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UV-LEDs ersetzen konventionelle UV-Lichtquellen und ermöglichen innovative Anwendungen

Nobelpreisträger für Physik unterstützen die Entwicklung der ersten tief ultraviolett strahlenden LEDs
Erstmalige Vorstellung auf der electronica 2014 in München zeigt Vielfalt der industriellen Anwendungsmöglichkeiten

Für den Durchbruch bei der Entwicklung blauer LEDs wurden Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura Mitte Dezember 2014 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Insbesondere Professor Amano und sein Team an der Universität Nagoya forschten in den vergangenen Jahren intensiv an den aus Halbleitern bestehenden Leuchtmitteln weiter und standen dabei der japanischen Nikkiso Co. Ltd bei der Konstruktion der ersten tief ultraviolett emittierender Leuchtdioden (DUV-LEDs) beratend zur Seite. Die neuartigen Lichtquellen decken Wellenlängen, die vorher nicht mittels LEDs erzeugbar waren, sowie Ausgangsleistungen von momentan 255 bis 350 nm ab. Anwendungsfelder finden sich unter anderem in der Biotechnologie, der Medizin, der Umwelt- und Industrietechnik. Die Rechte für den europäischen Vertrieb liegen bei der Nikkiso-Tochter Lewa GmbH, die die Innovation gemeinsam mit Nikkiso erstmals in Europa auf der electronica 2014 in München vorgestellt hat.

Die kleinen, kompakten DUV-LEDs könnten unter anderem zur Photokatalyse und damit für die Zersetzung chemischen Materials genutzt werden. Für medizinische Zwecke lässt sich die technische Innovation in der Photo- und Immuntherapie einsetzen. Eingebaut in UV-Druckern oder bei der UV-Lackierung erlaubt das tief ultraviolette Licht eine schnelle Härtung der Farbe beziehungsweise der Harze. Auch eine Verwendung für die lithographische Belichtung und zur Dokumentenüberprüfung ist möglich. Weiterhin könnten die neuartigen UV-C-LEDs bei der Desinfektion, der Wasseraufbereitung oder zur Sterilisierung bei der Bakterien- und Virusinaktivierung im Life-Science-Bereich zum Einsatz kommen. Für den Pumpenhersteller und Systemintegrator Lewa sind insbesondere Anwendungsfelder im Bereich der Prozess- Online-Monitoring-Technik relevant. „Unsere Produktvorstellung auf der electronica 2014 im vergangenen November hat uns nochmal die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten vor Augen geführt“, berichtet Dr. Hans-Joachim Johl, der sich bei Lewa um den europäischen Vertrieb der DUV-LEDs kümmert.

Einzelwellenlängen von 255 bis 350 nm

Die DUV-LEDs von Nikkiso sind die ersten unter hohen Qualitätsanforderungen hergestellten Leuchtdioden, die tief ultraviolettes Licht mit Einzelwellenlängen von 350 nm bis zum UV-C-Bereich mit 255 nm emittieren können. Die bisher verwendeten Wellenlängenemittenten, die wegen ihres Quecksilberanteils in absehbarer Zeit aus dem Verkehr gezogen werden müssen, benötigen vergleichsweise viel Strom, heizen sich auf und haben durch häufiges Ein- und Ausschalten eine begrenzte Lebensdauer. Außerdem sind sie relativ groß gebaut und die gewünschte Wellenlänge muss erst aus dem gesamten Lichtspektrum herausgefiltert werden. Die in Japan entwickelten Leuchtdioden sind kleiner und kompakter als die heute überwiegend eingesetzten UV-C-Lichtquellen. Außerdem erwärmt sich die Umgebung durch die LED-Technik nicht im gleichen Maße. „Dadurch kann – je nach Anwendung – die Distanz zwischen Lämpchen und Objekt verringert und auch das Gerät kleiner dimensioniert werden“, erläutert Johl. Da die Stromaufnahme bei höherer Lichtmenge viel geringer ausfällt und die Energie wesentlich gezielter eingesetzt werden kann, sind die Leuchtdioden auch umweltfreundlich – zumal sie kein Quecksilber mehr enthalten. Ebenfalls von Vorteil ist, dass das Licht sofort gezielt mit der erforderlichen Wellenlänge emittiert wird und die Lebensdauer nicht unter Schaltvorgängen leidet. Die Lichtintensität pro Fläche, lässt sich durch eine entsprechende Anordnung in Packages und Modulen den jeweiligen Anwendungsbedürfnissen gerecht  anordnen.

UV-LEDs sollen Teil der Sammlung des Nobelmuseums werden

Zunächst sollen vorrangig drei Modelle mit Wellenlängen von 265, 285 und 300 nm vertrieben werden. Je nach Potenzial werden künftig weitere Wellenlängen und Lichtleistungen aus der Massenproduktionsfertigung dazu kommen. Das Ziel von Lewa ist es, diese LED-Packages und Module in kundenspezifische Anwendungen – insbesondere im Fluidbereich – zu integrieren. „In der Prozess- und Messtechnik findet sich eine ganze Reihe von Möglichkeiten, die LEDs mit unserem Kerngeschäft zu verbinden. Die neue Technik könnte etwa in das Chromatographiesystem Ecoprime eingebaut und zur absorptiven Messung von DNA/RNA und Proteinen, aber auch zu Sterilisationszwecken eingesetzt werden“, so Dr. Johl.

Auch die speziellen DUV-LEDs für das Nobel-Museum, das sich dem Leben und den Leistungen der Nobelpreisgewinner von 1901 bis zur Gegenwart und dem Leben des Stifters Alfred Nobel widmet, werden von Nikkiso entwickelt und gebaut. Aufgrund der engen Zusammenarbeit durften der stellvertretende Geschäftsführer des UV-LED-Werks in Hakusan, Japan, Dr. Hidemasa Tomozawa, und Dr. Hans-Joachim Johl, der Director Global Business Development Pharma & Life Sciences der deutschen Tochter Lewa GmbH, die Professoren zu den Veranstaltungen während der Woche der Nobelpreisverleihung in Schweden begleiten.

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