JP2021071461A - 放射線検出装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 可撓性絶縁基板上にエリアセンサ及びシンチレータを有する可撓性のマトリクスパネルを、そのコストを低減しつつ安定的に製造することが可能な放射線検出装置の製造方法を提供する。【解決手段】 基板１１４の上に設けられた可撓性絶縁層１１１に設けられた画素アレイ１１２の上に形成されたシンチレータ層１２１を被覆する耐湿保護層１２５を形成する形成工程と、可撓性絶縁層１１１の端部が引っ張られることにより可撓性絶縁層１１１を基板１１４から剥離する剥離工程と、基板１１４から剥離された可撓性絶縁層１１１に設けられているシンチレータ層１２１を覆うようにシンチレータ保護部１２３を配置する配置工程と、を含み、耐湿保護層１２５は、シンチレータ保護部１２３よりも剛性が低い。【選択図】 図６

Description

本発明は、放射線検出装置の製造方法に関する。

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた液晶ディスプレイのような表示装置用のマトリクスパネルの製造技術が向上し、パネルの大型化と共に表示部の大画面化が進められてきた。この製造技術は、ＴＦＴなどのスイッチ素子と半導体によって構成された光電変換素子を有する大面積エリセンサとしてマトリクスパネルに応用されている。このマトリクスパネルは、Ｘ線などの放射線を可視光等の光に変換するシンチレータと組み合わせて、医療用Ｘ線撮像装置のような放射線検出装置の分野で利用されている。このマトリクスパネルはガラス基板上に形成する技術が一般的であったが、近年では、装置の軽量化と衝撃や変形に耐える高い信頼性が期待できる樹脂基板等を用いた可撓性のマトリクスパネルの開発が進み、放射線検出装置にも利用されつつある。

可撓性のマトリクスパネルを形成する方法として、ガラス基板等の剛性のある基板上に樹脂材料等を薄膜状に載置し、その薄膜上にエリアセンサを形成するのが一般的である。このような可撓性のマトリクスパネルは、例えば特許文献１のように、装置軽量化のために、可撓性のマトリクスパネルは不要なガラス基板から剥離されて利用される。特許文献１では、ガラス等の基板上にポリイミド（以下ＰＩ）等の樹脂材料による可撓性絶縁膜を形成し、可撓性絶縁膜上にＴＦＴや半導体による複数の光電変換素子を形成したマトリクスパネルを準備する。そして、特許文献１では、マトリクスパネルにシンチレータと当該シンチレータを保護するための保護部材を配置し、その状態でガラス等の基板を剥離する工程が示されている。

特開２００９−１３３８３７号公報

しかしながら、特許文献１での基板の剥離は、レーザー光を照射して行っているが、レーザー光を発生させる装置はマトリクスパネルに対して効率よく照射させるために当該装置自体が大型かつ高価なものとなり得る。そのため、可撓性絶縁基板上にエリアセンサ及びシンチレータを有する可撓性のマトリクスパネルを製造するに際し、製造コストと製造安定性の面で課題がある。

そこで、本発明の目的は、可撓性絶縁基板上にエリアセンサ及びシンチレータを有する可撓性のマトリクスパネルを、そのコストを低減しつつ安定的に製造することが可能な放射線検出装置の製造方法を提供することである。

上記課題を解決する本発明の放射線検出装置の製造方法は、基板の上に設けられた可撓性絶縁層に設けられた、各々が光電変換素子を有する複数の画素を有する画素アレイの上に形成された放射線を光に変換するシンチレータ層を被覆する耐湿保護層を形成する形成工程と、前記可撓性絶縁層の端部が引っ張られることにより前記可撓性絶縁層を前記基板から剥離する剥離工程と、前記基板から剥離された前記可撓性絶縁層に設けられている前記シンチレータ層を覆うようにシンチレータ保護部を配置する配置工程と、を含み、前記耐湿保護層は、前記シンチレータ保護部よりも剛性が低いことを特徴とする。

本発明により、可撓性絶縁基板上にエリアセンサ及びシンチレータを有する可撓性のマトリクスパネルを、そのコストを低減しつつ安定的に製造することが可能な放射線検出装置の製造方法を提供し得る。

放射線検出装置を用いた放射線検出システムの概略図 放射線検出装置に組み込まれる放射線検出パネルの模式的平面図及び断面図 剥離ユニットを説明するための模式的斜視図及び断面図 比較例を説明するための模式的斜視図及び断面図 放射線検出装置の製造方法を説明するためのフロー図 放射検出装置の製造方法の一例を説明するための概略側面図 放射線検出装置に組み込まれる放射線検出パネルの模式的断面図

以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。また、放射線という用語は、例えば、Ｘ線の他、α線、β線、γ線、粒子線、宇宙線を含みうる。

図１は、本発明の放射線検出装置を用いた放射線検出システムの概略図である。図１において、１１は被検者、１２は放射線検出装置、１３は放射線発生装置、１４は処理部である。放射線検出装置１２と放射線発生装置１３は、処理部１４と接続される。処理部１４による制御に応じて放射線発生装置１３から放射線が照射され、放射線検出装置１２は被検者を透過した放射線を検出する。放射線検出装置１２は、検出された放射線の情報を信号として処理部１４に送信し、処理部１４は、所望の演算処理を行い、診断を行うための放射線画像を生成する。

次に、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して、放射線検出装置に組み込まれる放射線検出パネル１１０について説明する。図２（ａ）は、放射線検出パネル１００の放射線入射面の平面図、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’間におけるそれぞれの例を示す断面図である。

マトリクスパネル１１０は、可撓性絶縁層１１１上に画素アレイ１１２と外部回路接続部１３２が配置されたものを言う。基板１１４上に可撓性絶縁層１１１が形成され、その基板１１４は、剛性が高く、光電変換素子やＴＦＴの形成温度に耐え得る材料が使用され得る。基板１１４としては、特にガラス、セラミックスからなる絶縁基板が好ましい。可撓性絶縁層１１１も光電変換素子やＴＦＴの形成温度に耐え得る材料かつ加工性の高い材料が使用され得る。可撓性絶縁層１１１としては、特にポリイミド、ポリアミド等の有機系の絶縁層が用いられる。マトリクスパネル１１０の形成方法は、まず、液状の可撓性絶縁層１１１を基板１１４に塗布・硬化させて形成する方法や、シート状の可撓性絶縁層１１１を基板１１４に圧着する方法で、基板１１４に可撓性絶縁層１１１を形成する。この際、基板１１４と可撓性絶縁層１１１の間には接着層を用いても良い。次に、可撓性絶縁層１１１上に、光電変換素子とＴＦＴを有する画素が複数配列されてなる画素アレイ１１２と外部回路接続部１３２が形成される。画素アレイ１１２は、不図示の複数の画素、ＴＦＴを制御するための配線である駆動線、光電変換素子にバイアスを供給するための配線であるバイアス線、ＴＦＴのソースおよびドレイン電極の一方に接続される信号線等で構成される。センサ保護層１１３は、画素アレイ１１２を保護する目的でを形成している。センサ保護層１１３の材料としては、シンチレータ１２０形成時の熱に耐えうる材料かつシンチレータ１２０の密着力を向上させる材質であることが望ましい。センサ保護層１１３としては、ウレタン樹脂やアクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂などの各種の樹脂が用いられる。

シンチレータ１２０は、Ｘ線等の放射線を可視光に変換する機能を有する部材のことを指しており、シンチレータ１２０にはシンチレータ層１２１や接着層１２２、シンチレータ保護部１２３等も含めてシンチレータ１２０と呼称する。シンチレータ層１２１としては、シンチレータ粒子とバインダーとを混合したＧＯＳや、タリウム（Ｔｌ）やナトリウム（Ｎａ）を賦活させたヨウ化セシウム（ＣｓＩ）が好適である。ＧＯＳを用いたシンチレータ層１２１では、画素アレイ１１２上にＧＯＳを塗布する方法やシートのものを貼り合せる方法が取られる。また、ＣｓＩを用いたシンチレータ層１２１では、真空下での蒸着方法を用いるのが一般的であり、画素アレイ１１２上に直径が１〜数１０ミクロン程度の複数の柱状の結晶を所望の厚さに成長させて形成する。ＣｓＩの特徴として、結晶の柱間に空隙が存在しており、高いＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を得ることが可能である。また、ＧＯＳ、ＣｓＩいずれの材料を用いたシンチレータ１２０においても、図２（ｂ）に示すように画素アレイ１１２上に塗布や蒸着により形成する方法があげられる。また、図２（ｃ）に示すように別途準備したシンチレータ基台１２４上に蛍光体１２１を形成したものを画素アレイ１１２上に接着層１２５を介して貼り合わせる方法が挙げられる。いずれの方法も、シンチレータ層１２１を保護するために、シンチレータ層１２１を被覆するシンチレータ保護部１２３が形成され得る。シンチレータ保護部１２３としては、アルミや銅、ステンレスなどの金属類、ポリパラキシリレンやエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂等の樹脂類、樹脂とアルミナや酸化チタンなどのセラミックスからなる複合材料等を用いることが可能である。

放射線検出パネル１００は、マトリクスパネル１１０とシンチレータ１２０からなる積層体をと呼称する。放射線検出パネル１００には、フレキシブル配線板などの配線部材１３１が外部回路接続部１３２を介して接続され得る。また、放射線検出パネル１００には、支持基板１３３が設けられ得る。支持基板１３３は、放射線検出パネル１１０の要求特性に応じて必要な機能が異なり、可撓性絶縁層１１１の剛性の向上や防湿性向上、放射線検出パネル１１０の遮光や外来ノイズ耐性の向上、または振動や外部応力の緩衝機能を持つことが望ましい。

次に、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、剥離ユニット１４０は、ローラー１４１と、剥離対象物を固定するクランプ１４２と、を含み、剥離対象物をローラー１４１に沿わせて剥離するような機構を有する。固定方法は、クランプ１４２単体で挟み込むように固定する方法の他、ローラー１４１とクランプ１４２で挟み込むように固定してもよい。また、剥離対象物を接着シート１４７やテープなどでローラー１４１に接着固定してもよい。剥離ユニット１４０のローラー１４１のローラー幅は、シンチレータ１２０の破壊を防止するため、少なくともシンチレータ１２０の幅より大きいことが望ましい。また、ローラー１４１の移動は、配線部材１３１を踏まないような軌道とすることで、配線材１３１の破壊や電気的なショートを防ぐことができる。その他外形サイズや表面硬度などは、ワーク（剥離対象物）のサイズや高さ、材質によって選択することができる。剥離ユニット１４０は、剥離対象物をそのまま固定するよりも剥離対象物の端に固定部材を設置し、固定部材ごと剥離することが望ましいため、当該固定部材であるクランプフィルム１４３を更に含む。

ここで、図４（ａ）及び（ｂ）に示す比較例を用いて、剥離ユニット１４０を用いた剥離方法で本願発明者が見出した課題について説明する。可撓性絶縁層１１１の上にシンチレータ１２０が配置されている場合、可撓性絶縁層１１１と比較してシンチレータ１２０では剛性が極端に大きくなる。このような積層体である放射線検出パネル１００の基板１１４からの剥離をローラー１４１で行うと、図４（ａ）及び（ｂ）に示すようにシンチレータ１２０の段差部境界で可撓性絶縁層１１１が折れてしまうことがある。このような状態で剥離を行うためには、ローラー１４１の回転力を大きくする対策が考えられる。しかしながら、ローラー１４１の回転力を上げる事により可撓性絶縁層１１１を引き延ばす力も大きくなるため、可撓性絶縁層１１１が延伸されてマトリクスパネル１１０が破損するおそれがある。また、ローラー１４１の回転力を大きくした場合、基板１１４の吸着が回転力に負けてしまうと基板１１４の吸着が解けてローラーに持っていかれ、基板１１４が破損してしまうというおそれがある。その対策として吸着力をあげることが考えられるが、吸着機構の大型化はまぬがれない。また、ローラー１４１の径を小さくすることで引き延ばす力を低減し剥離することも考えられるが、径が小さいとマトリクスパネル１１０の光電変換素子やシンチレータ１２０が破壊されるおそれがある。

そこで、本願発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す解決手段を見出した。先に述べたように、シンチレータ１２０は、シンチレータ保護部１２３を含む。シンチレータ保護部１２３は、シンチレータ層１２１を外気の湿気や外部からの衝撃に対して保護するために、金属類といった剛性や硬度の高いものが用いるられ得る。また、シンチレータ保護部１２３は、樹脂類や樹脂とアルミナや酸化チタンなどのセラミックスからなる複合材料でもシンチレータ層１２０に比べて剛性や硬度の高いものが用いるられ得る。このシンチレータ保護部１２３の剛性が、可撓性絶縁層１１１とシンチレータ１２０との剛性差を助長し、シンチレータ１２０の段差部境界での可撓性絶縁層１１１の折れを引き起こすことを見出した。

次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて、本発明の放射線検出パネル１４０を有する放射線検出装置の製造方法について説明する。

図５（ａ）に示す第一例では、ステップＳ５０１において既知の手法によりマトリクスパネル１１０が準備され得る。次にステップＳ５０２において、準備されたマトリクスパネル１１０の画素アレイ１１２の上に既知の手法によりシンチレータ層１２１が形成され得る。ここで、ステップＳ５０２において、形成されたシンチレータ層１２１を製造工程中における吸湿による鮮鋭度の低下を抑制するために、耐湿保護層１２５を形成する。耐湿保護層１２５は、シンチレータ層１２１の表面及び側面を被覆し、更に可撓性絶縁層１１１のシンチレータ層１２１が形成された領域の周囲の領域まで被覆するように、形成され得る。この耐湿保護層１２５としては、シンチレータ保護部１２３が配置されるまでの間の吸湿による鮮鋭度の低下が抑制できれるのに十分な剛性があればよく、シンチレータ保護部１２３よりも剛性が低いものでよい。剛性は、材質と厚さ、形状によって異なる。耐湿保護層１２５の剛性は材質と厚さに注目することになる。基板１１４と可撓性絶縁層１１１の間で剥離することから、耐湿保護層１２５の剛性は、可撓性絶縁層１１１とシンチレータ層１２１とを合わせた剛性より低いことが望ましく、それを達成するための材料とその厚さを満たすものであればよい。たとえば、金属材料であれば厚さミクロンオーダーのＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｅ、Ｎａ、Ｓｉ、Ｃａ単体やその酸化化合物などが用いられ得る。有機材料としては、パラキシリレン系のポリマーなどが好適である。より好ましくは、耐湿保護層１２５は、少なくとも、金属アルコキシドと、該金属アルコキシドの一部の金属原子間を酸素で架橋した架橋体と、を含む。これにより、耐湿保護層１２５の厚さを原子レベルまで薄くしても製造工程中における吸湿による水分子の影響を抑制することが可能である。耐湿保護層１２５は、一般式Ｍ１（ＯＲ）ｎで示される化合物である。Ｍ１はＳｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒのいずれかであり、Ｒはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基から選ばれる少なくとも１種であり、ｎはＭ１がＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒの場合は４であり、Ａｌの場合は３である。また、耐湿保護層１２５の形成方法では、金属アルコキシドをシンチレータ層１２１に接触させることで反応を起こさせる。この反応は、熱、プラズマ、化学反応などで活性化し促進できる。

次にステップＳ５０３において、既知の手法によりマトリクスパネル１１０の外部回路接続部１３２に配線部材１３１を既知の手法により電気的に接続させ得る。なお、図５（ｂ）の第二例に示すように、ステップＳ５０２とステップＳ５０３の配線部材１３１の接続の順番を入れ替えても良い。ここで、マトリクスパネル１１０に対して直接蒸着法によりシンチレータ層１２１を形成する場合には、第一例が好適に用いられ得る。一方、マトリクスパネルに対して接着層を介してシンチレータ１２０を形成する場合には、第二例が好適に用いられ得る。

次にステップＳ５０４において、上述の手法を用いて、剥離工程を行う。当該手法を用いた剥離工程により、可撓性絶縁層１１１が延伸されてマトリクスパネル１１０が破損するおそれが低減され得る。また、吸着機構の大型化を招くことなく基板１１４が破損してしまうというおそれが低減され得る。また、マトリクスパネル１１０の光電変換素子やシンチレータ１２０が破壊されるおそれが低減され得る。

そして、ステップＳ５０５において、剥離された可撓性絶縁層１１１のシンチレータ１２０が配置された表面と反対側の表面に、接着剤（不図示）を介して支持基板１３３が配置され得る。これにより、製造工程におけるマトリクスパネル１１０に対するハンドリングが向上する。また、既知の手法により、シンチレータ層１２１を覆うようにシンチレータ保護部１２３が配置され得る。これにより、製品使用環境下におけるシンチレータ層１２１の耐湿性と外部からの耐衝撃性が確保され得る。なお、耐湿保護層１２５は、シンチレータ保護部１２３が配置される際に除去されても良い。次にステップＳ５０６において、配線部材１３１に対してプリント回路基板（ＰＣＢ）などの回路基板が電気的に接続され、放射線検出パネル１００が準備され得る。

なお、本発明の実施例の放射線検出装置および製造方法において、基板１１４を剥離する方式をローラ１４１の回転とステージの移動によって説明したが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、ローラ１４１を使用しなくとも、たとえば可撓性絶縁層１１１の端部を不図示の引っ張り装置に固定し、基板１１４から引っ張るようにして剥離する場合であっても、同様の効果が得られる。

１１１ 可撓性絶縁層
１１２ 画素アレイ
１１４ 基板
１２１ シンチレータ層
１２３ シンチレータ保護層
１２５ 耐湿保護層
１４１ ローラー
１４３ 固定部材

Claims (10)

1. 基板の上に設けられた可撓性絶縁層に設けられた、各々が光電変換素子を有する複数の画素を有する画素アレイの上に形成された放射線を光に変換するシンチレータ層を被覆する耐湿保護層を形成する形成工程と、
   前記可撓性絶縁層の端部が引っ張られることにより前記可撓性絶縁層を前記基板から剥離する剥離工程と、
   前記基板から剥離された前記可撓性絶縁層に設けられている前記シンチレータ層を覆うようにシンチレータ保護部を配置する配置工程と、
   を含み、
   前記耐湿保護層は、前記シンチレータ保護部よりも剛性が低いことを特徴とする放射線検出装置の製造方法。
2. 前記耐湿保護層は、前記シンチレータ保護部が配置されるまでの間の吸湿による鮮鋭度の低下が抑制できるのに十分な材質と厚さで形成されることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置の製造方法。
3. 前記耐湿保護層の剛性は、前記可撓性絶縁層と前記シンチレータ層とを合わせた剛性よりも低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線検出装置の製造方法。
4. 前記耐湿保護層は、少なくとも、金属アルコキシドと、該金属アルコキシドの一部の金属原子間を酸素で架橋した架橋体と、を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線検出装置の製造方法。
5. 前記耐湿保護層は、一般式Ｍ１（ＯＲ）ｎで示される化合物であり、Ｍ１はＳｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒのいずれかであり、Ｒはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基から選ばれる少なくとも１種であり、ｎはＭ１がＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒの場合は４であり、Ａｌの場合は３であることを特徴とする請求項４に記載の放射線検出装置の製造方法。
6. 前記耐湿保護層は、前記金属アルコキシドをシンチレータ層に接触させることで反応を起こさせることを特徴とする請求項４又は５に記載の放射線検出装置の製造方法。
7. 前記剥離工程は、前記可撓性絶縁層の端部に設けられた固定部材が固定されたローラーを用いて前記可撓性絶縁層を前記基板から剥離することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線検出装置の製造方法。
8. 前記基板から剥離された前記可撓性絶縁層の前記シンチレータが配置された表面と反対側の表面に支持基板が配置される工程が更に行われることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放射線検出装置の製造方法。
9. 前記可撓性絶縁層は、前記画素アレイと電気的に接続された外部回路接続部を有し、
   前記外部回路接続部に配線部材が電気的に接続される接続工程が更に行われることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線検出装置の製造方法。
10. 前記接続工程は、前記形成工程の前に行われることを特徴とする請求項９に記載の放射線検出装置の製造方法。

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