Lüminesans - ışık kaynaklarında mekanizma ve uygulama

Lüminesans, emdiği enerjiyi optik radyasyona dönüştürme sürecinde ortaya çıkan bir maddenin lüminesansıdır. Bu parlama, doğrudan maddenin ısıtılmasından kaynaklanmaz.

Fenomenin mekanizması, bir iç veya dış kaynağın etkisi altında, atomların, moleküllerin veya kristallerin bir maddede uyarılması ve ardından fotonlar yaymasıyla ilgilidir.

Bu şekilde elde edilen ve uyarılmış halin ömrüne bağlı olan lüminesans süresine bağlı olarak, hızla azalan ve uzun süreli lüminesans arasında bir ayrım yapılır. Birincisi floresans, ikincisi ise fosforesans olarak adlandırılır.

Bir maddenin parlaması için spektrumunun ayrı olması, yani atomların enerji seviyelerinin yasak enerji bantlarıyla birbirinden ayrılması gerekir. Bu nedenle sürekli bir enerji spektrumuna sahip olan katı ve sıvı metaller hiç ışımazlar.

Metallerde, uyarma enerjisi basitçe sürekli olarak ısıya dönüştürülür.Ve metaller yalnızca kısa dalga aralığında X-ışını floresansı yaşayabilir, yani X-ışınlarının etkisi altında ikincil X-ışınları yayarlar.

Lüminesans uyarma mekanizmaları

Lüminesansın uyarılması için çeşitli lüminesans türlerinin bulunduğu farklı mekanizmalar vardır:

• Fotolüminesans — görünür ve morötesi aralıklardaki ışıkla uyarılır.

• Kemilüminesans - kimyasal bir reaksiyonla indüklenir.

• Katodolüminesans — katot ışınları (hızlı elektronlar) tarafından uyarılır.

• Sonolüminesans, bir sıvı içinde bir ultrason dalgası tarafından uyarılır.

• Radyolüminesans — iyonlaştırıcı radyasyon tarafından uyarılır.

• Tribolüminesans, fosforların sürtünmesi, ezilmesi veya ayrılmasıyla (yüklü parçalar arasındaki elektriksel boşalmalar) uyarılır ve bu durumda boşalma ışığı, fotolüminesansı uyarır.

• Biyolüminesans, canlı organizmaların kendi başlarına veya simbiyozdaki diğer katılımcıların yardımıyla elde ettikleri parıltıdır.

• Elektrolüminesans — bir fosfordan geçen bir elektrik akımıyla uyarılır.

• Kandolüminesans parlak bir parıltıdır.

• Termolüminesans, bir maddenin ısıtılmasıyla uyarılır.

Işık kaynaklarında lüminesans kullanımı

Lüminesan ışık kaynakları, ışımaları lüminesans fenomenine dayanan ışık kaynaklarıdır. Yani tüm gaz deşarjlı lambalar flüoresan ve karışık radyasyon kaynaklarıdır. Fotolüminesan lambalarda, ışıma, bir elektrik deşarjının emisyonu ile uyarılan bir fosfor tarafından yaratılır.

Beyaz LED'ler genellikle mavi InGaN kristaline ve sarı fosfora dayanır.Çoğu üretici tarafından kullanılan sarı fosforlar, üç değerlikli seryum ile alaşımlanmış itriyum-alüminyum garnetin bir modifikasyonudur.

Bu fosforun lüminesans spektrumu, 545 nm bölgesinde karakteristik bir maksimum dalga boyuna sahiptir. Spektrumun uzun dalga kısmı, kısa dalga kısmına hakimdir. Fosforun galyum ve gadolinyum ilavesiyle modifikasyonu, spektrumun maksimumunun soğuk bölgeye (galyum) veya sıcak bölgeye (gadolinyum) kaydırılmasını mümkün kılar.

Cree LED'lerde kullanılan fosforun spektrumuna bakılırsa, itriyum-alüminyum garnet'e ek olarak, beyaz LED fosforuna maksimum emisyonu kırmızı bölgeye kaydırılmış bir fosfor eklenir.

Karşılaştırıldığında floresan lambalıLED'lerde kullanılan fosforun kullanım ömrü uzundur ve fosforun yaşlanması esas olarak sıcaklık tarafından belirlenir. Fosfor genellikle doğrudan çok ısınan LED kristaline uygulanır. Fosforu etkileyen diğer faktörlerin hizmet ömrü üzerinde daha az belirgin bir etkisi vardır.

Fosforun yaşlanması, yalnızca LED'in parlaklığının azalmasına değil, aynı zamanda ortaya çıkan ışığın gölgesinin değişmesine de yol açar. Fosforun önemli ölçüde bozulmasıyla, lüminesansın mavi tonu net bir şekilde görünür hale gelir. Bu, fosforun değişen özelliklerinden ve spektrumun LED çipinin dahili emisyonuna hakim olmaya başlamasından kaynaklanmaktadır. İzole edilmiş fosfor tabakası teknolojisinin tanıtılmasıyla, sıcaklığın bozunma hızı üzerindeki etkisi azalır.

Lüminesansın diğer uygulamaları

Fotonik, çoğunlukla elektrolüminesans ve fotolüminesansa dayalı dönüştürücüler ve ışık kaynakları kullanır: LED'ler, lambalar, lazerler, lüminesan kaplamalar, vb. — bu tam olarak lüminesansın çok yaygın olarak kullanıldığı alandır.

Ek olarak, lüminesans spektrumları, bilim adamlarının maddelerin bileşimini ve yapısını incelemelerine yardımcı olur. Lüminesans yöntemleri, yarı iletken yapılarda denge dışı yük taşıyıcıların uyarılmış durumlarının ömrünün yanı sıra nanopartiküllerin boyutunu, konsantrasyonunu ve uzamsal dağılımını belirlemeyi mümkün kılar.

Bu konunun devamı:Elektrolüminesan yayıcılar: cihaz ve çalışma prensibi, türleri