Verouder ing van UV-lampen en UV-LED's

Regelmatige metingen zijn noodzakelijk vanwege de veroudering van UV-lampen en UV-LED's. Maar ...

Waarom verouderen UV-lampen?

UV-lampen verouderen door verschillende fysische en chemische processen:

• Elektrode-erosie: de elektroden in de lamp slijten in de loop van de tijd door het elektrische ontladingsproces, waardoor hun efficiëntie afneemt. 
• Materiaalverdamping: materialen binnen de lamp, zoals kwik en wolfraam, kunnen verdampen en zich afzetten op koudere delen van de lamp, waardoor de lichtopbrengst door absorptie afneemt. 
• Degradatie van de fosfor: in fluorescentielampen zet een fosfor de 254 nm-straling om in UVA of UVB; deze degradeert in de loop van de tijd, waardoor de bestralingssterkte afneemt. 
• Solarisatie: UV-straling kan het lampmateriaal, in het bijzonder het kwartsglas, in de loop van de tijd veranderen, waardoor de transmissie van UV-licht afneemt.

 Deze factoren zorgen er samen voor dat de lichtopbrengst van de lamp in de loop van de tijd afneemt, waardoor regelmatig  onderhoud of vervanging noodzakelijk is.

En...

Waarom verouderen UV-LED's?

Net als alle elektronische componenten zijn ook UV-LED's onderhevig aan veroudering. Zoals bij alle producten varieert de productkwaliteit van UV-LED-lampen aanzienlijk. Tijdens de levensduur van UV-LED-lampen is er een continue afname van de UV-lichtopbrengst. Dit wordt degradatie genoemd. De factoren die de veroudering van LED's beïnvloeden, zijn in het bijzonder de bedrijfstemperatuur en de bedrijfsstroom. UV-LED's verouderen om verschillende redenen, die vooral verband houden met de inherente materiaaleigenschappen en de bedrijfsomstandigheden:

• Thermische degradatie: de warmte die ontstaat bij de omzetting van elektrische energie in licht kan de halfgeleidermaterialen van LED's beschadigen en hun efficiëntie verminderen.
• Oxidatie en vocht: blootstelling aan zuurstof en vocht kan de materialen in de LED beschadigen, met name de elektroden en de verbindingen.
• Materiaalvermoeidheid: herhaaldelijke uitzetting en krimp door temperatuurschommelingen kunnen materiaalvermoeidheid veroorzaken, wat de prestaties beïnvloedt

Deze factoren zorgen er samen voor dat de output van UV-lampen en UV-LED's in de loop van de tijd afneemt, wat betekent dat hun lichtintensiteit en levensduur beperkt zijn.

Na een inloopfase met een steilere daling verloopt de degradatie gedurende enkele duizenden uren bijna lineair. Een tweede faalmechanisme is het spontane uitvallen van UV-LED's.

Spontane uitval van UV-LED's kan worden veroorzaakt door verschillende mechanismen, waaronder elektrostatische ontlading (ESD), die componenten kan beschadigen door een plotselinge spanningspiek. Ook kunnen storingen aan de draadverbindingen optreden, waarbij de kleine draden die de LED-chips met de aansluitingen verbinden, uitvallen.

Defecten in het halfgeleidermateriaal zelf, zoals scheuren of gebreken in de halfgeleiderlagen, kunnen ook leiden tot het plotselinge uitvallen van afzonderlijke UV-LED's. Dit type storing treedt vaak zonder waarschuwing op en leidt tot een onmiddellijk functieverlies van de LED.

UV-LED's worden op sommige gebieden van veroudering als superieur aan traditionele UV-lampen beschouwd:

• Duurzaamheid: UV-LED's bereiken bij goede koeling een langere levensduur en zijn ongevoelig voor mechanische schade.
• Stabiliteit: ze bieden een betere golflengtestabiliteit in de loop van de tijd, omdat ze minder gevoelig zijn voor thermische schommelingen.
• Efficiëntie: UV-LED's gebruiken energie efficiënter en produceren minder restwarmte, wat hun levensduur verder verlengt.

De belangrijkste verschillen tussen de veroudering van UV-lampen en UV-LED's:

De belangrijkste verschillen in veroudering liggen dus in de manier waarop de verschillende lichtbronnen warmte en materiaalvermoeidheid verwerken, wat de efficiëntie en levensduur van UV-LED's positief beïnvloedt.

Wij helpen u graag bij de keuze van UV-meetapparatuur om de UV-veroudering van hoogvermogen-gasontladingslampen en UV-LED's te controleren. Opsytec biedt speciaal ontwikkelde meetapparatuur die precieze en betrouwbare UV-meting garandeert en die bovendien kalibraties volgens DIN EN ISO/IEC 17025:2018-03 mogelijk maakt.

Het diagram toont de typische verouderingscurve van een UV-LED, gekenmerkt door een aanvankelijk scherpe daling van de prestaties in de eerste bedrijfsuren. Na deze initiële afname stabiliseert het vermogensverlies en volgt het een geleidelijke, bijna lineaire degradatie in de loop van de tijd. Deze continue afname van de lichtemissie zet zich voort totdat de LED het einde van zijn levensduur bereikt en uiteindelijk volledig uitvalt zonder nog straling uit te zenden:

Wat de veroudering van een bron betekent voor lopende productie- en inspectieprocessen wordt getoond op de toepassingspagina's UV-uitharding in de automobielindustrie en UV-technologie voor de luchtvaart en ruimtevaart.

Hoe ver is een bron verouderd? De bestralingssterkte bij nieuwe staat en de vandaag gemeten waarde geven de degradatie aan – en de onderhoudsfactor waarop een systeem is ontworpen, zodat het aan het einde van het vervangingsinterval nog steeds de vereiste dosis levert. Beide waarden moeten in hetzelfde spectrale bereik en op dezelfde afstand worden gemeten.

Hoe kan de output van een UV-LED worden bewaakt?
Door de bestralingssterkte op het werkpunt te meten, niet aan de hand van de bedrijfsstroom of de bedrijfsuren. UV-LED's verliezen continu stralingsvermogen; de bepalende factoren zijn de junctietemperatuur en de aandrijfstroom, en elke stijging van de junctietemperatuur met 10 °C halveert de L70-levensduur. Een verstandige aanpak is om na de inloopperiode een initiële waarde als referentie vast te leggen en een waarschuwingsdrempel als percentage daarvan in te stellen. Typische levensduurwaarden tot 10.000 h (UVA) of 5.000 h (UVB/UVC) gelden alleen onder de gespecificeerde bedrijfsomstandigheden.

Hoe stelt u de veroudering van een UV-lamp vast?
Aan de dalende bestralingssterkte onder identieke omstandigheden – gemeten op dezelfde positie, op dezelfde afstand en bij dezelfde bedrijfstemperatuur. Vier processen werken samen: elektrode-erosie, verdamping van materiaal dat neerslaat op koelere delen van de lamp, degradatie van de fosforlaag en solarisatie van het kwartsglas. Bedrijfsuren zijn slechts een ruwe richtlijn: lagedruklampen bereiken 8.000 tot 12.000 h, middendruklampen 1.000 tot 4.000 h, gedoteerde middendruklampen 600 tot 2.000 h.