紫外LED標準化工作建議

當前，新型冠狀病毒感染肺炎疫情牽動所有人的心，全國疫情防控工作仍在深入進行中。其中，在這場艱巨的“抗疫戰(zhàn)”中，往常身居“幕后“的紫外消毒殺菌產(chǎn)品迅速走入大眾視野。

據(jù)了解，足量的紫外照射是目前已知的可以抑制該病毒的有效手段，紫外線劑量在滅菌過程中起著至關(guān)重要的作用。深紫外LED憑借安全、環(huán)保、小巧、高效、低耗等諸多優(yōu)勢，逐漸被市場認可，現(xiàn)已初步應(yīng)用于水處理，空氣殺菌，食物保鮮等領(lǐng)域。 

疫情會很過去，但防疫將成為一個長期工作，相信紫外LED未來會發(fā)揮更多的作用。

一、基于原有標準構(gòu)建體系面臨的問題

1.LED發(fā)光特性不同，原有傳統(tǒng)紫外光源標準適用性待確認

傳統(tǒng)紫外光源光譜分布、光源外形基本固定，可基于此優(yōu)化形成的應(yīng)用解決方案并不適用于UV LED。目前產(chǎn)業(yè)化比較多的UV LED，峰值波長多為395nm、385nm、375nm、365nm、280nm等，峰值半寬>10nm，不同波長的UV LED可組裝在一起應(yīng)用。

不同波長的UV LED外量子效率差異較大，這對未來應(yīng)用市場的開啟帶來一定的不確定性，而標準緊隨市場發(fā)展，這對標準工作提出了更高的要求。根據(jù)圖1所示，研發(fā)方面，UV LED可覆蓋230nm-400nm的紫外波段，其中，395nm外量子效率可達到80%；隨著波長減小395nm-365nm外量子效率逐漸降低，365nm約可達到40%左右；295nm-355nm波段外量子效率較低，最高7%-8%，320nm左右是外量子效率的波谷點；280nm左右是UVC研究最多的波長，外量子效率約10%，最新消息275nm可以做到20%；225nm-285nm，隨著波長減小，外量子效率逐漸降低，365nm最高40%左右；230nmUV LED外量子效率約0.03%。 

以目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，UVA LED輻射照度可以達到20-50W/cm2，壽命可達20000小時，UVC壽命約5000小時-10000小時，輻射照度可以達到20mW/cm2-50mW/cm2；對于UV LED固化來講，UVA輻射照度的大小可基本滿足要求，但因UVC波段的效率低，無法利用低成本的短波光引發(fā)劑，同時，涂料樹脂與印刷中油墨的固化相比，輻照度、光譜需求各有不同，標準制定緊隨新興市場發(fā)展時，成熟度是重要的考慮因素之一。

2．國家標準分散在不同的技術(shù)委員會管理，標準體系領(lǐng)域跨度大

UV LED產(chǎn)業(yè)鏈中，半導(dǎo)體器件中上游的全國標準化技術(shù)委員會有SAC/TC 203半導(dǎo)體設(shè)備和材料（業(yè)務(wù)指導(dǎo)：國家標準化管理委員會）、SAC/TC 78半導(dǎo)體器件（業(yè)務(wù)指導(dǎo)：工業(yè)和信息化部）、SAC/TC 284光輻射安全和激光設(shè)備（業(yè)務(wù)指導(dǎo)：中國機械工業(yè)聯(lián)合會）；光源產(chǎn)品相關(guān)的全國標準化技術(shù)委員會有SAC/TC 224照明電器（業(yè)務(wù)指導(dǎo)：中國輕工業(yè)聯(lián)合會）。

應(yīng)用方面，紫外光固化相關(guān)全國標準化技術(shù)委員會有SAC/TC 192印刷機械（業(yè)務(wù)指導(dǎo)：中國機械工業(yè)聯(lián)合會）、SAC/TC 127油墨（業(yè)務(wù)指導(dǎo)：中國輕工業(yè)聯(lián)合會）、SAC/TC 5涂料和顏料（業(yè)務(wù)指導(dǎo)：中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會）、SAC/TC 198人造板(業(yè)務(wù)指導(dǎo)：國家林業(yè)和草原局)、SAC/TC 170印刷（業(yè)務(wù)指導(dǎo)：國家新聞出版署(國家版權(quán)局) ）、SAC/TC 41木材(業(yè)務(wù)指導(dǎo)：國家林業(yè)和草原局)；殺菌消毒相關(guān)的全國標準化技術(shù)委員會有SAC/TC 200 消毒技術(shù)與設(shè)備（業(yè)務(wù)指導(dǎo)：國家藥品監(jiān)督管理局）、SAC/TC 299紫外線消毒（業(yè)務(wù)指導(dǎo)：住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部）、361國家衛(wèi)生健康委員會消毒標準專業(yè)委員會，光催化相關(guān)的全國標準化技術(shù)委員會有SAC/TC 194工業(yè)陶瓷（業(yè)務(wù)指導(dǎo)：中國建筑材料聯(lián)合會）；醫(yī)療相關(guān)的全國標準化技術(shù)委員會有SAC/TC 10 醫(yī)用電器（業(yè)務(wù)指導(dǎo)：國家藥品監(jiān)督管理局）。

雖然UV LED涉及的全國標準化技術(shù)委員會繁多，制定的標準相對UV LED產(chǎn)業(yè)鏈來講，但并不是成體系發(fā)展，因國家標準制定需滿足各自的標準化范圍，不能滿足紫外LED技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域跨度大、學(xué)科交叉、市場細分的要求；而這恰恰是團體標準的優(yōu)勢所在，快速響應(yīng)市場發(fā)展的同時，團體之間開展標準化合作，共同研制技術(shù)標準，推動產(chǎn)業(yè)融合。

3．市場細分且成熟度各有不同，標準化需求有待進一步梳理

UV LED應(yīng)用可分為光固化、光催化凈化、殺菌消毒、光醫(yī)療等。以光固化市場為例，按照應(yīng)用領(lǐng)域可分為粘結(jié)劑、油墨、涂料，按照油墨的印刷方式，可分為噴墨/數(shù)碼印刷、絲印、柔印、膠印、平印、凹印等，按照固化的基底材料，可分為金屬、木器、可印制電路板、塑料等。

每個細分市場成熟度各有不同。固化應(yīng)用方面，粘結(jié)劑、噴墨/數(shù)字印刷是最先進入的市場，替代率大約80%-90%；絲網(wǎng)印刷的市場替代率大約50%；柔印雖然光源距離印刷物可以比較近，約1cm，但速度要求快200m/min，替代率仍然低于50%；膠印要求光源距離印刷物遠（約5cm-10cm），替代率低于20%；而凹印等市場剛剛起步。涂料方面，因樹脂固化與油墨的光譜需求不同，偏UVB、UVC，因此波段功率較低，市場剛剛起步。 

殺菌消毒方面，原有紫外消毒標準要求針對紫外汞燈，對UV LED的參數(shù)適用性需要進一步確認。不同細菌、病毒對波長的反應(yīng)不同，表面消毒、空氣消毒、水消毒應(yīng)用方向不一，消費類、工業(yè)類、醫(yī)療類的要求各有不同，市場啟動需要進一步預(yù)測和調(diào)研。

 所以，針對不同的應(yīng)用，標準化、可規(guī)模推廣的方案各有不同，市場集中度、規(guī)模大小各有不同，不同大小的企業(yè)對標準的關(guān)注度、投入度、標準化能力各有不同，標準如何滿足企業(yè)發(fā)展需求方面有待進一步梳理。

4．光生物安全是UV LED市場推廣需要闡述清楚的重要問題

照明領(lǐng)域光生物安全方面，GB 7000.1—2015(IDT IEC 60598-1:2014)明確了燈具在藍光危害方面的要求。

GB4706.85—2008《家用和類似用途電器的安全紫外線和紅外線輻射皮膚器具的特殊要求》(IDT IEC 60335—2—27:2004(Ed4.1))規(guī)定了家用和類似用途的裝有向皮膚輻射紫外線和紅外線的發(fā)射器的電器的安全，其中7.12部分要求裝有UV發(fā)射器的器具的使用說明書應(yīng)包含的內(nèi)容中，部分條款有“有關(guān)預(yù)期照射距離的說明”、“推薦的照射時間表，指出照射持續(xù)時間和間隔”（注101指出，對于未曬黑過的皮膚第一階段照射推薦照射時間是對應(yīng)于不超過100J/m2，按照紅斑作用光譜加權(quán)）、“一年內(nèi)不應(yīng)超過的照射次數(shù)推薦值”（注102指出，對身體各部分推薦的照射次數(shù)，是依據(jù)最大年照射劑量25kJ/m2，按照非黑色素皮膚癌作用光譜加權(quán)）。

GB/T 21096-2013《保健用熒光紫外燈測量和規(guī)范方法》（IDT IEC 61228:2008）規(guī)定了紅斑和NMSC的紫外作用光譜、加權(quán)系數(shù)的測試方法；GB/T 21005-2007《紫外紅斑效應(yīng)參照譜、標準紅斑劑量和紫外指數(shù)標準》（MOD ISO 17166:1999）規(guī)定了紫外紅斑效應(yīng)參照譜、標準紅斑計量、紫外輻射的波段范圍、紫外指數(shù)、曝露等級等術(shù)語及相關(guān)的內(nèi)容，適用于有關(guān)紅斑計量的測量及其結(jié)果的表達、應(yīng)用和紫外指數(shù)的發(fā)布等。

5. UV LED測試標準缺失，校準、測試的度量系統(tǒng)有待完善

UV LED技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)紫外照度計在測量中局限性逐漸顯現(xiàn)。傳統(tǒng)紫外探頭相應(yīng)波段單一，多數(shù)傳統(tǒng)紫外探頭對特定波段紫外輻射有響應(yīng)，如254nm、365nm，而UV LED輻射帶寬大，探頭光譜靈敏度曲線相差大，同時存在紫外探頭量值溯源和校準難等問題，造成紫外LED測量結(jié)果參差不齊。

 UV LED需要逐步開發(fā)、形成結(jié)合自身光譜特點的校準方法、標準光源、傳感探頭，特別是UVB、UVC波段LED的測試是國際各計量機構(gòu)面臨的技術(shù)難點。

在紫外波段標準光源和傳感探頭技術(shù)尚無統(tǒng)一標準的情況下，建議測試儀器可給出傳感探頭的光譜靈敏度曲線。如果傳感探頭的光譜靈敏度曲線與光強（輻射強度）有關(guān)時，還應(yīng)提供不同光強（輻射強度）范圍的光譜靈敏度曲線，并具有根據(jù)光強（輻射強度）范圍，調(diào)用光譜靈敏度曲線進行自動校準的功能。

二紫外LED標準體系建議

1.框架圖

2.標準制定建議

從紫外LED全產(chǎn)業(yè)鏈的角度來講，標準制定不僅涉及從上游襯底到下游應(yīng)用系統(tǒng)，還包括相關(guān)的原材料、生產(chǎn)設(shè)備、封裝配套材料、設(shè)備配套部件等。從紫外LED應(yīng)用的角度，細分市場的行業(yè)差異性很大，光譜分布、輻射照度、照射距離、均勻性、輻射能量等方案需求各有差異，如何發(fā)揮技術(shù)標準的作用，需要產(chǎn)業(yè)內(nèi)的企業(yè)共同參與、共同討論，“公開、透明、協(xié)商一致”的宗旨來制定，以提高標準的產(chǎn)業(yè)接受度，保證標準的實施應(yīng)用。

三、CSAS標準化工作建議

1.以技術(shù)標準促進科技成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用，規(guī)范新興市場發(fā)展

標準與研發(fā)結(jié)合可以推動產(chǎn)品設(shè)計與研制，加快新產(chǎn)品研發(fā)步伐，原有標準的梳理有助于了解替代市場的門檻，減少產(chǎn)品投入的研究力量。以標準推動產(chǎn)業(yè)鏈之間企業(yè)的技術(shù)合作，共同拓展市場，可以保障產(chǎn)品質(zhì)量，提高消費者信心。 

2.推動行業(yè)組織跨領(lǐng)域標準制定，推動交流與合作

在聯(lián)合制定團體標準方面，CSA已經(jīng)和臺灣光電半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（TOSIA）、閃聯(lián)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（IGRS）、中國照明學(xué)會（CIES）共同制定、聯(lián)合發(fā)布標準。

紫外LED標準化體系涉及領(lǐng)域眾多，各行業(yè)組織在開展團體標準化工作時，標準制定程序相對靈活，建議注重合作，探討共同制定、聯(lián)合發(fā)布標準的程序可行性，推動技術(shù)的交流、產(chǎn)業(yè)的合作。

3.標準制定立足填補空白，避免重復(fù)立項，協(xié)調(diào)發(fā)展

現(xiàn)有紫外標準覆蓋國際標準、國家標準、行業(yè)標準、地方標準，眾多類別，標準制定角度各有不同，有相對有序的管理體系；但團體標準立項的決策機制比較靈活，未來標準體系發(fā)展可能面臨重復(fù)立項、指標參數(shù)各有矛盾，給企業(yè)發(fā)展帶來一定的困擾。 

建議CSA的標準/技術(shù)報告立項時，應(yīng)立足填補標準領(lǐng)域空白，推動協(xié)調(diào)、有序發(fā)展。

4.加強與計量、測試等單位合作，推動標準的實施與應(yīng)用

標準、計量、認證認可、檢驗檢測是國際公認的國家質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，其發(fā)展旨在服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。CSA團體標準的制定應(yīng)考慮與UV LED的計量、測試等單位開展合作與交流，推動團體標準發(fā)布之后的實施應(yīng)用，發(fā)揮標準化作用，服務(wù)市場發(fā)展。 

5.條件成熟的情況下，推動國家/國際標準的制定

現(xiàn)有紫外LED技術(shù)有待進一步提高，市場面臨逐步啟動，國家/國際標準制定對技術(shù)成熟度要求相對較高；條件允許的情況下，可以先基礎(chǔ)標準、測試標準，后產(chǎn)品標準、應(yīng)用標準的順序逐步推動不同標準化技術(shù)委員會相應(yīng)領(lǐng)域的國家/國際標準制定。