ying yong chang jing

一波爆发式增长当前,UV led将成为照明行业下一个风口?

  1. 紫外固化简介

在特殊配方的树脂中加入光引发剂,吸收紫外线(UV)光固化设备中的高强度紫外光,产生活性自由基或离子基,从而引发聚合、交联和接枝反应,使树脂(UV涂料、油墨、粘合剂等)在数秒内(不等)由液态转化为固态。此变化过程称之为“UV固化”。UV固化广泛应用于胶粘剂、油漆、油墨、涂料等等领域。

  1. UV-LED特点

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。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。

UV-LED特点:

  • 节能效果显著,可达90%;
  • 使用寿命长:超过20000小时;
  • 体积小巧,配置灵活:体积仅为0.1cm3;
  • 能量集中:98%以上的光输出都在紫外波段;
  • 无红外热辐射:不会引起工件热应力及热变形;
  • 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;
  • 瞬间出光:不需要预热时间,响应时间为微秒级;
  • 开闭次数不影响使用寿命,不需要快门;
  • 直流低压驱动:适合便携UV设备;
  • 输出功率稳定、连续可调;
  • 环保:符合RoHS、不含汞。
  1. UV-LED固化应用情况

UV-LED固化机和汞灯一样可以提供紫外光线,还具有寿命长、无热辐射、耗电少、使用成本低、功率精确可调、体积小巧、光源形状可以定制等汞灯不具备的特性。

1)已在许多工业装配领域成功应用:

LCD制造业、照相机等光学产品制造业、手表制造业、光盘制造业、蜂鸣器、手机按键的装配、电子线路板的制造、偏光部件的制造、微电机的装配等电子部件制造;

2)在民用方面的应用也在逐步的发展中:

日用品领域,主要应用在家庭用品的制造、家具生产、玩具生产等;玻璃工艺领域,玻璃工艺品的组装;珠宝等装饰品的组装、镶嵌、定位以及印刷领域等。

  1. UV-LED线光源结构、特点

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。

UV-LED首先得到接受和普及的应用是点光源。

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。

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。

  1. UV-LED线光源应用

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。

目前线光源种类主要有以下几种:

 

1). 如图所示,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). 如图所示,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). 如图所示,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). 如图所示,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。

 

成本和发光强度是制约UV-LED普及应用的主要方面,线光源的开发设计思路应遵循以下几点:

光路系统是关键,好的光路系统应该是能量集中、均匀的,从而减小被固化工件变形和减小固化应力,提高固化精度;照射强度高、使固化更效率;特殊形状线光源,更具适应性,满足更多工位需求,使其应用更加普及;更加节能环保和更加低成本。

a)UV-LED线光源与点胶机配合实现芯片的快速密封和流水作业,由于UV-LED能量高、光输出稳定、照射均匀,使得生产更加快捷高效。

b)由于UV-LED是冷光源,无热辐射,温升小,满足液晶显示器生产的条件需求,液晶显示器制造过程中,通过UV-LED线光源进行液晶封边,并对FPC和液晶屏连接进行线缆补强,简单快速高效。

c)UV-LED线光源配合UV油墨的使用可以应用在印刷领域中。

d)传感器封装。

e)注射器针头制造。

f)耳机、麦克制造。

 

UV-LED面光源

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。

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。

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。

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。

  1. 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。