UV LED技術在印刷領域的應用

所謂UV LED技術是指通過專門設計使LED（Light-Emitting Diode）能發出一個完整連續紫外光帶，滿足不同領域對紫外線光源的需要。隨著此項技術的不斷發展，已有電子、印刷、醫療等多個領域開始使用該項技術。UV LED技術在印刷領域的發展尤為突出，短短幾年時間，各大知名印刷機制造商紛紛推出了UV LED印刷機，印刷機類型更是覆蓋了從絲網印刷、凸版標簽印刷、數碼噴墨印刷、單張紙膠印等幾乎所有的印刷方式。

UV LED技術在印刷領域的發展過程

2008年德魯巴展會上INX數字公司展示了一套UV LED數碼噴墨印刷系統引起轟動。該系統是全球首套使用UV LED技術的印刷設備，無需惰性氣體固化氛圍，能以超過每分鐘24米的速度走紙，通過固化裝置一次完成四色印刷。一年后，2009年6月三菱重工開始銷售LED-UV油墨干燥系統。該系統非常適合安裝在其大幅面（DIAMOND V3000系列）單張紙印刷機合串聯翻轉膠印機上，并能顯著降低印刷過程中的能源消耗量。2011年8月美國絲網印刷機廠商Empire Screen Printing推出全新LED固化絲網印刷機。2012年德魯巴展會上Phoseon Technology公司展示一臺TL2024 UV LED噴墨數碼印刷機，Ardeje公司展示一臺配置UV LED的A1000打印機，Atlantic Zeiser公司演示一臺配置UV LED的Persoline 4CGAMMA噴墨數碼印刷機。在此期間，高寶、曼羅蘭等知名印刷機制造商也紛紛推出UV LED配套方案。2013年利優比924型單張紙膠印使用UV MEGA CURE LED油墨進行演示，固化效果良好。

從2008年全球首臺UV LED數碼印刷機到2013年利優比924型單張紙膠印機，短短5年時間，UV LED技術在印刷領域蓬勃發展。據瑞士Bern University應用科學大學印刷技術學院調查，1999年UV LED技術有效功率小于10%，10年后有效功率超過50%。光照強度由1W/cm2提高到超過10W/cm2。價格也是直接影響該技術能否普及的關鍵，10年間每瓦UV LED的售價降低了26倍。隨著UV LED技術的日臻成熟，必將在下游產業廣泛使用。

UV LED 技術的關鍵

UV LED技術在印刷領域的主要應用是固化設備和與之配套的墨水、油墨。全球首款UV LED數碼噴墨印刷系統也是INX數字公司與LED專業固化的Summit UV公司合作開發的EVOLVE UV第一款UV LED固化的油墨，而Summit UV公司獨自研發了“黑鉆365系列”UV LED固化設備。只要在原有印刷設備上加裝UV LED固化裝置并配合使用相適應的油墨，就完成了印刷設備UV LED的升級改造。

UV LED固化裝置是整個UV LED印刷系統的關鍵技術。傳統中壓汞燈的主要波峰在365nm、313nm、 303nm，而且是連續的光譜從200nm到400nm都有紫外線發射。目前LED只有在365nm、385nm、405nm等幾個很窄的波段發射紫外線，這就限制了LED的使用范圍。國外一些研究人員正在研發在中紫外范圍發射紫外線的LED芯片，247nm和210nm波長的芯片已經研發成功，這一成果的應用使得UV LED固化設備可以在多個波長發射近似連續光譜，從而模擬中壓汞燈發射的連續光譜。這對光化學研究和光固化應用具有十分重要的意義。UV LED芯片研發與制造的核心技術目前主要由日亞化學（Nichia）、臺灣旭明光電（SemiLEDs）以及首爾半導體（SeoulSemiconductor）3家掌握且占有較高的市場份額。日本憑借其在藍光LED領域的優勢，在UV LED方面的進展舉世矚目，尤其是日亞公司，在365nmUV LED的研究上遙遙領先，美國在深紫外的研究方面領先，但是近年已經被日本超越。UV LED固化裝置的設計和生產需要考慮到LED在工作時會釋放大量的熱，需要為其加裝冷卻系統。目前普遍加裝空冷卻和水冷卻系統，印刷設備的固化裝置由于模塊較多且結構緊湊因此加裝水冷卻系統，這大大增加了固化裝置的設計難度。研發生產UV LED固化裝置主要是美國Phoseon Technology公司、韓國SMT公司及日本巖田IWATA公司領先。雖然國內在LED芯片方面有一些研究但沒有規模化生產，主要還是依賴進口。

UV LED油墨為了適應其固化裝置的光譜特性也不同于普通UV油墨其中包含了許多核心技術最重要的還是光引發劑。普通UV油墨一般使用的光引發劑具有較寬泛的吸收區間，如表1所示。選擇搭配時要考慮光引發劑與顏料對紫外光的爭奪，因此光引發劑的吸收峰最好處于顏料吸收紫外光相對較弱的“透光窗口”。而LED固化裝置只發射特定波長的紫外光且光譜較窄，這需要LED光引發劑具有更強的吸光能力和更高的反應效率，同時吸收峰要與發射波長相匹配。目前國內對光引發劑的研究取得了一些進展部分成果申請了專利。

UV LED技術的優勢與不足

UV LED技術與傳統UV相比的優勢

1.能耗更低，耗電量僅為傳統汞燈固化裝置的10%；

2.壽命更長，相當于傳統汞燈壽命的10倍；

3.冷光源適用于對熱敏感的承印物如：熱敏紙、塑料薄片上的固化；

4.無需預熱過程，可直接開關且不影響壽命；

5.不釋放臭氧，不發射UVC，環境更友好；

UV LED技術在印刷領域的應用仍有不足之處：

1.單片LED的發光功率還比較低，且遠距離照射衰減較高，因此固化裝置需要緊挨承印物放置，造成印刷機結構更加緊湊，不利于工人操作；

2.多LED芯片陣列之后輻照不均勻，影響油墨干燥的一致性；

3.散熱量大的問題，單片LED產生熱量較少，但多LED陣列后單位內積累產生的熱量要比單片的大好幾倍，因此需要加裝冷卻系統。這樣使設計制造更加復雜，同時價格更加昂貴。