UV LED技术及应用


一、什么是UV?

1、在化工高分子领域里,UV也被作为辐射固化的简称,辐射固化包含:UV固化,EB固化,因UV固化所占的份额超过95%,因此同上以UV来作为辐射固化的简称。

2、UV,也就是UV紫外光固化,是利用UV紫外光的中、短波(300-800纳米)在UV辐射下,液态UV材料中的光引发剂受刺激变为自由基或阳离子,从而引发含活性官能团的高分子材料(树脂)聚合成不溶不熔的固体涂膜的过程,是一种上世纪60年代兴起的、环保的、低VOC排放的新技术,上世纪80年以后在我国得以迅速发展。

二、什么是LED?

1、发光二极管简称为LED。由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。

2、当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯,或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光,氮化镓二极管发蓝光。因化学性质又分有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。

三、什么是UV LED?

1、UV-LED(即UV Light Emitting Diode、紫外发光二极管)是一种能够直接将电能转化为紫外光线的固态的半导体器件。是LED的一种,波长范围为:10-400nm,是单波长的不可见光,一般在400nm以下。固化用主要有365nm和395nm。UV胶固化一般使用365nm波长。

2、UV-LED光源工作温度通常在100℃以下,具有使用寿命长、可靠性高、发光效率高、耗电量少、无热辐射、有利于环保等特性,近几年来在UV固化中逐渐得到了应用。

四、UV LED特点

1、使用寿命长:超过20000小时;

2、节能效果显著,可达90%;

3、无红外热辐射:不会引起工件热应力及热变形;

4、体积小巧,配置灵活:体积仅为0.1cm3;

5、能量集中:98%以上的光输出都在紫外波段;

6、主波峰狭窄单一:90%以上光输出集中在主波峰附近±10nm范围内;

7、直流低压驱动:适合便携UV设备;

8、输出功率稳定、连续可调;

9、瞬间出光:不需要预热时间,响应时间为微秒级;

10、开闭次数不影响使用寿命,不需要快门;

11、环保:符合RoHS、不含汞。

五、UV LED固化机分类

六、UV LED点光源结构、特点

1、UV LED点光源:分为UV LED风扇式点光源和UV LED笔式点光源,光斑直径可分为3mm、4mm、6mm、8mm和12mm。

2、UV-LED具有众多的优点,但是仍有许多制约UV-LED普及的地方,目前的UV-LED线光源存在着成本高、单颗功率小、光路系统复杂、波峰狭窄与光引发剂匹配性差等问题。

3、UV-LED首先得到接受和普及的应用是点光源。

4、UV-LED发光单元外尺寸只有几毫米,发光体多为边长1mm的正方体,发光点小,非常适合通过光路系统实现良好聚光效果,实现小光斑高强度紫外照射。

5、点光源适用于固化面积只有几个毫米,同时要求紫外照射强度很高的点状固化场合,例如:激光头、光纤连接器、光纤耦合器、LCD、OLED、硬盘、智能卡、传感器、微型马达、编码器制造、焊点补强等。

七、UV LED线光源结构、特点

1、UV-LED线光源发出的光线多是狭窄细长的直线光线。需要设计专用光路系统将一排UV-LED发出的多个光斑汇聚成狭窄、均匀、高强度的线状光线。光源形状为线形,线形长度可定制。

2、目前线光源种类主要有以下几种:

(1)该种线光源适用于细长工件进行固化的照射场合,能量高,固化效率高,但另一方面工作距离敏感,对照射距离有严格要求,一般只有几毫米到十几毫米的工作距离;

(2)该种线光源照射均匀,对工作距离不敏感,一般光线宽度在十毫米左右,但能量稍弱;

(3)该种线光源照射范围较大,工作距离不敏感,但相较于前两种来说,照射强度最弱;

(4)该种曲线线光源由多个线光源拼接而成,可组成特殊的形状,满足特殊工位的需求。

八、UV LED面光源结构、特点

1、UV-LED面光源同样没有热辐射,固化炉内温度可以控制在室温;众多LED发光点均匀分布,多组为紫外照射优化设计的专业镜头组,照射均匀性好,边缘和中心的照射强度一致性极佳。并且可以根据用户需求定制发光区域形状和大小。光源为平面,光源面积可定制,应用较为普遍。

2、UV-LED面光源在相同输入功率的情况下,相比汞灯,照射成本要贵;按输出功率计算,成本要贵于汞灯。

3、目前UV-LED面光源应用及普及主要突破口在小型面光源上,现在小型面光源的照射强度可以达到几百到一千毫瓦每平方厘米以上,高照射强度带来更高的生产效率;另一方面,小型面光源能量集中且没有热辐射,因此它的散热系统和整个照射系统都趋于小型化,应用更加方便。

4、相较点光源和线光源,面光源成本高,制约了面光源的应用和发展。

九、UV LED光源与UV汞灯管的区别

1、使用寿命

UV汞灯 UV LED灯
UV固化设备,其汞灯使用寿命只有800-3000小时,而传统汞灯方式固化设备在工作时,由于汞灯启动慢,开闭影响灯泡寿命,必须一直点亮,不仅造成不必要的电力消耗而且缩短了汞灯工作寿命。 采用UV LED紫外固化系统的使用寿命达到20000-30000小时,LED方式可以仅在需要紫外线时瞬间点亮,LED方式的使用寿命相当于汞灯方式的30-40倍。减少了更换灯泡的时间,提高了生产效率,同时也非常节能。

2、热辐射

UV汞灯 UV LED灯
传统汞灯方式的紫外线固化机一般都会使被照射的产品表面升高60-90℃,使产品的定位发生位移,造成产品不良。 高功率发光二极管没有红外线发出。被照射的产品表面温升5℃以下,而UV-LED固化方式最适宜塑料基材、透镜粘接及电子产品、光纤光缆等热敏感、高精度的粘接工艺要求。

3、环保污染

UV汞灯 UV LED灯
传统的汞灯方式固化机采用汞灯发光方式,灯泡内有水银,废品处理、运输非常麻烦,处理不当会对环境产生严重污染。 LED式固化机采用半导体放光,没有对环境造成污染的因素。因此使用LED式固化机更加环保。

4、光源照度

UV汞灯 UV LED灯
传统的汞灯方式点光源固化机在增加照射通道时,通道的增加会造成单个照射通道的输出能量减少。 采用大功率LED芯片和特殊的光学设计,是紫外光达到高精度、高强度照射;紫外光输出达到8600mW/m2的照射强度。采用最新的光学技术和制造工艺,实现了比传统汞灯照射方式更加优化的高强度输出与均匀性,几乎是传统汞灯方式照射光度的2倍,使UV粘合剂更快固化,缩短了生产时间,大幅度提高了生产效率。
而采用LED式的照射,各个照射头独立发光,照射能量不受通道增加的影响,始终保持在最大值。
因其超强集中的光照度,与汞灯相比,UV LED缩短了作业的照射时间,提高了生产效率。

5、能耗

UV汞灯 UV LED灯
UV LED方式较汞灯方式有效发光效率高10倍以上。
UV LED方式只在照射时才消耗电力,而在待机时电力消耗几乎为零。
汞灯方式无论是否进行有效照射,汞灯都需要连续点灯工作,电力一直处于消耗状态。
同时,而可以做一个简单的计算,每台点光源固化机节省的电能:
270(瓦特)*8(小时)*365(天)= 800(千瓦时)
由此可见,每台每年仅耗电费用就可以省千元。不仅如此,通过节省电能,每台每年可间接减少二氧化碳的排放量1.4吨,相当于一辆轿车一年的排气量。

十、UV LED固化应用领域

1、电子领域,如光学、手机、触摸屏、硬盘、编码器等部件的粘接等;

2、印刷领域,如电子部件的印字、平板印刷等;

3、工艺品领域,如水晶、玻璃等透明制品的粘结等;

4、医疗领域,注射针头等粘接等;

5、按用途:UV胶水、UV油墨、UV树脂的硬化等;

6、UV胶水、UV油墨、UV树脂的硬化等;

7、玻璃行业

UV LED喷墨打印机可以在玻璃表面直接喷印各种图案,替代手工绘画,实现无版、高效、低成本、色彩丰富的即时加工过程,操作的便捷性为玻璃行业客户节省了大量时间,使用该设备已经为生产商带来可观的经济效益。

8、装饰装修行业

UV LED喷墨打印机可以在天花板、防火板、铝塑板、密度板、石材、陶瓷、玻璃等各种装饰材料表面直接喷印所需图案,满足个性化装修需求,为建筑装饰公司带来可观经济效益。

9、建材行业

UV LED喷墨打印机把瓷砖、玻璃、木材、防火门、石材等建材生产成高附加值的产品。

10、家具产业

UV LED喷墨打印机在衣柜、桌椅、沙发、厨房操作台上印上生动的图案,满足消费者的个性需求。

11、标牌行业

UV LED喷墨打印机可以在各种硬质标牌材料表面直接喷印图案,替代网印、腐蚀、贴膜等传统标牌工艺,既减少了工序,降低了成本,又增加了牢固程度,是电力标牌、交通标牌、安全指示标牌、反光标牌等厂商的理想设备。

12、壁画、装饰画行业

UV LED喷墨打印机可以在陶瓷、木制品表面直接喷印图案,替代手工绘画、网印等工艺,产品经后期处理,耐磨、耐水、耐温差、耐辐射指标符合要求,并满足个性化装饰需求,实现了高效、低成本的即时加工过程,喷墨打印机的出现,带给壁画、装饰画行业更多的活力与艺术表现力。

13、展板制作

UV LED喷墨打印机可以在陶瓷、木制品表面直接喷印图案,替代手工绘画、网印等工艺,产品经后期处理,耐磨、耐水、耐温差、耐辐射指标符合要求,并满足个性化装饰需求,实现了高效、低成本的即时加工过程,喷墨打印机的出现,带给壁画、装饰画行业更多的活力与艺术表现力。

十一、小结

随着UV-LED成本的不断降低,UV-LED的普及应用程度正从点光源向线光源过渡(面光源的普及还需要一段时间),在工业装配领域和日用品领域中,线光源都将获得更多的应以。线光源的发展趋势是细化,即根据使用场合的不同(波长、照射区域形状、照射强度等)出现各种分类,满足不同工况的需求。与此同时,随着光引发剂对UV-LED的适应性开发,UV-LED的应用会更加广泛,优势也会越来越明显。

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