UVLED
UVLED即紫外發(fā)光二極管,是LED的一種,波長(zhǎng)范圍為:10-400nm。
中文名:紫外發(fā)光二極管
外文名:UVLED
波長(zhǎng)范圍:10-400nm
常用波長(zhǎng):365nm,385nm,395nm,405nm
使用壽命:約25000~30000小時(shí)
簡(jiǎn)介
UVLED即紫外發(fā)光二極管,是LED的一種,是按照一定的比例集成發(fā)光波長(zhǎng)為200nm至450nm的大功率
LED芯片形成峰值波長(zhǎng)為200nm至450nm波段中某個(gè)波長(zhǎng)的光源。
UVLED波長(zhǎng)范圍
UVA 波長(zhǎng)在 320-390nm ,又稱(chēng)為長(zhǎng)波黑斑效應(yīng)紫外線 。它有很強(qiáng)的穿透力,可以穿透大部分透明
的玻璃以及塑料。日光中含有的長(zhǎng)波紫外線 有超過(guò)98%能穿透臭氧層和云層到達(dá)地球表面,UVA可
以直達(dá) 肌膚的真皮層,破壞彈性纖維和膠原蛋白纖維,將我們的皮膚曬黑。360nm波長(zhǎng)的UVA紫外
線符合昆蟲(chóng)類(lèi)的趨光性反應(yīng)曲線,可制作誘蟲(chóng)燈。300-420nm波長(zhǎng)的UVA紫外線可透過(guò)完全截止可見(jiàn)
光的特殊著色玻璃燈管,僅輻射出以365nm為中心的近紫外光,可用于礦石鑒定、舞臺(tái)裝飾、驗(yàn)鈔
等場(chǎng)所。
UVB 波長(zhǎng)在 280-320nm,又稱(chēng)為中波紅斑效應(yīng)紫外線 。中等穿透力,它的波長(zhǎng)較短的部分會(huì)被透
明玻璃吸收,日光中含有的中波紫外線大部分被臭氧層所吸收,只有不足2%能到達(dá)地球表面,在夏
天和午后會(huì)特別強(qiáng)烈。UVB紫外線對(duì)人體具有紅斑作用,能促進(jìn)體內(nèi)礦物質(zhì)代謝和維生素D的形成,
但長(zhǎng)期或過(guò)量照射會(huì)令皮膚曬黑,并引起紅腫脫皮。紫外線保健燈、植物生長(zhǎng)燈發(fā)出的就是使用特
殊透紫玻璃(不透過(guò)254nm以下的光)和峰值在300nm附近的熒光粉制成。
UVC 波長(zhǎng)在 280nm 以下,又稱(chēng)為短波滅菌紫外線。它的穿透能力最弱,無(wú)法穿透大部分的透明玻
璃及塑料。日光中含有的短波紫外線幾乎被臭氧層完全吸收。短波紫外線對(duì)人體的傷害很大,短時(shí)
間照射即可灼傷皮膚,長(zhǎng)期或高強(qiáng)度照射還會(huì)造成皮膚癌。紫外線殺菌燈發(fā)出的就是UVC短波紫外
線。
UVD波段,波長(zhǎng)100~200nm,又稱(chēng)為真空紫外線。
UVV 波長(zhǎng)在 390nm 以上。
原理
1、UVLED發(fā)光機(jī)理:PN結(jié)的端電壓構(gòu)成一定勢(shì)壘,當(dāng)加正向偏置電壓時(shí)勢(shì)壘下降,P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)
載流子向?qū)Ψ綌U(kuò)散。由于電子遷移率比空穴遷移率大得多,所以會(huì)出現(xiàn)大量電子向P區(qū)擴(kuò)散,構(gòu)成
對(duì)P區(qū)少數(shù)載流子的注入。這些電子與價(jià)帶上的空穴復(fù)合,復(fù)合時(shí)得到的能量以光能的形式釋放出
去。這就是PN結(jié)發(fā)光的原理。
2、UVLED發(fā)光效率:一般稱(chēng)為組件的外部量子效率,其為組件的內(nèi)部量子效率與組件的取出效率的
乘積。所謂組件的內(nèi)部量子效率,其實(shí)就是組件本身的電光轉(zhuǎn)換效率,主要與組件本身的特性(如
組件材料的能帶、缺陷、雜質(zhì))、組件的壘晶組成及結(jié)構(gòu)等相關(guān)。而組件的取出效率則指的是組件
內(nèi)部產(chǎn)生的光子,在經(jīng)過(guò)組件本身的吸收、折射、反射后,實(shí)際在組件外部可測(cè)量到的光子數(shù)目。
因此,關(guān)于取出效率的因素包括了組件材料本身的吸收、組件的幾何結(jié)構(gòu)、組件及封裝材料的折射
率差及組件結(jié)構(gòu)的散射特性等。而組件的內(nèi)部量子效率與組件的取出效率的乘積,就是整個(gè)組件的
發(fā)光效果,也就是組件的外部量子效率。早期組件發(fā)展集中在提高其內(nèi)部量子效率,主要方法是通
過(guò)提高壘晶的質(zhì)量及改變壘晶的結(jié)構(gòu),使電能不易轉(zhuǎn)換成熱能,進(jìn)而間接提高UVLED的發(fā)光效率,
從而可獲得70%左右的理論內(nèi)部量子效率,但是這樣的內(nèi)部量子效率幾乎已經(jīng)接近理論上的極限。
在這樣的狀況下,光靠提高組件的內(nèi)部量子效率是不可能提高組件的總光量的,因此提高組件的取
出效率便成為重要的研究課題?,F(xiàn)在的方法主要是:晶粒外型的改變——TIP結(jié)構(gòu),表面粗化技術(shù)。
3、UVLED電氣特性:電流控制型器件,負(fù)載特性類(lèi)似PN結(jié)的UI曲線,正向?qū)妷旱臉O小變化會(huì)引
起正向電流的很大變化(指數(shù)級(jí)別),反向漏電流很小,有反向擊穿電壓。在實(shí)際使用中,應(yīng)選擇
。UVLED正向電壓隨溫度升高而變小,具有負(fù)溫度系數(shù)。UVLED消耗功率 ,一部分轉(zhuǎn)化為光能,這
是我們需要的。剩下的就轉(zhuǎn)化為熱能,使結(jié)溫升高。散發(fā)的熱量(功率)可表示為 。
4、UVLED光學(xué)特性:UVLED提供的是半寬度很大的單色光,由于半導(dǎo)體的能隙隨溫度的上升而減小
,因此它所發(fā)射的峰值波長(zhǎng)隨溫度的上升而增長(zhǎng),即光譜紅移,溫度系數(shù)為+2~3A/ 。UVLED發(fā)光亮
度L與正向電流。電流增大,發(fā)光亮度也近似增大。另外發(fā)光亮度也與環(huán)境溫度有關(guān),環(huán)境溫度高
時(shí),復(fù)合效率下降,發(fā)光強(qiáng)度減小。
5、UVLED熱學(xué)特性:小電流下,LED溫升不明顯。若環(huán)境溫度較高,UVLED的主波長(zhǎng)就會(huì)紅移,亮度
會(huì)下降,發(fā)光均勻性、一致性變差。尤其點(diǎn)陣、大顯示屏的溫升對(duì)LED的可靠性、穩(wěn)定性影響更為
顯著。所以散熱設(shè)計(jì)很關(guān)鍵。
6、UVLED壽命:UVLED的長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)光衰引起老化,尤其對(duì)大功率UVLED來(lái)說(shuō),光衰問(wèn)題更加嚴(yán)重
。在衡量UVLED的壽命時(shí),僅僅以燈的損壞來(lái)作為UVLED壽命的終點(diǎn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,應(yīng)該以UVLED的
光衰減百分比來(lái)規(guī)定LED的壽命,比如35%,這樣更有意義。
7、大功率UVLED封裝:主要考慮散熱和出光。散熱方面,用銅基熱襯,再連接到鋁基散熱器上,晶
粒與熱襯之間以錫片焊作為連接,這種散熱方式效果較好,性?xún)r(jià)比較高。出光方面,采用芯片倒裝
技術(shù),并在底面和側(cè)面增加反射面反射出浪費(fèi)的光能,這樣可以獲得更多的有消出光。
UVLED的特點(diǎn)
1.沒(méi)有溶劑-溫室效應(yīng)
2.有利于環(huán)境保護(hù)
3.工作埸地?zé)o污染
4.快速生產(chǎn)
5.室溫固化
6.產(chǎn)品有獨(dú)特性能
7.節(jié)省能源
8.易洗滌
9.節(jié)約空間
10.高光澤
11.廢料少
12.方法多樣性、適應(yīng)性、產(chǎn)品更換快
UVLED相比傳統(tǒng)汞燈的優(yōu)勢(shì)
2014年以來(lái)國(guó)內(nèi)大部分廠家依然用著傳統(tǒng)的紫外汞燈來(lái)進(jìn)行工作,但是,UV LED終將會(huì)代替汞燈,
因?yàn)樗膬?yōu)勢(shì)比傳統(tǒng)的汞燈大太多了!
1、超長(zhǎng)壽命:使用壽命是傳統(tǒng)汞燈式固化機(jī)的10倍以上,約25000~30000小時(shí)。
2、 冷光源、無(wú)熱輻射,被照品表面溫升低,解決光通訊、液晶生產(chǎn)中長(zhǎng)期存在的熱傷害問(wèn)題。特
別適合液晶封邊、薄膜印刷等要求溫升小的場(chǎng)合適用。
3、 發(fā)熱量小,可解決汞燈噴繪設(shè)備發(fā)熱量大、工作人員難以忍受的問(wèn)題。
4、 瞬間點(diǎn)亮,不需要預(yù)熱即刻達(dá)到100%功率紫外輸出。
5、 使用壽命不受開(kāi)閉次數(shù)影響。
6、 能量高,光輸出穩(wěn)定,照射均勻效果好,提高生產(chǎn)效率。
7、 可定制有效照射區(qū)域,長(zhǎng)度從20mm到1000mm。
8、 不含汞,也不會(huì)產(chǎn)生臭氧,是替代傳統(tǒng)光源技術(shù)的一種更安全、更環(huán)保的選擇。
9、能耗低,耗電量?jī)H為傳統(tǒng)汞燈式固化機(jī)的10%,能節(jié)約90%電量。
10、維護(hù)成本幾乎為零,采用UVLED固化設(shè)備每年至少節(jié)約10000元/臺(tái)的耗材費(fèi)。
目前UVLED最主要的應(yīng)用UV固化領(lǐng)域:
1、微電子行業(yè)UVLED光固化應(yīng)用
2、PCB行業(yè)UVLED光固化應(yīng)用
3、醫(yī)療器械UVLED光固化應(yīng)用
4、光學(xué)行業(yè)-ST-LED UV光固化應(yīng)用
5、光通信行業(yè)UVLED光固化應(yīng)用
6、科研及院所-ST-LED UV光固化應(yīng)用
7、印刷UV油墨固化
其他應(yīng)用
紫外線身份驗(yàn)證、條碼(230-280nm)
表面積水的殺菌(240-280nm)
鑒別和體液檢測(cè)和分析(250-405nm)
蛋白質(zhì)分析和藥物發(fā)明(270-300nm)
醫(yī)學(xué)光照療法(300-320nm)
高分子和油墨印刷(300-365nm)
辨?zhèn)危?75-395nm)
表面除菌/美容除菌(390-410nm)
植物生長(zhǎng)(275~320nm)等。
技術(shù)研究
國(guó)內(nèi)還對(duì)高出光效率、高可靠性紫外線LED 封裝和紫外線LED氧化鈦裝置的研發(fā)及其光催化降解次
甲基藍(lán)來(lái)處理有機(jī)污水進(jìn)行了深入研究。
國(guó)外,日亞化學(xué)工業(yè)已功開(kāi)發(fā)出發(fā)光波長(zhǎng)為365nm、發(fā)光功率為100mW的紫外發(fā)光二極管。2008年理
化學(xué)研究所和松下電工曾公布,采用GaN類(lèi)半導(dǎo)體的InAlGaN開(kāi)發(fā)出了發(fā)光中心波長(zhǎng)為282nm,光輸
出功率為10mW的深紫外線LED。波長(zhǎng)更短的深紫外線LED方面,NTT物性科學(xué)基礎(chǔ)研究所采用AlN材料
開(kāi)發(fā)出了發(fā)光中心波長(zhǎng)為210nm的深紫外線LED?;贚ED的紫外光通信調(diào)制方式研究適宜采用PPM調(diào)
制方式。
最新技術(shù)發(fā)展正在將紫外線LED的部分市場(chǎng)擴(kuò)展到產(chǎn)品革新和性能的新高度。下一代紫外線LED技術(shù)
具有五個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn):
1、增加壽命
在2008年以前,紫外線LED的使用率明顯下降,這是因?yàn)樽贤饩€束容易分解LED的環(huán)氧樹(shù)脂,從而將
紫外線LED的壽命降低至不足5千個(gè)小時(shí)。 紫外線LED的下一代技術(shù)以“硬化”或“防紫外線”環(huán)氧
封裝為特征,盡管提供的壽命將達(dá)到1萬(wàn)個(gè)小時(shí),但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了大多數(shù)的應(yīng)用。 在過(guò)去的幾個(gè)
月里,新的技術(shù)解決了這個(gè)工程挑戰(zhàn)。例如:在Lumex的新QuasarBrite紫外線LED技術(shù)中(圖1),
使用了帶玻璃透鏡的TO-46結(jié)實(shí)封裝替換環(huán)氧樹(shù)脂透鏡,從而使其使用時(shí)間至少延長(zhǎng)十倍,達(dá)到5萬(wàn)
個(gè)小時(shí)。
2、效率
紫外線LED的輸出功率僅為輸入功率的5%-8%。當(dāng)波長(zhǎng)為385nm及以上時(shí),紫外線LED的效率提高,但
也只有輸入功率的15%。隨著出現(xiàn)的技術(shù)在不斷地解決效率問(wèn)題,更多的應(yīng)用將開(kāi)始采用紫外線LED
技術(shù)。
3、環(huán)境效益
紫外線LED與熒光燈相比,紫外線LED的能量消耗低70%。此外,紫外線LED不含CCFL技術(shù)中常見(jiàn)的有
害物質(zhì)汞。由于紫外線LED具有防振和耐沖擊的作用,很少發(fā)生破損,從而減少了垃圾和費(fèi)用花費(fèi)。
4、性能
紫外線LED能提供較小的光束角和均勻的光束。由于紫外線LED不需要其他透鏡就能得到緊湊的光束
角和均勻的光束圖,具有較低的能量消耗并增加了耐用性,所以與CCFL技術(shù)相比,紫外線LED的使
用成本少了一半。
5、廣泛的用途
紫外線LED當(dāng)前的用途包括:光學(xué)傳感器和儀器(230-400nm)、紫外線身份驗(yàn)證、條碼(230-
280nm)、表面積水的殺菌(240-280nm)、鑒別和體液檢測(cè)和分析(250-405nm)、蛋白質(zhì)分析和
藥物發(fā)明(270-300nm)、醫(yī)學(xué)光照療法(300-320nm)、高分子和油墨印刷(300-365nm)、辨?zhèn)?br/>
(375-395nm)、表面除菌/美容除菌(390-410nm)。