KR101669337B1 - 자외선 조사 헤드 및 자외선 조사 장치 - Google Patents

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노리유키 타구치
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Abstract

히트 싱크(25)는 엘이디 소자들(20)이 실장되는 기판(24)에 열적으로 연결된다. 팬 유닛(28)은 히트 싱크(25)의 핀 세그먼트(25b)의 단부에 인접하게 배열된다. 배기홀(30a)은 케이스(21)에 형성되어 팬들(25c)이 배열된 방향으로 상기 핀 세그먼트(25b)의 하단부를 전체적으로 노출시킨다. 히트 싱크(25)는, 핀들(25c) 사이의 갭(25d)이 배기홀(30a)이 존재하는 부분을 제외한 나머지 부분에서 밀폐되도록 구비된다. 갭(25d)은 핀들(25c)이 배열된 방향에 대하여 수직한 방향으로 연장된 개구에 해당한다. 핀 세그먼트(25b)의 단부 및 팬 유닛(28) 사이의 공간은 압력 챔버(31)로 기능하여 팬 유닛(28)으로부터 이동하는 냉각 공기에 의하여 양압 조건 또는 음압 조건으로 기능할 수 있다.

Description

자외선 조사 헤드 및 자외선 조사 장치{ULTRAVIOLET IRRADIATION HEAD AND ULTRAVIOLET IRRADIATOR}
본 발명은 자외선 엘이디 소자를 위한 열방출 구조를 포함하는 자외선 조사 헤드 및 상기 자외선 조사 헤드를 이용하는 자외선 조사 장치에 관한 것이다.
자외선 조사 장치는 자외선으로 자외선 경화 물질에 조사하여 상기 물질을 경화시키는데 이용된다. 예를 들면, 상기 자외선 조사 장치는 조사 헤드의 광 소스로서 복수의 자외선 엘이디 소자의 집합을 포함한다. 상기 자외선 엘이디 소자들에 의하여 방출되는 열에 의하여 주변 온도가 변화함에 따라 상기 자외선 엘이디 소자들로부터 방출되는 자외선의 강도가 변화된다. 따라서, 상기 엘이디 소자들의 집합을 포함하는 자외선 조사 방치는 안정적인 자외선을 획득하기 위하여 광 소스와 함께 열방출 구조를 포함한다.
예를 들면 일본공개특허번호 제2011-5788호 또는 일본공개특허 제2012-4454호에 개시된 열방출 구조는 엘이디 소자가 장착된 기판, 기판의 후면에 배열된 히트 싱크 및 상기 히트 싱크의 핀(fin)에 냉각 공기를 공급하는 팬 유닛을 포함한다. 상기 히트 싱크 및 팬 유닛은 상기 엘이디 소자들로부터 열을 충분하게 방출시킬 수 있다.
하지만, 상기 자외선 엘이디 소자들의 집합으로부터 열을 균일하게 방출시키지 못할 경우, 상기 자외선 엘이디 소자들로부터 발생하는 자외선의 개별적인 강도의 변화를 야기한다. 예를 들면, 라인형 조사 헤드의 경우 복수의 자외선 엘이디 소자로부터의 각각의 자외선 강도는 엘이디 소자들이 선형 패턴에서 정렬된 방향으로 변화한다. 따라서, 자외선 경화 물질에 대한 경화 조건이 자외선 엘이디 소자들이 정렬된 방향으로 변화될 수 있다.
본 발명의 일 목적은 복수의 자외선 엘이디 소자로부터 발생하는 열을 균일하게 방출하고 상기 엘이디 소자들로부터 발생하는 자외선의 강도를 전체적으로 균일하게 할 수 있는 자외선 조사 헤드 및 상기 자외선 조사 헤드를 이용하는 자외선 조사 장치를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 기판, 상기 기판 상에 배열된 복수의 자외선 엘이디 소자들, 상기 기판과 열적으로 연결된 히트 싱크 및 팬 유닛을 포함하는 자외선 조사 헤드를 제공한다. 상기 히트 싱크는 상기 자외선 엘이디 소자들이 배열된 방향으로 배열된 복수의 핀들로 이루어진 핀 세그먼트를 포함한다. 냉각 공기가 상기 팬 유닛으로부터 나와서 상기 핀 세그먼트에 작용하여 상기 자외선 엘이디 소자들을 냉각시킨다. 상기 팬 유닛은 상기 핀 유닛의 단부에 인접하게 배열된다. 배기홀이 상기 조사 헤드의 케이스에 형성된다. 상기 배기홀은 상기 핀들이 배열된 방향으로 상기 핀 세그먼트의 하단부를 전체적으로 노출시키도록 형성된다. 상기 히트 싱크는 상기 핀들 사이의 각 갭이 상기 배기홀이 존재하는 부분을 제외한 나머지 부분에서 밀폐된다. 상기 갭은 상기 핀들이 배열된 방향에 대하여 수직한 폭 방향으로 연장된 개구이다. 상기 핀 세그먼트의 단부 및 상기 팬 유닛 사이의 공간은 상기 팬 유닛으로부터의 냉각 공기에 의하여 양압 조건 또는 음압 조건으로 놓일 수 있는 압력 챔버로 기능한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 조사 헤드에 따르면, 핀 세그먼트의 단부 및 팬 유닛 사이의 공간은 압력 챔버로서 기능하며, 팬 유닛으로부터의 냉각 공기는 양압 또는 음압 상태의 압력 챔버에 위치한다. 압력 챔버가 냉각 공기의 흐름에서는 발생하지 않는 편향(deflection)을 일으켜서, 냉각 공기가 상기 핀 세그먼트의 전체에 대하여 균일하게 기능한다. 결과적으로 히트 싱크는 기판에 실장된 엘이디 소자들을 균일하게 냉각시킨다. 이로써, 상기 엘이디 소자들으로부터 발생하는 자외선 강도가 균일할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 조사 장치의 조사 헤드를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 조사 헤드의 단면도이다.
도 3은 조사 헤드의 일부를 확장하여 나타내는 단면도이다.
도 4는 조사 헤드의 수직 단면도이다.
도 5는 도 4의 5-5 선을 따라 절단한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 대상물들의 크기와 양은 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 자외선 조사 장치(자외선 조사 헤드)를 나타내는 실시예는 도 1 내지 도 5를 참조하여 아래와 같이 설명된다. 상기 자외선 조사 장치를 설명하기 위하여 폭 방향(width direction), 깊이 방향(depth direction) 및 길이 방향(longitudinal direction)이 도 1, 도 2, 도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이 정의된다.
도 1을 참조하면, 자외선 조사 장치(10)는 자외선 조사 헤드(11, 이후, '조사 헤드'라고 함) 및 컨트롤러(12)를 포함한다. 상기 자외선 조사 장치(10)는 자외선 경화물질을 경화시키기 위하여 상기 조사 헤드(11)의 광 소스로부터 자외선을 방출한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 조사 헤드(11)는 선형 패턴으로 배열된 광 소스로서 복수의 자외선 엘이디 소자들(이후, '엘이디 소자들'이라고 함)로 이루어진 라인 조사 헤드이다. 보다 상세하게는, 조사 헤드(11)는 직사각형 박스의 형태인 케이스(21)를 포함한다. 상기 케이스(21)는 상기 엘이디 소자들(21)이 정렬된 방향으로 연장된다. 상기 케이스(21)는 전면(21a) 및 후면(21b)을 포함하여 여섯 개의 외부면을 갖는다. 상기 전면(21a) 및 후면(21b)은 최장측과 최단측으로 각각 형성된다. 윈도우 부재(22)는 상기 전면(21a)에 고정되어 상기 엘이디 소자들(20)을 밀폐시킨다. 상기 윈도우 부재(22)는 상기 엘이디 소자들(20)로부터 발생된 자외선이 관통할 수 있도록 한다. 상기 윈도우 부재(22)는 상기 엘이디 소자들(20)의 열에 대응되는 방식으로 연장된 사각형 형상을 가진다. 상기 조사 헤드(11)의 길이 방향은 상기 엘이디 소자들(20)이 배열된 방향에 대응된다.
베이스 플레이트(23)는 상기 윈도우 부재(22)의 뒤에 배열된다. 상기 윈도우 부재(22)와 유사하게, 상기 베이스 플레이트(23)는 사각형 형상을 가진다. 상기 베이스 플레이트(23)는 상기 케이스(21)에 고정된다. 상기 베이스 플레이트(23)는 금속으로 이루어진다. 상기 윈도우 부재(22)와 마주보는 상기 베이스 플레이트(23)의 표면에는 상기 엘이디 소자들(20)이 실장되는 6개의 기판들(24)이 제공된다. 각각의 상기 기판(24)은 사각형 형상을 가지며, 기판(24)의 장축이 베이스 플레이트(23)의 길이 방향에 해당한다. 모든 기판들(24)은 상기 베이스 플레이트(23)에 고정되며, 상기 베이스 플레이트(23)의 길이 방향으로 배열된다. 18개의 엘이디 소자들(20)이 상기 기판(24)의 각각에 부착된다. 상기 엘이디 소자들(20)은 선형 패턴으로 정렬되며 일정하게 상호 이격되어 있다. 따라서, 상기 베이스 플레이트(22)에 대한 6개의 기판들(24)의 배열은 상기 엘이디 소자들(20)의 긴 열(long row)을 형성한다. 상기 엘이디 소자들(20)의 열은 상기 윈도우 부재(22)를 향하도록 배열된다. 따라서, 상기 엘이디 소자들(20)로부터 발생되는 자외선은 상기 윈도우 부재(22)를 통과하여 상기 자외선 조사 장치(10)의 외부로 출사된다.
상기 조사 헤드(11)의 내부에는 여섯 개의 유닛들(U1 내지 U6)로 이루어진다. 상기 유닛들(U1 내지 U6) 각각은 상기 엘이디 소자들(20)이 실장되는 하나의 기판(24), 하나의 히트 싱크(25) 및 상기 유닛들(U1 내지 U6)에 공통되는 하나의 팬 유닛(28)을 포함한다. 상기 케이스(21)의 길이 방향에 있어서, 6개의 기판들(24)이 배열되고, 6개의 히트 싱크들(25)이 배열되고, 6개의 팬 유닛들(28)이 배열된다. 상기 기판들(24), 상기 히트 싱크들(25) 및 상기 팬 유닛들(28)은 상기 케이스(21) 내에 수용된다. 상기 조사 헤드(11)의 사양에 따라 상기 유닛들의 수는 네 개에서 일곱 개 또는 그 이상으로 변경될 수 있다. 상기 베이스 플레이트(23) 또는 케이스(21)는 상기 유닛들의 개수에 따라 그 길이가 변경될 수 있다.
상기 히트 싱크(25)는 상기 기판(24)과 반대되는 일면으로 상기 베이스 플레이트(23)의 표면에 고정된다. 상기 히트 싱크(25)는 높은 열방출 효율을 갖는 금속 물질로 이루어진다. 상기 히트 싱크(25)는 상기 베이스 플레이트(23)와 상호 컨택하도록 인접함으로써 열적으로 연결된다. 이로써 상기 엘이디 소자들(20)에 의하여 발생할 열이 상기 베이스 플레이트(23)를 통하여 상기 히트 싱크(25)에 효과적으로 전달된다. 상기 기판들(23)과 유사하게, 6개의 히트 싱크들(25)은 상기 조사 헤드(11) 내에 수납된다. 상기 히트 싱크들(25)은 상기 베이스 플레이트(23)의 길이 방향으로 배열된다.
상기 히트 싱크(25)는 베이스 세그먼트(base segment, 25a) 및 핀 세그먼트(fin segment, 25b)를 포함한다. 상기 베이스 세그먼트(25a)는 사각형 형상을 가지며, 상기 기판(24)과 실질적으로 동일한 면적을 가진다. 상기 베이스 세그먼트(25a)의 가장 넓은 표면은 상기 베이스 플레이트(23)와 콘택하는 면에 해당한다. 상기 베이스 플레이트(23)에 반대되는 베이스 세그먼트(25a)의 표면에는 복수의 핀들(fins, 25c)로 이루어진 핀 세그먼트(25b)가 제공된다. 상기 핀들(25c)은 상기 조사 헤드(11)의 폭 방향 및 깊이 방향으로 연장된 사각형 박판(rectangular thin plate)으로 이루어진다. 상기 핀들(25c)의 수는 상기 엘이디 소자들(20)의 수와 동일하거나 그 이상일 수 있다. 복잡함을 피하기 위하여, 단지 12개의 핀들(25c)이 각 도면에 도시되어 있다. 모든 핀들(25c)은 상기 베이스 플레이트(23)의 길이 방향으로 일정하게 이격되어 있다. 즉, 상기 핀 세그먼트(23b)는 상기 길이 방향에서 볼 때는 사각형 형상으로 보이며, 상기 폭 방향에서 볼 때는 빗(comb) 형상으로 보인다. 상기 케이스(21)는 상기 조사 헤드(11)의 폭 방향으로 상호 마주보는 측면(21c) 및 측면(21d)을 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이 상기 핀 세그먼트(25b) 및 베이스 세그먼트(25a)는 상기 케이스(21)의 측면들(21c, 21d)에 인접하며, 상기 측면들(21c, 21d)에 실질적으로 접한다.
베이스 플레이트(26)는 상기 핀 세그먼트(25b)의 끝단에 인접하게 배열된다. 상기 베이스 플레이트(26)는 상기 핀 세그먼트(25b)의 끝단으로부터 정해진 거리만큼 이격된다. 상기 베이스 플레이트(26)는 상기 케이스(21)에 고정된다.
5개의 파티션 플레이트들(27)은 상기 베이스 플레이트(26)에 고정되어 상호 인접하는 유닛들(U1 내지 U6)과 상호 인접하는 히트 싱크들(25) 사이를 구획한다. 상기 파티션 플레이트들(27)은 상기 조사 헤드(11)의 폭 방향 및 깊이 방향으로 연장된 사각형 박판으로 이루어진다. 상기 파티션 플레이트(27)의 단부는 상기 히트 싱크(25)의 핀 세그먼트(25b)의 하단부까지, 특히 상기 베이스 세그먼트(25b)에 인접하게 연장된다. 최외각에 있는 유닛(U1)은 상기 케이스(21)의 측벽 부재(21x) 및 파티션 플레이트(27)에 의하여 정의되는 공간에 배열된다. 상기 유닛(U1)에 반대되는 부분에 위치한 유닛(U6)은 상기 케이스(21)의 측벽 부재(21y) 및 파티션 플레이트(27)에 의하여 정의되는 공간에 배열된다. 상기 측벽 부재(21x)는 상기 케이스(21)의 외벽의 일부를 이룬다. 상기 측벽 부재(21y)는 상기 케이스(21)의 내벽의 일부를 이룬다. 상기 유닛들(U2 내지 U5) 각각은 한 쌍의 파티션 플레이트들(27)에 의하여 정의되는 공간에 배열된다. 상기 유닛들(U1 내지 U6) 각각을 위한 공간을 정의함과 더불어, 상기 파티션 플레이트(27)는 각 공간에서 발생되는 열의 이동을 억제한다. 특히, 상기 파티션 플레이트(27)는 단열 부재로 기능할 수 있다.
도 3을 참고하면, 상호 인접하는 히트 싱크들(25)의 베이스 세그먼트들(25a) 사이에는 갭(gap, 25x)이 상기 파티션 플레이트(27)를 포함하는 단열 구조로서 제공된다. 상기 베이스 플레이트(23)에는 상기 갭(25x)과 연통된 그루브부(groove part, 23x)가 형성된다. 상기 갭(25x) 및 상기 그루브부(23x)는 상기 파티션 플레이트(27)와 함께 유닛(U1 내지 U6)에서 발생되는 열의 전달을 억제할 수 있다. 조사 헤드(11)가 동작중일 때, 유닛들(U1 내지 U6)에서의 모든 엘이디 소자들(20)이 켜지거나 유닛들(U1 내지 U6)에서의 일부 엘이디 소자들(20)이 켜질 수 있다. 상기 파티션 플레이트(27), 상기 갭(25x) 및 상기 그루브부(23x)를 포함하는 상기 단열 구조에 의한 단열이 유닛들(U1 내지 U6)에서의 모든 엘이디 소자들(20)이 켜져서 발생하는 작은 온도 차이보다 유닛들(U1 내지 U6)에서의 일부의 엘이디 소자들(20)이 켜져서 인접하는 유닛들 사이에 발생하는 큰 온도 차이에 보다 우수하게 반응할 수 있다. 이전 경우의 예로서, 큰 온도 차이는 유닛(U1 내지 U4)의 엘이디 소자(20)가 켜지고 반면에 유닛(U5 및 U6)의 엘이디 소자(20)가 꺼질 경우 상기 인접하는 유닛들(U4, U5) 사이에서 발생할 수 있다.
6개의 팬 유닛들(28)이 상기 베이스 플레이트(26) 상에 장착된다. 1개의 팬 유닛(28)은 유닛들(U1 내지 U6) 각각에 제공된다. 상기 팬 유닛(28)은 모터로 팬을 회전시켜 냉각 공기를 생성한다. 상기 팬 유닛(28)은 상기 엘이디 소자들(20)의 구동(turn on)과 동시에 작동을 시작한다. 상기 팬 유닛(28)은 상기 엘이디 소자들(20)의 끄는(turn off) 동시에 작동을 멈춘다.
6개의 배기홀들(vent holes, 29)은 상기 케이스(21)의 후면(21b)에 형성된다. 상기 배기홀들(29) 각각은 상기 팬 유닛(28)에 대응되도록 마주보도록 배열된다. 도 5에 도시된 바와 같이 배기홀(30a) 및 배기홀(30b)은 상기 케이스(21)의 측면(21c, 21d)에 각각 추가적으로 형성된다. 상기 배기홀들(30a, 30b) 각각은 상기 배기홀(29)과 함께 한 쌍을 이룬다. 상기 배기홀들(30a, 30b)은 모든 유닛들(U1 내지 U6)을 가로질러 길이 방향으로 연장된 긴 개구로 이루어진다. 따라서, 모든 히트 싱크들(25)의 핀 세그먼트(25b)의 하단부는 상기 배기홀들(30a, 30b)을 통하여 외부에 길이 방향을 따라 전체적으로 노출된다. 깊이 방향에서 볼 경우, 상기 핀 세그먼트(25b)의 하단부는 상기 배기홀들(30a, 30b)을 통하여 외부로 단지 부분적으로 노출된다.
상기 팬 유닛(28)으로 준비된 팬 유닛은 상기 케이스(21)의 후면(21b)에 형성된 배기홀(29)을 통하여 공기를 흡입하고 상기 배기홀들(30a, 30b)을 통하여 공기를 배출하는 흡입 팬 유닛 및 상기 배기홀(29)을 통하여 공기를 배출하고 상기 배기홀들(30a, 30b)을 통하여 공기를 흡입하는 배출 팬 유닛을 포함한다. 도 4 및 도 5에서 화살표 직선 A는 흡입 팬 유닛(28)을 이용하여 형성된 냉각 공기의 흐름을 표시한다. 도 4 및 도 5에서 화살표 점선 B는 상기 배출 팬 유닛(28)을 이용하여 형성된 냉각 공기의 흐름을 표시한다.
상술한 바와 같이 유닛들(U1 내지 U6)은 상기 측벽 부재(21x, 21y) 및 상기 파티션 플레이트(27)로 구획될 수 있다. 상기 압력 챔버(31)로서 기능하는 공간은 상기 히트 싱크(25)의 상기 핀 세그먼트(25b)의 단부 및 상기 베이스 플레이트(26) 사이에 형성된다.
상기 측벽 부재(21x, 21y) 및 상기 파티션 플레이트(27)에 의하여 정의되거나, 상기 파티션 플레이트(27)에 의하여 정의되는 압력 챔버(31)에서의 공간은 대응되는 핀 세그먼트(25b)에서 공간과 동일한 단면적을 갖는다. 한편, 상기 팬 유닛(28)에 의하여 형성된 냉각 공기의 유로 면적은 상기 압력 챔버(31)에서 보다 상기 핀 세그먼트(25b)에서 상기 핀들(25c)의 존재로 인하여 작다. 상기 핀 세그먼트(25b)에서의 유로 면적(flow path area)은 상기 핀 세그먼트(25b)의 모든 핀들(25c)사이의 갭(25d)의 합에 의하여 결정된다. 상기 핀 세그먼트(25b)는 폭 방향으로 상기 케이스(21)의 측면들(21c, 21d)에 실질적으로 접한다. 따라서, 상기 핀들(25c) 사이의 갭들(25d) 각각은 배기홀들(30a, 30b)이 위치하는 부분을 제외한 곳에 실질적으로 막혀있다. 상기 배기홀들(30a, 30b)의 면적의 합이 S1로 정의되고 상기 핀들(25c) 모두의 끝단 사이의 갭들(25d)의 면적의 합이 S2로 정의될 경우, S1 및 S2는 S1＜S2 조건을 만족한다.
상술한 바와 같이, 상기 냉각 공기는 냉각 공기의 유로가 좁아지는 핀들(25c)사이의 갭들(25d)을 통과한다. 상기 흡입 팬 유닛(28)은 양압 조건에서 상기 압력 챔버(31)에 위치한다. 상기 배출 팬 유닛(28)은 음압 조건에서 상기 압력 챔버(31)에 위치한다. 상기 냉각 공기의 흐름은 팬 유닛(28)의 회전에 따라 바뀔 수 있을 것이다. 한편, 상기 팬 유닛(28) 및 상기 히트 싱크(25)의 상기 핀 세그먼트(25b) 사이의 압력 챔버(31)를 양압 상태 또는 음압 상태로 변경함으로써, 상기 냉각 공기의 흐름에서 발생하지 않는 방향 전환을 이룰 수 있다. 결과적으로 핀 세그먼트(25b)에서 상기 냉각 공기는 상기 핀들(25c)사이의 갭들(25d)에서 균일하게 거동할 수 있다.
상기 조사 헤드(11)는 상기 컨트롤러(12)와 연결된다. 상기 컨트롤러(12)는 상기 엘이디 소자들(20)의 턴온 및 상기 팬 유닛(28)의 작동을 제어한다. 예를 들면 상기 조사 헤드(11)는 제품에 적용되는 자외선 경화 물질이 경화되는 생산 라인에서 적용될 수 있다. 상기 엘이디 소자들의 턴온의 범위는 먼저 유닛들(U1 내지 U6)에 변경되거나 경우에 따라 변경될 수 있다.
상기 조사 헤드(11)의 열방출 구조의 거동은 아래에 기술된다.
상기 조사 헤드(11)에서, 상기 케이스(21)에서의 상기 팬(28) 및 상기 배기홀들(29, 30a, 30b)의 상대적인 위치는 상기 냉각 공기의 흐름을 아래와 같이 결정한다. 흡입 팬 유닛(28)의 경우, 냉각 공기는 배기홀(29), 팬 유닛(28) 및 압력 챔버(31) 순서로 통과한다. 다음에, 상기 냉각 공기는 상기 핀들(25c)의 끝단들 사이의 각 갭들(25d)로부터 상기 핀(25c)의 하단부를 향하여 흐른 후, 상기 배기홀들(30a, 30b)을 통하여 상기 조사 헤드(11) 밖으로 배출된다. 배출 팬 유닛(28)의 경우, 상기 냉각 공기가 배기홀들(30a, 30b)을 통하여 내부로 유입된다. 이후, 상기 냉각 공기는 상기 핀들(25c)의 하단부들 사이의 각 갭들(25d)로부터 상기 핀들(25c) 각각의 단부를 향하여 흐른다. 이후, 상기 냉각 공기는 압력 챔버(31), 팬 유닛(28) 및 배기홀(29) 순서로 흐른다. 이 경우, 상기 냉각 공기는 상기 핀 세그먼트(25b)의 핀들(25c)사이의 갭들(25d) 각각을 통하여 충분하게 흐른다. 특히, 상기 냉각 공기는 단부로부터 연장되어 상기 핀들(25c) 각각의 하단부에 도달함으로써 상기 냉각 공기가 상기 핀 세그먼트(25b) 모두에 실질적으로 동작한다.
상기 압력 챔버(31)는 상기 핀들(25c)이 배열된 방향 및 상기 폭 방향을 따라 상기 냉각 공기를 균일하게 분배할 수 있다. 따라서, 상기 냉각 공기가 중심부로부터 상기 핀 세그먼트(25b)의 단부를 향하여 연장된 모든 핀들(25c) 사이의 갭(25d)에 용이하게 진입할 수 있다. 따라서, 상기 히트 싱크(25)는 전체 핀 세그먼트(25b)로부터 일정하게 열을 방출한다. 상기 히트 싱크(25)의 핀들(25c)은 상기 엘이디 소자들(20)이 배열된 방향과 동일한 방향으로 배열된다. 따라서, 모든 엘이디 소자들(20)이 균일하게 냉각될 수 있다.
다른 예에 있어서, 배기홀들(30a, 30b)과 다른 배기홀들이 상기 케이스(21)의 외부 표면에 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 압력 챔버(31)의 기능이 약화되어 상기 냉각 공기가 상기 핀 세그먼트(25b)의 중심부 및 단부 사이에 다른 방식으로 기능하다. 이로써 유로로 기능하는 핀들(25c)사이의 갭(25d)의 일부가 좁아짐으로써 상기 냉각 공기가 상기 핀들(25c)사이의 갭(25d)을 통하여 충분하게 흐르지 못한다. 나아가, 상기 핀 세그먼트(25b)는 상기 압력 챔버(31)를 전체적으로 향한다. 반대로, 상기 압력 챔버(31)가 핀 세그먼트(25b)보다 작다면, 상기 핀 세그먼트(25b)의 일부에 의하여 얻어지는 열방출 효율이 상기 핀 세그먼트(25b)의 잔류부에 의하여 얻어지는 열방출 효율보다 낮아 질 수 있다. 이 경우의 예로서, 벽이 상기 핀 세그먼트(25b)의 일부 및 압력 챔버(31) 사이에 존재할 수 있다. 이 경우, 상기 히트 싱크(25)에 의한 열 방출은 부분적으로 변화함에 따라 배열된 엘이디 소자들(20)을 균일하게 냉각시키는 것이 불가능할 수 있다.
반대로, 본 실시예에 따른 열방출 구조는 배열된 엘이디 소자들(20)을 균일하게 냉각시킬 수 있다. 이로써 낮은 레벨에서 상기 엘이디 소자들(20)로부터 발생하는 자외선의 각각의 강도에 관한 변화를 제어할 수 있다. 결과적으로 선형 패턴으로 적용된 자외선 경화 물질이 전체적으로 일정하게 경화될 수 있다.
따라서, 본 발명은 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다.
(1) 상기 팬 유닛(28)은 상기 엘이디 소자들(20)이 실장된 기판(24)과 열적으로 연결된 히트 싱크(25)의 핀 세그먼트(25b)의 단부에 인접하게 배열된다. 상기 배기홀들(30a, 30b)은 케이스(21)에 형성된다. 상기 히트 싱크(25)의 핀 세그먼트(25b)의 하단부는 핀들(25c)이 배열된 방향으로 볼 경우, 상기 배기홀들(30a, 30b)을 통하여 외부로 노출되어 있다. 상기 핀들(25c)이 배열된 방향에 대하여 수직한 폭 방향에 있어서, 상기 핀들(25c)사이의 갭들(25d)은 배기홀들(30a, 30b)이 형성된 부분을 제외하고 케이스(21)에 의하여 실질적으로 막혀있다. 특히, 핀 세그먼트(25b)를 이루는 복수의 핀들(25c)사이의 각 갭들(25d)은 상기 팬 유닛(28)으로부터의 냉각 공기가 지나는 유로로 기능한다. 상기 핀 세그먼트(25b)의 단부 및 팬 유닛(28) 사이의 공간은 압력 챔버(31)로서 기능한다. 상기 팬 유닛(28)으로부터의 냉각 공기는 양압 또는 음압 상태의 압력 챔버(31)에 위치한다. 상기 압력 챔버(31)는 상기 냉각 공기의 흐름에서는 발생하지 않는 편향(deflection)을 일으켜서, 상기 냉각 공기가 상기 핀 세그먼트(20)의 전체에 대하여 균일하게 기능한다. 결과적으로 상기 히트 싱크(25)는 상기 기판(24)에 실장된 엘이디 소자들(20)을 균일하게 냉각시킨다. 이로써, 상기 엘이디 소자들(20)로부터 발생하는 자외선 강도가 균일할 수 있다.
(2) 상기 조사 헤드(11)는 배열된 유닛들(U1 내지 U6)을 수용한다. 상기 유닛들(U1 내지 U6)은 상기 엘이디 소자들(20)이 실장된 기판(24), 히트 싱크(25) 및 팬 유닛(28)으로 각각 형성된다. 상기 파티션 플레이트(27), 상호 인접하는 히트 싱크들(25)의 베이스 세그먼트(25a)들 사이의 갭(25x) 및 상기 베이스 플레이트(23)에서의 그루브부(23x)는 상기 유닛들(U1 내지 U6)사이의 열전달을 억제하는 단열 기능을 수행한다. 만약 조사의 목표 크기에 따라 상기 유닛들(U1 내지 U6)의 턴온 범위가 변경될 경우, 예를 들면, 턴온 상태의 유닛 내부의 온도와 턴오프 상태의 유닛 내부의 온도 간에 큰 차이가 발생한다. 상기 온도 차이에 의하여 상기 히트 싱크(25), 턴온 상태의 유닛과 턴오프 상태의 유닛 사이의 경계에 인접하게 배열된 기판(24) 및 상기 엘이디 소자들(20)로부터 발생하는 자외선의 강도가 영향을 받는다. 이 경우, 상기 엘이디 소자들(20)로부터 발생하는 자외선의 강도가 전체적으로 균일하지 않게 된다. 이 점에서 본 실시예는 열방출 구조가 상기 인접하는 유닛들(U1 내지 U6) 사이의 경계에 제공된다. 이로써 턴오프 상태의 유닛에 인접하는 턴온 상태의 유닛에서 상기 엘이디 소자들로부터 발생하는 자외선 강도의 변화가 발생하지 않도록 한다.
이전에 전술한 실시예는 아래와 같이 변경될 수 있다.
상기 엘이디 소자들(20)은 열로 배열될 수 있다.
상기 배기홀들(30a, 30b)은 길이 방향으로 연장된 개구들 각각에 해당될 수 있다. 이와 다르게, 상기 배기홀들(30a, 30b) 각각은 복수의 개구들을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 배기홀들(30a, 30b) 각각은 상기 핀들(25c)의 단부들 사이에 적어도 갭(25d)을 노출하도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 엘이디 소자들(20)이 실장되는 기판(24) 및 상기 히트 싱크(25) 사이에 배열된 베이스 플레이트(23)는 생략될 수 있다. 이 경우, 상기 기판(24) 및 상기 히트 싱크(25)는 이들 사이에 직접 컨택을 형성함으로써 열적으로 연결될 수 있다. 이와 다르게, 열전도 부재가 상기 기판(24) 및 상기 히트 싱크(25) 사이에 배열될 수 있다.
상기 파티션 플레이트(27)는 상기 베이스 플레이트(26)와 다른 부재에 고정될 수 있다. 예를 들면, 상기 파티션 플레이트(27)는 케이스(21)에 고정될 수 있다.
상기 히트 싱크(25)의 베이스 세그먼트(25a) 및 상기 베이스 플레이트(23)의 그루브부(23x) 사이의 갭(25x)을 포함함으로써 공기 단열을 이루는 단열 구조는 높은 단열 성능을 갖는 물질을 이용하여 형성된 단열 구조에 의하여 대체될 수 있다.
상기 히트 싱크(25)의 핀 세그먼트(25b)에 있어서, 폭 방향으로 연장된 개구로서의 갭(25d)은 상기 케이스(21)에 의하여 실질적으로 밀폐된다. 이와 다르게, 상기 갭(25d)은 케이스(21)를 제외한 다른 부재에 의하여 밀폐될 수도 있다.
상기 조사 헤드(11)는 1개 내지 5개 또는 7개 이상의 유닛들로 이루어질 수 있다.

Claims (3)

  1. 기판, 상기 기판 상에 배열된 복수의 자외선 엘이디 소자들, 상기 기판과 열적으로 연결된 히트 싱크 및 팬 유닛을 포함하고, 상기 히트 싱크는 상기 자외선 엘이디 소자들이 배열된 방향으로 배열된 복수의 핀들로 이루어진 핀 세그먼트를 포함하고, 냉각 공기가 상기 팬 유닛으로부터 나와서 상기 핀 세그먼트에 작용하여 상기 자외선 엘이디 소자들을 냉각시키는 자외선 조사 헤드에 있어서,
    상기 팬 유닛은 상기 핀 세그먼트의 단부에 인접하게 배열되고,
    배기홀이 상기 조사 헤드의 케이스에 형성되고, 상기 배기홀은 상기 핀들이 배열된 방향으로 상기 핀 세그먼트의 하단부를 전체적으로 노출시키도록 형성되며,
    상기 배기홀은 상기 모든 핀들 사이의 갭들에 걸쳐서 형성되고,
    상기 배기홀을 통해 흐르는 상기 냉각 공기의 유로 면적은, 상기 핀들 사이의 상기 갭들을 통하여 흐르는 상기 냉각 공기의 유로 면적보다 작으며,
    상기 히트 싱크는 상기 핀들 사이의 각 갭이 상기 배기홀이 존재하는 부분을 제외한 나머지 부분에서 밀폐되도록 구비되고,
    상기 갭은 상기 핀들이 배열된 방향에 대하여 수직한 폭 방향으로 연장된 개구이며,
    상기 핀 세그먼트의 단부 및 상기 팬 유닛 사이의 공간은 상기 팬 유닛으로부터의 냉각 공기에 의하여 양압 조건 또는 음압 조건으로 놓일 수 있는 압력 챔버로 기능하는 것을 특징으로 하는 자외선 조사 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엘이디 소자들이 배열된 방향으로 배열된 복수의 유닛들을 포함하고, 상기 유닛들 각각은 상기 자외선 엘이디 소자들이 실장되는 상기 기판, 상기 히트 싱크 및 상기 팬 유닛을 포함하고,
    인접하는 상기 유닛들 사이의 열 전달을 억제하는 단열이 구비된 것을 특징으로 하는 자외선 조사 헤드.
  3. 제1항 및 제2항 중 어느 하나의 항에 따른 자외선 조사 헤드; 및
    상기 자외선 조사 헤드를 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 자외선 조사 헤드의 제어는 상기 자외선 엘이디 소자의 구동 제어 및 상기 팬 유닛의 구동 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 조사 장치.
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