紫外光固化應用在工業生產的各種製程中，有別於熱烘烤固化，其固化時間僅需數分鐘而非以小時計，可大幅縮短生產循環時間。現有諸多的方法可以激發紫外光源，其中的一項新技術發光二極體(LED)具有熱幅射低、耗電量小、壽命長、反應速度快及體積小等優點，不但具有指向性可導向作直接照射，對於框膠封合僅需窄細的幾何光形，更具組合及變換上的優勢。
紫外光的應用
肉眼可見光線的光譜波長大約為400~700 nm，其中最清晰的是555 nm，約在綠色範圍內，因此多看綠色可使眼睛減輕疲勞、放鬆眼球的調節能力。然而太陽光的光譜是從紫外線延伸到紅外線，最長波長約為4,000 nm。不過以能量分布來說，主要是在狹窄的可見光線波段約占50%，紅外線占43%，其他則為紫外線占7%。而紫外線依波長又分為UV-A (400~315 nm)、UV-B (315~280 nm)、UV-C (280~200 nm)。
紫外光源為一種特殊光源，被廣泛應用在社會生產和生活的各個領域中，其不僅可以用於水、空氣和材料表面的淨化消毒，還可以用於固化顏料、黏膠、油漆、製作抗腐蝕表面。在一些尖端的氧化技術中，人們還利用紫外光源分解醫療用水、空氣中的有毒害成分。而在不同金屬材質的情況之下，針對不同波段的光反射率也有所不同，表一即為各金屬在不同波長下的光反射率。
表一、各金屬在不同波長下，對光的反射率(%)
氣體放電UV 光源的無汞化
在上述傳統紫外輻射光源逐漸走向成熟的同時，隨著環保意識的增強，無汞氣體放電紫外光源的開發越來越受到各界的重視，其主要的開發方向均為尋找合適的金屬或氣體放電介質來替代汞。有以下兩種發展趨勢：(1)尋找合適的金屬放電介質替代汞；(2)尋找合適的氣體放電介質之準分子介電被覆放電(Dielectric Barrier Discharge; DBD)光源。工研院在適合UV 固化的波段也運用準分子介電被覆放電的原理開發出無汞UV 平面光源，以氣態硫化物做為放電介質，使用玻璃基板上LTCC製程，小瓦數不需高激發電壓即可點燈，圖十為其受激發的點燈情形。
紫外光輻射固態
發光二極體(UV LED)有別於氣體放電光源，發光二極體(Light Emitting Diode; LED)是一種由半導體技術所製成的光源，是繼1950年代Si半導體技術發達後，逐漸於III-V族化合物半導體發展而成。LED的發光原理係利用半導體中的電子和電洞結合而發出光子，所發出的顏色主要取決於電子和電洞結合所釋放出的能量高低，也就是由半導體材料的能隙所決定，因此理論上每顆LED的光色應該都很純正，在藍光LED問世之後，全球掀起固態照明的浪潮。隨著LED技術的發展，不僅在亮度方面有很大的進展，在光譜範圍也有出色的表現，現在的LED光源可以覆蓋245~1,550 nm的所有波段，且可以做到發單色光，可以為研究人員提供各個波長的單色光，解決其使用濾光片濾出的光強度不足的問題。近年來對於UV固化敏感波段如365 nm的紫外光，磊晶技術已獲得快速的進展，發出的UV能量已足以封裝成為點光源，或可以做成LED陣列，提供高光功率、發光點小、組合彈性高，且便於控制的UV固化光源。
UV LED的製作是使用藍寶石(Sapphire)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)等材料為基板，做成多層不同成份MOCVD的堆疊磊晶，且需維持各層間晶格的完整，避免因Mismatch 而造成差排(Dislocation)。當使用Sapphire當作基板時，由於Sapphire本身不導電，所以n型電極不能在基板下方。圖十三、圖十四及圖十五分別為平行結構(Parallel)、覆晶結構(Flip Chip)及垂直結構(Vertical)磊晶成型的UV LED 晶片結構示意。
圖十四、覆晶磊晶結構的UV LED
光敏油墨材料的成份及UV固化機制
紫外光固化油墨和固化技術的應用領域非常廣泛。紫外光固化對於絲網印刷來說，其優點是速度快捷且不需使用溶劑，因此得到廣泛應用。對於光碟產業，甚至一開始就採用紫外固化保護膠塗層和紫外光固化油墨作印刷，紫外光固化油墨不會排放VOC（揮發性有機化合物），也不會像揮發性（溶劑或水基）油墨或塗層因變乾或發生黏度變化而堵塞絲網。光敏油墨或膠材的成份一般包含：(1)光觸發劑(Photoinitiator)；(2)反應稀釋劑單體(Monomer)；(3)光固樹脂(Resin)；(4)顏料(Pigment)或機能添加助劑(Oligomer)。
其配比依不同應用而異，一般的配方組合比例如圖廿所示。光觸發劑是唯一只接受紫外光影響的成分。當光觸發劑吸收紫外光後，反應即被觸發。光觸發劑敏感性非常高，這解釋了為什麼紫外光固化速度如此之快。事實上，只需一個紫外光光子（是正確的紫外光源）擊中光觸發劑分子，就足以「觸發」這個分子開始固化反應…以上內容為重點摘錄，如欲詳細全文請見原文
作者：謝宏元/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌285期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=8817