专利名称：闪烁屏及放射线探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及将放射线变换成可见光的闪烁屏、以及采用该闪烁屏的放射线 探测器。
背景技术：
作为新一代的x射线诊断用探测器，人们正在研发采用有源矩阵的平面探
测器。在这种平面探测器中，通过探测出所照射的x射线，从而将x射线拍摄 的影像或实时的x射线图像作为数字信号进行输出。而且，在该平面探测器中
利用闪烁层将X射线变换成可见光或荧光，通过用非晶形硅(a—Si)光电二极 管或CCD(电荷耦合器件)等光电变换元件，将这一荧光变换成信号电荷而取得 图像。
作为闪烁层常用的材料通常有碘化铯(Csl):钠(Na)、碘化铯(Csl):铊(Tl)、 碘化钠(NaI)、或氧硫化钆(Gd202S)等。通过利用切割等在闪烁层上形成沟槽、 或如同形成柱状结构地堆积材料形成闪烁层，从而能提高图像分辨率特性。
例如，已知日本特開2000—356679号公報(第3 4页、图l)所公开的放 射线探测器。现对该放射线探测器的构成进行说明。在玻璃或非晶形碳等支持 底板上，设置具有反射特性的金属薄膜。再设置保护膜，以便覆盖该具有反射 特性的整个金属薄膜。在该保护膜上设置闪烁层。并设置有机膜，以便覆盖该 闪烁层。使光电变换元件和具有上述支持底板、有反射特性的金属薄膜、保护 膜、闪烁层、以及有机膜的闪烁屏组合在一起，构成放射线探测器。 另外，还已知日本特開2005—283483号公報(第4 6页、图l)所公开的射线 探测器。现对该放射线探测器的构成进行说明。在光电变换元件的表面上，设 置柱状结构的闪烁层。再在该闪烁层的表面上，设置保护膜。并使反射由闪烁 层变换的荧光的光反射构件粒子，分散在该保护膜中。X射线探测器的构成包 括上述光电变换元件、闪烁层、以及保护膜等。
如上所述，在日本特開2000—356679号公報那样的放射线探测器中，在具 有反射特性的金属薄膜和闪烁层之间形成保护层。通过这样，能防止由于闪烁 层的影响导致具有反射特性的金属薄膜变质，能防止具有反射特性的金属薄膜 作为反射膜使用时的功能恶化。但是存在的问题是，射入保护膜的可见光发生 散射，造成图像分辨率特性恶化。
又，在日本特開2005—283483号公報那样的放射线探测器中，在闪烁层的
表面上设置使光反射构件粒子分散的保护膜。通过这样，力求能防止由于保护 膜造成图像分辨率特性恶化。但是闪烁层的表面不是平面的而是凹凸的。再有 保护膜进入闪烁层的柱状结构之间。因此，射入保护膜的可见光容易发生散射， 其结果，存在图像分辨率特性恶化的问题。
本发明为解决上述问题而提出，其目的在于提供一种能提高图像分辨率特 性的闪烁屏及采用该闪烁屏的放射线探测器。
发明内容
为解决上述问题，本发明的一个方面的闪烁屏的特点是，包括 能透过放射线的支持底板；
呈平面状地设置在所述支持底板上，并使可见光反射的光反射材料粒子分 散的光反射材料分散膜；以及
设置在所述光反射材料分散膜上，使所射入的放射线变换成可见光的闪烁层。
另外，本发明其它方面的放射线探测器的特点是，包括
闪烁屏，该闪烁屏具有能透过放射线的支持底板、呈平面状地设置在所述 支持底板上，并使可见光反射的光反射材料粒子分散的光反射材料分散膜、以 及设置在所述光反射材料分散膜上，使所射入的放射线变换成可见光的闪烁 层；以及
光电变换元件，该光电变换元件设置在和所述闪烁屏的支持底板相反一侧 的表面，并且将由所述闪烁层变换的可见光变换成电信号。
图1为表示本发明实施方式1的放射线探测器的剖视图。
图2为表示上述放射线探测器的光反射材料分散膜的膜厚和图像分辨率特 性间的关系用的图。
图3为表示上述放射线探测器的闪烁层的材料和光反射材料分散膜的材料 的折射率用的表格。
图4为表示上述放射线探测器的LXFVA和反射率间的关系用的图。
图5为表示本发明实施方式2的放射线探测器的剖视图。
图6为比较例的剖视图。
图7为实施例2的剖视图。
图8为实施例3的剖视图。
图9为实施例4的剖视图。
图IO为表示比较例及各实施例的亮度和CTF用的表格。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。 图1至图4表示实施方式1。
如图1所示，放射线探测器11包括闪烁屏12和光电变换元件13。
闪烁屏12具有能透过放射线的例如用树脂将碳纤维固化形成的支持底板 16，并且光反射材料分散膜17呈平面状地形成于该支持底板16表面。该光反 射材料分散膜17例如用对二甲苯等有机材料构成。无机材料的光反射材料粒 子18分散在该光反射材料分散膜17中。因此，该光反射材料分散膜17，也具 有作为光反射膜使用的功能。
在光反射材料分散膜17的呈平面形状的表面，形成一层能将射入的放射线 变换成可见光的闪烁层19。该闪烁层19具有柱状结构，在柱状结构之间形成 多个沟槽部20。在闪烁层19的柱状结构之外设置光反射材料分散膜17。
例如，用真空蒸镀法，由碘化铯(CsI):铊(Tl)或碘化钠(NaI):铊(T1)在 闪烁层19上形成柱状结构。或者，将混合材料涂布于光反射材料分散膜上进 行焙烧及固化，用切割机切割等通过采用各种方法在闪烁层19上形成柱状结 构。还有，混合材料是将氧硫化钆(GdAS)等荧光体粒子和粘接树脂混合而成。 沟槽部20中充入干燥的氮气。还有除了干燥的氮气以外还可在沟槽部20中充 入干燥的空气。另外，也能将沟槽部20抽真空处于真空状态。
光反射材料粒子18，例如为诸如二氧化钛(Ti02)之类的具有较低的X射线 吸收率的物质。设光反射材料粒子18的折射率为n。闪烁层19的折射率为ns 时，作为式l具有化〉ns的关系。再有，在设光反射材料分散膜17的膜厚为 L、光反射材料粒子18的体积充填密度为K、平均颗粒直径为"时，作为式2 具有TrXFr/Dr>10的关系。
还形成作为有机膜用的防潮有机膜21，该防潮有机膜21覆盖包括支持底 板16、光反射材料分散膜17、以及闪烁层19在内的整个闪烁屏12。由于该防 潮有机膜21能防止闪烁层19受潮，所以例如为对二甲苯薄膜等防潮性良好的 有机膜，同时，还具有能让由闪烁层19变换的可见光透过的特性。该防潮有 机膜21为不渗透到闪烁层19沟槽部20的结构。也就是，防潮有机膜21设置 在闪烁层19的柱状结构之外。
另外，光电变换元件13具有TFT阵列底板25。在TFT阵列底板25上呈矩 阵状地形成具有光电二极管的多个像素24。形成该光电变换元件13的像素一 侧的表面粘贴于闪烁屏12的闪烁层19一侧的表面。本实施方式中，闪烁层19 一侧的表面也就是和闪烁屏12的支持底板16相反一侧的表面。然后，在该光 电变换元件13中，将由闪烁屏12变换的可见光，在各像素24的光电二极管 处变换成电信号。
以下，说明实施方式1的作用。具有闪烁层19的放射线探测器11的图像分辨率特性，取决于闪烁层19 的图像分辨率特性(CTF: Contrast Transfer Function、 MTF: Modulation Transfer Function)。
设到达光电变换元件13之前的由闪烁层13变换的可见光(荧光)的图像分 辨率特性为5 、闪烁层19的图像分辨率特性为5 s、光反射材料分散膜17处由 于荧光扩散其图像分辨率特性为Sb。这样，作为式3， S二5sXSb成立。也 就是，到达光电变换元件13的可见光的图像分辨率，可以通过闪烁层19的图 像分辨率特性与光反射材料分散膜17的图像分辨率特性相乘而求得。
如图2示出的光反射材料分散膜的图像分辨率特性所示的那样，例如在光 反射材料分散膜的膜厚t为以往的最小膜厚时，也就是即使在t = 50" m的情 况下，Sb = 50%。因此，到达光电变换元件的可见光的图像分辨率特性约为闪 烁层图像分辨率特性的一半。还有图2的光反射材料分散膜的图像分辨率特性 表示点光源的光从光反射材料分散膜的入射面射入，并且该光在金属膜上反射 在入射面射出时的MTF(21p/mm)。这里，入射面为光反射材料分散膜的一个端 面，金属膜设置在光反射材料分散膜的一个面上。
因而，上述实施方式1中，将反射由闪烁层19变换的可见光的光反射材料 粒子18，分散在光反射材料分散膜17内。通过赋予光反射材料分散膜17作为 光反射膜用的功能，从而能防止光反射材料分散膜17处的光扩散，所以能防 止图像分辨率特性恶化。能使放射线探测器11的图像分辨率特性和闪烁层19 的图像分辨率特性相等。提高实施方式1的放射线探测器的图像分辨率特性， 与已有的放射线探测器相比其图像分辨率高。
另外，闪烁层19的柱状结构内产生的荧光，在闪烁层19的柱状结构的侧 壁处反复反射后到达光电变换元件13。因此，该可见光的扩散取决于闪烁层 19的柱状结构侧壁处的反射率R1。设形成闪烁层19的材料的折射率为ns、与 闪烁层19的柱状结构(日文柱状结晶？)的侧壁接触的坯料的折射率为nm。这 样一来，作为式4，反射率R1可用Rl二(ns — rJ/(ris + iO表示。
再有，为了提高放射线探测器11的图像分辨率特性，要抑制闪烁层19内 可见光的扩散，所以必须提高闪烁层19柱状结构侧壁的反射率R1。因此，根 据式4，为了提高放射线探测器11的图像分辨率特性，最好加大折射率n,和折 射率nm之差，并且ns〉r^的关系成立。
这里，图3表示各种材料的折射率。例如作为构成闪烁层19的材料可以列 举出碘化铯铊、碘化钠铊、以及氧硫化钆等，但这些材料的折射率n约为 1.8至2.4。另一方面，作为构成光反射材料分散膜17或防潮有机膜21的材 料，可以列举出丙烯、聚碳酸酯、对二甲苯，但这些材料的折射率 约为1.4 至1. 6。
因此，以往的防潮有机膜的结构，由于该防潮有机膜完全浸透到闪烁层的
柱状结构间的沟槽部中，所以折射率ns和折射率nm之间的差较小。与此相反， 上述实施方式l中，除了闪烁层19的柱状结构间的部分沟槽部20外，在几乎 全部区域均充入干燥的氮气或干燥的空气，或者除部分沟槽部20外，几乎全 部区域均为真空。因而，如图3所示，折射率ns和折射率^之间的差变大。由 此，根据式4，反射率R1比现有的构成还要高，放射线探测器11的图像分辨 率特性更佳。
另外，在可见光进入光反射材料分散膜17内的情况下，光反射材料分散膜 17内可见光分别在闪烁层19及光反射材料粒子18间的边界、以及光反射材料 分散膜17(光反射材料分散膜17的有机材料及光反射材料粒子18间的边界) 等两个部位发生反射。
设光反射材料粒子18的折射率为n n光反射材料分散膜17的有机材料的 折射率m。于是，作为式5，光反射材料分散膜17的可见光的反射率R2可用 R2= a (nr — ns)/(n,. + ns)+P (nr — rO/(nr + ns)表示。式中，a表示闪烁层19 和光反射材料粒子18间的边界上发生反射的几率，e表示光反射材料粒子18 和光反射材料分散膜17的有机材料间的边界上发生反射的几率。
而且，在a和P间的关系上，大多a〈e。因此，光反射材料分散膜17 的反射率R2相当大地取决于因可见光进入光反射材料分散膜17时的光反射材 料粒子18和光反射材料分散膜17的有机材料间折射率之差而造成的反射效 果。因此，根据式5，为了提高光反射材料分散膜17的反射率R2，折射率r^ 和折射率ns之差、以及折射率i^和折射率nb之差越大越好。又如图3所示，折 射率ns约为1.8至2.4,而折射率rib约为1.4至1.6。因此，如上述实施方式 l那样，折射率^和折射率ns间的关系满足式1的关系。通过这样，在闪烁层 19和光反射材料粒子18间的边界上能获得反射效果，同时，还能提高光反射 材料粒子18和光反射材料分散膜17的有机材料间边界处的反射效果。而且， 折射率~和折射率&间的差越大，光反射材料分散膜17的反射效果越显著。
再有，如图4所示，通过使光反射材料粒子18满足式2的关系，光反射材 料分散膜17的反射率R2表示能以高反射率稳定(反射)的值，放射线探测器11 的亮度特性能进一步提高。
另外，能在支持底板16上呈平面状地形成分散着光反射材料粒子18的光 反射材料分散膜17，并在该光反射材料分散膜17上形成闪烁层19。因此，能 防止射入平面状的光反射材料分散膜17的、在闪烁层19被变换的可见光发生 散射，从而提高图像分辨率特性。
图5中示出实施方式2。还有，对于和实施方式l相同的构成及作用均标 注同一标号，其说明省略。
形成作为无机膜的防潮无机膜28，覆盖包括支持底板16、光反射材料分散 膜17及闪烁层19在内的整个闪烁屏12。该防潮无机膜28用于防止闪烁层受潮。防潮无机膜28例如为二氧化硅膜等防潮性优良的无机膜，同时，还具
有能让闪烁层19变换的可见光透过的特性。这一防潮无机膜28其结构做成不 渗透到闪烁层19的沟槽部20中。即防潮无机膜28设置在闪烁层19柱状结构 之外。
还有，上述各实施方式中，光反射材料粒子18可以选用其它形态的材料代 替无机物而形成。
以下，说明实施例。
现分别对与现有技术对应的图6示出的比较例、与上述实施方式l对应的 实施例l、图7示出的实施例2、图8示出的实施例3、图9示出的实施例4进 行研讨。
关于比较例，对其与实施方式l相同的构成标注同样的标号。现对比较例 的放射线探测器的构成进行说明。如图6所示，在用树脂使碳纤维固化的支持 底板16上，利用溅射法形成铝膜作为光反射膜41。在该光反射膜41的上部形 成对二甲苯薄膜作为保护膜17。然后在该保护膜17的上部形成膜厚500" m的 碘化铯铊膜作为闪烁层19。形成对二甲苯薄膜作为防潮有机膜21以覆盖闪 烁层19或整个支持底板16。在形成防潮有机膜21时，防潮有机膜完全渗透到 闪烁层19的柱状结构之间中。
在图l示出的实施例1中，在用树脂固化碳纤维的支持底板16上，形成膜 厚200p m的光反射材料分散膜17。该光反射材料分散膜17采用二氧化钛粒子 作为光反射材料粒子18的无机材料，用树脂粘接而形成。该光反射材料分散 膜17上形成膜厚500wm的碘化铯铊膜作为闪烁层19。形成对二甲苯薄膜作 为防潮有机膜21以覆盖闪烁层19及整个支持底板16。在形成防潮有机膜21 时，防潮有机膜不渗透到闪烁层19的柱状结构之间中。本实施例中，碘化铯 铊的折射率约1.8、 二氧化钛的折射率为2.2。因此，实施例l满足式1。另外， 光反射材料分散膜17中二氧化钛粒子的体积充填密度为70%、平均颗粒直径 为lum。因此，实施例l满足式2。
图7示出的实施例2中，形成材质和实施例1相同的光反射材料分散膜17、 闪烁层19、以及防潮有机膜21。防潮有机膜21完全渗透到闪烁层19的柱状 结构之间中。
图8示出的实施例3中，实施例1的光反射材料粒子18为二氧化硅粒子。 而在实施例3中，其它条件都和实施例1一样。而且，碘化铯铊的折射率约 1.8、 二氧化硅的折射率为1.5。因此，实施例3不满足式L
图9示出的实施例4的光反射材料分散膜17做成较实施例1的光反射材料 分散膜17更薄，膜厚为20um。在实施例4中，用作光反射材料分散膜17中 的光反射材料粒子18的二氧化钛的体积充填密度为实施例1的40%。除了上 述的以外，实施例4的其余条件均与实施例1相同。因而该实施例4不满足式2。
图IO示出分别测量比较例及各实施例的亮度和CTF的测量结果，现边参照 图10，边对各示例进行研讨。
首先，对比较例和实施例2进行比较。实施例2中表示图像分辨率特性的 CTF较比较例有所提高。因此，这一点表明通过让光反射材料分散膜17具有 光反射膜的功能，从而能提高图像分辨率特性。
继续对实施例1和实施例2进行比较。实施例1中表示图像分辨率特性的 CTF较实施例2有所提高。因此，表明由于不让防潮有机膜21渗透到闪烁层 19的柱状结构之间中，能更加提高图像分辨率特性。
另外，再对实施例l和实施例3进行比较。实施例3中，光反射材料分散 膜17的反射率降低，亮度特性比实施例l还要差。因此，显示出的效果为通 过满足式l，能提高亮度特性。
再对实施例l和实施例4进行比较。实施例4中，光反射材料分散膜17 的反射率降低，亮度特性比实施例1还要差。因此，显示出的效果为通过满足 式2，能提高亮度特性。
还有，本发明并不限于上述实施方式，在实施阶段中能在不背离其主要内 容的范围内，对构成要素进行变形并使其具体化。另外，通过对上述实施方式 所揭示的多个构成要素作适当组合，能形成各种各样的发明。例如可以从各实 施方式所示出的所有构成要素中删除某几个构成要素。也可以将不同实施方式 的构成要素作适当组合。
工业上的实用性
根据本发明，因为能在支持底板上呈平面状地形成光反射材料粒子分散的 光反射材料分散膜，并能在该平面状的光反射材料分散膜上形成闪烁层，所以 能防止射入该平面状的光反射材料分散膜的在闪烁层被变换的可见光发生散 射，并能提高图像分辨率特性。
权利要求
1.一种闪烁屏，其特征在于，包括能透过放射线的支持底板；呈平面状地设置在所述支持底板上，并使可见光反射的光反射材料粒子分散的光反射材料分散膜；以及设置在所述光反射材料分散膜上，使所射入的放射线变换成可见光的闪烁层。
2. 如权利要求l所述的闪烁屏，其特征在于， 所述闪烁层具有柱状结构，所述光反射材料分散膜设置在所述闪烁层的柱状结构以外。
3. 如权利要求l所述的闪烁屏，其特征在于，用能让由该闪烁层变换的可见光通过的有机膜及无机膜中的任一种膜，覆 盖所述闪烁层。
4. 如权利要求2所述的闪烁屏，其特征在于，用能让由该闪烁层变换的可见光通过的有机膜及无机膜中的任一种膜，覆 盖所述闪烁层。
5. 如权利要求3所述的闪烁屏，其特征在于， 所述闪烁层具有柱状结构，所述有机膜及无机膜中的任一种膜设置在所述闪烁层的柱状结构以外。
6. 如权利要求4所述的闪烁屏，其特征在于，所述有机膜及无机膜中的任一种膜设置在所述闪烁层的柱状结构以外。
7. 如权利要求3所述的闪烁屏，其特征在于，所述有机膜及无机膜中的任一种膜，覆盖所述支持底板的部分表面。
8. 如权利要求4所述的闪烁屏，其特征在于，所述有机膜及无机膜中的任一种膜，覆盖所述支持底板的部分表面。
9. 如权利要求5所述的闪烁屏，其特征在于，所述有机膜及无机膜中的任一种膜，覆盖所述支持底板的部分表面。
10. 如权利要求6所述的闪烁屏，其特征在于，所述有机膜及无机膜中的任一种膜，覆盖所述支持底板的部分表面。
11. 如权利要求3所述的闪烁屏，其特征在于，所述有机膜及无机膜中的任一种膜，覆盖所述支持底板的全部表面。
12. 如权利要求4所述的闪烁屏，其特征在于，所述有机膜及无机膜中的任一种膜，覆盖所述支持底板的全部表面。
13. 如权利要求5所述的闪烁屏，其特征在于，所述有机膜及无机膜中的任一种膜，覆盖所述支持底板的全部表面。
14. 如权利要求6所述的闪烁屏，其特征在于，所述有机膜及无机膜中的任一种膜，覆盖所述支持底板的全部表面。
15. 如权利要求l所述的闪烁屏，其特征在于，设所述光反射材料粒子的折射率为nr、闪烁层的折射率为ns，则具有nr〉 ns的关系。
16. 如权利要求l所述的闪烁屏，其特征在于，设所述光反射材料分散膜的膜厚为TV、光反射材料粒子的体积充填密度为 Fr、光反射材料粒子的平均颗粒直径为D,，则具有TrXFr/U〉10的关系。
17. —种放射线探测器，其特征在于，包括闪烁屏，该闪烁屏具有能透过放射线的支持底板、呈平面状地设置在所述 支持底板上，并使可见光反射的光反射材料粒子分散的光反射材料分散膜、以 及设置在所述光反射材料分散膜上，使所射入的放射线变换成可见光的闪烁 层；以及光电变换元件，该光电变换元件设置在和所述闪烁屏的支持底板相反一侧 的表面，并将由所述闪烁层变换的可见光变换成电信号。
全文摘要
本发明揭示一种闪烁屏，包括能透过放射线的支持底板(16)；呈平面状地设置在所述支持底板上，并使可见光反射的光反射材料粒子(18)分散的光反射材料分散膜(17)；以及设置在所述光反射材料分散膜上，使所射入的放射线变换成可见光的闪烁层(19)。
文档编号G01T1/20GK101346642SQ20078000093
公开日2009年1月14日 申请日期2007年4月26日 优先权日2006年7月18日
发明者若松俊辅 申请人:株式会社东芝;东芝电子管器件株式会社