UVLED光源的開發(fā)思路_上海潤鑄電子科技有限公司
作者： 上海潤鑄
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發(fā)布日期： 2020-04-14 08:59
信息摘要：
經(jīng)常聽到做UVLED設(shè)備的同行在宣傳自家產(chǎn)品的時候，會說我的設(shè)備（光源）怎么怎么好，甚至比國外的產(chǎn)品都要好。但是縱觀整個UVLED行業(yè)，也沒有幾家能真正說得清楚怎么才算好這個問
經(jīng)常聽到做UVLED設(shè)備的同行在宣傳自家產(chǎn)品的時候，會說我的設(shè)備（光源）怎么怎么好，甚至比國外的產(chǎn)品都要好。但是縱觀整個UVLED行業(yè)，也沒有幾家能真正說得清楚“怎么才算好”這個問題。作為一個UVLED的從業(yè)者，我也從我的角度給大家做一個解讀，權(quán)作拋磚引玉之用。
我們常說，沒有比較就沒有傷害。我們在談?wù)撘粋€光源或者設(shè)備的好壞的時候，一定得先有一個評判的標準，兩個東西對比的時候，必須要基于同樣的條件，否則，這種對比沒有什么實際的意義。
我們經(jīng)常會聽到這樣的聲音，譬如說我的LED光源的光強可以做到每平方厘米幾萬毫瓦，或者說我的LED光源可以固化距離一米遠的UV膠水，又或者說我的LED光源的功率有多高等等，根據(jù)這樣的數(shù)據(jù)去評判LED光源的好壞，對還是不對呢？嚴格說來，這種說法是不全面的。
單從技術(shù)的角度去考量，能不能做到和怎么做到，是評價技術(shù)高低的一個簡單的標準。就像我們說半導(dǎo)體芯片，美國已經(jīng)可以量產(chǎn)7nm的芯片了，我們國家目前還只能做到28nm的芯片，所以可以說我們在半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域不如美國。關(guān)于怎么做到的問題，舉一個簡單的小學(xué)生的數(shù)學(xué)題例子，父親56歲，女兒16歲，請問多少年前父親的年齡是女兒的5倍？因為題目簡單，所以用窮舉法也是可以算出正確的答案的，但是我們也可以有另外一個辦法，父親比女兒大56-16=40歲，這個是不會變的，問題就變成了父親比女兒大40歲，女兒多少歲的時候，父親的年齡是女兒的5倍？題目就變成是40+A=5A的問題了，A=10,16-A=6，六年前父親的年齡是女兒的5倍（必須要考慮到小學(xué)生，還不會用方程，只能用簡單的加減乘除）。雖然都能做出來，但是誰的方法更好，這也是顯而易見的。
回到前面的問題，就是關(guān)于LED光源的好壞問題，當我們在宣傳“我們的產(chǎn)品好”的時候，其實潛臺詞都是“我們的產(chǎn)品比別人的好”，那么我們首先就要問一個問題，我們能實現(xiàn)的這些指標，高光強也好、遠照射距離也好，大功率也好，是否別人都做不到？我想答案應(yīng)該是否定的。說實話，以我們目前的UVLED技術(shù)水平，還達不到去比較這個能不能做到的問題，別的不說，我們現(xiàn)在用的都還是LG的芯片呢。
那就自動進入第二個問題，怎么做到？或許這才是我們目前真正能比較的技術(shù)能力范疇。關(guān)于怎么做出需要的LED光源，里面涉及到的專業(yè)內(nèi)容比較多，在之前的文章《UVLED光源技術(shù)的最新進展及其對產(chǎn)品性能的影響》中有過詳細的介紹，這里就不重復(fù)。這里重點講一下我們評價LED光源和設(shè)備的時候，重點要關(guān)注些什么東西。
第一，我想光電轉(zhuǎn)換效率是必須要關(guān)心的，我們天天說LED節(jié)能，那么我們評價一個LED光源的時候，我們首先要看它的額定電功率和輸出的有效光功率，光電轉(zhuǎn)換效率高的，自然就更好；
第二，我們要看光斑分布的均勻性，均勻性越好，說明光源的制造水平越高；
第三，要看散熱的效率和散熱的均勻性，因為散熱的好壞直接影響到光電轉(zhuǎn)換效率還是芯片的使用壽命；
第四，要看電源控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，除了芯片核心驅(qū)動電流的穩(wěn)定性以外，還要注意電控系統(tǒng)自身的可靠性，之前市場上就曾經(jīng)有因為電源控制系統(tǒng)溫度過高導(dǎo)致起火的事故發(fā)生。
以上是評價LED光源或者設(shè)備好壞的最基本的幾個指標。（必須聲明一點，這是從用戶也就是設(shè)備使用方的角度可以很直觀的進行考察的指標，具體到光源的設(shè)計和生產(chǎn)，不在討論范圍之內(nèi)。）可能大家會說光源的光衰和使用壽命更重要，但是這個需要時間去驗證，并不能直觀的去評判，而前面提到的幾點，正是決定光源光衰的大小和使用壽命長短的核心因素。其他的譬如智能控制系統(tǒng)，設(shè)備制造的精密程度等等，就不展開討論了。
其次，我們所探討的UVLED光源和設(shè)備是輻射固化的一個工具，脫離了應(yīng)用的需求去談?wù)撘粋€工具的好壞也無有是處。就像你開輛法拉利，在眉飛色舞的說它的流線型如何如何的漂亮，0-100km的加速時間只需要3秒多的時候，旁邊一位開牧馬人的跟你說“兄弟，咱們?nèi)ピ絺€野？”所以我們在探討各項性能指標的時候，更加重要的是我們需要搞清楚，我們需要什么樣的指標參數(shù)，然后怎么去實現(xiàn)。
我們必須要認識到一點，沒有完美的東西，任何東西都有其特點，有其能力的邊界，我們做應(yīng)用研究，最重要的是把有限的資源發(fā)揮最大的作用，認識到每個產(chǎn)品、每種技術(shù)的優(yōu)點缺點，根據(jù)我們實際應(yīng)用的具體需求，找出最合適、最可行的方案。
回到輻射固化上面，我們目前用UVLED固化，從UV材料的角度看，主要涉及到三個大的應(yīng)用領(lǐng)域的固化，涂料、油墨、膠粘劑（3D打印可以另開專題討論），UV涂料目前主要是在木器家具的涂裝上面應(yīng)用，UV油墨主要在絲印、膠印、噴繪等印刷行業(yè)應(yīng)用，UV膠粘劑涉及到電子、汽車等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用。每一個行業(yè)由于施工條件和應(yīng)用領(lǐng)域的不同，對施工時的材料性能要求也不同，對固化后的涂層的性能要求也不同，除了對材料配方的設(shè)計千變?nèi)f化以外，對固化用的LED光源的參數(shù)也是有所不同的。
在木器家具涂裝領(lǐng)域，有膩子、底漆、面漆，有透明涂料，有實色涂料，每道工序?qū)ζ崮さ男阅芤蟛灰粯樱瑢ED光源的波長、光強、總做功這三大要素的要求也就不一樣。底漆要求的是更好的打磨性，面漆要求的是更高的豐滿度和硬度，更好的耐磨、耐刮傷性能，所以底漆我們只需要單波長的光源，對光功率密度的要求也沒那么高，而面漆則最好是多波長組合（搭配不同的引發(fā)劑，抗氧阻聚，兼顧表干和實干），并且在同樣的總做功下需要更高的光功率密度。像透明涂料，可能我們的配方設(shè)計只需要365nm或者395nm波長的光源就可以實現(xiàn)固化，但是假如我們做白色涂料（填料為金紅石型鈦白粉），由于鈦白粉在365nm處有強吸收，這樣就容易導(dǎo)致厚涂層的深層固化不好，必須要搭配395nm的光源才能很好的固化。
而在油墨印刷行業(yè)，跟涂料涂裝又有很大的差異。油墨比涂料的色彩更加豐富鮮艷，油墨印刷比涂料涂裝的涂層厚度要小得多，油墨印刷比涂料涂裝要求的速度更快，油墨固化后的涂層更加注重的是附著力和柔韌性，而涂料固化后的涂層更加注重的是硬度和耐磨耐刮性。因為施工工藝和對漆膜性能要求的巨大差異，必然帶來配方設(shè)計的多樣化，同時也對光源的要求也各有不同。舉個簡單的例子，為什么在油墨印刷行業(yè)，用得最多的是385nm波長的LED光源？這里面的道理，很多做UV油墨研發(fā)的前輩都已經(jīng)用大量的實驗數(shù)據(jù)證明過了，主要是涉及到LED波長、光引發(fā)劑和顏料的透光窗口的問題。我記得中科院楊永源楊老師很早以前的一篇報告就已經(jīng)很系統(tǒng)的講過這個問題，大家有興趣的話可以自己去看相關(guān)的資料，這里就不細說了。
再談?wù)勀z粘劑的問題。簡單的舉個例子，按膠粘劑的使用環(huán)境，有分粘接后固化和固化后粘接兩種。兩種不同的應(yīng)用，對固化效果的要求各有千秋，倒過來的也就對LED光源有了不同的需求。這方面的差異，膠粘劑行業(yè)的研發(fā)人員應(yīng)該也深有體會。
另外，還補充一點，關(guān)于LED光源是COB方式更好還是燈珠方式最好的問題，我發(fā)現(xiàn)很多LED的同行在介紹自己的產(chǎn)品的優(yōu)點的時候，都會宣稱自己的是COB方式，這可能會給對LED的認識不那么深刻的UV同行帶來一些誤解，以為COB就是最好的。再次強調(diào)，沒有最好，只有最合適，這才是LED光源設(shè)計的正確思路。COB有COB的優(yōu)點，也有它的不足之處，燈珠有燈珠的長處，但是也有它的缺陷。前面說過，離開了應(yīng)用去談技術(shù)的好壞，沒有實際意義。在油墨印刷行業(yè)，COB可能是比較理想的方案，因為照射距離比較近，COB能夠提供近距離高光強高均勻性的光輸出，而當照射距離變長，COB方式不好進行二次光學(xué)設(shè)計的弊端就出來了；而在家具涂裝行業(yè)，燈珠的方案則更理想，因為家具涂裝要求在5-15cm的區(qū)間的光輸出有足夠高的光強和均勻性，但是在2cm距離以內(nèi)，燈珠方案的光斑均勻性又略有不足。并沒有一個方案可以適應(yīng)所有的應(yīng)用場合，所以我們更加需要的是方案的設(shè)計能力，而不是說有一套多么厲害的光源或者設(shè)備。
UVLED光源跟傳統(tǒng)的汞燈光源最大的不同是，汞燈的發(fā)射光譜和各波長的比例基本是固定的，只有功率大小的區(qū)別，而LED是配方型的，可以根據(jù)需要自由搭配組合，為精準固化提供了更多的選擇。當然，基于目前LED的技術(shù)發(fā)展情況，我們可以做的選擇還很有限，但是我相信在LED和UV的同行們的共同努力之下，前途是光明的，未來是美好的。
上海潤鑄電子科技有限公司是一家產(chǎn)品研發(fā)，銷售、服務(wù)為一體化的公司。
