Ultraviolettes Licht tritt zwischen dem sichtbaren und dem Röntgenspektrum auf. Der ultraviolette Wellenlängenbereich wird mit 10 nm bis 400 nm angegeben; Viele optoelektronische Unternehmen betrachten jedoch auch Wellenlängen bis zu 430 nm im UV-Bereich. Ultraviolettes Licht hat seinen Namen aufgrund der „violetten“ Farbe, die es im sichtbaren Teil des Spektrums erzeugt, obwohl ein Großteil der UV-Lichtleistung für das menschliche Auge nicht sichtbar ist.
Farbspektrum zur Hervorhebung von UV-A, UV-B und UV-C
UV-LEDs haben in den letzten Jahren ein enormes Wachstum erlebt. Dies ist nicht nur das Ergebnis technologischer Fortschritte bei der Herstellung von Festkörper-UV-Geräten, sondern auch der ständig steigenden Nachfrage nach umweltfreundlichen Verfahren zur Erzeugung von UV-Licht, die derzeit von Quecksilberlampen dominiert wird. Das aktuelle Angebot an UV-LEDs auf dem Optoelektronik-Markt besteht aus Produkten im Bereich von ca. 265 nm – 420 nm mit einer Vielzahl von Gehäusetypen, einschließlich Durchsteckmontage, Oberflächenmontage und COB (Chip-On-Board). Es gibt viele einzigartige Anwendungen für UV-LED-Strahler; jedoch hängt jede stark von der Wellenlänge und der Ausgangsleistung ab. Im Allgemeinen kann UV-Licht für LEDs in 3 allgemeine Bereiche unterteilt werden. Diese werden in UV-A, UV-B und UV-C eingeteilt. (Siehe Tabelle unten)
Anwendungen Die „oberen“ UVA-Geräte sind seit Ende der 90er Jahre erhältlich. Diese LEDs werden traditionell in Anwendungen wie der Fälschungserkennung oder -validierung (Währung, Führerschein, Dokumente usw.) und der Forensik (Tatortuntersuchungen) verwendet, um nur einige zu nennen. Die Leistungsanforderungen für diese Anwendungen sind sehr gering und die tatsächlich verwendeten Wellenlängen liegen im Bereich von 390 nm – 420 nm. Niedrigere Wellenlängen waren zu dieser Zeit für den Produktionsgebrauch nicht verfügbar. Aufgrund ihrer Langlebigkeit auf dem Markt und der einfachen Herstellung sind diese LED-Typen leicht aus einer Vielzahl von Quellen erhältlich und die günstigsten aller UV-Produkte. Der „mittlere“ UVA-LED-Komponentenbereich hat in den letzten Jahren das größte Wachstum erfahren. Die meisten Anwendungen in diesem Wellenlängenbereich (ca. 350 nm – 390 nm) sind die UV-Härtung von kommerziellen und industriellen Materialien wie Klebstoffen, Beschichtungen und Tinten. LEDs bieten aufgrund der höheren Effizienz, der geringeren Betriebskosten und der Miniaturisierung des Systems erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Härtungstechnologien wie Quecksilber oder Leuchtstoffröhren. Der Trend zur Verwendung von LEDs zum Aushärten nimmt zu, da die Lieferkette ständig auf die Einführung der LED-Technologie drängt. Obwohl die Kosten in diesem Wellenlängenbereich deutlich höher sind als im oberen UVA-Bereich, treiben schnelle Fortschritte in der Fertigung sowie steigende Stückzahlen die Preise stetig nach unten. Die „unteren“ UVA- und „oberen“ UVB-Bereiche (ca. 300 nm – 350 nm) sind die jüngsten Markteinführungen. Diese Geräte bieten das Potenzial, in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt zu werden, darunter UV-Härtung, Biomedizin, DNA-Analyse und verschiedene Arten der Sensorik. In allen 3 UV-Spektralbereichen gibt es signifikante Überlappungen; Daher muss man nicht nur überlegen, was für die Anwendung am besten ist, sondern auch, was die kostengünstigste Lösung ist, denn je niedriger die Wellenlänge, desto höher in der Regel die LED-Kosten. Der „untere“ UVB- und „obere“ UVC-Bereich (ca. 250nm – 300nm) ist ein Bereich, der noch in den Kinderschuhen steckt, jedoch in Luft- und Wasserreinigungssystemen große Begeisterung und Nachfrage für dieses Produkt besteht. Derzeit gibt es nur eine Handvoll Unternehmen, die in der Lage sind, UV-LEDs in diesem Wellenlängenbereich herzustellen, und noch eine kleinere Menge, die Produkte mit ausreichender Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Leistungsmerkmalen herstellen. Daher sind die Kosten für Geräte im UVC/B-Bereich immer noch sehr hoch und können in manchen Anwendungen unerschwinglich sein. Die Einführung des ersten kommerziellen Desinfektionssystems auf UVC-LED-Basis im Jahr 2012 hat dazu beigetragen, den Markt dahin zu bringen, dass viele Unternehmen jetzt ernsthaft auf LED-basierte Produkte setzen. Vorsichtsmaßnahmen Eine häufig gestellte Frage zu ultravioletten LEDs lautet: Stellen sie ein Sicherheitsrisiko dar? Wie oben beschrieben, gibt es verschiedene UV-Lichtstärken. Eine der am häufigsten verwendeten und bekanntesten Quellen zur Erzeugung von UV-Leistung ist die „Schwarzlichtbirne“. Dieses Produkt wird seit Jahrzehnten verwendet, um einen leuchtenden oder fluoreszierenden Effekt auf bestimmte Arten von Postern sowie für andere Anwendungen wie die Echtheitsprüfung von Gemälden und Geldscheinen zu erzeugen. Das Licht, das durch das Verständnis von UV-LED-Anwendungen und -Vorsichtsmaßnahmen erzeugt wird
Diese Glühbirnen liegen typischerweise im „oberen“ UVA-Spektrum, das dem sichtbaren Bereich mit relativ geringer Energie in der Wellenlänge am nächsten ist. Dieser Teil des UVA-Spektrums ist das sicherste der drei verschiedenen UV-Lichtspektren, obwohl eine hohe Exposition mit Hautkrebs beim Menschen sowie anderen potenziellen Problemen wie der beschleunigten Hautalterung in Verbindung gebracht wurde. LEDs (im Gegensatz zu herkömmlichen Glüh- oder Leuchtstofflampen) sind auch stark gerichtet mit sehr engen Betrachtungswinkeln. Der direkte Blick in eine UV-LED kann für die Augen schädlich sein. Es ist am besten, die Exposition gegenüber UVA-produzierenden Produkten zu begrenzen. Das UVC- und ein Großteil des UVB-Lichtspektrums werden hauptsächlich für keimtötende und sterilisierende Zwecke verwendet. Licht, das bei diesen Wellenlängen erzeugt wird, ist nicht nur schädlich für Mikroorganismen, sondern auch gefährlich für Menschen und andere Lebewesen, die damit in Kontakt kommen können. Diese LED-Lampen sollten immer abgeschirmt und niemals mit bloßem Auge sichtbar sein, auch wenn es den Anschein hat, als würde wenig oder kein Licht vom Gerät ausgehen. Die Exposition gegenüber diesen Wellenlängen kann Hautkrebs und vorübergehenden oder dauerhaften Verlust oder eine Beeinträchtigung des Sehvermögens verursachen. Alle UV-Geräte sollten Warnschilder ähnlich den unten abgebildeten Schildern haben (von Marktech Optoelectronics bereitgestellt). Darüber hinaus verlangen viele Hersteller vor dem Kauf einer UVC- oder UVB-LED, dass jeder Kunde ein Dokument unterzeichnet, in dem er bestätigt, dass er die Vorsichtsmaßnahmen in Bezug auf die Verwendung und Handhabung dieser Produkte versteht und ihnen zustimmt.
Abbildung 3, Schema einer Standard-LED.
Von Vincent C. Forte – Januar 2014 Vincent ist Chief Technology Officer von Marktech Optoelectronics in Latham, New York. Er ist seit fast 30 Jahren im Bereich der Optoelektronik tätig und hat mehrere Artikel zur LED-Technologie verfasst oder mitverfasst. Viele bedeutende Verbesserungen an LEDs und ihren Anwendungen sind direkt aus Vincents Input und praktischer Erfahrung entstanden
