KR101362624B1 - 광 조사 장치 - Google Patents

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우시오덴키 가부시키가이샤
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Abstract

세그먼트 광원을 행렬형상으로 배치한 광 조사 장치에 있어서, LED 기판의 변형과, 급전 배선의 컴팩트화라고 하는 과제를 동시에 해결하고자 하는 것으로서, 투광성을 가지는 기판 사이에 설치된 시일제에 광을 조사하여 경화시키는 광 조사 장치(100)에 있어서, 상기 광 조사 장치(100)는, LED가 복수 배치된 LED 기판(237)이 행렬형상으로 배치되고, 상기 LED 기판(237)은, 내부에 냉각 매체의 유로를 가지는 수냉판(24)의 하면부에 고정되고, 상기 수냉판(24)의 상부에는 상기 LED 기판에 급전하는 전원이 설치되고, 상기 수냉판(24)에는 LED 기판(237)마다 상하로 관통하는 구멍(242)이 형성되어 있고, 상기 구멍(242)을 통하여, LED 기판(237)에 접속된 급전선(239)이, 수냉판(24)의 상부에 도출되고, 상기 전원(22)에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.

Description

광 조사 장치{LIGHT IRRADIATION APPARATUS}
본 발명은, 발광 다이오드를 다수 구비한 선형상 또는 면형상의 광원을 형성하는 광 조사 장치에 관한 것이다. 특히 액정 패널 등의 투명 기판을, 도포된 시일제를 경화시켜 맞붙이는 광 조사 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(이하, LED라고 부른다)를 구비한 광 조사 장치로서, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재된, 다수의 LED를 기판 상에 나란히 배치한 자외선 조사 장치가 알려져 있다. 이 장치는, 액정 패널의 유리 기판의 최대 사이즈에 상당하는, 대면적의 기판의 전면에 LED 소자를 전면에 깔아 배치하고, 예정된 시일재의 경화에 필요한 LED만을 점등시켜 조사하는 것이다.
도 5는, LED가 기판 상에 배열되어 있는 광 조사 장치의 구성을 설명하는 개략도로, 도 5(a)는 광원 부분을 조사면측에서 본 정면도, 도 5(b)는, 가로방향으로부터 본 측면도이다. 이 광 조사 장치(800)는, 광원이 다수의 LED(81)에 의해 구성되어 있고, 광원 스테이지(82) 상에 LED(81)가 행렬형상으로 전면에 깔리도록 배치되어 있다. 상기 광 조사 장치는, 각각의 LED에 대해서, ON/OFF를 전환하는 전원 장치(도시하지 않음)를 구비하고 있고, 워크의 형상에 맞추어 점등 영역이 선택되어, 전원 장치에서 LED(81)에 전력이 공급된다.
특허 문헌 1의 기재에 의하면, 워크는, 예를 들면 액정 패널용의 유리 기판이다. 이 경우, 2매의 기판(83, 83)의 사이에는 시일재(84)가 소정의 화면 프레임에 따라 직사각형 형상으로 형성되어 있고, 그 화면 프레임 내에 액정이 충전되어 있다. 기판(83, 83)에 끼워넣어진 시일재(84)의 경화를 행하기 위해서, 직사각형 형상의 화면 프레임에 대응하는 선택된 LED에만 전력을 공급하여 점등하고, 광을 조사한다.
일본국 특허공개 2006－235617호 공보
그러나, 최근, 액정 패널은 대형화하고 있고, 예를 들면, 최선단의 액정 패널 공장에서는, G10(2850×3050mm)으로 불리는 사이즈까지 확대되고 있어, 그 유리 기판에의 조사 면적도 확대되고 있다. 이 때문에, 광원인 LED의 수가 증가, LED 기판이 대형화하고 있고, LED로부터의 발열량이 증가하고 있다. 종래는, 1매 혹은 소수의 LED 기판에 의해 광 조사 장치의 광원을 구성하고 있는데, 기판의 면적이 크기 때문에, 열에 의해 기판이 팽창하거나, 응력으로 구부러지거나 하여 변형한다고 하는 문제가 발생한다. 이에 따라, LED나 렌즈의 위치 어긋남이 일어나, 조도 저하나, 조도 분포의 편차가 발생하는 등의 문제가 생긴다.
LED 기판의 변형을 막기 위해서는, 예를 들면 LED 기판을 복수의 LED 기판으로 분할함으로써, 응력을 작게 한다고 하는 방법이나, 기판을 냉각시킨다고 하는 방법을 생각할 수 있다.
그러나, LED 기판을 복수로 분할하면, LED 기판마다 배선이 필요하게 되어, 다수의 LED 광원이 간극없이 행렬형상으로 늘어서 있는 광 조사 장치에서는, 각 LED 기판으로부터 도출되는 배선의 양이 방대하여, 처리가 곤란하다. 또한, 배선의 스페이스를 여분으로 설치할 필요가 있어, 장치가 대형화한다고 하는 문제도 있다. 이와 같이, 기판의 변형만을 해결하고자 하면 다른 문제가 발생한다.
또한, LED 기판의 사이즈는, 액정 패널의 유리 기판에 대응하여 매우 면적이 커져, 수냉 등의 냉각만으로 기판의 변형의 문제를 해결하는 것은 곤란하고, 히트 파이프 등의 열 교환기를 별도 준비하면 비용이 높아진다.
이상에 의해, 본 발명은, 다수의 LED를 1개의 세그먼트 광원으로 하고, 이를 행렬형상으로 배치한 광 조사 장치에 있어서, LED 기판의 변형과, 급전 배선의 컴팩트화라고 하는 과제를 동시에 해결하고자 하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 투광성을 가지는 기판사이에 설치된 시일제에 광을 조사하여 경화시키는 광 조사 장치에 있어서, 상기 광 조사 장치는, LED가 복수 배치된 LED 기판이 행렬형상으로 배치되고, 상기 LED 기판은, 내부에 냉각 매체의 유로를 가지는 수냉판의 하면부에 고정되고, 상기 수냉판의 상부에는 상기 LED 기판에 급전하는 전원이 설치되고, 상기 수냉판에는 LED기판마다 상하로 관통하는 구멍이 형성되어 있고, 상기 구멍을 통하여, LED 기판에 접속된 급전선이, 수냉판의 상부에 도출되어, 상기 전원에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 LED 기판은, 상기 LED 기판을 광원으로 하는 세그먼트 광원을 구비하고, 상기 세그먼트 광원은, 적어도 1개의 상기 LED 기판과, 상기 LED에 부착된 LED 렌즈와, 렌즈 유닛과, 상기 렌즈 유닛을 유지하는 도광체를 가지고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 도광체가 수냉판에 접해 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 행렬형상으로 배치된 복수의 LED 기판이 수냉판의 하면부에 고정되어 있으므로, 기판이 냉각되고, 응력도 작기 때문에, 기판이 변형하여 LED의 위치가 어긋나는 경우가 없다. 이 때문에, 조도 분포에 편차가 생기는 것을 막을 수 있다. 또한, 부착되는 LED 기판마다, 수냉판에는 상하로 관통하는 구멍이 형성되고 있고, 이 구멍을 통해 전원과 접속하기 때문에, 배선의 처리가 간단하고, 급전로가 짧아지므로 전력 손실을 막을 수도 있다.
또한, LED 기판이 분할하여 배치되어 있으므로, 1개의 LED 기판이 열화했을 때에 교환이 용이하다.
또한, 본 발명은, 상기 LED 기판을 광원으로 하는, 행렬형상으로 배치된 복수의 세그먼트 광원이, 이 LED 기판에 대응하는 LED 렌즈, 렌즈 유닛 및 도광체를 가지고 있다. 그리고, 이 LED 기판이 수냉판의 하면부에 고정되어 있으므로, 기판이 냉각되고, 응력도 작기 때문에, 기판이 변형되지 않는다. 이 때문에, LED의 위치나 렌즈 유닛과의 위치 관계가 어긋나지 않는다.
또한, LED 기판이 세그먼트 광원마다 있으므로, 1개의 LED 기판이 열화했을 때에도, 부착, 떼어냄이 간단하고 교환이 용이하다.
또한, 본 발명에 의하면, 세그먼트 광원의 도광체가, 수냉판에 직접 접하고 있으므로, 도광체를 통하여 렌즈 유닛도 냉각시킬 수 있다. 이 때문에, 렌즈 유닛의 열팽창을 억제하여, 배치 관계의 어긋남이 생기는 것을 막을 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 광 조사 장치의 전체 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 관한 광 조사 유닛의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 관한 세그먼트 광원의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4(a)는 본 발명에 관한 광 조사 유닛의 구성을 나타내는 단면도이고, (b)는 주요부 확대도이다.
도 5는 종래예에 관한 광 조사 장치를 나타내는 도면이고, (a)는 조사면측에서 본 정면도이며, (b)는 측면도이다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 광 조사 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 1에 나타내는 바와같이, 광 조사 장치(100)에는, 전체를 8개의 직사각형의 영역으로 등분하는 판형상의 지지 부재(10, 11)가 배치되어 있다. 이들 지지 부재(10, 11)는 도시하지 않은 프레임체에 의해 고정되어 있다. 지지 부재(10)는, 각각의 면이 뻗는 방향이 평행이 되도록 등간격으로 배치되어 있고, 2매의 지지 부재(10)의 사이에 광 조사 유닛(20)이 탈착 자재로 장착된다. 즉, 광 조사 유닛(20)을, 지지 부재(10)가 뻗는 방향과 평행 방향으로 슬라이드 삽입하고, 장치 중앙에 배치되는 지지 부재(11)에 닿게 함으로써 광 조사 유닛(20)이 장착된다.
광 조사 유닛(20)은, 지지 부재(10)와 끼워맞추는 도시하지 않은 피감합부와, 상면부측에 배치된 전원 장치(22)와, 하면측에 부착된 복수의 세그먼트 광원(23)을 구비하여 구성되어 있다. 지지 부재(10)는, 예를 들면 알루미늄이나 스테인리스 등이다.
도 2는, 광 조사 유닛(20)을 하면측으로부터 본 사시도이다. 광 조사 유닛(20)의 하면측에 부착된 세그먼트 광원(23)은, 광 조사 방향이 하방을 향한 상태에서, 행렬형상으로 늘어서 배치되어 있다. 이 세그먼트 광원(23)은, 이 도면에서는 도시하지 않은 LED를 광원으로 하여 각각이 독립적으로 급전되어 발광하는 것이다.
세그먼트 광원(23)의 상면측에는, 수냉판(24)과 전원(22)이 설치되어 있다.
도 3에 이 세그먼트 광원의 구성에 대해서 나타낸다.
수냉판(24)의 하면부에는, 그 표면에 복수의 LED가 배치된 LED 기판(237)이, 나사 등에 의해 부착되어 고정되어 있다. 이 LED 기판(237)은, 예를 들면 알루미늄을 기재로 하여 인쇄에 의해 배선 패턴이 형성된 것이고, 상측의 면이 수냉판(24)에 밀착되어 있다.
각 LED는, 예를 들면 몰드 성형된 투광성 수지로 이루어지는 LED 렌즈(231)가 그 주위를 덮도록 부착되어 있다. LED로부터 발해진 광은, 이 LED 렌즈(231)의 내부를 굴절하거나 반사하면서 통과하여, 일정 방향으로 이끌린다.
각 LED 렌즈에서 도출된 광은, 복수의 렌즈의 조합으로 이루어지는 렌즈 유닛을 통과함으로써 면형상의 광이 된다. 렌즈 유닛의 구성은, 예를 들면 이 도면에 도시하는 바와같이, 2매의 멀티 렌즈(232)와, 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)(233)이다. 광은 멀티 렌즈(232)에 의해 혼합, 균일화되고, 또한 프레넬 렌즈(233)에 의해 소정의 각도를 향해 출사하도록 조정된다. 또한, 도시하지 않지만, 프레넬 렌즈에 대신하여 실린드리컬 렌즈, 또는 구면 렌즈를 이용해도 된다.
이 렌즈 유닛을 구성하는 각 렌즈는, 도광체(236)에 의해 지지되어 있다. 도광체는, 수지, 또는 금속판을 각형의 통체로 성형한 것이 이용되고, LED로부터 방사된 광을 원하지 않는 방향으로 새지 않도록 하는 것이다. 도광체(236)의 상단면은 수냉판(24)에 접해지고, 지지 부재에 의해 유지된다.
각각의 세그먼트 광원(23)으로부터 조사되는 광은, 이 경우, 출사 방향에 대해서 단면 직사각형 형상의 광이며, 조사면에 대해서 일정한 각도로 확산하도록 조사된다. 선택된 원하는 영역에 대해서 균일한 조사를 행하기 위해서, 각 세그먼트 광원으로부터 출사되는 광은, 도광체(236)에 의해 구획되어 있다. 이에 따라, 여분의 광이 조사면에 중첩적으로 조사되어, 조도 분포가 불균일하게 되는 것을 방지하고 있다.
조사 방법의 일예를 들면, 직사각형 형상의 프레임이 되는 영역에만 조사하는 경우는, 프레임의 4변을 구성하도록 세그먼트 광원을 선택하여 점등하고, 원하는 형상으로 광을 조사하는 것이 가능하다. 이 때문에, 다른 치수의 워크가 순차적으로 경화 처리될 때, 조사해야 할 영역이 순차 변화한다고 해도, 광원을 이동할 필요가 없다.
도 4(a)는, 복수의 세그먼트 광원의 단면도이고, 도 4(b)는, 세그먼트 광원, 수냉판, 전원의 배치 관계를 설명하기 위한, 본 발명의 광 조사 장치의 일부를 횡방향으로부터 본 확대 단면도이다. 도 3과 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
수냉판(24)의 내부에는, 냉각 매체를 유통시키기 위한 유로(241)가 형성되어 있다. 또한, 1개의 LED 기판이 부착되는 위치마다 대응하여, 수냉판(24)을 상하로 관통하는 구멍(242)이 1개 형성되어 있다. 이는, LED 기판의 수에 따라 급전선을 도출하는데 필요하기 때문이다.
수냉판(24)의 상부에 설치된 전원(22)은, LED 기판마다 배치되어 있고, 기판 단위의 전력을 공급하는 역할이 있다. 또한, 전원(22)은, LED 기판 상에 설치된 도시하지 않은 포토다이오드로부터의 피드백을 받아, 전력을 변화시키는 역할이 있다.
수냉판(24)의 하면부(243)에는, LED 기판(237)이, 예를 들면 나사(234)로, 밀착하여 부착되어 있다. 이와 같이 LED 기판(237)은, 대면적인 것을 이용하는 것이 아니라, 적어도 세그먼트 광원마다 분할하여 부착되어 있으므로, LED로부터의 발열에 의한 기판의 신장, 휘어짐 등의 변형을 해소할 수 있다.
또한, LED 기판(237)은, 적어도 세그먼트 광원마다 분할되어 부착되어 있으므로, 교환이 용이하다. 예를 들면 LED가 열화하여 교환이 필요하게 되었을 때에는, 세그먼트 광원 단위로 LED 기판을 떼어내고, 부착하면 되어, 작업이 간단하다. 또한, LED의 열화는, LED 기판형상으로 설치된 도시하지 않은 포토다이오드에 의해 검출이 가능하다.
각 LED 기판(237)에는, 급전을 위한 커넥터(235)가 접속되어 있다. 이 커넥터(235)는, 그 양단에, 예를 들면 금속 핀인 급전선(238, 239)을 구비하고 있고, 일단측은 LED 기판(237)에 전기적으로 접속된다.
이 커넥터(235)로부터 신장하는 타단측의 급전핀(239)은, 수냉판(24)에 형성된 구멍(242)을 통하여 상면측으로 도출되고, 전원(22)에 접속된다.
또한, 도시한 급전핀(239)은, 구멍 직경에 대해서 충분히 가늘기 때문에, 수냉판(24)과 접촉시키지 않음으로써 절연을 유지하고 있는데, 공급하는 전력에 따라서는, 필요에 따라서 수지 등의 절연물로 피복해도 된다.
이에 따라, 전원(22)으로부터 LED 기판(237)으로의 급전은, 수냉판(24)의 구멍(242)을 통해 이루어지므로, 배선이 복잡화하지 않고, 처리가 간단하다. 그리고, 배선이 작게 모아지므로, 장치를 소형화할 수도 있다.
또한, 전원으로부터 LED 기판으로의 급전로가 짧아져, 전력 손실을 막을 수도 있다.
또한, 금속으로 이루어지는 도광체(236)의 상단면이 수냉판(24)에 접하고 있으므로, 도광체(236) 자체가 냉각됨과 더불어, 유지하고 있는 렌즈 유닛도 냉각시킬 수 있다.
이에 따라, 도광체(236)나 렌즈 유닛을 구성하는 렌즈의 열 팽창을 억제할 수 있어, 렌즈 배치 관계의 어긋남 등이 일어나기 어려워진다고 하는 효과가 있다.
10 : 지지 부재 11 : 지지 부재
100 : 광 조사 장치 20 : 광 조사 유닛
22 : 전원 23 : 세그먼트 광원
231 : LED 렌즈 232 : 멀티 렌즈
233 : 프레넬 렌즈 234 : 나사
235 : 커넥터 236 : 도광체
237 : LED 기판 238 : 급전선
239 : 급전선 24 : 수냉판
241 : 유로 242 : 구멍
243 : 하면부

Claims (3)

  1. 투광성을 가지는 기판 사이에 설치된 시일제에 광을 조사하여 경화시키는 광 조사 장치에 있어서,
    상기 광 조사 장치는,
    LED가 복수 배치된 LED 기판을 광원으로 하여 각각이 독립적으로 급전되어 발광하는 세그먼트 광원이 행렬형상으로 배치되고,
    상기 세그먼트 광원은 단면 직사각형 형상의 광을 조사하기 위한 각형의 통체로 이루어지는 도광체를 구비하고,
    상기 세그먼트 광원을 선택하여 점등하여 광을 조사하는 것이며,
    상기 LED 기판은, 내부에 냉각 매체의 유로를 가지는 수냉판의 하면부에 고정되고,
    상기 수냉판의 상부에는 상기 LED 기판에 급전하는 전원이 설치되고,
    상기 수냉판에는 LED 기판마다 상하로 관통하는 구멍이 형성되어 있고,
    상기 구멍을 통하여, LED 기판에 접속된 급전선이, 수냉판의 상부에 도출되고, 상기 전원에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 세그먼트 광원은, 상기 LED에 부착된 LED 렌즈와, 렌즈 유닛을 구비하고,
    상기 렌즈 유닛은 상기 도광체에 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 도광체는, 상기 수냉판에 접해 있는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
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