KR102254690B1 - 경화 노광장치 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 경화 대상물에 UV 광을 조사하는 UV LED 광원부, UV LED 광원부과 경화 대상물 사이에서 소정의 간격을 두고 배치되어 UV LED 광원부에서 조사된 UV 광이 전면적에 걸쳐서 통과하고, UV LED 광원부 방향에 위치하는 제1플라이아이 렌즈는 양면 중 적어도 하나가 볼록하고, 경화 대상물 방향에 위치하는 제2플라이아이 렌즈는 양면 중 적어도 하나가 볼록하되 곡률반경이 제1플라이 아이 렌즈의 곡률반경보다 상대적으로 크고, UV 실리콘 재질인 광학 렌즈부 및 제2플라이아이 렌즈와 경화 대상물 사이에 개구부를 포함하는 마스크를 포함하는 경화 노광장치를 제공한다.

Description

경화 노광장치{CURING DEVICE}
본 발명은 경화 노광장치에 관한 것으로, 구체적으로는 UV 램프를 사용하는 경화 노광 공정을 친환경적인 UV LED로 대체할 수 있는 UV LED를 이용한 경화 노광장치에 관한 것이다.
최근 세계적으로 환경오염에 관한 이슈가 중요한 관심사로 떠오르고 있으며, 이에 따라 각종 환경 규제 정책들이 시행되고 있는 추세이다.
현재 시장에 유통되고 있는 대부분의 UV 경화기는 광원으로서 UV 램프가 채택되고 있다. 이러한 UV 램프 방식은 초기투자 금액이 적은 장점이 있으나, 광원 수명이 2000시간 정도로 짧기 때문에 교체 비용의 부담이 있으며, 양산 효율성이 낮은 문제점이 있다.
또한, UV 램프 방식은 100℃ 이상의 온도에서 열 변형이 매우 심하여 별도의 배기 라인 설치가 요구되며 냉각구 등이 필요한 단점이 있다. 또한, UV 램프 방식은 크기가 크고 무거우며, 파장 선택폭이 없고, On/Off가 지연되는 시간이 약 3분 내지 10분 정도로 길게 소요되는 문제점이 있다.
또한, UV 램프 방식은 전체 전력의 70 내지 80%가 열로 소실되고, 15 내지 20%만 UV로 전환되기 때문에 높은 전력 소모로 원가 부담 등의 문제를 야기하여 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.
아울러, UV 램프에 봉입된 수은은 환경오염을 일으키는 물질로서 폐기 시 토양과 수질오염에 의한 2차 피해를 유발할 수 있다. 또한, 램프에서 발생하는 고열로 인해 경화 대상물이 변형되는 등의 여러 가지 문제점들이 있다.
이러한 UV 램프 광원을 친환경적인 LED 광원으로 대체하기 위해서는 기존의 방식이 아닌 대폭적인 성능 개선이 이루어질 필요가 있다. 즉, 출력과 균일도를 향상시킬 수 있는 새로운 방식의 UV LED 기술이 요구되고 있다.
공개특허공보 제10-2009-0122594호(20091201)
본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 UV 램프를 사용하는 경화 노광 공정을 친환경적인 UV LED로 대체하여 출력 및 균일도를 향상시킬 수 있는 UV LED를 이용한 경화 노광장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명은, 경화 대상물에 UV 광을 조사하는 UV LED 광원부, UV LED 광원부과 경화 대상물 사이에서 소정의 간격을 두고 배치되어 UV LED 광원부에서 조사된 UV 광이 전면적에 걸쳐서 통과하고, UV LED 광원부 방향에 위치하는 제1플라이아이 렌즈는 양면 중 적어도 하나가 볼록하고, 경화 대상물 방향에 위치하는 제2플라이아이 렌즈는 양면 중 적어도 하나가 볼록하되 곡률반경이 제1플라이 아이 렌즈의 곡률반경보다 상대적으로 크고, UV 실리콘 재질인 광학 렌즈부 및 제2플라이아이 렌즈와 경화 대상물 사이에 개구부를 포함하는 마스크를 포함하는 경화 노광장치를 제공한다.
본 발명은 경화 대상물에 UV 광을 조사하는 UV LED 광원; 상기 UV LED 광원과 상기 경화 대상물 사이의 광 경로 상에 배치되고, 상기 UV 광을 확산시키도록 구비된 광 도체(Light pipe); 및 상기 광 도체와 상기 경화 대상물 사이에서 소정의 간격을 두고 배치되어 상기 광 도체를 통과한 UV 광이 전면적에 걸쳐 통과하는 복수의 플라이 아이(Fly-eye) 렌즈를 포함하며, 상기 광 도체 및 상기 복수의 플라이 아이 렌즈는 UV 실리콘 재질인 것을 특징으로 하는 UV LED를 이용한 경화 노광장치를 제공한다.
본 발명에 따른 UV LED를 이용한 경화 노광장치는 UV 램프를 사용하는 경화 노광 공정을 친환경적인 UV LED로 대체할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 UV LED를 이용한 경화 노광장치는 UV LED 광원과 경화 대상물 사이에 광 도체와 복수의 플라이 아이 렌즈가 적용되기 때문에 출력 및 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 경화 노광장치가 설치되는 경화 노광 시스템의 사사도이다.
도 2는 도 1의 일 실시예에 따른 경화 노광장치의 일부 분해사시도이다.
도 3은 도 2의 경화 노광장치의 두개의 광학렌즈들과 마스크의 위치 관계를 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 도 2의 UV LED 광원과 광학렌즈부의 제1플라이아이 렌즈가 설치된 내부 케이스 및 Z축 이동수단의 사시도이다.
도 5는 도 2의 UV LED 광원부의 평면도이다.
도 6은 도 3의 제1플라이아이 렌즈와 제2플라이 아이 렌즈의 양면의 형상들의 다양한 예들을 도시한 도면들이다.
도 7a 및 도 7b는 도 2의 UV LED 광원부의 LED 칩들과 제1플라이아이 렌즈의 얼라인먼트가 틀어진 상태를 도시하고 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 경화 노광장치의 일부 결합상태도이다.
도 9는 도시한 바와 같이 UV LED 광원부의 LED 칩들과 제1플라이아이 렌즈의 틀어진 얼라인먼트를 조절한 상태를 도시하고 있다.
도 10은 또다른 실시예에 따른 경화 노광장치의 사시도이다.
도 11은 도 10의 경화 노광장치에서 UV LED 광원부, 광 도체 및 제1,2플라이 아이 렌즈들을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 12는 도 10의 경화 노광장치에서 UV 광이 통과하는 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 13은 도 10의 경화 노광장치에서 UV 광이 통과하는 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 14는 도 10의 경화 노광장치에서 플라이 아이 렌즈가 단렌즈로 구비되고 광 도체가 구비되지 않았을 때 UV 광이 통과하는 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 15는 또다른 실시예에 따른 경화 노광장치의 일부 사시도이다.
도 16는 또다른 실시예에 따른 경화 노광장치의 UV LED 광원부와 반사통의 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 일 실시예에 따른 경화 노광장치가 설치되는 경화 노광 시스템의 사사도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 경화 노광장치가 설치되는 경화 노광 시스템(100)은, 스테이지(110)가 그 양단에 설치된 안내레일(120)을 따라 소정 방향(이하, 이를 "Y축 방향"이라 한다)으로 왕복운동 하도록 구성될 수 있다. 이러한 스테이지(110)에는 감광액(Photo Resistive Liquid)이 도포되는 경화대상물(130)이 위치하게 된다. 스테이지(110)는 미도시한 리니어모터에 의해 안내레일(120) 상에서 Y축 방향으로 왕복운동하게 된다.
스테이지(110) 양단의 안내레일(120) 상에는 한 쌍의 지지대(140)가 마주보도록 고정 설치될 수 있다. 수직 지지대(140)의 상단에는 다시 이들을 가로질러 연결, 즉 스테이지(110) 상방을 가로질러 연결하는 수평 지지대(150)가 설치될 수 있다. 수평 지지대(150)에는 도시하지 않은 자체의 리니어모터에 의해 수평 지지대(150)를 가로지르는 방향(이하, 이를 "X축 방향"이라 한다)으로 왕복운동할 수 있는, 실시예들에 따른 경화 노광장치(200)가 설치될 수 있다.
경화 노광 시스템(200)은 경화대상물(130)의 에지 부분에 그 표면을 촬영하여 얼라인하는 적어도 1개 이상의 에지 얼라인용 카메라가 설치될 수 있다.
경화 노광 시스템(100)은 경화대상물(130)을 스테이지(110)에 고정시킨 상태에서 스테이지(110)와 경화 노광장치(200)를 각각 X축 또는 Y축 방향으로 이동시키며, 경화대상물(130)의 특정 위치를 경화 노광할 수 있다. 예를 들어, 경화대상물(130)이 디스플레이용 기판인 경우, 경화 노광 시스템(100)은 경화대상물(130)을 스테이지(110)에 고정시킨 상태에서 스테이지(110)와 경화 노광장치(200)를 각각 X축 또는 Y축 방향으로 이동시키며, 디스플레이용 기판(130)의 엣지 라인을 경화 노광할 수 있다. 디스플레이 장치 제조공정 중 경화 노광된 디스플레이용 기판(130)의 엣지 라인을 절단하여 최종 디스플레이 장치를 완성할 수 있다.
도 2는 도 1의 일 실시예에 따른 경화 노광장치의 일부 분해사시도이다. 도 3은 도 2의 경화 노광장치의 두개의 광학렌즈들과 마스크의 위치 관계를 도시한 도면이다. 도 4a 및 도 4b는 도 2의 UV LED 광원과 광학렌즈부의 제1플라이아이 렌즈가 설치된 내부 케이스 및 Z축 이동수단의 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 경화 노광장치(200)는 경화 대상물(130)에 UV 광을 조사하는 UV LED 광원부(210)과, UV LED 광원부(210)과 경화 대상물(130) 사이에서 소정의 간격을 두고 배치되어 UV LED 광원부(210)에서 조사된 UV 광이 전면적에 걸쳐서 통과하는 광학렌즈부(220), 광학렌즈부(220)와 경화대상물(130) 사이에 개구부(232)를 포함하는 마스크(230)를 포함한다.
광학렌즈부(220)는 UV LED 광원 방향에 위치하는 제1플라이아이 렌즈(222)와 경화 대상물 방향에 위치하는 제2플라이 아이 렌즈(224)를 포함한다. 제1플라이아이 렌즈(222)와 제2플라이아이 렌즈(224) 중 적어도 하나 또는 둘 모두는 UV 실리콘 재질일 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 경화 노광장치(200)에서 외부 케이스(240)는 판재들의 조립체로 구성되고, 내부 케이스(242) 및 마스크(230), 제2플라이아이 렌즈(224)를 고정시키는 렌즈 홀더(244) 등 구성요소들이 일반적으로 알려진 조립방식, 예를 들어 볼트-너트 체결방식이나, 홈-돌출부 삽입 방식에 의해 내부에 내장될 수 있다.
내부 케이스(242)는 외부 케이스(240)의 일단에 배치되고, 마스크(230)는 그 타단에 배치된다. 렌즈 홀더(244)가 내부 케이스(242)와 마스크(230) 사이에 배치된다.
즉, 마스크(230)의 개구부(232)는 제2플라이아이 렌즈(224)와 경화 대상물(130) 사이에 위치할 수 있다. 개구부(232)의 모서리들은 라운딩질 수 있다.
내부 케이스(242)는 통형상, 예를 들어 사각형 단면의 통형상이며, 하면에 관통구멍(242a)을 형성되어 있고, 상면은 개방되어 있을 수 있다.
광학렌즈부(220)의 제1플라이아이 렌즈(222)는 내부 케이스(242)에 내장되어 있다. 제1플라이아이 렌즈(222)는 내부 케이스(242)의 하면에 관통구멍(242a)을 향하여 배치되어 있다. 제1플라이아이 렌즈(222)에서 굴절된 UV 광은 관통구멍(242a)을 통해 제2플라이아이 렌즈(224) 방향으로 진행한다.
내부 케이스(242)는 판재들의 조립체로 구성되고, 제1플라이아이 렌즈(222) 등 구성요소들이 일반적으로 알려진 조립방식, 예를 들어 볼트-너트 체결방식이나, 홈-돌출부 삽입 방식에 의해 내부에 내장될 수 있다.
Z축 이동수단(246)은 내부 케이스(242)의 외부, 내부 케이스(242) 상에 배치된다. UV LED 광원부(210)는 Z축 이동수단(246) 상에 배치된다. Z축 이동수단(246)은 내부 케이스(242)의 외측 상면을 덮고, 양측면을 감싸는 구조이다.
UV LED 광원부(210)는 Z축 이동수단(246) 상에 배치된다. Z축 이동수단(246)은 UV LED 광원부(210)이 배치된 면에 홀(247)을 포함한다. UV LED 광원부(210)에서 발광한 UV 광이 이 홀(243)을 통해 제1플라이아이 렌즈(222)에 도달할 수 있다.
Z축 이동수단(246)이 외부 케이스(240)에 고정된 상태에서, 내부 케이스(242)가 Z축 이동수단(246)에 대해 상대적으로 이동하여, 내부 케이스(242)에 내장된 제1플라이아이 렌즈(222)와 외부 케이스(240)에 고정된 제2플라이아이 렌즈(224) 사이의 상대적인 거리를 조절할 수 있다. 이를 통해 UV LED 광원부(210)으로부터 발광한 UV 광이 제1플라이아이 렌즈(222)과 제2플라이아이 렌즈(224)을 통과하여 마스크(230)의 개구부(232)를 통과하여, 최종적으로 경화 대상물(130)에 도달하는 UV 광이 균질하게 형성되어 평행광이 구현되도록 조절할 수 있다.
제1플라이아이 렌즈(222)는 도 3에 도시한 바와 같이 볼록부의 곡률반경(Radius of Curvature)이 제1플라이아이 렌즈(222)의 볼록부의 곡률반경보다 상대적으로 클 수 있다.
도 3에는 제1플라이아이 렌즈(222)는 양면 모두 볼록하고 제2플라이아이 렌즈(224)는 양면 모두 볼록한 것으로 도시하였으나, 제1플라이아이 렌즈(222)는 양면 중 적어도 하나가 볼록하고, 제2플라이아이 렌즈(224)는 양면 중 적어도 하나가 볼록할 수 있다.
도 5는 도 2의 UV LED 광원부의 평면도이다.
도 5를 참조하면, UV LED 광원부(210)는 둘 이상의 파장들의 UV 광원을 조사하는 칩 온 보드(Chip On Board, COB) 타입 LED 광원장치일 수 있다. COB 타입 LED 광원장치는 단일 모듈을 형성하기 위해 제조업체에서 기판에 직접 결합한 여러 개의 LED 칩들(212)을 포함한다. LED 칩들(212)은 둘 이상의 파장들, 예를 들어 365nm, 375nm, 385nm, 405nm의 파장들의 UV 광원을 조사할 수 있다. UV LED 광원부(210)는 경화 대상물(130)의 필요에 따라서 둘 이상의 파장들 중 하나의 파장의 UV 광원을 조사할 수 있다.
UV LED 광원부(210)는 Z축 이동수단(246) 상에 LED 칩들(212)이 제1플라이아이 렌즈(222)를 향하도록 배치된다. UV LED 광원부(210)의 LED 칩들(212)에서 발광한 UV 광이 Z축 이동수단(246)의 홀(243)을 통과하여 제1플라이아이 렌즈(222)에 도달할 수 있다.
도 6은 도 3의 제1플라이아이 렌즈(222)와 제2플라이 아이 렌즈(224)의 양면의 형상들의 다양한 예들을 도시한 도면들이다.
도 3 및 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 전술한 바와 같이 제1플라이아이 렌즈(222)는 양면 모두 볼록하고 제2플라이아이 렌즈(224)는 양면 모두 볼록할 수 있다.
도 6의 (b) 내지 (f)에 도시한 바와 같이, 제1플라이아이 렌즈(222)는 양면 중 적어도 하나가 볼록하고, 제2플라이아이 렌즈(224)는 양면 중 적어도 하나가 볼록할 수 있다.
예를 들어, 도 6의 (b) 및 (c)에 도시한 바와 같이 제1플라이아이 렌즈(222)는 양면 모두 볼록하고 제2플라이아이 렌즈(224)는 양면 중 적어도 하나가 볼록할 수 있다. 특히, 도 6의 제2플라이아이 렌즈(224)는 경화 대상물 방향의 일면이 볼록할 수 있다. 이때 제2플라이아이 렌즈(224)의 다른 면은 평면할 수 있다. 이때 제2플라이아이 렌즈(224)의 다른 면이 평면이라는 것은 렌즈 제조 공정 중에 발생하는 설계공차나 공정 오차, 제품 공차에 따라 비평면화되는 것을 포함한다.
도 7a 및 도 7b는 도 2의 UV LED 광원부의 LED 칩들과 제1플라이아이 렌즈의 얼라인먼트가 틀어진 상태를 도시하고 있다.
도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 도 2의 경화 노광장치(200)를 도 1에 도시한 경화 노광시스템에 설치할 경우 다양한 원인에 따라 UV LED 광원부의 LED 칩들과 제1플라이아이 렌즈의 얼라인먼트가 틀어질 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 경화 노광장치의 일부 결합상태도이다.
도 8을 참조하면, 다른 실시예에 따른 경화 노광장치(200a)는 전체적으로 도 2를 참조하여 설명한 경화 노광장치(200)와 실질적으로 동일하다. UV LED 광원부(210)과 제1플라이아이 렌즈(210)이 내부 케이스(242)에 상하로 배치된다.
다만, 다른 실시예에 따른 경화 노광장치(200a)는 제1플라이아이 렌즈(210)를 거치하고, 내부 케이스(242)의 하면에 배치되고, Z축을 중심으로 XY축 회전이 가능한 XY축 이동장치(248)를 추가로 포함한다.
XY축 이동장치(248)는 제1플라이아이 렌즈(210)이 외부로 노출되는 관통홀(248a)와 관통홀(248a) 주위에 위치하는 체결홀(248b), 체결홀(248b)을 통해 XY축 이동장치(248)를 내부 케이스(242)에 고정시키는 체결구(248c)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 체결홀(248b)는 나사홀이고 체결구(248c)는 나사일 수 있다.
XY축 이동장치(248)는 Z축을 중심으로 XY축 회전이 가능하므로, XY축 이동장치(248)를 XY축 회전시킨 후 후 체결홈(248b)에 체결구(248c)를 체결하여 UV LED 광원부(210)의 LED 칩들(212)과 제1플라이아이 렌즈(210)의 틀어진 얼라인먼트를 조절할 수 있다. 도 9는 도시한 바와 같이 UV LED 광원부의 LED 칩들과 제1플라이아이 렌즈의 틀어진 얼라인먼트를 조절한 상태를 도시하고 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한 경화 노광장치(200)에 도 8을 참조하여 설명한 XY축 이동장치(248)를 적용하므로, 경화 노광장치(200)가 얼라인먼트를 조절하기 위한 XY 축으로 회전과 상기 제2플라이아이 렌즈와 상대적인 거리를 조절하기 위해 Z축 이동이 가능할 수 있다.
다시 말해 도 8을 참조하여 설명한 XY축 이동장치(248)가 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한 내부 케이스(242)의 하면에 설치될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 UV LED를 이용한 경화 노광장치에서 UV 광이 통과하는 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 UV LED를 이용한 경화 노광장치에서 UV 광이 통과하는 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 UV LED를 이용한 경화 노광장치에서 UV LED 광원, 광 도체 및 복수의 플라이 아이 렌즈를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 UV LED를 이용한 경화 노광장치에서 플라이 아이 렌즈가 단렌즈로 구비되고 광 도체가 구비되지 않았을 때 UV 광이 통과하는 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 10은 또다른 실시예에 따른 경화 노광장치의 사시도이다. 도 11은 도 10의 경화 노광장치에서 UV LED 광원부, 광 도체 및 제1,2플라이 아이 렌즈들을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 12는 도 10의 경화 노광장치에서 UV 광이 통과하는 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 13은 도 10의 경화 노광장치에서 UV 광이 통과하는 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 10 내지 도 13을 참조하면, 또다른 실시예에 따른 경화 노광장치(200b)는 경화 대상물(130)에 UV 광을 조사하는 UV LED 광원부(210)과, UV LED 광원부(210)과 경화 대상물(130) 사이에서 소정의 간격을 두고 배치되어 UV LED 광원부(210)에서 조사된 UV 광이 전면적에 걸쳐서 통과하는 광학렌즈부(220), 광학렌즈부(220)와 경화대상물(130) 사이에 개구부(232)를 포함하는 마스크(230)를 포함한다.
광학렌즈부(220)는 UV LED 광원 방향에 위치하는 제1플라이아이 렌즈(222)와 경화 대상물 방향에 위치하는 제2플라이 아이 렌즈(224)를 포함한다. 제1플라이아이 렌즈(222)와 제2플라이아이 렌즈(224) 중 적어도 하나 또는 둘 모두는 UV 실리콘 재질일 수 있다.
또다른 실시예에 따른 경화 노광장치(200b)는 종래에 UV 경화기에 주로 사용되어 온 UV 램프 광원 대신에 UV LED 광원부(210)을 사용한다. 전술한 바와 같이 UV LED 칩(212)은 UV 램프 방식과 달리 초기 투자금액이 고가라는 단점이 있으나, 광원 수명이 20000시간 정도로 길고, 열 변형이 거의 없기 때문에 별도의 배기 장치가 불필요하다는 장점이 있다. 또한, UV 칩(212)은 파장별로 선택적 광출력이 가능하여 원하는 파장의 UV만을 출력할 수 있으며, On/Off가 지연되는 시간이 없고, UV 램프 방식과 비교하여 크기가 소형인 장점도 가지고 있다.
또다른 실시예에 따른 경화 노광장치(200b)는 LED 광원부(210)과 경화 대상물(130) 사이의 광 경로 상에 UV LED 광원부(210)에 대응하여 배치되고, UV LED 광원부 방향보다 경화 대상물 방향으로 단면적이 넓어 광을 확산시키도록 구비되고, UV 실리콘 재질인 광 도체(Light pipe, 250)를 추가로 포함할 수 있다.
UV LED 광원부(210)의 LED 칩들(212)이 복수이고 UV LED 광원부(210)의 LED 칩들(212)의 수에 대응하는 수의 광 도체들(250)이 구비될 수 있다..
제1플라이아이 렌즈(210)의 단면적은 광 도체(250)의 단면적보다 크고, 마스크(230)의 개구부(232)의 개구면적은 제1플라이아이 렌즈(210)의 단면적보다 클 수 있다.
광 도체(250)는 UV LED 광원부(210)과 경화 대상물(130) 사이의 광 경로 상에 배치되고, UV LED 광원부(210)으로부터 조사되는 UV 광을 확산시키도록 구비된다. 여기서, 비록 자세히 도시되지는 않았으나, 광 도체(250)는 UV LED 광원부(210)로부터 약 0.1mm 내외의 간격을 두고 배치될 수 있다. 이와 같이, 광 도체(250)는 UV LED 광원부(210) 상에 소정의 간격을 두고 배치될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, UV LED 광원부(210) 및 광 도체(250) 사이의 간격 크기는 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다.
광 도체(250)가 UV LED 광원부(210)과 경화 대상물 사이의 광 경로 상에 배치됨으로써, UV LED 광원부(210)로부터 조사되는 UV 광의 손실률이 적어지고, 광 도체(250)를 통과한 UV 광이 균질하게 형성되어 평행광이 보다 쉽게 구현될 수 있다.
전술한 바와 같이, 복수의 UV LED 광원부(210)가 구비될 경우, UV LED 광원부(210)의 수에 대응하는 수의 광 도체(250)가 구비될 수 있다.
제1,2플라이 아이 렌즈(220, 230)는 광 도체(250)와 경화 대상물(130) 사이에서 소정의 간격을 두고 배치되어 광 도체(250)를 통과한 UV 광이 전면적에 걸쳐서 통과한다. 여기서, 제1,2플라이 아이 렌즈(220, 230)는 복수개로 구비되는 것이 바람직하다.
도 14는 도 10의 경화 노광장치에서 플라이 아이 렌즈가 단렌즈로 구비되고 광 도체가 구비되지 않았을 때 UV 광이 통과하는 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 제2플라이 아이 렌즈(230)가 단렌즈로 구비되고 광 도체(250)가 구비되지 않을 경우, UV LED 광원부(210)로부터 조사된 광이 점차 퍼지게 되어 정밀한 경화, 노광 작업이 불가능한 문제점이 있다. 따라서, UV LED 광원부(210)과 경화 대상물(130) 사이에서 광 도체(250) 및 제1,2플라이 아이 렌즈(220, 230)가 모두 구비되는 것이 바람직하다.
이와 같이, UV LED 광원부(210)로부터 조사된 UV 광은 광 도체(250), 제1,2플라이 아이 렌즈(220, 230)를 통과하면서 넓은 면적으로 경화 대상물에 균일하게 조사될 수 있다.
한편, 광 도체(250) 및 제1,2플라이 아이 렌즈(220, 230)는 UV 실리콘 재질인 것이 바람직하다. 종래의 광학 소재는 주로 쿼츠(Quartz) 소재, BK7소재 등이 사용되었으나, 이러한 소재들은 제작 작업 시 파손의 우려가 있기 때문에 로스(Loss)율이 높고, 생산 속도가 느린 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 광 도체(250) 및 제1,2플라이 아이 렌즈(220, 230)와 같은 광학 물질을 유리 소재가 아닌 UV 실리콘 소재로 제작함으로써, 생산속도를 높이고 파손의 우려를 감소시킬 수 있다. 구체적인 UV 실리콘 소재로서 Momentive 사(社)의 LST-7080J 소재가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
LST-7080J 소재는 현재 사용되는 UV 광에 대한 저항성이 있으며, 적용 온도가 약150℃ 정도로 높고, 광 투과율이 94%로 높아 광출력에 효과적이기 때문에 광학 물질의 소재로 사용하기에 적합하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 UV LED를 이용한 경화 노광장치는 UV 램프를 사용하는 경화 노광 공정을 친환경적인 UV LED로 대체하여 출력 및 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 15는 또다른 실시예에 따른 경화 노광장치의 일부 사시도이다.
또다른 실시예에 따른 경화 노광장치(200c)는 전술한 실시예들에 따른 경화 노광장치들(200a, 200b)에, 통형상의 적어도 일면에 냉각관통(245)이 배치된 내부케이스(242)와 내부 케이스(242) 내에 내장되면 냉각관통 방향으로 배치된 냉각기(247)를 추가로 포함할 수 있다.
냉각관통(245)과 냉각기(247)는 UV LED 광원부(210)에서 발생하는 열을 냉각시키기 위해 사용된다. 냉각기(247)는 예를 들어 바람을 일으키는 냉각팬이나 예를 들어 유체의 이동을 통해 열펌핑하는 냉각장치 등일 수 있다. 냉각관통(245)은 외부로 가열된 공기를 방출하는 기능을 할 수 있다.
또다른 실시예에 따른 경화 노광장치(200c)는 냉각기(247) 주위에 열전도가 낮은 금속 또는 합금의 냉각판을 추가로 포함할 수 있다.
도 16는 또다른 실시예에 따른 경화 노광장치의 UV LED 광원부와 반사통의 단면도이다.
또다른 실시예에 따른 경화 노광장치(200d)는 UV LED 광원부(210)과 광원ㄹ렌즈(220) 사이에 속이 빈 반사통(260)을 추가로 포함할 수 있다. 반사통(260)은 도 16에 도시된 바와 같이, 예를 들어 원뿔형상으로 UV LED 광원부(210)로부터 광원렌즈부(220)로 단면적이 크질 수 있다. 반사통(260)은 UV LED 광원부(210)과 접촉할 수 있다. 반사통(260)은 UV LED 광원부(210)에서 발광한 광을 일정한 방향으로 진행하도록 균일도를 향상시킬 수 있다.
이상 도면들을 참조하여 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않은다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 경화 대상물에 UV 광을 조사하는 UV LED 광원부;
    상기 UV LED 광원부과 상기 경화 대상물 사이에서 소정의 간격을 두고 배치되어 상기 UV LED 광원부에서 조사된 상기 UV 광이 전면적에 걸쳐서 통과하고, 상기 UV LED 광원부 방향에 위치하는 제1플라이아이 렌즈는 양면 중 적어도 하나가 볼록하고, 상기 경화 대상물 방향에 위치하는 제2플라이아이 렌즈는 양면 중 적어도 하나가 볼록하되 곡률반경이 제1플라이 아이 렌즈의 곡률반경보다 상대적으로 크고, UV 실리콘 재질인 광학 렌즈부;
    상기 제2플라이아이 렌즈와 상기 경화 대상물 사이에 개구부를 포함하는 마스크; 및
    상기 UV LED 광원과 상기 경화 대상물 사이의 광 경로 상에 상기 UV LED 광원부에 대응하여 배치되고, 상기 UV LED 광원부 방향보다 상기 경화 대상물 방향으로 단면적이 넓어 광을 확산시키도록 구비되고, UV 실리콘 재질인 광 도체(Light pipe); 및
    상기 제1플라이아이 렌즈와 UV LED 광원부의 얼라인먼트를 조절하기 위한 XY 축 이동수단과, 상기 제1플라이아이 렌즈와 상기 제2플라이아이 렌즈 사이 상대적인 거리를 조절하기 위해 Z축 이동수단을 포함하고,
    상기 UV LED 광원부의 광원이 복수이고 복수의 광원의 수에 대응하는 수의 상기 광 도체가 구비되는 경화 노광장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1플라이아이 렌즈는 양면 모두 볼록하고 상기 제2플라이아이 렌즈는 상기 경화 대상물 방향의 일면이 볼록한 경화 노광장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2플라이아이 렌즈의 다른 면은 평면인 경화 노광장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1플라이아이 렌즈는 양면 중 상기 UV LED 광원부 방향의 일면이 하나의 볼록한 면을 구성하는 경화 노광장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1플라이아이 렌즈의 단면적은 상기 광 도체의 단면적보다 크고, 상기 마스크의 개구부의 개구면적은 상기 제1플라이아이 렌즈의 단면적보다 큰 경화 노광장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 개구부의 모서리들은 라운딩진 경화 노광장치.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 경화 노광장치는,
    통형상의 적어도 일면에 관통공이 배치된 케이스;
    상기 케이스 내에 내장되면 상기 관통공 방향으로 배치된 냉각기; 및
    냉각판을 추가로 포함하는 경화 노광장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 UV LED 광원부는 둘 이상의 파장들의 UV 광원을 조사하는 COB 타입 LED 광원장치인 경화 노광장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 UV LED 광원부와 광원렌즈부 사이에 속이 빈 반사통을 추가로 포함하는 경화 노광장치.
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