Luminescens — mekanisme og anvendelse i lyskilder

Luminescens er luminescensen til et stoff som oppstår i prosessen med å konvertere energien som absorberes av det til optisk stråling. Denne gløden er ikke forårsaket direkte av oppvarming av stoffet.

Mekanismen for fenomenet er knyttet til det faktum at atomer, molekyler eller krystaller under påvirkning av en intern eller ekstern kilde eksiteres i et stoff, som deretter sender ut fotoner.

Avhengig av varigheten av den således oppnådde luminescensen, som igjen avhenger av levetiden til den eksiterte tilstanden, skilles det mellom raskt henfallende og langvarig luminescens. Den første kalles fluorescens, den andre er fosforescens.

For at et stoff skal gløde, må dets spektre være diskrete, det vil si at energinivåene til atomene må skilles fra hverandre med forbudte energibånd. Av denne grunn lyser ikke faste og flytende metaller som har et kontinuerlig energispektrum i det hele tatt.

I metaller blir eksitasjonsenergien ganske enkelt kontinuerlig omdannet til varme.Og bare i kortbølgeområdet kan metaller oppleve røntgenfluorescens, det vil si under påvirkning av røntgenstråler avgir de sekundære røntgenstråler.

Luminescens eksitasjonsmekanismer

Det er forskjellige mekanismer for eksitasjon av luminescens, ifølge hvilke det er flere typer luminescens:

• Fotoluminescens — begeistret av lys i det synlige og ultrafiolette området.

• Kjemiluminescens - indusert av en kjemisk reaksjon.

• Katodoluminescens - opphisset av katodestråler (raske elektroner).

• Sonoluminescens eksiteres i en væske av en ultralydbølge.

• Radioluminescens - eksitert av ioniserende stråling.

• Triboluminescens eksiteres ved å gni, knuse eller separere fosfor (elektriske utladninger mellom ladede fragmenter), og i dette tilfellet eksiterer utladningslyset fotoluminescens.

• Bioluminescens er gløden til levende organismer, oppnådd av dem uavhengig eller ved hjelp av andre deltakere i symbiose.

• Elektroluminescens - opphisset av en elektrisk strøm som går gjennom en fosfor.

• Candoluminescens er en lysende glød.

• Termoluminescens eksiteres ved å varme opp et stoff.

Bruk av luminescens i lyskilder

Luminescerende lyskilder er de hvis glød er basert på fenomenet luminescens. Så alle gassutladningslamper er fluorescerende og blandede strålingskilder. I fotoluminescerende lamper skapes gløden av en fosfor som eksiteres av emisjonen av en elektrisk utladning.

Hvite lysdioder er vanligvis basert på blå InGaN-krystall og gul fosfor.De gule fosforene som brukes av de fleste produsenter er en modifikasjon av yttrium-aluminium granat legert med treverdig cerium.

Luminescensspekteret til denne fosforen har en karakteristisk maksimal bølgelengde i området 545 nm. Langbølgedelen av spekteret dominerer kortbølgedelen. Modifisering av fosforet med tilsetning av gallium og gadolinium gjør det mulig å flytte maksimalt av spekteret til det kalde området (gallium) eller til det varme området (gadolinium).

Å dømme etter spekteret til fosforet som brukes i Cree LED-er, i tillegg til yttrium-aluminium-granat, legges en fosfor med en maksimal emisjon forskjøvet til det røde området til den hvite LED-fosforen.

Til sammenligning med lysrørFosforen som brukes i lysdioder har lang levetid, og aldring av fosfor bestemmes hovedsakelig av temperatur. Fosforen påføres vanligvis direkte på LED-krystallen, som blir veldig varm. Andre faktorer som påvirker fosfor har en mindre uttalt effekt på levetiden.

Aldringen av fosforet fører ikke bare til en reduksjon i lysstyrken til LED, men også til en endring i skyggen av det resulterende lyset. Med betydelig forringelse av fosforet blir den blå nyansen av luminescensen tydelig synlig. Dette skyldes de skiftende egenskapene til fosforet og det faktum at spekteret begynner å dominere den interne emisjonen til LED-brikken. Med introduksjonen av teknologien til det isolerte fosforlaget avtar temperaturens innflytelse på nedbrytningshastigheten.

Andre anvendelser av luminescens

Photonics bruker hovedsakelig omformere og lyskilder basert på elektroluminescens og fotoluminescens: LED, lamper, lasere, luminescerende belegg, etc. — Det er nettopp dette feltet der luminescens brukes veldig mye.

I tillegg hjelper luminescensspektre forskere med å studere sammensetningen og strukturen til stoffer. Luminescensmetoder gjør det mulig å bestemme størrelsen, konsentrasjonen og romlig fordeling av nanopartikler, samt levetiden til eksiterte tilstander av ikke-likevekts ladningsbærere i halvlederstrukturer.

Fortsetter denne tråden:Elektroluminescerende emittere: enhet og operasjonsprinsipp, typer