KR101410736B1 - 면 광원 일체형의 다층 구조를 가지는 디지털 엑스-선 영상 검출기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기에 관한 것으로서, 종래의 선 광원을 이용한 기계적 스캔 방식이 가지는 여러 문제점이 해결될 수 있는 전기적 스캔 방식의 디지털 엑스-선 영상 검출기를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기에 있어서, 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기에 있어서, 전압을 인가하기 위한 제1전극; 입사되는 엑스-선을 흡수하여 전자와 전하를 발생시키는 엑스-선 흡수층; 상기 엑스-선 흡수층에서 발생한 전자가 저장되는 전하수집층; 면 광원층으로부터 입사되는 빛에 의해 전자와 정공이 발생하고 발생한 정공과 상기 전하수집층에 저장되어 있던 전자가 결합되는 리드아웃층; 상기 제1전극과 함께 엑스-선 흡수층에 전압을 인가하기 위한 제2전극; 및 빛을 발생시켜 상기 제2전극을 통해 리드아웃층에 조사하는 면 광원층이 상하 일체로 적층되어 구성되는 일체형 다층 구조의 디지털 엑스-선 영상 검출기를 제공한다.
Description
본 발명은 디지털 엑스-선 영상 검출기에 관한 것으로서, 종래의 선 광원을 이용한 기계적 스캔 방식이 가지는 여러 문제점이 해결될 수 있는 전기적 스캔 방식의 디지털 엑스-선 영상 검출기에 관한 것이다.
일반적으로 의료용 또는 산업용으로 엑스-선의 투과성질을 이용하여 환자의 신체부위나 물체를 투시 촬영하는 디지털 엑스-선 영상 검출기가 널리 이용되고 있다.
이러한 디지털 엑스-선 영상 검출기는 엑스-선(X-ray) 영상 정보를 가져오기 위해 픽셀화된 리드아웃(readout) 기판에 TFT(Thin Film Transistor)를 사용하고 있다.
그러나, TFT를 사용하여 영상 정보를 리드아웃하는 방식에서는 2차원 배열로 이루어진 개개의 픽셀(pixel)에 저장되어 있는 전하를 TFT 스위칭을 이용하여 읽어올 때 발생하는 전기적 스위칭 노이즈가 상대적으로 크며, 영상의 해상도(resolution)를 증가시키기 위한 픽셀의 소형화에 어려움이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 기존의 TFT 스위칭 기술을 사용하지 않고 광 스위칭(optical switching)의 기술을 이용하여 영상 정보를 리드아웃하는 방식이 개발되고 있다.
도 1은 종래의 광 스위칭 기술을 이용하여 디지털 엑스-선 영상 정보를 검출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기는 엑스-선 발생장치에서 발생하여 촬영하고자 하는 물체나 인체를 투과한 엑스-선을 검출하여 영상화하는 장치이다.
이러한 엑스-선 영상 검출기에서는, 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이 양단 전극에(즉, 상부전극과 하부전극에) 고전압이 인가된 상태에서, 엑스-선이 입사되면, 이 엑스-선이 엑스-선 PCL(Photo Conductive Layer)의 엑스-선 흡수 및 변환 물질인 a-Se, CZT(CdZnTe), CdTe, PbI2, HgI2, PbO, BiI3 등의 광전도체에서 전자와 정공으로 변환된다.
즉, 광전도체 물질로 구성되는 엑스-선 PCL은 입사하는 엑스-선을 흡수하여 전하, 즉 전자와 정공을 발생시키며, 이때 형성된 전자와 정공이 양측 전극에 인가된 전압으로 인해 형성된 강한 전계에 의해 양쪽 전극방향으로 분리되어, 전하 중 전자는 양(+) 전위의 전극 쪽으로, 정공은 음(-) 전위의 전극 쪽으로 이동된다.
이렇게 이동되는 전자 또는 전공 중 하나는 CTL(Charge Trapping Layer) 또는 CAL(Charge Accumulation Layer) 등의 전하수집층에 모여 축적된다.
예컨대, 도 1의 (a)에서와 같이 상부전극을 음극, 하부전극을 양극으로 하여 고전압을 인가해주게 되면, 양전하인 정공은 상부전극 쪽으로 이동하고, 음전하인 전자는 하부전극 쪽을 향해 이동하다가 전하수집층(CTL 또는 CAL)에 저장된다(여기서, CTL은 전하 중 전자를 수집하므로 ETL(Electron Trapping Layer)이 됨).
그리고, 전하수집층에 축적된 전자를 외부로 읽어내기 위해서는 우선 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이 전자가 전하수집층에 축적되는 동안 (-) 전극인 상부전극을 접지로 변환하고, 이어 도 1의 (c)에 나타낸 바와 같이 하부전극 아래쪽의 광원에서 소정 파장의 빛, 예컨대 자외선이나 가시광선 등의 빛을 하부전극을 통해 리드아웃(readout) PCL(광도전체 물질로 이루어진 광도전층임)에 조사한다.
상기와 같이 리드아웃 PCL에 빛이 조사되면, 리드아웃 PCL에서는 조사된 빛의 에너지에 따른 전자와 정공 쌍(EHP, Electron-Hole Pair)이 새로이 생성되는데, 이때 새로이 생성된 정공은 전하수집층에 저장되어 있는 전자와 결합하여 사라지게 되고(중성화), 결국 남은 리드아웃 PCL 내부의 전자들, 전하수집층의 전자와 결합한 정공 수만큼의 남은 전자가 리드아웃 PCL의 출력단에서 출력되어 영상 정보를 반영하는 전하로 획득될 수 있게 된다.
리드아웃 PCL에 남아 있는 전자들이 하부전극을 통해 외부 회로로 출력되어 리드아웃됨으로써 해당 픽셀 신호를 획득할 수 있게 되고, 결국 이를 통해 영상 정보를 얻을 수 있게 되는 것이다.
이러한 구성에서 상부전극은 엑스-선 조사시 엑스선 PCL에서 발생하는 전하, 즉 전자 또는 정공을 수집하기 위해 전압을 인가하는 전극이며, 이때 하부전극은 상부전극과 함께 엑스-선 PCL에 전압을 인가하기 위한 전극이다.
또한 하부전극은 픽셀화된 형태의 영상 정보를 획득하기 위하여 광원에서 조사되는 빛을 통과시킬 수 있는 투명 전극이 될 수 있다.
한편, 영상 정보를 읽기 위해서는 상기와 같이 리드아웃 PCL에 빛을 조사하여야 하며, 이를 위해 광 스위칭 방식을 이용하는 종래의 검출기에서는 일반적으로 LED나 레이저 광원 등을 이용한 선 광원(line light source) 형태의 광 발생장치를 기계적으로 이동시키면서 빛을 조사하게 된다.
그러나, 이러한 방법에서는 광원 이동 및 스캔을 위한 기계 장치를 필요로 하며, 이는 높은 정밀도, 콤팩트(compact)한 사이즈 및 장치 구성, 미세 영상 정보를 획득하기 위한 정밀한 기계적 제어를 요구하므로 제작 및 제어가 모두 용이하지 않다.
또한 광원을 이동시키기 위한 기계 장치를 별도로 설치해야 하므로 검출기의 부피 증가는 물론 구성이 복잡해질 수밖에 없고, 이는 제작 비용 및 원가 상승의 한 요인이 된다.
특히, 기계 장치의 특성상 신뢰성 측면의 한계를 가지며, 기계적 스캔에 따른 노이즈 현상, 예컨대 선 광원의 기계적 이동을 위해 모터 등의 장치를 사용할 경우 영상에 모터 구동으로 인한 노이즈가 나타나는 등의 문제가 있게 된다.
또한 광원의 기계적 이동시 각 픽셀별로 발생하는 가시광선의 퍼짐 현상으로 인해 조사대상 픽셀 외에 인접 픽셀들도 영향을 받게 되며, 이는 스캔 방향으로의 공간분해능(spatial resolution)을 현저히 저하시켜 MTF(Modulation Transfer Function) 성능을 떨어뜨리게 된다
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 종래의 선 광원을 이용한 기계적 스캔 방식이 가지는 여러 문제점이 해결될 수 있는 디지털 엑스-선 영상 검출기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기에 있어서, 전압을 인가하기 위한 제1전극; 입사되는 엑스-선을 흡수하여 전자와 전하를 발생시키는 엑스-선 흡수층; 상기 엑스-선 흡수층에서 발생한 전자가 저장되는 전하수집층; 면 광원으로부터 입사되는 빛에 의해 전자와 정공이 발생하고 발생한 정공과 상기 전하수집층에 저장되어 있던 전자가 결합되는 리드아웃층; 상기 제1전극과 함께 엑스-선 흡수층에 전압을 인가하기 위한 제2전극; 빛을 발생시켜 리드아웃층에 조사하는 면 광원이 상하로 적층되어 일체로 구성되는 일체형 다층 구조의 디지털 엑스-선 영상 검출기를 제공한다.
바람직한 실시예에서, 상기 제2전극은 전체가 투명 전극으로 구성되거나 패터닝된 투명 전극과 불투명 전극의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 면 광원층은 리드아웃층에 정해진 스캔 방향을 따라 이동하는 라인 빔을 조사할 수 있게 픽셀들이 하나의 라인 단위로 순차적으로 온/오프되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 면 광원층은 제1전극, 엑스-선 흡수층, 전하수집층, 리드아웃층 및 제2전극를 포함하여 구성되는 센서부의 픽셀 사이즈의 선폭을 가지는 라인 빔을 발생시키도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 면 광원층은 LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diode), LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 면 광원층은 양자점을 이용한 면 광원의 구성을 가지는 것으로서, 상단 전극과 하단 전극, 및 상기 상단 전극과 하단 전극 사이의 양자점 발광층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 면 광원층은 상단 전극 위에 제2전극이 적층 형성됨과 더불어 상단 전극과 하단 전극을 전자주입전극과 정공주입전극으로 사용하면서 전자주입전극과 양자점 발광층 사이의 전자수송층과, 정공주입전극과 양자점 발광층 사이의 정공수송층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 디지털 엑스-선 영상 검출기에서는 2차원 광원으로 선 광원 아닌 고속의 전기적 스캔 방식을 구현할 수 있는 면 광원을 이용함으로써 종래 선 광원의 기계적 스캔 방식이 가지는 여러 문제점이 해소될 수 있다.
즉, 선 광원 이동 및 스캔을 위한 복잡한 기계 장치가 삭제될 수 있고, 검출기의 제작 및 제어가 용이해지며, 광원이 센서부에 적층된 일체형 구조로 구성되므로 부피 축소 및 구성의 단순화, 제작 비용과 원가 절감 등의 여러 이점이 있게 된다.
특히, 면 광원과 센서부가 함께 적층된 일체형 다층 구조로 구성되므로 연속된 적층 공정을 통해 면 광원을 포함하는 검출기를 보다 쉽게 제작할 수 있게 된다.
또한 면 광원을 이용하므로 고속의 광 스위칭 및 리드아웃이 가능하여 영상 정보를 얻는데 걸리는 시간을 단축할 수 있다.
또한 기계 장치의 구동으로 인해 발생하는 노이즈나 광원의 오버 픽셀로 인한 노이즈가 제거될 수 있으므로 영상 정보의 정확도와 장치 신뢰도가 향상되는 이점이 있다.
도 1은 종래의 광 스위칭 기술을 이용하여 디지털 엑스-선 영상 정보를 검출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기의 구성도이다.
도 3은 본 발명에서 라인 단위의 픽셀들이 정해진 스캔 방향을 따라 순차적으로 온/오프되는 전기적 스캐닝을 보여주는 개략도이다.
도 4는 본 발명에서 양자점을 이용한 면 광원의 기본 구성을 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기의 구성도이다.
도 3은 본 발명에서 라인 단위의 픽셀들이 정해진 스캔 방향을 따라 순차적으로 온/오프되는 전기적 스캐닝을 보여주는 개략도이다.
도 4는 본 발명에서 양자점을 이용한 면 광원의 기본 구성을 보여주는 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기를 제공하고자 하는 것으로서, 2차원 광원으로 선 광원 아닌 고속의 전기적 스캔 방식을 구현할 수 있는 면 광원(surface light source)을 이용함으로써 선 광원의 기계적 스캔 방식이 가지는 여러 문제점이 해소될 수 있는 면 광원 기반의 디지털 엑스-선 영상 검출기를 제공하고자 하는 것이다.
특히, 본 발명에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기는 픽셀화되어 있는 면 광원을 이용하되, 독립적 라인 점멸이 가능한 면 광원을 센서부에 일체형으로 적층하여 면 광원이 검출기의 센서부 구성과 함께 일체형(monolithic)의 다층 구조를 이루도록 한 구성에 주된 특징이 있다.
이러한 면 광원 일체형의 엑스-선 영상 검출기는 기본적으로 기계적 스캔 방식의 선 광원 대신 전기적 스캔 방식의 면 광원을 이용하므로 종래의 선 광원을 이동시키기 위한 기계식 장치의 삭제가 가능하고, 기계식 장치의 사용으로 인한 여러 문제점이 해소되는 이점을 가진다.
또한 면 광원의 독립적 라인 점멸 제어(면 광원 내 픽셀들을 라인 단위로 온/오프)를 통해 전기적인 고속 스캔 방식을 구현할 수 있으므로 영상이 얻기까지 걸리는 시간이 단축될 수 있고, 고속의 영상 획득이 가능해지는 이점이 있다.
이하, 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기의 구성도로서, 면 광원 기반의 일체형 다층 구조를 가지는 검출기의 단면 구성이 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 제1전극(10), 엑스-선 흡수층(X-ray absorption layer)(20), 전하수집층(30), 리드아웃층(readout layer)(40), 제2전극(50), 면 광원층(60)이 상하로 적층되어 구성된다.
이러한 일체형 다층 구조는 연속된 적층 공정에 의해 형성될 수 있는데, 면 광원층(60)을 구성하는 여러 층(61~65)들을 차례로 적층 형성한 뒤, 이어 면 광원층(60) 위에 제2전극(50), 리드아웃층(40), 전하수집층(30), 엑스-선 흡수층(20), 제1전극(10)을 차례로 적층 형성하여 면 광원층이 일체화된 다층 구조의 검출기를 제조할 수 있다.
이러한 다층 구조에서 제1전극(10)과 엑스-선 흡수층(20), 전하수집층(30), 리드아웃층(40), 제2전극(50)은 입사된 엑스-선을 검출하기 위한 센서부를 구성하는 요소들이고, 이 센서부의 구성 요소들과 면 광원층(60)이 일체로 적층되어 다층 구조의 검출기를 구성하게 된다.
도 2에 도시된 실시예는 제1전극(10)을 음 전극으로, 제2전극(50)을 양 전극으로 하여 고전압을 인가하는 상태에서 엑스-선이 입사됨에 따라 엑스-선 흡수층(20)에서 생성된 전하 중 전자가 전하수집층(30)에 축적되도록 하는 실시예이다.
제1전극(10)과 제2전극(50)은 센서부 양단의 전극으로서, 이들 두 전극은 엑스-선이 입사될 때 엑스-선 흡수층(20)에서 엑스-선에 의해 형성된 전하, 즉 음전하인 전자와 양전하인 정공을 상하 양측으로 분리해주기 위한 고전압이 인가되는 전극이며, 도 1을 참조로 설명한 종래의 검출기에서 상부전극과 하부전극에 해당하는 것이다.
제2전극(50)은 면 광원층(60)에서 조사되는 소정 파장의 빛을 위로 통과시키면서 리드아웃층(40)에서 중성화되고 남은 전하(도 2의 실시예에서 전자)를 외부로 출력하는 센서부의 출력 전극이며, 리드아웃층(40)에서 중성화되고 남은 전하가 제2전극(50)을 통해 출력되어 증폭기(70)를 포함하는 외부 회로에서 리드아웃됨으로써 해당 픽셀 신호를 획득할 수 있게 되고, 이를 통해 영상 정보를 얻을 수 있게 된다.
상기 제1전극(10)은 엑스-선 흡수층(20) 위에 적층 형성되는데, 엑스-선 흡수층(20)은 엑스-선을 흡수 및 검출하기 위한 엑스-선 변환물질, 예컨대 a-Se, CZT(CdZnTe), CdTe, PbI2, HgI2, PbO, BiI3 등의 광전도체 물질로 구성될 수 있다.
이러한 광전도체 물질은 빛이 없는 암(暗) 상태에서는 유전체이지만 엑스-선이나 빛이 조사될 경우 도체의 성질을 나타낸다.
도 2에서 (a)는 전자와 정공의 분리를 위해 제1전극(10)과 제2전극(50)에 고전압이 인가되는 상태의 도면으로서, 제1전극(10)과 제2전극(50)에 고전압이 인가되는 상태에서 엑스-선이 제1전극(10)을 통해 엑스-선 흡수층(20)에 입사되면, 엑스-선은 엑스-선 흡수층(20)인 광전도체 물질에서 전자(h)와 정공(e)으로 변환된다.
즉, 엑스-선 흡수층(20)은 입사되는 엑스-선을 흡수하여 전하, 즉 전자와 정공을 발생시키며, 이때 발생된 전자와 정공이 제1전극(10)과 제2전극(50)을 통해 인가된 고전압에 의해 양쪽의 두 전극방향으로 분리되고, 전하 중 전자는 양(+) 전위의 전극(제2전극)(30) 쪽으로, 정공은 음(-) 전위의 전극(제1전극)(10) 쪽으로 이동하게 된다.
이렇게 이동되는 전공 또는 전자 중 하나는 엑스-선 흡수층(20)의 하측으로 위치된 CTL(Charge Trapping Layer) 또는 CAL(Charge Accumulation Layer) 등의 전하수집층(30)에 모여 축적된다.
예컨대, 도 2의 실시예와 같이 제1전극(10)을 음극, 제2전극(50)을 양극으로 하여 고전압을 인가해주게 되면, 생성된 정공은 제1전극(10) 쪽으로 이동하고, 전자는 제2전극(50) 쪽을 향해 이동하다가 전하수집층(CTL 또는 CAL)(30)에 축적된다.
도 2의 (b)는 전하수집층(30)에 전자가 축적되는 상태를 나타낸다.
또한 제2전극(50) 위에 적층 형성되어 전하수집층(30)의 하측에 위치되는 리드아웃층(40)은 a-Se, CdTe, a-Si 등과 같은 광도전체 물질로 구성되는 광도전층으로서, 면 광원층(60)에서 발생된 소정 파장의 빛, 예컨대 자외선이나 가시광선 등의 빛을 제2전극(50)을 통해 입사받게 된다.
도 2의 (c)는 엑스-선 흡수층(20)에서 생성된 전자가 전하수집층(30)에 축적된 상태에서 면 광원층(60)의 양단 전극(61,65)에 전압을 인가하여 면 광원층(60)을 구동시킨 상태의 도면으로, 면 광원층(60)에서 발생한 빛이 상측의 제2전극(50)을 통해 리드아웃층(40)에 조사되면, 리드아웃층(40)에서는 조사된 빛의 에너지에 따른 전자와 정공 쌍(EHP, Electron-Hole Pair)이 새로이 생성된다.
이때, 새로이 생성된 정공은 전하수집층(30)에 축적되어 있는 전자와 결합되어 중성화되고, 결국 남은 리드아웃층(40) 내부의 전자들, 즉 전하수집층(30)의 전자와 결합한 정공 수만큼의 남은 전자가 제2전극(50)을 통해 출력된다.
이에 제2전극(50)을 통해 출력되는 전자를 외부 회로에서 리드아웃함으로써 영상 정보를 획득할 수 있게 된다.
상기와 같이 제2전극(50)은 면 광원층(60)에서 리드아웃층(40)으로 입사되는 빛을 통과시킬 수 있는 전극이어야 하므로 투명 전극으로 구성될 수 있고, 일례로 ITO 전극이 구성될 수 있다.
한편, 면 광원층(60)은 리드아웃층(40)에서 전하를 발생시키기 위한 빛을 제공하는 일체형 광 발생수단으로서, 본 발명에서는 면 광원층(60)이 검출기 내에서 센서부와 적층된 구조, 즉 센서부의 각 구성 요소들과 일체형의 다층 구조를 이루고 있는 점에 주된 특징이 있다.
이러한 면 광원층(60)은 픽셀화된 구성을 가지는바, 전체 면적에 픽셀화되어 배치되는 다수의 픽셀들을 포함하여 구성되며, 양단 전극(61,65)을 통해 인가되는 전압에 의해 구동됨과 더불어 미도시된 외부의 컨트롤러에 의해 구동이 제어된다.
이때, 컨트롤러는 픽셀들을 하나의 라인 단위로 순차적으로 온/오프(순차적인 라인 점멸 제어)시켜 라인 형태의 빛(센서부 픽셀 사이즈의 선폭을 가지는 라인 빔)을 발생시키도록 면 광원층(60)을 제어하게 되며, 이에 면 광원층(60)에서 픽셀을 따라 순차적으로 이동되는 라인 형태의 빛이 발생하게 된다.
이와 같이 면 광원층(60)에 대한 순차적인 라인 점멸 제어가 수행됨으로써 리드아웃층(40)의 픽셀들에는 라인 형태의 빛이 입사될 수 있고, 결국 종래와 같이 선 광원을 기계적으로 이동시키는 기계적 스캔 방식과 유사하게 라인별로 빛을 입사하고 라인별로 데이터를 받는 전기적 스캔이 구현될 수 있게 된다.
물론, 기본적으로 엑스-선 검출기에서는 리드아웃층(40)에서 입사된 빛에 의해 발생하는 전하의 양이 엑스-선 흡수층(20)에서 입사된 엑스-선에 의해 발생하는 전하의 양보다 많다는 전제하에 검출이 이루어지므로, 면 광원층(60)은 이러한 조건을 만족시키면서 이미지 전하를 충분히 읽을 수 있는 광량을 발생시키도록 설계되어야 한다.
도 3은 광 스위칭을 이용하는 리드아웃 방식에서 면 광원층의 픽셀들이 라인 단위로 정해진 스캔 방향을 따라 순차적으로 온/오프되는 2차원 전기적 스캐닝 방식을 보여주는 개략도이다.
도 3은 광 스위칭을 이용하는 리드아웃 방식에서 투명 전극(52)과 불투명 전극(51)의 조합으로 이루어진 제2전극(50)의 픽셀 배열에서 라인 단위로 리드아웃 하기 위하여 면 광원층의 라인 빔이 정해진 스캔 방향을 따라 순차적으로 온/오프되는 2차원 전기적 스캐닝 방식을 보여주는 개략도이다.
이러한 전기적 스캔 방식은 라인 단위로 전기적으로 온/오프시켜 이루어지는 스캔 방식이므로 이를 이용하는 경우 고속의 스캔 및 리드아웃이 가능해지고, 고속으로 영상 정보를 획득할 수 있게 된다.
그 밖에 종래의 기계적 스캔 방식이 가지는 여러 문제점, 예컨대 모터 등 장치의 구동으로 인한 노이즈가 영상 정보의 품질을 떨어뜨리는 문제점이 해결될 수 있다.
또한 리드아웃층(40)이 제2전극(50)을 개재한 상태로 면 광원층(60)에 일체형으로 적층된 구조에서, 면 광원층(60)의 빔 크기(선폭)(beam width)를 센서부의 픽셀 사이즈와 동일하게 하면서, 빔 프로파일상 가우시안 형태의 빛이 리드아웃층(40)의 각 픽셀의 크기와 동일하게 입사될 수 있게 설계하는 경우, 센서부의 픽셀 사이즈보다 큰 면적으로 광원의 빛이 각 픽셀에 입사되는 광원의 오버 픽셀(over pixel) 문제, 및 그로 인한 노이즈 문제가 해결될 수 있게 된다.
그리고, 상기 면 광원층(60)은 면 광원의 구현이 가능한 공지의 LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diode), LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 중 어느 하나의 면 광원으로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 면 광원층(60)은 양자점(Quantum Dot,QD)을 이용한 면 광원 구성을 가지는 것이 될 수 있다.
이 중에서 PDP 보다는 전력사용량이 적은 OLED의 적용이 바람직하고, 보다 바람직하게는 OLED보다 가격 측면에서 유리한 양자점을 이용한 면 광원 구성의 적용이 바람직하다.
양자점 면 광원은 나노 크기의 반도체 입자(CdSe, CdTe, CdS 등)가 중심을 이루는 양자점(QD)이란 입자를 이용하는 것으로, 양자점 입자는 일반적인 형광물질보다 훨씬 강한 형광을 좁은 파장대에서 발생시킬 수 있고, 같은 중심 물질로 구성되더라도 입자 크기에 따라 형광 파장이 달라지는 것으로 알려져 있다(입자 크기가 작을수록 짧은 파장의 형광을 냄).
이에 양자점을 이용한 면 광원은 OLED에 비해 매우 좁은 방출 밴드폭을 가지면서 더 짙고 순수한 색의 빛을 발생시킬 수 있고, 양자점 입자의 크기와 모양을 조절하는 것에 의해 전체 가시광 영역 내에서 쉽게 방출 파장을 조절하는 것이 가능하다.
이와 같은 양자점 면 광원을 적용하는 경우에도 연속된 박막 적층 공정을 통해 일체형 다층 구조의 검출기를 제조하는 것이 가능하며, 도 4는 양자점을 이용한 면 광원층(60)의 기본 구성을 보여주는 단면도이다.
양자점을 이용한 면 광원층(60)은 전자주입전극과 전공주입전극 사이에 적층된 양자점 발광층을 포함하여 구성을 가지며, 보다 상세하게는 예시된 바와 같이 전자주입전극(61)과 정공주입전극(65), 상기 전자주입전극(61)과 정공주입전극(65) 사이에 적층되는 전자수송층(Electron Transporting Layer,ETL)(62), 다수의 양자점(QD)을 포함하는 양자점 발광층(63), 및 정공수송층(Hole Transporting Layer,HTL)(64)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 2는 음(-) 전위 전극인 전자주입전극(61)이 제2전극(50) 아래에 위치하는 상단 전극이 되면서, 양(+) 전위 전극인 정공주입전극(65)이 면 광원층(60)의 하단 전극이 되는 실시예를 나타낸다(도 2의 (c) 참조).
이러한 구성에서 면 광원층(60)의 양단 전극 중 제2전극(50)의 하측에 위치되는 전극(즉, 그 위에 제2전극이 적층되는 전극)(61)은 발생된 빛을 투과시켜 제2전극(50) 및 리드아웃층(40)으로 입사되도록 하는 광 투과 전극이어야 하므로, 공지의 투명 전극(예, ITO 투명 전극)이 되어야 하고, 반대쪽의 전극(하단 전극)(65)은 투명 전극(예, ITO 투명 전극)이나 불투명 전극, 그 밖의 메탈 전극(Al, Au 전극) 등이 될 수 있다.
도 4의 예는 상단 전극(61)과 하단 전극(65)을 모두 ITO 투명 전극을 사용한 예로서, 이 경우 상단 전극(61)과 하단 전극(65) 모두를 통해 빛이 방출될 수 있으나, 만약 하단 전극(65)이 상기의 불투명 전극 또는 메탈 전극인 경우에는 면 광원층(60) 아래로는 빛이 방출되지 않는다.
이러한 구성의 면 광원층(60)에서 양단 전극(61,65)에 전압을 걸어주어 전자주입전극(61)을 통해 전자가 주입되도록 함과 동시에 정공주입전극(65)을 통해 정공이 주입되도록 하면, 전자와 정공이 각각의 수송층(62,64)을 통해 양자점 발광층(63)으로 이동하여 만나게 되면서(recombination) 빛을 방출하게 된다.
양자점 발광층(63)에서 발광하는 빛은 위의 전극(61)을 통해 방출될 수 있는데, 위쪽의 전극(61)을 통해 방출된 빛이 제2전극(50)을 통해 리드아웃층(40)으로 입사되면, 리드아웃층(40)에서 빛에 의해 생성된 전하 중 중성화되고 남은 전자들이 제2전극(50)을 통해 출력되어 리드아웃된다.
이때, 면 광원층(60)에서는 전술한 바와 같이 컨트롤러의 구동 제어하에 픽셀들이 라인 단위로 순차적으로 온/오프되고, 이에 면 광원층(60)에서 정해진 스캔 방향을 따라 이동하는 형태의 라인 빔이 방출되면서 제2전극(50)을 통해 리드아웃층(40)으로 입사될 수 있게 된다(도 3 참조).
이상으로 본 발명에 따른 검출기의 구성에 대해 상술하였는바, 그 구동 메커니즘에 대해 도 2를 참조로 정리하면 다음과 같다.
도 2의 (a)는 엑스-선 변환 단계, (b)는 변환된 전하 축적 단계, (c)는 광 스위칭을 이용한 리드아웃 단계이다.
도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 제1전극(10)과 제2전극(50)에 고전압이 인가되는 상태에서, 엑스-선이 제1전극(10)을 통해 엑스-선 흡수층(20)에 입사되면, 엑스-선 흡수층(20)에서 엑스-선 변환물질에 의해 전자-정공 쌍이 형성되고, 인가된 전압에 의해 정공은 음 전극인 제1전극(10) 쪽으로, 전자는 양 전극인 제2전극(50) 쪽으로 분리되어 이동된다.
이때, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 제2전극(50) 쪽으로 이동되는 전자가 전하수집층(30)에 축적되며, 전하 축적 동안 고전압은 계속해서 인가되거나 차단될 수 있다.
이어 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이, 면 광원층(60)의 양단 전극(61,65)에 면 광원층 구동을 위한 전압이 인가되는 상태에서, 이 전압에 의해 면 광원층(60)에서는 빛이 방출되고, 면 광원층(60)에서 방출된 빛은 투명 전극인 제2전극(50)을 통해 리드아웃층(40)으로 입사된다.
이에 리드아웃층(40)에서는 입사된 빛에 의해 전자-정공 쌍이 새로이 형성되는데, 이때 형성된 정공은 전하수집층(30)에 축적되어 있던 전자와 결합하여 중성화되어 버리고, 남은 전자가 제2전극(50)을 통해 외부 회로로 출력된다.
이로써 증폭기(70)를 포함하는 외부 회로에서 출력 전극인 제2전극(50)을 통해 출력되는 전자를 리드아웃하여 영상 정보를 생성할 수 있게 된다.
상기와 같은 검출기의 구동 메커니즘에서 발광을 위해 면 광원층(60)에 인가되는 전압은 기본적으로 도 2의 (c)에 나타낸 리드아웃 단계에서는 인가되어야 하나, 도 2의 (a)에 나타낸 엑스-선 변환 단계서부터 인가될 수도 있다.
그리고, 도 2의 실시예에서 제2전극(50)은 전체적으로 투명 전극으로 구성될 수도 있으나, 예시된 바와 같이 패터닝된 투명 전극(52)과 불투명 전극(51)의 조합으로 구성될 수도 있으며, 제2전극(50)이 투명 전극(52)과 불투명 전극(51)으로 패터닝된 경우에서 출력 신호의 리드아웃 효율이 더 높아질 수 있다. 여기서, 제2전극(50)의 투명 전극(52)과 불투명 전극(51)은 도 2에 나타낸 바와 같이 교대로 배치되도록 패터닝된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는 바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10 : 제1전극 20 : 엑스-선 흡수층
30 : 전하수집층 40 : 리드아웃층
50 : 제2전극 60 : 면 광원층
61 : 상단 전극(전자주입전극) 62 : 전자수송층
63 : 양자점 발광층 64 : 정공수송층
65 : 하단 전극(정공주입전극)
30 : 전하수집층 40 : 리드아웃층
50 : 제2전극 60 : 면 광원층
61 : 상단 전극(전자주입전극) 62 : 전자수송층
63 : 양자점 발광층 64 : 정공수송층
65 : 하단 전극(정공주입전극)
Claims (7)
- 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기에 있어서,
전압을 인가하기 위한 제1전극;
입사되는 엑스-선을 흡수하여 전자와 전하를 발생시키는 엑스-선 흡수층;
상기 엑스-선 흡수층에서 발생한 전자가 저장되는 전하수집층;
면 광원층으로부터 입사되는 빛에 의해 전자와 정공이 발생하고 발생한 정공과 상기 전하수집층에 저장되어 있던 전자가 결합되는 리드아웃층;
상기 제1전극과 함께 엑스-선 흡수층에 전압을 인가하기 위한 제2전극; 및
빛을 발생시켜 상기 제2전극을 통해 리드아웃층에 조사하는 면 광원층이 상하 일체로 적층되어 구성되고,
상기 제2전극은 교대로 배치되는 패터닝된 투명 전극과 불투명 전극의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 일체형 다층 구조의 디지털 엑스-선 영상 검출기.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 면 광원층은 리드아웃층에 정해진 스캔 방향을 따라 이동하는 라인 빔을 조사할 수 있게 픽셀들이 하나의 라인 단위로 순차적으로 온/오프되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 일체형 다층 구조의 디지털 엑스-선 영상 검출기.
- 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 면 광원층은 제1전극, 엑스-선 흡수층, 전하수집층, 리드아웃층 및 제2전극를 포함하여 구성되는 센서부의 픽셀 사이즈의 선폭을 가지는 라인 빔을 발생시키도록 제어되는 것을 특징으로 하는 일체형 다층 구조의 디지털 엑스-선 영상 검출기.
- 청구항 1에 있어서,
상기 면 광원층은 LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diode), LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 일체형 다층 구조의 디지털 엑스-선 영상 검출기.
- 청구항 1에 있어서,
상기 면 광원층은 양자점을 이용한 면 광원의 구성을 가지는 것으로서, 상단 전극과 하단 전극, 및 상기 상단 전극과 하단 전극 사이의 양자점 발광층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 일체형 다층 구조의 디지털 엑스-선 영상 검출기.
- 청구항 6에 있어서,
상기 면 광원층은 상단 전극 위에 제2전극이 적층 형성됨과 더불어 상단 전극과 하단 전극을 전자주입전극과 정공주입전극으로 사용하면서 전자주입전극과 양자점 발광층 사이의 전자수송층과, 정공주입전극과 양자점 발광층 사이의 정공수송층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 다층 구조의 디지털 엑스-선 검출기.
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