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.
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