JP2022092707A - Method for manufacturing radiation detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射線検出装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a radiation detection device.
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アセンサとしてマトリクスパネルに応用されている。 The manufacturing technique of a matrix panel for a display device such as a liquid crystal display using a thin film transistor (TFT) has been improved, and the size of the panel has been increased and the screen of the display unit has been increased. This manufacturing technique is applied to a matrix panel as a large area area sensor having a photoelectric conversion element composed of a switch element such as a TFT and a semiconductor.
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、樹脂基板等を用いた可撓性マトリクスパネルの開発が進み、装置の軽量化と衝撃や変形に耐える高い信頼性とが期待できることから放射線検出装置にも利用されつつある。 This matrix panel is used in the field of radiation detection devices such as medical X-ray imaging devices in combination with a scintillator that converts radiation such as X-rays into light such as visible light. This matrix panel was generally formed on a glass substrate, but in recent years, the development of flexible matrix panels using resin substrates and the like has progressed, and the weight of the device has been reduced and high reliability to withstand impact and deformation. It is also being used for radiation detectors because it can be expected to have sex.
可撓性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のように不要なガラス基板から剥離されて利用される。 As a method for forming a flexible matrix panel, it is common to place a resin material or the like in a thin film on a rigid substrate such as a glass substrate and form an area sensor on the thin film. Such a flexible matrix panel is used by being peeled off from an unnecessary glass substrate as in Patent Document 1, for example.
特許文献1では、ガラス等の基板上にポリイミド等の樹脂材料による可撓性絶縁層を形成し、可撓性絶縁層上に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から剥離する工程が示されている。 In Patent Document 1, a matrix panel is prepared in which a flexible insulating layer made of a resin material such as polyimide is formed on a substrate such as glass, and a plurality of photoelectric conversion elements made of TFTs or semiconductors are formed on the flexible insulating layer. .. Then, Patent Document 1 shows a step of arranging a scintillator and a protective member for protecting the scintillator on a matrix panel and peeling the scintillator from a substrate such as glass in that state.
特許文献1における基板からの剥離はレーザー光の照射により行っているが、マトリクスパネルに対して効率よくレーザー光を照射させるためには装置自体が大型かつ高価なものとなり得る。そのため、可撓性マトリクスパネルを製造するに際しては、製造コストの面で課題がある。 Although the peeling from the substrate in Patent Document 1 is performed by irradiation with a laser beam, the apparatus itself can be large and expensive in order to efficiently irradiate the matrix panel with the laser beam. Therefore, when manufacturing a flexible matrix panel, there is a problem in terms of manufacturing cost.
そこで、本発明の目的は、可撓性絶縁層上にエリアセンサ及びシンチレータを有する可撓性マトリクスパネルにおいて、そのコストを低減して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。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a radiation detection device capable of manufacturing a flexible matrix panel having an area sensor and a scintillator on a flexible insulating layer at a reduced cost. Is.
上記の課題は、第1の基板の上に設けられた、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が第1の面に設けられた可撓性絶縁層に、前記画素アレイによる電気信号を外部に取り出すための電気回路と電気的に接続された配線部材を接続する接続工程と、前記第1の面と対向する第2の面で前記第1の基板と接した前記可撓性絶縁層を前記第1の基板から剥離するために、前記第1の面と連結されたローラーを、第1の回転方向で回転させることにより前記第1の基板から前記可撓性絶縁層を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、前記ローラーの前記第1の回転方向と逆回転である第2の回転方向で回転させることにより前記第1の基板とは別の前記放射線検出装置を構成する第2の基板に前記第2の面を貼り合わせる貼り合わせ工程を行うことを特徴とする放射線検出装置の製造方法によって解決される。 The above-mentioned problem is caused by the pixel array on a flexible insulating layer provided on a first surface in which a pixel array having a plurality of pixels, each having a photoelectric conversion element, is provided on a first surface. The connection step of connecting an electric circuit for extracting an electric signal to the outside and an electrically connected wiring member, and the flexibility of contacting the first substrate on a second surface facing the first surface. In order to peel off the property insulating layer from the first substrate, the flexible insulating layer is removed from the first substrate by rotating a roller connected to the first surface in the first rotation direction. It is a method of manufacturing a radiation detection device that performs a peeling step of peeling, and is separated from the first substrate by rotating the roller in a second rotation direction that is opposite to the first rotation direction. The problem is solved by a method for manufacturing a radiation detection device, which comprises a bonding step of bonding the second surface to a second substrate constituting the radiation detection device.
本発明により、可撓性絶縁層上にエリアセンサ及びシンチレータを有する可撓性マトリクスパネルを、そのコストを低減しつつ安定して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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a radiation detection device capable of stably manufacturing a flexible matrix panel having an area sensor and a scintillator on a flexible insulating layer while reducing the cost thereof.
(第1の実施形態)
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。
(First Embodiment)
Hereinafter, the present invention will be described through an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings. The following embodiments do not limit the invention according to the claims. Although a plurality of features are described in the embodiment, not all of the plurality of features are essential for the invention, and the plurality of features may be arbitrarily combined. Further, in the attached drawings, the same or similar configurations are given the same reference numbers, and duplicate explanations are omitted. Further, the term radiation may include, for example, X-rays, α-rays, β-rays, γ-rays, particle beams, and cosmic rays.
図1は、本発明のマトリクスパネルを適用した放射線検出装置を用いた放射線画像撮影システムの概要図である。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。
FIG. 1 is a schematic diagram of a radiation imaging system using a radiation detection device to which the matrix panel of the present invention is applied. The
図2は、放射線検出装置12に組み込まれる放射線検出パネル100の模式図である。以下図2(a)~(c)を参照して、放射線検出装置12に組み込まれる放射線検出パネル100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’間における製法の異なる2パターンの断面図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of a
マトリクスパネル110は、可撓性絶縁層111上に、入射した放射線又は光を電気信号に変換する光電変換素子とスイッチ素子であるTFTを有する画素が複数配列されてなる画素アレイ112と、回路接続部132とが配置されたものである。本実施形態ではスイッチ素子と変換素子はそれぞれアモルファスシリコン薄膜トランジスタ(a-Si TFT)、MIS型画素とする。スイッチ素子と変換素子は上記の組み合わせに限らず、ポリシリコンTFTや酸化物TFT、PIN型画素など公知の技術を用いることができる。
The
可撓性絶縁層111のマトリクスパネルが形成された面の裏面は、第1の基板114と接している。第1の基板114は剛性が高く、また光電変換素子やTFTの形成温度に耐え得る材料が使用され得る。具体的には、第1の基板114としてはガラス、セラミックスからなる絶縁基板が好適である。
The back surface of the surface of the
可撓性絶縁層111は、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。具体的には、可撓性絶縁層111としてはポリイミド、ポリアミド等の有機系の絶縁層が用いられる。
As the
マトリクスパネル110の形成方法は、液状の可撓性絶縁層111を第1の基板114に塗布・硬化させて形成する方法、またはシート状の可撓性絶縁層111を第1の基板114に圧着する方法で第1の基板114に可撓性絶縁層111を形成する。この際、第1の基板114と可撓性絶縁層111の間には接着層を用いても良い。
The
次に、可撓性絶縁層111の基板114と接した面と対向する面、すなわち可撓性絶縁層111の上に、画素アレイ112と回路接続部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。
Next, the
センサ保護層113は、画素アレイ112を保護する目的で形成される。センサ保護層113の材料としては、シンチレータ120を形成する際の熱に耐え、かつシンチレータ120の密着力を向上させる材料であることが望ましい。具体的にはセンサ保護層113としては、ウレタン樹脂、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、シリコーン樹脂およびジアリルフタレート樹脂など、各種の樹脂が用いられる。
The
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す。シンチレータ120にはシンチレータ層121や保護層接着層122、シンチレータ保護層123を含む。シンチレータ層121としては、酸硫化ガドリニウム(GOS)等のシンチレータ粒子をバインダーと混合したもの、またはタリウムやナトリウム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GOSを用いて形成されたシートを貼り合せる方法が取られる。
The
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、結晶と空気の屈折率の違いによって、結晶中で光が全反射を繰り返し、効果的に発した光を光電変換素子へ伝えることができる。これにより、高いMTF(Modulation Transfer Function)を得ることが可能である。
In the
画素アレイ112上に塗布や蒸着によりシンチレータ120を形成した場合の断面図が図2(b)である。また、別途準備したシンチレータ基台124上にシンチレータ層121を形成したものを画素アレイ112上にシンチレータ接着層125を介して貼り合わせた場合の断面図が図2(c)である。
FIG. 2B is a cross-sectional view when the
いずれの方法においても、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層123が形成され得る。シンチレータ保護層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、エポキシ樹脂、アクリル樹脂およびポリエステル樹脂等の樹脂類、樹脂とアルミナおよび酸化チタン等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。
In either method, in order to protect the
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からなる積層体である。放射線検出パネル100の画素アレイ112には、フレキシブル配線板などの配線部材131が回路接続部132を介して接続され得る。また、放射線検出パネル100には、図2では不図示の基板接着層150を介して第2の基板133が設けられ得る。
The
第2の基板133は、放射線検出パネル100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、防湿性向上、放射線検出パネル100の遮光、外来ノイズ耐性の向上、および振動や外部応力の緩衝機能等を持つことが望ましい。
The required functions of the
例えば第2の基板133は、放射線のうち可撓性絶縁層111を透過した成分を吸収する材料で構成される。また第2の基板133の剛性は、可撓性絶縁層の剛性よりも高いことが望ましい。具体的には、第2の基板133は鉛、タングステン、鉄などの材料が好適である。第2の基板133の後方からの放射線の反射が少ない場合は、第2の基板133の材質は遮光性を有する樹脂でも可能であり、樹脂用いることにより放射線検出装置12の軽量化を行うこともできる。
For example, the
図3は、本発明の第1の実施形態における可撓性マトリクスパネルの製造フローを示したものである。 FIG. 3 shows a manufacturing flow of a flexible matrix panel according to the first embodiment of the present invention.
S201では、以降の工程を行うための準備として、第1の基板114を、ステージ160へ載置する。
In S201, the
S202では、第1の基板114上に、可撓性絶縁層111を形成する。可撓性絶縁層111の形成は、第1の基板114に材料を塗布し硬化させる方法や、シート上の可撓性絶縁層を圧着する方法などがある。
In S202, the flexible insulating
S203では、可撓性絶縁層111上にスイッチ素子と変換素子とを二次元行列状に配置した画素アレイ112を形成する。
In S203, a
S204では、画素アレイ112の上にシンチレータ120を形成するシンチレータ形成工程が行われる。シンチレータ層121としては、前述のGOSもしくはタリウム(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。
In S204, a scintillator forming step of forming the
S205では、シンチレータ120を保護するシンチレータ保護層123を保護層接着層122とともに形成する保護層形成工程が行われる。
In S205, a protective layer forming step of forming the scintillator
S206では、画素アレイ112にて画像情報となった電気信号を外部に取り出すための電気回路を、回路接続部132に配線部材131を用いて接続する接続工程が行われる。
In S206, a connection step is performed in which an electric circuit for extracting an electric signal that has become image information in the
S207では、可撓性絶縁層111を形成するために用いられた第1の基板114から可撓性絶縁層111を剥離する剥離工程と、続けて第2の基板133を可撓性絶縁層111に貼り合わせる貼り合わせ工程と、が行われる。第1の基板114と可撓性絶縁層111を剥離し、第1の基板114をステージ160から除去する。その後、第2の基板133をステージにセットし、図4の説明で後述する方法により可撓性絶縁層111の剥離面を第2の基板133上に基板接着層150を介して貼り合わせる。
以上S201~207の工程を経ることにより、放射線検出装置12を製造することができる。
In S207, the peeling step of peeling the flexible insulating
By going through the steps of S201 to 207 as described above, the
S207における、可撓性絶縁層111を第1の基板114から剥離する工程と、可撓性絶縁層111に第2の基板133を貼る工程をそれぞれに分けた場合を考える。この場合、剥離した可撓性絶縁層111を搬送台に乗せ、次工程において搬送台から可撓性絶縁層111を取り外し、第2の基板133に貼り合わせることになる。このようにすると、剥離工程と第2の基板133に貼る工程でそれぞれの専用装置が必要になり、装置コストの面が課題となる。また、可撓性絶縁層の搬送回数が増えると、可撓性に起因するトラブルの頻度も増えることになる。
Consider a case where the step of peeling the flexible insulating
具体的には、S206で実装する電気回路による荷重が可撓性絶縁層111に加わることで、可撓性絶縁層111が延伸され、画素アレイ112や、画素アレイ112と外部回路接続部132とを結ぶ配線部が破損するおそれがある。以上を鑑み、本発明では剥離工程と貼り工程の2つの工程を1つの装置で行う方法を提案する。これにより、装置コストが安価で、かつトラブルの少ない製造方法が実現する。
Specifically, when the load from the electric circuit mounted in S206 is applied to the flexible insulating
次に、本発明の製造方法の特徴である工程207の剥離と支持基板貼りについて、図4~図6を用いて詳細に説明する。 Next, the peeling and attachment of the support substrate in step 207, which are the features of the manufacturing method of the present invention, will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 6.
図4は、本実施形態に係る剥離貼りユニットを説明するための模式図である。以下、斜視図である図4(a)及び側面図である図4(b)を用いて、剥離貼りユニット140について説明する。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the peeling and pasting unit according to the present embodiment. Hereinafter, the peeling and
図4(a)及び(b)に示すように、剥離貼りユニット140は、ローラー141と剥離対象物を連結するクランプ142とを含む。剥離時のローラー141の回転方向は図中のA方向であり、回転させながらB方向に進めることにより剥離対象物をローラー141に沿わせて剥離する。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the peeling and
このとき、ローラー141はB方向に動かさず、剥離対象物を搭載したステージ160(図4では不図示)をB方向とは逆側に動かすようにしてもよい。すなわち、ローラー141が剥離対象物を搭載したステージ160に対して相対的にB方向に動くようにすればよい。後述する貼り合わせ工程においても同様に、ローラー141を動かすようにしても、ステージ160を動かすようにしてもよい。
At this time, the
剥離対象物の連結方法は、クランプ142に挟み込む機構を設けて固定する方法でもよいし、ローラー141とクランプ142で挟み込むように固定する方法でもよい。また、剥離対象物を不図示の接着シートやテープなどでローラー141に接着固定してもよい。また剥離対象物は、剥離貼りユニット140にそのまま固定するよりも、剥離対象物の端に固定部材であるクランプフィルム143を設置し、クランプフィルム143ごと剥離することが望ましい。
The method of connecting the object to be peeled off may be a method of providing a mechanism for sandwiching the
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、配線部材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。
The roller width of the
図5は、第1の基板114から可撓性絶縁層111の剥離が完了した様子を示した断面図である。第1の基板114は本発明の放射線検出装置12には不要であるため、ステージ160から取り外して廃棄する。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing how the flexible insulating
図6は本実施形態に係る可撓性マトリクスパネルへ第2の基板を貼り合わせる貼り合わせ工程の断面図である。図6には、基板接着層150を介して可撓性絶縁層111を第2の基板133に貼り合わせる工程の開始状態が示されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a bonding step of bonding the second substrate to the flexible matrix panel according to the present embodiment. FIG. 6 shows the start state of the step of attaching the flexible insulating
第1の基板114を取り除いたステージ160に、基板接着層150を表面に配した第2の基板133を配置する。ローラー141を剥離時とは逆回転である矢印A′方向に回転させ、ローラー141をB′方向に進めることにより、第2の基板133に可撓性絶縁層111を貼り合わせる。剥離貼りユニット140は貼り合わせの際、ローラー141の回転中心の高さ方向(図中のC方向)について第2の基板133の厚さに合わせて変位可能として構成するのが好適である。
On the
図6中に示したワーク固定テープ161は、一端をステージ160に固定し、別の一端を可撓性絶縁層111の端部に固定しており、可撓性絶縁層111を第2の基板133に貼り合わせる際に位置ずれが起きないようにするものである。
The
なお、本実施形態のフローにおいてS207で行う剥離と支持基板貼りでは、シンチレータ120が形成された部分は剛性が高くなるとともに、シンチレータ120が形成された部分と形成されない部分で段差が生じる。この段差の箇所においては、剥離時に可撓性絶縁層111に応力がかかりやすくなる。そこで、段差を解消するように緩衝材を配置して剥離と支持基板貼りを行うと、可撓性絶縁層111への損傷を低減することができる。
In the peeling and supporting substrate pasting performed in S207 in the flow of the present embodiment, the portion where the
以上の本実施形態によれば、ローラー141の回転を利用して可撓性マトリクスパネルを剥離し、続けて同一の装置を用いて、剥離時とは逆の回転を利用して貼り合わせることで、装置コストを削減することができる。また、装置間の搬送が減少するので、マトリクスパネルの可撓性に起因する断線等のトラブルも減少させることができる。
According to the above embodiment, the flexible matrix panel is peeled off by using the rotation of the
12 放射線検出装置
100 放射線検出パネル
110 マトリクスパネル
111 可撓性絶縁層
112 画素アレイ
114 第1の基板
120 シンチレータ
133 第2の基板
141 ローラー
12
Claims (8)
前記第1の面と対向する第2の面で前記第1の基板と接した前記可撓性絶縁層を前記第1の基板から剥離するために、前記第1の面と連結されたローラーを、第1の回転方向で回転させることにより前記第1の基板から前記可撓性絶縁層を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、
前記ローラーの前記第1の回転方向と逆回転である第2の回転方向で回転させることにより前記第1の基板とは別の前記放射線検出装置を構成する第2の基板に前記第2の面を貼り合わせる貼り合わせ工程
を行うことを特徴とする放射線検出装置の製造方法。 A pixel array having a plurality of pixels, each having a photoelectric conversion element, provided on a first substrate is provided on a flexible insulating layer provided on the first surface, and an electric signal obtained by the pixel array is sent to the outside. The connection process that connects the electrical circuit for taking out and the wiring member that is electrically connected,
In order to peel off the flexible insulating layer in contact with the first substrate on the second surface facing the first surface from the first substrate, a roller connected to the first surface is used. , A peeling step of peeling the flexible insulating layer from the first substrate by rotating in the first rotation direction.
It is a manufacturing method of a radiation detection device that performs
The second surface is formed on a second substrate constituting the radiation detection device different from the first substrate by rotating the roller in a second rotation direction which is opposite to the first rotation direction. A method for manufacturing a radiation detection device, which comprises performing a bonding process.
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