KR101217808B1 - 방사선 검출기 및 방사선 검출 방법 - Google Patents
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Abstract
영상의 해상도를 높이고 복잡한 제조 공정을 개선할 수 있는 방사선 검출기 및 방사선 검출 방법이 제공된다. 방사선 검출기는, 방사선을 전달하는 상부 전극층과, 방사선에 의해 광 도전성을 나타내는 제1 광 도전층과, 제1 광 도전층에서 광 도전성에 의한 전하를 수집하는 전하 수집층과, 판독을 위한 배면광에 의해 광 도전성을 나타내는 제2 광 도전층과, 전하 수집층에 의해 수집된 전하에 의해 대전되는 하부 투명 전극층과, 하부 투명 전극층 및 배면광 조사부 사이에 배치되며, 픽셀 단위로 형성된 마이크로렌즈 층과, 픽셀 단위로 마이크로렌즈 층 및 하부 투명 전극층을 통해 제2 광 도전층으로 배면광을 인가하는 배면광 조사부를 포함한다.
Description
엑스선과 같은 방사선을 검출하여 이미지 데이터를 생성하는 방사선 검출기 및 검출 방법에 관한 것이다.
디지털 방사선 검출기는 방사선 영상을 필름 없이 직접 엑스선 조사에 의하여 인체 내의 정보를 영상 검출 센서에서 전기적 영상 신호로 검출하여 디지털 영상을 획득하기 위한 장치이다. 디지털 방사선 검출기는 방사선 영상을 검출하는 방식에 따라 크게 직접 방식과 간접 방식으로 나누어진다. 직접 방식은 통상적으로 비정질 셀레늄(또는 비정질 실리콘)과 TFT(Thin Film Transistor)를 이용하여 인체를 투과한 방사선에 의해 발생된 전기적 신호를 직접 검출하는 방식이다. 간접 방식은, 방사선을 가시광선으로 바꿔주는 CsI와 같은 형광 물질을 사용하여 형광체에서 발생된 빛을 CCD 또는 광 다이오드 등의 수광 소자를 사용하여 방사선 영상을 획득하는 것으로, 직접 방식에 비해 해상도가 떨어진다.
종래의 TFT를 이용한 방사선 검출기는 노이즈가 크게 발생되며, 또한 대면적으로 갈수록 노이즈가 함께 증가하는 경향이 있으므로 DQE(detective quantum efficiency)를 감소하게 한다. 패널 내부의 픽셀 하나 당 한 개의 박막 트랜지스터가 필요하므로, 대면적이 어렵고 비용이 증가하게 된다.
영상의 해상도를 높이고 복잡한 제조 공정을 개선할 수 있는 방사선 검출기 및 방사선 검출 방법이 제공된다.
일 측면에 따른 방사선 검출기는, 방사선을 전달하는 상부 전극층과, 방사선에 의해 광 도전성을 나타내는 제1 광 도전층과, 제1 광 도전층에서 광 도전성에 의한 전하를 수집하는 전하 수집층과, 판독을 위한 배면광에 의해 광 도전성을 나타내는 제2 광 도전층과, 전하 수집층에 의해 수집된 전하에 의해 대전되는 하부 투명 전극층과, 하부 투명 전극층 및 배면광 조사부 사이에 배치되며, 픽셀 단위로 형성된 마이크로렌즈 층과, 픽셀 단위로 마이크로렌즈 층 및 하부 투명 전극층을 통해 제2 광 도전층으로 배면광을 인가하는 배면광 조사부를 포함한다.
다른 측면에 따른 방사선 검출기는, 방사선을 전달하는 상부 전극층과, 방사선에 의해 광 도전성을 나타내는 제1 광 도전층과, 제1 광 도전층에서 광 도전성에 의한 전하를 수집하는 전하 수집층과, 판독을 위한 배면광에 의해 광 도전성을 나타내며, 픽셀을 구분하기 위한 격벽을 포함하는 제2 광 도전층과, 전하 수집층에 의해 수집된 전하에 의해 대전되는 하부 투명 전극층과, 픽셀 단위로 하부 투명 전극층을 통해 제2 광 도전층으로 배면광을 인가하는 배면광 조사부를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 영상의 해상도를 높이고 복잡한 제조 공정을 개선할 수 있는 방사선 검출기 및 방사선 검출 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 방사선 검출기의 단면을 나타내는 도면이다.
도 2는 전하 수집층을 사이에 두는 2개의 광 도전층의 동작을 나타내는 도면이다.
도 3은 PDP 기반의 배면광을 이용하는 일 실시예에 따른 방사선 검출기의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4e는 전하 수집층이 메탈인 경우 도 3의 방사선 검출기의 동작 과정을 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 전하 수집층이 유전체인 경우 도 3의 방사선 검출기의 동작 과정을 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6d는 전하 수집층이 유전체 및 메탈로 구성되는 경우 도 3의 방사선 검출기의 동작 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 방사선 검출 동작을 나타내는 순서도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 방사선 검출기의 단면을 나타내는 도면이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 방사선 검출기의 단면을 나타내는 도면이다.
도 2는 전하 수집층을 사이에 두는 2개의 광 도전층의 동작을 나타내는 도면이다.
도 3은 PDP 기반의 배면광을 이용하는 일 실시예에 따른 방사선 검출기의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4e는 전하 수집층이 메탈인 경우 도 3의 방사선 검출기의 동작 과정을 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 전하 수집층이 유전체인 경우 도 3의 방사선 검출기의 동작 과정을 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6d는 전하 수집층이 유전체 및 메탈로 구성되는 경우 도 3의 방사선 검출기의 동작 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 방사선 검출 동작을 나타내는 순서도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 방사선 검출기의 단면을 나타내는 도면이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 방사선 검출기의 단면을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 방사선 검출기의 단면을 나타내는 도면이다.
방사선 검출기(10)는 상부 전극층(101), 제1 광 도전층(102), 전하 수집층(103), 제2 광 도전층(104) 및 하부 투명 전극층(105) 및 데이터 처리부(200)를 포함한다.
상부 전극층(101)은 외부로터 입사되는 방사선을 제1 광 도전층(102)으로 전달한다. 여기에서, 방사선은, 엑스선(X-ray), 알파선(α-ray), 감마선(γ-ray) 등이 이용될 수 있다.
제1 광 도전층(102)은 상부 전극층(101)을 통해 전달된 방사선에 의해 광 도전성을 나타낸다. 즉, 제1 광 도전층(102)은 방사선 조사에 따라 양전하(또는 정공) 및 음전하(또는 전자) 쌍을 생성한다. 제1 광 도전층(102)은 전달된 방사선의 신호 강도에 비례하여 양전하 및 음전하 쌍을 생성한다. 상부 전극층(101) 위에 방사선에 의한 조사가 필요한 인체 또는 물체와 같은 대상체가 있는 경우, 대상체의 성분에 따라 제1 광 도전층(102)에 전달되는 방사선 양이 달라질 수 있다. 제1 광 도전층(102)은 비정질셀레늄(a-Se, amorphous selenium), As2Se3 또는 As 등을 함유한 비정질셀레늄 화합물일 수 있다.
전하 수집층(103)은 제1 광 도전층(102)의 광 도전성에 의해 생성된 전하(양전하 및 음전하)를 수집하여, 플로팅 전극(floating electrode)로 동작한다. 전하 수집층(103)이 전하를 수집하는 것은, 전하 수집층(103)에 의해 제1 광 도전층(102)과 전하 수집층(103) 사이에 쌓이는 전하를 블로킹하는 것을 의미한다. 일 실시예에 따르면, 전하 수집층(103)은 메탈층, 유전체층 또는 메탈층 및 유전체층의 조합으로 구성될 수 있다.
제2 광 도전층(104)은 판독을 위한 배면광에 의해 광 도전성을 나타낸다. 제2 광 도전층(104)은 전달된 배면광의 신호 강도에 비례하여 양전하 및 음전하 쌍을 생성한다. 제2 광 도전층(104)은 비정질셀레늄(a-Se, amorphous selenium), As2Se3 또는 As 등을 함유한 비정질셀레늄 화합물일 수 있다.
여기에서, 배면광은 방사선의 조사 방향의 배면에서 조사되는 광을 의미한다. 배면 광원으로는, LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel), LED(light emitting diode), FED(field emission display), 레이저 등과 같이 픽셀 단위로 광을 조사할 수 있는 시스템이 이용될 수 있다.
하부 투명 전극층(105)은 전하 수집층(103)에 의해 수집된 전하에 대응하는 전하가 대전된다. 하부 투명 전극층(105)은 배면광이 제2 광 도전층(104)에 도달될 수 있도록 투명한 물질로 형성된다. 하부 투명 전극층(105)은 ITO(Indium Tin Oxide) 및 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 물질로 형성될 수 있다. 제2 광 도전층(104)에서 배면광에 의해 양전하 및 음전하 쌍이 생성되면, 하부 투명 전극층(105)에는 전하 수집층(103)에서 수집된 전하에 대응하는 반대 극성의 전하가 대전된다.
데이터 처리부(200)는 하부 투명 전극층(105)으로부터 대전된 전하에 대응하는 신호를 판독하여 방사선 영상을 생성한다. 도 1의 방사선 검출기(10)는 실제 이용되는 방사선 검출기의 한 픽셀에 대응하는 구조의 단면을 나타내는 것으로, 방사선 영상을 구성하는 픽셀 어레이에서 픽셀 별로 또는 픽셀 열 단위로 하부 투명 전극층(105)에 판독된 신호를 이용하여 전체 방사선 영상이 획득될 수 있다.
도 2는 전하 수집층을 사이에 두는 2개의 광 도전층의 동작을 나타내는 도면이다.
방사선이 조사되면, 상부 전극층(101)을 통해 방사선이 제1 광 도전층(102)에 전달되고, 제1 광 도전층(102)내에서 양전하 및 음전하 쌍이 생성된다. 상부 전극층(101)에 인가된 고전압(예를 들어, 4kV)에 의해 전기장이 형성되고, 제1 광 도전층(102)에서 생된 양전하 및 음전하 쌍은 전기장을 따라 서로 다른 방향으로 분포된다. 따라서, 전하 수집층(103)에는 양전하 또는 음전하가 수집된다. 상부 전극층(101)에 음(-) 전위가 인가되면, 제1 광 도전층(102)에서 발생된 양전하는 상부 전극층(101)으로 이동하고, 음전하는 전하 수집층(103)으로 이동한다.
전하 수집층(103)을 사이에 두고 형성된 제1 광 도전층(102) 및 제2 광 도전층(104)은 회로적인 관점에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 직렬 연결된 커패시터로서 동작할 수 있다.
커패시턴스(C)와 에너지(W)는 
의 관계에 있으며, 제1 광 도전층(102)의 전하량(Q1) 및 제2 광 도전층(104)의 전하량(Q2)는 동일하므로, 
이 성립한다. 여기에서, C1 및 C2는 각각 제1 광 도전층(102) 및 제2 광 도전층(104)의 커패시턴스를 나타내고, V1 및 V2는 각각 제1 광 도전층(102) 및 제2 광 도전층(104)의 전압을 나타낸다. 또한, 
및 
의 관계가 있으므로, 
가 성립된다.
제1 광 도전층(102)의 두께(d1)는 제2 광 도전층(104)의 두께(d2)보다 훨씬 두껍게 되도록 형성된다. 예를 들어, 제1 광 도전층(102)의 두께(d1)는 대략 500㎛이고, 제2 광 도전층(102)의 두께(d2)는 대략 7 내지 12㎛일 수 있다. 따라서, 제2 광 도전층(104)에 걸리는 전기장(E2)의 크기는 제1 광 도전층(102)에 걸리는 전기장(E1)의 크기보다 크게 된다. 또한, 상부 전극층(101)에 영상 기록 단계에서 고전압을 걸었다가, 판독 과정에서는 그라운드로 설정되므로, 제2 광 도전층(104)에 대부분의 전기장이 걸리게 된다.
도 2에 도시된 바와 같은 구조에서, 제1 광 도전층(102)에서 생성된 전하(양전하 또는 음전하)는 전하 수집층(103)과 제1 광 도전층(102) 사이의 에너지 장벽 차이에 의해 블로킹(blocking)된다. 블로킹된 전자는 외부에 전기장이나 온도 변화에 의해 에너지 장벽이 낮아지면, 전자가 장벽을 지나갈 수 있게 된다. 제1 광 도전층(102)에 걸리는 전기장은 상대적으로 제2 광 도전층(104)에 걸리는 전기장보다 훨씬 작기 때문에, 제1 광 도전층(102)과 전하 수집층(103) 사이의 에너지 장벽을 넘을 수 있는 외부 에너지가 없으므로, 전하가 전하 수집층(103)에 블로킹된다.
전하 수집층(103)에서 음전하가 블로킹된 경우, 제2 광 도전층(104)에 배면광이 조사되면, 제2 광 도전층(104) 내부에서 양전하 및 음전하 쌍이 생성된다. 이 경우, 제2 광 도전층(104)의 양전하는 전하 수집층(103)쪽으로 이동하여, 전하 수집층(103)의 표면은 중성화(neutralization)된다. 제2 광 도전층(104)에서 생성된 음전하는 하부 투명 전극층(105)으로 이동하여 판독된다. 이와 같은 방법으로, 전하 수집층(103)에서 수집된 음전하들이 판독되고, 영상 처리 과정을 거처 방사선 영상이 획득될 수 있다.
전하 수집층(103)과 제1 광 도전층(102)의 접합면에서의 에너지 밴드는 전하 수집층(103)을 구성하는 전도성 물질의 일함수와 제1 광 도전층(102)의 일함수 차이에 의존적이며, 전하 수집층(103)과 제1 광 도전층(102)의 두께 및 비저항 등 물성적은 특성에 따라 조절될 수 있다.
이와 같은 원리에 의해 전하 수집층(103)에 방사선 조사에 따른 영상에 대응하는 전하를 수집하기 위해서, 전하 수집층(103)은 메탈층, 유전체층, 또는 메탈층 및 유전체층의 조합으로 구성될 수 있다. 전하 수집층(103)이 메탈층인 경우, 은, 구리, 금, 알루미늄, 칼슘, 텅스텐, 아연, 니켈, 철, 플래티늄, 주석, 납, 망간, 콘스탄탄(constantan), 수은, 니크롬(nichrome), 카본, 게르마늄, 실리콘, 유리, 쿼츠(Quartz), PET(polyethylene terephthalate), 테플론 등이 이용될 수 있다. 유전체층으로는, BCB, 파릴린(Parylene), a-C:H(F), PI(Polyimide), 폴리아릴렌 에테르(Polyarylene ether), FAC(Fluorinated Amorphous Carbon)과 같은 유기 유전 물질, SiO2, Si3N4, Polysilsequioxane, Methyl silane 등과 같은 무기 유전 물질, Xetogel/Aerogel, PCL(Polycaprolactone) 등과 같은 다공성 유전 물질 등이 이용될 수 있다. 전하 수집층(103)을 메탈층, 유전체층, 또는 메탈층 및 유전체층의 조합으로 구성하면, 제1 광 도전층(102)에서 생성된 전하를 효율적으로 전달받을 수 있으며, 제조가 간단하며, 짧은 시간에 저비용으로 방사선 검출기를 제조할 수 있다. 특히, 전하 수집층(103)을 도핑된 반도체를 이용하는 경우에 비하여 제조 비용을 줄이고 쉽게 제조할 있게 된다.
도 3은 PDP 기반의 방사선 검출기의 단면의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3의 방사선 검출기(20)는 상부 전극층(101), 제1 광 도전층(102), 전하 수집층(103), 제2 광 도전층(104), 하부 투명 전극층(105), 중간 기판(106) 및 PDP(110)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 방사선 검출기(20)는 상부 전극층(101), 제1 광 도전층(102), 전하 수집층(103), 제2 광 도전층(104), 하부 투명 전극층(105) 및 PDP(110)이 순서대로 적층되어 형성된다. 중간 기판(106)은 상부 전극층(101), 제1 광 도전층(102), 전하 수집층(103), 제2 광 도전층(104), 하부 투명 전극층(105)을 지지하는 것으로 유리 등이 이용될 수 있다.
상부 전극층(101), 제1 광 도전층(102), 전하 수집층(103), 제2 광 도전층(104), 하부 투명 전극층(105)은 도 1의 구성과 동일하다.
PDP(110)는 배면광으로서 플라즈마 광을 제공한다. PDP(110)는 제1 기판(111), 격벽(112), 가스층(113), 형광층(114), 절연층(115), 전극(116) 및 제2 기판(117)을 포함할 수 있다.
제1 기판(111) 및 제2 기판(117)은 서로 대향하도록 배치된다.
격벽(112)은 2개의 기판(111, 117) 내부에 셀 구조를 형성한다. 구체적으로는, 격벽(112)은 제1 기판(111)과 절연층(115) 사이에 형성되어, 밀폐된 셀 구조를 형성시킨다. 격벽(112)은 PDP(110)의 픽셀을 구분하도록 형성된다. 격벽(112)은 픽셀 간의 크로스 토크를 방지하며, 2방향으로 둘러 싸여져 있거나 원하는 픽셀 모양에 따라 2 방향, 6 방향, 8 방향 등 여러 가지 모양을 가질 수 있으며, 기판의 해상력을 결정한다. 격벽(112)은 기존의 PDP 제작 방법으로 제작될 수 있으며, 각 픽셀 내에서 방사선의 반응 면적을 높이기 위하여 면적 및 높이가 조정될 수 있다.
가스층(113)은 격벽(112)에 의해 형성되는 셀 구조의 내부 챔버에 포함되어, 전극(117)에 의하여 플라즈마 발광을 일으킨다. 플라즈마 광은 하부 투명 전극층(105)에 제공된다.
형광층(114)은 가스층(113)에서 발생된 플라즈마 광이 반사되어 하부 투명 전극층(105)에 더 높은 조도의 플라즈마 광이 전달되도록 형성된다. 형광층(114)은 도 1에 도시된 바와 같이 격벽(112)과 절연층(115)의 일 측면에 형성될 수 있다. 형광층(114)은 선택적으로 포함될 수 있다.
절연층(115)은 제2 기판(117) 위에 형성되며, 유전체층으로 형성될 수 있다. 절연층(115)은 픽셀 단위로 배치되는 전극(116) 간 쇼트를 방지하며, 누설 전류를 방지하기 위한 층이다. 전극(116)은 가스층(113)에 플라즈마를 발생시키기 위한 전원을 전달한다.
도 4a 내지 도 4e는 전하 수집층(103)이 메탈층으로 형성되는 방사선 검출기의 동작 과정을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4e의 방사선 검출기(30)는 전하 수집층(103)이 메탈층(103-1)으로 형성되는 점을 제외하고 도 3의 방사선 검출기(20)와 동일하다. 도면에서, +는 양전하를 나타내고, -는 음전하를 나타낸다.
도 4a에 도시된 바와 같이, X선과 같은 방사선이 조사되면, 상부 전극층(101)을 통해 방사선이 제1 광 도전층(102)에 전달되고, 제1 광 도전층(102)내에서 양전하 및 음전하 쌍이 생성된다. 상부 전극층(101)에 높은 전압이 인가되어, 양전하 및 음전하가 상하로 분리된다. 제1 광 도전층(102)에 음 전위가 걸리면, 양전하는 상부 전극층(101)쪽으로 이동하고, 음전하는 전하 수집층(103)쪽으로 이동한다.
제1 광 도전층(102)에서 생성된 음전하는 전하 수집층(103)으로 이동되어, 전하 수집층(103)은 제1 광 도전층(102)의 음전하를 수집한다. 전술한 바와 같이, 전하 수집층(103)이 전하를 수집하는 동작은, 제1 광 도전층(102)과 전하 수집층(103) 사이의 계면에 전하가 쌓이는 것을 의미한다. 전하 수집층(103)과 제1 광 도전층(102)의 계면에서 쌓이는 음전하는 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 광 도전층(102)에 걸리는 약한 전기장(E1)에 의해 블로킹된다. 방사선 검출기(30) 위에 인체와 같은 대상물이 있는 경우, 방사선의 대상물을 투과한 정도가 대상물의 성분 및 형태에 따라 다를 것이므로, 제1 광 도전층(102)에서 생성되는 양전하 및 음전하 쌍 및 전하 수집층(103)에서 수집되는 음전하의 양도 달라질 것이다. 따라서, 전하 수집층(103)에 의해 수집된 음전하는 검출되는 영상에 대응한다.
또한, 전하 수집층(103)에 음전하가 수집되면, 제2 광 도전층(104)이 커패시터로 기능하게 되어, 도 4b에 도시된 바와 같이, 하부 투명 전극층(105)에는 전하 수집층(103)에는 양전하가 대전된다. 하부 투명 전극층(105)에는 전하 수집층(103)에서 수집된 음전하의 개수에 대응하는 양전하가 대전된다.
다음으로, 영상 판독 과정에 대하여 설명한다. PDP(110)의 픽셀 어레이 중 첫 번째 라인의 픽셀들을 턴 온 하면, 첫 번째 라인의 픽셀들에서 플라즈마 광이 방출된다. 그러면, PDP(110) 픽셀의 첫 번째 라인에 대응되는 플라즈마 광이 하부 투명 전극층(105)을 투과하여 제2 광 도전층(104)에 도달한다.
제2 광 도전층(104)은 도달된 플라즈마 광으로 인하여 양전하 및 음전하 쌍을 생성한다. PDP(110)의 첫 번째 라인의 픽셀에만 광이 방출되므로, 제2 광 도전층(104)의 첫 번째 라인의 픽셀에 대응하는 영역에서 양전하 및 음전하 쌍이 생성된다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 제2 광 도전층(104)에서 생성된 양전하 및 음전하는 전하 수집층(103)에 수집된 음전하 및 하부 투명 전극층(105)에 대전된 양전하에 의하여 전기적 인력에 의해 분리된다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 하부 투명 전극층(105)에 대전된 양전하에 의해 첫 번째 라인의 픽셀에 대응하는 영역에서 제2 광 도전층(104)에 의해 생성된 음전하가 데이터 처리부(200)로 판독되어 영상 신호 처리될 수 있다. 제2 광 도전층(104)에서 생성된 양전하는 전하 수집층(103)에 의해 수집된 음전하에 의하여 전하 수집층(103)으로 이동하여, 전하 수집층(103)은 중성화된다.
다음으로, 도 4e를 참조하면, PDP(110)의 첫 번째 라인의 픽셀 전극을 오프하고, 2번째 라인의 픽셀 전극에 전압을 인가한 것을 나타낸다. 2번째 라인의 픽셀들에서 플라즈마 광이 발생되면, 제2 광 도전층(104)의 2번째 라인의 픽셀에 대응하는 영역에서 양전하 및 음전하 쌍이 생성된다. 제2 광 도전층(104)에서 생성된 양전하 및 음전하는 전하 수집층(103)에 수집된 음전하 및 하부 투명 전극층(105)에 대전된 양전하에 의하여 전기적 인력에 의해 분리된다. 하부 투명 전극층(105)에 대전된 양전하에 의해 제2 광 도전층(104)의 2번째 라인에 대응하는 영역에서 생성된 음전하가 데이터 처리부(200)로 판독되어 영상 신호 처리될 수 있다.
3번째 라인의 픽셀에 대해서도 전술한 동작이 수행되어, 제2 광 도전층(104)의 3번째 라인에 대응하는 영역에서 생성된 음전하가 데이터 처리부(200)로 판독되어 영상 신호 처리될 수 있다. 이와 같은 동작이, 방사선 검출기(30)의 전체 픽셀 라인에 대해 모두 수행되면, 방사선 검출기(30) 상부에 위치되는 대상체에 대한 방사선 영상이 획득될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 도 3의 전하 수집층(103)이 유전체층(103-2)으로 구성되는 방사선 검출기(40)의 동작을 나타낸다.
도 5a 내지 도 5d 방사선 검출기(40)는 전하 수집층(103)이 유전체층(103-2)으로 형성되는 점을 제외하고 도 3의 방사선 검출기(20)와 동일하다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 방사선이 조사되면, 상부 전극층(101)을 통해 방사선이 제1 광 도전층(102)에 전달되고, 제1 광 도전층(102)내에서 양전하 및 음전하 쌍이 생성된다. 상부 전극층(101)에 높은 전압이 인가되어, 양전하 및 음전하가 상하로 분리된다. 예를 들어, 제1 광 도전층(102)에 음 전위가 걸리면, 제1 광 도전층(102)의 양전하는 상부 전극층(101)쪽으로 이동하고, 음전하는 유전체층(103-2)쪽으로 이동한다.
제1 광 도전층(102)에서 유전체층(103-2)쪽으로 이동된 음전하에 의해서, 유전체층(103-2) 내부에서 분극이 일어나고, 분극된 유전체층(103-2)의 쌍극자(dipole)가 도 5b에 도시된 바와 같이 배열된다.
도 5b에 도시된 바와 같이 쌍극자의 +극이 배치되면, 하부 투명 전극층(105)에는 양전하가 대전된다. 하부 투명 전극층(105)에는 유전체층(103-2)에서 분극된 쌍극자의 개수에 대응하는 양전하가 대전된다.
다음으로, 영상 판독 과정에 대하여 설명한다.
상부 전극층(101)을 접지 연결하고, 이 상태에서, PDP(110)의 픽셀 어레이의 첫 번째 라인의 픽셀들을 턴 온 하면, 첫 번째 라인의 픽셀들에서 플라즈마 광이 방출된다. 그러면, 방출된 플라즈마 광은 PDP(110) 픽셀의 첫 번째 라인에 대응되는 영역의 하부 투명 전극층(105)을 투과하여 제2 광 도전층(104)에 도달한다.
제2 광 도전층(104)은 도달된 플라즈마 광으로 인하여 양전하 및 음전하 쌍을 생성한다. 도 5c에 도시된 바와 같이, PDP(110)의 첫 번째 라인의 픽셀에만 광이 방출되므로, 제2 광 도전층(104)의 첫 번째 라인의 픽셀에 대응하는 영역에서 양전하 및 음전하 쌍이 생성된다. 생성된 양전하 및 음전하는 유전체층(103-2)에 분극된 쌍극자 및 하부 투명 전극층(105)에 대전된 양전하에 의하여 전기적 인력에 의해 분리된다.
도 5d에 도시된 바와 같이, 하부 투명 전극층(105)에 대전된 양전하에 의해 첫 번째 라인의 픽셀에 대응하는 영역에서 제2 광 도전층(104)에 의해 생성된 음전하가 데이터 처리부(200)로 판독되어 영상 신호 처리될 수 있다. 제2 광 도전층(104)에서 생성된 양전하는 유전체층(103-2)에 의해 분극된 쌍극자에 의하여 유전체층(103-2)으로 이동된다.
다음으로, PDP(110)의 첫 번째 라인의 픽셀을 오프하고, 2번째 라인의 픽셀 전극에 전압을 인가하면, 2번째 라인에 대응하는 영역에서, 제2 광 도전층(104)의 2번째 라인의 픽셀에 대응하는 영역에서만 양전하 및 음전하 쌍이 생성된다. 생성된 양전하 및 음전하는 유전체층(103-2)의 쌍극자 및 하부 투명 전극층(105)에 대전된 양전하에 의하여 전기적 인력에 의해 분리된다. 하부 투명 전극층(105)에 대전된 양전하에 의해 제2 광 도전층(104)의 2번째 라인에 대응하는 영역에서 생성된 음전하가 데이터 처리부(200)로 판독되어 영상 신호 처리될 수 있다.
다음으로, 세 번째 라인의 픽셀에 대해서도 전술한 동작이 수행되어, 제2 광 도전층(104)의 3번째 라인에 대응하는 영역에서 생성된 음전하가 데이터 처리부(200)로 판독되어 영상 신호 처리될 수 있다. 이와 같은 동작이, 방사선 검출기(40)의 전체 픽셀 라인에 대해 모두 수행되면, 대상체에 대한 방사선 영상이 획득될 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 도 3의 전하 수집층(103)이 유전체층(103-2) 및 메탈층(103-1)로 구성되는 방사선 검출기의 동작 과정을 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6d 방사선 검출기(50)는 전하 수집층(103)이 유전체층(103-2) 및 메탈층(103-1)으로 형성되는 점을 제외하고 도 3의 방사선 검출기(20)와 동일하다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 방사선이 조사되면, 상부 전극층(101)을 통해 방사선이 제1 광 도전층(102)에 전달되고, 제1 광 도전층(102)내에서 양전하 및 음전하 쌍이 생성된다. 상부 전극층(101)에 높은 전압이 인가되어, 양전하 및 음전하가 상하로 분리된다. 예를 들어, 상부전극층(101)에 음 전위가 걸리면, 제1 광 도전층(102)의 양전하는 상부 전극층(101)쪽으로 이동하고, 제1 광 도전층(102)의 음전하는 유전체층(103-2)쪽으로 이동한다.
제1 광 도전층(102)에서 유전체층(103-2)쪽으로 이동된 음전하에 의해서, 유전체층(103-2) 내부에서 분극이 일어나고, 분극된 유전체층(103-2)의 쌍극자(dipole)가 도 6b에 도시된 바와 같이 배치된다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 쌍극자의 +극이 배치되면, 메탈층(103-1)에는 쌍극자에 대응하는 양전하가 대전된다. 또한, 하부 투명 전극층(105)에는 메탈층(103-1)에서 대전된 양전하에 의해 음전하가 대전된다. 하부 투명 전극층(105)에는 유전체층(103-2)에서 분극된 쌍극자의 개수에 대응하는 음전하가 대전된다.
다음으로, 영상 판독 과정에 대하여 설명한다. 상부 전극층(101)을 접지 연결하고, 이 상태에서, PDP(110)의 픽셀 어레이의 첫 번째 라인의 픽셀들을 턴 온 하면, 첫 번째 라인의 픽셀들에서 플라즈마 광이 방출된다. 그러면, 플라즈마 광은 PDP(110) 픽셀의 첫 번째 라인에 대응되는 영역의 하부 투명 전극층(105)을 투과하여 제2 광 도전층(104)에 도달한다.
제2 광 도전층(104)은 도달된 플라즈마 광으로 인하여 양전하 및 음전하 쌍을 생성한다. 도 6c에 도시된 바와 같이, PDP(110)의 첫 번째 라인의 픽셀에만 광이 방출되므로, 제2 광 도전층(104)의 첫 번째 라인의 픽셀에 대응하는 영역에서만 양전하 및 음전하 쌍이 생성된다. 제2 광 도전층(104)에서 생성된 양전하 및 음전하는 메탈층(103-1)에 수집된 양전하 및 하부 투명 전극층(105)에 대전된 음전하에 의하여 전기적 인력에 의해 분리된다.
도 6d에 도시된 바와 같이, 하부 투명 전극층(105)에 대전된 음전하에 의해 첫 번째 라인의 픽셀에 대응하는 영역에서 제2 광 도전층(104)에 의해 생성된 양전하가 데이터 처리부(200)로 판독되어 영상 신호 처리될 수 있다.
다음으로, PDP(110)의 첫 번째 라인의 픽셀을 오프하고, 2번째 라인의 픽셀 전극에 전압을 인가하면, 2번째 라인에 대응하는 영역에서, 제2 광 도전층(104)의 2 번째 라인의 픽셀에 대응하는 영역에서만 양전하 및 음전하 쌍이 생성된다. 생성된 양전하 및 음전하는 메탈층(103-1)에 수집된 양전하 및 하부 투명 전극층(105)에 대전된 음전하에 의하여 전기적 인력에 의해 분리된다. 하부 투명 전극층(105)에 대전된 음전하에 의해 제2 광 도전층(104)의 2번째 라인에 대응하는 영역에서 생성된 양전하가 데이터 처리부(200)로 판독되어 영상 신호 처리될 수 있다.
다음으로, 3번째 라인의 픽셀에 대해서도 전술한 동작이 수행되어, 제2 광 도전층(104)의 3번째 라인에 대응하는 영역에서 생성된 양전하가 데이터 처리부(200)로 판독되어 영상 신호 처리될 수 있다. 이와 같은 동작이, 방사선 검출기(50)의 전체 픽셀 라인에 대해 모두 수행되면, 대상체에 대한 방사선 영상이 획득될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 검출 방법을 나타내는 순서도이다.
상부 전극층(101)에 고전압이 인가되고(710), 이 상태에서 방사선이 조사된다(720). 그러면, 제1 광 도전층(102)에서 양전하 및 음전하 쌍이 생성된다(730). 생성된 양전하 및 음전하 쌍이 각각 상부 전극층(101) 및 전하 수집층(103)쪽으로 분리되고, 양전하 또는 음전하가 전하 수집층(103)에 누적되어 수집된다(740). 예를 들어, 상부 전극층(101)에 음(-) 전위가 인가되면, 전하 수집층(103)에는 음전하가 수집될 수 있다. 이에 따라, 하부 투명 전극층(105)에는 전하 수집층(103)에 수집된 전하에 대응하는 반대 극성의 전하로 대전된다.
상부 전극층(101)에 고전압 인가가 중단되고, 접지 연결된다(750). 플라즈마 광과 같은 배면광이 조사되면(760), 그에 따라 제2 광 도전층(104)에서 양전하 및 음전하 쌍이 생성된다(770).
제2 광 도전층(104)에서 생성된 양전하 또는 음전하가 하부 투명 전극층(105)으로부터 전하 수집층(103)에 수집된 전하에 대응하는 신호를 판독한다(780). 모든 픽셀 어레이 전체에 대해 신호가 판독되면, 판독된 신호를 이용하여 방사선 영상을 생성한다(790).
전하 수집층(103)은 유전체층(103-2)인 경우, 전하 수집층(103)의 분극된 양전하 또는 음전하에 의하여, 전하 수집층(103)에서 분극에 의한 쌍극자가 생성되어 배열된다. 그러면, 하부 투명 전극층(105)에서는 전하 수집층(103)에서 배열된 쌍극자에 대응하여 대전이 일어나고, 그에 따라 제2 광 도전층(104)에서 생성된 양전하 또는 음전하가 하부 투명 전극층(105)으로 이끌려져서, 제2 광 도전층(104)으로부터 전달된 전하를 이용하여 하부 투명 전극층(105)에서 전하 수집층(103)의 쌍극자에 대응하는 신호가 판독될 수 있다.
전하 수집층(103)은 메탈층(103-1) 및 유전체층(103-2)을 포함하여 구성되고, 유전체층(103-2)이 제1 광 도전층(102)에 접하고, 메탈층(103-1)이 제2 광 도전층(104)에 접하는 경우, 제1 광 도전층(102)에서 생성되어 전하 수집층(103)쪽으로 분리된 양전하 또는 음전하에 의하여, 유전체층(103-2)에서 분극에 의한 쌍극자가 생성되어 배열된다. 이러한 쌍극자 배열에 따라 메탈층(103-1)에 쌍극자에 대응하는 전하가 대전될 것이다.
이에 따라, 하부 투명 전극층(105)에 메탈층(103-1)에 의해 대전된 전하와 반대 극성의 전하 예를 들어, 양전하가 대전되고, 신호 판독 단계에서는, 제2 광 도전층(104)에서 배면광에 의해 생성된 양전하가 하부 투명 전극층(105)에 대전된 양전하로 이끌려서, 하부 투명 전극층(105)에서 유전체층(103-2)의 쌍극자 또는 메탈층(103-1)에서 대전된 전하에 대응하는 신호가 판독될 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 방사선 검출기를 나타내는 도면이다.
방사선 검출기(60)는 상부 전극층(101), 제1 광 도전층(102), 전하 수집층(103), 제2 광 도전층(104), 하부 투명 전극층(105), 마이크로렌즈 층(120) 및 PDP(110)를 포함한다.
방사선 검출기(60)는 도 3의 방사선 검출기(20)에 비하여 하부 투명 전극층(105)과 PDP(110) 사이에 중간 기판(106) 대신 마이크로렌즈층(120)을 포함하는 점에서 차이가 있으며, 나머지 구성요소(101, 102, 103, 104, 105, 110)는 모두 동일하다.
마이크로렌즈층(120)은 픽셀 단위로 형성된 마이크로렌즈들을 포함한다. 마이크로렌즈층(120)에 포함되어, 픽셀 단위로 형성된 마이크로렌즈(121)는, 배면광이 마이크로렌즈(121)를 통과하여, 대응하는 픽셀 영역에만 배면광이 조사되도록 하기 위하여 배면광을 집광하도록 형성될 수 있다. 마이크로렌즈(121)는 볼록렌즈로 형성될 수 있다.
전하 수집층(103)은, 전술한 바와 같이, 메탈층, 유전체층 또는 메탈층 및 유전체층의 조합으로 형성될 수 있다.
방사선 검출기(60)의 동작은 도 3의 방사선 검출기(20)의 동작과 유사하다. 따라서, 전하 수집층(103)에 제1 광 도전층(102)에서 생성된 전하가 수집되고, 영상 판독 과정에서, 전하 수집층(103)에 수집된 전하에 대응하는 방사선 영상 판독된다. 방사선 영상 판독과정에서, PDP(110)의 첫 번째 라인을 턴 온 하면, 첫 번째 라인에서 빛이 방출되면, PDP(110) 픽셀의 첫 번째 라인에 대응되는 배면광이 마이크로렌즈층(120)을 거쳐서 하부 투명 전극층(105)을 투과하여 제2 광 도전층(104)에 도달한다.
마이크로렌즈층(120)의 마이크로렌즈(121)에 의해서, PDP(110) 픽셀의 첫 번째 라인에 대응되는 배면광은 배면광의 조사된 픽셀 영역 외부의 주변 픽셀로 전달되지 않고 집적되어 하부 투명 전극(105)을 투과하여 제2 광 도전층(104)에 도달될 수 있다. 따라서, PDP(110) 픽셀의 첫 번째 라인에 대응하는 영역의 제2 광 도전층(104)에서만 양전하 및 음전하 쌍이 생성되고, 영상 판독 과정에서, 전하 수집층(103)의 PDP(110) 픽셀의 첫 번째 라인에 대응하는 영역에 대전된 전하에 대응하는 신호가 판독될 수 있다. 따라서, 픽셀 단위로 스캔하는 방식으로 방사선 영상을 생성할 때, 노이즈를 저감하고 고해상도의 방사선 영상을 획득할 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 방사선 검출기를 나타내는 도면이다.
도 9의 방사선 검출기(70)는 상부 전극층(101), 제1 광 도전층(102), 전하 수집층(103), 제2 광 도전층(104), 하부 투명 전극층(105), 중간 기판(106) 및 PDP(110)를 포함한다.
방사선 검출기(70)는 도 3의 방사선 검출기(20)에 비하여 제2 광 도전층(104)에 다수 개의 격벽(131)이 포함되는 점에서 차이가 있으며, 나머지 구성요소(101, 102, 103, 104, 105, 110)는 모두 동일하다.
제2 광 도전층(104)에 포함된 격벽(131)은 픽셀을 구분하도록 형성된다. 제2 광 도전층(104)의 격벽은, 배면광에 의해 제2 광 도전층(104)에 양전하 및 음전하 쌍이 생성될 때, 배면광에 조사되는 픽셀 영역 외부로 배면광이 조사된 픽셀 영역에서 생성된 전하가 빠져나가거나 픽셀 영역 외부에서 생성된 전하가 픽셀 영역으로 들어오는 것을 방지하도록 형성될 수 있다. 격벽(131)은 격벽(112)과 같은 방식으로 형성될 수 있다.
방사선 검출기(70)의 동작은 도 3의 방사선 검출기(20)의 동작과 유사하다. 따라서, 전하 수집층(103)에 제1 광 도전층(102)에서 생성된 전하가 수집되고, 영상 판독 과정에서, 전하 수집층(103)에 수집된 전하에 대응하는 방사선 영상이 판독된다. 방사선 영상 판독과정에서, PDP(110)의 첫 번째 라인을 턴 온 하면, 첫 번째 라인에서 빛이 방출되면, PDP(110) 픽셀의 첫 번째 라인에 대응되는 배면광이 하부 투명 전극층(105)을 투과하여 제2 광 도전층(104)에 도달한다. 따라서, PDP(110) 픽셀의 첫 번째 라인에 대응하는 영역의 제2 광 도전층(104)에서만 양전하 및 음전하 쌍이 생성된다. 따라서, 전하 수집층(103)의 PDP(110) 픽셀의 첫 번째 라인에 대응하는 영역에 대전된 전하에 대응하는 신호가 판독될 수 있다.
이 때, 제2 광 도전층(104)의 배면광 조사가 의도된 픽셀 영역 외의 주변 영역에서 전하(즉, 양전하 및 음전하 쌍)이 생성되더라도, 의도된 픽셀 영역 외의 영역에서 생성된 전하는 하부 투명 전극층(105)에 형성된 격벽에 의하여 의도된 픽셀 영역 내로 들어오는 것이 방지되어, 배면광 조사가 의도된 첫 번째 라인에 대응하는 영역의 양전하 또는 음전하만 하부 투명 전극층(104)으로 판독될 수 있다. 또한, 하부 투명 전극층(105)에 형성된 격벽에 의하여, 제2 광 도전층(104)의 배면광 조사가 의도된 픽셀 영역에서 생성된 전하가 픽셀 외부로 빠져나가는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 픽셀 단위로 스캔하는 방식으로 방사선 영상을 생성할 때, 노이즈를 저감하고 고해상도의 방사선 영상을 획득할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
Claims (14)
- 방사선을 전달하는 상부 전극층;
상기 전달된 방사선에 의해 광 도전성을 나타내는 제1 광 도전층;
상기 제1 광 도전층에서 광 도전성에 의하여 생성되는 전하를 수집하는 전하 수집층;
판독을 위한 배면광에 의해 광 도전성을 나타내는 제2 광 도전층;
상기 전하 수집층에 의해 수집된 전하에 의해 대전되는 하부 투명 전극층;
상기 하부 투명 전극층 및 상기 배면광 조사부 사이에 배치되며, 픽셀 단위로 형성된 마이크로렌즈 층; 및
픽셀 단위로 상기 마이크로렌즈 층 및 상기 하부 투명 전극층을 통해 상기 제2 광 도전층으로 배면광을 인가하되, 서로 대향하는 2개의 기판과, 상기 2개의 기판 내부에 셀 구조를 형성하는 격벽, 상기 격벽에 의해 형성되는 셀 구조의 내부 챔버에 포함되어 플라즈마 발광을 일으키는 가스층을 포함하며, 상기 하부 투명 전극층에 상기 배면광으로서 상기 플라즈마 광을 제공하는 플라즈마 디스플레이 패널을 포함하는 배면광 조사부를 포함하는 방사선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 마이크로렌즈층에 포함되어, 픽셀 단위로 형성된 마이크로렌즈는, 상기 배면광이 상기 마이크로렌즈를 통과하여, 대응하는 픽셀 영역에만 배면광이 조사되도록 상기 배면광을 집광하는 볼록렌즈로 형성되는 방사선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 전하 수집층은 메탈인 방사선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 전하 수집층은 유전체인 방사선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 전하 수집층은 메탈층 및 유전체층을 포함하는 방사선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 전하 수집층에서 전하를 수집하는 과정에서 상기 상부 전극층에 고전압이 인가되고, 상기 하부 투명 전극층으로부터 전하를 판독하는 과정에서 상기 상부 전극층은 접지되는 방사선 검출기. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 배면광 조사에 따라 상기 하부 투명 전극층으로부터 상기 전하 수집층에 수집된 전하에 대응하는 신호를 판독하고, 상기 판독된 신호를 이용하여 방사선 영상을 생성하는 데이터 처리부를 더 포함하는 방사선 검출기. - 방사선을 전달하는 상부 전극층;
상기 방사선에 의해 광 도전성을 나타내는 제1 광 도전층;
상기 제1 광 도전층에서 광 도전성에 의한 전하를 수집하는 전하 수집층;
판독을 위한 배면광에 의해 광 도전성을 나타내며, 픽셀을 구분하기 위한 격벽을 포함하는 제2 광 도전층;
상기 전하 수집층에 의해 수집된 전하에 의해 대전되는 하부 투명 전극층;
픽셀 단위로 상기 하부 투명 전극층을 통해 상기 제2 광 도전층으로 배면광을 인가하되, 서로 대향하는 2개의 기판과, 상기 2개의 기판 내부에 셀 구조를 형성하는 격벽, 상기 격벽에 의해 형성되는 셀 구조의 내부 챔버에 포함되어 플라즈마 발광을 일으키는 가스층을 포함하며, 상기 하부 투명 전극층에 상기 플라즈마 광을 제공하는 플라즈마 디스플레이 패널을 포함하는 배면광 조사부를 포함하는 방사선 검출기. - 제9항에 있어서,
상기 제2 광 도전층의 격벽은, 상기 배면광에 의해 상기 제2 광 도전층에 양전하 및 음전하 쌍이 생성될 때, 상기 배면광에 조사되는 픽셀 영역 외부로 상기 생성된 전하가 빠져나가거나 상기 픽셀 영역 외부에서 생성된 전하가 상기 픽셀 영역으로 들어오는 것을 방지하도록 형성되는 방사선 검출기. - 제9항에 있어서,
상기 전하 수집층은 메탈인 방사선 검출기. - 제9항에 있어서,
상기 전하 수집층은 유전체인 방사선 검출기. - 제9항에 있어서,
상기 전하 수집층은 메탈층 및 유전체층을 포함하는 방사선 검출기. - 삭제
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