KR20150094914A - 동일 평면 상의 전극 구조 기반 x선 영상 검출용 유기 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
전극들을 동일 평면상에 형성함으로써 공정을 단순화하며, 전극 사이의 거리를 조정하여 인가되는 전압을 증가시킴에 따라 신호 취득 효율을 향상시키는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자는, 기판, 상기 기판의 상부에 형성되는 제 1 전극층, 상기 제 1 전극층과 동일 평면상에 형성되는 제 2 전극층 및 상기 제 1 전극층과 상기 제 2 전극층의 사이에 위치하며 유기 물질로 형성되는 유기 활성층을 포함하되, 상기 기판의 하부 방향에서 조사되는 X선 방사선이 상기 기판을 투과하여 상기 유기 활성층에 흡수됨에 따라 생성되는 전자-정공 쌍(electron-hole pairs)들을 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층에서 각각 전자와 정공으로 분리 획득한다.
Description
본 발명은, 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 전극들을 동일 평면상에 형성함으로써 공정을 단순화하며, 전극 사이의 거리를 조정하여 인가되는 전압을 증가시킴에 따라 신호 취득 효율을 향상시키는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 널리 사용되는 디지털 X선 영상장치는 크게 광도전체(Photoconductor)의 전기적 신호를 직접 받아 영상을 만들어내는 직접 검출 방식과, 유도된 섬광체(Scintillator)의 빛을 집광 소자를 이용하여 전기신호로 변환하여 영상을 만들어내는 간접 검출 방식으로 분류된다.
직접 검출 방식의 경우 간접 검출 방식에 비해 구조물이 적고, 섬광체에 의한 빚 번짐 현상이 없기 때문에 해상도 부분에서 이점이 있으나, 제조공정이 어렵고 제작비용이나 구동전압이 높으며 수명이 짧다는 단점을 가지고 있다.
구체적으로, 직접 검출 방식의 경우, X선 방사선(radiation)이 물질에 흡수되고 상기 X선 방사선의 에너지로 전자-정공 쌍(electron-hole pair)이 생성된다. 생성된 전자-정공 쌍은 전자적으로 판독될 수 있다. 이를 위한 물질로는 예를 들어 비정질 셀레늄(amorphous selenium)이 사용된다. 또한, 직접 X선 변환용으로는 실리콘 다이오드가 사용된다. 반도체에서의 직접 X선 변환은 검출을 위해 충분히 높은 비율의 방사선을 흡수하기 위해 소정의 층 두께에 의존한다. 직접 X선 변환용 실리콘 다이오드는 대략 1㎝의 부품 두께를 갖는다. 비정질 셀레늄에서 1mm까지의 두께를 갖는 층이 직접 X선 변환용으로 사용된다. 셀레늄은 특히 그것의 높은 독성(toxicity)으로 인해 흡수제(absorber)로는 불리하다.
또한, 간접 검출 방식의 경우, 신틸레이터층(scintillator layer)과 광검출기(photodetector)를 결합하여 사용하는 것이 알려져 있다. 그 때문에 광 검출기의 스펙트럼 감도(spectral sensitivity)는 X선 변환에 의해 생성되는 신틸레이터층의 형광 방출(fluorescence emission)의 파장 범위 내에 있다.
신틸레이터층은, 예를 들어, 세슘 요오드화물(cesium iodide) 또는 가돌리늄 황산화물(gadolinium sulfur oxide)과 같은 물질을 포함한다. 세슘 요오드화물로 이루어진 신틸레이터는 흡습성(hygroscopic)이 강하기 때문에, 광검출기와 결합하여 사용하면 항상(예를 들어 수분 보호 캡슐화(encapsulation)를 위한) 구조적 비용과 관련되고 X선 검출기의 서비스 수명에 불리하다.
일반적인 반도체 기반의 X선 검출기를 대체할 기술로써, 유기태양전지 기술과 방사선 기술을 접목시킨 유기재료 기반의 검출소자의 연구가 진행 중에 있다.
이러한 유기재료 기반의 X 선 검출소자는 반도체 기반의 검출소자보다 대면적, 경제성, 공정적인 측면에서 장점을 가지고 있다.
일반적으로 유기태양전지와 동일한 구조를 가지며 그 구성은 기판과 투명전극, 홀주입층, 유기활성층, 금속전극 등으로 이루어진다. 일반적 구조의 유기검출소자 경우 1 V 이하의 구동전압에서 동작하며, X 선이 인가되었을 때 그 취득신호 효율은 반도체기반 검출기의 100분의 1정도의 검출 성능을 갖게 된다.
이와 같이 일반적인 구조의 유기 검출 소자의 경우 제한적인 인가전압과 낮은 검출 성능으로 인하여 제품화하기 어려운 부분이 있다. 따라서, 전극들을 동일 평면상에 형성함으로써 공정을 단순화하며, 전극 사이의 거리를 조정하여 인가되는 전압을 증가시킴에 따라 신호 취득 효율을 향상시키는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 및 그 제조 방법이 필요한 실정이다. 관련 기술로는 한국공개특허 제2013-0142130호가 존재한다.
본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 동일 평면 상에 전극들을 형성함에 따라 유기 활성층의 두께에 제약을 받지 않고 전극 간 거리를 조절할 수 있게 되므로 인가 전압을 증가시켜 신호 취득 효율을 향상시키는 것을 가능케 하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 동일 평면 상에 전극들을 형성함에 따라 X선 영상 검출용 유기 소자를 제조하는 공정을 단순화하고 제조 단가를 줄이는 것을 가능케 하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자는 기판, 상기 기판의 상부에 형성되는 제 1 전극층, 상기 제 1 전극층과 동일 평면상에 형성되는 제 2 전극층 및 상기 제 1 전극층과 상기 제 2 전극층의 사이에 위치하며 유기 물질로 형성되는 유기 활성층을 포함하되, 상기 기판의 하부 방향에서 조사되는 X선 방사선이 상기 기판을 투과하여 상기 유기 활성층에 흡수됨에 따라 생성되는 전자-정공 쌍(electron-hole pairs)들을 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층에서 각각 전자와 정공으로 분리 획득한다.
이 때, 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층은, 서로 동일한 평면인 상기 기판의 상면에 이격되어 형성될 수 있다.
이 때, 상기 유기 활성층은, 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층의 상면과 측면을 커버하여 형성될 수 있다.
이 때, 상기 제 2 전극층은, 금속 전극층일 수 있다.
이 때, 상기 제 2 전극층의 표면에 전자의 수송을 향상시키기 위한 전자 수송층(ETL;Electron Transport Layer)을 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제 1 전극층의 표면에 정공의 수송을 향상시키기 위한 정공 수송층(HTL;Hole Transport Layer)을 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 정공 수송층은, 인쇄 기법 또는 스핀-코팅 기법을 통하여 형성될 수 있다.
이 때, 상기 정공 수송층은, PEDOT:PSS, NPB, TPD 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 유기 활성층은, P3HT:PCBM, PTAA, MEH-PPV 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 전자 수송층은, Alq3로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 기판은, 글래스 기판(Glass substrate)일 수 있다.
이 때, 상기 기판은, 폴리머 기판(Polymer substrate)일 수 있다.
이 때, 상기 기판의 하부에 형성되는 신틸레이터(scintillators)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조 방법은 기판을 준비하는 단계, 상기 기판의 상면에 제 1 전극층을 형성하는 단계, 상기 제 1 전극층과 동일 평면상에 상기 제 1 전극층과 이격된 제 2 전극층을 형성하는 단계 및 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층의 상면과 측면을 커버하는 유기 물질로 구성된 유기 활성층을 형성하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 제 2 전극층을 형성하는 단계 이후에, 상기 제 1 전극층의 표면에 정공의 수송을 향상시키기 위한 정공 수송층(HTL;Hole Transport Layer)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 정공 수송층을 형성하는 단계 이후에, 상기 제 2 전극층의 표면에 전자의 수송을 향상시키기 위한 전자 수송층(ETL;Electron Transport Layer)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 유기 활성층을 형성하는 단계 이후에, 상기 유기 활성층의 상부에 유리 또는 박막 중 어느 하나로 봉지(Encapsulation) 공정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제 2 전극층은, 금속 전극층일 수 있다.
이 때, 상기 정공 수송층은, 인쇄 기법 또는 스핀-코팅 기법을 통하여 형성될 수 있다.
이 때, 상기 유기 활성층은, P3HT:PCBM, PTAA, MEH-PPV 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 기판은, 글래스 기판(Glass substrate)일 수 있다.
이 때, 상기 기판은, 폴리머 기판(Polymer substrate)일 수 있다.
이 때, 상기 유기 활성층을 형성하는 단계 이후에, 상기 기판의 하부에 신틸레이터(scintillators)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 동일 평면 상에 전극들을 형성함에 따라 유기 활성층의 두께에 제약을 받지 않고 전극 간 거리를 조절할 수 있게 되므로 인가 전압을 증가시켜 신호 취득 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 동일 평면 상에 전극들을 형성함에 따라 X선 영상 검출용 유기 소자를 제조하는 공정을 단순화하고 제조 단가를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 종래기술에 따른 영상 검출용 유기 소자의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1b는 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 종래기술에 따른 영상 검출용 유기 소자의 전극 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 전극 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자를 통하여 직접 검출 방식을 적용한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자를 통하여 간접 검출 방식을 적용한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에서 제안한 동일 평면 상의 전극 구조를 이용한 영상구현용 유기검출소자의 단위 셀 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자에 X선을 노출시켜 검출된 전하량을 나타낸 그래프이다.
도 7은 간접 검출 방식에 이용된 신틸레이터를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 검출강도를 나타낸 그래프이다.
도 9는 종래 기술과 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 검출 감도를 비교한 그래프이다.
도 10은 종래 기술과 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 암전류 밀도를 비교한 그래프이다.
도 11은 종래 기술과 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 검출 성능을 비교한 분석표이다.
도 12는 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조방법의 흐름도이다.
도 13은 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조방법의 실시예이다.
도 1b는 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 종래기술에 따른 영상 검출용 유기 소자의 전극 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 전극 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자를 통하여 직접 검출 방식을 적용한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자를 통하여 간접 검출 방식을 적용한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에서 제안한 동일 평면 상의 전극 구조를 이용한 영상구현용 유기검출소자의 단위 셀 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자에 X선을 노출시켜 검출된 전하량을 나타낸 그래프이다.
도 7은 간접 검출 방식에 이용된 신틸레이터를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 검출강도를 나타낸 그래프이다.
도 9는 종래 기술과 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 검출 감도를 비교한 그래프이다.
도 10은 종래 기술과 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 암전류 밀도를 비교한 그래프이다.
도 11은 종래 기술과 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 검출 성능을 비교한 분석표이다.
도 12는 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조방법의 흐름도이다.
도 13은 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조방법의 실시예이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
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.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 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 출원에서, "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.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자에 대하여 설명하도록 한다.
도 1a는 종래기술에 따른 영상 검출용 유기 소자의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 1b는 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명하면, 종래 X선 영상 검출용 유기 소자(10)는 글래스 기판(Glass substrate)(11), 투명 전극층(ITO)(12), 정공 수송층(HTL;Hole Transport Layer)(12a), 유기 활성층(Active layer)(14), 전극층(Electrode)는 서로 다른 평면 상에 위치하고 있음을 확인할 수 있다.
이러한 종래 기술과 대비하여 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자(100)는, 글래스 기판(110), 상기 글래스 기판의 상부에 형성되는 제 1 전극층(120)인 투명 전극층(ITO), 상기 제 1 전극층과 동일한 평면 상에 형성되는 제 2 전극층(130)인 Electrode가 존재함을 확인할 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 상기 제 1 전극층과 상기 제 2 전극층이 동일한 평면상에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 더욱 자세하게는, 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층은, 서로 동일한 평면인 상기 기판의 상면에 이격되어 형성되어 있다.
또한, 상기 유기 활성층은, 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층의 상면과 측면을 커버하여 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 기판의 하부 방향에서 조사되는 X선 방사선이 상기 기판을 투과하여 상기 유기 활성층에 흡수됨에 따라 생성되는 전자-정공 쌍(electron-hole pairs)들을 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층에서 각각 전자와 정공으로 분리 획득하게 된다.
보다 구체적으로, 상기 제 1전극층에 바이어스를 인가하여(음극층, Cathode)정공을 취득하고, 상기 제 2전극층에 바이어스를 인가하여(양극층, Anode) 전자를 취득하게 된다.
또한, 상기 제 1 전극층은 투명 전극층(ITO)가 될 수 있으며, 상기 제 2 전극층은 금속 전극층일 수 있다.
또한, 상기 제 2 전극층의 표면에 전자의 수송을 향상시키기 위한 전자 수송층(ETL;Electron Transport Layer)을 더 포함할 수 있으며, 상기 제 1 전극층의 표면에 정공의 수송을 향상시키기 위한 정공 수송층(HTL;Hole Transport Layer)을 더 포함할 수도 있다.
이 때, 상기 정공 수송층 및 상기 유기 활성층은, 인쇄기법 또는 스핀-코팅 기법을 통하여 형성될 수 있으며, 상기 정공 수송층은, PEDOT:PSS, NPB, TPD 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한, 상기 유기 활성층은 P3HT:PCBM, PTAA, MEH-PPV 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전자 수송층은 Alq3로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서의 기판은 글래스 기판(Glass substrate) 또는 보다 유연한 폴리머 기판(Polymer substrate)으로 제작될 수 있다.
상기와 같은 구조적 특징을 갖게 됨으로써 기대되는 효과에 대하여 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.
도 2a는 종래기술에 따른 영상 검출용 유기 소자의 전극 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 2b는 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 전극 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명하면, 종래 X선 영상 검출용 유기 소자(10)는, 전극들(12, 13) 사이에 유기 활성층이 존재하게 된다. 따라서, 전극 간의 거리를 결정함에 있어서는, 전극 간에 채워지는 유기물질의 두께를 고려하여야만 한다.
반면, 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자(100)의 경우에는 전극들이 서로 동일한 평면상에 형성됨에 따라 유기 물질의 두께에 영향을 받지 않고 전극 간의 거리조절을 통한 인가된 전계의 크기 조절을 자유롭게 할 수 있게 되는 장점이 있다.
즉, 인가한 전압이 커질 경우 전하 검출이 향상되며, 인가된 전계의 크기 조절에 따라 전하 검출이 향상되는 구체적인 실험 데이터에 대한 설명은 후술하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자를 통하여 직접 검출 방식을 적용한 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자를 통하여 간접 검출 방식을 적용한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자를 통하여 직접 검출 방식과 간접 검출 방식을 채용할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
보다 구체적으로, 직접 검출 방식의 경우 입사되는 X선에 의해 검출소자의 활성층(Active layer)에서 생성되는 전하를 측정하는 방식이며, 간접 검출 방식의 경우 검출 소자에 섬광체(Sintillator)를 부착하여 섬광체에 의해 변환된 가시광에 의하여 검출소자의 활성층에서 생성되는 전하를 측정하는 방식이다.
도 5는 본 발명에서 제안한 동일 평면 상의 전극 구조를 이용한 영상구현용 유기검출소자의 단위 셀 단면도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명에서 제안한 동일 평면 상의 전극 구조를 이용한 영상구현용 유기검출소자로 활용시 TFT(Thin Film Transister)와 같은 스위칭 소자가 형성되어 있는 기판 위에 동일 평면 구조를 형성함으로써 신호 취득의 용이성을 높일 수 있게 된다.
유기검출소자가 다수 적용되어 있는 다중 셀을 구현하는 방식의 경우 상기 언급한 스위칭 소자가 포함되어 있지는 않지만, 단순한 구조의 장점을 갖는 PM(Passive Matrix) 방식과 상기 스위칭 소자가 포함된 AM(Active Matrix)방식으로 구현할 수 있다.
상기 AM 방식의 경우, 구조가 복잡하고 제조원가가 높다는 단점이 있으나, 신호취득이 유리하고 신호취득 속도가 증가하는 장점이 있기에 영상구현용으로 유기검출소자를 활용시에는 AM 방식이 더욱 바람직하다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 효과에 대하여 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자에 X선을 노출시켜 검출된 전하량을 나타낸 그래프이다. 도 7은 간접 검출 방식에 이용된 신틸레이터를 나타낸 도면이다. 도 8은 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 검출강도를 나타낸 그래프이다. 도 9는 종래 기술과 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 검출 감도를 비교한 그래프이다. 도 10은 종래 기술과 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 암전류 밀도를 비교한 그래프이다. 도 11은 종래 기술과 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자의 검출 성능을 비교한 분석표이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자에 직류 전압을 인가하고 음극에서 전하량을 측정하는 방식으로 실험한 결과를 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자에 3 ~ 10V의 인가 전압 조건에서 X선이 조사되었을 때 생성된 전하량을 통해 소자의 성능을 평가한 것이다.
구체적으로, 평가 결과 인가 전압이 증가할수록 측정되는 전하량이 증가하는 경향을 보임을 확인할 수 있었다.
이처럼 측정된 전하량을 가지고 아래의 수학식 1을 통하여 X선 검출 감도를 계산할 수 있게 된다.
상기 수학식 1에서 상기 Sensitivity는 검출감도를 의미하고, 상기 Exposed Dose는 피복 선량을 의미하며, 상기 Exposed Detection Area는 X선 검출 영역을 의미하며, 상기 Charges during X-ray 는 X선이 조사될 때의 측정된 전하량을 의미한다.
또한, 도 7에 도시된 두께가 서로 다른 신틸레이터를 각각 적용하여 간접 검출 방식의 검출 감도를 평가하였으며, 이러한 간접 검출 방식의 검출 감도와 직접 검출 방식의 검출 감도를 비교한 그래프가 도 8에서 나타난다.
도 8을 참조하여 평가 결과를 분석하면, 직접 검출 방식 보다는 간접 검출 방식 중 1mm 두께를 갖는 섬광체(신틸레이터)를 적용한 간접 검출 방식에서 더욱 높은 검출 감도를 갖는 것을 확인하였다.
또한, 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자는 종래 기술(Conventional)보다 3배 이상의 높은 검출 성능을 보였고, 10분의 1 수준의 낮은 암전류(X선이 없는 상황에서 동일 전압을 인가시 유기 검출소자에서 측정되는 전류) 밀도를 확인하였으며, 간접 검출 방식의 경우 직접 검출 방식보다 5배 이상의 검출 효율을 갖는 것을 확인하였다.
이하, 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조방법에 대하여 설명하도록 한다. 상기 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자와 중복되는 기술 내용에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 12는 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조방법의 흐름도이다. 도 13은 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조방법의 실시예이다.
도 12를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조방법은, 기판을 준비하는 단계(S100), 상기 기판의 상부에 제 1 전극층을 형성하는 단계(S110), 상기 제 1 전극층과 동일 평면상에 제 2 전극층을 형성하는 단계(S120) 및 상기 제 1 전극층과 상기 제 2 전극층 사이에 유기 물질로 구성된 유기 활성층을 형성하는 단계(S130)를 포함한다.
도 13을 참조하여 설명하면, 상기 제 1 전극층과 동일 평면상에 제 2 전극층을 형성하는 단계(S120) 이후에, 제 1 전극층의 표면에 정공 수송층을 형성하는 단계(S121)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극층의 표면에 정공 수송층을 형성하는 단계(S121) 이후에, 제 2 전극층의 표면에 전자 수송층을 형성하는 단계(S122)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기 활성층을 형성하는 단계(S130) 이후에는, 상기 기판의 하부에 신틸레이터(scintillators)를 형성하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 상기 유기 활성층의 상부에 유리 또는 박막 중 어느 하나로 봉지(Encapsulation) 공정을 수행하는 단계(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
상기 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 및 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조방법에 의하면, 동일 평면 상에 전극들을 형성함에 따라 유기 활성층의 두께에 제약을 받지 않고 전극 간 거리를 조절할 수 있게 되므로 인가 전압을 증가시켜 신호 취득 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있으며, 동일 평면 상에 전극들을 형성함에 따라 X선 영상 검출용 유기 소자를 제조하는 공정을 단순화하고 제조 단가를 줄일 수 있는 장점이 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 및 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100: 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자
110: 기판(글래스 기판) 120: 제 1 전극층
130: 제 2 전극층 140: 유기 활성층
110: 기판(글래스 기판) 120: 제 1 전극층
130: 제 2 전극층 140: 유기 활성층
Claims (23)
- 기판;
상기 기판의 상부에 형성되는 제 1 전극층;
상기 제 1 전극층과 동일 평면상에 형성되는 제 2 전극층; 및
상기 제 1 전극층과 상기 제 2 전극층의 사이에 위치하며 유기 물질로 형성되는 유기 활성층을 포함하되,
상기 기판의 하부 방향에서 조사되는 X선 방사선이 상기 기판을 투과하여 상기 유기 활성층에 흡수됨에 따라 생성되는 전자-정공 쌍(electron-hole pairs)들을 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층에서 각각 전자와 정공으로 분리 획득하는 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층은,
서로 동일한 평면인 상기 기판의 상면에 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 유기 활성층은,
상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층의 상면과 측면을 커버하여 형성되는 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 제 2 전극층은,
금속 전극층인 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 제 2 전극층의 표면에 전자의 수송을 향상시키기 위한 전자 수송층(ETL;Electron Transport Layer)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 전극층의 표면에 정공의 수송을 향상시키기 위한 정공 수송층(HTL;Hole Transport Layer)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자. - 청구항 6에 있어서,
상기 정공 수송층은,
인쇄 기법 또는 스핀-코팅 기법을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자. - 청구항 6에 있어서,
상기 정공 수송층은,
PEDOT:PSS, NPB, TPD 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 유기 활성층은,
P3HT:PCBM, PTAA, MEH-PPV 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자. - 청구항 5에 있어서,
상기 전자 수송층은,
Alq3로 형성되는 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 기판은,
글래스 기판(Glass substrate)인 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 기판은,
폴리머 기판(Polymer substrate)인 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 기판의 하부에 형성되는 신틸레이터(scintillators)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자. - 기판을 준비하는 단계;
상기 기판의 상면에 제 1 전극층을 형성하는 단계;
상기 제 1 전극층과 동일 평면상에 상기 제 1 전극층과 이격된 제 2 전극층을 형성하는 단계; 및
상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층의 상면과 측면을 커버하는 유기 물질로 구성된 유기 활성층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 제 2 전극층을 형성하는 단계 이후에,
상기 제 1 전극층의 표면에 정공의 수송을 향상시키기 위한 정공 수송층(HTL;Hole Transport Layer)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조 방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 정공 수송층을 형성하는 단계 이후에,
상기 제 2 전극층의 표면에 전자의 수송을 향상시키기 위한 전자 수송층(ETL;Electron Transport Layer)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 유기 활성층을 형성하는 단계 이후에,
상기 유기 활성층의 상부에 유리 또는 박막 중 어느 하나로 봉지(Encapsulation) 공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 제 2 전극층은,
금속 전극층인 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조 방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 정공 수송층은,
인쇄 기법 또는 스핀-코팅 기법을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 유기 활성층은,
P3HT:PCBM, PTAA, MEH-PPV 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조 방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 기판은,
글래스 기판(Glass substrate)인 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조 방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 기판은,
폴리머 기판(Polymer substrate)인 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조 방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 유기 활성층을 형성하는 단계 이후에,
상기 기판의 하부에 신틸레이터(scintillators)를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동일 평면 상의 전극 구조 기반 X선 영상 검출용 유기 소자 제조 방법.
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|---|---|
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