Luminiscence — mechanismus a aplikace ve světelných zdrojích

Luminiscence je luminiscence látky, která se vyskytuje v procesu přeměny energie jí absorbované na optické záření. Tato záře není způsobena přímo zahříváním látky.

Mechanismus jevu souvisí s tím, že vlivem vnitřního nebo vnějšího zdroje dochází k excitaci atomů, molekul nebo krystalů v látce, která následně emituje fotony.

V závislosti na době trvání takto získané luminiscence, která zase závisí na době života excitovaného stavu, se rozlišuje mezi rychle ubývající a dlouhotrvající luminiscencí. První se nazývá fluorescence, druhá je fosforescence.

Aby látka zářila, její spektra musí být diskrétní, to znamená, že energetické hladiny atomů musí být od sebe odděleny zakázanými energetickými pásy. Z tohoto důvodu pevné a tekuté kovy, které mají spojité energetické spektrum, vůbec neluminiscují.

V kovech se excitační energie jednoduše nepřetržitě přeměňuje na teplo.A pouze v oblasti krátkých vln mohou kovy zažít rentgenovou fluorescenci, to znamená, že při působení rentgenového záření emitují sekundární rentgenové záření.

Luminiscenční excitační mechanismy

Existují různé mechanismy pro buzení luminiscence, podle kterých existuje několik typů luminiscence:

• Fotoluminiscence — excitovaná světlem ve viditelné a ultrafialové oblasti.

• Chemiluminiscence — vyvolaná chemickou reakcí.

• Katodoluminiscence — excitovaná katodovými paprsky (rychlé elektrony).

• Sonoluminiscence je v kapalině excitována ultrazvukovou vlnou.

• Radioluminiscence — excitovaná ionizujícím zářením.

• Triboluminiscence je excitována třením, drcením nebo oddělováním fosforů (elektrické výboje mezi nabitými fragmenty) a v tomto případě výbojové světlo excituje fotoluminiscenci.

• Bioluminiscence je záře živých organismů, dosažená jimi samostatně nebo s pomocí ostatních účastníků symbiózy.

• Elektroluminiscence — excitovaná elektrickým proudem procházejícím fosforem.

• Kandoluminiscence je světelná záře.

• Termoluminiscence je excitována zahříváním látky.

Využití luminiscence ve světelných zdrojích

Luminiscenční světelné zdroje jsou takové, jejichž záře je založena na jevu luminiscence. Všechny plynové výbojky jsou tedy zářivkové a smíšené zdroje záření. U fotoluminiscenčních lamp je záře vytvářena fosforem vybuzeným emisí elektrického výboje.

Bílé LED jsou obvykle založeny na modrém InGaN krystalu a žlutém fosforu.Žluté fosfory používané většinou výrobců jsou modifikací yttrium-hliníkového granátu legovaného trojmocným cerem.

Luminiscenční spektrum tohoto fosforu má charakteristickou maximální vlnovou délku v oblasti 545 nm. Dlouhovlnná část spektra převažuje nad krátkovlnnou částí. Modifikace fosforu přídavkem galia a gadolinia umožňuje posunout maximum spektra do studené oblasti (gallium) nebo do teplé oblasti (gadolinium).

Soudě podle spektra fosforu použitého v Cree LED, kromě yttrium-hliníkového granátu je k bílému LED fosforu přidán fosfor s maximální emisí posunutou do červené oblasti.

V porovnání se zářivkamiFosfor použitý v LED diodách má dlouhou životnost a stárnutí fosforu je dáno především teplotou. Fosfor je obvykle aplikován přímo na LED krystal, který se velmi zahřívá. Ostatní faktory ovlivňující fosfor mají na jejich životnost méně výrazný vliv.

Stárnutí fosforu vede nejen ke snížení jasu LED, ale také ke změně odstínu výsledného světla. Při výrazném zhoršení fosforu se modrý odstín luminiscence stává jasně viditelným. To je způsobeno měnícími se vlastnostmi fosforu a skutečností, že spektrum začíná dominovat vnitřní emisi LED čipu. Se zavedením technologie izolované vrstvy fosforu klesá vliv teploty na rychlost jeho odbourávání.

Další aplikace luminiscence

Fotonika využívá především konvertory a světelné zdroje na bázi elektroluminiscence a fotoluminiscence: LED, lampy, lasery, luminiscenční povlaky atd. — to je přesně oblast, ve které se velmi široce používá luminiscence.

Spektra luminiscence navíc vědcům pomáhají při studiu složení a struktury látek. Luminiscenční metody umožňují určit velikost, koncentraci a prostorovou distribuci nanočástic a také životnost excitovaných stavů nerovnovážných nosičů náboje v polovodičových strukturách.

Pokračování tohoto vlákna:Elektroluminiscenční zářiče: zařízení a princip činnosti, typy