WO1993011545A1 - Verfahren zur herstellung einer leuchtstoffolie - Google Patents

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WO1993011545A1
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    • G21K2004/08—Conversion screens for the conversion of the spatial distribution of X-rays or particle radiation into visible images, e.g. fluoroscopic screens with a binder in the phosphor layer

Definitions

  • fluorescent screens with high spatial resolution are increasingly required for the use of direct image reading processes. Instead of conventional films or imaging plates, these are used as a system consisting of a fluorescent film and a large-area CCD or a photodiode array.
  • the X-rays are converted into electromagnetic radiation, which is detectable for the CCD or the photodiode array.
  • the incident X-rays are converted into electromagnetic radiation of a different wavelength by luminescence. The luminescent light generated is scattered in all directions. Due to the lateral spread of light, pixels are widened to illuminate surfaces. This effect leads to image blur.
  • thick phosphor layers as a phosphor screen, as is necessary to optimize the X-ray absorption
  • the lateral scatter of the electromagnetic radiation generated by luminescence must be suppressed. It is known to build up fluorescent screens from free-standing, upright fluorescent blocks.
  • the phosphor blocks are in the direction of the detector used, for. B. the CCD or the photodiode array aligned.
  • the extent of the phosphor blocks parallel to the entry surface of the electromagnetic radiation into the detector is adapted to the spatial resolution of the detector used. This will make the lateral scatter of the electromagnetic radiation generated by luminescence.
  • Light scatter limited to the area that can be resolved by the detector It is known to arrange optical separating layers between adjacent fluorescent blocks, which suppress crosstalk of the electromagnetic radiation between adjacent fluorescent blocks. In addition, the optical separating layer causes diffusely scattered light to be scattered back into the same phosphor block in the respective phosphor block.
  • EP 0 272581 A1 discloses methods for producing phosphor foils with spatial resolution.
  • Perforated grid plates made of glass or tungsten sheets are filled with phosphors. This is done by pouring fluorescent paste or by melting fluorescent substances into the grid, which then forms the screen together with the fluorescent substance.
  • the known methods include complex filling processes. Furthermore, a hole pattern is required for each fluorescent screen in the known methods.
  • the perforated grid plates are complex and therefore expensive to manufacture.
  • the invention is based on the problem of specifying a method for producing a fluorescent film which is easy to handle and reproducible.
  • the problem is solved according to the invention by a method according to claim 1.
  • the arrangement of the phosphor blocks with respect to one another is realized in the method according to the invention by using an appropriately shaped shape. After curing, the phosphor structure is lifted off the form.
  • the shape can therefore be used for a large number of manufacturing processes. This makes production cheaper because the mold only has to be produced once. In addition, it is ensured that fluorescent films produced with the same shape are the same within the scatter. It is within the scope of the invention to first produce a shape to produce the shape. This formation has a structure which corresponds to the arrangement of the phosphor blocks on the supporting phosphor base. The formation is such. B. made by sawing or etching from metal, plastic, glass or ceramic. The mold is then produced by casting with a casting compound of the molding.
  • Silicone rubber is preferably used as the casting compound.
  • a paste of phosphor powder and epoxy resin or other curable transparent mass e.g. B. cyanoacrylates.
  • the phosphor powder must be chosen so that it does not react with the epoxy resin. Fluorescent powders which have a high density and which consist of elements with a high atomic number are preferred for the use of X-ray diagnostics.
  • Gd 2 O 2 S Tb
  • Gd 2 O 2 S Eu or Y 2 O 3 : Eu.
  • a paste of white pigments and epoxy resins is poured between the phosphor blocks. This paste hardens and forms an optical separation structure, via which the phosphor blocks are firmly connected.
  • reflecting metal mirrors on the sides of the phosphor blocks (pixels) for optical separation. These can be achieved by vapor deposition of aluminum or by wetting the trenches with epoxy resin and then filling in aluminum flakes in a manner comparable to that of a metallic coating.
  • the filling of lead paste into the mirrored trenches is advantageous.
  • Fig. 1 shows a phosphor structure lifted from the shape.
  • Fig. 3 shows a phosphor sheet.
  • a structuring method for. B. by sawing or etching, a molding is made from a material.
  • a material z. B. metal, plastic or ceramic.
  • the shaping has the same structure that the phosphor blocks in a phosphor film to be produced should have.
  • the shape and spacing of the structures are chosen in accordance with the requirements for the phosphor film. There are also limits to the free choice of structures due to the limits of the structuring method and the material used.
  • a casting is made of the molding with casting compound.
  • This cast is a negative of the desired arrangement in the phosphor film.
  • the cast has recesses separated by webs.
  • the cast is used as a mold in the following. In order to avoid air bubbles during the casting, this takes place in a vacuum at 0.05 to 10 hPa.
  • a pressure in the range from 1 to 100 bar is then applied.
  • the pressure is preferably applied by applying gas pressure.
  • the casting compound is pressed into fine structures of the molding. Silicone rubber is preferably used as the casting compound. Finally the mold is lifted off the mold.
  • a paste is made from phosphor powder and epoxy resin. Both phosphor powder and storage phosphor powder are suitable. However, the phosphor powder used must be chosen so that it does not match the epoxy resin reacted. It is preferred to use high density powders and those made from high atomic number elements. In particular, CaWO 4 , Gd 2 O 2 S: Tb, Gd 2 O 2 S: Eu or Y 2 O 3 : Eu are used.
  • the volume fraction of the phosphor in the paste is 10 vol% to 70 vol%, preferably 40 vol% to 60 vol%
  • the filling process is carried out in a vacuum as before.
  • a fluorescent structure 1 is formed (see FIG. 1).
  • the phosphor structure 1 comprises phosphor blocks 2 and a supporting phosphor base 3.
  • the phosphor blocks 2 are z. B. cuboid and stand upright on the supporting fluorescent floor 3.
  • the fluorescent blocks 2 are separated from each other.
  • the phosphor blocks 2 are connected to one another only via the supporting phosphor base 3. Perpendicular to the
  • Fluorescent blocks 2 are standing, the fluorescent blocks 2 have a greater extent than parallel to it.
  • the geometry of the phosphor blocks 2 is determined depending on the desired spatial resolution and the required X-ray absorption.
  • the spaces between adjacent fluorescent blocks are filled with a pas containing an optical release agent.
  • the paste consists, for. B. from white pigments and epoxy resins.
  • the white pigments contain e.g. B. TiO 2 .
  • the paste containing optical release agents is then cured. This creates an optical separation structure 4 (see FIG. 2).
  • the optical separating structure 4 essentially fills the spaces between the phosphor blocks 2.
  • the phosphor blocks 2 are firmly connected to one another via the optical separating structure 4.
  • the supporting fluorescent base 3 is removed mechanically (see FIG. 3). This completes the fluorescent film, which consists of the fluorescent blocks 2 and the optical separating structure 4.

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Abstract

Eine Form, die durch Stege getrennte Vertiefungen aufweist, wird mit einer Leuchtstoff enthaltenden Paste so gefüllt, daß sich oberhalb der Stege eine zusammenhängende Schicht bildet. Die Paste wird zu einer Leuchtstoffstruktur ausgehärtet, die freistehende Leuchtstoffblöcke (2) auf einem tragenden Leuchtstoffboden umfaßt. Nach dem Abheben der Leuchtstoffstruktur von der Form werden die Leuchtstoffblöcke (2) durch Ausgießen mit einer optische Trennmittel enthaltenden Paste und anschließendes Aushärten der Paste zu einer optischen Trennstruktur (4) fest miteinander verbunden. Die aus den Leuchtstoffblöcken (2) und der optischen Trennstruktur (4) bestehende Leuchtstoffolie (5) wird durch mechanisches Abtragen des tragenden Leuchtstoffbodens fertiggestellt.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffolie
In der Röntgendiagnostik werden für den Einsatz von direkten Bildausleseverfahren zunehmend Leuchtstoffschrime mit hoher Ortsauflösung benötigt. Diese werden anstelle konventioneller Filme oder Speicherfolien als System aus einer Leuchtstoffolie und einem großflächigen CCD oder einem Photodiodenarray eingesetzt. In dem Leuchtstoffschirm wird dabei die Röntgenstrahlung in elektromagnetische Strahlung, die für den CCD bzw. das Photodiodenarray nachweisbar ist, umgesetzt. In einem Leuchtstoffschirm wird die einfallende Röntgenstrahlung durch Lumineszenz in elektromagnetische Strahlung einer anderen Wellenlänge umgewandelt. Das erzeugte Lumineszenzlicht wird nach allen Richtungen gestreut. Durch die laterale Lichtausbreitung werden Bildpunkte zu leuchtenden Flächen verbreitert. Dieser Effekt führt zu einer Bildunschärfe. Bei Verwendung dicker Leuchtstoffschichten als Leuchtstoffschirm, wie es zur Optimierung der Röntgenabsorption nötig ist, wird
dieser Effekt verstärkt. Um eine hohe Ortsauflösung in einem Leuchtstoffschirm zu erreichen, muß die laterale Streuung der durch Lumineszenz erzeugten elektromagnetischen Strahlung unterdrückt werden. Es ist bekannt, Leuchtstoffschirme aus freistehenden, aufrechten Leuchtstoffblöcken aufzubauen. Die Leuchtstoffblöcke sind dabei in Richtung des verwendeten Detektors, z. B. des CCD oder des Photodiodenarrays, ausgerichtet. Die Ausdehnung der Leuchtstoffblöcke parallel zur Eintrittsfläche der elektromagnetischen Strahlung in den Detektor ist dabei auf die Ortsauflösung des verwendeten Detektors angepaßt. Dadurch wird die laterale
Lichtstreuung auf die Fläche begrenzt, die von dem Detektor aufgelöst werden kann. Es ist bekannt, zwischen jeweils benachbarten Leuchtstoffblöcken optische Trennschichten anzuordnen, die ein Übersprechen der elektromagnetischen Strahlung zwischen benachbarten Leuchtstoffblöcken unterdrücken. Zusätzlich bewirkt die optische Trennschicht, daß in dem jeweiligen Leuchtstoffblock diffus getreutes Licht in denselben Leuchtstoffblock zurückgestreut wird.
Aus JP-OS 01-3599, JP-OS 59-15058, EP 0 372395 AI und
EP 0 272581 AI sind Verfahren zur Herstellung von Leuchtstoffolien mit Ortsauflösung bekannt. Dabei werden Lochrasterplatten aus Glas oder Wolframblechen mit Leuchtstoffen gefüllt. Dies erfolgt über Einfüllen von Leuchtstoffpaste oder durch Einschmelzen von Leuchtstoffen in das Raster, das dann zusammen mit dem Leuchtstoff den Schirm bildet. Die bekannten Verfahren umfassen aufwendige Füllverfahren. Des weiteren wird in den bekannten Verfahren für jeden Leuchtstoffschirm ein Lochraster benötigt. Die Lochrasterplatten sind aufwendig und damit teuer herzustellen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffolie anzugeben, das einfach handhabbar und reproduzierbar durchführbar ist. Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1.
Die Anordnung der Leuchtstoffblöcke zueinander wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Verwendung einer entsprechend geformten Form realisiert. Die Leuchtstoffstruktur wird nach dem Aushärten von der Form abgehoben. Die Form ist daher für eine Vielzahl von Herstellungsvorgängen verwendbar. Dadurch wird die Herstellung verbilligt, da die Form nur einmal hergestellt werden muß. Darüberhinaus ist sichergestellt, daß mit Hilfe ein und derselben Form hergestellte Leuchtstoffolien innerhalb der Streuung gleich sind. Es liegt im Rahmen der Erfindung, zur Herstellung der Form zunächst einen Formung zu erzeugen. Dieser Formung weist eine Struktur auf, die der Anordnung der Leuchtstoffblöcke auf dem tragenden Leuchtstoffboden entspricht. Der Formung wird z. B. durch Sägen oder Ätzen aus Metall, Kunststoff, Glas oder Keramik hergestellt. Anschließend wird die Form durch einen Abguß mit einer Gießmasse des Formlings hergestellt. Als Gießmasse wird dabei vorzugsweise Silikonkautschuk verwendet. Zum Füllen der Form wird eine Paste aus Leuchtstoffpulver und Epoxidharz oder einer anderen härtbaren transparenten Masse, z. B. Cyanacrylate, hergestellt. Das Leuchtstoffpulver muß dabei so gewählt werden, daß es nicht mit dem Epoxidharz reagiert. Für den Einsatz der Röntgendiagnostik werden Leuchtstoffpulver bevorzugt, die eine hohe Dichte aufweisen und die aus Elementen hoher Ordnungszahl bestehen. Als Leuchtstoffpulver sind z. B. CaWO4, Gd2O2S:Tb, Gd2O2S:Eu oder Y2O3:Eu geeignet. Zur optischen Trennung der einzelnen Leuchtstoffblöcke wird zwischen die Leuchtstoffblöcke eine Paste aus Weißpigmenten und Epoxidharzen gegossen. Diese Paste härtet aus und bildet dabei eine optische Trennstruktur, über die die Leuchtstoffblöcke fest miteinander verbunden sind.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, zur optischen Trennung reflektierende Metallspiegel auf den Seiten der Leuchtstoffblöcke (Pixel) zu verwenden. Diese können durch Aufdampfen von Aluminium oder durch Benetzen der Gräben mit Epoxidharz und anschließendes Einfüllen von Aluminiumflittern in einer mit einer Metalliklackierung vergleichbaren Weise erreicht werden. Um ein Übersprechen durch Röntgenstrahlung zu mildern, die in benachbarten Leuchtstoffblöcken ebenfalls zu Lumineszenzlicht und damit zu lateraler Lichtausbreitung führt, ist das Einfüllen von Blei-Paste in die verspiegelten Gräben vorteilhaft.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen Ansprüchen hervor. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figuren näher erläutert.
Fig. 1 stellt eine von der Form abgehobene Leuchtstoffstruktur dar.
Fig. 2 stellt eine Leuchtstoffstruktur mit einer optischen
Trennstruktur dar.
Fig. 3 stellt eine Leuchtstoffolie dar. Durch eine Strukturierungsverfahren, z. B. durch Sägen oder Ätzen, wird aus einem Werkstoff ein Formung hergestellt. Als Werkstoff ist z. B. Metall, Kunststoff oder Keramik geeignet. Der Formung weist dieselbe Struktur auf, die Leuchtstoffblöcke in einer herzustellenden Leuchtstoffolie aufweisen sollen. Form und Abstand der Strukturen werden dabei entsprechend den Anforderungen an die Leuchtstoffolie gewählt. Grenzen für die freie Wahl der Strukturen bestehen daneben durch die Grenzen des verwendeten Strukturierungsverfahrens und des verwendeten Werkstoffs.
Von dem Formung wird mit Gießmasse ein Abguß angefertigt. Dieser Abguß ist ein Negativ der gewünschten Anordnung in der Leuchtstoffolie. Der Abguß weist durch Stege getrennte Vertiefungen auf. Der Abguß wird im folgenden als Form verwendet. Um bei den Abguß Luftblasen zu vermeiden, erfolgt dieser im Vakuum bei 0,05 bis 10 hPa. Anschließend wird ein Druck im Bereich von 1 bis 100 bar aufgebracht. Das Aufbringen des Drucks erfolgt vorzugsweise durch Aufbringen von Gasdruck. Dadurch wird die Gießmasse in feine Strukturen des Formling gepreßt. Als Gießmasse wird vorzugsweise Silikonkautschuk verwendet. Schließlich wird die Form von dem Formung abgehoben.
Es wird eine Paste aus Leuchtstoffpulver und Epoxidharz hergestellt. Dabei sind sowohl Leuchtstoffpulver als auch Speicherleuchtstoffpulver geeignet. Das verwendete Leuchtstoffpulver muß jedoch so gewählt werden, daß es nicht mit dem Epoxidharz reagiert. Vorzugsweise werden Pulver mit hoher Dichte und solche aus Elementen mit hoher Ordnungszahl verwendet. Insbesondere sind CaWO4, Gd2O2S:Tb, Gd2O2S:Eu oder Y2O3:Eu verwendet. In der Paste beträgt der Volumenanteil des Leuchtstoffes 10 vol% bis 70 Vol%, vorzugsweise 40 Vol% bis 60 vol%
Das Füllverfahren wird wie vorher im Vakuum durchgeführt.
Durch Entlüftung der Löcher werden Lufteinschlüsse verhindert. Dabei ist es wichtig, bei Verwendung von Epoxidharzen den
Dampfdruck der Komponenten des Epoxidharzes (Binder-Härter) nicht zu unterschreiten. Sonst entstehen durch Aufkochen Blasen. Außerdem verändert sich die Zusammensetzung des Epoxidharzes wegen der Verflüchtigung von Komponenten. Die Paste wird in die Form eingegossen und ausgehärtet. Dabei wird soviel Paste in die Form gegossen, daß sich oberhalb der Stege eine durchgehende Schicht bildet. Alternativ können anstatt eines durchgehenden Leuchtstoffbodens eine Platte aus Metall, Glas, Keramik, Kunststoff oder Papier aufgeklebt werden. Die Platte fungiert dann als Träger und dann nach dem Auffüllen entfernt werden. Diese Alternative hat den Vorteil, weniger Leuchtstoff zu verbrauchen und den Aufwand der Nachbearbeitung zu reduzieren. Bei dem Aushärten entsteht eine LeuchtstoffStruktur 1 (s. Fig. 1). Die Leuchtstoffstruktur 1 umfaßt Leuchtstoffblöcke 2 und einen tragenden Leuchtstoffboden 3. Die Leuchtstoffblöcke 2 sind z. B. quaderförmig und stehen aufrecht auf dem tragenden Leuchtstoffboden 3. Die Leuchtstoffblöcke 2 sind untereinander getrennt. Die Leuchtstoffblöcke 2 sind nur über den tragenden Leuchtstoffboden 3 miteinander verbunden. Senkrecht zu der
Oberfläche des tragenden Leuchtstoffbodens 3, auf der die
Leuchtstoffblöcke 2 stehen, weisen die Leuchtstoffblöcke 2 eine größere Ausdehnung auf als parallel dazu. Die Geometrie der Leuchtstoffblöcke 2 wird abhängig von der gewünschten Ortsauflösung und der benötigten Röntgenabsorption bestimmt. Die Zwischenräume zwischen benachbarten Leuchtstoffblöcken werden mit einer ein optisches Trennmittel enthaltenden Pas aufgefüllt. Die Paste besteht z. B. aus Weißpigmenten und Epoxidharzen. Die Weißpigmente enthalten z. B. TiO2. Die optische Trennmittel enthaltende Paste wird anschließend ausgehärtet. Dabei entsteht eine optische Trennstruktur 4 (s. Fig. 2). Die optische Trennstruktur 4 füllt die Zwischenräume zwischen den Leuchtstoffblöcken 2 im wesentlichen aus. Die Leuchtstoffblöcke 2 sind über die optische Trennstruktur 4 miteinander fest verbunden.
Der tragende Leuchtstoffboden 3 wird mechanisch abgetragen (s. Fig. 3). Dadurch wird die Leuchtstoffolie fertiggestellt, die aus den Leuchtstoffblöcken 2 und der optischen TrennStruktur 4 besteht.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffolie,
- bei dem eine Form hergestellt wird, die durch Stege getrennte Vertiefungen aufweist,
- bei dem eine Leuchtstoff enthaltende Paste in die Form gefüllt wird, so daß sich oberhalb der Stege eine zusammenhängende Schicht bildet,
- bei dem die Paste zu einer Leuchtstoffstruktur (1) ausgehärtet wird, die freistehende Leuchtstoffblöcke (2) auf einem tragenden Leuchtstoffboden (3) umfaßt,
- bei dem die Leuchtstoffstruktur (1) von der Form abgehoben wird,
- bei dem die Leuchtstoffblöcke (2) durch Ausgießen mit einer ein optisches Trennmittel enthaltenden Paste und anschließendes Aushärten der Paste zu einer optischen Trennstruktur (4) fest miteinander verbunden werden,
- bei dem der tragende Leuchtstoffboden (3) mechanisch abgetragen wird, wobei die aus den Leuchtstoffblöcken (2) unter optischen Trennstruktur (4) bestehende Leuchtstoffolie (5) entsteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
- bei dem zur Herstellung der Form ein Formling erzeugt wird mit einer Struktur, die der Anordnung der Leuchtstoffblöcke
(2) auf den tragenden Leuchtstoffboden (3) entspricht,
- bei dem die Form als Abguß des Formlings mit einer Gießmasse hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
bei dem als Gießmasse Silikonkautschuk verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
bei dem der Abguß des Formlings im Vakuum im Bereich von 0,05 bis 10 hPa erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Gießmasse durch Aufbringen von Druck im Bereich zwischen 1 und 100 bar in den Formung gepreßt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem die Leuchtstoff enthaltende Paste aus Leuchtstoffpulver und Epoxidharz hergestellt wird, wobei das Leuchtstoffpulver so gewählt ist, daß es nicht mit Epoxidharz reagiert.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
bei dem das Leuchtstoffpulver CaWo4, Gd2O2S:Tb, Gd2O2S:Eu, Y2O2S:Eu, BaFBr:Eu oder Y2O3:Eu enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
bei dem das Leuchtstoffpulver in der Paste einen Volumenanteil von 10 Voll% bis 70 vol% einnimmt.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
bei dem der Volumenanteil des Leuchtstoffpulvers in der Paste 40 Vol% bis 60 Vol% beträgt..
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
bei dem die optische Trennmittel enthaltende Paste aus Weißpigmenten und Epoxidharzen besteht.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
bei dem die Weißpigmente TiO2 enthalten.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
bei dem die Seiten der Leuchtstoffblöcke mit reflektierenden Metallspiegeln versehen werden.
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