-
Die
Erfindung betrifft eine Szintillatorplatte.
-
Eine
derartige Szintillatorplatte wird in einem digitalen Röntgendetektor
(Flachbilddetektor, Flat Panel Detector) in Kombination mit einer
aktiven Matrix verwendet, die in eine Vielzahl von Pixel-Ausleseeinheiten
mit Fotodioden unterteilt ist. Die auftreffende Röntgenstrahlung
wird zunächst
im Szintillator der Szintillatorplatte in sichtbares Licht umgewandelt, das
von den Fotodioden in elektrische Ladung umgewandelt und ortsaufgelöst gespeichert
wird. Diese so genannte indirekte Konversion ist beispielsweise
in dem Aufsatz von M. Spahn et al. "Flachbilddetektoren in der Röntgendiagnostik" in "Der Radiologe 43 (2003)", Seiten 340 bis
350, beschrieben.
-
Übliche Szintillatoren
bestehen aus CsI:Tl, CsI:Na, NaI:Tl oder ähnlichen Materialien, die Alkali-Halogenide
enthalten, wobei sich CsI besonders gut als Szintillatormaterial
eignet, da es nadelförmig aufgewachsen
werden kann. Dadurch erhält
man trotz hoher Schichtdicke, die eine optimale Absorption der Röntgenstrahlung
sicherstellt, eine gute Ortsauflösung
des Röntgenbildes.
Die gute Ortsauflösung
resultiert aus dem so genannten "Lichtleiteffekt", der durch die Luftspalte
zwischen den CsI-Nadeln erzielt wird.
-
Die
Szintillatormaterialien sind aufgrund ihres Gehalts an Alkali-Halogeniden
zumindest leicht hygroskopisch und müssen ausreichend vor schädlichen
Umwelteinflüssen
(Luftfeuchtigkeit, zu hohe Temperatur) geschützt werden. Unter dem Einfluss von
Temperatur Feuchtigkeit und Luft können die CsI-Nadeln beispielsweise "ineinander fließen". Der wichtige Parameter "Luftspalt" wird zumindest stark verringert.
Als Folge hiervon wird die Ortsauflösung reduziert. Gleichzeitig
kann bei einem Einsatz eines metallischen Substrats oder ei nes metallischen
Spiegels die eindringende Feuchtigkeit zu Korrosion des Substrats
führen.
-
Um
das Szintillatormaterial vor äußeren Umwelteinflüssen zu
schützen,
muss die Szintillatorplatte hermetisch verkapselt werden. In der
US 6,429,430 B2 sind
hierzu auf einem Szintillator, der auf einem strahlendurchlässigen Substrat
aufgebracht und vorzugsweise aus mit Tl dotiertem CsI gefertigt
ist, zwei bis drei transparente Schichten aufgebracht. Zunächst ist
auf dem Szintillator im CVD-Verfahren (CVD – Chemical Vapor Deposition,
chemische Gasphasenabscheidung) eine organische Schicht aus Parylen
aufgebracht. Auf der Parylen-Schicht
ist dann eine anorganische Schicht, z.B. aus Al
2O
3 oder SiO
2, angeordnet.
Gegebenenfalls ist die anorganische Schicht mit einer weiteren organischen
Schicht aus Parylen beschichtet.
-
Bei
der Szintillatorplatte gemäß der
US 6,429,430 B2 ist
die anorganische Schicht aus Al
2O
3 oder SiO
2, welche
die hermetische Abdichtung (Kapselung) gewährleistet, direkt auf der Parylen-Schicht aufgebracht.
Dies ist fertigungstechnisch schwierig, da die anorganische Schicht
auf der Parylen-Schicht schlecht
haftet und deshalb die Oberfläche
der Parylen-Schicht vor der Beschichtung mit der anorganischen Schicht
aus Al
2O
3 oder SiO
2 einer aufwändigen Plasmabehandlung unterzogen
werden muss, um direkt danach die anorganische Schicht aufbringen
zu können.
Alternativ zur aufwändigen
Plasmabehandlung kann die anorganische Schicht auf die Parylen-Schicht
auch aufgebracht werden, solange sich die Oberfläche der Parylen-Schicht noch
im aktiven Zustand befindet, also bevor die Polymerisation abgeschlossen
ist. Die Oberfläche
der Parylen-Schicht ist in ihrem aktiven Zustand allerdings hochgradig Staub
anziehend, wodurch die Barrierewirkung der aufgebrachten anorganischen
Schicht und der gegebenenfalls aufgebrachten weiteren Parylen-Schicht schwächt.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Szintillatorplatte
zu schaffen, die einen verbesserten Schutz vor Umwelteinflüssen, insbesondere
vor Feuchtigkeit, aufweist und die gegenüber den bekannten Szintillatorplatten
einen geringeren technischen Aufwand bei ihrer Herstellung erfordert.
-
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Szintillatorplatte gemäß Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Szintillatorplatte sind
jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
-
Die
Szintillatorplatte gemäß Anspruch
1 umfasst
- – ein
strahlendurchlässiges
und feuchtigkeitsundurchlässiges
Substrat,
- – einen
auf dem Substrat aufgebrachten Szintillator,
- – eine
erste transparente organische Schicht, die den Szintillator bedeckt,
- – eine
zweite transparente organische Schicht, die auf der ersten transparenten
organischen Schicht angeordnet ist,
- – eine
transparente anorganische Schicht, die auf der zweiten transparenten
organischen Schicht angeordnet ist.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Szintillatorplatte ist
die transparente anorganische Schicht, die im Wesentlichen die Effizienz
der Kapselung bestimmt, nicht direkt auf der ersten transparenten
organischen Schicht angeordnet. Vielmehr ist auf der ersten transparenten
organischen Schicht erfindungsgemäß eine zweite transparente
organische Schicht aufgebracht. Die erste transparente organische
Schicht hat bei der erfindungsgemäßen Lösung im Wesentlichen die Funktion,
die Nadeln des Szintillators einzuhüllen. Dadurch wird eine gute
Verankerung des Schutzschichtverbundes erreicht. Erst die zweite
transparente organische Schicht, deren wesentliche Funktion die
Planarisierung ist, bewirkt – zusammen
mit der auf ihr aufgebrachten transparenten anorganischen Schicht – eine hervorragende
Barriere gegen den Szintillator schädigende Umwelteinflüsse, insbesondere
Feuchtigkeit. Weiterhin bietet die erfindungsgemäße Lösung eine sehr gute Kapselung
gegen Sauerstoff und andere Gase. Damit können bei der erfindungsgemäßen Szintilla torplatte
auch empfindliche Materialien, beispielsweise Silber als Substrat
für den
Szintillator verwendet werden. Auch die Ankopplung der Szintillatorplatte
an eine "gasempfindliche" Fotodioden-Matrix
(z.B. organische Matrix mit Ca-Kathode)
ist ohne Beeinträchtigung
der Lebensdauer des Szintillators und damit der Szintillatorplatte möglich.
-
Eine
weitere Verbesserung der Verkapselung der erfindungsgemäßen Szintillatorplatte
wird gemäß Anspruch
3 mit dem Aufbringen einer vierten transparenten organischen Schicht
erzielt, die auf der transparenten anorganischen Schicht angeordnet
ist.
-
Die
hermetische Verkapselung der erfindungsgemäßen Szintillatorplatte wird
gemäß einer Ausführungsform
nach Anspruch 2 durch eine dritte transparente organische Schicht,
die auf der transparenten anorganischen Schicht angeordnet ist,
nochmals verbessert, wobei gemäß Anspruch
4 für bestimmte
Anwendungsfälle
auf die dritte transparente organische Schicht eine vierte transparente
organische Schicht aufgebracht werden kann.
-
Nach
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Szintillatorplatte
ist gemäß Anspruch
5 zwischen dem Substrat und dem Szintillator eine transparente organische
Zwischenschicht angeordnet.
-
Eine
gute Verkapselung der Szintillatorplatte wird gemäß Anspruch
6 dadurch erreicht, dass die erste transparente organische Schicht
das Substrat und den Szintillator abdeckt. Diese Verkapselung wird
nochmals verbessert, wenn – wie
in Anspruch 7 vorgeschlagen – die
erste transparente organische Schicht das Substrat und den Szintillator
abdeckt und das Substrat in seinem Randbereich umschließt.
-
Weist
die Szintillatorplatte gemäß einer
Ausgestaltung nach Anspruch 3 oder 4 eine vierte transparente organische
Schicht auf, so erhält
man eine besonders gute Verkapselung, wenn ge mäß einer Ausgestaltung nach
Anspruch 8 die vierte transparente organische Schicht das Substrat
in seinem Randbereich umschließt.
-
Bei
einer weiteren bevorzugten Variante der Szintillatorplatte – wie in
Anspruch 9 vorgeschlagen – weisen
die erste transparente organische Schicht und/oder die zweite transparente
organische Schicht im Randbereich des Substrates einen flachen Kantenwinkel
von vorzugsweise 30° auf,
wobei dann gemäß einer
Weiterbildung nach Anspruch 10 die anorganische Schicht die Kanten
des Substrates permeationsdicht umschließt.
-
Vorteilhafte
Materialien für
die transparenten organischen Schichten sowie für die transparente anorganische
Schicht sind jeweils Gegenstand der Ansprüche 11 bis 15.
-
Bei
Parylen handelt es sich um eine vollständig lineare, teilkristalline
und unvernetzte Polymergruppe, die eine geometriekonforme Beschichtung ohne
Lufteinschlüsse
ermöglicht.
-
Parylen
und insbesondere Parylen C besitzt eine der geringsten Permeationsraten
für Wasserdampf
in Bezug auf organische Schichten. Insbesondere Parylen C (Chloro-poly-para-Xylylen)
ist deshalb die für
Beschichtungen von Szintillatoren am meisten verwendete Variante.
Parylen C führt
zu einer guten Kombination von mechanischen und elektrischen Eigenschaften,
sowie einer sehr geringen Permeabilität gegenüber Feuchtigkeit und korrosiven Gasen.
-
Nachfolgend
werden zwei Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Szintillatorplatte
anhand der Zeichnung näher
erläutert,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein. Es zeigen, jeweils in schematischer Schnittansicht:
-
1 Eine
erste Ausführungsform
einer Szintillatorplatte,
-
2 eine
zweite Ausführungsform
einer Szintillatorplatte.
-
In
den 1 und 2 ist mit 1 eine Szintillatorplatte 1 mit
einem Substrat 2 bezeichnet. Das Substrat 2 ist
aus einem strahlendurchlässigen
und feuchtigkeitsundurchlässigen
Material gefertigt. Auf dem Substrat 2, das beispielsweise
eine schichtdicke von ca. 300 μm
bis ca. 700 μm
aufweist, ist auf bekannte Weise ein Szintillator 3 mit
einer Schichtdicke von ca. 50 μm
bis ca. 600 μm
aufgebracht (aufgedampft).
-
In
den 1 und 2 ist mit 4 eine Röntgenstrahlung
bezeichnet, die durch das Substrat 2 hindurch tritt und
im Szintillator 3 sichtbares Licht erzeugt. Das aus dem
Szintillator 2 austretende sichtbare Licht wird in einem
nicht dargestellten Fotosensor, der aus einer Vielzahl von Fotodioden
besteht, in elektrische Ladung umgewandelt und ortsaufgelöst gespeichert
(so genannte indirekte Konversion).
-
In
den dargestellten Ausführungsbeispielen der
erfindungsgemäßen Szintillatorplatte 1 kann
das Substrat 2 den folgenden, in der Zeitschrift "iew Elektrowärme International
53 (1995) B 4 Nov.",
Seiten 215 bis 223, beschrieben Aufbau aufweisen: Auf einem Band
aus Reinst-Aluminium mit einer Schichtdicke von ca. 300 μm bis ca.
700 μm ist
durch einen Eloxalprozess eine Al2O3-Schicht mit einer Schichtdicke von ca.
1 μm bis
ca. 3 μm
aufgebracht. Auf diese Eloxalschicht wird eine hochreflektierende Reinst-Aluminiumschicht
von etwa 80 nm Dicke abgeschieden. Zur Reflexionserhöhung werden
weiterhin eine niedrigbrechende Oxidschicht (SiO2)
mit einer Schichtdicke von ca. 88 nm und eine hochbrechende Oxidschicht
(TiO2) von ca. 55 nm abgeschieden, die beide
die λ/4-Bedingung
erfüllen,
so dass Totalreflexionen im Bereich von 95% erreichbar sind.
-
Die
Wirkung eines Substrates auf die Bildqualität der Schichten ist bereits
in
DE 103 01 284 A1 am
Beispiel Speicherleuchtstoff beschrieben.
-
Es
versteht sich in diesem Zusammenhang von selbst, dass das Substrat 2 im
Rahmen der Erfindung auch einen anderen Aufbau, beispielsweise nur eine
Schicht, aufweisen und/oder aus anderen Materialien bestehen kann.
-
Bei
der in den 1 und 2 dargestellten Szintillatorplatte 1 ist
der Szintillator 3 von einer ersten transparenten organischen
Schicht 11 mit einer Schichtdicke von ca. 0,5 μm bis ca.
20 μm bedeckt, die
vorzugsweise aus Parylen besteht. Weiterhin ist auf der ersten transparenten
organischen Schicht 11 eine zweite transparente organische
Schicht 12 angeordnet, die eine Schichtdicke von ca. 2 μm bis ca. 20 μm aufweist
und die vorzugsweise aus Epoxid besteht. Schließlich ist auf der zweiten transparenten organischen
Schicht 12 eine transparente anorganische Schicht 21 angeordnet,
die eine Schichtdicke von ca. 20 nm bis ca. 500 nm aufweist und
die beispielsweise aus Al2O3,
SiO2 oder Si3N4 besteht.
-
Durch
die Kombination der Materialien Epoxid und Al2O3 erhält
man ein gutes Kornwachstum mit engen Korngrenzen von Al2O3 auf dem Epoxid, wodurch eine niedrige Permeationsrate
gewährleistet wird.
-
Bei
der in 2 gezeigten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Szintillatorplatte 1 ist
auf die erste transparente anorganische Schicht 21 eine
dritte transparente organische Schicht 13 mit einer Schichtdicke
von ca. 2 μm
bis ca. 10 μm
aufgebracht, die vorzugsweise aus Parylen oder Epoxid besteht.
-
Bei
der in 1 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Szintillatorplatte 1 ist als äußerste Schicht
eine vierte transparente organische Schicht 14 auf der
transparenten anorganischen Schicht 21 angeordnet. Auch
die vierte transparente organische Schicht 14, deren Schichtdicke ca.
2 μm bis
ca. 10 μm
beträgt,
besteht wiederum vorzugsweise aus Parylen.
-
Bei
dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Szintillatorplatte 1 ist eine
vierte transparente organische Schicht 14 auf der dritten
transparenten organischen Schicht 13 angeordnet. Die vierte
transparente organische Schicht 14, die vorzugsweise wiederum
aus Parylen besteht, bildet damit auch bei der Szintillatorplatte 1 gemäß 2 die äußerste Schicht.
-
Bei
den in den 1 und 2 dargestellten Szintillatorplatten 1 ist
zwischen dem Substrat 2 und dem Szintillator 3 jeweils
eine transparente organische Zwischenschicht 22, vorzugsweise
aus Parylen oder Epoxid, angeordnet. Die Schichtdicke der organischen
Zwischenschicht 22 beträgt
ca. 0,5 μm
bis ca. 20 μm.
-
Durch
die organische Zwischenschicht 22 kann das Substrat 2 zuverlässig vor
einer Korrosion geschützt
werden, die bei einer punktuell gestörten Spiegelwirkung des Substrates 2,
hervorgerufen durch Staubeinschluss, auftreten kann.
-
Eine
gute Verkapselung wird bei der Szintillatorplatte 1 gemäß den 1 und 2 dadurch
erreicht, dass die erste transparente organische Schicht 11 das
Substrat 2 und den Szintillator 3 abdeckt und
die vierte transparente organische Schicht 14 das Substrat 2 in
seinem Randbereich umschließt.