9 個問題帶你了解 UVC LED

作者 | 發布日期 2020 年 07 月 13 日 10:54 | 分類 光電科技 , 生物科技 Telegram share ! follow us in feedly


據 LEDinside《2018 紫外線 LED 應用市場報告──固化、醫療、殺菌》顯示,UV LED 市場產值 2017 年成長至 2.23 億美元,預估 2022 年將達 12.24 億美元,2017~2022 年複合成長率達 33%。除固化市場穩定成長外,表面殺菌、靜止水殺菌、流動水殺菌為未來 5 年(2018~2022)主要成長動能。

今天,就來談談這些主要成長動能的核心選手:UVC LED。

1. 何為 UV?

首先複習一下 UV。UV 即 Ultraviolet,也就是紫外線,為波長在 10~400 奈米的電磁波。不同波段的 UV 又可分為 UVA、UVB、UVC。

UVA:波長較長,波長介於 320~400 奈米,可穿透雲層、玻璃進入室內及車內,可穿透至皮膚真皮層,會造成曬黑。UVA 可再細分為 UVA-2(320~340 奈米)與UVA-1(340~400 奈米)。

UVB:波長居中,波長介於 280~320 奈米,會被臭氧層吸收,會引起曬傷及皮膚紅、腫、熱及痛,嚴重者還會起水泡或脫皮。

UVC:波長介於 100~280 奈米,但由於 200 奈米以下的波長為真空紫外線,故可被空氣吸收,因此 UVC 可穿越大氣層的波長介於 200~280 奈米,波長越短越危險,但又由於可被臭氧層阻隔,只有少量會到達地球表面。

2. UV 殺菌的機制?

UV 能破壞微生物的 DNA(去氧核糖核酸)或 RNA(核糖核酸)分子結構,使細菌死亡或不能繁殖,達到殺菌目的。

3. UV 殺菌波段?

根據國際紫外線協會的說法,「對於水和空氣消毒非常重要的紫外線光譜(殺菌區域)是被 DNA(某些病毒為 RNA)吸收的範圍。這個殺菌波段約是 200~300 奈米」。

已知殺菌波長延伸到 280 奈米以上,現在一般認為延伸到 300 奈米,然而這也可能隨著更多的研究而改變。科學家已經證明,波長在 280~300 奈米的紫外光也可用於殺菌。

4. 殺菌最適合的波長?

有一誤讀認為 254 奈米是殺菌的最佳波長,因為低壓汞燈的峰值波長(僅由燈的物理學決定)為 253.7 奈米。實質如上所述,一定範圍的波長都有殺菌作用。但一般認為 265 奈米波長最佳,因此波長為 DNA 吸收曲線的峰值。所以 UVC 是最適合殺菌的波段。

5. 歷史為何選擇 UVC LED?

從歷史看,汞燈曾是 UV 殺菌的唯一選擇。但《水俁公約》自 2017 年 8 月 16 日起正式生效,公約要求 2021 年 1 月 1 日起,禁止生產和進出口規定的含汞產品,汞燈也在此列。所以留給汞燈的時間不多了,而 UVC LED 是目前看來唯一可靠的替代方案。

當然,這種轉變大家喜聞樂見,UVC LED 元件小型化特點為應用場景帶來更多想像空間,很多傳統汞燈無法做到。此外,UVC LED 還有啟動快速、允許開關次數更多、可用電池供電等諸多優勢。

6. UVC LED 應用場景?

據 LEDinside《2018 紫外線 LED 應用市場報告──固化、醫療、殺菌》顯示,表面殺菌、靜止水殺菌、流動水殺菌將成為未來 5 年固化市場之外(2018~2022)主要成長動能。按照不同的應用場景,未來在這些應用我們或許就能見到 UVC LED 的身影:

  • 表面殺菌:醫療器具、母嬰用品、智慧馬桶、冰箱、餐具櫥櫃、保鮮盒、智慧垃圾桶、保溫杯、電扶梯扶手及自動售票機按鈕等高頻公共接觸表面等。
  • 靜止水殺菌:飲水機水箱、加濕器、製冰機。
  • 流動水殺菌:流動水殺菌模組、飲水機。
  • 空氣殺菌:空氣淨化器、空調。

7. 如何選擇 UVC LED?

可從光功率、峰值波長、壽命、出光角等參數選擇。

光功率:當前市場供選擇的 UVC LED 光功率檔從 2mW、10mW 到100mW 不等,不同應用對功率需求不一。一般來說,可結合照射距離、動態需求或靜態需求搭配光功率。照射距離越大,越是動態需求,所需光功率越大。

峰值波長:如上所述,265 奈米是殺菌的最佳波長,但考慮到各廠商峰值波長均值差異不大,實際上光功率才是衡量殺菌效率的最重要指標。

壽命:依據具體應用的使用時間考量壽命需求,找到最匹配的 UVC LED,適合的才最好。

出光角:採用平面透鏡封裝的燈珠出光角通常在 120º~140º,採用圓球透鏡封裝的出光角在 60º~140º 可調。其實無論選用多大出光角的 UVC LED,都可以透過設計夠多 LED 完全覆蓋需要的殺菌空間。殺菌範圍不敏感的場景,小出光角可使光線更集中,殺菌時間更短。

8. UVC LED 面臨的技術挑戰?

縱觀上文,UVC LED 似乎一切都很好。

但也如一切發展中事物,面臨成長的煩惱。從外延到晶片再到封裝,UVC LED 無不面臨挑戰,一關過了還有一關。

9. 目前 UVC LED 應用的最大挑戰?

就因 UVC LED 有諸多技術難題,導致 UVC LED 成本居高不下,從晶片到材料無不如此。阻礙 UVC LED 應用的最大挑戰,可用一字總結:貴。

當然,隨著未來技術發展,UVC LED 進入尋常百姓家也只是時間問題。但需要多久,以何種姿態,也是值得商榷的事。

(本文由 LEDinside 授權轉載;首圖來源:Unsplash

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