JP5873660B2 - シンチレータパネル - Google Patents

Description

本発明は、シンチレータパネルに関する。

従来のシンチレータパネルとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。このようなシンチレータパネルは、基板と、該基板の表面上においてシンチレータ材が気相堆積法により形成されたシンチレータ層と、を備えている。

特開２００３-１７７１８０号公報

ここで、上述したようなシンチレータパネルにおいては、例えば医療用や工業用の分野への益々の普及及び用途拡大に伴い、その光出力を高めることが望まれている。この点、光出力を向上させるため、例えばシンチレータ層を厚くする場合があるが、この場合、解像度の大幅な低下を招くおそれがある。

そこで、本発明は、解像度を維持しつつ光出力を向上させることができるシンチレータパネルを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るシンチレータパネルは、複数の構造単位から成る微細周期構造を表面に有する基板と、基板の表面の微細周期構造上においてシンチレータ材が気相堆積法により形成され、複数の柱状結晶が纏まって成るシンチレータ層と、を備え、複数の構造単位は、基板の厚さ方向から見てシンチレータ層の発光波長よりも小さいピッチでアレイ状に配列されていると共に、基板の厚さ方向に凸形状とされ、シンチレータ層では、シンチレータ材が複数の構造単位それぞれに対応するように付着されていると共に、複数の構造単位に付着されたシンチレータ材が纏まることで柱状結晶が形成されていることを特徴とする。

この本発明のシンチレータパネルでは、基板の表面の微細周期構造上に気相堆積法によりシンチレータ層が形成されている。このとき、複数の構造単位それぞれに対応するようにシンチレータ材が付着され、当該複数の構造単位に付着されたシンチレータ材が纏まることで柱状結晶が形成され、そして、これら複数の柱状結晶が纏まることでシンチレータ層が形成されている。このようにシンチレータ層が構成されることにより、シンチレータ層における柱状結晶の結晶性を改善することができ、その結果、解像度を維持しつつ光出力を向上させることが可能となる。

また、上記作用効果を好適に奏する構成として、具体的には、複数の構造単位に付着されたシンチレータ材のピッチをａ、シンチレータ材が纏まることで形成された柱状結晶の結晶径をｂ、シンチレータ層において基板とは反対側の表面における柱状結晶の結晶径をｃとしたとき、ａ＜ｂ≦ｃを満たす構成が挙げられる。

また、基板は、樹脂により形成されていることが好ましい。この場合、光出力だけでなく解像度も向上されることとなる。

また、シンチレータ層では、当該シンチレータ層と基板との界面領域において、複数の構造単位に付着されたシンチレータ材が纏まっている場合がある。

また、シンチレータ層において基板とは反対側の表面上に形成された反射膜又は吸収膜をさらに備えたことが好ましい。この場合、光出力を一層向上させることが可能となる。

本発明によれば、解像度を維持しつつ光出力を向上させることが可能となる。

本発明の第１実施形態に係るシンチレータパネルを示す概略側断面図である。 （ａ）は基板の微細周期構造を示す概略拡大断面図、（ｂ）は基板の微細周期構造を示す概略拡大平面図である。 （ａ）はシンチレータ層を説明するための概略拡大断面図、（ｂ）は図３（ａ）の続きを示す概略拡大断面図である。 （ａ）は図３（ｂ）の続きを示す概略拡大断面図、（ｂ）は図４（ａ）の続きを示す概略拡大断面図である。 シンチレータ層を示す概略拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係るシンチレータパネルを示す概略側断面図である。 基板の微細周期構造の他の例を示す概略拡大平面図である。 解像度及び光出力の測定結果の一例を示す表である。 解像度及び光出力の測定結果の他の一例を示す表である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

まず、本発明の第１実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るシンチレータパネルを示す概略側断面図、図２は、基板の微細周期構造を示す概略拡大図である。図１に示すように、本実施形態のシンチレータパネル１０は、入射したＸ線等の放射線Ｒをシンチレーション光に変換し検出するものであり、例えばマンモグラフィー装置、胸部検査装置、ＣＴ装置、歯科口内撮影装置、及び放射線カメラ等において放射線イメージング用のデバイスとして用いられる。

シンチレータパネル１０は、基板２と、シンチレータ層３と、内側保護膜４と、反射膜５と、外側保護膜６と、を備え、これらがこの順に積層するよう設けられている。このシンチレータパネル１０は、シンチレータ層３側から入射した放射線Ｒを、基板２側からシンチレーション光として取り出す。

基板２は、ガラスにより形成されたガラス基板とされている。この基板２は、その表面２ａにおいて外縁部を除く所定部分に、ナノ構造としての微細周期構造２１を有している。図２に示すように、微細周期構造２１は、複数の構造単位２２を含んで構成されている。構造単位２２は、基板２の厚さ方向に凸形状とされている。具体的には、構造単位２２は、厚さ方向を長辺方向とするアスペクト比が１以上の所定の錐形状とされている。

複数の構造単位２２は、基板２の厚さ方向から見て、後述するシンチレータ層３の発光波長よりも小さいピッチ（例えば３００ｎｍ）で、周期的なアレイ状に配列されている。換言すると、複数の構造単位２２は、互いの間隔がシンチレータ層３の発光波長以下となるように、厚さ方向視においてマトリクス状に並設されている。これにより、基板２の表面２ａは、ナノレベルの微細な凹凸面とされている。このように構成された微細周期構造２１では、その屈折率が滑らかに変化する。

図１に戻り、シンチレータ層３は、入射した放射線Ｒをシンチレーション光に変換する蛍光体層であり、入射した放射線Ｒの線量に応じて発光する。このシンチレータ層３は、基板２の表面２ａの少なくとも微細周期構造２１上において、Ｔｌ（タリウム）ドープのＣｓＩ（ヨウ化セシウム）であるシンチレータ材３１が気相堆積法により蒸着されて形成されている。ここでのシンチレータ層３にあっては、基板２の表面２ａ全域にシンチレータ材３１が気相堆積法で堆積され、複数の柱状結晶（針状結晶）Ｋが林立されて纏まることで形成されている。このシンチレータ層３の発光波長は、５５０ｎｍ程度とされている。

内側保護膜４は、基板２及びシンチレータ層３を湿気等から保護するものである。内側保護膜４は、基板２の側面２ｂとシンチレータ層３の表面３ａ及び側面３ｂとを被覆するように、これらに密着形成されている。内側保護膜４としては、有機膜や無機膜を用いることができ、ここでは、好ましいとしてパリレン系樹脂、例えば、ポリパラキシリレン樹脂（スリーボンド社製、商品名パリレン）のうち、ポリパラクロロキシリレン（同社製、商品名パリレンＣ）が用いられている。パリレンによる保護膜は、水蒸気およびガスの透過がきわめて少なく、撥水性や耐薬品性が高いほかに、薄膜でも優れた電気絶縁性を有しており、放射線及び可視光線に対しても透明である。

反射膜５は、内側保護膜４の表面４ａ及び側面４ｂを被覆するように当該内側保護膜４に密着形成されている。この反射膜５は、シンチレータ層３で発生したシンチレーション光を反射してシンチレータ層３側へと返し、取り出す光量を増加させるという機能を有している。反射膜５は、例えば白色塗料により形成することができる。

外側保護膜６は、反射膜５を湿気等から保護するものであり、反射膜５の表面５ａ及び側面５ｂを被覆するように当該反射膜５に密着形成されている。この外側保護膜６としては、上記内側保護膜４と同様に、有機膜や無機膜を用いることができる。

次に、本実施形態においてシンチレータ層３を微細周期構造２１上に気相堆積法により形成する場合の一例を説明する。図３，４は、シンチレータ層の根本側（基板側）を示す概略拡大断面図、図５は、シンチレータ層を示す概略断面図である。

図３（ａ）に示すように、シンチレータ層３を微細周期構造２１上に形成する場合、まず、微細周期構造２１における複数の構造単位２２それぞれに対応するようにシンチレータ材３１が付着する。具体的には、構造単位２２間にシンチレータ材３１が入り込み、構造単位２２毎に当該構造単位２２の周囲にシンチレータ材３１が付着する。

続いて、図３（ｂ）及び図４（ａ）に示すように、複数の構造単位２２に付着したシンチレータ材３１が面方向（図示左右方向）に繋がりつつ纏まりながら成長し、これにより、複数の柱状結晶Ｋが形成される。換言すると、隣接する複数（図中では３つ）の構造単位２２に付着したシンチレータ材３１が一つに纏まり、複数の構造単位２２に応じて柱状結晶Ｋが形成される。そして、図４（ｂ）に示すように、これら複数の柱状結晶Ｋが纏まることで、シンチレータ層３が形成されることとなる。

このように構成されたシンチレータ層３は、図３〜５に示すように、根本部分において、構造単位２２の微細な凸形状に応じてシンチレータ材３１が堆積されている。また、シンチレータ層３と基板２との界面領域Ｗにおいて、シンチレータ材３１が纏まって柱状結晶Ｋが複数形成されている。さらに、界面領域Ｗから先端側の部分（所定の厚さ箇所）に至ると、複数の柱状結晶Ｋが一つに纏まっている。

このとき、好ましいとして、複数の構造単位２２に付着されたシンチレータ材３１のピッチ（つまり、構造単位２２のピッチ）をａ（図４（ａ）参照）とし、シンチレータ材３１が纏まることで形成された柱状結晶Ｋの結晶径をｂ（図４（ａ）参照）とし、シンチレータ層３において基板２とは反対側の表面３ａにおける柱状結晶Ｋの結晶径をｃ（図５参照）としたとき、ａ＜ｂ≦ｃの関係を満たしている。特に本実施形態では、シンチレータ材３１のピッチａが３００ｎｍ〜４００ｎｍとされ、シンチレータ材３１が纏まることで形成された柱状結晶Ｋの結晶径ｂが約９００ｎｍとされ、シンチレータ層３の最も表面３ａ側の結晶径ｃが約２．７μｍ（３０００ｎｍ〜４０００ｎｍ）とされている。

なお、シンチレータパネル１０を製造する場合、基板２の微細周期構造２１上にシンチレータ層３を形成した後、基板２の表面２ａとは反対側の裏面２ｃ（図１参照）に保護テープを貼り付け、周囲全体が覆われるよう内側保護膜４、反射膜５及び外側保護膜６を順に形成し、保護テープを除去する。これにより、シンチレータパネル１０が完成される。

以上、本実施形態では、基板２が微細周期構造２１を有しており、この微細周期構造２１上に気相堆積法によりシンチレータ層３が形成されている。そして、微細周期構造２１における複数の構造単位２２それぞれに対応するようシンチレータ材３１が付着され、当該シンチレータ材３１が微細周期構造２１と同じピッチ（周期）で規則的に基板２の表面２ａに堆積されている。また、複数の構造単位２２に付着されたシンチレータ材３１が纏まることで柱状結晶Ｋが形成され、これら複数の柱状結晶Ｋが纏まることでシンチレータ層３が形成されている。

従って、本実施形態によれば、シンチレータ層３における柱状結晶Ｋの結晶性を改善することができ、例えば、その結晶密度を高めると共に、結晶を直線的に成長させることが可能となる。その結果、解像度を維持しつつ光出力を向上させることが可能となる。

また、本実施形態では、上述したように、シンチレータ層３において基板２とは反対側の表面３ａ上に反射膜５が設けられているため、光出力を一層向上させることが可能となる。

なお、本実施形態は、上記反射膜５に代えて、シンチレーション光を吸収する吸収膜を備えていてもよい。吸収膜は、例えば黒色塗料により形成することができる。また、本実施形態は、反射膜５を備えない場合もある。ちなみに、基板２が有する微細周期構造２１は、光出力を向上させる光散乱防止効果を有するともいえる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。

図６は、本発明の第２実施形態に係るシンチレータパネルを示す概略側断面図である。図６に示すように、本実施形態のシンチレータパネル２０は、基板２’と、上記シンチレータ層３と、保護膜４’と、を備えている。このシンチレータパネル２０は、基板２’側から入射した放射線Ｒを、シンチレータ層３側からシンチレーション光として取り出す。

基板２’は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、パリレン系樹脂等の樹脂により形成されており、柔軟性（可撓性）を有する板状又はフィルム状の樹脂基板とされている。基板２’は、その表面２ａにおいて外縁部を除く所定部分に直接形成された微細周期構造２１を有している。

保護膜４’は、基板２’及びシンチレータ層３を湿気等から保護するものであり、シンチレータパネル２０の外囲を構成する。この保護膜４’は、基板２’及びシンチレータ層３全体を被覆するようにこれらに密着形成されている。保護膜４’としては、上記保護膜４，６と同様に、有機膜や無機膜を用いることができる。

このように構成された本実施形態でも、上記作用効果、すなわち、シンチレータ層３の柱状結晶Ｋの結晶性を改善し、解像度を維持しつつ光出力を向上させるという作用効果が奏される。さらに、本実施形態では、上述したように、基板２’が樹脂により形成された樹脂基板とされている。この場合、光出力だけでなく解像度も向上されることとなる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の説明では、上記第２実施形態と異なる点について主に説明する。

本実施形態のシンチレータパネルは、転写によって表面２ａに形成された微細周期構造２１を有する樹脂基板から成る基板２’を備えている。具体的には、微細周期構造２１を表面に有する転写用基板を用意し、この転写用基板の表面にパリレン等の樹脂を板状に設けた後、この樹脂を転写用基板から引き剥がすことにより、当該樹脂を基板２’として形成している。

このように構成された本実施形態でも、上記作用効果、すなわち、シンチレータ層３の柱状結晶Ｋの結晶性を改善し、解像度を維持しつつ光出力を向上させるという作用効果が奏される。さらに、本実施形態においても、上述したように、基板２’が樹脂により形成された樹脂基板とされているため、光出力だけでなく解像度も向上される。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。

例えば、上記実施形態では、シンチレータ層３としてＣｓＩ（Ｔｌ）を用いているが、これに限定されず、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＬｉＩ（Ｅｕ）、ＫＩ（Ｔｌ）等を用いてもよい。また、上記第２，３実施形態では、上記第１実施形態と同様に、反射膜５又は吸収膜が設けられていても勿論よい。

また、上記実施形態では、ガラス基板である基板２及び樹脂基板である基板２’を備えているが、本発明が適用できる基板はこれに限定されるものではく、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、ａ−Ｃ（アモルファスカーボン）、ＦＯＰ（ファイバオプティクプレート）、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）等の基板を採用してもよい。なお、ＦＯＰとは、数ミクロンの光ファイバを束にして構成した光学素子であり、ＦＯＰとしては、例えば浜松ホトニクス社製の製品番号Ｊ５７３４等が挙げられる。

図７は、基板の微細周期構造の他の例を示す概略拡大平面図である。図７に示すように、微細周期構造２１における複数の構造単位２２の配置は、上記実施形態に限定されるものではなく、基板２の厚さ方向から見て、六方細密状に周期的に配列されている場合もある。

以下、実施例を説明する。

（実施例１）
上記第１実施形態と同様なシンチレータパネル１０を用意し、そのシンチレータ層３側から放射線ＲとしてＸ線を入射させると共に、その基板２側に形成した光感応部でシンチレーション光を受光し、解像度（ＣＴＦ：Contrast Transfer Function）及び光出力を測定した。なお、基板２の微細周期構造２１における複数の構造単位２２は、３００ｎｍピッチで周期的に配列した。シンチレータ層３は、厚さ３００μｍとした。

（実施例２）
反射膜５に代えて吸収膜を備えたシンチレータパネルを用いた以外は上記実施例１と同様にして、解像度及び光出力を測定した。

（実施例３）
内側保護膜４、反射膜５及び外側保護膜６を備えない以外は上記実施例１と同様にして、解像度及び光出力を測定した。

（比較例１）
基板２に代えて微細周期構造２１を有さないガラス基板を用いた以外は上記実施例１と同様にして、解像度及び光出力を測定した。

（比較例２）
基板２に代えて微細周期構造２１を有さないガラス基板を用いた以外は上記実施例２と同様にして、解像度及び光出力を測定した。

（比較例３）
基板２に代えて微細周期構造２１を有さないガラス基板を用いた以外は上記実施例３と同様にして、解像度及び光出力を測定した。

図８は、解像度及び光出力の測定結果の一例を示す表である。図８（ａ）に示す測定結果の比較から、反射膜を備えた実施例１では、光出力を約３０％向上でき、且つ解像度を維持できるのがわかる。また、図８（ｂ）に示す測定結果の比較から、吸収膜を備えた実施例２では、光出力を約２０％向上でき、且つ解像度を維持できるのがわかる。さらにまた、図８（ｃ）に示す測定結果の比較から、反射膜を備えない実施例３では、光出力を約２０％向上でき、且つ解像度を２％の低下（例えば３Ｌｐ/ｍｍのとき）に収めることができるのがわかる。

これにより、解像度を維持しつつ光出力を向上させるという上記作用効果を確認することができた。また特に、シンチレータパネルが反射膜を備えた場合には、光出力の向上に大きな効果が見られ、有効性が高いことを確認することができた。

（実施例４）
上記第２実施形態と同様なシンチレータパネル２０を用意し、その基板２’側から放射線ＲとしてＸ線を入射させると共に、そのシンチレータ層３側に形成した光感応部でシンチレーション光を受光した以外は上記実施例１と同様にして、解像度及び光出力を測定した。

（実施例５）
上記第３実施形態と同様なシンチレータパネルを用いた以外は上記実施例４と同様にして、解像度及び光出力を測定した。

（比較例４）
基板２’に代えて微細周期構造２１を有さない樹脂基板を用いた以外は上記実施例４と同様にして、解像度及び光出力を測定した。

図９は、解像度及び光出力の測定結果の他の一例を示す表である。図９に示す測定結果の比較から、実施例４，５では、光出力を約５％向上でき、且つ解像度を約１５％〜約２０％向上できるのがわかる。

これにより、解像度を維持しつつ光出力を向上させるという上記作用効果を確認することができた。また特に、基板を樹脂で形成した場合には、解像度をも向上させることができ、有効性が高いことを確認することができた。なお、図中の実施例５では、１．５Ｌｐ/ｍｍのとき解像度が１％向上にとどまっているが、これは、素材の弱さによる結晶の偏りに起因するものと考えられる。

２，２’…基板、２ａ…表面、３…シンチレータ層、３ａ…反対側の表面、３１…シンチレータ材、５…反射膜、１０，２０…シンチレータパネル、２１…微細周期構造、２２…構造単位、Ｋ…柱状結晶、Ｒ…界面領域。

Claims (5)

1. 複数の構造単位から成る微細周期構造を表面に有する基板と、
   前記基板の前記表面の微細周期構造上にシンチレータ材により形成された、複数の柱状結晶が纏まって成るシンチレータ層と、を備え、
   複数の前記構造単位は、前記基板の厚さ方向から見て前記シンチレータ層の発光波長よりも小さいピッチでアレイ状に配列されていると共に、前記基板の厚さ方向に凸形状とされ、
   前記シンチレータ層では、
   前記シンチレータ材が複数の前記構造単位それぞれに対応するように付着されていると共に、複数の前記構造単位に付着された前記シンチレータ材が繋がりつつ纏まることで前記柱状結晶が形成され、
   前記シンチレータ材は、複数の前記構造単位間に入り込み、前記構造単位毎に当該構造単位の周囲に付着されていることを特徴とするシンチレータパネル。
2. 複数の前記構造単位に付着された前記シンチレータ材のピッチをａ、前記シンチレータ材が纏まることで形成された柱状結晶の結晶径をｂ、前記シンチレータ層において前記基板とは反対側の表面における柱状結晶の結晶径をｃとしたとき、
   ａ＜ｂ≦ｃ
   を満たすことを特徴とする請求項１記載のシンチレータパネル。
3. 前記基板は、樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のシンチレータパネル。
4. 前記シンチレータ層では、当該シンチレータ層と前記基板との界面領域において、複数の前記構造単位に付着された前記シンチレータ材が纏まっていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載のシンチレータパネル。
5. 前記シンチレータ層において前記基板とは反対側の表面上に形成された反射膜又は吸収膜をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項記載のシンチレータパネル。

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