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新冠肺炎带起UVC的需求
新冠肺炎, 让许多经济活动停摆, 正当人类开始是适应新常态的生活时, 有一种旧应用(产品)犹如绝地重生般地活跃在舞台上, 它就是紫外光(UV), 尤其是可以杀死细菌的紫外光 200-280nm 的 C波段 (UVC)。
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几个月来, 许多 UVC 对抗新冠病毒新闻出现后, 很多人开始了询问与了解, 一下子UVC有如神助, 各家LED厂商纷纷出来蹭热度, 推出相关的UVC LED产品, 晶片、封装、模组、成品纷纷上市, 询问度爆表。正当大家沉浸在一片大好的气氛之中, 最近的两则新闻, 无疑是对UVC LED产品浇了一盆冷水！
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首先, 昕诺飞(Signify)和 欧司朗(Osram)两大厂先后公布其 UVC的产品线, 其中增加了大多是传统UVC的灯管(Conventional lamp)而非 UVC LED的产品！另一则是北美照明工程协会(IES)携手国际紫外光应用协会(IUVA), 着手制定UVC灯具的美国国家标准(ANSI), 其中大半是以传统UVC灯管为光源根据。
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根据国际禁用水银的《水俣公约》(the Minamata Convention on Mercury)，传统UVC的灯管因为使用水银, 陆续被停用或是禁用, UV LED取而代之。不少厂商准备许久, 想要大举进攻, 分食这块大饼。2017年, UV A波(360-410nm)在工业应用陆续增加份额; 2018年中UV C波段的产品陆续出现在家电、净水器等产品上; 2020年这场不可预期的新冠肺炎, 大大地帮UV C波段添了油, 本将要一举跃上主舞台, 但是接连的新闻却不如预期！大起的同时, 暴露出现阶段 UVC LED的根本问题: 一是技术(例如：产能, 光能量与模组设计), 二是价格。
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“现在的LED技术用来杀菌是不可行的”, 昕诺飞的高层在前几天UVC产品发表接受访问时说道, 也表示：“如果使用LED, 就价格和用量来说, 是完全没有竞争力”
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欧司朗高层亦有接近的评论: “我们一直在经营某些LED还不可行的工业应用领域, 包括UVC。”
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加上近来市场充斥各样的标榜杀菌的UVC LED消费性产品, 像手持式杀菌灯, 杀菌盒…等, 这些产品销量不低, 但是负评亦不少, 其中最大的质疑就在于其杀菌力! 这问题一直没有正确的答案!
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综上所述, 看似红火的UVC LED似乎只是假象, UVC LED厂家该何去何从呢？
UVC杀菌原理
紫外线(UV)杀菌的原理，是紫外线可以破坏微生物体中的DNA (去氧核醣核酸)及RNA (核醣核酸)的结构, 使得构成该微生物体的蛋白质无法形成, 使其立即死亡或丧失繁殖能力。一般来说, 经紫外线照射1~2秒钟内就可达到灭菌的效果。根据研究, 紫外线分成三个波段, 其中只有C 波段(200-280nm)才有杀菌的效果, C波段中杀菌力最强的区间在253-254nm间。
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利用UVC杀菌是很老的应用了, 过去利用UV杀菌灯(又名低压汞蒸气放电灯, 含有水银和臭氧)消毒杀菌，长期被使用在饮水的消毒、污水消毒、空气淨化杀菌、医疗用品消毒、餐饮用具消毒、票证消毒等等不胜枚举，应用很广。
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目前使用UV消毒杀菌灯，最普遍存在的问题是，对灯管亮度衰减未被重视，认为灯只要亮着，就一定具有杀菌能力。对于灯管的好坏、优劣，都以一般使用日光灯的观念来评估。
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依据消毒杀菌技术标准的指导，每一种微生物都有其特定紫外线杀灭、死亡剂量标准，其剂量是照射强度与照射时间的乘积：
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“K (杀菌剂量)＝I (照射强度) X t (照射时间)”
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从公式得知，高强度短时间与低强度长时间之照射其效果是相同的。一般的使用者，对灯管用了几年? 照射强度有多少？是否仍然有杀菌能力？无法作复查检测，完全无法掌握。对于欲消毒而未被完全消毒之产品，照样生产、销售、使用而不管其带菌状况，实在是承担着极大的风险。
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UVC之穿透能力，并不如想像中之高，任何灰尘、纸、金属、塑胶纸片都会大幅减低照射强度。因此灯管表面的灰尘、油渍都会直接影响其穿透能力。UVC对细菌有强大的杀伤力，对人体同样有一定的伤害，人体最易受伤的部位是眼睛和皮肤，因此在UV灯开启时, 都应该使用防护设备。“昕诺飞和欧司朗都有在UVC灯具上加装保护措施, 例如感应器, 当有人经过, 灯具会自动关闭＂
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有以上种种限制, UVC灯消毒应用虽然很广, 始终被限制在特定的市场与环境！
UVC LED的困境
2018年, UVC LED的晶片功率到达一个水平, 价格相较于过去也亲民许多, 许多厂商开始推出使用UVC LED的产品, 其中最多的应该是在水净化方面。LG, Seoul Viosys (SETi), Asahi Kasei (Crystal IS), AquiSense, Dowa, Jason都是当时的主要players。不过, UVC LED真正成为镁光灯焦点是要到2020年初, 完全拜新冠肺炎所赐!
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由于新冠肺炎全球爆发, 个人与公共环境的卫生备受重视, 有心的业者利用UV LED的优势, 一举推出标榜方便携带的产品, 例如UV LED口罩, UV除菌棒/手电筒, UV LED口罩消毒盒, UV LED空气清净器, 车内空气清净器…等, 产品玲琅满目, 品质参差不齐, 加上利用网路销售, 许多不肖的厂商更是趁此大捞一笔!
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顿时间, UVC LED无端受到牵连, 跌下神坛！
应用与出路
一般人根据报导知道紫外光可以杀菌, 并不会知道究竟是哪一个波段? 或是哪一种光源? 但是对于本来准备要停产的传统照明或是材料厂商来说, 这波UVC灯管的需求无疑是天上掉下来的大礼! Signify 不只扩大产品种类, 增加产能, 还重金投资了在荷兰的UV灯管制造厂(GLA)! 由此看来, 这波UVC灯管的需求, 短期是不会消退了!
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就笔者所在的连接器产业集团, 合作UV应用厂商不少, 目前量产的需求, 80%以上光源是采用传统UVC灯管, 因为灯管所使用的连接器, 多为两个和四个接口以及金属材质或是特殊塑料, 很容易判别。至于客户别, 除了传统照明厂商外, 还多了工程设备厂商, 电子设备厂家, 机器人制造商, 家电品牌等, 十分广泛。
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目前UVC主要有三个大方面的应用:
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第一, 空气净化: 结合空调系统或是灯具, 加入UVC灯管, 以达到空气除菌的效果. 例如: Osram的AirZing; Signify的TUV系列, American Ultraviolet的ICR系列;
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第二, 特定空间的净化: 主要以自走型机器人(AGV)与UVC灯管的结合, 在特定时间对于特定区域做消毒的工作, 例如 UVD的消毒机器人; Amazon 的UV消毒机器人, Purd UV在纽约地铁... 等;
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第三, 物品的净化: 箱体内部加入UVC 灯管, 将要消毒的物品放入, 最红的莫过于口罩消毒箱,以及各种医疗用品的消毒箱, 和大型冷冻冰柜内加装UVC灯管等;
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重点在于, 因为UVC灯管的尺寸规格统一, 结构设计和电路设计比较固定, 厂商很快可以根据需求推出对应的产品, 这加速推升UVC灯管市场的占有率, 就不难了解Osram/Signify/Acuity等传统品牌, 一方面增加产能与一方面积极与各类应用公司策略合作抢占商机。
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笔者在LED产业多年, 看到UVC灯管需求大增, 似乎排挤了UVC LED的发展, 有点担心, 故提供些许建议给大家参考。
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以目前的三大应用来看, LED最有机会在物品净化上, UVC灯管有先天发热的劣势以及LED在体积与耗能上的优势, 非常有机会抢回市场, 不过LED厂商必须要有心理准备, 如要取代灯管, LED可以根据灯管规格设计灯板, 使用正确的连接器, 让LED灯板驱动可以直接和供电对接, 增加替换的机会。
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接下可以针对使用自走机器人(AGV)搭配UV灯管的应用下手, AGV使用电池, 如果光源可以省电, 机器人的工作效能可以更高, 这应用如果要以LED来取代灯管, LED需要利用光学设计辅助, 以增加单位面积能量; 驱动设计要配合主流的电池规格; 连接器选择要注意震动, 这样一来, 整个LED模组的设计的难度不低, 但并非没有机会, 加上这个需求亦可协助LED厂家切入机器人庞大的市场。
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由于环保与节能等因素, UVC灯管始终是过渡产品, 现阶段由于LED效能与价格, 在部分应用上无法使用, 但是细心了解后, UVC LED的商机无限, 需要LED业者大家配合, 投入资源, 不要短视近利!
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2019年UV LED进入增长期的元年。2020年的这场疫情, 更是加速了UV LED的增长, 即使UVC灯管厂商分去大多数增长的业绩; UVC LED业者, 因为基数低, 今年Q1/Q2的大多数同比成长都超过100%以上。疫情增加了消毒杀菌需求, UVC LED的需求是长期的, 只要稳步前进, 甜蜜的果实始终甜蜜。
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作者介绍: Charles Wu (吴嘉祥)
二十年以上跨国工作经历, 十年LED产品行销业务工作经验, 参与过背光, UV, 车用照明等市场应用。现在安费诺集团旗下安费诺亮泰, 担任全球LED应用市场开发总监。
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