Les lampes à mercure ont été développées et très bien utilisées. C’est pourquoi les lampes à mercure ont toujours été considérées comme des sources lumineuses standard. Cependant, le développement de la LED ultraviolette vient de commencer et l’espace de développement futur est encore immense. En outre, la chaîne industrielle des lampes à ultraviolets à LED est très longue, allant de la croissance des cristaux à la découpe de copeaux en passant par l’emballage des copeaux, en passant par l’intégration de modules source de lumière UV, mais implique également le contrôle de l’alimentation en énergie et la conception du système de refroidissement, etc., chaque étape du produit final - UV LED La qualité de la lumière a un impact très important. Par conséquent, il est très important pour la recherche et le développement du système à LED UV de comprendre la limite de capacité de la LED UV et d’augmenter la limite de capacité de la LED UV.

A. Différence entre Source de lumière UV à haute puissance et lampe au mercure (avantages et inconvénients, incompréhension du public sur les LED UV)

Si nous voulons remplacer la lampe à mercure traditionnelle par des LED UV, nous devons d’abord connaître la différence entre une lampe à mercure et une lampe à LED UV, quels sont leurs avantages et leurs inconvénients, et ainsi de suite. Les revêtements UV peuvent durcir, car la formulation de l'initiateur de lumière absorbe une certaine longueur d'onde de la lumière ultraviolette et produit des radicaux libres (ou des cations, des anions), puis initie la polymérisation de monomères.

Le spectre d'émission de la lampe à mercure est continu, de l'ultraviolet à l'infrarouge, en particulier de l'UVB à l'UVA à ondes courtes, l'intensité est concentrée, tandis que le spectre d'émission des LED UV est étroit. Le pic commun est 365nm et 395nm (incluant 385, 395, 406nm) de ces deux bandes.

La principale application industrielle est la bande UVA à proximité de la lumière ultraviolette. Dans la gamme de longueurs d’onde des sources de lumière UV à LED de 365nm et 395nm , le coefficient d'extinction molaire de la plupart des initiateurs est relativement faible. Donc, Diode électroluminescente à haute puissance UV pour le traitement UV provoque généralement une faible efficacité d’initiation et de graves problèmes de polymérisation résistante à l’oxygène qui ne favorise pas le séchage en surface.

Note: actuellement, beaucoup Lumières ultraviolettes à LED pour les fabricants de lampes de poche UV ou les fabricants de revêtements LED UV affirment que les LED UV sont efficaces en broyage. À proprement parler, c'est le résultat d'un mauvais durcissement de la surface. Ce qui est difficile, ce n’est pas bien de moudre, mais comment parvenir à un meulage réglable, qui est à la fois résistant à l’usure et bon à la meulage. Il y a même des fabricants suspendus de viande de chien shell shell tête de mouton. Une lampe à mercure a été ajoutée à l’arrière de la lampe UV à LED. L’effet réel est toujours une lampe à mercure.

Cependant, on peut aussi voir que l’intensité lumineuse de LED à ultraviolets à souder pour revêtement UV est beaucoup plus forte que celle de la lampe à mercure à 395nm et 395nm, ce qui favorise le durcissement en profondeur du matériau UV. De nombreux dispositifs classiques durcissables aux UV utilisent une lampe au gallium derrière une lampe au mercure (longueur d'onde d'émission principale de 415 nm) pour améliorer le durcissement en profondeur.

Le deuxième sujet dont nous voulons parler est l'économie d'énergie de la LED. De manière générale, tout le monde pense que LED ultraviolette haute puissance pour lampe de poche UV est plus économique en énergie que la lampe à mercure. Même de nombreux fabricants ont mis en avant le slogan de propagande selon lequel les LED UV peuvent réduire la consommation d'énergie de 70%. En fait, il y a un grand malentendu, il y a deux raisons: premièrement, certaines entreprises du sensationnalisme, de la propagande exagérée; deuxièmement, beaucoup de gens ne comprennent pas du tout les LED UV, ce qui confond les deux concepts.

Ceci est généralement basé sur le fait que les lampes à mercure n'émettent que 30% de lumière ultraviolette, tandis que les LED UV émettent toute la lumière ultraviolette. Ce qui affecte vraiment la consommation d'énergie du système, c'est l'efficacité de la conversion photoélectrique et l'efficacité de la lumière. Le rendement de conversion photoélectrique de la lampe au mercure est très élevé, mais la majeure partie de la lumière émise par la lampe au mercure est une lumière visible et une lumière infrarouge, et le durcissement des matériaux UV ne nécessite que 30% de lumière ultraviolette.

La diode électroluminescente UV pour l’impression UV, quant à elle, est beaucoup moins efficace, à environ 30%. C’est presque aussi efficace qu’une lampe à mercure. Selon le principe de conservation de l'énergie, les 70% restants d'électricité sont convertis en chaleur. La seule différence est que la chaleur de la LED UV est diffusée depuis l'arrière de la lampe à travers le panneau de la lampe et qu'il n'y a pas de chaleur sur la surface brillante, d'où le nom de «source de lumière froide» de la LED UV. La vapeur de mercure provient de l'avant à travers le réflecteur et l'infrarouge. C'est pourquoi les sources lumineuses à LED UV ont généralement besoin d'un refroidissement à l'air pour dissiper la chaleur. Les sources de lumière UV à LED haute puissance doivent également être équipées d'une eau permettant de dissiper la chaleur selon 70% de la puissance électrique de la source de lumière.

Ce qui peut vraiment réaliser des économies d’énergie, c’est que LED ultraviolette pour le traitement UV peut être utilisé immédiatement, permet une irradiation précise grâce à la conception optique, améliore les caractéristiques d'efficacité lumineuse effective, ce qui nécessite la coopération de la détection infrarouge, du contrôle intelligent, etc., pour la plupart des fabricants d'équipements à LED UV sur le marché. n’est pas assez fort pour mener à bien cet aspect de la recherche et du développement.

Le troisième point et le plus important est la protection de l'environnement. La pollution environnementale de la lampe à mercure a principalement deux points:

1.Le spectre d'émission d'une lampe à mercure a une lumière ultraviolette inférieure à 200 nm, produira beaucoup d'ozone (de nombreux travailleurs d'atelier ont signalé que la lampe à mercure se sentirait malodorante, c'est la cause première).

2.La durée de vie des lampes à mercure est relativement courte, seulement 800 à 1 000 heures. La pollution secondaire (pollution au mercure) causée par les lampes à mercure abandonnées a toujours été un problème difficile à résoudre.

Il est rapporté que deux centrales hydroélectriques à trois gorges sont nécessaires pour éliminer les déchets de mercure chaque année, et pire encore, il n'y a pas de bon moyen d'éliminer complètement les déchets de mercure. Les LED UV n'ont pas ce problème. Depuis l'entrée en vigueur de la convention minamata sur le mercure en Chine, le 16 août 2017, le dés mercure est à l'ordre du jour.

Bien que la convention mentionne que les lampes fluorescentes au mercure destinées à la production industrielle et pour lesquelles il n’existe actuellement aucune alternative ne figurent pas dans la liste des restrictions, il est également noté que les parties peuvent demander que les produits en question soient ajoutés à la liste des restrictions si: des alternatives sont disponibles. Par conséquent, les produits à lampe au mercure durcissables aux UV lorsque l'élimination complète dépend le développement des UV UV dans le domaine des UV durcissables .

Parmi les autres avantages de la LED, citons: La LED a une longueur d’onde étroite, ce qui permet un durcissement précis (d’une part, un durcissement local précis, comme l’impression 3D, par exemple). Différents initiateurs peuvent être sélectionnés pour obtenir des degrés de guérir). La source de lumière UV LED est une structure de perle de lampe qui peut être ajustée en fonction de la longueur, de la largeur, de l’angle d’irradiation, etc., en font une source de lumière, une source de lumière linéaire, une source de lumière de surface, afin de répondre aux exigences de différents processus d’irradiation.

UV UV comparés avec une lampe au mercure traditionnelle:

B.Achieve Source de lumière à durcissement UV pour les paramètres de matériau UV

Longueur d'onde de 365 nm, intensité de rayonnement de l'éclairement de 395 nm (intensité lumineuse, densité de puissance lumineuse): mw / cm ^ 2 puissance totale: mj / cm ^ 2.

En cours de traitement de la lumière, ne peut pas laisser les trois paramètres principaux ci-dessus: longueur d'onde, intensité et puissance totale, la longueur d'onde détermine si un initiateur de lumière peut être inspiré, l'intensité de la lumière détermine l'efficacité du déclencheur de lumière ultraviolette, affecte directement le tableau à l'état sec (polymérisation par oxydation) et effet de durcissement profond, tandis que la puissance totale détermine si peut laisser complètement guérir.

Le plus grand avantage de la LED par rapport à la lampe au mercure est que la LED est formulée et réglable. Dans les limites de la capacité de la LED elle-même, elle peut ajuster la formulation au maximum en fonction des exigences de polymérisation. Dans les équipements de polymérisation à LED UV, il est nécessaire d’élargir constamment leur capacité à trouver le point d’équilibre. Sur la seule LED, est basé sur la formule de peinture, pour trouver le meilleur traitement requis pour les paramètres de source de lumière LED.

C.Le principe émetteur de UV LED et l'état de développement de la puce UV LED

Selon le principe de la transition électronique, les électrons d'un atome reviennent de l'état excité à l'état fondamental en libérant de l'énergie à différentes longueurs d'onde de rayonnement (émissions d'ondes électromagnétiques de longueurs d'onde différentes).

La première façon de fabriquer un objet émettant de la lumière ultraviolette est donc de rechercher un atome dont l’état d’excitation électronique se situe juste au-dessous de l’état fondamental dans l’ultraviolet. Notre lampe à mercure classique est la source UV la plus largement utilisée.

La seconde méthode consiste à utiliser le principe d’émission de lumière à semi-conducteur (en termes simples, on émet de la lumière et à transmettre la tension, de la zone P dans N les trous et de la zone N dans la zone P électronique, près de la jonction PN de plusieurs micromètres, respectivement, et la recombinaison de trous d'électrons et de la zone PN, produisent le rayonnement spontané fluorescent) pour rendre la bande UV de la source de lumière.

Il est bien connu que la bande interdite de trois à cinq matériaux semi-conducteurs de la série du nitrure de gallium ou du nitrure d’indium et de gallium (InGaN) se situe entre les longueurs d’onde bleue et ultraviolette.

En théorie, cependant, toute longueur d'onde de la lumière peut être obtenue par le rapport des matériaux lumineux. Limité par diverses conditions, les types de puces UV LED qui peuvent être produits commercialement sont encore très limités à l’heure actuelle, et les puces de haute puissance qui peuvent être appliquées commercialement sont essentiellement concentrées dans la bande des UVA de 365 nm à 415 nm. Au cours des deux dernières années, les UVB et UVC ont également montré une tendance en plein essor, mais ils sont essentiellement limités au marché de consommation civile de désinfection, de stérilisation et autres applications à faible consommation d'énergie.

Il y a plusieurs raisons à cela :

1.La structure du matériau cristallin détermine l'efficacité lumineuse (efficacité de conversion photoélectrique). Comme les UVA entre 365 et 405 nm, on peut également utiliser du nitrure de gallium (GaN) et de l'azote indium gallium à haute luminosité (InGaN). Les structures UVB et UVC sont basées sur des matériaux à faible émission d’AlGaN, plutôt que sur les nitrures de gallium et d’indium gallium actuellement connus, qui absorbent les rayons ultraviolets inférieurs à 365 nm. En conséquence, l'efficacité lumineuse des UVB et UVC est extrêmement faible. Prenant l'exemple de la puce LG 278 nm, l'efficacité de la conversion photo-électrique totale n'est que de 2%.

2.Selon le principe de conservation de l'énergie, l'efficacité de conversion photoélectronique de 2% signifie que 98% de l'électricité est convertie en chaleur et que la durée de vie et l'efficacité lumineuse des puces LED sont inversement proportionnelles à la température. Une telle sortie de chaleur nécessite une exigence élevée de dissipation de chaleur. Selon la méthode de dissipation de chaleur existante, il est impossible d’atteindre la dissipation de chaleur effective des puces UVB et UVC de haute puissance.

3.Pour protéger la puce DEL, celle-ci doit être encapsulée, la lumière DEL est omnidirectionnelle, il est nécessaire d’ajouter une lentille pour focaliser la lumière. En plus du verre de quartz, la plupart des matériaux ont un très faible facteur de transmission de la lumière ultraviolette. Plus la longueur d'onde est courte, plus la transmittance est faible. De cette façon, lorsque l'efficacité lumineuse est déjà faible, une grande partie de la lumière sera absorbée par la lentille.

4. Les puces UVB et UVC actuelles sont également des cristaux de croissance du four à réaction à base d'UVA. Outre les défauts des matériaux eux-mêmes, il existe également des problèmes tels que le désaccord du substrat et le coefficient de dilatation thermique des cristaux, entraînant un rendement extrêmement faible des cristaux et un coût élevé.

Dans l’ensemble, comme les UBV et les UVC ont une faible efficacité lumineuse, un coût élevé et des exigences plus élevées en termes de dissipation de chaleur du système, il est difficile sources de lumière UVB et UVC à haute puissance avant une percée plus importante dans la technologie.

D.Recherche et développement d'un système de source de lumière UV

La puce LED n’est qu’un élément important de la source lumineuse LED; nous menons des activités de recherche et développement de sources lumineuses LED; nous devons mener des recherches systématiques dans leur ensemble. En plus de la longueur d'onde de la LED, elle implique également une série de technologies de conditionnement, de conception optique, de système de refroidissement, de système d'alimentation, de système de contrôle intelligent, etc.

À l’heure actuelle, il existe quatre structures principales d’emballage des puces à LED, à savoir la structure formelle, la structure à retournement, la structure verticale et la structure verticale tridimensionnelle. À l’heure actuelle, les puces LED ordinaires adoptent une structure formelle de substrat en saphir, de structure simple et mature en technologie de fabrication. Cependant, en raison de la faible conductivité thermique du saphir, la chaleur générée par la puce peut difficilement être transférée au radiateur, ce qui est limité pour l’application de diodes électroluminescentes à haute puissance pour l’impression UV.

L'emballage à puce retournée est l'une des directions de développement actuelles. Par rapport à la structure formelle, la chaleur n'a pas besoin de traverser le substrat en saphir de la puce, mais directement vers le substrat en silicium ou en céramique à conductivité thermique supérieure, puis vers l'environnement extérieur à travers la base métallique. De plus, comme la structure à bascule n'a pas besoin de fil d'or externe, la densité intégrée de la puce peut être très élevée, ce qui améliore la puissance optique par unité de surface. Cependant, la structure de retournement et la structure formelle présentent le même défaut, c'est-à-dire que les électrodes P et N de la DEL sont du même côté de la DEL et que le courant doit traverser la couche de n-GaN latéralement, ce qui entraîne une congestion du courant. et pouvoir calorifique local élevé, ce qui limite la limite supérieure du courant de conduite.

La puce de lumière bleue à structure verticale est produite sur la base d'un assemblage formel. Ce type de puce consiste à coller la puce avec le substrat en saphir traditionnel à l'envers sur le substrat de silicium ou le substrat en métal avec une bonne conductivité thermique, puis à décoller le substrat en saphir au laser. La puce de ce substrat résout le problème du goulot d'étranglement de dissipation de chaleur, mais le processus est complexe, en particulier le processus de conversion du substrat est difficile à réaliser et le rendement est faible. Cependant, avec le développement de la technologie, les emballages verticaux UV LED sont devenus de plus en plus matures.

Une nouvelle structure verticale tridimensionnelle est maintenant proposée. Par rapport à la puce LED à structure verticale, le principal avantage de la puce LED à structure verticale tridimensionnelle est qu'aucun fil d'or n'est nécessaire, ce qui rend l'emballage plus mince, un meilleur effet de dissipation de chaleur et une introduction plus facile du courant de commande. Cependant, de nombreux problèmes doivent encore être résolus lors de l’application de la structure verticale 3D.

Étant donné que l’efficacité lumineuse des LED UV est généralement inférieure à celle de l’éclairage des LED, un conditionnement à structure verticale est généralement sélectionné pour obtenir un rendement lumineux supérieur.

Comme la luminescence des LED est omnidirectionnelle, dans le cas d’une faible efficacité de luminescence, une conception optique scientifique et raisonnable, telle que réflecteur, objectif principal, objectif secondaire, etc., est également nécessaire pour obtenir un rendement lumineux effectif supérieur (rendement lumineux de l’éclairage positif). ). En outre, en raison du taux d'atténuation de la lumière ultraviolette plus élevé dans le support, vous devez essayer de choisir le matériau de la lentille et l'évaluation multiple (verre de quartz, verre à haute teneur en borosilicate, verre trempé, etc.). afin d’éviter l’aspiration de matière sous la lumière ultraviolette pendant une longue période et que la température augmente).

Comme indiqué précédemment, selon le principe de conservation de l'énergie, lorsque l'énergie électrique est convertie en énergie lumineuse, une grande partie de celle-ci est également convertie en énergie thermique (bande UVA, électricité: lumière: chaleur: 10: 3: 7). La durée de vie effective de la puce LED est étroitement liée à l’économie de température. Dans le processus de durcissement de la lumière, afin de fournir une densité de puissance optique plus élevée, il est souvent nécessaire de mettre le Puces UV haute puissance pour le traitement UV Intégré à haute densité, ce refroidissement est mis en avant. Il demande une manière efficace de dissiper efficacement la chaleur et de garantir que toute la puce LED dans le champ de température de section raisonnable et équilibrée nécessite également une conception scientifique, une simulation par ordinateur et des tests pratiques.