KR20160018135A - 이미지센서 및 이를 이용한 구강센서장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 X선을 검출하여 전기적 신호를 생성하고 휘어짐 가능한 제 1 탄성도의 센서패널과; 상기 전기적 신호를 외부로 전달하고 상기 제 1 탄성도 보다 작은 제 2 탄성도의 플렉서블 특성의 인쇄회로기판과; 상기 제 1 탄성도 보다 큰 제 3 탄성도의 탄성재질로 이루어지고, 상기 센서패널과 상기 인쇄회로기판의 탄성도를 제 3 탄성도 이상으로 조절하는 탄성조절부재를 포함하는 X선 이미지 센서를 제공한다.

Description

이미지센서 및 이를 이용한 구강센서장치{Image sensor and intraoral sensor device using the same}
본 발명은 이미지센서 및 이를 이용한 구강센서장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 외력에 대해 소정 정도의 휘어짐이 가능한 벤더블(bendable) 특성을 나타내는 이미지센서 및 이를 이용하여 구강 내 X선 촬영 시 구강 내에 삽입되어 구강 내 구조물을 향하는 물리력과 상기 구조물의 배치관계에 의한 반발력에 대해 일정범위 내에서 휘어짐 가능한 벤더블 특성을 갖는 구강센서장치에 관한 것이다.
의료나 공업용 X선 촬영에서 기존에는 필름을 이용한 방식이 사용되었다.
그런데, 필름 방식의 경우 촬영된 필름의 현상 및 보관상의 문제 등에 기인하여 비용 및 시간 측면에서 비효율적이었다. 이를 개선하기 위해, 디지털 방식의 이미지센서가 현재 널리 사용되고 있다.
디지털 방식의 이미지센서는 일반적으로 딱딱한(rigid) 재질의 구성품들로 이루어져 휘지 않는 특성을 갖게 된다. 때문에, 촬영방식 내지는 사용양태에 따라 몇 가지 문제점을 드러내고 있다.
일례로, 치아 및 치아주변조직 등 구강 내 구조물의 X선 영상을 얻기 위한 구강 내 X선 촬영의 경우, 이미지센서를 구강 내에 위치시키고 외부에서 X선을 조사하여 그 사이에 있는 구조물을 X선 촬영한다. 이때, 보다 정확한 X선 영상을 얻기 위해 이미지 센서는 구강 내 구조물을 향해 가압 및 밀착되는데, 이로 인해 환자는 이물감이나 통증을 크게 느끼게 되는 문제가 있다.
이와 관련하여, 소정 정도의 휘는 특성 즉, 휘는 정도가 제한된 벤더블(bendable) 특성을 갖는 이미지센서가 해당 기술업계에서 논의되고 있다.
그런데, 현재로서는 벤더블 특성이라는 추상적인 개념만이 논의되고 있는 정도이고, 이를 현실적으로 구현하기 위한 이미지센서에 대해 구체적인 연구가 진행되고 있지는 않은 실정이다.
본 발명은 외력에 대해 소정 정도의 휘어짐이 가능한 벤더블 특성을 갖는 이미지센서 및 이를 이용하여 구강 내 X선 촬영 시 구강 내에 삽입되어 구강 내 구조물을 향하는 물리력과 상기 구조물의 배치관계에 의한 반발력에 대해 일정범위 내에서 휘어짐 가능한 벤더블 특성을 갖는 구강센서장치를 제공하는 것에 과제가 있다.
전술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 X선을 검출하여 전기적 신호를 생성하고 휘어짐 가능한 제 1 탄성도의 센서패널과; 상기 전기적 신호를 외부로 전달하고 상기 제 1 탄성도 보다 작은 제 2 탄성도의 플렉서블 특성의 인쇄회로기판과; 상기 제 1 탄성도 보다 큰 제 3 탄성도의 탄성재질로 이루어지고, 상기 센서패널과 상기 인쇄회로기판의 탄성도를 제 3 탄성도 이상으로 조절하는 탄성조절부재를 포함하는 X선 이미지 센서를 제공한다.
여기서, 상기 센서패널은, 기판과; 상기 기판 상에 형성된 광전변환소자와; 상기 광전변환소자 상에 형성된 형광체를 포함할 수 있다.
상기 기판의 두께는 30um~70um일 수 있다.
상기 X선 이미지 센서는, 구강 내 구조물의 X선 촬영을 위해 상기 구강 내에서 상기 구조물에 밀착될 수 있다.
상기 X선 이미지 센서는, 상기 구조물을 향하는 물리력과 상기 구조물에 의한 반발력에 의해 상기 구강 내에서 위치 별로 휘어짐 정도가 가변될 수 있다.
상기 X선 이미지 센서는, 장축 방향과 단축 방향 중 하나인 제 1 방향의 탄성도가 상기 장축 방향과 단축 방향 중 다른 하나인 제 2 방향의 탄성도 미만일 수 있다.
상기 탄성조절부재는, 장축 방향 또는 단축 방향 중 어느 하나인 제 1 방향의 탄성도가 상기 장축 방향 또는 단축 방향 중 다른 하나인 제 2 방향의 탄성도 미만일 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 방향의 탄성도 비는 1:1.5 내지 1:6일 수 있다.
상기 탄성조절부재는, 강화재와 수지를 포함하는 복합수지재료를 포함할 수 있다.
상기 강화재는, 섬유강화재를 포함할 수 있다.
상기 탄성조절부재의 두께는 0.2mm~0.4mm일 수 있다.
상기 섬유강화재는, 카본섬유를 포함할 수 있다.
상기 섬유강화재는, 상기 제 1 방향을 따라 배열된 제 1 밀도의 제 1 원사와; 상기 제 2 방향을 따라 배열되고 상기 제 1 밀도보다 큰 제 2 밀도의 제 2 원사를 포함할 수 있다.
상기 섬유강화재는, 상기 제 1 방향을 따라 배열된 제 1 원사와 상기 제 2 방향을 따라 배열된 제 2 원사를 포함하고, 상기 탄성조절부재는, 상기 제 1 원사의 제 1 원사층과; 상기 제 1 원사층 보다 많은 수의 상기 제 2 원사의 제 2 원사층을 포함할 수 있다.
상기 제 1 방향은 상기 X선 이미지 센서의 장축 방향이고, 상기 제 2 방향은 상기 X선 이미지 센서의 단축 방향일 수 있다.
상기 탄성조절부재는, 상기 센서패널과 상기 회로패널 사이에 위치할 수 있다.
상기 센서패널과 상기 탄성조절부재를 접합하는 연성의 제 1 접착제와; 상기 탄성조절부재와 상기 회로패널을 접합하는 연성의 제 2 접착제를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 접착제 중 적어도 하나는 OCA(optically clear adhesive)를 포함할 수 있다.
상기 센서패널과 연결되어 상기 전기적 신호가 입력되는 패널 연결 패드부와; 케이블이 연결되어 상기 전기적 신호를 외부로 전달하는 케이블 연결 패드부와; 상기 패널 연결 패드부와 상기 케이블 연결 패드부를 연결하는 도전 배선 패턴부와;상기 패널 연결 패드부, 상기 케이블 연결 패드부, 상기 도전 배선 패턴부를 제외한 영역의 적어도 일부에 형성된 금속 박막을 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 X선을 검출하여 전기적 신호를 생성하는 휘어짐 가능한 이미지센서와; 상기 이미지센서의 외면을 감싸는 연질의 몰딩하우징을 포함하고, 구강 내 구조물의 X선 촬영을 위해 상기 구강 내에서 상기 구조물을 향하는 물리력과 상기 구조물에 의한 반발력에 의해 상기 구강 내에서 위치 별로 휘어짐 정도가 가변되는 구강센서장치를 제공한다.
상기 이미지 센서는 상기 전기적 신호를 생성하는 휘어짐 가능한 센서패널과; 상기 전기적 신호를 외부로 전달하는 플렉서블 특성의 인쇄회로기판과; 상기 센서패널과 상기 인쇄회로기판 사이에 개재되는 탄성재질의 탄성조절부재를 포함할 수 있다.
상기 몰딩 하우징 내에서 상기 이미지 센서의 전후면을 각각 덮는 보호커버와 윈도우커버를 더 포함할 수 있다.
상기 구강센서장치는, 상기 물리력이 상기 구조물의 반대편인 배면 중심에서 길이방향에 수직으로 가해질 경우, 상기 구조물의 배치관계에 따른 반발력에 대해 서로 대향하는 양 가장자리의 최대 굽힘점에 각각 접하는 두 접선의 교차각이 180° 초과 90°미만의 범위 내에서 휘어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 이미지센서는 휘어짐이 가능한 얇은 두께의 센서패널과, 탄성재질의 탄성조절부재와, 플렉서블 특성의 인쇄회로기판이 일체로 적층된 구조를 갖는다. 이에 따라, 이들 구성들은 외력에 대해 일정 범위의 벤더블 특성을 갖게 되어, 영상 왜곡을 최소하면서 환자 불편감을 상당 정도 완화할 수 있는 벤더블 특성의 이미지센서 및 이를 이용한 구강센서장치를 구현할 수 있다.
더욱이 장축 방향이 단축 방향에 비해 탄성도가 낮은 탄성조절부재를 구성함으로써, 일정 범위의 벤더블 특성과 더불어 장축 방향이 단축 방향에 비해 상대적으로 높은 휨 특성을 갖는 이미지센서 및 구강센서장치를 구현할 수 있게 된다. 이에 따라, 환자 불편감을 더욱 완화할 수 있게 된다.
또한, 센서패널과, 탄성조절부재와, 인쇄회로기판을 연성의 접착제로 접착하여 일체화 함으로써, 이종 구성들 간의 인장 응력을 효과적으로 완화시킬 수 있다. 이에 따라 반복적인 휘어짐에도 높은 신뢰성과 안정성을 유지할 수 있는 이미지센서 및 구강센서장치를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 센서패널을 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판을 개략적으로 도시한 평면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 탄성조절부재를 개략적으로 도시한 사시도.
도 5는 도 4의“A”부분에 대응되는 탄성조절부재의 부분을 개략적으로 도시한 부분 확대 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄성조절부재의 부분을 개략적으로 도시한 부분 확대 사시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 이용한 구강센서장치를 나타낸 사시도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지센서(100)는 센서패널(110)과, 탄성조절부재(120)와, 인쇄회로기판(130)을 포함한다. 여기서, 센서패널(100)과, 탄성조절부재(120)와, 인쇄회로기판(130)은 X선의 진행 방향을 따라 배치되는 것이 바람직한데, 이에 한정되지는 않는다.
센서패널(110)에는 영상을 획득하기 위한 유효영역, 즉 액티브 영역에 횡방향과 열방향을 따라 다수의 화소가 매트릭스 형태로 배치된다. 각 화소에는 포토다이오드와 같은 광전변환소자와 스위칭 소자가 구성되어, 입사된 광을 전기적 신호로 변환 및 전송하게 된다. 한편, 구체적으로 도시하지는 않았지만, 센서패널(110)의 일측에는 전기적 신호를 출력하기 위한 패드들이 구성되어 있고, 스위칭 소자는 CMOS 트랜지스터 또는 TFT로 구현될 수 있다.
이미지센서(100)의 벤더블 특성 구현을 위해, 센서패널(110) 또한 벤더블 특성을 갖도록 구성되는데, 이를 위해 센서패널(110)은 반도체, 세라믹, 유리 등의 취성 기판을 사용한 것을 전제로 기판의 두께가 100um 이하, 일례로 30um~70um로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 두께로 기판을 형성하게 되면, 센서패널(110)의 벤딩 강도(bending strength)가 최적화될 수 있다.
위와 같은 두께의 센서패널(110)을 형성하기 위해, 예를 들면, 기판의 배면 측을 일정 두께 제거하는 방법이 사용될 수 있다. 즉, 광전변환소자가 형성된 면과 반대되는 배면에 대해, 기계적 그라인딩(grinding), 화학적 연마, 플라즈마 에칭 등의 공정을 진행하여 기판의 두께를 전술한 바와 같은 정도로 얇게 형성할 수 있게 된다.
한편, 센서패널(110)은 입사된 X선을 전기적 신호로 직접 변환하는 직접 변환 방식의 센서패널이나, 입사된 X선을 가시광선으로 변환하고 이를 전기적 신호로 변환하는 간접 변환 방식의 센서패널이 사용될 수 있다.
여기서, 간접 변환 방식의 센서패널(110)이 사용되는 경우에, 도 2에 도시한 바와 같이, 센서패널(110)은 기판(115)의 일면, 즉 광전변환소자 상에 X선을 가시광선으로 변환하기 위한 형광체(scintillator)층(140)이 구비될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 센서패널을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2에서는, 센서패널(110)에 있어 X선 입사면에 형광체층(140)이 구성된 예를 도시하였으나, 이와 다른 예로서 X선 입사면의 반대면에 형광체층(140)이 구성될 수 있다.
형광체층(140)은, 예를 들면, 접착제(145)를 통해 기판(115)에 부착될 수 있다. 그리고 형광체층(140) 상에는, 형광체층(140)을 보호하기 위한 방사선 투과성의 보호막(150)이 구성될 수 있다. 이때, 접착제(145)는 광투과도가 높은 연성의 접착제, 일례로 OCA(Optically Clear Adhesive) 필름이 사용될 수 있고, 보호막(150)은 방사성 투과성과 습기 차단성이 높은 수지재질 필름이 사용될 수 있다. 참고로, 접착제(145)는 기판의 취성을 완화시켜주는 역할을 겸할 수 있도록 10~50um, 바람직하게는 OCA 필름을 전제로 15~40um의 두께를 나타낼 수 있다.
한편, 형광체층(140)을 구성하는 형광체로서는, 예를 들면, CsI를 사용한 형광체나, 개독스(Gadox: Gd2O2:Tb)를 사용한 형광체가 사용될 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서(100)는 벤더블 특성을 갖도록 구성되므로, 주상 결정 구조의 CsI 형광체 보다 개독스를 사용한 형광체가 사용되는 것이 바람직하다. 개독스 형광체는 미립자 구조를 갖게 되므로, 이미지센서(100)가 휘게 되더라도 파손될 가능성은 매우 낮아 결함이 발생하지 않게 된다. 더욱이, 개독스를 사용한 형광체층(140)은 제조가 용이한 장점이 있다.
참고로, 개독스를 사용한 형광체층(140)은 충분한 광량을 얻기 위해 250~500um, 바람직하게는 300~450um 의 두께를 나타낼 수 있다.
또한, 형광체층(140)이 형성된 기판(115)의 반대면에는 플렉서블층(155)이 형성될 수 있는데, 이와 같은 플렉서블층(155)은 유연성을 지닌 수지재질, 예를 들면 폴리이미드(polyimide: PI)로 이루어질 수 있다. 이때, 플렉서블층(155)은 이미지센서의 휘어짐에 대해 기판(115)의 취성을 완화하여 파손을 방지할 수 있도록 충분한 두께를 나타낼 수 있고, 예를 들면 50~150um 정도의 두께를 가질 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 인쇄회로기판(130)은 센서패널(110)의 후방에 위치하게 되며, 센서패널(110)의 일측과 전기적으로 연결되어 센서패널(110)에서 발생된 전기적 신호를 전달받아 외부로 전송하게 된다.
인쇄회로기판(130)으로서, 이미지센서(100)의 벤더블 특성 구현을 위해, 플렉서블(flexible) 재질로 이루어진 소위 플렉서블 인쇄회로기판이 사용되는 것이 바람직하다.
이와 관련하여 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판(130)을 개략적으로 도시한 평면도인 도 3을 참조하면, 인쇄회로기판(130)에는 패널 연결 패드부(131)와, 도전 배선 패턴부(133)와, 케이블 연결 패드부(135)가 구성될 수 있다.
패널 연결 패드부(131)는 도시한 바와 같이 인쇄회로기판(130)의 일측에 구성되고, 여기에는 다수의 패드들이 형성되어 있다. 이와 같은 패널 연결 패드부(131)의 패드들은 센서패널(110)의 일측에 구성된 대응되는 패드들과 와이어 본딩(wire bonding), 솔더링(soldering) 또는 ACF (Anisotropic Conductive Film) 등을 통해 전기적으로 연결되어, 센서패널(110)에서 발생된 전기적 신호를 인가 받게 된다.
도전 배선 패턴부(133)에는, 양단에 위치하는 패널 연결 패드부(131)와 케이블 연결 패드부(135)를 연결하는 다수의 배선 패턴이 형성된다. 배선 패턴의 일끝단은 패널 연결 패드부(131)에 연결되어, 센서패널(110)으로부터 인가된 전기적 신호를 배선 패턴의 타끝단에 연결된 케이블 연결 패드부(135)로 전달하게 된다.
케이블 연결 패드부(135)는 외부로 전기적 신호를 전송하기 위한 전송 케이블(도 7의 210 참조, 이하 동일하다.)이 연결되는 구성에 해당된다. 여기서, 전송 케이블은 케이블 연결 패드부(135)와 다양한 방식으로 연결될 수 있는데, 예를 들면, 솔더링(soldering) 방식이나 커넥터(connector) 방식 또는 전도성 필름(Conductive Film)으로 연결될 수 있다.
한편, 인쇄회로기판(130)의 일면에는 패널 연결 패드부(131)와, 도전 배선 패턴부(133)와, 케이블 연결 패드부(135)와 전기적으로 절연된 금속 박막(137)이 구성될 수 있다. 이와 같은 금속 박막(137)은, 예를 들면, 구리(Cu)로 이루어질 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
금속 박막(137)은 전술한 구성들인 패널 연결 패드부(131)와, 도전 배선 패턴부(133)와, 케이블 연결 패드부(135)가 형성된 영역을 제외한 영역 중 적어도 일부에 형성될 수 있다.
이와 같은 금속 박막(137)은 인쇄회로기판(130)의 접지 수단과 EMI(electromagnetic interference) 차폐 수단으로서 기능할 수 있다.
더욱이, 금속 박막(137)은 인쇄회로기판(130)의 벤더블 특성을 조절하는 수단으로서 기능할 수 있다.
이와 관련하여, 금속 박막(137)이 없는 경우에는 패널 연결 패드부(131)와, 도전 배선 패턴부(133)와, 케이블 연결 패드부(135)가 형성된 영역과 그 외의 영역 간의 휘는 정도가 큰 차이를 보이지만, 금속 박막(137)을 형성함에 따라 그 차이를 완화시켜 인쇄회로기판(130)의 전체적인 휘어짐 정도를 영역별로 고르게 할 수 있다. 그리고 금속 박막(137)의 재료나, 형성 면적, 두께 등을 조절함으로써, 인쇄회로기판(130)의 휘는 정도가 조절될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는, 센서패널(110)에 대응되는 크기를 갖는 인쇄회로기판(130)이 사용되는 경우를 예로 들어 설명하였다. 이와 다른 예로서, 센서패널(110) 보다 작은 크기를 가지며, 실질적으로 패널 연결 패드부(131)와, 도전 배선 패턴부(133)와, 케이블 연결 패드부(135) 만으로 이루어진 인쇄회로기판(130)이 사용될 수도 있다. 참고로, 이 같은 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판(130)의 두께는 150~350um의 두께를 나타낼 수 있지만 이에 한정되지는 않으며, 센서패널(110) 이하의 탄성도면 족하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 탄성조절부재(120)를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 1과 함께 참조한다.
탄성조절부재(120)는 일례로 센서패널(110)과 인쇄회로기판(130) 사이에 위치하고, 센서패널(110)과 대응되는 형상으로서 센서패널(110) 후방 전체를 덮도록 형성된다. 그리고 탄성조절부재(120)는 센서패널(110) 또는 인쇄회로기판(130) 이상의 탄성도를 나타내는 탄성재질로 이루어진다. 이를 통해 탄성조절부재(120)는 센서패널(110)과 인쇄회로기판(130)의 휘어짐 정도 즉, 센서패널(110)과 인쇄회로기판(130)의 탄성도를 자신의 휘어짐 정도 이하 즉, 탄성조절부재(120)의 탄성도 이상으로 조절하여 탄성조절부재(120)의 탄성한도 내 외력의 크기에 따라 이미지센서(100)의 휘어짐 정도가 가변되면서 벤더블 특성과 복원력을 갖도록 하는 동시에, 이미지센서(100)의 휘어짐에 대해 센서패널(110)의 취성을 완화시켜 보호하는 기능을 한다.
즉, 사이즈나 두께 등에 따라 각각의 탄성도는 차이가 있을 수 있지만, 임의로 센서패널(110)의 탄성도를 제 1 탄성도, 인쇄회로기판(130)의 탄성도를 제 2 탄성도라 가정하면, 센서패널(110)이 도 2의 구조 및 두께를 나타내는 것을 전제로 제 1 탄성도는 통상 제 2 탄성도 이상이다. 그리고 탄성조절부재(120)는 제 1 탄성도 이상의 제 3 탄성도를 나타내는 탄성재질로 구성되는바, 이로써 센서패널(110)과 인쇄회로기판(130)의 탄성도를 제 3 탄성도 이상으로 조절하여 이미지센서(100)가 탄성조절부재(120)의 탄성한계 내에서 휘어짐 가능하도록 하는 한편, 탄성조절부재(120)의 탄성도에 의해 탄성조절부재(120)의 탄성한계 내에서 이미지 센서(100)가 휘어진 후 외력이 제거되면 다시 원래 형태로 복원되도록 하는 역할을 한다.
이를 위해 탄성조절부재(120)는 수지재질, 특히 2종류 이상의 소재가 조합된 복합재료의 수지재질이 사용될 수 있고, 바람직하게는 강화재와 수지를 포함하는 복합수지재질이 사용될 수 있다.
더 나아가 탄성조절부재(120)는 평면적으로 볼 때 제1방향의 휨 특성과 이와 수직한 제2방향의 휨 특성이 서로 상이하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이와 관련하여, 이미지센서(100)가 평면을 기준으로 x축 방향의 길이가 이와 수직한 y축 방향의 길이 보다 긴 장방형 형태로 형성된 경우를 예로 들 때, 탄성조절부재(120)는 장축 방향인 x축 방향의 휨 특성이 단축 방향인 y축 방향의 휨 특성 보다 크도록 구성되는 것이 바람직하다. 한편, 이미지센서(100)가 실질적으로 정방형의 형태로 형성된 경우에도, x축과 y축 방향의 휨 특성이 서로 상이하도록 구성할 수 있다.
이와 같은 휨 특성에 따라, 이미지센서(100)는 단축 방향에 비해 장축 방향으로 더욱 잘 휘게 되어, 이미지센서(100)를 사용한 구강 내 촬영 시 환자의 불편감을 효과적으로 완화시킬 수 있게 된다.
이와 관련하여, 구강 내 촬영 시에는, 이미지센서(100)의 모서리 부분에 의해 환자의 불편감이 유발되며, 특히 장축 방향의 끝단 부분이 환자의 불편감 유발에 매우 큰 작용을 하게 된다. 이러한바, 이미지센서(100)에 휨 특성, 특히 장축 방향에 보다 큰 휨 특성을 부여함으로써, 환자가 느끼는 불편감을 상당한 정도로 완화시킬 수 있게 된다.
또한, 탄성조절부재(120)는 장축 방향인 x축 방향의 휨 특성이 단축 방향인 y축 방향의 휨 특성 보다 크므로 비틀림 응력을 x, y축 방향의 응력으로 분산시키되 그 대부분을 x축 방향의 응력으로 전환시켜 센서패널(110), 특히 기판(115)의 파손을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이 평면상 방향에 따라 서로 다른 휨 특성을 갖는 탄성조절부재(120)는, 복합재료의 수지재질로서 예를 들면, 섬유강화재를 포함하는 FRP(fiber reinforced polymer)로 이루어질 수 있다. FRP는 불포화 폴리에스터, 에폭시, 페놀, 폴리이미드 등의 열경화성 수지나 폴리아미드, 폴리카보네이트, ABS, PBT, PP, SAN 등의 열가소성 수지 기재에 유리 섬유, 탄소 섬유, 붕소 섬유 등의 무기계 섬유 또는 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 케블라(Keblar) 섬유 등의 유기계 섬유가 강화재로 포함된 물질이다.
탄성조절부재(120)와 관련하여 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 5는 도 4의 "A" 부분에 대응되는 탄성조절부재(120) 부분을 개략적으로 도시한 부분 확대 사시도로서, 탄성조절부재(120)의 단면이 도시된다.
도 5를 참조하면, 탄성조절부재(120)에는 제1방향, 즉 x 방향을 따라 제1원사(FT1)가 배열된 제1원사층(121)과, 제2방향, 즉 y 방향을 따라 제2원사(FT2)가 배열된 제2원사층(122)이 각각 수지기재에 함침된 상태로 두께 방향을 따라 교대로 배치되어 있다. 여기서, 제1및 제2원사(FT1, FT2)는 전술한 섬유를 결집하여 일방향으로 엮음으로써 형성될 수 있게 된다.
특히, 도 5에서는 x축 즉 장축 방향으로 제1원사(FT1)가 배열된 제1원사층(121)의 수가, y축 즉 단축 방향으로 제2원사(FT2)가 배열된 제2원사층(122)의 수에 비해 적게 형성되는데, 도 5에서는 설명의 편의를 위해, 제1원사층(121)은 1개, 제2원사층(122)은 2개가 배치된 경우를 예로 들고 있다. 그리고 제1및 제2원사(FT1, FT2)는 카본재질로서, 본 발명의 실시예에 따른 탄성조절부재(120)는 CFRP를 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 장축 방향의 제1원사층(121)이 단축 방향의 제2원사층(122)에 비해 적은 수로 형성됨으로써, 장축 방향이 상대적으로 낮은 탄성도 즉 높은 휨 특성을 갖게 되고 단축 방향이 상대적으로 높은 탄성도 즉 낮은 휨 특성을 갖게 된다.
여기서, 장축 방향의 탄성도와 단축 방향의 탄성도의 비는 대략 1:1.5~1:6 정도가 될 수 있다. 그리고, 탄성조절부재(120)는 대략 200~400um의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 탄성조절부재(120)가 300um의 두께를 갖는 경우에, 장축 방향의 탄성도는 휨강도 1000~30000MPa, 단축 방향의 탄성도는 휨강도 1500~180000Mpa를 나타내도록 탄성조절부재(120)를 형성하는 것이 바람직한데, 이와 같은 휨강도는 200~400um의 두께인 경우에도 적용될 수 있다.
전술한 바와 같은 형태로 원사 배열 방향이 서로 교차하는 원사층(121, 122)의 적층수를 달리함으로써, 장축 방향이 단축 방향에 비해 높은 휨 특성을 갖는 탄성조절부재(120)를 구현할 수 있게 된다.
또한, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄성조절부재(120)의 부분을 개략적으로 도시한 부분 확대 사시도로서, 제1방향, 즉 x 방향을 따라 배열된 제1원사(FT1)와 제2방향, 즉 y 방향을 따라 배열된 제2원사(FT2)가 교차된 상태로 수지기재에 함침되어 있고, 특히 x축 즉 장축 방향으로 배열된 제1원사(FT1)의 밀도(즉, 이격 간격)가 y축 즉 단축 방향으로 배열된 제2원사(FT2)의 밀도(즉, 이격 간격)보다 낮게 형성되어 있다. 그리고 제1및 제2원사(FT1, FT2)는 카본재질로서, 본 발명의 실시예에 다른 탄성조절부재(120)는 CFRP를 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 장축 방향을 향하는 제1원사(FT1)의 밀도가 단축 방향을 향하는 제2원사(FT2)의 밀도보다 낮게 형성됨으로써, 장축 방향이 상대적으로 낮은 탄성도 즉 높은 휨 특성을 갖게 되고 단축 방향이 상대적으로 높은 탄성도 즉 낮은 휨 특성을 갖게 된다.
여기서, 앞서와 마찬가지로 장축 방향의 탄성도와 단축 방향의 탄성도의 비는 대략 1:1.5~1:6 정도가 될 수 있다. 그리고, 탄성조절부재(120)는 대략 200~400um의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 탄성조절부재(120)가 300um의 두께를 갖는 경우에, 장축 방향의 탄성도는 휨강도 1000~30000MPa, 단축 방향의 탄성도는 휨강도 1500~180000Mpa를 나타내도록 탄성조절부재(120)를 형성하는 것이 바람직한데, 이와 같은 휨강도는 200~400um의 두께인 경우에도 적용될 수 있다.
전술한 바와 같은 형태로 서로 교차하는 제 1 및 제 2 원사(FT1, FT2)의 밀도를 달리하여 장축 방향이 단축 방향에 비해 높은 휨 특성을 갖는 탄성조절부재(120)를 구현할 수 있게 된다.
한편, 도 1을 참조하면, 탄성조절부재(120)는 그 전방 및 후방에 위치하는 센서패널(110) 및 인쇄회로기판(130) 각각과 접착제(161, 162)를 통해 결합될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 탄성조절부재(120)와 센서패널(110) 사이의 접착제(161)는 제1접착제(161), 탄성조절부재(120)와 인쇄회로기판(130) 사이의 접착제(162)는 제2접착제(162)라고 한다.
제1 및 2접착제(161, 162)로는 연성이 우수한 접착제로서, 예를 들면, OCA(optically clear adhesive)가 사용될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
이처럼 연성이 우수한 제1 및 2접착제(161, 162)를 사용함으로써 이미지센서(100)가 휘어질 때 발생하는 층간 응력과 센서패널의 취성이 효과적으로 완화될 수 있다.
이와 관련하여, 센서패널(110), 탄성조절부재(120), 인쇄회로기판(130)은 서로 이종 특성을 갖는 별개의 구성들로서, 특히 인장(tensile) 특성이 서로 상이하다. 이에 따라, 이미지센서(100)가 휘는 경우에, 위와 같은 이종 구성들 사이에는 변위차가 발생하게 되고, 이에 따라 인장 응력이 발생된다. 이와 같은 경우에 이종 구성들 사이에 연성의 접착제(161, 162)를 개재하여 일체화함으로써, 인장 응력을 효과적으로 완화시킬 수 있게 된다.
한편, 여러 가지 제반 특성을 고려할 때, 제 1 접착제(161)는 대략 30um~70um의 두께를 갖고, 제 2 접착제(162)는 10~50um의 두께를 갖도록 구성하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서(100)에는, 얇은 두께의 센서패널(110)과, 센서패널(110)보다 높은 탄성도의 탄성재질로 이루어진 탄성조절부재(120)와, 플렉서블 특성의 인쇄회로기판(130)을 포함한다. 그리고 이들 구성들은 모두 벤더블 특성을 나타내므로 영상 왜곡을 최소하면서 환자 불편감을 상당 정도 완화할 수 있는 벤더블 특성의 이미지센서가 구현될 수 있게 된다.
더욱이, 장축 방향이 단축 방향에 비해 높은 휨 특성을 갖는 탄성조절부재(120)에 의해 이미지센서(100)의 장축 방향이 단축 방향에 비해 높은 휨 특성을 갖게 되어 환자 불편감을 더욱 완화할 수 있게 된다.
또한, 센서패널(110)과, 탄성조절부재(120)와, 인쇄회로기판(130) 사이에 연성의 제 1 및 제 2 접착제(161,162)를 사용하여 일체화함으로써, 이종 구성들 간의 인장 응력을 효과적으로 완화시켜 반복적인 휘어짐에도 높은 신뢰성과 안정성을 유지할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 이용한 구강센서장치(200)를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 구강센서장치(200)는 센서패널(110) 전방(즉, X선 입사 측)을 덮는 탄성재질의 윈도우 커버(window cover; 170)와, 인쇄회로기판(130) 후방을 덮는 탄성재질의 보호 커버(protect cover; 180)를 포함하거나 이들과 별개 또는 병합하여 이미지센서(100)의 외부를 감싸는 연질의 몰드 하우징(mold housing; 190)을 포함한다. 그리고, 신호 전송을 위한 전송 케이블(210)은 몰드 하우징(190) 또는 몰드 하우징(190)과 보호 커버(180)를 관통하여 인쇄회로기판(130)에 연결되도록 구성된다.
일례로, 윈도우 커버(170)는 방사선 투과성의 탄성재질로서, 예를 들면 플렉서블 유리(flexible glass)나 FRP 재질로 이루어 질 수 있고, 보호 커버(180)는 상대적으로 저탄성 고강도의 재질로서, 예를 들면, 폴리 카보네이트(poly carbonate: PC)로 이루어질 수 있으며, 몰드 하우징(190)은 방사선 투과성의 무해연질로서, 예를 들면 실리콘이나 우레탄(urethane) 등 쇼어 경도(shore hardness)가 대략 A 30~50인 연질 물질이 사용되는 것이 바람직한데, 이에 한정되지는 않는다.
이때, 윈도우 커버(170), 보호 커버(180), 몰드 하우징(190)의 재질과 두께 등은 구강센서장치의 목적하는 휨 특성에 따라 조절될 수 있는데, 바람직하게는 본 실시예에 따른 구강센서장치는 구강 내 X선 촬영 시 구강에 삽입되어 구강 내 구조물을 향해 길이방향에 수직인 물리력이 배면의 중심에 가해질 경우, 상기 구조물의 배치관계에 따른 반발력에 대해 장축 방향의 양측 가장자리의 최대 굽힘점에 각각 접하는 두 접선의 최대 교차각이 90°이상 180°미만의 범위에서 가변된다.
그 결과 본 발명의 실시예에 따른 구강센서장치(200)는 구강 내 구조물, 즉 치아 및 치아주변조직의 엑스선 촬영을 위해 환자의 구강 내에서 구조물에 밀착된다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 구강센서장치(200)는 환자의 구강 내에서 상기 구조물을 향하는 외력과 구조물에 의한 반발력에 의해 위치 별로 휘어짐 정도가 가변된다. 따라서 환자가 느낄 수 있는 이물감과 고통은 크게 경감되고, 이미지 왜곡의 가능성도 낮다.
전술한 본 발명의 실시예는 본 발명의 일예로서, 본 발명의 정신에 포함되는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명은, 첨부된 특허청구범위 및 이와 등가되는 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.
100: 이미지센서 110: 센서패널
120: 탄성조절부재 130: 인쇄회로기판
161: 제1접착제 162: 제2접착제

Claims (23)

  1. X선을 검출하여 전기적 신호를 생성하고 휘어짐 가능한 제 1 탄성도의 센서패널과;
    상기 전기적 신호를 외부로 전달하고 상기 제 1 탄성도 보다 작은 제 2 탄성도의 플렉서블 특성의 인쇄회로기판과;
    상기 제 1 탄성도 보다 큰 제 3 탄성도의 탄성재질로 이루어지고, 상기 센서패널과 상기 인쇄회로기판의 탄성도를 제 3 탄성도 이상으로 조절하는 탄성조절부재
    를 포함하는 X선 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서패널은,
    기판과;
    상기 기판 상에 형성된 광전변환소자와;
    상기 광전변환소자 상에 형성된 형광체를 포함하는 X선 이미지 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판의 두께는 30um~70um인 이미지센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 X선 이미지 센서는, 구강 내 구조물의 X선 촬영을 위해 상기 구강 내에서 상기 구조물에 밀착되는 X선 이미지 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 X선 이미지 센서는, 상기 구조물을 향하는 물리력과 상기 구조물에 의한 반발력에 의해 상기 구강 내에서 위치 별로 휘어짐 정도가 가변되는 X선 이미지 센서.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 X선 이미지 센서는, 장축 방향과 단축 방향 중 하나인 제 1 방향의 탄성도가 상기 장축 방향과 단축 방향 중 다른 하나인 제 2 방향의 탄성도 미만인 X선 이미지 센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성조절부재는, 장축 방향 또는 단축 방향 중 어느 하나인 제 1 방향의 탄성도가 상기 장축 방향 또는 단축 방향 중 다른 하나인 제 2 방향의 탄성도 미만인 X선 이미지 센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 방향의 탄성도 비는 1:1.5 내지 1:6인 X선 이미지 센서.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 탄성조절부재는, 강화재와 수지를 포함하는 복합수지재료를 포함하는 X선 이미지 센서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 강화재는, 섬유강화재를 포함하는 X선 이미지 센서.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 탄성조절부재의 두께는 0.2mm~0.4mm인 X선 이미지센서.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 섬유강화재는, 카본섬유를 포함하는 X선 이미지 센서.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 섬유강화재는,
    상기 제 1 방향을 따라 배열된 제 1 밀도의 제 1 원사와;
    상기 제 2 방향을 따라 배열되고 상기 제 1 밀도보다 큰 제 2 밀도의 제 2 원사를 포함하는 X선 이미지 센서.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 섬유강화재는, 상기 제 1 방향을 따라 배열된 제 1 원사와 상기 제 2 방향을 따라 배열된 제 2 원사를 포함하고,
    상기 탄성조절부재는,
    상기 제 1 원사의 제 1 원사층과;
    상기 제 1 원사층 보다 많은 수의 상기 제 2 원사의 제 2 원사층을 포함하는 X선 이미지 센서.
  15. 제 6 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 방향은 상기 X선 이미지 센서의 장축 방향이고, 상기 제 2 방향은 상기 X선 이미지 센서의 단축 방향인 X선 이미지 센서.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성조절부재는, 상기 센서패널과 상기 회로패널 사이에 위치하는 X선 이미지 센서.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 센서패널과 상기 탄성조절부재를 접합하는 연성의 제 1 접착제와;
    상기 탄성조절부재와 상기 회로패널을 접합하는 연성의 제 2 접착제를 더 포함하는 이미지센서.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 접착제 중 적어도 하나는 OCA(optically clear adhesive)를 포함하는 X선 이미지센서.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로패널은,
    상기 센서패널과 연결되어 상기 전기적 신호가 입력되는 패널 연결 패드부와;
    케이블이 연결되어 상기 전기적 신호를 외부로 전달하는 케이블 연결 패드부와;
    상기 패널 연결 패드부와 상기 케이블 연결 패드부를 연결하는 도전 배선 패턴부와;상기 패널 연결 패드부, 상기 케이블 연결 패드부, 상기 도전 배선 패턴부를 제외한 영역의 적어도 일부에 형성된 금속 박막을 포함하는 X선 이미지센서.
  20. X선을 검출하여 전기적 신호를 생성하는 휘어짐 가능한 이미지센서와;
    상기 이미지센서의 외면을 감싸는 연질의 몰딩하우징을 포함하고,
    구강 내 구조물의 X선 촬영을 위해 상기 구강 내에서 상기 구조물을 향하는 물리력과 상기 구조물에 의한 반발력에 의해 상기 구강 내에서 위치 별로 휘어짐 정도가 가변되는 구강센서장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는
    상기 전기적 신호를 생성하는 휘어짐 가능한 센서패널과;
    상기 전기적 신호를 외부로 전달하는 플렉서블 특성의 인쇄회로기판과;
    상기 센서패널과 상기 인쇄회로기판 사이에 개재되는 탄성재질의 탄성조절부재를 포함하는 구강센서장치.
  22. 제 20 또는 21 항에 있어서,
    상기 몰딩 하우징 내에서 상기 이미지 센서의 전후면을 각각 덮는 보호커버와 윈도우커버를 더 포함하는 구강센서장치.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 구강센서장치는, 상기 물리력이 상기 구조물의 반대편인 배면 중심에서 길이방향에 수직으로 가해질 경우, 상기 구조물의 배치관계에 따른 반발력에 대해 서로 대향하는 양 가장자리의 최대 굽힘점에 각각 접하는 두 접선의 교차각이 180° 초과 90°미만의 범위 내에서 휘어지는 구강센서장치.
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