Luminescența — mecanism și aplicare în sursele de lumină

Luminescența este luminescența unei substanțe care apare în procesul de transformare a energiei absorbite de aceasta în radiație optică. Această strălucire nu este cauzată direct de încălzirea substanței.

Mecanismul fenomenului este legat de faptul că, sub influența unei surse interne sau externe, atomii, moleculele sau cristalele sunt excitați într-o substanță, care apoi emite fotoni.

În funcție de durata luminiscenței astfel obținute, care, la rândul ei, depinde de durata de viață a stării excitate, se face distincția între luminescența cu degradare rapidă și cea de lungă durată. Primul se numește fluorescență, al doilea este fosforescență.

Pentru ca o substanță să strălucească, spectrele sale trebuie să fie discrete, adică nivelurile de energie ale atomilor trebuie separate între ele prin benzi de energie interzise. Din acest motiv, metalele solide și lichide care au un spectru energetic continuu nu luminesc deloc.

În metale, energia de excitație este pur și simplu convertită continuu în căldură.Și numai în intervalul de unde scurte metalele pot experimenta fluorescența cu raze X, adică sub acțiunea razelor X, ele emit raze X secundare.

Mecanisme de excitare a luminescenței

Există diferite mecanisme de excitare a luminiscenței, conform cărora există mai multe tipuri de luminescență:

• Fotoluminiscență — excitată de lumină în intervalele vizibile și ultraviolete.

• Chemiluminiscență - indusă de o reacție chimică.

• Catodoluminiscența — excitată de raze catodice (electroni rapizi).

• Sonoluminiscența este excitată într-un lichid de o undă cu ultrasunete.

• Radioluminiscență - excitată de radiații ionizante.

• Triboluminiscența este excitată prin frecare, zdrobire sau separare a fosforilor (descărcări electrice între fragmentele încărcate), iar în acest caz lumina de descărcare excită fotoluminiscența.

• Bioluminiscența este strălucirea organismelor vii, realizată de acestea în mod independent sau cu ajutorul altor participanți la simbioză.

• Electroluminiscență - excitat de un curent electric trecut printr-un fosfor.

• Candoluminiscența este o strălucire luminoasă.

• Termoluminiscența este excitată prin încălzirea unei substanțe.

Utilizarea luminiscenței în sursele de lumină

Sursele de lumina luminescente sunt cele a caror stralucire se bazeaza pe fenomenul luminescentei. Deci, toate lămpile cu descărcare în gaz sunt surse de radiații fluorescente și mixte. În lămpile fotoluminiscente, strălucirea este creată de un fosfor excitat de emisia unei descărcări electrice.

LED-urile albe se bazează de obicei pe cristal albastru InGaN și fosfor galben.Fosforii galbeni utilizați de majoritatea producătorilor sunt o modificare a granatului de ytriu-aluminiu aliat cu ceriu trivalent.

Spectrul de luminiscență al acestui fosfor are o lungime de undă maximă caracteristică în regiunea de 545 nm. Porțiunea de undă lungă a spectrului domină porțiunea de undă scurtă. Modificarea fosforului cu adăugarea de galiu și gadoliniu face posibilă deplasarea maximului spectrului în regiunea rece (galiu) sau în regiunea caldă (gadoliniu).

Judecând după spectrul fosforului utilizat în LED-urile Cree, pe lângă granatul de ytriu-aluminiu, la fosforul LED alb se adaugă un fosfor cu o emisie maximă deplasată în regiunea roșie.

In comparatie cu lămpi fluorescenteFosforul utilizat în LED-uri are o durată de viață lungă, iar îmbătrânirea fosforului este determinată în principal de temperatură. Fosforul este de obicei aplicat direct pe cristalul LED, care devine foarte fierbinte. Alți factori care afectează fosforul au un efect mai puțin pronunțat asupra duratei de viață a acestora.

Îmbătrânirea fosforului duce nu numai la o scădere a luminozității LED-ului, ci și la o schimbare a umbrei luminii rezultate. Odată cu deteriorarea semnificativă a fosforului, nuanța albastră a luminiscenței devine clar vizibilă. Acest lucru se datorează proprietăților în schimbare ale fosforului și faptului că spectrul începe să domine emisia internă a cipului LED. Odată cu introducerea tehnologiei stratului izolat de fosfor, influența temperaturii asupra ratei de degradare a acestuia scade.

Alte aplicații ale luminiscenței

Fotonica folosește în principal convertoare și surse de lumină bazate pe electroluminiscență și fotoluminiscență: LED-uri, lămpi, lasere, acoperiri luminescente etc. — tocmai acesta este domeniul în care luminescența este utilizată pe scară largă.

În plus, spectrele de luminescență ajută oamenii de știință să studieze compoziția și structura substanțelor. Metodele de luminescență fac posibilă determinarea dimensiunii, concentrației și distribuției spațiale a nanoparticulelor, precum și durata de viață a stărilor excitate ale purtătorilor de sarcină neechilibrați în structurile semiconductoare.

Continuând acest thread:Emițători electroluminescenți: dispozitiv și principiu de funcționare, tipuri