UVLED

UVLED即紫外發(fā)光二極管，是LED的一種，波長(zhǎng)范圍為：10-400nm。

中文名：紫外發(fā)光二極管

外文名：UVLED

波長(zhǎng)范圍：10-400nm

常用波長(zhǎng)：365nm，385nm，395nm,405nm

使用壽命：約25000~30000小時(shí)

簡(jiǎn)介

UVLED即紫外發(fā)光二極管，是LED的一種，是按照一定的比例集成發(fā)光波長(zhǎng)為200nm至450nm的大功率

LED芯片形成峰值波長(zhǎng)為200nm至450nm波段中某個(gè)波長(zhǎng)的光源。

UVLED波長(zhǎng)范圍

UVA 波長(zhǎng)在 320-390nm ，又稱(chēng)為長(zhǎng)波黑斑效應(yīng)紫外線 。它有很強(qiáng)的穿透力，可以穿透大部分透明

的玻璃以及塑料。日光中含有的長(zhǎng)波紫外線 有超過(guò)98%能穿透臭氧層和云層到達(dá)地球表面，UVA可

以直達(dá) 肌膚的真皮層，破壞彈性纖維和膠原蛋白纖維，將我們的皮膚曬黑。360nm波長(zhǎng)的UVA紫外

線符合昆蟲(chóng)類(lèi)的趨光性反應(yīng)曲線，可制作誘蟲(chóng)燈。300-420nm波長(zhǎng)的UVA紫外線可透過(guò)完全截止可見(jiàn)

光的特殊著色玻璃燈管，僅輻射出以365nm為中心的近紫外光，可用于礦石鑒定、舞臺(tái)裝飾、驗(yàn)鈔

等場(chǎng)所。

UVB 波長(zhǎng)在 280-320nm，又稱(chēng)為中波紅斑效應(yīng)紫外線 。中等穿透力，它的波長(zhǎng)較短的部分會(huì)被透

明玻璃吸收，日光中含有的中波紫外線大部分被臭氧層所吸收，只有不足2%能到達(dá)地球表面，在夏

天和午后會(huì)特別強(qiáng)烈。UVB紫外線對(duì)人體具有紅斑作用，能促進(jìn)體內(nèi)礦物質(zhì)代謝和維生素D的形成，

但長(zhǎng)期或過(guò)量照射會(huì)令皮膚曬黑，并引起紅腫脫皮。紫外線保健燈、植物生長(zhǎng)燈發(fā)出的就是使用特

殊透紫玻璃（不透過(guò)254nm以下的光）和峰值在300nm附近的熒光粉制成。

UVC 波長(zhǎng)在 280nm 以下，又稱(chēng)為短波滅菌紫外線。它的穿透能力最弱，無(wú)法穿透大部分的透明玻

璃及塑料。日光中含有的短波紫外線幾乎被臭氧層完全吸收。短波紫外線對(duì)人體的傷害很大，短時(shí)

間照射即可灼傷皮膚，長(zhǎng)期或高強(qiáng)度照射還會(huì)造成皮膚癌。紫外線殺菌燈發(fā)出的就是UVC短波紫外

線。

UVD波段，波長(zhǎng)100～200nm，又稱(chēng)為真空紫外線。

UVV 波長(zhǎng)在 390nm 以上。

原理

1、UVLED發(fā)光機(jī)理：PN結(jié)的端電壓構(gòu)成一定勢(shì)壘，當(dāng)加正向偏置電壓時(shí)勢(shì)壘下降，P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)

載流子向?qū)Ψ綌U(kuò)散。由于電子遷移率比空穴遷移率大得多，所以會(huì)出現(xiàn)大量電子向P區(qū)擴(kuò)散，構(gòu)成

對(duì)P區(qū)少數(shù)載流子的注入。這些電子與價(jià)帶上的空穴復(fù)合，復(fù)合時(shí)得到的能量以光能的形式釋放出

去。這就是PN結(jié)發(fā)光的原理。

2、UVLED發(fā)光效率：一般稱(chēng)為組件的外部量子效率，其為組件的內(nèi)部量子效率與組件的取出效率的

乘積。所謂組件的內(nèi)部量子效率，其實(shí)就是組件本身的電光轉(zhuǎn)換效率，主要與組件本身的特性（如

組件材料的能帶、缺陷、雜質(zhì)）、組件的壘晶組成及結(jié)構(gòu)等相關(guān)。而組件的取出效率則指的是組件

內(nèi)部產(chǎn)生的光子，在經(jīng)過(guò)組件本身的吸收、折射、反射后，實(shí)際在組件外部可測(cè)量到的光子數(shù)目。

因此，關(guān)于取出效率的因素包括了組件材料本身的吸收、組件的幾何結(jié)構(gòu)、組件及封裝材料的折射

率差及組件結(jié)構(gòu)的散射特性等。而組件的內(nèi)部量子效率與組件的取出效率的乘積，就是整個(gè)組件的

發(fā)光效果，也就是組件的外部量子效率。早期組件發(fā)展集中在提高其內(nèi)部量子效率，主要方法是通

過(guò)提高壘晶的質(zhì)量及改變壘晶的結(jié)構(gòu)，使電能不易轉(zhuǎn)換成熱能，進(jìn)而間接提高UVLED的發(fā)光效率，

從而可獲得70%左右的理論內(nèi)部量子效率，但是這樣的內(nèi)部量子效率幾乎已經(jīng)接近理論上的極限。

在這樣的狀況下，光靠提高組件的內(nèi)部量子效率是不可能提高組件的總光量的，因此提高組件的取

出效率便成為重要的研究課題。現(xiàn)在的方法主要是：晶粒外型的改變——TIP結(jié)構(gòu)，表面粗化技術(shù)。

3、UVLED電氣特性：電流控制型器件，負(fù)載特性類(lèi)似PN結(jié)的UI曲線，正向?qū)妷旱臉O小變化會(huì)引

起正向電流的很大變化（指數(shù)級(jí)別），反向漏電流很小，有反向擊穿電壓。在實(shí)際使用中，應(yīng)選擇 

。UVLED正向電壓隨溫度升高而變小，具有負(fù)溫度系數(shù)。UVLED消耗功率 ，一部分轉(zhuǎn)化為光能，這

是我們需要的。剩下的就轉(zhuǎn)化為熱能，使結(jié)溫升高。散發(fā)的熱量（功率）可表示為 。

4、UVLED光學(xué)特性：UVLED提供的是半寬度很大的單色光，由于半導(dǎo)體的能隙隨溫度的上升而減小

，因此它所發(fā)射的峰值波長(zhǎng)隨溫度的上升而增長(zhǎng)，即光譜紅移，溫度系數(shù)為+2~3A/ 。UVLED發(fā)光亮

度L與正向電流。電流增大，發(fā)光亮度也近似增大。另外發(fā)光亮度也與環(huán)境溫度有關(guān)，環(huán)境溫度高

時(shí)，復(fù)合效率下降，發(fā)光強(qiáng)度減小。

5、UVLED熱學(xué)特性：小電流下，LED溫升不明顯。若環(huán)境溫度較高，UVLED的主波長(zhǎng)就會(huì)紅移，亮度

會(huì)下降，發(fā)光均勻性、一致性變差。尤其點(diǎn)陣、大顯示屏的溫升對(duì)LED的可靠性、穩(wěn)定性影響更為

顯著。所以散熱設(shè)計(jì)很關(guān)鍵。

6、UVLED壽命：UVLED的長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)光衰引起老化，尤其對(duì)大功率UVLED來(lái)說(shuō)，光衰問(wèn)題更加嚴(yán)重

。在衡量UVLED的壽命時(shí)，僅僅以燈的損壞來(lái)作為UVLED壽命的終點(diǎn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該以UVLED的

光衰減百分比來(lái)規(guī)定LED的壽命，比如35%，這樣更有意義。

7、大功率UVLED封裝：主要考慮散熱和出光。散熱方面，用銅基熱襯，再連接到鋁基散熱器上，晶

粒與熱襯之間以錫片焊作為連接，這種散熱方式效果較好，性?xún)r(jià)比較高。出光方面，采用芯片倒裝

技術(shù)，并在底面和側(cè)面增加反射面反射出浪費(fèi)的光能，這樣可以獲得更多的有消出光。

UVLED的特點(diǎn)

1.沒(méi)有溶劑-溫室效應(yīng)

2.有利于環(huán)境保護(hù)

3.工作埸地?zé)o污染

4.快速生產(chǎn)

5.室溫固化

6.產(chǎn)品有獨(dú)特性能

7.節(jié)省能源

8.易洗滌

9.節(jié)約空間

10.高光澤

11.廢料少

12.方法多樣性、適應(yīng)性、產(chǎn)品更換快

UVLED相比傳統(tǒng)汞燈的優(yōu)勢(shì)

2014年以來(lái)國(guó)內(nèi)大部分廠家依然用著傳統(tǒng)的紫外汞燈來(lái)進(jìn)行工作，但是，UV LED終將會(huì)代替汞燈，

因?yàn)樗膬?yōu)勢(shì)比傳統(tǒng)的汞燈大太多了！

1、超長(zhǎng)壽命：使用壽命是傳統(tǒng)汞燈式固化機(jī)的10倍以上，約25000~30000小時(shí)。

2、 冷光源、無(wú)熱輻射，被照品表面溫升低，解決光通訊、液晶生產(chǎn)中長(zhǎng)期存在的熱傷害問(wèn)題。特

別適合液晶封邊、薄膜印刷等要求溫升小的場(chǎng)合適用。

3、 發(fā)熱量小，可解決汞燈噴繪設(shè)備發(fā)熱量大、工作人員難以忍受的問(wèn)題。

4、 瞬間點(diǎn)亮，不需要預(yù)熱即刻達(dá)到100%功率紫外輸出。

5、 使用壽命不受開(kāi)閉次數(shù)影響。

6、 能量高，光輸出穩(wěn)定，照射均勻效果好，提高生產(chǎn)效率。

7、 可定制有效照射區(qū)域，長(zhǎng)度從20mm到1000mm。

8、 不含汞，也不會(huì)產(chǎn)生臭氧，是替代傳統(tǒng)光源技術(shù)的一種更安全、更環(huán)保的選擇。

9、能耗低，耗電量?jī)H為傳統(tǒng)汞燈式固化機(jī)的10%，能節(jié)約90%電量。

10、維護(hù)成本幾乎為零，采用UVLED固化設(shè)備每年至少節(jié)約10000元/臺(tái)的耗材費(fèi)。

目前UVLED最主要的應(yīng)用UV固化領(lǐng)域：

1、微電子行業(yè)UVLED光固化應(yīng)用

2、PCB行業(yè)UVLED光固化應(yīng)用

3、醫(yī)療器械UVLED光固化應(yīng)用

4、光學(xué)行業(yè)-ST-LED UV光固化應(yīng)用

5、光通信行業(yè)UVLED光固化應(yīng)用

6、科研及院所-ST-LED UV光固化應(yīng)用

7、印刷UV油墨固化

其他應(yīng)用

紫外線身份驗(yàn)證、條碼（230-280nm）

表面積水的殺菌（240-280nm）

鑒別和體液檢測(cè)和分析（250-405nm）

蛋白質(zhì)分析和藥物發(fā)明（270-300nm）

醫(yī)學(xué)光照療法（300-320nm）

高分子和油墨印刷（300-365nm）

辨?zhèn)危?75-395nm）

表面除菌/美容除菌（390-410nm）

植物生長(zhǎng)（275～320nm）等。

技術(shù)研究

國(guó)內(nèi)還對(duì)高出光效率、高可靠性紫外線LED 封裝和紫外線LED氧化鈦裝置的研發(fā)及其光催化降解次

甲基藍(lán)來(lái)處理有機(jī)污水進(jìn)行了深入研究。

國(guó)外，日亞化學(xué)工業(yè)已功開(kāi)發(fā)出發(fā)光波長(zhǎng)為365nm、發(fā)光功率為100mW的紫外發(fā)光二極管。2008年理

化學(xué)研究所和松下電工曾公布，采用GaN類(lèi)半導(dǎo)體的InAlGaN開(kāi)發(fā)出了發(fā)光中心波長(zhǎng)為282nm，光輸

出功率為10mW的深紫外線LED。波長(zhǎng)更短的深紫外線LED方面，NTT物性科學(xué)基礎(chǔ)研究所采用AlN材料

開(kāi)發(fā)出了發(fā)光中心波長(zhǎng)為210nm的深紫外線LED。基于LED的紫外光通信調(diào)制方式研究適宜采用PPM調(diào)

制方式。

最新技術(shù)發(fā)展正在將紫外線LED的部分市場(chǎng)擴(kuò)展到產(chǎn)品革新和性能的新高度。下一代紫外線LED技術(shù)

具有五個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)：

1、增加壽命

在2008年以前，紫外線LED的使用率明顯下降，這是因?yàn)樽贤饩€束容易分解LED的環(huán)氧樹(shù)脂，從而將

紫外線LED的壽命降低至不足5千個(gè)小時(shí)。 紫外線LED的下一代技術(shù)以“硬化”或“防紫外線”環(huán)氧

封裝為特征，盡管提供的壽命將達(dá)到1萬(wàn)個(gè)小時(shí)，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了大多數(shù)的應(yīng)用。 在過(guò)去的幾個(gè)

月里，新的技術(shù)解決了這個(gè)工程挑戰(zhàn)。例如：在Lumex的新QuasarBrite紫外線LED技術(shù)中（圖1），

使用了帶玻璃透鏡的TO-46結(jié)實(shí)封裝替換環(huán)氧樹(shù)脂透鏡，從而使其使用時(shí)間至少延長(zhǎng)十倍，達(dá)到5萬(wàn)

個(gè)小時(shí)。

2、效率

紫外線LED的輸出功率僅為輸入功率的5%-8%。當(dāng)波長(zhǎng)為385nm及以上時(shí)，紫外線LED的效率提高，但

也只有輸入功率的15%。隨著出現(xiàn)的技術(shù)在不斷地解決效率問(wèn)題，更多的應(yīng)用將開(kāi)始采用紫外線LED

技術(shù)。

3、環(huán)境效益

紫外線LED與熒光燈相比，紫外線LED的能量消耗低70%。此外，紫外線LED不含CCFL技術(shù)中常見(jiàn)的有

害物質(zhì)汞。由于紫外線LED具有防振和耐沖擊的作用，很少發(fā)生破損，從而減少了垃圾和費(fèi)用花費(fèi)。

4、性能

紫外線LED能提供較小的光束角和均勻的光束。由于紫外線LED不需要其他透鏡就能得到緊湊的光束

角和均勻的光束圖，具有較低的能量消耗并增加了耐用性，所以與CCFL技術(shù)相比，紫外線LED的使

用成本少了一半。

5、廣泛的用途

紫外線LED當(dāng)前的用途包括：光學(xué)傳感器和儀器（230-400nm）、紫外線身份驗(yàn)證、條碼（230-

280nm）、表面積水的殺菌（240-280nm）、鑒別和體液檢測(cè)和分析（250-405nm）、蛋白質(zhì)分析和

藥物發(fā)明（270-300nm）、醫(yī)學(xué)光照療法（300-320nm）、高分子和油墨印刷（300-365nm）、辨?zhèn)?br/>

（375-395nm）、表面除菌/美容除菌（390-410nm）。