紫外光：一把雙刃劍，從危害到應用

我們常聽到「多曬太陽有助於人體吸收紫外線合成維生素D」，但也常看到市售各種抗紫外線（抗UV）產品，有的標榜美白功能，有的著重避免皮膚癌。紫外光對人體究竟是好是壞？還是其中有什麼差別？本文將從不同波段的紫外光著手，了解它們對人體會產生哪些影響，以及各波段的特性能有哪些應用。

什麼是紫外光？

光是一種能量的表現型態，同時也是電磁波的一種。電磁波是由特定頻率振盪的電場與磁場交互結合而成，依照震盪頻率的不同，電磁波被區分為數個區間，並各自具有獨特性質，其中就包含了我們今天要認識的主角——紫外光！

紫外光（UV，ultraviolet）是波長介於200奈米到380奈米之間的電磁波。依照波長和功用，可再細分為三段：

• UV-A：波長介於380～320奈米。

• UV-B：波長介於320～275奈米。

• UV-C：波長低於275奈米。

後兩者經常被科學家合稱為深紫外光（deep UV）。依照量子力學，光的能量與頻率成正比，因此波長越短、頻率越高的光，能量也越大。換句話說，UV-C能量最高，UV-A最弱。

不同波段紫外光的特性與應用

UV-A：黑色素沉澱與樹脂固化

UV-A屬於紫外光當中能量較低的區間，並不會直接對人體皮膚細胞造成直接傷害。適當暴露於UV-A下，可以使皮膚產生黑色素沉澱，進而達到抵禦輻射的效果。這對於長時間待在室內、較少接觸陽光的人來說，有助於提升皮膚的自然防護力。

除此之外，UV-A還具有另一個非常實用的功能——固化樹脂。這項技術近年來已被廣泛應用在日常生活當中，例如牙醫所用的白色樹脂聚合物取代了傳統的銀粉填補劑，以及智慧型手機保護玻璃貼的接合劑等等。

UV-B：維生素D合成與健康益處

相較於UV-A，UV-B對於人類而言具有更高的實用價值以及不可取代的重要性。在這個波段的紫外光照射下，人體會自主合成維生素D，並有效地幫助人體吸收鈣質，預防骨質疏鬆的發生。

另一方面，自主合成維生素D可以有效降低人體的發炎反應。這是非常重要的，因為身體當中絕大部分的病變以及疼痛都是由發炎反應所造成。適當的曝曬UV-B就可以減緩許多疾病以及病痛的發生，並且具有一定的抗癌功效！

在此要特別提醒讀者，若要選擇以曬太陽光的方式自主合成維生素D，建議於中午11點到下午1點時進行，這個時段的太陽光具有的UV-B比例是最高的。同時，請務必注意曝曬時間，避免曬傷以及中暑的危險。

UV-C：高效殺菌的利器

UV-C的波長短，能量大，可以非常有效地進行殺菌工作。相較於酒精殺菌、微波殺菌、臭氧殺菌等其他殺菌方法，UV-C殺菌更為有效快速，超過90％以上的細菌以及病毒種類皆可在短短一分鐘的紫外光照射下死亡。

在工作原理上，UV-C殺菌是通過直接破壞微生物核內的DNA結構，使其無法執行重要的細胞生理功能，借此來殺死細菌或病毒。相較於酒精或其他方式採用破壞表面蛋白質，紫外光殺菌更為直接且可以徹底阻斷微生物繁殖的可能性。

常見的紫外發光裝置

雖然許多與紫外光相關的發光元件仍處於實驗室發展階段，但在我們日常生活當中，已經有一些被廣泛使用的紫外發光裝置，像是紫外燈管（UV lamp）以及紫外光LED（UV LED）。以下我們將針對這些常見的紫外發光裝置進行探討，詳細了解其原理以及應用。

紫外燈管（UV lamp）

紫外燈管的外形與我們常見的日光燈管相似。在紫外光燈管的玻璃罩內部會填充水銀、氬氣或者氪氣等惰性氣體作為激發材料。兩端則選用高熔點的鎢絲作為電極材料，以達到穩定及長時間使用的要求。

燈管啟動時，兩端的電極由於外加電流而開始受熱加溫，產生放電現象，使玻璃罩內的蒸氣壓穩定上升。緊接著，均勻分布在管內的水銀以及惰性元素蒸氣受到外加偏壓的激發，內部電子從低能量態躍遷至高能量態。當高能量態的電子回到低能量態時，當中的能量差就會以紫外光的方式輻射出來。

此外，我們日常生活當中常見的白光燈管或其他顏色燈管，都是由上述的紫外光燈管衍生而來。其原理是在紫外光燈管的玻璃罩內側塗上螢光染料，當紫外光照射到螢光染料時，會再次激發螢光染料的電子，輻射出各種五顏六色的可見光。

紫外光發光二極體（UV LED）

作為二十一世紀的新型光源，LED具有許多以往燈泡不具備的優秀特性，例如：超薄的體積使得LED可以有效地與其他元件進行整合、更低的工作電壓使能源有效節省、相對低的工作溫度讓LED的壽命增加。

簡易紫外LED的結構通常由基板、N型半導體、絕緣層、P型半導體交疊而成。為了減低材料的晶格不匹配問題，紫外光LED大多採用藍寶石作為基板、半導體部分採用氮化鋁鎵（AlGaN），而絕緣層則採用二氧化矽（SiO2），最後電極部分可以採用黃金。

通以外加偏壓給予LED元件時，P型半導體的電洞會向下推擠，而N型半導體的電子會被向上推擠。最終，電子以及電洞會在半導體與絕緣層的接面結合，輻射出對應半導體能隙的紫外光。

結論

紫外光在我們生活當中無所不在。它能有效幫助我們殺滅病毒以及細菌，減少微生物對人類的危害，甚至可以有效幫助人體產生維生素D，調節免疫能力。然而，過多的紫外光也會造成人類皮膚細胞的病變，導致皮膚癌等嚴重的疾病。

我們不能沒有它，也不能過度依賴它。希望讀者可以藉由閱讀這篇文章，初步了解紫外線的特性以及用途。只有了解它，我們才能與它和平相處，甚至透過設計發光元件的方式將紫外光融入日常，使我們的生活更加便利。