Kwiklampen zijn zeer goed ontwikkeld en gebruikt, dus van oudsher worden kwiklampen als standaardlichtbronnen beschouwd. De ontwikkeling van ultraviolet LED is echter net begonnen en de toekomstige ontwikkelruimte is nog steeds enorm. Bovendien is de Ultraviolet LED Lights-industrieketen erg lang, van de groei van kristallen, chipsnijden tot chipverpakkingen tot de integratie van UV-lichtbronmodules, maar houdt ook de besturing van de voeding en het ontwerp van het koelsysteem in, enz., elke stap op het eindproduct - UV-LED Lichtkwaliteit heeft een zeer belangrijke impact. Daarom is het erg belangrijk voor het onderzoek en de ontwikkeling van UV-LED-systeem om de vermogensgrens van UV-LED te begrijpen en de vermogensgrens van UV-LED uit te breiden.

A.Verschil tussen Hight Power UV LED-lichtbron en Mercury Lamp (voor- en nadelen, publiek misverstand van UV-LED)

Als we de traditionele kwiklamp willen vervangen door UV-LED, moeten we eerst het verschil weten tussen kwiklamp en UV-ledlicht, wat zijn hun voor- en nadelen enzovoort. UV-coatings kunnen uitharden, omdat de lichtabsorptorabsorptie van een bepaalde golflengte van ultraviolet licht wordt geformuleerd en vrije radicalen (of kationen, anionen) worden geproduceerd en vervolgens monomeerpolymerisatie wordt geïnitieerd.

Het emissiespectrum van de kwiklamp is continu, van ultraviolet tot infrarood, met name in de UVB tot korte golf UVA, de intensiteit is geconcentreerd, terwijl het emissiespectrum van UV-LED smal is. De gemeenschappelijke piek is 365 nm en 395 nm (inclusief 385, 395, 406 nm) deze twee banden.

De belangrijkste industriële toepassing is UVA-band nabij ultraviolet licht. In het golflengtebereik van UV-lichtbronnen van 365 nm en 395 nm de molaire extinctiecoëfficiënt van de meeste initiatoren is relatief laag. daarom High Power UV Light Emitting Diode voor UV-uitharding veroorzaakt in het algemeen lage initiatie-efficiëntie en ernstige problemen van zuurstofweerstandspolymerisatie, hetgeen niet bevorderlijk is voor oppervlaktedroging.

Opmerking: op dit moment zijn er veel Ultraviolet LED-verlichting voor fabrikanten van UV-zaklampen of producenten van LED-UV-coating beweren dat LED-UV goed in slijpen is. Strikt genomen is dit het gevolg van slechte uitharding van het oppervlak. Wat moeilijk is, is niet goed in slijpen, maar hoe instelbaar slijpen te bereiken, dat zowel slijtvast is en goed in slijpen. Er zijn zelfs enkele fabrikanten die honden met schapenhoofdschalen ophangen. Aan de achterkant van de UV-LED-lamp een kwiklamp toegevoegd, het echte effect is nog steeds een kwiklamp.

We kunnen echter ook zien dat de lichtintensiteit van Soldeerbare ultraviolette led-lampjes voor UV-coating is veel sterker dan die van kwiklamp bij 395 nm en 395 nm, wat bevorderlijk is voor de diepe uitharding van UV-materiaal. Veel conventionele UV-uithardbare apparaten gebruiken een galliumlamp achter een kwiklamp (415 nm hoofdemissiegolflengte) om de uitharding te verbeteren.

Het tweede probleem waar we het over willen hebben, is de energiebesparing van LED. Over het algemeen denkt iedereen dat High Power Ultraviolet LED voor UV-zaklamp is meer energiebesparing dan die kwiklamp. Zelfs veel fabrikanten hebben de propagandaslogan naar voren gebracht dat UV-LED het energieverbruik met 70% kan verminderen. in feite is er een groot misverstand, er zijn twee redenen: ten eerste, sommige ondernemingen sensatiezucht, overdreven propaganda; ten tweede begrijpen veel mensen UV-LED helemaal niet, waardoor de twee begrippen verward worden.

Dit is meestal gebaseerd op het feit dat kwiklampen slechts 30% ultraviolet licht uitstralen, terwijl UV-LED al het ultraviolette licht uitstraalt. Wat het energieverbruik van het systeem echt beïnvloedt, is de foto-elektrische conversie-efficiëntie en effectieve lichtefficiëntie. De foto-elektrische conversie-efficiëntie van de kwiklamp is zeer hoog, maar het grootste deel van het door de kwiklamp uitgestraalde licht is zichtbaar licht en infrarood licht en het uitharden van UV-materiaal vereist slechts 30% ultraviolet licht.

UV-licht-emitterende diode voor UV-printen is daarentegen veel minder efficiënt, met ongeveer 30%. Het is bijna net zo efficiënt als een kwiklamp. Volgens het principe van energiebehoud wordt de resterende 70% van de elektriciteit omgezet in warmte. Het enige verschil is dat de hitte van de UV-LED wordt verspreid van de achterkant van de lamp via het lamppaneel en dat er geen hitte in het glanzende oppervlak is, vandaar de naam "koude lichtbron" van UV-LED. Kwikdamp komt van de voorkant via de reflector en infrarood. Dit is de reden waarom UV-LED-lichtbronnen over het algemeen luchtkoeling nodig hebben om warmte af te voeren. Krachtige UV-LED-lichtbronnen moeten ook worden uitgerust met een water om de warmte af te voeren volgens 70% van de elektrische stroom van de lichtbron.

Wat echt energiebesparing kan bereiken, is dat Ultraviolet LED voor UV-uitharding kan direct worden gebruikt, kan een nauwkeurige bestraling bereiken door optisch ontwerp, de kenmerken van effectieve lichtefficiëntie verbeteren, en deze hebben de medewerking nodig van infrarooddetectie, intelligente besturing en dergelijke, voor de meeste fabrikanten van UV-ledapparatuur op de markt, daar is niet genoeg kracht om dit aspect van onderzoek en ontwikkeling uit te voeren.

Het derde en belangrijkste punt is milieubescherming. De milieuvervuiling van kwiklamp heeft hoofdzakelijk twee punten:

1. Het emissiespectrum van kwiklamp heeft het ver ultraviolette licht onder de 200 nm, zal veel ozon produceren (veel werknemers in de werkplaats meldden dat de kwiklamp stinkt, dit is de oorzaak).

2. De levensduur van kwiklampen is relatief kort, slechts 800-1000 uur. De secundaire vervuiling (kwikvervuiling) veroorzaakt door verlaten kwiklampen is altijd een moeilijk op te lossen probleem geweest.

Naar verluidt zijn er twee waterkrachtcentrales met drie rampen nodig om elk jaar kwikafval te verwijderen, en erger nog, er is geen goede manier om kwikafval volledig weg te gooien. UV-leds hebben zo'n probleem niet. Sinds de Minamata-conventie over kwik op 16 augustus 2017 in China van kracht werd, stond de-kwik op de agenda.

Hoewel in de conventie wordt vermeld dat kwikfluldampen voor industriële productie waarvoor momenteel geen alternatief bestaat, niet zijn opgenomen in de lijst van beperkingen, wordt ook opgemerkt dat partijen kunnen verzoeken om de relevante producten aan de lijst met beperkingen toe te voegen, alternatieven zijn beschikbaar. Daarom zijn de UV-uithardende kwiklampproducten waar de uitgebreide eliminatie van afhangt de ontwikkeling van UV-LED op het gebied van UV-uitharding .

Andere voordelen van LED zijn onder meer: ​​LED heeft een smalle golflengte, waardoor een precieze uitharding kan worden bereikt (aan de ene kant kan nauwkeurige lokale uitharding worden bereikt, zoals 3D-printen.) Aan de andere kant kunnen verschillende initiators worden geselecteerd om verschillende graden beter te bereiken. uitharding). UV-LED Lichtbron is lamp kraal structuur, kan worden aangepast aan de behoefte van lengte, breedte, bestralingshoek, enz., Maken het ter plaatse lichtbron, lijn lichtbron, oppervlakte lichtbron, om te voldoen aan de eisen van verschillende bestralingsproces.

Vergeleken UV-LED met traditionele kwiklamp:

B. Verwacht uv-uithardende lichtbron voor UV-materiaalparameters

Golflengte van 365nm, 395nm stralingsintensiteit van verlichting (lichtintensiteit, licht vermogensdichtheid): mw / cm ^ 2 totaal vermogen: mj / cm ^ 2.

In het proces van het genezen van licht, kan niet verlaten van de drie bovenstaande parameters hierboven: golflengte, intensiteit en totale kracht, golflengte bepaalt of lichtinitiator kan worden geïnspireerd, lichtintensiteit bepaalt de efficiëntie van ultraviolet licht trigger, direct van invloed op de tafel droog (oxidatie polymerisatie) en diepe uithardingseffect, terwijl het totale vermogen bepaalt of het volledig kan laten genezen.

Het grootste voordeel van LED in vergelijking met kwiklamp is dat de LED is geformuleerd en instelbaar. Binnen de capaciteit van LED zelf, kan het het formulaat in de grootste mate aanpassen aan de vereisten van de uitharding. In de UV LED-uithardingsapparatuur is het om voortdurend hun vermogen uit te breiden om het balanspunt te vinden. Alleen al op de LED is gebaseerd op de verfformule om de best mogelijke uitharding van de LED-lichtbronparameters te vinden.

C. De emitting principe van UV LED en de ontwikkelingsstatus van UV LED chip

Volgens het principe van elektronenovergang keren de elektronen van een atoom terug van de geëxciteerde toestand naar de grondtoestand, waarbij energie wordt vrijgegeven bij verschillende golflengten van straling (die elektromagnetische golven met verschillende golflengten uitzenden).

Dus de eerste manier om iets te maken dat ultraviolet licht uitstraalt, is door te zoeken naar een atoom met een elektronenexcitatie-status die net onder de grondtoestand in het ultraviolette bereik ligt, en onze conventionele kwiklamp is de meest gebruikte UV-bron.

De tweede methode is het gebruik van het halfgeleider-lichtemitterende principe (in eenvoudige bewoordingen is het lichtemitterende halfgeleider- en voorwaartse spanning, van P-gebied in N de gaten en door N-gebied in P-gebied elektronisch, nabij de PN-junctie, verscheidene micrometers, respectievelijk en de gatrecombinatie van elektronen en PN-gebied produceren de spontane fluorescente straling) om de UV-band van de lichtbron te maken.

Het is bekend dat de bandafstand van drie tot vijf halfgeleidermaterialen in de aln tot galliumnitride of indium galliumnitride (InGaN) -serie tussen de blauwe en ultraviolette golflengten ligt.

In theorie kan echter elke golflengte van licht worden bereikt door de verhouding van lichtgevende materialen. Beperkt door verschillende omstandigheden, de soorten UV-LED-chips die commercieel kunnen worden geproduceerd, zijn op dit moment nog zeer beperkt en de high-power chips die commercieel kunnen worden toegepast, zijn in principe geconcentreerd in de UVA-band van 365 nm - 415 nm. In de afgelopen twee jaar hebben UVB en UVC ook een bloeiende trend laten zien, maar ze zijn in principe beperkt tot de civiele consumentenmarkt van desinfectie, sterilisatie en andere toepassingen met laag vermogen.

Daar zijn verschillende redenen voor:

1. De structuur van kristalmateriaal bepaalt de lichtefficiëntie (foto-elektrische conversie-efficiëntie). Als de 365 - 405nm in UVA kan ook galliumnitride (GaN) en hoogglanzende indium gallium stikstof (InGaN) worden gebruikt. De UVB- en UVC-structuren zijn gebaseerd op AlGaN-materialen met lage emissie, in plaats van op het bekende galliumnitride en indium-galliumnitride, dat ultraviolet licht van minder dan 365 nm absorbeert. Als gevolg hiervan is de lichtefficiëntie van UVB en UVC extreem laag. Met een LG 278nm-chip als voorbeeld, is de efficiëntie van de volledige foto-elektrische conversie slechts 2%.

2. Volgens het principe van energiebesparing betekent 2% foto-elektronische conversie-efficiëntie dat 98% van de elektriciteit wordt omgezet in warmte en dat de levensduur en de lichtefficiëntie van LED-chips omgekeerd evenredig zijn met de temperatuur. Een dergelijke hoge warmteafgifte vereist een hoge vereiste voor warmtedissipatie. Volgens de bestaande warmtedissipatiemethode is het onmogelijk om de effectieve warmtedissipatie van UVB- en UVC-chips met hoog vermogen te bereiken.

3. om de LEIDENE spaander te beschermen, moet de spaander worden ingekapseld, is het LEIDENE licht omnidirectioneel, moet lens toevoegen om licht te concentreren. Naast kwartsglas hebben de meeste materialen een zeer lage transmissie door ultraviolet licht. Hoe korter de golflengte, hoe lager de doorlaatbaarheid. Op deze manier, wanneer de lichtefficiëntie al laag is, zal een groot deel van het licht worden geabsorbeerd door de lens.

4. Huidige UVB- en UVC-chips zijn ook groeikristallen van de reactie-oven op basis van UVA. Naast de defecten van de materialen zelf, zijn er ook problemen zoals misaanpassing van substraat en de thermische uitzettingscoëfficiënt van de kristallen, resulterend in extreem lage opbrengst van de kristallen en hoge kosten.

Over het geheel genomen, omdat UBV en UVC een lage lichtefficiëntie, hoge kosten en hogere eisen voor warmtedissipatie van het systeem hebben, is het moeilijk om industriële krachtige UVB- en UVC-lichtbronnen voor een meer belangrijke doorbraak in technologie.

D.Onderzoek en ontwikkeling van UV-lichtbronsysteem

LED-chip is slechts een belangrijk onderdeel van LED-lichtbron, we doen onderzoek en ontwikkeling van LED-lichtbron, moeten systematisch onderzoek als geheel uitvoeren. Naast de golflengte van LED, gaat het ook om een ​​reeks van verpakkingstechnologie, optisch ontwerp, koelsysteem, voedingssysteem, intelligent regelsysteem, enzovoort.

Op dit moment zijn er vier hoofdverpakkingsstructuren van LED-chips, namelijk formele structuur, flip-structuur, verticale structuur en driedimensionale verticale structuur. Op dit moment nemen gewone LED-chips de formele structuur van een saffiersubstraat aan, die een eenvoudige structuur heeft en volgroeid is in productietechnologie. Vanwege de slechte thermische geleidbaarheid van saffier kan de door de chip gegenereerde warmte echter nauwelijks worden overgedragen naar de warmteafleider, die beperkt is in de toepassing van een hoogvermogen UV-lichtemitterende diode voor UV-afdrukken.

Flip-chipverpakking is een van de huidige ontwikkelingsrichtingen. In vergelijking met de formele structuur hoeft de hitte niet door het saffiersubstraat van de chip te gaan, maar direct naar het silicium- of keramische substraat met hogere thermische geleidbaarheid en vervolgens naar de buitenomgeving door de metalen basis. Omdat de flipstructuur geen externe gouddraad nodig heeft, kan de geïntegreerde dichtheid van de chip bovendien erg hoog zijn, waardoor het optische vermogen per oppervlakte-eenheid wordt verbeterd. Zowel de flipstructuur als de formele structuur hebben echter hetzelfde defect, dat wil zeggen de LED P- en N-elektroden bevinden zich aan dezelfde zijde van de LED en de stroom moet zijdelings door de n-GaN-laag vloeien, resulterend in stroomcongestie en een hoge lokale calorische waarde, die de bovengrens van de rijstroom beperkt.

De blue light chip met verticale structuur wordt geproduceerd op basis van formele assemblage. Dit soort chip is om de chip met het traditionele saffiersubstraat ondersteboven op het siliciumsubstraat of metalen substraat te binden met een goede thermische geleidbaarheid en vervolgens het saffiersubstraat door middel van laser af te pellen. De chip van dit substraat lost het probleem van knelpunt van warmtedissipatie op, maar het proces is complex, vooral het substraatconversieproces is moeilijk te bereiken en de opbrengst is laag. Met de ontwikkeling van technologie is UV-LED-verticale verpakking echter steeds volwassener geworden.

Nu wordt een nieuwe driedimensionale verticale structuur voorgesteld. Vergeleken met de LED-chip met verticale structuur, is het belangrijkste voordeel van de driedimensionale verticale structuur-LED-chip dat er geen gouden draad nodig is, waardoor het pakket dunner wordt, een beter warmtedissipatie-effect heeft en gemakkelijker een grotere stuurstroom kan worden geïntroduceerd. Er zijn echter nog steeds veel problemen die opgelost moeten worden bij de toepassing van 3D verticale structuur.

Omdat de UV-lichtefficiëntie over het algemeen lager is dan die van de verlichtings-LED's, wordt in het algemeen een verticale structuurverpakking gekozen om een ​​hogere lichtefficiëntie te bereiken.

Omdat LED-luminescentie omnidirectioneel is, in het geval van lage luminescentie-efficiëntie, is wetenschappelijk en redelijk optisch ontwerp, zoals een reflectorkop, primaire lens, secundaire lens enzovoort, ook nodig om een ​​hogere effectieve lichtefficiëntie te bereiken (de lichtefficiëntie van positieve verlichting). ). Bovendien is de dempingssnelheid van ultraviolet licht in het medium hoger, dus probeer bij de keuze van het lensmateriaal en de meervoudige beoordeling (kwartsglas, hoog borosilicaatglas, gehard glas, enz.) Het materiaal met hoge UV-doorlaatbaarheid te kiezen (zoals en om langdurig materiaalzuiglamp onder ultraviolet licht te vermijden en de temperatuur stijgt).

Zoals eerder vermeld, wordt volgens het principe van energiebesparing, wanneer elektrische energie wordt omgezet in lichtenergie, een groot deel ervan ook omgezet in warmte-energie (UVA-band, elektriciteit: licht: warmte = 10: 3: 7). De effectieve levensduur van een LED-chip hangt nauw samen met de temperatuursbesparing. In het proces van het genezen van licht, om een ​​hogere optische vermogensdichtheid te bieden, moet vaak de High Power UV-chips voor UV-uitharding geïntegreerd met hoge dichtheid, zoals koeling wordt naar voren gebracht hoog verzoek, hoe de efficiënte warmteafvoer te realiseren, en ervoor te zorgen dat alle LED-chip in het kader van een redelijke en gebalanceerde sectietemperatuur, ook wetenschappelijk ontwerp, computersimulatie en praktische test vereist.