UV LED技术在印刷领域的应用

所谓UV LED技术是指通过专门设计使LED（Light-Emitting Diode）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。UV LED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UV LED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。

UV LED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UV LED数码喷墨印刷系统引起轰动。该系统是全球首套使用UV LED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（DIAMOND V3000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Empire Screen Printing推出全新LED固化丝网印刷机。2012年德鲁巴展会上Phoseon Technology公司展示一台TL2024 UV LED喷墨数码印刷机，Ardeje公司展示一台配置UV LED的A1000打印机，Atlantic Zeiser公司演示一台配置UV LED的Persoline 4CGAMMA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UV LED配套方案。2013年利优比924型单张纸胶印使用UV MEGA CURE LED油墨进行演示，固化效果良好。

从2008年全球首台UV LED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，UV LED技术在印刷领域蓬勃发展。据瑞士Bern University应用科学大学印刷技术学院调查，1999年UV LED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。价格也是直接影响该技术能否普及的关键，10年间每瓦UV LED的售价降低了26倍。随着UV LED技术的日臻成熟，必将在下游产业广泛使用。

UV LED 技术的关键

UV LED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UV LED数码喷墨印刷系统也是INX数字公司与LED专业固化的Summit UV公司合作开发的EVOLVE UV第一款UV LED固化的油墨，而Summit UV公司独自研发了“黑钻365系列”UV LED固化设备。只要在原有印刷设备上加装UV LED固化装置并配合使用相适应的油墨，就完成了印刷设备UV LED的升级改造。

UV LED固化装置是整个UV LED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UV LED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。UV LED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UV LED方面的进展举世瞩目，尤其是日亚公司，在365nmUV LED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。UV LED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UV LED固化装置主要是美国Phoseon Technology公司、韩国SMT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。

UV LED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。

UV LED技术的优势与不足

UV LED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；

UV LED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，同时价格更加昂贵。