三個問題理解UVC-LED市場
：2018-10-31
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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(yīng)用場景，并形成了對UV汞燈的趨勢性替代，一如十年前的白光LED。
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、牙刷消毒等場景，深紫外UVC-LED開始展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價值和潛力。
2018年起，國內(nèi)外各深紫外UVC-LED原廠燈珠價格紛紛下調(diào)至$0.6/mW，并通過持續(xù)降價支持以拉動市場需求。海爾率先在其母嬰空調(diào)和卡薩帝高端空調(diào)中導入UVC-LED殺菌技術(shù)，廚衛(wèi)品牌華帝在洗碗機中加入醫(yī)療級深紫外UVC-LED殺菌技術(shù)，惠達智能馬桶引入紫外線噴頭殺菌……
巨大市場機會的出現(xiàn)，也對解決方案供應(yīng)商、燈珠封裝廠提出了更高的要求：如何用好深紫外LED？我認為市場向大家提出的是這三個問題：
1、深紫外應(yīng)用市場在哪里？
2、用什么規(guī)格的深紫外LED？
3、如何使用深紫外LED？
深紫外應(yīng)用市場在哪里？
近期市場：加濕器、空氣凈化器、飲水機、制冰機、智能馬桶、食物保鮮盒……
中期市場：商用空調(diào)、立式空調(diào)、奶瓶消毒器、智能垃圾桶、直飲水機……
遠期市場：車載空調(diào)、掛機空調(diào)、冰箱……
這個分類的背后邏輯是應(yīng)用成本、方案成熟度、產(chǎn)品研發(fā)周期和技術(shù)競爭力的綜合考量，這里不再贅述。
用什么規(guī)格的深紫外LED？
如同白光應(yīng)用廠家對光效、波長、光色的選型，深紫外UVC-LED選型對應(yīng)用場景也具有依賴性。在進行方案設(shè)計時，甄別應(yīng)用場景最關(guān)心的參數(shù)是關(guān)鍵。同樣，封裝廠在選擇芯片參數(shù)時也要考慮到這些。
2.1 光功率
以當前市場上產(chǎn)品狀況，可供選擇的深紫外UVC-LED光功率檔從2 mW，10 mW到100 mW不等。在選擇應(yīng)使用的光功率時優(yōu)先考量殺菌效果和殺菌時間。已知，一顆出光角60°的3 mW UVC-LED在距離2 cm距離下，可在10秒內(nèi)殺滅表面99.99%大腸桿菌。
因此，加濕器、制冰機、飲水機水箱抑菌、智能馬桶等近似靜態(tài)殺菌的場景，主流用法為采用一顆2~4 mW光功率檔UVC-LED；空氣凈化器、空調(diào)等流動空氣殺菌場景通常使用10 mW UVC-LED 2~3顆；直飲水機等動態(tài)水殺菌場景總光功率至少應(yīng)達到50~100 mW。 其方案成本可以根據(jù)總mW數(shù)粗略換算得出。
2.2 峰值波長
在選擇UVC-LED峰值波長時，需要了解以下幾個技術(shù)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。如圖一（右）所示，波長介于240~290 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。
例如270 nm比280 nm殺菌效果好30%；光功率高30%同樣殺菌效果好30%。（因此可換算，2.6 mW 280 nm UVC-LED與2mW的270 nm UVC-LED殺菌效果是一樣的）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。
2.3 壽命
一如白光LED市場早期各大廠家的軍備競賽，深紫外LED的燈珠壽命也被作為其產(chǎn)品質(zhì)量的重要標準。有了白光LED的經(jīng)驗教訓，我希望告訴讀者，適合的才是最好的。
甄別應(yīng)用場景對壽命的實際需求，有利于降低方案成本，帶來更多的市場機會。還是以市場上主流UVC-LED產(chǎn)品為例，宣稱的壽命最高有15000小時，最低也有2000小時，但應(yīng)用需要多長壽命的？如果我們仔細分析產(chǎn)品需求，會發(fā)現(xiàn)：
加濕器：0.8小時/天*30天/月*8個月/年*3年=576小時；
直飲水機：20分鐘/天*30天/月*12個月/年*5年=600小時；
飲水機水箱：1小時/天*30天/月*12個月/年*3年=1080小時；
空調(diào)：2小時/天*30天/月*6個月/年*5年=1800小時（蒸發(fā)器和濾網(wǎng)殺菌方案）；
空氣凈化器：5小時/天*30天/月*12個月/年*3年=5400小時。
你還覺得10000小時的UVC-LED就是比5000小時的好嗎？
仔細計算應(yīng)用場景對燈珠提出的壽命要求，找到最匹配的燈珠和價格，相信無論從供應(yīng)商還是客戶角度都能將UVC-LED價值最大化。
2.4 出光角
深紫外LED的材料特性導致其芯片橫向出光比例高于垂直出光。因而采用平面透鏡封裝的燈珠出光角通常在120~140°之間（大多數(shù)的廠家都是該出光角）。如果采用圓球透鏡封裝，則出光角在60~140°之間可調(diào)（目前僅深紫科技一家提供多角度燈珠）。
實際上，無論選用多大出光角的UVC-LED，都可以通過設(shè)計足夠多的燈珠來完全覆蓋到你需要的殺菌空間。特別地，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。
如何使用深紫外LED？
解決方案層面的問題實際上涉及很多細節(jié)，特別是具體到實際應(yīng)用場景。以第一節(jié)中提到的“用在哪里？”的幾個場景為例，簡單來說，深紫外UVC-LED是這么用的：
3.1 靜態(tài)表面殺菌
智能馬桶、食物保鮮盒、智能垃圾桶：在合適的內(nèi)腔側(cè)面或頂部嵌入UVC-LED燈珠，使用紫外線直接對待殺菌物體進行殺菌消毒，殺菌時間根據(jù)照射距離、面積和殺菌效率要求進行初步換算。
3.2 近靜態(tài)水殺菌
加濕器、飲水機水箱、制冰機：其特征在于水流量很小或者需要長期抑菌。通常在其水箱頂端或低端設(shè)置單顆UVC-LED殺菌模塊，使紫外線照射到整個水體中，實現(xiàn)水的殺菌抑菌。
3.3 動態(tài)水殺菌
該類應(yīng)用水流量通常在1~2L/min，不超過2L/min，需要在其管路中串聯(lián)專門的UVC-LED殺菌組件，在組件內(nèi)部完成流動水的即時殺菌消毒。
3.4 空氣殺菌
空氣凈化器、各類空調(diào)。
海爾新款母嬰空調(diào)中提到，2小時空氣殺菌率90%的殺菌效果。問題是，生活在無菌環(huán)境中的嬰兒免疫能力將會更差。這一事實已經(jīng)得到了廣泛的認可和科學的解釋。完全殺滅空氣中的細菌，并不是深紫外殺菌技術(shù)的使命所在。
沒錯，任何技術(shù)都不應(yīng)該完全殺滅空氣中的細菌，深紫外空氣殺菌技術(shù)的切入點應(yīng)該在容易導致空氣污染的濾網(wǎng)、蒸發(fā)器 [2]。在長期使用中，灰塵、水汽在這些地方聚集，成為各類細菌、異味滋生的溫床，也直接導致了生活環(huán)境中空氣質(zhì)量惡化。凈化濾網(wǎng)、蒸發(fā)器，應(yīng)該是深紫外LED技術(shù)關(guān)注的重點。
3.5 關(guān)于驅(qū)動方式
應(yīng)使用恒流電路驅(qū)動深紫外UVC-LED。原因是：
1、 不同批次的深紫外LED工作電壓通常有差異，在應(yīng)用批量生產(chǎn)中，恒壓驅(qū)動的模式將導致產(chǎn)品殺菌效果一致性差；
2、如果采用恒壓驅(qū)動，工作過程中LED溫度上升會導致LED電流變大，光功率變的不可控。采用恒流驅(qū)動則可避免這個問題。
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