JP2011128034A

JP2011128034A - 放射線検出器およびシンチレータパネル

Info

Publication number: JP2011128034A
Application number: JP2009287245A
Authority: JP
Inventors: Atsuya Yoshida; 篤也吉田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2029-12-18
Also published as: JP5518457B2

Abstract

【課題】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の垂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１０において、テーパー部７における蛍光体層４の厚さ方向の中間位置に、蛍光体層４の面方向と平行に形成されている中間面８ａを備えた段部８を設けた。
【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、蛍光体層と基板との間の付着力が弱いという問題があった。

こ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。

また、蛍光体層を真空蒸着法で成膜すると、蛍光体層の断面端部にテーパー状の部分ができる。端部にテーパーが出来る原因は基板を固定する蒸着マスクの構造にある。

即ち、蒸着マスクに固定した基板に蛍光体を蒸着すると、本来、蒸着マスク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、実際は蒸着マスクの端部によって影が生じ、この影により蛍光体層の端部にテーパー角度の小さいテーパー部ができてしまう。

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）支持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、付着力が弱いという問題がある。

また、蛍光体層端部の剥がれの問題に対する検討のために、図８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。

しかも、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

更に、蛍光体層を放射線検出器の基板又はシンチレータパネルの支持基板に蒸着する場合の問題として、蛍光体層の膜厚が大きい程、剥がれ易い傾向がある。これは膜厚が３００μｍを超えると顕著になり、特に膜厚が５００μｍ以上になると、図８に示す構造の蛍光体層７７ではかなり注意深く取り扱わないと、蛍光体層７７の端部は剥がれてしまう。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、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垂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、前記テーパー部における前記蛍光体層の厚さ方向の中間位置に、段部を設けたことを特徴とする。

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垂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、前記テーパー部における前記蛍光体層の厚さ方向の中間位置に、段部を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、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。

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。図１の放射線検出器の製造方法の一部を示す断面図であり、（ａ）は蛍光体層の蒸着前の状態、（ｂ）は蒸着中の状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。図４のシンチレータパネルの製造方法の一部を示す断面図であり、（ａ）は蛍光体層の蒸着前の状態、（ｂ）は蒸着中の状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、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するため、テーパー部７における第一の傾斜面７ａの蛍光体層４の面方向からの傾斜角であるテーパー角度θ_１を４０度以上９０度以下になるようにすることが好ましい。

更に、この放射線検出器１０では、蛍光体層４のテーパー部７における厚さ方向の中間位置に、蛍光体層４の面方向に平行な中間面８ａを備えた段部８が設けられている。

ここで、例えば、蛍光体層４の膜厚を５００μｍ、テーパー部７の全体の幅を５００μｍ、中間面８ａの幅を１００μｍとすることができる。

なお、図１では、この中間面８ａを蛍光体層４の面方向と平行に形成しているが、傾斜していても良い。ただし、傾斜している場合は、中間面８ａの蛍光体層４の面方向からの傾斜角度を、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する必要がある。

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を製造するには、先ず、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２（ａ）に示される蒸着マスク６１の端部６１ａを所定の角度として蛍光体の蒸着を行って蛍光体層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、図２（ｂ）に示すように、端部６３ａを所定の角度とした蒸着マスク６３を追加して蛍光体の蒸着を行い中間面８ａを形成しつつ、段部８を設けた蛍光体層４を完成させる。

次に、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３の端部で必要に応じ図示しない接着層を設け防湿層６と基板３との封止を行う。

本実施の形態に係る放射線検出器１０によれば、蛍光体層４の厚さ方向の中間位置に中間面８ａを備えた段部８を設けることにより、基板３に付着している側の蛍光体層４の端部膜厚を実効的に薄くできるので、蛍光体層４が端部から欠落することを低減できる。

また、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度以上にしているので、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３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第二の傾斜面９ａを有する先端部９が形成されており、この第二の傾斜面９ａの蛍光体層４の面方向からの傾斜角度θ_２は、第一の傾斜面７ａの蛍光体層４の面方向からの傾斜角であるテーパー角度θ_１よりも小さい角度になるように形成されている。

また、第１の実施の形態と同様に、蛍光体層４の厚さ方向の中間位置に設けられた中間部８の中間面８ａは、蛍光体層４の面方向に平行に形成するだけでなく、傾斜していても良い。ただし、傾斜している場合は、中間面８ａの蛍光体層４の面方向からの傾斜角度を、蛍光体層４の厚み全体における平均のテーパー角度θ_３よりも小さい角度に形成する必要がある。

本実施の形態に係る放射線検出器２０によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏する他、先端部９の傾斜角度θ_２をテーパー部７のテーパー角度θ_１よりも小さい角度に形成することにより、さらに基板３の端部での蛍光体層４の付着力を強固なものにすることができる。

（第３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における第一の傾斜面３６ａの蛍光体層３４の面方向からの傾斜角であるテーパー角度θ_４を４０度以上９０度以下になるようにすることが好ましい。

更に、このシンチレータパネル３０では、蛍光体層３４のテーパー部３６における厚さ方向の中間位置に、水平方向に平坦な中間面３７ａを備えた中間部３７が設けられている。

なお、図４では、この中間面３７ａを蛍光体層３４の面方向に平行に形成しているが、傾斜していても良い。ただし、傾斜している場合は、中間面３７ａの蛍光体層３４の面方向からの傾斜角度を、テーパー部３６のテーパー角度θ_４よりも小さい角度に形成する必要がある。

本実施の形態に係るシンチレータパネル３０を製造するには、先ず、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を両面に貼り付けて支持基板３３を形成し、次いで、この支持基板３３上に、図５（ａ）に示される蒸着マスク６１の端部６１ａを所定の角度として蛍光体の蒸着を行って蛍光体層３４のテーパー部３６のテーパー角度θ_４を４０度以上に形成後、図５（ｂ）に示すように、端部６３ａを所定の角度とした蒸着マスク６３を追加して蛍光体の蒸着を行い中間面３７ａを形成しつつ、段部３７を設けた蛍光体層３４を完成させる。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。

本実施の形態に係るシンチレータパネル３０によれば、蛍光体層３４の厚さ方向の中間位置に中間面３７ａを備えた中間部３７を設けることにより、支持基板３３に付着している側の蛍光体層３４の端部膜厚を実効的に薄くできるので、蛍光体層３４が端部から欠落することを低減できる。

また、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_４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６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の両端において更に第二の傾斜面３８ａを有する先端部３８が形成されており、この第二の傾斜面３８ａの蛍光体層３４の面方向からの傾斜角度θ_５は、テーパー部３６のテーパー角度θ_４よりも小さい角度になるように形成されている。

また、第３の実施の形態と同様に、蛍光体層３４の厚さ方向の中間位置に設けられた中間部３７の中間面３７ａは、蛍光体層３４の面方向に平行に形成するだけでなく、傾斜していても良い。ただし、傾斜している場合は、中間面３７ａの蛍光体層３４の面方向からの傾斜角度を、蛍光体層３４の厚み全体における平均テーパー角度θ_６よりも小さい角度に形成する必要がある。

本実施の形態に係るシンチレータパネル４０によれば、第３の実施の形態と同様の効果を奏する他、先端部３８の傾斜角度θ_５をテーパー部３６のテーパー角度θ_４よりも小さい角度に形成することにより、さらに支持基板３３の端部での蛍光体層３４の付着力を強固なものにすることができる。

（第５の実施の形態）
図７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、図１に示す構造の基板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・・・段部
８ａ・・・中間面
９・・・先端部
９ａ・・・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・・・炭素繊維強化プラスチック
３２・・・樹脂反射シート
３３・・・支持基板
３４・・・蛍光体層
３５・・・防湿膜
３６・・・テーパー部
３６ａ・・・第一の傾斜面
３７・・・中間部
３７ａ・・・中間面
３８・・・先端部
３８ａ・・・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
６３ａ・・・端部
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

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垂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、
前記テーパー部における前記蛍光体層の厚さ方向の中間位置に、段部を設けたことを特徴とする放射線検出器。
前記段部は、前記蛍光体層の面方向と平行に形成されている中間面を備えていることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
前記段部は、前記蛍光体層の面方向に対して傾斜した中間面を備えており、前記中間面の前記面方向からの傾斜角度は、前記第一の傾斜面の前記面方向からの傾斜角であるテーパー角度よりも小さい角度になるよう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。
前記蛍光体層の垂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、前記第二の傾斜面の前記蛍光体層の前記面方向からの傾斜角度は、前記第一の傾斜面の前記面方向からの傾斜角であるテーパー角度よりも小さい角度になるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の放射線検出器。
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垂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、
前記テーパー部における前記蛍光体層の厚さ方向の中間位置に、段部を設けたことを特徴とするシンチレータパネル。
前記段部は、前記蛍光体層の面方向と平行に形成されている中間面を備えていることを特徴とする請求項５記載のシンチレータパネル。
前記段部は、前記蛍光体層の面方向に対して傾斜した中間面を備えており、前記中間面の前記面方向からの傾斜角度は、前記第一の傾斜面の前記面方向からの傾斜角であるテーパー角度よりも小さい角度になるように形成されていることを特徴とする請求項５記載のシンチレータパネル。
前記蛍光体層の垂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、前記第二の傾斜面の前記蛍光体層の前記面方向からの傾斜角度は、前記第一の傾斜面の前記面方向からの傾斜角であるテーパー角度よりも小さい角度になるように形成されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項記載のシンチレータパネル。
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５乃至８のいずれか１項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。