JP2015090324A - 放射線検出装置、その製造方法及び放射線検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】放射線検出装置のセンサパネルを小型化するための技術を提供する。
【解決手段】放射線検出装置の製造方法は、光又は放射線を電荷に変換する変換素子を含む画素アレイと、画素アレイの外側に位置する土手部とを基板の上に形成する第１形成工程と、画素アレイを覆うセンサ保護層を形成する第２形成工程と有する。第２形成工程は、画素アレイと土手部との間の谷間にコーティング剤が入り込むようにコーティング剤を塗布する塗布工程を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は放射線検出装置、その製造方法及び放射線検出システムに関する。

特許文献１は、複数の光電変換部が２次元状に配されたセンサパネル及び放射線を光に変換するシンチレータ層を有する放射線検出装置を記載する。この放射線検出装置は、表面が平坦なセンサ保護層で画素アレイを覆い、その上にシンチレータ層を形成する。

特開２０００−１３１４４４公報

特許文献１では、スピンナを用いてセンサ保護層を形成する。しかし、スピンナによるセンサ保護層の形成は、材料の使用効率が低いことや、接続端子のマスク処理が必要になるといった課題がある。スピンナ以外にセンサ保護層を形成する方法として、スリットコータを用いて作成する方法がある。スリットコータを用いる方法では、スジ状に膜が形成されない欠陥等を防止するため、塗布開始部分のコーティング剤の液量を増やす手法がとられている。その結果、塗布開始部分ではセンサ保護層の表面が盛り上がる。この盛り上がった部分が画素アレイの外側になるようにセンサ保護層を形成するために、センサパネルの端部から画素アレイの端部までの距離を十分に大きくする必要があり、センサパネルが大型化してしまう。そこで、本発明は放射線検出装置のセンサパネルを小型化するための技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、一部の実施形態では、放射線検出装置の製造方法であって、光又は放射線を電荷に変換する変換素子を含む画素アレイと、前記画素アレイの外側に位置する土手部とを基板の上に形成する第１形成工程と、前記画素アレイを覆うセンサ保護層を形成する第２形成工程と有し、前記第２形成工程は、前記画素アレイと前記土手部との間の谷間にコーティング剤が入り込むように前記コーティング剤を塗布する塗布工程を含むことを特徴とする製造方法が提供される。他の一部の実施形態では、放射線検出装置であって、光又は放射線を電荷に変換する変換素子を含む画素アレイ及び前記画素アレイの外側に位置する土手部を有する基板と、前記画素アレイを覆うセンサ保護層とを備え、前記センサ保護層の端部は、前記画素アレイと前記土手部との間の谷間に入り込み、前記土手部によって堰き止められていることを特徴とする放射線検出装置が提供される。

上記手段により、放射線検出装置のセンサパネルを小型化するための技術が提供される。

一部の実施形態の放射線検出装置の模式平面図。 図１の放射線検出装置の模式断面図。 一部の実施形態の放射線検出装置の模式平面図。 図３の放射線検出装置の模式断面図。 一部の実施形態の放射線検出装置の模式断面図。 一部の実施形態の放射線検出システムの構成図。

添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。本明細書において、光は可視光及び赤外線を含み、放射線はＸ線、γ線、α線及びβ線を含む。

図１及び図２を参照して、一部の実施形態に係る放射線検出装置１００の構成を説明する。図１（ａ）は放射線検出装置１００全体の模式平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の領域１０１の拡大図である。図２は図１（ｂ）のＡ−Ａ’線模式断面図である。説明のために、図１（ｂ）ではセンサパネル１１０のみに着目し、他の構成要素を省略する。放射線検出装置１００は、センサパネル１１０、シンチレータ層２４０（図１では不図示）、駆動装置１２０及び読み出し装置１３０を有する。

センサパネル１１０は画素アレイ１１１を有し、画素アレイ１１１には複数の画素が２次元に配置されている。画素アレイ１１１は例えば２０００行２０００列の画素を有する。各画素は光電変換素子を有し、この光電変換素子はシンチレータ層２４０で放射線から変換された可視光を電荷に変換する。各画素はさらに、光電変換素子で変換された電荷を読み出すための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を有する。

センサパネル１１０の一部の辺（図１では左右の辺）に沿って複数の接続端子１１３ｄが配置されており、各接続端子１１３ｄは画素内のＴＦＴのゲート電極に電気的に接続される。接続端子１１３ｄは駆動回路接続部１２１を通じて外部の駆動装置１２０に接続される。駆動装置１２０は画素内のＴＦＴのオン・オフを制御する。

センサパネル１１０の一部の辺（図１では上下の辺）に沿って複数の接続端子１１３ｒが配置されており、各接続端子１１３ｒは画素内のＴＦＴの主電極（ソース又はドレイン）に電気的に接続される。接続端子１１３ｒは読み出し回路接続部１３１を通じて外部の読み出し装置１３０に接続される。読み出し装置１３０は画素内のＴＦＴからの信号を読み出す。

図２の模式断面図に示すように、センサパネル１１０は、絶縁基板２１４の上に、画素アレイ１１１と土手部１１２とを有する。画素アレイ１１１は、ＴＦＴ２１９と、ＴＦＴ２１９に電気的に接続された半導体層２１６ｇとを有する。半導体層２１６ｇは例えばアモルファスシリコンで形成される。半導体層２１６ｇは光電変換層として機能し、ＰＩＮ型の光電変換素子の一部を形成する。ＴＦＴ２１９と光電変換素子とは上下に重なって配置されており、これらの間は一部を除いて有機絶縁層２１５ｇによって分離される。また、半導体層２１６ｇの上には、電極層、有機絶縁層２１７ｇ及び電極層が順に配置されている。

画素アレイ１１１はセンサ保護層２１８によって全体的に覆われている。センサ保護層２１８は、画素アレイ１１１を物理的損傷から防ぐ。また、センサ保護層２１８は平坦化層としても機能し、センサ保護層２１８の上に更なる層を形成するのに役立つ。放射線検出装置１００では、センサ保護層２１８の上にシンチレータ層２４０が形成される。シンチレータ層２４０は画素アレイ１１１全体を覆う位置に配置される。

上述のように、放射線検出装置１００は、画素アレイ１１１の外側に土手部１１２を有する。画素アレイ１１１と土手部１１２との間には谷間２５０が形成される。この谷間２５０の絶縁基板２１４表面からの高さは、画素アレイ１１１の絶縁基板２１４表面からの高さよりも低く、土手部１１２の絶縁基板２１４表面からの高さよりも低い。センサ保護層２１８の端部はこの谷間２５０に入り込んでいる。また、センサ保護層２１８の端部は土手部１１２によって堰き止められている。

土手部１１２は画素アレイ１１１と同様の積層構造を有する。例えば、土手部１１２は、有機絶縁層２１５ｂ、半導体層２１６ｂ及び有機絶縁層２１７ｂを絶縁基板２１４に近い方から順に含む。

続いて、放射線検出装置１００の製造方法を説明する。まず、絶縁基板２１４の上に画素アレイ１１１を形成する。画素アレイ１１１は既存の方法で形成してもよいので、その詳細な説明は省略する。一部の実施形態では、画素アレイ１１１の形成と同時に、土手部１１２を形成する。例えば、画素アレイ１１１に有機絶縁層２１５ｇを形成するために有機絶縁膜を絶縁基板２１４の上に形成する工程において、土手部１１２が配置される部分にも有機絶縁膜を形成する。そして、有機絶縁膜に対してフォトリソグラフィー及びエッチングを行う際に、谷間２５０となるべき部分の有機絶縁膜を除去する。これによって、画素アレイ１１１の有機絶縁層２１５ｇが形成されるとともに、土手部１１２の有機絶縁層２１５ｂも形成される。半導体層２１６ｂや有機絶縁層２１７ｂも同様に、半導体層２１６ｇや有機絶縁層２１７ｇを形成する工程と同じ工程において形成できる。この方法では、土手部１１２を形成するために追加の工程を必要としない。

続いて、コーティング剤の使用効率が高く、マスク処理が不要なスリットコータを用いてセンサ保護層２１８を形成する。本実施形態では、谷間２５０の上から塗布を開始することによって谷間２５０の部分にコーティング剤が入り込むので、センサ保護層２１８の端部が盛り上がることを抑制でき、センサパネル１１０を小型化できる。

センサ保護層２１８を形成するためのコーティング剤として、例えば、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、パラキシリレンやアクリル等の有機物質を含む樹脂を用いうる。市販製品として、例えば東レ（株）製セミコファイン（ＬＰ−６２；通常粘度は６００〜１０００ｍＰａ・ｓ、固形分は１６．５〜１８．５％）を用いうる。

その後、センサ保護層２１８の上にシンチレータ層２４０を形成し、周辺装置を接続することによって、放射線検出装置１００が完成する。

放射線検出装置１００では、センサパネル１１０のすべての辺に沿って土手部１１２が形成されたが、一部の辺のみに土手部１１２が形成されてもよい。例えば、センサパネル１１０の２つの辺において外部回路が接続される場合に、残りの２辺のみに土手部１１２を形成してもよい。

また、上述の例では、谷間２５０となるべき部分から、有機絶縁層及び半導体膜をすべて除去したが、これらのうちの一部分が残っていてもよい。また、土手部１１２では、有機絶縁層及び半導体膜のすべてを残したが、これらのうちの一部分が除去されてもよい。

また、放射線検出装置１００では、光電変換素子と、シンチレータ層とを組み合わせた間接型の放射線検出装置を示したが、光電変換素子に代えて、放射線を直接電荷に変換するアモルファスセレン等の半導体層を電極間に挟んだ変換素子を用いてもよい。また、ＰＩＮ型の光電変換素子の代わりにＭＩＳ型の光電変換素子を用いてもよいし、他の構成を用いてもよい。更に、光電変換素子とＴＦＴとを上下に重ねるのではなく、これらを同一層に形成してもよい。

続いて、図３及び図４を参照して、一部の実施形態に係る放射線検出装置３００の構成を説明する。図３（ａ）は放射線検出装置３００全体の模式平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の領域３０１の拡大図である。図４は図３（ｂ）のＡ−Ａ’線模式断面図である。説明のために、図３（ｂ）ではセンサパネル１１０のみに着目し、他の構成要素を省略する。放射線検出装置３００は、センサパネル１１０が溝３０２を更に有する点で放射線検出装置１００とは異なり、他の点は同様である。

溝３０２は、画素アレイ１１１と土手部１１２との間に形成される。従って、溝３０２は谷間２５０の容積を増やすことができ、センサパネル１１０を更に小型化できる。絶縁基板２１４がガラスの場合に、溝３０２はケミカルエッチング加工等で形成できる。絶縁基板２１４がプラスチック等の樹脂の場合に、溝３０２はプレス加工や研削加工等で形成できる。溝３０２は画素アレイ１１１及び土手部１１２を形成する前に形成してもよいし、これらを形成した後に形成してもよい。図３では、土手部１１２に沿って溝３０２を配置したが、溝３０２はセンサパネル１１０の一部の辺だけに形成してもよい。

続いて、図５を参照して、一部の実施形態に係る放射線検出装置５００の構成を説明する。図５は図２に対応する図である。放射線検出装置５００全体の正面図は放射線検出装置１００のものと同様であるので、重複する説明を省略する。放射線検出装置５００は、土手部１１２の代わりに土手部５０１を有する点で放射線検出装置１００とは異なり、他の点は同様である。

土手部５０１は、絶縁基板２１４の上に画素アレイ１１１を形成した後に別途形成する。例えば、土手部５０１は、ディスペンサ等の塗布装置を用いて形成できる。土手部５０１の材料として、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル等の有機物質を含む樹脂が用いられ、例えば、熱硬化型やＵＶ硬化型のエポキシ系樹脂が用いられる。その後、前述と同様にしてセンサ保護層２１８を形成する。土手部５０１の絶縁基板２１４からの高さは、画素アレイ１１１の絶縁基板２１４からの高さと同程度であってもよい。また、放射線検出装置５００においても、図３及び図４に示した溝３０２を形成してもよい。上述の実施形態では、スリットコータを用いてセンサ保護層２１８を形成したが、スピンナーを用いてセンサ保護層２１８を形成してもよいし、他の方法でセンサ保護層２１８を形成してもよい。

図６は上述の実施形態の放射線検出装置のＸ線診断システム（放射線検出システム）への応用例を示した図である。Ｘ線チューブ６０５０（放射線源）で発生した放射線としてのＸ線６０６０は、被験者又は患者６０６１の胸部６０６２を透過し、上述の何れかの実施形態の放射線検出装置である検出装置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。Ｘ線の入射に対応してシンチレータは発光し、これを光電変換して、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部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部となるディスプレイ６０８０で観察できる。なお、放射線検出システムは、検出装置と、検出装置からの信号を処理する信号処理部とを少なくとも有する。

また、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理部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表示部となるディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等の記録部に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録部となるフィルムプロセッサ６１００により記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。

Claims (11)

1. 放射線検出装置の製造方法であって、
   光又は放射線を電荷に変換する変換素子を含む画素アレイと、前記画素アレイの外側に位置する土手部とを基板の上に形成する第１形成工程と、
   前記画素アレイを覆うセンサ保護層を形成する第２形成工程と有し、
   前記第２形成工程は、前記画素アレイと前記土手部との間の谷間にコーティング剤が入り込むように前記コーティング剤を塗布する塗布工程を含むことを特徴とする製造方法。
2. 前記塗布工程において、前記土手部によって前記コーティング剤が堰き止められることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記第１形成工程において、前記基板の上に膜を形成し、当該膜のうち前記谷間となるべき部分を除去することによって、前記画素アレイの一部の層と前記土手部の一部の層とが形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 前記画素アレイの一部の層は、半導体層と絶縁層との少なくとも何れかを含むことを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
5. 前記土手部は樹脂で形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
6. 前記基板のうち前記画素アレイと前記土手部との間となる位置に溝を形成する工程を更に有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の製造方法。
7. 前記第１形成工程において、外部の回路に接続するための接続端子を前記基板の上に更に形成し、
   前記土手部は前記画素アレイと前記接続端子の間に形成されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の製造方法。
8. 前記谷間の前記基板からの高さは、前記画素アレイの前記基板からの高さよりも低く、前記土手部の前記基板からの高さよりも低いことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の製造方法。
9. 前記塗布工程において、前記谷間の上から前記コーティング剤の塗布を開始することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の製造方法。
10. 放射線検出装置であって、
    光又は放射線を電荷に変換する変換素子を含む画素アレイ及び前記画素アレイの外側に位置する土手部を有する基板と、
    前記画素アレイを覆うセンサ保護層とを備え、
    前記センサ保護層の端部は、前記画素アレイと前記土手部との間の谷間に入り込み、前記土手部によって堰き止められていることを特徴とする放射線検出装置。
11. 請求項１０に記載の放射線検出装置と、
    前記放射線検出装置によって得られた信号を処理する信号処理手段と
    を備えることを特徴とする放射線検出システム。