Was ist ein UV-LED?
UV-LEDs sind LEDs, die ultraviolettes Licht aussenden.
LED steht für “Licht-emittierende Diode”. Ultraviolettes Licht hat eine kürzere Wellenlänge als violettes Licht. Im Englischen heißt es Ultraviolet und wird zum Teil mit UV abgekürzt.
Eine längere Exposition gegenüber UV-Strahlung ist für den menschlichen Körper schädlich und kann Sonnenbrand und Hautkrebs verursachen, aber sie hat auch nützliche Eigenschaften, wie z. B. bakterientötende. UV-Strahlung wird nach ihrem Wellenlängenbereich in drei Kategorien eingeteilt: UV-A (320-380nm), UV-B (280-320nm) und UV-C (200-280nm).
Anwendungen von UV-LEDs
UV-LEDs werden hauptsächlich in industriellen Anwendungen eingesetzt, es gibt aber auch UV-LED-Stiftlampen. Sie werden für eine Vielzahl von Anwendungen im industriellen Bereich eingesetzt.
Beispiele für spezifische Anwendungen sind:
- Behandlung von atopischen Krankheiten (z. B. Neurodermitis)
- Photodynamische Therapie (PDT) von Krebs mit Photosensibilisatoren
- Schimmelpilzbekämpfung in Kühlschränken und Klimaanlagen
- Sterilisation von Wasseraufbereitungsanlagen usw.
- Trocknungsgeräte für Klebstoffe und Lacke
- Zur Aushärtung von Reparaturharzen
In der Medizin wird z. B. die immunsuppressive Wirkung von ultraviolettem Licht genutzt. In der Industrie wird es zur Aushärtung von UV-härtenden Harzen verwendet. UV-härtende Harze werden durch UV-Licht gehärtet und für Reparaturen und Drucke verwendet. Diese Harze können durch UV-LEDs ausgehärtet werden.
Funktionsweise von UV-LEDs
LEDs emittieren Licht durch die Wechselwirkung zwischen Elektronen und Löchern am Übergang von n- und p-Typ-Halbleitern: Wenn ein elektrisches Feld in Durchlassrichtung an einen Halbleiter mit PN-Übergang angelegt wird, gehen die Elektronen im Leitungsband in das Valenzband über und emittieren Licht mit einer Wellenlänge, die der Bandlücke entspricht, wenn sie mit einem Loch annihilieren.
Die Bandlücke variiert je nach dem Material, aus dem der Halbleiter besteht, so dass die Wellenlänge durch Änderung der Zusammensetzung eingestellt werden kann. Die meisten UV-LEDs werden aus Halbleitern auf der Basis von Aluminiumgalliumnitrid hergestellt.
Weitere Informationen zu UV-LEDs
1. Tief-ultraviolette LEDs
In den letzten Jahren haben tief ultraviolette LEDs als alternative Lichtquelle zu Quecksilberlampen Aufmerksamkeit erregt. Tief ultraviolette Strahlen sind ultraviolette Strahlen mit einer kurzen Wellenlänge von 100-280 nm. Sie hat die höchste Energie aller UV-Strahlen und ist für lebende Organismen äußerst zerstörerisch.
Tief-ultraviolette LEDs werden in Umweltbereichen wie der Wasser- und Luftreinigung eingesetzt, wo sie ihre zerstörerische Kraft ausnutzen. Im medizinischen Bereich tragen sie auch zur Verhinderung der nosokomialen Übertragung von Viren bei. In der Industrie werden sie in Bereichen wie Druck und Beschichtung eingesetzt.
UV-LEDs zeichnen sich durch ihre geringe Umweltbelastung, Energieeinsparungen und eine lange Lebensdauer von mehr als 10 000 Stunden aus. Es besteht jedoch die Gefahr schädlicher Auswirkungen auf den menschlichen Körper, weshalb Maßnahmen getroffen werden müssen, um eine direkte Exposition gegenüber tief-ultraviolettem Licht durch Schutzbrillen oder andere Mittel zu verhindern.
2. Markt für ultraviolette LEDs
Die Nachfrage nach ultravioletten LEDs steigt seit 2020 rapide an, da das Bewusstsein der Verbraucher für sterile Prozesse deutlich gestiegen ist.
Der Markt für ultraviolette LEDs wird zwischen 2019 und 2024 voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 60 % wachsen. Hygieneprodukte und andere Produkte, die mit UV-Sterilisationsfunktionen kombiniert sind, treiben die Nachfrage auf dem UV-LED-Markt an.
Es wird erwartet, dass der Markt wachsen wird, da die Menschen in Zukunft immer hygienebewusster werden. Darüber hinaus liegt der Preis von UV-LEDs je nach Leistung zwischen zehn und mehreren tausend Dollar. Je kürzer die Wellenlänge und je höher die Leistung, desto teurer. Mit der Ausweitung des Marktes und den Fortschritten in der Massenproduktionstechnologie werden die Preise jedoch voraussichtlich noch günstiger werden.
3. Entwicklungsstand von UV-LEDs
Lampen wie Quecksilber und Metallhalogenid wurden üblicherweise als Quelle für ultraviolette Strahlung verwendet. Lampen haben jedoch den Nachteil, dass sie eine kurze Lebensdauer haben und die Lichtquelle lange braucht, um sich zu stabilisieren.
In den letzten Jahren sind LEDs auf der Basis von Aluminiumgalliumnitrid immer beliebter geworden. UV-LEDs lassen sich nur schwer zu einer hohen Leuchtkraft bringen und haben eine geringe Leistung. Dank der jüngsten technologischen Fortschritte ist es jedoch möglich, auch im UV-C-Bereich, in dem es besonders schwierig war, eine hohe Leistung zu erzielen, eine hohe Leistung zu gewährleisten. Neben der Verbesserung der Umwandlungseffizienz wird auch die Effizienz der Lichtauskopplung verbessert.
Früher gab es das strukturelle Problem, dass das emittierte Licht vom Substrat absorbiert wurde und verloren ging. In jüngster Zeit wurden diese Probleme durch eine Oberflächenbearbeitung mit Hilfe der Nanotechnologie auf der Substratoberfläche verbessert.