KR20100087819A - 엑스레이 디텍터 - Google Patents

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KR20100087819A
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Abstract

엑스레이의 검출량을 증가시킬 수 있는 엑스레이 디텍터는 광검출 기판, 광파장 변환필름, 접착필름 및 광경로 변환부를 포함한다. 광검출 기판은 베이스 기판이 광검출 영역과 비검출 영역으로 구분되고, 광검출 영역에는 PIN 다이오드가 형성된다. 광파장 변환필름은 광검출 기판 상에 배치되어, 외부로부터 인가되는 엑스레이(X-ray)를 PIN 다이오드에서 흡수되는 파장의 광으로 변환시킨다. 접착필름은 광검출 기판 및 광파장 변환필름 사이에 배치되어, 광파장 변환필름을 광검출 기판에 부착시킨다. 광경로 변환부는 접착필름 및 광파장 변환필름 사이에 배치되고, 광파장 변환필름에서 비검출 영역을 향하여 출사되는 광을 광검출 영역을 향하도록 변경시킨다. 이와 같이, 광경로 변환부를 통해 광파장 변환필름에서 출사된 광을 광검출 영역으로 집중시킴으로써, 엑스레이의 검출량을 증가시킬 수 있다.
광경로 변환부

Description

엑스레이 디텍터{X-RAY DETECTOR}
본 발명은 엑스레이 디텍터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엑스레이를 검출하여 물체의 내부를 촬영할 수 있는 엑스레이 디텍터에 관한 것이다.
일반적으로, 엑스레이(X-Ray)는 단파장을 갖고 있어 물체를 쉽게 투과할 수 있다. 이러한 엑스레이는 상기 물체 내부의 밀한 정도에 따라 투과되는 양이 결정된다. 즉, 상기 물체의 내부상태는 상기 물체를 투과한 상기 엑스레이의 투과량을 통해 간접적으로 관측될 수 있다.
엑스레이 디텍터는 상기 물체를 투과한 상기 엑스레이의 투과량을 검출하는 장치이다. 상기 엑스레이 디텍터는 상기 엑스레이의 투과량을 검출하여, 상기 물체의 내부상태를 표시장치를 통해 외부로 표시할 수 있다. 상기 엑스레이 디텍터는 일반적으로, 의료용 검사장치, 비파괴 검사장치 등으로 사용될 수 있다.
상기 엑스레이 디텍터는 일반적으로, 외부로부터 인가되는 엑스레이를 가시광선으로 변환시키는 광파장 변환필름과, 상기 가시광선을 전기로 변환시키는 PIN 다이오드를 갖는 광검출 기판을 포함한다. 상기 광검출 기판은 상기 가시광선을 검출할 수 있는 광검출 영역과, 상기 가시광선을 검출하지 못하는 비검출 영역으로 구분될 수 있다. 이때, 상기 광검출 영역에는 상기 PIN 다이오드가 형성되고, 상기 비검출 영역에는 상기 PIN 다이오드와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터와 신호선이 형성된다.
그러나, 상기 광파장 변환필름으로 인가되어 상기 가시광선으로 변환되는 엑스레이 중 일부는 상기 광검출 영역으로 인가되어 전기로 변환될 수 있지만, 다른 일부는 상기 비검출 영역으로 인가되어 전기로 변환되지 않는다. 즉, 상기 광검출 기판으로 인가되어 상기 가시광선으로 변화되는 엑스레이 중 일부가 상기 비검출 영역으로 인해 상기 광검출 기판에서 검출되지 못하는 문제점이 발생된다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 외부로부터 입사되는 엑스레이의 검출량을 증가시킬 수 있는 엑스레이 디텍터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 엑스레이 디텍터는 광검출 기판, 광파장 변환필름, 접착필름 및 광경로 변환부를 포함한다.
상기 광검출 기판은 각각이 광검출 영역과 상기 광검출 영역과 인접하는 비검출 영역으로 구분되는 복수의 단위화소들을 포함하고, 상기 광검출 영역에는 광을 전기로 변환시킬 수 있는 PIN 다이오드가 형성된다. 상기 광파장 변환필름은 상기 광검출 기판 상에 배치되어, 외부로부터 인가되는 엑스레이(X-ray)를 상기 PIN 다이오드에서 흡수되는 파장의 광으로 변환시킨다. 상기 접착필름은 상기 광검출 기판 및 상기 광파장 변환필름 사이에 배치되어, 상기 광파장 변환필름을 상기 광검출 기판에 부착시킨다. 상기 광경로 변환부는 상기 접착필름 및 상기 광파장 변환필름 사이에 배치되고, 상기 광파장 변환필름에서 상기 비검출 영역을 향하여 출사되는 광을 상기 광검출 영역을 향하도록 변경시킨다.
상기 광경로 변환부는 광투과부 및 광굴절부를 포함할 수 있다. 상기 광투과부는 상기 광검출 영역과 대응되도록 형성되고, 상기 광파장 변환필름에서 출사되어 상기 광검출 영역을 향하는 광을 그대로 투과시킨다. 상기 광굴절부는 상기 광투과부와 연결되어 상기 광검출 영역과 대응되도록 형성되고, 상기 광파장 변환필름에서 상기 비검출 영역을 향하여 출사되는 광을 상기 광검출 영역으로 굴절시킨다.
상기 광투과부 및 상기 광굴절부는 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 이때, 상기 광굴절부의 굴절률은 상기 광투과부로부터 멀어질수록 증가할 수 있다.
한편, 상기 광굴절부는 상기 접착필름보다 작은 굴절율을 갖고, 상기 접착필름과 마주하는 상기 광굴절부의 하면은 상기 광투과부로부터 멀어질수록 상기 접착필름 측으로 경사질 수 있다. 이와 다르게, 상기 광굴절부는 상기 접착필름보다 큰 굴절률을 갖고, 상기 접착필름과 마주하는 상기 광굴절부의 하면은 상기 광투과부로부터 멀어질수록 상기 접착필름의 반대 측으로 경사질 수 있다.
상기 광검출 기판은 베이스 기판, 게이트 배선, 게이트 절연막, 데이터 배선, 박막 트랜지스터, 소자 보호막 및 바이어스 배선을 더 포함할 수 있다. 상기 게이트 배선은 상기 베이스 기판 상에 제1 방향으로 형성되고, 상기 게이트 절연막은 상기 게이트 배선을 덮도록 상기 베이스 기판 상에 형성되며, 상기 데이터 배선은 상기 게이트 절연막 상에 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성된다. 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트 및 데이터 배선들과 각각 전기적으로 연결되고, 상기 게이트 절연막 상에 형성된 상기 PIN 다이오드의 하부와 전기적으로 연결된다. 상기 소자 보호막은 상기 데이터 배선, 상기 박막 트랜지스터 및 상기 PIN 다이오드를 덮도록 상기 게이트 절연막 상에 형성되고, 상기 PIN 다이오드의 상면의 일부에 노출시키는 다이오드 콘택홀을 갖는다. 상기 바이어스 배선은 상기 PIN 다이오드와 중첩되도록 상기 소자 보호막 상에 형성되고, 상기 다이오드 콘택홀을 통해 상기 PIN 다이오드의 상부와 전기적으로 연결된다.
상기 바이어스 배선은 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향을 따라 연장될 수 있다. 또한, 상기 바이어스 배선은 상기 제2 방향을 따라 연장되고, 상기 데이터 배선과 인접 또는 중첩되어 형성될 수 있다.
상기 게이트 배선, 상기 데이터 배선 및 상기 박막 트랜지스터는 상기 비검출 영역에 형성될 수 있고, 상기 바이어스 배선도 상기 비검출 영역에 형성될 수 있다.
한편, 상기 엑스레이 디텍터는 상기 소자 보호막 상에 형성되어 상기 박막 트랜지스터를 커버하는 광차단부를 더 포함할 수 있다. 상기 광차단부는 상기 바이어스 배선과 동일한 공정에 의해 형성되고, 상기 바이어스 배선과 연결될 수 있다.
상기 PIN 다이오드는 하부 전극부, 광변환 반도체부 및 상부 전극부를 포함할 수 있다. 상기 하부 전극부는 상기 게이트 절연막 상에 형성되어 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 전기적으로 연결된다. 상기 광변환 반도체부는 상기 하부 전극부 상에 형성된 N형 반도체층, 상기 N형 반도체층 상에 형성된 진성 반도체층, 및 상기 진성 반도체층 상에 형성된 P형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 상부 전극부는 상기 P형 반도체층 상에 형성되어 상기 바이어스 배선과 전기적으로 연결되고, 투명한 도전성 물질로 이루어진다.
한편, 상기 광경로 변환부는 상기 광파장 변환필름의 하면 상에 형성 또는 부착될 수 있다.
이와 같이 엑스레이 디텍터에 따르면, 외부에서 인가된 엑스레이가 광파장 변환필름에 의해 파장이 변환된 후 광검출 기판으로 인가될 때, 비검출 영역을 향하여 진행하는 광이 광경로 변환부에 의해 광검출 영역으로 굴절됨에 따라, 상기 광검출 기판에서의 상기 엑스레이의 검출량이 종래보다 증가될 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하 는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있으며, 막(층)이 다른 막(층) 또는 기판 상에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 다른 막(층) 또는 기판 상에 직접 형성되거나 그들 사이에 추가적인 막(층)이 개재될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스레이 디텍터의 일부를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 각 단위화소를 두 영역으로 구분한 상태를 도시한 평면도이며, 도 3은 도 1의 I-I'선을 따라 절단한 단면도이고, 도 4는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단한 단면도이며, 도 5는 도 1의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 의한 엑스레이 디텍터는 광검출 기판(100), 광파장 변환필름(200), 접착필름(300) 및 광경로 변환부(400)를 포함한다.
상기 광검출 기판(100)은 광을 전기로 변환시킴으로써, 외부로부터 인가되는 광을 검출할 수 있다. 상기 광검출 기판(100)은 매트릭스(matrix) 또는 라인(line) 형태로 배열된 복수의 단위화소들(PX)을 포함하고, 상기 단위화소들(PX) 각각은 도 2에서와 같이, 광을 전기로 변환시켜 검출할 수 있는 광검출 영역(AR1) 및 상기 광검출 영역과 인접하게 형성되고 광을 검출하지 못하는 비검출 영역(AR2)로 구분된다. 여기서, 상기 각 단위화소(PX)가 직사각형 형상을 가질 때, 상기 비검출 영역(AR2)은 실질적으로 L-자 형상을 가질 수 있다.
상기 광파장 변환필름(200)은 상기 광검출 기판(100)의 상부에 배치되고, 외부로부터 인가되는 엑스레이(X-ray)를 상기 광검출 기판(100)에서 검출이 가능한 파장의 광으로 변환시켜 출력한다. 즉, 상기 광파장 변환필름(200)은 상기 엑스레이를 가시광선, 예를 들어 그린광(green light)으로 변경시킬 수 있는 신틸레이터(scintillator)일 수 있다. 한편, 상기 광파장 변환필름(200)은 상기 광검출 기 판(100)보다 상대적으로 매우 두껍고, 예를 들어 약 500㎛ ~ 약 1000㎛ 사이의 두께를 가질 수 있다.
상기 접착필름(300)은 상기 광검출 기판(100) 및 상기 광파장 변환필름(200) 사이에 배치되어, 상기 광파장 변환필름(200)을 상기 광검출 기판(100)에 부착시킨다. 상기 접착필름(300)은 상기 광파장 변환필름(200)보다 얇은 두께를 갖고, 예를 들어, 약 100㎛ ~ 약 150㎛ 사이의 두께를 가질 수 있다.
상기 광경로 변환부(400)는 상기 접착필름(300) 및 상기 광파장 변환필름(200) 사이에 배치될 수 있다. 상기 광경로 변환부(400)는 상기 광파장 변환필름(200)에서 상기 비검출 영역(AR2)을 향하여 출사되는 광을 상기 광검출 영역(AR1)을 향하도록 변경시켜 출사시킬 수 있다. 상기 광경로 변환부(400)는 필름 형태로 상기 광파장 변환필름(200)의 하면에 부착되거나, 상기 광파장 변환필름(200)의 하면 상에 증착되어 형성될 수 있다.
이하, 상기 광검출 기판(100)에 대하여 상세하게 설명하도록 하겠다.
상기 광검출 기판(100)은 베이스 기판(SB), 게이트 배선들(110), 게이트 절연막(120), 데이터 배선들(130), 박막 트랜지스터들(TFT), PIN 다이오드들(DI), 소자 보호막(150), 바이어스 배선들(160), 광차단부들(170) 및 외곽 보호막(180)을 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판(SB)은 플레이트 형상을 갖고, 투명한 물질, 예를 들어 유리, 석영, 합성수지 등으로 이루어질 수 있다. 상기 게이트 배선들(110)은 상기 베이스 기판(100) 상에 제1 방향을 따라 길게 연장되어 형성되고, 상기 게이트 절 연막(120)은 상기 게이트 배선들(110)을 덮도록 상기 베이스 기판(100) 상에 형성된다. 상기 데이터 배선들(130)은 상기 게이트 절연막(120) 상에 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 길게 연장되어 형성된다. 이때, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 직교하는 방향인 것이 바람직하다.
상기 박막 트랜지스터들(TFT)은 상기 게이트 배선들(110) 및 상기 데이터 배선들(130)이 서로 교차하는 지점에 인접하여 형성된다. 상기 박막 트랜지스터들(TFT) 각각은 게이트 전극(G), 액티브 패턴(A), 오믹콘택 패턴(O), 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D)을 포함한다. 상기 게이트 전극(G)은 상기 게이트 배선(110)으로부터 분기되어 형성되고, 상기 액티브 패턴(A)은 상기 게이트 전극(G)과 중첩되도록 상기 게이트 절연막(120) 상에 형성된다. 상기 소스 전극(D)은 상기 데이터 배선(130)으로부터 분기되어 상기 액티브 패턴(A)과 중첩되도록 형성되고, 상기 드레인 전극(D)은 상기 소스 전극(D)과 이격되도록 상기 액티브 패턴(A)과 중첩되어 상기 게이트 절연막(120) 상에 형성된다. 상기 오믹콘택 패턴(O)은 상기 소스 전극(S)과 상기 액티브 패턴(A) 사이와, 상기 드레인 전극(D)과 상기 액티브 패턴(A) 사이에 각각 형성되어, 전극과 패턴 사이의 접촉저항을 감소시킨다.
상기 PIN 다이오드들(DI)은 상기 게이트 절연막(120) 상에 형성되어 상기 박막 트랜지스터들(TFT)과 각각 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 PIN 다이오드들(DI) 각각은 하부 전극부(LP), 광변환 반도체부(140) 및 상부 전극부(HP)를 포함할 수 있다.
상기 하부 전극부(LP)는 상기 게이트 절연막(120) 상에 형성되어, 상기 드레 인 전극(D)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 상기 하부 전극부(LP)는 상기 드레인 전극(D)과 동일한 공정에 의해 형성되어, 상기 드레인 전극(D)과 직접 연결될 수 있다. 이와 다르게, 상기 하부 전극부(LP)는 상기 드레인 전극(D)과 다른 공정에 의해 형성되어, 상기 드레인 전극(D)의 상부 또는 하부에 배치될 수 있다. 이때, 상기 하부 전극부(LP)는 상기 드레인 전극(D)보다 전기 저항이 낮으며, 열팽창 스트레스가 낮은 투명한 도전성 물질, 예를 들어 ITO(indium tin oxide) 물질로 이루어질 수 있다.
상기 광변환 반도체부(140)는 상기 하부 전극부(LP) 상에 형성되어 상기 광파장 변환필름(200)에서 출사된 가시광선을 전기로 변환시킨다. 상기 광변환 반도체부(140)는 상기 하부 전극부(LP) 상에 형성된 N형 반도체층(142), 상기 N형 반도체층(142) 상에 형성된 진성 반도체층(144), 및 상기 진성 반도체층(144) 상에 형성된 P형 반도체층(146)을 포함한다. 이때, 상기 진성 반도체층(144)은 상기 N형 및 P형 반도체층들(142, 146)보다 상대적으로 두껍께 형성될 수 있다.
상기 상부 전극부(HP)는 상기 광변환 반도체부(140) 상에 형성된다. 상기 상부 전극부(HP)는 상기 광파장 변환필름(200)에서 출사된 가시광선을 투과시키도록 투명한 도전성 물질, 예를 들어 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 소자 보호막(150)은 상기 데이터 배선들(130), 상기 박막 트랜지스터들(TFT) 및 상기 PIN 다이오드들(DI)을 덮도록 상기 게이트 절연막(120) 상에 형성된다. 상기 소자 보호막(150)에는 상기 PIN 다이오드들(DI)의 상부, 즉 상기 상부 전극부들(HP)의 일부를 노출시키는 바이어스 콘택홀들(152)이 형성된다. 상기 소자 보호막(150)은 무기 절연막 또는 유기 절연막일 수 있지만, 예를 들어 산화 실리콘(SiOx) 또는 질화 실리콘(SiNx)으로 이루어진 무기 절연막인 것이 바람직하다.
상기 바이어스 배선들(160)은 상기 소자 보호막(150) 상에 형성되어 상기 바이어스 콘택홀들(152)을 통해 상기 상부 전극부들(HP)과 각각 전기적으로 접촉한다. 상기 바이어스 배선들(160)은 외부의 바이어스 구동부(미도시)로부터 리버스 바이어스(reverse bias) 또는 포워드 바이어스(forward bias)를 인가받아, 상기 상부 전극부들(HP)로 각각 제공할 수 있다.
상기 바이어스 배선들(160)은 상기 소자 보호막(150) 상에 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향을 따라 길게 연장되어 형성될 수 있다. 이때, 상기 바이어스 배선들(160)은 상기 데이터 배선들(130)과 실질적으로 평행하도록 상기 제2 방향을 따라 형성될 수 있다. 한편, 상기 바이어스 배선들(160) 각각은 상기 PIN 다이오드(DI)와 중첩되는 영역을 최소화하여 필 펙터(fill factor)를 높이기 위해 상기 데이터 배선(130)과 인접하거나 중첩되게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 바이어스 배선들(160) 각각은 2중막 구조, 예를 들어 투명 배선부(162) 및 금속 배선부(164)를 포함할 수 있다. 상기 투명 배선부(162)는 상기 소자 보호막(150) 상에 형성되어 상기 바이어스 콘택홀(152)을 통해 상기 상부 전극부(HP)와 전기적으로 접촉한다. 이때, 상기 투명 배선부(162)는 상기 상부 전극부(HP)와 실질적으로 동일한 물질, 즉 투명한 도전성 물질로 이루어진다. 상기 금속 배선부(164)는 상기 투명 배선부(162) 상에 형성되어 상기 바이어스 구동부와 전기적으 로 연결된다. 본 실시예에서, 상기 투명 배선부(162)는 상기 금속 배선부(164)보다 넓은 면적으로 형성되는 것이 바람직하고, 경우에 따라서 생략될 수 있다.
상기 광차단부들(170)은 상기 박막 트랜지스터들(TFT)의 상부에 각각 형성되어 상기 박막 트랜지스터들(TFT)을 커버하고, 그 결과 상기 광파장 변환필름(200)에서 출사된 가시광선이 상기 박막 트랜지스터들(TFT) 내로 인가되는 것을 차단할 수 있다.
상기 광차단부들(170)은 상기 바이어스 배선들(160)이 형성될 때 동시에 형성될 수 있고, 그로 인해 상기 박막 트랜지스터들(TFT)을 커버하도록 상기 소자 보호막(150) 상에 형성될 수 있다. 이때, 상기 광차단부들(170)도 상기 바이어스 배선(160)과 동일하게 2중막 구조로 형성될 수 있으나, 이와 다르게 상기 투명 배선부(162)와 대응되는 하부막이 제거된 단일막 구조로 형성될 수도 있다. 한편, 상기 광차단부들(170)은 도 1과 같이 상기 바이어스 배선들(160)과 각각 연결되어 일체화될 수 있으나, 상기 바이어스 배선들(160)로부터 이격되어 형성될 수도 있다.
상기 외곽 보호막(180)은 상기 바이어스 배선들(160) 및 상기 광차단부들(170)을 덮도록 상기 소자 보호막(150) 상에 형성된다. 상기 외곽 보호막(180)은 유기 절연막 또는 무기 절연막일 수 있으나, 내부 구성요소들을 보호하면서 상면을 평탄화시킬 수 있는 유기 절연막인 것이 바람직하다.
한편, 도 1 및 도 2를 서로 대응하여 참조할 때, 상기 광검출 영역(AR1) 내에는 상기 PIN 다이오드(DI)가 형성되고, 상기 비검출 영역(AR2) 내에는 상기 게이트 배선(110), 상기 데이터 배선(130), 상기 바이어스 배선(160) 및 상기 박막 트 랜지스터(TFT)가 형성된다.
이하, 상기 광경로 변환부(200)에 대해서 자세하게 설명하고자 한다.
상기 광경로 변환부(200)는 상기 광검출 기판(100)의 단위화소들에 대응하여 복수의 단위 변환영역들로 구분되며, 상기 단위 변환영역들 각각에는 상기 광검출 영역(AR1)과 대응되는 광투과부(410) 및 상기 비검출 영역(AR2)과 대응되는 광굴절부(420)가 형성된다.
상기 광투과부(410)는 상기 광파장 변환필름(200)에서 출사된 가시광선 중 상기 광검출 영역(AR1)을 향하는 광을 그대로 투과시킨다. 이렇게 상기 광투과부(410)를 그래로 투과한 광은 상기 접착필름(300)을 통과한 후, 상기 PIN 다이오드(DI)로 인가되어, 전기로 변환된다.
상기 광굴절부(420)는 상기 광파장 변환필름(200)에서 출사된 가시광선 중 상기 비검출 영역(AR2)을 향하는 광을 상기 광검출 영역(AR2)을 향하도록 굴절시킨다. 이렇게 상기 광굴절부(420)에서 굴절된 광은 상기 접착필름(300)을 통과한 후, 상기 PIN 다이오드(DI)로 인가되어 전기로 변환된다.
상기 광투과부(410) 및 상기 광굴절부(420)는 서로 다른 굴절률을 갖는다. 이때, 상기 광굴절부(420)는 상기 광투과부(410)의 굴절률 이상의 굴절률을 갖는다. 본 실시예에서, 상기 광굴절부(420)는 상기 광투과부(410)로부터 멀어질수록 굴절률이 증가된다. 즉, 상기 광굴절부(420)는 상기 광투과부(410)와 인접한 부분에서는 상기 광투과부(410)와 실질적으로 동일한 굴절률을 갖고, 상기 광투과부(410)로부터 멀어질수록 상기 광투과부(410)보다 높은 굴절률을 갖는다. 이때, 상기 광굴절부(410)의 굴절률은 상기 광투과부(410)로부터 멀어질수록 연속적으로 증가될 수 있지만, 불연속적으로 증가될 수도 있다.
<실시예 2>
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 엑스레이 디텍터의 일부를 도시한 단면도이다.
본 실시예에 의한 엑스레이 디텍터는 광경로 변환부(400)의 일부를 제외하면, 도 1 내지 도 5를 통해 설명한 제1 실시예의 엑스레이 디텍터와 실질적으로 동일하므로, 상기 광경로 변환부(200) 이외의 다른 구성요소들에 대한 자세한 설명은 생략하기로 하고, 상기 제1 실시예서와 동일한 구성요소들에는 동일한 참조부호를 부여하겠다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 의한 광경로 변환부(200)는 광검출 기판(100)의 단위화소들에 대응하여 복수의 단위 변환영역들로 구분되며, 상기 단위 변환영역들 각각에는 광검출 영역(AR1)과 대응되는 광투과부(410) 및 비검출 영역(AR2)과 대응되는 광굴절부(420)가 형성된다.
상기 광투과부(410)는 상기 광파장 변환필름(200)에서 출사된 가시광선 중 상기 광검출 영역(AR1)을 향하는 광을 그대로 투과시킨다. 반면, 상기 광굴절부(420)는 상기 광파장 변환필름(200)에서 출사된 가시광선 중 상기 비검출 영역(AR2)을 향하는 광을 상기 광검출 영역(AR2)을 향하도록 굴절시킨다.
상기 광투과부(410) 및 상기 광굴절부(420)는 서로 동일한 투명한 물질로 이 루어져 서로 동일한 굴절률을 가질 수 있지만, 경우에 따라서 서로 다른 굴절률을 가질 수도 있다.
본 실시예에서, 상기 접착필름(300)과 마주하는 상기 광굴절부(420)의 하면은 상기 광투과부(410)로부터 멀어질수록 상기 접착필름(300) 측으로 경사진다. 이때, 상기 광굴절부(420)의 단면을 살펴볼 때, 상기 광굴절부(420)의 하면은 도 6과 같이 직선으로 경사지게 형성될 수 있지만, 이와 다르게 타원으로 경사지게 형성될 수도 있다. 또한, 본 실시예에서, 상기 광굴절부(420)는 상기 접착필름(300)보다 낮은 굴절률을 갖는 것이 바람직하다.
이와 같이, 상기 광굴절부(420)의 하면이 상기 접착필름(300) 측으로 경사지도록 형성될 경우, 상기 광파장 변환필름(200)에서 출사되어 상기 광굴절부(420)로 인가된 가시광선은 상기 광굴절부(420)의 하면, 즉 상기 광굴절부(420) 및 상기 접착필름(300) 사이의 경계면에서 상기 PIN 다이오드(DI) 측으로 굴절될 수 있다.
한편, 상기 광굴절부(420)가 접착필름(300)보다 낮은 굴절률을 가질 경우, 상기 광파장 변환필름(200)에서 출사되어 상기 광굴절부(420)로 인가된 가시광선은 상기 광굴절부(420)의 하면에서 상기 PIN 다이오드(DI) 측으로 더 큰 각도로 굴절될 수 있다. 왜냐하면, 광은 일반적으로 소한 매질에서 밀한 매질로 인가될 때, 내측 방향으로 꺾여서 진행하기 때문이다.
<실시예 3>
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 엑스레이 디텍터의 일부를 도시한 단면 도이다.
본 실시예에 의한 엑스레이 디텍터는 광굴절부(420)의 굴절률을 제외하면, 도 6을 통해 설명한 제2 실시예의 엑스레이 디텍터와 실질적으로 동일하므로, 상기 광굴절부(420) 이외의 다른 구성요소들에 대한 자세한 설명은 생략하기로 하고, 상기 제1 실시예서와 동일한 구성요소들에는 동일한 참조부호를 부여하겠다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 의한 광굴절부(420)는 광투과부(420)와 다른 굴절률을 갖고, 예를 들어 상기 광투과부(420)보다 높은 굴절률을 갖는다. 구체적으로, 상기 광굴절부(420)는 상기 광투과부(410)로부터 멀어질수록 굴절률이 증가될 수 있다. 이때, 상기 광굴절부(410)의 굴절률은 상기 광투과부(410)로부터 멀어질수록 연속적으로 증가될 수 있지만, 불연속적으로 증가될 수도 있다.
이와 같이, 상기 광굴절부(420)의 하면이 접착필름(300) 측으로 경사지도록 형성되고, 상기 광굴절부(420)가 상기 접착필름(300)보다 낮은 굴절률을 가지면서, 상기 광굴절부(420)의 굴절률이 상기 광투과부(410)로부터 멀어질수록 증가될 경우, 상기 광파장 변환필름(200)에서 출사되어 상기 광굴절부(420)로 인가된 가시광선은 상기 광굴절부(420)의 하면, 즉 상기 광굴절부(420) 및 상기 접착필름(300) 사이의 경계면에서 상기 PIN 다이오드(DI) 측으로 더욱 더 큰 각도로 굴절될 수 있다.
<실시예 4>
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 엑스레이 디텍터의 일부를 도시한 단면 도이다.
본 실시예에 의한 엑스레이 디텍터는 광경로 변환부(400)의 일부를 제외하면, 도 1 내지 도 5를 통해 설명한 제1 실시예의 엑스레이 디텍터와 실질적으로 동일하므로, 상기 광경로 변환부(200) 이외의 다른 구성요소들에 대한 자세한 설명은 생략하기로 하고, 상기 제1 실시예서와 동일한 구성요소들에는 동일한 참조부호를 부여하겠다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 의한 광경로 변환부(200)는 광검출 기판(100)의 단위화소들에 대응하여 복수의 단위 변환영역들로 구분되며, 상기 단위 변환영역들 각각에는 광검출 영역(AR1)과 대응되는 광투과부(410) 및 비검출 영역(AR2)과 대응되는 광굴절부(420)가 형성된다.
상기 광투과부(410)는 상기 광파장 변환필름(200)에서 출사된 가시광선 중 상기 광검출 영역(AR1)을 향하는 광을 그대로 투과시킨다. 반면, 상기 광굴절부(420)는 상기 광파장 변환필름(200)에서 출사된 가시광선 중 상기 비검출 영역(AR2)을 향하는 광을 상기 광검출 영역(AR2)을 향하도록 굴절시킨다.
상기 광투과부(410) 및 상기 광굴절부(420)는 서로 동일한 투명한 물질로 이루어져 서로 동일한 굴절률을 가질 수 있지만, 경우에 따라서 서로 다른 굴절률을 가질 수도 있다.
본 실시예에서, 상기 접착필름(300)과 마주하는 상기 광굴절부(420)의 하면은 상기 광투과부(410)로부터 멀어질수록 상기 접착필름(300)의 반대 측으로 경사진다. 이때, 상기 광굴절부(420)의 단면을 살펴볼 때, 상기 광굴절부(420)의 하면 은 도 8과 같이 직선으로 경사지게 형성될 수 있지만, 이와 다르게 타원으로 경사지게 형성될 수도 있다.
상기 광파장 변환필름(200)에서 출사되어 상기 광굴절부(420)로 인가된 가시광선이 상기 광굴절부(420)의 하면에서 상기 PIN 다이오드(DI) 측으로 굴절되기 위해서는 상기 광굴절부(420)의 굴절률이 상기 접착필름(300)의 굴절률보다 높아야 한다. 왜냐하면, 광은 일반적으로 밀한 매질에서 소한 매질로 인가될 때, 외측 방향으로 꺾여서 진행하기 때문이다. 따라서, 본 실시예에 의한 상기 광굴절부(420)는 상기 접착필름(300)보다 높은 굴절률을 갖는다.
한편, 도 8에서는 도시되지 않았지만, 도 7과 같이 상기 광굴절부(410)의 굴절률이 상기 광투과부(410)로부터 멀어질수록 연속적 또는 불연속적으로 증가될 수 있다. 그 결과, 상기 광파장 변환필름(200)에서 출사되어 상기 광굴절부(420)로 인가된 가시광선이 상기 광굴절부(420)의 하면에서 상기 PIN 다이오드(DI) 측으로 더 큰 각도로 굴절될 수 있다.
이와 같이 본 실시예들에 따르면, 외부에서 인가된 엑스레이가 광파장 변환필름에 의해 파장이 변환된 후 광검출 기판으로 인가될 때, 즉 상기 엑스레이가 상기 광파장 변환필름에서 가시광선으로 변환되어 상기 광검출 기판으로 인가될 때, 비검출 영역을 향하여 진행하는 가시광선이 광경로 변환부에 의해 광검출 영역으로 굴절될 수 있다. 그 결과, 상기 비검출 영역으로 인가되어 검출되지 못했던 광량을 최소화함으로써, 상기 광검출 기판에서의 상기 엑스레이의 검출량이 종래보다 증가될 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스레이 디텍터의 일부를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 각 단위화소를 두 영역으로 구분한 상태를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1의 I-I'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 도 1의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 엑스레이 디텍터의 일부를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 엑스레이 디텍터의 일부를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 엑스레이 디텍터의 일부를 도시한 단면도이다.
<주요 도면번호에 대한 간단한 설명>
100 : 광검출 기판 SB : 베이스 기판
110 : 게이트 배선 120 : 게이트 절연막
130 : 데이터 배선 TFT : 박막 트랜지스터
DI : PIN 다이오드 LP : 하부 전극부
140 : 광변환 반도체부 HP : 상부 전극부
150 : 소자 보호막 160 : 바이어스 배선
170 : 광차단부 180 : 외곽 보호막
200 : 광파장 변환필름 300 : 접착필름
400 : 광경로 변환부 410 : 광투과부
420 : 광굴절부

Claims (15)

  1. 각각이 광검출 영역과 상기 광검출 영역과 인접하는 비검출 영역으로 구분되는 복수의 단위화소들을 포함하고, 상기 광검출 영역에는 광을 전기로 변환시킬 수 있는 PIN 다이오드가 형성된 광검출 기판;
    상기 광검출 기판 상에 배치되어, 외부로부터 인가되는 엑스레이(X-ray)를 상기 PIN 다이오드에서 흡수되는 파장의 광으로 변환시키는 광파장 변환필름;
    상기 광검출 기판 및 상기 광파장 변환필름 사이에 배치되어, 상기 광파장 변환필름을 상기 광검출 기판에 부착시키는 접착필름; 및
    상기 접착필름 및 상기 광파장 변환필름 사이에 배치되고, 상기 광파장 변환필름에서 상기 비검출 영역을 향하여 출사되는 광을 상기 광검출 영역을 향하도록 변경시키는 광경로 변환부를 포함하는 엑스레이 디텍터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광경로 변환부는
    상기 광검출 영역과 대응되도록 형성되고, 상기 광파장 변환필름에서 출사되어 상기 광검출 영역을 향하는 광을 그대로 투과시키는 광투과부; 및
    상기 광투과부와 연결되어 상기 광검출 영역과 대응되도록 형성되고, 상기 광파장 변환필름에서 상기 비검출 영역을 향하여 출사되는 광을 상기 광검출 영역으로 굴절시키는 광굴절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광투과부 및 상기 광굴절부는
    서로 다른 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광굴절부의 굴절률은
    상기 광투과부로부터 멀어질수록 증가하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터.
  5. 제2항에 있어서, 상기 광굴절부는 상기 접착필름보다 낮은 굴절률을 갖고,
    상기 접착필름과 마주하는 상기 광굴절부의 하면은 상기 광투과부로부터 멀어질수록 상기 접착필름 측으로 경사진 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터.
  6. 제2항에 있어서, 상기 광굴절부는 상기 접착필름보자 높은 굴절률을 갖고,
    상기 접착필름과 마주하는 상기 광굴절부의 하면은 상기 광투과부로부터 멀어질수록 상기 접착필름의 반대 측으로 경사진 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광검출 기판은
    베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 제1 방향으로 형성된 게이트 배선;
    상기 게이트 배선을 덮도록 상기 베이스 기판 상에 형성된 게이트 절연막;
    상기 게이트 절연막 상에 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성된 데이터 배선;
    상기 게이트 및 데이터 배선들과 각각 전기적으로 연결되고, 상기 게이트 절연막 상에 형성된 상기 PIN 다이오드의 하부와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터;
    상기 데이터 배선, 상기 박막 트랜지스터 및 상기 PIN 다이오드를 덮도록 상기 게이트 절연막 상에 형성되고, 상기 PIN 다이오드의 상면의 일부에 노출시키는 다이오드 콘택홀을 갖는 소자 보호막; 및
    상기 PIN 다이오드와 중첩되도록 상기 소자 보호막 상에 형성되고, 상기 다이오드 콘택홀을 통해 상기 PIN 다이오드의 상부와 전기적으로 연결된 바이어스 배선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터.
  8. 제7항에 있어서, 상기 바이어스 배선은
    상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터.
  9. 제8항에 있어서, 상기 바이어스 배선은
    상기 제2 방향을 따라 연장되고, 상기 데이터 배선과 인접 또는 중첩되어 형성된 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터.
  10. 제7항에 있어서, 상기 게이트 배선, 상기 데이터 배선 및 상기 박막 트랜지스터는 상기 비검출 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 바이어스 배선도 상기 비검출 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터.
  12. 제7항에 있어서, 상기 소자 보호막 상에 형성되어 상기 박막 트랜지스터를 커버하는 광차단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터.
  13. 제12항에 있어서, 상기 광차단부는
    상기 바이어스 배선과 동일한 공정에 의해 형성되고, 상기 바이어스 배선과 연결된 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터.
  14. 제7항에 있어서, 상기 PIN 다이오드는
    상기 게이트 절연막 상에 형성되어 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 전기적으로 연결된 하부 전극부;
    상기 하부 전극부 상에 형성된 N형 반도체층, 상기 N형 반도체층 상에 형성된 진성 반도체층, 및 상기 진성 반도체층 상에 형성된 P형 반도체층을 포함하는 광변환 반도체부; 및
    상기 P형 반도체층 상에 형성되어 상기 바이어스 배선과 전기적으로 연결되 고, 투명한 도전성 물질로 이루어진 상부 전극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터.
  15. 제1항에 있어서, 상기 광경로 변환부는
    상기 광파장 변환필름의 하면 상에 형성 또는 부착된 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터.
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