JP2021071462A - 放射線検出装置の製造方法 - Google Patents
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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を形成する形成工程と、ローラー141を用いて可撓性絶縁層111を基板114から剥離する剥離工程と、を行い、当該剥離工程は、シンチレータ層121の異常成長部126を除去する、又は、シンチレータ層121の表面を平坦化する処理を行う処理工程の後に行う。【選択図】 図5
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。
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形成する形成工程と、前記可撓性絶縁層の端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剥離工程と、を行う放射線検出装置の製造方法であって、前記剥離工程は、異常成長部と正常成長部を含む前記シンチレータ層の前記異常成長部126を除去する、又は、前記シンチレータ層の表面を平坦化する処理を行う処理工程の後に行うことを特徴とする。
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。
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、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。CsIを用いたシンチレータ層121では、真空下での蒸着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、CsIを用いたシンチレータ120においては、図2(b)に示すように画素アレイ112上に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。真空蒸着法によって形成されるCsI等の柱状の結晶を有するシンチレータ層121は、異常成長部126が形成され得る。この異常成長部126は、結晶成長中の異物の付着等により、結晶成長における廃坑状態が変化し、正常に成長した結晶からなる部分(正常成長部)とは異なる成長がなされることにより形成され得る。異常成長部126は、正常成長部の柱状の結晶に比べて柱径が3〜10倍大きく、また正常成長部の表面の平均に比べて10%以上突出する。このような異常成長部126が存在する状態で、ローラー141による剥離を行うと、ローラー141によってシンチレータ120が押圧され、異常成長部126にはローラ141の荷重が略点でかかることとなる。そのため、異常成長部126の直下の画素には非常に大きな押し圧がかかり、画素を破壊してしまうことにより、欠損画素が当該工程で増加してしまうおそれがあることを本願発明者は見出した。
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。本発明の製造方法では、可撓性絶縁層111の上にシンチレータ層121を形成する形成工程と、ローラー141を用いてシンチレータ層121が形成された可撓性絶縁層111を基板114から剥離する剥離工程と、を行う。この剥離工程は、シンチレータ層121の異常成長部126を除去する又は異常成長部126と正常成長部を含むシンチレータ層121の表面を平坦化する処理を行う処理工程の後に行われ得る。これにより、ローラー141による押圧による異常成長部126への押し圧の集中が抑制され、画素の破壊を抑制し、欠損画素が剥離工程にて増加することを抑制し得る。
処理工程では、図5(a)に示すように、異常成長部126を、異常成長部126の周辺の正常成長部と略同一の高さになるように、先端が鋭利な切削工具127で異常成長部126の少なくとも一部を削り取り得る。この抜き取ることにより、異常成長部126と正常成長部を含むシンチレータ層121の表面を平坦化し得る。切削工具127は、微細加工用のヤスリなどでもよく、それにより突起部を粉砕してもよい。また、処理工程では、図5(b)に示すように、異常成長部126を成長の起点から抜き取り得ることにより、異常成長部126を除去し得る。この抜き取りは、異常成長部126をピンセットで摘み取る方法、レーザーで蒸散する方法、また、ブロワーなどで吹き飛ばす方法がある。特にブロワーによる方法は一度に複数の異常成長部126を取り除くことが可能であり、作業効率を向上させることができる。また、処理工程では、図5(c)に示すように、異常成長部126が埋もれるように平坦化膜129を形成することにより、異常成長部126と正常成長部を含むシンチレータ層121の表面を平坦化し得る。平坦化膜129の材料は、金属酸化物微粒子とその微粒子を結びつける接着剤とを含んで構成され得る。金属酸化物は、シンチレータ層121でX線を変換した光を反射する機能を有するもので、光の有効利用を目的とする。また、接着剤は高い温度で溶解し、常温で固形化するホットメルト樹脂などが好適である。
なお、図6に示すように、剥離工程の前に、好ましくは処理工程と剥離工程との間に、処理されたシンチレータ層121を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、シンチレータ層121を覆うように耐湿保護層125を形成することが好ましい。これにより、剥離工程時にシンチレータ保護部123を設けなくても製造工程中における吸湿による鮮鋭度の低下を抑制でき、且つ、剥離工程での可撓性絶縁層111への悪影響を低減できる。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。剥離工程時に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の折れを引き起こし得る。耐湿保護層125を形成することにより、シンチレータ保護部123を設けなくても剥離工程中における吸湿による鮮鋭度の低下を抑制でき、且つ、剥離工程での可撓性絶縁層111への悪影響を低減できる。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、図7(a)及び図7(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7(a)に示す第一例では、ステップS701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S702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が形成される。そして、上述の手法により、シンチレータ層121の異常成長部126を除去する又は異常成長部126と正常成長部を含むシンチレータ層121の表面を平坦化する処理を行う。ここで、ステップS702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S703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7(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S704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S705において、図8に示すように、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、図8に示すように、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S706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
126 異常成長部
141 ローラー
143 固定部材
112 画素アレイ
114 基板
121 シンチレータ層
126 異常成長部
141 ローラー
143 固定部材
Claims (15)
- 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形成する形成工程と、
前記可撓性絶縁層の端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剥離工程と、
を行う放射線検出装置の製造方法であって、
前記剥離工程は、異常成長部と正常成長部を含む前記シンチレータ層の前記異常成長部126を除去する、又は、前記シンチレータ層の表面を平坦化する処理を行う処理工程の後に行うことを特徴とする放射線検出装置の製造方法。 - 前記シンチレータ層は、真空蒸着法によって形成され、柱状の結晶を有す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。
- 前記処理工程は、前記異常成長部の少なくとも一部を削り取る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。
- 前記処理工程は、前記異常成長部を成長の起点から抜き取る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。
- 前記処理工程は、前記異常成長部が埋もれるように平坦化膜を形成することにより、前記異常成長部と前記正常成長部を含む前記シンチレータ層の表面を平坦化する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。
- 前記平坦化膜は、金属酸化物微粒子と、該金属酸化物微粒子を結びつける接着剤と、を含むことを特徴とする請求項5に記載の放射線検出装置の製造方法。
- 前記処理工程と前記剥離工程の間に、前記処理された前記シンチレータ層を覆うように耐湿保護層125を形成することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の放射線検出装置の製造方法。
- 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を更に行い、
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請求項7に記載の放射線検出装置の製造方法。 - 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8に記載の放射線検出装置の製造方法。
- 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8又は9に記載の放射線検出装置の製造方法。
- 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8乃至10のいずれか1項に記載の放射線検出装置の製造方法。
- 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11に記載の放射線検出装置の製造方法。
- 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12のいずれか1項に記載の放射線検出装置の製造方法。
- 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13のいずれか1項に記載の放射線検出装置の製造方法。 - 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14に記載の放射線検出装置の製造方法。
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