KR20130056845A - 다수 열의 확장·축소가능한 ｌｅｄ－ｕｖ 모듈 - Google Patents
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Abstract
LED-UV 램프는 임의의 UV-경화 적용례에 따라 쉽게 특별주문제작된 UV-경화 프로세스 내에서 쉽게 교체가능하고 미세한 분해능으로 길이가 확장·축소가능하다. LED-UV 램프는 다수의 LED 열을 포함할 수 있고, 수 인치의 거리에 있는 기판으로 복사 출력을 효과적으로 전달하는 대응 광학계를 포함할 수 있다.
Description
본 출원은 35 U.S.C. 119 (e)에 따라 우선권을 주장하며, 2009년 8월 27일에 출원된 미국 가출원 제61/237,455호, 2009년 12월 5일에 출원된 미국 가출원 제61/267,021호 및 2009년 8월 27일에 출원된 미국 가출원 제61,237,436호를 참조로 인용한다.
본 발명은 LED-UV 램프에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 그 안에 광 개시제를 갖는 접착제, 코팅 및 잉크의 UV-경화의 적용례에 적절히 사용된다.
UV LED 램프는 UV-경화 프로세스 내에 영구적으로 장착된다. 사용되는 광학계에 따라서, UV LED램프는 균일도 및 세기가 최적화되도록 기판으로부터 특정 거리에 위치되는 것이 요구될 수 있다. 일부 UV LED 램프는 저 분해능으로 길이의 확장·축소가 가능하다(scalable).
UV LED 램프는 세정, 유지보수 등을 위해 제거하기 어렵고 시간이 드는 방식으로 UV-경화 프로세스 내에 장착된다. UV LED 램프는 UV-경화 프로세스 내에 고정된 지점에 장착되며, 그 지점 내에서의 위치는 UV 경화 LED 램프가 통합되는 프로세스 기계장치에 의해 종종 결정된다.
UV-경화 프로세스 내의 상이한 지점들은 UV LED 램프가 기판에 대해서 상이한 위치에 있는 것을 요구할 수 있다. 램프의 광학계에 의해 요구되는 위치와 UV-경화 프로세스의 기계장치에 의해 결정된 위치 사이에 충돌이 일어날 수 있으며, 이 시나리오는 UV LED 램프가 UV-경화 프로세스 내에 특정한 지점에 배치되는 것이 적절하지 않게 만든다.
만약 램프가 대체 위치에 요구된다면, 기존의 램프는 기존의 위치로부터 제거되고 요구된 위치에 재설치되어야 하며, 이 옵션은 UV LED 램프의 광학계에 의해 요구된 위치가 요구된 지점에서 이용가능한 위치와 양립가능한 경우에만 적합하거나, 그렇지 않으면 가능하다면 재설계된 광학계를 가진 새로운 램프를 구입해야 한다. 상이한 파장의 UV LED 램프들은 쉽게 교체가능하지 않을 수도 있다.
길이 확장성의 저 분해능은 이용가능한 램프 길이 옵션 특정 적용례에 대해 너무 짧거나 또는 너무 길다는 시나리오를 야기할 수 있고, 이는 UV LED 램프가 일부 UV-경화 적용례에 설치되는 것을 어렵게 하거나 불가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 만약 UV LED 램프의 길이가 3인치(7.62cm) 증분으로 확장·축소가능하며, 40인치(101.6cm) 램프가 요구된다면, 옵션은 39인치(99.06cm){13 x 3인치(7.62cm)}또는 42인치(106.68cm){14 x 3인치(7.62cm)}이다. 39인치(99.06cm) 램프는 너무 짧고, 램프의 단부에 경화되지 않은 제품을 야기할 수 있다. 42인치(106.68cm) 램프는 너무 길어 UV-경화 프로세스 내에 이용가능한 덮개에 맞지 않을 수 있다.
LED는 다양한 길이로 생산될 수 있는 짧은 소조립체 세그먼트 상에 장착되며, 이 세그먼트는 모듈의 길이를 따라 일렬로 진행하는 LED-UV 모듈 내에 쉽게 장착된다.
LED-UV 모듈 내에 쉽게 장착된 세그먼트에 LED를 조립하는 것은 LED 교체 프로세스를 간소화하고, 가능하게는 그 프로세스를 저렴하게 만든다. 만약 LED가 파손된다면, 파손된 LED가 조립된 세그먼트는 분리되고, 제거될 수 있으며, 그리고 새로운 세그먼트가 그 자리에 설치될 수 있다.
LED는 오래될수록 나빠질 수 있고, 그것들의 출력은 적용례를 위한 허용 레벨 아래로 감소할 수 있다. 이 경우에 LED-UV 램프의 소유자는 전체 모듈을 교체하는 것이 아니라 세그먼트를 새로운 것으로 교체하는 옵션을 가질 수 있다.
LED는 솔리드 스테이트(solid state) 반도체 장치이다. LED의 효율 및 출력은 과학적 발전이 이루어지고 제조 프로세스가 개선됨에 따라서 한 세대에서 다음 세대로 갈수록 증가할 수 있다. LED-UV 모듈의 소유자는 오래된 세그먼트를 개선된 작동 특징을 가진 새 것으로 교환하는 것에 의해 모듈을 쉽게 업그레이드하는 옵션을 갖는다.
다양한 길이의 세그먼트를 제공하는 것은 세그먼트 열의 길이가 모든 세그먼트가 동일한 길이인 경우에 가능한 것보다 더 미세한 분해능으로 확장·축소가능하게 하며, 동시에 LED 열을 조립하는데 요구되는 부품의 총 개수가 감소할 수 있다. 예를 들어, 세그먼트는 3인치(7.62cm)형, 4인치(10.16cm)형, 6인치(15.24cm)형으로 구성될 수 있다. 12인치(30.48cm) 세그먼트 열은 6인치(15.24cm) 세그먼트 2개를 연결함으로써 조립될 수 있다. 13인치(33.02cm) 세그먼트 열은 6인치(15.24cm) 세그먼트, 4인치(10.16cm) 세그먼트 및 3인치(7.62cm) 세그먼트를 연결함으로써 조립될 수 있다. 14인치(35.56cm) 세그먼트 열은 6인치(15.24cm) 세그먼트와 4인치(10.16cm) 세그먼트 2개를 연결함으로써 조립될 수 있다. LED 열은 1인치(2.54cm) 분해능에 의해 다양한 길이로 조립될 수 있다. 반면에, 예를 들어 3인치(7.62cm)형인 하나의 세그먼트만이 만들어졌다면, 가능한 LED 열 길이의 분해능은 3인치(7.62cm)이며, 특별주문제작을 위해 이용가능한 길이 옵션의 수가 줄어든다. 세그먼트는 1인치(2.54cm) 분해능을 달성하기 위해 1인치(2.54cm)형으로 만들어질 수 있지만, 그렇게 하는 것은 열을 구성하는데 요구되는 부품의 개수를 증가시킴으로써 조립의 복잡성이 증가할 수 있다.
주 모듈 본체는 모듈의 길이만큼 연장되는 표면을 포함하며, LED 세그먼트들은 그 위에 장착될 수 있다.
이 표면은 LED 세그먼트의 정확한 위치결정 및 쉬운 장착을 제공한다.
주 모듈 본체는 모듈의 길이만큼 진행하고 LED 세그먼트에 장착된 표면 근처를 지나도록 위치된 냉각제 통로를 가지는 일체형 히트 싱크 특징부를 포함한다.
히트 싱크 특징부는 LED로부터 열을 효과적으로 추출하는 간단한 수단을 제공한다. 이것은 LED 접합부의 온도를 만족할만하게 낮은 레벨로 유지하고, 따라서 LED의 수명을 최대화한다.
모듈은 교환할 수 있도록 설계되고, 공구의 사용 없이 UV-경화 프로세스 내에 견고하게 장착된 도킹 포트에 빠르고 쉽게 설치되거나 제거될 수 있다.
호환성은 모듈이 세정, 수리, 유지보수 등을 위해 UV-경화 프로세스로부터 쉽게 제거되게 한다. 상이한 파장의 LED-UV 모듈들이 UV-경화 프로세스 내에 설치될 수 있고, 모듈들은 도킹 포트가 이용될 수 있는 한 UV-경화 프로세스 내의 상이한 위치들 사이에서 이동될 수 있다. UV-경화 프로세스 내에 연관된 도킹 포트로부터 LED-UV 모듈의 제거 및 설치는 공구가 사용되지 않는 과정이고, 특별한 기술이 없는 사람들에 의해서도 이루어질 수 있다.
모든 필요 연결부(예를 들어, 전력, 통신, 액체 냉각)는 LED-UV 모듈을 도킹 포트 내에 설치할 때 자동으로 만들어지고, LED-UV 모듈을 도킹 포트로부터 제거하는 동안 자동으로 분리된다.
LED-UV 모듈의 삽입 및 제거시의 LED-UV 모듈과 도킹 포트 사이의 연결부의 자동 결합 및 해제는 연결부가 적절하게 만들어지는 것을 보장하고, 시간을 절약하며, UV-경화 프로세스의 전체적인 작동이 사용자들에게 더 편리하도록 만든다.
모든 연결 장치(예를 들어, 전기적 핀, 냉각제 밸브)는 LED-UV 모듈의 외부 표면 너머로 돌출되지 않도록 위치된다.
모듈의 외부 표면 너머로 돌출되지 않도록 연결부를 설계하는 것은 연결부를 손상으로부터 보호한다. LED-UV 모듈이 UV-경화 프로세스로부터 쉽게 제거될 수 있는 방식으로 설계됨으로써, 모듈을 취급하는 것으로부터 발생되는 연결부의 손상 가능성은 현저히 감소될 것이다.
LED-UV 모듈은 균일도 또는 광학적 (복사) 세기의 현저한 손실없이 경화되는 기판에 대하여 다양한 거리 및 장착 위치를 허용하는 포물선형 또는 타원형 홈통형(trough) 반사기를 사용하는 통상의 광학 설계를 포함할 수 있다.
일반적으로 LED는 스스로 LED 칩에 의한 광 출력의 세기가 관찰지점과 LED 칩의 표면 법선 사이 각도의 코사인 값에 직접적으로 비례하는 램버시안(Lambertian) 발광 패턴을 나타낸다. 포물선형 또는 타원형 홈통형 반사기는 효과적으로 광을 모으고 최소한의 세기의 손실로 그리고 매우 균일한 방식으로 LED-UV 모듈의 베이스로부터 다양한 거리(즉, 수 분의 1인치에서 수 인치까지)에 위치된 기판에 투사한다.
반사기의 사용 없이, LED-UV 모듈은 기판으로부터 고정된 광학계-의존 거리에, 또는 일부 UV-경화 프로세스에 의해 허용가능한 것보다 기판에 더 가깝게 또는 UV-경화 프로세스 내의 일부 지점에 배치될 필요가 있을 수 있다. 일례는 매엽식(sheet-fed) 인쇄 프레스일 수 있다. 매엽식 인쇄에서, 시트를 파일 위로 전달하기 전에 프레스의 종료부에서 UV-경화 코팅을 도포하기에 앞서 UV-경화 잉크 또는 스팟 바니시를 "고정(pin)"하거나 "건조(dry)"시키기 위해 인쇄기의 잉킹 유닛을 뒤따르는 하나 이상의 UV-경화 잉크의 도포 바로 다음에 하나 이상의 LED-UV 모듈을 배치하는 것이 일반적으로 바람직하다. 잉킹 단위 경화 위치(잉킹 유닛 바로 다음)에서, 인쇄 기계의 다양한 제조원 및 모델에 의해 제공되는 공간 제약에 맞추기 위한 더 용이한 기계적 장착의 이점을 위해 LED-UV 모듈을 기판에 더 가깝게{일반적으로 1인치(2.54cm) 내지 3인치(7.62cm)} 위치시키는 것이 바람직하다. 그러나, 프레스 종료부 경화 위치에서, 대부분의 인쇄기에 의해 제공되는 시트 이송의 방법은 프레스 종료부 시트 배출 구역을 통한 더 가까운 기계적 위치를 허용하지 않으며, LED-UV 모듈이 기판으로부터 3인치(7.62cm) 내지 5인치(12.7cm)만큼 떨어져서 장착되는 것을 요구한다. 만약 LED-UV 모듈이 기판에 너무 가깝게 위치되면, 인쇄 프레스의 움직이는 기계부품들과 충돌한다. 반사기 스타일 광학계의 사용은 도달하기 어렵거나 실행할 수 없는 장착 위치를 가지거나 그리고/또는 공정의 다양한 지점들 사이에 LED-UV 모듈의 다수의 교환할 수 없는 광학적 디자인을 요구하던 UV-경화 프로세스 내에서 광학적 균일도 또는 복사 세기의 현저한 손실없이 기판까지 상이한 거리에 있는 다수의 도킹 또는 장착 위치에 본 발명의 LED-UV 모듈의 단일의, 교체가능한 디자인이 배치되는 것을 가능하게 한다.
LED-UV 모듈은 다양한 UV 파장에서 이용가능하고, 각각의 파장 모듈은 서로 교환될 수 있고, 따라서 UV-경화 프로세스 내의 임의의 도킹 포트에 적용될 수 있다.
상이한 종류의 UV 경화 제품은 상이한 파장의 UV 광이 조사될 때 가장 효과적으로 경화될 수 있다. 예를 들어, 투명한 제품들은 긴 파장의 UV 광에서 효과적으로 경화될 수 있는 반면, 어둡고 더 심하게 착색된 제품들은 더 짧은 파장의 UV 광에서 더 효과적으로 경화될 수 있다. 전체적인 시스템 성능은 경화되는 UV-경화 제품의 선호에 따라서 UV-경화 프로세스 내에서 여러 파장의 LED-UV 모듈들을 교환하는 능력에 의해 최대화될 수 있다.
LED-UV는 다수의 인접한 평행한 LED 열을 포함할 수 있고, 각각의 열은 대응하는 홈통형 반사기를 비춘다.
각각의 열이 대응하는 홈통형 반사기를 비추는 다수의 인접한 평행한 LED 열을 포함하는 것은 LED 열의 개수와 동일한 인자에 의해 LED-UV 모듈에 의한 복사 출력이 증가할 것이다. 이 실시예의 단일 램프는 단일 열 실시예의 다수의 램프와 동일한 복사 출력을 가질 수 있고, 단일 열 실시예의 다수의 램프와 비교하여 더 낮은 비용 및 더 작은 형상 인자(form factor)의 추가된 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 LED-UV 모듈의 일 실시예의 등각도이다.
도 2a는 도 1의 실시예의 평면도이다.
도 2b는 도 1의 실시예의 측면도이다.
도 2c는 도 1의 실시예의 단부도이다.
도 3은 도 2b의 선 A-A를 따른 도 1 및 도 2에 도시된 LED-UV 모듈의 실시예의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 LED 세그먼트 조립체의 일 실시예의 사시도이다.
도 5는 기판 상의 LED로부터의 UV 광의 이동을 돕기 위한 홈통형 반사기의 적용례의 일 실시예의 단면도이다.
도 6은 복수의 인접한 평행한 LED 열과 다수의 홈통형 반사기를 포함하는 본 발명의 LED-UV 모듈의 또 다른 실시예의 등각도이다.
도 7a는 도 6에 도시된 LED-UV의 평면도이다.
도 7b는 도 6의 LED-UV의 측면도이다.
도 7c는 도 6에 도시된 LED-UV 모듈의 단부도이다.
도 8은 도 7b의 선 A-A를 따른 도 6 및 도 7a 내지 도 7c에 도시된 LED-UV 모듈의 실시예의 단면도이다.
도 9는 LED로부터의 UV 광의 기판으로의 이동을 돕고 이용가능한 복사 출력을 증가시키는 복수의 홈통형 반사기의 적용례의 일 실시예이다.
전술된 도면들은 본 발명의 실례이고 발명의 범주를 제한을 의도하지 않는다고 이해되어야 한다.
도 2a는 도 1의 실시예의 평면도이다.
도 2b는 도 1의 실시예의 측면도이다.
도 2c는 도 1의 실시예의 단부도이다.
도 3은 도 2b의 선 A-A를 따른 도 1 및 도 2에 도시된 LED-UV 모듈의 실시예의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 LED 세그먼트 조립체의 일 실시예의 사시도이다.
도 5는 기판 상의 LED로부터의 UV 광의 이동을 돕기 위한 홈통형 반사기의 적용례의 일 실시예의 단면도이다.
도 6은 복수의 인접한 평행한 LED 열과 다수의 홈통형 반사기를 포함하는 본 발명의 LED-UV 모듈의 또 다른 실시예의 등각도이다.
도 7a는 도 6에 도시된 LED-UV의 평면도이다.
도 7b는 도 6의 LED-UV의 측면도이다.
도 7c는 도 6에 도시된 LED-UV 모듈의 단부도이다.
도 8은 도 7b의 선 A-A를 따른 도 6 및 도 7a 내지 도 7c에 도시된 LED-UV 모듈의 실시예의 단면도이다.
도 9는 LED로부터의 UV 광의 기판으로의 이동을 돕고 이용가능한 복사 출력을 증가시키는 복수의 홈통형 반사기의 적용례의 일 실시예이다.
전술된 도면들은 본 발명의 실례이고 발명의 범주를 제한을 의도하지 않는다고 이해되어야 한다.
이하는 본 발명의 LED-UV 모듈의 가능한 실시예의 설명이다. 다음의 예시 및 도면은 본 기술 분야의 숙련자들에게 어떻게 본 발명을 효과적으로 설계하고 실행하는지 교시하기 위한 것이지만, 본 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다. 발명의 상세한 설명에 개시된 특징 및 방법들은 본 발명의 개선된 장치 및 이를 제조하는 방법을 제공하기 위해 개별적으로 또는 다른 특징 및 방법과 연계되어 사용될 수 있다. 상세한 설명에 개시된 특징 및 방법은 가장 넓은 의미에서 본 발명을 실행하는 것에 필요하지 않을 수 있지만, 본 기술분야의 숙련자가 본 발명의 세부사항을 더 이해할 수 있도록 제공된다.
본 발명의 LED-UV 램프 및 이러한 램프를 수용하는 도킹 시스템은 발명의 명칭이 "교환가능한 UV LED 경화 시스템(Interchangeable UV LED Curing System)"인 미국특허출원 XX/XXX,XXX(대리인 정리 번호가 1013.09US02)에 개시되어 있으며, 이러한 출원의 전체 내용은 본원에 참조로 포함된다.
도 1, 도 2a 내지 도 2c 및 도 3을 참조하면, 전기 연결부(102), 냉각제 밸브(104), 모듈 본체(106), 모듈 커버(108), 연결부 단부 캡(110), 크로스-오버 단부 캡(112), 정렬 핀(pin)(114), 투명 커버(116), 홈통형 반사기(118), 냉각제 통로(120), LED 세그먼트(122) 및 LED 세그먼트(122)를 장착하기 위한 모듈 본체(106)의 표면(124)을 가진 LED-UV 모듈(100)이 도시된다.
전기 연결부(102)는 LED-UV 모듈(100)의 연결부 단부(126)에 위치될 수 있고 연결부 단부 캡(110)에 장착될 수 있다. LED-UV 모듈(100)을 취급하는 동안 손상으로부터 전기 핀(102)을 보호하기 위해, 전기 연결부(102)는 연결부 단부 캡(110)의 외부 표면 너머로 돌출하지 않도록 함몰 방식으로 연결부 단부 캡(110)에 장착될 수 있다. 전기 연결부(102)는 LED-UV 모듈(100)로부터 UV-경화 프로세스 내의 도킹 포트에 존재하는 정합하는 전기 연결부에 전력을 전달하고 가능하게는 통신하는데 이용될 수 있다. 전기 연결부는 핀 및 소켓 타입 연결부일 수 있다.
냉각제 밸브(104)는 LED-UV 모듈(100)의 연결부 단부(126)에 위치될 수 있고 연결부 단부 캡(110)에 장착될 수 있다. LED-UV 모듈(100)을 취급하는 동안 손상으로부터 냉각제 밸브(104)를 보호하기 위해, 냉각제 밸브(104)는 연결부 단부 캡(110)의 외부 표면 너머로 돌출하지 않도록 연결부 단부 캡(110)에 위치될 수 있다. 냉각제 밸브(104)는 도킹 포트에 존재하고 냉각제 유체가 LED-UV 모듈(100)을 통해 유동하도록 공급 및 회수를 제공하는 정합하는 냉각제 밸브에 연결될 수 있다. 냉각제 밸브(104) 및 도킹 포트에 있는 정합하는 냉각제 밸브는 결합될 때 자동으로 가압 개방되고, 결합 해제되었을 때 자동으로 스프링에 의해 폐쇄되는 스프링 작동식 포핏(poppet) 스타일 밸브일 수 있다.
모듈 본체(106)는 LED-UV 모듈(100)의 주 지지 구성요소일 수 있다. 모듈 본체(106)에 두 개의 현저한 특징부는 LED 세그먼트(122)가 위치하는 표면(124), 그리고 냉각제 통로(120)일 수 있다. 모듈 본체(106)는 투명 커버(116)의 일 모서리를 지지할 수 있다. 모듈 본체(106)는 알루미늄과 같이 양호한 열 전도체인 재료를 압출물로 만들어질 수 있다.
모듈 커버(108)는 LED-UV 모듈(100) 조립체의 최종 구성요소로서 기능을 하고 모든 내부 구성요소를 덮는다. 모듈 커버(108)는 정확한 지점과 형상으로 홈통형 반사기(118)를 유지하는 특징부를 포함할 수 있다. 모듈 커버(108)는 투명 커버(116)의 일 모서리를 지지할 수 있다. 모듈 커버(108)는 압출물로 만들어질 수 있고, 재료는 적절하게는 모듈 본체(106)의 재료와 동일할 수 있다.
연결부 단부 캡(110)은 전기 연결부(102), 냉각수 밸브(104) 및 정렬 핀(pin)(114)을 위한 장착 구조물로서 기능을 할 수 있다. 연결부 단부 캡(110)은 LED-UV 모듈(100)의 연결부 단부(126)를 형성하기 위해 모듈 본체(106)의 적절한 단부에 장착될 수 있다. 전력 및 통신은 전기 연결부(102)를 통해 연결부 블록(110)을 통과하여 LED-UV 모듈(100)의 내부로 진행한다. 액체 냉각제는 연결부 블록(110)이 모듈 본체(106)에 장착되는 경계부(128)에서 냉각제 밸브(104)와 냉각제 통로(120) 사이에서 유동한다. 경계부(128)에서 액체 냉각제가 누설되는 것을 막기 위해 경계부는 O-링과 같은 가스켓으로 밀봉될 수 있다.
크로스-오버 단부 캡(112)은 LED-UV 모듈(100)의 크로스-오버 단부(130)을 형성하는 연결부 블록(110)에 대향하는 모듈 본체(106)의 단부에 장착된다. 크로스-오버 단부 캡은 통로를 포함하며, 이 통로는 냉각제 통로(120) 중 하나를 다른 것에 연결시켜, 액체 냉각제가 냉각제 밸브(104) 중 하나를 통해 LED-UV 모듈(100) 안으로 유동하며, 물 통로(120) 중 하나를 통과하고, 크로스-오버 단부 캡(112)의 통로를 통과하고, 물 통로(120) 중 다른 하나를 통과하고, 그리고나서 냉각제 밸브(104) 중 다른 하나를 통해 LED-UV 모듈(100)을 빠져나가는 회로를 형성한다. 크로스-오버 단부 캡(112)과 모듈 본체(106) 사이의 경계부(132)는 경계부(132)에서 액체 냉각제가 누설되는 것을 막기 위해 O-링과 같은 가스켓으로 밀봉될 수 있다.
정렬 핀(pin)(114)은 LED-UV 모듈의 연결부 단부에 위치될 수 있고, 연결부 블록(110)에 장착될 수 있다. 정렬 핀(pin)(114)은 도킹 포트에 존재하는 정합하는 연결부와 결합하기 전에 연결부(102, 104)들을 정렬하는 기능을 한다.
투명 커버(116)는 가장 적절하게는 석영, 유리, 아크릴 등과 같은 UV 투과성이 매우 높은 내구성있는 재료로 만들어진다. 투명 커버(116)는 LED-UV 모듈의 내부 구성요소를 보호하는 보호 창으로서 기능하면서도, LED에 의해 발생된 광이 투명 커버를 통과하도록 허용한다. 투명 커버는 모듈 본체(106)에 의해 일 모서리에서 지지되고 모듈 커버(108)에 의해 대향하는 모서리에서 지지될 수 있다. 투명 커버(116)의 단부(134)는 일 단부의 연결부 단부 캡(110)과 다른 단부의 크로스-오버 단부 캡(112)에 끼워질 수 있다.
반사기(118)는 아크릴 거울, 연마된 금속 등과 같은 UV 반사성이 높은 재료로 만들어지고, LED-UV 모듈(100)에 설치되기 전에 형상이 형성될 수 있다. 반사기(118)는 모듈 커버(108) 내의 정합하는 특징부에 의해 제 위치와 형상으로 유지될 수 있다. 반사기는 홈통형일 수 있고, LED에 의해 방출된 UV 광을 기판 상에 전달하는 포물선형 또는 타원형 기하하적 형상을 포함할 수 있다.
냉각제 통로(120)는 모듈 본체(106)의 길이만큼 진행하고 LED 세그먼트(122)가 장착되는 표면(124) 근처를 통과하도록 위치된다. 냉각제 통로(120)는 LED에 의해 발생되는 열의 제거를 용이하게 하고 모듈 본체(106)의 온도가 그러한 모듈의 길이에 걸쳐 기본적으로 일정하도록 위치될 수 있다. LED의 P/N 접합부에서 발생되는 열은 LED 세그먼트(122)로부터 모듈 본체(106)로 전도되고, 여기서 냉각제 통로(120)의 표면에서의 대류에 의해 액체 냉각제로 전달된다. 냉각제 통로는 액체 냉각제 안으로 돌출하는 핀(fin) 특징부(136)을 포함할 수 있다. 핀(fin) 특징부(136)는 냉각제 통로(120)의 대류 표면적을 증가시키는 기능을 할 뿐만 아니라 관련된 대류 계수를 증가시키는 액체 냉각제 내의 난류를 발생시킨다. 핀(fin) 특징부는 또한 모듈 본체를 통한 열전도의 속도를 증가시킬 수 있다. 냉각제 통로(120)에 핀(fin) 특징부(136)가 존재하는 것은 모듈 본체(106)로부터 액체 냉각제로의 열 대류 속도를 증가시키는 기능을 하며, 이는 결국 낮은 LED 접합부 온도로 귀결된다. 낮은 LED 접합부 온도는 더 긴 LED 수명을 가능하게 한다.
LED 세그먼트(122)의 일 실시예가 도 4에 도시되어 있다. LED 세그먼트(122)는 열 전달 판(138), 복수의 LED 패키지 또는 세그먼트(140), 열 인터페이스 재료(142), LED 패키지(140)를 열 전달 판(138)에 부착하기 위한 파스너(144)로 구성될 수 있다. LED 패키지(140)는 기성 패키지이거나 맞춤설계될 수 있다. LED 패키지(140) 규격은 적절하게는 낮은 열 저항, 높은 UV 출력 및 신속 분리 전력 단자(146)일 수 있다. LED 세그먼트(122)는 LED 세그먼트(122)로부터 모듈 본체(106)로의 열 전달를 최대화하는 방식으로 모듈 본체(106)에 대한 체결을 가능하게 하기 위해 볼트 구멍(148)과 같은 장착 특징부를 포함할 수 있다. 다수의 LED 세그먼트(122)는 적절하게는 긴 LED 열을 형성하도록 길이방향의 단부 대 단부 구성으로 모듈 본체에 장착될 수 있다. LED 세그먼트(140)는 LED 선 밀도(예를 들어, 인치당 LED의 개수)를 최대화하는 방식으로 설계되고, LED 세그먼트(140)는 긴 LED 열을 형성하도록 길이방향의 단부 대 단부 구성으로 LED 세그먼트(140)를 조립할 때 더 미세한 길이 분해능을 가능하게 하는 다양한 길이로 설계될 수 있다. 미세한 길이 분해능은 다양한 길이의 UV-경화 적용례를 위한 특별주문제작을 용이하게 한다. 다양한 길이의 세그먼트(140)를 제공하는 것은 모든 세그먼트(140)가 동일한 길이인 경우에 가능한 것보다 더 미세한 분해능으로 세그먼트(140) 열의 길이가 확장·축소가능하게 하며, 동시에 LED 열을 조립하는데 요구되는 부품의 총 개수는 감소할 수 있다. 예를 들어, 세그먼트(140)는 3인치(7.62cm)형, 4인치(10.16cm)형, 6인치(15.24cm)형으로 구성될 수 있다. 12인치(30.48cm) 세그먼트(140) 열은 6인치(15.24cm) 세그먼트 2개를 연결함으로써 조립될 수 있다. 13인치(33.02cm) 세그먼트(140) 열은 6인치(15.24cm) 세그먼트, 4인치(10.16cm) 세그먼트 및 3인치(7.62cm) 세그먼트를 연결함으로써 조립될 수 있다. 14인치(35.56cm) 세그먼트(140) 열은 6인치(15.24cm) 세그먼트와 4인치(10.16cm) 세그먼트 2개를 연결함으로써 조립될 수 있다. LED 세그먼트(140) 열은 1인치(2.54cm) 분해능으로 다양한 길이로 조립될 수 있다. 반면에, 만약 예를 들어 3인치(7.62cm)형으로 하나의 세그먼트(140)만 만들어졌다면, 가능한 LED 열의 길이의 분해능은 3인치(7.62cm)이며, 특별주문제작을 위해 이용가능한 길이 옵션의 수가 줄어든다. 세그먼트(140)는 1인치(2.54cm) 분해능을 달성하기 위해 1인치(2.54cm)형으로 만들어질 수 있지만, 그렇게 하는 것은 열을 구성하는데 요구되는 부품의 개수를 증가시킴으로써 조립의 복잡성을 증가시킬 수 있다.
도 5는 어떻게 홈통형 반사기(118)의 구현예가 LED로부터 수 인치의 거리(154)에 있는 기판(152) 상에 광(150)을 전달하는지 도시한다. 이 타입의 광학구성은 LED-UV 모듈을 기판에 거의 근접하게 배치할 수 없는 UV-경화 적용례에 매우 적합하다.
일부 UV-경화 적용례는 단일 LED 세그먼트(122) 열을 가지는 LED-UV 모듈(100)이 제공할 수 있는 것보다 더 많은 UV 출력을 요구할 수 있다. 본 발명의 LED-UV 모듈(100)의 대체 실시예는 별개의 홈통형 반사기(118)들을 비추는 두 개 이상의 인접한 평행한 LED 세그먼트(122) 열로 구성될 수 있다.
도 6, 도 7a 내지 도 7c 및 도 8을 참조하면, 전기 연결부(202), 냉각제 밸브(204), 제1 모듈 커버(206), 제2 모듈 커버(208), 연결부 단부 캡(210), 크로스-오버 단부 캡(212), 정렬 핀(pin)(214), 투명 커버(216), 복수의 홈통형 반사기(218), 냉각제 통로(220), LED 세그먼트(122), 히트 싱크(224) 및 LED 세그먼트(122)에 장착되는 히트 싱크(224)의 표면(226)을 가진 LED-UV 모듈(200)이 도시되어있다.
전기 연결부(202)는 LED-UV 모듈(200)의 연결부 단부(228)에 위치되고 연결부 단부 캡(210)에 장착될 수 있다. 전기 연결부(202)는 LED-UV 모듈(200)로부터 UV-경화 프로세스 내의 도킹 포트에 존재하는 정합하는 전기 연결부에 전력을 전달하고 가능하게는 통신을 하는데 이용된다. 전기 연결부는 핀 및 소켓 타입 연결부일 수 있다.
냉각제 밸브(204)는 LED-UV 모듈(200)의 연결부 단부(228)에 위치될 수 있고 연결부 단부 캡(210)에 장착될 수 있다. LED-UV 모듈(200)을 취급하는 동안 냉각제 밸브(204)를 손상으로부터 보호하기 위해, 냉각제 밸브(204)는 연결부 단부 캡(210)의 외부 표면 너머로 돌출하지 않도록 연결부 단부 캡(210)에 위치될 수 있다. 냉각제 밸브(204)는 도킹 포트에 존재하고 냉각제 유체가 LED-UV 모듈(200)을 통해 유동하도록 공급 및 회수를 제공하는 정합하는 냉각제 밸브에 연결된다. 냉각제 밸브(204) 및 도킹 포트에 있는 정합하는 냉각제 밸브는 결합될 때 자동으로 가압 개방될 수 있고, 해제되었을 때 자동으로 스프링에 의해 폐쇄되는 스프링 작동식 포핏(poppet) 스타일 밸브일 수 있다.
제1 모듈 커버(206)는 LED-UV 모듈(200)의 일 측면을 덮는다. 제1 모듈 커버(206)는 정확한 위치와 형상으로 홈통형 반사기(218)를 유지시키는 특징부를 포함할 수 있고, 제1 모듈 커버(206)는 투명 커버(216)의 일 모서리를 지지할 수 있다. 제1 모듈 커버(206)는 알루미늄 또는 플라스틱과 같은 재료의 압출물로 만들어질 수 있다.
제2 모듈 커버(208)는 LED-UV 모듈(200)의 다른 측면을 덮는다. 제2 모듈 커버(208)는 정확한 위치와 형상으로 또 다른 홈통형 반사기(218)를 유지시키는 특징부를 포함할 수 있고, 제2 모듈 커버(208)는 투명 커버(216)의 다른 모서리를 지지할 수 있다. 제2 모듈 커버(208)는 알루미늄 또는 플라스틱과 같은 재료의 압출물로 만들어질 수 있다.
연결부 단부 캡(210)은 전기 연결부(202), 냉각수 밸브(204) 및 정렬 핀(pin)(214)을 위한 장착 구조물로서 기능한다. 연결부 단부 캡(210)은 LED-UV 모듈(200)의 연결부 단부(228)를 형성하는 LED-UV 모듈(200)의 적절한 단부에 장착된다. 전력 및 통신은 전기 연결부(202)를 통해 연결부 블록(210)을 통과하여 LED-UV 모듈(200)의 내부로 진행한다. 액체 냉각제는 연결부 블록(210)이 히트 싱크(224)에 장착되는 경계부(230)에서 냉각제 밸브(204)와 냉각제 통로(220) 사이에서 유동할 수 있다. 경계부(230)에서 액체 냉각제가 누설되는 것을 막기 위해 경계부는 O-링과 같은 가스켓으로 밀봉될 수 있다.
크로스-오버 단부 캡(212)은 LED-UV 모듈(200)의 크로스-오버 단부(232)를 형성하는 연결부 블록(210)에 대향하는 LED-UV 모듈(200)의 단부에 장착된다. 크로스 오버 단부 캡(212)은 통로를 포함하며, 이 통로는 냉각제 통로(220) 중 하나를 다른 것에 연결시켜, 액체 냉각제가 냉각제 밸브(204) 중 하나를 통해, 물 통로(220)들 중 하나를 통해 LED-UV 모듈(200) 안으로 유동하며, 크로스-오버 단부 캡(212)의 통로를 통과하고, 물 통로(220) 중 다른 하나를 통과하고, 그리고나서 냉각제 밸브(204)들 중 하나를 통해 LED-UV 모듈(200)을 빠져나가는 회로를 형성한다. 크로스-오버 단부 캡(212)과 모듈 본체(206) 사이의 경계부(234)는 경계부(234)에서 액체 냉각제가 누설되는 것을 막기 위해 O-링과 같은 가스켓으로 밀봉된다.
정렬 핀(pin)(214)은 LED-UV 모듈의 연결부 단부에 위치되고 연결부 블록(210)에 장착될 수 있다. 정렬 핀(pin)(214)은 도킹 포트에 존재하는 정합하는 연결부와 결합하기 전에 연결부(202, 204)들을 정렬하는 기능을 한다.
투명 커버(216)는 가장 적절하게는 석영, 유리, 아크릴 등과 같은 UV 투과성이 매우 높은 내구성있는 재료로 만들어진다. 투명 커버(216)는 LED-UV 모듈의 내부 구성요소를 보호할 수 있는 보호 창으로서 기능하면서도, LED에 의해 발생된 광이 투명 커버(216)를 통과하도록 허용한다. 투명 커버(216)는 제1 모듈 본체(206)에 의해 일 모서리에서 지지되고 제2 모듈 커버(208)에 의해 대향하는 모서리에서 지지될 수 있다. 투명 커버(216)의 단부(234)는 일 단부의 연결부 단부 캡(210)과 다른 단부의 크로스-오버 단부 캡(212)에 끼워질 수 있다.
반사기(218)는 UV 반사성이 높은 재료로 만들어질 수 있고 LED-UV 모듈(200)에 설치되기 전에 형상이 형성될 수 있다. 반사기(218)는 제1 및 제2 모듈 커버(206, 208)에 있는 정합하는 특징부에 의해 제 위치와 형상으로 유지될 수 있다. 반사기(218)는 홈통형일 수 있고 LED에 의해 방출된 UV 광을 기판 상에 전달하는 포물선형 또는 타원형의 기하학적 형상을 포함할 수 있다.
냉각제 통로(220)는 히트 싱크(224)의 길이만큼 진행하고 LED 세그먼트(122)가 장착되는 표면(226) 근처를 통과하도록 위치된다. 냉각제 통로(220)는 LED에 의해 발생되는 열의 제거를 용이하게 한다. LED의 P/N 접합부에서 발생되는 열은 LED 세그먼트(122)로부터 히트 싱크(224)로 전도되고, 여기서 냉각제 통로(220)의 표면에서의 대류에 의해 액체 냉각제로 전달된다. 냉각제 통로는 액체 냉각제 안으로 돌출하는 핀 특징부(238)를 포함할 수 있다. 핀 특징부(238)는 냉각제 통로(220)의 대류 표면적을 증가시키는 기능을 할 뿐만 아니라 관련된 대류 계수를 증가시키는 액체 냉각제 내의 난류를 발생시킨다. 핀(fin) 특징부(238)는 또한 모듈 본체를 통한 열전달의 속도를 증가시킬 수 있다. 냉각제 통로(220)에 핀(fin) 특징부(238)가 존재하는 것은 히트 싱크(224)로부터 액체 냉각제로의 열 대류 속도를 증가시키는 기능을 하며, 이는 결국 낮은 LED 접합부 온도로 귀결된다. 낮은 LED 접합부 온도는 더 긴 LED 수명을 가능하게 한다.
도 9는 어떻게 복수의 홈통형 반사기(218)의 구현예가 다수의 인접한 평행한 LED 열로부터 수 인치의 거리(244)에 있는 기판(242) 상에 광(240)을 효과적으로 전달하는지 도시한다. 이 타입의 광학 구성은 LED-UV 모듈을 기판에 인접하게 배치할 수 없고 다수의 LED-UV 램프(100)의 파워가 단일 위치에 요구되는 UV-경화 적용례에 매우 적합하다.
본 발명의 LED-UV 모듈(100, 200)은 다양한 모델로 생산될 수 있으며, 각각의 모델은 상이한 피크 파장을 갖거나, 또는 LED 세그먼트(122)에 사용되는 LED에 따른 스펙트럼 출력에서 복수의 피크 파장을 가질 수 있다. LED-UV 모듈(100, 200)의 스펙트럼 출력 내에서 복수의 피크를 달성하기 위해, 상이한 UV 파장을 가진 LED들의 혼합체가 각각의 LED 세그먼트(122) 내에 교번 패턴으로 사용될 수 있다. 스펙트럼 출력 내에 단일 피크 파장을 가진 단일 LED-UV 모듈(100, 200)은 본 발명의 사상과 범주 내에 있다고 고려된다. 또한, 스펙트럼 출력 내에 복수의 피크 파장을 가진 단일 LED-UV 모듈(100, 200)은 본 발명의 사상과 범주 내에 있다고 고려된다.
상이한 피크 파장 출력을 각각 갖거나 또는 복수의 피크 파장을 방출하는 상이한 모델의 LED-UV 모듈(100, 200)이 이용가능하고, UV-경화 프로세스 내에서 LED-UV 모듈(100, 200)들이 교환가능하다면 UV-경화 시스템의 유연성이 증가한다. 많은 LED-UV 램프가 다양한 UV 파장으로 이용가능하고, 일부는 그 스펙트럼 출력 내에 다수의 피크 옵션을 갖는다. 본 발명의 LED-UV 모듈(100, 200)은 연관된 도킹 포트가 UV-경화 프로세스 내에서 장착된다면 공구의 사용 없이 UV-경화 프로세스에 신속하게 삽입되고 제거될 수 있도록 설계된다. 하나의 UV 스펙트럼 출력을 갖는 LED-UV 모듈(100, 200)의 모델이 제거되고 상이한 UV 스펙트럼 출력을 갖는 모델이 특별한 기술이 없는 사람에 의해서 비교적 단시간에 삽입될 수 있다.
본 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명의 다양한 실시예에 도시된 개별의 구성요소는 어느 정도까지 교체가능하고, 본 발명의 사상과 범주에서 벗어남 없이 다른 실시예에 추가되거나 교체될 수도 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
본 발명의 많은 변형이 발명의 사상에서 벗어남 없이 이루어질 수 있기 때문에, 본 발명의 범주는 도시되고 설명된 실시예에 제한되지 않는다. 정확히 말하자면, 본 발명의 범주는 첨부된 특허청구의 범위 및 그 등가물에 의해 결정된다.
Claims (20)
- UV LED 램프이며,
전기 및 유체 연결부와 정렬 핀을 가지는 연결부 단부 캡과,
크로스 오버 단부 캡과,
상기 연결부 단부 캡과 상기 크로스 오버 단부 캡 사이에 배치되고, UV 복사를 방출하는 제1 복수의 LED, 상기 제1 복수의 LED로부터의 UV 복사를 기판 상에 반사하고 집중시키도록 위치된 제1 반사기 및 상기 LED에 의해 발생되는 열을 흡수하기 위한 히트 싱크를 갖는 램프 본체를 포함하는
UV LED 램프. - 제1항에 있어서, 제2 복수의 LED 및 상기 제2 복수의 LED로부터의 UV 복사를 상기 기판 상에 반사하고 집중시키도록 위치된 제2 반사기를 더 포함하는
UV LED 램프. - UV LED 램프이며,
한 쌍의 단부 캡과,
상기 단부 캡들 사이에 장착된 히트 싱크와,
상기 히트 싱크의 제1 표면에 장착된 제1 복수의 LED 소조립체 세그먼트와,
LED 소조립체 세그먼트의 복사를 기판 상에 반사하고 집중시키도록 위치된 반사기를 포함하며,
상기 제1 복수의 LED 소조립체 세그먼트는 상기 기판의 가변적인 폭 또는 길이를 수용하도록 개수가 달라질 수 있는
UV LED 램프. - 제3항에 있어서, 상기 히트 싱크의 제2 표면에 장착된 제2 복수의 LED 소조립체 세그먼트를 더 포함하며, 상기 제2 복수의 LED 소조립체 세그먼트는 상기 기판의 가변적인 폭 또는 길이를 수용하도록 개수가 달라질 수 있는
UV LED 램프. - 제4항에 있어서, 상기 제2 복수의 LED 소조립체 세그먼트는 상기 제1 복수의 LED 소조립체 세그먼트의 복사 파장과는 상이한 복사 파장을 방출하는
UV LED 램프. - 제3항에 있어서, 상기 단부 캡들 중 하나로부터 연장되는 복수의 정렬 핀(pin)을 더 포함하는
UV LED 램프. - 제3항에 있어서, 냉각제가 상기 히트 싱크로 들어가고 나가는 것을 허용하기 위한 한 쌍의 유체 밸브를 더 포함하는
UV LED 램프. - 제7항에 있어서, 상기 히트 싱크는 한 쌍의 냉각제 통로를 한정하며, 상기 냉각제 통로들 중 하나는 냉각제가 상기 히트 싱크로 들어가는 것을 허용하고 상기 냉각제 통로들 중 다른 하나는 냉각제가 상기 히트 싱크에서 나가는 것을 허용하는
UV LED 램프. - 제7항에 있어서, 상기 냉각제 통로 각각은 상기 액체 냉각제 안으로 돌출하는 핀(fin) 특징부에 의해 경계가 형성되는
UV LED 램프. - 기판 표면의 UV-경화를 위한 UV LED 램프를 구성하는 방법이며,
상기 기판 표면의 길이 또는 폭을 수용하도록 제1 복수의 LED 소조립체 세그먼트를 선택하는 단계와,
상기 UV LED 램프 내에 상기 복수의 선택된 LED 소조립체 세그먼트를 위치시키는 단계를 포함하는
방법. - 제10항에 있어서,
상기 기판 표면의 상기 길이 또는 상기 폭을 수용하도록 제2 복수의 LED 소조립체 세그먼트를 선택하는 단계와,
상기 UV LED 램프 내에 상기 복수의 선택된 LED 소조립체 세그먼트를 위치시키는 단계를 더 포함하는
방법. - 제10항에 있어서, 상기 LED 소조립체 세그먼트로부터 방출되는 UV 복사를 상기 기판 표면을 향해 반사하도록 반사기를 위치시키는 단계를 더 포함하는
방법. - 제12항에 있어서, 상기 LED 소조립체 세그먼트는 한 쌍의 냉각제 통로를 가지는 히트 싱크에 부착되는
방법. - 제12항에 있어서, 한 쌍의 단부 캡들 사이에 상기 반사기 및 LED 소조립체 세그먼트를 배치시키는 단계를 더 포함하는
방법. - 기판에 적층된 재료를 경화하는 방법이며,
상기 재료는 UV 광개시제를 가지며, 상기 방법은 UV 복사가 상기 기판을 향하게 하는 단계를 포함하며, 상기 UV 복사는 제1항의 UV LED 램프로부터 기원하는
방법. - 기판에 적층된 재료를 경화하는 방법이며,
상기 재료는 UV 광개시제를 가지며, 상기 방법은 UV 복사가 상기 기판을 향하게 하는 단계를 포함하며, 상기 UV 복사는 제3항의 UV LED 램프로부터 기원하는
방법. - 기판에 적층된 재료를 경화하는 방법은,
상기 물질은 UV 광개시제를 가지며, 이 방법은 UV 복사가 상기 기판을 향하게 하는 단계를 포함하며, 상기 UV 복사는 제4항의 UV LED 램프로부터 기원하는
방법. - 제17항에 있어서, 상기 각각의 소조립체에 의해 상이한 물질이 경화되며, 상기 소조립체들은 상이한 파장의 UV 복사를 방출하는
방법. - 제17항에 있어서, 상기 UV 소조립체 세그먼트를 냉각시키는 단계를 더 포함하는
방법. - 제19항에 있어서, 상기 UV 소조립체 세그먼트는 상기 히트 싱크에 위치된 한 쌍의 냉각제 통로를 통하여 냉각제를 순환시키는 것에 의해 냉각되는
방법.
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