JP2013076576A - Ｘ線検出パネル - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を損なうことなくＸ線検出パネルの有効面積比率を高める。
【解決手段】Ｘ線検出パネル２４に、光電変換基板２２と蛍光体膜１４と第１堤５２と接着剤層１７と防湿カバー１５とを備える。光電変換基板２２は、ガラス基板４１の表面に光電変換素子４２を配列したものである。蛍光体膜１４は、光電変換基板２２の表面に形成される。第１堤５２は、光電変換素子４２が配列された画素領域を囲んで光電変換基板２２の表面から突出する。接着剤層１７は、第１堤５２と画素領域との間に設けられる。防湿カバー１５は、接着剤層１７で光電変換基板２２と接着され、光電変換素子４２と蛍光体膜１４とを覆う。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線を検出するＸ線検出パネルに関する。

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Ｘ線検出パネルとして含む平面型Ｘ線検出装置が実用化されている。この平面型Ｘ線検出装置は、Ｘ線装置全体の小型軽量化に貢献できる。さらにこの平面型Ｘ線検出装置において、検査対象物からのＸ線を介した画像情報をデジタル電気情報に変換することによって、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。

このため、この平面型Ｘ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、構解析などの科学研究用、など広い分野で使用されている。また、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Ｘ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。

この平面型Ｘ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ＣｓおよびＩを主成分とするシンチレータ材の技術が多く転用される。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、光ガイド効果によって感度および解像度を向上させることができるためである。

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、大きく重い検出装置となった。これに対して、平面型Ｘ線検出装置では光電変換素子を有する光電変換基板をガラス基板上に成膜形成した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、２次元的な薄い放射線検出装置を形成することが可能となっている。

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、水分による光特性劣化が懸念されるため、防湿構造が必要となる。この防湿構造は、光電変換素子の保護の機能も合せ持つことが望ましい。

特開平０５−２４２８４１号公報 特開２００２−２７７５５５号公報

従来の平面型Ｘ線検出装置の防湿構造では、防湿カバーとＸ線検出パネルの基板との接着部の領域が大きく、Ｘ線検出領域以外の余分な面積が広く必要となる。この結果、平面型Ｘ線検出装置の全面積がＸ線検出有効領域に比較して大面積となり、小型軽量化を阻害する可能性がある。

また、防湿カバーとＸ線検出パネルの基板との接着部において、接着剤の塗布量が大きすぎる場合には、接着部周辺部への接着剤の流れ出し量が増大し、接着しろの領域を超えて近傍の成膜領域などに侵入する可能性がある。さらに、接着部における接着剤厚のばらつきも大きくなり、接着状態のばらつきの原因にもなる。逆に、接着剤の塗布量が少なすぎる場合には、接着時の防湿カバーへの加圧などにより、光電変換基板の表面に形成した光電変換素子と外部の回路基板とを接続する配線ラインを防湿カバーの加工バリや異物挟み込みなどにより損傷する危険性がある。

そこで、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、信頼性を損なうことなくＸ線検出パネルの有効面積比率を高めることである。

上述の課題を解決するため、実施形態のＸ線検出パネルは、絶縁基板の表面に光電変換素子を配列した画素領域を形成した光電変換基板と、前記光電変換基板の表面に形成された蛍光体膜と、空隙を空けて前記画素領域の周囲を囲んで前記光電変換基板の表面から突出する第１堤と、前記空隙に設けられた接着剤層と、前記接着剤層で前記光電変換基板と接着されて前記蛍光体膜とを覆う防湿カバーと、を具備することを特徴とする。

第１実施形態によるＸ線検出パネルの一部拡大断面図である。 第１実施形態によるＸ線平面検出器の断面図である。 第１実施形態によるＸ線検出パネルの平面図である。 第２実施形態によるＸ線検出パネルの一部拡大断面図である。 第２実施形態によるＸ線検出パネルの一部を切欠いて示した一部拡大平面図である。

以下、いくつかの実施形態によるＸ線検出パネルを、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
［第１実施形態］

図２は、第１実施形態によるＸ線平面検出器の断面図である。

Ｘ線平面検出器は、Ｘ線検出パネル２４と支持基板２５と回路基板２６と鉛プレート２７と放熱絶縁シート２８と筐体３０と支柱２９とフレキシブル基板２３とを有している。筐体３０は、一つの面に放射線の入射窓が形成された直方体の箱である。この入射窓には、保護板３１が取り付けられている。この保護板３１を通してＸ線３２が入射するため、Ｘ線の散乱を押さえ、Ｘ線の感度を確保するために、保護板３１は薄くＸ線吸収率の低い材料であることが好ましい。さらに、薄く軽量な平面型Ｘ線検出装置を実現するためにも保護板３１は薄いことが望ましい。

筐体３０は、たとえばポリフェニレンサルファイトやポリカーボネイト、またカーボン繊維を含ませたエポキシなどを用いて形成される。有機樹脂材からなる筐体３０の内壁に導電性樹脂を塗布し、接地電極に導通させることにより、筐体３０内部にある回路基板２６やＸ線検出パネルに対する電気シールド効果を持たせてもよい。

Ｘ線検出パネル２４、支持基板２５、回路基板２６、鉛プレート２７および放熱絶縁シート２８は、筐体３０の内部に収められている。支柱２９は、筐体３０の入射窓に対向する底板に固定され、筐体３０の内部に向かって延びている。支柱２９の筐体３０に対して反対側の端部には、支持基板２５が固定されている。

Ｘ線検出パネル２４は、支持基板２５の入射窓に向かう面に載置されている。回路基板２６は、支持基板２５のＸ線検出パネル２４に対して反対側の面に鉛プレート２７および放熱絶縁シート２８を介して固定されている。回路基板２６は、たとえば鉛プレート２７にネジなどで固定されている。

Ｘ線検出パネル２４と回路基板２６とは、フレキシブル基板２３によって電気的に接続されている。回路基板２６には、フレキシブル基板２３に対応するコネクタが実装してあり、このコネクタでＸ線検出パネル２４と電気的に接続される。

Ｘ線検出パネル２４は、光電変換基板２２と防湿カバー１５とを有している。防湿カバー１５は、光電変換基板２２の入射窓に向かう面の一部を覆っている。

Ｘ線検出パネル２４は薄い部材を積層した構造である。このため、Ｘ線検出パネル２４は、軽く低強度である。そこで、Ｘ線検出パネル２４の保持のため、Ｘ線検出パネル２４は支持基板２５上に固定されている。支持基板２５はＸ線検出パネル２４を安定して保持するために十分な強度と平坦面を有すると共に、回路基板２６を保持する機能も持つ。

図３は、本実施形態によるＸ線検出パネルの平面図である。

Ｘ線検出パネル２４の光電変換基板２２は、たとえば正方形平板状に形成されている。光電変換基板２２の一方の表面の一部を覆う防湿カバー１５は、光電変換基板２２よりも小さな略正方形の投影形状を有している。光電変換基板２２の外縁近傍には、防湿カバー１５の外縁よりも外側に接続端子パッド１１が配列されている。

この接続端子パッド１１にフレキシブル基板２３に形成された端子が接続される。接続端子パッド１１とフレキシブル基板２３との接続には、非等方性導電フィルム（ＡＣＦ）による熱圧着法が用いられる。この方法により、複数の微細な信号線の電気的接続が確保される。

図１は、本実施形態によるＸ線検出パネルの一部拡大断面図である。

Ｘ線検出パネル２４は、光電変換基板２２と蛍光体膜１４と防湿カバー１５とを有している。蛍光体膜１４は、光電変換基板２２の表面に形成されている。防湿カバー１５は、蛍光体膜１４を覆っている。

防湿カバー１５は、天板部７１と鍔部７２と斜面部７３とを有している。天板部７１は、略正方形の平板状である。鍔部７２は、天板部７１の外側に天板部７１よりも光電変換基板２２に近い位置に設けられた帯状の部分である。斜面部７３は、鍔部７２と天板部７１との間に位置している。

光電変換基板２２は、絶縁基板であるガラス基板４１を有している。ガラス基板４１は、たとえば無アルカリガラスで形成されている。ガラス基板４１の厚さは、たとえば０．７ｍｍである。

ガラス基板４１の一方の表面には、薄膜の光電変換素子４２が形成されている。光電変換素子４２は、アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を基材としている。光電変換素子４２は、ガラス基板４１の表面に２次元配列されている。それぞれの光電変換素子４２は、ホトダイオード部３３と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）部４３を備えている。光電変換素子４２の１画素の大きさは、たとえば１５０μｍ□である。

ホトダイオード部３３は、下部電極４４、半導体膜４５および上部電極４６を積層した構造となっている。下部電極４４は、ＣｒやＡｌなどで形成されている。半導体膜４５は、プラズマＣＶＤ法により成膜したａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜を基材として形成されている。上部電極４６は、ＩＴＯなど透明電極膜で形成されている。それぞれの薄膜の厚さは、たとえば、下部電極４４が０．２μｍ、ａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜からなる半導体４５が１μｍ、上部電極４６が０．１μｍである。

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）部４３は、ソース・ドレイン電極４７、半導体膜４５、絶縁膜４８、ゲート電極４９などを積層した構造となっている。ソース・ドレイン電極４７は、ＣｒやＡｌなどで形成されている。半導体膜４５は、プラズマＣＶＤ法により成膜したａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜を基材として形成されている。絶縁膜４８は、プラズマＣＶＤ法により成膜したアモルファス窒化シリコン（ａ−ＳｉＮｘ：Ｈ）薄膜やアモルファス酸化シリコン（ａ−Ｓｉ０ｘ：Ｈ）薄膜などで形成されている。ゲート電極４９は、この絶縁膜４８を挟んで半導体膜４５の反対側にＣｒやＡｌなどで形成される。

ホトダイオード部３３および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）部４３を備えた光電変換素子４２は、それぞれ、入射したＸ線３２によって蛍光体膜１４で発生した蛍光を受光して電荷信号を発生する。これらの光電変換素子４２は、画素領域内に、たとえば正方格子状に配列されている。

各光電変換素子４２には、ＴＦＴを駆動するゲート電極配線、ホトダイオードにバイアス電圧を印加するバイアス電圧配線、ＴＦＴを介してホトダイオードからの信号電荷を読み出す信号配線、などの配線１０が接続されている。これらの配線１０は、ＡｌやＣｒなどを基材とした金属薄膜やＩＴＯなど透明薄膜をパターンニングして形成する。配線１０は、ホトダイオード部３３の下部電極４４と同様に、たとえば厚さが０．１μｍ〜０．２μｍの導電性薄膜である。

配線１０の一部は、光電変換素子４２からガラス基板４１の外縁部に延びて、ガラス基板４１の外縁部に形成された接続端子パッド１１に接続されている。接続端子パッド１１は、配線１０と同様の薄膜として形成されている。外部との接続のために接続端子パッド１１端子幅は、配線１０よりも広い。また、接続端子パッド１１の最上層は、化学的に安定なＩＴＯ１２としている。接続端子パッド１１の最上層に、Ａｕなどの接続に適した金属薄膜層を０．１μｍ〜数μｍほど積層してもよい。

配線１０の上には、単層また複層の保護膜層が形成されている。保護膜層は、たとえばａ−ＳｉＮｘ：Ｈの絶縁膜４８とアクリル系樹脂膜１３との２層構成である。ａ−ＳｉＮｘ：Ｈからなる絶縁膜４８の厚さはたとえば０．３μｍ、アクリル系樹脂膜１３の厚さはたとえば１μｍである。

蛍光体膜１４は、光電変換基板２２の表面の光電変換素子４２が形成された画素領域に形成されている。蛍光体膜１４は、蒸着法で成膜される。蛍光体膜１４には、たとえばＣｓＩにＴｌを添加した材料を用いる。蛍光体膜１４の膜厚は、たとえば５００μｍである。なお、Ｘ線検出装置用として、ＣｓＩ膜厚は、１００μｍから１０００μｍの範囲が用いられ、より適切には２００μｍから６００μｍの範囲から、所望の感度と画像解像度とを評価して設定される。ＣｓＩ膜は、柱状結晶となり、Ｘ線によって発生した蛍光の拡散を抑制し、光電変換素子４１へ蛍光を導光できるため、解像度劣化の少ない蛍光体膜１４である。

ＣｓＩ膜は、イオン性結晶のため、潮解性を有し、防湿保護処置が必要である。本実施形態では、蛍光体膜１４と光電変換素子４２と覆うように、防湿カバー１５を設けている。防湿カバー１５としては、ＡＬ合金製防湿カバーを用いる。ＡＬ合金製の防湿カバー１５の厚さは、大きすぎるとＸ線が減衰し感度の低下を生じるため、なるべく薄いことが望ましい。防湿カバー１５の厚さは、カバー形状の安定性と工程作業に耐える強度、対するＸ線減衰とのバランスを考慮して、５０μｍから５００μｍの範囲から選択し、たとえば、２００μｍとする。

ＡＬ合金製の防湿カバー１５は、高い防湿性を有するとともに、導電性も有する。このＡＬ合金製の防湿カバー１５を一定電位、たとえばＧＮＤ接地することにより、内包される光電変換素子への外部電磁ノイズの入射を防御することができる。これは、微弱な信号電荷を検知する光電変換素子４２の特性向上に有効である。

防湿カバー１５は、接着部１６に形成された接着剤層１７によって基板に接着される。接着剤層１７を形成する接着剤としては、透湿性が低く、接着力の高い材料を選択する。接着剤層１７を形成する接着剤として、たとえばエポキシ系接着剤を用いることができる。特に、接着時の各基材の熱膨張差に起因した基板反りの発生を抑制するため、８０℃以下、より好ましくは６０℃以下で硬化可能な低温硬化型の接着剤を選択することが好ましい。

接続端子パッド１１への配線１０は、接着部１６を横切って延びている。防湿カバー１５と配線１０との間には、接着剤層１７および絶縁膜４８とアクリル系樹脂膜１３とからなる保護膜層が存在している。したがって、接着部１６の接着剤層１７は、透過湿性が低く接着性の高い材料で形成されるとともに、光電変換基板２２に対するダメージを回避し、且つ防湿カバー１５と配線１０との電気的な容量カップリングを抑えるために、所定の接着剤層厚さを維持することが必要である。

接着剤層１７の厚さが薄い場合、光電変換基板２２に対して発生するリスクの高いダメージの一つは、防湿カバー１５の加工バリや、接着時に異物をかみ込むことにより生じる配線ダメージである。防湿カバー１５の加工バリや異物が配線１０上の絶縁膜４８とアクリル系樹脂膜１３とからなる保護膜層を破損すると、配線１０の断線や隣接配線間の電気的ショートが生じ、また、配線１０の腐蝕などによる長期的信頼性が損なわれる可能性がある。そこで、接着剤層１７の厚さは、７０〜１００μｍを確保することが好ましい。

しかし、単に接着部１６への接着剤の塗布量を増やすたけでは、接着時の接着剤の流れ出しにより、余分な接着剤塗布量が必要となる。さらに、外周接着部１６はこの流れ出しを考慮した広い面積が必要となる。

他方、防湿性、接着性に必要な外周接着部の幅は数ｍｍである。つまり、接着剤の流れ出しによる、接着部１６の余分な面積はＸ線検出パネル２４の小型化、軽量化の障害となる。また、接着剤の流れ出しにより、接着部１６の接着剤層１７の厚さがばらつき、部分的に接着剤厚の薄い部分が生じる可能性がある。

本実施形態では、光電変換素子４２が配列された画素領域の外側に第１堤５２および第２堤５１が形成されている。第１堤５２と第２堤５１との間の空隙、すなわち、接着部１６の幅は、たとえば３ｍｍである。

第１堤５２および第２堤５１は、ディスペンサを用いて常温硬化型シリコーン系樹脂を塗布して形成する。第１堤５２および第２堤５１を形成した後、第１堤５２と第２堤５１との間の空隙に、接着剤を塗布する。この接着剤が硬化する前に、防湿カバー１５の鍔部７２を接着剤の上面に押し付ける。その結果、防湿カバー１５が光電変換基板２２に接着される。

第１堤５２を形成することにより、接着剤の接着部１６の外側への流れ出しを抑制することができる。このため、接着剤の接着部１６よりも外側への流れ出しを考慮して接着部１６よりも外側の領域を広くしておく必要がない。その結果、Ｘ線検出パネル２４を小型化することができる。

また、第２堤５１を形成することにより、画素領域側に向かう接着剤の流れ出しを抑制することができる。このため、接着部１６を画素領域に近接させることができ、Ｘ線検出パネルを小型化することができる。

さらに、第１堤５２および第２堤５１を形成することにより、接着剤層１７が存在する領域が第１堤５２と第２堤５１との間に限定される。その結果、接着部１６での接着剤層１７の厚さが均一化される。つまり、過大な量の接着剤を塗布しなくても、所定の厚さの接着剤層１７を形成することができる。したがって、過大な量の接着剤を塗布することなく、すなわち接着剤の流れ出しを考慮してＸ線検出パネル２４を大型化することなく、防湿カバー１５の接触などによる配線１０の損傷を低減でき、また、経時的な耐湿性の低下を抑制できる。

このように、本実施形態によれば、信頼性を損なうことなくＸ線検出パネルの有効面積比率を高めることができる。
［第２実施形態］
図４は、第２実施形態によるＸ線検出パネルの一部拡大断面図である。図５は、本実施形態によるＸ線検出パネルの一部を切欠いて示した一部拡大平面図である。

本実施形態によるＸ線検出パネル２４において、防湿カバー１５の鍔部７２には、光電変換基板２２に向かって突出するたとえば略円錐状の突起１９が設けられている。また、光電変換基板２２の表面には、ＧＮＤ電位配線２０の一部が露出した接続端子電極２１が形成されている。つまり接続端子電極２１の表面には絶縁膜４８およびアクリル系樹脂膜１３はいずれも形成されておらず、この部分は薄膜保護層の開口部である。

接続端子電極２１の大きさは、たとえば３００μｍ□とする。突起１９の突出高さは、接着剤層１７の厚さより大きく、たとえば１２０〜１５０μｍとする。接続端子電極２１は、たとえば接続端子パッド１１の間に位置するＧＮＤ接続端子７４にＧＮＤ電位配線２０によって接続されている。ＧＮＤ電位端子２０は、たとえばフレキシブル基板２３（図２参照）を介して、回路基板２６（図２）などのＧＮＤ電位部分と接続されている。

突起１９は、ＡＬ合金製の防湿カバー１５を形成するプレス加工工程において、同時に形成することができる。あるいは、Ａｌなどの金属性突起を防湿カバー１５に溶着してもよい。

防湿カバー１５の突起１９は、接続端子電極２１に接触している。突起１９は、接続端子電極２１のほぼ中央に位置するように配置される。接続端子電極２１の電位は、接地電位となるようにしておく。接着剤の硬化収縮により、突起１９の先端は接続端子電極２１に加圧密着する。このようにして、防湿カバー１５は、電気的にＧＮＤ接地される。

このように、本実施形態によれば、ＡＬ合金製の防湿カバー１５はＧＮＤ電位となり、外部からの電磁ノイズの浸入を防止できる。また、防湿カバー１５をＧＮＤ電位に接続するための付加的な構造物は必要ではない。さらに、第１実施形態と同様に、信頼性を損なうことなくＸ線検出パネルの有効面積比率を高めることができる。

本実施形態では、防湿カバー１５に設ける突起１９を略円錐状としたが、他の形状であってもよい。たとえば接着部１６に沿って延びる板状のものであってもよい。この場合、接続端子電極２１と突起１９との接触面積を広くすることができる。ただし、突起１９の存在による信号線の断線や隣接配線間の電気的ショートを避けるため、突起１９は配線１０が形成されていない領域に配置することが好ましい。
［他の実施の形態］
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…配線、１１…接続端子パッド、１２…ＩＴＯ、１３…アクリル系樹脂膜、１４…蛍光体膜、１５…防湿カバー、１６…接着部、１７…接着剤層、１９…突起、２０…ＧＮＤ電位配線、２１…接続端子電極、２２…光電変換基板、２３…フレキシブル基板、２４…Ｘ線検出パネル、２５…支持基板、２６…回路基板、２７…鉛プレート、２８…放熱絶縁シート、２９…支柱、３０…筐体、３１…保護板、３２…Ｘ線、３３…ホトダイオード部、４１…ガラス基板、４２…光電変換素子、４３…薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）部、４４…下部電極、４５…半導体膜、４６…上部電極、４７…ソース・ドレイン電極、４８…絶縁膜、４９…ゲート電極、５１…第２堤、５２…第１堤、７１…天板部、７２…鍔部、７３…斜面部、７４…ＧＮＤ接続端子

Claims (5)

1. 絶縁基板の表面に光電変換素子を配列した画素領域を形成した光電変換基板と、
   前記光電変換基板の表面に形成された蛍光体膜と、
   空隙を空けて前記画素領域の周囲を囲んで前記光電変換基板の表面から突出する第１堤と、
   前記空隙に設けられた接着剤層と、
   前記接着剤層で前記光電変換基板と接着されて前記蛍光体膜とを覆う防湿カバーと、
   を具備することを特徴とするＸ線検出パネル。
2. 前記画素領域と前記第１堤との間に延びて前記空隙を形成し前記光電変換基板の表面から突出する第２堤を具備することを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出パネル。
3. 前記接着剤層は低温硬化型エポキシ系接着剤で形成され、前記第１堤は常温硬化型シリコーン系接着剤で形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線検出パネル。
4. 前記防湿カバーは導電性であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＸ線検出パネル。
5. 前記光電変換基板の表面には一定の電位が与えられた配線が露出した接続端子電極が形成されていて、
   前記防湿カバーの外縁の鍔部には前記光電変換基板に向かって突出し前記接続端子電極に接触する突起部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のＸ線検出パネル。
   
   

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