8個(gè)問(wèn)題帶你理解UVCLED

深紫外LED憑借體積小、開(kāi)啟速度快、功耗低等諸多優(yōu)點(diǎn)，在深紫外殺菌消毒市場(chǎng)開(kāi)辟出新的應(yīng)用場(chǎng)景，并形成了對(duì)UV汞燈的趨勢(shì)性替代，從空氣殺菌的空調(diào)、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(chǎng)景，深紫外UVC-LED開(kāi)始展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價(jià)值和潛力，今天，就讓我們說(shuō)說(shuō)UVC LED。

1. 何為UV

首先，我們復(fù)習(xí)一下UV的概念。UV，即Ultraviolet，也就是紫外線，為波長(zhǎng)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(zhǎng)較長(zhǎng)，波長(zhǎng)介于315-400nm，可穿透云層、玻璃進(jìn)入室內(nèi)及車內(nèi)，可穿透至皮膚真皮層，會(huì)造成曬黑。

UVB：波長(zhǎng)居中，波長(zhǎng)介于280-315nm，會(huì)被臭氧層所吸收，會(huì)引起曬傷及皮膚紅、腫、熱及痛，嚴(yán)重者還會(huì)起水泡或脫皮。

UVC：波長(zhǎng)介于100-285nm，但由于200納米以下的波長(zhǎng)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(zhǎng)介于200-280nm，其波長(zhǎng)越短、越危險(xiǎn)，但又由于可被臭氧層所阻隔，只有少量會(huì)到達(dá)地球表面。

2. UV殺菌的機(jī)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(jié)構(gòu)，使細(xì)菌死亡或不能繁殖，從而達(dá)到殺菌的目的。

3. UV殺菌波段

根據(jù)國(guó)際紫外線協(xié)會(huì)的說(shuō)法，“對(duì)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(gè)殺菌波段大約是200-300nm”。

已知?dú)⒕ㄩL(zhǎng)延伸到280nm以上，現(xiàn)在一般認(rèn)為延伸到300nm，然而這也可能隨著更多的研究而改變?？茖W(xué)家已經(jīng)證明，波長(zhǎng)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(zhǎng)

有一種誤讀認(rèn)為254nm是殺菌的最佳波長(zhǎng)，因?yàn)榈蛪汗療舻姆逯挡ㄩL(zhǎng)（僅由燈的物理學(xué)決定）為253.7nm。而實(shí)質(zhì)上，如上所述，一定范圍的波長(zhǎng)都具有殺菌作用。但一般認(rèn)為265nm的波長(zhǎng)是最佳的，因?yàn)榇瞬ㄩL(zhǎng)為DNA吸收曲線的峰值。所以，UVC是最適合用來(lái)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(guān)于汞的水俁公約》自2017年8月16日起已對(duì)我國(guó)正式生效。公約要求，自2021年1月1日起，禁止生產(chǎn)和進(jìn)出口所規(guī)定的含汞產(chǎn)品，而汞燈也在此列。所以，UVC LED是當(dāng)今唯一靠譜的替代方案。

UVC LED元件的小型化特點(diǎn)給應(yīng)用場(chǎng)景帶來(lái)更多想象空間，很多都是傳統(tǒng)汞燈無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。此外，UVC LED還具有啟動(dòng)快速、允許的開(kāi)關(guān)次數(shù)更多、可用電池供電等諸多優(yōu)勢(shì)。

6. UVC LED應(yīng)用場(chǎng)景

按照不同的應(yīng)用場(chǎng)景，未來(lái)在這些應(yīng)用上我們興許就能見(jiàn)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(dòng)售票機(jī)按鈕等高頻公共接觸表面等；

靜止水殺菌：飲水機(jī)水箱、加濕器、制冰機(jī)；

流動(dòng)水殺菌：流動(dòng)水殺菌模塊、直飲水機(jī)；

空氣殺菌：空氣凈化器、空調(diào)。

7. 如何選擇UVC LED

可以從光功率、峰值波長(zhǎng)、壽命、出光角等參數(shù)出發(fā)進(jìn)行選擇。

7.1光功率：當(dāng)前市場(chǎng)上可供選擇的UVC LED光功率檔從2mW、10 mW到100 mW不等。不同應(yīng)用對(duì)功率需求不一。一般來(lái)說(shuō)，可以結(jié)合照射距離、動(dòng)態(tài)需求還是靜態(tài)需求來(lái)匹配光功率。照射距離越大，越是動(dòng)態(tài)需求，所需光功率越大。

7.2峰值波長(zhǎng)：如上所述，265nm是殺菌的最佳波長(zhǎng)，但考慮到各廠家峰值波長(zhǎng)均值差異不大，實(shí)際上光功率才是衡量殺菌效率的最重要指標(biāo)。

在選擇UVC-LED峰值波長(zhǎng)時(shí)，需要了解以下幾個(gè)技術(shù)要點(diǎn)：① 最適合殺菌的波長(zhǎng)是265 nm，而不是低壓UV汞燈的特征波長(zhǎng)254 nm。波長(zhǎng)介于260~285 nm之間的UVC紫外線都具有良好的殺菌效果；② 對(duì)于UVC-LED而言，殺菌效果同時(shí)取決于峰值波長(zhǎng)和光功率大小，但考慮到各廠家峰值波長(zhǎng)均值差異不大，實(shí)際上光功率才是衡量殺菌效率的最重要指標(biāo)。

7.3壽命：依據(jù)具體應(yīng)用的使用時(shí)間來(lái)考量對(duì)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(duì)比（左）；不同波長(zhǎng)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(diào)。實(shí)際上，無(wú)論選用多大出光角的UVC LED，都可以通過(guò)設(shè)計(jì)足夠多的LED來(lái)完全覆蓋到需要的殺菌空間。在對(duì)殺菌范圍不敏感的場(chǎng)景，小的出光角可以使得光線更加集中，從而殺菌時(shí)間更短。

8. UVC LED面臨的技術(shù)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(zhǎng)的煩惱。從外延到芯片再到封裝，UVC LED無(wú)不面臨著挑戰(zhàn)，一山放過(guò)一山攔。當(dāng)然，如一切發(fā)展中的事物那樣，隨著未來(lái)技術(shù)發(fā)展，UVC LED飛入尋常百姓家也只是時(shí)間問(wèn)題。

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