TWI482176B - Scintillator panel and radiation detector - Google Patents

Description

閃爍器面板及放射線檢測器

本發明之實施形態係關於具備將放射線轉換成可視光之螢光體層之閃爍器面板、及使用該閃爍器面板之放射線檢測器。

先前，醫療用或工業用非破壞檢查等之數位放射線檢測器，主流為如電腦放射攝影(以下記為「CR」)或平面檢測器(以下記為「FPD」)之將入射線X射線在螢光體層轉換成可視光之方式。

作為螢光體層，在大部份之FPD中使用添加鉈之碘化銫(CsI：Tl)，又，在一部分之CR裝置中使用添加銪之溴化銫(CsBr：Eu)。該等材料皆因以真空蒸鍍法易成柱狀結晶之理由而使用。

例如，使用CsI：Tl之閃爍器面板，基本為於具有放射線透射性之玻璃等之支持基板上塗佈反射膜，且於其上成膜螢光體層之CsI：Tl之構成。

通過被攝體自X射線源入射之X射線，在如此之構成之閃爍器面板中轉換成可視光。若使用X射線光子進行說明，則光子在螢光體層內之發光點轉換成可視光。光自發光點與入射光子之向量毫無關係地發散至八方。此處，由於螢光體層為粗3~10μm之支柱構造，故藉由支柱間之隙縫與CsI(CsI之折射率=1.8)之折射率之差，某一比例之發光光子通過支柱內而來到閃爍器面板之表面。關於發散至 比鄰近之支柱遠之光，橫切多數之支柱間之光學界面而發散至螢光體層之面方向之概率較低，若到達某一界面則最終封閉於該支柱內，而來到閃爍器面板之表面。基於如以上般之作用，設為支柱構造之螢光體層，不會使發光那麼滲漏，而將發光傳遞至此後之裝置(例如，FPD中具有包含光電二極體之複數個受光面之TFT基板)，故可獲得解析度特性比較高之閃爍器層。

該支柱間之隙縫部分之比率，可以螢光體層之成膜條件而加以變化。於成膜條件中，有基板溫度、壓力、蒸鍍速度等，藉由改變該等參數，可將填充率(相對於螢光體層全體之支柱部分之比例)劃分為約自70%至100%。

又，反射膜具有使朝向支持基板之方向之發光光暫且返回至螢光體層之表面而提高閃爍器面板之感度之功能。

螢光體層之成膜結束後，於支持基板上進而塗佈防濕膜，但該防濕膜會在某種程度上侵入成上述之支柱構造之螢光體層之隙縫部分。作為防濕膜之材料，使用聚對二甲苯樹脂等之有機CVD膜。有機CVD膜具有可沿隨著支柱構造之凹凸構造而以大致均一之膜厚塗佈之優點。

作為使用螢光體層之FPD之一例，有於複數個受光元件排列成1維或2維狀之影像感應器上貼合閃爍器面板之形態。成如此之構造之FPD之解析度、感度特性，會受到閃爍器面板之特性之影響。即，上述之CsI之支柱構造與反射膜之功能左右著FPD之特性(例如日本特開2006-58099號公報(第4、5頁，圖3))。

先前之閃爍器面板，如上述般以真空蒸鍍法與CVD法之比較簡便之方法，可成為兼具解析度特性與防濕特性之特性。

但，若製作製造條件不同之閃爍器面板而進行加濕試驗，則於防濕特性中可見差異。例如，比較填充率79%、具有膜厚350μm之螢光體層之閃爍器面板、與填充率88%、具有膜厚500μm之螢光體層之閃爍器面板之情形，經60℃-80%-1000小時放置時之3Lp/mm下之圖像解析度(CTF：Contrast Transfer Function)之值，分別與加濕前之103%、31%產生較大之差異。

原本，有機防濕膜之水分透過率，一般為(每日數g/m² 左右)，並非完全切斷水蒸氣。若在加濕狀態下放置閃爍器面板，則透過防濕膜之水蒸氣會浸入螢光體層，且螢光體層因水分而成為膨潤狀態。此時，有螢光體層鄰接之支柱發生合體粗大化，而導致產生解析度特性降低之情形。

根據本閃爍器面板之實施形態，在具備包含複數個柱狀結晶，且將放射線轉換成可視光之螢光體層、支撐上述螢光體層之基板、及包覆上述螢光體層與上述基板之至少一部分之有機防濕膜之閃爍器面板中，上述有機防濕膜係以到達上述基板之方式，填充互相鄰接之上述柱狀結晶彼此之隙縫。

以下，參照圖式而說明本發明之實施形態。

(閃爍器面板之構造)

圖1係顯示本發明之一實施形態之閃爍器面板之全體構造。

閃爍器面板10，於正反兩面上分別黏貼PET(聚對苯二甲酸乙二酯)薄片而形成反射膜2a、2b之CFRP(碳纖維強化塑膠)製基板1之表側表面上設置有螢光體層3，進而以覆蓋該螢光體層3之表面及基板1之側面之方式而形成有機防濕膜4。

又，螢光體層3包含複數個柱狀結晶5，有機防濕膜4侵入鄰接之柱狀結晶5之隙縫。該侵入程度，可以有機防濕膜侵入深度11及塗佈殘存深度12進行評價。

(閃爍器面板之製造方法)

接著，說明該閃爍器面板10之製造方法。

首先，洗淨正反兩面上黏貼PET薄片而形成反射膜2a、2b之CFRP製基板1。

接著，將基板1與收納螢光體材料之坩堝在互相對向之狀態下收納於真空蒸鍍裝置內，將裝置內之壓力、基板1之溫度、坩堝溫度等調節至適當之值，而進行真空蒸鍍直到附著於基板1之螢光體層3成為所期望之狀態。

進而，將形成螢光體層3之基板1自真空蒸鍍裝置取出並移至CVD裝置中，且將藉由將二聚對二甲苯原料加溫至650℃而產生之自由基解離氣體送入CVD裝置中，於基板1與螢光體層3之必要之面上形成有機防濕膜4而成閃爍器面 板10。

(放射線檢測器)

使用上述之閃爍器面板10，貼合於在玻璃基板上以1維或2維狀排列有複數個光電二極體受光元件之影像感應器上，藉此可製作放射線檢測器。

(解析度特性)

為研究閃爍器面板10之解析度特性，製成複數個將圖1所示之螢光體層3設為CsI：Tl，且使該螢光體層3之填充率與膜厚變化之樣本。

即，相對於填充率，藉由製作填充率：86~90%之螢光體層3之步驟(製程A)、製作填充率：77~81%之螢光體層3之步驟(製程B)、及製作填充率：71~75%之螢光體層3之步驟(製程C)之3種步驟，而準備填充率不同之樣本。

螢光體層3之填充率，可藉由自以真空蒸鍍法使CsI螢光體層於基板上成膜時之基板溫度(100~250℃)、壓力(10^-5 ~1Pa)、成膜速度(1~50μm/分鐘)、基板旋轉速度(1~20rpm)、及其他裝置內之構造物之形狀、尺寸等選擇適當之參數，而設為所期望之值。

具體而言，在製程A中，設為基板溫度200℃、壓力0.4Pa、成膜速度1μm/分鐘，在製程B中，基板溫度160℃、壓力10^-3 Pa、成膜速度1μm/分鐘，在製程C中，基板溫度140℃、壓力10^-3 Pa、成膜速度2μm/分鐘。基板旋轉速度皆設為10rpm。又，在製程B、C中，使坩堝之位置相較於製程A更為遠離。

又，相對於螢光體層3之膜厚，準備200、350、500μm之3種類。

圖2係顯示相對於螢光體層3之膜厚、填充率不同之7種類之樣本，持續加濕直至60℃-80%-1000小時之時之解析度(CTF)特性之變化者。此處，作為解析度特性，顯示在3Lp/mm下之CTF值。

根據圖2之結果，製程A-膜厚500μm之樣本之解析度降低顯著，其次，製程B-膜厚500μm之樣本中亦可見解析度之降低。

圖3係顯示1000小時後之解析度(CTF)之殘存率。

根據圖3之結果獲知，若關注相同之膜厚500μm，則填充率越低，殘存率越大。又，若關注在同一製程內(B與C)，則膜厚500μm之樣本中可見解析度降低，另一方面，350μm之樣本之解析度幾乎無降低。

為發現用以概括說明該等現象之法則，觀察完成之螢光體層之斷裂面。

其結果，如圖1所示，發現有機防濕膜4侵入螢光體層3之柱狀結晶5之隙縫之侵入深度11根據樣本之不同而有差異。即，獲知製程A(填充率88%)之樣本之侵入深度11為約200μm，製程B(填充率79%)為約350μm，製程C(填充率73%)為約500μm。如圖4所示，若以2次式近似將該等資料繪圖於圖表而製成之曲線，則為：(侵入深度(μm))=0.5556×(填充率(%))² -109.44×(填充率)+5528.9……(式1)。

另，侵入深度11，基於以SEM(掃描式電子顯微鏡)觀察螢光體層3之斷裂面時，使螢光體層3之膜於膜厚方向裂開時，因架設於雙方之有機防濕膜4與雙方一同拉伸而產生之弦狀之殘存物之有無而判定。且，自螢光體層3之表面側至基板1側，於深度方向依序觀察，而決定弦狀之殘存物消失之處之深度為侵入深度11。

若螢光體層3之膜厚大於侵入深度11，則會產生塗佈殘存深度12。塗佈殘存深度12為(螢光體層3之膜厚(μm))-(侵入深度11(μm))。

圖5係顯示相對於塗佈殘存深度12，繪圖解析度(CTF)殘存率之圖表。

根據圖5所示之結果獲知，若塗佈殘存深度12超過0，則會發生CTF之降低，若為0以下，則不會發生CTF之降低。

若將其以支柱構造之變化進行說明，則可認為，以有機防濕膜4塗佈支柱之部分，即使因加濕而支柱膨潤，利用沿支柱形狀塗佈之有機防濕膜4，仍將保持加濕前之形狀，與此相對，未以有機防濕膜4塗佈支柱之部分，由於於鄰接之支柱間無障壁部分，因此依序反復合體粗大化，而招致螢光體層之解析度降低。

根據以上之研究結果，(螢光體層之膜厚T(μm))≦(侵入深度H(μm))……(式2)為可獲得所期望之特性之螢光體層，將式1代入式2，(螢光體層之膜厚T)≦0.5556×(填充率D)² -109.44×(填充率D)+5528.9……(式3) 為防濕特性優良之螢光體層3。此處設螢光體層之膜厚為T(μm)，填充率為D(%)，侵入深度為H(μm)。

具體而言，相對於螢光體層3之膜厚為200μm之閃爍器面板10，期望設螢光體層3之填充率為88%以下，相對於膜厚為350μm之閃爍器面板10，期望設螢光體層3之填充率為79%以下。又，相對於膜厚為500μm之閃爍器面板10，期望設填充率為73%以下。

另，藉由使螢光體層3之膜厚未達500μm，可較廣地選取用以使解析度特性不會降低之填充率之範圍。

(本實施形態之效果)

如以上般，藉由關注塗佈殘存深度12，發現以一個參數區別相對於加濕試驗、解析度特性易下降之閃爍器面板10與不易下降者，且發現可以一個式子(式3)而獲得所期望之螢光體層之條件。

即，藉由設塗佈殘存深度12為0，且有機防濕膜4填充柱狀結晶5彼此之隙縫而到達基板1，即使因加濕使得柱狀結晶5膨潤，藉由有機防濕膜4，仍可保持加濕前之形狀。

因此，可提供一種即使在60℃-80%-1000小時之加濕下，仍不會使解析度特性降低之閃爍器面板及使用該閃爍器面板之放射線檢測器。

(其他實施形態)

作為基板1，不僅上述實施形態中顯示之CFRP基板，亦可選擇非結晶碳、石墨、玻璃、鈹、鈦、鋁、及該等之合金、陶瓷(氧化鋁、氧化鈹、氧化鋯、氮化矽)、及工程塑 膠等。又，作為螢光體層3，不僅CsI，使用CsBr時亦可獲得相同之效果。

又，作為上述實施形態之放射線檢測器，作為影像感應器，使用複數個光電二極體受光元件以1維或2維狀排列於玻璃基板上者，此外，亦可使用CCD、及CMOS等。

1‧‧‧基板

2a‧‧‧反射膜

2b‧‧‧反射膜

3‧‧‧螢光體層

4‧‧‧有機防濕膜

5‧‧‧柱狀結晶

10‧‧‧閃爍器面板

11‧‧‧有機防濕膜侵入深度

12‧‧‧塗佈殘存深度

圖1係顯示本發明之一實施形態之閃爍器面板之構造之剖面圖。

圖2係顯示在改變螢光體層之膜厚與填充率之情形下，持續加濕直至60℃-80%-1000小時之時之解析度(CTF)特性之變化之圖表。

圖3係顯示改變螢光體層之膜厚與填充率之情形之1000小時加濕後之解析度(CTF)之殘存率之表。

圖4係顯示螢光體層之填充率與有機防濕膜之侵入深度之關係之圖表。

圖5係顯示塗佈殘存深度與基於1000小時加濕之CTF殘存率之圖表。

1‧‧‧基板

2a‧‧‧反射膜

2b‧‧‧反射膜

3‧‧‧螢光體層

4‧‧‧有機防濕膜

5‧‧‧柱狀結晶

10‧‧‧閃爍器面板

11‧‧‧有機防濕膜侵入深度

12‧‧‧塗佈殘存深度

Claims (6)

1. 一種閃爍器面板，其具備：包含複數個柱狀結晶，且將放射線轉換成可視光之螢光體層；支撐上述螢光體層之基板；及包覆上述螢光體層與上述基板之至少一部分之有機防濕膜；其特徵在於：上述有機防濕膜係以到達上述基板之方式，填充互相鄰接之上述柱狀結晶彼此之隙縫。
2. 如請求項1之閃爍器面板，其中上述螢光體層之膜厚設為T(μm)、上述螢光體層中之柱狀結晶之比例設為填充率D(%)時，以滿足T≦0.5556×D² -109.44D+5528.9之關係之方式而形成上述螢光體層。
3. 如請求項1之閃爍器面板，其中上述螢光體層之膜厚未達500μm。
4. 如請求項1之閃爍器面板，其中上述螢光體層之膜厚設為T(μm)、上述螢光體層中之柱狀結晶之比例設為填充率D(%)時，以滿足T≦0.5556×D² -109.44D+5528.9之關係之方式而形成上述螢光體層，且上述螢光體層之膜厚未達500μm。
5. 如請求項4之閃爍器面板，其中上述螢光體層係以CsI或CsBr螢光體形成。
6. 一種放射線檢測器，其特徵在於：其係於在基板上排列有複數個受光元件之影像感應器上，貼合如請求項1至5中任一項之閃爍器面板者。