闪烁体面板和放射线检测器的制作方法

1.本发明的一个方面涉及闪烁体面板和放射线检测器，尤其涉及在使用了x射线或γ射线的被照射体的成像中使用的闪烁体面板和放射线检测器。

背景技术：

2.专利文献1记载了一种放射线检测器，其具备排列有光电二极管的光电转换基板、和形成在光电变换基板上的荧光体层(闪烁体层)。在专利文献1记载的放射线检测器中，闪烁体层包含碘化铯作为基材，包含铊作为活化剂。现有技术文献专利文献
3.专利文献1：日本特开2006-20820号公报

技术实现要素：

发明想要解决的技术问题
4.在上述技术中，发光寿命为约1000ns，并且获得比其更快的发光寿命较为困难，因此有时难以得到优异的高速响应性。
5.本发明的一个方面的目的在于，提供一种能够得到优异的高速响应性的闪烁体面板和放射线检测器。用于解决问题的技术手段
6.发明人反复深入研究，得出了通过在闪烁体层中包含碘化铯作为基材并且包含铈作为活化剂，能够加快发光寿命这一发现，并完成了本发明。即，本发明的一个方面所涉及的闪烁体面板具备：支撑体；形成在支撑体上，并且由柱状晶体构成的闪烁体层；和至少覆盖闪烁体层的保护膜，闪烁体层包含碘化铯作为基材并且包含铈作为活化剂。
7.该闪烁体面板在闪烁体层中包含碘化铯作为基材并且包含铈作为活化剂。这样，通过基于上述发现来构成闪烁体层，能够得到较快的发光寿命，其结果是能够得到优异的高速响应性。
8.在本发明的一个方面所涉及的闪烁体面板中，可以是，铈的浓度为300～6000ppm。该情况下能够得到高亮度的闪烁光。
9.在本发明的一个方面所涉及的闪烁体面板中，可以是，闪烁体层的发光波长特性具有第一发光波长下的第一发光峰、和较第一发光波长更靠长波长侧的第二发光波长下的第二发光峰，第一发光峰比第二发光峰大。该情况下能够得到高光强度的闪烁光。
10.在本发明的一个方面所涉及的闪烁体面板中，可以是，保护膜包括第一有机膜、无机膜和第二有机膜。由此，能够可靠地抑制因闪烁体层的潮解性引起的特性劣化。
11.在本发明的一个方面所涉及的闪烁体面板中，可以是，无机膜具有层叠结构。该情况下，能够更可靠地抑制因闪烁体层的潮解性引起的特性劣化。
12.在本发明的一个方面所涉及的闪烁体面板中，可以是，支撑体是由铝、玻璃、无定
形碳和聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂中的至少任一种形成的基板，或者，光纤板。通过采用这样的支撑体，能够具体地构成闪烁体面板。
13.本发明的一个方面所涉及的放射线检测器具备上述闪烁体面板、和与闪烁体面板贴合，并且具有光电转换元件的传感器面板。在该放射线检测器中，由于具备上述闪烁体面板，因此也具有能够得到优异的高速响应性的效果。
14.本发明的一个方面所涉及的放射线检测器具备：具有光电转换元件的传感器面板；形成在传感器面板上，并且由柱状晶体构成的闪烁体层；和至少覆盖闪烁体层的保护膜，闪烁体层包含碘化铯作为基材并且包含铈作为活化剂。
15.在该放射线检测器中，通过基于上述发现来构成闪烁体层，能够得到较快的发光寿命，也能够得到优异的高速响应性。
16.在本发明的一个方面所涉及的放射线检测器中，可以是，铈的浓度为300～6000ppm。该情况下能够得到高亮度的发光。
17.在本发明的一个方面所涉及的放射线检测器中，可以是，闪烁体层的发光波长特性具有第一发光波长下的第一发光峰、和较第一发光波长更靠长波长侧的第二发光波长下的第二发光峰，第一发光峰比第二发光峰大。该情况下能够得到高光强度的闪烁光。
18.在本发明的一个方面所涉及的放射线检测器中，可以是，保护膜包括第一有机膜、无机膜和第二有机膜。由此，能够可靠地抑制因闪烁体层的潮解性引起的特性劣化。
19.在本发明的一个方面所涉及的放射线检测器中，可以是，无机膜具有层叠结构。该情况下，能够更可靠地抑制因闪烁体层的潮解性引起的特性劣化。
20.本发明的一个方面所涉及的放射线检测器可以是光子计数型检测器。在放射线检测器是光子计数型检测器的情况下，获得优异的高速响应性的上述效果是尤其有效的。发明的效果
21.根据本发明的一个方面，能够提供一种能够得到优异的高速响应性的闪烁体面板和放射线检测器。
附图说明
22.图1是示意性地表示第一实施方式的放射线检测器的截面的图。图2是表示闪烁体层的截面的sem图像。图3是表示闪烁体层的发光寿命特性的图表。图4是表示闪烁体层的发光波长特性的图表。图5的(a)是表示闪烁体面板的高温高湿试验的结果的图表。图5的(b)是表示闪烁体面板的高温高湿试验的另一结果的图表。图6是表示闪烁体层中铈的浓度与亮度的关系的图表。图7是表示闪烁体层中铈的浓度与发光峰亮度的关系的图表。图8是示意性地表示第二实施方式的放射线检测器的截面的图。图9是示意性地表示第三实施方式的放射线检测器的截面的图。
具体实施方式
23.下面参照附图对实施方式进行详细说明。在各图的说明中，有时对同一要素或对
应要素标注同一标记并省略重复的说明。
24.[第一实施方式]如图1所示，第一实施方式所涉及的放射线检测器100是光子计数型检测器。即，放射线检测器100不是能量集成型采集方式(电流模式测量方式)的检测器，而是光子计数(photon counting)方式的检测器。放射线检测器100例如在使用了x射线或γ射线的被照射体的成像中使用。放射线检测器100具备闪烁体面板10和传感器面板20。
[0025]
闪烁体面板10具备支撑体11、闪烁体层12和保护膜13。支撑体11是由铝、玻璃、无定形碳和聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂中的至少任一种形成的基板。
[0026]
闪烁体层12形成在支撑体11上。闪烁体层12响应于放射线的入射而使闪烁光产生(发光)。本实施方式的闪烁体层12是具有高速响应性的高速闪烁体，能够产生较快发光寿命的闪烁光。例如，闪烁体层12如后所述，能够产生100ns左右或更快发光寿命的闪烁光。发光寿命也称荧光寿命或发光时间常数。发光寿命例如是所产生的闪烁光的强度成为最初的发光峰时的约36.8％所经过的时间。
[0027]
闪烁体层12由多个柱状晶体构成(参照图2)。闪烁体层12的柱状晶体以支撑体11一侧为根端侧进行排列。闪烁体层12中包含碘化铯(csi)作为基材并且包含铈(ce)作为活化剂。此处的闪烁体层12，是以碘化铯为基材掺杂碘化铈(cei3)通过真空蒸镀法制造的。闪烁体层12的发光是以铈为起因而发生的。也可以代替碘化铈而使用氯化铈或溴化铈。
[0028]
闪烁体层12中的铈的浓度为300～6000ppm。闪烁体层12中的铈的浓度为500～5000ppm。即，该铈的浓度可以为300ppm以上，也可以为500ppm以上，可以为5000ppm以下，也可以为6000ppm以下，也可以是它们中的至少一种组合。
[0029]
闪烁体层12的发光波长特性具有多个发光峰。具体而言，闪烁体层12的发光波长特性具有第一发光波长下的第一发光峰、和较第一发光波长更靠长波长侧的第二发光波长下的第二发光峰。第一发光峰比第二发光峰大。例如，在闪烁体层12中，成为发光峰的波长区域是400～600nmnm，第一发光波长存在于430～470nm，第二发光波长存在于470～510nm。换言之，发光峰存在于400～600nm的波长区域，第一发光峰存在于430～470nm，第二发光峰存在于470～510nm。
[0030]
保护膜13是至少覆盖闪烁体层12的膜。保护膜13包括第一有机膜14、无机膜15和第二有机膜16。第一有机膜14是对支撑体11和闪烁体层12整体进行保护的保护层。第一有机膜14以覆盖支撑体11和闪烁体层12的方式成膜而形成。作为第一有机膜14，能够使用例如聚对二甲苯。无机膜15是以提高耐湿性为目的而设置的保护层。无机膜15以覆盖第一有机膜14的方式成膜而形成。无机膜15具有层叠结构。无机膜15由铝、钛或它们的氧化物之中的任意的膜层叠而构成。例如，无机膜15包括氧化铝膜和氧化钛膜。
[0031]
第二有机膜16是对闪烁体面板10整体进行保护的保护层。第二有机膜16以覆盖无机膜15的方式成膜而形成。例如作为第二有机膜16能够使用聚对二甲苯。无机膜15的厚度比第一有机膜14和第二有机膜16薄，例如为30nm。第一有机膜14的第二有机膜16的厚度彼此相等，例如为10μm。对于按以上方式形成的闪烁体面板10，可以实施退火处理来去除内部变形(残余应力)。
[0032]
传感器面板20与闪烁体面板10贴合。传感器面板20在闪烁体面板10中贴合于闪烁体层12的柱状晶体的前端侧。传感器面板20具有光电转换元件。传感器面板20检测闪烁体
层12的发光(闪烁光)。作为传感器面板20，能够使用例如mppc(多像素光子计数器，浜松光电子公司制造，注册商标)。
[0033]
图3是表示闪烁体层12的发光寿命特性的图表。图3中，纵轴是闪烁光的光强度(％)，横轴是时间(ns)。此处的光强度被表示成以发光峰时为基准的相对值。如图3所示，闪烁体层12中，其发光寿命为100ns左右，可知能够产生发光寿命非常快的闪烁光。闪烁体层12与包含碘化铯作为基材并且包含铊作为活化剂的通常的闪烁体层相比，其发光寿命为约1/10。
[0034]
图4是表示闪烁体层12的发光波长特性的图表。图4中，纵轴是闪烁光的光强度(％)，横轴是闪烁光的波长(nm)。此处的光强度被表示成以其最大值为基准的相对值。如图4所示，闪烁体层12的发光波长特性(发光光谱)具有低波长侧的第一发光波长下的第一发光峰p1、和长波长侧的第二发光波长下的第二发光峰p2。第一发光峰p1的光强度比第二发光峰大。在闪烁体层12中，成为发光峰的波长即发光波长为400～600nm，第一发光波长为430～470nm(图示例中是440nm)，第二发光波长为470～510nm(图示例中是490nm)。
[0035]
图5的(a)和图5的(b)是表示闪烁体面板10的高温高湿试验的结果的图表。在图5的(a)中，纵轴是闪烁体面板10的光输出(％)，横轴是时间(小时)。在图5的(b)中，纵轴是闪烁体面板10的对比度传递函数(ctf)(％)，横轴是时间(小时)。此处的光输出和对比度传递函数被表示成以试验开始时为基准的相对值。在图5的(a)和图5的(b)中，d1和d2是实施例的结果，d3和d4是比较例的结果。
[0036]
实施例是闪烁体面板10。比较例与实施例的不同点是，代替层叠结构的保护膜13，具备仅由聚对二甲苯所成的有机膜构成的单层结构的保护膜。高温高湿试验例如是温度40℃、湿度90％的环境试验(40℃90％rh环境试验)，以jis等公知的试验条件为基准进行。如图5的(a)和图5的(b)所示，起因于闪烁体层12的潮解性，在比较例中，特性随时间经过而劣化。对此，在实施例中，未观察到随时间经过的特性劣化，可知能够维持特性。
[0037]
图6是表示闪烁体层12中铈的浓度与亮度的关系的图表。图6中，纵轴是闪烁光的亮度(％)，横轴是闪烁体层12的铈的浓度(ppm)。此处的亮度被表示成以kodak公司的lanex regular screens为基准的相对值。横轴以对数刻度表示。图中的黑菱形是实施退火处理而去除了内部变形(残余应力)后的状态的闪烁体面板10的数据。图中的
○
是未实施退火处理的状态的闪烁体面板10的数据。铈的浓度能够通过对铯、碘和铈这3个元素进行定量分析而取得。
[0038]
如图6所示能够确认到这样的趋势，即，在闪烁体层12中随着铈的浓度变高而亮度增大，在一定以上的浓度下，会因浓度淬灭导致亮度变小。可知，当例如闪烁体层12中的铈的浓度为300～6000ppm时能够产生高亮度的闪烁光(参照图中的左右箭头)。可知，当例如闪烁体层12中的铈的浓度为500～5000ppm时更加能够产生高亮度的闪烁光。可知，在例如对闪烁体面板10实施了退火处理的情况下能够产生更高亮度的闪烁光。可知，在例如实施了该退火处理的情况下，当闪烁体层12中的铈的浓度为500～6000ppm时能够产生高亮度的闪烁光。可知，在例如未实施该退火处理的情况下，当闪烁体层12中的铈的浓度为300～3500ppm时能够产生高亮度的闪烁光。
[0039]
图7是表示闪烁体层12中铈的浓度与发光峰亮度的关系的图表。纵轴是闪烁光的强度(％)，横轴是闪烁光的波长(nm)。图中分别表示了闪烁体层12中铈的浓度为8490ppm、
4190ppm、1670ppm、1040ppm、590ppm和220ppm时的数据。此处的亮度被表示成以闪烁体层12的铈的浓度为1670ppm时的亮度的最大值为基准的相对值。如图7所示能够确认到这样的趋势，即，随着铈的浓度变高而强度增加，在一定以上的浓度下，会因浓度淬灭导致强度变小。另外，在闪烁体层12中，能够在波长为450nm和490nm时确认到发光峰。
[0040]
如上所述，本实施方式所涉及的放射线检测器100和闪烁体面板10中，闪烁体层12包含碘化铯作为基材并且包含铈作为活化剂。由此，与通常的发光寿命为微秒量级相比，本实施方式能够得到100ns左右的较快的发光寿命。其结果是能够得到优异的高速响应性。
[0041]
在本实施方式中，闪烁体层12的铈的浓度为300～6000ppm。该情况下能够得到高亮度的闪烁光。
[0042]
在本实施方式中，可以是，闪烁体层12的发光波长特性具有第一发光波长下的第一发光峰、和较第一发光波长更靠长波长侧的第二发光波长下的第二发光峰，第一发光峰比第二发光峰大。该情况下能够得到高光强度的闪烁光。
[0043]
在本实施方式中，保护膜13包括第一有机膜14、无机膜15和第二有机膜16。通过像这样构成保护膜13，能够可靠地抑制因闪烁体层12的潮解性引起的特性劣化。
[0044]
在本实施方式中，无机膜15具有层叠结构。该情况下，能够更可靠地抑制因闪烁体层12的潮解性引起的特性劣化。
[0045]
在本实施方式中，支撑体11是由铝、玻璃、无定形碳和聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂中的至少任一种形成的基板。通过采用这样的支撑体11能够具体地构成闪烁体面板10。
[0046]
在本实施方式中，放射线检测器100是光子计数型检测器。在放射线检测器100是光子计数型检测器的情况下，获得优异的高速响应性的上述效果是尤其有效的。例如，即使在高辐射剂量下的光子计数中也能够抑制信号的堆积，能够不发生计数丢失地进行测量。
[0047]
另外，在放射线检测器100和闪烁体面板10中，由于闪烁体层12为柱状晶体，因此空间分辨率优异，适于作为成像用途使用。闪烁体层12的铈的浓度的大小与发光寿命之间未观察到相关关系。
[0048]
[第二实施方式]接着说明第二实施方式。在第二实施方式的说明中，对与第一实施方式的不同点进行说明，并省略重复的说明。
[0049]
如图8所示，在第二实施方式的放射线检测器200中，代替闪烁体面板10(参照图1)而具备闪烁体面板210。闪烁体面板210中，代替支撑体11(参照图1)而具有支撑体211。支撑体211是光纤板(fiber optic plate)。光纤板是由多个(例如数百万根)光纤集合而构成的光学器件，例如包括多个纤芯玻璃、包覆该纤芯玻璃的包层玻璃、和配置在多个纤芯玻璃之间的光吸收体玻璃。传感器面板20与闪烁体面板210的支撑体211贴合。
[0050]
在这样的本实施方式中，也具有能够得到优异的高速响应性等上述效果。
[0051]
[第三实施方式]接着说明第三实施方式。在第三实施方式的说明中，对与第二实施方式的不同点进行说明，并省略重复的说明。
[0052]
如图9所示，第三实施方式的放射线检测器300在不具备支撑体211这一点与放射线检测器200(参照图8)不同。即，放射线检测器300具备传感器面板20、闪烁体层12、和保护膜13。闪烁体层12形成在传感器面板20上。具体而言，闪烁体层12直接形成在传感器面板20
的表面。闪烁体层12的柱状晶体被排列成以传感器面板20侧为根端侧。
[0053]
在这样的本实施方式中，也具有能够得到优异的高速响应性等上述效果。
[0054]
[变形例]如上所述，本发明的一个形态并不限定于上述的实施方式。
[0055]
在上述实施方式中，放射线检测器100、200、300是光子计数检测器，但并不限定于此。放射线检测器100、200、300例如也可以是能量集成型采集方式的检测器。
[0056]
上述实施方式和变形例的各结构并不限定于上述的材料和形状，能够适用各种材料和形状。另外，上述实施方式或变形例的各结构能够任意地适用于其他实施方式或变形例的各结构。作为传感器面板20，也可以是使用了玻璃基板等刚性基板的传感器、和使用了树脂基板等柔性基板的传感器等。附图标记说明
[0057]
10、210
……
闪烁体面板；11、211
……
支撑体；12
……
闪烁体层；13
……
保护膜；14
……
第一有机膜；15
……
无机膜；16
……
第二有机膜；20
……
传感器面板；100、200、300
……
放射线检测器；p1
……
第一发光峰；p2
……
第二发光峰。

技术特征：

1.一种闪烁体面板，其中，具备：支撑体；闪烁体层，其形成在所述支撑体上，并且由柱状晶体构成；和保护膜，其至少覆盖所述闪烁体层，所述闪烁体层包含碘化铯作为基材并且包含铈作为活化剂。2.如权利要求1所述的闪烁体面板，其中，所述铈的浓度为300～6000ppm。3.如权利要求1或2所述的闪烁体面板，其中，所述闪烁体层的发光波长特性具有第一发光波长下的第一发光峰、和较所述第一发光波长更靠长波长侧的第二发光波长下的第二发光峰，所述第一发光峰比所述第二发光峰大。4.如权利要求1～3中任一项所述的闪烁体面板，其中，所述保护膜包括第一有机膜、无机膜和第二有机膜。5.如权利要求4所述的闪烁体面板，其中，所述无机膜具有层叠结构。6.如权利要求1～5中任一项所述的闪烁体面板，其中，所述支撑体是由铝、玻璃、无定形碳和聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂中的至少任一种形成的基板，或者，光纤板。7.一种放射线检测器，其中，具备：权利要求1～6中任一项所述的闪烁体面板；和传感器面板，其与所述闪烁体面板贴合，并且具有光电转换元件。8.一种放射线检测器，其中，具备：传感器面板，其具有光电转换元件；闪烁体层，其形成在所述传感器面板上，并且由柱状晶体构成；和保护膜，其至少覆盖所述闪烁体层，所述闪烁体层包含碘化铯作为基材并且包含铈作为活化剂。9.如权利要求8所述的放射线检测器，其中，所述铈的浓度为300～6000ppm。10.如权利要求8或9所述的放射线检测器，其中，所述闪烁体层的发光波长特性具有第一发光波长下的第一发光峰、和较所述第一发光波长更靠长波长侧的第二发光波长下的第二发光峰，所述第一发光峰比所述第二发光峰大。11.如权利要求8～10中任一项所述的放射线检测器，其中，所述保护膜包括第一有机膜、无机膜和第二有机膜。12.如权利要求11所述的放射线检测器，其中，所述无机膜具有层叠结构。
13.如权利要求7～12中任一项所述的放射线检测器，其中，所述放射线检测器是光子计数型检测器。

技术总结

本发明的闪烁体面板具备：支撑体；形成在支撑体上，并且由柱状晶体构成的闪烁体层；和至少覆盖闪烁体层的保护膜。闪烁体层中包含碘化铯作为基材并且包含铈作为活化剂。化铯作为基材并且包含铈作为活化剂。化铯作为基材并且包含铈作为活化剂。

技术研发人员：

南祐辅 大泽弘武

受保护的技术使用者：

浜松光子学株式会社

技术研发日：

2021.02.26

技术公布日：

2023/3/7