KR101761279B1 - 대면적 패턴 노광용 led어레이광원모듈 및 그 제어장치 - Google Patents

대면적 패턴 노광용 led어레이광원모듈 및 그 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 서로 다른 파장의 빛을 각각 방출하는 LED유닛을 다수개 배열하여 LED어레이유닛을 구성하고, 이 LED어레이유닛을 특정한 형태로 다수개 배치하여 대면적에 균일한 강도의 빛을 조사할 수 있는 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈 및 대면적 패턴을 노광할 수 있도록 상기 LED어레이광원모듈을 제어하는 제어장치에 관한 것으로, 제1파장, 제2파장 및 제3파장의 빛을 각각 방출하는 제1LED, 제2LED 및 제3LED 중 적어도 2가지 이상의 LED유닛을 복수개 혼재시켜 배열한 LED어레이유닛 1개를 중앙에 배치하고, 상기 중앙에 배치한 LED어레이유닛(이하 “중앙LED어레이유닛”) 주변에 8개의 LED어레이유닛(이하 “주변LED어레이유닛”)을 동일 평면에 방사형으로 배치하되, 상기 중앙LED어레이유닛으로부터 방출되는 광원과 각각의 주변LED어레이유닛으로부터 방출되는 광원들이 WD(Work Distance) 이내에서 중첩되도록 상기 주변LED어레이유닛을 상기 동일 평면에 대하여 상기 중앙LED어레이유닛 방향으로 소정 각도 기울여 배치한 것을 특징으로 하는 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈 및 그 제어장치를 제공한다.

Description

대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈 및 그 제어장치{LED array light source module for exposing large area pattern and apparatus for controlling the LED array light source module}
본 발명은 LED광원에 관한 것으로서, 특히 서로 다른 파장의 빛을 각각 방출하는 LED유닛을 다수개 배열하여 LED어레이유닛을 구성하고, 이 LED어레이유닛을 특정한 형태로 다수개 배치하여 대면적에 균일한 강도의 빛을 조사할 수 있는 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈 및 대면적 패턴을 노광할 수 있도록 상기 LED어레이광원모듈을 제어하는 제어장치에 관한 것이다.
스텝퍼(Stepper)는 반도체, TFT LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) 등 회로 공정이 필요한 제조라인에서 포토마스크에 빛을 쪼여 반도체 웨이퍼나 TFT LCD 유리기판에 회로를 전사시키는 노광기의 일종으로서, 기판 1매에 몇 개의 칩 단위로 전후 좌우로 이동하면서 각 단위 칩마다 정렬 및 노광을 실시한다.
노광은 빛에 반응하는 물질(PhotoResist; PR)이 코팅된 막(감광막)이 형성된 시료(웨이퍼 또는 유리기판) 상에 원하는 패턴이 형성된 마스크를 위치시키고, 자외선을 조사하여 감광막에 원하는 패턴을 전사시키는 공정으로서, 스텝퍼는 패턴 사이즈가 1㎛ 이하이거나 같은 형상을 반복할 경우 마스크에 원하는 패턴 사이즈의 정수배로 확대하여 만든 후, 마스크와 감광막이 코팅된 시료를 적정 거리 이격시켜 유지한 후, 마스크 상하에 축소 광학계를 위치시킨 후 자외선을 조사하는 방식으로 노광공정을 수행하므로, 웨이퍼나 마스크를 x, y방향으로 한 스텝씩 이동시키면서 자외선을 조사하여 패턴을 전사하는 축소 광학식 노광기이다.
전술한 스텝퍼는 노광영역을 한정함으로써 광원 강도(Intensity)의 균일도(Uniformity)를 향상시킨다.
이러한 스텝퍼에 사용되는 종래기술에 따른 광원은 수은램프가 사용된다. 수은램프는 현장에서 요구되는 광원광도 및 균일도를 만족시키는 광원이지만, 중금속 물질인 수은을 사용하기 때문에 환경 파괴적인 요소를 동반하며, 전량 일본에서 수입되고 있기 때문에 외화가 낭비되는 문제점이 있다.
또한, 수은램프는 사용 수명이 1개월로 연간 12회를 교체해야 하기 때문에 지속적으로 교체비용이 발생하며, 광원의 구입 단가 또한 매우 높아 유지비용 부담이 상당하다. 뿐만 아니라, 노광기의 열화현상이 심하여 주기적인 정비가 요구되며, 폐광원 처리에 대한 환경부담비용도 크기 때문에 수은램프를 대체할 광원의 개발이 시급한 실정이다.
상술한 수은램프를 대체할 광원으로 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 광원이 부분적으로 사용되고 있다.
특히, 본 출원인에 의하여 출원 및 등록된 대한민국 등록특허공보 제10-1532352호(2015.06.29. 공고)에는 PCB 기판, 반도체 웨이퍼 또는 디스플레이 패널의 노광을 위하여 파장이 다른 2 종류 이상의 LED를 광원으로 하는 광원 유닛을 다수개 포함하는 광원장치 및 이를 효율적으로 관리할 수 있는 관리시스템이 개시되어 있다.
상기 등록특허는 단일 파장을 갖는 UV LED를 이용하여 노광장치를 구성할 시 균일하게 빔을 조사하기 어렵고, 노광용 LED램프유닛의 크기가 처음부터 결정되어 있어 다양한 크기의 노광 대상물에 맞추어 노광장치의 크기를 변화시키기 어려워 대면적 노광장치를 구성할 수 없었던 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 다양한 형태 및 크기의 노광 대상물에 대해 용이하게 노광을 실시할 수 있는 노광용 LED광원장치 및 노광용 LED광원장치 관리시스템에 관한 것이다. 이를 위하여, 상기 등록특허는 복수의 LED광원유닛을 3 x 3 매트릭스 형태로 배열하되 중앙에 1개의 405nm LED광원유닛과 주변에 8개의 365nm LED광원유닛을 배치하여 중앙 LED광원유닛과 주변 LED광원유닛의 빔이 중첩될 수 있도록 중앙의 405nm LED광원유닛을 더 크게 구성하고, 빔 중첩부의 출력이 저하되지 않도록 LED의 조사면적을 LED의 크기보다 크게 조절한다.
이에 따라, 상기 등록특허는 파장이 다른 2 종류 이상의 LED광원유닛을 매트릭스 형태로 배열하여 LED광원모듈을 구성하고, 다수의 LED광원모듈을 어레이화함에 따라 강도(Intensity), 균일도(Uniformity) 및 광효율을 높이고, 대면적의 노광 대상물에 대해 용이하게 노광을 실시할 수 있는 효과가 있다.
그러나 상기 등록특허에 따른 LED광원의 경우, 다수개의 LED광원유닛을 매트릭스 형태로 배열한 LED광원모듈을 다시 매트릭스 형태로 배열하여 대면적의 광원장치를 동일 평면에 구성하기 때문에, 상술한 수은램프만을 해당 LED광원장치로 단순히 대체해서는 정상적인 노광장치로 이용할 수 없고, 광학계를 비롯하여 마스크까지, 노광 대상물을 제외한 거의 모든 관련 구성부 및 그들의 구조를 LED광원장치에 대응하도록 변경하거나 교체해야 하는 문제점이 있다.
KR 10-1532352 B1 (2015.06.29. 공고) KR 10-1401238 B1 (2014.05.29. 공고) KR 10-1344037 B1 (2013.12.24. 공고) KR 10-1073671 B1 (2011.10.14. 공고)
따라서 상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 서로 다른 파장의 빛을 각각 방출하는 LED유닛을 다수개 배열한 LED어레이유닛을 이용하여 수은램프만을 간편하게 대체할 수 있는 LED어레이광원모듈을 구현함으로써, 친환경적이면서도 에너지 효율을 향상시켜 소비전력을 절감케 하고, 교체 및 유지비용을 절감할 수 있는 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈 및 그 제어장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 서로 다른 파장의 빛에 대하여 각각 반응하는 서로 다른 포토레지스터(PhotoResistor, PR)에 대하여, 광원의 교체 없이 다양한 포토레지스터를 감광시킬 수 있는 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈 및 그 제어장치를 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈은, LED와, 상기 LED의 전면에 구비되어 상기 LED에서 방출되는 빛을 균일하게 변화시키는 플라이아이렌즈(Fly Eye Lens)와, 상기 LED와 상기 플라이아이렌즈 사이에 구비되어 LED에서 방출되는 빛을 평행하게 변화시키는 콜리메이터렌즈(Collimator Lens)로 이루어지는 LED유닛; 상기 LED유닛은, 상기 LED가 제1파장, 제2파장 및 제3파장의 빛을 각각 방출하는 제1LED, 제2LED 및 제3LED인 제1LED유닛, 제2LED유닛 및 제3LED유닛을 포함하고, 상기 제1,2,3LED유닛을 각각 하나 이상 혼재시켜 배열하고, 각각의 LED유닛 사이에 구비되어 LED유닛에서 방출되는 빛의 각도를 조정하여 중첩되는 빛을 균일하게 하는 리플렉터(Reflector)와, 상기 배렬된 LED유닛들에서 방출되는 산란광 형태의 서로 다른 복합파장의 광원을 집광시키는 콘덴싱 렌즈(Condensing lens) 및 상기 콘덴싱 렌즈에서 집광된 복합파장 광원의 초점을 맞춰주는 포커싱 렌즈(Focusing lens)를 포함하여 이루어지는 LED어레이유닛; 상기 LED어레이유닛은, 중앙에 배치되는 1개의 중앙LED어레이유닛 및 상기 중앙LED어레이유닛 주변에 방사형으로 배치되는 8개의 주변LED어레이유닛을 포함하며, 상기 중앙LED어레이유닛으로부터 방출되는 광원과 각각의 주변LED어레이유닛으로부터 방출되는 광원들이 WD(Work Distance) 이내에서 중첩되도록 상기 주변LED어레이유닛을 상기 중앙LED어레이유닛 방향으로 소정 각도 기울여 배치하되, 상기 LED어레이유닛은 상기 WD 이내에서 중첩되는 모든 위치에 대하여 제1,2,3파장의 빛을 방출하는 LED유닛이 위치하도록 상기 LED유닛을 배열한 것을 특징으로 한다.
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또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈의 제어장치는, 제 1항의 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈; 다수의 제어채널을 구비하고, 파장대가 서로 다른 LED에 대하여 각각 지정된 제어채널을 할당하여, WD(Work Distance) 이내에서 중첩되는 모든 위치에 대하여 파장대별로 동일한 파워값이 할당되도록 각각의 LED의 On/Off 및 전류/전압제어를 통해 공급전원을 제어하는 컨트롤러; 상기 컨트롤러와 실시간 통신을 통해 수집된 각각의 LED의 온도, 조도 및 사용시간을 포함하는 현재상태표시데이터를 축적하는 시뮬레이터; 키보드, 마우스, 터치패드 중 적어도 어느 하나를 포함하는 입력장치를 통해 사용자의 외부 명령을 입력 받아 상기 컨트롤러를 통해 파장대별 LED의 On/Off를 제어하는 설비PC; 및 상기 시뮬레이터로부터 일정주기로 축적된 현재상태표시데이터를 수신하여 저장하고, 상기 LED어레이광원모듈을 구성하는 각각의 LED의 광원상태, 조도, 온도, 사용시간 데이터를 모니터링하여, 이상상태로 판단되는 LED에 대해서 교체시기 및 고장여부를 판단하여 사용자에게 알리며, 노광영역에 도달하는 빛의 강도를 결정하고, 이에 따라 LED에 공급되는 전류의 크기를 각각 제어하도록 제어신호를 상기 시뮬레이터를 통해 상기 컨트롤러로 전달하고, 상기 LED어레이광원모듈의 사용 이력을 날짜별로 별도의 파일로 저장하고, 사용자에게 광원 이력을 날짜별로 검색할 수 있도록 하며, 사용자가 현재까지의 LED광원에 대한 이력을 확인할 수 있도록 요청된 광원 이력을 디스플레이하고, 상기 컨트롤러와 실시간으로 통신하는 상기 시뮬레이터를 통해 실시간으로 상기 LED어레이광원모듈을 구성하는 LED의 상태를 확인하는 모니터링서버;로 구성된 것을 특징으로 한다.
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전술한 바와 같이 본 발명은 기존의 노광장치의 변경을 최소화하여 수은램프만을 간편하게 대체할 수 있으므로, 친환경적이면서도 에너지 효율을 향상시켜 소비전력을 절감케 하고, 교체 및 유지비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 서로 다른 파장의 빛을 각각 방출하는 다수의 LED에 대하여 동일한 파장의 빛을 방출하는 LED만을 각각 제어함으로써 서로 다른 파장의 빛에 대하여 반응하는 다종의 포토레지스터를 광원의 교체 없이 각각 감광시킬 수 있어 광원의 교체 및 유지비용을 절감하고 다종의 포토레지스터를 제약 없이 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 수은램프를 광원으로 사용하는 노광장치를 간략히 도시한 구성도,
도 2는 도 1의 수은램프를 대체할 본 발명에 따른 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈을 구성하는 LED어레이유닛을 간략히 도시한 블럭구성도,
도 3은 도 2의 LED어레이유닛를 구성하는 LED유닛의 어레이 구조를 설명하기 위한 입체도,
도 4는 도 2의 LED어레이유닛을 본 발명에 따른 특정 형태로 배치시킨 LED어레이광원모듈의 개념도,
도 5는 도 4의 LED어레이광원모듈의 단면도를 간략히 도시한 도면,
도 6은 도 4의 LED어레이광원모듈로부터 방출되는 빛의 중첩방식에 대한 이해를 돕기 위한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 LED어레이광원모듈을 제어하기 위한 제어장치를 간략히 도시한 블럭구성도,
도 8은 컨트롤러와의 통신을 통한 LED어레이광원모듈의 모니터링 및 제어를 위한 화면의 일 예시도,
도 9는 현재까지의 광원이력을 확인하기 위하여 원하는 날짜를 검색하고 날짜별 파일을 저장하는 화면의 일 예시도,
도 10은 현재 광원의 On time 및 상태를 모니터링하는 화면의 일 예시도.
이하에서는 본 발명에 따른 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈 및 그 제어장치에 대한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시 예는 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것으로, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타낸다. 하기의 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것일 뿐, 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 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.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 대면적 패턴 노광용 LED 광원장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 1은 종래기술에 따른 수은램프를 광원으로 사용하는 노광장치를 간략히 도시한 구성도로서, 일례로 스텝퍼의 내부구조를 간략히 도시한 것이다. 스텝퍼는 제조사마다 외관과 내부구조에 상이한 점이 있으나, 스텝퍼의 노광부를 살펴보면 대체적으로 노광 대상물을 위치시키는 스테이지(Stage)와, 광원인 램프(Lamp)와, 램프에서 방출된 빛을 노광 대상물까지 전달하는 렌즈계(Lens system) 및 노광 패턴을 제공하는 마스크(Mask)로 구성된다.
종래기술에 따른 스텝퍼의 노광기에서는 수은램프(1, Hg Lamp)로부터 방사되는 빛은 반사판(2) 및 제1미러(3, Mirror)에 의해 반사되고, 필터(4, Filter)를 통과한 단일파장의 빛은 제2미러(6), 마스크(7) 및 배율광학계(8)를 거쳐 시료(9)에 조사된다. 셔터(5, Shutter)는 적정 시간 동안 개폐(Open/Close)되어 필터(4)를 통과한 빛을 차단하거나 통과시킴으로써 시료(9)에 코팅된 감광막을 노광시키며, 배율광학계(8)는 마스킹된 빛을 확대 또는 축소시켜 더욱 정밀한 빛이 원하는 배율로 시료(9)에 조사되도록 한다.
도 2는 도 1의 수은램프를 대체할 본 발명에 따른 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈을 구성하는 LED어레이유닛을 간략히 도시한 블럭구성도이고, 도 3은 도 2의 LED어레이유닛(110)를 구성하는 LED유닛(10)의 어레이 구조를 설명하기 위한 입체도이다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 대면적 패턴 노광용 LED어레이유닛(110)은 서로 다른 파장의 빛을 방출하는 LED(11)를 다수개 배열하고, 각각의 LED(11)에 플라이아이렌즈(13, Fly Eye Lens)를 각각 부가하여 기본적인 LED유닛(10)을 구성하고, 배열된 다수의 LED유닛(10)에서 방출되는 복합파장의 광원을 집광시키기 위한 콘덴싱 렌즈(30, Condensing lens) 및 상기 콘덴싱 렌즈(30)에서 집광된 복합파장 광원의 초점을 맞춰주는 포커싱 렌즈(50, Focusing lens)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 일 실시 예에서는, LED(11)는 각각 365nm, 385nm 및 420nm의 파장을 갖는 빛을 방출하는 UV LED를 사용하며, 이때, 설명의 편의를 위하여 365nm, 385nm 및 420nm의 파장을 제1파장, 제2파장 및 제3파장으로 명명한다. 본 발명에 따른 대면적 패턴 노광용 LED어레이유닛(110)은 배열의 크기가 정해지면, 서로 다른 파장의 빛을 방출하는 LED(11)를 적절히 혼재시켜 배치시키되 그 개수가 동일할 필요는 없다.
상기 플라이이아이렌즈(13)는 LED의 점등에 의해 발생되는 불안정한 광원을 균일한 광원으로 변화시키는 역할을 수행하기 위하여 각 LED에 각각 개별적으로 결합된다. 이때, 각각의 LED(11)와 플라이아이렌즈(13) 사이에 콜리메이터 렌즈(Collimator lens)를 더 구비하여 LED(11)에서 방출되는 빛을 평행하게 변화시킬 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 대면적 패턴 노광용 LED어레이유닛(110)은 다수의 LED(11)가 배열된 사이사이에 리플렉터(20, Reflector)를 구비하여, LED어레이유닛(110)을 구성하는 다수의 LED(11)에서 발산되는 빛의 각도를 적정한 각도로 조절함으로써 빛이 중첩되는 중첩부의 균일도를 향상시킴과 아울러 빛의 손실을 감소시켜 출력을 제어할 수 있다.
또한, LED광원장치에서는 LED의 발열 해소가 매우 중요한 이슈이므로, 도 3과 같이 방열부(40)를 구비하는 것이 바람직하다. 방열부(40)를 구현하는 가장 일반적인 방법으로는 먼저, 공랭식 방열장치가 사용될 수 있다. 공랭식 방열장치는 열전도성이 좋은 알루미늄 같은 금속으로 만든 얇은 금속판을 발열부위에 부착하여 열을 해소하는 방열판 방식, 쿨링 팬의 바람을 이용하여 발열부분의 열을 식히는 방식, 탄소나노튜브를 아크릴바인더에 결합해 열전도성을 극대화한 그라파이트 방열시트를 사용한 방열방식 및 매개물로부터 열을 다른곳으로 전달함으로써 열을 흡수할 수 있게 한 히트싱크(Heat Sink)를 사용하는 방식 등이 사용될 수 있다.
다음으로, 수냉식 방열장치가 사용될 수도 있다. 수냉식은 공랭식에 비하여 그 구조가 다소 복잡하나 방열효율은 매우 좋은 방식으로서, 라디에이터와 워터펌프가 기본으로 구성된다. 라디에이터는 아주 미세한 빨대지름 정도의 파이프를 조밀하게 이어서 얇은 판을 또 조밀하게 붙여서 표면적을 엄청나게 늘인 미세한 파이프 속에 흐르는 뜨거운 물을 공기가 그 라디에이터의 넓은 표면적을 스치고 지나가면서 물이 가지고 있던 열을 빼앗아간다. 이어, 식힌물을 발열을 해소해야 할 장치에 냉각수펌프로 계속 순환시켜주며 냉각하는 방식이다. 그 외에, 프레온 가스 등의 냉매를 사용하는 가스냉각 방열장치가 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 대면적 패턴 노광용 LED어레이유닛(110)에는 다양한 냉각방식이 사용될 수 있으며, 각 냉각방식 및 그 구조는 공지의 기술이므로, 여기에서는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈은 기존 노광장치의 다른 구성부의 변경을 최소화하면서 수은램프만을 대체할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈은 기존의 수은램프를 사용하는 노광기에서 셔터를 제거하고, 셔터를 대신하여 LED(11)를 전자적으로 ON/OFF 시킬 수 있다.
도 4는 도 2의 LED어레이유닛(110)을 본 발명에 따른 특정 형태로 배치시킨 LED어레이광원모듈(100)의 개념도이고, 도 5는 도 4의 LED어레이광원모듈(100)의 단면도를 간략히 도시한 도면이며, 도 6은 LED어레이광원모듈(100)로부터 방출되는 빛의 중첩방식에 대한 이해를 돕기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈(100)은 LED어레이유닛(110a) 1개를 중앙에 배치하고, 상기 중앙에 배치한 LED어레이유닛(110a, 이하 “중앙LED어레이유닛”) 주변에 8개의 LED어레이유닛(110b, 이하 “주변LED어레이유닛”)을 동일 평면에 방사형으로 배치한다.
이때, 본 발명에 따른 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈(100)은 중앙LED어레이유닛(110a)으로부터 방출되는 광원과 각각의 주변LED어레이유닛(110b)으로부터 방출되는 광원들이 WD(Work Distance)에서 중첩(Superposition Place, SP)되도록 주변LED어레이유닛(110b)을 상기 동일 평면에 대하여 중앙LED어레이유닛(110a)에 대향하는 방향으로 소정 각도(α) 기울여 배치한다. 상기 소정 각도(α)는 10~15° 범위 내에서 설정하는 것이 좋으며, 바람직하게는 12~13°범위 내에서 설정한다. 이는, 동일 평면 상에 평면구조로 LED어레이광원모듈을 구성하는 경우, 광원모듈의 크기가 커짐에 따라 대응하는 광학계를 구성하는 렌즈의 크기가 더 커져야 하고, 광원의 파워 일부가 마스크 밖으로 손실되는 문제가 발생하기 때문에, 이러한 문제점을 해소하기 위한 것이다.
중앙LED어레이유닛(110a)으로부터 방출되는 광원과 각각의 주변LED어레이유닛(110b)으로부터 방출되는 광원들이 WD에서 도 6에 도시된 바와 같이 중첩(SP)된다. 통상 상기 WD는 마스크까지의 거리에서 중첩되도록 설정한다. 중앙LED어레이유닛(110a)에서 방출되는 광원이 마스크에 조사하는 빛의 파워값이 1이라고 할 때, 주변LED어레이유닛(110b)에서 방출되는 광원은 0.7 내지 0.2의 파워값을 가지고 상기 중앙LED어레이유닛(110a)에서 방출되는 광원과 중첩된다.
따라서 중앙LED어레이유닛(110a)에 제1파장 내지 제3파장의 빛을 각각 방출하는 다수의 LED(11)가 혼재되어 배열되면, 이 중앙LED어레이유닛(110a)의 파장대별 LED유닛(10)의 배열에 대응하여 주변LED어레이유닛(110b-1 내지 110b-8)의 파장에 따른 LED배열이 정해진다.
즉, 중첩되는 모든 위치에 대하여, 각 파장대별(동일한 파장의 빛을 방출하는 LED유닛)로 동일한 파워값이 할당되도록 각 LED어레이유닛(110)을 구성하는 각각의 LED유닛(10)의 공급전원이 제어된다. 이때, 동일한 파장의 빛을 방출하는 LED유닛(10)에 대해서는 동일한 전원이 공급되도록 제어할 수 있으며, 각 파장대별로 제어해야 할 LED유닛(10)의 개수에 따라 1~3개의 제어채널이 할당될 수도 있다. 예를 들면, 서로 마주보는 두 개의 주변LED어레이유닛(110b-1, 110b-5)은 서로 반전되는 파장대별 LED유닛(10)의 배열을 가지도록 설정될 수 있다.
따라서 동일한 파장의 빛을 방출하는 LED유닛(10)별로 공급전원을 ON/OFF 제어할 시, ON으로 제어된 임의의 한 파장의 광원에 대하여 중첩되는 위치에서의 파워값이 동일하게 설정된다.
이에 따라, 각각의 파장의 빛에 대하여 반응하는 포토레지스터에 대하여 광원부의 교체 없이도 균일도가 형성된 광원을 제공할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈은 하나의 중앙LED어레이유닛(110a)을 중심으로 다수개의 주변LED어레이유닛(110b)을 소정 각도 기울여서 방사형으로 배치시킴으로써 다수의 광원을 균일하게 중첩시킬 수 있으므로, 마스크 후단에 배율광학계를 위치시켜 대면적 패턴 노광이 가능한 대면적 균일도를 구현할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 LED어레이광원모듈을 제어하기 위한 제어장치를 간략히 도시한 블록구성도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED어레이광원모듈(100)을 제어하기 위한 제어장치는 컨트롤러(200), 시뮬레이터(300), 설비PC(400) 및 모니터링서버(500)로 구성된다.
컨트롤러(200)는 시뮬레이터(300) 및 설비PC(400)와 데이터 및 제어신호를 송수신하는 유무선 선로로 연결되며, RS232와 같은 프로토콜을 사용하여 통신할 수 있다. 마찬가지로, 상기 시뮬레이터(300)는 모니터링서버(500)와 데이터 및 제어신호를 송수신하는 유무선 선로로 연결되며, RS232 또는 TCP/IP와 같은 인터넷 프로토콜을 사용하여 통신할 수 있다.
본 발명에 따른 LED어레이광원모듈(100)은 서로 다른 다수의 파장을 갖는 빛을 방출하는 다수의 LED가 사용되므로, 상기 컨트롤러(200)는 다수의 제어채널을 구비하고, 파장대가 서로 다른 LED에 대하여 각각 지정된 제어채널을 할당하여 파장대별 LED의 On/Off 및 전류/전압제어를 통해 공급전원을 제어한다. 이에 따라, 각각의 파장의 빛에 대하여 반응하는 포토레지스터에 대하여 광원부의 교체 없이도 균일도가 형성된 광원을 제공할 수 있다.
상기 시뮬레이터(300)는 상기 컨트롤러(200)와 실시간 통신을 통해 수집된 LED(11)의 온도, 조도 및 사용시간을 포함하는 현재상태표시데이터를 단시간 동안 축적하고, 일정주기로 상기 모니터링서버(500)에 축적된 현재상태표시데이터를 전송 및 저장한다. 상기 시뮬레이터(300)는 본 발명에 따른 LED어레이광원모듈(100)의 안정적인 운용을 위하여 상기 컨트롤러(200)와 함께 노광장치 내부에 장착되는 것이 바람직하다.
상기 설비PC(400)는 키보드, 마우스, 터치패드와 같은 입력장치를 통해 사용자의 외부 명령을 입력 받아 상기 컨터롤러(200)를 통해 본 발명에 따른 LED어레이광원모듈(100)의 On/Off를 제어한다.
상기 모니터링서버(500)는 본 발명에 따른 LED어레이광원모듈(100)을 구성하는 LED(11)의 광원상태, 조도, 온도, 사용시간 데이터를 모니터링하여, 이상상태로 판단되는 LED(11)에 대해서 교체시기 및 고장여부를 판단하여 사용자에게 알리며, 노광영역에 도달하는 빛의 강도를 결정하고, 이에 따라 LED(11)에 공급되는 전류의 크기를 각각 제어하도록 제어신호를 시뮬레이터(300)를 통해 상기 컨트롤러(200)로 전달한다.
상기 모니터링서버(500)는 본 발명에 따른 LED어레이광원모듈(100)의 사용 이력을 날짜별로 별도의 파일로 저장하여, 사용자에게 광원 이력을 날짜별로 검색할 수 있도록 하고, 이에 따라 사용자가 현재까지의 LED광원에 대한 이력을 확인할 수 있도록 한다. 또한, 상기 모니터링서버(500)는 상기 컨트롤러(200)와 실시간으로 통신하는 시뮬레이터(300)를 통해 실시간으로 본 발명에 따른 LED어레이광원모듈(100)을 구성하는 LED의 상태를 확인할 수 있다. 도 8 내지 도 10에 본 발명에 따른 모니터링서버의 모니터링 화면의 일례를 도시하였다.
도 8은 컨트롤러(200)와의 통신을 통한 LED어레이광원모듈(100)의 모니터링 및 제어를 위한 화면의 일 예시도이고, 도 9는 현재까지의 광원이력을 확인하기 위하여 원하는 날짜를 검색하고 날짜별 파일을 저장하는 화면의 일 예시도이며, 도 10은 현재 광원의 On time 및 상태를 모니터링하는 화면의 일 예시도이다.
이에 따라, 본 발명에 따른 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈 및 그 제어장치는 서로 다른 파장의 빛을 각각 방출하는 다수의 LED에 대하여 동일한 파장의 빛을 방출하는 LED만을 각각 제어함으로써 서로 다른 파장의 빛에 대하여 반응하는 다종의 포토레지스터를 광원의 교체 없이 각각 감광시킬 수 있어 광원의 교체 및 유지비용을 절감하고 다종의 포토레지스터를 제약 없이 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시 예를 중심으로 구체적으로 기술되었으나, 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 (5)

  1. LED와, 상기 LED의 전면에 구비되어 상기 LED에서 방출되는 빛을 균일하게 변화시키는 플라이아이렌즈(Fly Eye Lens)와, 상기 LED와 상기 플라이아이렌즈 사이에 구비되어 LED에서 방출되는 빛을 평행하게 변화시키는 콜리메이터렌즈(Collimator Lens)로 이루어지는 LED유닛;
    상기 LED유닛은,
    상기 LED가 제1파장, 제2파장 및 제3파장의 빛을 각각 방출하는 제1LED, 제2LED 및 제3LED인 제1LED유닛, 제2LED유닛 및 제3LED유닛을 포함하고,
    상기 제1,2,3LED유닛을 각각 하나 이상 혼재시켜 배열하고, 각각의 LED유닛 사이에 구비되어 LED유닛에서 방출되는 빛의 각도를 조정하여 중첩되는 빛을 균일하게 하는 리플렉터(Reflector)와, 상기 배열된 LED유닛들에서 방출되는 산란광 형태의 서로 다른 복합파장의 광원을 집광시키는 콘덴싱 렌즈(Condensing lens) 및 상기 콘덴싱 렌즈에서 집광된 복합파장 광원의 초점을 맞춰주는 포커싱 렌즈(Focusing lens)를 포함하여 이루어지는 LED어레이유닛;
    상기 LED어레이유닛은,
    중앙에 배치되는 1개의 중앙LED어레이유닛 및 상기 중앙LED어레이유닛 주변에 방사형으로 배치되는 8개의 주변LED어레이유닛을 포함하며,
    상기 중앙LED어레이유닛으로부터 방출되는 광원과 각각의 주변LED어레이유닛으로부터 방출되는 광원들이 WD(Work Distance) 이내에서 중첩되도록 상기 주변LED어레이유닛을 상기 중앙LED어레이유닛 방향으로 소정 각도 기울여 배치하되,
    상기 LED어레이유닛은 상기 WD 이내에서 중첩되는 모든 위치에 대하여 제1,2,3파장의 빛을 방출하는 LED유닛이 위치하도록 상기 LED유닛을 배열한 것을 특징으로 하는 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항의 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈;
    다수의 제어채널을 구비하고, 파장대가 서로 다른 LED에 대하여 각각 지정된 제어채널을 할당하여, WD(Work Distance) 이내에서 중첩되는 모든 위치에 대하여 파장대별로 동일한 파워값이 할당되도록 각각의 LED의 On/Off 및 전류/전압제어를 통해 공급전원을 제어하는 컨트롤러;
    상기 컨트롤러와 실시간 통신을 통해 수집된 각각의 LED의 온도, 조도 및 사용시간을 포함하는 현재상태표시데이터를 축적하는 시뮬레이터;
    키보드, 마우스, 터치패드 중 적어도 어느 하나를 포함하는 입력장치를 통해 사용자의 외부 명령을 입력 받아 상기 컨트롤러를 통해 파장대별 LED의 On/Off를 제어하는 설비PC; 및
    상기 시뮬레이터로부터 일정주기로 축적된 현재상태표시데이터를 수신하여 저장하고, 상기 LED어레이광원모듈을 구성하는 각각의 LED의 광원상태, 조도, 온도, 사용시간 데이터를 모니터링하여, 이상상태로 판단되는 LED에 대해서 교체시기 및 고장여부를 판단하여 사용자에게 알리며, 노광영역에 도달하는 빛의 강도를 결정하고, 이에 따라 LED에 공급되는 전류의 크기를 각각 제어하도록 제어신호를 상기 시뮬레이터를 통해 상기 컨트롤러로 전달하고,
    상기 LED어레이광원모듈의 사용 이력을 날짜별로 별도의 파일로 저장하고, 사용자에게 광원 이력을 날짜별로 검색할 수 있도록 하며, 사용자가 현재까지의 LED광원에 대한 이력을 확인할 수 있도록 요청된 광원 이력을 디스플레이하고, 상기 컨트롤러와 실시간으로 통신하는 상기 시뮬레이터를 통해 실시간으로 상기 LED어레이광원모듈을 구성하는 LED의 상태를 확인하는 모니터링서버;로 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 패턴 노광용 LED어레이광원모듈 제어장치.
  5. 삭제
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