Auf zu kurzen Wellenlängen

  • 12. April 2018

Stand der Technik und Trends bei UV-Leucht­dioden.

Bei der „International Conference on UV LED Techno­logies & Appli­ca­tions“ 2018 dreht sich alles um Leucht­dioden. Der Schwer­punkt der ICULTA-2018, die vom 22. Bis zum 25. April in Berlin statt­findet, liegt auf dem ultra­violetten Spektral­bereich. In den Vor­trägen geht es um Fort­schritte bei den Herstel­lungs­techno­logien, aktu­elle Ent­wick­lungen, Anwen­dungen und Trends bei UV-LEDs. Steigende Effi­zienz und Aus­gangs­leis­tungen sorgen dafür, dass UV-LEDs für immer mehr Anwen­dungen inte­res­sant werden. Anders als Queck­silber­dampf­lampen bestehen UV-LEDs aus ungif­tigen Stoffen und ihre Wellen­länge ist über einen weiten Spektral­bereich ein­stell­bar. Dank ihrer geringen Größe sind ver­schie­denste Bau­formen von UV-Strahlern möglich. Zudem sind UV-LEDs schnell schalt- und dimm­bar, ihre Verlust­wärme wird über Kühl­körper effi­zient abge­führt. Daher ist zu erwarten, dass umwelt­freund­liche Leucht­dioden zuneh­mend kon­ventio­nelle UV-Licht­quellen ersetzen und neue Anwen­dungen erschlie­ßen werden. Die Einsatz­möglich­keiten sind viel­fältig: UV-Strah­lung kann unter anderem zur Des­infek­tion und Ent­keimung von Wasser, Luft und Ober­flächen, zum Nach­weis von Krank­heits­erregern sowie zur Erhöhung des Ertrages von Nutz­pflanzen oder zur Härtung von Kunst­stoffen ein­ge­setzt werden.

UV-Leuchtdioden

Abb.: UV-B-LED-Modul zur Pflanzen­be­strah­lung mit Licht dreier ver­schie­dener Wellen­längen durch LEDs. Deren Hellig­keit und Be­strah­lungs­stärken können unab­hängig ein­ge­stellt werden, um die opti­male Bestrah­lung für struk­tu­rell unter­schied­liche pflanz­liche Sekun­där­meta­bo­lite zu er­mit­teln; Detail­auf­nahme: UV-B-LED. (Bild: P. Immerz, FBH)

Wissenschaftler des Ferdinand-Braun-Instituts und seines Spin-offs UVphotonics berichten auf der Fach­tagung über ihre Fort­schritte bei der Effi­zienz und Zuver­lässig­keit von UV-LEDs. Sie iden­tifi­zierten unter anderem einen Degra­da­tions­mecha­nismus, der auf eine Elektro­migra­tion von Wasser­stoff in der UV-B-LED-Struktur während der ersten Betriebs­stunden hin­deutet und mit einem Abfall der opti­schen Leis­tung ein­her­geht. Nach ent­­spre­chenden Design­anpas­sungen konnten UV-B-LEDs mit L50-Lebens­dauern von mehr als acht­tausend Stunden demon­striert werden. Deren Zuver­lässig­keit konnte durch zusätz­liche Opti­mie­rungen nun weiter ver­bessert werden – deut­lich höhere Lebens­dauern sind daher zu erwarten. Zugleich wurde deren Aus­gangs­leistung bei 350 Milli­ampere auf dreißig Milli­watt erhöht. Auch Methoden zur Erhöhung der internen Quanten­effi­zienz und zur effi­zienten Licht­extrak­tion wurden detail­liert unter­sucht.

Auf der Konferenz stellen Wissenschaftler des FBH auch eine kompakte dioden­laser­basierte Licht­quelle für den tiefen UV-Spektral­bereich vor, die bei einer Wellen­länge von 222 Nano­metern emit­tiert. Dieser Bereich ist bis­lang mit LEDs nur schwer erreich­bar. Die auf einem GaN-Hoch­leistungs­dioden­laser basie­rende Licht­quelle, deren Licht mittels Frequenz­ver­doppe­lung in den UV-Bereich konver­tiert wird, bietet die Möglich­keit der Minia­turi­sie­rung. Die wellen­längen­stabi­li­sierte, schmal­bandige Licht­quelle eignet sich besonders für spektro­sko­pische Anwen­dungen, wie die Absorp­tions- oder Raman-Spektro­skopie in der medi­zi­nischen Diagnostik aber auch der Substanz­analytik.

Parallel entwickelt das FBH für jede Anwendung das dazu passende Gehäuse und mit Unter­stützung seines Ent­wick­lungs­zentrums sogar komplette Module, die genau auf den Einsatz­bereich zuge­schnitten sind. So hat das FBH für einen Forschungs­partner ver­schiedene Geräte für die Pflanzen­be­strah­lung mit LEDs ent­worfen und reali­siert. Dabei werden Pflanzen mit Licht spezi­fischer Wellen­längen bestrahlt, wodurch sich der Anteil gesund­heits­fördernder Pflanzen­stoffe gezielt erhöhen lässt. Bei der Anwen­dung in Gewächs­häusern werden die UV-LEDs durch spezielle Gehäuse vor der warmen und feuchten Umge­bung geschützt. Eines dieser Module sowie ein weiteres zur Wasser­des­infek­tion stellt das FBH auf seinem Stand auf der beglei­tenden Aus­stel­lung vor.

FBH / RK

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