洁净室的里程碑
- 来宝网2007年8月26日 14:42 点击:1590
洁净室的里程碑--电晶体灯的研制 |
思想超前的洁净室工程技术人员论述了发光二极管在没有遮挡的情况下随时发出荧光。 汽车取代了马和轻型马车;电灯取代了煤油灯;数字技术取代了模拟技术。 一些污染控制工业监督 人员相信,对于洁净室业主而言,从荧光灯和白炽灯到电晶体灯(SSL)的必然转变是技术上同样重要
的里程碑。
2001年,在华盛顿特区的光电子工业发展协会(简称OIDA)宣称:燃料价格的上升和断电的威胁促 成了“SSL的一场悄悄巨变,它有希望取代传统光源,犹如五十年前集成电路取代电子管”。敗£
发光二极管的效率和可靠性是一个由材料科学驱动的变革。在发光二极管里,电流能更有效的转换 成光子,大多数光被发光二极管在可见光范围内产生,因此,在红外和紫外波长区域的能源浪费比
较少。
如果电晶体灯在美国被广泛采用,到2026年,它能节约大量能量,从而减少每套发电量达1000MW发 电站133个,得到一个1150亿美元的财政储蓄。
前景是如此的令人兴奋,绝大多数的观察者也承认对发光二极管充满光明的前景已被完全注意到, 更不用说应用了。这对于那些已经开始在最有挑战性的照明环境──洁净室里测试发光二极管照明
的人来说尤其明显。
发光二极管的状态
对于洁净室环境,发光二极管的已知优点似乎使它们特别地吸引人。传统的知识认为发光二极管技 术能提供固有的技术,以每流明光情况下比较,其老化较慢、温度较冷、花费较低,且比传统的荧
光灯产生更长时间的光。
发光二极管的使用寿命长达十万小时,优良的寿命意味着每个电子管的维修减少,同时意味着就地 维修的需要减少,在洁净区没有了打碎玻璃的危险。
但是发光二极管存在几个缺点:它的灯管的使用寿命可能不一致;容易因为温度问题受到损坏;它 沿着一个直线结构均匀地分配光通量(用流明表示)。人们正在寻求所有这些问题的解决办法,很多
人相信,发光二极管将在五年内处于支配洁净室照明的位置。
发光二极管永远的优点是它是以电晶体科学技术为基础的,类似半导体芯片。这允许发光二极管技
术的改良可以沿着性能稳定递增的道路前进,活像半导体性能大约每十八个月翻一番的“摩尔定律
”。与之相当, 发光二极管的光输出强度也正在大约每十八个月翻一倍。
但是,发光二极管在真实洁净室中的一次测试影响了人们对它的高期望值。发光二极管依然处于试 验阶段,至少在很长一段时间里,它难以尽善尽美。
发光二极管的测试
因为发光二极管技术仍然没有达到它潜在的最大光生产率,所以发光二极管照明仍然对小直径的线 型荧光灯没有竞争性。
迄今为止,由发光二极管引起的最大问题之一是它的光输出,因为光电二极管和荧光技术在将光传 送给特定目标的方法上是不同的。典型的发光二极管照明系统为线性布置,由很多小型的、强烈的
、并向下照射的聚光灯组成;每个聚光灯紧紧挨着排成几列,产生一束独立的聚焦光束,形成直接
照明。相比之下,线型荧光灯发出一束柔和、均匀的光穿过它们的管状曲面,形成更加扩散的照明
。
一个最近的洁净室照明方案使我们能够把发光二极管和安装在临近洁净室中的荧光照明系统放在一 起进行比较。两种照明模式都封装在传统的平面格栅照明系统中。透过观察窗,能够同时看到两个
房间的光照状况,从而进行比较。
采用荧光灯照明的洁净室中的亮度看起来较强。但是,对每个房间的光强度的测量显示,实际上采 用发光二极管系统的洁净室中反而多出25%的光。
这个视觉错觉是发光二极管产生了一个“洞穴效应”的结果,“洞穴效应”是一个办公室环境中众所 周知的术语,那里都是亮度很低的纵深的小房间,使用抛物线型或小立方体天窗。
虽然测量中实际上发光二极管系统产生了更多的光,但是它却很难使相互反射的光离开垂直表面而 遍及整个空间──包括房间内处于阴影中的顶壁和天花板上的多孔外表。
采用荧光灯照明的房间有完全相反的效果。更多的光能量散射到空间各处,导致在地板上方30英寸 的水平面上只有较少的可测量光。正如任何虹膜工作过度的人都知道的那样, 对比度的降低能产生
令人愉悦的视觉效果和健康环境 境。居民典型的更喜欢柔和的均匀照明而不是高对比度的照明。
前进中的发光二极管技术要进入线型照明市场面临一个挑战,那就是采用一个更理想的方式传输高 光通量的光。发光二极管也需要小心的混合和平衡颜色,以期在特定的洁净间里取得想要的色彩。
在微电子洁净室中有很多工作包含感光处理, 光敏化学药品或工艺流程中会使用某波长的光。 多年以来,在微电子洁净室中过滤紫外波段的处理方法是在荧光灯表面上使用黄色滤波器,但这不 是一个有效的解决办法。滤波器能减少高达60%的光的输出,需要被过滤的灯管越多,就有越多的能
量被消耗在洁净室中来补偿(光线)不足。
这种方法也不是最令人满意的,因为它使洁净室的工作人员长期工作在黄光环境下。进行特定感光 处理后,发光二极管有可能输出均匀的安全(无紫外线)的白光。
问题是由发光二极管提供白光的方法只能通过在光源处小心的按特定“配方”混和不同颜色的发光 二极管来实现,调配出想要的白光。
这种不同颜色发光二极管的混杂叫做“面元划分”;然而,面元的不同颜色二极管的交换使用被光 源减少,总体亮度由此获得。
准备中的是什么?
人们期望一些即将出现的有前途的新技术最终能解决发光二极管的缺点。几年前,微电子工业喋喋 不休的讨论着使用300毫米半导体晶片的新一代生产技术的来临。但是,在该工业界的最大制造商用
300毫米半导体晶片尝试各种努力而不是空谈新技术的不可避免性之前,几年过去了。当300毫米处
理技术最后出现的时候,它表现的如此的突然和充满力量以至于给工业带来了真正的变革。
迄今为止的技术进步预示着发光二极管是一个更有效的照明系统。更长的寿命和较少的材料成分使 发光二极管比一些传统照明系统占有生态上的优势。
发光二极管(下方)与荧光(上方)相比, 一个重大区别在于洁净室中荧光照明 有较大的扩散性。注 意用发光二极管 照明时,“开散点”或者墙壁上阴影 开始的点出现的位置都低很多。这意 味着发
光二极管的固有方向性在洁净 室环境中依然是一个挑战。
装置更新
● 材料──设备主体和门可以用钢、不锈钢和铝来做。铝制外壳能为电子镇流器提供最阴凉的环境 。
● 光学──白色的半镜面能提供超过90%的反射率来增加设备效率。在12到14英寸的天花板里,要 求一个更狭窄的分布来把光反射下去。如果闪烁或计算机屏幕可见度出现问题,可以使用密封的百
叶窗。 ● 特殊结构──3D机械制图系统能模拟特殊的结构外形来确保设备恰好吻合。
● 密封──需求依赖于应用和设备的分类。外壳可以用硅化物或焊接密封。门框带有4、6或12个衬 垫对安装铰链、嵌入或重迭是有用的。透镜被机械地安装并用衬垫填密或用硅化物密封在门框之内
。在可走人吊顶上,使用带有底部永久密封透镜组的顶部入口装置。
● 非层流──设备凹进上方与格栅或吊顶齐平。考虑到要安装灯管,设备主体一定要比格栅网格更 高。 ● 层流──设备有一个“泪滴”状设计。那些为较小的T8型灯设计的尺寸将使对气流的干扰
降到最低。
顶板里的螺丝钉槽格栅与事先钻过孔的外壳相吻合能将安装时间降至最少。完善的集成系统能用一 个齐平的或者“泪滴”状透镜将灯和镇流器放在一个格栅里面。它们最常被用在具有高效过滤的房
间里,并且让专门的洁净室承包商安装。 |
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