JP5767765B2 - 高解像度蛍光面板及び高解像度蛍光面板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高解像度をもつ蛍光面板の製造方法に関するものである。

Ｘ線を利用した検査装置は、医療用のＸ線診断装置等の他、産業用のＩＣ検査装置等に広く使用されている。このような検査装置に使用されるＸ線検出器は、Ｘ線を蛍光面板で受け、これを光に変換し蛍光面板の背面に配置された光電変換装置（例えばスイッチング用TFTに連結した光電変換要素として作用する薄膜アモルファスシリコンフォトダイオードで構成されているアクティブマトリクス型検出器）で画像化された電気信号に変換される。このＸ線検出器には様々な性能の向上が求められるが、最も重要なものとして解像度特性の向上が求められる。

従来Ｘ線検出器に用いられる蛍光面板には通常1μｍ程度の微粒子蛍光体を用いて、セットリング法（液中沈降法）で基板上に均一な蛍光面板を作成するか、またはヨウ化セシウム（ＣｓＩ）等の蛍光体を基板上に蒸着して均一な蛍光面板を作成する方法が知られている。このように構成された蛍光面板において、X線画像は、可視光線画像に変換されるが、発光フォトンはすべての立体角方向に放射されるので上記ＣＣＤ等の２次元撮像素子（撮像管）の垂直な画素エレメントだけでなく、近傍の画素エレメントにも到達する。このため、電気信号画像は元のX線画像に比べて、解像度が劣ることになる。

この解像度向上のために、横方向への光の影響を少なくなるように、蛍光面板の充填率を高くして厚さを薄くすること、基板に垂直な方向に柱状結晶を形成することで横方向への散乱が小さくする方法が知られている。しかしながらこの柱状構造でもまだ横方向散乱は起こり、十分な対策とはいえない。

従って、蛍光面板において解像度を向上させる方法として、垂直直下以外の上記ＣＣＤ等の２次元撮像素子の画素エレメントに到達しないようにするために、反射層としての役目を有する細管を集束し、細管内にシンチレータを充填した蛍光面板構造が提案された（特許文献１、特許文献２参照）。これらの提案では、細管形成後に、蛍光体物質を充填する方法がとられている。特許文献１では電子ビーム蒸着法で細管中にシンチレータ材料を充填することが記載されているが、シンチレータ材料の充填率が低いことが推定される。また、特許文献２では、高温融解液したシンチレータ材料融解液に中空細管を浸して充填する方法が記載されているが、これではせっかく形成した細管構造が高温でメルトする恐れがあり、この充填方法では蛍光面板を安定に形成することが困難である。

特開平２−２２５９８号公報 特開２０００−８１５００号公報

この発明の課題は、蛍光面板に平行な横方向への光散乱が抑えられる細管構造を持ち、かつ蛍光体充填密度が大きい高解像度の蛍光面板及び蛍光板の製造方法を提供することである。

請求項１記載の高解像度蛍光面板の製造方法は、

（１）第一の中空金属管に蛍光体物質を充填して第一の蛍光体充填金属管を作成する蛍光体充填工程と

（２）前記第一の蛍光体充填金属管をスウェージング法で、塑性加工により絞り込み、第一の細線を形成する細線形成工程と

（３）前記第一の細線を所定長に切断して第一の切断細線を作成する切断工程と

（４）複数の前記第一の切断細線を第二の中空金属管に集束充填して第一の細線充填金属管を作成する集束充填工程と、

（５）前記第一の細線充填金属管をスウェージング法で、塑性加工により絞り込み、第二の細線を形成する細線形成工程と

（６）前記第二の細線を所定長に切断して第二の切断細線を作成する切断工程と

（７）複数の前記第二の切断細線を第三の中空金属管に集束充填して第二の細線充填金属管を作成する集束充填工程と、

（８）前記第二の細線充填金属管内の細線同士を圧着するため、スウェージング法で管の直径を絞り込み、絞り込み金属管を作成する圧着絞り込み工程と

（９）前記絞り込み金属管を所定の厚さの蛍光面板に切断する切断工程と

（１０）前記蛍光面板を還元または中性雰囲気でアニールするアニール工程と

（１１）前記アニールした蛍光面板を研磨する研磨工程

とを備えることを特徴とする。

請求項２記載の高解像度蛍光面板の製造方法は (１) 前記請求項１記載の製造方法で得られた蛍光面板を複数用意して正方形に切断して複数の正方形蛍光面板を作成する切断工程と （２）複数の前記正方形蛍光面板の4つの切断面に接着剤を塗布する塗布工程と （３）複数の前記正方形蛍光面板同士の間には金属薄膜を介して接着し、大型複合蛍光面板を作成する接着形成工程と （４）前記大型複合蛍光面板の片面に接着剤を塗布してアルミ箔接着した基板に接着する接着工程

とを備えることを特徴とする。

本発明の製造方法で用いられるスウェージング加工で蛍光体充填物を従来の特許文献１と特許文献２に比べて高密度化することができる。

本発明に用いる中空金属管としては展性・延性の優れた金、銀、鉛、銅、アルミニウム、スズ、白金、亜鉛、鉄、ニッケル、インジウム等を用いることができる。コスト、毒性の観点から銀、銅、アルミニウム、スズ、亜鉛、鉄、ニッケル、インジウム等が好ましい。

本発明に用いられる蛍光体（シンチレータ材料）にはX線吸収の大きい、即ち蛍光体は原子番号の大きい原子で構成されていること、また吸収したX線エネルギーの可視光線変換効率の高いこと、ＣＣＤ等の２次元撮像素子の分光感度特性にマッチングした発光スペクトルを有することが要求される。

この蛍光体としては、タリウム付活ヨウ化セシウムＣｓＩ：Ｔｌ、ナトリウム付活ヨウ化セシウムＣｓＩ：Ｎａ、テルビウム付活酸化硫化ガドリニウムＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、ユーロピウム付活フッ化ハロゲン化物バリウムＢａＦ（Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）：Ｅｕがあげられる。

本発明ではスウェージング加工を行うので、中空金属管及び蛍光体の硬度に関しては、中空金属管の硬度はなるべく小さいことが好ましい。蛍光体の硬度も小さい方が好ましいが、中空金属管の硬度と同等以上であることが必要である。

中空金属管よりも蛍光体硬度が極めて小さい場合には、スウェージング加工で管内の蛍光体がスウェージング加工で押し出され、蛍光体部分の割合の小さい細線になってしまう恐れがあるためである。

前記のヨウ化セシウム蛍光体のモース硬度は２であり、中空金属管の材質としての前記の銀も同じ２であり、ヨウ化セシウムと銀との組み合わせは最適である。上記に挙げた蛍光体は一般的に硬度２以上であり、中空金属管材質の前記金属のモース硬度は一般的には蛍光体以下である。したがって上記に挙げた蛍光体は本発明の製造方法で蛍光面板の製造が可能である。

スウェージング加工の導入により、蛍光体充填密度向上及び細線充填金属管同士の接合も容易に行えることができるようになった。

図１は本発明の高解像度蛍光面板の製造方法において、第一の中空金属管に蛍光体粉末充填して作成した第一の蛍光体充填金属管を示した図である。（実施例１） 図２は本発明の高解像度蛍光面板の製造方法において、スウェージング加工で第一（または第二）の蛍光体充填金属管を絞り込み第一（または第二）の細線を作成し、所定の長さに切断して作成した第一（または第二）の切断細線を示した図である。（実施例１） 図３は本発明の高解像度蛍光面板の製造方法において、複数の第一（または第二）の切断細線を第二（または第三）の中空金属管に端から順に充填することを示した説明図である。（実施例１） 図４は本発明の高解像度蛍光面板の製造方法において、複数の第一（または第二）の切断細線をハニカム型に配列充填することを示した説明図である。（実施例１） 図５は本発明の高解像度蛍光面板の解像度と空間周波数との関係を示すグラフである。（実施例１） 図６は本発明の高解像度蛍光面板の製造方法において、大型蛍光面板の製造方法を示した説明図である。（実施例２）

以下、図１〜図６を参照して、この発明の実施の形態にかかる高解像度蛍光面板及び蛍光板の製造方法について説明する。

まず、展性・延性の優れた金属を用いた５〜１０ｃｍの外径の第一の中空金属管に蛍光体粉末を充填して第一の蛍光体充填金属管を作成する。充填の際には、振動機（バイブレータ）上に金属管を配置して振動しながら、充填作業を進めるのが好ましい。充填密度は７０％程度以上が望ましい。（図１参照）。

本発明に用いる第一の中空金属管の外径C、内径Ｄで表したとき、Ｃは１〜１０ｃｍ、管の肉厚（Ｃ−Ｄ）／２は１〜１０ｍｍ程度の範囲の金属管を用いることが望ましい。

次に、前記第一の蛍光体充填金属管をスウェージング装置にかけて、最終的に外径ｄが１〜３ｍｍになるように複数回スウェージング（絞り）加工を繰り返して第一の細線形成を行う。

次に、この第一の細線を切断機で所定の長さに切断して第一の切断細線を作成する（図２参照）。

次に、複数の第一の切断細線を集束し展性・延性の優れた金属を用いた５〜１０ｃｍの外径の第二の中空金属管に図３に示すように端から順に充填して第一の細線充填金属管を作成する。

本発明に用いる第二の中空金属管の外径C、内径Ｄで表したとき、Ｃは１〜１０ｃｍ、管の肉厚（Ｃ−Ｄ）／２は１〜１０ｍｍ程度の範囲の金属管を用いることが望ましい。

第一の切断細線を前記第二の中空金属管に配置する際、図３に示すように充填することも可能であるが、図４に例示するように細線をハニカム構造になるように規則的に配置した方がより好ましい。前記第二の中空金属管内の空隙面積が少なくなるように、前記第二の中空金属管の内径Ｄと細線ｄとの比は（Ｄ／d）≧１０になるようにするのが好ましい。

次に、前記第一の細線充填金属管をスウェージング装置にかけて、最終的に外径が１〜３ｍｍになるように複数回スウェージング（絞り）加工を繰り返して第二の細線を形成したあとで、切断機で所定の長さに切断して第二の切断細線を作成する。

次に、複数の第二の細線を集束し展性・延性の優れた金属を用いた第三の中空金属管に整列して充填する（図３、４参照）。この第三の中空金属管の外径は最終的に必要とされる蛍光面板サイズによって変わるが、５〜２０ｃｍ程度の金属管を用いるのがよい。

このようにして得られた細管配列した金属管をスウェージング加工して、その直径を絞り、配列した細管同士の隙間をなくし、接着性を向上させる。直径絞り率は、金属管の材質にもよるが、一般的には８０〜９０％にするのが好ましい。

このようにして得られた金属管は所定の厚さたとえば０．５ｍｍの厚さにスライス後、スライス面板を研磨して、蛍光面板が得られる。

この蛍光面板中の蛍光体は複数回にわたるスウェージング加工で結晶歪みがのこっている。この歪みを解消するために、中性ないし還元雰囲気中での１００〜３００℃の温度でアニール工程を通して、本発明の高解像度蛍光面板が得られる。本工程のアニール処理で細管同士の接合性も向上する。

このようにして得られた高解像度蛍光面板を構成する１本の細管内の充填蛍光体部の直径（画素サイズ）は５０〜１００μｍとなる。
以下本発明に関して、実施例で詳細に説明する。

図１に示すように、外径３ｃｍ、肉厚が５ｍｍ、長さ１０ｃｍの銀の第一の中空金属管１の中空部２に０．０６モル％のタリウム（Ｔｌ）をドープしたヨウ化セシウム（ＣｓＩ：Ｔｌ）蛍光体１０ｇを充填する。充填の際には、振動機（バイブレータ）上に金属管を配置して振動しながら、充填作業を行った。充填密度は約７０％であった。

次に、前記蛍光体充填金属管をスウェージング装置にかけて、最終的に外径ｄ＝１．８ｍｍになるように複数回スウェージング（絞り）加工を繰り返す。

次に、スライシングマシーンで長さ１０ｃｍに切断して第一の切断細線を製造する（図２参照）。

次に、図４に示すように複数の第一の切断細線１０９本を集束し外径３．１ｃｍ、内径Ｄ＝２．１ｃｍ、肉厚が５ｍｍ、長さ１０ｃｍの銀の第二の中空金属管にハニカムマトリックス状に整列して充填する（図４参照）。中空金属管内径と細線外径の比（Ｄ／ｄ）＝１１．６である。

次に、前記蛍光体充填金属管をスウェージング装置にかけて、最終的に外径ｄ＝２ｍｍになるように複数回スウェージング（絞り）加工を繰り返す。

次に、スライシングマシーンで長さ１０ｃｍに切断して第二の切断細線を製造する。

次に、図４と同様にして複数の第二の切断細線３７９本を集束し外径５．３ｃｍ、内径Ｄ＝４．３ｃｍ、肉厚が５ｍｍ、長さ１０ｃｍの銀の第三の中空金属管３にハニカム状に整列して充填する。中空金属管内径と細線外径の比（Ｄ／ｄ）＝２１．６である。

このようにして得られた細管配列した金属管をスウェージング加工して、その直径を４．５ｃｍに絞り、配列した細管同士の隙間をなくし、接着性を向上させる。

このようにして得られた金属管は所定の厚さたとえば０．５ｍｍの厚さにスライス後、スライス面板を研磨して、蛍光面板が得られる。

この蛍光体の結晶歪みを解消するために、窒素雰囲気中での２００〜３００℃の温度での１時間のアニール工程を通して、本発明の直径４．５ｃｍ、厚さ０．５ｍｍの高解像度蛍光面板が得られる。この蛍光面板を構成する最小の細線中の蛍光体部の直径は約７０μｍである。

図５は、Ｘ線を本発明の高解像度蛍光面板で受け、これを光に変換し光電変換装置（ＣＣＤ等の２次元撮像素子）で画像化された電気信号の解像度ＭＴＦと空間周波数との関係を示すグラフである。細管構造を持たない従来の蛍光面板のＭＴＦと比較して、空間周波数の高い領域でもＭＴＦ低下の小さく大幅に解像度特性が改善されていることが分かる。

さらに大きな蛍光面板を得るためには、前記実施例１の中空金属管のサイズを数倍にすれば、数倍の蛍光面板が得られるが、高価な大型スウェージングマシーンが必要になり、コストパフォーマンスの観点からは好ましくない。この代わりに前記実施例１で作成した蛍光面板を利用して複数配列して大面板積の蛍光面板を製造することができる。

実施例１で製造した直径４．５ｃｍ、厚さ０．５ｍｍの高解像度蛍光面板を１辺３ｃｍの正方形に切断して正方形の高解像度蛍光面板４を得る。複数の正方形蛍光面板４の４つの切断面板に接着材を塗布し、蛍光面板同士の接着は０．１〜０．２ｍｍのアルニウム箔（図示せず）を介して、大型の蛍光面板を作成する。この大型蛍光面板の片面に接着剤を塗布し、あらかじめアルミ箔接着した基板５とアルミ箔を介して接着一体化する。図６に正方形蛍光面板を縦７枚、横７枚に配列した合計４９枚の蛍光面板４とアルミ箔接着した基板５上に配置して作成した、１辺２１ｃｍの大型高解像度蛍光面板を例として示す。

基板５はアルミナのようなセラミックスでもよいし、アルミニウム等の金属板でも構わない。

配列接着後、蛍光面板を再度研磨して均一性を出してもよい。

前記実施例において、蛍光体はタリウム付活ヨウ化セシウムＣｓＩ：Ｔｌを用いて説明したが、この他にもナトリウム付活ヨウ化セシウムＣｓＩ：Ｎａ、テルビウム付活酸化硫化ガドリニウムＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、ユーロピウム付活フッ化ハロゲン化物バリウムＢａＦ（Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）：Ｅｕ等を用いて、蛍光体の硬度との組み合わせで中空金属管には適当な硬度を持つ金、銀、鉛、銅、アルミニウム、スズ、白金、亜鉛、鉄、ニッケル、インジウム等の中から適宜選択することで本発明の高解像度蛍光面板を製造することができる。

本発明の高解像度蛍光面板は光電変換装置と組み合わせて、医療用X線診断装置、産業用のＩＣ検査装置に用いて、高解像度の画像を提供し、蛍光面板の蛍光体充填率が高いことから、高感度の画像も提供できる。

１ 第一の中空金属管、または第二の中空金属管

２ 第一の中空金属管の中空部に充填した蛍光体粉末、または第二の中空金属管の中空部に集束充填した第一の切断細線、または第三の中空金属管の中空部に集束充填した第二の切断細線

３ 第二の中空金属管、または第三の中空金属管

４ 正方形型蛍光面板

５ 基板

Claims (4)

1. 
   （１）第一の中空金属管に蛍光体物質を充填して第一の蛍光体充填金属管を作成する蛍光体充填工程と
   
   （２）前記第一の蛍光体充填金属管をスウェージング法で、塑性加工により絞り込み、第一の細線を形成する細線形成工程と
   
   （３）前記第一の細線を所定長に切断して第一の切断細線を作成する切断工程と
   
   （４）複数の前記第一の切断細線を第二の中空金属管に集束充填して第一の細線充填金属管を作成する集束充填工程と、
   
   （５）前記第一の細線充填金属管をスウェージング法で、塑性加工により絞り込み、第二の細線を形成する細線形成工程と
   
   （６）前記第二の細線を所定長に切断して第二の切断細線を作成する切断工程と
   
   （７）複数の前記第二の切断細線を第三の中空金属管に集束充填して第二の細線充填金属管を作成する集束充填工程と、
   
   （８）前記第二の細線充填金属管内の細線同士を圧着するため、スウェージング法で管の直径を絞り込み、絞り込み金属管を作成する圧着絞り込み工程と
   
   （９）前記絞り込み金属管を所定の厚さの蛍光面板に切断する切断工程と
   
   （１０）前記蛍光面板を還元または中性雰囲気でアニールするアニール工程と
   
   （１１）前記アニールした蛍光面板を研磨する研磨工程
   
   とを備えることを特徴とする高解像度蛍光面板の製造方法。
   
   
   
2. 
   (１)前記請求項１記載の製造方法で得られた蛍光面板を複数用意して正方形に切断して複数の正方形蛍光面板を作成する切断工程と
   
   （２）複数の前記正方形蛍光面板の4つの切断面に接着剤を塗布する塗布工程と
   
   （３）複数の前記正方形蛍光面板同士の間には金属薄膜を介して接着し、大型複合蛍光面板を作成する接着形成工程と
   
   （４）前記大型複合蛍光面板の片面に接着剤を塗布してアルミ箔接着した基板に接着する接着工程
   
   とを備えることを特徴とする高解像度蛍光面板の製造方法。
   
3. 請求項１に記載した製造方法で作成されたことを特徴とする高解像度蛍光面板。
4. 請求項２に記載した製造方法で作成されたことを特徴とする高解像度蛍光面板。