JP5799953B2 - フラットパネルディテクタ - Google Patents
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Description
本発明のシンチレータパネルは、支持体上に柱状結晶からなる蛍光体層を設けて成るシンチレータパネルであり、支持体と蛍光体層の間に下引層を有する態様が好ましい。また支持体上に反射層を設け、反射層、下引層、及び蛍光体層の構成であってもよい。以下、各構成層及び構成要素等について説明する。
本発明に係る蛍光体層は、蛍光体柱状結晶からなる蛍光体層であることを特徴とする。また蒸着後に所定サイズに断裁されており、支持体全面が蛍光体層形成領域となっている。
前記蛍光体層の柱状結晶は支持体に対して垂直に伸びており、隣り合う柱状結晶の間は空隙になっている。柱状結晶と空隙の界面で光が反射することにより前記ライトガイド効果を発揮する。
ここで、蛍光体層の基部とは、蛍光体層の支持体側の端面から厚み方向で30%までの領域であり、蛍光体の端部とは蛍光体層の支持体側の端面から厚み方向で60%〜100%の領域である。また、蛍光体層の支持体側の端面から厚み方向で30%〜60%の領域を中間部という。
前記基部の空隙率変化は、鮮鋭性と輝度の点から10%〜25%が好ましい。
本発明においては、樹脂支持体上には反射層を設けることが好ましい、蛍光体(シンチレータ)から発した光を反射して、光の取り出し効率を高めるためのものである。当該反射層は、Al,Ag,Cr,Cu,Ni,Ti,Mg,Rh,Pt及びAuからなる元素群の中から選ばれるいずれかの元素を含む材料により形成されることが好ましい。特に、上記の元素からなる金属薄膜、例えば、Ag膜、Al膜などを用いることが好ましい。また、このような金属薄膜を2層以上形成するようにしても良い。なお、反射層の厚さは、0.005〜0.3μm、より好ましくは0.01〜0.2μmであることが、発光光取り出し効率の観点から好ましい。
本発明においては、支持体と蛍光体層の間、又は反射層と蛍光体層の間に下引き層を設けることが好ましい。当該下引層は、CVD法(気相化学成長法)によりポリパラキシリレン膜を成膜する方法や高分子結合材(バインダー)による方法があるが、膜付の観点から高分子結合材(バインダー)による方法がより好ましい。また下引層の厚さは、0.5〜4μmが好ましい。4μm以下とすることで下引層内での光散乱が大きくなり鮮鋭性が悪化するのを防止できる点で好ましい。また下引層の厚さが0.5μm以上とすることでブレードダイシング時の発熱により柱状結晶性の乱れが発生するのを防止できる点で好ましい。以下、下引層の構成要素について説明する。
前記下引層は、溶剤に溶解又は分散した高分子結合材(以下「バインダー」ともいう。)を塗布、乾燥して形成することが好ましい。高分子結合材としては、具体的には、ポリウレタン、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、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。なかでもポリウレタン、ポリエステル、塩化ビニル系共重合体、ポリビニルブチラール、ニトロセルロースを使用することが好ましい。
本発明に係る保護層は、ブレードダイシング時の切断部の蛍光体結晶割れの防止、及びディテクタ筐体にセットされるまでの期間の防湿と、シンチレータと平面受光素子の接触による平面受光素子側の腐食防止を主眼とするものである。すなわちシンチレータパネルと平面受光素子のカップリングまでの期間、湿度の低い環境で管理されることを前提とすれば、保護層は平面受光素子との接触面部分に存在すればよく、蛍光体層の断裁面側まで覆っている必要はない。但し、フラットパネルディテクタの筐体が、保護層よりも水分透過性の少ないことが好ましい。
本発明のシンチレータパネルは、(1)炭素繊維強化プラスチック(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)、(2)カーボンボード(木炭及び紙を炭化処理して固めたもの)、(3)カーボン支持体(グラファイト支持体)、(4)プラスチック支持体、(5)ガラス支持体、(6)各種金属支持体、(7)上記(1)〜(6)の支持体を薄く形成し発泡樹脂でサンドイッチしたもの等、支持体として各種の材料を使用することができる。従来気相堆積法によるシンチレータパネル製造方法においては、その支持体が耐熱性を要することから、アルミやアモルファスカーボン等、剛直な支持体に蛍光体層を蒸着することが一般的であった。剛直な支持体を用いる場合、厚さは0.3mm以上1.0mm以下であることが好ましい。
本発明に関わるフラットパネルディテクタの典型的例について、図を参照しながら説明する。
本発明に関わるシンチレータパネルの断裁方法の典型的例について、図を参照しながら説明する。
本発明に関わるシンチレータパネルの蒸着方法の典型的例について、図を参照しながら説明する。
図4に示す通り、蒸着装置961は箱状の真空容器962を有しており、真空容器962の内部には真空蒸着用のボート963が配されている。ボート963は蒸着源の被充填部材であり、当該ボート963には電極が接続されている。当該電極を通じてボート963に電流が流れると、ボート963がジュール熱で発熱するようになっている。放射線用シンチレータパネル12の製造時においては、ヨウ化セシウムと賦活剤化合物とを含む混合物がボート963に充填され、そのボート963に電流が流れることで、上記混合物を加熱・蒸発させることができるようになっている。
図5はシンチレータパネル12の蛍光体層122表面にポリパラキシリレン膜からなる保護層を形成する例である。
次に、本発明に係るシンチレータパネル12の作製方法について説明する。
支持体121の一方の表面に反射層としての金属薄膜(Al膜、Ag膜等)をスパッタ法により形成する。樹脂フィルムを支持体として使用する場合、樹脂フィルム上にAl膜をスパッタ蒸着したフィルムは、各種の品種が市場で流通しており、これらを本発明の支持体121として使用することも可能である。
下引層123は、有機溶剤に高分子結合材を分散・溶解した組成物を塗布、乾燥して形成する。高分子結合材としては接着性、反射層の耐腐食性の観点でポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等の疎水性樹脂が好ましい。
上記のように反射層と下引層を設けた支持体121をホルダ964に取り付けるとともに、複数個(図示しない)のボート963の1つのボートに沃化セシウムを充填し、もう1つのボートにヨウ化セシウムと賦活剤であるヨウ化タリウムとを含む粉末状の混合物を充填する(準備工程)。この場合、ボート963と支持体121との間隔を100〜1500mmに設定し、その設定値の範囲内のままで後述の蒸着工程の処理をおこなう。より好ましくはボート963と支持体121との間隔を400mm以上、1500mm以下とし、複数個のボート963を同時に加熱し蒸着を行う。
図5に示したCVD装置にてポリパラキシリレンからなる保護層123を設ける。あるいは剥離剤がコーテングされた剥離シートに、ホットメルト樹脂を塗設後、ホットメルト樹脂面をシンチレータパネルの蛍光体層面に配置し、120℃に加熱したローラーで加圧しながら張り合わせることで保護層123を形成する。平面受光素子面との接着に接着剤を使用する場合は保護層と接着剤層の厚みのトータルが20μm以下になるように保護層の厚みを調整する。また支持体として樹脂フィルムを使用した場合は本保護層の形成は後述する、シンチレータパネルの断裁後に実施することもできる。
前記シンチレータパネルの蛍光体層側の面と前記平面受光素子の受光面とを合わせて、一体化することをカップリングという。カップリング方法としては、クッション部材等の補助材を用いて両者を圧着する方法、接着剤で接着する方法、マッチングオイルにより張り合わせる方法などが挙げられる。
シンチレータパネル12と平面受光素子11を接着剤13で張り合わせる。接着にあたっては接着剤が固化するまで10〜500g/cm2の圧力で加圧する。加圧により接着剤層から気泡が除去される。保護層123としてホットメルト樹脂を使用した場合は10〜500g/cm2の圧力で加圧しながら、ホットメルト樹脂の溶融開始温度より10℃程度高い温度まで加熱し1〜2時間静置後、徐々に冷却する。急冷するとホットメルト樹脂の収縮応力により平面受光素子の画素にダメージかある。好ましくは20℃/hour以下の速度で50℃以下まで冷却する。
縦横600mm×600mmサイズの下記A−1〜P−3の支持体に銀をスパッタして反射層(0.10μm)を形成した。
A−2 アルミニウム 0.5mm
C−1 アモルファスカーボン 0.5mm
C−2 アモルファスカーボン 1.0mm
C−3 アモルファスカーボン 1.5mm
P−1 ポリイミドフイルム 0.030mm
P−2 ポリイミドフイルム 0.125mm
P−3 ポリイミドフイルム 0.225mm
(下引層の作製)
バイロン20SS(東洋紡社製:高分子ポリエステル樹脂)300質量部
メチルエチルケトン(MEK) 200質量部
トルエン 300質量部
シクロヘキサノン 150質量部。
蛍光体1(CsIのみ)をボート1に入れ、蛍光体2(CsIに対しTlを0.03mol%含有)をボート2に入れた。
(ポリパラキシリレンからなる保護層)
上記で得られたシンチレータパネルを、図5のCVD装置にセットしてポリパラキシレンからなる保護層を形成した。ポリパラキシレン膜の厚みは3μmになるように調整した。但し、樹脂フィルムを支持体とするP−1、P−2およびFP−3に関しては、後述のシンチレータパネルの断裁で所定サイズに断裁後、CVD装置にてポリパラキシリレンからなる厚み3μmの保護層を形成した。
上記で得られたシンチレータパネルのシンチレータ層を、バリアロックス(コート有り)1011HG−CW(#12)(ラミネート層付きバリアフィルム、東レフィルム加工株式会社製)で覆い、高分子保護フィルムからなる保護層を設けた。
平面受光素子には受光面にCMOSを有する有効画像領域の平面受光素子(Rad−icon社製 Rad Eye 1/画素サイズ48μm)を使用し、上記により保護層まで形成し作成したシンチレータパネルとカップリングした。
実施例11および比較例3において、シンチレータパネルの蛍光体層側と平面受光素子の受光面と対向させて合わせ、筐体の蓋側にシンチレータパネルの支持体が向くように筐体に装填し、シンチレータパネルの支持体上に圧力調整用のスポンジを置き、狂態の蓋をネジ止めし、30g/cm2の圧力で押圧し、カップリングした。
実施例11および比較例3以外では、シンチレータパネルの蛍光体層側と平面受光素子の受光面との接着に、下記組成のアクリル系接着剤を作成した。
下記(A)の固形分比の混合物100質量部に対し、下記(B)の芳香族系イソシアネート化合物を1質量部添加した。さらにジオクチル錫ジラウレートを固形分に対して60ppm添加し、酢酸エチルで希釈して固形分30%の接着剤組成物を得た。
2−エチルヘキシルアクリレート 50質量部
ブチルアクリレート 30質量部
スチレン 19質量部
2−ヒドロキシエチルメタクリレート 3質量部
(B)
トリレンジイソシアネート・トリメチロールプロパンアダクト体(商品名;コロネートL 日本ポリウレタン(株)製)
上記接着剤をシンチレータパネル12の保護層123側に10μmの厚さになるように塗設し乾燥したのち、シンチレータパネルとCMOS部の位置を実体顕微鏡にて確認しながら両者を完全に一致させた。その後100g/cm2の圧力で加圧しながら、70℃の環境で90分間加熱後、徐冷することでシンチレータパネル12と平面受光素子11をカップリングした。
得られたシンチレータパネルの、空隙率、耐屈曲性、耐衝撃性、鮮鋭性、DQEを以下に示す方法で評価した。
得られたシンチレータパネルの蛍光体層を支持体と平行に切除し、断面の走査型電子顕微鏡写真を、画像処理ソフトを使用して蛍光体部分と空隙部の2値化することにより、基部、中間部および端部の空隙率および基部の空隙率変化を求めた。
(耐衝撃性の評価)
フラットパネルディテクタに対して20cm離れた高さ位置から500gの鉄球を落下させた後、シンチレータパネルについて目視評価した。その後、管電圧40kVpのX線を支持体の裏面側から照射し得られたフラットパネルディテクタ上の画像を出力装置よりプリントアウトし得られたプリント画像を目視にて以下に示す基準に従って耐衝撃性の評価を行った。表1に結果を示す。
4:ひび割れがなく、画質的にほとんど気にならないレベルである
3:ひび割れが見られ、画欠(画像欠陥)が確認されるが実用上許容できるレベルである
2:ひび割れが見られ、明らかな画欠が認められ、実用上問題が発生するレベルである
1:ひび割れが多数見られ、画欠が多く、実用上問題が発生するレベルである。
得られたシンチレータパネルのうち、樹脂製支持体の実施例に関して、平面受光素子上に半径5cmの曲率をもってはりつけて作製したフラットパネルディテクタに、管電圧40kVpのX線を支持体の裏面側から照射し得られたフラットパネルディテクタ上の画像を出力装置よりプリントアウトし得られたプリント画像を観察し、以下に示す基準に従って耐屈曲性の評価を行った。表1に結果を示す。
4:ひび割れがなく、画質的にほとんど気にならないレベルである
3:ひび割れが見られ、画欠が確認されるが実用上許容できるレベルである
2:ひび割れが見られ、明らかな画欠が認められ、実用上問題が発生するレベルである
1:ひび割れが多数見られ、画欠が多く、実用上問題が発生するレベルである。
鉛製のMTFチャートを通して管電圧40kVpのX線をフラットパネルディテクタの放射線入射面側に照射し、画像データを検出しハードディスクに記録した。その後、ハードディスク上の記録をコンピュータで分析して当該ハードディスクに記録されたX線像の変調伝達関数MTF(空間周波数1サイクル/mmにおけるMTF値)を鮮鋭性の指標とした。表中MTF値が高いほど鮮鋭性に優れていることを示す。MTFはModulation Transfer Functionの略号である。
X線効率を評価するために、輝度評価を実施した。管電圧40kVpのX線をフラットパネルディテクタの放射線入射面側に照射し、画像データを検出しハードディスクに記録した。その後、ハードディスク上の記録をコンピュータで分析して当該ハードディスクに記録されたX線像の平均シグナル値を発光輝度とした。表1に示す相対輝度とは実施例13を100とした時の値である。
11 平面受光素子
12 シンチレータパネル
13 接着層
14 筐体
31 レーザ断裁装置
32 支持台
33 パージ室
34 排出管
35 透光窓
111 信号取り出し部
121 支持体
122 蛍光体層
123 保護層
961 蒸着装置
962 真空容器
963 ボート
964 ホルダ
965 回転機構
966 真空ポンプ
S レーザー断裁部分
Claims (16)
- 支持体に柱状結晶からなる蛍光体層と保護層を順次形成したシンチレータパネルを、複数の画素を2次元状に配置した平面受光素子の受光面と、カップリングしてなるフラットパネルディテクタにおいて、該蛍光体層の基部の平均空隙率から端部の平均空隙率を差し引いた差が5%以上、25%以下であり、基部から端部にかけて空隙率が減少することを特徴とするフラットパネルディテクタ。
- 前記蛍光体層の基部の空隙率変化が、10%以上、25%以下あることを特徴とする請求項1に記載のフラットパネルディテクタ。
- 前記支持体がカーボン、アルミまたはガラスを主成分とすることを特徴とする請求項1または2に記載のフラットパネルディテクタ。
- 前記支持体の厚みが0.3mm以上、1.0mm以下であることを特徴とする請求項3に記載のフラットパネルディテクタ。
- 前記支持体が樹脂であることを特徴とする請求項1または2に記載のフラットパネルディテクタ。
- 前記支持体がポリイミド(PI)またはポリエチレンナフタレート(PEN)のうち少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項5に記載のフラットパネルディテクタ。
- 前記支持体の厚みが0.05mm以上、0.20mm以下であることを特徴とする請求項5または6に記載のフラットパネルディテクタ。
- 前記保護層が積層フィルムであり、前記蛍光体層に接着していないことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のフラットパネルディテクタ。
- 前記保護層が樹脂であり、前記蛍光体層に接着していることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のフラットパネルディテクタ。
- 前記保護層がポリパラキシリレンまたはホットメルト樹脂であることを特徴とする請求項8に記載のフラットパネルディテクタ。
- 前記シンチレータパネルと前記平面受光素子の受光面が補助基材によって押し付けられることでカップリングしていることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のフラットパネルディテクタ。
- 前記シンチレータパネルと前記平面受光素子の受光面が樹脂層によってカップリングしていることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のフラットパネルディテクタ。
- 前記シンチレータパネルと前記平面受光素子のカップリングにFOP(ファイバオプティックプレート)が使用されていることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のフラットパネルディテクタ。
- 前記蛍光体層がCsI(ヨウ化セシウム)であることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載のフラットパネルディテクタ。
- 前記平面受光素子がガラス支持体上に形成された薄膜トランジスタ(TFT)を有する平板平面受光素子であることを特徴とする請求項14に記載のフラットパネルディテクタ。
- 前記平面受光素子がCCDまたはCMOSであることを特徴とする請求項14に記載のフラットパネルディテクタ。
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