KR101393776B1 - 신틸레이터 패널과 그 제조방법 및 방사선 검출기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신틸레이터 패널과 방사선 검출기에 관한 것으로서, 방사선을 투과하는 지지기판(12)의 일면에 수지반사시트(13)를 부착하고, 지지기판(12)의 타면에 수지반사시트(13)와 동일한 재질의 수지 시트(14)를 부착한다. 지지기판(12)의 일면의 수지반사시트(13)상에 방사선을 가시광으로 변환하는 형광체층(15)을 형성한다. 형광체층(15)을 덮는 방습층(17)과 수지반사시트(13)에 의해 형광체층(15)을 포위한다. 수지반사시트(13)를 지지기판(12)과 형광체층(15)의 사이에 배치함으로써 감도 특성이 좋고, 안정적인 품질이 얻어지며, 비용도 개선할 수 있는 신틸레이터 패널(11)이 얻어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 방사선을 가시광으로 변환하는 신틸레이터 패널과 그 제조방법 및 이 신틸레이터 패널을 이용한 방사선 검출기에 관한 것이다.
종래, 의료용 또는 공업용 비파괴 검사 등 근래의 디지털화된 방사선 검출기는 컴퓨티드·라디올로지(이하, CR)나 평면 검출기(이하, FPD)와 같은 입사 X선을 신틸레이터층에서 가시광으로 변환하는 방식이 주류이다.
형광체층으로서 일부의 CR장치에서 사용되고 있는 유로퓸 첨가의 브롬화 세슘(CsBr:Eu)과, 대부분의 FPD로 사용되고 있는 탈륨 첨가의 요드화 세슘(CsI:T1)은 모두 진공 증착법으로 기둥 형상 결정이 되기 쉬운 이유에서 많이 사용되고 있는 재료이다.
예를 들면, CsI:T1를 사용한 신틸레이터 패널은 방사선 투과성의 예를 들면 유리 등의 지지기판상에 반사막을 도포하고, 그 위에 CsI를 성막한 구성이 기본이다. 또한, 반사막과 CsI 사이에 반사막의 보호를 목적으로 보호막을 도포할 수 있다.
이와 같은 구조의 신틸레이터 패널에 X선원으로부터 피사체를 통해 입사해 온 X선은 신틸레이터에서 가시광으로 변환된다. 대표로서 X선 포톤을 사용하여 설명하면, 포톤은 형광체층내의 발광점에서 가시광으로 변환된다. 발광점에서 광은 입사 포톤의 벡터와는 전혀 관계없이 팔방으로 발산된다. 한편, 형광체층은 필러 구조(pillar structure)를 이루므로 필러 사이의 틈과 CsI(CsI의 굴절률=1.8)의 굴절률의 차에 의해 임의의 비율의 발광 포톤은 필러 내를 통과하여 신틸레이터 패널의 표면으로 나온다. 인접하는 필러 보다 멀리 발산된 광도 대부분의 필러 사이의 광학적 계면을 가로질러 형광체층의 면 방향으로 발산될 확률은 낮고, 임의의 계면에 도달하면, 역시 그 필러 내에 갇혀져 신틸레이터 패널의 표면으로 나온다. 이상과 같은 작용에 의해 필러 구조로 한 형광체층은 그다지 발광을 흡수하지 않고, 발광을 다음 디바이스(예를 들면, FPD이면 포토다이오드)에 전달시키는 기능을 가지며, 비교적 해상도 특성이 높은 신틸레이터층이 얻어진다.
반사막은 일단 지지기판의 방향을 향한 발광광을 CsI의 표면으로 되돌리는 기능이 있으므로, 신틸레이터 패널의 감도를 향상시키는 기능을 갖는다.
형광체층을 사용한 FPD는 신틸레이터 패널을 복수의 수광 소자가 1차원 또는 2차원상으로 배열된 이미지 센서에 부착시킨 형태가 일례이다. 이와 같은 구조의 한 FPD의 해상도·감도 특성은 신틸레이터 패널의 특성의 영향을 받는다. 즉, 상술한 CsI의 필러 구조와 반사막의 기능이 FPD의 특성을 좌우하고 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 제2006-58099호의 제 4-5 페이지 및 도 3 참조).
상술한 바와 같이, 신틸레이터 패널의 감도 특성에 영향을 미치는 것으로서 반사막이 있으며, 감도를 올리는 중요한 포인트이다. 이 반사막에 의한 감도를 조사한 결과, 일반적으로 이용되는 금속계 재료의 반사막보다도 수지계 재료를 모체로 하는 반사막이 감도가 높은 경향이 있는 것이 판명되어 있다. 예를 들면, 탄소 섬유 강화 플라스틱(이하, CFRP)을 재료로 하는 지지기판에 Al 반사막, 은 합금 반사막+MgO 보호막, 및 산화티탄을 분산시킨 수지 페이스트를 도포하여 형성하는 반사막에 대해 각각 성막하고, 이들 위에 CsI를 500㎛ 성막할 때의 감도 특성은 증감지의 감도를 1로 할 때의 상대값이 각각 1.8, 2.2, 2.4이었다.
그러나, 은계의 반사막은 보호막을 코팅해도 흡습에 의해 흑화되기 쉬우므로 품질적으로 불안정하다. 또한, 산화티탄을 분산시킨 수지 페이스트를 도포하여 형성한 반사막은 높은 감도 특성을 얻기 쉽지만, 수지 페이스트의 도포 불균형에 의해 감도 불균형이 발생하는 문제가 있고, 또한 수지의 내열성의 저하에 기인하여 감도 불균형의 경향은 CsI 증착 공정시의 가열에 의해 더 강조된다.
또한, 신틸레이터 패널에서 X선 투과율을 향상시키는 것을 목적으로 하여 탄소계 재료의 지지기판을 사용하는 것이 주류가 되고 있다. 탄소계 중에서도 CFRP는 비용이 저렴하고, 또한 강성이 높으므로 유망한 재료이다. 그러나, CFRP의 지지기판에 수지 페이스트를 바르는 경우, 지지기판의 표면의 젖음성이 낮으므로 수지 페이스트가 균일하게 발라지기 어렵고, 도포 불균형이 발생하기 쉬운 문제가 있다. 또한, 수지 페이스트는 일단 도포한 후, 열경화시키는 것이 많고, 이 때 지지기판과의 열팽창률의 차에 의해 지지기판에 휘어짐을 발생시키는 문제도 있다.
본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 감도 특성이 좋고 안정적인 품질이 얻어지며, 비용도 개선할 수 있는 신틸레이터 패널 및 이 신틸레이터 패널을 이용한 방사선 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 신틸레이터 패널은 방사선을 투과하는 지지기판, 상기 지지기판의 일면에 설치된 수지반사시트, 상기 지지기판의 일면의 수지반사시트상에 설치되고, 방사선을 가시광으로 변환하는 형광체층, 및 상기 형광체층을 덮는 방습층을 구비하고, 상기 방습층과 상기 수지반사시트에 의해 상기 형광체층이 포위되고, 또한 상기 방습층과 상기 수지반사시트가 직접 밀착되어 있는 부분을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 방사선을 투과하는 지지기판의 일면에 설치된 수지반사시트, 및 상기 지지기판의 일면의 수지반사시트상에 설치되고, 방사선을 가시광으로 변환하는 형광체층을 구비하고 있는 신틸레이터 패널의 제조방법에 있어서, 상기 수지반사시트는 열경화성 수지가 함침된 복수층의 강화섬유기재와 부착된 후, 열경화됨으로써 성형되는 지지기판의 성형 공정과 동시에 일체로 성형된 것을 특징으로 한다.
또한, 방사선을 투과하는 지지기판의 일면에 설치된 수지반사시트, 및 상기 지지기판의 일면의 수지반사시트상에 설치되고, 방사선을 가시광으로 변환하는 형광체층을 구비하고 있는 신틸레이터 패널의 제조방법에 있어서, 상기 수지반사시트는 열경화성 수지가 함침된 복수층의 강화섬유기재와 부착된 후, 열경화됨으로써 성형되는 지지기판의 성형 공정과 동시에 일체로 성형된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방사선 검출기는 복수의 수광 소자가 배열된 이미지 센서와, 이 이미지 센서와 조합된 신틸레이터 패널을 구비하고 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태를 나타내는 신틸레이터 패널의 단면도,
도 2는 상기 신틸레이터 패널의 해상도 특성을 비교 측정한 결과를 나타내는 표, 및
도 3은 상기 신틸레이터 패널을 이용한 방사선 검출기의 단면도이다.
(발명을 실시하기 위한 가장 좋은 형태)
이하, 본 발명의 일 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에 신틸레이터 패널의 단면도를 도시하고, 이 신틸레이터 패널(11)은 탄소섬유강화 플라스틱(이하, CFRP)을 재료로 하는 지지기판(12)을 구비하고, 이 지지기판(12)의 일면의 전면(全面)에 반사막으로서 두께 190㎛의 발포 폴리에틸렌테레프탈레이트(발포 PET)로 구성되는 수지반사시트(13)가 부착되고, 또한 지지기판(12)의 타면의 전면에 두께 190㎛의 발포 폴리에틸렌테레프탈레이트(발포 PET)로 구성되는 수지반사시트(13)와 동일 재질의 수지시트(14)가 부착되어 있다.
지지기판(12)은 강화섬유 기재를 복수층 적층시키고, 이에 열경화성 수지를 함침시킨 후, 열경화시킴으로써 제작된다.
수지반사시트(13) 및 수지시트(14)는 지지기판(12)의 성형시에 동시에 부착함으로써 지지기판(12)의 양면에 형성할 수 있다. 이때, 지지기판(12)의 성형 공정과 반사막 형성 공정이 동시에 진행, 완료되므로 종래예에 보여지는 반사막 형성 공정을 생략할 수 있다.
또한, 지지기판(12)의 일면에서 수지반사시트(13)의 표면에는 타륨 첨가의 요드화 세슘(CsI:Tl) 등으로 구성되는 신틸레이터층인 형광체층(15)이 진공 증착법으로 500㎛ 정도의 두께로 성막되어 있다. 이 형광체층(15)은 수지반사시트(13)의 표면으로부터 기둥 형상으로 성장한 복수의 기둥형상결정(16)을 갖고 있다.
이 형광체층(15)을 형성하는데에는 양면에 각 시트(13, 14)를 부착한 지지기판(12)을 진공증착장치 내에서 CsI가 들어 있는 그릇과 TlI이 들어 있는 그릇을 대향시키도록 배치하고, 진공 증착시킨다. 진공증착시에는 기판 온도를 180℃로 가열하고, 진공증착장치 내의 압력을 0.4Pa가 되도록 설정하면, 지지기판(12)의 수지반사시트(13)의 표면에 T1I 부활의 CsI의 기둥형상결정(16)이 형성된다. CsI의 막두께가 500㎛에 도달한 곳에서 성막을 종료하고, 진공증착장치에서 CsI막이 형성된 지지기판(12)을 취출한다.
또한, 형광체층(15)의 표면을 포함하고, 수지반사시트(13)의 표면으로부터 단면, 지지기판(12)의 단면 및 수지시트(14)의 단면 영역까지를 일체로 덮어 폴리파라크실렌 등으로 구성되는 방습층(17)이 열CVD법으로 막두께 15㎛ 정도로 형성되어 있다.
그리고, 이와 같이 구성된 신틸레이터 패널(11)의 해상도 특성을 비교 측정한 결과를 도 2에 도시한다.
종래예 1은 CFRP 기판상에 Al 반사막, CsI 및 폴리파라크실리렌을 형성한 것이다.
종래예 2는 CFRP 기판상에 산화티탄을 분산시킨 수지 페이스트를 도포하여 형성하는 반사막, 산화마그네슘 보호막, CsI 및 폴리파라크실리렌을 형성한 것이다.
본 실시형태의 실시예는 CFRP 기판상에 발포 PET 반사 시트, CsI 및 폴리파라크실리렌을 형성한 것이다.
그리고, 본 실시형태의 실시예에서는 신틸레이터 패널(11)의 감도 특성에 대해서는 증감지의 감도를 1로 할 때의 상대값이 2.4가 되고, 종래예 2의 산화티탄을 분산시킨 수지 페이스트를 도포하여 형성하는 반사막과 동등 이상의 감도 특성을 얻을 수 있었다. 또한, 2Lp/mm에서의 CTF(화상 분해능)도 종래예 2와 동등한 값을 유지할 수 있었다.
이와 같이 수지반사시트(13)를 지지기판(12)과 형광체층(15) 사이에 배치함으로써 반사막으로서 금속계 반사막을 선택한 경우보다 감도 특성이 높고, 또한 고가의 금속계 반사막의 성막 장치를 생략할 수 있으며, 또한 반사막으로서 입상물(粒狀物)을 분산시킨 수지 페이스트를 도포하여 형성하는 도포막을 선택한 경우보다 도포 공정을 생략할 수 있고, 또한 도포 불균형을 관리하는 것을 생략할 수 있으며, 그 결과로서 종래에 비해 감도 특성이 좋고, 안정적인 품질이 얻어지며, 비용도 개선할 수 있다.
또한, 지지기판(12)의 수지반사시트(13)가 부착된 일면에 대해 반대측 타면에도 수지시트(14)를 부착시킴으로써 수지반사시트(13)만을 이용한 경우에 발생하는 지지기판(12)과 수지반사시트(13)의 열팽창률의 차에 의한 지지기판(12)의 휘어짐을 방지할 수 있다. 수지시트(14)의 재질을 수지반사시트(13)와 동일하게 하면 그 효과는 현저해진다.
또한, 수지반사시트(13)와 방습층(17)으로 형광체층(15)을 포위함으로써 형광체층(15)의 내습성을 향상시킬 수 있다.
이 경우, 폴리파라크실리렌으로 이루어진 방습층(17)은 수지반사시트(13)와의 결착력이 높으므로 방습층(17)이 벗겨지지 않고, 내습성을 손상시키지 않는다.
즉, 형광체층(15)으로서 CsI를 사용하는 경우, 고려하지 않으면 안되는 것이 습기 대책이다. 이 재료는 내습성이 낮으며, 형광체층(15)을 덮도록 방습층(17)을 도포할 필요가 있다. 방습층(17)으로서는 폴리파라크실리렌의 열 CVD막이 가장 일반적이다.
단, 폴리파라크실리렌막은 금속이나 무기 재료에는 그다지 결착력이 없으므로, 특히 CsI 증착부의 외주부에서는 막이 벗겨지는 것을 발생시키기 쉽다. 이 문제를 해결하기 위해, 예를 들면 국제 특허WO99/66350호에 기재되어 있는 바와 같이, 지지기판(12)과 방습층(17)의 접촉부를 요철 형상으로 하는 것을 생각할 수 있지만, 이 방법에서는 공정이 늘어나고, 특히 CsI 증착부의 거칠기를 유지한 채, 가장 방습층(17)이 벗겨지기 쉬운 CsI 증착부의 외주부를 요철 처리를 하려고 하는 것은 마스크 설치 작업도 더해져 더 번잡해진다. 또한, 연마, 샌드브러스트라는 표면 개질 가공에 의해 탄소 섬유가 끝이 갈라지는 문제가 있어 상술한 CFRP 기판에는 응용하기 어렵다. 이 때문에 수지반사시트(13)와 방습층(17)으로 형광체층(15)을 포위함으로써 폴리파라크실리렌으로 이루어진 방습층(17)과 수지반사시트(13)의 결착력이 높으므로 방습층(17)이 벗겨지지 않고, 형광체층(15)의 내습성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로는 WO99/66350호에 개시되는 구조의 CsI막(적층 구조: 아몰퍼스 카본 기판(주변 요철 구조)/Al 반사막/CsI/폴리파라크실리렌)과, 본 실시형태의 CsI막을 온도 60℃, 습도 90%의 환경하에 24시간 방치할 때의 CTF값의 저하율은 지지기판의 중심부에서는 각각 11%, 0%로 본 실시형태의 신틸레이터 패널의 구조가 다소 우수한 정도이지만, 지지기판의 최주변부에서는 각각 44%, 0%로 현저한 차이가 보인다. 또한, 본 실시형태의 CsI막은 온도 60℃, 습도 90%의 환경하에 176시간(누계 200시간) 방치해도 지지기판의 중심에서 주변에 걸쳐 CTF값의 저하는 보이지 않았다.
또한, 도 3에 신틸레이터 패널(11)을 이용한 방사선 검출기의 단면도를 도시한다.
이 방사선 검출기(31)는 신틸레이터 패널(11)을 이미지 센서(32)에 부착한 부착식 평면 검출기이다. 이미지 센서(32)는 유리 기판(33)상에 매트릭스상으로 배치된 포토다이오드 등의 복수의 수광소자(34), 이들 수광소자(34)로부터의 전기 신호를 선택적으로 취출하는 스위칭 소자 등이 형성되어 있다. 이미지 센서(32)의 표면에는 평탄화층(35)이 형성되어 있다.
그리고, 신틸레이터 패널(11)과 이미지 센서(32)를 부착하여 구성되는 방사선 검출기(31)에 의하면 감도 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 지지기판(12)의 재료로서는 CFRP 외에 아몰퍼스 카본, 그라파이트, 유리, 베릴륨, 티탄, 알루미늄 및 이들 합금, 세라믹스(알루미나, 배리리아, 지르코니아, 질화규소), 엔지니어링 플라스틱 등도 선택 가능하다.
또한, 형광체층(15)은 CsI뿐만 아니라 CsBr일 때도 동일한 효과가 얻어진다.
또한, 상기 실시형태의 방사선 검출기(31)는 이미지 센서(32)로서 포토다이오드 부착 TFT, CCD, CMOS중에서 선택 가능하다.
또한, 수지반사시트(13)는 지지기판(12)의 양면에 부착해도, 지지기판(12)의 일면에만 부착시켜 지지기판(12)의 타면에 부착하지 않아도 원하는 효과가 얻어진다. 수지반사시트(13)를 지지기판(12)의 일면에만 부착시킬 경우에는 지지기판(12)의 형광체층(15)이 형성된 일면에 대해 반대측 타면에 다른 수지 시트(14) 등의 수지층을 부착시키는 것이 바람직하다.
또한, 수지반사시트(13)의 재질로서, 산화티탄(TiO2) 입자를 분산한 폴리에틸렌테레프탈레이트를 이용해도 좋다. 이와 같은 재질을 이용한 경우, 상술한 발포 PET로 구성되는 수지반사시트(13)를 이용한 경우와 동일한 효과가 얻어지고, 또한 감도가 향상되는 효과가 얻어진다.
본 발명에 의하면 수지반사시트를 지지기판과 형광체층 사이에 배치함으로써 반사막으로서 금속계 반사막을 선택한 경우보다 감도 특성이 높고, 또한 고가의 금속계 반사막의 성막 장치를 생략할 수 있고, 또한 반사막으로서 입상물을 분산시킨 수지 페이스트를 도포하여 형성하는 도포막을 선택한 경우보다 도포 공정을 생략할 수 있고, 또한 도포 불균형을 관리하는 것을 생략할 수 있고, 결과로서 종래에 비해 감도 특성이 좋고, 안정적인 품질이 얻어지며, 비용도 개선할 수 있다.
Claims (7)
- 방사선을 투과하는 지지기판의 일면에 설치된 수지반사시트, 및상기 지지기판의 일면의 수지반사시트상에 설치되고, 방사선을 가시광으로 변환하는 형광체층을 구비하고 있는 신틸레이터 패널의 제조방법에 있어서,상기 수지반사시트는, 열경화성 수지가 함침된 복수층의 강화섬유기재와 부착된 후, 열경화됨으로써 성형되는 지지기판의 성형 공정과 동시에 일체로 성형된 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 지지기판의 형광체층이 형성된 일면에 대해 반대측의 타면에도 동시에 수지시트를 시트 형상으로 부착한 후, 상기 지지기판의 성형과 동시에 성형된 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,동일한 재질인 2장의 수지반사시트를 시트 형상으로 상기 지지기판의 양면에 부착한 후, 상기 지지기판의 성형과 동시에 성형하는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널의 제조방법.
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