Verso lunghe onde corte

Modulo LED UV-B per l'illuminazione delle piante: con luce di tre diverse lunghezze d'onda tramite LED. La loro luminosità e intensità di irradiazione possono essere regolate indipendentemente per determinare l'irradiazione ottimale per metaboliti secondari vegetali strutturalmente diversi. Dettaglio: LED UV-B (©FBH/P. Immerz)

LED UV-B ad alta potenza nel contenitore: All'interno si vede il chip LED da 1x1 mm². (©FBH/schurian.com) / LED UV-B ad alta potenza nel package: All'interno si può vedere il chip LED da 1x1 mm². (©FBH/schurian.com)

In presentazioni e nella mostra accompagnatoria di ICULTA-2018, l'Istituto Ferdinand-Braun presenta le sue innovazioni nelle LED ultraviolette – dal chip al modulo pronto all'uso. L'istituto è co-organizzatore della conferenza internazionale a Berlino.

In occasione di ICULTA-2018 – International Conference on UV LED Technologies & Applications 2018, tutto ruota attorno ai diodi a emissione luminosa (LED). Il focus della conferenza internazionale, che si svolgerà dal 22 al 25 aprile 2018 a Berlino, è sul spettro ultravioletta (UV) e quindi su lunghezze d'onda inferiori a 400 nm. Nei discorsi si parlerà di progressi nelle tecnologie di produzione, sviluppi attuali, applicazioni e tendenze delle UV-LED. L'Istituto Ferdinand-Braun, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) e la sua spin-off UVphotonics NT GmbH sono rappresentati con diversi interventi (invitati) e stand nella mostra accompagnatoria.

Progressi nello sviluppo rendono le UV-LED attraenti per applicazioni industriali

Aumentando efficienza e potenza di uscita, le UV-LED stanno diventando sempre più interessanti per molte applicazioni. A differenza delle lampade a vapori di mercurio, le UV-LED sono composte da materiali non tossici e la loro lunghezza d'onda può essere regolata su un ampio spettro. Grazie alle loro dimensioni ridotte, è possibile realizzare diverse forme di sorgenti UV. Inoltre, le UV-LED sono rapide da accendere e dimmerare, e il calore disperso viene efficacemente dissipato tramite dissipatori di calore. Perciò si prevede che le lampade ecocompatibili a LED sostituiranno sempre più le fonti di luce UV convenzionali e apriranno nuove applicazioni. Le possibilità di impiego sono molteplici: le radiazioni UV possono essere utilizzate, tra l'altro, per disinfezione e sterilizzazione di acqua, aria e superfici, per il rilevamento di agenti patogeni, per aumentare il raccolto di colture agricole o per la polimerizzazione di plastiche.

Scienziati dell'FBH e della sua spin-off UVphotonics presentano nei loro interventi i progressi riguardanti l'efficienza e l'affidabilità delle UV-LED. Tra l'altro, hanno identificato un meccanismo di degradazione che indica una electromigrazione di idrogeno nella struttura delle UV-B-LED durante le prime ore di funzionamento, accompagnata da un calo delle prestazioni ottiche. Dopo adeguate modifiche di progettazione, sono state dimostrate UV-B-LED con durate di vita L50 di oltre 8.000 ore. La loro affidabilità è stata ulteriormente migliorata grazie a ottimizzazioni aggiuntive – si prevedono quindi durate di vita molto più lunghe. Contemporaneamente, la potenza di uscita è stata aumentata a 30 mW a 350 mA. Sono state anche esaminate in dettaglio metodologie per aumentare l'efficienza quantica interna e l'emissione luminosa efficiente.

Alla conferenza, gli scienziati dell'FBH presenteranno anche una sorgente luminosa compatta basata su laser a diodi per il spettro UV profondo, che emette a una lunghezza d'onda di 222 nm. Questa regione è finora difficile da raggiungere con le LED. La sorgente luminosa, basata su un laser a diodi ad alta potenza in GaN, la cui luce viene convertita nel UV tramite raddoppio di frequenza (passaggio singolo), offre la possibilità di miniaturizzazione. La sorgente luminosa, stabile in lunghezza d'onda e a banda stretta, è particolarmente adatta per applicazioni spettroscopiche, come spettroscopia di assorbimento o Raman in diagnostica medica, ma anche per analisi di sostanze.

Da custodie su misura a moduli completi

Parallelamente, l'FBH sviluppa per ogni applicazione il contenitore adatto e, con il supporto del suo centro di sviluppo, anche moduli completi, progettati esattamente per l'uso previsto. Ad esempio, l'FBH ha progettato e realizzato diversi dispositivi per l'irradiazione di piante con LED, per un partner di ricerca. In questo modo, le piante vengono irradiate con luce di lunghezze d'onda specifiche, aumentando così la quantità di sostanze benefiche per la salute. Per l'uso in serre, le UV-LED sono protette da custodie speciali per proteggerle dall'ambiente caldo e umido. Uno di questi moduli, insieme a un altro per la disinfezione dell'acqua, sarà presentato dallo stand dell'FBH alla mostra accompagnatoria.

L'FBH coinvolto in modo completo nella conferenza

ICULTA-2018 è organizzata congiuntamente da “Advanced UV for Life” e dalla “International Ultraviolet Association”. Il consorzio “Advanced UV for Life” riunisce 50 partner della ricerca e dell'industria ed è guidato dall'Istituto Ferdinand-Braun. Altre figure di spicco dell'FBH sono coinvolte come relatori principali: il Prof. Michael Kneissl, co-presidente della conferenza – che dirige il Joint Lab GaN Optoelectronics, gestito congiuntamente dall'FBH e dalla TU Berlino – e il Prof. Markus Weyers, responsabile del dipartimento di tecnologia dei materiali presso l'Istituto Ferdinand-Braun, come presidente del comitato organizzatore.