UVLED技术在印刷领域的应用

所谓UVLED技术是指通过专门设计使LED（Light-EmittingDiode）能发出一个完整连续紫外光带,满足不同领域对紫外线光源的需要.随着此项技术的不断发展,已有电子、印刷、医疗等多个领域开始使用该项技术.UVLED技术在印刷领域的发展尤为突出,短短几年时间,各大知名印刷机制造商纷纷推出了UVLED印刷机,印刷机类型更是覆盖了从丝网印刷、凸版标签印刷、数码喷墨印刷、单张纸胶印等几乎所有的印刷方式.

UVLED技术在印刷领域的发展过程

2008年德鲁巴展会上INX数字公司展示了一套UVLED数码喷墨印刷系统引起轰动.该系统是全球首套使用UVLED技术的印刷设备,无需惰性气体固化氛围,能以超过每分钟24米的速度走纸,通过固化装置一次完成四色印刷.一年后,2009年6月三菱重工开始销售LED-UV油墨干燥系统.该系统非常适合安装在其大幅面（DIAMONDV3000系列）单张纸印刷机合串联翻转胶印机上,并能显著降低印刷过程中的能源消耗量.2011年8月美国丝网印刷机厂商EmpireScreenPrinting推出全新LED固化丝网印刷机.2012年德鲁巴展会上PhoseonTechnology公司展示一台TL2024UVLED喷墨数码印刷机,Ardeje公司展示一台配置UVLED的A1000打印机,AtlanticZeiser公司演示一台配置UVLED的Persoline4CGAMMA喷墨数码印刷机.在此期间,高宝、曼罗兰等知名印刷机制造商也纷纷推出UVLED配套方案.2013年利优比924型单张纸胶印使用UVMEGACURELED油墨进行演示,固化效果良好.

从2008年全球首台UVLED数码印刷机到2013年利优比924型单张纸胶印机,短短5年时间,UVLED技术在印刷领域蓬勃发展.据瑞士BernUniversity应用科学大学印刷技术学院调查,1999年UVLED技术有效功率小于10%,10年后有效功率超过50%.光照强度由1W/cm2提高到超过10W/cm2.也是直接影响该技术能否普及的关键,10年间每瓦UVLED的售价降低了26倍.随着UVLED技术的日臻成熟,必将在下游产业广泛使用.

UVLED技术的关键

UVLED技术在印刷领域的主要应用是固化设备和与之配套的墨水、油墨.全球首款UVLED数码喷墨印刷系统也是INX数字公司与LED专业固化的SummitUV公司合作开发的EVOLVEUV第一款UVLED固化的油墨,而SummitUV公司独自研发了“黑钻365系列”UVLED固化设备.只要在原有印刷设备上加装UVLED固化装置并配合使用相适应的油墨,就完成了印刷设备UVLED的升级改造.

UVLED固化装置是整个UVLED印刷系统的关键技术.传统中压汞灯的主要波峰在365nm、313nm、303nm,而且是连续的光谱从200nm到400nm都有紫外线发射.目前LED只有在365nm、385nm、405nm等几个很窄的波段发射紫外线,这就限制了LED的使用范围.国外一些研究人员正在研发在中紫外范围发射紫外线的LED芯片,247nm和210nm波长的芯片已经研发成功,这一成果的应用使得UVLED固化设备可以在多个波长发射近似连续光谱,从而模拟中压汞灯发射的连续光谱.这对光化学研究和光固化应用具有十分重要的意义.UVLED芯片研发与制造的核心技术目前主要由日亚化学（Nichia）、台湾旭明光电（SemiLEDs）以及首尔半导体（SeoulSemiconductor）3家掌握且占有较高的市场份额.日本凭借其在蓝光LED领域的优势,在UVLED方面的进展举世瞩目,尤其是日亚公司,在365nmUVLED的研究上遥遥领先,美国在深紫外的研究方面领先,但是近年已经被日本超越.UVLED固化装置的设计和生产需要考虑到LED在工作时会释放大量的热,需要为其加装冷却系统.目前普遍加装空冷却和水冷却系统,印刷设备的固化装置由于模块较多且结构紧凑因此加装水冷却系统,这大大增加了固化装置的设计难度.研发生产UVLED固化装置主要是美国PhoseonTechnology公司、韩国T公司及日本岩田IWATA公司领先.虽然国内在LED芯片方面有一些研究但没有规模化生产,主要还是依赖进口.

UVLED油墨为了适应其固化装置的光谱特性也不同于普通UV油墨其中包含了许多核心技术最重要的还是光引发剂.普通UV油墨一般使用的光引发剂具有较宽泛的吸收区间,如表1所示.选择搭配时要考虑光引发剂与颜料对紫外光的争夺,因此光引发剂的吸收峰最好处于颜料吸收紫外光相对较弱的“透光窗口”.而LED固化装置只发射特定波长的紫外光且光谱较窄,这需要LED光引发剂具有更强的吸光能力和更高的反应效率,同时吸收峰要与发射波长相匹配.目前国内对光引发剂的研究取得了一些进展部分成果申请了专利.

UVLED技术的优势与不足

UVLED技术与传统UV相比的优势

1.能耗更低,耗电量仅为传统汞灯固化装置的10%；

2.寿命更长,相当于传统汞灯寿命的10倍；

3.冷光源适用于对热敏感的承印物如：热敏纸、塑料薄片上的固化；

4.无需预热过程,可直接开关且不影响寿命；

5.不释放臭氧,不发射UVC,环境更友好；

UVLED技术在印刷领域的应用仍有不足之处：

1.单片LED的发光功率还比较低,且远距离照射衰减较高,因此固化装置需要紧挨承印物放置,造成印刷机结构更加紧凑,不利于工人操作；

2.多LED芯片阵列之后辐照不均匀,影响油墨干燥的一致性；

3.散热量大的问题,单片LED产生热量较少,但多LED阵列后单位内积累产生的热量要比单片的大好几倍,因此需要加装冷却系统.这样使设计制造更加复杂,同时更加昂贵.