乾貨來了!集邦諮詢 UVC LED 產業研討會探討市場現狀與未來

2020年,疫情的爆發刺激了UVC LED的發展,也縮短了該技術的消費者教育時間。但在瘋狂的市場需求下,UVC LED在技術、效果、應用等方面仍面臨諸多難題。為探索新時期UVC LED產業的商機和解決方案,TrendForce集邦諮詢旗下光電研究處LEDinside聯合第14屆國際上海水處理展,於6月3日在上海順利舉辦了「2021 UVC LED產業現狀及技術趨勢研討會」。


 

會議高朋滿座,UV LED行業專家以及集邦諮詢分析師在本次研討會上展開了深入的解讀和交流,吸引了超過300家來自國內外光電行業的企業代表參會。

會議首先由集邦諮詢代總經理樊曉莉(見下圖)發表致辭。她向所有參會嘉賓表示歡迎和感謝,並表達了對UVC LED的展望、對行業發展的美好祝愿。


 

隨後,集邦諮詢分析師與UVC LED領域的行業專家相繼發表精彩演講。以下為演講嘉賓分享的主要內容。

LEDinside研究經理吳盈潔:2021深紫外線LED應用市場與品牌策略


 

UV LED無須預熱時間、不使用汞,所以具有環保、壽命長、節能、熱損失較少等優點。除此之外,UVC LED僅使用單一波段,光功率仍須提升,照射安全顧慮較小。加上光源小型化的優勢,可充分對應到小型空間與表面/空調殺菌的市場需求。

2020年疫情帶動了攜便式殺菌產品的市場需求,主要規格為3-5mW UVC LED產品。而2021年,中國、歐美、韓國、日本品牌廠商計劃將UVC LED導入新款家電產品之中。其中,空氣殺菌將是2021年領導品牌廠商重點佈局領域,主流產品趨勢朝向20-50mW UVC LED,甚至是更高光功率的UVC LED產品。

同時,UVC LED也將有機會導入原廠汽車空調、動態水殺菌、製造業設施與工廠自動化應用,因此UVC LED市場需求有望持續保持增長,帶動整體UV LED市場規模發展。根據TrendForce集邦諮詢預估,2025年UV LED市場規模將有可能到達23.96億美金,2020-2025年復合成長率為51%。

國星光電李玉容:UVC LED在健康消殺的應用發展


 

UVC LED在消滅病毒、淨化空氣、淨化水等方面均有顯著功效,該技術的應用及發展與人類的健康息息相關。

國星光電是專業的封裝企業,在UVC LED的光電轉換率、散熱、氣密性方面均有所突破。

在光電轉換率方面,國星光電在國內率先實現了中小功率UVC LED WPE突破5.6%,預計2021年Q4將突破6%,進一步推動UVC LED的應用;

在氣密性方面,國星光電從芯片結構分析,結合UVC LED產品半無機/全無機封裝結構,在原材料設計上增加微觀納米結構設計,提升產品氣密性,同時對產品封裝製程進行檢測,穩定產品品質;

在散熱方面,國星光電透過優化熱電分離設計,模擬熱分佈,降低器件的熱阻,增加了產品的散熱通道,提高了產品壽命。

儘管目前UV LED的量子效率仍無法與同族的藍光LED相比擬,但隨著外延技術的突破和材料質量的提升,可以預見,UVC LED的外量子效率會提升至25%,壽命超過10,000h,技術參數可以接近或達到和汞紫外燈相似的程度。屆時,UVC LED將在包括消毒淨化、環境監測、光固化、無創光療、非視距保密通信在內的眾多應用場景和領域獲得更廣泛的應用。

艾邁斯半導體與歐司朗範鎵:UVC LED最新技術進展與解決方案


 

與傳統汞燈相比,UVC LED在殺菌消毒方面具有更靈便、更安全、更可靠的優勢,而2020年的新冠疫情又促使UVC LED消毒市場快速增長,水消毒則成為UVC LED最大的市場。

UVC LED在水消毒可應用的領域十分廣泛,但大規模推廣仍受到一定局限,所以提高光效、可靠性和使用壽命,以及降低成本成為元器件廠商技術突破的主要方向。性能方面,目前275奈米的UVC LED性價比最高。

艾邁斯半導體與歐司朗在2021年3月完成合併,構建了領先的光學解決方案產品組合。

在水消毒領域,艾邁斯半導體與歐司朗主要推出OSLON? UV產品。據悉,OSLON? UV涵蓋中小功率,具備高效率、高可靠性;採用陶瓷基板、鍍金層、石英玻璃透鏡,產品性能高,符合ROHS標準。接下來,艾邁斯半導體與歐司朗即將推出業內最高光效的大功率OSLON? UV產品。

慧億科技孟楠博士:UVC LED殺菌模塊的優化設計與製造


 

只有完全滿足殺菌率、使用壽命、可靠性三大要求的產品,才是一款有生命力的產品。

殺菌率方面,紫外輻射強度是UVC LED殺菌成敗的關鍵,而輻照強度和照射時間又與輻射劑量息息相關,進而影響殺菌率。在整體殺菌模塊成本較高的前提下,最簡單可行的提升殺菌率的方法,就是延長LED點亮時間。壽命方面,UVC LED模塊使用壽命與燈珠的散熱直接相關,因此UVC LED殺菌模塊的結構設計應充分重視LED的發熱狀況。

全面可靠性的設計及驗證是保證UVC LED產品質量的唯一方法。目前,慧億已經著手建立紫外殺菌模塊的企業標準。

在應用領域上,UVC LED殺菌在淨水殺菌市場已經發展成熟,並逐漸走向高端市場。其中,慧億的紫外殺菌水龍頭集成了最新的模塊設計理念,光、電,熱聯合設計,殺菌、抑菌自動化控制,真正實現了即開即飲。

UVC LED正在積極開拓新的應用場景,慧億也不斷推出新的解決方案,如空間殺菌、家電殺菌、商場殺菌、醫療殺菌等。

安吉爾張建芳:淺談UVC LED紫外殺菌在飲水市場的應用進程


 

安吉爾自1992年成立以來一直致力於人類淨飲水事業。目前,安吉爾已擁有700多項國家技術專利,掌握著淨飲水行業大多主要技術。

安吉爾認為,UVC LED是一項行之有效的淨水機殺菌消毒技術,其中浸沒式低功率UVC LED殺菌模組可以安裝在淨水機壓力桶上,作為抑菌裝置使用。

在殺菌率方面,經實驗研究,UVC LED在3秒內可達99%以上的殺菌率,而冷陰極汞燈殺菌模塊則在啟動90秒後才能達到99%以上的殺菌率。

在光衰方面,大功率UVC LED燈珠(60mw以上)的光衰曲線顯示,其連續點亮超過1,000小時,光衰依舊相對平穩,可應用在家用2L/min流量的淨水機上;而當功率超過100mw時,連續點亮超過1,000小時則僅有部分廠家封裝的燈珠可以滿足的使用要求。

價格方面,功率100mw的UVC LED模組的成本在240-600區間,壽命只有1,000個小時,和熱陰極汞燈比較,壽命和售後成本依然沒有優勢,因此,UVC LED在應用中仍需解決成本及大功率燈珠的壽命問題。

首爾偉傲世林曉波:UVC LED在家電行業中的應用


 

當前,新冠病毒持續在全球傳播,殺菌消毒逐漸成為日常需求,健康概念已深入人心。海內外相關企業積極開發UVC LED技術為抗疫助力,包括首爾偉傲世。其violeds UV LED技術已於去年被證實可在30秒內殺滅99.9%的新冠狀病毒。

violeds UV LED的產品矩陣正在不斷擴大,應用場景也在持續延伸。截至目前,全球多家家電公司採用了violeds UV LED技術,導入到120多種家電產品中,例如海爾。

2021年,UVC LED在空調殺菌和水殺菌等家電產品的應用成為市場關注的焦點,可望為UVC LED帶來新一輪發展高潮。不過,UVC LED的光效率等技術瓶頸還亟待進一步改善。

首爾偉傲世一直專注於開發275奈米單一波長產品,其275奈米 UVC LED的光效率已達到20mW且已穩定量產出貨,電流輸出100mA亦不受影響,目前瞄準空調殺菌與動態水殺菌應用市場。

此外,首爾偉傲世的多晶UVC LED產品的光功率已可達到65mW,預期2021年將穩定生產,可滿足不同客戶需求。

升譜光電尹輝:高功率UVC封裝技術及水殺菌淨化模組應用


 

UVC LED雖然具有健康環保、應用便捷、瞬間啟動等優點,但成本高及光電轉換效率低卻成為其發展的最大掣肘。為此,升譜光電從封裝製程出發,在半無機封裝、全無機封裝上提出自己的解決方案。

升譜光電半無機封裝選用石英玻璃、電鍍銅鍍金PAD、氮化鋁基板三種主要材料,採用共晶製程固晶;而全無機封裝則分為有透鏡全無機封裝、無透鏡全無機封裝兩種,兩種全無機封裝方式均具備可靠性強、氣密性高、空洞率低、散熱性好等優點。

升譜光電UVC LED產品佈局完善,涵蓋小功率、中功率、大功率、超大功率,現已實現200mW批量化生產及出貨,預計在第二季度可實現100mW以上模組產品動態水殺菌應用,在第三季度將光輻射功率提高10%,並成功投產5L動態水模組。

水殺菌市場巨大,UVC LED的應用將從生活中涉及到的各類消費類用水電器(飲水機、洗碗機、洗衣機等)開始,逐漸滲透家庭用水領域。而生產、生活、環境水系統距離UVC LED殺菌還為時尚早。

沁園任君琪:UVC在淨水終端設備上的應用思考


 

在健康需求日益增長的今天,UVC LED憑藉著多項優異性能得到廣泛關注,但UVC LED在水殺菌消毒方面仍然面臨著許多問題。一是淨水器結構設計較為緊湊,但UV殺菌模塊體積較大;二是UVC殺菌模塊費用較高,其中動態UV燈的成本約佔櫥下機成本的33%;三是UV燈壽命無法量化;四是UVC殺菌模塊供應商未能為成品提供帶壽命測試的性能報告;五是塑料添加抗UV劑後的食品接觸安全問題及成本問題。

此外,UVC LED目前在淨水器中的應用並不十分完善。在一款商用機的售後維修信息中,UV燈組件的維修約佔總維修的50%,其中鎮流器損壞佔UV售後的40%;紫外線殺菌器外殼破損佔30%;殺菌器殼體有沙眼佔20%。

為了讓UVC LED順利開拓淨水器市場,UVC LED殺菌模塊需要往體積更小,形狀更加扁平;殺菌效率更高,壽命更長;價格更低三大方向發展。

朗德萬斯陳華明:UVC LED用於通用照明市場前景展望


 

在可持續性發展、城市化和人口增長、萬物互聯、健康、安全、老齡化、個性化這七大趨勢的帶動下,照明行業迎來了新一輪的增長。健康、創新、光控制、家庭自動化等相關新技術照明產品得到廣泛認可和推廣。其中,UVC LED因應健康需求,擁有廣闊的市場空間。

目前,UVC LED封裝產品的光電轉換效率僅為3%,價格卻高達0.15-0.8 USD/mW;而汞燈的光電轉換效率為30%,但價格僅為0.0005 USD/mW以下。性能與價格之間巨大的矛盾限制了UVC LED的應用,因此,UVC LED殺菌的應用範圍僅限於短距離、小空間場所,如便捷式日用品消殺盒、電梯扶手殺菌器、水淨化器、空氣消殺/淨化器。

隨著技術的進步,預估UVC LED光電轉換效率將以每年25%的速度提升,成本則以每年40%的速度下降。當可量產的UVC LED的光電轉換效率達到10%,將加速UVC LED在殺菌消毒領域的應用;達到20%則將逐步取代汞燈,並開拓新的應用領域。

安芯美苗延鎮:UVC LED應用設計的技術瓶頸與突破


 

UVC LED在抑菌和殺菌上的應用越來越廣泛。

表面殺菌方面,不同的產品品類對UVC LED的要求有所不同。其中,奶瓶消毒器需要在底部側面的能量分佈採用反光杯設計,以便達到更好的殺菌效果;牙刷盒需要在內壁鍍鋁或使用不銹鋼材質,以增加紫外光反射、保證殺菌覆蓋面積。

空氣殺菌的應用包括空調殺菌、汽車後裝殺菌、汽車前裝殺菌等;光觸媒的應用則包括空氣淨化器、冰箱除味。

靜態水殺菌方面,對比水箱頂部、底部以及側面中心三個位置,將燈珠安放在頂部的效果最好;同時,照射區域比照射距離更關鍵,因此UVC LED佈局應該盡可能減少照射死區。而在水箱材料方面,不銹鋼耐UV性能最好,HD-PE次之,TPU、PP基材均存在較大色差。

流動水殺菌是UVC LED殺菌的主要應用方向,主要面向商用飲水機,如機關,公共場所,幼兒園等有剛性需求的客戶。目前流動水殺菌模組設計能力大約為2L/分鐘的流速,一般取水測試的時間均低於30秒,而安芯美採用獨特的散熱技術,動態水殺菌模塊可實現5分鐘以上長期穩定工作,可保證4L-6L/分鐘流速下的穩定殺菌。

江舟:過流式殺菌模塊新動向與趨勢


 

過流式水殺菌是UVC LED應用領域中一個重要的分支,在民用、商用以及工業領域都具有廣闊的應用前景。新冠疫情提升了大眾對紫外殺菌的認識,在公共飲水機以及家用殺菌龍頭需求的刺激下,最近一年過流式殺菌模塊發展迅速。

與去年同期相比,2021年主流廠商的過流式殺菌模塊數量翻了一倍,殺菌率從3LOG提升到5LOG(大腸桿菌),家用、商用模塊的體積縮小25%,售價降低27%。產品整體性價比的提升主要來源於光源波長、產品結構以及材料的優化,後續產品的降本動力主要來源於UVC LED成本的下降。

隨著技術進步,流動水模塊設計廠商在產品設計上的軟實力差距正在逐步縮小,UVC LED、光學材料等硬實力將成為拉開產品差距的關鍵。在光源的選擇上,高WPE的UVC LED在產品設計中更具靈活性。

此外,目前在常規(龍頭、飲水機等)應用領域,以UVC LED為光源的流動水殺菌模塊在性能參數上已接近傳統的汞燈模塊,但在價格上仍有一定的差距。而在工業應用領域,UVC LED在WPE、壽命、價格等幾個關鍵參數上與汞燈仍有較大差距,預計在2026年左右UVC LED可開始替換工業用汞燈。

本次研討會的最後一個環節是沙發論壇。沙發論壇特別邀請了升譜光電副總經理尹輝擔任主持嘉賓,至芯半導體執行總經理黃小輝、日益興科技銷售總監陳奕君、廈門水怡寶總經理崔來、安吉爾副總裁趙凱、沁園商用研發總監任君琪、遠方光電照明事業部總監孫建佩擔任對話嘉賓。

對話嘉賓涵蓋UVC LED芯片、封裝、應用全產業鏈,在各抒己見中,為與會觀眾理清了UVC LED的產業脈絡,加深了對技術發展趨勢、應用方向的認知。

(圖文:LEDinside)

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