UV-Leuchtdioden Zuverlässige UVB- und UVC-LEDs für medizinische Anwendungen

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Forscher des Ferdinand-Braun-Instituts (FBH) konnten die Zuverlässigkeit von UVB- und UVC-LEDs deutlich verbessern. Ein wichtiger Schritt, um sie künftig auch kommerziell einsetzen zu können.

Firmen zum Thema

UV-LED im Keramikgehäuse: Es misst 1 mm x 1 mm und der UV-LED-Chip ist in einem hermetisch verschlossenen 3,5 mm x 3,5 mm großen Gehäuse.
UV-LED im Keramikgehäuse: Es misst 1 mm x 1 mm und der UV-LED-Chip ist in einem hermetisch verschlossenen 3,5 mm x 3,5 mm großen Gehäuse.
(Bild: FBH/schurian)

Mit UV-LEDs lassen sich Viren und Bakterien inaktivieren, Wasser und Oberflächen desinfizieren oder Eigenschaften von Materialien verändern. Auch Pflanzen können damit bestrahlt und in ihnen gesundheitsfördernde, sekundäre Pflanzenstoffe angereichert werden.

Um diese Potenziale zukünftig noch besser zu nutzen, werden UV-LEDs mit hoher optischer Leistung und langer Lebensdauer benötigt. Bislang ist die Lebensdauer typischer UVB- und UVC-LEDs auf einige tausend Stunden begrenzt. Das FBH hat neue Erkenntnisse zu Degradationsprozessen von UV-LEDs.

UVC-LEDs mit über 10.000 Stunden

Die Wissenschaftler des Ferdinand-Braun-Instituts analysierten das Degradationsverhalten unter verschiedenen Betriebsbedingungen, für unterschiedliche LED-Designs und Materialzusammensetzungen. Aus den dabei gewonnenen Erkenntnissen hat man ein Modell für die physikalischen Degradationsprozesse von UV-LEDs abgeleitet.

In Zusammenarbeit mit der TU Berlin ist es dem FBH gelungen, die Lebensdauer von UVB-LEDs und ausgewählten UVC-LEDs auf über 10.000 Stunden zu erhöhen. Ein wichtiger Fortschritt, um die Bauelemente künftig in kommerziellen Produkten einsetzen zu können.

Gemeinsam mit seinem Partner bietet das FBH maßgeschneiderte UV-LEDs an. Das Portfolio reicht von speziellen Wellenlängen im UVB- und UVC-Spektralbereich bis hin zu maßgeschneiderten Gehäusen, bei denen beispielsweise ein ESD-Schutz monolithisch integriert ist oder die mit Mikrooptiken ausgestattet sind, um den Abstrahlwinkel anzupassen.

UVC-Spektrum bei 233 Nanometer

UVC-Licht inaktiviert Viren, Bakterien und Pilze. Die LEDs dafür entwickelt das FBH gemeinsam mit der TU Berlin und deckt dabei die komplette Wertschöpfungskette ab, von der Halbleitertechnologie bis hin zu einsatzfähigen Prototypen.

Mit ihren LEDs im fernen UVC-Spektrum bei 233 nm emittieren, sind die Partner sogar weltweit führend. Licht dieser Wellenlänge bietet den entscheidenden Vorteil, dass es kaum in die lebenden Schichten der Haut eindringt und damit prädestiniert ist für die Anwendung am Menschen.

Demonstrator umfasst 128 LEDs

Prototyp des UVC-LED-Bestrahlungssystems zur Bekämpfung multiresistenter Krankheitserreger mit 120 LEDs. Das System eignet sich für Anwendungen auf der Haut.
Prototyp des UVC-LED-Bestrahlungssystems zur Bekämpfung multiresistenter Krankheitserreger mit 120 LEDs. Das System eignet sich für Anwendungen auf der Haut.
(Bild: FBH/P. Immerz)

Das Ferdinand-Braun-Institut hat inzwischen mehrere UV-LED-Strahler mit 233-nm-LEDs entwickelt und gefertigt. Diese werden an der Charité - Universitätsmedizin Berlin und der Universitätsmedizin Greifswald in medizinischen Tests praktisch erprobt. In die Strahler ist jeweils ein Array aus 120 LEDs auf einer Fläche von 8 cm x 8 cm integriert.

Damit wird eine maximale Bestrahlungsstärke von 0,17 mW/cm² mit mehr als 90 Prozent Uniformität über eine Fläche von 6 cm x 6 cm erreicht. Ein weiterer Prototyp mit 265-nm-LEDs wurde speziell für die Desinfektion von Alltagsgegenständen wie Mobiltelefonen und wiederverwendbaren Masken entwickelt.

Der Demonstrator umfasst 128 LEDs. Das zu desinfizierende Objekt liegt auf einer UV-transparenten Scheibe und wird beidseitig bestrahlt. Die mittlere Bestrahlungsstärke liegt bei über 1 mW/cm².

(ID:47741821)