Kvicksilverlampor har utvecklats och använts mycket bra, så det har traditionellt betraktats som kvicksilverlampor som vanliga ljuskällor. Utvecklingen av ultraviolett lysdiod har dock just börjat, och det framtida utvecklingsutrymmet är fortfarande stort. Dessutom är Ultraviolet LED Lights industrikedjan mycket lång, från kristalltillväxt, chipskärning, chipförpackning, integrering av UV-ljuskällmoduler, men innefattar också kontroll av strömförsörjning och utformning av kylsystem, etc., varje steg på slutprodukten - UV LED Ljuskvalitet har en mycket viktig inverkan. Därför är det mycket viktigt för forskning och utveckling av UV-LED-system för att förstå UV-LED: s förmåga gräns och utvidga UV-LED: s gränser.

A. Skillnad mellan Hight Power UV LED Light Source och kvicksilverlampa (fördelar och nackdelar, offentligt missförstånd om UV-LED)

Om vi ​​vill ersätta den traditionella kvicksilverlampan med UV-LED måste vi först veta skillnaden mellan kvicksilverlampa och UV LED Light, vilka är deras fördelar och nackdelar och så vidare. UV-beläggningar kan härda, eftersom formuleringen av ljusinitiatorabsorptionen av en viss våglängd av ultraviolett ljus och producerar fria radikaler (eller katjoner, anjoner) och sedan initierar monomerpolymerisation.

Utsläppsspektrumet för kvicksilverlampa är kontinuerligt, från ultraviolett till infrarött, särskilt i UVB till kortvåg UVA, intensiteten koncentreras, medan UV-LED-utspektionsspektret är smalt. Den gemensamma toppen är 365 nm och 395 nm (inklusive 385, 395, 406 nm) dessa två band.

Den huvudsakliga industriella applikationen är UVA-band nära ultraviolett ljus. I våglängdsområdet av 365 nm och 395 nm UV LED-ljuskällor , är de flesta initiatorernas molära extinktionskoefficient relativt låg. Därför, UV-strålningsdiod med hög effekt för UV-härdning generellt ger låg initieringseffektivitet och allvarliga problem med syrebeständighetspolymerisation, vilket inte bidrar till yttorkning.

Obs: för närvarande många Ultraviolett LED-lampor för UV-ficklampa tillverkare eller LED UV-beläggning tillverkare hävdar att LED UV är bra vid slipning. Strängt taget är det resultatet av dålig ythärdning. Det som är svårt är inte bra vid slipning, men hur man uppnår justerbar slipning, som både är slitstark och bra vid slipning. Det finns till och med några tillverkare som hänger fårhuvudskal hundkött. På baksidan av UV-LED-lampan sattes en kvicksilverlampa, den verkliga effekten är fortfarande kvicksilverlampa.

Men vi kan också se att ljusintensiteten hos Lödning Ultraviolett LED-lampor för UV-beläggning är mycket starkare än kvicksilverlampa vid 395 nm och 395 nm, vilket bidrar till djup härdning av UV-material. Många konventionella UV-härdbara enheter använder en galliumlampa bakom en kvicksilverlampa (415nm huvudutsläppsvåglängd) för att förbättra djuphärdningen.

Den andra frågan vi vill prata om är LED-energisparande. Generellt sett tycker alla det High Power Ultraviolet LED för UV-ficklampa är mer energibesparande som kvicksilverlampa. Även många tillverkare har lagt fram propaganda-sloganet att UV-LED kan minska energiförbrukningen med 70%. Faktum är att det finns ett stort missförstånd, det finns två anledningar: För det första, några företag sensationism, överdriven propaganda; För det andra förstår många människor inte UV-LED alls, förvirrar de två koncepten.

Detta bygger i allmänhet på att kvicksilverlampor avger endast 30% ultraviolett ljus, medan UV-LED sänder ut allt ultraviolett ljus. Det som verkligen påverkar systemets energiförbrukning är den fotoelektriska omvandlingseffektiviteten och effektiv ljuseffektivitet. Den kvicksilverlampans fotoreffektiva omvandlingseffektivitet är mycket hög, men det mesta av ljuset från kvicksilverlampan är synligt ljust och infrarött ljus, och UV-materialhärdningen kräver endast 30% ultraviolett ljus.

UV-ljusdiod för UV-utskrift är å andra sidan mycket mindre effektiv, vid cirka 30%. Det är nästan lika effektivt som en kvicksilverlampa. Enligt principen om bevarande av energi omvandlas de återstående 70% av el till värme. Den enda skillnaden är att värmen från UV-lysdioden diffunderas från lampans baksida genom lamppanelen, och det finns ingen värme på den blanka ytan, det vill säga namnet "kallt ljuskälla" av UV-LED. Kvicksilverånga kommer från fronten genom reflektorn och infraröd. Det är därför UV LED-ljuskällor i allmänhet behöver luftkylning för att sprida värme. UV-ljuskällor med hög effekt måste också vara utrustade med vatten för att sprida värme enligt 70% av ljuskällans elkraft.

Vad som verkligen kan uppnå energibesparing är det Ultraviolett LED för UV-härdning kan användas direkt, kan uppnå exakt bestrålning genom optisk design, förbättra egenskaperna för effektiv ljus effektivitet, och dessa behöver samverkan av infraröd detektering, intelligent styrning och så vidare för de flesta UV-LED-tillverkare på marknaden där är inte tillräckligt stark för att utföra denna aspekt av forskning och utveckling.

Den tredje och viktigaste punkten är miljöskydd. Miljökonsekvensen av kvicksilverlampa har i huvudsak två punkter:

1.Det kvicksilverljusets emissionsspektrum har det mycket ultravioletta ljuset under 200 nm, kommer att producera mycket ozon (många verkstadsarbetare rapporterade att kvicksilverlampan kommer att känna illaluktande, detta är grundorsaken).

2. Livslängden för kvicksilverlampor är relativt kort, endast 800-1000 timmar. Den sekundära föroreningen (kvicksilverförorening) orsakad av övergivna kvicksilverlampor har alltid varit ett svårt problem att lösa.

Det rapporteras att två tre gorges vattenkraftverk behövs för att skrota kvicksilveravfall varje år, och sämre, det finns inget bra sätt att helt avfallshantera kvicksilveravfall. UV-LED har inget sådant problem. Sedan minamatakonventionen om kvicksilver trädde i kraft i Kina den 16 augusti 2017 har kvicksilver varit på dagordningen.

Även om det noteras i konventionen att kvicksilverfluorescerande lampor för industriproduktion, för vilka det för närvarande inte finns något alternativ, inte ingår i förteckningen över restriktioner, noteras det också att parterna kan begära att de relevanta produkterna läggs till i listan över restriktioner om alternativ finns tillgängliga. Därför beror de UV-härdbara kvicksilverlamporna när den omfattande elimineringen beror på utvecklingen av UV-LED inom UV-härdningsområdet .

Andra fördelar med LED inkluderar: LED är smal våglängd, som kan uppnå exakt härdning (å ena sidan kan exakt lokal härdning uppnås, såsom 3D-utskrift. Å andra sidan kan olika initiatorer väljas för att bättre uppnå olika grader av härdning). UV-LED-ljuskälla är lampans pärlstruktur, kan anpassas efter behov av längd, bredd, bestrålningsvinkel etc., gör det till ljuskälla, linje ljuskälla, ytljuskälla, för att uppfylla kraven för olika bestrålningsprocesser.

Jämfört UV-LED med traditionell kvicksilverlampa:

B.Achieve UV-härdande ljuskälla för UV-materialparametrar

Våglängd 365 nm, 395 nm strålningsintensitet belysning (ljusintensitet, ljusdensitet): mw / cm ^ 2 total effekt: mj / cm ^ 2.

I processen att härda ljus, kan inte lämna de tre huvudparametrarna ovan: våglängd, intensitet och total effekt, våglängden avgör om ljusinitiatorn kan inspireras, ljusintensiteten bestämmer effektiviteten hos ultraviolett ljusutlösare, påverkar direkt bordtorken (oxidationspolymerisation) och djuphärdande effekt, medan den totala effekten avgör huruvida kan låta botas helt.

Den största fördelen med LED jämfört med kvicksilverlampa är att LED-lampan är formulerad och justerbar. Inom LED-kapaciteten kan den justera formuläret i största möjliga utsträckning enligt kraven på härdning. I UV-LED-härdningsutrustningen är det att ständigt expandera sin förmåga att hitta balanspunkten. På lysdioden ensam, baseras på färgformeln, för att hitta de bästa värmen som krävs för LED-ljuskällsparametrar.

C.Utgivande princip för UV-LED och utvecklingsstatus för UV LED-chip

Enligt principen om elektronövergång återvänder elektronerna av en atom från det exciterade tillståndet till marktillståndet, vilket frigör energi vid olika våglängder av strålning (emitterande elektromagnetiska vågor med olika våglängder).

Så det första sättet att göra något som avger ultraviolett ljus är att leta efter en atom som har ett elektron exciteringsläge som ligger strax under marktillståndet i ultraviolettområdet och vår konventionella kvicksilverlampa är den mest använda UV-källan.

Den andra metoden är att använda halvledarljusutsläppande princip (i enkla termer är ljusemitterande halvledare och framspänning, från P-området till N-hålen och av N-området till P-området elektroniskt, nära PN-anslutningen flera mikrometer, och hålrekombinationen av elektroner och PN-område, producerar den spontana strålningen fluorescerande) för att göra UV-bandet av ljuskälla.

Det är välkänt att bandgapet mellan tre och fem halvledarmaterial i aln till galliumnitrid eller indium galliumnitrid (InGaN) -serien faller mellan de blå och ultravioletta våglängderna.

I teorin kan dock en våglängd av ljus uppnås genom förhållandet mellan ljusmaterial. Begränsad av olika förhållanden, typerna av UV-LED-chips som kan produceras kommersiellt är fortfarande mycket begränsade för närvarande och de högkapacitetschips som kan användas kommersiellt är i grunden koncentrerad i UVA-bandet av 365 nm - 415 nm. Under de senaste två åren har UVB och UVC också visat en blomstrande trend, men de är i grunden begränsade till den civila konsumentmarknaden för desinfektion, sterilisering och andra applikationer med låg effekt.

Det finns flera anledningar till detta:

1. Strukturen av kristallmaterial bestämmer ljusstyrkan (fotoelektrisk omvandlingseffektivitet). Som 365 - 405nm i UVA kan även galliumnitrid (GaN) och högt lysande indium gallium kväve (InGaN) användas. UVB- och UVC-strukturerna är baserade på lågemitterande AlGaN-material, i stället för den för närvarande bekanta galliumnitrid- och indium galliumnitriden, som absorberar ultraviolett ljus under 365 nm. Som ett resultat är ljusstyrkan hos UVB och UVC extremt låg. Med ett LG 278nm-chip som ett exempel är effektiviteten hos hela fotoelektriska omvandlingen endast 2%.

2. Enligt principen om energibesparing innebär 2% foto-elektronisk omvandlingseffektivitet att 98% av elen omvandlas till värme, och livslängden och ljusstyrkan hos LED-chips är omvänt proportionell mot temperaturen. En sådan hög värmeffekt kräver ett högt krav på värmeavledning. Enligt den befintliga värmeavledningsmetoden är det omöjligt att uppnå effektiv värmeavledning av hög effekt UVB och UVC-chips.

3. För att skydda LED-chipet, måste chipet inkapslas, LED-lampan är omnidirectional, måste läggas till objektiv för att fokusera ljus. Förutom kvartsglas har de flesta material mycket låg ultraviolett ljustransmittans. Ju kortare våglängden desto lägre är transmittansen. På detta sätt, då ljusstyrkan är redan låg, absorberas en stor del av ljuset av linsen.

4.Current UVB och UVC-chips är också reaktionsugnstillväxtkristall baserat på UVA. Förutom själva materialens brister är det också problem som mismatching av substrat och kristallens termiska expansionskoefficient, vilket resulterar i extremt lågt utbyte av kristallerna och hög kostnad.

På det hela taget, eftersom UBV och UVC har låg ljusstyrka, höga kostnader och högre krav på systemets värmeavledning är det svårt att uppnå industriell UVB och UVC ljuskällor med hög effekt före ett mer betydande genombrott i teknik.

D.Research och utveckling av UV Light Source System

LED-chip är bara en viktig del av LED-ljuskällan, vi gör forskning och utveckling av LED-ljuskälla, måste genomföra systematisk forskning som helhet. Förutom LED-våglängden inbegriper det också en serie förpackningsteknik, optisk design, kylsystem, strömförsörjningssystem, intelligent styrsystem och så vidare.

För närvarande finns det fyra huvudsakliga förpackningsstrukturer av LED-chips, nämligen formell struktur, flipstruktur, vertikal struktur och tredimensionell vertikal struktur. För närvarande använder vanliga LED-chips en sapphire substratformell struktur, som är enkel i struktur och mogen i tillverkningstekniken. På grund av den dåliga värmeledningsförmågan hos safir kan emellertid värmen som alstras av chipet knappt överföras till kylflänsen, vilket är begränsat vid tillämpningen av UV-ljusdiod för UV-tryck med hög effekt.

Flipchipförpackning är en av de nuvarande utvecklingsriktningarna. Jämfört med formell konstruktion behöver värmen inte passera genom chipets substrat, men direkt till kisel- eller keramiska substratet med högre värmeledningsförmåga och sedan till omgivningen genom metallbasen. Dessutom, eftersom flippstrukturen inte behöver externt guldtråd, kan chipets integrerade densitet vara mycket hög, vilket förbättrar den optiska effekten per enhetsarea. Både flipstrukturen och den formella strukturen har emellertid samma defekt, det vill säga LED-elektroderna P och N ligger på samma sida av LED-lampan och strömmen måste strömma genom n-GaN-skiktet i sidled, vilket resulterar i nuvarande trängsel och högt lokalt värmevärde, vilket begränsar den övre gränsen för körströmmen.

Det blå ljuschipet med vertikal struktur produceras på grundval av formell montering. Denna typ av chip är att binda chipet med traditionellt safir substrat upp och ner på kiselsubstratet eller metallsubstratet med god värmeledningsförmåga och sedan skala safirsubstratet med laser. Chippen av detta substrat löser problemet med flaskhalsen med värmeavledning, men processen är komplex, särskilt substratomvandlingsprocessen är svår att uppnå, och utbytet är lågt. Men med utvecklingen av teknik har UV LED-vertikal förpackning blivit alltmer mogen.

Nu föreslås en ny tredimensionell vertikal struktur. Jämfört med den vertikala strukturen LED-chip är den största fördelen med det tredimensionella vertikala strukturen LED-chip att ingen guldtråd behövs, vilket gör förpackningen tunnare, bättre värmeavledningseffekt och lättare att introducera en större drivström. Det finns emellertid fortfarande många problem att lösa med hjälp av 3D vertikal struktur.

Eftersom UV-LED-ljusstyrkan är generellt lägre än belysnings-LED-lampor, för att uppnå högre ljusstyrka, väljs vertikal strukturförpackning generellt.

Eftersom LED-luminiscens är omnidirektionell, är det i fråga om låg luminescenseffektivitet nödvändigt med vetenskaplig och rimlig optisk design, såsom reflektorkopp, primärlins, sekundärlins och så vidare, för att uppnå högre effektiv ljuseffektivitet (ljus-effektiviteten hos positiv belysning ). På grund av ultraviolett ljusdämpningshastighet är dessutom högre i mediet, så i valet av linsmaterial och multipelbedömning (kvartsglas, högborosilikatglas, härdat glas etc.) försöker man välja material med hög UV-transmittans (som för att undvika material suglampa under ultraviolett ljus under lång tid och temperaturen stiger).

Som tidigare nämnts omvandlas en stor del av det till värmeenergi (UVA-band, el: ljus: värme = 10: 3: 7) enligt energibesparingsprincipen när elenergi omvandlas till ljusenergi. LED-chipets effektiva livslängd är nära relaterat till temperaturbesparing. I processen att härda ljus, för att ge högre optisk effektdensitet, måste man ofta sätta UV-strålkastare med hög effekt för UV-härdning integrerad med hög densitet, så kallas en hög efterfrågan, hur man realiserar effektiv värmeavledning, och säkerställer att allt LED-chip inom ramen för rimlig och balanserad sektionstemperatur kräver också vetenskaplig design, datasimulering och praktiskt test.