CN101893717A - 闪烁体面板以及闪烁体组合板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种闪烁体面板，它包括能够透过可见光的基板，该基板具有上表面和下表面，其中，从上到下的位置关系是以X射线的入射方向来定义，X射线从上向下入射；使入射的X射线变成可见光的闪烁体层；位于闪烁体层上方的可见光反射膜层；增加可见光透过率的增透膜层，增透膜层附加在基板的上表面和下表面中的至少一个表面上，增透膜层的光学透过率和闪烁体层所产生的可见光波长相匹配。该发明能克服由于光在基板传播过程中散射引起的MTF下降的技术问题，从而提高了闪烁体性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种在医疗用和工业用的x射线摄影领域使用的闪烁体面板以及闪烁体组合板。
背景技术
X-射线荧光材料是X-射线探测器诊断设备中的关键器件；它与可见光传感器(如非晶硅或者CMOS传感器)组合形成的探测器。探测器首先要将X-射线转换成可见光，再将可见光信号转换为电子信号。荧光材料是将x射线转换成可见光的关键物质。因此荧光材料的吸收效率，光子转换效率、性能的长期稳定性以及材料的经济性，尤为重要。在使荧光材料的探测器中，多数使用掺铊碘化铯(CsI:Tl)或硫氧化钆(Gd2O2S:Tb)作为X-射线荧光材料。(CsI:Tl)晶体的发射谱峰位于550nm，其发射光谱与光电二极管性能优越。此种材料组成的探测器广泛的应用于核技术和高能物理等领域。
真空中生长的Csl:Tl单晶材料其紧凑的柱状结构和光导效应可以降低侧向光散射；因此造成X-射线影像的的空间分辨率对于材料的厚度不敏感；于此同时材料还具有很高的光产率和长期稳定的性能。使用这样结构的碘化铯材料能够提高图像探测器系统的空间分辨率，成像速度，并极大的减少在成像过程中的病人获得的射线辐照剂量。碘化铯闪烁体面板相对于传统的GOS屏具有高发光效率、快发光衰减，短余晖；短辐射长度、高空间分辨率、发光光谱与探测器的光谱响应匹配等特性。
这些性质使得真空生长的碘化铯成为各类X-射线探测器的最佳选择。
但是，以玻璃基板的闪烁体在性质上由于玻璃自身的吸收和反射光线等性质，影响了x射线转换成可见光的透射亮度，在一定程度上减少了碘化铯(铊)将x射线转换成可见光的分辨。由于碘化铯闪烁体的柱状的特殊结构，使得采用蒸镀有机物作为保护层的封装方式生产的碘化铯闪烁体面板在碘化铯柱状结构间进入大量的有机物分子，使得闪烁体面板的亮度和分辨率受到了很大的影响。
发明内容
本发明目的是提供一种新型闪烁体面板或组合板，该闪烁体面板或组合板能够克服透明基板闪烁体面板的透光光强上存在的光吸收技术问题从而引起亮度减弱的问题，并能提供高亮度。
第一种技术方案：
一种闪烁体面板，它包括：
能够透过可见光的基板，该基板具有上表面和下表面，其中，从上到下的位置关系是以X射线的入射方向来定义，X射线从上向下入射；
使入射的X射线变成可见光的闪烁体层，
位于所述的闪烁体层上方的可见光反射膜层；
增加可见光透过率的增透膜层，所述的增透膜层附加在所述的基板的上表面和下表面中的至少一个表面上，所述的增透膜层的光学透过率和所述的闪烁体层所产生的可见光波长相匹配。
优选地，所述的增透膜层的光学透过率和所述的闪烁体层所产生的波长在500-600nm级的可见光波长相匹配。
优选地，所述的基板的上表面和下表面分别设置第一增透膜层和第二增透膜层，所述的闪烁体面板的结构从上到下依次为可见光反射膜层、闪烁体层、第一增透膜层、基板、第二增透膜层。
优选地，所述的第一增透膜层的折射率n＝1.5～1.8，第二增透膜层的折射率n＝1.3～1.5。
该技术方案中的增透膜层能使得通过x射线后荧光物质转换成的可见光透射率大大增加。极大的增强了透过光强。
本技术方案的闪烁体面板提供了一种能够克服透光光强由于基板散射引起的光学性质变差技术问题，提供高MTF闪烁体面板的解决方案。
第二技术方案：
一种闪烁体面板，包括：
能够透过可见光的基板，该基板具有上表面和下表面，其中，从上到下的位置关系是以X射线的入射方向来定义，X射线从上向下入射；
所述的基板的上表面或下表面贴有用于吸收可见光的吸光膜层；
所述的基板的下方设有闪烁体层；
所述的闪烁体层的下表面封装有能防止水分子进入所述的闪烁体层内部的透光膜层；
所述的闪烁体面板的结构从上到下依次为可见吸光膜层、基板、闪烁体层、透光膜层。
优选地，所述的基板和闪烁体层之间设置增透膜层。
优选地，所述的吸光膜层对波长为500-600nm级的可见光的光吸收率在90％以上。
该技术方案中，吸光膜层能够很好的吸收基板内的散射光强，使得在透光膜层一侧的光线具有很好的光路特性，可以很好的提高闪烁体层的光学性质。
第三种技术方案：
一种闪烁体组合板，包括：
含有若干个光敏传感器单元的传感器阵列平板层；
铺设在所述的传感器阵列平板层上的闪烁体层；
铺设在所述的闪烁体层上并具有非各向同性反射特性的光学反射结构层，所述的光学反射结构层的表面有若干个反光单元构成，所述的反光单元的数目大于或等于所述的光敏传感器单元的数目。
优选地，各个所述的反光单元的尺寸为3微米*3微米～150微米*150微米的方格状。
优选地，所述的反光单元的数目与所述的光敏传感器单元的数目比为N2∶1，其中N为正整数。
优选地，单个所述的反光单元的大小随机，且所有反光单元的分布随机。
优选地，所述的光学反射结构层上还铺设有保护膜层。
该技术方案提供了一种能够克服由于光在基板传播过程中散射引起的MTF下降的技术问题，从而提高了闪烁体性能。采用此种结构封装方式的闪烁体面板避免了用PVD蒸镀有机分子封装时，有机分子进入闪烁体(碘化铯:铊)晶体柱状结构间。从而避免了由于这些有机分子引起的光学性质。使得闪烁体面板分辨率得到了很大的提高。
由于上述技术方案运用，本发明具有下列优点和效果：上述结构的闪烁体面板或组合板有以下优点：
1.高亮度的闪烁体面板相对与其他材质和封装方法的闪烁体面板有更高的亮度。
2.相同亮度的闪烁体面板具有更高的分辨率。
附图说明
附图1为实施例一的闪烁体面板的结构图；
附图2为实施例二的闪烁体面板的结构图；
附图3为实施例三的闪烁体组合板的结构图；
附图4为实施例三中的光学反射结构层的俯视示意图；
附图5为实施例三中的光学反射结构层的一种结构的剖视图；
附图6为实施例三中的光学反射结构层的另一种结构的剖视图；
附图7为附图6中的光学反射结构层的原理图；
附图8为实施例三中的闪烁组合板的制作工艺流程程图；
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：
如图1所示的高亮度闪烁体面板，该闪烁体面板具有多层结构，沿着在使用时X射线的照射方向从上到下依次包括反射膜层105、闪烁体层104、第一增透膜层103、基板102、第二增透膜层101。
反射膜层105位于闪烁体层104上方，它能很好的防止了水分子进入闪烁体层104，从而避免了由于吸水引起的闪烁体面板性能改变，并且可以将闪烁体层104中的可见光大部分反射到基板102下方，提高了透过的光强。反射膜层105是复合层结构，一般但不限于下述结构：金属防水层、阻隔层、散射粘接层组成，散射粘结层一般填充一些漫反射颗粒(如Ti2O5、TiO2等)，使反射光线一般为漫反射光线，在一定程度上提高闪烁体面板的光学性质。
闪烁体层104中的闪烁体为柱状结构，如碘化铯：铊晶体。基板102采用透明玻璃。
第一增透膜层103和第二增透膜层101使得通过x射线后荧光物质转换成的可见光透射率大大增加。极大的增强了透过光强。第一增透膜层103和第二增透膜层101的光学透过率最好和闪烁体层104所产生的波长在500-600nm级的可见光波长相匹配。第一增透膜层(玻璃基板和闪烁体之间的增透膜层)折射率最好在n＝1.5-1.8之间，第二增透膜层折射率n＝1.3-1.5之间。
第一增透膜层和第二增透膜层可以为单一物质增透膜如MgF2、SiO2、TiO等或者复合物质增透膜层如：Ti，Ti2O5，and Pr6011、H层通常用二氧化锆(n＝2.1)、二氧化钛(n＝2.40)和硫化锌(n＝2.32)等，L层一般用氟化镁(n＝1.38)。
下面阐述一下上述的闪烁体面板的制作工艺：
1.将透光基板102的下表面镀第二增透膜层101，该制作过程在蒸镀设备中完成，可以用PVD法蒸镀增透膜层(又称减反膜)，其蒸镀物质的折射率要求在n＝1.6-1.8之间；
2.将透光基板102放入蒸镀设备中比把在其第一表面蒸镀第一增透膜层103
3.将镀好第二增透膜层101和第一增透膜层103的基板102放入闪烁体生长设备中，使其生长一层闪烁体晶体。最后将生长好的闪烁体层104从闪烁体生长设备中取出；
4.在生长好的荧光材料的上方封装一层反射膜层105，其即可增加基板102方向的光强，从而增加透光率，又可防止闪烁体层104中的荧光材料(碘化铯:铊)潮解。
最后，最好在好反射膜层105的上方再封装一层低吸收射线的材料外壳(如碳纤维板等)。
该闪烁体面板的与现有技术中的普通结构闪烁体面板的比对如下表：
| 曝光条件50Kv，100mA，100ms | |
| 普通结构闪烁体面板相对亮度 | 748 |
| 采取上述工艺的闪烁体面板相对亮度 | 980 |
上述数据由550微米厚CsI:T1闪烁体，封装方式为两层增透膜层和反光膜结构。普通封装方式的闪烁体面板为普通膜封装闪烁体层(无反射层和两层增透膜层)。
由测量的数据可知看出，此种封装方式的闪烁体面板，在亮度上与普通封装方式的闪烁体面板亮度提高了30％左右。
实施例二：
如图2所示的闪烁体面板，该闪烁体面板沿着在使用时X射线的照射方向从上到下依次包括吸光膜层201、基板202、增透膜层205、闪烁体层204、透光膜层203。
基板202采用透过可见光的透明玻璃，基板202具有上表面和下表面。
吸光膜层201贴在基板202的上表面上，吸光膜层201能够很好的吸收基板202内的散射光强，使得在透光膜层203一侧的光线具有很好的光路特性，可以很好的提高闪烁体层204的光学性质。
闪烁体层204中的闪烁体为柱状结构，如碘化铯:铊晶体，闪烁体层204直接生长在增透膜层205的下表面上。
透光膜层203也能很好的防止了水分子进入闪烁体层204，从而避免了由于吸水引起的闪烁体面板性能改变，并且在一定程度上提高闪烁体面板所产生的可见光。
该面板的制作工艺如下：
1.将基板201清洗后，在其下表面贴增透膜层205，贴完增透膜层205后将其放入闪烁体生长设备内，用PVD的方法生长闪烁体层204。该制作过程在蒸镀设备中完成；
2.将生长好闪烁体层204的基板201取出放入真空压膜设备中，在真空环境中封装透光膜层203。透光膜层203可以增加透光率，又可防止闪烁体层204中的荧光材料(碘化铯:铊)潮解。
3.将封装好透过膜层203的面板取出，封装吸光膜层201，此工艺亦在真空环境中封装。
贴上增透膜层后的闪烁体面板性能改善见下表：
| 11p/mm | 21p/mm | 31p/mm | |
| 贴吸光膜前 | 0.65 | 0.49 | 0.38 |
| 贴吸光膜后 | 0.75 | 0.55 | 0.44 |
上述表格中的测量条件：550微米厚度的CsI:T1闪烁体层，x射线曝光条件为：60kv，过滤板为1mm A1板。
从上表中可以看出，贴上吸光膜后，闪烁体面板的MTF性能有了很大的提升(MTF均提升在15％左右)。
实施例三：
如图3所示的闪烁体组合板，该组合板从下到上包括由光敏传感器单元构成的传感器阵列平板层301，铺设在传感器阵列平板层301上的闪烁体层304，铺设在闪烁体层304上并具有非各向同性反射特性的光学反射结构层302，封装在光学反射结构层302上的保护平板层的保护膜层303。
光学反射结构层302的结构如图4所示，它的表面有很多由反光材料(如银、铝等)制成的反光单元，各个反光单元呈方格状，尺寸大小约为3微米*3微米-150微米*150微米，剖面图可以是图5或图6结构，其中如是图6的结构，则它的工作原理见图7所示。
反光单元的数目比传感器阵列平板层301中的光敏传感器的数目多。每个反光单位的大小可以相同，且所有的反光单位阵列排布，反光单元的数目与光敏单元的数目比为N2∶1，其中N为正整数，优选为1、10。当然，反光单元的大小也可以随机，且所有单元的分布也随机。
该组合板的制作工艺如图8所示：
步骤一、清洗传感器阵列平板层301；
步骤二、在真空环境中用PVD方法生长闪烁体层304；
应用设备-真空压膜机的真空吸盘载体
应用材料-非各向同性反射特性的光学反射膜
步骤三、将生长CsI(Tl)晶体的传感器阵列平板层301置于真空压膜机内，将真空吸盘和传感器阵列平板对准；在真空环境中封装非各向同性反射特性的光学反射结构层302；
步骤四、抽真空、压膜，将非各向同性反射特性的光学反射结构层302无气泡的粘贴于基板的闪烁体层304的表面，要求非各向同性反射特性的光学反射结构层302充分覆盖闪烁体层304全部表面，包括周围的侧面；
应用设备-真空压膜机；
非各向同性反射特性的光学反射结构层302中的反光单元结构，很好的与平板中的传感器单元相匹配，使得尽可能少的杂散光投射到传感器平板阵列的像素中。此种结构极大的提高了传感器的光学性质。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种闪烁体面板，其特征在于：它包括：
能够透过可见光的基板，该基板具有上表面和下表面，其中，从上到下的位置关系是以X射线的入射方向来定义，X射线从上向下入射；
使入射的X射线变成可见光的闪烁体层，
位于所述的闪烁体层上方的可见光反射膜层；
增加可见光透过率的增透膜层，所述的增透膜层附加在所述的基板的上表面和下表面中的至少一个表面上，所述的增透膜层的光学透过率和所述的闪烁体层所产生的可见光波长相匹配。
2.根据权利要求1所述的闪烁体面板，其特征在于：所述的增透膜层的光学透过率和所述的闪烁体层所产生的波长在500-600nm级的可见光波长相匹配。
3.根据权利要求1或2所述的闪烁体面板，其特征在于：所述的基板的上表面和下表面分别设置第一增透膜层和第二增透膜层，所述的闪烁体面板的结构从上到下依次为可见光反射膜层、闪烁体层、第一增透膜层、基板、第二增透膜层。
4.根据权利要求3所述的闪烁体面板，其特征在于：所述的第一增透膜层的折射率n＝1.5～1.8，第二增透膜层的折射率n＝1.3～1.5。
5.一种闪烁体面板，其特征在于：它包括：
能够透过可见光的基板，该基板具有上表面和下表面，其中，从上到下的位置关系是以X射线的入射方向来定义，X射线从上向下入射；
所述的基板的上表面或下表面贴有用于吸收可见光的吸光膜层；
所述的基板的下方设有闪烁体层；
所述的闪烁体层的下表面封装有能防止水分子进入所述的闪烁体层内部的透光膜层；
所述的闪烁体面板的结构从上到下依次为可见吸光膜层、基板、闪烁体层、透光膜层。
6.根据权利要求5所述的闪烁体面板，其特征在于：所述的基板和闪烁体层之间设置增透膜层。
7.根据权利要求5所述的闪烁体面板，其特征在于：所述的吸光膜层对波长为500-600nm级的可见光的光吸收率在90％以上。
8.一种闪烁体组合板，其特征在于：包括：
含有若干个光敏传感器单元的传感器阵列平板层；
铺设在所述的传感器阵列平板层上的闪烁体层；
铺设在所述的闪烁体层上并具有非各向同性反射特性的光学反射结构层，所述的光学反射结构层的表面有若干个反光单元，所述的反光单元的数目大于或等于所述的光敏传感器单元的数目。
9.根据权利要求8所述的闪烁体组合板，其特征在于：各个所述的反光单元的尺寸为3微米*3微米～150微米*150微米的方格状。
10.根据权利要求8所述的闪烁体组合板，其特征在于：所述的反光单元的数目与所述的光敏传感器单元的数目比为N2∶1，其中N为正整数。
11.根据权利要求9所述的闪烁体组合板，其特征在于：单个所述的反光单元的大小随机，且所有反光单元的分布随机。
12.根据权利要求8所述的闪烁体组合板，其特征在于：所述的光学反射结构层上还铺设有保护膜层。
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