تقنية مصدر ضوء LED للأشعة فوق البنفسجية

المكون الأساسي ل منتجات LED للأشعة فوق البنفسجية هو مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية LED. مع تطور التكنولوجيا, تم تحسين معدل الإضاءة فوق البنفسجية لمصدر ضوء LED UV بشكل مستمر, وتم تخفيض تكلفة الإنتاج. إنه يحل محل مصباح الزئبق UV الأصلي على نطاق واسع في مختلف المجالات. يلعب تقدم تقنية مصدر الضوء UV-LED دورًا مهمًا للغاية في تعميم منتجات UV-LED. في هذا المقطع, سوف نشارككم المعلومات حول تطوير مصابيح LED للأشعة فوق البنفسجية في العامين الماضيين.

لماذا ندرس مصادر الضوء؟?

يجب أن يكون التعبير الكامل عن العلاج الإشعاعي “استخدام مصدر الإشعاع كطاقة لتعزيز علاج المواد فوق البنفسجية“. والسؤال الأساسي هنا هو كيفية تحقيق العلاج. سواء كان الأشعة فوق البنفسجية أو EB, كلاهما مصادر طاقة ضرورية للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية. تمامًا مثل الحصول على فهم أساسي لأداء السيارة قبل القيادة, كممارس للعلاج الإشعاعي, علينا أن نعرف عن مصادر الضوء. من الضروري أن يكون لديك فهم متعمق لخصائص أدائها, طرق الاستخدام, إلخ. هناك غرضان لمناقشة مصادر ضوء UV LED ومواد الأشعة فوق البنفسجية معًا. أولاً, دع أولئك الذين يصنعون مواد الأشعة فوق البنفسجية يعرفون ما يمكن أن تفعله مصادر ضوء LED. والثاني هو السماح لأولئك الذين يصنعون مصادر ضوء LED بمعرفة الطلاءات فوق البنفسجية التي يحتاجون إليها.

خصائص مصدر ضوء LED للأشعة فوق البنفسجية

ومن الأفضل أن نسميها “نظام مصدر ضوء LED بالأشعة فوق البنفسجية”. على الرغم من أن ظهور مصادر ضوء الأشعة فوق البنفسجية LED حديث, العلاج الإشعاعي له تاريخ طويل. لقد كان تطوير وتطبيق تكنولوجيا مصابيح الزئبق ناضجًا جدًا, لذلك عادةً ما نستخدم مصابيح الزئبق كمصادر إضاءة قياسية. يشبه مصدر ضوء LED مصدر ضوء من نوع الصيغة وهو أكثر قابلية للتعديل. لديها سلسلة صناعية طويلة نسبيا, وهو مشروع منهجي.

بسبب متطلبات توفير الطاقة وحماية البيئة, نأمل في استبدال مصابيح الزئبق التقليدية بمصابيح LED بالأشعة فوق البنفسجية. عند مناقشة الخصائص, من السهل جدًا إنشاء طاولة ومقارنة مصابيح LED بمصابيح الزئبق.

طاولة 1. مقارنة بين مصابيح LED ومصابيح الزئبق التقليدية

طيف الانبعاث من مصابيح LED للأشعة فوق البنفسجية

هذه الصورة عبارة عن مقارنة كلاسيكية لأطياف انبعاث مصابيح LED للأشعة فوق البنفسجية ومصابيح الزئبق. من الصورة, يمكننا أن نرى أن أطياف انبعاث مصابيح الزئبق مستمرة, تتراوح من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء. خاصة في القسم من الأشعة فوق البنفسجية فئة B إلى الأشعة فوق البنفسجية ذات الموجة القصيرة, شدة الضوء مركزة نسبيا. في حين أن طيف انبعاث مصابيح LED ضيق نسبيًا, 60% من الضوء ضمن نطاق الطول الموجي 10nm. القمم المشتركة هي 365 نانومتر و 395 نانومتر (مشتمل 385, 395, و 405 نانومتر ) العصابات الخفيفة.

توفير الطاقة لمصابيح LED بالأشعة فوق البنفسجية

تؤثر كفاءة التحويل الكهروضوئي وكفاءة الضوء على استهلاك النظام للطاقة. في مجال المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية, ومن الضروري أيضًا مراعاة كفاءة الضوء فوق البنفسجي على البادئين. كفاءة التحويل الكهروضوئي لمصابيح الزئبق عالية جدًا. الضوء المنبعث من مصابيح الزئبق هو في الغالب الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء, والأشعة فوق البنفسجية تمثل فقط 30%.

في الوقت الحالي, تبلغ كفاءة التحويل الكهروضوئي 365 نانومتر فقط 30%, وكفاءة التحويل الكهروضوئية تبلغ 395 نانومتر تقريبًا 60-70%. وفقا لمبدأ الحفاظ على الطاقة, المتبقي 70% (365نانومتر) يتم تحويل الكهرباء إلى حرارة. والفرق الوحيد هو أن حرارة LED تتبدد من الخلف من خلال لوحة المصباح, لذلك فهو يحمل عنوان “مصدر الضوء البارد”. بينما تمر حرارة المصباح الزئبقي عبر العاكس وتنبعث من الأمام. تتطلب مصادر ضوء UV LED عمومًا تبريد الهواء لتبديد الحرارة, وتحتاج مصادر الإضاءة UV LED عالية الطاقة إلى مبرد مياه. فضلاً عن ذلك, نظرًا لأن معامل الانقراض المولي لمعظم المبدئين الضوئيين في نطاق LED منخفض جدًا, مطلوب كثافة ضوء LED أعلى لتحريك نفس الكمية من البادئين.

ما يمكن أن يوفر الطاقة حقًا هو أنه يمكن استخدام مصابيح LED للأشعة فوق البنفسجية على الفور, تحقيق إضاءة دقيقة من خلال التصميم البصري, وتحسين كفاءة الضوء الفعالة. على سبيل المثال, يمكننا تقليل ساعات عمل مصادر إضاءة LED بشكل فعال في الإنتاج الصناعي من خلال التعاون بين الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء والتحكم الذكي. هذه الطريقة توفر الكثير من الطاقة.

حماية البيئة لأضواء LED للأشعة فوق البنفسجية

التلوث البيئي لمصابيح الزئبق له نقطتان رئيسيتان. الأول هو أن طيف انبعاث مصابيح الزئبق يحتوي على ضوء فوق بنفسجي بعيد أقل من 200 نانومتر, والتي سوف تولد الأوزون. أفاد العديد من عمال الورش أن مصابيح الزئبق لها رائحة كريهة, وهذا هو السبب الجذري. ثانية, عمر خدمة مصابيح الزئبق قصير نسبيًا, وهو فقط 800-1000 ساعات, والتلوث الثانوي (التلوث بالزئبق) لقد كانت مصابيح الزئبق التي تم التخلص منها دائمًا مشكلة صعبة الحل. وتفيد التقارير أن استهلاك الطاقة السنوي للتخلص من نفايات الزئبق يتطلب طاقة محطتين للطاقة الكهرومائية في Three Gorges. والأمر الأكثر فظاعة هو أنه لا توجد حاليًا طريقة جيدة للتخلص بشكل كامل من نفايات الزئبق.

مصابيح LED للأشعة فوق البنفسجية لا تواجه هذه المشكلة. كما يولي الناس المزيد والمزيد من الاهتمام لاستهلاك الطاقة وحماية البيئة, أصبحت المصابيح الخالية من الزئبق موضع إجماع, وتبحث العديد من المنتجات الإلكترونية والمنتجات الصناعية بنشاط عن بدائل للزئبق. لذلك, يعتمد الوقت الذي يمكن فيه التخلص تمامًا من منتجات مصابيح الزئبق للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية على تطوير مصابيح LED للأشعة فوق البنفسجية في مجال المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية.

مصدر الضوء البارد

يشير هذا "البرد" إلى درجة حرارة تجويف معدات المعالجة. في الحقيقة, الحرارة الناتجة عن الأشعة فوق البنفسجية LED ضخمة. ولكن لأن الحرارة يتم التخلص منها عن طريق نظام تبديد الحرارة الخاص باللوحة الإلكترونية المعززة, درجة حرارة السطح الباعث للضوء لمصباح UV LED أقل من درجة حرارة مصابيح الزئبق. نقطة أخرى هي أنه في حين أن الأشعة فوق البنفسجية LED تنبعث منها ضوء فوق بنفسجي عالي الطاقة, سوف تولد الركيزة أيضًا الحرارة بعد امتصاص الطاقة. في تجربة حول نفاذية الزجاج للأشعة فوق البنفسجية, نسي الخبراء إيقاف تشغيل مصدر ضوء UV LED في الوقت المناسب. نتيجة ل, تم حرق اللوح الخشبي المستخدم كلوح دعم في أقل من 10 ثواني. لذلك, عندما قمنا بتصميم آلة المعالجة UV LED, أضفنا أجهزة السلامة. عندما لا يتحرك المسار, لا يمكن فتح مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية LED.

المزايا الأخرى لمصابيح UV LED

تتميز الأشعة فوق البنفسجية LED بطول موجي ضيق ويمكنها تحقيق معالجة دقيقة. من ناحية, يمكنها تحقيق معالجة دقيقة محلية, مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد. على الجانب الآخر, يمكنه تحقيق درجات مختلفة من المعالجة بشكل أفضل من خلال اختيار البادئين المختلفين.

يحتوي مصدر الضوء فوق البنفسجي LED على هيكل رقاقة ويمكن تعديل طوله, عرض, زاوية التشعيع, إلخ. يمكن تحويله إلى مصدر ضوء نقطي, مصدر ضوء الخط, أو مصدر ضوء سطحي لتلبية متطلبات عملية التشعيع المختلفة.

أي نوع من مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية LED

مثلما يحتاج أولئك الذين يقومون بطلاء الأشعة فوق البنفسجية إلى فهم مصدر الضوء, نحتاج أيضًا إلى فهم ذلك عند إجراء البحث والتطوير على UV LED. نظام المعالجة الذي يقوده الأشعة فوق البنفسجية هو مشروع منهجي. بدون فهم عميق للمواد الأشعة فوق البنفسجية وعلاج الأشعة فوق البنفسجية, لا يمكننا إرضاء العملاء بأضواء LED UV. يمكنك أيضًا أن تجد أن العديد من مصانع الطلاء قامت بتركيب معدات المعالجة للأشعة فوق البنفسجية في العامين الماضيين, لكن معظمهم أصبحوا ديكورات. هذا لأنهم ليس لديهم فهم كامل لها.

ثلاثة معلمات

في عملية علاج الضوء, لا تنفصل عن ثلاثة معلمات رئيسية: الطول الموجي, شدة الضوء, والعمل الكلي. يحدد الطول الموجي ما إذا كان يمكن تشغيل photoinitiator. تحدد شدة الضوء كفاءة بدء الأشعة فوق البنفسجية, مما يؤثر بشكل مباشر على السطح. آثار التجفيف (تثبيط مضاد الأكسدة وتثبيط البلمرة) والعلاج العميق, ويحدد إجمالي العمل ما إذا كان المعالجة يمكن أن يكون دقيقًا.

الوضع الراهن

لذلك, عندما نعمل على حلول مصدر مصباح LED, نحن بحاجة إلى التفكير من وجهات نظر مختلفة. على سبيل المثال, متطلبات الطول الموجي لمواد الأشعة فوق البنفسجية للعملاء, الحد الأدنى للطاقة المطلوبة للعلاج, الوقت المطلوب للعلاج, مسافة التشعيع, امتصاص وانعكاس الضوء بواسطة أصباغ وحشو, إلخ. للأسف, في عملية التواصل مع العملاء, وجدنا أن معظمهم لا يستطيعون تقديم إجابات محددة. المشكلة الأكبر هي أن معظم العملاء لا يفهمون مصادر مصباح LED, واعتبر مصادر مصباح LED المنتجات القياسية مثل مصابيح الزئبق. لذلك, نحن نبذل قصارى جهدنا لتقديم الدعم النظري ودراسة مصادر ضوء UV LED والطلاءات فوق البنفسجية بشكل منهجي ككل.

الغرض من تجربة معالجة ضوء UV-LED هو توسيع حدود القدرة لطلاءات الأشعة فوق البنفسجية ومصادر ضوء LED. ويهدف إلى العثور على نقطة التوازن الأكثر ملاءمة. بقدر ما نشعر بالقلق المصابيح, من الضروري العثور على معلمات مصدر الضوء الأكثر ملاءمة للمعالجة المثالية وفقًا لتركيبة الطلاء.

كيفية صنع مصدر ضوء LED للأشعة فوق البنفسجية

بعد معرفة متطلبات معالجة مصدر الضوء, والخطوة التالية هي كيفية جعل مصدر الضوء.

كما ذكرنا سابقا, يعد البحث والتطوير لمصادر إضاءة LED مشروعًا منهجيًا بسلسلة صناعية طويلة وامتداد كبير. ويشمل نمو الكريستال, قطع الرقائق, تغليف الرقائق, التصميم البصري, وتكامل وحدات مصدر الضوء. بجانب, إن اختيار نظام إمداد الطاقة وتصميم نظام تبديد الحرارة لهما أيضًا تأثير مهم جدًا.

اختيار الشريحة (الطول الموجي, مقاس, ماركة)

الخطوة الأولى هي تحديد الطول الموجي للرقاقة. ثم قم بتقييم العلاقة بين التكلفة والكفاءة بشكل شامل وفقًا للمعايير لاختيار شرائح من ماركات ومواصفات مختلفة. الرقائق المختلفة لها تأثير كبير على جودة مصادر الضوء فوق البنفسجي, لذلك إذا كانت الميزانية تسمح بذلك, اختر منتجات شرائح UV LED ذات الرقائق الكبيرة والأطوال الطويلة.

تغليف الرقائق (جبل أمامي, الوجه رقاقة, رَأسِيّ, عمودي ثلاثي الأبعاد)

في الوقت الحالي, هناك بشكل أساسي أربعة أنواع من هياكل التغليف لرقائق LED, وهي: هيكل مثبت على الجبهة, هيكل رقاقة الوجه, الهيكل العمودي, وهيكل عمودي ثلاثي الأبعاد. في الوقت الحالي, تعتمد رقائق LED العادية الهيكل الرسمي لركيزة الياقوت, وهي بسيطة في الهيكل وناضجة نسبيًا في تكنولوجيا التصنيع. لكن, بسبب ضعف التوصيل الحراري للياقوت, يصعب نقل الحرارة الناتجة عن الشريحة إلى المشتت الحراري, وهو محدود في تطبيقات LED عالية الطاقة.

تغليف رقاقة الوجه

يعد التغليف بالرقائق الوجهية أحد اتجاهات التطوير الحالية. بالمقارنة مع الهيكل المثبت على الجبهة, لا تحتاج الحرارة إلى المرور عبر الركيزة الياقوتية للرقاقة. ينتقل مباشرة إلى ركيزة السيليكون أو السيراميك ذات الموصلية الحرارية العالية. ثم يتبدد إلى البيئة الخارجية من خلال القاعدة المعدنية. فضلاً عن ذلك, لأن هيكل الشريحة لا يحتاج إلى أسلاك ذهبية خارجية, يمكن أن تكون كثافة تكامل الشريحة عالية جدًا, زيادة الطاقة الضوئية لكل وحدة مساحة. لكن, يحتوي كل من هيكل الشريحة وهيكل التثبيت الأمامي على عيوب مشتركة, إنه, توجد أقطاب LED p و n على نفس الجانب من LED. يجب أن يتدفق التيار عبر طبقة n-GaN, مما أدى إلى الازدحام الحالي وارتفاع توليد الحرارة المحلية, مما يحد من تيار القيادة.

التعبئة العمودية

يتم إنتاج شريحة الأشعة الزرقاء ذات الهيكل الرأسي على أساس شريحة الوجه. يُستخدم هذا النوع من الرقاقة لربط شريحة ركيزة الياقوت التقليدية رأسًا على عقب على ركيزة سيليكون أو ركيزة معدنية تتمتع بموصلية حرارية أفضل. ثم يستخدم الليزر لتقشير الركيزة. تحل الرقائق التي تحتوي على هذا الهيكل مشكلة عنق الزجاجة في تبديد الحرارة, لكن العملية معقدة. خصوصاً, من الصعب إدراك عملية تحويل الركيزة, ومعدل تمرير الإنتاج منخفض أيضًا. لكن, مع تطوير التكنولوجيا, أصبحت العبوة الرأسية للأشعة فوق البنفسجية أكثر وأكثر نضجًا.

بنية رأسية ثلاثية الأبعاد

الآن هناك بنية رأسية ثلاثية الأبعاد جديدة (تقنية فتح الأفلام). بالمقارنة مع شريحة LED البنية العمودية, ميزةها الرئيسية هي أنه لا توجد حاجة إلى سلك ذهبي, مما يجعلها أرق وتأثير تبديد الحرارة بشكل أفضل. من الأسهل تقديم تيار قيادة أكبر. منذ أن تنقل بنية رقاقة الفيلم الرقيقة التيار من خلال الفتحة, يجب عزل الفتحة من خلال. الطبقة العازلة رقيقة جدًا وتميل إلى الفشل أحيانًا, لذا فإن متطلبات العملية عالية جدًا.

نظرًا لأن كفاءة الإضاءة لمصابيح LED للأشعة فوق البنفسجية أقل من كفاءة إضاءة مصابيح LED, يتم اختيار عبوات الهيكل الرأسي بشكل عام لتحقيق كفاءة إضاءة أعلى. مع نضوج تكنولوجيا ثقب الأغشية الرقيقة, أصبحت التطبيقات أكثر شيوعًا.

البوليفيين

فضلاً عن ذلك, وسنقدم أيضًا شرحًا موجزًا ​​عن COB. يعنيCOB شريحة على متن الطائرة. يختلف عن طريقة تغليف جهاز SMD التقليدية لدينا, يتم توصيل الشريحة مباشرة بالركيزة. أي ما يعادل التعبئة والتغليف رقاقة العارية, يمكن تحسين كثافة تكامل الشريحة بشكل كبير, ولها مزايا واضحة في مجال الإضاءة عالية الطاقة.

لكن, بسبب زاوية انبعاث الضوء الكبيرة نسبيًا لمصباح LED, ستكون كفاءة الإضاءة المفيدة منخفضة بدون تصميم بصري. بجانب, للأشعة فوق البنفسجية تأثير واضح على عمر مواد التعبئة والتغليف العضوية. إن التركيز المفرط على كثافة تكامل الرقائق سيؤدي إلى مشاكل مثل ضعف تبديد الحرارة. لذلك, في مجال عبوات UV LED, المزايا الشاملة للخدمة ليست متميزة. الآن ظهرت تقنية طلاء رقاقة جديدة, الذي يقال إنه قادر على تحقيق تأثير إعفاء الرقائق من العبوة. ولكن لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه قبل تطبيق واسع النطاق.

التصميم البصري (مسافة التشعيع, حجم البقعة, كثافة الطاقة)

منذ أن انبعث LED الضوء في جميع الاتجاهات, التصميم البصري ضروري لتحقيق كفاءة إضاءة أعلى. نحتاج إلى تنفيذ تصميم بصري علمي ومعقول وفقًا لمسافة التشعيع, كثافة طاقة الضوء المطلوبة, توحيد البقعة, إلخ. تشمل الأجهزة أكواب عاكسة, العدسات الأولية, العدسات الثانوية, إلخ.

فضلاً عن ذلك, بسبب ارتفاع معدل التوهين للضوء الأشعة فوق البنفسجية في الوسط, نحتاج إلى تنفيذ تقييمات متعددة على اختيار مواد العدسة (كوارتز الزجاج, زجاج البورسليكات عالي, زجاج خفف, إلخ.). يمكنك اختيار مواد ذات انتقال ضوء أعلى الأشعة فوق البنفسجية. تساعد هذه المواد أيضًا على تجنب امتصاص المواد وارتفاع درجة الحرارة في ظل تشعيع ضوء الأشعة فوق البنفسجية طويلة الأجل.

اختيار الطاقة (مصدر تيار ثابت, مصدر الجهد الثابت, إمدادات الطاقة الكبيرة, إمدادات الطاقة الصغيرة)

بشكل عام, مصادر ضوء LED الأشعة فوق البنفسجية مدفوعة بمصادر تيار ثابتة. لماذا تختار مصدر تيار ثابت عالي التكلفة نسبيًا بدلاً من واحد منخفض التكلفة? يرتبط هذا بخصائص فولت تامري لرقاقة LED.

كما نعلم جميعا, يصبح أشباه الموصلات موصلًا عندما يتجاوز الجهد القيمة المقدرة. عندما يتجاوز الجهد الأمامي جهد البدء, تغيير طفيف في الجهد يجلب تغيير سريع في التيار. في نفس الوقت, مع ارتفاع درجة الحرارة, التغيير في الجهد سيؤدي إلى تغيير أسرع في التيار. ترتبط الكفاءة المضيئة والحياة العملية لشريحة LED مباشرة بالتيار, لذا فإن اختيار محرك المصدر الثابت للتواتر أكثر فائدة لاستقرار النظام.

أما إذا كان سيتم اختيار إمدادات طاقة كبيرة أو مصدر طاقة صغير, لا يوجد معيار موحد. لكل منها مزاياه وعيوبه. الحل الأنسب هو النظر في متطلبات التطبيق وتحديد أي واحد أكثر أهمية: حجم أصغر أو تحكم أكثر دقة.

التصميم الحراري (تبريد الهواء, تبريد الماء, تبريد رقاقة, وتبريد الطاقة)

عندما يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة خفيفة, ينبعث منه الكثير من الحرارة (فرقة UVA, كهرباء: ضوء: الحرارة = 10: 3: 7). وتؤثر درجة الحرارة على عمر خدمة رقائق LED. في عملية التصوير, من أجل توفير كثافة طاقة بصرية أعلى, غالبًا ما يكون من الضروري دمج رقائق LED بكثافة عالية. هذا يضع متطلبات عالية لتبديد الحرارة. كيفية تحقيق تبديد حرارة فعال والتأكد من أن درجة حرارة تقاطع رقائق LED ضمن نطاق معقول تتطلب أيضًا تصميمًا علميًا.

بسبب توليد الحرارة الكبير نسبيًا من LED الأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة, لا يمكن أن تلبي كفاءة تبديد الحرارة المبردة بالهواء المتطلبات. هناك حاجة عمومًا إلى طرق تبريد المياه.

عند تصميم نظام تبديد الحرارة, نحن بحاجة إلى النظر في الكفاءة الكلية لتبديد الحرارة. فضلاً عن ذلك, يعد توحيد تبديد الحرارة مهمًا أيضًا لضمان تبديد الحرارة بشكل متساوٍ. تتضمن المعدات الكثير من المكونات الإلكترونية. وذلك لتجنب ظاهرة الماء المكثف, لا ينبغي ضبط درجة حرارة ماء التبريد على أقل من 26 درجة مئوية. بجانب, لأن النظام يستخدم مصدر طاقة عالي الطاقة, عن 8% سيتم تحويل مصدر الطاقة إلى طاقة حرارية. من أجل حماية استقرار إمدادات الطاقة, كما أنه ضروري لتبديد الحرارة التي يولدها.

نظام التحكم في درجة الحرارة (الإنذار المبكر)

أي ما يعادل مقياس الحرارة على الانترنت, فهو يراقب درجة حرارة لوحة المصباح في الوقت الحقيقي. التعاون مع جهاز الحماية من الحرارة الزائدة, إنه يضمن استقرار تشغيل المعدات ويطيل عمر خدمة المعدات.

نظام التحكم الذكي (كفاءة عالية, توفير الطاقة)

يمكن لأجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء للمواد الواردة أن تتحول تلقائيًا إلى مصدر ضوء LED. سيقوم مستشعر ارتفاع المادة الواردة بضبط ارتفاع مصدر الضوء وكثافة الضوء وفقًا لمعلمات معالجة قاعدة بيانات النظام. تساعد هذه الأجهزة على تحقيق أفضل علاج وهدفها تحقيق الكفاءة العالية وتوفير الطاقة.

تكلفة الاستثمار الأولي وتكلفة التشغيل على المدى الطويل لمعدات المعالجة LED

تتكون معدات المعالجة LED من أربعة أجزاء رئيسية: نظام مصدر الضوء, نظام إمدادات الطاقة, نظام تبديد الحرارة, ونظام التحكم الذكي. إنها مشكلة هندسة النظام. ما إذا كانت معدات المعالجة LED جيدة أم لا يعتمد على الموثوقية الشاملة واستقرار النظام. المعدات عالية الأداء تعني انخفاض تكاليف التشغيل. بالإضافة إلى تكاليف الصيانة المنخفضة للغاية, يمكن لمجموعة من معدات المعالجة LED استرداد تكلفتها بعد عامين من التشغيل المستقر. هناك قضية أخرى تفيد بها الجميع في صناعة طلاء الطلاء وهي تكلفة الطلاء LED. زادت تكلفة الطلاء الداعم لمعدات المعالجة العادية LED بحوالي 30%. لمعدات LED عالية الأداء, ارتفعت تكلفة الطلاء الداعمة بحوالي 5%.

أحدث التقدم في تقنية مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية

المفاهيم ذات الصلة

الانتقال الإلكتروني:

الانتقال الإلكتروني هو في الأساس تغيير في طاقة الإلكترونات في الجسيمات (ذرات, أيونات, أو الجزيئات) من المواد. سوف تمتص الإلكترونات الموجودة في القشرة الخارجية للجسيم الطاقة في عملية النقل من مستوى منخفض إلى مستوى الطاقة العالية. أثناء الانتقال من مستوى الطاقة العالي إلى مستوى منخفض, سوف تطلق الطاقة. المبلغ هو القيمة المطلقة للفرق بين طاقات مستويين للطاقة. إلكترونات الذرة عودة من الدولة المتحمس إلى الدولة الأرضية, وسوف يطلقون الطاقة مع إشعاع أطوال موجية مختلفة. هل هو مألوف بعض الشيء? يمتص Photoinitiator طاقة الإشعاع ويتغير من الحالة الأرضية إلى الحالة المتحمسة. ثم يحلل الجذور الحرة ويؤدي إلى التفاعل بين المونومر والراتنج. مجرد عملية عكسية.

النطاق الترددي:

تشير فجوة الفرقة إلى عرض الفجوة الفرقة (الوحدة هي فولت الإلكترون (eV)). لا يتم تقييم طاقة الإلكترونات في المواد الصلبة بشكل مستمر ولكنها في بعض نطاقات الطاقة غير المستمرة. لتوصيل الكهرباء, يجب أن يكون هناك إلكترونات أو ثقوب مجانية. يسمى شريط الطاقة حيث توجد الإلكترونات الحرة فرقة التوصيل, وتسمى فرقة الطاقة التي توجد فيها ثقوب حرة فرقة التكافؤ. لكي تصبح الإلكترونات المقيدة إلكترونات أو ثقوب حرة, يجب أن يحصلوا على طاقة كافية للانتقال من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل. الحد الأدنى لقيمة هذه الطاقة هو عرض النطاق.

الكفاءة الكمومية:

كفاءة الكم الداخلية: كفاءة تحويل الكهرباء إلى الضوء.

كفاءة الكم الخارجية: كفاءة استخراج الضوء.

في أنبوب ليزر أشباه الموصلات بالحقن, وتسمى نسبة الفوتونات التي تم إنشاؤها في منطقة تقاطع PN لكل وحدة زمنية إلى اللوغاريتمات من ثقب الإلكترون المحقن الكفاءة الكمومية. يتم إعادة تجميع جزء من الموجات الحاملة المحقونة في الصمام الثنائي من خلال أزواج ثقب الإلكترون. ويتدفق الآخر بعيدًا عبر تأثير النفق لمنطقة الوصلات والآليات الأخرى. يطلق جزء من الموجات الحاملة المعاد تجميعها الطاقة على شكل ضوء, وقد يطلق الجزء الآخر أيضًا طاقة حرارية ذات اهتزاز شبكي أو أشكال أخرى من الطاقة. يُسمى هذا النوع من إعادة التركيب بإعادة التركيب غير الإشعاعي.

كفاءة الكم الداخلية هي العلاقة الكمية التي تصف نسبة إعادة التركيب الانارة في العملية الفيزيائية بأكملها. لكن, لا يمكن للفوتونات المتولدة أن تخرج من الجهاز بسبب وجود خسائر مثل الامتصاص, نثر, والحيود في تقاطع PN الخارجي. المعلمة التي تميز هذا الأداء للجهاز هي الكفاءة الكمومية الخارجية. إنها نسبة عدد فوتونات الإخراج خارج الجهاز لكل وحدة زمنية إلى عدد أزواج فتحة الإلكترون التي تم حقنها في تقاطع EN.

كيف تنبعث من ضوء LED الأشعة فوق البنفسجية

وفقا لمبدأ الانتقال الإلكتروني, إلكترونات الذرة عودة من الحالة المتحمسة إلى الحالة الأرضية وإطلاق الطاقة مع إشعاع من أطوال موجية مختلفة (تنبعث من الأمواج الكهرومغناطيسية ذات الأطوال الموجية المختلفة).

لذلك إذا أردنا صنع شيء يمكن أن ينبعث من الأشعة فوق البنفسجية, هناك طريقتان. الطريقة الأولى هي العثور على ذرة لها اختلاف طاقتها بين الحالة المثيرة للإلكترونات والحالة الأرضية في نطاق الأشعة فوق البنفسجية فقط. مصباح الزئبق التقليدي هو مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية الأكثر استخدامًا في الوقت الحاضر.

الطريقة الثانية هي استخدام مبدأ انبعاث ضوء أشباه الموصلات لتصنيع مصدر ضوء في نطاق الأشعة فوق البنفسجية. مواد أشباه الموصلات III-V مثل نيتريد الغاليوم الإنديوم (إنغان) تقع فقط بين الضوء الأزرق ونطاقات الضوء فوق البنفسجي. عن طريق تغيير نسبة هذه المواد, يمكننا صنع أطوال موجية مختلفة من الضوء فوق البنفسجي والمرئي.

أسباب نقص الأشعة فوق البنفسجية UVB وUVC

على الرغم من الناحية النظرية, يمكن تحقيق أي طول موجي للضوء من خلال نسبة المواد المضيئة, لا تزال أنواع رقائق LED للأشعة فوق البنفسجية محدودة للغاية. توجد الرقائق عالية الطاقة للتطبيقات الصناعية بشكل أساسي في نطاق 365 نانومتر - 415 نانومتر من الأشعة فوق البنفسجية. أظهر UVB و UVC أيضًا اتجاهًا مزدهرًا في العامين الماضيين, ولكن يتم استخدام معظمها للتطبيقات منخفضة الطاقة مثل التعقيم.

هناك عدة أسباب لذلك:

1) هيكل المواد البلورية

تحدد المواد مستوى كفاءة مضيئة (كفاءة التحويل الكهروضوئية). يمكن لـ 365-405NM UV-A استخدام نيتريد غاليوم (كلاهما) و nitride الغاليوم الإنديوم (إنغان) بكفاءة مضيئة عالية. ولكن من أجل UV-B و UV-C, البنية بأكملها مصنوعة من نيتريد الغاليوم الألمنيوم (Algan) مادة ذات كفاءة مضيئة منخفضة. لأن Gan و INGAN سوف يمتصان الضوء فوق البنفسجي أقل من 365 نانومتر في الطول الموجي. والنتيجة هي أن الكفاءة المضيئة لـ UVB و UVC منخفضة للغاية.

2) تبديد الحرارة

وفقا لمبدأ الحفاظ على الطاقة, كفاءة تحويل كهروضوئية من 2% يعني ذلك 98% يتم تحويل الكهرباء إلى حرارة. وخدمة الخدمة والكفاءة المضيئة لشريحة LED تتناسب عكسيا مع درجة الحرارة. لذا فإن متطلبات التبديد مرتفعة للغاية. وفقا لطرق تبديد الحرارة الحالية, من المستحيل تحقيق تبديد فعال للحرارة لرقائق UVB و UVC عالية الطاقة.

3) حزمة الشريحة

من أجل حماية شريحة LED, يجب تعبئة الشريحة. ينبعث LED ضوء في جميع الاتجاهات ويجب أن يكون مزودًا بعدسة لتركيز الضوء. ولكن باستثناء زجاج الكوارتز, معظم المواد لها انتقال ضوء الأشعة فوق البنفسجية منخفضة للغاية. ومع طول موجة أقصر, ينخفض ​​الإرسال بشكل كبير. لذلك عندما تكون الكفاءة المضيئة منخفضة بالفعل وجزء منها يتم امتصاصه بواسطة العدسة, سوف يكون الضوء الذي يمكن أن ينتقل أضعف. يكاد يكون من المستحيل تحقيق التطبيقات الصناعية.

تستخدم رقائق UVB و UVC الحالية أيضًا فرن تفاعل UVA لزراعة البلورات. بالإضافة إلى عيوب المادة نفسها, هناك أيضًا مشاكل مثل عدم التوافق بين الركيزة والكريستال. بجانب, لا تزال التكلفة مرتفعة. إجمالي, بسبب انخفاض الكفاءة المضيئة من UVB و UVC, تكلفتها العالية, والمتطلبات الأعلى لتبديد الحرارة المنهجية, من الصعب إدراك مصادر ضوء UVB و UVC عالية الطاقة. الاستخدام الصناعي على نطاق واسع ممكن فقط عندما يكون هناك اختراق كبير في التكنولوجيا.

لخص

مع النمو السريع للأشعة فوق البنفسجية LED الطلب, يتزايد عدد الشركات المصنعة ونباتات التجميع. ولكن من المؤسف أن الشركات المصنعة للزيادة لا تعتمد فقط عددًا كبيرًا من مصابيح LED منخفضة الجودة ولكن أيضًا لا تتمتع بالخبرة الكافية.

يعتمد اختيار مصابيح LED للأشعة فوق البنفسجية عالية الجودة أيضًا على مؤهلات الشركة المصنعة. مثلما نختار الممرضات في المستشفيات, لن يكون المتدربون أبدًا أفضل من رئيسة الممرضة. الموردون الذين يتمتعون بخبرة إنتاجية طويلة الأمد يقومون بالإنتاج لسنوات عديدة, وسيكونون أفضل من حيث تجربة التصميم, تكنولوجيا, والقدرة الإنتاجية. موكولايت, الذي لديه 16 سنوات من الخبرة في الإنتاج, هو الخيار الأول عند النظر في التكنولوجيا والجودة.

يعد التصميم لتلبية متطلبات التطبيق والسوق هو الوسيلة الأكثر فعالية لخدمة المستخدمين. إذا كان التطبيق يتطلب حلاً متطورًا, ثم اختيار المورد رقاقة, تجربة التصميم, والاختبار هي العوامل التي ينبغي النظر فيها. إذا لم يكن السعر هو العامل الأكثر أهمية, عليك أن تفكر في النقاط الأخرى التي تميز مصابيح LED الجيدة عن مصابيح الأشعة فوق البنفسجية السيئة. يمكنك إقامة تعاون طويل الأمد مع موردي UV LED الذين لديهم القدرة على تصنيف درجات التغليف وإجراء اختبارات الموثوقية. سيكون من المفيد أكثر تحقيق حلول UV LED المتطورة والموثوقة.