Ультрафиолетовые светодиоды для засветки фоторезиста.

ЛЕД-приборы активно вытесняют традиционные источники освещения. Преимущества светодиодов настолько велики, что большинство пользователей целиком заменили светильники в своих домах, офисах или иных помещениях. увеличенный срок службы, низкое энергопотребление и широкий выбор оттенка свечения сделали ЛЕД приборы наиболее предпочтительными среди всех альтернативных вариантов.

Несколько меньшее распространение получили ультрафиолетовые светодиоды. Они используются только в составе специального оборудования, применяемого в медицине, криминалистике, банковском деле и прочих областях. Область излучения этих устройств находится ниже видимого спектра, поэтому в конструкции обычных светодиодных ламп они практически не используются. Рассмотрим особенности и параметры ультрафиолетовых диодов внимательнее.

Принцип действия УФ-светодиодов

Ультрафиолетовое излучение занимает промежуточное положение между видимым спектром обычного света и рентгеновским излучением. Оно занимает диапазон длин волны от 10 до 400 нм. Принцип действия UV диодов аналогичен обычным LED светодиодам, но для создания излучения на коротких волнах используются другие материалы и присадки:

• нитрид галлия; 
• нитрид алюминия;
• нитрид бора;
• нитрид индия;
• арсенид алюминия галлия.

Существующие конструкции способны излучать в диапазоне от 100 до 400 нм, в т.н. «ближней области УФ диапазона». Источником является кристалл с p-n переходом, в котором происходит рекомбинация электронов и образование фотонов. Область излучения зависит от материала, использованного при изготовлении данного типа светодиода. Наибольшее распространение получили устройства с максимальной длиной волны — 365-400 нм, они сравнительно дешевы и просты в изготовлении.

Технические характеристики

Рассмотрим параметры ультрафиолетовых светодиодов:

• срок службы — до 50000 часов;
• напряжение питания — 3-4 В;
• длина волны — 100-400 нм;
• диапазон температур, при которых возможна эксплуатация — от -20° до +100°;
• рабочий ток — 20 мА (для слабых диодов), 350-700 мА (для мощных приборов).

Читайте также  Формула и пример расчета ограничительного резистора для светодиода

Параметры питания ультрафиолетовых светодиодов практически не отличаются от значений обычных приборов, что позволяет использовать для них стандартные источники постоянного тока.

Варианты исполнения

Ультрафиолетовые диоды изготавливаются в нескольких видах:

• в корпусе обычного индикаторного устройства (маломощные элементы);
• в корпусах «эмиттер» делают более мощные экземпляры;
• другие корпуса типа SMD.

Многие производители делят свою продукцию на три категории, различающиеся длиной излучаемой волны:

• A. Диапазон составляет 365-415 нм;
• B. 280-365 нм;
• C. 200-280 нм.

Интересно! Чем мощнее прибор, тем больше для него требуется радиатор. УФ светодиоды три четверти потребляемой энергии рассеивают в виде тепла, поэтому необходима эффективная система охлаждения. Помимо радиаторов используют воздушные потоки, созданные естественным образом или с помощью охлаждающих вентиляторов.

Лучшие производители

В списке производителей УФ светодиодов присутствуют практически все ведущие фирмы, но признанными лидерами в этом направлении считаются японские и китайские компании. Такое преобладание возникло потому, что производство ультрафиолетовых диодов тесно связано с разработкой и исследованиями, а ведущие лаборатории и институты сосредоточены именно в этих странах. Среди известных изготовителей УФ приборов можно назвать:

1. Honglitronic. Китайская компания, выпускающая диоды типа UVC G6060 с длиной волны 275-285 нм. Они отличаются высокой надежностью и длительным сроком службы;
2. Lumileds. Компания, основанная холдингом Hewlett Packard и Philips. Разработкой этой фирмы явился Luxeon UV U1 LED, излучающий в диапазоне 380-420 нм. Выпускается в микрокорпусе, обладает увеличенной мощностью по сравнению с прежними моделями;
3. Nikkiso Co. Ltd. Японская компания, создавшая первые светодиоды, способные генерировать излучение в диапазоне 255-350 нм. Это приборы серии Deep-UV. За создание технологии разработчики были удостоены Нобелевской премии в 2014 году.

Приведенный список нельзя назвать исчерпывающим. Разработки и производство ультрафиолетовых светодиодов ведутся во многих странах, так как подобные устройства становятся все более востребованными в разных областях техники, медицины и других направление деятельности человека.

Читайте также  Особенности и технические характеристики светодиодов АЛ307

Применение

Сферы применения УФ светодиодов довольно разнообразны:

• медицина;
• проверка подлинности денег или документов;
• криминалистика;
• промышленные и технологические установки;
• УФ принтеры;
• Устройства для отверждения специальных материалов.

В качестве примера можно привести т.н. световую пломбу, которую используют в современной стоматологии. Она состоит из композита, отверждение которого происходит по действием ультрафиолетового излучения определенной величины. Кроме этого, широко распространены принтеры, краска которых засыхает при помощи специальных УФ ламп, размещенных внутри корпуса. Существует большое количество специальных клеевых или лакокрасочных составов, сушка которых происходит под ультрафиолетовым излучателями. Частным случаем такого использования являются маникюрные УФ лампы для сушки лака.

Важно! Высоко ценится способность ультрафиолета уничтожать болезнетворные и вредоносные бактерии. Существуют специальные приборы для стерилизации, обеззараживания воды. Популярные кварцевые лампы понемногу уступают место УФ излучателям с той же длиной волны 205-315 нм.

В криминалистике используется свойство некоторых составов светиться в УФ излучении. Такими материалами метят купюры дли изобличения взяточников. Также подобными приборами пользуются для обнаружения следов крови на различных предметах, одежде, обивке мебели.

Основные выводы

Ультрафиолетовые светодиоды используются в специальных технических устройствах, выполняющих разные задачи:

• медицинские;
• технологические;
• контрольные.

Разработка и производство УФ-светодиодов находятся в активной стадии. Постоянно возникают новые устройства, где подобные элементы выполняют те или иные функции. Снижение стоимости и отработка технологии изготовления способствуют распространению ультрафиолетовых светодиодов, возникновению новых методик применения. Свое мнение об УФ приборах излагайте в комментариях. 

В то время как обычные светодиоды повсеместно приходят на смену лампам накаливания, ультрафиолетовые светодиоды активно завоевывают те ниши, где не так давно использовались люминесцентные и газоразрядные УФ-лампы: медицину, косметологию, очистные сооружения для воды, судебно-медицинские кабинеты и так далее.

Принцип действия УФ-светодиодов

Ультрафиолетовое излучение — невидимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральный диапазон между видимым и рентгеновским излучениями, ниже видимого спектра. Принцип действия УФ-светодиодов принципиально не отличается от обычных светоизлучающих светодиодов (излучение возникает под воздействием постоянного тока), однако для их создания используют определенные присадки, например, арсенид галлия алюминия, а также нитрид галлия, алюминия, индия. При этом готовые светодиоды имеют спектр излучения от 100 до 400 нм (так называемая «ближняя область УФ-диапазона»), где длина волны зависит от материала полупроводника.

Технические характеристики

Срок службы УФ-светодиода может достигать 50 тыс. часов, температура эксплуатации – от минус 20 до плюс 100 градусов Цельсия.

Номинальные рабочие токи — от 20 мА (для маломощных диодов), 350 и 700 мА и больше (для более мощных). Использование стандартных токов позволяет применять обычные источники питания при изготовлении и монтаже ультрафиолетовых световых приборов.

Варианты исполнения

При малой мощности УФ-светодиоды могут быть выполнены в стандартных корпусах индикаторных светодиодов.

Диоды большей мощности выпускаются в корпусах типа «эмиттер» или других стандартных корпусах.

Обязательным условием для корпуса является хорошая система охлаждения, вплоть до использования вибрирующих мембран или мини-вентиляторов, так как ультрафиолетовые светодиоды лишь четвертую часть получаемой энергии трансформируют в свет, а остальные три – в тепло. Перегрев любого светодиода, в том числе, ультрафиолетового, негативно сказывается на его работе и приводит к выходу диода из строя.

Также поверхность светового прибора, на который крепится светодиод или светодиодный модуль, не должна иметь металлической основы. Такая основа негативно влияет на коэффициент излучения, снижая КПД работы.

Применение УФ-светодиодов

Как уже было сказано выше, ультрафиолетовые светодиоды используются в тех же областях, где ранее применялись УФ-лампы, но в отличие от ламп, диоды имеют меньшие размеры и потребляемую мощность, а также более длительный срок работы.

УФ-светодиоды применяются:

• В медицине. Например, в стоматологии зачастую используются пломбы, отвердевающие при воздействии ультрафиолета. Другая область медицинского применения – световая терапия. Физиопроцедуры с использованием УФ-излучения назначаются жителям Крайнего Севера (где наблюдается дефицит солнечного света), детям в период реабилитации после различных заболеваний, новорожденным при повышенных показателях билирубина в крови («желтуха новорожденных»).
• В промышленности. Существуют различные виды фоточувствительных веществ (в частности – клеев) и композитных составов, которые полимеризуются под воздействием УФ-лучей. Также данное излучение используется при производстве лекарственных препаратов.
• Для дезинфекции инструментов (в медицине, косметологии), воды (в отличие от хлора, обработка УФ-излучением не влияет на ее вкусовые качества и состав), воздуха в помещениях. Ультрафиолет эффективно убивает вредные для человека бактерии и вирусы.
• В криминалистике. Специальной краской, которая светится в ультрафиолетовых лучах, оставляют метки на купюрах, когда нужно доказать факт получения взятки. Также при помощи УФ-лучей криминалисты могут обнаружить следы крови и других биологических жидкостей на одежде подозреваемых или в помещении, где проходит обыск.
• В банковском деле. Специальные счетные машины могут одновременно подсчитывать количество купюр и проверять их подлинность.
• В косметологии. Например, в УФ-соляриях и лампах для сушки ногтей, а также при проведении различных процедур.
• Для выращивания растений. Ультрафиолет значительно ускоряет производство полифенолов в листовых овощах, делая их более полезными для человека без применения специальных препаратов.

УФ- лампа для сушки ногтей

Также проводятся исследования, по результатам которых планируется применять ультрафиолет для профилактики и лечения онкологических заболеваний. Изучаются антимутагенные свойства УФ-лучей. Разрабатываются новые полимеры, свойства которых можно изменять в нужную сторону при помощи УФ-излучения.

Видео

Видео, в котором рассказывают про полезные свойства ультрафиолетовых лучей. Лечение простуды ультрафиолетом, действительно ли это помогает?

Можно предполагать, что в настоящее время люди используют лишь ограниченную часть возможностей ультрафиолета. А значит, технологии будут развиваться и дальше, делая УФ-диоды все более удобными, мощными и доступными по цене.

Ультрафиолетовые светодиоды и Ультрафиолетовое электромагнитное излучение, широко известное как УФ, в настоящее время используется во многих отраслях и приложениях. Новые Ультрафиолетовые светодиоды станут конкурентоспособной технологией, которая будет стимулировать новые и инновационные приложения. Ультрафиолетовые светодиоды имеют большой срок службы и более экологические, чем традиционные ртутные ультрафиолетовые лампы.

Область применения:

Особенности Низкое энергопотребление Низкие текущие требования Плотное допущение длин волн Долгая жизнь Экологически чистый

Понятие ультрафиолетовые светодиоды

Ультрафиолетовые светодиоды за последние несколько лет достигли огромного роста. Это не только результат технологических достижений в производстве твердотельных УФ-устройств, но и все возрастающий спрос на экологически безопасные методы производства УФ-излучения, в котором в настоящее время доминируют ртутные лампы.

Нынешнее предложение ультрафиолетовых светодиодов на рынке оптоэлектроники состоит из продукта от 265 до 420 нм с различными стилями упаковки, включая сквозное отверстие, поверхностное крепление и COB (чип-борт). Существует множество уникальных приложений для УФ-излучателей; однако каждый из них сильно зависит от длины волны и выходной мощности. В общем, ультрафиолетовый свет от светодиодов можно разделить на 3 общие области. Они классифицируются как УФ-А, УФ-В и УФ-С.

Понятие ультрафиолетовые светодиоды и меры предосторожности 

Применения «Верхние» устройства типа UVA доступны с конца 1990-х годов. Эти ультрафиолетовые светодиоды традиционно используются в таких приложениях, как обнаружение или проверка подделок (валюта, водительское удостоверение, документы и т. Д.) И судебная экспертиза (расследования на месте преступления), чтобы назвать некоторые из них. Требования к выходной мощности для этих приложений очень низкие, а фактические длины волн — в диапазоне 390 нм — 420 нм. В то время более низкие длины волн были недоступны для использования в производстве. В результате их долговечности на рынке и простоты изготовления светодиоды этого типа легко доступны из самых разных источников и наименее дорогостоящих из всех продуктов UV.

За последние несколько лет «средний» компонент светодиодных компонентов UVA показал наибольший рост. Большинство применений в этом диапазоне длин волн (приблизительно 350 нм — 390 нм) предназначены для УФ-отверждения как коммерческих, так и промышленных материалов, таких как клеи, покрытия и краски. Светодиоды обладают значительными преимуществами по сравнению с традиционными технологиями отверждения, такими как ртуть или флуоресцентные из-за повышенной эффективности, снижения стоимости владения и миниатюризации системы. Тенденция к использованию светодиодов для отверждения возрастает, поскольку цепочка поставок постоянно настаивает на принятии светодиодной технологии.

Хотя стоимость этого диапазона длин волн значительно выше, чем верхняя область UVA, быстрые успехи в производстве, а также увеличение объемов неуклонно снижают цены. «Нижний» UVA и «верхний» диапазоны UVB (приблизительно 300 нм — 350 нм) являются самым последним введением на рынок. Эти устройства предлагают возможность использования в различных приложениях, включая УФ-отверждение, биомедицинскую, ДНК-анализ и различные типы зондирования. Существует значительное перекрытие во всех 3 спектральных диапазонах ультрафиолетового излучения; поэтому необходимо учитывать не только то, что лучше всего подходит для приложения, но и то, что является наиболее экономичным решением, так как более низкая длина волны, как правило, выше, чем стоимость светодиодов.

«Нижний» UVB и «верхний» диапазоны UVC (приблизительно 250 нм — 300 нм) — это область, которая все еще очень в зачаточном состоянии, однако есть большой энтузиазм и спрос на этот продукт в системах очистки воздуха и воды. В настоящее время существует только несколько компаний, способных производить УФ-светодиоды в этом диапазоне длин волн и даже меньшее количество, которые производят продукт с достаточными жизненными, надежными и эксплуатационными характеристиками. В результате затраты на устройства в диапазоне UVC / B все еще очень высоки и могут быть дорогостоящими в некоторых приложениях. Внедрение в 2012 году первой коммерческой системы дезинфекции на основе светодиодов UVC помогло продвинуть рынок вперед, где многие компании теперь серьезно подсматривают продукты на основе светодиодов.

Меры предосторожности с ультрафиолетовыми светодиодами

Общий вопрос, связанный с ультрафиолетовыми светодиодами, заключается в следующем: представляют ли они какие-либо риски для безопасности?

Как описано выше, существуют различные уровни УФ-излучения. Одним из наиболее часто используемых и знакомых источников для производства УФ-излучения является «черная лампочка». Этот продукт используется в течение десятилетий, чтобы произвести светящееся или флуоресцентное воздействие на определенные типы плакатов, а также для других применений, таких как аутентичность картин и валюты. Свет, создаваемый этими луковицами, обычно находится в «верхнем» спектре UVA, который ближе всего к длине волны к видимому диапазону с относительно низкой энергией. Эта часть спектра UVA является самым безопасным из трех различных спектров ультрафиолетового излучения, хотя высокая экспозиция связана с раком кожи у людей, а также с другими потенциальными проблемами, такими как ускорение старения кожи. Светодиоды (в отличие от стандартных ламп накаливания или люминесцентных ламп) также имеют высокую направленность с очень узкими углами обзора. Взгляд непосредственно на УФ-светодиод может быть вреден для глаз. Лучше всего ограничивать воздействие продукта, производящего UVA.

UVC и большая часть спектра UVB света в основном используются для бактерицидных и стерилизационных целей. Свет, создаваемый на этих длинах волн, не только вреден для микроорганизмов, но и опасен для людей и других форм жизни, которые могут соприкасаться с ним. Эти светодиодные лампы всегда должны быть экранированы и никогда не должны быть видны невооруженным глазом, хотя может показаться, что свет или свет отсутствуют от устройства. Воздействие этих длин волн может вызвать рак кожи и временную или постоянную потерю зрения или ухудшение зрения.

Все УФ-устройства должны иметь предупреждающие надписи, аналогичные этикетке, показанной ниже (предоставляется Marktech Optoelectronics). Кроме того, перед покупкой светодиодов UVC или UVB многие производители требуют, чтобы каждый клиент подписывал документ, в котором они понимали и соглашались с мерами предосторожности в отношении использования и обработки этих продуктов.

Используемые источники:

• https://svetilnik.info/svetodiody/ultrafioletovye-svetodiody.html
• http://ledno.ru/svetodiody/ultrafioletovye-led.html
• https://lightru.pro/ultrafioletovye-svetodiody/