UVC LED は光よりも熱が高い

「光よりも熱」を生成する議論に関する古い格言は、医療機器、水、その他の日用品の消毒に使用される UVC LED の成長市場における熱の課題を要約している、とケンブリッジ ナノテルムのジョン カファーキー氏は書いています。

紫外線 C (UVC) テクノロジーのルーツは、水銀灯が初めて大量生産された 20 世紀初頭に遡ります。

UV 放射ランプは 1910 年に飲料水の消毒に使用されました。しかし、試作プラントは信頼性が低いことが判明し、閉鎖されました。

1950 年代に新しい UVC 水処理システムが試行され、1980 年代半ばまでにヨーロッパ全土に約 1,500 のプラントが設立されました。水処理を超えて、UVC は医療機器や病室の洗浄から、暖房、換気、空調の消毒に至るまで、幅広い用途で使用されています ( HVAC) 病原体の蔓延を防ぐシステム。

水銀灯はこのような大規模用途では非常に効果的ですが、電球の壊れやすい性質と有害な水銀の使用により、よりポータブルで消費者に優しい用途には適していません。

近年、LED メーカーはますます効果的な UVC LED を開発しています。 UVA LED (インクや塗料の硬化に使用される) ほど効率的ではありませんが、低電力アプリケーションでは実行可能になりつつあります。

業界アナリストの Yole Développement が、UVC LED の成長が 2015 年の 700 万ドルから 2021 年までに驚異的な 6 億 1,000 万ドルにまで爆発的に増加すると予測したのは、こうした新市場への動きによるものです。

このブームは、ポータブルで消費者に優しい UVC アプリケーションの市場を生み出す UVC LED を前提としています。 たとえば、消費者は携帯用の消毒用「ワンド」を購入して、スマートフォン、タブレット、キーボードなどの日用品の消毒に使用できるようになります。

消費財メーカーは、LED UVC 技術を製品に組み込んで自己消毒アイテムを製造できるようになります。 たとえば、歯ブラシはホルダーに戻すと自動的に消毒され、乳児用の牛乳瓶はボタンを押すだけで自動的に消毒され、水道の蛇口は水を使用するたびに消毒されます。その可能性は無限です。

しかし、実際に注目を集めているのは、UVC のより奥深い応用の一部です。 携帯用の水滅菌ボトルは、消費時に水を滅菌することで、発展途上国が国民にきれいな水を提供する方法を改善できる可能性があります。 これは、集中的な水滅菌インフラが存在しない地域や、安全な水を迅速に提供できる災害現場などで特に価値があります。

新しい用途は別として、（UVC が長年使用されてきた）病院でも恩恵を受けることができます。 世界中で毎年70万人を超える患者（患者25人に1人に相当）が入院中に感染症に苦しみ、7万5,000人が死亡しています。 UVC技術は聴診器やメスなどの医療器具に組み込まれ、数秒で滅菌できる可能性がある。

UVC LED は UVC の殺菌力を大衆市場にもたらす可能性を秘めており、公衆衛生に大きな影響を与える可能性があります。

熱の課題

この技術はまだ初期段階にあり、課題の 1 つは UVC LED の熱管理です。 他の電子部品と同様に、LED は熱に敏感です。

UVC LED は外部量子効率 (EQE) が特に低く、入力電力の約 5% しか光に変換しません。 電力の残りの 95% は熱に変換され、LED 接合部を最大動作温度以下に保つために熱をすぐに取り除く必要があります。 LED ダイを冷却しないと、良くても寿命が短くなり、最悪の場合は致命的な故障を引き起こします。

UVC LED がより強力になるにつれて (最新のものは 75mW)、メーカーはこの課題に対処する新しい方法を検討する必要があります。 コンポーネントのコスト効率、耐久性、機械加工性、および UV 光源自体による磨耗耐性を確保しながら、UV LED の高い熱需要にどのように対処するかという問題は依然として残っています。