DE10301284B4 - Image converter with a needle-shaped phosphor layer - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen metallischen Träger für Bildwandler mit einer nadelförmigen Leuchtstoffschicht, wobei der Träger aus einem Aluminiumsubstrat (5) besteht, das mit einer hochreflektiven und inerten Oberfläche mit geringer diffuser Reflexion versehen ist. Das Aluminiumsubstrat (5) ist eloxiert und mit einer reflexionsverstärkenden Oberflächenbeschichtung versehen und wurde vor dem Eloxieren elektrolytisch geglänzt.The invention relates to a metallic carrier for image converters with a needle-shaped phosphor layer, the carrier consisting of an aluminum substrate (5) which is provided with a highly reflective and inert surface with low diffuse reflection. The aluminum substrate (5) is anodized and provided with a reflection-enhancing surface coating and was electrolytically polished before anodizing.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bildwandler mit einer nadelförmigen Leuchtstoffschicht. Derartige Bildwandler werden üblicherweise Needle Image Plates (NIP) genannt und dienen mit Speicherleuchtstoffschichten in der Mammographie und Radiographie zur Erfassung von Röntgenbildern, die in der Speicherleuchtstoffschicht latent gespeichert und zur Auslesung beispielsweise durch Laserlicht angeregt werden und dabei Licht emittieren, das durch einen Detektor erfasst wird.The invention relates to an image converter with a needle-shaped phosphor layer. Such imagers are commonly called needle image plates (NIP) and are used with storage phosphor layers in mammography and radiography for the detection of X-ray images, which are latently stored in the storage phosphor layer and for reading, for example, excited by laser light and thereby emit light, which is detected by a detector ,

Bei der Bedampfung von Needle Image Plates (NIP) für die Anwendung in der Mammographie und Radiographie wird die Quanteneffizienz (DQE – Detective Quantum Efficiency) von der Modulationstransferfunktion (MTF), dem Noise Power Spectrum (NPS) und der Lichtausbeute bestimmt.In the vapor deposition of Needle Image Plates (NIP) for use in mammography and radiography, Quantitative Efficiency (DQE) is determined by Modulation Transfer Function (MTF), Noise Power Spectrum (NPS), and Luminous efficacy.

Als Substrate kommen Glassubstrate, wie sie beispielsweise aus der DE 199 46 743 C1 bekannt sind, oder eloxierte Aluminiumsubstrate zum Einsatz. Bei Messungen der MTF von NIP's auf eloxierten Aluminiumsubstraten hat sich gezeigt, dass bei gleicher Leuchtstoffschichtdicke die MTF deutlich schlechter ist, als bei NIP's auf Glassubstraten, wie dies die Kurve 1 für Glas und die Kurve 2 für Aluminium in 1 zeigen. Dies liegt in erster Linie an der Rauhigkeit des Substratmaterials: je höher die Rauhigkeit ist, desto niedriger ist die MTF. Durch die Rauhigkeit der eloxierten Aluminiumoberfläche von beispielsweise Ra = 340 nm werden sowohl das Stimulationslicht, als auch das Emissionslicht stark diffus reflektiert. Der Glanzgrad solcher Oberflächen liegt typischerweise bei ca. 75–85 nach ASTM E-430 (American Society for Testing and Materials – Standard Test Methods for Measurement of Gloss of High-Gloss Surfaces by Goniophotometry). In 2 ist die Oberfläche einer herkömmlich eloxierten Aluminiumoberfläche dargestellt. Floatglas besitzt dagegen eine typische Rauhigkeit von Ra = 50 nm.As substrates come glass substrates, such as those from the DE 199 46 743 C1 are known or anodized aluminum substrates used. Measurements of the MTF of NIPs on anodized aluminum substrates have shown that with the same phosphor layer thickness the MTF is significantly worse than with NIP's on glass substrates, as is the curve 1 for glass and the curve 2 for aluminum in 1 demonstrate. This is primarily due to the roughness of the substrate material: the higher the roughness, the lower the MTF. Due to the roughness of the anodized aluminum surface of, for example, R a = 340 nm, both the stimulation light and the emission light are reflected very diffusely. The gloss level of such surfaces is typically about 75-85 according to ASTM E-430 (American Society for Testing and Materials - Standard Test Methods for Measurement of Gloss of High Gloss Surfaces by Goniophotometry). In 2 is the surface of a conventional anodized aluminum surface shown. On the other hand, float glass has a typical roughness of R a = 50 nm.

Bei der DQE zeigt sich jedoch ein anderes Bild, wie dies 3 zeigt. NIP's auf Glas (Kurve 3) weisen wegen der fehlenden Reflexion von der Unterlage eine deutlich geringere Lichtausbeute und somit eine niedrigere DQE als NIP's aus Aluminium auf (Kurve 4). Die beste Bildqualität (DQE) ist also mit einem hochreflektierenden Substrat mit geringer Rauhigkeit zu erreichen.However, the DQE shows a different picture, like this 3 shows. NIP's on glass (curve 3 ) have due to the lack of reflection from the substrate a significantly lower light output and thus a lower DQE as NIP's of aluminum (curve 4 ). The best image quality (DQE) is thus achieved with a highly reflective substrate with low roughness.

Eine Möglichkeit ist, eine Reflexionsschicht, beispielsweise aus Aluminium, auf Glas aufzudampfen. Eine andere Variante besteht darin, hochglanzgewalztes Aluminiumblech als Substrat einzusetzen. Nachteile dieser Varianten sind jedoch, dass die Leuchtstoffschicht, beispielsweise aus CsBr:Eu, zusammen mit der Luftfeuchtigkeit bereits nach wenigen Tagen die Aluminiumoberfläche angreift und lokal oxidiert, wie dies die in 4 dargestellte 10-fache Vergrößerung einer korrodierten Aluminiumoberfläche eines hochglanzgewalzten Al-Substrates zeigt. Die NIP wurde 7 Tagen an Luft bei ca. 40% r. F. gelagert, anschließend die Leuchtstoffschicht abgewaschen und das Substrat getrocknet. Diese Oxidation führt zu einem Strukturrauschen, welches bei hoher Röntgendosis die DQE erniedrigt.One possibility is to evaporate a reflection layer, for example of aluminum, on glass. Another variant is to use high-gloss rolled aluminum sheet as a substrate. Disadvantages of these variants, however, are that the phosphor layer, for example of CsBr: Eu, together with the atmospheric moisture attacks the aluminum surface after a few days and oxidizes locally, as is the case in 4 shown 10-fold magnification of a corroded aluminum surface of a high-gloss rolled Al substrate shows. The NIP was air-dried for 7 days at about 40% r. F. stored, then washed off the phosphor layer and dried the substrate. This oxidation leads to a structure noise, which lowers the DQE at high X-ray dose.

Die NIP's, bei denen Aluminium im direkten Kontakt mit der Leuchtstoffschicht steht, können also nicht an Luft gelagert werden, bzw. erst nach dem Aufbringen einer Schutzschicht wie geklebte PET-Folie bzw. Parylene C.The NIPs in which aluminum is in direct contact with the phosphor layer can therefore not be stored in air, or only after the application of a protective layer such as glued PET film or Parylene C.

Die DE 101 19 783 A1 betrifft das Problem der Vermeidung einer Korrosion des Substrats. Dazu wird vorgeschlagen, auf dem Substrat eine wasserdichte Schicht vorzusehen.The DE 101 19 783 A1 addresses the problem of avoiding corrosion of the substrate. For this purpose, it is proposed to provide a waterproof layer on the substrate.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Bildwandler bereitzustellen, dessen MTF und DQE dauerhaft verbessert sind. Außerdem sollen keine Lagerungsprobleme auftreten.The invention is based on the task of providing an image converter whose MTF and DQE are permanently improved. In addition, no storage problems should occur.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Bildwandler, bei dem auf einer mit einer Eloxalschicht versehenen eloxierten Seite eines aus Aluminium hergestellten Substrats eine nadelförmige Leuchtstoffschicht aufgebracht ist, die eloxierte Seite zur Ausbildung einer hochreflektiven und inerten Oberfläche mit geringer diffuser Reflexion mit einer reflexionsverstärkenden Oberflächenbeschichtung versehen ist. Dadurch verbessert sich die Bildqualität von Needle Image Plates (NIP's) Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Substrat vor dem Eloxieren elektrolytisch geglänzt wird.The object is achieved in that in an image converter in which an acicular phosphor layer is applied to an anodized side of an aluminum substrate made of aluminum, the anodized side to form a highly reflective and inert surface with low diffuse reflection with a reflection-enhancing Surface coating is provided. This improves the image quality of Needle Image Plates (NIPs). It has proven to be advantageous for the substrate to be electrolytically shone before anodizing.

In vorteilhafter Weise kann auf einer Seite des eloxierten Substrats wenigstens eine PVD-Schicht aufgetragen sein.Advantageously, at least one PVD layer may be applied to one side of the anodized substrate.

Ein besonders vorteilhafter Bildwandler mit einer nadelförmigen Leuchtstoffschicht ergibt sich, wenn das Substrat beidseitig mit Eloxalschichten abgedeckt ist, und wenn auf der einen Seite eine erste PVD-Schicht aufgetragen ist, auf der sich eine niedrigbrechende PVD-Schicht befindet, auf die eine hochbrechende PVD-Schicht aufgebracht ist.A particularly advantageous image converter with a needle-shaped phosphor layer results when the substrate is covered on both sides with anodized layers, and when a first PVD layer is applied on one side, on which a low-refraction PVD layer is located, to which a high-index PVD layer Layer is applied.

Erfindungsgemäß kann die erste PVD-Schicht aus Aluminium bestehen.According to the invention, the first PVD layer may consist of aluminum.

Vorteilhafte Materialien für die niedrigbrechende PVD-Schicht sind Magnesiumfluorid (MgF2) und/oder Siliziumoxid (SiO2).Advantageous materials for the low-index PVD layer are magnesium fluoride (MgF 2 ) and / or silicon oxide (SiO 2 ).

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die hochbrechende PVD-Schicht aus Titanoxid (TiO2) und/oder Diamant besteht.It has proved to be advantageous if the high-index PVD layer consists of titanium oxide (TiO 2 ) and / or diamond.

In vorteilhafter Weise kann wenigstens eine der PVD-Schichten eine Dicke von einem Viertel der Zentralwellenlänge, beispielsweise eine Dicke von 137,5 nm und/oder von 110 nm aufweisen.Advantageously, at least one of the PVD layers may have a thickness of one quarter of the central wavelength, for example a thickness of 137.5 nm and / or of 110 nm.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawing. Show it:

1 MTF-Kurven von NIP's auf unterschiedlichen Substratmaterialien, 1 MTF curves of NIP's on different substrate materials,

2 eine typische Oberfläche eines eloxierten Aluminiumsubstrates, 2 a typical surface of an anodized aluminum substrate,

3 DQE-Kurven von NIP's auf unterschiedlichen Substratmaterialien, 3 DQE curves of NIP's on different substrate materials,

4 eine korrodierte Oberfläche eines hochglanzgewalzten Aluminiumsubstrates in 10-facher Vergrößerung, 4 a corroded surface of a high-gloss rolled aluminum substrate in 10-fold magnification,

5 Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Träger und 5 Cross section through a carrier according to the invention and

6 eine Oberfläche eines erfindungsgemäßen Trägers. 6 a surface of a carrier according to the invention.

In der 5 ist der Aufbau eines erfindungsgemäßen eloxierten Aluminiumträgers für Bildwandler mit nadelförmigen Speicherleuchtstoffschichten dargestellt. Das Aluminiumsubstrat 5, das elektrolytisch geglänzt worden ist, ist beidseitig von Eloxalschichten 6 und 7 abgedeckt. Auf einer Seite ist eine erste PVD-Schicht 8 aus Aluminium mittels Aufdampfen, Sputtern oder Ionenplattieren aufgetragen. Auf diese als Spiegel wirkende erste PVD-Schicht 8 ist zuerst eine niedrigbrechende PVD-Schicht 9 und dann eine hochbrechende PVD-Schicht 10 beispielsweise aufgedampft.In the 5 the structure of an anodized aluminum support according to the invention for image converter with acicular storage phosphor layers is shown. The aluminum substrate 5 , which has been electrolytically shined, is on both sides of anodized coatings 6 and 7 covered. On one side is a first PVD layer 8th made of aluminum by vapor deposition, sputtering or ion plating. On this acting as a mirror first PVD layer 8th First is a low refractive PVD layer 9 and then a high-index PVD layer 10 for example vapor-deposited.

Durch die Verwendung eines neuartigen eloxierten Aluminiumsubstrates mit reflexionsverstärkender Oberflächenbeschichtung an Stelle eines herkömmlich eloxierten Aluminiumsubstrates wird die MTF und die Lichtausbeute der NIP's, also auch die DQE, verbessert. Solche Aluminiumspezialbleche werden vor dem Eloxieren elektrolytisch geglänzt. Durch diesen Vorbehandlungsschritt wird auch die Rauheit der Substratoberfläche insbesondere dann verbessert, wenn sehr reines Aluminium verwendet wird, wie dies in 6 dargestellt ist. Diese Oberfläche weist eine Rauhigkeit von beispielsweise Ra = 40 nm auf und ist somit besser als Floatglas.By using a novel anodized aluminum substrate with reflection-enhancing surface coating instead of a conventional anodized aluminum substrate, the MTF and the luminous efficacy of the NIPs, including the DQE, is improved. Such special aluminum sheets are electrolytically shone before anodizing. This pretreatment step also improves the roughness of the substrate surface, especially when using very pure aluminum, as shown in FIG 6 is shown. This surface has a roughness of, for example, R a = 40 nm and is thus better than float glass.

Danach wird ein dünner Aluminiumspiegel (erste PVD-Schicht 8) und Magnesiumfluorid (MgF2) und/oder Siliziumoxid (SiO2) als niedrigbrechendes (PVD-Schicht 9) und Titanoxid (TiO2) als hochbrechendes Material (PVD-Schicht 10) mittels PVD-Verfahren wie Aufdampfen, Sputtern, Ionenplattieren etc. aufgebracht. Die Schichtdicken für die reflexionserhöhenden Schichten können dabei so gewählt werden, dass für eine bestimmte Lichtwellenlänge die Reflexion erhöht wird. Aus der Optik ist bekannt, dass die Schichten je ¼ der Zentralwellenlänge dick sein müssen, so ergibt sich beispielsweise für eine Wellenlänge von 550 nm eine Schichtdicke von 137,5 nm. Die Gesamtreflexion steigt von 87 auf 95% an und der diffuse Reflexionsanteil verringert sich beispielsweise auf < 5%. Die verbesserte gerichtete Reflexion zeigt sich auch in der Zunahme des Glanzgrades auf über 90 nach ASTM E-430. Es kann aber auch eine Färbung der Substratoberfläche (Interferenzfarbe) erreicht werden, so dass man beispielsweise eine blaue Oberfläche zur Absorption des Stimulationslichtes (rot) erhält. Die hochbrechende PVD-Schicht 10 aus TiO2 muss dann für eine Wellenlänge von 440 nm 110 nm dick sein.Then a thin aluminum mirror (first PVD layer 8th ) and magnesium fluoride (MgF 2 ) and / or silicon oxide (SiO 2 ) as a low-refractive index (PVD layer 9 ) and titanium oxide (TiO 2 ) as high-index material (PVD layer 10 ) by PVD method such as vapor deposition, sputtering, ion plating, etc. applied. The layer thicknesses for the reflection-enhancing layers can be chosen so that the reflection is increased for a specific wavelength of light. From the optics it is known that the layers have to be thick for every ¼ of the central wavelength, so for example for a wavelength of 550 nm a layer thickness of 137.5 nm results. The total reflection increases from 87 to 95% and the diffuse reflection component decreases for example, <5%. The improved directional reflectance is also reflected in the increase in gloss to over 90 per ASTM E-430. However, a coloring of the substrate surface (interference color) can also be achieved, so that, for example, a blue surface is obtained for absorbing the stimulation light (red). The high-index PVD layer 10 TiO 2 must then be 110 nm thick for a wavelength of 440 nm.

Anstelle von MgF2 und/oder SiO2 als niedrigbrechendes Material für die PVD-Schicht 9 lassen sich auch Rubidiumfluorid (RbF), Kalium-Siliziumfluorid (K2SiF6) und/oder Kaliumfluorid (KF) verwenden. Anstelle von TiO2 als hochbrechendes Material für die PVD-Schicht 10 kann auch Chromoxid (Cr2O3), Kupferoxid (Cu2O), Calciumoxid (CaS), Thaliumiodid (TlI) und/oder Magnesiumsulfid (MgS) eingesetzt werden.Instead of MgF 2 and / or SiO 2 as a low-refractive index material for the PVD layer 9 It is also possible to use rubidium fluoride (RbF), potassium silicon fluoride (K 2 SiF 6 ) and / or potassium fluoride (KF). Instead of TiO 2 as a high-index material for the PVD layer 10 It is also possible to use chromium oxide (Cr 2 O 3 ), copper oxide (Cu 2 O), calcium oxide (CaS), thalium iodide (TlI) and / or magnesium sulphide (MgS).

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Substrats wird die Gesamtreflexion und somit die Lichtausbeute erhöht. Die MTF wird durch Verminderung des diffus reflektierten Anteils verbessert. Werden die Schichtdicken so eingestellt, dass eine blaue Interferenzfarbe entsteht, kann die MTF durch Absorption des roten Stimulationslichtes nochmals verbessert werden. Weil der Al-Reflektor (erste PVD-Schicht 8) durch die niedrig- bzw. hochbrechende Schicht 9 und 10 von der darauf aufgetragenen Leuchtstoffschicht getrennt ist, kann bei Lagerung an Luft auch ohne Schutzschicht keine Korrosion einsetzen.The inventive design of the substrate, the total reflection and thus the light output is increased. The MTF is improved by reducing the diffusely reflected portion. If the layer thicknesses are adjusted so that a blue interference color is formed, the MTF can be further improved by absorbing the red stimulation light. Because the Al reflector (first PVD layer 8th ) through the low or high refractive layer 9 and 10 is separated from the phosphor layer applied thereto, can not use corrosion when stored in air without protective layer.

Claims (10)

Bildwandler, bei dem auf einer mit einer Eloxalschicht (6, 7) versehenen eloxierten Seite eines aus Aluminium hergestellten Substrats (5) eine nadelförmige Leuchtstoffschicht aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die eloxierte Seite zur Ausbildung einer hochreflektiven und inerten Oberfläche mit geringer diffuser Reflexion mit einer reflexionsverstärkenden Oberflächenbeschichtung (8, 9, 10) versehen ist.Image converter, in which on one with an anodized coating ( 6 . 7 ) provided an anodized side of a substrate made of aluminum ( 5 ) an acicular phosphor layer is applied, characterized in that the anodized side is used to form a highly reflective and inert surface with low diffuse reflection with a reflection-enhancing surface coating ( 8th . 9 . 10 ) is provided. Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) vor dem Eloxieren elektrolytisch geglänzt wird.Image converter according to claim 1, characterized in that the substrate ( 5 ) is electrolytically shone before anodizing. Bildwandler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der einen Seite des eloxierten Substrats (5) wenigstens eine PVD-Schicht (8 bis 10) aufgetragen ist. Image converter according to one of claims 1 or 2, characterized in that on one side of the anodized substrate ( 5 ) at least one PVD layer ( 8th to 10 ) is applied. Bildwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) beidseitig mit Eloxalschichten (6, 7) abgedeckt ist, und dass auf der einen Seite eine erste PVD-Schicht (8) aufgetragen ist, auf der sich eine niedrigbrechende PVD-Schicht (9) befindet, auf die eine hochbrechende PVD-Schicht (10) aufgebracht ist.Image converter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the substrate ( 5 ) on both sides with Eloxalschichten ( 6 . 7 ) and that on one side a first PVD layer ( 8th ), on which a low-refraction PVD layer ( 9 ) to which a high-index PVD layer ( 10 ) is applied. Bildwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste PVD-Schicht (8) aus Aluminium besteht.Image converter according to claim 4, characterized in that the first PVD layer ( 8th ) consists of aluminum. Bildwandler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrigbrechende PVD-Schicht (9) aus Magnesiumfluorid (MgF2) und/oder Siliziumoxid (SiO2) besteht.Image converter according to claim 4 or 5, characterized in that the low-refraction PVD layer ( 9 ) consists of magnesium fluoride (MgF 2) and / or silicon oxide (SiO 2). Bildwandler nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hochbrechende PVD-Schicht (10) aus Titanoxid (TiO2) und/oder Diamant besteht.Image converter according to one of claims 4 to 6, characterized in that the high-index PVD layer ( 10 ) consists of titanium oxide (TiO 2) and / or diamond. Bildwandler nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der PVD-Schichten (8 bis 10) eine Dicke von einem Viertel der Zentralwellenlänge aufweist.Image converter according to one of claims 4 to 7, characterized in that at least one of the PVD layers ( 8th to 10 ) has a thickness of one quarter of the central wavelength. Bildwandler nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der PVD-Schichten (8 bis 10) eine Dicke von 137,5 nm aufweist.Image converter according to one of claims 4 to 8, characterized in that at least one of the PVD layers ( 8th to 10 ) has a thickness of 137.5 nm. Bildwandler nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der PVD-Schichten (8 bis 10) eine Dicke von 110 nm aufweist.Image converter according to one of claims 4 to 9, characterized in that at least one of the PVD layers ( 8th to 10 ) has a thickness of 110 nm.
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