KR20200089946A - 자외선 발광장치 및 이를 채용한 자외선 경화기 - Google Patents

자외선 발광장치 및 이를 채용한 자외선 경화기 Download PDF

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Abstract

발광부의 광출력을 실시간으로 제어할 수 있도록 된 자외선 발광장치 및 이를 채용한 자외선 경화기가 개시되어 있다.
이 개시된 자외선 발광장치는 본체와; 본체 내에 설치되며, 자외선 광을 생성 및 조사하는 발광부와; 발광부에서 조사된 광의 일부를 수신하여, 발광부의 감도를 모니터링하는 센서부와; 발광부와 센서부 사이에 설치되어, 발광부에서 조사된 광의 일부를 센서부로 전달하는 광경로변환부와; 센서부에서 검출된 신호를 기초로 발광부의 감도를 조정하는 감도조정부를 포함할 수 있다.

Description

자외선 발광장치 및 이를 채용한 자외선 경화기{ULTRAVIOLET LIGHT EMITTING DEVICE AND UV CURING APPARATUS EMPLOYING THE SAME}
본 발명은 자외선 파장의 광을 조사하는 자외선 발광장치 및 이를 채용한 자외선 경화기에 관한 것으로서, 상세하게는 발광부의 광출력을 실시간으로 제어할 수 있도록 된 자외선 발광장치 및 이를 채용한 자외선 경화기에 관한 것이다.
자외선(Ultraviolet, 이하 'UV'라 함)은 파장 범위 10~400 nm(에너지 범위 3 eV ~ 124 eV)인 광으로서, 파장이 가시광보다 더 짧고 엑스선보다는 더 긴 전자기파의 총칭이다. 이 UV는 광자 에너지가 커서 물질에 흡수되면 분자 결합을 깨는 화학적 성질이 있으므로, 특유의 살균 반응 및 광화학 반응을 가지고 있다. 이로 인해, UV를 조사하는 UV 발광장치는 산업, 의료, 미용 등 많은 기술분야에서 활용되고 있다. 예를 들어, UV 발광장치는 UV의 광화학적 반응을 이용하여 액체 상태의 페인트, 잉크, 접착제 등을 딱딱하게 굳히는 장비인 UV 경화장치에 적용될 수 있다.
일반적으로 자외선 발광장치는 UV를 조사하는 광원에 따라 램프형 UV 발광장치와, 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 함)형 UV 발광장치로 구분될 수 있다.
램프형 UV 발광장치는 광원으로서 수은 UV 램프, 메탈 UV 램프 등의 사용환경에 따라 고유 파장을 분출하는 램프를 채용한다. 이 램프형 UV 발광장치는 가격이 상대적으로 저렴하고, 단파장부터 짧은 파장까지 넓은 대역의 파장을 얻을 수 있다. 반면, 이 램프형 UV 발광장치는 콤팩트한 구성이 어렵고, 램프의 수명이 짧으며, 열선을 배출하므로 주변 구조물에 열손상을 가할 수 있다는 단점이 있다.
LED형 UV 발광장치는 램프형 UV 발광장치에 비하여 고가이고, 내열성에 취약하다는 단점이 있다. 반면, 이 LED형 UV 발광장치는 LED 광원을 사용하므로 콤팩트한 구성이 가능하고, LED의 수명이 램프에 비하여 비약적으로 길고, 단일 파장의 UV를 배출하므로 열선이 거의 배출되지 않으며, LED는 고출력의 UV를 배출하는 이점이 있다. 따라서 이 LED형 UV 발광장치는 시장에서 그 영향력을 넓혀 가고 있다.
이 LED형 UV 발광장치에 있어서, LED 광원의 안정적인 광출력을 유지할 것이 요구된다. 한편 LED 광원은 발열 등으로 인한 온도 변화나 장시간 사용에 따른 광원의 노화 등에 의해 광출력과 중심파장이 달라질 수 있다. 그러므로 이 LED형 자외선 발광장치는 LED의 실시간 피드백 제어를 통해 광출력과 중심파장을 일정하게 유지할 수 있는 기술이 요구된다.
미국 등록특허 제4,794,431호(1988.12.27.) 한국 등록특허 제10-0587019호(2006.06.08.) 한국 등록특허 제10-1781748호(2017.09.25.)
본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, LED 광원의 광출력을 실시간으로 모니터링하고, 이를 기초로 광원의 광출력과 중심파장을 일정하게 유지할 수 있는 LED형 자외선 발광장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 자외선 발광장치는, 본체와; 상기 본체 내에 설치되며, 자외선 광을 생성 및 조사하는 발광부와; 상기 발광부에서 조사된 광의 일부를 수신하여, 상기 발광부의 감도를 모니터링하는 센서부와; 상기 발광부와 상기 센서부 사이에 설치되어, 상기 발광부에서 조사된 광의 일부를 상기 센서부로 전달하는 광경로변환부와; 상기 센서부에서 검출된 신호를 기초로 상기 발광부의 감도를 조정하는 감도조정부를 포함할 수 있다.
여기서 상기 발광부는 자외선 광을 생성 및 조사하는 광원과; 상기 광원에서 조사된 광의 대부분을 소정 배율로 투과시키는 광학부재를 포함할 수 있다.
또한 상기 센서부는 상기 광원에서 조사되고 상기 광경로변환부에 의해 경로 변환된 광을 수광하는 광검출기와; 상기 광경로변환부와 상기 광검출기 사이에 배치되어, 소정 파장의 자외선 광이 상기 광검출기로 향하도록 광을 필터링하는 필터부재를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광학부재의 입사면에서 상기 광원에서 조사된 광의 일부가 반사되며, 상기 광경로변환부는 상기 광학부재에서 반사된 광을 상기 센서부로 향하도록 반사시키는 미러를 포함할 수 있다.
또한 상기 광경로변환부는 상기 광학부재의 입사면에 형성되어, 상기 광원에서 조사된 광의 일부를 상기 센서부로 향하도록 반사시키는 반사부재를 포함할 수 있다.
또한 상기 광경로변환부는 상기 반사부재와 상기 센서부 사이에 설치되며, 상기 반사부재에서 반사된 광을 상기 센서부로 도파하는 도파관을 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 자외선 발광장치는 상기 발광부, 상기 센서부, 상기 광경로변환부 및 상기 감도조정부를 하나의 발광모듈이라 할 때, 상기 본체에는 각각 독립적으로 구동되는 적어도 둘 이상의 발광모듈이 포함될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 자외선 발광장치는 상기 발광부와 상기 광경로변환부를 하나의 발광모듈이라 할 때, 상기 본체에는 복수의 발광모듈이 포함되고, 상기 센서부와 상기 감도조정부 각각은 상기 복수의 발광모듈 중 적어도 둘 이상의 발광모듈에 대해 공통으로 적용될 수 있다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 자외선 경화기는, 상기한 자외선 발광장치와; 상기 본체의 외부에 설치되는 것으로, 경화 조건에 맞추어 상기 발광부와 상기 센서부 각각을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 자외선 발광장치는 자외선을 조사하는 광원의 광출력을 센서부를 통하여 실시간으로 모니터링하고 감도조정부를 통하여 제어할 수 있다. 따라서 온도, 광원의 장시간 사용에 따른 노화 등 환경 변화 시에도 광원의 광출력이 일정범위 내로 유지되도록 할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 자외선 경화기는 상기한 자외선 발광장치를 채용함으로써, 조사 광원의 광출력을 정밀하게 제어할 수 있으므로, 경화 조건에 부합하는 세기의 조명광을 조사할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 자외선 발광장치를 보인 개략적인 도면.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 자외선 발광장치를 보인 개략적인 도면.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 자외선 발광장치를 보인 개략적인 도면.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 자외선 발광장치를 보인 개략적인 도면.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 자외선 발광장치를 보인 개략적인 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자외선 발광장치를 채용한 자외선 경화장치를 보인 개략적인 블록도.
이하, 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명의 실시예들에 들에 따른 자외선 발광장치를 상세하게 설명하기로 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 자외선 발광장치를 보인 개략적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 자외선 발광장치는 본체(1)와, 이 본체(1) 내에 설치되는 발광부(10), 센서부(20), 광경로변환부(30) 및 감도조정부(40)를 포함할 수 있다.
상기 본체(1)는 본 발명에 따른 자외선 발광장치의 하우징을 의미하는 것으로, 용도에 따라 다양한 형상으로 변형하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 본체(1)는 직경 10mm 내외의 원통형상으로 구성될 수 있다. 또한 본체(1)는 내부에 다수의 발광부(10)를 포함할 수 있도록 구경이 확장된 형상을 가지는 것도 가능하다.
상기 발광부(10)는 상기 본체(1) 내에 설치되며, 자외선 광을 생성 및 조사한다. 이를 위하여 상기 발광부(10)는 자외선 광을 생성 및 조사하는 광원(11)과, 광학부재(15)를 포함할 수 있다.
상기 광원(11)은 반도체 LED로 구성될 수 있다. 예를 들어 상기 광원(11)은 기판 상에 LED 칩이 장착 된 유형인 칩온보드(Chip on Board; COB) 또는 표면실장형 LED(Surface Mount Device; SMD) 등으로 구성될 수 있다. 이 광원(11)에서 조사되는 광의 파장은 용도에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
상기 광학부재(15)는 상기 광원(11) 상에 배치되며, 자외선 파장의 광을 본체(1)의 외부로 투과시키는 투명창 기능을 수행한다. 즉, 광학부재(15)는 상기 광원(11)에서 조사된 광 중 대부분의 광(Lm)을 소정 배율로 투과시킨다. 이 광학부재(15)는 본 발명에 따른 자외선 발광장치의 용도에 따라 양(+)의 굴절력을 가지는 렌즈, 음(-)의 굴절력을 가지는 렌즈 등으로 구성될 수 있다. 여기서, 광원(11)에서 조사된 광 중 일부 광(Lr)은 상기 광학부재(15)의 입사면(15a)에서 광경로변환부(30) 방향으로 반사될 수 있다.
상기 센서부(20)는 상기 발광부(10)에서 조사된 광의 일부를 수신하여, 상기 발광부(10)의 감도를 모니터링한다. 이 센서부(20)는 광검출기(21)와, 필터부재(25)를 포함할 수 있다. 상기 광검출기(21)는 광원(11)에서 조사되고 광경로변환부(30)에 의해 경로 변환된 광을 수광하여, 상기 광원(11)의 광출력을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 이 광검출기(21)은 광전변환소자로서, 수광된 광량에 대응하는 전기신호를 감도조정부(40)로 전달한다. 필터부재(25)는 광경로변환부(30)와 광검출기(21) 사이에 배치되며, 광원(11)에서 반사된 광 이외의 광을 필터링한다. 이와 같이 필터부재(25)를 포함하여 광원(11)에서 조사된 소정 파장의 자외선 광 이외의 광이 광검출기로 입사되는 것을 필터링함으로써, 본 발명은 광원(11)의 광출력에 대한 모니터링 정확도를 향상시킬 수 있다.
상기 광경로변환부(30)는 광학부재(15)와 센서부(20) 사이에 설치되며, 상기 광원(10)에서 조사되고 상기 광학부재(15)의 입사면(15a)에서 반사 된 일부 광을 상기 센서부(20)로 전달한다. 제1실시예는 상기 광경로변환부(30)로서 광학부재(15)에서 반사된 광(Lr)을 상기 센서부(20)로 향하도록 반사시키는 미러(M)를 포함하는 것을 예로 들어 나타낸 것이다.
상기 감도조정부(40)는 상기 광검출기(21)에서 검출된 신호를 기초로 상기 광원(11)의 감도를 조정한다. 즉, 감도조정부(40)는 상기 광원(11)의 광출력이 기준값 미만인 경우는 광원(11)에 인가되는 전력(전압 또는 전류)를 증가시키고, 기준값을 초과하는 경우는 광원(11)에 인가되는 전력을 감소시키도록 광원(11)을 제어한다.
상기한 바와 같이 구성함으로써, 본 발명의 제1실시예에 따른 자외선 발광장치는 자외선을 조사하는 광원(11)의 광출력을 실시간으로 모니터링함과 아울러 감도조정부(40)를 통하여 제어할 수 있다. 따라서 본 발명은 온도, 광원의 장시간 사용에 따른 노화 등 환경 변화 시에도 광원(11)의 광출력이 일정범위 내로 유지되도록 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 자외선 발광장치를 보인 개략적인 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 자외선 발광장치는 본체(1)와, 이 본체(1) 내에 설치되는 발광부(11, 15), 센서부(20), 광경로변환부(30) 및 감도조정부(40)를 포함할 수 있다. 여기서, 광경로변환부(30)를 제외한 다른 구성요소는 제1실시예에 따른 자외선 발광장치의 동일 도면번호를 사용하는 구성요소와 실질상 동일하므로 그 자세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 광경로변환부(30)는 광학부재(15)의 입사면(15a)에 형성된 반사부재(31)를 포함할 수 있다. 이 반사부재(31)는 광원(11)에서 조사된 광의 일부를 센서부(20)로 향하도록 반사시킨다. 이와 같이 반사부재(31)를 구비함으로써, 입사면(15a)에서의 전반사 조건에 무관하게 광원(11)에서 조사된 자외선 광의 일부를 센서부(20)로 반사시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 자외선 발광장치를 보인 개략적인 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 자외선 발광장치는 본체(1) 내에 서로 이웃되게 배치되며, 각각 독립적으로 구동 제어되는 제1 및 제2 발광모듈(A10)(B10)을 포함한다. 여기서, 제1 및 제2발광모듈(A10)(B10) 각각은 발광부(11, 15), 센서부(21, 25), 광경로변환부(도 2의 30) 및 상기 감도조정부(40)를 포함한다. 이들 구성은 상기한 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 자외선 발광장치의 동일 도면번호를 사용하는 구성요소와 실질상 동일하다.
이와 같이 본체(1) 내에 제1 및 제2발광모듈(A10)(B10)를 구성하는 경우, 제1 및 제2발광모듈(A10)(B10) 중 어느 하나를 구동하거나 동시에 구동할 수 있다. 또한 본 실시예에 있어서, 2개의 발광모듈을 예로 들어 나타내었으나 이에 한정되는 것은 아니며 그 이상의 발광모듈을 포함하는 것도 가능하다.
이와 같이 독립적으로 구동 제어되는 복수의 발광모듈을 구비함으로써, 사용 용도에 따라 자외선 발광장치를 제어할 수 있다. 따라서 경화, 노광, 살균, 세정 등 다양한 응용분야에 적용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 자외선 발광장치를 보인 개략적인 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 자외선 발광장치는 본체(1) 내에 서로 이웃되게 배치되며, 각각 독립적으로 구동 제어되는 제1 및 제2 발광모듈(A20)(B20)과, 센서부(120) 및 감도조정부(140)를 포함한다. 여기서, 제1 및 제2발광모듈(A20)(B20) 각각은 발광부(11, 15)와 광경로변환부(도 2의 30)를 포함한다. 이들 구성은 상기한 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 자외선 발광장치의 동일 도면번호를 사용하는 구성요소와 실질상 동일하다. 또한 본 실시예에 있어서, 2개의 발광모듈을 예로 들어 나타내었으나 이에 한정되는 것은 아니며 그 이상의 발광모듈을 포함하는 것도 가능하다.
여기서 센서부(120)와 감도조정부(140) 각각은 상기 복수의 발광모듈 중 적어도 둘 이상의 발광모듈에 대해 공통으로 적용될 수 있다. 즉, 제1 및 제2발광모듈(A20)(B20)에 대해 하나의 센서부(120)와 하나의 감도조정부(140)를 포함할 수 있다. 이 경우 제1 및 제2발광모듈(A20)(B20) 각각의 감도를 조절하고자 하는 경우 제1발광모듈(A20)과 제2발광모듈(B20)을 선택적으로 구동하면서 센서부(120)를 통하여 출사광을 모니터링하고, 감도조정부(140)를 통하여 대응되는 광원의 감도를 조정할 수 있다.
이와 같이 자외선 발광장치를 구성하는 경우, 제3실시예에 따른 자외선 발광장치와 비교하여 볼 때, 동일 기능을 수행하면서도 구성을 보다 단순화 할 수 있다는 이점이 있다.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 자외선 발광장치를 보인 개략적인 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 자외선 발광장치는 본체(1) 내에 서로 이웃되게 배치되며, 각각 독립적으로 구동 제어되는 제1 및 제2 발광모듈(A20)(B20)과, 센서부(120) 및 감도조정부(140)를 포함한다. 여기서, 제4실시예에 따른 자외선 발광장치와 비교하여 볼 때, 광경로변환부(30)로서 도파관(35)를 더 포함하는 점에서 구별되고 다른 구성요소는 실질상 동일하다.
상기 도파관(35)는 반사부재(31)와 센서부(120) 사이에 설치되며, 상기 반사부재(31)에서 반사된 광을 상기 센서부(120)로 도파한다. 이와 같이 도파관(35)를 구비하는 경우, 센서부(120)의 설치 위치를 자유롭게 변경할 수 있어서 설치 위치의 제약을 최소화 할 수 있다는 이점이 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자외선 발광장치를 채용한 자외선 경화장치를 보인 개략적인 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 자외선 경화장치는 자외선 발광장치와, 제어부(50)를 포함한다. 자외선 발광장치는 본체(1)와, 이 본체(1) 내에 설치되는 발광부(10), 센서부(20) 및 감도조정부(40)를 포함한다. 이 자외선 발광장치는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 자외선 발광장치와 실질상 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 제어부(40)는 본체(1)의 외부에 설치되는 것으로, 경화 조건에 맞추어 상기 발광부(10)와 상기 센서부(20) 각각을 제어한다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
1: 본체 10: 발광부
11: 광원 15: 광학부재
20, 120: 센서부 21: 광검출기
25: 필터부재 30: 광경로변환부
31: 반사부재 35: 도파관
40, 140: 감도조정부 50: 제어부
A10, A20: 제1발광모듈 B10, B20: 제2발광모듈

Claims (11)

  1. 자외선 발광장치에 있어서,
    본체와;
    상기 본체 내에 설치되며, 자외선 광을 생성 및 조사하는 발광부와;
    상기 발광부에서 조사된 광의 일부를 수신하여, 상기 발광부의 감도를 모니터링하는 센서부와;
    상기 발광부와 상기 센서부 사이에 설치되어, 상기 발광부에서 조사된 광의 일부를 상기 센서부로 전달하는 광경로변환부와;
    상기 센서부에서 검출된 신호를 기초로 상기 발광부의 감도를 조정하는 감도조정부를 포함하는 자외선 발광장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광부는,
    자외선 광을 생성 및 조사하는 광원과;
    상기 광원에서 조사된 광의 대부분을 소정 배율로 투과시키는 광학부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 광원에서 조사되고 상기 광경로변환부에 의해 경로 변환된 광을 수광하는 광검출기와;
    상기 광경로변환부와 상기 광검출기 사이에 배치되어, 소정 파장의 자외선 광이 상기 광검출기로 향하도록 광을 필터링하는 필터부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광장치
  4. 제2항에 있어서,
    상기 광학부재의 입사면에서 상기 광원에서 조사된 광의 일부가 반사되며,
    상기 광경로변환부는,
    상기 광학부재에서 반사된 광을 상기 센서부로 향하도록 반사시키는 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 광경로변환부는,
    상기 광학부재의 입사면에 형성되어, 상기 광원에서 조사된 광의 일부를 상기 센서부로 향하도록 반사시키는 반사부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광경로변환부는,
    상기 반사부재와 상기 센서부 사이에 설치되며, 상기 반사부재에서 반사된 광을 상기 센서부로 도파하는 도파관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광부, 상기 센서부, 상기 광경로변환부 및 상기 감도조정부를 하나의 발광모듈이라 할 때,
    상기 본체에는 각각 독립적으로 구동되는 적어도 둘 이상의 발광모듈이 포함되는 것을 특징으로 하는 자외선 발광장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광부와 상기 광경로변환부를 하나의 발광모듈이라 할 때, 상기 본체에는 복수의 발광모듈이 포함되고,
    상기 센서부와 상기 감도조정부 각각은 상기 복수의 발광모듈 중 적어도 둘 이상의 발광모듈에 대해 공통으로 적용되는 것을 특징으로 하는 자외선 발광장치.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 자외선 발광장치와;
    상기 본체의 외부에 설치되는 것으로, 경화 조건에 맞추어 상기 발광부와 상기 센서부 각각을 제어하는 제어부를 포함하는 자외선 경화기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 발광부, 상기 센서부, 상기 광경로변환부 및 상기 감도조정부를 하나의 발광모듈이라 할 때,
    상기 본체에는 각각 독립적으로 구동되는 적어도 둘 이상의 발광모듈이 포함되는 것을 특징으로 하는 자외선 경화기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 발광부와 상기 광경로변환부를 하나의 발광모듈이라 할 때, 상기 본체에는 복수의 발광모듈이 포함되고,
    상기 센서부와 상기 감도조정부 각각은 상기 복수의 발광모듈 중 적어도 둘 이상의 발광모듈에 대해 공통으로 적용되는 것을 특징으로 하는 자외선 경화기.
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