JP2020169879A - 放射線検出モジュール、および放射線検出器 - Google Patents
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Abstract
【課題】放射線検出器の小型化を図ることができ、且つ、防湿性の向上を図ることができる放射線検出モジュール、および放射線検出器を提供することである。【解決手段】実施形態に係る放射線検出モジュールは、複数の光電変換部を有するアレイ基板と、前記複数の光電変換部の上に設けられたシンチレータと、熱可塑性樹脂を主成分として含み、前記シンチレータの周囲に設けられ、前記アレイ基板と前記シンチレータに接合された枠状の封止部と、前記シンチレータを覆い、周縁近傍が前記封止部の外面に接合された第1の防湿部と、少なくとも、前記第1の防湿部と前記封止部の界面の外周端、および前記封止部と前記アレイ基板の界面の外周端を覆い、ポリパラキシリレンを含む第2の防湿部と、を備えている。【選択図】図2
Description
本発明の実施形態は、放射線検出モジュール、および放射線検出器に関する。
放射線検出器の一例にX線検出器がある。X線検出器には、X線を蛍光に変換するシンチレータと、蛍光を電荷に変換するアレイ基板とが設けられている。また、蛍光の利用効率を高めて感度特性を改善するために、シンチレータの上に反射層をさらに設ける場合もある。
ここで、水蒸気などに起因する特性の劣化を抑制するために、シンチレータと反射層は、外部雰囲気から隔離する必要がある。例えば、シンチレータが、CsI(ヨウ化セシウム):Tl(タリウム)やCsI:Na(ナトリウム)などを含む場合には、水蒸気などによる特性劣化が大きくなるおそれがある。
ここで、水蒸気などに起因する特性の劣化を抑制するために、シンチレータと反射層は、外部雰囲気から隔離する必要がある。例えば、シンチレータが、CsI(ヨウ化セシウム):Tl(タリウム)やCsI:Na(ナトリウム)などを含む場合には、水蒸気などによる特性劣化が大きくなるおそれがある。
そのため、高い防湿性能が得られる構造として、シンチレータと反射層をアルミニウム箔などから形成されたハット形状の防湿部で覆い、防湿部のつば(鍔)部をアレイ基板に接着する技術が提案されている。
ところが、防湿部のつば部をアレイ基板に接着すると、シンチレータの周辺につば部を接着するためのスペースが必要となる。近年においてはX線検出器の小型化が望まれているが、ハット形状の防湿部とすると、X線検出器の小型化が図れなくなるおそれがある。
ところが、防湿部のつば部をアレイ基板に接着すると、シンチレータの周辺につば部を接着するためのスペースが必要となる。近年においてはX線検出器の小型化が望まれているが、ハット形状の防湿部とすると、X線検出器の小型化が図れなくなるおそれがある。
この場合、つば部を削除し、シンチレータまたは反射層の表面にシート状の防湿部を貼り付けることもできる。しかしながら、シート状の防湿部はアルミニウム箔などを含んでいるので、基板の表面に設けられた配線と、防湿部の周端面との間の距離を近づけすぎると、絶縁耐圧が低くなるおそれがある。
基板の表面と防湿部の周端面との間に隙間を設けると、シンチレータの側面が露出するので、樹脂から形成された封止部により隙間を埋めることも考えられる。しかしながら、封止部と基板との界面、および封止部とシート状の防湿部との界面にはリークパスが生じ易いという新たな課題が生じる。
そこで、X線検出器の小型化を図ることができ、且つ、防湿性の向上を図ることができる技術の開発が望まれていた。
そこで、X線検出器の小型化を図ることができ、且つ、防湿性の向上を図ることができる技術の開発が望まれていた。
本発明が解決しようとする課題は、放射線検出器の小型化を図ることができ、且つ、防湿性の向上を図ることができる放射線検出モジュール、および放射線検出器を提供することである。
実施形態に係る放射線検出モジュールは、複数の光電変換部を有するアレイ基板と、前記複数の光電変換部の上に設けられたシンチレータと、熱可塑性樹脂を主成分として含み、前記シンチレータの周囲に設けられ、前記アレイ基板と前記シンチレータに接合された枠状の封止部と、前記シンチレータを覆い、周縁近傍が前記封止部の外面に接合された第1の防湿部と、少なくとも、前記第1の防湿部と前記封止部の界面の外周端、および前記封止部と前記アレイ基板の界面の外周端を覆い、ポリパラキシリレンを含む第2の防湿部と、を備えている。
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
また、本発明の実施形態に係る放射線検出器は、X線のほかにもγ線などの各種放射線に適用させることができる。ここでは、一例として、放射線の中の代表的なものとしてX線に係る場合を例にとり説明をする。したがって、以下の実施形態の「X線」を「他の放射線」に置き換えることにより、他の放射線にも適用させることができる。
また、放射線検出器は、例えば、一般医療などに用いることができる。ただし、放射線検出器の用途は、一般医療に限定されるわけではない。
また、本発明の実施形態に係る放射線検出器は、X線のほかにもγ線などの各種放射線に適用させることができる。ここでは、一例として、放射線の中の代表的なものとしてX線に係る場合を例にとり説明をする。したがって、以下の実施形態の「X線」を「他の放射線」に置き換えることにより、他の放射線にも適用させることができる。
また、放射線検出器は、例えば、一般医療などに用いることができる。ただし、放射線検出器の用途は、一般医療に限定されるわけではない。
図1は、本実施の形態に係るX線検出器1およびX線検出モジュール10を例示するための模式斜視図である。
なお、煩雑となるのを避けるために、図1においては、保護層2f、反射層6、第1の防湿部7、封止部8、および第2の防湿部9などを省いて描いている。
図2は、X線検出モジュール10を例示するための模式断面図である。
図3は、X線検出器1のブロック図である。
なお、煩雑となるのを避けるために、図1においては、保護層2f、反射層6、第1の防湿部7、封止部8、および第2の防湿部9などを省いて描いている。
図2は、X線検出モジュール10を例示するための模式断面図である。
図3は、X線検出器1のブロック図である。
図1に示すように、X線検出器1には、X線検出モジュール10、および回路基板11を設けることができる。また、X線検出器1には、図示しない筐体を設けることができる。筐体の内部には、X線検出モジュール10、および回路基板11を設けることができる。例えば、筐体の内部に板状の支持板12を設け、支持板12のX線の入射側の面にはX線検出モジュール10を設け、支持板12のX線の入射側とは反対側の面には回路基板11を設けることができる。
図1および図2に示すように、X線検出モジュール10には、アレイ基板2、シンチレータ5、反射層6、第1の防湿部7、封止部8、および第2の防湿部9を設けることができる。
アレイ基板2は、基板2a、光電変換部2b、制御ライン(又はゲートライン)2c1、データライン(又はシグナルライン)2c2、配線パッド2d1、配線パッド2d2および保護層2fを有することができる。
なお、光電変換部2b、制御ライン2c1、およびデータライン2c2の数などは例示をしたものに限定されるわけではない。
なお、光電変換部2b、制御ライン2c1、およびデータライン2c2の数などは例示をしたものに限定されるわけではない。
基板2aは、板状を呈し、無アルカリガラスなどのガラスから形成することができる。基板2aの平面形状は、四角形とすることができる。基板2aの厚みは、例えば、0.7mm程度とすることができる。
光電変換部2bは、基板2aの一方の面側に複数設けることができる。光電変換部2bは、制御ライン2c1とデータライン2c2とにより画された領域に設けることができる。複数の光電変換部2bは、マトリクス状に並べることができる。なお、1つの光電変換部2bは、例えば、X線画像の1つの画素(pixel)に対応する。
光電変換部2bは、基板2aの一方の面側に複数設けることができる。光電変換部2bは、制御ライン2c1とデータライン2c2とにより画された領域に設けることができる。複数の光電変換部2bは、マトリクス状に並べることができる。なお、1つの光電変換部2bは、例えば、X線画像の1つの画素(pixel)に対応する。
複数の光電変換部2bのそれぞれには、光電変換素子2b1と、スイッチング素子である薄膜トランジスタ(TFT;Thin Film Transistor)2b2を設けることができる。また、光電変換素子2b1において変換した電荷を蓄積する図示しない蓄積キャパシタを設けることができる。蓄積キャパシタは、例えば、平板状を呈し、各薄膜トランジスタ2b2の下に設けることができる。ただし、光電変換素子2b1の容量によっては、光電変換素子2b1が蓄積キャパシタを兼ねることができる。
光電変換素子2b1は、例えば、フォトダイオードなどとすることができる。
薄膜トランジスタ2b2は、蓄積キャパシタへの電荷の蓄積および放出のスイッチングを行うことができる。薄膜トランジスタ2b2は、例えば、ゲート電極、ドレイン電極、およびソース電極を有している。薄膜トランジスタ2b2のゲート電極は、対応する制御ライン2c1と電気的に接続することができる。薄膜トランジスタ2b2のドレイン電極は、対応するデータライン2c2と電気的に接続することができる。薄膜トランジスタ2b2のソース電極は、対応する光電変換素子2b1と蓄積キャパシタとに電気的に接続することができる。また、光電変換素子2b1のアノード側と蓄積キャパシタは、グランドに電気的に接続することができる。なお、光電変換素子2b1のアノード側と蓄積キャパシタは、図示しないバイアスラインに電気的に接続することもできる。
薄膜トランジスタ2b2は、蓄積キャパシタへの電荷の蓄積および放出のスイッチングを行うことができる。薄膜トランジスタ2b2は、例えば、ゲート電極、ドレイン電極、およびソース電極を有している。薄膜トランジスタ2b2のゲート電極は、対応する制御ライン2c1と電気的に接続することができる。薄膜トランジスタ2b2のドレイン電極は、対応するデータライン2c2と電気的に接続することができる。薄膜トランジスタ2b2のソース電極は、対応する光電変換素子2b1と蓄積キャパシタとに電気的に接続することができる。また、光電変換素子2b1のアノード側と蓄積キャパシタは、グランドに電気的に接続することができる。なお、光電変換素子2b1のアノード側と蓄積キャパシタは、図示しないバイアスラインに電気的に接続することもできる。
制御ライン2c1は、所定の間隔をあけて互いに平行に複数設けることができる。制御ライン2c1は、例えば、行方向に延びるものとすることができる。1つの制御ライン2c1は、基板2aの周縁近傍に設けられた複数の配線パッド2d1のうちの1つと電気的に接続することができる。1つの配線パッド2d1には、フレキシブルプリント基板2e1に設けられた複数の配線のうちの1つを電気的に接続することができる。フレキシブルプリント基板2e1に設けられた複数の配線の他端は、回路基板11に設けられた読み出し回路11aとそれぞれ電気的に接続することができる。
データライン2c2は、所定の間隔をあけて互いに平行に複数設けることができる。データライン2c2は、例えば、行方向に直交する列方向に延びるものとすることができる。1つのデータライン2c2は、基板2aの周縁近傍に設けられた複数の配線パッド2d2のうちの1つと電気的に接続することができる。1つの配線パッド2d2には、フレキシブルプリント基板2e2に設けられた複数の配線のうちの1つを電気的に接続することができる。フレキシブルプリント基板2e2に設けられた複数の配線の他端は、回路基板11に設けられた信号検出回路11bとそれぞれ電気的に接続することができる。
制御ライン2c1、およびデータライン2c2は、例えば、アルミニウムやクロムなどの低抵抗金属を用いて形成することができる。
制御ライン2c1、およびデータライン2c2は、例えば、アルミニウムやクロムなどの低抵抗金属を用いて形成することができる。
保護層2fは、光電変換部2b、制御ライン2c1、およびデータライン2c2を覆うものとすることができる。保護層2fは、絶縁性材料から形成することができる。絶縁性材料は、例えば、酸化物絶縁材料、窒化物絶縁材料、酸窒化物絶縁材料、および樹脂などとすることができる。
シンチレータ5は、複数の光電変換部2bの上に設けられ、入射するX線を可視光すなわち蛍光に変換することができる。シンチレータ5は、基板2a上の複数の光電変換部2bが設けられた領域(有効画素領域A)を覆うように設けることができる。
シンチレータ5は、例えば、ヨウ化セシウム(CsI):タリウム(Tl)、ヨウ化ナトリウム(NaI):タリウム(Tl)、あるいは臭化セシウム(CsBr):ユーロピウム(Eu)などを含むものとすることができる。シンチレータ5は、真空蒸着法を用いて形成することができる。真空蒸着法を用いてシンチレータ5を形成すれば、複数の柱状結晶の集合体からなるシンチレータ5を形成することができる。シンチレータ5の厚みは、例えば、600μm程度とすることができる。
シンチレータ5は、例えば、ヨウ化セシウム(CsI):タリウム(Tl)、ヨウ化ナトリウム(NaI):タリウム(Tl)、あるいは臭化セシウム(CsBr):ユーロピウム(Eu)などを含むものとすることができる。シンチレータ5は、真空蒸着法を用いて形成することができる。真空蒸着法を用いてシンチレータ5を形成すれば、複数の柱状結晶の集合体からなるシンチレータ5を形成することができる。シンチレータ5の厚みは、例えば、600μm程度とすることができる。
なお、真空蒸着法を用いてシンチレータ5を形成する際には、開口を有するマスクを用いることができる。この場合、アレイ基板2上の開口に対峙する位置(有効画素領域Aの上)にシンチレータ5を形成することができる。また、蒸着による膜は、マスクの表面にも形成される。そして、マスクの開口の近傍においては、膜は、開口の内部に徐々に張り出すように成長する。開口の内部に膜が張り出すと、開口の近傍において、アレイ基板2への蒸着が抑制される。そのため、図1および図2に示すように、シンチレータ5の周縁近傍は、外側になるに従い厚みが漸減している。
また、シンチレータ5は、例えば、テルビウム賦活硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S/Tb、又はGOS)などを用いて形成することもできる。この場合、複数の光電変換部2bごとに四角柱状のシンチレータ5が設けられるように、マトリクス状の溝部を設けることができる。
反射層6は、蛍光の利用効率を高めて感度特性を改善するために設けることができる。すなわち、反射層6は、シンチレータ5において生じた蛍光のうち、光電変換部2bが設けられた側とは反対側に向かう光を反射させて、光電変換部2bに向かうようにすることができる。ただし、反射層6は、必ずしも必要ではなく、X線検出モジュール10に求められる感度特性などに応じて設けるようにすればよい。
以下においては、一例として、反射層6が設けられている場合を説明する。
以下においては、一例として、反射層6が設けられている場合を説明する。
反射層6は、シンチレータ5のX線の入射側に設けることができる。反射層6は、少なくともシンチレータ5の上面を覆うものとすることができる。反射層6は、シンチレータ5の側面5aをさらに覆うものとすることもできる。例えば、酸化チタン(TiO2)などからなる光散乱性粒子と、樹脂と、溶媒とを混合した材料をシンチレータ5上に塗布し、これを乾燥することで反射層6を形成することができる。
第1の防湿部7は、空気中に含まれる水分により、反射層6の特性やシンチレータ5の特性が劣化するのを抑制するために設けることができる。
第1の防湿部7は、例えば、金属を含むシートとすることができる。金属は、例えば、アルミニウムを含む金属、銅を含む金属、マグネシウムを含む金属、タングステンを含む金属、ステンレス、コバール材などとすることができる。この場合、金属を含む第1の防湿部7とすれば、第1の防湿部7を透過する水分をほぼ完全になくすことができる。
第1の防湿部7は、例えば、金属を含むシートとすることができる。金属は、例えば、アルミニウムを含む金属、銅を含む金属、マグネシウムを含む金属、タングステンを含む金属、ステンレス、コバール材などとすることができる。この場合、金属を含む第1の防湿部7とすれば、第1の防湿部7を透過する水分をほぼ完全になくすことができる。
また、図2に示すように、第1の防湿部7は、樹脂膜7aと金属膜7bとが積層された積層シートとすることもできる。この場合、樹脂膜7aは、例えば、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、テフロン(登録商標)、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、弾性ゴムなどから形成されたものとすることができる。金属膜7bは、例えば、前述した金属を含むものとすることができる。
金属膜7bは、例えば、スパッタリング法、ラミネート法などを用いて形成することができる。ここで、樹脂膜7aは樹脂を含んでいるので、水分を吸着している場合がある。そのため、樹脂膜7aがシンチレータ5に接触していると、樹脂膜7aに吸着されていた水分によりシンチレータ5の特性が劣化するおそれがある。そこで、第1の防湿部7においては、金属膜7bがシンチレータ5側に設けられるようにすることが好ましい。
また、金属膜7bに代えて、あるいは金属膜7bと共に無機膜を設けることができる。無機膜は、例えば、酸化珪素、酸化アルミニウムなどを含む膜とすることができる。無機膜は、例えば、スパッタリング法などを用いて形成することができる。
第1の防湿部7の厚みは、X線の吸収や剛性などを考慮して決定することができる。この場合、第1の防湿部7の厚みを厚くすると、第1の防湿部7に吸収されるX線の量が多くなる。一方、第1の防湿部7の厚みを薄くすると、剛性が低下して破損しやすくなる。第1の防湿部7の厚みは、例えば、20μm以上、30μm以下とすることができる。
第1の防湿部7は、シンチレータ5、反射層6、および封止部8の一部を覆うものとすることができる。図2に示すように、シート状を呈する第1の防湿部7の周縁近傍は、封止部8の外面8aに接合することができる。例えば、第1の防湿部7の周縁近傍を加熱することで、第1の防湿部7の周縁近傍と封止部8を接合することができる。
第1の防湿部7は、金属を含んでいるので、基板2aの表面に設けられた配線と、第1の防湿部7の周端面との間の距離を近づけすぎると、絶縁耐圧が低くなるおそれがある。そのため、第1の防湿部7の周端面と基板2aの表面との間に封止部8が露出している。
この場合、第1の防湿部7の周縁近傍の温度と、封止部8の温度が低下すると、第1の防湿部7の周縁近傍と封止部8との間に熱応力が発生する。第1の防湿部7の周縁近傍と封止部8との間に熱応力が発生すると、第1の防湿部7の周縁近傍と封止部8との間に剥離が生じるおそれがある。剥離が生じると防湿性能が著しく低下するおそれがある。この場合、第1の防湿部7の厚みが、20μm以上、30μm以下となっているので、熱応力が発生した際に第1の防湿部7が延びやすくなる。そのため、熱応力を緩和させることができるので、第1の防湿部7の周縁近傍と封止部8との間に剥離が生じるのを抑制することができる。
第1の防湿部7と反射層6などとの間には隙間があってもよいし、第1の防湿部7と反射層6などとが接触するようにしてもよい。例えば、大気圧よりも減圧された環境において第1の防湿部7と封止部8とを接合すれば、第1の防湿部7と反射層6などとが接触するようにすることができる。
また、一般的に、シンチレータ5には、その体積の10%〜40%程度の空隙が存在する。そのため、空隙にガスが含まれていると、X線検出器1を航空機などで輸送した場合にガスが膨張して第1の防湿部7が破損するおそれがある。大気圧よりも減圧された環境において第1の防湿部7と封止部8とを接合すれば、X線検出器1が航空機などで輸送された場合であっても第1の防湿部7が破損するのを抑制することができる。すなわち、封止部8と第1の防湿部7とにより画された空間の圧力は、大気圧よりも低くすることが好ましい。
封止部8は、枠状を呈し、シンチレータ5の周囲に設けることができる。図2に示すように、封止部8は、シンチレータ5の側面5aとアレイ基板2に接合することができる。この場合、封止部8は、シンチレータ5の側面5aと密着させることができる。シンチレータ5が複数の柱状結晶の集合体となっている場合には、シンチレータ5の側面5aに凹凸が形成される。そのため、封止部8の一部が、シンチレータ5の側面5aの凹凸の内部に設けられるので、封止部8とシンチレータ5との接合強度を大きくすることができる。
封止部8の外面8aの形状は、外側に突出する曲面とすることができる。この様にすれば、封止部8の外面8aとシンチレータ5の側面5aとの間の距離Lを長くすることができる。そのため、大気に含まれている水分などが、封止部8の内部を透過してシンチレータ5に到達するのを抑制することができる。
また、封止部8の外面8aの形状が外側に突出する曲面となっていれば、第1の防湿部7の周縁近傍を封止部8の外面8aに倣わせるのが容易となる。そのため、第1の防湿部7を封止部8に密着させるのが容易となる。また、第1の防湿部7をなだらかに変形させることができるので、第1の防湿部7の厚みを薄くしても第1の防湿部7に亀裂などが発生するのを抑制することができる。
また、封止部8の高さは、シンチレータ5の高さ以下とすることが好ましい。封止部8の高さがシンチレータ5の高さ以下となっていれば、第1の防湿部7となるシートを無理なく変形させることができるので第1の防湿部7にシワ、破断、ピンホールなどが発生するのを抑制することができる。
封止部8は、熱可塑性樹脂を主成分として含むものとすることができる。封止部8が熱可塑性樹脂を主成分として含んでいれば、加熱により、アレイ基板2、シンチレータ5、および第1の防湿部7と接合することができる。ここで、例えば、封止部8が紫外線硬化樹脂を主成分として含んでいれば、封止部8を、アレイ基板2、シンチレータ5、および第1の防湿部7と接合する際に紫外線を照射する必要がある。ところが、第1の防湿部7は金属などを含んでいるため紫外線が透過し難い。また、第1の防湿部7が紫外線を透過するものとすると、紫外線によりシンチレータ5が変色し、発生した蛍光が吸収されるおそれがある。
これに対し、封止部8は、熱可塑性樹脂を主成分として含んでいるので、加熱により容易に接合を行うことができる。また、封止部8の加熱と冷却に要する時間は短くてすむので、製造時間の短縮、ひいては製造コストの低減を図ることができる。
熱可塑性樹脂は、例えば、ナイロン、PET(Polyethyleneterephthalate)、ポリウレタン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene),アクリル、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどとすることができる。
この場合、ポリエチレンの水蒸気透過係数は0.068g・mm/day・m2であり、ポリプロピレンの水蒸気透過係数は0.04g・mm/day・m2である。そのため、封止部8が、ポリエチレンおよびポリプロピレンの少なくともいずれかを主成分として含んでいれば、封止部8の内部を透過してシンチレータ5に到達する水分を大幅に少なくすることができる。また、封止部8が、ポリエチレンおよびポリプロピレンの少なくともいずれかを主成分として含んでいれば、撥水性を有する外面8aとすることができる。外面8aが撥水性を有していれば、封止部8の内部に水分が侵入するのを抑制することができる。なお、封止部8の外面8aに撥水剤を塗布することもできる。
また、封止部8は、無機材料を用いたフィラーをさらに含むことができる。無機材料からなるフィラーが封止部8に含まれていれば、水分の透過をさらに抑制することができる。無機材料は、例えば、タルク、グラファイト、雲母、カオリン(カオリナイトを主成分とする粘土)などとすることができる。フィラーは、例えば、扁平な形態を有するものとすることができる。外部から封止部8の内部に侵入した水分は、無機材料からなるフィラーによって拡散が妨げられるので、水分が封止部8を通過する速度を減少させることができる。そのため、シンチレータ5に到達する水分の量を少なくすることができる。
ここで、比較例に係る水分の透過について説明する。
図4は、比較例に係る水分の透過を例示するための模式断面図である。
図4に示すように、比較例に係るX線検出モジュール100には、アレイ基板2、シンチレータ5、反射層6、防湿部107、および封止部108が設けられている。ただし、X線検出モジュール100には、第2の防湿部9が設けられていない。
封止部108は、シンチレータ5の側面5aとアレイ基板2に接合されている。防湿部107は、シンチレータ5および反射層6を覆っている。防湿部107の周縁近傍は、封止部108の外面108aに接合されている。X線検出モジュール100の場合にも、防湿部107および封止部108により水分の侵入を抑制している。また、防湿部107は、アルミニウム箔などを含んでいるので、基板2aの表面に設けられた配線と、防湿部107の周端面107aとの間の距離を近づけすぎると、絶縁耐圧が低くなるおそれがある。そのため、防湿部107の周端面107aと基板2aの表面との間に封止部108が露出することになる。
図4は、比較例に係る水分の透過を例示するための模式断面図である。
図4に示すように、比較例に係るX線検出モジュール100には、アレイ基板2、シンチレータ5、反射層6、防湿部107、および封止部108が設けられている。ただし、X線検出モジュール100には、第2の防湿部9が設けられていない。
封止部108は、シンチレータ5の側面5aとアレイ基板2に接合されている。防湿部107は、シンチレータ5および反射層6を覆っている。防湿部107の周縁近傍は、封止部108の外面108aに接合されている。X線検出モジュール100の場合にも、防湿部107および封止部108により水分の侵入を抑制している。また、防湿部107は、アルミニウム箔などを含んでいるので、基板2aの表面に設けられた配線と、防湿部107の周端面107aとの間の距離を近づけすぎると、絶縁耐圧が低くなるおそれがある。そのため、防湿部107の周端面107aと基板2aの表面との間に封止部108が露出することになる。
この様な構成を有するX線検出モジュール100の場合には、水分の侵入経路として、防湿部107における透湿100a、封止部108における透湿100b、防湿部107と封止部108の界面を介した透湿100c、および封止部108とアレイ基板2の界面を介した透湿100dの4つの経路が考えられる。この場合、防湿部107における透湿100a、および封止部108における透湿100bは、前述したように、材料の選定により十分に小さくすることが可能である。
しかしながら、防湿部107と封止部108の界面を介した透湿100c、および封止部108とアレイ基板2の界面を介した透湿100dは、十分に小さくすることができない場合がある。例えば、これらの界面に微細な気泡や異物が混入した場合、あるいは熱応力などで亀裂や剥離が生じた場合にはリークパスが発生し易くなる。リークパスが発生すると、リークパスを介して水分が侵入しやすくなる。
また、防湿体107として、金属膜とポリエチレン等を含む樹脂膜とをラミネートしたフィルムを用いる場合には、金属膜と樹脂膜を貼り合わせる際に熱を加えすぎたことで、ラミネートした樹脂膜が金属膜から剥離しやすくなる場合がある。樹脂膜が金属膜から剥離していると、金属膜と樹脂膜との間にできた隙間を介して水分が侵入しやすくなる。
また、金属膜と封止部108の界面では濡れ性が不十分となる場合がある。そのため、防湿部107と封止部108の接合後に温度変化が生じて熱応力が発生すると、発生した熱応力で防湿部107と封止部108の部分的な界面剥離が生じる場合がある。部分的な界面剥離が生じると、剥離した部分を介して水分が侵入するおそれがある。
すなわち、界面を介した水分の侵入は、防湿部107の材料と封止部108の材料を適正化したとしても小さくすることは困難である。
そこで、本実施の形態に係るX線検出モジュール10には、第2の防湿部9が設けられている。
そこで、本実施の形態に係るX線検出モジュール10には、第2の防湿部9が設けられている。
図2に示すように、第2の防湿部9は、アレイ基板2、シンチレータ5、反射層6、第1の防湿部7、および封止部8を含む構造体の外表面を覆うように設けることができる。第2の防湿部9は、構造体の外表面に密着させることができる。
第2の防湿部9は、防湿性を有する材料から形成することができる。また、第2の防湿部9の材料は、凹凸や隙間などのある外表面を容易に覆うことができるものとすることが好ましい。第2の防湿部9の材料は、例えば、ポリパラキシリレンとすることができる。
第2の防湿部9は、例えば、化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法を用いて形成することができる。
図5は、化学気相成長法による第2の防湿部9の形成を例示するための模式図である。 図5に示すように、昇華炉201においては、固体粉末状のジパラキシリレンを真空中で加熱して気化させることができる。そして、分解炉202において、気化したジパラキシリレンをさらに加熱して熱分解し、パラキシリレンの気体を生成することができる。蒸着チャンバ203の内部には、アレイ基板2、シンチレータ5、反射層6、第1の防湿部7、および封止部8を含む構造体が載置され、蒸着チャンバ203の内部にパラキシリレンの気体が供給される。パラキシリレンの気体が蒸着チャンバ203の内部に供給されると、構造体の外表面でパラキシリレンが重合してポリパラキシリレンを含む膜(第2の防湿部9)が形成される。
パラキシリレンの気体は、数μm程度の狭い隙間にも入り込んで重合するので、ピンホールのない均一な薄膜を形成することができる。そのため、水分の侵入経路となり得る第1の防湿部7と封止部8の界面の外周端21、および封止部8とアレイ基板2の界面の外周端22を覆いつつ、なおかつそれ自体にもリークパスのない薄膜を形成することができる。ポリパラキシリレンの水分透過係数は、37℃、90%RHにおいて0.08g・mm/mm2/dayと非常に小さいため、例えば15μm程度の薄膜を形成することにより、界面が形成された部分の防湿性を向上させることができる。
すなわち、第2の防湿部9は、ポリパラキシリレンを含み、少なくとも、第1の防湿部7と封止部8の界面の外周端21、および封止部8とアレイ基板2の界面の外周端22を覆うものとすることができる。
また、第1の防湿部7が単一の膜からなるシートである場合には、第1の防湿部7の周端面を覆うようにポリパラキシリレンを含む第2の防湿部9を形成することができる。第1の防湿部7が樹脂膜7aと金属膜7bとが積層された積層シートである場合には、樹脂膜7aと金属膜7bの界面の外周端を覆うようにポリパラキシリレンを含む第2の防湿部9を形成することができる。この様にすれば、熱応力を緩和できるので、温度変化により熱応力が発生した場合であっても剥離しにくくなる。また、仮に、第1の防湿部7が剥離したとしても、防湿性は、第2の防湿部9の連続性が保たれている限り維持できる。
図6は、第1の防湿部7と封止部8の界面、および第1の防湿部7と第2の防湿部9の界面を例示するための模式断面図である。
前述したように、第1の防湿部7は、金属を含むシートや、樹脂膜7aと金属膜7bとが積層された積層シートとすることができる。すなわち、第1の防湿部7は、金属を含んでいる。これに対して、第1の防湿部7に接合される封止部8および第2の防湿部9は、樹脂を含んでいる。
前述したように、第1の防湿部7は、金属を含むシートや、樹脂膜7aと金属膜7bとが積層された積層シートとすることができる。すなわち、第1の防湿部7は、金属を含んでいる。これに対して、第1の防湿部7に接合される封止部8および第2の防湿部9は、樹脂を含んでいる。
そのため、金属を含む第1の防湿部7と樹脂を含む封止部8との接合強度や密着性が低下するおそれがある。金属を含む第1の防湿部7と樹脂を含む第2の防湿部9との接合強度や密着性が低下するおそれがある。
例えば、第1の防湿部7が金属を含むシートである場合には、第1の防湿部7の全表面にシランカップリング剤を結合させることができる。第1の防湿部7が樹脂膜7aと金属膜7bとが積層された積層シートの場合には、図6に示すように、金属膜7bの封止部8と接合される部分7b1にシランカップリング剤を結合させることができる。
例えば、第1の防湿部7が金属を含むシートである場合には、第1の防湿部7の全表面にシランカップリング剤を結合させることができる。第1の防湿部7が樹脂膜7aと金属膜7bとが積層された積層シートの場合には、図6に示すように、金属膜7bの封止部8と接合される部分7b1にシランカップリング剤を結合させることができる。
すなわち、第1の防湿部7は、封止部6と接合される金属膜7bと、金属膜7bの、封止部8側とは反対側に設けられた樹脂膜7aと、を有することができる。そして、金属膜7bの、封止部8と接合される部分には、シランカップリング剤を結合させることができる。
第1の防湿部7が金属を含むシートなどの場合には、第1の防湿部7の表面は金属を含んでいるので、第1の防湿部7の表面にシランカップリング剤を結合させることができる。
第1の防湿部7が金属を含むシートなどの場合には、第1の防湿部7の表面は金属を含んでいるので、第1の防湿部7の表面にシランカップリング剤を結合させることができる。
シランカップリング剤は、例えば、第2の防湿部9を形成する前段階で、金属を含むシートの表面や、金属膜7bの表面に結合させることができる。例えば、金属を含むシートや、金属膜7bを、シランカップリング剤を気化させたチャンバ内に数秒間さらすことにより、これらの表面にシランカップリング剤を結合させることができる。金属を含むシートの表面や、金属膜7bの表面にシランカップリング剤が結合していれば、金属を含む第1の防湿部7と樹脂を含む封止部8との接合強度や密着性を向上させることができる。金属を含む第1の防湿部7と樹脂を含む第2の防湿部9との接合強度や密着性を向上させることができる。その結果、防湿性能を向上させることができる。
図7は、第2の防湿部9の、配線パッド2d1、2d2が設けられている位置を例示するための模式断面図である。
図1に示すように、配線パッド2d1、2d2は、アレイ基板2(基板2a)の周縁近傍に設けられている。配線パッド2d1、2d2は、フレキシブルプリント基板2e1、2e2と電気的に接続される。この場合、単に、化学気相成長法により第2の防湿部9を形成すると、配線パッド2d1、2d2の上にも第2の防湿部9が形成されることになる。ポリパラキシリレンを含む第2の防湿部9は、絶縁性を有しているため、配線パッド2d1、2d2の上に第2の防湿部9が形成されていると、配線パッド2d1、2d2と、フレキシブルプリント基板2e1、2e2との電気的な接続が困難となる。
図1に示すように、配線パッド2d1、2d2は、アレイ基板2(基板2a)の周縁近傍に設けられている。配線パッド2d1、2d2は、フレキシブルプリント基板2e1、2e2と電気的に接続される。この場合、単に、化学気相成長法により第2の防湿部9を形成すると、配線パッド2d1、2d2の上にも第2の防湿部9が形成されることになる。ポリパラキシリレンを含む第2の防湿部9は、絶縁性を有しているため、配線パッド2d1、2d2の上に第2の防湿部9が形成されていると、配線パッド2d1、2d2と、フレキシブルプリント基板2e1、2e2との電気的な接続が困難となる。
そのため、図7に示すように、第2の防湿部9の、配線パッド2d1、2d2が設けられている位置には開口9aを設けることができる。開口9aの内部には、配線パッド2d1、2d2が露出するようにすることができる。
例えば、化学気相成長法により第2の防湿部9を形成する際に、配線パッド2d1、2d2が設けられている位置をテープなどで保護して成膜を行うことができる。
例えば、化学気相成長法により第2の防湿部9を形成する際に、配線パッド2d1、2d2が設けられている位置をテープなどで保護して成膜を行うことができる。
次に、図1に戻って、回路基板11について説明する。
図1に示すように、回路基板11は、アレイ基板2の、シンチレータ5が設けられる側とは反対側に設けることができる。回路基板11は、X線検出モジュール10(アレイ基板2)と電気的に接続することができる。
図3に示すように、回路基板11には、読み出し回路11aおよび信号検出回路11bを設けることができる。なお、これらの回路を1つの基板に設けることもできるし、これらの回路を複数の基板に分けて設けることもできる。
図1に示すように、回路基板11は、アレイ基板2の、シンチレータ5が設けられる側とは反対側に設けることができる。回路基板11は、X線検出モジュール10(アレイ基板2)と電気的に接続することができる。
図3に示すように、回路基板11には、読み出し回路11aおよび信号検出回路11bを設けることができる。なお、これらの回路を1つの基板に設けることもできるし、これらの回路を複数の基板に分けて設けることもできる。
読み出し回路11aは、薄膜トランジスタ2b2のオン状態とオフ状態を切り替えることができる。読み出し回路11aは、複数のゲートドライバ11aaと行選択回路11abとを有することができる。
行選択回路11abには、X線検出器1の外部に設けられた図示しない画像処理部などから制御信号S1を入力することができる。行選択回路11abは、X線画像の走査方向に従って、対応するゲートドライバ11aaに制御信号S1を入力することができる。
行選択回路11abには、X線検出器1の外部に設けられた図示しない画像処理部などから制御信号S1を入力することができる。行選択回路11abは、X線画像の走査方向に従って、対応するゲートドライバ11aaに制御信号S1を入力することができる。
ゲートドライバ11aaは、対応する制御ライン2c1に制御信号S1を入力することができる。
例えば、読み出し回路11aは、フレキシブルプリント基板2e1を介して、制御信号S1を各制御ライン2c1毎に順次入力する。制御ライン2c1に入力された制御信号S1により薄膜トランジスタ2b2がオン状態となり、蓄積キャパシタからの電荷(画像データ信号S2)が受信できるようになる。
例えば、読み出し回路11aは、フレキシブルプリント基板2e1を介して、制御信号S1を各制御ライン2c1毎に順次入力する。制御ライン2c1に入力された制御信号S1により薄膜トランジスタ2b2がオン状態となり、蓄積キャパシタからの電荷(画像データ信号S2)が受信できるようになる。
信号検出回路11bは、複数の積分アンプ11ba、複数の選択回路11bb、および複数のADコンバータ11bcを有することができる。
1つの積分アンプ11baは、1つのデータライン2c2と電気的に接続することができる。積分アンプ11baは、光電変換部2bからの画像データ信号S2を順次受信することができる。そして、積分アンプ11baは、一定時間内に流れる電流を積分し、その積分値に対応した電圧を選択回路11bbへ出力することができる。この様にすれば、所定の時間内にデータライン2c2を流れる電流の値(電荷量)を電圧値に変換することが可能となる。すなわち、積分アンプ11baは、シンチレータ5において発生した蛍光の強弱分布に対応した画像データ情報を、電位情報へと変換することができる。
1つの積分アンプ11baは、1つのデータライン2c2と電気的に接続することができる。積分アンプ11baは、光電変換部2bからの画像データ信号S2を順次受信することができる。そして、積分アンプ11baは、一定時間内に流れる電流を積分し、その積分値に対応した電圧を選択回路11bbへ出力することができる。この様にすれば、所定の時間内にデータライン2c2を流れる電流の値(電荷量)を電圧値に変換することが可能となる。すなわち、積分アンプ11baは、シンチレータ5において発生した蛍光の強弱分布に対応した画像データ情報を、電位情報へと変換することができる。
選択回路11bbは、読み出しを行う積分アンプ11baを選択し、電位情報へと変換された画像データ信号S2を順次読み出すことができる。
ADコンバータ11bcは、読み出された画像データ信号S2をデジタル信号に順次変換することができる。デジタル信号に変換された画像データ信号S2は、配線を介して画像処理部に入力することができる。なお、デジタル信号に変換された画像データ信号S2は、無線により画像処理部に送信されるようにしてもよい。
ADコンバータ11bcは、読み出された画像データ信号S2をデジタル信号に順次変換することができる。デジタル信号に変換された画像データ信号S2は、配線を介して画像処理部に入力することができる。なお、デジタル信号に変換された画像データ信号S2は、無線により画像処理部に送信されるようにしてもよい。
画像処理部は、デジタル信号に変換された画像データ信号S2に基づいてX線画像を構成することができる。なお、画像処理部は、回路基板11と一体化することもできる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、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、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、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。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
1 X線検出器、2 アレイ基板、2a 基板、2b 光電変換部、2b1 光電変換素子、5 シンチレータ、5a 側面、7 第1の防湿部、7a 樹脂膜、7b 金属膜、8 封止部、8a 外面、9 第2の防湿部、10 X線検出モジュール、11 回路基板、21 外周端、22 外周端
Claims (8)
- 複数の光電変換部を有するアレイ基板と、
前記複数の光電変換部の上に設けられたシンチレータと、
熱可塑性樹脂を主成分として含み、前記シンチレータの周囲に設けられ、前記アレイ基板と前記シンチレータに接合された枠状の封止部と、
前記シンチレータを覆い、周縁近傍が前記封止部の外面に接合された第1の防湿部と、
少なくとも、前記第1の防湿部と前記封止部の界面の外周端、および前記封止部と前記アレイ基板の界面の外周端を覆い、ポリパラキシリレンを含む第2の防湿部と、
を備えた放射線検出モジュール。 - 前記第1の防湿部は、前記封止部と接合される金属膜と、前記金属膜の、前記封止部側とは反対側に設けられた樹脂膜と、を有し、
前記金属膜の、前記封止部と接合される部分には、シランカップリング剤が結合している請求項1記載の放射線検出モジュール。 - 前記第1の防湿部の表面は金属を含み、前記第1の防湿部の表面には、シランカップリング剤が結合している請求項1記載の放射線検出モジュール。
- 前記第2の防湿部の厚みは、30μm以下である請求項1〜3のいずれか1つに記載の放射線検出モジュール。
- 前記第2の防湿部は、前記アレイ基板、前記シンチレータ、前記封止部、および前記第1の防湿部を含む構造体の外表面を覆っている求項1〜4のいずれか1つに記載の放射線検出モジュール。
- 前記第2の防湿部は、前記構造体の外表面に密着している請求項5記載の放射線検出モジュール。
- 前記アレイ基板の周縁近傍には、複数の配線パッドが設けられ、
前記第2の防湿部には開口が設けられ、前記開口の内部には前記複数の配線パッドが露出している請求項5または6に記載の放射線検出モジュール。 - 請求項1〜7のいずれか1つに記載の放射線検出モジュールと、
前記放射線検出モジュールと電気的に接続された回路基板と、
を備えた放射線検出器。
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