JP2010101640A - Radiation detector - Google Patents
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Abstract
【課題】防湿性能に優れ、かつ、防湿構造15がアレイ基板12に対して及ぼす応力を抑制したX線検出器11を提供する。
【解決手段】アレイ基板12のフォトダイオード21上に、X線を蛍光に変換するシンチレータ層13を形成する。シンチレータ層13を外部の湿気から保護する防湿構造15を、シンチレータ層13を覆って形成する。防湿構造15が、シンチレータ層13上に形成した防湿層29と、防湿層29とアレイ基板12とを接合する軟質接着層28とを備える。シンチレータ層13に対して充分な防湿性能を確保し、かつ、製造工程および製造後の温度変化などにより防湿構造15がアレイ基板12に対して及ぼす応力を抑制できる。
【選択図】図1An X-ray detector (11) that has excellent moisture-proof performance and suppresses stress exerted on an array substrate (12) by a moisture-proof structure (15).
A scintillator layer for converting X-rays into fluorescence is formed on a photodiode on an array substrate. A moisture-proof structure 15 that protects the scintillator layer 13 from external moisture is formed so as to cover the scintillator layer 13. The moisture-proof structure 15 includes a moisture-proof layer 29 formed on the scintillator layer 13, and a soft adhesive layer 28 that joins the moisture-proof layer 29 and the array substrate 12. Sufficient moisture-proof performance can be ensured for the scintillator layer 13, and the stress exerted on the array substrate 12 by the moisture-proof structure 15 can be suppressed by the manufacturing process and temperature change after manufacturing.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、放射線を検出する放射線検出器に関する。 The present invention relates to a radiation detector for detecting radiation.
新世代の診断用X線検出器として、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。そして、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。 A planar X-ray detector using an active matrix has been developed as a new generation diagnostic X-ray detector. By detecting the X-rays irradiated to the X-ray detector, an X-ray image or a real-time X-ray image is output as a digital signal. In this X-ray detector, X-rays are converted into visible light, that is, fluorescence by a scintillator layer, and this fluorescence is signaled by a photoelectric conversion element such as an amorphous silicon (a-Si) photodiode or a CCD (Charge Coupled Device). Images are acquired by converting them into electric charges.
シンチレータ層は、材料として、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)などが用いられ、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。シンチレータ層の材料としては上記の通り種々のものがあり、用途や必要な特性によって使い分けられる。 The scintillator layer is generally made of cesium iodide (CsI): sodium (Na), cesium iodide (CsI): thallium (Tl), sodium iodide (NaI), or gadolinium oxysulfide (Gd 2 O 2). S) or the like is used, and the resolution characteristics can be improved by forming grooves by dicing or the like, or by depositing by a vapor deposition method so that a columnar structure is formed. There are various materials for the scintillator layer as described above.
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ために、反射膜を形成する方法がある。すなわち、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膜で反射させて、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。 There is a method of forming a reflection film on the scintillator layer in order to improve the use efficiency of fluorescence and improve sensitivity characteristics. That is, of the fluorescence emitted from the scintillator layer, the fluorescence directed to the opposite side with respect to the photoelectric conversion element side is reflected by the reflection film to increase the fluorescence reaching the photoelectric conversion element side.
反射膜の例としては、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、酸化チタン(TiO2)などの光散乱性物質とバインダ樹脂とからなる光散乱反射性の反射膜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、アルミニウム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シンチレータ光を反射させる方式も実用化されている。 Examples of the reflective film include a method of forming a metal layer with high fluorescence reflectance such as silver alloy or aluminum on the scintillator layer, or light scattering composed of a light scattering material such as titanium oxide (TiO 2 ) and a binder resin. A method of coating and forming a reflective film is known. In addition, a method of reflecting scintillator light by bringing a reflector having a metal surface such as aluminum into close contact with the scintillator layer instead of forming on the scintillator layer has been put into practical use.
シンチレータ層や反射層(あるいは反射板など)を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ための防湿構造は、検出器を実用的な製品とする上で重要な構成要素となる。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。 A moisture-proof structure for protecting a scintillator layer and a reflective layer (or a reflective plate, etc.) from the external atmosphere to suppress deterioration of characteristics due to humidity is an important component for making a detector a practical product. In particular, when a CsI: Tl film or a CsI: Na film, which is a material having a large deterioration with respect to humidity, is used as a scintillator layer, high moisture-proof performance is required.
このような防湿構造としては、例えば特許文献1やその関連の特許文献に例示される様にポリパラキシリレン(以下、パリレン(登録商標)と記載)のCVD膜を用いる方法、あるいは特許文献2に例示される様に、シンチレータ層の周囲を包囲部材で囲って防湿層との組み合わせで封止する構造などが知られている。
しかしながら、従来の防湿構造では以下の様な問題がある。 However, the conventional moisture-proof structure has the following problems.
例えばパリレンCVD膜を用いる方法の場合、少なくとも実用的な膜厚範囲(例えば20μm)では、透湿バリア性が不充分な場合が多い。具体例として、防湿性能の確認のためにガラス基板上にシンチレータ膜としてCsI:Tl膜(膜厚600μm)、防湿膜としてパリレンCVD膜(20μm)を用いたsplを試作し、高温高湿試験における輝度と解像度の変化を調査した結果を以下に概説する。 For example, in the case of a method using a parylene CVD film, the moisture permeability barrier property is often insufficient at least in a practical film thickness range (for example, 20 μm). As a specific example, a spl using a CsI: Tl film (film thickness 600 μm) as a scintillator film and a parylene CVD film (20 μm) as a scintillator film on a glass substrate for confirmation of the moisture resistance performance was made in a high temperature and high humidity test. The results of investigating changes in brightness and resolution are outlined below.
輝度と解像度の測定方法としては、シンチレータ膜側からX線を照射し、ガラス基板側からCCDカメラによりガラス基板とCsI:Tl膜との界面に焦点を合わせて測定した。輝度は増感紙(HG−H2 Back(富士フィルム株式会社製))に対する相対輝度を指標とし、解像度は解像度チャート像から2Lp/mmのCTF(Contrast Transfer Function)を測定して指標とした。 As a method for measuring luminance and resolution, X-rays were irradiated from the scintillator film side, and measurement was performed by focusing on the interface between the glass substrate and the CsI: Tl film by a CCD camera from the glass substrate side. The luminance was used as an index relative to the intensifying screen (HG-H2 Back (manufactured by Fuji Film Co., Ltd.)), and the resolution was used as an index by measuring 2 Lp / mm CTF (Contrast Transfer Function) from the resolution chart image.
このように作成されたsplでは、60℃−90%RHの高温高湿試験で、図9の表に示すように、相対輝度の変化は小さいものの、図10の表および図11のグラフに示すように、解像度の劣化は大きく、24時間でCTFの値が初期の80%程度まで低下している。解像度低下の現象解析として走査型電子顕微鏡(SEM)により形態観察した結果、図12(a)および図12(b)の各顕微鏡写真に示すように、初期では独立性の強かったCsI:Tl膜のピラー構造が、高温高湿試験で解像度劣化したsplではピラー間の融合が生じていることが分かった。ピラー間の融合により、ライトガイド効果が低減して、解像度低下に繋がっているものと考えられる。 In the spl prepared in this manner, the relative luminance change is small as shown in the table of FIG. 9 in the high-temperature and high-humidity test of 60 ° C.-90% RH, but it is shown in the table of FIG. 10 and the graph of FIG. As described above, the resolution is greatly deteriorated, and the CTF value decreases to about 80% of the initial value in 24 hours. As a result of morphological observation with a scanning electron microscope (SEM) as an analysis of the phenomenon of resolution reduction, as shown in the micrographs of FIGS. 12 (a) and 12 (b), the CsI: Tl film, which was strongly independent at the beginning, was obtained. It was found that in the case of the spl whose resolution was degraded in the high-temperature and high-humidity test, the pillar structure was fused between the pillars. It is considered that the light guide effect is reduced by the fusion between the pillars, leading to a decrease in resolution.
次に、シンチレータ層の周囲を包囲部材で囲んで防湿層との組み合わせで封止する構造の場合、包囲部材は一般に金属など機械的強度がある物質で、基板と包囲部材の間、あるいは防湿層と包囲部材との間の熱膨張率差により、冷熱サイクルや熱衝撃などの信頼性試験でシール部の亀裂や剥離を発生し易く、その場合には、防湿性能が致命的に低下する。また、接着層が固化する際に発生する応力により、基板の反りやたわみなどが発生してその後の工程の製造性が低下したり、接着面への長期的な応力によりシールの弱い部分が破壊されたりするおそれもある。 Next, in the case of a structure in which the periphery of the scintillator layer is enclosed by a surrounding member and sealed by a combination with a moisture-proof layer, the surrounding member is generally a material having mechanical strength such as metal, and between the substrate and the surrounding member, or the moisture-proof layer. Due to the difference in coefficient of thermal expansion between the sealing member and the surrounding member, cracks and peeling of the seal portion are likely to occur in reliability tests such as a cooling cycle and thermal shock, and in that case, the moisture-proof performance is fatally lowered. Also, due to the stress generated when the adhesive layer solidifies, the substrate warps or bends, resulting in lower manufacturability in subsequent processes, or the weak part of the seal breaks down due to long-term stress on the adhesive surface. There is also a risk of being
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、防湿性能に優れ、かつ、防湿構造が基板に対して及ぼす応力を抑制した放射線検出器を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a point, and it aims at providing the radiation detector which was excellent in moisture-proof performance and suppressed the stress which a moisture-proof structure exerts with respect to a board | substrate.
本発明の放射線検出器は、光電変換素子を備えた基板と、前記光電変換素子上に形成され、放射線を蛍光に変換するシンチレータ層と、このシンチレータ層を覆って形成され、このシンチレータ層を外部の湿気から保護する防湿構造とを具備し、前記防湿構造は、少なくとも前記シンチレータ層上に形成された防湿層と、この防湿層と前記基板とを接合する軟質接着層とを備えているものである。 The radiation detector of the present invention includes a substrate provided with a photoelectric conversion element, a scintillator layer that is formed on the photoelectric conversion element and converts radiation into fluorescence, and covers the scintillator layer. A moisture-proof structure that protects against moisture, and the moisture-proof structure includes at least a moisture-proof layer formed on the scintillator layer and a soft adhesive layer that joins the moisture-proof layer and the substrate. is there.
本発明によれば、シンチレータ層を外部の湿気から保護する防湿構造を、防湿層と、この防湿層と基板とを接合する軟質接着層との組み合わせにより構成することで、シンチレータ層に対して充分な防湿性能を確保し、かつ、製造工程および製造後の温度変化などにより防湿構造が基板に対して及ぼす応力を抑制できる。 According to the present invention, the moisture-proof structure that protects the scintillator layer from external moisture is constituted by a combination of the moisture-proof layer and the soft adhesive layer that joins the moisture-proof layer and the substrate, so that the scintillator layer is sufficient. It is possible to secure a sufficient moisture-proof performance and to suppress the stress exerted on the substrate by the moisture-proof structure due to a manufacturing process and a temperature change after the manufacturing.
以下、本発明の第1の実施形態の放射線検出器の構成を図1ないし図3を参照して説明する。 The configuration of the radiation detector according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1に放射線検出器としてのX線検出器11の断面図、図2にX線検出器11の説明断面図、図3にX線検出器11の斜視図を示す。このX線検出器11は、放射線像であるX線像を検出するX線平面センサであり、例えば一般医療用途などに用いられる。そして、このX線検出器11は、蛍光を電気信号に変換するアレイ基板12、このアレイ基板12の一主面である表面上に形成され入射するX線を蛍光に変換する放射線(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上に形成されシンチレータ層13からの蛍光をアレイ基板12側へ反射させる反射膜14、および、シンチレータ層13および反射膜14を覆って形成されこれらシンチレータ層13および反射膜14を外気や湿度から保護する防湿構造15を備えている。 FIG. 1 is a cross-sectional view of an X-ray detector 11 as a radiation detector, FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view of the X-ray detector 11, and FIG. 3 is a perspective view of the X-ray detector 11. The X-ray detector 11 is an X-ray plane sensor that detects an X-ray image that is a radiation image, and is used, for example, for general medical purposes. The X-ray detector 11 includes an array substrate 12 that converts fluorescence into an electric signal, and radiation (X-rays) that is formed on the surface that is one main surface of the array substrate 12 and that converts incident X-rays into fluorescence. A scintillator layer 13 as a conversion unit, a reflection film 14 formed on the scintillator layer 13 to reflect fluorescence from the scintillator layer 13 toward the array substrate 12, and the scintillator layer 13 and the reflection film 14 formed to cover the scintillator layer 13 and the reflection film 14 A moisture-proof structure 15 that protects the layer 13 and the reflective film 14 from the outside air and humidity is provided.
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上に設けられて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(またはゲートライン)18、列方向に沿って配設された複数のデータライン(またはシグナルライン)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、および、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/変換部などを備えている。 The array substrate 12 converts fluorescence converted from X-rays into visible light by the scintillator layer 13 into an electric signal. The glass substrate 16 is provided on the glass substrate 16 and has a substantially rectangular shape that functions as an optical sensor. A plurality of photoelectric conversion units 17, a plurality of control lines (or gate lines) 18 arranged along the row direction, a plurality of data lines (or signal lines) 19 arranged along the column direction, and each control line A control circuit (not shown) to which 18 is electrically connected and an amplification / conversion unit (not shown) to which each data line 19 is electrically connected are provided.
また、アレイ基板12には、それぞれ同構造を有する画素20が制御ライン18とデータライン19との交差位置のそれぞれに対応して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。 In the array substrate 12, pixels 20 having the same structure are formed in a matrix corresponding to the intersection positions of the control line 18 and the data line 19, and photoelectric conversion is performed in each pixel 20. A photodiode 21 as an element is provided. These photodiodes 21 are disposed below the scintillator layer 13.
各画素20は、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、および、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などを備えている。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。 Each pixel 20 includes a thin film transistor (TFT) 22 as a switching element electrically connected to the photodiode 21, and a storage capacitor (not shown) as a charge storage unit for storing the signal charge converted by the photodiode 21. I have. However, the storage capacitor may also serve as the capacitance of the photodiode 21, and is not necessarily required.
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もので、結晶性を有する半導体材料である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、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、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。 Each thin film transistor 22 has a switching function for accumulating and releasing charges generated by the incidence of fluorescence on the photodiode 21, and amorphous silicon (a-Si) as an amorphous semiconductor which is a crystalline semiconductor material. ) Or a semiconductor material such as polysilicon (p-Si) which is a polycrystalline semiconductor. The thin film transistor 22 includes a gate electrode 23, a source electrode 24, and a drain electrode 25. The drain electrode 25 is electrically connected to the photodiode 21 and the storage capacitor.
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。 The storage capacitor is formed in a rectangular flat plate shape and is provided opposite to the lower part of each photodiode 21.
制御ライン18は、各画素20間に行方向に沿って配設され、同じ行の各画素20の薄膜トランジスタ22のゲート電極23に電気的に接続されている。 The control line 18 is disposed between the pixels 20 along the row direction, and is electrically connected to the gate electrode 23 of the thin film transistor 22 of each pixel 20 in the same row.
データライン19は、各画素20間に列方向に沿って配設され、同じ列の各画素20の薄膜トランジスタ22のソース電極24に電気的に接続されている。また、各データライン19は、同じ列の画素20を構成する薄膜トランジスタ22から画像データ信号を受信させる。また、各データライン19の一端は、高速信号処理部26に電気的に接続されている。さらに、この高速信号処理部26には、デジタル画像伝送部27が電気的に接続されている。このデジタル画像伝送部27は、アレイ基板12の外側に導出された状態で取り付けられている。 The data line 19 is disposed between the pixels 20 along the column direction, and is electrically connected to the source electrode 24 of the thin film transistor 22 of each pixel 20 in the same column. Each data line 19 receives an image data signal from the thin film transistor 22 constituting the pixel 20 in the same column. In addition, one end of each data line 19 is electrically connected to the high-speed signal processing unit 26. Further, a digital image transmission unit 27 is electrically connected to the high-speed signal processing unit 26. The digital image transmission unit 27 is attached in a state of being led out of the array substrate 12.
制御回路は、各薄膜トランジスタ22の動作状態、すなわ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。 The control circuit controls the operating state of each thin film transistor 22, that is, on and off, and is mounted on the side edge along the row direction on the surface of the glass substrate 16.
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。 The amplifying / converting unit includes, for example, a plurality of charge amplifiers arranged corresponding to each data line 19, a parallel / serial converter to which these charge amplifiers are electrically connected, and the parallel / serial converter is electrically connected And an analog-to-digital converter connected to the.
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柱状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柱状に形成したものなどである。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することも可能であるし、真空状態とすることも可能である。 The scintillator layer 13 converts incident X-rays into visible light, that is, fluorescence. For example, cesium iodide (CsI): thallium (Tl) or sodium iodide (NaI): thallium (Tl) is used for vacuum deposition. The groove portion is formed by, for example, forming a columnar structure or gadolinium oxysulfide (Gd 2 O 2 S) phosphor particles with a binder material, coating on the array substrate 12, firing and curing, and dicing with a dicer. It is formed into a quadrangular prism shape. Between these columns, an atmosphere or an inert gas such as nitrogen (N 2 ) for preventing oxidation can be sealed, or a vacuum state can be set.
反射膜14は、シンチレータ層13により変換された光をアレイ基板12側へと反射させるもので、例えば酸化チタン(TiO2)のサブミクロン粉体とバインダ樹脂および溶媒とを混合した塗液をシンチレータ層13上に塗布・乾燥して形成されている。 The reflection film 14 reflects the light converted by the scintillator layer 13 toward the array substrate 12 side. For example, a coating liquid in which a submicron powder of titanium oxide (TiO 2 ) is mixed with a binder resin and a solvent is used as a scintillator. It is formed by applying and drying on the layer 13.
防湿構造15は、反射膜14上に、軟質接着層28を介して防湿層29を貼り合わせるとともに、軟質接着層28をシンチレータ層13の外側周辺部分でアレイ基板12と密着させた構造を有している。 The moisture-proof structure 15 has a structure in which a moisture-proof layer 29 is bonded onto the reflective film 14 via a soft adhesive layer 28, and the soft adhesive layer 28 is in close contact with the array substrate 12 at the outer peripheral portion of the scintillator layer 13. ing.
また、この軟質接着層28は、防湿層29の全体のシンチレータ層13側に亘って形成されており、反射膜14に対しては、密着していても、図2に示すように隙間を介して離間されていてもよい。 Further, this soft adhesive layer 28 is formed over the entire scintillator layer 13 side of the moisture-proof layer 29, and even if it is in close contact with the reflective film 14, it is interposed through a gap as shown in FIG. May be separated.
なお、この軟質接着層28は、多孔質の樹脂や可塑剤を含む樹脂材料のように可撓性を有する材質であれば適用可能であるが、防湿構造15が必要とする低透湿率を確保するために、例えば数〜数十μmサイズの無機材質のフィラ材を添加した樹脂材質が好ましい。また、この軟質接着層28は、防湿層29やアレイ基板12との密着性を確保する観点から、樹脂フォームの芯材35とその両端を樹脂粘着層36で挟み込んで積層した構造が好適である。特に、樹脂フォームの芯材35あるいは樹脂粘着層36の種類としては、アクリル系樹脂を使用することで、外力による変形や熱膨張・熱収縮に対しても柔軟かつ強靭な軟質接着層28を形成することができる。 The soft adhesive layer 28 can be applied as long as it is a flexible material such as a resin material containing a porous resin or a plasticizer, but has a low moisture permeability required by the moisture-proof structure 15. In order to ensure, for example, a resin material to which an inorganic filler material having a size of several to several tens of μm is added is preferable. The soft adhesive layer 28 preferably has a structure in which the core 35 of the resin foam and both ends thereof are sandwiched between the resin adhesive layers 36 from the viewpoint of ensuring adhesion to the moisture-proof layer 29 and the array substrate 12. . In particular, as the type of resin foam core 35 or resin adhesive layer 36, an acrylic resin is used to form a flexible adhesive layer 28 that is flexible and strong against deformation, thermal expansion and contraction due to external forces. can do.
無機材質のフィラ材としては、例えばアルミナ、あるいは二酸化ケイ素(SiO2)などが用いられる。 As the inorganic filler material, for example, alumina or silicon dioxide (SiO 2 ) is used.
防湿層29は、シンチレータ層13の全体の上部を覆って形成されている。この防湿層29は、種々の金属の箔材やシート材を用いることができるが、例えばアルミニウムを主成分とした箔とすることでX線の吸収ロスを抑えられ、かつ、それなりの機械的強度を保てる利点がある。また、防湿層29は、安価で成形性もあって包含するシンチレータ層13などの厚みや形状に合わせた加工も容易である。この防湿層29は、X線の吸収を考えれば薄い方が良く、一方で機械的強度やピンホールリスクを考慮すると厚めが望ましいため、これらの兼ね合いで概ね30μm乃至150μm程度が一般的には好適な厚みと考えられる。 The moisture-proof layer 29 is formed so as to cover the entire upper part of the scintillator layer 13. For this moisture-proof layer 29, various metal foil materials and sheet materials can be used. For example, by using a foil mainly composed of aluminum, X-ray absorption loss can be suppressed, and the mechanical strength is appropriate. There is an advantage that can be maintained. Further, the moisture-proof layer 29 is easy to process according to the thickness and shape of the scintillator layer 13 and the like which are inexpensive and have moldability. The moisture-proof layer 29 is preferably thin in consideration of the absorption of X-rays. On the other hand, it is desirable that the moisture-proof layer 29 is thick in consideration of mechanical strength and pinhole risk. Therefore, in general, about 30 μm to 150 μm is preferable. It is considered to be thick.
なお、防湿層29は、アルミニウム合金箔以外の材料としては、アルミラミネートフィルムを用いることで、アルミニウム合金箔と同レベルの水蒸気バリア性を有することができる。また、Al2O3やSiO2、SiON系などの無機膜とPETなどの有機材料による樹脂膜である有機膜との積層(一般的には多層)の防湿フィルムの開発が進み、数十μm程度のフィルム厚で、アルミニウム合金箔並みに低い水蒸気透過率のものが実用化されているため、このようなフィルム材を防湿層29として用いることも可能である。この場合、無機膜材質としては、上述のSi系やAl系の無機膜のみでなく、Zr系、Mg系、Y系の酸化膜や窒化膜、酸窒化膜なども適用可能である。また、有機膜も、PET以外の多様な樹脂フィルム材を適用可能である。このようなフィルム材は、一般的に透明であるため、防湿層29として用いることにより、内部の変質や異常を製造段階で検知するのに至って好適である。 The moisture-proof layer 29 can have a water vapor barrier property at the same level as the aluminum alloy foil by using an aluminum laminate film as a material other than the aluminum alloy foil. In addition, the development of a moisture-proof film that is a laminate (generally multilayer) of inorganic films such as Al 2 O 3 , SiO 2 , and SiON and organic films that are resin films made of organic materials such as PET has progressed to several tens of μm Such a film material can be used as the moisture-proof layer 29 because a film having a film thickness of about a low water vapor transmission rate as low as that of an aluminum alloy foil has been put into practical use. In this case, as the inorganic film material, not only the Si-based or Al-based inorganic film described above but also a Zr-based, Mg-based, Y-based oxide film, nitride film, oxynitride film, or the like can be applied. In addition, various resin film materials other than PET can be applied to the organic film. Since such a film material is generally transparent, use as the moisture-proof layer 29 is suitable for detecting internal alteration and abnormality at the manufacturing stage.
ここで、防湿構造15の透湿率に関して近似式を使って説明すると、軟質接着層28および防湿層29を含む防湿構造15全体の透湿率Qは概略以下の式(1)で表せる。 Here, the moisture permeability of the moisture-proof structure 15 will be described using an approximate expression. The moisture permeability Q of the entire moisture-proof structure 15 including the soft adhesive layer 28 and the moisture-proof layer 29 can be roughly expressed by the following expression (1).
Q=Q1+Q2+Q3 ……(1) Q = Q 1 + Q 2 + Q 3 (1)
ここで、本実施形態の構造の場合、式(1)の第1項目目のQ1は防湿構造15の大部分を占める防湿層29からの透湿率を示すが、この透湿率Q1は、上記箔材や防湿フィルムを用いることにより実質的にシンチレータ層13への影響を無視できる程度のレベルに抑えることが可能である。また、式(1)の第3項目目のQ3の値は、界面の清浄化と密着プロセスをきちんと適正化することで軟質接着層28の透湿率である第2項目目のQ2の値に対して充分に低い値に抑えられる。したがって、本実施形態の構造では、プロセスを適正化すれば式(1)の第2項目目のQ2の値が全体の透湿率Qに対して支配的で問題となる。 Here, in the structure of the present embodiment, Q 1 of the first item of the formula (1) indicates the moisture permeability from the moisture-proof layer 29 occupying most of the moisture-proof structure 15, and this moisture permeability Q 1 Can be suppressed to a level at which the influence on the scintillator layer 13 can be substantially ignored by using the foil material or the moisture-proof film. In addition, the value of Q 3 of the third item of Equation (1) is the value of Q 2 of the second item, which is the moisture permeability of the soft adhesive layer 28 by properly optimizing the interface cleaning and adhesion process. The value is suppressed to a sufficiently low value. Therefore, in the structure of the present embodiment, if the process is optimized, the value of Q 2 in the second item of the equation (1) is dominant with respect to the overall moisture permeability Q, which becomes a problem.
式(1)の第2項目目のQ2を書き下した以下の式(2)の中で、軟質接着層28の透湿係数Pが同じ場合には、軟質接着層28をアレイ基板12と接着する実効密着幅である封止幅Wと、アレイ基板12と密着する部分の厚みTとの関係が、T/W<<1、すなわちW>>Tであれば、軟質接着層28からの透湿影響を低く抑えることができる。 In the following formula (2) in which Q 2 of the second item of formula (1) is written, if the moisture permeability coefficient P of the soft adhesive layer 28 is the same, the soft adhesive layer 28 is bonded to the array substrate 12 If the relationship between the sealing width W, which is the effective adhesion width, and the thickness T of the portion that is in close contact with the array substrate 12 is T / W << 1, that is, W >> T, the penetration from the soft adhesive layer 28 The humidity effect can be kept low.
Q2=P・S/W
=P・L・T/W ……(2)
Q 2 = P · S / W
= P ・ L ・ T / W ...... (2)
また、上記式(2)から分かるように、シンチレータ層13の実効表面積Sが増大すると、これの周囲を覆う軟質接着層28の周長をLとしたとき、軟質接着層28の透湿断面積=L・Tの値も増大するが、シンチレータ層13の表面積の増大がX線検出器11の一辺の略2乗に比例して増大するのに対して、軟質接着層28の透湿断面積はX線検出器11の一辺の略1乗に比例して増大する。したがって、以下の式(3)に示すように、シンチレータ層13の実効表面積Sが大きくなると、シンチレータ層13の単位面積当りの湿度負荷qは低減する。 Further, as can be seen from the above equation (2), when the effective surface area S of the scintillator layer 13 increases, when the circumferential length of the soft adhesive layer 28 covering the periphery thereof is L, the moisture permeable cross-sectional area of the soft adhesive layer 28 Although the value of L · T also increases, the increase in the surface area of the scintillator layer 13 increases in proportion to the square of one side of the X-ray detector 11, whereas the moisture permeability cross-sectional area of the soft adhesive layer 28 Increases in proportion to approximately the first power of one side of the X-ray detector 11. Therefore, as shown in the following formula (3), when the effective surface area S of the scintillator layer 13 is increased, the humidity load q per unit area of the scintillator layer 13 is reduced.
q=Q/S ……(3) q = Q / S (3)
そして、シンチレータ層13としてCsI:Tl膜を適用した種々の試作評価結果と、CsI:Tl膜単位面積当りの湿度負荷の計算結果から、概ね以下の式(4)の関係を満たす場合に、一定レベル(例えば60℃−90%RH×500Hで特性維持率80%以上)の信頼性を確保できることが分かった。 From the results of various prototype evaluations using a CsI: Tl film as the scintillator layer 13 and the calculation results of the humidity load per unit area of the CsI: Tl film, when the relationship of the following formula (4) is satisfied, It was found that the reliability of the level (for example, 60 ° C.−90% RH × 500H and the characteristic maintenance rate of 80% or more) can be secured.
q<0.1(mg/cm2/day) ……(4) q <0.1 (mg / cm 2 / day) (4)
軟質接着層28の透湿係数は、例えば60℃−90%RHの試験条件で概略50〜200mg/m2/day程度の範囲にある。標準的な厚みT=1.0mmで、アレイ基板12との接着幅W=5.0mmとすると、透湿係数が100mg/m2/dayの軟質接着層28の場合には、CsI:Tl膜シンチレータ層13のエリアサイズが概ね100mm2程度以上あれば上記レベルの防湿性能を確保できる。 The moisture permeability coefficient of the soft adhesive layer 28 is, for example, in the range of approximately 50 to 200 mg / m 2 / day under the test conditions of 60 ° C.-90% RH. When the standard thickness T = 1.0 mm and the adhesion width W to the array substrate 12 is 5.0 mm, the CsI: Tl film is used in the case of the soft adhesive layer 28 having a moisture permeability coefficient of 100 mg / m 2 / day. If the area size of the scintillator layer 13 is about 100 mm 2 or more, the above level of moisture-proof performance can be secured.
ガラス基板16上には、薄膜トランジスタ22やシンチレータ層13などとの間に樹脂層38が形成されている。 On the glass substrate 16, a resin layer 38 is formed between the thin film transistor 22, the scintillator layer 13, and the like.
次に、上記第1の実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of the first embodiment will be described.
X線検出器11の製造の際には、ガラス基板16の表面に、通常の成膜工程およびパターニング工程を繰り返すことで、ガラス基板16上に光電変換部17および各ライン18,19を形成して、アレイ基板12とする。 When the X-ray detector 11 is manufactured, the photoelectric conversion unit 17 and the lines 18 and 19 are formed on the glass substrate 16 by repeating the normal film forming process and patterning process on the surface of the glass substrate 16. The array substrate 12 is used.
次いで、アレイ基板12上に、例えばCsIを基材とし、タリウム(Tl)元素を添加したシンチレータ層13を蒸着法などにより形成する。 Next, a scintillator layer 13 containing, for example, CsI as a base material and added with thallium (Tl) element is formed on the array substrate 12 by vapor deposition or the like.
さらに、シンチレータ層13上に、例えば酸化チタン(TiO2)のサブミクロン粉体とバインダ樹脂および溶媒とを混合した塗液を塗布して乾燥することで、シンチレータ層13全体を覆って反射膜14を形成する。 Further, a coating liquid in which, for example, a titanium oxide (TiO 2 ) submicron powder, a binder resin, and a solvent are mixed is applied onto the scintillator layer 13 and dried, thereby covering the scintillator layer 13 as a whole and reflecting film 14. Form.
そして、この反射膜14全体を覆って、軟質接着層28の下側の樹脂粘着層36を貼着するとともに、この軟質接着層28の上側の樹脂粘着層36に、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、あるいは酸化膜、窒化膜、酸窒化膜などの無機膜と樹脂膜との積層構造を有するフィルム材などの防湿層29を貼着することで、防湿構造15を構成する。なお、下側の樹脂粘着層36は、シンチレータ層13の外方にてアレイ基板12に接着される。 Then, covering the entire reflective film 14, and sticking the lower resin adhesive layer 36 of the soft adhesive layer 28, to the upper resin adhesive layer 36 of the soft adhesive layer 28, aluminum foil, aluminum alloy foil, Alternatively, the moisture-proof structure 15 is configured by attaching a moisture-proof layer 29 such as a film material having a laminated structure of an inorganic film such as an oxide film, a nitride film, and an oxynitride film and a resin film. The lower resin adhesive layer 36 is adhered to the array substrate 12 outside the scintillator layer 13.
このように、シンチレータ層13を外部の湿気から保護する防湿構造15を、例えばアルミニウム合金箔、あるいは酸化膜、窒化膜、酸窒化膜などの無機膜と樹脂膜との積層構造を有するフィルム材などとした防湿層29と、この防湿層29およびアレイ基板12周辺を密着して接合する軟質接着層28との組み合わせ構造とすることにより、例えばCsIなどのシンチレータ層13に対して充分な防湿性能を確保し、かつ、製造工程および製造後において、温度変化などにより防湿構造15がアレイ基板12に対して及ぼす応力を最小限に抑えることができる。この応力の低減により、防湿構造15に起因するアレイ基板12の変形、および、その変形の結果生じるシンチレータ層13へのダメージ(程度が大きいと破損のおそれがある)などのリスクを避けることが可能となる。 Thus, the moisture-proof structure 15 that protects the scintillator layer 13 from external moisture, such as an aluminum alloy foil, or a film material having a laminated structure of an inorganic film such as an oxide film, a nitride film, and an oxynitride film and a resin film, etc. By combining the moisture-proof layer 29 and the soft adhesive layer 28 that tightly bonds the moisture-proof layer 29 and the periphery of the array substrate 12 with each other, sufficient moisture-proof performance is provided for the scintillator layer 13 such as CsI. In addition, the stress exerted on the array substrate 12 by the moisture-proof structure 15 due to a temperature change or the like during the manufacturing process and after manufacturing can be minimized. By reducing this stress, it is possible to avoid risks such as deformation of the array substrate 12 caused by the moisture-proof structure 15 and damage to the scintillator layer 13 resulting from the deformation (there is a possibility of breakage if the degree is large) It becomes.
この結果、シンチレータ層13を水分から保護する防湿信頼性が高く、かつ防湿構造15の製造工程により発生するアレイ基板12と防湿構造15との間のストレスや、製品化後の温度変化による熱膨張起因のストレスが小さい、高信頼性のX線検出器11が得られる。 As a result, the moisture-proof reliability for protecting the scintillator layer 13 from moisture is high, and the thermal expansion due to the stress between the array substrate 12 and the moisture-proof structure 15 generated by the manufacturing process of the moisture-proof structure 15 and the temperature change after commercialization A highly reliable X-ray detector 11 with low stress due to the stress can be obtained.
なお、製造工程での応力とは、例えば製造時の加熱で部材間の熱膨張係数の差異で生じる応力や、通常の接着剤などのように、固化する際に体積収縮などにより発生する応力などである。 In addition, the stress in the manufacturing process is, for example, a stress generated due to a difference in thermal expansion coefficient between members due to heating during manufacturing, a stress generated due to volume shrinkage or the like when solidified like a normal adhesive, etc. It is.
また、製造後の応力とは、例えば環境温度の変化により、防湿構造15とアレイ基板12(ガラス基板16)などとの間の熱膨張率の差異によって発生する応力や、X線検出器11に外力が加わっって全体が変形を生じるような場合に防湿構造15とアレイ基板12との間に生じるずれ応力などである。 Further, the post-manufacture stress is, for example, a stress generated due to a difference in thermal expansion coefficient between the moisture-proof structure 15 and the array substrate 12 (glass substrate 16) due to a change in environmental temperature, and the X-ray detector 11 This is a shift stress generated between the moisture-proof structure 15 and the array substrate 12 when an external force is applied and the whole is deformed.
次に、第2の実施形態を、図4を参照して説明する。なお、上記第1の実施形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。 Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In addition, about the structure and effect | action similar to the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
この第2の実施形態は、上記第1の実施形態の防湿構造15が、シンチレータ層13の周囲を軟質接着層28で囲み、この軟質接着層28の下側の樹脂粘着層36をアレイ基板12と接着し、上側の樹脂粘着層36を防湿層29と接着することで、軟質接着層28がシンチレータ層13の上部を実質的に覆わないように構成されているものである。 In the second embodiment, the moisture-proof structure 15 of the first embodiment surrounds the scintillator layer 13 with a soft adhesive layer 28, and the resin adhesive layer 36 below the soft adhesive layer 28 is disposed on the array substrate 12. And the upper resin adhesive layer 36 is bonded to the moisture-proof layer 29, so that the soft adhesive layer 28 does not substantially cover the upper part of the scintillator layer 13.
そして、このように構成することで、シンチレータ層13に対して充分な防湿性能を確保し、かつ、製造工程および製造後などに防湿構造15がアレイ基板12に対して及ぼす応力を抑制できるなど、上記第1の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。 And by configuring in this way, it is possible to ensure sufficient moisture-proof performance for the scintillator layer 13, and to suppress the stress that the moisture-proof structure 15 exerts on the array substrate 12 after the manufacturing process and manufacturing, etc. The same effects as those of the first embodiment can be obtained.
また、軟質接着層28がシンチレータ層13の周囲を囲み、この軟質接着層28が実質的にシンチレータ層13を覆わないように構成することにより、最小限の軟質接着層28によって防湿層29を接合でき、樹脂フォームの芯材35自体の熱膨張差によりアレイ基板12に対して与える応力を抑制でき、温度変化に対するアレイ基板12の反り量の変化を、より抑制できる。 In addition, the soft adhesive layer 28 surrounds the scintillator layer 13, and the soft adhesive layer 28 does not substantially cover the scintillator layer 13, thereby joining the moisture-proof layer 29 with the minimum soft adhesive layer 28. In addition, the stress applied to the array substrate 12 due to the difference in thermal expansion of the core material 35 itself of the resin foam can be suppressed, and the change in the amount of warpage of the array substrate 12 with respect to the temperature change can be further suppressed.
また、軟質接着層28によりシンチレータ層13を実質的に覆わないため、X線検出器11の最大厚みを抑えることができ、X線検出器11の設計面でも有利となる。 In addition, since the scintillator layer 13 is not substantially covered by the soft adhesive layer 28, the maximum thickness of the X-ray detector 11 can be suppressed, and the design of the X-ray detector 11 is advantageous.
そして、上記各実施形態に対応する実施例と、従来例に対応する比較例とのそれぞれについて、耐湿性やアレイ基板12の反りなどの各特性をそれぞれ測定した。この比較は、ガラス基板上にシンチレータ層と反射膜および防湿構造とを形成したダミー構造で行った。これらのダミー構造の輝度と解像度との評価方法は後述する。 And each characteristic, such as a moisture resistance and the curvature of the array board | substrate 12, was measured about each of the Example corresponding to said each embodiment, and the comparative example corresponding to a prior art example, respectively. This comparison was performed with a dummy structure in which a scintillator layer, a reflective film, and a moisture-proof structure were formed on a glass substrate. A method for evaluating the luminance and resolution of these dummy structures will be described later.
実施例のサイズとしては、ガラス基板16として、0.7mm厚で400mm2のコーニング社製の#1737ガラスを用い、このガラス基板16上にシンチレータ層13としてCsI:Tl膜を380mm□(380mm×380mmの大きさ)のエリアサイズで蒸着したアレイ基板12を用いた。シンチレータ層13上には、サブミクロンのTiO2粉体と樹脂バインダからなる反射膜14を約100μm程度の厚みで塗布成膜後に乾燥して形成した。防湿層29は、アルミニウム合金のA3004−H0箔(80μm厚)を使用し、軟質接着層28には綜研化学社製のS−1079(1.0mm厚)または綜研化学社製のJ−7710(1.0mm厚)を用いた。これらの軟質接着層28を、防湿層29と同じサイズで積層した上記第1の実施形態の形式(実施例1)、および、ガラス基板16と接着する周辺部のみを枠状に切り取って防湿層29と積層した上記第2の実施形態の形式(実施例2)の両方を試作した。 As the size of the example, a # 1737 glass made by Corning having a thickness of 0.7 mm and a thickness of 400 mm 2 was used as the glass substrate 16, and a CsI: Tl film was formed on the glass substrate 16 as a scintillator layer 13 by 380 mm □ (380 mm × An array substrate 12 deposited with an area size of 380 mm was used. On the scintillator layer 13, a reflective film 14 made of submicron TiO 2 powder and a resin binder was formed to a thickness of about 100 μm and dried after coating. The moisture-proof layer 29 is an aluminum alloy A3004-H0 foil (80 μm thick), and the soft adhesive layer 28 is S-1079 (1.0 mm thickness) manufactured by Soken Chemical Co., Ltd. or J-7710 (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.). 1.0 mm thickness) was used. The soft adhesive layer 28 is laminated in the same size as the moisture-proof layer 29, and the form of the first embodiment (Example 1) and only the peripheral part that adheres to the glass substrate 16 are cut into a frame shape and the moisture-proof layer. Both 29 and the type of the above-described second embodiment (Example 2) were prototyped.
そして、上記各実施例では、シンチレータ層13の膜厚は約600μm、CsI:Tlの柱状構造結晶の柱(ピラー)の太さは最表面で8〜12μm程度のものを用いる。 In each of the above embodiments, the scintillator layer 13 has a film thickness of about 600 μm, and the columnar structure crystal pillar of CsI: Tl has a thickness of about 8 to 12 μm on the outermost surface.
各実施例で使用する軟質接着層28の種類と、それらに対してカップ法で60℃−90%RHの水蒸気透過率を測定した結果を図5の表に示す。同様な軟質接着層28でも透湿率には格差が生じるが、これらは樹脂フォームの芯材35の空孔密度や添加された無機材質のフィラ材などによる差と考えられる。 The type of the soft adhesive layer 28 used in each example and the results of measuring the water vapor transmission rate at 60 ° C.-90% RH by the cup method are shown in the table of FIG. Even in the same soft adhesive layer 28, there is a difference in moisture permeability, which is considered to be a difference due to the pore density of the core material 35 of the resin foam or the filler material of the added inorganic material.
また、各実施例で使用する防湿層29の種類と、それらに対してカップ法で60℃−90%RHの透湿率を測定した結果を図6の表に示す。この図6の表に示すように、いずれも殆ど測定限度(0.1g/m2/day)に近い低い透湿率を示した。 Moreover, the table | surface of FIG. 6 shows the result of having measured the moisture permeability of 60 degreeC-90% RH with the cup method with respect to the kind of moisture-proof layer 29 used in each Example. As shown in the table of FIG. 6, all showed low moisture permeability almost close to the measurement limit (0.1 g / m 2 / day).
一方、比較例のX線検出器11aとしては、図7に示すように、上記各実施例と同一サイズで、ポリパラキシリレン(以下、パリレン(登録商標)という)のCVD膜(20μm厚)を防湿層29aとして用いたもの(比較例1)、および、図8に示すように、アルミニウム枠40a(1.0mm厚)でシンチレータ層13の周囲を囲って、その下面を接着部41aによりアレイ基板12と接着し、その上面を接着部41aにより防湿層としてのアルミニウム板29bと接着するもの(比較例2)を試作した。防湿構造前までの材料と工程とは、いずれの比較例splも上記各実施例と同一とした。 On the other hand, as the X-ray detector 11a of the comparative example, as shown in FIG. 7, a CVD film (20 μm thick) of polyparaxylylene (hereinafter referred to as Parylene (registered trademark)) having the same size as each of the above-described examples. As a moisture-proof layer 29a (Comparative Example 1) and as shown in FIG. 8, an aluminum frame 40a (1.0 mm thick) surrounds the periphery of the scintillator layer 13, and the lower surface is arrayed by an adhesive portion 41a. A prototype (Comparative Example 2) was prepared by bonding to the substrate 12 and bonding the upper surface to the aluminum plate 29b as a moisture-proof layer by the bonding portion 41a. The material and the process before the moisture-proof structure were the same as those in the above examples in any of the comparative examples sp1.
比較例1のパリレンの防湿層29aは、原料のダイマーを気化室および分解室を通して熱分解し、室温の成膜室でspl全体を覆う様にパリレンの膜とした。 The parylene moisture-proof layer 29a of Comparative Example 1 was a parylene film formed by thermally decomposing a raw material dimer through a vaporization chamber and a decomposition chamber and covering the entire spl in a room temperature film formation chamber.
比較例2の作成方法は、次の通りである。まず、アルミニウム材をシンチレータ層13の周囲を囲う枠形状に加工してアルミニウム枠40aとし、このアルミニウム枠40aの上面側に、A3004−H0(80μm厚)のアルミニウム合金箔を接着部41aで貼り付けたものをまずは作成した。この防湿構造体を、シンチレータ層13としてCsI:Tl膜を形成したアレイ基板12に被せ、このアレイ基板12の周辺部のシンチレータ層13のない部分でアルミニウム枠40aの下面側を、接着部41aを構成する接着剤により接着した。この接着剤としては、エポキシ系の加熱硬化型接着剤を用い、熱膨張の影響を抑えるために60℃程度の低温で硬化した。また、接着部41aからの透湿を抑えるために、接着部41aの厚みは200μm程度以下に抑えた。 The production method of Comparative Example 2 is as follows. First, an aluminum material is processed into a frame shape surrounding the periphery of the scintillator layer 13 to form an aluminum frame 40a, and an aluminum alloy foil of A3004-H0 (80 μm thickness) is attached to the upper surface side of the aluminum frame 40a with an adhesive portion 41a. First of all, I made it. This moisture-proof structure is placed on the array substrate 12 on which a CsI: Tl film is formed as the scintillator layer 13, and the lower surface side of the aluminum frame 40a is attached to the peripheral portion of the array substrate 12 where the scintillator layer 13 is not provided, and the bonding portion 41a is provided. Bonded with the constituent adhesive. As this adhesive, an epoxy-based heat-curable adhesive was used and cured at a low temperature of about 60 ° C. in order to suppress the influence of thermal expansion. Further, in order to suppress moisture permeation from the bonding portion 41a, the thickness of the bonding portion 41a was suppressed to about 200 μm or less.
なお、上記各実施例において、最終的なX線検出器11としてはアレイ基板12上にシンチレータ層13および反射膜14を順次形成するが、高温高湿試験における輝度および解像度の変化を簡易的に評価するために、ガラス基板16上にCsI:Tl膜のシンチレータ層13を形成し、そのシンチレータ層13上に反射膜14を形成し、さらに防湿構造15を形成して輝度と解像度(CTF)特性を測定する方法を適宜用いた。この方法での輝度と解像度特性は、X線を防湿構造15側から入射し、アレイ基板12側からこのアレイ基板12とシンチレータ層13との界面に焦点を合わせてCCDカメラでX線像を撮影する方法を採用した。X線質条件としては70KVpでRQA−5相当条件とし、輝度は標準とする増感紙(HG−H2 Back(富士フィルム株式会社製))に対する相対輝度とし、解像度は解像度チャート像の2Lp/mmのCTF(Contrast Transfer Function)の値=CTF(2Lp/mm)%を画像処理により求めた。 In each of the above embodiments, as the final X-ray detector 11, a scintillator layer 13 and a reflective film 14 are sequentially formed on the array substrate 12. However, changes in brightness and resolution in a high temperature and high humidity test can be simplified. For evaluation, a CsI: Tl scintillator layer 13 is formed on a glass substrate 16, a reflective film 14 is formed on the scintillator layer 13, and a moisture-proof structure 15 is formed to obtain luminance and resolution (CTF) characteristics. The method of measuring was used as appropriate. The brightness and resolution characteristics of this method are as follows. X-rays are incident from the moisture-proof structure 15 side, and an X-ray image is taken with a CCD camera by focusing on the interface between the array substrate 12 and the scintillator layer 13 from the array substrate 12 side. The method to do was adopted. The X-ray quality condition is 70 KVp and RQA-5 equivalent condition, the brightness is relative brightness to the standard intensifying screen (HG-H2 Back (manufactured by Fujifilm Corporation)), and the resolution is 2 Lp / mm of the resolution chart image. The CTF (Contrast Transfer Function) value = CTF (2 Lp / mm)% was obtained by image processing.
図9の表に示すように、60℃−90%RH×500Hの高温高湿試験で、各実施例と比較例1とは、相対輝度の変化は小さい。一方、図10の表および図11のグラフに示すように、各実施例ではCTF維持率が余裕を持って80%以上を確保できているのに対して、比較例1のsplは、100時間時点で既に80%以下まで維持率が低下している。 As shown in the table of FIG. 9, in the high-temperature and high-humidity test of 60 ° C.-90% RH × 500H, each example and comparative example 1 have a small change in relative luminance. On the other hand, as shown in the table of FIG. 10 and the graph of FIG. 11, in each example, the CTF maintenance ratio has a margin of 80% or more, while the spl of Comparative Example 1 is 100 hours. At the time, the maintenance rate has already decreased to 80% or less.
また、実施例1と実施例2との比較では、実施例1のsplの方がやや耐湿性能としては上位である。これは、軟質接着層28が全面積層されている場合の方が、軟質接着層28を通過してシンチレータ層13に到達する水蒸気の透過抵抗が大きく確保できるためと考えられる。 In comparison between Example 1 and Example 2, the spl of Example 1 is slightly higher in terms of moisture resistance. This is presumably because the permeation resistance of water vapor that passes through the soft adhesive layer 28 and reaches the scintillator layer 13 can be ensured more when the soft adhesive layer 28 is laminated on the entire surface.
他の特性比較として、アレイ基板12の反りに関しては、各実施例のsplと比較例1のsplとは、それぞれ端部の反りが殆ど生じなかった(定板上に載せて周辺の浮きが0.2mm以下)。一方、比較例2のsplは、接着剤の硬化温度を60℃と低温に抑えたが、反り量は、定板に載せた状態で、周辺部で測定して1mm前後に達した。 As another characteristic comparison, with respect to the warpage of the array substrate 12, the spl of each example and the spl of the comparative example 1 had almost no warp at the end portions (the surface floated on the surface plate was 0). .. 2 mm or less). On the other hand, the spl of Comparative Example 2 suppressed the curing temperature of the adhesive to a low temperature of 60 ° C., but the amount of warpage reached about 1 mm as measured at the peripheral portion while being placed on a surface plate.
さらに、各実施例と各比較例の2splを−20℃と50℃の冷熱サイクル試験に供したところ、各実施例のsplと比較例1のsplとはいずれも50サイクル後も特に異常が見られなかったが、比較例2のsplは50サイクル終了時点で、一部接着部41aの破壊を生じていた。これは、アルミニウム枠40aとガラス基板16との熱膨張率(熱膨張係数)の差異により、冷熱サイクルの温度変化毎に接着界面にストレスを生じていたためと考えられる。試験条件辺りの温度範囲で、ガラス基板16として用いたコーニング社製の#1737ガラスの熱膨張率は3〜4ppm/deg程度、一般的なアルミニウム材の熱膨張率は24ppm/deg程度と差異が大きい。熱膨張率の対策としてアルミニウム枠40aの部分をガラス基板16と同じ#1737ガラス(コーニング社製)で作成する方法などが考えられるものの、アルミニウムなどの金属加工に比べて加工が難しく、高価な部材となってしまう。また、枠状の部品をガラスで作成すると機械強度の面でも信頼性が著しく低い。 Further, when 2spl of each example and each comparative example were subjected to a thermal cycle test at −20 ° C. and 50 ° C., both the spl of each example and the spl of Comparative Example 1 were particularly abnormal after 50 cycles. Although not, the spl of Comparative Example 2 was partially broken at the end of 50 cycles. This is presumably because stress was generated at the bonding interface for each temperature change of the cooling / heating cycle due to the difference in thermal expansion coefficient (thermal expansion coefficient) between the aluminum frame 40a and the glass substrate 16. In the temperature range around the test conditions, Corning # 1737 glass used as the glass substrate 16 has a thermal expansion coefficient of about 3 to 4 ppm / deg, and a general aluminum material has a thermal expansion coefficient of about 24 ppm / deg. large. As a countermeasure for the coefficient of thermal expansion, a method of creating a portion of the aluminum frame 40a with the same # 1737 glass (manufactured by Corning) as the glass substrate 16 can be considered, but it is difficult to process compared to metal processing such as aluminum and is an expensive member. End up. In addition, when a frame-shaped part is made of glass, the reliability is remarkably low in terms of mechanical strength.
このように、上記各実施例では、シンチレータ層13を水分から保護する防湿信頼性が高く、かつ防湿構造の製造工程により発生するアレイ基板12と防湿構造15との間のストレスや、製品化後の温度変化による熱膨張起因のストレスの小さい、高信頼性のX線検出器11が得られる。 As described above, in each of the above embodiments, the moisture-proof reliability for protecting the scintillator layer 13 from moisture is high, and the stress between the array substrate 12 and the moisture-proof structure 15 generated by the manufacturing process of the moisture-proof structure, Thus, a highly reliable X-ray detector 11 with less stress due to thermal expansion due to the temperature change is obtained.
また、軟質接着層28を全面積層したsplである実施例1と、軟質接着層28を、シンチレータ層13を囲う周囲枠状に抜き加工して実質的にアレイ基板12との密着部だけ防湿層29と積層したsplである実施例2との比較では、実施例2の方が、温度変化に対する反り量の変化が小さい。これは、柔らかいとはいえ樹脂フォームの芯材35自体も熱膨張差によりアレイ基板12に対して応力を与えることから、最小限の軟質接着層28によりこの影響が小さいためと考えられる。また、実施例2は、実施例1と比較して、X線検出器11の最大厚みを抑えることができ、X線検出器11の設計面でも有利である。 Further, Example 1 which is spl in which the soft adhesive layer 28 is laminated on the entire surface, and the soft adhesive layer 28 are punched into a peripheral frame shape surrounding the scintillator layer 13 so that substantially only the adhesion portion with the array substrate 12 is a moisture-proof layer. In comparison with Example 2, which is 29 and laminated spl, Example 2 has a smaller change in warpage with respect to temperature change. This is presumably because the resin foam core 35 itself gives stress to the array substrate 12 due to a difference in thermal expansion, but this influence is small due to the minimum soft adhesive layer 28. Further, in the second embodiment, the maximum thickness of the X-ray detector 11 can be suppressed as compared with the first embodiment, and the design of the X-ray detector 11 is advantageous.
11 放射線検出器としてのX線検出器
12 基板としてのアレイ基板
13 シンチレータ層
15 防湿構造
21 光電変換素子としてのフォトダイオード
28 軟質接着層
29 防湿層
35 芯材
36 樹脂粘着層
11 X-ray detectors as radiation detectors
12 Array substrate as substrate
13 Scintillator layer
15 Moisture-proof structure
21 Photodiodes as photoelectric conversion elements
28 Soft adhesive layer
29 Moisture barrier
35 core material
36 Resin adhesive layer
Claims (9)
前記光電変換素子上に形成され、放射線を蛍光に変換するシンチレータ層と、
このシンチレータ層を覆って形成され、このシンチレータ層を外部の湿気から保護する防湿構造とを具備し、
前記防湿構造は、
少なくとも前記シンチレータ層上に形成された防湿層と、
この防湿層と前記基板とを接合する軟質接着層とを備えている
ことを特徴とする放射線検出器。 A substrate provided with a photoelectric conversion element;
A scintillator layer formed on the photoelectric conversion element for converting radiation into fluorescence;
The scintillator layer is formed so as to cover the scintillator layer, and the scintillator layer is protected from external moisture.
The moisture-proof structure is
A moisture barrier layer formed on at least the scintillator layer;
A radiation detector comprising a moisture-proof layer and a soft adhesive layer that joins the substrate.
ことを特徴とする請求項1記載の放射線検出器。 The radiation detector according to claim 1, wherein the soft adhesive layer includes an inorganic filler material.
樹脂フォームの芯材と、
この芯材と積層された樹脂粘着層とを有している
ことを特徴とする請求項1または2記載の放射線検出器。 Soft adhesive layer
Resin core material,
The radiation detector according to claim 1, further comprising a resin adhesive layer laminated with the core material.
ことを特徴とする請求項3記載の放射線検出器。 The radiation detector according to claim 3, wherein the core material of the resin foam and the main material of the resin adhesive layer are acrylic resins.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の放射線検出器。 The radiation detector according to any one of claims 1 to 4, wherein the moisture-proof layer is made of a foil material of aluminum or an aluminum alloy.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の放射線検出器。 The moisture-proof layer is a film material having a laminated structure of one of an oxide film, a nitride film, and an oxynitride film mainly containing at least one of Si, Al, Zr, Y, and Mg, and a resin film. The radiation detector according to any one of claims 1 to 4.
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の放射線検出器。 The soft adhesive layer is formed so as to cover an adhesion surface between the moisture-proof layer and the substrate and at least a part between the upper surface of the scintillator layer and the moisture-proof layer. The radiation detector in any one.
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の放射線検出器。 The radiation detector according to any one of claims 1 to 6, wherein the soft adhesive layer surrounds the scintillator layer and does not substantially cover an upper portion of the scintillator layer. .
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の放射線検出器。 The soft adhesive layer satisfies a relationship of W >> T, where T is a thickness of a portion in close contact with the substrate and W is an effective adhesion width. Radiation detector.
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