紫外LED一般指發(fā)光中心波長在400nm以下的LED,但有時(shí)將發(fā)光波長大于380nm時(shí)稱為近紫外LED,而短于300nm時(shí)稱為深紫外LED。因短波長光線的殺菌效果高,因此紫外LED常用于冰箱和家電等的殺菌及除臭等用途.
紫外LED(UV LED)主要應(yīng)用在生物醫(yī)療、防偽鑒定、凈化(水、空氣等)領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和軍事等方面。而且隨著技術(shù)的發(fā)展,新的應(yīng)用會(huì)不斷出現(xiàn)以替代原有的技術(shù)和產(chǎn)品,紫外LED有著廣闊的市場應(yīng)用前景,如紫外LED光療儀是未來很受歡迎的醫(yī)療器械,但是目前技術(shù)還處于成長期。
目前全球紫外光源市場規(guī)模約為4.27億美元,不過傳統(tǒng)紫外汞燈仍然占據(jù)市場主導(dǎo)地位。
波長不足300nm的深紫外LED的開發(fā)活動(dòng)也很活躍。2008年理化學(xué)研究所和松下電工曾公布,采用GaN類半導(dǎo)體的InAlGaN開發(fā)出了發(fā)光中心波長為282nm,光輸出功率為10mW的深紫外LED。波長更短的深紫外LED方面,NTT物性科學(xué)基礎(chǔ)研究所采用AlN材料開發(fā)出了發(fā)光中心波長為210nm的深紫外LED。
半導(dǎo)體深紫外光源在照明、殺菌、醫(yī)療、印刷、生化檢測、高密度的信息儲(chǔ)存和保密通訊等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用價(jià)值。以AlGaN材料為有源區(qū)的深紫外LED的發(fā)光波長能夠覆蓋210-365nm的紫外波段,是實(shí)現(xiàn)該波段深紫外LED器件產(chǎn)品的理想材料,具有其它傳統(tǒng)紫外光源無法比擬的優(yōu)勢。
“十一五”國家863計(jì)劃新材料技術(shù)領(lǐng)域重大項(xiàng)目“半導(dǎo)體照明工程”課題“深紫外LED 制備和應(yīng)用技術(shù)研究”經(jīng)過持續(xù)攻關(guān),在高鋁組分材料研究和器件應(yīng)用方面取得重要突破。
在國家863計(jì)劃支持下,課題研究團(tuán)隊(duì)集中開展了基于MOCVD的深紫外LED材料和器件研究工作,著重解決材料存在的表面裂紋、晶體質(zhì)量差、鋁組分低、無法實(shí)現(xiàn)短波長發(fā)光和結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)等問題,在一些關(guān)鍵技術(shù)方面取得了突破,獲得了高結(jié)晶質(zhì)量無裂紋的高鋁組分材料。在此基礎(chǔ)上,課題在國內(nèi)首次成功制備了300nm以下的深紫外LED器件,實(shí)現(xiàn)了器件的毫瓦級(jí)功率輸出,開發(fā)了深紫外殺菌模塊,經(jīng)測試殺菌率達(dá)到95%以上。
盡管目前深紫外LED的效率和功率還不是很理想,但是可以初步應(yīng)用于不少健康領(lǐng)域,因此近年來不斷涌現(xiàn)出采用深紫外LED的消毒牙刷、水杯等各種新型應(yīng)用產(chǎn)品。實(shí)際上,毫瓦級(jí)的深紫外光在很多具體場景中就足以實(shí)現(xiàn)良好的殺菌消毒效果。其原理在于,深紫外光源通過破壞微生物的DNA和RNA阻止其繁殖,實(shí)現(xiàn)高效快速的廣譜殺菌。數(shù)據(jù)顯示,僅以30mW/cm2的UVC紫外輻照強(qiáng)度,一秒鐘即可對絕大部分細(xì)菌實(shí)現(xiàn)近乎100%的殺滅,效果非常顯著,可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域。在個(gè)人健康和家庭衛(wèi)生領(lǐng)域,紫外光可以用于水杯碗筷消毒、空氣凈化除菌、殺滅螨蟲、鞋襪殺菌除臭、嬰兒奶瓶消毒等等,用武之地簡直不可勝數(shù)。而對于UVB波段特定波長的紫外線,可以為銀屑病、白癜風(fēng)等皮膚病和一些難治的疾病提供了優(yōu)良解決方案。
未來隨著深紫外材料外延水平的進(jìn)一步提升,芯片器件新技術(shù)的應(yīng)用,深紫外LED的EQE有望進(jìn)一步提升到25%,器件壽命將超過1萬小時(shí),屆時(shí)深紫外 LED 將會(huì)獲得更廣泛的應(yīng)用。過去的幾年中UV LED的市場年增長率平均接近30%,而在接下來的幾年中將加速增長。隨著在所有應(yīng)用中逐步提高的普及率,UVA LED的市場將從2015年的1億美元增長到2021年的遠(yuǎn)超3億美元;同時(shí),隨著UVC LED技術(shù)的進(jìn)步和價(jià)格的降低,紫外線消毒/凈化市場將獲得顯著增長,UVC LED市場有望從2015年的700萬美元增長到2021年的6億美元。在不遠(yuǎn)的將來,光催化、殺菌消毒都有可能成長為數(shù)百億級(jí)的市場,而用于治療皮膚病的光療則可能讓UV-LED的應(yīng)用系統(tǒng)成為千億級(jí)的市場。
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