UV-LED ٹیکنالوجی کو جاننے سے پہلے، ہمیں پہلے کئی بنیادی تصورات کو واضح کرنا چاہیے تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ ہم ایک ہی موضوع پر بات کر رہے ہیں۔ یہ غلط تشریحات اور کراس-مقصد مواصلات کو روکے گا۔ یہاں،یوویUV-قابل علاج مواد جیسے UV کوٹنگز، UV انکس، اور UV چپکنے والی اشیاء سے مراد ہے۔ایل ای ڈیخاص طور پر الٹرا وایلیٹ ایل ای ڈی روشنی کے ذرائع کی نشاندہی کرتا ہے۔ اورUV-LED کے طور پر بیان کیا جاتا ہے"بالائے بنفشی LED روشنی کے ذرائع کو شعاع ریزی کے ذریعہ استعمال کرتے ہوئے UV مواد کا علاج".
جیسا کہ ہم سب جانتے ہیں، UV کوٹنگز کے لیے روایتی کیورنگ لائٹ ماخذ میڈیم-پریشر اور ہائی-پریشر مرکری لیمپ ہے۔ حالیہ برسوں میں، توانائی کے تحفظ اور ماحولیاتی تحفظ کی پالیسیوں سے کارفرما، UVLED (الٹرا وائلٹ LED) ٹیکنالوجی کی تیز رفتار ترقی کے ساتھ جس نے صنعتی-پیمانے کی ایپلی کیشنز کی بنیاد رکھی ہے، مارکیٹ نے UV-ایل ای ڈی کو اپنانے میں تیزی سے اضافہ دیکھا ہے۔ ابھرتی ہوئی ٹیکنالوجیز ہمیشہ بڑے پیمانے پر توجہ اور جوش کو اپنی طرف متوجہ کرتی ہیں۔ تاہم، بطور انڈسٹری پریکٹیشنرز، UV-LED کی واضح سمجھ ضروری ہے۔ یہاں، ہم گزشتہ دو سالوں کے دوران UV-LED فیلڈ میں اپنے تحقیقی تجربے کا اشتراک کرنا چاہیں گے۔
روشنی کے ذرائع میں تبدیلی (ایل ای ڈی اور مرکری لیمپ کے درمیان فرق کو بعد میں بیان کیا جائے گا) نے یووی کوٹنگ فارمولیشن سسٹمز میں تبدیلی کے ساتھ ساتھ کوٹنگ اور کیورنگ کے پورے عمل میں انقلاب برپا کیا ہے۔ UV-LED سسٹم کے لیے، ہم تکنیکی اور مارکیٹ دونوں جہتوں پر محیط پانچ کلیدی تحقیقی سمتوں کی نشاندہی کرتے ہیں۔
UV-LED فوٹو کیورنگ پر تحقیق
جیسا کہ پہلے بیان کیا گیا ہے، UV-LED فوٹو کیورنگ پر انحصار کرتا ہے۔الٹرا وایلیٹ ایل ای ڈی لائٹUV مواد کو ٹھیک کرنے کے ذرائع۔ لہذا، مؤثر علاج کا حصول تمام تحقیقی کوششوں کا بنیادی مقصد ہے۔ فوٹو کیورنگ کے لیے دو ناگزیر اجزاء کی ضرورت ہوتی ہے: روشنی (توانائی کا ذریعہ) اور یووی مواد (رسیپٹر)۔ روشنی کے منبع میں تبدیلی لامحالہ پورے نظام کے توازن میں خلل ڈالتی ہے، جس کا بنیادی حصہ بین الضابطہ R&D میں ہوتا ہے تاکہ LED روشنی کے ذرائع کے ساتھ UV کوٹنگز کو سیدھ میں لایا جا سکے۔
یہ بڑے پیمانے پر تسلیم کیا جاتا ہے کہ چھوٹی ایل ای ڈی طول موج اعلی توانائی کی سطح اور زیادہ لاگت کے مساوی ہے۔ اس کے برعکس، کم اتیجیت توانائی کی ضرورت والے فوٹو انیٹیٹرز طویل جذب طول موج کی خصوصیت رکھتے ہیں اور اعلی قیمتوں کو بھی حکم دیتے ہیں۔ یہ روشنی کے ذرائع اور ابتدا کرنے والوں کے درمیان ایک سیسا- جیسا تعلق پیدا کرتا ہے۔ اس طرح، دونوں کی کارکردگی کی حدود کو بڑھانا اور LED روشنی کے ذرائع اور UV مواد کے درمیان بہترین توازن کی نشاندہی کرنا UV-LED R&D اقدامات کا مرکز بن گیا ہے۔
ایل ای ڈی لائٹ سورس سسٹمز پر تحقیق
مرکری لیمپ ٹیکنالوجی ترقی اور استعمال کے لحاظ سے انتہائی پختہ ہے، اور طویل عرصے سے اسے معیاری روشنی کا ذریعہ سمجھا جاتا ہے۔ اس کے برعکس، الٹرا وائلٹ ایل ای ڈی ٹیکنالوجی ابھی بھی اپنے ابتدائی دور میں ہے، جو مستقبل کی ترقی کے لیے بے پناہ امکانات پر فخر کرتی ہے۔ مزید برآں، ایل ای ڈی انڈسٹری کا سلسلہ انتہائی وسیع ہے، جس میں کرسٹل گروتھ، چپ ڈائسنگ، چپ پیکیجنگ، لائٹ سورس ماڈیول انٹیگریشن کے ساتھ ساتھ پاور سپلائی کنٹرول اور ہیٹ ڈسپیشن سسٹم ڈیزائن شامل ہیں۔ ہر مرحلہ حتمی مصنوعہ-UVLED روشنی کے منبع کے معیار پر اہم اثر ڈالتا ہے۔ لہذا، پورے UV-LED ماحولیاتی نظام کو آگے بڑھانے کے لیے LEDs کی کارکردگی کی حدود کو سمجھنا اور ان کو بڑھانا ضروری ہے۔
ایل ای ڈی روشنی کے ذرائع اور مرکری لیمپ کے درمیان فرق (فائدے، نقصانات، اور ایل ای ڈی کے بارے میں عام غلط فہمیاں)
مارکیٹ کے مقابلے میں غالب آنے کے لیے، اپنی طاقتوں اور حریفوں کی کمزوریوں دونوں کا مکمل ادراک ضروری ہے۔ چونکہ ہمارا مقصد روایتی مرکری لیمپ کو UVLEDs سے بدلنا ہے، اس لیے یہ ضروری ہے کہ پہلے دونوں ٹیکنالوجیز کا موازنہ کریں اور ان کے متعلقہ فوائد، نقصانات اور حدود کا تجزیہ کریں۔
UV کوٹنگز کا علاج ہوتا ہے کیونکہ ان کے فارمولیشنز میں فوٹو انیشیٹر مخصوص طول موج کی الٹرا وائلٹ روشنی کو جذب کرتے ہیں، آزاد ریڈیکلز (یا کیشنز/اینز) پیدا کرتے ہیں جو مونومر پولیمرائزیشن کا آغاز کرتے ہیں۔ اس اصول کو واضح کرنے کے لیے، ہم پہلے مرکری لیمپ اور الٹرا وائلٹ ایل ای ڈی کے اخراج کے اسپیکٹرا کا جائزہ لیں گے۔
یہ چارٹ UV LEDs اور مرکری لیمپ کے اخراج کے سپیکٹرا کا ایک کلاسک اور عام طور پر دیکھا جانے والا موازنہ ہے۔ جیسا کہ خاکہ سے دیکھا جا سکتا ہے، مرکری لیمپ کا اخراج کا طیف مسلسل ہے، الٹرا وایلیٹ سے لے کر انفراریڈ رینج تک پھیلا ہوا ہے۔ خاص طور پر، روشنی کی شدت UVB میں مختصر-لہر UVA بینڈ میں مرکوز ہے۔ اس کے برعکس، ایل ای ڈی کا اخراج اسپیکٹرم نسبتاً تنگ ہے، جس میں دو سب سے عام ویو بینڈز 365 nm اور 395 nm (بشمول 385 nm، 395 nm، اور 405 nm) پر چوٹی طول موج کی خصوصیت رکھتے ہیں۔
فی الحال، پرائمریUV روشنیصنعتی قابل اطلاق کے ساتھ UVA بینڈ کے اندر آتا ہے، خاص طور پر LED روشنی کے ذرائع جن کی طول موج 365 nm اور 395 nm ہے جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔ نتیجتاً، UV-LED سسٹم عام طور پر کم ابتدائی کارکردگی اور شدید آکسیجن کی روک تھام کا شکار ہوتے ہیں، جو سطح کو ٹھیک کرنے کے لیے نقصان دہ ہیں۔
نوٹ: بہت سے UVLED مینوفیکچررز یا LED UV کوٹنگ سپلائرز کی طرف سے "ایل ای ڈی یووی کوٹنگز کی بہترین سینڈ ایبلٹی" کے بارے میں کثرت سے کیا جانے والا دعویٰ، سختی سے، سطح کی ناکافی علاج کا براہ راست نتیجہ ہے۔ اصل چیلنج اچھی سینڈ ایبلٹی کو حاصل کرنے میں نہیں ہے، بلکہ قابل کنٹرول سینڈ ایبلٹی کو فعال کرنے میں ہے مزید برآں، کچھ مینوفیکچررز دھوکہ دہی کے طریقوں کا سہارا لیتے ہیں: LED صف کے پیچھے مرکری لیمپ لگانا، جہاں مرکری لیمپ درحقیقت علاج کرنے کا اہم کردار ادا کرتا ہے۔
اس نے کہا، ہم یہ بھی نوٹ کرتے ہیں کہ 365 nm اور 395 nm ویو بینڈز میں، LEDs مرکری لیمپوں کے مقابلے میں نمایاں طور پر زیادہ روشنی کی شدت فراہم کرتے ہیں، جو UV مواد کی گہری-پرت کو ٹھیک کرنے میں سہولت فراہم کرتے ہیں۔
(حوالہ کے لیے، بہت سے روایتی UV کیورنگ سسٹمز مرکری لیمپ کے ساتھ ایک گیلیم لیمپ (415 nm کی غالب اخراج طول موج کے ساتھ) کو شامل کرتے ہیں، خاص طور پر گہری-پرت کو ٹھیک کرنے کی افادیت کو بڑھانے کے لیے۔)
یہ غلط فہمی عام طور پر اس بنیاد سے پیدا ہوتی ہے۔مرکری لیمپ سے خارج ہونے والی روشنی کا صرف 30% الٹرا وائلٹ (UV) ہے، جب کہ UVLEDs 100% UV روشنی خارج کرتی ہے۔. تاہم، نظام کی سطح کی توانائی کی کھپت کے حقیقی تعین کرنے والے فوٹو الیکٹرک تبادلوں کی کارکردگی اور روشنی کی موثر کارکردگی ہیں۔ مرکری لیمپ دراصل فوٹو الیکٹرک تبدیلی کی اعلی کارکردگی پر فخر کرتے ہیں-ان کی کمی اس حقیقت میں پنہاں ہے کہ خارج ہونے والی روشنی کا ایک بڑا حصہ مرئی اور انفراریڈ شعاعوں پر مشتمل ہوتا ہے، جس میں UV روشنی (یووی مواد کو ٹھیک کرنے کے لیے کارآمد واحد جزو) کا حساب صرف 30% ہوتا ہے۔ اس کے برعکس، UVLEDs میں نمایاں طور پر کم فوٹو الیکٹرک تبادلوں کی کارکردگی ہے، جو فی الحال UVA طول موج کے لیے تقریباً 30% منڈلا رہی ہے (جو تقریباً مرکری لیمپ کی UV روشنی کی کارکردگی کے برابر ہے)۔
توانائی کے تحفظ کے قانون کے مطابق، بقیہ 70% برقی توانائی حرارت میں بدل جاتی ہے۔ یہ دو ٹیکنالوجیز کے درمیان دو اہم فرقوں کی وضاحت کرتا ہے:
LEDs اپنی شہرت "سرد روشنی کے ذرائع" کے طور پر حاصل کرتے ہیں کیونکہ لیمپ پینل کے پچھلے حصے سے پیدا ہونے والی حرارت ختم ہو جاتی ہے، جس سے روشنی کا اخراج کرنے والی سطح ٹھنڈی ہو جاتی ہے۔ اس کے برعکس، مرکری لیمپ اپنے ریفلیکٹرز اور انفراریڈ اخراج کے ذریعے گرمی کو آگے بڑھاتے ہیں۔
یہی وجہ ہے کہ UVLED روشنی کے ذرائع کو عام طور پر ہوا کے-کولنگ سسٹم کی ضرورت ہوتی ہے، اور ہائی-پاور UVLED یہاں تک کہ پانی-کولنگ یونٹس کے سائز کو لیمپ ہیڈ کی گرمی کی کھپت کے لیے روشنی کے منبع کی برقی طاقت کے 70% کو سنبھالنے کے لیے ضروری ہے۔
LEDs کے حقیقی توانائی کی بچت کے فوائد-دو منفرد خصلتوں سے حاصل ہوتے ہیں: فوری آن/آف صلاحیت اور آپٹیکل ڈیزائن کے ذریعے درست شعاع ریزی، جو روشنی کی موثر کارکردگی کو بڑھاتی ہے۔ تاہم، ان فوائد سے فائدہ اٹھانے کے لیے انفراریڈ ڈٹیکشن اور ذہین کنٹرول سسٹمز-ٹیکنالوجی کے ساتھ انضمام کی ضرورت ہوتی ہے جسے مارکیٹ میں زیادہ تر UV LED آلات بنانے والے اس وقت تیار کرنے کی R&D صلاحیت سے محروم ہیں۔
اوزون جنریشن: ان کے اخراج کے سپیکٹرم میں 200 nm سے کم الٹرا وائلٹ روشنی شامل ہے، جو کافی مقدار میں اوزون پیدا کرتی ہے۔ (یہ مرکری لیمپ سسٹم چلانے والے فیکٹری ورکرز کی طرف سے رپورٹ کی گئی تیز بدبو کی بنیادی وجہ ہے۔)
ڈسپوزل سے مرکری آلودگی: مرکری لیمپ کی سروس کی زندگی صرف 800-1000 گھنٹے ہے۔ خرچ شدہ لیمپوں کو غلط طریقے سے ٹھکانے لگانے سے ثانوی پارے کی آلودگی پیدا ہوتی ہے، یہ ایک ایسا مسئلہ ہے جو آج تک حل طلب ہے۔
رپورٹس بتاتی ہیں کہ پارے کے فضلے کے علاج کے لیے سالانہ درکار توانائی دو تھری گورجز ڈیموں کی مشترکہ پیداواری صلاحیت کے برابر ہے۔ اس سے بھی بدتر بات یہ ہے کہ فضلے کی ندیوں سے مرکری کے مکمل خاتمے کے لیے فی الحال کوئی قابل عمل ٹیکنالوجی موجود نہیں ہے۔
UV LEDs ان مسائل سے مکمل طور پر آزاد ہیں۔ چونکہ مرکری پر مناماتا کنونشن 16 اگست 2017 کو چین میں باضابطہ طور پر لاگو ہوا، مرکری لیمپ سے باہر کا مرحلہ-سرکاری ایجنڈے پر رکھا گیا ہے۔ جب کہ کنونشن میں صنعتی مرکری فلوروسینٹ لیمپ کے لیے ایک استثنیٰ شامل ہے جہاں کوئی متبادل موجود نہیں ہے، اس میں یہ شرط بھی شامل ہے کہ دستخط کرنے والی جماعتیں قابل عمل متبادل دستیاب ہونے کے بعد ایسی مصنوعات کو محدود فہرست میں شامل کرنے کی تجویز دے سکتی ہیں۔ اس طرح، UV کیورنگ ایپلی کیشنز میں مرکری لیمپ کے مکمل مرحلے-کی ٹائم لائن مکمل طور پر UV LED سلوشنز کی تکنیکی ترقی اور صنعت کاری پر منحصر ہے۔
یہ ایپلی کیشنز جیسے کہ 3D پرنٹنگ کے لیے مقامی صحت سے متعلق کیورنگ کی حمایت کرتا ہے۔
ایل ای ڈی کو مختلف فوٹو انیشیٹروں کے ساتھ جوڑ کر، یہ کیورنگ ڈگریوں اور گہرائیوں پر قطعی کنٹرول کی اجازت دیتا ہے۔
حسب ضرورت لائٹ سورس کنفیگریشن ایل ای ڈی میں ایک ماڈیولر لیمپ بیڈ ڈیزائن ہے، جو لمبائی، چوڑائی اور شعاع ریزی کے زاویے کی لچکدار ایڈجسٹمنٹ کی اجازت دیتا ہے۔ یہ استرتا پوائنٹ لائٹ سورسز، لائن لائٹ سورسز، اور ایریا لائٹ سورسز کی تخلیق کو قابل بناتا ہے، جو کہ مختلف علاج کے عمل کی مخصوص ضروریات کو پورا کرنے کے لیے تیار کیے گئے ہیں۔
UV میٹریل کیورنگ کے لیے لائٹ سورس پیرامیٹر کی ضروریات
طول موج:365 این ایم، 395 این ایم
شعاع ریزی (روشنی کی شدت، آپٹیکل پاور ڈینسٹی): mW/cm²
کل توانائی کی خوراک: mJ/cm²
فوٹو کیورنگ کا عمل مذکورہ بالا تین بنیادی پیرامیٹرز کے بغیر آگے نہیں بڑھ سکتا: طول موج، روشنی کی شدت، اور توانائی کی کل مقدار۔ روشنی کی شدت UV شروع کرنے کی کارکردگی کا حکم دیتی ہے اور براہ راست سطح کے علاج (آکسیجن کی روک تھام) اور گہری علاج کی کارکردگی کو متاثر کرتی ہے۔ جبکہ توانائی کی کل خوراک مواد کی مکمل علاج کو یقینی بناتی ہے۔
مرکری لیمپ کے مقابلے میں، ایل ای ڈی کا سب سے نمایاں فائدہ ان کی تشکیل پانے والی اور ٹیون ایبل خصوصیات میں ہے۔ خود ایل ای ڈی کی کارکردگی کی حدود کے اندر، اس کے پیرامیٹرز کو مخصوص علاج کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے سب سے زیادہ حد تک بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ UV-LED فوٹو کیورنگ تجربات میں، بنیادی مقصد روشنی کے منبع اور UV مواد دونوں کی کارکردگی کی حدود کو مسلسل پھیلانا اور ان کے درمیان بہترین توازن کی نشاندہی کرنا ہے۔ خاص طور پر ایل ای ڈی کے لیے، اس کا مطلب یہ ہے کہ بہترین علاج کے نتائج حاصل کرنے کے لیے کوٹنگ فارمولیشن کی بنیاد پر مثالی ایل ای ڈی لائٹ سورس پیرامیٹرز کا تعین کریں۔
LED Luminescence اصول اور UVLED چپس کی موجودہ ترقی کی حیثیت
الیکٹران کی منتقلی کے اصول کی بنیاد پر (تفصیلات کو چھوڑ دیا گیا ہے؛ دلچسپی رکھنے والے قارئین مزید معلومات کے لیے آن لائن وسائل کا حوالہ دے سکتے ہیں)، جب ایٹم میں الیکٹران ایک پرجوش حالت سے زمینی حالت میں واپس آتے ہیں، تو وہ مختلف طول موجوں پر تابکاری کی شکل میں توانائی خارج کرتے ہیں (یعنی مختلف طول موج کی برقی مقناطیسی لہریں خارج کرتے ہیں)۔
اس لیے، روشنی کے اخراج کرنے والے UV-کی تیاری کے لیے دو بنیادی طریقے ہیں:
پہلا نقطہ نظر ایک ایسے ایٹم کی شناخت کرنا ہے جس کی الیکٹران توانائی کا پرجوش حالت اور زمینی حالت کے درمیان فرق بالکل الٹرا وایلیٹ سپیکٹرم کے اندر آتا ہے۔ روایتی مرکری لیمپ اس اصول کی بنیاد پر سب سے زیادہ استعمال ہونے والے UV روشنی کے ذرائع ہیں۔
دوسرا نقطہ نظر سیمی کنڈکٹر luminescence اصول کا فائدہ اٹھاتا ہے (تفصیلات کو چھوڑ دیا گیا؛ دلچسپی رکھنے والے قارئین مزید معلومات کے لیے آن لائن وسائل سے رجوع کر سکتے ہیں)۔ مختصراً، جب فارورڈ وولٹیج روشنی کو خارج کرنے والے سیمی کنڈکٹر پر لاگو کیا جاتا ہے-، P-علاقے سے N-علاقے میں داخل ہونے والے سوراخ اور N-علاقے سے P-علاقے میں داخل ہونے والے الیکٹران N-علاقے میں اور کچھ{6}}علاقوں کے اندر الیکٹرانوں کے ساتھ دوبارہ مل جاتے ہیں۔ PN جنکشن کے قریب مائیکرو میٹر، اچانک فلوروسینٹ تابکاری پیدا کرتے ہیں۔
جیسا کہ بڑے پیمانے پر جانا جاتا ہے، گروپ III-V کے سیمی کنڈکٹر مواد کا بینڈ گیپ جس میں ایلومینیم نائٹرائڈ سے لے کر گیلیم نائٹرائڈ یا انڈیم گیلیم نائٹرائڈ (InGaN) بلیو لائٹ سے الٹرا وایلیٹ لائٹ تک عین اسپیکٹرم کے اندر آتا ہے۔ ایلومینیم انڈیم گیلیم نائٹرائیڈ کے مادی تناسب کو ایڈجسٹ کرکے، ہم طول موج کی وسیع رینج میں الٹرا وائلٹ اور مرئی روشنی کے ذرائع پیدا کر سکتے ہیں۔
اگرچہ نظریاتی طور پر، کسی بھی طول موج کی روشنی کو چمکدار مواد کی ساخت کو ایڈجسٹ کرکے پیدا کیا جاسکتا ہے، تجارتی پیداوار کے لیے دستیاب UVLED چپس کی حد مختلف رکاوٹوں کی وجہ سے کافی محدود ہے۔ صنعتی ایپلی کیشنز کے لیے موزوں ہائی-پاور چپس بنیادی طور پر UVA بینڈ (365–415 nm) میں مرکوز ہوتی ہیں۔ حالیہ برسوں میں، UVB اور UVC ٹیکنالوجیز نے بھی بھرپور ترقی دیکھی ہے، لیکن وہ بنیادی طور پر کم-طاقت والے سویلین اور صارفین کی مارکیٹوں جیسے کہ جراثیم کشی اور نس بندی تک محدود ہیں۔
اس کی کئی اہم وجوہات ہیں:
کرسٹل مٹیریل سٹرکچر برائٹ ایفینسی کا تعین کرتا ہے (فوٹو الیکٹرک کنورژن ایفیشنسی) گیلیم نائٹرائڈ (GaN) اور اعلی-Efficiency Indium Gallium Nitride (InGaN) اب بھی UVA کے اندر 365–405 nm رینج کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس کے برعکس، UVB اور UVC چپس زیادہ عام طور پر استعمال ہونے والے GaN اور InGaN کی بجائے مکمل طور پر ایلومینیم گیلیم نائٹرائڈ (AlGaN)-ایک ایسے مواد پر انحصار کرتے ہیں جس میں فطری طور پر کم برائٹ کارکردگی ہوتی ہے-۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ GaN اور InGaN 365 nm سے نیچے الٹرا وائلٹ روشنی کو جذب کرتے ہیں۔ نتیجے کے طور پر، UVB اور UVC چپس کی چمکیلی کارکردگی انتہائی کم ہے۔ مثال کے طور پر، LG کی 278 nm چپ میں صرف 2% فوٹو الیکٹرک کنورژن کی کارکردگی ہے۔
کم کارکردگی سے پیدا ہونے والے حرارت کی کھپت کے چیلنجز توانائی کے تحفظ کے قانون کے مطابق، 2% فوٹو الیکٹرک تبدیلی کی کارکردگی کا مطلب ہے کہ 98% برقی توانائی گرمی میں تبدیل ہو جاتی ہے۔ مزید یہ کہ ایل ای ڈی چپس کی سروس لائف اور چمکیلی کارکردگی درجہ حرارت کے الٹا متناسب ہے۔ اس طرح کی اعلی حرارت کی پیداوار گرمی کی کھپت کے نظام پر انتہائی سخت تقاضے عائد کرتی ہے۔ موجودہ کولنگ ٹیکنالوجیز کے ساتھ، ہائی-پاور UVB اور UVC چپس کے لیے موثر گرمی کی کھپت کو حاصل کرنا محض ناممکن ہے۔
پیکیجنگ اور لینس کے مواد کی کم UV ترسیل LED چپس کی حفاظت کے لیے، encapsulation ضروری ہے۔ چونکہ ایل ای ڈی ہمہ جہتی طور پر روشنی کا اخراج کرتے ہیں، اس لیے روشنی کی شہتیر کو مرتکز کرنے کے لیے لینز کی ضرورت ہوتی ہے۔ تاہم، کوارٹج شیشے کے علاوہ، زیادہ تر مواد میں UV ٹرانسمیٹینس بہت کم ہوتا ہے-اور طول موج کم ہونے کے ساتھ ہی ترسیل میں تیزی سے کمی آتی ہے۔ نتیجتاً، اگرچہ UVB/UVC چپس کی موروثی چمکیلی کارکردگی پہلے ہی کم ہے، روشنی کا ایک اہم حصہ لینز کے ذریعے جذب ہو جاتا ہے، جس کے نتیجے میں انتہائی کمزور قابل استعمال روشنی پیدا ہوتی ہے جو صنعتی ایپلی کیشنز کے لیے بمشکل کافی ہوتی ہے۔
کرسٹل کی کم پیداوار اور زیادہ پیداواری لاگت موجودہ UVB اور UVC چپس انہی ری ایکٹرز کا استعمال کرتے ہوئے تیار کی جاتی ہیں جیسے UVA چپس۔ موروثی مادی نقائص کے علاوہ، سبسٹریٹ اور کرسٹل کے درمیان غیر مماثل تھرمل توسیعی گتانک جیسے مسائل انتہائی کم کرسٹل کی پیداوار کا باعث بنتے ہیں، جس کے نتیجے میں پیداواری لاگت ممنوعہ حد تک زیادہ رہتی ہے۔
مجموعی طور پر، UVB اور UVC ٹیکنالوجیز کی کم برائٹ کارکردگی، زیادہ لاگت اور گرمی کی کھپت کے سخت تقاضوں کی وجہ سے، اعلی-پاور کی ترقیUVB اور UVC لائٹصنعتی ایپلی کیشنز کے ذرائع اس وقت تک مضمر رہیں گے جب تک کہ اہم تکنیکی کامیابیاں حاصل نہیں ہو جاتیں۔
ایل ای ڈی لائٹ سورس سسٹمز کے کلیدی آر اینڈ ڈی فوکس
ایل ای ڈی چپ ایل ای ڈی لائٹ سورس کا صرف ایک اہم جزو ہے۔ ایل ای ڈی روشنی کے ذرائع پر تحقیق و ترقی کرتے وقت، ہمیں ایک کو اپنانا چاہیے۔منظم،مجموعی نقطہ نظر. ایل ای ڈی ویو لینتھ ٹیوننگ کے علاوہ، آر اینڈ ڈی کا دائرہ نیچے کی طرف سے جاری عمل کی ایک سیریز کو شامل کرتا ہے جس میں پیکیجنگ ٹیکنالوجی، آپٹیکل ڈیزائن، گرمی کی کھپت کے نظام، بجلی کی فراہمی کے نظام، اور ذہین کنٹرول سسٹم شامل ہیں۔
فی الحال، ایل ای ڈی چپس کے لیے چار مین اسٹریم پیکیجنگ ڈھانچے ہیں:
عمودی پہاڑ کی ساخت
پلٹائیں-چپ کا ڈھانچہ
عمودی ساخت
3D عمودی ڈھانچہ
روایتی ایل ای ڈی چپس عام طور پر نیلم سبسٹریٹ کے ساتھ عمودی پہاڑی ڈھانچہ اپناتی ہیں۔ یہ ڈھانچہ ایک سادہ ڈیزائن اور پختہ مینوفیکچرنگ کے عمل کو نمایاں کرتا ہے۔ تاہم، نیلم میں تھرمل چالکتا کم ہے، جس کی وجہ سے چپ کے ذریعے پیدا ہونے والی گرمی کو ہیٹ سنک میں منتقل کرنا مشکل ہو جاتا ہے
فلپ-چِپ پیکیجنگ موجودہ ترقی کے رجحانات میں سے ایک کی نمائندگی کرتی ہے۔ عمودی ماؤنٹ ڈھانچے کے برعکس، فلپ-چپ ڈیزائنوں میں حرارت کو چپ کے نیلم ذیلی ذخیرے سے گزرنے کی ضرورت نہیں ہے۔ اس کے بجائے، یہ براہ راست اعلی تھرمل چالکتا (جیسے سیلیکون یا سیرامک) کے ساتھ ذیلی جگہوں میں منتقل کیا جاتا ہے اور پھر دھات کی بنیاد کے ذریعے بیرونی ماحول میں منتشر ہوتا ہے۔ مزید برآں، چونکہ فلپ-چپ ڈھانچے بیرونی سونے کے تاروں کی ضرورت کو ختم کرتے ہیں، اس لیے وہ اعلیٰ چپ انضمام کی کثافت اور فی یونٹ رقبہ میں بہتر آپٹیکل پاور کو فعال کرتے ہیں۔ اس نے کہا، دونوں عمودی ماؤنٹ اور فلپ-چپ ڈھانچے میں ایک عام خامی ہے: LED کے P اور N الیکٹروڈ چپ کے ایک ہی طرف واقع ہیں۔ یہ کرنٹ کو n-GaN پرت کے ذریعے افقی طور پر بہنے پر مجبور کرتا ہے، جس کے نتیجے میں کرنٹ کا ہجوم، مقامی حد سے زیادہ گرمی، اور بالآخر ڈرائیو کرنٹ کی اوپری حد کو محدود کر دیتی ہے۔
عمودی-سٹرکچر بلیو-لائٹ چپس عمودی ماؤنٹ ٹیکنالوجی سے تیار ہوئے۔ اس ڈیزائن میں، ایک روایتی نیلم-سبسٹریٹ چپ کو فلپ کیا جاتا ہے اور انتہائی تھرمل کنڈکٹیو سبسٹریٹ سے جوڑ دیا جاتا ہے، اس کے بعد لیزر لفٹ-سیفائر سبسٹریٹ سے دور ہوتی ہے۔ یہ ڈھانچہ مؤثر طریقے سے گرمی کی کھپت کی رکاوٹ کو دور کرتا ہے، لیکن اس میں پیچیدہ مینوفیکچرنگ عمل شامل ہوتا ہے- خاص طور پر سبسٹریٹ کی منتقلی کا مشکل مرحلہ- جس کے نتیجے میں پیداوار کم ہوتی ہے۔ اس کے باوجود، جدید ٹیکنالوجی کے ساتھ، UV LEDs کے لیے عمودی پیکیجنگ تیزی سے پختہ ہو گئی ہے۔
حال ہی میں ایک نیا 3D عمودی ڈھانچہ تجویز کیا گیا ہے۔ روایتی عمودی ساخت کے LED چپس کے مقابلے میں، اس کے بنیادی فوائد میں گولڈ وائر بانڈنگ کا خاتمہ، پتلی پیکج پروفائلز کو فعال کرنا، گرمی کی کھپت کی بہتر کارکردگی، اور ہائی ڈرائیو کرنٹ کا آسان انضمام شامل ہے۔ تاہم، 3D عمودی ڈھانچے کو تجارتی بنانے سے پہلے متعدد تکنیکی رکاوٹوں پر قابو پانا ضروری ہے۔
یہ دیکھتے ہوئے کہ UVLEDs عام طور پر عام روشنی کے LEDs کے مقابلے میں کم برائٹ کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہیں، عمودی ساخت کی پیکیجنگ روشنی نکالنے کی کارکردگی کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے ترجیحی انتخاب ہے۔
چونکہ ایل ای ڈی ہمہ جہتی طور پر روشنی کا اخراج کرتے ہیں، اور ان کی موروثی چمکیلی کارکردگی پہلے ہی نسبتاً کم ہے، اس لیے مؤثر روشنی کی کارکردگی (یعنی سامنے کی شعاعوں کی روشنی کی کارکردگی) کو بڑھانے کے لیے سائنسی اور عقلی نظری ڈیزائن کی ضرورت ہے۔ عام آپٹیکل اجزاء میں ریفلیکٹرز، پرائمری لینسز اور سیکنڈری لینز شامل ہیں۔
اس کے علاوہ، میڈیا سے گزرتے وقت الٹرا وائلٹ لائٹ زیادہ توجہ سے گزرتی ہے۔ لہذا، لینس کے مواد کو منتخب کرتے وقت متعدد عوامل کا جائزہ لینا ضروری ہے-جیسے کوارٹج گلاس، بوروسیلیکیٹ گلاس، اور ٹیمپرڈ گلاس-اعلی UV ٹرانسمیٹینس والے مواد کو ترجیح دی جاتی ہے۔ یہ نہ صرف روشنی کی پیداوار کو زیادہ سے زیادہ کرتا ہے بلکہ طویل UV نمائش کے تحت مادی روشنی کے جذب کی وجہ سے درجہ حرارت میں ضرورت سے زیادہ اضافے کو بھی روکتا ہے۔
جیسا کہ پہلے ذکر کیا گیا ہے، توانائی کے تحفظ کے قانون کے مطابق، برقی توانائی کا صرف ایک حصہ ہلکی توانائی میں تبدیل ہوتا ہے، جبکہ ایک بڑا حصہ حرارت کے طور پر منتشر ہوتا ہے۔ UVA بینڈ کے لیے، بجلی، روشنی اور حرارت کے لیے بالترتیب توانائی کی تبدیلی کا تناسب 10:3:7 ہے۔ ایل ای ڈی چپس کی موثر سروس لائف ان کے جنکشن درجہ حرارت کے ساتھ قریبی تعلق رکھتی ہے۔ فوٹو کیورنگ کے عمل میں، آپٹیکل پاور کثافت کے لیے اکثر LED چپس کے اعلی-کثافت کے انضمام کی ضرورت ہوتی ہے، جو گرمی کی کھپت کے نظام پر سخت تقاضے عائد کرتی ہے۔
اس طرح، موثر گرمی کی کھپت کو حاصل کرنے اور اس بات کو یقینی بنانا کہ تمام LED چپس کا جنکشن درجہ حرارت ایک معقول اور متوازن رینج کے اندر رہے، سخت سائنسی ڈیزائن، کمپیوٹر سمولیشن، اور عملی جانچ کی ضرورت ہے۔
UV کوٹنگ فارمولیشنز پر تحقیق
Photoinitiators اور سسٹم کی حدود-لیول اپروچ ٹو رال اور مونومر ری ایکٹیویٹی جیسا کہ LED ٹیکنالوجی کے پچھلے تعارف میں واضح کیا گیا ہے، صنعتی ایپلی کیشنز کے لیے موزوں اعلی-پاور LED روشنی کے ذرائع فی الحال UVA بینڈ تک محدود ہیں، خاص طور پر طول موج 365 nm سے زیادہ۔ ایل ای ڈی روشنی کے ذرائع کی کارکردگی کی حدود کی وضاحت کرنے کے بعد، ہم اب دیکھ سکتے ہیں کہ ہم آہنگ فوٹو انیشیئٹرز کا انتخاب کافی حد تک محدود ہے، کیونکہ زیادہ تر فوٹو انیشیٹر 365 nm سے زیادہ طول موج پر کم داڑھ کے ختم ہونے والے گتانک کو ظاہر کرتے ہیں۔
LED-مطابق فوٹو انیشیٹروں کی کم ابتدائی کارکردگی کے مسئلے کو حل کرنے کے لیے، R&D کی کوششوں کو فوٹو انیشیٹروں تک ہی محدود نہیں ہونا چاہیے۔ اس کے بجائے، ہمیں ایک ایسا نظام-سطح کا نقطہ نظر اپنانے کی ضرورت ہے جو ریزنز، مونومر، فوٹو انیشیٹر اور یہاں تک کہ معاون اضافی چیزوں کو ایک جامع تحقیقی فریم ورک میں ضم کرتا ہے، اس طرح LED UV سسٹمز کی درستگی کی کارکردگی کو بڑھاتا ہے۔
ایل ای ڈی کیورنگ کے لیے فارمولیشن ڈیزائن اور کوٹنگ پروسیس ڈیولپمنٹ (فوٹو انیشیٹرز، ریزنز، مونومر، درجہ حرارت، سطح کی خشکی، خشکی، روغن اور فلرز کے ذریعے) فوٹو انیشیٹروں کے ذریعے طویل- طول موج کی UV روشنی کے جذب کو بہتر بنانے کے لیے، یہ اکثر ضروری ہوتا ہے، بینز کو شامل کیا جائے۔ فاسفورس (P) اور دیگر ایٹموں کو ان کے سالماتی ڈھانچے میں اگرچہ یہ ترمیم طویل-طول موج UV جذب کو بڑھاتی ہے، یہ فوٹو انیشیٹروں کی رنگت میں اضافہ کا باعث بھی بنتی ہے۔
مزید برآں، ان انیشیٹرز کی کم روشنی جذب کرنے کی کارکردگی کی وجہ سے، کوٹنگ سسٹم کے مجموعی رد عمل کی شرح کو تیز کرنے کے لیے بڑی مقدار میں انتہائی رد عمل والی رال اور مونومر-عموماً زیادہ-فعالیت والے ایکریلک رال اور مونومر-کو شامل کیا جانا چاہیے۔ تاہم، یہ نقطہ نظر اعلی سختی لیکن کمزور لچک کے ساتھ ملعمع کاری پیدا کرتا ہے، جو ان کے اطلاق کی حد کو محدود کرتا ہے۔
اس نے کہا، LED UV photoinitiators کے عام طور پر کم داڑھ کے ختم ہونے والے گتانک بھی ایک منفرد فائدہ پیش کرتے ہیں: وہ کوٹنگ کی تہہ کے ذریعے زیادہ UV روشنی کی ترسیل کی اجازت دیتے ہیں، جو موٹی فلموں کے گہرے علاج کے لیے موزوں ہے۔
مختلف اسٹوریج، نقل و حمل، تعمیراتی حالات اور درخواست کے عمل کے لیے کوٹنگ کی کارکردگی کے تقاضے کوٹنگ کی صنعت میں، مختلف ایپلی کیشن تکنیکیں جیسے رولر کوٹنگ، اسپرے کوٹنگ اور پردے کی کوٹنگ، کوٹنگز پر الگ الگ چپچپا پن کے تقاضے عائد کرتی ہیں۔ دریں اثنا، مختلف ذیلی جگہیں گیلے پن اور چپکنے کے لحاظ سے موزوں کوٹنگ کی خصوصیات کا مطالبہ کرتی ہیں۔ مزید برآں، نقل و حمل اور ذخیرہ کرنے کے مختلف حالات کوٹنگز کے لیے سٹوریج کے استحکام کی اسی سطح کی ضرورت ہے۔ لہذا، کوٹنگ کی تشکیل کے ڈیزائن کے دوران ان تمام عوامل پر مکمل غور کیا جانا چاہیے۔
متنوع ایپلی کیشنز کے لیے کوٹنگ فلم پرفارمنس کے تقاضے مختلف ایپلی کیشن فیلڈز کوٹنگ فلموں پر کارکردگی کے مختلف تقاضے عائد کرتے ہیں، بشمول چمک، رنگین خصوصیات، سختی، لچک، کھرچنے کی مزاحمت اور اثر مزاحمت۔ نتیجتاً، کوٹنگ کی نشوونما کو علاج کی افادیت اور فلم کی کارکردگی کے درمیان توازن قائم کرنا چاہیے۔
کوٹنگ کے عمل پر تحقیق
کوٹنگ ایک منظم انجینئرنگ عمل ہے۔ کوٹنگ کے عمل کو بہتر بنانے سے UV-LED ٹیکنالوجی کے اطلاق کی حدود کو مزید وسیع کیا جا سکتا ہے۔ جیسا کہ ایک صنعت کہا جاتا ہے،"تین حصے کوٹنگ پر انحصار کرتے ہیں؛ سات حصے درخواست کے عمل پر منحصر ہیں". بالآخر، دونوں کوٹنگز اور روشنی کے ذرائع اپنی مطلوبہ کارکردگی صرف مناسب استعمال کے ذریعے حاصل کرتے ہیں۔
مزید برآں، UV کوٹنگز اور LED روشنی کے ذرائع کے ساتھ مل کر کوٹنگ کے عمل کو بہتر بنانے سے مواد اور روشنی کے ذرائع دونوں کی حدود کو نمایاں طور پر پورا کیا جا سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، گرم کرنے سے اعلی-رال-مواد کی کوٹنگز جو کمرے کے درجہ حرارت پر حد سے زیادہ چپچپا ہوتی ہیں، کی چپچپا پن کو کم کر سکتی ہے، جو انہیں مختلف اطلاق کے طریقوں کے لیے موزوں بناتی ہے۔ مزید برآں، ہیٹنگ کوٹنگ سسٹم کی روانی کو بہتر بنا سکتی ہے، سالماتی سرگرمی کو بڑھا سکتی ہے، زیادہ مکمل ابتدائی علاج کے رد عمل کو یقینی بنا سکتی ہے اور ہموار فلمی سطحیں حاصل کر سکتی ہیں۔
اپ اسٹریم اور ڈاون اسٹریم انڈسٹری چینز پر تحقیق
پچھلے دو سالوں کے دوران، ماحولیاتی تحفظ کی مہموں کی وجہ سے شروع ہونے والی فوٹو انیشیٹروں کی قلت اور آسمان چھوتی قیمتوں نے نیچے کی دھارے والے اداروں کو ٹھوس نقصان پہنچایا ہے اور LED UV ٹیکنالوجی کی ترقی میں شدید رکاوٹ ڈالی ہے۔ یہ اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ اپ اسٹریم اور ڈاون اسٹریم انڈسٹری چینز کا رابطہ اور سپلائی چین سسٹم کی ہمواری کسی صنعت کی صحت مند ترقی اور اس کی مصنوعات اور ٹیکنالوجیز کی مارکیٹ کی کامیابی کے لیے بنیادی ضمانتیں ہیں۔
اگرچہ بہت سی صنعتیں تکنیکی جدت، صنعتی ترقی اور طلب میں اضافے کی باہمی تقویت دینے والی حرکیات کے ذریعے شروع سے تیار ہوتی ہیں، لیکن مارکیٹائزیشن کے عمل کے دوران ان عوامل کا جامع جائزہ لیا جانا چاہیے۔
مزید برآں، سرمایہ کاری کے نقطہ نظر سے، اپ اسٹریم اور ڈاون اسٹریم انڈسٹری چینز پر تحقیق کرنا اور ان کی تعیناتی نہ صرف مصنوعات کی مارکیٹ میں داخل ہونے پر مستحکم سپلائی کو یقینی بنا سکتی ہے، بلکہ کاروباری اداروں کو صنعت کی ترقی کے منافع میں حصہ لینے کے قابل بھی بناتی ہے۔
http://www.benweilight.com/professional-lighting/uv-lighting/uv-light-black-light-for-halloween.html
