UV-LEDs: Das Spektrum und wofür jedes Band gebraucht wird

Ultraviolett wird oft als eine einzige Technologie behandelt, umfasst aber drei Bänder, UVA, UVB und UVC, die unterschiedliche Aufgaben erfüllen, unterschiedlich viel kosten und sich in ganz unterschiedlichen Reifegraden der industriellen Entwicklung befinden. Wer sie als eine Kategorie behandelt, formuliert leicht eine falsche UV-Spezifikation.

Dieser Artikel ordnet das Ultraviolett im optischen Spektrum ein, betrachtet die drei Bänder genauer und zeigt, wofür jedes davon eingesetzt wird.

Wo das Ultraviolett im Spektrum liegt

Die optische Strahlung reicht vom Ultraviolett über den schmalen Ausschnitt, auf den unser Auge reagiert und der als sichtbares Licht bezeichnet wird, bis ins Infrarot. Das Ultraviolett umfasst 100 bis 400 nm.

Die Grenze zwischen UV-Licht und sichtbarem Licht ist unschärfer, als sie scheint. Die Internationale Beleuchtungskommission (CIE) definiert sichtbare Strahlung als optische Strahlung, die unmittelbar eine Sehempfindung hervorrufen kann, und stellt klar, dass es keine genauen Grenzen gibt: Die untere Grenze wird im Allgemeinen zwischen 360 und 400 nm angesetzt, die obere zwischen 760 und 830 nm. Infrarot reicht üblicherweise von 780 nm bis 1 mm.

Deshalb kann eine LED mit 400 bis 410 nm von einem Lieferanten als UV und von einem anderen als violett bezeichnet werden, und beides ist vertretbar.

Abbildung 1. Lage des Ultraviolett im optischen Spektrum.

Die drei Ultraviolett-Bänder

Das Ultraviolett wird in drei Bänder unterteilt. Nach den ISO- und CIE-Konventionen sind dies UVC mit 100 bis 280 nm, UVB mit 280 bis 315 nm und UVA mit 315 bis 400 nm.

Abbildung 2. Die drei Ultraviolett-Bänder.

Bevor Sie die Spezifikation eines Lieferanten lesen, beachten Sie, dass die Grenzen nicht einheitlich sind. In der medizinischen Literatur liegen sie üblicherweise bei UVC 220 bis 290 nm, UVB 290 bis 320 nm und UVA 320 bis 400 nm, wodurch sich jede Grenze unterhalb von 400 nm verschiebt. Eine Lampe, die in einem Fachgebiet als UVB verkauft wird, kann in einem anderen UVA sein.

Kommerziell entscheidend ist, dass die drei Bänder nicht gleich weit entwickelt sind.

• UVA ist ausgereift, effizient und breit verfügbar und war lange der größte Markt für UV-LEDs.
• UVC und UVB, die Tief-UV-Bänder, wandeln nur einen kleinen Bruchteil ihrer Eingangsleistung in Licht um.
• UVB ist das schmalste der drei Bänder und kommerziell am wenigsten entwickelt.

Abbildung 3. Wo reale Anwendungen auf der UV-Skala liegen. Ein ausgefüllter Punkt kennzeichnet die Spitzen- bzw. häufigste Wellenlänge.

UVA, 315 bis 400 nm

Dies ist das ausgereifte Ende des Spektrums, und UVA-LEDs sind die effizientesten und am weitesten verbreiteten UV-LEDs.

• Aushärten von Klebstoffen, Druckfarben und Beschichtungen. Das Aushärten treibt die Nachfrage nach UVA-LEDs seit Langem an. Die Wahl der Wellenlänge wird hier von der Chemie bestimmt. Licht unterhalb von 365 nm härtet die Oberfläche sehr schnell aus, und diese gehärtete Haut verhindert dann, dass das Licht das darunterliegende Material erreicht, während 385 nm und darüber gleichmäßiger aushärtet, dickere Schichten durchdringt und größere Spalte überbrückt. Dies ist relevant für Hersteller von Industrieanlagen, die Aushärtelampen bauen; für die Automobilelektronik, in der Klebstoffe, Vergussmassen und Linsenverklebungen inline ausgehärtet werden; und für die Montage von Medizinprodukten, bei der Klebstoffe für Nadel- und Spritzenverbindungen ausgehärtet werden.

Abbildung 4. Warum längere UVA-Wellenlängen tiefer aushärten.

• Photopolymer-3D-Druck. Harze werden auf bestimmte Absorptionsbereiche des Photoinitiators abgestimmt, in der Praxis 365, 385 und 405 nm, wobei 405 nm auf dem Markt am häufigsten ist. Harz, das mit der falschen Wellenlänge verarbeitet wird, härtet langsam und schlecht aus, daher müssen Lichtquelle und Harz bewusst aufeinander abgestimmt werden. Dies ist relevant für Hersteller von Harz-3D-Druckern, die in jede Maschine eine UV-LED-Lichtmaschine einbauen, sowie für Hersteller der Nachhärtegeräte, die jedes gedruckte Teil fertigstellen. Zu ihren Kunden zählen Dentallabore und Hörgerätehersteller, die individuelle Schalen und Ohrpassstücke mit Harzen für 385 oder 405 nm drucken.

UVB, 280 bis 315 nm

UVB ist das schmalste Band und kommerziell am wenigsten entwickelt. Wie UVC-Bauteile wandeln UVB-LEDs nur einen kleinen Bruchteil ihrer Eingangsleistung in Licht um, und die Anwendungsliste ist kurz, aber spezifisch.

• Phototherapie. Dies ist die etablierte Anwendung, und sie ist in einer Weise wellenlängenkritisch, wie es nur wenige andere UV-Anwendungen sind. Die Schmalband-UVB-Therapie bei Psoriasis und Vitiligo nutzt Lampen mit Emission zwischen 305 und 315 nm und einem Maximum bei 311 nm. Dies ist relevant für die Medizintechnik. Wer eine Phototherapie-Kabine, einen Handstrahler oder ein Heimtherapiegerät entwickelt, bewegt sich innerhalb eines 10-nm-Fensters.
• Gartenbau. Kontrolliertes UVB löst pflanzliche Stressreaktionen aus, die den Gehalt an sekundären Pflanzenstoffen erhöhen. Dies ist relevant für Gartenbaubeleuchtung und Vertical-Farming-Anlagen, wobei Dosierung, Zeitsteuerung und Regelelektronik in eingebetteten Systemen liegen.

UVC, 100 bis 280 nm

UVC ist das keimtötende Band. Die keimtötende Wirkung erreicht ihr Maximum bei etwa 260 nm, und der keimtötende Bereich reicht grob von 200 bis 300 nm. Absorbierte Photonen schädigen das Erbgut, sodass sich der Organismus nicht mehr vermehren kann.

• Desinfektion von Wasser, Luft und Oberflächen. Die International Ultraviolet Association (IUVA) nennt die Desinfektion von Wasser und Luft, die Desinfektion von Lebensmitteln und die UV-basierte erweiterte Oxidation zur Zerstörung von Schadstoffen unter den wichtigsten kommerziellen Anwendungen von UV. Dies passt am besten zu Unternehmen, die Desinfektionsgeräte bauen: Trinkwasserbehandlung am Verbrauchsort, Lüftungsgeräte, Oberflächen-Desinfektionskabinen und die in Medizinprodukte integrierten Desinfektionsstufen.

Abbildung 5. UVA, UVB und UVC im Überblick.

Wo Telcona ins Spiel kommt

Die Telcona AG ist ein Schweizer Distributor und Engineering-Partner für elektronische Bauteile sowie autorisierter europäischer Distributions- und Engineering-Partner von Edison Opto. Unser Engineering-Team in Belgrad unterstützt UV-Designs von der Wellenlängenauswahl über die Treiberelektronik bis zum thermischen Design.

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Die Wahl einer UV-LED beginnt mit der Wellenlänge, und die Wellenlänge beginnt bei Ihrem Material, Ihrem Prozess und den Normen, die Sie erfüllen müssen. Sagen Sie uns, was Sie aushärten, desinfizieren oder beleuchten möchten, und unsere Ingenieure melden sich mit einer Empfehlung, Mustern und einem Angebot.

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