UV LED是LED的一種能發出200nm-400nm不同波長的紫外線,根據不同的波長範圍,可應用於殺菌、空氣淨化、醫療、氣體探測、食品製造、美容等多種領域。與傳統汞燈相比,UV LED具有省電節能、熱損失較少、壽命長,以及固化波長較集中的特點,因而受到市場青睞,正成為LED領域的新藍海。
目前UV LED開始逐步取代傳統紫外光源,法國諮詢公司Yole development數據顯示,UV LED的市場規模2016年達到15億美元,在傳統UV市場上的佔有率將從2013年的10.4%增加到2019年的28.1%。
根據發光波長的不同,UV LED應用領域也各不相同。UV-A領域(315~400nm)主要用於產業用固化裝置、驗鈔機等;UV-B領域(280~315nm)主要用於醫療/生物領域中的治療儀及分析儀器、維生素D合成等;UV-C領域(280~200nm)主要用於殺菌/淨化/淨水等環境領域。
據維佳半導體總經理綦曉暉介紹,未來LED市場可能被劃分為兩部分,一部分是面向通用照明的可見光LED,另一類則是以高科技創新為特色的深紫外LED。目前,LED行業大部分的投資都湧入了藍綠光領域。過度的投入使LED藍綠光市場迅速變成紅海,而深紫外LED市場還是一片藍海,其廣闊的市場前景,成為繼半導體照明led之後,全球led研究與投資的新熱點。
深紫外LED的應用很廣泛,其中包括:飲用水、空氣、飲料、藥品包裝的消毒;手術器械消毒及無菌狀態保持;在冰箱內,殺滅存活的黴菌孢子,更加延長食物保存期。除消毒作用外,深紫外LED還能夠進行光化學催化、油墨固化等等。
在疫情陰霾逐漸褪去的當下,工作場所及居家的衛生安全已經成為「日常抗疫」的重要一環,而如何實施消毒殺菌保障衛生與安全也成為人們的關注焦點。而UVC LED體積小、環保和易於設計等優點,催生出了不同應用需求的紫外線產品,應用到可攜式消毒電子產品中。
Viva Tech的綦總提到,隨著人們對UVC LED產品的進一步認知,以及行業技術標準化組織也在積極啟動相關標準的制修訂工作,紫外線殺菌消毒產品在照明電器行業已成為一個新的熱點。
UVC LED應用市場需求熱
紫外線幾十年前就被應用於工業和民用消毒殺菌領域,它通過破壞細菌和病毒的DNA使其喪失繁殖能力來發揮作用。
紫外線根據不同的波長分為不同的波段,其中,UVC為紫外線中的C波段,波長在200-280nm之間,又稱為短波滅菌紫外線。所有的紫外線中,UVC短波紫外線殺菌效果最強。
由於此前市面上銷售的紫外線殺菌燈多以紫外線汞燈為光源,這也使得大部分消費者對消毒燈的印象仍處於「汞燈」時代。
但實際上,UVC LED與傳統的汞燈相比對環境無汙染、壽命長且低耗能、而體積小的特點也使得其應用範圍更大,因此被廣泛運用於殺菌技術。
而UVC LED近兩年的異軍突起,加上疫情所帶來的「殺菌機遇」,使得UVC LED成為應用市場的寵兒,應用場景也開始逐漸往多元化方向發展。
自疫情以來,海內外有關UVLED的應用一直層出不窮:美國匹茲堡國際機場以及亞馬遜超市出現了UV消毒機器人的身影;EHC Global推出了一種用於自動扶梯和自動人行道的扶手滅菌解決方案。
Viva Tech UVC LED 高尖端技術的 突破
從高效節能及環保方面來講,紫外線LED替代紫外線汞燈是必然的趨勢,但許多關鍵指標突破是仍是技術人員的重要挑戰。
作為維佳半導體科技(Viva Tech)的總經理,綦曉暉善於把握實際,她率先找準UVC LED的細分領域 ,致力於紫外線LED的研究開發,在已成熟應用在光聚合固化的紫外線LED產品基礎上,拓展及研發紫外線LED在殺菌消毒領域的應用。
2019年,綦曉暉及其技術團隊實現了UVC LED整體結構對最佳殺菌波段的紫外線完全透明,並在基於該技術的第一代產品上實現12.2 %外量子效率(EQE)和9.5%的電-光轉換效率(WPE) 。利用波長為269 nm 的外延,僅需20 mA電流驅動,就可以從單個0.125 mm2尺寸的LED量產型晶片上獲得10-11 mW的UVC光功率,同時保持5.8V的正向電壓。這一電-光轉換效率是目前市面上其他同類產品的3到5倍,大幅提高產品的性價比。如果使用多芯模組,或者用大晶片在更高驅動電流下運行,該技術可以獲得前所未有的紫外高輸出功率。換句話說,與其他同類產品相比,維佳的晶片可以在更適合殺菌的波段,用最少的晶片數量和最低的電流來實現同樣的輸出功率。該突破為後續大功率UVC器件的進一步優化,並達到50% EQE或更高的目標性能提供了堅實的基礎。
在此技術的支持下,綦曉暉帶領維佳半導體進一步研發LED陣列射光燈,此產品已幫助抗擊中國大都市武漢的冠狀病毒流行。功率在1.2 W至2.5 W之間的發射器陣列會發出高度消毒的UVC光,不僅殺死MRSA等抗藥性細菌,而且還殺死諸如冠狀病毒(SARS-CoV-2 )。在新建的火神山醫院,進入或離開冠狀病毒隔離病房時,該技術已被用於對醫生和護理人員的防護服進行去汙。為此,只需使用高效的UVC光線從四面八方照射醫生和護理人員約30秒鐘。選擇波長以改變波長 病毒RNA在很短的時間內不再構成威脅。由於防護服還可以防止UVC輻射,因此對人體沒有危險。為了使UVC輻射可見,保護設備的頭飾上塗有螢光漆,一旦激活發射器,它們就會亮起。
為了進一步驗證公司產品的硬實力,綦曉暉將多項產品遞交廣州微生物工業檢測中心進行認證,經過檢測,維佳半導體科技的產品對常見的致病細菌病毒均達到99.999%的消殺效果,屬於市場頂尖水平。
隨著紫外線LED輻射效率的不斷突破,在消殺領域的應用成為必然趨勢。隨著關鍵技術的突破,以及核心材料量產的穩定,UVC LED技術也將在消殺領域大有作為,並具有廣闊的應用前景。綦曉暉領導的Viva Tech作為中國國內領先的UVC LED研發企業,也必將在這股洪流中大展雄途。(作者:陳偉)