紫外灯与紫外LED的老化

由于紫外灯管和紫外LED的老化，定期测量是必要的。但是……

紫外灯管为什么会老化？

紫外灯管的老化是由多种物理和化学过程引起的：

• 电极腐蚀：灯管中的电极会因放电过程随时间磨损，从而降低其效率。 
• 材料蒸发：灯管内的材料（如汞和钨）会蒸发并沉积在灯管较冷的部位，通过吸收降低光输出。 
• 荧光粉衰减：在荧光灯中，荧光粉将254 nm辐射转换为UVA或UVB；随着时间推移，荧光粉会衰减，从而降低辐照度。 
• 日光曝晒效应（Solarization）：紫外辐射会随时间改变灯管材料，尤其是石英玻璃，从而降低紫外光的透过率。

 这些因素共同作用，导致灯管的光输出随时间降低，因此需要定期维护或更换。

还有……

紫外LED为什么会老化？

和所有电子元件一样，紫外LED也会经历老化。与所有产品一样，紫外LED灯的产品质量差异很大。在紫外LED灯的使用寿命期内，紫外光输出会持续下降。这称为衰减（degradation）。影响LED老化的因素主要包括工作温度和工作电流。紫外LED老化的原因有多种，主要与其固有的材料特性和工作条件有关：

• 热衰减：电能转换为光能过程中产生的热量会损害LED的半导体材料，降低其效率。
• 氧化和潮湿：暴露在氧气和潮湿环境中会损害LED中的材料，尤其是电极和化合物。
• 材料疲劳：温度波动引起的反复膨胀和收缩会导致材料疲劳，从而影响性能

这些因素共同作用，使紫外灯管和紫外LED的输出随时间降低，这意味着它们的光强度和使用寿命是有限的。

经过下降较陡的初始磨合阶段后，衰减在此后的数千小时内几乎呈线性变化。第二种失效机制是紫外LED的突发性失效。

紫外LED的突发性失效可能由多种机制引起，包括静电放电（ESD），它会通过瞬间的电涌损坏元件。也可能发生引线键合失效，即连接LED芯片与引脚的微小引线出现故障。

半导体材料本身的缺陷，例如半导体层中的裂纹或缺陷，也可能导致个别紫外LED的突然失效。这类失效通常没有预兆，会导致LED立即丧失功能。

在老化的某些方面，紫外LED被认为优于传统紫外灯管：

• 耐用性：在良好散热条件下，紫外LED可实现更长的使用寿命，并且对机械损伤不敏感。
• 稳定性：由于受热波动影响较小，紫外LED在长期使用中具有更好的波长稳定性。
• 效率：紫外LED能更高效地利用能量，产生的废热更少，从而进一步延长其使用寿命。

紫外灯管与紫外LED老化的主要区别：

因此，老化方面的主要区别在于不同光源处理热量和材料疲劳的方式，这对紫外LED的效率和使用寿命产生了积极影响。

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该图展示了紫外LED的典型老化曲线，其特点是在最初运行的几小时内性能急剧下降。经过这一初始下降阶段后，功率损失趋于稳定，并随时间呈渐进式、近乎线性的衰减。这种持续的光输出下降会一直持续，直到LED达到使用寿命终点，最终完全失效，不再发出任何辐射：

光源老化对正在运行的生产和检测流程意味着什么，详见应用页面汽车行业的紫外固化和航空航天领域的紫外技术。

光源老化程度如何？将全新时的辐照度与今天测得的辐照度进行对比，即可得出衰减情况——以及系统所依据的维护系数，从而确保系统在更换周期结束时仍能提供所需的剂量。两个数值必须在相同的光谱范围内、以相同的距离进行测量。

如何监测UV LED的输出？
应通过测量作用点处的辐照度来监测，而非通过工作电流或工作时间。UV LED的辐射功率会持续衰减；决定性因素是结温和驱动电流，结温每升高10 °C，L70寿命就会减半。合理的做法是在老炼后记录一个初始值作为基准，并将其百分比设为预警阈值。高达10,000 h（UVA）或5,000 h（UVB/UVC）的典型寿命数据仅适用于规定的工作条件。

如何检测紫外灯的老化？
通过在相同条件下——即在相同位置、相同距离和相同工作温度下测得的辐照度下降来检测。四个过程共同作用：电极腐蚀、材料蒸发并在灯管较冷部位凝结、荧光粉衰减以及石英玻璃的日光变色。工作时间仅可作为粗略参考：低压灯管可达8,000～12,000 h，中压灯管为1,000～4,000 h，掺杂中压灯管为600～2,000 h。