KR101935134B1 - 부식 방지막을 포함하는 신틸레이터 패널 및 이를 포함하는 엑스선 검출기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부식 방지막을 포함하는 신틸레이터 패널을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 부식 방지막을 포함하는 신틸레이터 패널은 신틸레이터 기판; 및 상기 신틸레이터 기판 상에 형성되는 신틸레이터층;을 포함하고, 상기 신틸레이터층은, 상기 신틸레이터층을 복수개의 픽셀로 분할하는 격벽과 상기 격벽의 측면에 형성되며 상기 신틸레이터층의 부식을 방지하는 부식 방지막을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

부식 방지막을 포함하는 신틸레이터 패널 및 이를 포함하는 엑스선 검출기{SCINTILLATOR PANEL HAVING ANTICORROSIVE LAYER AND X-RAY DETECTOR INCLUDING THE SAME}
본 발명은 부식 방지막을 포함하는 신틸레이터 패널 및 그를 포함하는 엑스선 검출기에 관한 것이다.
최근 엑스선 검출기(X-ray detector)는 환자의 병을 진단하는 중요한 의료 장치로 각광받고 있다. 이로 인해, 의료 장치 산업 분야에서 엑스선 검출기의 위상은 날로 높아지고 있다. 이에 따라, 환자의 병을 정확하고, 신속하게 진단하기 위하여, 고 신뢰성을 갖는 엑스선 검출기에 대한 기술들이 개발되고 있다.
엑스선 검출기는 엑스선으로 촬영한 엑스선 화상 또는 엑스선 투시 화상을 디지털 신호로 출력한다. 이러한 엑스선 검출기는 직접방식(직접변환방식) 및 간접방식(간접변환방식)으로 나뉜다.
직접방식은 포토컨덕터(photoconductor, 광전도체)에서 엑스선을 직접 전하로 변환하며, 간접방식은 신틸레이터(scintillator, 섬광체)에서 엑스선을 가시광선으로 변환 후, 변환된 가시광선을 포토다이오드와 같은 광전변환소자를 통해 전하로 변환하는 방식이다.
간접방식은 엑스선을 신틸레이터와 상호반응을 통해 가시광선으로 변환하는 방법으로서, 광의 산란을 야기하여 해상도가 저하되는 단점이 있다. 반면, 직접방식은 직접변환된 전지적 신호를 검출함으로써 영상 분해능이 우수하고, 변환효율 및 수집효율이 우수하여 환자에 대한 방사선(엑스선) 피폭을 감소시킬 수 있으며, 대면적 소자 제조가 용이하다는 장점이 있다.
미래의 소자는 플렉서블한 소자가 요구 되고 있다. 그러나 현재 사용하고 어레이 기판을 구부릴 수 있게 제작하더라도, 신틸레이터를 구부릴 수 없다면 플렉서블한 소자로 제조하기 어렵다. 따라서, 어레이 기판과 신틸레이터 모두 플렉서블한 특성을 지닌 물질로 제작하여야 한다. 또한, 신틸레이터의 경우 구부릴 수 있다고 하더라도 고해상도를 갖도록 제작하는 것이 매우 중요하다. 따라서, 고해상도이면서 동시에 구부릴수 있는 신틸레이터를 제작하여 차세대 구부릴 수 있는(Bendable) X선 검출기를 만드는 연구가 필요하다.
또한, 엑스선 검출기에 상용화된 포토컨덕터 물질은 비정질 셀레늄(a-Se) 및 CdTe가 있다. 이 중 대표적인 물질은 a-Se로서, 증착 공정을 쉽고 빠르게 할 수 있고 암전류가 작으며 비저항이 크다는 장점이 있다. 하지만 전자-정공 생성에너지(W)값이 높고, 동작 전압이 높아 소자의 파괴 및 수명감소, 낮은 민감도, 전하 트랩(charge trap) 현상이 생기는 단점이 있다.
이외에 HgI2, PbI2, CdZnTe 등의 지금까지 보고된 포토컨덕터 물질들은 대면적 제조가 어렵고, 소자의 전기적 동작특성 및 신뢰성의 한계를 가진다.
이를 보완하기 위해서, 최근, ABX3 구조를 가지는 금속할라이드계 페로브스카이트 소재에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 금속할라이드계 페로브스카이트 소재를 이용한 발광체에 대한 연구가 진행 중에 있다.
금속할라이드계 페로브스카이트 소재의 경우, 높은 유전상수로 인해 낮은 엑시톤결합에너지를 가져 상온에서 엑시톤이 쉽게 분리되어 자유전자와 자유홀을 생성 할 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 빛을 받아 전기를 생성하는 태양전지와 같은 광전소자로의 응용이 활발히 연구되고 있다.
반면, 벌크상의 금속할라이드계 페로브스카이트는 상온에서 엑시톤이 쉽게 분리되어 발광효율이 저하되는 단점이 있어, 나노 입자화 하여 발광 효율을 향상시키는 연구가 필요하다.
한국공개특허공보 제10-2016-0085720호, "무/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물 막을 포함하는 소자의 제조방법 및 무/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물 막을 포함하는 소자" 한국공개특허공보 제10-2016-0027133호, "방사선 검출기, 신틸레이터 패널, 및 그 제조 방법"
본 발명의 실시예는 부식 방지막을 포함하는 신틸레이터 패널 및 이를 포함하는 엑스선 검출기를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자를 포함하는 신틸레이터 패널 및 이를 포함하는 엑스선 검출기를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널은 신틸레이터 기판; 및 상기 신틸레이터 기판 상에 형성되는 신틸레이터층을 포함하고, 상기 신틸레이터층은, 상기 신틸레이터층을 복수개의 픽셀로 분할하는 격벽과 상기 격벽의 측면에 형성되며 상기 신틸레이터층의 부식을 방지하는 부식 방지막을 포함한다.
상기 부식 방지막은 금속 산화물 또는 반도체 산화물일 수 있다.
상기 부식 방지막과 격벽 사이에 반사막이 더 형성되고, 상기 반사막은 금속으로 형성될 수 있다.
상기 부식 방지막은, 상기 신틸레이터 기판과 접촉되는 부분에 더 형성될 수 있다.
상기 격벽은 폴리다이메틸실록세인(PDMS; Polydimethylsiloxane), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA; Poly(methylmethacrylate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET; Polyethyleneterephthalate), 폴리스티렌(PS; Polystyrene), 폴리이미드 (PI; polyimide) 및 폴리우레탄(PUA; Polyurethane)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 격벽은 임프린팅(imprinting) 방법으로 형성될 수 있다.
상기 신틸레이터 기판은 폴리다이메틸실록세인(PDMS; Polydimethylsiloxane), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA; Poly(methylmethacrylate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET; Polyethyleneterephthalate), 폴리스티렌(PS; Polystyrene), 폴리이미드 (PI; polyimide), 탄소섬유강화플라스틱 (Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP) 및 폴리우레탄(PUA; Polyurethane)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 신틸레이터층에서, 상기 격벽에 의해 구획되는 상기 픽셀 내에는 페로브스카이트 화합물이 충진되고, 상기 페로브스카이트 화합물은 A3M2X9 , AMX3 , AM2X7 , A3MX6 또는 A'2An - 1MnX3n +1 (n은 적어도 1이상)의 구조를 포함하며, 상기 A 및 A'는 1가의 양이온이고, 상기 M은 금속 양이온이며, 상기 X는 1가의 음이온일 수 있다.
상기 A 또는 A'는 C1~24의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 아민기(-NH3), 수산화기(-OH), 시아노기(-CN), 할로겐기, 니트로기(-NO), 메톡시기(-OCH3) 또는 이미다졸리움기가 치환된 C1~24의 직쇄 또는 측쇄 알킬, Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Fr+, Cu(I) +, Ag(I)+ 및 Au(I)+으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 M은 2가의 전이 금속, 희토류 금속, 알칼리 토류 금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In, Al, Sb, Bi 및 Po로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
상기 X는 F-, Cl-, Br-, I-, SCN- 및 BF4 -으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 페로브스카이트 화합물은 페로브스카이트 나노결정입자일 수 있다.
상기 페로브스카이트 나노결정입자의 입자 크기는 1 ㎚ 내지 20 nm 범위일 수 있다.
상기 페로브스카이트 나노결정입자는 A'', M' 또는 X'가 도핑된 페로브스카이트 화합물일 수 있고, 상기 A''는 1가의 양이온이고, 상기 M'은 금속 양이온이며, 상기 X'는 1가의 음이온일 수 있다.
상기 페로브스카이트 나노결정입자는 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자일 수 있다.
상기 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자의 쉘은 무기물 반도체, 유기물 고분자 물질 및 유기 저분자 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자는 코어 물질보다 밴드갭이 큰 쉘 물질을 포함할 수 있다.
상기 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자는 그래디언트 조성일 수 있다.
상기 신틸레이터층은 유기 바인더를 더 포함할 수 있다.
상기 유기 바인더는 폴리비닐 부티랄 수지, 폴리비닐 클로라이드 수지, 아크릴 수지, 페녹시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리비닐 포르말 수지, 폴리아미드 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리비닐 아세테이트 수지, 폴리우레탄 수지 및 에폭시 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 신틸레이터층에는, 상기 페로브스카이트 화합물 및 상기 유기 바인더가 90:10 내지 10:90의 중량비로 포함될 수 있다.
상기 신틸레이터층은 무기 바인더를 더 포함할 수 있다.
상기 무기 바인더는 TiO2 나노입자, SiO2 나노입자, Al2O3 나노입자, VO2 나노입자, 층상구조 화합물, 금속알콕사이드 및 금속할라이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 신틸레이터층에는, 상기 페로브스카이트 화합물 및 상기 무기 바인더가 90:10 내지 10:90의 중량비로 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 입사된 엑스선(X-ray)을 가시광선으로 변환하는 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터(scintillator) 패널; 상기 신틸레이터 패널의 하부에 배치되고, 상기 가시광선을 전기적 신호로 변환하는 광전변환부; 및 상기 광전변환부의 하부에 배치되는 엑스선 검출기 기판을 포함한다.
상기 신틸레이터 패널 및 상기 광전변환부 사이에 렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기 시스템은 엑스선을 발생시키는 엑스선 발생기; 상기 엑스선을 검출하는 제25항에 따른 엑스선 검출기; 상기 엑스선 검출기를 구동시키는 구동부; 및 엑스선 검출 전압을 처리하는 데이터 처리부를 포함한다.
상기 엑스선 시스템은 엑스선 회절 분석 장치(XRD)일 수 있다.
상기 엑스선 시스템은 비파괴 검사 장치일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 신틸레이터 패널에 격벽을 형성함으로써, 광의 산란을 최소화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 격벽과 신틸레이터층 사이에 부식 방지막을 형성함으로써, 신틸레이터층이 금속에 의해 부식되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자를 신틸레이터 층에 포함으로써, 코어 물질의 구조, 크기 및 형상이 변형되는 것을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자를 신틸레이터 층에 포함으로써, 빠른 응답 속도로 인해 엑스선에 대한 감도, 흡광 특성 및 시간 분해능이 우수하고, 낮은 저항 특성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자를 신틸레이터 층에 포함으로써, 높은 X선 변환 효율, 시간에 따른 높은 안정성, X선 on/off에 따른 빠른 상승 시간(rising time)과 감쇠 시간(decay time)을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 신틸레이터층은 유기물의 장점과 무기물의 장점을 모두 가질 수 있어 후막(thick film) 제조가 용이하고 재현성이 높으며 내구성이 우수하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 신틸레이터 기판으로 고분자 물질을 사용하고, 신틸레이터층을 픽셀 구조로 형성함으로써, 플렉서블한 엑스선 검출기를 제조할 수 있다.
도 1은 격벽의 측면에 부식 방지막이 형성된 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널을 포함하는 엑스선 검출기를 도시한 단면도이다.
도 2는 격벽의 측면 및 신틸레이터 기판과 접촉되는 부분에 부식 방지막이 형성된 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널을 포함하는 엑스선 검출기를 도시한 단면도이다.
도 3은 격벽의 측면에 반사층 및 부식 방지막이 형성된 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널을 포함하는 엑스선 검출기를 도시한 단면도이다.
도 4는 격벽의 측면 및 신틸레이터 기판과 접촉되는 부분에 반사층 및 부식 방지막이 형성된 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널을 포함하는 엑스선 검출기를 도시한 단면도이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
이하에서는, 도 1 내지 도 4를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널을 포함하는 엑스선 검출기에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 입사된 엑스선(X-ray)을 가시광선으로 변환하는 신틸레이터(scintillator) 패널(140), 신틸레이터 패널(140)의 하부에 배치되고, 가시광선을 전기적 신호로 변환하는 광전변환부(120) 및 광전변환부(120)의 하부에 배치되는 엑스선 검출기 기판(110)을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널(140)은 신틸레이터 기판(141) 및 신틸레이터 기판(141) 상에 형성되는 신틸레이터층(142)을 포함하고, 신틸레이터층(142)은, 신틸레이터층(142)을 복수개의 픽셀로 분할하는 격벽(143)과 격벽(143)의 측면에 형성되며 신틸레이터층(142)의 부식을 방지하는 부식 방지막(144)을 포함한다.
이 때, 부식 방지막(144)과 격벽(143) 사이에 반사막(144)이 더 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2는 격벽(143) 및 신틸레이터층(142) 사이에 부식 방지막(144)만 포함하는 신틸레이터 패널을 구비하는 엑스선 검출기에 대해 도시하고, 도 3 및 도 4는 격벽(143) 및 신틸레이터층(142) 사이에 부식 방지막(144) 및 반사막(145)을 포함하는 신틸레이터 패널(140)을 구비하는 엑스선 검출기에 대해 도시하였다.
또한, 부식 방지막(144)은 도 1 및 도 3에서와 같이 격벽의 측면에만 형성될 수 도 있고, 도 2 및 도 4에서와 같이 격벽의 측면 및 신틸레이터 기판과 접촉되는 부분에 더 형성될 수 있다.
즉, 도 1 내지 도 4는 반사막(145)의 유무 여부 및 부식 방지막(144)의 구조가 상이한 것을 제외하면 광전 엑스선 검출기 기판(110) 및 광전변환부(120) 구성요소가 동일하므로, 중복되는 구성요소에 대해서 먼저 설명하기로 한다.
엑스선 검출기 기판(110)은 광전변환부(120) 하부에 배치된다. 즉, 광전변환부(120)는 엑스선 검출기 기판(110) 상에 형성된다.
엑스선 검출기 기판(110)은 상보형금속산화반도체(CMOS, complementary metal-oxide semiconductor), 전하결합소자(CCD, charge coupled device) 또는 박막트랜지스터(TFT, thin film transistor)를 포함하는 어레이(array) 기판일 수 있다.
광전변환부(120)는 신틸레이터 패널(140)의 하부에 배치되고, 광전변환부(120)는 신틸레이터 패널(140)에서 변환된 가시광선을 전기적 신호로 변환한다.
즉, 광전변환부(120)는 엑스선 검출기 기판(110) 상에 형성된다.
광전변환부(120)는 포토다이오드(Photodiode, PD)(미도시)를 포함할 수 있다. 포토다이오드(PD)는 가시광선을 전기적 신호로 변환할 수 있다. 구체적으로, 광전변환부(120)는 엑스선 검출기 기판(110) 상에 복수 개의 화소 영역마다 각각 형성되는 포토다이오드(PD)를 포함할 수 있고, 포토다이오드(PD)는 신틸레이터 패널(140)에서 엑스선으로부터 변환된 가시광선을 흡수하여 전기적 신호로 변환시킬 수 있다.
광전변환부(120)는 입사되는 가시광선의 세기에 대응하는 전기적 신호를 발생시킬 수 있다. 또한, 광전변환부(120)는 발생된 전기적 신호를 엑스선 검출기 기판(110)에 배치된 박막트랜지스터(TFT)(미도시) 및 커패시터(미도시)에 제공할 수 있다. 즉, 광전변환부(120)에 입사된 가시광선은 광전변환부(120) 내부에서 전자 및 정공으로 구성된 전하로 변환되고, 전자 및 정공은 커패시터(미도시)에 의해 형성된 전기장의 방향을 따라 이동하게 되며, 광전변환부(120)의 내부에는 전류가 흐르게 된다.
광전변환부(120)는 포토다이오드(PD)로서 실리콘 포토다이오드를 포함할 수 있다.
실리콘 포토다이오드는 비결정질 실리콘(amorphous silicon) 또는 (미세)결정질 실리콘((micro)crystalline silicon)으로 구성될 수 있고, 실리콘 포토다이오드가 결정질 실리콘으로 구성되어 있는 경우에는, 광전변환 영역이 비결정질 실리콘으로 구성되어 있는 경우에 비하여, 엑스선 검출기에서 얻어진 화상에 포함되는 잔상을 저감시킬 수 있다.
실리콘 포토다이오드는 P(positive)형 반도체층 및 N(negative)형 반도체층으로 이루어진 PN구조의 PN형 포토다이오드(Positive Negative Photodiode), P형 반도체층, I(intrinsic)형 반도체층 및 N형 반도체층으로 이루어진 PIN 구조의 PIN형 포토다이오드(Positive Intrinsic Negative Photodiode), 쇼트키(schottky)형 포토다이오드 또는 애벌런치(avalanche)형 포토다이오드가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 PIN형 포토다이오드가 사용될 수 있다.
P형, I형 및 N형 반도체층은 비정질 또는 미세결정질 실리콘으로 형성될 수 있고, P형 반도체층은 예를 들어, 붕소(B), 칼륨(K) 등의 p형 불순물이 도핑되어 있는 실리콘 물질로 형성될 수 있으며, I형 반도체층은 불순물을 포함하지 않는 실리콘 물질로 형성될 수 있고, N형 반도체층은 예를 들어, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등의 n형 불순물이 도핑되어 있는 실리콘 물질로 형성될 수 있다.
실리콘 포토다이오드로서 PIN형 포토다이오드가 사용될 경우, 가시광선이 P형 비정질 실리콘층을 투과하여 I형 비정질 실리콘층에 흡수되고, I형 비정질 실리콘층 내에서 비정질 실리콘의 광학적 밴드갭(band gap)보다 큰 에너지를 가지는 가시광선에 의해 전자와 정공이 생성되면, I형 비정질 실리콘층에서 발생된 전자와 정공은 내부 전계에 의해 P형 비정질 실리콘층과 N형 비정질 실리콘층으로 수집될 수 있다. 또한, 전자와 정공들은 전극을 통해 외부회로로 공급될 수 있다.
실리콘 포토다이오드는 이온 주입(ion implant), 에피택시얼성장(epitaxial growth), 증착(deposition) 또는 용액(solution) 공정으로 형성될 수 있다.
또한, 광전변환부(120)믐 복수 개의 픽셀로 분할되어 형성될 수 있고, 복수 개의 픽셀로 분할되는 광전변환부(120)은 신틸레이터층(142)과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
복수 개의 픽셀로 분할되는 광전변환부(120)에 엑스선 검출기(110)의 표면은 요철구조를 갖게 되며, 이를 평탄하게 형성하기 위해 광전변환부(120)를 덮도록 절연층(150)이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 신틸레이터 패널(140) 및 광전변환부(120) 사이에 렌즈(150)를 더 포함할 수 있다.
렌즈(150)는 신틸레이터 패널에서 산란된 빛을 모아 줌으로써, 복수 개의 픽셀로 분할된 광전변환부(120) 안으로 수집되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다.
이하에서는, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 격벽의 측면에 부식 방지막이 형성된 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널을 포함하는 엑스선 검출기를 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널(140)은 신틸레이터 기판(141) 및 신틸레이터 기판(141) 상에 형성되는 신틸레이터층(142)을 포함하고, 신틸레이터층(142)은 신틸레이터층(142)을 복수개의 픽셀로 분할하는 격벽(143)과 격벽(143)의 측면에 형성되며 신틸레이터층(142)의 부식을 방지하는 부식 방지막(144)을 포함한다.
도 1의 신틸레이터 패널(140)은 신틸레이터 기판(141)이 신틸레이터층(142)의 상부에 배치되나, 이는 신틸레이터 기판(141) 상에 격벽(143) 및 신틸레이터층(142)을 형성한 다음, 신틸레이터 패널(140)을 뒤집어서 광전변환부(120) 상에 부착된 것이다.
신틸레이터 기판(141)은 폴리다이메틸실록세인(PDMS; Polydimethylsiloxane), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA; Poly(methylmethacrylate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET; Polyethyleneterephthalate), 폴리스티렌(PS; Polystyrene), 폴리이미드 (PI; polyimide), 탄소섬유강화플라스틱 (Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP) 및 폴리우레탄(PUA; Polyurethane)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
신틸레이터 기판(141)으로 종전에 사용되던 실리콘 기판이 아닌 전술한 바와 같은 고분자 기판을 사용함으로써, 플렉서블한 엑스선 검출기를 제작할 수 있다.
신틸레이터 기판(141) 상에는 신틸레이터층(142)을 복수개의 픽셀로 분할하는 격벽(143)이 형성될 수 있고, 격벽(143)은 임프린팅(imprinting) 방법으로 형성될 수 있다.
종전에는 신틸레이터 기판(141)에 격벽(143)을 형성하기 위해 신틸레이터 기판(141)을 우물(well) 구조로 레이저 식각(laser etching)하여 형성하였으나, 레이저 식각의 경우 식각이 균일하게 진행되지 않고, 비용이 비싸다는 단점이 있었다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널은 신틸레이터 기판(141)에 격벽(143)을 형성하기 위해 임프린팅(imprinting) 방법을 사용함으로써, 균일한 패턴을 형성할 수 있으며, 저가격으로 신틸레이터 패널(140)을 제작할 수 있다.
임프린팅 방법은 신틸레이터 기판(141) 상에 격벽(143) 형성 물질을 임프린팅(imprinting)함으로써 제조할 수 있고, 구체적인 임프린팅 방법으로는 열 임프린팅 방법, UV 임프린팅 방법 또는 둘 다 사용될 수 있다.
열 임프린팅 방법은 고분자 물질을 유리 전이 온도 이상으로 승온시켜, 몰드(mold)로 프레스(press)한 후, 냉각하여 몰드를 떼어내어 몰드의 패턴을 고분자 물질에 전사할 수 있다.
UV 임프린팅 방법은 고분자 물질을 몰드로 변형시킨 후, 석영 유리 등의 투명 몰드를 통해 빛(UV)을 조사함으로써, 고분자 물질을 경화시킨 후, 몰드를 떼어내어 패턴을 고분자 물질에 전사할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널은 신틸레이터 기판(141) 및 격벽(143)이 동일한 물질로 형성될 수 있다.
나아가, 신틸레이터 기판(141) 자체에 몰드를 이용하여 임프린팅(imprinting)함으로써 표면에 격벽(143)을 형성할 수 있다.
도 1은 사다리꼴 모양의 격벽(143)을 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 다양한 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널은 격벽(143)을 사용함으로써, 광의 산란을 최소화시킬 수 있다.
격벽(143)은 폴리다이메틸실록세인(PDMS; Polydimethylsiloxane), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA; Poly(methylmethacrylate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET; Polyethyleneterephthalate), 폴리스티렌(PS; Polystyrene), 폴리이미드 (PI; polyimide) 및 폴리우레탄(PUA; Polyurethane)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
격벽(143)의 측면에는 부식 방지막(144)이 형성될 수 있고, 부식 방지막(144)은 금속 산화물 또는 반도체 산화물일 수 있다.
격벽(143)과 격벽(143) 사이에는 엑스선의 투과와 가시광의 반사를 할 수 있는 금속 물질이 존재해야 된다. 하지만, 페로브스카이트 화합물은 금속과 접촉할 경우, 페로브스카이트 화합물의 산화 또는 침전이 발생하여 엑스선 검출기의 성능을 저하시킬 수 있다. 따라서, 금속 산화물 또는 반도체 산화물을 이용하여 페로브스카이트 화합물의 부식을 방지해야 된다.
바람직하게는, 부식 방지막(144)으로 사용되는 금속 산화물 또는 반도체 산화물로는 산화아연(ZnO2), 인듐 주석 산화물(ITO), 산화주석(SnO2), 산화니오븀(Nb2O5), 산화텅스텐(WO3), 산화스트론튬(SrO), 산화지르코늄(ZrO2), 산화실리콘(SiO2) 및 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 산화티타늄(TiO2)와 같은 광촉매로 사용되는 금속 산화물은 부식 방지막(144)으로 사용하는 것은 바람직하지 않다.
광촉매 물질은 빛을 받아도 변하지 않는 성질을 가지기 때문에 반영구적으로 사용이 가능하나, 주변의 유기 물질을 분해하는 성질을 가지고 있기 때문에, 신틸레이터층(142)으로 사용되는 페로브스카이트 화합물을 부식시킬 수 있다.
부식 방지막(144)은 신틸레이터 물질로 인해 발광한 광이 격벽(143)을 투과할 일 없이 반사시키는 것이 가능하고, 광이 신틸레이터 패널(140) 내에서 산란되는 것을 최소화하여 신틸레이터층(142)에서 발광한 광을 고효율로 광전변환층(120)에 도달시킬 수 있다.
종래에 신틸레이터 패널(140) 내에서 광이 산란되는 것을 방지하기 위해 반사층을 형성하는 기술이 사용되었으나, 반사층으로 사용되는 금속 물질이 신틸레이터 물질과 반응하여 신틸레이터 물질을 부식시켜, 효율을 감소시키는 문제가 있었다.
그러나, 본 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널에 사용되는 부식 방지막(144)은 반사층 역할을 하는 동시에 신틸레이터층(142)이 부식되는 것을 방지하는 역할을 하여, 신틸레이터층(142)이 부식되지 않아, 고효율의 엑스선 검출기를 제조할 수 있다.
즉, 부식 방지막(144)은 반사층(145)과 신틸레이터층(142)에 포함되는 페로브스카이트 화합물이 반응하여 신틸레이터층(142)이 부식되는 것을 방지할 수 있다.
신틸레이터 기판(141) 상에 형성된 격벽(143)으로 인해 복수개의 픽셀로 분할된 신틸레이터층(142)을 포함한다.
즉, 신틸레이터층(142)에서 격벽(143)에 의해 구획되는 픽셀 내에는 페로브스카이트 화합물이 충진되고, 페로브스카이트 화합물은 A3M2X9 , AMX3 , AM2X7 , A3MX6 또는 A'2An-1MnX3n+1 의 구조를 포함한다.
A 및 A'는 1가의 양이온이고, M은 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온일 수 있고, n은 적어도 1이상일 수 있다.
구체적으로, 페로브스카이트 화합물은 A 또는 A'의 종류에 따라, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 화합물(organic/inorganic hybrid perovskite compound) 또는 무기금속할라이드 페로브스카이트 화합물(inorganic metal halide perovskite compound)일 수 있다.
보다 구체적으로, A 또는 A'가 1가의 유기 양이온일 경우, 페로브스카이트 화합물은 유기물인 A 또는 A'와, 무기물인 M 및 X로 구성되어 유기물과 무기물이 복합 구성된 유무기 하이브리드 페로브스카이트 화합물일 수 있다. 반면, A 및 A'가 1가의 무기 양이온일 경우, 페로브스카이트 화합물은 무기물인 A, A', M 및 X로 구성되어 전부 무기물로 구성된 무기금속할라이드 페로브스카이트 화합물일 수 있다.
유무기 하이브리드 페로브스카이트 화합물의 경우, 유기물의 장점과 무기물의 장점을 모두 가져 후막(thick film)으로의 제조가 용이하고 재현성이 높으며 엑스선에 대한 내구성(durability) 및 안정성(stability)을 향상시킬 수 있다.
한편, 페로브스카이트 화합물이 무기금속할라이드 페로브스카이트 화합물일 경우, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 화합물과 같이 후막으로의 제조가 용이하고 재현성이 높다. 또한, 무기금속할라이드의 페로브스카이트 화합물의 경우, 유기물을 사용하지 않기 때문에 유무기 하이브리드 페로브스카이트에 비해 내구성 및 안정성이 더 높다는 장점이 있다.
A 또는 A'는 C1~24의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 아민기(-NH3), 수산화기(-OH), 시아노기(-CN), 할로겐기, 니트로기(-NO), 메톡시기(-OCH3) 또는 이미다졸리움기가 치환된 C1~24의 직쇄 또는 측쇄 알킬, Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Fr+, Cu(I) +, Ag(I)+ 및 Au(I)+으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
M은 2가의 전이 금속, 희토류 금속, 알칼리 토류 금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In, Al, Sb, Bi 및 Po로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
X는 F-, Cl-, Br-, I-, SCN- 및 BF4 -으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
페로브스카이트 화합물은 복수 개의 나노결정입자(nanocrystal particle)(이하, '페로브스카이트 나노결정입자'라고 함) 형태로 신틸레이터층(142)에 포함될 수 있다.
페로브스카이트 나노결정입자의 입자 크기는 1 ㎚ 내지 20 nm 범위일 수 있다.
페로브스카이트 나노결정입자의 크기가 1 ㎚ 미만일 경우, 입자 크기에 의해 밴드갭(band gap)이 변하게 되고, 입자 크기의 분포를 조절하기 어려우며, 미세한 조절을 요구하기 때문에 대량생산에 불리하다는 문제가 있다.
페로브스카이트 나노결정입자의 크기가 20 nm를 초과할 경우, 상온에서의 열적 이온화 및 전하 운반체의 비편재화에 의해서 효율이 감소되는 문제가 있다. 또한, 코팅 공정이 힘들어져 제조가 어려우며, 플렉서블 엑스선 검출기에 적용이 불가능하다.
페로브스카이트 나노결정입자는 페로브스카이트 나노결정입자 표면 상에 페로브스카이트 나노결정입자의 표면을 둘러싸도록 형성된 유기 리간드를 더 포함할 수 있다.
유기 리간드는 알킬 할라이드(alkyl halide)를 포함할 수 있고, 알킬 할라이드는 알킬(alkyl)-G의 구조일 수 있다. 여기서, G에 해당하는 할로겐(Halogen) 원소는 F, Cl, Br 또는 I를 포함할 수 있다.
또한, 알킬(alkyl) 구조는 CnH2n +1의 구조를 가지는 비고리형 알킬(acyclic alkyl), CnH2n + 1OH와 같은 구조를 가지는 일차 알코올(primary alcohol), 이차 알코올(secondary alcohol), 삼차 알코올(tertiary alcohol), alkyl-N의 구조를 가지는 알킬아민(alkylamine)(ex. hexadecyl amine, 9-octadecenylamine, 1-amino-9-octadecene(C19H37N)), p-치환된 아닐린(p-substituted aniline), 페닐 암모늄(phenyl ammonium) 또는 플루오린 암모늄(fluorine ammonium)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도핑된 페로브스카이트 나노결정입자는 A", M' 및 X'이 도핑될 수 있고, A"는 1가의 양이온이고, B'는 금속물질이고, X'는 할로겐 원소일 수 있다.
이때, A및 A'와 A"는 서로 다른 1가의 양이온이고, M과 M'는 서로 다른 금속 물질이고, X와 X'는 서로 다른 할로겐 원소이다. 나아가, 도핑되는 X'는 X와 합금(alloy) 형성되지 않는 원소를 이용하는 것이 바람직하다.
따라서, A3M2X9 , AMX3 , AM2X7 , A3MX6 또는 A'2An - 1MnX3n +1의 구조를 갖는 페로브스카이트 나노결정입자의 A 또는 A'의 일부가 A"로 치환되거나, M의 일부가 M'로 치환되거나, X의 일부가 X'로 치환될 수 있다.
페로브스카이트 나노결정입자는 도핑을 통해 반도체 타입을 n-type이나 p-type으로 바꿀 수 있다. 예를 들어, MAPbI3의 페로브스카이트 나노결정입자를 Cl로 일부 도핑할 경우 n-type으로 바꿔 전기광학적 특성을 조절할 수 있다. 이때의 MA는 메틸암모늄이다.
페로브스카이트 나노결정입자는 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자일 수 있다.
코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자는 제1 페로브스카이트 나노결정입자 코어 및 제1 페로브스카이트 나노결정입자 코어를 감싸며 제2 페로브스카이트 나노결정입자를 포함하는 쉘을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 페로브스카이트 나노결정입자 및 제2 페로브스카이트 나노결정입자는 서로 상이한 물질이 사용될 수 있다.
쉘을 공기 중에 안정한 제2 페로브스카이트 나노결정입자, 무기 반도체, 유기물 고분자 또는 유기 저분자를 사용하여 제1 페로브스카이트 나노결정입자 코어가 공기중에 노출되지 않도록 하여 나노결정의 내구성을 향상시킬 수 있다. 즉, 코어를 둘러싸고 있는 쉘로 인하여 자연스럽게 장벽이 형성되어 코어의 암전류를 낮출 수가 있다.
또한, 신틸레이터층(142)은 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자를 포함함으로써, 코어 물질의 구조, 크기 및 형상이 변형되는 것을 감소시킬 수 있다.
코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자의 쉘은 무기물 반도체, 유기물 고분자 물질 및 유기 저분자 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
무기물 반도체 물질은 TiOx(x는 1 내지 3의 실수임), 산화인듐(In2O3), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 산화아연주석(Zinc Tin Oxide), 산화갈륨 (Ga2O3), 산화텅스텐(WO3), 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화바나듐(V2O5, VO2, V4O7, V5O9 또는 V2O3), 산화몰리브데늄(MoO3 또는 MoOx), 산화철, 산화크롬, 산화비스무스, IGZO(indium-Gallium Zinc Oxide), 산화지르코늄(ZrO2), 산화니켈(NiO), 산화구리(Copper(II) Oxide: CuO), 산화구리알루미늄(Copper Aluminium Oxide: CAO, CuAlO2), 산화아연로듐 (Zinc Rhodium Oxide: ZRO, ZnRh2O4) 등의 옥사이드 반도체 및 하이드로젠설파이드(H2S), 카드뮴설파이드(CdS), 카본다이설파이드(CS2), 리드설파이드(PbS), 몰리브데늄 다이설파이드(MoS2), 실버설파이드(Ag2S), 소듐설파이드(Na2S), 징크설파이드(ZnS), 머큐리설파이드(HgS), 아세닉설파이드(AsS), 폴리베닐렌설파이드(C6H4S), 셀레늄설파이드(SeS2), 아이론다이설파이드(FeS2) 또는 이들의 조합일 수 있다.
유기물 고분자 물질은 공액고분자로 폴로플루오렌(polyfluornee), 폴리파라페닐렌(poly(p-phenylee)), 폴리스파이로플루오렌(poly(spirofluorene)) 및 이들의 유도체를 포함할 수 있으며, 비공액고분자로 폴리 메틸 메타크릴레이트 (Poly(methyl methacrylate) (PMMA)), 폴리 바이닐 카파졸(poly (N-vinylcarbazole, PVK)), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리바이닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine), 폴리바이닐알코올(PVA) 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 모든 공액 고분자 또는 비공액 고분자를 포함할 수 있다.
유기물 저분자 물질은 공액물질로 4,4'-비스(N-카르바졸릴)-1,1''-비페닐 (4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1''-biphenyl; CBP), 2,8-비스 (디페닐포스포릴)디벤조[b,d]싸이오펜 (2,8-bis(diphenylphosphoryl)dibenzo[b,d]thiophene; PPT), N,N- 카르바졸릴-3,5-벤젠 (N,N-dicarbazolyl-3,5-benzene; mCP) 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 모든 공액 저분자 또는 비공액 저분자를 포함할 수 있다.
또한, 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자의 쉘은 쉘 표면을 둘러싸는 복수 개의 유기 리간드들을 더 포함할 수 있다.
유기 리간드는 알킬할라이드를 포함할 수 있다. 알킬할라이드의 알킬 구조는 CnH2n +1의 구조를 가지는 비고리형 알킬(acyclic alkyl), 일차알코올(primary alcohol), 이차 알코올(secondary alcohol), 삼차 알코올(tertiary alcohol), 알킬아민 (alkylamine), p-치환된 아닐린(p-substituted aniline), 페닐 암모늄(phenyl ammonium) 또는 플루오린 암모늄(fluorine ammonium)을 포함할 수 있다.
쉘의 구조는 일차원적인 구조, 이차원적인 구조 또는 삼차원적인 구조를 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 쉘은 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 쉘은 계면활성제를 더 포함하여, 나노결정입자의 사이즈(크기) 조절 및 분산성 제어뿐만 아니라, 발광효율 제어할 수 있다. 예를 들어, 계면활성제의 농도 및 양에 따라 나노결정입자 사이즈를 제어할 수 있다.
계면활성제는 4,4'-아조비스(4-시아노팔레릭 에시드)(4,4'-Azobis(4-cyanovaleric acid)), 아세틱 에시드(Acetic acid), 5-마이노살리클릭 에시드(5-Aminosalicylic acid), 아크리릭 에시드(Acrylic acid), L-아스펜틱 에시드(L-Aspentic acid), 6-브로헥사노익 에시드(6-Bromohexanoic acid), 프로모아세틱 에시드(Bromoacetic acid), 다이클로로 아세틱 에시드(Dichloro acetic acid), 에틸렌디아민테트라아세틱 에시드(Ethylenediaminetetraacetic acid), 이소부티릭 에시드(Isobutyric acid), 이타코닉 에시드(Itaconic acid), 말레익 에시드(Maleic acid), r-말레이미도부틸릭 에시드(r-Maleimidobutyric acid), L-말릭 에시드(L-Malic acid), 4-나이트로벤조익 에시드(4-Nitrobenzoic acid), 1-파이렌카르복실릭 에시드(1-Pyrenecarboxylic acid) 또는 올레익 에시드(oleic acid)와 같이 카르복실산(COOH)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자는 코어 물질보다 밴드갭이 큰 쉘 물질을 포함할 수 있다.
바람직하게는 코어-쉘 구조의 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정입자 또는 코어-쉘 구조의 무기금속할라이드 페로브스카이트 나노결정입자는 코어보다 밴드갭이 큰 물질로 쉘을 형성함으로써 엑시톤이 코어에 더욱 잘 구속되도록 할 수 있다.
또한, 코어-쉘 구조의 유무기 하이브리드 페로브스카이트 나노결정입자 또는 코어-쉘 구조의 무기금속할라이드 페로브스카이트 나노결정입자는 코어보다 밴드갭이 큰 물질로 쉘을 형성함으로써 엑시톤이 코어에 좀더 잘 구속되도록 하고, 공기중에 코어 페로브스카이트가 공기중에 노출되지 않도록 하여 나노결정의 내구성을 향상시킬 수 있다.
코어보다 밴드갭이 큰 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조의 유무기 페로브스카이트 나노결정입자는 코어 물질로는 페로브스카이트 나노결정입자를 사용하고, 쉘 물질로는 페로브스카이트 나노결정입자이 아닌 다른 물질이 사용될 수 있다.
예를 들면, 코어 물질로는 페로브스카이트 나노결정입자를 사용하고, 쉘 물질로는 셀레늄(Se) 또는 요오드화납(PbI2) 양자점을 제조함으로써, 코어보다 밴드갭이 큰 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자를 제조할 수 있다.
코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자는 그래디언트 조성일 수 있다.
코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자는 중심에서 외부방향으로 갈수록 조성이 변하는 그래디언트 조성을 가질 수 있다.
즉, 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자는 중심에서 외부방향으로 갈수록 조성을 변화시킴으로써 에너지 밴드갭이 중심에서 외부방향으로 증가하도록 제조할 수 있다.
따라서, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 또는 무기금속할라이드 페로브스카이트 나노결정입자를 그래디언트 얼로이 (gradient-alloy) 타입으로 만들어 나노결정 외부에 다량 존재하는 페로브스카이트와 내부에 다량 존재하는 페로브스카이트의 함량을 점진적으로 변화할 수 있다. 이러한 나노결정 내의 점진적인 함량 변화는 나노결정 내의 분율을 균일하게 조절하고, 표면 산화를 줄여 내부에 다량 존재하는 페로브스카이트 안에서의 엑시톤 구속 (exciton confinement)를 향상시켜 효율을 증가시킬 뿐만 아니라 내구성-안정성도 증가시킬 수 있다.
예를 들면, 그래디언트 조성을 갖는 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자는 MAPb(I1-xBrx)3 물질의 x값을 변화시킴에 따라 밴드갭을 조절할 수 있다. 즉, 동일한 페로브스카이트 나노결정입자의 조성만으로도 밴드갭이 다른 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자를 제조하여 그래디언트 조성을 갖는 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자를 제조할 수 있다.
신틸레이터층(142)은 유기 바인더를 더 포함할 수 있다. 유기 바인더는 페로브스카이트 화합물과 함께 신틸레이터층(142)에 포함되어, 신틸레이터층(142)의 가요성(flexibility)을 향상시킬 수 있다.
미래의 소자는 플렉서블(flexible)한 소자가 요구 되어 지고 있다. 그러나 종래에 사용되는 엑스선 검출기는 쉽게 구부릴 수 없으며, 구부리는 순간 엑스선 검출기의 손상으로 인해 작동을 하지 않는 문제점이 있다. 특히, 치과에서 사용하고 있는 검출기의 경우 사람의 구강 구조에 따라 플렉서블 엑스선 검출기가 필요하다.
플렉서블 엑스선 검출기는 환자의 고통을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 각도(딱딱한 검출기의 경우 구강에서 촬영하지 못하는 부분도 발생)에서의 촬영이 가능함으로써 고성능의 이미지를 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 신틸레이터층(142)에 가요성을 향상시킬 수 있는 유기 바인더를 포함함으로써, 플렉서블 엑스선 검출기 제조가 용이하다.
유기 바인더는 폴리비닐 부티랄 수지, 폴리비닐 클로라이드 수지, 아크릴 수지, 페녹시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리비닐 포르말 수지, 폴리아미드 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리비닐 아세테이트 수지, 폴리우레탄 수지 및 에폭시 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
신틸레이터층(142)에는, 페로브스카이트 화합물 및 유기 바인더가 90:10 내지 10:90의 중량비로 포함될 수 있다.
신틸레이터층(142)에 전술한 중량비 초과로 너무 많이 포함될 경우, 신틸레이터에서 분해능 및 해상도가 떨어지게 되고, 이로 인해 엑스선 검출기의 성능을 저하시킬 수 있다.
신틸레이터층(142)은 무기 바인더를 더 포함할 수 있다.
신틸레이터층(142)에 무기 바인더를 더 포함할 경우, 신틸레이터층(142)의 증착 기판과의 접착성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 무기 바인더는 페로브스카이트 화합물과 함께 신틸레이터층(142)에 포함되어, 신틸레이터층(142)의 점착성(adhesion)을 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 신틸레이터층(142)는 페로브스카이트 화합물과 함께 무기 바인더를 포함함으로써, 페로브스카이트 화합물과 무기 바인더와의 접착력이 향상되어, 증착 기판과의 접착성을 향상시킬 수 있다.
무기 바인더는 TiO2 나노입자, SiO2 나노입자, Al2O3 나노입자, VO2 나노입자, 층상구조 화합물, 금속알콕사이드 및 금속할라이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
신틸레이터층(142)에는, 페로브스카이트 화합물 및 무기 바인더가 90:10 내지 10:90의 중량비로 포함할 수 있다.
무기 바인더가 신틸레이터층(142)에 전술한 중량비 초과로 너무 많이 포함될 경우, 분해능 및 해상도가 떨어지게 되고, 이로 인해 엑스선 검출기의 성능을 저하시킬 수 있다.
무기 바인더의 입자 크기는 1 ㎚ 내지 100 ㎚ 범위일 수 있다. 무기 바인더의 입자 크기가 1 ㎚ 미만일 경우, 균일한 입자를 제어하는데 문제가 있고, 100 ㎚를 초과할 경우, 엑스선의 산란을 크게 만들어 고해상도의 이미지를 구현하는데 어려움이 있다.
신틸레이터층(142)은 페로브스카이트 화합물을 용매에 용해시킨 페로브스카이트 화합물 용액을 이용한 용액코팅 방법 또는 증착 방법을 통해 신틸레이터 기판(141) 상에 형성될 수 있다.
용액코팅 방법은 예를 들어, 스핀코팅(spin coating), 스프레이코팅(spray coating), 울트라스프레이코팅(ultra-spray coating), 전기방사코팅, 슬롯다이코팅(slot die coating), 그라비아코팅(gravure coating), 바코팅(bar coating), 롤코팅(roll coating), 딥코팅(dip coating), 쉬어코팅(shear coating), 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 또는 노즐 프린팅(nozzle printing) 등이 있다.
증착 방법은 예를 들어, 감압, 상압 또는 가압조건에서, 스퍼터링(sputtering), 원자층증착(ALD), 화학기상증착(CVD), 열증착(thermal evaporation), 동시증발법(co-evaporation) 또는 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD) 등이 있다.
바람직하게는 신틸레이터층(142)은 용액(solution) 공정으로 형성함으로써, 제조공정이 단순하게 하여, 제조비용을 절감할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 전술한 바와 같은 신틸레이터 패널을 포함함으로써, 엑스선 검출기 기판(110)과 신틸레이터 패널(140)을 모두 플렉서블한 특성을 가지는 동시에 고해상도를 갖도록 제작할 수 있다.
또한, 도 1과 같은 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 신틸레이터 기판(141) 표면에 부식 방지막(144)이 존재하지 않으므로, 엑스선의 광량을 최대로 받을 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 고감도의 고성능 특성을 가져 의료용(흉부용 또는 치과용) 엑스선 검출기, 산업용 엑스선 불량 검출기, 엑스선 분광 분석기 또는 CT 기능을 가지는 고해상도 엑스선 이미지 센서로 적용이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 기존 엑스선 검출기가 인지할 수 없는 국소의 이미지를 인지함으로써, 엑스선 촬영을 통해 고해상도의 이미지를 얻어 질병 조기 진단 및 결정성 물질의 구조 분석에 이용이 가능하다.
도 2는 격벽의 측면 및 신틸레이터 기판과 접촉되는 부분에 부식 방지막이 형성된 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널을 포함하는 엑스선 검출기를 도시한 단면도이다.
도 2는 신틸레이터 기판(141)과 접촉되는 부분에 부식 방지막(144)을 더 형성한 것을 제외하면 도 1과 동일하므로, 중복되는 구성요소에 대해서는 생략하기로 한다.
부식방지막(144)은 격벽(143)의 측면 및 신틸레이터 기판(141)과 접촉되는 부분에 모두 형성될 수 있다. 즉, 부식방지막(144)은 엑스선이 조사되는 부분에도 형성될 수 있다.
부식방지막(144)이 엑스선이 조사되는 부분에도 형성됨으로써, 신틸레이터층(142)에 의해 발광한 광이 신틸레이터 기판(141) 방향으로 유출되는 것을 방지하고, 이로 인해, 발광한 광을 보다 고효율로 광전변환층(120)에 도달시킬 수 있다.
또한, 도 2와 같은 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 신틸레이터 기판(141)과 접촉되는 부분에 부식 방지막(144)을 형성함으로써, 저 에너지 영역의 엑스선을 차단하여, 불 필요한 에너지를 차단할 수 있다.
바람직하게는 부식 방지막(144)으로 산화알루미늄(Al2O3)이 사용될 수 있다.
도 3은 격벽의 측면에 반사층 및 부식 방지막이 형성된 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널을 포함하는 엑스선 검출기를 도시한 단면도이다.
도 3은 격벽(143)의 측면에 반사층 및 부식 방지막(144)이 형성되는 것을 제외하면 도 1과 동일하므로, 중복되는 구성요소에 대해서는 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널은 부식 방지막(144)과 격벽(143) 사이에 반사층(145)을 더 포함할 수 있다.
반사층(145)은 반사율이 높은 금속 재료가 사용될 수 있고, 바람직하게는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 납(Pd) 및 은(Ag) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
반사층(145)은 신틸레이터 층(142)에 의해 생성된 광을 신틸레이터 기판(141)과 반대 방향으로 반사하여 광 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
부식 방지막(144)은 금속 산화물 또는 반도체 산화물일 수 있고, 바람직하게는, 부식 방지막(144)으로 사용되는 금속 산화물 또는 반도체 산화물로는 산화아연(ZnO2), 인듐 주석 산화물(ITO), 산화주석(SnO2), 산화니오븀(Nb2O5), 산화텅스텐(WO3), 산화스트론튬(SrO), 산화지르코늄(ZrO2), 산화실리콘(SiO2) 및 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 산화티타늄(TiO2)와 같은 광촉매로 사용되는 금속 산화물은 부식 방지막(144)으로 사용하는 것은 바람직하지 않다.
광촉매 물질은 빛을 받아도 변하지 않는 성질을 가지기 때문에 반영구적으로 사용이 가능하나, 주변의 유기 물질을 분해하는 성질을 가지고 있기 때문에, 신틸레이터층(142)으로 사용되는 페로브스카이트 화합물을 부식시킬 수 있다.
부식 방지막(144)은 신틸레이터 물질이 발광한 광이 격벽(143)을 투과할 일 없이 반사시키는 것이 가능하고, 광이 신틸레이터 패널(140) 내에서 산란되는 것을 최소화 하여 신틸레이터층(142)에서 발광한 광을 고효율로 광전변환층(120)에 도달시킬 수 있다.
또한, 부식 방지막(144)은 반사층(145)과 신틸레이터층(142)에 포함되는 페로브스카이트 화합물이 반응하여 신틸레이터층(142)이 부식되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 부식 방지막(144)은 반사층(145)을 모두 포함함으로써, 부식 방지막(144)만 형성하는 것 보다 광효율을 향상시킬 수 있다.
엑스선 검출기는 페로브스카이트 화합물에 의해 조사된 엑스선이 가시광으로 전환되고, 전환된 가시광이 각 픽셀로 향하게 된다. 만약, 반사층(145)이 없다면 전환된 가시광이 원하는 픽셀이 아닌 다른 픽셀 방향으로 산란될 수 있다.
그러나, 도 3과 같은 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 반사층(145)을 형성함으로써, 전환된 가시광이 산란되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 신틸레이터 기판(141) 표면에 부식 방지막(144)이 존재하지 않으므로, 엑스선의 광량을 최대로 받을 수 있는 장점이 있다.
도 4는 격벽의 측면 및 신틸레이터 기판과 접촉되는 부분에 반사층 및 부식 방지막이 형성된 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널을 포함하는 엑스선 검출기를 도시한 단면도이다.
도 4는 신틸레이터 기판(141)과 접촉되는 부분에 부식 방지막(144)을 더 형성한 것을 제외하면 도 3과 동일하므로, 중복되는 구성요소에 대해서는 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널(140)은 부식 방지막(144)과 격벽(143) 사이에 반사층(145)을 더 포함할 수 있고, 부식방지막(144) 및 반사막(145)는 격벽(143)의 측면 및 신틸레이터 기판(141)과 접촉되는 부분에 모두 형성될 수 있다. 즉, 부식방지막(144)은 엑스선이 조사되는 부분에도 형성될 수 있다.
따라서, 부식방지막(144) 및 반사막(145)이 엑스선이 조사되는 부분에도 형성됨으로써, 신틸레이터층(142)에 의해 발광한 광이 실틸레이터 기판(141) 방향으로 유출되는 것을 방지하고, 이로 인해, 발광한 광을 보다 고효율로 광전변환층(120)에 도달시킬 수 있다.
따라서, 부식 방지막(144)은 반사층(145)을 모두 포함함으로써, 부식 방지막(144)만 형성하는 것 보다 광효율을 향상시킬 수 있다.
엑스선 검출기는 페로브스카이트 화합물에 의해 조사된 엑스선이 가시광으로 전환되고, 전환된 가시광이 각 픽셀로 향하게 된다. 만약, 반사층(145)이 없다면 전환된 가시광이 원하는 픽셀이 아닌 다른 픽셀 방향으로 산란될 수 있다.
그러나, 도 4와 같은 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 반사층(145)을 형성함으로써, 전환된 가시광이 산란되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 신틸레이터 기판(141)과 접촉되는 부분에 부식 방지막(144)을 형성함으로써, 저 에너지 영역의 엑스선을 차단함으로써, 불 필요한 에너지를 차단할 수 있다.
바람직하게는 부식 방지막(144)으로 산화알루미늄(Al2O3)이 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 포함하는 엑스선 시스템을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 시스템을 의료 분야에 사용한 것을 도시한 것이나, 이에 제한되지 않고 반도체 분야 또는 산업 분야 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 엑스선 시스템(300)은 엑스선(311)을 발생시키는 엑스선 발생기(310), 엑스선을 검출하기 위한 엑스선 검출기(320), 엑스선 검출기(320)를 구동시키는 구동부(330), 엑스선 검출기(320)의 엑스선 검출 전압을 처리하는 데이터 처리부(340), 엑스선 검출 전압에 따른 영상 출력 신호를 출력하는 영상 신호 출력부(350) 및 영상 신호에 따라 영상을 출력하는 디스플레이 장치(360)를 포함할 수 있다.
엑스선 발생기(310)에서 발생된 엑스선(311)은 환자(370)의 피검사 부위(371)에 조사될 수 있다. 환자(370)의 피검사 부위(371)를 투과하는 엑스선은 엑스선 검출기(320)에 조사될 수 있다.
엑스선 발생기(310)는 형광색 등을 측정하기에 효과적인 폴리크로메틱(polychromatic) 방식으로서, 촬영하고자 하는 피검체의 종류 및 엑스선 시스템의 사용 환경에 따라 선형, 원형, 아크형 또는 이들의 조합 중 어느 하나로 배열될 수 있고, 그 배열 밀도가 조절될 수 있다.
또한, 엑스선 발생기(310)는 하나의 단위 엑스선 발생기 또는 복수 개의 단위 엑스선 발생기일 수 있고, 겐트리(gentry) 엑스선 발생기일 수 있다.
엑스선 발생기(310)는 캐소드 전극, 에미터, 애노드 전극, 게이트 전극, 포커싱 전극 및 하나 이상의 절연 기둥을 포함할 수 있다. 또한, 엑스선 발생기(310)는 진공에서 작동될 수 있다.
캐소드 전극은 유리, 금속, 석영, 규소 또는 알루미나로 형성된 기판의 상부에 위치하는 것으로서, 캐소드 전극 상에는 점광원 형태 및/또는 면광원 형태의 에미터가 위치하게 된다.
에미터는 전자를 방출하는 역할을 수행하는 것으로서, 점광원 형태를 가질 수 있다. 이러한 점광원 형태의 에미터는 전자가 방출되는 선단이 뾰족한 형상을 가지는 한 그 형태가 특별히 제한되지는 않는다. 다만, 바람직하게는, 원뿔형, 사면체형 및 끝이 뾰족한 선단을 구비한 원기둥형 및 끝이 뾰족한 선단을 구비한 다면체형 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 에미터의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 금속, 탄소계열 물질로 구성된 전도성 물질이 사용될 수 있다.
한편, 에미터는 방출되는 전자의 궤적을 조절하거나 원하는 엑스선 발생기의 성능 등에 따라 점광원 형태뿐만 아니라 면광원 형태의 에미터가 사용될 수 있고, 이 경우, 면광원 형태의 에미터는 규소, 금속, 탄소계열 위에 형성된 탄소구조물 또는 금속이 사용될 수 있다.
애노드 전극은 에미터의 상측에 형성되고, 애노드 전극에는 전원을 인가하기 위한 전극 및/또는 DC 전원공급기가 형성될 수 있다. 이러한 애노드 전극의 재료는 일반적으로 구리, 텅스텐, 망간, 몰디브 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 박막형 엑스레이의 경우 애노드 전극은 금속 박막으로 형성될 수 있다.
이러한 구성으로 인해, 에미터가 전자를 방출하는 경우에 방출된 전자는 애노드 전극을 구성하는 금속에 충돌한 후, 반사 또는 그 금속을 통과하면서 엑스선을 발생시킬 수 있다.
엑스선 검출기(320)는 제공된 엑스선(311)의 강도(intensity)에 대응하는 엑스선 검출 전압을 데이터 처리부(340) 및 영상 신호 출력부(350)를 거쳐 디스플레이 장치(360)로 제공할 수 있다.
엑스선 검출기(320)는 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널을 포함한다. 엑스선 검출기(320)는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 엑스선 검출기(101, 102, 103, 104)와 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
디스플레이 장치(360)는 영상 신호에 대응하는 엑스선 영상을 실시간으로 디스플레이할 수 있다. 일례로, 디스플레이 장치(360)는 액정표시장치(LCD, Liquid Crystal Display) 등으로 구성될 수 있다.
이하 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 포함하는 엑스선 회절(XRD) 분석 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 엑스선 회절(XRD) 분석 장치를 도시한 이미지이다.
본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 엑스선 회절(XRD) 분석 장치에 사용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 엑스선 회절(XRD) 분석 장치(400)는 엑스선을 조사하는 엑스선 발생기(420) 및 피검체(410)에 부딪혀 반사 또는 회절되는 엑스선을 검출하는 엑스선 검출기(430)를 포함한다.
피검체(410)는 엑스선 검출기(430)와 소정의 거리만큼 이격되고, 엑스선 발생기(420) 및 엑스선 검출기(430)는 피검체(410)를 중심으로 소정의 각도를 가지도록 배치될 수 있다. 다만, 소정의 거리 및 각도는 엑스선 시스템의 종류 및 사용 환경에 따라 변경될 수 있다.
엑스선 발생기(420)는 도 5를 참조하여 설명한 엑스선 발생기(310)와 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
엑스선 검출기(430)는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물을 포함하는 신틸레이터를 포함한다. 엑스선 검출기(430)는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 엑스선 검출기(101, 102, 103, 104)와 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
엑스선 회절(XRD) 분석 장치(400)는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기(430)를 포함함으로써, 엑스선에 대한 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 엑스선 회절(XRD) 분석 장치(400)는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기(430)를 사용하여 국소의 이미지를 인지함으로써, 엑스선 촬영을 통해 고해상도의 이미지를 얻고, 결정성 물질의 구조 분석에 이용이 가능하며, 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 엑스선 회절(XRD) 분석 장치(400)는 측정하고자 하는 샘플에 엑스선의 각도를 변화시키면서 회절되는 엑스선의 강도를 기록하여 강도가 다른 복수의 회절피크로부터 패턴을 얻을 수 있다. 이를 통해, 재료의 성분을 분석할 수 있고, 재료의 배향성을 측정 및 해석할 수 있다.
이하 도 7를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 포함하는 비파괴 검사 장치의 응용 분야에 대해 설명하기로 한다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 비파괴 검사 장치의 응용 분야를 도시한 이미지이다.
본 발명의 실시예에 따른 비파괴 검사 장치는 엑스선을 조사하는 엑스선 발생기 및 피검체에 투과되는 엑스선을 검출하는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 포함한다.
엑스선 발생기는 도 5를 참조하여 설명한 엑스선 발생기(310)와 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
엑스선 검출기는 피검체를 사이에 두고 엑스선 발생기 반대측에 배치된다.
엑스선 검출기는 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 화합물을 포함하는 신틸레이터를 포함한다. 엑스선 검출기는 도 1 또는 도 3을 참조하여 설명한 엑스선 검출기(101, 102, 103, 104)와 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 비파괴 검사 장치는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 포함함으로써, 엑스선에 대한 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 비파괴 검사 장치는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 사용하여 국소의 이미지를 인지함으로써, 엑스선 촬영을 통해 고해상도의 이미지를 얻고, 결정성 물질의 구조 분석에 이용이 가능하며, 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 각종 구조물(반도체 재료, 석유 배관, 기구, 구조물, 보수 검사 등)은 급속히 대형화, 고압화 또는 고속화되어 있어, 그것의 품질과 규모에 큰 변화를 가져오고 있으며, 아울러 안전성에 대한 신뢰도가 중요한 문제로 대두되고 있다.
모든 재료는 완전무결할 수 없기 때문에 수명이 영구적일 수 없으므로, 재료로부터 결함이 있을 뿐만 아니라 가공 중 및 사용 중에도 결함이 발생하고 성장함으로 재료의 수명에 영향을 준다.
본 발명의 실시예에 따른 비파괴 검사 장치는 이러한 구조물에 어느 정도의 결함이 존재하는지, 그 결함이 이들의 사용조건에서 얼마나 유해한지를 판단하는 자료를 제공할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 비파괴 검사 장치를 이용하여 구조물의 상태를 확인하여 위해하다고 판단되는 결함 등을 미리 기록하여 수명을 연장시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
101, 102, 103, 104: 엑스선 검출기 110: 엑스선 검출기 기판
120: 광전변환부 130: 절연막
140: 신틸레이터 패널 141: 신틸레이터 기판
142: 신틸레이터층 143: 격벽
144: 부식 방지막 145: 반사막
150: 렌즈 300: 엑스선 시스템
310, 420: 엑스선 발생기 311: 엑스선
330: 구동부 340: 데이터 처리부
350: 영상 신호 출력부 360: 디스플레이 장치
370: 환자 371: 피검사 부위
410: 피검체

Claims (29)

  1. 신틸레이터 기판; 및
    상기 신틸레이터 기판 상에 형성되는 신틸레이터층을 포함하고,
    상기 신틸레이터층은, 상기 신틸레이터층을 복수개의 픽셀로 분할하는 격벽과
    상기 격벽의 측면에 형성되며 상기 신틸레이터층의 부식을 방지하는 부식 방지막을 포함하며,
    상기 신틸레이터층에서, 상기 격벽에 의해 구획되는 상기 픽셀 내에는 페로브스카이트 화합물이 충진되고,
    상기 페로브스카이트 화합물은 페로브스카이트 나노결정입자 및 상기 페로브스카이트 나노결정입자의 표면에 형성된 유기 리간드를 포함하며,
    상기 페로브스카이트 나노결정입자의 입자 크기는 1 ㎚ 내지 20 nm 범위인 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부식 방지막은 금속 산화물 또는 반도체 산화물인 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부식 방지막과 격벽 사이에 반사막이 더 형성되고,
    상기 반사막은 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 부식 방지막은, 상기 신틸레이터 기판과 접촉되는 부분에 더 형성되는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 격벽은 폴리다이메틸실록세인(PDMS; Polydimethylsiloxane), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA; Poly(methylmethacrylate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET; Polyethyleneterephthalate), 폴리스티렌(PS; Polystyrene), 폴리이미드 (PI; polyimide) 및 폴리우레탄(PUA; Polyurethane)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 격벽은 임프린팅(imprinting) 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신틸레이터 기판은 폴리다이메틸실록세인(PDMS; Polydimethylsiloxane), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA; Poly(methylmethacrylate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET; Polyethyleneterephthalate), 폴리스티렌(PS; Polystyrene), 폴리이미드 (PI; polyimide), 탄소섬유강화플라스틱 (Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP) 및 폴리우레탄(PUA; Polyurethane)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 페로브스카이트 화합물은 A3M2X9, AMX3, AM2X7, A3MX6 또는 A'2An-1MnX3n+1(n은 적어도 1이상)의 구조를 포함하며,
    상기 A 및 A'는 1가의 양이온이고, 상기 M은 금속 양이온이며, 상기 X는 1가의 음이온인 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 A 또는 A'는 C1~24의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 아민기(-NH3), 수산화기(-OH), 시아노기(-CN), 할로겐기, 니트로기(-NO), 메톡시기(-OCH3) 또는 이미다졸리움기가 치환된 C1~24의 직쇄 또는 측쇄 알킬, Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Fr+, Cu(I) +, Ag(I)+ 및 Au(I)+으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 M은 2가의 전이 금속, 희토류 금속, 알칼리 토류 금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In, Al, Sb, Bi 및 Po로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 X는 F-, Cl-, Br-, I-, SCN- 및 BF4 -으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제8항에 있어서,
    상기 페로브스카이트 나노결정입자는 A'', M' 또는 X'가 도핑된 페로브스카이트 화합물일 수 있고,
    상기 A''는 1가의 양이온이고, 상기 M'은 금속 양이온이며, 상기 X'는 1가의 음이온인 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 페로브스카이트 나노결정입자는 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자인 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자의 쉘은 무기물 반도체, 유기물 고분자 물질 및 유기 저분자 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자는 코어 물질보다 밴드갭이 큰 쉘 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자는 그래디언트 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  19. 제8항에 있어서,
    상기 신틸레이터층은 유기 바인더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 유기 바인더는 폴리비닐 부티랄 수지, 폴리비닐 클로라이드 수지, 아크릴 수지, 페녹시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리비닐 포르말 수지, 폴리아미드 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리비닐 아세테이트 수지, 폴리우레탄 수지 및 에폭시 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 신틸레이터층에는,
    상기 페로브스카이트 화합물 및 상기 유기 바인더가 90:10 내지 10:90의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  22. 제8항에 있어서,
    상기 신틸레이터층은 무기 바인더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 무기 바인더는 TiO2 나노입자, SiO2 나노입자, Al2O3 나노입자, VO2 나노입자, 층상구조 화합물, 금속알콕사이드 및 금속할라이드 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 신틸레이터층에는,
    상기 페로브스카이트 화합물 및 상기 무기 바인더가 90:10 내지 10:90의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는 신틸레이터 패널.
  25. 입사된 엑스선(X-ray)을 가시광선으로 변환하는 제1항 내지 제11항 및 제14항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 신틸레이터(scintillator) 패널;
    상기 신틸레이터 패널의 하부에 배치되고, 상기 가시광선을 전기적 신호로 변환하는 광전변환부; 및
    상기 광전변환부의 하부에 배치되는 엑스선 검출기 기판
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 신틸레이터 패널 및 상기 광전변환부 사이에 렌즈를 더 포함하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기.
  27. 엑스선을 발생시키는 엑스선 발생기;
    상기 엑스선을 검출하는 제25항에 따른 엑스선 검출기;
    상기 엑스선 검출기를 구동시키는 구동부; 및
    엑스선 검출 전압을 처리하는 데이터 처리부
    를 포함하는 엑스선 시스템.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 엑스선 시스템은 엑스선 회절 분석 장치(XRD)인 것을 특징으로 하는 엑스선 시스템.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 엑스선 시스템은 비파괴 검사 장치인 것을 특징으로 하는 엑스선 시스템.
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