当国际照明品牌增加传统UVC灯管产品线时, UVC LED该何去何从?

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)。
 
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！
 
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。
 
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。
 
“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”
 
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。”
 
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!
 
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。
 
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。
 
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。
 
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：
 
“K (杀菌剂量)＝I (照射强度) X t (照射时间)”
 
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。
 
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＂
 
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!
 
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!
 
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!
 
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。
 
目前UVC主要有三个大方面的应用:
 
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;
 
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;
 
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;
 
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。
 
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。
 
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。
 
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。
 
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!
 
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。
 
 
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。