JP2011128031A - 放射線検出器及びシンチレータパネル - Google Patents

Abstract

【課題】アクティブエリア全面に渡って蛍光体層の膜厚が均一で得られる画像感度の均一性が高く、かつ蛍光体層の端部が欠落しにくい放射線検出器を提供する。
【解決手段】光電変換素子１が複数並んだアクティブエリア２を有する基板３のアクティブエリア２上に蛍光体層４が設けられ、かつ蛍光体層４の鉛直方向断面の両端に第一の傾斜面７ａが形成されたテーパー部７を有する放射線検出器において、第一の傾斜面７ａと基板３の最表面との間の蛍光体層４の断面角度であるテーパー角度θ_１を４０度以上９０度以下とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射Ｘ線を可視光に変換する蛍光体層を有する放射線検出器及びシンチレータパネルに関する。

医療用、歯科用もしくは工業用非破壊検査などに用いられる放射線検出器は、コンピューテッド・ラジオロジー(以下、ＣＲ)や平面検出器(以下、ＦＰＤ)のように、入射Ｘ線を蛍光体層で可視光に変換する方式が主流である。

ＦＰＤには、光電変換素子を有するセンサの該光電変換素子上に蛍光体層を直接形成する形態や、センサの光電変換素子上に蛍光体層を有するシンチレータパネルを貼り合わせる形態がある。

光電変換素子を有するセンサの上に直接蛍光体層を形成した放射線検出器は、例えば、特許文献１に開示されている。

この放射線検出器は、光電変換素子を有する基板の上にシンチレータ層を蒸着し、その上に有機ペーストに反射材を分散させた反射層を塗布形成し、更に防湿体を被せて防湿体端部を接着層で封止したものである。

しかしながら、このような放射線検出器では、蛍光体層を蒸着法で成膜する場合に、（１）蛍光体層と基板との間の付着力が弱い、（２）蛍光体層の断面端部において基板とのなす角度が小さいテーパーの部分ができる、という問題があった。

（１）の付着力が弱いという問題の原因は、蒸着膜と基板との間の付着力が分子間力のみであることと、基板と蛍光体層との熱膨張係数の相違に起因していること、が考えられる。これらは、基板母体（通常液晶ガラス）の材質、最表面の材質を選択することにより、ある程度緩和することは可能であるが、根本的な解決は難しい。

（２）の蛍光体層の断面端部に基板とのなす角度が小さいテーパーの部分ができるという問題では、そのテーパー部分がアクティブエリア（光電変換素子が面方向に整列し、対応する部分の画像を診断画像として使用する部分）に差し掛かってしまい、結果として、放射線検出器から得られる画像の最周辺部の感度が暗く、全体として不均一な画像となってしまう可能性が高い。このようなテーパーができる原因は、真空蒸着をするために基板を固定する蒸着マスクの構造に依存していると考えられる。

蛍光体層を蒸着する際に使用する蒸着マスクの構造と蛍光体層の端部のテーパーとの関係を図６により説明する。

図６（ａ）において、蒸着マスク６１に固定した基板６３に図中下方から蛍光体を蒸着すると、本来、蒸着マスク６１にマスクされない部分全面に均一に蛍光体層が成膜されることが期待されるが、実際は蒸着マスク６１の端部６１ａによって影が生じる。この影により、図６（ｂ）に示すように、蛍光体層６５の端部にテーパー部６５ａができてしまう。更に、蒸着中に冶具に付着してしまう付着蛍光体６７によっても、影の影響は大きくなり、テーパー部６５ａの表面と基板６３の表面とのなす角度はより小さくなる。

他方、光電変換素子の上に直接蛍光体層を形成しない形態のシンチレータパネルは、例えば、特許文献２に記載されている。

このシンチレータパネルは、樹脂シートに気泡やＴｉＯ_２を分散させたシートをＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）基板の両面に接着し、その上に蛍光体層を設け、さらに防湿層で蛍光体層の全面を覆って形成されている。防湿層と上記シートは、蛍光体層の周辺部で密着しており、これが防湿層の封止構造となっている。

しかしながら、このような構造の場合も、上述の光電変換素子の上に直接形成した放射線検出器の場合と状況は似ており、付着力の問題とテーパー部の発生に伴う画像の不均一性の問題がある。

テーパー部発生の原因の検討のために、図７に示すような構造の蒸着マスク７１を用い、ＣＦＲＰからなる基板６３と蒸着マスク７１とを同一面上に並べて、図示しないアクティブエリアの制約が少ない部分で固定した状態で蛍光体層７７を蒸着した。この場合には、蒸着マスク７１及びこれに付着した付着蛍光体７５は基板６３へと飛来する蛍光体蒸気に対して影を作らず、基板６３のほぼ全面に均一な膜厚の蛍光体層７７を形成することができる。（ただし、厳密には蛍光体層７７の端部に僅かなテーパーは認められる。）
しかし、この蛍光体層７７においても、基板６３として炭素繊維束を積層した板を所望のサイズに切断したものであるため端部にささくれが生じ、そのささくれを基点として蛍光体層７７の端部に多数の蛍光体からなる突起物７９が発生してしまう。

また、この場合は、蛍光体層７７のテーパーがあまりにも急峻であるため、シンチレータパネル製造工程のハンドリングで蛍光体層の端部が欠落する部分が発生するという不都合がある。

特開２００９−１２８０２３号公報 国際公開ＷＯ２００８−１１７８２１号公報

また、シンチレータパネル特有の問題として、蛍光体層の上面側にセンサが配置される構造上、防湿層は光を通す必要がある。特に、光電変換素子をシンチレータパネルに密着させる場合、防湿層を薄くしないと画像がぼけるので、特許文献２に記載されるように、ポリパラキシリレンのＣＶＤ膜を成膜した構造が選択される。ポリパラキシリレンのＣＶＤ膜は厚さ１５μｍ程度でも防湿効果が十分にあり、かつ、蛍光体層からの発光の透過率が高く、膜厚が薄い効果で光電変換素子面に貼り合せても画像がにじむことは少ない。

このポリパラキシリレンのＣＶＤ膜は前述のＣｓＩ蒸着膜よりもさらに付着力が弱い場合が多かったが、基板の最表面のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を母体とするシートを選択することにより、密着性が飛躍的に向上し、蛍光体層端部での防湿性能は向上する。

しかしながら、このようなシンチレータパネルは、基板の最周辺部に蛍光体層が付着していないエリアを設けることが必須であり、前述の蛍光体層のテーパー部の発生と併せると、アクティブエリアに対してかなり大きい支持基板を準備する必要があった。

支持基板が大きいシンチレータパネルを用いて光電変換素子を有するセンサ面に貼ろうとすると、センサ面の端部にあるボンディング部などの突起部と干渉し、正常に設置できないことがある。特に光電変換素子がＣＭＯＳを使用した場合その傾向は顕著である。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、アクティブエリア全面に渡って蛍光体層の膜厚が均一で得られる画像感度の均一性が高く、かつ蛍光体層の端部が欠落しにくい放射線検出器及びシンチレータパネル、及び支持基板の寸法を低減できセンサ面の端部にあるボンディング部などの突起部と干渉しにくいシンチレータパネルを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の放射線検出器は、光電変換素子が複数並んだアクティブエリアを有する基板の前記アクティブエリア上に蛍光体層が設けられ、かつ前記蛍光体層の鉛直方向断面の両端に第一の傾斜面が形成されたテーパー部を有する放射線検出器において、前記第一の傾斜面と前記基板の最表面との間の前記蛍光体層の断面角度であるテーパー角度θ_１が４０度以上９０度以下であることを特徴とする。

また、本発明のシンチレータパネルは、放射線を透過する支持基板の一方の面上に蛍光体層が設けられ、かつ前記蛍光体層の鉛直方向断面の両端に第一の傾斜面が形成されたテーパー部を有するシンチレータパネルにおいて、前記第一の傾斜面と前記支持基板の最表面との間の前記蛍光体層の断面角度であるテーパー角度θ_３が４０度以上９０度以下であることを特徴とする。

本発明によれば、アクティブエリア全面に渡って蛍光体層の膜厚が均一で得られる画像感度の均一性が高く、かつ蛍光体層の端部が欠落しにくい放射線検出器及びシンチレータパネルを提供することができる。

また、本発明によれば、支持基板の寸法を低減でき、センサ面の端部にあるボンディング部などの突起部と干渉しにくいシンチレータパネルを提供することができる。

本発明に係る放射線検出器の第１の実施の形態を示す断面図である。 本発明に係る放射線検出器の第２の実施の形態を示す断面図である。 本発明に係るシンチレータパネルの第１の実施の形態を示す断面図である。 本発明に係るシンチレータパネルの第２の実施の形態を示す断面図である。 本発明に係る放射線検出器の第３の実施の形態を示す断面図である。 蛍光体層を蒸着する際に用いる蒸着マスクの構造と蛍光体層の端部のテーパーとの関係を説明する概略図であり、（ａ）は蒸着前、（ｂ）は蒸着後の状態を示す断面図である。 蛍光体層を蒸着する際に用いる別の蒸着マスクの構造と蛍光体層の端部のテーパーとの関係を説明する概略図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る放射線検出器の第１の実施の形態を示す断面図である。

この放射線検出器１０は、光電変換素子１が複数並んだアクティブエリア２を有する基板３上に蛍光体層４が直接形成され、この蛍光体層４上に、順に反射層５、防湿層６が積層されている。また、基板３の端部で図示しない接着層により防湿層６と基板３とが封止されている。

また、蛍光体層４の両端においては、テーパー部７が形成されているが、テーパー部７における第一の傾斜面７ａと基板３の最表面との間の蛍光体層４の断面角度であるテーパー角度θ_１が４０度以上９０度以下になるようにすることで、アクティブエリア２の全領域を蛍光体層４がほぼ均一な厚みで覆うように形成されている。

ここで、蛍光体層４の膜厚を５００μｍ、テーパー角度θ_１を４０度としたとき、テーパー部７の幅は約６００μｍとなる。

上記の光電変換素子１が複数並んだアクティブエリア２を有する基板３としては、液晶ガラス上にホトダイオード光検出素子をマトリックス上に並べ、各素子の信号をＴＦＴスイッチング素子で列ごとに読み出すものや、ＣＭＯＳ、ＣＣＤが挙げられる。特に、ＣＭＯＳは、基板の大きさに対して光電変換素子が並んだアクティブエリアの部分の比が大きいため、好適に用いることができる。

また、蛍光体層４としては、ＣｓＩ、ＣｓＩ／Ｔｌ、ＣｓＩ／Ｎａ、ＣｓＢｒ／Ｅｕのような真空蒸着法で作られ、感度特性が大きいものが有用である。

反射層５は、一旦、防湿層６の方向に向かった発光光を蛍光体層４に戻す機能があるので、蛍光体層４の感度を向上させる機能を有している。反射層５としては、ＴｉＯ_２などの光散乱性物質とバインダ樹脂とから成る拡散反射性の反射層を塗布形成したものなどを用いることができる。

更に、防湿層６としては、例えば、ＡＬ合金箔（Ａ１Ｎ３０−Ｏ材）を、周辺部に鍔部を持つ構造にプレス成型してハット状に形成したものを使用することができる。

このような構造の放射線検出器１０に対して、Ｘ線源から被写体を通して入射してきたＸ線は、蛍光体層４で可視光に変換される。代表としてＸ線フォトンを使って説明すると、フォトンは蛍光体層４内の発光点で可視光に変換される。発光点から光は、入射フォトンのベクトルとは全く無関係に八方に発散する。一方、蛍光体層４としてＣｓＩを用いた場合、蛍光体層４はピラー構造をしているので、ピラー間の隙間とＣｓＩ（ＣｓＩの屈折率＝１．８）との屈折率の差により、ある割合の発光フォトンは、ピラー内を通って、光電変換素子１に到達する。隣のピラー以遠に発散した光も、多くのピラー間の光学的界面を横切って発散する確率は低いはずであり、ある界面に差し掛かると、やはりそのピラー内に閉じ込められ、光電変換素子１に到達する。

以上のような作用により、ピラー構造とした蛍光体層４は、それほど発光を滲ませることがなく、発光を光電変換素子１に伝達することができ、比較的解像度特性が高いＦＰＤを得ることができる。

本実施の形態に係る放射線検出器１０は、光電変換素子１が複数並んだアクティブエリア２を有する基板３上に、図６に示される蒸着マスク６１の端部６１ａの角度を適宜変更して蛍光体の蒸着を行い蛍光体層４のテーパー部７のテーパー角度θ_１を４０度以上に形成後、その蛍光体層４上に反射層５、防湿層６を順次積層させ、さらに基板1の端部で必要に応じ図示しない接着層を設け防湿層４と基板１との封止を行うことにより製造できる。

本実施の形態に係る放射線検出器１０によれば、光電変換素子１を有する基板３上に設けられた蛍光体層４のテーパー部７のテーパー角度θ_１を４０度以上にすることにより、アクティブエリア２の蛍光体層４の膜厚がほぼ均一な蛍光体層を形成することができる。これより、画像の最周辺部においても感度が良好となり、全体として均一な画像を得ることができる。

（第２の実施の形態）
図２は、本発明に係る放射線検出器の第２の実施の形態を示す断面図である。なお、第１の実施の形態と同一の構成部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態の放射線検出器２０では、蛍光体層４の両端において更に先端部８が形成されており、この先端部８の第二の傾斜面８ａと基板３の最表面との間の蛍光体層４の断面角度である傾斜角度θ_２がテーパー部７のテーパー角度θ_１よりも小さい角度に形成されている。

ここで、蛍光体層４の膜厚を３０μｍとしたとき、先端部８の幅は約１００μｍとされる。

これより、第１の実施の形態と同様の効果を奏する他、更に蛍光体層４の端部剥がれを防止することができる。

よって、本実施の形態の放射線検出器２０によれば、蛍光体層４の端部剥がれの防止と、アクティブエリア２全面に渡って蛍光体層４の膜厚均一性を両立することができる。

（第３の実施の形態）
図３は、本発明に係るシンチレータパネルの第１の実施の形態を示す断面図である。

このシンチレータパネル３０では、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）３１の両面に樹脂製反射シート３２が貼付けされた支持基板３３の一面に蛍光体層３４を設け、さらに、蛍光体層３４全面を覆うように防湿層３５が形成されている。

ここで、蛍光体層３４の両端において設けられているテーパー部３６の第一の傾斜面３６ａと支持基板３３の最表面との間の蛍光体層３４の断面角度であるテーパー角度θ_３が４０度以上９０度以下になるように形成されている。

本実施の形態のシンチレータパネル３０は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）３１の両面に樹脂製反射シート３２を両面に貼り、支持基板３３を形成し、次いで、図６に示される蒸着マスク６１の端部６１ａの角度を適宜変更して支持基板３３の一面に蛍光体層の蒸着を行い蛍光体層３４のテーパー部３６のテーパー角度θ_３を４０度以上に形成後、さらに、蛍光体層３４全面を覆うように防湿層３５を形成することにより製造することができる。

本実施の形態に係るシンチレータパネル３０では、支持基板３３上に設けられた蛍光体層３４のテーパー部３６のテーパー角度θ_３を４０度以上にすることにより、後述する第５の実施の形態からも明らかなように、アクティブエリア２上に膜厚がほぼ均一な蛍光体層３４を形成することができる。これより、画像の最周辺部においても感度が良好であり、全体として均一な画像が得られる放射線検出器を製造することができる。

（第４の実施の形態）
図４は、本発明に係るシンチレータパネルの第２の実施の形態を示す断面図である。なお、第３の実施の形態と同一の構成部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態のシンチレータパネル４０では、蛍光体層３４の両端において先端部３７の第二の傾斜面３７ａと支持基板３３の最表面との間の蛍光体層３４の断面角度である傾斜角度θ_４がテーパー部３６のテーパー角度θ_３よりも小さい角度に形成されている。

これより、第３の実施の形態と同様の効果を奏する他、更に蛍光体層３４の端部剥がれの防止を防止することができる。

よって、本実施の形態のシンチレータパネル４０によれば、蛍光体層３４の端部剥がれの防止と、アクティブエリア２全面に渡って蛍光体層３４の膜厚均一性を両立することができる。

（第５の実施の形態）
図５は、本発明に係る放射線検出器の第３の実施の形態を示す断面図である。

この放射線検出器５０は、第３の実施の形態のシンチレータパネル３０を基板３のアクティブエリア２側に貼り合わせて形成されている。

この放射線検出器５０では、基板３上のアクティブエリア２を包含するように蛍光体層３４の膜厚が均一なエリアが密着している。

また、シンチレータパネル３０の支持基板３３の寸法を小さくできるので、シンチレータパネル３０は基板３の端部にあるボンディング部などの突起部４３と干渉することがない。

１・・・光電変換素子
２・・・アクティブエリア
３・・・基板
４・・・蛍光体層
５・・・反射層
６・・・防湿層
７・・・テーパー部
７ａ・・・第一の傾斜面
８・・・先端部
８ａ・・・第二の傾斜面
１０・・・放射線検出器
２０・・・放射線検出器
３０・・・シンチレータパネル
３１・・・支持基板
３２・・・樹脂反射シート
３３・・・ＣＦＲＰ
３４・・・蛍光体層
３５・・・防湿膜
３６・・・テーパー部
３６ａ・・・第一の傾斜面
３７・・・先端部
３７ａ・・・第二の傾斜面
４０・・・シンチレータパネル
４３・・・突起部
５０・・・放射線検出器
６１・・・蒸着マスク
６１ａ・・・端部
６３・・・基板
６５・・・蛍光体層
６５ａ・・・テーパー部
６７・・・付着蛍光体
７１・・・基板
７５・・・付着蛍光体
７７・・・蛍光体層
７９・・・突起物

Claims (5)

1. 光電変換素子が複数並んだアクティブエリアを有する基板の前記アクティブエリア上に蛍光体層が設けられ、かつ前記蛍光体層の鉛直方向断面の両端に第一の傾斜面が形成されたテーパー部を有する放射線検出器において、
   前記第一の傾斜面と前記基板の最表面との間の前記蛍光体層の断面角度であるテーパー角度θ_１が４０度以上９０度以下であることを特徴とする放射線検出器。
2. 前記蛍光体層の鉛直方向断面の両端に、更に、第二の傾斜面が形成された先端部が設けられ、前記第二の傾斜面と前記基板の最表面との間の前記蛍光体層の断面角度である傾斜角度θ_２が前記テーパー角度θ_１よりも小さい角度に形成されていることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
3. 放射線を透過する支持基板の一方の面上に蛍光体層が設けられ、かつ前記蛍光体層の鉛直方向断面の両端に第一の傾斜面が形成されたテーパー部を有するシンチレータパネルにおいて、
   前記第一の傾斜面と前記支持基板の最表面との間の前記蛍光体層の断面角度であるテーパー角度θ_３が４０度以上９０度以下であることを特徴とするシンチレータパネル。
4. 前記蛍光体層の鉛直方向断面の両端に、更に、第二の傾斜面が形成された先端部が設けられ、前記第二の傾斜面と前記支持基板の最表面との間の前記蛍光体層の断面角度である傾斜角度θ_４が前記テーパー角度θ_３よりも小さい角度に形成されていることを特徴とする請求項３記載のシンチレータパネル。
5. 光電変換素子が複数並んだアクティブエリアを有する基板の前記アクティブエリア上に、請求項３又は４記載のシンチレータパネルを貼り合わせたことを特徴とする放射線検出器。

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