Las lámparas de mercurio se han desarrollado y usado muy bien, por lo que tradicionalmente han considerado las lámparas de mercurio como fuentes de luz estándar. Sin embargo, el desarrollo del LED ultravioleta acaba de comenzar, y el espacio de desarrollo futuro sigue siendo enorme. Además, la cadena de la industria de luces LED ultravioleta es muy larga, desde el crecimiento de cristales, el corte de viruta hasta el empaque de chips, hasta la integración de los módulos de fuente de luz UV, pero también implica el control de la fuente de alimentación y el diseño del sistema de enfriamiento. Cada paso en el producto final: la calidad de la luz UV LED tiene un impacto muy importante. Por lo tanto, es muy importante para la investigación y el desarrollo del sistema UV LED comprender el límite de capacidad de UV LED y expandir el límite de capacidad de UV LED.

A.Diferencia entre Fuente de luz LED de alta potencia UV y lámpara de mercurio (ventajas y desventajas, malentendido público de UV LED)

Si queremos reemplazar la lámpara de mercurio tradicional con LED UV, primero debemos saber la diferencia entre la lámpara de mercurio y la luz LED UV, cuáles son sus ventajas y desventajas, etc. Los recubrimientos UV pueden curar, debido a que la formulación del iniciador de la luz absorbe una cierta longitud de onda de la luz ultravioleta y produce radicales libres (o cationes, aniones) y luego inicia la polimerización del monómero.

El espectro de emisión de la lámpara de mercurio es continuo, desde ultravioleta a infrarrojo, especialmente en UVB a UVA de onda corta, la intensidad se concentra, mientras que el espectro de emisión de UV LED es estrecho. El pico común es 365nm y 395nm (incluyendo 385, 395, 406nm) estas dos bandas.

La principal aplicación industrial es la banda UVA cerca de la luz ultravioleta. En el rango de longitud de onda de 365nm y 395nm UV fuentes de luz LED , el coeficiente de extinción molar de la mayoría de los iniciadores es relativamente bajo. Por lo tanto, Diodo emisor de luz UV de alta potencia para curado UV generalmente causa una baja eficiencia de iniciación y problemas serios de polimerización de resistencia al oxígeno, lo que no es propicio para el secado de la superficie.

Nota: en la actualidad, muchos. Luces LED ultravioletas para fabricantes de linternas UV o los fabricantes de recubrimientos LED UV afirman que LED UV es bueno para la molienda. Estrictamente hablando, es el resultado de un mal curado de la superficie. Lo que es difícil no es bueno para el esmerilado, sino cómo lograr un esmerilado ajustable, que es resistente al desgaste y bueno para el esmerilado. Incluso hay algunos fabricantes que cuelgan carne de perro de concha de cabeza de oveja. En la parte posterior de la lámpara LED UV se agregó una lámpara de mercurio, el efecto real sigue siendo la lámpara de mercurio.

Sin embargo, también podemos ver que la intensidad de la luz de Luces LED ultravioleta de soldadura para revestimiento UV es mucho más fuerte que la de la lámpara de mercurio a 395 nm y 395 nm, lo que es propicio para el curado profundo del material UV. Muchos dispositivos de curado UV convencionales utilizan una lámpara de galio detrás de una lámpara de mercurio (longitud de onda de emisión principal de 415 nm) para mejorar el curado profundo.

El segundo tema del que queremos hablar es el ahorro de energía del LED. En general, todos piensan que LED ultravioleta de alta potencia para linterna UV Es más ahorro de energía que la lámpara de mercurio. Incluso muchos fabricantes han presentado el eslogan de propaganda de que los LED UV pueden reducir el consumo de energía en un 70%. de hecho, hay un gran malentendido, hay dos razones: primero, algunas empresas sensacionalistas, propaganda exagerada; En segundo lugar, muchas personas no entienden en absoluto los LED UV, lo que confunde los dos conceptos.

Esto se basa generalmente en el hecho de que las lámparas de mercurio emiten solo un 30% de luz ultravioleta, mientras que los LED UV emiten toda la luz ultravioleta. Lo que realmente afecta el consumo de energía del sistema es la eficiencia de conversión fotoeléctrica y la eficiencia de luz efectiva. La eficiencia de conversión fotoeléctrica de la lámpara de mercurio es muy alta, pero la mayor parte de la luz emitida por la lámpara de mercurio es luz visible e infrarroja, y el curado del material UV requiere solo un 30% de luz ultravioleta.

El diodo emisor de luz UV para impresión UV, por otro lado, es mucho menos eficiente, alrededor del 30%. Es casi tan eficiente como una lámpara de mercurio. De acuerdo con el principio de conservación de energía, el 70% restante de la electricidad se convierte en calor. La única diferencia es que el calor del LED UV se difunde desde la parte posterior de la lámpara a través del panel de la lámpara, y no hay calor en la superficie brillante, de ahí el nombre de "fuente de luz fría" de UV LED. El vapor de mercurio viene del frente a través del reflector y el infrarrojo. Esta es la razón por la que las fuentes de luz UV LED generalmente necesitan refrigeración por aire para disipar el calor. Las fuentes de luz LED UV de alta potencia también deben estar equipadas con agua para disipar el calor de acuerdo con el 70% de la energía eléctrica de la fuente de luz.

Lo que realmente puede lograr el ahorro de energía es que LED ultravioleta para curado UV puede usarse de inmediato, puede lograr una irradiación precisa a través del diseño óptico, mejorar las características de la eficiencia de la luz efectiva, y estas requieren la cooperación de detección de infrarrojos, control inteligente, etc., para la mayoría de los fabricantes de equipos de LED UV en el mercado. No es suficiente la fuerza para llevar a cabo este aspecto de la investigación y el desarrollo.

El tercer y más importante punto es la protección del medio ambiente. La contaminación ambiental de la lámpara de mercurio tiene principalmente dos puntos:

1.El espectro de emisión de la lámpara de mercurio tiene la luz ultravioleta lejana por debajo de 200 nm, producirá una gran cantidad de ozono (muchos trabajadores del taller informaron que la lámpara de mercurio se sentirá mal, esta es la causa).

2. La vida útil de las lámparas de mercurio es relativamente corta, solo 800-1000 horas. La contaminación secundaria (contaminación por mercurio) causada por las lámparas de mercurio abandonadas siempre ha sido un problema difícil de resolver.

Se informa que se necesitan dos estaciones hidroeléctricas de tres gargantas para deshacerse de los desechos de mercurio cada año, y peor aún, no hay una buena manera de deshacerse por completo de los desechos de mercurio. LEDs UV no tiene tal problema. Desde que la convención de minamata sobre mercurio entró en vigor en China el 16 de agosto de 2017, el mercurio ha estado en la agenda.

Si bien se señala en la convención que las lámparas fluorescentes de mercurio para la producción industrial para las que actualmente no existen alternativas no están incluidas en la lista de restricciones, también se señala que las partes pueden solicitar que los productos relevantes se agreguen a la lista de restricciones si: Hay alternativas disponibles. Por lo tanto, los productos de la lámpara de mercurio curables con UV cuando la eliminación completa depende de El desarrollo de UV LED en el campo de la curabilidad UV. .

Otras ventajas del LED incluyen: el LED es una longitud de onda estrecha, que puede lograr un curado preciso (por un lado, se puede lograr un curado local preciso, como la impresión 3D. Por otro lado, se pueden seleccionar diferentes iniciadores para lograr mejor los diferentes grados de curación). La fuente de luz LED UV es una estructura de perla de lámpara, se puede ajustar según la necesidad de longitud, ancho, ángulo de irradiación, etc., haga que sea fuente de luz puntual, fuente de luz de línea, fuente de luz de superficie, para cumplir con los requisitos del proceso de irradiación diferente.

Comparado UV LED con lámpara de mercurio tradicional:

B.Actuar la fuente de luz de curado UV para los parámetros de material UV

Longitud de onda de 365nm, 395nm intensidad de radiación de la iluminación (intensidad de la luz, densidad de potencia de la luz): mw / cm ^ 2 potencia total: mj / cm ^ 2.

En el proceso de curado de la luz, no se pueden dejar los tres parámetros principales anteriores: longitud de onda, intensidad y potencia total, la longitud de onda determina si el iniciador de luz puede inspirarse, la intensidad de la luz determina la eficiencia del activador de luz ultravioleta, afecta directamente a la mesa seca (polimerización por oxidación) y efecto de curado profundo, mientras que la potencia total determina si se puede dejar curar completamente.

La mayor ventaja del LED en comparación con la lámpara de mercurio es que el LED está formulado y es ajustable. Dentro de la capacidad del propio LED, puede ajustar la fórmula en la mayor medida posible de acuerdo con los requisitos de curado. En el equipo de curado UV LED, se trata de expandir constantemente su capacidad para encontrar el punto de equilibrio. Solo en el LED, se basa en la fórmula de pintura, para encontrar los mejores parámetros de fuente de luz LED de curado.

C.El principio de emisión de UV LED y el estado de desarrollo del chip UV LED

De acuerdo con el principio de transición electrónica, los electrones de un átomo vuelven del estado excitado al estado fundamental, liberando energía en diferentes longitudes de onda de radiación (emitiendo ondas electromagnéticas de diferente longitud de onda).

Por lo tanto, la primera forma de producir algo que emita luz ultravioleta es buscar un átomo que tenga un estado de excitación de electrones que se encuentre justo por debajo del estado fundamental en el rango ultravioleta, y nuestra lámpara de mercurio convencional es la fuente de UV más utilizada.

El segundo método es utilizar el principio de emisión de luz del semiconductor (en términos simples, el semiconductor que emite luz y el voltaje directo, desde el área P a los agujeros N y por el área N a la electrónica del área P, cerca de la unión PN varios micrómetros, respectivamente, y la recombinación de los electrones en el agujero y el área de PN, producen la radiación espontánea fluorescente para hacer la banda UV de la fuente de luz.

Es bien sabido que la brecha de banda de tres a cinco materiales semiconductores en la serie aln a nitruro de galio o nitruro de galio e indio (InGaN) cae entre las longitudes de onda azul y ultravioleta.

Sin embargo, en teoría, cualquier longitud de onda de la luz se puede lograr mediante la proporción de materiales luminosos. Limitado por diversas condiciones, los tipos de chips UV LED Los productos que pueden producirse comercialmente son todavía muy limitados en la actualidad, y los chips de alta potencia que pueden aplicarse comercialmente se concentran básicamente en la banda UVA de 365nm - 415nm. En los últimos dos años, UVB y UVC también han mostrado una tendencia en auge, pero se limitan básicamente al mercado de consumo civil de desinfección, esterilización y otras aplicaciones de bajo consumo.

Hay varias razones para esto:

1. La estructura del material de cristal determina la eficiencia luminosa (eficiencia de conversión fotoeléctrica). Como el 365 - 405nm en UVA también puede usar nitruro de galio (GaN) y nitrógeno de galio de indio luminoso alto (InGaN). Las estructuras UVB y UVC se basan en materiales de AlGaN de baja emisión, en lugar del nitruro de galio y el nitruro de galio de indio que ya son conocidos, que absorben la luz ultravioleta por debajo de los 365nm. Como resultado, la eficiencia luminosa de UVB y UVC es extremadamente baja. Tomando como ejemplo el chip LG 278nm, la eficiencia de toda la conversión fotoeléctrica es solo del 2%.

2. Según el principio de ahorro de energía, un 2% de eficiencia de conversión fotoelectrónica significa que el 98% de la electricidad se convierte en calor, y la vida útil y eficiencia luminosa de los chips LED son inversamente proporcionales a la temperatura. Una salida de calor tan alta requiere un alto requerimiento de disipación de calor. De acuerdo con el método de disipación de calor existente, es imposible lograr la disipación de calor efectiva de los chips UVB y UVC de alta potencia.

3. Para proteger el chip LED, el chip debe estar encapsulado, la luz LED es omnidireccional, es necesario agregar lentes para enfocar la luz. Además del vidrio de cuarzo, la mayoría de los materiales tienen una transmisión de luz ultravioleta muy baja. Cuanto más corta sea la longitud de onda, menor será la transmitancia. De esta manera, cuando la eficiencia luminosa ya es baja, una gran parte de la luz será absorbida por la lente.

4.Los chips UVB y UVC actuales también son cristales de crecimiento del horno de reacción basados ​​en UVA. Además de los defectos de los materiales en sí, también existen problemas, como la falta de coincidencia del sustrato y el coeficiente de expansión térmica de los cristales, lo que resulta en un rendimiento extremadamente bajo de los cristales y un alto costo.

En general, como UBV y UVC tienen baja eficiencia luminosa, alto costo y mayores requisitos para la disipación de calor del sistema, es difícil lograrlo Fuentes de luz de alta potencia UVB y UVC Ante un avance más significativo en la tecnología.

D. Investigación y desarrollo del sistema de fuente de luz UV

El chip LED es solo una parte importante de la fuente de luz LED, nosotros investigamos y desarrollamos la fuente de luz LED, necesitamos llevar a cabo una investigación sistemática en conjunto. Además de la longitud de onda del LED, también incluye una serie de tecnología de envasado, diseño óptico, sistema de refrigeración, sistema de suministro de energía, sistema de control inteligente, etc.

En la actualidad, existen cuatro estructuras principales de empaque de chips LED, a saber, estructura formal, estructura plegable, estructura vertical y estructura vertical tridimensional. En la actualidad, los chips LED ordinarios adoptan una estructura formal de sustrato de zafiro, que es simple en estructura y madura en tecnología de fabricación. Sin embargo, debido a la mala conductividad térmica del zafiro, el calor generado por el chip difícilmente puede transferirse al disipador de calor, que está limitado en la aplicación de diodos emisores de luz UV de alta potencia para impresión UV.

El envase Flip Chip es una de las direcciones de desarrollo actuales. Comparado con la estructura formal, el calor no necesita pasar a través del sustrato de zafiro del chip, sino directamente al sustrato de silicio o cerámica con mayor conductividad térmica, y luego al ambiente exterior a través de la base metálica. Además, dado que la estructura de giro no necesita cable dorado externo, la densidad integrada del chip puede ser muy alta, lo que mejora la potencia óptica por unidad de área. Sin embargo, tanto la estructura flip como la estructura formal tienen el mismo defecto, es decir, los electrodos LED P y N están en el mismo lado del LED, y la corriente debe fluir a través de la capa n-GaN lateralmente, lo que produce una congestión de corriente y alto valor calorífico local, que limita el límite superior de la corriente de conducción.

El chip de luz azul con estructura vertical se produce sobre la base de un montaje formal. Este tipo de chip consiste en unir el chip con el sustrato de zafiro tradicional boca abajo sobre el sustrato de silicio o el sustrato de metal con buena conductividad térmica, y luego pelar el sustrato de zafiro con un láser. El chip de este sustrato resuelve el problema del cuello de botella de la disipación de calor, pero el proceso es complejo, especialmente el proceso de conversión del sustrato es difícil de lograr, y el rendimiento es bajo. Sin embargo, con el desarrollo de la tecnología, los envases verticales UV LED se han vuelto cada vez más maduros.

Ahora se propone una nueva estructura vertical tridimensional. En comparación con el chip LED de estructura vertical, la principal ventaja del chip LED de estructura vertical tridimensional es que no se necesita cable dorado, lo que hace que el paquete sea más delgado, tenga un mejor efecto de disipación de calor y sea más fácil introducir una mayor corriente de conducción. Sin embargo, todavía hay muchos problemas por resolver en la aplicación de la estructura vertical 3D.

Debido a que la eficiencia luminosa de los LED UV es generalmente más baja que la de los LED de iluminación, para lograr una mayor eficiencia luminosa, generalmente se selecciona el empaquetado de estructura vertical.

Dado que la luminiscencia LED es omnidireccional, en el caso de una baja eficiencia de luminiscencia, también se necesita un diseño óptico científico y razonable, como una copa reflectora, una lente primaria, una lente secundaria, etc., para lograr una mayor eficiencia de luz efectiva (la eficiencia lumínica de la iluminación positiva ). Además, debido a que la atenuación de la luz ultravioleta es mayor en el medio, por lo que en la elección del material de la lente y en la evaluación múltiple (vidrio de cuarzo, vidrio de borosilicato alto, vidrio templado, etc.), intente elegir el material con alta transmitancia UV (como así como para evitar la luz de succión del material bajo luz ultravioleta durante mucho tiempo y la temperatura sube).

Como se indicó anteriormente, de acuerdo con el principio de conservación de energía, cuando la energía eléctrica se convierte en energía luminosa, una gran parte de ella también se convierte en energía térmica (banda UVA, electricidad: luz: calor = 10: 3: 7). La vida útil efectiva del chip LED está estrechamente relacionada con el ahorro de temperatura. En el proceso de curar la luz, con el fin de proporcionar una mayor densidad de potencia óptica, a menudo es necesario poner el Chips UV de alta potencia para curado UV Integrado con alta densidad, dicho enfriamiento se presenta como una alta solicitud, cómo realizar una disipación de calor eficiente, y garantizar que todos los chips LED en el alcance de la temperatura de la sección razonable y equilibrada, también requieran diseño científico, simulación por computadora y prueba práctica.