【原创】鸿利秉一谈UV LED之专业细分

摘要2017年小间距显示、车用LED、手机LED闪光灯等细分市场受到关注;生物农业光照、光医疗、通讯、安全、杀菌消毒等创新应用将成为替代阶段之后的新增长点和长期成长动力。

　　国家半导体照明工程研发及产业联盟产业研究院 CSA Research表示，2017年小间距显示、车用LED、手机LED闪光灯等细分市场受到关注;生物农业光照、光医疗、通讯、安全、杀菌消毒等创新应用将成为替代阶段之后的新增长点和长期成长动力。在半导体照明日趋成熟，市场也被逐渐细分。与照明市场不同的是UVLED，在产业刚刚发展壮大的今天，UVLED特殊照明诞生之初，其应用就存在专业性的细分。

　　UVLED波长范围

　　UVA 波长在 320-390nm ，又称为长波黑斑效应紫外线。它有很强的穿透力，可以穿透大部分透明的玻璃以及塑料。 360nm波长的UVA紫外线符合昆虫类的趋光性反应曲线，可制作诱虫灯。300-420nm波长的UVA紫外线可透过完全截止可见光的特殊着色玻璃灯管，仅辐射出以365nm为中心的近紫外光，可用于矿石鉴定、舞台装饰、验钞等场所。

　　UVB 波长在 280-320nm，又称为中波红斑效应紫外线 。UVB紫外线对人体具有红斑作用，能促进体内矿物质代谢和维生素D的形成，但长期或过量照射会令皮肤晒黑，并引起红肿脱皮。

　　UVC 波长在 280nm 以下，又称为短波灭菌紫外线。它的穿透能力最弱，无法穿透大部分的透明玻璃及塑料。日光中含有的短波紫外线几乎被臭氧层完全吸收。短波紫外线对人体的伤害很大，短时间照射即可灼伤皮肤，长期或高强度照射还会造成皮肤癌。紫外线杀菌灯发出的就是UVC短波紫外线，能够破坏细菌、孢子等微生物的RNA、DNA结构，进而起到抑菌、杀菌作用。

　　可以看到，依据不同的波段，UVLED可应用领域非常多，但同时也被各种各样的应用细分成专业的不同领域。

　　紫外线身份验证、条码(230-280nm)

　　鉴别和体液检测和分析(250-405nm)

　　蛋白质分析和药物发明(270-300nm)

　　这是因为UVLED的应用，被各个专业领域细分，因为细分各个领域的应用有着很强的专业性，因此需要UVLED的从业者们在各块的应用有很强的专业知识积累，并不是局限于UVLED封装一个小领域，必须积极的了解下游使用特性、使用条件、使用要求。

　　在面对工业应用的固化领域应用，其要求可归为：高效、高速、稳定。

　　对于高效的定义，并不单单指的是UVLED较传统的水银灯在节能上的优势，比例UVLED在光谱的纯度、光电的转换效率等方面。在UVLED 固化领域从业者必须考虑到系统最后的能效。

　　高速：在商务印刷、标签印刷等领域，要想取代传统的UV固化，配适光源衡量的标准之一就是速度，例如在标签印刷领域速度一般要求100m/min，UVLED只有在速度上能够达到这样的标准才能够让客户做到无差别取代应用。

　　稳定：在工业应用领域，对UVLED稳定性存在硬性的要求(光功率输出、导热散热、寿命等)，由于UV固化领域存在高速的要求，UVLED的稳定性要求显得特别突出，因为UVLED的失效往往会给客户带来很大经济和时间上的损失。

　　在固化领域，作为一套系统，能够适应各式各样的胶水固化、油墨固化的工艺。首先需要考虑的问题是UVLED 波段的选择，而波段的选择在技术层面很大程度上取决于与所对应的油墨中所含引发剂的吸收窗口。不知光引发剂需要的UVLED能量，盲目地超量供给，这种做法不仅浪费能源，还会引起过量固化的负效应，如爆聚、反固化反应等简单举例：

　　作为一项取代，传统热固化油墨、UV固化油墨、UVLED固化油墨存在哪些差别?

　　引发剂添加量、添加种类对印刷质量(颜色、结合力、耐候能力)存在哪些影响?

　　油墨中存在的溶剂(水、有机溶剂或无溶剂)对印刷质量、环境的影响如何?

　　图1 热固化油墨与UV油墨固化差别

　　图1给出示意图，表明传统热固化的油墨与UV固化油墨存在的差交易，最大的区别在于，热固化油墨中存在大量的有机溶剂，固化之后的体积收缩非常大，与之不同的是UV油墨固化后不存在很大的体积变化，这将极大的减小VOC的排放。

　　在UVLED固化领域，一般为定向性应用，尤其针对于UVLED胶印市场。而对于UVLED杀菌、空气净化灯领域，则需要广角。因此在不同的应用领域所需要的产品是不同的。

　　图2不同出光光形示例 

图3时间/距离对照射强度的影响

　　针对于工业应用的UV LED一般采用主动散热方式，其功率动则数千瓦，对于热量的管理就显得尤为突出。如果散热不好，UVLED容易出现衰减，甚至是失效。

　　若LED芯片的工作时产生的热量不能及时散出，就会导致芯片的结温急剧上升。随着结温升高，LED芯片的正向压降下降，光色往红波长偏移，发光效率降低，还可能由于产生热应力，影响LED的发光效率和可靠性。对于小功率UV-LED发光功率小，热量也不大，散热问题显得无关紧要，而对于大功率UV-LED封装，为提高光强，一般需采用阵列模块方式。由于发光芯片的高密度集成，散热基板上的温度很高，因此必须采用热导率高的基板材料和合适的封装工艺，以降低封装热阻，在极小的LED封装结构中管理极高的热量。

　　UV LED另一项应用是宝石鉴定，例如：

　　1)帮助鉴定宝石品种：某些强荧光的宝石具有鉴定意义，如红宝石中的红色荧光。

　　2)帮助区分某些天然宝石与合成宝石：如大多数天然蓝宝石无荧光，维尔纳叶法合成的蓝宝石有荧光。

　　3)帮助区分某些天然宝石与人工处理宝石：如翡翠有荧光则整体发光。某些酸处理翡翠有胶充填时，充填物胶有荧光。翡翠发光性，整体发光的为天然翡翠;局部发光的为注胶翡翠。

　　4)帮助鉴别钻石及仿制品：钻石荧光的颜色和强度变化较大，可呈现不同的颜色，蓝、绿、黄、粉红;强度可呈强、中、弱、无，这一现象对群镶钻石鉴别具有意义。而仿钻材料如群镶时则发出均一性的荧光。钻石的荧光特征也有助于区分天然钻石和合成钻石。①来源 UV.SIS

　　图5 UVLED 用于宝石鉴定

　　迄今为止，微生物的不同生物时间对紫外线杀菌效果的影响的系统实验报道不多，有人对紫外线空气杀菌的有关实验研究发现：夜间(无可见光)紫外线空气杀菌效果优于白天(可见光下)。这是因为不同的生物时间，细菌体内的“光复活酶”有着不同的生物效应，在白天细菌体内的“光复活酶”获得能量，使损伤的DNA修复，可形成单体细菌重新恢复生活状态，而在夜间“光复活酶”则不能发生此生物效应。针对十大病菌

　　表1 不同细菌杀菌效果(280nm)

　　图6 UVC LED杀菌原理示意图

　　针对紫外线杀菌，最有效的波段为260-280nm，如下图所示：最有效的波段是265nm附近。针对280nm紫外线同样具有杀菌效果，下图对比265nm/285nm波段的紫外线对大肠杆菌的杀菌效果。

　　可以看出，265nm、285nm同样都可以达到高效的杀菌效果，所不同的是对能量的强度要求，对照射时间的要求不同。在实际的应用中，杀菌效果还受水温、水质等一些列因素的影响。

　　总而言之，UV LED市场的前景看好，各个应用领域专业性较强，因为专业市场被细分。要在UV LED的应用市场有所建树，需要有相对专业的知识支撑应用，要有强大的资源整合能力。

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