8個問題帶你理解UVCLED

深紫外LED憑借體積小、開啟速度快、功耗低等諸多優(yōu)點，在深紫外殺菌消毒市場開辟出新的應用場景，并形成了對UV汞燈的趨勢性替代，從空氣殺菌的空調、空凈；水殺菌的水箱抑菌、直飲水、加濕器到表面殺菌的智能馬桶、牙刷消毒等場景，深紫外UVC-LED開始展現出巨大的應用價值和潛力，今天，就讓我們說說UVC LED。

1. 何為UV

首先，我們復習一下UV的概念。UV，即Ultraviolet，也就是紫外線，為波長在10nm至400nm之間的電磁波，不同波段的UV又可劃分為UVA、UVB、UVC。

UVA：波長較長，波長介于315-400nm，可穿透云層、玻璃進入室內及車內，可穿透至皮膚真皮層，會造成曬黑。

UVB：波長居中，波長介于280-315nm，會被臭氧層所吸收，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：波長介于100-285nm，但由于200納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于200-280nm，其波長越短、越危險，但又由于可被臭氧層所阻隔，只有少量會到達地球表面。

2. UV殺菌的機理

UV能夠破壞微生物的DNA（脫氧核糖核酸）或RNA(核糖核酸)分子結構，使細菌死亡或不能繁殖，從而達到殺菌的目的。

3. UV殺菌波段

根據國際紫外線協會的說法，“對于水和空氣消毒非常重要的紫外線光譜（‘殺菌’區(qū)域）是被DNA（某些病毒中為RNA）吸收的范圍。這個殺菌波段大約是200-300nm”。

已知殺菌波長延伸到280nm以上，現在一般認為延伸到300nm，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280nm和300nm之間的紫外光也可以用于殺菌。

4. 殺菌最適合的波長

有一種誤讀認為254nm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253.7nm。而實質上，如上所述，一定范圍的波長都具有殺菌作用。但一般認為265nm的波長是最佳的，因為此波長為DNA吸收曲線的峰值。所以，UVC是最適合用來殺菌的波段。

5. 歷史為何選擇了UVC LED

從歷史上看，汞燈曾是UV殺菌的唯一選擇。但是，《關于汞的水俁公約》自2017年8月16日起已對我國正式生效。公約要求，自2021年1月1日起，禁止生產和進出口所規(guī)定的含汞產品，而汞燈也在此列。所以，UVC LED是當今唯一靠譜的替代方案。

UVC LED元件的小型化特點給應用場景帶來更多想象空間，很多都是傳統汞燈無法實現的。此外，UVC LED還具有啟動快速、允許的開關次數更多、可用電池供電等諸多優(yōu)勢。

6. UVC LED應用場景

按照不同的應用場景，未來在這些應用上我們興許就能見到UVC LED的身影：

表面殺菌：醫(yī)療器具、母嬰用品、智能馬桶、冰箱、餐具櫥柜、保鮮盒、智能垃圾桶、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、制冰機；

流動水殺菌：流動水殺菌模塊、直飲水機；

空氣殺菌：空氣凈化器、空調。

7. 如何選擇UVC LED

可以從光功率、峰值波長、壽命、出光角等參數出發(fā)進行選擇。

7.1光功率：當前市場上可供選擇的UVC LED光功率檔從2mW、10 mW到100 mW不等。不同應用對功率需求不一。一般來說，可以結合照射距離、動態(tài)需求還是靜態(tài)需求來匹配光功率。照射距離越大，越是動態(tài)需求，所需光功率越大。

7.2峰值波長：如上所述，265nm是殺菌的最佳波長，但考慮到各廠家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。

在選擇UVC-LED峰值波長時，需要了解以下幾個技術要點：① 最適合殺菌的波長是265 nm，而不是低壓UV汞燈的特征波長254 nm。波長介于260~285 nm之間的UVC紫外線都具有良好的殺菌效果；② 對于UVC-LED而言，殺菌效果同時取決于峰值波長和光功率大小，但考慮到各廠家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。

7.3壽命：依據具體應用的使用時間來考量對壽命的需求，找到最匹配的UVC LED，適合的才是最好的。

圖一：低壓UV汞燈與典型UVC-LED光譜對比（左）；不同波長紫外線的殺菌效果（右）

7.4出光角：采用平面透鏡封裝的燈珠出光角通常在120-140°之間，采用圓球透鏡封裝的出光角在60-140°之間可調。實際上，無論選用多大出光角的UVC LED，都可以通過設計足夠多的LED來完全覆蓋到需要的殺菌空間。在對殺菌范圍不敏感的場景，小的出光角可以使得光線更加集中，從而殺菌時間更短。

8. UVC LED面臨的技術挑戰(zhàn)

縱觀上文所述，UVC LED似乎一切都很美好，“真香”！但是，如一切發(fā)展中的事物那樣，它也面臨著成長的煩惱。從外延到芯片再到封裝，UVC LED無不面臨著挑戰(zhàn)，一山放過一山攔。當然，如一切發(fā)展中的事物那樣，隨著未來技術發(fā)展，UVC LED飛入尋常百姓家也只是時間問題。

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