WO2025084809A1 - 내시경용 엘이디 장치 및 이를 포함하는 내시경 장치 - Google Patents

내시경용 엘이디 장치 및 이를 포함하는 내시경 장치 Download PDF

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WO2025084809A1
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led
endoscope
electrode layer
led device
endoscopic
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PCT/KR2024/015763
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Inventor
주지호
박도현
이찬미
최광성
엄용성
최광문
권진희
변춘원
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Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Asan Foundation
University of Ulsan Foundation for Industry Cooperation
Original Assignee
Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Asan Foundation
University of Ulsan Foundation for Industry Cooperation
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light

Definitions

  • the present invention relates to an endoscopic LED device and an endoscopic device including the same, and more particularly, to an endoscopic LED device for photothermal therapy and an endoscopic device to which the LED device is applied.
  • an endoscopic treatment device with LEDs placed on the outside of the endoscope for photothermal therapy using an endoscope is underway.
  • This endoscopic device performs the function of treating intractable symptoms such as diabetes or obesity by irradiating light of a specific wavelength from the LED to a specific location inside the human body.
  • Korean Patent Publication No. 10-2022-0145685 discloses a low-level laser treatment device using an LED endoscope cap.
  • the laser treatment device of the prior document is configured to include an endoscope cap into which a catheter is inserted, a hood arranged in an outer region of the endoscope cap, and LEDs arranged in each of the endoscope cap and the hood.
  • a first LED having a first wavelength band of 600 to 700 nm is arranged in the endoscope cap
  • a second LED having a second wavelength band of 800 to 900 nm is arranged in the hood.
  • the laser treatment device of the above-mentioned prior literature operates in a manner in which light having different wavelengths is irradiated in different directions. Therefore, the laser treatment device of the prior literature is structured such that in order to obtain a therapeutic effect by irradiating light having each wavelength to the target location (lesion site) to be treated, the endoscope must be rotated to irradiate light of both wavelengths to the target location.
  • the present invention has as a technical object the provision of an improved endoscopic LED device compared to a conventional device and an endoscopic device including the same.
  • An endoscope LED device is characterized by including: a flexible substrate configured to be coupled to an endoscope body based on a folding structure; a first electrode layer provided on the flexible substrate and having a first column; a first LED array including a plurality of first LEDs emitting light of a first wavelength and a plurality of second LEDs emitting light of a second wavelength different from the first wavelength, wherein the plurality of first and second LEDs are alternately arranged on the first column with opposite polarities; and a processor controlling driving of the first LED array by applying an AC driving voltage to the first electrode layer.
  • the first LED when the AC driving voltage is applied to the first electrode layer, only the first LED is turned on during the first half cycle of the AC driving voltage, and only the second LED is turned on during the second half cycle following the first half cycle.
  • the processor is characterized in that it generates the AC driving voltage by regulating the potential, frequency, phase shift or DC offset of the external AC voltage and then applies it to the first electrode layer.
  • the endoscope LED device further includes a second electrode layer provided on the flexible substrate and having a second column; and a second LED array including a plurality of first and second LEDs alternately arranged on the second column with opposite polarities; and the processor is characterized in that it independently controls driving of the first and second LED arrays by applying first and second AC driving voltages generated through regulating an external AC voltage to the first and second electrode layers, respectively.
  • the processor is characterized in that, in a first state, the phases of the first and second AC driving voltages are synchronized to synchronize driving of the first LEDs included in the first and second LED arrays and simultaneously synchronize driving of the second LEDs included in the first and second LED arrays; in a second state, a first phase difference is formed in the first and second AC driving voltages to cause overlapping of the on-times of the first LEDs included in the first and second LED arrays and overlapping of the on-times of the second LEDs included in the first and second LED arrays; and in a third state, a second phase difference is formed in the first and second AC driving voltages to synchronize driving of the first LEDs included in the first LED array and the second LEDs included in the second LED array, and simultaneously synchronize driving of the second LEDs included in the first LED array and the first LEDs included in the second LED array.
  • the column structures are formed in multiple numbers on the flexible substrate, and the multiple first and second LEDs included in the multiple column structures are arranged in a grid pattern having multiple grid areas, and the endoscope LED device is characterized in that it further includes a functional element arranged in some grid area of the grid pattern.
  • the endoscope LED device further includes a wiring through-hole formed in a grid area where the functional element is arranged; and a wiring structure for the functional element is characterized in that it is formed on a second side, which is located opposite to the first side where the first electrode layer is arranged, among both sides of the flexible substrate, through the wiring through-hole.
  • the functional element includes a temperature sensing element
  • the processor monitors the temperature of the lesion site through the temperature sensing element, and when the temperature of the lesion site reaches a target temperature for lesion treatment, regulates the AC driving voltage so that the temperature of the lesion site is maintained at the target temperature.
  • the functional element further includes a heating element
  • the processor is characterized in that, when a preset time has elapsed from the time of operating the first LED array through the AC driving voltage and the temperature of the lesion site has not reached the target temperature, the heating element is driven to compensate for the temperature of the lesion site.
  • the processor is characterized in that, when the temperature of the lesion site exceeds the target temperature, the operation of the first LED array is stopped for a preset pause time.
  • the functional element includes a light detection element, and the processor detects the amount of light of therapeutic light irradiated from the first LED array through the light detection element, and controls the amount of light of the therapeutic light according to the detection result.
  • the endoscopic LED device further includes a third LED that irradiates light of a third wavelength different from the first and second wavelengths and is arranged in some grid areas of the grid pattern; and the processor detects the reflected light of the diagnostic light irradiated from the third LED reflected on human tissue through the light detection element to analyze the condition or lesion of human tissue, and controls the operation of the first LED array according to the analysis result.
  • the functional element includes a contact detection element
  • the processor determines, through the contact detection element, i) a distance between the first LED array and human tissue, or ii) an intensity or area of contact of the first LED array with human tissue when the endoscopic LED device is inserted into the human body, and adjusts the distance, the intensity, or the area by controlling the operation of the endoscope body.
  • the endoscopic LED device is characterized in that it further includes a reflective coating layer provided on the first electrode layer to reflect light irradiated from the first LED array to the outside.
  • the endoscopic LED device is characterized in that it further includes a heat dissipation through hole formed to penetrate the first electrode layer around the first LED or the second LED and dissipate heat generated by the first LED or the second LED.
  • the endoscopic LED device is characterized in that it further includes a flexible mold member formed to cover the hard mold member and the flexible substrate.
  • the endoscopic LED device when the structure including the flexible substrate, the first electrode layer, and the first LED array is defined as a single-stage structure, the endoscopic LED device is characterized in that it is implemented as a multi-stage structure in which a plurality of single-stage structures are interconnected through a stretchable circuit board.
  • An endoscope device is characterized by including: an endoscope body; a flexible substrate configured to be coupled to the endoscope body based on a folding structure; a first electrode layer provided on the flexible substrate and having a first column; a first LED array including a plurality of first LEDs emitting light of a first wavelength and a plurality of second LEDs emitting light of a second wavelength different from the first wavelength, wherein the plurality of first and second LEDs are alternately arranged on the first column with opposite polarities; and a power supply unit applying an AC driving voltage to the first electrode layer.
  • a method is adopted in which a first LED of a first wavelength and a second LED of a second wavelength are alternately arranged with opposite polarities on an electrode layer provided on a flexible substrate and each LED is driven by an alternating voltage, thereby simplifying the wiring of an LED device or an endoscope device, and by performing the functions of selective irradiation, simultaneous irradiation, and light amount control of two wavelengths of light, the therapeutic effect on human tissue can be maximized.
  • the following functions can be performed during photothermal treatment using an endoscope device: i) real-time temperature control, ii) light quantity control, iii) analysis of the condition or lesion of human tissue and photothermal treatment control corresponding to the analysis result, iv) control of contact intensity and contact area between the endoscope device and human tissue, and v) endoscope navigation, thereby maximizing the therapeutic effect on human tissue.
  • the present invention by providing a structure in which a reflective coating layer is formed on an electrode layer, a structure in which a heat dissipation penetration hole is formed to penetrate the electrode layer, a double mold structure of a hard mold and a flexible mold for protecting an LED and a connecting wire, and a multi-stage structure in which a plurality of single-stage structures are interconnected via a flexible circuit board, the light efficiency of an endoscopic LED device can be maximized, and damage to the LED device can be prevented and its durability can be improved within a range in which normal operation of the endoscopic LED device is guaranteed.
  • Figure 1 is an exemplary diagram showing an endoscope body to which the endoscope LED device of the present embodiment is applied.
  • FIG. 2 is an exemplary diagram showing a structure in which the endoscope LED device of the present embodiment is flexibly coupled to the endoscope body.
  • Figure 3 is an exemplary diagram showing a structure in which the endoscopic LED device of the present embodiment is coupled to the outside of the endoscope body.
  • FIGS. 4 and 5 are conceptual diagrams of an endoscope LED device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 6 to 8 are exemplary diagrams showing the operation method of the LED array in the endoscopic LED device of the first embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a conceptual diagram of an endoscope LED device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 and FIG. 11 are exemplary diagrams showing the operation method of the LED array in the endoscopic LED device of the second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 12 to 15 are exemplary diagrams showing the arrangement structure of functional elements in an endoscopic LED device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is an exemplary diagram showing the structure of a reflective coating layer and a heat dissipation through hole in an endoscope LED device according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 17 to 19 are exemplary diagrams for explaining a hard mold and a flexible mold in an endoscopic LED device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is an exemplary diagram showing a multi-stage structure in an endoscopic LED device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is an exemplary diagram showing the structure of an electrode layer in which an LED is arranged in an endoscopic LED device according to one embodiment of the present invention.
  • the reference to two compared objects being 'identical' means 'substantially identical'.
  • Substantially identical may therefore include a deviation that is considered low in the art, for example, a deviation of less than 5%.
  • uniformity of a parameter over a given region may mean uniformity in terms of averages.
  • first, second, etc. are used to describe various components, these components are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another, and unless otherwise specifically stated, a first component may also be a second component.
  • Any configuration being placed “on (or below)” a component or “above (or below)” a component may mean not only that any configuration is placed in contact with the upper surface (or lower surface) of said component, but also that other configurations may be interposed between said component and any configuration placed on (or below) said component.
  • a component is “connected,” “coupled,” or “connected” to another component
  • the components may be directly connected or connected to each other, but that other components may be “interposed” between each component, or that each component may be “connected,” “coupled,” or “connected” through another component.
  • a part is electrically coupled to another part, this includes not only cases where they are directly connected, but also cases where they are connected with another element in between.
  • FIG. 1 is an exemplary diagram showing an endoscope body to which the endoscope LED device of the present embodiment is applied
  • FIG. 2 is an exemplary diagram showing a structure in which the endoscope LED device of the present embodiment is flexibly coupled to the endoscope body
  • FIG. 3 is an exemplary diagram showing a structure in which the endoscope LED device of the present embodiment is coupled to the outside of the endoscope body.
  • the endoscope body (100) to which the endoscope LED device (200) is coupled (attached) will be described in general terms with reference to FIG. 1.
  • the endoscope body (100) may mean a typical endoscope device for observing lesions of tissues (e.g., duodenum, etc.) inside the human body, and may be configured to include a head (110) and a catheter (120).
  • the head (110) may include an endoscope cap (111) having a through hole penetrating the inside thereof, and a hood (112) disposed on an outer region of the endoscope cap (111) and arranged such that at least one region protrudes forward more than the endoscope cap (111).
  • the catheter (120) is configured to be inserted into the head (110) through the through hole of the endoscope cap (111), and may be formed to extend so as to be inserted into the body of a patient.
  • An air flow tube (not shown) for insufflation of air toward internal human tissue or imbibition of air from inside the human body may be provided within the catheter (120), and a known actuator (not shown) connected to the air flow tube and actuating the insufflation and imbibition operations may be provided.
  • the processor (260) described below may control the actuator according to the user's operation to control the insufflation of air toward internal human tissue or imbibition of air from inside the human body.
  • the endoscope LED device (200) of the present embodiment described below can be flexibly coupled to the endoscope body (100) by a flexible substrate (210) described later, as illustrated in FIG. 2. In addition, it can be configured to be coupled (attached) to the outside of the endoscope body (100) as illustrated in FIG. 3(a).
  • the endoscope LED device (200) can be attached to a head (110), a catheter (120), or one or all areas of the endoscope body (100) as the attachment location, and the attachment location is not limited to a specific location of the endoscope body (100).
  • the endoscope LED device (200) of the present embodiment be coupled to a position spaced apart from the tip of the head (110) of the endoscope body (100) by a preset distance in the longitudinal direction (lower side) of the endoscope body (100) as illustrated in FIG. 3(b).
  • the endoscope LED device (200) may be detachably coupled to the endoscope body (100), permanently coupled, or manufactured as an integral part with the endoscope body (100), and the manner in which the endoscope LED device (200) is coupled to the endoscope body (100) is not limited to a specific method.
  • the endoscopic LED device (200) of the present embodiment is specifically described below.
  • FIGS. 4 and 5 are conceptual diagrams of an endoscope LED device according to the first embodiment of the present invention
  • FIGS. 6 to 8 are exemplary diagrams showing the operation method of an LED array in the endoscope LED device according to the first embodiment of the present invention.
  • an endoscope LED device (200) may include a flexible substrate (210), a first electrode layer (220), a reference electrode layer (230), a plurality of first and second LEDs (L1, L2), and a power supply (240).
  • the flexible substrate (210) functions as a base substrate for accommodating the first and second LEDs (L1, L2) through the first electrode layer (220) described below, and may be configured to be coupled to the endoscope body (100) by wrapping the endoscope body (100) based on a folding structure according to the characteristics of the flexible substrate (210). That is, the flexible substrate (210) functions as a configuration for flexibly coupling the endoscope LED device (200) of the present embodiment to the endoscope body (100), and in order to have such folding characteristics and flexible characteristics, the flexible substrate (210) may be implemented as a PI (polyimide) substrate or FPCB.
  • PI polyimide
  • the first electrode layer (220) and the reference electrode layer (230) are mounted on a flexible substrate (210) and function as electrodes of an AC driving voltage for driving the first and second LEDs (L1, L2).
  • the first electrode layer (220) may include a first electrode wire (221) to which an AC driving voltage is supplied from a power supply unit (240) described below, and a plurality of columns (222) that are vertically branched and extended from the first electrode wire (221).
  • the reference electrode layer (230) may include a reference electrode wire (231) to which an AC driving voltage is supplied from a power supply unit (240), and a plurality of columns (232) that are vertically branched and extended from the reference electrode wire (231).
  • the column of the first electrode layer (220) on which the first and second LEDs (L1, L2) are mounted is defined as the first column (222)
  • the column of the reference electrode layer (230) is defined as the reference column (232).
  • a plurality of first columns (222) and a plurality of reference columns (232) are arranged alternately in the width direction of the columns. That is, the first electrode layer (220) and the reference electrode layer (230) are mounted on the flexible substrate (210) in a structure in which the plurality of first columns (222) and the plurality of reference columns (232) are interlocked with each other.
  • This column interlocking structure facilitates connection between the LEDs (L1, L2) and the reference columns (232) via the connecting wire (W) described below, and also allows the arrangement structure of the plurality of first and second LEDs (L1, L2) to form a grid pattern (GP). A specific description of this effect will be described below.
  • the first LED (L1) and the second LED (L2) are mounted in a manner in which multiple transfer bonding is performed on the first column (222) described above.
  • the first LED (L1) is configured to irradiate light of a first wavelength
  • the second LED (L2) is configured to irradiate light of a second wavelength different from the first wavelength.
  • the first wavelength may be a wavelength between 600 nm and 700 nm (e.g., 630 nm)
  • the second wavelength may be a wavelength between 800 nm and 900 nm (e.g., 850 nm).
  • the first LED (L1) irradiating light of the first wavelength has the characteristic of high surface temperature, so it is easy to use for photothermal therapy.
  • the second LED (L2) irradiating light of the second wavelength has the characteristic of high penetration power compared to energy efficiency, so it can penetrate deep into tissues and be used for cell therapy, thereby maximizing the effect of photothermal therapy. Accordingly, multi-wavelength PBM (Photobiomodulation) can be implemented through light irradiation of the first and second LEDs (L1, L2).
  • the first and second LEDs (L1, L2) can be implemented as micro LEDs.
  • a plurality of first and second LEDs are alternately arranged on a first column (222) of a first electrode layer (220). That is, a plurality of first and second LEDs (L1, L2) are arranged on the first column (222) in the order of “first LED, second LED, first LED, second LED...” or “second LED, first LED, second LED, first LED...” along the longitudinal direction of the first column (222).
  • the first LED (L1) and the second LED (L2) are configured to have opposite polarities.
  • the cathode and the anode of the first LED (L1) may be configured to be connected to the reference column (232) and the first column (222), respectively, and the cathode and the anode of the second LED (L2) may be configured to be connected to the first column (222) and the reference column (232), respectively.
  • the cathode and the anode of the first LED (L1) may be configured to be connected to the first column (222) and the reference column (232), respectively
  • the cathode and the anode of the second LED (L2) may be configured to be connected to the reference column (232) and the first column (222), respectively (see FIG. 6).
  • the plurality of first and second LEDs (L1, L2) arranged in the first column (222) are defined as a first LED array (ARR1), and the structure in which the first LED array (ARR1) is arranged in the first column (222) is defined as a column structure.
  • Each of the first and second LEDs (L1, L2) arranged in the first column (222) of the first electrode layer (220) may be connected to the reference column (232) of the reference electrode layer (230) via a connection wire (W), and the connection wire (W) may be implemented as a gold wire.
  • the power supply unit (240) is configured to apply an AC driving voltage to the first and second LEDs (L1, L2) through the first electrode layer (220) and the reference electrode layer (230).
  • the power supply unit (240) may be implemented as a commercial AC power supply, or may be implemented as a cable and plug for connecting a commercial AC power source to the first electrode layer (220) and the reference electrode layer (230).
  • the first LED (L1) and the second LED (L2) are turned on and off in a complementary manner.
  • the column structure is defined as a structure in which the first LED array (ARR1) is arranged in the first column (222), and as a plurality of first columns (222) are provided, a plurality of column structures are also formed on the flexible substrate (210). Accordingly, a plurality of first LED arrays (ARR1) are also arranged in the width direction of the column, and therefore, as illustrated in FIGS.
  • a plurality of first and second LEDs (L1, L2) included in the plurality of column structures are arranged in a grid pattern (GP) having a plurality of grid areas (G) (in order to clearly define the grid pattern (GP) and the grid area (G), only a part of the grid pattern (GP) is indicated with a dotted line in FIG. 4).
  • This grid pattern (GP) of the LEDs (L1, L2) functions as a configuration that minimizes malfunction of the endoscopic LED device (200) of the present embodiment.
  • the LEDs (L1, L2) arranged in the other first column (222) can operate normally, so that malfunction of the endoscopic LED device (200) can be minimized.
  • the overall wiring structure can be made compact through the grid pattern (GP) of the LEDs (L1, L2).
  • the reference column (232) of the reference electrode layer (230) is formed in an interlocking structure between the plurality of first columns (222), and the grid pattern (GP) of the first and second LEDs (L1, L2) described above and the interlocking structure between the first column (222) and the reference column (232) facilitate the connection between the LEDs (L1, L2) and the reference column (232) via the connection wire (W). That is, by repeatedly applying the process of connecting the end of the connection wire (W) connected to each LED (L1, L2) located in the first column (222) to the reference column (232) positioned adjacent to the corresponding LED to each LED (L1, L2), the connection between the LEDs (L1, L2) and the reference electrode layer (230) can be easily implemented.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram of an endoscope LED device according to a second embodiment of the present invention
  • FIGS. 10 and 11 are exemplary diagrams showing the operation method of an LED array in an endoscope LED device according to the second embodiment of the present invention
  • FIGS. 12 to 15 are exemplary diagrams showing the arrangement structure of functional elements in an endoscope LED device according to an embodiment of the present invention.
  • the endoscope LED device (200) of the second embodiment is basically the same as the endoscope LED device (200) of the first embodiment, except that a second electrode layer (250) is additionally provided and there is a difference in terms of LED control operation by the processor (260).
  • the processor (260) controls the driving of the first LED array (ARR1) by applying an AC driving voltage to the first electrode layer (220), and may be implemented as a central processing unit (CPU) or a system on chip (SoC), and may control a plurality of hardware or software components connected to the processor (260) by driving an operating system or an application, and may perform various data processing and operations.
  • ARR1 AC driving voltage
  • SoC system on chip
  • the processor (260) is configured to generate an AC driving voltage by regulating a potential (i.e., a maximum value of the AC voltage), a frequency, a phase shift, or a DC offset of an external AC voltage, and then apply the AC driving voltage to the first electrode layer (220) and the reference electrode layer (230).
  • the external AC voltage may correspond to the output voltage of the power supply unit (240) described in the first embodiment. That is, the processor (260) is configured to generate an AC driving voltage by regulating the output voltage of the power supply unit (240), and then apply the AC driving voltage to the first electrode layer (220) and the reference electrode layer (230).
  • a second electrode layer (250) is provided on the flexible substrate (210).
  • the second electrode layer (250) has the same structure as the first electrode layer (220), except that it is configured so as not to be electrically connected to each other.
  • the first electrode layer (220) is configured to include a first electrode wiring (221) and a plurality of first columns (222) vertically branched therefrom
  • the second electrode layer (250) is configured to include a second electrode wiring (251) and a plurality of second columns (252) vertically branched therefrom, and the plurality of first columns (222) of the first electrode layer (220) and the plurality of second columns (252) of the second electrode layer (250) are arranged adjacent to each other in the width direction of the columns with a reference column (232) therebetween.
  • a plurality of first and second LEDs are arranged in the same arrangement structure as in the first column (222).
  • the plurality of first and second LEDs (L1, L2) arranged in the second column (252) are defined as a second LED array (ARR2).
  • the processor (260) Based on the structure of the electrode layers (220, 230, 250) and LEDs (L1, L2) as described above, the processor (260) generates first and second AC driving voltages through a regulator for an external AC voltage, and applies the generated first and second AC driving voltages to the first and second electrode layers (220, 250), respectively, thereby independently controlling the driving of the first and second LED arrays (ARR1, ARR2).
  • the processor (260) can synchronize the phases of the first and second AC driving voltages to synchronize the driving of the first LED (L1) included in the first and second LED arrays (ARR1, ARR2) and synchronize the driving of the second LED (L2) included in the first and second LED arrays (ARR1, ARR2).
  • the potentials can be regulated independently.
  • the potential of the first AC driving voltage is regulated to a value greater than the potential of the second AC driving voltage
  • the light quantity of the second LED array (ARR2) can be formed to be greater than the light quantity of the first LED array (ARR1).
  • the light quantity of the first LED (L1) included in the first LED array (ARR1) is formed to be greater than the light quantity of the first LED (L1) included in the second LED array (ARR2)
  • the on-times of the plurality of second LEDs (L2) included in the first and second LED arrays (ARR1, ARR2) are synchronized, the light quantity of the second LED (L2) included in the first LED array (ARR1) is formed to be greater than the light quantity of the second LED (L2) included in the second LED array (ARR2).
  • the value of the regulated potential may be predefined in the processor (260) as a value corresponding to the first state.
  • the first LED (L1) of the first LED array (ARR1) and the second LED (L2) of the second LED array (ARR2) are turned on, in section B, the first LED (L1) of the first and second LED arrays (ARR1, ARR2) are turned on, in section C, the second LED (L2) of the first LED array (ARR1) and the first LED (L1) of the second LED array (ARR2) are turned on, in section D, the second LED (L2) of the first and second LED arrays (ARR1, ARR2) are turned on, and in section E, the first LED (L1) of the first LED array (ARR1) and the second LED (L2) of the second LED array (ARR2) are turned on.
  • the potentials of the first and second AC driving voltages in the second state can be independently regulated, and the value of the regulated potential can be predefined in the processor (260) as a value corresponding to the second state.
  • the processor (260) forms a second phase difference in the first and second AC driving voltages to synchronize driving of the first LED (L1) included in the first LED array (ARR1) and the second LED (L2) included in the second LED array (ARR2), and to synchronize driving of the second LED (L2) included in the first LED array (ARR1) and the first LED (L1) included in the second LED array (ARR2).
  • the second phase difference may be a phase difference corresponding to a half-cycle value of the first and second AC driving voltages.
  • the potentials of the first and second AC driving voltages in the third state can be independently regulated, and the value of the regulated potential can be predefined in the processor (260) as a value corresponding to the third state.
  • each of the first and second LEDs (L1, L2) included in the first and second LED arrays (ARR1, ARR2) is controlled in different ways.
  • the first to third states may be predefined in the processor (260) according to the type of disease to be treated, and when a user selects one of the first to third states through a predetermined interface device (not shown), the processor (260) may operate to perform control logic corresponding to the selected state.
  • a plurality of first and second LEDs (L1, L2) included in a plurality of column structures are arranged in a grid pattern (GP) having a plurality of grid areas (G).
  • the endoscopic LED device (200) of the present embodiment may further include a functional element (D) arranged in some grid areas (G) of the grid pattern (GP).
  • FIG. 12 and FIG. 13 show examples of a functional element (D) arranged in one grid area (G) of the grid pattern (GP) and its wiring structure.
  • the wiring of the functional element (D) may be formed on the first side of the flexible substrate (210) where the first electrode layer (220) and the reference electrode layer (230) are arranged.
  • the wiring of the functional element (D) may be formed on the second side opposite to the first side.
  • a wiring penetration hole (not illustrated) having a structure that penetrates the flexible substrate (210) may be formed in the grid area (G) where the functional element (D) is arranged.
  • the wiring structure for the functional element (D) can be formed on the second side, which is located opposite the first side on which the first electrode layer (220) is arranged, through the wiring through hole among both sides of the flexible substrate (210).
  • the functional element (D) may include one or more of a temperature sensing element (e.g., a thermistor), a heating element (e.g., a heater (resistive element)), a light sensing element (e.g., a photodiode), and a touch sensing element (e.g., a touch sensor, a pressure sensor, or an ultrasonic sensor).
  • a temperature sensing element e.g., a thermistor
  • a heating element e.g., a heater (resistive element)
  • a light sensing element e.g., a photodiode
  • a touch sensing element e.g., a touch sensor, a pressure sensor, or an ultrasonic sensor.
  • Fig. 14 shows an example in which the functional element (D) (thermistor, photodiode) is mounted on a flexible substrate (210) together with first and second LEDs (L1, L2).
  • the processor (260) monitors the temperature of the lesion site through the temperature detection element, and when the temperature of the lesion site reaches the target temperature for lesion treatment, regulates the AC driving voltage so that the temperature of the lesion site is maintained at the target temperature.
  • the target temperature may be preset in the processor (260) as a value corresponding to the type of lesion and disease.
  • the processor (260) can control the driving of each LED (L1, L2) included in the first and second LED arrays (ARR1, ARR2) by applying an AC driving voltage to the first and second electrode layers (220, 250) and the reference electrode layer (230) for treatment of the lesion site, and as light is irradiated from the first and second LEDs (L1, L2), the temperature of the lesion site increases so that photothermal treatment can be performed.
  • a target temperature effective for treatment may be clinically defined depending on the type of lesion and disease
  • the processor (260) can maintain the temperature of the lesion site at the target temperature by regulating the AC driving voltage.
  • An algorithm for regulating the AC driving voltage may be predefined in the processor (260), and the above algorithm may correspond to an algorithm for regulating the potential, frequency, phase shift or DC offset of the AC driving voltage by using as a factor the difference value between the current temperature of the lesion site and the target temperature.
  • the processor (260) may drive the heating element to compensate for the temperature of the lesion site if a preset time has passed since the time when the first LED array (ARR1) and/or the second LED array (ARR2) is driven by the AC driving voltage and the temperature of the lesion site has not reached the target temperature.
  • the processor (260) can increase the temperature of the lesion site by driving the heating element so that the temperature of the lesion site reaches the target temperature, thereby compensating for the driving of the first and second LED arrays (ARR1, ARR2) by driving the heating element.
  • the processor (260) may stop the operation of the first LED array (ARR1) and/or the second LED array (ARR2) for a preset pause time so that the temperature of the lesion site is reduced to the target temperature.
  • the processor (260) can detect the amount of therapeutic light irradiated from the first LED array (ARR1) and/or the second LED array (ARR2) through the light detection element, and control the amount of therapeutic light according to the detection result.
  • the target amount of therapeutic light effective for treatment may be clinically defined depending on the type of lesion and disease
  • the processor (260) can increase the amount of therapeutic light through regulating the AC driving voltage, and when the amount of therapeutic light detected through the light detection element is larger than the target amount of light, the processor (260) can decrease the amount of therapeutic light through regulating the AC driving voltage.
  • the endoscope LED device (200) of the present embodiment may further include a third LED (not shown) that irradiates light of a third wavelength different from the first and second wavelengths and is arranged in some grid areas (G) of the grid pattern (GP).
  • the light of the third wavelength irradiated from the third LED may correspond to diagnostic light having a wavelength of, for example, between 400 nm and 500 nm. That is, the first and second LEDs (L1, L2) may operate as therapeutic light sources, and the third LED may operate as a diagnostic light source.
  • the processor (260) can detect the reflected light reflected from the diagnostic light irradiated from the third LED onto human tissue through a light detection element to analyze the condition or lesion of the human tissue, and control the operation of the first LED array (ARR1) and/or the second LED array (ARR2) according to the analysis result. That is, the processor (260) irradiates diagnostic light onto internal human tissue through the third LED, detects the reflected light, analyzes the condition of the internal human tissue or the location of the lesion, and then controls the light amount, power, irradiation time, etc. of the therapeutic light irradiated from the first LED array (ARR1) and/or the second LED array (ARR2) according to the analysis result, thereby allowing photothermal therapy suitable for the condition of the internal human tissue to be performed.
  • the processor (260) determines i) a distance between the first LED array (ARR1) and/or the first LED array (ARR2) and human tissue (using an ultrasonic sensor), or ii) an intensity or area of contact between the first LED array (ARR1) and/or the first LED array (ARR2) and human tissue (using a contact sensor or a pressure sensor), and adjusts the distance, intensity or area by controlling the operation of the endoscope body (100) while the endoscopic LED device (200) is inserted into the human body.
  • the processor (260) can control the actuator described above to perform air transmission into the human body, thereby increasing the distance between the first LED array (ARR1) and/or the first LED array (ARR2) and the human tissue, and if the distance between the first LED array (ARR1) and/or the first LED array (ARR2) and the human tissue is greater than or equal to the target distance, the processor (260) can control the actuator to perform air intake from the human body, thereby decreasing the distance between the first LED array (ARR1) and the human tissue.
  • the processor (260) can control the actuator to perform intake from inside the human body, thereby increasing the intensity or area of the first LED array (ARR1) and/or the first LED array (ARR2) in contact with the human tissue, and if the intensity or area of the first LED array (ARR1) and/or the first LED array (ARR2) in contact with the human tissue is higher than or equal to the target intensity or target area, the processor (260) can control the actuator to perform transmission of air into the human body, thereby decreasing the intensity or area of the first LED array (ARR1) and/or the first LED array (ARR2) in contact with the human tissue.
  • the functional element (D) may include an indicator, and the indicator may be implemented as a separate LED installed in the longitudinal head (110) portion of the endoscope LED device (200). Such an indicator may function as a light source for navigation of the endoscope device when the endoscope LED device (200) is inserted into the human body.
  • FIG. 16 is an exemplary diagram showing the structure of a reflective coating layer and a heat dissipation through-hole in an endoscope LED device according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 17 to 19 are exemplary diagrams for explaining a hard mold and a flexible mold in an endoscope LED device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 20 is an exemplary diagram showing a multi-stage structure in an endoscope LED device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 21 is an exemplary diagram showing the structure of an electrode layer on which an LED is arranged in an endoscope LED device according to an embodiment of the present invention.
  • a reflective coating layer (270) that reflects light irradiated from the first LED array (ARR1) and/or the second LED array (ARR2) outwardly (i.e., in a radially outward direction) may be provided on the first electrode layer (220), the second electrode layer (250), and the reference electrode layer (230).
  • the reflective coating layer (270) may be implemented in the form of a thin film made of a gold (Au) material and may be coated on each electrode layer (220, 230, 250), and may perform the function of improving the light irradiation efficiency of the endoscope LED device (200) and preventing oxidation of each electrode layer (220, 230, 250).

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 내시경용 LED 장치는 폴딩 구조를 기반으로 내시경 본체에 결합 가능하도록 구성되는 유연 기판; 상기 유연 기판 상에 마련되며, 제1 컬럼을 갖는 제1 전극층; 제1 파장의 광을 조사하는 복수의 제1 LED와, 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광을 조사하는 복수의 제2 LED를 포함하는 제1 LED 어레이로서, 복수의 제1 및 제2 LED는 상호 반대 극성을 갖는 상태로 상기 제1 컬럼 상에서 교번 배치되는, 제1 LED 어레이; 및 교류 구동 전압을 상기 제1 전극층에 인가하는 방식으로 상기 제1 LED 어레이의 구동을 제어하는 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

내시경용 엘이디 장치 및 이를 포함하는 내시경 장치
본 발명은 내시경용 LED 장치 및 이를 포함하는 내시경 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광열 치료를 위한 내시경용 LED 장치와, 이러한 LED 장치가 적용된 내시경 장치에 관한 것이다.
내시경을 이용한 광열 치료를 위해 내시경의 외측에 LED가 배치된 내시경 치료기에 대한 개발이 이루어지고 있다. 이러한 내시경 장치는 LED로부터 조사된 특정 파장대의 광을 인체 내부의 특정 위치에 조사하여 당뇨 또는 비만 등 난치성 증상을 치료하는 기능을 수행한다.
관련하여, 대한민국 공개특허공보 제10-2022-0145685호(이하, 선행문헌)는 LED 내시경 캡을 이용한 저준위 레이저 치료기를 개시한다. 선행문헌의 레이저 치료기는 카테터가 내삽되는 내시경 캡, 내시경 캡의 외측 일 영역에 배치되는 후드, 그리고 내시경 캡 및 후드 각각에 배치된 LED를 포함하도록 구성된다. 선행문헌에서 600 내지 700nm의 제1 파장대를 갖는 제1 LED는 내시경 캡에 배치되고, 800 내지 900nm의 제2 파장대를 갖는 제2 LED는 후드에 배치된다.
상기와 같은 선행문헌의 레이저 치료기 구조에 따를 때, 서로 다른 파장대를 갖는 광이 다른 방향으로 조사되는 방식으로 동작하게 된다. 따라서, 선행문헌의 레이저 치료기는, 각각의 파장대를 갖는 광을 치료 대상이 되는 목표 위치(병변 부위)에 조사하여 치료 효과를 얻기 위해서는 내시경을 회전시켜 두 파장대의 광을 모두 목표 위치에 조사해야 하는 구조로 되어 있다.
이에 따라, 질환의 종류에 따라 두 파장대를 갖는 광의 동시 조사가 필요한 경우 질환에 대한 치료 효과가 떨어지는 문제가 있으며, 또한 선행문헌의 레이저 치료기는 상호 상이한 파장대의 LED를 제어하기 위해 별도의 배선을 사용해야 하므로 배선 구조가 복잡해지는 문제가 있다.
본 발명은 종래 대비 개선된 내시경용 LED 장치 및 이를 포함하는 내시경 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 내시경용 LED 장치는 폴딩 구조를 기반으로 내시경 본체에 결합 가능하도록 구성되는 유연 기판; 상기 유연 기판 상에 마련되며, 제1 컬럼을 갖는 제1 전극층; 제1 파장의 광을 조사하는 복수의 제1 LED와, 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광을 조사하는 복수의 제2 LED를 포함하는 제1 LED 어레이로서, 복수의 제1 및 제2 LED는 상호 반대 극성을 갖는 상태로 상기 제1 컬럼 상에서 교번 배치되는, 제1 LED 어레이; 및 교류 구동 전압을 상기 제1 전극층에 인가하는 방식으로 상기 제1 LED 어레이의 구동을 제어하는 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 교류 구동 전압이 상기 제1 전극층에 인가됨에 따라, 상기 교류 구동 전압의 제1 반주기 동안 제1 LED만이 온되고, 상기 제1 반주기에 후속하는 제2 반주기 동안 제2 LED만이 온되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 외부 교류 전압의 전위, 주파수, 위상 천이 또는 DC 오프셋을 레귤레이팅하여 상기 교류 구동 전압을 생성한 후 상기 제1 전극층에 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 내시경용 LED 장치는, 상기 유연 기판 상에 마련되며, 제2 컬럼을 갖는 제2 전극층; 및 상호 반대 극성을 갖는 상태로 상기 제2 컬럼 상에서 교번 배치되는 복수의 제1 및 제2 LED를 포함하는 제2 LED 어레이;를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 외부 교류 전압에 대한 레귤레이팅을 통해 생성된 제1 및 제2 교류 구동 전압을 상기 제1 및 제2 전극층에 각각 인가하여, 상기 제1 및 제2 LED 어레이의 구동을 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 제1 상태에서, 상기 제1 및 제2 교류 구동 전압의 위상을 동기화시켜, 상기 제1 및 제2 LED 어레이에 포함되는 제1 LED의 구동을 동기화시킴과 함께 상기 제1 및 제2 LED 어레이에 포함되는 제2 LED의 구동을 동기화시키고, 제2 상태에서, 상기 제1 및 제2 교류 구동 전압에 제1 위상차를 형성하여, 상기 제1 및 제2 LED 어레이에 포함되는 제1 LED의 온 시간의 중첩과, 상기 제1 및 제2 LED 어레이에 포함되는 제2 LED의 온 시간의 중첩을 발생시키며, 제3 상태에서, 상기 제1 및 제2 교류 구동 전압에 제2 위상차를 형성하여, 상기 제1 LED 어레이에 포함되는 제1 LED와 상기 제2 LED 어레이에 포함되는 제2 LED의 구동을 동기화시킴과 함께, 상기 제1 LED 어레이에 포함되는 제2 LED와 상기 제2 LED 어레이에 포함되는 제1 LED의 구동을 동기화시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제1 컬럼에 상기 제1 LED 어레이가 배치된 구조가 컬럼 구조로 정의될 때, 상기 컬럼 구조는 상기 유연 기판 상에서 복수 개 형성되고, 상기 복수의 컬럼 구조에 포함된 복수의 제1 및 제2 LED는 복수의 그리드 영역을 갖는 그리드 패턴으로 배치되고, 상기 내시경용 LED 장치는, 상기 그리드 패턴 중의 일부 그리드 영역에 배치되는 기능성 소자;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 내시경용 LED 장치는, 상기 기능성 소자가 배치된 그리드 영역에 형성되는 배선 관통홀;을 더 포함하고, 상기 기능성 소자에 대한 배선 구조는, 상기 배선 관통홀을 통해, 상기 유연 기판의 양 측 중 상기 제1 전극층이 배치된 제1 측과 반대에 위치한 제2 측에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 기능성 소자는 온도 감지 소자를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 온도 감지 소자를 통해 병변 부위의 온도를 모니터링하고, 병변 부위의 온도가 병변 치료를 위한 목표 온도에 도달한 경우, 상기 교류 구동 전압을 레귤레이팅하여 병변 부위의 온도가 상기 목표 온도로 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 기능성 소자는 히팅 소자를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 교류 구동 전압을 통해 상기 제1 LED 어레이를 동작시킨 시점으로부터 미리 설정된 시간이 초과한 경우로서 병변 부위의 온도가 상기 목표 온도에 도달하지 못한 경우, 상기 히팅 소자를 구동하여 병변 부위의 온도를 보상하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 병변 부위의 온도가 상기 목표 온도를 초과한 경우, 상기 제1 LED 어레이의 동작을 미리 설정된 휴지시간 동안 중지시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 기능성 소자는 광 검출 소자를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 제1 LED 어레이로부터 조사된 치료용 광의 광량을 상기 광 검출 소자를 통해 검출하고, 그 검출 결과에 따라 상기 치료용 광의 광량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 내시경용 LED 장치는, 상기 그리드 패턴 중의 일부 그리드 영역에 배치되는, 상기 제1 및 제2 파장과는 다른 제3 파장의 광을 조사하는 제3 LED;를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 제3 LED로부터 조사된 진단용 광이 인체 조직에 반사된 반사광을 상기 광 검출 소자를 통해 검출하여 인체 조직의 상태 또는 병변을 분석하고, 그 분석 결과에 따라 상기 제1 LED 어레이의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 기능성 소자는 접촉 감지 소자를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 내시경용 LED 장치가 인체에 삽입된 상태에서 상기 접촉 감지 소자를 통해 ⅰ)상기 제1 LED 어레이 및 인체 조직 간의 거리, 또는 ⅱ)상기 제1 LED 어레이가 인체 조직에 접촉된 강도 또는 면적을 결정하고, 상기 내시경 본체의 동작 제어를 통해 상기 거리, 상기 강도 또는 상기 면적을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 내시경용 LED 장치는, 상기 제1 전극층 상에 마련되어 상기 제1 LED 어레이로부터 조사된 광을 외측으로 반사시키는 반사 코팅층;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 내시경용 LED 장치는, 상기 제1 LED 또는 상기 제2 LED의 주변에서 상기 제1 전극층을 관통하도록 형성되어, 상기 제1 LED 또는 상기 제2 LED에 의해 발생한 열을 발산시키는 방열 관통홀;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 내시경용 LED 장치는, 상기 유연 기판 상에 마련되며, 상기 제1 전극층과 함께 상기 교류 구동 전압의 전극으로 기능하는 기준 전극층;을 더 포함하고, 각각의 제1 및 제2 LED는 연결 와이어를 통해 상기 기준 전극층에 연결되며, 각각의 제1 및 제2 LED가 상기 연결 와이어를 통해 상기 기준 전극층에 연결된 구조가 LED 유닛 구조로 정의될 때, 상기 내시경용 LED 장치는, 상기 유연 기판의 폴딩 시 상기 연결 와이어의 소손을 방지하기 위해 상기 LED 유닛 구조를 캡슐화하는 하드 몰드 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 내시경용 LED 장치는, 상기 하드 몰드 부재 및 상기 유연 기판을 커버하도록 형성되는 플렉서블 몰드 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 유연 기판, 상기 제1 전극층 및 상기 제1 LED 어레이를 포함하는 구조가 싱글 스테이지 구조로 정의될 때, 상기 내시경용 LED 장치는, 복수의 싱글 스테이지 구조가 신축성 회로 기판(Stretchable Circuit Board)을 통해 상호 연결되는 멀티 스테이지 구조로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 내시경용 LED 장치는 폴딩 구조를 기반으로 내시경 본체에 결합 가능하도록 구성되는 유연 기판; 상기 유연 기판 상에 마련되며, 제1 컬럼을 갖는 제1 전극층; 제1 파장의 광을 조사하는 복수의 제1 LED와, 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광을 조사하는 복수의 제2 LED를 포함하는 제1 LED 어레이로서, 복수의 제1 및 제2 LED는 상호 반대 극성을 갖는 상태로 상기 제1 컬럼 상에서 교번 배치되는, 제1 LED 어레이; 및 상기 제1 전극층에 교류 구동 전압을 인가하는 전원부;를 포함하고, 상기 전원부를 통해 상기 교류 구동 전압이 상기 제1 전극층에 인가됨에 따라, 상기 제1 LED 및 상기 제2 LED는 상호 상보적으로 온오프 동작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 내시경 장치는 내시경 본체; 폴딩 구조를 기반으로 상기 내시경 본체에 결합 가능하도록 구성되는 유연 기판; 상기 유연 기판 상에 마련되며, 제1 컬럼을 갖는 제1 전극층; 제1 파장의 광을 조사하는 복수의 제1 LED와, 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광을 조사하는 복수의 제2 LED를 포함하는 제1 LED 어레이로서, 복수의 제1 및 제2 LED는 상호 반대 극성을 갖는 상태로 상기 제1 컬럼 상에서 교번 배치되는, 제1 LED 어레이; 및 상기 제1 전극층에 교류 구동 전압을 인가하는 전원부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따를 때, 유연 기판에 마련된 전극층에 제1 파장의 제1 LED와 제2 파장의 제2 LED를 상호 반대 극성을 갖는 상태로 교번 배치하고 교류 전압을 통해 각 LED를 구동시키는 방식을 채용하여 LED 장치 또는 내시경 장치의 배선을 간소화시킬 수 있으며, 두 파장의 광의 선택적 조사, 동시 조사 및 광량 조절의 기능을 수행함으로써 인체 조직에 대한 치료 효과를 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따를 때, 내시경용 LED 장치에 온도 감지 소자, 히팅 소자, 광 검출 소자, 접촉 감지 소자 및 인디케이터를 집적시켜, 내시경 장치를 통한 광열 치료 시 ⅰ)실시간 온도 제어, ⅱ)광량 제어, ⅲ)인체 조직의 상태 또는 병변 분석과 그 분석 결과에 대응되는 광열 치료 제어, ⅳ)내시경 장치 및 인체 조직 간의 접촉 강도 및 접촉 면적 제어, 및 ⅴ)내시경 내비게이션과 같은 기능을 수행함으로써 인체 조직에 대한 치료 효과를 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따를 때, 전극층 상에 반사 코팅층이 형성된 구조, 전극층을 관통하도록 방열 관통홀을 형성시킨 구조, LED 및 연결 와이어를 보호하기 위한 하드 몰드 및 플렉서블 몰드의 이중 몰드 구조, 그리고 복수의 싱글 스테이지 구조가 신축성 회로 기판을 통해 상호 연결되는 멀티 스테이지 구조를 마련함으로써, 내시경용 LED 장치의 광효율을 극대화하고 내시경용 LED 장치의 정상적인 동작이 보장되는 범위 내에서 LED 장치의 파손을 방지하고 그 내구성을 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 효과는 상술한 효과들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적인 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 실시예의 내시경용 LED 장치의 적용 대상이 되는 내시경 본체를 보인 예시도이다.
도 2는 본 실시예의 내시경용 LED 장치가 내시경 본체에 플렉서블하게 결합되는 구조를 보인 예시도이다.
도 3은 본 실시예의 내시경용 LED 장치가 내시경 본체의 외측에 결합된 구조를 보인 예시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 내시경용 LED 장치의 개념도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예의 내시경용 LED 장치에서 LED 어레이의 동작 방식을 보인 예시도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 내시경용 LED 장치의 개념도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제2 실시예의 내시경용 LED 장치에서 LED 어레이의 동작 방식을 보인 예시도이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경용 LED 장치에서 기능성 소자의 배치 구조를 보인 예시도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경용 LED 장치에서 반사 코팅층 및 방열 관통홀의 구조를 보인 예시도이다.
도 17 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경용 LED 장치에서 하드 몰드 및 플렉서블 몰드를 설명하기 위한 예시도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경용 LED 장치에서 멀티 스테이지 구조를 보인 예시도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경용 LED 장치에서 LED가 배치되는 전극층의 구조를 보인 예시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 또한, 본 발명의 실시 예들을 기술할 때 "~할 수 있다", "~일 수 있다"는 "본 발명의 하나 이상의 실시 예”를 포함할 수 있다.
또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면을 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 서로 다른 실시예에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여될 수 있다.
2개의 비교 대상이 '동일'하다는 언급은 '실질적으로 동일'한 것을 의미한다. 따라서 실질적 동일은 당업계에서 낮은 수준으로 간주되는 편차, 예를 들어 5% 이내의 편차를 가지는 경우를 포함할 수 있다. 또한, 소정 영역에서 어떠한 파라미터가 균일하다는 것은 평균적 관점에서 균일하다는 것을 의미할 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 복수일 수도 있다.
구성요소의 "상부(또는 하부)" 또는 구성요소의 "상(또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면(또는 하면)에 접하여 배치되는 것 뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에(또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접솔됙 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결(electrically coupled)되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서 "A 및/또는 B"라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미한다. 즉, "및/또는"은 열거된 복수의 항목들의 모든 조합 또는 임의의 조합을 포함한다. "C 내지 D"라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.
1. 내시경 본체
도 1은 본 실시예의 내시경용 LED 장치의 적용 대상이 되는 내시경 본체를 보인 예시도이고, 도 2는 본 실시예의 내시경용 LED 장치가 내시경 본체에 플렉서블하게 결합되는 구조를 보인 예시도이며, 도 3은 본 실시예의 내시경용 LED 장치가 내시경 본체의 외측에 결합된 구조를 보인 예시도이다.
본 실시예의 내시경용 LED 장치(200)에 대한 구체적인 설명에 앞서, 도 1을 참조하여 내시경용 LED 장치(200)가 결합(부착)되는 내시경 본체(100)에 대하여 개괄적으로 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에서 내시경 본체(100)라 함은 인체 내부의 조직(예: 십이지장 등)의 병변을 관찰하기 위한 통상적인 내시경 디바이스를 의미할 수 있으며, 헤드(110) 및 카테터(120)를 포함하도록 구성될 수 있다. 헤드(110)는 내부를 관통하는 통공이 마련된 내시경 캡(111)과, 내시경 캡(111)의 외측 일 영역에 배치되며 적어도 일 영역이 내시경 캡(111)보다 전방을 향해 돌출되도록 배치된 후드(112)를 포함할 수 있다. 카테터(120)는 내시경 캡(111)의 통공을 통해 헤드(110) 내부로 내삽되도록 구성되며, 환자의 체내로 삽입되도록 연장되어 형성될 수 있다. 카테터(120) 내에는 인체 내부 조직 측으로의 송기(air insufflation) 또는 인체 내부로부터의 흡기(air imbibition)를 위한 기체관(air flow tube)(미도시)과, 기체관과 연결되어 송기 동작 및 흡기 동작을 엑추에이팅하는 주지의 엑추에이터(미도시)가 마련되어 있을 수 있으며, 후술하는 프로세서(260)는 사용자의 조작에 따라 엑추에이터를 제어하여 인체 내부 조직 측으로의 송기 또는 인체 내부로부터의 흡기를 제어할 수 있다.
이하에서 설명하는 본 실시예의 내시경용 LED 장치(200)는 도 2에 도시된 것과 같이 후술하는 유연 기판(210)에 의해 내시경 본체(100)에 플렉서블하게 결합될 수 있다. 또한, 도 3(a)에 도시된 것과 같이 내시경 본체(100)의 외측에 결합(부착)되도록 구성될 수 있다. 그 부착 위치로서 헤드(110), 카테터(120) 또는 내시경 본체(100)의 일 영역 또는 전 영역 등에 내시경용 LED 장치(200)가 부착될 수 있으며, 그 부착 위치가 내시경 본체(100)의 특정 위치로 제한되지 않는다. 다만, 내시경 본체(100)의 고유 기능인 인체 내부의 조직 관찰이 정상적으로 기능하도록 하고 내시경 본체(100)의 움직임 자유도를 확보하기 위해, 도 3(b)에 도시된 것과 같이 내시경 본체(100)의 헤드(110) 첨단으로부터, 내시경 본체(100)의 길이 방향(하측)으로 미리 설정된 거리만큼 이격된 위치에 본 실시예의 내시경용 LED 장치(200)가 결합됨이 바람직할 수 있다. 또한, 내시경용 LED 장치(200)는 내시경 본체(100)에 탈착 가능하도록 결합되거나, 영구적으로 결합되거나, 내시경 본체(100)와 일체형으로 제작될 수 있으며, 내시경용 LED 장치(200)가 내시경 본체(100)에 결합되는 방식은 특정 방식으로 제한되지 않는다.
이상의 내용을 바탕으로, 이하에서는 본 실시예의 내시경용 LED 장치(200)를 구체적으로 설명한다.
2. 내시경용 LED 장치의 제1 실시예
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 내시경용 LED 장치의 개념도이고, 도 6 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예의 내시경용 LED 장치에서 LED 어레이의 동작 방식을 보인 예시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 내시경용 LED 장치(200)는 유연 기판(210), 제1 전극층(220), 기준 전극층(230), 복수의 제1 및 제2 LED(L1, L2), 전원부(240)를 포함할 수 있다.
유연 기판(210)은 후술하는 제1 전극층(220)을 통해 제1 및 제2 LED(L1, L2)를 수용하기 위한 베이스 기판으로 기능하며, 유연 기판(210)의 특성에 따른 폴딩(folding) 구조를 기반으로 내시경 본체(100)를 감싸는 방식을 통해 내시경 본체(100)에 결합 가능하도록 구성될 수 있다. 즉, 유연 기판(210)은 본 실시예의 내시경용 LED 장치(200)를 내시경 본체(100)에 플렉서블하게 결합시키는 구성으로서 기능하며, 이러한 폴딩 특성 및 플렉서블 특성을 갖도록 유연 기판(210)은 PI(폴리이미드, Polyimide) 기판 또는 FPCB로 구현될 수 있다.
제1 전극층(220)과 기준 전극층(230)은 유연 기판(210) 상에 실장되며, 제1 및 제2 LED(L1, L2)의 구동을 위한 교류 구동 전압의 전극으로 기능한다. 도 4에 도시된 것과 같이 제1 전극층(220)은 후술하는 전원부(240)로부터 교류 구동 전압이 공급되는 제1 전극 배선(221)과, 제1 전극 배선(221)으로부터 수직 분기되어 연장되는 복수의 컬럼(222)을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 기준 전극층(230)은 전원부(240)로부터 교류 구동 전압이 공급되는 기준 전극 배선(231)과, 기준 전극 배선(231)으로부터 수직 분기되어 연장되는 복수의 컬럼(232)을 포함할 수 있다. 용어의 명확한 구분을 위해, 제1 및 제2 LED(L1, L2)가 실장되는 제1 전극층(220)의 컬럼을 제1 컬럼(222)으로 정의하고, 기준 전극층(230)의 컬럼을 기준 컬럼(232)으로 정의한다.
도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이 복수의 제1 컬럼(222)과 복수의 기준 컬럼(232)은 컬럼의 폭 방향으로 상호 교번 배치된다. 즉, 제1 전극층(220)과 기준 전극층(230)은, 복수의 제1 컬럼(222)과 복수의 기준 컬럼(232)이 상호 맞물리는 구조로 유연 기판(210) 상에 실장된다. 이러한 컬럼 맞물림 구조는, 후술하는 연결 와이어(W)를 통한 LED(L1, L2) 및 기준 컬럼(232) 간의 연결을 용이하게 하고, 또한 복수의 제1 및 제2 LED(L1, L2)의 배치 구조가 그리드 패턴(GP)을 형성하도록 한다. 이러한 효과에 대한 구체적인 설명은 후술한다.
제1 LED(L1) 및 제2 LED(L2)는 전술한 제1 컬럼(222) 상에 각각 복수 개 전사 접합되는 방식으로 실장된다. 제1 LED(L1)는 제1 파장의 광을 조사하고, 제2 LED(L2)는 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광을 조사하도록 구성된다. 제1 파장은 600nm 내지 700nm 사이의 파장일 수 있고(예: 630nm), 제2 파장은 800nm 내지 900nm 사이의 파장일 수 있다(예: 850nm).
제1 파장의 광을 조사하는 제1 LED(L1)는 표면 온도가 높은 특성이 있어 광열 치료에 용이하다. 제2 파장의 광을 조사하는 제2 LED(L2)는 에너지 효율 대비 투과력이 높은 특성이 있어 깊은 조직까지 투과하여 세포 치료에 사용될 수 있기 때문에 광열 치료의 효과를 극대화시킬 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 LED(L1, L2)의 광 조사를 통해 다중 파장 PBM(Photobiomodulation)이 구현될 수 있다. 제1 및 제2 LED(L1, L2)는 마이크로 LED로 구현될 수 있다.
도 5에 예시로서 도시된 것과 같이 복수의 제1 및 제2 LED(L1, L2)는 제1 전극층(220)의 제1 컬럼(222) 상에서 교번 배치된다. 즉, 복수의 제1 및 제2 LED(L1, L2)는 제1 컬럼(222)의 길이 방향을 따라 "제1 LED, 제2 LED, 제1 LED, 제2 LED...", 또는 "제2 LED, 제1 LED, 제2 LED, 제1 LED..." 순으로 제1 컬럼(222) 상에 배치된다. 또한, 제1 LED(L1) 및 제2 LED(L2)는 상호 반대 극성을 갖도록 구성된다. 예를 들어, 제1 LED(L1)의 캐소드 및 애노드는 각각 기준 컬럼(232) 및 제1 컬럼(222)에 연결되고, 제2 LED(L2)의 캐소드 및 애노드는 각각 제1 컬럼(222) 및 기준 컬럼(232)에 연결되도록 구성될 수 있다. 반대로, 제1 LED(L1)의 캐소드 및 애노드는 각각 제1 컬럼(222) 및 기준 컬럼(232)에 연결되고, 제2 LED(L2)의 캐소드 및 애노드는 각각 기준 컬럼(232) 및 제1 컬럼(222)에 연결되도록 구성될 수도 있다(도 6 참조). 제1 컬럼(222)에 배치되는 복수의 제1 및 제2 LED(L1, L2)를 제1 LED 어레이(ARR1)로 정의하며, 제1 컬럼(222)에 제1 LED 어레이(ARR1)가 배치된 구조를 컬럼 구조로 정의한다. 제1 전극층(220)의 제1 컬럼(222)에 배치된 각각의 제1 및 제2 LED(L1, L2)는 각각 연결 와이어(W)를 통해 기준 전극층(230)의 기준 컬럼(232)에 연결될 수 있으며, 연결 와이어(W)는 골드 와이어(gold wire)로 구현될 수 있다.
전원부(240)는 제1 전극층(220) 및 기준 전극층(230)을 통해 제1 및 제2 LED(L1, L2)에 교류 구동 전압을 인가하도록 구성된다. 전원부(240)는 상용화된 AC 파워 서플라이로 구현되거나, 상용 AC 전원을 제1 전극층(220) 및 기준 전극층(230)에 연결하기 위한 케이블 및 플러그로 구현될 수 있다.
전원부(240)를 통해 교류 구동 전압이 제1 전극층(220) 및 기준 전극층(230)에 인가됨에 따라, 제1 LED(L1) 및 제2 LED(L2)는 상호 상보적으로 온오프 동작하게 된다.
구체적으로, sine wave의 정현파 신호의 교류 구동 전압을 상정할 때, 도 7에 도시된 것과 같이 교류 구동 전압의 첫 번째 제1 반주기 동안에는 제1 LED(L1)에 순방향 전압이 인가되고 제2 LED(L2)에 역방향 전압이 인가되므로, 제1 반주기 동안 제1 LED(L1)만이 온되고 제2 LED(L2)는 오프 상태를 유지한다. 그리고, 도 8에 도시된 것과 같이 제1 반주기에 후속하는 교류 구동 전압의 제2 반주기 동안에는 제1 LED(L1)에 역방향 전압이 인가되고 제2 LED(L2)에 순방향 전압이 인가되므로, 제2 반주기 동안 제2 LED(L2)만이 온되고 제1 LED(L1)는 오프 상태를 유지한다. 위 과정을 하나의 싸이클로 정의할 때, 제1 LED(L1) 및 제2 LED(L2)의 상호 상보적 온오프 동작은 위 싸이클에 따라 반복된다.
위에서 정의한 것과 같이 본 실시예에서 컬럼 구조는 제1 컬럼(222)에 제1 LED 어레이(ARR1)가 배치된 구조를 컬럼 구조로 정의되며, 제1 컬럼(222)이 복수 개 마련됨에 따라 컬럼 구조 또한 유연 기판(210) 상에서 복수 개 형성된다. 이에 따라, 제1 LED 어레이(ARR1) 또한 컬럼의 폭 방향으로 복수 개 배치되며, 따라서 도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이 복수의 컬럼 구조에 포함된 복수의 제1 및 제2 LED(L1, L2)는 복수의 그리드 영역(G)을 갖는 그리드 패턴(GP)으로 배치된다(그리드 패턴(GP) 및 그리드 영역(G)을 명확히 정의하기 위해 도 4에는 그리드 패턴(GP)의 일부만을 점선으로 표시하였다). 이러한 LED(L1, L2)의 그리드 패턴(GP)은 본 실시예의 내시경용 LED 장치(200)의 오동작을 최소화시키는 구성으로서 기능한다. 즉, 내시경용 LED 장치(200)가 내시경 본체(100)에 결합된 내시경 장치를 통해 인체 내부의 조직을 진단 및 치료할 때, 내시경 장치의 폴딩 또는 굴곡으로 인해 어느 하나의 제1 컬럼(222) 또는 어느 하나의 기준 컬럼(232)이 단선되더라도 다른 제1 컬럼(222)에 배치된 LED(L1, L2)는 정상적으로 동작할 수 있게 되어, 내시경용 LED 장치(200)의 오동작이 최소화될 수 있다. 또한, LED(L1, L2)의 그리드 패턴(GP)을 통해 전체적인 배선 구조가 컴팩트화될 수 있다.
또한, 전술한 것과 같이 복수의 제1 컬럼(222) 사이에는 기준 전극층(230)의 기준 컬럼(232)이 맞물림 구조로 형성되며, 앞서 설명한 제1 및 제2 LED(L1, L2)의 그리드 패턴(GP)과, 제1 컬럼(222) 및 기준 컬럼(232) 간의 맞물림 구조는 연결 와이어(W)를 통한 LED(L1, L2) 및 기준 컬럼(232) 간의 연결을 용이하게 한다. 즉, 제1 컬럼(222)에 위치한 각 LED(L1, L2)에 접합된 연결 와이어(W)의 단부를, 해당 LED에 인접 배치된 기준 컬럼(232)에 접합시키는 공정을 각 LED(L1, L2) 별로 반복 적용함으로써 LED(L1, L2)와 기준 전극층(230) 간의 연결이 용이하게 구현될 수 있다.
나아가, 교류 구동 전압이 제1 전극층(220)에 인가되어 제1 LED(L1) 및 제2 LED(L2)가 상호 상보적으로 온오프 동작함에 따라, 제1 및 제2 LED(L1, L2)로부터의 광이 방사상 동일 위치에 균일하게 조사될 수 있어 종래와 같이 두 파장대의 광을 목표 위치에 조사해야 할 경우 내시경을 회전시켜야 했던 불편의성이 제거될 수 있으며, 두 파장대를 갖는 광의 동시 조사가 필요한 경우 질환에 대한 치료 효과를 극대화시킬 수 있다.
3. 내시경용 LED 장치의 제2 실시예
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 내시경용 LED 장치의 개념도이고, 도 10 및 도 11은 본 발명의 제2 실시예의 내시경용 LED 장치에서 LED 어레이의 동작 방식을 보인 예시도이며, 도 12 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경용 LED 장치에서 기능성 소자의 배치 구조를 보인 예시도이다.
제2 실시예의 내시경용 LED 장치(200)는 기본적으로 제1 실시예의 내시경용 LED 장치(200)와 동일하며, 다만 제2 전극층(250)이 더 마련되는 점과, 프로세서(260)에 의한 LED 제어 동작 측면에서 차이가 있다.
제2 실시예에서, 프로세서(260)는 교류 구동 전압을 제1 전극층(220)에 인가하는 방식으로 제1 LED 어레이(ARR1)의 구동을 제어하는 주체로서, 중앙 처리 장치(CPU: Central Processing Unit) 또는 SoC(System on Chip)로 구현될 수 있으며, 운영 체제 또는 어플리케이션을 구동하여 프로세서(260)에 연결된 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(260)는 외부 교류 전압의 전위(즉, 교류 전압의 최대값), 주파수, 위상 천이 또는 DC 오프셋을 레귤레이팅하여 교류 구동 전압을 생성한 후 제1 전극층(220) 및 기준 전극층(230)에 인가하도록 구성된다. 외부 교류 전압은 제1 실시예에서 설명한 전원부(240)의 출력 전압에 해당할 수 있다. 즉, 프로세서(260)는 전원부(240)의 출력 전압을 레귤레이팅하여 교류 구동 전압을 생성한 후 제1 전극층(220) 및 기준 전극층(230)에 인가하도록 구성된다.
위와 같은 프로세서(260)의 제어 동작의 전제가 되는 제2 실시예의 구조에 대하여 설명한다.
도 9에 도시된 것과 같이, 제1 전극층(220)에 더하여 제2 전극층(250)이 유연 기판(210) 상에 마련된다. 제2 전극층(250)은 제1 전극층(220)과 동일한 구조를 가지며, 다만 상호 전기적으로 연결되지 않도록 구성된다. 즉, 제1 전극층(220)은 제1 전극 배선(221)과 그로부터 수직 분기되는 복수의 제1 컬럼(222)을 포함하도록 구성되고, 제2 전극층(250)은 제2 전극 배선(251)과 그로부터 수직 분기되는 복수의 제2 컬럼(252)을 포함하도록 구성되며, 제1 전극층(220)의 복수의 제1 컬럼(222)과 제2 전극층(250)의 복수의 제2 컬럼(252)은 기준 컬럼(232)을 사이에 두고 컬럼의 폭 방향으로 인접 배치된다.
제2 컬럼(252)에도 제1 컬럼(222)과 동일한 배치 구조로 복수의 제1 및 제2 LED(L1, L2)가 배치된다. 용어의 명확한 구분을 위해, 제2 컬럼(252)에 배치된 복수의 제1 및 제2 LED(L1, L2)를 제2 LED 어레이(ARR2)로 정의한다.
상기와 같은 전극층(220, 230, 250) 및 LED(L1, L2)의 구조를 기반으로, 프로세서(260)는 외부 교류 전압에 대한 레귤레이텅을 통해 제1 및 제2 교류 구동 전압을 생성하고, 생성된 제1 및 제2 교류 구동 전압을 제1 및 제2 전극층(220, 250)에 각각 인가하여, 제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)의 구동을 독립적으로 제어할 수 있다.
제1 상태에서, 프로세서(260)는 제1 및 제2 교류 구동 전압의 위상을 동기화시켜, 제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)에 포함되는 제1 LED(L1)의 구동을 동기화시킴과 함께 제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)에 포함되는 제2 LED(L2)의 구동을 동기화시킬 수 있다.
구체적으로, 제1 및 제2 교류 구동 전압의 위상이 동기화된 경우, 제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)에 포함된 각 LED(L1, L2)의 동작은 도 7 및 도 8과 동일하기 때문에, 제1 및 제2 교류 구동 전압의 첫 번째 제1 반주기 동안에는 제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)의 제1 LED(L1)만이 온 되고 제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)의 제2 LED(L2)는 오프 상태를 유지한다. 그리고, 제1 반주기에 후속하는 제1 및 제2 교류 구동 전압의 제2 반주기 동안에는 제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)의 제2 LED(L2)만이 온되고 제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)의 제1 LED(L1)는 오프 상태를 유지한다. 즉, 제1 상태에서는 제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)에 포함되는 제1 LED(L1)의 구동이 동기화되고 제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)에 포함되는 제2 LED(L2)의 구동이 동기화된다.
한편, 제1 상태에서 제1 및 제2 교류 구동 전압의 위상만이 동기화되고, 전위는 각각 독립적으로 레귤레이팅될 수 있다. 예를 들어, 제1 교류 구동 전압의 전위가 제2 교류 구동 전압의 전위보다 큰 값으로 레귤레이팅됨에 따라, 제2 LED 어레이(ARR2)의 광량이 제1 LED 어레이(ARR1)의 광량보다 크게 형성될 수 있다. 이러한 예시에서, ⅰ)제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)에 포함되는 복수의 제1 LED(L1)의 온 시점이 동기화되면서 제1 LED 어레이(ARR1)에 포함되는 제1 LED(L1)의 광량이 제2 LED 어레이(ARR2)에 포함되는 제1 LED(L1)의 광량보다 크게 형성되고, ⅱ)제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)에 포함되는 복수의 제2 LED(L2)의 온 시점이 동기화되면서 제1 LED 어레이(ARR1)에 포함되는 제2 LED(L2)의 광량이 제2 LED 어레이(ARR2)에 포함되는 제2 LED(L2)의 광량보다 크게 형성된다. 레귤레이팅되는 전위의 값은 제1 상태에 대응되는 값으로 프로세서(260)에 미리 정의되어 있을 수 있다.
제2 상태에서, 프로세서(260)는 제1 및 제2 교류 구동 전압에 제1 위상차를 형성하여, 제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)에 포함되는 제1 LED(L1)의 온 시간의 중첩과, 제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)에 포함되는 제2 LED(L2)의 온 시간의 중첩을 발생시킬 수 있다. 여기서, 제1 위상차는 제1 및 제2 교류 구동 전압의 반주기 미만의 값에 해당하는 위상차일 수 있다.
도 10을 참조하여 구체적인 예시로서 설명하면, 제1 및 제2 교류 구동 전압(V1, V2)의 주파수가 동일한 상태에서 반주기(T/2) 미만의 값에 해당하는 제1 위상차(P1)가 형성된 경우, 구간 A에서는 제1 LED 어레이(ARR1)의 제1 LED(L1) 및 제2 LED 어레이(ARR2)의 제2 LED(L2)가 온 되고, 구간 B에서는 제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)의 제1 LED(L1)가 온 되며, 구간 C에서는 제1 LED 어레이(ARR1)의 제2 LED(L2) 및 제2 LED 어레이(ARR2)의 제1 LED(L1)가 온 되고, 구간 D에서는 제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)의 제2 LED(L2)가 온 되며, 구간 E에서는 제1 LED 어레이(ARR1)의 제1 LED(L1) 및 제2 LED 어레이(ARR2)의 제2 LED(L2)가 온 된다. 이에 따라, 구간 B에서 제1 LED 어레이(ARR1)의 제1 LED(L1)의 온 시간과 제2 LED 어레이(ARR2)의 제1 LED(L1)의 온 시간 간의 중첩이 발생하고, 구간 D에서 제1 LED 어레이(ARR1)의 제2 LED(L2)의 온 시간과 제2 LED 어레이(ARR2)의 제2 LED(L2)의 온 시간 간의 중첩이 발생한다.
한편, 제1 상태에서와 마찬가지로 제2 상태에서 제1 및 제2 교류 구동 전압의 전위는 각각 독립적으로 레귤레이팅될 수 있으며, 레귤레이팅되는 전위의 값은 제2 상태에 대응되는 값으로 프로세서(260)에 미리 정의되어 있을 수 있다.
제3 상태에서, 프로세서(260)는 제1 및 제2 교류 구동 전압에 제2 위상차를 형성하여, 제1 LED 어레이(ARR1)에 포함되는 제1 LED(L1)와 제2 LED 어레이(ARR2)에 포함되는 제2 LED(L2)의 구동을 동기화시킴과 함께, 제1 LED 어레이(ARR1)에 포함되는 제2 LED(L2)와 제2 LED 어레이(ARR2)에 포함되는 제1 LED(L1)의 구동을 동기화시킬 수 있다. 여기서, 제2 위상차는 제1 및 제2 교류 구동 전압의 반주기 값에 해당하는 위상차일 수 있다.
도 11을 참조하여 구체적인 예시로서 설명하면, 제1 및 제2 교류 구동 전압(V1, V2)의 주파수가 동일한 상태에서 반주기 값에 해당하는 제2 위상차(P2)가 형성된 경우, 제1 및 제2 교류 구동 전압의 첫 번째 제1 반주기 동안에는 제1 LED 어레이(ARR1)의 제1 LED(L1)와 제2 LED 어레이(ARR2)의 제2 LED(L2)만이 온 되고 제1 LED 어레이(ARR1)의 제2 LED(L2)와 제2 LED 어레이(ARR2)의 제1 LED(L1)는 오프 상태를 유지한다. 그리고, 제1 반주기에 후속하는 제1 및 제2 교류 구동 전압의 제2 반주기 동안에는 제1 LED 어레이(ARR1)의 제2 LED(L2)와 제2 LED 어레이(ARR2)의 제1 LED(L1)만이 온 되고 제1 LED 어레이(ARR1)의 제1 LED(L1)와 제2 LED 어레이(ARR2)의 제2 LED(L2)는 오프 상태를 유지한다. 즉, 제3 상태에서는 제1 LED 어레이(ARR1)에 포함되는 제1 LED(L1)와 제2 LED 어레이(ARR2)에 포함되는 제2 LED(L2)의 구동을 동기화되고, 제1 LED 어레이(ARR1)에 포함되는 제2 LED(L2)와 제2 LED 어레이(ARR2)에 포함되는 제1 LED(L1)의 구동이 동기화된다.
한편, 제1 및 제2 상태에서와 마찬가지로 제3 상태에서 제1 및 제2 교류 구동 전압의 전위는 각각 독립적으로 레귤레이팅될 수 있으며, 레귤레이팅되는 전위의 값은 제3 상태에 대응되는 값으로 프로세서(260)에 미리 정의되어 있을 수 있다.
위와 같이 제1 내지 제3 상태에서 제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)에 포함되는 각각의 제1 및 제2 LED(L1, L2)는 상호 다른 방식으로 제어된다. 제1 내지 제3 상태는 치료 대상이 되는 질환의 종류에 따라 프로세서(260)에 미리 정의되어 있을 수 있으며, 사용자가 소정의 인터페이스 장치(미도시)를 통해 제1 내지 제3 상태 중 어느 하나의 상태를 선택할 경우, 프로세서(260)는 선택된 상태에 해당하는 제어 로직을 수행하도록 동작할 수 있다.
제1 실시예에서 설명한 것과 같이 복수의 컬럼 구조에 포함된 복수의 제1 및 제2 LED(L1, L2)는 복수의 그리드 영역(G)을 갖는 그리드 패턴(GP)으로 배치된다. 이때, 본 실시예의 내시경용 LED 장치(200)는 그리드 패턴(GP) 중의 일부 그리드 영역(G)에 배치되는 기능성 소자(D)를 더 포함할 수 있다. 도 12 및 도 13은 그리드 패턴(GP) 중의 일 그리드 영역(G)에 배치된 기능성 소자(D)와 그 배선 구조의 예시를 보이고 있다.
도 12 및 도 13에 도시된 것과 같이 기능성 소자(D)의 배선은 유연 기판(210)의 양 측 중 제1 전극층(220) 및 기준 전극층(230)이 배치된 제1 측에 형성될 수도 있으나, 제1 측에 형성되는 제1 전극층(220) 및 기준 전극층(230)에 대한 배선 구조의 레이아웃 자유도를 확보하기 위해, 기능성 소자(D)의 배선은 상기한 제1 측과 반대에 위치한 제2 측에 형성될 수도 있다. 이를 위해, 기능성 소자(D)가 배치된 그리드 영역(G)에 유연 기판(210)을 관통하는 구조의 배선 관통홀(미도시)이 형성되어 있을 수 있다.
이에 따라, 기능성 소자(D)에 대한 배선 구조는, 배선 관통홀을 통해, 유연 기판(210)의 양 측 중 제1 전극층(220)이 배치된 제1 측과 반대에 위치한 제2 측에 형성될 수 있다. LED(L1, L2)의 배선 구조를 유연 기판(210)의 제1 측에 마련하고 기능성 소자(D)의 배선 구조를 유연 기판(210)의 제2 측에 마련함으로써, 배선 구조의 레이아웃 자유도가 확보될 수 있다.
기능성 소자(D)는 온도 감지 소자(예: 써미스터), 히팅 소자(예: 히터(저항 소자)), 광 검출 소자(예: 포토다이오드) 및 접촉 감지 소자(예: 접촉 센서, 압력 센서 또는 초음파 센서) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 도 14는 기능성 소자(D)(써미스터, 포토다이오드)가 제1 및 제2 LED(L1, L2)와 함께 유연 기판(210)에 실장된 예시를 보이고 있다.
기능성 소자(D)가 온도 감지 센서를 포함하는 경우, 프로세서(260)는 온도 감지 소자를 통해 병변 부위의 온도를 모니터링하고, 병변 부위의 온도가 병변 치료를 위한 목표 온도에 도달한 경우, 교류 구동 전압을 레귤레이팅하여 병변 부위의 온도가 목표 온도로 유지되도록 할 수 있다. 목표 온도는 병변 및 질환의 종류에 대응하는 값으로 프로세서(260)에 미리 설정되어 있을 수 있다.
즉, 프로세서(260)는 병변 부위의 치료를 위해 교류 구동 전압을 제1 및 제2 전극층(220, 250)과 기준 전극층(230)으로 인가하여 제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)에 포함된 각 LED(L1, L2)의 구동을 제어할 수 있으며, 제1 및 제2 LED(L1, L2)로부터 광이 조사됨에 따라 병변 부위의 온도가 상승하여 광열 치료가 이루어질 수 있다. 이때, 병변 및 질환의 종류에 따라 치료에 효과적인 목표 온도가 임상적으로 정의되어 있을 수 있는 점을 고려하여, 광열 치료 과정에서 병변 부위의 온도가 목표 온도에 도달한 경우 프로세서(260)는 교류 구동 전압을 레귤레이팅하는 방식으로 병변 부위의 온도가 목표 온도로 유지되도록 할 수 있다. 교류 구동 전압의 레귤레이팅을 위한 알고리즘은 프로세서(260)에 미리 정의되어 있을 수 있으며, 상기한 알고리즘은, 예를 들어 병변 부위의 현재 온도 및 목표 온도 간의 차이값을 인자로 하여 교류 구동 전압의 전위, 주파수, 위상 천이 또는 DC 오프셋을 레귤레이팅하는 알고리즘에 해당할 수 있다.
기능성 소자(D)가 히팅 소자를 더 포함하는 경우, 프로세서(260)는 교류 구동 전압을 통해 제1 LED 어레이(ARR1) 및/또는 제2 LED 어레이(ARR2)를 동작시킨 시점으로부터 미리 설정된 시간이 초과한 경우로서 병변 부위의 온도가 목표 온도에 도달하지 못한 경우, 히팅 소자를 구동하여 병변 부위의 온도를 보상할 수도 있다.
즉, 제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)를 구동함에도 불구하고 병변 부위의 온도가 병변 치료를 위한 목표 온도에 도달하지 못한 경우, 프로세서(260)는 히팅 소자의 구동을 통해 병변 부위의 온도를 증가시켜 병변 부위의 온도가 목표 온도에 도달하도록 함으로써, 히팅 소자의 구동에 의해 제1 및 제2 LED 어레이(ARR1, ARR2)의 구동이 보상되도록 할 수 있다.
만약, 병변 부위의 온도가 목표 온도를 초과한 경우, 프로세서(260)는 제1 LED 어레이(ARR1) 및/또는 제2 LED 어레이(ARR2)의 동작을 미리 설정된 휴지시간 동안 중지시켜 병변 부위의 온도가 목표 온도로 감소되도록 할 수도 있다.
기능성 소자(D)가 광 검출 소자를 포함하는 경우, 프로세서(260)는 제1 LED 어레이(ARR1) 및/또는 제2 LED 어레이(ARR2)로부터 조사된 치료용 광의 광량을 광 검출 소자를 통해 검출하고, 그 검출 결과에 따라 치료용 광의 광량을 제어할 수 있다. 병변 및 질환의 종류에 따라 치료에 효과적인 치료용 광의 목표 광량이 임상적으로 정의되어 있을 수 있는 점을 고려하여, 광열 치료 과정에서 광 검출 소자를 통해 검출된 치료용 광의 광량이 목표 광량보다 작은 경우, 프로세서(260)는 교류 구동 전압에 대한 레귤레이팅을 통해 치료용 광의 광량을 증가시킬 수 있으며, 광 검출 소자를 통해 검출된 치료용 광의 광량이 목표 광량보다 큰 경우 프로세서(260)는 교류 구동 전압에 대한 레귤레이팅을 통해 치료용 광의 광량을 감소시킬 수 있다.
한편, 본 실시예의 내시경용 LED 장치(200)는 그리드 패턴(GP) 중의 일부 그리드 영역(G)에 배치되는, 제1 및 제2 파장과는 다른 제3 파장의 광을 조사하는 제3 LED(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 제3 LED로부터 조사되는 제3 파장의 광은, 예를 들어 400nm 내지 500nm 사이의 파장을 갖는 진단용 광에 해당할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 LED(L1, L2)는 치료용 광원으로서 동작하고, 제3 LED는 진단용 광원으로 동작할 수 있다.
이에 따라, 프로세서(260)는 제3 LED로부터 조사된 진단용 광이 인체 조직에 반사된 반사광을 광 검출 소자를 통해 검출하여 인체 조직의 상태 또는 병변을 분석하고, 그 분석 결과에 따라 제1 LED 어레이(ARR1) 및/또는 제2 LED 어레이(ARR2)의 구동을 제어할 수 있다. 즉, 프로세서(260)는 제3 LED를 통해 인체 내부 조직으로 진단용 광을 조사하고, 그 반사광을 검출하여 인체 내부 조직의 상태 또는 병변의 위치 등을 분석한 후, 그 분석 결과에 따라 제1 LED 어레이(ARR1) 및/또는 제2 LED 어레이(ARR2)로부터 조사되는 치료용 광의 광량, 파워, 조사 시간 등을 제어함으로써 인체 내부 조직에 상태에 적합한 광열 치료가 수행되도록 할 수 있다.
기능성 소자(D)가 접촉 감지 소자를 포함할 경우, 프로세서(260)는 내시경용 LED 장치(200)가 인체에 삽입된 상태에서 접촉 감지 소자를 통해 ⅰ)제1 LED 어레이(ARR1) 및/또는 제1 LED 어레이(ARR2)와 인체 조직 간의 거리(초음파 센서 활용), 또는 ⅱ)제1 LED 어레이(ARR1) 및/또는 제1 LED 어레이(ARR2)가 인체 조직에 접촉된 강도 또는 면적을 결정하고(접촉 센서 또는 압력 센서 활용), 내시경 본체(100)의 동작 제어를 통해 상기한 거리, 강도 또는 면적을 조절할 수 있다.
예를 들어, 제1 LED 어레이(ARR1) 및/또는 제1 LED 어레이(ARR2)와 인체 조직 간의 거리가 광열 치료를 위해 요구되는 목표 거리 이하인 경우, 프로세서(260)는 앞서 설명한 엑추에이터를 제어하여 인체 내부로의 송기를 수행함으로써 제1 LED 어레이(ARR1) 및/또는 제1 LED 어레이(ARR2)와 인체 조직 간의 거리를 증가시킬 수 있고, 제1 LED 어레이(ARR1) 및/또는 제1 LED 어레이(ARR2)와 인체 조직 간의 거리가 목표 거리 이상인 경우, 프로세서(260)는 엑추에이터를 제어하여 인체 내부로부터의 흡기를 수행함으로써 제1 LED 어레이(ARR1) 및 인체 조직 간의 거리를 감소시킬 수 있다. 또한, 제1 LED 어레이(ARR1) 및/또는 제1 LED 어레이(ARR2)가 인체 조직에 접촉된 강도 또는 면적이 광열 치료를 위해 요구되는 목표 강도 또는 목표 면적 이하인 경우, 프로세서(260)는 엑추에이터를 제어하여 인체 내부로부터의 흡기를 수행함으로써 제1 LED 어레이(ARR1) 및/또는 제1 LED 어레이(ARR2)가 인체 조직에 접촉된 강도 또는 면적을 증가시킬 수 있고, 제1 LED 어레이(ARR1) 및/또는 제1 LED 어레이(ARR2)가 인체 조직에 접촉된 강도 또는 면적이 목표 강도 또는 목표 면적 이상인 경우, 프로세서(260)는 엑추에이터를 제어하여 인체 내부로의 송기를 수행함으로써 제1 LED 어레이(ARR1) 및/또는 제1 LED 어레이(ARR2)가 인체 조직에 접촉된 강도 또는 면적을 감소시킬 수 있다.
한편, 도 15에 도시된 것과 같이 기능성 소자(D)는 인디케이터를 포함할 수도 있으며, 인디케이터는 내시경용 LED 장치(200)의 길이 방향의 헤드(110) 부분에 설치되는 별도의 LED로 구현될 수 있다. 이러한 인디케이터는 내시경용 LED 장치(200)가 인체에 삽입된 상태에서 내시경 장치의 내비게이션을 위한 광원으로서 기능할 수 있다.
4. 광 효율 향상 구조 및 보호 구조
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경용 LED 장치에서 반사 코팅층 및 방열 관통홀의 구조를 보인 예시도이고, 도 17 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경용 LED 장치에서 하드 몰드 및 플렉서블 몰드를 설명하기 위한 예시도이며, 도 20는 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경용 LED 장치에서 멀티 스테이지 구조를 보인 예시도이고, 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경용 LED 장치에서 LED가 배치되는 전극층의 구조를 보인 예시도이다.
이하에서는 본 실시예의 내시경용 LED 장치(200)의 광 조사 효율을 향상시키기 위해 채용된 구조와, 유연 기판(210)의 폴딩 시 LED 소자(L1, L2)를 보호하기 위해 채용된 구조에 대하여 설명하며, 이러한 구조는 전술한 제1 및 제2 실시예에 공통적으로 적용될 수 있다.
내시경용 LED 장치(200)의 광 조사 효율을 향상시키기 위해, 도 16에 도시된 것과 같이 제1 LED 어레이(ARR1) 및/또는 제2 LED 어레이(ARR2)로부터 조사된 광을 외측(즉, 방사상 외측 방향)으로 반사시키는 반사 코팅층(270)이 제1 전극층(220), 제2 전극층(250) 및 기준 전극층(230)에 마련되어 있을 수 있다. 반사 코팅층(270)은 금(Au) 소재의 박막 형태로 구현되어 각 전극층(220, 230, 250)에 코팅될 수 있으며, 내시경용 LED 장치(200)의 광 조사 효율을 향상시킴과 함께 각 전극층(220, 230, 250)의 산화를 방지하는 기능을 수행한다.
방열 구조로서, 도 16에 도시된 것과 같이 제1 LED(L1) 또는 제2 LED(L2)의 주변에서 제1 전극층(220) 및 제2 전극층(250)을 관통하도록 형성되어, 제1 LED(L1) 또는 제2 LED(L2)에 의해 발생한 열을 발산시키는 방열 관통홀(280)이 마련될 수 있다. 각 전극층(220, 250)의 컬럼(232, 252)에는 LED 어레이(ARR1, ARR2)가 배치되는 점을 고려하여, 방열 관통홀(280)은 각 전극층(220, 250)의 전극 배선(231, 251)에 형성됨이 바람직할 수 있다. 도 16에 도시된 것과 같이 각 LED(L1, L2)로부터 광이 조사됨에 따라 발생한 열은 방열 관통홀(280)을 통해 유연 기판(210)의 양 측에 형성된 전극층으로 발산되기 때문에 방열이 효율적으로 이루어짐에 따라 내시경용 LED 장치(200)의 성능 저하가 방지될 수 있다(도 16의 도면 부호 'b'는 전극 접합 소재이다).
한편, 본 실시예는 내시경용 LED 장치(200)를 내시경 본체(100)에 결합하기 위해 유연 기판(210)의 폴딩 또는 굴곡 구조를 전제하고 있으며, 유연 기판(210)의 폴딩 또는 굴곡에 따라 LED(L1, L2) 및 기준 전극층(230)(기준 컬럼(232))을 연결하는 연결 와이어(W)가 파손되는 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라 도 17에 도시된 것과 같이 일부 LED 소자의 비구동 상태가 야기될 수 있다.
이를 위해, 본 실시에는 하드 몰드 부재(H)를 채용한다. 각각의 제1 및 제2 LED(L1, L2)가 연결 와이어(W)를 통해 기준 전극층(230)에 연결된 구조가 LED 유닛 구조로 정의될 때, 유연 기판(210)의 폴딩 시 연결 와이어(W)의 소손이 방지되도록 하기 위해 LED 유닛 구조는 하드 몰드 부재(H)에 의해 캡슐화될 수 있다. 도 18에 도시된 것과 같이 액상 실리콘을 각 LED(L1, L2)에 디스펜싱한 후 경화시키는 공정을 통해, 도 19에 도시된 것과 같이 LED 유닛 구조를 캡슐화하는 하드 몰드 부재(H)가 형성될 수 있으며, 모든 LED 유닛 구조에 대하여 하드 몰드 부재(H)가 형성된 이후, 하드 몰드 부재(H) 및 유연 기판(210)을 커버하는 구조로 플렉서블 몰드 부재(F)가 형성될 수 있다. 하드 몰드 부재(H)를 통해 LED 소자 레벨에서의 보호가 이루어질 수 있으며, 플렉서블 몰드 부재(F)를 통해 내시경용 LED 장치(200) 레벨에서의 폴딩 또는 굴곡 특성이 확보될 수 있다.
내시경 장치의 폴딩 또는 굴곡 특성에 정합되도록, 내시경용 LED 장치(200) 또한 유연 기판(210)을 통해 통해 폴딩 또는 굴곡 특성을 갖도록 구성되며, 내시경용 LED 장치(200)의 폴딩 부분 또는 굴곡 부분에 대한 보호 구조로서 멀티 스테이지 구조(M)가 채용될 수 있다. 구체적으로, 위에서 설명한 유연 기판(210), 제1 전극층(220), 제2 전극층(250), 기준 전극층(230), 제1 LED 어레이(ARR1) 및 제2 LED 어레이(ARR2)를 포함하는 구조가 싱글 스테이지 구조(S)로 정의될 때, 도 20에 도시된 것과 같이 내시경용 LED 장치(200)는 복수의 싱글 스테이지 구조(S)가 신축성 회로 기판(SCB, Stretchable Circuit Board)을 통해 상호 연결되는 멀티 스테이지 구조(M)로 구현될 수 있다. 신축성 회로 기판(SCB)이 마련되는 위치(즉, 복수의 싱글 스테이지 구조(S)가 상호 결합되는 위치, 내시경용 LED 장치(200)가 폴딩 또는 굴곡되는 위치)는 내시경 장치의 동작에 대한 실험적 결과를 토대로, 내시경 장치의 폴딩 또는 굴곡이 가장 심하게 발생하는 위치로 미리 정의되어 있을 수 있다.
한편, 제1 파장의 제1 LED(L1), 제2 파장의 제2 LED(L2), 그리고 제3 파장의 제3 LED는 도 21에 도시된 것과 같이 수직 방향의 전극 배향 또는 수평 방향의 전극 배향(Flip-chip type)을 가질 수 있다. 수평 방향의 전극 배향을 갖는 경우 LED의 발광면이 전극층에 가려지지 않기 때문에 광 조사 효율이 향상될 수 있으며, 또한 전원 연결을 위한 와이어 본딩(wire bonding)이 제거될 수 있어 제조 공정이 단순화됨으로써 생산 비용이 저감될 수 있다. 또한, 물리적 외력에 약한 와이어에 대한 사용 의존성이 제거됨에 따라 내시경용 LED 장치(200)의 내구성이 향상될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따를 때, 유연 기판에 마련된 전극층에 제1 파장의 제1 LED와 제2 파장의 제2 LED를 상호 반대 극성을 갖는 상태로 교번 배치하고 교류 전압을 통해 각 LED를 구동시키는 방식을 채용하여 LED 장치 또는 내시경 장치의 배선을 간소화시킬 수 있으며, 두 파장의 광의 선택적 조사, 동시 조사 및 광량 조절의 기능을 수행함으로써 인체 조직에 대한 치료 효과를 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따를 때, 내시경용 LED 장치에 온도 감지 소자, 히팅 소자, 광 검출 소자, 접촉 감지 소자 및 인디케이터를 집적시켜, 내시경 장치를 통한 광열 치료 시 ⅰ)실시간 온도 제어, ⅱ)광량 제어, ⅲ)인체 조직의 상태 또는 병변 분석과 그 분석 결과에 대응되는 광열 치료 제어, ⅳ)내시경 장치 및 인체 조직 간의 접촉 강도 및 접촉 면적 제어, 및 ⅴ)내시경 내비게이션과 같은 기능을 수행함으로써 인체 조직에 대한 치료 효과를 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따를 때, 전극층 상에 반사 코팅층이 형성된 구조, 전극층을 관통하도록 방열 관통홀을 형성시킨 구조, LED 및 연결 와이어를 보호하기 위한 하드 몰드 및 플렉서블 몰드의 이중 몰드 구조, 그리고 복수의 싱글 스테이지 구조가 신축성 회로 기판을 통해 상호 연결되는 멀티 스테이지 구조를 마련함으로써, 내시경용 LED 장치의 광효율을 극대화하고 내시경용 LED 장치의 정상적인 동작이 보장되는 범위 내에서 LED 장치의 파손을 방지하고 그 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (20)

  1. 폴딩 구조를 기반으로 내시경 본체에 결합 가능하도록 구성되는 유연 기판;
    상기 유연 기판 상에 마련되며, 제1 컬럼을 갖는 제1 전극층;
    제1 파장의 광을 조사하는 복수의 제1 LED와, 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광을 조사하는 복수의 제2 LED를 포함하는 제1 LED 어레이로서, 복수의 제1 및 제2 LED는 상호 반대 극성을 갖는 상태로 상기 제1 컬럼 상에서 교번 배치되는, 제1 LED 어레이; 및
    교류 구동 전압을 상기 제1 전극층에 인가하는 방식으로 상기 제1 LED 어레이의 구동을 제어하는 프로세서;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 내시경용 LED 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교류 구동 전압이 상기 제1 전극층에 인가됨에 따라, 상기 교류 구동 전압의 제1 반주기 동안 제1 LED만이 온되고, 상기 제1 반주기에 후속하는 제2 반주기 동안 제2 LED만이 온되는 것을 특징으로 하는 내시경용 LED 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 외부 교류 전압의 전위, 주파수, 위상 천이 또는 DC 오프셋을 레귤레이팅하여 상기 교류 구동 전압을 생성한 후 상기 제1 전극층에 인가하는 것을 특징으로 하는 내시경용 LED 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 내시경용 LED 장치는,
    상기 유연 기판 상에 마련되며, 제2 컬럼을 갖는 제2 전극층; 및
    상호 반대 극성을 갖는 상태로 상기 제2 컬럼 상에서 교번 배치되는 복수의 제1 및 제2 LED를 포함하는 제2 LED 어레이;를 더 포함하고,
    상기 프로세서는, 외부 교류 전압에 대한 레귤레이팅을 통해 생성된 제1 및 제2 교류 구동 전압을 상기 제1 및 제2 전극층에 각각 인가하여, 상기 제1 및 제2 LED 어레이의 구동을 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 내시경용 LED 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    제1 상태에서, 상기 제1 및 제2 교류 구동 전압의 위상을 동기화시켜, 상기 제1 및 제2 LED 어레이에 포함되는 제1 LED의 구동을 동기화시킴과 함께 상기 제1 및 제2 LED 어레이에 포함되는 제2 LED의 구동을 동기화시키고,
    제2 상태에서, 상기 제1 및 제2 교류 구동 전압에 제1 위상차를 형성하여, 상기 제1 및 제2 LED 어레이에 포함되는 제1 LED의 온 시간의 중첩과, 상기 제1 및 제2 LED 어레이에 포함되는 제2 LED의 온 시간의 중첩을 발생시키며,
    제3 상태에서, 상기 제1 및 제2 교류 구동 전압에 제2 위상차를 형성하여, 상기 제1 LED 어레이에 포함되는 제1 LED와 상기 제2 LED 어레이에 포함되는 제2 LED의 구동을 동기화시킴과 함께, 상기 제1 LED 어레이에 포함되는 제2 LED와 상기 제2 LED 어레이에 포함되는 제1 LED의 구동을 동기화시키는 것을 특징으로 하는 내시경용 LED 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 컬럼에 상기 제1 LED 어레이가 배치된 구조가 컬럼 구조로 정의될 때, 상기 컬럼 구조는 상기 유연 기판 상에서 복수 개 형성되고, 상기 복수의 컬럼 구조에 포함된 복수의 제1 및 제2 LED는 복수의 그리드 영역을 갖는 그리드 패턴으로 배치되고,
    상기 내시경용 LED 장치는, 상기 그리드 패턴 중의 일부 그리드 영역에 배치되는 기능성 소자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 내시경용 LED 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 내시경용 LED 장치는, 상기 기능성 소자가 배치된 그리드 영역에 형성되는 배선 관통홀;을 더 포함하고,
    상기 기능성 소자에 대한 배선 구조는, 상기 배선 관통홀을 통해, 상기 유연 기판의 양 측 중 상기 제1 전극층이 배치된 제1 측과 반대에 위치한 제2 측에 형성되는 것을 특징으로 하는 내시경용 LED 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 기능성 소자는 온도 감지 소자를 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 온도 감지 소자를 통해 병변 부위의 온도를 모니터링하고, 병변 부위의 온도가 병변 치료를 위한 목표 온도에 도달한 경우, 상기 교류 구동 전압을 레귤레이팅하여 병변 부위의 온도가 상기 목표 온도로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 내시경용 LED 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기능성 소자는 히팅 소자를 더 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 교류 구동 전압을 통해 상기 제1 LED 어레이를 동작시킨 시점으로부터 미리 설정된 시간이 초과한 경우로서 병변 부위의 온도가 상기 목표 온도에 도달하지 못한 경우, 상기 히팅 소자를 구동하여 병변 부위의 온도를 보상하는 것을 특징으로 하는 내시경용 LED 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는, 병변 부위의 온도가 상기 목표 온도를 초과한 경우, 상기 제1 LED 어레이의 동작을 미리 설정된 휴지시간 동안 중지시키는 것을 특징으로 하는 내시경용 LED 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 기능성 소자는 광 검출 소자를 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 제1 LED 어레이로부터 조사된 치료용 광의 광량을 상기 광 검출 소자를 통해 검출하고, 그 검출 결과에 따라 상기 치료용 광의 광량을 제어하는 것을 특징으로 하는 내시경용 LED 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 내시경용 LED 장치는, 상기 그리드 패턴 중의 일부 그리드 영역에 배치되는, 상기 제1 및 제2 파장과는 다른 제3 파장의 광을 조사하는 제3 LED;를 더 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 제3 LED로부터 조사된 진단용 광이 인체 조직에 반사된 반사광을 상기 광 검출 소자를 통해 검출하여 인체 조직의 상태 또는 병변을 분석하고, 그 분석 결과에 따라 상기 제1 LED 어레이의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 내시경용 LED 장치.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 기능성 소자는 접촉 감지 소자를 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 내시경용 LED 장치가 인체에 삽입된 상태에서 상기 접촉 감지 소자를 통해 ⅰ)상기 제1 LED 어레이 및 인체 조직 간의 거리, 또는 ⅱ)상기 제1 LED 어레이가 인체 조직에 접촉된 강도 또는 면적을 결정하고, 상기 내시경 본체의 동작 제어를 통해 상기 거리, 상기 강도 또는 상기 면적을 조절하는 것을 특징으로 하는 내시경용 LED 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 내시경용 LED 장치는, 상기 제1 전극층 상에 마련되어 상기 제1 LED 어레이로부터 조사된 광을 외측으로 반사시키는 반사 코팅층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 내시경용 LED 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 내시경용 LED 장치는, 상기 제1 LED 또는 상기 제2 LED의 주변에서 상기 제1 전극층을 관통하도록 형성되어, 상기 제1 LED 또는 상기 제2 LED에 의해 발생한 열을 발산시키는 방열 관통홀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내시경용 LED 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 내시경용 LED 장치는, 상기 유연 기판 상에 마련되며, 상기 제1 전극층과 함께 상기 교류 구동 전압의 전극으로 기능하는 기준 전극층;을 더 포함하고,
    각각의 제1 및 제2 LED는 연결 와이어를 통해 상기 기준 전극층에 연결되며,
    각각의 제1 및 제2 LED가 상기 연결 와이어를 통해 상기 기준 전극층에 연결된 구조가 LED 유닛 구조로 정의될 때, 상기 내시경용 LED 장치는, 상기 유연 기판의 폴딩 시 상기 연결 와이어의 소손을 방지하기 위해 상기 LED 유닛 구조를 캡슐화하는 하드 몰드 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 내시경용 LED 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 내시경용 LED 장치는, 상기 하드 몰드 부재 및 상기 유연 기판을 커버하도록 형성되는 플렉서블 몰드 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 내시경용 LED 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 유연 기판, 상기 제1 전극층 및 상기 제1 LED 어레이를 포함하는 구조가 싱글 스테이지 구조로 정의될 때, 상기 내시경용 LED 장치는, 복수의 싱글 스테이지 구조가 신축성 회로 기판(Stretchable Circuit Board)을 통해 상호 연결되는 멀티 스테이지 구조로 구현되는 것을 특징으로 하는, 내시경용 LED 장치.
  19. 폴딩 구조를 기반으로 내시경 본체에 결합 가능하도록 구성되는 유연 기판;
    상기 유연 기판 상에 마련되며, 제1 컬럼을 갖는 제1 전극층;
    제1 파장의 광을 조사하는 복수의 제1 LED와, 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광을 조사하는 복수의 제2 LED를 포함하는 제1 LED 어레이로서, 복수의 제1 및 제2 LED는 상호 반대 극성을 갖는 상태로 상기 제1 컬럼 상에서 교번 배치되는, 제1 LED 어레이; 및
    상기 제1 전극층에 교류 구동 전압을 인가하는 전원부;를 포함하고,
    상기 전원부를 통해 상기 교류 구동 전압이 상기 제1 전극층에 인가됨에 따라, 상기 제1 LED 및 상기 제2 LED는 상호 상보적으로 온오프 동작하는 것을 특징으로 하는 내시경용 LED 장치.
  20. 내시경 본체;
    폴딩 구조를 기반으로 상기 내시경 본체에 결합 가능하도록 구성되는 유연 기판;
    상기 유연 기판 상에 마련되며, 제1 컬럼을 갖는 제1 전극층;
    제1 파장의 광을 조사하는 복수의 제1 LED와, 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광을 조사하는 복수의 제2 LED를 포함하는 제1 LED 어레이로서, 복수의 제1 및 제2 LED는 상호 반대 극성을 갖는 상태로 상기 제1 컬럼 상에서 교번 배치되는, 제1 LED 어레이; 및
    상기 제1 전극층에 교류 구동 전압을 인가하는 전원부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내시경 장치.
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