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1、设备材料56一、LED的发光原理LED是Light Emitting Diode的简称，是一种有电流流动就发光的半导体，也被称为发光二极管（见图1）。LED的发光原理如图2所示，在LED芯片上极性方向加电压，芯片中的电子和正电荷就移动，即电流流动。在移动中，电子和正电荷碰撞结合（这种现象叫再结合），转化成光能。在LED中，有发红光、蓝光、绿光的物质，这是芯片所使用的不同种类的化合物。Ga(镓)、N（氮）、In(铟)、Al（铝）、P（磷）等构成半导体的化合物不同，发出的光的波长也不同。根据波长，光可分为紫外线（小于400 nm）、可见光（400800 nm）、红外线（大于800 nm）等，在可见
2、光的范围内（见图3），450 nm左右的是蓝色光，520 nm左右的是绿色光，660 nm左右的是红色光。这种波长的不同，决定了LED的发光色。白色光就是利用两色以上的光混合的技巧得到的，如将红蓝绿三原色混合就得到更自然的白色。二、LED的优势1.寿命长LED因为半导体的发光特性，比白炽灯和荧光灯的寿命长。像白炽灯的灯丝如果断了就不亮了，像荧光灯的电极磨损、汞减少或是荧光质的劣化导致辉度低下，LED则没有这种缺点。但是，随着LED芯片或者封入芯片的树脂等原材料的老化，LED的透光率会减弱，引起辉度低下。2.体积小，高耐用性LED是一种半导体，比白炽灯和荧光灯体积小，将多个LED组合在一起，可用
3、于中型或大型的照明。而且，白炽灯和荧光灯发生了故障就不能使用了，但LED因为体积小，如前所述，可以在一个照射器具内使用多个LED，即使其中少数几个LED出现故障，也可被其他正常的LED所覆盖，是一种耐用性高的照射器具。季栋梁 编译图1 LED结构示意图图3 光的波长和化合物的物质电子流动电流方向N型P型LED芯片发光LED芯片的基本构造LED芯片基板AlGaN紫外波长（nm）发光效率四元物系三元物系二元物系AlN InNAlP GaP InPAlAs GaAs InAs200 400 600 800 3000AlInGaN高效蓝绿AlInGaP高效黄橙InGaN蓝绿AlGaAs和GaAsP高效
4、红远控红外线图2 LED的发光原理N型P型LED在UV印刷方面的应用及发展动向PRINTING FIELD 2010.05设备材料 573.高可视性因为LED的高辉度在室内外的可视性都很好，所以能在各个领域广泛使用。4.省电由于小电力也能点亮，所以LED在节能和环保方面有很大的贡献。LED能瞬时开灯、关灯、闪烁，能很容易地通过调整电流的强弱来改变光的强度。举个身边的例子如交通信号机。LED由于上述的特点，可控制更换频率；由于使用了多个LED，有高耐用性；由于高可视性，能在室内外广泛地使用。三、LED在UV印刷方面的应用LED-UV印刷干燥系统就是用发出紫外线的LED来固化UV油墨的应用系统。图
5、4是日本松下公司生产的用于印刷干燥LED紫外线固化装置Aicure UD80。该装置中，LED沿幅宽方向排列，发出385 nm波长紫外线固化UV油墨。以前干燥UV油墨使用的是UV灯管，而LED-UV固化方式则是用LED来代替UV灯管。图5就是安装在单张纸印刷机上的LED-UV固化装置，将紫外线照射在纸张上干燥UV油墨。1.同UV固化方式的比较LED-UV固化方式是顺应了适应承印物的多样化、适应短交货期、生产高附加值产品、节省印刷现场空间等的要求而诞生的。针对以前UV固化方式，其优点如下。省电LED-UV固化方式所耗电力是UV固化方式的1/41/5，能实现大幅度节能。同时，UV灯管本身以及附带装
6、置会散发大量热量，放置印刷机的车间必须要有大功率的空调，消耗大量电能；而LED-UV的工作热量低，能大大节约用电，对低碳排放有更大的贡献。无臭氧，低油墨臭气LED-UV固化方式使用的是不产生臭氧的385 nm波长紫外线，所以没有以前UV固化方式特有的臭氧。同时，LED-UV使用的UV油墨同传统的UV油墨相比较，油墨臭气低，车间里无需铺设臭氧和臭气的排放管道，能进一步大幅度削减这方面的设置费用和日常管理维护的成本费用。再说，由于是不发生臭氧的低气味油墨，就没有必要为了消除臭味而将印刷物放置一定的时间，印刷物就能马上装箱出厂了。对承印物的热影响降低传统UV灯管是发热的，灯下是高温的，承印物因为受热
7、易引起变形，有可能发生套印不准，而且还不能忽视由于热影响发生的机器零部件的热劣化。而LED发出的是单一波长，不含红外线，热量非常少，能最大限度地抑制对承印物和印刷机的热影响，可生产出高品质的印刷品。节省空间用UV固化时，为了降低灯管的高温，需要预留一定的空间安装排气风扇；而LED-UV固化方式，由于发热量低，只要小型的冷却箱（冷风装置）就够了，安装空间仅为原来的1/31/4，施工费用也能大幅度减少。光源准备时间缩短LED-UV因为能瞬时开灯、关灯，所以只需在承印物通过时打开即可。而传统UV灯预热约需1 min，降温约需4 min的时间，因为需要等待的时间，所以效率降低了。经久耐用的LED光源就
8、光源寿命而言，UV灯管约为1 000小时，LED-UV灯管约为1.5万小时，寿命是前者的15倍。再说，LED开灯、关灯时负荷小，且仅在需要时开灯，实际上使得寿命更长图4 LED-UV固化装置图5 安装在单张纸印刷机上的LED-UV固化装置设备材料58了。因此，降低了光源装置的更新频率，减少了报废光源装置等的工业垃圾，还能大幅度削减更换维修的工时。按需控制的照射范围UV灯管的使用与承印物的尺寸无关，通常是全幅宽开灯；而使用LED-UV固化方式，因为是在一个照射器具上使用多个LED，就能控制照射的幅宽，因此，能通过有效的LED照射实现省电的目的。高环保性因为UV灯管含有汞，是环境污染物，废弃时必需
9、要特殊处理；而LED不含汞，不会造成环境污染。2.同油性墨印刷方式的比较同样，同油性墨印刷方式作比较，LED-UV固化方式具有以下的优点。交货期短油性墨印刷时，油墨的干燥通常要花半天以上的时间，要让油墨自然干燥还必需有保管的场所。而用LED-UV固化方式时，因为油墨瞬间就干了，即使堆积起来也不会蹭脏背面，能实现高品质的印刷，等待印刷品干燥的堆放场所也不需要了。而且，连续进行反面印刷等的后续工艺也没问题，印刷后马上就能出厂。这样，以天为单位的交货期就能变为以小时为单位的交货期，由此能大幅缩短交货期。不要喷粉用LED-UV固化方式时，因为印刷后马上就能干燥，就不需要为防止背面蹭脏而使用喷粉了，由喷
10、粉引起的擦伤等印刷不良现象也就可以避免了。由于干燥后的除粉、喷粉量的调整、频繁地不停机少量取纸等工作都不需要了，也就能大幅度削减操作人员的工作量。再者，也不会再有由喷粉引起的印刷机械污脏，所以印刷机械的日常保养工作也大幅度削减，还有利于营造清洁的印刷环境。热变形小因为用LED-UV固化方式的印刷物没有热变形，收纸装置上的印刷物保持着平面状态，也提高了印刷物的品质。环保性好油性墨污染环境，含有对人体有害的挥发性有机溶剂；UV油墨则不含有害物质，对环境以及印刷工人的健康而言，可称为“友好”的油墨。四、LED面临的问题和展望1.低价化作为印刷干燥装置的UV灯管，从低价商品到高价商品，种类齐全；而LE
11、D-UV固化装置则是属于比较高价的商品。眼下生产商正在降低能发射紫外线的LED的成本，以期使LED-UV固化方式能以低价进入并扩大市场。2.高效化现在的LED-UV灯管发射的紫外线强度比UV灯管的要弱，与承印物的距离相当近，要求小于10 mm，在印刷机上的安装位置受到很大的限制。但是，市场期望提高LED发射紫外线强度，以使LED灯管与承印物的距离能拉开，印刷速度能加快。因此，人们正在进一步开发更高效的LED，从而扩大市场。3.油墨的多样化因为LED-UV固化方式只能发射单一波长的紫外线，所以印刷时必需使用能在单一波长下固化的油墨。实际情况是，现在的市场正处在产品的开发阶段，供应的油墨厂家少，品
12、种系列也不多。但是，由于不少油墨厂家已经看到了LED-UV固化方式的前景，竞相参与开发油墨的新品种，开发适应厚纸和塑料膜等各种承印材料用的油墨及其通用产品，并正在实现商品化。可以预见，今后的油墨品种将更齐全。五、今后的动向将LED-UV固化方式同以前的印刷干燥方式做比较，在环境方面的优点有省电、无臭氧、低油墨臭气、节省空间、经久耐用等；在业务方面的优点有能满足短交货期、提高生产率、增加附加值等；对提高印刷品质也有较大贡献。印刷厂家如果采用了LED-UV固化方式的印刷干燥系统，就能很容易地实现同其他印刷厂家的差异化。LED-UV固化方式印刷干燥系统的日益发展和扩大正被热切期待，随着市场的扩大，各种难题也很快会被解决吧。译者单位：北人富士印刷机械有限公司关键词：光 发光二极管 油墨固化 LED UV LED-UV
