛍光体膜13とともに湾曲状態とした際に有機樹脂が流動することを抑制できる。湾曲状態で有機樹脂を硬化させることにより、有機樹脂の硬化時の収縮応力を相殺して、有機樹脂膜14を均一に形成しつつ、有機樹脂の硬化に伴う反りおよび蛍光体膜13の剥れを抑制できる。
【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の製造方法および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と、その光を電気信号に変換する光電変換素子とをその構成要素として含む平面型の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当該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。

この放射線検出装置は、患者の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には、従来のＸ線イメージ管で用いられているセシウム(Ｃｓ)およびヨウ素(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と解像度とを向上できるためである。

また、従来のＸ線イメージ管では、真空管内の電子レンズ構成を必要としたため、大きく重い構成となっていたのに対して、当該放射線検出装置では、光電変換素子を有する光検出器をアモルファスシリコンなどからなる薄膜素子で構成することにより、薄く小型軽量に構成することが可能となっている。

そして、上述のような蛍光体膜の特性をより向上し、あるいは蛍光体膜を保護するために、蛍光体膜上に光反射材粒子を分散した有機保護膜を形成する構造が考案されている(例えば、特許文献１参照。）。

一方、平面型の放射線検出装置のように、大型の平面基板上に異なる膜を積層する場合、膜応力による基板の反りや膜界面からの剥れの問題などを生じ易くなる。

この問題の改善策としては、基板構造として反り矯正層を積層する構造(例えば、特許文献２参照。)、あるいは特に剥れ易いＣｓＩなどの柱状結晶蛍光体膜の剥れを抑制するために蛍光体膜の下部に特定の表面エネルギーを有する下地層を形成する方法(例えば、特許文献３および特許文献４参照。)などが知られている。

しかしながら、上述の各方法は、応力自体を緩和するものではなく、上記特許文献２に記載された方法では、内部応力が潜在しているためＣｓＩなど柱状結晶蛍光膜の剥れを誘発するおそれがあり、上記特許文献３あるいは特許文献４に記載された方法では、基板の反りの発生を回避する手段はなく、さらに応力自体は内在するため、ＣｓＩなど柱状結晶蛍光膜が剥れるおそれは依然として残る。

また、異なる技術分野であるが、成膜など製造工程において膜応力の発生を抑制する手段が考案されている。例えばセレン平面センサの製造方法として、セレン真空加熱蒸着工程においてガラス基板を凸状に固定することにより成膜時の熱膨張差による内部応力の発生を抑制したものが開示されている(例えば、特許文献５参照。)。

また、光記録媒体の製造方法として、有機樹脂からなる記録層の形成工程において椀形状に基板を固定した状態で有機樹脂を充填形成する方法が開示されている(例えば、特許文献６参照。)。

しかしながら、上記特許文献５の方法では、大面積の有機樹脂からなる塗布形成に適用できないという問題がある。

また、上記特許文献６に記載された方法では、例えばＣＤのような比較的小型の基板に、極薄く粘性の高い有機樹脂を充填する場合は効果を有するものの、大面積の基板に流動性の高い有機樹脂を厚膜として形成する場合には、塗布時における有機樹脂の流動に伴う膜厚むらや流れ出しの問題などが生じる。
特開２００５−２８３４８３号公報(第４−６頁、図１) 特開２００４−２８１４３９号公報(第４−５頁、図１) 特開２００４−２７１３４４号公報(第７−９頁、図１) 特開２００４−６１１１５号公報(第４−５頁、図１) 特開２００４−２１１１２１号公報(第４頁、図１) 特開２００７−１４８０３８号公報(第６−８頁、図１−２)

上述のように、上記各特許文献に記載された方法では、平面型の放射線検出装置に用いる大型基板の蛍光体膜上に有機樹脂膜を均一に塗布することが容易でなく、さらに、この有機樹脂の硬化に伴う収縮応力による基板の反りの抑制や、収縮応力によるＣｓＩなどの柱状結晶蛍光体膜の剥れを防止することが容易でないという問題を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、有機樹脂膜を均一に形成しつつ、有機樹脂の硬化に伴う反りおよび蛍光体膜の剥れを抑制できる放射線検出装置の製造方法および放射線検出装置を提供することを目的とする。

本発明の放射線検出装置の製造方法は、基板と、この基板上に形成され少なくとも放射線を光に変換する蛍光体膜とを備えている放射線検出装置の製造方法であって、前記基板を前記蛍光体膜とともに平坦状態としてこの蛍光体膜上に流体状の有機樹脂を塗布し、この塗布した有機樹脂を所定粘度まで仮硬化させ、この仮硬化の後、前記基板を前記蛍光体膜とともに湾曲状態として前記有機樹脂を硬化させて有機樹脂膜とするものである。

本発明によれば、基板を蛍光体膜とともに平坦状態としてこの蛍光体膜上に流体状の有機樹脂を塗布して所定粘度まで仮硬化させることにより、有機樹脂を基板に均一に塗布できるとともに、基板を蛍光体膜とともに湾曲状態とした際に有機樹脂が流動することを抑制でき、この湾曲状態で有機樹脂を硬化させることにより、有機樹脂の硬化時の収縮応力を相殺して、有機樹脂膜を均一に形成しつつ、有機樹脂の硬化に伴う反りおよび蛍光体膜の剥れを抑制できる。

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は、平面型の放射線検出装置としてのＸ線検出装置11の一部の断面図を示す。

このＸ線検出装置11は、基板である光電変換基板12、この光電変換基板12上に形成され入射するＸ線を可視光に変換する蛍光体膜13およびこの蛍光体膜13上に形成された有機樹脂膜14を備えている。

光電変換基板12は、蛍光体膜13により変換された可視光を電気信号に変換するもので、例えば０．７ｍｍ厚の無アルカリガラスまたは低アルカリガラスである基板本体としてのガラス基板21上に、水素化アモルファスシリコン(以下、ａ−Ｓｉ：Ｈと記載)を基材とし、ホウ素(Ｂ)元素あるいはリン(Ｐ)元素などをドーピングして薄膜トランジスタおよびフォトダイオード素子などの光電変換素子部22が形成されて構成されている。

光電変換素子部22は、例えばクロム(以下、Ｃｒと記載)、タングステン(以下、Ｗと記載)、アルミニウム(以下、Ａｌと記載)などの単層または積層膜を所定形状にパターニングした電極パターン、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜を所定形状にパターニングした半導体膜パターン、および、絶縁特性を有するアモルファス窒化Ｓｉ(以下、ａ−ＳｉＮｘ：Ｈと記載)膜を所定形状にパターニングした絶縁膜パターンが繰り返し積層されて形成されている。

また、蛍光体膜13は、ヨウ化セシウム(以下、ＣｓＩと記載)を基材(主材)とし、タリウム(Ｔｌ)元素を添加して例えば蒸着法により例えば６００μｍ程度の厚みに形成された柱状結晶体である。

また、有機樹脂膜14は、Ｘ線蛍光特性を向上するためのもので、例えばブラールなどの所定の有機樹脂材料を溶剤で溶き、白色の無機酸化物フィラ、例えば酸化チタン(以下、ＴｉＯ₂と記載)粒子などを分散した液状の有機樹脂24を塗布・硬化させることで形成されている。なお、有機樹脂膜14は、例えば蛍光体膜13の防湿性を向上するための保護層として形成する場合もある。

次に、上記一実施の形態のＸ線検出装置11の製造方法を説明する。

まず、０．７ｍｍ厚の無アルカリガラスまたは低アルカリガラスであるガラス基板21の表面に、スパッタリング法によりＣｒ、Ｗ、Ａｌなどの単層または積層膜を着膜した後、フォトリソグラフィ法とエッチング法とにより配線や電極パターンを形成する。

さらに、プラズマ化学気相成膜法(以下、Ｐ−ＣＶＤ法と記載)により半導体特性を有するａ−Ｓｉ：Ｈ膜、および、絶縁特性を有するａ−ＳｉＮｘ：Ｈ膜を成膜する。

なお、必要に応じて、成膜中にホウ素やリンをドープすることにより、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の半導体特性を調整する。

また、a−Ｓｉ：Ｈ膜およびａ−ｓｉＮｘ：Ｈ膜などのパターンニングに当たっては、例えばフォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法を適用する。

上述のような、電極パターン、半導体膜パターン、絶縁膜パターンを繰り返し積層することにより、図２に示すようにガラス基板21上に光電変換素子部22を形成して、光電変換基板12を形成する。

次いで、図３に示すように、光電変換基板12上に、ＣｓＩを基材とし、タリウム(Ｔｌ)元素を添加した蛍光体膜13を蒸着法により形成する。

ここで、ＣｓＩは、５〜２０μｍ程の太さを持つイオン性の柱状結晶の集合体となり、本実施の形態では、例えば蛍光体膜13の厚みを６００μｍとする。

なお、タリウム元素を添加したＣｓＩは、Ｘ線を吸収し５５０ｎｍに近い緑色の蛍光を発光し、この発光が主に柱状結晶の中を伝播し、光電変換素子に入射することにより、解像度劣化の少ないＸ線画像を取得することが可能となる。

なお、本実施の形態では、蛍光体膜13の厚みを６００μｍとしたが、より解像度を重視する場合には２００μｍ前後の膜厚とし、よりＸ線吸収率を重視する場合には８００μｍ前後の膜厚を設定する。

一方、蛍光体膜13を構成するＣｓＩは、Ｘ線蛍光特性が優れているものの、イオン性の柱状結晶の集合体であることから、吸湿溶解性を有し耐湿性が劣る、また、膜付着力や膜の結合力が弱い、などの欠点がある。

したがって、蛍光体膜13上に他の機能膜を積層する場合には、上記の点を考慮した方法を用いる必要がある。

本実施の形態では、Ｘ線蛍光特性の向上を計るため、白色の無機酸化物、例えばＴｉＯ₂の粒子などを分散した液状の有機樹脂24を、ディスペンサなどの塗布方法によって２００μｍほど塗布した後、液状の有機樹脂24の流動性を利用して、均一な膜を形成するためのレベリングを行い、その後、乾燥または加熱硬化などの硬化工程を経て有機樹脂膜14を形成する。

ここで、有機樹脂24は、一般的にその硬化過程において、硬化収縮を起こす。そのため、図６に示す従来例のＸ線検出装置11aのように、従来の方法で有機樹脂膜14aを形成すると、有機樹脂膜14a内に収縮応力が発生し、この収縮応力により、ガラス基板21a上に光電変換素子部22aを備える光電変換基板12aの反りや蛍光体膜13aの剥れが引き起こされる。

このような問題は、平面型のＸ線検出装置11の特性劣化や信頼性の低下を引き起こすものである。従って、このような問題点を回避するためには有機樹脂膜14の収縮応力に対抗する強度をガラス基板21などに持たせるか、有機樹脂膜14の収縮応力を緩和する必要がある。

しかしながら、有機樹脂膜14の収縮応力に対抗する強度をガラス基板21に持たせる方法では、内在する収縮応力自体は存在するため、ＣｓＩなど、付着力の弱い蛍光体膜では剥れ不良を生じるおそれがある。

また、有機樹脂膜14の収縮応力を緩和する方法としては、例えば真空蒸着などで凸状に反らせた基板に成膜する方法が考えられるものの、液状の有機樹脂24を塗布して数１０μｍ以上の厚膜を形成する場合には、塗布中または塗布直後の液状の有機樹脂24の流動により有機樹脂膜14の厚みの均一性が維持できないばかりか、一部に欠損が生じ下地の蛍光体膜13の被覆が不完全となる場合もある。

このため、本実施の形態では、まず、図４に示すように、蛍光体膜13を成膜済みの光電変換基板12を、湾曲させない平坦状態として水平に保持し、その上部に、ディスペンサにより液状の有機樹脂24を塗布する。

その後、液状の有機樹脂24の流動性を利用して有機樹脂膜14の厚みの均一性を確保するためのレベリングを行う。

さらに、このレベリング中、あるいはレベリング後に、液状の有機樹脂24の流動性を低下し粘度を上げるため、例えば４０℃程度の温度下で、液状の有機樹脂24の粘度が、光電変換基板12を湾曲状態に変形させたときに流動しない所定粘度、例えば１５００ｍＰａ・ｓとなるまで、仮硬化、すなわち第１段階の乾燥あるいは加熱硬化を行う。ただし、この仮硬化の段階では、液状の有機樹脂24の完全硬化は行わず、流動性を抑制するに留め、有機樹脂24の塑性変形性は残しておく。

なお、液状の有機樹脂24は、溶剤に溶いたものであるため、第１段階の乾燥あるいは加熱硬化を行う代わりに、液状の有機樹脂24を塗布した光電変換基板12を、有機樹脂24の溶剤が蒸発してこの有機樹脂24が所定粘度となるまで、常温に放置しておいてもよい。

次いで、有機樹脂24を所定粘度とした光電変換基板12を、図５に示すように、凸形状の治具Ｇに固定して同凸形状、すなわち有機樹脂24の硬化時の収縮応力に対して反対方向へと湾曲状態に変形させる。このとき、光電変換基板12は、例えば４０ｃｍ角の大きさのもので、両端が２ｍｍ〜３ｍｍ程度反るように変形させる。

そして、その状態で、第２段階の効果を行う。例えば、第１段階の乾燥あるいは加熱硬化時よりも高い所定の温度下、例えば６０℃〜８０℃下で第２段階の乾燥または加熱硬化を行い、有機樹脂24を完全に硬化して有機樹脂膜14とする。

このように構成することで、従来の方法では有機樹脂膜14内に発生してしまう内部応力を相殺できる。

この結果、硬化が完了し治具Ｇから外した段階で、内部応力が緩和されることから、光電変換基板12に反りもなく、蛍光体膜13の剥れや有機樹脂膜14の剥れなどのおそれも回避できる。

このように、上記一実施の形態によれば、光電変換基板12を蛍光体膜13とともに平坦状態としてこの蛍光体膜13上に流体状の有機樹脂24を塗布して所定粘度まで仮硬化させることにより、有機樹脂24を光電変換基板12に均一に塗布できるとともに、光電変換基板12を蛍光体膜13とともに湾曲状態とした際に有機樹脂24が流動することを抑制でき、この湾曲状態で有機樹脂24を硬化させることにより、有機樹脂24の硬化時の収縮応力を相殺して、有機樹脂膜14を均一に形成しつつ、有機樹脂24の硬化に伴う反りおよび蛍光体膜13の剥れを抑制でき、特性の安定した信頼性の高い平面型のＸ線検出装置11を得ることができる。

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製造方法の光電変換素子部を形成する工程を示す断面図である。 同上放射線検出装置の製造方法の蛍光体膜を形成する工程を示す断面図である。 同上放射線検出装置の製造方法の有機樹脂を塗布する工程を示す断面図である。 同上放射線検出装置の製造方法の基板を湾曲状態として有機樹脂を硬化させる工程を示す断面図である。 同上放射線検出装置の従来例を示す一部の断面図である。

符号の説明

11 放射線検出装置としてのＸ線検出装置
12 基板である光電変換基板
13 蛍光体膜
14 有機樹脂膜
22 光電変換素子部
24 有機樹脂

Claims (5)

1. 基板と、この基板上に形成され少なくとも放射線を光に変換する蛍光体膜とを備えている放射線検出装置の製造方法であって、
   前記基板を前記蛍光体膜とともに平坦状態としてこの蛍光体膜上に流体状の有機樹脂を塗布し、
   この塗布した有機樹脂を所定粘度まで仮硬化させ、
   この仮硬化の後、前記基板を前記蛍光体膜とともに湾曲状態として前記有機樹脂を硬化させて有機樹脂膜とする
   ことを特徴とする放射線検出装置の製造方法。
2. 蛍光体膜は、ＣｓＩを主材とする柱状結晶体である
   ことを特徴とする請求項１記載の放射線検出装置の製造方法。
3. 基板上に、蛍光体膜により変換された光を電気信号に変換する光電変換素子部を形成する
   ことを特徴とする請求項２記載の放射線検出装置の製造方法。
4. 有機樹脂膜は、無機酸化物フィラを含んでいる
   ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか一記載の放射線検出装置の製造方法。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載された放射線検出装置の製造方法により製造されている
   ことを特徴とする放射線検出装置。

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