紫外線

ロボットや見知らぬ機械は、コロナウイルスに汚染された可能性のある表面を殺菌するために、特定の帯域の紫外線を使用してきました。 病室や航空機の客室など、広い空間を除染する必要がある施設では、電力を大量に消費する大型の水銀ランプを使用して、UV-C 光を生成します。 世界中の企業が、よりコンパクトで効率的な代替手段を提供するために、UV-C 生成 LED の能力を向上させることに取り組んでいます。 今月初め、ソウルバイオシスは、紫外線LEDを使用して、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の原因となるコロナウイルスであるSARS-COV-2を初めて99.9％殺菌することを実証した。

UV LED は、100 ～ 280 ナノメートルの波長の C バンドが遺伝物質を細断するため、ウイルスや細菌に対して致命的です。 残念なことに、それは空気中の窒素によっても強く吸収されるため、離れた場所でも効果を発揮するには、発生源が強力でなければなりません。 (空気は非常に強力な障壁であるため、太陽の UV-C は地表に到達しません。) 同社は、ソウルにある高麗大学の研究者と協力して、同社の Violed LED モジュールが SARS-COV の 99.9 パーセントを除去できることを示しました。 -2ウイルスを3センチメートルの距離から30秒間投与します。

残念ながら、同社はそれを達成するために何個のLEDが使用されたかを明らかにしなかった。 同社と大学の研究者が単一の Violed CMD-FSC-CO1A 統合型 LED モジュールを使用したと仮定すると、30 秒間の投与で最大 600 ミリジュールのエネルギーが供給されたことになります。 これはある程度予想と一致しています。 N95 マスク上のインフルエンザ A ウイルスを殺す UVC の能力に関する研究では、1 平方センチメートルあたり約 1 ジュールで効果があることが示されました。

3 センチメートルの距離は、エア フィルターや浄水器などの狭いスペースでは機能するかもしれませんが、UV LED がすでに使用されている製品ではありますが、病室の滅菌ロボットでは機能しません。 例えば、GermFalconの航空機客室滅菌器は、約30センチの距離から数秒でウイルスを死滅させるのに十分な強さの光を航空機の客室に当てる必要があると、その発明者のアーサー・クライテンバーグ博士は先月IEEE Spectrumに語った。 現在の UV-C LED では、その用途に十分な光を生成できないと彼は言いました。 しかし、GermFalconの水銀ランプは出力をワット単位で測定するため、その電力にはエネルギーと体積の面で大きなコストがかかります。 システムのリン酸鉄バッテリー パックは、必要な UV パワーを生成するために 100 アンペアを供給する必要があります。

水銀ランプに対する UV-C LED の潜在的な利点としては、有毒な水銀が含まれていないこと、堅牢性が高いこと、寿命が長いこと、起動が速いこと、殺菌機能に役立つ可能性があるさまざまな波長での発光などが挙げられます。 しかし、最も重要なのは効率性の可能性です。

現時点では、水銀ランプは、現在市販されている UV-C LED よりも壁コンセント効率 (電力入力と光出力の関係) が優れています。 ソウルバイオシスの親会社であるソウルセミコンダクターの技術研究員兼副社長のジェハク・チョン氏によると、今日のUV-C LEDの壁コンセントの効率はわずか2.8パーセントで、研究開発段階のシステムの効率は3.3パーセントだという。 水銀ランプは 15 ～ 35 パーセントを誇ります。

研究者らは、UV-C LED も固体照明の青色 LED と同様の効率向上の道をたどると予想しているため、水銀ランプの利点は長くは続かないと予想されています。 ただし、UV-C デバイスの実現には長い道のりがあります。 青色 LED は通常、内部量子効率 (LED の特定の部分に注入されて光子を生成する電子の割合) を約 90% 持っています。 UV-C の場合、それは 30 ～ 40% だと Jeong 氏は言います。 外部量子効率 (LED を通過する電子に対する放出された光子の比率) については、比較はさらに悪くなります。 青色 LED では約 70 パーセントであるのに対し、UV-C デバイスでは 10 ～ 16 パーセントです。

Jeong 氏によると、これらの数値を高めるには、製造プロセスと、LED を製造する半導体結晶の成長であるエピタキシーの両方を改善する必要があるとのことです。 これらの LED は通常、エピタキシーを使用してサファイア ウェーハ上に結晶性窒化アルミニウムの層を成長させることによって構築されます。 結晶内の欠陥は LED の性能を制限する主な要因であるため、エピタキシー プロセスを改善することが、より明るい LED への道の 1 つとなります。