KR-20260060973-A - INFRARED HEATER AND/OR DRYER

Abstract

기판에 배치된 하나 이상의 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)의 어레이를 포함하는 히터 및/또는 드라이어가 공개된다. VCSEL당 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리 또는 어레이는 기판 반대편의 VCSEL 어레이에 배치되고, 여기서 각각의 렌즈는 구면 또는 비구면이며, 렌즈의 볼록한 면은 VCSEL의 어레이에서 외면한다. 기판은 세라믹 기판일 수 있다. 하나 이상의 VCSEL 반대편의 기판의 사이드는 금속 코어 인쇄 회로 기판(MCPCB) 및/또는 수냉식 냉각기 플레이트일 수 있는 하부 기판에 결합될 수 있다. 또한 히터 및/또는 드라이어를 사용하는 방법이 공개된다.

Inventors

• 오다니엘, 제이슨 커크
• 스키아토네, 프란체스코
• 리우, 홍-지
• 첸, 이-영

Assignees

• 투-식스 델라웨어, 인코포레이티드

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20250228

Priority Date

20241205

Claims (10)

1. 기판에 배치된 하나 이상의 VCSEL의 어레이; 및 상기 기판 반대편의 VCSEL의 상기 어레이에 배치된 VCSEL당 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리 또는 어레이로서, 여기서 각각의 렌즈는 구면 또는 비구면이며, 상기 렌즈의 볼록한 면은 상기 VCSEL에서 외면하는, 렌즈 어셈블리 또는 어레이 를 포함하는 물품으로써, 상기 물품은 히터 및 드라이어 중 적어도 하나인 물품.
2. 제1항에 있어서, 상기 기판은 세라믹 기판인 물품.
3. 제1항에 있어서, 하부 기판(underlying substrate)에 배치된 상기 하나 이상의 VCSEL 반대편의 상기 기판의 사이드(side)를 추가로 포함하는 물품.
4. 제3항에 있어서, 상기 하부 기판은 금속 코어 인쇄 회로 기판(MCPCB), 수냉식 냉각기 플레이트, 또는 둘 모두를 포함하는 물품.
5. 제1항에 있어서, 상기 기판에 배치된 상기 하나 이상의 VCSEL의 어레이와 상기 기판 반대편의 상기 VCSEL의 어레이에 배치된 VCSEL당 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 상기 렌즈 어셈블리 또는 어레이는 조명 어셈블리를 형성하고; 상기 물품은 하부 기판에 배치된 둘 이상의 조명 어셈블리의 어레이를 포함하는 물품.
6. 제5항에 있어서, 상기 하부 기판은 금속 코어 인쇄 회로 기판(MCPCB), 수냉식 냉각기 플레이트, 또는 둘 모두를 포함하는 물품.
7. 제6항에 있어서, 상기 조명 어셈블리의 어레이는 상기 수냉식 냉각기 플레이트 반대편의 상기 MCPCB의 사이드에 배치되는 물품.
8. 제1항에 있어서, 상기 기판 반대편의 상기 렌즈 어셈블리 또는 어레이의 사이드에 배치된 작업물로 상기 하나 이상의 VCSEL의 어레이에서 방출된 빛은 상기 렌즈 어셈블리 또는 어레이를 대면하는 상기 작업물의 표면에서 초점이 맞지 않거나(out-of-focus); 상기 렌즈 어셈블리 또는 어레이는 상기 하나 이상의 VCSEL의 어레이에 배치된 오버-몰드 층 및 상기 기판 반대편의 상기 오버-몰드 층의 사이드 배치된 VCSEL 당 적어도 하나의 렌즈를 포함하거나; 상기 렌즈 어셈블리 또는 어레이는 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 제조되거나; 상기 렌즈 어셈블리 또는 어레이는 1.41의 굴절률을 갖는 물품.
9. 작업물을 가열하는 방법으로서, 제1항의 상기 물품을 제공하는 단계; 기판 반대편의 상기 렌즈 어셈블리 또는 어레이의 사이드와 간격을 두고 떨어져서 작업물을 위치시키는 단계로서, 이때 상기 렌즈 어셈블리 또는 어레이를 통해 상기 작업물로 상기 하나 이상의 VCSEL의 어레이에서 방출된 빛이 상기 렌즈 어셈블리 또는 어레이를 대면하는 상기 작업물의 표면에서 초점이 맞지 않는 위치시키는 단계; 및 상기 하나 이상의 VCSEL이 상기 렌즈 어셈블리 또는 어레이를 대면하는 상기 작업물의 표면에 빛을 방출하도록 하는 단계 를 포함하는 가열하는 방법.
10. 작업물을 건조하는 방법으로서, 제1항의 상기 물품을 제공하는 단계; 기판 반대편의 상기 렌즈 어셈블리 또는 어레이의 사이드와 간격을 두고 떨어져서 작업물을 위치시키는 단계로서, 이때 상기 렌즈 어셈블리 또는 어레이를 통해 상기 작업물로 상기 하나 이상의 VCSEL의 어레이에서 방출된 빛이 상기 렌즈 어셈블리 또는 어레이를 대면하는 상기 작업물의 표면에서 초점이 맞지 않는 위치시키는 단계; 및 상기 하나 이상의 VCSEL이 상기 렌즈 어셈블리 또는 어레이를 대면하는 상기 작업물의 표면에 빛을 방출하도록 하는 단계 를 포함하는 건조하는 방법.

Description

적외선 히터 및/또는 드라이어{INFRARED HEATER AND/OR DRYER} 본 출원은 2024년 10월 25일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 63/712,094의 이익을 주장하며, 그 내용은 본원에 참조로 전체적으로 통합된다. 본 개시사항은 조사형(irradiative) 히터 및/또는 드라이어, 특히 콜리메이트된(collimated) VCSEL을 기반으로 하는 적외선 히터 및/또는 드라이어에 관한 것이다. 적외선 히터 및/또는 드라이어에 대한 기존 해결방안 중 하나는 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL, vertical cavity surface emitting laser) 어레이의 어레이를 사용하고 VCSEL에서 출력되는 빛(예, 레이저 빛)의 자연스러운 발산(divergence)에 의존하여 균일한 조명(illumination)을 중첩하여 제공하는 것이다. 이 기존 해결방안은 VCSEL에 의한 광 출력의 높은 발산(예, 약 20°)으로 인해 작동하지만, 작업 거리, 즉 VCSEL과 건조할 제품 또는 작업 제품 사이의 거리는 일반적으로 예를 들어, 약 50-100mm 정도로 짧다. 또 다른 기존 해결방안은 복잡한 투사 광학 장치(projection optics)를 갖춘 에지 방출 레이저(edge emitting laser)의 어레이를 사용하는 것이다. 이러한 유형의 구성에 의한 광 출력은 발산되므로, 특정 작업 거리에서 의도한 영역을 커버하지만 이 범위도 이러한 발산으로 인해 제한된다. 도 1은 또한 본 개시사항의 원리에 따른 히터 및/또는 드라이어의, 본 개시사항의 원리에 따른 단일 조명 어셈블리의 사시도이며; 도 2a-2b는 도 1의 조명 어셈블리의 다른 어셈블리 상태에서의 단면도이며; 도 3은 도 1에 도시된 조명 어셈블리의 어레이로부터 형성된 본 개시사항의 원리에 따른 예시 히터 및/또는 드라이어의 사시도이며; 도 4a-4b는 또한 도 3에 도시된 히터 및/또는 드라이어의 탑 사이드와 작업물(16) 사이의 55mm 및 105mm의 작업 거리에서 렌즈가 없는 도 3의 예시 히터 및/또는 드라이어의 조도 모델(model of irradiance)이며; 도 4c-4d는 도 3에 나타낸 히터 및/또는 드라이어(4)의 탑 사이드와 도 3에 나타낸 작업물(16) 사이의 200mm 및 400mm의 작업 거리에서 렌즈를 사용한 도 3에 도시된 히터 및/또는 드라이어의 조도 모델이다. 다양한 비제한적 구현예가 이제 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이며, 여기서 유사한 참조 번호는 유사하거나 기능적으로 등가인 구성요소 또는 특징에 해당한다. 본원에서 사용된, 공간적 또는 방향적 용어, 예를 들어 "왼쪽", "오른쪽", "내부", "바깥쪽", "위(above)", "아래(below)", "탑(top)", "바텀(bottom)" 등은 도면에 도시된 바와 같은 개시사항과 관련된다. 그러나 개시사항은 다양한 대체 오리엔테이션(orientation)을 가정할 수 있으며, 따라서 이러한 용어는 제한적인 것으로 간주되지 않아야 하는 것으로 이해되어야 한다. 또한 본원에서 사용된 바와 같이, 명세서 및 청구범위에서 사용된 치수, 물리적 특성, 처리 매개변수, 성분의 양, 반응 조건 등을 나타내는 모든 숫자는 모든 경우에서 "대략" 또는 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 다르게 나타내어지지 않는 한, 다음 명세서 및 청구범위에서 제시된 수치 값은 본 개시사항에서 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있다. 최소한 그리고 청구항의 범위에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도가 아니라, 각 수치 값은 적어도 보고된 유효 자릿수의 수에 비추어 해석되어야 하며 일반적인 반올림 기술을 적용해야 한다. 더욱이, 본원에 공개된 모든 범위는 시작 및 종료 범위 값과 여기에 포함된 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"으로 언급된 범위는 최소값 1과 최대값 10 사이의 어떠한 그리고 모든 하위 범위(최소값 1과 최대값 10을 포함하여)를 포함하는 것으로 간주되어야 하며; 즉, 최소값 1 이상으로 시작하여 최대값 10 이하로 끝나는 모든 하위 범위, 예를 들어 1 내지 3.3, 4.7 내지 7.5, 5.5 내지 10 등을 말한다. "A" 또는 "an"은 하나 이상을 지칭한다. 본원에서 사용된, "결합된(coupled)", "결합(coupling)" 및 유사한 용어는 서로 결합(joined), 연결(linked), 고정(fastened), 연결(connected), 연통(communication) 또는 기타 방식으로 연관된(associated)((예, 기계적으로, 전자기적으로, 유체적으로, 광학적으로, 전자기적) 두 개 이상의 구성요소를 지칭한다. 다양한 예에서, 구성요소는 직접 또는 간접적으로 연관될 수 있다. 예를 들어, 구성요소 A는 구성요소 B와 직접 연관될 수 있다. 또 다른 예로서, 구성요소 A는 예를 들어 다른 구성요소 C를 통해 구성요소 B와 간접적으로 연관될 수 있다. 다양한 공개된 구성요소 간의 모든 연관(association)이 반드시 표현되는 것은 아니라는 것이 이해될 수 있을 것이다. 따라서 도면에 도시된 것 이외의 결합도 존재할 수 있다. 본원에서 사용된, "적어도 하나"라는 문구는 항목 목록과 함께 사용되는 경우, 열거된 항목 중 하나 이상의 다른 조합이 사용될 수 있으며 목록의 각 항목 중 단지 하나가 필요할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, "항목 A, 항목 B 및 항목 C 중 적어도 하나"는 제한 없이 항목 A 또는 항목 A와 항목 B를 포함할 수 있다. 이 예는 또한 항목 A, 항목 B, 및 항목 C, 또는 항목 B와 항목 C를 포함할 수 있다. 다른 예에서, "적어도 하나"는 예를 들어 제한 없이 항목 A 2개, 항목 B 1개, 그리고 항목 C 10개; 항목 B 4개, 그리고 항목 C 7개; 및 기타 적합한 조합일 수 있다. 도 1을 참조하면, 또한 본 개시사항의 원리에 따른 히터 및/또는 드라이어(4)(도 3에 도시됨)의 본 개시사항의 원리에 따른 단일 조명 어셈블리(2)는 열 전도성 기판(8), 예를 들어 세라믹 기판에 의해 지지되는 하나 이상의 VCSEL(6)의 어레이를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 조명 어셈블리(2)가 VCSEL(6)의 2 x 2 어레이를 포함하고 있지만, 이는 본 개시사항을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 왜냐하면, VCSEL(6)의 어레이는 X x Y 어레이(여기서 X ≥ 1이고 Y ≥ 0이다)에서 하나 이상의 VCSEL(6)을 어떠한 수로 포함할 수 있는 것으로 구상되기 때문이다. 엄격한 실례의 목적으로, 본 개시사항은 도 1에 도시된 VCSEL(6)의 2 x 2 어레이와 관련하여 설명될 것이다. 그러나 이는 본 개시내용을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 열 전도성 기판(8)의 반대편(opposite)의 VCSEL(6)의 어레이의 사이드(side)에 배치된 조명 어셈블리(2)는 하나 이상의 렌즈(12)를 포함하는 렌즈 어셈블리 또는 어레이(10)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 렌즈 어셈블리 또는 어레이(10)은 렌즈(12)의 2 x 2 어레이를 포함하지만, 이는 본 개시사항을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 이는 왜냐하면 렌즈 어셈블리 또는 어레이(10)은 X x Y 어레이(여기서 X ≥ 1 및 Y ≥ 0)에서 하나 이상의 렌즈(12)를 어떠한 수로 포함할 수 있는 것으로 구상되기 때문이다. 엄격한 실례의 목적으로, 본 개시사항은 도 1에 도시된 렌즈(12)의 2 x 2 어레이와 관련하여 설명될 것이다. 그러나 이는 본 개시사항을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 일 예에서, 단일 조명 어셈블리(2)의 복수의 VSCEL(6)은 출력 전력 단위당 비용이 낮기 때문에 바람직할 수 있다. 그러나 조명 어셈블리(2)가 너무 크면 렌즈 어셈블리 또는 어레이(10) 및 렌즈(12) 및 열 전도성 기판(8)에 의해 지지되는 VCSEL(6)의 어레이 사이에 열 팽창 불일치가 발생할 수 있다. 따라서, 예에서, 도 3에 도시된 히터 및/또는 드라이어(4)는 조명 어셈블리(2)당 VCSEL(6)의 2 x 2 어레이를 포함할 수 있다. 일 예에서, 렌즈 어셈블리 또는 어레이(10)은 바람직한 굴절률을 갖는 어떠한 적합하고/적합하거나 바람직한 재료로 성형될 수 있다. 렌즈 어셈블리 또는 어레이(10)은 열 전도성 기판(8)에 의해 지지되는 VCSEL(6)의 어레이를 렌즈(12)를 포함하는 전체 렌즈 어셈블리 또는 어레이(10)으로 오버-몰딩(over-molding)하거나, 또는 먼저 VCSEL(6)의 어레이에 오버-몰드 층(over-mold layer)(14)를 디포지팅한 다음 개별 렌즈(12)를 VCSEL(6)의 반대편의 오버-몰드 층(14)의 사이드(side)에 부착하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 렌즈 어셈블리 또는 어레이(10) 및 렌즈(12)는 굴절률 n이 약 1.41(예, n = 1.41 ± 0.05)인 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 제조될 수 있다. 일 예에서, 렌즈(12)는, Z 방향에서 초점이 흐리게(defocus) 작동하도록 구성될 수 있으며, 이때, 더 우수한 균일성을 제공하기 위해, VCSEL 어레이에 의해 출력된 빛의 선명하거나, 뚜렷하거나, 초점이 맞는 이미지가 목표(target) 또는 원하는 작동 거리에서, 열 전도성 기판(8)에 의해 지지되는 VCSEL(6)의 어레이 반대편의 렌즈 어셈블리 또는 어레이(10)의 사이드에 배치된 가열/건조될 작업물(16)(도 3에 선으로 표시됨)에 형성되지 않을 수 있다. 다르게 말하면, 목표 또는 원하는 작동 거리에 배치된, 렌즈 어셈블리 또는 어레이(10)을 통해 VCSEL 어레이에서 작업물(16)로 출력되는 빛은 렌즈 어셈블리 또는 어레이(10)을 대면하는(face) 작업물(16)의 표면에서 초점을 벗어난다(out-of-focus). 복수의 조명 어셈블리(2)가 배열되어 도 3에 도시된 예시 히터 및/또는 드라이어(4), 즉 조명 어셈블리(2)의 10 x 28 어레이를 형성할 수 있다. 도 3에 도시된 예시 히터 및/또는 드라이어(4)의 각 조명 어셈블리(2)의 렌즈 어셈블리 또는 어