JP2022092707A - 放射線検出装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可撓性絶縁層上にエリアセンサを有する可撓性のマトリクスパネルを、そのコストを低減しつつ安定的に製造することが可能な放射線検出装置の製造方法を提供する。【解決手段】第１の基板上に設けられ、画素アレイと、画素アレイから電気信号を取り出す電気回路と電気的に接続された配線部材が設けられた可撓性絶縁層にローラーを連結し回転させることで第１の基板から剥離し、ローラーの回転を剥離時とは逆に回転させることにより、第２の基板を可撓性絶縁層に貼り合わせる。【選択図】図６

Description

本発明は、放射線検出装置の製造方法に関する。

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた液晶ディスプレイのような表示装置用のマトリクスパネルの製造技術が向上し、パネルの大型化と共に表示部の大画面化が進められてきた。この製造技術は、ＴＦＴなどのスイッチ素子と半導体によって構成された光電変換素子を有する大面積エリアセンサとしてマトリクスパネルに応用されている。

このマトリクスパネルは、Ｘ線などの放射線を可視光等の光に変換するシンチレータと組み合わせて、医療用Ｘ線撮像装置のような放射線検出装置の分野で利用されている。このマトリクスパネルはガラス基板上に形成する技術が一般的であったが、近年では、樹脂基板等を用いた可撓性マトリクスパネルの開発が進み、装置の軽量化と衝撃や変形に耐える高い信頼性とが期待できることから放射線検出装置にも利用されつつある。

可撓性マトリクスパネルを形成する方法として、ガラス基板等の剛性のある基板上に樹脂材料等を薄膜状に載置し、その薄膜上にエリアセンサを形成するのが一般的である。このような可撓性のマトリクスパネルは、例えば特許文献１のように不要なガラス基板から剥離されて利用される。

特許文献１では、ガラス等の基板上にポリイミド等の樹脂材料による可撓性絶縁層を形成し、可撓性絶縁層上にＴＦＴや半導体による複数の光電変換素子を形成したマトリクスパネルを準備する。そして、特許文献１では、マトリクスパネルにシンチレータと当該シンチレータを保護するための保護部材を配置し、その状態でガラス等の基板から剥離する工程が示されている。

特開２００９－１３３８３７号公報

特許文献１における基板からの剥離はレーザー光の照射により行っているが、マトリクスパネルに対して効率よくレーザー光を照射させるためには装置自体が大型かつ高価なものとなり得る。そのため、可撓性マトリクスパネルを製造するに際しては、製造コストの面で課題がある。

そこで、本発明の目的は、可撓性絶縁層上にエリアセンサ及びシンチレータを有する可撓性マトリクスパネルにおいて、そのコストを低減して製造することが可能な放射線検出装置の製造方法を提供することである。

上記の課題は、第１の基板の上に設けられた、各々が光電変換素子を有する複数の画素を有する画素アレイが第１の面に設けられた可撓性絶縁層に、前記画素アレイによる電気信号を外部に取り出すための電気回路と電気的に接続された配線部材を接続する接続工程と、前記第１の面と対向する第２の面で前記第１の基板と接した前記可撓性絶縁層を前記第１の基板から剥離するために、前記第１の面と連結されたローラーを、第１の回転方向で回転させることにより前記第１の基板から前記可撓性絶縁層を剥離する剥離工程と、を行う放射線検出装置の製造方法であって、前記ローラーの前記第１の回転方向と逆回転である第２の回転方向で回転させることにより前記第１の基板とは別の前記放射線検出装置を構成する第２の基板に前記第２の面を貼り合わせる貼り合わせ工程を行うことを特徴とする放射線検出装置の製造方法によって解決される。

本発明により、可撓性絶縁層上にエリアセンサ及びシンチレータを有する可撓性マトリクスパネルを、そのコストを低減しつつ安定して製造することが可能な放射線検出装置の製造方法を提供し得る。

本発明の第１の実施形態に係る可撓性マトリクスパネルを用いた放射線画像撮影システムの概要図 本発明の第１の実施形態に係る可撓性マトリクスパネルの断面図 本発明の第１の実施形態に係る可撓性マトリクスパネルの製造フロー 本発明の第１の実施形態に係る剥離貼りユニットの模式図 本発明の第１の実施形態に係る可撓性マトリクスパネルの第１の基板からの剥離工程終了時の断面図 本発明の第１の実施形態に係る可撓性マトリクスパネルへの第２の基板の貼り合わせ工程開始時の断面図

（第１の実施形態）
以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。また、放射線という用語は、例えば、Ｘ線の他、α線、β線、γ線、粒子線、宇宙線を含みうる。

図１は、本発明のマトリクスパネルを適用した放射線検出装置を用いた放射線画像撮影システムの概要図である。放射線検出装置１２と放射線発生装置１３は、処理部１４と接続される。処理部１４による制御に応じて放射線発生装置１３から放射線が照射され、放射線検出装置１２は被検者を透過した放射線を検出する。放射線検出装置１２は、検出された放射線の情報を信号として処理部１４に送信し、処理部１４は、所望の演算処理を行い、診断を行うための放射線画像を生成する。

図２は、放射線検出装置１２に組み込まれる放射線検出パネル１００の模式図である。以下図２（ａ）～（ｃ）を参照して、放射線検出装置１２に組み込まれる放射線検出パネル１００について説明する。図２（ａ）は、放射線検出パネル１００の放射線入射面の平面図、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ’間における製法の異なる２パターンの断面図である。

マトリクスパネル１１０は、可撓性絶縁層１１１上に、入射した放射線又は光を電気信号に変換する光電変換素子とスイッチ素子であるＴＦＴを有する画素が複数配列されてなる画素アレイ１１２と、回路接続部１３２とが配置されたものである。本実施形態ではスイッチ素子と変換素子はそれぞれアモルファスシリコン薄膜トランジスタ（ａ－Ｓｉ ＴＦＴ）、ＭＩＳ型画素とする。スイッチ素子と変換素子は上記の組み合わせに限らず、ポリシリコンＴＦＴや酸化物ＴＦＴ、ＰＩＮ型画素など公知の技術を用いることができる。

可撓性絶縁層１１１のマトリクスパネルが形成された面の裏面は、第１の基板１１４と接している。第１の基板１１４は剛性が高く、また光電変換素子やＴＦＴの形成温度に耐え得る材料が使用され得る。具体的には、第１の基板１１４としてはガラス、セラミックスからなる絶縁基板が好適である。

可撓性絶縁層１１１は、光電変換素子やＴＦＴの形成温度に耐え得る材料かつ加工性の高い材料が使用され得る。具体的には、可撓性絶縁層１１１としてはポリイミド、ポリアミド等の有機系の絶縁層が用いられる。

マトリクスパネル１１０の形成方法は、液状の可撓性絶縁層１１１を第１の基板１１４に塗布・硬化させて形成する方法、またはシート状の可撓性絶縁層１１１を第１の基板１１４に圧着する方法で第１の基板１１４に可撓性絶縁層１１１を形成する。この際、第１の基板１１４と可撓性絶縁層１１１の間には接着層を用いても良い。

次に、可撓性絶縁層１１１の基板１１４と接した面と対向する面、すなわち可撓性絶縁層１１１の上に、画素アレイ１１２と回路接続部１３２が形成される。画素アレイ１１２は、不図示の複数の画素、ＴＦＴを制御するための配線である駆動線、光電変換素子にバイアスを供給するための配線であるバイアス線、ＴＦＴのソースおよびドレイン電極の一方に接続される信号線等で構成される。

センサ保護層１１３は、画素アレイ１１２を保護する目的で形成される。センサ保護層１１３の材料としては、シンチレータ１２０を形成する際の熱に耐え、かつシンチレータ１２０の密着力を向上させる材料であることが望ましい。具体的にはセンサ保護層１１３としては、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂およびジアリルフタレート樹脂など、各種の樹脂が用いられる。

シンチレータ１２０は、Ｘ線等の放射線を可視光に変換する機能を有する部材のことを指す。シンチレータ１２０にはシンチレータ層１２１や保護層接着層１２２、シンチレータ保護層１２３を含む。シンチレータ層１２１としては、酸硫化ガドリニウム（ＧＯＳ）等のシンチレータ粒子をバインダーと混合したもの、またはタリウムやナトリウムを賦活させたヨウ化セシウム（ＣｓＩ）が好適である。ＧＯＳを用いたシンチレータ層１２１では、画素アレイ１１２上にＧＯＳを塗布する方法やＧＯＳを用いて形成されたシートを貼り合せる方法が取られる。

ＣｓＩを用いたシンチレータ層１２１では、真空下での蒸着方法を用いるのが一般的であり、画素アレイ１１２上に直径が１～数１０ミクロン程度の複数の柱状の結晶を所望の厚さに成長させて形成する。ＣｓＩの特徴として、結晶の柱間に空隙が存在しており、結晶と空気の屈折率の違いによって、結晶中で光が全反射を繰り返し、効果的に発した光を光電変換素子へ伝えることができる。これにより、高いＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を得ることが可能である。

画素アレイ１１２上に塗布や蒸着によりシンチレータ１２０を形成した場合の断面図が図２（ｂ）である。また、別途準備したシンチレータ基台１２４上にシンチレータ層１２１を形成したものを画素アレイ１１２上にシンチレータ接着層１２５を介して貼り合わせた場合の断面図が図２（ｃ）である。

いずれの方法においても、シンチレータ層１２１を保護するために、シンチレータ層１２１を被覆するシンチレータ保護層１２３が形成され得る。シンチレータ保護層１２３としては、アルミや銅、ステンレスなどの金属類、ポリパラキシリレン、エポキシ樹脂、アクリル樹脂およびポリエステル樹脂等の樹脂類、樹脂とアルミナおよび酸化チタン等のセラミックスからなる複合材料等を用いることが可能である。

放射線検出パネル１００は、マトリクスパネル１１０とシンチレータ１２０からなる積層体である。放射線検出パネル１００の画素アレイ１１２には、フレキシブル配線板などの配線部材１３１が回路接続部１３２を介して接続され得る。また、放射線検出パネル１００には、図２では不図示の基板接着層１５０を介して第２の基板１３３が設けられ得る。

第２の基板１３３は、放射線検出パネル１００の要求特性に応じて必要な機能が異なり、可撓性絶縁層１１１の剛性の向上、防湿性向上、放射線検出パネル１００の遮光、外来ノイズ耐性の向上、および振動や外部応力の緩衝機能等を持つことが望ましい。

例えば第２の基板１３３は、放射線のうち可撓性絶縁層１１１を透過した成分を吸収する材料で構成される。また第２の基板１３３の剛性は、可撓性絶縁層の剛性よりも高いことが望ましい。具体的には、第２の基板１３３は鉛、タングステン、鉄などの材料が好適である。第２の基板１３３の後方からの放射線の反射が少ない場合は、第２の基板１３３の材質は遮光性を有する樹脂でも可能であり、樹脂用いることにより放射線検出装置１２の軽量化を行うこともできる。

図３は、本発明の第１の実施形態における可撓性マトリクスパネルの製造フローを示したものである。

Ｓ２０１では、以降の工程を行うための準備として、第１の基板１１４を、ステージ１６０へ載置する。

Ｓ２０２では、第１の基板１１４上に、可撓性絶縁層１１１を形成する。可撓性絶縁層１１１の形成は、第１の基板１１４に材料を塗布し硬化させる方法や、シート上の可撓性絶縁層を圧着する方法などがある。

Ｓ２０３では、可撓性絶縁層１１１上にスイッチ素子と変換素子とを二次元行列状に配置した画素アレイ１１２を形成する。

Ｓ２０４では、画素アレイ１１２の上にシンチレータ１２０を形成するシンチレータ形成工程が行われる。シンチレータ層１２１としては、前述のＧＯＳもしくはタリウム（Ｔｌ）やナトリウム（Ｎａ）を賦活させたヨウ化セシウム（ＣｓＩ）が好適である。

Ｓ２０５では、シンチレータ１２０を保護するシンチレータ保護層１２３を保護層接着層１２２とともに形成する保護層形成工程が行われる。

Ｓ２０６では、画素アレイ１１２にて画像情報となった電気信号を外部に取り出すための電気回路を、回路接続部１３２に配線部材１３１を用いて接続する接続工程が行われる。

Ｓ２０７では、可撓性絶縁層１１１を形成するために用いられた第１の基板１１４から可撓性絶縁層１１１を剥離する剥離工程と、続けて第２の基板１３３を可撓性絶縁層１１１に貼り合わせる貼り合わせ工程と、が行われる。第１の基板１１４と可撓性絶縁層１１１を剥離し、第１の基板１１４をステージ１６０から除去する。その後、第２の基板１３３をステージにセットし、図４の説明で後述する方法により可撓性絶縁層１１１の剥離面を第２の基板１３３上に基板接着層１５０を介して貼り合わせる。
以上Ｓ２０１～２０７の工程を経ることにより、放射線検出装置１２を製造することができる。

Ｓ２０７における、可撓性絶縁層１１１を第１の基板１１４から剥離する工程と、可撓性絶縁層１１１に第２の基板１３３を貼る工程をそれぞれに分けた場合を考える。この場合、剥離した可撓性絶縁層１１１を搬送台に乗せ、次工程において搬送台から可撓性絶縁層１１１を取り外し、第２の基板１３３に貼り合わせることになる。このようにすると、剥離工程と第２の基板１３３に貼る工程でそれぞれの専用装置が必要になり、装置コストの面が課題となる。また、可撓性絶縁層の搬送回数が増えると、可撓性に起因するトラブルの頻度も増えることになる。

具体的には、Ｓ２０６で実装する電気回路による荷重が可撓性絶縁層１１１に加わることで、可撓性絶縁層１１１が延伸され、画素アレイ１１２や、画素アレイ１１２と外部回路接続部１３２とを結ぶ配線部が破損するおそれがある。以上を鑑み、本発明では剥離工程と貼り工程の２つの工程を１つの装置で行う方法を提案する。これにより、装置コストが安価で、かつトラブルの少ない製造方法が実現する。

次に、本発明の製造方法の特徴である工程２０７の剥離と支持基板貼りについて、図４～図６を用いて詳細に説明する。

図４は、本実施形態に係る剥離貼りユニットを説明するための模式図である。以下、斜視図である図４（ａ）及び側面図である図４（ｂ）を用いて、剥離貼りユニット１４０について説明する。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、剥離貼りユニット１４０は、ローラー１４１と剥離対象物を連結するクランプ１４２とを含む。剥離時のローラー１４１の回転方向は図中のＡ方向であり、回転させながらＢ方向に進めることにより剥離対象物をローラー１４１に沿わせて剥離する。

このとき、ローラー１４１はＢ方向に動かさず、剥離対象物を搭載したステージ１６０（図４では不図示）をＢ方向とは逆側に動かすようにしてもよい。すなわち、ローラー１４１が剥離対象物を搭載したステージ１６０に対して相対的にＢ方向に動くようにすればよい。後述する貼り合わせ工程においても同様に、ローラー１４１を動かすようにしても、ステージ１６０を動かすようにしてもよい。

剥離対象物の連結方法は、クランプ１４２に挟み込む機構を設けて固定する方法でもよいし、ローラー１４１とクランプ１４２で挟み込むように固定する方法でもよい。また、剥離対象物を不図示の接着シートやテープなどでローラー１４１に接着固定してもよい。また剥離対象物は、剥離貼りユニット１４０にそのまま固定するよりも、剥離対象物の端に固定部材であるクランプフィルム１４３を設置し、クランプフィルム１４３ごと剥離することが望ましい。

ローラー１４１のローラー幅は、シンチレータ１２０の破壊を防止するため、少なくともシンチレータ１２０の幅より大きいことが望ましい。また、ローラー１４１の移動は、配線部材１３１を踏まないような軌道とすることで、配線部材１３１の破壊や電気的なショートを防ぐことができる。その他外形サイズや表面硬度などは、ワーク（剥離対象物）のサイズや高さ、材質によって選択することができる。

図５は、第１の基板１１４から可撓性絶縁層１１１の剥離が完了した様子を示した断面図である。第１の基板１１４は本発明の放射線検出装置１２には不要であるため、ステージ１６０から取り外して廃棄する。

図６は本実施形態に係る可撓性マトリクスパネルへ第２の基板を貼り合わせる貼り合わせ工程の断面図である。図６には、基板接着層１５０を介して可撓性絶縁層１１１を第２の基板１３３に貼り合わせる工程の開始状態が示されている。

第１の基板１１４を取り除いたステージ１６０に、基板接着層１５０を表面に配した第２の基板１３３を配置する。ローラー１４１を剥離時とは逆回転である矢印Ａ′方向に回転させ、ローラー１４１をＢ′方向に進めることにより、第２の基板１３３に可撓性絶縁層１１１を貼り合わせる。剥離貼りユニット１４０は貼り合わせの際、ローラー１４１の回転中心の高さ方向（図中のＣ方向）について第２の基板１３３の厚さに合わせて変位可能として構成するのが好適である。

図６中に示したワーク固定テープ１６１は、一端をステージ１６０に固定し、別の一端を可撓性絶縁層１１１の端部に固定しており、可撓性絶縁層１１１を第２の基板１３３に貼り合わせる際に位置ずれが起きないようにするものである。

なお、本実施形態のフローにおいてＳ２０７で行う剥離と支持基板貼りでは、シンチレータ１２０が形成された部分は剛性が高くなるとともに、シンチレータ１２０が形成された部分と形成されない部分で段差が生じる。この段差の箇所においては、剥離時に可撓性絶縁層１１１に応力がかかりやすくなる。そこで、段差を解消するように緩衝材を配置して剥離と支持基板貼りを行うと、可撓性絶縁層１１１への損傷を低減することができる。

以上の本実施形態によれば、ローラー１４１の回転を利用して可撓性マトリクスパネルを剥離し、続けて同一の装置を用いて、剥離時とは逆の回転を利用して貼り合わせることで、装置コストを削減することができる。また、装置間の搬送が減少するので、マトリクスパネルの可撓性に起因する断線等のトラブルも減少させることができる。

１２ 放射線検出装置
１００ 放射線検出パネル
１１０ マトリクスパネル
１１１ 可撓性絶縁層
１１２ 画素アレイ
１１４ 第１の基板
１２０ シンチレータ
１３３ 第２の基板
１４１ ローラー

Claims (8)

1. 第１の基板の上に設けられた、各々が光電変換素子を有する複数の画素を有する画素アレイが第１の面に設けられた可撓性絶縁層に、前記画素アレイによる電気信号を外部に取り出すための電気回路と電気的に接続された配線部材を接続する接続工程と、
   前記第１の面と対向する第２の面で前記第１の基板と接した前記可撓性絶縁層を前記第１の基板から剥離するために、前記第１の面と連結されたローラーを、第１の回転方向で回転させることにより前記第１の基板から前記可撓性絶縁層を剥離する剥離工程と、
   を行う放射線検出装置の製造方法であって、
   前記ローラーの前記第１の回転方向と逆回転である第２の回転方向で回転させることにより前記第１の基板とは別の前記放射線検出装置を構成する第２の基板に前記第２の面を貼り合わせる貼り合わせ工程
   を行うことを特徴とする放射線検出装置の製造方法。
2. 前記画素アレイの上に放射線を光に変換するシンチレータを形成するシンチレータ形成工程を更に行うことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記シンチレータの上に前記シンチレータを保護する保護層を形成する保護層形成工程を更に行うことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
4. 前記ローラーは、前記可撓性絶縁層の厚さの方向に回転中心の位置を変位可能として構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の製造方法。
5. 前記第２の基板の剛性は、前記可撓性絶縁層の剛性よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の製造方法。
6. 前記第２の基板は、遮光性を有する樹脂であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の製造方法。
7. 前記第２の基板は、放射線を吸収する金属であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の製造方法。
8. 前記放射線を吸収する金属は、鉛、タングステンおよび鉄のいずれかを含むことを特徴とする請求項７に記載の製造方法。

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