KR102578055B1 - Ultrasonic Imaging System using Piezoeletric Luminescence Device and Method Using the Same - Google Patents
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Abstract
초음파 이미징 시스템을 제공한다. 본 출원의 실시예에 따른 초음파 이미징 시스템은 압전 물질로 이루어진 기판(100), 상기 기판(100) 상에 형성되며, 상기 기판(100)에 유도된 전압에 의해 발광 가능한 발광 소자(200) 및 탐지 대상 물체(O)를 사이로 상기 기판(100)과 마주하게 배치되며, 상기 기판(100)을 향해 초음파를 송신하는 초음파 송신기(300)를 포함할 수 있다.Provides an ultrasonic imaging system. The ultrasonic imaging system according to an embodiment of the present application includes a substrate 100 made of a piezoelectric material, a light emitting element 200 formed on the substrate 100, and capable of emitting light by a voltage induced in the substrate 100, and a detection device. It is disposed to face the substrate 100 with the target object O in between, and may include an ultrasonic transmitter 300 that transmits ultrasonic waves toward the substrate 100.
Description
본 출원은 압전물질과 발광층이 결합된 압전 발광소자를 이용한 휴대용 초음파 이미지 센서에 관한 것으로, 압전물질과 발광층의 적층을 이용한 무화소 초음파 토모그라피에 관한 것이다.This application relates to a portable ultrasonic image sensor using a piezoelectric light-emitting element combining a piezoelectric material and a light-emitting layer, and to pixel-free ultrasonic tomography using a stack of a piezoelectric material and a light-emitting layer.
초음파 기술은 의료, 군사, 건축과 같은 광범위한 분야에 활용되고 있다. 이 중 의료용 초음파 이미지 기술은 컴퓨터 토모그라피(CT), X-Ray, 자기공명 영상촬영장치(MRI)와 같은 영상진단방식과 비교하여 안전성과 신속성이 보장되어 질병의 조기진단에 널리 활용되고 있다.Ultrasound technology is used in a wide range of fields such as medicine, military, and architecture. Among these, medical ultrasound imaging technology is widely used for early diagnosis of diseases as it guarantees safety and speed compared to imaging diagnostic methods such as computerized tomography (CT), X-ray, and magnetic resonance imaging (MRI).
의료용 초음파 진단장치는 크게 초음파를 송수신하는 압전 에너지 변환 소자(piezoelectric transducer), 수신된 신호를 증폭한 후 디지털 신호로 변환하는 신호처리기, 그리고 디스플레이로 구성된다. 압전 에너지 변환 소자에 교류전압을 인가하면 초음파 펄스가 송신되고 물체에 반사되어 돌아오는 에코(echo)의 시간을 물체와의 거리로 환산하여 두께 방향에 대한 2차원 단면의 정보를 획득하고, 이를 횡방향으로 확장하여 3차원 이미지를 재구성하는 원리이다.Medical ultrasound diagnostic devices largely consist of a piezoelectric energy conversion element (piezoelectric transducer) that transmits and receives ultrasonic waves, a signal processor that amplifies the received signal and converts it into a digital signal, and a display. When an alternating current voltage is applied to the piezoelectric energy conversion element, an ultrasonic pulse is transmitted, and the time of the echo reflected from the object is converted into the distance from the object to obtain two-dimensional cross-sectional information about the thickness direction. This is the principle of reconstructing a 3D image by expanding it in one direction.
이러한 펄스-에코 방식의 초음파 기술은 지난 수십년 동안 이미지 분해능을 높이기 위해 더욱 복잡한 압전소자의 배열을 개발하거나 고화질 소프트웨어 기술을 개발하는 데에 편중되어 왔다. 이는 기술적 다양성을 갖추기보다 고가 제품 위주의 시장 구조를 형성하게 하였다.This pulse-echo ultrasound technology has been focused on developing more complex arrays of piezoelectric elements or developing high-definition software technology to increase image resolution over the past several decades. This led to the formation of a market structure centered on high-priced products rather than technological diversity.
초음파 진단장치의 경우 압전탐촉자(probe)와 큰 부피를 차지하는 전력공급장치, 고가의 신호처리기, 그리고 디스플레이로 구성되어 휴대성이 매우 저하되고, 큰 부피를 수용할 수 있는 별도의 공간이 필요하였는 바, 종래의 초음파 진단장치에 비해 크기가 소형화되면서도 휴대성이 향상된 장치에 대한 수요가 요구되고 있다.In the case of ultrasonic diagnostic devices, they consist of a piezoelectric probe, a power supply device that occupies a large volume, an expensive signal processor, and a display, which reduces portability and requires a separate space to accommodate the large volume. , There is a demand for devices that are smaller in size and have improved portability compared to conventional ultrasound diagnostic devices.
한국공개특허문헌 제10-2019-0037760호는 압전 초음파 변환장치에 관한 것으로, 펄스-에코 방식 기반으로 지문 인식을 수행하는 센서에 관한 기술을 제시한다. 하지만, 초음파 송수신부, 디지털처리부 및 디스플레이가 서로 분리되어 있으며, 펄스-에코 방식은 반사된 초음파 신호를 디지털 처리하여 이미지화하는 기술로 신호처리와 관련된 디지털 과정을 거친 뒤 해당 이미지 좌표를 디스플레이에 전송하는 방식이기 때문에 복잡한 회로 구성을 필요로 한다.Korean Patent Publication No. 10-2019-0037760 relates to a piezoelectric ultrasonic transducer and presents technology for a sensor that performs fingerprint recognition based on a pulse-echo method. However, the ultrasonic transceiver, digital processing unit, and display are separated from each other, and the pulse-echo method is a technology that digitally processes reflected ultrasonic signals to create an image. After going through a digital process related to signal processing, the image coordinates are transmitted to the display. Because it is a method, it requires complex circuit configuration.
본 출원은 기존의 의료용 초음파 진단 장치가 갖출 수 없는 휴대성이 향상된 초음파 이미지 센서를 제시한다. 보다 상세하게는, 고가의 신호처리기를 포함하지 않으면서도, 압전탐촉자와 디스플레이가 단일 소자에 결합된 휴대용 초음파 이미지 센서를 제공하고자 한다.This application proposes an ultrasonic image sensor with improved portability, which existing medical ultrasonic diagnostic devices cannot provide. More specifically, the aim is to provide a portable ultrasonic image sensor that combines a piezoelectric transducer and a display into a single device without including an expensive signal processor.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 출원의 일 실시예는, 압전 물질로 이루어진 기판(100), 상기 기판(100) 상에 형성되며, 상기 기판(100)에 유도된 전압에 의해 발광 가능한 발광 소자(200) 및 탐지 대상 물체(O)를 사이로 상기 기판(100)과 마주하게 배치되며, 상기 기판(100)을 향해 초음파를 송신하는 초음파 송신기(300)를 포함하는, 초음파 이미징 시스템을 제공한다.One embodiment of the present application to solve the above problem includes a
일 실시예에 있어서, 상기 발광 소자(200)는, 전자와 정공의 재결합에 의해 발광하는 발광층(230), 상기 발광층(230)에 정공을 제공하는 정공 주입층(210), 상기 정공 주입층(210)으로부터 제공된 정공을 수송하는 정공 수송층(220), 상기 발광층(230)을 사이로 상기 정공 주입층(210)과 마주하게 배치되며, 상기 발광층(230)에 전자를 제공하는 전자 주입층(250), 상기 전자 주입층(250)으로부터 제공된 전자를 수송하는 전자 수송층(240), 상기 정공 주입층(210) 또는 상기 전자 주입층(250) 상에 형성되는 투명한 재질의 제1 전극층(260) 및 상기 제1 전극층(260) 상에 형성되는 굴절률 매칭층(270)을 포함할 수 있다.In one embodiment, the
일 실시예에 있어서, 상기 기판(100) 하부에 형성되는 제2 전극층(400) 및 상기 제1 전극층(260) 및 상기 제2 전극층(400)과 서로 전기적으로 연결되어 전원을 공급하는 제2 전원 공급부(V2)를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, a second power source that is electrically connected to the
일 실시예에 있어서, 상기 기판(100)은, 상기 제2 전극층(400), 상기 기판(100) 및 상기 발광 소자(200)의 적층 방향과 교차하는 방향으로 압전 계수가 서로 상이한 부분을 포함할 수 있다.In one embodiment, the
일 실시예에 있어서, 상기 기판(100)은 압전 계수가 서로 상이한 2개 이상의 물질로 형성될 수 있다.In one embodiment, the
일 실시예에 있어서, 상기 기판(100)과 상이한 압전 계수를 가지며, 상기 기판(100)이 복수의 유닛(100a, 100b, 100c)으로 구분되도록 하는 폴리머 충진재(P)를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, it may further include a polymer filler (P) that has a different piezoelectric coefficient from that of the
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 유닛(100a, 100b, 100c)은, 상기 제2 전극층(400), 상기 기판(100) 및 상기 발광 소자(200)의 적층 방향과 교차하는 방향으로 압전 계수가 서로 상이한 부분을 포함할 수 있다.In one embodiment, the plurality of
또한, 본 발명은 상기한 초음파 이미징 시스템을 이용한 초음파 이미징 방법으로서, 상기 초음파 송신기(300)가 상기 탐지 대상 물체(O)를 사이에 두고 마주하게 배치된 상기 기판(100)을 향해 초음파를 송신하는 단계, 상기 기판(100)에 초음파가 수신되고, 수신된 초음파의 강도에 따라 전압이 유도되는 단계 및 상기 발광 소자(200)가 상기 기판(100)에 유도된 전압에 의해 발광하는 단계를 포함하는, 초음파 이미징 방법을 제공한다.In addition, the present invention is an ultrasonic imaging method using the above-described ultrasonic imaging system, wherein the
본 출원에 따르면, 초음파 펄스의 수신으로 압전 기판에서 생성된 유도 전압으로 발광 소자가 발광하기 때문에 종래의 초음파 이미징 시스템에서의 신호 처리기와 신호 증폭기가 구비되지 않아도 되어 초음파 이미징 장치의 부피가 현저히 감소될 수 있다.According to the present application, since the light-emitting element emits light with the induced voltage generated in the piezoelectric substrate upon reception of the ultrasonic pulse, the signal processor and signal amplifier in the conventional ultrasonic imaging system do not need to be provided, and the volume of the ultrasonic imaging device can be significantly reduced. You can.
또한, 압전 기판의 압전 계수 이방성 조절, 기판 내의 폴리머 배치 등을 통해 초음파 펄스의 횡방향 압력 전파에 따른 이미지 분해능 열화가 방지될 수 있다.In addition, image resolution deterioration due to lateral pressure propagation of ultrasonic pulses can be prevented by adjusting the anisotropy of the piezoelectric coefficient of the piezoelectric substrate and arranging the polymer within the substrate.
또한, 별도의 전원 공급부를 장착하여 낮은 강도의 초음파 펄스로도 충분한 발광 강도를 획득할 수 있어, 인체와 같이 민감한 탐지 대상 물체에도 어려움 없이 적용하는 것이 가능하다.In addition, by equipping a separate power supply unit, sufficient luminous intensity can be obtained even with low-intensity ultrasonic pulses, making it possible to apply it to sensitive detection objects such as the human body without difficulty.
도 1은 종래 초음파 이미징 시스템을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따른 초음파 이미징 시스템을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 3는 본 출원의 실시예에 따른 초음파 이미징 시스템을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 4은 본 출원의 다른 실시예에 따른 초음파 이미징 시스템을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.Figure 1 is a schematic diagram for explaining a conventional ultrasound imaging system.
Figure 2 is a schematic diagram for explaining an ultrasound imaging system according to an embodiment of the present application.
Figure 3 is a schematic diagram for explaining an ultrasound imaging system according to an embodiment of the present application.
Figure 4 is a schematic diagram for explaining an ultrasound imaging system according to another embodiment of the present application.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present application will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 종래의 초음파 이미징 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 종래의 초음파 이미징 시스템에서는, 초음파 송수신기(10)가 탐지 대상 물체(O)를 향해 초음파 펄스를 송신하고, 탐지 대상 물체(O)로부터 반사된 에코 펄스를 수신하게 된다. 이렇게 수신된 에코 펄스는 신호 증폭기(20)에 의해 증폭되고, 디지털 변환 처리기(30)에 의해 디지털 신호로 변환 및 처리되어 최종적으로 디스플레이(40)에 출력되는 방식이었다. 하지만, 에코 펄스를 증폭하기 위한 신호 증폭기(20) 및 신호 처리를 위한 디지털 변환 처리기(30)는 고가이며, 그 부피도 매우 커서 휴대성이 매우 저하되는 단점이 있었으며, 이들 장치에 전력을 공급하기 위한 별도의 전력 공급부(미도시) 또한 요구되었다.Figure 1 is a diagram for explaining a conventional ultrasound imaging system. In a conventional ultrasonic imaging system, the ultrasonic transceiver 10 transmits ultrasonic pulses toward the object to be detected (O) and receives echo pulses reflected from the object to be detected (O). The echo pulse received in this way was amplified by the
도 2는 본 출원의 실시예에 따른 초음파 이미징 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 출원의 실시예에 따른 초음파 이미징 시스템은 기판(100), 발광 소자(200) 및 초음파 송신기(300)를 포함할 수 있다.Figure 2 is a diagram for explaining an ultrasound imaging system according to an embodiment of the present application. Referring to FIG. 2 , the ultrasonic imaging system according to an embodiment of the present application may include a
기판(100)은 압전 물질로 이루어질 수 있으며, 압전 물질은 기계적인 압력을 가하면 전압이 발생하고, 전압을 가하면 기계적인 변형이 발생하는 물질을 의미할 수 있다. 본 출원의 실시예에 따른 기판(100)은 Lead zirconate titanate, BaTiO3, SrTio3, polyvinylidene fluoride(PVDF), Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE), Zr-doped HfO2, Al-doped HfO2, Si-doped HfO2, Ga-doped HfO2, Y-doped HfO2, polyamides, polyimide, liquid crystal polymers, Parylene-C, cellular polypropylene, cellular polyethylene-naphthalate 및 voided charge polymers으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다.The
발광 소자(200)는 압전 효과에 의해 기판(100)에 유도된 전압에 의해 빛을 발하는 부분으로, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 발하게 된다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.The
초음파 송신기(300)는 탐지 대상 물체(O)를 사이로 기판(100)과 마주하게 배치되며, 탐지 대상 물체(O)를 향해 초음파 펄스를 송신하는 부분이다. 초음파 펄스를 송신할 수 있는 종래의 초음파 송신기가 적용될 수 있으며, 이에 대한 구체적 설명은 후술하기로 한다.The
초음파 송신기(300)가 탐지 대상 물체(O)를 향해 초음파 펄스를 송신하면, 초음파 펄스의 이동 경로에 탐지 대상 물체(O)가 위치한 부분과 그렇지 않은 부분에서 기판(100)에 도달하는 펄스의 강도가 상이할 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 탐지 대상 물체(O)가 위치한 부분의 상측에 위치하는 기판(100)에는 약한 강도의 초음파 펄스가 수신될 것이고, 탐지 대상 물체(O)가 위치하지 않은 부분의 상측에 위치하는 기판(100)에는 보다 강한 강도의 초음파 펄스가 수신될 것이다. 수신된 초음파 펄스의 강도에 비례하여 기판(100)에 유도되는 전압의 크기가 달라질 것이고, 이에 따라 발광 소자(200)에서 출력되는 빛의 강도가 상이할 것이므로, 이를 통해 초음파 이미지 판독을 수행할 수 있다.When the
상기한 기판(100)과 초음파 송신기(300)는 매질에 의해 둘러쌓일 수 있으며, 매질은 초음파 펄스의 전달을 용이하게 하는 역할을 한다. 일 예로, 초음파 젤(gel), 물, 금속, 세라믹, 플라스틱과 같은 물질이 이용될 수 있다.The
이하에서는, 도 3 내지 도 4를 참조하여 본 출원의 실시예에 따른 초음파 이미징 시스템을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, an ultrasound imaging system according to an embodiment of the present application will be described in more detail with reference to FIGS. 3 and 4.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 초음파 이미징 시스템을 설명하기 위한 도면이다.Figure 3 is a diagram for explaining an ultrasound imaging system according to an embodiment of the present application.
도 3을 참조하면, 본 출원의 초음파 이미징 시스템은 기판(100), 발광 소자(200) 및 초음파 송신기(300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the ultrasonic imaging system of the present application may include a
기판(100)은 압전 물질로 이루어질 수 있으며, 초음파 송신기(300)로부터 송신된 초음파 펄스를 수신하여 압전 효과에 의해 전압이 유도되는 부분이다. 이에 대한 자세한 설명은 전술하였으므로 생략하기로 한다.The
기판(100)은 압전 물질로 이루어지되, 압전 계수가 기판(100)의 각 부분마다 상이하도록 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 기판(100)의 횡방향으로 압전 계수가 높은 부분과 낮은 부분이 교차로 형성되도록 함으로써, 최종적으로 발광 소자(200)에서 출력되는 이미지의 대비 감도 향상을 이룰 수 있다. 이는, 기판(100)에 초음파 펄스가 수신되는 경우, 수신된 초음파 펄스의 압력이 종방향으로만 전파되는 것이 아닌 횡방향으로도 전파되어 간섭을 일으켜 부정확한 이미지가 출력될 수 있으므로, 압전 계수의 이방성 조절을 통해(즉, 임의의 지점과 다른 임의의 지점의 압전 계수가 상이함) 대비 감도를 향상시켜 고해상도의 이미지 출력이 가능하다. 관련 설명은 상세히 후술하기로 한다.The
발광 소자(200)는 기판(100) 상에 형성될 수 있으며, 기판(100)에 유도된 전압에 의해 발광하여 이미지를 출력하는 부분이다.The
도 3을 참조하면, 발광 소자(200)는 정공 주입층(210), 정공 수송층(220), 발광층(230), 전자 수송층(240), 전자 주입층(250), 제1 전극층(260) 및 굴절률 매칭층(270)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the
정공 주입층(210)과 정공 수송층(220)은 정공을 발광층(230)에 전달하기 위한 것으로, 양자효율을 높여 구동전압을 낮추는 역할을 한다. 정공 수송층(220)은 공지된 정공 수송 물질을 사용할 수 있으며, 본 출원의 일 실시예에서는 poly (3-hexylthiophene) (P3HT), pentacene, naphthalene dimide, 1,4-diketopyrrolo[3,4-c]pyrrole (DPP), 4,4'-bis[N-(1-napthyl)-N-phenyl-amino] biphenyl (NPB), N,N′-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine (TPD), 9,9- dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4-(N-(4-sec-butylphenyl))diphenylamine)] (TFB), NiOx 및 1,1-bis[(di-4-tolylamino)phenyl]cyclohexane (TAPC)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 물질로 이루어진 박막 구조일 수 있으며, 정공 수송층(220)의 두께는 50nm 이하일 수 있다.The
발광층(230)은 정공 주입층(210)과 정공 수송층(220)에서 주입된 정공과, 전자 주입층(250) 및 전자 수송층(240)에서 주입된 전자가 재결합하여 형성된 액시톤이 기저상태로 떨어지면서 빛을 발하는 층이다. 일반적으로, 정공 주입층(210), 정공 수송층(220), 발광층(230), 전자 수송층(240) 및 전자 주입층(250)을 포함하여 유기발광층이라 하기도 한다. 본 출원의 실시예에서는 fac tris(2-phenylpyridine)iridium [Ir(ppy)3]가 도핑된 4,48,49-tri(N-carbazolyl) triphenylamine (TCTA), fac tris(2-phenylpyridine)iridium [Ir(ppy)3]가 도핑된 4,4 -N,N -dicarbazole-biphenyl (CBP), iridium (III)bis [2-methyldibenzo-(f,h) quinoxaline](acetylacetonate) (Ir(MDQ)2(acac))가 도핑된 3,59-N,N9-dicarbazolebenzene (mCP), Ir(MDQ)2(acac)가 도핑된 2,29,20(1,3,5-benzenetriyl)tris-(1-phenyl-1H-benzimidazole) (TPBi) 및 iridium(III) bis[(4,6-difluorophenyl)- pyridinato-N,C29] picolinate (FIrpic)가 도핑된 mCP으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 박막 구조일 수 있으며, 발광층(230)의 두께는 30nm 이하일 수 있다.The light-emitting
전자 수송층(240), 전자 주입층(250) 및 제1 전극층(260)은 전자를 발광층(230)에 전달하기 위한 것이다.The
제1 전극층(260)은 발광층(230)에 전자를 공급하는 음극(cathode)이며, 후술하는 굴절률 매칭층(260)을 통해 이미지가 출력될 수 있도록 투명 재질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로는 Ag, Al, Ca, Mg, Au, Pt, Mo, Cr, Mg:Ag와 같은 금속, Indium tin Oxide (ITO), Indium Zinc Oxide (IZO), Aluminum Tin Oxide (ATO), Aluminum Zinc Oxide (AZO), carbon nanotube, Silver nanowire, Al/ITO 및 Ag/ITO으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질의 적층 구조일 수 있다.The
보다 구체적으로, 제1 전극층(260)이 Mg:Ag의 물질로 이루어진 경우, Mg:Ag=10:1의 조성비율로 구성될 수 있으며, 두께는 30nm 이하일 수 있다.More specifically, when the
전자 주입층(250)은 제1 전극층(260)으로부터 공급된 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 갖는 물질로 이루어질 수 있으며, LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO, CsCO3, BCP 혼합체와 같은 물질이 적용될 수 있다.The
전자 수송층(240)은 전자 주입의 에너지 장벽을 낮추어 전자 주입 및 수송을 원활하게 위한 것으로, C60, PC60BM, PC70BM, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic-3,4:9,10-bis- methylimide (Me-PTC), N,N'-di (propoxyethyl) perylene-3, 4, 9, 10-tetracarboxylic diimide (PTCDI), 3, 4, 9, 10-perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA), naphthalene tetracarboxylic anhydride (NTCDA), 2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP), p-bis(triphenylsilyl)benzene (UGH2), 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BPhen), tris-(8-hydroxy quinoline) aluminum (Alq3), 3,5'-N,N'-dicarbazole-benzene (mCP), tris[3-(3-pyridyl)-mesityl]borane (3TPYMB), ZnO 및 TiO2 으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 물질의 적층 구조일 수 있으며, 전자 수송층(240)의 두께는 50nm 이하일 수 있다.The
굴절률 매칭층(270)은 제1 전극층(260) 상에 적층되는 부분으로, 정공 주입층(210), 정공 수송층(220), 발광층(230), 전자 수송층(240), 전자 주입층(250)을 포함하는 유기발광층과 대기 사이의 굴절률 차이를 감소시키는 부분이다. 일반적으로, 유기발광층을 구성하는 질화물인 GaN의 경우 그 굴절률이 약 2.4이고, 대기는 1이어서 그 차이가 매우 크다. 이는 많은 내부 전반사를 발생시키고, 이는 실제로 빛이 추출될 수 있는 입사각을 매우 제한하므로 제대로 이미지가 출력되지 않는 문제가 발생하게 된다.The refractive
굴절률 매칭층(270)을 유기발광층 상에 적층하여 굴절률을 감소시켜 이러한 문제점을 해결하게 되며, 본 출원의 일 실시예에서는 Alq3, TCTA, TAPC, NPB, 혹은 CBP로 이루어진 굴절률 매칭층(270)이 적용될 수 있고, 그 두께는 45 nm일 수 있다.This problem is solved by reducing the refractive index by stacking the refractive
초음파 송신기(300)는 압전 물질로 이루어진 기판(320), 기판(320)의 상측과 하측에 각각 적층된 전극(310, 330) 및 임피던스 매칭층(340)을 포함할 수 있다.The
기판(320)은 발광 소자(200) 하측에 형성되는 기판(100)과 동일한 압전 물질로 이루어질 수 있다.The
기판(320)의 상측과 하측에 적층된 전극(310, 330)은 제1 전원 공급부(V1)에 연결되어, 제1 전원 공급부(V1)를 통해 교류 전압을 인가받게 되며, 전극(310, 330) 사이의 기판(320)은 초음파 교류 전압 인가에 의해 초음파 펄스를 발생시키게 된다.The
전극(310, 330)은 Ag, Al, Ca, Mg, Au, Pt, Mo, Cr, Mg:Ag와 같은 금속, Indium tin Oxide (ITO), Indium Zinc Oxide (IZO), Aluminum Tin Oxide (ATO), Aluminum Zinc Oxide (AZO), carbon nanotube, Silver nanowire, Al/ITO 및 Ag/ITO으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질의 적층 구조일 수 있다.The
임피던스 매칭층(340)은 전극(330) 상에 적층되어, 계면에서의 초음파 에너지 전달 손실을 억제하는 부분이다. 이를 통해, 초음파 송신기(300)로부터 송신되는 초음파 펄스의 에너지 손실을 최소화할 수 있다.The
도 3을 참조하여, 본 출원의 초음파 이미징 시스템에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 기판(100) 하부에 제2 전극층(400)을 적층하고, 제2 전원 공급부(V2)가 제1 전극층(260)과 제2 전극층(400) 사이에 직류 전압을 인가하면 전자와 정공이 만나 발광층(230)에서 발광이 이루어진다.Referring to FIG. 3, the ultrasound imaging system of the present application will be described in more detail. The
전술한 바와 같이 기판(100)은 횡방향, 즉 제2 전극층(400), 기판(100), 발광 소자(200)의 적층 방향과 교차되는 방향으로 압전계수가 높은 부분과 낮은 부분이 교차로 형성될 수 있다. 따라서, 기판(100)에 유도된 압전 전압이 횡방향으로 전파되어 초음파 이미지의 분해능을 열화시키는 현상이 감소될 수 있다. 따라서, 기판(100)을 1-3 복합체와 같은 복수의 이종 물질로 형성하여 압전계수가 높은 부분과 낮은 부분이 교차로 형성되도록 하여 상기한 문제를 해결하는 것이 가능하다.As described above, the
도 4를 참조하여, 본 출원의 다른 실시예에 따른 초음파 이미징 시스템에 대해 구체적으로 설명한다.Referring to FIG. 4, an ultrasound imaging system according to another embodiment of the present application will be described in detail.
도 4는 기판(100)과 압전 계수가 상이한 폴리머 충진재(P)가 기판(100)을 관통한다는 점이 도 3과 상이하다.FIG. 4 is different from FIG. 3 in that a polymer filler P having a different piezoelectric coefficient from the
폴리머 충진재(P)는 기판(100)을 관통하여 기판(100)이 복수의 유닛(100a, 100b, 100c)으로 구획되도록 하며(즉, 복수의 유닛이 바둑판 배열로 형성되도록), 기판(100)에 수신된 초음파 펄스의 압력이 횡방향으로 전파되는 것을 방지하는 부분이다. 폴리머 충진재(P)는 절연성이 높은 유전체 물질인 것이 바람직하며, 기판(100)과 압전계수가 다르거나 비압전특성 물질(nonpiezoeletric)인 것이 바람직하다. 즉, 본 출원의 실시예에 따른 폴리머 충진재(P)는 압전 폴리머로 쓰이는 polyvinylidene fluoride (PVDF), PVDF-TrFE(trifluoroethylene), polyamides, polyimide, liquid crystal polymers, Parylene-C, cellular polypropylene, cellular polyethylene-naphthalate 및 voided charge polymers뿐만 아니라 이를 제외한 물질인 비압전특성을 갖는 물질일 수 있다.The polymer filler (P) penetrates the
폴리머 충진재(P)의 존재로 인해, 기판(100)이 복수의 유닛(100a, 100b, 100c)로 분리되고, 초음파 펄스의 압력이 횡방향으로 전파되더라도 폴리머 충진재(P)가 이를 흡수함으로써, 초음파 펄스 횡방향 전파로 인해 어느 하나의 유닛(100a)이 인접한 유닛(100b)에 영향을 미치는 것이 방지된다. 따라서, 발광소자(200)의 해상도가 향상될 수 있다.Due to the presence of the polymer filler (P), the
또한, 폴리머 충진재(P)로 인해 구분된 복수의 유닛(100a, 100b, 100c) 역시 횡방향으로, 즉 제2 전극층(400), 기판(100), 발광 소자(200)의 적층 방향과 교차되는 방향으로 압전계수가 높은 부분과 낮은 부분이 교차로 형성될 수 있다. 따라서, 복수의 유닛(100a, 100b, 100c)에 유도된 압전 전압이 횡방향으로 전파되어 초음파 이미지의 분해능을 열화시키는 현상이 감소될 수 있다In addition, the plurality of
상기한 본 출원에 따르면, 초음파 펄스의 수신으로 압전 기판에서 생성된 유도 전압으로 발광 소자가 발광하기 때문에, 종래의 초음파 이미징 시스템에서의 신호 처리기와 신호 증폭기가 구비되지 않아도 되어 초음파 이미징 장치의 부피가 현저히 감소될 수 있다.According to the present application described above, since the light emitting element emits light with the induced voltage generated in the piezoelectric substrate upon reception of the ultrasonic pulse, the signal processor and signal amplifier in the conventional ultrasonic imaging system do not need to be provided, reducing the volume of the ultrasonic imaging device. can be significantly reduced.
또한, 압전 기판의 압전 계수 이방성 조절, 기판 내의 폴리머 배치 등을 통해 초음파 펄스의 횡방향 압력 전파에 따른 이미지 분해능 열화가 방지될 수 있다.In addition, image resolution deterioration due to lateral pressure propagation of ultrasonic pulses can be prevented by adjusting the anisotropy of the piezoelectric coefficient of the piezoelectric substrate and arranging the polymer within the substrate.
또한, 별도의 전원 공급부를 장착하여 낮은 강도의 초음파 펄스로도 충분한 발광 강도를 획득할 수 있어, 인체와 같이 민감한 탐지 대상 물체에도 어려움 없이 적용하는 것이 가능하다.In addition, by equipping a separate power supply unit, sufficient luminous intensity can be obtained even with low-intensity ultrasonic pulses, making it possible to apply it to sensitive detection objects such as the human body without difficulty.
이상, 본 명세서에는 본 출원을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 출원의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 출원의 보호범위는 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다. Above, this specification has been described with reference to the embodiments shown in the drawings so that those skilled in the art can easily understand and reproduce the present application, but these are merely illustrative, and those skilled in the art can make various modifications and equivalent alternatives from the embodiments of the present application. It will be appreciated that embodiments are possible. Therefore, the scope of protection of this application should be determined by the claims.
10: 초음파 송수신기
20: 신호 증폭기
30: 디지털 변환 처리기
40: 디스플레이
100: 기판
100a, 100b, 100c: 유닛
200: 발광 소자
210: 정공 주입층
220: 정공 수송층
230: 발광층
240: 전자 수송층
250: 전자 주입층
260: 제1 전극층
270: 굴절률 매칭층
300: 초음파 송신기
310, 330: 전극
320: 기판
340: 임피던스 매칭층
400: 제2 전극층
O: 탐지 대상 물체
P: 폴리머 충진재
V1: 제1 전원 공급부
V2: 제2 전원 공급부10: Ultrasonic transceiver
20: signal amplifier
30: digital conversion processor
40: display
100: substrate
100a, 100b, 100c: units
200: light emitting device
210: hole injection layer
220: hole transport layer
230: light emitting layer
240: electron transport layer
250: electron injection layer
260: first electrode layer
270: Refractive index matching layer
300: ultrasonic transmitter
310, 330: electrode
320: substrate
340: Impedance matching layer
400: second electrode layer
O: object to be detected
P: polymer filler
V 1 : first power supply unit
V 2 : second power supply unit
Claims (8)
상기 기판(100) 상에 형성되며, 상기 기판(100)에 유도된 전압에 의해 발광 가능한 발광 소자(200); 및
탐지 대상 물체(O)를 사이로 상기 기판(100)과 마주하게 배치되며, 상기 기판(100)을 향해 초음파를 송신하는 초음파 송신기(300);를 포함하며,
상기 발광 소자(200)는,
전자와 정공의 재결합에 의해 발광하는 발광층(230);
상기 발광층(230)에 정공을 제공하는 정공 주입층(210);
상기 정공 주입층(210)으로부터 제공된 정공을 수송하는 정공 수송층(220);
상기 발광층(230)을 사이로 상기 정공 주입층(210)과 마주하게 배치되며, 상기 발광층(230)에 전자를 제공하는 전자 주입층(250);
상기 전자 주입층(250)으로부터 제공된 전자를 수송하는 전자 수송층(240);
상기 정공 주입층(210) 또는 상기 전자 주입층(250) 상에 형성되는 투명한 재질의 제1 전극층(260); 및
상기 제1 전극층(260) 상에 형성되는 굴절률 매칭층(270);을 포함하는,
초음파 이미징 시스템.
A substrate 100 made of a piezoelectric material;
a light emitting device 200 formed on the substrate 100 and capable of emitting light by a voltage induced in the substrate 100; and
It includes an ultrasonic transmitter 300 that is disposed to face the substrate 100 with a detection object O in between and transmits ultrasonic waves toward the substrate 100,
The light emitting device 200,
A light emitting layer 230 that emits light by recombination of electrons and holes;
a hole injection layer 210 that provides holes to the light emitting layer 230;
a hole transport layer 220 that transports holes provided from the hole injection layer 210;
an electron injection layer 250 that is disposed to face the hole injection layer 210 across the light emitting layer 230 and provides electrons to the light emitting layer 230;
an electron transport layer 240 that transports electrons provided from the electron injection layer 250;
A first electrode layer 260 made of a transparent material formed on the hole injection layer 210 or the electron injection layer 250; and
A refractive index matching layer 270 formed on the first electrode layer 260,
Ultrasound imaging system.
상기 기판(100) 하부에 형성되는 제2 전극층(400); 및
상기 제1 전극층(260) 및 상기 제2 전극층(400)과 서로 전기적으로 연결되어 전원을 공급하는 제2 전원 공급부(V2);를 더 포함하는,
초음파 이미징 시스템.
According to paragraph 1,
a second electrode layer 400 formed below the substrate 100; and
It further includes a second power supply unit (V 2 ) electrically connected to the first electrode layer 260 and the second electrode layer 400 to supply power.
Ultrasound imaging system.
상기 기판(100)은,
상기 제2 전극층(400), 상기 기판(100) 및 상기 발광 소자(200)의 적층 방향과 교차하는 방향으로 압전 계수가 서로 상이한 부분을 포함하는,
초음파 이미징 시스템.
According to paragraph 3,
The substrate 100 is,
Comprising portions with different piezoelectric coefficients in a direction crossing the stacking direction of the second electrode layer 400, the substrate 100, and the light emitting device 200,
Ultrasound imaging system.
상기 기판(100)은 압전 계수가 서로 상이한 2개 이상의 물질로 형성되는,
초음파 이미징 시스템.
According to paragraph 4,
The substrate 100 is formed of two or more materials with different piezoelectric coefficients.
Ultrasound imaging system.
상기 기판(100)과 상이한 압전 계수를 가지며, 상기 기판(100)이 복수의 유닛(100a, 100b, 100c)으로 구분되도록 하는 폴리머 충진재(P)를 더 포함하는,
초음파 이미징 시스템.
According to paragraph 3,
It has a different piezoelectric coefficient from the substrate 100 and further includes a polymer filler (P) that allows the substrate 100 to be divided into a plurality of units 100a, 100b, and 100c.
Ultrasound imaging system.
상기 복수의 유닛(100a, 100b, 100c)은,
상기 제2 전극층(400), 상기 기판(100) 및 상기 발광 소자(200)의 적층 방향과 교차하는 방향으로 압전 계수가 서로 상이한 부분을 포함하는,
초음파 이미징 시스템.
According to clause 6,
The plurality of units (100a, 100b, 100c) are,
Comprising portions with different piezoelectric coefficients in a direction crossing the stacking direction of the second electrode layer 400, the substrate 100, and the light emitting device 200,
Ultrasound imaging system.
상기 초음파 송신기(300)가 상기 탐지 대상 물체(O)를 사이에 두고 마주하게 배치된 상기 기판(100)을 향해 초음파를 송신하는 단계;
상기 기판(100)에 초음파가 수신되고, 수신된 초음파의 강도에 따라 전압이 유도되는 단계; 및
상기 발광 소자(200)가 상기 기판(100)에 유도된 전압에 의해 발광하는 단계;를 포함하는,
초음파 이미징 방법.An ultrasonic imaging method using the ultrasonic imaging system according to any one of claims 1 and 3 to 7,
transmitting, by the ultrasonic transmitter 300, ultrasonic waves toward the substrate 100 arranged to face each other with the detection target object O in between;
Receiving ultrasonic waves on the substrate 100 and inducing a voltage according to the intensity of the received ultrasonic waves; and
Including a step of causing the light emitting device 200 to emit light by a voltage induced in the substrate 100.
Ultrasound imaging method.
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