KR102256157B1 - 제모 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적색 모발을 제거하기 위한 제모 장치에 관한 것으로, 상기 제모 장치는 광 방출 유닛을 가지며, 상기 광 방출 유닛은 기판, 및 상기 기판 상에 적어도 0.2 ㎠, 특히 적어도 1 ㎠의 면적으로 장착되는, 480 nm 내지 510 nm의 파장 범위의, 특히 약 500 nm의 피크 방출 파장에서 방출하는 복수의 제1 LED 다이를 가지며, 상기 제모 장치는 상기 제1 LED 다이에 의해 펄스 길이가 30 ms 내지 200 ms 범위인 처리 광 펄스(treatment light pulse)를 방출하도록 배열되고, 상기 제1 LED 다이는, 3 J/㎠ 내지 6 J/㎠ 범위의 사용자의 피부 상의 방사 플루언스(radiant fluence)가 상기 처리 광 펄스의 인가에 의해 달성되도록 하는 방사속(radiant flux)을 갖는다.

Description

제모 장치
본 발명은 복수의 LED 다이를 포함하는, 적색 모발을 제거하기 위한 제모 장치에 관한 것이다.
(일시적 및/또는 영구적) 제모 ([일시적] 모발 성장 감소로도 알려짐)를 가져오는 모발 세포의 소정 부분 (본질적으로 단백질)의 열에 의해 야기되는 응고 (즉, 변성)와 같은 소정의 효과를 달성하기 위하여 비교적 높은 세기의 광에 의해 제모가 달성될 수 있는 것으로 알려져 있다. 적어도 일시적인 제모에 적합한 대부분의 알려진 광 기반 제모 장치는 레이저 광원 또는 플래시 램프를 사용하는데, 두 광원 모두 단펄스로 높은 세기의 광을 제공할 수 있기 때문이다. LED는 일반적으로 피부 처리를 위한 하나의 대체 광원으로서 설명되어 왔다. 적색 모발은, 예를 들어 플래시 램프에 기반한 IPL 장치로 처리가능한 것으로 통상 여겨지지 않는데, 이는, 적색 모발이 유멜라닌(eumelanin)을 포함하지 않고, 대신에 더 적색을 띤 페오멜라닌(pheomelanin)을 포함하기 때문으로, 페오멜라닌은 통상의 전체 IPL 파장 스펙트럼에서 더 적은 에너지를 흡수하여, 멜라닌 운반체에 근접하게 위치된 모발의 관련 단백질의 선택적 광선열융해를 통한 응고가 용이하게 달성될 수 없다.
문헌 US 2012/0116373 A1호는 대상체에 광을 인가하기 위한 광 인가 장치를 개시한다. 이 장치는 처리용 광(processing light) 및 감지용 광(sensing light)을 발생시키기 위한 광원을 포함하며, 여기서는 제어 유닛이 처리 시간 간격 동안은 처리용 광이 그리고 감지 시간 간격 동안은 감지용 광이 교대로 발생되도록 광원을 제어한다. 광원은 우선적으로는 고상 광원, 특히 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드이다. 광원은 VCSEL을 포함하는 것이 바람직하다. 처리용 광은 우선적으로는 570 내지 1200 nm 범위의 파장 및 2 내지 30 J/㎠ 범위의 에너지 밀도 및 1 내지 600 ms 이내의 펄스 지속시간을 갖는다.
본 발명의 목적은, 알려진 장치에 비하여 개선되고 특히 적색 모발 처리 능력을 제공하는 복수의 LED 다이를 포함하는 제모 장치를 제공하는 것이다.
일 태양에 따르면, 적색 모발을 제거하기 위한 제모 장치가 제공되며, 상기 제모 장치는 광 방출 유닛을 가지며, 상기 광 방출 유닛은 기판, 및 상기 기판 상에 적어도 0.2 ㎠, 특히 적어도 1 ㎠의 면적으로 장착되는, 480 nm 내지 510 nm의 파장 범위의, 특히 약 500 nm의 피크 방출 파장에서 방출하는 복수의 제1 LED 다이를 가지며, 상기 제모 장치는 상기 제1 LED 다이에 의해 펄스 길이가 30 ms 내지 200 ms 범위인 처리 광 펄스(treatment light pulse)를 방출하도록 배열되고, 상기 제1 LED 다이는, 3 J/㎠ 내지 6 J/㎠ 범위의 사용자의 피부 상의 방사 플루언스(radiant fluence)가 상기 처리 광 펄스의 인가에 의해 달성되도록 하는 방사속(radiant flux)을 갖는다.
일 태양에 따르면, 적색 모발을 제거하기 위한 미용 제모 방법이 제공되며, 상기 방법은 복수의 제1 LED 다이가 적어도 0.2 ㎠, 특히 적어도 1 ㎠ 면적으로 장착된 기판을 제공하는 단계로서, 상기 제1 LED 다이는 480 nm 내지 510 nm의 파장 범위의 피크 방출 파장, 특히 약 500 nm의 피크 방출 파장을 갖는 광을 방출하도록 배열되는, 단계; 및 펄스 길이가 30 ms 내지 200 ms의 범위인 처리 광 펄스를 방출하도록 상기 복수의 제1 LED 다이를 제어하는 단계로서, 상기 복수의 제1 LED 다이는, 3 J/㎠ 내지 6 J/㎠ 범위의 사용자의 피부 상의 방사 플루언스가 상기 처리 광 펄스의 인가에 의해 달성되도록 하는 방사속으로 방출하도록 제어되며, 특히 상기 방사속은 상기 펄스 길이 동안 제1 LED 다이당 적어도 200 mW인, 단계를 포함한다.
일 태양에 따르면, 적색 모발을 제거하기 위한 제모 장치가 제공되며, 상기 제모 장치는 광 방출 유닛을 포함하며, 상기 광 방출 유닛은 적어도 하나의 고상 광원을 가지며, 상기 고상 광원은 특히, 기판 상에 장착된 복수의 제1 LED 다이에 의해 실현되며, 상기 고상 광원은 480 nm 내지 510 nm의 파장 범위의 처리 광 펄스를 방출하도록 제어가능하며, 상기 처리 광 펄스는 특히, 펄스 길이가 30 ms 내지 200 ms의 범위이고/이거나 상기 처리 광 펄스를 통해 인가된 사용자의 피부 상의 방사 플루언스가 3 J/㎠ 내지 6 J/㎠의 범위이다.
본 발명이 도면을 참조하여 기술된 예시적인 실시 형태의 상세한 기술에 의해 추가로 설명될 것이다. 도면에서,
도 1은 로그 스케일 상에서의 멜라닌, 물, 및 옥시헤모글로빈에 대한 흡수 계수 vs. 300 nm 내지 2000 nm의 광의 파장을 나타낸 그래프이다.
도 2는 유멜라닌 및 페오멜라닌의 흡광 계수(extinction coefficient) vs. 200 nm 내지 900 nm의 광의 파장을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 광 방출 유닛의 예시적인 실시 형태의 개략도이며, 상기 광 방출 유닛은 LED 다이의 8 × 8 매트릭스가 장착된 기판을 포함한다.
도 4a는 제1 및 제2 복수의 제1 및 제2 LED 다이를 포함하는, 기판 상에 장착된 LED 다이의 8 × 8 매트릭스의 다른 예시적인 실시 형태이다.
도 4b는 제1 및 제2 복수의 제1 및 제2 LED 다이를 포함하는, 기판 상에 장착된 LED 다이의 15 × 4 매트릭스의 예시적인 실시 형태이다.
도 5는 제1 및 제2 복수의 제1 및 제2 LED 다이를 포함하는, 기판 상에 장착된 LED 다이의 8 × 8 매트릭스의 다른 예시적인 실시 형태이다.
도 6은 4개의 상이한 복수의 LED 다이를 포함하는, 기판 상에 장착된 LED 다이의 8 × 8 매트릭스의 추가의 예시적인 실시 형태이다.
도 7a는 본 발명에 따른 제모 장치의 예시적인 실시 형태의 측면도이다.
도 7b 내지 도 7d는 도 7a에 나타낸 바와 같은 제모 장치의 다양한 예시적인 헤드 섹션에 대한 정면도로서, 피부 특성을 측정하기 위한 하나 이상의 추가적인 센서의 상이한 위치들이 표시되어 있다.
도 8은 기판 상에 장착된 LED 다이의 어레이의 개략도로서, 상기 기판은 과잉 열을 운반해 가기 위해 다시 히트 싱크 상에 장착된다.
도 9a는 케이싱을 구비한 기판 상에 장착된 LED 다이의 어레이의 도면으로서, 상기 케이싱은 장착 기판 영역 둘레에 배열된 반사성 내벽을 갖는다.
도 9b는 도 9a에 나타낸 케이싱을 구비한 LED 다이 어레이의 단면 사시도이다.
광 (특히, 적어도 하나의 처리 광 펄스의 형태의 광)을 피부에 인가함으로써 다양한 유형의 피부 처리가 영향을 받을 수 있는 것으로 일반적으로 알려져 있다. 그러한 피부 처리는 피부 재생, 주름 감소, 여드름 치료, 및 (일시적 및 영구적) 제모 (이는 모발 성장 감소 또는 모발 성장 관리로도 명명되는데, 모발은 광의 인가에 의해 반드시 즉시 제거되는 것은 아니기 때문임)를 포함한다. 특히, 일시적 및/또는 영구적 제모 (모발 성장 감소 - 이하에서, 단지 "제모"로 사용됨)를 달성하기 위한 피부 처리는, 단위 면적당 LED 다이 어레이에 의해 방출되는 방사속이 피부 재생 등에 필요한 방사속보다 훨씬 더 높을 것을 필요로 한다. 피부 상에의 처리 광 펄스의 인가를 위하여, 레이저 광원, 플래시 램프 (예를 들어, 제논 아크 램프), 및 반도체 광원, 예컨대 LED와 같은 다양한 광원이 논의되어 왔다. 레이저 광원 및 플래시 램프가 제모와 관련하여 폭넓게 논의되어 왔지만, 광원으로서의 LED의 인가는 훨씬 덜 상세하게 논의되어 왔는데, 이는, 특히 단펄스 길이 이내 (예를 들어, 10 ms 미만)에서 피부 상에 인가되어야 하는 데 필요한 방사 플루언스가 레이저 또는 플래시 램프에 의해 용이하게 전달되기 때문이다. 이제, 본 발명은 반도체 광원 (이하에서 용어 LED가 사용되는 경우, 이는 다른 고상 광원, 예컨대 VCSEL, VECSEL, 또는 OLED를 포함할 것임), 특히 LED 다이의 어레이(즉, 패키징된 LED와 대조적인 반도체 다이) 및 광-기반 일시적 또는 영구적 제모를 위한 그의 용도에 관한 것이다. 일부 실시 형태에서, 용어 LED는 단지 비-레이저-유형의 발광 다이오드 (예컨대, LED 및 OLED)만을 포함할 것이다.
LED 다이는, 예를 들어 사용되는 반도체 재료에 따라 자외(UV)광으로부터 적외(IR)광까지의, 즉 약 280 nm로부터 1300 nm까지의 본질적으로 임의의 파장의 광을 방출할 수 있다. LED 다이는 Δλ
Figure 112018085747745-pct00001
± λ/20의 비교적 좁은 스펙트럼 대역폭을 갖는 광을 방출한다. 본 명세서에서, 용어 "파장"이 LED 다이와 관련하여 사용되는 경우, 파장은 피크 방출 파장, 즉 LED 다이의 광 방출 곡선의 최대의 파장을 의미한다.
제모 방법은 통상 미용적 (즉, 미적) 성질을 갖는다. 단지 매우 드문 경우에, 병리학적 상태 (예를 들어, 다모증)를 치료하는 데 제모 방법이 사용될 것이다. 본 명세서에 기재된 방법은 미용 제모를 목표로 한다.
본 발명에 따르면, 480 nm 내지 510 nm 범위의, 특히 약 500 nm의 피크 방출 파장의 광을 방출하는 복수의 제1 LED 다이가 제공된다. 일부 실시 형태에서, 가시광 영역, 즉 400 nm 내지 700 nm 범위의 피크 방출 파장의 광을 방출하는 적어도 하나의 제2 LED 다이가 제공된다 (그리고 복수의 제1 LED 다이와 동일한 기판 상에 장착될 수 있다). 일부 실시 형태에 따르면, 적어도 하나의 제3 LED 다이 (즉, 가시 범위에서 방출하는 제2 LED 다이에 더하여 또는 그의 대안으로서)가 제공되며, 상기 제3 LED 다이는 590 nm 내지 980 nm 범위, 특히 630 nm 내지 900 nm 범위, 그리고 더 특히 700 nm 내지 880 nm 범위의 피크 방출 파장의 광을 방출한다. 일부 실시 형태에서, 제3 LED 다이는 700 nm 내지 760 nm 범위 또는 820 nm 내지 880 nm 범위의 피크 방출 파장의 광을 방출한다. 일부 실시 형태에서, 제3 LED 다이는 700 nm 내지 760 nm 범위의 피크 방출 파장의 광을 방출하고, 제4 LED 다이는 820 nm 내지 880 nm 범위의 피크 방출 파장의 광을 방출한다. 단일의 제2, 제3, 또는 제4 LED 다이 대신에, 제모 장치는 또한 복수의 그러한 LED를 포함할 수 있으며, 예를 들어 일 실시 형태에서, 가시 범위에서 방출하는 복수의 (예를 들어, 6개의) 제2 LED 다이가 존재하고, 700 내지 980 nm의 파장 범위에서 방출하는 복수의 제3 LED 다이가 존재한다. 제1 LED 다이에 더하여, 추가의 LED 다이의 임의의 조합이 선택될 수 있다. 추가의 LED 다이는 동일한 기판 상에 또는 하나의 (또는 몇몇) 추가의 기판(들) 상에 장착될 수 있다.
이론에 의해 제한되지 않고서, 본 발명에 따르면 그리고 일 태양에 따르면, 적색 모발을 제거하기 위한 제모 장치는 적어도 하나의 고상 광원을 포함하며, 상기 고상 광원은 약 ±25 nm 이하의 제한된 스펙트럼 대역폭을 갖는 480 nm 내지 510 nm의 파장 범위의 피크 방출 파장에서 방출한다 (여기서, 낮은 대역폭은 또한 광학 필터에 의해 달성될 수 있다). 광원(들)은 특히, 펄스 길이가 30 ms 내지 200 ms, 더 특히 60 ms 내지 200 ms, 그리고 더욱 더 특히 100 ms 내지 200 ms 범위인 이 파장 범위의 처리 광 펄스를 방출하도록 제어될 수 있다. 광원은 추가적으로 또는 대안적으로 사용자의 피부 상의 방사 플루언스가 1 J/㎠ 내지 10 J/㎠, 특히 3 J/㎠ 내지 6 J/㎠, 그리고 더 특히 3 J/㎠ 내지 5 J/㎠인 처리 광 펄스를 인가하도록 제어될 수 있다. 고상 광원은 특히, 기판 상에 장착될 수 있는 복수의 LED 다이에 의해 실현될 수 있다. 제어 유닛은 고상 광원을 활성화하여 처리 광 펄스를 방출하는 데 사용될 수 있으며, 상기 처리 광 펄스는 특히, 언급된 바와 같은 펄스 길이를 갖고/갖거나 언급된 바와 같은 사용자의 피부 상의 방사 플루언스를 갖는다.
일부 실시 형태에서, 제모 장치는 제모 기능과 다른 피부 처리 기능, 예컨대 피부 재생 기능 또는 여드름 치료 기능 또는 주름 감소 기능 사이에서 스위칭될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 제모 장치는 제1 LED 다이를 선택적으로 활성화하기 위하여, 적어도 복수의 제1 LED 다이와 접속된 (그리고, 존재한다면, 임의의 추가의, 즉 제2, 제3 등의 LED 다이와 접속될 수 있는) 제어 유닛을 갖는다. 제어 유닛은 제1 하위 복수의 제1 LED 다이를 활성화하여 처리 광 펄스를 방출할 수 있으며, 한편 제2 하위 복수의 제1 LED 다이는 활성화되지 않는데, 이는, 예를 들어 사용자-변환가능 설정 (예를 들어, 능동 영역 선택)에 따라 또는 적어도 하나의 피부 특성을 측정하기 위한 센서로부터 제공되는 센서 신호에 따라 행해진다. 제어 유닛은 또한 (a) 처리 광 펄스 이외에서 적어도 하나의 개별 LED 다이를 선택적으로 스위치 온 또는 오프하도록, 또는 (b) 처리 광 펄스 동안에 또는 적어도 처리 펄스의 일부분 동안에 개별 LED 다이를 스위치 온 또는 오프하도록, 또는 (c) 처리 광 펄스 동안에 적어도 하나의 LED 다이의 순방향 전류의 크기를 변동시키도록 배열될 수 있다.
일 태양에서, 하기의 설명은 기판 장착된 복수의 LED 다이 (이는 규칙적 어레이 패턴 형태로 장착될 수 있지만, LED 다이는 또한 불규칙적인 방식으로 장착될 수 있음)를 구비한 광 방출 유닛을 갖는 제모 장치에 초점을 두고 있으며, 상기 복수의 LED 다이는 30 ms 내지 200 ms 범위, 특히 60 ms 내지 200 ms, 더 특히 100 ms 내지 200 ms 범위의 광 펄스를 인가함으로써, 3 J/㎠ 내지 6 J/㎠ 범위, 특히 3 J/㎠ 내지 5 J/㎠ 범위의 방사 플루언스를 전달할 수 있다.
본 발명은 또한 480 nm 내지 510 nm의 녹색광 범위 이외에서 처리 광 펄스를 방출하는 LED 다이의 용도를 기재한다. 적색 모발의 제거에 특정한 본 장치는 추가적으로 또한, 유멜라닌을 포함하는 갈색을 띤 모발 (이때, 금발은 갈색을 띤 모발에 포함됨)을 제거하기에 적합한 LED 다이를 포함할 수 있음이 이해되어야 한다. 이 정도까지, 본 명세서에서의 모든 그러한 개시내용은 녹색 처리 광 펄스 방출 LED 다이에 더하여 존재할 수 있는 특징인 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서는, 비교적 긴 처리 광 펄스가 사용된다. 모낭을 아폽토시스(apoptosis) (프로그래밍된 세포사)에 이르게 하는 데 필요한 응고는 온도 및 시간 둘 모두의 함수인 것으로 알려져 있다. 따라서, 1 ms에 걸친 섭씨 70도의 온도 노출은 모낭 내의 단백질의 응고를 가져오지만, 섭씨 62도의 온도도, 모낭이 100 ms의 기간에 걸쳐 이 온도에 노출된다면, 마찬가지로 필요한 응고를 가져온다. 따라서, 10 ms 이상의 펄스 길이가 고려되지만, 4 J/㎠ 이상 범위의 방사 플루언스 - 이는 특히 창백한 피부에서의 갈색 모발을 처리하는 데 사용됨 - 가 적어도 60 ms의 펄스 길이, 더 특히 적어도 100 ms의 펄스 길이를 갖는 처리 광 펄스가 적어도 하나 또는 몇몇 처리 모드에서 사용될 것을 필요로 한다. 이는 특히, 상이한 파장들에서 방출하도록 배열된 상이한 LED 다이들이 기판 상에 장착될 때의 경우이다. 따라서, 적어도 일 태양에 따르면, 제모 장치는, 펄스 길이가 적어도 60 ms, 특히 펄스 길이가 80 ms 내지 120 ms의 범위, 전형적으로 약 100 ms인 적어도 하나의 처리 광 펄스를 방출하도록 배열된다. 이는 특히, 700 nm 내지 980 nm의 원적색(far red) 내지 적외 파장 범위에서 방출하는 LED 다이에 대한 경우일 수 있다.
기판 상에 장착된 LED 다이 중 적어도 일부는 적어도 일시적 제모에 영향을 주기에 충분한 장착 밀도 및 광 출력 파워 (방사속)를 갖는다. 이것은 하기 단락에서 더 상세히 설명될 것이다.
일 태양에서, 하기 설명은 제1 파장에서 방출하도록 배열된 복수의 제1 LED 다이 및 제1 파장과 상이한 제2 파장에서 방출하도록 배열된 적어도 하나의 제2 LED 다이를 포함하는 기판 장착된 LED 다이를 구비한 광 방출 유닛을 포함하는 제모 장치에 초점을 둔다. 일부 실시 형태에서, 제1 LED 다이는 적색 모발의 적어도 일시적 제모에 영향을 주기에 충분한 장착 밀도 및 광 출력 파워 (방사속)를 갖는다. 일부 실시 형태에서, 제2 LED 다이 (또는 복수의 제2 LED 다이)는 복수의 제1 LED 다이의 선택된 능동 영역을 나타내려는 목적에 충분한 더 낮은 방사속으로 가시광을 방출하도록 배열될 수 있다. 상이한 LED 다이들이 동일한 기판 상에 용이하게 장착될 수 있기 때문에, 처리용으로 배열된 제1 LED 다이와 표시용으로 배열된 제2 LED 다이가 동일한 장착 영역 상에 배열될 수 있고, 각각의 개별 와이어링으로 별개로 제어될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 동일한 종류의 LED 다이가 개별적으로 제어되는 대신에 그룹으로 제어된다. 특히, LED 다이는 직렬로 배열될 수 있으며, 이에 따라 그룹으로 제어될 수 있다. 따라서, LED 다이의 어레이의 단일 행 또는 열의 LED 다이는 직렬로 접속될 수 있지만, 물론 동시에 제어되어야 하는 LED 다이의 위치는 임의적이다.
완전함을 위하여, 본 발명이 용어 "펄스 길이"를 사용하는 경우, 이 기간은 반치전폭 (FWHM) 펄스 세기로 측정되는 펄스 길이를 의미한다.
"방사 플루언스"가 사용자의 피부에 대한 값으로서 본 명세서에서 제공되지만, 본 명세서에 기재된 바와 같은 제모 장치는 본질적으로 출구 개구의 레벨에 위치된 LED 다이를 갖거나, LED 다이가 장착된 기판 영역이 반사성 내벽을 갖는 케이싱에 의해 둘러싸이며, 이에 따라 (규칙적인 작동 동안) 사용자의 피부에 의해 받아들인 방사 플루언스는 LED 다이의 위치에서 방출되는 방사 플루언스를 의미함이 이해되어야 하는데, 이는 LED 다이가 장착된 기판 영역이 처리되는 피부의 영역과 실질적으로 동일한 크기이기 때문이다. LED 다이에 의해 방출되는 광이 반사형 케이싱에 의해 공간적으로 제한되지 않는 발산 빔으로 피부에 인가되는 경우에, 각각의 감소 인자가 고려될 필요가 있다 (즉, LED 다이 레벨에서의 방사 플루언스는 각각 본 명세서에서 정의된 피부 상의 방사 플루언스보다 더 높아야 한다).
플래시 램프와는 대조적으로, LED 다이는 (예를 들어, Δλ
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± λ/20의 스펙트럼 대역폭 (FWHM)을 갖는) 비교적 좁은 파장 대역에서 방출한다. 따라서, 레이저와 유사하게, LED 다이는 방출되는 광이 (예를 들어, 모발색 및/또는 피부색에 의해 결정되는) 특정 상황에 대해 최적이 되도록 선택될 수 있다. 따라서, 플래시 램프를 사용하는 IPL (Intense Pulsed Light, 강한 펄스광) 장치에 전형적으로 사용되는 광학 필터에 대한 필요성이 없는데, 이때 플래시 램프는 알려진 건강상의 이유로 필터링되어야 하는 UV 부분을 포함한 매우 폭넓은 파장 스펙트럼에서 방출한다.
본 발명의 일 태양에서, 제모 장치는 상이한 파장들에서, 예를 들어 2개의 상이한 파장, 3개의 상이한 파장 등에서 방출하도록 배열된 상이한 LED 다이들을 포함한다. 한편, 가시 파장에서 방출하도록 배열된 추가의 단일 LED 다이 (또는 복수의 LED 다이)가 사용자에게 장치의 온/오프 상태를 시각적으로 나타내는 데 사용될 수 있으며, 이에 따라 이는 비가시광 파장 범위 (예를 들어, 원적색 또는 적외(IR)광 영역)의 처리 광 펄스를 방출할 수 있다. 다른 한편, 상이한 파장들에서 방출하는 LED 다이들은 선택적으로 특정 상황 (예를 들어, 사용자별 또는 단일 사용자에 대한 모발색 및/또는 피부색의 변화, 여기서 특히 피부색은 처리 영역의 태닝에 좌우됨)에 맞게 파장을 조정하는 데 사용될 수 있다. 이들 가능성은 하기에서 더 상세하게 설명될 것이다.
본질적으로, 광 기반 제모는 주위 피부에는 영향을 주지 않고서 모낭에 열적 영향을 줌으로써 모발 성장을 감소시키거나 억제하는 것을 목표로 한다. 모낭에 열적 영향을 주기 위하여, 모낭 내의 표적 발색단에 의해 광이 흡수되어야 한다. 일반적으로, 표적 발색단은 멜라닌이다 (즉, 전형적으로는 갈색을 띤/흑색을 띤 유멜라닌이지만, 또한 적색을 띤 페오멜라닌인데, 이는 대개 적색 모발에 존재한다). 도 1은 300 nm 내지 2000 nm 범위의 로그 스케일 상에서의 멜라닌, 옥시헤모글로빈 (혈액), 및 물의 상대 광 흡수를 나타낸다 (도 1의 흡수 곡선은 하기로부터 발췌됨: 문헌[Christine C. Dierickx, M.D. "Laser Hair Removal: Scientific Principle and Practical Aspects", Lumenis, 2002 - www.lumenis.com]). 모낭의 멜라닌 운반 부분에서 발생된 열은 주위 조직 내로 소산되고, 가열 시간 및 온도가 함께 소정 역치를 초과하는 경우, 궁극적으로 단백질의 응고를 가져오며, 이 경우에, 설명된 바와 같이, 가열 시간이 더 길다면 응고를 가져오는 온도는 더 낮다.
본 발명은 본질적으로 대면적 제모 장치 (예를 들어, 적어도 0.2 ㎠, 특히 1 ㎠ 내지 4 ㎠ 범위, 그리고 잠재적으로 최대 약 10 ㎠의 처리 면적) 및 비모니터링용 가정 용도 (즉, 사용자가 상해에 대한 위험 없이 그리고 의학적으로 훈련된 자에 의한 전문적 지원의 필요성 없이 가정에서 처리를 수행할 수 있게 함)에 관한 것이다. 그러한 제모 장치는 개별 모낭을 특별히 겨냥하지 않고서 큰 피부 면적을 조명한다. 이는, 모낭을 갖지 않는 피부 조직뿐만 아니라 진피 조직 내에 존재하는 혈관 또한 처리 광 펄스에 의해 조사됨을 의미한다. 그러한 대면적 처리에서, 피부 조직 및 혈관이 열적으로 영향을 받지 않은 상태로 남겨두기 위하여 (즉, 피부 조직 및 혈관에 대한 열적 효과를 가정 용도로 허용가능한 수준으로 유지하기 위하여), 멜라닌 흡수가 물에서의 흡수 및 옥시헤모글로빈에 의한 흡수에 비하여 높은 파장 범위에서 최적의 모낭 처리가 일어난다. 따라서, 유멜라닌을 보유하는 갈색을 띤/흑색을 띤 모발 (금발, 즉 담갈색을 띤 모발을 포함함)의 경우, 최적 파장 범위는 630 nm 내지 900 nm이며, 물 및 옥시헤모글로빈에 의한 흡수는 멜라닌에 비하여 낮다. 유멜라닌이 발색단으로서 본질적으로 누락되어 있고 페오멜라닌만이 표적화될 수 있다면 (이는 적색 모발에 대한 경우임), 광 인가에 의한 제모는 어려워지는데, 이는, 페오멜라닌에 대한 흡수 곡선이 유멜라닌에 대한 곡선 아래에 놓이기 때문이다. 도 2는 유멜라닌 및 페오멜라닌에 대한 (질량) 흡광 계수 곡선을 나타낸다 (문헌[T. Sarna, H.M. Swartz, The physical properties of melanins, in "The Pigmentary System", ed. J.J. Nordlund et al., Oxford University Press, 1988]으로부터 발췌됨). 흡광 계수는 얼마나 강하게 물질이 소정 파장의 광을 흡수하는지를 정의하는 파라미터이다. 도 2는 630 nm 내지 900 nm 파장 범위의 소정 방사 플루언스의 처리 광 펄스가 적색 모발에 대해 더 적은 영향을 주며, 이에 따라 단백질 응고를 야기하기에 충분히 높은 모낭 내 온도를 생성할 수 없음을 나타낸다. 따라서, 적색 모발은 약 500 nm (480 nm 내지 510 nm의 파장 범위) 파장의 광을 인가함으로써 최상으로 처리되는 것으로 여겨지며, 여기서 옥시헤모글로빈은 국소 흡수 최저치를 갖는다 (도 1 참조). 500 nm에서, 유멜라닌에 대한 흡수 계수는 800 nm에서보다 약 5배 더 높고, 페오멜라닌에 대한 흡수 계수는 800 nm와 대비하여 500 nm에서 약 20배 더 높다. 500 nm에서, 유멜라닌 및 페오멜라닌의 흡수 계수는 대략 동일하다.
광 기반 제모를 위한 정확한 파라미터를 설정하는 데 있어서의 주요 인자는 피부 내의 멜라닌에 의한 광의 흡수 및 피부의 멜라닌 함량에 따른 피부에 대한 열 부하에 대한 이해이다. 피부의 멜라닌 함량, 즉 피부색은 일반적으로 피츠패트릭(Fitzpatrick) 피부 유형 (FST) 분류 스케일과 관련되는데, 이에 의해 FST 유형 I (창백한 백색) 내지 FST 유형 VI (가장 깊은 색소침착(deepest pigmentation)) 피부 유형이 결정된다. 피부색이 더 짙을수록, 피부 내의 멜라닌 함량이 더 높고, 피부 내의 멜라닌 입자에 의한 광 흡수가 더 높으며, 이에 따라 피부에 대한 열 부하가 더 높다. 피부 내의 멜라닌 입자의 전형적인 크기는 1 μm 내지 5 μm 범위이며, 한편 모낭의 크기는 100 μm 내지 300 μm 범위이다. 멜라닌 운반체들 (모낭의 멜라닌 운반 부분 vs. 피부 내의 멜라닌 과립)의 크기의 실질적인 차이는 상이한 열 소산 거동을 가져온다. 언급된 피부 내의 멜라닌 과립은 0.1 ms 미만의 열 이완 시간을 갖지만, 모낭은 약 10 ms의 열 이완 시간을 갖는다. 현재, 소정의 방사 플루언스 (단위 면적당 광 에너지)는 모낭에 열적 영향을 주기 위하여 소정의 시간 프레임 이내에 인가될 필요가 있는 것으로 일반적으로 여겨진다. 열이 멜라닌 입자로부터 소산되고 색소에 의한 광 흡수로 인한 피부에 대한 열 부하를 감소시킬 수 있게 하기 위하여, 펄스 길이는 피부 내의 멜라닌 과립의 열 이완 시간을 초과하는 값을 가져야 할 것으로 여겨진다. 따라서, 펄스 길이는 특히 열 이완 시간보다 10배 더 높을 수 있다 (즉, 적어도 약 1 ms 이상). 창백 내지 중간 피부색 (FST I 내지 III)의 경우, 피부 내의 멜라닌의 광 흡수의 효과는 제한된 열 영향을 가져오고, 최적 펄스 길이의 결정에서 주요 역할을 하지 않는다. 어쨌든, 충분한 플루언스의 1 ms 또는 심지어는 그 미만의 그러한 짧은 광 펄스는 오늘날의 LED 다이에 의해서는 본 명세서에 기재된 바와 같이 고밀도로 장착되더라도 생성될 수 없다. 본 발명에 따르면, 적어도 약 10 ms의 펄스 길이가 고려된다. 필요한 방사 플루언스가 너무 긴 처리 광 펄스로 제공되는 경우, 열 소산은, 효과적인 단백질 응고가 모낭에서 일어나기에 너무 낮은 값으로, 모낭에서 달성될 수 있는 온도를 감소시킨다. 펄스 길이는 약 300 ms 이하, 특히 약 200 ms 이하여야 하는 것으로 여겨진다. 이 기간은 본질적으로 모낭의 열 이완 시간에 의해 결정되고, 전형적으로 열 이완 시간 (이는 약 10 ms의 범위일 수 있지만, 큰 모낭의 경우 더 높을 수 있음)의 3 내지 10배의 범위여야 한다. 적어도 일시적인 제모에 대해 관련된 효과 (즉, 일시적 또는 영구적 모발 성장 감소가 일어나도록 하는 적어도 모낭에 있어서의 열적 영향 변화)를 달성하기 위하여, 이 기간 동안 전달되는 방사 플루언스는 적색 모발의 경우 3 J/㎠ 내지 6 J/㎠의 범위, 특히 약 5 J/㎠일 것으로 여겨진다. 갈색을 띤 모발 내지 흑색 모발의 경우, 방사 플루언스는 전형적으로 3 J/㎠ 내지 9 J/㎠의 범위 (특히, 3 J/㎠ 내지 7 /㎠의 범위)이다. 적색 모발과 갈색을 띤 모발의 경우 인가되는 방사 플루언스는 대략 동일하지만, 흡수율은 녹색광이 더 높은데, 이는 녹색광의 더 낮은 침투 깊이에 의해 본질적으로 야기된다 (후방-산란으로 인해, 녹색광이 모낭에 도달하기 전에 피부를 떠난다). 유멜라닌 보유 모발 및 밝은 피부색의 경우, 전형적으로 4 J/㎠ 내지 8 J/㎠가 인가되어야 한다. 펄스 길이는 적색 모발 및 창백한 피부인 경우 일반적으로 30 ms 내지 200 ms의 범위 이내일 수 있으며, 한편 다소 태닝된 피부의 경우, 펄스 길이는 3 J/㎠ 내지 6 J/㎠ 범위의 방사 플루언스에서 100 ms 내지 200 ms의 범위여야 한다. 피부가 태닝된 (즉, 유멜라닌 보유 과립이 피부에 존재하는) 경우, 피부 상의 열 부하는 매우 긴 처리 펄스 및 낮은 전체 방사 플루언스에 의해 더욱 더 강하게 균형을 이루어야 한다. 또한, 하기에서 설명되는 바와 같이, 피부 내로의 녹색광의 낮은 침투 깊이가 고려되어야 한다.
광 침투 깊이 (광의 세기가 1/e로 감소되는 거리)는 문헌마다 다양하며, 예를 들어, 흰 백인 피부의 경우, 500 nm 파장에서의 0.230 mm 내지 1000 nm의 파장에서의 약 1.6 mm의 침투 깊이가 한 참고문헌에 제공되어 있으며 (문헌[R. Rox Anderson et al., The Optics of Human Skin, The Journal of Investigative Dermatology, 77: 13-19, 1981]), 한편 500 nm에 대한 약 0.9 mm 및 1000 nm에서의 2.6 mm의 값이 다른 참고문헌에 의해 제공되어 있다 (문헌[Bashkatov, et. al.; Optical properties of human skin, subcutaneous and mucous tissues in the wavelength range from 400 to 2000nm; J. Phys. D: Appl. Phys. 38 (2005) 2543-2555]). 이들 차이와 무관하게, 침투 깊이는 1000 nm의 파장부터 500 nm의 파장까지 일반적으로 상당히 감소된다. 모낭은 피부 표면 아래로 약 1 내지 3 mm에 위치되어 있다. 따라서, 적색 모발 처리에 최적이라고 여겨지는 그러한 파장은 특히 낮은 침투 깊이를 갖는다. 저파장 광의 낮은 침투 깊이는 또한 더욱 더 낮은 파장의 광, 예를 들어 약 300 nm의 UV 광의 사용을 배제시키는데, 이러한 UV 광은 본질적으로 심지어는 모낭에도 도달하지 않을 것이며, 이외에도 UV 광의 사용은 다른 위험을 수반한다. 피부 조직에서의 약 500 nm의 광의 강한 흡수로 인해, 3 J/㎠ 내지 약 6 J/㎠ 범위의 방사 플루언스가 이미 언급된 바와 같이 인가되어야 하는 것으로 여겨진다. 창백한 피부 (이러한 피부 유형은 적색을 띤 모발을 갖는 사람에게 전형적임)에서의 전형적인 멜라닌 함량은 비교적 낮으며, 피부에 대한 열 부하는 특별히 우려되지 않는다. 적색을 띤 모발을 갖는 태닝된 사람의 경우, 피부에 대한 열 부하는 관련 인자가 되며, 100 ms 초과의 펄스 길이가 피부에 대한 열 부하를 감소시키는 것으로 고려될 수 있다. 또한, 적색을 띤 모발을 처리하기 위하여 녹색광을 인가하는 것은 모낭이 가능한 한 피부 표면에 근접할 때 최적으로 수행될 수 있으며, 이는 초기 아나겐(anagen) 성장기에서의 경우인데, 이때에는 모낭이 피부 표면에 0.5 mm 정도로 근접하게 위치되어, 녹색 모발의 낮은 침투 깊이가 덜 결정적이게 될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 광 방출 유닛은, 각각이 LED 다이당 소정의 방사속을 갖는 복수의 LED 다이가 충분히 고밀도로 (예를 들어, 제곱센티미터당 약 8개 내지 약 90개의 LED 다이, 그러나 단위 면적당 다이의 개수로 표현되는 달성가능한 밀도는 본질적으로 또한 LED 다이의 크기에 의존함) 장착된 기판을 갖는다.
예시적인 실현에서, Osram GmbH (독일 뮌헨 소재)로부터의 Golden DRAGON Plus LV W5AM LED 다이가 사용되는데, 이는 502 nm의 피크 방출 파장 (505 nm의 전형적인 주파장(dominant wavelength))의 광을 방출한다. 데이터시트 (버전 1.1)에 따르면, LED 다이는 350 mA의 순방향 전류에서 67 lm의 광속(luminous flux)을 갖는다. 67 lm은 505 nm의 파장에 대해 약 240 mW의 방사속으로 변환된다 (선형 외삽이 사용될 때, 1000 mA의 순방향 전류에서 약 684 mW). 505 nm 주파장 LED 다이가 이 주파장 주위의 스펙트럼 대역으로 방출하기 때문에, 그리고 루멘-와트 변환이 파장에 강하게 좌우되기 때문에, 이 값은 단지 추정치이다. 200 ms의 처리 광 펄스에서 약 3 J/㎠의 방사 플루언스를 달성하기 위해 제곱센티미터당 약 21개의 그러한 505 nm LED 다이가 필요하다. 따라서, 제곱센티미터당 약 44개의 505 nm LED 다이는 100 ms의 펄스에서 약 3 J/㎠의 방사 플루언스를 제공하고, 약 88개의 505 nm LE 다이는 100 ms의 펄스에서 약 6 J/㎠의 방사 플루언스를 제공한다. 약 88개의 505 nm LED 다이는 50 ms의 펄스에서 약 3 J/㎠의 방사 플루언스를 제공할 수 있다.
Osram으로부터의 이들 LED 다이 (다이 크기가 약 1 mm × 1 mm = 1 ㎟임)는 약 0.2 mm의 거리를 두고서 기판 상에 장착될 수 있어서, 8 × 8 = 64개의 LED 다이가 1 cm × 1 cm = 1 ㎠의 기판 면적 상에 장착될 수 있게 한다. 플립-칩 기술을 사용하여, 제곱센티미터당 89개의 LED 다이의 밀도가 달성될 수 있다.
본 명세서에서 논의된 값은 비교적 대략적인 참조값인 것으로 이해되어야 하는데, 이는, LED 다이의 방사속이 LED 다이의 온도, 순방향 전류 및 다른 인자에 좌우되기 때문이다.
독립적으로 청구되지 않은 (그러나 제모 장치에 추가적으로 존재할 수 있는) 예에서는, 복수의 LED 다이가 기판 상에 장착되며, 복수의 LED 다이의 각각의 LED 다이는 680 nm 내지 780 nm의 파장 범위에서 방출하도록 배열된다. 이 범위에서 방출하는 LED 다이의 한 예는 Osram GmbH (독일 뮌헨 소재)로부터의 OSLON SSL® 150 (GF CSHPM1.24 - 데이터시트 버전 1.0)에서 사용되는 LED 다이이다. 각각의 LED 다이는 Δλ = ±30 nm의 스펙트럼 대역폭 (FWHM)을 갖는 730 nm (원적색)의 피크 방출 파장의 광을 방출한다. 이러한 LED 다이는, 최대 1000 mA의 순방향 전류 (이에 따라, 이는 660 mW의 전형적인 방사속을 가져옴)가 명시되어 있는 경우, 350 mA의 순방향 전류에서 201 mW 내지 280 mW (전형적으로 231 mW)의 방사속 (방사력(radiant power)으로도 불림)을 갖는다. 제모 장치는 갈색을 띤 모발 제거 능력을 추가적으로 또한 제공하기 위하여 그러한 복수의 LED 다이를 추가적으로 포함할 수 있다.
일반적으로, 큰 크기의 LED 다이는 0.5 mm 내지 1.5 mm × 0.5 mm 내지 1.5 mm 범위의 크기 (즉, 0.25 ㎟ 내지 2.25 ㎟의 크기)를 가질 수 있다. LED 다이는 와이어 본딩 (특히, 금 와이어 본딩)에 의해 기판에 접속될 수 있지만, 높은 패키징 폼 팩터(form factor) 및 향상된 열 소산을 달성하기 위하여, LED 다이는 또한 플립 칩 기술을 통해 기판에 접속될 수 있다 (이에 따라, 제곱센티미터당 89개의 1 × 1 ㎟ LED 다이의 밀도가 달성될 수 있다). 1000 mA의 명시된 순방향 전류에서 상기 언급된 Osram LED 다이 (제곱센티미터당 64개의 LED 다이의 밀도)를 구동시켜, 펄스 길이가 30 ms 내지 200 ms인 처리 광 펄스를 방출함으로써, (모든 방사 에너지가, 장착 기판 면적 크기와 동일한 처리 면적 크기의 피부 면적 상에 인가되는 것을 가정하여) 피부 상의 방사 플루언스는 1.267 J/㎠ 내지 8.448 J/㎠의 범위가 된다. 광 펄스를 방출하면서 LED 다이에 의해 발생되는 과잉 열은 수동 또는 능동 냉각 장치, 예를 들어 히트 싱크, 히트 파이프, 또는 능동 액체 냉각 시스템에 의해 기판으로부터 멀어지게 소산될 수 있다. 수동 냉각 장치 (예를 들어, 히트 싱크)는 (냉각된) 공기 스트림을 제공함으로써 지지될 수 있다. LED 다이의 효율은 종종 약 30%이며, 이에 따라 8 J/㎠의 방사 플루언스를 발생시키는 처리 광 펄스는 약 18.7 J/㎠의 과잉 열이 소산되어야 함을 의미한다. 약 1 s 이상의 소정의 냉각 시간을 필요로 하는 플래시 램프와 대조적으로, LED 다이는 더 높은 주파수로 펄싱될 수 있으며, 이에 따라 큰 피부 면적의 더 빠른 전체 처리 시간이 LED 다이에 의해 달성될 수 있다.
전술된 예에서는, 8 × 8 LED 다이 어레이로부터의 적어도 하나의 LED 다이가 제1 파장과 상이한 제2 파장 (예를 들어, 제2 파장은 400 nm 내지 700 nm의 가시 범위 내에 있을 수 있음)에서 방출하는 상이한 LED 다이 (즉, 제2 LED 다이)에 의해 대체될 수 있다.
독립적으로 청구되지 않은 (그러나 제모 장치에 추가적으로 존재할 수 있는) 다른 예에서는, LED 다이가 Osram GmbH (독일 뮌헨 소재)로부터의 OSLON 블랙 시리즈(Black Series) (850 nm)로부터 입수될 수 있다. 데이터시트 (2014-01-09로부터의 버전 1.1)에 따르면, 각각의 LED 다이 (크기 1 × 1 ㎟)는 Δλ = ±30 nm의 스펙트럼 대역폭 (FWHM)을 갖는 860 nm의 피크 방출 파장 (중심 파장: 850 nm)의 광을 방출한다. 총 방사속은 1000 mA의 순방향 전류에서 1030 mW로서 주어진다. 1 ㎠의 기판 면적 상에 이미 장착된 5개의 그러한 LED 다이는 (LED 다이의 총 방사속이 1 ㎠의 피부 처리 면적 상에 인가된다는 것을 가정하여) 1 ㎠의 피부 처리 면적에 대하여 200 ms 펄스 길이당 약 1 J/㎠의 방사 플루언스를 가져온다.
독립적으로 청구되지 않은 (그러나 역시 제모 장치에 추가적으로 존재할 수 있는) 또 다른 예에서는, 역시 8 × 8개의 LED 다이의 어레이가 1 ㎠의 기판 면적 상에 장착된다. 제1 하위 복수의 44개의 제1 LED 다이 (730 nm의 제1 파장에서 방출하는 OSLON SSL® 150)가 제2 하위 복수의 20개의 제2 LED 다이 (850 nm의 제2 파장에서 방출하는 OSLON 블랙 시리즈)와 본질적으로 혼합된다. 단지 제1 LED 다이만이 스위치 온되어 200 ms의 처리 광 펄스를 방출하는 경우, 5.8 J/㎠의 플루언스가 달성될 수 있다. 단지 제2 LED 다이 (850 nm)만이 스위치 온되어 200 ms의 처리 광 펄스를 방출하는 경우, 4 J/㎠ 초과의 플루언스가 달성될 수 있다. 함께 스위치 온되는 경우, 200 ms의 처리 광 펄스에서 거의 10 J/㎠의 플루언스 (또는 100 ms의 처리 광 펄스에서 거의 5 J/㎠의 플루언스)가 달성될 수 있다.
표 1은 본 발명의 발명자들이 주어진 FST 피부 유형에서 적색 모발에 대해 최적의 처리 파라미터를 나타내는 것으로 여기는 파장, 펄스 길이 및 플루언스 값의 요약이다. 밝은 갈색 및 어두운 갈색 모발에 대한 다른 최적의 파라미터가 마찬가지로 주어져 있다. 하기에 적색 모발에 대해 주어진 500 nm의 대표적인 파장은 480 nm 내지 510 nm의 파장 범위를 나타내는 것으로 이해된다. 다른 경우에, 대표적인 파장은 파장 범위를 의미하는데, 이는 주어진 단일 파장 값 ±50 nm (선택적으로, ±30 nm)를 포함해야 한다. 일부 실시 형태에서, 제모 장치는 약 500 nm의 피크 방출 파장을 갖는 광을 방출하도록 배열된 복수의 제1 LED 다이 및 예를 들어 약 730 nm 또는 850 nm의 피크 방출 파장을 갖는 광을 방출하도록 배열된 복수의 제2 LED 다이를 포함하여, 제어 유닛이 표 1 (적색 모발 상황은 배제함)에 따라 LED 다이를 활성화할 수 있게 함에 유의한다. 추가적으로, 730 nm 및 850 nm의 다른 파장 주위의 피크 방출 파장을 갖는 광을 방출하도록 배열된 복수의 제3 LED 다이가 존재할 수 있어서, 제어 유닛이 표 1에 따라 LED 다이를 활성화할 수 있게 한다.
[표 1]
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도 3은 본 발명에 따른 광 방출 유닛(10)의 예시적인 실시 형태의 개략도이다. 광 방출 유닛(10)은 복수의 64개의 LED 다이가 장착된 기판(100)을 포함한다. LED 다이는 열 A 내지 열 H 및 행 1 내지 행 8에 정사각형 8 × 8 패턴으로 배열되어, LED 다이가 열-행 매트릭스에서 그들의 위치에 의해 식별될 수 있게 한다. 3개의 LED 다이(101A1, 101A8, 101E5)가 예로서 식별되며, 매트릭스 배열 내의 LED 다이는 각각의 도면 부호에 접미사로서 추가된 그들의 열 및 행에 의해 식별될 수 있음이 이해되어야 한다.
도시된 8 × 8 정사각형 LED 다이 매트릭스는 단지 예이며, LED 다이는 규칙적인 정사각형 또는 직사각형 매트릭스, 예컨대 2 × 2, 2 × 4, 3 × 6, 5 × 5, 10 × 14, 4 × 15 (도 4b 참조) 등의 매트릭스로서, 또는 덜 구조화된, 더 랜덤한 패턴으로 임의의 합리적인 방식으로 기판 상에 배열될 수 있음이 이해되어야 한다. 정사각형 또는 직사각형 매트릭스로 배열되는 대신에, LED 다이는 정사각형 또는 직사각형 영역보다는 오히려 원형 영역과 유사한 규칙적인 패턴으로 배열될 수 있다. 장착 기판 영역의 임의의 다른 형상 (예를 들어, 삼각형, 사다리꼴, 임의의 형상)이 마찬가지로 선택될 수 있다. 도 4a, 도 5 및 도 6의 예에서는, 논의의 간소화를 위하여 동일한 8 × 8 매트릭스가 사용될 것이지만, 이들 도면에 대하여 기재된 개념 및 아이디어는 물론 기판 장착된 LED 다이에 관하여 방금 언급된 다른 규칙적 또는 불규칙적인 패턴에도 적용가능하다. 도 4b는 4 × 15 매트릭스를 갖는 실시 형태를 나타낸다.
제어 유닛(20)은, 각각의 LED 다이(101)에 전압 및 전류 공급을 선택적으로 제공하기 위하여, LED 다이의 매트릭스와 접속된 리드를 갖는다. 앞서 언급된 바와 같이, 8 × 8 매트릭스는, LED 다이의 8개의 열이, 각각의 열이 동일한 순간에 제어되도록 직렬로 접속되어 있다. 일반적으로, 제어 유닛(20)은 모든 LED 다이를 동시에 스위치 온 및 오프하도록 배열될 수 있지만, 제어 유닛(20)은 또한 기판 상에 장착된 각각의 LED 다이를 개별적으로 스위치 온 또는 오프하도록 배열될 수 있다. 일반적으로, 제어 유닛은 임의의 적합한 방식으로 복수의 LED 다이와 접속될 수 있다.
제어 유닛(20)은 피부 특성, 예를 들어 피부색 (색소침착 수준)을 측정하기 위한 센서(30)와 커플링된다. 센서는 피부를 조명하고 있는 광원을 포함할 수 있고, 센서는 센서에 대해 후방산란되는 광의 양으로부터 피부 특성, 예컨대 피부색을 결정하도록 배열될 수 있다 (예를 들어, 포토 다이오드에 의해 실현됨). 그러면 특히, 제어 유닛(20)은 측정된 피부색, 예를 들어 광 세기 및/또는 펄스 길이에 기초하여 적어도 하나의 처리 파라미터를 제어하도록 배열될 수 있다. 센서(30)는 선택적인 특징부로서 이해되어야 한다.
본 발명에서, 제어 유닛(20)은 또한 사용자 인터페이스(40, 50, 60, 70)와 커플링되어, 사용자가 광 방출 유닛(10)의 양상을 제어할 수 있게 한다 (사용자 인터페이스는 선택적인 특징부인 것으로 여겨진다). 본 발명에서의 사용자 인터페이스는 4개의 입력 요소(40, 50, 60, 70)를 포함한다. 제1 입력 요소(40)는 온/오프(ON/OFF) 스위치로서 배열될 수 있다. 제2 입력 요소(50)는 처리 유형을 선택하도록 스위치로서 배열될 수 있으며, 예를 들어 제2 입력 요소(50)는 사용자가 제모 기능과 피부 재생 기능 사이에서 스위칭하게 할 수 있다. 그러면, 제어 유닛(20)은 선택된 처리 유형에 기초하여 적어도 하나의 처리 파라미터를 제어하도록 배열될 수 있으며, 예를 들어 LED 다이에 의해 방출되는 방사속은 제모 기능에 대한 것보다 피부 재생 기능의 경우에 더 낮을 수 있다. 제3 입력 요소(60)는 사용자가 모발색을 입력하게 할 수 있도록 배열될 수 있다. 그러면, 제어 유닛(20)은 모발색에 따라 적어도 하나의 처리 파라미터를 제어하도록 배열될 수 있다. 제4 입력 요소(70)는 사용자가 피부 상에 인가되는 최대 방사 플루언스 값 (예를 들어, 1 J/㎠ 내지 8 J/㎠ 범위의 값)을 설정하게 할 수 있도록 배열될 수 있다. 그러면, 제어 유닛(20)은 선택된 최대 방사 플루언스보다 높지 않은 방사 플루언스를 갖는 광 펄스만을 인가하도록 배열될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 입력 요소들 중 하나는 사용자가 장착된 LED 다이의 제1 능동 영역으로부터 제2 능동 영역으로 스위칭하게 할 수 있도록 배열될 수 있다 (하기 도 4a 및 도 4b를 참조한 설명을 참조). 각각의 입력 요소(40, 50, 60, 또는 70)는 입력 노브 또는 슬라이더로서, 또는 터치 감응형 보드 상의 터치 감응형 스위치로서 배열될 수 있다. 제어 유닛(20)과 와이어-접속되는 것과 대조적으로, 사용자 인터페이스는 무선 방식으로 제어 유닛(20)과 접속된 별개의 장치에서 실현될 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같은 4개의 입력 요소 대신에, 사용자 인터페이스는 1개, 2개, 3개, 5개, 6개 또는 임의의 개수의 입력 요소를 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 광 방출 유닛(10)에는 어떠한 사용자 인터페이스도 부재하며, 자동화 방식으로 작동하도록 배열될 수 있다. 전술된 기능 이외의 다른 또는 추가적인 기능이 사용자 인터페이스를 통해 실현될 수 있다.
도 4a는 기판(100A) 상에 장착된 복수의 LED 다이(102, 103)의 일 예시적인 배열을 나타낸다. 복수의 제1 LED 다이(102)는 57개의 부재를 갖는다. 복수의 제2 LED 다이(103)는 7개의 부재를 갖는다. 복수의 제2 LED 다이(103)의 7개의 부재는 그들의 매트릭스 위치에 의해 103A1, 103E1, 103H1, 103A5, 103E5, 103A8, 및 103H8로서 식별된다. 복수의 제1 LED 다이(102)는 480 nm 내지 510 nm 범위의 녹색 파장 (제1 파장)에서 방출하도록 배열될 수 있다. 이에 따라, 제1 LED 다이는 처리 광 펄스를 피부 표면에 인가하는 데 사용될 수 있다. 그러면, 제2 LED 다이(103)는 400 nm 내지 700 nm의 가시 파장 범위 (제2 파장)에서 방출하도록 배열될 수 있고, 제2 LED 다이는 특히, 일시적 제모에 충분한 세기 수준에서 광을 방출하는 데 적합하지 않은 저방사속 LED 다이로서 배열될 수 있다 (예를 들어, 제2 LED 다이는 약 2 V 공급 전압에서 100 mA 미만, 특히 약 50 mA 또는 20 mA의 명시된 순방향 전류를 가질 수 있다). 제2 LED 다이는 LED 다이 매트릭스의 능동 영역을 나타내는 데 사용될 수 있다. 그러면, 스위치 온된 제2 LED 다이(103A1, 103E1, 103A5, 103E5)는 그러한 4개의 제2 LED 다이 사이에 배열된 제1 LED 다이만이 피부에 광을 인가하는 데 사용될 것임을 나타내며 (제1 능동 영역(A1)이 파선으로 표시되어 있음), 한편 스위치 온된 제2 LED 다이(103A1, 103H1, 103A8, 103H8)는 전체 복수의 제1 LED 다이가 사용될 것임을 나타낸다 (제2 능동 영역(A2)이 파선-점선으로 표시되어 있음). 더 작은 제1 능동 영역(A1)은 얼굴 피부 처리에 유용할 수 있으며 (더 작은 능동 영역(A1)은 작은 얼굴 영역을 더 정확하게 표적화하는 것을 가능하게 함), 더 큰 능동 영역(A2)은 전신 피부 처리 (더 빠른 처리)에 유용할 수 있다. 이미 상기에 논의된 바와 같이, 사용자가 가능한 능동 영역들 사이에서 스위칭하게 할 수 있도록 입력 요소가 제공될 수 있다. LED 다이의 패턴에 따라, 적어도 2개의 제2 LED 다이가 능동 영역을 나타내는 데 사용될 수 있다 (예를 들어, 제2 LED 다이는 정사각형 또는 직사각형 배열의 반대 코너에 배열될 수 있다). 일부 실시 형태에서, 제1 LED 다이의 능동 영역이 제2 LED 다이에 의해 둘러싸여 능동 영역을 나타낼 수 있다.
일반적으로, 일부 실시 형태에서, 단지 단일 제2 LED 다이가 기판 상에 장착된다 (예를 들어, 복수의 63개의 제1 LED 다이 및 단지 하나의 제2 LED 다이가 도 4a에 나타낸 바와 같이 8 × 8 매트릭스로 기판 상에 장착될 수 있다). 제2 LED 다이는 특히, 저방사속 (예를 들어, 전형적으로 약 20 mA 내지 50 mA의 순방향 전류의 사용으로 100 mW 미만)으로 가시 파장 범위 (즉, 400 nm 내지 700 nm)의 광을 방출하도록 배열될 수 있다. 그러한 제2 LED 다이는 조명 목적으로 사용될 수 있다: 제2 LED 다이는 처리 광 펄스의 방출과 동시에 가시광을 방출하도록 제어된다.
일부 실시 형태에서, 3개의 제2 LED 다이는 근접한 공간 관계로 기판 상에 장착되며, 3개의 제2 LED 다이 각각은 상이한 가시 파장 (예를 들어, 약 625 nm, 520 nm, 및 465 nm - 이에 따라, 3개의 제2 LED 다이는 RGB LED의 기능성을 본질적으로 제공함)을 방출하여, 3개의 제2 LED 다이의 개별 세기 제어가, 3개의 제2 LED 다이에 의해 방출되는 전체 광색(light color)을 맞춤화할 수 있도록 할 것이다. 그러한 제2 LED 다이는 조명 목적으로 사용될 수 있다. 사용자가 선호하는 색을 설정할 수 있도록 입력 요소가 제공될 수 있다. 게다가, 조명 목적으로 사용되는 그러한 적어도 하나의 제2 LED 다이는 제1 LED 다이 어레이의 능동 크기의 식별에 사용되는 제2 LED 다이에 더하여 존재할 수 있다.
도 4b는 도 4a에 나타낸 실시 형태와 유사한 기판(100AA) 상에 장착된 4 × 15 LED 다이 매트릭스의 예시적인 실시 형태를 나타내는데, 여기서는 처리 광 펄스를 방출하도록 배열된 복수의 54개의 제1 LED 다이(102A)에 더하여, 제1 능동 영역(A3) 또는 더 큰 제2 능동 영역(A4)을 나타내기 위하여, 복수의 6개의 제2 LED 다이(103A)가 가시 파장 범위의 광을 방출하도록 배열된다. 그러한 직사각형 LED 다이 어레이는 특히, 도 4a에 나타낸 바와 같은 LED 다이 어레이가 사용될 수 있는, 하나의 피부 처리 영역에서 다른 하나의 피부 처리 영역으로 후속적으로 이동되는 대신에 피부 위로 연속적으로 이동되는 제모 장치에 사용될 수 있다. 글라이딩(gliding) 이동은 특히, 직사각형 LED 다이 어레이의 장축에 수직인 방향으로 일어날 수 있다. 일부 실시 형태에서, 글라이딩식으로 이용되는 제모 장치는, 장치가 피부를 가로질러 이동되는 속도를 결정하기 위한 속도 센서를 포함할 수 있다. 그러면, 제모 장치는 결정된 글라이딩 속도에 따라 연속 처리 광 펄스들 사이의 기간을 제어하도록 배열되어, 처리 광 펄스들이 균일하게 (즉, 본질적으로 갭 또는 중첩 없이) 피부 상에 인가되도록 할 수 있다. 직사각형 형상으로 인해, 더 작은 능동 영역(A3)이 LED 다이 매트릭스의 전폭을 커버하는데, 이는 처리 영역 상에의 작은 능동 영역(A3)의 정확한 위치결정을 돕는다.
도 5는 LED 다이의 8 × 8 매트릭스의 예시적인 실시 형태를 나타내는데, 여기서는 복수의 32개의 제1 LED 다이(104) 및 복수의 32개의 제2 LED 다이(105)가 (예를 들어, 장착 기판 영역에 걸쳐 제1 및 제2 LED 다이의 본질적으로 균질한 분포를 가져오는) 체커보드 패턴으로 기판(100B) 상에 장착된다. 특히, 장착된 LED 다이의 어레이가 작동 동안 치료하려는 피부에 근접하게 위치되는 경우에, 단지 복수의 제1 LED 다이 또는 복수의 제2 다이를 활성화시킴으로써 본질적으로 균질한 조명이 달성될 수 있다. 복수의 LED 다이(104)는 (특히, 적색 모발의 적어도 일시적 제모에 충분한 세기 수준에서) 제1 파장의 광을 방출하도록 배열될 수 있고, 복수의 제2 LED 다이는 제1 파장과 상이한 제2 파장에서 방출하도록 배열될 수 있다. 복수의 제2 LED 다이는 적어도 일시적 제모, 특히 유멜라닌 보유 갈색을 띤 모발의 일시적 제모에 단독으로 또한 충분한 방사속으로 방출할 수 있지만, 제2 LED 다이는 또한 피부 재생 또는 다른 피부 치료에 충분한 방사속으로 방출할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 제2 LED 다이는 단지 조명 목적에 충분한 방사속으로 가시광을 방출한다. 체커보드 패턴으로 배열되는 대신에, 제1 및 제2 LED 다이는 또한 임의의 다른 패턴으로 배열될 수 있으며, 제2 LED 다이가 제1 LED 다이보다 더 많거나 더 적을 수 있다 (예를 들어, 2개, 7개, 10개, 16개, 20개, 40개 등). 앞서 언급된 바와 같이, 본 명세서에 도시된 8 × 8 매트릭스는 단지 예시 목적이며, 적어도 제1 LED 다이가, 펄스 길이가 30 ms 내지 200 ms인 펄스에서 규칙적인 작동 동안 피부 상에 적어도 3 J/㎠의 방사 플루언스를 생성하도록 배열되는 한, 임의의 개수의 제1 및 제2 LED 다이가 임의의 패턴으로 배열될 수 있다.
도 6은 기판(100C) 상에 장착된 LED 다이의 8 × 8 매트릭스의 다른 예시적인 실시 형태를 나타내는데, 여기서는 4개의 상이한 복수의 제1, 제2, 제3, 및 제4 LED 다이가 기판(100C) 상에 장착되어 있다. 복수의 20개의 제1 LED 다이(106), 복수의 21개의 제2 LED 다이(107), 및 복수의 21개의 제3 LED 다이(108)가 교대 방식으로 기판 상에 장착된다. LED 다이 어레이의 중심에, 조명 목적에 적합한 방사속으로 가시 파장 범위에서 방출하도록 배열될 수 있는 2개의 제4 LED 다이(109)가 장착된다. 일부 실시 형태에서, 복수의 제1 LED 다이(106)는 제1 파장에서 (예를 들어, 505 nm에서) 방출하도록 배열될 수 있고, 복수의 제2 LED 다이(107)는 제1 파장과 상이한 제2 파장 (예를 들어, 730 nm)에서 방출하도록 배열될 수 있고, 복수의 제3 LED 다이(108)는 제1 및 제2 파장과 상이한 제3 파장 (예를 들어, 850 nm)에서 방출하도록 배열될 수 있다.
도 7a는 본 발명에 따른 제모 장치(80)의 도면이다. 앞서의 단락에 기재된 바와 같은 광 방출 유닛이 제모 장치(80)에 사용된다. 제모 장치(80)는 처리 광 펄스의 방출을 위한 헤드 섹션(81) 및 사용자의 손에 의해 제모 장치(80)를 잡기 위한 핸들 섹션(82)을 갖는다. 제모 장치(80)를 적어도 스위칭 온/오프하기 위하여 제어 요소(85)가 핸들 섹션(82)에 배열된다. 도 7b 내지 도 7d는 헤드 섹션(81A, 81B, 81C)의 상이한 실시 형태들의 정면도를 나타내는데, 이들 실시 형태는 적어도 하나의 피부 특성을 측정하기 위한 하나의 센서 또는 몇몇 센서(95A, 95B, 95C)의 위치에 있어서만 본질적으로 상이하다. 헤드 섹션(81A, 81B, 81C) 각각은 각각의 출구 개구(90A, 90B, 또는 90C)를 가지며, 이를 통해 작동 동안 처리 광 펄스가 방출될 것이다. 기판 상에 장착된 복수의 LED 다이를 갖는 기판은 출구 개구(90A, 90B, 90C) 뒤쪽에 근접하게 배열될 수 있거나, 또는 기판은 출구 개구(90A, 90B, 90C)에 대해 약 10 mm 이하의 소정 거리를 두고서 헤드 섹션(81A, 81B, 81C) 내부에 배열될 수 있다. LED 다이에 의해 방출되는 광에 대해 본질적으로 투과성인 재료로부터 제조된 출구 창(91A, 91B, 91C)이 출구 개구(90A, 90B, 90C)를 덮는다. 출구 개구(90A, 90B, 90C)의 크기는 0.2 ㎟ 내지 10 ㎠ 범위, 특히 1 ㎠ 내지 4 ㎠ 범위일 수 있다. 이때, 기판의 장착 영역은 출구 개구(90A, 90B, 90C)와 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 출구 창(91A, 91B, 91C)은 존재하지 않는다. 도 7b의 실시 형태에서, 제모 장치는 적어도 하나의 피부 특성을 측정하기 위한 2개의 센서(95A)를 포함하며, 이러한 2개의 센서(95A)는 출구 개구(90A)의 두 반대편에 배열된다. 도 7c 및 도 7d에 나타낸 실시 형태에서는, 적어도 하나의 피부 특성을 측정하기 위하여, 각각 단지 단일 센서(95B, 95C)만이 각각 헤드 섹션(81B, 81C) 상에 배열된다. 도 7c에서, 센서(95B)는 출구 개구(90B) 바로 아래에 배열되어, 센서(95B)가 통상의 이동 방향에 대해 출구 개구(90B) 앞에 배열되게 한다 (도 7c에 따른 장치는 글라이딩 모드로 사용될 수 있다). 도 7d에서, 센서(95C)는 출구 개구(90C)의 중심 영역에 배열된다. 그러한 경우에, 출구 개구(90C)에 근접하게 배치된 기판은 각각의 컷아웃(cutout)을 가져서, 센서가 컷아웃 내에 배열될 수 있거나 컷아웃을 통해 작동할 수 있게 할 수 있다. 센서 또는 센서들(95A, 95B, 95C)은 또한 피부 접촉을 결정할 수 있게 할 수 있어서, 광 방출 유닛의 제어 유닛이 피부 접촉이 결정된 경우에만 처리 광 펄스의 방출을 단지 트리거하도록 배열될 수 있게 할 수 있다.
도 8은 작동 시에 LED 다이에 의해 발생된 과잉 열을 운반해 가기 위해 히트 싱크(210) 상에 장착되어 있는 기판 장착된 LED 다이 어레이(200)의 도면이다. 팬이 히트 싱크에 근접하게 배열되어, 히트 싱크로부터 멀어지게 열 소산을 지지할 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 사시도 및 기판 장착된 LED 다이 어레이(300)를 통한 단면 사시도를 나타내는데, 여기서는 케이싱(310)이 장착 영역(320) 둘레에 장착된다. 케이싱(310)은 LED 다이에 의해 방출되는 광에 대해 고도로 반사성인 내벽 표면(311)을 갖는다. 내벽 표면(311)은 반사성 코팅을 가질 수 있으며, 반사성 코팅은 폴리싱된 금속 또는 확산 반사성 플라스틱 또는 세라믹 재료로부터 제조될 수 있다. 그러면, 케이싱(310)은 LED 다이에 의해 방출된 광을 LED 다이 레벨로부터 제모 장치의 출구 개구까지 본질적으로 무손실 방식으로 안내하는 역할을 하고, LED 다이의 레벨에서의 방사속은, 출구 개구가 피부 상에 배치될 때, 처리 영역에서 측정되는 방사속과 본질적으로 동일하다.
본 명세서에 개시된 치수 및 값은 언급된 정확한 수치 값으로 엄격하게 제한되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 대신에, 달리 명시되지 않는 한, 각각의 그러한 치수는 언급된 값과, 그 값 부근의 기능적으로 등가인 범위 둘 모두를 의미하도록 의도된다. 예를 들어, "40 mm"로 개시된 치수는 "약 40 mm"를 의미하도록 의도된다.

Claims (15)

  1. 적색 모발을 제거하기 위한 제모 장치로서,
    광 방출 유닛을 포함하며, 상기 광 방출 유닛은 기판, 및 상기 기판 상에 적어도 0.2 ㎠ 의 면적으로 장착되며, 480 nm 내지 510 nm의 파장 범위의 피크 방출 파장에서 방출하는 복수의 제1 LED 다이들을 포함하며,
    상기 제모 장치는 상기 제1 LED 다이들에 의해 펄스 길이가 30 ms 내지 200 ms 범위인 처리 광 펄스(treatment light pulse)를 방출하도록 배열되고, 상기 제1 LED 다이들은, 3 J/㎠ 내지 6 J/㎠ 범위의 사용자의 피부 상의 방사 플루언스(radiant fluence)가 상기 처리 광 펄스의 인가에 의해 달성되도록 하는 방사속(radiant flux)을 갖는, 제모 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 장치는 상기 펄스 길이가 100 ms 내지 200 ms의 범위인 모드를 갖는, 제모 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 제1 LED 다이들을 제어하기 위한 제어 유닛을 추가로 포함하는, 제모 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 제2 LED 다이가, 제모에 필요한 방사속보다 더 낮은 방사속으로 400 nm 내지 700 nm의 가시 파장 범위의 피크 방출 파장을 갖는 광을 방출하도록 배열되는, 제모 장치.
  5. 제4항에 있어서, 처리 광 펄스가 방출되는 기간 이외에도 100 mW 미만의 방사속으로 가시광을 선택적으로 방출하기 위하여, 상기 적어도 하나의 제2 LED 다이를 제어하기 위한 제어 유닛을 추가로 포함하는, 제모 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기판 상에 장착된 상기 복수의 제1 LED 다이들은 능동 영역을 선택하기 위한 제어 요소를 추가로 포함하는, 제모 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 제1 LED 다이들은 제곱센티미터당 적어도 8개의 LED 다이의 밀도로 상기 기판 상에 장착되는, 제모 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 장착 기판 영역은, 상기 장착 기판 영역의 형상 및 면적을 본질적으로 갖는 내부 챔버를 한정하는 케이싱에 의해 둘러싸이며, 상기 케이싱은 상기 LED 다이들에 의해 방출되는 광에 대해 반사성인 내벽을 가지고 있어서, 단위 면적당 상기 LED 다이들의 방사속이 상기 케이싱의 출구 개구에 이르기까지 본질적으로 보존되게 하는, 제모 장치.
  9. 제3항에 있어서, 상기 광 방출 유닛은 적어도 하나의 피부 특성을 측정하기 위한 적어도 하나의 센서를 포함하며, 상기 센서는 측정된 피부 특성에 기초하여 상기 복수의 제1 LED 다이들 중 적어도 하나의 LED 다이의 광 방출을 제어하도록 상기 제어 유닛과 커플링되는, 제모 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 제어 파라미터, 예컨대 모발색을 입력하도록 배열된 사용자 인터페이스를 추가로 포함하는, 제모 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 출구 개구를 추가로 포함하며, 상기 복수의 제1 LED 다이들의 각각과 상기 출구 개구의 영역 사이의 수직 거리가 10 mm 미만인, 제모 장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제모 기능과 피부 처리 기능 사이에서 스위칭하기 위한 제어 요소를 추가로 포함하는, 제모 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 적색 모발을 제거하기 위한 제모 장치로서,
    광 방출 유닛을 포함하며, 상기 광 방출 유닛은 적어도 하나의 고상 광원을 가지며, 상기 고상 광원은 480 nm 내지 510 nm의 파장 범위의 처리 광 펄스를 방출하도록 제어가능하며, 상기 처리 광 펄스는 펄스 길이가 30 ms 내지 200 ms의 범위이고/이거나 상기 처리 광 펄스를 통해 사용자의 피부 상에 인가된 방사 플루언스가 3 J/㎠ 내지 6 J/㎠의 범위인, 제모 장치.
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