從光學與結構角度設計UVC LED模組,攻克不同殺菌領域

作為新興利基市場之一,UV LED熱度逐年增加。近年來,越來越多廠商加入UV LED研發陣營,積極擴大佈局以搶佔更多市場份額。LEDinside《2019 深紫外線 LED 應用市場報告- 殺菌、淨化與水處理市場》報告顯示,2018年,受全球經濟大環境影響, UV LED廠商營收雖達不到預期的爆發式增長,但也實現了穩定的增長。

UV LED的應用場景非常廣泛,LEDinside認為,除了UVA工業應用市場以外,UVC在表面殺菌、空氣殺菌淨化、靜止水殺菌、流動水殺菌將成為未來五年(2019-2023)UV LED市場的主要成長動能。淨水殺菌、表面殺菌、空氣殺菌及一些特殊殺菌四大領域對UV LED模組的要求各不相同,但主要皆涉及殺菌率、壽命週期和安全性問題。

杭州慧億科技有限公司針對UVC LED產品的殺菌率、壽命及安全性三個方面,從功率、波段和模組結構角度來設計高性能的UVC LED模組解決方案。

據慧億科技研發中心負責人 孟楠博士介紹,殺菌率由三個參數決定,依次為UVC LED功率、UVC LED波長和UVC LED殺菌時間。

慧億科技研發中心負責人孟楠博士

UV-C LED功率直接影響殺菌效率,若流水模組要實現99.99%甚至更高的殺菌率,殺菌功率需要滿足更高的要求。此外,每一顆LED波段不一樣,其功率也有所不同。資料顯示,殺菌率受LED波段的影響。例如,從273到281的波段,殺菌率逐漸下降。由此可見,模組殺菌率和UVC LED的波段也直接相關。然而,目前市場上可供選擇的波段不多,因此,只能在功率上提供更多的選擇。

孟楠博士指出,殺菌率有三個決定因素,其本質是一個能量的吸收,能量及功率均不同時,可以通過殺菌時間來控制,而時間則涉及結構的設計。一般情況下,模組結構設計以散熱為導向。

據介紹,大功率模組和低功率模組都面臨光電轉化效率低的問題,導致UVC LED消耗的電能有95%以上是以熱的方式散發出去,散熱設計不好會極大影響模組壽命。因此,模組結構設計以散熱優先為原則。具體來說,LED晶片的結溫需要控制在85攝氏度以下。一方面,選擇熱阻最小的LED燈珠基板。另一方面,對LED焊盤設計進行一些特殊規劃,擴大其敷銅面積,以達到更好的散熱效果。同時,在殼體結構設計和模組殼體設計上,避免密閉空間,促進空氣對流。此外,充分利用一些額外的散熱裝置,兼顧體積、散熱、經濟性和模組的應用環境。

目前,慧億科技在淨水殺菌、空氣殺菌領域都做出了一些成效。

在淨水領域,殺菌效果可以從兩個方面體現。其一是針對殺菌前後菌落總數的數量對比來定義,即殺菌率(殺菌率=殺菌後菌落總數/原始水中的菌落總數x100%)。通常殺菌率的要求是99.99%—99.9999%。其二是針對殺菌後淨水中殘餘的菌落總數來定義,以國家生活飲用水衛生標準GB5749-85為指導標準,目前規定的淨水出水口菌落總數低於100cfu/ml。

慧億科技針對現有家用及商用淨水器,分別提供符合客戶殺菌效果要求的靜態或動態UVC LED殺菌解決方案。首先,慧億科技採用的淨化模組LED,兼顧使用效果、使用壽命及使用成本。同時,提供日系、韓系、台系三種選擇,波段採用265-275nm。另外,產品搭配專利的散熱與光學設計,將LED的效能提升到最高,滿足客戶產品升級換代的殺菌需求。

據悉,2018年,慧億科技出貨超過100萬套的UV-C LED模組,預計今年淨水領域可以大量穩定出貨(國內國外)。

此外,慧億科技針對廚房冷熱水場合推出了多款使用不銹鋼外筒的方案。根據客戶的殺菌要求及預算,使用多顆265-275nm的大功率LED,針對流速6-8L/min應用場合,提供相應的產品,實現90% - 99.99%不等的殺菌效果。模組整體採用304食品級不銹鋼,在安全、環保及耐壓方面具有極大的應用優勢。

據瞭解,廚房冷熱水應用場合相比于飲用淨水,流速要遠大於一般飲用水淨水器,一般在6L/min以上,目前主要是外銷市場提出這方面的需求。

空氣殺菌方面,主要是空調搭配殺菌功能的應用。孟楠博士指出,空調產品一般應用在封閉的環境空間,由於缺乏新風換氣措施,且環境溫度通常在18-30攝氏度之間,為細菌病毒大量繁殖提供了最適宜的環境,容易導致使用人員,尤其是老人兒童等易感人群的反復感染。現有的殺菌方式或時效性不強,或無法針對所有種類的細菌病毒進行廣譜殺菌,或因殺菌時需要人員不在場,導致使用便捷性不夠。

為應對這些問題,慧億科技推出了體積小的空調殺菌模組,能夠直接整合於家用空調的進風口附近,其專利光學設計充分利用UV光, 可以與空調器聯動實現即時淨化,且安全性高,應用簡單方便。

慧億科技默默地深耕在UVC LED模組設計生產, 致力提供高效符合客戶需求的產品, 這次研討會上一次性展出, 深受其他與會者的注目。

(文:LEDinside Janice)

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