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十千瓦级大功率紫外LED光固化系统特点及性能优势

导读: 为了满足工业应用领域对千瓦以上功率的紫外光源的需求,我们开发了一种高效导热散热的LED 封装结构。该封装结构采用氮化铝板作为导热绝缘板,并用铜板制作电极,实现了功率密度50~500 W cm-2 的紫外LED封装模块,奠定了大功率紫外LED 光固化系统的技术基础。

  紫外光固化是一种公认的环保节能的固化技术,它是利用紫外线(UV)照射有机涂层,使其产生辐射聚合、辐射交联和辐射接技等反应,最终变为固态的化学过程。该反应速度快、不需要额外加热源、反应物不含或仅含微量有机溶剂、反应中也基本不产生挥发性有机化合物(VOC) 排放。固化后的有机涂层性能优异,耐腐蚀、耐磨损、强度高、抗冲击。因此,光固化技术在光固化涂料、光固化油墨、光固化胶粘剂、光刻胶、激光三维成像、三维造型等行业得到广泛应用。

  发光二极管(LED) 凭借效率高、体积小、寿命长、可靠性高等优点,快速进入各种可见光照明和紫外辐照应用领域。随着紫外LED 芯片辐射效率的提升和价格的下降,紫外LED光源开拓了365 nm 以上UVA 波段的应用领域,正在逐步替代汞灯等传统紫外气体放电光源。

  为了满足工业应用领域对千瓦以上功率的紫外光源的需求,我们开发了一种高效导热散热的LED 封装结构。该封装结构采用氮化铝板作为导热绝缘板,并用铜板制作电极,实现了功率密度50~500 W cm-2 的紫外LED封装模块,奠定了大功率紫外LED 光固化系统的技术基础。

  如图所示的模块样品的实测结果表明,该封装结构的热学性能非常优越,在30°C 水冷散热条件下,功率密度为250 W cm-2时,模块的结温低于80°C,而辐射效率高达20% 以上。基于该模块结构的紫外LED 光源,光固化系统的总功率已实现30 kW 以上,已完全能够满足工业领域紫外光固化生产的要求。

  该大功率紫外LED 光固化系统具有众多性能优势:

  封装功率密度高。我们已实现的紫外LED 光源的最高封装功率密度为国际领先的500 W cm-2 ,已超过了绝大多数的汞灯等气体放电光源,满足所有光固化应用领域对紫外光源的功率要求。

  热学特性好。该紫外LED 光源封装的导热散热特性卓越,紫外LED芯片始终维持在较低的结温状态,确保了光源的良好的工作稳定性和超长的寿命。

  系统效率高。紫外LED 的光谱集中在中心波长附近,全部可用;单面出光,无反射器光损失,因此紫外LED 光固化系统的辐射效率可达20% 以上。

  可瞬时开关。即开即用,还可瞬时重启动,进一步节约能耗,并延长系统的使用寿命。

  出光表面无热效应。紫外LED出光表面没有热辐射,芯片热量通过背部的散热结构排出,避免了汞灯的高温表面带来的各种安全隐患。另外,由于紫外LED 不会对反应物造成红外加热效果,因此反应过程中可以使用热敏性的材料,扩大了紫外光固化技术的应用范围。

  无短波紫外伤害。光固化系统采用的紫外LED 芯片的中心波长在365nm 以上的UVA 区域,完全不含对皮肤有快速伤害的短波紫外。

  综上,大功率紫外LED 光固化系统具有极强的竞争力,逐步取代汞灯应用于各种涂料、树脂、油墨和胶黏剂的紫外光固化,为木地板、木器、各种材质的表面处理、显示器等电子设备的生产、印刷行业、包装行业等带来技术上的升级换代,具有极大的市场前景。

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