Photobiologische/photochemische Wirkung ultravioletter Strahlung und strahlungsphysikalische Charakterisierung von UV-LEDs

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der strahlungsphysikalischen Charakterisierung ultravioletter Leuchtdioden, sowie deren Einsatzmöglichkeiten in therapeutischen Bestrahlungsgeräten. Beruhend auf einer ausführlichen Literaturrecherche werden zunächst die Grundlagen der photobiologischen und photochemischen Wirkungen ultravioletter Strahlung herausgearbeitet. Mit Hilfe unterschiedlicher Wirkungsmechanismen lässt sich die medizinische Relevanz der Strahlung ableiten, die sowohl schädigenden als auch therapeutischen Charakter aufweist. Ein ergänzender Überblick über den aktuellen Stand der Technik von Therapiegeräten und UV-LEDs zeigt, dass letztere aufgrund ihrer schmalbandigen Spektren gezielt auf relevante biologische Aktionsspektren ausgelegt werden können. Um für den konkreten Anwendungsfall die tatsächliche Einsatzfähigkeit der LED-Technologie beurteilen zu können, werden ultraviolette InGaN- und AlGaN-LEDs strahlungsphysikalisch charakterisiert. Schwerpunkt liegt hierbei auf der Ermittlung der spektralen, elektrischen und thermischen Eigenschaften der LEDs, die parallel von einer durchgeführten Alterung begleitet wird. Die Aufnahme der Messwerte erfolgt mit Hilfe von Messplätzen, die im Rahmen der Arbeit aufgebaut wurden und speziell für die Vermessung ultravioletter LEDs ausgelegt sind. Eine Auswertung der Messergebnisse zeigt, dass UV-LEDs nach wie vor einer starken Degradation unterliegen, die sich einerseits auf die materialspezifischen Eigenschaften der LEDs, andererseits aber auch auf deren thermische Ankopplung zurückführen lässt. Zur Analyse der Alterungsprozesse werden die Messergebnisse der unterschiedlichen Messplätze gegeneinander abgewogen um Aussagen über die Ursachen der Degradationsmechanismen treffen zu können. Darüber hinaus werden die elektrischen Eigenschaften der LEDs erarbeitet, die mit steigendem Aluminiumgehalt erhöhte Serienwiderstände aufweisen, dennoch aber auf eine stabile Kontaktierung über den Alterungszeitraum hinweisen. Eine abschließende Simulation der therapeutischen Bestrahlungsgeräte zeigt, dass InGaN-UV-LEDs trotz ihrer verhältnismäßig geringen optischen Leistung für den Einsatz in PUVA-Therapiegeräten genutzt werden könnten. Unter diesem Aspekt wird die Relevanz spektraler Änderungen bei Variation der Betriebsparameter herausgearbeitet, wobei sich zeigt, dass die konstante spektrale Verteilung für therapeutische Anwendungen von deutlich größerer Relevanz ist als etwa im sichtbaren Spektralbereich. Darüber hinaus wird auf neue Therapieverfahren hingewiesen, die sich aufgrund der Halbleitertechnologie ergeben und mit konventionellen Strahlungsquellen gänzlich undenkbar wären. Dieses mögliche Potential ist sowohl auf die spektralen als auch auf physikalischen Eigenschaften der Leuchtdioden zurückzuführen und wird im Rahmen der Arbeit herausgestellt