KR20170080694A - 방사선 검출기 및 그 제조방법 - Google Patents

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가츠히사 홈마
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도시바 덴시칸 디바이스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 실시형태에 관한 방사선 검출기는 기판과, 상기 기판의 한쪽의 면측에 설치된 복수의 광전변환소자를 구비하는 어레이 기판; 상기 복수의 광전변환소자의 위에 설치되고, 제1 형광체 재료를 포함하는 신틸레이터층; 상기 기판의 한쪽의 면측에 설치되고, 상기 신틸레이터층을 둘러싸는 벽체; 및 상기 신틸레이터층과, 상기 벽체 사이에 설치되고, 제2 형광체 재료를 포함하는 충전부를 구비하고 있다. 상기 신틸레이터층은 둘레 가장자리 부분에 상기 신틸레이터층의 외측이 됨에 따라서 두께 치수가 점차 감소되는 경사부를 갖고 있는 것이다. 상기 충전부는 상기 경사부의 위에 설치되어 있다.

Description

방사선 검출기 및 그 제조방법{RADIATION DETECTOR AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}
본 발명의 실시형태는 방사선 검출기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
방사선 검출기에는 유리 등의 투광성 재료로 형성된 기판과, 기판상에 매트릭스 형상으로 설치된 복수의 광전 변환부와, 복수의 광전 변환부를 덮고, 방사선을 가시광 즉 형광으로 변환하는 신틸레이터층과, 신틸레이터층을 덮는 방습체 등이 설치되어 있다.
또한, 형광의 이용효율을 높여 감도 특성을 개선하기 위해, 신틸레이터층 상에 반사층을 추가로 설치하는 경우도 있다.
신틸레이터층은 복수의 광전 변환부가 설치된 영역(유효화소영역)을 덮도록 설치되어 있다.
여기에서, 진공증착법을 사용하여 신틸레이터층을 형성하면, 신틸레이터층의 둘레 가장자리 부분에 경사부가 형성된다. 경사부의 두께 치수는 신틸레이터층의 외측을 향함에 따라서 점차 감소되고 있다. 그 때문에, 경사부는 신틸레이터층의 중앙영역에 있는 부분에 비하여 두께가 얇아진다. 신틸레이터층의 두께가 얇아지면, 발광휘도가 작아지므로, 경사부가 있는 영역에서의 화상품질이 저하될 우려가 있다.
이 경우, 유효화소영역으로부터 외측으로 떨어진 위치에 경사부를 설치하면, 화상품질이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 그러나, 유효화소영역으로부터 외측으로 떨어진 위치에 경사부를 설치하도록 하면, 방사선 검출기의 소형화를 도모할 수 없게 된다.
그 때문에, 유효화소영역의 상방에 경사부가 있어도 화상품질의 저하를 억제할 수 있고, 또한 방사선 검출기의 소형화를 도모할 수 있는 방사선 검출기 및 그 제조방법의 개발이 요망되고 있었다.
일본 공개특허 제2009-128023호 공보
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유효화소영역의 상방에 경사부가 있어도 화상품질의 저하를 억제할 수 있고, 또한 방사선 검출기의 소형화를 도모할 수 있는 방사선 검출기 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
실시형태에 관한 방사선 검출기는 기판과, 상기 기판의 한쪽의 면측에 설치된 복수의 광전변환소자를 갖는 어레이 기판; 상기 복수의 광전변환소자의 위에 설치되고, 제 1 형광체 재료를 포함하는 신틸레이터층; 상기 기판의 한쪽의 면측에 설치되고, 상기 신틸레이터층을 둘러싸는 벽체; 및 상기 신틸레이터층과, 상기 벽체 사이에 설치되고, 제2 형광체 재료를 포함하는 충전부를 구비하고 있다.
상기 신틸레이터층은 둘레 가장자리 부분에 상기 신틸레이터층의 외측이 됨에 따라서 두께 치수가 점차 감소되는 경사부를 갖고 있다.
상기 충전부는 상기 경사부의 위에 설치되어 있다.
도 1은 제1 실시형태에 관한 X선 검출기(1)를 예시하기 위한 모식 사시도이다.
도 2는 X선 검출기(1)의 모식 단면도이다.
도 3은 고온고습 환경하(60℃-90%RH)에서의 투습량의 변화를 예시하기 위한 그래프이다.
도 4는 고온고습 환경하(60℃-90%RH)에서의 해상도 특성의 변화를 예시하기 위한 그래프이다.
이하, 도면을 참조하면서 실시형태에 대해 예시를 한다. 또한, 각 도면 중, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 적절하게 생략한다.
또한, 본 발명의 실시형태에 관한 방사선 검출기는 X선 외에도 γ선 등의 각종 방사선에 적용시킬 수 있다. 여기에서는 일례로서 방사선 중의 대표적인 것으로서 X선에 관한 경우를 예로 들어 설명한다. 따라서, 이하의 실시형태의 「X선」을 「다른 방사선」으로 치환함으로써 다른 방사선에도 적용시킬 수 있다.
[제1 실시형태]
우선, 제1 실시형태에 관한 X선 검출기(1)에 대해 예시한다.
도 1은 제 1 실시형태에 관한 X선 검출기(1)를 예시하기 위한 모식 사시도이다.
또한, 번잡해지는 것을 피하기 위해 도 1에서는 반사층(6), 방습체(7), 충전부(8), 벽체(9), 접합층(10), 보호층(2f) 등을 생략하여 그리고 있다.
도 2는 X선 검출기(1)의 모식 단면도이다.
또한, 번잡해지는 것을 피하기 위해 도 2에서는 제어 라인(또는 게이트 라인)(2c1), 데이터 라인(또는 시그널 라인)(2c2), 신호 처리부(3), 화상 전송부(4) 등을 생략하여 그리고 있다.
방사선 검출기인 X선 검출기(1)는 방사선 화상인 X선 화상을 검출하는 X선 평면 센서이다. X선 검출기(1)는 예를 들어, 일반 의료 용도 등에 사용할 수 있다. 단, X선 검출기(1)의 용도는 일반 의료 용도에 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, X선 검출기(1)에는 어레이 기판(2), 신호 처리부(3), 화상 전송부(4), 신틸레이터층(5), 반사층(6), 방습체(7), 충전부(8), 벽체(9) 및 접합층(10)이 설치되어 있다.
어레이 기판(2)은 기판(2a), 광전 변환부(2b), 제어 라인(2c1), 데이터 라인(2c2) 및 보호층(2f)을 갖는다.
기판(2a)은 판 형상을 나타내고, 무알칼리 유리 등의 투광성 재료로 형성되어 있다.
광전 변환부(2b)는 기판(2a)의 한쪽의 표면에 복수개 설치되어 있다.
광전 변환부(2b)는 직사각형을 나타내고, 제어 라인(2c1)과 데이터 라인(2c2)으로 구획된 영역에 설치되어 있다. 복수의 광전 변환부(2b)는 매트릭스 형상으로 나열되어 있다.
또한, 하나의 광전 변환부(2b)는 하나의 화소(pixel)에 대응한다.
복수의 광전 변환부(2b)의 각각에는 광전변환소자(2b1)와, 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(TFT; Thin Film Transistor)(2b2)가 설치되어 있다.
또한, 광전변환소자(2b1)에서 변환된 신호 전하를 축적하는 도시하지 않은 축적 커패시터를 설치할 수 있다. 도시하지 않은 축적 커패시터는 예를 들어, 직사각형 평판 형상을 나타내고, 각 박막 트랜지스터(2b2)의 아래에 설치할 수 있다. 단, 광전변환소자(2b1)의 용량에 따라서는 광전변환소자(2b1)가 도시하지 않은 축적 커패시터를 겸할 수 있다.
광전변환소자(2b1)는 예를 들어, 포토 다이오드 등으로 할 수 있다.
박막 트랜지스터(2b2)는 형광이 광전변환소자(2b1)에 입사함으로써 발생한 전하의 축적 및 방출의 스위칭을 실시한다. 박막 트랜지스터(2b2)는 비정질 실리콘(a-Si)이나 폴리실리콘(P-Si) 등의 반도체 재료를 포함하는 것으로 할 수 있다. 박막 트랜지스터(2b2)는 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 갖고 있다. 박막 트랜지스터(2b2)의 게이트 전극은 대응하는 제어 라인(2c1)과 전기적으로 접속된다. 박막 트랜지스터(2b2)의 소스 전극은 대응하는 데이터 라인(2c2)과 전기적으로 접속된다. 박막 트랜지스터(2b2)의 드레인 전극은 대응하는 광전변환소자(2b1)와 도시하지 않은 축적 캐패시터에 전기적으로 접속된다.
제어 라인(2c1)은 소정의 간격을 두고 서로 평행으로 복수 설치되어 있다. 제어 라인(2c1)은 예를 들어, 행 방향으로 뻗어나가고 있다.
복수의 제어 라인(2c1)은 기판(2a)의 둘레 가장자리 근방에 설치된 복수의 배선 패드(2d1)와 각각 전기적으로 접속되어 있다. 복수의 배선 패드(2d1)에는 플렉시블 프린트 기판(2e1)에 설치된 복수의 배선의 일단이 각각 전기적으로 접속되어 있다. 플렉시블 프린트 기판(2e1)에 설치된 복수의 배선의 타단은, 신호처리부(3)에 설치된 도시하지 않은 제어회로와 각각 전기적으로 접속되어 있다.
데이터 라인(2c2)은 소정의 간격을 두고 서로 평행으로 복수 설치되어 있다. 데이터 라인(2c2)은 제어 라인(2c1)이 뻗어나가는 방향에 직교하는 방향(예를 들어, 열 방향)으로 뻗어나가고 있다.
복수의 데이터 라인(2c2)은 기판(2a)의 둘레 가장자리 근방에 설치된 복수의 배선 패드(2d2)와 각각 전기적으로 접속되어 있다. 복수의 배선 패드(2d2)에는 플렉시블 프린트 기판(2e2)에 설치된 복수의 배선의 일단이 각각 전기적으로 접속되어 있다. 플렉시블 프린트 기판(2e2)에 설치된 복수의 배선의 타단은 신호처리부(3)에 설치된 도시하지 않은 증폭·변환회로와 각각 전기적으로 접속되어 있다.
보호층(2f)은 광전 변환부(2b), 제어 라인(2c1) 및 데이터 라인(2c2)을 덮도록 설치되어 있다.
보호층(2f)은 질화규소(SiN)나 아크릴계 수지 등의 절연성 재료로 형성할 수 있다.
신호 처리부(3)는 기판(2a)의, 광전 변환부(2b)가 설치되는 측과는 반대측에 설치되어 있다.
신호 처리부(3)에는 도시하지 않은 제어 회로와, 도시하지 않은 증폭·변환 회로가 설치되어 있다.
도시하지 않은 제어 회로는 각 박막 트랜지스터(2b2)의 동작, 즉 온 상태 및 오프 상태를 제어한다. 예를 들면, 도시하지 않은 제어 회로는 플렉시블 프린트 기판(2e1)과 배선 패드(2d1)와 제어 라인(2c1)을 통하여, 제어 신호(S1)를 각 제어 라인(2c1)마다 순차적으로 인가한다. 제어 라인(2c1)에 인가된 제어 신호(S1)에 의해 박막 트랜지스터(2b2)가 온 상태가 되어, 광전 변환부(2b)로부터의 화상 데이터 신호(S2)를 수신할 수 있게 된다.
도시하지 않은 증폭·변환 회로는 예를 들면, 복수의 전하 증폭기, 병렬/직렬 변환기 및 아날로그-디지털 변환기를 갖고 있다.
복수의 전하 증폭기는 각 데이터 라인(2c2)에 각각 전기적으로 접속되어 있다.
복수의 병렬/직렬 변환기는 복수의 전하 증폭기에 각각 전기적으로 접속되어 있다.
복수의 아날로그-디지털 변환기는 복수의 병렬/직렬 변환기에 각각 전기적으로 접속되어 있다.
도시하지 않은 복수의 전하 증폭기는 데이터 라인(2c2)과 배선 패드(2d2)와 플렉시블 프린트 기판(2e2)을 통하여, 각 광전 변환부(2b)로부터의 화상 데이터 신호(S2)를 순차적으로 수신한다.
그리고, 도시하지 않은 복수의 전하 증폭기는 수신한 화상 데이터 신호(S2)를 순차적으로 증폭한다.
도시하지 않은 복수의 병렬/직렬 변환기는 증폭된 화상 데이터 신호(S2)를 순차적으로 직렬 신호로 변환한다.
도시하지 않은 복수의 아날로그-디지털 변환기는 직렬 신호로 변환된 화상 데이터 신호(S2)를 디지털 신호로 순차적으로 변환한다.
화상 전송부(4)는 배선(4a)를 통하여 신호 처리부(3)의 도시하지 않은 증폭·변환 회로와 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 화상 전송부(4)는 신호 처리부(3)와 일체화되어 있어도 좋다.
화상 전송부(4)는 도시하지 않은 복수의 아날로그-디지털 변환기에 의해 디지털 신호로 변환된 화상 데이터 신호(S2)에 기초하여 X선 화상을 구성한다. 이 경우, 예를 들어, 유효화소영역(A)의 중앙 영역과 둘레 가장자리 영역에서 휘도차가 있는 경우에는 X선 화상을 구성할 때 휘도차에 의해 발생하는 감도차를 보정하는 전기적인 처리(화상 보정, 휘도 보정)를 실시할 수 있다. 구성된 X선 화상 데이터는 화상 전송부(4)로부터 외부의 기기를 향하여 출력된다.
신틸레이터층(5)은 복수의 광전 변환부(2b)(유효화소영역(A))위에 설치되고, 입사된 X선을 형광 즉 가시광으로 변환한다.
신틸레이터층(5)은 형광체 재료를 포함한다.
신틸레이터층(5)은 예를 들어, 요오드화 세슘(CsI):탈륨(Tl), 또는 요오드화 나트륨(NaI):탈륨(Tl) 등을 이용하여 형성할 수 있다. 이 경우, 진공 증착법 등을 이용하여 신틸레이터층(5)을 형성하면 복수의 주상(柱狀) 결정의 집합체로 이루어진 신틸레이터층(5)이 형성된다.
신틸레이터층(5)의 두께 치수는 예를 들면, 600㎛ 정도로 할 수 있다. 주상 결정의 기둥(필러)의 굵기 치수는 예를 들면, 최표면에서 8㎛ ~ 12㎛ 정도로 할 수 있다.
여기에서, 진공증착법 등을 이용하여 신틸레이터층(5)을 형성하면 도 2에 도시한 바와 같이, 신틸레이터층(5)의 둘레 가장자리 부분에, 경사부(5a)가 형성된다. 경사부(5a)의 두께 치수는 신틸레이터층(5)의 외측을 향함에 따라서 점차 감소하고 있다. 그 때문에, 경사부(5a)는 신틸레이터층(5)의 중앙 영역에 있는 부분에 비해 두께가 얇아진다.
신틸레이터층(5)의 경사부(5a)는 유효화소영역(A)의 둘레 가장자리 영역의 위에 설치되어 있다.
반사층(6)은 형광의 이용효율을 높여 감도특성을 개선하기 위해 설치되어 있다. 즉, 반사층(6)은 신틸레이터층(5) 및 충전부(8)에서 발생한 형광 중, 광전변환부(2b)가 설치된 측과는 반대측을 향하는 광을 반사시켜, 광전변환부(2b)를 향하도록 한다.
반사층(6)은 신틸레이터층(5) 및 충전부(8)의 X선의 입사측을 덮고 있다.
반사층(6)은 예를 들어, 산화티탄(TiO2) 등의 광산란성 입자를 포함하는 수지를 신틸레이터층(5) 및 충전부(8) 위에 도포함으로써 형성할 수 있다. 또한, 반사층(6)은 예를 들어, 은 합금이나 알루미늄 등의 광반사율이 높은 금속으로 이루어진 층을 신틸레이터층(5) 및 충전부(8) 위에 성막함으로써 형성할 수도 있다.
또한, 반사층(6)은 예를 들어, 표면이 은 합금이나 알루미늄 등의 광반사율이 높은 금속으로 이루어진 판을 이용하여 형성할 수도 있다.
또한, 도 2에 예시한 반사층(6)은 산화티탄으로 이루어진 서브미크론 분체와, 바인더 수지와, 용매를 혼합하여 작성한 재료를 신틸레이터층(5) 및 충전부(8)의 X선의 입사측에 도포하고, 이를 경화시킴으로써 형성한 것이다.
이 경우, 반사층(6)의 두께 치수는 120㎛ 정도로 할 수 있다.
또한, 반사층(6)은 반드시 필요하지는 않고, 필요에 따라 설치하도록 하면 좋다.
이하에서는 반사층(6)이 설치되는 경우를 예시한다.
방습체(7)는 공기 중에 포함되는 수증기에 의해 반사층(6)의 특성, 신틸레이터층(5)의 특성, 및 후술하는 충전부(8)의 특성이 열화되는 것을 억제하기 위해 설치되어 있다.
그 때문에, 방습체(7)는 수증기의 투과를 억제한다.
방습체(7)는 반사층(6)의 상방을 덮고 있다. 이 경우, 방습체(7)와 반사층(6)의 상면 사이에 간극이 있어도 좋고, 방습체(7)와 반사층(6)의 상면이 접촉되도록 해도 좋다.
예를 들어, 대기압보다 감압된 환경에서 방습체(7)와, 반사층(6)의 둘레 가장자리부의 상면 또는 충전부(8)의 상면을 접합하면, 대기압으로 되돌아 감으로써 방습체(7)와 반사층(6)의 상면이 밀접한다.
방습체(7)는 신틸레이터층(5)의 상방을 덮고, 방습체(7)의 둘레 가장자리부 근방은 충전부(8)의 상방에서 반사층(6)에 접합되어 있다.
이 경우, 반사층(6)의 둘레 가장자리부단을 방습체(7)의 둘레 가장자리부단보다 내측으로 하여, 방습체(7)의 둘레 가장자리부를 충전부(8)와 직접 접합할 수도 있다. 또는, 방습체(7)의 둘레 가장자리부의 일부를 충전부(8)와 접합하고, 방습체(7)의 둘레 가장자리부의 다른 일부를 반사층(6)과 접합하도록 할 수도 있다. 또한, 방습체(7)의 둘레 가장자리부를 벽체(9)의 상면에도 접합하도록 할 수도 있다.
방습체(7)의 단면(7a)의 위치는 평면에서 보면 유효화소영역(A)보다는 외측이고, 벽체(9)의 내면(9a)보다는 내측이 되도록 할 수 있다.
이 경우, 평면에서 보아 방습체(7)의 단면(7a)의 위치가 벽체(9)의 내면(9a)에 가까워지도록 하면, 방습 성능을 향상시킬 수 있다.
방습체(7)의 둘레 가장자리부가 벽체(9)의 상면에도 접합하도록 하면, 더욱 방습 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 변형예로서는 방습체(7)의 둘레 가장자리부가 벽체(9)의 상면에만 접합하도록 할 수도 있다.
방습체(7)는 막 형상 또는 박(箔) 형상 또는 박판 형상을 나타내고 있다.
방습체(7)는 투습 계수가 작은 재료로 형성할 수 있다.
방습체(7)는 예를 들어 알루미늄, 알루미늄 합금, 또는 수지막과 무기 재료 (알루미늄이나 알루미늄 합금 등의 금속, SiO2, SiON, Al2O3 등의 세라믹계 재료)로 이루어진 막이 적층된 저투습 방습막(수증기 배리어 필름) 등으로 형성할 수 있다.
이 경우 실효적인 투습 계수가 거의 제로인 알루미늄이나 알루미늄 합금 등을 이용하여 방습체(7)를 형성하면, 방습체(7)를 투과하는 수증기를 거의 완전히 없앨 수 있다.
또한, 방습체(7)의 두께 치수는 X선의 흡수나 강성 등을 고려하여 결정할 수 있다. 이 경우, 방습체(7)의 두께 치수를 너무 크게 하면 X선의 흡수가 너무 커진다. 방습체(7)의 두께 치수를 너무 작게 하면 강성이 저하되어 손상되기 쉬워진다.
방습체(7)는 예를 들어, 두께 치수가 0.1㎜의 알루미늄박을 이용하여 형성할 수 있다.
충전부(8)는 신틸레이터층(5)의 경사부(5a)와, 벽체(9)의 내면(9a) 사이에 설치되어 있다.
충전부(8)의 상면의 위치는 신틸레이터층(5)의 상면의 위치와 동일한 정도로 할 수 있다.
이 경우, 충전부(8)의 상면의 위치는 신틸레이터층(5)의 상면의 위치와 동일해도 좋고, 신틸레이터층(5)의 상면의 위치보다 조금 높아도 좋고, 신틸레이터층(5)의 상면의 위치보다 약간 낮아도 좋다.
충전부(8)의 상면의 위치는 벽체(9)의 상면의 위치보다 약간 낮게 할 수 있다.
충전부(8)의 상면의 위치가 벽체(9) 상면의 위치보다 약간 낮아지도록 하면, 후술하는 충전을 실시할 때 충전부(8)를 형성하기 위한 재료가 벽체(9)의 상면을 넘어 흘러 나오지 않도록 할 수 있다.
충전부(8)의 상면은 평탄한 것이 바람직하다.
충전부(8)의 상면이 평탄하면 충전부(8)의 상면의 상방에 접합되는 방습체(7)와의 봉지성을 확보하고, 또한 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.
이 경우, 충전부(8)를 형성하기 위한 재료의 점도를 약간 낮게 함으로써, 충전부(8)의 상면이 평탄해지도록 할 수 있다.
예를 들어, 충전부(8)를 형성하기 위한 재료의 점도가 실온에서 100Pa·sec 정도 이하가 되도록 하면 좋다.
또한, 충전부(8)는 형광체 재료를 포함하고, 입사한 X선을 형광 즉 가시광으로 변환한다.
즉, 신틸레이터층(5)의 경사부(5a)의 위에는 입사한 X선을 형광으로 변환하는 충전부(8)가 설치되어 있다.
또한, 충전부(8)의 작용이나 재료 등에 관한 상세한 내용은 후술한다.
벽체(9)는 평면에서 보면 틀 형상을 나타내고 신틸레이터층(5)을 둘러싸고 있다.
벽체(9)는 평면에서 보면 신틸레이터층(5)보다는 외측이고, 배선 패드(2d1, 2d2)가 설치되는 영역보다는 내측에 설치되어 있다.
벽체(9)를 형성하기 위한 재료는 투습 계수가 낮은 것으로 할 수 있다.
벽체(9)는 예를 들어, 무기 재료로 이루어진 필러재와, 수지(예를 들면, 에폭시계 수지 등)를 포함한다.
필러재, 예를 들면, 탈크(활석:Mg3Si4O10(OH)2) 등으로 형성된 것으로 할 수 있다.
탈크는 저경도의 무기 재질이고, 슬라이딩성이 높다. 그 때문에, 탈크를 높은 농도로 함유시켜도 벽체(9)가 물러지는 일이 없다.
탈크로 이루어진 필러재의 입자직경이 수 ㎛에서 수십 ㎛ 정도가 되도록 하면 탈크의 농도(충전 밀도)를 높일 수 있다.
탈크의 농도를 높이면 수지만인 경우에 비교하여 투습 계수를 1 자리 정도 낮게 할 수 있다.
벽체(9)를 형성하기 위한 재료의 점도는 충전부(8)를 형성하기 위한 재료의 점도보다 높아져 있다.
벽체(9)를 형성하기 위한 재료의 점도는 예를 들어, 실온에서 340Pa·sec 정도가 되도록 할 수 있다.
또한, 벽체(9)는 예를 들어, 알루미늄 등의 금속이나 유리 등의 무기 재료로 형성할 수도 있다.
접합층(10)은 충전부(8)의 상방에서, 방습체(7)의 둘레 가장자리 근방과 반사층(6)을 접합하고 있다.
또한, 접합층(10)은 반사층(6)의 단부보다 외측에서 반사층(6)으로 덮여 있지 않은 충전부(8)의 상면과 방습체(7) 둘레 가장자리부를 접합할 수도 있다. 또한, 접합층(10)은 방습체(7)의 둘레 가장자리부와, 반사층(6)과 충전부(8)의 노출 부에 추가하여 벽체(9)의 상면도 포함하여 접합할 수도 있다. 접합층(10)은 방습체(7)의 둘레 가장자리부와 벽체(9)의 상면만을 접합할 수도 있다.
이와 같이, 접합층(10)에 의해 반사층(6)의 둘레 가장자리부, 반사층(6)에(으로?) 덮여 있지 않은 충전부(8)의 상면, 및 벽체(9)의 상면 중 적어도 어느 것인가와, 방습체(7)를 접합할 수 있다.
반사층(6)의 둘레 가장자리부를 방습체(7)의 둘레 가장자리부보다 내측으로 한 경우에는, 접합층(10)은 충전부(8)의 상면에 접합되어 있거나, 또는 접합층(10)은 충전부(8)의 상면과 반사층(6)에 접합되어 있다. 또는, 접합층(10)은 벽체(9)의 상면에도 접합되어 있어도 좋다.
접합층(10)은 예를 들어, 지연 경화형 접착제, 자연(상온) 경화형 접착제 및 가열 경화형 접착제 중 어느 하나가 경화됨으로써 형성된 것으로 할 수 있다.
또한, 접합층(10)의 신틸레이터층(5)측의 단부는 신틸레이터층(5)의 상방에 있어도 좋고, 신틸레이터층(5)의 상방에 없어도 좋다. 도 2에 예시를 한 것의 경우에는, 접합층(10)의 신틸레이터층(5)측의 단부가, 신틸레이터층(5)의 상방에 있는 경우이다.
다음에, 충전부(8)에 대해서 추가로 설명한다.
전술한 바와 같이, 경사부(5a)는 신틸레이터층(5)의 외측을 향함에 따라서 두께 치수가 점차 감소하고 있다. 즉, 경사부(5a)는 신틸레이터층(5)의 중앙 영역에 있는 부분에 비해 두께가 얇아진다. 신틸레이터층(5)의 두께가 얇아지면 두께의 변화에 따른 발광 휘도나 DQE(Detective Quantum Efficiency)의 변화를 발생시켜, 유효화소영역(A)의 둘레 가장자리 영역에서의 화상 품질이 저하될 우려가 있다.
즉, 유효화소영역(A)의 상방에 경사부(5a)가 있으면, 경사부(5a)가 있는 영역에서의 화상 품질이 저하될 우려가 있다.
이 경우, 유효화소영역(A)으로부터 외측으로 떨어진 위치에 경사부(5a)를 설치하면 화상품질이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 그러나, 유효화소영역(A)으로부터 외측으로 떨어진 위치에 경사부(5a)를 설치하도록 하면, X선 검출기(1)의 소형화를 도모할 수 없게 된다.
그래서, 본 실시형태에 관한 X선 검출기(1)에서는 신틸레이터층(5)의 경사부(5a)의 위에, 입사한 X선을 형광으로 변환하는 충전부(8)를 설치하고, 경사부(5a)에서 저하된 발광휘도를 충전부(8)로부터 발생한 형광에 의해 보완하도록 하고 있다.
유효화소영역(A)의 둘레 가장자리 영역에 입사하는 X선은 충전부(8)와, 신틸레이터층(5)의 경사부(5a)에 의해 형광으로 변환되므로, 유효화소영역(A)의 둘레 가장자리 영역에서의 화상 품질의 저하를 억제할 수 있다.
충전부(8)는 예를 들어, 수지와 형광체 재료를 포함하고 있다.
형광체 재료는 X선 등의 방사선을 형광으로 변환할 수 있는 것이면 특별히 한정은 없다.
형광체 재료는 예를 들어, 요오드화 세슘(CsI):탈륨(TI), 요오드화 나트륨 (NaI):탈륨(TI), 산황화 가돌리늄(Gd2O2S):테르븀(Tb), 황화아연(ZnS):구리(Cu) 등으로 할 수 있다.
여기에서, 신틸레이터층(5)의 중앙 영역과, 충전부(8)와 신틸레이터층(5)의 경사부(5a)가 설치되는 영역에서는 발광 휘도가 동등해지지 않는 경우도 있다.
또한, 반사층(6)이 충전부(8)의 전체를 덮는지 일부를 덮는지, 또는 덮지 않는지에 의해 반사층(6)의 둘레 가장자리단의 내측과 외측에서 일정한 휘도차가 발생한다.
그러나, 상술한 화상 전송부(4)에서 X선 화상을 구성할 때 휘도차에 의해 발생하는 감도차를 보정하는 전기적인 처리(화상 보정, 감도 보정)를 실시할 수 있다.
그 때문에, 유효화소영역(A)의 중앙 영역과 둘레 가장자리 영역에서의 휘도차가 소정의 범위 내이면, 화상 품질상의 문제는 발생하지 않는다.
또한, 신틸레이터층(5)은 복수의 주상 결정의 집합체로 구성된다. 그 때문에, 신틸레이터층(5)에서는 발광의 확산이 억제되므로, 해상도 특성이 향상된다.
한편, 충전부(8)는 형광체재가 주상 결정을 갖고 있지 않으므로, 신틸레이터층(5)에 비해 발광의 확산이 커질 우려가 있다. 따라서, 유효화소영역(A)의 둘레 가장자리 영역은 유효화소영역(A)의 중앙 영역에 비해 해상도 특성이 나빠질 우려가 있다.
그러나, 일반적으로는 중요한 검출은 유효화소영역(A)의 중앙 영역에서 실시되고, 유효화소영역(A)의 둘레 가장자리 영역에서는 촬영 영역의 윤곽을 판단하는 것 등이 실시된다. 즉, 유효화소영역(A)의 둘레 가장자리 영역에서는 고정밀한 화상을 필요로 하는 중요한 검출이 실시되는 것은 생각하기 어렵고, 유효화소영역(A)의 둘레 가장자리 영역에서의 해상도 특성이 약간 저하되는 정도이면, 실용상 문제가 없다.
즉, 신틸레이터층(5)의 중앙 영역과, 충전부(8)와 신틸레이터층(5)의 경사부(5a)가 설치되는 영역에서 해상도 특성에 소정 범위의 차가 발생했다고 해도 실용상 문제가 없다.
본 발명자들이 얻은 견지에 따르면, 충전부(8)에 포함되는 형광체 재료의 비율을 체적 충전율로 40% 이상으로 하면, 실용상 문제가 없다. 이 경우, 충전부(8)에 포함되는 형광체 재료의 비율을, 체적 충전율로 60% 이상으로 하면 보다 바람직하다.
이 경우, 충전부(8)에 포함되는 형광체 재료를, 신틸레이터층(5)에 포함되는 형광체 재료와 동일하게 하면, 휘도차나 X선 에너지에 의한 특성차를 작게 하는 것이 용이해진다.
또한, 형광체 재료를 포함하는 충전부(8)를 설치하도록 하면, 수지 재료만을 포함하는 충전부(8)의 경우에 비하여, 충전부(8)의 투습 계수를 저하시킬 수 있다. 충전부(8)의 투습 계수를 저하시킬 수 있으면, 공기 중에 포함되는 수증기가 신틸레이터층(5)에 도달하기 어려워진다.
그 때문에, 공기 중에 포함되는 수증기에 의해, 신틸레이터층(5)의 특성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
도 3은 고온 고습 환경하(60 ℃ - 90 %RH)에서의 투습량의 변화를 예시하기위한 그래프도이다.
또한, 도 3 중의 "200"은 방습체(7) 및 충전부(8) 대신에 신틸레이터층을 덮는 폴리파라자일렌으로 이루어지는 막이 설치된 경우이다.
도 3 중 "100", "110"은 충전부(8)가 설치되어 있는 경우이다.
또한, "100"은 요오드화세슘:탈륨을 포함하는 충전부(8)의 경우이다.
"110"은 산황화가돌리늄:테르븀을 포함하는 충전부(8)의 경우이다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 형광체 재료를 포함하는 충전부(8)를 설치 한 본 발명의 방습구조에 의하면, 비교예(도 3 중의 "200")에 대하여 대폭적인 투습량의 감소를 도모할 수 있다.
도 4는 고온고습 환경(60℃ - 90%RH)에서의 해상도 특성의 변화를 예시하기 위한 그래프이다.
또한, 도 4 중의 "200"은 방습체(7) 및 충전부(8) 대신에 신틸레이터층을 덮는 폴리파라자일렌으로 이루어진 막이 설치된 경우이다.
도 4 중의 "100", "110"은 충전부(8)가 설치되어 있는 경우이다.
또한, "100"은 요오드화 세슘:탈륨을 포함하는 충전부(8)의 경우이다.
"110"은 산황화 가돌리늄:테르븀을 포함하는 충전부(8)의 경우이다.
이 경우, 신틸레이터층(5)과 반사층(6)에 의해 얻어지는 해상도 특성이 고온 고습 환경하(60 ℃ - 90 %RH)에서의 보존시간의 경과와 함께 어떻게 열화되는지로 평가했다.
또한, 발광 휘도보다 습도에 대하여 보다 민감한 해상도 특성에 의해 평가하는 것으로 했다.
해상도 특성은 해상도 차트를 각 샘플의 표면측에 배치하고, RQA-5 상당의 X선을 조사하여 이면측으로부터 2Lp/mm의 CTF(Contrast transfer function)를 측정하는 방법으로 구했다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 형광체 재료를 포함하는 충전부(8)를 설치 한 본 발명의 방습 구조에 따르면, 비교예(도 4 중의 "200")에 대하여 해상도 특성의 열화를 현격하게 작게 할 수 있다.
또한, 충전부(8)는 무기 재료로 이루어진 필러재나 흡습재 등을 추가로 포함하는 것으로 할 수도 있다. 필러재는 예를 들면, 탈크 등으로 형성된 것으로 할 수 있다. 흡습재는 예를 들면, 입자 형상을 나타내고, 염화칼슘 등으로 형성된 것으로 할 수 있다.
이와 같이 하면, 공기 중에 포함되는 수증기에 의해, 신틸레이터층(5)의 특성이 열화되는 것을 더욱 억제할 수 있다.
[제2 실시형태]
다음에, 제2 실시형태에 관한 X선 검출기(1)의 제조 방법에 대해서 예시한다.
우선, 어레이 기판(2)을 작성한다.
어레이 기판(2)은 예를 들어, 기판(2a) 상에 광전변환부(2b), 제어 라인(2c1), 데이터 라인(2c2), 배선 패드(2d1), 배선 패드(2d2) 및 보호층(2f) 등을 순차적으로 형성함으로써 작성할 수 있다.
어레이 기판(2)은 예를 들어, 반도체 제조 프로세스를 이용하여 작성할 수 있다.
다음에, 진공증착법을 이용하여 기판(2a)의 한쪽의 면측에 설치된 복수의 광전 변환부(2b)의 위에 형광체 재료를 포함하는 신틸레이터층(5)을 형성한다.
신틸레이터층(5)은 예를 들어, 진공 증착법을 이용하여 요오드화 세슘:탈륨으로 이루어진 막을 성막함으로써 형성할 수 있다. 이 경우, 신틸레이터층(5)의 두께 치수는 600㎛ 정도로 할 수 있다.
또한, 신틸레이터층(5)의 둘레 가장자리 부분에는 경사부(5a)가 형성된다.
다음에, 기판(2a)의 한쪽의 면측에, 신틸레이터층(5)을 둘러싸고 필러재와 수지를 포함하는 벽체(9)를 형성한다.
벽체(9)는 예를 들어, 필러재가 첨가된 수지(예를 들면, 탈크로 이루어진 필러재가 첨가된 에폭시계 수지 등)를 신틸레이터층(5)의 주위에 도포하고, 이것을 경화시킴으로써 형성할 수 있다.
또한, 필러재가 첨가된 수지의 도포는, 예를 들어 디스펜서 장치 등을 이용하여 실시할 수 있다.
이 경우, 필러재가 첨가된 수지의 도포와 경화를 1회 또는 복수회 반복함으로써 벽체(9)를 형성할 수 있다.
또한, 금속이나 수지 등으로 이루어진 틀 형상의 벽체(9)를 어레이 기판(2)의 위에 접착할 수도 있다.
금속이나 수지 등으로 이루어진 판 형상의 부재를 어레이 기판(2)의 위에 접착함으로써 벽체(9)를 형성할 수도 있다.
이 경우, 벽체(9)의 높이가 신틸레이터층(5)의 높이보다 약간 높아지도록 할 수 있다.
다음에, 신틸레이터층(5)과 벽체(9) 사이에 형광체 재료를 포함하는 충전부(8)를 형성한다.
이 때, 경사부(5a)의 위에 충전부(8)가 형성된다.
충전부(8)는 예를 들어, 신틸레이터층(5)의 경사부(5a)와 벽체(9)의 내면(9a) 사이에 형광체 재료, 수지 및 용매를 포함하는 재료를 충전하고, 이를 경화시킴으로써 형성할 수 있다.
충전부(8)를 형성하기 위한 재료는 예를 들면, 형광체 재료인 요오드화 세슘:탈륨과, 바인더 수지(예를 들면, 에폭시계 수지나 실리콘계 수지 등)와, 용매를 혼합하여 작성한 것으로 할 수 있다.
이 경우, 예를 들면, 점도가 실온에서 100 Pa·sec 정도 이하가 되도록 할 수 있다.
또한, 에폭시화 아마인유 등의 에폭시화 식물유를 추가로 가하고, 가요성을 갖는 충전부(8)가 형성되도록 할 수 있다.
가요성을 갖는 충전부(8)로 하면, 그 유연성에 의해 온도 변화와 부재간의 열팽창차에 기인하는 응력으로 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
충전부(8)를 형성하기 위한 재료는, 예를 들어 디스펜서 장치 등을 이용하여 충전할 수 있다.
이 경우, 재료의 충전과, 경화를 1회 또는 복수회 반복함으로써, 충전부(8)를 형성할 수 있다.
또한, 재료의 충전 후에 표면이 평활화되기를 기다려 경화를 실시하도록 하는 것이 바람직하다.
충전부(8)의 상면의 위치는 신틸레이터층(5)의 상면의 위치와 동일해도 좋고, 신틸레이터층(5)의 상면의 위치보다 약간 높아도 좋으며, 신틸레이터층(5)의 상면의 위치보다 약간 낮아도 좋다.
다음에, 신틸레이터층(5)의 표면측(X선의 입사면측) 및 충전부(8)의 표면측 (X선의 입사면측)을 덮도록 반사층(6)을 형성한다. 반사층(6)은 예를 들어, 산화티탄으로 이루어진 서브미크론 분체와, 바인더 수지와, 용매를 혼합하여 작성한 재료를 신틸레이터층(5) 및 충전부(8)의 위에 도포하고, 이를 경화시킴으로써 형성할 수 있다.
반사층(6)의 둘레 가장자리는 충전부(8)의 전체를 덮도록 해도 좋고, 충전부(8)의 일부를 덮도록 해도 좋다. 또한, 반사층(6)은 충전부(8)보다 내측의 신틸레이터층(5)의 표면까지밖에 덮지 않도록 할 수도 있다.
다음에, 반사층(6) 및 충전부(8)의 표면측(X선의 입사면측)을 덮도록 방습체(7)를 설치한다.
방습체(7)의 둘레 가장자리 근방은 충전부(8)의 상방에서, 접합층(10)을 통하여 반사층(6) 또는 충전부(8) 또는 벽체(9)에 접착된다.
예를 들어, 방습체(7)의 둘레 가장자리 근방에 자외선 조사 후에 지연되어 경화가 진행되는 지연 경화형 접착제를 도포하고, 도포된 지연 경화형 접착제에 자외선을 조사하여, 지연 경화형 접착제가 도포된 부분을 충전부(8)의 상방에서 반사층(6)에 밀착되도록 한다. 이렇게 하여, 방습체(7)가 접합층(10)을 통하여 접착된다.
또한, 접합층(10)을 형성하는 접착제는 자연 경화형 접착제나 가열 경화형 접착제 등이어도 좋다.
또한, 대기압보다도 감압된 환경(예를 들어, 10 KPa 정도)에서 방습체(7)를 반사층(6) 또는 충전부(8)에 접착할 수도 있다.
다음에, 플렉시블 프린트 기판(2e1, 2e2)을 통하여 어레이 기판(2)과 신호 처리부(3)를 전기적으로 접속한다.
또한, 배선(4a)을 통하여 신호 처리부(3)와 화상 전송부(4)를 전기적으로 접속한다.
그 밖에, 회로 부품 등을 적절하게 실장한다.
다음에, 도시하지 않은 하우징체의 내부에 어레이 기판(2), 신호 처리부(3), 화상 전송부(4) 등을 내장한다.
그리고, 필요에 따라 광전변환소자(2b1)의 이상이나 전기적인 접속의 이상의 유무를 확인하는 전기 시험, X선 화상 시험, 고온고습 시험, 냉열사이클 시험 등을 실시한다.
이상과 같이 하여, X선 검출기(1)를 제조할 수 있다.
이상, 본 발명의 몇가지 실시형태를 예시했지만, 이들 실시형태는 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하려는 의도는 없다. 이들 신규의 실시형태는 그 밖의 여러가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서, 여러가지 생략, 치환, 변경 등을 실시할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형예는 발명의 범위나 요지에 포함되고, 또한 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다. 또한, 상술한 각 실시형태는 서로 조합하여 실시할 수 있다.
1: X선 검출기 2: 어레이 기판
2a: 기판 2b: 광전변환부
2b1: 광전변환소자 3: 신호처리부
4: 화상전송부 5: 신틸레이터층
5a: 경사부 6: 반사층
7: 방습체 8: 충전부
9: 벽체 10: 접합층
A: 유효화소영역

Claims (6)

  1. 기판과, 상기 기판의 한쪽의 면측에 설치된 복수의 광전변환소자를 갖는 어레이 기판;
    상기 복수의 광전변환소자의 위에 설치되고, 제1 형광체 재료를 포함하는 신틸레이터층;
    상기 기판의 한쪽의 면측에 설치되고 상기 신틸레이터층을 둘러싸는 벽체; 및
    상기 신틸레이터층과 상기 벽체 사이에 설치되고, 제2 형광체 재료를 포함하는 충전부;
    를 구비하고,
    상기 신틸레이터층은 둘레 가장자리 부분에 상기 신틸레이터층의 외측이 됨에 따라 두께 치수가 점차 감소되는 경사부를 갖고,
    상기 충전부는 상기 경사부의 위에 설치되어 있는, 방사선 검출기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 형광체 재료는 상기 제1 형광체 재료와 동일한, 방사선 검출기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 신틸레이터층 및 상기 충전부의 위에 설치되고, 상기 신틸레이터층 및 상기 충전부로부터의 광을 반사하는 반사층을 추가로 구비한, 방사선 검출기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신틸레이터층과 상기 충전부의 위, 또는 상기 반사층의 위에 설치되고, 수증기의 투과를 억제하는 방습체를 추가로 구비한, 방사선 검출기.
  5. 진공 증착법을 이용하여 기판의 한쪽의 면측에 설치된 복수의 광전변환소자의 위에, 제1 형광체 재료를 포함하는 신틸레이터층을 형성하는 공정,
    상기 기판의 한쪽의 면측에, 상기 신틸레이터층을 둘러싸는 벽체를 형성하는 공정, 및
    상기 신틸레이터층과 상기 벽체 사이에 제2 형광체 재료를 포함하는 충전부를 형성하는 공정,
    을 구비하고,
    상기 충전부를 형성하는 공정에 있어서,
    상기 신틸레이터층의 둘레 가장자리 부분에 형성되고, 상기 신틸레이터층의 외측이 됨에 따라 두께 치수가 점차 감소되는 경사부의 위에, 상기 충전부가 형성되는, 방사선 검출기의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 형광체 재료는 상기 제1 형광체 재료와 동일한, 방사선 검출기의 제조 방법.
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