公開日: 最終更新日: 2021年03月
 

UVLED照射器と紫外線ランプの設置位置

当社のUVLED照射器はお客様の要望に応えたカスタマイズ設計が大部分です。カスタマイズ設計の中でも照度mW/cm2をどのように設計するかを説明します。
その内容からUVLED照度についての理解ができれば幸いです。

UVLED照射器は小さなUVLED素子(チップ)を並べて設計していくことを念頭において下さい。すなわちたくさんの点から発光するということです。
一方 紫外線ランプは1つの点から発光しますのでミラーやレンズを使ってできるだけ必要な範囲に光を効率よく照射させる構造が必要になっています。またランプそのものが熱いので熱線カットフィルターも取り付けます。従ってサンプルとの距離(WD)を大きくとって設置することが通例です。露光、印刷、液晶関連でもランプを離したところに設置しています。その習慣からかランプからUVLEDに置き換えをする場合も必要以上に距離(WD)をとる例がありますがそれはUVLEDの効率を下げてしまう結果となります。

 

UVLEDの照度について

まずUVLEDの仕様で放射束という言葉があります。これは1つのUVLED素子が照射するすべての照度のことです。例えば放射束200mWのUVLEDを使うとします。
放射束200mWのUVLED というのは1cm角、つまり1cm2に200mWの照度で照射できるだけのパワーを持っているということです。
例えば、5cm角に均一に200mW/cm2のパワーで照射したいという依頼があったとします。
1cm2に200mWが5x5cmすべて無駄なく25cm2に照射されるとすると、
その面積に200mW/cm2ですから 25cm2x200mW/cm2=5000mWあればいいわけです。

仮定の例ですがLEDの発光部が1cm角で光が平行に照射されて1つのUVLED素子の照度が200mW/cm2としますと、5000mW÷200mW=25個となりますので25個のUVLEDが必要ということになります。
25個のUVLED端子を並べるためには25個の平方根を求め、縦横5個x5個の配置で完成です。

平行光で照射なら

ただ実際にはUVLEDの光の広がりは平行ではなく角度がついています。その角度は指向角と呼ばれ、単位は度(°)で表わされます。
通常は120度で、別にレンズ付きで60度のものがあります。
当社では60度の指向角のタイプを使います。そのほうが照度の拡散が少ないので必要な範囲に効率よく照射ができます。

照射器とワークとの距離(WD)によりUVLEDの必要数が変わってきます。
UVLEDの指向角 つまり広がり角度を考えますと距離(WD)が離れていると狙った範囲へのUVLEDパワーの到達率が低くなります。

 

UVLED照射器とサンプルとの距離

 

サンプルとの距離が近い場合

指定された照射範囲よりほんの少し大きく照射器(発光部)を作ることでサンプルに均一な照度を与えられます。

WDが近い場

ライン照射の場合でも面照射の場合でも距離(WD)が近いとUVLEDの配置されている端部のパワーは必要としている範囲に照射されますので必要範囲より少し広い範囲にUVLEDを並べるだけでサンプルに均一な照度を与えます。LED素子数が少なくて済み効率的です。

 

サンプルとの距離が遠い場合

指定された照射範囲よりかなり大きく照射器(発光部)を作ることでサンプルに均一な照度を与えられます。

WDが遠い場合

ライン照射の場合でも面照射の場合でも距離(WD)が大きいとUVLEDの配置されている端部のパワーは必要としている範囲の外に照射されますので必要範囲よりかなり広い範囲にUVLEDを並べる必要があるのでLED素子数が多く必要になります。

以上のことからUVLED照射器を検討いただく場合はサンプルとの距離(WD)が近いほうがLED数が少なくて済み効率的だと言えます。

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