UV 광원이란?
UV 광원이란 자외선(UV)을 조사하는 기구입니다.
시중에 판매되는 UV 광원 장치는 자외선을 발생시키는 광원부 외에 냉각장치와 자외선을 이용하기 쉽도록 렌즈를 통해 직선광으로 만드는 광학계가 세트로 되어 있는 것이 있습니다. 종류에 따라 발진되는 자외선이 다릅니다.
3종류의 광원이 있으며, 365nm(나노미터) 파장의 자외선을 발산하는 ‘고압 수은형’, 200~400nm의 자외선을 발산하는 ‘메탈할라이드형’, 254nm, 185nm의 파장을 발산하는 ‘저압 수은형 램프’로 구분됩니다. 조사할 수 있는 자외선의 종류는 기기의 기능에 큰 영향을 미치므로 목적에 맞는 자외선 광원을 선택해야 합니다.
고강도 자외선 광원은 장치 자체가 고온이 되기 때문에 냉각장치가 부착되어 있습니다. 사용 시에는 이취를 동반한 오존이 발생하거나 주변 유기물을 분해할 수 있으므로 취급에 주의해야 합니다.
UV 광원의 사용 용도
목적에 따라 다른 UV 광원을 사용합니다. 종류별 사용 용도는 다음과 같습니다.
1. 고압 수은형 램프
UV 수지, 도료의 경화에 많이 이용됩니다.
2. 금속할라이드형 램프
단파장의 자외선으로 경화되는 수지, 도료에 이용됩니다. 고압수은형에 비해 금속할라이드형 램프는 발진되는 자외선이 연속적인 파장이기 때문에 UV 수지, 도료의 경화 시 총 에너지가 강합니다.
3. 저압 수은형 램프
254nm의 단파장을 자외선 살균 등에 이용하고, 254nm/185nm의 다중 파장은 살균 외에도 물의 항산화 처리 및 UV 세척에 사용합니다. 또한 오존도 발생하기 때문에 실리콘 기판 등에 부착된 유기물 세정에도 사용할 수 있습니다. 단, 장시간 사용하면 산화막이 형성되기 때문에 주의가 필요합니다.
UV 광원의 원리
UV 광원은 기체 상태의 수은을 방전시켜 자외선을 방출하는 장치로, UV 광원은 양 끝에 전극이 달린 유리관에 수은(Hg)과 희가스를 봉입한 구조로 되어 있습니다.
전극에 흐르는 전류에 의해 내부에서 열에너지가 발생합니다. 이 열에너지에 의해 이미터(전자방출물질)가 전자를 방출하고, 전자는 전극 사이를 한 방향으로 이동합니다. 이 이동 중에 전자는 내부에 존재하는 Hg 분자와 충돌하고, Hg 분자는 그 충격으로 자외선을 방출하는 것입니다.
자외선은 유리를 통과할 때 도장된 형광물질에 접촉, 흡수되면서 파장이 변화하여 원하는 파장의 자외선으로 조사됩니다. 즉, 자외선의 파장을 결정하는 것은 유리의 재질과 유리에 도장된 형광물질의 차이입니다.
고압 Hg 램프와 메탈할라이드형 램프에는 석영유리가 사용되는 반면, 저압 Hg 램프에는 합성 석영유리가 사용됩니다. 또한, 저압 Hg 램프는 내부에 오존이 봉입되어 있는지 여부에 따라 파장을 더욱 변화시킬 수 있습니다.
UV 광원의 기타 정보
1. UV 광원의 LED화
일반 백열등이나 형광등은 10년 이상 전부터 LED로 교체가 진행되고 있습니다. 하지만 UV 광원은 앞서 언급했듯이 여전히 수은을 사용한 UV 광원이 일반적으로 널리 사용되고 있습니다.
UV 광원의 LED화를 가로막는 요인으로 수지의 경화나 잉크나 도료의 건조에 사용하기에는 출력이 낮고 작업 시간이 오래 걸린다는 점을 꼽을 수 있습니다. 하지만 각 LED 광원 제조사들의 노력으로 최근에는 고출력 LED (UV) 광원도 등장하고 있습니다.
일반 UV 광원을 LED 광원으로 교체하면 소비전력 감소로 전기료 절감 효과를 기대할 수 있고, 수명이 길고 전원 ON/OFF에 따른 열화도 적어 광원 교체 횟수가 줄어드는 등의 장점이 있습니다. 또한 UV 광원인 자외선 램프는 수은을 사용하기 때문에 인체와 환경에 악영향을 미치는 수은 사용량을 줄인다는 측면에서도 LED 광원화에 대한 장점은 매우 큽니다.
2. UV 광원으로 UV 경화되지 않는 원인
UV 광원의 활용 사례로 수지의 경화에 사용되는 경우가 있는데, 사용 상황이나 환경, 수지 재료의 조합에 따라 수지가 굳지 않는 경우가 있습니다. 주요 원인은 다음과 같습니다.
- 높은 습도
재료 및 경화제의 조합에 따라 습도가 높은 경우에는 수지의 경화 속도가 현저하게 저하되는 경우입니다. 이러한 환경에서 작업이 필요한 경우에는 첨가제를 사용함으로써 개선될 수 있습니다. - 파장이 맞지 않음
재료나 경화제마다 경화를 위해 조사하는 최적의 UV 파장이 존재합니다. 재료나 경화제의 스펙을 확인하여 최적의 광원을 사용하고 있는지 확인하시기 바랍니다. - 광원의 출력 부족
LED 광원에서는 출력이 부족하여 부재의 깊숙한 곳까지 빛이 닿지 않아 경화가 이루어지지 않는 경우가 있습니다. 수은 램프와 같은 설정으로는 경화가 잘 되지 않을 수 있으므로 광원을 변경하는 등의 노력이 필요합니다.