JPS5941267B2 - 放射線励起螢光面およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はイメージ管や蛍光板のような放射線励起蛍光面
およびその製造方法に関する。

イメージ管のうちよく知られているＸ線蛍光増倍管の構
成について第１図を参照して説明する。

Ｘ線蛍光増倍管は真空外囲器１と、この外囲器１内に配
設された入力面３と、出力蛍光面４と加速電極５とがあ
り、さらに外囲器１の筒状部分の内面に集束電極６が形
成されている。

入力面はＸ線７を透過しやすい基板８上に蛍光体層９を
形成した蛍光面１０がありその上に光電面１１が形成さ
れたものである。

この様なＸ線蛍光増倍管は次の様に動作し、使用される
。

Ｘ線７が被写体１２に照射され、この被写体１２のＸ線
吸収能により二次元的に変調されたＸ線像がＸ線蛍光増
倍管の外囲器１の前面を透過し、入力面３に入る。

ここで基板８を透過したＸ線は蛍光体層９を発光させ光
に変換される０発光した光は蛍光体光電面１１より光電
子１４を放出する。

光電子１４は集束電極６によって集束されながら加速電
極によって２５〜３０ＫＶに加速されて出力蛍光面４で
再び可視光に変換され像を結ぶ。

この像は入力面の蛍光体層９で得られる光像より格段に
明るい像として出力蛍光面４で得られる。

さて、今日よく知られているＸ線蛍光増倍管の入力蛍光
面とその製造方法の１つは、特開昭５２−１３６５６０
号公報に開示されるようにあらかじめ基板面に細かい溝
を形成しておき、その上に沃化セシウム（Ｃｓ Ｉ ）
蛍光体を蒸着して細かい亀裂によるライトガイド（光案
内）作用をもつ蛍光面をつくる技術である。

このほかに、特開昭５０−１０９６６２号公報に開示さ
れるように、基板上に直径２０〜７０μｍの細かいガラ
ス球の層を付着し、その上に蒸着蛍光体層を形成し、ガ
ラス球相互の隙間から延びる微小チャンネル（隙間）に
よりライトガイド作用を得る技術も公知である。

また特公昭５５−１９０２９号公報にもこれと同様の亀
裂をもつ蛍光面について開示されている、っこのような
基板面上に微細な溝や凹凸を形成することは、製造上き
わめて煩雑であり好ましくなく、しかもこれは発光層と
ならず効率がよくない。

一方、Ｃｓｌのようなアルカリハライド螢光体の蒸着に
よる層く基板に垂直に延びる平均約２μｍ以下の直径の
針状結晶構造として形成され易いことも知られている。

この針状結晶構造自体は、１００℃以下の基板温度を低
温でアルカリハライド蛍光体を蒸着することによって得
られ、結晶粒界は相互にまたがっているため各々の針状
結晶が化学的に分離されず密着しており、その白濁によ
る横方向・＼の光散乱が多少減少することによって、い
（らかライトガイド作用を呈することも知られているが
、単なるこのような針状結晶だけでは解像度を充分高め
るのには、あまり役立たない。

やはり積極的に微細な隙間で隔てられた島状もしくは柱
状の結晶塊構造とすることが必要であった。

このため上記３つの公知刊行物に開示されたものは、蛍
光体層に基板に対して垂直に延びる亀裂により、数本な
いし数十本の針状結晶を１つの２Ｏ−ＪＯＯμｍ直径の
島状もしくは柱状に束ねあるいは結晶粒界が複雑に相互
にわたって存在してライトガイド作用をもつＸ線蛍光増
倍管の人力蛍光面を得ているものである。

他方、特開昭５３−２３２６６号公報には高真空度のも
とでＣｓＩを蒸着した２層の蛍光体層を、３５０℃３０
分程度熱処理して柱状結晶に成長させ、ライトガイド作
用をもたせる技術が開示されている。

これは適当な太さの柱状結晶を安定的に得るための温度
等の条件設定が微妙な点に、 なお改良を要する。

また、異なる活性剤を含むＣｓＩの複数層となした蛍光
面は特開昭５２−２３２５４号公報に、またさらにこれ
は出力蛍光面に関するものであるが特開昭５３−２３２
６５号公報に開示されるように多孔性蛍光体層と緻密性
蛍光体層との複合層構造にすることも知られている。

しかしこれはＺｎＳ蛍光体の場合であり、７５０℃の熱
処理をくり返して行ないこのような層を得るもので、Ｃ
ｓＩのような低融点蛍光体（融点６２１℃）でしかも相
当厚い蒸着層の形成にはそのまま適用できない。

本発明は以上のような従来技術のもつ煩雑さをともなわ
ないで製造可能であり、基板上に１５０〜３５０μｍの
厚さにわたり平均２〜２０μｍ直径を有してライトガイ
ド作用を充分もつ針状結晶の集合からなる蒸着蛍光体層
をもつ放射線励起蛍光面と、その好ましい製造方法とを
提供するものである。

すなわち、本発明に係る放射線励起蛍光面は第１層の蒸
着蛍光体層の底面が基板と面で接触しているので基板と
の付着力が向上し、かつ第１層の蒸着蛍光体層結晶粒子
の上にほぼ同じ大きさで第２層の蒸着蛍光体層がほぼ単
一の柱状結晶塊として基板に対し、はぼ垂直に成長して
いるため、ライトガイド効果が顕著となり解像度格段と
優れた特性が得られる。

また、本発明に係る放射線励起蛍光面の製造方法は第１
の蒸着蛍光体層および第２の蒸着蛍光体層が蒸着条件の
制御によって上記した構成の放射線励起蛍光面が得られ
るので安定した品質が再現性よ（得られる。

以下、本発明の放射線励起蛍光面の一実施例を第２図を
参照して説明する。

第２図に断面を模式的に示すように、基板８の平坦な表
面上に、蛍光体の蒸着による平均１５μｍ以下の大きさ
の結晶粒子の底面が基板と同じ面で直接に接触し、かつ
この結晶粒子が１〜２層敷きつめられた第１の蒸着蛍光
体層２１と、この層２１の結晶粒子の１つ１つもしくは
複数の粒子の突起面上に結晶成長され、基板８に対して
垂直方向に第１層２１の厚さの約１０倍以上に蒸着され
て例えば平均７μｍのピッチで密に並ぶほぼ単一の柱状
結晶塊のアルカリハライド蛍光体の第２蒸着蛍光体層２
２とで構成されている。

これら第１蒸着蛍光体層２１と第２蒸着蛍光体層２２と
で１５０μｍ〜３５０μｍの厚さの蒸着蛍光体層９が構
成されており、とくに柱状結晶塊の１つ１つがライトガ
イド作用を呈するものである。

そして第１蒸着蛍光体層および第２蒸着蛍光体はわずか
ではあるが境界をもって一体的に結着されており、これ
らの両方がＸ線のような放射線の励起ＩＣより発光し、
蛍光体層の横方向−＼の光の拡散が防止される。

つまり、かかる蛍光面１ｆｃＸ線を照射して蛍光体を発
光させると光の大部分はファイバーオプティックスの原
理で柱状結晶塊の中を全反射をくり返しながら、横方向
にほとんど拡散することなく、基板に対して垂直方向に
取り出されるので、解像度の大幅な向上をもたらす。

また、第１層の結晶粒子の底面が基板表面と面で接触し
ているので付着力が一段と向上する。

さらにこの発明によれば蛍光面の厚さを充分厚くできる
ため輝度、量子ノイズ特性ともに著しく向上する。

次に本発明の放射線励起蛍光面の製造方法の一実施例に
ついて第２図および第３図を参照して述べる。

第３図は基板上に雰囲気中で蛍光体層を蒸着形成する装
置の概略図で真空槽３０および真空槽基板３１とこの一
部に設けられた排気口３２を有する。

真空槽３０の内部には蒸発源を収容、加熱するためのボ
ート３３があり、ボートの中には蒸着物３４が充填され
ている。

ボート３３の開口端上部に基板８があり、蛍光体はこの
表面に蒸着され蛍光体９を形成する。

基板８の上部を略覆うような形で基板加熱用ヒーター３
７が配設されている。

膜厚制御用の測定子（図示せず）が基板と並設されてい
る。

真空槽基板３１を貫通してガスを導入するための管３８
および真空計４０が取り付けられており、ガス導入管３
８には微小量の気体流入を制御できるバリアプルリーク
バルブ３９が取り付けられている。

さて第２図の装置で例えはＸ線蛍光増倍管の入力蛍光面
に使用される沃化セシウムを蒸着して蛍光面を形成する
好ましい方法について述べる。

真空槽３０内の圧力をＩ Ｘ １０ ”Ｔｏｒｒまで排
気し、基板加熱用ヒーター３７を３００〜５００℃に加
熱して基板８表面を清浄にする。

次いで基板加熱用ヒーター３７を１００℃に設定し、バ
リアプルバルブ３９を開いて真空槽３０内にアルゴンガ
スを導入し圧力を５Ｘ１０−３ ＴｏｒｒｌＣ保持した
状態で、ボート３３Ｖｃ通電し、ボートの中に充填され
ている蛍光体３４例えば沃化セシウムを蒸発させる。

沃化セシウムの結晶粒子が基板８上に粒状のあたかも砂
利を敷きつめたかのように１〜２層程度蒸着できたら蒸
着を止める。

このように第１の蒸着蛍光体層が形成される。

次にバリアプルバルブ３９をわずかに閉めて真空槽３０
内の真空度を８ Ｘ １０ ’Ｔｏｒｒにし、かつ基板
加熱ヒータ３７を１００℃に設定した後、再びボート３
３に通電して蛍光体３４を膜厚が約２５０μｍになるま
で蒸着する。

この蒸着により第１の蒸着蛍光体層の各突起部分を種と
して第１の蒸着蛍光体層の結晶粒の大きさの太さでほぼ
単一に成長し互に隔離された平均ピッチ１５μｍ以下の
柱状環よりなる第２の蒸着蛍光体層が形成される。

この後基板８上に形成した蛍光体層９よりなる蛍光面を
大気中に取り出す。

蒸着後取り出された蛍光体層の各柱状環は互に微細な空
隙によって隔絶されているのでほぼ単一の柱状結晶塊の
各々はファイバーオプティックスのように結晶の横方向
へ光をほとんど通さず基板と垂直方向へ選択的に光を通
すライトガイド作用をもっている。

このような蒸着方法によって、蛍光体層の膜厚を３５０
μｍ程度まで厚くしても良好なファイバーオプティック
ス作用が得られた。

前記した第１の蒸着蛍光体層を形成する条件として基板
温度は好適には２０〜１５０℃、Ｈ２Ｏを含まない雰囲
気で真空度は１×１０−３〜１×１０”Ｔｏｒｒで、沃
化セシウム蛍光体を蒸着した場合、第１の蒸着蛍光体層
の結晶粒子の平均的な大きさは７μｍ程度（最小１．５
μｍ、最大２０μｍ程度）で、各結晶粒子による隣接す
る突起のピンチは１５μｍ以下のものが得られる。

また前記第２のアルカリハライド蒸着蛍光体層を形成す
る条件としては、好適な基板温度２０〜１．５０℃でＨ
２Ｏを含まず、かつ蛍光体と化学的に反応しないガス雰
囲気中で真空度ｌＸｌ０ ’〜Ｉ Ｘ １０−２Ｔｏ
ｒｒで各々の温度、真空度において最適な蒸着速度を選
定することにより第１の蒸着蛍光体層の突起を種として
３５０μｍ程度の膜厚まで良好なファイバーオプティッ
クス作用を有する平均ピッチ１５μｍ以下のほぼ単一の
柱状結晶塊を得ることができる。

膜厚は３５０μｍよりさらに厚くすることができるが蛍
光体の透過率は１００％でないため輝度が逆に低下して
くる。

本雰囲気蒸着に使用する導入ガスはアルゴンに限定され
るものではなく第１．第２蒸着物質と化学的に反応しな
いガスであり、たとえば不活性ガス全般その他Ｎ２ガス
、Ｎ２＋Ｈ２混合ガス等でもよい。

なお本実施例では第１の蒸着蛍光体層と第２の蒸着蛍光
体層共に一つのボートに充填した沃化セシウムを用いた
が、第１の蒸着物質と第２の蒸着物質とが異なる場合、
あるいはボート・＼の充填量が多い場合ボートは２ケ用
いれば良いわけである１第４図に沃化セシウムを用いて
基板温度１００℃、真空度５Ｘ１０’Ｔｏｒｒ〜アルゴ
ン雰囲気中で蒸着した第１の蒸着層の粒状結晶成長の過
程を表わす電子顕微鏡写真（倍率１０００倍）を示す。

隣接する突起のピッチは平均で約７μｍである。

蛍光体結晶粒子は約１．５μｍ〜２０μｍの大きさで分
布し、平均約７μｍである。

この粒子が１〜２層に敷きつめられた状態となっている
。

また第５図イ２口は、第４図で示す第１蒸着蛍光体層の
上に第２の蒸着蛍光体層として沃化セシウム蛍光体を基
板温度１００℃、真空度８Ｘ１０’Ｔｏｒｒアルゴン雰
囲気中で膜厚２３０μｍまで蒸着したものの走査形電子
顕微鏡写真（倍率３００倍）で、第１蒸着蛍光体層とな
る結晶粒子の大きさがそのまま成長したような蛍光体柱
状環が表面まできれいに成長していることがわかる。

この場合の蛍光体柱状結晶塊の直径は平均約７μｍ（２
〜２層゛μｍ直径の範囲で分布している）で、隣接する
もの同志互に密接もしくは極めてわずかな隙間を保って
近接しあいながら高密度に並んでいることがわかる。

しかも既述した公知刊行物にみるような数本ないし数十
水を束ねたような太い柱状もしくは島状に形成する無数
の亀裂のようなものはほとんど認められない。

さらに第６図に沃化セシウムを用いた各種入力蛍光面の
解像度を示す空間周波数特性の実測値を示したが、図中
５１は平坦な基板面上に単にＣｓＩ蒸着層を膜厚１５０
μｍとした従来構造のもので、５２は特開昭５２−１３
６５６０号公報に示される酸化アルミニウムモザイクパ
ターンを基板にした蒸着蛍光面で、膜厚１８０μｍの場
合であり、５３は本発明によるもので膜厚２３０μｍの
場合である。

この図から本発明による蛍光面は、膜厚が厚いにもかか
わらず解像度特性において格段に優れた特性を示すこと
がわかる。

さらには同じ蒸着槽内で実施できるのでごみなど不所望
に混入する機会が少なく面品位を低下させることがない
。

以上のように本発明による蛍光面は、蛍光体層が蒸着さ
れる基板好ましくは平坦な基板面を用いてその上に平均
結晶粒子直径が１５μｍ以下のアルカリハライド蛍光体
結晶を前記基板と面で接触しかつ前記蛍光体結晶を全体
の蛍光体層の厚さの１０分の１以下の厚さに敷きつめた
第１の蒸着蛍光体層と、その上に全体の厚さが１５０〜
３５０μｍとなるまで成長させられたほぼ単一の柱状結
晶塊からなる第２の蒸着蛍光体層とを有してなるため、
基板との付着力が大で製作も容易、しかも平均直径１５
μｍ以下となる各柱状結晶塊によるライトガイド作用に
より解像度、輝度、量子ノイズ特性のすぐれた蛍光面で
ある。

そして本発明製造方法により、能率よく安定に特性のよ
い蛍光面をつ（ることができる。

すなわち平坦な表面をもつ基板上にｌＸｌ０ ’−Ｉ
ＸＩＯ−２Ｔｏｒｒの非反応性ガス雰囲気中において粒
状で微細な突起を有する第１の蒸着蛍光体層を形成する
工程と、この第１の蒸着蛍光体層の上にｌＸｌ０ ’〜
１×１０”Ｔｏｒｒの非反応性ガス雰囲気中で蛍光体を
蒸着して直径が平均１５μｍ以下の柱状結晶塊を基板に
垂直方向に１５０μｍ以上成長させると共に隣接する結
晶間に微細なすき間を有して各柱状結晶塊がファイバー
オプティックス作用を有する解像度、輝度、量子ノイズ
の優れた蛍光面を、能率よく安定に再現できるものであ
る。

また本発明はＸ線蛍光増倍管用入力蛍光面に用いてとく
にすぐれた解像度を実現できるものであるが、これに限
定されるものではなく、蒸着法によって製造する放射線
励起の蛍光面に適用できることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来および本発明の一実施例を説明するために
用いるＸ線蛍光増倍管の概略構成図、第２図は本発明の
一実施例を示す放射線励起蛍光面の概略断面図、第３図
は本発明の製造方法の−実施例を説明する蒸着装置概略
構成図、第４図、第５図イ２口は各々本発明方法の途中
工程である第１の蒸着蛍光体膜、および本発明による蛍
光面を示すの走査形電子顕微鏡写真、第６図は従来およ
び本発明による蛍光面の解像度特性を示す空間周波数特
性図であるっ ３・・・・・・入力面、１０・・・・・・蛍光面、８・
・・・・・基板、９・・・・・・蛍光体層、２１・・・
・・・第１蒸着蛍光体層、２２・・・・・・第２蒸着蛍
光体層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蛍光体層が蒸着される基板と、この基板上に１５０
   〜３５０μｍの厚さに形成された積層構造でなる蒸着蛍
   光体層とを具備する放射線励起蛍光面において、第１層
   の蒸着蛍光体層は前記蒸着蛍光体層の全体の厚さの１０
   分の１以下の厚さで敷きつめられたアルカリハライド蛍
   光体の結晶粒子からなり、この粒子の平均的な大きさが
   １５μｍ以下でありこの粒子の底面は前記基板と面で直
   接に接触しさらに前記基板にほぼ垂直な方向に成長した
   柱状結晶でなり、第２層の蒸着蛍光体層は前記第１層の
   蒸着蛍光体層結晶粒子の上にほぼ同じ大きさで基板に対
   してほぼ垂直に成長したアルカリハライド蛍光体のほぼ
   単一の柱状結晶塊からなることを特徴とする放射線励起
   蛍光面。 ２ 第１層および第２層の蒸着蛍光体層が沃化セシウム
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の放
   射線励起蛍光面。 ３ 蛍光体層が蒸着される基板をＩ Ｘ １０””’−
   ”〜ＩＸ １０−２Ｔｏｒｒの真空度のもとてアルカリ
   ハライド蛍光体を蒸着して結晶粒子の平均的な大きさが
   １５μｍ以下の第１蒸着蛍光体層を形成し、次にｌＸｌ
   ０ ’〜１×１０″Ｔ ｏｒｒの真空度のもとで前記第
   １蒸着蛍光体層上にこの第１蒸着蛍光体層の厚さの１０
   倍以上の厚さになるようにアルカリハライド蛍光体を蒸
   着して第２の蒸着蛍光体層を形成することを特徴とする
   放射線励起蛍光面の製造方法。 ４ 蒸着する雰囲気がＨ２Ｏを含まず蒸着蛍光体と化学
   的に反応しない１または複数の混合ガスを含んでいる特
   許請求の範囲第３項記載の放射線励起蛍光面の製造方法
   。