Ennen kuin perehdymme UV{0}}LED-tekniikkaan, meidän on ensin selvitettävä useita ydinkäsitteitä varmistaaksemme, että keskustelemme samasta aiheesta. Tämä estää väärintulkinnat ja{2}}tarkoituksensa välisen viestinnän. Tässä,UVviittaa UV{0}}kovettuviin materiaaleihin, kuten UV-pinnoitteisiin, UV-musteisiin ja UV-liimoihin;LEDtarkoittaa erityisesti ultravioletti-LED-valolähteitä; jaUV-LED määritellään nimellä"UV-materiaalien kovettaminen käyttämällä ultravioletti-LED-valolähteitä säteilylähteenä".
Kuten kaikki tiedämme, UV-pinnoitteiden tavanomainen kovettuva valonlähde on keski{0}}- ja korkeapaineinen-elohopealamppu. Viime vuosina energiansäästö- ja ympäristönsuojelupolitiikan sekä UVLED-teknologian (ultraviolet LED) nopean kehityksen ansiosta, joka on luonut pohjan teollisille-mittakaavaisille sovelluksille, markkinoilla on havaittu UV-LED-valaisimien käyttöönoton voimakasta nousua. Uusi teknologia herättää aina laajaa huomiota ja innostusta. Alan ammattilaisina UV-LEDin selkeä ymmärtäminen on kuitenkin välttämätöntä. Tässä haluamme jakaa tutkimuskokemuksemme UV-LED-alalta kahden viime vuoden ajalta.
Valonlähteiden muutos (LED- ja elohopealamppujen välisiä eroja selostetaan myöhemmin) on johtanut muutokseen UV-pinnoitteen formulaatiojärjestelmissä sekä vallankumoukseen koko pinnoitus- ja kovetusprosesseissa. Tunnistamme UV-LED-järjestelmälle viisi keskeistä tutkimussuuntaa, jotka kattavat sekä tekniset että markkinat.
Tutkimus UV{0}}LED-valokovetuksesta
Kuten aiemmin on määritelty, UV{0}}LED-valokovettuminen perustuuultravioletti LED valolähteitä UV-materiaalien kovettamiseksi. Siksi tehokkaan kovettumisen saavuttaminen on kaikkien tutkimustoimien ensisijainen tavoite. Valokovetukseen tarvitaan kaksi välttämätöntä komponenttia: valo (energianlähde) ja UV-materiaali (reseptori). Valonlähteen muutos häiritsee väistämättä koko järjestelmän tasapainoa, ja ydin on poikkitieteellisessä T&K-toiminnassa UV-pinnoitteiden kohdistamisessa LED-valonlähteiden kanssa.
On laajalti tunnustettu, että lyhyemmät LED-aallonpituudet vastaavat korkeampia energiatasoja ja korkeampia kustannuksia. Sitä vastoin pienempää viritysenergiaa vaativilla fotoinitiaattoreilla on pidemmät absorptioaallonpituudet ja myös korkeammat hinnat. Tämä luo keinuvan{2}}suhteen valonlähteiden ja sytyttimien välille. Siten molempien suorituskykyrajojen laajentaminen ja optimaalisen tasapainon löytäminen LED-valonlähteiden ja UV-materiaalien välillä ovat nousseet UV-LED-t&k-aloitteiden keskipisteeksi.
LED-valolähdejärjestelmien tutkimus
Mercury-lampputekniikka on kehityksen ja sovellusten suhteen erittäin kypsää, ja sitä on pitkään pidetty vakiovalonlähteenä. Sitä vastoin ultravioletti-LED-tekniikka on vielä lapsenkengissään, ja sillä on valtavat mahdollisuudet tulevaisuuden kasvuun. Lisäksi LED-teollisuuden ketju on erittäin laaja, ja se kattaa kiteen kasvun, sirujen paloittelun, sirupakkauksen, valonlähdemoduulien integroinnin sekä virtalähteen ohjauksen ja lämmönpoistojärjestelmän suunnittelun. Jokainen vaihe vaikuttaa ratkaisevasti lopputuotteen -UVLED-valolähteen laatuun. Siksi LEDien suorituskykyrajojen ymmärtäminen ja laajentaminen on välttämätöntä koko UV-LED-ekosysteemin edistämiseksi.
Erot LED-valolähteiden ja elohopealamppujen välillä (edut, haitat ja yleiset väärinkäsitykset LED-valoista)
Markkinakilpailussa menestyminen edellyttää sekä omien vahvuuksien että kilpailijoiden heikkouksien perusteellista ymmärtämistä. Koska pyrimme korvaamaan perinteiset elohopealamput UVLED-lampuilla, on erittäin tärkeää ensin verrata kahta tekniikkaa ja analysoida niiden edut, haitat ja rajoitukset.
UV-pinnoitteet kovettuvat, koska niiden formulaatioissa olevat fotoinitiaattorit absorboivat tietyn aallonpituuden ultraviolettivaloa, jolloin syntyy vapaita radikaaleja (tai kationeja/anioneja), jotka käynnistävät monomeerin polymeroitumisen. Tämän periaatteen havainnollistamiseksi tarkastelemme ensin elohopealamppujen ja ultravioletti-LEDien emissiospektrejä.
Tämä kaavio on klassinen ja yleisesti nähty vertailu UV-LED- ja elohopealamppujen emissiospektreistä. Kuten kaaviosta voidaan havaita, elohopealampun emissiospektri on jatkuva ja ulottuu ultraviolettisäteilystä infrapuna-alueelle. Erityisesti valon intensiteetti on keskittynyt UVB-lyhyen -aallon UVA-kaistalle. Sitä vastoin LEDin emissiospektri on suhteellisen kapea, ja kahdella yleisimmällä aaltokaistalla on huippuaallonpituudet aallonpituuksilla 365 nm ja 395 nm (mukaan lukien 385 nm, 395 nm ja 405 nm).
Tällä hetkellä ensisijainenUV-valoTeollisesti sovellettavissa olevat ominaisuudet kuuluvat UVA-alueelle, erityisesti LED-valonlähteet, joiden aallonpituudet ovat 365 nm ja 395 nm, kuten kuvassa 1 on esitetty. Tällä aallonpituusalueella useimmilla fotoinitiaattoreilla on suhteellisen alhaiset molaariset ekstinktiokertoimet. Tämän seurauksena UV-LED-järjestelmät kärsivät yleensä alhaisesta käynnistystehokkuudesta ja voimakkaasta hapen estämisestä, mikä haittaa pinnan kovettumista.
Huomautus: Monien UVLED-valmistajien tai LED-UV-pinnoitteiden toimittajien usein esittämät väitteet "LED-UV-pinnoitteiden erinomaisesta hiotavuudesta" ovat tiukasti sanottuna suora seuraus riittämättömästä pinnan kovettumisesta. Todellinen haaste ei ole hyvän hiekoittavuuden saavuttaminen, vaan hallittavan hiekattavuuden mahdollistaminen-tasapainon saavuttamisessa kulutuskestävyyden ja hionnan helppouden välillä. Lisäksi jotkut valmistajat turvautuvat petollisiin käytäntöihin: elohopealampun asentaminen LED-ryhmän taakse, jossa elohopealampulla on itse asiassa hallitseva kovetusrooli.
Huomaamme kuitenkin myös, että 365 nm:n ja 395 nm:n aaltokaistoilla LEDit tuottavat huomattavasti suuremman valon intensiteetin kuin elohopealamput, mikä helpottaa UV-materiaalien syväkerroskovettumista.
(Viiten vuoksi monet perinteiset UV-kovetusjärjestelmät sisältävät galliumlampun (vallitseva emissioaallonpituus 415 nm) elohopealamppujen rinnalla juuri syvän -kerroksen kovettumistehokkuuden parantamiseksi.)
Tämä väärinkäsitys syntyy tyypillisesti siitä oletuksesta, ettävain 30 % elohopealamppujen lähettämästä valosta on ultraviolettia (UV), kun taas UVLED-lamput lähettävät 100 % UV-valoa. Järjestelmän energiankulutuksen todelliset{1}}tekijät ovat kuitenkin valosähköinen muunnostehokkuus ja valotehokkuus. Elohopealampuilla on itse asiassa korkea valosähköinen muunnostehokkuus-niiden puute piilee siinä tosiasiassa, että suuri osa emittoidusta valosta koostuu näkyvästä ja infrapunasäteestä, ja UV-valon (ainoa UV-materiaalien kovettamiseen hyödyllinen komponentti) osuus on vain 30 %. Sitä vastoin UVLED-lampuilla on huomattavasti alhaisempi valosähköinen muunnostehokkuus, ja ne ovat tällä hetkellä noin 30 % UVA-aallonpituuksilla (joka vastaa suunnilleen elohopealamppujen UV-valon tehokkuutta).
Energian säilymislain mukaan loput 70 % sähköenergiasta muunnetaan lämmöksi. Tämä selittää kaksi keskeistä eroa näiden kahden tekniikan välillä:
LEDit saavat maineensa "kylmänä valonlähteenä", koska syntyvä lämpö haihtuu lamppupaneelin takaosasta jättäen valoa säteilevän pinnan{0}}viileäksi kosketettaessa. Toisaalta elohopealamput säteilevät lämpöä eteenpäin heijastimiensa ja infrapunasäteilynsä kautta.
Juuri tästä syystä UVLED-valonlähteet vaativat yleensä ilmajäähdytysjärjestelmiä, ja suuritehoiset
LED-valojen aidot{0}energiansäästöedut johtuvat kahdesta ainutlaatuisesta ominaisuudesta: välittömästä päälle/pois-ominaisuudesta ja tarkasta säteilytyksestä optisen suunnittelun avulla, mikä parantaa valotehokkuutta. Näiden etujen hyödyntäminen edellyttää kuitenkin integrointia infrapunatunnistus- ja älykkäisiin ohjausjärjestelmiin-, joiden kehittämiseen useimmilla markkinoiden UV-LED-laitteiden valmistajilla ei tällä hetkellä ole riittävästi T&K-kapasiteettia.
Otsonin syntyminen: Niiden emissiospektri sisältää kauko-ultraviolettivalon, jonka aallonpituus on alle 200 nm, mikä tuottaa huomattavia määriä otsonia. (Tämä on perimmäinen syy elohopealamppujärjestelmiä käyttävien tehtaiden työntekijöiden ilmoittamaan pistävään hajuun.)
Elohopeasaaste hävittämisestä: Elohopealampuilla on lyhyt käyttöikä, vain 800–1000 tuntia. Käytettyjen lamppujen väärä hävittäminen johtaa toissijaiseen elohopeasaasteeseen, joka on edelleen ratkaisematon ongelma.
Raportit osoittavat, että elohopeajätteen käsittelyyn tarvitaan vuosittain energia, joka vastaa kahden Three Gorges -padon yhdistettyä tuotantokapasiteettia. Vielä pahempaa on, että tällä hetkellä ei ole olemassa toimivaa tekniikkaa elohopean täydelliseen poistamiseen jätevirroista.
UV-LEDit ovat täysin vapaita näistä ongelmista. Sen jälkeen kun Minamatan elohopeasopimus tuli virallisesti voimaan Kiinassa 16. elokuuta 2017, elohopealamppujen käytöstä poistaminen on otettu viralliselle asialistalle. Vaikka yleissopimukseen sisältyy poikkeus teollisille elohopealoistelampuille, jos vaihtoehtoja ei ole, siinä määrätään myös, että allekirjoittajaosapuolet voivat ehdottaa tällaisten tuotteiden lisäämistä rajoitettuun luetteloon, kun käyttökelpoisia korvaavia lamppuja on saatavilla. Näin ollen UV-kovetussovelluksissa käytettävien elohopealamppujen täyden vaiheen{6}}aikataulu riippuu täysin UV-LED-ratkaisujen teknisestä kehityksestä ja teollistumisesta.
Se tukee paikallista tarkkaa kovetusta sovelluksissa, kuten 3D-tulostuksessa.
Yhdistämällä LEDit eri fotoinitiaattoreihin, se mahdollistaa kovettumisasteiden ja -syvyyden tarkan hallinnan.
Mukautettavissa valolähteiden konfiguraatioLED:issä on modulaarinen lampun helmirakenne, joka mahdollistaa joustavan pituuden, leveyden ja säteilykulman säätämisen. Tämä monipuolisuus mahdollistaa pistevalonlähteiden, linjavalonlähteiden ja aluevalonlähteiden luomisen, jotka on räätälöity vastaamaan erilaisten kovetusprosessien erityisvaatimuksia.
UV-materiaalin kovettumisen valonlähdeparametrivaatimukset
Aallonpituus:365 nm, 395 nm
Säteilyvoimakkuus (valon intensiteetti, optisen tehon tiheys): mW/cm²
Kokonaisenergiaannos: mJ/cm²
Valokovetusprosessi ei voi edetä ilman kolmea edellä mainittua ydinparametria: aallonpituus, valon intensiteetti ja kokonaisenergia-annos. Aallonpituus määrittää, voidaanko fotoinitiaattoreita aktivoida; valon intensiteetti sanelee UV-aloitustehokkuuden ja vaikuttaa suoraan pinnan kovettumiseen (happieston kestävyyteen) ja syväkovettumiseen; kokonaisenergia-annos varmistaa materiaalin perusteellisen kovettumisen.
Elohopealampuihin verrattuna LEDien merkittävin etu on niiden muotoiltavissa ja säädettävissä olevissa ominaisuuksissa. Itse LEDin suorituskyvyn rajoissa sen parametrit voidaan optimoida suurimmassa määrin vastaamaan erityisiä kovettumisvaatimuksia. UV-LED-valokovetuskokeissa ydintavoitteena on jatkuvasti laajentaa sekä valonlähteen että UV-materiaalien suorituskykyrajoja ja löytää optimaalinen tasapaino niiden välillä. Erityisesti LEDeille tämä tarkoittaa ihanteellisten LED-valonlähteiden parametrien määrittämistä pinnoitteen koostumuksen perusteella optimaalisen kovettumistuloksen saavuttamiseksi.
LED-luminesenssiperiaate ja UVLED-sirujen nykyinen kehitystila
Elektronimuutosperiaatteen perusteella (yksityiskohdat jätetty pois; kiinnostuneet lukijat voivat katsoa lisätietoa verkkoresursseista), kun atomin elektronit palaavat virittyneestä tilasta perustilaan, ne vapauttavat energiaa säteilyn muodossa eri aallonpituuksilla (eli lähettävät eri aallonpituisia sähkömagneettisia aaltoja).
Siksi UV{0}}valonlähteiden valmistuksessa on kaksi ensisijaista lähestymistapaa:
Ensimmäinen lähestymistapa on tunnistaa atomi, jonka elektronienergia-ero virittyneen tilan ja perustilan välillä on täsmälleen ultraviolettispektrin sisällä. Perinteiset elohopealamput ovat yleisimmin käytetty tähän periaatteeseen perustuvia UV-valolähteitä.
Toinen lähestymistapa hyödyntää puolijohteen luminesenssiperiaatetta (yksityiskohdat jätetty pois; kiinnostuneet lukijat voivat katsoa lisätietoja verkkoresursseista). Lyhyesti sanottuna, kun valoa lähettävään puolijohteeseen kohdistetaan eteenpäin suuntautuva jännite, P--alueelta N--alueelle ruiskutetut reiät ja N--alueelta P--alueelle ruiskutetut elektronit yhdistyvät uudelleen N--alueen elektronien kanssa P--alueella. mikrometriä lähellä PN-liitosta, tuottaen spontaania fluoresoivaa säteilyä.
Kuten yleisesti tiedetään, ryhmän III-V puolijohdemateriaalien, alumiininitridistä galliumnitridiin tai indiumgalliumnitridiin (InGaN) ulottuvien puolijohdemateriaalien kaistaväli kuuluu tarkasti sinisen valon ja ultraviolettivalon spektriin. Säätämällä alumiini-indiumgalliumnitridin materiaalisuhdetta voimme tuottaa ultravioletti- ja näkyvän valon lähteitä laajalla aallonpituusalueella.
Vaikka teoriassa minkä tahansa aallonpituuden valoa voidaan tuottaa säätämällä luminoivien materiaalien koostumusta, kaupalliseen tuotantoon saatavilla olevien UVLED-sirujen valikoima on edelleen melko rajallinen erilaisten rajoitusten vuoksi. Teollisiin sovelluksiin soveltuvat -tehokkaat sirut keskittyvät periaatteessa UVA-kaistalle (365–415 nm). Viime vuosina myös UVB- ja UVC-teknologiat ovat kehittyneet voimakkaasti, mutta ne rajoittuvat periaatteessa pienitehoisille siviili- ja kuluttajamarkkinoille, kuten desinfiointiin ja sterilointiin.
Tähän on useita keskeisiä syitä:
Kidemateriaalin rakenne määrää valotehokkuuden (valosähköisen muunnostehokkuuden) Galliumnitridiä (GaN) ja korkean{0}}tehokkuuden indiumgalliumnitridiä (InGaN) voidaan edelleen käyttää 365–405 nm:n alueella UVA-alueella. Sitä vastoin UVB- ja UVC-sirut ovat täysin riippuvaisia alumiinigalliumnitridistä (AlGaN)-materiaalista, jolla on luonnostaan alhainen valotehokkuus- yleisemmin käytettyjen GaN:n ja InGaN:n sijaan. Tämä johtuu siitä, että GaN ja InGaN absorboivat ultraviolettivaloa alle 365 nm. Tämän seurauksena UVB- ja UVC-sirujen valotehokkuus on erittäin alhainen. Esimerkiksi LG:n 278 nm:n sirun valosähköinen muunnostehokkuus on vain 2 %.
Alhaisesta hyötysuhteesta johtuvat lämmönpoistohaasteet Energian säilymisen lain mukaan 2 %:n valosähköinen muunnoshyötysuhde tarkoittaa, että 98 % sähköenergiasta muuttuu lämmöksi. Lisäksi LED-sirun käyttöikä ja valoteho ovat kääntäen verrannollisia lämpötilaan. Tällainen korkea lämmöntuotto asettaa erittäin tiukat vaatimukset lämmönpoistojärjestelmille. Olemassa olevilla jäähdytystekniikoilla on yksinkertaisesti mahdotonta saavuttaa tehokasta lämmönpoistoa suuritehoisille-UVB- ja UVC-siruille.
Pakkaus- ja linssimateriaalien alhainen UV-läpäisevyys LED-sirujen suojaamiseksi kapselointi on välttämätöntä. Koska LEDit lähettävät valoa kaikkiin suuntiin, tarvitaan linssejä valonsäteen keskittämiseen. Kvartsilasia lukuun ottamatta useimmilla materiaaleilla on kuitenkin erittäin alhainen UV-läpäisykyky-ja läpäisy laskee jyrkästi aallonpituuden lyhentyessä. Näin ollen vaikka UVB/UVC-sirujen luontainen valotehokkuus on jo alhainen, linssit absorboivat huomattavan osan valosta, mikä johtaa erittäin heikkoon käyttökelpoiseen valotehoon, joka tuskin riittää teollisiin sovelluksiin.
Matala kidetuotto ja korkeat tuotantokustannukset Nykyiset UVB- ja UVC-sirut valmistetaan samoilla reaktoreilla kuin UVA-sirut. Luontaisten materiaalivirheiden lisäksi esimerkiksi substraatin ja kiteen väliset epäsopimattomat lämpölaajenemiskertoimet johtavat erittäin alhaisiin kidesaantoihin, mikä puolestaan pitää tuotantokustannukset kohtuuttoman korkeina.
Kaiken kaikkiaan UVB- ja UVC-teknologioiden alhaisen valotehokkuuden, korkeiden kustannusten ja tiukkojen lämmönpoistovaatimusten vuoksi korkean{0}}tehon kehitysUVB- ja UVC-valolähteet teollisiin sovelluksiin jäävät vaikeaksi, kunnes suuria teknologisia läpimurtoja saavutetaan.
LED-valonlähdejärjestelmien tärkeimmät T&K-painopisteet
LED-siru on vain yksi LED-valonlähteen kriittinen komponentti. Kun suoritamme LED-valonlähteiden tutkimus- ja kehitystyötä, meidän on otettava käyttöön asystemaattinen,kokonaisvaltaista lähestymistapaa. LED-aallonpituuden virityksen lisäksi T&K-alue kattaa sarjan loppupään prosesseja, mukaan lukien pakkaustekniikka, optinen suunnittelu, lämmönpoistojärjestelmät, tehonsyöttöjärjestelmät ja älykkäät ohjausjärjestelmät.
Tällä hetkellä LED-siruille on neljä yleistä pakkausrakennetta:
Pystysuuntainen kiinnitysrakenne
Käännä{0}}sirurakenne
Pystysuuntainen rakenne
Pystysuuntainen 3D-rakenne
Perinteiset LED-sirut käyttävät tyypillisesti pystysuoraa asennusrakennetta safiirialustan kanssa. Tämä rakenne on yksinkertainen suunnittelu ja kypsät valmistusprosessit. Safiirilla on kuitenkin huono lämmönjohtavuus, mikä vaikeuttaa sirun tuottaman lämmön siirtymistä jäähdytyselementtiin-. Tämä rajoitus rajoittaa sen käyttöä suuritehoisissa-LED-järjestelmissä.
Flip{0}}sirupakkaukset edustavat yhtä tämän hetken kehitystrendeistä. Toisin kuin pystysuorassa kiinnitetyissä rakenteissa, kääntösirujen lämmön ei tarvitse kulkea sirun safiirialustan läpi. Sen sijaan se siirretään suoraan substraateille, joilla on korkeampi lämmönjohtavuus (kuten pii tai keramiikka) ja sitten hajoaa ulkoiseen ympäristöön metallipohjan kautta. Lisäksi, koska flip{5}}sirurakenteet eliminoivat ulkoisten kultajohtojen tarpeen, ne mahdollistavat suuremman sirun integrointitiheyden ja paremman optisen tehon pinta-alayksikköä kohti. Sekä pystysuorassa kiinnitetyssä että kääntö{7}}sirurakenteissa on kuitenkin yhteinen puute: LEDin P- ja N-elektrodit sijaitsevat sirun samalla puolella. Tämä pakottaa virran kulkemaan vaakasuunnassa n-GaN-kerroksen läpi, mikä johtaa virran ruuhkautumiseen, paikalliseen ylikuumenemiseen ja viime kädessä rajoittaen käyttövirran yläkynnystä.
Pystysuora-rakenne sininen-valosirut kehittyivät pystyasennustekniikasta. Tässä mallissa tavanomainen safiiri-substraattisiru käännetään ja liimataan erittäin lämpöä johtavaan alustaan, minkä jälkeen se nostetaan laserilla{4}}safiirisubstraatista. Tämä rakenne ratkaisee tehokkaasti lämmönpoiston pullonkaulaa, mutta sisältää monimutkaisia valmistusprosesseja- erityisesti haastavan substraatin siirtovaiheen-, joka johtaa alhaisiin tuotantosaantoihin. Siitä huolimatta teknologian kehittymisen myötä UV-LED-valojen pystypakkaukset ovat tulleet yhä kypsemmiksi.
Äskettäin on ehdotettu uutta 3D-pystyrakennetta. Verrattuna perinteisiin pystysuorarakenteisiin-LED-siruihin sen tärkeimpiä etuja ovat kultalankaliitoksen eliminointi, ohuempien pakkausprofiilien mahdollistaminen, tehokkaampi lämmönpoistokyky ja suurten käyttövirtojen helpompi integrointi. Lukuisia teknisiä esteitä on kuitenkin voitettava ennen kuin pystysuorat 3D-rakenteet voidaan kaupallistaa.
Koska UVLED-lampuilla on yleensä alhaisempi valotehokkuus verrattuna yleisvalaistus-LEDeihin, pystysuuntainen rakennepakkaus on suositeltava valinta valonpoistotehokkuuden maksimoimiseksi.
Koska LEDit lähettävät valoa kaikkiin suuntiin ja niiden luontainen valotehokkuus on jo suhteellisen alhainen, tarvitaan tieteellistä ja järkevää optista suunnittelua tehokkaan valotehokkuuden (eli etusäteilyn valotehokkuuden) parantamiseksi. Yleisiä optisia komponentteja ovat heijastimet, ensisijaiset linssit ja toissijaiset linssit.
Lisäksi ultraviolettivalo vaimenee voimakkaasti kulkiessaan väliaineen läpi. Siksi useita tekijöitä on arvioitava valittaessa linssimateriaaleja-kuten kvartsilasia, borosilikaattilasia ja karkaistua lasia-, ja etusija on annettava materiaaleille, joilla on korkea UV-läpäisevyys. Tämä ei ainoastaan maksimoi valontuottoa, vaan myös estää liiallisen lämpötilan nousun, joka johtuu materiaalin valon absorptiosta pitkäaikaisessa UV-altistuksessa.
Kuten aiemmin mainittiin, energian säilymislain mukaan vain osa sähköenergiasta muuttuu valoenergiaksi, kun taas suuri osa hajoaa lämpönä. UVA-kaistan tyypillinen energian muunnossuhde on 10:3:7 sähkölle, valolle ja lämmölle. LED-sirun tehokas käyttöikä korreloi läheisesti niiden liitoslämpötilan kanssa. Valokovetusprosessissa suuri optinen tehotiheys edellyttää usein LED-sirujen integrointia suurella{6}}tiheydellä, mikä asettaa tiukat vaatimukset lämmönpoistojärjestelmille.
Siten tehokkaan lämmönpoiston saavuttaminen ja sen varmistaminen, että kaikkien LED-sirujen liitoslämpötila pysyy kohtuullisella ja tasapainoisella alueella, edellyttää tiukkaa tieteellistä suunnittelua, tietokonesimulaatiota ja käytännön testausta.
UV-pinnoitevalmisteiden tutkimus
Valoinitiaattorien ja järjestelmätason lähestymistavan rajoitukset hartsin ja monomeerien reaktiivisuuteen Kuten edellisessä LED-tekniikan johdannossa kuvattiin, teollisuussovelluksiin soveltuvat suuritehoiset LED-valonlähteet on tällä hetkellä rajoitettu UVA-alueelle, erityisesti yli 365 nm:n aallonpituuksille. Kun LED-valonlähteiden suorituskykyrajat on määritelty, voimme nyt nähdä, että yhteensopivien fotoinitiaattorien valinta on melko rajallinen, koska useimmilla fotoinitiaattoreilla on alhaiset molaariset ekstinktiokertoimet yli 365 nm:n aallonpituuksilla.
LED{0}}yhteensopivien fotoinitiaattoreiden alhaisen initiaatiotehokkuuden ratkaisemiseksi tutkimus- ja kehitystyötä ei pitäisi rajoittaa itse fotoinitiaattoreihin. Sen sijaan meidän on omaksuttava järjestelmä{2}}tason näkökulma, joka yhdistää hartsit, monomeerit, fotoinitiaattorit ja jopa lisälisäaineet kokonaisvaltaiseen tutkimuskehykseen, mikä parantaa LED-UV-järjestelmien kovettumistehokkuutta.
Formulaatiosuunnittelu ja pinnoitusprosessin kehittäminen LED-kovettumista varten (valoinitiaattoreiden, hartsien, monomeerien vaikutukset, lämpötila, pinnan kuivuus, läpikuivaus, pigmentit ja täyteaineet) Pitkän -aallonpituisen UV-valon absorption parantamiseksi fotoinitiaattoreilla on usein tarpeen lisätä bentseenirenkaita (,) ja muita bentseenirenkaita (,) atomit molekyylirakenteisiinsa. Vaikka tämä muunnos parantaa pitkän{2}}aallonpituuden UV-absorptiota, se johtaa myös fotoinitiaattoreiden lisääntyneeseen värjäytymiseen.
Lisäksi näiden initiaattoreiden heikon valon absorptiotehokkuuden vuoksi on lisättävä suuria määriä erittäin reaktiivisia hartseja ja monomeerejä, -tyypillisesti korkean-funktionaalisia akryylihartseja ja monomeerejä- pinnoitusjärjestelmän kokonaisreaktionopeuden nopeuttamiseksi. Tällä lähestymistavalla on kuitenkin taipumus tuottaa pinnoitteita, joilla on korkea kovuus mutta huono joustavuus, mikä rajoittaa niiden käyttöaluetta.
LED-UV-valoinitiaattorien yleisesti alhaiset molaariset ekstinktiokertoimet tarjoavat myös ainutlaatuisen edun: ne mahdollistavat korkeamman UV-valon läpäisyn pinnoitekerroksen läpi, mikä edistää paksujen kalvojen syväkovettumista.
Pinnoitteen suorituskykyvaatimukset erilaisille varastointi-, kuljetus-, rakennus- ja levitysprosesseille Pinnoiteteollisuudessa erilaiset levitystekniikat, kuten telapinnoitus, ruiskupinnoitus ja verhopinnoitus, asettavat pinnoitteille selvät viskositeettivaatimukset. Samaan aikaan erilaiset alustat vaativat räätälöityjä pinnoitusominaisuuksia kostuvuuden ja tarttuvuuden suhteen. Lisäksi vaihtelevat kuljetus- ja varastointiolosuhteet edellyttävät pinnoitteille vastaavaa varastointistabiilisuutta. Siksi kaikki nämä tekijät on otettava täysin huomioon pinnoitteen muotoilun suunnittelussa.
Pinnoitekalvon suorituskykyvaatimukset erilaisille sovelluksille Eri käyttöalat asettavat pinnoitekalvoille erilaisia suorituskykyvaatimuksia, mukaan lukien kiilto, kolorimetriset ominaisuudet, kovuus, joustavuus, kulutuskestävyys ja iskunkestävyys. Näin ollen pinnoitteen kehityksen on löydettävä tasapaino kovettumistehon ja kalvon suorituskyvyn välillä.
Päällystysprosessien tutkimus
Pinnoitus on systemaattinen suunnitteluprosessi. Päällystysprosessien optimointi voi laajentaa UV-LED-tekniikan käyttörajoja entisestään. Kuten alan sanonta kuuluu,"Kolme osaa riippuu pinnoitteesta; seitsemän osaa riippuu levitysprosessista". Loppujen lopuksi sekä pinnoitteet että valonlähteet saavuttavat aiotun suorituskyvyn vain asianmukaisella levityksellä.
Lisäksi pinnoitusprosessien optimointi yhdessä UV-pinnoitteiden ja LED-valolähteiden kanssa voi merkittävästi kompensoida sekä materiaalien että valonlähteiden rajoituksia. Kuumennus voi esimerkiksi vähentää huoneenlämmössä liian viskoosien -hartsi-pitoisten pinnoitteiden viskositeettia, mikä tekee niistä sopivia erilaisiin levitysmenetelmiin. Lisäksi lämmitys voi parantaa pinnoitusjärjestelmän juoksevuutta, lisätä molekyyliaktiivisuutta, varmistaa täydellisemmät alkukovettumisreaktiot ja tuottaa sileämpiä kalvopintoja.
Ylä- ja loppupään teollisuusketjujen tutkimus
Viimeisten kahden vuoden aikana ympäristönsuojelukampanjoiden laukaisema fotoinitiaattoreiden pula ja räjähdysmäiset hinnat ovat aiheuttaneet konkreettisia tappioita loppupään yrityksille ja jarruttaneet vakavasti LED-UV-teknologian kehitystä. Tämä korostaa, että tuotantoketjun alku- ja loppupään ketjujen liitettävyys ja toimitusketjujärjestelmien sujuvuus ovat perustakuita teollisuuden terveelle kehitykselle ja sen tuotteiden ja teknologioiden menestymiselle markkinoilla.
Vaikka monet teollisuudenalat kehittyvät tyhjästä teknologisen innovaation, teollisuuden kehityksen ja kysynnän nousun kautta, nämä tekijät on arvioitava kattavasti markkinointiprosessin aikana.
Lisäksi investointien näkökulmasta tuotantoketjun alku- ja loppupään ketjujen tutkimus ja käyttöönotto ei voi ainoastaan varmistaa vakaata tarjontaa tuotteiden tullessa markkinoille, vaan myös antaa yrityksille mahdollisuuden osallistua teollisuuden kasvun tuomiin osinkoihin.
http://www.benweilight.com/professional-lighting/uv-lighting/uv-light-black-light-for-halloween.html
