最新一代UV LED技術(shù)的優(yōu)勢(shì)分析

盡管紫外線的潛在危害是日常生活中由于其引起的曬傷而引起的，但紫外線（UV）光譜在各種技術(shù)制造和工業(yè)加工領(lǐng)域中提供了許多有益效果。正如標(biāo)準(zhǔn)可見(jiàn)波長(zhǎng)LED已經(jīng)影響了當(dāng)今的照明，標(biāo)牌和顯示器市場(chǎng)一樣，因此紫外LED的先進(jìn)部署現(xiàn)在為各種應(yīng)用提供了廣泛的優(yōu)勢(shì)，特別是在技術(shù)和工業(yè)市場(chǎng)。

最近的一些技術(shù)進(jìn)步正在將UV LED市場(chǎng)細(xì)分提升到產(chǎn)品創(chuàng)新和性能的新水平。因此，設(shè)計(jì)工程師越來(lái)越注意到，與替代技術(shù)相比，新興的UV LED技術(shù)可以顯著節(jié)省成本，能源和空間。

Lumex銷售和營(yíng)銷總監(jiān)Richard Halliday表示，最新一代UV LED技術(shù)的優(yōu)勢(shì)意味著該市場(chǎng)預(yù)計(jì)將迅速增長(zhǎng)：他預(yù)計(jì)未來(lái)五年的復(fù)合年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)為31％ 。

YoleDéveloppement的研究證實(shí)了這種快速增長(zhǎng)的速度。到2016年，紫外線LED預(yù)計(jì)占紫外線燈市場(chǎng)總量的約28％。由于其緊湊性，低擁有成本和環(huán)保成分，紫外線LED將繼續(xù)取代現(xiàn)有應(yīng)用中的傳統(tǒng)紫外線燈，但也將創(chuàng)建新的應(yīng)用程序，特別是便攜式的Yole預(yù)計(jì)，到2016年，UV LED市場(chǎng)將從2011年的3250萬(wàn)美元增長(zhǎng)到每年1.5億美元以上。

紫外光譜包括100 nm和400 nm之間的所有電磁輻射波長(zhǎng)，通常分為三個(gè)不同的子范圍：315-400 nm的UV-A（也稱為“長(zhǎng)波紫外線”）; UV-B在280-315nm之間（“中波”）;和UV-C，其為100-280nm（“短波”）。

2011年至2016年間，紫外線LED市場(chǎng)預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)5倍，而傳統(tǒng)紫外線燈市場(chǎng)將僅增長(zhǎng)1.5倍。 2011年，LED繼續(xù)主要在UV-A/B光譜中出售（特別是在上波長(zhǎng)，365至400nm之間）。在研發(fā)應(yīng)用之外，超過(guò)90％的UV LED市場(chǎng)都受到UV固化，假冒檢測(cè)以及需要UV-A/B源的醫(yī)療和儀器應(yīng)用的覆蓋。

2011年，UV-C LED主要用于研發(fā)和科學(xué)儀器。然而，預(yù)計(jì)2012年將出現(xiàn)第一個(gè)基于UV LED的凈化系統(tǒng)的商業(yè)化。 UV-A（400-315 nm）業(yè)務(wù)目前是市場(chǎng)中最大的部分，并且至少在未來(lái)5年內(nèi)仍將如此，在2010年占據(jù)90％的份額，2016年預(yù)計(jì)占85％。

圖1：UV LED技術(shù)適用于各種醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用，包括牙齒增亮和腔體填充技術(shù)（UV-A）和牙刷以及醫(yī)療器械滅菌設(shè)備（UV-C）。 （來(lái)源：Lumex）

固化和涂層

牙科固化儀器和假冒檢測(cè)是UV LED技術(shù)相對(duì)較早的應(yīng)用，但性能，成本和耐用性的好處，再加上最近的使用壽命增長(zhǎng)，都是領(lǐng)先的將UV LED集成到快速增長(zhǎng)的應(yīng)用中。

紫外線固化涂料可以涂在印刷在紙上的油墨上，并通過(guò)紫外線照射進(jìn)行干燥。 UV涂料可以使用高達(dá)100％的固體配制，因此它們沒(méi)有揮發(fā)性成分，有助于污染，并產(chǎn)生極其反光和光滑的最終結(jié)果2。這種高固體含量還允許涂層以極薄的薄膜涂覆。 UV涂料可配制成各種光澤范圍，可應(yīng)用于大多數(shù)傳統(tǒng)工業(yè)涂料應(yīng)用以及絲網(wǎng)印刷。

波長(zhǎng)范圍應(yīng)用230 - 400 nm光學(xué)傳感器和儀器230 - 280 nm UV ID驗(yàn)證，條形碼240 - 280 nm表面積和水的滅菌250 - 405 nm法醫(yī)和體液檢測(cè)和分析270 - 300 nm蛋白質(zhì)分析，藥物發(fā)現(xiàn)300 - 320 nm醫(yī)療光療法300 - 365 nm聚合物和油墨印刷375 - 395 nm偽造檢測(cè)390 - 410 nm表面/化妝品滅菌

圖2：當(dāng)今UV LED應(yīng)用和相應(yīng)波長(zhǎng)的一些示例。

環(huán)境影響

與其他技術(shù)相比，UV LED具有幾項(xiàng)重要的環(huán)境效益。與常見(jiàn)的前代技術(shù) - 冷壓縮熒光燈（CCFL）相比，UV LED需要高達(dá)70％的能耗降低。此外，UV LED符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，不含CCFL技術(shù)中常見(jiàn)的有毒汞。因此，它們可以減少能源消耗和浪費(fèi)，消除使用和最終處置危險(xiǎn)材料的需要。

與具有相同光學(xué)輸出的CCFL相比，UV LED的尺寸更小，更耐用。此外，UV LED更耐振動(dòng)和沖擊，從而減少產(chǎn)品破損并減少浪費(fèi)和維護(hù)費(fèi)用。

在過(guò)去十年左右的時(shí)間里，UV LED技術(shù)一直受到一個(gè)問(wèn)題的挑戰(zhàn) - 前幾代產(chǎn)品的運(yùn)行壽命不足。盡管紫外線技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于紫外線很容易破壞舊型LED環(huán)氧樹脂，因此紫外線LED技術(shù)的使用速度明顯減慢，從而將紫外線LED的使用壽命縮短至5，000小時(shí)以下。

最近，制造商采用硬化或抗紫外線環(huán)氧樹脂封裝，使用壽命長(zhǎng)達(dá)10，000小時(shí)。然而，對(duì)于許多其他合適的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這個(gè)數(shù)字仍然不足。由于環(huán)氧樹脂分解不穩(wěn)定而且不是線性的，這一缺點(diǎn)常常變得更加復(fù)雜，即使在產(chǎn)品的使用壽命期間也可能導(dǎo)致性能不佳。

圖3：下一代UV LED技術(shù)，例如Lumex的QuasarBrite UV LED，可提供長(zhǎng)壽命，緊密光束角，均勻光束模式，增強(qiáng)的耐用性以及高達(dá)50％的成本節(jié)省。 （來(lái)源：Lumex）。

最新進(jìn)展

2010-2011，出現(xiàn)了一項(xiàng)解決這些工程挑戰(zhàn)的新技術(shù)。例如，在Lumex的新QuasarBrite UV LED技術(shù)中，環(huán)氧樹脂鏡片被替換為堅(jiān)固的TO-46封裝和玻璃鏡頭，使封裝設(shè)備的有效運(yùn)行時(shí)間至少比以前的技術(shù)長(zhǎng)十倍，從而提供了典型的技術(shù)。壽命超過(guò)50，000小時(shí)。

Lumex表示，隨著這一重大工程難題的解決，以及與特定波長(zhǎng)的芯片穩(wěn)定性相關(guān)的其他問(wèn)題，UV LED技術(shù)現(xiàn)已成為越來(lái)越多應(yīng)用的有吸引力的選擇。

Lumex的Richard Halliday說(shuō)，UV LED技術(shù)的下一個(gè)主要挑戰(zhàn)將出現(xiàn)在效率領(lǐng)域。對(duì)于許多應(yīng)用，例如醫(yī)療光療法，水消毒和波長(zhǎng)短于365 nm的聚合物固化，UV LED的輸出功率通常僅為輸入功率的百分之五到八。在385nm及以上，效率逐漸提高，但僅提高到約15％。隨著新興技術(shù)的發(fā)展應(yīng)對(duì)這些效率挑戰(zhàn)，預(yù)計(jì)更多的應(yīng)用將采用UV LED。

與替代技術(shù)相比，UV LED還具有顯著的性能優(yōu)勢(shì)。例如，它們可以提供更緊密的光束角度和更均勻的光束模式。由于UV LED固有的光學(xué)效率的挑戰(zhàn)，大多數(shù)設(shè)計(jì)工程師正在尋找特定的光束角度，以最大化目標(biāo)區(qū)域的輸出。對(duì)于普通的紫外燈，工程師必須依靠用足夠的光照射該區(qū)域來(lái)嘗試實(shí)現(xiàn)均勻性和強(qiáng)度的正確組合。然而，使用UV LED時(shí)，它們的透鏡可以實(shí)現(xiàn)更嚴(yán)格的發(fā)射角度，從而可以將大部分UV LED的輸出直接聚焦在需要的位置。為了匹配這種性能，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的技術(shù)需要額外的成本和空間要求的二次鏡頭。

緊湊的光束角度和均勻的光束模式相結(jié)合，無(wú)需二次透鏡，降低能耗，增強(qiáng)耐用性，與CCFL技術(shù)相比，UV LED可節(jié)省高達(dá)50％的成本。

以應(yīng)用為中心從成本和性能的角度來(lái)看，為特定應(yīng)用設(shè)計(jì)UV LED解決方案往往比將標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)適應(yīng)特定應(yīng)用更為實(shí)用。在許多情況下，UV LED用于陣列中，其中光束模式和光強(qiáng)度一致性對(duì)整個(gè)陣列至關(guān)重要。

圖4：UV LED技術(shù)有幾種取證應(yīng)用，包括指紋識(shí)別和體液檢測(cè)和分析。 （來(lái)源：Lumex）

通過(guò)讓UV LED供應(yīng)商專門為應(yīng)用提供集成陣列，可以減少整體物料清單（BOM）以及供應(yīng)商數(shù)量，并且陣列可以在將特定應(yīng)用發(fā)布給設(shè)計(jì)工程師之前進(jìn)行測(cè)試。這通過(guò)減少交易來(lái)降低工程和采購(gòu)部門的總體成本，提供量身定制的高效解決方案，以滿足最終應(yīng)用的需求。

Lumex的Halliday評(píng)論說(shuō)，最好考慮一家能夠?yàn)樘囟☉?yīng)用提供經(jīng)濟(jì)高效，定制設(shè)計(jì)的UV LED解決方案的供應(yīng)商。 “例如，擁有數(shù)十年PCB設(shè)計(jì)，定制光學(xué)，光線跟蹤和成型經(jīng)驗(yàn)的供應(yīng)商合作伙伴將能夠?yàn)樽罹叱杀拘б婧湍繕?biāo)明確的解決方案提供多種選擇，”他說(shuō)。

總之，最近對(duì)UV LED技術(shù)的技術(shù)改進(jìn)解決了模具穩(wěn)定問(wèn)題，并大大延長(zhǎng)了使用壽命 - 高達(dá)50，000小時(shí)的使用壽命。這些發(fā)展與其增強(qiáng)的耐用性，缺乏有害物質(zhì)，降低能耗，緊湊尺寸，質(zhì)量性能，成本節(jié)約和經(jīng)濟(jì)高效的定制選項(xiàng)相結(jié)合，使UV LED成為快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)，行業(yè)和應(yīng)用列表的有吸引力的替代品。預(yù)計(jì)會(huì)有進(jìn)一步的改進(jìn) - 尤其是在效率方面 - 導(dǎo)致UV LED的采用速度更快。

壽命，成本效益

2011年7月，Lumex宣布擴(kuò)展其QuasarBrite UV系列LED技術(shù)，將三種額外波長(zhǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)配置，以及“定制”UV LED陣列的可用性。 Lumex表示，其QuasarBrite UV LED的使用壽命延長(zhǎng)了十倍，成本節(jié)省高達(dá)50％，能耗降低了70％。

符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的QuasarBrite UV LED可提供標(biāo)準(zhǔn)的355 nm，365 nm和377 nm波長(zhǎng)，采用通孔格式。它們非常適用于以下應(yīng)用：安全（貨幣，護(hù)照和其他旅行證件的偽造檢測(cè)）;法醫(yī)學(xué)（如體液分析）;并作為空氣和水凈化器應(yīng)用的光催化劑。

“以前，紫外線LED技術(shù)的廣泛使用，特別是在較短的紫外波長(zhǎng)下，受到阻礙，因?yàn)榄h(huán)氧樹脂LED鏡片中使用的材料使紫外線LED的使用壽命縮短到不到5，000小時(shí)，”Kay Fernandez解釋說(shuō)，產(chǎn)品技術(shù)Lumex經(jīng)理。 “最近的技術(shù)發(fā)展使得環(huán)氧樹脂鏡片可以用堅(jiān)固的TO-46封裝和玻璃鏡片取代，使QuasarBrite UVs的壽命延長(zhǎng)十倍，壽命超過(guò)50，000小時(shí)。”

In除了提高壽命外，與CCFL等替代技術(shù)相比，這些UV LED具有幾個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。 QuasarBrite UV LED提供均勻的光束模式。為了匹配這種性能，CCFL將需要二次透鏡，從而導(dǎo)致額外的成本和空間投資。此外，Lumex的UV LED不使用CCFL技術(shù)中的有害汞材料，并且在設(shè)計(jì)上更耐用，從而顯著降低了維護(hù)成本。 Lumex的UV LED的能耗比CCFL低70％。與CCFL相比，這些因素相結(jié)合可節(jié)省50％的成本。

“由于UV LED提供了諸如CCFL等替代技術(shù)的顯著成本和性能優(yōu)勢(shì)，因此全球?qū)V LED技術(shù)的需求急劇增長(zhǎng)，”Fernandez解釋道。 “Lumex現(xiàn)在提供總共六種標(biāo)準(zhǔn)UV波長(zhǎng)（355，365，377，385，405和415 nm）以及幾乎無(wú)限數(shù)量的定制選項(xiàng)，以滿足這個(gè)不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)的需求?！?/p>

最新355 nm，365 nm和377 nm QuasarBrite UV LED具有80°視角，工作溫度范圍為-40°C至100°C。這些設(shè)備的樣品現(xiàn)貨供應(yīng)，可以通過(guò)訪問(wèn)Digi-Key網(wǎng)站訂購(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)和定制生產(chǎn)的交付周期為18-20周。