Luminescens — mekanism och applicering i ljuskällor

Luminescens är luminescensen av ett ämne som uppstår i processen att omvandla den energi som absorberas av det till optisk strålning. Denna glöd orsakas inte direkt av uppvärmning av ämnet.

Mekanismen för fenomenet är relaterad till det faktum att under påverkan av en intern eller extern källa exciteras atomer, molekyler eller kristaller i ett ämne, som sedan avger fotoner.

Beroende på varaktigheten av den sålunda erhållna luminescensen, som i sin tur beror på livslängden för det exciterade tillståndet, görs en skillnad mellan snabbt sönderfallande och långvarig luminescens. Den första kallas fluorescens, den andra är fosforescens.

För att ett ämne ska glöda måste dess spektra vara diskreta, det vill säga att atomernas energinivåer måste separeras från varandra av förbjudna energiband. Av denna anledning lyser inte fasta och flytande metaller som har ett kontinuerligt energispektrum alls.

I metaller omvandlas excitationsenergin helt enkelt kontinuerligt till värme.Och endast i kortvågsområdet kan metaller uppleva röntgenfluorescens, det vill säga under inverkan av röntgenstrålar avger de sekundära röntgenstrålar.

Luminescensexcitationsmekanismer

Det finns olika mekanismer för excitation av luminescens, enligt vilka det finns flera typer av luminescens:

• Fotoluminescens — exciteras av ljus i det synliga och ultravioletta området.

• Kemiluminescens — inducerad av en kemisk reaktion.

• Katodoluminescens — exciteras av katodstrålar (snabba elektroner).

• Sonoluminescens exciteras i en vätska av en ultraljudsvåg.

• Radioluminescens — exciteras av joniserande strålning.

• Triboluminescens exciteras genom att gnida, krossa eller separera fosforer (elektriska urladdningar mellan laddade fragment), och i detta fall exciterar urladdningsljuset fotoluminescens.

• Bioluminescens är glöden från levande organismer, uppnådd av dem självständigt eller med hjälp av andra deltagare i symbios.

• Elektroluminescens — exciteras av en elektrisk ström som passerar genom en fosfor.

• Candoluminescens är ett lysande sken.

• Termoluminescens exciteras genom att värma ett ämne.

Användningen av luminescens i ljuskällor

Luminescerande ljuskällor är de vars glöd är baserad på fenomenet luminescens. Så alla gasurladdningslampor är fluorescerande och blandade strålkällor. I fotoluminescerande lampor skapas glöden av en fosfor som exciteras av emissionen av en elektrisk urladdning.

Vita lysdioder är vanligtvis baserade på blå InGaN-kristall och gul fosfor.De gula fosforerna som används av de flesta tillverkare är en modifiering av yttrium-aluminiumgranat legerad med trevärt cerium.

Luminescensspektrumet för denna fosfor har en karakteristisk maximal våglängd i området 545 nm. Långvågsdelen av spektrumet dominerar kortvågsdelen. Modifiering av fosforn med tillsats av gallium och gadolinium gör det möjligt att flytta maximalt av spektrumet till det kalla området (gallium) eller till det varma området (gadolinium).

Att döma av spektrumet av fosforn som används i Cree lysdioder, förutom yttrium-aluminium granat, läggs en fosfor med en maximal emission förskjuten till det röda området till den vita lysdioden fosfor.

I jämförelse med lysrörFosforen som används i lysdioder har en lång livslängd, och fosforens åldring bestäms huvudsakligen av temperaturen. Fosforen appliceras vanligtvis direkt på LED-kristallen, som blir väldigt varm. Andra faktorer som påverkar fosfor har en mindre uttalad effekt på deras livslängd.

Åldrandet av fosfor leder inte bara till en minskning av lysdiodens ljusstyrka, utan också till en förändring i nyansen av det resulterande ljuset. Med betydande försämring av fosforn blir den blå nyansen av luminescensen tydligt synlig. Detta beror på fosforens förändrade egenskaper och det faktum att spektrumet börjar dominera den interna emissionen av LED-chippet. Med introduktionen av tekniken för det isolerade fosforlagret minskar temperaturens inverkan på nedbrytningshastigheten.

Andra tillämpningar av luminescens

Photonics använder huvudsakligen omvandlare och ljuskällor baserade på elektroluminescens och fotoluminescens: lysdioder, lampor, lasrar, luminescerande beläggningar, etc. — Det är just detta område där luminescens används mycket brett.

Dessutom hjälper luminescensspektra forskare att studera ämnens sammansättning och struktur. Luminescensmetoder gör det möjligt att bestämma storlek, koncentration och rumslig fördelning av nanopartiklar, såväl som livslängden för exciterade tillstånd av icke-jämviktsladdningsbärare i halvledarstrukturer.

Fortsätter denna tråd:Elektroluminiscerande sändare: enhet och funktionsprincip, typer