TWI486618B - Radiation detector and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

放射線檢測器及其製造方法

本發明之實施形態大體係關於一種對放射線進行檢測之放射線檢測器及其製造方法。

作為新一代之X射線診斷用檢測器，開發出使用主動矩陣之平面型X射線檢測器。該X射線檢測器係對所照射之X射線進行檢測，且使X射線攝影像或即時(real time)之X射線圖像作為數位訊號而輸出。於該X射線檢測器中，藉由閃爍體膜使X射線轉換為可見光即螢光，且利用非晶矽(a-Si)光電二極體或CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器)等光電轉換元件將該螢光轉換為信號電荷，藉此獲得圖像。

作為閃爍體膜之材料，通常使用有碘化銫(CsI)：鈉(Na)、碘化銫(CsI)：鉈(Tl)、碘化鈉(NaI)、或氧硫化釓(Gd₂ O₂ S)等。閃爍體膜可藉由利用切割等技術形成溝槽，並以形成柱狀構造之方式利用蒸鍍法進行堆積，而提高解像度特性。作為閃爍體之材料，有如上所述之各種類型，且可根據用途或必需之特性而區分使用。

為了提高螢光之利用效率並改善感度特性，而存在於閃爍體膜之上部形成反射膜之情況。於此情形時，使藉由閃爍體膜所發出之螢光中相對於光電轉換元件側朝向相反側之螢光藉由反射膜而反射，從而使到達光電轉換元件側之螢光增大。

反射膜係藉由使銀合金或鋁等螢光反射率較高之金屬層於閃爍體膜上成膜的方法、或塗佈形成包含TiO₂ 等光散射性物質與黏合劑樹 脂之光散射反射性之反射膜的方法等而形成。又，並非於閃爍體膜上形成反射膜，而是使具有鋁等金屬表面之反射板密接於閃爍體膜上從而使閃爍體光反射的方式亦得到實用化。

於將檢測器作為實用之產品方面而言，用於保護閃爍體膜或反射膜或反射板等免受外部環境影響從而抑制由濕氣等所引起之特性之劣化的防濕構造成為重要之構成元件。尤其是於以由濕氣所引起之劣化較大的材料即CsI：Tl膜或CsI：Na膜作為閃爍體膜之情形時，要求較高的防濕性能。作為防濕構造，例如有使鋁箔等防濕層之周邊部與基板接著密封而保持防濕性能的構造、或將鋁箔或薄板等防濕層及基板經由周圍之環狀構造物而接著密封之構造等。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2009-128023號

[專利文獻2]日本專利特開平5-242841號公報

平面型X射線檢測器具有於玻璃板上形成有TFT(Thin Film Transistor，薄膜電晶體)或光電二極體之像素的基板。於該X射線檢測器中，有使用帽狀之金屬箔或薄板作為防濕體，對帽狀凸緣部與基板表面進行接著密封而形成防濕構造者。

防濕體係於將金屬之箔或薄板裁剪之後，藉由壓製加工而加工為帽狀。於金屬切斷面上有時會產生多餘之突起(毛邊)。於對在凸緣之接著層側產生毛邊之防濕體與基板進行接著密封之情形時，由於毛邊被推壓至基板側，故而於基板金屬配線與防濕體毛邊部會產生電性短路之危險。又，藉由經壓接之毛邊之反彈(springback)，亦存在接著層被破壞之危險。若接著層被破壞，則防濕性能會顯著降低。

此處，實施形態之目的在於提供一種具備可靠性較高之防濕構造之放射線檢測器。

為了達成上述目的，根據一實施形態，放射線檢測器包括：陣列基板，其設置有光電轉換元件層，於該光電轉換元件層上排列有將螢光轉換為電氣訊號之光電轉換元件；閃爍體膜，其係以覆蓋上述光電轉換元件層之方式設置於上述陣列基板之表面，並將放射線轉換為螢光；防濕體，其於外緣形成有向離開上述陣列基板之方向突出的突起，並包圍上述閃爍體膜；及接著層，其將上述防濕體之外周部與上述陣列基板接著。

又，根據一實施形態，放射線檢測器之製造方法包括如下步驟：於設置有排列有將螢光轉換為電氣訊號之光電轉換元件的光電轉換元件層之陣列基板之表面，以覆蓋上述光電轉換元件層之方式，設置將放射線轉換為螢光之閃爍體膜；於具有第1面及第2面之金屬板之一部，形成較上述閃爍體膜更寬、較上述閃爍體膜自上述陣列基板之突出高度更深且自上述第1面朝向上述第2面凹陷之凹部，且藉由使設置於上述凹部外周之凸緣部之外緣的更外側相對於其內側而於自上述第1面朝向上述第2面之方向相對移位的剪切加工而予以切斷，從而形成防濕體；及，以上述第1面與上述陣列基板相對向且利用上述防濕體包圍上述閃爍體膜之方式，藉由接著劑將上述防濕體之外周部與上述陣列基板接著。

10‧‧‧放射線檢測裝置

11‧‧‧放射線檢測器

12‧‧‧陣列基板

13‧‧‧閃爍體膜

14‧‧‧反射膜

15‧‧‧防濕體

16‧‧‧玻璃基板

18‧‧‧閘極線

19‧‧‧資料線

20‧‧‧像素

21‧‧‧光電二極體

22‧‧‧薄膜電晶體

26‧‧‧端子群

27‧‧‧儲存電容器

28‧‧‧保護膜

29‧‧‧配線

30‧‧‧電路基板

31‧‧‧支持板

32‧‧‧軟性基板

33‧‧‧積分放大器

34‧‧‧A/D轉換器

35‧‧‧列選擇電路

36‧‧‧圖像合成電路

38‧‧‧並聯/串聯轉換器

39‧‧‧閘極驅動

40‧‧‧接著層

50‧‧‧凸緣部

51‧‧‧頂板部

52‧‧‧斜面部

53‧‧‧毛邊

71‧‧‧第1面

72‧‧‧第2面

73‧‧‧金屬板

74‧‧‧孔

80‧‧‧防濕體

81‧‧‧第1模具

82‧‧‧第2模具

83‧‧‧毛邊

圖1係一實施形態之放射線檢測裝置之模式立體圖。

圖2係一實施形態之放射線檢測器之電路圖。

圖3係一實施形態之放射線檢測裝置之方塊圖。

圖4係一實施形態之放射線檢測器之一部分放大剖面圖。

圖5係一實施形態之放射線檢測器之俯視圖。

圖6係一實施形態之放射線檢測器之側視圖。

圖7係一實施形態之防濕體之凸緣部附近之放大剖面圖。

圖8係表示一實施形態之防濕體之製造過程之一部分之剖面圖。

圖9係使用形成有朝向接著層側突出之毛邊之防濕體的放射線檢測器之凸緣部附近之放大剖面圖。

以下，參照圖式對一實施形態之放射線檢測器進行說明。再者，對相同或類似之構成賦予同一符號，且省略重複之說明。再者，該實施形態僅為例示，本發明並不限定於此。

圖1係一實施形態之放射線檢測裝置之模式立體圖。

本實施形態之放射線檢測器11係檢測作為放射線像之X射線圖像的X射線平面感測器，例如使用於一般醫療用途等。放射線檢測裝置10具有該放射線檢測器11、支持板31、電路基板30、及軟性基板32。放射線檢測器11具有陣列基板12及閃爍體膜13。放射線檢測器11檢測所入射之X射線，將其轉換為螢光，且將該螢光轉換為電氣訊號。放射線檢測裝置10驅動放射線檢測器11，並將自放射線檢測器11所輸出之電氣訊號作為圖像資訊而輸出。放射線檢測裝置10所輸出之圖像資訊係顯示於外部之顯示器等上。

陣列基板12具有玻璃基板16。於玻璃基板16之表面，呈正方格子狀地排列有複數個微細之像素20。各個像素20具有薄膜電晶體22及光電二極體21。又，於玻璃基板16之表面，與排列有像素20之正方格子之列數相同之閘極線18延伸於各像素20之間。進而，於玻璃基板16之表面，與排列有像素20之正方格子之行數相同之資料線19延伸於各像素20之間。閃爍體膜13係形成於排列有陣列基板12之像素20的區域之表面上。

閃爍體膜13設置於陣列基板12之表面，若入射X射線，則產生可見光區域內之螢光。所產生之螢光到達陣列基板12之表面。

閃爍體膜13係將例如碘化銫(CsI)：鉈(Tl)、或碘化鈉(NaI)：鉈(Tl)等利用真空蒸鍍法而形成為柱狀構造者。CsI：Tl之柱狀構造結晶之柱(支柱)之粗度於最表面例如大致為8~12 μm。或者，可藉由將氧硫化釓(Gd₂ O₂ S)螢光體粒子與黏合劑材料混合，塗佈於陣列基板12上進行煅燒及硬化，並利用切割機(dicer)進行切割等而形成溝槽部，且形成為四角柱狀，從而形成閃爍體膜13。可於該等柱之間填充大氣、或抗氧化用之氮氣(N₂ )等惰性氣體，或使其成為真空狀態。

陣列基板12係接收由閃爍體膜13所產生之螢光而產生電氣訊號。其結果，藉由入射之X射線且利用閃爍體膜13所產生之可見光像被轉換為由電氣訊號所表現之圖像資訊。

放射線檢測器11係以使形成有閃爍體膜13之面的相反側之面與支持板31接觸之方式，支撐於支持板31上。電路基板30配置於相對於支持板31之放射線檢測器11之相反側。放射線檢測器11與電路基板30之間藉由軟性基板32而電性連接。

圖2係本實施形態之放射線檢測器之電路圖。

各個光電二極體21係經由作為開關元件之薄膜電晶體22而連接於閘極線18及資料線19。又，於各個光電二極體21上，並聯連接有儲存電容器27。再者，儲存電容器27亦存在由光電二極體21之電容兼任之情況，故而不一定為必需。

光電二極體21及與其並聯連接之儲存電容器27係經由薄膜電晶體22而連接於資料線19。薄膜電晶體22之閘極電極連接於閘極線18。

位於排列之相同列的像素20之薄膜電晶體22係連接於同一閘極線18。位於排列之相同行的像素20之薄膜電晶體22係連接於同一資料線19。

各薄膜電晶體22係擔負儲存及釋放藉由螢光對光電二極體21之入射而產生之電荷的開關功能。薄膜電晶體22之至少一部分係藉由具有結晶性之半導體材料即作為非晶質半導體之非晶矽(a-Si)、或多結晶半導體即多晶矽(P-Si)等半導體材料而構成。

再者，於圖1及圖2中，僅記載了5列5行或4列4行之像素，但實際上形成有更多的根據解像度、撮像面積而必需之像素。

圖3係本實施形態之放射線檢測裝置之方塊圖。

放射線檢測裝置10具有放射線檢測器11、閘極驅動39、列選擇電路35、積分放大器33、A/D轉換器34、並聯/串聯轉換器38、及圖像合成電路36。閘極驅動39連接於放射線檢測器11之各閘極線18上。閘極驅動39控制各薄膜電晶體22之動作狀態，即控制接通及斷開。積分放大器33連接於放射線檢測器11之各資料線19。

列選擇電路35連接於閘極驅動39。並聯/串聯轉換器38連接於積分放大器33。A/D轉換器34連接於並聯/串聯轉換器38。A/D轉換器34連接於圖像合成電路36。

積分放大器33例如係設置於使放射線檢測器11與電路基板30連接的軟性基板32。其他元件例如設置於電路基板30上。

閘極驅動39接收來自列選擇電路35之信號，且依序變更閘極線18之電壓。列選擇電路35將用以選擇掃描X射線圖像之特定之列的信號傳送至閘極驅動39。積分放大器33將自放射線檢測面板21通過資料線19而輸出極其微小的電荷信號放大並予以輸出。

圖4係本實施形態之放射線檢測器之一部分放大剖面圖。

於陣列基板12之表面，形成有覆蓋光電二極體21及薄膜電晶體22等檢測元件、以及閘極線18(參照圖1)及資料線19(參照圖1)等金屬配線的絕緣性之保護膜28。閃爍體膜13係以覆蓋排列有像素20之區域之方式，形成於保護膜28之表面。

於閃爍體膜13之表面設置有反射膜14。反射膜14係使藉由閃爍體膜13而產生之螢光中的遠離陣列基板12的螢光向陣列基板12側反射。藉此，到達光電二極體21之螢光光量增大。

反射膜14係藉由使銀合金或鋁等螢光反射率較高的金屬於閃爍體膜上成膜之方法而形成。或者，可塗佈形成使具有鋁等金屬表面之反射板密接於閃爍體膜13上、且包含TiO₂ 等光散射性物質及黏合劑樹脂的擴散反射性之反射膜14。再者，根據放射線檢測器11所要求之解像度、亮度等特性，反射膜14未必為必需。

於放射線檢測器11中，以包圍閃爍體膜13及反射膜14之方式設置有防濕體15。

圖5係本實施形態之放射線檢測器之俯視圖。圖6係本實施形態之放射線檢測器之側視圖。

防濕體15形成為中央部隆起之帽狀。防濕體15之周邊部分係形成為平坦之帶狀之凸緣部50。凸緣部50係形成為將陣列基板12之表面的形成有閃爍體膜13之區域之外側包圍的帶狀。於凸緣部50之內側形成有頂板部51。頂板部51係略大於閃爍體膜13之平板狀之部分。於凸緣部50與頂板部51之間形成有斜面部52。

凸緣部50係與陣列基板12相對向。凸緣部50與陣列基板12之間被接著。形成於陣列基板12上之閃爍體膜13(參照圖4)及反射膜14(參照圖4)係被防濕體15之頂板部51及斜面部52覆蓋。防濕體15保護閃爍體膜13及反射膜14免受外部氣體或濕度之影響。

防濕體15係藉由例如厚度為0.1 mm之鋁合金箔而形成。防濕體15係藉由AlN30-O材料等鋁合金箔或鋁箔而形成。凸緣部50之寬度例如為5 mm。

於陣列基板12上設置有閘極線18(參照圖1)及資料線19(參照圖1)之各個端部露出的端子群26。端子群26係沿著陣列基板12之邊而排 列。與閘極線18連接之端子群26及與資料線19連接之端子群26係沿著不同的邊而排列。該等端子群26係經由軟性基板32(參照圖1)而與電路基板30(參照圖1)電性連接。

圖7係本實施形態之防濕體之凸緣部附近之放大剖面圖。

於防濕體15之凸緣部50與陣列基板12之間介有接著層40。接著層40係沿著凸緣部50而設置為將陣列基板12之表面的形成有閃爍體膜13之區域之外側包圍的帶狀。因此，凸緣部50之至少一部分係夾著保護膜28及接著層40而與自閘極線18(參照圖1)或資料線19(參照圖1)延伸至設置於陣列基板12外周之端子群26的配線29相對向。

接著層40之內緣、即靠近陣列基板12之表面的形成有閃爍體膜13之區域之側的邊緣係遍及全周而位於較凸緣部50之內緣更靠內側的位置。接著層40係藉由加熱硬化型或紫外線硬化型環氧系接著劑而形成。

於防濕體15之外緣、即相對於凸緣部50之斜面部52為相反側的邊上形成有毛邊53。該毛邊53係向離開陣列基板12之方向突出。

其次，對本實施形態之放射線檢測器之製造方法進行說明。

首先，於玻璃基板16之表面形成光電二極體21、薄膜電晶體22、閘極線18及訊號線19等，而獲得陣列基板12。其次，於該陣列基板12上依序形成閃爍體膜13及反射膜14。又，另外製造防濕體15。

圖8係表示本實施形態之防濕體之製造過程之一部分之剖面圖。

防濕體15係由例如AL合金箔之卷材(roll material)而製造。首先，將該卷材裁剪為特定之長度。藉此而獲得矩形之金屬板73。將該金屬板73於自第1面71側向將第2面72側壓入之方向進行壓製，而形成頂板部51及斜面部52。

其後，以使凸緣部50成為特定之寬度之方式裁剪金屬板73。藉由該外形加工而獲得防濕體15。於該外形加工中，使用第1模具81及第2模具82。第1模具81按壓於金屬板73之第1面71上，且第2模具82按壓於 金屬板73之第2面72上。於第1模具81上形成有與防濕體15之外形大致相同形狀之孔74。第2模具82之外形略小於形成於第1模具81上之孔74。於外形加工時，將第2模具82壓入至第1模具81之孔74內，而裁剪金屬板73。即，將金屬板73以要被切除之部分相對於成為凸緣部50之部分於自第1面71側朝向第2面72側之方向相對移動的方式加以剪切。其結果，於防濕體15之外緣，形成向自第1面71側朝向第2面側之方向突出之毛邊。

其次，以於防濕體15之凹陷之部分、即被斜面部52及頂板部51包圍之空間內收容閃爍體膜13及反射膜14之方式，接著陣列基板12與防濕體15。

於防濕體15之凸緣部50之與陣列基板12相對向之面、即第1面71上，塗佈紫外線硬化型接著劑。接著劑係遍及凸緣部50之全周而塗佈。其次，於減壓環境下將塗佈有接著劑之防濕體15按壓於陣列基板12上，將兩者進行壓接。該壓接時之環境例如為0.1氣壓左右之減壓環境。

此時，凸緣部50之第1面71側以與陣列基板12相對向之方式配置。形成於防濕體15之外緣的毛邊53自凸緣部50之端緣之第1面71側朝向第2面72側突出。因此，毛邊53成為向離開陣列基板12之方向突出。

如此，藉由形成防濕構造而完成放射線檢測器11。藉由TAB連接而將配線連接於該放射線檢測器11之閘極線18、資料線19之各端子群26，且連接於放大器以後之電路，進而組入殼體中而完成放射線檢測裝置10。

圖9係使用形成有朝向接著層側突出之毛邊之防濕體的放射線檢測器之凸緣部附近之放大剖面圖。

於使用形成有朝向接著層40側突出之毛邊83的防濕體80之情形時，存在毛邊83刺破形成於接著層40及陣列基板12上之配線保護膜(絕緣膜)之可能性。即，產生金屬製防濕體80之毛邊與陣列基板12上之金 屬配線電性短路之危險。又，於壓接防濕體80時變形之毛邊83若欲恢復為原來之形狀則會反彈，其結果，亦存在破壞接著層40之可能性。如此，於將AL合金箔加工為帽狀時所產生之毛邊83於接著層40側產生之情形時，發生電性短路及接著層破壞等致命性不良狀況之可能性高。

因此，於製作防濕體之階段，需考慮去除毛邊而抑制產生該等不良狀況之方法。作為去除毛邊之方法，有碾碎切削等機械性去除法，及利用化學研磨、電解研磨所進行之除去方法。此情形時，除具有因去除毛邊導致工時增加等缺點以外，亦擔心因切削碎屑或研磨藥液而導致AL帽體受污染。

然而，根據本實施形態，對將AL合金箔加工為帽狀時所產生之毛邊53之方向，以成為與接著層40為相反側之方式進行管理。其結果，成為於防濕體15之外緣，在相對於接著層40及陣列基板12之相反側產生毛邊的構造。於該構造中，毛邊53與基板金屬配線不會產生電性短路，又，由毛邊部之反彈所產生之應力不會向剝離接著層之方向發揮作用，故而亦不會產生接著層破壞。因此，無需增加去除毛邊步驟便可避免藉由毛邊53所產生之不良狀況。

如上所述，對於藉由具有較高之防濕性能之帽狀金屬箔或金屬板所形成的防濕體15之外緣上所產生之毛邊53的方向，以與接著層40成為相反側之方式進行管理，藉此，成為毛邊53相對於接著層40而形成於相反側的構造。因此，可防止產生其與陣列基板12之金屬配線之電性短路、或由接著劑壓接後之毛邊53之反彈所引起之接著層破壞等缺陷。其結果，可獲得具備電性、強度方面穩定且可靠性較高之防濕構造的放射線檢測器11。

又，防濕體15之材質並不限定於AL或AL合金，使用其他金屬材料之情形時亦同樣。於使用AL或AL合金箔材之情形時，作為金屬材料，就因X射線吸收係數小故可抑制防濕體15內之X射線吸收損耗之方 面而言，優點較大，且於加工為帽狀之情形時，加工性亦優異。

關於在減壓環境下對防濕體15向陣列基板12進行接著，係於可形成假設為飛機傳輸之減壓下之機械強度優異的防濕構造之方面亦有效。於減壓環境下進行密封之情形時，由於AL帽體受到外部大氣壓按壓，故而接著層破壞之風險增大。根據本實施形態，由於可避免由毛邊之反彈所引起之接著層破壞風險，故而可提高於減壓環境下進行密封之情形時之接著部可靠性。

於本實施形態中，防濕體15可於頂板部51及斜面部52之壓製加工之後進行外形之剪切加工，亦可於外形加工之後進行壓製加工。或者，例如於將卷材之兩邊直接作為外緣而使用之情形時，可於壓製加工之前及之後進行外形之剪切加工。

雖對本發明之一實施形態進行了說明，但該實施形態係作為示例而提出，並不意欲限定發明之範圍。該新穎之實施形態可以其他各種形態而實施，且可在不脫離發明之主旨之範圍內進行各種省略、替換、變更。該實施形態或其變形包含於發明之範圍或主旨中，同時包含於申請專利範圍所記載之發明及其同等之範圍內。

11‧‧‧放射線檢測器

12‧‧‧陣列基板

13‧‧‧閃爍體膜

14‧‧‧反射膜

15‧‧‧防濕體

16‧‧‧玻璃基板

26‧‧‧端子群

28‧‧‧保護膜

29‧‧‧配線

40‧‧‧接著層

50‧‧‧凸緣部

51‧‧‧天板部

52‧‧‧斜面部

53‧‧‧毛邊

Claims (2)

1. 一種放射線檢測器，其特徵在於包括：陣列基板，其設置有光電轉換元件層，於該光電轉換元件層上排列有將螢光轉換為電氣訊號之光電轉換元件；閃爍體膜，其係以覆蓋上述光電轉換元件層之方式設置於上述陣列基板之表面，將放射線轉換為螢光；防濕體，其係由金屬箔或薄板所形成，於外緣形成有向離開上述陣列基板之方向突出的突起，並包圍上述閃爍體膜；及接著層，其將上述防濕體之外周部與上述陣列基板接著。
2. 一種放射線檢測器之製造方法，其特徵在於包括如下步驟：於設置有排列有將螢光轉換為電氣訊號之光電轉換元件的光電轉換元件層之陣列基板之表面，以覆蓋上述光電轉換元件層之方式，設置將放射線轉換為螢光之閃爍體膜；於具有第1面及第2面之金屬板之一部分，形成較上述閃爍體膜更寬、較上述閃爍體膜自上述陣列基板之突出高度更深且自上述第1面朝向上述第2面凹陷之凹部，且藉由使設置在上述凹部外周之凸緣部之外緣的更外側相對於其內側而於自上述第1面朝向上述第2面之方向相對移位的剪切加工而予以切斷，從而形成防濕體；及以上述第1面與上述陣列基板對向且利用上述防濕體包圍上述閃爍體膜之方式，藉由接著劑將上述防濕體之外周部與上述陣列基板接著。