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汞灯VS紫外LED 对比到底哪个好

日期：2025-01-21 18:46

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摘要：汞灯VS紫外LED 对比到底哪个好紫外辐射是指波长小于紫光波长的一定范围的电磁辐射，波长范围100~380 nm，可划分为长波紫外（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个波段，相应的紫外光源分别称之为长波、中波、短波和真空紫外光源。长波紫外光源主要有中压汞灯、短弧超高压汞灯、氙灯、紫外金卤灯、紫外LED等，它们主要应用于紫外光固化、光化学合成、印刷电路板曝光和荧光探伤等方面。中波紫外光源主要指紫外线荧光灯，它具有红斑效应和保健作用，一...

汞灯VS紫外LED 对比到底哪个好

紫外辐射是指波长小于紫光波长的一定范围的电磁辐射，波长范围100~380 nm，可划分为长波紫外（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个波段，相应的紫外光源分别称之为长波、中波、短波和真空紫外光源。

长波紫外光源主要有中压汞灯、短弧超高压汞灯、氙灯、紫外金卤灯、紫外LED等，它们主要应用于紫外光固化、光化学合成、印刷电路板曝光和荧光探伤等方面。中波紫外光源主要指紫外线荧光灯，它具有红斑效应和保健作用，一般适用于医疗保健。而短波紫外光源包括热阴极和冷阴极低压汞灯，主要用于****、荧光分析及光化学等方面。

热阴极低压汞灯是目前生产和应用量*大的紫外光源，在空气、饮用水和废水**方面得到广泛使用。真空紫外光源主要有氘灯和氙准分子灯等，应用于光电子能谱仪的激发、臭氧发生、真空紫外波长标准和光清洗。

以下介绍低压汞灯、中压汞灯和微波无极紫外灯的特性和优缺点，并与紫外LED对比后预测了其发展前景。

低压汞灯

低压汞灯即低气压汞蒸气放电灯，是由汞蒸气受高能电子碰撞电子激发而发出以254 nm和185 nm为主的的紫外共振辐射。它的辐射原理是：对不同管径的灯，在*佳汞蒸气压下（外径38 mm的T12灯为0.8 Pa，外径7 mm的T2灯为1.6 Pa），汞蒸气在电场中放电，汞原子的*外层电子从基态被激发到激发态，当其由激发态返回到基态时辐射出254，185 nm紫外光子。

低压汞灯的光谱分布近似为线光谱。石英玻壳对254 nm透射率可高达90%以上，而普通玻璃不透射254 nm紫外光。随电流密度的不同，低压汞灯的254 nm紫外辐射效率可达35%~60%，185 nm辐射效率可达5%~15%，是目前辐射效率*高的气体放电光源。

185 nm真空紫外辐射在空气中的传输距离很短，在毫米量级的距离内即被氧分子吸收，氧分子分解成氧原子并进一步反应生成臭氧。所以185 nm辐射是很好的臭氧激发源，其优点是既能高效产生臭氧，又不会生成氮氧化合物等其他有害气体。另外，185 nm光子的高能量，能够打开大部分有机物的化学键，可以应用在半导体和平板显示器生产线的光清洗工艺中，作为氙准分子灯的低成本替代方案。低压汞灯的典型发射光谱如图1所示。

目前，**用低压汞灯要求不产生臭氧，石英管中通常都掺入少量TiO2，以吸收185 nm的紫外辐射，只辐射254 nm的紫外辐射，俗称无臭氧紫外辐射源。

低压汞灯的紫外辐射效率很高，当放电条件为饱和汞蒸气压0.9 Pa、放电管直径26 mm（T8）、冷端温度42℃时，紫外辐射达到*大。在该条件下，如果采用氩气作为缓冲气体，放电电流电流密度控制在0.03~0.13 A/cm2，那么254 nm处的辐射效率高达60%。不过，这种*佳的放电条件只能维持比较低的输入功率密度（＜0.5 W/cm），对应的254 nm辐射功率密度仅为0.2~0.3 W/cm。如果采用铋铟汞合金代替纯汞，再辅以合适的放电管径，放电的功率密度可以提高到2 W/cm。

*近几年我们利用恒温箱和自行设计的体积2.5 m3的大型真空室作为点灯环境，测量了T6大功率低压汞灯正柱的254，185 nm辐射效率随灯的稀有气体气体种类、气压、冷端温度和放电电流的变化，获得了*佳放电条件。图2和图3为254，185 nm谱线的辐射效率随冷端温度的变化。

结果表明，T6大功率低压汞灯正柱的254 nm辐射功率的*大值对应冷端温度40~45℃，对应汞蒸气压0.86~1.24 Pa。在1.6 A电流下，*大辐射功率可达60~80 W/m。不同缓冲气体的正柱区254 nm辐射效率随冷端温度变化规律基本一致。T6低压汞灯辐射效率*大值对应冷端温度在45~48℃，对应汞蒸气压1.24~1.54 Pa。对填充Ne-Ar混合气体的灯，在气压2 Torr、电流1.6 A、冷端温度45℃时，正柱输入功率＞160 W/m，254 nm辐射效率＞40%。

冷端温度在70~75℃时185 nm辐射效率*高，且*佳冷端温度随着缓冲气体中的Ne含量上升而上升。充纯Ne的灯在气压2 Torr、冷端温度75℃、电流1.6 A时，灯的输入功率为117.7 W/m，185 nm的辐射效率可达10.2%，而254 nm的辐射效率为22.4%。

对UVC-LED外延芯片的研发是国内外的热点。日本信息通信研究机构（NICT）采用出光面包含光子晶体的氮化铝（AlN）基板，开发出波长265 nm的UVC-LED，实现了输出功率密度90 mW/cm2的连续发光，在电流为200 mA时外量子效率为6.3%。

鉴于UVC-LED辐射效率还不高，如要达到实用化的20%的辐射效率，还有待实现技术突破；加上UVC-LED价格昂贵，目前只能用于小面积的**。因此，低压汞灯仍有广阔的应用前景，未来5~10年市场规模将继续扩大。

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