JP5365725B2 - シンチレータパネルの製造方法 - Google Patents
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Description
1.可とう性を有する樹脂基板上に、蒸着により100μm厚以上1000μm以下または1cm2当たりの重さ45mg以上675mg以下の蛍光体層を設けたシンチレータパネルが、蛍光体側は第1の保護膜で、基板側は第2の保護膜で覆われており、前記第1の保護膜と前記第2の保護膜がシンチレータパネルに少なくとも一部は密着しているシンチレータパネルの製造方法であって、前記可とう性を有する樹脂基板(に形成されたシンチレータパネル)を、10cm角では片側を保持した際変形が7mm以下とし、長辺をacm、短辺をbcmとすると、前記可とう性を有する樹脂基板と第1、第2の保護膜の厚さの合計の下限を75×{a2/(10×b)}1/3μmに設定したことを特徴とするシンチレータパネルの製造方法。
101 シンチレータプレート
101a、3 基板
101b 蛍光体層
102a、104 第1保護フィルム(第1保護膜)
102b 第2保護フィルム(第2保護膜)
103a〜103d、105a、105b、107a〜107c 封止部
108 ポリパラキシリレン
2 蒸着装置
201 真空容器
202 蒸発源(抵抗加熱ルツボ)
203 基板ホルダ
204 基板回転機構
205 真空ポンプ(ポンプP)
以下、本発明について詳述する。本発明のシンチレータは以下の構成を有する。構成要件として、図2を用いて説明する。
基板101aとしてはスポンジで押圧することでシンチレータパネルが平面受光素子面形状に合った形状に変形し、放射線フラットパネルデテクタの受光面全体で均一な鮮鋭性が得られるように、可とう性を有する高分子フィルムが用いられる。蛍光体層蒸着時の耐熱性の観点からポリイミド(PI)またはポリエチレンナフタレート(PEN)フィルムが好ましい。
基板101aの蛍光体101b側には、反射層が用いられる場合がある。反射層は蛍光体で変換された光の内、基板がわへ出た光を受光素子側へ反射し、シンチレータパネルの輝度を上げるためのものである。外部へ出射するため反射層として機能させることが可能であり、発光光の利用効率の面で導電性金属反射層は反射率の高い金属で形成することが好ましい。通常はアルミニウム(Al)のスパッタ膜が用いられる。
反射層と蛍光体101bの間には、反射層金属(例えばAl)の腐食を防ぐため、透明絶縁膜からなる保護膜を設ける場合がある。透明絶縁膜は溶剤に溶解した樹脂を塗布、乾燥して形成することが好ましい。ガラス転位点が30〜100℃のポリマーであることが蒸着結晶と基板との膜付の点で好ましく、具体的には、ポリウレタン樹脂、塩化ビニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合体、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリアミド樹脂、ポリビニルブチラール、ポリエステル樹脂、セルロース誘導体(ニトロセルロース等)、スチレン−ブタジエン共重合体、各種の合成ゴム系樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル系樹脂、尿素ホルムアミド樹脂等が挙げられるが、特にポリエステル樹脂であることが好ましい。
本発明に係る蛍光体層101bの蛍光体とは、X線等の入射された放射線のエネルギーを吸収して、波長が300nmから800nmの電磁波、即ち可視光線を中心に紫外光から赤外光に亘る電磁波(光)を発光する蛍光体をいう。
保護膜102a、102bは蛍光体層を防湿し、蛍光体層の劣化を抑制するためのもので、透湿度の低いフィルムから構成される。例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム(PET)を用いることができる。PETの他には、ポリエステルフィルム、ポリメタクリレートフィルム、ニトロセルロースフィルム、セルロースアセテートフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム等を用いることができる。また、必要とされる防湿性にあわせて、これらフィルムに金属酸化物などを蒸着した蒸着フィルムを複数枚積層した構成とすることもできる。
本発明においては、保護膜は防湿性が付与されているが、具体的には前記保護層の透湿度(水蒸気透過率ともいう)が50g/m2・day以下であることが好ましく、更に好ましくは10g/m2・day以下であり、特に好ましくは1g/m2・day以下である。ここで、保護層の透湿度はJIS Z 0208により規定された方法を参照して測定することができる。
本発明に係る蛍光体層は、図4に模式的に示す蒸着装置によって形成することができる。CsIの膜厚はX線吸収に最低限必要な膜厚でよく、医用では20〜125keVが用いられることを考えると100〜1000μmを考えればよい。
基板上に蛍光体層を設けたシンチレータシートは、シンチレータシートを上下の保護膜で挟み、減圧雰囲気中で上下の保護膜が接触する端部を融着することにより封止し、シンチレータパネルの形成することができる。
我々は、本発明にある可とう性樹脂基板を用いて、シンチレータパネルを作製する際、以下の困難に遭遇した。まず我々は10cm角のPI(ポリイミド)厚さ75μmの基板を用いてCsIを蒸着法にて100μm〜1000μm堆積し、図2にあるようなフィルム封止を行った。この場合、CsIの蒸着〜フィルム封止またはそれ以降の組み立て作業の際に、PIフィルム(基板)が変形し、折れてしまうことはなかった。このときPIフィルムの可とう性としては、10cm角の片側辺を押さえて10cm先が7mm頭を下げる程度であった。
たわみ量y=(W・a3)/(3・E・L)・・・・・式(1)
ここで、Eは基板のヤング率(引っ張り弾性率)でポリイミドであれば4.6×104kg/cm2である。また、Lは断面の2次モーメントであり、図3(b)のような長方形の場合はbを幅、hを厚さとすると、2次モーメントは、
L=b・h3/12・・・・・式(2)
で表される。
y=(W×a3×4)/(E×b×h3)・・・・・式(3)
yが基板の変形と関係する物理量である。すなわちyがある値を超えると、CsIを堆積した基板のそりが大きくなり、CsIが破損すると考えられる。今、式(1)、(2)で基板の大きさが、長辺がea、短辺がfbになったとする(長辺がe倍、短辺がf倍)と式(3)のaにea、bにfbを代入して、
y=(W×e3×a3×4)/(E×f×b×h3)・・・・・式(4)
となる。すなわち長辺をe倍すると、そり量yはeの3乗で大きくなってしまう。では、長辺をe倍したときに、CsIの破損の確率をe倍する前と同一にするためにはどうしたらよいかというと、基板の変形量yと基板の長い辺の比率が一定になればよい(単位長さあたりの変形量が長辺をe倍する前と同じになるようにすればよい。)のでyもe倍、すなわち
y=e×(W×a3×4)/(E×b×h3)・・・・・式(5)
であればよい。CsIの破損の確率を、長辺をe倍する前より小さくするには、式(4)での右辺の値が≦eyならよいわけなので、
ey≧(W×e3×a3×4)/(E×f×b×h3)・・・・・式(6)
ここで、このとき厚さhはc倍してchでなければいけないとするとhの場所にchを代入して
ey≧(W×e3×a3×4)/(E×f×b×(ch)3)・・・・・式(7)
これを(ch)について解いて
(ch)3≧(W×e3×a3×4)/(E×f×b×(ey))・・・・・式(8)
ここでyに式(3)を代入して整理すると、
(ch)3≧e2×h3/f・・・・・式(9)
すなわち
c≧(e2/f)1/3・・・・・式(10)
のように厚さhを大きくしていけばよいことになる。今、75μm厚さの10cm角の基板について、CsIの破損がなかったので、少なくとも厚さhとして75μmは下限としてよい。ここから長辺をe倍、短辺をf倍したときに、厚さをc≧(e2/f)1/3倍しないとCsIの破損が起こることになるので、hとしては75×c=75×(e2/f)1/3の厚さ以上にしないといけないことになる。e,fは10cmに対して何倍になっているかであるから、a,bをcm単位の実際の長さで表すとすると、e=a/10、f=b/10とすればよいので、
ch≧75×{a2/(10×b)}1/3μm・・・・・式(11)
となる。
膜厚ch=75×{a2/(10×b)}1/3μm・・・・・式(11)
の式に従ってc倍に厚くすれば、これまでと同じ取り扱いができ、蛍光体の折れ等の損傷がなくなる。
以上ポリイミドを例に本発明を説明したが、本発明においては、可とう性を有する樹脂基板として、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)がある。PIと似た弾性率をもつ樹脂基板には前記の考察を適用することが可能である。また、これらの樹脂基板は透明であり、光伝達効率がよいことから蛍光体パネルの支持体として好ましい。本発明においてはポリイミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)が特に好ましい。
[実施例1]
図2に示す20cm角の基板101aに必要なポリイミド膜厚を(11)式を用いて94μmとした。また、別の43cm角の基板101aでポリイミド膜厚を122μmとし、それぞれ、その上にAl(アルミニウム)を70nmスパッタした。次に、反射層と蛍光体101bの間に反射層金属(Al)の腐食を防ぐため、透明絶縁膜(ポリエステル)からなる保護膜を約1μm設ける。次に、基板を図4に示す蒸着装置にセットする。
本実施例では、他の工程は第1の実施例と同じであるが、基板側の第2の保護膜、基板の裏面をRaで0.05〜5.0μmとする。また、1000Paの減圧下で周縁部を、インパルスシーラーを用いて融着する。また、フィルムをPET(ポリエチレンテレフタレートフィルム)とCPP(キャステングポリプロプレン)の積層フィルム70μmとする。これにより、図2で保護膜102bと基板101aは左右に力を加えたときでもずれることなく、1枚の基板のようにみなすことが出来る。この場合は、第2の保護膜と基板を一つの基板とみなし、第2の保護膜と基板の平均のヤング率をEとすれば、Eに対して、(3)式を満たすように、フィルムと基板の合計の厚さを設定すればよい。
本実施例では、保護膜堆積前までの、他の工程は第1の実施例と同じであるが、保護膜堆積をポリパラキシリレンの蒸着法で行う。例えば10μmの厚さのポリパラキシリレンを堆積すると、ポリパラキシリレンは基板または、蛍光体と密着するので、この厚さ、例えば蛍光体の上で10μm、基板の裏に5μmついたとすると、図5で保護膜108と基板101aは左右に力を加えたときでもずれることなく、1枚の基板のようにみなすことができる。この場合は、保護膜108と基板101aを一つの基板とみなし、保護膜と基板の平均のヤング率をEとすれば、Eに対して、(3)式を満たすように、フィルムと基板の合計の厚さを設定すればよい。
Claims (4)
- 可とう性を有する樹脂基板上に、蒸着により100μm厚以上1000μm以下または1cm2当たりの重さ45mg以上675mg以下の蛍光体層を設けたシンチレータパネルが、蛍光体側は第1の保護膜で、基板側は第2の保護膜で覆われており、前記第1の保護膜と前記第2の保護膜がシンチレータパネルに少なくとも一部は密着しているシンチレータパネルの製造方法であって、前記可とう性を有する樹脂基板(に形成されたシンチレータパネル)を、10cm角では片側を保持した際変形が7mm以下とし、長辺をacm、短辺をbcmとすると、前記可とう性を有する樹脂基板と第1、第2の保護膜の厚さの合計の下限を75×{a2/(10×b)}1/3μmに設定したことを特徴とするシンチレータパネルの製造方法。
- 前記第1の保護膜と前記第2の保護膜とがともにポリパラキシリレンからなり、それぞれ前記樹脂基板と前記蛍光体層とに密着している請求項1に記載のシンチレータパネルの製造方法。
- 前記シンチレータパネルが、前記樹脂基板と前記蛍光体層との間に30〜100℃のガラス転移点を有するポリマーからなる透明絶縁膜を有し、該蛍光体層を該透明絶縁膜上に蒸着により蒸着結晶として形成することを特徴とする請求項1または2に記載のシンチレータパネルの製造方法。
- 前記透明絶縁膜を、溶媒に溶解したポリマーを塗布、乾燥して形成する請求項3に記載のシンチレータパネルの製造方法。
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