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UVLED

时间:2019-07-03 09:10来源:- 作者:- 点击:
        UVLED即紫外发光二极管,是LED的一种,是按照一定的比例集成发光波长为200nm至450nm的大功率LED芯片形成峰值波长为200nm至450nm波段中某个波长的光源。

波长范围
      UVA 波长在 320-390nm ,又称为长波黑斑效应紫外线 。它有很强的穿透力,可以穿透大部分透明的玻璃以及塑料。日光中含有的长波紫外线 有超过98%能穿透臭氧层和云层到达地球表面,UVA可以直达 肌肤的真皮层,破坏弹性纤维和胶原蛋白纤维,将我们的皮肤晒黑。360nm波长的UVA紫外线符合昆虫类的趋光性反应曲线,可制作诱虫灯。300-420nm波长的UVA紫外线可透过完全截止可见光的特殊着色玻璃灯管,仅辐射出以365nm为中心的近紫外光,可用于矿石鉴定、舞台装饰、验钞等场所。
      UVB 波长在 280-320nm,又称为中波红斑效应紫外线 。中等穿透力,它的波长较短的部分会被透明玻璃吸收,日光中含有的中波紫外线大部分被臭氧层所吸收,只有不足2%能到达地球表面,在夏天和午后会特别强烈。UVB紫外线对人体具有红斑作用,能促进体内矿物质代谢和维生素D的形成,但长期或过量照射会令皮肤晒黑,并引起红肿脱皮。紫外线保健灯、植物生长灯发出的就是使用特殊透紫玻璃(不透过254nm以下的光)和峰值在300nm附近的荧光粉制成。
      UVC 波长在 280nm 以下,又称为短波灭菌紫外线。它的穿透能力最弱,无法穿透大部分的透明玻璃及塑料。日光中含有的短波紫外线几乎被臭氧层完全吸收。短波紫外线对人体的伤害很大,短时间照射即可灼伤皮肤,长期或高强度照射还会造成皮肤癌。紫外线杀菌灯发出的就是UVC短波紫外线。
      UVD波段,波长100~200nm,又称为真空紫外线。
      UVV 波长在 390nm 以上。


原理
       1、UVLED发光机理:PN结的端电压构成一定势垒,当加正向偏置电压时势垒下降,P区和N区的多数载流子向对方扩散。由于电子迁移率比空穴迁移率大得多,所以会出现大量电子向P区扩散,构成对P区少数载流子的注入。这些电子与价带上的空穴复合,复合时得到的能量以光能的形式释放出去。这就是PN结发光的原理。
       2、UVLED发光效率:一般称为组件的外部量子效率,其为组件的内部量子效率与组件的取出效率的乘积。所谓组件的内部量子效率,其实就是组件本身的电光转换效率,主要与组件本身的特性(如组件材料的能带、缺陷、杂质)、组件的垒晶组成及结构等相关。而组件的取出效率则指的是组件内部产生的光子,在经过组件本身的吸收、折射、反射后,实际在组件外部可测量到的光子数目。因此,关于取出效率的因素包括了组件材料本身的吸收、组件的几何结构、组件及封装材料的折射率差及组件结构的散射特性等。而组件的内部量子效率与组件的取出效率的乘积,就是整个组件的发光效果,也就是组件的外部量子效率。早期组件发展集中在提高其内部量子效率,主要方法是通过提高垒晶的质量及改变垒晶的结构,使电能不易转换成热能,进而间接提高UVLED的发光效率,从而可获得70%左右的理论内部量子效率,但是这样的内部量子效率几乎已经接近理论上的极限。在这样的状况下,光靠提高组件的内部量子效率是不可能提高组件的总光量的,因此提高组件的取出效率便成为重要的研究课题。现在的方法主要是:晶粒外型的改变——TIP结构,表面粗化技术。
       3、UVLED电气特性:电流控制型器件,负载特性类似PN结的UI曲线,正向导通电压的极小变化会引起正向电流的很大变化(指数级别),反向漏电流很小,有反向击穿电压。在实际使用中,应选择 。UVLED正向电压随温度升高而变小,具有负温度系数。UVLED消耗功率 ,一部分转化为光能,这是我们需要的。剩下的就转化为热能,使结温升高。散发的热量(功率)可表示为 。
       4、UVLED光学特性:UVLED提供的是半宽度很大的单色光,由于半导体的能隙随温度的上升而减小,因此它所发射的峰值波长随温度的上升而增长,即光谱红移,温度系数为+2~3A/ 。UVLED发光亮度L与正向电流。电流增大,发光亮度也近似增大。另外发光亮度也与环境温度有关,环境温度高时,复合效率下降,发光强度减小。
       5、UVLED热学特性:小电流下,LED温升不明显。若环境温度较高,UVLED的主波长就会红移,亮度会下降,发光均匀性、一致性变差。尤其点阵、大显示屏的温升对LED的可靠性、稳定性影响更为显著。所以散热设计很关键。
       6、UVLED寿命:UVLED的长时间工作会光衰引起老化,尤其对大功率UVLED来说,光衰问题更加严重。在衡量UVLED的寿命时,仅仅以灯的损坏来作为UVLED寿命的终点是远远不够的,应该以UVLED的光衰减百分比来规定LED的寿命,比如35%,这样更有意义。
       7、大功率UVLED封装:主要考虑散热和出光。散热方面,用铜基热衬,再连接到铝基散热器上,晶粒与热衬之间以锡片焊作为连接,这种散热方式效果较好,性价比较高。出光方面,采用芯片倒装技术,并在底面和侧面增加反射面反射出浪费的光能,这样可以获得更多的有消出光。


特点
1.没有溶剂-温室效应
2.有利于环境保护
3.工作埸地无污染
4.快速生产
5.室温固化
6.产品有独特性能
7.节省能源
8.易洗涤
9.节约空间
10.高光泽
11.废料少
12.方法多样性、适应性、产品更换快


优势
       2014年以来国内大部分厂家依然用着传统的紫外汞灯来进行工作,但是,UV LED终将会代替汞灯,因为他的优势比传统的汞灯大太多了!
1、超长寿命:使用寿命是传统汞灯式固化机的10倍以上,约25000~30000小时。
2、 冷光源、无热辐射,被照品表面温升低,解决光通讯、液晶生产中长期存在的热伤害问题。特别适合液晶封边、薄膜印刷等要求温升小的场合适用。
3、 发热量小,可解决汞灯喷绘设备发热量大、工作人员难以忍受的问题。
4、 瞬间点亮,不需要预热即刻达到100%功率紫外输出。
5、 使用寿命不受开闭次数影响。
6、 能量高,光输出稳定,照射均匀效果好,提高生产效率。
7、 可定制有效照射区域,长度从20mm到1000mm。
8、 不含汞,也不会产生臭氧,是替代传统光源技术的一种更安全、更环保的选择。
9、能耗低,耗电量仅为传统汞灯式固化机的10%,能节约90%电量。
10、维护成本几乎为零,采用UVLED固化设备每年至少节约10000元/台的耗材费。


应用领域

主要应用
1、微电子行业UVLED光固化应用
2、PCB行业UVLED光固化应用
3、医疗器械UVLED光固化应用
4、光学行业-ST-LED UV光固化应用
5、光通信行业UVLED光固化应用
6、科研及院所-ST-LED UV光固化应用
7、印刷UV油墨固化


其他应用
紫外线身份验证、条码(230-280nm)
表面积水的杀菌(240-280nm)
鉴别和体液检测和分析(250-405nm)
蛋白质分析和药物发明(270-300nm)
医学光照疗法(300-320nm)
高分子和油墨印刷(300-365nm)
辨伪(375-395nm)
表面除菌/美容除菌(390-410nm)
植物生长(275~320nm)


技术研究
      国内还对高出光效率、高可靠性紫外线LED 封装和紫外线LED氧化钛装置的研发及其光催化降解次甲基蓝来处理有机污水进行了深入研究。
      国外,日亚化学工业已功开发出发光波长为265nm、发光功率为100mW的紫外发光二极管。2008年理化学研究所和松下电工曾公布,采用GaN类半导体的InAlGaN开发出了发光中心波长为282nm,光输出功率为10mW的深紫外线LED。波长更短的深紫外线LED方面,NTT物性科学基础研究所采用AlN材料开发出了发光中心波长为210nm的深紫外线LED。基于LED的紫外光通信调制方式研究适宜采用PPM调制方式。
      最新技术发展正在将紫外线LED的部分市场扩展到产品革新和性能的新高度。下一代紫外线LED技术具有五个重要的优点:
1、增加寿命
在2008年以前,紫外线LED的使用率明显下降,这是因为紫外线束容易分解LED的环氧树脂,从而将紫外线LED的寿命降低至不足5千个小时。 紫外线LED的下一代技术以“硬化”或“防紫外线”环氧封装为特征,尽管提供的寿命将达到1万个小时,但仍远远满足不了大多数的应用。 在过去的几个月里,新的技术解决了这个工程挑战。例如:在Lumex的新QuasarBrite紫外线LED技术中(图1),使用了带玻璃透镜的TO-46结实封装替换环氧树脂透镜,从而使其使用时间至少延长十倍,达到5万个小时。
2、效率
紫外线LED的输出功率仅为输入功率的5%-8%。当波长为385nm及以上时,紫外线LED的效率提高,但也只有输入功率的15%。随着出现的技术在不断地解决效率问题,更多的应用将开始采用紫外线LED技术。
3、环境效益
紫外线LED与荧光灯相比,紫外线LED的能量消耗低70%。此外,紫外线LED不含CCFL技术中常见的有害物质汞。由于紫外线LED具有防振和耐冲击的作用,很少发生破损,从而减少了垃圾和费用花费。
4、性能
紫外线LED能提供较小的光束角和均匀的光束。由于紫外线LED不需要其他透镜就能得到紧凑的光束角和均匀的光束图,具有较低的能量消耗并增加了耐用性,所以与CCFL技术相比,紫外线LED的使用成本少了一半。
5、广泛的用途
紫外线LED当前的用途包括:光学传感器和仪器(230-400nm)、紫外线身份验证、条码(230-280nm)、表面积水的杀菌(240-280nm)、鉴别和体液检测和分析(250-405nm)、蛋白质分析和药物发明(270-300nm)、医学光照疗法(300-320nm)、高分子和油墨印刷(300-365nm)、辨伪(375-395nm)、表面除菌/美容除菌(390-410nm)。

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