Op naar korte golflengten

UV-B-LED-module voor plantbestraling: met licht van drie verschillende golflengten door LEDs. De helderheid en bestralingssterkte kunnen onafhankelijk worden ingesteld om de optimale bestraling voor structureel verschillende plantaardige secundaire metabolieten te bepalen. Detailopname: UV-B-LED. (©FBH/P. Immerz) / UV-B LED-module voor plantverlichting: met LED-licht van drie verschillende golflengten. De helderheid en bestralingsintensiteit kunnen individueel worden aangepast om de optimale bestraling voor structureel diverse plantaardige secundaire metabolieten te bepalen. Detail: UV-B LED (©FBH/P. Immerz)

High-Power UV-B-LED in behuizing: Binnenin is de 1x1 mm2 LED-chip te zien. (©FBH/schurian.com) / High-power UV-B-LED in verpakking: Binnenin is de 1x1 mm2 LED-chip te zien. (©FBH/schurian.com)

In lezingen en op de bijbehorende tentoonstelling van ICULTA-2018 presenteert het Ferdinand-Braun-Institut haar ontwikkelingen op het gebied van ultraviolette LED's – van de chip tot het gebruiksklare module. Het instituut is medorganisator van de internationale vakconferentie in Berlijn.

Bij ICULTA-2018 – International Conference on UV LED Technologies & Applications 2018 draait alles om lichtdiodes (LED's). De focus van de internationale vakconferentie, die van 22 tot 25 april 2018 in Berlijn plaatsvindt, ligt op het ultraviolette (UV) spectrale gebied en dus op golflengten onder 400 nm. In de lezingen wordt ingegaan op vorderingen in fabricagetechnologieën, actuele ontwikkelingen, toepassingen en trends bij UV-LED's. Het Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) en haar dochteronderneming UVphotonics NT GmbH zijn met meerdere (uitgenodigde) lezingen en stands vertegenwoordigd op de bijbehorende tentoonstelling.

Ontwikkelingsvoortgang maakt UV-LED's aantrekkelijk voor industriële toepassingen

Stijgende efficiëntie en uitgangsvermogen zorgen ervoor dat UV-LED's voor steeds meer toepassingen interessant worden. In tegenstelling tot kwikdamplampen bestaan UV-LED's uit on-giftige stoffen en is hun golflengte over een breed spectraal bereik instelbaar. Dankzij hun kleine formaat zijn diverse bouwvormen van UV-stralers mogelijk. Bovendien zijn UV-LED's snel schakelbaar en dimbaar, en wordt hun verlieswarmte efficiënt afgevoerd via koellichamen. Daarom wordt verwacht dat milieuvriendelijke lichtdiodes geleidelijk conventionele UV-lichtbronnen zullen vervangen en nieuwe toepassingen zullen ontsluiten. De toepassingsmogelijkheden zijn divers: UV-straling kan onder andere worden gebruikt voor desinfectie en ontsmetting van water, lucht en oppervlakken, voor het aantonen van ziekteverwekkers, het verhogen van de opbrengst van gewassen, of voor het uitharden van kunststoffen.

Wetenschappers van het FBH en haar spin-off UVphotonics rapporteren in hun lezingen over hun vorderingen op het gebied van efficiëntie en betrouwbaarheid van UV-LED's. Ze identificeerden onder andere een degradatiemechanisme dat wijst op een elektromigratie van waterstof in de UV-B-LED-structuur tijdens de eerste bedrijfstijden, wat gepaard gaat met een afname van de optische prestaties. Na passende ontwerpaanpassingen konden UV-B-LED's met L50-levensduren van meer dan 8.000 uur worden gedemonstreerd. De betrouwbaarheid hiervan kon door aanvullende optimalisaties verder worden verbeterd – aanzienlijk hogere levensduren worden dus verwacht. Tegelijkertijd werd de uitgangsvermogen bij 350 mA verhoogd tot 30 mW. Ook methoden voor het verhogen van de interne kwantumefficiëntie en voor efficiënte lichtuitstraling werden in detail onderzocht.

Op de conferentie presenteren FBH-wetenschappers ook een compacte, op diodelaser gebaseerde lichtbron voor het diepe UV-spectrale gebied, die wordt uitgezonden bij een golflengte van 222 nm. Dit bereik is tot nu toe moeilijk bereikbaar met LED's. De op een GaN-hoogvermogen diodelaser gebaseerde lichtbron, waarvan het licht wordt geconverteerd naar het UV-gebied via frequentievermenigvuldiging (single pass), biedt de mogelijkheid tot miniaturisatie. De golflengtestabiele, smalbandige lichtbron is bijzonder geschikt voor spectroscopische toepassingen, zoals absorptie- of Raman-spectroscopie in medische diagnostiek, maar ook voor stofanalyse.

Van op maat gemaakte behuizingen tot complete modules

Parallel ontwikkelt het FBH voor elke toepassing de passende behuizing en, met ondersteuning van haar ontwikkelingscentrum, zelfs complete modules die precies op het gebruiksgebied zijn afgestemd. Zo heeft het FBH voor een onderzoekspartner verschillende apparaten ontworpen en gerealiseerd voor plantbestraling met LED's. Hierbij worden planten bestraald met licht van specifieke golflengten, waardoor het aandeel gezondheidsbevorderende plantenstoffen gericht kan worden verhoogd. Bij gebruik in kassen worden de UV-LED's beschermd door speciale behuizingen tegen de warme en vochtige omgeving. Een van deze modules, evenals een ander voor waterdesinfectie, wordt gepresenteerd op de stand van het FBH tijdens de bijbehorende tentoonstelling.

FBH volledig betrokken bij de conferentie

De ICULTA-2018 wordt gezamenlijk georganiseerd door ‘Advanced UV for Life’ en de ‘International Ultraviolet Association’. Het consortium ‘Advanced UV for Life’ verenigt 50 partners uit onderzoek en industrie en wordt geleid door het Ferdinand-Braun-Institut. Meer wetenschappers van het FBH zijn leidend betrokken bij de conferentie: Prof. Michael Kneissl als medevoorzitter – hij leidt het Joint Lab GaN Optoelectronics, dat gezamenlijk wordt gerund door het FBH en de TU Berlijn – en Prof. Markus Weyers, afdelingshoofd van de materiaaltechnologie bij het Ferdinand-Braun-Institut, als voorzitter van de programmaraad.