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三個問題理解UVC-LED市場

:2018-10-31    :333
深紫外LED憑借體積小、開啟速度快、功耗低等諸多優點,在深紫外殺菌消毒市場開辟出新的應用場景,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、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開始展現出巨大的應用價值和潛力。
 
2018年起,國內外各深紫外UVC-LED原廠燈珠價格紛紛下調至$0.6/mW,并通過持續降價支持以拉動市場需求。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,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,惠達智能馬桶引入紫外線噴頭殺菌……
 
巨大市場機會的出現,也對解決方案供應商、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、深紫外應用市場在哪里?
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、立式空調、奶瓶消毒器、智能垃圾桶、直飲水機……
 
遠期市場:車載空調、掛機空調、冰箱……
 
 
這個分類的背后邏輯是應用成本、方案成熟度、產品研發周期和技術競爭力的綜合考量,這里不再贅述。
 
用什么規格的深紫外LED?
如同白光應用廠家對光效、波長、光色的選型,深紫外UVC-LED選型對應用場景也具有依賴性。在進行方案設計時,甄別應用場景最關心的參數是關鍵。同樣,封裝廠在選擇芯片參數時也要考慮到這些。
 
2.1 光功率
 
以當前市場上產品狀況,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優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;直飲水機等動態水殺菌場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
 
在選擇UVC-LED峰值波長時,需要了解以下幾個技術要點:
 
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品質量的重要標準。有了白光LED的經驗教訓,我希望告訴讀者,適合的才是最好的。
 
甄別應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產品為例,宣稱的壽命最高有15000小時,最低也有2000小時,但應用需要多長壽命的?如果我們仔細分析產品需求,會發現:
 
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:2小時/天*30天/月*6個月/年*5年=1800小時(蒸發器和濾網殺菌方案);
 
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(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,特別是具體到實際應用場景。以第一節中提到的“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,使用紫外線直接對待殺菌物體進行殺菌消毒,殺菌時間根據照射距離、面積和殺菌效率要求進行初步換算。
 
3.2 近靜態水殺菌
 
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置單顆UVC-LED殺菌模塊,使紫外線照射到整個水體中,實現水的殺菌抑菌。
 
3.3 動態水殺菌
 
該類應用水流量通常在1~2L/min,不超過2L/min,需要在其管路中串聯專門的UVC-LED殺菌組件,在組件內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。
 
海爾新款母嬰空調中提到,2小時空氣殺菌率90%的殺菌效果。問題是,生活在無菌環境中的嬰兒免疫能力將會更差。這一事實已經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的使命所在。
 
沒錯,任何技術都不應該完全殺滅空氣中的細菌,深紫外空氣殺菌技術的切入點應該在容易導致空氣污染的濾網、蒸發器 [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境中空氣質量惡化。凈化濾網、蒸發器,應該是深紫外LED技術關注的重點。
 
3.5 關于驅動方式
 
應使用恒流電路驅動深紫外UVC-LED。原因是:
 
1、 不同批次的深紫外LED工作電壓通常有差異,在應用批量生產中,恒壓驅動的模式將導致產品殺菌效果一致性差;
 
2、如果采用恒壓驅動,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。采用恒流驅動則可避免這個問題。
 



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