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深紫外LED凭借体积小、开启速度快、功耗低等诸多优点,在深紫外?#26412;?#28040;毒市场开辟出新的应用场景,并形成了对UV汞灯的趋势性替代,一如十年前的白光LED。从空气?#26412;?#30340;空调、空净;水?#26412;?#30340;水箱抑菌、直饮水、加湿器到表面?#26412;?#30340;智能马桶、牙刷消毒等场景,深紫外UVC-LED开始展现出巨大的应用价值和潜力。2018年起,国内外各深紫外UVC-LED原厂灯珠价格纷?#32043;?#35843;至$0.6/mW,并通过持续降价支持以拉动市场需求。海尔率先在其母婴空调和卡萨帝高端空调中导入UVC-LED?#26412;?#25216;术,厨卫品牌华帝在洗碗机中加入医疗级深紫外UVC-LED?#26412;?#25216;术,惠达智能马桶引入紫外线喷头?#26412;?/p>

巨大市场机会的出现,也对解决方案供应商、灯珠封装厂提出了更高的要求:如何用好深紫外LED?我认为市场向大家提出的是这三个问题:1、深紫外应用市场在哪里?2、用什么规格的深紫外LED?3、如?#38382;?#29992;深紫外LED?


1 深紫外应用市场在哪里? 

近期市场:加湿器、空气净化器、饮水机、制冰机、智能马桶、食物保鲜?#23567;?/p>

中期市场:商用空调、立式空调、奶瓶消毒器、智能垃圾桶、直饮水机……

远期市场:车载空调、?#19968;?#31354;调、冰箱……

这个分类的背后逻辑是应用成本、方案成熟度、产品研发周期和技术竞争力的综合考量,这里不再赘述。


2 用什么规格的深紫外LED? 

如同白光应用厂家对光效、波长、光色的选型,深紫外UVC-LED选型对应用场景也具有依赖性。在进行方案设计?#20445;?#29956;别应用场景最关心的?#38382;?#26159;关键。同样,封装厂在选择芯片?#38382;?#26102;也要考虑到这些。

2.1 光功率

以当前市场上产品状况,可供选择的深紫外UVC-LED光功率档从2 mW,10 mW到100 mW不等。在选择应使用的光功率时优先考量?#26412;?#25928;果和?#26412;?#26102;间。已知,一颗出光角60°的3 mW UVC-LED在距离2 cm距离下,可在10秒内杀灭表面99.99%大肠?#21496;?/p>

因此,加湿器、制冰机、饮水机水箱抑菌、智能马桶等近?#20973;?#24577;?#26412;?#30340;场景,主流用法为采用一颗2~4 mW光功率档UVC-LED;空气净化器、空调等流动空气?#26412;?#22330;景通常使用10 mW UVC-LED 2~3颗;直饮水机等动态水?#26412;?#22330;景总光功率至少应达到50~100 mW。 其方案成本可以根据总mW数粗略换算得出。

2.2 峰值波长

在选择UVC-LED峰值波长?#20445;?#38656;要了解以下几个技术要点:

1、最适合?#26412;?#30340;波长是265 nm,而不是低压UV汞灯的特征波长254 nm。如?#23478;唬?#21491;)所示,波长介于240~290 nm之间的UVC紫外线都具有良好的?#26412;?#25928;果;

2、对于UVC-LED而言,?#26412;?#25928;果同时取决于峰值波长和光功率大小。例如270 nm比280 nm?#26412;?#25928;果好30%;光功率高30%同样?#26412;?#25928;果好30%。(因此可换算,2.6 mW 280 nm UVC-LED与2mW的270 nm UVC-LED?#26412;?#25928;果是一样的)但考虑到各厂家峰值波长均值差异不大,?#23548;?#19978;光功?#20160;?#26159;衡量?#26412;?#25928;率的最重要指标。

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?#23478;唬?#20302;压UV汞灯与典型UVC-LED光谱对比(左);不同波长紫外线的?#26412;?#25928;果(右)

2.3 寿命

一如白光LED市场早期各大厂家的军备竞赛,深紫外LED的灯珠寿命也被作为其产品质量的重要标准。有了白光LED的经验教训,我希望告诉读者,适合的才是最好的。甄别应用场景对寿命的?#23548;市?#27714;,有利于降?#22836;?#26696;成本,带来更多的市场机会。还是以市场上主流UVC-LED产品为例,宣称的寿命最高有15000小?#20445;?#26368;低也有2000小?#20445;?#20294;应用需要多长寿命的?如果我们仔细分析产品需求,会发现:

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加湿器0.8小时/天*30天/月*8个月/年*3年=576小?#20445;?/p>

直饮水机:20分钟/天*30天/月*12个月/年*5年=600小?#20445;?/p>

饮水机水箱:1小时/天*30天/月*12个月/年*3年=1080小?#20445;?/p>

空调:2小时/天*30天/月*6个月/年*5年=1800小?#20445;?#33976;发器和滤网?#26412;?#26041;案);

空气净化器:5小时/天*30天/月*12个月/年*3年=5400小时。

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你还觉得10000小时的UVC-LED就是比5000小时的好吗?

仔细计算应用场景对灯珠提出的寿命要求,找到最匹配的灯珠和价格,相信无论从供应商还是客户角度都能将UVC-LED价值最大化。

2.4出光角

深紫外LED的材料特性导致其芯片横向出光比例高于垂直出光。因而采用平面透镜封装的灯珠出光角通常在120~140°之间(大多数的厂家都是该出光角)。如果采用圆球透镜封装,则出光角在60~140°之间可调(目前仅深紫科?#23478;?#23478;提供多角度灯珠)。

?#23548;?#19978;,无论选用多大出光角的UVC-LED,都可以通过设计足够多的灯珠来完全覆盖到你需要的?#26412;?#31354;间。特别地,在对?#26412;?#33539;围不敏感的场景,小的出光角可以使得光线更加集中,从而?#26412;?#26102;间更短。


如?#38382;?#29992;深紫外LED? 

解决方案层面的问题?#23548;?#19978;涉及很多细节,特别是具体到?#23548;?#24212;用场景。以第一节中提到的“用在哪里?”的几个场景为例,简单来说,深紫外UVC-LED是这么用的:

3.1 静态表面?#26412;?/h2>

智能马桶、食物保鲜?#23567;?#26234;能垃圾桶:在?#40092;?#30340;内腔侧面或顶部嵌入UVC-LED灯珠,使用紫外线直接对待?#26412;?#29289;体进行?#26412;?#28040;毒,?#26412;?#26102;间根据照射距离、面积和?#26412;?#25928;率要求进行初步换算。

3.2 近静态水?#26412;?/h2>

加湿器、饮水机水箱、制冰机:其特征在于水流量很小或者需要长期抑菌。通常在其水箱顶端或低端设置单颗UVC-LED?#26412;?#27169;块,使紫外线照射到整个水体中,实现水的?#26412;?#25233;菌。

3.3 动态水?#26412;?/h2>

该类应用水流?#23458;?#24120;在1~2L/min,不超过2L/min,需要在其管路中串联专门的UVC-LED?#26412;?#32452;件,在组件内?#23458;?#25104;流动水的即时?#26412;?#28040;毒。

3.4 空气?#26412;?/h2>

空气净化器、各类空调。

海尔新款母婴空调中提到,2小时空气?#26412;?#29575;90%的?#26412;?#25928;果。问题是,生活在无菌环?#25345;?#30340;婴儿免疫能力将会更差。这一?#29575;?#24050;经得到了广泛的认可和科学的解释。完全杀灭空气中的细菌,并不是深紫外?#26412;?#25216;术的使命所在。没错,任何技术都不应该完全杀灭空气中的细菌,深紫外空气?#26412;?#25216;术的切入点应该在容易导致空气污染的滤网、蒸发器 [2]。在长期使用中,?#39029;盡?#27700;汽在这些地方聚集,成为各类细菌、异味滋生的温床,也直接导致了生活环?#25345;?#31354;气质量恶化。净化滤网、蒸发器,应该是深紫外LED技术关注的重点。

3.5 关于驱动方式

应使用恒流电路驱动深紫外UVC-LED。原因是:

1、不同批次的深紫外LED工作电压通常有差异,在应用批量生产中,恒压驱动的模式将导致产品?#26412;?#25928;果一致性差;

2、如果采用恒压驱动,工作过程中LED温度上升会导致LED电流变大,光功率变的不可控。采用恒流驱动则?#26432;?#20813;这个问题。


参考资料

[1] 深紫科技UVC灯珠L280 - SWC1S15A600,3.2 [email protected] mA

[2] 空调散热片/蒸发器细菌超标,成安全隐患:http://www.osue.icu/article/73/

斯特拉斯堡大学
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