KR102043934B1 - 액정 엑스선 검출기 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정층 형성시 필요한 한 쌍의 배향막 중 하나는 셀레늄층 위에 형성하여 하나의 기판만을 사용하여 액정부를 제조할 수 있고, 이때 셀레늄층에 형성되는 배향막을 상온에서 형성할 수 있어 온도 영향에 의한 셀레늄층의 변형 내지 손상을 방지할 수 있는 액정 엑스선 검출기 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기는 광도전체부; 및 상기 광도전체부 상에 구비되는 액정부를 포함한다.
상기 광도전체부는 제1 기판과; 상기 제1 기판 상에 형성되는 셀레늄층; 및 상기 셀레늄층 상에 형성되는 제1 배향막을 포함한다.
상기 제1 배향막은 45℃ 미만의 온도와 진공 분위기에서 증착된 패럴린으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 액정부는 제2 기판과; 상기 제2 기판 상에 형성되고, 상기 제1 배향막과 대향하는 제2 배향막; 및 상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막 사이에 구비되는 액정층을 포함한다.

Description

액정 엑스선 검출기 및 이의 제조 방법{LIQUID CRYSTAL X-RAY DETECTOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 엑스선 촬영장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 X선 조사시 리드빔의 편광투과 특성을 변화시키는 액정을 이용하여 피검체의 X선 영상을 획득할 수 있는 액정 엑스선 검출기 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 엑스선 촬영장치는 피사체를 투과한 X선 흡수층의 전하 분포를 디지털 신호로 변환하여 피사체의 내부를 영상화하는 장치로서, 환자진단을 위한 의료분야 내지 건축물의 비파괴검사 등에 다양하게 이용되고 있다.
최근 들어 엑스선 검출기는 디지털 기술을 도입하거나 액정소자를 도입하여 그 기술개선을 꾀하고 있다. 대표적인 예로, 액정소자를 도입한 엑스선 검출기가 있는데, 이는 통상적으로 액정 엑스선 검출기 내지 엑스선 감지 액정 검출기라고 칭하고 있다. 이러한 액정 엑스선 검출기는 크게 광도전소자, 액정소자, 광원, 및 광검출부로 구성된다.
종래의 액정 엑스선 검출기는 상대적으로 낮은 온도인 약 60℃ 에서 셀레늄을 도포하여 광도전층을 형성하고, 이보다 높은 온도에서 액정소자 제조공정(즉, 배향막 형성 및 액정주입 등)을 수행하였다. 그런데, 이와 같은 액정소자 제조공정의 높은 온도로 인해 셀레늄이 비정질에서 결정질의 상태로 변화되고, 표면에 요철이 유발되어, 피검체 X선 영상의 해상도와 정밀도가 높지 못하고, 결국 액정 엑스선 검출기의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 셀레늄 광도전층에 고온 소성이 필요한 유기 배향막을 쓸 수 없으므로, 액정셀을 만든 후 유리기판을 얇게 연마하고 그 위에 셀레늄을 피막하는 기술이 제안되었다(한국공개특허 제10-2008-0069079호 참조).
도 5는 한국공개특허 제10-2008-0069079호에서 제시하는 연마된 유리기판(2a)을 사용한 액정 엑스선 검출기의 단면도이다. 도 5를 참조하면, 한국공개특허 제10-2008-0069079호는 액정부(2)의 기판을 상부기판(2a)과 하부기판(2f) 한 쌍으로 구성하고, 상부기판(2a) 상에 상부 배향막(2b)을 형성하고, 하부기판(2f) 상에 투명도전막(2e)과 하부 배향막(2d)을 형성하며, 상부 배향막(2b)과 하부 배향막(2d) 사이에 액정층(2c)을 주입하였다.
그리고, 상부기판(2a)과 하부기판(2f) 중 셀레늄 광도전층(1a)에 인접하는 유리기판(즉, 상부기판(2a))을 약 50㎛ 정도로 얇게 연마한 후, 그 위에 비정질 셀레늄(1a), 절연막(1b) 및 투명전극(1c)을 형성하는 방식을 제시하고 있다.
그런데, 이와 같은 종래 액정 엑스선 검출기 제조 방법에 따르면, 상부 유리기판(2a)을 얇게 연마하는 과정에서 불량이 많이 발생하고, 대면적의 액정 엑스선 검출기를 제조하기 어려우며, 상부 유리기판(2a)에서의 전기장 퍼짐으로 인해 해상도가 낮아지는 문제점이 있었다.
특허문헌 1 : 한국공개특허 제10-2008-0069079호 (2008년07월25일 공개)
본 발명의 목적은 액정층 형성시 필요한 한 쌍의 배향막 중 하나는 셀레늄층 위에 형성하여 하나의 기판만을 사용하여 액정부를 제조할 수 있고, 이때 셀레늄층에 형성되는 배향막을 상온에서 형성할 수 있어 온도 영향에 의한 셀레늄층의 변형 내지 손상을 방지할 수 있는 액정 엑스선 검출기 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기는 광도전체부; 및 상기 광도전체부 상에 구비되는 액정부를 포함한다.
상기 광도전체부는 제1 기판과; 상기 제1 기판 상에 형성되는 셀레늄층; 및 상기 셀레늄층 상에 형성되는 제1 배향막을 포함한다.
상기 제1 배향막은 45℃ 미만의 온도와 진공 분위기에서 증착된 패럴린으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 액정부는 제2 기판과; 상기 제2 기판 상에 형성되고, 상기 제1 배향막과 대향하는 제2 배향막; 및 상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막 사이에 구비되는 액정층을 포함한다.
본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기 제조 방법은 광도전체부 제조 단계와; 액정부 제조 단계; 및 상기 광도전체부와 상기 액정부를 합착하는 합착 단계를 포함한다.
상기 광도전체부 제조 단계는 제1 기판 상에 셀레늄층을 형성하는 제1 단계; 및 상기 셀레늄층 상에 제1 배향막을 형성하는 제2 단계를 포함한다.
상기 제2 단계는 상기 셀레늄층 상에 패럴린을 코팅하여 상기 제1 배향막을 형성하는 코팅 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제2 단계는 다이머 상태의 패럴린 분말을 기화시키는 기화 단계; 및 상기 기화된 다이머 상태의 패럴린에 열 또는 플라즈마 에너지를 가하여 모노머 상태로 분해하는 분해 단계를 더 포함한다. 상기 경우, 상기 코팅 단계는 상기 모노머 상태로 분해된 패럴린을 45℃ 미만의 온도와 진공 분위기에서 셀레늄층 상에 증착시킴으로써 상기 코팅을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기 및 이의 제조 방법에 의하면, 액정층 형성에 필요한 한 쌍의 배향막 중 하나는 셀레늄층 위에 형성하여 하나의 유리기판만을 사용하여 액정부를 제조할 수 있고, 이때 셀레늄층에 형성되는 배향막을 상온에서 형성할 수 있는 바, 온도 영향에 의한 셀레늄층의 변형 내지 손상을 방지할 수 있게 되었다.
이에 따라, 본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기는 균일한 광도전층을 갖게 되어 광도전층 자체에 의한 왜곡신호가 없는 바, 높은 정밀도와 해상도의 엑스선 영상을 얻을 수 있고, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고, 종래 액정 엑스선 검출기에 사용되었던 연마 유리기판을 생략할 수 있는 바, 유리기판 연마에 따른 불량 문제 및 해상도 저하 문제가 전혀 발생하지 않고, 대면적의 액정 엑스선 검출기를 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기의 검출패널 구조를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기의 제조 공정 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기의 전체 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기의 작동원리를 설명하기 위한 단면도.
도 5는 한국공개특허 제10-2008-0069079호의 연마된 유리기판을 사용한 액정 엑스선 검출기의 단면도.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기의 검출패널 구조를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기의 제조 공정 흐름도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기의 검출패널(100)은 광도전체부(10)와 액정부(20)가 합착된 구조로 이루어진다.
액정 엑스선 검출기의 광도전체부(10)는 X선 조사 및 전기장 인가시 전자와 정공의 분포가 변화하는 구성으로서, 세부적으로 기판(11), 투명도전막(13), 절연막(15), 광도전층(17) 및 배향막(19)을 포함한다.
광도전체부(10)의 기판(이하, '제1 기판(11)'이라 칭함)은 투명도전막(13), 절연막(15), 셀레늄층(17) 및 배향막(19)을 형성하기 위한 기재로서, 투명한 유리 재질 또는 폴리머 재질로 형성될 수 있다.
예컨대, 폴리머 재질은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 설폰 (PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI),폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 아몰포스폴리에틸렌테레프탈레이트(APET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG), 폴리아릴레이트(PAR), 사이클로올레핀폴리머(COP), 폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 변성트리아세틸셀룰로스(TAC), 사이클로올레핀코폴리머(COC), 디시클로펜타디엔폴리머(DCPD), 시클로펜타디엔폴리머(CPD), 폴리에테르이미드(PEI) 및 폴리다이메틸실론세인(PDMS) 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
광도전체부(10)의 투명도전막(이하, '제1 투명도전막(13)'이라 칭함)은 광도전체부(10) 측에 전압을 인가하기 위한 구성으로서, 제1 기판(11)의 일면 상에 형성되어 후술할 구동부(70)와 전기적으로 연결된다.
후술할 구동부(70)에 의해 광도전체부(10)의 투명도전막과 액정부(20)의 투명도전막에 전압이 인가되면 이들 사이에 DC 전기장이 형성되고, 이에 의해 광도전층(17) 내 전자와 정공의 이동 즉, 전자-정공 분포 변화가 발생된다.
바람직한 실시예에 따르면, 제1 투명도전막(13)은 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드 (IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 갈륨징크옥사이드 (GZO), 플로린틴옥사이드(FTO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드 (ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO) 및 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속 산화물 또는 금속 산화물-금속-금속 산화물로 형성될 수 있다.
더 나아가, 제1 투명도전막(13)은 PEDOT:PSS 내지 폴리아닐린(PANI) 등의 유기전도체 물질을 사용하여 형성되거나, 은 박막, 금 박막 등의 금속 박막으로 형성되거나, 은 나노와이어(nanowire), 금 나노와이어, 구리 나노와이어, 백금 나노와이어 등을 코팅하여 형성되는 박막으로 형성되거나, 또는 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 등의 탄소(carbon)계 물질을 코팅하여 형성될 수도 있다.
한편, 제1 투명도전막(13)은 전술한 물질들 중 1종 이상을 혼합하여 형성할 수도 있음은 물론이다.
광도전체부(10)의 절연막(15)은 제1 투명도전막(13)과 광도전층(즉, 셀레늄층(17)) 사이에 개재되어, 제1 투명도전막(13)과 광도전층(17) 간의 전하 이동을 방지하기 위한 구성이다.
이러한 절연막(15)은 이산화규소(SiO2) 등의 절연성 무기재 내지 폴리카보네이트 (Polycarbonate) 등과 같은 절연성 수지재로 형성될 수 있으며, 제1 투명도전막(13)의 일면 상에 박막 형태로 형성될 수 있다.
광도전체부(10)의 광도전층(17)은 전하를 만들기 위한 구성으로서, 광도전층(17)에 X선이 조사되면 광도전층(17) 내부에 많은 수의 전자(electron)-정공(hole) 쌍이 생성되고, 이를 전기장에 노출시키면 전자와 정공의 이동 즉, 전하 분포의 변화가 유발된다.
광도전층(17)은 절연막(15) 상에 박막 형태로 형성될 수 있고, 그 재질은 셀레늄(Selenium)으로 이루어질 수 있다.
광도전층(17)은 특히 비정질 셀레늄(a-Se)으로 이루어지는 것이 바람직한데, 이러한 비정질 셀레늄(a-Se)은 저온에서 진공 증착 내지 코팅하여 피막될 수 있다. 이하에서는, 셀레늄(특히, 비정질 셀레늄)으로 이루어진 광도전층(17)을 '셀레늄층(17)'이라 칭하기로 한다.
이러한 셀레늄의 물성 중 가장 취약한 부분은 낮은 유리전이온도(Tg)인데, 특히 비정질 셀레늄의 경우 유리전이온도(Tg)가 45℃로 매우 낮다. 이에 따라, 셀레늄층(17)은 유리전이온도 근방에서 셀레늄 구조가 달라지거나 표면에 요철이 생기며, 밴드갭과 유전율 등도 달라지게 된다.
따라서, 광도전층(17)을 비정질 셀레늄으로 형성할 경우, 비정질 셀레늄의 유리전이온도(Tg)인 45℃보다 낮은 공정온도를 유지할 수 있어야 한다. 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 액정 X선 검출기는 액정배향을 위한 한 쌍의 배향막이 형성되어야 하는데, 이 한 쌍의 배향막 중 특히 셀레늄층(17) 상에 구비되는 배향막은 비정질 셀레늄의 유리전이온도(Tg)보다 낮은 온도에서 형성될 수 있어야 한다.
즉, 셀레늄층(17) 위에 배향막(19)을 형성하는 공정은 45℃ 미만의 온도에서 수행될 수 있어야 하고, 바람직하게는 비정질 셀레늄의 유리전이온도(Tg)보다 적어도 5℃ 낮은 온도 즉, 40℃ 이하의 공정온도를 유지할 수 있어야 한다.
이를 위해, 종래 액정 X선 검출기는 SiO2와 같은 무기재를 40℃ 미만에서 셀레늄층(17) 위에 진공 증착하였다. 그런데, 이와 같은 SiOx계 무기막을 러빙하여 배향막으로 사용할 경우 앵커링 에너지(Anchoring Energy)가 낮고, 오더 파라메타 (order parameter)도 낮아서 액정의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.
이와 같은 SiOx계 무기 배향막의 문제점을 해결하기 위하여, 폴리이미드를 이용한 저온 배향막 방식이 제안되었다. 상기 저온 배향막 방식은 배향막을 고온에서 소성할 수 없으므로 미리 폴리아미드를 폴리이미드화시킨후, 이를 저온에서 휘발되는 솔벤트로 희석하여 습식코팅하고, 저온의 진공로에서 일주일 이상 장시간 소성함으로써 배향막을 형성하는 방식이다.
그런데, 이와 같은 방식으로 형성되는 저온 배향막은 이의 습식코팅시 함유된 솔벤트가 완벽하게 제거되지 않고 일정량 잔류하게 되고, 이 잔류분은 결국 액정층으로 확산하여 액정의 비저항을 낮추어 엑스선 영상의 질을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.
본원 발명자는 이와 같은 무기 배향막 및 저온 배향막의 문제점을 해결하기 위하여, 패럴린(Parylene)을 러빙한 막을 광도전체부(10)의 배향막으로 사용하는 방식을 개발하였다. 즉, 본 발명에 따른 광도전체부(10)의 배향막은 45℃ 미만의 공정온도와 진공 분위기에서 증착된 패럴린으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
패럴린은 분말형태의 유기 단분자이지만, 온도를 가해 열가소성 중합체들을 진공상태에서 기화시킨 후, 셀레늄 위에 증착시킬 수 있다. 패럴린은 상온의 진공상태에서 고분자(폴리머)가 되면서 비정질 셀레늄 위에 피막된다. 패럴린막의 특징은 두께가 균일하고, 응력에 의한 스트레스가 없고, 절연성이 높으며, 내화학성, 내습성이 우수하다.
이하에서는, 광도전체부의 배향막 및 그 형성 방법에 대하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
광도전체부(10)의 배향막(이하, '제1 배향막(19)'이라 칭함) 형성 공정은 기화 공정, 분해 공정, 증착 공정 및 러빙 공정을 포함한다.
기화 공정은 다음의 화학구조 1과 같은 다이머(dimer) 상태의 패럴린 분말을 열에 의해 증발시키는 공정이다.
이러한 기화 공정은 다이머(dimer) 형태의 패럴린 분말을 120 ~ 180℃의 온도(바람직하게는 175℃)와 약 1 Torr의 압력 하에서 기화시키는 방식으로 수행될 수 있다.
화학구조 1
Figure 112018039692226-pat00001
분해 공정은 기화 공정을 통해 증발된 다이머(dimer) 상태의 패럴린을 화학구조 2와 같은 모노머(monomer) 상태로 분해하는 공정으로서, 열 에너지 또는 플라즈마 에너지를 가하여 수행될 수 있다.
구체적으로, 열 에너지에 의한 분해 공정은 약 0.5 Torr의 압력 하에서 다이머(dimer) 형태의 패럴린을 620 ~ 700℃의 온도로 열분해하여 모노머(monomer) 형태로 변환시킬 수 있고, 플라즈마 에너지에 의할 경우 다이머(dimer) 형태의 패럴린이 플라즈마 에너지에 의해 파괴되어 단량체(monomer)들이 형성될 수 있다.
화학구조 2
Figure 112018039692226-pat00002
증착 공정은 모노머(monomer) 상태로 분해된 패럴린을 셀레늄층(17) 위에 진공 분위기에서 증착하여, 화학구조 3의 기본단위로 중합된 폴리머(polymer) 상태의 패럴린막을 형성하는 공정이다.
증착 공정은 약 0.5 Torr의 압력과 비정질 셀레늄의 유리전이온도(Tg)인 45℃ 미만의 공정온도에서 수행되고, 바람직하게는 40℃ 이하에서 수행되며, 보다 바람직하게는 약 25℃에서 수행될 수 있다.
광도전체부(10) 즉, 제1 투명도전막(13), 절연막(15) 및 셀레늄층(17)이 형성된 제1 기판(11)은 전술한 증착 공정에서 진공챔버 내지 진공로에 투입되어, 낮은 압력과 30℃이하의 상온 상태에서 패럴린 코팅의 중합반응이 일어나도록 한다.
한편, 본 발명의 기화 공정, 분해 공정 및 증착 공정은 상호 물리적으로 분리된 진공챔버 내지 진공로에서 각각 수행되도록 구성될 수 있다.
전술한 바와 같은 제1 배향막(19) 형성 방법에 따르면, 제1 배향막(19)은 상온에서 형성될 수 있어, 셀레늄층(17)은 온도에 의한 영향을 받지 않게 된다. 이에 따라, 액정 엑스선 검출기는 균일한 광도전층(17)을 갖게 되어 광도전층(17) 자체에 의한 왜곡신호 없이 피사체(90)를 투과한 엑스선을 정확하고 정밀하게 검출할 수 있게 된다.
화학구조 3
Figure 112018039692226-pat00003
러빙 공정은 증착 고정을 통해 셀레늄층(17) 위에 피막된 패럴린층(19)을 러빙(Rubbing)한 후 그 위에 시일재를 형성하는 공정이다. 시일재는 열경화성 수지 또는 UV 경화성 수지를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 생산성 향상을 위해 UV 경화성 수지를 사용하는 것이 좋다.
러빙 공정이 완료되면, 제1 기판(11) 위에 제1 투명도전막(13), 절연막(15), 셀레늄층(17) 및 제1 배향막(패럴린층(19))이 순차적으로 형성된 광도전체부(10)가 수득된다.
이렇게 수득된 광도전체부(10)는 후술할 액정부(20)와 합착함으로써 본 발명의 액정 엑스선 검출기가 제조될 수 있다.
이하에서는, 액정 엑스선 검출기의 액정부(20)에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명의 액정부(20)는 광도전체부(10)와 합착된 구조로 구비되어 리드빔(Read Beam)의 편광투과특성을 변화시키는 기능을 한다. 이러한 액정부(20)는 기판(21), 투명도전막(23), 배향막(25) 및 액정층(27)을 포함한다.
액정부(20)의 기판(이하, '제2 기판(21)'이라 칭함)은 투명도전막(23), 배향막(25) 및 액정층(27)을 형성하기 위한 기재로서, 투명한 유리 재질 또는 폴리머 재질로 형성될 수 있다.
액정부(20)의 투명도전막(이하, '제2 투명도전막(23)'이라 칭함)은 광도전체부(10) 측에 전압을 인가하기 위한 구성으로서, 제2 기판(21)의 일면 상에 형성되어 후술할 구동부(70)와 전기적으로 연결된다.
구동부(70)에 의해 제1,2 투명도전막(13,23)에 전압이 인가되면 이들 사이에 DC 전기장이 형성되고, 이에 의해 광도전층(17) 내 전자와 정공의 이동 즉, 전자-정공 분포 변화가 발생된다.
바람직한 실시예에 따르면, 제2 투명도전막(23)은 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO)와 같은 금속 산화물로 형성되거나, 또는 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드 (ITO-Ag-ITO)와 같은 금속 산화물-금속-금속 산화물로 형성될 수 있다.
더 나아가, 제2 투명도전막(23)은 PEDOT:PSS 내지 폴리아닐린(PANI) 등의 유기전도체 물질을 사용하여 형성되거나, 은 박막, 금 박막 등의 금속 박막으로 형성되거나, 금속 나노와이어 등을 코팅하여 형성되는 박막으로 형성되거나, 또는 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 등의 탄소계 물질을 코팅하여 형성될 수도 있다.
한편, 제2 투명도전막(23)은 전술한 물질들 중 1종 이상을 혼합하여 형성할 수도 있음은 물론이다.
액정부(20)의 액정층(27)은 엑스선 조사 및 전압 인가에 따른 광도전체부(10)의 전하 분포 변화시, 이에 연동하여 액정 배열이 달라짐으로써 리드빔(Read Beam)의 편광투과특성을 변화시키도록 작용하는 구성으로서, 제1 배향막(19)과 제2 배향막(25)에 주입되는 다수의 액정 분자를 포함한다.
액정부(20)의 배향막(이하, '제2 배향막(25)'이라 칭함)은 제2 투명도전막(23) 위에 형성되고, 액정부(20)를 광도전체부(10)와 합착시 제1 배향막(19)과 대향하는 구조로 구비된다.
제2 배향막(25)은 제1 배향막(19)과 함께 액정분자를 균일하게 배향시키는 기능을 한다.
제2 배향막(25)은 제1 배향막(19)과 달리 온도(특히 45℃ 이상의 고온)에 따른 제약없이 형성할 수 있는 바, 통상의 TN/STN/TFT LCD의 액정패널 제조공정과 동일한 방식이 적용될 수 있다.
예컨대, 제2 배향막(25)은 습식코팅 방식의 유기 배향막으로 형성될 수 있다. 상기 경우, 세정한 제2 기판(21)에 폴리아미드를 녹인 용제를 코팅한 후, 약 150℃에서 약 1시간 정도 소성하면 폴리아미드가 폴리이미드 구조로 변환되어 제2 배향막(25)을 형성할 수 있다. 여기서, 제2 기판(21)에 폴리아미드를 피막하는 공정은 스핀코팅, 인쇄방식 등과 같은 습식코팅 방식을 통해 수행될 수 있다.
한편, 제2 배향막(25) 형성시, 폴리아미드 용제에 스페이서를 섞어서 형성하게 되면, 별도의 스페이서 산포 공정을 생략할 수 있다. 즉, 액정 배향제인 폴리아미드 용제에 스페이서를 소량 넣고, 스핀코팅 등의 습식코팅 방식으로 피막한 기판을 소성하면 스페이서가 고착되어 있는 제2 배향막(25)을 형성할 수 있게 된다.
제2 배향막(25) 코팅이 완료되면, 제2 기판(21) 상에 피막된 제2 배향막(25)을 러빙(Rubbing)한 후 그 위에 시일재를 형성한다. 시일재는 열경화성 수지 또는 UV 경화성 수지를 사용할 수 있다.
이후, 제2 배향막(25) 위에 액정을 산포하면, 제2 기판(21) 위에 제2 투명도전막(23), 제2 배향막(25) 및 액정층(27)이 순차적으로 형성된 액정부(20)가 수득된다.
그리고, 이와 같은 액정부(20)와 광도전체부(10)를 합착하여 원드롭(one drop) 공정으로 본 발명의 액정 X선 검출기를 제조할 수 있게 된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기의 전체 구성 및 이의 동작 원리에 대하여 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기의 전체 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기의 작동원리를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 액정 엑스선 검출기는 전술한 광도전체부(10)와 액정부(20) 외에 X선 출력부(50), 광원부(60), 구동부(70), 반투과 거울(65), 편광판(30), 검광판(40), 결상렌즈(80) 및 촬상부(85)를 더 포함한다.
X선 출력부(50)는 엑스선을 발생시켜 외부로 출사한다.
광원부(60)는 리드빔(Read Beam,61)을 출사하는 장치로서, 예컨대 가시광선 파장대의 빛을 출력하는 엘이디(LED) 소자로 구성할 수 있다.
구동부(70)는 제1,2 투명도전막(13,23)에 소정의 바이어스 전압(Vb)을 걸어주어 전자와 정공을 분리하는 구성이다.
반투과 거울(Half Mirror,65)은 광원부(60) 전방의 광경로 상에 배치되어 광원부(60)에서 출사되는 리드빔(61)이 검출패널(10,20) 측으로 진행할 수 있도록 그 광경로를 전환하는 광학소자이다.
편광판(30)은 광도전체부(10)와 반투과 거울(65) 사이의 광경로 상에 배치되고, 검광판(40)은 액정부(20) 전방의 광경로 상에 배치되어, 액정층(27)의 편광투과특성 변화에 따라 리드빔의 투과도가 달라질 수 있도록 기능한다.
결상렌즈(80)는 검광판(40) 전방의 광경로 상에 배치되어 검광판(40)을 투과한 리드빔을 결상시켜 촬상부(85)에 결상될 수 있도록 한다.
촬상부(85)는 결상렌즈(80)에 의해 결상된 리드빔(61)을 검출하여 그 특성을 분석함으로써 피검체 상태를 진단할 수 있도록 하는 장치이다. 촬상부(85)는 예컨대 CCD 카메라 또는 CMOS 카메라로 구성될 수 있다.
본 발명의 액정 엑스선 검출기는 도 1과 같이 광도전체부(10)와 액정부(20)가 상호 맞닿는 구조로 구성된다. 광도전체부(10)에 엑스선을 쬐여주면 광도전층(즉, 셀레늄층(17)) 내부에 전자(electron)와 정공(hole)이 만들어진다. 이와 같은 상태에서, 제1 투명도전막(13)과 제2 투명도전막(23) 사이에 DC 전기장을 걸어주면, 전자와 정공이 각각 반대극성의 투명도전막 측으로 이동하는 분극현상이 일어나게 된다.
도 4를 기준으로 설명하면, 제1 투명도전막(13)에 (+)전압이 걸리므로, 셀레늄층(17) 내부의 하부영역(즉, 액정층(27) 인접영역)에는 정공이 분포하게 되고, 셀레늄층(17) 내부의 상부영역(즉, 제1 투명도전막(13) 인접영역)에는 전자가 분포하게 된다.
이와 같은 분극현상은 액정층(27)에 영향을 줌으로써 액정의 상태를 변화시키게 된다. 즉, 도 4와 같이 전하 분포가 변하게 되면, 액정층(27) 내 액정 배열이 달라지게 된다.
보다 구체적으로 설명하면, 엑스선이 조사된 광도전층(즉, 셀레늄층(17)) 영역에는 전자와 정공이 분리되어 광도전층(17) 내부 전기장을 차폐하게 되고, 이에 대한 대응으로 액정층(27)에 걸리는 전압이 커지게 된다.
도 4 예시의 경우, 엑스선이 조사되지 못한 '(가)'영역과 엑스선(5)이 조사된 '(나)'영역의 액정셀에 걸리는 전압이 상이하게 된다. 이에 의해, 액정층(27)에서 액정배열이 달라서 액정층(27)을 지나온 리드빔(Read Beam)의 편광투과특성이 달라진다. 이렇게 달라지는 액정층(27)의 편광투과특성 때문에 편광판(30)을 거쳐 검광판(40)에 나온 리드빔은 투과도가 달라지므로, 피검체 상태를 분석할 수 있는 X선 영상을 얻을 수 있게 된다.
참고로, 도 4의 경우 '(가)'영역으로 들어온 리드빔은 검광판(40)을 투과하고, '(나)'영역으로 들어온 리드빔은 검광판(40)에서 차단된다.
따라서, 광원에서 출사된 리드빔은 반투과 거울(65)에서 광경로가 전환되어 편광판(30), 광도전체부(10), 액정부(20) 및 검광판(40)을 순차적으로 지나 결상렌즈(80)에 선택적 입사하게 된다. 그리고, 결상렌즈(80)에 의해 결상된 빛을 촬상부(85)가 검출함으로써 피검체의 X선 영상을 획득할 수 있게 된다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
10: 광도전체부 11: 제1 기판
13: 제1 투명도전막 15: 절연막
17: 셀레늄층 19: 제1 배향막
20: 액정부 21: 제2 기판
23: 제2 투명도전막 25: 제2 배향막
27: 액정층 30: 편광판
40: 검광판 50: X선 출력부
60: 광원부 65: 반투과 거울
70: 구동부 80: 결상렌즈
85: 촬상부

Claims (9)

  1. 광도전체부 제조 단계; 액정부 제조 단계; 및 상기 광도전체부와 상기 액정부를 합착하는 합착 단계를 포함하는 액정 엑스선 검출기 제조 방법에 있어서,
    상기 광도전체부 제조 단계는,
    제1 기판 상에 셀레늄층을 형성하는 제1 단계; 및 액정 배향을 위한 제1 배향막을 상기 셀레늄층 상에 형성하는 제2 단계를 포함하고,
    상기 제2 단계는,
    모노머 상태로 분해된 패럴린을 45℃ 미만의 온도와 진공 분위기에서 상기 셀레늄층 위에 증착하여 상기 패럴린으로 이루어진 상기 제1 배향막을 형성하는 코팅 단계를 포함하고,
    상기 액정부 제조 단계는,
    액정 배향을 위한 제2 배향막을 제2 기판 상에 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 합착 단계는,
    상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막이 대향하는 구조로, 상기 광도전체부와 상기 액정부를 합착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 엑스선 검출기 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 단계는, 상기 코팅 단계 전에,
    다이머 상태의 패럴린 분말을 기화시키는 기화 단계; 및
    상기 기화된 다이머 상태의 패럴린에 열 또는 플라즈마 에너지를 가하여 모노머 상태로 분해하는 분해 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 엑스선 검출기 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 액정부 제조 단계는,
    상기 제2 배향막 상에 액정을 산포하는 단계를 더 포함하고,
    상기 합착 단계는,
    상기 액정이 상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막 사이에 개재되는 구조로 상기 광도전체부와 상기 액정부를 합착하는 것을 특징으로 하는 액정 엑스선 검출기 제조 방법.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 코팅 단계를 통해 상기 셀레늄층 위에 피막된 패럴린을 러빙(Rubbing)하는 단계; 및 시일재를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 엑스선 검출기 제조 방법.
  5. 광도전체부; 및 상기 광도전체부 상에 구비되는 액정부를 포함하는 액정 엑스선 검출기로서,
    상기 광도전체부는,
    제1 기판; 상기 제1 기판 상에 형성되는 셀레늄층; 및 상기 셀레늄층 상에 형성되고 액정배향을 위한 제1 배향막을 포함하고,
    상기 액정부는,
    제2 기판; 상기 제2 기판 상에 형성되고, 상기 제1 배향막과 대향하는 구조로 구비되며, 액정배향을 위한 제2 배향막; 및 상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막 사이에 구비되는 액정을 포함하며,
    상기 제1 배향막은,
    모노머 상태로 분해된 패럴린을 45℃ 미만의 온도와 진공 분위기에서 상기 셀레늄층 위에 증착하여 형성된 것을 특징으로 하는 액정 엑스선 검출기.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 기판 상에 형성되는 제1 투명도전막; 및 상기 제1 투명도전막 상에 형성되는 절연막을 더 포함하고,
    상기 셀레늄층은 상기 절연막 상에 형성되며,
    상기 제2 기판 상에 형성되는 제2 투명도전막;을 더 포함하고,
    상기 제2 배향막은 상기 제2 투명도전막 상에 형성되며,
    상기 제1 투명도전막과 상기 제2 투명도전막에 전압을 인가하는 구동부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 엑스선 검출기.
  9. 제5 항에 있어서,
    엑스선을 출사하는 엑스선 출력부;
    리드빔(Read Beam)을 출사하는 광원부;
    상기 광도전체부 후방의 광경로 상에 배치되는 편광판;
    상기 액정부 전방의 광경로 상에 배치되는 검광판; 및
    상기 검광판을 투과한 리드빔을 촬영하는 촬상부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 엑스선 검출기.
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