最新一代UV LED技术的优势分析

尽管紫外线的潜在危害是日常生活中由于其引起的晒伤而引起的，但紫外线（UV）光谱在各种技术制造和工业加工领域中提供了许多有益效果。正如标准可见波长LED已经影响了当今的照明，标牌和显示器市场一样，因此紫外LED的先进部署现在为各种应用提供了广泛的优势，特别是在技术和工业市场。

最近的一些技术进步正在将UV LED市场细分提升到产品创新和性能的新水平。因此，设计工程师越来越注意到，与替代技术相比，新兴的UV LED技术可以显着节省成本，能源和空间。

Lumex销售和营销总监Richard Halliday表示，最新一代UV LED技术的优势意味着该市场预计将迅速增长：他预计未来五年的复合年增长率预计为31％ 。

YoleDéveloppement的研究证实了这种快速增长的速度。到2016年，紫外线LED预计占紫外线灯市场总量的约28％。由于其紧凑性，低拥有成本和环保成分，紫外线LED将继续取代现有应用中的传统紫外线灯，但也将创建新的应用程序，特别是便携式的Yole预计，到2016年，UV LED市场将从2011年的3250万美元增长到每年1.5亿美元以上。

紫外光谱包括100 nm和400 nm之间的所有电磁辐射波长，通常分为三个不同的子范围：315-400 nm的UV-A（也称为“长波紫外线”）; UV-B在280-315nm之间（“中波”）;和UV-C，其为100-280nm（“短波”）。

2011年至2016年间，紫外线LED市场预计将增长5倍，而传统紫外线灯市场将仅增长1.5倍。 2011年，LED继续主要在UV-A/B光谱中出售（特别是在上波长，365至400nm之间）。在研发应用之外，超过90％的UV LED市场都受到UV固化，假冒检测以及需要UV-A/B源的医疗和仪器应用的覆盖。

2011年，UV-C LED主要用于研发和科学仪器。然而，预计2012年将出现第一个基于UV LED的净化系统的商业化。 UV-A（400-315 nm）业务目前是市场中最大的部分，并且至少在未来5年内仍将如此，在2010年占据90％的份额，2016年预计占85％。

图1：UV LED技术适用于各种医疗设备应用，包括牙齿增亮和腔体填充技术（UV-A）和牙刷以及医疗器械灭菌设备（UV-C）。 （来源：Lumex）

固化和涂层

牙科固化仪器和假冒检测是UV LED技术相对较早的应用，但性能，成本和耐用性的好处，再加上最近的使用寿命增长，都是领先的将UV LED集成到快速增长的应用中。

紫外线固化涂料可以涂在印刷在纸上的油墨上，并通过紫外线照射进行干燥。 UV涂料可以使用高达100％的固体配制，因此它们没有挥发性成分，有助于污染，并产生极其反光和光滑的最终结果²。这种高固体含量还允许涂层以极薄的薄膜涂覆。 UV涂料可配制成各种光泽范围，可应用于大多数传统工业涂料应用以及丝网印刷。

波长范围应用230 - 400 nm光学传感器和仪器230 - 280 nm UV ID验证，条形码240 - 280 nm表面积和水的灭菌250 - 405 nm法医和体液检测和分析270 - 300 nm蛋白质分析，药物发现300 - 320 nm医疗光疗法300 - 365 nm聚合物和油墨印刷375 - 395 nm伪造检测390 - 410 nm表面/化妆品灭菌

图2：当今UV LED应用和相应波长的一些示例。

环境影响

与其他技术相比，UV LED具有几项重要的环境效益。与常见的前代技术 - 冷压缩荧光灯（CCFL）相比，UV LED需要高达70％的能耗降低。此外，UV LED符合RoHS标准，不含CCFL技术中常见的有毒汞。因此，它们可以减少能源消耗和浪费，消除使用和最终处置危险材料的需要。

与具有相同光学输出的CCFL相比，UV LED的尺寸更小，更耐用。此外，UV LED更耐振动和冲击，从而减少产品破损并减少浪费和维护费用。

在过去十年左右的时间里，UV LED技术一直受到一个问题的挑战 - 前几代产品的运行寿命不足。尽管紫外线技术有很多优点，但由于紫外线很容易破坏旧型LED环氧树脂，因此紫外线LED技术的使用速度明显减慢，从而将紫外线LED的使用寿命缩短至5，000小时以下。

最近，制造商采用硬化或抗紫外线环氧树脂封装，使用寿命长达10，000小时。然而，对于许多其他合适的应用来说，这个数字仍然不足。由于环氧树脂分解不稳定而且不是线性的，这一缺点常常变得更加复杂，即使在产品的使用寿命期间也可能导致性能不佳。

图3：下一代UV LED技术，例如Lumex的QuasarBrite UV LED，可提供长寿命，紧密光束角，均匀光束模式，增强的耐用性以及高达50％的成本节省。 （来源：Lumex）。

最新进展

2010-2011，出现了一项解决这些工程挑战的新技术。例如，在Lumex的新QuasarBrite UV LED技术中，环氧树脂镜片被替换为坚固的TO-46封装和玻璃镜头，使封装设备的有效运行时间至少比以前的技术长十倍，从而提供了典型的技术。寿命超过50，000小时。

Lumex表示，随着这一重大工程难题的解决，以及与特定波长的芯片稳定性相关的其他问题，UV LED技术现已成为越来越多应用的有吸引力的选择。

Lumex的Richard Halliday说，UV LED技术的下一个主要挑战将出现在效率领域。对于许多应用，例如医疗光疗法，水消毒和波长短于365 nm的聚合物固化，UV LED的输出功率通常仅为输入功率的百分之五到八。在385nm及以上，效率逐渐提高，但仅提高到约15％。随着新兴技术的发展应对这些效率挑战，预计更多的应用将采用UV LED。

与替代技术相比，UV LED还具有显着的性能优势。例如，它们可以提供更紧密的光束角度和更均匀的光束模式。由于UV LED固有的光学效率的挑战，大多数设计工程师正在寻找特定的光束角度，以最大化目标区域的输出。对于普通的紫外灯，工程师必须依靠用足够的光照射该区域来尝试实现均匀性和强度的正确组合。然而，使用UV LED时，它们的透镜可以实现更严格的发射角度，从而可以将大部分UV LED的输出直接聚焦在需要的位置。为了匹配这种性能，竞争对手的技术需要额外的成本和空间要求的二次镜头。

紧凑的光束角度和均匀的光束模式相结合，无需二次透镜，降低能耗，增强耐用性，与CCFL技术相比，UV LED可节省高达50％的成本。

以应用为中心从成本和性能的角度来看，为特定应用设计UV LED解决方案往往比将标准技术适应特定应用更为实用。在许多情况下，UV LED用于阵列中，其中光束模式和光强度一致性对整个阵列至关重要。

图4：UV LED技术有几种取证应用，包括指纹识别和体液检测和分析。 （来源：Lumex）

通过让UV LED供应商专门为应用提供集成阵列，可以减少整体物料清单（BOM）以及供应商数量，并且阵列可以在将特定应用发布给设计工程师之前进行测试。这通过减少交易来降低工程和采购部门的总体成本，提供量身定制的高效解决方案，以满足最终应用的需求。

Lumex的Halliday评论说，最好考虑一家能够为特定应用提供经济高效，定制设计的UV LED解决方案的供应商。 “例如，拥有数十年PCB设计，定制光学，光线跟踪和成型经验的供应商合作伙伴将能够为最具成本效益和目标明确的解决方案提供多种选择，”他说。

总之，最近对UV LED技术的技术改进解决了模具稳定问题，并大大延长了使用寿命 - 高达50，000小时的使用寿命。这些发展与其增强的耐用性，缺乏有害物质，降低能耗，紧凑尺寸，质量性能，成本节约和经济高效的定制选项相结合，使UV LED成为快速增长的市场，行业和应用列表的有吸引力的替代品。预计会有进一步的改进 - 尤其是在效率方面 - 导致UV LED的采用速度更快。

寿命，成本效益

2011年7月，Lumex宣布扩展其QuasarBrite UV系列LED技术，将三种额外波长作为标准配置，以及“定制”UV LED阵列的可用性。 Lumex表示，其QuasarBrite UV LED的使用寿命延长了十倍，成本节省高达50％，能耗降低了70％。

符合RoHS标准的QuasarBrite UV LED可提供标准的355 nm，365 nm和377 nm波长，采用通孔格式。它们非常适用于以下应用：安全（货币，护照和其他旅行证件的伪造检测）;法医学（如体液分析）;并作为空气和水净化器应用的光催化剂。

“以前，紫外线LED技术的广泛使用，特别是在较短的紫外波长下，受到阻碍，因为环氧树脂LED镜片中使用的材料使紫外线LED的使用寿命缩短到不到5，000小时，”Kay Fernandez解释说，产品技术Lumex经理。 “最近的技术发展使得环氧树脂镜片可以用坚固的TO-46封装和玻璃镜片取代，使QuasarBrite UVs的寿命延长十倍，寿命超过50，000小时。”

In除了提高寿命外，与CCFL等替代技术相比，这些UV LED具有几个关键优势。 QuasarBrite UV LED提供均匀的光束模式。为了匹配这种性能，CCFL将需要二次透镜，从而导致额外的成本和空间投资。此外，Lumex的UV LED不使用CCFL技术中的有害汞材料，并且在设计上更耐用，从而显着降低了维护成本。 Lumex的UV LED的能耗比CCFL低70％。与CCFL相比，这些因素相结合可节省50％的成本。

“由于UV LED提供了诸如CCFL等替代技术的显着成本和性能优势，因此全球对UV LED技术的需求急剧增长，”Fernandez解释道。 “Lumex现在提供总共六种标准UV波长（355，365，377，385，405和415 nm）以及几乎无限数量的定制选项，以满足这个不断增长的市场的需求。”

最新355 nm，365 nm和377 nm QuasarBrite UV LED具有80°视角，工作温度范围为-40°C至100°C。这些设备的样品现货供应，可以通过访问Digi-Key网站订购。标准和定制生产的交付周期为18-20周。