《電子技術(shù)應(yīng)用》
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【重磅】UV LED技術(shù)重大應(yīng)用領(lǐng)域匯總

2015-12-31

  相比于UV放電燈,,UV-LED具有眾多優(yōu)點:不含汞,,無環(huán)境污染,無健康風(fēng)險,;壽命長,;輻射衰減?。槐阌诳刂坪驼{(diào)節(jié)等,。因此UV-LED具有廣闊的應(yīng)用前景,,可用于固化、檢測,、醫(yī)療,、美容、殺菌,、消毒,、通信等眾多領(lǐng)域,。

  醫(yī)療(光療法)

  Inada等用紫外LED(365 nm)對Jurkat腫瘤細(xì)胞進(jìn)行了照射。通過比對,,用紫外LED和傳統(tǒng)光源系統(tǒng)照射后細(xì)胞凋亡和壞死的數(shù)量是近似一致的,。這證明,紫外LED具有作為光療用的全新光源的潛力和可能性,,可以替代系統(tǒng)笨重,、壽命短暫、能耗較大的傳統(tǒng)紫外熒光燈,。

  熒光檢測(生物檢測)

  針對熒光檢測中連續(xù)UV光激發(fā)難以提供周期性響應(yīng),、無法形成清晰的熒光分析圖像,且有機(jī)物的熒光強(qiáng)度隨曝光時間而衰減等問題,,Huang等人使用了一個可調(diào)脈沖控制模塊來實現(xiàn)有機(jī)染料BL-ORT的熒光測試,。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示,脈沖控制模塊的周期可調(diào)范圍為1~1 000 ms,,用來提高電源穩(wěn)定性以及光源輻射的均勻性,。LED模組采用了6個3W的405 nm UV-LED和6個3 W的375 nm UV-LED用于熒光檢測,并裝有3個白光LED來提供可見圖像的一般照明,。當(dāng)BL-ORT被周期30 ms的脈沖UV-LED光激發(fā)時,,可以獲得大部分的完整熒光數(shù)據(jù)。而且這種脈沖激發(fā)光源的能耗可降低至50%,。該系統(tǒng)可用于生化反應(yīng),、安保、工業(yè),、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的熒光檢測,。

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  污水處理(殺菌消毒)

  Chevremont等以廢水中的細(xì)菌和化學(xué)指標(biāo)來評估UV-A或UV-C LED及兩者結(jié)合對城市污水的處理效果。實驗監(jiān)測了城市污水中排泄物生物指標(biāo)的殘存率和肌酸酐和苯酚的氧化率,,結(jié)果表明,,與單獨使用一種UV-LED相比,結(jié)合使用UV-A和UV-C兩種LED能夠更有效地減少廢水中微生物的含量,,且可以氧化37%的肌酸酐和苯酚,,該結(jié)果堪比使用諸如TiO2等光催化劑的效果。這種方法能夠有效再生利用城市廢水,,對于很多水資源匱乏的國家而言具有重要的意義,。

  化合物降解(光降解)

  Roddick等研究了255 nm UV-LED與H2O2結(jié)合的間歇式反應(yīng)器對于處理高鹽的城市污水中的反滲透濃縮物的效果。以溶解有機(jī)碳(DOC)濃度,、顏色以及酸堿度(pH值)作為檢測指標(biāo),。研究結(jié)果表明,該反應(yīng)器能夠造成發(fā)色團(tuán)化學(xué)鍵斷裂并改變分子結(jié)構(gòu),,將高分子量的化合物降解為低分子量化合物,。凝結(jié)物導(dǎo)致DOC濃度,、顏色等指標(biāo)減小,而后續(xù)的UVC/H2O2處理造成這些參數(shù)進(jìn)一步降低,。這證明UV-LED在反滲透濃縮物降解處理領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景,。

  印刷光刻(光固化)

  紫外固化是目前UV-LED應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的主要方向之一。博林格林州立大學(xué)的研究組在2007年比較了UV-LED與傳統(tǒng)UV光源用于丙烯酸酯固化的效果,,研究了兩者的聚合速率以及生成的涂層性能,,證實了UV-LED可以替代傳統(tǒng)UV光源用于各種固化應(yīng)用領(lǐng)域。

  Huang等評估了在電路板印制過程中用高功率紫外LED替代傳統(tǒng)紫外燈的可能性,。該文介紹了兩種光模塊:第1種包含6個1 W的UV-LED,,排列成直徑為50 mm的環(huán)形;第2種包含12個3 W的LED,,焊接于一個直徑為100 mm的MC-PCB上,。兩種模塊都能發(fā)射峰值波長為400 nm的光譜。為了得到平行光源,,第1種光模塊使用了拋物線反射器,,使得光強(qiáng)增加了6~10倍并將光束角從140°減小到了30°。為了接近實際的過程,,只將紫外光源替換成UV-LED模塊,,自動化系統(tǒng)上的其他所有參數(shù)保持不變,在刻蝕完成后,,觀察圖案并用圖像測量軟件進(jìn)行測量,。根據(jù)PCB標(biāo)準(zhǔn),,只有相對誤差低于15%的樣品才能被接受,。結(jié)果顯示,紫外LED在PCB印刷中的使用具備可行性,。

  哈立法大學(xué)研究組開發(fā)了一個低成本的便攜式UV-LED光刻系統(tǒng),,采用172個主波長380 nm的InGaN UV-LED陣列封裝在3×3 in2的區(qū)域,如下圖所示,。系統(tǒng)的曝光時間和功率可以由電子控制器精確調(diào)控,,最小特征尺寸約為5 μm。與傳統(tǒng)接觸式光刻相比,,UV-LED光刻系統(tǒng)價格更低廉,,可以使用現(xiàn)有設(shè)備改建,且操作設(shè)備簡單,。UV-LED光刻降低了系統(tǒng)成本和復(fù)雜性,,可以作為大制程窗口微型結(jié)構(gòu)光刻的1種理想備選方案,非常適合微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical Systems,,MEMS),、微流體應(yīng)用等,。

  芯片性能

  近年來,UV-LED的芯片性能得到了快速提高,。

  NUV-LED的輻射效率已達(dá)到30%以上,,單顆LED的輻射功率已達(dá)到十幾瓦,并且在進(jìn)一步提高,。隨著封裝功率密度的提高以及系統(tǒng)設(shè)計的改進(jìn),,大功率NUV-LED有望真正實際應(yīng)用于各種紫外領(lǐng)域,成為傳統(tǒng)UV放電燈的補(bǔ)充和替代品,。在光固化行業(yè)可以實現(xiàn)大幅度節(jié)能,、提升涂層品質(zhì),具有極大的應(yīng)用前景,。

  DUV-LED受制備工藝技術(shù)的限制,,芯片效率較低,目前批量產(chǎn)品的輻射效率小于2%,。降低有源層位錯密度,、提高外量子效率是DUV-LED芯片研究的主要方向。

  UV-LED在醫(yī)療,、檢測,、殺菌、消毒,、降解,、光刻等領(lǐng)域的應(yīng)用效果已得到了驗證和改進(jìn)。


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