原创 杀菌新配方，UV-C LED

从某种程度来说，疫情正加速推动着新消毒解决方案的开发进程。

2020年疫情爆发后，UV-C LED迅速“成名”，后来虽然伴随疫情反复时有起伏，但对于消杀市场，UV-C LED仍是一种极具潜力和挑战性的解决方案。

艾迈斯欧司朗的应用工程师Alexander Wilm 与开发工程师Hans Lugauer携手致力于UV-C LED开发，以使其适合批量生产。他表示：“即使在‘正常’条件下，我们也不乏潜在对UV-C的应用。疫情的肆虐使消毒领域出现新解决方案——UV-C辐射。现在，我们每天都可以发现很多可能的应用。”

据TrendForce 2022深紫外线LED最新报告分析2021-2026年UV-C LED市场规模年复合增长率为24%。

长期来看，空气杀菌与大型表面杀菌仍是UV-C LED在终端应用中重点布局的领域。同时，UV-C LED也正显现自身潜力，逐步在原厂汽车空调、动态水杀菌、制造业设施与工厂自动化应用中“施展拳脚”。

1、未来单品：便携式杀菌利器

尽管如今使用短波低压放电灯对水、空气和物品表面进行灭菌和消毒大行其道，但Lugauer认为使用UV-C辐射进行消毒的未来取决于LED：“与传统解决方案相比，其灵活性更高，体积更小。可频繁打开与关闭，无需担忧任何问题，且耐振动。”

有鉴于此，全新应用应运而生，例如可存放在夹克口袋中的移动式消毒设备。“我们将其称为‘便携式杀菌利器’”Lugauer认为这是每个人当下梦寐以求的产品。该应用距离真正普及尚有不少难点：“除效率外，安全性是最大的挑战——必须确保UV-C辐射不会对皮肤或眼睛构成威胁，”他的同事 Wilm 补充道：“该原则适用于所有UV-C产品，因为此类产品会对人和环境构成一定危险。”

这也正是使用UV-C光对穿着防护服员工进行消毒时，应佩戴可抵挡UV-C辐射口罩和手套的原因所在。在各个房间中穿梭时，使用UV-C消毒物品表面的特殊机器人都配有传感器，有人靠近时会立即关闭。

2、无菌化开启多元应用

众所周知，汞灯存在诸多不足，比如空间狭小时可能会受到振动和冲击；无法承载高点火电压。而UV-C LED可有效弥补此类不足，堪称替代汞灯的明智之选，例如LED更加坚固不易碎的结构特征会防止玻璃破裂和汞溢出对人构成危险；其次就寿命来讲，目前汞灯的平均寿命约为6,500小时，而UV-C LED的L70大于1万小时……

“UV-C LED适用于不同应用，例如对出租车、公共汽车或共享汽车中的物品表面进行消毒。我坚信，一旦UV-C LED性能改善，且成本进一步下降，其他令人兴奋的应用必将如雨后春笋，破土而出。”Wilm说道。

据TrendForce分析，2022年UV-C LED应用市场包含家电、公共空间与制造应用、动态水杀菌、汽车空气杀菌、医疗、生命科学与农业应用等。

随着UV-C LED产品技术日趋成熟以及价格日渐合理，UV-C LED家电需求市场稳定成长。同时，疫情虽催生UV-C LED于2020年快速进入入中国车用空气杀菌市场，然而LED元件仍需遵循 AEC-Q102规范，因此，预计2024-2025年才是UV-C LED在汽车空气杀菌中的真正导入时机。

除此之外，随着UV-C LED光学功率与产品寿命提升至工业/商业要求，将有机会于2026年正式进入工业/商业动态水杀菌市场。

3、为何杀菌效果显著？

为何紫外光在对抗病菌方面效果卓著？UV-C解决方案如此有效的主要原因在于地球表面不存在天然的UV-C辐射。UV-C辐射几乎被地球臭氧层全部吸收并阻隔。因此，细菌和病毒尚未进化出针对UV-C辐射的任何防御机制。

短波UV-C辐射（200至280纳米）是能量最大的UV辐射的组成部分。波长低于280纳米的紫外光可破坏微生物RNA或DNA螺旋中的化学键。这可撕裂遗传信息。因此，病毒或细菌不再具有传染性，即无法繁殖。UV-C辐射的“杀伤因子”（换言之，必要剂量）因微生物而异。由于265nm紫外线对生物细胞中的DNA和RNA分子结构的破坏力最强，因此理论上杀菌效果最好。Lugauer对此补充解释道：“由于UV-C LED效率随波长下降而降低，因此我们一方面优化LED波长以实现高效率；另一方面，我们注重合理能效，同时产生高水平的有效辐射。”

4、寻找新材料

事实上，UV-C LED的创新性离不开材料系统的加持。UV-C LED由氮化铝镓(AlGaN)构成。从化学角度而言，和用于蓝色和绿色LED，且大家更熟悉的氮化铟镓(InGaN)极为相似。因此，几乎适用于所有芯片生产中的制造过程——只有外延过程完全不同。

但如果想做到紫外就需要往InGaN中不断掺杂铝，铝掺杂得越多，波长就降得越低，但同时由于掺杂率的问题，芯片的效率也会逐次降低，这也是为什么很多厂商在做UV-C LED时尽量不把波长做得太短的原因。其次，InGaN要外延制造AlGaN半导体晶体，还需要高达1400℃的高温。

此外，有些新工艺只能在经过专门设计的外延工厂中进行。更重要的是，LED封装需要特殊封装材料以增加芯片光输出。常规LED中通常用于此目的的透明硅胶材料在受到高能UV-C光子照射时会很快分解。因此，要找到并测试对UV-C光足够稳定且透明的新材料，绝非易事。作为唯一可透过UV-C的材料，特殊石英玻璃正是不二之选。

5、准备就绪，迎接未来

“解决基本生产流程和材料问题后，我们亟需应对效率和可靠性问题。要实现经济、高质量地生产UV-C LED，大量的开发工作必不可少。当下情况与十年前情况颇为类似，当时通用照明用的LED仍效率低下且价格昂贵，而现在该情况已从根本上得到改变。对于UV-C LED而言，改变也将随即而至。” Lugauer说道。这一喜报足以为未来应对病菌挑战注入强心针。

目前，艾迈斯欧司朗已推出275nm波长下的UV-C LED系列产品。此外，其聚焦273nm波长推出的100mW大功率的UV-C LED产品OSLON® UV 6060，也将成为大流速流水消杀的一个新选择。

事实上，就在去年2月份，艾迈斯欧司朗收购了美国深紫外LED供应商Bolb Inc约20%的股份，旨在通过该项战略投资，进一步扩展在UV-C灭菌应用领域的技术与产品布局。可以说，不论是UV-C LED，亦或是艾迈斯欧司朗在其领域的未来表现，都值得业界期待。