UVA, UVB और UVC LED: तकनीक और मापन
UVA, UVB और UVC LED केवल अपने शिखर तरंगदैर्घ्य में ही भिन्न नहीं होतीं। सामग्री तंत्र, दक्षता, तापीय भार, वर्णक्रमीय बैंडविड्थ, जीर्णन और उपलब्ध प्रकाशिक शक्ति यूवी परास में उल्लेखनीय रूप से बदलते हैं। एक विश्वसनीय अनुप्रयोग के लिए, LED डेटा का मूल्यांकन निर्धारित धारा और तापमान स्थितियों के तहत किया जाना चाहिए और उपयोग स्थल पर उपयुक्त रेडियोमेट्रिक मापन द्वारा पूरक किया जाना चाहिए।
यूवी LED एल्युमिनियम, गैलियम और इंडियम नाइट्राइड के अर्धचालकों में पराबैंगनी विकिरण उत्पन्न करती हैं। संघटन उत्सर्जन तरंगदैर्घ्य को UVA (315–400 nm), UVB (280–315 nm) और UVC (200–280 nm) में निर्धारित करता है; UVA में 365 और 385 nm, UVB में 285 और 295 nm तथा UVC में 265 nm सामान्य हैं। व्यक्तिगत LED प्रकारों के मापे गए स्पेक्ट्रा यूवी लैंप और यूवी LED के लिए वर्णक्रमीय डेटाबेस से डाउनलोड हेतु उपलब्ध हैं।
यूरोपीय RoHS निर्देश पारे-युक्त लैंपों को प्रतिबंधित करता है; वर्तमान स्थिति RoHS और यूवी लैंप के अंतर्गत दी गई है। इसके परिणामस्वरूप Opsytec कौन-से उपकरण प्रदान करता है, यह यूवी-LED प्रकाश स्रोत के अंतर्गत दिखाया गया है।
पराबैंगनी प्रकाश-उत्सर्जक डायोड का उत्पादन
विद्युतचुंबकीय विकिरण सामान्यतः III-V अर्धचालकों में उत्पन्न होता है, अर्थात आवर्त सारणी के तीसरे और पांचवें मुख्य समूहों के तत्वों से बने अर्धचालकों में, जिसमें यूवी LED के उत्सर्जन शिखर की तरंगदैर्घ्य मुख्यतः सामग्री की ठोस विलयन संरचना द्वारा निर्धारित होती है।
अर्धचालकों एल्युमिनियम नाइट्राइड (AlN), गैलियम नाइट्राइड (GaN) और इंडियम नाइट्राइड (InN) को मिश्रधातु बनाकर, UVA (400 nm - 315 nm), UVB (315 nm - 280 nm) और UVC (280 nm - 200 nm) में उत्सर्जन तरंगदैर्घ्य प्राप्त किए जा सकते हैं।
यूवी LED के उत्पादन में कई चरण शामिल हैं:
LED हेटरोस्ट्रक्चर और चिप लेआउट का डिज़ाइन, सब्सट्रेट और आधार परतों की वृद्धि, अर्धचालक हेटरोस्ट्रक्चर की एपिटैक्सी, वेफर स्तर पर LED उपकरणों का प्रसंस्करण और अंततः वेफरों को LED चिप्स में अलग करना तथा उन्हें पैकेजों में असेंबल करना। इस प्रकार यूवी LED में कई सैकड़ों अर्धचालक परतें होती हैं जिनकी संरचना और डोपिंग को संबंधित कार्यक्षमता के अनुसार समायोजित किया जाना चाहिए।
LED की उत्सर्जन तरंगदैर्घ्य उस संरचना और डोपिंग से निर्धारित होती है जिसमें यूवी विकिरण उत्पन्न होता है। सभी चरणों के लिए यह महत्वपूर्ण है कि विद्युत शक्ति को प्रभावी ढंग से प्रकाशीय विकिरण शक्ति में परिवर्तित किया जाए। वॉल-प्लग दक्षता (WPE) अनुप्रयोग के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण पैरामीटर है। यूवी LED की समग्र दक्षता प्रकाशीय विकिरण शक्ति और आपूर्ति की गई विद्युत शक्ति के अनुपात को दर्शाती है।
UVA उत्सर्जित करने वाले यूवी LED अब लगभग 30–40 % का WPE प्राप्त करते हैं, जबकि नीले प्रकाश का उत्सर्जन करने वाले LED पहले से ही लगभग 80 % का बहुत उच्च WPE प्राप्त करते हैं। इसके विपरीत, निम्न UVB और UVC रेंज में उत्सर्जन वाले LED में काफी कम WPE होते हैं, जो 5 % से 10 % तक से भी कम है। इसी कारण UVB और UVC LED निरंतर अनुकूलन और तकनीकी विकास के अधीन हैं। परिणामस्वरूप, उपलब्ध LED प्रकारों को कुछ समय बाद उत्तरवर्ती प्रकारों से बदलना पड़ता है।
UVA, UVB और UVC के लिए यूवी LED की तुलना
पुराने यूवी LED की तुलना में, नवीनतम UVB और UVC LED काफी अधिक दक्षता और बेहतर प्रदर्शन दिखाते हैं। पुराने यूवी LED अक्सर उच्च प्रचालन तापमान और तीव्र क्षरण से ग्रस्त थे, जिसे नवीनतम विकासों द्वारा काफी हद तक सुधारा गया है। UVB और UVC LED की वर्तमान पीढ़ी उन्नत शीतलन प्रौद्योगिकियों और बेहतर अर्धचालक संरचनाओं तथा प्रकाशीय युग्मनों का उपयोग करती है, जो न केवल जीवनकाल को बढ़ाती हैं बल्कि दक्षता को भी बढ़ाती हैं।
UVB और UVC LED अभी तक UVA LED के प्रदर्शन और आउटपुट को प्राप्त नहीं कर पाए हैं, लेकिन हाल के वर्षों में उन्होंने काफी हद तक इस अंतर को पाट लिया है।
UVB और UVC LED के साथ-साथ UVA LED भी विभिन्न सब्सट्रेटों से और विभिन्न एपिटैक्सी प्रक्रियाओं द्वारा निर्मित किए जाते हैं, जो वांछित तरंगदैर्घ्यों और प्रदर्शन आवश्यकताओं के अनुसार विशेष रूप से तैयार किए जाते हैं। सब्सट्रेट और एपिटैक्सी विधि का चुनाव LED की दक्षता, प्रदर्शन और लागत पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है।
नीचे 365 nm और 385 nm की तरंगदैर्घ्य वाले UVA LED और 265 nm (UVC) के साथ-साथ 285 nm और 295 nm (UVB) पर लघु-तरंगदैर्घ्य LED के बीच एक तकनीकी तुलना दिखाई गई है। यह तालिका दक्षता, आउटपुट, सेवा जीवन और विशिष्ट अनुप्रयोगों जैसे सामान्य पैरामीटरों को ध्यान में रखती है।
| पैरामीटर | UVA LED 365 nm | UVA LED 385 nm | UVC LED 265 nm | UVB LED 285 nm | UVB LED 295 nm |
| शिखर तरंगदैर्घ्य | 365 nm | 385 nm | 265 nm | 285 nm | 295 nm |
| प्रकाशीय शक्ति | 10–1000 mW | 10–1000 mW | 1–30 mW | 1–30 mW | 1–30 mW |
| दक्षता (WPE) | 20–40% | 20–40% | 5–15% | 5–15% | 5–15% |
| जीवनकाल | 10,000 h तक | 10,000 h तक | 5,000 h तक | 5,000 h तक | 5,000 h तक |
| प्रचालन तापमान | -20 °C से +60 °C तक | -20 °C से +60 °C तक | -10 °C से +50 °C तक | -10 °C से +50 °C तक | -10 °C से +50 °C तक |
| सामान्य अनुप्रयोग | हार्डनिंग, परीक्षण | हार्डनिंग, परीक्षण | विसंक्रमण, स्टरलाइज़ेशन | विसंक्रमण, स्टरलाइज़ेशन | विसंक्रमण, स्टरलाइज़ेशन |
व्याख्याएँ:
शिखर तरंगदैर्घ्य: वह तरंगदैर्घ्य जिस पर LED का उत्सर्जन सबसे अधिक होता है।
प्रकाशीय शक्ति: LED द्वारा उत्सर्जित प्रकाश की कुल शक्ति, मिलीवाट में।
दक्षता: उत्सर्जित प्रकाशीय शक्ति और अवशोषित विद्युत शक्ति का अनुपात।
जीवनकाल: LED का अपेक्षित प्रचालन समय, उस बिंदु तक जब तक आउटपुट अपने मूल मान के एक निश्चित प्रतिशत तक, सामान्यतः 70% (L70) तक, गिर जाता है।
प्रचालन तापमान: वह तापमान सीमा जिसमें LED सुरक्षित और प्रभावी ढंग से कार्य कर सकता है।
विशिष्ट अनुप्रयोग: विशेष LED के लिए सबसे सामान्य अनुप्रयोग।
तालिका में दिए गए ये मान सामान्य हैं और निर्माता तथा विशिष्ट LED मॉडल के अनुसार भिन्न हो सकते हैं। यह ध्यान रखना भी महत्वपूर्ण है कि UVC LED की दक्षता और आउटपुट, विशेष रूप से छोटी तरंगदैर्घ्य पर, सामान्यतः UVA LED की तुलना में कम होते हैं।
जहाँ UVA LED में AlGaN परतों में सामान्यतः एल्युमिनियम की मात्रा कम होती है, वहीं UVB और UVC LED को छोटी तरंगदैर्घ्य प्राप्त करने के लिए अधिक एल्युमिनियम मात्रा की आवश्यकता होती है। उच्च एल्युमिनियम मात्रा और उससे जुड़े अधिक क्रिस्टल दोषों के कारण UVB और UVC LED के लिए एपिटैक्सियल निक्षेपण तकनीकी रूप से अधिक चुनौतीपूर्ण होता है। इससे उत्पादन लागत अधिक होती है और उत्पादन दर कम होती है।
इसके अतिरिक्त, विनिर्माण प्रक्रिया के कारण उत्सर्जित तरंगदैर्घ्य में उतार-चढ़ाव होता है। इसी कारण से, यूवी LED को पृथक्करण के बाद वर्णक्रमीय रूप से समूहीकृत किया जाता है, जिसे बिनिंग कहा जाता है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि यदि LED को किसी अलग बैच से बदला जाए तो तरंगदैर्घ्य में थोड़ा परिवर्तन हो सकता है। दूसरी ओर, पारंपरिक लैंपों में परमाण्विक संक्रमण और कण टकराव उत्सर्जन को निर्धारित करते हैं। इसलिए, पारंपरिक लैंपों के साथ उत्सर्जन में परिवर्तन नहीं होता है।
तरंगदैर्घ्य की तुलना करें
ऊपर दी गई तालिका घटकों की तुलना करती है; नीचे दिया गया कैलकुलेटर स्वयं तरंगदैर्घ्यों की तुलना करता है: फोटॉन ऊर्जा, आवृत्ति और सबसे बढ़कर प्रति जूल फोटॉन। यह अंतिम स्तंभ बताता है कि किसी प्रक्रिया रिलीज़ को केवल 365 nm से 395 nm पर क्यों नहीं स्थानांतरित किया जा सकता — समान विकिरण मात्रा पर, वहाँ लगभग आठ प्रतिशत अधिक फोटॉन पहुँचते हैं।
UVA LED के अनुप्रयोग
315 से 400 nm तक तरंगदैर्घ्य वाली UVA LED का उपयोग अनेक तकनीकी, वैज्ञानिक और औद्योगिक क्षेत्रों में किया जाता है, तथा ये अविनाशी परीक्षण (NDT) और कई अन्य नवाचारी अनुप्रयोगों में केंद्रीय भूमिका निभाती हैं।
अविनाशी परीक्षण (NDT): UVA LED प्रतिदीप्ति परीक्षण में एक महत्वपूर्ण उपकरण हैं, जो NDT का एक उपक्षेत्र है। इनका उपयोग परीक्षण किए जाने वाले भागों पर लगाए गए प्रतिदीप्त रंजकों को उत्तेजित करके सतह दोषों या सामग्री में भिन्नताओं को दृश्यमान बनाने के लिए किया जाता है। यह विधि आमतौर पर एयरोस्पेस, ऑटोमोटिव और धातुकर्म उद्योगों में दरारें, ओवरलैप, छिद्र और अन्य खामियों की पहचान के लिए उपयोग की जाती है।
यूवी क्योरिंग (पराबैंगनी उपचारण): UVA LED के सबसे सामान्य अनुप्रयोगों में से एक पेंट, चिपकाने वाले पदार्थों (एडहेसिव) और कोटिंग्स का यूवी क्योरिंग है। यह तकनीक मुद्रण उद्योग में तथा इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माण में (जैसे स्मार्टफोन स्क्रीन के आबंधन के समय) उपयोग की जाती है। UVA LED तेज़ और लक्षित क्योरिंग का लाभ प्रदान करती हैं, जिससे प्रक्रिया समय कम होता है और ऊर्जा दक्षता बढ़ती है।
यूवी क्योरिंग और यूवी मुद्रण में लंबे समय से उपयोग किए जा रहे फोटोइनिशिएटर विशेष रूप से संबंधित UVA तरंगदैर्घ्यों पर प्रतिक्रिया करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। 280 से 300 nm रेंज में UVB प्रकाश के साथ अतिरिक्त विकिरणन क्योरिंग प्रक्रिया को बेहतर बना सकता है।
चिकित्सा अनुप्रयोग: त्वचाविज्ञान में, UVA LED का उपयोग फोटोथेरेपी के लिए किया जाता है, विशेष रूप से सोरायसिस और एक्जिमा जैसी त्वचा स्थितियों के उपचार के लिए। UVA विकिरण सूजन को कम करने और इन बीमारियों के लक्षणों को कम करने में मदद कर सकता है।
पादप वृद्धि एवं बागवानी: UVA LED कृषि प्रौद्योगिकी में भूमिका निभाती हैं, विशेष रूप से ग्रीनहाउस में पादप वृद्धि के लिए कृत्रिम प्रकाश व्यवस्था में। ये कुछ वृद्धि प्रक्रियाओं को नियंत्रित करने और कीटों के प्रति पौधों की प्रतिरोधकता बढ़ाने में मदद कर सकती हैं। UVA से विकिरणन पौधों की लंबाई को कम करता है।
न्यायसंगत (फोरेंसिक) अनुप्रयोग: फोरेंसिक विज्ञान में, UVA LED का उपयोग रक्त, वीर्य या अन्य शारीरिक तरल पदार्थों जैसे जैविक निशानों को दृश्यमान बनाने के लिए किया जाता है। इस तकनीक का उपयोग जाली दस्तावेज़ों या करेंसी नोटों की पहचान के लिए भी किया जाता है।
विश्लेषणात्मक अनुप्रयोग: रसायन विज्ञान और जैव रसायन विज्ञान में, UVA LED का उपयोग प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा पदार्थों के विश्लेषण के लिए किया जाता है। यह विधि रासायनिक यौगिकों की संरचना और सांद्रता को सटीक रूप से निर्धारित करना संभव बनाती है।
UVB LED के अनुप्रयोग
UVB LED का उपयोग चिकित्सा में सोरायसिस जैसी त्वचा रोगों के उपचार तथा विटामिन D संश्लेषण के लिए तेज़ी से बढ़ रहा है। वैकल्पिक रूप से, 308 nm तरंगदैर्घ्य वाले एक्साइमर लैंप या लेज़र त्वचाविज्ञान में कई वर्षों से उपयोग किए जा रहे हैं। यूवी LED धीरे-धीरे पारंपरिक यूवी लैंप का स्थान ले रही हैं। अतः अन्य अनुप्रयोग इस प्रकार हैं:
विटामिन D उत्पादन: त्वचा या भोजन में विटामिन D के प्राकृतिक उत्पादन के लिए UVB विकिरण महत्वपूर्ण है। UVB का उपयोग विटामिन D, विटामिन D2 या प्रीविटामिन D3 उत्पन्न करने वाले उपकरणों में किया जाता है। जब 290 से 315 nm के बीच तरंगदैर्घ्य वाला UVB प्रकाश त्वचा पर पड़ता है, तो 7-DHC अणु की B रिंग संरचना टूट जाती है। इस प्रक्रिया को फोटोलिसिस कहा जाता है।
मनुष्यों के विपरीत, जो त्वचा को UVB विकिरण के संपर्क में लाकर विटामिन D का संश्लेषण करते हैं, पौधे उसी तरह से विटामिन D उत्पन्न नहीं करते। जब कवक (फंगी) और कुछ शैवाल प्रजातियाँ यूवी विकिरण के संपर्क में आती हैं, तो उनकी कोशिकाओं में मौजूद एर्गोस्टेरॉल को एक फोटोलिटिक अभिक्रिया के माध्यम से एर्गोकैल्सिफेरॉल (विटामिन D2) में परिवर्तित किया जा सकता है, जो मानव त्वचा में विटामिन D3 संश्लेषण के समान है। UVB विकिरण एर्गोस्टेरॉल अणु में विशिष्ट बंधों को तोड़ता है, जिससे यह प्रीविटामिन D2 में परिवर्तित हो जाता है। मनुष्यों में विटामिन D3 के संश्लेषण के समान, अस्थिर प्रीविटामिन D2 ताप-निर्भर आइसोमराइज़ेशन के माध्यम से स्थिर विटामिन D2 में परिवर्तित हो जाता है।
टैनिंग: सौंदर्य प्रसाधन उद्योग में, UVB LED और यूवी लैंप का उपयोग टैनिंग उपकरणों में समान और नियंत्रित त्वचा टैन प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है।
फोटोथेरेपी: चिकित्सा उपचार में, UVB का उपयोग फोटोथेरेपी के लिए किया जाता है, विशेष रूप से सोरायसिस और विटिलिगो जैसी त्वचा स्थितियों के लिए। UVB विकिरण अत्यधिक सक्रिय त्वचा कोशिकाओं को सामान्य बनाने और इन बीमारियों के लक्षणों को कम करने में मदद कर सकता है।
पादप संवर्धन: UVB LED के पादप प्रजनन में भी अनुप्रयोग हैं, क्योंकि UVB प्रकाश पौधों की वृद्धि, पुष्पन समय और द्वितीयक उपापचयों को प्रभावित करता है। UVB प्रकाश से विकिरणन कुछ पादप घटकों जैसे विटामिन, सुगंध और रंजकों के उत्पादन को बढ़ाने में मदद कर सकता है।
कैनबिस में THC उत्पादन: UVB LED का एक विशिष्ट अनुप्रयोग कैनबिस में THC उत्पादन का अनुकूलन है। यह ज्ञात है कि UVB विकिरण पौधों में तनाव बढ़ाता है, जिससे बदले में THC जैसे द्वितीयक पादप यौगिकों का उत्पादन बढ़ सकता है। इसका उपयोग विशेष रूप से वैध कैनबिस उगाने के वातावरण में पौधों की शक्ति और गुणवत्ता को बेहतर बनाने के लिए किया जाता है।
सामग्री परीक्षण: UVB का उपयोग सामग्रियों के त्वरित जीर्णन परीक्षण में सौर विकिरण का अनुकरण करने और प्लास्टिक, पेंट तथा अन्य सामग्रियों की दीर्घकालिक स्थिरता का मूल्यांकन करने के लिए किया जाता है।
UVC LED के अनुप्रयोग
दक्षता, टिकाऊपन और लागत के मामले में UVC LED का प्रगामी विकास उन्हें कई क्षेत्रों में एक तेज़ी से आकर्षक विकल्प बनाता है जहाँ परंपरागत रूप से पारा वाष्प लैंप का उपयोग किया जाता रहा है। इसलिए, सामान्य अनुप्रयोग इस प्रकार हैं:
यूवी विसंक्रमण: UVC के सबसे प्रमुख उपयोगों में से एक जल, सतहों और वायु का विसंक्रमण है। UVC विकिरण बैक्टीरिया, वायरस और अन्य सूक्ष्मजीवों को निष्क्रिय करने में अत्यधिक प्रभावी है, क्योंकि यह उनके DNA या RNA को क्षतिग्रस्त करता है और इस प्रकार उन्हें प्रजनन करने से रोकता है।
UVC LED का उपयोग कॉम्पैक्ट जल उपचार प्रणालियों में उपयोग बिंदु, अर्थात नल, पर पीने योग्य जल से रोगजनक कीटाणुओं को हटाने के लिए किया जाता है।
सतह विसंक्रमण: अस्पतालों, प्रयोगशालाओं और खाद्य प्रसंस्करण में, पोर्टेबल या स्थायी रूप से स्थापित UVC उपकरणों का उपयोग किया जाता है जो उपकरणों, पैकेजिंग और कार्य सतहों को रोगाणुहीन करने के लिए UVC विकिरण उत्सर्जित करते हैं। वैकल्पिक रूप से, UVC लैंप को वातानुकूलन और वेंटिलेशन प्रणालियों में एकीकृत किया जाता है ताकि वायु को कीटाणुओं से साफ किया जा सके और रोग के प्रसार को रोका जा सके।
घाव देखभाल: UVC LED का उपयोग भविष्य में चिकित्सा उपचार और घाव देखभाल में भी किया जाएगा, विशेष रूप से मुश्किल से भरने वाले घावों और संक्रमणों के उपचार के लिए। संक्रमित घावों पर UVC प्रकाश के अनुप्रयोग से जीवाणु रोगजनकों की वृद्धि को रोका जा सकता है और उपचार को बढ़ावा दिया जा सकता है। त्वचा को क्षतिग्रस्त न करने के लिए विकिरण की खुराक को सटीक रूप से निर्धारित करना महत्वपूर्ण है।
प्रत्यक्ष फोटोपॉलिमराइज़ेशन: UVC LED का उपयोग फोटोपॉलिमराइज़ेशन के लिए शायद ही कभी किया जाता है: इनका विकिरण सबसे ऊपरी रेज़िन परत में अवशोषित हो जाता है, और उपलब्ध शक्ति UVA LED की तुलना में काफी कम होती है। कोटिंग्स, चिपकाने वाले पदार्थों (एडहेसिव) और 3D प्रिंटिंग रेज़िन के लिए, 365 से 405 nm पर UVA LED मानक हैं।
अन्य विश्लेषणात्मक अनुप्रयोग:
UVC LED स्पेक्ट्रोस्कोपी में प्रकाश स्रोत के रूप में कार्य करती हैं, जहाँ इनका उपयोग रासायनिक और जैविक नमूनों के विश्लेषण के लिए किया जाता है, जैसे पर्यावरण निगरानी में प्रतिदीप्ति या अवशोषकता माप।
UV चिपकाने वाले पदार्थों के लिए कौन सी तरंगदैर्घ्य उपयुक्त है?
फोटोइनिशिएटर केवल एक सीमित बैंड के भीतर अवशोषित करते हैं। 365 nm के लिए डिज़ाइन किया गया इनिशिएटर 405-nm स्रोत से मुश्किल से उत्तेजित होता है – भले ही वह स्रोत अधिक शक्तिशाली हो। औद्योगिक UV LED के 365, 385, 395 और 405 nm पर शिखर विभिन्न रासायनिक प्रस्ताव हैं, न कि विनिमेय शक्ति वर्ग (UV-int – UV तरंगदैर्घ्य चयन; ScienceDirect – 365, 385, 395 और 405 nm पर विशिष्ट फोटोइनिशिएटिंग प्रणालियाँ)। चयन एडहेसिव डेटा शीट से शुरू होता है और वास्तविक स्रोत पर माप के साथ समाप्त होता है। एक सामान्य त्रुटि स्रोत: एक टाइप पदनाम नाममात्र शिखर तरंगदैर्घ्य बताता है, न कि वर्णक्रमीय पूर्ण-अर्ध-अधिकतम चौड़ाई (FWHM), निर्माण सहनशीलता या जंक्शन तापमान के साथ बदलाव।
365, 385, 395 या 405 nm – वर्णक्रमीय श्रेणियाँ और अनुप्रयोग
| तरंगदैर्घ्य | विशेषताएँ | सामान्य फोटोइनिशिएटर / सामग्री संगतता | सामान्य अनुप्रयोग |
|---|---|---|---|
| 365 nm | चारों शिखरों में सबसे अधिक फोटॉन ऊर्जा (3.39 eV); ऐतिहासिक रूप से पारा वाष्प लैंप का i-लाइन शिखर; स्पष्ट सामग्रियों में गहराई तक प्रवेश करने की प्रवृत्ति | पारा लैंप के लिए तैयार किए गए पारंपरिक फोटोइनिशिएटर के साथ संगत; अक्सर मौजूदा, अपरिवर्तित एडहेसिव रिलीज़ों के लिए पहली पसंद | मोटे, स्पष्ट पॉटिंग यौगिक; ऑप्टिकल आबंधन; मौजूदा पारा-लैंप प्रक्रियाओं को LED में बदलना (UV-int; Incure Lab) |
| 385 nm | प्रवेश गहराई और सतह क्योरिंग का संतुलित अनुपात (3.22 eV); कई ड्युअल-क्योर इनिशिएटर के साथ व्यापक संगतता | 380–390 nm के डेटा शीट रेंज के साथ LED क्योरिंग के लिए पुनर्निर्मित एडहेसिव | गहराई और सतह क्योरिंग की मिश्रित आवश्यकताओं वाले भाग; कई प्रकार के कार्यखंड चलाने वाली लाइनें (Incure Lab) |
| 395 nm | उच्च ऊर्जा दक्षता और लंबे LED जीवनकाल के साथ औद्योगिक मानक (3.14 eV); कई आधुनिक एडहेसिव फॉर्मूलेशन 390–400 nm में पुनर्निर्मित किए जाते हैं | व्यापक सामग्री संगतता; UV-अवरोधक योजकों में आंशिक रूप से प्रवेश करती है जो निकट-दृश्य रेंज में संचरण शुरू करते हैं | सामान्य औद्योगिक क्योरिंग, इलेक्ट्रॉनिक्स निर्माण, डिजिटल मुद्रण, उच्च-थ्रूपुट सीरीज़ लाइनें (UV-int) |
| 405 nm | चारों शिखरों में सबसे कम फोटॉन ऊर्जा (3.06 eV); दृश्य प्रकाश के अधिक निकट; कुशल सतह क्योरिंग, कम प्रवेश गहराई; न्यूनतम अतिरिक्त तापीय भार | फ्री-रेडिकल फोटोइनिशिएटर कम दक्षता पर संभव; फॉर्मूलेशन रेंज सामान्यतः 400–410 nm | सतह क्योरिंग, ताप-संवेदनशील भाग, 3D प्रिंटिंग और दंत रेज़िन, चिकित्सा एडहेसिव (Incure Lab) |
नोट: यह तालिका तकनीकी साहित्य से सामान्य प्रवृत्तियों का वर्णन करती है। किसी विशिष्ट मामले के लिए कौन सी तरंगदैर्घ्य उपयुक्त है यह वास्तव में उपयोग किए गए फोटोइनिशिएटर और जोड़े जाने वाले भाग के संचरण पर निर्भर करता है, तथा इसे वास्तविक असेंबली पर मापा जाना चाहिए – न कि नाममात्र LED पदनाम से अनुमान लगाया जाना चाहिए।
इससे आबंधन या पॉटिंग प्रक्रिया को कैसे डिज़ाइन और स्वीकृत किया जाए, यह UV आबंधन और पॉटिंग प्रक्रियाओं को डिज़ाइन करना के अंतर्गत दिखाया गया है; अनुप्रयोग के लिए कौन सा सामग्री वर्ग उपयुक्त है, यह यूवी-क्योरिंग एडहेसिव, कोटिंग्स और पॉटिंग यौगिकों का चयन के अंतर्गत शामिल है।
UV LED के लिए सबस्ट्रेट और एपिटैक्सी:
- UVA LED (315 nm से 400 nm):
नीलम (एल्युमिनियम ऑक्साइड) का उपयोग अक्सर सबस्ट्रेट के रूप में किया जाता है क्योंकि यह सस्ता और आसानी से उपलब्ध है। तापीय चालकता और मौजूदा अर्धचालक निर्माण तकनीकों के साथ संगतता का लाभ उठाने के लिए सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) या सिलिकॉन (Si) जैसे अन्य सबस्ट्रेट भी उपयोग में हैं। एपिटैक्सियल परत को मेटल-ऑर्गेनिक केमिकल वेपर डिपोज़िशन (MOCVD) द्वारा जमा किया जाता है और आमतौर पर इसमें एल्युमिनियम गैलियम नाइट्राइड (AlGaN) होता है, जिसमें एल्युमिनियम की मात्रा वांछित उत्सर्जन के अनुसार समायोजित की जाती है।
- UVB LED (280 nm से 315 nm) और UVC LED (100 nm से 280 nm)
UVB और UVC LED के लिए अक्सर वही सबस्ट्रेट उपयोग किए जाते हैं जो UVA LED के लिए होते हैं, लेकिन सामग्री की गुणवत्ता और शुद्धता की आवश्यकताएँ अधिक होती हैं, विशेष रूप से UVC रेंज में छोटी तरंगदैर्घ्यों के लिए। वैकल्पिक रूप से, एल्युमिनियम नाइट्राइड (AlN) जैसे नेटिव सबस्ट्रेट भी उपयोग किए जाते हैं, जो बेहतर जालक मिलान और इसलिए कम दोष घनत्व सक्षम करते हैं। यहाँ भी एपिटैक्सियल परत के रूप में AlGaN का उपयोग किया जाता है, लेकिन छोटी तरंगदैर्घ्यों को प्राप्त करने के लिए उच्च एल्युमिनियम सामग्री के साथ। एपिटैक्सियल परत भी MOCVD का उपयोग करके बनाई जाती है, जिसमें दोषों के नियंत्रण और परत की समरूपता पर विशेष ध्यान दिया जाता है।
ऊष्मा निवेश: डिस्चार्ज लैंप की तुलना में UV LED
उपयोगी यूवी विकिरण के अलावा, यूवी लैंप एक बड़ा अवरक्त (इन्फ्रारेड) घटक भी उत्सर्जित करते हैं, क्योंकि प्लाज़्मा और गर्म लैंप आवरण अपनी अधिकांश हानि को ऊष्मा के रूप में विकिरित करते हैं। UV LED के साथ यह हानि इसके बजाय हीट सिंक या जल शीतलन के माध्यम से दूर संचालित हो जाती है और विकिरण के रूप में भाग तक नहीं पहुँचती। इसलिए विकिरणीय ऊष्मा निवेश काफी कम होता है।
हालाँकि कम होने का अर्थ नगण्य नहीं है: उच्च-शक्ति वाले मॉड्यूल विकिरणित सामग्री की सतह पर कई W/cm² के विकिरण तीव्रता स्तर तक पहुँच जाते हैं – यह शक्ति घनत्व लगभग एक कुकिंग हॉब के बराबर होता है। अवरक्त घटक के बिना भी भाग स्पष्ट रूप से गर्म हो जाता है। तापमान-संवेदनशील सब्सट्रेट के लिए इसलिए विकिरणन के समय-प्रोफ़ाइल को विकिरण मात्रा के साथ-साथ ध्यान में रखना आवश्यक है, और घटक तापमान भी प्रक्रिया आकलन का हिस्सा होना चाहिए।
दूसरा बिंदु रेंज के दीर्घ-तरंग सिरे से संबंधित है: 400 nm से ऊपर उत्सर्जन करने वाले LED वास्तव में नीले (ब्लू) LED होते हैं। यहाँ प्रकाश-रासायनिक रेटिनल खतरे ("ब्लू लाइट हैज़र्ड") का आकलन करना आवश्यक है। मूल सिद्धांतों का वर्णन पेज व्यावसायिक सुरक्षा और फोटोबायोलॉजिकल सुरक्षा पर किया गया है; प्रयोगशाला कार्य और मैन्युअल आबंधन के लिए, संवृत UV LED विकिरणन कक्ष अधिक सुरक्षित समाधान हैं।
भाग तक वास्तव में पहुँचने वाली विकिरण तीव्रता की निगरानी प्रक्रिया के दौरान UV मीटर और विकिरणमापी से की जा सकती है; व्यक्तिगत LED तरंगदैर्घ्यों के लिए अंशांकन मान्यता प्राप्त अंशांकन प्रयोगशाला द्वारा किया जाता है।
365 से 405 nm तक के यूवी LED के स्पेक्ट्रम, विकिरण तीव्रता और विकिरण फ्लक्स को कौन-से मापक यंत्र रिकॉर्ड करते हैं, यह यूवी LED के लिए मापन प्रौद्योगिकी पृष्ठ पर दिखाया गया है।
यूवी LED मापन पर अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
स्पंदित यूवी LED का सही मापन कैसे किया जाता है?
निर्णायक अंतर स्पंद शिखर मान और कालिक औसत के बीच होता है। स्पेक्ट्रोमीटर जैसे लंबे समाकलन समय वाले उपकरण औसत मान दर्शाते हैं, यानी शिखर मान गुणा ड्यूटी साइकिल – यह विकिरण मात्रा के लिए सही है, परंतु शिखर विकिरण तीव्रता के आकलन के लिए गलत है। शिखर मान के लिए ऐसे उपकरण की आवश्यकता होती है जिसकी बैंडविड्थ स्पंद आवृत्ति से काफी अधिक हो, या स्पंद पर ट्रिगर किया गया मापन आवश्यक है।
यूवी LED कितनी दक्षता प्राप्त करते हैं?
समग्र दक्षता, जिसे वॉल-प्लग दक्षता कहा जाता है, प्रकाशीय विकिरण शक्ति को खींची गई विद्युत शक्ति से संबंधित करती है। UVA LED लगभग 30 से 40 % तक पहुँचते हैं, जबकि नीला उत्सर्जित करने वाले LED लगभग 80 % तक। गहरे UVB और UVC क्षेत्र के LED इससे काफी कम, 5 से 10 % से नीचे रहते हैं। इसका कारण निर्माण प्रक्रिया में है: छोटी तरंगदैर्घ्य के लिए AlGaN परतों में अधिक एल्युमिनियम सामग्री की आवश्यकता होती है, जिससे एपिटैक्सी जटिल हो जाती है, अधिक क्रिस्टल दोष उत्पन्न होते हैं और उत्पादन क्षमता कम हो जाती है। इसलिए UVB और UVC LED निरंतर विकास के अधीन हैं, और उपलब्ध प्रकारों को कुछ समय बाद अनुवर्ती प्रकारों से बदल दिया जाता है।
यूवी LED के लिए बिनिंग का क्या अर्थ है?
निर्माण संबंधी कारणों से उत्सर्जित तरंगदैर्घ्य में भिन्नता होती है। वेफ़र को अलग करने के बाद, LED चिप्स को वर्णक्रमीय रूप से समूहित किया जाता है – इस वर्गीकरण को बिनिंग कहा जाता है। व्यावहारिक परिणाम यह है: यदि किसी LED को किसी अन्य बैच के उपकरण से बदला जाता है, तो उत्सर्जन तरंगदैर्घ्य में थोड़ा परिवर्तन हो सकता है, और संकीर्ण-बैंड भारण वाला सेंसर तब भिन्न मान दर्शाएगा। पारंपरिक लैंपों में यह नहीं होता, क्योंकि वहाँ उत्सर्जन परमाणु संक्रमणों और कण संघट्टों द्वारा निर्धारित होता है और लैंप बदलने पर स्थानांतरित नहीं होता।
यूवी LED कितने समय तक चलते हैं?
UVA LED 10,000 h तक प्रचालन समय प्राप्त करते हैं, जबकि UVB और UVC LED 5,000 h तक। जीवनकाल को सामान्यतः L70 के रूप में बताया जाता है, यानी वह प्रचालन समय जिसके बाद विकिरण शक्ति अपने प्रारंभिक मान के 70 % तक गिर जाती है। अनुमत प्रचालन तापमान भी भिन्न होता है: UVA LED के लिए −20 °C से +60 °C तक, UVB और UVC LED के लिए −10 °C से +50 °C तक। क्योंकि आउटपुट जीवनकाल में निरंतर घटता है, इसलिए निश्चित उद्भासन समय की तुलना में विकिरण मात्रा-नियंत्रित प्रक्रिया नियमन को प्राथमिकता दी जानी चाहिए।
मानकों और मार्गदर्शिकाओं के मूल्यांकन के लिए यूवी मापन उपकरण
विकिरणमापी (रेडियोमीटर) RMD Pro
पूर्णतः डिजिटल हैंडहेल्ड विकिरणमापी, विकिरण तीव्रता और विकिरण मात्रा के लिए, दो सेंसर इनपुट और 8 GB मेमोरी के साथ।
यूवी-एलईडी सीरीज़ L
L सीरीज़ के वायु-शीतित यूवी-एलईडी लैंप उच्च विकिरण तीव्रता के साथ, लंबाई में मॉड्यूलर।
लेखक: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia Ettlingen में Opsytec Dr. Gröbel GmbH के प्रबंध निदेशक हैं और अंशांकन प्रयोगशाला के प्रमुख हैं। KIT के प्रकाश प्रौद्योगिकी संस्थान में स्पंदित ज़ेनॉन एक्साइमर विसर्जन पर अपने शोध के बाद, उनका वर्तमान फोकस प्रकाशीय विकिरण मापन तकनीक पर है। वे DIN मानक समिति FNL 7 "प्रकाशीय विकिरण" के उपाध्यक्ष हैं, और DVGW की यूवी विसंक्रमण परियोजना समूह के सदस्य हैं।
