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根據(jù)集邦咨詢LED研究中心（LEDinside）發(fā)布的《2019 深紫外線 LED 應(yīng)用市場(chǎng)報(bào)告-殺菌、凈化與水處理市場(chǎng)》顯示，2018年全球UV LED市場(chǎng)規(guī)模達(dá)2.99億美金，預(yù)計(jì)到2023年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)9.91億美金，2018-2023年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到27%。展望應(yīng)用市場(chǎng)需求，除固化市場(chǎng)穩(wěn)定成長(zhǎng)之外，表面/空氣殺菌凈化、靜止水殺菌、流動(dòng)水殺菌為未來(lái)主要成長(zhǎng)動(dòng)能。

(圖1)

一、UV市場(chǎng)分析
    目前UVA工業(yè)固化市場(chǎng)需求最大!未來(lái)UVC殺菌、凈化市場(chǎng)成長(zhǎng)性最高!

(圖2)

工業(yè)固化是目前UV LED最大的應(yīng)用領(lǐng)域，2018年占總UV LED市場(chǎng)規(guī)模的比重達(dá)到41%，工業(yè)固化領(lǐng)域的產(chǎn)品主要以UV-A LED為主。預(yù)估汞燈使用禁止條例（《水俁公約》）將于2020年發(fā)酵，歐美與日本的工業(yè)固化設(shè)備廠商積極導(dǎo)入U(xiǎn)V LED產(chǎn)品將帶動(dòng)改機(jī)與替換市場(chǎng)的需求。UV LED工業(yè)固化模塊市場(chǎng)滲透率也將于2020年來(lái)到30-40%，帶動(dòng)整體UV-A LED市場(chǎng)增長(zhǎng)。未來(lái)5年，工業(yè)固化領(lǐng)域市場(chǎng)規(guī)模依然保持高速增長(zhǎng)，僅次于殺菌與凈化市場(chǎng)。
    瑞豐光電紫光技術(shù)，在UVA光固化方面，主力布局推動(dòng)以下兩個(gè)方向：
    1、UV膠印方向
    LED UV膠印與普通的UV印刷相比，在整個(gè)印刷生產(chǎn)過(guò)程中，更節(jié)能環(huán)保，壽命長(zhǎng)，可以減少高達(dá)70~80%的能源消耗，且對(duì)承印材料有著出眾的適應(yīng)性。

(圖3)

2、UV木器涂裝行業(yè)
    和傳統(tǒng)的涂裝方法相比，UV LED不會(huì)對(duì)基材含水率產(chǎn)生影響，而且從封閉底、底漆、修色、面漆全面實(shí)現(xiàn)UV LED快速固化的施工工藝，省去了傳統(tǒng)木器底、面漆漫長(zhǎng)的干燥固化時(shí)間和低固含多道噴涂施工的繁雜工序，能夠?qū)崿F(xiàn)全線機(jī)械化、流水線式作業(yè)，對(duì)于工廠產(chǎn)能的提高有著極大的促進(jìn)作用。

(圖4)

二、瑞豐UVA固化產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)
    1、UV-LED冷卻系統(tǒng)介紹：
    UV LED將15到25%的電能轉(zhuǎn)換為光，這比傳統(tǒng)的汞燈效率要高，但剩下的75%-85%仍然被轉(zhuǎn)換為了熱。因此，必須要保持LED陣列的冷卻。

(圖5)

對(duì)于UV LED陣列，當(dāng)前所采用的冷卻系統(tǒng)都是空氣或者水冷卻。
    2、UV-LED二次光學(xué)系統(tǒng)介紹：
    基于最終的應(yīng)用需求，光學(xué)工程師必須決定應(yīng)該采用何種形狀、形式以及材質(zhì)來(lái)最好地利用LED的獨(dú)特性能，然后還需要注意LED是一種泛光形式的光，而不像汞燈模式中紫外光被反射罩反而并指向特定的點(diǎn)并具有一定的聚焦長(zhǎng)度。我們有模擬不同的二次光學(xué)設(shè)計(jì)，（如下表4），最終開(kāi)發(fā)具有專利技術(shù)的膠印二次光學(xué)，(圖6)以解決UV光源在膠印中能量不足的問(wèn)題。

(圖6)

3、瑞豐（專利號(hào):CN208906633U)-膠印光源二次光學(xué)設(shè)計(jì)示意圖

(圖7)

(圖8)

三、影響UV光固化（印刷）效果的問(wèn)題檢討
    1、檢討之——氧阻聚的問(wèn)題
    UV光固化的機(jī)理在大多數(shù)情況下都是屬于自由基反應(yīng)，雖然陽(yáng)離子聚合也是其中一種反應(yīng)，而且不受氧阻聚的影響，但由于其應(yīng)用所占的比例還很小，因此我們?cè)谶@里不做過(guò)多討論。UV固化都是通過(guò)光引發(fā)劑在紫外光的照射下產(chǎn)生自由基，然后這些自由基引發(fā)齊聚體和單體中的丙烯酸酯雙鍵，產(chǎn)生自由基的鏈增長(zhǎng)而進(jìn)行的聚合，從而達(dá)到配方產(chǎn)品從液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)�？諝庵兴嬖诘难鹾苋菀缀妥杂苫Y(jié)合而形成過(guò)氧自由基。過(guò)氧自由基的反應(yīng)活性極低，不會(huì)再產(chǎn)生聚合反應(yīng)，從而阻止了光固化的進(jìn)行。

(圖9) 氧阻聚反應(yīng)的機(jī)理示意圖

氧氣在低粘度液體(比如水，粘度為1mPa•s)中的擴(kuò)散速度是10-5cm2/s，在典型UV樹(shù)脂中基于不同的粘度，擴(kuò)散速度為10-6-10-8cm2/s。通常UV固化的時(shí)間在0.5到5秒之間，因此氧氣分子可以穿透的深度為0.1-10微米。這一推測(cè)可以被如圖9的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。
    解決方案之一：尋找更高的輻照強(qiáng)度和更高的能量密度
    采用增加輻照強(qiáng)度或者提高能量密度是一個(gè)很簡(jiǎn)單易行的方法，它可以很容易增加自由基所產(chǎn)生的數(shù)量，消耗掉氧氣來(lái)達(dá)到克服氧阻聚的效果，從而得到不黏粘的固化表面。這種方法的缺點(diǎn)是會(huì)存在過(guò)度輻照的情況，從而帶來(lái)其他的問(wèn)題。輻照度對(duì)雙鍵轉(zhuǎn)換率的影響如圖3所示。從圖10可以看出，當(dāng)輻照度從15增加到90mW/cm2時(shí)，轉(zhuǎn)換率得到了很大的提高。

(圖10) 雙鍵轉(zhuǎn)換率隨輻照度的變化

2. 檢討之——光引發(fā)的問(wèn)題
    在UV-LED固化中光引發(fā)劑的選擇使用也越來(lái)越受重視。首先，要選擇吸收峰和光源發(fā)射光譜匹配的光引發(fā)劑。從表1可以看出UV-LED光源的發(fā)射光譜在360-405nm之間，在365nm、375nm、385nm、395nm、405nm處強(qiáng)度最高，這些都屬于長(zhǎng)波區(qū)，應(yīng)優(yōu)先使用長(zhǎng)波光引發(fā)劑。通過(guò)進(jìn)一步測(cè)試，在365nm，385nm，395nm波長(zhǎng)處，分別找到了吸收率最高的幾款光引發(fā)劑。
    從效能上講，DETX和EMK為UV-LED光源最優(yōu)光引發(fā)劑。具體測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5表6表7。

表1. LED光源的輻射波長(zhǎng)和強(qiáng)度

表2. 引發(fā)劑在365nm處的吸收強(qiáng)度

表3. 引發(fā)劑在385nm處吸收強(qiáng)度 

表4. 引發(fā)劑在405nm處的吸收強(qiáng)度

    解決方案之一：
    尋找更強(qiáng)吸收率的光引發(fā)劑和更穩(wěn)定的光引發(fā)劑。從效能上看，我們已經(jīng)找到了不錯(cuò)的兩款光引發(fā)劑來(lái)解決UV-LED固化的問(wèn)題。

四、瑞豐膠印固化UVA全光譜系統(tǒng)光源安裝實(shí)例：

（某大型印刷廠曼羅蘭機(jī)對(duì)開(kāi)改裝實(shí)例）

五、總結(jié)：
    瑞豐光電紫光技術(shù)，利用其LED封裝的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用多晶片的共晶集成（低熱阻）和真空封裝等多項(xiàng)專利技術(shù)，結(jié)合二次光學(xué)設(shè)計(jì)的強(qiáng)項(xiàng)，打造超高UV光功率輸出的膠印固化光源系統(tǒng)！從而實(shí)現(xiàn)取代傳統(tǒng)汞燈光源，被應(yīng)用于柯式單張印刷機(jī)中的光源改造項(xiàng)目中，因其省電、環(huán)保等諸多優(yōu)勢(shì)逐漸取到印刷行業(yè)的認(rèn)可和青睞！