Los diodos emisores de luz (LED) ultravioleta-C (UVC) basados en AlGaN han suscitado un gran interés en los últimos años, ya que ofrecen una serie de ventajas sobre las fuentes de luz ultravioleta convencionales. Estos LED UVC son capaces de proporcionar una emisión de pico única y su longitud de onda de emisión puede ajustarse fácilmente para adaptarse a la aplicación. Además, sus voltajes de operación son bajos, pueden encenderse y apagarse rápidamente, son compactos y es factible su funcionamiento en pulsos cortos.
En particular, los LEDs UVC con una longitud de onda de emisión inferior a los 240 nm, denominados como far-UVC o UVC lejanos, son especialmente interesantes para en uso en aplicaciones de desinfección sin dañar la piel, así como para detección y monitorización de concentraciones de gases o la medición del nitratos en el agua. Sin embargo, la eficiencia y la potencia de salida de los actuales LEDs-UVC lejanos son relativamente bajas y disminuyen rápidamente hacia longitudes de onda más cortas. Además, la anchura espectral de la emisión de los LEDs-UVC lejanos suele estar en el rango de 10-12 nm con un ensanchamiento más fuerte en el lado de la longitud de onda larga del pico debido a las fluctuaciones de la composición del AlGaN, que es perjudicial en algunas aplicaciones, como su uso para una desinfección respetuosa con la piel.
Recientemente múltiples investigaciones han demostrado que la radiación de lámparas de excimer de 207 nm y a 222 nm, así como los LEDs UVC lejanos con emisiones de alrededor de los 233 nm, pueden utilizarse para la inactivación de patógenos multirresistentes con un daño insignificante para la piel humana. Sin embargo, serían necesarios la utilización de filtros espectrales para reducir la contribución de la emisión UVC de longitud de onda larga que daña la piel
Una nueva investigación realizada por el Ferdinand Braun Institut en Leibniz ha desarrollado LEDs UVC lejanos espectralmente puros con emisión reducida de longitudes de onda larga utilizando un filtro de reflector de Bragg distribuido (DBR) integrado en el paquete LED. El reto principal en este caso era maximizar la supresión de la misión UVC de longitud de onda no deseada de los LEDs UVC lejanos al tiempo que se maximiza la potencia de emisión útil restante en el UVC lejano.
En colaboración con la Universidad Técnica de Berlín y el CiS Forschungsinstitut se ha desarrollado un sofisticado concepto de empaquetado de chips que permite utilizar mejor la potencia de radiación de los LED. El concepto utiliza un paquete basado en Si con un reflector de aluminio integrado y una lente plano-convexa adicional para estrechar espacialmente la emisión del LED y aumentar la transmisión a través del filtro.
Se evaluó, por tanto, los espectros de emisión dependiente del ángulo de los LEDs UVC lejanos sin y con filtro DBR delante de los paquetes LED. Sin filtro, el espectro de emisión del LED es independiente del ángulo de emisión. Un filtro adicional delante del LED reduce con éxito las contribuciones en las longitudes de onda largas (> 245 nm) en casi dos órdenes de magnitud. Sin embargo, la potencia en la longitud de onda de emisión máxima de 233 nm también disminuye para ángulos de emisión superiores a 30°.
Este problema se abordó utilizando una lente plano-convexa de forma parabólica para estrechar el campo lejano del LED antes de pasar el filtro. Con este concepto se pudo conseguir una transmisión casi doble a través del filtro, lo que dio como resultado una irradiación de 0,37 mW/cm2 a una distancia de 5 cm para un sistema de irradiación con 120 LEDs en un área de 8 cm × 8 cm.
Socios en el ámbito médico del instituto han utilizado este sistema para erradicar con éxito los organismos resistentes múltiples (MRO) en 5 niveles log10 con una dosis de 40 mJ/cm2, mientras que no se produjeron daños graves en el ADN cuando se irradió piel humana extirpada con la misma dosis. Estos resultados permitieron iniciar los experimentos in vivo en humanos, que se están llevando a cabo actualmente.
Fuente de imágenes: Ferdinand Braun Institut en Leibniz
