JP3880094B2 - 放射線検出装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線検出装置とその製造方法に関し、特に、α線、β線、γ線、X線等の放射線を可視光に変換する蛍光体と、この可視光を検出する光電変換素子と、駆動部を有する放射線検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、放射線検出装置は、さまざまな分野で利用されてきている。放射線の中でも特にX線を利用した放射線検出装置は、医療機器、化学分析機器、非破壊検査機器で盛んな応用展開がなされている。実用化されている装置としては、胸部、胃部X線診断装置、X線断層撮影装置、循環器系X線診断装置、X線透過装置、X線回折装置、X線非破壊検査装置、X線残留応力分析装置が挙げられる。
【0003】
これらの装置における検出部としては、X線フィルムを使ったもの、ガス検出器を使ったもの、蛍光体とフォトマルを組み合わせたもの、イメージインテンシファイヤーとフィルムカメラやテレビカメラを組み合わせたもの等が一般的であった。
【0004】
近年、装置の小型化、画像処理と組み合わせるためのデジタル化のために、蛍光体と固体の光電変換素子を組み合わせた検出器の開発が進んでいる。フィルムに置き代わるものとしてイメージングプレート、アナログテレビカメラに替わるものとしてCCDの固体撮像素子を使ったもの等が脚光を浴びている。これらでは検出した画像はデジタル信号として取り込まれるので、画像データの解析や画像処理が容易であり、放射線検出装置の高性能化を実現している。
【0005】
しかしながら、イメージングプレートでは動画を出すことができず、CCDカメラ方式では、イメージングインテンシファイヤーがかさばり、小型化が難しいなどの問題が指摘されている。特に医療器では大面積対応の放射線検出器が必要である。例えば胸部X線透過装置では、46cm角の大面積を必要とする。そこで大面積な放射線を検出しながら、装置自体はコンパクト、しかも動画対応の放射線検出装置の開発が進められている。例えば光電変換素子として水素化アモルファスシリコンの高感度光電変換素子を使えば、大面積化は容易である。しかもこの素子と蛍光体を組み合わせれば、大面積の放射線を一対一で、縮小光学系や、イメージインテンシファイヤー等を介さず高感度に直接検出できるので、大面積、コンパクト、動画対応の放射線検出装置を実現することができる。例えば特願平5−331690号において開示された2次元光電変換装置と、蛍光体を組み合わせることが考えられる。
【0006】
この大面積放射線検出装置では、蛍光体を塗った蛍光体シートと光電変換素子を有する基板を、従来の方法によれば接着剤で全面接着していることが多かった。図11に従来の放射線検出器の断面図を示す。1101はガラス基板、1102は光電変化素子等がある層、1103はポリイミドなどの不純物防止層、1104はエポキシ系接着剤、1105は蛍光体保護膜、1106は蛍光体、1107はベースシートである。P’”は蛍光体シートである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
放射線検出装置の大面積化、蛍光体と光電変換素子の一体化に伴い、いくつかの問題が生じてきた。ガラス基板と、蛍光体シートや接着剤との熱膨張係数の差が無視できなくなり、蛍光体シートに割れが生じたり、基板がたわんだりする問題が持ち上がった。
【0008】
基板全面に均一な接着剤層を形成することが難しく、蛍光体シートの平面度を均一に保つことが困難であり、接着剤中の不純物が蛍光体や下地のデバイスに悪影響を与えるといった問題があった。そのために保護膜をさらに追加せねばならず、蛍光体シートと基板の間によけいなものがさらに加わる結果となる。
【0009】
ベースシートは、適度な強度と均一な平面性を出すために、1mm近い厚さのものを用いねばならず、一般に蛍光体内で発生した光の反射板を兼ねて、X線透過率の高いアルミ板を用いることが多く、そのため放射線検出装置全体の重量が重くなる傾向があった。
【0010】
また、蛍光体シートの保護膜、接着剤層など、光電変換素子と蛍光体との間に無駄な間隙が生じ、光の利用効率が落ち、ここでの散乱により、像のボケが生じる問題があった。特に医療器では、人体への放射線の照量をできるだけ減らしたいという要求があり、また放射線から光への蛍光体での変換効率は10%程度であるので、可能な限り光を有効利用したいという条件下では、この効率低下は重大な問題である。
【0011】
さらに、蛍光体に吸湿性があり、水分を吸うと劣化するものが多く、接着剤の吸湿性と絡んでデバイスに悪影響を与える場合が多かった。
【0012】
すなわち、上述したように、放射線検出装置の大面積化、蛍光体と光電変換素子の一体化に伴って、以下のような問題が生じてきた。
[1]ガラス基板と、蛍光体シートや接着剤との熱膨張係数の差による、蛍光体シートの割れ、基板のたわみが生じる問題;
[2]基板全面に均一な接着剤層を形成することが難しく、蛍光体シートの平面度を均一に保つことが困難;
[3]接着剤中の不純物が蛍光体や下地のデバイスに悪影響を与える;
[4]そのために、保護膜をさらに追加すると、蛍光体シートと基板の間によけいなものがさらに加わる結果となる;
[5]ベースシートにアルミ板を用いると、放射線検出装置全体の重量が重くなる;
[6]ベースシートを、従来の方法で完全密着させようとすると、蛍光体シートの保護膜、接着剤層など、光電変換素子と蛍光体との間に無駄な間隙が生じ、光の利用効率が落ち、ここでの散乱により、像のボケが生じる;
[7]蛍光体に吸湿性があり、水分を吸うと劣化するものが多く、接着剤の吸湿性と絡んでデバイスに悪影響を与える場合が多かった;
[発明の目的]
本発明の目的は、蛍光体シートの割れ、基板のたわみがなく、蛍光体シートの平面度が均一で、接着剤中の不純物が蛍光体や下地のデバイスに悪影響を与えることがなく、装置全体の重量が重くならず、光電変換素子と蛍光体との間に無駄な間隙が生じず、光の利用効率が高く、散乱による像のボケが生じることなく、耐湿性が高い放射線検出装置及びその製造方法を実現することにある。
【0013】
すなわち、接着剤を用いること、及びアルミベースシートを用いることにより生じる様々な問題を解決することが、本発明の目的であるとも言える。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、少なくとも光電変換素子を有する基板と、蛍光体シートとを張り合わせて形成する放射線検出装置において、
前記蛍光体シートと前記基板の光電変換素子形成面とが大気圧より低い状態に保持されて該大気圧によって密着しているとともに、少なくとも前記蛍光体シートと前記基板の端面を封止部材で封止したことを特徴とする放射線検出装置を提供するものである。
【0015】
また、前記基板と前記蛍光体シートの周辺部にのみ密着シール部材を設けたことを特徴とし、
また、上記密着シール部材は、熱硬化性樹脂であることを特徴とし、
また、上記密着シール部材は、弾性部材であることを特徴とし、
また、上記弾性部材は、上記基板周辺部に形成された切欠部内に配置されたことを特徴とし、
また、上記弾性部材は、上記切欠部内で移動可能なように遊び空間を有して配置されることを特徴とし、
また、前記蛍光体シートのベースシートは、ポリイミドシートや、ポリエチレンシート等の合成樹脂シートであることを特徴とする放射線検出装置でもある。
【0016】
更にまた、本発明は、少なくとも光電変換素子を有する基板と、蛍光体シートとを張り合わせて形成する放射線検出装置の製造方法において、前記蛍光体シートと前記基板の光電変換素子形成面とが大気圧より低い状態に保持されて該大気圧によって密着しつつ、少なくとも前記蛍光体シートと前記基板の端面を封止部材で封止することを特徴とする放射線検出装置の製造方法を、上記課題を解決するための手段とするものである。
【0017】
また、前記基板と、前記蛍光体シートとを張り合わせる工程と、少なくとも前記蛍光体シートと前記基板の端面に封止部材を設けて封止する工程と、を有し、前記張り合わせる工程と前記封止する工程の少なくともいずれかの工程を真空容器内にて行うことを特徴とし、
また、前記基板の前記光電変換素子形成面と前記蛍光体シートの一表面とを張り合わせる工程と、少なくとも前記蛍光体シートと前記基板の端面の一部に封止部材を設ける工程と、前記設ける工程後、真空容器内にて真空引きする工程と、前記真空引きする工程後、前記端面に封止部材を設けて封止する工程と、を有することを特徴とする放射線検出装置の製造方法でもある。
【0018】
【発明の実施の形態】
[作用]
本発明の上記手段によれば、大気圧によって基板と蛍光体シートとを密着させ、接着剤等の密着シール部材は、張り合わせた基板の周辺部だけに存在するため、接着剤層を介せず、基板と蛍光体シートの機能領域を直接密着させることができる。
【0019】
また、外周部を封止剤で封止することで、上述した密着シール部材なしでも、大気圧により、基板と蛍光体シートを密着させることができる。
【0020】
[実施形態1]
図1に本発明になる放射線検出装置の第1の実施形態として、2次元の放射線検出装置の基板と蛍光体シートの端面からの断面図を示す。101はガラス基板、102は光電変換素子等の層(光電変換素子、薄膜トランジスタ等は省略してある)、103は蛍光体、104は蛍光体のベースシート、Pは蛍光体シート、105は熱硬化性樹脂、106は封止剤を示す。Aは大気圧であり、これにより、蛍光体シートは光電変換素子等の層上に密着させられている様子を示す。
【0021】
図2(a)は、放射線検出装置の1画素分の平面図を示す。図2(b)は、(a)のA−Bの断面図を示す。101はガラス基板、202はクロムメタルにより形成したMIS型光センサの下電極、203は薄膜トランジスタのゲート電極、204は水素化アモルファス窒化シリコン層、205は水素化アモルファスシリコン層、206はN+ 型マイクロクリスタルシリコン層、207は薄膜トランジスタのソース、208はドレイン電極、209は表面保護層として水素化アモルファス窒化シリコン層、103は蛍光体、104はベースシートである。Aは大気圧である。本発明で用いる光電変換素子は薄膜トランジスタ、配線マトリクスと同一層構成になっており、同一のプロセスにより、同一基板上に形成することができる。それゆえ大面積基板を少ない工程で処理できるので、歩留よく作成することができる。
【0022】
外部から蛍光体シートに入射したX線は、ここで光に変換され、この光をこの光電変換素子で検出する。本発明によれば、図1又は図2に示されるように、蛍光体103と光電変換素子S11の間には5000Åの保護層209が有るのみであり、蛍光体で発生した光は効率よく光電変換素子に到達する。また蛍光体シートPは1μm以内の精度で光電変換素子等の層上に密着させることができる。また蛍光体シートガラス基板101は端面を封止剤106で完全封止され、外部からの水分等の侵入を防いでいる。また蛍光体シートと光電変換素子等の層の間には、張り合わせ部を除いて、接着剤等の不純物を含むものがいっさい存在しないので、蛍光体の劣化はもちろん、光電変換素子等の下地デバイスの劣化等もほとんど生じなかった。
【0023】
蛍光体シートPは、本実施形態の場合5μm程度の蛍光体粉末(CaWO4 )222をポリビニルアルコール水溶液に混ぜてスラリーとし、これをポリイミドシート上に塗布後、乾燥して作成した。膜厚は200μmとした。
【0024】
本実施例では、ベースシートとして、ポリイミドシートを用いたが、X線を透過するポリエチレンシートなどの合成樹脂シートを用いることもできる。また、光の利用効率を上げるために、予め1000Å程度のアルミを蒸着した樹脂シートを利用しても良い。
【0025】
図3は、この放射線検出装置1画素の等価回路を示す。光電変換素子としてMIS型光センサS11、光電変換素子駆動部としての駆動薄膜トランジスタT11で構成されている。さらにSIGは信号配線である。gn(n=1)は駆動薄膜トランジスタのゲート線、D、GはそれぞれMISセンサの上電極、下電極を示す。Cgs,Cgdは駆動用薄膜トランジスタのゲート電極とソース電極、ドレイン電極との重なりによる容量である。光によりS11で発生した電荷は、薄膜トランジスタを通して、Cgs,Cgdに蓄えられたのち、不図示の読み出し回路で、この電荷を読み出す。ここでは1ビットについての場合であるが、実際にはこのCgs,Cgdは、このゲート線につながった他の薄膜トランジスタのものとの合計である。このように蓄積容量はCgs,Cgdを利用している。
【0026】
この本実施形態で用いられる光電変換素子は、特願平5−331690号において開示された光電変換素子と同じ原理によるものである。以下にその概略を述べる。
【0027】
図4(a),(b)はそれぞれリフレッシュモード、光電変換モードの動作を示す光電変換素子のエネルギーバンド図である。図中の1〜5は各層の厚さ方向の状態を示している。
【0028】
リフレッシュモード(a)において、D電極はG電極に対して負の電位が与えられているために、水素化アモルファスシリコン層3内の黒丸で示されたホールは電界によりD電極に導かれる。同時に白丸で示された電子は水素化アモルファスシリコン層3に注入される。このとき一部のホールと電子はN+ 型マイクロクリスタルシリコン層2、水素化アモルファスシリコン層3中において再結合して消滅する。充分に長い時間この状態が続けば、水素化アモルファスシリコン層3内のホールは水素化アモルファスシリコン層3から掃き出される。
【0029】
この状態で光電変換モード(b)になると、D電極はG電極に対して正の電位が与えられるために、水素化アモルファスシリコン層3中の電子は瞬時にD電極に導かれる。しかしホールに対してN+ 型マイクロクリスタルシリコン層2が注入阻止層として働くために、水素化アモルファスシリコン層3中に導かれることはない。この状態で水素化アモルファスシリコン層3内に光が入射すると、光は吸収され電子、ホール対が発生する。この電子は電界により電極に導かれ、ホールは水素化アモルファスシリコン層3内を移動し水素化アモルファス窒化シリコン層4の界面に達するが、ここで阻止され水素化アモルファスシリコン層3内に留まることになる。このとき電子はD電極に移動し、ホールは水素化アモルファスシリコン層3内の水素化アモルファス窒化シリコン層4界面に移動するため、素子内の電気的中性を保つために、電流がG電極から流れる。この電流は光により発生した電子、ホール対に対応するので、入射した光に比例する。この光電変換素子は高感度であり、かつ広いダイナミックレンジがとれるなど、放射線検出用として、特に有望なものである。
【0030】
図5に放射線検出装置の全体回路図を示す。図5中、S11〜S33は光電変換素子を表している。ST11〜ST33は光センサ駆動用薄膜トランジスタである。Vsは読みだし用電源、Vgはリフレッシュ用電源であり、それぞれスイッチSWs,SWgを介して全光電変換素子S11〜S33の下電極Gに接続されている。スイッチSWsはインバータを介して、スイッチSWgは直接にリフレッシュ制御回路RFに接続されており、リフレッシュ期間はスイッチSWgがON、その他の期間はスイッチSWsがONするように制御されている。信号出力は信号配線SIGにより検出用集積回路ICに接続されている。
【0031】
図5では、9個の画素を3個のブロックに分け、1ブロックあたり3画素の出力を同時に転送し、この信号を検出用集積回路によって順次出力に変換して出力する。説明しやすいように9画素の2次元の放射線検出装置としたが、実際にはさらに高密度の画素構成となっている。たとえば画素サイズを150μm角の大きさで、46cm角の放射線検出装置を作成した場合、画素数はおよそ180万画素となる。
【0032】
本実施形態になる光電変換素子等を作成した基板と蛍光体シートを張り合わせる工程以降を図6に示す。図6において、
a)光電変換素子等を形成したガラス基板101上の周辺部の張り合わせ部105に、熱硬化樹脂をスクリーン印刷する。熱硬化樹脂の厚さは250μmとしてある。接着剤としては、弾性があり、かつ接着力のあるものが好適である。つまり蛍光体シートと基板をしっかり接着しながら、熱膨張等の差をうまく吸収できる接着剤が好適である。熱硬化性樹脂としてフェノール、レゾルシノール、ユリア、メラニン、フラン、エポキシ、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂系などがあり、いずれを用いても本発明の主旨は実現できる。この張り合わせ部の幅は1mmとしている。光電変換素子等は、この張り合わせ部の内側に形成されている。つぎに蛍光体シートPを用意する。蛍光体シートPの方も、同じ1mmの幅で張り合わせ部をもっている。
【0033】
b)つぎに、この基板と蛍光体シートを、大気開放した真空容器604中のそれぞれのホルダー(不図示)にセットする。このとき光電変換素子等を形成したガラス基板と蛍光体シートが接触させた時うまく重なるように位置決めしておく。蛍光体シートは薄いポリイミドシートがベースシートになっているので、平面度がうまく出るように、注意してホルダーにセットする。
【0034】
適度な剛性を有するベースシートを用いることで、大気圧により好適に密着させることができる。アルミシートなどの剛性の強いベースシートでは、逆に、基板に対して、大気圧で完全密着させることは難しい。
【0035】
しかる後、真空容器を真空ポンプ(不図示)で真空引きする。この状態で樹脂の真空脱泡を行う。その後、蛍光体シートと光電変換素子等を形成したガラス基板を密着させるようにホルダーを移動させる。圧力Fを加えながら、ヒーターで熱Hを部分的に与え、樹脂に粘性を生じさせながら、圧着させる。
【0036】
c)冷却後、大気中に出すと、蛍光体シートPは大気圧に押され、光電変換素子等を形成した基板上に完全密着される。この状態で光電変換素子等を形成したガラス基板101と蛍光体シートPの端面をポリアミド樹脂106で封止する。封止剤としては弾力性のある熱可塑性樹脂等が好適である。熱可塑性樹脂として酢酸ビニル、アクリル、スチレン、セルロース、ポリアミド、アルキド、モノマータイプのシアノアクリレート系樹脂があるが、いずれを用いても本発明の主旨を実現することができる。
【0037】
装置としては単一の真空容器のみをとりあげたが、実際の生産においては、複数の真空装置を組み合わせたものが好適である。また真空装置の外にホルダーを取り出せるようにしておき、複数枚の蛍光体シートと熱硬化性樹脂をつけた光電変換素子を形成したガラス基板を同時にセットし、これを真空装置内へ導入し、同時に複数枚処理することもできる。
【0038】
本実施形態の構成、方法で46cm角の大面積放射線検出装置を作ったところ、前記した問題は何等生じなかった。
【0039】
[実施形態2]
図7に、本発明になる放射線検出装置の第2の実施形態として、2次元の放射線検出装置の基板と蛍光体シートの端面からの断面図を示す。701はガラス基板、702は光電変換素子等の層(光電変換素子、薄膜トランジスタ等は省略してある)、703は蛍光体、704は蛍光体のベースシート、P′は蛍光体シート、705は切り欠き部、706は封止剤を示す。Aは大気圧であり、これにより、蛍光体シートは光電変換素子等の層上に密着させられている様子を示す。
【0040】
本発明によれば、蛍光体と光電変換素子の間には5000Åの保護層が有るのみであり、蛍光体で発生した光は効率良く光電変換素子に到達する。また蛍光体シートは1μm以内の精度で光電変換素子等の層上に密着させることができる。また蛍光体シートとガラス基板は端面を封止剤706で完全封止され、外部からの水分等の侵入を防いでいる。また蛍光体シートと光電変換素子等の層の間には、張り合わせ部を除いて、接着剤等の不純物を含むものがいっさい存在しないので、蛍光体の劣化はもちろん、光電変換素子等の下地デバイスの劣化等もほとんど生じなかった。
【0041】
本実施形態になる光電変換素子等を作成した基板と蛍光体シートを張り合わせる工程以降を図8に示す。光電変換素子等を形成したガラス基板、蛍光体シートは実施形態1と同様のものを用いた。図8において、
a)周辺部に溝状の切り欠き部705を有する光電変換素子等を形成したガラス基板701と、この切り欠き部の中に設置する弾力部材703と蛍光体シートを用意する。弾力部材としてはゴム系のポリマーを用いる。切り欠き部の幅は1000μm、深さは100μmとし、精密レーザー加工機等を用いて作成した。この切り欠き部の中に、弾力部材を厚膜スクリーン印刷し、硬化させる。厚さは500μmとした。光電変換素子等は、この張り合わせ部の内側に形成されている。また蛍光体シートの方も、同じ幅で張り合わせ部をもっている。切り欠き部の大きさや弾力部材の大きさは、張り合わせ部の幅や、出来上がりの蛍光体シートの周辺部でのたわみをどこまで許すか等の条件で、適宜選定できる。本実施形態では、かなり厳しい条件とした。
【0042】
b)つぎにこの光電変換素子を形成したガラス基板と蛍光体シートを、大気開放した真空容器705中のそれぞれのホルダー(不図示)にセットする。このとき基板と蛍光体シートが接触させた時うまく重なるように位置決めしておく。蛍光体シートは薄いポリイミドシートがベースシートになっているので、平面度がうまく出るように、注意してホルダーにセットする。
【0043】
本実施例では、ベースシートとして、ポリイミドシートを用いたが、X線を透過するポリエチレンシートなどの合成樹脂シートを用いることもできる。また、光の利用効率を上げるために、予め1000Å程度のアルミを蒸着した樹脂シートを利用しても良い。
【0044】
適度な剛性を有するベースシートを用いることで、大気圧により好適に密着させることができる。アルミシートなどの剛性の強いベースシートでは、逆に、基板に対して、大気圧で完全密着させることは難しい。
【0045】
しかる後、真空容器を真空ポンプ(不図示)で真空引きする。その後、蛍光体シートと光電変換素子を形成した基板を密着させるようにホルダーを移動させる。圧力Gを加え、弾力部材を押しつぶしながら、圧着させる。
【0046】
c)冷却後、大気中に出すと、蛍光体シートは大気圧に押され、基板上に完全密着される。この状態で光電変換素子等を形成したガラス基板と蛍光体シートの端面をポリアミド系の熱可塑性樹脂706で封止する。熱可塑性樹脂としては、酢酸ビニル、アクリル、スチレン、セルロース、ポリアミド、アルキド、モノマータイプのシアノアクリレート系樹脂があるが、いずれを用いても本発明の主旨を実現することができる。
【0047】
本実施形態においては、ガラス基板の切り欠き部702に、遊びの部分(潤滑部)があり、ここで蛍光体シートと基板の熱膨張の差を完全に吸収することができる。
【0048】
この切り欠き部を設けなくても、弾力部材を基板上にうまく配置することができ、弾力部材が効果的に熱膨張の差を吸収できる構造にすれば、より簡素な構造で、本発明の効果を実現することができる。
【0049】
また本実施形態の大きな特徴として、劣化したり、傷のついた蛍光体シートを容易に取り外すことができるという点がある。弾力部材は接着性がないので、封止剤さえ取り除けば、蛍光体シートを容易に基板からはがすことができる。蛍光体シートは傷つき易く、長時間のX線の露光で劣化してしまっても、比較的安価な蛍光体シートのみ交換すればよいので、非常に経済的な放射線検出装置となる。
【0050】
装置としては単一の真空容器のみをとりあげたが、実際の生産においては、複数の真空装置を組み合わせたものが好適である。また真空装置の外にホルダーを取り出せるようにしておき、複数枚の蛍光体シートと弾力部材をつけた光電変換素子を形成したガラス基板を同時にセットし、これを真空装置内へ導入し、同時に複数枚処理することもできる。
【0051】
本実施形態の構成、方法で46cm角の大面積放射線検出装置を作ったところ、前記した問題は何等生じなかった。
【0052】
[実施形態3]
図9に、本発明になる放射線検出装置の第3の実施形態として、2次元の放射線検出装置の基板と蛍光体シートの端面からの断面図を示す。901はガラス基板、902は光電変換素子等の層(光電変換素子、薄膜トランジスタ等は省略してある)、903は蛍光体、904は蛍光体のベースシート、P″は蛍光体シート、905は封止剤を示す。Aは大気圧であり、これにより、蛍光体シートP″は、光電変換素子等の層上に密着させられている様子を示す。本発明によれば、蛍光体と光電変換素子の間には5000Åの保護層が有るのみであり、蛍光体で発生した光は効率良く光電変換素子に到達する。また蛍光体シートは1μm以内の精度で光電変換素子等の層上に密着させることができる。また蛍光体シートとガラス基板は端面を封止剤905で完全封止され、外部からの水分等の侵入を防いでいる。また蛍光体シートP″と光電変換素子等の層902の間には、接着剤等の不純物を含むものがいっさい存在しないので、蛍光体の劣化はもちろん、光電変換素子等の下地デバイスの劣化等もほとんど生じなかった。
【0053】
本実施形態になる光電変換素子等を作成した基板と蛍光体シートを張り合わせる工程以降を製造装置とともに図10に示す。本実施形態では全工程が真空容器内で行われる。
【0054】
図10は3つの真空容器A,B,Cを3つのゲートバルブG1,G2,G3でつないだロードロック式の製造装置を示す。
【0055】
まず光電変換素子等を形成したガラス基板901、蛍光体シートP″を用意する。これらは実施形態1と同じものである。ただし張り合わせ部の幅は5mmとしてある。この光電変換素子等を形成したガラス基板901と蛍光体シートP″を、大気開放した真空容器A中のそれぞれのホルダー(不図示)にセットする。このとき基板と蛍光体シートを接触させた時、うまく重なるように位置決めしておく。蛍光体シートP″は薄いポリイミドシートがベースシートになっているので、平面度がうまく出るように、注意してホルダーにセットする。
【0056】
本実施例では、ベースシートとして、ポリイミドシートを用いたが、X線を透過するポリエチレンシートなどの合成樹脂シートを用いることもできる。また、光の利用効率を上げるために、予め1000Å程度のアルミを蒸着した樹脂シートを利用しても良い。
【0057】
適度な剛性を有するベースシートを用いることで、大気圧により好適に密着させることができる。アルミシートなどの剛性の強いベースシートでは、逆に、基板に対して、大気圧で完全密着させることは難しい。
【0058】
しかる後、真空容器を真空ポンプ(不図示)で真空引きする。その後、蛍光体シートと基板を密着させるようにホルダーを移動させ、圧力を加えながら、圧着させる。
【0059】
次に基板901と蛍光体シートP″を圧着させたまま、真空容器Bへ移動させる。真空容器B内には、ディッピング槽1004が設けてあり、その中に封止剤905として、真空脱泡された熱硬化性のエポキシ樹脂が入っている。熱硬化性樹脂としてフェノール、レゾルシノール、ユリア、メラニン、フラン、エポキシ、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂系などがあり、いずれを用いても本発明の主旨は実現できる。また熱膨張の差を吸収しやすい、つまり弾力性のある熱可塑性樹脂を用いることは好適である。熱可塑性樹脂として酢酸ビニル、アクリル、スチレン、セルロース、ポリアミド、アルキド、モノマータイプのシアノアクリレート系樹脂があるが、いずれを用いても本発明の主旨を実現することができる。圧着された基板901と蛍光体シートP″は、面に垂直な軸の回りに回転することができる。またこの軸は、上下方向に移動させることができる。まず圧着した基板901と蛍光体シートP″の1端面を下側水平に維持したまま下降させ、この端面をディッピング槽につける。しかる後、引き上げ、この部分に熱を加え硬化させる。しかる後、基板901と蛍光体シートP″を90°回転させ、つぎの端面を下側水平に保つ。第1端面と同様に樹脂を着け封止する。この工程を各端面について繰り返す。
【0060】
しかる後、封止した基板と蛍光体シートを真空容器Cに移し、冷却取り出しを行う。冷却後、大気中に出すと、蛍光体シートは大気圧に押され、基板上に完全密着される。本実施形態においては、封止工程のみで本発明の主旨を実現でき、簡素な製造工程となる。また大量の基板を処理することも容易である。
【0061】
本実施形態においては、一組の基板と蛍光体シートの張り合わせについて述べたが、真空装置の外にホルダーを取り出せるようにしておき、複数枚の蛍光体シートと弾力部材をつけた光電変換素子を形成したガラス基板を同時にセットし、これを真空装置内へ導入し、同時に複数枚処理することもできる。また端面を同一真空容器内で封止したが、3端面のみをあらかじめ封止した基板と蛍光体シートを真空容器内で、真空引き後密着させ、樹脂封止する方法も可能である。処理枚数、生産の規模等により適宜行えばよい。
【0062】
本実施形態の構成、方法で46cm角の大面積放射線検出装置を作ったところ、前記した問題は何等生じなかった。
【0063】
【発明の効果】
本発明によれば、接着剤を介さず、基板と蛍光体シートを、大気圧によって密着させるため、蛍光体シートの割れ、基板のたわみがなく、蛍光体シートの平面度が均一で、接着剤中の不純物が蛍光体や下地のデバイスに悪影響を与えることがなく、装置全体の重量が重くならず、光電変換素子と蛍光体との間に無駄な間隙が生じず、光の利用効率が高く、散乱による像のボケが生じることなく、耐湿性が高い放射線検出装置及びその製造方法を実現することができる。
【0064】
すなわち、従来の接着剤を用いること、及びアルミベースシートを用いることにより生じる様々な問題を解決することができるという効果を得ることができる。
【0065】
従って、本発明になる構成と製造方法をとることにより、大面積、コンパクト、高信頼性な放射線検出装置を作製することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる第1の実施形態の断面図である。
【図2】本発明になる放射線検出装置の1画素の平面図(a)、A−B断面図(b)でである。
【図3】本発明になる放射線検出装置の1画素の等価回路図である。
【図4】本発明になる放射線検出装置における光電変換素子の動作原理を示すエネルギーバンド図である。
【図5】本発明になる放射線検出装置の全体回路図である。
【図6】本発明になる放射線検出装置の第1の実施形態の製造工程図である。
【図7】本発明になる第2の実施形態の断面図である。
【図8】本発明になる放射線検出装置の第2の実施形態の製造工程図である。
【図9】本発明になる第3の実施形態の断面図である。
【図10】本発明になる放射線検出装置の第3の実施形態の製造工程図である。
【図11】従来の放射線検出装置の断面図である。
【符号の説明】
101,701,901,1101 ガラス基板
102,702,902,1102 光電変換素子等を含む層
103,903,1106 蛍光体
104,704,904,1107 ベースシート
105 密着シール部材(熱硬化性樹脂)
106,706,905 封止剤
P,P’,P”,P’” 蛍光体シート
202 画素電極
203 ゲート電極
204 水素化アモルファス窒化シリコン層
205 水素化アモルファスシリコン層
206 N+ 型マイクロクリスタルシリコン層
208 ソース電極
209 ドレイン電極
703 弾力部材
705 切欠部
Claims (10)
- 少なくとも光電変換素子を有する基板と、蛍光体シートとを張り合わせて形成する放射線検出装置において、
前記蛍光体シートと前記基板の光電変換素子形成面とが大気圧より低い状態に保持されて該大気圧によって密着しているとともに、少なくとも前記蛍光体シートと前記基板の端面を封止部材で封止したことを特徴とする放射線検出装置。 - 前記基板と前記蛍光体シートの周辺部にのみ密着シール部材を設けたことを特徴とする請求項1記載の放射線検出装置。
- 上記密着シール部材は、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項2記載の放射線検出装置。
- 上記密着シール部材は、弾性部材であることを特徴とする請求項2記載の放射線検出装置。
- 上記弾性部材は、上記基板周辺部に形成された切欠部内に配置されたことを特徴とする請求項4記載の放射線検出装置。
- 上記弾性部材は、上記切欠部内で移動可能なように遊び空間を有して配置されることを特徴とする請求項4記載の放射線検出装置。
- 前記蛍光体シートのベースシートは、合成樹脂シートであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の放射線検出装置。
- 少なくとも光電変換素子を有する基板と、蛍光体シートとを張り合わせて形成する放射線検出装置の製造方法において、
前記蛍光体シートと前記基板の光電変換素子形成面とが大気圧より低い状態に保持されて該大気圧によって密着しつつ、少なくとも前記蛍光体シートと前記基板の端面を封止部材で封止することを特徴とする放射線検出装置の製造方法。 - 前記基板と、前記蛍光体シートとを張り合わせる工程と、少なくとも前記蛍光体シートと前記基板の端面に封止部材を設けて封止する工程と、を有し、前記張り合わせる工程と前記封止する工程の少なくともいずれかの工程を真空容器内にて行う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。
- 前記基板の前記光電変換素子形成面と前記蛍光体シートの一表面とを張り合わせる工程と、少なくとも前記蛍光体シートと前記基板の端面の一部に封止部材を設ける工程と、前記設ける工程後、真空容器内にて真空引きする工程と、前記真空引きする工程後、前記端面に封止部材を設けて封止する工程と、を有することを特徴とする請求項8記載の放射線検出装置の製造方法。
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