做更好的UV-led设备

安全高效节能环保

近年来，UV LED技术在性能和成本上取得了快速的进步，因此我们必须充分了解UV LED固化系统的测量设备和方法。本文介绍了UV LED固化系统的测量和特性描述，特别是在长波紫外线波段。此外，还将讨论紫外线（UV）的风险和安全性，并突出UV  LED的内在优势。

近年来，将UV LED代替传统的UV灯集成到固化系统中的需求显著增加。虽然紫外光源的应用仍以传统紫外灯为主，但UV LED的市场份额已从2014年的19.1%增长到2019年的41.4%。紫外发光二极管的总市场规模从2008年的2020万美元增长到2015年的1.27亿美元，2019年进一步增长到5.055亿美元。

全球UV LED市场预计将从2018年的2.711亿美元增长到2026年的12亿美元，复合年增长率为17.3%。紫外线固化市场，包括用于涂料和油墨、胶粘剂等应用，将占据UV LED近60%的市场规模，50%以上的用户在亚洲。

紫外线固化是利用紫外线的能量引发光化学反应，从而产生聚合物交联网络结构的过程。UV LED的强劲增长，主要取决于这种技术相对于传统UV灯的吸引力。UV LED的一些优点讨论如下：

紧凑性

UV LED可采用板载芯片（COB）技术，用于系统表面贴装器件（SMD）封装形式或模具形式。由于其灵活性，用于固化系统的紫外发光二极管光源的设计变得紧凑。可以设计不同的固化系统，包括面光源、点光源或模块化系统。如果固化系统使用传统的紫外线灯，很难实现这种灵活性。

例如，考虑线缆末端的一个点光源UV固化系统：基于传统UV灯的UV固化系统需要一个很长的引导部分来将光转向固化点，这使得系统看起来很笨重；在基于紫外发光二极管的固化系统的设计中，只需要一个球面透镜来会聚光线，从而获得了简单紧凑且效率更高的设计。

更长的产品寿命

传统紫外灯的典型寿命约为2000小时，或者微波灯长为8000小时，而UV LED的寿命一般可达20000小时。紫外发光二极管制造商通常采用适用于可见光波长LED的测试标准（LM-80和TM-21）来确定其使用寿命。

紫外线发光二极管的使用寿命定义为输出衰减达到规定水平之前的运行小时数，称为Lp，其中P是初始输出功率的百分比。在可见光LED中，通常用L70来决定LED的使用寿命。系统光源的使用寿命越长，对终端用户越有利，因为它的更换周期更长，系统停机时间更短，长期运行稳定性更好。如果UV LED系统以间歇模式运行，寿命可能会更长。此外，光源的寿命高度依赖于驱动电流以及设备和环境温度。

目前，与UVB和UVC波段的紫外LED相比，UVA波段的UV LED技术更加先进和成熟。当UV LED集成到系统中时（如发光部件和固化系统），还必须考虑其他组件的寿命。因此，UV LED封装级的UV  LED系统（如UV固化系统）的额定寿命会比系统级的短。因此，实际使用寿命取决于应用场景中的使用条件。然而，系统故障的根本原因往往是辅助系统在环境下的设计，终端用户可能不会遵循系统安装的要求。

环境保护（即无臭氧和无汞）

紫外灯的发射光谱从UVC到可见光谱呈现多个峰值。在短波长范围内，通常为160-240纳米，紫外线可以将氧气转化为臭氧（O3）。如果长时间吸入臭氧，产生的臭氧可能会成为健康问题。因此，建议在设备周围适当配置通风系统，以降低风险。

此外，一些传统的紫外线固化系统使用汞基紫外线灯作为光源发射器。如果紫外线灯坏了，可能会产生汞污染。因此，有必要制定必要的安全指南，以应对汞基紫外线灯的损坏。

UV LED的发射光谱为单峰，典型的峰宽为9-15nm，可以选择。这样，可以避免产生臭氧的波长范围，特别是对于使用UVA和UVB波段的紫外线固化应用。另外，UV LED采用半导体材料（氮化铟镓[InGaN]型），安全多了，不含有毒有害物质，不需要复杂的加工工艺。

除了以上几点，支持环保还有其他优势：功耗更小、无需预热时间、即时使用，维护方便，使用间隔更短。

随着对紫外发光二极管固化应用需求的不断增加，终端用户正逐步从基于紫外灯的固化系统转变为基于UV LED的系统。

在固化应用中使用UV LED代替UV灯带来了诸多优势，但在性能等安全风险方面仍存在一些技术挑战，需要UV固化系统集成商、测量设备供应商和终端用户共同面对。

例如，终端用户必须仔细研究粘合剂系统和紫外线发光二极管系统，以使粘合剂的吸收波长与发光二极管的发射波长相匹配。终端用户需要通过评估实现优化固化过程所需的峰值辐照度、能量和固化时间来描述整个系统的特性。

另一个关键挑战是使用紫外发光二极管系统正确测量固化应用的能量输出。通过使用合适的方法和测量工具(如紫外线能量计)，可以精确测量紫外线固化系统的能量输出。强烈建议测量生产线的能量输出，以确保产品的一致性。测量的目的是：

a. 确保可靠的应用程序性能。

b. 确保固化过程的可重复性和稳定性。

c. 作为监测固化系统衰减的预防措施。

因此，本文旨在为UV LED固化系统的终端用户，如经验丰富的工艺工程师、制造工程师和技术人员，提供一个使用合适的能量计测量UV  LED固化系统性能的总结和建议。本文还涵盖了运行UV LED固化系统的风险和安全问题。