JP2003521671A - 放射線検出用複合ナノ発光体スクリーン - Google Patents

放射線検出用複合ナノ発光体スクリーン

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JP2003521671A JP2000523566A JP2000523566A JP2003521671A JP 2003521671 A JP2003521671 A JP 2003521671A JP 2000523566 A JP2000523566 A JP 2000523566A JP 2000523566 A JP2000523566 A JP 2000523566A JP 2003521671 A JP2003521671 A JP 2003521671A
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バーガヴァ，ラメシュワー・ネイス
タスカー，ニキル・アール
チャブラ，ヴィシャル
ヴェリアディス，ジョン・ヴィクター・ディー
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ナノクリスタル・イメージング・コーポレーション
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Abstract

(57)【要約】 Ｘ線などの放射線を可視光線に変換する複合発光体スクリーン（５０）。スクリーンは、ガラス、シリコン又は金属から形成されてもよい平坦な表面（５２）を含む。この平坦な表面には、１０マイクロメータ以下のオーダーの直径を有するわずかに離隔している多数のマイクロチャネル（６０）がエッチングされている。各マイクロチャネル内には、放射線が作用する際に光を放出する多数の発光体がデポジットされている。マイクロチャネルの壁及び／又は基板表面は、発光体によって発せられた光をフィルム又は電子検出器などの集光デバイスまで反射するように、光反射性コーティングを含む。コーティングは、用途に応じて、放射線透過性であっても、フィルター／減衰性であってもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景及び概要】
本発明は、基板上にエッチングされた非常に小さいチャネル（マイクロチャネ
ル）に配設されているナノ結晶サイズの発光体（ナノ発光体）を利用する、特に
Ｘ線などの放射線を検出するための複合発光体スクリーンに関する。
【０００２】 微細部まで詳細に視覚化する高解像度・高コントラストの像は、多くのＸ線医
療用結像システム、特に乳房造影システムにとって必要とされる。Ｘ線フィルム
／スクリーン及びディジタル乳房造影システムの解像度は、現在のところ、それ
ぞれ２０線対／ｍｍ及び１０線対／ｍｍに制限されている。この制限の重要な理
由の一つは、現在使用されているＸ線スクリーンの発光体粒子サイズに関連する
。特に、発光体粒子による光発散及び発光体粒子のグレインバウンダリは、結果
的に、像の空間解像度及びコントラストの損失を生じる。解像度及びコントラス
トを高めるため、可視光線の発散を減少しなければならない。発散は、発光体の
ルミネセンス効率を維持しながら、発光体粒子サイズを減少することによって、
減少させることができる。さらに、Ｘ線から光への変換効率、量子検出効率（例
えば、可視光線に変換された吸収Ｘ線束）及びスクリーン効率（例えば、スクリ
ーンから逃げてフィルムを暴露する発光束）は、発光体粒子サイズの減少によっ
て悪影響を受ける。本発明は、Ｘ線結像用の高解像度・高コントラスト及び効率
的なＸ線−可視光線変換スクリーンを提供する新規なナノ発光体マイクロチャネ
ル複合スクリーン設計を指向する。複合発光体スクリーンは、電子（ディジタル
）Ｘ線結像及びフィルム（アナログ）Ｘ線結像の両者に用いることができる。
【０００３】 本発明は、２．５ｎｍレンジに効率的にドープされたナノ結晶(DNC)発光体の
開示に基づく。１９９７年６月１０日発行の米国特許第５，６３７，２５８号に
は、希土類活性（ドープされた）金属酸化物ナノ結晶、すなわち発光体を製造す
る方法が開示されている。これらの発光体は、超高速度にて、ＵＶから可視光線
への非常に高い変換効率を示す。測定値は、Ｙ2Ｏ3：Ｔｂ ＤＮＣの変換効率が
、２５４ｎｍのＵＶ波長で励起される場合の標準的な発光体の変換効率と比較可
能であることを示す。１９９５年８月２９日発行の米国特許第５，４４６，２８
６号には、ＤＮＣを用いる種々の放射線検出器が開示されている。本発明は、米
国特許第５，４４６，２８６号の検出器を凌駕する改良された性能を有し、発散
光を減少させるスクリーン格子配列を提供する。米国特許第５，６３７，２５８
号及び第５，４４６，２８６号の開示は、上述のように、全体として参照されて
本願明細書に組み込まれている。
【０００４】 図１に示すように、慣用的なＸ線スクリーンは、約３０〜１００ミクロン（μ
ｍ）の厚みを有し、数ミクロン〜１０ミクロンの間の平均サイズを有する発光体
粒子からなる。入射したＸ線によりスクリーンに発生した光は、スクリーン材料
の最終的な厚み全体にわたるフィルム感光乳剤に向かって分散する。光が分散す
る際、光は発散し、結果的に、空間解像度及び像のコントラストの損失を生じる
。解像度及びコントラストを改良するために、より薄いスクリーンを用いること
が必要である。しかし、薄いスクリーンに対して標準的な大きな粒子を用いると
、粒子像及び解像度が低くなってしまう。したがって、発光体粒子サイズを大幅
に減少することが必要である。十分に小さい発光体粒子を有する薄いスクリーン
は、非常に緻密なパッキングを可能とする。よって、Ｘ線吸収能は、減少されな
い。
【０００５】 １μｍ以下の粒子サイズに減少させることにおける主変化の一つは、発光体の
ルミネセンス効率の急勾配の減少にある。これは、図２に概略的に示すが、ドミ
ナントが１〜０．０１μｍの範囲にあるようになる表面に関連した非放射線化プ
ロセスに起因する。ルミネセンス効率におけるこの減少は、従来、より小さな粒
子を用いることを阻害していた。しかし、５ｎｍよりも小さなサイズの粒子であ
る活性化剤（ドーパント／発光原子）の導入は、光出力を大幅に改良する。
【０００６】 ドープされたナノ結晶の製造に関する我々の作業中に行われた研究は、ドープ
されたナノ結晶における光発生効率が最も一般的な発光体と等しいか又は優れて
いることを示す。例えば、３ｎｍサイズのＺｎＳ：Ｍｎナノ結晶の効率は、１８
％であるべきと報告されているが、バルクＺｎＳ：Ｍｎの最も良い効率は約１６
％である。この「サイズ依存性」の向上性は、図２に示されている。ここで、発
光体のルミネセンス効率は、粒子のサイズが５ｎｍ以下にまで減少する場合に、
大幅に増加する。この研究は、３〜５ｎｍの範囲にある粒子サイズを有する高効
率な発光体の製造に関心を向けさせた。米国特許第５，６３７，２５８号は、金
属酸化物発光体の不純物である希土類の影響を含む緑色光線を発するＹ2Ｏ3：Ｔ
ｂナノ結晶発光体を製造することができるプロセスに関する。化学反応は、少な
くとも１００℃で行われ、得られる粒子サイズは３〜５ｎｍの範囲にある。Ｙ2
Ｏ3：Ｔｂ ＤＮＣ発光体のルミネセンスは、粒子サイズに強く依存する。この
二次依存性は、ナノ結晶における量子の封じ込めに起因する。ナノ結晶は、用い
られたドーパント（活性剤）に依存して光を発するので、異なるドーパントを用
いることで、異なる色の光を発生させることができる。
【０００７】 米国特許第５，４４６，２８６号において、ドープされたナノ結晶フィルムを
Ｘ線検出スクリーンに用いることが提案されている。かようなスクリーンは、図
３に示されている。ドープされたナノ結晶をＸ線検出器として使用することは、
より大きな（バルク）サイズの発光体よりも大幅に速いスクリーンを提供するこ
とになる。図１を図３と比較すると、ナノ結晶サイズの発光体を用いる場合には
、光発散を減少するが全体的には排除していないことが明らかとなる。本発明は
、米国特許第５，４４６，２８６号のＸ線スクリーンを凌駕する収集効率におけ
る改良を提供する。本発明によれば、ドープされたナノ結晶は、基板の表面上の
層に単純に配列されるよりもむしろ、基板に配設されたマイクロチャネルに分配
される。
【０００８】 約０．０５〜１０μｍのチャネル開口及び１０：１〜１０００：１のアスペク
ト比を有するガラス、シリコン又は金属グリッドがドープされたナノ粒子で充填
される場合には、新規な高解像度クラスの複合発光体スクリーンが種々の医療結
像装置に適用可能となる。通常、サブミクロンサイズのチャネルはナノチャネル
と呼ばれるが、本明細書では、簡略化のため、１０μｍ以下のすべてのチャネル
をマイクロチャネルと呼ぶことに注意されたい。ナノ発光体及びグリッド金属の
正確な選択によって、Ｘ線を生じる光は、内部反射により導波管モードで伝播す
るので、発散を大幅に減少する。ゆえに、ナノ発光体複合スクリーンは、コント
ラスト及び解像度を驚異的に強め、より正確な検出及びより優れた診断結像性能
を保証することができる。
【０００９】 本発明は、多くのＸ線システムにおける像の増感装置及びＴＶカメラ又はＸ線
フィルムと置換することが可能である。像の増感装置は、大きくて重い。また、
増感装置とカメラとの組合せは、診断環境において扱いにくい。フィルム像は、
ラボでの現像を必要とし、瞬時に入手できず、電子的に分布されるように別々に
デジタル化する必要がある。本発明のシステムは、Ｘ線結像装置の運搬性を大き
く改良し、リアルタイム診断の機会を提案する。
【００１０】 本発明の目的は、アナログ（フィルム）システム及びディジタルシステムの両
者に使用可能な高解像度・高コントラストのＸ線スクリーンを提供することにあ
る。マイクロチャネル／ナノ発光体プレートのコンセプトは、最初に、ディジタ
ルモード及びアナログモードの両者で同程度の解像度でＸ線放射線を計測するこ
とができる場所を提供する。ローディング因子、感度、コントラスト及び解像度
などの現存のシステムに存在する幾つかの制限は、本発明のシステムによって、
最適化され大幅に改良される。遠隔放射線学のために、大きな領域をディジタル
で結像可能なポータブルＸ線結像システムを組み立てることができる。かような
Ｘ線結像システムは、Ｘ線発生器と、マイクロチャネル−ナノ発光体複合スクリ
ーンと、内蔵型検出器又はＣＣＤあるいはＣＭＯＳカメラと、演算処理電子回路
と、高解像度ＴＶモニターとを含む。
【００１１】 本発明は、Ｘ線などの目に見えない放射線を可視光線に変換する複合発光体ス
クリーンに関する。複合発光体スクリーンは、ガラス、シリコン又は金属で形成
可能で、１０ミクロン以下の直径を有し、わずかに離隔している複数のエッチン
グされたマイクロチャネルを有する平坦な表面を含む。各マイクロチャネル内に
配設されているのは、放射線により活性化されたときに光を発する１００ｎｍ以
下の直径、好ましくは１０ｎｍ以下の直径を有する多数のナノ結晶発光体である
。マイクロチャネルの壁は、マイクロチャネル下方にナノ発光体によって発せら
れた光を、フィルム又は電子デバイスなどの適当な集光デバイスまで反射する。
【００１２】 本出願は、複合発光体スクリーンの構成におけるさらなる改良に関する。複合
発光体スクリーンの製造及び使用は、スクリーンの光出力を増加する為に用いら
れる金属コーティングを塗布することによって最適化されて、マイクロチャネル
内へのナノ結晶のデポジッションを改良し、選択的にフィルターをかけ及び／又
はスクリーンに適用されるＸ線エネルギーを弱めて、１回の暴露において異なる
エネルギーのＸ線を検出可能とする。コーティングは、光に対して反射性である
が、Ｘ線に対して透過性となるように配列することもできる。金属コーティング
は、連続的であっても、あるいは複合発光体スクリーンの所定部分に対して選択
的に塗布されてもよい。多数の複合発光体スクリーンは、所定の用途に適応する
ようにスタックされてもよい。
【００１３】 本発明により構成されたＸ線複合発光体スクリーンは、従来技術を越える多数
のキーとなる利点を提供する。 １．ナノ発光体及びマイクロチャネルに基づくＸ線システムは、光子発散を排除
し、結果的に高解像度及び高コントラストを実現する。 ２．発光体におけるＸ線の吸収は、光子発散を増加させることなく、チャネルの
深さを増加させることによって、増強される。これは、比較的低いＸ線吸収能を
有する発光体を、複合発光体スクリーンとして本発明に利用できること、及び光
発散の増加に起因する解像度の損失なしにＸ線を吸収するためにより厚くできる
ことを意味する。 ３．酸化鉛（ＰｂＯ）及び酸化ガドリニウム（Ｇｄ2Ｏ3）などの高いＸ線吸収能
を有する材料のナノ結晶の特性を利用することによって、ローディングファクタ
ーを大幅に増強することができる。これは、本発明の複合発光体スクリーンが、
慣用の発光体スクリーンには損傷を与えるであろう高エネルギーのＸ線を用いる
システムでも利用できることを意味する。 ４．ドープされたナノ結晶発光体は、解像度の損失なしに、Ｘ線走査を可能とす
る早期に減衰する発光体である。ノイズを減少させるために、追加の時間積分を
用いることができる。心臓の結像などのリアルタイム結像は、これらの速い発光
体で実行可能となる。 ５．本発明のナノ結晶／マイクロチャネルスクリーンのＳｉ検出器との一体化に
よって、一方の側にＸ線センサを有し、他方の側にフラットディスプレイを有す
るフラットでスリムなＸ線結像装置を得ることができる。 ６．本発明の複合発光体スクリーンは、過度の光発散なしにスクリーンを非常に
厚くするように構成して、マイクロチャネルがナノ結晶発光体により発せられた
光子のためのライトパイプを形成することで、γ線検出器として用いるように最
適化することができる。 ７．マイクロチャネルに用いられる材料及びナノ発光体のホスト材料は、ナノ発
光体によって発生する光が光ファイバーにおける光と同様に平行になるように配
列することができる。この効果は、ナノ発光体のホスト材料の反射率が、マイク
ロチャネルの材料又はマイクロチャネルの内壁をコーティングするために用いら
れる材料の反射率よりも大きい場合に、生じる。これは、例えば、発光体ホスト
が反射率１．９のＹ2Ｏ3で、マイクロチャネルの内壁が反射率１．５のＳｉＯ2
でコーティングされている場合に生じる。こうして、光を増強し並びにマイクロ
チャネル間の混線を排除する。 ８．本発明に基づくＸ線システムは、軽量で簡素であるから、非常にポータブル
である。
【００１４】
【好ましい実施形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は
これらに限定される物ではない。
【００１５】 図４は、特にＸ線システムに用いる、衝突した放射線を可視光線に変換する複
合発光体スクリーン５０を示す。複合発光体スクリーン５０は、平坦な上面５４
と、平坦な下面５６と、筒状縁部５８と、を有する基板５２を備える。基板５２
の上面５４から下面５６に至るまで、０．０５〜１０μｍ（ミクロン）すなわち
５０〜５００ｎｍ（ナノメータ）オーダーの幅を有する多数の非常に小さいチャ
ネル（マイクロチャネル）がエッチングされている。一般的には、１ミクロン以
下の直径を有するチャネルは、「ナノチャネル」と呼ばれるが、本明細書では簡
略化するために、１０ミクロン以下の直径を有するすべてのチャネルを「マイク
ロチャネル」と呼ぶ。マイクロチャネル６０は、１０：１〜１０００：１のアス
ペクト比（幅：長さ）及び５０〜２０００ｎｍのオーダーの壁圧を有する。基板
として用いられる材料は、重要ではなく、以下のすべての材料に対するマイクロ
チャネルの微小形成技術が存在する限り、ガラス、シリコン（集積回路の製造に
用いられる結晶、α、アモルファス、又はポリシリコン）並びにアルミニウムな
どの金属であってもよい。さらに、基板５２は、平面図において円形である必要
はなく、いかなる形状であってもよく、より大きなサイズを多数の基板から作る
こともできる。
【００１６】 図５は、基板５２及びマイクロチャネル６０の拡大図であり、マイクロチャネ
ル６０にはドープされたナノ結晶６４が配設されている。基板５２として用いら
れる材料は、ドープされたナノ結晶によって発せられる光が反射によってマイク
ロチャネル下方に向けられ、マイクロチャネルが被覆された光ファイバーと同様
な光ガイドとして作用するように選ばれる。光を下方に案内するマイクロチャネ
ルは、基板の反射率がナノ結晶の反射率よりも小さくなるようになされてもよい
。多くのガラスは、１．５〜１．５５のオーダーの反射率を有するが、Ｙ2Ｏ3ナ
ノ結晶の反射率は１．９１であり、ＰｂＯの反射率は２．５であって、内部反射
を保証する。この光の内部反射は、発散に由来する損失を最小化して、集光効率
を増加する。
【００１７】 基板５２がシリコンである場合、基板５２にマイクロチャネル６０をエッチン
グした後、公知の半導体処理技術が用いられて、０〜１ミクロンオーダーの厚み
のＳｉＯ2のコーティング６８を有するマイクロチャネル６０の内壁６６を与え
、ナノ結晶６４により発せられた光の内部反射を与える。チャネル内のＳｉＯ2
コーティングは、１．５１の反射率を有し、Ｙ2Ｏ3ナノ結晶内で発生した光をマ
イクロチャネル内に限定する。多くの用途において、シリコン自身は、ＳｉＯ2
の必要なしに、十分な反射性を有するであろう。基板５０がアルミニウムから形
成される場合、マイクロチャネルの壁は、光を反射する。さらに、１．７７の反
射率を有する酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3の被覆層をアルミニウム基板におけるマ
イクロチャネルの内壁に配設してもよい。
【００１８】 図５に示すように、マイクロチャネル６０の上部に入射するＸ線は、ナノ結晶
６４に衝突して、壁６６及びコーティング６８（もし存在すれば）によって反射
されるであろう光の放出を引き起こす。Ｘ線は、マイクロチャネル６０下方に進
む際に、ナノ発光体によって吸収される。マイクロチャネルがライトパイプを形
成して、光発散を最小化する際には、マイクロチャネルの長さを長くして、ナノ
結晶の数を増やして、低いＸ線吸収能を有するナノ発光体を用いる場合であって
もＸ線を完全に吸収できるようにしてもよい。マイクロチャネルの長さは、光の
発散を生じることなく長くすることができるので、本発明の複合発光体スクリー
ンは、厚いスクリーンを必要とするγ線などのＸ線以外の放射線を検出するため
に用いることもできる。必要な厚さを提供することが必要であれば、マイクロチ
ャネル内のナノ発光体を含む多数の基板が「スタック」されてもよい。
【００１９】 ナノ結晶は、正負両方の電荷が液体媒体及びマイクロチャネルに分散されてい
るナノ結晶内に置かれていて、ナノ結晶がマイクロチャネルまで引きつけられる
電気泳動技術及び／又は静電気技術によって、マイクロチャネル内に配設されて
もよい。制御された浸透、沈殿及び真空プロセスもまた、ナノ結晶をマイクロチ
ャネル内にデポジットするために用いることができる。これは、マイクロチャネ
ル内へのナノ結晶の密なパッキングを可能とする。本発明のさらなる実施形態に
おいて、ナノ結晶をマイクロチャネル内にデポジットした後、基板を３００℃〜
１０００℃（基板材料に依存する）でアニールして、ナノ結晶を衝突する放射線
の光への変換の量子効率を改良するように作用する「量子線」まで溶解させるこ
とができる。
【００２０】 米国特許第５，６３７，５８号明細書に記載されている希土類元素及び他の金
属酸化物で活性化されたＹ2Ｏ3（酸化イットリウム）から形成された発光体に加
えて、Ｘ線システムに用いるために特に適切な発光体は、ドープされたＰｂＯ（
酸化鉛）である。酸化鉛はＸ線の吸収体として知られている。ＰｂＯのエネルギ
ーバンドギャップは、近赤外線領域にある。しかし、２〜３ｎｍサイズで準備さ
れる場合には、このエネルギーバンドギャップは、可視光線領域（＞２．１ｅＶ
又は＜５９０ｎｍ）までシフトする。Ｅｕ3+でドープされたナノ結晶ＰｂＯは、
赤色光放出ドープナノ結晶発光体を得る。よって、ＰｂＯナノ結晶発光体は、Ｘ
線放射線を効率的に吸収し、６１１ｎｍの可視放射線に変換する。ＰｂＯに加え
て、他のＸ線に使用するために特に適切な発光体材料は、酸化ガドリニウムＧｄ 2 Ｏ3及び酸硫化ガドリニウムＧｄ2Ｏ2Ｓであり、これらもまた優れたＸ線吸収特
性を有する。
【００２１】 慣用のＸ線システムにおいて、光検出デバイスは、写真フィルムのシートであ
るが、最近は、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）及びＣＭＯＳシリコンデバイスなど
の電子光検出デバイスが用いられている。本発明の複合発光体スクリーンは、両
方のタイプの集光システムと互換可能である。図６は、標準的な写真フィルム８
２のピースに近接して配設された本発明の発光体１０を示す。Ｘ線は、複合発光
体スクリーン１０に衝突して、フィルムを暴露するマイクロチャネル下方でフィ
ルム８２に向かう可視光線を発生し、続いて現像されて、Ｘ線像を形成する。
【００２２】 図７は、標準的なサイズのＣＣＤ、ＣＭＯＳ、又は他のタイプの電子光検出器
８４と一緒に用いる本発明の発光体スクリーン１０を示す。複合発光体スクリー
ン１０と検出器８４との間に配設されているのは、集光レンズ８６である。集光
レンズ８６は、スクリーン１０によって発せられた光を検出器８４に向け、衝突
する光を表す電気信号を電子機器８８に出力し、その後、ディスプレイ及び／又
は記憶デバイス９０に出力する。集光レンズ８６は、投影テレビシステムにおい
て用いられるものと同様の凸レンズであってもよいが、「反転」状態で用いる。
【００２３】 本発明の複合発光体スクリーンをガラス又はシリコンから形成できるという事
実は、スクリーン及び光検出装置並びにディスプレイスクリーンを１個のユニッ
トに一体化できるという利点を呈する。図８は、集光光学素子の必要性を排除す
る集光デバイス９２と一体化された複合発光体スクリーン１０を示す。標準的な
半導体形成技術を用いて、複合発光体スクリーン１０の背面に集光デバイス９２
を形成してもよい。その後、集光デバイス９２の電気信号は、電子機器９４に与
えられ、及び電子ディスプレイ及び／又は記憶装置９６に与えられる。集光デバ
イス９２は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳシリコン光センサであってもよく、薄膜ディス
プレイ技術に基づき１２インチダイアゴナル又はより大きなサイズを容易に得る
ことができる。ＣＣＤ／ＣＭＯＳ検出器において、通常のピクセルサイズは５〜
２５ミクロンであり、このことは、各ピクセルがマイクロチャネルのサイズ及び
間隔に応じて、１個のピクセルが多数のマイクロチャネル上に作用することを意
味することに注意されたい。さらに、マイクロチャネルは、ナノ発光体よりも大
きなオーダーであるから、１本のマイクロチャネルあたり数千〜数百万個のナノ
発光体が存在する。よって、本発明により構成された複合発光体スクリーンは、
各マイクロチャネルに多数の光発生器があり、ピクセルごとに多数のマイクロチ
ャネルがある場合、非常に過剰な情報を与える。こうして、均一で、信頼性があ
り、感応性が高く、正確なＸ線検出を提供する。
【００２４】 図９は、図８のスクリーン／光検出器一体物をさらに発展させて、複合発光体
スクリーンと、光検出器と、ディスプレイデバイスと、を１個のユニットに一体
化して示す。図９において、複合発光体スクリーン１０は、アモルファスシリコ
ンセンサであってもよい光検出器９８、及び例えば薄膜トランジスタディスプレ
イであってもよいディスプレイ１００と一体化されている。複合発光体スクリー
ン１０、検出器９８及びディスプレイ１００は、それぞれガラス又はシリコンか
ら形成されてもよいから、このユニットの一体化は、本発明の複合発光体スクリ
ーンを用いて実現可能である。光検出器９８は、電子機器９８に連結されている
。電子機器９８はディスプレイに信号を提供するように連結され、電子記憶デバ
イス１０４に任意に連結されていてもよい。
【００２５】 図１０は、マイクロチャネル１１２が壁に沿って光反射性コーティング１１４
を含む複合発光体スクリーン１１０を示す。これは、ナノ発光体によってマイク
ロチャネルの壁に向けられた光として、配設されているナノ結晶１１６からの光
出力が損失しないことを保証するように作用する。反射性コーティングとして特
に適切な材料は、金、銀、プラチナ、パラジウム、ニッケル及びアルミニウムな
どの金属であり、これらは電導体でもある。光反射壁コーティングを用いること
によって、マイクロチャネル下方にナノ発光体によって発せられた光を光学的に
案内するために適切な反射率を有していないか又は反射性でないスクリーン材料
であっても用いることができるようになる。電導性コーティングを用いることは
、さらに、電気的連結がコーティングをナノ発光体の電気泳動デポジッションに
おいてマイクロチャネル内のナノ発光体を引きつける電極として作用するように
することができるので、ナノ発光体でマイクロチャネルを充填することを促進す
る。アルミニウムは、高価でなく、光学的光反射性であり、電導性であり、Ｘ線
透過性であるので、コーティングとして用いるために特に適切な材料である。反
射性コーティングを用いることで、隣接するマイクロチャネル間の「混線」を最
小化する。コーティングは、無電解（化学）メッキ、電気メッキ及び／又は集積
回路デポジッション技術などの適切な手段によって、マイクロチャネルの壁に塗
布され得る。
【００２６】 さらに図１０に示すように、マイクロチャネル１１２の壁に塗布されたコーテ
ィングに加えて、第２のコーティング１１８を複合発光体スクリーンの上部に塗
布してもよい。使用時に、コーティング１１８は、Ｘ線透過性であり且つ光反射
性である。すなわち、Ｘ線は、コーティングを通過して、ナノ発光体が光を発す
るようにさせる。すると、この光は、マイクロチャネル壁コーティング１１４及
び上部コーティング１１８によって反射されて、検出器に対する光出力を最大化
する。別の配置において、隣接するマイクロチャネル間の混線をさらに最小化す
るために、上部コーティング１１８は、Ｘ線透過性で且つ光反射性であるが、マ
イクロチャネルの壁に塗布されたコーティング１１４は、光反射性であり且つＸ
線吸収性である（この場合、金、プラチナ、及び他の原子番号の大きい材料が適
切である）。
【００２７】 光反射性コーティングに加えて、別のタイプのコーティングを基板上に配設す
ることもできる。図１１は、放射線減衰性及び／又は放射線フィルタコーティン
グが塗布されている基板１４０を示す。放射線フィルタとは、ある特定のＸ線周
波数のみを減衰させるが、他のＸ線周波数は減衰せずに通過可能とする特定の金
属の特性を意味し、カラー光学フィルタと同様である。放射線減衰コーティング
は、特定のエネルギーレベルの放射線がマイクロチャネルの幾つかに配置されて
いるナノ発光体に到達することを防止するために用いられる。こうして、異なる
マイクロチャネルが異なるＸ線エネルギーに対する感応性を有するようにするこ
とができる。基板１４０は、放射線減衰コーティングが塗布されていないマイク
ロチャネル１４２と、放射線源に面して上部に配設されている第１レベルの放射
線減衰コーティング１４８を有するマイクロチャネル１４４と、上部に配設され
ている第２レベルの放射線コーティング１５０を有するマイクロチャネル１４６
とを含む。マイクロチャネル１４２，１４４及び１４６の間には、放射線検出要
素１５２，１５４及び１５６が配設されている。放射線検出要素１５２，１５４
及び１５６は、マイクロチャネル１４２，１４４及び１４６に配設されているナ
ノ発光体１５８，１６０及び１６２から発せられた光を検出する。
【００２８】 使用時に、マイクロチャネル１４２の上にはＸ線減衰材料が配設されていない
ので、マイクロチャネル１４２下の検出器１５２は、ナノ発光体１５８の最小閾
値よりも大きなエネルギーレベルのＸ線によって活性化される。マイクロチャネ
ル１４４下の検出器１５４は、マイクロチャネル１４４上に配設されている第１
レベルの放射線減衰コーティング１４８を通り抜けるに十分なエネルギーレベル
の放射線のみによって活性化される。よって、マイクロチャネル１４６内のナノ
発光体１６０は、コーティング１４８によって設定された閾値を越える放射線に
暴露されるときにのみ、検出器１５４に対して光を発する。マイクロチャネル１
４６下の検出器１５６は、マイクロチャネル１４６上に配設されている第２レベ
ルの放射線減衰コーティング１５０を通り抜けるに十分なエネルギーレベルの放
射線によってのみ活性化される。よって、マイクロチャネル１４６内のナノ発光
体１６２は、第２レベルのコーティング１４８によって設定されている閾値を越
える放射線に暴露されるときにのみ、検出器１５６に対して光を発する。まとめ
ると、第２コーティング１５０を通り抜けるために十分な放射線は、検出器１５
２、１５４及び１５６すべてを活性化し、第１レベルコーティング１４８を通り
抜けるために十分であるが第２レベルコーティング１５０を通り抜けるためには
不十分な放射線は、検出器１５２及び１５４を活性化し、第１レベルコーティン
グ１４８及び第２レベルコーティング１５０のいずれをも通り抜けるために不十
分な放射線は、検出器１５２のみを活性化する。
【００２９】 よって、本発明の複合発光体スクリーンに塗布された放射線減衰コーティング
は、種々の放射線レベルが識別可能である。適切な放射線減衰コーティングは、
タングステン（Ｗ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、酸化鉛（ＰｂＯ）並びにアル
ミニウム、スズ、モリブデン、タングステン及び金等のフィルターコーティング
である。コーティングの放射線減衰レベルは、異なる材料及び／又は異なるコー
ティング厚みを用いることによって、達成され得る。必要な異なる放射線レベル
の数は、用途の必要性、異なる厚さ及び用いられる材料によって制御される。放
射線減衰コーティングの使用は、組織の識別を促進するので、特にＸ線と一緒に
用いる場合に適している。放射線減衰コーティングは、電気メッキ及び／又は集
積回路デポジッション技術などの適切な手段によって、基板に塗布され得る。
【００３０】 本発明は、上述のＹ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ及びＰｂＯなどの種々のナノ
結晶ホスト材料と一緒に用いられ得る。各ホスト材料は、発光体に赤色光を放出
させるユーロピウム、緑色光を放出させるテルビウム、及び青色光を放出させる
ツリウムと一緒にドープされてもよい。他の適切なホスト材料としては、マンガ
ン（Ｍｎ）と一緒にドープされ得る硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、
酸化カドミウム（ＣｄＯ）及び硫化カドミウム（ＣｄＳ）など、並びに遷移元素
及び希土類材料を挙げることができる。複数のナノ結晶発光体が別個の位置、す
なわち個々のマイクロチャネルに配設されているということは、光の異なる色を
発生させるために、異なるドーパントを基板の異なる領域に配設可能であるとい
うことを意味する。よって、本発明によって、ＲＧＢ発光体スクリーンを構成す
ることができる。さらに、異なるドーパントに加えて、異なるホスト材料を基板
上の種々の位置に同様に配設可能である。これらの異なる材料は、異なるＸ線エ
ネルギーに対して異なる色の放出を有し、Ｘ線エネルギー分布の色の統一がとれ
たディスプレイを提供するように、配置されてもよい。基板のある領域をマスク
して、マスクされていないマイクロチャネルにナノ発光体をデポジットして、そ
の後、すでにデポジットされた領域をマスクして、異なるホスト及びドーパント
をデポジットすることによって、異なる発光体を特定のマイクロチャネルのみに
デポジットすることもできる。さらに、第１の基板に赤色光発光体、第２の基板
に緑色光発光体及び第３の基板に青色光発光体が存在するように、異なるタイプ
の発光体を有する基板及び／又はフィルタ／減衰コーティングを互いの上部にス
タックすることもできる。本発明の複合発光体スクリーンはまた、ナノ結晶サイ
ズではない発光体、すなわち直径２ミクロンまでの発光体を一緒に用いることも
できる。
【００３１】 本発明は、好ましい実施形態に関して記述されている。しかし、当業者には、
本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、上述の特定の説明における変更及びバ
リエーションが可能であることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、大きなサイズの発光体を使用する慣用のＸ線スクリーンの断面図であ
る。
【図２】 図２は、発光体粒子サイズの関数として、ルミネセンス効率をプロットしたグ
ラフである。
【図３】 図３は、米国特許第５，４４６，２８６号に開示されているようなナノ結晶サ
イズの発光体を用いるＸ線スクリーンの断面図である。
【図４】 図４は、基板の表面にエッチングされた多数のマイクロチャネル内に配設され
たナノ結晶発光体を備える本発明の複合発光体スクリーンの一部破断図である。
ここで、ナノ結晶発光体は正確な縮尺率で描かれてはいないことに注意されたい
。
【図５】 図５は、本発明の複合発光体スクリーンのマイクロチャネル内に配設された際
のナノ結晶発光体の活性時の放射線経路及び光経路を示す断面図である。
【図６】 図６は、慣用の写真用フィルムを一緒に用いた場合の本発明の複合発光体スク
リーンの断面図である。
【図７】 図７は、ＣＣＤ／ＣＭＯＳ光検出器及び適当な集光要素を一緒に用いた場合の
本発明に複合発光体スクリーンの断面図である。
【図８】 図８は、複合発光体スクリーンと一体化された電子光検出器を一緒に用いた場
合の本発明の複合発光体スクリーンの断面図である。
【図９】 図９は、複合発光体スクリーンと一体化されたディスプレイ及び電子光検出器
を一緒に用いた場合の本発明の複合発光体スクリーンの断面図である。
【図１０】 図１０は、マイクロチャネルの壁及び／又は基板の頂部に塗布された光反射性
コーティングを用いる場合の本発明の複合発光体スクリーンの断面図である。
【図１１】 図１１は、異なる減衰レベルの放射線フィルター／減衰コーティングを用いる
場合の本発明の複合発光体スクリーンの断面図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年２月１６日（２００１．２．１６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 チャブラ，ヴィシャル アメリカ合衆国ニューヨーク州11356，カ レッジ・ポイント，ワンハンドレッドアン ドフィフティーンス・ストリート 10−49 (72)発明者 ヴェリアディス，ジョン・ヴィクター・デ ィー アメリカ合衆国ニューヨーク州11356，ヤ ンカーズ，キンボール・アベニュー 319 Ｆターム(参考） 2G088 EE01 FF02 GG10 GG16 GG19 GG20 JJ05 JJ09 JJ23 JJ37

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 衝突する放射線を可視光線に変換するための複合発光体スク
    リーンであって、 ａ）平坦な表面を有する基板と、 ｂ）上記基板の表面に延在し、１０ミクロン以下の直径を有する多数のマイクロ
    チャネルと、 ｃ）上記マイクロチャネルの各々に配設されていて、１００ｎｍ以下の直径を有
    し、放射線に暴露されるときに可視光線を発する多数のナノ結晶発光体と、を備
    え、 ｄ）上記マイクロチャネルは、上記マイクロチャネルに沿って上記ナノ結晶粒子
    によって発せられる光を光学的に案内するように配列されている、 ことを特徴とする複合発光体スクリーン。
  2. 【請求項２】 請求項１の複合発光体スクリーンであって、前記基板は、ガ
    ラス、シリコン及び金属からなる群より選択されることを特徴とする複合発光体
    スクリーン。
  3. 【請求項３】 請求項１の複合発光体スクリーンであって、前記ナノ結晶発
    光体は、Ｘ線に暴露されるときに光を発することを特徴とする複合発光体スクリ
    ーン。
  4. 【請求項４】 請求項１の複合発光体スクリーンであって、さらに、前記ナ
    ノ結晶発光体によって発せられた可視光線を検出する手段を含むことを特徴とす
    る複合発光体スクリーン。
  5. 【請求項５】 請求項１の複合発光体スクリーンであって、前記ナノ結晶発
    光体は、１０ｎｍ以下の直径を有することを特徴とする複合発光体スクリーン。
  6. 【請求項６】 請求項１の複合発光体スクリーンであって、前記発光体は、
    Ｙ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ、ＺｎＯ、ＺｎＳ及びＰｂＯからなる群より選択
    されるホスト材料と、ドーパント材料と、を含むことを特徴とする複合発光体ス
    クリーン。
  7. 【請求項７】 請求項１の複合発光体スクリーンであって、前記発光体は、
    ホスト材料と、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｔｍ及びＭｎからなる群より選択されるドーパント
    材料と、を含むことを特徴とする複合発光体スクリーン。
  8. 【請求項８】 請求項１の複合発光体スクリーンであって、さらに、前記ナ
    ノ結晶発光体によって発せられた光を反射するように、前記マイクロチャネルの
    壁又は前記ナノ結晶発光体の上部のいずれかに沿って配設された光反射性コーテ
    ィングを含むことを特徴とする複合発光体スクリーン。
  9. 【請求項９】 請求項１の複合発光体スクリーンであって、前記基板は、所
    定のマイクロチャネルのナノ結晶発光体が異なる放射線エネルギーレベルに応じ
    て光を発するように、前記所定のマイクロチャネルに衝突する少なくとも所定の
    周波数の放射線を減衰するように配設された放射線減衰手段を含むことを特徴と
    する複合発光体スクリーン。
  10. 【請求項１０】 衝突する放射線を可視光線に変換する複合発光体スクリー
    ンであって、 ａ）平坦な表面を有する基板と、 ｂ）上記基板の表面に延在し、１０ミクロン以下の直径を有する多数のマイクロ
    チャネルと、 ｃ）各上記マイクロチャネルに配設されていて、放射線に暴露されたときに、可
    視光線を発する多数の発光体と、 ｄ）上記発光体によって発せられた光を反射するように配列されて、上記マイク
    ロチャネルの壁に沿って配設されている、光反射性コーティングと、 を備えることを特徴とする複合発光体スクリーン。
  11. 【請求項１１】 請求項１０の複合発光体スクリーンであって、前記マイク
    ロチャネルの壁に沿って配設されている光反射性コーティングは、衝突する放射
    線に対して透過性であることを特徴とする複合発光体スクリーン。
  12. 【請求項１２】 請求項１０の複合発光体スクリーンであって、前記マイク
    ロチャネルの壁に沿って配設されている光反射性コーティングは、衝突する放射
    線を少なくとも部分的に吸収することを特徴とする複合発光体スクリーン。
  13. 【請求項１３】 請求項１０の複合発光体スクリーンであって、前記マイク
    ロチャネルの壁に沿って配設されている光反射性コーティングは、電導性である
    ことを特徴とする複合発光体スクリーン。
  14. 【請求項１４】 請求項１０の複合発光体スクリーンであって、前記マイク
    ロチャネルの壁に沿って配設されている光反射性コーティングは、金属コーティ
    ングであることを特徴とする複合発光体スクリーン。
  15. 【請求項１５】 請求項１４の複合発光体スクリーンであって、前記マイク
    ロチャネルの壁に沿って配設されている光反射性コーティングは、金、銀、プラ
    チナ、パラジウム、ニッケル及びアルミニウムからなる群より選択されることを
    特徴とする複合発光体スクリーン。
  16. 【請求項１６】 請求項１０の複合発光体スクリーンであって、前記放射線
    は、Ｘ線であり、前記発光体はＸ線に暴露されると光を発することを特徴とする
    複合発光体スクリーン。
  17. 【請求項１７】 請求項１の複合発光体スクリーンであって、前記発光体は
    、１００ｎｍ以下の直径を有することを特徴とする複合発光体スクリーン。
  18. 【請求項１８】 衝突する放射線を可視光線に変換する複合発光体スクリー
    ンであって、 ａ）平坦な表面を有する基板と、 ｂ）上記基板の表面に延在し、１０ミクロン以下の直径を有する多数のマイクロ
    チャネルと、 ｃ）各上記マイクロチャネルに配設されていて、放射線に暴露されると可視光線
    を発する多数の発光体と、 ｄ）所定のマイクロチャネルの発光体が異なる放射線エネルギーレベルに応じて
    光を発するように、上記所定のマイクロチャネルに衝突する少なくとも所定の周
    波数の放射線を減衰するように配設されている放射線減衰手段と、 を備えることを特徴とする複合発光体スクリーン。
  19. 【請求項１９】 請求項１８の複合発光体スクリーンであって、前記放射線
    減衰手段は、前記所定のマイクロチャネルの上部に配設されているコーティング
    を含むことを特徴とする複合発光体スクリーン。
  20. 【請求項２０】 請求項１８の複合発光体スクリーンであって、前記放射線
    減衰手段は、異なるマイクロチャネルの上部に配設されている異なる放射線減衰
    レベルを有するコーティングを備えることを特徴とする複合発光体スクリーン。
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