LEDs מסוג UVA, UVB ו-UVC: טכנולוגיה ומדידה
LEDs מסוג UVA, UVB ו-UVC נבדלים זה מזה ביותר מאשר אורך הגל השיא שלהם. מערכת החומרים, הנצילות, העומס התרמי, רוחב הפס הספקטרלי, ההזדקנות וההספק האופטי הזמין - כל אלה משתנים באופן ניכר על פני תחום ה-UV. לכן, לצורך יישום אמין, יש להעריך את נתוני ה-LED בתנאי זרם וטמפרטורה מוגדרים, ולהשלים אותם במדידה רדיומטרית מתאימה בנקודת השימוש.
LEDs של UV מייצרים קרינה על-סגולה במוליכים למחצה מניטריד אלומיניום, גליום ואינדיום. ההרכב קובע את אורכי גל הפליטה בתחום UVA (315 עד 400 nm), UVB (280 עד 315 nm) ו-UVC (200 עד 280 nm); שכיחים 365 ו-385 nm בתחום UVA, 285 ו-295 nm בתחום UVB ו-265 nm בתחום UVC. ספקטרות מדודים של סוגי LED בודדים ניתנים להורדה ממסד הנתונים הספקטרלי למנורות UV ול-LED של UV.
הדירקטיבה האירופית RoHS מגבילה מנורות המכילות מרקורי; המצב הנוכחי מתואר בעמוד RoHS ומנורות UV. אילו מכשירים מציעה Opsytec כתוצאה מכך, ניתן לראות בעמוד מקורות אור UV-LED.
ייצור דיודות פולטות אור על-סגול
קרינה אלקטרומגנטית נוצרת בדרך כלל במוליכים למחצה מסוג III-V, כלומר מוליכים למחצה העשויים מיסודות מהקבוצה השלישית והחמישית בטבלה המחזורית, כאשר אורך הגל של שיא הפליטה של דיודות UV נקבע בעיקר על ידי הרכב תמיסת המוצק של החומר.
על ידי הסגסוג של מוליכי למחצה אלומיניום ניטריד (AlN), גליום ניטריד (GaN) ואינדיום ניטריד (InN), ניתן להשיג אורכי גל פליטה בתחומי UVA (400 nm - 315 nm), UVB (315 nm - 280 nm) ו-UVC (280 nm - 200 nm).
ייצור דיודות UV כולל מספר שלבים:
עיצוב הטרוסטרוקטורת הדיודה ופריסת השבב, גידול המצעים ושכבות הבסיס, אפיטקסיה של ההטרוסטרוקטורה של מוליך למחצה, עיבוד התקני LED ברמת הפְלוֹנה (wafer) ולבסוף הפרדת הפְלוֹנות לשבבי LED והרכבתם באריזות. לפיכך, דיודות UV מורכבות ממאות רבות של שכבות מוליך למחצה שהרכבן והסימום שלהן חייבים להיות מותאמים בהתאם לפונקציונליות הנדרשת.
אורך גל הפליטה של הדיודות נקבע על ידי ההרכב והסימום שבהם נוצרת קרינת ה-UV. בכל השלבים חשוב שההספק החשמלי יומר ביעילות להספק קרינה אופטי. הנצילות הכוללת מהשקע (WPE) היא פרמטר חשוב במיוחד עבור היישום. הנצילות הכוללת של דיודות UV מציינת את היחס בין הספק הקרינה האופטי לבין ההספק החשמלי המסופק.
דיודות UV הפולטות UVA משיגות כיום WPE של כ-30–40 %, בעוד שדיודות הפולטות אור כחול משיגות כבר WPE גבוה מאוד של כ-80 %. לעומת זאת, לדיודות עם פליטה בתחום UVB ו-UVC הנמוך יש WPE נמוך משמעותית, פחות מ-5 % עד 10 %. מסיבה זו, דיודות UVB ו-UVC נתונות לאופטימיזציה מתמשכת ולפיתוח טכנולוגי. כתוצאה מכך, סוגי דיודות זמינים חייבים להיות מוחלפים בדגמים חדשים לאחר זמן מה.
השוואה בין דיודות UV עבור UVA, UVB ו-UVC
בהשוואה לדיודות UV ישנות יותר, דיודות UVB ו-UVC העדכניות ביותר מציגות יעילות גבוהה משמעותית וביצועים משופרים. דיודות UV ישנות יותר סבלו לעתים קרובות מטמפרטורות הפעלה גבוהות ומהתדרדרות מהירה, אשר שופרה משמעותית באמצעות ההתפתחויות האחרונות. הדור הנוכחי של דיודות UVB ו-UVC משתמש בטכנולוגיות קירור מתקדמות ובמבני מוליך למחצה משופרים וצימודים אופטיים משופרים, אשר לא רק מאריכים את אורך החיים אלא גם מגבירים את היעילות.
דיודות UVB ו-UVC עדיין לא משיגות את הביצועים והתפוקה של דיודות UVA, אך הצליחו לצמצם את הפער באופן משמעותי בשנים האחרונות.
דיודות UVB ו-UVC וכן דיודות UVA מיוצרות ממצעים שונים ובאמצעות תהליכי אפיטקסיה שונים, המותאמים באופן ספציפי לאורכי הגל ולדרישות הביצועים הרצויים. הבחירה במצע ובשיטת האפיטקסיה משפיעה באופן משמעותי על היעילות, הביצועים והעלות של הדיודות.
להלן מוצגת השוואה טכנית בין דיודות UVA באורכי גל של 365 nm ו-385 nm לבין דיודות באורך גל קצר של 265 nm (UVC) וכן 285 nm ו-295 nm (UVB). טבלה זו לוקחת בחשבון פרמטרים כלליים כגון יעילות, תפוקה, אורך חיים ויישומים אופייניים.
| פרמטרים | UVA LED 365 nm | UVA LED 385 nm | UVC LED 265 nm | UVB LED 285 nm | UVB LED 295 nm |
| אורך גל שיא | 365 nm | 385 nm | 265 nm | 285 nm | 295 nm |
| הספק אופטי | 10–1000 mW | 10–1000 mW | 1–30 mW | 1–30 mW | 1–30 mW |
| נצילות (WPE) | 20–40% | 20–40% | 5–15% | 5–15% | 5–15% |
| אורך חיים | עד 10,000 שעות | עד 10,000 שעות | עד 5,000 שעות | עד 5,000 שעות | עד 5,000 שעות |
| טמפרטורת הפעלה | -20 °C עד +60 °C | -20 °C עד +60 °C | -10 °C עד +50 °C | -10 °C עד +50 °C | -10 °C עד +50 °C |
| יישומים טיפוסיים | הקשיה, בדיקה | הקשיה, בדיקה | חיטוי, עיקור | חיטוי, עיקור | חיטוי, עיקור |
הבהרות:
אורך גל שיא: אורך הגל שבו לנורית ה-LED יש את פליטת הקרינה הגבוהה ביותר.
הספק אופטי: ההספק הכולל של האור הנפלט מנורית ה-LED, ביחידות מיליוואט.
נצילות: היחס בין ההספק האופטי הנפלט לבין ההספק החשמלי הנקלט.
אורך חיים: משך ההפעלה הצפוי של נורית ה-LED עד לנקודה שבה עוצמת הפלט יורדת לאחוז מסוים מערכה המקורי, בדרך כלל 70% (L70).
טמפרטורת הפעלה: טווח הטמפרטורות שבו נורית ה-LED יכולה לפעול באופן בטוח ויעיל.
יישומים אופייניים: היישומים הנפוצים ביותר עבור נוריות ה-LED הספציפיות.
הערכים בטבלה זו הם כלליים ועשויים להשתנות בהתאם ליצרן ולדגם ה-LED הספציפי. חשוב גם לציין כי הנצילות והפלט של נוריות UVC LED, בפרט באורכי גל קצרים יותר, נמוכים בדרך כלל בהשוואה לנוריות UVA LED.
בעוד שלנוריות UVA LED יש בדרך כלל תכולת אלומיניום נמוכה יותר בשכבות ה-AlGaN, נוריות UVB ו-UVC LED דורשות תכולת אלומיניום גבוהה יותר כדי להשיג אורכי גל קצרים יותר. השקעה אפיטקסיאלית עבור נוריות UVB ו-UVC LED מורכבת יותר מבחינה טכנית בשל תכולת האלומיניום הגבוהה יותר ופגמי הגביש המוגברים הנלווים לכך. הדבר מוביל לעלויות ייצור גבוהות יותר ולתשואות ייצור נמוכות יותר.
בנוסף, אורך הגל הנפלט משתנה בשל תהליך הייצור. מסיבה זו, נוריות ה-UV LED מקובצות ספקטרלית לאחר ההפרדה, תהליך המכונה מיון (binning). חשוב לציין כי אורך הגל עשוי להשתנות במקצת אם נורית ה-LED מוחלפת מאצווה אחרת. לעומת זאת, במנורות קלאסיות, מעברים אטומיים והתנגשויות חלקיקים קובעים את הפליטה. לכן, הפליטה אינה משתנה במנורות קלאסיות.
יישומים של נוריות UVA
נוריות UVA באורכי גל בטווח 315 עד 400 nm משמשות במגוון רחב של תחומים טכניים, מדעיים ותעשייתיים, ומשחקות תפקיד מרכזי בבדיקות אל-הרס (NDT) וביישומים חדשניים רבים נוספים.
בדיקות אל-הרס (NDT): נוריות UVA הן כלי חשוב בבדיקת פלואורסצנציה, תת-תחום של NDT. הן משמשות להדגשה חזותית של פגמי שטח או הבדלים בחומרים על ידי עירור צבעי פלואורסצנציה המוחלים על החלקים הנבדקים. שיטה זו נפוצה בתעשיות התעופה, הרכב ועיבוד המתכת לזיהוי סדקים, חפיפות, נקבוביות ופגמים נוספים.
הקשיה בקרינת UV: אחד היישומים הנפוצים ביותר של נוריות UVA הוא הקשיה בקרינת UV של צבעים, דבקים וציפויים. טכנולוגיה זו משמשת בתעשיית ההדפסה, בייצור אלקטרוניקה (למשל בהדבקת מסכי סמארטפונים). נוריות UVA מציעות יתרון של הקשיה מהירה ומדויקת, המקצרת זמני תהליך ומשפרת את יעילות האנרגיה.
הפוטואיניציאטורים המשמשים זה זמן מה בהקשיה בקרינת UV ובהדפסת UV מיועדים במיוחד להגיב לאורכי הגל המתאימים של UVA. הקרנה נוספת באור UVB בטווח 280 עד 300 nm יכולה לשפר את תהליך ההקשיה.
יישומים רפואיים: בדרמטולוגיה, נוריות UVA משמשות לפוטותרפיה, בפרט לטיפול במחלות עור כגון פסוריאזיס ואקזמה. קרינת UVA יכולה לעזור בהפחתת דלקת ובהקלה על תסמיני מחלות אלו.
צמיחת צמחים וגננות: נוריות UVA משחקות תפקיד בטכנולוגיה חקלאית, בפרט בתאורה מלאכותית לצמיחת צמחים בחממות. הן יכולות לעזור בשליטה על תהליכי צמיחה מסוימים ולהגביר את עמידות הצמחים למזיקים. הקרנה ב-UVA גורמת לצמחים להתקצר באורכם.
יישומים פורנזיים: במדע הפלילי, נוריות UVA משמשות להדגשה חזותית של עקבות ביולוגיים כגון דם, זרע או נוזלי גוף אחרים. טכניקה זו משמשת גם לזיהוי מסמכים או שטרות מזויפים.
יישומים אנליטיים: בכימיה וביוכימיה, נוריות UVA משמשות לניתוח חומרים באמצעות ספקטרוסקופיית פלואורסצנציה. שיטה זו מאפשרת קביעה מדויקת של הרכב וריכוז תרכובות כימיות.
יישומים של נוריות UVB
נוריות UVB משמשות יותר ויותר בתחום הרפואי לטיפול במחלות עור כגון פסוריאזיס וכן לסינתזת ויטמין D. לחלופין, מנורות אקסימר או לייזרים באורך גל 308 nm נמצאים בשימוש בדרמטולוגיה כבר שנים רבות. נוריות UV מחליפות לאט לאט את מנורות ה-UV הקלאסיות. לכן היישומים הנוספים הם:
ייצור ויטמין D: קרינת UVB חיונית לייצור טבעי של ויטמין D בעור או במזון. UVB משמש במכשירים לייצור ויטמין D, ויטמין D2 או פרה-ויטמין D3. כאשר אור UVB באורך גל שבין 290 ל-315 nm פוגע בעור, מבנה הטבעת B של מולקולת 7-DHC מתפרק. תהליך זה נקרא פוטוליזה.
בשונה מבני אדם, המסנתזים ויטמין D על ידי חשיפת העור לקרינת UVB, צמחים אינם מייצרים ויטמין D באותה דרך. כאשר פטריות וכמה מיני אלגות נחשפים לקרינת UV, האֶרְגוֹסטרוֹל הנמצא בתאיהם יכול להתמיר לארגוקלציפרול (ויטמין D2) בתגובה פוטוליטית הדומה לזו המתרחשת בעת סינתזת ויטמין D3 בעור האדם. קרינת UVB שוברת קשרים ספציפיים במולקולת האֶרְגוֹסטרוֹל, מה שמוביל להמרתה לפרה-ויטמין D2. בדומה לסינתזת ויטמין D3 בבני אדם, פרה-ויטמין D2 הלא-יציב מומר לויטמין D2 היציב באמצעות איזומריזציה התלויה בחום.
שיזוף: בתעשיית הקוסמטיקה, נוריות UVB ומנורות UV יכולות לשמש במכשירי שיזוף להשגת שיזוף עור אחיד ומבוקר.
פוטותרפיה: בטיפול רפואי, UVB משמש לפוטותרפיה, בפרט למחלות עור כגון פסוריאזיס וויטיליגו. קרינת UVB יכולה לעזור בנרמול תאי העור ההיפראקטיביים ולהקל על תסמיני מחלות אלו.
גידול צמחים: נוריות UVB משמשות גם בהשבחת צמחים, שכן אור UVB משפיע על הצמיחה, זמן הפריחה ומטבוליטים משניים של צמחים. הקרנה באור UVB יכולה לעזור בהגברת ייצור מרכיבי צמחים מסוימים כגון ויטמינים, ארומות וצבענים.
ייצור THC בקנאביס: יישום ספציפי של נוריות UVB הוא אופטימיזציה של ייצור THC בקנאביס. קרינת UVB ידועה כמגבירה עקה בצמחים, מה שיכול בתורו להגביר את ייצור תרכובות צמחיות משניות כגון THC. הדבר משמש בפרט בסביבות גידול קנאביס חוקיות לשיפור עוצמת הצמחים ואיכותם.
בדיקת חומרים: UVB משמש בבדיקות הזדקנות מואצת של חומרים כדי לדמות קרינת שמש ולהעריך את היציבות ארוכת הטווח של פלסטיק, צבעים וחומרים אחרים.
יישומים של נוריות UVC
ההתפתחות המתקדמת של נוריות UVC במונחי יעילות, עמידות ועלות הופכת אותן לאופציה אטרקטיבית יותר ויותר בתחומים רבים שבהם נעשה שימוש מסורתי במנורות אדי כספית. לכן, היישומים הכלליים הם:
חיטוי UV: אחד השימושים הבולטים ביותר של UVC הוא חיטוי של מים, משטחים ואוויר. קרינת UVC יעילה מאוד באי-הפעלה של חיידקים, נגיפים ומיקרואורגניזמים אחרים, שכן היא פוגעת ב-DNA או ב-RNA שלהם ובכך מונעת מהם להתרבות.
נוריות UVC משמשות במערכות טיפול במים קומפקטיות להסרת חיידקים פתוגניים ממי שתייה בנקודת השימוש, כלומר הברז.
חיטוי משטחים: בבתי חולים, מעבדות ובעיבוד מזון, נעשה שימוש במכשירי UVC ניידים או מותקנים באופן קבוע הפולטים קרינת UVC לחיטוי כלים, אריזות ומשטחי עבודה. לחלופין, מנורות UVC משולבות במערכות מיזוג אוויר ואוורור לניקוי האוויר מחיידקים ולמניעת התפשטות מחלות.
טיפול בפצעים: נוריות UVC ישמשו גם בעתיד בטיפול רפואי ובטיפול בפצעים, בפרט לטיפול בפצעים קשי ריפוי ובזיהומים. הפעלת אור UVC על פצעים נגועים יכולה לעכב את התפתחות חיידקים פתוגניים ולעודד ריפוי. חשוב למנן את הקרינה בדיוק כדי לא לפגוע בעור.
פוטופולימריזציה ישירה: נוריות UVC משמשות לעיתים רחוקות לפוטופולימריזציה: קרינתן נבלעת בשכבת השרף העליונה, וההספק הזמין נמוך בהרבה מזה של נוריות UVA. עבור ציפויים, דבקים ושרפי הדפסת תלת-מימד, נוריות UVA באורכי גל 365 עד 405 nm הן הנורמה.
יישומים אנליטיים נוספים:
נוריות UVC משמשות כמקורות אור בספקטרוסקופיה, שם הן משמשות לניתוח דגימות כימיות וביולוגיות, כגון מדידת פלואורסצנציה או בליעה בפיקוח סביבתי.
איזה אורך גל מתאים לדבקי UV?
פוטואיניציאטורים בולעים רק בתוך פס מוגבל. איניציאטור המיועד ל-365 nm כמעט לא מתעורר על ידי מקור של 405-nm – אפילו אם המקור הזה חזק יותר. שיאי נוריות UV התעשייתיות ב-365, 385, 395 ו-405 nm הם הצעות כימיות שונות, ולא רמות הספק חליפיות (UV-int – בחירת אורך גל UV; ScienceDirect – מערכות פוטואיניציאציה ספציפיות ב-365, 385, 395 ו-405 nm). הבחירה מתחילה בגיליון הנתונים של הדבק ומסתיימת במדידה על המקור בפועל. מקור שגיאה נפוץ: סימן הדגם מציין את אורך הגל השיא הנומינלי, ולא את הרוחב הספקטרלי המלא בחצי הגובה (FWHM), סבילויות היצור או ההסטה עם טמפרטורת המפגש.
365, 385, 395 או 405 nm – טווחים ספקטרליים ויישומים
| אורך גל | מאפיינים | פוטואיניציאטור טיפוסי / תאימות חומרים | יישומים טיפוסיים |
|---|---|---|---|
| 365 nm | אנרגיית הפוטון הגבוהה ביותר מבין ארבעת השיאים (3.39 eV); היה מבחינה היסטורית שיא ה-i-line של מנורות אדי כספית; נוטה לחדור עמוק יותר לחומרים שקופים | תואם לפוטואיניציאטורים קלאסיים המיועדים למנורות כספית; לעיתים קרובות הבחירה הראשונה לגרסאות דבק קיימות שלא השתנו | חומרי מילוי שקופים עבים; הדבקה אופטית; המרת תהליכי מנורות כספית קיימים ל-LED (UV-int; Incure Lab) |
| 385 nm | יחס מאוזן בין עומק החדירה להקשיית פני השטח (3.22 eV); תאימות רחבה עם איניציאטורים רבים בעלי הקשיה כפולה | דבקים שנוסחו מחדש להקשיית LED עם טווח בגיליון הנתונים של 380–390 nm | חלקים בעלי דרישות מעורבות בין עומק החדירה להקשיית פני השטח; קווי ייצור המפעילים כמה סוגי חלקי עבודה (Incure Lab) |
| 395 nm | תקן תעשייתי עם יעילות אנרגטית גבוהה ואורך חיים ארוך של הנוריות (3.14 eV); פורמולות דבק מודרניות רבות מנוסחות מחדש ל-390–400 nm | תאימות חומרים רחבה; חלקית חודרת תוספי חסימת UV המתחילים להעביר בתחום הקרוב לנראה | הקשיה תעשייתית כללית, ייצור אלקטרוניקה, הדפסה דיגיטלית, קווי סדרה בעלי תפוקה גבוהה (UV-int) |
| 405 nm | אנרגיית הפוטון הנמוכה ביותר מבין ארבעת השיאים (3.06 eV); קרוב יותר לאור נראה; הקשיית פני שטח יעילה, עומק חדירה נמוך יותר; עומס תרמי נוסף מזערי | פוטואיניציאטורים רדיקליים חופשיים אפשריים ביעילות מופחתת; טווח ניסוח בדרך כלל 400–410 nm | הקשיית פני שטח, חלקים רגישים לחום, שרפי הדפסת תלת-מימד ושרפי שיניים, דבקים רפואיים (Incure Lab) |
הערה: הטבלה מתארת מגמות כלליות מהספרות הטכנית. אורך הגל המתאים למקרה ספציפי תלוי בפוטואיניציאטור בפועל שבו נעשה שימוש ובהעברה של חלק החיבור, וצריך למדוד אותו על המכלול הממשי – ולא להסיק אותו מסימן הדגם הנומינלי של ה-LED.
כיצד לתכנן ולהשלים תהליך הדבקה או מילוי מכך מוצג תחת תכנון תהליכי הדבקה ומילוי ב-UV; איזו קבוצת חומרים מתאימה ליישום מוצג תחת בחירת דבקים, ציפויים וחומרי מילוי המוקשים ב-UV.
מצעים ואפיטקסיה עבור נוריות UV:
- נוריות UVA (315 nm עד 400 nm):
ספיר (תחמוצת אלומיניום) משמש לעיתים קרובות כמצע מכיוון שהוא זול וזמין בקלות. מצעים אחרים כגון קרביד סיליקון (SiC) או סיליקון (Si) נמצאים אף הם בשימוש לניצול המוליכות התרמית והתאימות עם טכנולוגיות ייצור מוליכים למחצה קיימות. שכבת האפיטקסיה מוטלת באמצעות שיקוע כימי מאדים מתכת-אורגני (MOCVD) ומורכבת בדרך כלל מגליום ניטריד אלומיניום (AlGaN), כאשר תוכן האלומיניום מותאם בהתאם לפליטה הרצויה.
- נוריות UVB (280 nm עד 315 nm) ונוריות UVC (100 nm עד 280 nm)
אותם מצעים משמשים לעיתים קרובות לנוריות UVB ו-UVC כמו לנוריות UVA, אך הדרישות לאיכות וניקיון החומר גבוהות יותר, בפרט עבור אורכי הגל הקצרים יותר בתחום UVC. לחלופין, נעשה שימוש גם במצעים טבעיים כגון ניטריד אלומיניום (AlN), המאפשרים התאמת סריג טובה יותר וכתוצאה מכך צפיפות פגמים נמוכה יותר. AlGaN משמש גם כאן כשכבת אפיטקסיה, אך עם תוכן אלומיניום גבוה יותר על מנת להשיג אורכי גל קצרים יותר. שכבת האפיטקסיה נוצרת גם כן באמצעות MOCVD, כאשר תשומת לב מיוחדת מוקדשת לבקרת הפגמים והומוגניות השכבה.
העברת חום: UV LED בהשוואה למנורת פריקת גז
מעבר לקרינת ה-UV השימושית, מנורות UV פולטות מרכיב אינפרא-אדום גדול, מכיוון שהפלזמה ומעטפת המנורה החמה פולטות חלק גדול מהאובדן שלהן כחום. במנורות UV LED, לעומת זאת, האובדן מובל אל גוף הקירור או אל קירור המים ולא מגיע לחלק כקרינה. לכן העברת החום הקרינתית נמוכה בהרבה.
עם זאת, נמוך יותר אין פירושו לא רלוונטי: מודולים בעלי הספק גבוה מגיעים לרמות עצמת קרינה נופלת של כמה W/cm² על פני שטח החומר המוקרן – צפיפות הספק בסדר גודל של כיריים לבישול. אפילו בהיעדר מרכיב אינפרא-אדום, החלק מתחמם באופן ניכר. לכן, בעבודה עם חומרי מצע רגישים לטמפרטורה, יש לקחת בחשבון את פרופיל הזמן של ההקרנה בנוסף למנת הקרינה, וטמפרטורת החלק צריכה להיות חלק מהערכת התהליך.
נקודה שנייה נוגעת לקצה אורך הגל הארוך של הטווח: נוריות LED הפולטות מעל 400 nm הן, למעשה, נוריות LED כחולות. כאן יש להעריך את הסיכון הפוטוכימי לרשתית ("סיכון האור הכחול"). היסודות מתוארים בעמוד בטיחות תעסוקתית ובטיחות פוטוביולוגית; לעבודת מעבדה ולהדבקה ידנית, תאי הקרנת UV LED סגורים הם הפתרון הבטוח יותר.
את עצמת הקרינה הנופלת בפועל על החלק אפשר לפקח עליה במהלך התהליך באמצעות מדי UV ורדיומטרים; כיול לאורכי גל בודדים של LED מתבצע על ידי מעבדת הכיול המוסמכת.
אילו מכשירי מדידה רושמים את הספקטרום, עצמת הקרינה הנופלת ושטף הקרינה של רכיבי UV LED בתחום 365 עד 405 nm – מוצג בדף טכנולוגיית מדידה לרכיבי UV LED.
שאלות נפוצות על מדידת LED UV
כיצד מודדים נכון LED UV פועם?
ההבחנה המכרעת היא בין ערך השיא של הפולס לבין הממוצע בזמן. מכשיר עם זמן אינטגרציה ארוך, כגון ספקטרומטר, מציג את הממוצע, כלומר ערך השיא כפול מחזור העבודה - נכון עבור המנה, שגוי עבור הערכת עצמת הקרינה בשיא. לקבלת ערך השיא נדרש מכשיר שרוחב הפס שלו גבוה בהרבה מתדר הפולסים, או מדידה המסונכרנת (טריגר) עם הפולס.
איזו נצילות משיגים LED UV?
הנצילות הכוללת, המכונה נצילות wall-plug, מקשרת בין העצמה הקרינתית האופטית לבין ההספק החשמלי הנצרך. LED UVA מגיעים לכ-30 עד 40 %, ואילו LED הפולטים כחול מגיעים כבר לכ-80 %. LED בטווח UVB וה-UVC העמוק נמוכים בהרבה, מתחת ל-5 עד 10 %. הסיבה לכך נעוצה בייצור: אורכי גל קצרים יותר מחייבים תכולת אלומיניום גבוהה יותר בשכבות AlGaN, מה שמסבך את האפיטקסיה, יוצר יותר פגמים בגביש ומוריד את התשואה. לכן LED UVB ו-UVC נמצאים בפיתוח מתמיד, וסוגים קיימים מוחלפים בסוגים חדשים מדי פעם.
מה משמעות ה-binning עבור LED UV?
אורך הגל הנפלט משתנה מסיבות ייצור. לאחר בידוד השבבים מהוופר, שבבי ה-LED מקובצים אפוא ספקטרלית - מיון זה נקרא binning. המשמעות המעשית: אם LED מוחלף בהתקן מאצווה אחרת, אורך גל הפליטה עשוי להשתנות מעט, וחיישן עם משקול צר-פס יציג אז ערכים שונים. תופעה זו אינה מתרחשת עם מנורות קלאסיות, שכן הפליטה שלהן נקבעת על ידי מעברים אטומיים והתנגשויות חלקיקים ואינה משתנה עם החלפת המנורה.
כמה זמן מחזיקים LED UV?
LED UVA מגיעים עד ל-10,000 h של פעולה, ואילו LED UVB ו-UVC עד ל-5,000 h. אורך החיים מצוין בדרך כלל כ-L70, כלומר משך הפעולה שאחריו העצמה הקרינתית ירדה ל-70 % מערכה ההתחלתי. גם טמפרטורת ההפעלה המותרת שונה: −20 °C עד +60 °C עבור LED UVA, ו−10 °C עד +50 °C עבור LED UVB ו-UVC. מכיוון שהתפוקה פוחתת באופן מתמשך במהלך אורך החיים, בקרת תהליך מבוססת מנת קרינה עדיפה על פני זמן חשיפה קבוע.
מכשירי מדידת UV להערכת תקנים והנחיות
רדיומטר RMD Pro
רדיומטר כף-יד דיגיטלי לחלוטין למדידת עצמת קרינה ומנת קרינה, עם שני כניסות לחיישנים וזיכרון של 8 GB.
מאת: ד"ר מארק פאראוויה
ד"ר-אינג' מארק פאראוויה הוא המנהל המנהל (CEO) של Opsytec Dr. Gröbel GmbH באטלינגן ועומד בראש מעבדת הכיול המוכרת. בהמשך למחקרו על פריקות אקסיימר קסנון פועמות במכון לטכנולוגיית תאורה של KIT, מוקד עיסוקו כיום הוא טכנולוגיית מדידת קרינה אופטית. הוא סגן יו"ר ועדת התקינה הגרמנית DIN FNL 7 "קרינה אופטית", וחבר בקבוצת הפרויקט DVGW לחיטוי UV.
