TWI659222B - Radiation detector - Google Patents

Abstract

本發明之實施形態之放射線檢測器具備：陣列基板，其具有複數個光電轉換元件；閃爍器，其設置於上述複數個光電轉換元件上，並將入射之放射線轉換為螢光；電路基板，其設置於上述陣列基板之設置有上述閃爍器之側之相反側；可撓性印刷基板，其將設置於上述陣列基板之複數條配線、與設置於上述電路基板之複數條配線電性連接；及半導體元件，其於自上述放射線之入射方向觀察時，以位於上述閃爍器之下方之方式設置於上述可撓性印刷基板。

Description

放射線檢測器

本發明之實施形態係關於一種放射線檢測器。

於放射線檢測器之一種有X光檢測器。於X光檢測器，設置有將入射之X光轉換為螢光之閃爍器、設置有複數個將螢光轉換為信號電荷之光電轉換部之陣列基板、設置有讀取電路或放大、轉換電路之電路基板、及將複數個光電轉換部與讀取電路或放大、轉換電路電性連接之可撓性印刷基板等。 又，近年來，藉由X光檢測器之薄型化或輕量化進展，而可攜帶X光檢測器，或可將裝入有用以拍攝X光圖像之膠片介質之錄影帶(Cartridge)與X光檢測器置換。 此處，電路基板設置於陣列基板之X光之入射側之相反側。且，可撓性印刷基板之一側之端部連接於陣列基板之周緣區域。可撓性印刷基板之另一側之端部連接於電路基板之周緣區域。因此，可撓性印刷基板設置於陣列基板或電路基板之周緣附近。 有於此種可撓性印刷基板安裝半導體元件之情形。 然而，因可撓性印刷基板設置於陣列基板或電路基板之周緣附近，故若僅安裝半導體元件，則有X光幾乎直接入射至半導體元件之虞。若X光幾乎直接入射至半導體元件，則有半導體元件產生故障之虞。 於該情形時，若於半導體元件之X光之入射側設置包含鉛或銅等之遮蔽板，則可降低入射至半導體元件之X光之X光量。然而，若設置遮蔽板，則導致構造之複雜化、或X光檢測器之厚度尺寸或重量之增大等。因此，有無法謀求X光檢測器之薄型化或輕量化之虞。 因此，期望開發一種技術，可不設置遮蔽板地抑制入射至設置於可撓性印刷基板之半導體元件之X光之X光量。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2003-14862號公報 [專利文獻2]日本專利特開2002-116261號公報

[發明所欲解決之問題] 本發明所欲解決之問題係提供一種可抑制入射至設置於可撓性印刷基板之半導體元件之X光之X光量的放射線檢測器。 [解決問題之技術手段] 實施形態之放射線檢測器具備：陣列基板，其具有複數個光電轉換元件；閃爍器，其設置於上述複數個光電轉換元件上，並將入射之放射線轉換為螢光；電路基板，其設置於上述陣列基板之設置有上述閃爍器之側之相反側；可撓性印刷基板，其將設置於上述陣列基板之複數條配線與設置於上述電路基板之複數條配線電性連接；及半導體元件，其於自上述放射線之入射方向觀察時，以位於上述閃爍器之下方之方式設置於上述可撓性印刷基板。

以下，一面參照圖式一面對實施形態進行例示。另，於各圖式中，對相同構成要件標註相同符號，且適當省略詳細說明。 又，本發明之實施形態之放射線檢測器除X光以外，亦可適用於γ線等各種放射線。此處，作為一例，作為放射線中之代表性者，以X光之情形為例進行說明。因此，藉由將以下實施形態之「X光」置換為「其他放射線」，亦可適用於其他放射線。 圖1係用以例示本實施形態之X光檢測器1之模式剖視圖。 圖2係圖1之A部之模式放大圖。 圖3係用以例示檢測部10之模式立體圖。 另，為避免變得繁雜，於圖3中省略反射層6、防濕體7而進行描繪。 圖4係陣列基板2之電路圖。 圖5係檢測部10之方塊圖。 放射線檢測器即X光檢測器1係檢測放射線圖像即X光圖像之X光平面感測器。X光檢測器1例如可用於一般醫療等。然而，X光檢測器1之用途並非限定於一般醫療。 如圖1～圖5所示，於X光檢測器1設置有檢測部10、框體20、及支持部30。 於檢測部10設置有陣列基板2、電路基板3、圖像構成部4、閃爍器5、反射層6、及防濕體7。 檢測部10係設置於框體20之內部。 陣列基板2係將藉由閃爍器5自X光轉換之螢光(可視光)轉換為信號電荷。 陣列基板2具有基板2a、光電轉換部2b、控制線(或閘極線)2c1、資料線(或信號線)2c2、及保護層2f等。 另，光電轉換部2b、控制線2c1、及資料線2c2等之數量並非限定於例示者。 基板2a係呈板狀，且由無鹼玻璃等之透光性材料形成。 光電轉換部2b係於基板2a之一側之表面設置有複數個。 光電轉換部2b係呈矩形狀，且設置於藉由控制線2c1與資料線2c2所描畫之區域。複數個光電轉換部2b排列成矩陣狀。另，1個光電轉換部2b對應於1個像素(pixel)。 於複數個光電轉換部2b各者，設置有光電轉換元件2b1、切換元件即薄膜電晶體(TFT；Thin Film Transistor：薄膜電晶體)2b2。 又，如圖4所示，可設置將於光電轉換元件2b1轉換之信號電荷累積之累積電容器2b3。累積電容器2b3例如呈矩形平板狀，且可設置於各薄膜電晶體2b2下。然而，根據光電轉換元件2b1之電容，可將光電轉換元件2b1兼作為累積電容器2b3。 光電轉換元件2b1例如可設為光電二極體等。 薄膜電晶體2b2係對累積電容器2b3進行電荷之累積及放出之切換。薄膜電晶體2b2可包含非晶矽(a-Si)或多晶矽(P-Si)等之半導體材料。薄膜電晶體2b2具有閘極電極2b2a、源極電極2b2b及汲極電極2b2c。薄膜電晶體2b2之閘極電極2b2a係與對應之控制線2c1電性連接。薄膜電晶體2b2之源極電極2b2b係與對應之資料線2c2電性連接。薄膜電晶體2b2之汲極電極2b2c係與對應之光電轉換元件2b1及累積電容器2b3電性連接。又，光電轉換元件2b1之陽極側與累積電容器2b3係連接於地面。 控制線2c1係隔開特定間隔且彼此平行地設置有複數條。控制線2c1例如於列方向延伸。 1條控制線2c1係與設置於基板2a之周緣附近之複數個配線焊墊2d1中之1個電性連接。於1個配線焊墊2d1，電性連接有設置於可撓性印刷基板2e1之複數條配線中之1條。設置於可撓性印刷基板2e1之複數條配線之另一端，係與設置於電路基板3之讀取電路3a分別電性連接。 資料線2c2係隔開特定間隔且彼此平行地設置有複數條。資料線2c2例如於正交於列方向之行方向延伸。 1條資料線2c2係與設置於基板2a之周緣附近之複數個配線焊墊2d2中之1個電性連接。於1個配線焊墊2d2，電性連接有設置於可撓性印刷基板2e2之複數條配線中之1條。設置於可撓性印刷基板2e2之複數條配線之另一端，係與設置於電路基板3之放大、轉換電路3b分別電性連接。 控制線2c1及資料線2c2例如可使用鋁或鉻等之低電阻金屬形成。 保護層2f係覆蓋光電轉換部2b、控制線2c1、及資料線2c2。 保護層2f例如包含氧化物絕緣材料、氮化物絕緣材料、氮氧化物絕緣材料、及樹脂材料之至少1種。 電路基板3係設置於陣列基板2之設置有閃爍器5之側之相反側。 於電路基板3，設置有讀取電路3a、及放大、轉換電路3b。 讀取電路3a係切換薄膜電晶體2b2之接通狀態與斷開狀態。 如圖5所示，讀取電路3a具有複數個閘極驅動器3aa與列選擇電路3ab。 於列選擇電路3ab，自圖像構成部4等輸入有控制信號S1。列選擇電路3ab係根據X光圖像之掃描方向，將控制信號S1輸入至對應之閘極驅動器3aa。 閘極驅動器3aa係將控制信號S1輸入至對應之控制線2c1。 例如，讀取電路3a係經由可撓性印刷基板2e1與控制線2c1，將控制信號S1依序輸入至各控制線2c1各者。藉由輸入至控制線2c1之控制信號S1，薄膜電晶體2b2變為接通狀態，可接收來自光電轉換元件2b1之信號電荷(圖像資料信號S2)。 放大、轉換電路3b具有複數個積分放大器3ba、複數個並聯-串聯轉換電路3bb、及複數個類比-數位轉換電路3bc。 積分放大器3ba係與資料線2c2電性連接。 並聯-串聯轉換電路3bb係經由切換開關而與積分放大器3ba電性連接。 類比-數位轉換電路3bc係與並聯-串聯轉換電路3bb電性連接。 積分放大器3ba依序接收來自光電轉換部2b之圖像資料信號S2。 且，積分放大器3ba係將於一定時間內流動之電流進行積分，並將與其積分值對應之電壓朝並聯-串聯轉換電路3bb輸出。若如此般設定，則可將於特定時間內流動於資料線2c2之電流之值(電荷量)轉換為電壓值。 即，積分放大器3ba係將與閃爍器5中產生之螢光之強弱分佈對應之圖像資料資訊朝電位資訊轉換。 並聯-串聯轉換電路3bb係將朝電位資訊轉換之圖像資料信號S2依序轉換為串聯信號。 類比-數位轉換電路3bc係將轉換為串聯信號之圖像資料信號S2依序轉換為數位信號。 圖像構成部4係與設置於電路基板3之類比-數位轉換電路3bc電性連接。如圖3所例示，圖像構成部4可與電路基板3一體化。另，亦可分別設置圖像構成部4與電路基板3，並經由配線與圖像構成部4與電路基板3電性連接。 圖像構成部4構成X光圖像。圖像構成部4係基於藉由類比-數位轉換電路3bc轉換為數位信號之圖像資料信號S2，而作成X光圖像信號。作成之X光圖像信號係自圖像構成部4向外部機器輸出。 閃爍器5係設置於複數個光電轉換元件2b1上，且將入射之X光轉換為螢光即可視光。閃爍器5以覆蓋基板2a上之設置有複數個光電轉換部2b之區域(有效像素區域)之方式設置。 閃爍器5例如可使用碘化銫(CsI)：鉈(TI)、或碘化鈉(NaI)：鉈(TI)等而形成。於該情形時，若使用真空蒸鍍法等形成閃爍器5，則形成包含複數個柱狀結晶之集合體之閃爍器5。 又，閃爍器5例如亦可使用氧硫化釓(Gd₂ O₂ S)等而形成。於該情形時，可以於複數個光電轉換部2b各者設置四稜柱狀之閃爍器5之方式，形成矩陣狀之槽部。 如圖2所示，反射層6係以覆蓋閃爍器5之表面側(X光之入射面側)之方式設置。反射層6係為了提高螢光之利用效率並改善感度特性而設置。反射層6例如可藉由將包含氧化鈦(TiO₂ )等之光散射性粒子之樹脂塗佈於閃爍器5上而形成。 如圖2所示，防濕體7係以覆蓋反射層6及閃爍器5之方式設置。防濕體7係為了抑制因空氣中所含之水蒸氣使閃爍器5之特性與反射層6之特性劣化而設置。 防濕體7係呈帽形狀，例如可由鋁合金等形成。 框體20具有蓋部21、入射窗22及基部23。 蓋部21係呈箱狀，且於X光之入射側及與X光之入射側相反之側具有開口部。 考慮輕量化，蓋部21例如可使用鋁合金等形成。又，蓋部21例如亦可使用聚苯硫醚樹脂、聚碳酸酯樹脂、碳纖維強化塑膠(CFRP；Carbon-Fiber-Reinforced Plastic)等而形成。 入射窗22係呈板狀，且以封塞蓋部21之X光之入射側之開口部之方式設置。入射窗22係使X光透過。入射窗22係使用X光吸收率較低之材料而形成。入射窗22例如可使用碳纖維強化塑膠等而形成。 基部23係呈板狀，且以封塞蓋部21之與X光之入射側相反側之開口部之方式設置。基部23之材料只要為具有某一程度之剛性者即可，並無特別限定。基部23之材料例如可與蓋部21之材料相同。 支持部30具有支持板31與支持體32。 支持板31係呈板狀，設置於框體20之內部。於支持板31之入射窗22側之面，設置有陣列基板2與閃爍器5。於支持板31之基部23側之面，設置有電路基板3與圖像構成部4。 支持板31之材料只要為具有某一程度之剛性者即可，並無特別限定。然而，若考慮X光檢測器1之輕量化，則支持板31之材料較佳為比重較小之材料。支持板31之材料例如可為鋁合金等輕金屬、碳纖維強化塑膠等樹脂等。 支持體32係呈柱狀，且設置於框體20之內部。支持體32可設置於支持板31與基部23之間。支持體32與支持板31之固定、及支持體32與基部23之固定係例如可使用螺絲等緊固構件進行。支持體32之材料只要為具有某一程度之剛性者即可，並無特別限定。支持體32之材料例如可為鋁合金等輕金屬、碳纖維強化塑膠等樹脂等。 另，支持體32之形態、配設位置、數量等並未限定於例示者。例如，支持體32亦可呈板狀，且以自蓋部21之內側面突出之方式設置。即，支持體32只要為可於框體20之內部支持支持板31者即可。 此處，設置於陣列基板2之控制線2c1之數量較多，且間距尺寸亦較短。因此，若使設置於電路基板3之配線之間距尺寸與控制線2c1之間距尺寸一致，則半導體元件之安裝變得困難。 又，設置於陣列基板2之資料線2c2之數量亦較多，且間距尺寸亦較短。因此，若使設置於電路基板3之配線之間距尺寸與資料線2c2之間距尺寸一致，則半導體元件之安裝變得困難。 因此，增長設置於電路基板3之配線之間距尺寸，於可撓性印刷基板2e1、2e2中，使陣列基板2之配線之間距尺寸與電路基板3之配線之間距尺寸一致。 又，上述之閘極驅動器3aa可作為積體電路設置於1個半導體元件3aa1。放大、轉換電路3b亦可作為積體電路設置於1個半導體元件3b1。半導體元件3aa1、3b1亦可安裝於電路基板3，但若安裝於可撓性印刷基板2e1、2e2，則可減少設置於可撓性印刷基板2e1、2e2之電路基板3所連接之配線之數量。 因此，有於可撓性印刷基板2e1、2e2安裝半導體元件3aa1、3b1之情形。 圖6(a)、(b)係用以例示安裝有半導體元件3aa1之可撓性印刷基板2e1之模式圖。 如圖6(a)、(b)所示，可撓性印刷基板2e1之一側之端部係與設置於陣列基板2之周緣附近之配線焊墊2d1電性連接。可撓性印刷基板2e1之另一側之端部係經由連接器2e1a而與電路基板3之配線電性連接。 又，半導體元件3aa1係安裝於可撓性印刷基板2e1之一側之面上。 圖7(a)、(b)係用以例示安裝有半導體元件3b1之可撓性印刷基板2e2之模式圖。 如圖7(a)、(b)所示，可撓性印刷基板2e2之一側之端部係與設置於陣列基板2之周緣附近之配線焊墊2d2電性連接。可撓性印刷基板2e2之另一側之端部係經由連接器2e2a而與電路基板3之配線電性連接。 又，半導體元件3b1係安裝於可撓性印刷基板2e2之一側之面上。 若於可撓性印刷基板2e1、2e2安裝半導體元件3aa1、3b1，則可大幅降低製造成本。 然而，因可撓性印刷基板2e1、2e2設置於陣列基板2或電路基板3之周緣附近，故若僅將半導體元件3aa1、3b1安裝於可撓性印刷基板2e1、2e2，則有X光幾乎直接入射至半導體元件3aa1、3b1之虞。若X光幾乎直接入射至半導體元件3aa1、3b1，則有半導體元件3aa1、3b1產生故障之虞。 圖8(a)、(b)係用以例示比較例之半導體元件之配置之模式剖視圖。 如圖8(a)所示，可撓性印刷基板2e1、2e2設置於陣列基板2或電路基板3之周緣附近。 此處，電路基板3主要由樹脂形成。支持板31係為了輕量化而由鋁合金等輕金屬或樹脂等形成。基板2a係由無鹼玻璃等形成。防濕體7係由鋁合金等形成。蓋部21係由鋁合金等形成。入射窗22係由碳纖維強化塑膠等形成。 因此，如圖8(a)所示，向X光檢測器1照射之X光不會透過該等要素而衰減，並入射至半導體元件3aa1、3b1。 於該情形時，如圖8(b)所示，若於半導體元件3aa1、3b1之X光之入射側設置包含鉛或銅等之遮蔽板8，則可降低入射至半導體元件3aa1、3b1之X光量。然而，若設置遮蔽板8，則會導致構造之複雜化。又，為了獲得充分之X光衰減量，需要厚度較厚之金屬板，故會導致X光檢測器1之厚度尺寸或重量之增大等。因此，有無法謀求X光檢測器1之薄型化或輕量化之虞。 因此，如圖2所示，於自X光之入射方向觀察時，半導體元件3aa1、3b1係以位於閃爍器5之下方之方式設置於可撓性印刷基板2e1、2e2。 如上所述，入射至閃爍器5之X光之大部分轉換為螢光。因此，可大幅降低入射至半導體元件3aa1、3b1之X光量。即，可不設置遮蔽板8，而抑制設置於可撓性印刷基板2e1、2e2之半導體元件3aa1、3b1所入射之X光之X光量。其結果，易於謀求X光檢測器1之薄型化或輕量化。 於該情形時，較佳為擴大閃爍器5之形成範圍，將電路基板3與連接器2e1a、2e2a之連接位置配置於框體20之中心側，且儘可能縮短半導體元件3aa1、3b1與連接器2e1a、2e2a之距離。 然而，於電路基板3上，必須避免連接器2e1a與連接器2e2a重疊。於該情形時，亦可使連接器2e1a與連接器2e2a於上下方向錯開，但有無法謀求X光檢測器1之薄型化之虞。 因此，較佳為於X光檢測器1之設計階段，考慮閃爍器5之形成範圍、電路基板3與連接器2e1a、2e2a之連接位置、可撓性印刷基板2e1、2e2之尺寸(長度)、可撓性印刷基板2e1、2e2之半導體元件3aa1、3b1之安裝位置等。 以上，雖已例示本發明之若干實施形態，但該等實施形態係作為例子提示者，並非意圖限定發明之範圍。該等新穎之實施形態係可以其他多種形態實施，於不脫離發明之主旨之範圍內，可進行多種省略、置換、變更等。該等實施形態或其變化例係包含於發明之範圍或主旨，且包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等之範圍內。又，上述各實施形態可相互組合而實施。

1‧‧‧X光檢測器

2‧‧‧陣列基板

2a‧‧‧基板

2b‧‧‧光電轉換部

2b1‧‧‧光電轉換元件

2b2‧‧‧薄膜電晶體

2b2a‧‧‧閘極電極

2b2b‧‧‧源極電極

2b2c‧‧‧汲極電極

2b3‧‧‧累積電容器

2c1‧‧‧控制線

2c2‧‧‧資料線

2d1‧‧‧配線焊墊

2d2‧‧‧配線焊墊

2e1‧‧‧可撓性印刷基板

2e1a‧‧‧連接器

2e2‧‧‧可撓性印刷基板

2e2a‧‧‧連接器

2f‧‧‧保護層

3‧‧‧電路基板

3a‧‧‧讀取電路

3aa‧‧‧閘極驅動器

3aa1‧‧‧半導體元件

3ab‧‧‧列選擇電路

3b‧‧‧放大、轉換電路

3b1‧‧‧半導體元件

3ba‧‧‧積分放大器

3bb‧‧‧並聯-串聯轉換電路

3bc‧‧‧類比-數位轉換電路

4‧‧‧圖像構成部

5‧‧‧閃爍器

6‧‧‧反射層

7‧‧‧防濕體

10‧‧‧檢測部

20‧‧‧框體

21‧‧‧蓋部

22‧‧‧入射窗

23‧‧‧基部

30‧‧‧支持部

31‧‧‧支持板

2‧‧‧支持體

A‧‧‧A部

S1‧‧‧控制信號

S2‧‧‧圖像資料信號

圖1係用以例示本實施形態之X光檢測器1之模式剖視圖。 圖2係圖1之A部之模式放大圖。 圖3係用以例示檢測部10之模式立體圖。 圖4係陣列基板2之電路圖。 圖5係檢測部10之方塊圖。 圖6(a)、(b)係用以例示安裝有半導體元件3aa1之可撓性印刷基板2e1之模式圖。 圖7(a)、(b)係用以例示安裝有半導體元件3b1之可撓性印刷基板2e2之模式圖。 圖8(a)、(b)係用以例示比較例之半導體元件之配置之模式剖視圖。

Claims (4)

1. 一種放射線檢測器，其包含：陣列基板，其包含複數個光電轉換元件；閃爍器，其設置於上述複數個光電轉換元件上，並將入射之放射線轉換為螢光；電路基板，其設置於上述陣列基板之設置有上述閃爍器之側之相反側；可撓性印刷基板，其將設置於上述陣列基板之複數條配線、與設置於上述電路基板之複數條配線電性連接；及半導體元件，其於自上述放射線之入射方向觀察時，以全體位於上述閃爍器之正下方之方式設置於上述可撓性印刷基板。
2. 如請求項1之放射線檢測器，其中設置於上述陣列基板之配線係控制線或資料線。
3. 如請求項2之放射線檢測器，其中上述半導體元件包含閘極驅動器來作為積體電路，該閘極驅動器將控制信號輸入至上述控制線。
4. 如請求項2之放射線檢測器，其中上述半導體元件係包含放大、轉換電路來作為積體電路，該放大、轉換電路將來自上述資料線之圖像資料信號進行處理。