Ультрафиолетовые светодиоды: характеристика диодных УФ ламп, как их использовать, пригодны ли для стерилизации

Обновлено: 18.04.2024

Работа светодиодов не заканчивается созданием видимого светоизлучения. Существуют специальные ультрафиолетовые светодиоды, излучающие короткие электромагнитные волны. Показатель излучения ультрафиолета имеет значение 10-400 нм. Такой предел находится между видимым зрению светом и рентгеновскими лучами. Солнце тоже излучает УФ лучи, но все они с длиной меньше чем 300 нм не проходят сквозь озоновый слой.

Что такое УФ светодиоды?

Раньше для получения УФ лучей применяли газоразрядные лампы с добавлением ртутных паров. Они довольно опасные, поэтому их постепенно начали заменять ультрафиолетовыми светодиодами. Сейчас во всех приборах используются светодиоды, длина ультрафиолетовых лучей которых составляет 300-400 нм. Но уже разработаны светодиоды, излучающие волну длиной 210 нм.

Работают УФ светодиоды точно так же, как и их светоизлучающие аналоги. Различие только в составляющих компонентах, где применяется нитрид галлия, бора, алюминия и индия.

УФ светодиоды с длиной волны 365-395 нм сейчас уже не дорогие. Их применяют в различных фонариках, детекторах денежных купюр и др.

Маломощные УФ светодиоды производятся в традиционном для этого изделия корпусе. Может быть использована модель корпуса «эмиттер» для изделия мощностью 1-3 Вт. Мощным светодиодам присуща своя классическая модель корпуса. Для широкого пользования доступны изделия с длиной волны от 365 до 410 нм.

Электрические показатели светодиодов с белым и ультрафиолетовым излучением совпадают:

диапазон падения напряжения составляет от 3 до 4 вольт;
рабочий ток маломощных изделий составляет 20 мА, а для мощных аналогов этот показатель колеблется от 350 до 700 мА.

Одинаковая рабочая величина тока позволяет работать всем светодиодам от одних и тех же источников питания.

Область применения УФ светодиодов

Под воздействием ультрафиолетовых лучей имеют способность отвердевать некоторые виды полимеров. На другом языке это называется полимеризацией. Материал обладает некой фоточувствительностью. При попадании на него УФ волны длиной от 365 до 395 нм полимер приобретает определенную степень твердости. Это открытие сделало прорыв в области стоматологии. Многие, наверное, уже ставили себе пломбы из фотополимера. После того как врач замазывает высверленное в зубе отверстие пастой, он надевает специальные очки и вставляет в рот пациенту пистолет со светящейся лампочкой на конце. Вот это и есть тот самый ультрафиолетовый излучатель, от которого твердеет пломба.

Другим примером являются детекторы денежных купюр, используемые работниками банков. УФ луч является своеобразным зрением машины, проверяющим денежные знаки. Причем светодиоды имеют преимущество перед ртутными лампами, так как показывают более точные результаты в сильно освещенных помещениях.

Для медицинских целей производят много приборов, используемых в светотерапии, излучающих ультрафиолетовые лучи длиной 280-315 нм. С их помощью в организме человека вызывают синтез витамина D. Аналогичные приборы разработаны для судмедэкспертизы и производителей, занимающихся изготовлением медикаментов.

Салоны красоты давно уже пользуются специальными лампами для сушки ногтей. Под воздействием ультрафиолетовых лучей застывают особые составы лаков, используемых при нанесении маникюра.

Ученые открыли, что при воздействии на растения УФ лучей ускоряется выработка специального вещества полифенола. Оно обладает антиоксидантными свойствами, плюс добавляет привлекательности, например, овощам. В связи с этим лампы с УФ лучами стали использовать в теплицах для ускорения роста растений. Торговая сфера и производители нашли способ придавать привлекательность определенным видам продуктов питания без воздействия химпрепаратов.

Приборы с длиной УФ излучения 250-275 нм применяются для стерилизации воздуха в помещении и питьевой воды. Лучи способны разрушит ДНК микроорганизмов, не предоставляя им возможности дальнейшего размножения.

Мы рассмотрели только несколько вариантов применения ультрафиолетовых светодиодов. Существует еще множество других приборов, и с каждым годом они становятся востребованы.

ЛЕД-приборы активно вытесняют традиционные источники освещения. Преимущества светодиодов настолько велики, что большинство пользователей целиком заменили светильники в своих домах, офисах или иных помещениях. увеличенный срок службы, низкое энергопотрeбление и широкий выбор оттенка свечения сделали ЛЕД приборы наиболее предпочтительными среди всех альтернативных вариантов.

Несколько меньшее распространение получили ультрафиолетовые светодиоды. Они используются только в составе специального оборудования, применяемого в медицине, криминалистике, банковском деле и прочих областях. Область излучения этих устройств находится ниже видимого спектра, поэтому в конструкции обычных светодиодных ламп они пpaктически не используются. Рассмотрим особенности и параметры ультрафиолетовых диодов внимательнее.

Принцип действия УФ-светодиодов

Ультрафиолетовое излучение занимает промежуточное положение между видимым спектром обычного света и рентгеновским излучением. Оно занимает диапазон длин волны от 10 до 400 нм. Принцип действия UV диодов аналогичен обычным LED светодиодам, но для создания излучения на коротких волнах используются другие материалы и присадки:

нитрид галлия;
нитрид алюминия;
нитрид бора;
нитрид индия;
арсенид алюминия галлия.

Существующие конструкции способны излучать в диапазоне от 100 до 400 нм, в т.н. «ближней области УФ диапазона». Источником является кристалл с p-n переходом, в котором происходит рекомбинация электронов и образование фотонов. Область излучения зависит от материала, использованного при изготовлении данного типа светодиода. Наибольшее распространение получили устройства с максимальной длиной волны — 365-400 нм, они сравнительно дешевы и просты в изготовлении.

Технические хаpaктеристики

Рассмотрим параметры ультрафиолетовых светодиодов:

срок службы — до 50000 часов;
напряжение питания — 3-4 В;
длина волны — 100-400 нм;
диапазон температур, при которых возможна эксплуатация — от -20° до +100°;
рабочий ток — 20 мА (для слабых диодов), 350-700 мА (для мощных приборов).

Параметры питания ультрафиолетовых светодиодов пpaктически не отличаются от значений обычных приборов, что позволяет использовать для них стандартные источники постоянного тока.

Варианты исполнения

Ультрафиолетовые диоды изготавливаются в нескольких видах:

в корпусе обычного индикаторного устройства (маломощные элементы) ;
в корпусах «эмиттер» делают более мощные экземпляры;
другие корпуса типа SMD.

Многие производители делят свою продукцию на три категории, различающиеся длиной излучаемой волны:

A. Диапазон составляет 365-415 нм;
B. 280-365 нм;
C. 200-280 нм.

Интересно! Чем мощнее прибор, тем больше для него требуется радиатор. УФ светодиоды три четверти потрeбляемой энергии рассеивают в виде тепла, поэтому необходима эффективная система охлаждения. Помимо радиаторов используют воздушные потоки, созданные естественным образом или с помощью охлаждающих вентиляторов.

Лучшие производители

В списке производителей УФ светодиодов присутствуют пpaктически все ведущие фирмы, но признанными лидерами в этом направлении считаются японские и китайские компании. Такое преобладание возникло потому, что производство ультрафиолетовых диодов тесно связано с разработкой и исследованиями, а ведущие лаборатории и институты сосредоточены именно в этих странах. Среди известных изготовителей УФ приборов можно назвать:

Honglitronic. Китайская компания, выпускающая диоды типа UVC G6060 с длиной волны 275-285 нм. Они отличаются высокой надежностью и длительным сроком службы;
Lumileds. Компания, основанная холдингом Hewlett Packard и Philips. Разработкой этой фирмы явился Luxeon UV U1 LED, излучающий в диапазоне 380-420 нм. Выпускается в микрокорпусе, обладает увеличенной мощностью по сравнению с прежними моделями;
Nikkiso Co. Ltd. Японская компания, создавшая первые светодиоды, способные генерировать излучение в диапазоне 255-350 нм. Это приборы серии Deep-UV. За создание технологии разработчики были удостоены Нобелевской премии в 2014 году.

Приведенный список нельзя назвать исчерпывающим. Разработки и производство ультрафиолетовых светодиодов ведутся во многих странах, так как подобные устройства становятся все более востребованными в разных областях техники, медицины и других направление деятельности человека.

Применение

Сферы применения УФ светодиодов довольно разнообразны:

медицина;
проверка подлинности денег или документов;
криминалистика;
промышленные и технологические установки;
УФ принтеры;
Устройства для отверждения специальных материалов.

В качестве примера можно привести т.н. световую пломбу, которую используют в современной стоматологии. Она состоит из композита, отверждение которого происходит по действием ультрафиолетового излучения определенной величины. Кроме этого, широко распространены принтеры, краска которых засыхает при помощи специальных УФ ламп, размещенных внутри корпуса. Существует большое количество специальных клеевых или лакокрасочных составов, сушка которых происходит под ультрафиолетовым излучателями. Частным случаем такого использования являются маникюрные УФ лампы для сушки лака.

Важно! Высоко ценится способность ультрафиолета уничтожать болезнетворные и вредоносные бактерии. Существуют специальные приборы для стерилизации, обеззараживания воды. Популярные кварцевые лампы понемногу уступают место УФ излучателям с той же длиной волны 205-315 нм.

В криминалистике используется свойство некоторых составов светиться в УФ излучении. Такими материалами метят купюры дли изобличения взяточников. Также подобными приборами пользуются для обнаружения следов крови на различных предметах, одежде, обивке мебели.

Ультрафиолетовые светодиоды используются в специальных технических устройствах, выполняющих разные задачи:

медицинские;
технологические;
контрольные.

Разработка и производство УФ-светодиодов находятся в активной стадии. Постоянно возникают новые устройства, где подобные элементы выполняют те или иные функции. Снижение стоимости и отработка технологии изготовления способствуют распространению ультрафиолетовых светодиодов, возникновению новых методик применения. Свое мнение об УФ приборах излагайте в комментариях.

В то время как обычные светодиоды повсеместно приходят на смену лампам накаливания, ультрафиолетовые светодиоды активно завоевывают те ниши, где не так давно использовались люминесцентные и газоразрядные УФ-лампы: медицину, косметологию, очистные сооружения для воды, судебно-медицинские кабинеты и так далее.

Ультрафиолетовое излучение — невидимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральный диапазон между видимым и рентгеновским излучениями, ниже видимого спектра. Принцип действия УФ-светодиодов принципиально не отличается от обычных светоизлучающих светодиодов (излучение возникает под воздействием постоянного тока), однако для их создания используют определенные присадки, например, арсенид галлия алюминия, а также нитрид галлия, алюминия, индия. При этом готовые светодиоды имеют спектр излучения от 100 до 400 нм (так называемая «ближняя область УФ-диапазона»), где длина волны зависит от материала полупроводника.

Технические характеристики

Срок службы УФ-светодиода может достигать 50 тыс. часов, температура эксплуатации - от минус 20 до плюс 100 градусов Цельсия.

Номинальные рабочие токи — от 20 мА (для маломощных диодов), 350 и 700 мА и больше (для более мощных). Использование стандартных токов позволяет применять обычные источники питания при изготовлении и монтаже ультрафиолетовых световых приборов.

При малой мощности УФ-светодиоды могут быть выполнены в стандартных корпусах индикаторных светодиодов.

Диоды большей мощности выпускаются в корпусах типа «эмиттер» или других стандартных корпусах.

Обязательным условием для корпуса является хорошая система охлаждения, вплоть до использования вибрирующих мембран или мини-вентиляторов, так как ультрафиолетовые светодиоды лишь четвертую часть получаемой энергии трансформируют в свет, а остальные три - в тепло. Перегрев любого светодиода, в том числе, ультрафиолетового, негативно сказывается на его работе и приводит к выходу диода из строя.

Также поверхность светового прибора, на который крепится светодиод или светодиодный модуль, не должна иметь металлической основы. Такая основа негативно влияет на коэффициент излучения, снижая КПД работы.

Применение УФ-светодиодов

Как уже было сказано выше, ультрафиолетовые светодиоды используются в тех же областях, где ранее применялись УФ-лампы, но в отличие от ламп, диоды имеют меньшие размеры и потребляемую мощность, а также более длительный срок работы.

В медицине. Например, в стоматологии зачастую используются пломбы, отвердевающие при воздействии ультрафиолета. Другая область медицинского применения - световая терапия. Физиопроцедуры с использованием УФ-излучения назначаются жителям Крайнего Севера (где наблюдается дефицит солнечного света), детям в период реабилитации после различных заболеваний, новорожденным при повышенных показателях билирубина в крови («желтуха новорожденных»).
В промышленности. Существуют различные виды фоточувствительных веществ (в частности - клеев) и композитных составов, которые полимеризуются под воздействием УФ-лучей. Также данное излучение используется при производстве лекарственных препаратов.
Для дезинфекции инструментов (в медицине, косметологии), воды (в отличие от хлора, обработка УФ-излучением не влияет на ее вкусовые качества и состав), воздуха в помещениях. Ультрафиолет эффективно убивает вредные для человека бактерии и вирусы.
В криминалистике. Специальной краской, которая светится в ультрафиолетовых лучах, оставляют метки на купюрах, когда нужно доказать факт получения взятки. Также при помощи УФ-лучей криминалисты могут обнаружить следы крови и других биологических жидкостей на одежде подозреваемых или в помещении, где проходит обыск.
В банковском деле. Специальные счетные машины могут одновременно подсчитывать количество купюр и проверять их подлинность.
В косметологии. Например, в УФ-соляриях и лампах для сушки ногтей, а также при проведении различных процедур. . Ультрафиолет значительно ускоряет производство полифенолов в листовых овощах, делая их более полезными для человека без применения специальных препаратов.

Также проводятся исследования, по результатам которых планируется применять ультрафиолет для профилактики и лечения онкологических заболеваний. Изучаются антимутагенные свойства УФ-лучей. Разрабатываются новые полимеры, свойства которых можно изменять в нужную сторону при помощи УФ-излучения.

Видео

Видео, в котором рассказывают про полезные свойства ультрафиолетовых лучей. Лечение простуды ультрафиолетом, действительно ли это помогает?

Можно предполагать, что в настоящее время люди используют лишь ограниченную часть возможностей ультрафиолета. А значит, технологии будут развиваться и дальше, делая УФ-диоды все более удобными, мощными и доступными по цене.

Читайте также: