深紫外光LED水殺菌技術

 

刊登日期:2015/9/5
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根據2012年法國研調公司Yole的資料顯示,UV LED元件市場規模在2016年前將達到1.7億美元,UV LED應用於飲用水淨化市場將達到0.1億美元,市場成長具有潛力。本文說明現行UV-C應用於水消毒系統概況與其殺菌原理等,並探討水殺菌採用UV燈管存在的問題及採用UV-C LED光源的優點。此外,以265 nm波長的UV-C LED建立UV-C殺菌模組,並依據食品微生物之檢驗方法,驗證UV-C LED水殺菌模組,同時說明UV-C LED應用於殺菌模組的技術。
 
紫外線殺菌原理及UV-C水殺菌系統概述
2. UV消毒作用機制
當水或空氣中的各種細菌病毒經過紫外線照射區域時,紫外線穿透微生物的細胞膜和細胞核,破壞核酸(DNA或RNA)的分子鍵,使其失去複製能力或失去活性而死亡,從而在不使用任何化學藥物的情況下消滅水或空氣中所有的細菌病毒,如圖二、圖三。
 

圖二、紫外線消毒前DNA
,所有複製所需的分子鏈都是完整的
 
4. UV-C水殺菌系統概述
UV水殺菌系統按照流動方式可分為開放式和封閉式系統,同時可以依照其使用方式分為可攜式和固定式。目前市面上UV LED的效率較傳統燈管低且價格較高,因此一般的殺菌系統仍以傳統的石英燈管為主,如圖五和圖六所示。然而,傳統燈管在效率上的進步空間有限,而且體積較大,光源沒有方向性,LED在這幾個方面佔有優勢。在系統設計上,LED的特性更適合使用於可攜式的封閉系統,因為可攜式系統一般體積小且避免使用大量的易碎材質如石英玻璃,而封閉系統可以忽略流速,因此不需要大功率的光源。
 
UV-C LED水殺菌發展技術
依現行UV-C LED應用於水殺菌系統技術發展,系統需求面有三項議題可做討論。
②操作安全性提升
有別於可見光藍光LED,紫外線LED為不可見光源,危險性高,過去誤將紫外線燈當照明燈的發生率高,長時間照射紫外線燈對身體健康埋下隱患,嚴重的可能導致皮膚癌、白內障等,由於UV LED幅照度高,系統操作設計,安全更為重要。
③高效能殺菌系統設計與水殺菌特性驗證
現行可見光LED封裝廠對於UV-C LED殺菌的能力與應用屬摸索階段,目前市面上有許多UV水殺菌系統的應用,如何以UV LED設計高效能殺菌系統,在最低LED發光功率下,達到殺菌效果,需重新摸索。
 
工研院發展UV-C LED水殺菌技術,從光源的封裝技術到系統設計驗證,目前已完成多項UV-C LED封裝與系統專利申請,並持續申請UV LED專利,以下就工研院完成UV-C LED技術做說明。
1. 提升LED取光效率與壽命–液態封裝應用於UV LED
工研院以高UV穿透液體作為UV LED封裝應用,材料特點為UV穿透度高,以取代現有封裝體之空氣介質,做為取光介質,提升UV LED封裝取光效率。其技術優勢除了可以提升封裝取光效率外,並可經由液體的熱對流傳導,降低封裝體晶片溫度,提升LED壽命,封裝架構如圖九所示……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 

圖九、UV LED
液態封裝應用
 
作者:盧建均、高智偉、李俊興、許鎮鵬、方彥翔/工研院電光所
★本文節錄自「工業材料雜誌」345期,更多資料請見下方附檔。

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