방사선 검출기 및 그 동작방법(Radiation detector and method of operating the same)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(11) 공개번호 10-2016-0017488
(43) 공개일자 2016년02월16일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
G01T 1/16 (2006.01) G01T 1/24 (2006.01)
G01T 7/00 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2014-0101100
(22) 출원일자 2014년08월06일
심사청구일자 없음
(71) 출원인
삼성전자주식회사
경기도 수원시 영통구 삼성로 129 (매탄동)
(72) 발명자
이동욱
경기도 수원시 팔달구 덕영대로697번길 48, 409동
706호 (화서동, 화서4단지주공아파트)
이강호
경기도 화성시 병점3로 117, 908동 1305호 (병점
동, 안화동마을주공9단지)
(74) 대리인
리앤목특허법인
전체 청구항 수 : 총 32 항
(54) 발명의 명칭 방사선 검출기 및 그 동작방법
(57) 요 약
방사선 검출기 및 그 동작방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 방사선 검출기는 광도전층 및 상기 광도전층에 트
랩된 전하를 디트랩(detrap)하기 위한 광학유닛을 포함할 수 있다. 상기 광도전층은 광도전성 입자와 바인더
(binder)가 혼합된 PIB(Particle-In-Binder) 구조를 가질 수 있다. 상기 광학유닛은 상기 광도전성 입자와 상기
바인더 사이의 계면에 트랩된 전하를 디트랩(detrap)하기 위한 광에너지를 상기 광도전층에 제공할 수 있다. 상
기 광에너지는 자외선 및/또는 가시광선을 포함할 수 있다.
대 표 도 - 도1
공개특허 10-2016-0017488
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명 세 서
청구범위
청구항 1
복수의 픽셀전극을 포함하는 어레이 기판;
상기 어레이 기판에 대향하는 상대전극;
상기 어레이 기판과 상기 상대전극 사이에 배치된 것으로, 광도전성 입자와 바인더(binder)가 혼합된
PIB(Particle-In-Binder) 구조를 갖는 광도전층; 및
상기 광도전층에 상기 광도전성 입자와 상기 바인더 사이의 계면에 트랩된 전하를 디트랩(detrap)하기 위한 광
에너지를 제공하는 광학유닛;을 포함하는 방사선 검출기.
청구항 2
제 1 항에 있어서,
상기 광에너지는 자외선을 포함하는 방사선 검출기.
청구항 3
제 1 항에 있어서,
상기 광에너지는 자외선 및 가시광선을 포함하는 방사선 검출기.
청구항 4
제 1 항에 있어서, 상기 광학유닛은,
상기 광에너지로 자외선을 발생시키는 자외선 광원; 및
상기 자외선 광원에서 발생된 자외선을 상기 광도전층으로 가이드하는 광도파관(optical waveguide);을 포함하
는 방사선 검출기.
청구항 5
제 4 항에 있어서,
상기 방사선 검출기는 상기 광학유닛과 상기 광도전층 사이에 구비된 광셔터(light shutter)를 더 포함하고,
상기 광셔터는 상기 광도전층으로 입사하는 상기 자외선의 양을 제어하도록 구성된 방사선 검출기.
청구항 6
제 5 항에 있어서,
상기 광셔터는 액정층(liquid crystal layer)을 포함하는 방사선 검출기.
청구항 7
제 1 항에 있어서, 상기 광학유닛은,
상기 광에너지로 가시광선을 발생시키는 가시광선 광원; 및
상기 가시광선 광원에서 발생된 가시광선을 상기 광도전층으로 가이드하는 광도파관(optical waveguide);을 포
함하는 방사선 검출기.
청구항 8
제 7 항에 있어서,
공개특허 10-2016-0017488
- 2 -
상기 가시광선 광원은 LED(light emitting device)를 포함하는 방사선 검출기.
청구항 9
제 1 항에 있어서,
상기 광에너지는 200∼400 nm의 파장을 갖는 광을 포함하는 방사선 검출기.
청구항 10
제 1 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 광에너지는 400∼800 nm의 파장을 갖는 광을 포함하는 방사선 검출기.
청구항 11
제 1 항에 있어서,
상기 광학유닛는 상기 광에너지를 이용해서 상기 광도전성 입자 내에 트랩된 전하 중 적어도 일부를 디트랩
(detrap)하도록 구성된 방사선 검출기.
청구항 12
제 1 항에 있어서,
상기 광도전성 입자는 HgI2, PbI2, PbO, TlBr, CdTe, CdZnTe, CdS, BiI3 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포
함하는 방사선 검출기.
청구항 13
제 12 항에 있어서,
상기 광도전성 입자는 HgI2 를 포함하는 방사선 검출기.
청구항 14
제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 바인더는 폴리비닐 부티랄계 물질, 아크릴계 물질, 폴리에스테르계 물질, 페녹시계 물질, 폴리비닐 포르말
계 물질, 폴리아미드계 물질, 폴리스티렌계 물질, 폴리카보네이트계 물질, 폴리비닐 아세테이트계 물질, 폴리우
레탄계 물질, 에폭시계 물질 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함하는 방사선 검출기.
청구항 15
제 1 항에 있어서,
상기 광학유닛은 상기 어레이 기판의 하면에 구비되고,
상기 광학유닛과 상기 광도전층 사이에 상기 어레이 기판이 배치된 방사선 검출기.
청구항 16
제 1 항에 있어서,
상기 광학유닛은 상기 상대전극 상에 구비되고,
상기 광학유닛과 상기 광도전층 사이에 상기 상대전극이 배치된 방사선 검출기.
청구항 17
제 1 항에 있어서,
상기 광도전층은 100∼250 ㎛의 두께를 갖는 방사선 검출기.
공개특허 10-2016-0017488
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청구항 18
제 1 항에 있어서,
상기 어레이 기판은 상기 복수의 픽셀전극에 각각 연결된 복수의 TFT 소자를 포함하는 방사선 검출기.
청구항 19
제 1 항에 있어서,
상기 방사선 검출기는 엑스선(X-ray) 검출기 또는 감마선(γ-ray) 검출기인 방사선 검출기.
청구항 20
광도전성 입자와 바인더(binder)가 혼합된 PIB(Particle-In-Binder) 구조를 갖는 광도전층을 구비하는 방사선
검출기의 동작방법에 있어서,
피검체를 투과한 방사선을 상기 방사선 검출기로 검출하는 단계; 및
상기 방사선 검출시 상기 광도전성 입자와 바인더 사이의 계면에 트랩된 전하를 디트랩(detrap)하기 위한 광에
너지를 상기 광도전층에 제공하는 단계;를 포함하는 방사선 검출기의 동작방법.
청구항 21
제 20 항에 있어서, 상기 광에너지를 상기 광도전층에 제공하는 단계는,
상기 광도전층에 자외선을 조사하는 단계를 포함하는 방사선 검출기의 동작방법.
청구항 22
제 20 항에 있어서, 상기 광에너지를 상기 광도전층에 제공하는 단계는,
상기 광도전층에 자외선 및 가시광선을 조사하는 단계를 포함하는 방사선 검출기의 동작방법.
청구항 23
제 20 내지 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방사선 검출기는 광셔터(light shutter)를 더 포함하고,
상기 광셔터를 이용해서 상기 광도전층에 제공되는 상기 광에너지의 양을 제어하는 단계를 더 포함하는 방사선
검출기의 동작방법.
청구항 24
제 20 항에 있어서,
상기 광에너지는 200∼400 nm의 파장을 갖는 광을 포함하는 방사선 검출기의 동작방법.
청구항 25
제 20 항 또는 제 24 항에 있어서,
상기 광에너지는 400∼800 nm의 파장을 갖는 광을 포함하는 방사선 검출기의 동작방법.
청구항 26
제 20 항에 있어서,
상기 광에너지를 상기 광도전층에 제공하는 단계에서, 상기 광도전성 입자 내에 트랩된 전하 중 적어도 일부가
디트랩(detrap)되는 방사선 검출기의 동작방법.
청구항 27
제 20 항에 있어서,
공개특허 10-2016-0017488
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상기 광도전성 입자는 HgI2, PbI2, PbO, TlBr, CdTe, CdZnTe, CdS, BiI3 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포
함하는 방사선 검출기의 동작방법.
청구항 28
제 20 항 또는 제 27 항에 있어서,
상기 바인더는 폴리비닐 부티랄계 물질, 아크릴계 물질, 폴리에스테르계 물질, 페녹시계 물질, 폴리비닐 포르말
계 물질, 폴리아미드계 물질, 폴리스티렌계 물질, 폴리카보네이트계 물질, 폴리비닐 아세테이트계 물질, 폴리우
레탄계 물질, 에폭시계 물질 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함하는 방사선 검출기의 동작방법.
청구항 29
제 20 항에 있어서,
상기 광도전층은 두 개의 전극 사이에 배치되고,
상기 두 개의 전극에 전압을 인가하지 않은 상태에서, 상기 광에너지를 상기 광도전층에 제공하는 단계를 수행
하는 방사선 검출기의 동작방법.
청구항 30
제 20 항에 있어서,
상기 광에너지는 상기 방사선이 상기 방사선 검출기에 입사하는 방향과 반대 방향으로 상기 광도전층에 입사하
는 방사선 검출기의 동작방법.
청구항 31
제 20 항에 있어서,
상기 광에너지는 상기 방사선이 상기 방사선 검출기에 입사하는 방향과 동일한 방향으로 상기 광도전층에 입사
하는 방사선 검출기의 동작방법.
청구항 32
제 20 항에 있어서,
상기 방사선 검출기는 엑스선(X-ray) 검출기 또는 감마선(γ-ray) 검출기인 방사선 검출기의 동작방법.
발명의 설명
기 술 분 야
방사선 검출기 및 그 동작방법에 관한 것이다. [0001]
배 경 기 술
엑스선(X-ray) 및 감마선(γ-ray)과 같은 방사선은 투과성이 강하여 이를 이용하면 물체의 내부를 볼 수 있다.[0002]
따라서 방사선은 의료 분야 및 비파괴 검사 등에 중요하게 쓰인다. 피사체 내부의 밀도에 따라서 방사선의 투과
량이 달라지고, 이러한 투과량의 차이를 측정하여 피사체의 내부를 영상화할 수 있다.
방사선 투과량의 차이를 검출하기 위해 광도전체(photoconductor), 즉, 광전변환 물질이 사용될 수 있다. 광도[0003]
전체에 방사선이 조사되면, 광도전체 내부에서 전자-정공 쌍(electron-hole pair)이 발생할 수 있고, 전자-정공
쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전기적 신호로 변환될 수 있다. 피사체를 투과하여 광도전체에 주입된 방사선의
양(세기)에 따라, 광도전체에서 발생하는 전하량이 달라질 수 있고, 이러한 전하량의 차이를 이용해서 피사체의
내부를 영상화할 수 있다.
발명의 내용
해결하려는 과제
공개특허 10-2016-0017488
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이종(heterogeneous) 물질로 이루어진 광도전체 내에 트랩된(trapped) 전하를 용이하게 제거할 수 있는 구성을[0004]
갖는 방사선 검출기를 제공한다.
이종 물질로 이루어진 광도전체를 사용하는 방사선 검출기에 있어서, 상기 광도전체에 트랩된 전하를 제거하는[0005]
방법(즉, 초기화 방법)을 제공한다.
PIB(Particle-In-Binder) 구조를 갖는 광도전층 내에 트랩된 전하를 제거할 수 있는 방사선 검출기 및 관련 방[0006]
법을 제공한다.
과제의 해결 수단
본 발명의 일 측면(aspect)에 따르면, 복수의 픽셀전극을 포함하는 어레이 기판; 상기 어레이 기판에 대향하는[0007]
상대전극; 상기 어레이 기판과 상기 상대전극 사이에 배치된 것으로, 광도전성 입자와 바인더(binder)가 혼합된
PIB(Particle-In-Binder) 구조를 갖는 광도전층; 및 상기 광도전층에 상기 광도전성 입자와 상기 바인더 사이의
계면에 트랩된 전하를 디트랩(detrap)하기 위한 광에너지를 제공하는 광학유닛;을 포함하는 방사선 검출기가 제
공된다.
상기 광에너지는 자외선을 포함할 수 있다. [0008]
상기 광에너지는 자외선 및 가시광선을 포함할 수 있다. [0009]
상기 광학유닛은 상기 광에너지로 자외선을 발생시키는 자외선 광원; 및 상기 자외선 광원에서 발생된 자외선을[0010]
상기 광도전층으로 가이드하는 광도파관(optical waveguide);을 포함할 수 있다.
상기 방사선 검출기는 상기 광학유닛과 상기 광도전층 사이에 구비된 광셔터(light shutter)를 더 포함할 수 있[0011]
다. 상기 광셔터는 상기 광도전층으로 입사하는 상기 자외선의 양을 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 광셔터는, 예컨대, 액정층(liquid crystal layer)을 포함할 수 있다. [0012]
상기 광학유닛은 상기 광에너지로 가시광선을 발생시키는 가시광선 광원; 및 상기 가시광선 광원에서 발생된 가[0013]
시광선을 상기 광도전층으로 가이드하는 광도파관(optical waveguide);을 포함할 수 있다.
상기 가시광선 광원은 LED(light emitting device)를 포함할 수 있다. [0014]
상기 광에너지는 200∼400 nm 정도의 파장을 갖는 광을 포함할 수 있다. [0015]
상기 광에너지는 400∼800 nm 정도의 파장을 갖는 광을 포함할 수 있다. [0016]
상기 광학유닛는 상기 광에너지를 이용해서 상기 광도전성 입자 내에 트랩된 전하 중 적어도 일부를 디트랩[0017]
(detrap)하도록 구성될 수 있다.
상기 광도전성 입자는 HgI2, PbI2, PbO, TlBr, CdTe, CdZnTe, CdS, BiI3 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포[0018]
함할 수 있다.
상기 광도전성 입자는, 예컨대, HgI2 를 포함할 수 있다. [0019]
상기 바인더는 폴리비닐 부티랄계 물질, 아크릴계 물질, 폴리에스테르계 물질, 페녹시계 물질, 폴리비닐 포르말[0020]
계 물질, 폴리아미드계 물질, 폴리스티렌계 물질, 폴리카보네이트계 물질, 폴리비닐 아세테이트계 물질, 폴리우
레탄계 물질, 에폭시계 물질 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 광학유닛은 상기 어레이 기판의 하면에 구비될 수 있고, 상기 광학유닛과 상기 광도전층 사이에 상기 어레[0021]
이 기판이 배치될 수 있다.
상기 광학유닛은 상기 상대전극 상에 구비될 수 있고, 상기 광학유닛과 상기 광도전층 사이에 상기 상대전극이[0022]
배치될 수 있다.
상기 광학유닛은 상기 어레이 기판의 하면에 구비된 제1 광학유닛; 및 상기 상대전극 상에 구비된 제2[0023]
광학유닛;을 포함할 수 있다.
상기 광도전층은 100∼250 ㎛ 정도의 두께를 가질 수 있다. [0024]
상기 어레이 기판은 상기 복수의 픽셀전극에 각각 연결된 복수의 TFT 소자를 포함할 수 있다. [0025]
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상기 방사선 검출기는 엑스선(X-ray) 검출기 또는 감마선(γ-ray) 검출기일 수 있다. [0026]
본 발명의 다른 측면에 따르면, 광도전성 입자와 바인더(binder)가 혼합된 PIB(Particle-In-Binder) 구조를 갖[0027]
는 광도전층을 구비하는 방사선 검출기의 동작방법에 있어서, 피검체를 투과한 방사선을 상기 방사선 검출기로
검출하는 단계; 및 상기 방사선 검출시 상기 광도전성 입자와 바인더 사이의 계면에 트랩된 전하를 디트랩
(detrap)하기 위한 광에너지를 상기 광도전층에 제공하는 단계;를 포함하는 방사선 검출기의 동작방법이 제공된
다.
상기 광에너지를 상기 광도전층에 제공하는 단계는 상기 광도전층에 자외선을 조사하는 단계를 포함할 수 있다. [0028]
상기 광에너지를 상기 광도전층에 제공하는 단계는 상기 광도전층에 자외선 및 가시광선을 조사하는 단계를 포[0029]
함할 수 있다.
상기 방사선 검출기는 광셔터(light shutter)를 더 포함할 수 있고, 상기 방사선 검출기의 동작방법은 상기 광[0030]
셔터를 이용해서 상기 광도전층에 제공되는 상기 광에너지의 양을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 광에너지는 200∼400 nm 정도의 파장을 갖는 광을 포함할 수 있다. [0031]
상기 광에너지는 400∼800 nm 정도의 파장을 갖는 광을 포함할 수 있다. [0032]
상기 광에너지를 상기 광도전층에 제공하는 단계에서, 상기 광도전성 입자 내에 트랩된 전하 중 적어도 일부가[0033]
디트랩(detrap)될 수 있다.
상기 광도전성 입자는 HgI2, PbI2, PbO, TlBr, CdTe, CdZnTe, CdS, BiI3 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포[0034]
함할 수 있다.
상기 바인더는 폴리비닐 부티랄계 물질, 아크릴계 물질, 폴리에스테르계 물질, 페녹시계 물질, 폴리비닐 포르말[0035]
계 물질, 폴리아미드계 물질, 폴리스티렌계 물질, 폴리카보네이트계 물질, 폴리비닐 아세테이트계 물질, 폴리우
레탄계 물질, 에폭시계 물질 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 광도전층은 두 개의 전극 사이에 배치될 수 있고, 상기 두 개의 전극에 전압을 인가하지 않은 상태에서 상[0036]
기 광에너지를 상기 광도전층에 제공하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 광에너지는 상기 방사선이 상기 방사선 검출기에 입사하는 방향과 반대 방향으로 상기 광도전층에 입사할[0037]
수 있다.
상기 광에너지는 상기 방사선이 상기 방사선 검출기에 입사하는 방향과 동일한 방향으로 상기 광도전층에 입사[0038]
할 수 있다.
상기 방사선 검출기는 엑스선(X-ray) 검출기 또는 감마선(γ-ray) 검출기일 수 있다. [0039]
발명의 효과
우수한 성능을 갖는 방사선 검출기를 구현할 수 있다. 검출 신호의 노이즈(noise)를 줄일 수 있는 방사선 검출[0040]
기를 구현할 수 있다.
이종(heterogeneous) 물질로 이루어진 광도전체 내에 트랩된(trapped) 전하를 용이하게 제거할 수 있는 방사선[0041]
검출기를 구현할 수 있다. PIB(Particle-In-Binder) 구조를 갖는 광도전층 내에 트랩된 전하를 제거할 수 있는
방사선 검출기를 구현할 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 검출기를 보여주는 단면도이다. [0042]
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 검출기의 동작방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 방사선 검출기의 광도전층 내에 트랩된 전하에 의한 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 방사선 검출기의 광도전성 입자 내에 트랩된 전하를 여기
(excitation)시키는 과정을 보여주는 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 방사선 검출기의 광도전성 입자의 코어 전자(core electron)의 빈
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자리(vacancy)를 리커버리(recovery)하는 과정을 보여주는 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 검출기의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 검출기의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 검출기에 사용될 수 있는 광학유닛의 일례를 보여주는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 검출기에 사용될 수 있는 광학유닛의 일례를 보여주는
단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 검출기에 사용될 수 있는 광학유닛의 일례를 보여주는 단면도이
다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 검출기에 사용될 수 있는 광학유닛의 일례를 보여주는 단면도이
다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 검출기에 사용될 수 있는 광학유닛의 일례를 보여주는 단면도이
다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 검출기의 단면도이다.
도 14는 도 13의 광셔터(light shutter)가 가질 수 있는 구체적인 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 광셔터와 광학유닛의 배치 및 연결 관계를 예시적으로 보여주는
단면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 검출기의 동작방법을 설명하기 위한 흐름도(flowchart)이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 광도전층의 초기화 단계에서 사용하는 광(광에너지)의 시간에 따
른 세기 변화를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로, 광도전층의 초기화 단계에서 사용하는 광(광에너지)의 시간에
따른 세기 변화를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 검출기의 구체적인 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 검출기의 회로 구성을 예시적으로 보여주는 회로도이다.
도 21은 비교예에 따른 방사선 검출기의 방사선 조사량(dose)에 따른 신호 대 잡음비(signal-to-noise
ratio)(SNR)를 보여주는 그래프이다.
도 22 및 도 23은 본 발명의 실시예에 따른 방사선 검출기의 방사선 조사량(dose)에 따른 신호 대 잡음비(SNR)
를 보여주는 그래프이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
이하, 본 발명의 실시예에 따른 방사선 검출기 및 그 동작방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.[0043]
첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상
세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 검출기(100A)를 보여주는 단면도이다. 방사선 검출기(100A)는 엑스[0044]
선(X-ray) 검출기 또는 감마선(γ-ray) 검출기일 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 방사선 검출기(100A)는 복수의 픽셀전극(pixel electrode)(PE1)을 포함하는[0045]
어레이 기판(S100) 및 어레이 기판(S100)과 이격된 상대전극(counter electrode)(TE1)을 구비할 수 있다. 상대
전극(TE1)은 상부전극(top electrode)이라고 할 수 있다. 상대전극(TE1)은 어레이 기판(S100)에 대향하도록 배
치될 수 있다. 방사선 검출기(100A)는 어레이 기판(S100)과 상대전극(TE1) 사이에 광도전층(PL1)을 구비할 수
있다. 광도전층(PL1)은 '광전변환층'이라 할 수 있다. 광도전층(PL1)은 광도전성 입자(photoconductive
particles)(P10)와 바인더(binder)(B10)가 혼합된 구조, 즉, PIB(Particle-In-Binder) 구조를 가질 수 있다.
광도전성 입자(P10)는 광도전층(PL1)에 광도전 특성, 다시 말해, 광전 변환 특성을 부여하는 역할을 하고, 바인
더(B10)는 광도전성 입자(P10)와 혼합되어 접착력을 부여하는 역할을 할 수 있다. 바인더(B10)에 의해 광도전층
(PL1)의 형성 공정이 용이해질 수 있다. 광도전성 분말과 바인더 물질 및 용제 등을 포함하는 페이스트(paste)
공개특허 10-2016-0017488
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를 도포하고 열처리(건조)함으로써, 광도전층(PL1)을 형성할 수 있다. 바인더를 사용하지 않고 단일 물질(광도
전성 물질)을 증착하여 상기 단일 물질로 구성된 광도전층을 형성하는 경우, 광도전층의 두께 확보가 용이하지
않을 수 있다. 따라서, 형성 공정 및 두께 확보 측면에서, PIB(Particle-In-Binder) 구조를 갖는 광도전층(PL
1)이 유리할 수 있다. 광도전층(PL1)의 두께는 100∼250 ㎛ 정도, 예컨대, 120∼180 ㎛ 정도일 수 있다.
방사선 검출기(100A)는 광도전층(PL1) 내에 트랩된(trapped) 전하(c)를 디트랩(detrap) 또는 제거하기 위한 광[0046]
(L1)을 광도전층(PL1)에 조사하는 광학유닛(UT1)을 포함할 수 있다. 상기 트랩된 전하(c)는 전자(e) 또는 정공
(h)일 수 있다. 광학유닛(UT1)은 광(L1)을 발생하는 적어도 하나의 광원(light source)을 포함할 수 있다. 또한
광학유닛(UT1)은 광(L1)을 전송하기 위한 광도파관(optical waveguide)을 포함할 수 있다. 상기 광도파관은 상
기 광원에서 발생된 광(L1)을 광도전층(PL1)으로 가이드하는 역할을 할 수 있다. 여기서, 광(L1)은 '광에너지'
라 할 수 있다. 또한, 광(L1)은 '전자기파'라 할 수 있다. 상기 광(L1)은 방사선이 아닌 다른 종류의 전자기파
일 수 있다. 다시 말해, 상기 광(L1)은 비방사선 영역의 전자기파일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 광(L1)은 자
외선(ultraviolet ray)을 포함할 수 있다. 또는, 상기 광(L1)은 가시광선(visible ray)을 포함할 수 있다. 또
는, 상기 광(L1)은 자외선과 가시광선을 모두 포함할 수 있다. 상기 자외선은 200∼400 nm 범위의 파장을 가질
수 있고, 3.1∼6.2 eV 정도의 에너지를 가질 수 있다. 또는, 상기 자외선은 220∼380 nm 범위의 파장을 가질 수
있고, 3.3∼5.6 eV 정도의 에너지를 가질 수 있다. 상기 가시광선은 400∼800 nm 범위의 파장을 가질 수 있고,
1.55∼3.1 eV 정도의 에너지를 가질 수 있다. 상기 광(L1)이 자외선을 포함하는 경우, 상기 자외선은 높은 에너
지를 가질 수 있으므로, 상기 트랩된 전하(c)의 디트랩(detrap)에 보다 유리하게 작용할 수 있다. 또한, 상기
광(L1)이 자외선과 가시광선을 모두 포함하는 경우, 두 가지 종류의 빛을 사용하는 것과 관련해서, 상기 트랩된
전하(c)의 디트랩(detrap) 효율이 개선될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 PIB(Particle-In-Binder) 구조를 갖는 광도전층(PL1)을 구성하는 광도전성 입자(P10)와[0047]
바인더(B10)에 대해 보다 자세히 설명하면 다음과 같다. 광도전성 입자(P10)는, 예컨대, HgI2, PbI2, PbO,
TlBr, CdTe, CdZnTe, CdS, BiI3 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 물질들은 원자량
및 밀도가 커서 얇은 두께에서도 방사선(엑스선, 감마선 등)을 잘 흡수할 수 있고, 방사선에 의한 이온화 에너
지(ionization energy)가 작기 때문에 우수한 광도전 특징을 나타낼 수 있다. 특히, HgI2 가 우수한 광도전 특
징을 가질 수 있다. 그러나, 여기서 개시한 광도전성 입자(P10)의 구체적인 물질은 예시적인 것이고, 그 밖에
다른 광도전 물질을 사용할 수도 있다. 광도전성 입자(P10)는 구형 또는 구형에 가까운 모양을 가질 수 있다.
광도전성 입자(P10)의 모양은 광도전층(PL1)의 특성(감도 등)에 영향을 줄 수 있다. 광도전성 입자(P10)가 구형
또는 구형에 가까운 모양을 가질 때, 광도전층(PL1)의 특성(감도 등)이 향상될 수 있다.
바인더(B10)는 광도전성 입자(P10)와 혼합되어 접착력을 부여하는 역할을 한다. 바인더(B10)는 유기 고분자 물[0048]
질을 포함할 수 있다. 예컨대, 바인더(B10)는 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral)계 물질, 아크릴(acryl)계 물
질, 폴리에스테르(polyester)계 물질, 페녹시(phenoxy)계 물질, 폴리비닐 포르말(polyvinyl formal)계 물질,
폴리아미드(polyamide)계 물질, 폴리스티렌(polystyrene)계 물질, 폴리카보네이트(polycarbonate)계 물질, 폴
리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate)계 물질, 폴리우레탄(polyurethane)계 물질, 에폭시(epoxy)계 물질 및
이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광도전성 입자(P10)와 바인더(B10)의 혼합물에 대한 바인더
(B10)의 함량비는 약 2.5∼12 wt% 정도일 수 있다. 다시 말해, [{바인더/(광도전성 입자 바인더)}×100]은 약
2.5∼12 wt% 정도일 수 있다. 광도전층(PL1)은 페이스트로부터 저온(약 150℃ 이하) 열처리(건조) 공정을 통해
형성될 수 있으므로, 열처리에 의해 바인더(B10)가 제거되지 않고 유지될 수 있다. 바인더(B10)의 종류 및 함유
량은 광도전층(PL1)의 특성(감도 등)에 영향을 줄 수 있다.
부가해서, 필요에 따라, 광도전층(PL1)은 소정의 첨가제(additive)(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 상기 첨가[0049]
제는, 예컨대, 분산제(dispersant), 소포제(defoamer), 레벨링제(leveling agent) 등으로 구성된 그룹에서 선
택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 첨가제의 함유량, 즉, 광도전성 입자(P10), 바인더(B10) 및 상기 첨
가제의 혼합물에 대한 상기 첨가제의 함유량은 약 3 wt% 이하, 예컨대, 0.1∼3 wt% 정도일 수 있다.
본 실시예에서와 같이 PIB(Particle-In-Binder) 구조를 갖는 광도전층(PL1)을 사용하는 경우, 광도전성 입자[0050]
(P10)와 바인더(B10) 사이의 계면에 전하(c), 즉, 전자(e) 및 정공(h)이 트랩되어 검출 신호(영상 신호)에 노이
즈(noise)가 발생할 수 있다. 즉, 이종(heterogeneous) 물질로 이루어진 광도전층(PL1)의 경우, 이종 물질 간의
계면에 전자(e) 및 정공(h)이 트랩될 수 있고, 이렇게 트랩된 전자(e) 및 정공(h)은 검출 신호(영상 신호)에 노
이즈(noise)를 유발할 수 있다. 또한, 상기 트랩된 전자(e) 및 정공(h)은 광도전층(PL1)의 광전 변환 효율을 저
하시키는 요인이 될 수 있다. 피검체를 투과한 방사선이 광도전층(PL1)에 입사하여 상기 방사선에 의해 광도전
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층(PL1)에서 전자와 정공이 발생하면, 이들을 전극(PE1, TE1)으로 이동시켜 전기적 신호로 변환하는데, 광도전
층(PL1)이 이종 물질로 이루어진 경우, 이종 물질들 사이의 계면에 전자와 정공이 트랩될 수 있다. 픽셀전극
(PE1)과 상대전극(TE1) 사이에 전압을 인가하여 광도전층(PL1)에 전기장(electric field)을 발생시키더라도, 이
종 물질간 물질 차이로 인해 광도전층(PL1) 내에서 상기 전기장이 불균일하게 발생하고, 트랩된 전자(e) 및 정
공(h)을 전극(PE1, TE1)으로 이동시키기가 어려울 수 있다. 또한, 광도전층(PL1)은 100∼250 ㎛ 정도의 비교적
두꺼운 두께를 갖기 때문에, 상기 트랩된 전자(e) 및 정공(h)에 강한 전기장이 인가되기 어려울 수 있다. 따라
서, 픽셀전극(PE1)과 상대전극(TE1) 사이에 전압을 인가하는 방법으로는 상기 트랩된 전자(e) 및 정공(h)을 제
거하기가 용이하지 않을 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 광학유닛(UT1)을 사용하여 광도전층(PL1)에 소정의
'광에너지'를 제공함으로써, 즉, 광(L1)을 조사함으로써, 광도전층(PL1)의 이종 물질들 사이에 트랩된 전자(e)
및 정공(h)을 제거할 수 있다. 광(L1)은 광도전층(PL1) 전체에 균일하게 조사될 수 있고, 비교적 강한 에너지로
상기 트랩된 전자(e) 및 정공(h)을 여기(excitation) 시킬 수 있다. 따라서, 광(L1)에 의해 전자(e) 및 정공
(h)이 디트랩(detrap)되고, 전극(PE1, TE1)으로 빠져나갈 수 있다. 그러므로, 광학유닛(UT1)을 사용하면, 트랩
된 전자(e) 및 정공(h)에 의한 노이즈(noise) 발생을 억제 또는 방지할 수 있고, 우수한 성능의 방사선 검출기
를 구현할 수 있다.
또한, 광학유닛(UT1)은 광(L1)(즉, 광에너지)을 이용해서 광도전성 입자(P10) 내부에 트랩된 전자 및 정공을 디[0051]
트랩(detrap)하는 역할을 할 수 있다. 방사선 조사에 의해 광도전층(PL1)에서 발생한 전자와 정공 중 일부가 광
도전성 입자(P10) 내에 트랩될 수 있는데, 광도전성 입자(P10) 내에 트랩된 전자 및 정공은 검출 신호에 노이즈
(noise)를 유발하고, 광도전층(PL1)의 광전 변환 효율을 낮출 수 있다. 상기 광도전성 입자(P10) 내에 트랩된
전하(전자/정공)의 에너지 레벨은 광도전성 입자(P10)의 에너지 밴드갭(energy bandgap) 내에 위치할 수 있다.
광학유닛(UT1)으로부터 광(L1)이 광도전성 입자(P10)에 조사되면, 트랩된 전자는 전도대(conduction band)로 여
기(excitation) 될 수 있다. 한편, 트랩된 정공은 가전대(valence band)로 이동할 수 있다. 이는 광도전성 입자
(P10) 내에 트랩된 전자와 정공의 디트랩(detrap)을 의미할 수 있다. 디트랩된(detrapped) 전자와 정공은 전극
(PE1, TE1)으로 빠져나갈 수 있다. 광도전성 입자(P10) 내에 트랩된 전하의 디트랩(detrap)에 대해서는 추후에
도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
또한, 광학유닛(UT1)은 광(L1)(즉, 광에너지)을 이용해서 광도전성 입자(P10)의 코어 전자(core electron)의 빈[0052]
자리(vacancy)를 리커버리(recovery)하는 역할을 할 수 있다. 광도전층(PL1)에 방사선이 조사되면, 광도전성 입
자(P10)의 코어 전자(core electron)가 빠져나오면서 전자의 빈자리(vacancy)가 생성될 수 있고, 그 결과, 광도
전성 입자(P10)는 양( )의 전하를 띨 수 있다. 양( )의 전하를 갖는 광도전성 입자(P10)는, 후속하는 방사선 조
사시, 전자를 전달/발생하는 역할을 수행하기 어려울 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 광학유닛
(UT1)으로부터 광도전층(PL1)으로 조사되는 광(L1)에 의해 상기 코어 전자(core electron)의 빈자리(vacancy)
가 가전대(valence band)의 전자(즉, valence electron)로 채워질 수 있다. 이를 회복(recovery) 또는 완화
(relaxation)라 한다. 광학유닛(UT1)에서 광도전층(PL1)으로 조사되는 광(L1)은 상기 '회복/완화
(recovery/relaxation)'를 유도/촉진함으로써, 광도전층(PL1)의 광전 변환 효율을 개선하는 역할을 할 수 있다.
이에 대해서는 추후에 도 5를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 검출기의 동작방법을 설명하기 위한 단면도이다. 본 실[0053]
시예에서는 도 1의 방사선 검출기(100A)를 사용한다.
도 2a를 참조하면, 피검체(EP1)를 투과한 방사선(R1)을 도 1의 방사선 검출기(100A)로 검출할 수 있다. 방사선[0054]
(R1)이 광도전층(PL1)에 입사됨에 따라, 광도전층(PL1)에서 전자-정공 쌍(electron-hole pair)(e-h pair)이 발
생할 수 있고, 전자-정공 쌍은 전자(e)와 정공(h)으로 분리되어 픽셀전극(PE1) 및 상대전극(TE1)으로 이동할 수
있다. 이때, 픽셀전극(PE1)에는 양( )의 전압( V)이 인가될 수 있고, 상대전극(TE1)에는 음(-)의 전압(-V)이 인
가될 수 있다. 편의상, 복수의 픽셀전극(PE1) 중 하나에만 양( )의 전압( V)이 인가되는 것으로 도시하였지만,
복수의 픽셀전극(PE1)에 양( )의 전압( V)이 인가될 수 있다. 방사선(R1)의 투과량에 따라 영역별로 전하(전자/
정공) 발생량이 달라지고, 이러한 차이에 기초해서, 피검체(EP1)의 내부를 영상화할 수 있다.
도 2b는 도 2a의 방사선(R1) 조사 및 검출 단계 후, 광도전층(PL1) 내에 트랩된 전자(e) 및 정공(h)을 예시적으[0055]
로 보여준다. 본 발명의 실시예에서는 PIB(Particle-In-Binder) 구조를 갖는 광도전층(PL1)을 사용하기 때문에,
광도전성 입자(P10)와 바인더(B10) 사이의 계면에 전자(e) 및 정공(h)이 트랩될 수 있다. 또한, 광도전성 입자
(P10) 내부에도 전자가 트랩될 수 있다(미도시). 광도전층(PL1)에서 픽셀전극(PE1)에 가까운 부분에는 전자(e)
가 상대적으로 많이 트랩될 수 있고, 상대전극(TE1)에 가까운 부분에는 정공(h)이 상대적으로 많이 트랩될 수
있다. 도 2b의 광도전층(PL1)의 일부를 확대한 확대도에는 트랩된 전하(c)가 도시되어 있다. 트랩된 전하(c)는
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전자(e) 또는 정공(h)일 수 있다.
도 2c를 참조하면, 광학유닛(UT1)을 이용해서 광도전층(PL1)에 광(L1)을 조사할 수 있다. 광(L1)은 자외선을 포[0056]
함할 수 있다. 광(L1)은 가시광선을 포함할 수 있다. 광(L1)은 자외선과 가시광선을 모두 포함할 수 있다. 상기
자외선은 200∼400 nm 범위의 파장을 가질 수 있고, 3.1∼6.2 eV 정도의 에너지를 가질 수 있다. 또는, 상기 자
외선은 220∼380 nm 범위의 파장을 가질 수 있고, 3.3∼5.6 eV 정도의 에너지를 가질 수 있다. 상기 가시광선은
400∼800 nm 범위의 파장을 가질 수 있고, 1.55∼3.1 eV 정도의 에너지를 가질 수 있다. 광학유닛(UT1)을 사용
하여 광도전층(PL1)에 광(L1)을 조사함으로써, 광도전층(PL1)의 이종 물질(입자/바인더) 사이에 트랩된 전자(e)
및 정공(h)을 디트랩(detrap) 할 수 있다. 광(L1)은 광도전층(PL1) 전체에 균일하게 조사될 수 있고, 비교적 강
한 에너지로 트랩된 전자(e) 및 정공(h)을 여기(excitation) 시킬 수 있다. 따라서, 광(L1)에 의해 전자(e) 및
정공(h)이 디트랩(detrap)되고, 전극(PE1, TE1)으로 빠져나갈 수 있다. 또한, 광도전성 입자(P10) 내부에 트랩
된 전하(전자/정공)가 광(L1)에 의해 디트랩(detrap) 될 수 있다. 광(L1)이 자외선을 포함하는 경우, 자외선은
높은 에너지를 가질 수 있으므로, 트랩된 전하(c)의 제거에 보다 유리하게 작용할 수 있다. 또한, 광(L1)이 자
외선과 가시광선을 모두 포함하는 경우, 두 가지 종류의 빛을 사용하는 것과 관련해서, 트랩된 전하(c)의 제거
효율이 개선될 수 있다. 도 2c의 단계는 광도전층(PL1)의 '초기화(initialization) 단계'라고 할 수 있다. 여기
서 사용된 '초기화'라는 표현은 설명의 편의를 위한 것이고, 광도전층(PL1)의 초기 상태로의 완전한 복귀를 의
미하는 것은 아닐 수 있다. 상기 '초기화'라는 표현은 광도전층(PL1)에 트랩된 전하(c)를 디트랩(detrap) 또는
제거하는 것을 의미할 수 있다. 이러한 '초기화'의 의미는 명세서 전반에서 동일하게 적용된다.
도 2d는 도 2c의 단계(즉, 상기 초기화 단계)를 통해 광도전층(PL1)에 트랩된 전자 및 정공을 제거한 상태를 보[0057]
여준다. 이와 같이, 광도전층(PL1)에 트랩된 전자 및 정공을 제거하면, 후속하는 방사선 검출 공정에서 검출 특
성이 개선될 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예에서는 픽셀전극(PE1)과 상대전극(TE1)에 전압을 인가하지 않은 상태에서 도 2c의 '초[0058]
기화 단계'를 수행할 수 있다. 다시 말해, 픽셀전극(PE1)과 상대전극(TE1) 사이에 전압을 인가하지 않고도, 광
도전층(PL1)에 트랩된 전하(c)를 용이하게 디트랩(detrap) 할 수 있다. 이 경우, 공정을 단순화할 수 있고 전력
소모를 줄일 수 있다. 그러나, 필요한 경우, 픽셀전극(PE1)과 상대전극(TE1) 중 적어도 하나에 소정의 전압을
인가한 상태에서 상기 초기화 단계를 수행할 수도 있다. 예컨대, 픽셀전극(PE1)에 소정의 음(-)의 전압을 인가
하고, 상대전극(TE1)에 소정의 양( )의 전압을 인가한 상태에서, 상기 초기화 단계를 수행할 수 있다. 다시 말
해, 픽셀전극(PE1)과 상대전극(TE1) 사이에 소정의 역전압(reverse voltage)을 인가한 상태에서 상기 초기화 단
계를 수행할 수 있다. 또는, 픽셀전극(PE1)에 소정의 양( )의 전압을 인가하고, 상대전극(TE1)에 소정의 음(-
)의 전압을 인가한 상태에서, 상기 초기화 단계를 수행할 수도 있다. 또는, 픽셀전극(PE1)과 상대전극(TE1)에
전압을 인가하지 않은 상태에서 도 2c의 단계를 수행한 후, 후속 단계에서, 두 전극(PE1, TE1) 사이에 소정의
전압을 인가할 수도 있다. 도 2c의 단계에서 광(L1)에 의해 전하(c)가 디트랩(detrap)되면, 디트랩(detrap)된
전하의 일부는 전극(PE1, TE1)으로 빠져나갈 수 있고, 후속 단계에서, 두 전극(PE1, TE1) 사이에 소정의 전압을
인가하면, 상기 디트랩(detrap)된 전하의 나머지가 전극(PE1, TE1)으로 빠져나갈 수 있다.
도 3은 방사선 검출기의 광도전층 내에 트랩된 전하에 의한 문제점을 설명하기 위한 도면이다. [0059]
도 3의 (A)도면을 참조하면, 광도전성 입자(P1, P2)와 바인더(B1)가 혼합된 PIB(Particle-In-Binder) 구조가[0060]
마련될 수 있다. 이러한 PIB 구조는 도 1의 광도전층(PL1)의 구조에 대응될 수 있다. 편의상, P1을 '제1 광도전
성 입자'라 하고, P2을 '제2 광도전성 입자'라 한다. 이러한 PIB 구조에 방사선의 한 종류인 엑스선(X-ray)이
조사되면, 제1 광도전성 입자(P1)에서 전자(e1)가 제2 광도전성 입자(P2)로 이동할 수 있다. 그 결과는 (B)도면
과 같을 수 있다.
도 3의 (B)도면을 참조하면, 제1 광도전성 입자(P1)에 정공(h)이 트랩될 수 있다. 제2 광도전성 입자(P2)의 전[0061]
자(e1)는 인접한 다른 광도전성 입자(미도시)로 이동할 수 있다. 전자(e1)의 이동은 연쇄적으로 일어날 수
있다.
도 3의 (C)도면은 추가적인 엑스선(X-ray) 조사에 의해 제1 광도전성 입자(P1) 내에 전자(e2)가 들어온 경우를[0062]
보여준다. 제1 광도전성 입자(P1)에는 정공(h)이 트랩되어 있기 때문에, 제1 광도전성 입자(P1) 내에 들어온 전
자(e2)는 제2 광도전성 입자(P2)로 이동하지 않고, 제1 광도전성 입자(P1) 내에 머무를 수 있다. 즉, 도 3의
(D)도면에 도시된 바와 같이, 제1 광도전성 입자(P1)의 전자(e2)는 광전도 특성에 기여하지 못할 수 있다.
이와 같이, 광도전성 입자 내에 혹은 광도전성 입자와 바인더 사이에 전하가 트랩된 경우, 광도전층의 광전 변[0063]
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환 효율이 저하될 수 있다. 도 3에서 설명한 문제점은 전하의 트랩에 의한 다양한 문제 중 하나를 예시적으로
설명한 것이고, 그 밖에 다양한 문제들이 발생할 수 있다. 특히, 광도전성 입자와 바인더 사이에 트랩된 전하
및 광도전성 입자 내에 트랩된 전하는 방사선 검출시 검출 신호(영상 신호)에 노이즈(noise)를 유발할 수 있다.
방사선 검출기의 영역별로 트랩된 전하의 양이 다를 수 있으므로, 영역에 따라 트랩된 전하의 영향이 다르게 나
타날 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 방사선 검출기의 광도전성 입자 내에 트랩된 전하를 여기[0064]
(excitation)시키는 과정을 보여주는 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 4를 참조하면, 참조부호 Ev 및 Ec는 각각 광도전성 입자의 가전대 최고 에너지레벨(valence band maximum[0065]
energy level) 및 전도대 최저 에너지레벨(conduction band minimum energy level)을 나타낸다. 광도전성 입자
가 HgI2 입자인 경우, 그 밴드갭(bandgap)(Eg)은 2.1 eV 정도일 수 있고, 일함수(work function)(W)는 4.2 eV
정도일 수 있다. 광도전성 입자 내에 트랩된 전자의 에너지 레벨은 상기 광도전성 입자의 밴드갭 내에 위치할
수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 광학유닛(도 1의 UT1)으로부터 소정의 에너지를 갖는 광(도 1의 L1)이 광도
전성 입자로 조사되면, 트랩된 전자는 전도대(conduction band)로 여기(excitation) 될 수 있다. 도 4에서 hv
는 상기 광(도 1의 L1)의 포톤 에너지(photon energy)를 의미하고, 여기서, h는 플랑크 상수(Planck's
constant)이고, v는 진동수이다. 트랩 전자(etrap)는 포톤 에너지(hv)에 의해 여기되어 여기 전자(excited
electron)(e*)가 될 수 있다. 상기 광(도 1의 L1)이 자외선을 포함하는 경우, 자외선의 에너지는 3.1∼6.2 eV
정도일 수 있고, 상기 광(도 1의 L1)이 가시광선을 포함하는 경우, 가시광선의 에너지는 1.55∼3.1 eV 정도일
수 있다. 상기 광이 자외선을 포함하는 경우, 상기 자외선은 높은 에너지를 가질 수 있으므로, 상기 트랩된 전
자의 제거에 보다 유리할 수 있다. 상기 광이 자외선과 가시광선을 모두 포함하는 경우, 두 가지 종류의 빛을
사용하는 것과 관련해서, 상기 트랩된 전자의 제거 효율이 개선될 수 있다.
한편, 도 4에 도시하지는 않았지만, 광도전성 입자 내에 트랩된 정공은 상기 포톤 에너지에 의해 가전대[0066]
(valence band)로 내려갈 수 있다. 이는 광도전성 입자 내에 트랩된 정공의 디트랩(detrap)을 의미할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 방사선 검출기의 광도전성 입자의 코어 전자(core electron)의 빈[0067]
자리(vacancy)를 리커버리(recovery)하는 과정을 보여주는 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 5를 참조하면, 참조부호 1s, 2s, 2p는 오비탈(orbital)을 나타내고, 이러한 오비탈(orbital) 내에 코어 전자[0068]
(core electron)가 존재할 수 있다. 방사선 조사에 의해, 광도전성 입자의 코어 전자의 빈자리(vacancy)가 발생
할 수 있다. 그 결과, 광도전성 입자는 양( )의 전하를 띨 수 있고, 이 경우, 후속하는 방사선 조사시, 전자를
전달/발생하는 역할을 수행하기 어려울 수 있다. 도 1에서 설명한 광학유닛(UT1)은 광에너지(즉, L1)을 이용해
서 광도전성 입자의 코어 전자(core electron)의 빈자리(vacancy)를 리커버리(recovery)하는 역할을 할 수
있다. 다시 말해, 도 5에 도시된 바와 같이, 가전대(valence band)의 전자(즉, valence electron)로 상기 코어
전자의 빈자리(vacancy)를 채워주는 역할을 할 수 있다. 따라서, 광도전층의 광전 변환 효율이 개선될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 검출기(100B)를 보여주는 단면도이다. [0069]
도 6을 참조하면, 광학유닛(UT2)은 상대전극(TE1) 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 상대전극(TE1)은 광도전층[0070]
(PL1)과 광학유닛(UT2) 사이에 배치될 수 있다. 광학유닛(UT2)은 도 1의 광학유닛(UT1)과 유사한 구성을 가질
수 있다. 단, 도 1의 광학유닛(UT1)은 광(L1)을 위쪽으로 조사하도록 구성되는 반면, 도 6의 광학유닛(UT2)은
광(L2)을 아래쪽으로 조사하도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 도 1의 광학유닛(UT1)의 광(L1)은 방사선이 방사
선 검출기(100A)에 입사하는 방향과 반대 방향으로 광도전층(PL1)에 입사하는 반면, 도 6의 광학유닛(UT2)의 광
(L2)은 방사선이 방사선 검출기(100B)에 입사하는 방향과 동일한 방향으로 광도전층(PL1)에 입사할 수 있다. 도
1의 광학유닛(UT1)과 도 6의 광학유닛(UT2)은 모두 광(L1, L2)을 광도전층(PL1) 쪽으로 조사한다는 점에서 동일
할 수 있다. 도 6의 광학유닛(UT2)의 역할은 도 1의 광학유닛(UT1)과 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 광학유닛
(UT2)은 광(L2)을 이용해서 광도전성 입자(P10)와 바인서(B10) 사이의 계면에 트랩된 전하(c)(전자 및 정공)를
디트랩(detrap) 또는 제거하는 역할을 할 수 있다. 또한, 광학유닛(UT2)은 광(L2)을 이용해서 광도전성 입자
(P10) 내에 트랩된 전하를 디트랩(detrap) 또는 제거하는 역할을 할 수 있다. 광(L2)은 도 1의 광(L1)과 동일하
거나 유사할 수 있다. 광(L2)은 자외선을 포함하거나, 가시광선을 포함하거나, 자외선과 가시광선을 모두 포함
할 수 있다.
광학유닛(UT2)은 방사선에 대하여 투명한 특성을 가질 수 있다. 따라서, 광학유닛(UT2)은 방사선 투과량에는 영[0071]
향을 주지 않거나 거의 영향을 주지 않을 수 있다. 광학유닛(UT2) 위쪽에서 광도전층(PL1)으로 조사되는 방사선
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은 광학유닛(UT2)을 통과하여 광도전층(PL1)으로 입사될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 검출기(100C)를 보여주는 단면도이다. [0072]
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 방사선 검출기(100C)는 복수의 광학유닛(UT10, UT20)을 구비할 수 있다. 복[0073]
수의 광학유닛(UT10, UT20)은 어레이 기판(S100) 아래에 배치된 제1 광학유닛(UT10)과 상대전극(TE1) 상에 배치
된 제2 광학유닛(UT20)을 포함할 수 있다. 제1 광학유닛(UT10)은 도 1의 광학유닛(UT1)과 동일하거나 유사한 구
성을 가질 수 있고, 실질적으로 동일한 역할을 할 수 있다. 제2 광학유닛(UT20)은 도 6의 광학유닛(UT2)과 동일
하거나 유사한 구성을 가질 수 있고, 실질적으로 동일한 역할을 할 수 있다. 제1 광학유닛(UT10)은 제1 광(L1
0)을 광도전층(PL1)에 조사하도록 구성될 수 있고, 제2 광학유닛(UT20)은 제2 광(L20)을 광도전층(PL1)에 조사
하도록 구성될 수 있다.
제1 광(L10)과 제2 광(L20)은 서로 다른 파장 범위를 가질 수 있다. 제1 광(L10)은 자외선 및 가시광선 중 어느[0074]
하나, 예컨대, 자외선일 수 있고, 제2 광(L20)은 자외선 및 가시광선 중 다른 하나, 예컨대, 가시광선일 수 있
다. 이와 같이, 광도전층(PL1)의 양쪽에서 서로 다른 광을 광도전층(PL1)에 조사함으로써, 광도전층(PL1)에 트
랩된 전하를 디트랩(detrap) 하는 공정을 보다 효율적으로 수행할 수 있다. 특히, 광도전층(PL1)의 영역(높이)
에 따라 트랩된 전하의 농도가 다를 수 있으므로, 양쪽에서 서로 다른 광을 조사하는 경우, 트랩 전하의 제거가
보다 용이하게 이루어질 수 있다. 그러나, 제1 광(L10)과 제2 광(L20)은 동일한 파장의 빛을 포함할 수도 있다.
예컨대, 제1 광(L10)과 제2 광(L20)은 모두 자외선을 포함할 수 있다. 또는, 제1 광(L10)과 제2 광(L20)은 모두
자외선 및 가시광선을 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 1, 도 6 및 도 7의 방사선 검출기(100A, 100B, 100C)에서 사용되는 광학유닛(UT1, UT2, UT10,[0075]
UT20)이 가질 수 있는 구체적인 구조에 대해 도 8 내지 도 12를 참조하여 예시적으로 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 검출기에 사용될 수 있는 광학유닛의 일례를 보여주는 단면도이다. [0076]
도 8을 참조하면, 광학유닛(UT11)은 자외선을 발생시키는 적어도 하나의 자외선 광원(10A)을 포함할 수 있다.[0077]
예컨대, 두 개의 자외선 광원(10A)이 이격하여 배치될 수 있다. 광학유닛(UT11)은 자외선 광원(10A)에서 발생된
자외선을 광도전층(ex, 도 1의 PL1)으로 가이드하는 광도파관(optical waveguide)(20A)을 포함할 수 있다. 광도
파관(20A)은 두 개의 자외선 광원(10A) 사이에 배치될 수 있다. 광도파관(20A)의 양단 각각에 자외선 광원(10
A)이 배치되었다고 할 수 있다. 자외선 광원(10A)에서 발생된 자외선이 광도파관(20A)을 거쳐 광학유닛(UT11)의
일측, 예컨대, 상측으로 방출될 수 있다. 참조번호 L11은 광학유닛(UT11)에서 방출되는 자외선을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 검출기에 사용될 수 있는 광학유닛의 일례를 보여주는[0078]
단면도이다.
도 9를 참조하면, 광학유닛(UT22)은 가시광선을 발생시키는 가시광선 광원(10B)을 포함할 수 있다. 두 개의 가[0079]
시광선 광원(10B)이 서로 이격하여 배치될 수 있다. 가시광선 광원(10B)은, 예컨대, LED(light emitting
device)를 포함할 수 있다. 즉, 가시광선 광원(10B)은 LED 광원일 수 있다. 상기 LED 광원은 고효율 및 고성능
을 가질 수 있고, 우수한 스위칭 특성을 가질 수 있다. 광학유닛(UT22)은 가시광선 광원(10B)에서 발생된 가시
광선을 광도전층(ex, 도 1의 PL1)으로 가이드하는 광도파관(20B)을 더 포함할 수 있다. 광도파관(20B)의 양단
각각에 가시광선 광원(10B)이 배치되었다고 할 수 있다. 가시광선 광원(10B)에서 발생된 가시광선이 광도파관
(20B)을 거쳐 광학유닛(UT22)의 일측, 예컨대, 상측으로 방출될 수 있다. 참조번호 L22는 광학유닛(UT22)에서
방출되는 가시광선을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 검출기에 사용될 수 있는 광학유닛의 일례를 보여주는 단면도이[0080]
다.
도 10을 참조하면, 광학유닛(UT33)은 서로 이격된 자외선 광원(10A) 및 가시광선 광원(10B)을 포함할 수 있다.[0081]
광학유닛(UT33)은 자외선 광원(10A)과 가시광선 광원(10B) 사이에 배치된 광도파관(20C)을 포함할 수 있다. 광
도파관(20C)의 일단에 자외선 광원(10A)이 배치되고, 광도파관(20C)의 타단에 가시광선 광원(10B)이 배치되었다
고 할 수 있다. 자외선 광원(10A)에서 발생된 자외선이 광도파관(20C)을 거쳐 광학유닛(UT33)의 일측으로 방출
될 수 있고, 가시광선 광원(10B)에서 발생된 가시광선도 광도파관(20C)을 거쳐 광학유닛(UT33)의 일측으로 방출
될 수 있다. 예컨대, 상기 자외선과 가시광선이 광학유닛(UT33)의 상측으로 방출될 수 있다. 참조번호 L33은 광
학유닛(UT33)에서 방출되는 자외선 및 가시광선을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 검출기에 사용될 수 있는 광학유닛의 일례를 보여주는 단면도이[0082]
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다.
도 11을 참조하면, 광학유닛(UT44)은 광도파관(20D)을 포함할 수 있고, 광도파관(20D)의 일측 및 타측 각각에[0083]
구비된 한 쌍의 광원(10A, 10B)을 포함할 수 있다. 광도파관(20D)의 일측에 자외선 광원(10A) 및 가시광선 광원
(10B)이 구비될 수 있고, 광도파관(20D)의 타측에도 자외선 광원(10A) 및 가시광선 광원(10B)이 구비될 수
있다. 두 개의 자외선 광원(10A) 사이에 광도파관(20D)이 구비될 수 있고, 각각의 자외선 광원(10A)과 광도파관
(20D) 사이에 가시광선 광원(10B)이 구비될 수 있다. 광도파관(20D)의 적어도 어느 한쪽에서 자외선 광원(10A)
과 가시광선 광원(10B)의 위치는 뒤바뀔 수 있다. 도 11의 구조에서는 광도파관(20D)의 일측으로부터 자외선과
가시광선이 모두 광도파관(20D)으로 조사될 수 있고, 광도파관(20D)의 타측으로부터도 자외선과 가시광선이 모
두 광도파관(20D)으로 조사될 수 있다. 참조번호 L44는 광학유닛(UT44)에서 방출되는 자외선 및 가시광선을 나
타낸다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 검출기에 사용될 수 있는 광학유닛의 일례를 보여주는 단면도이[0084]
다.
도 12를 참조하면, 광학유닛(UT55)은 광도파관(20E) 및 광도파관(20E)의 일측 및 타측 각각에 구비된 한 쌍의[0085]
광원(10A, 10B)을 포함할 수 있다. 광도파관(20E)의 일측에 자외선 광원(10A) 및 가시광선 광원(10B)이 구비될
수 있고, 광도파관(20E)의 타측에도 자외선 광원(10A) 및 가시광선 광원(10B)이 구비될 수 있다. 광도파관(20
E)의 일측에 자외선 광원(10A) 및 가시광선 광원(10B)이 병렬로 배치될 수 있다. 광도파관(20E)의 타측에도 자
외선 광원(10A) 및 가시광선 광원(10B)이 병렬로 배치될 수 있다. 광도파관(20E)의 일측으로부터 자외선과 가시
광선이 모두 광도파관(20E)으로 조사될 수 있고, 광도파관(20E)의 타측으로부터도 자외선과 가시광선이 모두 광
도파관(20E)으로 조사될 수 있다. 참조번호 L55는 광학유닛(UT55)에서 방출되는 자외선 및 가시광선을
나타낸다. 광도파관(20E)의 적어도 어느 한쪽에서 자외선 광원(10A)과 가시광선 광원(10B)의 위치는 뒤바뀔 수
있다.
도 8 내지 도 12를 참조하여 설명한 다양한 광학유닛(UT11∼UT55)의 구조는 도 1, 도 6 및 도 7의 방사선 검출[0086]
기(100A, 100B, 100C)의 광학유닛(UT1, UT2, UT10, UT20)으로 적용될 수 있다. 도 8 내지 도 12의 광학유닛
(UT11∼UT55) 중 하나를 도 6의 광학유닛(UT2) 및 도 7의 제2 광학유닛(UT20)과 같이 상대전극(TE1) 상에 배치
할 경우, 광학유닛(UT11∼UT55)을 상하로 뒤집은 상태로 상대전극(TE1) 상에 적용할 수 있다. 따라서, 광학유닛
(UT11∼UT55)이 상대전극(TE1) 상에 존재하는 경우, 광학유닛(UT11∼UT55)의 광(L11∼L55)이 아래쪽으로 방출되
어 광도전층(PL1)에 조사될 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 검출기(100D)를 보여주는 단면도이다. [0087]
도 13을 참조하면, 방사선 검출기(100D)는 광셔터(light shutter)(ST1)를 더 포함할 수 있다. 광셔터(ST1)는[0088]
광학유닛(UT1)과 인접하게 배치될 수 있다. 예컨대, 광셔터(ST1)는 어레이 기판(S100)과 광학유닛(UT1) 사이에
배치될 수 있다. 이때, 광학유닛(UT1)은 자외선을 포함하는 광(미도시)을 광도전층(PL1)으로 조사하는 장치일
수 있다. 즉, 광학유닛(UT1)은 자외선 광원을 포함할 수 있다. 광학유닛(UT1)이 자외선을 포함하는 광을 발생하
는 경우, 광셔터(ST1)를 이용해서 광학유닛(UT1)으로부터 광도전층(PL1)으로 조사되는 광(자외선 포함)(미도
시)의 양을 조절할 수 있다. 광셔터(ST1)를 이용해서, 광학유닛(UT1)으로부터 광도전층(PL1)으로 조사되는 광을
온/오프(ON/OFF) 할 수 있다. 따라서, 광셔터(ST1)를 이용하면, 광도전층(PL1)에 광을 조사하는 공정(즉, 초기
화 공정)을 다양하게/용이하게 조절할 수 있다.
도 13의 광셔터(ST1)는, 예컨대, 도 14에 도시된 바와 같은 구조를 가질 수 있다. 즉, 도 14는 도 13의 광셔터[0089]
(ST1)가 가질 수 있는 구체적인 구조를 예시적으로 보여준다.
도 14를 참조하면, 광셔터(ST10)는 액정층(liquid crystal layer)(LC1)를 포함할 수 있다. 또한, 광셔터(ST1[0090]
0)는 액정층(LC1)의 하면에 구비된 제1 전극층(E1) 및 액정층(LC1)의 상면에 구비된 제2 전극층(E2)을 포함할
수 있다. 제1 및 제2 전극층(E1, E2) 사이에 인가되는 전압을 조절하여, 액정층(LC1)의 액정 배열 상태를 변화
시킬 수 있다. 따라서, 광셔터(ST10)를 통과하는 광량을 조절할 수 있다. 도 14에 도시된 광셔터(ST10)의 구성
은 예시적인 것에 불과하고, 이는 다양하게 변화될 수 있다.
도 15는 광셔터(ST10)와 광학유닛(UT1)의 배치 및 연결 관계를 예시적으로 보여주는 단면도이다. [0091]
도 15를 참조하면, 광학유닛(UT1) 상에 광셔터(ST10)가 구비될 수 있다. 광셔터(ST10) 및 광학유닛(UT1)에 전기[0092]
적으로 연결된 컨트롤러(controller)(CT1)가 더 구비될 수 있다. 컨트롤러(CT1)는 광셔터(ST10)의 제1 및 제2
전극층(E1, E2)에 연결될 수 있고, 광학유닛(UT1)과도 연결될 수 있다. 컨트롤러(CT1)를 이용해서, 광셔터
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(ST10) 및 광학유닛(UT1)의 동작을 제어할 수 있다. 그러나, 도 15에 도시한 배치 및 연결 관계는 예시적인 것
에 불과하고, 다양하게 변화될 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 검출기의 동작방법을 설명하기 위한 흐름도(flowchart)이다. [0093]
도 16을 참조하면, 피검체를 투과한 방사선을 방사선 검출기로 검출하는 '방사선 검출 단계(1)'를 수행할 수 있[0094]
다(S1). 다음, 상기 '방사선 검출 단계(1)'에서 광도전층 내에 트랩된 전하를 디트랩/제거하기 위한 '초기화 단
계(1)'를 수행할 수 있다(S2). 이때, 광도전층을 구성하는 광도전성 입자와 바인더 사이에 트랩된 전하가 디트
랩/제거될 수 있고, 상기 광도전성 입자 내에 트랩된 전하도 디트랩/제거될 수 있다. 이후, '방사선 검출 단계
(2)'를 수행하고(S3), 이어서 '초기화 단계(2)'를 수행할 수 있다(S4). 즉, 방사선 검출 단계와 초기화 단계를
교대로 반복해서 수행할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 광도전층의 초기화 단계에서 사용하는 광(광에너지)의 시간에 따[0095]
른 세기 변화를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 17은 상기 광(광에너지)의 파형(waveform)을 예시적으로 보
여준다.
도 17을 참조하면, 광도전층의 초기화 단계에서 사용하는 광(광에너지)의 파형(waveform)은 펄스(pulse) 형태일[0096]
수 있다. 이러한 펄스 형태의 광(광에너지)의 인가 시간(t1)은 50 ms(millisecond) 이상 또는 100 ms 이상일 수
있다.
한 번의 초기화 단계에서 한 번의 펄스 광을 사용할 수 있지만, 필요에 따라, 펄스 광을 여러 번 사용할 수도[0097]
있다. 그 일례가 도 18에 도시되어 있다. 도 18을 참조하면, 펄스 형태의 광을 소정 간격을 두고 여러 번 인가
할 수 있다. 즉, 광의 온/오프(ON/OFF)를 반복하면서, 광도전층의 초기화 단계를 수행할 수 있다. 예컨대, 도
13 내지 도 15에서 설명한 광셔터(ST1, ST10)를 이용해서, 광도전층에 대한 광의 조사 및 차단, 즉, 광의 온/오
프(ON/OFF)를 제어할 수 있다.
그러나 도 17 및 도 18에서 설명한 광(광에너지)의 시간에 따른 세기 변화(즉, 파형)는 예시적인 것이고, 다양[0098]
하게 변화될 수 있다. 예를 들어, 도 18과 같이 동일한 세기의 펄스 광을 여러 번 인가하지 않고, 시간에 따라
펄스 광의 세기를 변화시킬 수도 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 검출기의 구체적인 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이다. 도 19[0099]
를 참조하여 도 1의 어레이 기판(S100)의 구성을 보다 구체적으로 설명한다.
도 19를 참조하면, 기판(SUB10) 상에 TFT(thin film transistor) 소자(TR10)와 커패시터(CP10)가 구비될 수 있[0100]
다. TFT 소자(TR10)는 게이트전극(G10), 게이트절연층(GI10), 채널층(C10), 소오스전극(S10) 및 드레인전극
(D10)을 포함할 수 있다. 커패시터(CP10)는 제1 전극(E10), 유전층(DL10) 및 제2 전극(E20)을 포함할 수 있다.
TFT 소자(TR10)의 드레인전극(D10)은 커패시터(CP10)의 제2 전극(E20)과 연결될 수 있고, 드레인전극(D10)과 제
2 전극(E20)은 하나의 픽셀전극(PE10)을 구성할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 소오스전극(S10)에 연결된 데이
터라인이 더 구비될 수 있다. TFT 소자(TR10) 및 커패시터(CP10)를 덮는 광도전층(광전변환층)(PL10)이 구비될
수 있다. 광도전층(PL10) 상에 상대전극(TE10)이 더 구비될 수 있다. 조사된 방사선에 의해 광도전층(PL10)에서
발생한 전자-정공 쌍은 상대전극(TE10)과 픽셀전극(PE10) 사이에 걸린 전기장에 의하여 커패시터(CP10)에 저장
된 후, TFT 소자(TR10)의 동작에 의하여 전기적 신호로서 읽힐 수 있다. 도 19에서 픽셀전극(PE10)을 포함하는
기판(SUB10)은 도 1에서 설명한 어레이 기판(S100)의 일례일 수 있다. 기판(SUB10) 상에는 복수의 픽셀전극
(PE10)이 구비될 수 있고, 복수의 픽셀전극(PE10) 각각에 연결된 복수의 TFT 소자(TR10)가 구비될 수 있다. 기
판(SUB10) 하면에는 광학유닛(UT15)이 구비될 수 있다. 광학유닛(UT15)은 도 1을 참조하여 설명한 광학유닛
(UT1)과 실질적으로 동일한 것일 수 있다. 즉, 광학유닛(UT15)은 광도전층(PL10)에 트랩된 전하를 디트랩
(detrap) 또는 제거하기 위한 광에너지를 광도전층(PL10)에 제공하는 역할을 할 수 있다. 광학유닛(UT15)은 기
판(SUB10)의 하면이 아닌 상대전극(TE10)의 상면에 구비될 수도 있다. 또한, 기판(SUB10)의 하면에 광학유닛
(UT15)이 구비된 상태에서, 상대전극(TE10) 상에 제2 광학유닛(미도시)을 구비시킬 수도 있다.
도 19에 도시하지는 않았지만, TFT 소자(TR10)에 연결된 소정의 리드아웃 회로(readout circuit)가 더 구비될[0101]
수 있다. 상기 리드아웃 회로(readout circuit)의 구성은 잘 알려진바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. 도
19의 구조는 방사선 검출기의 구체적인 구조를 예시적으로 보여주는 것에 불과하고, 이 구조는 다양하게 변형될
수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 검출기의 회로 구성을 예시적으로 보여주는 회로도이다. [0102]
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도 20을 참조하면, 제1 방향으로 연장된 복수의 게이트라인(GL11)이 소정 간격 이격하여 배치될 수 있다. 복수[0103]
의 게이트라인(GL11)과 교차하는 복수의 데이터라인(DL11)이 구비될 수 있다. 복수의 게이트라인(GL11)과 복수
의 데이터라인(DL11)의 교차부 각각에 TFT 소자(TR11)가 구비될 수 있다. 각각의 TFT 소자(TR11)에 연결된 커패
시터(CP11)가 구비될 수 있다. 또한, 각각의 커패시터(CP11)에 연결된 픽셀전극(PE11)이 구비될 수 있다. 하나
의 TFT 소자(TR11)와 그에 연결된 커패시터(CP11) 및 픽셀전극(PE11)은 하나의 픽셀영역(PX11)을 구성한다고 할
수 있다. 복수의 픽셀영역(PX11)이 복수의 열 및 행을 이루도록 배열될 수 있고, 각각의 픽셀영역(PX11)은 TFT
소자(TR11)와 그에 연결된 커패시터(CP11) 및 픽셀전극(PE11)을 구비한다고 할 수 있다.
복수의 게이트라인(GL11)에 연결된 게이트 구동부(gate driver)(GD11)가 구비될 수 있다. 또한, 복수의 데이터[0104]
라인(DL11)에 연결된 리드아웃 회로부(readout circuit)(RC11)가 구비될 수 있다. 게이트 구동부(GD11) 및 리
드아웃 회로부(RC11)의 구체적인 구성은 잘 알려진바, 이에 대한 자세한 설명은 배제한다.
이상에서 설명한 다양한 실시예들에 따른 방사선 검출기는, 예컨대, 엑스선(X-ray) 검출기이거나 감마선(γ-[0105]
ray) 검출기일 수 있다.
도 21은 비교예에 따른 방사선 검출기의 방사선 조사량(dose)에 따른 신호 대 잡음비(signal-to-noise[0106]
ratio)(SNR)를 보여주는 그래프이다. 상기 비교예에 따른 방사선 검출기는 본 발명의 실시예에 따른 '광학유
닛'을 포함하지 않는다. 상기 비교예에 따른 방사선 검출기는 일반적인 엑스선 검출기일 수 있다.
도 21을 참조하면, 비교예에 따른 방사선 검출기의 경우, 측정 범위 내에서, 신호 대 잡읍비(SNR)가 40[0107]
dB(decibel) 미만으로 나타났다. 방사선(엑스선) 조사량이 80 mAs(milliampere-second)일 때, 신호 대 잡읍비
(SNR)는 약 38.2 dB 이었다. 광도전층 내에 트랩된 전하에 대한 디트랩/제거 단계를 수행하지 않고, 방사선을
검출하는 경우, 비교적 낮은 신호 대 잡읍비(SNR)가 측정되는 것을 알 수 있다.
도 22 및 도 23은 본 발명의 실시예에 따른 방사선 검출기의 방사선 조사량(dose)에 따른 신호 대 잡음비[0108]
(signal-to-noise ratio)(SNR)를 보여주는 그래프이다. 상기 실시예에 따른 방사선 검출기는 도 6과 같은 구조
를 갖는다. 도 22는 도 6의 방사선 검출기(100B)에서 광학유닛(UT2)으로 365 nm의 파장을 갖는 광(자외선)을 광
도전층(PL1)에 조사하여 초기화 공정을 수행하면서 측정된 결과(SNR)이다. 도 23은 도 6의 방사선 검출기(100
B)에서 광학유닛(UT2)으로 254 nm의 파장을 갖는 광(자외선)을 광도전층(PL1)에 조사하여 초기화 공정을 수행하
면서 측정된 결과(SNR)이다.
도 22 및 도 23을 참조하면, 신호 대 잡읍비(SNR)가 도 21의 비교예에 따른 방사선 검출기보다 증가한 것을 확[0109]
인할 수 있다. 도 22의 실시예에서 방사선(엑스선) 조사량이 80 mAs 일 때, 신호 대 잡읍비(SNR)는 약 44 dB 이
었고, 도 23의 실시예에서 방사선(엑스선) 조사량이 80 mAs 일 때, 신호 대 잡읍비(SNR)는 약 42.2 dB 이었다.
이는 도 21의 대응하는 결과보다 약 15% 정도 증가한 수치이다. 이를 통해, 본 발명의 실시예에서와 같이 광에
너지를 이용해서 광도전층 내에 트랩된 전하를 디트랩/제거하는 경우, 노이즈(noise)가 감소하고, 검출 감도가
향상되는 것을 확인할 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체[0110]
적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자
라면, 도 1, 도 6 내지 도 15, 도 19 및 도 20을 참조하여 설명한 방사선 검출기의 구성은 다양하게 변형될 수
있음을 알 수 있을 것이다. 일례로, 픽셀전극에 연결되는 단위 회로로 TFT 소자 대신에 혹은 그와 더불어,
CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 소자 또는 CCD(charge-coupled device) 소자 등을 사용할 수
도 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 도 2a 내지 도 2d 및 도 16 내지 도 18을 참조하여 설명한 방사선 검출기
의 동작방법도 다양하게 변화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하
여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
부호의 설명
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *[0111]
B1, B10 : 바인더 c : 전하
e, e1, e2 : 전자 EP1 : 피검체
h : 정공 L1, L2, L10, L20 : 광
P1, P2, P10 : 광도전성 입자 PE1 : 픽셀전극
공개특허 10-2016-0017488
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PL1 : 광도전층 R1 : 방사선
S100 : 어레이 기판 ST1, ST10 : 광셔터
TE1 : 상대전극 UT1, UT2, UT10, UT20 : 광학유닛
100A∼100D : 방사선 검출기
도면
도면1
도면2a
공개특허 10-2016-0017488
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도면2b
도면2c
도면2d
공개특허 10-2016-0017488
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도면3
도면4
공개특허 10-2016-0017488
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도면5
도면6
도면7
공개특허 10-2016-0017488
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도면8
도면9
도면10
도면11
도면12
공개특허 10-2016-0017488
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도면13
도면14
도면15
공개특허 10-2016-0017488
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도면16
도면17
도면18
공개특허 10-2016-0017488
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도면19
도면20
공개특허 10-2016-0017488
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도면21
도면22
도면23
공개특허 10-2016-0017488
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