Σχετικά με τα ορατά LED, τα UV LED είναι μια ήσυχη αγορά με μόλις 30 εκατομμύρια δολάρια, αλλά πρόσφατες ανακαλύψεις στην ακτινοβολούμενη ισχύ και ένταση έχουν επιτρέψει τη μετατόπιση των λαμπτήρων υδραργύρου-ατμών σε εφαρμογές όπως σκλήρυνση με υπεριώδη ακτινοβολία και ανίχνευση πλαστών, αναφέρει η LAURA PETERS
+ + + +
Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε στο τεύχος Φεβρουαρίου 2012 του περιοδικού LEDs.
Δείτε τον Πίνακα περιεχομένων και κατεβάστε το αρχείο PDF του πλήρους τεύχους Φεβρουαρίου 2012.
+ + + + +
Κάτω από το ορατό φάσμα βρίσκεται μια ζώνη μήκους κύματος που ονομάζεται υπεριώδες (UV). Από 100 έως 400 nm, η ακτινοβολία μπορεί αποτελεσματικά να χρησιμοποιηθεί για την αποστείρωση καλλυντικών, για τη διενέργεια ιατροδικαστικής ανάλυσης, για τη θεραπεία υλικών (Εικ. 1) και για την απολύμανση νερού, μεταξύ πολλών άλλων εφαρμογών. Σήμερα, όπως συμβαίνει με τα LED στο ορατό φάσμα, τα UV LED αρχίζουν να αντικαθιστούν τις καθιερωμένες πηγές UV σε μια παρόμοια ποικιλία αγορών.
. ΕΙΚΟΝΑ 1 Σύστημα σκλήρυνσης που βασίζεται σε αερόψυξη με βάση UV-LED (πηγή: Τεχνολογία Phoseon) ..
ΣΥΚΟ. 1.
«Σε σύγκριση με τη βιομηχανία φωτισμού LED πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων, η αγορά UV-LED είναι ένα σφάλμα στρογγυλοποίησης περίπου 30 εκατομμυρίων δολαρίων, αλλά αναπτύσσεται ραγδαία», δήλωσε ο Mike Lim, διευθυντής παγκόσμιας βιομηχανικής και νέας επιχείρησης της Luminus Devices, με έδρα τη Billerica ΜΑ.
Μέχρι στιγμής, η αγορά σκλήρυνσης με υπεριώδη ακτινοβολία απολαμβάνει τη μεγαλύτερη αύξηση στην υιοθέτηση των UV-LED λόγω της σχετικά πρόσφατης ανακάλυψης στην πυκνότητα ροής των τσιπ UV-LED πέρα από το σήμα 4W / cm2 στα διαφορετικά μήκη κύματος που απαιτούνται για να φέρει την επεξεργασία UV-LED εγκαταστάσεις. «Για πρώτη φορά, τα LED έχουν φτάσει στις πυκνότητες ισχύος που καθιστούν τα UV LED ανταγωνιστικά με τις υπάρχουσες πηγές», δήλωσε ο Uwe Thomas, γενικός διευθυντής των εξαρτημάτων εκπομπής με την LED Engin, μια εταιρεία παροχής UV και ορατών LED με έδρα τη Santa Clara, CA.
UV-A, B και C
Η σκλήρυνση περιλαμβάνει τον εγκάρσιο πολυμερισμό ενός φωτοευαίσθητου υλικού, το οποίο μπορεί να είναι ένα μελάνι (εκτύπωση), κόλλα ή επικάλυψη, και εκτελείται κυρίως στα 395 nm, 385 nm ή 365 nm, μήκη κύματος που αποτελούν μέρος του φάσματος UV-A (315 -400 nm). Μια άλλη σημαντική εφαρμογή UV-A είναι συστήματα επιθεώρησης που βασίζονται στην όραση της μηχανής Οι φακοί UV-LED σε αυτό το εύρος χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση ψευδών ταυτοποίησης και νομίσματος και προσφέρουν το πλεονέκτημα της χρήσης σε περιβάλλοντα με καλό φωτισμό, κάτι που είναι δύσκολο να χρησιμοποιήσετε μια λάμπα ατμού υδραργύρου.
Στο φάσμα UV-B (280-315 nm), οι εφαρμογές για UV LED περιλαμβάνουν θεραπεία, ιατρική θεραπεία φωτός, ιατροδικαστική ανάλυση και ανακάλυψη φαρμάκων. Έχει εκτιμηθεί από την εταιρεία έρευνας αγοράς Yole Développement (Lyon, Γαλλία) ότι το 90% των εφαρμογών UV LED σήμερα βασίζεται στις περιοχές UV-A και UV-B (Εικ. 4). Η Yole δήλωσε ότι αναμένει ότι η αγορά των UV LED θα αυξηθεί κατά 30% ετησίως από 25 εκατομμύρια δολάρια το 2010 σε περισσότερα από 100 εκατομμύρια δολάρια το 2016. Το Σχ. 5 δείχνει μια ακόμη πιο αισιόδοξη πρόβλεψη από την Ένωση Ανάπτυξης Βιομηχανίας Οπτικοηλεκτρονικής, τη Διεθνή Ένωση Οπτικοηλεκτρονικής και την Ευρωπαϊκή Κοινοπραξία Βιομηχανίας Φωτονικής.
ΣΧΗΜΑ 2 Πολλαπλής ακτινοβολίας UV σε κεραμική συσκευασία (πηγή: LED Engin)…
ΣΥΚΟ. 2.
Πέρα από αυτές τις εφαρμογές, η ακτινοβολία UV-B είναι γνωστό ότι έχει ευεργετικές ιδιότητες υγείας, συμπεριλαμβανομένης της φυσικής σύνθεσης της βιταμίνης D σε ανθρώπους που εκτίθενται στο ηλιακό φως. Το UV-B επιταχύνει επίσης την παραγωγή πολυφαινολών σε ορισμένα φυλλώδη λαχανικά όπως το κόκκινο μαρούλι. Οι πολυφαινόλες πιστεύεται ότι έχουν αντιοξειδωτικές ιδιότητες. «Γενικά, αυτά τα φυτά καλλιεργούνται σήμερα σε θερμοκήπια, τα οποία φιλτράρουν σκόπιμα το υπεριώδες τμήμα του φάσματος για να μεγιστοποιήσουν την ανάπτυξη των φυτών. Είναι ενδιαφέρον ότι έχουμε στοιχεία ότι όταν αυτά τα φυτά εκτίθενται σε LED UV-B λίγο πριν από τη συγκομιδή, η περιεκτικότητά τους σε πολυφαινόλες αυξάνεται χωρίς να διακυβεύεται η μάζα των φυτών », εξήγησε ο Cary Eskow, παγκόσμιος διευθυντής προηγμένων LED και φωτισμός για το Avnet Electronics Marketing στο Phoenix , AZ, που διανέμει UV LED. Συνέχισε «Αυτή είναι μια νέα μέθοδος για την αύξηση της ελκυστικότητας ορισμένων τροφίμων χωρίς τη χρήση χημικών. Οι πολυφαινόλες έχουν επίσης λάβει την προσοχή λόγω των υποτιθέμενων αντικαρκινογόνων, αντιπολλαπλασιαστικών και αντιimutagen των ιδιοτήτων τους. «
Στην χαμηλότερη φασματική περιοχή UV-C (100-280 nm), οι κύριες εφαρμογές LED είναι η αποστείρωση αέρα και νερού και μια σειρά αναλυτικών εργαλείων, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που εκτελούν φασματοσκοπικές και μετρήσεις φθορισμού. Χημικοί και βιολογικοί ανιχνευτές λειτουργούν επίσης σε αυτό το φασματικό εύρος.
Η υπεριώδης ακτινοβολία 250-275 nm αποστειρώνει το νερό, τον αέρα και τις επιφάνειες διασπώντας το DNA και το RNA μικροοργανισμών και εμποδίζοντας την αναπαραγωγή τους. Συγκεκριμένα, τα 275 nm πιστεύεται ότι είναι το πιο αποτελεσματικό μήκος κύματος για την εξάλειψη παθογόνων όπως το E-coli στο νερό. Στην πραγματικότητα, οι μηχανικοί της Sensor Electronic Technology Inc. (SETi), με έδρα την Κολούμπια, SC, έχουν διαπιστώσει ότι τα 275 nm είναι το βέλτιστο μήκος κύματος για την απολύμανση νερού. Το SETi έχει αποδείξει την απολύμανση του πόσιμου νερού σε ένα σύστημα ενδιάμεσης ροής χρησιμοποιώντας λιγότερο από 40 mW υπεριώδους ισχύος.
Εναλλακτικές λύσεις για λαμπτήρες τόξου υδραργύρου
Στις εργασίες σκλήρυνσης στην παραγωγή, οι λαμπτήρες ατμού υδραργύρου παρεμποδίζονται από μικρή διάρκεια ζωής (2000-10.000 ώρες), αργούς χρόνους προθέρμανσης και ψύξης και ευρεία κατανομή ισχύος φάσματος. "Επιπλέον, πάνω από το 60% της ενέργειας που εφαρμόζεται σε μια τυπική λάμπα ατμού υδραργύρου εκπέμπεται πίσω ως υπέρυθρη ενέργεια, με άλλα λόγια, θερμότητα", δήλωσε ο Eskow. Πρόσθεσε ότι η έξοδος UV μιας λάμπας ατμού υδραργύρου πέφτει γρήγορα κατά τη διάρκεια της λειτουργίας της, επειδή μέρος του υλικού του ηλεκτροδίου εξατμίζεται, εναποθέτοντας μια μεμβράνη στο εσωτερικό του σωλήνα χαλαζία, το οποίο δεν μπορεί να διεισδύσει το UV Ως αποτέλεσμα, ο χρήστης δεν μπορεί εύκολα να προβλέψει την ποσότητα UV που παράγεται αργότερα · συχνά αυτή είναι μια κρίσιμη παράμετρος διαδικασίας.
ΣΥΚΟ. 3. LED UV-C για μικροβιοκτόνες εφαρμογές, από την Crystal IS, Inc. Η εταιρεία εξαγοράστηκε πρόσφατα από την Ιαπωνία Asahi Kasel.
ΣΥΚΟ. 3.
Η λυχνία υδραργύρου έχει κύρια κορυφή στα 365 nm αλλά πολλές μικρότερες κορυφές στις ορατές και υπέρυθρες περιοχές (Εικ. 7). Ένα μειονέκτημα αυτών των ξένων κορυφών είναι η παραγωγή θερμότητας κατά την εκτύπωση και άλλες εργασίες σκλήρυνσης. «Με πλαστικά και άλλα υλικά ευαίσθητα στη θερμότητα, υπήρξαν πραγματικές προκλήσεις στην εκτύπωση επειδή το μέσο παραμορφώνεται από τη θερμότητα της λάμπας υδραργύρου», εξήγησε ο Steve Metcalf, Διευθύνων Σύμβουλος και πρόεδρος της Air Motion Systems (AMS), κατασκευαστής θεραπείας συστήματα που βασίζονται στο River Falls, WI. Έδωσε παραδείγματα που περιλαμβάνουν πλαστικές δωροκάρτες ή πιστωτικές κάρτες, οι οποίες χρησιμοποιούν λιθογραφικές εκτυπώσεις με φύλλα.
Ο Metcalf πρόσθεσε ότι πολλοί άνθρωποι που δεν θα θεωρούσαν σκλήρυνση με υπεριώδη ακτινοβολία λόγω της πολυπλοκότητας των τυπικών διαδικασιών σκλήρυνσης - η υψηλή τάση, η θερμότητα των βολβών υδραργύρου και τα περιβαλλοντικά ζητήματα - θα εξετάσουν τώρα τη σκλήρυνση με υπεριώδη ακτινοβολία επειδή ανατρέπει τις παραδοσιακές παρενοχλήσεις της παλιάς διαδικασίας .
Οι υπεριώδεις λυχνίες LED προσφέρουν τέτοια οφέλη όπως η ακριβής γνώση του επιπέδου ισχύος που παρέχεται στο μέσο σκλήρυνσης, καθώς και άλλα πλεονεκτήματα που είναι γνωστά για τις λυχνίες LED, όπως η ικανότητα διαμόρφωσης του πλάτους-παλμού, σύμφωνα με τον Eskow.
Η μετάβαση σε UV LED άνοιξε επίσης την πόρτα σε πιο φιλικά προς το περιβάλλον σκευάσματα σκλήρυνσης. Με την επόμενη γενιά προϊόντων που αναπτύχθηκαν εταιρείες μελανιού, επικαλύψεων και συγκολλητικών, χρησιμοποίησαν την ευκαιρία να καταργήσουν σταδιακά τις πτητικές οργανικές ενώσεις (VOC) που σχετίζονται με τις διαμορφώσεις με βάση διαλύτες προηγούμενων χημικών.
Θεραπεία βελτιστοποίησης
Για συσκευές υπεριώδους μήκους κύματος μεγαλύτερου μήκους, με παρόμοιο τρόπο με την κατασκευή μπλε LED, οι επιφανειακές στιβάδες με βάση το InGaN αναπτύσσονται σε υποστρώματα ζαφείρι για την παραγωγή 385, 395 και 405 nm UV LED για σκλήρυνση. Ένα βασικό πλεονέκτημα για συσκευές υψηλότερου μήκους κύματος είναι ότι μπορούν να κινούνται με υψηλότερη ισχύ. «Τα 395 nm είναι πραγματικά το γλυκό σημείο για τη σκλήρυνση UV LED, επειδή στα 405 nm η σύνθεση είναι ευαίσθητη στο φως του περιβάλλοντος, οπότε θέλετε να είστε ακριβώς κάτω από 400 ενώ μπορείτε να οδηγείτε τα LED με υψηλή ισχύ», δήλωσε ο Lim. Όλοι οι βασικοί πάροχοι θεραπευτικών σκευασμάτων (φωτοεναρκτήρες και ρητίνες), πρόσφατα έφεραν στην αγορά μελάνια και επικαλύψεις υψηλότερου μήκους κύματος για να καλύψουν αυτήν την ανάγκη.
ΣΥΚΟ. 4. Οι περισσότερες εφαρμογές βρίσκονται στα τμήματα UV-A και UV-B του φάσματος.
ΣΥΚΟ. 4.
Εκτός από την παραγωγή περισσότερης ισχύος, τα LED UV υψηλότερου μήκους κύματος διαθέτουν υψηλότερες αποδόσεις πρίζας. Για παράδειγμα, στα 365 nm, η ισχύς εξόδου ενός LED UV είναι μόνο 5-8% της ισχύος εισόδου. Στα 385 nm, αυτή η απόδοση βελτιώνεται, αλλά μόνο στο ~ 15%, καθιστώντας το τσιπ υψηλότερου μήκους κύματος την καλύτερη επιλογή.
Οι διεργασίες σκλήρυνσης απαιτούν μεγάλα LED υψηλής ισχύος (πολλαπλές μήτρες / τσιπ) διατεταγμένα σε μια σφιχτή μήτρα σε μια διαμόρφωση chip-on-board, κοντά στο παράθυρο του πομπού είτε με ένα αερόψυκτο είτε με υδρόψυκτο εσωτερικό σύστημα για την απομάκρυνση της θερμότητας από πίσω πλευρά του πίνακα. "Δεν έχει σημασία ποια είναι η ένταση της υπεριώδους ακτινοβολίας στο παράθυρο του πομπού, αυτό που έχει σημασία είναι η ένταση στην επιφάνεια των μέσων", δήλωσε ο Metcalf. Ανάλογα με τον εξοπλισμό και την εφαρμογή σκλήρυνσης, το μέσο μπορεί να απέχει 1 έως 100 mm από το παράθυρο του πομπού, για το οποίο η AMS έχει παράγει ειδικά οπτικά. Επιπλέον, χρησιμοποιείται ένα μεταλλικό ψυγμένο PCB για τη βύθιση της θερμότητας μακριά από τη μήτρα των LED.
Χρησιμοποιείται επίσης ψύξη αέρα. Για παράδειγμα, το σύστημα σκλήρυνσης που φαίνεται στο Σχ. 1, το οποίο έχει ένα παράθυρο εκπομπής 150 x 20 mm και πυκνότητα ροής 4W / cm², μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μελάνια, επιστρώσεις ή συγκολλητικά. Σήμερα, ο εξοπλισμός σκλήρυνσης UV-LED συχνά είναι ειδικά σχεδιασμένος για να ταιριάζει στην εφαρμογή. Η Metcalf περιγράφει ότι οι μεγάλοι εκτυπωτές banner με επίπεδη βάση είναι σε θέση να χρησιμοποιούν LED χαμηλότερης ισχύος, αλλά οι ψηφιακές τεχνολογίες όφσετ και φλεξογραφίας υψηλότερης ταχύτητας απαιτούν στενές αποστάσεις τράπεζες LED υψηλής ροής. Ακόμα κι αν η ακτινοβολία δεν είναι ορατή, τα οπτικά παράλληλα χρησιμοποιούνται για την παροχή της ακτινοβολίας με ένα ομοιόμορφο επίπεδο ισχύος στα μέσα στόχου. Η ψηφιακή σκλήρυνση inkjet ήταν το πρώτο τμήμα που υιοθέτησε UV LED λόγω της απαιτούμενης απόστασης από τα μέσα για την καλύτερη απόδοση των κεφαλών εκτύπωσης. Αυτό ήταν μια φυσική εφαρμογή για λαμπτήρες UV-LED καθώς η ένταση σκλήρυνσης είναι υψηλότερη στο παράθυρο του πομπού.
ΣΥΚΟ. 5. Ιστορικό και πρόβλεψη αγοράς UV-LED.
ΣΥΚΟ. 5.
Η Stacy Volk, ειδικός επικοινωνιών μάρκετινγκ της Phoseon Technology στο Hillboro, OR, κατασκευαστής συστημάτων σκλήρυνσης UV-LED, επεσήμανε ορισμένα από τα πρόσθετα πλεονεκτήματα που σχετίζονται με τη σκλήρυνση UV-LED, όπως ελεγχόμενη ένταση σκλήρυνσης, επεκτάσιμο εξοπλισμό και το γεγονός ότι η οι μηχανές είναι μικρότερες και συμπαγείς.
Ένα από τα ζητήματα που αντιμετώπισε η βιομηχανία σκλήρυνσης ήταν οι ασυνέπειες στην πρακτική μέτρησης και στους ορισμούς παραμέτρων, για παράδειγμα, ο ορισμός της ραδιομετρικής έντασης. Η UV LED Curing Association (www.uvledcuring.org) δημιουργήθηκε πρόσφατα από τους κατασκευαστές θεραπείας Phoseon Technology, Integration Technology Limited και Lumen Dynamics για «καθορισμό οδηγιών και διασφάλιση συμβατότητας σε ολόκληρο τον κλάδο», δήλωσε ο Bill Cortelyou, Πρόεδρος και Διευθύνων Σύμβουλος της Phoseon Technology . Ο σύλλογος επιδιώκει επίσης να βοηθήσει στην επιτάχυνση της ανάπτυξης εφαρμογών ειδικά προσαρμοσμένων σε υπεριώδη LED, να εκπαιδεύσει ερευνητές, ολοκληρωτές και τελικούς χρήστες σχετικά με τα οφέλη των UV LED και να παρέχει ένα φόρουμ για τη βιομηχανία επικοινωνίας και συνεργασίας.
«Στα 15 χρόνια εμπειρίας μας στην τεχνολογία σκλήρυνσης LED, η βιομηχανία έχει πραγματοποιήσει σημαντικές ανακαλύψεις που έχουν αποδείξει τα LED ως βιώσιμη εναλλακτική λύση που παρέχει ουσιαστικά οφέλη», δήλωσε ο Allan Firhoj, Πρόεδρος και Διευθύνων Σύμβουλος της Lumen Dynamics με έδρα το Οντάριο του Καναδά. Πρόσθεσε, «Ο Σύνδεσμος σκλήρυνσης UV LED θα βοηθήσει καθοριστικά την αγορά να αποκτήσει γνώσεις και πληροφορίες σχετικά με την τεχνολογία UV LED και τα πολυάριθμα εμπορικά της οφέλη».
Μια δεύτερη ένωση, η Διεθνής Ένωση LED-UV (www.leduv.org), ιδρύθηκε τον Σεπτέμβριο του 2011 στην Ιαπωνία για να οργανώσει κατασκευαστές εκτυπωτών UV-LED, κατασκευαστές UV-LED και τυποποιητές μελανιού και επιστρώσεων που έχουν δεσμευτεί να αναπτύξουν βιώσιμες και τις φιλικές προς το περιβάλλον τεχνολογίες εκτύπωσης UV-LED.
Κατασκευαστές τσιπ
Οι εταιρείες που κατασκευάζουν μάρκες UV-LED περιλαμβάνουν το Crystal IS, με έδρα το Green Island, NY (Εικ. 3). Η Dowa Electronic Materials Co Ltd, με έδρα το Τόκιο της Ιαπωνίας. Nichia Corp, με έδρα το Τοκουσίμα της Ιαπωνίας. SemiLEDs, με έδρα το Hsinchu, Ταϊβάν. .. Οι SETi και Seoul Optodevice Co Ltd, με έδρα την Kyunggi-do, Κορέα, θυγατρική της Seoul Semiconductor.
ΣΥΚΟ. 6. Οι συστοιχίες LED της UVClean της SETi προσφέρουν πολύ υψηλής ισχύος βαθιά υπεριώδη ακτινοβολία στα 300-320 nm, το βέλτιστο εύρος φωτοθεραπειών.
ΣΥΚΟ. 6.
Οι κατασκευαστές UV-LED επικεντρώνονται στη συνεχή βελτίωση της απόδοσης και της διάρκειας ζωής των συσκευών τους, μειώνοντας παράλληλα το κόστος. Η Seoul Optodevice έχει μια συμφωνία κατασκευαστικής συνεργασίας με τη SETi, η οποία κατασκευάζει ένα ευρύ φάσμα LED UV και λαμπτήρων και εκτελεί τα πάντα, από την επεξεργασία γκοφρετών έως τον προσαρμοσμένο σχεδιασμό λαμπτήρων. Η εταιρεία παρέχει πομπούς υπεριώδους ακτινοβολίας σε ερμητικά σφραγισμένες συσκευασίες από μέταλλο-γυαλί (TO-18, TO-39 και TO-3), με τυποποιημένα προϊόντα και προσαρμοσμένες λύσεις που εκτείνονται σε μήκος κύματος από 240 έως 355 nm. Το Σχήμα 6 δείχνει παραδείγματα συστοιχιών UV-LED σε λαμπτήρες σχεδιασμένους να εκπέμπουν ακτινοβολία στην περιοχή 300-320 nm για εφαρμογές φωτοθεραπείας όπως η θεραπεία δερματικών παθήσεων όπως ψωρίαση ή έκζεμα.
Ο Tim Bettles, διευθυντής μάρκετινγκ και πωλήσεων της SETi δήλωσε ότι η συμφωνία κατασκευής της με τη Seoul Optodevice έχει σχεδιαστεί για να βοηθήσει τη SETi να αυξήσει τους όγκους των UV LED και των λαμπτήρων της, ενώ μειώνει το κόστος. «Τα πρώτα μας προϊόντα UV-LED κυκλοφόρησαν το 2004 και έκτοτε, έχουμε διανύσει πολύ δρόμο τόσο στην ανάπτυξη της τεχνολογίας όσο και στην υιοθέτηση της αγοράς. Προσαρμόζουμε τώρα την ικανότητα της SETi για παραγωγή μεγάλου όγκου για να καλύψει νέες απαιτήσεις που προέρχονται από τις κύριες καταναλωτικές αγορές », δήλωσε ο Bettles. Η SETi ανακοίνωσε πρόσφατα την αγορά μιας νέας εγκατάστασης, όπου σχεδιάζει να κατασκευάζει πάνω από 100 εκατομμύρια UV LED ετησίως.
Ο Devin Tang, διευθυντής μάρκετινγκ της SemiLEDs δήλωσε ότι η εταιρεία διαθέτει μια πλήρη σειρά από γυμνά ζάρια και LED υψηλής ισχύος σε επίπεδο 360-400-nm. Σημείωσε ότι τα προϊόντα της εταιρείας διαφοροποιούνται από άλλα σε σχέση με τα υποστρώματα χαλκού-κράματος τσιπ, τα οποία επιτρέπουν υψηλή θερμική αγωγιμότητα (400 W / mK) και υποστρώματα πυριτίου στις συσκευασίες, τα οποία μειώνουν το κόστος.
Η Epigap Optronic, με έδρα το Βερολίνο της Γερμανίας, τον κύριο διανομέα των UV LED της Dowa, δήλωσε ότι η Dowa κατασκευάζει γυμνά ζάρια ή συσκευασμένα LED 265, 280, 310, 325 και 340 nm. Η Nichia κατασκευάζει LED υψηλής ισχύος 365, 375 και 385 nm και λάμπες χαμηλής ισχύος. Η Crystal IS κατασκευάζει 260 nm UV LED και είναι η μόνη εταιρεία που παράγει LED σε υποστρώματα AlN.
Ζητήματα επεξεργασίας γκοφρετών
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι επιφανειακές στιβάδες των InGaN και GaN, που καλλιεργούνται από MOCVD, χρησιμοποιούνται για υπεριώδεις λυχνίες UV υψηλότερου μήκους κύματος κατασκευασμένες σε υποστρώματα ζαφείρι, αλλά σε χαμηλότερα μήκη κύματος, πρέπει να χρησιμοποιούνται επιχρίσματα του AlGaN με αυξανόμενη περιεκτικότητα σε αλουμίνιο. Υπάρχουν πολλές διαφορετικές συνθέσεις που περιλαμβάνουν στρώματα επιδερμίδας AlGaN, AlInGaN, AlInN και AlN, αλλά ανεξάρτητα από τη σύνθεση, γίνεται ευκολότερο να αναπτυχθούν υλικά με βάση το AlGaN σε υποστρώματα AlN από το ζαφείρι σε κάποιο σημείο, γεγονός που ενθάρρυνε την ανάπτυξη προμηθευτών υποστρώματος AlN όπως το Hexatech, με έδρα το Morrosville, NC. Παρ 'όλα αυτά, τα υποστρώματα AlN διατίθενται μόνο σε μικρά μεγέθη και παραμένουν πολύ πιο ακριβά από τα ζαφείρια, περιορίζοντας έτσι την αγορά.
ΣΥΚΟ. 7. Φασματική έξοδος ενός λαμπτήρα υδραργύρου σε υν και ορατές περιοχές.
ΣΥΚΟ. 7.
Πρόσφατα, ο Θεόδωρος Μουστάκας του Πανεπιστημίου της Βοστώνης πρωτοστάτησε στη χρήση MBE (επιταξία μοριακής δέσμης) για να αναπτύξει αποδοτικότερες (υψηλής εσωτερικής κβαντικής απόδοσης) συσκευές UV LED χρησιμοποιώντας στρώματα που βασίζονται σε AIGaN σε υποστρώματα ζαφείρι. Αυτή η προσέγγιση θα ανταγωνιζόταν τις διάφορες τεχνικές MOCVD που χρησιμοποιούνται για την κατάθεση AlGaN σήμερα.
Οπτική και συσκευασία
Παρόλο που οι κατασκευαστές UV LED εργάζονται σκληρά για τη βελτίωση της εσωτερικής κβαντικής απόδοσης και της οπτικής απόδοσης, η συνολική απόδοση παραμένει κάτω από το 20%, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να απορριφθεί μεγάλη θερμότητα από τη σύνδεση της διόδου. «Για να επιτευχθεί η απαιτούμενη πυκνότητα ροής με τις σημερινές τεχνολογίες τσιπ, οι πομποί πολλαπλών μήτρων πρέπει να οδηγούνται στο υψηλότερο ρεύμα. Αυτό είναι δυνατό μόνο με ένα πακέτο LED ικανό να χειριστεί ακραίες πυκνότητες ισχύος για τη διάρκεια ζωής του προϊόντος. Ένα θερμικά προσαρμοσμένο πακέτο χωρίς άγχος και γυάλινος φακός βοηθούν στην εξάλειψη των κοινών τρόπων αστοχίας συσκευασίας που σχετίζονται με τα UV LED », δήλωσε ο Thomas Περιέγραψε το κατοχυρωμένο με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας κεραμικό υπόστρωμα της LED Engin με εξαιρετικά χαμηλή θερμική αντίσταση που μεταφέρει γρήγορα θερμότητα από τη διασταύρωση μήτρας (Εικ. 2).
Ενώ ορισμένες συστοιχίες UV LED είναι συσκευασμένες σε κεραμικά υποστρώματα, πολλοί κατασκευαστές, ιδίως συσκευών ενός τσιπ, χρησιμοποιούν πακέτα τύπου TO-can με οπές με γυάλινη κορυφή που προσφέρει υψηλή μετάδοση UV. Η αντικατάσταση των εποξειδικών φακών με επίπεδο γυαλί ή θόλο σε σχήμα γυαλιού ικανό για μετάδοση UV είναι μια σχετικά νέα εξέλιξη και επέτρεψε την επέκταση της διάρκειας ζωής από περίπου 5000 ώρες έως και 30.000 ώρες. Το UV επιταχύνει την αποικοδόμηση του εποξειδικού υλικού με μη γραμμικό τρόπο, επηρεάζοντας άμεσα τη διάρκεια ζωής. Οι γυάλινοι φακοί παρέχουν βελτιωμένη αντοχή και βελτιωμένη αξιοπιστία. Μια άλλη εναλλακτική λύση είναι να συνδυάσετε έναν γυάλινο φακό με σιλικόνη για να φιλοξενήσει ακόμη μεγαλύτερη πυκνότητα ροής και υψηλότερη απόδοση αλλά μικρότερη διάρκεια ζωής (15.000-20.000 ώρες).
Η επιλογή του εάν θα χρησιμοποιηθεί ερμητική σφράγιση στη συσκευασία καθορίζεται μερικές φορές από τα υλικά του τσιπ. «Ένα υπόστρωμα αλουμινίου-νιτριδίου υπαγορεύει σχεδόν τη χρήση ενός ερμητικού πακέτου, επειδή όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο, τόσο υψηλότερη είναι η συγγένεια της συσκευής για το οξυγόνο, οπότε μια ερμητική σφραγίδα θα προστατεύει καλύτερα τη συσκευή UV», εξήγησε ο Frank Gindele, διευθυντής ανάπτυξης προϊόντων για Ηλεκτρονική συσκευασία Schott στο Landshut, Γερμανία. Το νέο πακέτο με βάση χαλκό και γυαλί από τη Schott προσφέρει τα πλεονεκτήματα της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας και ερμητικότητας.
Κίνδυνοι από την υπεριώδη ακτινοβολία
Είναι σημαντικό να αναγνωρίσετε ότι μερικές από τις ίδιες ιδιότητες που κάνουν τα UV LED πολύ ισχυρά και χρήσιμα - χαμηλό μήκος κύματος και υψηλή ενέργεια -. Είναι επίσης οι ιδιότητες που τις καθιστούν επικίνδυνες. Οι προειδοποιητικές ετικέτες στα LED UV και τα προϊόντα τους είναι σαφείς αλλά πρέπει να σημειώνεται:. Οι UV-LED εκπέμπουν αόρατη υπεριώδη ακτινοβολία κατά τη λειτουργία τους, η οποία μπορεί να είναι επιβλαβής για τα μάτια ή το δέρμα, ακόμη και για σύντομες περιόδους (Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη φωτοβιολογική ασφάλεια, ανατρέξτε στη σειρά των άρθρων μας, μέρος 3 των οποίων εμφανίζεται στη σελίδα 63 του παρόντος τεύχους. .)
Επόμενα βήματα
Όταν τους ζητήθηκε να εντοπίσει το βασικό ζήτημα που μπορεί να εμποδίσει τους χρήστες UV να αλλάξουν από πηγές υδραργύρου-ατμών σε UV LED, πολλοί συμμετέχοντες στη βιομηχανία λένε ότι καταλήγει να σπάσει την υπάρχουσα δυναμική της βιομηχανίας και, φυσικά, το κόστος. Ο Λι πιστεύει ότι η ολοκλήρωση του χαρτοφυλακίου μήκους κύματος θα προχωρούσε πολύ προς την υιοθέτηση. «Νομίζω ότι αν μπορούμε να πάρουμε καλά LED 250-nm, 285-nm και 300-nm, αυτά τα τρία μήκη κύματος, τότε μπορούμε να κλείσουμε την πόρτα σε λάμπες τόξου υδραργύρου».
