KR20150137514A - 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기 - Google Patents

발광다이오드를 이용한 자외선 경화기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자외선 경화기에 관한 것으로서, 특히, 서로 다른 파장을 갖는 세 종류의 발광다이오드(LED)들을 이용한 자외선 경화기를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. 이를 위해, 본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기는, 제1기판, 상기 제1기판의 제1면에 장착되어 있는 적어도 하나 이상의 제1발광다이오드들, 상기 발광다이오드들 상단에 순차적으로 배치되는 제1렌즈, 제1렌즈 및 제3렌즈를 포함하는 제1모듈; 제2기판, 상기 제2기판의 제1면에 장착되어 있는 적어도 하나 이상의 제2발광다이오드들, 상기 발광다이오드들 상단에 순차적으로 배치되는 제1렌즈, 제1렌즈 및 제3렌즈를 포함하는 제2모듈; 제3기판, 상기 제3기판의 제1면에 장착되어 있는 적어도 하나 이상의 제3발광다이오드들, 상기 발광다이오드들 상단에 순차적으로 배치되는 제1렌즈, 제1렌즈 및 제3렌즈를 포함하는 제3모듈; 및 상기 제1모듈, 상기 제2모듈, 상기 제3모듈을 커버하고 있으며, 상기 제1모듈 내지 상기 제3모듈로부터 방출된 자외선이 중첩되는 출력면에는 상기 자외선들이 출력되는 형태를 따라 장방형의 관통홀이 형성되어 있는 커버를 포함하며, 상기 제1발광다이오드, 상기 제2발광다이오드 및 상기 제3발광다이오드들은, 서로 다른 파장의 자외선을 발생시키는 것을 특징으로 한다.

Description

발광다이오드를 이용한 자외선 경화기{ULTRA VIOLET CURE APPARATUS USING A LED}
본 발명은 자외선 경화기에 관한 것으로서, 특히, 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기에 관한 것이다.
자외선도료는 환경친화성과 경제성 그리고 작업성 및 생산성의 향상과 에너지의 절감 효과 등으로 점차 그 사용이 증가 되고 있다. 이러한 자외선도료는 자외선(UV;UltraViolet) 경화형 재료라는 특징을 가지고 있다.
즉, 자외선도료는 자외선(100~400nm)의 에너지에 의해 광화학반응을 일으켜, 액상으로부터 고상으로 경화하는 재료를 의미한다. 자외선 도료는 자외선 경화기와의 관계에 따라, 반응시간 및 도막의 물성이 달라지는 특성을 지니게 된다. 이러한 자외선도료 및 자외선 경화기는 대형 가구 및 마루바닥재의 제조뿐만 아니라, 반도체 및 휴대폰과 같은 가전제품의 제조 등에도 널리 이용되고 있다.
한편, 종래의 자외선 경화기는 일반적으로 램프를 이용하고 있다. 이러한 램프형 자외선 경화기를 이용하고 있는 많은 사용자들은, 열변형, 생산성 저하, 택 타임 증가, 품질 저하, 접착력 저하 등과 같은 많은 문제점을 호소하고 있다.
이러한 문제점들은 다음과 같다.
첫째, 종래의 자외선 경화기를 이용하여, 두께가 얇은 PET 또는 PVC 필름으로 광학코팅을 하는 경우, 열변형 때문에 많은 애로 사항을 겪는 업체들이 증가하고 있다. 즉, 종래의 램프 타입 자외선(UV) 경화기에서, 자외선 램프(UV 램프)가 켜지면, 자외선(UV) 뿐만 아니라 많은 열이 방출된다. 자외선 램프의 내부 온도가 4500도 정도로 높으므로 램프에서 나오는 열은 매우 강하다. 이때의 열 전달은, 전도, 대류, 복사열이며, 이로 인해 제품의 온도가 급격히 상승한다. 제품의 온도가 상승되는 정도는 램프 kW수, 램프 수량, 콘베어 속도, 제품 재질 등에 따라 다르지만, 램프의 내부 온도가 4500도 이상으로 높으므로 램프 밑을 지나가는 제품은 무조건 열을 받을 수밖에 없고, 제품이 열을 받으면 여러 가지 형태의 불량이 날 수밖에 없다.
둘째, 종래의 자외선 경화기는 하나의 파장을 갖는 자외선만을 이용하여 자외선도료를 경화시키고 있다. 그러나, 자외선도료 중, 제품과 접촉되어 있는 접촉부분 및 접촉부분을 제외한 부분은, 경화특성이 상이할 수 있다. 따라서, 하나의 파장만을 가지고 있는 종래의 자외선 경화기를 이용하여 자외선도료를 경화시키는 경우, 각 부분에서의 경화 정도가 상이할 수 있으며, 특히, 자외선도료와 제품의 접촉부분에서의 경화가 불량할 수도 있다.
상기한 바와 같이, 자외선 램프(UV Lamp)를 이용하는, 메탈할라이드 방식, 수은아크방식, 수은중합방식 등의 자외선 경화기를 사용하고 있는 많은 업체들은, 열변형, 생산성, 택 타임 증가, 품질, 접착력 등과 같은, 적어도 한두 가지의 고민을 가지고 있다. 특히, 컬러인쇄코팅을 하는 업체들은, 열변형 때문에 많은 애로 사항을 겪고 있다. 열변형이나 생산성 또는 품질과 관련된 문제들의 대부분은, 자외선 발광다이오드 경화기를 사용하는 것에 의해 해결될 수 있다.
그러나, 각 업체마다 각각 다른 경화수지 및 컬러인쇄코팅액을 이용하고 있으며, 이에 따라, 다양한 종류의 파장을 갖는 자외선을 발생시킬 수 있는 경화장치가 개별적으로 제조되고 있다. 이러한 이유로 자외선 경화장치의 제조 단가가 상승되고 있는 문제는 아직 해결되지 못하고 있다.
즉, 종래의 자외선 발광다이오드 경화기들은, 단파장만을 사용하고 있기 때문에, 각 업체마다 각각 다른 경화수지 및 인쇄코팅액에 대응하여 개별적으로 제작되고 있으며, 이에 다라, 제조 단가가 상승되고 있다.
또한, 종래의 자외선 경화장치에 의해서는, 대면적을 갖는 경화제품이 경화되기 어렵다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 서로 다른 파장을 갖는 세 종류의 발광다이오드(LED)들을 이용한 자외선 경화기를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기는, 제1기판, 상기 제1기판의 제1면에 장착되어 있는 적어도 하나 이상의 제1발광다이오드들, 상기 발광다이오드들 상단에 순차적으로 배치되는 제1렌즈, 제1렌즈 및 제3렌즈를 포함하는 제1모듈; 제2기판, 상기 제2기판의 제1면에 장착되어 있는 적어도 하나 이상의 제2발광다이오드들, 상기 발광다이오드들 상단에 순차적으로 배치되는 제1렌즈, 제1렌즈 및 제3렌즈를 포함하는 제2모듈; 제3기판, 상기 제3기판의 제1면에 장착되어 있는 적어도 하나 이상의 제3발광다이오드들, 상기 발광다이오드들 상단에 순차적으로 배치되는 제1렌즈, 제1렌즈 및 제3렌즈를 포함하는 제3모듈; 및 상기 제1모듈, 상기 제2모듈, 상기 제3모듈을 커버하고 있으며, 상기 제1모듈 내지 상기 제3모듈로부터 방출된 자외선이 중첩되는 출력면에는 상기 자외선들이 출력되는 형태를 따라 장방형의 관통홀이 형성되어 있는 커버를 포함하며, 상기 제1발광다이오드, 상기 제2발광다이오드 및 상기 제3발광다이오드들은, 서로 다른 파장의 자외선을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 종래의 자외선 경화기에서 발생되었던, 열변형이나 생산성 저하, 품질 저하 등의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은 세 개의 파장을 발생시키는 발광다이오드들을 이용하고 있기 때문에, 다양한 고객이 요구하는 스펙을 만족시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기의 사용상태를 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기에 적용되는 광학부의 구성을 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기에 적용되는 제1모듈의 구성을 나타낸 일실시예 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기에 적용되는 제1모듈의 구성을 나타낸 일실시예 단면도.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기에 적용되는 광학부의 구성을 나타낸 또 다른 예시도들.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기의 사용상태를 나타낸 예시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기에 적용되는 광학부의 구성을 나타낸 예시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기에 적용되는 제1모듈의 구성을 나타낸 일실시예 사시도이다. 도 4는 본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기에 적용되는 제1모듈의 구성을 나타낸 일실시예 단면도로서, 특히, 자외선의 진행 방향을 나타내고 있다.
본 발명은 발광다이오드(LED)를 이용한 자외선 경화기에 관한 것으로서, 특히, 인쇄코팅 경화용으로 사용되며, 다파장을 구현할 수 있는, 자외선 경화기에 관한 것이다.
본 발명에서는, 자외선 발광다이오드를 광원으로 이용하여 자외선(UV광)을 발생시키고 있으며, 특히, 세 개의 파장 예를 들어, 365nm, 395nm, 405nm 파장을 갖는 자외선을 발생시키거나, 또는 365nm, 395nm, 420nm 파장을 갖는 자외선을 발생시킬 수 있다.
각 업체마다 각각 다른 경화수지 및 컬러인쇄코팅액을 이용하고 있으며, 이에 따라, 다양한 종류의 파장을 갖는 자외선을 발생시킬 수 있는 경화장치가 개별적으로 제조되고 있는 업계의 현황을 고려해 볼 때, 본 발명은 다양한 업체의 요구사항을 충분히 만족시키면서도, 저렴한 가격으로 판매될 수 있다.
따라서, 본 발명은, 경화제품의 완전경화 및 품질향상에 기여할 수 있다.
본 발명의 장점 및 특징은 다음과 같다.
첫째, 본 발명은 렌즈 3매를 조합한 광학유닛을 적용하여, 다파장을 구현할 수 있으며, 이에 따라, 대면적 경화장비에 적용될 수 있다.
둘째, 본 발명은 종래의 자외선 램프를 이용한 경화기의 단점들을 보완할 수 있을 뿐만 아니라, 기타 다양한 문제들을 해결할 수 있다. 예를 들어, 종래의 자외선 경화기들은, 파장이 365nm, 또는 385nm 등의 단일 파장만을 사용하여, 경화 및 인쇄코팅에 적용되고 있다. 따라서, 상기 파장이, 수지 또는 접착제와 안 맞는 경우가 발생될 수 있다. 그러나, 본 발명은, 세 개의 파장(Triple 파장), 예를 들어, 365nm, 395nm, 405nm 파장을 갖는 자외선을 발생시키거나, 또는 365nm, 395nm, 420nm 파장을 갖는 자외선을 발생시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 파장들 이외에도, 다양한 종류의 파장들 중 세 개의 파장을 갖는 자외선을 발생시킬 수 있다.
셋째, 본 발명에 적용되는 광학유닛은 자외선 에너지를 광학적으로 효율적으로 모아주거나 또는 원하는 형태의 빔을 만들어 줄 수 있기 때문에, 본 발명에서 중요한 부분을 차지한다.
넷째, 본 발명은 팬쿨러 공랭식 및 수냉식 일체형 방열구조를 갖거나 또는 DLC방열코팅을 이용하여 제작될 수 있기 때문에, 방열 효과가 탁월하다.
다섯째, 본 발명은, 산업용 중형 대면적(500mm이상)의 산업제품의 코팅 또는 경화 등에 사용되는, 자외선 경화기에 관한 것으로서, 특히, 자외선 발광다이오드를 이용하고 있기 때문에, 제조 원가가 절감될 수 있고, 설비가 간소화될 수 있으며, 따라서, 컨베어 타입의 중형 경화기에 적용될 수 있다.
여섯째, 자외선 경화기를 사용하는 산업계에서, PP, PE, PVC, PET, 광학필름 등 열변형 및 온도에 민감한 광학용 필름을 제조하는 공정에서는, 단 1℃라도 낮추는 것이, 제품 품질과 생산성을 향상시킬 수 있기 때문에, 이러한 제조 공정에서는 본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기가 적용될 수 있다.
일곱째, 본 발명은 컬러인쇄 코팅에 적용될 수 있다.
상기한 바와 같은 특징을 가지고 있는 본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기(이하, 간단히 '자외선 경화기'라 함)(10)는, 제1기판(110), 상기 제1기판의 제1면에 장착되어 있는 적어도 하나 이상의 제1발광다이오드(120)들, 상기 발광다이오드들 상단에 순차적으로 배치되는 제1렌즈(131), 제1렌즈(132) 및 제3렌즈(133)를 포함하는 제1모듈(100), 제2기판, 상기 제2기판의 제1면에 장착되어 있는 적어도 하나 이상의 제2발광다이오드들, 상기 발광다이오드들 상단에 순차적으로 배치되는 제1렌즈, 제1렌즈 및 제3렌즈를 포함하는 제2모듈(200), 제3기판, 상기 제3기판의 제1면에 장착되어 있는 적어도 하나 이상의 제3발광다이오드들, 상기 발광다이오드들 상단에 순차적으로 배치되는 제1렌즈, 제1렌즈 및 제3렌즈를 포함하는 제3모듈(300) 및 상기 제1모듈, 상기 제2모듈, 상기 제3모듈을 커버하고 있으며, 상기 제1모듈 내지 상기 제3모듈로부터 방출된 광이 중첩되는 출력면에는 상기 광들이 출력되는 형태를 따라 장방형의 관통홀(410)이 형성되어 있는 커버(400)를 포함하며, 상기 제1발광다이오드, 상기 제2발광다이오드 및 상기 제3발광다이오드들은, 서로 다른 파장의 자외선을 발생시키는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 제1모듈(100) 내지 상기 제3모듈(300)을 광학부(600)라 한다. 또한, 상기 제1모듈 내지 상기 제3모듈 각각에서, 상기 발광다이오드(120)는 발광부라 하며, 상기 발광부는 상기 제1발광다이오드 내지 상기 제3발광다이오드 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 상기 제1렌즈 내지 상기 제3렌즈는 렌즈부에 포함된다. 도 1에서 도면부호 20은 자외선도료가 본 발명에 의해 경화되는 제품의 표면을 나타낸다.
본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 자외선 경화장치는, 상기 설명 및 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제1모듈(100) 내지 제3모듈(300)을 포함하는 광학부(600) 및 커버(400)를 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 제1모듈 내지 제3모듈 각각은, 기판(110), 발광다이오드(발광부)(120), 제1렌즈(131), 제2렌즈(132), 제3렌즈(133)를 포함한다.
본 발명에서는, 제1모듈 내지 제3모듈이 광학부(600)를 구성하고, 각각의 모듈은 기판(110), 발광다이오드(발광부)(120), 제1렌즈(131), 제2렌즈(132), 제3렌즈(133)를 포함한다.
본 발명에서는, 각 모듈을 구성하는 발광부가 하나의 종류의 발광다이오드로 구성되어 있다.
우선, 상기 광학부(600)를 구성하는 상기 제1모듈(100) 내지 상기 제3모듈(300) 각각은, 상기 제1면을 갖는 직사각형 형태의 기판(110), 상기 제1면에 장착되는 적어도 하나 이상의 발광다이오드(발광부)(120) 및 상기 제1렌즈(131) 내지 상기 제3렌즈(132)로 구성되는 렌즈부(130)를 포함한다.
첫째, 상기 기판(110)은, 다양한 형태로 구성될 수 있으나, 상기 제1면은 평면으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 기판(110)은 전체적으로 6면체의 형상을 갖는 것이 바람직하다.
둘째, 상기 기판(110) 중 상기 제1면과 반대되는 제2면에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 방열기(420)가 형성될 수 있다. 상기 방열기(420)는 공랭식 방열기일 수 있다. 상기 공랭식 방열기는, 상기 기판(110)과 일체로 형성될 수 있다.
상기 기판(110) 중 상기 제1면과 상기 제2면 사이의 공간에는 상기 발광다이오드(120)들이 일렬로 장착되어 있는 장방향을 따라 수냉식 방열기가 형성될 수 있다. 상기 수냉식 방열기는 차가운 냉매가 흐를 수 있는 관형태로 형성된 것으로서, 상기 기판(110)의 내부를 관통하도록 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 상기 기판(110)은, 공랭식 방열기(231) 및 수냉식 방열기(132, 232) 중 적어도 어느 하나를 구비할 수 있다. 상기 공랭식 방열기와 상기 수냉식 방열기를 총칭하여 방열기(420)라 한다. 즉, 상기 기판(110)에는 상기 공랭식 방열기와 상기 수냉식 방열기 중 적어도 어느 하나로 구성되는 방열기(420)가 장착될 수 있다.
셋째, 상기 모듈들 각각에서, 상기 발광부(120)는, 자외선도료를 경화시키기 위한 자외선을 발생시키는 기능을 수행한다. 상기 발광부(120)는 하나의 종류의 발광다이오드로 형성되어 있으며, 적어도 하나 이상의 발광다이오드로 형성될 수 있다.
상기 제1발광다이오드 내지 상기 제3발광다이오드들로부터 발생되는 광은 자외선 경화 또는 인쇄코팅에 적용된다.
상기 제1발광다이오드, 상기 제2발광다이오드 및 상기 제3발광다이오드들은, 서로 다른 파장의 광을 발생시킨다. 예를 들어, 상기 제1 내지 상기 제3발광다이오드들 각각은, 365nm, 385nm, 395nm, 405nm 또는 기타 다양한 파장들 중 어느 하나의 파장을 갖는 광을 출력할 수 있다. 즉, 상기 제1모듈 내지 상기 제3모듈에 구비된 발광다이오드들의 파장은 자외선 도료의 특성 및 경화 정도 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
넷째, 상기 제1모듈 내지 상기 제3모듈의 구성은 동일하다. 따라서, 이하에서는, 상기 제1모듈에 대해서만 설명된다.
즉, 상기 제1모듈(100)은, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 기판의 제1면에 장착되며, 상기 발광다이오드(120)들이 일렬로 장착되어 있는 기판(PCB)(110) 및 상기 발광다이오드들의 상단을 커버하고 있는 렌즈부(130)를 포함하고 있다.
여기서, 상기 렌즈부(130)는, 상기 제1렌즈(131), 상기 제2렌즈(132) 및 상기 제3렌즈(133)를 포함한다.
상기 제1렌즈(131)는, 상기 발광다이오드에서 출력된 자외선을 일정한 방향으로 모아주고, 상기 제2렌즈(132)는, 상기 제1렌즈를 통해 전달된 상기 자외선을 목표점에 수렴시키며, 상기 제3렌즈(133)는, 상기 제2렌즈를 통해 상기 목표점으로 수렴된 자외선을, 집광시킨다.
상기 제1렌즈 내지 상기 제3렌즈는 장방형 형태로 형성되어 있으며, 집광된 광은 장방형 형태로 길게 연속되어 있다.
상기 제1렌즈는, 볼록면을 갖는 집광렌즈이고, 상기 제2렌즈는, 상기 제1렌즈와 인접되어 있는 상기 제2렌즈의 입사면이 볼록렌즈로 형성되고, 상기 입사면과 반대방향인 출사면이 비구면으로 형성된 집광렌즈이고, 상기 제3렌즈는 양면이 볼록한 형태로 형성되고, 양면의 곡률이 다른 집광렌즈이다.
상기 제2렌즈의 상기 출사면의 중심부는 구면을 이루고, 상기 출사면의 중심부에서 주변부로 갈수록 표면은 점점 편평한 형태로 형성되어 있다.
또한, 상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈의 중심을 관통하는 광축을 기준으로, 상기 발광다이오드로부터 상기 제1렌즈의 출사면의 표면까지의 거리와, 상기 발광다이오드로부터 상기 제2렌즈의 출사면의 표면까지의 거리와, 상기 발광다이오드로부터 상기 제3렌즈의 출사면의 표면까지의 거리의 비는, 1: 2: 4로 형성될 수 있다.
다섯째, 상기 제1모듈(100)을 구성하는 상기 렌즈부(130)의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기한 바와 같이, 제2모듈 및 제3모듈의 구성은, 제1모듈과 동일함으로, 제2모듈을 구성하는 렌즈부 및 제3모듈을 구성하는 렌즈부 역시, 제1모듈을 구성하는 렌즈부의 구성과 동일하게 형성된다.
상기 제1렌즈(131)는 상기 발광부로부터 출력된 자외선을 최대한 수렴시키는 기능을 수행한다. 이를 위해, 상기 제1렌즈(131)는, 볼록면을 갖는 집광렌즈로 형성된다.
즉, 상기 제1렌즈는 상기 발광부로부터 출력된 지향각이 큰 자외선 광의 각도를 최소화시켜, 광을 모아주는 기능을 수행한다. 즉, 상기 제1렌즈는, 상기 발광부로부터 출력된 광이 퍼져서 광 손실이 발생되는 현상을 방지하는 기능을 수행한다.
상기 제2렌즈(132)는 상기 제1렌즈(131)를 통해 수렴한 광이 기 설정된 발산각을 갖도록 상기 광을 굴절시키는 기능을 수행한다. 이를 위해 상기 제2렌즈(132)는, 입사면은 볼록렌즈로 형성되고, 출사면은 비구면으로 형성된 집광렌즈로 형성된다. 즉, 출사면의 가장 볼록한 중심부는 구면을 이루고 있으며, 상기 출사면의 중심부에서 주변부로 갈수록 표면은 점점 편평한 형태로 형성된다.
즉, 상기 제2렌즈는 상기 제1렌즈를 통해 전달된 광을, 목표점에 수렴시키는 역할을 수행한다.
상기 제3렌즈(133)는 상기 제2렌즈(132)를 통해 출력된 광을 스팟형 빔으로 변경시키는 기능을 수행한다. 이를 위해 상기 제3렌즈(133)는, 양면이 볼록한 형태로 형성되고, 양면의 곡률이 다른 집광렌즈로 형성된다.
즉, 상기 제3렌즈는 상기 제2렌즈를 통해 목표점으로 수렴된 광을, 최대 조사강도를 갖는 스팟형 빔으로 변경시키는 기능을 수행한다. 이를 위해, 상기 제3렌즈는, 최종 결상점의 상흐림을 최소화하여 수차를 제거하는 기능을 수행한다. 부연하여 설명하면, 상기 제3렌즈는, 상기 관통홀과 유사한 형태의, 폭이 좁은 장방형 형태로 광을 집광시키는 기능을 수행한다.
특히, 상기 제3렌즈(133)는, 상기 제3렌즈(133)의 광축을 기준으로, 상기 광축에 수직인 면 상에 위치하는 제1축 방향의 초점거리의 비가 1: 2: 4인 집광렌즈로 형성될 수 있다.
즉, 상기 발광부로부터, 상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈의 중심을 관통하는 광축을 기준으로, 상기 발광부로부터 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈의 중심 수직면 상까지의 각 거리의 비가 1: 2: 4인 것이 바람직하다. 부연하여 설명하면, 상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈의 중심을 관통하는 광축을 기준으로, 상기 발광부로부터 상기 제1렌즈(131)의 출사면의 표면까지의 거리와, 상기 발광부로부터 상기 제2렌즈(132)의 출사면의 표면까지의 거리와, 상기 발광부로부터 상기 제3렌즈(133)의 출사면의 표면까지의 거리의 비는, 1:2:4인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 발광부와 상기 각 렌즈간의 거리 비율비 1:2:4 이어야 하는 이유는, 각 렌즈들이 상기한 바와 같은 거리 비율에 있을 때, 광의 효율이 최대로 나타나기 때문이다. 즉, 상기 거리 비율은, 광학계 근축 설계에 따른 위치 선정에 의한 것이다. 부연 설명하면, 상기 각 렌즈에 대해 수차제거를 수행하고, 각 렌즈 초점거리를 최적화하면 상기한 바와 같은 비율이 나온다.
한편, 상기 렌즈들의 각 곡률 및 각도를 최적화하지 않으면 광학수차가 발생하여 최종 빔의 세기 및 광효율이 떨어진다. 이런 단점들을 보완하기 위해, 본 발명에서는 각 렌즈들의 곡률반경을 수치화시키고 있다.
마지막으로, 커버(400)는 제1모듈(100), 제2모듈(200) 및 제3모듈(300)을 커버하는 것으로서, 본 발명에 따른 자외선 경화기의 외형을 형성한다. 상기 커버(400)의 면들 중, 특히, 제1모듈 내지 제3모듈로부터 자외선이 출력되는 출력면에는, 자외선이 상기 커버의 외곽으로 방출될 수 있도록, 관통홀(410)이 형성되어 있다.
상기 관통홀(410)은, 상기 제1발광다이오드 내지 상기 제3발광다이오드들로부터 발생된, 세 개의 파장을 갖는 광(자외선)이 장방형 형태로 통과하여 경화타겟의 표면에 집중되도록, 상기 커버에 형성된다.
또한, 상기 제1모듈 내지 상기 제3모듈, 상기 제1렌즈 내지 상기 제3렌즈, 상기 제1기판 내지 상기 제3기판들은, 상기 관통홀을 따라 장방형 형태로 형성되어 있다.
또한, 도면으로 도시되어 있지는 않지만, 상기 제1모듈 내지 상기 제3모듈은 연결부에 의해 연결되어 있을 수 있다. 상기 연결부는 상기한 바와 같이, 제1모듈(100) 내지 제3모듈(300)을 연결하기 위한 것으로서, 이 경우, 상기 연결부에 의해, 제1모듈 내지 제3모듈(300)은 도 3에 도시된 바와 같은 일정한 각도를 이룬 상태로 커버(400) 내부에 고정될 수 있다.
한편, 상기한 바와 같은 본 발명은, 도 1에 도시된 바와 같은 제어부(500)에 의해 구동될 수 있다. 즉, 제어부(500)는, 상기 광학부(600)의 구동을 제어하여, 본 발명이 제품(20)에 도포된 자외선도료를 경화시킬 수 있도록 하는 기능을 수행한다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기에 적용되는 광학부의 구성을 나타낸 또 다른 예시도들이다.
본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기(이하, 간단히 '자외선 경화기'라 함)(10)는, 상기한 바와 같이, 제1기판(110), 상기 제1기판의 제1면에 장착되어 있는 적어도 하나 이상의 제1발광다이오드(120)들, 상기 발광다이오드들 상단에 순차적으로 배치되는 제1렌즈(131), 제1렌즈(132) 및 제3렌즈(133)를 포함하는 제1모듈(100), 제2기판, 상기 제2기판의 제1면에 장착되어 있는 적어도 하나 이상의 제2발광다이오드들, 상기 발광다이오드들 상단에 순차적으로 배치되는 제1렌즈, 제1렌즈 및 제3렌즈를 포함하는 제2모듈(200), 제3기판, 상기 제3기판의 제1면에 장착되어 있는 적어도 하나 이상의 제3발광다이오드들, 상기 발광다이오드들 상단에 순차적으로 배치되는 제1렌즈, 제1렌즈 및 제3렌즈를 포함하는 제3모듈(300) 및 상기 제1모듈, 상기 제2모듈, 상기 제3모듈을 커버하고 있으며, 상기 제1모듈 내지 상기 제3모듈로부터 방출된 광이 중첩되는 출력면에는 상기 광들이 출력되는 형태를 따라 장방형의 관통홀(410)이 형성되어 있는 커버(400)를 포함하며, 상기 제1발광다이오드, 상기 제2발광다이오드 및 상기 제3발광다이오드들은, 서로 다른 파장의 자외선을 발생시키는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 제1모듈(100) 내지 상기 제3모듈(300)을 광학부(600)라 한다.
본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 자외선 경화장치는, 상기 설명 및 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 제1모듈(100) 내지 제3모듈(300)을 포함하는 광학부(600)를 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 제1모듈 내지 제3모듈 각각은, 기판(110), 발광다이오드 제1렌즈(131), 제2렌즈(132), 제3렌즈(133)를 포함한다.
특히, 도 5 및 도 6에 도시된 상기 광학부(600)를 구성하는 상기 제1모듈(100) 내지 상기 제3모듈(300)들은, 하나의 상기 제3렌즈를 공유한다.
예를 들어, 도 5 및 도 6에 도시된 상기 광학부(600)를 구성하는 상기 제1모듈(100) 내지 상기 제3모듈(300)들 각각은, 제1렌즈(131) 및 제2렌즈(132)를 포함하고 있으며, 제3렌즈(133)를 공유하고 있다.
이 경우, 상기 제3렌즈(133)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 원통형상을 가진 렌즈일 수도 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이, 대칭되는 곡면을 갖는 렌즈일 수도 있다.
상기 제3렌즈(133)는, 상기 제1모듈 내지 상기 제3모듈 각각에 형성되어 있는 상기 제2렌즈(132)들로부터 전달되어온 광을 모아주는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.　 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 제1모듈 200 : 제2모듈
300 : 제3모듈 110 : 기판
120 : 발광다이오드 130 : 렌즈부
131 : 제1렌즈 132 : 제2렌즈
133 : 제3렌즈 400 : 커버
600 : 광학부

Claims (9)

  1. 제1기판, 상기 제1기판의 제1면에 장착되어 있는 적어도 하나 이상의 제1발광다이오드들, 상기 발광다이오드들 상단에 순차적으로 배치되는 제1렌즈, 제1렌즈 및 제3렌즈를 포함하는 제1모듈;
    제2기판, 상기 제2기판의 제1면에 장착되어 있는 적어도 하나 이상의 제2발광다이오드들, 상기 발광다이오드들 상단에 순차적으로 배치되는 제1렌즈, 제1렌즈 및 제3렌즈를 포함하는 제2모듈;
    제3기판, 상기 제3기판의 제1면에 장착되어 있는 적어도 하나 이상의 제3발광다이오드들, 상기 발광다이오드들 상단에 순차적으로 배치되는 제1렌즈, 제1렌즈 및 제3렌즈를 포함하는 제3모듈; 및
    상기 제1모듈, 상기 제2모듈, 상기 제3모듈을 커버하고 있으며, 상기 제1모듈 내지 상기 제3모듈로부터 방출된 자외선이 중첩되는 출력면에는 상기 자외선들이 출력되는 형태를 따라 장방형의 관통홀이 형성되어 있는 커버를 포함하며,
    상기 제1발광다이오드, 상기 제2발광다이오드 및 상기 제3발광다이오드들은, 서로 다른 파장의 자외선을 발생시키는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1모듈 내지 상기 제3모듈 각각에서,
    상기 제1렌즈는 볼록면을 갖는 집광렌즈이고, 상기 제2렌즈는, 상기 제1렌즈와 인접되어 있는 상기 제2렌즈의 입사면이 볼록렌즈로 형성되고, 상기 입사면과 반대방향인 출사면이 비구면으로 형성된 집광렌즈이고, 상기 제3렌즈는 양면이 볼록한 형태로 형성되고, 양면의 곡률이 다른 집광렌즈이며,
    상기 제2렌즈의 상기 출사면의 중심부는 구면을 이루고, 상기 출사면의 중심부에서 주변부로 갈수록 표면은 점점 편평한 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1모듈 내지 상기 제3모듈 각각에서,
    상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈의 중심을 관통하는 광축을 기준으로, 상기 발광다이오드로부터 상기 제1렌즈의 출사면의 표면까지의 거리와, 상기 발광다이오드로부터 상기 제2렌즈의 출사면의 표면까지의 거리와, 상기 발광다이오드로부터 상기 제3렌즈의 출사면의 표면까지의 거리의 비는, 1: 2: 4인 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1모듈 내지 상기 제3모듈 각각에서,
    상기 제1렌즈는, 상기 발광다이오드에서 출력된 자외선을 일정한 방향으로 모아주고,
    상기 제2렌즈는, 상기 제1렌즈를 통해 전달된 상기 자외선을 목표점에 수렴시키며,
    상기 제3렌즈는, 상기 제2렌즈를 통해 상기 목표점으로 수렴된 자외선을, 집광시키고,
    상기 제1렌즈 내지 상기 제3렌즈는 장방형 형태로 형성되어 있으며, 집광된 자외선은 장방형 형태로 길게 연속되어 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1발광다이오드 내지 상기 제3발광다이오드들로부터 발생되는 자외선은 자외선 경화 또는 인쇄코팅에 적용되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 관통홀은, 상기 제1발광다이오드 내지 상기 제3발광다이오드들로부터 발생된, 세 개의 파장을 갖는 자외선이 장방형 형태로 통과하여 경화타겟의 표면에 집중되도록, 상기 커버에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1모듈 내지 상기 제3모듈, 상기 제1렌즈 내지 상기 제3렌즈, 상기 제1기판 내지 상기 제3기판들은, 상기 관통홀을 따라 장방형 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1모듈 내지 상기 제3모듈은, 하나의 상기 제3렌즈를 공유하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제3렌즈, 원통형상을 가진 렌즈이거나, 또는, 대칭되는 곡면을 갖는 렌즈인 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 자외선 경화기.
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