KR101401238B1 - 디스플레이 패널 노광용 ｌｅｄ 광원장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다양한 크기의 디스플레이 패널 및 다양한 성질의 포토레지스트(Photo resist, PR)를 하나의 광원으로 노광할 수 있도록 LED(Light Emitting Diode)를 광원으로 하는 광원 유닛을 다수개 포함하는 단일 광원 모듈을 제공하고, 이를 효율적으로 제어 및 관리할 수 있는 장치를 제공함으로써, 노광 광원의 강도를 세밀하고 간편하게 조절하여 노광 대상물을 정확하고 빠르게 노광할 수 있으며, 장애에 대한 신속하고 간편한 처리가 가능한 노광용 LED 광원장치를 제공한다.

Description

디스플레이 패널 노광용 ＬＥＤ 광원장치{ＬＥＤ light source apparatus for exposure resist}
본 발명은 노광용 광원장치에 관한 것으로서, 특히 다양한 크기의 디스플레이 패널 및 다양한 성질의 포토레지스트(Photo resist, PR)를 하나의 광원으로 노광할 수 있도록 LED(Light Emitting Diode)를 광원으로 하는 광원 유닛을 다수개 포함하는 디스플레이 패널 노광용 LED 광원장치에 관한 것이다.
본 발명은 2011년 중소기업청으로부터 지원받아 수행된 연구(연구사업명: 민관공동투자기술개발사업, 연구과제명: UV LED를 이용한 OLED 주변 노광 장치 국산화 개발)의 일환으로 개발된 것이다.
PDP(Plasma Display Panel), LCD(liquid Crystal Display)등 평판디스플레이 장치(Flat panel Display: FPD)에 사용되는 기판의 제조공정에 있어서, 기판의 표면에 코팅된 PR을 선택적으로 제거하는 노광작업은 기판 등의 노광 대상물을 핸들링하기 위해 가장자리에 코팅된 PR을 제거하는 전처리 공정과, PR을 선택적으로 제거하여 미세패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정 등이 있다.
이와 같이 기판의 노광을 위한 광원에는 초고압수은램프, 할로겐램프를 비롯하여 최근에 LED(Light Emitting Diode) 등이 사용된다.
이 중, 초고압수은램프, 할로겐램프 등 종래의 노광용 광원은 고압의 가스를 충전하고, 고전압의 양극과 음극을 공급하여 일어나는 아크방전에 의해 노광용 빛을 발생시킨다.
기판의 가장자리를 노광하기 위해서는 필요한 만큼의 일정한 폭을 정확하게 노광하기 위해 균일한 프로파일을 갖는 빛이 노광영역에 제공되어야 하며, 마찬가지로 미세패턴을 형성하기 위해서는 균일한 프로파일과 더불어 충분한 강도를 갖는 빛이 최소한의 시간 동안 제공되어야 한다.
그러나 초고압수은램프, 할로겐램프 등과 같은 종래의 광원은 제조공정의 특성상 24시간 지속적으로 온 상태를 유지해야 함에도 램프의 수명이 짧기 때문에 빈번하게 정기적으로 교체해야 하는 문제점이 있다. 특히, 이러한 램프의 교체는 생산 라인을 정지시킨 상태로 약 1시간 정도 소요되기 때문에, 제품의 제조수율을 현저하게 저하시키게 된다.
또한, 수은램프 등을 방전시키기 위해서는 고전압을 필요로 하고, 램프의 온/오프 시에 일정한 발광강도의 자외선을 방출하게 될 때까지 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 수은램프는 크기가 크고 무겁기 때문에 광원장치를 노광을 위한 위치로부터 이격된 위치에 배치하여야 하고, 이에 따라 노광 대상물이 위치한 노광 위치까지 램프에 의한 자외선을 집광하여 유도하기 위한 광케이블 등의 다양한 부속들이 필요하므로 비용이 고가가 될 수밖에 없는 문제점도 있다.
더욱이, 램프에 사용되는 수은이 인체에 유해한 물질인 오존(O3)를 발생시켜 제조라인의 작업환경을 악화시키고, 램프가 고온고압 상태에서 가동되므로 보다 높은 폭발 우려가 상존하고 있으며, 수명이 다한 수은램프의 교체 및 폐기시에는 수은과 같은 환경 오염 물질에 대한 처리가 곤란한 문제점도 유발한다.
따라서 최근 LED를 광원으로 이용한 노광장치가 개발되고 있는데, 대한민국 등록특허 제10-0960083호(2010. 05. 19. 등록) 및 공개특허 제10-2011-0058501호(2011. 06. 01. 공개) 등에 노광용 LED 및 이를 이용한 노광용 광원장치에 대한 기술이 개시되어 있다.
상기 선행기술들에 의하면, 종래의 수은램프 등을 이용한 기술에 비하여 노광용 자외선 램프의 수명을 향상시킴으로써 노광용 자외선 램프의 교체에 따른 소요비용을 절감시키고, 노광용 자외선 램프의 교체 시 공정 라인을 일정시간 멈추어야 하는 등의 손실을 방지할 수 있도록 LED를 광원으로 사용한다.
그러나 이러한 최근의 LED를 광원으로 하는 노광용 광원장치들은 디스플레이용 기판의 가장자리 및 미세패턴을 노광하는데 있어서 공급되어야 하는 빛의 강도가 서로 다르고 사용된 PR에 따라 요구되는 파장이 다양하기 때문에, 노광 대상물과 PR에 따라 별개의 광원장치를 사용해야 하는 불편함이 있다.
또한, 전술한 선행기술들 중 일부에서는 PCB 기판에 LED 소자를 배열하고 LED에서 발생되는 불안정한 광원을 균일하게 변화시키기 위해 플라이아이 렌즈를 사용하고 있는데, 이와 같이, 어레이 형태의 LED 소자군에 의해 발생되는 광원은 각각의 LED 소자가 발생하는 빛이 상호간에 간섭을 일으켜 프로파일이 균일하지 않은 빛을 발생시키는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0960083호(2010. 05. 19. 등록) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0058501호(2011. 06. 01. 공개)
따라서 전술한 바와 같이, 종래의 수은램프 등을 이용한 노광용 광원장치의 문제점을 해결하고, 최근의 LED를 광원으로 이용한 노광용 광원장치의 문제점을 개선하기 위하여 본 발명을 창안하게 되었다.
이를 위한 본 발명의 목적은 다양한 크기와 종류의 디스플레이 패널 등 노광 대상물 및 다양한 성질의 PR을 하나의 광원으로 노광할 수 있는 노광용 LED 광원장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 다양한 크기와 종류의 디스플레이 패널 등 노광 대상물 및 다양한 성질의 PR을 하나의 광원으로 노광할 수 있도록 LED를 광원으로 하는 광원 유닛을 다수개 포함하는 단일 광원모듈을 제공함으로써, 노광 대상물을 정확하고 빠르게 노광할 수 있는 노광용 LED 광원장치를 제공하는데 있다.
상술한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 노광용 LED 광원장치는, 공급 전류에 따라 강도가 제어된 빛을 발생시키는 하나 이상의 LED(Light Emitting Diode)를 포함하는 하나 이상의 LED 광원 유닛으로부터 발생되는 빛을 통합하고, 상기 통합된 빛의 프로파일을 균일하게 정렬하여 노광되는 노광영역의 모양으로 방출하는 LED 광원 모듈; 상기 LED 광원 모듈의 상기 LED 광원 유닛에 공급되는 전류의 크기를 각각 제어하여 상기 노광영역에 도달하는 빛의 강도를 결정하고, 상기 전류의 공급 및 중단을 제어하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 따라 상기 LED 광원 유닛에 전류를 공급하는 전원 공급부; 상기 LED 광원 모듈의 각각의 동작상태 및 공급전류 값을 사용자에게 표시하는 표시부; 및 상기 LED 광원 유닛에 공급되는 전류의 크기를 제어하도록 상기 제어부에 사용자의 외부 명령을 입력하는 키조작부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명에 따른 노광용 LED 광원장치의 상기 LED 광원 모듈은, 상기 하나 이상의 노광용 LED 광원 유닛과, 상기 LED로부터 발생되는 빛에 의해 노광되는 노광영역의 모양을 결정하는 단면을 가지며, 상기 LED 광원 유닛에서 방사되는 빛을 통합하고 상기 통합된 빛의 프로파일을 균일하게 정렬하여 상기 단면의 형태로 방출하는 로드렌즈(Rod lens)와, 상기 하나 이상의 LED 광원 유닛으로부터 방출되는 빛을 각각 상기 로드렌즈에 전달하는 광섬유와, 상기 로드렌즈로부터 방출되는 빛을 받는 수광렌즈와, 상기 수광렌즈에서 받은 빛을 상기 노광영역에 모아주는 집광렌즈를 수용하여, 상기 로드렌즈로부터 방출되는 빛이 상기 노광영역에 도달하도록 가이드하는 가이드렌즈계 및 상기 LED와, 상기 LED에서 발생된 빛의 전사패턴을 결정하는 슬릿이 형성된 마스크를 수용하며, 상기 LED에서 발생한 열을 방열하는 복수의 방열핀을 형성한 경통 및 상기 LED와 상기 마스크 사이에 위치하여, 상기 LED에서 발생된 빛을 집광하는 복수의 렌즈로 구성되는 집광광학계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 노광용 LED 광원장치의 상기 가이드렌즈계는, 상기 수광렌즈와 상기 집광렌즈의 거리를 조절하여 상기 노광영역의 크기 및 광밀도를 변경하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 노광용 LED 광원장치의 상기 가이드렌즈계는, 상기 집광렌즈에서 집광된 빛의 강도를 조절하는 조리개를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 노광용 LED 광원장치의 상기 집광광학계는, 상기 LED의 광 손실을 줄이고 광의 각도를 적정한 각도로 조절하는 리플렉터(Reflector)와, 상기 LED의 넓은 광 발산각을 줄이고 직진성을 높이는 콜리메이션 렌즈(Collimation Lens) 및 상기 콜리메이션 렌즈를 통과한 빛을 균일하게 하는 플라이아이 렌즈(Flyeye lens)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 노광용 LED 광원장치는, 상기 LED 광원 모듈 각각의 동작상태 및 공급전류 값을 외부의 운용단말에 전송하며, 상기 운용단말을 이용한 관리자의 조작 명령을 수신하기 위한 제1 통신부; 및 노광장비의 상황에 따라 상기 LED 광원 유닛에 공급되는 전류를 공급 및 중단하도록 상기 노광장비로부터 장비상태신호를 수신하는 제2 통신부;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 종래의 수은램프보다 수명이 길고, 크기가 작고 가벼우며, 저가이고, 사용이 간편한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 LED 광원 유닛이 분리 및 조립이 가능하므로 광원의 신속한 교체가 가능하고 교체가 필요한 부분만 교체함으로써 소요비용을 절감하는 효과가 있다.
이에 따라, 본 발명은 교체주기가 길고, 필요 시 신속한 교체가 가능할 뿐만 아니라, 다수의 LED 광원 유닛을 단일 LED 광원으로 모듈화 함으로써 공정 라인을 멈추지 않고도 장애처리가 가능한 장점이 있으며, 공정 라인을 정지시키는 데 따른 손실을 방지할 수가 있다.
또한, 본 발명은 다양한 크기와 종류의 디스플레이 패널 등 노광 대상물 및 다양한 성질의 PR을 단일 광원 모듈로 노광할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 LED 광원의 노광 강도를 세밀하고 간편하게 조절할 수 있으므로, 노광 대상물을 정확하고 빠르게 노광할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 노광용 LED 광원장치를 원격에서 통합적으로 제어 및 관리함으로써, 장애에 대한 신속하고 간편한 처리가 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 노광용 LED 광원장치의 블록 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 노광용 LED 광원 모듈의 블록 구성도,
도 3은 도 2의 노광용 LED 광원 모듈의 사시도,
도 4는 도 3의 노광용 LED 광원 모듈의 분리 사시도,
도 5a 내지 도 5c는 도 4의 노광용 LED 광원 모듈의 분리된 각부의 단면도,
도 6은 도 5a의 광원부의 다른 실시예를 보인 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 노광용 LED 광원 유닛의 단면도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
후술될 상세한 설명에는 상술한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 있어서 대표적인 실시 예들을 제시할 것이다. 또한 본 발명의 설명의 편의를 위하여 실시 예들에 사용되는 LED의 개수, LED 구동에 사용되는 전압, 전류 및 주파수를 일정 범위 내로 한정하여 설명할 것이나, 이러한 개수 및 수치의 한정들이 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 유사한 기술적 배경을 가지는 경우 해당 회로의 상황에 적절하게 변형되어 적용 가능함은 물론이다.
본 발명에 따른 상기 노광용 LED 광원장치(100)의 상세한 구성을 도 1에 도시하였다. 도 1은 본 발명에 따른 노광용 LED 광원장치의 블록 구성도로서, 도시된 바와 같이, 장치의 구성부를 전체적으로 제어하는 제어부(120)와, 상기 제어부(120)의 제어에 따라 노광대상물(10)을 노광하는 노광용 LED 광원 모듈(110)과, 상기 제어부(120)의 제어에 따라 상기 노광용 LED 광원 모듈(110)에 지정된 전류를 공급하는 전원공급부(130)와, 상기 LED 광원 모듈(110)의 각각의 동작상태 및 공급전류 값을 사용자에게 표시하는 표시부(140)와, 상기 LED 광원 모듈(110)에 공급되는 전류의 크기를 제어하도록 상기 제어부(120)에 사용자의 외부 명령을 입력하는 키조작부(150)와, 상기 LED 광원 모듈(110) 각각의 동작상태 및 공급전류 값을 외부의 운용단말(200)에 전송하며, 상기 운용단말(200)을 이용한 관리자의 조작 명령을 수신하기 위한 제1 통신부(160) 및 노광장비(20)의 상황에 따라 상기 LED 광원 모듈(110)에 공급되는 전류를 공급 및 중단하도록 상기 노광장비(20)로부터 장비상태신호를 수신하는 제2 통신부(170)를 포함한다.
상기 노광용 LED 광원 모듈(110)은 전원공급부(130)의 공급 전류에 따라 강도가 제어된 빛을 발생시키는 하나 이상의 LED(Light Emitting Diode)를 포함하는 하나 이상의 LED 광원 유닛을 포함한다. 상기 노광용 LED 광원 모듈(110)에 대해서는 하기에서 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
상기 제어부(120)는 상기 노광용 LED 광원 모듈(110)의 LED 광원 유닛(111)에 공급되는 전류의 크기를 각각 제어하여 노광대상물(10)의 노광영역에 도달하는 빛의 강도를 결정하고, 상기 전원공급부(130)를 제어하여 전류의 공급 및 중단을 제어한다.
상기 제어부(120)는 노광장비(20)로부터 입력되는 노광용 LED 광원 모듈(110)의 온/오프 제어명령 또는 노광대상물(10)에 조사되는 광원의 강도 측정결과를 수신하여, 노광용 LED 광원 모듈(110)을 온/오프 하거나 강도를 조절하기 위한 PWM 신호를 생성하여 출력한다.
상기 제1통신부(160)는 노광장비(20)로부터 인가되는 노광용 LED 광원 모듈(110)의 제어명령 또는 측정결과를 수신하기 위하여 노광설비(20)와 통신하기 위하여 구비된 것으로 D-sub, Idc, Gpib, Gpio 포트 등으로 구현될 수 있다.
상기 제2통신부(170)는 운영단말(200)로부터의 노광용 LED 광원 모듈(110) 제어명령을 수신하고, 노광용 LED 광원 모듈(110)의 동작에 관한 각종 정보를 운영단말(200)에 전송하기 위하여 RS232, RS485 포트 등으로 구현될 수 있으며, 전송된 정보 및 데이터들은 운영단말(200)에 저장 및 유지되고, 원격지의 관리서버 등(미도시함)로 전송될 수 있다.
상기 키조작부(150)는 하나 또는 복수의 키 또는 터치 스크린 등에 의해 이루어지며, 노광용 LED 광원장치(100)의 온/오프 및 노광용 LED 광원 모듈(110)의 개별적인 온/오프와, 발생하는 빛의 강도 제어를 위한 조작을 수행한다.
상기 표시부(140)는 상기 키조작부(150)에 의해 이루어진 사용자의 조작, 노광용 LED 광원장치(100)의 각 구성부의 동작 상황, 노광장비(20)로부터의 제어명령 등을 시각적으로 표시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 표시부(140)는 LCD 패널뿐만 아니라 녹색 LED 및 빨간색 LED를 포함할 수 있으며, 어느 하나 또는 복수의 LED의 온/오프, 지속적인 발광 및 점멸에 대한 제어정보를 표시할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 노광용 LED 광원 모듈(110)의 상세한 구성을 도 2 내지도 7에 도시하였다. 도 2는 본 발명에 따른 노광용 LED 광원 모듈의 블록 구성도이고, 도 3은 도 2의 노광용 LED 광원 모듈의 사시도이며, 도 4는 도 3의 노광용 LED 광원 모듈의 분리 사시도이다. 또한, 도 5a 내지 도 5c는 도 4의 노광용 LED 광원 모듈의 분리된 각부의 단면도이고, 도 6은 도 5a의 광원부의 다른 실시예를 보인 사시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 노광용 LED 광원 유닛의 단면도를 나타낸 것이다.
이하 도 2 내지 도 7을 참조하면, 먼저 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 노광용 LED 광원 모듈(110)은 그 역할에 따라 크게 광원부(110a), 렌즈부(110b) 및 마스크부(110c)로 구분할 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 분리 및 결합이 가능하다. 여기서, 광섬유(113)는 LED 광원 유닛(111)의 변형에 따라 생략 가능하다. 또한, LED 광원 유닛(111)들은 각각 개별적인 다수의 유닛들로 구성되지 아니하고 필요한 개수의 LED만이 로드렌즈(115)에 직접 연결되어 LED에서 방출되는 빛이 직접 로드렌즈(115)로 입사될 수 있다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 노광용 LED 광원 모듈(110)을 구성하는 광원부(110a)는 다수의 노광용 LED 광원 유닛(111)과, 광원부 바디(112) 내에서 다수의 노광용 LED 광원 유닛(111) 각각으로부터 방출되는 빛을 하나로 모드는 다수의 광섬유(113, Optical Fiber)를 포함한다. 렌즈부(110b)는 로드렌즈(114, Rod Lens)를 포함하고, 마스크부(110c)는 하기에서 도 5c를 참조하여 설명할 가이드렌즈계(Guide Lens)를 구성한다.
도 2에 도시한 본 발명에 따른 노광용 LED 광원 모듈(110)의 결합 및 분리 사시도를 도 3 및 도 4에 각각 도시하였고, 도 5a 내지 도 5c에 노광용 LED 광원 모듈(110)의 각 분리부에 대한 상세한 단면도를 도시하였으며, 도 6에 도 5a에 나타낸 노광용 LED 광원 모듈(110)의 광원부(110a)에 대하여 실시 가능한 다른 형태의 사시도를 도시하였다.
본 발명에 따른 노광용 LED 광원 모듈(110)의 노광용 LED 광원 유닛(111)은 공급 전류에 따라 강도가 제어된 빛을 발생시키는 하나 이상의 LED(Light Emitting Diode)를 포함한다. 상기 노광용 LED 광원 유닛(111)에 대한 상세한 설명은 도 7을 참조하여 하기에서 상세히 설명한다.
먼저, 도 5a 를 참조하면, 광원부(110a)는 다수의 노광용 LED 광원 유닛(111)들을 상부에 수용하며, 각각의 유닛으로부터 방출되는 빛을 한 곳에 모으기 위한 광섬유(113)가 광원부 바디(112)에 내장된다. 상기 광원부(110a)는 도 6에 도시된 바와 같이, 원형의 광원부 바디(112)로 구현할 수도 있으며, 이 때에는 다수의 노광용 LED 광원 유닛(111)들이 원형으로 배치된다.
도 5b를 참조하면, 로드렌즈(114)는 상기 노광용 LED 광원 유닛(111)의 LED로부터 발생되는 빛에 의해 노광되는 노광대상물(10)의 노광영역의 모양을 결정하는 단면을 가지며, 상기 LED 광원 유닛(111)에서 방사되는 빛을 통합하고 상기 통합된 빛의 프로파일을 균일하게 정렬하여 상기 단면의 형태로 방출한다. 상기 로드렌즈(114)는 균질화 로드(Homogenizing rod)라고도 하며, 단면이 원형, 삼각형, 사각형, 육각형, 양단의 직경이 서로 다른 테이퍼진 형태로 다양한 형태로 사용되며, 빛의 전반사의 원리를 이용하여 중심이 밝고 주변부가 어두운 LED 광원을 균일하게 만든다.
즉, 여러 개의 LED에서 나오는 빛을 직접 또는 상기 광섬유(113)를 사용하여, 한곳에서 발광하는 것처럼 제작하고, 로드렌즈(114)를 통하여 결상하게 되면, 파이버 코어를 노광영역에 결상하게 된다. 상술한 테이퍼 진 로드렌즈는 입사되는 빛의 발산 각도를 줄여 주는 효과를 얻을 수 있으며, 사각 & 육각 로드렌즈는 각도를 줄여주는 효과는 없으나 빛을 섞어주는 역할을 할 수 있다.
상기 광섬유(113)는 상기 하나 이상의 LED 광원 유닛(111)으로부터 방출되는 빛을 각각 상기 로드렌즈(114)에 전달한다. 광섬유(113)는 각각의 LED에서 방출되는 빛을 상기 로드렌즈(114)에 집광시키기 위하여 광섬유 다발을 이용한다. 이에 따라, 어레이 형태의 LED에서 LED와 LED 사이에 존재하는 빈 공간에 따라 집광이 어려웠던 문제점을 해결하여 방출되는 빛을 균일한 하나의 광원으로 집광시킬 수 있다.
상기 가이드부(110c)는 로드렌즈(114)의 출사면을 노광대상물(10)의 원하는 노광영역에 결상시키는 가이드 기능을 수행하는 바 가이드렌즈계라고 칭할 수 있으며, 이의 역할은 로드렌즈(114)로부터 균일하게 분포된 빛을 원하는 크기로 원하는 위치에 전송시켜 주는 역할을 하게 된다.
가이드렌즈계는 렌즈의 수차 특성 및 광학적 요인들에 의해 상의 품질이 결정되므로 좋은 품질의 상을 얻기 위해 복수개의 다양한 렌즈를 사용하여 최적의 결상조건을 얻기 위한 설계되며, 도 5c 에 그 상세한 구조를 도시하였다.
도 5c를 참조하면, 가이드부(110c)는 로드렌즈(114)로부터 방출되는 빛을 받는 수광렌즈(115)와, 상기 수광렌즈(115)에서 받은 빛을 노광영역에 모아주는 집광렌즈(116)를 수용하여, 로드렌즈(114)로부터 방출되는 빛이 노광영역에 도달하도록 가이드한다. 가이드렌즈계의 크기는 로드렌즈(114) 출사면의 크기와 목표 노광영역의 크기에 따라 배율이 정해지며, (로드렌즈 크기/노광영역 면적)으로 구해진다. 가이드부(110c)는 상기 수광렌즈(115)와 집광렌즈(116)의 거리를 조절하여 노광영역의 크기 및 광밀도를 변경할 수도 있다.
또한, 가이드부(110c)는 집광렌즈(116)로부터 집광된 빛의 양을 조절하는 조리개(117)를 더 구비할 수 있으며, 하부에 슬릿(119)을 구비한 마스크(118)를 구비하여 최종적으로 노광영역에 도달하는 빛의 전사패턴을 결정할 수 있다.
상기 노광용 LED 광원 유닛(111)은 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 노광용 LED 광원 모듈(110)에 다수개 구비되고, 개별적으로 공급전류가 제어됨으로써, 본 발명에 따른 노광용 LED 광원 모듈(110)의 출력을 제어하여 365nm, 405nm, 430nm, 460nm, 465nm 등 다양한 파장대역에서 반응하는 각종 PR을 요구되는 깊이로 노광할 수 있도록 한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 노광용 LED 광원 모듈(110)은 단일 모듈을 사용하여 교체 없이 다양한 크기와 형태를 갖는 디스플레이 패널에서 요구되는 다양한 출력을 조합할 수 있으므로, 다양한 PR에 대하여 요구되는 깊이와 폭으로 노광이 가능하다.
상기 노광용 LED 광원 유닛(111)은 도 7에 도시된 바와 같이, LED(11)와, 상기 LED(11)에서 발생된 빛의 전사패턴을 결정하는 슬릿이 형성된 마스크(13)를 수용하며, 상기 LED(11)에서 발생한 열을 효율적으로 방열하도록 복수의 방열핀들이 형성된 제1 및 제2방열부(17a, 17b)를 형성한 경통(15) 및 LED(11)와 마스크(13) 사이에 위치하여, LED(11)에서 발생된 빛을 반사하여 집광하고, 직진성을 높이며, 균일하게 전사하도록 하는 복수의 렌즈로 구성되는 집광광학계(19)를 포함한다.
도 7은 본 발명에 따른 노광용 LED 광원 유닛의 단면도이다.
경통(15)은 내부에 수용하고 있는 LED(11), 마스크(13) 및 집광광학계(19) 별로분리 조립이 가능한 형태로 구현되며, 후단부에는 상기 LED(11)에서 발생한 열을 효율적으로 방열하도록 복수의 방열핀들이 형성된 제1 및 제2방열부(17a, 17b)를 형성하고, 외부로부터 LED(11)를 구동하기 위한 전원을 입력 받기 위한 전원 케이블(미 도시함)이 배치된다.
LED(11)는 UV_LED 칩(Chip)이 다중배열(Multi-Array)된 고출력 소형 패키지 형태로 구현되며, 365nm 또는 385nm 파장의 빛을 방출하는 LED일 수 있다.
제1방열부(17a)는 고출력의 LED(11)에서 발생하는 열을 대기방열을 통해 방출하며, 이를 통해 LED(11)소자를 보호하며, 제2방열부(17b)는 제1방열부(17a)의 대기방열을 좀 더 향상시키도록 구비된다.
집광광학계(19)는 복수의 렌즈로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 LED(11)의 광 손실을 줄이고 광의 각도를 적정한 각도로 조절하는 리플렉터(19a, Reflector)와, LED(11)의 넓은 광 발산각을 줄이고 직진성을 높여주는 콜리메이션 렌즈(19b, Collimation Lens)와, 콜리메이션 렌즈(19b)를 통과한 불균일한 빛을 균일하게 만들어주는 플라이아이 렌즈(19c, Flyeye lens)로 구성된다. 상기 플라이아이 렌즈(19c)에 의해 변형된 빔프로파일은 발광된 자외선의 손실을 최소화하기 위하여, 슬릿의 형태와 거의 일치하도록 변형되는 것이 바람직하다.
여기서, LED(11)에서 발생하는 빛은 방향성을 갖지 않고 확산되고, 이러한 빛을 효율적으로 집광하여 이상적으로 작은 하나의 점으로 만들 수 없기 때문에, 기하광학(Ray Optics)적인 관점에서 광선을 집광하기 위하여 복잡한 비구면 렌즈나 다수의 렌즈의 조합이 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 노광용 LED 광원장치는 다수의 LED 광원 유닛을 단일 LED 광원으로 모듈화 함으로써 공정 라인을 멈추지 않고도 다양한 크기와 종류의 디스플레이 패널 및 다양한 성질의 PR를 노광할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 노광용 LED 광원장치는 LED 광원의 노광 강도를 세밀하고 간편하게 조절할 수 있으므로, 노광 대상물을 정확하고 빠르게 노광할 수 있으며, 원격에서 통합적으로 제어 및 관리함으로써, 장애에 대한 신속하고 간편한 처리가 가능하다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.

Claims (7)

  1. 공급 전류에 따라 강도가 제어된 빛을 발생시키는 복수의 LED(Light Emitting Diode)와, 상기 LED로부터 발생된 빛의 전사패턴을 결정하는 슬릿이 형성된 마스크를 수용하며, 상기 LED에서 발생한 열을 방열하는 복수의 방열핀을 형성한 경통 및 상기 LED와 상기 마스크 사이에 위치하여 상기 LED에서 발생된 빛을 집광하는 복수의 렌즈로 구성되는 집광광학계를 포함하는 복수의 노광용 LED 광원 유닛과,
    상기 LED로부터 발생되는 빛에 의해 노광되는 노광영역의 모양을 결정하는 단면을 가지며, 상기 LED 광원 유닛에서 방사되는 빛을 통합하고 상기 통합된 빛의 프로파일을 균일하게 정렬하여 상기 단면의 형태로 방출하는 로드렌즈(Rod lens)와,
    상기 하나 이상의 LED 광원 유닛으로부터 방출되는 빛을 각각 상기 로드렌즈에 전달하는 광섬유와,
    상기 로드렌즈로부터 방출되는 빛을 받는 수광렌즈와, 상기 수광렌즈에서 받은 빛을 상기 노광영역에 모아주는 집광렌즈를 수용하여, 상기 로드렌즈로부터 방출되는 빛이 상기 노광영역에 도달하도록 가이드하는 가이드렌즈계로 구성되어, 상기 LED로부터 발생되는 빛을 통합하고, 상기 통합된 빛의 프로파일을 균일하게 정렬하여 노광되는 노광영역의 모양으로 방출하는 LED 광원 모듈;
    상기 LED 광원 모듈의 상기 LED 광원 유닛에 공급되는 전류의 크기를 각각 제어하여 상기 노광영역에 도달하는 빛의 강도를 결정하고, 상기 전류의 공급 및 중단을 제어하는 제어부;
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 LED 광원 유닛에 전류를 공급하는 전원 공급부;
    상기 LED 광원 모듈의 각각의 동작상태 및 공급전류 값을 사용자에게 표시하는 표시부; 및
    상기 LED 광원 유닛에 공급되는 전류의 크기를 제어하도록 상기 제어부에 사용자의 외부 명령을 입력하는 키조작부;를 포함하는 디스플레이 패널 노광용 LED 광원장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 가이드렌즈계는,
    상기 수광렌즈와 상기 집광렌즈의 거리를 조절하여 상기 노광영역의 크기 및 광밀도를 변경하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널 노광용 LED 광원장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 가이드렌즈계는,
    상기 집광렌즈에서 집광된 빛의 강도를 조절하는 조리개를 더 구비한 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널 노광용 LED 광원장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 집광광학계는,
    상기 LED의 광 손실을 줄이고 광의 각도를 적정한 각도로 조절하는 리플렉터(Reflector)와,
    상기 LED의 넓은 광 발산각을 줄이고 직진성을 높이는 콜리메이션 렌즈(Collimation Lens) 및
    상기 콜리메이션 렌즈를 통과한 빛을 균일하게 하는 플라이아이 렌즈(Flyeye lens)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널 노광용 LED 광원장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 LED 광원 모듈 각각의 동작상태 및 공급전류 값을 외부의 운용단말에 전송하며, 상기 운용단말을 이용한 관리자의 조작 명령을 수신하기 위한 제1 통신부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널 노광용 LED 광원장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    노광장비의 상황에 따라 상기 LED 광원 유닛에 공급되는 전류를 공급 및 중단하도록 상기 노광장비로부터 장비상태신호를 수신하는 제2 통신부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널 노광용 LED 광원장치.
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