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紫外LED标准化工作建议

http://www.ledp.hc360.com2020年02月21日17:44 来源:CSAST|T

    慧聪LED屏网报道    

  当前,新型冠状病毒感染肺炎疫情牵动所有人的心,全国疫情防控工作仍在深入进行中。其中,在这场艰巨的“抗疫战”中,往常身居“幕后“的紫外消毒杀菌产品迅速走入大众视野。

  据了解,足量的紫外照射是目前已知的可以抑制该病毒的有效手段,紫外线剂量在灭菌过程中起着至关重要的作用。深紫外LED凭借安全、环保、小巧、高效、低耗等诸多优势,逐渐被市场认可,现已初步应用于水处理,空气杀菌,食物保鲜等领域。

  疫情会很过去,但防疫将成为一个长期工作,相信紫外LED未来会发挥更多的作用。

  一、基于原有标准构建体系面临的问题

  1.LED发光特性不同,原有传统紫外光源标准适用性待确认

  传统紫外光源光谱分布、光源外形基本固定,可基于此优化形成的应用解决方案并不适用于UV LED。目前产业化比较多的UV LED,峰值波长多为395nm、385nm、375nm、365nm、280nm等,峰值半宽>10nm,不同波长的UV LED可组装在一起应用。

  图1 不同波段UV LED研究国际进展[1]

  [1]Michael Kneissletc The emergence and prospects of deep-ultraviolet light-emitting diode technologies Nature Photonics VOL 13 | APRIL 2019 | 233–244

  不同波长的UV LED外量子效率差异较大,这对未来应用市场的开启带来一定的不确定性,而标准紧随市场发展,这对标准工作提出了更高的要求。根据图1所示,研发方面,UV LED可覆盖230nm-400nm的紫外波段,其中,395nm外量子效率可达到80%;随着波长减小395nm-365nm外量子效率逐渐降低,365nm约可达到40%左右;295nm-355nm波段外量子效率较低,最高7%-8%,320nm左右是外量子效率的波谷点;280nm左右是UVC研究最多的波长,外量子效率约10%,最新消息275nm可以做到20%;225nm-285nm,随着波长减小,外量子效率逐渐降低,365nm最高40%左右;230nmUV LED外量子效率约0.03%。

  以目前产业发展来看,UVA LED辐射照度可以达到20-50W/cm2,寿命可达20000小时,UVC寿命约5000小时-10000小时,辐射照度可以达到20mW/cm2-50mW/cm2;对于UV LED固化来讲,UVA辐射照度的大小可基本满足要求,但因UVC波段的效率低,无法利用低成本的短波光引发剂,同时,涂料树脂与印刷中油墨的固化相比,辐照度、光谱需求各有不同,标准制定紧随新兴市场发展时,成熟度是重要的考虑因素之一。

  2.国家标准分散在不同的技术委员会管理,标准体系领域跨度大

  UV LED产业链中,半导体器件中上游的全国标准化技术委员会有SAC/TC 203半导体设备和材料(业务指导:国家标准化管理委员会)、SAC/TC 78半导体器件(业务指导:工业和信息化部)、SAC/TC 284光辐射安全和激光设备(业务指导:中国机械工业联合会);光源产品相关的全国标准化技术委员会有SAC/TC 224照明电器(业务指导:中国轻工业联合会)。

  应用方面,紫外光固化相关全国标准化技术委员会有SAC/TC 192印刷机械(业务指导:中国机械工业联合会)、SAC/TC 127油墨(业务指导:中国轻工业联合会)、SAC/TC 5涂料和颜料(业务指导:中国石油和化学工业联合会)、SAC/TC 198人造板(业务指导:国家林业和草原局)、SAC/TC 170印刷(业务指导:国家新闻出版署(国家版权局) )、SAC/TC 41木材(业务指导:国家林业和草原局);杀菌消毒相关的全国标准化技术委员会有SAC/TC 200 消毒技术与设备(业务指导:国家药品监督管理局)、SAC/TC 299紫外线消毒(业务指导:住房和城乡建设部)、361国家卫生健康委员会消毒标准专业委员会,光催化相关的全国标准化技术委员会有SAC/TC 194工业陶瓷(业务指导:中国建筑材料联合会);医疗相关的全国标准化技术委员会有SAC/TC 10 医用电器(业务指导:国家药品监督管理局)。

  虽然UV LED涉及的全国标准化技术委员会繁多,制定的标准相对UV LED产业链来讲,但并不是成体系发展,因国家标准制定需满足各自的标准化范围,不能满足紫外LED技术与应用领域跨度大、学科交叉、市场细分的要求;而这恰恰是团体标准的优势所在,快速响应市场发展的同时,团体之间开展标准化合作,共同研制技术标准,推动产业融合。

  3.市场细分且成熟度各有不同,标准化需求有待进一步梳理

  UV LED应用可分为光固化、光催化净化、杀菌消毒、光医疗等。以光固化市场为例,按照应用领域可分为粘结剂、油墨、涂料,按照油墨的印刷方式,可分为喷墨/数码印刷、丝印、柔印、胶印、平印、凹印等,按照固化的基底材料,可分为金属、木器、可印制电路板、塑料等。

  每个细分市场成熟度各有不同。固化应用方面,粘结剂、喷墨/数字印刷是最先进入的市场,替代率大约80%-90%;丝网印刷的市场替代率大约50%;柔印虽然光源距离印刷物可以比较近,约1cm,但速度要求快200m/min,替代率仍然低于50%;胶印要求光源距离印刷物远(约5cm-10cm),替代率低于20%;而凹印等市场刚刚起步。涂料方面,因树脂固化与油墨的光谱需求不同,偏UVB、UVC,因此波段功率较低,市场刚刚起步。

  杀菌消毒方面,原有紫外消毒标准要求针对紫外汞灯,对UV LED的参数适用性需要进一步确认。不同细菌、病毒对波长的反应不同,表面消毒、空气消毒、水消毒应用方向不一,消费类、工业类、医疗类的要求各有不同,市场启动需要进一步预测和调研。

  所以,针对不同的应用,标准化、可规模推广的方案各有不同,市场集中度、规模大小各有不同,不同大小的企业对标准的关注度、投入度、标准化能力各有不同,标准如何满足企业发展需求方面有待进一步梳理。

  4.光生物安全是UV LED市场推广需要阐述清楚的重要问题

  照明领域光生物安全方面,GB 7000.1—2015(IDT IEC 60598-1:2014)明确了灯具在蓝光危害方面的要求。

  GB4706.85—2008《家用和类似用途电器的安全紫外线和红外线辐射皮肤器具的特殊要求》(IDT IEC 60335—2—27:2004(Ed4.1))规定了家用和类似用途的装有向皮肤辐射紫外线和红外线的发射器的电器的安全,其中7.12部分要求装有UV发射器的器具的使用说明书应包含的内容中,部分条款有“有关预期照射距离的说明”、“推荐的照射时间表,指出照射持续时间和间隔”(注101指出,对于未晒黑过的皮肤第一阶段照射推荐照射时间是对应于不超过100J/m2,按照红斑作用光谱加权)、“一年内不应超过的照射次数推荐值”(注102指出,对身体各部分推荐的照射次数,是依据最大年照射剂量25kJ/m2,按照非黑色素皮肤癌作用光谱加权)。

  GB/T 21096-2013《保健用荧光紫外灯测量和规范方法》(IDT IEC 61228:2008)规定了红斑和NMSC的紫外作用光谱、加权系数的测试方法;GB/T 21005-2007《紫外红斑效应参照谱、标准红斑剂量和紫外指数标准》(MOD ISO 17166:1999)规定了紫外红斑效应参照谱、标准红斑计量、紫外辐射的波段范围、紫外指数、曝露等级等术语及相关的内容,适用于有关红斑计量的测量及其结果的表达、应用和紫外指数的发布等。

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