Лампа или светодиод – какой источник УФ

ТЕХНОЛОГИИ
Лампа или светодиод –
какой источник
УФ-излучения лучше?
УФ-СУШКА. В последнее время в полиграфии активно
обсуждаются перспективы использования светодиодов в системах УФ-сушки. Внимание к этой проблеме
привлекла японская компания Ryobi, которая демонстрировала на выставке drupa 2008 светодиодное сушильное устройство, установленное на листовой
офсетной машине формата А3+. Попробуем разобраться в современном состоянии проблемы.
Проекты разработчиков светодиодных систем УФ-сушки звучат многообещающе.
Преимущества новых систем УФ-сушки
танных УФ-отверждаемых красок и лаков с необходимым диапазоном спектральной чувствительности.
Относительная интенсивность излучения, %
Ртутная лампа
УФ-светодиод
Длина волны, нм
В отличие от ртутных ламп, излучение светодиодов лежит в узком диапазоне спектра.
многочисленны: низкое потребление
энергии, компактность, моментальный
выход на рабочий режим (нет необходимости в прогреве), высокий срок
службы светодиодов, а также минимальные потребности в охлаждении.
Недостаток пока один: фактическое отсутствие на рынке специально разрабо-
18
ИСТОРИЯ. Явление испускания твердым
телом света (люминесценцию) под действием электрического тока впервые наблюдал Генри Джозеф Раунд в 1907 г. во
время опытов с кристаллом карбида
кремния (SiC). В 1920-х гг. советский ученый Олег Владимирович Лосев обнаружил и исследовал свечение полупровод-
Получение белого света возможно путем
смешивания излучений красного, зеленого и синего светодиодов.
никового кристалла карборунда. Эти открытия создали основу для развития производства светоизлучающих диодов
(LED – Light Emitting Diode). Считается,
что первый светодиод, излучающий свет в
видимом диапазоне спектра, был изготовлен в 1962 г. в Университете Иллинойса
(США) группой, которой руководил Ник
Холоньяк.
ОСНОВЫ. Светоизлучающий диод (светодиод) – полупроводниковый прибор,
преобразующий электрическую энергию в
энергию оптического излучения при пропускании электрического тока через p-nпереход. Это явление получило название
инжекционной электролюминесценции.
Инжекционная электролюминесценция характерна для кристаллов таких
полупроводников, как, например, исследовавшийся Г.Д. Раундом SiC или
фосфид галлия (GaP), при подключении р-n-перехода в прямом направлении к
источнику постоянного напряжения. При
этом в n-область вводятся (инжектируются)
избыточные дырки, а в р-область – электроны, или же и те и другие вводятся в высокоомный тонкий слой между n- и р-областями. Свечение возникает в результате рекомбинации электронов и дырок – при переходе электрона из зоны проводимости в
валентную зону избыток энергии выделяется в виде светового излучения.
В зависимости от химического состава
полупроводника, излучение может гене-
PrintCom Russia №17/18 – 2008
ТЕХНОЛОГИИ
ЛАМПЫ И СВЕТОДИОДЫ. В сушильных устройствах полиграфических машин для генерации УФ-излучения, как
правило, используются ртутные лампы.
Это газоразрядные источники света, в которых электрическая энергия преобразуется в оптическое излучение при прохождении электрического тока через находящуюся в парообразном состоянии ртуть.
Ртутная лампа представляет собой содер-
жащую смесь инертного газа (чаще всего – аргона) и паров ртути трубку из
кварцевого стекла, в которую герметично
вмонтированы два электрода. При подаче
на электроды напряжения, величина которого может достигать нескольких тысяч
вольт, возникает дуговой разряд, сопровождающийся свечением смеси газов.
Ртутные лампы излучают примерно равное количество энергии в каждом из диапазонов УФ-спектра. Для корректировки
спектра излучения в ртуть могут добавляться пары свинца, железа, кобальта,
галлия, индия и других металлов.
Широкий спектр излучения ртутных
ламп упрощает подбор фотоинициаторов для печатных красок и лаков. При
использовании же светодиодов условием успешной работы является совпадение узкого диапазона их излучения с
одним из максимумов светочувствительности фотоинициаторов. Именно
отсутствие специально разработанных
красок и лаков с необходимой спектральной чувствительностью тормозит
внедрение светодиодных систем УФсушки.
В настоящее время в промышленности используются в основном светодиоды с длиной волны излучения 395 нм и 365 нм.
Также производятся светодиоды с длиной
волны 350 нм, 385 нм и 405 нм. Кроме того, теоретически возможно создание светодиодов с длиной волны 210 нм, 250 нм,
275 нм и 290 нм.
УФ-светодиод имеет относительную мощность излучения в несколько ватт на см2, а
КПД может достигать 20 %. При этом
чем короче длина волны излучения светодиода, тем ниже КПД и тем дороже изготовление прибора.
ПЕРСПЕКТИВЫ. Пока в промышленности и в быту наиболее широкое применение находят светодиоды, излучающие в
видимой части спектра. Один из немногих примеров коммерческого использования УФ-светодиодов – фотополимеризация материалов для пломбирования зубов
в стоматологии.
В отличие от стоматологии, в сушильном
оборудовании для печатных машин УФизлучатели должны иметь довольно высокую мощность, чтобы участок сушки не
был «узким местом», ограничивающим
производительность всей системы. Требуемые значения мощности сегодня достижимы при использовании светодиодных матриц. Таким образом, можно констатировать, что теперь дело только за
производителями УФ-отверждаемых красок и лаков.
Реклама
рироваться в видимой части спектра, в
ИК-диапазоне или в УФ-диапазоне. В
производстве светодиодов наиболее часто
используются такие материалы, как арсенид алюминия-галлия (AlGaAs), фосфид
арсенида галлия (GaAsP), фосфид алюминия-индия-галлия (AlInGaP), фосфид галлия (GaP), нитрид индия-галлия (InGaN)
и нитрид галлия (GaN).
Светодиоды излучают некогерентный
свет, но излучение лежит в узком диапазоне спектра. Для того чтобы получить с
помощью светодиодов белый свет, существуют два пути: смешать излучения красного, зеленого и синего светодиодов или
использовать преобразователь коротковолнового излучения (синего или УФ-) в
белый свет, например люминофор.
Среднее время наработки на отказ для светодиодов составляет от 100 тыс. до 1 млн ч.