KR102142962B1 - 다층 코팅을 포함하는 x-선 섬광체 - Google Patents

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Abstract

기판(1)에 형성된 복수의 포어를 구비하는 포어 매트릭스를 포함하는 X-선 섬광체(10)가 제공된다. 각 포어는 반사층(2)과 보호층(3)을 적어도 포함하는 다층 코팅으로 적어도 부분적으로 커버된다. 이 적어도 부분적으로 코팅된 포어는 X-선 광자를 흡수하여 바람직하게는 가시 범위의 파장을 가지는 제2차 광자를 생성하는 섬광 물질(4)로 충전된다. 이 다층 코팅의 반사층(2)은 섬광 물질(4)과 기판(1) 사이에 배열되어 제2차 광자를 반사하고, 이 다층 코팅의 보호층(3)은 반사층(2)과 섬광 물질(4) 사이에 배열되어 반사층에 의해 제2차 광자를 반사하도록 하면서 반사층을 보호한다.

Description

다층 코팅을 포함하는 X-선 섬광체{X-RAY SCINTILLATOR CONTAINING A MULTI-LAYERED COATING}
본 발명은 일반적으로 X-선 이미징 및 X-선 섬광체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 섬광체와 픽셀화된 이미지 센서를 조합으로 사용하여 X-선 이미지를 캡처하는 응용에 관한 것이다. 또한 본 발명은 X-선 검출기, X-선 이미징 시스템, 섬광체 몰드와 이러한 몰드를 제조하는 방법, 및 섬광체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
X-선 이미지를 캡처하는데 이미지 센서와 함께 섬광체를 사용하는 것이 일반적이다. 이러한 구성에서 이미지 센서는 섬광체 뒤에 배치된다. 그러나, 자연의 법칙에 의해, 섬광체는 섬광체의 표면으로 들어가는 모든 X-선 광자 중 특정 일부만을 흡수할 수 있다. 그 결과, 최상의 검출기 성능과 이미지 품질을 위해서는 섬광체에 흡수되는 각 X-선 광자에 의해 운반되는 정보를 최상으로 이용하는 것이 중요하다. 섬광 공정에서, X-선 광자의 에너지는 가시 범위의 파장을 가지는 다수의 제2차 광자로 전달되고, 이 제2차 광자는 이미지 센서에 의해 검출될 수 있다. 이미지 센서에서 잡음이 생성되는 것으로 인해, 이미지 센서에 도달하여 이 이미지 센서에 의해 검출될 수 있는 제2차 광자의 수를 최대화하기 위하여 섬광체를 구성하는 것이 중요하다. 이것은 우수한 신호대잡음비(signal-to-noise ratio: SNR)를 갖는 X-선 검출기를 초래할 수 있다.
종종 고해상도(샤프니스(sharpness))와 높은 신호대잡음비 사이의 균형으로 해석되는, 최상의 가능한 이미지 품질을 달성하는 것이 X-선 이미징에서 일반적인 요구조건이다. 이들 2개의 이미지 요구조건은 일반적으로 모순적이어서, 고해상도는 종종 감소된 신호대잡음비를 수반하고, 역으로 저해상도는 증가된 신호대잡음비를 수반한다.
제2차 광자의 광을 하부 이미징 센서로 가이드할 수 있는 섬광 물질이 충전된 포어(pore)의 구조화된 어레이 또는 매트릭스에 기초한 구조화된 섬광체를 제조하기 위해 여러 기술이 제안되었다. 이들 기술 모두는 하나 또는 수 개의 제한적인 측면을 갖는데, 즉 너무 큰 측방향 크기(절단, 다이싱(dicing)), 잘 한정된 좁은 벽을 형성하는 문제(레이저 식각), 인접한 픽셀들 사이의 누화(cross talk)(원주 성장 기술) 또는 긴 처리 시간(이러한 기술 대부분에서 유효하다)에서 제한된다.
광 가이드를 개선시키고 누화를 감소시키기 위해 포어 벽에 반사 코팅을 증착하는 것이 제안되었으나, 실행가능하고 효율적인 해법을 설계하고 제조하는 것은 제조 공정, 좁은 포어 형상 및 수반되는 물질을 고려할 때 일반적으로 용이한 작업이 아니다.
US 특허 6,744,052는 일반적으로 구조화된 섬광체의 기본 설계에 관한 것이고, 또한 섬광체에 매립된 반사 코팅에 기초하여 제2차 광자의 광을 가이드하기 위한 상당히 만족스러운 해법을 소개한다.
US 특허 6,344,649는 어레이로 배열된 복수의 섬광체 요소를 구비하는 섬광체에 관한 것이다. 섬광체 요소들은 다결정 세라믹 섬광체 물질 또는 단결정 섬광 물질로부터 제조된다. 공간 해상도와 신호 강도를 증가시키기 위해, 섬광체 요소들 사이의 갭은 반사 물질로 충전된다.
US 특허 6,117,236은 섬광 물질의 높은 종횡비(aspect ratio)의 컬럼이 형성된 픽셀화된 섬광 층에 관한 것이다. 본체에 웰(Well)이 형성되고, 이 웰은 용매/바인더에 분산된 섬광 물질로 충전될 수 있다. 반사 코팅은, 예를 들어, 알루미늄 증발 또는 전기화학적 증착에 의해 웰의 표면 상에 증착될 수 있다.
US 특허 5,519,227은 잘 한정된 공간 형상과 깊이를 가지는 픽셀화된 구조물이 레이저 식각을 사용하여 마이크로-가공된 구조화된 섬광 스크린에 관한 것이다. 기판을 레이저 처리한 후, '픽셀'은 기판의 굴절률보다 더 낮은 굴절률을 가지는 사이 물질(interstitial material)로 둘러싸여서 각 픽셀이 각자 광 도파로로 기능하게 한다.
EP 0,534,683은 광검출기 어레이에 광학적으로 결합된 섬광체 요소의 어레이를 포함하는 복사선 이미저에 관한 것이다. 사이 벽 부재는 인접한 섬광체 요소들을 분리시킨다. 광의 광자를 섬광체 요소로 되반사하는 해법은 섬광체 요소와 유전체 층의 계면에서 광의 광자를 반사하는 더 낮은 굴절률의 제1차 유전체 층과, 임계각(critical angle)을 초과하는 입사각으로 이 유전체 층에 도달하여 이 유전체 층에 진입하는 광의 광자를 추가 광 반사층에서 반사시키는 추가 광 반사층을 포함하는 이중-층 반사 구조물에 의하여 제공된다.
WO 2012/004703은 스페이서에 의해 분리된 소위 섬광체 다이셀(dixel)의 어레이를 구비하는 섬광체에 관한 것이다. 이 스페이서는 다이셀에 의해 생성된 광을 광-센서 어레이의 대응하는 감광 구역으로 지향시키는 반사 물질을 포함한다.
그러나, 특히 이미지 해상도(샤프니스)를 감소시킴이 없이 신호대잡음비를 증가시키기 위하여 보다 더 효율적인 해법이 여전히 일반적으로 요구된다.
본 발명은 종래 기술의 상술한 문제점 및 단점을 극복한다.
일반적인 목적은 이미지 해상도(샤프니스)를 감소시킴이 없이 신호대잡음비를 개선시키는 것에 의해 개선된 이미지 품질을 갖는 X-선 이미지를 획득하는 것이다.
특정 목적은 개선된 X-선 섬광체를 제공하는 것이다.
또한 특정 목적은 개선된 X-선 검출기를 제공하는 것이다.
다른 특정 목적은 개선된 X-선 이미징 시스템을 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 개선된 섬광체 몰드를 제공하는 것이다.
더 다른 특정 목적은 개선된 섬광체 몰드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
또한 특정 목적은 섬광체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
제1 측면에서, 기판에 형성된 복수의 포어를 구비하는 포어 트매릭스를 포함하는 X-선 섬광체가 제공된다. 각 포어는 반사층과 보호층을 적어도 포함하는 다층 코팅으로 적어도 부분적으로 커버된다. 이 적어도 부분적으로 코팅된 포어는 X-선 광자를 흡수하여 제2차 광자를 생성하는 섬광 물질로 충전된다. 이 다층 코팅의 반사층은 섬광 물질과 기판 사이에 배열되어 제2차 광자를 반사하고, 이 다층 코팅의 보호층은 반사층과 섬광 물질 사이에 배열되어 반사층에 의해 제2차 광자를 반사하도록 하면서 반사층을 보호한다.
이 구조물의 목적은 반사 특성을 열화시키거나 심지어 손상시킬 수 있는 기계적 및/또는 화학적 영향으로부터, 반사기라고도 언급되는 반사층을 보호하는 것이다. 이러한 영향은 섬광체를 제조하는 동안 및 완성된 디바이스(finished device)를 사용하는 동안 발생할 수 있다. 제안된 섬광체 구성은 가능한 한 많은 제2차 광자들이 이미지 센서에 도달하게 하여, 높은 신호대잡음비와 높은 정성적인 이미지에 생산적으로 기여할 수 있게 한다.
제2 측면에서, 제1 측면에 따른 X-선 섬광체를 포함하는 X-선 검출기가 제공된다.
제3 측면에서, 제2 측면에 따른 X-선 검출기를 포함하는 X-선 이미징 시스템이 제공된다.
제4 측면에서, 기판에 형성된 복수의 포어를 구비하는 포어 매트릭스를 포함하는 섬광체 몰드가 제공된다. 각 포어는 반사층과 보호층을 적어도 포함하는 다층 코팅으로 적어도 부분적으로 커버되고, 이 다층 코팅의 반사층은 보호층보다 기판에 더 가까이 위치된다.
이런 방식으로, 섬광 물질을 몰드의 포어에 충전하는데 사용되는 후속 용융 공정을, 열화 없이, 견딜 수 있는 섬광체 몰드가 제공된다.
제5 측면에서, 섬광체 몰드를 제조하는 방법이 제공된다. 본 방법은 기판에 형성된 복수의 포어를 구비하는 포어 매트릭스를 제공하는 단계, 및 반사 특성과 보호 특성을 모두 가지는 다층 코팅을 포어의 측벽 및/또는 내부 단부 표면의 적어도 일부 상에 제공하는 단계를 포함한다. 이 다층 코팅은 반사기라고도 언급되는 반사층과, 이 반사기를 보호하는 추가적인 보호층을 적어도 포함하고, 여기서 반사층은 보호층보다 기판에 더 가까이 위치된다.
제6 측면에서, 섬광체를 제조하는 방법이 제공된다. 본 방법은 제5 측면에 따른 섬광체 몰드를 제조하는 단계, 및 이 섬광체 몰드의 포어에 섬광 물질을 융용시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 특히 다음 기술적 응용, 즉 의료적, 치과적, 산업적, 과학적 및 보안 X-선 응용에 사용가능하다.
본 발명의 다른 잇점은 아래 상세한 설명을 판독하면 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
본 발명과 그 추가적인 목적 및 잇점은 첨부 도면과 함께 취해진 이하 상세한 설명을 참조하면 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 섬광체 몰드의 일례를 도시하는 개략 단면도.
도 2는 일 실시예에 따른 X-선 섬광체의 일례를 도시하는 개략 단면도.
도 3은 일 실시예에 따른 이미지 센서를 갖는 구성의 X-선 섬광체의 일례를 도시하는 개략 단면도.
도 4는 특정 실시예에 따른 픽셀화된 이미지 센서와 함께 섬광체의 일례를 도시하는 개략 단면도.
도 5는 특정 실시예에 따른 섬광체의 일례를 도시하는 개략 단면도.
도 6은 특정 실시예에 따른 섬광체에서 2개의 인접한 포어를 분리하는 측벽의 일례를 도시하는 개략 단면도.
도 7은 X-선 이미징 시스템의 가능한 구성의 일례를 도시하는 개략 블록도.
도 8은 섬광체 몰드를 제조하고 선택적으로 섬광 물질을 섬광체 몰드의 포어에 용융시키는 방법의 일례를 도시하여 섬광체를 제조하는 방법을 제공하는 개략 흐름도.
도면 전체에 걸쳐, 동일한 참조 부호는 유사하거나 대응하는 요소를 나타내는데 사용된다.
일반적인 목적은 이미지 해상도(샤프니스)를 감소시킴이 없이 신호대잡음비를 개선시키는 것에 의해 개선된 이미지 품질을 갖는 X-선 이미지를 획득하는 것이다.
일 목적은 개선된 섬광체, 이러한 개선된 섬광체를 포함하는 X-선 검출기, 및 이러한 X-선 검출기를 포함하는 X-선 이미징 시스템을 제공하는 것이다.
또한 일 목적은 개선된 섬광체 몰드, 이러한 섬광체 몰드를 제조하는 방법, 및 섬광체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
특히 가능한 한 많은 제2차 광자가 섬광 공정에서 생성되고, 섬광체 구성이 가능한 한 많은 제2차 광자가 이미지 센서에 도달하게 하여, 높은 신호대잡음비와 높은 정성적인 이미지에 생산적으로 기여하게 하는 방식으로 섬광체를 구성하는 것이 바람직하다.
도 1은 일 실시예에 따른 섬광체 몰드의 일례를 도시하는 개략 단면도이다. 이 예에서, 섬광체 몰드(5)는 기판(1)에 형성된 복수의 포어를 구비하는 포어 매트릭스를 포함한다. 각 포어는 반사층(2)과 보호층(3)을 적어도 포함하는 다층 코팅으로 적어도 부분적으로 커버되고, 이 다층 코팅의 반사층(2)은 보호층(3)보다 기판(1)에 더 가까이 위치된다.
도 1 내지 도 3은 단지 예시를 위해 개략적으로 도시된 것으로, 여기서 특정 부분은 전체 구조물의 여러 부분을 보다 명확히 예시하기 위하여 반드시 비례에 맞는 것은 아닌 것으로 이해된다.
이런 방식으로, 몰드의 포어를 섬광 물질로 충전하는데 사용되는 후속 용융 공정을, 열화 없이, 견딜 수 있는 섬광체 몰드(5)가 제공된다. 보호층(2)은 반사 특성을 열화시키거나 심지어 손상시킬 수 있는 기계적 및/또는 화학적 영향으로부터 반사층을 보호하며 반사층에 의해 제2차 광자를 반사하도록 설계된다.
도 2는 일 실시예에 따른 X-선 섬광체의 일례를 도시하는 개략 단면도이다. 이 예에서, X-선 섬광체는 기판(1)에 형성된 복수의 포어를 구비하는 포어 매트릭스를 포함한다. 각 포어는 반사층(2)과 보호층(3)을 적어도 포함하는 다층 코팅으로 적어도 부분적으로 코팅되거나 커버된다. 적어도 부분적으로 코팅된 포어는 X-선 광자를 흡수하여 바람직하게는 가시 범위의 파장을 가지는 제2차 광자를 생성하는 섬광 물질(4)로 충전된다. 이 다층 코팅의 반사층(2)은 섬광 물질(4)과 기판(1) 사이에 배열되어 제2차 광자를 반사하고, 이 다층 코팅의 보호층(3)은 반사층(2)과 섬광 물질(4) 사이에 배열되어 반사층(2)을 보호하며 반사층에 의해 제2차 광자를 반사한다.
반사기라고도 언급되는 반사층(2)은 그리하여 제2차 광자를 반사하도록 구성되고, 보호층(3)은 반사기를 보호하며 반사기에 의해 제2차 광자를 반사하도록 구성된다.
포어는 완전히 코팅된 것으로 도시되어 있으나, 임의의 포어는 다층 코팅에 의해 부분적으로 코팅되거나 커버될 수 있는 것으로 이해된다.
일례로서, 다층 코팅은 포어의 측벽(6) 및/또는 내부 단부 표면(7)의 적어도 일부 상에 제공된다. 바람직하게는, 다층 코팅은 포어의 측벽(6)과 내부 단부 표면(7)을 커버한다.
제안된 섬광체 구성은 가능한 한 많은 제2차 광자가 이미지 센서에 도달하게 하여, 높은 신호대잡음비와 높은 정성적인 이미지에 생산적으로 기여할 수 있게 한다.
도 3은 일 실시예에 따른 이미지 센서를 갖는 구성의 X-선 섬광체의 일례를 도시하는 개략 단면도이다. 바람직하게는, 섬광체(10)의 포어는 높은 검출기 성능을 위해 이미지 센서(20)의 픽셀(21)과 정렬된다. 섬광 물질로 충전된 적어도 부분적으로 코팅된 포어는 광 가이드로 작용하고, 각 포어는 제2차 광자를 픽셀화된 이미지 센서(20)의 하나 이상의 픽셀(들)(21)로 가이드한다. 포어와 픽셀 사이에 반드시 일대일 맵핑이 있어야 하는 것은 아니다. 도 3에 도시된 예에서 볼 수 있는 바와 같이, 충전된 포어의 개방 단부는 바람직하게는 픽셀화된 이미지 센서 쪽으로 향되고, 픽셀에 인접하여 배열되거나 이 픽셀에 적어도 근접하여 배열된다.
다시 말해, 일례에 따라, 제2차 광자를 연관된 이미지 센서 쪽으로 반사시키는 역할을 하는 포어의 측벽과 바람직하게는 또한 내부 단부 표면 상에 매립된 반사기와, 이 반사기 상에 또는 그 상부에 제공된 추가적인 보호층을 포함하는 섬광체가 제공된다. 이 보호층은 반사기를 보호하며 반사기에 의해 제2차 광자를 여전히 반사하도록 구성된다.
이 구조물의 목적은 반사 특성을 열화시키거나 심지어 손상시킬 수 있는 기계적 및/또는 화학적 영향으로부터 반사기를 보호하는 것이다. 이러한 영향은 섬광체를 제조하는 동안 및 완성된 디바이스를 사용하는 동안 발생할 수 있다.
예로서, 반사기는 하나 또는 다수의 금속 층 및/또는 하나 또는 다수의 유전체 층을 포함한다.
보호층은 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 보호층은 하나 이상의 유전체 층을 포함한다. 일례로서, 보호층은 상쇄 간섭을 야기하지 않는 광학 특성을 제공하는 다수의 층으로 만들어질 수 있다. 섬광 물질에 강한 화학적 결합(chemical bond)을 제공하는 추가적인 표면 층을 보호층 상에 제공하는 것이 또한 가능하다.
반사기가 다수의 유전체 층으로 이루어진 경우에, 이들 층은, 제2차 광자의 파장에 대해 보강 간섭, 그리하여 높은 반사율을 초래하는, 예를 들어 가장 일반적으로 1/4-파장의 두께 및 상이한/교번하는 굴절률을 가지도록 구성된다.
또한 (기판과 반사기 사이에 배열된) 선택적인 바텀 층과 (반사기와 섬광 물질 사이에 배열된) 보호층 사이에 반사기를 배열하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 이 바텀 층은 유전체 층이거나 또는 우수한 기계적 부착력(adherence)과 온도 안정성을 갖는다. 다시 말해, 다층 코팅은 기판과 반사층 사이에 배열된 바텀 층을 선택적으로 포함하고, 이 반사층은 바텀 층과 보호층 사이에 배열된다.
본 발명은 고해상도와 높은 신호대잡음비의 X-선 이미지를 캡처하는 능력을 제공한다.
본 발명은 일부 예시적인 및 비 제한적인 실시예를 참조하여 이제 설명된다.
도 4는 X-선 이미지를 획득하기 위한 일반적인 구성의 예시적인 섬광체와 이미지 센서를 도시한다. 특히, 도 4는 입사하는 X-선 광자를 흡수하고 섬광 물질에서 제2차 광자를 생성하는 것을 도시하는 구조화된 섬광체와 픽셀화된 이미지 센서의 일례의 단면도이다. 매립된 반사 및 보호 코팅은 포어의 측면 표면과 내부 단부 표면을 커버한다.
섬광체는 X-선 광자를 흡수하고, 각 이러한 X-선 광자에 대해, 일반적으로 가시 범위의 파장을 가지는 광자 버스트(burst of photons)를 방출하여, 전하 결합 디바이스(charge-coupled device: CCD) 또는 CMOS 이미징 센서(CIS)와 같은 감광 이미지 센서에 의해 캡처될 수 있는 광 이미지를 생성할 수 있다. 그러나, 자연의 법칙에 의해, 섬광체는 섬광체의 표면에 들어가는 X-선 광자의 특정 일부만을 흡수할 수 있다. 그 결과, 최상의 검출기 성능과 이미지 품질을 위해서는 섬광체에 흡수되는 각 X-선 광자에 의해 운반되는 정보를 최상으로 이용하는 것이 중요하다. 이미지 센서에서 잡음이 생성되는 것으로 인해, 이미지 센서에 도달하고 이 이미지 센서에 의해 검출될 수 있는 제2차 광자의 수를 최대화하기 위하여 섬광체를 구성하는 것이 중요하다.
도 4에서 예시된 섬광체의 기본 구조는 기판에 형성된 복수의 포어 또는 홀을 구비하는 포어 매트릭스에 의해 한정되고, 여기서 포어는 섬광 물질로 충전된다. 예로서, 포어는 상업적으로 이용가능한 실리콘 처리 방법을 사용하여 고정밀도로 실리콘(Si)으로 에칭될 수 있다. 이 포어는 일반적으로 용융 공정을 통해 섬광 물질로 충전된다. 이후, 응고 단계 동안, 섬광 물질은 일반적으로 포어 내에서 결정화된다. 다시 말해, 완성된 섬광체에서, 충전된 포어는 일반적으로 응고된 용융된 섬광 물질을 포함한다. 요오드화 세슘(Cesium Iodide: CsI) 또는 탈륨(Thallium) 도핑된 CsI와 같은 임의의 적절한 섬광 물질이 사용될 수 있다.
특정 예에서, 제안된 섬광체는 제2차 광자를 연관된 이미지 센서 쪽으로 반사하는 역할을 하는 포어 벽 및/또는 내부 단부 표면 상에 반사기라고도 언급되는 매립된 반사 코팅과, 이 반사기의 상부 상에 제공된 추가적인 보호층을 포함한다. 이 보호층은 반사기를 보호며 이 반사기에 의해 제2차 광자의 광을 여전히 반사하도록 구성된다.
어떤 의미에서, 제안된 기술은 섬광 물질이 포어 내에 용융되기 전에 포어 벽 및/또는 내부 단부 표면의 적어도 일부 상에 다층 코팅이 제공되는, 반사 및 보호 특성을 모두 가지는 다층 코팅을 도입한다.
예를 들어, 이 다층 코팅은 반사층, 즉 반사기와 추가적인 보호층을 적어도 포함한다.
바람직하게는, 반사 및 보호 다층 코팅은 포어의 측벽과 내부 단부 표면을 커버한다. 이것은 우수한 신호대잡음비를 갖는 X-선 검출기를 초래한다.
반사층과 보호층은 중첩된 층으로 고려될 수 있고 여기서 반사층은 보호층보다 기판에 더 가까이 위치된다.
이런 방식으로, 다층 코팅은 (i) 우수한 반사율을 제공하고, (ii) 섬광 물질의 용융 온도를 견디며, (iii) 기계적 및/또는 화학적 열화로부터 반사기를 보호한다.
다시 말해, 제안된 기술은, 섬광 물질을 포어에 충전하는데 사용되는 용융 공정을, 열화 없이, 견디도록 구성된 매립된 반사 및 보호 다층 코팅을 구비하는 포어 매트릭스를 제공할 수 있다. 그 결과 높은 광 출력과, 그리하여 높은 신호대잡음비를 갖는 구조화된 섬광체를 초래한다.
일반적으로, 보호층의 두께는 제2차 광자의 상쇄 간섭을 회피하도록 선택될 수 있다.
바람직한 예에서, 보호층은 제2차 광자에 상당한 광학 효과를 미치지 않는다. 다시 말해, 보호층은 제2차 광자에 대해 실질적으로 광학적으로 불활성이다.
예를 들어, 보호층의 두께는 바람직하게는 섬광체의 특성 광 방출(characteristic light emission) 파장의 1/2 미만이다. 일례로서, 그 두께는 바람직하게는 200 nm 미만이다.
특정 경우에, 보호층의 두께는 심지어 50 nm 미만일 수 있다.
보호 층을 일부 선택하기 위하여, 섬광체의 특성 광 방출 파장의 3/4를 초과하는 보호층의 두께를 선택하는 것이 또한 가능할 수 있다.
이 경우에, 보호 층은 제2차 광자에 대해 광학적으로 활성일 수 있다.
예로서, 일부 물질에 대해, 보호층의 두께는 50 nm 미만이거나 또는 300 nm를 초과할 수 있다.
캡처된 X-선 이미지의 잡음 특성은 신호대잡음비(SNR)로 해석될 수 있고, 보호되고 매립된 반사기는 섬광체와, 그리하여 X-선 이미징 시스템의 SNR 개선 특징으로 고려될 수 있다.
도 5는 내부 단부 표면 및/또는 측벽 상에 적용된 매립된 반사 및 보호 코팅에서 제2차 광자들이 반사되는 방식을 도시하는 구조화된 섬광체의 예시적인 단면을 도시한다. 특히, 도 5는 입사하는 X-선 광자를 흡수하고 섬광 물질에서 제2차 광자를 생성하는 것을 도시한다. 이 예에서, 매립된 코팅은 포어의 측벽과, 바람직하게는 또한 내부 단부 표면을 커버한다.
도 6은 이 예에서 반사 및 보호 특성을 모두 구비하는 매립된 다층 코팅을 구비하는 실리콘 코어를 포함하는 구조화된 섬광체의 2개의 포어들 사이에 벽의 예시적인 단면을 도시한다. 이 예에서, 다층 코팅은 (기판과 반사기 사이) 선택적인 바텀 층과 (반사기와 섬광 물질 사이) 보호 상부 층 사이에 반사기를 포함한다. 바람직하게는, 벽의 두 측면은 선택적인 바텀 층, 반사기 및 보호층을 포함하는 반사 및 보호 코팅으로 커버된다. 2개의 포어들 사이에 벽은 2개의 측면을 구비하고, 포어의 관점으로부터 이들 측면은 2개의 상이한 측벽을 한정하는 것으로 이해된다.
반사층, 즉 반사기는, 하나 또는 다수의 금속 층, 또는 하나 또는 다수의 유전체 층으로 이루어질 수 있다. 반사층이 다수의 유전체 층으로 이루어진 경우, 이들 층은, 제2차 광자의 파장에 대해 보강 간섭, 그리하여 높은 반사율을 초래하는, 예를 들어 가장 일반적으로 1/4-파장의 두께 및 상이하거나 교번하는 높은 ("H") 굴절률과 낮은 ("L") 굴절률(HL, HLH, HLHL, ...)을 가지도록 구성된다.
이 구조물의 목적은 반사 특성을 열화시키거나 심지어 손상시킬 수 있는 기계적 및/또는 화학적 영향으로부터 반사기를 보호하는 것이다. 이러한 영향은 섬광체를 제조하는 동안 및 완성된 디바이스를 사용하는 동안 발생할 수 있다.
예시적인 매립된 반사기에서, (만약 존재하는 경우) 선택적인 바텀 층은 우수한 기계적 부착력을 갖는 하나 또는 수 개의 산화물, 질화물 및/또는 규화물 층(들)을 포함할 수 있다. 반사기는 하나 또는 수 개의 금속 층(들) 또는 하나 또는 수 개의 유전체 층을 포함할 수 있다. 금속 반사기의 경우에, 이것은 우수한 반사율과 충분한 열적 안정성을 갖는 하나 또는 수 개의 금속(들) 층(들)을 포함할 수 있다. 유전체 적층형의 반사기의 경우에, 유전체 층은 예를 들어 가장 일반적으로 1/4-파장의 두께 및 상이하거나 교번하는 높은 ("H") 굴절률과 낮은 ("L") 굴절률을 가지도록 구성된다. 보호층은 제2차 광자의 상쇄 간섭을 회피하도록 선택된 두께를 갖는, 예를 들어, 투명한 산화물, 질화물 및/또는 규화물로 만들어진 하나 또는 수 개의 층(들)을 포함할 수 있다. 일부 비 제한적인 예들이 이하 표에서 요약된다.
Figure 112015076284681-pct00001
도 7은 섬광체(10), 이미지 센서(20)(A), 판독 및 제어 회로(30)(B), 이미지 처리 회로(40)(C) 및 컴퓨터(50)(D)를 포함하는 X-선 이미징 디바이스 또는 시스템의 일반적인 구성의 예시적인 블록도이다. 가능한 디바이스 구성은 우측에 도시되고, 여기서 하이펀("-")은 디바이스들 사이에 분리를 나타낸다. 지시된 바와 같이 여러 다양한 상이한 가능한 디바이스 구성들이 존재한다.
섬광체(10)는 X-선 광자를 흡수하고 가시 범위의 파장을 가지는 광자를 방출하여 광 이미지를 생성하도록 구성된다. 이미지 센서(20)는 섬광체(10)와 함께 배열되어, 광 이미지를 캡처하도록 구성된다.
섬광체(10)는 전술된 바와 같이 구성된다. 이미지 센서(20)는 바람직하게는 다수의 픽셀을 구비하는 픽셀화된 이미지 센서이다. 비용-효과적인 관점으로부터 가능하다면, 섬광체(10)의 포어는 예를 들어 최적화된 검출기 성능을 위해서 이미지 센서의 하나 이상의 픽셀과 정렬될 수 있다. 포어와 픽셀 사이에는 반드시 이상적인 일대일 맵핑이 있어야 것은 아니다. 예를 들어, 포어와 픽셀은 상이한 단면 형상을 가질 수 있다.
또한 회로(20)와 회로(30)(A 및 B)는 통합될 수 있는 것으로 이해된다. 대안적으로, 회로(30)와 회로(40)(B 및 C)는 통합될 수 있거나, 또는 회로(20), 회로(30) 및 회로(40)(A, B 및 C)는 모두 통합될 수 있다. 또한 회로(30) 및/또는 회로(40)(B 및/또는 C)를 컴퓨터(50)(D)에 통합하는 것도 가능하다. 회로(30)(B)와 회로(50)(D) 사이에 직접 링크 "L"는 선택적이다. 도 4에서 양방향 화살표는 양방향 또는 단방향 통신을 나타낸다.
섬광체(10)와 이미지 센서(20)는 X-선 검출기를 한정한다.
본 발명은 개선된 X-선 섬광체와, 이러한 X-선 섬광체를 제조하는 대응하는 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 개선된 섬광체 몰드와, 이러한 섬광체 몰드를 제조하는 대응하는 방법을 제공한다.
도 8은, 섬광체 몰드를 제조하고 선택적으로 섬광 물질을 섬광체 몰드의 포어에 용융시키는 방법의 일례를 도시하여 섬광체를 제조하는 방법을 제공하는 개략 흐름도이다.
섬광체 몰드를 제조하는 방법은 단계(S1)에서 기판에 형성된 복수의 포어를 구비하는 포어 매트릭스를 제공하는 단계, 및 단계(S2)에서 포어의 포어 벽 및/또는 내부 단부 표면의 적어도 일부 상에 반사 및 보호 특성을 모두 가지는 다층 코팅을 제공하는 단계를 포함한다. 이 다층 코팅은 반사기라고도 언급되는 반사층과, 이 반사기를 보호하는 추가적인 보호층을 적어도 포함하고, 여기서 반사층은 보호층보다 기판에 더 가까이 위치된다.
섬광체를 제조하는 방법에서, 전술된 방법은 단계(S3)에 의해 지시된 바와 같이 섬광 물질을 섬광체 몰드의 포어에 용융시키는 것으로 확장된다. 섬광 물질이 응고되면, 섬광체를 사용할 준비가 된 것이다.
바람직하게는, 섬광 물질은 X-선 광자를 흡수하여 가시 범위의 파장을 가지는 제2차 광자를 생성하도록 선택된다. 이 다층 코팅의 반사층은 섬광 물질과 기판 사이에 배열되어 제2차 광자를 반사하고, 이 다층 코팅의 보호층은 반사층과 섬광 물질 사이에 배열되어 반사층을 보호하며 이 반사층에 의해 제2차 광자를 반사한다.
다시 말해, 섬광체를 제조하는 방법은 복수의 포어를 구비하는 포어 매트릭스를 제공하는 단계, 및 이 섬광 물질을 포어에 용융시킬 때 포어 매트릭스를 몰드로 사용하는 단계, 및 이 섬광 물질이 포어에 용융되기 전에 포어 벽 및/또는 내부 단부 표면의 적어도 일부 상에 반사 및 보호 특성을 모두 가지는 다층의 코팅을 제공하는 단계를 포함한다.
예로서, 이 다층 코팅을 제공하는 단계는 선택적인 바텀 층과, 반사기라고 언급되는 반사 코팅을, 포어 벽 및/또는 내부 단부 표면 상에 적용하는 단계, 및 추가적인 보호층을 반사기의 상부 상에 적용하는 단계를 포함한다. 이 보호층은 반사기를 보호하며 이 반사기에 의해 제2차 광자의 광을 여전히 반사하도록 구성된다.
전술된 실시예는 본 발명의 일부 예시적인 예로서 이해되어야 한다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 여러 변형, 조합 및 변경이 이들 실시예에 이루어질 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다. 특히, 상이한 실시예에서 상이한 일부 해법이 기술적으로 가능한 경우 다른 구성에 조합될 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. X-선 섬광체(10)로서,
    기판(1)에 형성된 복수의 포어를 구비하는 포어 매트릭스를 포함하고,
    각 상기 포어는 반사층(2)과 보호층(3)을 적어도 포함하는 다층 코팅으로 적어도 부분적으로 커버되고,
    상기 적어도 부분적으로 코팅된 포어는 X-선 광자를 흡수하여 제2차 광자를 생성하는 섬광 물질(4)로 충전되고, 상기 적어도 부분적으로 코팅된 포어는 용융 공정을 통해 요오드화 세슘(CsI)을 포함하는 섬광 물질로 충전되어서 상기 충전된 포어들이 용융시켰던 응고된 섬광 물질을 포함하게 되고,
    상기 다층 코팅의 상기 반사층(2)은 상기 섬광 물질(4)과 상기 기판(1) 사이에 배열되어 상기 제2차 광자를 반사하고,
    상기 다층 코팅의 상기 보호층(3)은 상기 반사층(2)과 상기 섬광 물질(4) 사이에 배열되어 상기 반사층에 의해 제2차 광자를 반사하도록 하면서 상기 반사층(2)을 보호하며, 상기 보호층은 투명한 산화물, 질화물 및/또는 규화물을 포함함으로써, 상기 다층 코팅은 섬광 물질을 포어에 충전하는데 사용되는 용융 공정을, 열화 없이, 견딜 수 있고, 반사 특성을 열화시키거나 심지어 손상시킬 수 있는 기계적 및/또는 화학적 영향으로부터 상기 반사층을 보호하며,
    상기 보호층(3)은 상기 제2차 광자에 대해 실질적으로 광학적으로 불활성이어서, 상기 보호층은 제2차 광자에 상당한 광학 효과를 미치지 않는 것을 특징으로 하는 X-선 섬광체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다층 코팅은 상기 포어의 측벽(6) 및/또는 내부 단부 표면(7)의 적어도 일부 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 X-선 섬광체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다층 코팅은 상기 포어의 상기 측벽(6)과 상기 내부 단부 표면(7)을 커버하는 것을 특징으로 하는 X-선 섬광체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다층 코팅은 상기 기판(1)과 상기 반사층(2) 사이에 배열된 바텀 층을 더 포함하고, 상기 반사층은 상기 바텀 층과 상기 보호층 사이에 배열된 것을 특징으로 하는 X-선 섬광체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호층(3)의 두께는 제2차 광자의 상쇄 간섭을 회피하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 X-선 섬광체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보호층(3)의 두께는 바람직하게는 상기 섬광체의 특성 광 방출 파장의 1/2 미만인 것을 특징으로 하는 X-선 섬광체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반사층(2)은 하나 또는 다수의 금속 층 및/또는 하나 또는 다수의 유전체 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 X-선 섬광체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반사층(2)은 다수의 유전체 층으로 이루어지고, 상기 층들은 1/4-파장의 두께와 교번하는 높은 굴절률과 낮은 굴절률로 이루어지는 것을 특징으로 하는 X-선 섬광체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 보호층(3)은 하나 이상의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 X-선 섬광체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 보호층(3)은 하나 이상의 유전체 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 X-선 섬광체.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있는 X-선 섬광체(10)를 포함하는 X-선 검출기.
  12. 제11항의 X-선 검출기(25)를 포함하는 X-선 이미징 시스템(100).
  13. 섬광체를 제조하는 방법으로서,
    - 기판에 형성된 복수의 포어를 구비하는 포어 매트릭스를 제공하는 단계(S1),
    - 상기 포어의 측벽 및/또는 내부 단부 표면의 적어도 일부 상에 다층 코팅을 제공하는 단계(S2)로서,
    상기 다층 코팅은 반사기라고도 언급되는 반사층과, 상기 반사기를 보호하는 추가적인 보호층을 적어도 포함하고, 상기 반사층은 상기 보호층보다 상기 기판에 더 가까이 위치되며, 상기 보호층은 투명 산화물, 질화물 및/또는 규화물을 포함함으로써 상기 보호층은 섬광 물질을 포어에 충전하는데 사용되는 용융 공정을, 열화 없이, 견딜 수 있고 반사 특성을 열화시키거나 심지어 손상시킬 수 있는 기계적 및/또는 화학적 영향으로부터 상기 반사층을 보호하며 상기 반사층에 의해 제2차 광자를 반사하도록 설계되어서,
    요오드화 세슘(CsI)을 포함하는 섬광 물질을 몰드의 포어에 충전하는데 사용되는 후속 용융 공정을, 열화 없이, 견딜 수 있는 섬광체 몰드가 제공되는, 다층 코팅을 제공하는 단계(S2); 및
    - 상기 섬광 물질을 상기 섬광체 몰드의 포어에 용융시키는 단계(S3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬광체를 제조하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 섬광 물질은 X-선 광자를 흡수하여 가시 범위의 파장을 가지는 제2차 광자를 생성하도록 선택되고,
    상기 다층 코팅의 상기 반사층은 상기 섬광 물질과 상기 기판 사이에 배열되어 상기 제2차 광자를 반사하고,
    상기 다층 코팅의 상기 보호층은 상기 반사층과 상기 섬광 물질 사이에 배열되어 상기 반사층에 의해 제2차 광자를 반사하도록 하면서 상기 반사층을 보호하는 것을 특징으로 하는 섬광체를 제조하는 방법.
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