UV(자외선)
UV(Ultraviolet) 자외선
1. 자외선(UV)이란?
UV는 Ultraviolet, 즉 자외선을 말하며,전자기파 스펙트럼에서 가시광선의 보라색 영역보다 파장이 짧고 눈에
보이지 않고 에너지가 높은 전자기 방사선의 한 형태입니다.
스펙트럼상에서 우리 눈에 보이는 빛인 가시광선의 보라색(Violet) 영역 바깥(Ultra)에 위치한다고 하여
'자외선'이라고 불립니다.
태양에서 자연적으로 방출되며, 인공 광원(램프 등)을 만들어 많은 영역에서 사용학고 있습니다.
2.자외선의 구분
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구분 |
파장 범위 |
명칭 |
특징 |
적용분야 |
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UVA |
315 ~ 400 nm |
장파 자외선 |
• 가장 긴 파장 • 피부 깊숙이 침투 • 노화, 주름 원인 |
• UV 경화(접착·코팅) • 출력 LED·블랙라이트 • 피부 태닝 |
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UVB |
280 ~ 315 nm |
중파 자외선 |
• 피부 화상 유발 • 멜라닌 생성 |
• 살균·의학 연구 • 피부 치료 |
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UVC |
100 ~ 280 nm |
단파 자외선 |
• 가장 강력한 살균력 • 자연적으로는 대부분 대기 흡수 |
• 공기·수질 살균 • 표면 소독 |
3. 파장(波長, Wavelength)
1) 파장의 정의
- 파동의 모양에서 ‘같은 위상 사이의 거리를 말하며, 단위는 보통 미터(m), 나노미터(nm) 등을 사용함
2) 파장이 중요한 이유
파장의 길이는 파동의 성질을 결정합니다.
- 파장에 따라 색이 달라짐 (짧으면 보라색, 길면 빨간색)
- 파장에 따라 음높이가 달라짐
- 파장에 따라 라디오파, 마이크로파, 적외선, 가시광선, 자외선, X선 등으로 구분됨
3) 파장과 관련된 기본 관계
- 파장(λ) × 진동수(f) = 파동의 속력(v)
4) UV(자외선) 파장 범위
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광원 종류 |
주요 파장 |
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UVA LED |
365 / 385 / 395 / 405 nm |
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수은램프 |
254 nm (UVC), 365 nm (UVA) |
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엑시머 램프 |
172 nm / 222 nm |
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메탈할라이드 램프 |
UVA~UVB 혼합 |
4. 파장별 인체 영양
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구분 |
인체 영향 |
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UVA |
• 피부 노화 주범 • 장기 노출 시 위험 증가 |
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UVB |
• 피부 화상·일광 화상 유발 • 비타민 D 생성 도움 |
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UVC |
• 피부에 직접 닿으면 조직 손상 위험 큼 (강력 살균력) |
5. 파장별 산업 적용분야
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자외선 구분 |
산업 적용 |
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UVA |
• UV 접착제·코팅제 경화에 가장 많이 사용 • LED UV 장비의 주력 파장 (365nm / 385nm / 395nm / 405nm) |
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UVB |
• 일부 특수 표면처리 • 의학·피부 치료 |
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UVC |
• 살균·멸균 (공기 정화, 식품 살균, 의료 시설 소독) • 254 nm 저압 수은램프 또는 222 nm 엑시머 램프 |
6. UV(장외선) 광원의 종류와 특징
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광원 |
특징과 단점 |
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수은(Hg)램프 |
가장 전통적이고 산업 현장에서 오래 사용된UV광원 다중 파장 스펙트럼(254nm, 313nm, 365nm, 405nm등) 강한 출력으로 대면적 경화에 적합 |
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단점 |
열 발생 많음,예열 필요,에너지 효율 낮음 |
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무전극 램프 (Electrodeless Lamp) |
외부에서 공급하는 마이크로파(MW)또는RF에너지로 방전을 발생시켜 빛을 내는UV광원.전극의 마모가 없어 광원 수명이 길고 안정성이 높음. |
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메탈할라이드 램프 (Metal Halide) |
수은 램프와 유사하지만 금속 할라이드 첨가로 더 넓은 파장대 제공 인쇄,코팅 경화에서 많이 사용 고출력 가능 |
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단점 |
수은 램프와 마찬가지로 열이 많고 크기가 크며 유지보수가 필요 |
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UV LED램프 (최신 방식) |
최근 가장 빠르게 대중화 정확한 단일 파장(예: 365nm, 385nm, 395nm, 405nm)제공 |
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장점 |
-즉시ON/OFF가능 -낮은 발열 -긴 수명(20,000시간 이상) -에너지 효율 높음 |
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단점 |
-특정 파장에 최적화된 접착제 필요 -고출력 대면적 경화 시 다수 배열 필요 |
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엑시머(Excimer)램프 |
172nm등 매우 짧은 파장에서 발광 표면 처리용으로 사용(세척,활성화 등) 접착제 경화보다는 소재 표면 개질에 적합 |
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Blacklight / UV-A형광램프 |
저출력UV-A(약365nm)방출 취미용,간단한UV경화에 일부 사용 |
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단점 |
출력이 낮아 산업용에는 부적합 |
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7. 무전극 램프(Electrodeless Lamp)의 장점과 단점
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제목 |
특징 |
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장점 |
전극이 없어 긴 수명- 출력 감소가 적어 장시간 운전 공정에서 안정성 높음 |
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고출력 UV 방출 가능 |
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빠른 광 출력 안정화 |
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원하는 UV 파장 스펙트럼 설계 가능 |
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유지보수 감소 – 오래 사용 가능, 소모품 비용적음 |
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단점 |
초기 장비 비용 상승 - 초기 투자비가 UV LED나 수은 램프보다 높음 |
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부피 크고 장비가 무거움 -소형 정밀 장비에는 적합하지 않음 |
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열 발생이 많음 - 공랭/수랭 냉각 시스템 필수 |
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전력 제어의 정밀성이 떨어짐 - UV LED처럼 정확한 출력 조절이 어려움 |
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전자파 간섭 가능성- 근처 전자 장비에 영향을 줄 수 있어 차폐 설계 필요 |
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마그네트론 유지비 존재 -램프는 오래 가지만 마이크로파 발생기(마그네트론)는 교체 비용이 높음 |
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즉시 ON/OFF 불가 - LED처럼 ON/OFF가 어려우며, 반복 점멸에 비효율적 |
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오존 발생 가능성-200nm 이하 UV 포함 시 오존 생성 → 배기·환기 필요 |
8. 수축의 메커니즘 (Mechanism of Shrinkage)
1) 광개시제 활성화: 자외선(UV)이 접착제에 조사되면, 접착제 내의 광개시제(Photoinitiator)가 에너지를 흡수하여 라디칼을 생성합니다.
2) 중합 반응: 이 라디칼이 단량체와 올리고머의 이중 결합(C=C)을 공격하여 단일 결합(C-C)을 형성하며 길고 복잡한 고분자 사슬(Polymer Chain)을 만듭니다.
3) 부피 감소: 액체 상태의 단량체는 반데르발스 힘으로 분자 간 인력을 유지하며 거리를 두고 있습니다.
하지만 중합 반응으로 공유 결합이 형성되면서 분자들 사이의 거리가 반데르발스 거리에서 공유 결합 거리로 가까워집니다.
이 결합 거리의 감소가 접착제 전체의 부피 수축을 일으킵니다.
9. 수축의 주요 영향 (Effects of Shrinkage)
1) 내부 응력 발생 - 경화된 접착제 내부와 접착 계면에 수축 응력이 발생합니다.
2) 접착력 저하 - 내부 응력이 접착력보다 커지면 접착층이 피착재 표면에서 박리되거나 균열(Micro-crack), 파손이 발생합니다.
3) 정밀도 문제 - 광학 장치, 정밀 전자 부품 등 치수 안정성이 중요한 분야에서는 수축으로 인해 부품의 정렬(Alignment)이 틀어지거나 변형(Warping)이 발생할 수 있습니다.
10. 수축을 줄이는 전략 (Strategies to Minimize Shrinkage)
1) 화학적 조성 변경 (Low-Shrink Formulation)
① 고분자량 올리고머 및 저점도 희석제 사용 - 올리고머의 분자량이 높을수록, 경화 시 전체적인 반응성 작용기의 비율이 낮아져 수축률이 감소하는 경향이 있습니다.
② 양이온 경화형 접착제: 에폭시 수지 등을 이용한 양이온(Cationic) 중합은 라디칼 중합보다 수축률이 훨씬 낮습니다. 에폭시의 개환 중합은 체적 변화가 적기 때문입니다.
⓷ 무기 필러(Filler) 첨가: 유리, 실리카와 같은 불활성 입자를 고함량으로 첨가하면, 접착제 내 반응성 물질의 비율이 줄어들어 전체 부피 수축률을 크게 낮출 수 있습니다.
⓸ 듀얼-큐어(Dual-Cure) 시스템: UV 경화(빠른 초기 경화) 후 열이나 습기로 2차 경화를 진행하여 잔류 응력을 줄이고 성능을 극대화합니다.
2) 공정 제어 (Curing Process Control)
① 얇은 층 경화 - 접착제를 한 번에 두껍게 경화하지 않고 얇은 층(Thin Layers)으로 나누어 경화(Staged Curing)하면 수축으로 인한 응력 집중을 분산시킬 수 있습니다.
② 펄스 경화(Pulse Curing) - UV를 짧게 조사하고 잠시 냉각하는 과정을 반복하면, 경화 시 발생하는 발열 반응을 제어하고 수축 속도를 늦춰 응력을 완화하는 데 도움이 됩니다.
⓷ 저강도 초기 경화 - 낮은 강도의 UV 빛으로 경화를 시작하여 초기에 발생하는 급격한 중합 및 응력 생성 완화
11. UV 장비의 종류
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제목 |
특징 |
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UV 살균 장비 (UV Sterilizers) |
200~300nm 파장의 자외선을 이용해 박테리아, 바이러스, 곰팡이등의 미생물을 제거하는 장비로서, 물이나 공기, 식품 등 다양한 곳의 살균에 활용 |
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UV 공기 살균기 |
실내 공기 중 세균·바이러스 제거 |
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UV 표면 살균기 |
의료기기·식품 제조 라인·실험실 등 |
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UV 수처리 장비 |
수도, 산업용수, 수영장 물 살균 |
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UV 경화 장비 (UV Curing) |
UV 조사로 수지·잉크·접착제 등을 순간 경화시키는 산업용 장비. |
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UV LED 경화기 |
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수은 램프 UV 경화기 |
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스폿 경화기 |
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UV 검사 장비 (UV Inspection) |
제품이나 물질을 UV로 조사해 형광 반응을 관찰하는 장비. |
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형광 비파괴 검사(NDT) 장비 |
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반도체·PCB 검사용 UV 조명 |
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화폐·문서 위조 감별용 UV 램프 |
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UV 분석· 측정 장비 |
과학·연구 영역, UV/Vis 분광광도계 등은 특정 물질의 흡수 스펙트럼을 측정하여 정성및 정량 분석에 사용되는 장비.중수소 램프, 텅스텐 할로겐 램프, 제논 램프 광원 사용 |
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UV-Vis 분광광도계 |
물질의 흡광도 측정 |
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UV 라디에이션 미터 |
UV 강도 측정 |
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UV 오존 클리너(UV Ozone Cleaner) |
표면 세정 및 개질 |
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특수 목적 UV 장비 |
UV 프린터 |
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UV 포토리소그래피 장비 |
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UV 살충기(UV Bug Zapper) |
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UV 네일 램프(젤네일 경화) |
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12. 한국의 대표적인 UV 장비 제조업체
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업체명 |
관련분야 |
비고 |
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인터맥스 |
UV 경화 장비, 중적외선 장비 |
UV 장비 솔루션 제공 |
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조일교역 |
UV LED 광원 시스템 제조 |
UV 장비 제조 |
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코스모켐 |
UV 경화 수지, UV 경화 장비 |
UV 소재와 장비 솔루션 제공 |
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(주)파이엔지니어링 |
UV/IR 경화 시스템, UV 램프, 안정기 |
산업용 경화 및 건조 시스템 전문 |
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(주)에스엠아이씨 |
UV/IR 경화 시스템, 산업용 램프 |
UV 램프, 전용 안정기, 경화기 등 |
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(주)유비테크놀로지 |
UV LED 광원 시스템및 응용 장비 |
UV LED 전문 제조 |
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(주)엘오티베큠 |
UV 세정(Cleaning), UV 노광(Exposure) 장비 |
진공 및 플라즈마, 노광 장비 등 |
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주식회사 와이티에스 |
UV LED 경화기, 광중합 관련 장비 |
광중합 기술 및 장비 전문 |
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(주)유하이텍 |
UV-LED SPOT및 선형(LINEAR) 경화기 |
UV-LED 경화 전문 |
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유버 |
UV LED 광원 제작, 경화, 노광, 살균 시스템 |
UV LED 토탈 솔루션 |
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(주)신영라드켐 |
UV LED 경화 솔루션 및 장치 |
Phoseon등 해외 제품 취급 |
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림테크 |
선형 UV LED 경화기 |
UV 경화기 제조 |
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한솔테크닉스 |
IR, UV LED 솔루션제공 |
LED 솔루션 사업부 |
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㈜엠에스테크 |
UV 경화기, UV 램프, 전자식 안정기(EPS) 등 |
UV 솔루션 |
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(주)리트젠 |
UV Module System, 질소퍼지 UV 경화시스템등 |
UV 경화기 제조 |
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케이제이유브이 |
UV 토탈 솔루션 업체 용 기술 전문) |
UV 경화 장치 응용 기술 전문 |
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유브이플러스 |
UV-LED / 자외선 램프, 살균 시스템, 정화, 경화 |
다양한 UV 솔루션 개발·제조 |
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선경인더스트리 |
병원·식품공장 등용 자외선 살균기 |
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제니컴 |
UV 센서, UV 램프 / UV-LED 모듈, 측정기기 등 |
UV 관련 부품/솔루션 제공 |
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엠에스텍 |
UV 램프, UV LED, UV 경화 장비 |
산업용 UV 시스템 제공 |
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한솔테크닉스 |
UV/IR LED: UV LED 경화기, 살균용모듈 등 |
산업용 UV/LED 장비 공급 |