KR101737752B1 - 방열기로서 작용하는 단일체 설계를 갖는 치과용 경화 광 - Google Patents

방열기로서 작용하는 단일체 설계를 갖는 치과용 경화 광 Download PDF

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Abstract

치과용 경화 광은 경화 광의 발광 다이오드 부분으로부터 열을 효율적으로 전도시키는 장치 본체를 포함한다. 장치 본체는 기부 파지 단부 및 말단 헤드 단부를 포함한다. 장치 본체는 열 전도성 본체 재료로부터 형성된다. LED 다이로부터의 우수한 열 전도가 장치 본체 위에 배치된 열 전도성 층을 사용하여 달성된다. 열 전도성 층은 장치 본체의 재료 내에서 소산되도록 LED 다이로부터 열을 빠르게 전도시키기 위한 도관으로서 역할한다. 이러한 방식으로, 장치 본체의 재료는 고도로 효율적인 열 소산기로서 역할한다. 열 전도성 층을 장치 본체에 결합시키는 표면적은 열 전도성 층에 의해 전도되는 열의 대부분(예컨대, 실질적인 전부)이 장치의 작동 중에 장치 본체로 전달되기에 충분하다.

Description

방열기로서 작용하는 단일체 설계를 갖는 치과용 경화 광 {DENTAL CURING LIGHT HAVING UNIBODY DESIGN THAT ACTS AS A HEAT SINK}
본 발명은 광 경화 장치의 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 중합 가능한 조성물을 경화시키도록 구성된 광 경화 파장을 제공하기 위한 하나 이상의 발광 다이오드(예컨대, LED)를 포함하는 광 경화 장치에 관한 것이다.
치과학의 분야에서, 치식 또는 치과 보조물은 흔히 가시광과 같은 방사 에너지에 대한 노광에 의해 경화되는 감광성 중합 가능한 조성물로 충전되고 그리고/또는 밀봉된다. 광 경화성 조성물로 일반적으로 불리는 이러한 조성물은 치식 보조물 내에 또는 치아 표면 상으로 위치되고, 여기서 이후에 광에 의해 조사된다. 방사 광은 조성물 내의 감광 성분이 중합 가능한 성분의 중합을 개시하게 하고, 이에 의해 치식 보조물 또는 다른 치아 표면 내의 광 경화성 조성물을 경질화한다.
광 경화 장치는 전형적으로 석영-텅스텐-할로겐(QTH) 벌브 또는 발광 다이오드(LED)와 같은 활성화 광원을 구비하여 구성된다. QTH 벌브는 광범위한 중합 가능한 조성물을 경화시키도록 사용될 수 있는 넓은 스펙트럼의 광을 발생시킨다. QTH 벌브는 상당한 폐열을 발생시키고, 벌브로부터 폐열을 흡인하여 폐열을 소산시키기 위한 대형 주변 구조물을 요구한다.
LED 광원의 사용은 치과용 경화 장치에 있어서 현저한 개선이었다. LED는 QTH 벌브보다 더 작고, 대체로 특정 피크 파장 주변의 좁은 범위에서 광을 방사한다. 이는 흔히 원하는 방사 출력을 발생시키기 위해 현저하게 낮은 입력 전원을 요구한다. 또한, LED 광원은 QTH 벌브보다 더 긴 수명(예컨대, 수만 시간 이상)을 제공한다. 그러나, 열 관리(예컨대, 열 소산)는 여전히 LED 광원을 포함하는 장치에서 문제가 된다.
종래의 LED 경화 광 장치가 벌브 경화 장치보다 폐열을 덜 생성할 수 있지만, LED 경화 장치는 여전히 조사 중에 LED 및 바로 주변의 구조물의 온도를 현저하게 상승시키는 폐열을 생성하는 경향이 있다. 이러한 온도 증가는 LED의 유효 수명을 감소시킬 수 있다. LED는 겨우 수분 이내에 과열로 인해 번아웃될 수 있어서, 열이 소산되지 않으면 LED 광원의 교체를 요구한다.
본 발명은 사용 중에 발광 다이오드(LED)로부터 열을 효율적으로 소산시키는 경화 광 장치에 관한 것이다. 치과용 경화 광 장치는 목부에 의해 말단 헤드부에 연결된 기부 파지 단부(즉, 손잡이부)를 갖는 장치 본체를 포함한다. 장치 본체는 유리하게는 하나 이상의 열 전도성 본체 재료(예컨대, 열 전도성 금속, 중합체, 세라믹, 및/또는 열 전도성 세라믹 섬유 또는 나노 재료)로부터 형성된다. 일 실시예에서, 장치 본체는 조인트가 없는 하나의 연속된 부품(즉, "단일체" 구성)이다. 장치 본체의 전부 또는 일부는 (즉, 최대 사용자 선택 가능 광 출력으로 설정된 장치에서) 장치 본체가 사용 중에 LED에 의해 발생되는 원하는 열을 소산시키기에 충분한 열 전도성을 갖는 한, 열 전도성 본체 재료로부터 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, LED 조립체는 장치 본체의 말단 헤드부 상에 또는 그 안에 포함된다. LED 조립체는 하나 이상의 LED 다이 및 열 전도성 LED 조립체 기판을 포함하고, 하나 이상의 LED 다이는 LED 조립체 상의 하나 이상의 접촉부에 전기적으로 결합된다. 하나 이상의 LED 다이는 광 경화성 조성물을 경화시킬 수 있는 스펙트럼의 광을 발산하도록 구성된다. 발산된 스펙트럼은 모든 LED가 동일한 파장으로 발산하도록 구성된 실시예에서 하나의 피크 파장을 포함할 수 있다. 대안적으로, 스펙트럼은 둘 이상의 상이한 피크 파장을 포함할 수 있고, 여기서 LED 다이들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 다른 LED 다이에 비해 상이한 피크 파장을 발산하도록 구성된다.
LED 조립체로부터의 열 소산은 LED 조립체와 장치 본체의 열 전도성 본체 재료 사이의 장치 본체의 말단 헤드부 상의 열 전도성 층을 사용하여 달성될 수 있다. 열 전도성 층은 얇고, 그러므로 방열기로서 역할하기에 충분한 질량이 결여되지만, 열 전도성 층은 열을 LED 조립체로부터 장치 본체의 본체 재료 내로 소산시키기 위한 도관으로서 역할하기에 충분히 높은 표면적 및 열 전도성을 갖는다. 장치 본체의 재료는 고도로 효율적인 열 소산기로서 역할하고, 이에 의해 별도의 내부 방열기에 대한 필요를 제거한다. 일 실시예에서, 유리하게는, 치과용 경화 장치는 내부 방열기를 포함하지 않는다. 열 전도성 층을 장치 본체에 결합시키는 표면적은 열 전도성 층에 의해 LED 조립체로부터 전도되는 열의 대부분(예컨대, 실질적인 전부)이 장치 본체로 전달되기에 충분히 크다.
일 실시예에서, 열 전도성 층은 장치 본체의 일 부분에 고정되며 약 100 ㎛(마이크로미터) 내지 약 1.5 mm 범위 내의 두께를 가질 수 있는 별도의 부품을 포함할 수 있고, 산화베릴륨, 다이아몬드, 질화알루미늄, 또는 이들의 조합과 같지만 이들로 제한되지 않는 하나 이상의 고도로 열 전도성인 재료로부터 만들어질 수 있다. 다른 실시예에서, 열 전도성 층은 (예컨대, 화학 또는 플라즈마 증착 또는 플라즈마 화염 분사에 의해) 장치 본체의 적어도 일 부분 위에 도포되는 매우 얇은 층을 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 두께는 단지 약 0.05 마이크로미터 내지 약 50 마이크로미터일 수 있다. 열 전도성 층의 두께 및 표면적은 LED에 의해 발생되는 폐열의 반드시 전부는 아니더라도 대부분이 열 전도성 층을 통해 전달되어 본체 재료 내로 소산되도록 보장하기에 충분하다. 중저온 작동 온도에서, 열 전도성 층은 열이 LED 조립체로부터 LED 조립체 기판 내로 소산되는 동일한 속도로 LED 조립체의 기판으로부터 열을 소산시킬 수 있고, 이에 의해 연속적인 중저온 작동을 허용한다. 장치 본체의 충분한 표면적과 접촉하는 열 전도성 층의 사용은 하나 이상의 LED로부터의 놀라울 정도로 양호한 열 소산을 제공하는 것으로 발견되었다. 본 발명의 구성은 본질적으로 LED 기반 경화 광의 과열과 관련된 오래된 문제점을 제거한다.
대안적인 실시예에 따르면, 개별 LED 반도체 다이가 장치 본체에 직접 장착될 수 있다. 바꾸어 말하면, 장치 본체는 LED 반도체 다이가 직접 장착되는 기판이 된다. 개별 다이로의 전력 연결은 장치 본체 위에 형성된 열 전도성이며, 전기 절연성인 층을 통해 또는 그 위에 배치된 전기 전도성 금속 트레이스(예컨대, 금)에 의해 이루어질 수 있다. 이는 자신의 LED 조립체 기판을 포함하는 상대적으로 더 큰 LED 조립체가 장치 본체의 말단 헤드부 상에 장착되는 전술한 실시예와 다르다. 대안적인 실시예에서, 장치 본체의 적어도 말단 헤드부 위에 배치된 얇은 열 전도성이며, 전기 절연성인 층은 (예컨대, 약 500-1000 마이크로미터 정도의) LED 조립체 기판의 두께에 비해 (예컨대, 약 0.05 내지 약 50 마이크로미터로) 상당히 더 얇다. 그러한 LED 기판은 기판 상에 장착된 하나 이상의 LED 다이를 포함하는 전체 LED 패키지에 일정 정도의 보호 및 강도를 제공하기에 충분히 두꺼워야 한다. 열 전도성/전기 절연성 층은 금속을 포함할 수 있는 아래에 놓인 본체로부터 다이를 전기적으로 절연시키기에 충분히 두껍다. 동시에, 층은 이러한 층을 통한 열 전도에 대한 저항을 최소화하기 위해 (예컨대, 약 50 마이크로미터 이하, 바람직하게는 약 10 마이크로미터 이하로) 상대적으로 얇다. 그러한 실시예는 LED 패키지 조립체의 상대적으로 두꺼운 기판 층이 제거되므로 훨씬 더 개선된 열 소산을 보일 수 있다.
일 실시예에서, 경화 광 장치는 하나 이상의 LED 다이로의 전력을 제어하는 전자 장치 조립체를 포함한다. 전자 장치 조립체는 LED로부터 열을 효율적으로 소산시키는 능력에 의해 LED 다이를 과열시키지 않고서 연장된 시간 동안 매우 높은 광 강도로 하나 이상의 LED 다이를 구동하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 LED 다이는 적어도 약 2000 mW/cm2, 적어도 3000 mW/cm2, 또는 3500 mW/cm2 초과의 안정된 광 발산을 생성할 수 있다. 본 발명의 LED 경화 장치는 3500 mW/cm2에서 전형적으로 작동하는 아크 램프에 의해 발생되는 광만큼 강하거나 그보다 훨씬 더 강한 하나 이상의 LED로 안정된 광 출력을 달성할 수 있다. 본 발명의 경화 광은 본체를 통해 열을 소산시켜서, 장치가 종래의 광 경화 장치에 비해 높은 전력 및 더 긴 시간에서 작동되도록 허용한다.
본 발명의 일 실시예에서, 전자 장치 조립체는 높은 강도의 광 출력에서도, 하나 이상의 LED 다이의 출력의 파장 변이를 최소화하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 전자 장치 조립체는 LED 다이의 실제 최대 또는 정격 전력 입력보다 상당히 낮은 최대 전력 입력으로 LED 다이를 급전하도록 구성된다. 예를 들어, 경화 광은 정격 10 와트인 LED 조립체를 포함할 수 있고, 전자 장치 조립체는 2.5 와트의 최대 입력 전력으로 장치를 급전하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 전자 장치 조립체는 광 경화 장치로부터 적어도 약 1000 mW/cm2, 더 바람직하게는 적어도 약 2000 mW/cm2, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 약 3000 mW/cm2, 또는 적어도 약 3500 mW/cm2의 총 광 출력을 달성하면서, 하나 이상의 LED 다이로부터의 정격 최대 입력의 약 80% 미만, 더 바람직하게는 약 50% 미만, 가장 바람직하게는 하나 이상의 LED 다이로부터의 정격 최대 입력의 약 40% 미만의 최대 전력으로 하나 이상의 LED 다이를 급전하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 광 출력의 안정성이 유지된다. 예를 들어, 임의의 파장 변이가 바람직하게는 약 1% 미만, 더 바람직하게는 약 0.5% 미만, 가장 바람직하게는 약 0.1% 미만으로 최소화된다.
일 실시예에서, 저전력 장치는 입력 전력의 와트당 총 광 출력의 매우 높은 효율을 달성할 수 있다. 일 실시예에서, 경화 광의 LED 다이의 효율은 적어도 약 40%, 적어도 약 60%, 또는 적어도 약 80% 효율일 수 있다. 치과용 경화 광 장치의 최고 효율은 LED와 렌즈 사이에 반사 칼라를 포함하고 그리고/또는 렌즈 상에 반사 방지 코팅을 포함하는 구성으로 달성될 수 있다. 몇몇 실시예는 렌즈 대신에 광 시준 광결정을 채용할 수 있다.
장치 본체는 LED 다이(들) 및/또는 LED 조립체에 대한 그의 훨씬 더 큰 크기로 인해 상당한 열 소산 용량을 갖는다. 장치 본체가 열 소산기로서 역할하기 때문에, 별도의 방열기가 장치의 본체 내에서 요구되지 않는다. 방열기를 제거하는 것은 (전형적인 종래 기술의 장치에 비해) 우수한 열 소산을 제공하면서, 제조 공정을 단순화하며, 환자의 구강 내에서 더 조종 가능한, 더 작고 더 얇은 목부 및 말단 헤드 구성을 허용할 수 있다. 장치 본체에 단일체 구성을 제공하는 것은 열 소산을 최대화하는 것을 돕는다. 이는 또한 찌꺼기가 수집될 수 있는 조인트 및 이음매를 최소화한다.
일 실시예에서, 장치 본체의 헤드부는 LED 조립체 및 열 전도성 층의 적어도 일 부분을 수용하는 제거 가능한 컵형 부재를 가질 수 있다. 열 전도성 층은 조립체의 LED(들)로부터 제거 가능한 부재로 그리고 장치 본체 내로의 열 전달을 용이하게 하도록 LED 조립체에 결합된다. 제거 가능한 부재는 말단 헤드부의 일 부분 내에 나사 고정되거나 그에 달리 연결될 수 있다. 부착될 때, 제거 가능한 부재는 제거 가능한 부재를 통한 장치 본체의 잔여부로의 효율적인 열 전도가 유지되도록, 예를 들어, 말단 헤드부의 대응 부분과 제거 가능한 부재 사이의 높은 표면적 접촉을 보장함으로써, 말단 헤드부와 열적으로 통합된다.
일 실시예에서, 손잡이부, 목부, 및 말단 헤드부를 포함하는 장치 본체의 전체는 단일편의 열 전도성 재료로 형성된다. 사용될 수 있는 예시적인 금속은 알루미늄, 구리, 마그네슘 및/또는 이들의 합금을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 사용될 수 있는 예시적인 열 전도성 세라믹 재료는 탄소(예컨대, 그래핀), 붕소, 질화붕소, 및/또는 이들의 조합의 섬유 또는 나노 재료를 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 단일편 본체가 단지 하나의 부품이기 때문에, 본체 자체 내에 시임(seam) 또는 조인트가 없고, 전체 장치 내에서의 다른 계면이 최소화된다. 예를 들어, 단일편 본체(즉, 단일체 구성)는 LED 헤드 조립체 구멍, 제어 조립체 구멍, 및 전력 코드 구멍을 포함할 수 있다. LED 헤드 조립체 구멍은 LED 조립체를 포함하는 제거 가능한 부재를 수납하도록 구성된다. (임의의 지지 LED 조립체 기판이 없는) 개별 LED 반도체 다이가 장치 본체의 헤드 상으로 직접 장착되는 실시예에서, LED 헤드 조립체 구멍은 생략될 수 있다. 당연히, 다른 실시예에서, 개별 LED 반도체 다이는 제거 가능한 부재 상으로 직접 장착될 수 있고, 이는 이후에 장치의 LED 헤드 조립체 구멍 내로 결합된다. 본체의 손잡이부 내에 형성된 제어 조립체 구멍은 전자 장치 제어 조립체를 수납하도록 구성된다. 본체의 기부 단부에 형성된 전력 코드 구멍은 전자 장치 제어 조립체에 결합되는 전력 코드를 수납하도록 구성된다. 당연히, 본체는 내부 구성요소들을 제 위치에 유지하기 위한 하나 이상의 스크루 또는 다른 부착 수단을 수용하기 위해 본체를 통한 다른 구멍을 포함할 수 있다.
본체의 전체가 단일체 구성의 단일편으로서 형성되기 때문에, 본체 자체 내의 이음매(즉, 본체의 제1 부품이 본체의 제2 부품과 맞닿는 부분)가 열 전도에 대한 저항을 생성할 수 있으므로, 본체 전체를 통한 열 소산이 개선된다. 본체는 유리하게는 그러한 맞닿음 이음매를 갖지 않는다. 본체 내의 그러한 이음매의 부존재는 또한 거친 취급 및/또는 낙하를 더 잘 견딜 수 있는 강건한 치과용 경화 광을 제공한다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 이점, 장점 및 특징은 다음의 설명 및 첨부된 특허청구범위로부터 더 완전히 명백해지거나, 이하에서 설명되는 바와 같은 본 발명의 실시에 의해 학습될 수 있다.
본 발명의 상기 언급된 그리고 다른 이점, 장점 및 특징을 얻기 위해, 위에서 간략하게 설명된 본 발명의 더 특별한 설명이 첨부된 도면에 도시되어 있는 구체적인 실시예를 참조함으로써 이루어질 것이다. 이러한 도면이 본 발명의 전형적인 실시예를 도시할 뿐이며 그러므로 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 되는 것을 이해하면, 본 발명은 첨부된 도면을 사용함으로써 더 구체적이며 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 기부 파지 단부 및 말단 헤드 단부를 갖는 장치 본체를 포함하는 치과용 경화 광의 상부 사시도이다.
도 2는 도 1의 치과용 경화 광의 하부 사시도이다.
도 3은 도 1의 치과용 경화 광의 단면도이다.
도 4는 도 1의 치과용 경화 광의 장치 본체의 상부 사시도이다.
도 5는 도 1의 치과용 경화 광의 장치 본체의 하부 사시도이다.
도 5a는 도 4의 장치 본체의 단면도이다.
도 5b는 대안적인 치과용 경화 광의 말단 헤드 단부의 단면도이다.
도 5c는 대안적인 구성을 갖는 다른 대안적인 치과용 경화 광의 말단 헤드부의 단면도이다.
도 5d는 LED 다이 및 관련 구조물의 부착 이전의 도 5b의 장치 본체의 말단 헤드 단부의 사시도이다.
도 5e는 얇은 전기 절연성 및 열 전도성 층이 도포된, 도 5d의 말단 헤드 단부의 사시도이다.
도 5f는 도 5e의 말단 헤드 단부의 단면도이다.
도 5g는 LED 다이가 본체에 직접 장착된, 도 5e의 말단 헤드 단부의 사시도이다.
도 5h는 도 5g의 말단 헤드 단부의 단면도이다.
도 5i는 반사 웰이 LED 다이 둘레에 형성된, 도 5h의 말단 헤드 단부의 단면도이다.
도 5j는 보호 층이 LED 다이 위에 도포된, 도 5i의 말단 헤드 단부의 단면도이다.
도 6은 스크래치 코팅 및 그의 표면을 덮는 함불소 중합체 코팅을 도시하는 도 1의 장치 본체의 목부의 일 부분의 단면도이다.
도 7은 도 1의 경화 광의 목부 및 헤드부의 단면도이다.
도 8은 도 1의 경화 광의 LED 조립체의 사시도이다.
도 9는 도 8의 LED 조립체의 단면도이다.
도 10은 복수의 LED 다이를 포함하는 대안적인 LED 조립체의 단면도이다.
도 11은 LED 조립체를 수용하는 제거 가능한 부재를 도시하는 대안적인 실시예의 목부 및 헤드부의 부분 분해도이다.
도 12는 제거 가능한 부재가 말단 헤드부의 웰 내로 결합되어 있는 도 11의 헤드 및 목부를 도시한다.
도 13은 도 12의 장치의 말단 헤드부 및 목부의 단면도를 도시한다.
I. 개요
본 발명은 경화 광의 발광 다이오드(LED) 부분으로부터 열을 효율적으로 소산시키는 치과용 경화 광에 관한 것이다. 장치 본체는 열 전도성 본체 재료(예컨대, 열 전도성 금속, 중합체, 세라믹, 및/또는 열 전도성 세라믹 섬유 또는 나노 재료)로부터 형성된다. 하나 이상의 LED로부터의 우수한 열 소산은 장치 본체에 결합된 열 전도성 층을 사용하여 달성된다. 열 전도성 층은 하나 이상의 LED로부터 장치 본체 내로 열을 효율적으로 전도시키기 위해 장치 본체의 말단 헤드부의 적어도 일부 위에 배치된다. 층의 열 전도성은 열 전도성 층이 열을 LED 조립체의 기판으로부터 또는 직접 장착식 LED 다이로부터 열이 소산되는 장치 본체의 재료로 빠르게 전도시키기 위한 도관으로서 역할하기에 충분히 높다. 이러한 방식으로, 장치 본체의 본체 재료는 고도로 효율적인 열 소산기로서 역할할 수 있다. LED 조립체 또는 직접 장착식 LED 다이를 장치 본체에 열적으로 결합시키는 열 전도성 층의 표면적은 열 전도성 층 내로 전도되는 폐열의 대부분(예컨대, 실질적인 전부)이 장치 본체로 빠르게 전달되어 소산되기에 충분히 크다. 대체로, 열 전도성 층의 표면적은 유리하게는 LED 조립체의 기판 또는 직접 장착식 LED 다이의 표면적보다 더 크다.
본 발명의 목적에 대해, "대부분"이라는 용어는 50%를 초과함을 의미한다.
본 발명의 목적에 대해, "광 경화 장치의 최고 전력 설정"이라는 용어는 장치 사용자가 선택할 수 있는 최고 전력 설정이고, 장치의 하나 이상의 LED 내로 입력될 수 있는 이론적인 최대 전력은 아니다.
달리 기술되지 않으면, "정격 최대 전력"은 LED를 시험하고 평가한 LED 제조사에 의해 제공되는 최대 전력 등급 또는 LED의 최대 전력을 시험하고 평가하기 위해 업계 표준에 의해 정의된 바와 같은 최대 전력 입력 중 더 큰 것을 지칭한다.
Ⅱ. 예시적인 치과용 경화 광
도 1-3은 말단 헤드 단부(104) 및 기부 파지 단부(106)를 갖는 장치 본체(102)를 포함하는 예시적인 치과용 경화 광(100)을 도시한다. 말단 단부(104)는 목부(108) 및 헤드부(110)를 포함한다. 말단 단부(104)는 치과 환자의 구강 내로 삽입되도록 크기가 결정되고 구성된다.
치과용 경화 광(100)은 또한 장치 본체(102)의 공동 내에 위치된 전자 장치 조립체(112)를 포함한다. 전자 장치 조립체(112)는 치과 의사가 치과용 경화 광(100)을 켜고 끄는 것과 경화 광(100)으로부터의 광 출력의 강도 및 지속 시간을 제어하는 것을 허용한다. 전자 장치 조립체는 LED 다이가 사용자에 의해 선택적으로 급전 및 작동되도록 허용하는 하드웨어, 회로 및/또는 프로그래밍을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 회로는 프로그램 가능하다. 프로그램 가능한 회로의 예는 본 명세서에 참조로 통합된, 발명의 명칭이 "교대 사용을 위한 능동 및 활성화 가능 프로그램을 포함하는 치과용 경화 광"인 본 출원인의 공동 계류 중인 미국 특허 출원 제61/174,562호에 설명되어 있다.
경화 광(100)은 장치가 전원에 결합되도록 허용하는 플러그(116)를 갖는 전력 코드(114)를 포함한다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 치과용 경화 광은 전자 장치 조립체를 급전하는 충전식 배터리를 가질 수 있다. 장치 본체(102)는 기부 단부에 부착된 보호 슬리브(118)를 포함할 수 있다. 보호 슬리브(118)는 코드(114)가 통과하는 장치 본체(102) 내의 개방부를 에워쌀 수 있고, 또한 코드(114)가 단락을 일으키는 것을 방지하도록 코드(114)를 지지할 수 있다.
도 2는 치과용 경화 광(100)의 하부 사시도를 도시한다. 헤드부(110)는 LED 조립체(120)를 포함한다. LED 조립체(120)는 치과 환자의 구강 내의 치과용 경화 조성물을 경화시키기에 적합한 하나 이상의 파장에서 광을 발산하도록 구성된다. 구멍(122a, 122b)은 전자 장치 조립체(112)가, 예를 들어, 한 쌍의 스크루를 사용하여 장치 본체(102)에 고정되도록 허용한다.
도 3은 치과용 경화 광(100)의 단면도를 도시한다. 전자 장치 조립체(112)는 회로 보드(124), 전원 버튼(126), 및 강도 선택기(128)를 포함한다. 전원 버튼(126)은 치과 의사가 경화 광(100)을 켜고 끄는 것을 허용한다. 강도 선택기(128)는 치과 의사가 LED 조립체(120)로부터 발산되는 광의 강도를 최소 전력 출력으로부터 최대 전력 출력으로 증가시키는 것을 허용한다. 강도 선택기(128)를 작동시키는 것은 회로 보드(124)를 통해 LED 조립체(120)로 송출되는 전력을 증가시킨다. 전력 강도를 감소시키기 위해, 사용자는 경화 광(100)을 껐다가 다시 켤 수 있다. 대안적인 제어 및 작동 모드가 본 기술 분야의 당업자에게 쉽게 명백할 것이다. 와이어(134)가 회로 보드(124)를 LED 조립체(120)와 연결한다. 전력 코드(114)는 또한 전자 장치 조립체(112)에 전력을 공급하도록 회로 보드(124)에 연결된다.
일 실시예에서, 전력 코드(114)는 고강도 섬유 및/또는 복합 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 코드(114)는 케블라 및/또는 탄소 섬유를 포함하는 재료를 포함할 수 있다. 그러한 재료는 뛰어난 강도 특징을 갖는 고도로 가요성이며 유연한 전력 코드를 제공한다. 바람직한 실시예에서, 전력 코드(114)는 매듭(130)을 사용하여 장치 본체(102)에 고정된다. 전력 코드(114) 내의 매듭(130)은 장치 본체(102)의 전력 코드 구멍(132) 내부에 위치된다. 매듭(130)은 구멍(132) 둘레에서 장치 본체와 맞닿고, 코드(114)가 구멍(132)을 통해 당겨지는 것을 방지한다. 매듭(130)은 구멍(132)을 통한 당김에 대해 고도로 저항하는 것으로 발견되었고, 당김력을 더 큰 표면적을 가로질러 분배함으로써 파단을 방지한다. 매듭(130)은 매듭(130)이 장치 본체의 공동 내로 추가로 밀려 들어가는 것을 방지하기 위해, 장치 본체(102)에 선택적으로 접합 또는 고정될 수 있다. 놀랍게도, 케블라 및/또는 탄소 섬유와 같은 고강도 코드 재료와 내부 매듭의 조합은 약 50 파운드(22.7 kg)을 초과하는 당김력을 견디는 것으로 발견되었다. 매듭을 사용하는 전력 코드는 전력 코드와 회로 보드 사이의 연결에 대해 손상을 일으키지 않고서 (예컨대, 의사가 코드에 걸려 넘어질 때 발생할 수 있는 바와 같이) 강제로 당겨질 수도 있다.
회로 보드(124)는 LED 조립체(120)에 전기적으로 결합된다. 전기적 연결은 전기 전도성 트레이스 및/또는 와이어를 포함하지만 이들로 제한되지 않는 치과 용도에서 사용하기에 적합한 임의의 연결일 수 있다. 도 3은 LED 조립체(120)에 회로 보드(124)를 연결하는 와이어(134)를 도시한다.
A. 장치 본체
도 4, 5 및 5A는 치과용 경화 광(100)의 장치 본체(102)를 도시한다. 장치 본체(102)는 치과 의사가 손으로 잡고 조작하도록 크기가 결정되고 구성된 손잡이 또는 파지부(106)를 포함한다. 손잡이부(106)는 전형적으로 라운딩되고, 치과 환자의 구강 내로 삽입되도록 구성된 목부(108)보다 상당히 더 크다. 목부(108)는 전형적으로 환자의 구강 내에서 경화 광(100)을 조작하기 위해 필요한 공간을 최소화하기 위해 좁고 신장되어 있다. 헤드부(110)는 LED 조립체를 위한 공간을 제공하기 위해 목부(108)보다 더 넓을 수 있다. (예컨대, 직접 LED 다이 장착 및/또는 소형의 가요성 유기 LED 다이를 포함한) 다른 구성이 목부만큼 좁거나 그보다 훨씬 더 좁은 헤드부를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 장치 본체는 신장될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 장치가 전형적으로 환자의 구강 내에서 사용하기 위한 장치를 구성하는 구조적 특징을 포함하지만, 장치는 구강 내에서의 사용으로 제한되지 않는다. 헤드(110)는 LED 조립체를 수용하는 리세스 또는 공동(144)과 함께 도시되어 있다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 헤드(110)는 LED 조립체를 지지하는 편평 표면을 가질 수 있다 (예컨대, 도 5b-5C 참조). 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 헤드(110)는 LED 조립체를 포함하는 제거 가능한 부재를 또한 포함할 수 있다.
장치 본체(102)는 내부 공동(136)을 포함한다. 공동(136)은 LED 조립체(120)를 급전하는 것을 포함한, 치과용 경화 광(100)을 작동시키도록 사용되는 전자 장치 조립체를 수용하도록 크기가 결정되고 구성된다. 공동(136)은 전자 장치 조립체를 고정식으로 수납하도록 구성된 장착 지점, 홈, 및 다른 특징을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 공동(136)은 공동(136)의 적절한 밀봉을 보장하기 위해 전자 장치 조립체(112)의 대응하는 림(도 3)과의 끼워 맞춤을 형성하도록 구성된 림(138)을 포함한다.
손잡이부(106)는 공동(136)으로부터 장치 본체(102)의 외부로의 통로를 제공하는 단부 개방부(132)를 또한 포함한다. 개방부(132)는 위에서 설명된 바와 같이 전력 코드(114)를 위한 통로를 제공한다. 칼라(140)가 도 3에 대해 위에서 설명된 바와 같이, 코드(114)를 보호하고 개방부(132)를 밀봉하는 슬리브(118)에 대한 연결을 제공한다.
장치 본체(102)는 공동(136)과 헤드부(110) 내의 리세스 또는 공동(144) 사이에서 연장하는 제2 통로(142)를 포함할 수 있다. 통로(142)는 LED 조립체(120)에 전력을 송출하기 위해 공동(136, 144)들 사이의 접근을 제공한다.
장치 본체(102)는 열 전도성 본체 재료로부터 구성된다. 장치 본체(102)는 열 전도성 금속, 중합체, 세라믹, 섬유 및/또는 나노 재료(예컨대, 그래핀과 같은 나노튜브 및/또는 나노 시트 재료)를 포함하지만 이들로 제한되지 않는 임의의 적합한 열 전도성 본체 재료로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 적합한 열 전도성 금속의 예는 알루미늄, 구리, 마그네슘 및 이들의 합금을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 바람직한 실시예에서, 장치 본체는 알루미늄 합금을 포함한다. 알루미늄 합금은 기기가 손상시키거나, 흠집 내거나, 변형을 일으킬 수 있는 조건 또는 상황에 흔히 직면하는 치과 시술 시의 사용에 대해 충분히 견고하다. 알루미늄 합금은 전형적으로 재료의 인성 및 다른 특성을 증가시키는 합금 금속을 포함한다. 알루미늄 또는 다른 기본 금속과 합금될 수 있는 금속의 예는 아연, 마그네슘, 구리, 티타늄, 지르코늄, 및 이들의 조합을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 알루미늄 합금은 ANSI 6000 또는 7000 알루미늄 합금 시리즈로부터 선택된 합금이다. ANSI 6000 및 7000 시리즈 알루미늄 및 다른 적합한 장치 본체 재료의 설명은 문헌["Handbook of Aluminum: Volume 2: Alloy Production and Materials Manufacturing", Jeorge E. Totten (editor), D. Scott MacKenzie, CRC; 1st ed. (April 25, 2003)]; 문헌["Introduction to Aluminum Alloys and Tempers", J. Gilbert Kaufman, ASM International, 1st ed. (December 15, 2000)]; 및 문헌["Aluminum and Aluminum Alloys: ASM Specialty Handbook", Joseph R. Davis; ASM International (December 1, 1993)]에서 찾을 수 있고, 이들은 모두 본 명세서에 참조로 통합되었다.
일 실시예에서, 알루미늄 합금은 ANSI 알루미늄 합금 6061, 6033, 6013, 6020, 7075, 7068 및/또는 7050, 또는 충분한 강도 및 열 전도 특징을 갖는 임의의 합금일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 장치 본체는 열 전도성 세라믹 섬유(예컨대, 탄소 섬유, 붕소 섬유, 질화붕소 섬유, 또는 다른 열 전도성 섬유)를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 장치 본체는 열 전도성 나노 재료(예컨대, 그래핀 나노 시트 및/또는 나노튜브)를 포함할 수 있다.
열 전도성 중합체의 예는 탄소, 산화베릴륨, 질화붕소 및/또는 다른 열 전도성 세라믹 및/또는 열 전도성 입상 금속의 나노 재료와 같지만 이들로 제한되지 않는, 내부에 포함된 열 전도성 충진재 재료를 갖는 소수성 및/또는 친수성 중합체를 포함한다. 열 전도성 세라믹의 예는 질화알루미늄, 산화베릴륨, 탄화규소, 및 질화붕소를 포함한다.
장치 본체는 임의의 상기 열 전도성 본체 재료를 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 덜 바람직할 수는 있지만, 장치 본체는, 급전될 때 장치 본체의 상당 부분이 하나 이상의 LED로부터 원하는 양의 열을 소산시키도록 열 전도성인 한, 열 비전도성 재료를 포함할 수 있다.
장치 본체는 그의 일 부분에서 중실 재료 및/또는 다른 부분에서 중공 재료일 수 있다. 예를 들어, 헤드부 및 목부는 특히 LED 조립체가 제거 가능하지 않고 그리고/또는 LED 다이가 열 전도성 층 상으로 직접 장착되는 실시예에서 중실일 수 있다. 장치 본체의 중공 부분은 전기 구성요소와 같지만 이로 제한되지 않는 다양한 구성요소를 수용하기 위한 위치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 장치 본체는 단일체 구성을 갖는다. 손잡이(106), 목부(108), 및 헤드(110)의 적어도 일 부분이 단일편의 본체 재료로부터 형성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 손잡이부, 목부, 및 헤드부의 실질적인 전부가 단일편의 본체 재료를 포함한다. 장치 본체(102)는 하나 이상의 LED를 위한 열 소산기로서 역할한다. 단일편의 열 전도성 재료로부터 본체를 형성하는 것은 장치 본체(102) 내로의 열 전도를 최대화하고, 여기서 열은 본체 전체를 통해 공기 중으로 빠르게 소산될 수 있다.
그러한 통합형 본체가 도 4, 5, 및 5A에 도시되어 있다. 손잡이부(106), 목부(108), 및 헤드부(110)를 포함하는 장치 본체(102)의 전체는 단일편의 열 전도성 재료(예컨대, 바람직하게는 알루미늄 합금과 같은 금속)로 형성된다. 단일편 본체(102)가 단지 하나의 부품이기 때문에, 본체(102) 자체 내에 이음매가 없고, 다른 계면이 최소화된다. 예를 들어, 도시된 예는 LED 헤드 조립체 구멍(144), 제어 조립체 구멍(136), 및 전력 코드 구멍(132)을 포함한다. LED 헤드 조립체 구멍(144)은 LED 헤드 조립체(120)(도 3)를 수납하도록 구성된다. 손잡이부(106) 내에 형성된 제어 조립체 구멍(136)은 전자 장치 제어 조립체(112)를 수납하도록 구성된다. 본체(102)의 기부 단부에 형성된 전력 코드 구멍(132)은 전자 장치 제어 조립체(112)(도 3)에 결합되는 전력 코드(114)를 수납하도록 구성된다.
도 4, 5, 및 5A에 도시된 단일체 구성은 본체(102) 자체를 통해 이음매 및 조인트를 제거하고, 장치(100)의 전체 내에서 계면의 존재를 최소화한다. 전체 본체(102)가 단일편으로서 형성되기 때문에, 본체(102) 전체를 통한 열 소산은, 장치 본체 내의 이음매 또는 조인트 (즉, 본체의 제1 부품이 본체의 제2 부품과 맞닿는 부분)이 열 전도에 대한 저항을 생성할 수 있으므로, 개선된다. 본체(102) 내에서의 그러한 이음매의 부존재는 또한 거친 취급 및/또는 낙하를 견딜 수 있는 강건한 치과용 경화 광을 제공한다. 이는 또한 찌꺼기 또는 박테리아가 수집될 수 있는 조인트 또는 틈새를 감소시킨다.
LED 헤드 조립체(120)가 (예컨대, LED 또는 다른 LED 조립체 구성요소가 고장나면 신속한 교체의 장점을 제공하기 위해) 도시된 실시예에서 분리된 부품을 포함하지만, 열이 LED 헤드 조립체(120)로부터 통합형 본체(102) 내로 전도될 때, 하나의 추가의 이음매(이를 거쳐 열이 전도되어야 함)만이 있다. 단일 이음매의 존재는 본체가 함께 맞닿고 접합된 복수의 부품을 포함하는 구성에 대한 현저한 개선이다. 그러한 실시예는 (예컨대, LED가 고장난 경우에 또는 LED 헤드 조립체를 다른 것으로 업그레이드하기 위해) LED 헤드 조립체의 제거 및 교체를 쉽게 허용한다. 대안적인 실시예에서, LED 헤드 조립체도 단일편 본체 내로 통합될 수 있어서, 이음매(이를 거쳐 열이 하나 이상의 LED 다이로부터 통합형 본체의 잔여부 내로 전도되어야 함)가 없다. 그러한 구성은 도 5b와 관련하여 도시되고 설명된다.
전형적으로, LED 헤드 조립체(120)는 본체(102)와 동일한 재료를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 이러한 구조는 금속(예컨대, 알루미늄 합금)으로 형성되고, 하나 이상의 LED 다이에 의해 발생되는 폐열이 소산되는 방열기로만 작용한다. 바람직하게는, LED 헤드 조립체(120)는 분리된 부품들인 실시예의 본체(102)의 질량에 비해 질량이 상대적으로 작다. 예를 들어, LED 헤드 조립체(120)는 본체(102)의 질량의 약 25% 이하, 더 바람직하게는 본체(102)의 질량의 약 10% 이하, 가장 바람직하게는 본체(102)의 질량의 약 5% 이하의 질량을 갖는다. 이와 같이, LED 헤드 조립체(120)의 질량 및 열 소산 특징은 본체(102)에 비해 작거나 미미하다. LED 헤드 조립체(120)는 상대적으로 작은 질량을 갖고, 단순히 조립체(120)를 가로질러, 열이 소산될 수 있는 본체(102)로의 열의 전도를 빠르게 용이하게 하도록 작용한다. 실질적으로, 본체(102)는 방열기로서만 작용한다.
장치 본체(102)는 바람직하게는 알루미늄, 구리, 마그네슘, 또는 그러한 금속을 포함하는 합금과 같은 금속을 포함한다. 특히 바람직한 알루미늄 합금은 ANSI 알루미늄 합금 6061, 6033, 6013, 6020, 7075, 7068, 및/또는 7050을 포함한다. 7075가 본체(102)의 제조 시에 사용될 수 있는 예시적인 알루미늄 합금이다. 단일편의 알루미늄 합금 재료가 기계 가공, 주조 또는 성형되어, 통합형 단일편 본체 (즉, 단일체 구성)을 생성할 수 있다. 기계 가공이 바람직하고, 이는 매우 좁은 공차 치수를 갖는 본체를 제공하기 때문이다. 기계 가공된 합금은 또한 흔히 대안적인 방법(예컨대, 주조 또는 금속 사출 성형)에 의해 형성된 금속 또는 합금에 비해 더 큰 밀도 및 강도를 보인다.
도 5b는 별도의 LED 헤드 조립체를 포함하지 않고, LED 다이(160')가 단일편 본체 자체의 말단 헤드 단부(110') 상으로 직접 장착되는 대안적인 실시예(100')를 도시한다. 결과적으로, 단일편 열 전도성 본체(102')는 LED 다이(들)이 본체(102') 상으로 직접 장착되므로, LED 조립체를 수납하도록 구성된 LED 조립체 구멍을 포함하지 않는다. 장치(100')의 헤드 및 목부는 중실일 수 있지만, 기부 손잡이부는 전자 장치 제어 구성요소를 수용하기 위한 공동을 포함할 수 있다. 그러한 구성이 하나 이상의 고장난 LED 다이의 교체 또는 LED 조립체의 용이한 교체/업그레이드를 쉽게 허용하지 않지만, 이음매(이를 거쳐 열이 LED 다이로부터 단일편 본체 내로 전도되어야 함)가 없는 장점을 제공한다. 또한, 유리하게는 LED 다이(160')와 아래에 놓인 장착 층(154') 사이에 중간 기판 층이 없다. 그러한 층(예컨대, 주 방열기 및/또는 상대적으로 두꺼운 기판)의 제거는 계면(이를 통해 열이 전도되어야 함)이 더 적으므로, 장치의 열 소산 능력을 추가로 증가시킨다. 그러한 계면의 존재의 감소는 그러한 층들 사이의 계면에서 전형적으로 사용되는 상대적으로 비효율적인 열 그리스 및/또는 에폭시에 대한 필요를 추가로 감소시킬 수 있다.
그러한 구성은 또한 두꺼운 조립체 기판(162) 및 패키지(164)(도 8)를 포함하는 상대적으로 대형인 LED 조립체(120)를 제거하므로, 매우 강건하고 손상에 저항한다. 유리하게는, 열 전도성 본체 위에서 반도체 다이(160')와 얇은 열 전도성/전기 절연성 층(154') 사이에 기판 층이 없다. 각각의 LED 다이(160')가 열 전도성 본체(102')의 열 전도성/전기 절연성 층(154')에 직접 장착되기 때문에, 각각의 다이로부터 발생되는 폐열의 열 전도성 본체(102')로의 열 전도에 대한 저항이 유리하게 최소화된다.
도 5b에서 보이는 바와 같이, 통합형 본체(102')의 적어도 말단 헤드 단부(110')가 통합형 본체(102') 위에 직접 형성된 얇은 전기 절연성 및 열 전도성 층(154')(예컨대, 아래에 놓인 금속 본체 기판의 산화물 또는 질화물)을 포함한다. LED 다이(160')는 (임의의 조립체 기판이 없이) 아래에 놓인 (예컨대, 금속) 기판으로부터 LED 다이를 전기적으로 격리시키도록 층(154') 상에 장착된다. 이러한 얇은 층(154')은 약 0.05 마이크로미터 내지 약 50 마이크로미터 사이의 두께를 갖고, 이는 아래에 놓인 통합형 본체 기판(102')으로부터 LED 다이(160')를 전기적으로 격리시키기에 충분하다. 몇몇 실시예에서, 층(154')이 전기적 절연을 위해 요구되는 것보다 더 두껍지 않은 것이 유리하고, 이는 이러한 층의 열 전도성이 아래에 놓인 금속 본체(102')보다 상당히 작을 수 있기 때문이다. 예를 들어, 알루미늄 합금 7075(예컨대, 본체(102'))의 열 전도도는 약 130 W/m-K이고, 산화알루미늄(예컨대, 층(154'))의 열 전도도는 단지 약 40 W/m-K이다. 그러한 사안은 층(154')의 재료에 따라 덜 중요할 수 있다. 예를 들어, 질화알루미늄은 약 285 W/m-K의 열 전도도를 갖는다. 층(154')의 두께는 명확함을 목적으로 도면에서 크게 과장되었다.
전기 절연성/열 전도성 층(154')이 약 0.05 마이크로미터만큼 낮거나 약 50 마이크로미터만큼 두꺼운 두께를 가질 수 있지만, 더 바람직하게는 층(154')의 두께는 약 0.1 마이크로미터 내지 약 10 마이크로미터 사이, 가장 바람직하게는 약 0.2 마이크로미터 내지 약 1 마이크로미터 사이이다.
층(154')은 또한 LED 다이(160')의 열 팽창에 대한 아래에 놓인 금속 또는 다른 전도성 재료 본체의 열 팽창의 차이의 효과를 최소화하는데 유익하다. 바꾸어 말하면, 흔히 금속 본체 재료의 높은 열 팽창 계수에 대한 LED 다이의 상대적으로 낮은 열 팽창 계수 사이에 상당한 차이가 있다. 층(154')의 재료는 본체 재료(예컨대, 금속)의 열 팽창 계수와 하나 이상의 LED 다이의 열 팽창 계수 사이에 있는 열 팽창 계수를 나타내도록 선택될 수 있어서, 사용 중에 연장된 온도 사이클링 후에 미세 균열 및 열구를 형성하는 아래에 놓인 본체의 임의의 경향을 최소화하는 것을 돕는다. 몇몇 실시예에서, 열 전도성 층(예컨대, 154' 또는 154)은 생략될 수도 있다. 예를 들어, 본체(예컨대, 102')가 전기 절연성 재료(예컨대, 탄소 섬유, 질화붕소, 및/또는 그래핀)로 형성되는 경우에, 열 전도성 층은 아래에 놓인 본체 재료(예컨대, 본체(102'))에 의해 제공되는 우수한 열 전도성의 결과로서 생략될 수 있고, LED 다이(예컨대, 160')는 전기 절연성, 열 전도성 본체 재료(예컨대, 본체(102')) 상으로 직접 장착될 수 있다. 장착은 (예컨대, 열 전도성 에폭시의 사용에 의해) 화학적으로 그리고/또는 (예컨대, 열 전도성 그리스 및/또는 겔을 사용하여) 기계적 압축에 의해 달성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 층(154')은 전체 통합형 금속 본체 기판(102') 또는 그의 상당 부분 위에 도포될 수 있다. 층(154')은 화학 또는 플라즈마 증착, 플라즈마 화염 분사, 또는 본 기술 분야의 당업자에게 명백할 다른 기술에 의해 도포될 수 있다. LED 반도체 다이(160')로의 전력 연결은 아래에 놓인 본체(102')로부터 트레이스(170')를 전기적으로 절연시키는 층(154') 위에 (예컨대, 침착 공정에 의해) 적층된 금 또는 다른 전도성 금속 트레이스(170')를 통해 이루어질 수 있다. 트레이스(170')를 손상으로부터 보호하기 위해, 트레이스는 층(154')들 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 층(154')은 실제로 전도성 금속 트레이스(170')가 사이에 개재된 채로, 위에서 설명된 바와 같은 총 두께를 갖는 2개의 층으로서 적층될 수 있다. 그러한 구성이 도 5b에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 트레이스(170')는 트레이스(170')가 LED 다이(160')와 전기적으로 접촉하도록 노출되는 하나 이상의 전력 연결 지점(171')을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 목부 및 말단 헤드 단부는 전력 연결이 중공 헤드를 통해 공급되는 와이어가 아닌 트레이스(170')에 의해 이루어지므로, 중공(중공 예가 도 7에 도시되어 있음)이 아닌 중실일 수 있다. 중실 목부 및 헤드를 제공하는 것은 본체의 질량의 상당 부분이 발열 LED 다이(160')에 직접 인접하여 이용 가능하므로, 통합형 본체의 열 소산 능력을 추가로 증가시킬 수 있다. 단일 전력 연결 지점(171')만이 명확함의 목적으로 각각의 LED 반도체 다이(160')에 대해 도시되어 있지만, 다른 연결 지점 (또는 둘보다 많은)이 상이하거나 동일한 단면 평면 내에 제공될 수 있다.
임의의 설명된 실시예가 광을 시준하기 위한 광결정을 추가로 포함할 수 있다. 도 5b를 참조하면, 치과용 경화 광(100')은 광 시준기로서 작용하는 광결정(150')을 추가로 포함하는 것으로 도시되어 있다. 광결정은 반도체 결정이 전자의 운동에 영향을 주는 것과 유사한 방식으로 광자의 운동에 영향을 주는 주기적인 광학 나노 구조물이다. 예로써, 오팔, 공작 깃털, 나비 날개, 및 변색 딱정벌레와 같은 몇몇 자연 발생 재료가 포토닉 재료를 포함한다. 광결정은 특정한 방식으로 유입 광자를 포착하고 이를 굴절시키기 위해 양자 수준에서 작동한다. 광결정은 그가 포착 및 시준하는 특정 파장 또는 범위에 대해 최적화된다. 이 때문에, 결정은 원하는 파장의 광을 포착하고 시준하도록 선택된다 (예컨대, 약 350 nm 내지 약 490 nm 사이의 어디에서도, 결정은 LED 다이에 정합된다).
전통적인 렌즈에 비해, 광결정은 광을 시준하는데 있어서 더 효율적이다. 또한, 이는 작은 가용 공간 내에서 더 양호한 포커싱/시준 능력을 제공하도록 공간을 덜 요구한다. 그러한 결정은, 예를 들어, 약 0.5 mm 내지 약 1 mm 두께일 수 있고, 이는 광파를 물리적으로 굴절시킴으로써 작용하는 전통적인 렌즈보다 훨씬 더 작다. 광 시준 광결정은 매우 얇은 증착된 필름 내에 에칭된 포토닉 구조물을 포함할 수 있다. 광결정의 사용은 장치의 말단 헤드 단부의 두께를 더욱 최소화한다. 요구되지는 않지만, 광결정의 사용 및 LED 패키지 조립체를 사용하지 않고 본체(102') (또는 임의의 다른 설명되는 실시예의 본체)에 대한 LED 다이의 직접 장착의 구현은 함께 장치의 전체 구조를 더욱 최소화하도록 작용하여, 예를 들어 환자의 구강 내에서 더 잘 조종 가능한 매우 얇은 말단 헤드 단부를 허용한다.
임의의 설명된 실시예와 함께 사용되는 LED 다이 자체는 원하는 스펙트럼 내에서 발산하도록 구성된 임의의 적합한 LED를 포함할 수 있다. 예시적인 LED 다이는 무기 고체 상태 LED 다이 및 유기 LED 다이를 포함한다. 유기 LED(OLED) 다이는 발산 전계 발광 층이 유기 화합물의 필름을 포함하는 발광 다이오드이다. 층은 전형적으로 적합한 유기 화합물이 침착되도록 허용하는 중합체를 포함한다. 유기 화합물은 편평한 캐리어 상으로 열 및 행으로 침착된다. OLED 다이의 사용은 OLED 다이가 가요성이며 종래의 무기 고체 상태 LED 다이보다 더 얇으므로, 치과용 경화 광의 말단 헤드부의 두께를 추가로 감소시킬 수 있다 (예컨대, OLED 다이의 단독 사용은 1-2 mm만큼 두께를 감소시킬 수 있다).
예를 들어, 임의의 개시되는 실시예의 말단 헤드 단부는 약 8 mm 미만의 두께를 가질 수 있다. 특히, 직접 LED 장착식 다이, OLED, 및/또는 렌즈가 아닌 광 시준을 위한 광결정을 포함하는 실시예는 또한 약 8 mm 미만, 더 바람직하게는 약 5 mm 미만, 훨씬 더 바람직하게는 (예컨대, 약 1 mm 이하로 얇은) 약 2 mm 미만의 두께를 가질 수 있다.
도 5c는 목부(108") 및 헤드부(110")가 말단 헤드부(110")의 얇음과 관련된 이점을 최대화하면서 상이하게 형성된 점을 제외하고는, 도 5b와 유사할 수 있는 치과용 경화 광의 단면도를 도시한다. 예를 들어, 목부(108")로부터 말단 헤드부(110")로의 전이부를 따른 본체의 상부 표면은 실질적으로 직선이며 편평하고, 본체의 하부는 목부(108")로부터 장치의 가장 얇은 부분인 말단 헤드(110")로 전이하도록 곡률을 포함한다. (도시되지 않은) 기부 파지 손잡이부는 손잡이부가 파지를 위해 구성된, 장치의 가장 넓은 부분이므로, 도 1에 도시된 실시예와 유사하게 형성되고 크기가 결정될 수 있다. 목부(108") 및 헤드부(110") 전체에 걸쳐 편평한 상부 표면을 제공하는 것은 구강 내에서의 조종성을 최대화할 수 있지만, 대안적인 구성은 편평한 하부 표면을 포함하거나 상부 및 하부 표면 상에서 만곡될 수 있다. 헤드 두께(T)는 약 8 mm 미만, 더 바람직하게는 약 5 mm 미만, 더 바람직하게는 약 2 mm 미만, 또는 약 1 mm 미만일 수 있다. 당연히, 전술한 광결정 광 시준기의 사용, LED 다이의 직접 장착, 및 OLED 다이의 사용은 도 5b-5J와 관련하여 설명되는 실시예로 제한되지 않지만, 그러한 특징은 본 명세서에서 설명되는 임의의 치과용 경화 광과 함께 사용될 수 있다.
적어도 하나의 LED 다이가 제1 피크 파장(예컨대, 약 390-410 nm의 UV)을 발산하도록 구성되고 다른 LED 다이가 상이한 피크 파장(예컨대, 약 440-480 nm의 청색광)을 발산하도록 구성된 실시예에서, 하나 보다 많은 광결정이 요구될 수 있고, 이는 각각의 광결정이 특정 피크 파장에 대해 최적화되기 때문이다. 예시적인 광결정은 영국 세이트 앤드류스 소재의 이픽스넷(ePIXnet); 미국 매사추세츠주 빌레리카 소재의 루미누스 디바이시즈, 인크.(Luminus Devices, Inc.); 스웨덴 말모 소재의 옵두캇 아베(Obducat AB); 및 미국 캘리포니아주 포웨이 소재의 데이라이트 솔루션스, 인크.(Daylight Solutions, Inc.)로부터 구입할 수 있다.
도시된 바와 같이, 장치(100')는 LED 다이(160')가 내부에 배치되는 반사 웰(168')을 추가로 포함할 수 있다. 반사 웰(168')은 (예컨대, 광결정(150')에 의해 포착되지 않거나 결정(150')을 포함하지 않는 실시예에서의) 임의의 발산 광의 원하는 방향으로의 재유도를 추가로 보조할 수 있다. 투명 보호 층(161')(예컨대, 실리콘)이 구조물(160', 150') 위에 도포되어, 이들을 사용 중에 거친 취급 또는 낙하에 의해 손상되는 것으로부터 보호할 수 있다. 도 5b-5J의 실시예와 관련하여 설명되는 임의의 특징은 본 명세서에서 설명되는 임의의 다른 실시예와 함께 사용되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예는 통합형 본체의 LED 헤드 조립체 구멍 내로 수납 가능한 별도의 LED 헤드 조립체 상의 직접 장착식 LED 다이를 포함할 수 있다.
하나의 제조 방법에 따르면, 통합형 단일편 금속 본체(102')가 도 5d에 도시된 바와 같이, 제공된다. 도 5e-5F에 도시된 바와 같이, 얇은 전기 절연성 및 열 전도성 층(154')이 금속 본체(102')의 외부 표면의 적어도 말단 헤드 단부 위에 형성된다. 얇은 층(154')은 바람직하게는 (예컨대, 본체(102')가 금속인 실시예에서) 아래에 놓인 금속 본체 재료(102')의 산화물 또는 질화물을 포함한다. 이는 화학 또는 플라즈마 증착, 플라즈마 화염 분사, 또는 본 기술 분야의 당업자에게 명백할 다른 기술에 의해 도포될 수 있다. 전도성 트레이스(170')가 전기 절연성/열 전도성 층(154')들 사이에 개재되도록 도포될 수 있다.
도 5g-5H에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 LED 다이(160')가 그 다음, 예를 들어, 열 전도성 에폭시에 의해 얇은 전기 절연성/열 전도성 층(154')의 외부 표면에 직접 적층되어 접합된다. 임의의 그러한 에폭시 층의 두께는 열 전도성 열 에폭시가 열 전도성으로서 특징지어 지지만, 여전히 (예컨대, 1 W/m-K만큼 낮을 수 있는) 상대적으로 좋지 않은 열 전도체이므로, 열 전도성에 대한 저항에 대한 그의 효과가 무시될 수 있도록 매우 얇게 최소화된다. 임의의 그러한 층의 두께의 최소화는 열 소산에 대한 그의 부정적인 효과를 최소화한다. 광결정(150')이 발산된 광을 수신하도록 LED 다이(160') 위에 부착될 수 있다.
도 5i에 도시된 바와 같이, 반사 웰(168')이 다이(160')가 반사 웰(168') 내에 봉입되도록, 본체(102')의 말단 헤드 단부(110')에 부착될 수 있다. 다이(160')를 장착하기 전에 반사 웰(168')을 설치하는 것이 가능할 수 있지만, 전력 연결부(171') 및 아래에 놓인 열 전도성/전기 절연성 층(154')과의 양호한 접촉을 보장하기 위해 완전히 편평하고, 매끄러운 표면 상에 다이(160')를 장착하는 것이 바람직하다. 따라서, 반사 웰(168')은 바람직하게는 이후의 단계에서 부착된다. 마지막으로, 도 5j에 도시된 바와 같이, 실리콘 또는 다른 경질화 가능 또는 경화 가능 수지 보호 코팅이 다이(160') 및 광결정(150') 위에 도포되어 이러한 정교한 구조물을 손상으로부터 보호할 수 있다. 직접 장착형 LED 다이를 포함하는 실시예의 추가의 세부는 앞서 참조로 통합된, 2008년 12월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 제61/141,482호에서 찾을 수 있다.
치과용 경화 장치는 경화 장치로서 사용하기에 적합한 임의의 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 치과용 경화 장치는 환자의 구강 내에서의 장치의 사용을 용이하게 하도록 신장된 형상의 본체를 가질 수 있다. 치과용 경화 장치의 신장된 형상은 본 발명의 범주 내의 치과용 경화 광의 일례일 뿐이다. 치과용 경화 광은 환자의 구강 내부의 또는 구강 외부의 치과용 조성물을 경화시키는데 사용하기에 적합한 다른 형상을 가질 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 권총형 구성을 갖는 본 기술 분야에 공지된 경화 광은 본 명세서에서 개시되는 임의의 특징을 포함할 수 있다. 대체로, 임의의 공지된 경화 광 구성은 본 명세서에서 설명되는 특징과 함께 사용될 수 있다.
장치 본체가 열 소산기로서 역할하기 때문에, 방열기로서 기능하기에 충분한 열 용량을 갖는 LED에 열적으로 결합된 별도의 금속 본체를 수용하도록 장치 본체의 공동, 개방부, 또는 다른 구성에 대한 요구가 없다. 본 명세서에서 설명되는 치과용 경화 광 장치로부터 "전통적인 방열기"를 제거하는 능력은 낮은 프로파일의 치과용 경화 광 장치가 제조되도록 허용한다. 특히, 목부 및 헤드부는 훨씬 더 작고 그리고/또는 얇게 만들어질 수 있고, 그리고/또는 경화 광 장치의 헤드 또는 목부 내에 수용된 별도의 방열기를 사용하는 치과용 경화 광에 비해 더 큰 LED 조립체를 수용할 수 있다. 매우 얇은 말단 헤드를 포함하는 실시예가 도 5c에 도시되어 있다.
장치 본체(102)가 열 전도성 재료를 포함하기 때문에, 이는 열 전도체 및 소산기로서 역할할 수 있다. 또한, 장치 본체(102)는 플라스틱 본체 치과용 경화 광의 하우징에 비해 더 단단하며 얇게 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 열 전도성 본체 재료는 더 작고, 더 조종 가능한 경화 광을 여전히 달성하면서, 증가된 강도 및 내구성을 제공하는 금속 구성이다.
일 실시예에서, 장치 본체의 손잡이부는 약 10-40 mm, 더 바람직하게는 약 15-30 mm의 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 그러한 치수는 사용자에 의한 편안한 파지를 제공한다. 목부 및 헤드부는 손잡이부보다 더 얇고, 약 1-15 mm, 더 바람직하게는 약 1-10 mm의 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 약 8 mm 미만, 더 바람직하게는 약 5 mm 미만, 또는 약 2 mm 미만의 헤드부 두께가 직접 다이 장착, 광결정 광 시준, 또는 유기 LED 중 하나 이상을 사용할 때 가능할 수 있다.
B. 보호 코팅
일 실시예에서, 장치 본체의 외부 표면의 전부 또는 일부가 하나 이상의 코팅을 포함한다. 본 발명의 목적을 위해, 장치 본체(102)의 외부 표면은 조립된 경화 광에 내에 노출되거나 표면의 형상을 실질적으로 변화시키지 않는 코팅 층에 의해 덮인 표면이다. 예를 들어, 도 1-5에 도시된 실시예에서, 목부(108)의 표면은 외부 표면이지만, 내부 공동(136)의 표면은 전자 장치 조립체(112)가 표면을 덮으므로, 외부 표면이 아니다. 유사하게, 도 1-5에 도시된 바와 같은 칼라(140)는 그가 보호 슬리브(118)에 의해 덮이므로, 외부 표면이 아니다. 그러나, 필요하다면, 외부 표면을 제공하지 않는 장치 본체(102)의 부분이 코팅될 수 있다.
장치 본체(102)의 외부 표면은 표면을 보호하고 그리고/또는 경화 광(100)을 세척 및/또는 멸균하는 것을 용이하게 하도록 하나 이상의 코팅으로 코팅될 수 있다. 일 실시예에서, 장치 본체(102)의 외부 표면은 스크래치 저항 코팅 및/또는 함불소 중합체 코팅으로 코팅될 수 있다. 도 6은 보호 코팅을 도시하는 장치 본체(102)의 목부(108)의 일 부분의 절결도이다. 스크래치 저항 코팅(146)이 장치 본체(102)의 표면에 인접하여 위치된다. 코팅 층은 화학 또는 플라즈마 증착, 플라즈마 화염 분사, 또는 본 기술 분야의 당업자에게 명백할 다른 기술에 의해 도포될 수 있다.
스크래치 저항 코팅(146)은 장치 본체(102)의 본체 재료보다 더 큰 경도를 갖는 임의의 재료의 얇은 층일 수 있다. 일 실시예에서, 스크래치 저항 층은 금속 산화물 또는 금속 질화물일 수 있다. 스크래치 저항 층은 열 전도성 층과 동일할 수 있다. 일 실시예에서, 스크래치 저항 코팅(146)은 금속 장치 본체(102)의 표면 상에 형성된 양극 산화된 층일 수 있다. 예를 들어, 금속 본체 재료가 알루미늄을 포함하는 경우에, 장치 본체(102)의 표면을 양극 산화시키는 것은 산화알루미늄 표면을 생성한다. 바람직한 실시예에서, 스크래치 저항 코팅(146)은 약 0.05 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터 사이의 두께이다 (도 6에서 축적에 맞게 도시되지 않음). 바람직하게는, 두께는 약 1 마이크로미터 초과, 더 바람직하게는 약 10 마이크로미터 초과, 가장 바람직하게는 약 25 마이크로미터 초과이다. 일 실시예에서, 두께는 약 1 마이크로미터 내지 약 40 마이크로미터의 범위, 또는 대안적으로 약 5 마이크로미터 내지 약 50 마이크로미터의 범위 내일 수 있다.
스크래치 저항 층의 두께가 사용되는 재료 및 원하는 스크래치 저항에 어느 정도 의존할 수 있지만, 양극 산화된 알루미늄에 대해, 스크래치 저항 층의 두께는 스크래치 저항을 부여하기에 충분한 두께를 갖지 않는 것으로 공지된, 자가 부동태화 알루미늄의 두께인 약 5-15 nm보다 상당히 더 커야 한다.
바람직한 실시예에서, 스크래치 저항 코팅의 경도는 로크웰 C 스케일 상에서 약 55 초과, 더 바람직하게는 약 60 초과, 가장 바람직하게는 약 65 초과이다. 경도는 전형적으로 로크웰 C 스케일 상에서, 약 60-90, 더 바람직하게는 약 65-80의 범위 내이다. 적합한 스크래치 저항 코팅의 예는 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화크롬, 산화크롬, 산화지르코늄, 질화티타늄, 탄화텅스텐, 탄화규소, 탄화크롬, 및 이들의 조합을 포함한다.
장치 본체의 외부 표면에 도포될 수 있는 함불소 중합체 코팅(148)은 장치를 구강 내에서 고도로 조종 가능하게 만들도록 마찰을 최소화하는 표면을 제공할 수 있다. 또한, 장치는 쉽게 멸균되고, 박테리아 및/또는 찌꺼기를 보유하는 경향이 덜하고, 이는 치과용 경화 광이 치과 환자의 구강 내에서 사용되고 치과 환자들 사이에서 오염 및 감염을 피하기 위해 사용 간에 세척되어야 하므로 중요하다. 일 실시예에서, 함불소 중합체 코팅은 약 0.05 마이크로미터 내지 약 10 마이크로미터, 더 바람직하게는 약 0.1 마이크로미터 내지 약 1 마이크로미터의 범위 내의 두께를 갖는다. 적합한 함불소 중합체의 예는 폴리테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로알콕시 중합체, 불소화된 에틸렌-프로필렌 폴리에틸렌테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌클로로트라이플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리클로로트라이플루오로에틸렌, 및 이들의 조합을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 기술적으로 함불소 중합체는 아닐 수 있지만, (예컨대, 화학 증착에 의해 도포되는) 파릴렌 코팅이 추가적으로 또는 대안적으로 도포될 수 있다. 파릴렌은 다이-파라-자일릴렌으로부터 제조되는 중합체이다. 이는 얇고 투명한 층으로 도포될 수 있고, 생체 친화적이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "함불소 중합체 코팅"은 파릴렌 코팅도 포함하도록 넓게 해석되어야 한다. 파릴렌 코팅은 파릴렌 N, 파릴렌 C, 파릴렌 D, 파릴렌 AF-4, 파릴렌 SF, 파릴렌 HT, 파릴렌 A, 파릴렌 AM, 파릴렌 VT-4, 파릴렌 CF, 및 파릴렌 X를 포함할 수 있다.
함불소 중합체 코팅(148)은 단독으로 또는 스크래치 저항 코팅(146)과 조합하여 사용될 수 있다. 그러나, 함불소 중합체 코팅(148) 아래의 스크래치 저항 코팅(146)의 사용은 각 층 단독에 의해 달성될 수 없는 상당한 이점을 제공하는 것으로 발견되었다. 예를 들어, 함불소 중합체 코팅(148)은 몇몇 금속 표면에 접합하기가 어려울 수 있다. 일 실시예에서, 스크래치 저항 코팅(146)은 장치 본체(102)의 외부 표면에 대한 함불소 중합체 코팅(148)의 양호한 접착을 제공하도록 선택된다. 예를 들어, 산화알루미늄과 같은 금속 산화물이 알루미늄 합금과 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 함불소 중합체 사이의 양호한 접합을 제공한다.
스크래치 저항 코팅(146)은 또한 스크래치 저항 코팅이 함불소 중합체 코팅 아래에 위치된 실시예에서도, 함불소 중합체 코팅(148)의 마멸을 방지할 수 있다. 스크래치 저항 코팅의 경도는 본체 재료 내에서의 함몰부의 형성을 방지하는 것을 도와서, 외부 표면은 매끄럽게 유지되고, 함불소 중합체 표면과 접촉하는 물체 또는 재료는 표면을 실질적으로 마멸시키지 않고서 표면에서 미끄러질 것이다. 스크래치, 함몰부, 또는 다른 결함이 장치 본체의 표면 상에서 발현되면, 함불소 중합체 코팅은 결함의 모서리에서 더 쉽게 마멸될 수 있다. 스크래치 저항 코팅(146)의 포함은 이것이 발생하는 것을 방지하는 것을 돕는다. 스크래치 저항 코팅 및/또는 함불소 중합체 코팅은 각각 단일 층을 포함할 수 있거나, 이들 중 하나 또는 모두가 둘 이상의 하위 층을 포함할 수 있다.
C. LED 및 열 전도성 층을 포함하는 헤드부
일 실시예에서, 장치 본체(102)의 헤드부(110)는 치과 의사가 중합 가능한 조성물을 조사하여 중합 가능한 조성물을 경화시키도록 허용하는 LED 조립체(120)를 포함한다. 도 7은 말단 단부(104)를 더 상세하게 도시하는 치과용 경화 광(100)의 부분 절결도이다. 헤드부(110)는 LED 조립체(120)를 지지하거나 포함한다. LED 조립체(120)는 렌즈(150), LED 패키지(152), 열 전도성 층(154)을 포함할 수 있다. 도 7의 실시예에서, 열 전도성 층은 도 5b 및 5D-5J에 도시된 것과 같이, 증착 또는 플라즈마 화염 분사 기술에 의해 도포되는 매우 얇은 층이기보다는, 본체(102)에 고정되는 별도의 상대적으로 두꺼운 부재를 포함할 수 있다. 당연히, 상대적으로 얇은 열 전도성 층이 (예컨대, 증착 또는 플라즈마 화염 분사에 의해) 본체(102)에 도포되는 대안이 가능하다.
LED 패키지(152) 및 열 전도성 층(154)이 공동(144) 내에 배치된다. 와이어(134, 134b)가 통로(142)를 통해 연장하여 LED 패키지(152)에 전력을 제공한다. LED 패키지(152) 및 열 전도성 층(154)은 공동(144)의 바닥(156)에 고정된다. 바닥(156)은 전형적으로 열 전도성 층(154)과 바닥(156)의 표면 사이의 양호한 접촉을 용이하게 하도록 편평하다. 그러나, 장치 본체(102)와 열 전도성 층(154) 사이에서 접촉하는 표면적이 사용 중에 하나 이상의 LED 다이에 의해 생성되는 열을 열 전도성 층(154)을 통해 빠르게 전도시키기에 충분하다면, 다른 구성이 사용될 수 있다. 열 전도성 층(154)은 양호한 열 접촉을 보장하는 임의의 기술을 사용하여 바닥(156)에 열 결합, 접합, 또는 달리 고정될 수 있다. 열 전도성 층(154)은 도 7-8을 참조하여 아래에서 더 상세하게 설명되는 패키지 본체(164)의 일부일 수 있는 LED 조립체 기판(162)을 통해 LED 패키지(152)에 열적으로 결합된다.
열 전도성 층(154)은 고도로 열 전도성인 재료의 적어도 제1 층을 포함한다. 제1 층 재료의 열 전도도는 바람직하게는 약 150 W/m-K 초과, 더 바람직하게는 170 W/m-K 초과, 훨씬 더 바람직하게는 200 W/m-K 초과, 가장 바람직하게는 약 300 W/m-K 초과이다. 일 실시예에서, 전도도는 약 150 W/m-K 내지 약 2000 W/m-K, 더 바람직하게는 약 170 W/m-K 내지 약 500 W/m-K의 범위 내일 수 있다. 열 전도성 층(154)을 만들기 위해 사용될 수 있는 제1 층 재료의 예는 질화알루미늄, 산화베릴륨, 다이아몬드, 탄화규소, 질화붕소, 탄소의 나노 재료(예컨대, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브 섬유, 및/또는 그래핀), 산화베릴륨, 질화붕소, 및/또는 다른 열 전도성 세라믹 및/또는 열 전도성 입상 금속 및/또는 세라믹 및/또는 이들의 유도체 및/또는 이들의 조합을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 열 전도성 층(154)의 제1 층은 전기 전도성이 아니다. 제1 층 내에서의 전기 비전도성 재료의 사용은 열 전도성 층이 트레이스를 포함하도록 허용한다. 트레이스는 LED 다이에 전력을 제공하기 위해 LED 조립체 기판의 접촉부에 전기적으로 결합하도록 패턴화될 수 있다. 트레이스는 금, 구리, 은, 백금, 또는 알루미늄과 같지만 이들로 제한되지 않는 트레이스를 만드는데 유용한 임의의 재료로부터 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 트레이스는 구리 패드 또는 플레이트에 의해 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 열 전도성 층(154)의 제1 층은 LED 조립체 기판(162)의 열 팽창 계수에 실질적으로 정합되는 열 팽창 계수를 갖는 재료로 만들어진다.
일 실시예에서, 열 전도성 층은 열 전도성 인쇄 회로 보드일 수 있다. 열 전도성 인쇄 회로 보드는 세라믹 회로 보드 또는 금속 인쇄 회로 보드일 수 있다. 회로 보드 분야의 당업자는 열 전도성 인쇄 회로 보드를 제조하기 위한 기술과 친숙하다.
일 실시예에서, 열 전도성 층은 열 전도성 변형 가능 패드 및/또는 열 전도성 겔 또는 그리스 층과 같은 변형 가능한 층을 포함할 수 있다. 전형적으로, 변형 가능한 층은 제1 층 아래에 (즉, 장치 본체에 인접하여) 위치된다. 열 전도성 그리스의 예는 실리콘 그리스, 중합체 그리스, 금속 그리스, 및 나노 입자 그리스를 포함한다. 나노 입자 그리스는 전형적으로 열 전도성 충진재(예컨대, 세라믹, 탄소, 또는 다이아몬드)를 포함한다.
열 겔의 예는 다음의 웹사이트에서 다음의 회사로부터 구입 가능하고, 이들의 내용은 본 명세서에 참조로 통합되었다:
신에츠(ShinEtsu): http://www.microsi.com/packaging/thermal_gel.htm
에이아이티 테크놀러지(AiT Technology):
http://www.aitechnology.com/products/thermalinterface/thermgel/
울트라 플러스파이브(Ultra +5):
http://www.tigerdirect.com/applications/SearchTools/item-details.asp?EdpNo=3298395&CatId=503
매스쿨 써멀 겔(Masscool Thermal Gel):
http://www.tigerdirect.com/applications/searchtools/item-details.asp?EdpNo=480215&csid=_21
*열 전도성 그리스, 겔, 또는 접착제는 열 전도성을 개선하기 위한 충진재 재료를 포함할 수 있다. 열 전도성 충진재 재료의 예는 질화알루미늄, 산화베릴륨, 탄소, 다이아몬드, 탄화규소, 질화붕소, 및 이들의 조합 및/또는 이들의 나노 재료를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 별도의 열 전도성 층(154)이 요구되지 않을 수 있다. 예를 들어, LED 조립체 및 내부에 포함된 LED 조립체 기판(162)의 특징에 따라, 추가의 열 전도성 층(154)이 요구되지 않을 수 있다. 그러한 예에서, LED 조립체 기판(162)은 충분한 열 전도성 층으로서 효과적으로 역할하고, 열 전도성 그리스, 겔, 또는 접착제로 치과용 경화 광의 아래에 놓인 본체에 단순히 결합될 수 있다. 그러한 LED 조립체 기판(162)은 바람직하게는 별도로 채용되는 열 전도성 층(154)에 대해 본 명세서에서 설명된 특징과 유사한 표면적 및 두께 특징을 갖는다.
바람직한 실시예에서, 열 전도성 층(154)은 장치 본체 내에서 사용되는 재료(예컨대, 바닥(156)의 표면을 형성하는 재료, 예를 들어 알루미늄 합금)의 열 전도도보다 더 높은 열 전도도를 갖는다.
열 전도성 층(154)은 본체(102)에 비해 얇고, 그러므로 방열기로서 역할하기에 충분한 질량 및 열 용량이 결여된다. 일 실시예에서, 열 전도성 층(154)의 두께는 약 100 마이크로미터 내지 1.5 mm, 더 바람직하게는 약 200 마이크로미터 내지 약 1 mm, 가장 바람직하게는 약 500 마이크로미터 내지 900 마이크로미터의 범위 내이다. 그러한 층(154)의 두께는 열 전도성 층이 증착 또는 플라즈마 화염 분사 기술에 의해 도포된 층을 포함하는 실시예보다 상당히 더 크다. 예를 들어, 그러한 층은 단지 약 0.05 마이크로미터 내지 약 50 마이크로미터 사이의 두께를 가질 수 있다. 어떠한 경우에도, 층(154)의 열 전도도는 열 전도성 층(154)이 열을 하나 이상의 LED 다이로부터 장치 본체의 재료로 소산시키기 위한 도관으로서 역할하기에 충분히 높다. 이러한 방식으로, 장치 본체의 재료는 고도로 효율적인 열 소산기로서 역할할 수 있다. 열 전도성 층을 장치 본체에 결합시키는 표면적은 열 전도성 층에 의해 전도되는 열의 대부분이 장치 본체로 전달되기에 충분히 크다.
열 전도성 층(154)은 LED 패키지(152) 및 장치 본체(102)에 열적으로 결합된다. 열 전도성 층(154)의 LED 패키지(152) 및 장치 본체(102)에 대한 열 결합은, 열 전도성 층의 두께와 조합하여, 경화 광(100)의 사용 중에 LED 다이에 의해 발생되는 본질적으로 전부는 아니더라도 대부분의 열이 소산을 위해 본체 재료 내로 빠르게 전도되도록 보장하기 위해 선택될 수 있다. 구성이 LED 다이로부터 열을 전도시키는데 있어서 효율적이기 때문에, 연속 작동 중에도, 중저온이 유지된다.
바람직한 실시예에서, 층(154)은 패키지(152)보다 상당히 더 큰 접촉 가능한 평면 표면적을 갖는다. 열 전도성 층(154)을 대형화하는 것은 LED 패키지(152)의 주연부 둘레에서 장치 본체로 열을 전달함으로써 열 소산을 현저하게 개선할 수 있다. 열 소산기로서의 장치 본체의 사용은 열 전도성 층이 LED 패키지(152)로부터 상당한 속도로 열을 전달할 수 있는 충분한 표면적을 허용한다. 따라서, 열 전도성 층은 장치 본체에 LED 패키지(152)를 직접 결합시키는 것보다 훨씬 더 양호하게 장치 본체의 열 용량을 이용한다. 대체로, 열 전도성 층(154)이 장치 본체보다 더 높은 열 전도도를 갖기 때문에, 열 전도성 층(154)과 장치 본체(102)를 결합시키는 표면적이 클수록, 장치 본체로의 열 전달의 속도가 더 크다.
장치 본체의 충분한 표면적과 접촉하는 열 전도성 층의 사용은 LED 패키지로부터의 놀라울 정도로 양호한 열 소산을 제공하는 것으로 발견되었다. 본 발명에서 사용되는 구성은 LED 기반 경화 광 내에서의 과열과 관련된 오래된 문제점을 본질적으로 제거한다.
언급된 바와 같이, 열 전도 층(154)은 장치 본체보다 더 큰 열 전도도를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 열 전도성 층(154)은 알루미늄 합금보다 더 높은 열 전도도를 갖는다. 장치 본체가 여러 상이한 재료로부터 만들어질 수 있지만, 알루미늄 합금이 장치 본체의 열 용량/열 전도성과 제조성 및 내구성 사이의 양호한 균형을 제공하는 것으로 발견되었다. 알루미늄 합금이 순수 알루미늄보다 더 좋지 않은 열 전달 특징을 갖는 경향이 있지만, 열 전도성 층은 순수 알루미늄에 비해 알루미늄 합금을 사용하는 단점을 극복하기 위해 알루미늄 합금의 충분히 큰 영역으로의 빠른 소산을 제공한다. 이는 놀랍고 예상치 못한 결과이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 경화 광(100)은 LED 패키지(152)에 의해 발생되는 광을 포커싱하도록 사용되는 포커싱 렌즈(150)를 포함할 수 있다. 포커싱 렌즈(150)는 치과용 경화 광(100) 내에서 이용되는 파장 및 광 강도를 갖는 광을 시준하기에 적합한 임의의 렌즈일 수 있다. 도 7이 전통적인 굴절 렌즈 구성을 도시하지만, 본 발명은 광 시준을 위한 광결정을 포함한, 다른 유형의 렌즈를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 조립체(120)는 패키지 내에 하나 이상의 LED 다이를 포함한다. 열 전도성 층에 결합되어 장치 본체(102)에 결합될 수 있는 중합 가능한 조성물을 경화시키는데 사용하기에 적합한 임의의 LED 패키지가 본 발명에서 사용될 수 있다. 또한, 동일하거나 상이한 파장에서 발산하는 하나 이상의 추가의 LED 다이를 갖는 둘 이상의 LED 패키지가 본 발명의 치과용 경화 광 내에서 사용될 수 있다. 예시적인 LED 패키지(152)가 도 8-9에 도시되어 있다. LED 패키지(152)는 패키지 본체(164)의 조립체 기판(162) 상에 장착되는 LED 다이(160)를 포함한다. 조립체 기판은 단독으로 또는 LED 패키지의 임의의 다른 특징과 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 8에 도시된 비제한적인 예에서, 패키지 본체(164)가 LED 다이(160)를 둘러싸고, 바닥(167)을 갖는 패키지 공동(166)을 형성한다. 패키지 공동(166)은 전형적으로 경사진 벽(168)을 갖는다. 벽(168) 및/또는 패키지(152)의 다른 표면은 LED 다이(160)에 의해 발생되는 광의 흡수를 제한하고 광 출력을 최대화하기 위해 반사 코팅으로 코팅될 수 있다. 또한, 동일하거나 상이한 반사 코팅이 LED 다이(160)로부터의 광의 흡수를 최소화하기 위해 헤드 공동(144) 및 헤드(110)의 내부 표면에 도포될 수 있다. 적합한 반사 재료의 예는 귀금속, 바람직하게는 로듐을 포함하지만 그로 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 패키지(152)는 반사 칼라 및/또는 칼라와 유사한 반사 방지 코팅 및 도 13과 관련하여 아래에서 설명되는 반사 방지 코팅을 가질 수 있다.
LED 조립체 기판(162)은 기판(162)이 열을 다이(160)로부터 열 전도성 층(154)(도 7)으로 전달하기에 충분히 높은 열 전도성을 갖는 한, LED 다이(160)를 지지하기에 적합한 임의의 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기판(162)은 열 전도성 층(154)의 제1 층과 동일하거나 유사한 재료로 형성될 수 있다. LED 조립체 기판은 하나 이상의 하위 층으로부터 만들어질 수 있고, 원하는 열 전도성이 유지되는 한 하나 이상의 상이한 열 전도성 재료로부터 만들어질 수 있다. LED 다이(160)는 미리 패키징된 LED 패키지로서 제공될 수 있거나, 대안적으로 LED 패키지는 장치 본체 상에서 현장에서 생성될 수 있다.
LED 다이는 중합 가능한 조성물을 경화시키기 위한 원하는 파장으로 발산하도록 선택된다. LED 다이는 전형적으로 약 350 nm 내지 약 490 nm의 범위 내의 특정 파장으로 발산하도록 구성되지만, 본 발명은 이러한 파장으로 발산하는 장치로 반드시 제한되지는 않는다. 광 경화성 치과용 조성물은 전형적으로 매우 좁은 범위의 파장에만 응답하는 광 활성화 개시제를 포함한다. 예를 들어, 캠포퀴논이 청색광에 의해 활성화되고, 많은 상표의 개시제가 UV 광에 의해 활성화된다. 원하는 파장으로 작동하도록 선택된 LED 다이가 특정 중합 가능한 조성물에 대해 원하는 방식 및 시간 간격으로 경화를 달성하기 위해 중요하다. 일 실시예에서, LED 패키지는 약 350 nm 내지 약 490 nm의 범위 내의 특정 주파수로 광을 발산하도록 구성된 하나 이상의 LED 다이를 가질 수 있다. 바람직한 실시예에서, LED 패키지는 적어도 UV 스펙트럼 그리고 별도로 또는 동시에 청색 스펙트럼 내의 광을 발산할 수 있다. 본 발명의 치과용 경화 광 내에서 사용될 수 있는 적합한 LED 패키지 및 다이의 예가 본 명세서에 참조로 통합된 얀(Yan)의 미국 특허 제7,473,933호에 개시되어 있다.
LED 다이(160)로의 전력 연결은 접촉부(170a, 170b)를 통해 이루어질 수 있다. 이러한 실시예에서, 접촉부는 기판(162) 내에 매립될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 접촉부는 패키지 본체의 다른 구조물 또는 LED 조립체의 다른 구성요소 내에 위치될 수 있다. 접촉부 및 LED 다이(160)로의 트레이스는 침착 기술과 같지만 이로 제한되지 않는 공지된 기술을 사용하여 침착된 금 또는 다른 전도성 금속 트레이스로부터 만들어질 수 있다. LED 패키지(152)가 와이어(134a, 134b)로부터 전력을 수신하는 것으로 도시되어 있지만, 전력은 트레이스 또는 리드 또는 LED 다이로 전력을 송출하기에 적합한 임의의 다른 기술을 사용하여 공급될 수 있다. 일 실시예에서, LED 패키지(152)로의 트레이스는 스크래치 저항 코팅과 같은 전기 절연성 코팅 또는 도 5b 및 5D-5J와 관련하여 설명되는 바와 같은 도포된 열 전도성 층 내에 매립될 수 있다. 이러한 실시예에서, 헤드(110)와 공동(136) 사이의 전기 접촉부(예컨대, 와이어 또는 트레이스)가 장치 본체(102)의 목부(108)의 외부를 따라 이어질 수 있다. 와이어 또는 트레이스는 트레이스 아래의 산화알루미늄과 같은 제1 전기 절연성 층과 그 다음 트레이스 위의 산화알루미늄과 같은 다른 전기 절연성 코팅 층을 사용함으로써 코팅 내에 매립될 수 있다. 절연 코팅 층은 산화알루미늄, 질화알루미늄, 또는 임의의 다른 적합한 전기 절연성 코팅일 수 있다. 하부 절연 층은 알루미늄 본체를 양극 산화시킴으로써 형성될 수 있고, 상부 절연 층은 플라즈마 화염 분사에 의해 형성될 수 있다.
도 10은 복수의 LED 다이(260a, 260b, 260c, 260d)를 포함하는 본 발명의 대안적인 실시예를 도시한다. 복수의 다이의 사용은 패키지(252)가 하나보다 많은 파장으로 발산하고 그리고/또는 하나의 파장에서 더 많은 광을 발산하도록 허용한다. 하나의 예시적인 실시예에서, LED 다이(260a, 260b)는 약 460 nm 내지 약 470 nm의 범위 내의 광을 발산하도록 구성되고, 다이(260c)는 약 445 nm 내지 약 455 nm의 범위 내의 광을 발산하도록 구성되고, 다이(260d)는 약 400 nm 내지 약 410 nm(예컨대, 약 405 nm)의 범위 내의 광을 발산하도록 구성된다. LED 패키지(252)는 다이 풋프린트(footprint)에 대해 이용 가능한 물리적 공간이 있는 한, 임의의 개수의 다이를 포함할 수 있다. LED 다이는 광 중합 가능한 조성물을 경화시키기에 적합한 임의의 주파수에서 광을 발산하도록 구성될 수 있다. LED 패키지(252)는 LED 패키지를 구동하기 위한 접촉부(270a-270c)를 포함한다. LED 다이들은 직렬 또는 병렬로 그리고 도 1-9에 대해 설명된 것과 유사한 전압 및 전력 출력으로 구동될 수 있다.
D. 대안적인 치과용 경화 광
도 11-13은 제거 가능한 컵형 부재(280)를 갖는 헤드부를 포함하는 대안적인 치과용 경화 광(200)을 도시한다. 제거 가능한 부재(280)는 열 전도성 층(254)을 사용하여 제거 가능한 부재(280)에 결합되는 LED 패키지(252)를 수용한다. LED 패키지와 장치 본체(202) 사이의 열 전도는 헤드(210)가 부재(280)를 헤드(210)의 일 부분에 고정시키기 위한 결합 수단을 포함하는 점을 제외하고는 경화 광(100)에 관한 것과 동일하다.
일 실시예에서, 결합은 나사식 본체(282)에 의해 제공되고, 부재(280) 상의 나사(284)는 제거 가능한 부재(280)가 헤드(210)의 나사식 본체(282) 내로 나사 결합되도록 허용한다. 웰 또는 공동(244)의 바닥(256)이 제거 가능한 부재(280)의 하부 표면(286)과 밀접하게 접촉한다. 제거 가능한 부재(280)의 하부(286) 및 공동(244)의 바닥(256)의 상대적으로 큰 표면적은 헤드(210)의 부분들 사이에서의 양호한 열 전달을 보장한다. 제거 가능한 부재(280)와 공동(244) 사이의 연결은 나사, 스냅 결합 연결구, 핀 커넥터, 또는 유사한 기능을 제공하는 유사한 연결구와 같지만 이들로 제한되지 않는 임의의 제거 가능한 연결구를 사용하여 이루어질 수 있다.
제거 가능한 부재(280)는 장치 본체(102)에 대해 위에서 설명된 바와 같이 장치 본체(202)의 다른 부분들과 동일한 재료로부터 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 제거 가능한 부재(280)는 장치 본체(202)와 동일한 재료로부터 만들어진다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 제거 가능한 부재(280)는 장치 본체(202)의 다른 부분에 비해 더 높은 열 전도성을 갖는 금속 또는 다른 열 전도성 재료를 포함할 수 있다.
와이어(234)와 LED 패키지(252) 사이의 전기적 연결은 한 쌍의 스프링 부하식 접촉부(290a, 290b)를 제공함으로써 달성될 수 있다. 제거 가능한 부재(280)는 제거 가능한 부재(280)가 나사 결합될 때 스프링 부하식 접촉부(290a, 290b)를 압축시키는 대응하는 전기 접촉부(292a, 292b)를 포함한다. 임의의 전기적 결합 수단이 전기적 접촉이 공동(244) 내에 확실히 안착된 제거 가능한 부재(280)와 이루어질 수 있는 한, 사용될 수 있다.
제거 가능한 부재(280)의 사용은 LED 패키지(252)가 상대적으로 쉽게 교체 또는 업그레이드되도록 허용한다. LED 패키지(252)를 수리되거나 개선된 LED 패키지로 교체 또는 업그레이드하기 위해, 제거 가능한 부재(280)는 제거될 수 있고, 새로운 LED 패키지(252)를 포함하는 새로운 제거 가능한 부재(280)가 헤드(210) 내로 나사 결합되거나 그 위로 결합될 수 있다. 이에 의해, 치과 의사는 더 새로운 장치가 필요할 때, (파손된 장치의 경우에서와 같이) 전체 장치를 제조사로 반품하거나 전체 장치를 폐기하는 비용을 회피할 수 있다. 제거 가능한 부재(280)는 임의의 개시된 경화 광에 관련하여 위에서 설명된 임의의 특징과 조합하여 사용될 수 있다.
도 13은 또한 내부 표면(295)을 갖는 개방부를 형성하는 반사 칼라(294)를 도시한다. 반사 칼라(294)는 광을 LED 패키지(252)로부터 렌즈(250)로 반사시키고 보낸다. 바람직한 실시예에서, 반사 칼라(294)는 원통형 형상을 갖지만, 필요하다면, 다른 형상이 사용될 수 있다. 반사 칼라(294)는 그의 표면 상에서의 광의 반사율을 개선하여, 흡수를 감소시키는 내부 표면(296) 상의 반사 코팅을 포함할 수 있다. 반사 코팅은 바람직하게는 고광택 귀금속 코팅이다. 로듐 및 팔라듐이 적합한 귀금속의 예이고, 로듐이 특히 바람직하다. 귀금속은 시간에 걸쳐 반사율을 감소시킬 수 있는, 변색에 저항하는 능력 때문에 바람직하다.
일 실시예에서, 제거 가능한 부재(280)의 구성요소들은 렌즈 하우징(300)의 일 부분과 나사식 본체(282) 사이에 생성되는 스냅 결합(298)을 사용하여 고정될 수 있다. 반사 칼라(294)는 렌즈 하우징(300)과 맞닿는 제1 와셔(304)와 맞닿는 파형 스프링(302)에 의해 제거 가능한 부재(280) 내에 고정될 수 있다. 제2 와셔(306)가 반사 칼라(294)를 제거 가능한 부재(280)의 하부로부터 분리시킨다. 반사 칼라(294)는 상이한 유형의 스프링을 사용하여 또는 접착제와 같지만 이로 제한되지 않는 상이한 유형의 연결 메커니즘에 의해 고정될 수 있다.
일 실시예에서, 렌즈(250)는 그의 표면 상에 반사 방지 코팅을 갖는다. 반사 방지 코팅은 바람직하게는 LED 다이와 대면하는 표면 상에 있지만, 다른 표면이 또한 코팅될 수 있다. 반사 방지 코팅은 렌즈의 표면에서의 광의 반사를 감소시켜서, 렌즈(250)를 통과하는 광의 비율을 증가시키고 렌즈(250)에서 반사되는 광에 기인한 흡수를 감소시킨다. 반사 방지 코팅의 예는 불화마그네슘을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 당연히, 하나 이상의 시준 광결정이 렌즈(250)에 대한 대안으로서 사용될 수 있다.
도 13의 실시예에 대해 도시된 상기 구조 및 코팅은 상기 도 1-10에서 설명된 특징과 조합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 대안적인 실시예에서, 치과용 경화 광은 장치 본체의 손잡이부의 공동 내에 충전식 배터리를 포함한다. 이러한 실시예에서, 손잡이부의 기부 단부에서의 전기 플러그 또는 다른 연결부가 전력 코드를 대체하고, 치과용 경화 광이 배터리를 충전시키기 위해 충전 스테이션 또는 베이스에 연결되도록 허용한다. 위에서 설명된 바와 같이 LED 패키지를 저전력화하는 것은 충전이 없이 더 긴 시간 동안 더 높은 전력 출력을 허용하기 위해 그리고/또는 충전 사이에 원하는 사용 시간을 달성하면서 배터리 팩의 크기를 감소시키기 위해, 충전식 배터리와 조합하여 사용될 때 특히 유리하다.
Ⅲ. 치과용 경화 광의 작동 구성 및 사용 방법
본 발명의 치과용 경화 광은 매우 높은 광 출력으로 발산하고 그리고/또는 낮은 작동 온도 및 높은 효율로 연속적으로 발산하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 경화 광 장치는 LED 패키지로의 전력을 제어하는 전자 장치 조립체를 포함한다. 전자 장치 조립체는 LED 다이를 과열시키지 않고서 연장된 시간 동안 매우 높은 광 강도로 LED 다이를 구동하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, LED 패키지는 적어도 약 2000 mW/cm2, 적어도 3000 mW/cm2, 또는 3500 mW/cm2를 초과하는 총 광 출력의 안정된 발산을 생성할 수 있다. 본 발명의 목적을 위해, 달리 표시되지 않으면, 총 광 출력은 서모파일 측정 장치를 사용하여 측정된다. 몇몇 실시예에서 사용될 수 있는 다른 유형의 광 측정 장치는 분광계 및 데메트론(Demetron) 복사계를 포함한다.
본 발명의 LED 경화 장치는 3500 mW/cm2에서 전형적으로 작동하는 아크 램프에 의해 발생되는 광만큼 강하거나 그보다 훨씬 더 강한 LED에 의해 안정된 광 출력을 달성할 수 있다. LED 광원을 사용하여 그러한 높은 광 출력으로 광을 발산하는 능력은 장치 본체의 열 소산기로서의 사용 및 열을 LED 다이로부터 열이 소산되는 장치 본체로 빠르고 효율적으로 전도시키기 위한 열 전도성 층의 사용에 부분적으로 기인한다.
본 발명의 일 실시예에서, 전자 장치 조립체는 고강도 출력에서도, LED 다이의 출력의 파장 변이를 최소화하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 전자 장치 조립체는 LED 다이의 실제 최대 또는 정격 전력보다 상당히 낮은 최대 입력 전력으로 LED 다이를 급전하도록 구성된다. 예를 들어, 경화 광은 약 10 와트에서의 작동을 위한 등급의 하나 이상의 LED 다이를 포함할 수 있고, 전자 장치 조립체는 약 2.5 와트의 최대 입력 전력으로 장치를 급전하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 전자 장치 조립체는 적어도 약 500 mW/cm2, 더 바람직하게는 적어도 약 800 mW/cm2, 더 바람직하게는 적어도 약 1000 mW/cm2, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 약 2000 mW/cm2, 또는 적어도 약 3000 mW/cm2의 광 출력을 달성하면서, LED 다이의 정격 최대 전력의 80% 미만, 더 바람직하게는 약 50% 미만, 훨씬 더 바람직하게는 약 40% 미만, 가장 바람직하게는 약 30% 미만의 최대 입력 전력으로 LED 패키지를 급전하도록 구성된다.
일 실시예에서, LED 경화 광은 높은 광 출력에서도, 전력 입력의 와트당 총 광 출력의 매우 높은 효율을 갖도록 구성될 수 있다. 본 발명의 장치는 10% - 30% 범위 내의 입력 전력의 와트당 총 광 출력의 효율을 갖는 경향이 있는, 이미 공지된 고전력 경화 광의 전형적인 효율보다 상당히 더 큰 총 광 출력의 효율을 갖도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명의 경화 광의 LED 다이의 효율은 적어도 약 40%, 더 바람직하게는 적어도 약 50%, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 약 60% 및 가장 바람직하게는 적어도 약 70%이고, 효율은 LED 다이로의 입력 전력의 와트당 경화 광으로부터의 총 광 출력의 와트에 따라 측정된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 4개의 LED 다이를 구비한 LED 패키지 및 10 와트의 정격 전력을 갖는 경화 광은 6 와트로 작동되고, 3500 mW/cm2의 총 광 강도를 출력한다. 치과용 경화 광 장치의 최고 효율은 LED와 렌즈 또는 광결정 사이에 반사 칼라를 포함하는 구성으로 달성될 수 있다. 임의의 채용된 렌즈 상에서의 반사 방지 코팅의 사용은 효율을 추가로 개선한다.
정격 최대 전력의 일부로 LED 다이를 구동하는 것은 LED 다이 및 부근의 구조물의 온도 사이클링을 최소화한다. 이러한 기술은 둘 이상의 LED 다이를 포함하는 LED 구성과 함께 사용하기에 특히 유리하다. 제1 LED 다이를 그의 정격 전력 아래에서 구동하는 것은 인접한 LED 다이가 원하는 전력 출력에서 그의 설계 파장으로 발산하도록 보장한다. 따라서, 복수의 LED 다이가 과열의 결과인 임의의 LED 다이 내에서의 해로운 파장 변이 또는 상당한 전력 강하를 일으키지 않고서 연장된 시간 동안 연속적으로 하나 이상의 원하는 파장으로 동시에 작동될 수 있다.
LED 패키지를 저구동하는 것은 LED 다이 부근에서 작동 온도를 감소시킨다. 일 실시예에서, 다이에 인접한 LED 패키지 내의 온도는 약 80℃ 아래, 더 바람직하게는 약 70℃ 아래, 가장 바람직하게는 약 50℃ 아래로 유지될 수 있고, 이는 전통적인 경화 광 시스템의 전형적인 최대 작동 온도(예컨대, 125℃ 초과)보다 훨씬 더 낮다. 본 발명의 냉간 작동 경화 광은 환자에게 화상을 입히거나 불편함을 초래할 위험이 없이 치과 환자의 구강 내로 삽입될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예가 저구동되는 LED 다이를 포함하지만, 다른 실시예에서, 파장의 변이를 생성하기 위해 LED를 과구동하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 치과용 경화 광(100)의 전력 입력 및 광 출력은 일정 시간에 걸쳐 상승될 수 있다. 본 발명의 경화 광의 낮은 작동 온도 및/또는 높은 광 출력은 많은 가능한 상승 시간 및 광 출력 강도를 제공한다. 상승 시간은 하나의 시나리오에 대해서는 적절하지만 다른 시나리오에 대해서는 적절하지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 치과용 경화 광은 사용자가 치과용 경화 장치의 광 출력을 상승시키기 위한 상승 시간을 선택하는 것을 허용하도록 구성된 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 치과용 경화 장치의 전자 장치 조립체는 약 2-20초, 더 바람직하게는 5-15초의 범위 내의 복수의 선택 가능한 상승 시간을 포함한다. 예시적인 선택 가능한 시간은 5초, 10초, 15초, 및 20초를 포함한다. 이러한 실시예에서, 사용자는 복수의 상승 시간 중 하나를 선택하고, 장치는 선택된 시간 내에 선택된 광 출력 강도에 도달하도록 전력 입력을 증분식으로 증가시킨다. 예를 들어, 선택된 광 강도 출력이 2000 mW/cm2이고, 사용자 선택 상승 시간이 5초이면, 전자 장치 조립체는 5초 이내에 2000 mW/cm2의 광 강도 출력에 도달하도록 LED 다이로의 전력 입력을 증분식으로 증가시킨다. 동일한 장치를 사용하여, 사용자는 3초와 같은 상이한 상승 시간을 선택할 수 있고, 전자 장치 조립체는 3초 이내에 원하는 광 강도 출력(예컨대, 2000 mW/cm2)까지 입력 전력을 증분식으로 증가시킬 것이다. 상승에 관한 추가의 세부 사항은 본 명세서에 참조로 통합된, 스캇(Scott)의 미국 특허 출원 공개 제2006/0033052호에 설명되어 있다.
본 발명은 또한 치과용 경화 광을 사용하여 중합 가능한 조성물을 경화시키는 방법을 포함한다. 방법은 (i) 상기 실시예들 중 하나 이상에 따른 치과용 경화 광을 제공하는 단계, (ⅱ) 환자의 구강 내에 광 경화성 조성물을 침착시키는 단계, 및 (ⅲ) 광 경화성 조성물을 경화시키기에 충분한 시간 동안 중합 가능한 조성물을 향해 광선을 유도함으로써 치과용 경화 광을 사용하여 조성물을 경화시키는 단계를 포함하고, 광선은 적어도 약 2000 mW/cm2의 광 강도를 갖는다. 치과용 조성물은 중합 가능한 성분 및 광 경화 장치로부터 발산되는 파장의 광에 대해 감응하는 광개시제를 포함한다. 광 경화성 치과용 조성물의 예가 본 명세서에 참조로 통합된, 로버리지(Loveridge)의 미국 특허 출원 공개 제2006/0194172호에 개시되어 있다. 본 기술 분야의 당업자는 환자의 치아 내에 경화성 조성물을 위치시키고 경화시키기 위한 파장 및 조성물과 친숙하다.
본 발명은 그의 사상 또는 본질적인 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 실시될 수 있음이 이해될 것이다. 설명된 실시예는 모든 태양에서, 제한적이지 않고 단지 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 그러므로, 본 발명의 범주는 상기 설명보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 표시된다. 특허청구범위의 등가물의 의미 및 범위 내에 드는 모든 변화가 특허청구범위의 범주 내에 포함되어야 한다.

Claims (20)

  1. 치과용 경화 광 장치이며,
    연속적이고 이음매 없는 단일편의 열 전도성 재료와, LED 조립체와, 열 전도성 층과, 전자 장치 조립체를 포함하고,
    상기 연속적이고 이음매 없는 단일편의 열 전도성 재료는 말단 단부 및 기부 단부 사이에서 연장되고 길이방향 축을 갖고, 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편의 열 전도성 재료는 말단 단부에 있는 발광 헤드부, 기부 단부로 연장되는 손잡이부 및 말단 단부와 기부 단부 사이에서 적어도 부분적으로 연장되는 내부 공동을 갖고,
    상기 LED 조립체는 상기 발광 헤드부에 열적으로 연결되고, 상기 LED 조립체는 하나 이상의 LED 다이 및 하나의 열 전도성 LED 조립체 기판을 포함하고, 상기 LED 조립체는 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편의 열 전도성 재료의 길이방향 축에 평행한 평면을 따라 배치되고,
    상기 열 전도성 층은 상기 LED 조립체를 상기 발광 헤드부에 열적으로 연결시키고,
    상기 전자 장치 조립체는 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편의 열 전도성 재료의 내부 공동 내에 배치되는,
    치과용 경화 광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열 전도성 층은 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편과는 별개인 단일편으로서 100 ㎛ 내지 1.5 mm의 두께를 갖는 단일편을 포함하는,
    치과용 경화 광 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열 전도성 층은 상기 헤드부에 가해진 재료로서 0.05 ㎛ 내지 50 ㎛ 의 두께를 갖는 재료를 포함하는,
    치과용 경화 광 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열 전도성 층은 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편의 열 전도성 재료보다 더 높은 열 전도도를 갖는,
    치과용 경화 광 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편의 열 전도성 재료는 알루미늄, 구리, 마그네슘 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는,
    치과용 경화 광 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편의 열 전도성 재료는 탄소 섬유, 붕소 섬유, 질화 붕소 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 열 전도성 세라믹 섬유를 포함하는,
    치과용 경화 광 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편은 본질적으로 직선형인,
    치과용 경화 광 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 헤드부는 나사 구멍 및 상기 나사 구멍 내에 수용된 열 전도성 컵을 더 포함하고, 상기 LED 조립체 및 상기 열 전도성 층은 상기 열 전도성 컵 내에 위치되는,
    치과용 경화 광 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편의 열 전도성 재료는 닫힌 말단 단부를 형성하고, 상기 나사 구멍은 상기 헤드부의 일 측을 관통하도록 형성된,
    치과용 경화 광 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 열 전도성 층은 인쇄 회로 기판을 포함하는,
    치과용 경화 광 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판은 세라믹 인쇄 회로 기판을 포함하는,
    치과용 경화 광 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판은 금속 인쇄 회로 기판을 포함하는,
    치과용 경화 광 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 열 전도성 층은 열 전도성 그리스, 열 전도성 겔, 실리콘 그리스, 폴리머 그리스, 금속 그리스, 나노 입자 그리스 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된,
    치과용 경화 광 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편의 외부 표면에 스크래치 저항 재료를 더 포함하는,
    치과용 경화 광 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편의 일 측을 통해 상기 내부 공동으로의 접근을 제공하는 신장된 구멍을 더 포함하고, 상기 신장된 구멍은 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편의 헤드부의 측면을 통과하는 것을 포함하여 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편을 통해 연장되고,
    상기 전자 장치 조립체는 상기 신장된 구멍을 통해 접근 가능하고 그리고/또는 연장되는 제어 패널을 포함하는,
    치과용 경화 광 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편의 기부 단부에 전력 코드 구멍과,
    상기 전력 코드 구멍을 통해 수용되고 상기 전자 장치 조립체에 전기적으로 연결되는 전력 코드와,
    상기 연속적이고 이음매 없는 단일편의 기부 단부에 부착되고 상기 전력 코드 구멍을 둘러싸기 위해 상기 전력 코드와 협동 작용하는 보호 슬리브를 더 포함하는,
    치과용 경화 광 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편은 상기 치과용 경화 광 장치의 기부 단부로의 모든 방향으로 연장되고, 상기 치과용 경화 광 장치는 상기 손잡이부의 내부를 포함하여 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편의 내부 공동 내부에 재충전 가능한 충전식 배터리를 더 포함하는,
    치과용 경화 광 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편의 열 전도성 재료는 상기 치과용 경화 광 장치의 열 전도성 재료의 전체 길이를 제공하는,
    치과용 경화 광 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편의 열 전도성 재료의 내부 공동은 상기 손잡이부의 적어도 일부를 통해 연장되는,
    치과용 경화 광 장치.
  20. 치과용 경화 광의 제조 방법이며,
    말단 단부 및 기부 단부 사이에서 연장되고 길이방향 축을 갖는, 연속적이고 이음매 없는 단일편으로부터 가공하는 단계로서, 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편은 말단 단부에 있는 발광 헤드부, 기부 단부로 연장되는 손잡이부 및 말단 단부와 기부 단부 사이에서 적어도 부분적으로 연장되는 내부 공동을 갖는, 가공 단계와,
    하나 이상의 LED 다이를 갖는 LED 조립체를 열 전도성 층에 의해 열 전도성 LED 조립체 기판과 열적으로 연결시키는 단계로서, 상기 LED 조립체는 상기 연속적이고 이음매 없는 단일편의 열 전도성 재료의 길이방향 축에 평행한 평면을 따라 배치되는, 열적으로 연결시키는 단계와,
    상기 연속적이고 이음매 없는 단일편의 열 전도성 재료의 내부 공동 내에 전자 장치 조립체를 배치시키는 단계를 포함하는,
    치과용 경화 광의 제조 방법.
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