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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)用市場報告-殺菌、凈化與水處理市場》顯示，2018年全球UV LED市場規(guī)模達(dá)2.99億美金，預(yù)計到2023年市場規(guī)模將達(dá)9.91億美金，2018-2023年復(fù)合增長率達(dá)到27%。展望應(yīng)用市場需求，除固化市場穩(wěn)定成長之外，表面/空氣殺菌凈化、靜止水殺菌、流動水殺菌為未來主要成長動能。

(圖1)

一、UV市場分析
    目前UVA工業(yè)固化市場需求最大!未來UVC殺菌、凈化市場成長性最高!

(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UV LED產(chǎn)品將帶動改機(jī)與替換市場的需求。UV LED工業(yè)固化模塊市場滲透率也將于2020年來到30-40%，帶動整體UV-A LED市場增長。未來5年，工業(yè)固化領(lǐng)域市場規(guī)模依然保持高速增長，僅次于殺菌與凈化市場。
    瑞豐光電紫光技術(shù)，在UVA光固化方面，主力布局推動以下兩個方向：
    1、UV膠印方向
    LED UV膠印與普通的UV印刷相比，在整個印刷生產(chǎn)過程中，更節(jié)能環(huán)保，壽命長，可以減少高達(dá)70~80%的能源消耗，且對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不會對基材含水率產(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、面漆漫長的干燥固化時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
    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)來最好地利用LED的獨特性能，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并具有一定的聚焦長度。我們有模擬不同的二次光學(xué)設(shè)計，（如下表4），最終開發(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題。

(圖6)

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

(圖7)

(圖8)

三、影響UV光固化（印刷）效果的問題檢討
    1、檢討之——氧阻聚的問題
    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，因此我們在這里不做過多討論。UV固化都是通過光引發(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)。空氣中所存在的氧很容易和自由基結(jié)合而形成過氧自由基。過氧自由基的反應(yīng)活性極低，不會再產(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。這一推測可以被如圖9的實驗所證實。
    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很簡單易行的方法，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。這種方法的缺點是會存在過度輻照的情況，從而帶來其他的問題。輻照度對雙鍵轉(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，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)的問題
    在UV-LED固化中光引發(fā)劑的選擇使用也越來越受重視。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，這些都屬于長波區(qū)，應(yīng)優(yōu)先使用長波光引發(fā)劑。通過進(jìn)一步測試，在365nm，385nm，395nm波長處，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。具體測試結(jié)果見表5表6表7。

表1. LED光源的輻射波長和強(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)找到了不錯的兩款光引發(fā)劑來解決UV-LED固化的問題。

四、瑞豐膠印固化UVA全光譜系統(tǒng)光源安裝實例：

（某大型印刷廠曼羅蘭機(jī)對開改裝實例）

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，采用多晶片的共晶集成（低熱阻）和真空封裝等多項專利技術(shù)，結(jié)合二次光學(xué)設(shè)計的強(qiáng)項，打造超高UV光功率輸出的膠印固化光源系統(tǒng)！從而實現(xiàn)取代傳統(tǒng)汞燈光源，被應(yīng)用于柯式單張印刷機(jī)中的光源改造項目中，因其省電、環(huán)保等諸多優(yōu)勢逐漸取到印刷行業(yè)的認(rèn)可和青睞！