Relatif nan poul vizib, poul UV yo se yon mache trankil nan sèlman $ 30 milyon dola, ankò zouti ki sot pase nan pouvwa radyan ak entansite yo te pèmèt deplasman nan lanp mèki-vapè nan aplikasyon ki gen ladan UV geri ak deteksyon kontrefè, rapò LAURA PETERS.
+ + + +
Atik sa a te pibliye nan mwa fevriye 2012 nan magazin poul.
Gade nan Table of Contents epi telechaje dosye PDF la nan nimewo konplè mwa fevriye 2012 la.
+ + + + +
Anba spectre vizib la se yon bann longèdonn ki rele iltravyolèt (UV). Sòti de 100 a 400 nm, radyasyon an ka efektivman itilize pou esterilize pwodui kosmetik, fè analiz legal, geri materyèl (figi 1) ak dezenfekte dlo, pami anpil lòt aplikasyon. Jodi a, menm jan se ka a ak poul nan spectre vizib la, poul UV yo ap sèlman kòmanse ranplase etabli sous yo UV nan yon etalaj tou mache divès.
. FIG 1 koukouy lè-refwadi UV-dirije sistèm geri ki baze sou (sous: Phoseon Teknoloji) ..
FIG. 1.
Mike Kon, direktè mondyal endistriyèl ak nouvo biznis pou Luminus Devices, ki baze nan Billerica, te di: "Konpare ak endistri ekleraj milti bilyon dola a, mache UV-dirije a se yon erè awondi nan anviwon $ 30 milyon, men li ap grandi rapidman." , MA.
Byen lwen, mache a geri UV ap jwi vag nan pi gran nan adopsyon UV-dirije akòz zouti nan relativman resan nan dansite flux nan bato UV-dirije pi lwen pase mak la 4W / cm2 nan longèdonn yo diferan bezwen pote UV-dirije geri nan pwodiksyon an. fasilite yo. "Pou la pwemye fwa, poul yo te rive nan dansite yo pouvwa ki fè UV poul konpetitif ak sous ki deja egziste," te di Uwe Thomas, manadjè jeneral nan eleman emeteur ak ki ap dirije Engin, yon founisè nan UV ak vizib poul ki baze nan Santa Clara, CA.
UV-A, B ak C.
Geri enplike nan kwa-polimerizasyon nan yon materyèl fotosansibl, ki kapab yon lank (enprime), adezif oswa kouch, epi li se sitou fèt nan 395 nm, 385 nm oswa 365 nm, longèdonn ki fè pati UV-A spectre (315 -400 nm). Yon lòt aplikasyon enpòtan UV-A se sistèm enspeksyon ki baze sou vizyon machin. Flach UV-ki ap dirije nan seri sa a yo te itilize yo detekte fo idantifikasyon ak lajan, epi yo ofri benefis nan itilize nan anviwònman ki byen limen, ki se difisil lè l sèvi avèk yon lanp mèki-vapè.
Nan spectre UV-B (280-315 nm), aplikasyon pou UV poul gen ladan geri, terapi limyè medikal, analiz legal ak dekouvèt dwòg. Li te estime pa rechèch sou mache fèm Yole Développement (Lyon, Lafrans) ki 90% nan UV ki ap dirije aplikasyon jodi a yo baze nan rejyon yo UV-A ak UV-B (figi 4). Yole te deklare ke li espere mache a pou poul UV yo grandi pa 30% chak ane soti nan $ 25 milyon dola nan 2010 a plis pase $ 100 milyon dola nan 2016. Figi 5 montre yon pwedi menm plis optimis nan Asosyasyon Devlopman Optoelektronik Endistri, Asosyasyon Optoelektronik Entènasyonal ak Consortium Endistri Fotonik Ewopeyen an.
FIG 2 Multi-mouri emeteur UV nan yon pake seramik (sous: ki ap dirije Engin) ...
FIG. 2.
Beyond aplikasyon sa yo, radyasyon UV-B se konnen yo gen pwopriyete sante benefisye ki gen ladan sentèz natirèl la nan vitamin D nan imen ki ekspoze a limyè solèy la. UV-B tou akselere pwodiksyon an nan polifenol nan sèten legim fèy tankou leti wouj. Polifenol yo kwè gen kalite antioksidan. "Anjeneral plant sa yo grandi nan sèr jodi a, ki entansyonèlman filtre pòsyon UV nan spectre an yo nan lòd yo maksimize kwasans plant yo. Enteresan, nou gen prèv ke lè plant sa yo ekspoze a UV-B poul yon ti tan anvan rekòt, kontni polifenol yo ranfòse san yo pa konpwomèt mas plant yo, "eksplike Cary Eskow, direktè mondyal poul avanse ak lumières pou Avnet Elektwonik Maketing nan Phoenix , AZ, ki distribye poul UV. Li kontinye "Sa a se yon metòd roman pou ogmante apèl la nan kèk manje san yo pa itilize pwodwi chimik yo. Polifenol tou te resevwa atansyon akòz pretandi yo antikansinojèn, antiproliferatif ak pwopriyete antimutagenic. "
Nan seri ki pi ba UV-C spectral (100-280 nm), aplikasyon prensipal yo ki ap dirije yo se esterilizasyon lè ak dlo ak yon seri de zouti analyse ki gen ladan sa yo ki fè mezi spèktroskopik ak fluoresans. Detektè chimik ak byolojik tou travay nan seri spectral sa a.
UV nan seri 250-275 nm esterilize dlo, lè ak sifas pa kraze-up ADN a ak RNA nan mikwo-òganis ak anpeche repwodiksyon yo. Espesyalman, yo kwè ke 275 nm se longèdonn ki pi efikas pou elimine patojèn tankou E-coli nan dlo. An reyalite, enjenyè nan Sensor Electronic Technology Inc. (SETi), ki baze nan Columbia, SC, te detèmine ke 275 nm se longèdonn pi gwo pou dezenfeksyon dlo. SETi te demontre dezenfeksyon nan dlo pou bwè nan yon sistèm koule-a-liy lè l sèvi avèk mwens pase 40 mW nan pouvwa UV.
Altènativ a lanp arc mèki
Nan operasyon pwodiksyon geri, lanp mèki-vapè yo anpeche pa tout lavi kout (2000-10,000 èdtan), ralanti fwa chofe ak fre-desann, ak lajè distribisyon pouvwa spectral. "Anplis de sa, plis pase 60% nan enèji a ki aplike nan yon lanp tipik mèki-vapè emi tounen soti kòm enèji enfrawouj, nan lòt mo, chalè," te di Eskow. Li te ajoute ke pwodiksyon UV nan yon lanp vapè mèki desann rapidman sou lavi operasyonèl li yo paske kèk nan materyèl elektwòd li yo vaporize, depoze yon fim sou andedan tib la kwatz ki UV a pa ka rantre Kòm yon rezilta, itilizatè a pa ka fasilman predi kantite UV ki te pwodwi nan yon moman pita;. souvan sa a se yon paramèt pwosesis kritik.
FIG. 3. UV-C poul pou aplikasyon pou jèrmisid, ki soti nan Crystal IS, Inc te konpayi an dènyèman rann pa Japon ki baze sou Asahi Kasel.
FIG. 3.
Lanp lan mèki gen yon pik prensipal nan 365 nm men plizyè pi piti pik nan rejyon vizib ak enfrawouj (figi 7). Yon inconvénient nan tèt sa yo etranje se jenerasyon an nan chalè pandan enprime ak lòt operasyon geri. "Avèk plastik ak lòt materyèl chalè-sansib, te gen defi reyèl nan enprime paske mwayen an vin defòme nan chalè a nan lanp lan mèki," eksplike Steve Metcalf, CEO ak prezidan Air Motion Systems (AMS), yon Maker nan geri. sistèm ki baze nan River Falls, WI. Li te bay egzanp ki gen ladan kat kado plastik oswa kat kredi, ki itilize fèy-enprime litografik enprime.
Metcalf te ajoute ke anpil moun ki pa ta konsidere UV geri paske yo te konpleksite nan pwosesis geri estanda - vòltaj la segondè, chalè nan anpoul mèki ak pwoblèm anviwònman an - pral kounye a konsidere UV-dirije geri paske li sibvèrt traka tradisyonèl yo nan pwosesis la fin vye granmoun .
Dirije UV pote benefis sa yo tankou konnen jisteman ki nivo pouvwa ke yo te delivre nan mwayen geri a, osi byen ke lòt avantaj poul yo li te ye pou, tankou kapasite nan batman kè-lajè-modile pwodiksyon an, deklare Eskow.
Tranzisyon an pou poul UV tou louvri pòt la nan formulations geri plis zanmitay anviwònman an. Avèk jenerasyon kap vini an pwodwi ki lank, kouch ak adezif konpayi yo te devlope, yo te itilize opòtinite pou faz-soti temèt konpoze òganik (VOCs) ki asosye ak fòmilasyon yo sòlvan ki baze nan famasi sot pase yo.
Geri optimize
Pou aparèy ki pi long longèdonn UV yo, nan yon fason ki sanble ak fabwikasyon ble ki ap dirije, epilayer InGaN ki baze sou yo grandi sou substrats safi yo pwodwi 385, 395 ak 405 nm poul poul pou geri. Yon avantaj kle nan aparèy ki pi wo-longèdonn se yo ke yo ka kondwi nan pi wo pouvwa. "395 nm se reyèlman plas la dous pou geri UV dirije, paske nan 405 nm fòmilasyon a se sansib a limyè anbyen, kidonk, ou vle yo dwe jis anba a 400 pandan ke yo te kapab kondwi poul yo nan gwo pouvwa," te di Lim. Tout founisè yo pi gwo nan fòmilasyon geri (photoinitiators ak rezin), dènyèman te pote pi wo-longèdonn lank ak penti nan mache a ranpli bezwen sa a.
FIG. 4. Pifò aplikasyon yo nan pati UV-A ak UV-B nan spectre an.
FIG. 4.
Anplis de sa nan pwodwi plis pouvwa, ki pi wo-longèdonn UV poul yo prezante pi wo efikasite miray-ploge. Pou egzanp, nan 365 nm, pouvwa a pwodiksyon nan yon ki ap dirije UV se sèlman 5-8% nan pouvwa a opinyon. Nan 385 nm, efikasite sa a amelyore, men sèlman a ~ 15%, ki fè chip la pi wo-longèdonn chwa ki pi bon.
Pwosesis geri mande pou gwo, gwo pouvwa poul (miltip mouri / chip) ranje nan yon matris sere nan yon konfigirasyon chip-sou-tablo, fèmen nan fenèt la emeteur ak swa yon lè-oswa dlo-refwadi sistèm entèn yo retire chalè nan la dèyè tablo a. "Li pa gen pwoblèm sa entansite UV la se nan fenèt la emeteur, sa ki enpòtan se entansite a nan sifas la nan medya yo," te di Metcalf. Tou depan de ekipman an ak aplikasyon pou geri, medya yo ka 1 a 100 mm soti nan fenèt la emeteur, pou ki AMS te pwodwi optik espesyal. Anplis de sa, yon PCB metal ki refwadi yo itilize pou koule chalè a lwen matris la nan poul.
Refwadisman lè yo itilize tou. Pou egzanp, sistèm nan geri yo montre nan figi 1, ki te gen yon fenèt emeteur nan 150 x 20 mm ak dansite flux nan 4W / cm ², yo ka itilize pou tach lank geri, penti oswa adhésifs. Jodi a, UV-dirije ekipman geri souvan fèt espesyalman pou anfòm aplikasyon an. Metcalf dekri gwo enprimant banyè plat-kabann kòm ke yo te kapab sèvi ak ki pi ba-pouvwa poul, men pi wo vitès dijital, konpanse ak teknoloji flexographic mande pou bank byen-espas nan gwo-flux-dansite dans. Menm si radyasyon an pa vizib, optik kolimasyon yo itilize pou delivre radyasyon an ak yon nivo pouvwa inifòm atravè medya sib yo. Geri dijital ankr te segman nan premye yo adopte UV poul akòz distans la egzije fèmen nan medya yo pou tèt yo ekri an lèt detache parfètman fè. Sa a te yon anfòm natirèl pou lanp UV-dirije kòm entansite a geri ki pi wo nan fenèt la emeteur.
FIG. 5. UV-dirije istwa mache ak pwedi.
FIG. 5.
Stacy Volk, espesyalis nan kominikasyon maketing nan Phoseon Teknoloji nan Hillboro, OSWA, yon Maker nan UV-dirije sistèm geri, vize deyò kèk nan avantaj adisyonèl ki asosye ak UV-dirije geri gen ladan yon entansite geri kontwole, ekipman évolutive, ak lefèt ke machin yo pi piti ak kontra enfòmèl ant.
Youn nan pwoblèm endistri a geri te fè fas a te enkonsistans nan pratik mezi ak definisyon paramèt, pou egzanp, defini entansite radyometrik. Asosyasyon UV dirije geri a (www.uvledcuring.org) te fòme dènyèman pa geri manifaktirè Phoseon Teknoloji, Entegrasyon Teknoloji limite ak dinamik lumèn nan "mete direktiv epi asire konpatibilite atravè endistri a," te deklare Bill Cortelyou, Prezidan ak Direktè Jeneral Phoseon Teknoloji. . Asosyasyon an tou ap chèche ede devlopman vitès nan aplikasyon espesyalman adapte UV poul, edike chèchè, entegre ak itilizatè fen konsènan benefis ki genyen nan poul UV, epi yo bay yon fowòm pou kominikasyon endistri ak kolaborasyon.
Allan Firhoj, Prezidan ak Direktè Jeneral Lumen Dinamik ki baze nan Ontario, Kanada, di: "Nan 15 ane eksperyans nou yo nan teknoloji geri ki ap dirije, endistri a reyalize gwo pwogrè ki te pwouve poul kòm yon altènatif solid ki bay benefis sibstansyèl." Li te ajoute, "Asosyasyon an UV dirije geri yo pral enstrimantal nan ede mache a jwenn konesans ak insight sou UV ki ap dirije teknoloji ak anpil benefis komèsyal li yo."
Yon dezyèm asosyasyon, Entènasyonal ki ap dirije-UV Asosyasyon an (www.leduv.org), te fòme nan mwa septanm nan 2011 nan Japon yo òganize mizisyen nan UV-dirije enprimant, UV-dirije manifaktirè yo ak lank ak kouch fòmilatè ki angaje nan devlope dirab ak zanmitay anviwònman an teknoloji enprime UV-dirije.
Chip manifaktirè yo
Konpayi ki fabrike bato UV-dirije gen ladan Crystal IS, ki baze nan Green Island, NY (figi 3) ;. Dowa Elektwonik Materyèl Co Ltd, ki baze nan Tokyo, Japon ;. Nichia Corp, ki baze nan Tokushima, Japon ;. SemiLEDs, ki baze nan Hsinchu, Taiwan; .. SETi, ak Seoul Optodevice Co Ltd, ki baze nan Kyunggi-fè, Kore di, yon sipòtè nèt posede nan Seoul Semiconductor.
FIG. 6. SETi a UVClean ki ap dirije ranje delivre trè wo pouvwa gwo twou san fon-UV limyè nan 300-320 nm, seri a pi gwo pou fototerapi.
FIG. 6.
Manifaktirè UV ki ap dirije yo konsantre sou toujou amelyore efikasite ak tout lavi nan aparèy yo pandan y ap diminye pri. Seoul Optodevice gen yon akò patenarya fabrikasyon ak SETi, ki fabrique yon pakèt domèn UV poul ak lanp, ak fè tout bagay soti nan pwosesis wafer nan konsepsyon lanp koutim. Konpayi a bay emeteur UV nan pake metal-vè ki gen hermetic-sele (TO-18, TO-39 ak TO-3), ak pwodwi estanda ak solisyon koutim spanning ranje a longèdonn soti nan 240 a 355 nm. Figi 6 montre egzanp ranje UV -LED nan lanp ki fèt pou delivre radyasyon nan seri 300-320 nm pou aplikasyon pou fototerapi tankou tretman kondisyon po tankou psoriasis oswa ekzema.
Tim Bettles, direktè maketing ak lavant nan SETi deklare ke akò fabrikasyon li yo ak Seoul Optodevice ki fèt ede SETi kondwi volim li yo nan poul UV ak lanp pi wo pandan y ap kondwi desann depans yo. "Premye pwodwi UV-dirije nou yo te lanse an 2004 e depi lè sa a, nou te vini yon fason lontan nan tou de devlopman teknoloji ak adopsyon mache. "Nou kounye a angrenaj kapasite SETi a pou gwo volim fabrikasyon pou founi a nouvo demand ki soti nan mache konsomatè endikap yo," te di Bettles. SETi dènyèman te anonse achte yon nouvo etablisman, kote li plan pou fabrike plis pase 100 milyon poul UV chak ane.
Devin Tang, manadjè maketing nan SemiLEDs deklare ke konpayi an gen yon liy konplè nan zo fè ak sifas-mòn gwo pouvwa dirije pake nan seri a 360-400-nm. Li te note ke pwodwi konpayi an yo diferansye de lòt moun ki gen rapò ak substrats kwiv-alyaj bato yo, ki pèmèt segondè konduktiviti tèmik (400 W / mK) ak Silisyòm substrats nan pakè yo, ki diminye pri.
Epigap Optronic, ki baze nan Bèlen, Almay, distribitè prensipal pou poul UV Dowa a, deklare ke Dowa fabrike 265, 280, 310, 325 ak 340 nm zo vid oswa pake poul. Nichia fabrike 365, 375 ak 385 nm sifas-mòn ki gen gwo pouvwa poul ak lanp ki ba-pouvwa. Crystal IS fabrique 260 nm poul poul e se sèl konpayi ki pwodwi poul sou substrats AlN.
Wafer-pwosesis pwoblèm
Jan sa te endike deja, epilayers nan InGaN ak GaN, grandi pa MOCVD, yo te itilize pou pi wo-longèdonn UV poul fabrike sou substrats safi, men nan longèdonn pi ba yo, epilayers nan AlGaN ak ogmante kontni aliminyòm yo dwe itilize. Gen anpil konpozisyon diferan ki enplike kouch AlGaN, AlInGaN, AlInN ak AlN epilayers, men kèlkeswa sa ki konpozisyon an, li vin pi fasil yo grandi materyèl AlGaN ki baze sou substrats AlN pase safi nan kèk pwen, ki te ankouraje devlopman nan founisè AlN-substra tankou Hexatech, ki baze nan Morrosville, NC. Sepandan, substrats AlN yo disponib sèlman nan ti gwosè epi yo rete pi chè pase gato safi, kidonk limite mache sa a.
FIG. 7. pwodiksyon spectral nan yon lanp mèki-vapè nan rejyon UV ak vizib.
FIG. 7.
Dènyèman, Theodore Moustakas nan Inivèsite Boston te pyonye itilize MBE (epitaksik molekilè gwo bout bwa) yo grandi pi efikas (segondè efikasite pwopòsyon entèn) UV ki ap dirije aparèy lè l sèvi avèk AIGaN ki baze sou kouch sou substrats safi. Apwòch sa a ta fè konpetisyon ak divès kalite teknik MOCVD yo itilize pou depoze AlGaN jodi a.
Optik ak anbalaj
Menm si manifaktirè UV ki ap dirije yo te travay di pou amelyore efikasite pwopòsyon entèn ak efikasite optik, efikasite an jeneral rete anba a 20%, sa vle di yon gwo zafè chalè dwe disparèt nan junction dyòd la. "Pou reyalize dansite yo mande yo ak teknoloji chip jodi a, emeteur yo milti-mouri bezwen kondwi nan aktyèl la pi wo. Sa a se posib sèlman ak yon pake ki ap dirije ki kapab manyen dansite pouvwa ekstrèm pou lavi sa a ki nan pwodwi a. Yon pake tèrmikman matche ak estrès-gratis ak lantiy vè ede elimine mòd echèk anbalaj komen ki asosye ak poul UV, "te di Thomas. Li te dekri patante milti-kouch substrate seramik ki ap dirije Engin a ak rezistans ba anpil tèmik ki byen vit fè chalè soti nan junction a mouri (figi 2).
Pandan ke gen kèk ranje ki ap dirije UV ki pake sou substrats seramik, anpil manifaktirè, patikilyèman nan aparèy sèl-chip, sèvi ak TO-ka tape nan-twou pakè ak yon tèt an vè ki ofri transmisyon segondè nan UV. Ranplasman nan lantiy epoksidik ak plat oswa bòl ki gen fòm vè ki kapab transmisyon UV se yon devlopman relativman nouvo, ak yon sèl ki te pèmèt yon ekstansyon pou tout lavi soti nan alantou 5000 èdtan jiska kòm yon wo 30,000 èdtan. UV akselere degradasyon nan materyèl la epoksidik nan yon fason ki pa lineyè, dirèkteman afekte tout lavi. Lantiy yo vè bay durability amelyore ak fyab amelyore. Yon lòt altènativ se konbine yon lantiy vè ak enkapsulan silikone pou akomode menm pi wo dansite flux ak pi wo efikasite ankò pi kout pou tout lavi (15,000-20,000 hr).
Chwa a nan si wi ou non yo sèvi ak hermetic sele nan pake a pafwa detèmine pa materyèl yo nan chip la. "Yon substra aliminyòm-nitrur prèske dikte itilize nan yon pake hermetic, paske pi wo a kontni an aliminyòm, ki pi wo afinite nan aparèy la pou oksijèn, se konsa yon sele hermetic ap pwoteje aparèy la UV pi byen," eksplike Frank Gindele, manadjè devlopman pwodwi pou Schott elektwonik anbalaj nan Landshut, Almay. Nouvo kwiv-yo ak vè ki baze sou pake a soti nan Schott ofri avantaj ki genyen nan segondè konduktiviti tèmik ak hermeticity.
Danje nan UV
Li enpòtan yo rekonèt ke kèk nan kalite yo menm ki fè UV poul trè pwisan ak itil - longèdonn ki ba yo ak enèji segondè -. Èske tou kalite ki fè yo danjere Etikèt yo avètisman sou UV poul ak pwodwi yo yo klè, men pote anyen:. UV-LEDs emèt radyasyon iltravyolèt envizib lè yo nan operasyon, ki ka danjere nan je oswa po, menm pou peryòd kout (Pou plis enfòmasyon sou sekirite fotobyolojik, gade seri atik nou yo, Pati 3 nan ki parèt sou p.63 nan pwoblèm sa a .)
Pwochen etap yo
Lè yo mande yo idantifye pwoblèm nan kle ki ta ka kenbe itilizatè UV soti nan chanje sou soti nan mèki-vapè sous UV poul, anpil patisipan nan endistri di ke li vini desann nan kraze momantòm endistri ki deja egziste ak, nan kou, pri. Lim panse ke yon awondi soti nan dosye a longèdonn ta ale yon fason lontan nan direksyon adopsyon. "Mwen panse ke si nou ka jwenn bon 250-nm, 285-nm ak 300-nm poul, sa yo twa longèdonn, Lè sa a, nou ka bèl anpil fèmen pòt la sou lanp mèki arc."
