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綠色、智能、環(huán)保、高效的UV LED固化技術(shù)

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UV LED固化已經(jīng)越來越被市場所采納，也成為了資本市場的新寵兒。但是仍有少部分人對這個新型的固化技術(shù)知之甚少，本文結(jié)合目前的市場應(yīng)用，深入淺出的為讀者講解這項技術(shù)。

概念及名稱介紹

1.UV，是英文Ultraviolet的縮寫，即紫外線。紫外線(UV)是肉眼看不見的，是可見紫色光以外的一段電磁輻射，在10～400nm的范圍。

2.LED，是英文Light Emitting Diode的縮寫，即發(fā)光二極管。它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能。

3.UV LED，就是發(fā)射UV光的發(fā)光二極管。通過LED自身晶元的材質(zhì)，通電后發(fā)射紫外光譜范圍內(nèi)的電磁輻射。

4.UV LED的范圍可分為UVA、UVB、UVC、UVD和UVV。

UVA波長在320-390nm，又稱為長波黑斑效應(yīng)紫外線。它有很強(qiáng)的穿透力，可以穿透大部分透明的玻璃以及塑料。日光中含有的長波紫外線有超過98%能穿透臭氧層和云層到達(dá)地球表面，UVA可以直達(dá)肌膚的真皮層，破壞彈性纖維和膠原蛋白纖維，將我們的皮膚曬黑。360nm波長的UVA紫外線符合昆蟲類的趨光性反應(yīng)曲線，可制作誘蟲燈。300-420nm波長的UVA紫外線可透過完全截止可見光的特殊著色玻璃燈管，僅輻射出以365nm為中心的近紫外光，可用于礦石鑒定、舞臺裝飾、驗鈔等場所。

330x72面光源

UVB波長在280-320nm，又稱為中波紅斑效應(yīng)紫外線 。中等穿透力，它的波長較短的部分會被透明玻璃吸收，日光中含有的中波紫外線大部分被臭氧層所吸收，只有不足2%能到達(dá)地球表面，在夏天和午后會特別強(qiáng)烈。UVB紫外線對人體具有紅斑作用，能促進(jìn)體內(nèi)礦物質(zhì)代謝和維生素D的形成，但長期或過量照射會令皮膚曬黑，并引起紅腫脫皮。紫外線保健燈、植物生長燈發(fā)出的就是使用特殊透紫玻璃（不透過254nm以下的光）和峰值在300nm附近的熒光粉制成。

UV固化箱

UVC波長在280nm以下，又稱為短波滅菌紫外線。它的穿透能力最弱，無法穿透大部分的透明玻璃及塑料。日光中含有的短波紫外線幾乎被臭氧層完全吸收。短波紫外線對人體的傷害很大，短時間照射即可灼傷皮膚，長期或高強(qiáng)度照射還會造成皮膚癌。紫外線殺菌燈發(fā)出的就是UVC短波紫外線。

UVD波段，波長100-200nm，又被稱為真空紫外線。

UVV波長在390nm以上。

5.光譜（Spectrum） ：是復(fù)色光經(jīng)過色散系統(tǒng)（如棱鏡、光柵）分光后，被色散開的單色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖案，全稱為光學(xué)頻譜。光譜中最大的一部分可見光譜是電磁波譜中人眼可見的一部分，在這個波長范圍內(nèi)的電磁輻射被稱作可見光。光譜并沒有包含人類大腦視覺所能區(qū)別的所有顏色，譬如褐色和粉紅色。

光波是由原子內(nèi)部運(yùn)動的電子產(chǎn)生的。各種物質(zhì)的原子內(nèi)部電子的運(yùn)動情況不同，所以它們發(fā)射的光波也不同。研究不同物質(zhì)的發(fā)光和吸收光的情況，有重要的理論和實際意義，已成為一門專門的學(xué)科——光譜學(xué)。

應(yīng)用原理

1．UV LED發(fā)光機(jī)理

PN結(jié)的端電壓構(gòu)成一定勢壘，當(dāng)加正向偏置電壓時勢壘下降，P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U(kuò)散。由于電子遷移率比空穴遷移率大得多，所以會出現(xiàn)大量電子向P區(qū)擴(kuò)散，構(gòu)成對P區(qū)少數(shù)載流子的注入。這些電子與價帶上的空穴復(fù)合，復(fù)合時得到的能量以光能的形式釋放出去。這就是PN結(jié)發(fā)光的原理。

UV LED線光源固化設(shè)備

2．UV LED發(fā)光效率

一般稱為組件的外部量子效率，其為組件的內(nèi)部量子效率與組件的取出效率的乘積。所謂組件的內(nèi)部量子效率，其實就是組件本身的電光轉(zhuǎn)換效率，主要與組件本身的特性（如組件材料的能帶、缺陷、雜質(zhì)）、組件的壘晶組成及結(jié)構(gòu)等相關(guān)。而組件的取出效率則指的是組件內(nèi)部產(chǎn)生的光子，在經(jīng)過組件本身的吸收、折射、反射后，實際在組件外部可測量到的光子數(shù)目。因此，關(guān)于取出效率的因素包括了組件材料本身的吸收、組件的幾何結(jié)構(gòu)、組件及封裝材料的折射率差及組件結(jié)構(gòu)的散射特性等。而組件的內(nèi)部量子效率與組件的取出效率的乘積，就是整個組件的發(fā)光效果，也就是組件的外部量子效率。早期組件發(fā)展集中在提高其內(nèi)部量子效率，主要方法是通過提高壘晶的質(zhì)量及改變壘晶的結(jié)構(gòu)，使電能不易轉(zhuǎn)換成熱能，進(jìn)而間接提高UV LED的發(fā)光效率，從而可獲得70%左右的理論內(nèi)部量子效率，但是這樣的內(nèi)部量子效率幾乎已經(jīng)接近理論上的極限。在這樣的狀況下，光靠提高組件的內(nèi)部量子效率是不可能提高組件的總光量的，因此提高組件的取出效率便成為重要的研究課題?，F(xiàn)在的方法主要是：晶粒外型的改變——TIP結(jié)構(gòu)，表面粗化技術(shù)。

3．UV LED電氣特性

電流控制型器件，負(fù)載特性類似PN結(jié)的UI曲線，正向?qū)妷旱臉O小變化會引起正向電流的很大變化（指數(shù)級別），反向漏電流很小，有反向擊穿電壓。在實際使用中，應(yīng)選擇。UV LED正向電壓隨溫度升高而變小，具有負(fù)溫度系數(shù)。UV LED消耗功率，一部分轉(zhuǎn)化為光能，這是我們需要的。剩下的就轉(zhuǎn)化為熱能，使結(jié)溫升高。

4．UV LED光學(xué)特性

UV LED提供的是半寬度很大的單色光，由于半導(dǎo)體的能隙隨溫度的上升而減小，因此它所發(fā)射的峰值波長隨溫度的上升而增長，即光譜紅移，溫度系數(shù)為+2～3A/ 。UV LED發(fā)光亮度與正向電流成正比關(guān)系。電流增大，發(fā)光亮度也近似增大。另外發(fā)光亮度也與環(huán)境溫度有關(guān)，環(huán)境溫度高時，復(fù)合效率下降，發(fā)光強(qiáng)度減小。

5．UV LED熱學(xué)特性

小電流下，LED溫升不明顯。若環(huán)境溫度較高，UV LED的主波長就會紅移，亮度會下降，發(fā)光均勻性、一致性變差。尤其點(diǎn)陣、大顯示屏的溫升對LED的可靠性、穩(wěn)定性影響更為顯著。所以散熱設(shè)計很關(guān)鍵。

6．UV LED壽命

UV LED的長時間工作會光衰引起老化，尤其對大功率UV LED來說，光衰問題更加嚴(yán)重。在衡量UV LED的壽命時，僅僅以燈的損壞來作為UV LED壽命的終點(diǎn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該以UV LED的光衰減百分比來規(guī)定LED的壽命，比如35%，這樣更有意義。

7．大功率UV LED封裝

主要考慮散熱和出光。散熱方面，用銅基熱襯，再連接到鋁基散熱器上，晶粒與熱襯之間以錫片焊作為連接，這種散熱方式效果較好，性價比較高。出光方面，采用芯片倒裝技術(shù)，并在底面和側(cè)面增加反射面反射出浪費(fèi)的光能，這樣可以獲得更多的有效出光。

8．UV LED光譜

UV LED光源發(fā)出的光譜比較單一，這是基于LED晶元材質(zhì)所決定的，目前市場上比較主流的有365nm、395nm，他們的光譜分別是

365nm光源光譜圖

395nm、405nm、415nm光源光譜圖

而傳統(tǒng)汞燈的光譜圖與UV LED光源光譜圖對比如下：

主要應(yīng)用

不同波長的紫外UV LED的應(yīng)用領(lǐng)域都不太一樣，大致可以分為工業(yè)應(yīng)用、醫(yī)療應(yīng)用、民用、軍工等幾個方面。

工業(yè)應(yīng)用是目前比較成熟的一塊，主要是膠水固化和油墨固化。其中膠水固化涉及的面非常廣，幾乎涵蓋了我們?nèi)粘Ｉ钏佑|到的所有電子物品。例如：手機(jī)、電腦、手表、音響、智能手環(huán)等。油墨固化覆蓋了我們?nèi)粘Ｉ畛Ｒ娢锲?，例如：衣物、飲料外包裝、圖冊、廣告牌、家居裝潢等。

民用、醫(yī)療以及軍工是正在快速發(fā)展的領(lǐng)域。主要是依靠深紫外能破壞細(xì)胞分子結(jié)構(gòu)的原理進(jìn)行殺菌消毒。這個也是未來健康產(chǎn)業(yè)的主題。

UV LED相對于傳統(tǒng)汞燈區(qū)別

UV LED相對于傳統(tǒng)汞燈來講，省電、環(huán)保、低壓安全、小體積、即開即滅、壽命長 、低溫；缺點(diǎn)就是前期投入成本相對較高。

其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：

1.UV LED超長壽命：使用壽命是傳統(tǒng)汞燈式固化機(jī)的10倍以上，約25000-30000小時。

2.UV LED冷光源、無熱輻射，被照品表面溫升低，解決光通訊、液晶生產(chǎn)中長期存在的熱傷害問題。特別適合液晶封邊、薄膜印刷等要求溫升小的場合適用。

3.UV LED發(fā)熱量小，可解決汞燈噴繪設(shè)備發(fā)熱量大、工作人員難以忍受的問題。

4.UV LED瞬間點(diǎn)亮，不需要預(yù)熱即刻達(dá)到100%功率紫外輸出。

5.UV LED使用壽命不受開閉次數(shù)影響。

100x100成套面光源

水冷一體機(jī)

傳送帶

6.UV LED能量高，光輸出穩(wěn)定，照射均勻效果好，提高生產(chǎn)效率。

7.UV LED可定制有效照射區(qū)域，長度從20mm到1000mm。

8. UV LED不含汞，也不會產(chǎn)生臭氧，是替代傳統(tǒng)光源技術(shù)的一種更安全、更環(huán)保的選擇。

9.UV LED能耗低，耗電量僅為傳統(tǒng)汞燈式固化機(jī)的10%，能節(jié)約90%電量。

10.UV LED維護(hù)成本幾乎為零，采用UV-LED固化設(shè)備每年至少節(jié)約10000元/臺的耗材費(fèi)。

目前UV LED正在飛速發(fā)展，特別是一些大的上市公司以及資本市場的風(fēng)投的介入，觸發(fā)該行業(yè)的迅猛爆發(fā)。一些之前存在的成本高、配套資源緊缺等影響UV LED發(fā)展步伐的因素正在快速淡化，相信UV LED的全面普及指日可待。甚至一些權(quán)威的國外媒體報道，在未來的3-5年內(nèi)，會引來UV LED井噴式的發(fā)展，預(yù)計能創(chuàng)造上百億美金的市場空間。

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未來的UV固化一定也是圍繞著綠色、節(jié)能、環(huán)保、高效的主題來開展的，UV LED相對于傳統(tǒng)的UV固化技術(shù)有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，珠三角地區(qū)和華東地區(qū)在UV固化工藝上已經(jīng)開始更新?lián)Q代，華北地區(qū)也緊跟其后。市場如戰(zhàn)場，誰能得到先機(jī)，誰就能掌握主動，誰能緊跟市場步伐，誰就能屹立不倒。深圳市維海立信的UV LED固化解決方案愿助您的企業(yè)更上一層樓，緊跟市場步伐，掌控先機(jī)，戰(zhàn)無不勝！