Luminescentie — mechanisme en toepassing in lichtbronnen

Luminescentie is de luminescentie van een stof die optreedt bij het omzetten van de energie die erdoor wordt geabsorbeerd in optische straling. Deze gloed wordt niet direct veroorzaakt door verhitting van de stof.

Het mechanisme van het fenomeen houdt verband met het feit dat onder invloed van een interne of externe bron atomen, moleculen of kristallen worden geëxciteerd in een stof, die vervolgens fotonen uitzendt.

Afhankelijk van de duur van de aldus verkregen luminescentie, die weer afhangt van de levensduur van de aangeslagen toestand, wordt onderscheid gemaakt tussen snel afnemende en langdurige luminescentie. De eerste heet fluorescentie, de tweede is fosforescentie.

Om een ​​substantie te laten gloeien, moeten de spectra ervan discreet zijn, dat wil zeggen, de energieniveaus van de atomen moeten van elkaar gescheiden zijn door verboden energiebanden. Om deze reden lichten vaste en vloeibare metalen met een continu energiespectrum helemaal niet op.

Bij metalen wordt de excitatie-energie simpelweg continu omgezet in warmte.En alleen in het kortegolfbereik kunnen metalen röntgenfluorescentie ervaren, dat wil zeggen dat ze onder invloed van röntgenstralen secundaire röntgenstralen uitzenden.

Luminescentie-excitatiemechanismen

Er zijn verschillende mechanismen voor de excitatie van luminescentie, volgens welke er verschillende soorten luminescentie zijn:

• Fotoluminescentie - opgewekt door licht in het zichtbare en ultraviolette bereik.

• Chemiluminescentie - veroorzaakt door een chemische reactie.

• Kathodoluminescentie - geëxciteerd door kathodestralen (snelle elektronen).

• Sonoluminescentie wordt in een vloeistof opgewekt door een ultrasone golf.

• Radioluminescentie - opgewekt door ioniserende straling.

• Triboluminescentie wordt opgewekt door fosforen (elektrische ontladingen tussen geladen fragmenten) te wrijven, te pletten of te scheiden, en in dit geval wekt het ontladingslicht fotoluminescentie op.

• Bioluminescentie is de gloed van levende organismen, die ze onafhankelijk of met de hulp van andere deelnemers aan symbiose tot stand brengen.

• Elektroluminescentie - opgewekt door een elektrische stroom die door een fosfor gaat.

• Candoluminescentie is een lichtgevende gloed.

• Thermoluminescentie wordt opgewekt door een stof te verhitten.

Het gebruik van luminescentie in lichtbronnen

Luminescente lichtbronnen zijn die waarvan de gloed is gebaseerd op het fenomeen luminescentie. Alle gasontladingslampen zijn dus fluorescerende en gemengde stralingsbronnen. In fotoluminescente lampen wordt de gloed gecreëerd door een fosfor die wordt opgewekt door de emissie van een elektrische ontlading.

Witte LED's zijn meestal gebaseerd op blauw InGaN-kristal en gele fosfor.De gele fosforen die door de meeste fabrikanten worden gebruikt, zijn een modificatie van yttrium-aluminium-granaat gelegeerd met driewaardig cerium.

Het luminescentiespectrum van deze fosfor heeft een karakteristieke maximale golflengte in het gebied van 545 nm. Het langegolfgedeelte van het spectrum domineert het kortegolfgedeelte. Modificatie van de fosfor met toevoeging van gallium en gadolinium maakt het mogelijk om het maximum van het spectrum te verschuiven naar het koude gebied (gallium) of naar het warme gebied (gadolinium).

Te oordelen naar het spectrum van de fosfor die wordt gebruikt in Cree LED's, wordt naast yttrium-aluminium-granaat een fosfor toegevoegd met een maximale emissie verschoven naar het rode gebied aan de witte LED-fosfor.

In vergelijking met tl-lampenDe fosfor die in leds wordt gebruikt heeft een lange levensduur en de veroudering van de fosfor wordt vooral bepaald door de temperatuur. De fosfor wordt meestal rechtstreeks op het LED-kristal aangebracht, dat erg heet wordt. Andere factoren die van invloed zijn op fosfor hebben een minder uitgesproken effect op hun levensduur.

De veroudering van de fosfor leidt niet alleen tot een afname van de helderheid van de LED, maar ook tot een verandering in de schaduw van het resulterende licht. Met een aanzienlijke verslechtering van de fosfor wordt de blauwe tint van de luminescentie duidelijk zichtbaar. Dit komt door de veranderende eigenschappen van de fosfor en het feit dat het spectrum de interne emissie van de LED-chip begint te domineren. Met de introductie van de technologie van de geïsoleerde fosforlaag neemt de invloed van temperatuur op de snelheid van de afbraak af.

Andere toepassingen van luminescentie

Fotonica maakt voornamelijk gebruik van converters en lichtbronnen op basis van elektroluminescentie en fotoluminescentie: leds, lampen, lasers, luminescerende coatings, enz. — dit is precies het gebied waarin luminescentie zeer wijdverspreid wordt gebruikt.

Bovendien helpen luminescentiespectra wetenschappers bij het bestuderen van de samenstelling en structuur van stoffen. Luminescentiemethoden maken het mogelijk om de grootte, concentratie en ruimtelijke verdeling van nanodeeltjes te bepalen, evenals de levensduur van aangeslagen toestanden van niet-evenwichtsladingsdragers in halfgeleiderstructuren.

Vervolg op dit draadje:Elektroluminescente zenders: apparaat en werkingsprincipe, typen