新冠肺炎帶起UVC的需求

新冠肺炎, 讓許多經濟活動停擺, 正當人類開始是適應新常態的生活時, 有一種舊應用(產品)猶如絕地重生般地活躍在舞臺上, 它就是紫外光(UV), 尤其是可以殺死細菌的紫外光 200-280nm 的 C波段 (UVC)。
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幾個月來, 許多 UVC 對抗新冠病毒新聞出現后, 很多人開始了詢問與了解, 一下子UVC有如神助, 各家LED廠商紛紛出來蹭熱度, 推出相關的UVC LED產品, 晶片、封裝、模組、成品紛紛上市, 詢問度爆表。正當大家沉浸在一片大好的氣氛之中, 最近的兩則新聞, 無疑是對UVC LED產品澆了一盆冷水！
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首先, 昕諾飛(Signify)和 歐司朗(Osram)兩大廠先后公布其 UVC的產品線, 其中增加了大多是傳統UVC的燈管(Conventional lamp)而非 UVC LED的產品！另一則是北美照明工程協會(IES)攜手國際紫外光應用協會(IUVA), 著手制定UVC燈具的美國國家標準(ANSI), 其中大半是以傳統UVC燈管為光源根據。
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根據國際禁用水銀的《水俁公約》(the Minamata Convention on Mercury)，傳統UVC的燈管因為使用水銀, 陸續被停用或是禁用, UV LED取而代之。不少廠商準備許久, 想要大舉進攻, 分食這塊大餅。2017年, UV A波(360-410nm)在工業應用陸續增加份額; 2018年中UV C波段的產品陸續出現在家電、凈水器等產品上; 2020年這場不可預期的新冠肺炎, 大大地幫UV C波段添了油, 本將要一舉躍上主舞臺, 但是接連的新聞卻不如預期！大起的同時, 暴露出現階段 UVC LED的根本問題: 一是技術(例如：產能, 光能量與模組設計), 二是價格。
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“現在的LED技術用來殺菌是不可行的”, 昕諾飛的高層在前幾天UVC產品發表接受訪問時說道, 也表示：“如果使用LED, 就價格和用量來說, 是完全沒有競爭力”
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歐司朗高層亦有接近的評論: “我們一直在經營某些LED還不可行的工業應用領域, 包括UVC。”
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加上近來市場充斥各樣的標榜殺菌的UVC LED消費性產品, 像手持式殺菌燈, 殺菌盒…等, 這些產品銷量不低, 但是負評亦不少, 其中最大的質疑就在于其殺菌力! 這問題一直沒有正確的答案!
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綜上所述, 看似紅火的UVC LED似乎只是假象, UVC LED廠家該何去何從呢？

UVC殺菌原理

紫外線(UV)殺菌的原理，是紫外線可以破壞微生物體中的DNA (去氧核醣核酸)及RNA (核醣核酸)的結構, 使得構成該微生物體的蛋白質無法形成, 使其立即死亡或喪失繁殖能力。一般來說, 經紫外線照射1~2秒鐘內就可達到滅菌的效果。根據研究, 紫外線分成三個波段, 其中只有C 波段(200-280nm)才有殺菌的效果, C波段中殺菌力最強的區間在253-254nm間。
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利用UVC殺菌是很老的應用了, 過去利用UV殺菌燈(又名低壓汞蒸氣放電燈, 含有水銀和臭氧)消毒殺菌，長期被使用在飲水的消毒、污水消毒、空氣淨化殺菌、醫療用品消毒、餐飲用具消毒、票證消毒等等不勝枚舉，應用很廣。
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目前使用UV消毒殺菌燈，最普遍存在的問題是，對燈管亮度衰減未被重視，認為燈只要亮著，就一定具有殺菌能力。對于燈管的好壞、優劣，都以一般使用日光燈的觀念來評估。
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依據消毒殺菌技術標準的指導，每一種微生物都有其特定紫外線殺滅、死亡劑量標準，其劑量是照射強度與照射時間的乘積：
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“K (殺菌劑量)＝I (照射強度) X t (照射時間)”
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從公式得知，高強度短時間與低強度長時間之照射其效果是相同的。一般的使用者，對燈管用了幾年? 照射強度有多少？是否仍然有殺菌能力？無法作復查檢測，完全無法掌握。對于欲消毒而未被完全消毒之產品，照樣生產、銷售、使用而不管其帶菌狀況，實在是承擔著極大的風險。
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UVC之穿透能力，并不如想像中之高，任何灰塵、紙、金屬、塑膠紙片都會大幅減低照射強度。因此燈管表面的灰塵、油漬都會直接影響其穿透能力。UVC對細菌有強大的殺傷力，對人體同樣有一定的傷害，人體最易受傷的部位是眼睛和皮膚，因此在UV燈開啟時, 都應該使用防護設備。“昕諾飛和歐司朗都有在UVC燈具上加裝保護措施, 例如感應器, 當有人經過, 燈具會自動關閉＂
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有以上種種限制, UVC燈消毒應用雖然很廣, 始終被限制在特定的市場與環境！

UVC LED的困境

2018年, UVC LED的晶片功率到達一個水平, 價格相較于過去也親民許多, 許多廠商開始推出使用UVC LED的產品, 其中最多的應該是在水凈化方面。LG, Seoul Viosys (SETi), Asahi Kasei (Crystal IS), AquiSense, Dowa, Jason都是當時的主要players。不過, UVC LED真正成為鎂光燈焦點是要到2020年初, 完全拜新冠肺炎所賜!
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由于新冠肺炎全球爆發, 個人與公共環境的衛生備受重視, 有心的業者利用UV LED的優勢, 一舉推出標榜方便攜帶的產品, 例如UV LED口罩, UV除菌棒/手電筒, UV LED口罩消毒盒, UV LED空氣清凈器, 車內空氣清凈器…等, 產品玲瑯滿目, 品質參差不齊, 加上利用網路銷售, 許多不肖的廠商更是趁此大撈一筆!
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頓時間, UVC LED無端受到牽連, 跌下神壇！

應用與出路

一般人根據報導知道紫外光可以殺菌, 并不會知道究竟是哪一個波段? 或是哪一種光源? 但是對于本來準備要停產的傳統照明或是材料廠商來說, 這波UVC燈管的需求無疑是天上掉下來的大禮! Signify 不只擴大產品種類, 增加產能, 還重金投資了在荷蘭的UV燈管制造廠(GLA)! 由此看來, 這波UVC燈管的需求, 短期是不會消退了!
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就筆者所在的連接器產業集團, 合作UV應用廠商不少, 目前量產的需求, 80%以上光源是采用傳統UVC燈管, 因為燈管所使用的連接器, 多為兩個和四個接口以及金屬材質或是特殊塑料, 很容易判別。至于客戶別, 除了傳統照明廠商外, 還多了工程設備廠商, 電子設備廠家, 機器人制造商, 家電品牌等, 十分廣泛。
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目前UVC主要有三個大方面的應用:
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第一, 空氣凈化: 結合空調系統或是燈具, 加入UVC燈管, 以達到空氣除菌的效果. 例如: Osram的AirZing; Signify的TUV系列, American Ultraviolet的ICR系列;
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第二, 特定空間的凈化: 主要以自走型機器人(AGV)與UVC燈管的結合, 在特定時間對于特定區域做消毒的工作, 例如 UVD的消毒機器人; Amazon 的UV消毒機器人, Purd UV在紐約地鐵... 等;
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第三, 物品的凈化: 箱體內部加入UVC 燈管, 將要消毒的物品放入, 最紅的莫過于口罩消毒箱,以及各種醫療用品的消毒箱, 和大型冷凍冰柜內加裝UVC燈管等;
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重點在于, 因為UVC燈管的尺寸規格統一, 結構設計和電路設計比較固定, 廠商很快可以根據需求推出對應的產品, 這加速推升UVC燈管市場的占有率, 就不難了解Osram/Signify/Acuity等傳統品牌, 一方面增加產能與一方面積極與各類應用公司策略合作搶占商機。
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筆者在LED產業多年, 看到UVC燈管需求大增, 似乎排擠了UVC LED的發展, 有點擔心, 故提供些許建議給大家參考。
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以目前的三大應用來看, LED最有機會在物品凈化上, UVC燈管有先天發熱的劣勢以及LED在體積與耗能上的優勢, 非常有機會搶回市場, 不過LED廠商必須要有心理準備, 如要取代燈管, LED可以根據燈管規格設計燈板, 使用正確的連接器, 讓LED燈板驅動可以直接和供電對接, 增加替換的機會。
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接下可以針對使用自走機器人(AGV)搭配UV燈管的應用下手, AGV使用電池, 如果光源可以省電, 機器人的工作效能可以更高, 這應用如果要以LED來取代燈管, LED需要利用光學設計輔助, 以增加單位面積能量; 驅動設計要配合主流的電池規格; 連接器選擇要注意震動, 這樣一來, 整個LED模組的設計的難度不低, 但并非沒有機會, 加上這個需求亦可協助LED廠家切入機器人龐大的市場。
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由于環保與節能等因素, UVC燈管始終是過渡產品, 現階段由于LED效能與價格, 在部分應用上無法使用, 但是細心了解后, UVC LED的商機無限, 需要LED業者大家配合, 投入資源, 不要短視近利!
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2019年UV LED進入增長期的元年。2020年的這場疫情, 更是加速了UV LED的增長, 即使UVC燈管廠商分去大多數增長的業績; UVC LED業者, 因為基數低, 今年Q1/Q2的大多數同比成長都超過100%以上。疫情增加了消毒殺菌需求, UVC LED的需求是長期的, 只要穩步前進, 甜蜜的果實始終甜蜜。
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作者介紹: Charles Wu (吳嘉祥)
二十年以上跨國工作經歷, 十年LED產品行銷業務工作經驗, 參與過背光, UV, 車用照明等市場應用。現在安費諾集團旗下安費諾亮泰, 擔任全球LED應用市場開發總監。
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