KR100945614B1 - 신틸레이터 패널 및 방사선 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 관련되는 신틸레이터 패널은 금속반사막을 구비한 지지기판에 신틸레이터를 형성한 신틸레이터 패널에 있어서, 상기 지지기판은, 방사선 투과성의 도전성기판과, 상기 금속반사막과 상기 도전성기판과의 사이에 형성되고, 상기 금속반사막 및 상기 도전성기판에 밀착하여 이들의 접촉을 방지하는 부도체의 무기막으로 이루어지는 중간막과, 상기 금속반사막 상에 형성되어 금속반사막을 보호하는 보호막을 구비하는 것을 특징으로 한다.
신틸레이터 패널, 방사선 이미지 센서, 방사선 투과성 기판, 중간막
Description
이 발명은 의료용 X선 촬영 등에 사용되는 신틸레이터 패널 및 방사선 이미지 센서에 관한 것이다.
종래, 의료, 공업용 X선 촬영에서는, X선 감광 필름이 사용되어 왔지만, 편리성이나 촬영 결과의 보존성 면에서 방사선 검출기를 사용한 방사선 이미징 시스템이 보급되어 오고 있다. 이러한 방사선 이미징 시스템에 있어서는, 방사선 검출기에 의해 2차원 방사선에 의한 화소 데이터를 전기 신호로서 취득하여, 이 신호를 처리 장치에 의해 처리하여 모니터 상에 표시하고 있다.
대표적인 방사선 검출기로서는, 알루미늄, 유리, 용융 석영 등의 기판 상에 신틸레이터를 형성하여 신틸레이터 패널을 형성하고, 이것과 촬상 소자를 마주 붙인 구조를 갖는 방사선 검출기가 존재한다. 이 방사선 검출기에 있어서는, 기판 측으로부터 입사하는 방사선을 신틸레이터로 광으로 변환하여 촬상 소자로 검출하고 있다(일본특공평 7-21560호 공보 참조).
그런데 방사선 검출기에 있어서 선명한 화상을 얻기 위해서는, 신틸레이터 패널의 광 출력을 충분히 크게 하는 것이 필수이지만, 상술한 방사선 검출기에 있어서는 광 출력이 충분하지 않았다. 그래서, 본원 발명자들은 일본특개 2000-356679호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 기판 상에 설치한 반사성 금속 박막을 더욱 보호막으로 덮음으로써 신틸레이터에 약간이지만 포함되는 수분에 근거하는 변질 등을 방지하여 이 금속 박막의 반사막으로서의 기능 감퇴를 방지하는 기술을 개발하였다.
본 발명은 이 기술을 더욱 개량한 것으로, 반사막으로서의 금속 박막의 안정성을 보다 향상시킨 신틸레이터 패널과 이 신틸레이터 패널을 사용한 방사선 이미지 센서를 제공하는 것을 과제로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관련되는 신틸레이터 패널은 금속반사막을 구비한 지지기판에 신틸레이터를 형성한 신틸레이터 패널에 있어서, 상기 지지기판은, 방사선 투과성의 도전성기판과, 상기 금속반사막과 상기 도전성기판과의 사이에 형성되고, 상기 금속반사막 및 상기 도전성기판에 밀착하여 이들의 접촉을 방지하는 부도체의 무기막으로 이루어지는 중간막과, 상기 금속반사막 상에 형성되어 금속반사막을 보호하는 보호막을 구비하는 것을 특징으로 한다. 여기서 금속반사막은 방사선 투과성을 가지며 소정 파장의 광을 반사하는 금속박막이다. 신틸레이터는 방사선을 금속반사막으로 반사할 수 있는 파장을 포함하는 광으로 변환하는 다수의 주상결정으로 이루어진 것이다.
또한 본 발명에 관련되는 신틸레이터 패널은 금속반사막을 구비한 지지기판에 신틸레이터를 형성한 신틸레이터 패널에 있어서, 상기 지지기판은, 방사선 투과성의 알루미늄기판과, 상기 금속반사막과 상기 알루미늄기판과의 사이에 형성되고, 상기 금속반사막 및 상기 알루미늄기판에 밀착하여 이들의 접촉을 방지하는 것과 동시에 상기 금속반사막의 부식을 억제하는 부도체의 무기막으로 이루어지는 중간막과, 상기 금속반사막 상에 형성되어 금속반사막을 보호하는 보호막을 구비하는 것이어도 된다.
기판과 금속 박막과의 조합에 따라서는, 금속 박막의 기판으로의 밀착성이 양호하지 않아, 그 후의 제작 공정이나 사용 시에 박막의 기판으로부터의 박리가 발생하는 경우가 있을 수 있다. 금속 박막과 기판 사이에 양자에 밀착하는 중간막을 배치함으로써, 금속 박막의 박리가 방지되어 반사막의 안정성을 높일 수 있다.
또한 도전성기판과 금속박막이 접촉하고 있으면, 전기 화학적 부식(전식=galvanic corrosion)에 의해 금속 박막이 부식하는 경우가 있다. 본 발명에 의하면, 중간막이 금속 박막과 기판과의 접촉을 방지하고 있기 때문에, 이러한 전식에 의한 부식을 억제하여, 금속 박막의 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 신틸레이터 패널에서, 상기 보호막은, 무기막으로 형성되거나 또는 무기막 및 유기막을 조합하여 형성되어도 된다. 또한 보호막이 가지는 무기막은 LiF, MgF2, SiO2, TiO2, Al2O3, MgO 및 SiN으로 이루어지는 군 중의 물질을 포함하는 재료로 이루어지는 투명막으로 형성하여도 된다.
상기 신틸레이터 패널과, 신틸레이터 패널의 상기 기판과는 반대 면에서 출력되는 방사선을 변환한 광 화상을 촬상하는 촬상 소자를 조합하여 방사선 이미지 센서를 구성하여도 된다. 이 촬상 소자는 신틸레이터 패널의 신틸레이터 측에 대향하여 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명은 도전성 기판과 부도체의 중간막을 사용하여 전기적인 차폐에 의해 전식을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 설명의 이해를 용이하게 하기 위해, 각 도면에 있어서 동일 구성 요소에 대해서는 가능한 한 동일 참조 번호를 붙여, 중복하는 설명은 생략한다. 또한, 각 도면의 치수는 설명을 위해 과장되어 있는 부분이 있어, 반드시 실제 치수와 일치하지는 않는다.
우선, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시형태 설명을 한다. 도 1은 신틸레이터 패널(1)의 단면도이고, 도 2는 이 신틸레이터 패널(1)을 이용한 방사선 이미지 센서(2)의 단면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 신틸레이터 패널(1)의 비결정 탄소(a-C)[글래시(glassy) 탄소 또는 유리형 탄소]제 기판(10)의 한쪽 표면에는 폴리이미드로 이 루어지는 중간막(11)이 밀착하여 배치되어 있으며, 이 중간막(11)의 표면 상에 광 반사막으로서 기능하는 금속 박막(12)이 밀착 형성되어 있다. 이 금속 박막은 예를 들면 Al제이다. 이 금속 박막(12)의 표면은 금속 박막(12)을 보호하기 위한 폴리이미드로 이루어지는 보호막(14)에 의해 덮여 있다. 이 결과, 금속 박막(12)은 밀착하는 중간막(11), 보호막(14)에 의해 삽입되어 밀봉되어 있다. 이 보호막(14)의 표면에는 입사한 방사선을 가시광으로 변환하는 주상(柱狀) 구조의 신틸레이터(16)가 형성되어 있다. 즉, 신틸레이터(16)는 다수의 주상 결정이 보호막(14) 상에 임립하고 있는 구성을 취한다. 또한, 신틸레이터(16)에는 Tl 도프의 CsI가 사용되고 있다. 이 신틸레이터(16)는 기판(10)과 함께 폴리파라크실렌으로 이루어지는 내습 보호막(18)으로 덮여 있다.
또한, 방사선 이미지 센서(2)는 도 2에 도시하는 바와 같이, 신틸레이터 패널(1)의 신틸레이터(16)가 형성된 쪽에 촬상 소자(20)의 수광면을 붙인 구조를 갖고 있다.
다음으로, 신틸레이터 패널(1)의 제조 공정에 대해서 설명한다. 우선, 구형 또는 원형의 a-C제 기판(10; 두께 1mm)의 한쪽 표면에 폴리이미드 수지를 일정한 두께(10㎛)로 칠하여, 경화시킴으로써 기판(10)에 밀착하고, 또한，표면이 평탄한 중간막(11)이 형성된다.
이 중간막(11)의 표면에 광 반사막으로서의 금속 박막(12)을 진공 증착법에 의해 150nm의 두께로 형성한다. 중간막(11)을 구성하는 폴리이미드는 Al제 금속 박막(12)과의 친화성이 양호하기 때문에, 금속 박막(12)은 중간막(11) 상에 밀착한 다. 또한, 중간막(11) 자체도 기판(10)에 밀착하고 있기 때문에, 금속 박막(12)의 기판(10)으로부터의 박리를 효과적으로 방지할 수 있다.
다음으로, 금속 박막(12) 상에 스핀 코팅 처리를 실시함으로써 폴리이미드제 보호막(14)을 1000nm의 두께로 형성하여 금속 박막(12) 전체를 덮는다. 이 결과, 금속 박막(12)은 중간막(11)과 보호막(14)에 삽입되어 양자에 밀착하여 밀봉되기 때문에, 그 후의 제조 공정에 있어서 박리나 손상으로부터 효과적으로 보호할 수 있다.
다음으로, 보호막(14)의 표면에 Tl을 도핑한 CsI의 주상 결정을 다수, 증착법에 의해 성장(퇴적)시켜 빽빽히 들어차게 함으로써, 신틸레이터(16)를 250㎛의 두께로 형성한다. 이 신틸레이터(16)를 형성하는 CsI는 흡습성이 높게 노출한 채로 두면 공기 중의 수증기를 흡습하여 조해하여 버리기 때문에, 이것을 방지하기 위해 CVD법에 의해 폴리파라크실렌으로 이루어지는 내습 보호막(18)을 형성한다. 즉, 신틸레이터(16)가 형성된 기판(10)을 CVD 장치에 넣어, 내습 보호막(18)을 10㎛의 두께로 성막한다. 이 내습 보호막(18)의 제조 방법에 대해서는 wo99/66351호 국제 공개 공보에 상술되어 있다. 이로써 신틸레이터(16) 및 기판(10) 표면이 실질적으로 전체, 즉, 신틸레이터 등이 형성되지 않고 노출되어 있는 기판 표면의 대략 전체에 폴리파라크실렌제 내습 보호막(18)이 형성된다.
또한, 방사선 이미지 센서(2)는 완성한 신틸레이터 패널(1)의 신틸레이터(16)의 선단부 측에 촬상 소자(CCD; 20)의 수광부를 대향시켜 붙임으로써 제조된다(도 2 참조).
이 실시형태에 관련되는 방사선 이미지 센서(2)에 의하면, 기판(10) 측으로부터 입사한 방사선을 신틸레이터(16)로 광으로 변환하여 촬상 소자(20)에 의해 검출한다. 이 방사선 이미지 센서(2)를 구성하는 신틸레이터 패널(1)에는 광 반사성 금속 박막(12)이 설치되어 있기 때문에 촬상 소자(20)의 수광부에 입사하는 광을 증가시킬 수 있어, 방사선 이미지 센서(2)에 의해 검출된 화상을 선명한 것으로 할 수 있다. 또한, 이 금속 박막(12)은 폴리이미드로 이루어지는 중간막(11), 보호막(14)에 밀착함으로써 양자에 삽입되어 전체가 밀봉되어 있기 때문에, 금속 박막(12)의 부식 등의 변질이나 박리, 상흔 등에 의해 반사막으로서의 기능이 손상되는 것을 방지할 수 있어, 반사막으로서의 안정성이 향상한다.
도 3은 본 발명에 관련되는 신틸레이터 패널의 제 2 실시형태의 단면도이다. 이 신틸레이터 패널(3)에 있어서는, 보호막(14a)이 금속 박막(12)의 표면 전체면을 덮는 것이 아니라, 금속 박막(12)의 중앙 부분만을 덮고 있는 점이 제 1 실시형태와 다르다. 이 실시형태에 있어서도 신틸레이터(16)는 보호막(14a)의 표면 상에만 형성되어 있기 때문에, 금속 박막(12)은 보호막(14a)에 의해 신틸레이터(16)와의 접촉이 완전히 방지되어 있다.
본 실시형태에 있어서도 금속 박막(12)은 적어도 그 신틸레이터(16) 형성 부분이 중간막(11), 보호막(14a)에 의해 삽입되어 밀봉되어 있기 때문에, 그 손상이나 박리, 변질 등을 효과적으로 방지할 수 있어, 반사막으로서의 안정성이 향상한다.
도 4는 본 발명에 관련되는 신틸레이터 패널의 제 3 실시형태의 단면도이다. 이 신틸레이터 패널(4)에 있어서는, 중간막(11b), 보호막(14b)으로서 내습 보호막(18)과 같은 폴리파라크실렌막을 사용하고 있는 점이 도 1, 도 3에 도시되는 제 1, 제 2 실시형태와 다르다. 그리고, 중간막(11b)이 기판(10) 전체를 덮고 있고, 보호막(14b)이 금속 박막(12) 및 그 주위에 노출되어 있던 중간막(11b)을 덮고 있는 점을 특징으로 한다.
중간막(11b), 보호막(14b)을 상술한 내습 보호막(18)의 경우와 마찬가지로, CVD법으로 형성함으로써, 균일하고 핀홀 등이 없는 양호한 박막이 형성된다. 그 결과, 금속 박막(12)을 밀봉하여 외기 및 보호막(14b) 상에 형성되는 신틸레이터(16)와의 접촉을 완전히 방지할 수 있기 때문에, 신틸레이터 성분, 수분과 금속과의 반응을 억제할 수 있다. 특히, 신틸레이터(16) 형성 시에는 보호막(14b)이 기판(10) 및 금속 박막(12)을 완전히 덮고 있기 때문에, 신틸레이터 성분이 다른 장소에 부착한 경우라도 그 영향을 억제할 수 있다. 또한, 부도체인 중간막(11b)이 도전성 기판(10)과 금속 박막(12) 사이에 개재함으로써, 기판(19)과 금속 박막(12)과의 전기적인 접촉을 방지하여, 금속 박막(12)의 전식을 효과적으로 억제할 수 있다.
여기서는, 중간막(11b), 보호막(14b)이 기판(10) 전체를 덮고 있는 형태를 설명하였지만, 금속 박막(12)이 중간막(11b)의 표면에 형성되어 있으면 충분하며, 중간막(11b)은 기판의 신틸레이터(16)의 형성면 측에만 형성되어 있어도 된다. 또한, 보호막(14b)은 제 2 실시형태와 같이 적어도 신틸레이터(16)의 형성면 부분에 형성되어 있으면 된다. 단, 본 실시형태와 같이 중간막(11b), 보호막(14b)이 기 판(10) 전체를 덮는 구성으로 하면, 밀봉성이 향상되는 것 외에 CVD법에 의한 막 형성이 용이하여 바람직하다.
여기서는, 폴리파라크실렌막을 사용하였지만, 이 외에 폴리모노클로로파라크실렌, 폴리디클로로파라크실렌, 폴리테트라클로로파라크실렌, 폴리플루오로파라크실렌, 폴리디메틸파라크실렌, 폴리디에틸파라크실렌 등의 크실렌계 유기막을 사용하는 것이 가능하다.
또한, 상술한 각 실시형태에 있어서는, a-C제 기판을 사용하고 있지만 방사선을 투과하는 기판이면 되기 때문에, 그래파이트제 기판, Al제 기판, Be제 기판, 유리제 기판 등을 사용하여도 된다.
또한, 보호막으로서는, 폴리이미드막, 크실렌계 유기막을 사용하였지만, 이것에 한하지 않고 LiF, MgF2, SiO2, Al2O3, TiO2, MgO, SiN의 군 중의 물질을 포함하는 재료로 이루어지는 투명 무기막을 사용하여도 된다. 더욱이, 무기막 및 유기막을 조합하여 형성되는 보호막을 사용하여도 된다.
또한, 금속 박막에는 Al 외에 Ag, Cr, Cu, Ni, Ti, Mg, Rh, Pt 및 Au으로 이루어지는 군 중의 물질을 포함하는 재료로 이루어지는 막을 사용하여도 된다. 더욱이, Cr막 상에 Au막을 형성하는 등, 금속 박막을 2층 이상 형성하도록 하여도 된다.
또한, 금속 박막 상에 그 산화막을 형성하여 이것을 보호막으로서 사용하는 것도 가능하다.
더욱이, 내습 보호막(18)에 의해 신틸레이터(16) 및 기판 표면 전체(신틸레이터가 형성되어 있는 면과 반대 측 면, 즉 방사선 입사면)를 실질적으로 덮음으로써 신틸레이터의 내습성을 보다 완전한 것으로 하고 있지만, 내습 보호막(18)에 의해 신틸레이터(16)의 전체면 및 기판(10) 표면 중 적어도 일부를 덮으면, 신틸레이터만을 덮는 경우에 비교하여 신틸레이터의 내습성을 높게 할 수 있다.
또한, 신틸레이터(16)로서는, CsI(Tl) 대신 CsI(Na), NaI(Tl), LiI(Eu), KI(Tl) 등을 사용하여도 된다.
더욱이, 신틸레이터를 덮는 유기막에 대해서도, 크실렌계 투명 유기막을 사용하는 것이 가능하다.
또한, 중간막(11)으로서는, 기판(10)과 금속 박막(12) 양방에 친화성이 있는 재질일 필요가 있어, 폴리이미드, 크실렌계 투명 유기막 외에 에폭시계 수지나 아크릴계 수지 등의 유기막에 대해서는, SiO2나 SiN 등의 무기막을 사용할 수 있다. 무기막에 대해서는, CVD나 무기 재료를 유기 용제 중에 분산시켜 도포한 후 소성함으로써 형성하면 된다. 단, 기판이 도전성인 경우에는, 부도체의 중간막을 사용하는 것이 전기적인 차폐에 의해 전식을 방지할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명에 관련되는 방사선 이미지 센서는 이상 설명한 신틸레이터 패널과 촬상 소자를 조합한 것으로, 상술한 바와 같이 촬상 소자를 신틸레이터 패널의 신틸레이터 측에 대향시켜 접합하여도 되고, 간격을 두고 배치하여도 된다. 혹은, 신틸레이터 패널로부터 출력되는 광 화상을 광학계에 의해 적절한 위치에 배치 한 촬상 소자로 유도하여도 된다.
본 발명은 의료용, 공업용 대화면, 고감도의 X선 촬영 시스템에 적합하다.
도 1은 본 발명에 관련되는 신틸레이터 패널의 제 1 실시형태의 단면도.
도 2는 이것을 사용한 본 발명에 관련되는 방사선 이미지 센서의 제 1 실시형태의 단면도.
도 3은 본 발명에 관련되는 신틸레이터 패널의 제 2 실시형태의 단면도.
도 4는 본 발명에 관련되는 신틸레이터 패널의 제 3 실시형태의 단면도.
Claims (8)
- 금속반사막을 구비한 지지기판에 신틸레이터를 형성한 신틸레이터 패널에 있어서,상기 지지기판은,방사선 투과성의 도전성기판과,상기 금속반사막과 상기 도전성기판과의 사이에 형성되고, 상기 금속반사막 및 상기 도전성기판에 밀착하여 이들의 접촉을 방지하는 부도체의 무기막으로 이루어지는 중간막과,상기 금속반사막 상에 형성되어 금속반사막을 보호하는 보호막을 구비하는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
- 제 1 항에 있어서,상기 보호막은, 무기막 및 유기막을 조합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
- 제 1 항에 있어서,상기 보호막은 무기막인 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 보호막이 가지는 상기 무기막은 LiF, MgF2, SiO2, TiO2, Al2O3, MgO 및 SiN으로 이루어지는 군 중의 물질을 포함하는 재료로 이루어지는 투명막인 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
- 금속반사막을 구비한 지지기판에 신틸레이터를 형성한 신틸레이터 패널에 있어서,상기 지지기판은,방사선 투과성의 알루미늄기판과,상기 금속반사막과 상기 알루미늄기판과의 사이에 형성되고, 상기 금속반사막 및 상기 알루미늄기판에 밀착하여 이들의 접촉을 방지하는 것과 동시에 상기 금속반사막의 부식을 억제하는 부도체의 무기막으로 이루어지는 중간막과,상기 금속반사막 상에 형성되어 금속반사막을 보호하는 보호막을 구비하는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
- 제 5 항에 있어서,상기 보호막은, 무기막 및 유기막을 조합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
- 제 6 항에 있어서,상기 보호막이 가지는 상기 무기막은 LiF, MgF2, SiO2, TiO2, Al2O3, MgO 및 SiN으로 이루어지는 군 중의 물질을 포함하는 재료로 이루어지는 투명막인 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
- 제 5 항 내지 제 7항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 금속반사막이 알루미늄 반사막인 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
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