تم تطوير مصابيح الزئبق واستخدامها بشكل جيد للغاية ، لذلك تعتبر مصابيح الزئبق تقليديًا مصادر إضاءة قياسية. ومع ذلك ، فقد بدأ تطوير LED فوق البنفسجي ، وما زالت مساحة التطوير المستقبلية ضخمة. بالإضافة إلى ذلك ، سلسلة صناعة Ultraviolet LED Lights طويلة جداً ، من نمو البلورات ، وقطع الرقاقات ، إلى تغليف الرقاقات ، إلى تكامل وحدات مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، ولكنها تنطوي أيضًا على التحكم في مزود الطاقة وتصميم نظام التبريد ، كل خطوة على المنتج النهائي - جودة ضوء LED للأشعة فوق البنفسجية لها تأثير مهم للغاية. لذلك ، من المهم للغاية بالنسبة للبحث والتطوير لنظام UV LED فهم حدود قدرة UV LED وتوسيع حدود قدرة UV LED.

الفرق بين هايت السلطة الأشعة فوق البنفسجية مصدر ضوء LED ومصباح عطارد (مزايا وعيوب ، سوء فهم عام للأشعة فوق البنفسجية LED)

إذا كنا نريد استبدال مصباح الزئبق التقليدي بمصباح UV ، فيجب علينا أولاً معرفة الفرق بين مصباح الزئبق ومصباح LED UV وما هي مزاياه وعيوبه وما إلى ذلك. يمكن معالجة الطلاءات فوق البنفسجية ، لأن صياغة الامتصاص البادئ للضوء لطول موجي معين من الضوء فوق البنفسجي وتنتج جذور حرة (أو الكاتيونات والأنيونات) ثم تبدأ بلمرة مونومر.

طيف الانبعاث لمصباح الزئبق مستمر ، من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء ، خاصة في الأشعة فوق البنفسجية UVA إلى الموجة القصيرة UVA ، تتركز الكثافة ، في حين أن طيف انبعاث الأشعة فوق البنفسجية LED ضيق. الذروة المشتركة هي 365nm و 395 nm (بما في ذلك 385 ، 395 ، 406nm) هذين الشريطين.

التطبيق الصناعي الرئيسي هو شريط UVA بالقرب من الأشعة فوق البنفسجية. في نطاق الطول الموجي من مصادر الضوء LED 365nm و 395nm UV ، معامل الانقراض المولي لمعظم البادئين منخفض نسبيا. وبالتالي، عالية الطاقة للأشعة فوق البنفسجية الخفيفة البعث ديود لعلاج الأشعة فوق البنفسجية عموما يسبب انخفاض كفاءة البدء ومشاكل خطيرة في بلمرة مقاومة الأكسجين ، والتي لا تفضي إلى تجفيف السطح.

ملاحظة: في الوقت الحاضر ، كثير أضواء LED فوق البنفسجية لمصنعي مصباح الأشعة فوق البنفسجية أو يدعي مصنعو طلاء UV أن LED UV جيد في الطحن. بالمعنى الدقيق للكلمة ، هو نتيجة سوء المعالجة السطحية. الأمر الصعب ليس جيدًا في الطحن ، ولكن كيفية تحقيق الطحن القابل للتعديل ، والذي يكون مقاومًا للتآكل وجيدًا في الطحن. هناك حتى بعض الشركات المصنعة لتعليق لحم رأس كلب الغنم. في الجزء الخلفي من مصباح LED الأشعة فوق البنفسجية وأضاف مصباح الزئبق ، والتأثير الحقيقي لا يزال مصباح الزئبق.

ومع ذلك ، يمكننا أن نرى أيضا أن شدة الضوء من لحام أضواء LED فوق البنفسجية لطلاء الأشعة فوق البنفسجية أقوى بكثير من مصباح الزئبق في 395 نانومتر و 395 نانومتر ، مما يؤدي إلى المعالجة العميقة للمواد فوق البنفسجية. يستخدم العديد من الأجهزة التقليدية القابلة للأشعة فوق البنفسجية مصباح غاليوم خلف مصباح زئبقي (الطول الموجي الرئيسي للانبعاث 415 نانومتر) لتعزيز المعالجة العميقة.

المسألة الثانية التي نريد التحدث عنها هي توفير الطاقة في LED. بشكل عام ، الجميع يعتقد ذلك الصمام السلطة العليا للأشعة فوق البنفسجية لمصباح الأشعة فوق البنفسجية هو توفير الطاقة أكثر من مصباح الزئبق. حتى أن العديد من المصنّعين قد طرحوا شعار الدعاية بأن الأشعة فوق البنفسجية LED يمكنها تقليل استهلاك الطاقة بنسبة 70٪. في الواقع ، هناك سوء فهم كبير ، هناك سببان: أولاً ، بعض الشركات المثيرة ، دعاية مبالغ فيها ؛ ثانياً ، كثير من الناس لا يفهمون الأشعة فوق البنفسجية LED على الإطلاق ، ما يربك المفهومين.

يعتمد هذا بشكل عام على حقيقة أن مصابيح الزئبق تنبعث منها 30٪ فقط من الأشعة فوق البنفسجية ، بينما تنبعث الأشعة فوق البنفسجية LED من كل الأشعة فوق البنفسجية. ما يؤثر حقًا في استهلاك الطاقة للنظام هو كفاءة التحويل الكهروضوئية والكفاءة الفعالة للضوء. إن كفاءة التحويل الكهروضوئي لمصباح الزئبق عالية جدًا ، ولكن معظم الضوء المنبعث من مصباح الزئبق هو ضوء مرئي وضوء الأشعة تحت الحمراء ، ويتطلب علاج المواد فوق البنفسجية 30٪ فقط من الأشعة فوق البنفسجية.

من ناحية أخرى ، فإن الصمام الثنائي للأشعة فوق البنفسجية الباعثة للضوء هو أقل كفاءة بكثير ، بحوالي 30٪. انها فعالة تقريبا مثل مصباح الزئبق. وفقًا لمبدأ الحفاظ على الطاقة ، يتم تحويل 70٪ المتبقية من الكهرباء إلى حرارة. الفرق الوحيد هو أن حرارة مصباح UV LED تنتشر من الجزء الخلفي من المصباح عبر لوحة المصباح ، ولا توجد حرارة في السطح اللامع ، ومن هنا جاء اسم "مصدر الضوء البارد" لمصباح UV LED. بخار الزئبق يأتي من الأمام من خلال العاكس والأشعة تحت الحمراء. هذا هو السبب في أن مصادر ضوء LED UV تحتاج عمومًا إلى تبريد الهواء لتبديد الحرارة. تحتاج مصادر إضاءة LED UV عالية الطاقة أيضًا إلى أن تكون مجهزة بماء لتبديد الحرارة وفقًا لـ 70٪ من الطاقة الكهربائية لمصدر الضوء.

ما يمكن حقا تحقيق توفير الطاقة هو ذلك الأشعة فوق البنفسجية LED لعلاج الأشعة فوق البنفسجية يمكن استخدامها على الفور ، ويمكن تحقيق تشعيع دقيق من خلال التصميم البصري ، وتحسين خصائص كفاءة الإضاءة الفعالة ، وتحتاج هذه إلى تعاون في الكشف عن الأشعة تحت الحمراء والتحكم الذكي وما إلى ذلك ، بالنسبة لمعظم الشركات المصنعة لمعدات الأشعة فوق البنفسجية LED في السوق ، هناك ليست قوة كافية لتنفيذ هذا الجانب من البحث والتطوير.

النقطة الثالثة والأكثر أهمية هي حماية البيئة. التلوث البيئي لمصباح الزئبق له نقطتان أساسيتان:

1. إن طيف انبعاث مصباح الزئبق لديه ضوء فوق بنفسجي بعيد عن 200 نانومتر ، سوف ينتج الكثير من الأوزون (ذكرت العديد من ورش العمل أن مصباح الزئبق سيشعر برائحة ، وهذا هو السبب الجذري).

2. حياة مصابيح الزئبق قصيرة نسبيا ، فقط 800-1000 ساعة. لطالما كان التلوث الثانوي (تلوث الزئبق) الناجم عن مصابيح الزئبق المهجورة مشكلة صعبة الحل.

وأفيد أن هناك حاجة إلى محطتين لتوليد الطاقة المائية من الخوانق الثلاثة للتخلص من نفايات الزئبق كل عام ، والأسوأ من ذلك ، أنه لا توجد طريقة جيدة للتخلص التام من نفايات الزئبق. المصابيح فوق البنفسجية لا يوجد لديه مثل هذه المشكلة. منذ أن دخلت اتفاقية ميناماتا بشأن الزئبق حيز التنفيذ في الصين في 16 أغسطس 2017 ، أصبح إزالة الزئبق على جدول الأعمال.

على الرغم من أنه لوحظ في الاتفاقية أن مصابيح الفلورسنت الزئبقية للإنتاج الصناعي التي لا يوجد بديل لها حالياً غير مدرجة في قائمة القيود ، تجدر الإشارة أيضًا إلى أنه يجوز للأطراف طلب إضافة المنتجات ذات الصلة إلى قائمة القيود إذا البدائل المتاحة. لذلك ، فإن مصباح الزئبق القابل للعلاج بالأشعة فوق البنفسجية عندما يعتمد الإزالة الشاملة عليه تطوير الأشعة فوق البنفسجية LED في مجال العلاج بالأشعة فوق البنفسجية .

تشمل المزايا الأخرى للـ LED ما يلي: LED ذو طول موجي ضيق ، يمكنه تحقيق معالجة دقيقة (من ناحية ، يمكن تحقيق علاج محلي دقيق ، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد. من ناحية أخرى ، يمكن اختيار مشغلات مختلفة لتحقيق درجات مختلفة من علاج). مصدر ضوء LED UV هو هيكل حبة المصباح ، ويمكن تعديله وفقًا للحاجة إلى الطول والعرض وزاوية التشعيع ، وما إلى ذلك ، مما يجعله مصدر ضوء بقعة ، مصدر ضوء الخط ، مصدر ضوء السطح ، لتلبية متطلبات عملية تشعيع مختلفة.

مقارنة UV LED مع مصباح الزئبق التقليدي:

الأشعة فوق البنفسجية علاج مصدر الضوء للأشعة فوق البنفسجية معلمات المواد

الطول الموجي 365nm ، 395nm شدة الإشعاع للإضاءة (شدة الضوء ، كثافة الطاقة الضوئية): mw / cm ^ 2 إجمالي الطاقة: mj / cm ^ 2.

في عملية معالجة الضوء ، لا يمكن ترك المعلمات الرئيسية الثلاثة المذكورة أعلاه: الطول الموجي ، والشدة ، والطاقة الكلية ، يحدد طول الموجة ما إذا كان يمكن إلهام بادئ الضوء ، وكثافة الضوء تحدد كفاءة مشغل ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، وتؤثر مباشرة على الجدول الجاف (بلمرة الأكسدة) وتأثير علاج عميق ، في حين أن القوة الكلية تحدد ما إذا كان يمكن السماح للعلاج تماما.

أكبر ميزة للـ LED مقارنةً بمصباح الزئبق هي أن الـ LED مصمم وقابل للتعديل. ضمن قدرة LED نفسها ، يمكن ضبط الصيغة إلى أقصى حد وفقًا لمتطلبات المعالجة. في معدات المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية LED ، يتم توسيع قدرتها باستمرار على إيجاد نقطة التوازن. على مؤشر LED وحده ، يعتمد على صيغة الطلاء ، للعثور على أفضل علاج مطلوب لمصادر مصدر ضوء LED.

C.The التي ينبعث منها مبدأ الأشعة فوق البنفسجية LED وحالة التنمية للأشعة فوق البنفسجية الصمام رقاقة

وفقًا لمبدأ انتقال الإلكترون ، تعود إلكترونات ذرة من الحالة المثارة إلى الحالة الأرضية ، محررةً الطاقة في أطوال موجية مختلفة من الإشعاع (تنبعث منها موجات كهرمغنطيسية ذات طول موجي مختلف).

لذلك فإن أول طريقة لعمل شيء ينبعث منها ضوء الأشعة فوق البنفسجية هي البحث عن ذرة لها حالة إثارة إلكترونية تقع أسفل الحالة الأرضية في نطاق الأشعة فوق البنفسجية ، ومصباح الزئبق التقليدي الخاص بنا هو مصدر الأشعة فوق البنفسجية الأكثر استخدامًا على نطاق واسع.

والطريقة الثانية هي استخدام مبدأ انبعاث أشباه الموصلات للضوء (بعبارات بسيطة ، هو أشباه الموصلات التي ينبعث منها الضوء والجهد الأمامي ، من منطقة P إلى N في الثقوب ومن منطقة N في منطقة P الإلكترونية ، بالقرب من مفترق PN عدة ميكرومتر ، على التوالي ، وإعادة تركيب ثقب الإلكترونات ومنطقة PN ، إنتاج الفلورسنت الإشعاعي التلقائي) لجعل الفرقة الأشعة فوق البنفسجية من مصدر الضوء.

من المعروف أن فجوة الشريط المكونة من ثلاث إلى خمس مواد أشباه الموصلات في سلسلة نيتريد الغاليوم أو نيتريد غاليوم الإنديوم (InGaN) تقع بين أطوال الموجات الزرقاء والأشعة فوق البنفسجية.

من الناحية النظرية ، على الرغم من ذلك ، يمكن تحقيق أي طول موجي للضوء بواسطة نسبة المواد المضيئة. محدودة بشروط مختلفة ، أنواع رقائق الصمام الأشعة فوق البنفسجية لا تزال هذه المنتجات التي يتم إنتاجها تجاريًا محدودة للغاية في الوقت الحالي ، وتتركز رقائق الطاقة العالية التي يمكن تطبيقها تجاريًا بشكل أساسي في نطاق UVA الذي يصل إلى 365nm - 415nm. في العامين الماضيين ، أظهر UVB و UVC أيضًا اتجاهًا مزدهرًا ، لكنهما يقتصران بشكل أساسي على السوق الاستهلاكية المدنية للتطهير والتعقيم والتطبيقات الأخرى منخفضة الطاقة.

هناك عدة أسباب لذلك :

1. هيكل المواد البلورية يحدد الكفاءة المضيئة (كفاءة تحويل الصور الكهربائية). نظرًا لأن 365 - 405 نانومتر في الأشعة فوق البنفسجية يمكن أن تستخدم أيضًا نيتريد الغاليوم (GaN) ونيتروجين غاليوم الإنديوم العالي الإضاءة (InGaN). تعتمد هياكل UVB و UVC على مواد AlGaN منخفضة الانبعاثات ، بدلاً من نيتريد الغاليوم المعروف حاليًا ونيتريد غاليوم الإنديوم ، اللذين يمتصان الأشعة فوق البنفسجية تحت 365 نانومتر. نتيجة لذلك ، فإن الكفاءة المضيئة للأشعة فوق البنفسجية UVB و UVC منخفضة للغاية. إذا أخذنا رقاقة LG 278nm كمثال ، فإن كفاءة التحويل الكهروضوئي بالكامل لا تتجاوز 2٪.

2. وفقًا لمبدأ الحفاظ على الطاقة ، فإن 2٪ من كفاءة تحويل الصور الإلكترونية تعني أن 98٪ من الكهرباء يتم تحويلها إلى حرارة ، وأن عمر الخدمة والكفاءة المضيئة لشرائح LED تتناسب عكسياً مع درجة الحرارة. مثل هذا الناتج الحرارة العالية يتطلب متطلبات عالية لتبديد الحرارة. وفقًا لطريقة تبديد الحرارة الحالية ، من المستحيل تحقيق تبديد الحرارة الفعال لرقائق UVB و UVC عالية الطاقة.

3. من أجل حماية رقاقة LED ، يجب أن تكون مغلفة رقاقة ، ضوء LED شاملة لكل الاتجاهات ، تحتاج إلى إضافة عدسة لتركيز الضوء. بالإضافة إلى زجاج الكوارتز ، تحتوي معظم المواد على نفاذية ضوئية منخفضة للغاية للأشعة فوق البنفسجية. أقصر طول الموجة ، وانخفاض النفاذية. بهذه الطريقة ، عندما تكون الكفاءة المضيئة منخفضة بالفعل ، سيتم امتصاص جزء كبير من الضوء بواسطة العدسة.

4.Current UVB ورقائق UVC هي أيضا بلورة تفاعلية لأفران الفرن تعتمد على UVA. بالإضافة إلى عيوب المواد نفسها ، هناك أيضًا مشكلات مثل عدم تطابق الركيزة ومعامل التمدد الحراري للبلورات ، مما يؤدي إلى انخفاض غلة البلورات وتكلفة عالية.

على العموم ، نظرًا لأن UBV و UVC تتمتعان بكفاءة إضاءة منخفضة وتكلفة عالية ومتطلبات أعلى لتبديد حرارة النظام ، فمن الصعب تحقيقه صناعيًا مصادر طاقة UVB و UVC عالية الطاقة قبل طفرة أكثر أهمية في التكنولوجيا.

بحث وتطوير نظام مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية

رقاقة LED ليست سوى جزء مهم من مصدر ضوء LED ، ونحن نفعل البحث والتطوير لمصدر ضوء LED ، والحاجة إلى إجراء البحوث المنهجية ككل. بالإضافة إلى الطول الموجي للـ LED ، فإنه يشمل أيضًا سلسلة من تقنيات التغليف والتصميم البصري ونظام التبريد ونظام الإمداد بالطاقة ونظام التحكم الذكي وما إلى ذلك.

في الوقت الحاضر ، هناك أربعة هياكل تغليف رئيسية لرقائق LED ، وهي الهيكل الرسمي ، وهيكل الوجه ، والهيكل العمودي ، والهيكل العمودي ثلاثي الأبعاد. في الوقت الحاضر ، تعتمد رقائق LED العادية هيكلًا رسميًا من الركيزة ، وهو بسيط في البنية وناضج في تكنولوجيا التصنيع. ومع ذلك ، بسبب التوصيل الحراري الضعيف للياقوت ، بالكاد يمكن نقل الحرارة الناتجة عن الشريحة إلى المشتت الحراري ، والذي يقتصر في تطبيق الصمام الثنائي الباعث للضوء UV عالي الطاقة لطباعة UV.

تغليف ورق الوجه هو أحد اتجاهات التطوير الحالية. مقارنة بالهيكل الرسمي ، لا تحتاج الحرارة إلى المرور عبر طبقة الياقوت للرقاقة ، ولكن مباشرة إلى الركيزة السيليكونية أو الخزفية ذات الموصلية الحرارية العالية ، ثم إلى البيئة الخارجية عبر القاعدة المعدنية. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن بنية الوجه لا تحتاج إلى سلك ذهبي خارجي ، يمكن أن تكون الكثافة المدمجة للرقاقة عالية جدًا ، مما يحسن الطاقة الضوئية لكل وحدة مساحة. ومع ذلك ، فإن كلا من هيكل الوجه والهيكل الرسمي لهما نفس العيب ، أي أن أقطاب LED P و N على نفس الجانب من LED ، ويجب أن يتدفق التيار عبر طبقة n-GaN بشكل جانبي ، مما يؤدي إلى احتقان التيار وارتفاع قيمة السعرات الحرارية المحلية ، مما يحد من الحد العلوي للقيادة الحالية.

يتم إنتاج رقاقة الضوء الأزرق ذات الهيكل العمودي على أساس التجميع الرسمي. هذا النوع من الرقائق هو ربط الرقاقة مع الركيزة التقليدية من الياقوت رأسًا على عقب على الركيزة السيليكونية أو الركيزة المعدنية مع التوصيل الحراري الجيد ، ثم تقشر ركيزة الياقوت بالليزر. تعمل رقاقة هذا الركيزة على حل مشكلة عنق الزجاجة لتبديد الحرارة ، لكن العملية معقدة ، خاصة عملية تحويل الركيزة صعبة المنال ، والعائد منخفض. ومع ذلك ، مع تطور التكنولوجيا ، أصبحت التغليف العمودي UV LED أكثر نضجًا.

الآن اقترح هيكل عمودي ثلاثي الأبعاد جديد. بالمقارنة مع رقاقة LED ذات الهيكل العمودي ، فإن الميزة الرئيسية لشريحة LED ذات الهيكل العمودي ثلاثي الأبعاد هي عدم الحاجة إلى سلك ذهبي ، مما يجعل حزمة أرق ، وتأثير تبديد أفضل للحرارة وأسهل لإدخال تيار قيادة أكبر. ومع ذلك ، لا يزال هناك العديد من المشاكل التي يتعين حلها في تطبيق الهيكل الرأسي ثلاثي الأبعاد.

نظرًا لأن الكفاءة في الإضاءة LED للأشعة فوق البنفسجية تكون عمومًا أقل من إضاءة LED ، من أجل تحقيق كفاءة إضاءة أعلى ، يتم تحديد تغليف الهيكل العمودي بشكل عام.

نظرًا لأن التلألؤ الضوئي LED متعدد الاتجاهات ، في حالة كفاءة الإضاءة المنخفضة ، هناك حاجة أيضًا إلى تصميم بصري علمي ومعقول ، مثل كأس العاكس ، والعدسة الأولية ، والعدسة الثانوية ، وما إلى ذلك ، لتحقيق كفاءة إضاءة أعلى فعالية (كفاءة الإضاءة للإضاءة الإيجابية ). بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن معدل التوهين بالضوء فوق البنفسجي أعلى في الوسط ، لذلك في اختيار مواد العدسة والتقييمات المتعددة (زجاج الكوارتز ، والزجاج عالي البورسليكات ، والزجاج المقسى ، إلخ) ، حاول اختيار المادة ذات نفاذية عالية من الأشعة فوق البنفسجية (مثل وكذلك لتجنب ضوء شفط المواد تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية لفترة طويلة وارتفاع درجة الحرارة).

كما ذكرنا سابقًا ، وفقًا لمبدأ الحفاظ على الطاقة ، عند تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة خفيفة ، يتم أيضًا تحويل جزء كبير منها إلى طاقة حرارية (شريط UVA ، الكهرباء: الضوء: الحرارة = 10: 3: 7). يرتبط عمر الخدمة الفعال لشريحة LED ارتباطًا وثيقًا بتوفير درجة الحرارة. في عملية معالجة الضوء ، من أجل توفير كثافة طاقة بصرية أعلى ، غالبا ما تحتاج إلى وضع رقائق عالية الطاقة للأشعة فوق البنفسجية لعلاج الأشعة فوق البنفسجية يتكامل هذا التبريد مع الكثافة العالية ، ويطرح طلبًا مرتفعًا ، وكيفية تحقيق تبديد الحرارة الفعال ، والتأكد من أن كل رقاقة LED في نطاق درجة حرارة معقولة ومتوازنة في القسم ، تتطلب أيضًا تصميمًا علميًا ومحاكاة كمبيوتر واختبارًا عمليًا.