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聚焦細分市場新熱點 全球UV LED發展初探

文章出處:責任編輯:人氣:-發表時間:2017-04-05 10:28【

  隨著2016年的通用照明領域大洗牌,2017年各大企業的關注點開始轉移到了細分領域。據估計,2016UVC LED殺菌與凈化應用的市場產值達2800萬美元,2021年將達2.57億美元,年復合成長率高達56%。然而,UV-CLED產品技術門檻相當高,不論在磊晶、晶片技術、封裝與市場接受程度等都面臨諸多挑戰,盡管如此,有研究報告顯示,以高科技創新為特色的深紫外LED應用廣泛,將成為全球LED研究與投資的新熱點。本文將嘗試窺探世界各地近年投入研發成果的發展脈絡。

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歐美

  RayVio公司

  2015年,全球深紫外LED器件和消毒系統解決方案商RayVio公司宣布實現深紫外LED的光功率性能記錄。據介紹,美國RayVio科技公司 (RayVio Corporation) 是由Yitao Liao博士和Robert Walker博士于2012年創建的高科技公司。RayVio科技總部位于美國加州硅谷,致力于研發及商業量產化紫外LED和基于LED的應用模組與系統。RayVio通過使用獨特的深紫外LED外延技術,RayVio在單芯片0.15mm2發光面積內實現直流輸出深紫外波段(260280納米)45毫瓦光功率,創造出30W/cm2連續波光功率密度的紀錄。該公司使用全新的外延方法,使其能夠提供比市場現有產品更高的光功率和更低的成本。

  20167月,RayVio公布的深紫外UVC LED殺菌解決方案的測試結果表明,RayVio深紫外UVC LED比目前最常見的殺菌產品能夠更快、更有效地殺滅醫院和家庭環境中的細菌,可進一步消除公眾和家庭環境下的相互傳染風險。一顆RayVio深紫外UVC LED能夠在60秒內殺滅99.9999%的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)、李斯特菌和沙門氏菌的細菌樣本,而利用多顆深紫外UVCLED就能夠更快地殺滅細菌或殺滅更多細菌樣本。據悉,利用RayVio深紫外UVC LED285納米發射波長,研究人員以10毫米的距離照射細菌樣本,按照介于5秒和80秒之間的時間間隔來測量細菌數量的變化。5秒時,99.99%的細菌被殺死。60秒時,99.9999%的細菌被殺死。

  RayVio的深紫外UVC LED技術在所有同類深紫外LED中具有每平方毫米最高的殺菌效力,除了小巧,還能夠快速的與其他應用產品結合,如消毒導尿管、醫生的手機和醫院的門把手等高感染風險區域。相關研究結果表明,與目前的消毒解決方案相比,深紫外UVC LED照射能夠更快、更徹底地高效殺滅細菌。醫院常常使用化學消毒劑,需要幾分鐘才能有效地殺滅細菌,如MRSA和沙門氏菌。常見的酒精洗手液需要一分鐘或更長時間才能完全生效,但效能只能達到99.99%。更長的曝露時間增加了人為誤差以及無法全面消毒的風險。盡管傳統水銀燈產生的深紫外光源能夠消毒,但它們體積過大、易損壞并且含有限制使用的有害物質水銀。

  同年11月,RayVio推出了一款便攜式嬰兒用品消毒器,據稱,這款名叫Ellie的產品小巧輕便又功能強大,能在60秒內殺死99.9%的有害細菌,從奶瓶到奶嘴,從磨牙環到小玩具,都能快速消除表面細菌,且只有0.9公斤,每次充電能使用一周,可以成為一個攜帶式的消毒柜。據介紹,Ellie是全球首款采用TRUVIOLET深紫外技術的C端嬰兒用品消毒器,它采用了RayVio最新LED數字化芯片,這也是RayVio推出的第一款消費場景產品。LED芯片能發射出深紫外(UVC)波長的光線,在任何環境下進行既快捷又不產生任何化學物質的殺菌。由于深紫外LED芯片本身就對消毒最拿手,RayVio首款產品選擇嬰兒用品便攜式消毒器也就順理成章了。此外,RayVio還有意與醫療衛生健康領域的各廠商牽手,推出能消毒的水杯、凈水器等更多深紫外線LED民用產品,形成一個真正的產業生態。

  美國康乃爾大學

  2017年初,美國康乃爾大學的研究團隊研發出一種體積小且更環保的深紫外線LED光源,并創下目前業界deep-UV LED最低波長的紀錄。據悉, UV-C紫外光波長僅200280奈米、能量高,可以穿透病毒、細菌、真菌和塵螨的薄膜,攻擊DNA并殲滅這些有害的有機體。研究人員采用原子級控制界面的氮化鎵(GaN)與氮化鋁(AlN)單層薄膜為反應作用區域,成功發射出波長介于232270奈米的深紫外LED。這種232奈米的深紫外線,打破了由日本團隊創下的239奈米紀錄。

  目前紫外線LED最大瓶頸就是發光效率,這可以由三個方面來衡量,分別為注入效率、內量子效率(IQE)、 出光效率。如三個方面的效率都達到50%,相乘起來只有八分之一,等于發光效率已降到12%。在深紫外線波段,這三方面的效率都很低,但研究團隊發現,利用氮化鎵取代傳統的鋁氮化鎵,可以提高內量子效率和出光效率。為了提高注入效率,研究團隊采用之前開發出的技術,在正極(電子)和負極(電洞)載體區域,采用極化感應摻雜法來實現。深紫外光的應用領域包含食物保鮮、假鈔辨別、光觸媒、水的凈化殺菌等。在成功提升深紫外LED的發光效率后,研究團隊下一步會將光源整合到裝置內,朝上市的目標邁進。(www.nipponisimo.com)

  歐司朗

  此外,有消息指歐司朗在UV LED領域制定了將不可見光光電產品組合擴展到UV-C波長范圍的戰略,并于2017年的215日,與AlN單晶基板供應商HexaTech公司簽署兩項戰略協議。這些協議包括長期供應協議和若干HexaTech的知識產權(IP)許可,其中,前者涉及作為HexaTech公司2英寸(直徑)基板開發項目的直接支持的氮化鋁(AlN)基板。據報道,此舉有助于歐司朗加速其基于HexaTech材料的UV-CLED器件開發,從而使其成為主要的高性能光電技術提供商,提供從深紫外波長到紅外波長的各種產品。

  中國

  圓融科技

  20151016日,圓融科技發布公告稱,分別以現金和換股方式收購張國華、上海久卜等9名股東持有青島杰生電氣合計85.61%股權,深紫外LED芯片成為了圓融科技收購青島杰生電氣后獨家擁有的技術。深紫外LED主要應用在四個方面:空氣,如空氣凈化、空調殺菌功能;食品,如冰箱食物保鮮等;水,包括自來水桶裝水、野外江河湖海自然水消毒后的飲用;而更誘人的方向在醫療體系。據介紹,早在2013年,全球紫外LED市場規模已達8億美元,預計整個產業鏈的放大效應在80-100億美元之間。有分析指出,這個市場如果進一步成熟,應用也會再擴大。

  2016126日晚間,圓融科技發布公告稱,經過國家級認證機構“中國杭州遠方檢測校準技術有限公司”的檢測論證,其公司控股子公司青島杰生電氣有限公司研發的280納米大功率深紫外發光芯片,單顆芯片最大光輸出功率創造了新的世界紀錄。該紀錄再次奠定了圓融科技在全球固態深紫外發光芯片領域的領先地位。據悉,青島杰生電氣有限公司研發的280納米大功率深紫外發光芯片,常溫常壓和1000毫安電流連續通電條件下,其單顆芯片獲得了穩定的176.6毫瓦輸出功率,而電壓只有5.8伏。這些優異的電學特性使得該大功率芯片能夠直流通電到1安,才接近輸出功率飽和。該項單顆芯片最高輸出功率紀錄已遠遠超過了最近美國SETI 公司報道的100毫瓦、日本信息通信研究機構與德山的90毫瓦記錄。

  20161021日,圓融科技宣布青島杰生電氣有限公司正式推出壽命達到1萬小時的10毫瓦UVC(深紫外)LED產品,這一水平處于世界領先地位。據報道,該公司產品包括2毫瓦,5毫瓦和10毫瓦不同功率檔,30毫瓦以上大功率的產品將在后期陸續推出。圓融科技兼青島杰生董事長梁旭東曾經表示,該公司的目標是給世界提供高效耐用,高性價比,最好的深紫外UVC LED器件。相信其最新的長壽命產品的推出,將進一步推動市場應用,并承諾將緊密的與客戶合作,提供全方位解決方案。”

  20173月,繼去年推出壽命1萬小時10mW UVC LED產品和基于HeaChips健康芯片技術的靜態水和流動水殺菌模塊之后,青島杰生電氣有限公司再次實現技術突破,自主研發出100mW級別的UVC LED產品。該產品整體體積小,卻可發出100mW275nm深紫外線。這將為大流量的流動水和空氣類殺菌方案設計帶來了無限想象和應用空間。據介紹,200280nm的紫外線可以通過破壞細菌和病毒的DNA,從而阻止其繁殖,達到極佳的殺菌效果,目前被廣泛的應用于各個殺菌消毒領域。UVC LED體積小,壽命長,滅菌效率高,綠色環保,不含任何有毒物質,被認為是革命性的發明和理想的紫外線光源。然而目前市場上UVC LED都是相對較低的紫外輸出功率,極大限制了UVC LED的應用場景。

  據透露,青島杰生電氣公司通過多年的積累實現了自主知識產權的HeaChips技術,覆蓋從外延片,芯片,封裝到應用設計的各個環節,產品線覆蓋了殺菌消毒用的UVC(275nm)LED,治療皮膚病用的UVB(308nm)LED和工業固化用的UVA(365nm)LED?;?ldquo;杰生電氣”的HeaChips健康芯片技術革新,“杰生電氣”在外延生長技術、芯片技術和散熱技術方面實現突破,成功實現275nm UVC LED100mW輸出光功率,極大地的拓展了UVC LED的應用空間。未來公司還將會推出1000mW也就是瓦級的產品應用于大流量的水和空氣殺菌處理。

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