张善端韩秋漪荆 忠

（1复旦大学电光源研究所，2上海迈芯光电科技有限公司）

十千瓦级大功率紫外LED光固化系统

张善端1韩秋漪1荆 忠2

（1复旦大学电光源研究所，2上海迈芯光电科技有限公司）

紫外光固化是一种公认的环保节能的固化技术，它是利用紫外线(UV)照射有机涂层，使其产生辐射聚合、辐射交联和辐射接技等反应，最终变为固态的化学过程。该反应速度快、不需要额外加热源、反应物不含或仅含微量有机溶剂、反应中也基本不产生挥发性有机化合物(VOC)排放。固化后的有机涂层性能优异，耐腐蚀、耐磨损、强度高、抗冲击。因此，光固化技术在光固化涂料、光固化油墨、光固化胶粘剂、光刻胶、激光三维成像、三维造型等行业得到广泛应用。

发光二极管(LED)凭借效率高、体积小、寿命长、可靠性高等优点，快速进入各种可见光照明和紫外辐照应用领域。随着紫外LED芯片辐射效率的提升和价格的下降，紫外LED光源开拓了365 nm以上UVA波段的应用领域，正在逐步替代汞灯等传统紫外气体放电光源。

为了满足工业应用领域对千瓦以上功率的紫外光源的需求，我们开发了一种高效导热散热的LED封装结构[1,2]。该封装结构采用氮化铝板作为导热绝缘板，并用铜板制作电极，实现了功率密度50～500 W cm-2的紫外LED封装模块，奠定了大功率紫外LED光固化系统的技术基础。图1所示的模块样品的实测结果表明，该封装结构的热学性能非常优越，在30 °C水冷散热条件下，功率密度为250 W cm-2时，模块的结温低于80 °C，而辐射效率高达20%以上。基于该模块结构的紫外LED光源，光固化系统的总功率已实现30 kW以上，已完全能够满足工业领域紫外光固化生产的要求。

该大功率紫外LED光固化系统具有众多性能优势：

封装功率密度高。我们已实现的紫外LED光源的最高封装功率密度为国际领先的500 W cm-2，已超过了绝大多数的汞灯等气体放电光源，满足所有光固化应用领域对紫外光源的功率要求。

热学特性好。该紫外LED光源封装的导热散热特性卓越，紫外LED芯片始终维持在较低的结温状态，确保了光源的良好的工作稳定性和超长的寿命。

系统效率高。紫外LED的光谱集中在中心波长附近，全部可用；单面出光，无反射器光损失，因此紫外LED光固化系统的辐射效率可达20%以上。

可瞬时开关。即开即用，还可瞬时重启动，进一步节约能耗，并延长系统的使用寿命。

出光表面无热效应。紫外LED出光表面没有热辐射，芯片热量通过背部的散热结构排出，避免了汞灯的高温表面带来的各种安全隐患。另外，由于紫外LED不会对反应物造成红外加热效果，因此反应过程中可以使用热敏性的材料，扩大了紫外光固化技术的应用范围。

无短波紫外伤害。光固化系统采用的紫外LED芯片的中心波长在365 nm以上的UVA区域，完全不含对皮肤有快速伤害的短波紫外。

综上，大功率紫外LED光固化系统具有极强的竞争力，逐步取代汞灯应用于各种涂料、树脂、油墨和胶黏剂的紫外光固化，为木地板、木器、各种材质的表面处理、显示器等电子设备的生产、印刷行业、包装行业等带来技术上的升级换代，具有极大的市场前景。

[1]张善端，韩秋漪，荆忠. 一种高效导热的大功率LED集成封装结构[P]. CN 201410176671.3, 2014-07-30.

[2]张善端，韩秋漪，荆忠. LED倒装芯片的大功率集成封装结构[P]. CN 201410291560.7, 2014-10-01.