WO2022050452A1 - 유연한 특성의 방사선 측정기 - Google Patents

유연한 특성의 방사선 측정기 Download PDF

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WO2022050452A1
WO2022050452A1 PCT/KR2020/011912 KR2020011912W WO2022050452A1 WO 2022050452 A1 WO2022050452 A1 WO 2022050452A1 KR 2020011912 W KR2020011912 W KR 2020011912W WO 2022050452 A1 WO2022050452 A1 WO 2022050452A1
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layer
active layer
substrate
electrode layer
pbdb
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PCT/KR2020/011912
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강정원
이제훈
원종규
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단국대학교 산학협력단
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a flexible radiation measuring instrument, and more particularly, to a flexible radiation measuring instrument using PBDB-T:ITIC and a method for manufacturing the same.
  • the present invention relates to the mid-level research support project of the Ministry of Science and ICT (Project Unique No.: 2017R1A2A2A05069821, Specialized Research and Management Agency: National Research Foundation of Korea, Research Project Title: Direct/indirect research on warpage detectors for X-ray image acquisition, leading institution : Dankook University Industry-University Cooperation Foundation, research period: 2017.09.01. ⁇ 2020.08.31., contribution rate: 1/1).
  • a digital radiation imaging apparatus with high frequency of use is largely a direct conversion method that generates an image by directly receiving an electrical signal from a photoconductor, and converts the induced light from a scintillator into an electrical signal using a condensing element.
  • an indirect conversion method that creates an image.
  • 1 is a view showing a conventional radiation meter.
  • the conventional radiation measuring instrument 100 is formed on the substrate 110, the first electrode layer 120 formed on the substrate 110, the first electrode layer 120, and improving the transport of holes It includes a hole transport layer 130, an active layer 140 formed on the hole transport layer 130 and forming electron-hole pairs from applied radiation, and a second electrode layer 150 formed on the active layer 140.
  • the conventional radiation measuring device 100 operates at a driving voltage of 1V or less, and when radiation is applied, the conversion efficiency has a detection performance of about 80% to 90% of that of a silicon semiconductor-based measuring device.
  • the conventional radiation meter 100 generally uses P3HT:PCBM as the active layer 140 material.
  • the detection efficiency of converting the light that is converted from the scintillator and arrives back into an electric signal is low, so improvement is required.
  • An object of the present invention is to provide a radiation measuring instrument with flexible characteristics using a flexible substrate and PBDB-T:ITIC.
  • the present invention can be applied to a body or a curved object with a flexible radiation measuring device, so it can be applied in applications such as medical (dental, breast cancer, CT, etc.) and non-destructive testing,
  • An object of the present invention is to provide a radiation measuring instrument with flexible characteristics that can reduce image distortion, has convenience in storage and movement due to bending, and enables measurement of an image of an object at a time through a large-sized measuring instrument.
  • a radiation measuring device having a flexible characteristic includes a flexible substrate; a first electrode layer formed on the substrate; a hole transport layer formed on the first electrode layer and improving hole transport; an active layer formed on the hole transport layer and generating electron-hole pairs by absorbing visible light generated under the substrate; and a second electrode layer formed on the active layer, wherein the active layer may include PBDB-T:ITIC.
  • the substrate may be any one of CPI, PEN, and PET.
  • the active layer may include PBDB-T and ITIC in a mass ratio of 1:0.5 to 1:3.
  • a method of manufacturing a radiation measuring instrument having a flexible characteristic includes: forming a first electrode layer on a flexible substrate; forming a hole transport layer on the first electrode layer; forming an active layer on the hole transport layer; and forming a second electrode layer on the active layer.
  • the active layer may include PBDB-T:ITIC.
  • the substrate may be any one of CPI, PEN, and PET.
  • the active layer may include PBDB-T and ITIC in a mass ratio of 1:0.5 to 1:3.
  • the method may further include performing an encapsulation process after forming the second electrode layer.
  • a flexible radiation measuring device can be applied to a body or a curved object, so it is applied in applications such as medical (dental, breast cancer, CT, etc.) and non-destructive testing, It is possible to reduce image distortion of a curved object, and there is convenience in storage and movement according to bending, and it is possible to measure an image of an object at a time through a large-sized measuring device.
  • 1 is a view showing a conventional radiation meter
  • FIG. 2 is a view showing a radiation measuring device of flexible characteristics according to an embodiment of the present invention
  • 3a and 3b are graphs showing the characteristics of the substrate in an embodiment of the present invention.
  • 9 to 12 are views showing a method of manufacturing a radiation measuring device of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a radiation measuring device 200 of the present invention.
  • the radiation measuring instrument 200 includes a substrate 210 , a first electrode layer 220 , a hole transport layer 230 , an active layer 240 , a second electrode layer 250 , and an encapsulation layer 260 .
  • a scintillator layer 270 and a scintillator layer 270 , a substrate 210 , a first electrode layer 220 , a hole transport layer 230 , an active layer 240 , and a second electrode layer 250 from the bottom.
  • the encapsulation layer 260 may be formed in the order.
  • the substrate 210 preferably has flexibility.
  • the substrate 210 is formed of a plastic selected from among colorless polyimide (CPI), polyethylene terephthalate (PET), polyester (PES), polythiophene (PT), and polyimide (PI), or aluminum foil ( Aluminum foil), or stainless steel foil (stainless steel foil) is formed of a flexible material to have flexibility.
  • CPI colorless polyimide
  • PET polyethylene terephthalate
  • PET polyester
  • PT polythiophene
  • PI polyimide
  • Aluminum foil Aluminum foil
  • stainless steel foil stainless steel foil
  • 3A and 3B are graphs showing characteristics of a substrate according to an embodiment of the present invention.
  • the substrate 210 is preferably a CPI substrate.
  • the CPI substrate has a small characteristic of deforming curvature and conductivity according to the temperature compared to other substrates, which is stable because it shows similar characteristics to the glass substrate.
  • the first electrode layer 220 may be formed on the substrate 210 , and the first electrode layer 220 may be transparent or made of a conductive material.
  • the material constituting the first electrode layer 220 is indium tin oxide (ITO), antimonytin oxide (ATO), fluorine tin oxide (FTO), aluminum doped zinc oxide (Al) -doped Zinc Oxide: AZO) may be at least one selected from the group consisting of.
  • the first electrode layer 220 may be formed using indium tin oxide (ITO).
  • the hole transport layer 230 may be formed on the first electrode layer 220 , and may improve the interfacial properties between the active layer 240 and the first electrode layer 220 to improve charge transfer efficiency.
  • the material of the hole transport layer 230 may be a compound that has the ability to transport holes and has excellent electron blocking properties as well as the ability to form a thin film.
  • the material of the hole transport layer 230 is TPD (N,N′-Bis(3-methylphenyl)-N,N′-diphenylbenzidine)), PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly( styrenesulfonate)), G-PEDOT(Graphene/ Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PANI:PSS(Polyaniline : poly(styrenesulfonate)), PANI:CSA(Polyaniline : camphorsulfonic acid), PDBT(2,5-Bis( trimethylstannyl)-thieno[3,2-b]thiophene), NPB(N,N′-Di(1-naphthyl)-N,N′-diphenyl-(1,1′-biphenyl)-4,4′-diamine ), a low molecule and a polymer having an arylamine group, and a low
  • a spin coating method As a method of forming the hole transport layer 230 , a spin coating method, a spray coating method, a screen printing method, a bar coating method, a doctor blade coating method, a gravure printing method, an inkjet printing method, etc. may be applied.
  • the active layer 240 may be formed on the hole transport layer 230 , and in the active layer 240 , electrons and holes from visible light emitted through the scintillator of the applied radiation (eg, X-rays) are transferred to each electrode. separated, transported and injected.
  • the active layer 240 can be implemented in various forms, and may have a one-layer structure of a mixed thin film layer of a donor material and an acceptor material, and two layers in which the donor material and the acceptor material are respectively stacked. It can also take structure.
  • a p-type organic material can be applied as a donor material, and P3HT (poly(3-hexylthiophene)), PCDTBT (poly[N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4', 7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)]) and PBDB-T (poly[[4,8-bis[5-(2-ethylhexyl)-2-thienyl]benzo[ 1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl]-2, 5-thiophenediyl[5,7-bis(2-ethylhexyl)-4,8-dioxo-4H,8H-benzo [1,2-c:4,5-c']dithiophene-1,3-diyl]]) may be used, but according to a preferred embodiment of the present invention, PBDB-T
  • an n-type organic material may be applied as the acceptor material, and PCBM, ICBA, IDTBR and ITIC may be used, but according to a preferred embodiment according to the present invention, ITIC may be used as the acceptor material.
  • Voc open circuit voltage
  • HOMO highest occupied molecular orbital
  • LUMO lowest unoccupied molecular orbital
  • Jsc short circuit current
  • PCE power conversion efficiency
  • the carrier generation characteristic of the radiation meter is closely related to Jsc because it is measured within the voltage range of the third quadrant on the J-V curve. Therefore, it can be confirmed that the detection sensitivity of the measuring instrument having the PBDB-T:ITIC active layer showing the highest Jsc shows the highest result.
  • VOC is an indicator that appears as a difference depending on the energy level of the mixed organic material
  • JSC means the current generated when the measuring instrument receives light
  • PCE is the output change efficiency according to the incident light energy. it means.
  • the carrier generation characteristic of the radiation detector is closely related to the JSC index, it can be confirmed that the detection sensitivity of the detector having the PDBD-T:ITIC active layer showing the highest JSC also shows the highest value.
  • FIGS. 4, 5 and [Table 1] are diagrams showing characteristics of the composition of the active layer in an embodiment of the present invention.
  • the ITIC has a complementary symmetric structure, which increases carrier mobility and absorbance, and has good compatibility with the ITIC energy level and PBDB-T structure having a low bandgap, so that the charge separation efficiency can be improved.
  • PBDB-T is a high molecular organic material and has mechanical flexibility
  • the bending property is determined according to the selection of the n-type material.
  • the n-type organic material can be divided into a fullerene (fullerene) and a non-fullerene (non-fullerene) structure.
  • fullerene because it has a bucky-ball structure, it shows low mechanical flexibility, and since the structure is broken in the bending property, the bending stability is low.
  • non-fullerene having an unfolded structure it has excellent bending properties due to high mechanical flexibility and has the advantage of helping the movement of generated charges.
  • PCBM phenyl-C71-butyric acid methyl ester
  • ICBA 1-butyric acid methyl ester
  • O-IDTBR rhodanine-benzothiadiazole-coupled indacenodithiophene alkylated using linear n-octyl
  • ITIC 2,2 ⁇ -[[6,6,12,12-Tetrakis(4-hexylphenyl)-6,12-dihydrodithieno[2,3-d:2 ⁇ ,3 ⁇ -d ⁇ ]-s-indaceno[1,2-b:5,6-b ⁇ ]dithiophene-2,8-diy
  • non-fullerene organic materials may be important in order to reduce the deterioration of detection characteristics in the application of flexible characteristic radiation detectors.
  • a PBDB-T:ITIC mixture in which PBDB-T as a donor material and ITIC as an acceptor material are mixed as a material for the active layer 240 of the radiation meter 200 according to the present invention may be used as the active layer 240 .
  • FIG. 6 is a graph showing the sensitivity characteristics according to the bending curvature in Examples and Comparative Examples of the present invention
  • FIG. 7 is a graph showing the sensitivity characteristics according to the number of bending in Examples and Comparative Examples of the present invention.
  • the comparative example relates to a radiation meter including an active layer based on a PBDB-T:PCBM mixed material
  • the example relates to a radiation meter including an active layer based on a PBDB-T:ITIC mixed material.
  • the radiation measuring device according to the embodiment shows a slight decrease in sensitivity even when the degree of bending increases, whereas in the radiation measuring device according to the comparative example, the sensitivity rapidly decreases when the degree of bending increases.
  • the radiation measuring device according to the embodiment has a slight decrease in sensitivity even when the number of bending is increased, whereas in the radiation measuring device according to the comparative example, the sensitivity is rapidly decreased when the number of bending is increased.
  • the second electrode layer 250 may be formed on the active layer 240 , and serves to collect electrons, that is, to receive electrons separated from the active layer 240 .
  • the material of the second electrode layer 250 may be one or more of a metal having a small work function, an alloy, an electrically conductive compound, and a mixture thereof, but is not limited thereto.
  • the material of the second electrode layer 250 is aluminum (Al), zinc (Zn), titanium (Ti), indium (In), alkali metal, sodium-potassium (Na:K) alloy, magnesium-silver (Mg: Ag) alloy, lithium-aluminum (Li/Al) two-layer electrode, and lithium fluoride-aluminum (LiF/Al) two-layer electrode may be one or more of, but not limited to.
  • the second electrode layer 250 may be formed by a DC sputtering method, thermal evaporation, or otherwise, a wet method such as chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), electroplating, and various printing techniques.
  • an electron transport layer such as Alq3 may be further included between the active layer 240 and the second electrode layer 250 to increase the efficiency of acquiring generated charges.
  • the encapsulation layer 260 is formed to surround the outside of the first electrode layer 220 , the hole transport layer 230 , the active layer 240 , and the second electrode layer 250 in order to protect the organic device from moisture and oxygen in the air. can be formed.
  • the encapsulation layer 260 preferably has flexibility.
  • an inorganic single layer using a flexible material or a thin film encapsulation (TFE) encapsulation layer having an organic/inorganic laminate structure may be applied.
  • the radiation measuring device is largely a direct conversion method to generate an image by directly receiving an electrical signal of a photoconductor, and a light from the induced scintillator layer 270 is converted into an electrical signal using a condensing element to obtain an image.
  • the scintillator layer 270 is attached to the detection element to the scintillator layer 270 . This is a method of measuring the charge generated in the active layer 240 by the visible light converted by the .
  • a scintillator layer 270 is formed under the substrate 210 in order to apply the above-described indirect conversion method. Accordingly, the radiation incident by the formed scintillator layer 270 is changed to visible light, and the changed visible light reaches the active layer 240 to measure the charge generated in the active layer 240 .
  • the scintillator layer 270 for example, Nal:Tl, Csl:Tl, Y3Al5O12:Ce, CdWO4, LuAG:Ce, Gd2O2S:Tb, etc. may be used, but preferably Maximum emission is CsI:Tl with 540 nm and PL output of 59000 photons/MeV can be used.
  • the scintillator layer 270 preferably has a flexible characteristic.
  • the scintillator layer has a thickness of 1 mm or less. This is because, in the scintillator layer 270 thicker than 1 mm, the visible light Photon generated inside the scintillator layer 270 is reabsorbed in the scintillator layer 270 or is moved in a direction other than the back side. .
  • 9 to 12 are views showing a method of manufacturing a radiation measuring instrument of the present invention.
  • the method of manufacturing the radiation measuring instrument 200 of the present invention includes forming a first electrode layer 220 on a substrate 210 , and a hole transport layer 230 on the first electrode layer 220 . ), forming an active layer 240 formed of a mixture of PBDB-T:ITIC on the hole transport layer 230, forming a second electrode layer 250 on the active layer 240, encapsulation process and forming a scintillator layer 270 under the substrate 210 .
  • the first electrode layer 220 as a transparent electrode may be formed by layer deposition (ALD), sol-gel coating, electroplating, or the like.
  • ALD layer deposition
  • sol-gel coating sol-gel coating
  • electroplating electroplating
  • the thickness of such a transparent electrode may be preferably 100 to 1,000 nm.
  • the substrate 210 used may preferably be a CPI substrate 210 .
  • the step of forming the hole transport layer 230 on the first electrode layer 220 is as shown in FIG. 9 , a spin coating method, a spray coating method, a screen printing method, and a bar on the first electrode layer 220 .
  • the hole transport layer (HTL) 230 may be formed using a coating method, a doctor blade coating method, a gravure printing method, an inkjet printing method, or the like.
  • the thickness of the hole transport layer 230 formed in this way may be preferably 5 to 300 nm.
  • TPD As the material of the hole transport layer 230, TPD, PEDOT:PSS, G-PEDOT, PANI:PSS, PANI:CSA, PDBT, NPB, a small molecule and a polymer having an arylamine group, and an aromatic amine group ) may be a small molecule or a polymer having
  • p-type organic material may be applied to the active layer 240 as a donor material, such as P3HT, PCDTBT and PBDB-T. may be used, but according to a preferred embodiment according to the present invention, PBDB-T may be used as the donor material.
  • an n-type organic material may be applied as the acceptor material, and PCBM, ICBA, IDTBR and ITIC may be used, but according to a preferred embodiment according to the present invention, ITIC may be used as the acceptor material.
  • a PBDB-T:ITIC mixture in which PBDB-T as a donor material and ITIC as an acceptor material are mixed as a material for the active layer 240 of the radiation meter 200 according to the present invention may be used as the active layer 240 .
  • the active layer 240 may include PBDB-T and ITIC in a mass ratio of 1:0.5 to 1:3.
  • the mixing ratio of PBDB-T and ITIC in the active layer 240 is less than 1:0.5, since PBDB-T is relatively large, the surface roughness increases and the series resistance (Rs) increases due to aggregation between organic materials. may occur, and when the mixing ratio of PBDB-T and ITIC in the active layer 240 is more than 1:3, the ITIC is relatively excessive, so the active layer mixing is not properly done, and the resistance increases and the absorbance decreases. There may be a problem with the decrease in
  • the active layer-based radiation meter 200 including the thus formed PBDB-T:ITIC mixture has superior absorbance in the visible region compared to the conventional active layer-based radiation meter 200 including the P3HT:PCBM mixture, so that the signal acquisition efficiency can be improved. there is.
  • the second electrode layer ( 250) is formed.
  • the second electrode layer 250 includes aluminum (Al), zinc (Zn), titanium (Ti), indium (In), alkali metal, sodium-potassium (Na:K) alloy, and magnesium-silver (Mg:Ag) alloy. , a lithium-aluminum (Li/Al) two-layer electrode, a lithium fluoride-aluminum (LiF/Al) two-layer electrode, etc.
  • an electron transport layer such as Alq3 is formed between the active layer 240 and the second electrode layer 250 to increase the efficiency of acquiring the generated charge, on the active layer 240 by inkjet method, offset printing method, gravure printing It may be further formed in a manner or the like.
  • the method may further include performing an encapsulation process.
  • the encapsulation layer 260 is formed to surround the outside of the first electrode layer 220 , the hole transport layer 230 , the active layer 240 , and the second electrode layer 250 in order to protect the organic device from moisture and oxygen in the air. can be formed.
  • the step of forming the scintillator layer 270 under the substrate 210 is as shown in FIG. 11 , after the encapsulation layer 260 is formed by the above-described encapsulation process, the manufactured organic device and the scintillator layer 270 are performed. ), the scintillator layer 270 may be formed under the substrate 210 of the organic device by using an optical adhesive to minimize the optical loss between them.
  • substrate 220 first electrode layer
  • hole transport layer 240 active layer
  • second electrode layer 260 encapsulation layer

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Abstract

본 발명은 유연성의 기판; 상기 기판 상부에 형성되는 제1 전극층; 상기 제1 전극층 상부에 형성되고, 정공의 수송을 향상시키는 정공수송층; 상기 정공수송층 상부에 형성되고, 상기 기판 하부에서 발생한 가시광선을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하는 활성층; 및 상기 활성층 상부에 형성되는 제2 전극층을 포함하고, 상기 활성층은 PBDB-T:ITIC을 포함하는 유연한 특성의 방사선 측정기를 개시한다.

Description

유연한 특성의 방사선 측정기
본 발명은 유연한 특성의 방사선 측정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PBDB-T:ITIC을 이용한 유연한 특성의 방사선 측정기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 과기정통부의 중견연구지원사업(과제고유번호: 2017R1A2A2A05069821, 연구관리 전문기관: 한국연구재단, 연구과제명: X-선 영상 취득을 위한 직/간접 방식의 휨성 검출기에 대한 연구, 주관기관: 단국대학교 산학협력단, 연구기간: 2017.09.01.~2020.08.31., 기여율: 1/1)의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.
일반적으로, 사용빈도가 높은 디지털 방사선 영상 장치는 크게 광도전체 (photoconductor) 의 전기적 신호를 직접 받아 영상을 만들어내는 직접변환방식과 유도된 섬광체(scintillator)의 빛을 집광 소자를 이용하여 전기신호로 변환시켜 영상을 만들어내는 간접변환방식이 있다.
종래에는 반도체 무기재료 기반의 방사선 측정기가 일반적으로 사용되고 있으며 대체할 기술로써 유기태양전지 기술과 방사선 기술을 접목시킨 유기재료 기반의 검출소자의 연구가 진행되고 있다.
도 1은 종래의 방사선 측정기를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 방사선 측정기(100)는 기판(110), 기판(110) 상부에 형성되는 제1 전극층(120), 제1 전극층(120) 상부에 형성되고 정공의 수송을 향상시키는 정공수송층(130), 정공수송층(130) 상부에 형성되고 인가되는 방사선으로부터 전자-정공쌍을 형성하는 활성층(140) 및 활성층(140) 상부에 형성되는 제2 전극층(150)을 포함한다.
이러한 종래의 방사선 측정기(100)의 경우 1V 이하의 구동전압에서 동작하며, 방사선이 인가되었을 때 변환효율은 실리콘 반도체 기반 측정기의 80% 내지 90%정도의 검출 성능을 갖는다.
또한, 종래의 방사선 측정기(100)는 활성층(140) 물질로써 일반적으로 P3HT:PCBM을 사용한다. 하지만, 간접변환방식에 있어서 P3HT:PCBM 활성층(140)이 적용된 검출소자의 경우 섬광체에서 변환되어 도달하는 광을 다시 전기신호로 변환하는 검출 효율이 낮기에 이에 대한 개선이 필요하다.
본 발명은 유연성의 기판과 PBDB-T:ITIC을 이용한 유연한 특성의 방사선 측정기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 유연한 성질의 방사선 측정기를 신체 또는 굴곡이 있는 물체에 대해 적용할 수 있어, 의료용(치과, 유방암 검사, CT 등) 및 비파괴 검사와 같은 응용 분야에서 적용하여, 굴곡을 갖는 물체의 이미지 왜곡을 줄이는 것이 가능하며, 휨성에 따른 보관 및 이동의 편리함이 있으며, 대형화된 측정기를 통해 한 번에 물체의 이미지를 측정하는 것이 가능한 유연한 특성의 방사선 측정기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유연한 특성의 방사선 측정기는 유연성의 기판; 상기 기판 상부에 형성되는 제1 전극층; 상기 제1 전극층 상부에 형성되고, 정공의 수송을 향상시키는 정공수송층; 상기 정공수송층 상부에 형성되고, 상기 기판 하부에서 발생한 가시광선을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하는 활성층; 및 상기 활성층 상부에 형성되는 제2 전극층을 포함하고, 상기 활성층은 PBDB-T:ITIC을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판은 CPI, PEN 및 PET 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 활성층은 PBDB-T 및 ITIC이 1:0.5 내지 1:3의 질량 비율로 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유연한 특성의 방사선 측정기의 제조 방법은 유연성의 기판 상부에 제1 전극층을 형성하는 단계; 상기 제1 전극층 상부에 정공수송층을 형성하는 단계; 상기 정공수송층 상부에 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 활성층 상부에 제2 전극층을 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 활성층은 PBDB-T:ITIC을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판은 CPI, PEN 및 PET 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 활성층을 형성하는 단계에서, 상기 활성층은 PBDB-T 및 ITIC이 1:0.5 내지 1:3의 질량 비율로 포함될 수 있다.
또한, 상기 제2 전극층을 형성하는 단계 이후에 봉지(Encapsulation)공정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유연성의 기판과 PBDB-T:ITIC을 이용하여 유연한 특성의 방사선 측정기를 제공하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 유연한 성질의 방사선 측정기를 신체 또는 굴곡이 있는 물체에 대해 적용할 수 있어, 의료용(치과, 유방암 검사, CT 등) 및 비파괴 검사와 같은 응용 분야에서 적용하여, 굴곡을 갖는 물체의 이미지 왜곡을 줄이는 것이 가능하며, 휨성에 따른 보관 및 이동의 편리함이 있으며, 대형화된 측정기를 통해 한 번에 물체의 이미지를 측정하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 방사선 측정기를 나타내는 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연한 특성의 방사선 측정기를 나타내는 도면이고,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에서 기판의 특성을 나타낸 그래프이고,
도 4 및 도 5은 본 발명의 일 실시예에서 활성층 조성의 특성을 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 실시예와 비교예에서 벤딩 곡률에 따른 민감도 특성을 나타낸 그래프이고,
도 7은 본 발명의 실시예와 비교예에서 벤딩 횟수에 따른 민감도 특성을 나타낸 그래프이고,
도 8은 본 발명에서 섬광체층에 따라 파장과 방출 특성을 나타낸 그래프이고,
도 9 내지 도 12는 본 발명의 방사선 측정기의 제작방법을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
실시예
도 2는 본 발명의 방사선 측정기(200)를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 방사선 측정기(200)는 기판(210), 제1 전극층(220), 정공수송층(230), 활성층(240), 제2 전극층(250), 봉지층(260) 및 섬광체층(scintillator)(270)을 포함하며, 하부로부터 섬광체층(270), 기판(210), 제1 전극층(220), 정공수송층(230), 활성층(240), 제2 전극층(250) 및 봉지층(260)의 순서로 형성될 수 있다.
기판(210)은 유연성을 가지는 것이 바람직하다. 일 예로 기판(210)이 유연성이 있는 경우, CPI(colorless Polyimide), PET(polyethylene terephthalate), PES(polyester), PT(polythiophene), PI(polyimide)중에서 어느 하나인 플라스틱으로 형성되거나, 알루미늄 포일(aluminum foil), 또는 스테인리스 스틸 포일(stainless steel foil)인 유연한 재료로 형성되어 유연성을 가진다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에서 기판의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 예에서 기판(210)은 CPI기판인 것이 바람직하다.
도 3a 및 도 3b에서 온도에 따른 기판의 특성을 비교하였을 때, CPI 기판이 다른 기판 대비 온도에 따라 곡률과 전도성이 변형되는 특성이 작으며, 이는 유리 기판과 유사한 특성을 보이기 때문에 안정적이다.
제1 전극층(220)은 기판(210) 상부에 형성될 수 있으며, 제1 전극층(220)은 투명하거나 전도성 물질일 수 있다.
제1 전극층(220)을 이루는 물질은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO), 안티몬 틴 옥사이드(antimonytin oxide: ATO), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO), 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(Al-doped Zinc Oxide: AZO) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 인듐 틴 옥사이드(ITO)를 사용하여 제1 전극층(220)이 형성될 수 있다.
정공수송층(230)은 제1 전극층(220) 상부에 형성될 수 있으며, 활성층(240)과 제1 전극층(220) 사이에 계면 특성을 개선하여 전하 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 정공수송층(230)의 재료로는 정공을 수송하는 능력을 갖고, 전자를 차단하는 특성뿐 아니라 박막 형성 능력이 우수한 화합물일 수 있다. 예를 들어, 정공수송층(230)의 재료는 TPD(N,N′-Bis(3-methylphenyl)-N,N′-diphenylbenzidine)), PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) : poly(styrenesulfonate)), G-PEDOT(Graphene/ Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PANI:PSS(Polyaniline : poly(styrenesulfonate)), PANI:CSA(Polyaniline : camphorsulfonic acid), PDBT(2,5-Bis(trimethylstannyl)-thieno[3,2-b]thiophene), NPB(N,N′-Di(1-naphthyl)-N,N′-diphenyl-(1,1′-biphenyl)-4,4′-diamine), 아릴아민기(arylamine group)를 가지는 저분자와 고분자, 방향족아민기(aromatic amine group)를 가지는 저분자와 고분자 등일 수 있다. 정공수송층(230)의 형성방법으로는 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 바(bar) 코팅법, 닥터블레이드 코팅법, 그라비아 프린팅법, 잉크젯 프린팅법 등이 적용될 수 있다.
활성층(240)은 정공수송층(230) 상부에 형성될 수 있으며, 활성층(240)에서는 인가된 방사선(예를 들어, X-선)이 섬광체를 통해 방출되는 가시광으로부터의 전자와 정공이 각각의 전극으로 분리되어 수송 및 주입된다. 활성층(240)은 다양한 형태로 구현이 가능한데, 도너(donor)물질과 억셉터(acceptor)물질의 혼합박막층의 1층구조를 취할 수도 있으며, 도너 물질과 억셉터 물질이 각각 적층된 형태의 2층구조를 취할 수도 있다.
도너 물질로는 p-type 유기물이 적용될 수 있으며, P3HT(poly(3-hexylthiophene)), PCDTBT(poly[N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)]) 및 PBDB-T(poly[[4,8-bis[5-(2-ethylhexyl)-2-thienyl]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl]-2, 5-thiophenediyl[5,7-bis(2-ethylhexyl)-4,8-dioxo-4H,8H-benzo[1,2-c:4,5-c']dithiophene-1,3-diyl]]) 등이 이용될 수 있으나, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면 도너 물질로 PBDB-T 가 사용될 수 있다.
또한, 억셉터 물질로는 n-type 유기물이 적용될 수 있으며, PCBM, ICBA, IDTBR 및 ITIC 등이 사용 될 수 있으나, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면 억셉터 물질로 ITIC가 사용될 수 있다.
[표 1]은 도너(donor)물질과 억셉터(acceptor)물질의 조합에 따른 특성을 나타낸다.
[표 1]을 참조하면, 다음의 특성을 확인할 수 있다.
Voc(open circuit voltage)는 회로가 개방된 상태, 즉 전류가 흐르지 않을 때 측정기 양단에 형성되는 전압으로. 일반적으로 측정기 도너 물질의 HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) 에너지 준위와 억셉터의 LUMO (lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지 준위 차이에 비례한다. 또한, Jsc (short circuit current)는 회로가 단락된 상태, 즉 외부 저항이 없는 상태에서 측정기가 빛을 받았을 때의 생성하는 전류를 의미한다. 또한, PCE (power conversion efficiency)는 지표면에서 태양광 표준 스펙트럼 기준인 AM 1.5G (100 mW/cm2)의 입사광의 에너지에 대한 측정기의 J-V 곡선을 통해서 계산할 수 있는 측정기의 최대 출력의 비이다. 즉, 측정기에 조사된 에너지에 대한 최대 출력에너지의 비를 의미할 수 있다.
즉, 방사선 측정기의 캐리어 생성 특성은 J-V 곡선상 3사분면의 전압 범위 내에서 측정되기 때문에 Jsc와 밀접한 연관성이 있다. 따라서 가장 높은 Jsc를 보이는 PBDB-T:ITIC 활성층을 갖는 측정기의 검출 감도가 가장 높은 결과를 나타냄을 확인할 수 있다.
또한, [표 1]을 참조하면, VOC는 혼합 유기물의 에너지 레벨에 따른 차이로 나타나는 지표이고, JSC는 측정기가 빛을 받았을 때 생성되는 전류를 의미하며, PCE는 입사광 에너지에 따른 출력 변화 효율을 의미한다. 하지만 방사선 측정기의 캐리어 생성 특성은 JSC 지표와 밀접한 연관성을 보이기 때문에 가장 높은 JSC를 보이는 PDBD-T:ITIC 활성층을 갖는 측정기의 검출 감도 또한 가장 높은 값을 나타냄을 확인할 수 있다.
p-type n-type VOC(V) Jsc(mA/cm2) PCE(%)
P3HT PCBM 0.58 7.65 2.64
P3HT ICBA 0.738 7.354 2.58
P3HT O-IDTBR 0.74 8.67 3.90
PCDTBT PCBM 0.88 10.6 6.1
PBDB-T PCBM 0.85 12.8 7.45
PBDB-T ITIC 0.89 16.8 11.21
도 4 및 도 5은 본 발명의 일 실시예에서 활성층 조성의 특성을 나타낸 도면이다.여기서, 도 4, 도 5 및 [표 1]을 참조하면, p-type:n-type의 조합에서 PBDB-T는 알킬체인을 가지고 있기 때문에 생성된 캐리어가 이동할 수 있는 통로 형성을 도우며, 전자가 풍부한 퀴노이드 구조로 인하여 전자의 이동이 쉬워지는 장점이 있으며, ITIC는 구조에서 양측 끝단에는 2-(3-oxo-2,3-dihydroinden-1-ylidene) malononitrile (INCN) 구조가 있으며, 높은 흡수 특성을 보이는 장점이 있다. 또한, ITIC는 상보대칭 구조로 캐리어 이동 및 흡광도가 증가하고, ITIC의 에너지 레벨과 낮은 밴드갭을 갖는 PBDB-T 구조와 호환성이 좋아 전하 분리 효율이 향상될 수 있다.
즉, ITIC와 PBDB-T가 적절한 비율로 혼합되어 동시에 사용될 때, ITIC와 PBDB-T 각각의 LUMO 차이와 HOMO 차이가 적어 활성층 계면에서 생성된 전자정공쌍의 분리로 인한 에너지 손실이 적어지는 장점이 있다.
한편, PBDB-T는 고분자 중합체 유기물로 기계적 유연성을 가지기 때문에 n-type 재료의 선정에 따라 휨성 특성이 결정된다.
한편, n-type 유기물은 풀러렌(fullerene) 및 논풀러렌(non-fullerene) 구조로 나눌 수 있다. 풀러렌의 경우 버키-볼 모양 구조(bucky-ball structure)를 가지기 때문에 낮은 기계적 유연성 보이며 휨성 특성에서 구조가 깨지므로 휨성 안정성이 낮다. 반대로 펼쳐진 구조를 갖는 논풀러렌의 경우 높은 기계적 유연성으로 인해 휨성이 우수하고 생성된 전하의 이동을 도와주는 이점이 있다.
여기서, 풀러렌 구조를 갖는 물질로는 PCBM(phenyl-C71-butyric acid methyl ester) 및 ICBA(1′,1′′,4′,4′′-Tetrahydro-di[1,4]methanonaphthaleno[1,2:2′,3′,56,60:2′′,3′′][5,6]fullerene-C60)를 포함할 수 있고, 논풀러렌의 경우 O-IDTBR(rhodanine-benzothiadiazole-coupled indacenodithiophene alkylated using linear n-octyl) 및 ITIC(2,2`-[[6,6,12,12-Tetrakis(4-hexylphenyl)-6,12-dihydrodithieno[2,3-d:2`,3`-d`]-s-indaceno[1,2-b:5,6-b`]dithiophene-2,8-diyl]bis[methylidyne(3-oxo-1H-indene-2,1(3H)-diylidene)]]bis[propanedinitrile])를 포함할 수 있다.
따라서 유연한 특성 방사선 측정기 적용에 있어서 검출 특성 저하를 줄이기 위해서는 논풀러렌 유기물의 활용이 중요할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 방사선 측정기(200)의 활성층(240) 물질로써 도너 물질인 PBDB-T 와 억셉터 물질인 ITIC 를 혼합한 PBDB-T:ITIC 혼합물이 활성층(240)으로 사용될 수 있다. 일 예로써, 종래의 혼합 물질(예를 들어, P3HT:PCBM)을 기반으로 한 활성층(240)을 포함하는 유기 검출소자의 경우 가시광 영역의 흡광도가 저조하여 조사된 방사선이 섬광체에 의해 빛으로 변환되어 검출 소자에 입사 될 경우 그 흡수율이 낮은 단점을 가지고 있으나, 본 발명에 따른 PBDB-T:ITIC 혼합 물질을 기반으로 한 활성층(240)을 포함하는 방사선 측정기(200)의 경우 종래 대비 전하 분리 효율이 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 실시예와 비교예에서 벤딩 곡률에 따른 민감도 특성을 나타낸 그래프이고, 도 7은 본 발명의 실시예와 비교예에서 벤딩 횟수에 따른 민감도 특성을 나타낸 그래프이다.
여기서, 비교예는 PBDB-T:PCBM 혼합 물질을 기반으로 한 활성층을 포함하는 방사선 측정기에 관한 것이며, 실시예는 PBDB-T:ITIC 혼합 물질을 기반으로 한 활성층을 포함하는 방사선 측정기에 관한 것이다.
우선, 도 6을 참조하면, 실시예에 따른 방사선 측정기는 구부림 정도가 증가하여도 민감도의 저하가 미비한 반면, 비교예에 따른 방사선 측정기는 구부림 정도가 증가하면 민감도가 급속하게 저하됨을 확인할 수 있다.
또한, 도 7을 참조하면, 실시예에 따른 방사선 측정기는 벤딩 횟수가 증가하여도 민감도의 저하가 미비한 반면, 비교예에 따른 방사선 측정기는 벤딩 횟수가 증가하면 민감도가 급속하게 저하됨을 확인할 수 있다.
한편, 제2 전극층(250)은 활성층(240) 상부에 형성될 수 있으며, 전자를 수집하는 역할 즉, 활성층(240)에서 분리된 전자를 받아들이는 역할을 수행한다. 이러한 제2 전극층(250)의 재료는 일함수가 작은 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물 중 하나 또는 하나 이상일 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 구체적으로 제2 전극층(250)의 재료는 알루미늄(Al), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 인듐(In), 알칼리 금속, 나트륨-칼륨(Na:K)합금, 마그네슘-은(Mg:Ag)합금, 리튬-알루미늄(Li/Al)이층전극, 리튬플루오라이드-알루미늄(LiF/Al)이층전극 중 하나 또는 하나 이상일 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 제2 전극층(250)은 DC스퍼터링방식, 열증착 또는 이와 달리 화학적 증착법(CVD), 원자층 증착(ALD), 전기도금 및 각종 프린팅기술과 같은 습식방식 등에 의해 형성될 수 있다. 또한, 도 2에서는 생략되었으나 활성층(240)과 제2 전극층(250) 사이에는 생성된 전하의 취득 효율을 높이기 위해 Alq3과 같은 전자수송층(미도시)이 더 포함될 수도 있다.
봉지공정은 유기소자를 공기 중의 수분과 산소로부터 보호하기 위해 제1 전극층(220), 정공수송층(230), 활성층(240) 및 제2 전극층(250)의 외부를 감싸도록 봉지층(260)이 형성될 수 있다. 또한 봉지층(260)은 유연성을 가지는 것이 바람직하다. 일 예로 봉지층(260)으로 유연한 재료를 이용한 무기물 단일층 또는 유/무기물 적층구조인 TFE(Thin Film Encapsulation) 봉지층 등이 적용될 수 있다.
일반적으로, 방사선 측정기는 크게 광도전체 (photoconductor)의 전기적 신호를 직접 받아 영상을 만들어내는 직접변환방식과 유도된 섬광체층(scintillator)(270)의 빛을 집광 소자를 이용하여 전기신호로 변환시켜 영상을 만들어내는 간접변환방식이 있다. 보다 구체적으로, 직접검출방식의 경우 입사되는 방사선에 의해 활성층(240)에서 생성되는 전하를 측정하는 방식이며, 간접검출방식의 경우 검출 소자에 섬광체층(270)을 부착하여 섬광체층(270)에 의해 변환된 가시광에 의하여 활성층(240)에서 생성되는 전하를 측정하는 방식이다.
본 발명에 따른 방사선 측정기(200)는 상기한 간접변환방식을 적용하기 위해 기판(210) 하부에 섬광체층(270)이 형성된다. 따라서 형성된 섬광체층(270)에 의해 입사되는 방사선이 가시광으로 변화하게 되고, 변화된 가시광이 활성층(240)에 도달하여 활성층(240)에서 생성되는 전하를 측정하게 된다.
섬광체층(270)에 사용될 수 있는 물질로는, 예를 들어, Nal:Tl, Csl:Tl, Y3Al5O12:Ce, CdWO4, LuAG:Ce, Gd2O2S:Tb 등이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 Maximum emission이 540nm를 갖고, PL output이 59000photons/MeV인 CsI:Tl가 사용될 수 있다.
한편, 섬광체층(270)은 도 8을 참조하면, 유연한 특성을 갖는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명에서 섬광체층에 따라 파장과 방출 특성을 나타낸 그래프이다.
한편, 섬광체층으로 CsI:Tl를 사용하였을 때는 섬광체층의 두께를 1mm이하의 두께를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이는, 1mm 보다 두꺼운 섬광체층(270)은 섬광체층(270) 내부에서 생성된 가시광 Photon이 섬광체층(270) 내에서 재흡수가 일어나거나, 후면이 아닌 다른 방향으로 이동되는 이유에 기인하기 때문이다.
도 9 내지 도 12은 본 발명의 방사선 측정기의 제작방법을 나타내는 도면이다.
도 9 내지 도 12을 참조하면, 본 발명의 방사선 측정기(200)의 제작방법은 기판(210) 상부에 제1 전극층(220)을 형성하는 단계, 제1 전극층(220) 상부에 정공수송층(230)을 형성하는 단계, 정공수송층(230) 상부에 PBDB-T:ITIC의 혼합물로 형성된 활성층(240)을 형성하는 단계, 활성층(240) 상부에 제2 전극층(250)을 형성하는 단계, 봉지 공정을 수행하는 단계 및 기판(210) 하부에 섬광체층(270)을 형성하는 단계를 포함한다.
기판(210) 상부에 제1 전극층(220)을 형성하는 단계에서는 도 8에 도시한 바와 같이, 투명 유리나 유연성을 갖는 폴리머 기판(210) 상에 DC 스퍼터링 방식 또는 이와 달리 화학적 증착법(CVD), 원자층 증착(ALD), 졸겔 코팅(sol-gel coating), 전기도금 등에 의해 투명전극인 제1 전극층(220)이 형성될 수 있다. 기판(210)은 사용 직전에 세정 공정을 거치며, 아세톤, 알콜, 물 혹은 이들의 혼합 용액에 담근 후 초음파 세정을 실시할 수도 있다.
이러한 투명전극의 두께는 바람직하게는 100~1,000nm일 수 있다. 또한, 사용되는 기판(210)은 바람직하게는 CPI 기판(210)일 수 있다.
제1 전극층(220) 상부에 정공수송층(230)을 형성하는 단계는 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 전극층(220) 상부에 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 바(bar) 코팅법, 닥터블레이드 코팅법, 그라비아 프린팅법, 잉크젯 프린팅법 등을 이용하여 정공수송층(Hole Transfer Layer, HTL)(230)을 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 정공수송층(230)의 두께는 바람직하게는 5~300nm일 수 있다. 정공수송층(230) 물질로는 TPD, PEDOT:PSS, G-PEDOT, PANI:PSS, PANI:CSA, PDBT, NPB, 아릴아민기(arylamine group)를 가지는 저분자와 고분자, 방향족아민기(aromatic amine group)를 가지는 저분자와 고분자 등일 수 있다.
정공수송층(230) 상부에 PBDB-T:ITIC로 형성된 활성층(240)을 형성하는 단계에서, 활성층(240)은 도너 물질로는 p-type 유기물이 적용될 수 있으며, P3HT, PCDTBT 및 PBDB-T 등이 이용될 수 있으나, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면 도너 물질로 PBDB-T 가 사용될 수 있다.
또한, 억셉터 물질로는 n-type 유기물이 적용될 수 있으며, PCBM, ICBA, IDTBR 및 ITIC 등이 사용 될 수 있으나, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면 억셉터 물질로 ITIC가 사용될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 방사선 측정기(200)의 활성층(240) 물질로써 도너 물질인 PBDB-T 와 억셉터 물질인 ITIC 를 혼합한 PBDB-T:ITIC 혼합물이 활성층(240)으로 사용될 수 있다. 일 예로써, 종래의 혼합 물질(예를 들어, P3HT:PCBM)을 기반으로 한 활성층(240)을 포함하는 유기 검출소자의 경우 가시광 영역의 흡광도가 저조하여 조사된 방사선이 섬광체에 의해 빛으로 변환되어 검출 소자에 입사 될 경우 그 흡수율이 낮은 단점을 가지고 있으나, 본 발명에 따른 PBDB-T:ITIC 혼합 물질을 기반으로 한 활성층(240)을 포함하는 방사선 측정기(200)의 경우 종래 대비 전하 분리 효율이 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
여기서, 활성층(240)은 PBDB-T 및 ITIC이 1:0.5 내지 1:3의 질량 비율로 포함될 수 있다.
여기서, 활성층(240)에서 PBDB-T 및 ITIC의 혼합 비율이 1:0.5 미만인 경우, PBDB-T가 상대적으로많기 때문에 유기물간 뭉쳐지는 현상으로 인해 표면 거칠기가 증가하고 직렬 저항(Rs)이 높아지는 문제가 발생할 수 있으며, 활성층(240)에서 PBDB-T 및 ITIC의 혼합 비율이 1:3 초과인 경우 ITIC가 상대적으로 과다해지기 때문에 활성층 혼합이 제대로 되지 않아 저항이 증가하고 흡광도가 낮아지기 때문에 생성되는 캐리어가 줄어드는 문제가 발생할 수 있다.
상기한 PBDB-T:ITIC를 이용하여 활성 용액이 형성되면, 활성 용액을 정공수송층(230) 상부에 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 스크린 인쇄 공정, 바 코팅, 닥터블레이드 코팅, 그라비아 프린팅 및 잉크젯 프린팅법 등을 이용하여 활성층(240)을 형성한다. 이렇게 형성된 PBDB-T:ITIC 혼합물을 포함하는 활성층 기반의 방사선 측정기(200)는 종래의 P3HT:PCBM 혼합물을 포함하는 활성층 기반의 방사선 측정기에 비해 가시광 영역의 흡광도가 우수하여 신호 취득 효율을 향상시킬 수 있다.
활성층(240) 상부에 제2 전극층(250)을 형성하는 단계에서는 도 10에 도시한 바와 같이, 활성층(240) 상부에 활성층(240)에서 분리된 전자를 받아들이는 역할을 수행하는 제2 전극층(250)이 형성된다. 제2 전극층(250)은 알루미늄(Al), 아연(Zn), 타타늄(Ti), 인듐(In), 알칼리 금속, 나트륨-칼륨(Na:K)합금, 마그네슘-은(Mg:Ag)합금, 리튬-알루미늄(Li/Al)이층전극, 리튬플루오라이드-알루미늄(LiF/Al)이층전극과 같이 금속 전극일 수 있으며, 활성층(240) 상부에 DC스퍼터링방식, 열증착 또는 이와 달리 화학적 증착법(CVD), 원자층 증착(ALD), 전기도금 및 각종 프린팅기술과 같은 습식방식 등에 의해 형성될 수 있다. 도시하지는 않았지만 활성층(240)과 제2 전극층(250) 사이에는 생성된 전하의 취득 효율을 높이기 위해 Alq3과 같은 전자수송층(미도시)이 활성층(240) 상부에 잉크젯 방식, 오프셋 인쇄 방식, 그라비아 인쇄 방식 등으로 더 형성될 수 있다.
제2 전극층(250)을 형성하는 단계 이후에는, 봉지(Encapsulation) 공정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
봉지 공정은 유기소자를 공기 중의 수분과 산소로부터 보호하기 위해 제1 전극층(220), 정공수송층(230), 활성층(240) 및 제2 전극층(250)의 외부를 감싸도록 봉지층(260)이 형성될 수 있다.
기판(210) 하부에 섬광체층(270)을 형성하는 단계는 도 11에 도시한 바와 같이, 상술한 봉지 공정에 의해 봉지층(260)을 형성한 이후에, 제작된 유기소자와 섬광체층(270) 사이의 광학적 손실을 최소화하기 위한 광학적 접착제(Optical Glue)등을 이용하여 섬광체층(270)이 유기소자의 기판(210)하부에 형성될 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
[부호의 설명]
210 : 기판 220 : 제1 전극층
230 : 정공수송층 240 : 활성층
250 : 제2 전극층 260 : 봉지층
270 : 섬광체층

Claims (7)

  1. 유연성의 기판;
    상기 기판 상부에 형성되는 제1 전극층;
    상기 제1 전극층 상부에 형성되고, 정공의 수송을 향상시키는 정공수송층;
    상기 정공수송층 상부에 형성되고, 상기 기판 하부에서 발생한 가시광선을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하는 활성층; 및
    상기 활성층 상부에 형성되는 제2 전극층을 포함하고,
    상기 활성층은 PBDB-T:ITIC을 포함하는, 유연한 특성의 방사선 측정기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 CPI, PEN 및 PET 중 어느 하나인 유연한 특성의 방사선 측정기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 활성층은 PBDB-T 및 ITIC이 1:0.5 내지 1:3의 질량 비율로 포함된 유연한 특성의 방사선 측정기.
  4. 유연성의 기판 상부에 제1 전극층을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극층 상부에 정공수송층을 형성하는 단계;
    상기 정공수송층 상부에 활성층을 형성하는 단계; 및
    상기 활성층 상부에 제2 전극층을 형성하는 단계; 를 포함하고,
    상기 활성층은 PBDB-T:ITIC을 포함하는, 유연한 특성의 방사선 측정기의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 기판은 CPI, PEN 및 PET 중 어느 하나인 유연한 특성의 방사선 측정기의 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 활성층을 형성하는 단계에서,
    상기 활성층은 PBDB-T 및 ITIC이 1:0.5 내지 1:3의 질량 비율로 포함된 유연한 특성의 방사선 측정기의 제조 방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 전극층을 형성하는 단계 이후에 봉지(Encapsulation)공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 유연한 특성의 방사선 측정기의 제조 방법.
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