JP2014071031A - 検出装置の製造方法及び検出装置、並びに放射線検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】パネル全体の発光量を増加させて、光検出センサに到達する光量が多くなるようにする。
【解決手段】入射する光を検出する光電変換素子１２を備えたセンサパネル１を準備する工程と、センサパネル１の上に柱状構造のシンチレータ層２を形成する工程と、柱状構造のシンチレータ層２上に粒子状のシンチレータ３を含む樹脂層４を形成する工程と、樹脂層４上に光反射層５を形成する工程とを含む一連工程により、放射線検出装置を作製する。
【選択図】図１

Description

本発明は、検出装置の製造方法及び検出装置、並びに放射線検出システムに関する。

光を検出する光検出センサを備えたセンサパネルと、センサパネル上に放射線を光に変換するシンチレータ層を設置した、放射線検出装置が商品化されている。放射線検出装置に使用されるシンチレータとしては、ＣｓＩにＴｌをドープした材料に代表されるハロゲン化アルカリ系の材料などが主に用いられる。蒸着法によって形成されたハロゲン化アルカリ系の材料からなるシンチレータは、柱状結晶構造を呈するため、空間解像度や鮮鋭度の点で好ましい。

特許文献１では、以下の構成を有する検出装置が開示されている。ハロゲン化アルカリ系のシンチレータ材料をセンサパネル上に直接、蒸着法で形成するタイプの場合、通常、特性向上のためシンチレータ層上に、シンチレータ層で発光しセンサパネル側とは反対側に出射した光をセンサパネル側に反射するための光反射層を設ける。また、上記のシンチレータ層と光反射層との間に、樹脂層が設けられる。通常、この樹脂層は、シンチレータ層の表面（上面）を外部からの衝撃等から保護するため、ある程度の厚みを持つ必要がある。

特開２００６−０７８４７１号公報

ところがこの接着層がある程度以上の厚みを有することにより、柱状結晶構造のシンチレータから光反射層方向への発光と、光反射層による反射光が、接着層にその一部が吸収され、センサパネルに到達する光量が減少するという問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、シンチレータ層と光反射層とを接着する樹脂層を設けるも、センサパネルに到達する光量の低下を抑制する検出装置の製造方法及び検出装置を提供することを目的とする。

本発明の検出装置の製造方法は、入射する光を検出する光電変換素子を備えたセンサパネルを準備する工程と、前記センサパネルの上に柱状構造のシンチレータ層を形成する工程と、前記柱状構造のシンチレータ層の上に粒子状のシンチレータを含む樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層の上に光反射層を形成する工程とを含む。

本発明の検出装置は、入射する光を検出する光電変換素子を備えたセンサパネルと、前記センサパネルの上に配置された柱状構造のシンチレータ層と、前記柱状構造のシンチレータ層の上に形成された光反射層と、前記柱状構造のシンチレータ層と前記光反射層との間に形成された、粒子状のシンチレータを含む樹脂層と、を含み、前記樹脂層が、粒子状のシンチレータを含む。

本発明によれば、シンチレータ層と光反射層とを接着する樹脂層を設けるも、センサパネルに到達する光量の低下を抑制することが可能となる。

第１の実施形態による放射線検出装置の構造を示す概略断面図である。 第１の実施形態による放射線検出装置のセンサパネルの一例を示す概略断面図である。 図３は第１の実施形態による放射線検出装置の構造を示す概略平面図である。 第２の実施形態による放射線検出装置の製造方法において、シンチレータ層と樹脂層との界面を拡大して表した概略断面図である。 第３の実施形態による放射線検出システムを説明する模式図である。

以下、本発明を適用した諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による放射線検出装置の構造を示す概略断面図であり、図３は第１の実施形態による放射線検出装置の構造を示す概略平面図である。

図１において、１はセンサパネルである。２はシンチレータ層、５は光反射層、６は光反射層保護層である。４はシンチレータ層２と光反射層５を接着する樹脂層であり、樹脂３０とシンチレータ３とを有して構成される。８はセンサ出力を読み出す配線部材、７は配線接続部、９は封止部材である。

図２は、第１の実施形態による放射線検出装置のセンサパネルの一例を示す概略断面図である。
図２（ａ）において、センサパネル１は、基板１０を含む。基板１０は、光電変換素子とＴＦＴ等のスイッチ素子を含む画素１２、配線１１を含む受光部１５が形成されるものである。基板１０の材料としてはガラス、耐熱性プラスチックなどを好適に用いることができる。光電変換素子１２は、シンチレータ層２によって放射線から変換された光を電荷に変換するものであり、例えば、アモルファスシリコンを用いることが可能である。光電変換素子１２の構成は特に限定されず、ＭＩＳ型センサ、ＰＩＮ型センサ、ＴＦＴ型センサ等適宜用いることができる。信号処理回路及びＴＦＴ駆動回路は、センサパネル１外に設けられ、電気的接続部１３、配線接続部７、配線部材８を介して接続される。保護層１４は受光部１５を被覆して保護するためのものであり、ＳｉＮ、ＳｉＯ₂等の無機膜が好ましい。

本実施形態では、図２（ａ）のように、基板１０上にセンサを形成するセンサパネル以外に、図２（ｂ）のセンサパネルも適用できる。これは、支持基板１０'と、光電変換素子が備えられた半導体基板１７とを、粘着材１６を介して貼り合わせることで、センサパネル１とするものである。

図１に戻り、柱状構造のシンチレータ層２は、放射線を光電変換素子で感知可能な波長の光に変換するものであり、柱状結晶構造のシンチレータを用いることがより好ましい。但し、柱状構造のシンチレータ層として柱状結晶構造のシンチレータ層以外のシンチレータ層を用いても良い。例えば、粒子状のシンチレータを用いて柱状構造としたシンチレータ層を用いてもよい。柱状結晶構造のシンチレータ層の材料としては、ハロゲン化アルカリを主成分とする材料が用いられる。例えば、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ、ＣｓＢｒ：Ｔｌ等が用いられる。その作製方法は、蒸着法が用いられ、例えばＣｓＩならば、センサパネル１の上に直接、ＣｓＩとＴｌＩを同時に蒸着することで形成できる。

樹脂層４は、樹脂３０と粒子状のシンチレータ３からなる。樹脂層４は、シンチレータ層２に対して、外部からの衝撃を防ぐ衝撃保護機能とを有する。更に樹脂層４は、外気からの水分侵入を防ぐ防湿機能と、シンチレータ層２と光反射層５とを接着する接着機能も持ってもよい。樹脂層４の厚さは２０μｍ〜２００μｍ程度が好ましい。２０μｍよりも薄いと、シンチレータ層２の表面の凹凸、及びスプラッシュ欠陥を完全に被覆することができず、防湿機能を有する場合には、防湿機能が低下する虞がある。また、接着機能を有する場合は、接着機能が低下し、シンチレータ層２と光反射層５との間で剥離が生じる虞も生じ得る。一方、２００μｍよりも厚いと、シンチレータ層２で発生した光若しくは光反射層５で反射された光の樹脂層４内での散乱が増加し、取得される画像の解像度が低下する虞がある。従って、樹脂層４を２０μｍ〜２００μｍ程度の厚みに形成することにより、十分な防湿機能を発揮し、優れた画像解像度を得ることができる。

樹脂層に用いられる樹脂３０としては、接着性を有するものが好ましい。具体的にはポリイミド系、エポキシ系、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリウレタン系、ポリアミド系等の樹脂などを用いることができ、特に水分透過率の低い樹脂が望ましい。また、これらの樹脂材料は単独でも混合物でも用いることができる。特に樹脂３０として、ホットメルト樹脂を用いても良い。

ホットメルト樹脂は、水や溶剤を含まない、常温で固体であり、１００％不揮発性の熱可塑材料からなる接着性樹脂と定義されるものである。ホットメルト樹脂は樹脂温度が上昇すると溶融し、樹脂温度が低下すると固化するものである。また、ホットメルト樹脂は加熱溶融状態で、他の有機材料、および無機材料に接着性をもち、常温では固体状態となり接着性を持たないものである。またホットメルト樹脂は極性溶媒、溶剤、及び水を含んでいないため、潮解性を有するシンチレータ（例えばハロゲン化アルカリからなる柱状結晶構造を有するシンチレータ層）に接触してもシンチレータを溶解しないため、シンチレータ保護層、樹脂層として使用され得る。ホットメルト樹脂は、熱可塑性樹脂を溶剤に溶かし溶媒塗布法によって形成された溶剤揮発硬化型の接着性樹脂とは異なる。またエポキシ等に代表される化学反応によって形成される化学反応型の接着性樹脂とも異なる。

樹脂層４は、それだけが個別に成膜されても良いし、あらかじめ光反射層５、光反射層保護層６と貼り合わせ、シート状にしたものを、シンチレータ層２上に貼り合わせても良い。

樹脂層４の中には粒子状のシンチレータ３が含まれている。粒子状のシンチレータ３の材料としては、シンチレータ層２に用いられるシンチレータ材料と同様のものでなくても良い。例えば、Ｇｄ₂Ｏ₂ＳにＴｂをドープした材料などを粒子として用いるのが好ましい。また、シンチレータ層２の材料と同様の材料で粒子状のものを用いても良い。樹脂層４内に含まれるシンチレータ３の量としては、衝撃吸収機能が十分に保たれる量が好ましい。更に、シンチレータ層２と光反射層５との接着機能、及び樹脂層４の防湿機能が十分に保たれる量が好ましい。具体的には体積密度１％〜７０％程度が良い。またシンチレータ３の粒子径は１μｍ〜３５μｍ程度とし、樹脂層４の膜厚より小さいものを用いることとする。

また、粒子状のシンチレータ３と樹脂３０とを含む樹脂層４を形成する方法としては、予め粒子状のシンチレータ３を中に分散させた樹脂３０を、例えばコーターやローラー等で成膜すれば良い。或いは、先に柱状構造のシンチレータ層２上、又は光反射層５上に粒子状のシンチレータ３を設置し、その上から樹脂３０を塗布することでも、樹脂層４を形成することができる。

このように本実施形態では、柱状構造のシンチレータ層２と光反射層５との間に配置される樹脂層４の中に粒子状のシンチレータ３を含有させることで、粒子状のシンチレータ３の発光により、センサパネル１へ到達する光量を向上させている。

光反射層５は、柱状構造のシンチレータ層２及び粒子状のシンチレータ３で変換されて発せられた光のうち、センサパネル１と反対側に進行した光を反射し、光検出パネル１へと導くことで、光利用効率を向上させるためのものである。光反射層５としては、Ａｌ、Ａｕ等の高反射金属薄膜、又は金属箔を用いることが好ましい。或いは、高反射プラスチック材料等を用いることが好ましい。厚みとしては、１μｍ〜１００μｍ程度が好ましい。１μｍよりも薄いと、光反射層５の形成時にピンホール欠陥が発生し易くなる。１００μｍよりも厚いと、放射線の吸収量が大きく被撮影者が被曝する線量の増加につながる虞がある。従って、光反射層５を１μｍ〜１００μｍ程度の厚みに形成することにより、光反射層５の形成時のピンホール欠陥の発生を抑止し、放射線の吸収量を抑えることができる。

光反射層保護層６は、光反射層５の衝撃による破壊、及び水分による腐食を防止する材料を用いるのが好ましい。材料としては、ポリエチレンテレフタラート、ポリカーボネート、塩化ビニル、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、などのフィルム材料を用いることが好ましい。光反射層保護層６の厚みとしては、１０μｍ〜１００μｍ程度が好ましい。

配線接続部７は、電気的接続部１３と配線部材８とを電気的に接続するための部材であり、異方導電性接着剤等により配線部材８と電気的に接続される。配線部材８は、光電変換素子２で変換された電気信号を読み出すためのＩＣ部品等を搭載した部材であり、いわゆるＴＣＰ（Tape Carrier Package）等が好適に用いられる。封止部材９は、配線部材８及び電気的接続部１３に対して、水分による腐食を防止する機能、衝撃による破壊を防止する機能、及び製造時に発生する受光部１５の破壊の原因となる静電気を防止する機能を有するものである。

本実施形態による放射線検出装置の製造方法について、図１及び図２を参照して説明する。この放射線検出装置の製造方法は、以下の工程Ｓ１〜工程Ｓ４を含む。

工程Ｓ１では、図１及び図２に示すように、入射する光を検出する光電変換素子１２を備えたセンサパネル１を準備する。工程Ｓ２では、図１に示すように、センサパネル１上に柱状構造のシンチレータ層２を形成する。柱状構造のシンチレータ層２の材料としては、ハロゲン化アルカリを主成分とする材料、例えば、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ、ＣｓＢｒ：Ｔｌ等を用い得る。例えばＣｓＩ：Ｔｌならば、蒸着法によってセンサパネル１の上に直接、ＣｓＩとＴｌＩを同時に蒸着することで形成する。ただし、工程Ｓ２において、ＣｓＩ：Ｔｌを蒸着してセンサパネル１上に直接形成することによってシンチレータ層２を形成するようにしても良い。

工程Ｓ３では、シンチレータ層２上に粒子状のシンチレータ３を含む樹脂層４を形成する。樹脂層４は、樹脂３０と粒子状のシンチレータ３とを含む。工程Ｓ３において、粒子状のシンチレータ３を含めたホットメルトを加熱して柱状構造のシンチレータ層２に接着して形成することで樹脂層４を形成するようにしても良い。また、工程Ｓ３において、樹脂層４に含まれる粒子状のシンチレータ３が、柱状構造のシンチレータ２の柱の間に配置されるように、粒子状のシンチレータ３を含む樹脂層４を形成するようにしても良い。また、工程Ｓ３において、柱状構造のシンチレータ層２の表面及び側面を覆うように、センサパネル１上に樹脂層４を密着させることで樹脂層４を形成するようにしても良い。

工程Ｓ２と工程Ｓ３は順不動である。即ち、工程Ｓ２の後に工程Ｓ３を行っても、工程Ｓ３の後に工程Ｓ２を行っても良い。

工程Ｓ４では、樹脂層４上に光反射層５を形成する。光反射層５としては、Ａｌ、Ａｕ等の高反射金属薄膜、又は金属箔、或いは高反射プラスチック材料等を用い、１μｍ〜１００μｍ程度の厚みに形成する。

本実施形態による放射線検出装置では、柱状構造のシンチレータ層２に加え、樹脂層４内に混入された粒子状のシンチレータ３も発光するため、全体としての光量が向上する。以上説明したように、本実施形態によれば、シンチレータ層と光反射層とを接着する樹脂層を設けるも、センサパネル全体の発光量を向上させることにより、センサパネルに到達する光量を大幅に向上させることが可能となる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、粒子状のシンチレータを含む樹脂層を形成する工程Ｓ３において、柱状構造のシンチレータ層２の平均柱径より小さい粒子状のシンチレータ３を用いて樹脂層４を形成する場合を例示する。ここで、柱状構造のシンチレータ層２の平均柱径は、柱状構造のシンチレータ層２の上方から柱状構造が５０〜１００個含まれるようにＳＥＭ写真をとり、そのＳＥＭ写真の画像から算出され得る。

図４は、第２の実施形態による放射線検出装置の製造方法において、柱状構造のシンチレータ層２と樹脂層４との界面を拡大して表した概略断面図である。柱状構造のシンチレータ層２の隣り合う柱状構造２ａ間には、微小な間隔が存在する。図４の場合、柱状構造２ａの柱径よりも、樹脂層４に含有される粒子状のシンチレータ３の粒子径の方が小さい。そのため、柱状構造２ａ間の間隔の上部にあたる樹脂層４内にも、粒子状のシンチレータ３が十分に存在する。そのため、柱状構造２ａ間を通過しようとする放射線を、より効率的に利用することができる。

（第３の実施形態）
図５は、本発明による放射線検出装置を備えた放射線検出システム（Ｘ線診断システム）への応用例を示した模式図である。

図５において、放射線源であるＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者或いは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、図１に示した放射線検出装置（イメージセンサ）６０４０に入射する。この入射したＸ線には、患者６０６１の体内部の情報が含まれている。イメージセンサ６０４０では、Ｘ線の入射に対応してシンチレータが発光し、これをセンサパネルの光電変換素子が光電変換して、電気的情報を得る。この情報はデジタル信号に変換され、信号処理手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され、制御室の表示手段となるディスプレイ６０８０で観察することができる。

また、この情報は、電話、ＬＡＮ、インターネット等のネットワーク６０９０等の伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなどの表示手段となるディスプレイ６０８１に表示若しくは光ディスク等の記録手段に保存することができる。遠隔地の医師が診断することも可能である。また、記録手段となるフィルムプロセッサ６１００によりフィルム６２１０に記録することもできる。

１：センサパネル
２：柱状構造のシンチレータ層
２ａ 柱状構造
３：粒子状のシンチレータ
３０：樹脂
４：樹脂層
５：光反射層
６：光反射層保護層
７：配線接続部
８：配線部材
９：封止部材
１０：基板
１１：配線
１２：画素
１３：取り出し配線
１４：保護層
１５：受光部
１６：粘着材
１７：半導体基板

Claims (10)

1. 入射する光を検出する光電変換素子を備えたセンサパネルを準備する工程と、
   前記センサパネルの上に柱状構造のシンチレータ層を形成する工程と、
   前記柱状構造のシンチレータ層の上に粒子状のシンチレータを含む樹脂層を形成する工程と、
   前記樹脂層の上に光反射層を形成する工程と
   を含むことを特徴とする検出装置の製造方法。
2. 前記粒子状のシンチレータを含む樹脂層を形成する工程は、前記粒子状のシンチレータを含めたホットメルトを加熱して前記柱状構造のシンチレータ層に接着して形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載の検出装置の製造方法。
3. 前記粒子状のシンチレータを含む樹脂層を形成する工程では、前記樹脂層に含まれる前記粒子状のシンチレータが、前記柱状構造のシンチレータ層の柱状構造のシンチレータの間に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の検出装置の製造方法。
4. 前記粒子状のシンチレータを含む樹脂層を形成する工程では、前記柱状構造のシンチレータ層の平均柱径より小さい前記粒子状のシンチレータを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の検出装置の製造方法。
5. 前記粒子状のシンチレータを含む樹脂層を形成する工程では、前記柱状構造のシンチレータ層の表面及び側面を覆うように前記センサパネルの上に前記樹脂層を密着させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の検出装置の製造方法。
6. 前記柱状構造のシンチレータ層を形成する工程では、ＣｓＩからなる前記柱状構造のシンチレータ層を前記センサパネルの上に直接、蒸着法で形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の検出装置の製造方法。
7. 入射する光を検出する光電変換素子を備えたセンサパネルと、
   前記センサパネルの上に配置された柱状構造のシンチレータ層と、
   前記柱状構造のシンチレータ層の上に配置された光反射層と
   前記柱状結晶構造のシンチレータ層と前記光反射層との間に配置された樹脂層と、
   を含み、
   前記樹脂層が、粒子状のシンチレータを含むことを特徴とする検出装置。
8. 前記粒子状のシンチレータは、前記柱状構造のシンチレータ層の平均柱径よりも小さいことを特徴とする請求項７に記載の検出装置。
9. 請求項７又は８に記載の検出装置と、
   前記検出装置からの信号を処理する信号処理手段と、
   前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、
   前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
   前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、
   と
   を含むことを特徴とする放射線検出システム。
10. 前記放射線を発生させるための放射線源を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の放射線検出システム。

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