Halbleiter-Licht-Matrix™-Technologie

Übersicht

Seit 2002 leistet Phoseon Technology Pionierarbeit bei der Verwendung von LEDs für UV-Härtungsanwendungen mit einem 100% Fokus auf UV-LED-Härtungstechnologie. Die patentierte Halbleiter-Lichtmatrix (SLM)™ -Technologie von Phoseon kapselt LEDs, Arrays, Optik und Kühlung, um die UV-LED-Härtungsleistung zu maximieren. Jede dieser vier Komponenten ist streng in ein System eingearbeitet, das maximale UV-Energie und überragende Leistung bietet und gleichzeitig die langfristige Robustheit für anspruchsvolle Anwendungen erhöht.

Licht emittierende Dioden (LEDs)

Light Emitting Diodes (LEDs) sind Festkörperbauteile, die Licht erzeugen, wenn ein elektrischer Strom von der positiven (Anode) Seite des Schaltkreises zur negativen (Kathode) Seite fließt. Phoseon baut komplette Light Engines aus einzelnen Dioden auf, anstatt vorgefertigte LEDs zu verwenden. Dies ermöglicht es Phoseon, die Eigenschaften der einzelnen LEDs mit anderen Komponenten abzustimmen, um die gesamte UV-Energie zu maximieren.

Als Grundbaustein ist dies die erste Wahl, die ein Lieferant von UV-LED-Lampen treffen muss. Es ist eine kritische Wahl, die sich auf den Rest der Systemarchitektur und des Designs auswirkt. Einfach ausgedrückt ist eine LED ein Festkörperbauteil, das Licht erzeugt, wenn ein elektrischer Strom von der positiven (Anoden-) Seite des Schaltkreises zur negativen (Kathoden-) Seite fließen kann.

Nicht alle LEDs sind gleich aufgebaut und weisen die gleichen Eigenschaften auf. Lieferanten von UV-LED-Lampen müssen kritische Entscheidungen bezüglich der Qualität, des Typs, des Materials und der Form der LED für ihre Systeme treffen. Zu den wichtigsten LED-Eigenschaften, die von jedem UV-LED-Lampenlieferanten berücksichtigt werden, gehören Wellenlänge und UV-Leistung.

Wellenlänge: Die von einer LED emittierte Wellenlänge wird durch unterschiedliche Mengen an Dotierstoffen wie Aluminium-, Gallium- oder Indiumderivaten während der Herstellung der LED gesteuert. Als Faustregel gilt: Je kürzer die Wellenlänge, desto geringer ist die verfügbare UV-Spitzenleistung des Chips.

Der UV-LED-Lieferant muss die Kompromisse zwischen der Wellenlänge und der damit verbundenen Gesamtenergie mit der Aushärtungsrate abwägen. Die Chemie spielt bei dieser Diskussion eine wichtige Rolle. Einige Anwendungen erfordern aufgrund ihrer spezifischen Chemie eine bestimmte Wellenlänge. Bei vielen Anwendungen hat jedoch eine kleine Verschiebung der Peak-Wellenlänge keine Auswirkung, da die Absorption des UV-Lichts durch den Photoinitiator, der die Reaktion in Gang setzt, einen breiten Absorptionsbereich hat.

Die Leistung einer einzelnen UV-LED wird in Milliwatt (mW) bei einer Nenneingangsspannung und einem Nennstrom gemessen. Die UV-LED-Leistung hat sich in den letzten Jahren erheblich verbessert, wobei sich die Spezifikationen für LEDs verschiedener Hersteller deutlich verbessert haben. Diese Verbesserung zeigt, dass die LED-Hersteller die Leistung von UV-LEDs verbessert haben und weiter verbessern werden, was nur eine bessere Grundlage für die UV-LED-Härtungslampen bietet, die sie verwenden.

Arrays

Arrays sind eine Gruppierung oder Anhäufung von einzelnen LEDs. Die Anzahl, der Typ und die Größe der LEDs, die Form des Arrays und die Art der elektrischen Verbindung der LEDs haben alle Auswirkungen auf das Array. Die Array-Architektur von Phoseon ist sowohl auf das Produkt, ob luft- oder wassergekühlt, als auch auf die Zielanwendung abgestimmt, um die optimale Leistung und Zuverlässigkeit für den Systemhersteller zu gewährleisten.

Arrays sind der zweite Bereich, in dem Anbieter beginnen können, ihre Produktangebote zu differenzieren. Die Art und Weise, wie die LEDs kombiniert werden, die Anzahl und der Typ der gewählten LEDs, die Form des Arrays, die Methode der elektrischen Verbindung der LEDs und sogar die Größe der LEDs haben alle einen erheblichen Einfluss auf die Leistung des Systems. Wenn es richtig aufgebaut ist, kann es ein Hochleistungs-UV-LED-Array sein.

Die meisten Anwendungen erfordern UV-LED-Aushärtungssysteme, die aus mehr als einer LED oder einem LED-Array bestehen, um nicht nur den gewünschten Durchsatz zu erreichen, sondern auch die Anforderungen für Aushärtungsanwendungen zu erfüllen, bei denen die Medien 1-2 m breit sein können. Daher ist eine Schlüsselfrage, ob das LED-Array gleichmäßig skaliert werden kann. UV-LED-Härtungslampen können ein kontinuierliches, skalierbares Array haben, das für eine bessere Gleichmäßigkeit sorgt, oder ein diskretes Array-Paket, das skaliert werden kann, aber nicht die gleiche Gleichmäßigkeit der Leistung bietet.

Einige LED-Hersteller verkaufen ihre LEDs nur vorverpackt in Arrays oder Baugruppen, von denen sie glauben, dass sie die UV-Leistung maximieren. Lieferanten von UV-LED-Lampensystemen, die vorgefertigte Arrays kaufen, haben in der Regel einen Kompromiss zwischen einer schnelleren Markteinführung und weniger differenzierten Lampen gegenüber einer etwas längeren Markteinführung und einer Maximierung der UV-Leistung geschlossen. Dies ist ein Bereich, in dem sich die Anbieter von UV-LED-Lampen durch ihre Architektur und ihre technischen Fähigkeiten unterscheiden können, da zwei Anbieter die gleiche Charge von LEDs nehmen und sehr unterschiedliche Leistungen im Endprodukt erzielen können.

Optik

Nach der Auswahl einzelner Dioden und der Implementierung anwendungsspezifischer Arrays schichtet Phoseon dann optische Technologien auf, um die Energie auf das Substrat oder das auszuhärtende Material zu lenken. Dieser Einsatz von Optiken hat drei Vorteile: 1) er maximiert die Menge an UV-Energie, die auf das Material einwirkt, 2) er senkt die vom Array erzeugte Wärme und 3) er sorgt für anwendungsspezifisch fokussierte Energie.

Die UV-LED-Optik ist eines der wichtigsten Unterscheidungsmerkmale bei Lampen. Die Wissenschaft der optischen Verbesserung der LEDs zur Maximierung ihrer UV-Leistung ist der Schlüssel zur endgültigen Leistungsfähigkeit der Lampe. Basierend auf der Endanwendung muss der Optik-Ingenieur entscheiden, welche Form und welches Material die einzigartigen Eigenschaften der LED am besten nutzt. Als Nächstes müssen sie die Tatsache berücksichtigen, dass LEDs eine Art "Flutlicht" sind, im Gegensatz zu einer fokussierten Quecksilberlampe, bei der das Licht von einem Reflektor eingefangen und auf einen bestimmten Punkt, eine Brennweite, gerichtet wird.

Der Optik-Ingenieur ist gefordert, Methoden zu verwenden, die sicherstellen, dass die maximale Lichtmenge bei der gewünschten Bestrahlungsstärke durch das Fenster/Glas in Richtung des Materials "entweicht". Anbieter von LED-Lampen haben verschiedene, vertrauliche Methoden verwendet, um das UV-LED-Licht zu maximieren.

Während ein Endanwender oder OEM nicht unbedingt darauf achten sollte, wie die Optik in der UV-LED-Lampe beschaffen ist, sollte er wissen, ob der Lieferant die Möglichkeit hat, sein Design für seine speziellen Anwendungsanforderungen zu verbessern.

Kühlung

UV-LEDs halten mehr als 20.000 Stunden, wenn sie die richtigen Betriebstemperaturen einhalten. Da LEDs mehr Energie emittieren, erzeugen sie auch mehr Wärme, die verwaltet werden muss. Phoseon verwendet patentierte Wärmemanagementtechniken, die überschüssige Wärme aus dem System ableiten und gleichzeitig für eine gleichbleibende Betriebstemperatur sorgen, damit die Dioden über ihre gesamte Lebensdauer mit maximaler Leistung arbeiten können.

Die LED-Kühlung ist für UV-Lichtquellen sehr wichtig. Wie jeder Leser weiß, der einen Notebook-PC längere Zeit auf dem Schoß benutzt hat, ist das Nebenprodukt von Halbleitergeräten Wärme. UV-LEDs setzen etwa 15-25% der aufgenommenen elektrischen Energie in Licht um. Die restlichen 75-85% werden als Wärme übertragen; daher die Notwendigkeit, die LED-Arrays zu kühlen.

Derzeit werden UV-LED-Arrays entweder mit Luft oder Flüssigkeit gekühlt. Es ist wichtig zu beachten, dass je höher die Ausgangsleistung der LEDs ist, desto mehr Wärme wird erzeugt. Daher ist im Wettlauf um immer höhere Bestrahlungsstärken die Fähigkeit der Lieferanten, die Wärme zu kontrollieren und abzuführen, für den Aufbau zuverlässiger Systeme immer wichtiger geworden. Mit der Verbesserung der Qualität von LEDs und der Erhöhung der Bestrahlungsstärke steigt auch die Notwendigkeit, die Wärme abzuführen. OEMs und Endanwender wollen nicht mehr für die LED-Kühlung der Lichtquellen ausgeben.