几个问题带你理解UVC LED

2019-03-12 0

根据LEDinside《2018紫外线LED应用市场报告-固化、医疗、杀菌》显示,UV LED市场产值于2017年成长至2.23亿美金,预估2022年将会到达12.24亿美金,2017-2022年复合成长率达33%。除固化市场稳定成长之外,表面杀菌、静止水杀菌、流动水杀菌为未来五年(2018-2022)主要成长动能。

今天,就让我们说说这些主要成长动能中的核心选手:UVC LED。

何为UV

首先,我们复习一下UV的概念。UV,即Ultraviolet,也就是紫外线,为波长在10nm至400nm之间的电磁波。不同波段的UV又可划分为UVA、UVB、UVC。

UVA:波长较长,波长介于320-400nm,可穿透云层、玻璃进入室内及车内,可穿透至皮肤真皮层,会造成晒黑。UVA可再细分为UVA-2(320-340nm)与UVA-1(340-400nm)。

UVB:波长居中,波长介于280-320nm,会被臭氧层所吸收,会引起晒伤及皮肤红、肿、热及痛,严重者还会起水泡或脱皮。

UVC:波长介于100-280nm,但由于200纳米以下的波长为真空紫外线,故可被空气吸收,因此UVC可穿越大气层的波长介于200-280nm,其波长越短、越危险,但又由于可被臭氧层所阻隔,只有少量会到达地球表面。

UV杀菌的机理

UV能够破坏微生物的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)分子结构,使细菌死亡或不能繁殖,从而达到杀菌的目的。

UV杀菌波段

根据国际紫外线协会的说法,“对于水和空气消毒非常重要的紫外线光谱(‘杀菌’区域)是被DNA(某些病毒中为RNA)吸收的范围。这个杀菌波段大约是200-300nm”。

已知杀菌波长延伸到280nm以上,现在一般认为延伸到300nm,然而这也可能随着更多的研究而改变。科学家已经证明,波长在280nm和300nm之间的紫外光也可以用于杀菌。

杀菌最适合的波长

有一种误读认为254nm是杀菌的最佳波长,因为低压汞灯的峰值波长(仅由灯的物理学决定)为253.7nm。而实质上,如上所述,一定范围的波长都具有杀菌作用。但一般认为265nm的波长是最佳的,因为此波长为DNA吸收曲线的峰值。所以,UVC是最适合用来杀菌的波段。

历史为何选择了UVC LED

从历史上看,汞灯曾是UV杀菌的唯一选择。但是,《关于汞的水俣公约》自2017年8月16日起已对我国正式生效,公约要求,自2021年1月1日起,禁止生产和进出口所规定的含汞产品,而汞灯也在此列。所以,留给汞灯的时间不多了,而UVC LED是当今看来唯一靠谱的替代方案。

当然,这种转变也是大家喜闻乐见的,UVC LED元件的小型化特点给应用场景带来更多想象空间,很多都是传统汞灯无法实现的。此外,UVC LED还具有启动快速、允许的开关次数更多、可用电池供电等诸多优势。

UVC LED应用场景

根据LEDinside《2018紫外线LED应用市场报告-固化、医疗、杀菌》显示,表面杀菌、静止水杀菌、流动水杀菌将成为未来五年固化市场之外(2018-2022)主要成长动能。按照不同的应用场景,未来在这些应用上我们兴许就能见到UVC LED的身影:

表面杀菌:医疗器具、母婴用品、智能马桶、冰箱、餐具橱柜、保鲜盒、智能垃圾桶、保温杯、电扶梯扶手及自动售票机按钮等高频公共接触表面等;

静止水杀菌:饮水机水箱、加湿器、制冰机;

流动水杀菌:流动水杀菌模块、直饮水机;

空气杀菌:空气净化器、空调。

如何选择UVC LED

可以从光功率、峰值波长、寿命、出光角等参数出发进行选择。

光功率:当前市场上可供选择的UVC LED光功率档从2mW、10 mW到100 mW不等。不同应用对功率需求不一。一般来说,可以结合照射距离、动态需求还是静态需求来匹配光功率。照射距离越大,越是动态需求,所需光功率越大。

峰值波长:如上所述,265nm是杀菌的最佳波长,但考虑到各厂家峰值波长均值差异不大,实际上光功率才是衡量杀菌效率的最重要指标。

寿命:依据具体应用的使用时间来考量对寿命的需求,找到最匹配的UVC LED,适合的才是最好的。

出光角:采用平面透镜封装的灯珠出光角通常在120-140°之间,采用圆球透镜封装的出光角在60-140°之间可调。实际上,无论选用多大出光角的UVC

LED,都可以通过设计足够多的LED来完全覆盖到需要的杀菌空间。在对杀菌范围不敏感的场景,小的出光角可以使得光线更加集中,从而杀菌时间更短。

UVC LED面临的技术挑战

纵观上文所述,UVC LED似乎一切都很美好,“真香”!

但是,如一切发展中的事物那样,它也面临着成长的烦恼。从外延到芯片再到封装,UVC LED无不面临着挑战。