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汞燈VS紫外LED 對比到底哪個好

日期：2025-07-11 18:40

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摘要：汞燈VS紫外LED 對比到底哪個好紫外輻射是指波長小于紫光波長的一定范圍的電磁輻射，波長范圍100~380 nm，可劃分為長波紫外（UVA，315~380 nm）、中波紫外（UVB，280~315 nm）、短波紫外（UVC，200~280 nm）、真空紫外（VUV，100~200 nm）4個波段，相應的紫外光源分別稱之為長波、中波、短波和真空紫外光源。長波紫外光源主要有中壓汞燈、短弧超高壓汞燈、氙燈、紫外金鹵燈、紫外LED等，它們主要應用于紫外光固化、光化學合成、印刷電路板曝光和熒光探傷等方面。中波紫外光源主要指紫外線熒光燈，它具有紅斑效應和保健作用，一...

汞燈VS紫外LED 對比到底哪個好

紫外輻射是指波長小于紫光波長的一定范圍的電磁輻射，波長范圍100~380 nm，可劃分為長波紫外（UVA，315~380 nm）、中波紫外（UVB，280~315 nm）、短波紫外（UVC，200~280 nm）、真空紫外（VUV，100~200 nm）4個波段，相應的紫外光源分別稱之為長波、中波、短波和真空紫外光源。

長波紫外光源主要有中壓汞燈、短弧超高壓汞燈、氙燈、紫外金鹵燈、紫外LED等，它們主要應用于紫外光固化、光化學合成、印刷電路板曝光和熒光探傷等方面。中波紫外光源主要指紫外線熒光燈，它具有紅斑效應和保健作用，一般適用于醫療保健。而短波紫外光源包括熱陰極和冷陰極低壓汞燈，主要用于****、熒光分析及光化學等方面。

熱陰極低壓汞燈是目前生產和應用量*大的紫外光源，在空氣、飲用水和廢水**方面得到廣泛使用。真空紫外光源主要有氘燈和氙準分子燈等，應用于光電子能譜儀的激發、臭氧發生、真空紫外波長標準和光清洗。

以下介紹低壓汞燈、中壓汞燈和微波無極紫外燈的特性和優缺點，并與紫外LED對比后預測了其發展前景。

低壓汞燈

低壓汞燈即低氣壓汞蒸氣放電燈，是由汞蒸氣受高能電子碰撞電子激發而發出以254 nm和185 nm為主的的紫外共振輻射。它的輻射原理是：對不同管徑的燈，在*佳汞蒸氣壓下（外徑38 mm的T12燈為0.8 Pa，外徑7 mm的T2燈為1.6 Pa），汞蒸氣在電場中放電，汞原子的*外層電子從基態被激發到激發態，當其由激發態返回到基態時輻射出254，185 nm紫外光子。

低壓汞燈的光譜分布近似為線光譜。石英玻殼對254 nm透射率可高達90%以上，而普通玻璃不透射254 nm紫外光。隨電流密度的不同，低壓汞燈的254 nm紫外輻射效率可達35%~60%，185 nm輻射效率可達5%~15%，是目前輻射效率*高的氣體放電光源。

185 nm真空紫外輻射在空氣中的傳輸距離很短，在毫米量級的距離內即被氧分子吸收，氧分子分解成氧原子并進一步反應生成臭氧。所以185 nm輻射是很好的臭氧激發源，其優點是既能高效產生臭氧，又不會生成氮氧化合物等其他有害氣體。另外，185 nm光子的高能量，能夠打開大部分有機物的化學鍵，可以應用在半導體和平板顯示器生產線的光清洗工藝中，作為氙準分子燈的低成本替代方案。低壓汞燈的典型發射光譜如圖1所示。

目前，**用低壓汞燈要求不產生臭氧，石英管中通常都摻入少量TiO2，以吸收185 nm的紫外輻射，只輻射254 nm的紫外輻射，俗稱無臭氧紫外輻射源。

低壓汞燈的紫外輻射效率很高，當放電條件為飽和汞蒸氣壓0.9 Pa、放電管直徑26 mm（T8）、冷端溫度42℃時，紫外輻射達到*大。在該條件下，如果采用氬氣作為緩沖氣體，放電電流電流密度控制在0.03~0.13 A/cm2，那么254 nm處的輻射效率高達60%。不過，這種*佳的放電條件只能維持比較低的輸入功率密度（＜0.5 W/cm），對應的254 nm輻射功率密度僅為0.2~0.3 W/cm。如果采用鉍銦汞合金代替純汞，再輔以合適的放電管徑，放電的功率密度可以提高到2 W/cm。

*近幾年我們利用恒溫箱和自行設計的體積2.5 m3的大型真空室作為點燈環境，測量了T6大功率低壓汞燈正柱的254，185 nm輻射效率隨燈的稀有氣體氣體種類、氣壓、冷端溫度和放電電流的變化，獲得了*佳放電條件。圖2和圖3為254，185 nm譜線的輻射效率隨冷端溫度的變化。

結果表明，T6大功率低壓汞燈正柱的254 nm輻射功率的*大值對應冷端溫度40~45℃，對應汞蒸氣壓0.86~1.24 Pa。在1.6 A電流下，*大輻射功率可達60~80 W/m。不同緩沖氣體的正柱區254 nm輻射效率隨冷端溫度變化規律基本一致。T6低壓汞燈輻射效率*大值對應冷端溫度在45~48℃，對應汞蒸氣壓1.24~1.54 Pa。對填充Ne-Ar混合氣體的燈，在氣壓2 Torr、電流1.6 A、冷端溫度45℃時，正柱輸入功率＞160 W/m，254 nm輻射效率＞40%。

冷端溫度在70~75℃時185 nm輻射效率*高，且*佳冷端溫度隨著緩沖氣體中的Ne含量上升而上升。充純Ne的燈在氣壓2 Torr、冷端溫度75℃、電流1.6 A時，燈的輸入功率為117.7 W/m，185 nm的輻射效率可達10.2%，而254 nm的輻射效率為22.4%。

對UVC-LED外延芯片的研發是國內外的熱點。日本信息通信研究機構（NICT）采用出光面包含光子晶體的氮化鋁（AlN）基板，開發出波長265 nm的UVC-LED，實現了輸出功率密度90 mW/cm2的連續發光，在電流為200 mA時外量子效率為6.3%。

鑒于UVC-LED輻射效率還不高，如要達到實用化的20%的輻射效率，還有待實現技術突破；加上UVC-LED價格昂貴，目前只能用于小面積的**。因此，低壓汞燈仍有廣闊的應用前景，未來5~10年市場規模將繼續擴大。

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