Луминесценција — механизам и примена у изворима светлости

Луминисценција је луминисценција супстанце која се јавља у процесу претварања енергије коју апсорбује у оптичко зрачење. Овај сјај није узрокован директно загревањем супстанце.

Механизам појаве повезан је са чињеницом да се, под утицајем унутрашњег или спољашњег извора, у супстанци побуђују атоми, молекули или кристали, који потом емитују фотоне.

У зависности од трајања тако добијене луминисценције, која заузврат зависи од животног века побуђеног стања, прави се разлика између брзо распадајуће и дуготрајне луминисценције. Први се назива флуоресценција, други је фосфоресценција.

Да би супстанца сијала, њени спектри морају бити дискретни, односно енергетски нивои атома морају бити одвојени један од другог забрањеним енергетским тракама. Из тог разлога, чврсти и течни метали који имају континуирани енергетски спектар уопште не луминесцирају.

У металима, енергија побуде се једноставно континуирано претвара у топлоту.И само у краткоталасном опсегу метали могу доживети рендгенску флуоресценцију, то јест, под дејством рендгенских зрака, емитују секундарне рендгенске зраке.

Механизми побуде луминесценције

Постоје различити механизми за побуђивање луминесценције, према којима постоји неколико врста луминисценције:

• Фотолуминисценција — побуђена светлошћу у видљивом и ултраљубичастом опсегу.

• Хемилуминисценција — изазвана хемијском реакцијом.

• Катодолуминисценција — побуђена катодним зрацима (брзи електрони).

• Сонолуминисценција се побуђује у течности ултразвучним таласом.

• Радиолуминисценција — побуђена јонизујућим зрачењем.

• Триболуминисценција се побуђује трљањем, дробљењем или одвајањем фосфора (електрична пражњења између наелектрисаних фрагмената), ау овом случају светлост пражњења побуђује фотолуминисценцију.

• Биолуминисценција је сјај живих организама који они постижу самостално или уз помоћ других учесника у симбиози.

• Електролуминисценција — побуђена електричном струјом која пролази кроз фосфор.

• Кандолуминисценција је блистав сјај.

• Термолуминисценција се побуђује загревањем супстанце.

Употреба луминисценције у изворима светлости

Луминесцентни извори светлости су они чији је сјај заснован на феномену луминисценције. Дакле, све лампе на гасно пражњење су флуоресцентни и мешовити извори зрачења. У фотолуминисцентним лампама, сјај се ствара помоћу фосфора побуђеног емисијом електричног пражњења.

Беле ЛЕД диоде се обично заснивају на плавом ИнГаН кристалу и жутом фосфору.Жути фосфор који користи већина произвођача је модификација итријум-алуминијумског граната легираног тровалентним церијумом.

Спектар луминисценције овог фосфора има карактеристичну максималну таласну дужину у региону од 545 нм. Дуготаласни део спектра доминира краткоталасним делом. Модификација фосфора са додатком галијума и гадолинијума омогућава померање максимума спектра у хладни регион (галијум) или у топли регион (гадолинијум).

Судећи по спектру фосфора који се користи у Црее ЛЕД диодама, поред итријум-алуминијумског граната, белом ЛЕД фосфору се додаје и фосфор са максималном емисијом помереном у црвену област.

У поређењу са флуоресцентним лампамаФосфор који се користи у ЛЕД диодама има дуг радни век, а старење фосфора је углавном одређено температуром. Фосфор се обично наноси директно на ЛЕД кристал, који се веома загрева. Други фактори који утичу на фосфор имају мање изражен утицај на њихов радни век.

Старење фосфора доводи не само до смањења осветљености ЛЕД-а, већ и до промене нијансе насталог светла. Уз значајно погоршање фосфора, плава нијанса луминесценције постаје јасно видљива. Ово је због променљивих својстава фосфора и чињенице да спектар почиње да доминира унутрашњом емисијом ЛЕД чипа. Увођењем технологије изолованог слоја фосфора смањује се утицај температуре на брзину његове деградације.

Друге примене луминисценције

Фотоника углавном користи претвараче и изворе светлости засноване на електролуминисценцији и фотолуминисценцији: ЛЕД диоде, лампе, ласери, луминисцентни премази итд. — то је управо област у којој се луминисценција веома широко користи.

Поред тога, спектри луминисценције помажу научницима у проучавању састава и структуре супстанци. Методе луминесценције омогућавају одређивање величине, концентрације и просторне дистрибуције наночестица, као и животног века побуђених стања неравнотежних носилаца наелектрисања у полупроводничким структурама.

Настављам ову тему:Електролуминисцентни емитери: уређај и принцип рада, врсте