UV{0}}LED तकनीक में गहराई से उतरने से पहले, हमें यह सुनिश्चित करने के लिए कई मुख्य अवधारणाओं को स्पष्ट करना होगा कि हम एक ही विषय पर चर्चा कर रहे हैं। इससे गलत व्याख्याएं और अंतर-उद्देश्यीय संचार रोका जा सकेगा। यहाँ,यूवीयूवी कोटिंग्स, यूवी स्याही और यूवी चिपकने वाले जैसे यूवी इलाज योग्य सामग्रियों को संदर्भित करता है;नेतृत्व कियाविशेष रूप से पराबैंगनी एलईडी प्रकाश स्रोतों को दर्शाता है; औरयूवी-एलईडी परिभाषित किया जाता है"विकिरण स्रोत के रूप में पराबैंगनी एलईडी प्रकाश स्रोतों का उपयोग करके यूवी सामग्री का इलाज".
जैसा कि हम सभी जानते हैं, यूवी कोटिंग्स के लिए पारंपरिक इलाज प्रकाश स्रोत मध्यम {{0}दबाव और उच्च{{1}दबाव पारा लैंप है। हाल के वर्षों में, ऊर्जा संरक्षण और पर्यावरण संरक्षण नीतियों से प्रेरित, यूवीएलईडी (पराबैंगनी एलईडी) तकनीक की तेजी से प्रगति के साथ, जिसने औद्योगिक पैमाने पर अनुप्रयोगों के लिए आधार तैयार किया है, बाजार में यूवी एलईडी अपनाने में तेजी देखी गई है। उभरती प्रौद्योगिकियां हमेशा व्यापक ध्यान और उत्साह आकर्षित करती हैं। हालाँकि, उद्योग के अभ्यासकर्ताओं के रूप में, यूवी -एलईडी की स्पष्ट समझ आवश्यक है। यहां, हम पिछले दो वर्षों में यूवी -एलईडी क्षेत्र में अपने शोध अनुभव को साझा करना चाहेंगे।
प्रकाश स्रोतों में बदलाव (एलईडी और पारा लैंप के बीच अंतर को बाद में विस्तृत किया जाएगा) ने यूवी कोटिंग फॉर्मूलेशन सिस्टम में बदलाव के साथ-साथ संपूर्ण कोटिंग और इलाज प्रक्रियाओं में एक क्रांति ला दी है। यूवी -एलईडी प्रणाली के लिए, हम तकनीकी और बाजार दोनों आयामों में फैले पांच प्रमुख अनुसंधान दिशाओं की पहचान करते हैं।
यूवी -एलईडी फोटोक्योरिंग पर शोध
जैसा कि पहले परिभाषित किया गया है, UV-LED फोटोक्योरिंग पर निर्भर करता हैपराबैंगनी एलईडी लाइटयूवी सामग्री को ठीक करने के स्रोत। इसलिए, प्रभावी उपचार प्राप्त करना सभी शोध प्रयासों का प्राथमिक उद्देश्य है। फोटोक्योरिंग के लिए दो अपरिहार्य घटकों की आवश्यकता होती है: प्रकाश (ऊर्जा स्रोत) और यूवी सामग्री (रिसेप्टर)। प्रकाश स्रोत में परिवर्तन अनिवार्य रूप से पूरे सिस्टम के संतुलन को बाधित करता है, जिसका मूल उद्देश्य एलईडी प्रकाश स्रोतों के साथ यूवी कोटिंग्स को संरेखित करने के लिए अंतःविषय अनुसंधान एवं विकास में निहित है।
यह व्यापक रूप से माना जाता है कि छोटी एलईडी तरंग दैर्ध्य उच्च ऊर्जा स्तर और उच्च लागत के अनुरूप होती है। इसके विपरीत, कम उत्तेजना ऊर्जा की आवश्यकता वाले फोटोइनिशिएटर्स में लंबे समय तक अवशोषण तरंग दैर्ध्य की सुविधा होती है और वे उच्च कीमतों का भी आदेश देते हैं। यह प्रकाश स्रोतों और आरंभकर्ताओं के बीच एक झूले जैसा संबंध बनाता है। इस प्रकार, दोनों की प्रदर्शन सीमाओं का विस्तार करना और एलईडी प्रकाश स्रोतों और यूवी सामग्रियों के बीच इष्टतम संतुलन की पहचान करना यूवी -एलईडी आर एंड डी पहल का फोकस बन गया है।
एलईडी लाइट सोर्स सिस्टम पर शोध
मरकरी लैंप तकनीक विकास और अनुप्रयोग के मामले में अत्यधिक परिपक्व है, और इसे लंबे समय से मानक प्रकाश स्रोत माना जाता है। इसके विपरीत, पराबैंगनी एलईडी तकनीक अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है, जिसमें भविष्य के विकास की भारी संभावनाएं हैं। इसके अतिरिक्त, एलईडी उद्योग श्रृंखला अत्यधिक व्यापक है, जिसमें क्रिस्टल विकास, चिप डाइसिंग, चिप पैकेजिंग, प्रकाश स्रोत मॉड्यूल एकीकरण, साथ ही बिजली आपूर्ति नियंत्रण और गर्मी अपव्यय प्रणाली डिजाइन शामिल है। प्रत्येक चरण अंतिम उत्पाद यूवीएलईडी प्रकाश स्रोत की गुणवत्ता पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। इसलिए, संपूर्ण UV{5}}LED पारिस्थितिकी तंत्र को आगे बढ़ाने के लिए LED की प्रदर्शन सीमाओं को समझना और उनका विस्तार करना आवश्यक है।
एलईडी प्रकाश स्रोतों और मरकरी लैंप के बीच अंतर (एलईडी के बारे में फायदे, नुकसान और आम गलतफहमियां)
बाजार की प्रतिस्पर्धा में बने रहने के लिए, अपनी ताकत और प्रतिस्पर्धियों की कमजोरियों दोनों की गहन समझ आवश्यक है। चूंकि हमारा लक्ष्य पारंपरिक पारा लैंप को यूवीएलईडी से बदलना है, इसलिए पहले दो प्रौद्योगिकियों की तुलना करना और उनके संबंधित फायदे, नुकसान और सीमाओं का विश्लेषण करना महत्वपूर्ण है।
यूवी कोटिंग ठीक हो जाती है क्योंकि उनके फॉर्मूलेशन में फोटोइनिशिएटर विशिष्ट तरंग दैर्ध्य के पराबैंगनी प्रकाश को अवशोषित करते हैं, जिससे मुक्त कण (या धनायन/आयन) उत्पन्न होते हैं जो मोनोमर पोलीमराइजेशन शुरू करते हैं। इस सिद्धांत को स्पष्ट करने के लिए, हम पहले पारा लैंप और पराबैंगनी एलईडी के उत्सर्जन स्पेक्ट्रा की जांच करेंगे।
यह चार्ट यूवी एलईडी और पारा लैंप के उत्सर्जन स्पेक्ट्रा की एक क्लासिक और आम तौर पर देखी जाने वाली तुलना है। जैसा कि आरेख से देखा जा सकता है, पारा लैंप का उत्सर्जन स्पेक्ट्रम निरंतर है, जो पराबैंगनी से अवरक्त सीमा तक फैला हुआ है। विशेष रूप से, प्रकाश की तीव्रता यूवीबी से लघु तरंग यूवीए बैंड में केंद्रित होती है। इसके विपरीत, एक एलईडी का उत्सर्जन स्पेक्ट्रम अपेक्षाकृत संकीर्ण है, जिसमें दो सबसे आम तरंग दैर्ध्य 365 एनएम और 395 एनएम (385 एनएम, 395 एनएम और 405 एनएम सहित) पर शिखर तरंग दैर्ध्य हैं।
वर्तमान में, प्राथमिकयूवी प्रकाशऔद्योगिक प्रयोज्यता यूवीए बैंड के अंतर्गत आती है, विशेष रूप से 365 एनएम और 395 एनएम की तरंग दैर्ध्य वाले एलईडी प्रकाश स्रोत, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। इस तरंग दैर्ध्य सीमा के भीतर, अधिकांश फोटोइनिटेटर अपेक्षाकृत कम दाढ़ विलुप्त होने के गुणांक प्रदर्शित करते हैं। नतीजतन, यूवी -एलईडी सिस्टम आम तौर पर कम आरंभिक दक्षता और गंभीर ऑक्सीजन अवरोध से ग्रस्त होते हैं, जो सतह के इलाज के लिए हानिकारक होते हैं।
ध्यान दें: कई यूवीएलईडी निर्माताओं या एलईडी यूवी कोटिंग आपूर्तिकर्ताओं द्वारा "एलईडी यूवी कोटिंग्स की उत्कृष्ट सैंडेबिलिटी" के बारे में अक्सर किया जाने वाला दावा, वास्तव में, अपर्याप्त सतह के इलाज का प्रत्यक्ष परिणाम है। वास्तविक चुनौती अच्छी सैंडेबिलिटी हासिल करने में नहीं है, बल्कि पहनने के प्रतिरोध और सैंडिंग में आसानी के बीच संतुलन बनाने के लिए नियंत्रणीय सैंडेबिलिटी को सक्षम करने में है। इसके अलावा, कुछ निर्माता भ्रामक प्रथाओं का सहारा लेते हैं: एलईडी सरणी के पीछे एक पारा लैंप स्थापित करना, जहां पारा लैंप वास्तव में प्रमुख इलाज की भूमिका निभाता है।
जैसा कि कहा गया है, हम यह भी ध्यान देते हैं कि 365 एनएम और 395 एनएम वेवबैंड में, एलईडी पारा लैंप की तुलना में काफी अधिक प्रकाश तीव्रता प्रदान करते हैं, जो यूवी सामग्रियों की गहरी परत इलाज की सुविधा प्रदान करता है।
(संदर्भ के लिए, कई पारंपरिक यूवी इलाज प्रणालियों में पारा लैंप के साथ एक गैलियम लैंप (415 एनएम की प्रमुख उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य के साथ) शामिल होता है, जो कि गहरी परत इलाज प्रभावकारिता को बढ़ाने के लिए होता है।)
यह ग़लतफ़हमी आम तौर पर इस आधार पर उत्पन्न होती हैपारा लैंप द्वारा उत्सर्जित प्रकाश का केवल 30% पराबैंगनी (यूवी) होता है, जबकि यूवीएलईडी 100% यूवी प्रकाश उत्सर्जित करते हैं. हालाँकि, सिस्टम स्तर की ऊर्जा खपत के वास्तविक निर्धारक फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता और प्रभावी प्रकाश दक्षता हैं। मर्करी लैंप वास्तव में उच्च फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता का दावा करते हैं। उनकी कमी इस तथ्य में निहित है कि उत्सर्जित प्रकाश के एक बड़े हिस्से में दृश्य और अवरक्त किरणें होती हैं, जिसमें यूवी प्रकाश (यूवी सामग्री को ठीक करने के लिए उपयोगी एकमात्र घटक) केवल 30% होता है। इसके विपरीत, यूवीएलईडी में फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता काफी कम है, जो वर्तमान में यूवीए तरंग दैर्ध्य के लिए लगभग 30% है (जो लगभग पारा लैंप की यूवी प्रकाश दक्षता के बराबर है)।
ऊर्जा संरक्षण के नियम के अनुसार शेष 70% विद्युत ऊर्जा ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है। यह दोनों प्रौद्योगिकियों के बीच दो प्रमुख अंतर बताता है:
एलईडी "ठंडे प्रकाश स्रोत" के रूप में अपनी प्रतिष्ठा अर्जित करते हैं क्योंकि उत्पन्न गर्मी लैंप पैनल के पीछे से नष्ट हो जाती है, जिससे प्रकाश उत्सर्जित करने वाली सतह स्पर्श करने पर ठंडी हो जाती है। इसके विपरीत, पारा लैंप अपने परावर्तकों और अवरक्त उत्सर्जन के माध्यम से गर्मी को आगे बढ़ाते हैं।
यही कारण है कि यूवीएलईडी प्रकाश स्रोतों को आम तौर पर वायु शीतलन प्रणाली की आवश्यकता होती है, और उच्च शक्ति वाले यूवीएलईडी में लैंप हेड ताप अपव्यय के लिए प्रकाश स्रोत की 70% विद्युत शक्ति को संभालने के लिए आकार की जल शीतलन इकाइयों की भी आवश्यकता होती है।
एलईडी के वास्तविक ऊर्जा बचत लाभ दो अद्वितीय गुणों से उत्पन्न होते हैं: तत्काल चालू/बंद करने की क्षमता और ऑप्टिकल डिजाइन के माध्यम से सटीक विकिरण, जो प्रभावी प्रकाश दक्षता को बढ़ाता है। हालाँकि, इन लाभों का लाभ उठाने के लिए इन्फ्रारेड डिटेक्शन और इंटेलिजेंट कंट्रोल सिस्टम - प्रौद्योगिकियों के साथ एकीकरण की आवश्यकता होती है, जिसे विकसित करने के लिए बाजार में अधिकांश यूवी एलईडी उपकरण निर्माताओं के पास वर्तमान में अनुसंधान एवं विकास क्षमता का अभाव है।
ओजोन उत्पादन: उनके उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में 200 एनएम से नीचे सुदूर पराबैंगनी प्रकाश शामिल है, जो पर्याप्त मात्रा में ओजोन का उत्पादन करता है। (यह पारा लैंप सिस्टम चलाने वाले कारखाने के श्रमिकों द्वारा बताई गई तीखी गंध का मूल कारण है।)
निपटान से पारा प्रदूषण: पारा लैंप की सेवा का जीवन केवल 800-1000 घंटे का होता है। बेकार लैंपों के अनुचित निपटान से द्वितीयक पारा प्रदूषण होता है, एक समस्या जो आज भी विकराल बनी हुई है।
रिपोर्टों से संकेत मिलता है कि पारा कचरे के उपचार के लिए सालाना आवश्यक ऊर्जा दो थ्री गॉर्जेस बांधों की संयुक्त उत्पादन क्षमता के बराबर है। इससे भी बुरी बात यह है कि वर्तमान में अपशिष्ट धाराओं से पारा के पूर्ण उन्मूलन के लिए कोई व्यवहार्य तकनीक नहीं है।
यूवी एलईडी इन समस्याओं से पूरी तरह मुक्त हैं। 16 अगस्त, 2017 को चीन में पारा पर मिनामाता कन्वेंशन के औपचारिक रूप से लागू होने के बाद से, पारा लैंप को चरणबद्ध तरीके से हटाने को आधिकारिक एजेंडे में रखा गया है। जबकि कन्वेंशन में औद्योगिक पारा फ्लोरोसेंट लैंप के लिए छूट शामिल है जहां कोई विकल्प मौजूद नहीं है, यह भी निर्धारित करता है कि व्यवहार्य विकल्प उपलब्ध होने के बाद हस्ताक्षरकर्ता पार्टियां ऐसे उत्पादों को प्रतिबंधित सूची में जोड़ने का प्रस्ताव कर सकती हैं। इस प्रकार, यूवी इलाज अनुप्रयोगों में पारा लैंप के पूर्ण चरण की समयसीमा पूरी तरह से यूवी एलईडी समाधानों की तकनीकी प्रगति और औद्योगीकरण पर निर्भर करती है।
यह 3डी प्रिंटिंग जैसे अनुप्रयोगों के लिए स्थानीयकृत सटीक इलाज का समर्थन करता है।
एलईडी को अलग-अलग फोटोइनिशिएटर्स के साथ जोड़कर, यह इलाज की डिग्री और गहराई पर सटीक नियंत्रण की अनुमति देता है।
अनुकूलन योग्य प्रकाश स्रोत कॉन्फ़िगरेशनएलईडी में एक मॉड्यूलर लैंप बीड डिज़ाइन होता है, जो लंबाई, चौड़ाई और विकिरण कोण के लचीले समायोजन की अनुमति देता है। यह बहुमुखी प्रतिभा विभिन्न इलाज प्रक्रियाओं की विशिष्ट आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए तैयार किए गए बिंदु प्रकाश स्रोतों, लाइन प्रकाश स्रोतों और क्षेत्र प्रकाश स्रोतों के निर्माण को सक्षम बनाती है।
यूवी सामग्री के इलाज के लिए प्रकाश स्रोत पैरामीटर आवश्यकताएँ
तरंग दैर्ध्य:365 एनएम, 395 एनएम
विकिरण (प्रकाश तीव्रता, ऑप्टिकल पावर घनत्व): mW/cm²
कुल ऊर्जा खुराक: एमजे/सेमी²
फोटोक्योरिंग प्रक्रिया ऊपर उल्लिखित तीन मुख्य मापदंडों के बिना आगे नहीं बढ़ सकती है: तरंग दैर्ध्य, प्रकाश की तीव्रता, और कुल ऊर्जा खुराक। तरंग दैर्ध्य यह निर्धारित करती है कि फोटोइनिशिएटर्स को सक्रिय किया जा सकता है या नहीं; प्रकाश की तीव्रता यूवी दीक्षा दक्षता को निर्धारित करती है और सीधे सतह के इलाज (ऑक्सीजन अवरोध प्रतिरोध) और गहरे इलाज के प्रदर्शन को प्रभावित करती है; जबकि कुल ऊर्जा खुराक सामग्री का पूरी तरह से इलाज सुनिश्चित करती है।
पारा लैंप की तुलना में, एलईडी का सबसे प्रमुख लाभ उनके फॉर्मूलेशन और ट्यून करने योग्य गुणों में निहित है। एलईडी की प्रदर्शन सीमाओं के भीतर, विशिष्ट इलाज आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए इसके मापदंडों को सबसे बड़ी सीमा तक अनुकूलित किया जा सकता है। यूवी -एलईडी फोटोक्योरिंग प्रयोगों में, मुख्य उद्देश्य प्रकाश स्रोत और यूवी सामग्री दोनों की प्रदर्शन सीमाओं का लगातार विस्तार करना और उनके बीच इष्टतम संतुलन की पहचान करना है। विशेष रूप से एलईडी के लिए, इसका मतलब इष्टतम इलाज परिणाम प्राप्त करने के लिए कोटिंग फॉर्मूलेशन के आधार पर आदर्श एलईडी प्रकाश स्रोत पैरामीटर निर्धारित करना है।
एलईडी ल्यूमिनसेंस सिद्धांत और यूवीएलईडी चिप्स की वर्तमान विकास स्थिति
इलेक्ट्रॉन संक्रमण के सिद्धांत के आधार पर (विवरण छोड़े गए; इच्छुक पाठक अधिक जानकारी के लिए ऑनलाइन संसाधनों का संदर्भ ले सकते हैं), जब किसी परमाणु में इलेक्ट्रॉन उत्तेजित अवस्था से जमीनी अवस्था में लौटते हैं, तो वे विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर विकिरण के रूप में ऊर्जा छोड़ते हैं (यानी, अलग-अलग तरंग दैर्ध्य की विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन करते हैं)।
इसलिए, यूवी उत्सर्जित करने वाले प्रकाश स्रोतों के निर्माण के लिए दो प्राथमिक दृष्टिकोण हैं:
पहला दृष्टिकोण एक ऐसे परमाणु की पहचान करना है जिसकी उत्तेजित अवस्था और जमीनी अवस्था के बीच इलेक्ट्रॉन ऊर्जा का अंतर बिल्कुल पराबैंगनी स्पेक्ट्रम के भीतर आता है। इस सिद्धांत के आधार पर पारंपरिक पारा लैंप सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले यूवी प्रकाश स्रोत हैं।
दूसरा दृष्टिकोण सेमीकंडक्टर ल्यूमिनसेंस सिद्धांत का लाभ उठाता है (विवरण छोड़ दिया गया है; इच्छुक पाठक अधिक जानकारी के लिए ऑनलाइन संसाधनों का संदर्भ ले सकते हैं)। संक्षेप में, जब प्रकाश उत्सर्जित करने वाले अर्धचालक पर फॉरवर्ड वोल्टेज लगाया जाता है, तो P{2}क्षेत्र से N{3}क्षेत्र में इंजेक्ट किए गए छेद और N{4}क्षेत्र से P{5}क्षेत्र में इंजेक्ट किए गए इलेक्ट्रॉन N{6}क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों के साथ पुनः संयोजित हो जाते हैं और P{7}क्षेत्र में छेद क्रमशः PN जंक्शन के पास कुछ माइक्रोमीटर के भीतर हो जाते हैं, जिससे सहज फ्लोरोसेंट विकिरण उत्पन्न होता है।
जैसा कि व्यापक रूप से ज्ञात है, एल्यूमीनियम नाइट्राइड से लेकर गैलियम नाइट्राइड या इंडियम गैलियम नाइट्राइड (InGaN) तक समूह III - V अर्धचालक सामग्रियों का बैंड गैप नीले प्रकाश से पराबैंगनी प्रकाश तक के स्पेक्ट्रम के भीतर आता है। एल्यूमीनियम इंडियम गैलियम नाइट्राइड के सामग्री अनुपात को समायोजित करके, हम तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला में पराबैंगनी और दृश्य प्रकाश स्रोतों का उत्पादन कर सकते हैं।
जबकि सैद्धांतिक रूप से, ल्यूमिनसेंट सामग्रियों की संरचना को समायोजित करके किसी भी तरंग दैर्ध्य का प्रकाश उत्पन्न किया जा सकता है, व्यावसायिक उत्पादन के लिए उपलब्ध यूवीएलईडी चिप्स की सीमा विभिन्न बाधाओं के कारण काफी सीमित है। औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त उच्च शक्ति वाले चिप्स मूल रूप से यूवीए बैंड (365-415 एनएम) में केंद्रित होते हैं। हाल के वर्षों में, यूवीबी और यूवीसी प्रौद्योगिकियों में भी जोरदार विकास देखा गया है, लेकिन वे मूल रूप से कम बिजली वाले नागरिक और उपभोक्ता बाजारों जैसे कीटाणुशोधन और नसबंदी तक ही सीमित हैं।
इसके कई प्रमुख कारण हैं:
क्रिस्टल सामग्री संरचना चमकदार दक्षता (फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता) गैलियम नाइट्राइड (GaN) और उच्च दक्षता इंडियम गैलियम नाइट्राइड (InGaN) को अभी भी UVA के भीतर 365-405 एनएम रेंज के लिए उपयोग किया जा सकता है। इसके विपरीत, UVB और UVC चिप्स आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले GaN और InGaN के बजाय पूरी तरह से एल्यूमीनियम गैलियम नाइट्राइड (AlGaN) पर निर्भर होते हैं, जो स्वाभाविक रूप से कम चमकदार दक्षता वाली सामग्री होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि GaN और InGaN 365 एनएम से नीचे पराबैंगनी प्रकाश को अवशोषित करते हैं। परिणामस्वरूप, UVB और UVC चिप्स की चमकदार दक्षता बेहद कम है। उदाहरण के लिए, एलजी की 278 एनएम चिप में केवल 2% फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता है।
कम दक्षता से उत्पन्न होने वाली ऊष्मा अपव्यय चुनौतियाँ ऊर्जा संरक्षण के नियम के अनुसार, 2% फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता का मतलब है कि 98% विद्युत ऊर्जा ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है। इसके अलावा, एलईडी चिप्स की सेवा जीवन और चमकदार दक्षता तापमान के व्युत्क्रमानुपाती होती है। इतनी अधिक गर्मी पैदा करने से गर्मी अपव्यय प्रणालियों पर अत्यधिक कठोर आवश्यकताएं लागू हो जाती हैं। मौजूदा शीतलन प्रौद्योगिकियों के साथ, उच्च शक्ति UVB और UVC चिप्स के लिए प्रभावी ताप अपव्यय प्राप्त करना असंभव है।
पैकेजिंग और लेंस सामग्री का कम यूवी संचरण एलईडी चिप्स की सुरक्षा के लिए, एनकैप्सुलेशन आवश्यक है। चूंकि एलईडी सर्वदिशात्मक रूप से प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, इसलिए प्रकाश किरण को केंद्रित करने के लिए लेंस की आवश्यकता होती है। हालाँकि, क्वार्ट्ज़ ग्लास के अलावा, अधिकांश सामग्रियों में बहुत कम यूवी संप्रेषण होता है {{2}और तरंग दैर्ध्य कम होने पर संप्रेषण तेजी से गिरता है। नतीजतन, भले ही यूवीबी/यूवीसी चिप्स की अंतर्निहित चमकदार दक्षता पहले से ही कम है, प्रकाश का एक महत्वपूर्ण हिस्सा लेंस द्वारा अवशोषित होता है, जिसके परिणामस्वरूप बेहद कमजोर उपयोग योग्य प्रकाश उत्पादन होता है जो औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए मुश्किल से पर्याप्त होता है।
कम क्रिस्टल उपज और उच्च उत्पादन लागत वर्तमान यूवीबी और यूवीसी चिप्स यूवीए चिप्स के समान रिएक्टरों का उपयोग करके उत्पादित किए जाते हैं। अंतर्निहित भौतिक दोषों के अलावा, सब्सट्रेट और क्रिस्टल के बीच बेमेल थर्मल विस्तार गुणांक जैसे मुद्दों के कारण क्रिस्टल की पैदावार बेहद कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप उत्पादन लागत बेहद अधिक रहती है।
कुल मिलाकर, कम चमकदार दक्षता, उच्च लागत और यूवीबी और यूवीसी प्रौद्योगिकियों की कठोर गर्मी अपव्यय आवश्यकताओं के कारण, उच्च -शक्ति का विकासयूवीबी और यूवीसी प्रकाशजब तक प्रमुख तकनीकी सफलताएं हासिल नहीं हो जातीं, औद्योगिक अनुप्रयोगों के स्रोत मायावी बने रहेंगे।
एलईडी लाइट सोर्स सिस्टम के प्रमुख अनुसंधान एवं विकास फोकस
एक एलईडी चिप एलईडी प्रकाश स्रोत का केवल एक महत्वपूर्ण घटक है। एलईडी प्रकाश स्रोतों पर अनुसंधान एवं विकास करते समय, हमें निम्नलिखित को अपनाना चाहिएव्यवस्थित,समग्र दृष्टिकोण. एलईडी तरंग दैर्ध्य ट्यूनिंग से परे, आर एंड डी दायरे में पैकेजिंग तकनीक, ऑप्टिकल डिजाइन, गर्मी अपव्यय प्रणाली, बिजली आपूर्ति प्रणाली और बुद्धिमान नियंत्रण प्रणाली सहित डाउनस्ट्रीम प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला शामिल है।
वर्तमान में, एलईडी चिप्स के लिए चार मुख्यधारा पैकेजिंग संरचनाएं हैं:
ऊर्ध्वाधर माउंट संरचना
फ़्लिप-चिप संरचना
ऊर्ध्वाधर संरचना
3डी लंबवत संरचना
पारंपरिक एलईडी चिप्स आमतौर पर नीलमणि सब्सट्रेट के साथ एक ऊर्ध्वाधर माउंट संरचना को अपनाते हैं। इस संरचना में एक सरल डिजाइन और परिपक्व विनिर्माण प्रक्रियाएं शामिल हैं। हालाँकि, नीलमणि में खराब तापीय चालकता होती है, जिससे चिप द्वारा उत्पन्न गर्मी को हीट सिंक में स्थानांतरित करना मुश्किल हो जाता है, एक सीमा जो उच्च शक्ति वाले एलईडी सिस्टम में इसके अनुप्रयोग को प्रतिबंधित करती है।
फ्लिप-चिप पैकेजिंग वर्तमान विकास प्रवृत्तियों में से एक का प्रतिनिधित्व करती है। ऊर्ध्वाधर माउंट संरचनाओं के विपरीत, फ़्लिप -चिप डिज़ाइन में गर्मी को चिप के नीलमणि सब्सट्रेट से गुजरने की आवश्यकता नहीं होती है। इसके बजाय, इसे सीधे उच्च तापीय चालकता (जैसे सिलिकॉन या सिरेमिक) वाले सब्सट्रेट्स में स्थानांतरित किया जाता है और फिर धातु आधार के माध्यम से बाहरी वातावरण में नष्ट कर दिया जाता है। इसके अतिरिक्त, चूंकि फ्लिप-चिप संरचनाएं बाहरी सोने के तारों की आवश्यकता को खत्म करती हैं, वे उच्च चिप एकीकरण घनत्व और प्रति यूनिट क्षेत्र में बेहतर ऑप्टिकल पावर सक्षम करती हैं। जैसा कि कहा गया है, वर्टिकल माउंट और फ्लिप चिप संरचनाएं दोनों एक सामान्य दोष साझा करती हैं: एलईडी के पी और एन इलेक्ट्रोड चिप के एक ही तरफ स्थित होते हैं। यह धारा को n-GaN परत के माध्यम से क्षैतिज रूप से प्रवाहित करने के लिए बाध्य करता है, जिससे धारा जमा हो जाती है, स्थानीयकृत ओवरहीटिंग हो जाती है, और अंततः ड्राइव धारा की ऊपरी सीमा सीमित हो जाती है।
वर्टिकल माउंट तकनीक से वर्टिकल {{0} स्ट्रक्चर ब्लू {{1} लाइट चिप्स विकसित हुए। इस डिज़ाइन में, एक पारंपरिक नीलमणि सब्सट्रेट चिप को फ़्लिप किया जाता है और अत्यधिक तापीय प्रवाहकीय सब्सट्रेट से जोड़ा जाता है, जिसके बाद नीलमणि सब्सट्रेट को लेजर लिफ्ट से हटाया जाता है। यह संरचना गर्मी अपव्यय बाधा को प्रभावी ढंग से संबोधित करती है, लेकिन इसमें जटिल विनिर्माण प्रक्रियाएं शामिल होती हैं, विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण सब्सट्रेट स्थानांतरण चरण, जिसके परिणामस्वरूप उत्पादन कम होता है। फिर भी, उन्नत प्रौद्योगिकी के साथ, यूवी एलईडी के लिए वर्टिकल पैकेजिंग तेजी से परिपक्व हो गई है।
हाल ही में एक नवीन 3डी ऊर्ध्वाधर संरचना प्रस्तावित की गई है। पारंपरिक ऊर्ध्वाधर संरचना एलईडी चिप्स की तुलना में, इसके प्राथमिक लाभों में सोने के तार की बॉन्डिंग को खत्म करना, पतले पैकेज प्रोफाइल को सक्षम करना, गर्मी अपव्यय प्रदर्शन को बढ़ाना और उच्च ड्राइव धाराओं का आसान एकीकरण शामिल है। हालाँकि, 3डी ऊर्ध्वाधर संरचनाओं का व्यावसायीकरण करने से पहले कई तकनीकी बाधाओं को दूर किया जाना चाहिए।
यह देखते हुए कि यूवीएलईडी आम तौर पर सामान्य प्रकाश एलईडी की तुलना में कम चमकदार दक्षता प्रदर्शित करते हैं, प्रकाश निष्कर्षण दक्षता को अधिकतम करने के लिए ऊर्ध्वाधर संरचना पैकेजिंग पसंदीदा विकल्प है।
चूंकि एलईडी सर्वदिशात्मक रूप से प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, और उनकी अंतर्निहित चमकदार दक्षता पहले से ही अपेक्षाकृत कम है, प्रभावी प्रकाश दक्षता (यानी, ललाट विकिरण की प्रकाश दक्षता) को बढ़ाने के लिए वैज्ञानिक और तर्कसंगत ऑप्टिकल डिजाइन की आवश्यकता होती है। सामान्य ऑप्टिकल घटकों में रिफ्लेक्टर, प्राथमिक लेंस और द्वितीयक लेंस शामिल हैं।
इसके अलावा, मीडिया से गुजरते समय पराबैंगनी प्रकाश उच्च क्षीणन से गुजरता है। इसलिए, लेंस सामग्री का चयन करते समय कई कारकों का मूल्यांकन किया जाना चाहिए, जैसे कि क्वार्ट्ज ग्लास, बोरोसिलिकेट ग्लास और टेम्पर्ड ग्लास, उच्च यूवी संप्रेषण वाली सामग्री को प्राथमिकता दी जाती है। यह न केवल प्रकाश उत्पादन को अधिकतम करता है बल्कि लंबे समय तक यूवी जोखिम के तहत सामग्री प्रकाश अवशोषण के कारण अत्यधिक तापमान वृद्धि को भी रोकता है।
जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, ऊर्जा संरक्षण के नियम के अनुसार, विद्युत ऊर्जा का केवल एक हिस्सा प्रकाश ऊर्जा में परिवर्तित होता है, जबकि एक बड़ा हिस्सा गर्मी के रूप में नष्ट हो जाता है। यूवीए बैंड के लिए, बिजली, प्रकाश और गर्मी के लिए सामान्य ऊर्जा रूपांतरण अनुपात क्रमशः 10:3:7 है। एलईडी चिप्स की प्रभावी सेवा जीवन का उनके जंक्शन तापमान से गहरा संबंध है। फोटोक्योरिंग प्रक्रिया में, उच्च ऑप्टिकल पावर घनत्व के लिए अक्सर एलईडी चिप्स के उच्च घनत्व एकीकरण की आवश्यकता होती है, जो गर्मी अपव्यय प्रणालियों पर कठोर आवश्यकताओं को लागू करता है।
इस प्रकार, कुशल ताप अपव्यय प्राप्त करने और यह सुनिश्चित करने के लिए कि सभी एलईडी चिप्स का जंक्शन तापमान उचित और संतुलित सीमा के भीतर रहता है, कठोर वैज्ञानिक डिजाइन, कंप्यूटर सिमुलेशन और व्यावहारिक परीक्षण की आवश्यकता होती है।
यूवी कोटिंग फॉर्मूलेशन पर अनुसंधान
फ़ोटोग्राफ़ीकर्ताओं की सीमाएँ और रेजिन और मोनोमर रिएक्टिविटी के लिए एक सिस्टम स्तर का दृष्टिकोण, जैसा कि एलईडी तकनीक के पिछले परिचय में दिखाया गया है, औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त उच्च शक्ति वाले एलईडी प्रकाश स्रोत वर्तमान में यूवीए बैंड तक ही सीमित हैं, विशेष रूप से 365 एनएम से ऊपर तरंग दैर्ध्य। एलईडी प्रकाश स्रोतों की प्रदर्शन सीमाओं को परिभाषित करने के बाद, अब हम देख सकते हैं कि संगत फोटोइनिशियेटर्स का चयन सीमित है, क्योंकि अधिकांश फोटोइनिशिएटर्स 365 एनएम से ऊपर तरंग दैर्ध्य पर कम दाढ़ विलुप्त होने के गुणांक प्रदर्शित करते हैं।
एलईडी संगत फोटो आरंभकर्ताओं की कम आरंभिक दक्षता के मुद्दे को संबोधित करने के लिए, अनुसंधान एवं विकास प्रयास केवल फोटो आरंभकर्ताओं तक ही सीमित नहीं होने चाहिए। इसके बजाय, हमें एक सिस्टम स्तर के परिप्रेक्ष्य को अपनाने की आवश्यकता है जो रेजिन, मोनोमर्स, फोटोइनिशियेटर्स और यहां तक कि सहायक एडिटिव्स को एक समग्र अनुसंधान ढांचे में एकीकृत करता है, जिससे एलईडी यूवी सिस्टम की इलाज दक्षता में वृद्धि होती है।
एलईडी इलाज के लिए फॉर्मूलेशन डिजाइन और कोटिंग प्रक्रिया विकास (फोटोइनिशिएटर्स, रेजिन, मोनोमर्स, तापमान, सतह की सूखापन, सूखापन, पिगमेंट और फिलर्स के प्रभाव) फोटोइनिशिएटर्स द्वारा लंबी तरंग दैर्ध्य यूवी प्रकाश के अवशोषण में सुधार करने के लिए, बेंजीन रिंग, नाइट्रोजन (एन), फॉस्फोरस (पी) और अन्य परमाणुओं को उनके आणविक संरचनाओं में शामिल करना अक्सर आवश्यक होता है। जबकि यह संशोधन लंबी तरंग दैर्ध्य यूवी अवशोषण को बढ़ाता है, इससे फोटोइनिटेटर्स के रंग में भी वृद्धि होती है।
इसके अलावा, इन सर्जकों की कम प्रकाश अवशोषण दक्षता के कारण, कोटिंग प्रणाली की समग्र प्रतिक्रिया दर में तेजी लाने के लिए बड़ी मात्रा में अत्यधिक प्रतिक्रियाशील रेजिन और मोनोमर्स {{0}आमतौर पर उच्च {{1}कार्यक्षमता वाले ऐक्रेलिक रेजिन और मोनोमर्स {{2}जोड़े जाने चाहिए। हालाँकि, यह दृष्टिकोण उच्च कठोरता वाले लेकिन खराब लचीलेपन वाले कोटिंग्स का उत्पादन करता है, जो उनके अनुप्रयोगों की सीमा को सीमित करता है।
जैसा कि कहा गया है, एलईडी यूवी फोटोइनिशिएटर्स के आम तौर पर कम दाढ़ विलुप्त होने के गुणांक भी एक अनूठा लाभ प्रदान करते हैं: वे कोटिंग परत के माध्यम से उच्च यूवी प्रकाश संचरण की अनुमति देते हैं, जो मोटी फिल्मों के गहरे इलाज के लिए अनुकूल है।
विभिन्न भंडारण, परिवहन, निर्माण स्थितियों और अनुप्रयोग प्रक्रियाओं के लिए कोटिंग प्रदर्शन आवश्यकताएँ कोटिंग उद्योग में, रोलर कोटिंग, स्प्रे कोटिंग और पर्दा कोटिंग जैसी विभिन्न अनुप्रयोग तकनीकें कोटिंग्स पर अलग-अलग चिपचिपाहट आवश्यकताओं को लागू करती हैं। इस बीच, विभिन्न सब्सट्रेट्स वेटेबिलिटी और आसंजन के संदर्भ में अनुरूप कोटिंग गुणों की मांग करते हैं। इसके अतिरिक्त, अलग-अलग परिवहन और भंडारण स्थितियों के लिए कोटिंग्स के लिए भंडारण स्थिरता के संबंधित स्तर की आवश्यकता होती है। इसलिए, कोटिंग फॉर्मूलेशन डिज़ाइन के दौरान इन सभी कारकों पर पूरी तरह से विचार किया जाना चाहिए।
विविध अनुप्रयोगों के लिए कोटिंग फिल्म प्रदर्शन आवश्यकताएँ अलग-अलग अनुप्रयोग क्षेत्र कोटिंग फिल्मों पर अलग-अलग प्रदर्शन आवश्यकताओं को लागू करते हैं, जिनमें चमक, वर्णमिति गुण, कठोरता, लचीलापन, घर्षण प्रतिरोध और प्रभाव प्रतिरोध शामिल हैं। नतीजतन, कोटिंग विकास को इलाज की प्रभावकारिता और फिल्म प्रदर्शन के बीच संतुलन बनाना चाहिए।
कोटिंग प्रक्रियाओं पर अनुसंधान
कोटिंग एक व्यवस्थित इंजीनियरिंग प्रक्रिया है। कोटिंग प्रक्रियाओं को अनुकूलित करने से यूवी -एलईडी प्रौद्योगिकी की अनुप्रयोग सीमाओं का और विस्तार हो सकता है। जैसा कि एक उद्योग कहावत है,"तीन भाग कोटिंग पर निर्भर करते हैं; सात भाग अनुप्रयोग प्रक्रिया पर निर्भर करते हैं". अंततः, कोटिंग्स और प्रकाश स्रोत दोनों ही उचित अनुप्रयोग के माध्यम से ही अपना इच्छित प्रदर्शन प्राप्त करते हैं।
इसके अलावा, यूवी कोटिंग्स और एलईडी प्रकाश स्रोतों के साथ संयोजन में कोटिंग प्रक्रियाओं का अनुकूलन सामग्री और प्रकाश स्रोतों दोनों की सीमाओं की काफी भरपाई कर सकता है। उदाहरण के लिए, गर्म करने से उच्च {{1}राल सामग्री वाले कोटिंग्स की चिपचिपाहट कम हो सकती है जो कमरे के तापमान पर अत्यधिक चिपचिपी होती हैं, जिससे वे विभिन्न अनुप्रयोग विधियों के लिए उपयुक्त हो जाती हैं। इसके अतिरिक्त, हीटिंग से कोटिंग प्रणाली की तरलता में सुधार हो सकता है, आणविक गतिविधि बढ़ सकती है, अधिक पूर्ण प्रारंभिक इलाज प्रतिक्रियाएं सुनिश्चित हो सकती हैं और चिकनी फिल्म सतहें प्राप्त हो सकती हैं।
अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम उद्योग श्रृंखलाओं पर अनुसंधान
पिछले दो वर्षों में, पर्यावरण संरक्षण अभियानों के कारण फोटो आरंभकर्ताओं की कमी और आसमान छूती कीमतों ने डाउनस्ट्रीम उद्यमों को ठोस नुकसान पहुंचाया है और एलईडी यूवी प्रौद्योगिकी के विकास में गंभीर बाधा उत्पन्न की है। यह रेखांकित करता है कि अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम उद्योग श्रृंखलाओं की कनेक्टिविटी और आपूर्ति श्रृंखला प्रणालियों की सुचारुता किसी उद्योग के स्वस्थ विकास और उसके उत्पादों और प्रौद्योगिकियों की बाजार में सफलता के लिए मौलिक गारंटी है।
जबकि कई उद्योग तकनीकी नवाचार, औद्योगिक विकास और मांग में वृद्धि की पारस्परिक रूप से मजबूत गतिशीलता के माध्यम से खरोंच से विकसित होते हैं, विपणन प्रक्रिया के दौरान इन कारकों का व्यापक मूल्यांकन किया जाना चाहिए।
इसके अलावा, निवेश के नजरिए से, अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम उद्योग श्रृंखलाओं पर अनुसंधान करने और तैनात करने से न केवल उत्पादों के बाजार में प्रवेश करने पर स्थिर आपूर्ति सुनिश्चित की जा सकती है, बल्कि उद्यमों को उद्योग के विकास के लाभांश में साझा करने में भी सक्षम बनाया जा सकता है।
