JP2001283731A - 蛍光体層およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 柱状結晶の形及び大きさが揃った蛍光体層お
よびその製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明は、基板６上に形成されシンチレ
ータ結晶からなる蛍光体層７の製造方法において、基板
６上にシンチレータ結晶からなる複数の基部７ａを、該
複数の基部７ａが互いに離隔するようにパターン形成す
る基部パターン形成工程と、基部７ａ上に、基部７ａの
シンチレータ結晶と同一種類のシンチレータ結晶を成長
させて柱状部７ｂを形成し基部７ａと柱状部７ｂとから
なる蛍光体層７を得る結晶成長工程とを備える構成であ
る。この場合、複数の基部７ａ上にシンチレータ結晶が
一体的に成長し、形および大きさの揃った柱状部７ｂが
形成され、蛍光体層７に放射線が入射されると、基部７
ａ及び柱状部７ｂ内で発生した蛍光が閉じ込められ、途
中でほとんど外側に拡散されることなく伝搬される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光体層及びその
製造方法に関し、より詳細には、Ｘ線を可視光に変換す
るＸ線イメージ・インテンシファイアなどに用いる蛍光
体層及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シンチレータ結晶からなる蛍光体層は、
例えば医療などに用いる放射線撮像装置（例えばＸ線イ
メージ・インテンシファイア）などに組み込まれ、微弱
な放射線像などを可視化するのに用いられる。このよう
なシンチレータ結晶からなる蛍光体層の製造方法として
は、従来から種々のものが知られている。例えば、特開
昭５０−１５７０５４号公報には、加熱したアルミニウ
ム基板上にステンレス球を周期的に配列し、これらをプ
レスしてステンレス球の半分をアルミニウム基板中に埋
設し、さらにその上に沃化セシウム（ＣｓＩ）からなる
蛍光体を柱状に結晶成長させることにより蛍光体層を製
造する方法が開示されている。

【０００３】また、特開昭５７−７０５１号公報には、
基板上にあたかも砂利を１〜２層敷き詰めたような平均
１５μｍ以下の蛍光体結晶粒による突起を有する多孔性
の第１の蒸着層を形成し、その上に蛍光体を蒸着して柱
状結晶塊構造の第２の蒸着層を形成することにより蛍光
体層を製造する方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た特開昭５０−１５７０５４号公報に記載の製造方法に
あっては、多数のステンレス球が互いに接合しやすくス
テンレス球を周期的に配設することが難しいため、基板
上に形及び大きさの揃ったＣｓＩの柱状結晶が成長しに
くい。このため、この蛍光体層を放射線撮像装置等に適
用した場合、その解像度が十分ではなかった。

【０００５】また、特開昭５７−７０５１号公報に記載
の製造方法にあっては、第１の蒸着層の上に蛍光体柱状
結晶を成長させる場合、柱状結晶の太さや長さにばらつ
きが生じる場合がある。この場合、蛍光体層に放射線を
入射させると、柱状結晶内の蛍光が途中で柱状結晶の外
部へ拡散する。更に、いくつかの結晶粒子が積み重なっ
た突起部においても、結晶粒界によって光の拡散が起こ
る場合がある。従って、このような蛍光体層を放射線撮
像装置等に適用した場合、その解像度が十分とはいえな
かった。

【０００６】そこで、本発明は、上記事情に鑑み、柱状
結晶の形及び大きさが揃った蛍光体層およびその製造方
法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の蛍光体層の製造方法は、基板上に形成され
シンチレータ結晶からなる蛍光体層の製造方法におい
て、基板上にシンチレータ結晶からなる複数の基部を、
該複数の基部が互いに離隔するようにパターン形成する
基部パターン形成工程と、基部上に、基部を構成するシ
ンチレータ結晶と同一種類のシンチレータ結晶を成長さ
せて柱状部を形成し、基部と柱状部とからなる蛍光体層
を得る結晶成長工程とを備えることを特徴とする。

【０００８】この発明によれば、複数の基部の上にシン
チレータ結晶が一体的に成長し、形及び大きさの揃った
柱状部が形成される。このため、蛍光体層に放射線が入
射されると、それぞれの基部および柱状部においてその
内部で放射線により発生した蛍光が閉じ込められ、途中
で基部および柱状部の外側にほとんど拡散されることな
く伝搬される。

【０００９】また、本発明による蛍光体層は、基板上に
形成されシンチレータ結晶からなる蛍光体層において、
基板上に形成される所定パターンのシンチレータ結晶か
らなる基部と、基部上に一体的に設けられるシンチレー
タ結晶と同一種類のシンチレータ結晶からなる柱状部と
を備えることを特徴とする。

【００１０】この発明によれば、蛍光体層に放射線が入
射されると、それぞれの基部および柱状部においてその
内部で放射線により発生した蛍光が途中で外側にほとん
ど拡散されることなく伝搬される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による蛍
光体層の好適な実施形態について詳細に説明する。な
お、全図中、同一又は相当する構成要素については、同
一の符号を付す。

【００１２】図１は、本発明に係る蛍光体層を適用した
Ｘ線イメージ・インテンシファイアの一例を示す切断面
端面図である。

【００１３】同図に示すように、Ｘ線イメージ・インテ
ンシファイア１０は、筒状の密封容器１を備えている。
この密封容器１は、入力部１ａを有し、その入力部１ａ
の内側には、Ｘ線−光変換面２が配置されている。ま
た、密封容器１は、入力部１ａに対向して出力面板３を
有し、この出力面板３とＸ線−光変換面２との間に、Ｘ
線−光変換面２側から順次配置される円筒状の集束電極
４および陽極５を有している。このようなＸ線イメージ
・インテンシファイア１０においては、入力部１ａにＸ
線が入射されると、Ｘ線は入力部１ａを透過してＸ線−
光変換面２に入射され、ここから出射される光電子が、
集束電極４および陽極５を通って集束・加速されて出力
面板３に入射され、これによりＸ線像が可視化される。

【００１４】図２は、図１のＸ線−光変換面２の構成を
示す断面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に
沿った断面図であり、基板上における基部によるパター
ンを示している。図２に示すように、Ｘ線−光変換面２
は、密封容器１の入力部１ａ側から基板６、蛍光体層７
及び光電陰極８が順次積層されたものである。蛍光体層
７は、図３に示すように、基板６上に設けられるシンチ
レータ結晶（例えば沃化セシウム（以下、「ＣｓＩ」と
いう））からなる複数の基部７ａを有し、これらの基部
７ａは互いに離隔して格子状のパターン２０を形成して
いる。ここで、これらの複数の基部７ａは互いにほぼ同
一の形状および大きさである。各基部７ａの形状として
は、例えば円盤形、円錐台、立方体、直方体、四角錐
台、六角錐台など種々のものが挙げられ、このうち、図
３には、形状が四角錐台の基部７ａが示されている。

【００１５】図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面
図であり、基部７ａ同士の位置関係を示すものである。
同図に示すように、基部７ａの根元の幅Ｗは、好ましく
は２０〜１００μｍである。また、最も近い基部７ａの
根元同士の間の間隔ｄは、好ましくは根元の幅Ｗの１／
１０〜１／２である。更に、基部７ａの厚さｔは、好ま
しくは基部７ａの根元の幅Ｗの１／１０〜２である。

【００１６】更に、このような基部７ａの上には、図２
に示すように、柱状部７ｂがそれぞれ一体的に延びてい
る。この柱状部７ｂは、基部７ａを構成するシンチレー
タ結晶と同一種類のシンチレータ結晶で構成されてい
る。また、柱状部７ｂは、蛍光体層７の光電陰極８側に
向かうにつれて太くなっており、複数の柱状部７ｂは、
蛍光体層７の光電陰極８側で互いに密接している。柱状
部７ｂの延び方向の長さＬは、基部７ａの厚さｔの１〜
１００倍である（図２参照）。

【００１７】次に、このような蛍光体層７を製造する好
適な方法について図５を用いて説明する。図５は、基板
６上に蛍光体層７を製造する一連の工程を示す図であ
る。

【００１８】まず、図５（ａ）に示すように、真空蒸着
装置の真空容器内に蒸着ボート１２を設置し、蒸着ボー
ト１２の収容凹部にシンチレータ（例えばＣｓＩ）１３
を載置する。

【００１９】次に、図５（ｂ）に示すように、蒸着ボー
ト１２の上方に基板６を配置する。基板６は、真空容器
内に固定して水平に保持する。基板６の上部にはヒータ
等を配置する。一方、基板６の下部には平板状のパター
ンマスク１１を固定する。パターンマスク１１は、例え
ば基板６の上部に磁石を配置しこの磁石でパターンマス
ク１１を引き付けることにより固定する。パターンマス
ク１１としては、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔ
ｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｕ及びその合金な
どで構成されかつ複数の貫通孔１１ａによる格子状パタ
ーンが形成されたものを用いる。

【００２０】ここで、パターンマスク１１に形成された
格子状パターンについて説明する。

【００２１】格子状パターンを構成する各貫通孔１１ａ
は、図５（ａ）に示すように、ほぼ同一の形状および大
きさとなっており、この貫通孔１１ａは例えばエッチン
グなどの公知の方法で形成される。貫通孔１１ａの形状
としては、円柱状、四角柱状、六角柱状など種々のもの
が挙げられる。各貫通孔１１ａの幅Ｗ１は適宜決められ
るが、Ｘ線イメージインテンシファイアの特性上、２０
〜２００μｍであることが好ましい。また、最も近い貫
通孔１１ａ同士の間の間隔ｄ１も適宜決められるが、貫
通孔１１ａの幅Ｗ１の１／１０〜１／２であることが好
ましい。これは、間隔ｄ１が幅Ｗ１の１／１０未満で
は、柱状のシンチレータ結晶が個々に分割されにくい傾
向があり、１／２を越えると、パターン化されるシンチ
レータ結晶の間に有効ではない結晶が形成されてしまう
傾向があるからである。更に、貫通孔１１ａの深さｔ１
も適宜決められるが、一般的なメッシュの製造方法であ
るエッチング法により制限され、貫通孔１１ａの幅Ｗ１
の１／１０〜１である。

【００２２】このようなパターンマスク１１を基板６に
固定したならば、真空容器を密閉し、真空ポンプを用い
て真空引きを行い、その後、蒸着ボート１２に通電して
シンチレータ１３を蒸発させる。これにより、パターン
マスク１１の貫通孔１１ａを通して基板６上にシンチレ
ータ結晶１３が蒸着される。このときのシンチレータ結
晶の厚さを膜厚測定装置によって測定し、シンチレータ
結晶１３の厚さが所定の厚さになった時点で蒸着ボート
１２への通電を止める。シンチレータ結晶１３の厚さ
は、適宜決められるが、パターンマスク１１の貫通孔１
１ａの幅Ｗ１の１／１０〜２とすることが好ましい。こ
れは、厚さが幅Ｗ１の１／１０未満では、格子状パター
ンとして十分な凹凸を形成しにくい傾向があり、２を越
えると、マスクを外した時に結晶が壊れやすい傾向があ
るからである。蒸着が完了したならば、真空容器を開放
する。そして、図５（ｃ）に示すように、基板６からパ
ターンマスク１１を取り外すと、基板６上にほぼ同一形
状の基部７ａの格子状パターン２０が得られる（基部パ
ターン形成工程）。

【００２３】次に、蒸着ボート１２の収容凹部に、基部
７ａを構成するシンチレータ結晶と同一種類のシンチレ
ータ結晶１３を載置する。そして、再び真空容器を密閉
し、真空ポンプを用いて真空引きを行った後、基板６を
ヒータによって加熱し、回転駆動装置によって回転軸Ｃ
の回りに回転させる。このとき、基板６の温度は室温〜
４００℃とする。このような温度範囲にするのは、この
温度範囲を外れるとシンチレータ結晶の結晶性が向上せ
ず単結晶が形成されにくい傾向があるからである。

【００２４】次いで、蒸着ボート１２に通電してシンチ
レータ結晶１３を蒸発させる。こうして、図５（ｄ）に
示すように、各基部７ａの上にシンチレータ結晶が柱状
に結晶成長し、複数の基部７ａの上に単結晶からなる柱
状部７ｂが一体的に形成され、基部７ａと柱状部７ｂと
からなる蛍光体層７が得られる（結晶成長工程）。

【００２５】以上のような製造方法によれば、基部７ａ
上に形成される複数の柱状部７ｂの形および大きさはほ
ぼ揃うようになる。このため、この製造方法によって得
られる蛍光体層７がＸ線イメージ・インテンシファイア
１０内に組み込まれて密封容器１の入力部１ａからＸ線
が入射されると、Ｘ線は基板６を透過して基部７ａに入
射される。このとき、それぞれの基部７ａおよび柱状部
７ｂにおいて、その内部でＸ線により発生した蛍光が閉
じ込められ、基部７ａおよび柱状部７ｂの外側に途中で
ほとんど拡散されることなく伝搬される。従って、Ｘ線
イメージ・インテンシファイア１０の解像度が大幅に向
上する。

【００２６】次に、前述した基部パターン形成工程の第
１の変形例について図６を用いて説明する。

【００２７】まず、図６（ａ）に示すように、基板６上
に均一な厚さのシンチレータ層１５を蒸着し、このシン
チレータ層１５に対し、図６（ｂ）に示すようにレーザ
光源からレーザ光を照射し、例えばレーザ光源を基板６
に対して相対的に移動させながら、複数の基部７ａによ
る格子状パターンを形成するように溝堀り加工する。こ
こで、レーザ光としては、エキシマレーザ光、ＹＡＧの
３倍高調波などが用いられる。

【００２８】次に、前述した基部パターン形成工程の第
２の変形例について図７を用いて説明する。 まず、図
７（ａ）に示すように、基板６上に均一な厚さのシンチ
レータ層１５を蒸着し、このシンチレータ層１５上に有
機物層（例えばセルロース）１６を形成する（図７
（ｂ）参照）。次いで、この有機物層１６をエッチング
により削り取り、基部７ａとなるべき部分上の有機物層
１６のみを残す（図７（ｃ）参照）。その後、サンドブ
ラストにより、露出したシンチレータ層１５を削り取る
（図７（ｄ）参照）。最後に、残った有機物層１６を加
熱により焼き飛ばして、基板６上に基部７ａのパターン
を得る（図７（ｅ）参照）。

【００２９】次に、前述した基部パターン形成工程の第
３の変形例について図８を用いて説明する。

【００３０】まず、図８（ａ）に示すように、基板６上
に均一な厚さのシンチレータ層１５を蒸着する。次い
で、図８（ｂ）に示すように、このシンチレータ層１５
の上から、シンチレータの融点以上まで加熱した金属製
のメッシュマスク１９をシンチレータ層１５に押し付け
る。これにより、シンチレータ層１５の一部が溶融さ
れ、基板６上に複数の基部７ａのパターンが得られる。

【００３１】なお、本発明の蛍光体層およびその製造方
法は、前述した実施形態に限定されるものではない。例
えば、本発明の蛍光体層の形状としては、ドーム形状に
限らず、平板状であってもよい。また、基部７ａによる
パターン２０は、格子状パターンに限定されない。例え
ば図９に示すように、格子状パターンを形成する複数の
基部７ａにおいて、任意の４つの基部７ａの中央に１つ
の基部７ａが配置されるようなパターンであってもよ
い。この場合、基部７ａが密に形成でき、柱状部７ｂも
図１０に示すように密に形成できる。従って、放射線撮
像装置などに適用した場合にその解像度を更に向上させ
ることが可能となる。

【００３２】また、本発明の蛍光体層は、Ｘ線イメージ
・インテンシファイア１０への適用に限定されず、種々
の装置に適用可能である。例えば、フラットパネルタイ
プのＸ線検出器などにも適用可能である。

【００３３】以下、実施例により本発明の内容をより具
体的に説明する。

【００３４】

【実施例】（実施例１）以下のようにして基板６上に蛍
光体層７を作製した。まず、真空蒸着装置の真空容器内
に蒸着ボート１２を設置し、その蒸着ボート１２の収容
凹部に６０ｇのＣｓＩ１３を載置した。

【００３５】次に、Ａｌからなる厚さ０．５ｍｍの基板
６を、真空容器内の蒸着ボート１２から３００ｍｍ上方
の位置に水平に保持し、その基板６の上部に電熱ヒータ
を配置した。更に、基板６の上部には直径１０ｍｍの磁
石を多数配置しこの磁石によって基板６の下部に厚さ５
０μｍ、直径１５０ｍｍのＦｅからなるドーム状のパタ
ーンマスク１１を固定した。このようにすることで基板
６とパターンマスク１１との間の間隔を０．５ｍｍ以下
とした。ここで、パターンマスク１１としては、一辺４
０μｍの正方形断面を有し厚さ２０μｍの四角柱状の貫
通孔１１ａによって正方格子状にパターン形成されたも
のを用いた。なお、格子状パターンは、最も近い貫通孔
１１ａ同士の間の間隔が２０μｍとなるものとした。

【００３６】次いで、真空容器を密閉し、真空ポンプを
用いて真空引きを行い、真空容器内の圧力を１×１０^-6
Ｔｏｒｒに調整した。その後、蒸着ボート１２に通電し
てＣｓＩ１３を蒸発させた。これにより、パターンマス
ク１１の貫通孔１１ａを通して基板６上にＣｓＩ１３を
蒸着した。ＣｓＩ１３の厚さは、膜厚測定装置を用いて
測定し、ＣｓＩ１３の厚さが２０μｍとなった時点で蒸
着ボート１２への通電を止めた。

【００３７】その後、真空容器を開放し、磁石を外して
基板６からパターンマスク１１を取り外した。このとき
の基板表面の様子を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて
斜め上方から観察した。その結果を図１１に示す。図１
１に示すように、基板６上には、形および大きさのほぼ
揃った四角錐台の複数の基部７ａの格子状パターン２０
が得られた。

【００３８】次に、蒸着ボート１２の収容凹部に２００
ｇのＣｓＩ１３を載置した。このとき、ＣｓＩ１３は、
蒸着ボート１２において回転軸Ｃから５０ｍｍだけ離れ
た位置の収容凹部に配置した。その後、真空容器を密閉
し、真空ポンプを用いて真空引きを行い、真空容器内の
圧力を１×１０^-6Ｔｏｒｒに調整した。そして、電熱ヒ
ータを作動して基板６を３００℃に加熱すると共に、回
転駆動装置を作動して基板６を回転軸Ｃの回りに回転さ
せた。その後、蒸着ボート１２に通電し、ＣｓＩ１３を
蒸発させた。そして、ＣｓＩの厚さが２００μｍになっ
た時点で蒸着ボート１２への通電を止めた。このように
して各基部７ａの上にＣｓＩを柱状に結晶成長させた。
その結果、複数の基部７ａの上にシンチレータ単結晶か
らなる柱状部７ｂが基部７ａの上に一体的に形成され、
基板６上に基部７ａと柱状部７ｂとからなる蛍光体層７
が得られた。

【００３９】この蛍光体層７をＳＥＭを用いて斜め上方
から観察した。その結果を図１２に示す。図１２に示す
ように、形成された複数の柱状部７ｂの形および大きさ
はほぼ揃っていた。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の蛍光体層の
製造方法によれば、複数の基部の上にシンチレータ結晶
が一体的に成長し、形や大きさの揃った柱状部を得るこ
とができる。従って、蛍光体層に放射線が入射される
と、基部および柱状部の内部で発生した蛍光が内部に閉
じ込められ、途中で基部および柱状部の外側にほとんど
拡散されることなく伝搬されるため、放射線撮像装置な
どに適用した場合にその解像度が大幅に向上する。

【００４１】また、本発明の蛍光体層によれば、蛍光体
層に放射線が入射されると、基部および柱状部の内部で
発生した蛍光が内部に閉じ込められ、途中で基部および
柱状部の外側にほとんど拡散されることなく伝搬される
ため、放射線撮像装置などに適用した場合にその解像度
が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蛍光体層が適用されるＸ線イメージ・
インテンシファイアを示す断面図である。

【図２】図１のＸ線−光変換面の構成を示す断面図であ
る。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であ
る。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。

【図５】本発明の蛍光体層の製造方法の一実施形態を示
す端面図である。

【図６】基部パターン形成工程の第１の変形例を示す一
連の図である。

【図７】基部パターン形成工程の第２の変形例を示す一
連の図である。

【図８】基部パターン形成工程の第３の変形例を示す一
連の図である。

【図９】基部によるパターンの変形例を示す平面図であ
る。

【図１０】図９の基部上に形成される柱状部の端面を示
す平面図である。

【図１１】基部としての沃化セシウムを基板に蒸着した
様子を示すＳＥＭ写真である。

【図１２】図１１の基部としての沃化セシウム上に柱状
部としての沃化セシウムを蒸着した様子を示すＳＥＭ写
真である。

【符号の説明】

６…基板、７…蛍光体層、７ａ…基部、７ｂ…柱状部、
１１…パターンマスク、１１ａ…貫通孔、１３…シンチ
レータ結晶、１５…シンチレータ層、２０…パターン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 29/18 Ｈ０１Ｊ 29/18 Ｍ ５Ｃ０３７ 31/50 31/50 Ａ // Ｃ０９Ｋ 11/61 ＣＰＦ Ｃ０９Ｋ 11/61 ＣＰＦ Ｆターム(参考） 2G088 EE03 FF02 GG20 JJ05 JJ37 4H001 CA01 CA08 XA53 XA55 4K029 AA02 BA41 BC07 CA01 DB01 DB05 HA03 5C028 FF05 FF08 FF12 FF14 5C036 AA01 AA02 5C037 GG05 GH04 GH19

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成されシンチレータ結晶から
   なる蛍光体層の製造方法において、 前記基板上に前記シンチレータ結晶からなる複数の基部
   を、該複数の基部が互いに離隔するようにパターン形成
   する基部パターン形成工程と、 前記基部上に、前記基部を構成する前記シンチレータ結
   晶と同一種類のシンチレータ結晶を成長させて柱状部を
   形成し、前記基部と前記柱状部とからなる蛍光体層を得
   る結晶成長工程と、を備えることを特徴とする蛍光体層
   の製造方法。
2. 【請求項２】 前記基部パターン形成工程において、前
   記複数の基部を互いに同一の形状とし、最も近い前記基
   部同士の間の間隔を前記基部の幅の１／１０〜１／２と
   し、かつ前記基部の厚さを前記基部の幅の１／１０〜２
   とすることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体層の製
   造方法。
3. 【請求項３】 前記基部パターン形成工程において、前
   記基板上に複数の貫通孔を有するパターンマスクを密着
   させ、前記パターンマスクの貫通孔を通して前記基板上
   に前記シンチレータを蒸着した後、前記パターンマスク
   を前記基板から取り外して前記基板上に前記基部を形成
   することを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光体層
   の製造方法。
4. 【請求項４】 前記基部パターン形成工程において、前
   記基板上にシンチレータ層を形成し、そのシンチレータ
   層に対しレーザ光を照射して溝堀り加工して前記基板上
   に前記基部によるパターンを形成することを特徴とする
   請求項１又は２に記載の蛍光体層の製造方法。
5. 【請求項５】 基板上に形成されシンチレータ結晶から
   なる蛍光体層において、 前記基板上に設けられる所定
   パターンの前記シンチレータ結晶からなる基部と、 前
   記基部上に一体的に設けられる前記シンチレータ結晶と
   同一種類のシンチレータ結晶からなる柱状部と、を備え
   ることを特徴とする蛍光体層。