JP2015038461A - Scintillator panel and manufacturing method thereof - Google Patents

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弘 堀内
會田 博之
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篤也 吉田
Atsuya Yoshida
篤也 吉田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scintillator panel capable of improving reliability and total characteristics including an afterimage characteristic on a scintillator layer.SOLUTION: A scintillator panel 10 includes: a support substrate 11 which transmits X-ray 16; and a scintillator layer 13 which is in contact with the support substrate 11 to convert the X-ray 16 coming from the outside into light. The scintillator layer 13 is a fluorescent body which contains CsI as a halogenide and Tl as an activator. The density of the activator in the fluorescent body is 1.6 mass%-2.0 mass%; and the density distribution of the activator in the plane in a thickness direction is ±15% or less.

Description

本発明の実施形態は、放射線を光に変換するシンチレータパネルおよびその製造方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a scintillator panel that converts radiation into light and a method for manufacturing the scintillator panel.

新世代のX線診断用画像検出器として、アクティブマトリクスや、CCDおよびCMOS等の固体撮像素子を用いた平面形の放射線検出器であるX線検出器が注目を集めている。このX線検出器にX線を照射することにより、X線撮影像またはリアルタイムのX線画像がデジタル信号として出力される。   As a new-generation X-ray diagnostic image detector, an X-ray detector, which is a planar radiation detector using an active matrix or a solid-state imaging device such as a CCD and a CMOS, has attracted attention. By irradiating the X-ray detector with X-rays, an X-ray image or a real-time X-ray image is output as a digital signal.

X線検出器は、放射線を光に変換するシンチレータ層を有するシンチレータパネル、およびこのシンチレータパネルによって変換された光を電気信号に変換する光電変換基板を備えている。そして、入射X線によりシンチレータ層で変換された光が光電変換基板に到達することで電荷に変換され、この電荷が出力信号として読み出され、所定の信号処理回路等にてデジタル画像信号に変換される。   The X-ray detector includes a scintillator panel having a scintillator layer that converts radiation into light, and a photoelectric conversion substrate that converts light converted by the scintillator panel into an electrical signal. The light converted in the scintillator layer by incident X-rays reaches the photoelectric conversion substrate and is converted into electric charge. This electric charge is read out as an output signal and converted into a digital image signal by a predetermined signal processing circuit or the like. Is done.

また、シンチレータ層にハロゲン化物であるCsIを用いた場合は、CsI単体では、入射X線を可視光に変換することができないことから、一般的な蛍光体と同様に入射X線に対する光の励起を活性化させるため、賦活剤を含有させている。   In addition, when CsI, which is a halide, is used for the scintillator layer, since CsI alone cannot convert incident X-rays into visible light, excitation of light with respect to incident X-rays is performed in the same manner as general phosphors. An activator is contained in order to activate.

X線検出器においては、光電変換基板の受光感度のピーク波長が可視光領域の400nm〜700nm付近に存在することから、シンチレータ層にCsIを用いた場合は、入射X線により励起された光の波長が550nm付近となるTlが賦活剤として用いられている。   In the X-ray detector, since the peak wavelength of the light receiving sensitivity of the photoelectric conversion substrate exists in the visible light region of 400 nm to 700 nm, when CsI is used for the scintillator layer, the light excited by the incident X-rays Tl having a wavelength of around 550 nm is used as an activator.

シンチレータ層がハロゲン化物であるCsIにTlを賦活剤として含有する蛍光体である場合、一般的な賦活剤を含有する蛍光体と同様に、シンチレータ層の特性が賦活剤であるTlの濃度および濃度分布に大きな影響を受けることとなる。   When the scintillator layer is a phosphor containing Tl as an activator in CsI, which is a halide, the concentration and concentration of the activator Tl is similar to that of a phosphor containing a general activator. It will be greatly affected by the distribution.

賦活剤を含有するシンチレータ層を有するシンチレータパネルにおいて、賦活剤の濃度および濃度分布が適正化されていない場合は、シンチレータ層の特性劣化を招くこととなり、シンチレータ層の発光特性に関連する感度(発光効率)および残像{n回目のX線画像に(n−1)回目以前のX線画像の被写体像が残留する現象}に影響が生じることとなる。   In a scintillator panel having a scintillator layer containing an activator, if the concentration and concentration distribution of the activator are not optimized, the characteristics of the scintillator layer will be deteriorated, and the sensitivity related to the light emission characteristics of the scintillator layer (light emission) Efficiency) and afterimage (a phenomenon in which the subject image of the X-ray image before the (n-1) -th X-ray image remains in the n-th X-ray image).

例えば、X線画像を用いた診断においては、被写体により撮影条件が大きく異なるため{入射X線の線量:0.0087mGy〜0.87mGy程度(部位によりX線透過率が異なるため)}、(n−1)回目のX線画像とn回目のX線画像の入射X線の線量に大きな差異が生じることがあり、(n−1)回目とn回目のX線画像の入射X線の線量差が(n−1)>nの場合、(n−1)回目のX線画像の非被写体部のシンチレータ層の発光特性が、入射X線の大きなエネルギーにより変化し、n回目のX線画像にまで、影響が残留することによって、残像が生じることとなる。   For example, in diagnosis using an X-ray image, the imaging conditions vary greatly depending on the subject {incident X-ray dose: approximately 0.0087 mGy to 0.87 mGy (since X-ray transmittance varies depending on the region)}, (n -1) There may be a large difference in the dose of incident X-rays between the X-ray image and the n-th X-ray image, and the dose difference between incident X-rays between the (n-1) -th and n-th X-ray images. Is (n-1)> n, the light emission characteristic of the scintillator layer in the non-subject portion of the (n-1) th X-ray image is changed by the large energy of incident X-rays, and the nth X-ray image Up to this, an afterimage occurs due to the remaining effect.

この残像特性は、X線画像を用いた診断においては、他のシンチレータ層の特性である感度(発光効率)や解像度(MTF)に比べても重要な特性となっている。   This afterimage characteristic is an important characteristic in diagnosis using an X-ray image as compared with sensitivity (light emission efficiency) and resolution (MTF) which are characteristics of other scintillator layers.

従来、感度(発光効率)や解像度(MTF)の向上を目的として、シンチレータ層の賦活剤の濃度や濃度分布を規定しようとした提案がある。   Conventionally, for the purpose of improving sensitivity (luminous efficiency) and resolution (MTF), there has been a proposal to define the concentration and concentration distribution of the activator of the scintillator layer.

特開2007−232636号公報JP 2007-232636 A

従来、シンチレータ層の特性向上については感度(発光効率)や解像度(MTF)に関するものが多く、残像特性も含めた総合的な特性向上に関するものは少なかった。   Conventionally, many improvements in the characteristics of the scintillator layer are related to sensitivity (light emission efficiency) and resolution (MTF), and few are related to an improvement in overall characteristics including afterimage characteristics.

本発明が解決しようとする課題は、シンチレータ層の残像特性も含めた総合的な特性の改善と信頼性の向上ができるシンチレータパネルおよびその製造方法を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a scintillator panel capable of improving the overall characteristics including the afterimage characteristics of the scintillator layer and improving the reliability, and a method for manufacturing the scintillator panel.

本実施形態のシンチレータパネルは、放射線を透過する支持基板と、支持基板に接して外部から入射した放射線を光に変換するシンチレータ層とを具備し、シンチレータ層は、ハロゲン化物であるCsIにTlを賦活剤として含有する蛍光体であり、蛍光体中の賦活剤の濃度が1.6mass%〜2.0mass%でかつ面内方向および膜厚方向の賦活剤の濃度分布が±15%以内である。   The scintillator panel of this embodiment includes a support substrate that transmits radiation, and a scintillator layer that contacts the support substrate and converts radiation incident from the outside into light, and the scintillator layer has Ts on CsI that is a halide. A phosphor contained as an activator, and the concentration of the activator in the phosphor is 1.6 mass% to 2.0 mass%, and the concentration distribution of the activator in the in-plane direction and the film thickness direction is within ± 15%. .

一実施形態を示すシンチレータパネルの第1の構造例の断面図である。It is sectional drawing of the 1st structural example of the scintillator panel which shows one Embodiment. 同上シンチレータパネルの第2の構造例の断面図である。It is sectional drawing of the 2nd structural example of a scintillator panel same as the above. 同上シンチレータパネルの第3の構造例の断面図である。It is sectional drawing of the 3rd structural example of a scintillator panel same as the above. 同上シンチレータパネルの第4の構造例の断面図である。It is sectional drawing of the 4th structural example of a scintillator panel same as the above. 同上シンチレータパネルを用いた撮影装置の断面図である。It is sectional drawing of the imaging device using a scintillator panel same as the above. 同上シンチレータパネルのシンチレータ層のTl濃度と感度比との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with Tl density | concentration of the scintillator layer of a scintillator panel same as the above, and a sensitivity ratio. 同上シンチレータ層のTl濃度とMTF比との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with Tl density | concentration of a scintillator layer same as the above, and MTF ratio. 同上シンチレータ層のTl濃度と残像比との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with Tl density | concentration and a residual image ratio of a scintillator layer same as the above. 同上シンチレータ層の積層周期と感度比との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with the lamination period of a scintillator layer, and a sensitivity ratio same as the above. 同上シンチレータ層の積層周期とMTF比との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with the lamination period of a scintillator layer, and MTF ratio same as the above. 同上シンチレータ層の積層周期と残像比との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with the lamination period of a scintillator layer, and an afterimage ratio same as the above. 同上シンチレータ層の形成方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the formation method of a scintillator layer same as the above. 同上シンチレータパネルを用いて特定の撮影条件下にて撮影したX線画像であり、(a)はTl濃度:0.1mass%の場合のX線画像、(b)はTl濃度:1.0mass%の場合のX線画像、(c)はTl濃度:1.2mass%の場合のX線画像、(d)はTl濃度:1.6mass%の場合のX線画像、(e)はTl濃度:2.0mass%の場合のX線画像である。It is an X-ray image image | photographed on specific imaging conditions using the scintillator panel same as the above, (a) is an X-ray image in case of Tl density | concentration: 0.1 mass%, (b) is Tl density | concentration: 1.0 mass%. (C) is an X-ray image when Tl concentration is 1.2 mass%, (d) is an X-ray image when Tl concentration is 1.6 mass%, and (e) is Tl concentration: It is an X-ray image in the case of 2.0 mass%. 同上シンチレータパネルにおいてTl濃度:0.1mass%、1.0mass%、1.2mass%、1.6mass%、2.0mass%での各特性を示す表である。It is a table | surface which shows each characteristic in Tl density | concentration: 0.1 mass%, 1.0 mass%, 1.2 mass%, 1.6 mass%, and 2.0 mass% in a scintillator panel same as the above.

以下、一実施形態を、図1ないし図14を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 14.

図1ないし図4にはシンチレータパネル10の基本構成について第1ないし第4の構造例を示す。   1 to 4 show first to fourth structural examples of the basic configuration of the scintillator panel 10.

まず、図1を参照して、シンチレータパネル10の第1の構造例を説明する。シンチレータパネル10は、放射線としてのX線を透過する支持基板11を有し、この支持基板11上に光を反射する反射層12が形成され、この反射層12上に放射線を可視光に変換するシンチレータ層13が形成され、このシンチレータ層13上にシンチレータ層13を密閉する保護層14が積層されて形成されている。   First, a first structural example of the scintillator panel 10 will be described with reference to FIG. The scintillator panel 10 includes a support substrate 11 that transmits X-rays as radiation. A reflection layer 12 that reflects light is formed on the support substrate 11, and the radiation is converted into visible light on the reflection layer 12. A scintillator layer 13 is formed, and a protective layer 14 that seals the scintillator layer 13 is laminated on the scintillator layer 13.

支持基板11は、遷移金属元素よりも軽元素を主成分とし、X線の透過率がよい物質から構成されている。   The support substrate 11 is made of a substance that has a light element as a main component rather than a transition metal element and has a good X-ray transmittance.

反射層12は、反射率の高いAl、Ni、Cu、Pd、Ag等の金属材料が用いられ、シンチレータ層13で発生した光を支持基板11とは反対方向へ反射させて光利用効率を高める。   The reflective layer 12 is made of a highly reflective metal material such as Al, Ni, Cu, Pd, or Ag, and reflects the light generated in the scintillator layer 13 in the opposite direction to the support substrate 11 to increase the light utilization efficiency. .

シンチレータ層13は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法等の気相成長法で、高輝度蛍光物質であるヨウ化セシウム(CsI)等のハロゲン化合物やガドリニウム硫酸化物(GOS)等の酸化物系化合物等の蛍光体を、支持基板11上に柱状に堆積させて成膜されている。そして、シンチレータ層13は、支持基板11の面方向に複数の短冊状の柱状結晶13aが形成された柱状結晶構造に形成されている。   The scintillator layer 13 is formed by a vapor deposition method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or a CVD method, for example, a halogen compound such as cesium iodide (CsI), which is a high-intensity fluorescent material, or an oxide such as gadolinium sulfate (GOS). A phosphor such as a system compound is deposited on the support substrate 11 in a columnar shape to form a film. The scintillator layer 13 is formed in a columnar crystal structure in which a plurality of strip-shaped columnar crystals 13a are formed in the surface direction of the support substrate 11.

そして、このように構成されたシンチレータパネル10において、支持基板11側からシンチレータ層13へと入射した放射線としてのX線16がこのシンチレータ層13の柱状結晶13aにて可視光17に変換され、支持基板11とは反対側のシンチレータ層13の表面(保護層14の表面)から可視光17が出射する。   Then, in the scintillator panel 10 configured in this way, X-rays 16 as radiation incident on the scintillator layer 13 from the support substrate 11 side are converted into visible light 17 by the columnar crystals 13a of the scintillator layer 13, and supported. Visible light 17 is emitted from the surface of the scintillator layer 13 opposite to the substrate 11 (the surface of the protective layer 14).

また、図2にシンチレータパネル10の第2の構造例を示す。図1に示したシンチレータパネル10の第1の構造例において、反射層12を備えていないだけで、他の構成は同様である。   FIG. 2 shows a second structural example of the scintillator panel 10. The first structure example of the scintillator panel 10 shown in FIG. 1 is the same as the other structure except that the reflective layer 12 is not provided.

また、図3にシンチレータパネル10の第3の構造例を示す。図1に示したシンチレータパネル10の第1の構造例において、シンチレータ層13が柱状結晶13aをなしていないだけで、他の構成は同様である。   FIG. 3 shows a third structural example of the scintillator panel 10. In the first structural example of the scintillator panel 10 shown in FIG. 1, the scintillator layer 13 does not form the columnar crystal 13a, and the other configurations are the same.

また、図4にシンチレータパネル10の第4の構造例を示す。図2に示したシンチレータパネル10の第2の構造例において、シンチレータ層13が柱状結晶13aをなしていないだけで、他の構成は同様である。   FIG. 4 shows a fourth structural example of the scintillator panel 10. In the second structural example of the scintillator panel 10 shown in FIG. 2, the other structures are the same except that the scintillator layer 13 does not form the columnar crystal 13a.

また、図5にはシンチレータパネル10を用いた例えばCCD−DR方式の撮影装置20を示す。撮影装置20は、筐体21を有し、この筐体21の一端にシンチレータパネル10が設置され、筐体21の内部に鏡面の反射板22および光学レンズ23が設置され、筐体21の他端に例えばCCD等の受光素子24が設置されている。そして、X線発生源(X線管)25から放射されたX線16がシンチレータパネル10に入射し、シンチレータ層13で変換した可視光17がシンチレータ層13の表面から出射される。このシンチレータ層13の表面にX線像が映し出され、このX線像を反射板22で反射するとともに光学レンズ23で集光して受光素子24に照射し、受光素子24でX線像を電気信号に変換して出力する。   FIG. 5 shows a CCD-DR type photographing apparatus 20 using the scintillator panel 10. The imaging device 20 has a housing 21, the scintillator panel 10 is installed at one end of the housing 21, a mirror-like reflector 22 and an optical lens 23 are installed inside the housing 21, A light receiving element 24 such as a CCD is installed at the end. X-rays 16 emitted from an X-ray generation source (X-ray tube) 25 enter the scintillator panel 10, and visible light 17 converted by the scintillator layer 13 is emitted from the surface of the scintillator layer 13. An X-ray image is projected on the surface of the scintillator layer 13, the X-ray image is reflected by the reflecting plate 22, condensed by the optical lens 23 and irradiated to the light receiving element 24, and the X-ray image is electrically converted by the light receiving element 24. Convert to signal and output.

そして、図1ないし図4に示される構造のシンチレータパネル10において、シンチレータ層13は、ハロゲン化物であるCsIにTlを賦活剤として含有する蛍光体であり、さらに次の(1)(2)(3)の特徴を有している。   In the scintillator panel 10 having the structure shown in FIGS. 1 to 4, the scintillator layer 13 is a phosphor containing Tl as an activator in CsI, which is a halide, and the following (1) (2) ( It has the characteristics of 3).

(1):蛍光体中の賦活剤の濃度が1.6mass%〜2.0mass%で、かつ蛍光体の面内方向および膜厚方向における賦活剤の濃度分布が±15%以内である。   (1): The concentration of the activator in the phosphor is 1.6 mass% to 2.0 mass%, and the concentration distribution of the activator in the in-plane direction and the film thickness direction of the phosphor is within ± 15%.

(2):少なくとも単位膜厚200nm以下の領域において、蛍光体の面内方向および膜厚方向における賦活剤の濃度分布が±15%以内であり、均一性が維持されている。   (2): The concentration distribution of the activator in the in-plane direction and the film thickness direction of the phosphor is within ± 15% and the uniformity is maintained at least in the region of the unit film thickness of 200 nm or less.

(3):シンチレータ層13は、CsIとTlIの2つの蒸発源を用いた真空蒸着法により形成され、かつ好ましくは短冊状の柱状結晶13aの構造を有している。   (3): The scintillator layer 13 is formed by a vacuum deposition method using two evaporation sources of CsI and TlI, and preferably has a structure of a strip-like columnar crystal 13a.

ここで、図1に示される第1の構造例のシンチレータパネル10において、シンチレータ層13の膜厚:350μm、賦活剤:Tlとし、シンチレータ層13中のTl濃度と各特性の相関を試験した結果を図6ないし図8に示し、また、シンチレータ層13中のTl濃度を一定とした場合のシンチレータ層13の積層周期{単位膜厚(基板1回転当りの形成膜厚)の形成周期}と各特性の相関を試験した結果を図9ないし図11に示す。   Here, in the scintillator panel 10 of the first structural example shown in FIG. 1, the film thickness of the scintillator layer 13 is 350 μm, the activator is Tl, and the correlation between the Tl concentration in the scintillator layer 13 and each characteristic is tested. 6 to 8, and the laminating period of the scintillator layer 13 when the Tl concentration in the scintillator layer 13 is constant {the forming period of the unit film thickness (formed film thickness per substrate rotation)} and each The results of testing the correlation of characteristics are shown in FIGS.

図6はシンチレータ層13中のTl濃度と感度比との相関である。試験条件は、入射X線:70kV−0.0087mGy、感度比:シンチレータ層13中のTl濃度が0.1mass%の場合の感度を基準とした比率であり、各試験サンプルのシンチレータ層形成条件(シンチレータ層13中のTl濃度を除く)は同一である。そして、図6に示すように、シンチレータ層13中のTl濃度が1.4mass%〜1.8mass%近辺において最も感度が向上した。   FIG. 6 shows the correlation between the Tl concentration in the scintillator layer 13 and the sensitivity ratio. The test conditions are incident X-ray: 70 kV-0.0087 mGy, sensitivity ratio: a ratio based on the sensitivity when the Tl concentration in the scintillator layer 13 is 0.1 mass%, and the scintillator layer formation conditions ( (Except for the Tl concentration in the scintillator layer 13). As shown in FIG. 6, the sensitivity was most improved when the Tl concentration in the scintillator layer 13 was in the vicinity of 1.4 mass% to 1.8 mass%.

図7はシンチレータ層13中のTl濃度と解像度であるMTF比との相関である。試験条件は、入射X線:70kV−0.0087mGy、MTF比:シンチレータ層13中のTl濃度が0.1mass%の場合のMTF(at 2Lp/mm)を基準とした比率であり、各試験サンプルのシンチレータ層形成条件(シンチレータ層13中のTl濃度を除く)は同一である。そして、図7に示すように、シンチレータ層13中のTl濃度が2.0mass%付近までは略一定となった。   FIG. 7 shows the correlation between the Tl concentration in the scintillator layer 13 and the MTF ratio as the resolution. Test conditions are incident X-ray: 70 kV-0.0087 mGy, MTF ratio: ratio based on MTF (at 2 Lp / mm) when the Tl concentration in the scintillator layer 13 is 0.1 mass%, and each test sample The scintillator layer forming conditions (except for the Tl concentration in the scintillator layer 13) are the same. Then, as shown in FIG. 7, the Tl concentration in the scintillator layer 13 was substantially constant up to around 2.0 mass%.

図8はシンチレータ層13中のTl濃度と残像比との相関である。試験条件は、(n−1)回目とn回目のX線画像の入射X線の線量差を(n−1)>nとし、(n−1)回目のX線画像では入射X線:70kV−0.87mGy、被写体:鉛板(板厚3mm)、X線画像取得間隔:60secとし、n回目のX線画像では入射X線:70kV−0.0087mGy、被写体:無し、X線画像取得間隔:60secとする。さらに、残像比:シンチレータ層13中のTl濃度が0.1mass%の場合の残像を基準とした比率であり、各試験サンプルのシンチレータ層形成条件(シンチレータ層13中のTl濃度を除く)は同一である。そして、図8に示すように、シンチレータ層13中のTl濃度が1.6mass%近辺において残像が最小レベルとなった。さらに、残像比が0.5(好ましくは0.4)以下の領域であって、シンチレータ層13中のTl濃度が1.6mass%±0.4mass%の領域では、残像が確認されなかった。   FIG. 8 shows the correlation between the Tl concentration in the scintillator layer 13 and the afterimage ratio. The test condition is that the dose difference between the incident X-rays of the (n-1) th and n-th X-ray images is (n-1)> n, and the incident X-ray is 70 kV in the (n-1) th X-ray image. -0.87 mGy, subject: lead plate (thickness 3 mm), X-ray image acquisition interval: 60 sec, incident X-ray: 70 kV-0.0087 mGy, subject: none, X-ray image acquisition interval for the nth X-ray image : 60 sec. Furthermore, the afterimage ratio is a ratio based on the afterimage when the Tl concentration in the scintillator layer 13 is 0.1 mass%, and the scintillator layer forming conditions (excluding the Tl concentration in the scintillator layer 13) of each test sample are the same. It is. As shown in FIG. 8, the afterimage was at the minimum level when the Tl concentration in the scintillator layer 13 was around 1.6 mass%. Further, in the region where the afterimage ratio is 0.5 (preferably 0.4) or less and the Tl concentration in the scintillator layer 13 is 1.6 mass% ± 0.4 mass%, no afterimage was confirmed.

図9はシンチレータ層13の積層周期と感度比との相関である。試験条件は、入射X線:70kV−0.0087mGy、シンチレータ層13中のTl濃度:0.1mass%、感度比:シンチレータ層13の積層周期が200nmの場合の感度を基準とした比率であり、各試験サンプルのシンチレータ層形成条件(シンチレータ層13中のTl濃度を除く)は同一である。   FIG. 9 shows the correlation between the lamination period of the scintillator layer 13 and the sensitivity ratio. The test conditions are incident X-ray: 70 kV-0.0087 mGy, Tl concentration in the scintillator layer 13: 0.1 mass%, sensitivity ratio: ratio based on the sensitivity when the lamination period of the scintillator layer 13 is 200 nm, The scintillator layer forming conditions (except for the Tl concentration in the scintillator layer 13) of each test sample are the same.

図10はシンチレータ層13の積層周期とMTF比との相関である。試験条件は、入射X線:70kV−0.0087mGy、シンチレータ層13中のTl濃度:0.1mass%、MTF比:シンチレータ層13の積層周期が200nmの場合のMTF(at 2Lp/mm)を基準とした比率であり、各試験サンプルのシンチレータ層形成条件(シンチレータ層13中のTl濃度を除く)は同一である。   FIG. 10 shows the correlation between the lamination period of the scintillator layer 13 and the MTF ratio. Test conditions are based on incident X-ray: 70 kV-0.0087 mGy, Tl concentration in scintillator layer 13: 0.1 mass%, MTF ratio: MTF (at 2 Lp / mm) when the laminating period of scintillator layer 13 is 200 nm. The scintillator layer formation conditions (excluding the Tl concentration in the scintillator layer 13) of each test sample are the same.

図11はシンチレータ層13の積層周期と残像比との相関である。試験条件は、(n−1)回目とn回目のX線画像の入射X線の線量差を(n−1)>nとし、(n−1)回目のX線画像では入射X線:70kV−0.87mGy、被写体:鉛板(板厚3mm)、X線画像取得間隔:60secとし、n回目のX線画像では入射X線:70kV−0.0087mGy、被写体:無し、X線画像取得間隔:60secとする。さらに、シンチレータ層13中のTl濃度:0.1mass%、残像比:シンチレータ層13の積層周期が200nmの場合の残像を基準とした比率であり、各試験サンプルのシンチレータ層形成条件(シンチレータ層13中のTl濃度を除く)は同一である。   FIG. 11 shows the correlation between the lamination period of the scintillator layer 13 and the afterimage ratio. The test condition is that the dose difference between the incident X-rays of the (n-1) th and n-th X-ray images is (n-1)> n, and the incident X-ray is 70 kV in the (n-1) th X-ray image. -0.87 mGy, subject: lead plate (thickness 3 mm), X-ray image acquisition interval: 60 sec, incident X-ray: 70 kV-0.0087 mGy, subject: none, X-ray image acquisition interval for the nth X-ray image : 60 sec. Further, the Tl concentration in the scintillator layer 13 is 0.1 mass%, the afterimage ratio is a ratio based on the afterimage when the stacking period of the scintillator layer 13 is 200 nm, and the scintillator layer forming conditions (scintillator layer 13 for each test sample) Except for the Tl concentration in it).

そして、図9ないし図11に示すように、シンチレータ層13の積層周期が200nm以上の領域では、各特性が劣化する傾向となった。   As shown in FIGS. 9 to 11, each characteristic tends to deteriorate in the region where the lamination period of the scintillator layer 13 is 200 nm or more.

これは、シンチレータ層13の発光波長のピ−ク波長は550nm付近であるが、シンチレータ層13の母材であるCsIの屈折率が1.8であるため、シンチレータ層13内を伝播する発光波長のピ−ク波長をλ1とすると、屈折率と波長との関係から、λ1=550nm/1.8=306nmと見なせるため、シンチレータ層13の積層周期がλ1よりも大きい場合は、シンチレータ層13の結晶性のばらつき、およびシンチレータ層13中のTl濃度のばらつき等に伴う光学特性の劣化(散乱・減衰等)の影響を受ける可能性が高くなることと合致するからである。   This is because the peak wavelength of the emission wavelength of the scintillator layer 13 is around 550 nm, but the refractive index of CsI which is the base material of the scintillator layer 13 is 1.8, and therefore the emission wavelength propagating in the scintillator layer 13 If the peak wavelength of λ1 is λ1, it can be considered that λ1 = 550 nm / 1.8 = 306 nm from the relationship between the refractive index and the wavelength. Therefore, when the stacking period of the scintillator layer 13 is larger than λ1, This is because the possibility of being affected by the deterioration of the optical characteristics (scattering, attenuation, etc.) due to the variation in crystallinity and the variation in the Tl concentration in the scintillator layer 13 is matched.

また、図6ないし図8に示されるように、シンチレータ層13中のTl濃度が1.2mass%〜2.0mass%の領域では、各特性が安定状態に近いため、シンチレータ層13中のTl濃度が変動(±15%程度)しても、各特性の変動は小さいこととなる。   Further, as shown in FIGS. 6 to 8, in the region where the Tl concentration in the scintillator layer 13 is 1.2 mass% to 2.0 mass%, each characteristic is close to a stable state, so the Tl concentration in the scintillator layer 13 is Even if fluctuates (about ± 15%), the fluctuation of each characteristic is small.

さらに、図6ないし図8に示される相関から、シンチレータ層13中のTl濃度が1.2mass%〜2.0mass%の領域において最もシンチレータ層13の特性改善効果(特に残像特性)が大きく、かつ1.6mass%付近が最適値となるが、シンチレータ層13がハロゲン化物であるCsIにTlを賦活剤として含有する蛍光体の場合、次の(a)(b)(c)のような特性がある。   Furthermore, from the correlation shown in FIGS. 6 to 8, the characteristic improvement effect (especially afterimage characteristics) of the scintillator layer 13 is the largest in the region where the Tl concentration in the scintillator layer 13 is 1.2 mass% to 2.0 mass%, and The optimum value is around 1.6 mass%. However, when the scintillator layer 13 is a phosphor containing Tl as an activator in CsI which is a halide, the following characteristics (a) (b) (c) is there.

(a):CsIは、吸湿性が高く、大気中の水分と反応して潮解するが、TlIには吸湿性が無いため、シンチレータ層13中のTl濃度が高い程、シンチレータ層13の耐湿性が向上する。   (a): CsI has high hygroscopicity and deliquesces by reacting with moisture in the atmosphere. However, since TlI has no hygroscopicity, the higher the Tl concentration in the scintillator layer 13, the higher the moisture resistance of the scintillator layer 13. Will improve.

(b):CsよりもTlの原子量が大きいことから、シンチレータ層13中のTl濃度が高い程、シンチレータ層13のDQE(X線吸収率)が向上するため、X線画像における量子ノイズが減少し、高SN比のX線画像を得ることが可能となる。   (b): Since the atomic weight of Tl is larger than Cs, the higher the Tl concentration in the scintillator layer 13 is, the more the DQE (X-ray absorption rate) of the scintillator layer 13 is improved. In addition, it is possible to obtain an X-ray image with a high S / N ratio.

(c):CsよりもTlの原子量が大きいことから、シンチレータ層13中のTl濃度が高い程、シンチレータ層13のDQE(X線吸収率)が向上するため、透過X線による受光素子24等へのダメ−ジが軽減される。   (c): Since the atomic weight of Tl is larger than Cs, the higher the Tl concentration in the scintillator layer 13 is, the higher the DQE (X-ray absorption rate) of the scintillator layer 13 is. Damage to the camera is reduced.

このように、シンチレータ層13中のTl濃度が高い程、上記(a)〜(c)の効果が得られることとなる。   Thus, the higher the Tl concentration in the scintillator layer 13, the more the effects (a) to (c) are obtained.

このため、シンチレータ層13中のTl濃度を1.6mass%〜2.0mass%とすれば、シンチレータ層13の残像特性を含む特性の改善とシンチレータパネル10の信頼性の向上とが可能となる。   For this reason, if the Tl concentration in the scintillator layer 13 is set to 1.6 mass% to 2.0 mass%, it is possible to improve the characteristics including the afterimage characteristics of the scintillator layer 13 and to improve the reliability of the scintillator panel 10.

さらに、シンチレータ層13中のTl濃度が1.6mass%〜2.0mass%の領域にあっても、シンチレータ層13の面内方向および膜厚方向におけるTl濃度分布に大きな偏りがあれば、各特性が大きく変動してしまいやすいので、シンチレータ層13の面内方向および膜厚方向におけるTl濃度分布が±15%以内にあることが好ましい。このTl濃度分布が±15%程度の変動範囲内であれば、各特性の変動は小さく影響は少ない。   Furthermore, even if the Tl concentration in the scintillator layer 13 is in the region of 1.6 mass% to 2.0 mass%, each characteristic can be obtained if the Tl concentration distribution in the in-plane direction and the film thickness direction of the scintillator layer 13 is largely biased. Therefore, the Tl concentration distribution in the in-plane direction and the film thickness direction of the scintillator layer 13 is preferably within ± 15%. If this Tl concentration distribution is within a fluctuation range of about ± 15%, the fluctuation of each characteristic is small and the influence is small.

したがって、上記(1)の特性のように、シンチレータ層13中のTl濃度が1.6mass%〜2.0mass%で、かつシンチレータ層13の面内方向および膜厚方向におけるTl濃度分布が±15%以内であることが好ましい。   Therefore, as in the characteristic (1), the Tl concentration in the scintillator layer 13 is 1.6 mass% to 2.0 mass%, and the Tl concentration distribution in the in-plane direction and the film thickness direction of the scintillator layer 13 is ± 15. % Is preferable.

また、シンチレータ層13の少なくとも単位膜厚200nm以下の領域において、シンチレータ層13の面内方向および膜厚方向におけるTl濃度分布に大きな偏りがあれば、各特性が大きく変動してしまいやすいので、上記(2)の特性のように、単位膜厚200nm以下の領域においてもシンチレータ層13の面内方向および膜厚方向におけるTl濃度分布が±15%以内であることが好ましい。   In addition, if there is a large deviation in the Tl concentration distribution in the in-plane direction and the film thickness direction of the scintillator layer 13 at least in the region of the unit film thickness 200 nm or less of the scintillator layer 13, each characteristic is likely to fluctuate greatly. As in the characteristic (2), it is preferable that the Tl concentration distribution in the in-plane direction and the film thickness direction of the scintillator layer 13 is within ± 15% even in a region where the unit film thickness is 200 nm or less.

ここで、シンチレータ層13の形成方法の模式図を図12に示す。真空チャンバ30内に支持基板11を配置し、この支持基板11を回転させながら、真空チャンバ30内に設置されているCsIの蒸発源31からの蒸発粒とTlIの蒸発源32からの蒸発粒を支持基板11の積層面に蒸着する真空蒸着法により、シンチレータ層13の膜を積層形成する。   Here, a schematic diagram of a method of forming the scintillator layer 13 is shown in FIG. The support substrate 11 is disposed in the vacuum chamber 30, and the evaporation particles from the CsI evaporation source 31 and the evaporation particles from the TlI evaporation source 32 installed in the vacuum chamber 30 are rotated while the support substrate 11 is rotated. A film of the scintillator layer 13 is laminated and formed by a vacuum vapor deposition method for vapor deposition on the laminated surface of the support substrate 11.

このとき、支持基板11の回転周期とCsIおよびTlIの蒸発とを制御すれば、シンチレータ層13の積層周期当りの面内方向および膜厚方向のTl濃度分布を任意に制御することができる。そのため、シンチレータ層13の形成時において、シンチレータ層13の積層周期当りの面内方向および膜厚方向のTl濃度分布の均一性を確保すれば、シンチレータ層13の全体の面内方向および膜厚方向のTl濃度分布の均一性も確保されることとなる。   At this time, if the rotation period of the support substrate 11 and the evaporation of CsI and TlI are controlled, the in-plane direction and the film thickness direction Tl concentration distribution per stacking period of the scintillator layer 13 can be arbitrarily controlled. Therefore, when the scintillator layer 13 is formed, if the uniformity of the Tl concentration distribution in the in-plane direction and film thickness direction per stacking period of the scintillator layer 13 is ensured, the entire in-plane direction and film thickness direction of the scintillator layer 13 The uniformity of the Tl concentration distribution is also ensured.

よって、ハロゲン化物であるCsIにTlを賦活剤として含有する蛍光体からなるシンチレータ層13に、上記(a)〜(c)の特性を考慮して上記(1)〜(3)の特徴を付与すれば、シンチレータ層13の残像特性を含む特性の改善とシンチレータパネル10の信頼性の向上が可能となる。   Therefore, the characteristics (1) to (3) are given to the scintillator layer 13 made of a phosphor containing Tl as an activator in CsI which is a halide in consideration of the characteristics (a) to (c). By doing so, it is possible to improve the characteristics of the scintillator layer 13 including the afterimage characteristics and to improve the reliability of the scintillator panel 10.

また、図1に示される第1の構造例のシンチレータパネル10の実施例について説明する。この実施例では、シンチレータ層13の膜厚:350μm、シンチレータ層13の積層周期:150nm、シンチレータ層13の面内方向および膜厚方向の賦活剤の濃度分布:±15%、賦活剤:Tlとし、シンチレータ層13中の賦活剤の濃度:0.1mass%、1.0mass%、1.2mass%、1.6mass%、2.0mass%の5つのサンプルを作成する。   An embodiment of the scintillator panel 10 of the first structural example shown in FIG. 1 will be described. In this example, the film thickness of the scintillator layer 13 is 350 μm, the lamination period of the scintillator layer 13 is 150 nm, the concentration distribution of the activator in the in-plane direction and the film thickness direction of the scintillator layer 13 is ± 15%, and the activator is Tl. The concentration of the activator in the scintillator layer 13: Five samples of 0.1 mass%, 1.0 mass%, 1.2 mass%, 1.6 mass%, and 2.0 mass% are prepared.

これら5つのサンプルについて、特定の撮影条件下にて被写体を撮影し、所定の画像処理条件にて撮影画像を処理した場合のX線画像(n回目)を図13(a)(b)(c)(d)(e)に示すとともに、特性の結果を図14の表に示す。図14において、感度比、MTF比、残像比は、シンチレータ層13中のTl濃度が0.1mass%の場合を基準とした値である。   For these five samples, X-ray images (n-th) obtained by photographing a subject under specific photographing conditions and processing the photographed image under predetermined image processing conditions are shown in FIGS. ) (d) (e) and the characteristic results are shown in the table of FIG. In FIG. 14, the sensitivity ratio, MTF ratio, and afterimage ratio are values based on the case where the Tl concentration in the scintillator layer 13 is 0.1 mass%.

撮影条件は、(n−1)回目とn回目のX線画像の入射X線の線量差を(n−1)>nとし、(n−1)回目のX線画像では入射X線:70kV−0.87mGy、被写体:鉛板(板厚3mm)、X線画像取得間隔:60secとし、n回目のX線画像では入射X線:70kV−0.0087mGy、被写体:無し、X線画像取得間隔:60secとする。   The imaging condition is that the dose difference between the (n-1) th and nth X-ray images is (n-1)> n, and the (n-1) th X-ray image has an incident X-ray of 70 kV. -0.87 mGy, subject: lead plate (thickness 3 mm), X-ray image acquisition interval: 60 sec, incident X-ray: 70 kV-0.0087 mGy, subject: none, X-ray image acquisition interval for the nth X-ray image : 60 sec.

画像処理条件は、フラットフィールド補正(Flat Field Correction):有り、ウィンドウ処理:有り(画像のヒストグラム平均値±10%)とする。   The image processing conditions are: Flat Field Correction: Yes, Window Processing: Yes (Image histogram average value ± 10%).

図13(a)および(b)に示すように、賦活剤の濃度が0.1mass%および1.0mass%では、図中破線で囲む範囲に残像が確認されるが、図13(c)(d)(e)に示すように、賦活剤の濃度が1.2mass%、1.6mass%、2.0mass%では、図中破線で囲む範囲に残像は確認されなかった。   As shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b), when the concentration of the activator is 0.1 mass% and 1.0 mass%, an afterimage is confirmed in a range surrounded by a broken line in FIG. 13 (c) ( d) As shown in (e), afterimages were not confirmed in the range surrounded by the broken line in the figure when the concentration of the activator was 1.2 mass%, 1.6 mass%, and 2.0 mass%.

したがって、シンチレータ層13に本実施形態で規定される上記(1)〜(3)の特徴を付与すれば、感度やMTFも良好な状態で残像特性を改善できるため、シンチレータパネル10の高性能化と信頼性の向上が可能となる。   Therefore, if the features (1) to (3) defined in the present embodiment are added to the scintillator layer 13, the afterimage characteristics can be improved with good sensitivity and MTF, so that the performance of the scintillator panel 10 is improved. And improved reliability.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10 シンチレータパネル
11 支持基板
13 シンチレータ層
10 Scintillator panel
11 Support substrate
13 Scintillator layer

Claims (5)

放射線を透過する支持基板と、
前記支持基板に接して外部から入射した放射線を光に変換するシンチレータ層と
を具備し、
前記シンチレータ層は、ハロゲン化物であるCsIにTlを賦活剤として含有する蛍光体であり、前記蛍光体中の前記賦活剤の濃度が1.6mass%〜2.0mass%でかつ面内方向および膜厚方向の前記賦活剤の濃度分布が±15%以内である
ことを特徴とするシンチレータパネル。
A support substrate that transmits radiation;
A scintillator layer that contacts the support substrate and converts radiation incident from the outside into light, and
The scintillator layer is a phosphor containing Tl as an activator in CsI which is a halide, and the concentration of the activator in the phosphor is 1.6 mass% to 2.0 mass%, and in-plane direction and film A scintillator panel, wherein the concentration distribution of the activator in the thickness direction is within ± 15%.
前記シンチレータ層は、単位膜厚200nm以下の領域において、面内方向および膜厚方向の前記賦活剤の濃度分布が±15%以下である
ことを特徴とする請求項1記載のシンチレータパネル。
2. The scintillator panel according to claim 1, wherein the scintillator layer has a concentration distribution of the activator in an in-plane direction and a film thickness direction of ± 15% or less in a region having a unit film thickness of 200 nm or less.
前記シンチレータ層は、柱状結晶構造を有する
ことを特徴とする請求項1または2記載のシンチレータパネル。
The scintillator panel according to claim 1 or 2, wherein the scintillator layer has a columnar crystal structure.
前記支持基板は、遷移金属元素よりも軽元素を主成分とする物質から構成されている
ことを特徴とする請求項1ないし3いずれか一記載のシンチレータパネル。
The scintillator panel according to any one of claims 1 to 3, wherein the support substrate is made of a material whose main component is a light element rather than a transition metal element.
放射線を透過する支持基板と、前記支持基板に接して外部から入射した放射線を光に変換するシンチレータ層とを具備するシンチレータパネルの製造方法であって、
前記シンチレータ層は、ハロゲン化物であるCsIにTlを賦活剤として含有する蛍光体であり、
前記蛍光体中の前記賦活剤の濃度が1.6mass%〜2.0mass%でかつ面内方向および膜厚方向の前記賦活剤の濃度分布が±15%以内となるように、CsIとTlとを材料源とした気相成長法により前記シンチレータ層を形成する
ことを特徴とするシンチレータパネルの製造方法。
A scintillator panel manufacturing method comprising: a support substrate that transmits radiation; and a scintillator layer that contacts the support substrate and converts radiation incident from the outside into light,
The scintillator layer is a phosphor containing Tl as an activator in CsI which is a halide,
CsI and Tl so that the concentration of the activator in the phosphor is 1.6 mass% to 2.0 mass% and the concentration distribution of the activator in the in-plane direction and the film thickness direction is within ± 15%. The scintillator layer is formed by a vapor phase growth method using as a material source. A method for manufacturing a scintillator panel.
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