Luminesenssi — mekanismi ja käyttö valonlähteissä

Luminesenssi on aineen luminesenssi, joka tapahtuu prosessissa, jossa sen absorboima energia muunnetaan optiseksi säteilyksi. Tämä hehku ei johdu suoraan aineen kuumentamisesta.

Ilmiön mekanismi liittyy siihen, että sisäisen tai ulkoisen lähteen vaikutuksesta atomit, molekyylit tai kiteet virittyvät aineessa, joka sitten emittoi fotoneja.

Riippuen näin saadun luminesenssin kestosta, joka puolestaan ​​riippuu viritetyn tilan kestosta, erotetaan nopeasti vaimeneva ja pitkäkestoinen luminesenssi. Ensimmäistä kutsutaan fluoresenssiksi, toista fosforesenssiksi.

Jotta aine voisi hehkua, sen spektrien on oltava diskreettejä, eli atomien energiatasot on erotettava toisistaan ​​kiellettyjen energiakaistojen avulla. Tästä syystä kiinteät ja nestemäiset metallit, joilla on jatkuva energiaspektri, eivät luminoi ollenkaan.

Metalleissa viritysenergia yksinkertaisesti muuttuu jatkuvasti lämmöksi.Ja vain lyhytaaltoalueella metallit voivat kokea röntgenfluoresenssia, eli ne lähettävät röntgensäteiden vaikutuksesta toissijaisia ​​röntgensäteitä.

Luminesenssiviritysmekanismit

Luminesenssin herättämiseen on olemassa erilaisia ​​mekanismeja, joiden mukaan luminesenssityyppejä on useita:

• Fotoluminesenssi — valon virittämä näkyvällä ja ultraviolettialueella.

• Kemiluminesenssi - kemiallisen reaktion aiheuttama.

• Katodiluminesenssi — katodisäteiden (nopeiden elektronien) virittämä.

• Sonoluminesenssi viritetään nesteessä ultraääniaallon avulla.

• Radioluminesenssi - ionisoivan säteilyn virittynyt.

• Triboluminesenssi viritetään hankaamalla, murskaamalla tai erottamalla fosforit (sähköpurkaukset varautuneiden fragmenttien välillä), ja tässä tapauksessa purkausvalo herättää fotoluminesenssia.

• Bioluminesenssi on elävien organismien hehkua, jonka ne saavuttavat itsenäisesti tai muiden symbioosin osallistujien avulla.

• Elektroluminesenssi – loisteaineen läpi kulkevalla sähkövirralla virittynyt.

• Kandoluminesenssi on kirkas hehku.

• Termoluminesenssi viritetään kuumentamalla ainetta.

Luminesenssin käyttö valonlähteissä

Luminesoivat valonlähteet ovat sellaisia, joiden hehku perustuu luminesenssiilmiöön. Joten kaikki kaasupurkauslamput ovat loiste- ja sekasäteilylähteitä. Fotoluminoivissa lampuissa hehku syntyy sähköpurkauksen aiheuttamasta loisteaineesta.

Valkoiset LEDit perustuvat yleensä siniseen InGaN-kiteeseen ja keltaiseen loisteaineeseen.Useimpien valmistajien käyttämät keltaiset fosforit ovat muunnelmia yttrium-alumiinigranaatista, joka on seostettu kolmiarvoiseen ceriumiin.

Tämän loisteaineen luminesenssispektrin tyypillinen maksimiaallonpituus on alueella 545 nm. Spektrin pitkäaalto-osa hallitsee lyhytaalto-osaa. Loisteaineen modifiointi galliumia ja gadoliniumia lisäämällä mahdollistaa spektrin maksimin siirtämisen kylmälle alueelle (gallium) tai lämpimälle alueelle (gadolinium).

Cree-LED:issä käytetyn loisteaineen spektristä päätellen valkoiseen LED-loisteaineeseen on lisätty yttrium-alumiinigranaatin lisäksi loisteaine, jonka enimmäisemissio on siirtynyt punaiselle alueelle.

Verrattuna loistelamppujen kanssaLedeissä käytetyllä loisteaineella on pitkä käyttöikä ja loisteaineen ikääntyminen määräytyy pääasiassa lämpötilan mukaan. Loisteaine levitetään yleensä suoraan LED-kiteeseen, joka kuumenee hyvin. Muut fosforiin vaikuttavat tekijät vaikuttavat vähemmän niiden käyttöikään.

Loisteaineen vanheneminen ei johda vain LEDin kirkkauden vähenemiseen, vaan myös tuloksena olevan valon sävyn muutokseen. Loisteaineen merkittävän heikkenemisen myötä luminesenssin sininen sävy tulee selvästi näkyviin. Tämä johtuu loisteaineen muuttuvista ominaisuuksista ja siitä, että spektri alkaa hallita LED-sirun sisäistä säteilyä. Eristetyn fosforikerroksen tekniikan käyttöönoton myötä lämpötilan vaikutus sen hajoamisnopeuteen vähenee.

Muut luminesenssin sovellukset

Fotoniikka käyttää pääasiassa elektroluminesenssiin ja fotoluminesenssiin perustuvia muuntimia ja valonlähteitä: LEDejä, lamppuja, lasereita, luminoivia pinnoitteita jne. — juuri tällä alalla luminesenssia käytetään hyvin laajasti.

Lisäksi luminesenssispektrit auttavat tutkijoita tutkimaan aineiden koostumusta ja rakennetta. Luminesenssimenetelmillä voidaan määrittää nanohiukkasten koko, pitoisuus ja tilajakauma sekä epätasapainoisten varauksenkuljettajien virittyneiden tilojen elinikä puolijohderakenteissa.

Jatkaen tätä ketjua:Elektroluminesenssisäteilijät: laite ja toimintaperiaate, tyypit