UV-LED応用設計ドキュメント

UV-LED応用文書を設計する

Version 1.0 2018.04.08

1、生物の安全

深紫外光は高効率で除菌できますが、人体にも強い害があります。紫外線の過剰照射は人体の細胞に大量の壊死や変異をもたらすことができ、皮膚がんと白内障の発生の主な原因である。日常の紫外消毒キャビネット、紫外空気清浄器、紫外浄水器の使用が適切でないと、「紫外線漏れ」のリスクがあります。この場合の危険性は紫外線が見えないため、普通の人が漏れているかどうかは短期的には分かりにくいということです。2016年に杭州の幼稚園で従業員の不注意により、紫外線消毒灯が誰かの場合に閉店を忘れてしまい、クラスの多くの子供たちに視力がひどく損傷された悲劇がありました。

家庭用電気製品の紫外線安全規格は国家規格「GB 21551.3-2010」を参考にしてください。電気製品の周辺30 cm所、紫外強度≤5μW/cm 2

2、レンズ角度

LEDパッケージレンズを調整することで、光の角を調整することができます。狭い角はより小さい領域で高強度の光を得ることができる。光を直接計器に集光する場合，このようなパッケージタイプが一般的に用いられる。平面窓包装はより広い放射線を持つ。実際には、狭い角球レンズは計器の中の部品を最小に保つことができますが、平面窓は設計の柔軟性を高めることができます。

3、駆動電流の大きさ

駆動電流の最適化には設計者の平衡光出力と応用の寿命要求が必要である。定格以下の電流でLEDを駆動すると光出力が低下しますが、光源の寿命が増加します。高LED出力が必要なアプリケーションでは、データテーブルの仕様よりも高い電流を選択してLEDを操作する端末がある。このように駆動電流を増加させることは光出力を増加させることができるが，性能上のいくつかのリスクをもたらすこともある。

4、デューティサイクル駆動

過熱は一般的な問題であり，LEDの光出力と寿命に悪影響を及ぼすことができる。LEDのインスタントスイッチ機能により、周期的にLEDを急速にオン、オフすることができます。蛍光の応用には通常より高い光出力が必要であり、通常はパルスモード（デューティサイクル）を使用してより安全にLED電流を増加させる。デューティサイクルとは、パルスサイクル内で、全時間に対する通電時間の割合です。例えば、50%のデューティサイクルで動作するLEDは、オフとオンの時間がちょうど半分ずつです。各種駆動電流とデューティサイクルにおける正規化光出力を下図に示します。

ここでは異なるデューティサイクルが正規化光出力に及ぼす影響を見たが，オン時間は500μsで一定であった。正規化電力は、最大定格動作電流100 mAの場合（適切なヒートシンクを加える）の光出力に対する相対光出力です。

高電流でLEDを操作するとLEDの温度が下がり、寿命や光の出力に影響します。デューティサイクルの最適化は，駆動電流の接合温度への影響を最大限に低減し，LEDの性能を維持できる。上の図は、デューティサイクルがLEDの接合温度を維持する効果を示しています。5%のデューティサイクルで動作することで，光出力の3倍以上が達成でき，接合温度に対する影響が最小となる。

この図は異なるデューティサイクルが接合温度に及ぼす影響を示し，オープン時間は500μsで一定に保たれている。

過熱はLEDの光出力と寿命に悪影響を及ぼす。長期的には、この熱はLEDの寿命を低下させます。長い波長のLEDに比べてエネルギーが熱に変換する割合が大きいため、UVC LEDを設計する際には熱管理が非常に重要である。正確な熱管理は、接合温度を所与の応用に必要な低温度に維持し、LEDの性能を維持することができる。受動的および能動的な冷却方式に加えて，選択したPCBはより良い放熱を実現できる。

ラジエーターを持たないFR 4とアルミニウムコアPCBの熱ディスク温度（a）と、ラジエーターを持たないアルミニウムコアPCBの熱ディスク温度（b）とを比較する。

FR 4は最も一般的なPCB材料の一つであり、そのコストは比較的低いが、熱伝導率は低い。熱負荷が高い系では，金属コアPCBはより良い熱伝導性を有し，より優れた選択である。放熱の需要が増加するにつれて、設計者は通常PCB面積を増加する傾向があり、放熱シートを添加して、放熱管理を実現する。さらなる放熱が必要なら、デザイナーはより多くのアクティブ冷却技術を採用することができます。