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UVLED

发布时间:2017/7/17 16:24:27 点击量:

UVLED

UVLED即紫外发光二极管,是LED的一种,波长范围为:10-400nm。

中文名:紫外发光二极管

外文名:UVLED

波长范围:10-400nm

常用波长:365nm,385nm,395nm,405nm

使用寿命:约25000~30000小时

简介

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。

UVLED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。

UVLED的特点

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

UVLED相比传统汞灯的优势

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。


目前UVLED最主要的应用UV固化领域:

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)等。

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365nm、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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