صحبت درباره LED UV - دانش

قبل از پرداختن به فناوری UV{0}}LED، ابتدا باید چندین مفهوم اصلی را روشن کنیم تا اطمینان حاصل کنیم که در حال بحث در مورد یک موضوع هستیم. این از تفسیرهای نادرست و ارتباطات متقابل{2}} جلوگیری می کند. اینجا،UVبه مواد قابل درمان با اشعه ماوراء بنفش{0}}مانند پوشش‌های UV، جوهرهای UV و چسب‌های UV اشاره دارد.LEDبه طور خاص منابع نور LED ماوراء بنفش را نشان می دهد. وUV-LED به عنوان تعریف شده استپخت مواد UV با استفاده از منابع نور LED فرابنفش به عنوان منبع تابش.

همانطور که همه ما می دانیم، منبع نور معمولی برای پوشش های UV، لامپ جیوه با فشار متوسط و فشار بالا-است. در سال‌های اخیر، با هدایت سیاست‌های حفظ انرژی و حفاظت از محیط‌زیست، همراه با پیشرفت سریع فناوری UVLED (LED ماوراء بنفش) که زمینه را برای کاربردهای صنعتی در مقیاس- فراهم کرده است، بازار شاهد رشد فزاینده‌ای در پذیرش - LED بوده است. فناوری های نوظهور همیشه توجه و اشتیاق گسترده ای را به خود جلب می کنند. با این حال، به عنوان متخصصان صنعت، درک روشنی از UV-LED ضروری است. در اینجا، مایلیم تجربه تحقیقاتی خود را در زمینه UV{9}}LED طی دو سال گذشته به اشتراک بگذاریم.

تغییر در منابع نور (تفاوت بین LED و لامپ های جیوه ای بعداً توضیح داده خواهد شد) منجر به تحول در سیستم های فرمولاسیون پوشش UV و همچنین انقلابی در کل فرآیندهای پوشش و پخت شده است. برای سیستم UV{1}}LED، ما پنج جهت تحقیقاتی کلیدی را که هر دو بعد فنی و بازار را در بر می گیرند، شناسایی می کنیم.

QQ20251118-160943

همانطور که قبلاً تعریف شد، نورپردازی UV{0}}LED متکی استنور ماوراء بنفش LEDمنابعی برای درمان مواد UV بنابراین، دستیابی به درمان موثر، هدف اولیه همه تلاش‌های تحقیقاتی است. فوتوکور به دو جزء ضروری نیاز دارد: نور (منبع انرژی) و مواد UV (گیرنده). تغییر در منبع نور به طور اجتناب ناپذیری تعادل کل سیستم را مختل می کند و هسته در تحقیق و توسعه بین رشته ای قرار دارد تا پوشش های UV را با منابع نور LED هماهنگ کند.

به طور گسترده ای شناخته شده است که طول موج های LED کوتاه تر با سطوح انرژی بالاتر و هزینه های بالاتر مطابقت دارد. برعکس، آغازگرهای نوری که به انرژی تحریک کمتری نیاز دارند، طول موج‌های جذب بیشتری دارند و همچنین قیمت‌های بالاتری دارند. این یک رابطه{2}}مانند الاکلنگ بین منابع نور و آغازگرها ایجاد می کند. بنابراین، گسترش مرزهای عملکرد هر دو و شناسایی تعادل بهینه بین منابع نور LED و مواد UV، به کانون ابتکارات تحقیق و توسعه UV{4}}LED تبدیل شده است.

فناوری لامپ جیوه از نظر توسعه و کاربرد بسیار بالغ است و مدتهاست که به عنوان منبع نور استاندارد در نظر گرفته شده است. در مقابل، فناوری LED ماوراء بنفش هنوز در مراحل ابتدایی خود است و پتانسیل بسیار زیادی برای رشد آینده دارد. علاوه بر این، زنجیره صنعت LED بسیار گسترده است، که شامل رشد کریستال، برش تراشه، بسته بندی تراشه، یکپارچه سازی ماژول منبع نور، و همچنین کنترل منبع تغذیه و طراحی سیستم اتلاف حرارت است. هر مرحله تأثیر مهمی بر کیفیت محصول نهایی دارد-منبع نور UVLED. بنابراین، درک و گسترش مرزهای عملکرد LED ها برای پیشبرد کل اکوسیستم UV{5}}LED ضروری است.

برای برتری در رقابت در بازار، درک کامل هم از نقاط قوت خود و هم نقاط ضعف رقبا ضروری است. از آنجایی که هدف ما جایگزینی لامپ‌های جیوه‌ای سنتی با UVLED است، بسیار مهم است که ابتدا این دو فناوری را با هم مقایسه کنیم و مزایا، معایب و محدودیت‌های مربوطه را تجزیه و تحلیل کنیم.

پوشش‌های UV درمان می‌شوند زیرا آغازگرهای نوری در فرمول‌بندی‌هایشان نور فرابنفش با طول موج‌های خاص را جذب می‌کنند و رادیکال‌های آزاد (یا کاتیون‌ها/آنیون‌ها) تولید می‌کنند که پلیمریزاسیون مونومر را آغاز می‌کنند. برای نشان دادن این اصل، ابتدا طیف انتشار لامپ های جیوه ای و LED های فرابنفش را بررسی می کنیم.

QQ20260120-094635

این نمودار یک مقایسه کلاسیک و معمولی از طیف انتشار LED های UV و لامپ های جیوه ای است. همانطور که از نمودار مشاهده می شود، طیف انتشار یک لامپ جیوه پیوسته است و از طیف فرابنفش تا مادون قرمز را در بر می گیرد. به طور خاص، شدت نور در باند UVB به موج کوتاه- متمرکز است. در مقابل، طیف انتشار یک LED نسبتاً باریک است، با دو باند موج معمولی که دارای طول موج اوج در 365 نانومتر و 395 نانومتر (شامل 385 نانومتر، 395 نانومتر و 405 نانومتر) هستند.

در حال حاضر، اولیهنور UVبا کاربرد صنعتی در باند UVA، به ویژه منابع نور LED با طول موج های 365 نانومتر و 395 نانومتر همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، قرار می گیرد. در نتیجه، سیستم‌های UV{4}}به طور کلی از راندمان شروع کم و مهار شدید اکسیژن رنج می‌برند که برای پخت سطحی مضر است.

توجه: ادعایی که اغلب توسط بسیاری از تولید کنندگان UVLED یا تامین کنندگان پوشش UV LED در مورد "سنباده پذیری عالی پوشش های UV LED" مطرح می شود، به طور دقیق، نتیجه مستقیم پخت ناکافی سطح است. چالش واقعی در دستیابی به سمباده‌پذیری خوب نیست، بلکه در فعال کردن سنباده‌پذیری قابل کنترل{1}}ایجاد تعادل بین مقاومت در برابر سایش و سهولت سنباده است. علاوه بر این، برخی از تولیدکنندگان به روش‌های فریبنده متوسل می‌شوند: نصب یک لامپ جیوه در پشت آرایه LED، جایی که لامپ جیوه در واقع نقش درمان غالب را ایفا می‌کند.

همانطور که گفته شد، ما همچنین توجه می کنیم که در باند موج 365 نانومتر و 395 نانومتر، LED ها شدت نور بسیار بالاتری را نسبت به لامپ های جیوه ای ارائه می دهند، که این امر باعث تسهیل لایه- سخت شدن عمیق مواد UV می شود.

(برای مرجع، بسیاری از سیستم‌های پخت سنتی UV از یک لامپ گالیوم (با طول موج انتشار غالب 415 نانومتر) در کنار لامپ‌های جیوه استفاده می‌کنند، دقیقاً برای افزایش کارآیی لایه{1} عمیق.)

جنبه دوم: بهره وری انرژی LED ها، به طور کلی، UVLED ها انرژی بسیار کارآمدتری نسبت به لامپ های جیوه ای دارند-. بسیاری از تولید کنندگان حتی ادعا می کنند که استفاده از LED می تواند مصرف انرژی را تا 70 درصد کاهش دهد. در واقع، این ادعا مملو از تصورات نادرست است که از دو عامل کلیدی ناشی می‌شود: اول، برخی شرکت‌ها برای اهداف بازاریابی به اغراق‌های هیجان‌انگیز متوسل می‌شوند. دوم، اکثر مردم درک درستی از LED ها ندارند و دو مفهوم متمایز را با هم ترکیب می کنند.

این تصور غلط نوعاً از این فرض ناشی می شود کهتنها 30 درصد از نور ساطع شده از لامپ های جیوه اشعه ماوراء بنفش (UV) است، در حالی که UVLED ها 100 درصد نور UV را ساطع می کنند.. با این حال، تعیین کننده واقعی سطح مصرف انرژی سیستم، راندمان تبدیل فوتوالکتریک و راندمان نور موثر است. لامپ های جیوه در واقع دارای راندمان تبدیل فوتوالکتریک بالا هستند-نقص آنها در این واقعیت نهفته است که بخش بزرگی از نور ساطع شده از پرتوهای مرئی و مادون قرمز تشکیل شده است و نور UV (تنها جزء مفید برای پخت مواد UV) تنها 30٪ را تشکیل می دهد. در مقابل، UVLED ها بازده تبدیل فوتوالکتریک به میزان قابل توجهی پایین تر هستند، در حال حاضر حدود 30 درصد برای طول موج های UVA (که تقریباً معادل بازده نور UV لامپ های جیوه ای است) معلق است.

طبق قانون پایستگی انرژی، 70 درصد باقیمانده انرژی الکتریکی به گرما تبدیل می شود. این دو تفاوت اصلی بین این دو فناوری را توضیح می دهد:

LED ها شهرت خود را به عنوان "منابع نور سرد" به دست می آورند زیرا گرمای تولید شده از پشت پانل لامپ پخش می شود و سطح ساطع شده نور را در لمس خنک می کند. برعکس، لامپ‌های جیوه‌ای، گرما را از طریق بازتابنده‌ها و تشعشعات فروسرخ خود به سمت جلو ساطع می‌کنند.

دقیقاً به همین دلیل است که منابع نور UVLED عموماً به سیستم‌های خنک‌کننده هوا نیاز دارند و UVLED‌های پرقدرت{1} حتی واحدهای خنک‌کننده آب{2} را به اندازه‌ای اجباری می‌کنند که 70 درصد توان الکتریکی منبع نور را برای اتلاف گرمای سر لامپ تامین کنند.

مزایای واقعی{0}}صرفه‌جویی انرژی LED‌ها از دو ویژگی منحصربه‌فرد ناشی می‌شود: قابلیت روشن/خاموش فوری و تابش دقیق از طریق طراحی نوری، که کارایی نور موثر را افزایش می‌دهد. با این حال، استفاده از این مزایا مستلزم ادغام با تشخیص مادون قرمز و سیستم‌های کنترل هوشمند{2}}فناوری است که اکثر تولیدکنندگان تجهیزات LED UV در بازار در حال حاضر فاقد ظرفیت تحقیق و توسعه برای توسعه هستند.

تولید اوزون: طیف انتشار آنها شامل اشعه ماوراء بنفش بسیار{0} زیر 200 نانومتر است که مقادیر قابل توجهی ازن تولید می کند. (این دلیل اصلی بوی تند گزارش شده توسط کارگران کارخانه است که سیستم های لامپ جیوه ای را کار می کنند.)

آلودگی جیوه ناشی از دفع: لامپ‌های جیوه عمر کوتاهی دارند که فقط 800 تا 1000 ساعت است. دفع نادرست لامپ های مصرف شده منجر به آلودگی ثانویه جیوه می شود، مشکلی که تا به امروز حل نشدنی است.

گزارش ها حاکی از آن است که انرژی مورد نیاز سالانه برای تصفیه ضایعات جیوه معادل ظرفیت ترکیبی دو سد Three Gorges است. بدتر از آن، در حال حاضر هیچ فناوری مناسبی برای حذف کامل جیوه از جریان های زباله وجود ندارد.

LED های UV کاملاً عاری از این مشکلات هستند. از زمانی که کنوانسیون میناماتا در مورد جیوه به طور رسمی در چین در 16 اوت 2017 لازم الاجرا شد، مرحله{3}خروج لامپ های جیوه در دستور کار رسمی قرار گرفته است. در حالی که کنوانسیون شامل یک معافیت برای لامپ‌های فلورسنت جیوه صنعتی در مواردی است که هیچ جایگزینی وجود ندارد، همچنین تصریح می‌کند که طرف‌های امضاکننده می‌توانند پس از در دسترس قرار گرفتن جایگزین‌های مناسب، اضافه کردن چنین محصولاتی را به فهرست محدود پیشنهاد کنند. بنابراین، جدول زمانی برای فاز کامل-خروج لامپ های جیوه ای در کاربردهای درمان UV کاملاً به پیشرفت فناوری و صنعتی شدن راه حل های UV LED بستگی دارد.

از پخت دقیق محلی برای کاربردهایی مانند چاپ سه بعدی پشتیبانی می کند.

با جفت کردن ال ای دی ها با شروع کننده های نوری مختلف، امکان کنترل دقیق درجات و عمق پخت را فراهم می کند.

LED های قابل تنظیم منبع نور دارای طراحی مهره های لامپ مدولار هستند که امکان تنظیم انعطاف پذیر طول، عرض و زاویه تابش را فراهم می کند. این تطبیق پذیری امکان ایجاد منابع نور نقطه ای، منابع نور خطی، و منابع نور منطقه را فراهم می کند، که برای برآورده کردن نیازهای خاص فرآیندهای پخت متنوع طراحی شده اند.

طول موج:365 نانومتر، 395 نانومتر

تابش (شدت نور، چگالی توان نوری): mW/cm²

دوز کل انرژی: mJ/cm²

فرآیند فتوکورینگ نمی تواند بدون سه پارامتر اصلی که در بالا ذکر شد ادامه یابد: طول موج، شدت نور، و دوز کل انرژی. شدت نور راندمان شروع اشعه ماوراء بنفش را دیکته می کند و مستقیماً بر پخت سطح (مقاومت در برابر مهار اکسیژن) و عملکرد پخت عمیق تأثیر می گذارد. در حالی که دوز کل انرژی، پخت کامل مواد را تضمین می کند.

در مقایسه با لامپ‌های جیوه‌ای، برجسته‌ترین مزیت ال‌ای‌دی‌ها در ویژگی‌های فرمول‌پذیر و تنظیم‌پذیر آنها نهفته است. در محدوده عملکرد خود LED، پارامترهای آن را می توان تا حد زیادی بهینه کرد تا نیازهای پخت خاص را برآورده کند. در آزمایش‌های فتوکورینگ LED{2}}، هدف اصلی گسترش مداوم مرزهای عملکرد منبع نور و مواد UV و شناسایی تعادل بهینه بین آنها است. به طور خاص برای LED ها، این به معنای تعیین پارامترهای ایده آل منبع نور LED بر اساس فرمول پوشش برای دستیابی به نتایج بهینه پخت است.

بر اساس اصل انتقال الکترون (جزئیات حذف شده است؛ خوانندگان علاقه مند ممکن است برای اطلاعات بیشتر به منابع آنلاین مراجعه کنند)، هنگامی که الکترون های یک اتم از حالت برانگیخته به حالت پایه برمی گردند، انرژی را به شکل تابش در طول موج های مختلف آزاد می کنند (یعنی امواج الکترومغناطیسی با طول موج های متفاوت ساطع می کنند).

بنابراین، دو رویکرد اصلی برای تولید منابع نوری ساطع کننده UV- وجود دارد:

اولین رویکرد شناسایی اتمی است که اختلاف انرژی الکترونی آن بین حالت برانگیخته و حالت پایه دقیقاً در طیف فرابنفش قرار می گیرد. لامپ های جیوه ای سنتی پرمصرف ترین منابع نور UV بر اساس این اصل هستند.

رویکرد دوم از اصل لومینسانس نیمه هادی استفاده می کند (جزئیات حذف شده است؛ خوانندگان علاقه مند ممکن است برای اطلاعات بیشتر به منابع آنلاین مراجعه کنند). به طور خلاصه، هنگامی که یک ولتاژ رو به جلو به یک نیمه‌رسانای نور اعمال می‌شود، حفره‌های تزریق شده از ناحیه P-به ناحیه N-و الکترون‌های تزریق شده از ناحیه N-به ناحیه P-با الکترون‌های موجود در ناحیه N{{6}در ناحیه N{6}در ناحیه N{6}به ترتیب در ناحیه N{6}بازترکیب می‌شوند. میکرومتر در نزدیکی اتصال PN، تولید تابش فلورسنت خود به خودی.

همانطور که به طور گسترده شناخته شده است، شکاف نواری مواد نیمه هادی گروه III-V از نیترید آلومینیوم تا نیترید گالیم یا نیترید گالیوم ایندیم (InGaN) دقیقاً در طیف نور آبی تا نور ماوراء بنفش قرار می گیرد. با تنظیم نسبت مواد آلومینیم ایندیم گالیوم نیترید، می توانیم منابع نور ماوراء بنفش و مرئی را در طیف وسیعی از طول موج ها تولید کنیم.

QQ20260120-100951 QQ20260120-100959

در حالی که از نظر تئوری، نور با هر طول موجی را می توان با تنظیم ترکیب مواد شب تاب تولید کرد، دامنه تراشه های UVLED موجود برای تولید تجاری به دلیل محدودیت های مختلف کاملاً محدود است. تراشه‌های قدرتمند{1} مناسب برای کاربردهای صنعتی اساساً در باند UVA (365-415 نانومتر) متمرکز شده‌اند. در سال‌های اخیر، فن‌آوری‌های UVB و UVC نیز توسعه چشمگیری داشته‌اند، اما اساساً به بازارهای غیرنظامی و مصرف‌کننده کم-مثل ضدعفونی و عقیم‌سازی محدود شده‌اند.

چندین دلیل کلیدی برای این وجود دارد:

ساختار مواد کریستالی راندمان نوری (بازده تبدیل فوتوالکتریک) نیترید گالیوم (GaN) و نیترید گالیوم ایندیم با کارایی بالا (InGaN) را هنوز هم می‌توان برای محدوده 365 تا 405 نانومتر در UVA استفاده کرد. در مقابل، تراشه‌های UVB و UVC به‌جای استفاده از GaN و InGaN که بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند، کاملاً به آلومینیوم گالیوم نیترید (AlGaN)-ماده‌ای با راندمان نوری ذاتاً پایین- متکی هستند. این به این دلیل است که GaN و InGaN نور فرابنفش زیر 365 نانومتر را جذب می کنند. در نتیجه، راندمان نورانی تراشه های UVB و UVC بسیار کم است. به عنوان مثال، تراشه 278 نانومتری ال‌جی دارای راندمان تبدیل فوتوالکتریک 2 درصدی است.

چالش های اتلاف گرما ناشی از راندمان پایین بر اساس قانون بقای انرژی، بازده تبدیل فوتوالکتریک 2 درصد به این معنی است که 98 درصد انرژی الکتریکی به گرما تبدیل می شود. علاوه بر این، طول عمر و راندمان نوری تراشه های LED با دما نسبت معکوس دارد. چنین تولید گرمای بالا الزامات بسیار سختگیرانه ای را بر سیستم های اتلاف گرما تحمیل می کند. با فناوری‌های خنک‌کننده موجود، دستیابی به اتلاف گرمای مؤثر برای تراشه‌های-UVB و UVC با قدرت بالا غیرممکن است.

انتقال UV کم مواد بسته بندی و لنز برای محافظت از تراشه های LED، کپسولاسیون ضروری است. از آنجایی که LED ها نور را به صورت همه جانبه ساطع می کنند، لنزها برای متمرکز کردن پرتو نور مورد نیاز هستند. با این حال، به غیر از شیشه کوارتز، اکثر مواد دارای ضریب عبور UV بسیار پایین هستند-و با کوتاه شدن طول موج، ضریب انتقال به شدت کاهش می یابد. در نتیجه، حتی اگر بازده نوری ذاتی تراشه‌های UVB/UVC در حال حاضر پایین است، بخش قابل توجهی از نور توسط لنزها جذب می‌شود و در نتیجه خروجی نور قابل استفاده بسیار ضعیفی ایجاد می‌شود که به سختی برای کاربردهای صنعتی کافی است.

بازده کم کریستال و هزینه تولید بالا تراشه های فعلی UVB و UVC با استفاده از راکتورهای مشابه تراشه های UVA تولید می شوند. علاوه بر عیوب ذاتی مواد، مسائلی مانند عدم تطابق ضرایب انبساط حرارتی بین بستر و کریستال منجر به بازده بسیار پایین کریستال می‌شود که به نوبه خود هزینه‌های تولید را به طور غیرقابل قبولی بالا نگه می‌دارد.

به طور کلی، با توجه به راندمان نوری کم، هزینه های بالا، و الزامات اتلاف حرارت شدید فناوری های UVB و UVC، توسعه{0}قدرت بالانور UVB و UVCمنابع برای کاربردهای صنعتی تا زمانی که پیشرفت‌های تکنولوژیکی بزرگ به دست نیامد، گریزان باقی خواهند ماند.

QQ20260120-101511

یک تراشه LED تنها یکی از اجزای حیاتی منبع نور LED است. هنگام انجام تحقیق و توسعه بر روی منابع نور LED، باید یک مورد را اتخاذ کنیمسیستماتیک،رویکرد کل نگر فراتر از تنظیم طول موج LED، دامنه تحقیق و توسعه مجموعه‌ای از فرآیندهای پایین دستی از جمله فناوری بسته‌بندی، طراحی نوری، سیستم‌های اتلاف حرارت، سیستم‌های منبع تغذیه و سیستم‌های کنترل هوشمند را در بر می‌گیرد.

در حال حاضر، چهار ساختار بسته بندی اصلی برای تراشه های LED وجود دارد:

ساختار کوه عمودی

برگردان-ساختار تراشه

ساختار عمودی

ساختار عمودی سه بعدی

تراشه‌های LED معمولی معمولاً ساختاری عمودی با زیرلایه یاقوت کبود دارند. این ساختار دارای طراحی ساده و فرآیندهای تولید بالغ است. با این حال، یاقوت کبود رسانایی حرارتی ضعیفی دارد، و انتقال حرارت تولید شده توسط تراشه به هیت سینک را دشوار می کند-، محدودیتی که کاربرد آن را در سیستم های LED پرقدرت- محدود می کند.

بسته‌بندی تراشه‌ای{0}}برگردان یکی از روندهای توسعه فعلی است. برخلاف سازه‌های نصب عمودی، گرما در طرح‌های برگردان{2}}تراشه نیازی به عبور از بستر یاقوت کبود تراشه ندارد. در عوض، مستقیماً به بسترهایی با رسانایی حرارتی بالاتر (مانند سیلیکون یا سرامیک) منتقل می شود و سپس از طریق یک پایه فلزی به محیط خارجی پراکنده می شود. علاوه بر این، از آنجایی که ساختارهای تراشه‌ای{5}} نیاز به سیم‌های طلایی خارجی را از بین می‌برند، چگالی یکپارچه‌سازی تراشه‌ها و توان نوری بهبود یافته در واحد سطح را ممکن می‌سازند. با این اوصاف، هر دو ساختار تراشه نصب عمودی و تلنگر{7} یک نقص مشترک دارند: الکترودهای P و N LED در یک سمت تراشه قرار دارند. این جریان را مجبور می کند تا به صورت افقی از لایه n-GaN عبور کند، که منجر به شلوغی جریان، گرمای بیش از حد موضعی و در نهایت محدود کردن آستانه بالای جریان درایو می شود.

تراشه‌های سبک-ساختار آبی{1}} عمودی از فناوری نصب عمودی تکامل یافته‌اند. در این طرح، یک تراشه زیرلایه یاقوت کبود معمولی برگردانده می‌شود و به یک بستر بسیار رسانای حرارتی متصل می‌شود، و سپس با لیزر از زیرلایه یاقوت کبود خارج می‌شود. این ساختار به طور موثر گلوگاه اتلاف گرما را برطرف می کند، اما شامل فرآیندهای تولید پیچیده- به ویژه مرحله چالش برانگیز انتقال بستر- است که منجر به بازده تولید پایین می شود. با این وجود، با پیشرفت تکنولوژی، بسته بندی عمودی برای LED های UV به طور فزاینده ای بالغ شده است.

اخیراً یک ساختار عمودی سه بعدی جدید پیشنهاد شده است. در مقایسه با تراشه‌های ال‌ای‌دی ساختار عمودی-، مزایای اصلی آن عبارتند از حذف اتصال سیم طلا، فعال کردن پروفیل‌های بسته‌بندی نازک‌تر، بهبود عملکرد اتلاف گرما، و ادغام آسان‌تر جریان‌های درایو بالا. با این حال، قبل از تجاری سازی ساختارهای عمودی سه بعدی، موانع فنی زیادی باید برطرف شوند.

با توجه به اینکه UVLED ها معمولاً بازده نوری کمتری در مقایسه با LED های روشنایی عمومی نشان می دهند، بسته بندی ساختار عمودی انتخاب ارجح برای به حداکثر رساندن راندمان استخراج نور است.

از آنجایی که LED ها نور را به صورت همه جانبه ساطع می کنند، و بازده نوری ذاتی آنها در حال حاضر نسبتاً پایین است، طراحی نوری علمی و منطقی برای افزایش کارایی نور موثر (یعنی راندمان نور تابش جلویی) مورد نیاز است. اجزای نوری رایج شامل بازتابنده ها، لنزهای اولیه و عدسی های ثانویه هستند.

علاوه بر این، نور ماوراء بنفش در هنگام عبور از رسانه تحت تأثیر تضعیف بالایی قرار می گیرد. بنابراین، هنگام انتخاب مواد عدسی باید چندین فاکتور را ارزیابی کرد-مانند شیشه کوارتز، شیشه بوروسیلیکات، و شیشه سکوریت-با اولویت مواد با ضریب عبور UV بالا. این نه تنها خروجی نور را به حداکثر می‌رساند، بلکه از افزایش بیش از حد دما ناشی از جذب نور مواد تحت قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض UV جلوگیری می‌کند.

همانطور که قبلا ذکر شد، طبق قانون بقای انرژی، تنها بخشی از انرژی الکتریکی به انرژی نور تبدیل می شود، در حالی که بخش زیادی به عنوان گرما دفع می شود. برای باند UVA، نسبت تبدیل انرژی معمولی 10:3:7 برای برق، نور و گرما است. عمر مفید تراشه های LED با دمای محل اتصال آنها ارتباط نزدیکی دارد. در فرآیند فتوکورینگ، چگالی توان نوری بالا اغلب نیازمند ادغام تراشه‌های LED با چگالی بالا-است که الزامات سخت‌گیری را بر سیستم‌های اتلاف گرما تحمیل می‌کند.

بنابراین، دستیابی به اتلاف گرمای کارآمد و اطمینان از اینکه دمای اتصال تمام تراشه‌های LED در محدوده معقول و متعادل باقی می‌ماند، نیاز به طراحی علمی دقیق، شبیه‌سازی کامپیوتری و آزمایش عملی دارد.

محدودیت‌های آغازگرهای نوری و رویکرد سطح سیستم-به واکنش‌پذیری رزین و مونومر همانطور که در مقدمه قبلی فن‌آوری LED نشان داده شد، منابع نور LED پرقدرت مناسب برای کاربردهای صنعتی در حال حاضر محدود به باند UVA، به‌ویژه در طول موج‌های بالاتر از 365 نانومتر هستند. با تعریف مرزهای عملکرد منابع نور LED، اکنون می‌توانیم ببینیم که انتخاب آغازگرهای نوری سازگار نسبتاً محدود است، زیرا بیشتر آغازگرهای نوری ضرایب خاموشی مولی پایینی را در طول موج‌های بالاتر از 365 نانومتر نشان می‌دهند.

برای پرداختن به موضوع راندمان شروع کم آغازگرهای نوری سازگار{0} LED، تلاش‌های تحقیق و توسعه نباید به خود آغازگرهای نوری محدود شود. درعوض، ما باید یک دیدگاه سطح سیستمی اتخاذ کنیم که رزین‌ها، مونومرها، آغازگرهای نوری و حتی افزودنی‌های کمکی را در یک چارچوب تحقیقاتی جامع ادغام می‌کند و در نتیجه کارایی پخت سیستم‌های LED UV را افزایش می‌دهد.

طراحی فرمول و توسعه فرآیند پوشش برای پخت ال ای دی (تأثیر آغازگرهای نوری، رزین ها، مونومرها، دما، خشکی سطح، از طریق خشکی، رنگدانه ها و پرکننده ها) برای بهبود جذب نور فرابنفش با طول موج بلند- توسط آغازگرهای نوری، اغلب لازم است که نیوژن (PhotoInitiator) و سایر فولیکول ها ترکیب شوند. اتم ها در ساختار مولکولی خود در حالی که این اصلاح جذب طول موج UV طولانی را افزایش می‌دهد، همچنین منجر به افزایش رنگ‌آمیزی آغازگرهای نوری می‌شود.

علاوه بر این، به دلیل راندمان جذب نور کم این آغازگرها، باید مقادیر زیادی رزین و مونومرهای بسیار واکنش‌پذیر{0}}رزین‌ها و مونومرهای اکریلیک با عملکرد معمول{1}{2}} اضافه شود تا سرعت واکنش کلی سیستم پوشش تسریع شود. با این حال، این رویکرد تمایل به تولید پوشش هایی با سختی بالا و در عین حال انعطاف پذیری ضعیف دارد که دامنه کاربرد آنها را محدود می کند.

با این حال، ضرایب خاموشی مولی کم نور آغازگرهای LED UV نیز یک مزیت منحصربه‌فرد را ارائه می‌دهند: آنها اجازه عبور نور UV بالاتر را از طریق لایه پوشش می‌دهند، که منجر به پخت عمیق لایه‌های ضخیم می‌شود.

الزامات عملکرد پوشش برای نگهداری مختلف، حمل و نقل، شرایط ساخت و ساز و فرآیندهای کاربرد در صنعت پوشش، تکنیک های مختلف کاربردی مانند پوشش غلتکی، پوشش اسپری و پوشش پرده، الزامات ویسکوزیته مجزایی را بر روی پوشش ها تحمیل می کنند. در همین حال، بسترهای مختلف از نظر ترشوندگی و چسبندگی به خواص پوشش متناسب نیاز دارند. علاوه بر این، شرایط مختلف حمل و نقل و ذخیره سازی، سطوح مربوط به پایداری ذخیره سازی را برای پوشش ها ضروری می کند. بنابراین، تمام این عوامل باید در طراحی فرمولاسیون پوشش به طور کامل در نظر گرفته شوند.

الزامات عملکرد فیلم پوشش برای کاربردهای مختلف زمینه های کاربردی مختلف الزامات عملکردی متفاوتی را بر روی فیلم های پوشش اعمال می کنند، از جمله براقیت، خواص رنگ سنجی، سختی، انعطاف پذیری، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر ضربه. در نتیجه، توسعه پوشش باید تعادلی بین کارایی پخت و عملکرد فیلم ایجاد کند.

پوشش یک فرآیند مهندسی سیستماتیک است. بهینه سازی فرآیندهای پوشش می تواند مرزهای کاربرد فناوری UV{1}}LED را بیشتر گسترش دهد. همانطور که یک ضرب المثل صنعتی می گوید،"سه قسمت به پوشش بستگی دارد؛ هفت قسمت به فرآیند کاربرد بستگی دارد". در نهایت، هر دو پوشش و منابع نور، عملکرد مورد نظر خود را تنها از طریق کاربرد مناسب به دست می آورند.

علاوه بر این، بهینه سازی فرآیندهای پوشش در ارتباط با پوشش های UV و منابع نور LED می تواند به طور قابل توجهی محدودیت های مواد و منابع نور را جبران کند. برای مثال، حرارت دادن می‌تواند ویسکوزیته پوشش‌های با محتوای رزین{{2} بالا را که در دمای اتاق بیش از حد چسبناک هستند، کاهش دهد و آنها را برای روش‌های مختلف کاربرد مناسب کند. علاوه بر این، گرمایش می‌تواند سیالیت سیستم پوشش را بهبود بخشد، فعالیت مولکولی را افزایش دهد، واکنش‌های پخت اولیه کامل‌تر را تضمین کند و سطوح فیلم را صاف‌تر کند.

طی دو سال گذشته، کمبود و افزایش سرسام‌آور قیمت‌های آغازگرهای نوری ناشی از کمپین‌های حفاظت از محیط زیست، زیان‌های ملموسی را به شرکت‌های پایین دستی وارد کرده و به‌شدت مانع توسعه فناوری LED UV شده است. این امر نشان می‌دهد که اتصال زنجیره‌های صنعتی بالادستی و پایین‌دستی و روان بودن سیستم‌های زنجیره تامین، تضمین‌های اساسی برای توسعه سالم یک صنعت و موفقیت بازار محصولات و فناوری‌های آن است.

در حالی که بسیاری از صنایع از ابتدا از طریق پویایی های تقویت کننده متقابل نوآوری های تکنولوژیکی، توسعه صنعتی و افزایش تقاضا تکامل می یابند، این عوامل باید به طور جامع در طول فرآیند بازاریابی ارزیابی شوند.

علاوه بر این، از منظر سرمایه‌گذاری، انجام تحقیقات و استقرار زنجیره‌های صنعتی بالادستی و پایین‌دستی نه تنها می‌تواند عرضه پایدار را هنگام ورود محصولات به بازار تضمین کند، بلکه شرکت‌ها را قادر می‌سازد تا در سود سهام رشد صنعت سهیم شوند.