KR20130112549A - 자외선 경화장치용 광학모듈 - Google Patents

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KR20130112549A
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Abstract

본 발명은 자외선 경화장치용 광학모듈에 관한 것으로서, 내부에 광챔버가 형성되고, 일측에 광배출구가 형성된 광챔버부와, 상기 광챔버부의 내부 일측에 설치되고, UV광을 출사하는 적어도 하나의 UV LED와, 상기 광챔버 일측에 상기 광배출구를 차폐하도록 설치되는 커버글래스와, 상기 광배출구 부근에 설치되고, 상기 광배출구의 일측을 차폐하여 상기 자외선 LED로부터 출사된 UV광이 상기 광배출구를 통해 상기 피가공 대상물방향으로 조사되는 경우 상기 UV광의 폭이 줄어들도록 하는 반사부 및 상기 커버글래스를 통과하여 상기 피가공 대상물방향으로 조사되는 광의 이동로 일측에 설치되고, 상기 광이 입사되는 일측에 제1 평탄부가 형성된 환봉렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 경화장치용 광학모듈을 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 광배출구 일측에 반사부을 설치함과 아울러 피가공 대상물로 조사되는 광의 이동로 일측에 환봉렌즈를 설치함으로써 UV광의 광폭이 좁아지도록 하여 UV광의 광출력을 현저하게 향상시킬 수 있으면서도 UV광의 초점거리가 유지될 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

자외선 경화장치용 광학모듈{Light source module for UV curing apparatus}
본 발명은 자외선 경화장치용 광학모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 UV광의 광폭이 좁아지도록 하여 UV광의 광출력을 현저하게 향상시킬 수 있으면서도 UV광의 초점거리가 유지될 수 있도록 하는 자외선 경화장치용 광학모듈에 관한 것이다.
일반적으로 경화장치는 피가공 대상물 일 측에 광을 조사하여 피가공 대상물의 특성을 개선시키거나 피가공 대상물에 형성된 박막을 경화하기 위한 것으로서, 반도체 산업의 박막 경화공정이나 글래스 특성 개선공정 등 전 산업분야에 걸쳐 다양하게 적용되어 사용되고 있다.
이러한 경화장치의 광원으로는 자외선램프, 적외선램프, 가시광선램프 또는 자외선 엘이디 등이 사용될 수 있는데, 노광기의 광원 중 자외선으로 경화된 제품의 표면은 경도가 높고, 제품의 건조 및 경화속도가 1~2초 이내에서 순간경화가 이루어지므로 글래스 조립품(Glass Assembly), 엘씨디 스크린(Liquid Crystal Display Screen), 피디피 (Plasma Display Panel)등의 박막경화와, 제품접착 및 조립분야에서 주로 사용되고 있다.
또한, 종래의 경화장치는 직진성을 갖지 못하는 광원의 광출력을 보상하기 위해 다수개의 광원을 설치하여 광출력을 향상시키고자 하는 노력이 진행된 바 있으나, 다수개의 광원으로부터 상당한 양의 열 발생되어 발생된 열에 의해 피가공 대상물의 열변형을 초래할 뿐 아니라 피가공 대상물 중 비가공 영역에 광이 조사되어 공정제어의 효율이 현저하게 저하되는 문제점이 발생되었다.
이에 최근에는 열발생률이 낮고, 광균일도가 높은 자외선 엘이디(UV LED)를 이용하여 열발생으로 인한 문제 또는 광이 확산되면서 공정제어의 효율이 낮아지는 문제점을 해결하기 위한 노력이 시도된 바 있다.
도1은 종래의 자외선 경화장치용 광학모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도1에서 보는 바와 같이 종래의 자외선 경화장치용 광학모듈(100)을 내부에 광챔버(111)가 형성되고 상면 일측에 광배출구가 형성된 광챔버부(110)와, 광챔버부(110)의 내부에 설치되는 적어도 하나의 UV LED(120) 및 광배출구가 형성된 광챔버부(110) 일측에 설치되어 광배출구를 차폐하는 커버글래스(130)로 구성된다.
이러한, 종래의 자외선 경화장치용 광학모듈(100)은 낮은 광출력을 갖는 UV광의 특성을 보완하기 위해 하나 이상의 UV LED(120)를 광챔버(111) 내에 설치함과 아울러 커버글래스(130)를 통해 UV광이 외부로 방출, 즉 협소한 공간에서 UV광이 방출되도록 하여 UV광의 광폭이 줄어들도록 함으로써 광출력이 일정부분 향상된 효과가 있었으나, 종래의 자외선 경화장치용 광학모듈(100)은 광폭이 줄어듬에 따라 UV광의 초점거리가 짧아지면서 광출력이 향상되도록 하는데는 한계가 있었다.
뿐만 아니라 자외선 경화장치용 광학모듈(100)을 산업적으로 이용하기 위해서는 통상 3-4 w/cm2 이상의 광 출력을 만족할 수 있도록 광의 감쇄, 동작거리등이 고려되어야 하나, 종래의 자외선 경화장치용 광학모듈(100)의 경우 UV광의 초점거리를 조절할 없을 뿐 아니라 심지어 광출력을 높이기 위해 광폭이 줄어들면서 그 초점거리가 현저하게 짧아지게 되는 문제점 또한 안고 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 UV광의 광폭이 좁아지도록 하여 UV광의 광출력을 현저하게 향상시킬 수 있으면서도 UV광의 초점거리가 유지될 수 있도록 하는 자외선 경화장치용 광학모듈을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 커버글래스를 통해 외부로 방출되는 UV광의 조사방향이 변경되도록 하여 UV광의 초점거리를 용이하게 조절할 수 있는 자외선 경화장치용 광학모듈을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 피가공 대상물의 특성을 개선시키거나 피가공 대상물에 형성된 박막을 경화하기 위해 피가공 대상물에 UV광을 조사하는 자외선 경화장치용 광학모듈에 있어서, 내부에 광챔버가 형성되고, 일측에 광배출구가 형성된 광챔버부와, 상기 광챔버부의 내부 일측에 설치되고, UV광을 출사하는 적어도 하나의 UV LED와, 상기 광배출구가 형성된 상기 광챔버 일측에 설치되어 상기 광챔버와 외부공간을 구획하는 커버글래스와, 상기 광배출구 부근에 설치되고, 상기 광배출구의 일측을 차폐하여 상기 자외선 LED로부터 출사된 UV광이 상기 광배출구를 통해 상기 피가공 대상물방향으로 조사되는 경우 상기 UV광의 폭이 줄어들도록 하는 반사부와, 상기 커버글래스의 외측부에 설치되는 렌즈부 및 상기 렌즈부를 통과하여 상기 피가공 대상물방향으로 조사되는 광의 이동로 일측에 설치되고, 상기 광이 입사되는 일측에 제1 평탄부가 형성된 환봉렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 경화장치용 광학모듈을 제공한다.
그리고, 상기 반사부는 상기 렌즈부의 내,외측면 및 상기 커버글래스의 내,외측면 중 어느 하나의 일측에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 렌즈부는 볼록렌즈 또는 오목렌즈 중 어느 하나의 렌즈가 사용될 수 있다.
아울러, 상기 커버글래스와 상기 렌즈부사이에 개재되고, 상기 커버글래스와 다른 굴절율을 갖는 광경로변경부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 환봉렌즈는 상기 피가공 대상물과 대향되는 일측에 제2 평탄부가 형성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 광배출구 일측에 반사부을 설치함과 아울러 피가공 대상물로 조사되는 광의 이동로 일측에 환봉렌즈를 설치함으로써 UV광의 광폭이 좁아지도록 하여 UV광의 광출력을 현저하게 향상시킬 수 있으면서도 UV광의 초점거리가 유지될 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 커버글래스와 렌즈부 사이에 광경로변경부재를 개재함으로써 커버글래스를 통해 외부로 방출되는 UV광의 경로가 변경되도록 하여 UV광의 초점거리를 용이하게 조절할 수 있는 효과가 있다.
도1은 종래의 자외선 경화장치용 광학모듈을 개략적으로 도시한 도면,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 경화장치용 광학모듈을 개략적으로 도시한 도면,
도3a는 본 발명의 일실시예에 따른 반사부가 렌즈부의 상면 일측에 설치된 상태를 도시한 도면,
도3b는 본 발명의 일실시예에 따른 반사부가 커버글래스에 설치된 상태를 도시한 도면,
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 경화장치용 광학모듈(1)의 동작을 개략적으로 도시한 도면,
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 환봉렌즈에 제2 평탄부가 형성되어 동작되는 상태를 도시한 도면,
도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 경화장치용 광학모듈을 개략적으로 도시한 도면,
도7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자외선 경화장치용 광학모듈을 개략적으로 도시한 도면,
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 경화장치용 광학모듈을 개략적으로 도시한 도면이고, 도3a는 본 발명의 일실시예에 따른 반사부가 렌즈부의 상면 일측에 설치된 상태를 도시한 도면이며, 도3b는 본 발명의 일실시예에 따른 반사부가 커버글래스에 설치된 상태를 도시한 도면이다.
도2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 경화장치용 광학모듈(1)은 광챔버부(10)와, UV LED(20)와, 커버글래스(30)와, 렌즈부(40)와, 광경로변경부재(50)와, 반사부(60) 및 환봉렌즈(70)를 포함하여 구성된다.
광챔버부(10)는 대략 직육면체 형상으로 형성되고, 내부에 광챔버(11)가 형성되며, 상면 일측에 UV광이 외부로 방출되는 광배출구(12)가 형성되어 있다.
이러한 광챔버부(10)는 후술하는 UV LED(20)의 설치공간을 제공함과 아울러 UV LED(20)로부터 방출된 UV광이 커버글래스(30) 및 반사부(60)에 의해 반사되는 경우 내부로 유입되는 UV광이 내면 일측에 의해 반사되도록 한 후 광배출구(12)를 통해 외부로 방출될 수 있도록 하는 역할을 하며, 광반사율이 높은 금속이나 세라믹재질로 형성됨이 바람직하다.
커버글래스(30)는 대략 플레이트형상으로 형성되고, 광배출구(12)가 형성된 광챔버부(10) 일측에 설치되어 광챔버(11)와 외부공간을 구획하고, 광배출구(12)를 통해 광챔버(11) 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지함과 아울러 통과하는 UV광 중 일정각 이상의 출사각을 갖는 UV광을 반사시켜 광챔버(11) 내부로 재유입되도록 함으로써 광폭이 증대되는 것을 방지하는 역할을 한다.
렌즈부(40)는 커버글래스(30)의 상부에 설치되고, 커버글래스(30)를 통과하는 UV광이 입사되는 경우 피가공 대상물의 가공환경에 따라 입사된 UV광을 집광하거나 확산시키는 역할을 한다.
이러한 렌즈부(40)는 UV광을 집광하고자 하는 경우 볼록렌즈가 사용될 수 있으며, 도면에 도시되어 있지 않지만 UV광을 확산시키고자 하는 경우 오목렌즈가 사용될 수 있다.
광경로변경부재(50)는 대략 일정 굴절율을 갖는 판상으로 형성되고, 커버글래스(30)와 렌즈부(40) 사이에 개재되어 커버글래스(30)로부터 출사되는 UV광을 굴절시킴으로써 UV광의 광폭이 증대되는 것을 방지하는 역할을 한다.
이와 같이 광경로변경부재(50)에 의해 UV광이 굴절되도록 하여 UV광의 광폭이 증대되는 것을 방지하는 이유는 렌즈부(40) 특성상 중앙부 정점에서 외측영역으로 갈수록 곡률이 낮아지면서 광을 집광하는 효율이 낮아지는 바 커버글래스(30)로부터 출사되는 UV광의 광폭이 일정하게 유지되도록 하고, 렌즈부(40)의 중앙부 부근으로 유입될 수 있도록 함으로써 광의 집광효율을 향상시킬 수 있도록 함과 아울러 광손실을 최소화시킬 수 있도록 하기 위함이다.
이러한 광경로변경부재(50)로는 365nm 자외선 영역에서 굴절률 약 1.5 정도를 갖는 강화유리 및 쿼츠등이 사용될 수 있다.
반사부(60)는 일측에 광배출부(61)가 형성되고 렌즈부(40)의 저면 일측에 설치되어 광배출구(12)를 통과하여 외부로 배출되는 UV광의 배출구 폭이 좁아지도록 함으로써 광배출구(12)를 통해 피가공 대상물방향으로 조사되는 UV광의 광출력이 향상될 수 있도록 하는 역할을 한다.
이러한 반사부(60)는 높은 반사율을 갖는 재질을 렌즈부(40)의 저면에 일측에 코팅하여 반사막으로 형성될 수 있을 뿐 아니라 높은 반사율을 갖는 판상의 금속 또는 유리가 사용될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 반사부(60)가 렌즈부(40)의 저면 일측에 설치되는 것으로 설명하고 있으나, 본 발명은 반사부(60)의 설치위치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 도3a에서 보는 바와 같이 렌즈부(40)의 상면 일측에 설치될 수 있을 뿐 아니라 도3b에서 보는 바와 같이 커버글래스(30)의 상면에 설치될 수 있음은 물론이다.
환봉렌즈(70)는 대략 단면이 대략 구형상으로 형성되고, 렌즈부(40)를 통과한 UV광이 입사되는 일측에 제1 평탄부(71)가 형성되어 입사된 UV광의 직진구간을 제공함과 아울러 입사된 광이 출사되는 경우 후단부의 곡률에 의해 UV광을 집광하여 피가공대상물 일측에 초점이 형성되도록 하는 역할을 한다.
다시 말하면, 환봉렌즈(70)는 제1 평탄부(71)에 의해 입사된 UV광이 직진성을 갖도록 하여 UV광의 직진이동구간이 형성되도록 함으로써 광폭이 작아짐에 따라 UV광의 초점거리가 짧아지는 것을 미연에 방지하며, 렌즈직경에 따라 UV광의 초점거리를 조절하는 역할을 한다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 경화장치용 광학모듈(1)의 동작을 개략적으로 도시한 도면이고, 도5는 본 발명의 일실시예에 따른 환봉렌즈에 제2 평탄부가 형성되어 동작되는 상태를 도시한 도면이다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 경화장치용 광학모듈(1)의 동작을 첨부된 도4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, UV LED(20)로부터 UV광이 출사되면, 출사된 UV광 중 일부는 커버플레이트 방향으로 입사되고, 나머지 일부는 광챔버(11)의 내면에 반사되면서 커버플레이트 방향으로 입사된다.
커버플레이트로 입사된 UV광 중 미리 설정된 각도 내의 출사각을 갖는 UV광이 렌즈부(40)로 입사되도록 하고, 미리 설정된 각도 이상의 출사각을 갖는 UV광을 반사시켜 광챔버(11)로 재유입되도록 하여 출사되는 UV광의 광폭이 증대되는 것을 방지한다.
커버플레이트로부터 출사되는 UV광은 광경로변경부재(50)를 통과하는데, 광경로변경부재(50)를 통과하는 UV광은 광경로변경부재(50)의 굴절률에 의해 굴절되면서 커버플레이트로부터 출사된 UV광이 렌즈부(40)의 일정범위안으로 입사된다.
여기서 렌즈부(40)의 일정범위라 함은 렌즈부(40)의 특성상 중앙부의 접점으로부터 외측영역으로 갈수록 광을 굴절시켜 집광하는 효율이 저하되는데, 광의 집광효율이 저하되면서 광손실이 발생하는 것을 최소화 시킬 수 있을 정도의 범위를 말한다.
즉, UV광이 입사되는 렌즈부(40)의 일정범위는 렌즈부(40)의 중앙부분으로부터 외측방향으로 일정거리의 영역을 뜻하며, 이러한 UV광이 입사되는 렌즈부(40)의 범위는 렌즈부(40)의 곡률에 의해 적정하게 정해지는 것이 바람직하다.
한편, 광경로변경부재(50)를 통과하는 UV광 중 일부는 렌즈부(40)의 저면에 설치된 반사부(60)에 의해 다시 광챔버(11)로 유입되고, 나머지 일부가 광배출부(61)을 통해 렌즈부(40)로 입사되면서 UV광의 광폭이 감소되고, 이에 따라 광출력이 현저하게 향상된다.
렌즈부(40)로 입사된 UV광은 렌즈부(40)에 의해 집광되면서 환봉렌즈(70)로 입사되는데, 환봉렌즈(70)로 입사되는 UV광은 환봉렌즈(70)의 제1 평탄부(71)를 통과하면서 직진성을 가지면서 환봉렌즈(70)를 통과하고, 환봉렌즈(70) 후단의 곡률에 의해 다시 집광되면서 피가공 대상물을 노광하게 된다.
아울러, 본 발명의 일실시예에서는 렌즈부(40)가 UV광을 집광하는 것, 즉 볼록렌즈로 설명하고 있으나, 사용자의 작업환경에 따라 피가공 대상물에 넓은 범위로 광을 조사해야 하는 경우 오목렌즈를 사용하여 광이 확산되도록 함으로써 피가공 대상물에 넓은 범위로 가공할 수 있다.
또한, 도5에서 보는 바와 같이 아울러, 환봉렌즈(70)는 사용자의 작업환경에 따라 제1 평탄부(71)와 대향되는 일측에 제2 평탄부(72)가 형성되어 입사된 UV광이 제2 평탄부(72)를 통해 출사되도록 함으로써 피가공 대상물에 UV광이 집광되지 않고 면조사될 수 있도록 할 수 있다.
도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 경화장치용 광학모듈을 개략적으로 도시한 도면이고, 도7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자외선 경화장치용 광학모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도6 실시예의 기본적인 구성은 도2 내지 도4의 실시예와 동일하나 피가공 대상물에 보다 강한 광을 조사할 수 있는 구조로 형성된 것이다.
도6에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 경화장치용 광학모듈(1) 복수개를 일정각도로 배치하고, 각 자외선 경화장치용 광학모듈(1)로부터 조사된 광이 한 지점에서 집광되도록 함으로써 피가공 대상물에 보다 강한 광을 조사할 수 있게 된다.
또한, 도7 실시예의 기본적인 구성은 도2 내지 도5의 실시예와 동일하나 광출력을 저하시키지 않으면서도 피가공 대상물에 보다 넓은 범위로 광을 조사할 수 있는 구조로 형성된 것이다.
도7에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 경화장치용 광학모듈(1) 복수개를 직렬로 연결하되, 환봉렌즈(70)를 봉형태로 형성하여 광챔버(11)의 하부에 배치함으로써 피가공 대상물에 보다 넓위 범위로 광을 조사할 수 있다.
그 외의 구조는 전술한 기본 실시예와 동일하므로 나머지 설명은 생략하기로 한다.
비록 본 발명이 상기 언급된 일실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형 을 포함할 것이다.
1 : 자외선 경화장치용 광학모듈 10 : 광챔버부
11 : 광챔버 12 : 광배출구
20 : UV LED 30 : 커버글래스
40 : 렌즈부 50 : 광경로변경부재
60 : 반사부 61 : 광배출부
70 : 환봉렌즈 71 : 제1 평탄부
72 : 제2 평탄부

Claims (5)

  1. 피가공 대상물의 특성을 개선시키거나 피가공 대상물에 형성된 박막을 경화하기 위해 피가공 대상물에 UV광을 조사하는 자외선 경화장치용 광학모듈에 있어서,
    내부에 광챔버가 형성되고, 일측에 광배출구가 형성된 광챔버부와;
    상기 광챔버부의 내부 일측에 설치되고, UV광을 출사하는 적어도 하나의 UV LED와;
    상기 광배출구가 형성된 상기 광챔버 일측에 설치되어 상기 광챔버와 외부공간을 구획하는 커버글래스와;
    상기 광배출구 부근에 설치되고, 상기 광배출구의 일측을 차폐하여 상기 자외선 LED로부터 출사된 UV광이 상기 광배출구를 통해 상기 피가공 대상물방향으로 조사되는 경우 상기 UV광의 폭이 줄어들도록 하는 반사부와;
    상기 커버글래스의 외측부에 설치되는 렌즈부; 및
    상기 렌즈부를 통과하여 상기 피가공 대상물방향으로 조사되는 광의 이동로 일측에 설치되고, 상기 광이 입사되는 일측에 제1 평탄부가 형성된 환봉렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 경화장치용 광학모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사부는 상기 렌즈부의 내,외측면 및 상기 커버글래스의 내,외측면 중 어느 하나의 일측에 설치되는 것을 특징으로 하는 자외선 경화장치용 광학모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 렌즈부는 볼록렌즈 또는 오목렌즈 중 어느 하나의 렌즈가 사용되는 것을 특징으로 하는 자외선 경화장치용 광학모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커버글래스와 상기 렌즈부사이에 개재되고, 상기 커버글래스와 다른 굴절율을 갖는 광경로변경부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 경화장치용 광학모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 환봉렌즈는 상기 피가공 대상물과 대향되는 일측에 제2 평탄부가 형성되는 것을 특징으로 하는 자외선 경화장치용 광학모듈.
KR1020120035015A 2012-04-04 2012-04-04 자외선 경화장치용 광학모듈 KR20130112549A (ko)

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