引言：以深紫外杀菌为例
当前，紫外杀菌技术有两大技术产品形成明显对比：低气压紫外杀菌汞灯产品和深紫外LED产品。
低气压紫外杀菌汞灯产品寿命8000小时，主波长是杀菌效率高的253．7nm，辐射效率以单端18W为例，在23％以上，功率高的可达30－40％，且灯的功率从1W到300W，可以满足不同使用场景的需求，光维持率较高。低气压紫外杀菌汞灯分石英管和高硼玻璃两大类。石英管紫外线杀菌灯是透紫外线最高的材料，可透过90％以上的253．7nm紫外线；紫外线强度大，寿命长，光衰小，杀菌效果好，灯寿命一般大于8000小时。高硼管紫外线杀菌灯的高硼玻璃透253.7nm紫外线只有50％左右；其紫外线辐照强度小，寿命短。
低气压紫外杀菌汞灯的最大问题是“含汞”，根据联合国环境规划署制定的《水俣公约》条款，我国作为《水俣公约》主要缔约国之一，积极践行公约规定，禁汞步伐有序进行。因此，研发新型技术产品全面取代低气压紫外杀菌汞灯，是势在必行的事情！
深紫外LED产品就是取代低气压紫外杀菌汞灯产品的最佳选项。深紫外LED灯不含汞，健康环保。但是，当前的深紫外LED辐射效率低，一般在3％－5％，只有低气压紫外杀菌汞灯的1/10，而单位电功率的价格为低压汞灯的20倍，所以要获得相同的辐射功率，深紫外LED的成本是低压汞灯的200倍，在大功率杀菌场合完全无法使用，不过在小功率杀菌场合可以使用。
这一幕，和早期LED照明产品取代传统的节能灯产品，何其相似！紫外LED产业链涵盖新材料、精密设备、芯片、封装、医疗应用产品、消费电子产品、净化产品、工业用途产品和照明杀菌产品等不同领域，具有小巧便携、环保安全、易于设计等优点，未来将形成一个万亿产业，绝非空话！但紫外LED要想形成一个庞大的产业，还有相当长的路要走！
一 技术研究方面
深紫外LED才刚刚起步。不同于成熟的蓝光LED，由于紫外LED的核心材料具有更低的In含量和更高的Al含量，这使得外延层缺陷密度高、p-AlGaN材料中空穴浓度低、极化效应强、载流子输运不平衡等问题极为突出。因此，紫外LED的发光效率仍远低于成熟的蓝光LED。当发光波长低于370nm时，紫外LED更是面临着发光效率骤降的难题，成为阻碍其大规模应用的最大障碍。
2021年以来，技术研究取得不少进展：
1、美国南卡罗来纳大学的科学家开发出全球最小、最亮的深紫外LED，芯片尺寸仅为5微米，波长为281nm。通过本次研究，研究团队发现，该互联微像素阵列的外量子效率不会随着像素尺寸缩小而降低，因此，研究者们有信心在不影响器件性能的条件下，开发出更小尺寸的深紫外LED。目前，南卡罗来纳大学研究团队正在研究增强光提取效率的工艺技术，期望能够利用独立电子来控制这些像素。本次的研究突破有助于推动UVC LED在要求高剂量深紫外照射的应用中更好地与汞灯竞争。
2、广东省科学院半导体研究所先进材料平台从材料生长和器件设计两方面对紫外LED展开了较系统深入的技术研发，成功研制出高内量子效率的紫外LED器件，使得发光波长在368nm的紫外LED器件发光效率比传统结构提高了101.6%，此项研究将会为高效率的全固态紫外光源的研发开辟新路径。
3、中国台湾阳明交通大学郭浩中教授团队使用芬兰领先供应商Picosun ALD设备沉积出钝化层和阻隔膜，使UVC LED的使用寿命延长、可靠性增强，ALD钝化保护技术可以改善LED昂贵的封装程序进而降低生产成本。
4、目前AlN/蓝宝石是构建基于AlGaN的DUV LED的最优选模板，但AlN和蓝宝石之间的晶格失配导致蓝宝石上的AlN外延缺陷密度高，这也一直是基于AlGaN的DUV LED的主要性能瓶颈。武汉大学的研究人员研究发现交替的V/III比超晶格在蓝宝石衬底上可生长高质量的AlN薄膜。日本三重大学研究人员通过热循环退火提高蓝宝石上氮化铝模板质量，降低了AlN薄膜中的位错密度。在低成本，高质量的衬底上制造该器件有望提高其输出功率，有助于增加深紫外LED的前景。
5、Nitride成功开发出超微缩UV LED芯片的大规模生产技术，芯片的尺寸为0.012mm×0.024mm，与一粒面粉的大小相近。在直径为4英寸的晶圆上可切割出1400万颗芯片，数量是传统芯片的四倍。该技术有望降低生产制造成本。
产业化技术方面，首尔伟傲世275nm UVC LED的光效率已达到20mW且已稳定量产出货。中科潞安制备出的大功率深紫外LED芯片，发光功率超过40mW，并开发出发光功率超过1W的深紫外LED模组，模组寿命超过5000小时。相对市面平均WPE (wall-plug efficiency)仅2-3%的水平，国星光电宣称UVC LED关键技术在国内率先突破，中小功率UVC LED WPE已提升至5.6%，深紫科技也宣称深紫UVC平均WPE可达到5%以上，提升一倍有余，可轻松实现12mW@40mA、30mW@100mA、100mW@350mA的UVC光功率输出。
当前，尽管在技术研究方面取得不少进展，但深紫外LED无论是功率、量能转化、材料、设备还是成本价格，依然存在诸多技术瓶颈，亟需技术研发人员进一步取得突破。
二 市场方面
新冠疫情加速紫外杀菌消毒市场培育，同时对深紫外LED产业发展起到了极大的推动作用，吸引更多的企业投资深紫外LED产业。当前，已有众多企业如三安光电、中科潞安、木林森、青岛杰生、晶能光电、国星光电、鸿利秉一、光莆股份、深紫科技、华引芯等在深紫外LED领域进行技术开发和产品生产。应用端，深紫外LED杀菌消毒应用在白色家电、机器人、智能马桶、母婴护理、个人健康穿戴等领域新品不断，冷链物流、行李安检、机场扶梯等场景更是引发聚焦。木林森、中科潞安、光莆、OTSAW等相继推出UVC LED消杀机器人，至芯半导体推出全自动冷链物品消毒系统、中科潞安自主设计研发首台UVC LED包裹消毒机投入使用、国内外多个机场自动扶梯导入UVC LED杀菌消毒……同时，空气杀菌加速商业化，空气净化器应用多样。水杀菌领域市场活跃，慧亿科技、青岛杰森、鸿利秉一、升谱光电、拓展光电等供应链厂商布局积极。
值得注意的是，2020年火爆的行情没有得到延续，受疫情、产能、技术等多方面因素影响，2021年市场逐步回归理性，深紫外LED芯片价格下降，特别是小功率芯片价格，跌幅惨烈！不少企业，从UVC转向UVA，但与此同时，仍有不少投资者、厂商强势介入UVC领域。
三 标准方面
由于深紫外LED杀菌尚处于起步阶段，目前没有国家强制性的实施标准，仅参考传统低压紫外杀菌汞灯的标准，两者技术特点的差异又决定了不可能照搬照用。因此，国家半导体照明工程研发及产业联盟（CSA）标准化委员会组织编写了《紫外LED标准化体系报告》，启动了《紫外LED技术与应用术语和定义》《紫外LED杀菌消毒技术报告》等标准建设。2021年以来，标准建设工作取得不少进展：
1、《光催化用UVA LED模块技术要求》团队标准正式发布。该技术要求规定了光催化用UVA LED模块技术要求，包括术语和定义、技术要求和试验方法，适用于峰值波长小于370 nm的UVA LED模块作为光源的光催化净化应用，以及空气、水的净化，应用场景包括但不限于家庭、商业、工业、医院等（目前针对光催化净化领域应用的UVA LED，峰值波长370nm的外量子效率研发水平达到40%左右，在光催化应用方面已经达到可以取代传统汞紫外光源的要求）。
2、《室内紫外LED诱蚊灯性能要求》标准正式发布。该标准规定了紫外LED诱蚊灯的技术要求和试验方法，适用于各种室内场所光源峰值波长范围为365nm-400nm的紫外LED诱蚊灯，气味、温度、二氧化碳等辅助LED紫外诱蚊方式的诱蚊灯，可以参考使用，该标准的发布有助于进一步规范室内紫外LED诱蚊灯的产品质量，推动市场良性竞争。
3、《UVC LED饮用水杀菌装置》团体标准公开征求意见。据了解，该标准明确规定了UVC LED饮用水杀菌装置，即采用波长范围为260nm-280nm的紫外线发光二极管单元、驱动电源、控制单元等所组成的应用于饮用水处理的杀菌装置。另外，在技术要求中，该标准对使用条件、外观、结构、材料、卫生安全、净水流量、杀菌效果、出水水质、功能性寿命、环保等9个方面进行相应的要求，确保饮用水杀菌品质。
4、由华引芯牵头、光电工研院等参与的《UVC LED光源消毒技术规范》获批立项，接下来将邀请湖北省业内权威机构参与标准制定。
5、山西长治市市场监督管理局发布《长治市市场监督管理局关于2021年首批长治市地方标准制修订项目的立项公示》，由山西中科潞安紫外光电科技有限公司牵头组织，会同有关单位编制的长治市地方标准《消毒用UVC LED术语与定义》、《消毒用UVC LED芯片规格分类》、《UVC LED消毒产品安全操作规程》、《紫外LED消毒机器人通用技术条件》和《公共场所用紫外LED消毒系统验收规范》，已完成征求意见稿。
可以看到，紫外LED标准体系正在逐步建设，但是这些标准远远不够适应当前紫外LED的发展，需要更多、更准确、更细致的紫外LED标准出台，也需要各地政府、协会大力支持紫外LED的标准建设工作。
四 政策方面
紫外LED是半导体光电产业发展的新蓝海，半导体光电产业是节能环保的战略性新兴产业，政府高度重视紫外LED产业的发展。
1、山西省“十四五”规划发布，深紫外LED等划入重点。《山西省“十四五”新装备规划》规划将在电子信息装备领域重点突破紫外LED芯片、深紫外LED芯片、MiniLED等核心关键技术，重点研发全波段UV LED系列产品、LED外延产品、紫外应用产品。同时，将加大蓝宝石生长设备及MOCVD设备的研发投入。《山西省“十四五”14个战略性新兴产业规划》光电产业领域，围绕基础材料、光源应用、光电显示、设备制造等重点领域、关键环节，加快形成“光材料—光元器件—系统/设备/终端产品”光电产业一体化链条。构建紫外LED产业创新生态体系，拓展消杀应用领域，抢占国际制高点。
2、“基于大功率深紫外LED光源的冷链货物全表面全自动精准消毒技术及集成系统研发”等4项引导性科技项目被列入福建2021年科技计划项目，福建省政府在全国率先支持大功率深紫外LED光源在冷链货物全表面上的消毒。目前，该省正在加快推进产品备案，力争成为全国率先应用物理消毒设备消杀新冠病毒的省份。
3、长治高新区紫外半导体光电创新型产业集群成功入选科技部火炬中心2021年度创新型产业集群试点（培育）。作为在国内率先布局紫外LED产业的先行者，山西省长治市更是充分集聚政府与社会资源，大力激发紫外LED创新创业活力。由山西省科技厅、长治市人民政府、长治国家高新技术产业开发区、国家半导体照明工程研发及产业联盟联合主办，国家半导体照明工程研发及产业联盟紫外LED专业委员会、山西中科潞安半导体技术研究院有限公司、山西中科潞安紫外光电科技有限公司等联合承办的“第一届紫外LED创新创业大赛”正式拉开帷幕。大赛平台正式面向全国的紫外LED光电产业相关领域的创新创业项目开放参赛通道，光电材料、外延、器件、模块、以及装备、紫外LED在净化、消毒、照明、灭菌、检测等领域的下游应用创新创业者都可以通过大赛指定入口报名参赛（https://jinshuju.net/f/OHadCm）。
无论是技术研究方面的技术突破，市场应用的积极探索创新，标准体系的逐步建设，政府产业政策的引导和大力支持……都是在全力推动紫外LED产业健康可持续发展！20世纪90年代被后人所铭记，因为基于氮化镓的高效蓝光、绿光LED诞生于彼时。我们相信，在紫外LED产业全体同仁的共同努力下，紫外LED必将绽放其应有的耀眼光芒，迎来自己的星辰大海！
(注：本文部分素材来源网络)
