绿色、智能、环保、高效的UV LED固化技术

深圳市维海立信科技发展有限公司

绿色、智能、环保、高效的UV LED固化技术

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UV LED固化已经越来越被市场所采纳，也成为了资本市场的新宠儿。但是仍有少部分人对这个新型的固化技术知之甚少，本文结合目前的市场应用，深入浅出的为读者讲解这项技术。

概念及名称介绍

1.UV，是英文Ultraviolet的缩写，即紫外线。紫外线(UV)是肉眼看不见的，是可见紫色光以外的一段电磁辐射，在10～400nm的范围。

2.LED，是英文Light Emitting Diode的缩写，即发光二极管。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。

3.UV LED，就是发射UV光的发光二极管。通过LED自身晶元的材质，通电后发射紫外光谱范围内的电磁辐射。

4.UV LED的范围可分为UVA、UVB、UVC、UVD和UVV。

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。

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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。

UV固化箱

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，又被称为真空紫外线。

UVV波长在390nm以上。

5.光谱（Spectrum） ：是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案，全称为光学频谱。光谱中最大的一部分可见光谱是电磁波谱中人眼可见的一部分，在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光。光谱并没有包含人类大脑视觉所能区别的所有颜色，譬如褐色和粉红色。

光波是由原子内部运动的电子产生的。各种物质的原子内部电子的运动情况不同，所以它们发射的光波也不同。研究不同物质的发光和吸收光的情况，有重要的理论和实际意义，已成为一门专门的学科——光谱学。

应用原理

1．UV LED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。

UV LED线光源固化设备

2．UV LED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UV LED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．UV LED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。UV LED正向电压随温度升高而变小，具有负温度系数。UV LED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。

4．UV LED光学特性

UV LED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/ 。UV LED发光亮度与正向电流成正比关系。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．UV LED热学特性

小电流下，LED温升不明显。若环境温度较高，UV LED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．UV LED寿命

UV LED的长时间工作会光衰引起老化，尤其对大功率UV LED来说，光衰问题更加严重。在衡量UV LED的寿命时，仅仅以灯的损坏来作为UV LED寿命的终点是远远不够的，应该以UV LED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UV LED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效出光。

8．UV LED光谱

UV LED光源发出的光谱比较单一，这是基于LED晶元材质所决定的，目前市场上比较主流的有365nm、395nm，他们的光谱分别是

365nm光源光谱图

395nm、405nm、415nm光源光谱图

而传统汞灯的光谱图与UV LED光源光谱图对比如下：

主要应用

不同波长的紫外UV LED的应用领域都不太一样，大致可以分为工业应用、医疗应用、民用、军工等几个方面。

工业应用是目前比较成熟的一块，主要是胶水固化和油墨固化。其中胶水固化涉及的面非常广，几乎涵盖了我们日常生活所接触到的所有电子物品。例如：手机、电脑、手表、音响、智能手环等。油墨固化覆盖了我们日常生活常见物品，例如：衣物、饮料外包装、图册、广告牌、家居装潢等。

民用、医疗以及军工是正在快速发展的领域。主要是依靠深紫外能破坏细胞分子结构的原理进行杀菌消毒。这个也是未来健康产业的主题。

UV LED相对于传统汞灯区别

UV LED相对于传统汞灯来讲，省电、环保、低压安全、小体积、即开即灭、寿命长 、低温；缺点就是前期投入成本相对较高。

其优点主要表现为：

1.UV LED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.UV LED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.UV LED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.UV LED瞬间点亮，不需要预热即刻达到100%功率紫外输出。

5.UV LED使用寿命不受开闭次数影响。

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6.UV LED能量高，光输出稳定，照射均匀效果好，提高生产效率。

7.UV LED可定制有效照射区域，长度从20mm到1000mm。

8. UV LED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.UV LED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.UV LED维护成本几乎为零，采用UV-LED固化设备每年至少节约10000元/台的耗材费。

目前UV LED正在飞速发展，特别是一些大的上市公司以及资本市场的风投的介入，触发该行业的迅猛爆发。一些之前存在的成本高、配套资源紧缺等影响UV LED发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。甚至一些权威的国外媒体报道，在未来的3-5年内，会引来UV LED井喷式的发展，预计能创造上百亿美金的市场空间。

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公司定位：专业、新型、环保、节能的特种光源及周边产品、方案提供商。

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未来的UV固化一定也是围绕着绿色、节能、环保、高效的主题来开展的，UV LED相对于传统的UV固化技术有着得天独厚的优势，珠三角地区和华东地区在UV固化工艺上已经开始更新换代，华北地区也紧跟其后。市场如战场，谁能得到先机，谁就能掌握主动，谁能紧跟市场步伐，谁就能屹立不倒。深圳市维海立信的UV LED固化解决方案愿助您的企业更上一层楼，紧跟市场步伐，掌控先机，战无不胜！