LED UV (Diodo emissor de luz ultravioleta) é uma nova fonte de luz UV que emite luz dos semicondutores. Pode converter diretamente energia elétrica em energia de luz e radiação. Comparado com fontes de luz UV tradicionais, como Lâmpadas de arco de mercúrio e lâmpadas sem eletrodos sem eletrodo, LEDs UV têm muitas vantagens. Esta nova geração de fonte de luz UV tem sido amplamente usada nos campos dos adesivos UV, Tintas UV, Revestimentos UV, e impressão 3D. Ele desempenhou um papel na promoção da economia de energia, proteção ambiental, e redução da poluição. As aplicações do UV levaram uma revolução na indústria de cura leve.
Sobre o LED UV
Princípio de iluminação LED
Os materiais para fazer LEDs incluem compostos de elementos do grupo III-IV, como gaas (Arseneto de gálio), Brecha (fosfido de gálio), Gaasp (Fosfeto de arseneto de gálio), e outros semicondutores. A parte principal é um chip, que consiste em um semicondutor do tipo P dominado por orifícios e um semicondutor do tipo N dominado por elétrons. Há uma camada de transição entre as duas partes, que é chamado de junção PN (Figura 1).
Figura 1: Diagrama esquemático da estrutura do LED
Para emitir luz, Os elétrons são injetados da região N para a região P sob a tensão direta. Quando os elétrons e os orifícios se recombinam na região P, Eles liberam excesso de energia na forma de fótons, E então o LED acende. O comprimento de onda e a cor da luz estão relacionados aos materiais que formam a junção PN. Diferentes materiais semicondutores emitem luz de cores diferentes.
Desde a década de 1960, o LED da luz vermelha (650 nm) foi desenvolvido pela primeira vez usando o gálio e o fosfido de arsênico gaasp. Então as pessoas usavam elementos como índio (Em) e nitrogênio (N) em materiais semicondutores para criar luz verde (555 nm), luz amarela (590 nm), e luz laranja (610 nm) LEDs. Quando eles desenvolveram nitreto de gálio no índio (Itinn) com sucesso, Eles têm um LED de luz azul. Eles misturaram azul, vermelho, e luz verde para produzir LEDs brancos, e criou o RGB LED, que cobre todo o espectro de luz visível. Nos últimos anos, Os pesquisadores desenvolveram sucessivamente materiais semicondutores de comprimento de onda curto para uma fonte de luz LED UV (405, 395, 385, 375, 365 nm, etc.). Esses materiais incluem nitreto de alumínio (ALN), nitreto de gálio (Ambos), Nitreto de gálio de índio (InGaN), Nitreto de gálio de alumínio (Algan), e nitreto de gálio de índio de alumínio (Permitir).
Atualmente, LEDs UV de 395, 385, 375, e 365 NM são as luzes convencionais para curar a luz no mercado. Com o progresso da tecnologia de fabricação de semicondutores de LED, Os inventores estão desenvolvendo LEDs ultravioletas profundos com um comprimento de onda menor que 350 nm ou entre 250-280 nm.
Comparação de desempenho entre lâmpadas de arco de Mercury lideradas e de Mercúrio
O espectro de UV-liderado é diferente do espectro contínuo das lâmpadas tradicionais de arco de mercúrio. Sua distribuição espectral se concentra em uma faixa estreita de cerca de 10-40 NM Largura de banda, e emite não UVB (280-315 nm) ou UVC (200-280 nm) (veja a figura 2 e figura 3).
Figura 2: Espectro de emissão de uma lâmpada de arco de mercúrio
Figura 3: Espectro de emissão de UV
Como uma fonte de luz semicondutores, O LED UV tem muitas vantagens sobre as lâmpadas tradicionais de arco de mercúrio, Lâmpadas de microondas sem eletrodo, e outras fontes de luz. Primeiro, tem uma longa vida útil, alta eficiência, e boa segurança. Segundo, Precisa de baixa tensão e baixos custos operacionais. Terceiro, gera pouco calor, Sem mercúrio, e sem ozônio. Portanto, É uma fonte de luz UV de economia de energia e ambientalmente amigável. Está de acordo com a política econômica verde sobre poluição e redução de consumo.
A eficiência energética geral do sistema do UV liderada tem uma vantagem incomparável quando comparada com a de outras fontes de luz. Isso é 4-5 vezes maior que o de médio- e alto- Lâmpadas de mercúrio de pressão e podem atender aos requisitos de aplicações de alta potência.
Recursos de UV-liderado
Vantagens de UV-liderado
(1) Longa vida útil, produção de energia concentrada, e alta eficiência de conversão de energia
O comum 395 nm e 385 Lâmpadas lideradas por NM UV podem ter uma vida útil de serviço de mais de 20,000 horas. O 365 A lâmpada liderada por NM UV também pode ter uma vida útil de serviço de mais de 10,000 horas. Em contraste, A vida útil das lâmpadas de arco de mercúrio é apenas 800-1000 horas, e o das lâmpadas de microondas sem eletrodos é 8000 horas. O pico da onda principal de uma lâmpada liderada por UV é estreita e única. Mais do que 90% da saída de luz concentra -se na faixa de 10 nm perto do pico de onda principal. Portanto, sua eficiência de conversão de energia é alta.
(2) Baixa temperatura de trabalho, sem radiação de calor infravermelho, e especialmente adequado para curar materiais sensíveis ao calor
A temperatura do corpo da lâmpada está abaixo 100 ℃, e o da superfície da lâmpada é sobre 60 ℃. Enquanto trabalha, A temperatura da superfície de trabalho só sobe 5 ℃. Não tem radiação de calor infravermelho, Portanto, não causará estresse térmico e deformação térmica da peça. É especialmente adequado para curar materiais sensíveis ao calor. No entanto, A temperatura da superfície da lâmpada de arco de mercúrio pode atingir tão alta quanto 600 ℃, e o da superfície de trabalho pode alcançar sobre 80 ℃. Não é adequado para processar materiais sensíveis ao calor.
(3) Emissão de luz instantânea
O tempo de resposta do UV-liderado está no nível do microssegundo. Você não precisa aquecê -lo. O número de aberturas e fechamentos não afeta sua vida útil e não requer persianas. Depois de ligar uma lâmpada de arco de mercúrio, leva 3-5 minutos para atingir a saída espectral completa. Se você desligar a lâmpada, Você não pode usá -lo novamente imediatamente e deve esperar por 5 para 10 minutos para esfriar. O número de vezes que abre e fecha afeta sua vida útil.
(4) Baixa tensão, potência de saída ajustável
LED de UV é um dispositivo emissor de luz sólido acionado por baixa tensão, o que é mais fácil de controlar do que a luz de gás de mercúrio. É superior às lâmpadas de mercúrio em termos de intensidade luminosa, uniformidade, e estabilidade. A relação entre a potência de saída dos UV e a corrente de direção é estável. Você pode ajustar com precisão a potência de saída UV alterando a corrente. O ajuste pode corrigir para 1% ou menos. Lâmpadas de arco de mercúrio requerem alta tensão e retificadores, E você não pode ajustar a potência de saída.
(5) Sem poluição de mercúrio e sem produção de ozônio
Mercúrio é usado na produção de lâmpadas de arco de mercúrio, e os tubos da lâmpada precisam ser reciclados depois que eles quebram. É propenso à poluição de mercúrio. Desde 2013, a proibição de Mercúrio alcançou um consenso em mais de 140 países e regiões ao redor do mundo. Eles assinaram a Convenção Minamata para limitar o uso e a emissão de mercúrio em várias indústrias. Ele pretende minimizar a ameaça de mercúrio para o corpo humano e o ambiente global. LED de UV não usa mercúrio, Portanto, a vantagem de proteção ambiental é muito significativa. Ao mesmo tempo, Não gera ozônio. Portanto, É imperativo substituir a fonte de luz ultravioleta de arco de arco tradicional com uma fonte de luz liderada por UV.
(6) Compacto e versátil
O volume de um liderado por UV é apenas 0.1 cm3, e tem uma configuração flexível. Como uma máquina de cura de fonte de luz pontual, Funciona sob baixa tensão CC. A luz ultravioleta emite com a ajuda do grupo de lentes otimizado da banda UV. Está organizado em um ponto circular uniforme, cujo tamanho é 3-20 milímetros. Ao usar uma cabeça de irradiação retangular, pode formar uma área de irradiação retangular. Ao usar a irradiação do feixe de linha, Pode formar um feixe linear delgado com uma área de irradiação mais ampla. Você também pode inclinar a cabeça de irradiação em 45 ° ou fazer a luz emitir do lado dela. Desta maneira, O LED UV salva muito o espaço e permite que os usuários o alterem livremente. É adequado para espaços estreitos.
Máquinas de cura LED UV
Após permutação e combinação, LEDs UV tornam-se fontes de luz de linha e superfície para cura de máquinas. O comprimento da máquina de cura de fonte de luz de linha é 20-2000 milímetros. Quanto às máquinas de cura de fonte de luz superficial, Você pode personalizar a forma e o tamanho de acordo com a área emissor de luz. A uniformidade da irradiação da fonte de luz da superfície é excelente. A variação na intensidade da irradiação entre a borda e o centro pode alcançar 3%. Fontes de luz lideradas por UV podem iluminar instantaneamente, alcançando 100% saída ultravioleta de energia imediatamente. Suas aberturas e fechamentos não afetarão a vida útil. Alta energia, saída de luz estável, e um bom efeito uniforme de irradiação melhorou a eficiência da produção. Ele derrota as lâmpadas de arco de mercúrio por causa desses pontos fortes.
Atualmente, Existem duas maneiras de aumentar a irradiância de fontes de luz de curadora liderada por UV. O primeiro é adicionar uma lente com um efeito convergente na frente da luz liderada por UV de tubo único. O segundo é aumentar a quantidade disso. O design do sistema de matriz espacial visa realizar o controle direcional e o acúmulo espacial de energia de radiação liderada por UV de vários tubos. De tal maneira, A irradiância da fonte de luz pode realizar a cura UV de pontos, linhas, e superfícies em várias aplicações.
Liderado pela UV apareceu pela primeira vez na forma de uma fonte de luz pontual. Mais tarde, pela combinação de matriz espacial, Uma fonte de luz de linha liderada por UV e uma fonte de luz superficial surgiu. Então as pessoas começaram a usar fontes de luz lideradas por UV em vários produtos de cura leve. Além disso, O arranjo de diferentes matrizes de UV em um módulo é usado para obter saídas em diferentes comprimentos de onda. Pode atender às necessidades de diferentes tipos de fotoinitiadores em formulações UV. Um módulo pode conter cinco leds UV de comprimento de onda diferentes (365, 375, 385, 395, e 405 nm) Para formar uma nova região de comprimento de onda de fonte de luz. Por isso, Pode ser útil para diferentes produtos de fórmula UV.
Problemas com UV-liderado
(1) Alto custo: Atualmente, O preço das fontes de luz de ponto liderado por UV é igual ou até ligeiramente menor que o das lâmpadas de mercúrio. Mas para fontes de luz superficial usando um grande número de combinações de matriz lideradas por UV, O custo permanece alto. Isso restringe a promoção e aplicação de fontes de luz de superfície LED. O motivo do alto preço do UV liderado não é apenas o alto custo de fabricação, mas também o resultado do monopólio tecnológico dos fabricantes a montante. Devido à proteção de patentes, O preço permanece alto. No entanto, Com o desenvolvimento de tecnologia de fabricação de semicondutores e tecnologia de embalagem liderada por UV doméstica, O preço do liderado pela UV vai diminuir gradualmente. Isso certamente levará a ampla aplicação disso.
(2) O comprimento de onda de UV-liderado é solteiro, que não corresponde completamente aos fotoinitiadores existentes. Atualmente, As fontes de luz lideradas por UV comumente usadas são 405, 395, 385, 375, e 365 NM Luz ultravioleta de banda longa. Como a luz ultravioleta emitida por UV liderada tem um pico estreito, mais do que 90% da saída de luz está concentrada perto do pico principal. Quase toda a energia está na banda UVA, causando uma falta nas bandas UVC e UVB. Não corresponde ao espectro de absorção de fotoinitiadores comumente usados. Afeta seriamente a eficiência de iniciação dos fotoinitiadores. Embora o efeito de cura profundo do UV liderado seja excelente, O efeito de secagem da superfície não é bom.
(3) O poder de um único líder de UV ainda não é grande o suficiente. A capacidade de superar a inibição de oxigênio é ruim, que afeta a cura da superfície. Este é um grande problema na aplicação prática de fontes de luz lideradas por UV.
(4) A baixa dissipação de calor de UV acelerará a velocidade da decaimento da luz, E é irreversível, que afeta a vida de serviço. Portanto, Precisamos prestar atenção à dissipação de calor dela. Geralmente, O resfriamento de água ou o resfriamento de ar é usado para esfriar. Ao mesmo tempo, Os leguds UV requerem uma temperatura ambiente que deve ser menor que 35 ° c, e uma temperatura de junção que não pode estar acima 120 ° c. Em uso industrial, Às vezes, a máquina de cura liderada por UV não pode funcionar porque a temperatura ambiente é muito alta.
(5) LED de UV só foi usado no campo da fotocurro por torno de 10 anos. Os fotoinitiadores adequados para ele ainda estão sendo gradualmente desenvolvidos. Ao mesmo tempo, Existem apenas algumas tintas UV, Revestimentos UV, e adesivos UV que são compatíveis com as características de UV lideradas. O desenvolvimento desses materiais é urgentemente necessário.
Aplicações de UV-liderado
As pessoas usaram pela primeira vez lideradas por UV na cura dos adesivos UV. Devido ao seu tamanho pequeno, Excelente desempenho, e conveniência de uso, A máquina de cura de fonte de luz liderada por UV é adequada para muitas indústrias. Surge nas indústrias médicas e de saúde, Optoeletrônica, Microeletronics, e indústrias de informação, bem como instrumentação óptica, produtos de vidro, artesanato, e indústrias de jóias.
Aplicação na indústria de impressão
No drupa 2008 Exposição de impressão internacional realizada em Düsseldorf, Alemanha, em maio 2008, Três empresas japonesas lançaram sistemas de impressão liderados por UV, Usando o LED de UV desenvolvido por Toyo Ink. A demonstração ao vivo da tinta abriu a porta para a aplicação dela. Atualmente, foi aplicado na impressão de deslocamento, impressão flexível, Impressão da tela, impressão a jato de tinta, e outros campos de impressão. Você também pode encontrar seu uso no processo de exposição da máscara de solda de produção de placas de circuito impresso (PCBs).
Aplicação na prototipagem rápida óptica
Atualmente, Existem duas categorias de fontes de luz ultravioleta usadas na fotocurre o equipamento de prototipagem rápida. Um é o equipamento de prototipagem rápida de ponta, Principalmente usando lasers ultravioleta. O outro é o equipamento de prototipagem rápida de baixo custo usando lâmpadas ultravioletas.
Os lasers têm as vantagens de alto brilho, grande diretividade, monocromaticidade, e coerência, tornando -os uma fonte de luz ideal para processamento de material. As fontes de laser ultravioleta comum em equipamentos de prototipagem rápida incluem cádmio de hélio (He-CD) laser (325 nm), íon de argônio (AR+) laser (351-364 nm), N2 laser (337 nm), ND de diodo:Yov4 laser duplicado de três frequências (355 nm), etc.. No entanto, Os custos de preço e manutenção do sistema a laser (incluindo o laser, mais frio, fonte de energia, e caminho óptico externo) são caros. Isso resulta em altos custos de fabricação e uso de equipamentos de prototipagem rápida. Limita até certo ponto a promoção da tecnologia de prototipagem rápida com cura UV. Por outro lado, As lâmpadas UV ocupam o mercado de baixo custo de equipamentos de prototipagem rápida de cura UV com sua vantagem de preço. Embora o custo das lâmpadas UV seja baixo, sua vida útil é curta, e a qualidade do feixe é ruim. Além do mais, há alguma poluição no meio ambiente.
Hoje em dia, a tecnologia de crescimento de material UV-LED e o processo de preparação continuam se desenvolvendo. A eficiência luminosa do LED UV comercial aumentou em uma ordem de grandeza quase a cada dez anos. O desenvolvimento bem-sucedido de LED UV de alta potência promoveu sua aplicação. Comparado com fontes de luz tradicionais, como lasers e lâmpadas de mercúrio, LEDs UV têm muitas vantagens. Essas características inerentes determinam sua alta taxa de custo-desempenho, e a indústria de prototipagem rápida de cura leve faz com que eles.
O novo sistema de formação de cura leve (LED-SLA) Desenvolvido pela Universidade Xi'an Jiaotong usa UV de alta potência liderada como fonte de luz. A luz ultravioleta é convergida para a superfície líquida da resina fotossensível através do espelho de foco. A tabela mecânica X-Y leva o espelho de foco para escanear a superfície do líquido de resina para curá-lo (veja a figura 4). Através de experimentos comparativos sobre o consumo de energia de três fontes de luz de cura, Liderado por UV, laser, e lâmpada de mercúrio de alta pressão, Podemos descobrir que o consumo de energia de cura leve de UV é apenas 0.86% o de laser e 0.1% o da lâmpada de mercúrio. Isso prova que o LED-SLA tem excelentes vantagens de economia de energia. No entanto, SLA adota o método de varredura de pontos, que tem uma velocidade de cura lenta e baixa eficiência.
Agora, os especialistas aplicam novos métodos, como tecnologia de imagem LCD e tecnologia de imagem digital (DLP). Isso ajuda a transformar os gráficos transversais em uma máscara dinâmica. Então eles expõem e curam toda a camada de resina fotossensível. O gerador de vista transforma a cura de luz de ponto original que se forma na formação de cura de luz de exposição superficial, e uma exposição cura uma camada inteira. Isso acelera muito o procedimento de formação. O método SLA de formação de superfície não apenas tem uma velocidade de formação rápida, mas também reduz o tempo de cura. A eficiência aumenta, No entanto, o custo operacional é menor.
Além disso, A fonte de luz se transforma de um tipo montado superior para um tipo mais baixo. Torna o equipamento mais compacto e mais conveniente de usar. Em particular, A quantidade de resina fotossensível no pool de cura é bastante reduzida. A parte do modelo fabricada não inchará e afetará a precisão quando embebida no líquido de resina por um longo tempo.
Figura 4: Diagrama esquemático do princípio do sistema LED-SLA
① Computador ② Fonte de alimentação programável ③ x-y workbench ④ fonte de luz LED
⑤ Foco na lente ⑥ componente ⑦ Nível de resina
Aplicação na indústria de revestimento
A indústria de pintura também é uma área em que a UV liderou. Atualmente, Foi aplicado a vidros de papel e revestimento de madeira. Shenzhen Youwei Chemical Technology Co., Ltda. assumiu a liderança no desenvolvimento de revestimentos liderados por UV à base de água para decoração de madeira. Não é apenas útil no revestimento de móveis, portas de madeira, armários, etc., mas também em campos de ponta, como decoração de interiores, contêineres, metrô, e vagões de alta velocidade.
Aplicação na indústria da arte das unhas
Com a melhoria dos padrões de vida, Usar armadura de unhas tornou -se uma moda para as mulheres buscarem beleza e aproveitar a vida. A nova tecnologia de “Manicure de fototerapia” é aplicar esmalte UV e curá -lo sob luz ultravioleta para formar um revestimento protetor. O tradicional “Manicure de fototerapia” Usa irradiação convencional da lâmpada de arco de mercúrio para curar esmalte UV. O tempo de operação é longo, geralmente mais que 6 minutos, e a lâmpada de arco de mercúrio emite luz com óbvio calor infravermelho. Há uma sensação de queimação clara durante as manicures, E também pode danificar a cama das unhas. Agora as pessoas usam a cura de fonte de luz liderada por UV para fornecer mais seguro, economizando tempo, e conveniente-liderado por UV “pregos de fototerapia” .
Resumo e Outlook
O rápido desenvolvimento da fabricação liderada por UV e as vantagens dele atraíram muita atenção de pessoas que se envolvem na indústria de cura leve. Todo mundo deu uma avaliação muito alta para esta tecnologia. Com a promoção contínua e aplicação da tecnologia liderada por UV, Tornará -se predominante na indústria de cura leve. À medida que o poder luminoso dos aumentos liderados por UV e o custo diminui, Especialistas estão desenvolvendo continuamente novos fotoinitiadores adequados para isso. Sua aplicação será mais extensa no futuro. Um sistema de cura de luz liderado por UV substituirá gradualmente as lâmpadas de arco de mercúrio na fotocurração de vários revestimentos UV, Tintas UV, e adesivos UV. Tem grandes perspectivas de mercado e se tornará um dos produtos semicondutores mais influentes.
