Luminescencija — mehanizam i primjena u izvorima svjetlosti

Luminescencija je luminiscencija tvari koja se javlja u procesu pretvaranja energije koju apsorbira u optičko zračenje. Ovaj sjaj nije uzrokovan izravno zagrijavanjem tvari.

Mehanizam pojave povezan je s činjenicom da se pod utjecajem unutarnjeg ili vanjskog izvora pobuđuju atomi, molekule ili kristali u tvari koja zatim emitira fotone.

Ovisno o trajanju tako dobivene luminiscencije, koja pak ovisi o vremenu života pobuđenog stanja, razlikuje se brzo opadajuća i dugotrajna luminiscencija. Prvi se naziva fluorescencija, drugi je fosforescencija.

Da bi tvar svijetlila, njeni spektri moraju biti diskretni, to jest, energetske razine atoma moraju biti odvojene jedna od druge zabranjenim energetskim vrpcama. Iz tog razloga, čvrsti i tekući metali koji imaju kontinuirani energetski spektar uopće ne svijetle.

U metalima se energija pobude jednostavno kontinuirano pretvara u toplinu.I samo u kratkovalnom području metali mogu doživjeti rendgensku fluorescenciju, odnosno pod djelovanjem rendgenskih zraka emitiraju sekundarne rendgenske zrake.

Mehanizmi pobude luminiscencije

Postoje različiti mehanizmi za pobuđivanje luminescencije, prema kojima postoji nekoliko vrsta luminescencije:

• Fotoluminiscencija — pobuđena svjetlom u vidljivom i ultraljubičastom području.

• Kemiluminiscencija — izazvana kemijskom reakcijom.

• Katodoluminiscencija — pobuđena katodnim zrakama (brzi elektroni).

• Sonoluminiscencija se u tekućini pobuđuje ultrazvučnim valom.

• Radioluminiscencija — pobuđena ionizirajućim zračenjem.

• Triboluminiscencija se pobuđuje trljanjem, drobljenjem ili odvajanjem fosfora (električni izboji između nabijenih fragmenata), au ovom slučaju svjetlost izboja pobuđuje fotoluminiscenciju.

• Bioluminiscencija je sjaj živih organizama koji postižu sami ili uz pomoć drugih sudionika u simbiozi.

• Elektroluminiscencija — pobuđuje se električnom strujom koja prolazi kroz fosfor.

• Kandoluminiscencija je svjetlosni sjaj.

• Termoluminiscencija se pobuđuje zagrijavanjem tvari.

Primjena luminiscencije u izvorima svjetlosti

Luminescentni izvori svjetlosti su oni čiji se sjaj temelji na pojavi luminiscencije. Dakle, sve plinske žarulje su fluorescentni i miješani izvori zračenja. U fotoluminiscentnim svjetiljkama sjaj stvara fosfor pobuđen emisijom električnog pražnjenja.

Bijele LED diode obično se temelje na plavom InGaN kristalu i žutom fosforu.Žuti fosfori koje koristi većina proizvođača modifikacija su itrijevo-aluminijevog granata legiranog trovalentnim cerijem.

Spektar luminescencije ovog fosfora ima karakterističnu maksimalnu valnu duljinu u području od 545 nm. Dugovalni dio spektra dominira kratkovalnim dijelom. Modifikacija fosfora s dodatkom galija i gadolinija omogućuje pomicanje maksimuma spektra u hladno područje (galij) ili u toplo područje (gadolinij).

Sudeći prema spektru fosfora koji se koristi u Cree LED diodama, uz itrij-aluminijski granat, bijelom LED fosforu dodaje se fosfor s maksimalnom emisijom pomaknutom u crveno područje.

U usporedbi s fluorescentnim svjetiljkamaFosfor koji se koristi u LED diodama ima dug vijek trajanja, a starenje fosfora uglavnom je određeno temperaturom. Fosfor se obično nanosi izravno na LED kristal koji se jako zagrijava. Ostali čimbenici koji utječu na fosfor imaju manje izražen učinak na njihov vijek trajanja.

Starenje fosfora dovodi ne samo do smanjenja svjetline LED-a, već i do promjene u sjeni rezultirajućeg svjetla. Uz značajno pogoršanje fosfora, plava nijansa luminescencije postaje jasno vidljiva. To je zbog promjenjivih svojstava fosfora i činjenice da spektar počinje dominirati unutarnjom emisijom LED čipa. Uvođenjem tehnologije izoliranog sloja fosfora smanjuje se utjecaj temperature na brzinu njegove razgradnje.

Druge primjene luminescencije

Fotonika uglavnom koristi pretvarače i izvore svjetlosti temeljene na elektroluminiscenciji i fotoluminiscenciji: LED diode, svjetiljke, lasere, luminiscentne premaze itd. — to je upravo područje u kojem se luminescencija vrlo široko koristi.

Osim toga, spektri luminiscencije pomažu znanstvenicima u proučavanju sastava i strukture tvari. Luminescencijskim metodama moguće je odrediti veličinu, koncentraciju i prostornu raspodjelu nanočestica, kao i vrijeme života pobuđenih stanja neravnotežnih nositelja naboja u poluvodičkim strukturama.

Nastavak ove teme:Elektroluminiscentni emiteri: uređaj i princip rada, vrste