十千瓦級大功率紫外LED光固化系統

張善端韓秋漪荊 忠

（1復旦大學電光源研究所，2上海邁芯光電科技有限公司）

十千瓦級大功率紫外LED光固化系統

張善端1韓秋漪1荊 忠2

（1復旦大學電光源研究所，2上海邁芯光電科技有限公司）

紫外光固化是一種公認的環保節能的固化技術，它是利用紫外線(UV)照射有機涂層，使其產生輻射聚合、輻射交聯和輻射接技等反應，最終變為固態的化學過程。該反應速度快、不需要額外加熱源、反應物不含或僅含微量有機溶劑、反應中也基本不產生揮發性有機化合物(VOC)排放。固化后的有機涂層性能優異，耐腐蝕、耐磨損、強度高、抗沖擊。因此，光固化技術在光固化涂料、光固化油墨、光固化膠粘劑、光刻膠、激光三維成像、三維造型等行業得到廣泛應用。

發光二極管(LED)憑借效率高、體積小、壽命長、可靠性高等優點，快速進入各種可見光照明和紫外輻照應用領域。隨著紫外LED芯片輻射效率的提升和價格的下降，紫外LED光源開拓了365 nm以上UVA波段的應用領域，正在逐步替代汞燈等傳統紫外氣體放電光源。

為了滿足工業應用領域對千瓦以上功率的紫外光源的需求，我們開發了一種高效導熱散熱的LED封裝結構[1,2]。該封裝結構采用氮化鋁板作為導熱絕緣板，并用銅板制作電極，實現了功率密度50～500 W cm-2的紫外LED封裝模塊，奠定了大功率紫外LED光固化系統的技術基礎。圖1所示的模塊樣品的實測結果表明，該封裝結構的熱學性能非常優越，在30 °C水冷散熱條件下，功率密度為250 W cm-2時，模塊的結溫低于80 °C，而輻射效率高達20%以上?；谠撃K結構的紫外LED光源，光固化系統的總功率已實現30 kW以上，已完全能夠滿足工業領域紫外光固化生產的要求。

該大功率紫外LED光固化系統具有眾多性能優勢：

封裝功率密度高。我們已實現的紫外LED光源的最高封裝功率密度為國際領先的500 W cm-2，已超過了絕大多數的汞燈等氣體放電光源，滿足所有光固化應用領域對紫外光源的功率要求。

熱學特性好。該紫外LED光源封裝的導熱散熱特性卓越，紫外LED芯片始終維持在較低的結溫狀態，確保了光源的良好的工作穩定性和超長的壽命。

系統效率高。紫外LED的光譜集中在中心波長附近，全部可用；單面出光，無反射器光損失，因此紫外LED光固化系統的輻射效率可達20%以上。

可瞬時開關。即開即用，還可瞬時重啟動，進一步節約能耗，并延長系統的使用壽命。

出光表面無熱效應。紫外LED出光表面沒有熱輻射，芯片熱量通過背部的散熱結構排出，避免了汞燈的高溫表面帶來的各種安全隱患。另外，由于紫外LED不會對反應物造成紅外加熱效果，因此反應過程中可以使用熱敏性的材料，擴大了紫外光固化技術的應用范圍。

無短波紫外傷害。光固化系統采用的紫外LED芯片的中心波長在365 nm以上的UVA區域，完全不含對皮膚有快速傷害的短波紫外。

綜上，大功率紫外LED光固化系統具有極強的競爭力，逐步取代汞燈應用于各種涂料、樹脂、油墨和膠黏劑的紫外光固化，為木地板、木器、各種材質的表面處理、顯示器等電子設備的生產、印刷行業、包裝行業等帶來技術上的升級換代，具有極大的市場前景。

[1]張善端，韓秋漪，荊忠. 一種高效導熱的大功率LED集成封裝結構[P]. CN 201410176671.3, 2014-07-30.

[2]張善端，韓秋漪，荊忠. LED倒裝芯片的大功率集成封裝結構[P]. CN 201410291560.7, 2014-10-01.