UV LED是LED的一种能发出200nm-400nm不同波长的紫外线,根据不同的波长范围,可应用于杀菌、空气净化、医疗、气体探测、食品制造、美容等多种领域。与传统汞灯相比,UV LED具有省电节能、热损失较少、寿命长,以及固化波长较集中的特点,因而受到市场青睐,正成为LED领域的新蓝海。

目前UV LED开始逐步取代传统紫外光源,法国咨询公司Yole development数据显示,UV LED的市场规模2016年达到15亿美元,在传统UV市场上的占有率将从2013年的10.4%增加到2019年的28.1%。

根据发光波长的不同,UV LED应用领域也各不相同。UV-A领域(315~400nm)主要用于产业用固化装置、验钞机等;UV-B领域(280~315nm)主要用于医疗/生物领域中的治疗仪及分析仪器、维生素D合成等;UV-C领域(280~200nm)主要用于杀菌/净化/净水等环境领域。

据维佳半导体总经理綦晓晖介绍,未来LED市场可能被划分为两部分,一部分是面向通用照明的可见光LED,另一类则是以高科技创新为特色的深紫外LED。目前,LED行业大部分的投资都涌入了蓝绿光领域。过度的投入使LED蓝绿光市场迅速变成红海,而深紫外LED市场还是一片蓝海,其广阔的市场前景,成为继半导体照明led之后,全球led研究与投资的新热点。

深紫外LED的应用很广泛,其中包括:饮用水、空气、饮料、药品包装的消毒;手术器械消毒及无菌状态保持;在冰箱内,杀灭存活的霉菌孢子,更加延长食物保存期。除消毒作用外,深紫外LED还能够进行光化学催化、油墨固化等等。

在疫情阴霾逐渐褪去的当下,工作场所及居家的卫生安全已经成为“日常抗疫”的重要一环,而如何实施消毒杀菌保障卫生与安全也成为人们的关注焦点。而UVC LED体积小、环保和易于设计等优点,催生出了不同应用需求的紫外线产品,应用到便携式消毒电子产品中。

Viva Tech的綦总提到,随着人们对UVC LED产品的进一步认知,以及行业技术标准化组织也在积极启动相关标准的制修订工作,紫外线杀菌消毒产品在照明电器行业已成为一个新的热点。

UVC LED应用市场需求热

紫外线几十年前就被应用于工业和民用消毒杀菌领域,它通过破坏细菌和病毒的DNA使其丧失繁殖能力来发挥作用。

紫外线根据不同的波长分为不同的波段,其中,UVC为紫外线中的C波段,波长在200-280nm之间,又称为短波灭菌紫外线。所有的紫外线中,UVC短波紫外线杀菌效果最强。

由于此前市面上销售的紫外线杀菌灯多以紫外线汞灯为光源,这也使得大部分消费者对消毒灯的印象仍处于“汞灯”时代。

但实际上,UVC LED与传统的汞灯相比对环境无污染、寿命长且低耗能、而体积小的特点也使得其应用范围更大,因此被广泛运用于杀菌技术。

而UVC LED近两年的异军突起,加上疫情所带来的“杀菌机遇”,使得UVC LED成为应用市场的宠儿,应用场景也开始逐渐往多元化方向发展。

自疫情以来,海内外有关UVLED的应用一直层出不穷:美国匹兹堡国际机场以及亚马逊超市出现了UV消毒机器人的身影;EHC Global推出了一种用于自动扶梯和自动人行道的扶手灭菌解决方案。

Viva Tech UVC LED高尖端技术的突破

从高效节能及环保方面来讲,紫外线LED替代紫外线汞灯是必然的趋势,但许多关键指标突破是仍是技术人员的重要挑战。

 作为维佳半导体科技(Viva Tech)的总经理,綦晓晖善于把握实际,她率先找准UVC LED的细分领域 ,致力于紫外线LED的研究开发,在已成熟应用在光聚合固化的紫外线LED产品基础上,拓展及研发紫外线LED在杀菌消毒领域的应用。

2019年,綦晓晖及其技术团队实现了UVC LED整体结构对最佳杀菌波段的紫外线完全透明,并在基于该技术的第一代产品上实现12.2 %外量子效率(EQE)和9.5%的电-光转换效率(WPE) 。利用波长为269 nm 的外延,仅需20 mA电流驱动,就可以从单个0.125 mm2尺寸的LED量产型芯片上获得10-11 mW的UVC光功率,同时保持5.8V的正向电压。这一电-光转换效率是目前市面上其他同类产品的3到5倍,大幅提高产品的性价比。如果使用多芯模组,或者用大芯片在更高驱动电流下运行,该技术可以获得前所未有的紫外高输出功率。换句话说,与其他同类产品相比,维佳的芯片可以在更适合杀菌的波段,用最少的芯片数量和最低的电流来实现同样的输出功率。该突破为后续大功率UVC器件的进一步优化,并达到50% EQE或更高的目标性能提供了坚实的基础。

在此技术的支持下,綦晓晖带领维佳半导体进一步研发LED阵列射光灯,此产品已帮助抗击中国大都市武汉的冠状病毒流行。功率在1.2 W至2.5 W之间的发射器阵列会发出高度消毒的UVC光,不仅杀死MRSA等抗药性细菌,而且还杀死诸如冠状病毒(SARS-CoV-2 )。在新建的火神山医院,进入或离开冠状病毒隔离病房时,该技术已被用于对医生和护理人员的防护服进行去污。为此,只需使用高效的UVC光线从四面八方照射医生和护理人员约30秒钟。选择波长以改变波长 病毒RNA在很短的时间内不再构成威胁。由于防护服还可以防止UVC辐射,因此对人体没有危险。为了使UVC辐射可见,保护设备的头饰上涂有荧光漆,一旦激活发射器,它们就会亮起。

为了进一步验证公司产品的硬实力,綦晓晖将多项产品递交广州微生物工业检测中心进行认证,经过检测,维佳半导体科技的产品对常见的致病细菌病毒均达到99.999%的消杀效果,属于市场顶尖水平。

随着紫外线LED辐射效率的不断突破,在消杀领域的应用成为必然趋势。随着关键技术的突破,以及核心材料量产的稳定,UVC LED技术也将在消杀领域大有作为,并具有广阔的应用前景。綦晓晖领导的Viva Tech作为中国国内领先的UVC LED研发企业,也必将在这股洪流中大展雄途。(作者:陈伟)