Luminescenca — mehanizem in uporaba v virih svetlobe

Luminescenca je luminiscenca snovi, ki se pojavi v procesu pretvorbe energije, ki jo absorbira, v optično sevanje. Ta sijaj ni neposredno posledica segrevanja snovi.

Mehanizem pojava je povezan z dejstvom, da se pod vplivom notranjega ali zunanjega vira v snovi vzbujajo atomi, molekule ali kristali, ki nato oddajajo fotone.

Glede na trajanje tako dobljene luminescence, ki je nato odvisna od življenjske dobe vzbujenega stanja, ločimo hitro upadajočo in dolgotrajno luminescenco. Prvo imenujemo fluorescenca, drugo pa fosforescenca.

Da snov sveti, morajo biti njeni spektri diskretni, to pomeni, da morajo biti energijske ravni atomov med seboj ločene s prepovedanimi energijskimi pasovi. Zaradi tega trdne in tekoče kovine, ki imajo zvezen energijski spekter, sploh ne svetijo.

V kovinah se energija vzbujanja preprosto nenehno pretvarja v toploto.In le v kratkovalovnem območju lahko kovine doživijo rentgensko fluorescenco, to je, da pod delovanjem rentgenskih žarkov oddajajo sekundarne rentgenske žarke.

Mehanizmi vzbujanja luminiscence

Obstajajo različni mehanizmi za vzbujanje luminescence, glede na katere obstaja več vrst luminescence:

• Fotoluminiscenca — vzbujena s svetlobo v vidnem in ultravijoličnem območju.

• Kemiluminiscenca - povzročena s kemično reakcijo.

• Katodoluminiscenca — vzbujanje katodnih žarkov (hitri elektroni).

• Sonoluminiscenco v tekočini vzbuja ultrazvočno valovanje.

• Radioluminiscenca - vzbujena z ionizirajočim sevanjem.

• Triboluminiscenco vzbudimo z drgnjenjem, drobljenjem ali ločevanjem fosforja (električne razelektritve med nabitimi fragmenti), v tem primeru pa svetloba razelektritve vzbuja fotoluminiscenco.

• Bioluminiscenca je sijaj živih organizmov, ki ga dosežejo sami ali s pomočjo drugih udeležencev v simbiozi.

• Elektroluminiscenca - vzbujena z električnim tokom skozi fosfor.

• Kandoluminiscenca je svetlobni sij.

• Termoluminiscenca se vzbuja s segrevanjem snovi.

Uporaba luminiscence v svetlobnih virih

Luminescentni viri svetlobe so tisti, katerih sij temelji na pojavu luminiscence. Torej so vse plinske sijalke fluorescentni in mešani viri sevanja. V fotoluminiscenčnih sijalkah ustvarja sij fosfor, ki ga vzbuja emisija električne razelektritve.

Bele LED diode običajno temeljijo na modrem kristalu InGaN in rumenem fosforju.Rumeni fosforji, ki jih uporablja večina proizvajalcev, so modifikacije itrijevo-aluminijevega granata, legiranega s trivalentnim cerijem.

Luminiscenčni spekter tega fosforja ima značilno največjo valovno dolžino v območju 545 nm. Dolgovalovni del spektra prevladuje nad kratkovalovnim delom. Modifikacija fosforja z dodatkom galija in gadolinija omogoča premik maksimuma spektra v hladno območje (galij) ali v toplo območje (gadolinij).

Sodeč po spektru fosforja, uporabljenega v Cree LED, je poleg itrijevo-aluminijevega granata belemu LED fosforju dodan fosfor z največjo emisijo, premaknjeno v rdeče območje.

V primerjavi s fluorescentnimi sijalkamiFosfor, ki se uporablja v LED diodah, ima dolgo življenjsko dobo, staranje fosforja pa je odvisno predvsem od temperature. Fosfor se običajno nanese neposredno na LED kristal, ki se zelo segreje. Drugi dejavniki, ki vplivajo na fosfor, imajo manj izrazit vpliv na njihovo življenjsko dobo.

Staranje fosforja vodi ne le do zmanjšanja svetlosti LED, ampak tudi do spremembe odtenka nastale svetlobe. Z znatnim poslabšanjem fosforja postane modri odtenek luminescence jasno viden. To je posledica spreminjajočih se lastnosti fosforja in dejstva, da spekter začne prevladovati nad notranjo emisijo LED čipa. Z uvedbo tehnologije izolirane plasti fosforja se zmanjša vpliv temperature na hitrost njegove razgradnje.

Druge uporabe luminiscence

Fotonika uporablja predvsem pretvornike in vire svetlobe, ki temeljijo na elektroluminiscenci in fotoluminiscenci: LED, svetilke, laserji, luminiscenčni premazi itd. — ravno na tem področju se luminiscenca uporablja zelo široko.

Poleg tega spektri luminiscence pomagajo znanstvenikom pri proučevanju sestave in strukture snovi. Luminescenčne metode omogočajo določanje velikosti, koncentracije in prostorske porazdelitve nanodelcev ter življenjske dobe vzbujenih stanj neravnovesnih nosilcev naboja v polprevodniških strukturah.

Nadaljevanje te teme:Elektroluminiscenčni oddajniki: naprava in princip delovanja, vrste