WO2021201424A1 - 인트라오랄 x선 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
구강 내의 X선 영상의 검출을 위한 인트라오랄 X선 센서는 복수의 광 감지 픽셀이 형성되는 센싱 영역과 상기 센싱 영역과 분리된 연결 영역을 구비하는 센서 기판, 상기 연결 영역에 위치하도록 상기 센서 기판 상에 장착되는 리드아웃 회로, 상기 연결 영역에 위치하도록 상기 센서 기판 상에 장착되는 인터페이스 보드, 그리고 상기 센서 기판의 후면에 고정되는 지지 시트를 포함한다. 상기 센서 기판은 상기 연결 영역이 상기 지지 시트의 후방에 위치하도록 휘어지게 설치된다.
Description
본 발명은 X선(X-ray) 촬영을 위한 X선 센서에 관한 것이며 보다 상세하게는 구강 내에 삽입되어 X선 촬영을 할 수 있는 인트라오랄 X선 센서(intraoral X-ray sensor)에 관한 것이다.
X선 센서는 X선을 이용하여 피사체의 이미지를 검출하기 위한 전기 신호를 생성하는 장치이다. X선 센서는 의료용 진단 장비와 같은 다양한 영상 검출 장비에 사용되고 있으며, 구강 내에 삽입되어 구강 내 치아 또는 치아 주변조직의 X선 영상을 얻기 위한 인트라오랄 X선 센서로도 사용되고 있다.
인트라오랄 X선 센서는 아나로그 방식인 필름을 이용하는 방법과 디지털 방식인 인트라오랄 X선 센서를 이용하는 방법으로 나뉘어질 수 있으며, 필름 방식은 데이터를 인축하고 저장된 데이터를 지워야 하는 등의 번거로운 점, 및 영상 촬영 후 현상 과정 등에 많은 시간이 걸린다는 점, 필름 보관이 어렵다는 점이 있어 최근 디지털 방식의 인트라오랄 X선 센서가 많이 사용되고 있다. 디지털 방식의 인트라오랄 X선 센서는 투과된 X선을 감지하고 X선 투과량에 따른 전기 신호를 생성하도록 각각 구성되는 복수의 광 감지 픽셀을 포함한다. 복수의 광 감지 픽셀이 복수의 행과 열을 이루는 매트릭스 형태로 배열되며, 각 광 감지 픽셀은 X선에 의해 전기 신호를 출력하는 포토다이오드와 포토다이오드로부터 출력된 전기 신호를 전달하는 스위칭 소자를 포함한다. 인트라오랄 X선 센서의 스위칭 소자로 CMOS 트랜지스터가 주로 사용되고 있으며 박막 트랜지스터(TFT, thin film transistor)도 사용은 가능하다.
CMOS 트랜지스터를 스위칭 소자로 사용하는 방식은 X선에 취약한 리드아웃 회로(readout circuit)를 픽셀 내부에 포함하기 때문에 X선으로부터 리드아웃 회로를 보호하기 위해 광학 디바이스인 FOP(fiber optic plate)를 추가로 가진다. 이러한 방식의 인트라오랄 X센서는 FOP의 추가로 인해 제조 비용이 상대적으로 크다는 문제를 가지며, 또한 CMOS 트랜지스터 자체의 문제로 인해 센서 기판의 크기의 확대에 제한이 있어 많은 양을 한 번에 제조하기 어렵다는 문제를 가진다.
한편 박막 트랜지스터를 스위칭 소자로 사용하는 인트라오랄 X선 센서는 플렉서블 기판을 적용함으로써 휘어질 수 있는 구조로 제조되기 쉽다는 장점을 가진다. 이러한 방식의 인트라오랄 X선 센서는 포토다이오드와 박막 트랜지스터로 이루어지는 복수의 광 감지 픽셀을 포함하며, 또한 각 광 감지 픽셀로의 전기 신호의 입력을 위한 입력 라인 및 각 광 감지 픽셀로부터의 전기 신호의 출력을 위한 출력 라인을 포함한다. 이때 리드아웃 회로가 출력 라인에 연결되며, 입력 라인 및 리드아웃 회로는 인터페이스 보드(interface board)을 통해 외부에 연결된다.
기존에는 센서 기판의 후방에 별도의 인쇄회로기판을 배치한 후 인터페이스 보드를 인쇄회로기판 상에 설치하는 방식이 사용된다. 이를 위해 기판의 전면과 인쇄회로기판을 연결하기 위한 별도의 배선 부재가 필요하여 구조가 복잡할 뿐만 아니라 전기 연결의 안정성이 떨어지는 문제가 있다. 또한 증폭기와 멀티플렉서로 구성되는 리드아웃 회로가 기판 상에 배치되기 때문에 리드아웃 회로가 X선에 의해 손상되거나 작동상 문제를 야기할 수 있는 문제가 있다.
<선행기술문헌>
- 특허문헌 1: 공개특허공보 제10-2009-0028884호 (공개일자: 2009.03.20)
- 특허문헌 2: 공개특허공보 제10-2009-0102185호 (공개일자: 2009.09.30)
- 특허문헌 3: 공개특허공보 제10-2017-0018881호 (공개일자: 2017.02.20)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인터페이스 보드를 연결하기 위한 별도의 도전성 연결 부재를 생략할 수 있으며 리드아웃 회로가 X선으로부터 손상되는 것을 방지할 수 있는 인트라오랄 X선 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 구강 내의 X선 영상의 검출을 위한 인트라오랄 X선 센서는 복수의 광 감지 픽셀이 형성되는 센싱 영역과 상기 센싱 영역과 분리된 연결 영역을 구비하는 센서 기판, 상기 연결 영역에 위치하도록 상기 센서 기판 상에 장착되는 리드아웃 회로, 상기 연결 영역에 위치하도록 상기 센서 기판 상에 장착되는 인터페이스 보드, 그리고 상기 센서 기판의 후면에 고정되는 지지 시트를 포함한다. 상기 센서 기판은 상기 연결 영역이 상기 지지 시트의 후방에 위치하도록 휘어지게 설치된다.
상기 지지 시트는 상기 리드아웃 회로를 커버하는 X선 차단 층을 구비할 수 있다.
상기 센서 기판은 상기 센싱 영역과 상기 연결 영역을 중간 영역을 더 포함할 수 있으며, 상기 중간 영역은 상기 지지 시트의 측면을 따라 휘어지게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 구강 내의 X선 영상의 검출을 위한 인트라오랄 X선 센서를 제조하기 위한 제조 방법은 복수의 광 감지 픽셀이 형성되는 센싱 영역과 상기 센싱 영역과 분리된 연결 영역을 구비하는 센서 기판을 준비하는 단계, 상기 연결 영역 상에 상기 광 감지 픽셀의 출력 신호를 전송받도록 형성되는 리드아웃 회로를 형성하는 단계, 상기 연결 영역 상에 상기 리드아웃 회로의 출력 신호와 상기 광 감지 픽셀을 구동하기 위한 구동 신호의 입출력을 위한 인터페이스 보드를 상기 연결 영역 상에 형성하는 단계, 상기 센서 기판의 후면에 지지 시트를 고정하는 단계, 그리고 상기 연결 영역이 상기 지지 시트의 후방에 위치하도록 상기 센서 기판을 휘는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 인트라오랄 X선 센서를 제조하기 위한 제조 방법은 상기 리드아웃 회로를 커버하는 X선 차단 층을 상기 지지 시트에 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 센서 기판을 휘어서 리드아웃 회로와 인터페이스 보드를 지지 시트의 후방에 위치하도록 함으로써 별도의 연결 부재 없이 센서 기판 상의 도전 라인을 통해 센서 기판의 광 감지 픽셀과 인터페이스 보드를 연결할 수 있으며 그에 의해 낮은 제조 원가 및 간단한 구조가 달성된다.
또한 지지 시트에 구비되는 X선 차단 층에 의해 리드아웃 회로를 보호하기 때문에 리드아웃 회로가 X선에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인트라오랄 X선 센서의 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인트라오랄 X선 센서의 광 감지 픽셀의 전기 회로도를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인트라오랄 X선 센서의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인트라오랄 X선 센서의 제조 공정을 개략적으로 도시한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 인트라오랄 X선 센서는 구강 내에 삽입되어 치아 또는 주변 조직의 X선 영상을 획득하기 위한 전기 신호를 생성할 수 있도록 구성된다. 본 발명의 실시예에 따른 인트라오랄 X선 센서는 X선 생성 장치에 의해 생성되어 치아 또는 주변 조직을 통과한 X선을 감지하고 그에 따른 전기 신호를 생성할 수 있도록 구성된다. 본 발명의 인트라오랄 X선 센서는 외부로부터 작동을 위한 전기 신호를 수신할 수 있도록 구성되고 X선 감지에 의해 생성된 출력 전기 신호를 출력한다. 출력 전기 신호는 영상 표시 장치로 전송되어 해당하는 X선 영상을 표시하기 위해 사용될 수 있다.
도 1에는 본 발명의 인트라오랄 X선 센서의 개략적인 평면도가 도시되어 있으며, 도면에는 지지 케이스, 외부 하우징 등의 도시가 생략되어 있다. 센서 기판(10)은 구강 내에 삽입될 수 있는 형태를 가질 수 있으며, 외부 하우징 내에 수용될 수 있다. 도 1에는 센서 기판이 예시적으로 도시되어 있으나 센서 기판의 형상은 이에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.
센서 기판(10)은 X선을 감지하고 감지된 X선에 따른 전기 신호를 출력하는 복수의 광 감지 픽셀(11)을 포함할 수 있다. 광 감지 픽셀(11)은 복수의 행(row)과 열(column)을 이루도록 매트릭스(matrix) 형태로 배열될 수 있다. 도 1에는 30개의 광 감지 픽셀(11)이 6개의 행과 5개의 열을 이루도록 배열되는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나 광 감지 픽셀의 개수, 및 행과 열의 개수가 이에 한정되지 않는다. 센서 기판(10)은 인트라오랄 X선 센서의 벤더블(bendable) 특성의 확보를 위해 플렉서블(flexible)하도록 구성되는 기판(101) 상에 복수의 광 감지 픽셀(11)을 형성하여 구성될 수 있으며, 예를 들어 기판(101)은 휘어질 수 있는 폴리아미드(PI) 재질로 형성될 수 있다.
각 광 감지 픽셀(11)은 박막 트랜지스터(111)와 포토다이오드(112)를 포함한다. 박막 트랜지스터(111)와 포토다이오드(112)는 기존에 X선 센서에서 알려진 바와 같이 서로 연결될 수 있다. 박막 트랜지스터(111)는 저온다결정실리콘(LTPS, Low Temperature Polycrystalline Silicon) 재료 기반의 박막 트랜지스터일 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 박막 트랜지스터(111)는 게이트 전극(G), 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D)을 포함할 수 있으며, 포토다이오드(112)의 캐소드(cathode)가 드레인 전극(D)에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 인트라오랄 X선 센서는 리버스 바이어스(reverse bias) 전압을 포토다이오드(112)에 인가한 상태에서 X선에 의해 포토 다이오드에 의해 유발되는 광 검출 전기 신호를 행(도 1 및 도 2에서 횡방향) 단위로 순차적으로 읽어낼 수 있도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 리버스 바이어스 전압의 인가를 위한 복수의 바이어스 라인(bias line)(12), 복수의 광 감지 픽셀 배열에 행 단위로 박막 트랜지스터를 턴-온 시키기 위한 게이트 신호의 인가를 위한 복수의 게이트 라인(gate line)(13), 각 픽셀의 광 검출 전기 신호의 출력을 위한 복수의 데이터 라인(data line)(14)이 구비될 수 있다.
예를 들어, 바이어스 라인(12)은 각 열(도 1 및 도 2에서 상하방향) 별로 구비되며 각 열의 광 감지 픽셀(11)의 포토다이오드(112)의 애노드(anode)에 연결되어 포토다이오드(112)에 리버스 바이어스 전압을 인가할 수 있도록 구성된다. 바이어스 라인(12)은 바이어스 연결 라인(17)을 통해 외부 회로와의 전기적 연결을 위한 인터페이스 보드(30)가 체결되는 연결 패드(105)에 전기적으로 연결될 수 있다.
게이트 라인(13)은 각 행별로 구비되며 각 행의 광 감지 픽셀(11)의 박막 트랜지스터(111)의 게이트 전극(G)에 연결되어 게이트 신호를 인가할 수 있도록 구성된다. 이때 복수의 게이트 라인(13)은 각 행별 턴-온 작동을 위해 게이트 드라이버(gate driver)(15)에 연결될 수 있다. 게이트 드라이버(15)는 게이트 연결 라인(16)을 통해 외부 회로와의 전기적 연결을 위한 인터페이스 보드(30)가 체결되는 연결 패드(105)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 수신되는 게이트 신호를 각 행 별로 순차적으로 인가할 수 있도록 작동한다.
데이터 라인(14)은 각 열별로 구비될 수 있으며 각 열의 광 감지 픽셀(11)의 박막 트랜지스터(111)의 소스 전극(S)에 전기적으로 연결된다. 복수의 데이터 라인(14)은 리드아웃 회로(20)가 연결되는 연결 패드(104)까지 연장된다. 각 광 감지 픽셀(11)의 출력 전기 신호를 데이터 라인(14)을 통해 리드아웃 회로(20)로 전송된다. 리드아웃 회로(20)는 전기 신호의 증폭을 위한 다수의 증폭기와 멀티플렉서를 포함할 수 있으며, 리드아웃 회로(20)에서 출력된 출력 신호는 인터페이스 보드(interface board)(30)를 통해 외부 연결선을 통해 X선 영상 장치의 메인 컨트롤러로 전송되어 X선 영상을 만들기 위해 사용될 수 있다.
치아 또는 주변 조직을 통과한 X선이 인트라오랄 X선 센서의 센서 기판(10)에 조사되는 상태에서 바이어스 라인(12)을 통해 리버스 바이어스 전압이 포토다이오드(112)에 인가되고 게이트 라인(13)을 통해 행별로 박막 트랜지스터(111)가 순차적으로 턴-온되면, 포토 다이오드(112)에서 출력된 전기 신호가 턴-온된 박막 트랜지스터(111)를 통해 데이터 라인(14)으로 인가된다. 출력 전기 신호는 데이터 라인(14)에 연결된 리드아웃 회로(20)로 입력되어 증폭된 후 인터페이스 보드(30)를 통해 외부 연결선을 통해 출력된다. 이때 게이트 신호에 의해 광 감지 픽셀(11)이 행 단위로 순차로 턴-온되므로 출력 전기 신호도 행 단위로 리드아웃 회로(20)로 전송될 수 있다. 이에 의해 X선 영상 장치는 인트라오랄 X선 센서의 출력 전기 신호를 이용하여 X선 영상을 표시할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 인트라오랄 X선 센서는, 리드아웃 회로(20)와 인터페이스 보드(30)를 별도의 연결 부재를 통해서 광 감지 픽셀(11)과 연결하는 것이 아니라, 기판(101)의 일부를 후방으로 휘어서 센서 기판(10)의 후방에 위치되는 리드아웃 회로(20)와 인터페이스 보드(30)를 전기적으로 연결하도록 구성된다.
센서 기판(10)은 복수의 광 감지 픽셀(11)이 배열되는 센싱 영역(102), 그리고 센싱 영역(102)과 분리된 연결 영역(103)을 포함할 수 있다. 리드아웃 회로(20)는 연결 영역(103)에 형성되는 연결 패드(104)에 장착될 수 있고, 인터페이스 보드(30) 역시 연결 영역(103)에 형성되는 연결 패드(105)에 장착될 수 있다. 연결 패드(104, 105)는 전기 신호의 전달을 위한 도전 패턴을 포함할 수 있고, 리드아웃 회로(20) 및 인터페이스 보드(30)는 대응하는 도전 패턴을 통해 연결 패드(104, 105)에 각각 전기적으로 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 센서 기판(10)의 후면에 고정되는 지지 시트(40)가 고정될 수 있고, 리드아웃 회로(20)와 인터페이스 보드(30)가 센서 기판(10)의 후방에 위치하도록, 기판(101)이 연결 영역(103)이 지지 시트(40)의 후방에 위치하도록 휘어진 상태로 설치될 수 있다. 지지 시트(40)는 인트라오랄 X선 센서의 벤더블 특성의 구현을 위해 휘어질 수 있도록 구성될 수 있으며, 예를 들어 휘어질 수 있는 합성 수지 재질로 형성될 수 있다. X선 영상 장치에 본체에 연결되는 커넥터가 인터페이스 보드(30)에 연결됨으로써 센서 기판(10)과의 신호 입출력이 이루어질 수 있다.
간접 방식의 인트라오랄 X선 센서의 경우 X선을 가시광선으로 변환하는 섬광체 층(50)이 센서 기판(10) 상에 형성될 수 있다.
한편, 센서 기판(10)은 센싱 영역(102)와 연결 영역(103)을 연결하는 중간 영역(104)을 더 포함할 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 중간 영역(104)은 지지 시트(40)의 측면을 따라 휘어지는 상태로 설치된다.
도 1에는 리드아웃 회로(20)과 인터페이스 보드(30)가 설치되지 않은 상태에서 기판(101)이 휘어지기 전의 상태가 도시되어 있으며, 도 3에는 완성된 인트라오랄 X선 센서에서 연결 영역(103)이 지지 시트(40)의 후방에 위치하도록 기판(101)이 휘어진 상태가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(101)이 휘어진 상태로 설치되기 때문에 기판(101)의 연결 영역(103)에 연결되는 리드아웃 회로(20)와 인터페이스 보드(30) 역시 지지 시트(40)의 후방에 위치한다. 이에 의해 기판(101)의 휘어진 구조에 의해 리드아웃 회로(20) 및 인터페이스 보드(30)가 센싱 영역(102) 및 지지 시트(40)의 후방에 배치될 수 있으며, 기존과 달리 COF과 같은 별도의 연결 부재 없이 전기적 연결이 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 지지 시트(40)가 리드아웃 회로(20)를 커버하는 X선 차단 층(41)을 포함할 수 있다. 예를 들어, X선 차단 층(41)은 코팅된 구리 막으로 형성될 수 있다. 리드아웃 회로(20)가 X선 차단 층(41)에 의해 커버됨으로써 리드아웃 회로(20)가 X선에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 인트라오랄 X선 센서를 제조하는 방법에 대해 설명한다. 도 4에는 본 발명의 실시예에 따른 인트라오랄 X선 센서를 제조하기 위한 각 공정이 차례로 도시되어 있다. 제조 방법의 각 공정의 순서는 도 4에 도시된 것에 한정되지 않고 필요와 공정 효율 등에 따라 변경될 수 있다.
도 4의 (a)에는 센서 기판(10)이 도시되어 있다. 센서 기판(10)은 도 1에 도시된 센서 기판일 수 있다. 도 4의 (b)를 참조하면 센서 기판(10) 상에 섬광체 층(50)을 형성할 수 있다. 도 4의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이, 센서 기판(10)의 연결 영역(103)에 구비되는 연결 패드에 리드아웃 회로(20)와 인터페이스 보드(40)를 각각 설치할 수 있다. 도 4의 (e)에 도시된 바와 같이, X선 차단 층(41)을 가지는 지지 시트(40)가 센서 기판(10)의 후면에 고정될 수 있다. 이때 X선 차단 층(41)은 지지 시트(40)를 센서 기판(10)의 후면에 고정한 후 코팅에 의해 형성될 수도 있다. 도 4의 (f)에 도시된 바와 같이, 리드아웃 회로(20)와 인터페이스보드(40)가 배치되는 연결 영역(103)이 지지 시트(40)의 후방에 위치하도록 센서 기판(10)을 휘어 지지 시트(40)의 후면에 고정시킨다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
본 발명은 인트라오랄 X선 센서는 의료용 센서로 사용될 수 있어 산업상 이용가능성이 있다.
Claims (5)
- 구강 내의 X선 영상의 검출을 위한 인트라오랄 X선 센서로서,복수의 광 감지 픽셀이 형성되는 센싱 영역과 상기 센싱 영역과 분리된 연결 영역을 구비하는 센서 기판,상기 연결 영역에 위치하도록 상기 센서 기판 상에 장착되는 리드아웃 회로,상기 연결 영역에 위치하도록 상기 센서 기판 상에 장착되는 인터페이스 보드, 그리고상기 센서 기판의 후면에 고정되는 지지 시트를 포함하고,상기 센서 기판은 상기 연결 영역이 상기 지지 시트의 후방에 위치하도록 휘어지게 설치되는인트라오랄 X선 센서.
- 제1항에서,상기 지지 시트는 상기 리드아웃 회로를 커버하는 X선 차단 층을 구비하는 인트라오랄 X선 센서.
- 제1항에서,상기 센서 기판은 상기 센싱 영역과 상기 연결 영역을 중간 영역을 더 포함하며,상기 중간 영역은 상기 지지 시트의 측면을 따라 휘어지게 형성되는인트라오랄 X선 센서.
- 구강 내의 X선 영상의 검출을 위한 인트라오랄 X선 센서를 제조하기 위한 제조 방법으로서,복수의 광 감지 픽셀이 형성되는 센싱 영역과 상기 센싱 영역과 분리된 연결 영역을 구비하는 센서 기판을 준비하는 단계,상기 연결 영역 상에 상기 광 감지 픽셀의 출력 신호를 전송받도록 형성되는 리드아웃 회로를 형성하는 단계,상기 연결 영역 상에 상기 리드아웃 회로의 출력 신호와 상기 광 감지 픽셀을 구동하기 위한 구동 신호의 입출력을 위한 인터페이스 보드를 상기 연결 영역 상에 형성하는 단계,상기 센서 기판의 후면에 지지 시트를 고정하는 단계, 그리고상기 연결 영역이 상기 지지 시트의 후방에 위치하도록 상기 센서 기판을 휘는 단계를 포함하는 제조 방법.
- 제3항에서,상기 리드아웃 회로를 커버하는 X선 차단 층을 상기 지지 시트에 형성하는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
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