JP2014238271A - 放射線検出器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】防湿構造の信頼性を維持しつつ、放射線検出器を小型化する。
【解決手段】放射線検出器１１に、アレイ基板１２とシンチレータ層１３と防湿体１５と接着層９０とを備える。アレイ基板１２は、ガラス基板１６上に光電変換素子を二次元配列したものである。シンチレータ層１３は、アレイ基板１２の光電変換素子が配列された領域を覆い、放射線を蛍光に変換する。防湿体１５は、シンチレータ層１３を覆う成形体であって、アレイ基板１２のシンチレータ層１３を囲む部分に対向する鍔部５０を備える。接着層９０は、防湿体と前記アレイ基板とを接着させる。接着層９０は、鍔部５０とアレイ基板１２との間の対向接着部９１およびその対向接着部９１から鍔部５０の外縁から外側にはみ出す領域でアレイ基板１２から鍔部５０よりも高く突出する食み出し部９２を有する。
【選択図】図７

Description

実施形態は、概して、放射線検出器およ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。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。

シンチレータ層の材料としては、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（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ）などが用いられる。シンチレータ層は、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る。

シンチレータ層の上面には、蛍光の利用効率を高めて感度特性を改善するために、反射膜を形成する場合がある。すなわち、シンチレータ層で発光した蛍光のうち光電変換素子の反対側に向かう蛍光を反射膜で反射させて、光電変換素子側に到達する蛍光を増大させる。

反射膜は、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、ＴｉＯ_２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膜を塗布形成する方法などで形成される。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。

シンチレータ層や反射層（あるいは反射板など）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、検出器を実用的な製品とする上で重要な構成要素である。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。

防湿構造としては、ポリパラキシリレン（以降は略してパリレンと記載）のＣＶＤ膜を用いる方法、あるいは、シンチレータの周囲を包囲部材で囲って防湿層との組み合わせで封止する構造などがある。更に高い防湿性能を得られる構造として、防湿性能の優れたアルミニウム箔などを、シンチレータ層を包含するハット状に加工して、その鍔部を基板と接着シールする構造などが知られている。この防湿構造で、接着層に無機フィラーを添加したシール材を用いた場合には、更に優れた防湿性能を得ることも可能である。

米国特許６２６２４２２号明細書 特開平５−２４２８４７号公報 特許第４７６４４０７号公報 特開２００９−１２８０２３号公報 特開２０１２−０３７４５４号公報

シンチレータ層を包含するハット形状などの防湿体を用いて、防湿体の鍔部と基板とを接着封止する防湿構造は、高い防湿性能を確保する事が可能な点では他の方法に比べ格段に優位である。この防湿構造において、ハット形状などの防湿体の鍔部と基板との封止性を十分安定に確保し、かつ高い信頼性を担保するためには、防湿体の鍔部と基板との間に介在させる接着剤の塗布量を十分に大きくすることと、加えて鍔部と基板とを密着させるための加圧力を十分に大きくすることが重要である。

しかしながら、このような２つの条件を満足すると、必然的に接着剤が防湿体の鍔部から食み出して、鍔部の周辺の基板上に余剰な接着層の食み出し（広がり）を形成することになる。この接着層の食み出しが、防湿構造の周辺部の基板上に形成されている電極接続用タブパッド（ＴＡＢ Ｐａｄ）部などまで到達すると、パッド部へのＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）の接続ができなくなる。

このような不具合を避けるためには、防湿体の鍔部の外側端と電極接続用（ＴＡＢなど）のＰａｄとの間に一定以上の間隔を設ける必要があった。防湿体と基板との貼り合せの位置ズレ（例えば±１ｍｍ程度）と、接着剤の食み出し幅（たとえば最大３ｍｍ程度）とを考慮して、防湿体のつば部外側端と電極接続用（ＴＡＢなど）のＰａｄ部の間隔を、例えば４ｍｍ以上確保する設計が必要である。電極接続用（ＴＡＢなど）のＰａｄ部が信号ライン側（一般にはＸ−ＴＡＢ）と制御ライン側（一般にＹ−ＴＡＢ）でそれぞれ両側にある場合には、たとえば縦横それぞれ８ｍｍの寸法が、このために必要となる。

このような防湿体周辺部に要する寸法は、同じ有効画素エリアやその上に形成されるシンチレータ層のエリア寸法に対して放射線検出器としての外形寸法を増大させ、放射線検出器としてのコンパクト設計を阻害することになる。また、放射線検出器の全体寸法が余分に大きくなることは、検出器の重量も余分に増大させる。特に軽量化とコンパクト設計を要望される可搬型（ポータブル）の放射線検出器などにおいては、重大なデメリットとなる。

接着層の食み出しを抑えるために接着剤の塗布量を減らしたり、加圧密着力を弱めたりする手段が考えられるが、その場合には、防湿体の鍔部と基板との接着封止が不充分となり易く、高温高湿試や冷熱環境における接着部の信頼性に問題を生じ易い。

そこで、実施形態は、防湿構造の信頼性を維持しつつ、放射線検出器を小型化することを目的とする。

上述の目的を達成するため、実施形態によれば、放射線検出器の製造方法において、基板上に光電変換素子を二次元配列したアレイ基板を形成するアレイ基板形成工程と、前記アレイ基板の前記光電変換素子が配列された領域を覆い放射線を蛍光に変換するシンチレータ層を形成するシンチレータ層形成工程と、金属を成形して前記アレイ基板の前記シンチレータ層を囲む部分に対向する接着面を備えた防湿体を形成する防湿体形成工程と、接着剤が前記鍔部と前記アレイ基板との間の対向接着部およびその対向接着部から前記鍔部の外縁から外側にはみ出す領域で前記アレイ基板から前記鍔部よりも高く突出する食み出し部を形成するように、前記鍔部の前記対向接着部の反対側の面に対向する加圧面が形成された額縁部を持つ加圧治具で前記鍔部を加圧して前記防湿体と前記アレイ基板とを接着させる接着工程と、を具備することを特徴とする。

また、実施形態によれば、放射線検出器において、基板上に光電変換素子を二次元配列したアレイ基板と、前記アレイ基板の前記光電変換素子が配列された領域を覆い放射線を蛍光に変換するシンチレータ層と、前記シンチレータ層を覆う金属の成形体であって前記アレイ基板の前記シンチレータ層を囲む部分に対向する鍔部を備えた防湿体と、前記鍔部と前記アレイ基板との間の対向接着部およびその対向接着部から前記鍔部の外縁から外側にはみ出す領域で前記アレイ基板から前記鍔部よりも高く突出する食み出し部を有して前記防湿体と前記アレイ基板とを接着させる接着層と、を具備することを特徴とする。

一実施形態による放射線検出装置の模式的斜視図である。 一実施形態による放射線検出器のアレイ基板の回路図である。 一実施形態による放射線検出装置のブロック図である。 一実施形態による放射線検出器の断面の一部拡大断面図である。 一実施形態による放射線検出器の上面図である。 一実施形態による放射線検出器の側面図である。 一実施形態による放射線検出器の外周部近傍の拡大断面図である。 一実施形態の変形例による放射線検出器の外周部近傍の拡大断面図である。 一実施形態による防湿体とアレイ基板との接着時の模式的断面図である。 一実施形態において接着剤の塗布量と加圧力を変えた場合における防湿体の鍔部外側への接着層の食み出し幅の試作評価結果を示すグラフである。 一実施形態において接着剤の塗布量と加圧力を変えた場合における防湿体の鍔部外側への接着剤の食み出し高さの試作評価結果を示すグラフである。 比較例における防湿体とアレイ基板との接着時の模式的断面図である。 一実施形態の比較例において接着剤の塗布量と加圧力を変えた場合における防湿体の鍔部外側への接着層の食み出し幅の試作評価結果を示すグラフである。 一実施形態の比較例において接着剤の塗布量と加圧力を変えた場合における防湿体の鍔部外側への接着剤の食み出し高さの試作評価結果を示すグラフである。 一実施形態および比較例における高温高湿試験および冷熱サイクル試験の評価サンプルの概要を示す表である。 一実施形態および比較例における高温高湿試験結果の表である。 一実施形態および比較例における高温高湿試験における解像度特性の試験結果を示すグラフである。 一実施形態および比較例における冷熱信頼性試験結果の表である。 一実施形態および比較例における冷熱信頼性試験での異常の発生の有無を示すグラフである。 一実施形態および変形例によるサンプルの接着層作成条件を示す表である。 一実施形態および変形例によるサンプルの高温高湿試験の結果を示す表である。 一実施形態および変形例によるサンプルの冷熱信頼性試験結果の表である。 一実施形態および変形例によるサンプルの高温高湿試験における解像度特性の試験結果を示すグラフである。 一実施形態および変形例によるサンプルの冷熱信頼性試験における異常の発生の有無を示すグラフである。

図１は、一実施形態による放射線検出装置の模式的斜視図である。図２は、本実施形態による放射線検出器のアレイ基板の回路図である。図３は、本実施形態による放射線検出装置のブロック図である。図４は、本実施形態による放射線検出器の断面の一部拡大断面図である。図５は、本実施形態による放射線検出器の上面図である。図６は、本実施形態による放射線検出器の側面図である。

本実施形態の放射線検出器１１は、放射線像であるＸ線画像を検出するＸ線平面センサであり、たとえば一般医療用途などに用いられる。放射線検出装置１０は、この放射線検出器１１と、支持板３１と、回路基板３０と、フレキシブル基板３２とを有している。放射線検出器１１は、アレイ基板１２とシンチレータ層１３とを有している。放射線検出器１１は、入射したＸ線を検出して蛍光に変換し、その蛍光を電気信号に変換する。放射線検出装置１０は、放射線検出器１１を駆動し、放射線検出器１１から出力された電気信号を画像情報として出力する。放射線検出装置１０が出力した画像情報は、外部のディスプレイなどに表示される。

アレイ基板１２は、蛍光を電気信号に変換する光電変換基板である。アレイ基板１２は、ガラス基板１６を有している。ガラス基板１６の表面には、複数の微細な画素２０が正方格子状に配列されている。画素２０は、たとえば対角線の長さが１３インチの長方形の画素領域（アクティブ領域）内に配列される。それぞれの画素２０は、薄膜トランジスタ２２とフォトダイオード２１とを有している。また、ガラス基板１６の表面には、画素２０が配列された正方格子の行に沿って制御ライン１８が各画素２０の間を延びている。さらに、ガラス基板１６の表面には、画素２０が配列された正方格子の列に沿って同数のデータライン１９が各画素２０の間を延びている。シンチレータ層１３は、アレイ基板１２の画素２０が配列された領域の表面に形成されている。

シンチレータ層１３は、たとえば１４×１７インチサイズのアレイ基板１２の表面に設けられ、Ｘ線が入射すると可視光領域の蛍光を発生する。発生した蛍光は、アレイ基板１２の表面に到達する。

シンチレータ層１３は、たと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）などを真空蒸着法で柱状構造に形成したものである。たとえば、シンチレータ層１３にはＣｓＩ：Ｔｌの蒸着膜を用い、その膜厚は約６００μｍである。ＣｓＩ：Ｔｌの柱状構造結晶の柱（ピラー）の太さは、最表面でたとえば８〜１２μｍ程度である。あるいは、酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ）蛍光体粒子をバインダ材と混合し、アレイ基板１２上に塗布して焼成および硬化し、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てシンチレータ層１３を形成してもよい。これらの柱間には、大気、あるいは酸化防止用の窒素（Ｎ_２）などの不活性ガスが封入され、あるいは真空状態としてもよい。

アレイ基板１２は、シンチレータ層１３で発生した蛍光を受光して電気信号を発生する。その結果、入射したＸ線によってシンチレータ層１３で発生した可視光像は、電気信号で表現された画像情報に変換される。

放射線検出器１１は、シンチレータ層１３が形成された面の反対側の面と支持板３１とが接触するように、支持板３１に支持されている。回路基板３０は、支持板３１の放射線検出器１１に対して反対側に配置されている。放射線検出器１１と回路基板３０との間は、フレキシブル基板３２で電気的に接続されている。

それぞれのフォトダイオード２１は、スイッチング素子である薄膜トランジスタ２２を介して制御ライン１８およびデータライン１９に接続されている。また、それぞれのフォトダイオード２１には、蓄積キャパシタ２７が並列に接続されている。蓄積キャパシタ２７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。なお、蓄積キャパシタ２７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。

フォトダイオード２１およびそれに並列に接続された蓄積キャパシタ２７は、薄膜トランジスタ２２のドレイン電極２５に接続されている。薄膜トランジスタ２２のゲート電極２３は、制御ライン１８に接続されている。薄膜トランジスタ２２のソース電極２４は、データライン１９に接続されている。

配列の同じ行に位置する画素２０の薄膜トランジスタ２２のゲート電極２３は、同一の制御ライン１８に接続されている。配列の同じ列に位置する画素２０の薄膜トランジスタ２２のソース電極２４は、同一のデータライン１９に接続されている。

同じ行の画素２０中の薄膜トランジスタ２２のゲート電極２３は、同じ制御ライン１８に接続されている。同じ列の画素２０中の薄膜トランジスタ２２のソース電極２４は、同じデータライン１９に接続されている。

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および放出させるスイッチング機能を担う。薄膜トランジスタ２２は、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。

なお、図１および図２において、画素は５行５列あるいは４行４列分しか記載していないが、実際にはもっと多く、解像度、撮像面積に応じて必要な画素が形成されている。

放射線検出装置１０は、放射線検出器１１と、ゲートドライバー３９と、行選択回路３５と、積分アンプ３３と、Ａ／Ｄ変換器３４と、並列／直列変換器３８と、画像合成回路３６とを有している。ゲートドライバー３９は、放射線検出器１１の各制御ライン１８に接続されている。ゲートドライバー３９は、各薄膜トランジスタ２２の動作状態、すなわちオンおよびオフを制御する。積分アンプ３３は、放射線検出器１１の各データライン１９に接続されている。

行選択回路３５は、ゲートドライバー３９に接続されている。並列／直列変換器３８は、積分アンプ３３に接続されている。Ａ／Ｄ変換器３４は、並列／直列変換器３８に接続されている。Ａ／Ｄ変換器３４は、画像合成回路３６に接続されている。

積分アンプ３３は、たとえば放射線検出器１１と回路基板３０とを接続するフレキシブル基板３２上に設けられている。その他の素子は、たとえば回路基板３０上に設けられている。

ゲートドライバー３９は行選択回路３５からの信号を受信して、各薄膜トランジスタ２２の動作状態、すなわちオンおよびオフを制御する。つまり、制御ライン１８の電圧を順番に変更していく。ゲートドライバー３９は、たとえばアレイ基板１２の表面の外周近傍に実装されている。行選択回路３５は、Ｘ線画像を走査する所定の行を選択するための信号をゲートドライバー３９へと送る。積分アンプ３３は、放射線検出パネルからデータライン１９を通じて出力される極めて微小な電荷信号を増幅し出力する。

アレイ基板１２の表面には、フォトダイオード２１および薄膜トランジスタ２２などの検出素子、並びに、制御ライン１８およびデータライン１９などの金属配線を覆う絶縁性の保護膜２８が形成されている。シンチレータ層１３は、保護膜２８の表面に、画素２０が配列された領域を覆うように形成されている。

シンチレータ層１３の表面には、反射膜１４が設けられている場合が多い。反射膜１４は、シンチレータ層１３で発生した蛍光のうちアレイ基板１２から遠ざかっていくものをアレイ基板１２側へ反射させる。これにより、フォトダイオード２１に到達する蛍光光量が増大する。

反射膜１４は、銀合金やアルミニウムなど蛍光反射率の高い金属をシンチレータ層上に成膜する方法で形成される。あるいは、アルミなどの金属表面を持つ反射板をシンチレータ層１３に密着させたもの、ＴｉＯ_２などの光散乱性物質とバインダ樹脂とから成る拡散反射性の反射膜１４を塗布形成してもよい。なお、反射膜１４は、放射線検出器１１に求められる解像度、輝度などの特性により、必ずしも必要ではない。

放射線検出器１１は防湿構造を備えている。この防湿構造は、シンチレータ層１３および反射膜１４を覆う防湿体１５を、アレイ基板１２の表面に接着封止して形成されている。

防湿体１５は、中央部が盛り上がったハット状に形成されている。防湿体１５の周辺部分は、平坦な帯状の鍔部５０となっている。鍔部５０は、アレイ基板１２の表面のシンチレータ層１３が形成された領域の外側を取り囲む帯状に形成される。鍔部５０の内側には、天板部５１が形成されている。天板部５１は、シンチレータ層１３よりも若干大きい平板状の部分である。鍔部５０と天板部５１との間には、斜面部５２が形成されている。

鍔部５０は、アレイ基板１２と対向している。鍔部５０とアレイ基板１２との間は接着されている。アレイ基板１２上に形成されたシンチレータ層１３および反射膜１４は、防湿体１５の天板部５１および斜面部５２で覆われている。防湿体１５は、シンチレータ層１３および反射膜１４を外気や湿度から保護する。

防湿体１５は、たとえばアルミニウムやアルミニウム合金の箔で形成されている。本実施例として防湿体１５は、０．１ｍｍのＡ１Ｎ３０−Ｏ材（純アルミニウム系材料のアニール材）により形成される。鍔部５０の幅は、たとえば２．５ｍｍである。

アレイ基板１２には、制御ライン１８およびデータライン１９のそれぞれの端部が露出したパッド２９が配列されて、端子群２６が形成されている。端子群２６は、アレイ基板１２の辺に沿って配列されている。制御ライン１８につながる端子群２６と、データライン１９につながる端子群２６は、異なる辺に沿って配列されている。これらの端子群２６は、フレキシブル基板３２を介して、回路基板３０と電気的に接続されている。

図７は、本実施形態による放射線検出器の外周部近傍の拡大断面図である。

アレイ基板１２の中央部のＸ線画像を取得するアクティブエリアから、基板周辺部に配列されたパッド２９までのそれぞれには、リード配線６２が延びている。アレイ基板１２の最表層には保護膜２８として、０．２〜０．３μｍ程度の無機膜と２μｍ程度の有機膜が形成されている。リード配線としては、ＴＦＴ駆動のための制御ライン１８、Ｘ線画像に対応する電荷を読み出すデータライン１９、および、フォトダイオード２１を動作させるためのバイアス電圧を加えるためのバイアス線がある。

防湿体１５とアレイ基板１２とは、接着層９０によって接着されている。接着層９０は、対向接着部９１と食み出し部９２とを有する。対向接着部９１は、鍔部５０とアレイ基板１２との間に形成されている。食み出し部９２は、鍔部５０の外縁から外側、すなわち、鍔部５０の外縁からアレイ基板１２の外縁に向かう方向に食み出した部分である。接着層９０の食み出し部９２は、アレイ基板１２の表面から突出している。食み出し部９２の突出高さは、本例の場合には少なくとも鍔部５０のアレイ基板１２に対向する面よりも高い。

図８は、本実施形態の変形例による放射線検出器の外周部近傍の拡大断面図である。

この変形例では、食み出し部９２は、鍔部５０の対向接着部９１とは反対側の面にまで回り込んでいる。つまり、鍔部５０の外縁近傍は、対向接着部９１と回り込み部９３で挟まれている。

次に、この放射線検出器の製造方法について説明する。

まず、ガラス基板１６上に画素２０、制御ライン１８、データライン１９などを形成してアレイ基板１２を製造する。次に、アレイ基板１２の表面にシンチレータ層１３を形成する。また、アルミニウムやアルミニウム合金の箔をプレス成型して、防湿体１５を得ておく。次に、防湿体１５をアレイ基板１２に接着する。

図９は、本実施形態による防湿体とアレイ基板との接着時の模式的断面図である。

防湿体１５とアレイ基板１２との接着時には、接着トレイ（加圧治具）８０を用いる。接着トレイ８０は、周囲に鍔部５０が載置される額縁部８１が形成されている。額縁部８１よりも内側には、窪み部８２が形成されている。防湿体１５は、額縁部８１の上に鍔部５０が載置され、窪み部８２に天板部５１および斜面部５２が配置された状態で、接着トレイ８０に載せられる。

額縁部８１の幅は、鍔部５０の幅とほぼ同じである。また、窪み部８２の大きさは、天板部５１および斜面部５２の大きさとほぼ同じである。このため、接着トレイ８０に載せられた防湿体１５の外周は、接着トレイ８０の外周にほぼ重なるように配置される。鍔部５０および額縁部８１の幅は、たとえばいずれも２．５ｍｍである。防湿体１５の寸法の誤差を考慮して、額縁部の幅を防湿体の鍔の幅より若干狭くまたは広くしてもよい。

接着トレイ８０に載せられた防湿体１５の鍔部５０のアレイ基板１２に対向する面には、接着剤９４が塗布されている。接着剤９４は、たとえばディスペンサーによって鍔部５０の幅よりも細い帯状に全周にわたって塗布される。接着剤９４は、防湿体１５が接着トレイ８０に載せられた状態で塗布されてもよいし、接着剤９４を塗布した防湿体１５を接着トレイに載せてもよい。

接着剤９４が鍔部５０に塗布された状態で、接着トレイ８０をアレイ基板１２側に押し付けることによって、鍔部５０をアレイ基板１２に向かって加圧する。接着剤９４の塗布量は、鍔部５０をアレイ基板１２に所定の圧力で押し付けた際に、接着剤９４が鍔部５０の外縁からはみ出す程度としておく。接着剤９４を介して鍔部５０をアレイ基板１２に取り付けた後、接着剤９４を硬化させる。

防湿体１５のアレイ基板１２への加圧の際、鍔部５０よりも外側の領域では、少なくとも鍔部５０の近傍以外には額縁部８１が存在しない。つまり、防湿体１５の鍔部５０の外縁より外側には、接着剤９４の流動を抑制する構造がない。その結果、鍔部５０をアレイ基板１２に向かって加圧した際に鍔部５０の外縁から食み出した接着剤９４は、接着トレイ８０の側面（縁面）に沿って広がる。したがって、接着層９０の食み出し部のアレイ基板１２の表面方向外側への広がりは小さく抑えられ、代わりに高さ方向に凸形状に形成される。特に、防湿体１５を鉛直下方から鉛直上方に向かってアレイ基板１２に加圧する場合、すなわち、食み出した接着剤９４が重力によって接着トレイ８０の側面に沿って垂れていく場合には、接着剤９４の食み出し部分の表面方向外側への広がりはよりいっそう抑制される。

このように防湿構造を形成して放射線検出器１１が完成した後、データライン１９のパッド２９への信号処理回路の配線の接続、制御ライン１８のパッド２９への制御回路の配線の接続、その他の実装工程、および光電変換素子やＰａｄの接続異常有無を確認する電気試験、筐体への組立、Ｘ線画像試験などを経て、放射線検出装置１０が完成する。

次に、本実施形態の放射線検出器１１を試作した例について説明する。

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程度のものを用いた。シンチレータ層１３は、１４×１７インチサイズ相当の基板上にＣｓＩ：Ｔｌ膜（６００μｍｔ）を真空蒸着法で形成した。反射膜１４は、ＴｉＯ_２のサブミクロン粉体とバインダ樹脂およ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０．１ｍｍのＡＬ箔を、周辺部に２．５ｍｍ幅のつば部を持つ構造にプレス成形してハット形状とした。ディスペンサー装置により、ハット状の防湿体１５の鍔部５０に接着剤９４を塗布し、シンチレータ膜１３および反射膜１４の形成された基板と貼り合わせた。接着剤９４は、エポキシ系の材質の加熱硬化型、紫外線硬化型の両方で作成した。接着剤９４の比重は約１．４ｇ／ｃｃである。ハット状防湿体１５の鍔部５０への接着剤９４の塗布量は、０．４ｍｇ／ｍｍ、０．６ｍｇ／ｍｍ、０．８ｍｇ／ｍｍ、１．２ｍｇ／ｍｍ、１．６ｍｇ／ｍｍ、の５水準で試作した。

この試作において、防湿体１５の鍔部５０とアレイ基板１２との接着には、第９図に示す接着トレイ８０を用いた。この接着トレイ８０は、貼り合せの際に加圧される額縁部８１の幅が、防湿体１５の鍔部５０の幅にほぼ合わせて２．５ｍｍで作成している。貼り合せの際の位置ズレを考慮して、額縁の幅に多少、たとえば０．１〜０．５ｍｍのマージンを持たせ、少し幅広の額縁、たとえば幅が２．６〜３．０ｍｍ、としてもよい。

接着時の加圧条件は、防湿体１５の鍔部５０の単位面積当りで、０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２、１．０ｋｇｆ／ｃｍ^２、１．５ｋｇｆ／ｃｍ^２、２．０ｋｇｆ／ｃｍ^２、２．５ｋｇｆ／ｃｍ^２の５水準とした。

接着剤９４の粘度と塗布量、および貼り合せ時の加圧力とにより接着層の潰れ方、したがって接着層の厚みや食み出しの量が決まる。必要な接着層の厚みや、可能な製造条件（塗布量や加圧力）などによって、好適な粘度の接着剤を選定する必要がある。紫外線硬化型の接着剤を用いた場合には、その粘度にもよるが、接着剤塗布後で密着させる前に予め紫外線を少量照射して、接着剤の硬度を一定量高めてから貼り合せする事も可能である。この試作に用いた接着剤の粘度は、約４００Ｐａ・ｓｅｃで、かなり高粘度のものである。

図１０は、本実施形態において接着剤の塗布量と加圧力を変えた場合における防湿体の鍔部外側への接着層の食み出し幅の試作評価結果を示すグラフである。図１１は、本実施形態において接着剤の塗布量と加圧力を変えた場合における防湿体の鍔部外側への接着剤の食み出し高さの試作評価結果を示すグラフである。

本実施形態では、防湿体の鍔部５０の外側に接着剤９４の流動を抑制する構造が無いために、接着剤９４が硬化して形成された接着層９０の食み出し部９２は接着トレイ８０の側面（縁面）に沿って広がる。この結果、接着層９０の食み出し部９２は、平面方向外側への広がりが小さく抑えられ、代わって高さ方向に凸形状に形成される。

接着層９０の食み出し部９２の食み出し幅は、塗布量および加圧力が大きくなるにしたがって大きくなる。しかし、加圧力がおよそ１．０ｋｇｆ／ｃｍ^２を超えると加圧力の増加に伴う食み出し幅の増加は飽和し、ほぼ一定となる。また、接着層９０の食み出し部９２の食み出し高さは、塗布量および加圧力が大きくなるにしたがって大きくなる。しかし、加圧力がおよそ１．０ｋｇｆ／ｃｍ^２を超えると加圧力の増加に伴う食み出し高さの増加は飽和し、ほぼ一定となる。

比較のため、額縁部が広い接着トレイを用いた試作も行った。

図１２は、比較例における防湿体とアレイ基板との接着時の模式的断面図である。

この比較例において、接着トレイ８４の額縁部８５の幅が、防湿体１５の鍔部５０の幅に比べて十分に広い。この比較例では、接着トレイ８４の額縁幅は２０ｍｍである。この接着トレイ８４の窪み部８６の大きさは、実施形態の接着トレイ８０の窪み部８２の大きさと同じとした。

図１３は、本実施形態の比較例において接着剤の塗布量と加圧力を変えた場合における防湿体の鍔部外側への接着層の食み出し幅の試作評価結果を示すグラフである。図１４は、本実施形態の比較例において接着剤の塗布量と加圧力を変えた場合における防湿体の鍔部外側への接着剤の食み出し高さの試作評価結果を示すグラフである。

この比較例では、防湿体１５の鍔部５０の外側に接着剤９４の高さ方向への流動を抑制する接着トレイ８４の額縁部８５が存在する。このため、接着剤９４の食み出し部は基板の外側方向に広がる。しかも、アレイ基板１２と接着トレイ８４の額縁部８５との隙間は、高々、防湿体１５の鍔部５０の厚みの程度（本比較例では０．１ｍｍ）であり、少量の接着剤９４の食み出しでもアレイ基板１２の外側への広がりは大きくなってしまう。

このように本実施形態によれば、同一の接着剤塗布量と加圧条件でも、接着層９０の食み出し部９２の幅が明らかに小さくなることが分かる。接着剤９４の塗布量と加圧条件の範囲が大きく変わっても、接着層９０の食み出し部９２の幅は大きくても高々１．５ｍｍ程度以内に収まっている。この結果から、本実施形態によれば、防湿体１５の接着層９０の外周から２〜３ｍｍあれば、その外側にパッド２９などを配するコンパクト設計が実現可能となる。

一方、接着トレイ８４の額縁部８５を広くした比較例では、接着剤９４の塗布量と加圧の条件によっては、今回の検討範囲でも１０ｍｍを超える接着剤の食み出しを生じている。接着剤９４の塗布量が増えて、加圧力が大きくなる方向では、接着層の食み出し部の最大高さはそれほど変わらず、接着層の食み出し部の幅が顕著に大きくなってしまうことが分かる。したがって、接着層の幅を適正に確保して、かつ周囲のパッド部などにシール材の食み出しが達しないように抑えるためには、条件の制御が極めて難しくなる。前後左右でこのように接着層の食み出し部の幅に差異が生じると、有効画素エリアの外側に確保すべき寸法には、１０ｍｍ以上も差が生じる。つまり、本実施形態のように、防湿体の鍔部５０の外側に接着剤９４の流動を抑制する構造をなくすことは、放射線検出器１１のコンパクト設計に対して明らかに優位である。

本実施形態と比較例とで防湿構造の信頼性を調べるために、高温高湿試験および冷熱サイクル試験を行った。これらの試験は、防湿構造まで形成したパネル状態で行った。なお、高温高湿試験や冷熱サイクル試験は、筐体に組み込まれた製品としての状態で最終的には確認されるが、防湿構造まで形成したパネル状態で試験する結果と基本的には同等である。

図１５は、本実施形態および比較例における高温高湿試験および冷熱サイクル試験の評価サンプルの概要を示す表である。

これらの信頼性試験用の評価サンプルは、光電変換素子やＴＦＴからなる画素パターンを形成していない無地のダミーパネルを用いて作成した。ガラス基板と最上層の保護膜は、実基板相当であり、その他の膜とパターニングは無しとした。これは、防湿構造まで形成したパネル単独で輝度や解像度の特性を測定するのに適しているからである。また、本実施形態による接着構造部の防湿信頼性や冷熱信頼性に関しては、ダミーパネルでの試作評価は実基板と同等の評価が可能と考えられる。

図１６は、本実施形態および比較例における高温高湿試験結果の表である。図１７は、本実施形態および比較例における高温高湿試験における解像度特性の試験結果を示すグラフである。

高温高湿での信頼性は、シンチレータ層と反射膜によって得られる輝度と解像度特性が、６０℃−９０％ＲＨ環境下の保管時間によりどのように劣化するかを追跡することにより評価した。第１６図は、特に湿度に対してより敏感な解像度特性の評価結果を示している。解像度特性は、解像度チャートをサンプルの表面側に配し、ＲＱＡ−５相当のＸ線を照射して裏面側から２Ｌｐ／ｍｍのＣＴＦ（Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を測定する方法で実施した。初期状態のＣＴＦを１００％として、６０℃−９０％ＲＨの保管時間に対する維持率（％）を示している。

図１５の表との対比で分かる様に、接着層の食み出しがあるサンプルは、食み出しの無いサンプルに比較して、高温高湿の解像度維持率が良好であることが分かる。また、狭額縁の接着トレイで作成して接着層外側のはみだし幅が小さく食み出し高さの大きいサンプルと、広額縁の接着トレイで作成して接着層外側のはみだし幅が大きく食み出し高さの小さいサンプルとで、特に差異は見られない。この特徴は、接着層９０の防湿体１５の鍔部５０の外に食み出している部分は防湿性能には特に影響を及ぼさず、防湿体１５の鍔部５０とアレイ基板１２との間に形成される部分で防湿性能が律せられているためと考えられる。

図１８は、本実施形態および比較例における冷熱信頼性試験結果の表である。図１９は、本実施形態および比較例における冷熱信頼性試験での異常の発生の有無を示すグラフである。

冷熱信頼性試験は、（−２０℃×１ｈ）→（室温×３０分）→（６０℃×１ｈ）→（（室温×３０分）の温度条件で、サイクル数は最大１００サイクルまで実施した。途中の１０サイクル毎のラップで、夫々のサンプルに対して接着層の箇所の剥れや破壊などの異常が生じていないかを確認した。図１８において、縦軸はこれらの異常が生じていないサンプルすなわち封止状態が維持されているサンプルの枚数である。

図１５の表との対比で分かる様に、接着層９０の食み出しがあるサンプルは、食み出しの無いサンプルに比較して冷熱試験で接着層の剥れや破壊が生じ難いことが分かる。また、狭額縁の接着トレイ８０で作成して接着層外側のはみだし幅が小さく食み出し高さの大きいサンプルと、広額縁の接着トレイ８４で作成して接着層外側の食み出し幅が大きく食み出し高さの小さいサンプルとでは、特に差異は見られない。この特徴は、接着層９０の防湿体１５の鍔部５０の外に食み出している部分は、冷熱温度変化に対する接着層の密着度や強度に特に影響を及ぼさず、防湿体１５の鍔部５０とアレイ基板１２との間に形成される部分で密着度や冷熱ストレスに対する強度が律せられているためと考えられる。

防湿体１５の鍔部５０を加圧する接着トレイの額縁部を、その側面が防湿体１５の鍔部部外縁より内側になるようにした場合、接着層９０の近傍は図８に示すような形状となる。接着剤が防湿体１５の鍔部５０から外側に十分にはみ出す条件にすると、接着層９０は防湿体１５の鍔部５０の、アレイ基板１２に対向する面の反対側の面まで回りこんでいる。

本実施形態の変形例による接着層が防湿体の鍔部のアレイ基板に対向する面の反対側の面まで回りこんでいるサンプルおよびこれの比較例に対して信頼性試験を行った。

図２０は、本実施形態および変形例によるサンプルの接着層作成条件を示す表である。図２１は、本実施形態および変形例によるサンプルの高温高湿試験の結果を示す表である。図２２は、本実施形態および変形例によるサンプルの冷熱信頼性試験結果の表である。図２３は、本実施形態および変形例によるサンプルの高温高湿試験における解像度特性の試験結果を示すグラフである。図２４は、本実施形態および変形例によるサンプルの冷熱信頼性試験における異常の発生の有無を示すグラフである。図２４において、縦軸は異常が生じていないサンプルすなわち封止状態が維持されているサンプルの枚数である。

鍔部５０の裏面に接着層９０の回り込みを有するサンプルでは、回り込みの無いサンプルに比較して、特に冷熱サイクル試験でより高い信頼性を確保できていることが分かる。その理由としては以下が考えられる。すなわち、アレイ基板１２と防湿体１５との熱膨脹差により防湿体１５の鍔部５０と接着層９０との間に、剥離方向の応力が加わる。しかし、防湿体１５の鍔部５０を裏面側からも接着層９０によって挟み込んでいる構造は、剥離応力に抗する作用をもたらしている可能性が推定される。

接着トレイ８０の額縁部８１および額縁部８１の側壁（縁面）部分には接着後に食み出した接着剤９４が付着し、接着トレイ８０から防湿体１５とアレイ基板１２を取り外す際の妨げとなる場合がある。そこで、接着剤９４の食み出しの可能性があるこれらの箇所に、予めポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））のテープなど接着剤の付着し難い材質で被覆しておくことが好ましい。または予め接着剤の付着し難い材質コーティング（被覆）しておくことが望ましい。

接着剤９４の材質により多少の違いがあるものの、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））、シリコーン樹脂、ポリプロピレン樹脂など、室温（２０〜２５℃）での表面エネルギーが概ね３０ｍＮ／ｍ以下の材質であれば、接着剤９４の食み出しが接着トレイ８０に強固に固着することを防ぎ、アレイ基板１２および防湿体１５を接着トレイ８４から取り外すのに特段の問題を生じないことが実験によって確かめられた。また、テープを貼る方法以外にも、テフロン（登録商標）やシリコーン樹脂を接着トレイ８４の当該箇所に予めコーティングすることも有効である。また、低表面エネルギーの油脂類などを接着トレイ８４の当該箇所に予め塗っておいて、食み出した接着剤９４の接着トレイ８０への付着を抑制することもできる。

防湿体１５とアレイ基板１２との貼り合せを、減圧雰囲気下で行うこともできる。減圧状態で貼り合せた場合には、防湿体１５はアレイ基板１２上の膜面、本実施形態ではシンチレータ層１３上の反射膜１４上に密着する。その結果、振動や衝撃があっても防湿体１５は膜面上で動くことなく、マイクロフォニックによる画像揺れなどの異常を生じ難くなる。また、防湿体１５の膜面への密着状態を観察することにより、防湿体内部の減圧状態を確認することができ、防湿体１５のピンホールや接着層９０の欠陥などのリーク部が無いかを判断することもできる。万が一リークを生じていた場合に、顧客への流出を避けることが可能となる。

防湿体１５とアレイ基板１２との貼り合せを減圧雰囲気下で行う場合には、接着後に周辺を大気圧に戻す際に、接着層９０の外側圧力（大気圧）と内側圧力との差異により、接着層９０が防湿体１５の内側に引き込まれる力を受ける。この現象によるリークなどの不具合を避けるために、大気圧に戻す前の減圧状態で、外圧に耐え得るような接着層９０の硬度、厚み、接着幅、アレイ基板１２と防湿体１５との密着力を確保しておく必要がある。

カチオン重合紫外線硬化型の接着剤を用いる場合、たとえば次のように作成することができる。防湿体１５の鍔部５０の幅を２．５ｍｍ、接着剤９４の塗布量を０．８ｍｇ／ｍｍとする。接着剤塗布後に３６５ｎｍの紫外線を８０ｍＪ／ｃｍ^２照射する。

その後、防湿体１５を載置した接着トレイ８０と、シンチレータ膜１３や反射膜１４を付けたアレイ基板１２とを真空チャンバー内に載置して、チャンバー内を０．１気圧に減圧した状態で防湿体１５とアレイ基板１２とを貼り合せる。その後、チャンバー内を大気圧に戻し、アレイ基板１２の裏面から紫外線を更に６Ｊ／ｃｍ^２程度照射し、接着剤９４の硬度を高めた。さらに、６０℃で３時間の加熱処理により、接着層９０の硬化を完了した。

アレイ基板１２に防湿体１５の鍔部５０を貼り合せる箇所には、画素エリアと、外部電気回路とのパッド２９とを結ぶリード配線６２が通っている。このため、アレイ基板１２の裏面から紫外線を照射する場合にはそのリード配線６２の部分は接着剤に紫外線が照射されない。すなわち硬化が行われないことになってしまう。

そこで、カチオン重合型の紫外線硬化接着剤を用いるとよい。カチオン重合型の紫外線接着剤は、紫外線照射部で生じる硬化反応が、紫外線照射後も継続し、また紫外線被照射部の周辺部にも伝播する特性を有する。この特徴により、たとえば５０μｍないし１００μｍ程度のリード配線６２の影になった部分の接着剤９４も、周辺の配線間の紫外線が照射された箇所の硬化反応が伝播し、更に加熱硬化時のこの硬化反応の伝播が促進されて、一定の硬度を獲得することが可能となる。この効果のために、紫外線硬化型接着剤の特長である粘度の安定性、長時間のポットライフ、取扱いの容易性などを生かしつつ、かつアレイ基板１２の裏面から紫外線照射により金属配線６２を有する領域へ接着層９０を形成することができる。

防湿体１５の材質を０．１ｍｍｔのアルミニウム箔としてきたが、材質はアルミニウムに限らず、アルミニウム合金や、樹脂と無機膜（Ａｌなどの軽金属やＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３などのセラミック系材質）の積層構造による低透湿防湿材なども使用できる。また厚みに関してもＸ線を不要に大きく吸収する様な極端な厚さでなく、またその剛性故に基板との接着後に不具合を生じることがなければその範囲は特に限定されるものではない。

また、図９において、接着トレイ８０の額縁部８１の側面（縁面）は加圧面に対して垂直としているが、側面（縁面）が曲面であったり、面取りされていたりしていてもよい。これらの側面形状に従って接着層９０の食み出し部９２の立ち上がり形状は異なるが、接着剤９４はいずれもアレイ基板１２の表面から上方に凸形状となるように流動し、アレイ基板１２の外側への広がりは抑制される。

このように本実施形態によれば、アレイ基板１２と防湿体１５の鍔部５０とを接着する接着層９０は、防湿体１５の鍔部５０とアレイ基板１２の表面との間の対向接着部９１に加え、鍔部５０より外側のアレイ基板１２表面上にも食み出して形成されている。また、接着層９０の鍔部５０より外側に食み出して形成される食み出し部９２は、上側に凸形状で、その最大高さが鍔部５０の上面の高さを超えている。このような放射線検出器１１は、シンチレータ層１３を包含する防湿体１５の鍔部５０とアレイ基板１２との間に接着剤９４を挟んで加圧して接着層９０を形成する際に、防湿体１５の鍔部５０の、アレイ基板１２に対向する面の裏面側に、額縁状の加圧面を有する接着トレイ８０を配し、かつ、接着トレイ８０の加圧面の外側側面（縁面）が、防湿体１５の鍔部５０の外縁の延長上か又はそれに近い位置にある。

このような放射線検出器およびその製造方法によれば、接着剤９４の量や貼り合せ時の加圧力などを調整して、ハット状防湿体の外側部分にまで確実に十分なシール材の食み出しを形成し、しかも、接着時に防湿体１５の鍔部５０を加圧する接着トレイ８０を特定の形状にする事により接着層９０の外側方向への広がりを最小限に抑えることができる。その結果、防湿体１５の鍔部５０とアレイ基板１２とが最大面積で密着して、高い防湿性能と、冷熱環境変化や高温高湿環境下での高い信頼性を確実に有することができる。また、防湿体１５の周辺に配置されるパッド２９などへの接着剤の広がりによって不具合が生じる可能性が低減される。つまり、防湿構造に関して高い信頼性を有し、かつコンパクト設計をも両立した放射線検出器を提供することができる。

本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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…放射線検出装置、１１…放射線検出器、１２…アレイ基板、１３…シンチレータ層、１４…反射膜、１５…防湿体、１６…ガラス基板、１８…制御ライン、１９…データライン、２０…画素、２１…フォトダイオード、２２…薄膜トランジスタ、２３…ゲート電極、２４…ソース電極、２５…ドレイン電極、２６…端子群、２７…蓄積キャパシタ、２８…保護膜、２９…パッド、３０…回路基板、３１…支持板、３２…フレキシブル基板、３３…積分アンプ、３４…Ａ／Ｄ変換器、３５…行選択回路、３６…画像合成回路、３８…並列／直列変換器、３９…ゲートドライバー、５０…鍔部、５１…天板部、５２…斜面部、６２…リード配線、８０…接着トレイ、８１…額縁部、８２…窪み部、８４…接着トレイ、８５…額縁部、８６…窪み部、９０…接着層、９１…対向接着部、９２…食み出し部、９３…回り込み部、９４…接着剤

Claims (8)

1. 基板上に光電変換素子を二次元配列したアレイ基板を形成するアレイ基板形成工程と、
   前記アレイ基板の前記光電変換素子が配列された領域を覆い放射線を蛍光に変換するシンチレータ層を形成するシンチレータ層形成工程と、
   前記アレイ基板の前記シンチレータ層を囲む部分に対向する接着面を備えた防湿体を形成する防湿体形成工程と、
   接着剤が前記鍔部と前記アレイ基板との間の対向接着部およびその対向接着部から前記鍔部の外縁から外側にはみ出す領域で前記アレイ基板から前記鍔部よりも高く突出する食み出し部を形成するように、前記鍔部の前記対向接着部の反対側の面に対向する加圧面が形成された額縁部を持つ加圧治具で前記鍔部を加圧して前記防湿体と前記アレイ基板とを接着させる接着工程と、
   を具備することを特徴とする放射線検出器の製造方法。
2. 前記額縁部の外縁は前記鍔部の外縁よりも内側に位置することを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器の製造方法。
3. 前記食み出し部は前記鍔部の前記対向接着部の反対側の面に回り込んで形成されることを特徴とする請求項２に記載の放射線検出器。
4. 前記接着工程では前記防湿体は鉛直下方から前記アレイ基板に向かって押し付けられ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項に記載の放射線検出器の製造方法。
5. 前記額縁部の前記接着剤に接する表面は室温での表面エネルギーが３０ｍＮ／ｍ以下の材料で被覆されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の放射線検出器の製造方法。
6. 前記接着工程は大気圧より低い減圧雰囲気下で行われることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の放射線検出器の製造方法。
7. 前記接着剤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であって、前記アレイ基板の回路配線を有する領域に配置され、前記アレイ基板の防湿体の反対側の面から照射された紫外線で硬化することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の放射線検出器の製造方法。
8. 基板上に光電変換素子を二次元配列したアレイ基板と、
   前記アレイ基板の前記光電変換素子が配列された領域を覆い放射線を蛍光に変換するシンチレータ層と、
   前記シンチレータ層を覆う成形体であって前記アレイ基板の前記シンチレータ層を囲む部分に対向する鍔部を備えた防湿体と、
   前記鍔部と前記アレイ基板との間の対向接着部およびその対向接着部から前記鍔部の外縁から外側にはみ出す領域で前記アレイ基板から前記鍔部よりも高く突出する食み出し部を有して前記防湿体と前記アレイ基板とを接着させる接着層と、
   を具備することを特徴とする放射線検出器。
   
   

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