JPWO2011074249A1 - 放射線検出器及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
光電変換素子を有するアレイ基板とシンチレータ層の密着力を改善し、シンチレータ層の剥がれに起因する特性劣化が起こりにくい高信頼性の放射線検出器及びその製造方法を提供する。基板上に蛍光を電気信号に変換する光電変換素子２１を有しかつ最表層に保護膜２６が形成されたアレイ基板１２と、保護膜２６上に設けられ入射する放射線を蛍光に変換するＣｓＩベースのシンチレータ層１３と、シンチレータ層１３上に設けられシンチレータ層１３からの蛍光をアレイ基板１２側へ反射させる反射層１４と、を備える放射線検出器１１において、保護膜２６を熱可塑性樹脂であるアクリル系有機樹脂材料で形成する。
Description
本発明は、放射線を検出する放射線検出器及びその製造方法に関する。
新世代のＸ線診断用検出器として、アクティブマトリクスを用いた平面形のＸ線検出器が開発されている。このＸ線検出器に照射されたＸ線を検出することにより、Ｘ線撮影像、あるいはリアルタイムのＸ線画像がデジタル信号として出力される。
Ｘ線検出器は、一般に、蛍光を電気信号に変換する光電変換基板としてのアレイ基板、このアレイ基板の表面上に設けられ入射するＸ線を蛍光に変換するＸ線変換部であるシンチレータ層、このシンチレータ層上に必要に応じて設けられシンチレータ層からの蛍光をアレイ基板側へ反射させる反射層、シンチレータ層、及び反射層上に設けられ外気や湿度から保護する防湿構造を備えている。
このＸ線検出器では、Ｘ線をシンチレータ層により可視光すなわち蛍光に変換させ、この蛍光をアモルファスシリコン(ａ−Ｓｉ)フォトダイオード、あるいはＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの光電変換素子で信号電荷に変換することで画像を取得している。
シンチレータ層の材料としては、一般的にヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：ナトリウム（Ｎａ）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：タリウム（Ｔｌ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、あるいは酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ2Ｏ2Ｓ）など、種々のものがあり、用途や必要な特性によって使い分けられる。
シンチレータ層は、ダイシングなどにより溝を形成したり、柱状構造が形成されるように蒸着法で堆積したりすることで、解像度特性を向上させることができる。
シンチレータ層の上部には、蛍光の利用効率を高めて感度特性を改善する目的で、必要に応じて、反射層が形成される。反射層は、シンチレータ層で発光した蛍光のうち光電変換素子側に対して反対側に向かう蛍光を反射層で反射させて、光電変換素子側に到達する蛍光を増大させるものである。
反射層を形成する例としては、銀合金やアルミニウムなど蛍光反射率の高い金属層をシンチレータ層上に成膜する方法や、ＴｉＯ2などの光散乱性物質とバインダ樹脂とから成る光散乱反射性の反射層を塗布形成する方法などが知られている。また、シンチレータ層上に形成するのではなく、アルミなどの金属表面を持つ反射板をシンチレータ層に密着させて蛍光を反射させる方式も実用化されている。
シンチレータ層や反射層（或いは反射板など）の上部には、外部雰囲気から保護して湿度などによる特性の劣化を抑える為の防湿構造が設けられる。特に、湿度に対して劣化の大きい材料であるＣｓＩ：Ｔｌ膜やＣｓＩ：Ｎａ膜をシンチレータ層とする場合には高い防湿性能が要求される。
従来の防湿構造としては、ＡＬ箔などの防湿層を周辺部で基板と接着封止して防湿性能を保つ構造（例えば、特許文献１参照）、ＡＬ箔や薄板などの防湿層と基板とを周囲のリング状構造物を介して接着封止する構造（例えば、特許文献２参照）などがある。
Ｘ線検出器の一部を構成するアレイ基板は、光電変換素子としてのフォトダイオード、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、及びそれぞれの素子を結ぶ配線層がガラス基板上にパターニングされており、その上部には、平坦化、絶縁化などを目的として保護膜が設けられている。
この保護膜は、光電変換素子上に形成されるシンチレータ層からの光を透過する必要から透明絶縁膜が用いられ、有機樹脂膜、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮなどの無機膜、および有機樹脂膜／無機膜の積層膜などで形成される。
この保護膜上にＣｓＩなどからなるシンチレータ層を蒸着法により形成する場合、保護膜とシンチレータ層の密着性が重要となる。特に、光散乱性物質とバインダ樹脂からなるペースト材料をシンチレータ層上に塗布・乾燥して反射層を形成する場合は、反射層の収縮応力によりシンチレータ層がアレイ基板から剥がれてしまうと、シンチレータ層／アレイ基板間の空隙により、光が散乱し、解像度の低下という重大な欠陥が生じてしまうおそれがある。
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、光電変換素子を有するアレイ基板とシンチレータ層の密着力を改善し、シンチレータ層の剥がれに起因する特性劣化が起こりにくい高信頼性の放射線検出器及びその製造方法を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するため、本発明の放射線検出器は、基板上に蛍光を電気信号に変換する光電変換素子を有しかつ前記基板の最表層に保護膜が形成されたアレイ基板と、前記保護膜上に設けられ入射する放射線を蛍光に変換するシンチレータ層と、前記シンチレータ層上に設けられ前記シンチレータ層からの蛍光を前記アレイ基板側へ反射させる反射層と、を備える放射線検出器において、前記保護膜が前記シンチレータ層の成膜温度以下の軟化点を有する熱可塑性樹脂で形成されていることを特徴とする。
また、上述の目的を達成するため、本発明の放射線検出器の製造方法は、蛍光を電気信号に変換する光電変換素子を有するアレイ基板の最表層に、熱可塑性樹脂で形成された保護膜を設ける工程と、前記保護膜上に、放射線を蛍光に変換するシンチレータ層を前記熱可塑性樹脂の軟化点よりも高い温度で真空蒸着法により形成する工程と、前記シンチレータ層上に、塗膜により反射層を形成する工程と、を具備することを特徴とする。
本発明によれば、光電変換素子を有するアレイ基板とシンチレータ層の密着力を改善し、シンチレータ層の剥がれに起因する特性劣化が起こりにくく、高信頼性の放射線検出器を提供することができる。
以下、本発明に係る放射線検出器の実施の形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１は本実施の形態に係る放射線検出器の斜視図、図２はその放射線検出器の断面図を示すものである。
放射線検出器１１は、放射線像であるＸ線像を検出する平面センサであり、例えば、一般医療用途などに用いられている。
この放射線検出器１１は、図１及び図２に示すように、蛍光を電気信号に変換する光電変換基板としてのアレイ基板１２、このアレイ基板１２の一主面である表面上に設けられ入射するＸ線を蛍光に変換するＸ線変換部であるシンチレータ層１３、このシンチレータ層１３上に設けられシンチレータ層１３からの蛍光をアレイ基板１２側へ反射させる反射層１４、シンチレータ層１３および反射層１４上に設けられ外気や湿度から保護する防湿構造１５を備え、保護膜２６は、高沸点酸化物を生じない元素を主成分とし、シンチレータ層１３の成膜温度以下の軟化点を有する熱可塑性樹脂で形成されている。
以下、各構成要素毎に詳しく説明する。
（アレイ基板１２）
アレイ基板１２は、シンチレータ層１３によりＸ線から可視光に変換された蛍光を電気信号に変換するもので、ガラス基板１６、このガラス基板１６上に設けられ光センサとして機能する略矩形状の複数の光電変換部１７、行方向に沿って配設された複数の制御ライン（又はゲートライン）１８、列方向に沿って配設された複数のデータライン（又はシグナルライン）１９、各制御ライン１８が電気的に接続された図示しない制御回路と、各データライン１９が電気的に接続された図示しない増幅／変換部を備えている。
アレイ基板１２は、シンチレータ層１３によりＸ線から可視光に変換された蛍光を電気信号に変換するもので、ガラス基板１６、このガラス基板１６上に設けられ光センサとして機能する略矩形状の複数の光電変換部１７、行方向に沿って配設された複数の制御ライン（又はゲートライン）１８、列方向に沿って配設された複数のデータライン（又はシグナルライン）１９、各制御ライン１８が電気的に接続された図示しない制御回路と、各データライン１９が電気的に接続された図示しない増幅／変換部を備えている。
アレイ基板１２には、それぞれ同構造を有する画素２０がマトリクス状に形成されているとともに、各画素２０内にそれぞれ光電変換素子としてのフォトダイオード２１が配設されている。これらのフォトダイオード２１はシンチレータ層１３の下部に配設されている。
各画素２０は、更にフォトダイオード２１に電気的に接続されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２２、及びフォトダイオード２１にて変換した信号電荷を蓄積する電荷蓄積部としての図示しない蓄積キャパシタを具備している。但し、蓄積キャパシタは、フォトダイオード２１の容量が兼ねる場合もあり、必ずしも必要ではない。
各薄膜トランジスタ２２は、フォトダイオード２１への蛍光の入射にて発生した電荷を蓄積および放出させるスイッチング機能を担う。薄膜トランジスタ２２は、非晶質半導体としてのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、あるいは多結晶半導体であるポリシリコン（Ｐ−Ｓｉ）などの半導体材料にて少なくとも一部が構成されている。
また、薄膜トランジスタ２２は、図２に示すように、ゲート電極２３、ソース電極２４およびドレイン電極２５のそれぞれを有している。このドレイン電極２５は、光電変換素子（フォトダイオード）２１および蓄積キャパシタに電気的に接続されている。
蓄積キャパシタは、矩形平板状に形成され、各フォトダイオード２１の下部に対向して設けられている。
図１に示す制御ライン１８は、各画素２０間に行方向に沿って配設され、図２に示すように、薄膜トランジスタ２２のゲート電極２３に電気的に接続されている。
図１に示すデータライン（シグナルライン）１９は、各画素２０間に列方向に沿って配設され、図２に示すように、薄膜トランジスタ２２のソース電極２４に電気的に接続されている。
制御回路は、各薄膜トランジスタ２２の動作状態、即ちオンおよびオフを制御するもので、ガラス基板１６の表面における行方向に沿った側縁に実装されている。
増幅／変換部は、例えば各データライン１９に対応してそれぞれ配設された複数の電荷増幅器、これら電荷増幅器が電気的に接続された並列／直列変換器、この並列／直列変換器が電気的に接続されたアナログ−デジタル変換器を有している。
アレイ基板１２の最上部には、光電変換素子（フォトダイオード）２１及び薄膜トランジスタ２２などを保護するため、図２に示すように、樹脂製の保護層２６が形成される。
（保護膜２６）
保護膜２６は、シンチレータ層１３でＸ線から変換された可視光をフォトダイオード２１に到達させる必要から透明膜である必要がある。また、制御ライン１８、データライン１９の各電極パッド部にＴＡＢ接続により配線を繋ぐためのコンタクトホール形成が必要で、フォトリソグラフィーによる加工性を有する膜が望ましい。
保護膜２６は、シンチレータ層１３でＸ線から変換された可視光をフォトダイオード２１に到達させる必要から透明膜である必要がある。また、制御ライン１８、データライン１９の各電極パッド部にＴＡＢ接続により配線を繋ぐためのコンタクトホール形成が必要で、フォトリソグラフィーによる加工性を有する膜が望ましい。
保護膜２６としては、シンチレータ層１３の成膜温度以下の軟化点を有する熱可塑性樹脂であって、成分としてＳｉを含まないものを用いることが好ましい。即ち、成膜温度（基板温度）が２００℃以下の場合は、軟化点が２００℃未満のもの、特に１８０℃以下の非Ｓｉ含有熱可塑性樹脂が好ましい。具体的には、アクリル系樹脂（変形温度約８０〜１００℃）、ポリスチレン（軟化点約９０℃）、ポリ塩化ビニル（軟化点約６５〜８０℃）、ポリプロピレン（軟化点約１４０〜１６０℃）等を挙げることができる。特に、後述する実験例からも明らかなように、シンチレータ層１３としてヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：タリウム（Ｔｌ）、あるいはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）：タリウム（Ｔｌ）などのハロゲン化合物を真空蒸着法で柱状（ピラー）構造に形成したものを用いる場合には、密着性の観点からアクリル系有機樹脂（ＨＲＣ；商品名、ＪＳＲ製）を用いることが好ましい。また、保護膜２６の厚みは、１〜５μｍの範囲が好ましい。１μｍ未満では下層のパターン段差が十分に平坦化せず、５μｍを超えると保護膜２６を通過して下層のフォトダイオード２１に到達する光の量が低下してしまう。
（シンチレータ層１３）
シンチレータ層１３は、入射するＸ線を可視光すなわち蛍光に変換するもので、例えば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：タリウム（Ｔｌ）、あるいはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）：タリウム（Ｔｌ）などにより真空蒸着法で基板温度１５０〜２００℃で蒸着して柱状（ピラー）構造に形成したもの、あるいは酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ2Ｏ2Ｓ）蛍光体粒子をバインダ材と混合し、アレイ基板１２上に塗布して焼成および硬化し、ダイサによりダイシングするなどで溝部を形成して四角状に形成したものなどを用いることができる。
シンチレータ層１３は、入射するＸ線を可視光すなわち蛍光に変換するもので、例えば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：タリウム（Ｔｌ）、あるいはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）：タリウム（Ｔｌ）などにより真空蒸着法で基板温度１５０〜２００℃で蒸着して柱状（ピラー）構造に形成したもの、あるいは酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ2Ｏ2Ｓ）蛍光体粒子をバインダ材と混合し、アレイ基板１２上に塗布して焼成および硬化し、ダイサによりダイシングするなどで溝部を形成して四角状に形成したものなどを用いることができる。
これら柱間には、大気、あるいは酸化防止用の窒素（Ｎ2）などの不活性ガスを封入し、あるいは真空状態とすることも可能である。
シンチレータ層１３は、例えば以下に示す実験例のように、ＣｓＩ：Ｔｌの蒸着膜を用い、膜厚は約６００μｍ、ＣｓＩ：Ｔｌの柱状構造結晶の柱（ピラー）の太さを最表面で８〜１２μｍ程度とすることが好ましい。
（反射層１４）
シンチレータ層１３上に形成される反射層１４は、フォトダイオードと反対側に発せられた蛍光を反射して、フォトダイオードに到達する蛍光光量を増大させるものである。ただし、放射線検出器１１に求められる解像度、輝度などの特性により、省略することも可能である。
シンチレータ層１３上に形成される反射層１４は、フォトダイオードと反対側に発せられた蛍光を反射して、フォトダイオードに到達する蛍光光量を増大させるものである。ただし、放射線検出器１１に求められる解像度、輝度などの特性により、省略することも可能である。
反射層１４としては、銀合金やアルミニウムなどの蛍光反射率の高い金属をシンチレータ層１３上に成膜したもの、アルミなどの金属表面を持つ反射板をシンチレータ層１３に密着させたもの、ＴｉＯ２などの光散乱性物質とバインダ樹脂とから成る拡散反射性の反射層を塗布形成したものなどを用いることができる。
シンチレータ層１３としてＣｓＩ：Ｔｌの蒸着膜を用いた場合は、ＣｓＩ：Ｔｌ蒸着膜の表面被覆性、反射層材料の可視光吸収によるロス、反射層／ＣｓＩ：Ｔｌ蒸着膜間の距離増大による反射光拡がりに起因する解像度低下などの観点から、光散乱性粒子とバインダを含有したペースト状の反射層材料が高輝度・高解像度を得るために適している。
具体的には、例えば、フィラー：ルチル型ＴｉＯ２、バインダ材：ブチラール樹脂、溶媒：シクロヘキサノンとした白色ペースト材料を使用し、バインダ樹脂の一部は低応力化のために可塑剤に置き換えることが好ましい。また、白色ペースト材料は、反射率、耐クラック性などの観点から、フィラー粒径、バインダ比率が最適化され得る。
白色ペースト材料をディスペンサーなどでシンチレータ層１３上に塗布し、その後乾燥させて溶媒をとばすことで反射層１４が形成される。
反射層１４を形成後に、シンチレータ層１３の吸湿による特性劣化を防ぐために防湿構造１５を形成する。防湿方式としては、ポリパラキシリレンの熱ＣＶＤ膜でシンチレータと反射層の表面全体を覆う方法、ハット形状のアルミ箔を水蒸気バリア性の高い接着剤で接着封止する方法、無機膜（アルミ箔など）と有機膜の積層防湿シート、或いはガラス板など水蒸気バリア性の高い防湿層部材と、シンチレータ周辺部に配する枠状の防湿部材とを用いる方法など、種々の方法が可能である。
（防湿構造１５）
防湿構造１５は、シンチレータ層１３や反射層１４を外部雰囲気から保護して、湿度などによる特性劣化を抑えるためのものであり、図２に示す通り、鍔部３３が形成された防湿層３１及び接着層３５を含んで形成されている。
防湿構造１５は、シンチレータ層１３や反射層１４を外部雰囲気から保護して、湿度などによる特性劣化を抑えるためのものであり、図２に示す通り、鍔部３３が形成された防湿層３１及び接着層３５を含んで形成されている。
防湿層３１は、例えば、厚み０．１ｍｍｔのＡＬ合金箔（Ａ１Ｎ３０−Ｏ材）を、周辺部に５ｍｍ幅の鍔部３３を持つ構造にプレス成型してハット状に形成される。
次に、このハットの鍔部３３にディスペンサーにより接着剤を塗布して接着層３５を形成し、シンチレータ層１３および反射層１４の形成されたアレイ基板１２と張り合わせる。
なお、接着剤は、一般に市販されている加熱硬化型または紫外線硬化型のエポキシ系の接着材を用いることができる。
また、防湿層の材質としては、ＡＬやＡＬ合金に限らず他の金属材料を用いても同様に形成できるが、ＡＬ又はＡＬ合金箔材の場合には、金属材料としてはＸ線吸収係数が小さい為に、防湿層内でのＸ線吸収ロスを抑えることができる点でメリット大きく、ハット状に加工する場合にも加工性に優れている。
また、ハットによる防湿構造１５のアレイ基板１２への接着を減圧雰囲気にて行うことで、飛行機輸送を想定した減圧下での機械的強度に優れた防湿構造を形成できる。
防湿構造１５を形成して、放射線検出器１１のパネルが完成する。更に制御ライン、信号ラインの各電極パッド部にＴＡＢ接続により配線を繋いで、アンプ以降の回路に接続し、更に筐体構造に組み込んでＸ線検出器１１が完成する。
（アレイ基板１２とシンチレータ層１３の剥がれの態様）
アレイ基板１２、シンチレータ層１３（例えば、ＣｓＩ：Ｔｌ蒸着膜）、反射層１４（例えば、ＴｉＯ２ペースト）といった構成の放射線検出器１１では、アレイ基板１２とシンチレータ層１３の密着力不足により、反射層１４の乾燥時の収縮応力や信頼性試験負荷により、シンチレータ層１３とアレイ基板１２の最表層である保護膜２６との界面で剥がれが生じることがある。
アレイ基板１２、シンチレータ層１３（例えば、ＣｓＩ：Ｔｌ蒸着膜）、反射層１４（例えば、ＴｉＯ２ペースト）といった構成の放射線検出器１１では、アレイ基板１２とシンチレータ層１３の密着力不足により、反射層１４の乾燥時の収縮応力や信頼性試験負荷により、シンチレータ層１３とアレイ基板１２の最表層である保護膜２６との界面で剥がれが生じることがある。
図３を用いてアレイ基板１２とシンチレータ層１３の剥がれの態様について説明する。
この図においては、アレイ基板１２上に設けられている保護膜２６をシリコーン系有機樹脂材料で形成し、蒸着前の表面処理として、紫外線／オゾン洗浄処理（以下、「ＵＶ／Ｏ３処理」と記す）を３分間行った例を示す。
図３に示すように、この放射線検出器１１では、Ａの個所でシンチレータ層１３とアレイ基板１２上の保護膜２６との界面に沿って剥がれが生じている。また、Ｂの個所で反射層１４の乾燥時に収縮応力による応力集中により、反射層１４端面から剥がれが生じている。更に、アレイ基板１２中央部のＣの個所などで、反射層１４のペーストのシンチレータ層１３のピラー間への染み込みの影響で端部以外にも斑状にシンチレータ層１３の浮きが発生する場合もある。
このため、シンチレータ層１３とアレイ基板１２上の保護膜２６との付着力を評価する必要があるが、シンチレータ層１３としてＣｓＩ：Ｔｌ蒸着膜を用いた場合は膜自体が脆いため、テープテスト、引張試験、切削法による剥離強度・せん断強度測定、遠心法付着力測定などによる付着力の定量化が難しい。このため、下記のような定性的な方法で付着力測定を行った。
実施例
［実験例１］
（シンチレータ層１３の付着力評価試験）
シンチレータ層１３の付着力を簡易的に評価するため、図４に示すように、ガラス基板４１に各種保護膜４２を成膜し、この保護膜４２上に膜厚約６００μｍのＣｓＩ：Ｔｌ蒸着膜４３を基板温度１５０℃で真空蒸着した評価基板４４を準備した。
［実験例１］
（シンチレータ層１３の付着力評価試験）
シンチレータ層１３の付着力を簡易的に評価するため、図４に示すように、ガラス基板４１に各種保護膜４２を成膜し、この保護膜４２上に膜厚約６００μｍのＣｓＩ：Ｔｌ蒸着膜４３を基板温度１５０℃で真空蒸着した評価基板４４を準備した。
評価した保護膜４２は、厚さ２〜３μｍのアクリル系有機樹脂膜、厚さ２〜３μｍのシリコーン系有機樹脂膜、厚さ３０ｎｍの無機膜ＳｉＮであり、表面洗浄としてＵＶ／Ｏ３処理をそれぞれ０分（処理なし）、３分、１０分実施後に、ＣｓＩ：Ｔｌ蒸着を行った。
この評価基板４４に反射層材料（フィラー：ルチル型ＴｉＯ２、バインダ材：ブチラール樹脂、溶媒：シクロヘキサノンとした白色ペースト材料）を定量滴下し、乾燥時の収縮応力により、ＣｓＩ：Ｔｌ蒸着膜に剥がれがあるか否かを確認し、付着力の指標とした。
反射膜の塗布量は、乾燥後の反射膜の重量が約３０、６０、９０ｍｇとなる３種類で行い、シンチレータ層の剥がれ有無を表面および裏面観察により判断した。
結果を表１に示す。
表１の結果より、シリコーン系有機樹脂およびＳｉＮでは、ＵＶ／Ｏ３処理の有無に拘わらず、反射層の乾燥時の収縮応力により、シンチレータ層の剥がれや浮きが発生している。他方、アクリル系有機樹脂では、ＵＶ／Ｏ３処理を施すことで、反射層乾燥時に収縮応力による膜剥がれの発生はなく、十分な付着力が確保されている。
アクリル系有機樹脂材料で十分な付着力が得られる理由としては、
（１）アクリル系有機樹脂材料の樹脂軟化点（Ｔsoft）が１００℃以下であり、蒸着時の基板温度（Ｔsub）である１５０℃よりも低いため、シンチレータ蒸着時の昇温状態で表面保護膜が軟化した状態で蒸着が進行することにより、アンカー効果が発現すること、
（２）ＵＶ／Ｏ３処理により、表面の有機汚染物除去と表面改質の効果が生じること、が挙げられる。
（１）アクリル系有機樹脂材料の樹脂軟化点（Ｔsoft）が１００℃以下であり、蒸着時の基板温度（Ｔsub）である１５０℃よりも低いため、シンチレータ蒸着時の昇温状態で表面保護膜が軟化した状態で蒸着が進行することにより、アンカー効果が発現すること、
（２）ＵＶ／Ｏ３処理により、表面の有機汚染物除去と表面改質の効果が生じること、が挙げられる。
これに対して、シリコーン系有機樹脂は熱硬化性樹脂であり、蒸着時に膜が硬化していることと、ＵＶ／Ｏ３処理での表面の有機汚染物除去はあるものの、長時間処理をすると有機樹脂の主成分であるＳｉが分解され、処理温度で揮発しないＳｉＯ２を形成するため、樹脂表面にＳｉＯ２残渣が残り、シンチレータとの密着を阻害するものと推定される。
実験例１の結果においても、短時間処理では若干付着力が増加するものの、長時間処理をすると再び付着力が減少する傾向が見られた。このＳｉＯ２残渣による密着阻害は、ＳｉＮなどの無機膜でも同様である。
一方のアクリル系有機樹脂では、３分、１０分のＵＶ／Ｏ３洗浄において不具合が見られないため、１７分の長時間処理を行い、同様の付着力試験を試みたところ、シンチレータ層の剥がれは発生しなかった。アクリル系有機樹脂では、ＵＶ／Ｏ３処理の処理時間が長い場合であっても、付着力を阻害するような樹脂表面の変質（表面荒れ、異相形成、粒状酸化物発生）が起きないことが確認された。
［実験例２］
（表面処理を施したシリコーン系有機樹脂保護膜の付着力評価試験）
次に、保護膜としてシリコーン系有機樹脂を用いた場合において、剥がれが生じずに付着力を確保できる表面処理条件について検討した。
（表面処理を施したシリコーン系有機樹脂保護膜の付着力評価試験）
次に、保護膜としてシリコーン系有機樹脂を用いた場合において、剥がれが生じずに付着力を確保できる表面処理条件について検討した。
行った表面処理としては、表面にＳｉＯ２などの酸化物を形成しないことを前提とし、アルコール（アセトン、エタノール）洗浄、Ｈｅプラズマ処理、１８０℃-１ｈ脱ガス処理、プライマー処理（シランカップリング剤：信越化学工業株式会社製ＫＢＭ−１００３，ＫＢＭ−８０３）を実施した。
その後、上記表面処理したシリコーン系有機樹脂上に基板温度１５０℃でＣｓＩ：Ｔｌ蒸着膜を真空蒸着し、反射層定量滴下による剥がれ有無を確認した。
結果を表２に示す。
本試験の結果、剥がれの程度に若干の差は見られるが、表２の結果よりすべての試験で剥がれが発生した。
Ｈｅプラズマ処理に関しては、処理時間、出力、Ｈｅガス圧などを調整することで付着力改善の傾向が見られたが、反射層乾燥時の収縮応力に耐えるレベルの付着力を得ることはできなかった。このため、シリコーン系有機樹脂材料では、ＣｓＩ：Ｔｌ蒸着膜との付着力確保は難しい。
以上のことより、シンチレータ層１３としてＣｓＩ：Ｔｌを用いた場合には、アレイ基板１２との間に十分な付着力を確保するためには、以下の特性を持つ保護膜を選択することが必要である。
（１）ＣｓＩ：Ｔｌ膜蒸着温度以下の軟化点をもつ熱可塑性樹脂で、蒸着中に膜が軟化していること。即ち、樹脂軟化点（Ｔsoft）＜蒸着時基板温度（Ｔsub）の関係を満たしていること。
（２）ＵＶ／Ｏ３処理による表面改質での付着力改善が見られ、同処理で高沸点酸化物を形成するＳｉなどの構成元素を含まない膜であること。
（３）アレイ基板１２の最表層の保護膜２６として他に求められる特性として、透明性とフォトリソグラフ加工性に優れていること。
（１）〜（３）の特性を全て満たす膜として、ポジ型の紫外線感光性透明レジストとして知られるアクリル系有機樹脂（ＨＲＣ；商品名、ＪＳＲ製）を挙げることができる。
［実験例３］
（アクリル系有機樹脂保護膜を用いた放射線検出パネルの密着性評価試験）
上記の条件を満たす膜としてアクリル系有機樹脂（ＨＲＣ；商品名、ＪＳＲ製）を用い、アレイ基板１２の最表層に保護層２６として２μｍ成膜し、ＵＶ／Ｏ３処理を５分実施した後、ＣｓＩ：Ｔｌを基板温度１５０℃で真空蒸着して６００μｍのシンチレータ層１３を形成した。その後、ＴｉＯ２ペーストを塗布・乾燥し、約１１０μｍの反射層１４を形成した。その結果、反射層乾燥時の収縮応力によるシンチレータ層の剥がれは発生しなかった。
（アクリル系有機樹脂保護膜を用いた放射線検出パネルの密着性評価試験）
上記の条件を満たす膜としてアクリル系有機樹脂（ＨＲＣ；商品名、ＪＳＲ製）を用い、アレイ基板１２の最表層に保護層２６として２μｍ成膜し、ＵＶ／Ｏ３処理を５分実施した後、ＣｓＩ：Ｔｌを基板温度１５０℃で真空蒸着して６００μｍのシンチレータ層１３を形成した。その後、ＴｉＯ２ペーストを塗布・乾燥し、約１１０μｍの反射層１４を形成した。その結果、反射層乾燥時の収縮応力によるシンチレータ層の剥がれは発生しなかった。
更に、アレイ基板１２に防湿構造１５として、厚み０．１ｍｍｔのＡＬ合金箔（Ａ１Ｎ３０−Ｏ材）を、周辺部に５ｍｍ幅の鍔部３３を持つ構造にプレス成型してハット状に形成したＡＬハットを用いた。
そのＡＬハットの表面にアルコール洗浄とＵＶ／Ｏ３洗浄を施した後、表面に接着剤を塗布し、アレイ基板１２にもＵＶ／Ｏ３洗浄を施した後に貼り合せを行うことで、高い密着力を得ることができた。
アレイ基板１２にＵＶ／Ｏ３処理を施す際は、接着箇所である周辺部のみの処理をすればよく、有効エリアの膜がＵＶ／Ｏ３処理により変質する場合には、ＵＶを通さない金属板などでカバーする必要がある。
ただし、反射層１４はＵＶ／Ｏ３によるダメージはないため、アレイ基板１２全面をＵＶ／Ｏ３処理しても構わない。ＡＬハットによる防湿層３１／接着層３５／アレイ基板１２（保護膜２６）の接着（図２参照）においても、ＵＶ／Ｏ３洗浄により表面清浄化と表面改質が可能で、高沸点酸化物の発生がないアクリル系有機樹脂を使用することで、接着強度の高い、高信頼性の防湿構造を提供することができた。
防湿構造１５まで形成した放射線検出器パネルの信頼性評価として、冷熱サイクル試験（（−２０℃／ＲＴ／５０℃／ＲＴ）６０サイクル）、高温高湿試験（６０℃―９０％ＲＨ×５００ｈ）を実施した。
この結果、上記信頼性試験の負荷によるシンチレータ層１３の剥がれの発生はなく、アレイ基板１２とシンチレータ層１３に十分な付着力がある事が確認された。また、高温高湿試験でのシンチレータ層１３の吸湿による輝度・解像度の劣化も見られず、ＡＬハットの密着も十分であることが確認できた。
なお、上記の実験例ではシンチレータ層１３としてＣｓＩ：Ｔｌを用いたが、ＣｓＩ：Ｎａについても同様の蒸着条件で同様の効果が得られることが明らかである。
１１：Ｘ線検出器
１２：アレイ基板
１３：シンチレータ層
１４：反射層
１５：防湿構造
１７：光電変換部
３１：防湿層
３３：鍔部
３５：接着層
４１：ガラス基板
４２：保護膜
４３：ＣｓＩ：Ｔｌ蒸着膜
４４：評価基板
１２：アレイ基板
１３：シンチレータ層
１４：反射層
１５：防湿構造
１７：光電変換部
３１：防湿層
３３：鍔部
３５：接着層
４１：ガラス基板
４２：保護膜
４３：ＣｓＩ：Ｔｌ蒸着膜
４４：評価基板
Claims (7)
- 基板上に蛍光を電気信号に変換する光電変換素子を有しかつ前記基板の最表層に保護膜が形成されたアレイ基板と、前記保護膜上に設けられ入射する放射線を蛍光に変換するシンチレータ層と、前記シンチレータ層上に設けられ前記シンチレータ層からの蛍光を前記アレイ基板側へ反射させる反射層と、を備える放射線検出器において、
前記保護膜が前記シンチレータ層の成膜温度以下の軟化点を有する熱可塑性樹脂で形成されていることを特徴とする放射線検出器。 - 前記シンチレータ層が柱状構造を有するハロゲン化合物により形成され、かつ前記保護膜の軟化点が２００℃未満であることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
- 前記保護膜は、高沸点酸化物を生じない元素を主成分とする請求項１又は２記載の放射線検出器。
- 前記保護膜がアクリル系有機樹脂材料であることを特徴とする請求項３記載の放射線検出器。
- 蛍光を電気信号に変換する光電変換素子を有するアレイ基板の最表層に、熱可塑性樹脂で形成された保護膜を設ける工程と、
前記保護膜上に、放射線を蛍光に変換するシンチレータ層を前記熱可塑性樹脂の軟化点よりも高い温度で真空蒸着法により形成する工程と、
前記シンチレータ層上に、塗膜により反射層を形成する工程と、
を具備することを特徴とする放射線検出器の製造方法。 - 前記保護膜を設ける工程の後に、ＵＶ／Ｏ３処理または酸素を含むガスのプラズマ処理を施す工程を具備することを特徴とする請求項５記載の放射線検出器の製造方法。
- 前記シンチレータ層を真空蒸着法により形成する工程において、前記シンチレータ層形成時の基板温度を２００℃以下にしたことを特徴とする請求項５又は６記載の放射線検出器の製造方法。
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