KR20140013853A - 엑스선 검출기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예들에 따르면, 광 검출 영역 및 비검출 영역으로 구획되는 복수의 화소들을 포함하는 기판; 상기 광 검출 영역에 위치하는 포토 다이오드; 상기 비검출 영역에 위치하며 상기 포토 다이오드 하부와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되고 상기 비검출 영역에 위치하는 복수의 배선들; 적어도 상기 박막 트랜지스터와 상기 배선들을 덮도록 구비된 하나 이상의 절연막; 상기 기판 전면적으로 상기 절연막 상에 구비된 신틸레이터층; 및 상기 비검출 영역을 가리도록 상기 절연막과 상기 신틸레이터층 사이에 구비된 차단부; 를 포함하는 엑스선 검출기를 개시한다.
Description
본 발명의 실시예들은 엑스선 검출기에 관한 것이다.
엑스선(X-Ray)는 단파장으로 피사체를 쉽게 투과할 수 있으며, 상기 피사체 내부의 밀한 정도에 따라 엑스선의 투과량이 결정된다. 즉, 상기 피사체의 내부 상태는 상기 피사체를 투과한 엑스선의 투과량을 통해 간접적으로 관측될 수 있다.
엑스선 검출기는 상기 피사체를 투과한 상기 엑스선의 투과량을 검출하는 장치이다. 엑스선 검출기는 상기 엑스선의 투과량을 검출하여, 상기 피사체의 내부 상태를 디스플레이 장치를 통해 외부로 표시할 수 있다. 엑스선 검출기는 일반적으로, 의료용 검사장치, 비파괴 검사장치 등으로 사용될 수 있다.
현재 엑스선 검출기로서 필름을 사용하지 않는 디지털 방사선(Digital Radiography: 이하 DR) 방식을 이용하는 플랫 패널(flat panel) 디지털 방사선(DR) 방식이 널리 이용되고 있다.
엑스선 검출기는 포토 다이오드 등 광 감지 소자에 입사된 광에 따라 신호 전류를 생성한다. 신생성된 호 전류는 처리과정을 거쳐 이미지로 표현된다. 그러나 광을 산란시키는 요인이 광 감지 소자로 광이 입사되는 경로에 존재하기 때문에 이미지에서 미세한 부분의 재현 능력이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 엑스선 검출기의 MTF(modulation transfer function)를 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 광 검출 영역 및 비검출 영역으로 구획되는 복수의 화소들을 포함하는 기판; 상기 광 검출 영역에 위치하는 포토 다이오드; 상기 비검출 영역에 위치하며 상기 포토 다이오드 하부와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되고 상기 비검출 영역에 위치하는 복수의 배선들; 적어도 상기 박막 트랜지스터와 상기 배선들을 덮도록 구비된 하나 이상의 절연막; 상기 기판 전면적으로 상기 절연막 상에 구비된 신틸레이터층; 및 상기 비검출 영역을 가리도록 상기 절연막과 상기 신틸레이터층 사이에 구비된 차단부; 를 포함하는 엑스선 검출기를 제공한다.
상기 차단부와 상기 신틸레이터층 사이에 구비된 접착층; 를 더 포함한다.
상기 접착층과 상기 신틸레이터층과 사이에 구비된 보호층; 을 더 포함한다.
상기 차단부와 상기 신틸레이터층 사이에 구비된 신틸레이터시드층; 을 더 포함한다.
상기 차단부는 아크릴계 유기 물질, 오버코트 물질 및 블랙 매트릭스(BM) 물질 중 하나 이상을 포함한다.
적어도 상기 박막 트랜지스터와 상기 포토 다이오드를 덮고 상기 절연막 하부에 구비된 소자 보호막; 상기 소자 보호막 상에 구비되며 컨택홀을 통해 상기 포토 다이오드 상부와 전기적으로 연결된 바이어스 배선; 상기 바이어스 배선은 분기되어 상기 박막 트랜지스터와 중첩된다.
상기 비검출 영역을 가리도록 상기 소자 보호막과 상기 절연막 사이에 구비된 추가차단부; 를 더 포함한다.
상기 신틸레이터층은 CSI 및 GdOS 중 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 광 검출 영역 및 비검출 영역으로 구획되는 복수의 화소들을 포함하는 기판; 상기 광 검출 영역에 위치하는 광 감지 소자; 상기 비검출 영역에 위치하며 상기 광 감지 소자 하부와 전기적으로 연결된 회로부; 상기 회로부와 전기적으로 연결되고 상기 비검출 영역에 위치하는 복수의 배선들; 적어도 상기 회로부와 상기 배선들을 덮도록 구비된 소자 보호막; 상기 소자 보호막을 덮도록 구비된 절연막; 상기 기판 전면적으로 상기 절연막 상에 구비된 광 파장 변환층; 및 상기 비검출 영역을 가리도록 상기 절연막과 상기 광 파장 변환층 사이에 구비된 차단부; 를 포함하는 엑스선 검출기를 개시한다.
상기 차단부와 상기 광 파장 변환층 사이에 구비된 접착층; 를 더 포함한다.
상기 접착층과 상기 광 파장 변환층과 사이에 구비된 보호층; 을 더 포함한다.
상기 차단부와 상기 광 파장 변환층 사이에 구비된 시드층; 을 더 포함한다.
상기 차단부는 아크릴계 유기 물질, 오버코트 물질 및 블랙 매트릭스(BM) 물질 중 하나 이상을 포함한다.
상기 비검출 영역을 가리도록 상기 소자 보호막과 상기 절연막 사이에 구비된 추가차단부; 를 더 포함한다.
상기 신틸레이터층은 CSI 및 GdOS 중 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 다르면, 엑스선 검출기의 MTF(modulation transfer function)를 향상시켜 엑스선 검출기의 광 감지 효율을 증가시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 검출 시스템(1)을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 엑스선 검출기(100)의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 신호 검출부(160)의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 감지 화소(P)들, 및 배선들의 배치를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 광 감지 화소(P) 하나와 그 주변을 확대한 도면이다.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ에 따른 일례의 단면도이다.
도 7은 실시예와 비교예의 MTF 값을 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스선 검출기를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스선 검출기를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스선 검출기를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 엑스선 검출기(100)의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 신호 검출부(160)의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 감지 화소(P)들, 및 배선들의 배치를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 광 감지 화소(P) 하나와 그 주변을 확대한 도면이다.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ에 따른 일례의 단면도이다.
도 7은 실시예와 비교예의 MTF 값을 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스선 검출기를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스선 검출기를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스선 검출기를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
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.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 검출 시스템(1)을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 엑스선 검출 시스템(1)은 에너지원(10), 엑스선 검출기(100), 제어부(200), 신호 처리부(300) 및 디스플레이 장치(400)를 포함한다.
상기 에너지원(10)은 피사체(20)를 향해 엑스선(X-ray) 등의 방사선을 조사하는 방사선 조사 수단이다.
상기 엑스선 검출기(100)는 플랫 패널 내에 엑스선을 감지하기 위한 복수의 광 감지 화소를 구비한다. 상기 엑스선 검출기(100)는 상기 피사체(20)를 투과한 엑스선의 투과량을 검출할 수 있는 복수의 포토 다이오드들과 스위칭 소자들을 포함한다. 상기 포토 다이오드에 리버스 바이어스(reverse bias)가 인가된 상태에서 엑스선이 상기 포토 다이오드로 인가되면, 엑스선의 투과량에 대응되는 전기적인 검출 신호가 각 포토 다이오드 내에 발생된다. 이러한 검출 신호는 데이터 배선(DL)을 통해 리드아웃되어 리드아웃 집적회로(150)로 입력된다.
상기 엑스선 검출기(100)는 엑스선 비조사시 오프셋 이미지 획득을 위한 오프셋 리드아웃 및 엑스선 조사 시 엑스선 이미지 획득을 위한 엑스선 리드아웃을 수행한다. 또한, 상기 엑스선 검출기(100)는 상기 오프셋 리드아웃에 앞서 스크러빙에 의한 오프셋 조정을 수행하고, 상기 엑스선 리드아웃에 앞서 스크러빙에 의한 신호 초기화를 수행한다. 상기 스크러빙 시 게이트 스캔은 적어도 2회 이상 수행할 수 있다.
상기 제어부(200)는 오프셋 보정된 엑스선 이미지를 형성하기 위해 상기 에너지원(10), 상기 엑스선 검출기(100), 및 디스플레이 장치(400)의 동작을 제어한다. 상기 제어부(200)는 상기 에너지원(10)의 엑스선 조사 시기 및 조사 시간을 제어한다. 또한, 상기 제어부(200)는 상기 엑스선 검출기(100)의 오프셋 이미지를 획득하기 위한 구동 시퀀스 및 엑스선 이미지를 획득하기 위한 구동 시퀀스를 제어한다.
상기 신호 처리부(300)는 상기 엑스선 검출기(100)로부터 출력되는 검출 신호를 디지털 신호로 변환한다. 상기 신호 처리부(300)는 상기 디지털 신호로부터 오프셋 이미지와 엑스선 이미지를 생성한다. 일례로서, 상기 오프셋 이미지는 기 생성된 오프셋 이미지와 현재 생성된 오프셋 이미지를 평균함으로써 업데이트될 수 있다. 상기 신호 처리부(300)는 상기 엑스선 이미지로부터 엑스선 조사 전에 생성된 오프셋 이미지를 감산하여 오프셋 보정된 엑스선 촬영 이미지를 생성한다.
상기 디스플레이 장치(400)는 상기 오프셋 보정된 엑스선 촬영 이미지를 표시한다. 상기 디스플레이 장치(400)는 액정표시장치(liquid crystal display; LCD), 유기 발광 표시 장치, 플라스마 표시 장치 등으로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 엑스선 검출기(100)의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 신호 검출부(160)의 구성을 도시한 도면이다.
엑스선 검출기(100)는 패널(110), 바이어스 공급부(120), 게이트 드라이버(130), 리드아웃 집적회로(150), 타이밍 제어부(180), 및 전원전압 공급부(190)를 포함한다. 리드아웃 집적회로(150)는 신호 검출부(160) 및 멀티플렉서(170)를 포함한다.
상기 패널(110)는 에너지원(10)으로부터 방출된 엑스선을 감지하고, 감지된 신호를 광전 변환하여 전기적인 검출 신호로 출력한다. 패널(110)는 복수의 게이트 배선(GL)들과 복수의 데이터 배선(DL)들이 교차하는 지점 근처에 매트릭스 형태로 배열된 복수의 광 감지 화소(P)들을 구비한다. 상기 복수의 게이트 배선(GL)들과 복수의 데이터 배선(DL)들은 서로 거의 직교하도록 배치될 수 있다. 도 2는 4행 4열로 배치된 16개의 광 감지 화소(P)들을 일예로서 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 광 감지 화소(P)들의 개수는 다양하게 선택될 수 있다.
상기 광 감지 화소(P) 각각은 엑스선을 감지하여 검출 신호, 예를 들어 광검출 전압을 출력하는 포토 다이오드(PD)와, 포토 다이오드(PD)로부터 출력된 검출 신호를 게이트 펄스에 응답하여 전달하는 적어도 하나의 스위칭 소자를 구비하며, 상기 스위칭 소자는 예를 들면 박막 트랜지스터일 수 있다. 이하 상기 스위칭 소자가 박막 트랜지스터인 실시예를 중심으로 설명한다. 한편, 광 감지 화소(P)는 도시된 바에 한정되지 않고 커패시터를 더 포함할 수도 있다.
상기 포토 다이오드(PD)는 에너지원(10)으로부터 방출된 엑스선을 감지하고, 감지된 신호를 상기 검출 신호로써 출력한다. 상기 포토 다이오드(PD)는 광전 효과에 의해 입사된 광을 전기적인 검출 신호로 변환하는 소자로서, 예를 들면 PIN 다이오드일수 있다.
바이어스 공급부(120)는 복수의 바이어스 배선(BL)들로 구동전압을 인가한다. 상기 바이어스 공급부(120)는 상기 포토 다이오드(PD)에 일정한 전압을 인가하거나, 리버스 바이어스(reverse bias) 또는 포워드 바이어스(forward bias)를 선택적으로 인가할 수 있다.
게이트 드라이버(130)는 복수의 게이트 배선(GL)들로 게이트 온 전압 레벨을 갖는 게이트 펄스들을 순차적으로 인가한다. 또한, 게이트 드라이버(130)는 복수의 리셋 배선들(RL)로 게이트 온 전압 레벨을 갖는 리셋 펄스들을 인가할 수 있다. 게이트 온 전압 레벨은, 광 감지 화소(P)들의 트랜지스터들을 턴-온(turn-on)시키는 전압 레벨이다. 광 감지 화소(P)들의 트랜지스터들은 상기 게이트 펄스 또는 상기 리셋 펄스에 응답하여 턴-온될 수 있다.
상기 게이트 펄스에 응답하여, 상기 포토 다이오드(PD)로부터 출력된 검출 신호가 데이터 배선(DL)을 통해서 상기 리드아웃 집적회로(150)로 입력된다. 상기 게이트 드라이버(130)는 IC 형태로 이루어져 상기 패널(110)의 일 측에 실장되거나 박막 공정을 통해서 상기 패널(110)와 같은 기판 상에 형성될 수 있다.
상기 리드아웃 집적회로(150)는 상기 게이트 펄스에 응답하여 턴-온된 트랜지스터로부터 출력되는 상기 검출 신호를 리드아웃한다. 상기 리드아웃 집적회로(150)는 오프셋 이미지를 리드아웃하는 오프셋 리드아웃 구간과, 엑스선 노광 후의 검출 신호를 리드아웃하는 엑스선 리드아웃 구간에 광 감지 화소(P)로부터 출력되는 검출 신호를 리드아웃한다.
리드아웃 집적회로(150)는 신호 검출부(160) 및 멀티플렉서(170)를 포함할 수 있다.
신호 검출부(160)는 복수의 데이터 배선(DL)들과 일대일 대응하는 복수의 증폭부를 포함하고, 각 증폭부는 증폭기(OP), 커패시터(CP) 및 리셋소자(SW)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 상기 증폭기(OP)는 데이터 배선(DL)과 연결된 제1입력단, 기준전압(Vref)을 인가받는 제2입력단 및 출력단을 포함한다. 상기 기준전압(Vref)은 그라운드 전압일 수 있다. 상기 제1입력단은 상기 증폭기(OP)의 반전 입력일 수 있고, 상기 제2입력단은 상기 증폭기(OP)의 비반전 입력일 수 있다. 증폭기(OP)의 출력단에서 출력된 신호는 멀티플렉서(170)로 입력된다.
상기 커패시터(CP)의 일단은 상기 증폭기(OP)의 상기 제1입력단과 전기적으로 연결되고, 타단은 상기 증폭기(OP)의 상기 출력단과 전기적으로 연결된다.
상기 리셋소자(SW)는 상기 커패시터(CP)에 충전된 전압을 방전하여 상기 커패시터(CP)를 리셋시킨다. 상기 리셋소자(SW)는 상기 커패시터(CP)에 병렬로 연결되며, 일단은 상기 커패시터(CP)의 일단과 전기적으로 연결되고, 타단은 상기 커패시터(CP)의 타단과 전기적으로 연결된다. 상기 리셋소자(SW)는 상기 커패시터(CP)의 양단을 전기적으로 연결시킬 수 있는 스위치를 포함할 수 있다. 상기 스위치가 닫히면, 상기 커패시터(CP)의 양단은 서로 전기적으로 연결되고, 상기 커패시터(CP)의 양단에 충전된 전압이 방전된다. 상기 리셋소자(SW)의 스위치는 게이트 스캔 모드동안 닫혀, 데이터 배선(DL)을 방전시킨다.
상기 멀티플렉서(170)는 상기 신호 검출부(160)의 증폭기(OP)로부터 전압 신호를 수신하고, 순차적으로 신호 처리부(300)로 출력한다. 상기 멀티플렉서(170)는 각 증폭기(OP)에 대응하는 스위치들을 포함할 수 있다.
타이밍 제어부(180)는 게이트 드라이버(130)의 동작을 제어하기 위하여, 개시신호(STV) 및 클럭신호(CPV) 등을 생성하여 게이트 드라이버(130)로 출력한다. 또한 타이밍 제어부(180)는 리드아웃 집적회로(150)의 동작을 제어하기 위하여, 리드아웃 제어신호(ROC) 및 리드아웃 클럭신호(CLK) 등을 생성하여 리드아웃 집적회로(150)로 출력한다. 게이트 드라이버(130) 및 리드아웃 집적회로(150)는 별개의 클럭신호를 이용하여 동작할 수 있다.
전원전압 공급부(190)는 복수의 전원전압 배선(VDD)들을 통해 복수의 광 감지 화소(P)들에 전원전압을 공급한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 감지 화소(P)들, 및 배선들의 배치를 나타낸 도면이다. 도 6은는 도 5의 Ⅵ-Ⅵ에 따른 일례의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 감지 화소(P)는 광 검출 영역(DA) 및 비검출 영역(NDA)을 포함한다. 광 검출 영역(DA)은 입사되는 광에 따라 신호 전류를 생성하는 영역이다. 비검출 영역(NDA)은 광을 검출하지 않는 영역으로, 광 검출 영역(DA)에 인접하게 배치된다. 광 검출 영역(DA)은 광 감지 소자인 포토 다이오드(PD)를 포함한다. 비검출 영역(NDA)은 적어도 하나의 박막 트랜지스터(TFT)를 구비한 회로부 및 배선들을 포함한다.
광 감지 화소(P)는 기판(411) 상에 구비된다. 기판(411)은 투명한 물질, 예를 들어, 유리 또는 플리스틱으로 이루어진다. 기판(411)의 상면에는 불순물의 침투를 방지하며, 표면을 평탄화하기 위한 버퍼막이 형성될 수 있다. 버퍼막은 필수 구성요소는 아니며 필요에 따라서 선택적으로 구비될 수 있다.
기판(411) 상에는 게이트 배선(GL)이 제1방향을 따라 연장되어 배치된다. 게이트 배선(GL)은 게이트 펄스를 소자로 전달한다. 게이트 배선(GL) 상에는 게이트 배선(GL)을 절연하는 게이트 절연막(413)이 구비된다. 게이트 절연막(413) 상에는 데이터 배선(DL)이 제1방향과 교차하는 제2방향을 따라 연장되어 배치된다. 데이터 배선(DL)은 소자로부터 검출 신호를 리드아웃 회로(150, 도 2 참조)로 전달한다. 제2방향은 제1방향과 직교하는 방향일 수 있다.
박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 배선(GL)과 데이터 배선(DL)이 교차하는 지점에 인접하여 형성된다. 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 펄스에 의해 턴온되어 포토 다이오드(PD)로부터 출력된 신호를 데이터 배선(DL)으로 전달한다. 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 전극(412g), 반도체 패턴(412c), 소스 전극(412s) 및 드레인 전극(412d)을 포함한다. 게이트 전극(412g)은 게이트 배선(GL)으로부터 분기되어 형성되며, 게이트 펄스를 전달한다. 게이트 전극(412g) 상에는 절연을 위해 게이트 절연막(413)이 형성된다. 게이트 절연막(413) 상에는 게이트 전극(412g)과 중첩되도록 반도체 패턴(412c)이 형성된다. 반도체 패턴(412c)은 수소화 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘과 같은 반도체 물질로 이루어질 수 있는데, 이에 한정되지 않고 산화물 반도체로 형성될 수도 있다. 소스 전극(412s) 및 드레인 전극(412d)은 반도체 패턴(412c)에 접하도록 형성된다. 드레인 전극(412d)은 포토 다이오드(PD) 하부와 전기적으로 연결된다. 소스 전극(412s)은 데이터 배선(DL)으로부터 분기되어 형성된다. 반도체 패턴(412c)과 소스 전극(412s) 사이 및 반도체 패턴(412c)과 드레인 전극(412d) 사이에는 접촉저항을 감소시키기 위한 오믹 콘택 패턴(미도시)이 더 형성될 수 있다. 지금까지 박막 트랜지스터(TFT)를 인버티드 스태거드 타입으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 박막 트랜지스터(TFT)는 스태거드 타입, 코플래너 타입 또는 인버티드 코플래너 타입을 가질수도 있다.
포토 다이오드(PD)는 PIN 다이오드 일 수 있다. 포토 다이오드(PD)는 게이트 절연막(413) 상에 형성된다. 포토 다이오드(PD)는 하부전극(414a), 상부전극(414c) 및 반도체부(414b)를 포함한다. 하부전극(414a)은 게이트 절연막(413) 상에 형성되며, 드레인 전극(412d)과 전기적으로 연결된다. 하부전극(414a)은 드레인 전극(412d)과 동일한 공정으로 형성되어 드레인 전극(412d)과 직접 연결될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 하부전극(414a)은 드레인 전극(412d)과 다른 공정으로 형성되어 드레인 전극(412d)의 하부 또는 상부에 형성될 수 있다.
반도체부(414b)는 하부전극(414a) 상에 형성되어 광을 전기 신호로 변환시킨다. 반도체부(414b)는 하부전극(414a) 상에 순차적으로 형성된 N형 반도체층, 진성 반도체층, P형 반도체층을 포함한다. 진성 반도체층은 N형 반도체층과 P형 반도체층에 비해 상대적으로 두껍게 형성될 수 있다.
상부전극(414c)은 반도체부(414b) 상에 형성된다. 상부전극(414c)은 반도체부(414b)로 광을 투과시킬 수 있도록 투명한 도전성 물질로 이루어진다. 예를 들어 투명한 도전성 물질은 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3 중 하나 이상을 의미한다.
소자 보호막(415)은 박막 트랜지스터(TFT), 배선들 및 포토 다이오드(PD)를 덮도록 전면적으로 형성된다. 소자 보호막(415)은 하부에 배치된 각종 소자들은 외부로부터 보호한다. 소자 보호막(415)은 무기 절연 물질 또는 유기 절연 물질을 포함하여 단층 또는 다층으로 이루어질 수 있다. 포토 다이오드(PD)에 대응하는 소자 보호막(415)에는 컨택홀(CT)이 형성되어 있다. 컨택홀(CT)을 통해 포토 다이오드(PD)와 바이어스 배선(BL)은 전기적으로 연결된다.
바이어스 배선(BL)은 포토 다이오드(PD)와 중첩되며 제2방향으로 연장되어 형성된다. 바이어스 배선(BL)은 데이터 배선(DL)과 평행하게 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 게이트 배선(GL)과 평행하게 형성될 수 있다. 바이어스 배선(BL) 중 일부는 제2방향과 교차하는 제1방향으로 분기되어 박막 트랜지스터(TFT)와 중첩된다. 바이어스 배선(BL)은 컨택홀(CT)을 통해 상부전극(414c)과 전기적으로 연결된다. 바이어스 배선(BL)은 바이어스 공급부(120, 도 2 참조)로부터 리버스 바이어스(reverse bias) 또는 포워드 바이어스(forward bias)를 인가 받아 포토 다이오드(PD)로 전달한다.
소자 보호막(415) 상에는 바이어스 배선(BL)을 덮도록 절연막(417)이 더 형성된다. 절연막(417)은 불순물의 침투를 방지하며 표면을 평탄화한다. 절연막(417)은 무기 절연 물질 또는 유기 절연 물질을 포함하여 단층 또는 다층으로 이루어질 수 있다.
절연막(417) 상에는 차단부(421)가 형성된다. 차단부(421)는 비검출 영역(NDA)과 중첩되도록 형성되어, 박막 트랜지스터(TFT), 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)을 가린다. 차단부(421)는 광이 비검출 영역(NDA)으로 입사되는 것을 차단한다. 차단부(421)는 아크릴계 유기 물질, 오버코트 물질 및 블랙 매트릭스(BM) 중 하나 이상을 포함한다.
아크릴계 유기 물질은 디스플레이 패널 공정에서 화소 단위별로 형성이 가능하며 광을 흡수하는 물질이면 어느 것이든 가능하다. 아크릴계 유기 물질로 이루어진 막을 차단부(421)로 형성할 때 염료를 추가하거나, I-ilne UV를 조사하는 과정을 생략하여 차단부의 광 차단율을 더욱 상승시킬 수 있다. 실험결과 아크릴계 유기 물질로 이루어진 막을 형성할 때 I-ilne UV를 조사하는 과정을 생략한 경우 그렇지 않은 경우보다 광 투과율이 약 25 내지 35% 정도 감소하였다.
오버코트 물질은 아크릴계 물질을 로우 메터리알 (row material)로 한다. 오버코트 물질은 디스플레이 장치에서 블랙 매트릭스 형성시 사용하는 물질이다.
블랙 매트릭스는 카본 블랙계 물질 또는 크롬계 물질을 포함할 수 있다.
패널(110)은 기판(411)부터 박막 트랜지스터(TFT), 포토 다이오드(PD) 등의 소자를 덮는 절연막(417)까지를 의미한다. 패널(110)의 두께는 약 1 내지 3㎛이다. 차단부(421)는 패널(110)의 상부에 형성되어 비검출 영역(NDA)을 가림으로써, 광이 비검출 영역(NDA)으로 입사되는 것을 방지한다.
패널(110) 상에는 신틸레이터층(450)이 배치된다. 신틸레이터층(450)은 엑스선을 가시광선으로 변환하는 광 파장 변환층이다. 구체적으로, 파장이 수십 nm 내지 0.01nm 정도인 엑스선을 파장이 450nm 내지 600nm 인 녹색광으로 변환한다. 신틸레이터층(450)의 두께는 약 300 내지 700㎛ 이다. 신틸레이터층(450)은 기둥형 섬광체 다발로 이루어질 수 있다. 신틸레이터층(450)은 CsI 또는 GdOS 중 하나 이상을 포함한다. 그러나 이에 한정되지 않고, 신틸레이터층은 NaI(Tl), CsI(Tl), CaI(Na), LiI(Eu), CaF2(Eu) 등을 포함할 수 있다. 여기서 NaI는 알칼리 메탈 크리스탈이며, Tl는 액티베이터(activator)로 첨가된 불순물(impurity)이다.
신틸레이터층(450)과 패널(110) 사이에는 접착층(431)이 형성된다. 접착층(431)은 신틸레이터층(450)을 패널(110)에 부착한다. 접착층(431)의 두께는 약 50 내지 100㎛ 이다. 접착층(431)과 신틸레이터층(450) 사이에는 보호층(441)이 더 형성될 수 있다. 보호층(441)은 신틸레이터층(450)을 보호하며 신틸레이터층(450) 상면 및 하면에 모두 형성될 수 있다. 도면부호 442는 신틸레이터층(450) 상면에 형성된 보호층이다. 보호층(441)은 패릴렌(parylrnr) 을 포함하며, 두께는 약 10 내지 30㎛이다.
엑스선은 신틸레이터층(450)에서 가시광선으로 변환되어 보호층(441) 및 접착층(431)을 거쳐 패널(110)의 광 감지 화소(P)로 입사된다. 변환된 광은 보호층(441) 및 접착층(431)을 지나면서 산란된다. 산란된 광은 인접한 광 감지 화소(P)로 입사된다. 즉, 신틸레이터층(450)과 패널(110) 사이의 층들로 인해 산란된 광이 주변 광 감지 화소에 영향을 주기 때문에 블러링(blurring) 현상이 일어나게 된다. 특히 포토 다이오드(PD)의 측면에서 생성되는 전자 또는 정공은 대부분 인접한 광 감지 화소(P)로 입사되어야 하는 광이 산란되어 해당 광 감지 화소(P)의 포토 다이오드(PD)에 영향을 미친 것이다. 이러한 산란 광에 의한 간섭은 검출기의 MTF를 저하시키는 요인이 된다. 실험적으로 신틸레이터층(450)의 굴절률(refractive index)는 약 1.8 내지 1.9 수준으로, 보호층(441) 및 접착층(431)의 굴절률보다 크다. 즉, 보호층(441)과 접착층(431)에서 광의 산란이 가장 많이 일어나게 된다. 실험적으로 보호층(441)과 접착층(431)이 없는 타입의 엑스레이검출기의 MTF 값은 보호층(441)과 접착층(431)이 있는 타입의 엑스레이검출기의 MTF 값에 비해 낮다. 결국, 보호층(441)과 접착층(431)으로 인하여 최종 이미지에서 미세한 부분의 재현 능력이 저하되어 상대적으로 정확한 결과를 얻을 수 없다.
산란된 광은 주로 인접한 광 감지 화소(P)의 비검출 영역(NDA)을 거쳐 포토 다이오드(PD)로 입사된다. 광 감지 화소(P)들은 비검출 영역(NDA)과 광 검출 영역(DA)이 번갈아 배치되므로 광 경로에 비검출 영역(NDA)이 포함되기 때문이다. 따라서, 광을 차단하는 차단부(421)를 비검출 영역(NDA)에 배치하면 산란된 광이 인접한 화소의 포토 다이오드(PD)로 입사하는 것을 막을 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 실시예에 따른 차단부(421)를 구비한 엑스선 검출기와 비교예의 MTF 값을 비교한 그래프이다. 비교예로는 차단부(421)를 구비하지 않은 엑스선 검출기의 MTF 값을 측정하였다.
| frequency | 비교예 | 실시예 | ||
| 측정 1 | 측정 2 | 측정 1 | 측정 2 | |
| 1 | 48.6% | 49.1% | 52.8% | 52.2% |
| 2 | 19.6% | 20.5% | 24.1% | 22.4% |
| 3 | 8.7% | 9.3% | 11.6% | 10.6% |
표 1 및 도 7에서 나타난 바와 같이, 실시예 MTF 값이 비교예에 비해 높은 것을 확인할 수 있다. 결과적으로 실시예에 의한 엑스선 검출기는 높은 MTF 값을 가져 최종 이미지에서 우수한 분해능과 콘트라스트를 표현할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스선 검출기를 나타낸 단면도이다.
도 8에 도시된 엑스선 검출기는 광 검출 영역(DA) 및 비검출 영역(NDA)을 포함하는 패널(110), 접착층(431), 신틸레이터층(450) 및 보호층(441)을 포함하는 구성이 도 6에 도시된 엑스선 검출기와 동일하다. 그러나, 도 6의 실시예에서 차단부(421)가 패널(110)의 상면인 절연막(417)의 상부에 형성된 것과 달리, 도 8의 실시예는 차단부(421)가 소자 보호막(415)과 절연막(417)의 사이에 형성된 점이 특징이다. 이하에서는 차단부(421) 이외의 구성요소는 앞서 설명한 도 6의 실시예에 대응되는 구성요소와 그 기능이 동일 또는 유사하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
차단부(421)는 소자 보호막(415)과 절연막(417) 사이에 배치된다. 차단부(421)는 비검출 영역(NDA)과 중첩되도록 형성되어, 박막 트랜지스터(TFT), 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)을 가린다. 차단부(421)는 바이어스 배선(BL)과 동일한 공정으로 형성되어 박막 트랜지스터(TFT)와 중첩되는 바이어스 배선(BL)과 일체로 형성될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 바이어스 배선(BL)과 별도의 공정으로 바이어스 배선(BL)의 상부 또는 하부에 형성될 수 있다. 차단부(421)는 아크릴계 유기 물질, 오버코트 물질 및 블랙 매트릭스(BM) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 차단부(421)가 바이어스 배선(BL)과 일체로 형성되는 경우 금속과 같은 도전 물질로 구성된 하부층과 아크릴계 유기 물질, 오버코트 물질 및 블랙 매트릭스(BM) 중 하나 이상을 포함한 상부층으로 구성될 수 있다.
차단부(421)가 소자 보호막(415)과 절연막(417) 사이에 배치됨으로써, 접착층(431) 및 보호층(441)에서 산란된 광이 인접한 광 감지 화소(P)의 포토 다이오드(PD)로 입사하는 것을 막을 수 있다.
한편, 도시되지 않았으나 차단부(421)는 소자 보호막(415) 및 절연막(417) 상에 모두 형성될 수도 있다. 이 경우 절연막(417) 상에 형성된 차단부(421) 외에도 소자 보호막(415) 상에 추가 차단부가 형성됨으로써, 인접 광 감지 화소(P)로 산란 광이 인가되는 것을 더욱 확실하게 차단할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스선 검출기를 나타낸 단면도이다.
도 9에 도시된 엑스선 검출기는 광 검출 영역(DA) 및 비검출 영역(NDA)을 포함하는 패널(110) 및 신틸레이터층(450)을 포함하는 구성이 도 6에 도시된 엑스선 검출기와 동일하다. 그러나, 도 6의 실시예에서 신틸레이터층(450)을 패널(110)에 접착하기 위한 접착층(431)와 접착층(431)와 신틸레이터층(450) 사이에 보호층(441)이 구비된 것과 딜리, 도 9의 실시예는 패널(110)과 신틸레이터층(450) 사이에 신틸레이터시드층(451)이 포함된 점이 특징이다. 차단부(421)는 도 6의 실시예와 동일하게 절연막(417)의 상부에 형성된다. 이하에서는 신틸레이터시드층(451) 이외의 구성요소는 앞서 설명한 도 6의 실시예에 대응되는 구성요소와 그 기능이 동일 또는 유사하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
신틸레이터시드층(451)은 신틸레이터 결정을 성장시키기 위한 시작 물질을 포함하는 층이다. 신틸레이터시드층(451)에서 신틸레이터 결정이 성장하여 신틸레이터층(450)을 형성한다. 도 9의 실시예에서는 신틸레이터시드층(451)에서 직접 신틸레이터 결정을 성장시키므로 신틸레이터층(450)과 패널(110)을 결합하기 위한 접착층(431)이 필요없다. 또한, 신틸레이터층(450) 하부의 보호층(441)도 배치되지 않는다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스선 검출기를 나타낸 단면도이다.
도 10에 도시된 엑스선 검출기는 광 검출 영역(DA) 및 비검출 영역(NDA)을 포함하는 패널(110) 및 신틸레이터층(450)을 포함하는 구성이 도 8에 도시된 엑스선 검출기와 동일하다. 그러나, 도 8의 실시예에서 신틸레이터층(450)을 패널(110)에 접착하기 위한 접착층(431)와 접착층(431)와 신틸레이터층(450) 사이에 보호층(441)이 구비된 것과 딜리, 도 8의 실시예는 패널(110)과 신틸레이터층(450) 사이에 신틸레이터시드층(451)이 포함된 점이 특징이다. 차단부(421)는 도 8의 실시예와 동일하게 소자 보호막(415)과 절연막(417)의 사이에 형성된다.
한편, 도시되지 않았으나 차단부(421)는 소자 보호막(415) 및 절연막(417) 상에 모두 형성될 수도 있다. 이 경우 절연막(417) 상에 형성된 차단부(421) 외에도 소자 보호막(415) 상에 추가 차단부가 형성됨으로써, 인접 광 감지 화소(P)로 산란 광이 인가되는 것을 더욱 확실하게 차단할 수 있다.
도 9 및 도 10에 도시된 실시예의 경우, 도 6 및 도 8에 도시된 실시예에 비하여 접착층(431) 및 신틸레이터층(450) 하부의 보호층(441)이 존재하지 않는다. 따라서, 신틸레이터층(450)과 광검출을 하는 패널(110) 사이의 거리가 짧아 광 산란에 의한 간섭이 일어날 확률이 도 6 및 도 8의 실시예에 비해 적다. 하지만, 광 산란에 의한 간섭이 존재하지 않는 것은 아니므로 MTF 값을 저해하지 않기 위해 차단부(421)가 필요하다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 특허청구범위에 의해 청구된 발명 및 청구된 발명과 균등한 발명들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
411: 기판
412g: 게이트 전극
412d: 드레인 전극
412c: 반도체 패턴
412s: 소스 전극
413: 게이트 절연막
414b: 반도체부
414c: 상부전극
414a: 하부전극
415: 소자 보호막
417: 절연막
421: 차단부
431: 접착층
441: 보호층
450: 신틸레이터층
451: 신틸레이터시드층
412g: 게이트 전극
412d: 드레인 전극
412c: 반도체 패턴
412s: 소스 전극
413: 게이트 절연막
414b: 반도체부
414c: 상부전극
414a: 하부전극
415: 소자 보호막
417: 절연막
421: 차단부
431: 접착층
441: 보호층
450: 신틸레이터층
451: 신틸레이터시드층
Claims (16)
- 광 검출 영역 및 비검출 영역으로 구획되는 복수의 화소들을 포함하는 기판;
상기 광 검출 영역에 위치하는 포토 다이오드;
상기 비검출 영역에 위치하며 상기 포토 다이오드 하부와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터;
상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되고 상기 비검출 영역에 위치하는 복수의 배선들;
적어도 상기 박막 트랜지스터와 상기 배선들을 덮도록 구비된 하나 이상의 절연막;
상기 기판 전면적으로 상기 절연막 상에 구비된 신틸레이터층; 및
상기 비검출 영역을 가리도록 상기 절연막과 상기 신틸레이터층 사이에 구비된 차단부;
를 포함하는 엑스선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 차단부와 상기 신틸레이터층 사이에 구비된 접착층;
를 더 포함하는 엑스선 검출기. - 제2항에 있어서,
상기 접착층과 상기 신틸레이터층과 사이에 구비된 보호층;
을 더 포함하는 엑스선 검출기 - 제1항에 있어서,
상기 차단부와 상기 신틸레이터층 사이에 구비된 신틸레이터시드층;
을 더 포함하는 엑스선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 차단부는 아크릴계 유기 물질, 오버코트 물질 및 블랙 매트릭스(BM) 물질 중 하나 이상을 포함하는 엑스선 검출기. - 제1항에 있어서,
적어도 상기 박막 트랜지스터와 상기 포토 다이오드를 덮고 상기 절연막 하부에 구비된 소자 보호막;
상기 소자 보호막 상에 구비되며 컨택홀을 통해 상기 포토 다이오드 상부와 전기적으로 연결된 바이어스 배선;
을 더 포함하는 엑스선 검출기. - 제6항에 있어서,
상기 바이어스 배선은 분기되어 상기 박막 트랜지스터와 중첩되는 엑스선 검출기. - 제6항에 있어서,
상기 비검출 영역을 가리도록 상기 소자 보호막과 상기 절연막 사이에 구비된 추가 차단부;
를 더 포함하는 엑스선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 신틸레이터층은 CSI 및 GdOS 중 하나 이상을 포함하는 엑스선 검출기. - 광 검출 영역 및 비검출 영역으로 구획되는 복수의 화소들을 포함하는 기판;
상기 광 검출 영역에 위치하는 광 감지 소자;
상기 비검출 영역에 위치하며 상기 광 감지 소자 하부와 전기적으로 연결된 회로부;
상기 회로부와 전기적으로 연결되고 상기 비검출 영역에 위치하는 복수의 배선들;
적어도 상기 회로부와 상기 배선들을 덮도록 구비된 소자 보호막;
상기 소자 보호막을 덮도록 구비된 절연막;
상기 기판 전면적으로 상기 절연막 상에 구비된 광 파장 변환층; 및
상기 비검출 영역을 가리도록 상기 절연막과 상기 광 파장 변환층 사이에 구비된 차단부;
를 포함하는 엑스선 검출기. - 제10항에 있어서,
상기 차단부와 상기 광 파장 변환층 사이에 구비된 접착층;
를 더 포함하는 엑스선 검출기. - 제11항에 있어서,
상기 접착층과 상기 광 파장 변환층과 사이에 구비된 보호층;
을 더 포함하는 엑스선 검출기 - 제10항에 있어서,
상기 차단부와 상기 광 파장 변환층 사이에 구비된 시드층;
을 더 포함하는 엑스선 검출기. - 제10항에 있어서,
상기 차단부는 아크릴계 유기 물질, 오버코트 물질 및 블랙 매트릭스(BM) 물질 중 하나 이상을 포함하는 엑스선 검출기. - 제10항에 있어서,
상기 비검출 영역을 가리도록 상기 소자 보호막과 상기 절연막 사이에 구비된 추가 차단부;
를 더 포함하는 엑스선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 신틸레이터층은 CSI 및 GdOS 중 하나 이상을 포함하는 엑스선 검출기.
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