三個(gè)問(wèn)題理解UVC-LED市場(chǎng)
：2018-10-31
：333
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)辟出新的應用場(chǎng)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、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)始展現出巨大的應用價(jià)值和潛力。
2018年起，國內外各深紫外UVC-LED原廠(chǎng)燈珠價(jià)格紛紛下調至$0.6/mW，并通過(guò)持續降價(jià)支持以拉動(dòng)市場(chǎng)需求。海爾率先在其母嬰空調和卡薩帝高端空調中導入UVC-LED殺菌技術(shù)，廚衛品牌華帝在洗碗機中加入醫療級深紫外UVC-LED殺菌技術(shù)，惠達智能馬桶引入紫外線(xiàn)噴頭殺菌……
巨大市場(chǎng)機會(huì )的出現，也對解決方案供應商、燈珠封裝廠(chǎng)提出了更高的要求：如何用好深紫外LED？我認為市場(chǎng)向大家提出的是這三個(gè)問(wèn)題：
1、深紫外應用市場(chǎng)在哪里？
2、用什么規格的深紫外LED？
3、如何使用深紫外LED？
深紫外應用市場(chǎng)在哪里？
近期市場(chǎng)：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(chǎng)：商用空調、立式空調、奶瓶消毒器、智能垃圾桶、直飲水機……
遠期市場(chǎng)：車(chē)載空調、掛機空調、冰箱……
這個(gè)分類(lèi)的背后邏輯是應用成本、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。
用什么規格的深紫外LED？
如同白光應用廠(chǎng)家對光效、波長(cháng)、光色的選型，深紫外UVC-LED選型對應用場(chǎng)景也具有依賴(lài)性。在進(jìn)行方案設計時(shí)，甄別應用場(chǎng)景最關(guān)心的參數是關(guān)鍵。同樣，封裝廠(chǎng)在選擇芯片參數時(shí)也要考慮到這些。
2.1 光功率
以當前市場(chǎng)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。在選擇應使用的光功率時(shí)優(yōu)先考量殺菌效果和殺菌時(shí)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(chǎng)景，主流用法為采用一顆2~4 mW光功率檔UVC-LED；空氣凈化器、空調等流動(dòng)空氣殺菌場(chǎng)景通常使用10 mW UVC-LED 2~3顆；直飲水機等動(dòng)態(tài)水殺菌場(chǎng)景總光功率至少應達到50~100 mW。 其方案成本可以根據總mW數粗略換算得出。
2.2 峰值波長(cháng)
在選擇UVC-LED峰值波長(cháng)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(cháng)是265 nm，而不是低壓UV汞燈的特征波長(cháng)254 nm。如圖一（右）所示，波長(cháng)介于240~290 nm之間的UVC紫外線(xiàn)都具有良好的殺菌效果；
2、 對于UVC-LED而言，殺菌效果同時(shí)取決于峰值波長(cháng)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(chǎng)家峰值波長(cháng)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。
2.3 壽命
一如白光LED市場(chǎng)早期各大廠(chǎng)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。
甄別應用場(chǎng)景對壽命的實(shí)際需求，有利于降低方案成本，帶來(lái)更多的市場(chǎng)機會(huì )。還是以市場(chǎng)上主流UVC-LED產(chǎn)品為例，宣稱(chēng)的壽命最高有15000小時(shí)，最低也有2000小時(shí)，但應用需要多長(cháng)壽命的？如果我們仔細分析產(chǎn)品需求，會(huì )發(fā)現：
加濕器：0.8小時(shí)/天*30天/月*8個(gè)月/年*3年=576小時(shí)；
直飲水機：20分鐘/天*30天/月*12個(gè)月/年*5年=600小時(shí)；
飲水機水箱：1小時(shí)/天*30天/月*12個(gè)月/年*3年=1080小時(shí)；
空調：2小時(shí)/天*30天/月*6個(gè)月/年*5年=1800小時(shí)（蒸發(fā)器和濾網(wǎng)殺菌方案）；
空氣凈化器：5小時(shí)/天*30天/月*12個(gè)月/年*3年=5400小時(shí)。
你還覺(jué)得10000小時(shí)的UVC-LED就是比5000小時(shí)的好嗎？
仔細計算應用場(chǎng)景對燈珠提出的壽命要求，找到最匹配的燈珠和價(jià)格，相信無(wú)論從供應商還是客戶(hù)角度都能將UVC-LED價(jià)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（大多數的廠(chǎng)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（目前僅深紫科技一家提供多角度燈珠）。
實(shí)際上，無(wú)論選用多大出光角的UVC-LED，都可以通過(guò)設計足夠多的燈珠來(lái)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(chǎng)景，小的出光角可以使得光線(xiàn)更加集中，從而殺菌時(shí)間更短。
如何使用深紫外LED？
解決方案層面的問(wèn)題實(shí)際上涉及很多細節，特別是具體到實(shí)際應用場(chǎng)景。以第一節中提到的“用在哪里？”的幾個(gè)場(chǎng)景為例，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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：在合適的內腔側面或頂部嵌入UVC-LED燈珠，使用紫外線(xiàn)直接對待殺菌物體進(jìn)行殺菌消毒，殺菌時(shí)間根據照射距離、面積和殺菌效率要求進(jìn)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(cháng)期抑菌。通常在其水箱頂端或低端設置單顆UVC-LED殺菌模塊，使紫外線(xiàn)照射到整個(gè)水體中，實(shí)現水的殺菌抑菌。
3.3 動(dòng)態(tài)水殺菌
該類(lèi)應用水流量通常在1~2L/min，不超過(guò)2L/min，需要在其管路中串聯(lián)專(zhuān)門(mén)的UVC-LED殺菌組件，在組件內部完成流動(dòng)水的即時(shí)殺菌消毒。
3.4 空氣殺菌
空氣凈化器、各類(lèi)空調。
海爾新款母嬰空調中提到，2小時(shí)空氣殺菌率90%的殺菌效果。問(wèn)題是，生活在無(wú)菌環(huán)境中的嬰兒免疫能力將會(huì )更差。這一事實(shí)已經(jīng)得到了廣泛的認可和科學(xué)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(méi)錯，任何技術(shù)都不應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(diǎn)應該在容易導致空氣污染的濾網(wǎng)、蒸發(fā)器 [2]。在長(cháng)期使用中，灰塵、水汽在這些地方聚集，成為各類(lèi)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，應該是深紫外LED技術(shù)關(guān)注的重點(diǎn)。
3.5 關(guān)于驅動(dòng)方式
應使用恒流電路驅動(dòng)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，在應用批量生產(chǎn)中，恒壓驅動(dòng)的模式將導致產(chǎn)品殺菌效果一致性差；
2、如果采用恒壓驅動(dòng)，工作過(guò)程中LED溫度上升會(huì )導致LED電流變大，光功率變的不可控。采用恒流驅動(dòng)則可避免這個(gè)問(wèn)題。
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