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UVLED光源与传统UV比较具有的特性及发展

时间:2021-01-14     作者:杭州涛兴印刷设备【原创】

  1.相较于传动UV灯需要数千至上万伏以上的启动电压,LED UV通常只需要24V-200V即可开启,少了高压安全上的顾虑与成本。


  2.相较于传统UV灯需要数分钟预热启动,才能达到峰值输出,LED UV可以瞬间启动并使用。


  3.在实际应用上,传统UV灯无论是否照射都必须保开灯,一直消耗能量(使用与非使用时间比大约是6:4);而LED UV灯只有在照射时,电源才瞬间开启,这是LED UV比传统UV更节省能耗的另外一个重要诉求点。


  4.LED UV光源,由于没有红外线辐射输出,被照材料的表面温升通常在5°C以下,而传统汞灯会使被照产品表面温升达10-20°C。LED UV更有利于对温度敏感材质的印刷。


  5.现阶段用于印刷业的LED UV灯珠或芯片,主要是365,385,395,405nm为主的UV-A波段能量,基本不会产生臭氧,也就没有环保/安全与额外排风方面的顾虑。UV-C波段的LED UV芯片,虽已有产品问世;但受限于成本,稳定度,电光转换效率低等因素,在印刷层面,尚未能普及应用。


  6.传统UV灯管点灯时,灯管表面温度可高达800-900℃,需要大功率的气冷+水冷系统来冷却;而LED UV点灯产生的热,虽也有数百度高温,但因体积小与可直接导热结构,可以比传统UV灯管有更直接更快速的导热与排热,仅小功率的水冷机已足够达到必要的冷却效果:基本上不需气冷,也不需要大型风管与排风机,很大幅度的降低了冷却能耗与成本。


  7.LED UV灯的辐射能量与距离成反比;选择时应清楚了解灯源与纸面的距离以及实际到达纸面的UV辐射能量强度:一般LEDUV灯珠的有效照射距离只有2-3 cm,而有光学透镜的LED UV灯源,才能将有效UV能量,从2-3cm延伸到10-12cm,这是LED UV灯源能用在胶印机收纸台的重要关键。未来透镜的质量(使用树脂,高级石英或特殊玻璃等),灯珠的结构与散热,以及整合封装技术等不仅影响LED UV灯的功率,更影响LED UV灯的寿命。


  8.未来大功率的LED UV灯珠的导热,连接,封装技术,使用的电源系统等绝对是UV灯质量,使用寿命与未来应用发展的重要关键。


  9.LED UV基本上是单一灯珠结构,也可集合多个灯珠成为一个组模块,在印刷机应用上要比传统UV灯管具有更大的宽度与长度匹配弹性;特别是需要改变照射宽度时,LED UV可轻易通过遥控来改变。


  10.LED UV能量峰值要比传统UV灯高很多,由于UV-LED光源产生的有效光功率(在特定f波段上)远远超过传统UV光源,所以在物料充分配合的条件下,效率可以提高20%以上,干燥固化可以更快,印刷速度可以更高。


  11.目前UV LED行业内有两种电源供电方案:一种是低电压(48V)高电流方案,一种是高电压(200V)低电流方案。实验显示高电压低电流方式,存在发热量更小,控制更稳定,芯片寿命更长等优点。


  12.UV LED温度稳定,决定UV输出功率的稳定;如何维持每一颗灯珠在不同功率下温度始终维持稳定,散热设计是UV LED灯输出功率能否一致/均匀/稳定最重要的关键。


  13.UV LED现阶段的能量波段集中在365,385,395,405nm,都是UV-A/UV-B波段,较有利于油墨的深层干燥固化;也有厂家将不同波段灯珠组合成模块,达到印刷需要的固化效果。但混合波段这方面的技术目前还存在不同优缺点,未来的发展与应用仍有争议。


  14.传统UV灯管寿命,通常可有1,500-3,000小时;而UV LED灯在正常条件下,可以有高达15,000~20,000小时的寿命,而且基本上不受开启次数的影响;但这些都是在特定条件下的评估,实际上仍有许多变数会影响灯的寿命。例如一盏UV LED灯,其中一个模组中的一个灯珠不到三个月就被击穿损坏,必须更换整个模组;这种情形下如何评估一盏灯的寿命呢?另外UV灯的透镜材质不良,不到半年就发黄,UV能量大幅衰减,也会直接影响UV灯的使用寿命!


  15.不同波段的UV LED灯珠价格非常受技术门槛的影响。波长越短的技术要求越高,现阶段:一颗UV-C LED灯珠价格约是UV-A价格的10倍;而以UV-A,365nm波段为主的LEDUV灯珠价格是385-405nm波段灯珠的2-3倍。当然,未来技术突破后,也许会有完全不同的成本结构。


  16.现阶段的了解,UV-A LED的实际电光转换效率已能达到63%,但UV-C LED的外量子效率(EQE)特别低,电光转换效率只有大约2~3%,其余97%的功率被转换成热量,所以导热技术与光电转换效率提升,是UV-C LED今后能否发展突破的重要关键。


  17.目前的技术发展状态;UV-B LED和UV-C LED的发光效率是UV-A的10%-20%,而365nm波段UV LED的发光效率是385-405nm UV LED的50-70%;随着技术研发与进步,未来这种差异,很可能会有所改变!


  18.现阶段UV-C LED芯片研发与应用,主要集中在265nm,275nm,280nm波段,大部分应用在消毒与杀菌功能产品上;目前已有45x45mil,55mW 350mA的大功率产品问世。虽然是UV-C波段能量,但由于是在低压下产生,没有生成臭氧的问题。


  19.传统UV汞灯,主要是UV-C波段能量,用于光油和油墨的最终表层干燥。UV-C波段的UV LED正在大力开发中,虽然目前成本非常高且光电转换效率低,但可以期待未来技术突破后,在不必改变传统光油的情形下,依然可以获得与传统UV一样的干燥固化效果;一举解决现阶段UV LED光油/底油不干与黄变问题。


  20.近几年来,UV LED灯的功率不断提升,以385nm波长的灯为例,单位面积的UV能量密度已能达到35w/cm2,灯的长度已能做到250cm,单位长度的UV功率密度也达135W/cm!最大照射距离已能达到20cm;支援一台对开胶印机的印刷速度可达15,000张/小时以上;支援一台连续式轮转柔印机速度甚至可达到500m/分。(以上速度是基于特定功率与距离下的测量)


  21.在选择UV LED光源时,应将光源平均度列入重要考量。由于UV LED灯通常是由数百到数千个灯珠组合排列而成,在组装过程中很可能因技术,材料质量,连接,散热等原因,会有每一灯珠模块能量放射不一致的问题,必然造成使用上干燥局部不均匀现象。

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