לפני שנעמיק בטכנולוגיית UV-LED, עלינו תחילה להבהיר כמה מושגי ליבה כדי להבטיח שאנו דנים באותו נושא. זה ימנע פרשנויות מוטעות ותקשורת צולבת-. כָּאן,UVהכוונה לחומרים -ניתנים לריפוי UV כגון ציפוי UV, דיו UV ודבקים UV;LEDמציין במיוחד מקורות אור LED אולטרה סגול; וUV-LED מוגדר כ"ריפוי של חומרי UV באמצעות מקורות אור LED אולטרה סגול כמקור הקרנה".
כפי שכולנו יודעים, מקור האור הקונבנציונלי לריפוי של ציפוי UV הוא מנורת הכספית בלחץ בינוני-וגבוה-. בשנים האחרונות, מונעים על ידי מדיניות חיסכון באנרגיה והגנת הסביבה, יחד עם התקדמות מהירה של טכנולוגיית UVLED (אולטרה סגול LED) שהניחה את הבסיס ליישומים בקנה מידה תעשייתי-, השוק היה עד לעלייה מתגברת באימוץ -UV LED. טכנולוגיות מתפתחות תמיד מושכות תשומת לב רחבה והתלהבות. עם זאת, כעוסקים בתעשייה, הבנה ברורה של UV-LED היא הכרחית. כאן, ברצוננו לחלוק את הניסיון המחקרי שלנו בתחום ה-UV-LED במהלך השנתיים האחרונות.
השינוי במקורות האור (ההבדלים בין נורות לד ומנורות כספית יפורטו בהמשך) הוביל לשינוי במערכות ניסוח ציפוי UV וכן למהפכה בכל תהליכי הציפוי והאיפור. עבור מערכת ה-UV-LED, אנו מזהים חמישה כיווני מחקר מרכזיים המשתרעים על מימדים טכניים ושוקיים כאחד.
מחקר על UV- Photocuring LED
כפי שהוגדר קודם לכן, -איידוד צילום של LED UV מסתמך עלאור LED אולטרה סגולמקורות לריפוי חומרי UV. לכן, השגת ריפוי יעיל היא המטרה העיקרית של כל מאמצי המחקר. Photocuring דורש שני מרכיבים הכרחיים: אור (מקור האנרגיה) וחומרי UV (הקולטן). שינוי במקור האור משבש בהכרח את שיווי המשקל של המערכת כולה, כאשר הליבה מונחת במו"פ הבין-תחומי ליישור ציפוי UV עם מקורות אור LED.
ידוע באופן נרחב כי אורכי גל LED קצרים יותר תואמים לרמות אנרגיה גבוהות יותר ולעלויות גבוהות יותר. לעומת זאת, photoinitiators הדורשים אנרגיית עירור נמוכה יותר כוללים אורכי גל ספיגה ארוכים יותר וגם שולטים במחירים גבוהים יותר. זה יוצר מערכת יחסים כמו נדנדה- בין מקורות אור ליוזמים. לפיכך, הרחבת גבולות הביצועים של שניהם וזיהוי האיזון האופטימלי בין מקורות אור LED וחומרי UV הפכו למוקד של יוזמות מחקר ופיתוח UV-LED.
מחקר על מערכות מקור אור LED
טכנולוגיית מנורת כספית היא בשלה מאוד מבחינת פיתוח ויישום, ונחשבה זה מכבר כמקור האור הסטנדרטי. לעומת זאת, טכנולוגיית LED אולטרה סגול נמצאת עדיין בחיתוליה, ומתהדרת בפוטנציאל עצום לצמיחה עתידית. בנוסף, שרשרת תעשיית ה-LED היא נרחבת ביותר, וכוללת צמיחת גבישים, חיתוך שבבים, אריזת שבבים, אינטגרציה של מודול מקור אור, כמו גם בקרת אספקת חשמל ותכנון מערכת פיזור חום. כל שלב מפעיל השפעה קריטית על איכות המוצר הסופי-מקור האור UVLED. לכן, הבנה והרחבת גבולות הביצועים של נוריות LED חיוניים לקידום כל מערכת ה-UV-LED האקולוגית.
הבדלים בין מקורות אור LED ומנורות כספית (יתרונות, חסרונות ותפיסות שגויות נפוצות לגבי נוריות LED)
כדי לנצח בתחרות בשוק, הבנה מעמיקה הן של החוזקות והחולשות של המתחרים היא חיונית. מכיוון שאנו שואפים להחליף את מנורות הכספית המסורתיות בנורות UVLED, חיוני תחילה להשוות בין שתי הטכנולוגיות ולנתח את היתרונות, החסרונות והמגבלות שלהן.
ציפויים UV מתרפאים מכיוון שפוטו-איניציטורים בניסוחים שלהם סופגים אור אולטרה סגול באורכי גל ספציפיים, ויוצרים רדיקלים חופשיים (או קטיונים/אניונים) שמתחילים פילמור מונומר. כדי להמחיש עיקרון זה, נבחן תחילה את ספקטרום הפליטה של מנורות כספית ונוריות אולטרה סגול.
תרשים זה הוא השוואה קלאסית ונפוצה של ספקטרום הפליטה של נוריות UV ומנורות כספית. כפי שניתן לראות מהתרשים, ספקטרום הפליטה של מנורת כספית הוא רציף, המשתרע מהטווח האולטרה סגול ועד האינפרא אדום. בפרט, עוצמת האור מרוכזת ברצועת UVA של UVB עד גלי- קצרים. לעומת זאת, ספקטרום הפליטה של LED הוא צר יחסית, כאשר שני פסי הגל הנפוצים ביותר כוללים אורכי גל שיא ב-365 ננומטר ו-395 ננומטר (כולל 385 ננומטר, 395 ננומטר ו-405 ננומטר).
נכון לעכשיו, הראשוניאור UVעם ישימות תעשייתית נופל ברצועת ה-UVA, במיוחד מקורות האור LED עם אורכי גל של 365 ננומטר ו-395 ננומטר כפי שמוצג באיור 1. בתוך טווח אורכי גל זה, רוב הפוטו-ייזר מציגים מקדמי הכחדה מולאריים נמוכים יחסית. כתוצאה מכך, מערכות LED -UV סובלות בדרך כלל מיעילות התחלה נמוכה ומעיכוב חמצן חמור, אשר פוגעים בהתפרות פני השטח.
הערה: הטענה המושמעת לעתים קרובות על ידי יצרני UVLED רבים או ספקי ציפוי UV LED על "יכולת השיוף המצוינת של ציפוי UV LED" היא, למהדרין, תוצאה ישירה של ריפוי משטח לא מספק. האתגר האמיתי אינו טמון בהשגת יכולת שיוף טובה, אלא באפשרות שיוף ניתנת לשליטה-באיזון בין עמידות בפני שחיקה וקלות השיוף. יתר על כן, חלק מהיצרנים נוקטים בשיטות מטעות: התקנת מנורת כספית מאחורי מערך ה-LED, כאשר מנורת הכספית ממלאת למעשה את תפקיד הריפוי הדומיננטי.
עם זאת, אנו מציינים גם שברצועות הגל של 365 ננומטר ו-395 ננומטר, נוריות LED מספקות עוצמת אור גבוהה משמעותית מנורות כספית, מה שמקל על ריפוי-שכבתי עמוק של חומרי UV.
(לעיון, מערכות רבות לריפוי UV מסורתיות משלבות מנורת גליום (עם אורך גל פליטה דומיננטי של 415 ננומטר) לצד מנורות כספית, בדיוק כדי לשפר את יעילות הריפוי-של השכבה העמוקה.)
תפיסה שגויה זו נובעת בדרך כלל מהנחת היסוד שרק 30% מהאור הנפלט מנורות כספית הוא אולטרה סגול (UV), ואילו נוריות UVLED פולטות 100% אור UV. עם זאת, הקובעים האמיתיים של צריכת האנרגיה ברמת המערכת- הם יעילות המרה פוטו-אלקטרית ויעילות אור יעילה. מנורות כספית מתהדרות ביעילות המרה פוטו-אלקטרית גבוהה-החסרון שלהן נעוץ בעובדה שחלק גדול מהאור הנפלט מורכב מקרני גלויות ואינפרא אדום, כאשר אור UV (הרכיב היחיד שימושי לריפוי חומרי UV) מהווה 30% בלבד. לעומת זאת, למנועי UVLED יש יעילות המרה פוטו-אלקטרית נמוכה משמעותית, כיום נעה סביב 30% עבור אורכי גל UVA (ששווה בערך ליעילות אור ה-UV של מנורות כספית).
על פי חוק שימור האנרגיה, 70% הנותרים של האנרגיה החשמלית מומרים לחום. זה מסביר שני הבדלים מרכזיים בין שתי הטכנולוגיות:
נוריות LED זוכות למוניטין שלהן כ"מקורות אור קר" מכיוון שהחום שנוצר מתפזר מחלקו האחורי של לוח המנורה, ומותיר את המשטח הפולט-קריר למגע. לעומת זאת, מנורות כספית מקרינות חום קדימה דרך המשקפים שלהן ופליטת אינפרא אדום.
זו בדיוק הסיבה שמקורות אור UVLED דורשים בדרך כלל מערכות קירור- באוויר, ונוריות UVLED בהספק-גבוהות אפילו דורשות יחידות קירור של מים- בגודלן להתמודד עם 70% מההספק החשמלי של מקור האור לצורך פיזור חום ראש המנורה.
היתרונות האמיתיים של חיסכון באנרגיה- של נוריות LED נובעות משתי תכונות ייחודיות: יכולת הפעלה/כיבוי מיידית והקרנה מדויקת באמצעות עיצוב אופטי, שמשפרת את יעילות האור האפקטיבית. עם זאת, מינוף היתרונות הללו דורש אינטגרציה עם טכנולוגיות זיהוי אינפרא אדום ומערכות בקרה חכמות- שלרוב יצרני ציוד ה-UV LED בשוק אין כיום יכולת מו"פ לפתח.
יצירת אוזון: ספקטרום הפליטה שלהם כולל הרבה-אור אולטרה סגול מתחת ל-200 ננומטר, אשר מייצר כמויות משמעותיות של אוזון. (זוהי הסיבה העיקרית לריח החריף שדווח על ידי עובדי המפעל המפעילים מערכות מנורות כספית.)
זיהום כספית מסילוק: למנורות כספית יש חיי שירות קצרים של 800-1000 שעות בלבד. סילוק לא נכון של מנורות בוז מוביל לזיהום כספית משני, בעיה שנותרה בלתי פתירה עד היום.
דיווחים מצביעים על כך שהאנרגיה הנדרשת מדי שנה לטיפול בפסולת כספית שווה ליכולת הייצור המשולבת של שני סכרי Three Gorges. גרוע מכך, אין כיום טכנולוגיה בת קיימא לחיסול מוחלט של כספית מזרמי הפסולת.
נוריות UV חופשיות לחלוטין מהבעיות הללו. מאז שנכנסה רשמית לתוקף בסין אמנת מינמטה בנושא כספית ב-16 באוגוסט 2017, ביטול השלב של-מנורות הכספית הועלה על סדר היום הרשמי. האמנה אמנם כוללת פטור עבור מנורות פלורסנט כספית תעשייתיות שבהן לא קיימות חלופות, אך היא גם קובעת כי הצדדים החתומים רשאים להציע הוספת מוצרים כאלה לרשימה המוגבלת ברגע שיהיו זמינים תחליפים ברי קיימא. לפיכך, ציר הזמן לשלב המלא-של מנורות כספית ביישומי ריפוי UV תלוי לחלוטין בקידום הטכנולוגי ובתיעוש של פתרונות LED UV.
הוא תומך בריפוי דיוק מקומי עבור יישומים כגון הדפסת תלת מימד.
על ידי התאמה של נוריות LED עם photoinitiators שונים, זה מאפשר שליטה מדויקת על דרגות ריפוי ועומקים.
LEDs הניתנים להתאמה אישית של מקור אור כוללים עיצוב חרוזי מנורה מודולרי, המאפשר התאמה גמישה של אורך, רוחב וזווית הקרנה. רבגוניות זו מאפשרת יצירת מקורות אור נקודתיים, מקורות אור קוויים ומקורות אור באזור, המותאמים לדרישות הספציפיות של תהליכי ריפוי מגוונים.
דרישות פרמטר מקור אור עבור ריפוי חומר UV
אֹרֶך גַל:365 ננומטר, 395 ננומטר
קרינה (עוצמת אור, צפיפות הספק אופטית): mW/cm²
מינון אנרגיה כולל: mJ/cm²
תהליך ה-photocuring אינו יכול להתקדם ללא שלושת פרמטרי הליבה שהוזכרו לעיל: אורך גל, עוצמת האור ומינון האנרגיה הכולל. אורך הגל קובע אם ניתן להפעיל photoinitiators; עוצמת האור מכתיבה את יעילות התחלת UV ומשפיעה ישירות על ריפוי פני השטח (התנגדות לעיכוב חמצן) וביצועי ריפוי עמוק; בעוד מינון אנרגיה כולל מבטיח ריפוי יסודי של החומר.
בהשוואה למנורות כספית, היתרון הבולט ביותר של נוריות הלד טמון בתכונות הניתנות לניסוח ולכוונן שלהן. בתוך גבולות הביצועים של ה-LED עצמו, ניתן לבצע אופטימיזציה של הפרמטרים שלה במידה הרבה ביותר כדי לעמוד בדרישות ריפוי ספציפיות. בניסויי צילום UV-LED, מטרת הליבה היא להרחיב ללא הרף את גבולות הביצועים של מקור האור וחומרי ה-UV, ולזהות את האיזון האופטימלי ביניהם. במיוחד עבור נוריות LED, משמעות הדבר היא קביעת הפרמטרים האידיאליים של מקור אור LED בהתבסס על נוסחת הציפוי להשגת תוצאות ריפוי אופטימליות.
עיקרון זוהר LED ומצב פיתוח נוכחי של שבבי UVLED
בהתבסס על עקרון מעבר האלקטרונים (פרטים הושמטו; קוראים המתעניינים עשויים להפנות למשאבים מקוונים למידע נוסף), כאשר אלקטרונים באטום חוזרים ממצב נרגש למצב קרקע, הם משחררים אנרגיה בצורה של קרינה באורכי גל שונים (כלומר, פולטים גלים אלקטרומגנטיים באורכי גל משתנים).
לכן, ישנן שתי גישות עיקריות לייצור מקורות אור הפולטים-UV:
הגישה הראשונה היא לזהות אטום שההבדל באנרגיית האלקטרונים שלו בין המצב הנרגש למצב הקרקע נופל בדיוק בספקטרום האולטרה סגול. מנורות כספית מסורתיות הן מקורות אור ה-UV הנפוצים ביותר המבוססים על עיקרון זה.
הגישה השנייה ממנפת את עיקרון הזוהר של המוליכים למחצה (פרטים הושמטו; קוראים המתעניינים עשויים להתייחס למשאבים מקוונים למידע נוסף). בקצרה, כאשר מתח קדימה מופעל על מוליך למחצה-פולט אור, חורים המוזרקים מאזור P-לאזור N-ואלקטרונים המוזרקים מאזור N-לאזור P- מתחברים מחדש עם אלקטרונים באזור N-באזור ה-N-באזור{7} קרוב למיקרומטר{7} בסמוך למיקרומטר PPN. צומת, יצירת קרינת פלורסנט ספונטנית.
כידוע, פער הרצועות של חומרים מוליכים למחצה מקבוצה III-V, החל מאלומיניום ניטריד ועד גליום ניטריד או אינדיום גליום ניטריד (InGaN) נופל בדיוק בתוך הספקטרום מאור כחול לאור אולטרה סגול. על ידי התאמת יחס החומרים של אלומיניום אינדיום גליום ניטריד, אנו יכולים לייצר מקורות אור אולטרה סגול ונראה על פני טווח רחב של אורכי גל.
בעוד שבאופן תיאורטי, ניתן להפיק אור בכל אורך גל על ידי התאמת הרכב החומרים הזוהרים, מגוון שבבי ה-UVLED הזמינים לייצור מסחרי נותר מוגבל למדי בשל אילוצים שונים. שבבי הספק-גבוהים המתאימים ליישומים תעשייתיים מרוכזים בעצם בפס ה-UVA (365–415 ננומטר). בשנים האחרונות, גם טכנולוגיות UVB ו-UVC זכו להתפתחות נמרצת, אך הן מוגבלות בעיקרון לשווקים אזרחיים וצרכניים-נמוכים כגון חיטוי ועיקור.
ישנן מספר סיבות מרכזיות לכך:
מבנה חומר קריסטל קובע את יעילות האור (יעילות המרה פוטואלקטרית) עדיין ניתן להשתמש בגליום ניטריד (GaN) וביעילות גבוהה-Indium Gallium Nitride (InGaN) עבור טווח 365–405 ננומטר בתוך UVA. לעומת זאת, שבבי UVB ו-UVC מסתמכים לחלוטין על אלומיניום גליום ניטריד (AlGaN)-חומר בעל יעילות אור נמוכה מטבעו-במקום GaN ו-InGaN הנפוצים יותר. הסיבה לכך היא ש-GaN ו-InGaN סופגים אור אולטרה סגול מתחת ל-365 ננומטר. כתוצאה מכך, יעילות האור של שבבי UVB ו-UVC נמוכה ביותר. לדוגמה, לשבב 278 ננומטר של LG יש יעילות המרה פוטו-אלקטרית של 2% בלבד.
אתגרי פיזור חום הנובעים מיעילות נמוכה על פי חוק שימור האנרגיה, יעילות המרה פוטו-אלקטרית של 2% פירושה ש-98% מהאנרגיה החשמלית מומרת לחום. יתר על כן, חיי השירות ויעילות האור של שבבי LED עומדים ביחס הפוך לטמפרטורה. ייצור חום גבוה כזה מטיל דרישות מחמירות ביותר למערכות פיזור חום. עם טכנולוגיות קירור קיימות, זה פשוט בלתי אפשרי להשיג פיזור חום יעיל עבור שבבי UVB ו-UVC גבוהים-.
העברת UV נמוכה של חומרי אריזה וחומרי עדשה כדי להגן על שבבי LED, עטיפה חיונית. מכיוון שנורות לד פולטות אור בכל כיוון, נדרשות עדשות כדי לרכז את אלומת האור. עם זאת, מלבד זכוכית קוורץ, לרוב החומרים יש העברת UV נמוכה מאוד-והשידור יורד בחדות ככל שאורך הגל מתקצר. כתוצאה מכך, למרות שיעילות האור המובנית של שבבי UVB/UVC כבר נמוכה, חלק ניכר מהאור נספג בעדשות, וכתוצאה מכך תפוקת אור שמיש חלשה ביותר שבקושי מספיקה ליישומים תעשייתיים.
תפוקת גביש נמוכה ועלויות ייצור גבוהות שבבי UVB ו-UVC נוכחיים מיוצרים באמצעות אותם כורים כמו שבבי UVA. בנוסף לפגמים טבעיים בחומרים, בעיות כמו מקדמי התפשטות תרמית לא תואמים בין המצע והגביש מובילים לתשואות גבישים נמוכות במיוחד, אשר בתורן שומרות על עלויות הייצור גבוהות באופן עצום.
בסך הכל, בשל יעילות האור הנמוכה, העלויות הגבוהות ודרישות פיזור החום המחמירות של טכנולוגיות UVB ו-UVC, פיתוח של-הספק גבוהאור UVB ו-UVCמקורות ליישומים תעשייתיים יישארו חמקמקים עד שיושגו פריצות דרך טכנולוגיות גדולות.
מוקדי מו"פ מרכזיים של מערכות מקור אור LED
שבב LED הוא רק מרכיב קריטי אחד במקור אור LED. כאשר מבצעים מחקר ופיתוח על מקורות אור LED, עלינו לאמץ אשִׁיטָתִי,גישה הוליסטית. מעבר לכוונון אורך גל LED, היקף המחקר והפיתוח כולל סדרה של תהליכים במורד הזרם, כולל טכנולוגיית אריזה, עיצוב אופטי, מערכות פיזור חום, מערכות אספקת חשמל ומערכות בקרה חכמות.
נכון לעכשיו, ישנם ארבעה מבני אריזה מיינסטרים עבור שבבי LED:
מבנה הר אנכי
היפוך-מבנה שבב
מבנה אנכי
מבנה אנכי תלת מימדי
שבבי LED קונבנציונליים מאמצים בדרך כלל מבנה הרכבה אנכי עם מצע ספיר. מבנה זה כולל עיצוב פשוט ותהליכי ייצור בוגרים. עם זאת, לספיר יש מוליכות תרמית ירודה, מה שמקשה על חום שנוצר על ידי השבב להעביר לגוף הקירור- מגבלה המגבילה את היישום שלו במערכות LED עם הספק גבוה-.
אריזת-שבב Flip מייצגת את אחת ממגמות הפיתוח הנוכחיות. שלא כמו מבני הרכבה אנכיים, חום בעיצובי שבבים הפוך- אינו צריך לעבור דרך מצע הספיר של השבב. במקום זאת, הוא מועבר ישירות למצעים בעלי מוליכות תרמית גבוהה יותר (כגון סיליקון או קרמיקה) ולאחר מכן מתפזר לסביבה החיצונית באמצעות בסיס מתכת. בנוסף, מאחר שמבני השבבים-מתפוגגים מבטלים את הצורך בחוטי זהב חיצוניים, הם מאפשרים צפיפות אינטגרציה גבוהה יותר של שבבים והספק אופטי משופר ליחידת שטח. עם זאת, גם מבני התקנה אנכית וגם מבני שבב- חולקים פגם משותף: האלקטרודות P ו-N של LED ממוקמות באותו צד של השבב. זה מאלץ את הזרם לזרום אופקית דרך שכבת n-GaN, מה שמוביל לצפיפות זרם, התחממות יתר מקומית ובסופו של דבר מגבילה את הסף העליון של זרם ההנעה.
שבבי אור אנכיים -מבנה כחול- התפתחו מטכנולוגיית הרכבה אנכית. בתכנון זה, שבב מצע ספיר- קונבנציונלי מתהפך ונלכד למצע בעל מוליכות תרמית גבוהה, ולאחר מכן הרמת לייזר-מתיק מצע הספיר. מבנה זה מטפל ביעילות בצוואר הבקבוק של פיזור החום, אך כרוך בתהליכי ייצור מורכבים- במיוחד שלב העברת המצע המאתגר- שגורם לתשואות ייצור נמוכות. עם זאת, עם הטכנולוגיה המתקדמת, אריזה אנכית עבור נוריות UV נעשתה בוגרת יותר ויותר.
לאחרונה הוצע מבנה אנכי תלת מימדי חדש. בהשוואה לשבבי LED במבנה אנכי- מסורתי, היתרונות העיקריים שלו כוללים ביטול הדבקת חוטי זהב, המאפשרים פרופילי אריזה דקים יותר, ביצועי פיזור חום משופרים ושילוב קל יותר של זרמי הנעה גבוהים. עם זאת, יש להתגבר על מכשולים טכניים רבים לפני שניתן יהיה למסחר מבנים אנכיים תלת מימדיים.
בהתחשב בכך שנוריות UVLED מפגינות בדרך כלל יעילות זוהרת נמוכה יותר בהשוואה לנוריות תאורה כלליות, אריזת מבנה אנכית היא הבחירה המועדפת כדי למקסם את יעילות חילוץ האור.
מכיוון שנורות LED פולטות אור בכל כיווני, ויעילות האור המובנית שלהם כבר נמוכה יחסית, נדרש עיצוב אופטי מדעי ורציונלי כדי לשפר את יעילות האור האפקטיבית (כלומר, יעילות האור של הקרנה חזיתית). רכיבים אופטיים נפוצים כוללים מחזירי אור, עדשות ראשוניות ועדשות משניות.
בנוסף, אור אולטרה סגול עובר הנחתה גבוהה כאשר הוא עובר דרך מדיה. לכן, יש להעריך מספר גורמים בעת בחירת חומרי עדשות-כגון זכוכית קוורץ, זכוכית בורוסיליקט וזכוכית מחוסמת-עם עדיפות לחומרים בעלי העברת UV גבוהה. זה לא רק ממקסם את תפוקת האור אלא גם מונע עליית טמפרטורה מוגזמת הנגרמת מספיגת אור החומר בחשיפה ממושכת ל-UV.
כפי שהוזכר קודם לכן, על פי חוק שימור האנרגיה, רק חלק מהאנרגיה החשמלית מומרת לאנרגיית אור, בעוד חלק גדול מתפזר כחום. עבור פס UVA, יחס המרת האנרגיה הטיפוסי הוא 10:3:7 עבור חשמל, אור וחום בהתאמה. חיי השירות האפקטיביים של שבבי LED נמצאים בקורלציה הדוק עם טמפרטורת הצומת שלהם. בתהליך ה-photocuring, צפיפות הספק אופטית גבוהה דורשת לעיתים קרובות אינטגרציה בצפיפות- גבוהה של שבבי LED, מה שמטיל דרישות מחמירות על מערכות פיזור חום.
לפיכך, השגת פיזור חום יעיל והבטחה שטמפרטורת הצומת של כל שבבי ה-LED תישאר בטווח סביר ומאוזן מחייבת תכנון מדעי קפדני, הדמיית מחשב ובדיקות מעשיות.
מחקר על פורמולציות של ציפוי UV
מגבלות של Photoinitiators וגישה ברמת מערכת-לתגובתיות של שרף ומונומר, כפי שהודגם במבוא הקודם לטכנולוגיית LED, מקורות אור LED בעלי הספק גבוה- המתאימים ליישומים תעשייתיים מוגבלים כיום לפס UVA, במיוחד אורכי גל מעל 365 ננומטר. לאחר שהגדרנו את גבולות הביצועים של מקורות אור LED, כעת אנו יכולים לראות שהמבחר של פוטו-יוזמים תואמים הוא מצומצם למדי, מכיוון שרוב הפוטו-ייזר מציגים מקדמי הכחדה מולאריים נמוכים באורכי גל מעל 365 ננומטר.
כדי לטפל בבעיה של יעילות ייזום נמוכה של -פוטו יוזמי LED, מאמצי מו"פ לא צריכים להיות מוגבלים ליוזמי הצילום עצמם. במקום זאת, אנו צריכים לאמץ פרספקטיבה ברמת המערכת- המשלבת שרפים, מונומרים, פוטו-אינטנטורים ואפילו תוספים נלווים למסגרת מחקר הוליסטית, ובכך לשפר את יעילות הריפוי של מערכות LED UV.
עיצוב פורמולציה ופיתוח תהליך ציפוי עבור ריפוי LED (השפעות של Photoinitiators, שרפים, מונומרים, טמפרטורה, יובש פני השטח, יובש דרך, פיגמנטים וחומרי מילוי) כדי לשפר את הספיגה של אור UV באורך גל ארוך על ידי פוטו-יזימי, לעתים קרובות יש צורך לשלב טבעות בנזן, מבנה חנקן (N) ושאר מבנה החנקן (P) שלהם. בעוד ששינוי זה משפר את ספיגת ה-UV באורך-ארוך, הוא גם מוביל לצביעה מוגברת של הפוטו-יוזמים.
יתר על כן, בשל יעילות ספיגת האור הנמוכה של יוזמים אלו, יש להוסיף כמויות גדולות של שרפים ומונומרים בעלי תגובתיות גבוהה-בדרך כלל שרפים ומונומרים אקריליים בעלי פונקציונליות{{1} גבוהה- כדי להאיץ את קצב התגובה הכולל של מערכת הציפוי. עם זאת, גישה זו נוטה לייצר ציפויים בעלי קשיות גבוהה אך עם גמישות ירודה, מה שמגביל את מגוון היישומים שלהם.
עם זאת, מקדמי ההכחדה הטוחנים הנמוכים בדרך כלל של פוטו-יזמי LED UV מציעים גם יתרון ייחודי: הם מאפשרים העברת אור UV גבוהה יותר דרך שכבת הציפוי, מה שתורם לריפוי עמוק של סרטים עבים.
דרישות ביצועי ציפוי עבור תנאי אחסון, הובלה, בנייה ותהליכי יישום שונים בתעשיית הציפוי, טכניקות יישום שונות כגון ציפוי רולר, ציפוי בהתזה וציפוי וילון מטילות דרישות צמיגות ברורות על ציפויים. בינתיים, מצעים שונים דורשים תכונות ציפוי מותאמות במונחים של הרטבה והדבקה. בנוסף, תנאי הובלה ואחסון משתנים מחייבים רמות מתאימות של יציבות אחסון של הציפויים. לכן, כל הגורמים הללו חייבים להילקח בחשבון במלואם במהלך עיצוב ניסוח הציפוי.
דרישות ביצועים של סרטי ציפוי עבור יישומים מגוונים תחומי יישום שונים מטילים דרישות ביצועים שונות על סרטי ציפוי, לרבות ברק, תכונות קולורימטריות, קשיות, גמישות, עמידות בפני שחיקה ועמידות בפני פגיעות. כתוצאה מכך, פיתוח ציפוי חייב ליצור איזון בין יעילות ריפוי וביצועי הסרט.
מחקר על תהליכי ציפוי
ציפוי הוא תהליך הנדסי שיטתי. אופטימיזציה של תהליכי ציפוי יכולה להרחיב עוד יותר את גבולות היישום של טכנולוגיית ה-UV-LED. כמו שאומר פתגם בתעשייה,"שלושה חלקים מסתמכים על הציפוי; שבעה חלקים תלויים בתהליך היישום". בסופו של דבר, גם ציפויים וגם מקורות אור משיגים את הביצועים המיועדים רק באמצעות יישום נכון.
יתרה מכך, ייעול תהליכי הציפוי בשילוב עם ציפוי UV ומקורות אור LED יכול לפצות באופן משמעותי על המגבלות של החומרים ומקורות האור כאחד. לדוגמה, חימום יכול להפחית את הצמיגות של ציפויים בעלי תוכן-שרף- גבוה שהם צמיגים מדי בטמפרטורת החדר, מה שהופך אותם למתאימים לשיטות יישום שונות. בנוסף, חימום יכול לשפר את נזילות מערכת הציפוי, לשפר את הפעילות המולקולרית, להבטיח תגובות ריפוי ראשוניות מלאות יותר ולהניב משטחי סרט חלקים יותר.
מחקר על שרשראות תעשיה במעלה הזרם ובהמשך
במהלך השנתיים האחרונות, המחסור והמחירים המרקיעים של פוטו-יוזמים שהופעלו על ידי קמפיינים להגנת הסביבה הסבו הפסדים מוחשיים לארגונים במורד הזרם והפריעו מאוד להתפתחות טכנולוגיית LED UV. זה מדגיש כי הקישוריות של רשתות תעשיות במעלה הזרם והמורד הזרם והחלקות של מערכות שרשרת האספקה הן הערובות הבסיסיות לפיתוח בריא של תעשייה ולהצלחת השוק של המוצרים והטכנולוגיות שלה.
בעוד שתעשיות רבות מתפתחות מאפס דרך הדינמיקה המחזקת הדדית של חדשנות טכנולוגית, פיתוח תעשייתי וגל ביקוש, יש להעריך גורמים אלו באופן מקיף במהלך תהליך השיווק.
יתרה מזאת, מנקודת מבט של השקעה, ביצוע מחקר על ופריסה של רשתות תעשיות במעלה הזרם והמורד הזרם יכול לא רק להבטיח אספקה יציבה כאשר מוצרים נכנסים לשוק, אלא גם לאפשר לארגונים להשתתף בדיבידנדים של צמיחת התעשייה.
http://www.benweilight.com/professional-lighting/uv-lighting/uv-light-light-light-for-halloween.html
