Uv LED 경화기를 사용하면
   모든 문제를 즉시 해결할 수
   있는 경우
   (Uv LED 경화기를 반드시
   도입하면 좋은 경우)
UV LED 경화기 서언
UV LED 경화기의 UV 강도,
   열과 제품 품질
UV LED 경화기의 특징
스폿UV LED 경화기의 특징
스폿UV LED 경화기의 장점
UV LED란?
UV LED의 파장과 열
UV LED의 UV 강도, 램프
   수명
Uv LED 경화기 결정시
   고려할 사항
UV LED 경화기를 사용해야
   하는 이유
UV LED의 경화기의 단점
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스팟 UV LED 경화기의 장점

스팟 UV LED 경화기는 6000 mw/㎠의 고강도 UV가 조사되고, 열이 거의 발생하지 않는 등 여러가지 장점이 있다. 이를 정리하면 다음과 같다.

UV LED 경화기 장점 요약
No
장 점
세부 내용
1
열변형 제로 열선이 전혀 없으므로 필름 열변형이 전혀 없다
2
초고강도 UV 방사 6000mw/㎠의 초고강도 UV를 방사 하므로 품질 향상과 생산성 향상
3
기포 발생 획기적인 개선 열이 전혀 발생하지 않으므로 기포 문제가 대부분 해결된다.
4
광학 렌즈의 투과율, 확산계수의 획기적인 개선
열이 전혀 발생하지 않으므로 기포 문제가 대부분 해결된다.
5
황변 방지
황변 방지:황변되는 파장이 안나오므로 황변 문제 획기적으로 개선된다
6
즉시 ON/OFF
ON후 즉시 100% 발광하므로 워밍 업/대기 시간 불필요
7
접착력 향상
UV강도가 10-100배 강하므로 접착력이 획기적으로 개선된다
8
수명 40,000시간
Heat Spread 탑재하여 수명 40,000시간 으로 매우 길다
9
경화기 폭 10mm - 세계 최소 폭 세계 최소 폭: 경화기 폭 10mm 로 좁으므로 UV확산이 전혀 없어 광학필름 생산시 공정수 줄일수 있다.
10
에너지 비용 94% 절약 에너지 비용 : 최대 95% 절약
11
환경 친화적 - No 오존, No 수은, No CO₂ No 오존, No 수은, No CO₂이므로 환경 친화적이다
12
무한 가변 파워 20-120%로 미세 가변이 매우 쉽다

UV LED 경화기의 장점을 좀더 세부적으로 보면 다음과 같다.


1). 열변형 제로
UV LED 경화기는 365nm의 단일 파장만 방사하는 GaN 반도체 칩으로 되어 있으므로 365nm의 단일 파장만 6,000mw/㎠로 나오고, 열이 전혀 방사되지 않는다. LED 칩은 설계된 단일 파장만 방사하는 반도체 소자로 되어 있으므로 램프 타입처럼 자기 고유의 파장 이외에 다른 파장은 전혀 방사되지 않고, 설계된 파장만 100% 방사된다.
LED 칩에서 단일 파장만 나오고 적외선이 전혀 방사되지 않으므로 경화할 필름이나 플라스틱 재질의 제품에는 열이 전혀 전달되지 않는다.
제품에 열이 전달되지 않으므로 제품의 열변형이 전혀 발생되지 않는 것은 물론 경화후 수지의 광학 특성이 좋다.

2). 6000mw/㎠의 초고강도 UV를 방사
Uv 접착의 세부 조건, 예를 들면 수지의 uv흡수율, 접착제 내부의 올리고머의 종류와 량, uv개시제의 종류와 량, 레스피(Recipe), 색상,접착제의 두께에 따라 다르기는 하지만 대체적으로 uv경화하는 데는 2,000-50,000mJ/㎠의 UV에너지를 필요로 한다. 어떤 접착제를 1mm 두께로 도포하고 uv경화시 경화 조건이 10,000mJ/㎠의 UV에너지가 필요하다면 다음과 같이 uv를 조사할 수 있다.

조건1. 500mw/㎠ X100sec = 50,000mJ/㎠
조건2. 1,000mw/㎠ X 50sec = 50,000mJ/㎠
조건3. 2,000mw/㎠ X 25sec = 50,000mJ/㎠
조건4. 4,000mw/㎠ X 12.5sec = 50,000mJ/㎠
조건5. 6,000mw/㎠ X 8.5sec = 50,000mJ/㎠

상기 조건 1-5번 모두 uv경화에너지가 같으므로 경화는 비슷하게 이루어진다. 그러나 품질은 1,2번 조건 보다 5번 조건이 월등히 좋다. 뿐만 아니라 생산성은 5번 조건이 1번에 비하면 12배나 빨라진다.
UV LED 경화기는 4000mw/㎠의 초고강도 UV가 방사되므로 품질 향상과 생산성 향상 측면에서 엄청난 이익을 가져온다.

3). 광학 렌즈의 투과율, 확산 등 품질의 획기적인 개선
광학렌즈에서 경화된 uv수지는 모재와 마찬가지로 빛을 투과 혹은 굴절시키는 광학계(Optical Media, Optical System)로 작용한다.
Optical System의 시각에서 광학 필름을 보면 투과율, 확산도 등 광학 특성은 렌즈에서 매우 중요하다. PMMA, 아크릴, PI등의 소재 위에 형성된 uv수지 층은 광학 유리와 달리 Tg가 매우 낮고, 작은 열에 의해서도 광학 특성이 변형되기 쉽다. 원래 설계된 값에서 광학 특성이 변경되면 렌즈에서 UV, R, G, B, W, IR 등 일정한 파장의 투과율과 확산계수가 변한다. 이러한 광학 특성 변화는 매우 중요한데 이러한 광학 특성은 경화된 수지가 받는 열에 지배를 받고, 이 열은 UV경화하는 동안 UV램프에서 방사되는 열에 기인한다.
UV LED 경화기는 이러한 열 문제가 전혀 없으므로 많은 품질 관리의 문제가 해결된다.


4).황변 방지
고팅 및 접착에 사용되는 uv 경화형 수지는 자외선을 받으면 황변을 일으킨다.
황변된 정도에 따라 다르지만, 일단 황변은 그 제품의 성능과 품질에 결정적인 영향을 미친다 경화된 uv수지가 황변되면 일정한 파장에 대해 투과율, 확산 계수, 굴절율이 달라 지므로 생산된 황변은 제품의 성능과 품질에 결정적인 영향을 미치는 것이다,
황변되는 정도는 우선 접착에 사용하는 uv 경화형 수지의 종류와 레스피(Recipe)에 따라 달라진다. 접착제를 바꾸었을 때 황변이 줄어들거나 더 심하게 생기는 현상은 많이 경험했으리라 본다. 다음으로 황변의 주요 팩터는 조사하는 자외선의 파장 및 경화중 받는 열에 따라 다르다
UV LED 경화기는 황변되지 않는 365nm 만 나오고, uv경화 하는 동안 열을 전혀 받지 않으므로 황변 문제를 획기적으로 개선할 수 있다.


5). 즉시 ON/OFF - 워밍 업/대기 시간 불필요
UV램프는 off 후 재 점등 시간이 5-10분 걸린다. 램프 점등후 워밍압 되는데 다시 3-5분이 소요된다. 코팅기의 트라블 혹은 후공정 라인에서 트라블 발생시 UV경화기를 OFF시켜야 하고, 필요시 다시 켜야 하는데 OFF후 최소 5-10분 후에 ON해야 램프가 점등된다. 더구나 워밍-업 되는데 3-5분이 소요되므로 5-10분 후에야 UV경화를 할수 있어서 간단한 트라블이 발생해도 최소 7-10분 후에야 생산을 할수 있다,
이에 비해 UV LED는 on-off 스위칭 시간이 10-9 -10-8초로 매우 짧다, 10-9 -10-8는 상첨자로해야 한다.
코팅기에 트라블이 생기면 즉시 UV LED 경화기를 off시키고 트러블이 해결되어 UV경화기를 ON하면 즉시100% 발광되어 즉시 생산을 할수 있다.


6). 접착력 향상 - UV강도가 10-100배 강하므로 접착 신뢰도 향상
UV 코팅과 접착에서 접착력은 매우 중요하다. UV경화가 잘된 제품이라도 접착력에서 문제가 생기면 모든 제품이 불량으로 이어지는 경우가 많다.
UV경화에서 접착력은 경화도와 별개인 경우가 많다.
접착력이 나쁜 주된 원인은 모재와 경화된 접착제 혹은 코팅층의 각각의 표면 에너지에 기인한다.
PET, PI, 유리의 표면 에너지는 표면처리 상태와 보관 방법에 따라 다르기는 하지만 25-32mN/m이고, 코팅액 혹은 접착제의 에너지는 36-42mN/m이므로 접착제의 표면에너지가 30-40% 더 크다. 2가지 재료의 표면에너지 차이가 크기 때문에 경화후 접착력이 나빠서 떨어진다. 접착제의 종류에 따라 표면 에너지가 36-42mN/m으로 큰 차이를 보이므로 어떤 메이커의 어떤 접착제는 접착력이 좋고, 어떤 접착제는 접착력이 나쁘다. 더구나 피착제의 표면에너지는 우선 재질에 따라서 다르고, 보관 상태에 따라 다르며, 표면 처리 방법과 처리후 상태에 따라 크게 달라지므로 같은 재질이라고 해도 어떤 롯트는 접착력이 잘 나오고, 어떤 롯트는 접착력이 엉망인 경우가 많다. 그래서 모재를 플라즈마 처리하거나 잉크를 바꾸면 접착력이 개선된다.
이처럼 접착력은 대부분 피착면과 코팅액 혹은 접착제의 에너지 차에 기인하는 것으로 알려져 있다. 그러나 근래에 들어 uv경화시 고강도 uv를 조사하면 접착력이 크게 개선된다는 보고가 많다.
300mW/㎠의 낮은 uv강도로 조사하는 것 보다 2000mW/㎠의 높은 uv강도로 경화하면 접착력이 크게 개선되는 경우가 많다. 이에 대한 정확한 메커니즘은 수지와 모재의 구조에 따라 차이가 많으므로 각 케이스에 대한 체계적인 메커니즘 규명이 부족하긴 하지만 실무적으로 접착력을 증가시키는데 1000-3000mW/㎠의 고강도 uv가 많이 이용된다.


7). 수명 40,000시간 - 수퍼 열전달 기술 도입
LED는 입력 electrical power 대비 UV 출력은 약 5-8%이고, 70%가 컨버터 손실, 20% 이상이 Junction heat로 변환된다. 소자의 junction에서 발생되는 열은 칩 자체의 온도를 상승시키고, 칩 온도가 상승하면 uv방사 효율이 낮아지는 것은 물론, led 칩의 수명이 급격히 줄어든다. 따라서 칩에서 발생한 열을 어떻게 잘 방출시키느냐가 가장 중요하다.
칩의 온도가 45℃ 이하로 낮게 유지 되어야 원래 설계된 대로 UV를 잘 방사하므로 열을 잘 방출하기 위한 소재의 선택, 방열 기구의 설계가 UV LED 설계에서 가장 중요하다
SMT의 SUV2010-F UV LED 경화기는 칩에서 발생한 열을 수퍼 열방출(Super Heat Dissipation)기술을 도입하여 LED칩에서 발생하는 열을 50℃이하로 유지하므로 칩 온도가 항상 45℃ 이하로 낮게 유지되 므로 수명이 40,000시간 이상이다. 더구나 작업 공정상 ON/OFF를 자주 반복하는 경우는 램프 타입에 서는 워밍-업 시간 때문에 램프를 계속 ON 상태를 유지해야 했으나, UV LED 경화기는 UV조사를 하지 않는 시간 동안은 항상 OFF한다. 필요시 on하면 즉시 100%발광하므로 대기 시간 동안 on할 필요가 전혀 없고, 필요할때만 on/off를 반복함으로써 전기 요금이 절약될 뿐만 아니라 OFF된 때는 칩에서 열이 전혀 발생되지 않으므로 칩이45℃ 이하로 유지되기 쉽고, 이에 따라 수명이 120,000 시간으로 늘어난다.
칩의 바닥은 SiC, Si, Sapphire등이 알루미늄 혹은 PCB에 붙어 있다. 알루미늄이나 PCB의 열전달은 전도에 의한 열전달로 열전도도는 150-200W/mK이다. SMT가 UV LED 경화기 용으로 개발한 Heat Spread의 열전도도는 2500-4000W/mK로 열을 순간적으로 대기중으로 방사하므로 칩에서 방출된 열이 즉시 제거되어 칩 온도가 최대 45℃ 이하로 유지된다.
이러한 초고속 열전도 방식의 Heat Spread는 200W, 400w급의 가로등용 led램프에 채택되어 고와트급 LED램프 성능을 향상 시킨다.
UV LED 경화기는 계속 on상태로 사용해도 수명이 40,000시간 이상의 장수명이므로 10-50년 동안 램프를 교체할 필요가 전혀 없이 반영구적이다. 램프 교체에 따른 램프 구매비와 램프 교체비용, 교체시의 작업로스가 전혀 없다
현재 쇼트아크 램프 타입 UV경화기 사용시 연간 비용: 250W 스폿 경화기 사용시 램프 교체에 따른 비용은 대략 다음과 같다

1. 램프 구입비 : 30만원*4회/년*10년=1,200만원
2. 램프 교체비 : 15만원/일*2명*4회/년*10년=1,200만원
3. 램프 교체시 생산 로스 : 200만원/시간*4회/년*10년=8,000만원

8). 에너지 비용 : 최대 94% 절약
쇼트아크 램프 타입의 소비전력은 대략 250W인데 비해 UV LED 스팟 경화기는 16W로서 6.4%만 필요하므로 에너지가 획기적으로 절감된다.
램프 타입의 UV 스팟 경화기 1대만 사용시에는 전력 요금이 몇푼 안되지만, 1000대씩 사용하는 경우는 전력요금도 상당하다. 연간 전력비는 9,000만원이 들어간다
연간 전력비 = 0.25 KW/대 X 24Hr X250일/년 X 60\/KWh X 1000대 = 9,000만원
전력비 절감으로 인한 CO₂배출권을 판매하여 얻는 이익도 크다.


9). 환경 친화적 - No 오존, No 수은, No CO₂
UV LED경화기는 365nm의 단일 파장만 나오므로 램프를 초기에 점등할 때 나오는 185nm가 전혀 나오지 않고 이에 따라 오존이 전혀 발생하지 않으므로 친 환경적이다.
한편 UV 램프식 경화기와 달리 수은을 전혀 사용하지 않으므로 램프가 깨어져서 발생하는 작업장의 수은 오염이 전혀 없다.

10). 무한 가변 파워 : 20-120%로 미세 가변이 용이
UV 램프 타입 uv 경화기는 4헤드 동시 사용시 아래 그림과 같이 4채널을 동시게 사용시 58%로 uv량이 급격히 줄어든다.
UV LED경화기는 콘트롤러에서 각 헤드별로 전압 전류를 균일하게 인가하므로 몇 헤드를 사용하던지 항상 100%로 uv량이 일정하다. 이에 따라 작업 택 타임이 2-3배 이상 빠르다.



스팟 타입 UV경화기에서 UV LED 와 UV LAMP 방식 비교

구 분
UV LED 방식
기존 아크UV LAMP 방식
광 출력
300mW/㎠~6000mW/㎠ 100mW/㎠~2000mw/㎠
UV 파장
365nm 단일 파장
254nm~1000nm혼합파장 (365nm10~17%)
광원수명
40,000시간 이상
ON/OFF사용시 120,000시간
12,000-3,000시간
4헤드 동시사용시 UV량 감소
전혀 없음
1헤드 : 100%, 2헤드 : 85%
3헤드 : 66%, 4헤드 : 58%로 다 헤드사용시 UV량 감소
소비전력
4W/헤드 X4헤드=16W/4헤드
250W
열변형
- 전혀 없다(최대 +5℃)
- 심하다(+60℃)
장 단점
- 파장 별 선택적 광 출력 가능
- 원하는 파장의 uv만 출력

- ON.OFF 지연시간이 없음
- 자유로운 광 출력량 조절(20-120%)
- 외관 및 조시유닛의 크기가 매우 작다
- 초기 투자금액이 크다
- 파장 선택폭이 전혀 없음
- 총 출력대비 UV10~20%,
   IR 은70~80%의 저효율
- ON,OFF시간이 3분 ~5분이 필요
- 광 출력의 조절이 어려움
- 콘트롤러의 크기가 크고 무겁다
- 초기투자 금액이 다소 저렴하다