Phosphor

LightingEdit

Phosphorschichten liefern den größten Teil des von Leuchtstofflampen erzeugten Lichts und werden auch verwendet, um das Gleichgewicht des von Metallhalogenidlampen erzeugten Lichts zu verbessern. Verschiedene Leuchtreklamen verwenden Phosphorschichten, um verschiedene Lichtfarben zu erzeugen. Elektrolumineszenzanzeigen, die beispielsweise in Instrumententafeln von Flugzeugen zu finden sind, verwenden eine Phosphorschicht zur Erzeugung einer blendfreien Beleuchtung oder als numerische und grafische Anzeigevorrichtungen. Weiße LED-Lampen bestehen aus einem blauen oder ultravioletten Emitter mit einer Phosphorbeschichtung, die bei längeren Wellenlängen emittiert und ein volles Spektrum an sichtbarem Licht liefert. Unfokussierte und undeflektierte Kathodenstrahlröhren wurden seit 1958 als Stroboskoplampen verwendet.

Phosphor thermometryEdit

Phosphor thermometry ist ein Temperaturmessansatz, der die Temperaturabhängigkeit bestimmter Leuchtstoffe verwendet. Dazu wird eine Phosphorbeschichtung auf eine interessierende Oberfläche aufgebracht, und normalerweise ist die Abklingzeit der Emissionsparameter, der die Temperatur angibt. Da die Beleuchtungs- und Detektionsoptik entfernt angeordnet werden kann, kann das Verfahren für bewegte Oberflächen wie Hochgeschwindigkeitsmotorflächen verwendet werden. Leuchtstoff kann auch als optisches Analogon eines Thermoelements auf das Ende einer optischen Faser aufgebracht werden.

Glow-in-the-Dark toysEdit

Bei diesen Anwendungen wird der Leuchtstoff direkt dem Kunststoff zugesetzt, der zum Formen der Spielzeuge verwendet wird, oder mit einem Bindemittel zur Verwendung als Farbe gemischt.

ZnS:Cu Phosphor wird in Glow-in-the-Dark-Kosmetikcremes verwendet, die häufig für Halloween-Make-ups verwendet werden.Im Allgemeinen nimmt die Persistenz des Leuchtstoffs mit zunehmender Wellenlänge zu. Siehe auch Leuchtstab für Chemilumineszenz-basierte glühende Gegenstände.

Briefmarkenedit

Phosphor-gebänderte Briefmarken erschienen erstmals 1959 als Leitfaden für Maschinen zum Sortieren von Post. Auf der ganzen Welt gibt es viele Sorten mit unterschiedlichen Bandmengen. Briefmarken werden manchmal gesammelt, ob sie mit Phosphor „markiert“ sind oder nicht (oder auf lumineszierendem Papier gedruckt).

Radiolumineszenzbearbeiten

Zinksulfid-Leuchtstoffe werden mit radioaktiven Materialien verwendet, bei denen der Leuchtstoff durch die alpha- und Beta-zerfallenden Isotope angeregt wurde, um Lumineszenzfarbe für Zifferblätter von Uhren und Instrumenten (Radiumzifferblätter) herzustellen. Zwischen 1913 und 1950 wurden Radium-228 und Radium-226 verwendet, um einen Leuchtstoff aus silberdotiertem Zinksulfid (ZnS: Ag) zu aktivieren, der ein grünliches Leuchten ergab. Der Leuchtstoff ist nicht geeignet, um in Schichten dicker als 25 mg/cm2 verwendet zu werden, da dann die Selbstabsorption des Lichts problematisch wird. Darüber hinaus unterliegt Zinksulfid einem Abbau seiner Kristallgitterstruktur, was zu einem allmählichen Helligkeitsverlust führt, der signifikant schneller ist als der Abbau von Radium. ZNS: Ag beschichtete Spinthariscope-Bildschirme wurden von Ernest Rutherford in seinen Experimenten zur Entdeckung des Atomkerns verwendet.

Kupferdotiertes Zinksulfid (ZnS:Cu) ist der am häufigsten verwendete Leuchtstoff und liefert blau-grünes Licht. Kupfer und Magnesium dotiertes Zinksulfid (ZnS:Cu, Mg) ergibt gelb-orangefarbenes Licht.

Tritium wird auch als Strahlungsquelle in verschiedenen Produkten verwendet, die Tritiumbeleuchtung verwenden.

Elektrolumineszenzbearbeiten

Elektrolumineszenz kann in Lichtquellen ausgenutzt werden. Solche Quellen emittieren typischerweise aus einer großen Fläche, wodurch sie für die Hintergrundbeleuchtung von LCD-Displays geeignet sind. Die Anregung des Leuchtstoffs wird üblicherweise durch Anlegen eines hochintensiven elektrischen Feldes, üblicherweise mit geeigneter Frequenz, erreicht. Aktuelle Elektrolumineszenzlichtquellen neigen dazu, sich mit der Verwendung zu verschlechtern, was zu ihren relativ kurzen Betriebslebensdauern führt.

ZNS:Cu war die erste Formulierung, die erfolgreich Elektrolumineszenz zeigte und bei 1936 von Georges Destriau in Madame Marie Curie Laboratories in Paris getestet wurde.

Pulver- oder Wechselstrom-Elektrolumineszenz findet sich in einer Vielzahl von Anwendungen für Hintergrundbeleuchtung und Nachtlicht. Mehrere Gruppen bieten Marken-EL-Angebote (z. B. IndiGlo, das in einigen Timex-Uhren verwendet wird) oder „Lighttape“, einen anderen Handelsnamen für ein Elektrolumineszenzmaterial, das in Elektrolumineszenzlichtstreifen verwendet wird. Dem Apollo-Raumfahrtprogramm wird oft die erste bedeutende Verwendung von EL für Hintergrundbeleuchtung und Beleuchtung zugeschrieben.

Weiße ledenbearbeiten

Weiße Leuchtdioden sind üblicherweise blaue InGaN-LEDs mit einer Beschichtung aus einem geeigneten Material. Cer (III) -dotiertes YAG (YAG: Ce3 + oder Y3Al5O12: Ce3 +) wird häufig verwendet; Es absorbiert das Licht der blauen LED und emittiert in einem breiten Bereich von grünlich bis rötlich, wobei der größte Teil seiner Leistung gelb ist. Diese gelbe Emission kombiniert mit der verbleibenden blauen Emission ergibt das „weiße“ Licht, das auf die Farbtemperatur als warmes (gelbliches) oder kaltes (bläuliches) Weiß eingestellt werden kann. Die hellgelbe Emission des Ce3+:YAG kann abgestimmt werden, indem das Cer durch andere Seltenerdelemente wie Terbium und Gadolinium ersetzt wird, und kann sogar noch weiter eingestellt werden, indem das Aluminium im YAG teilweise oder vollständig durch Gallium ersetzt wird. Dieser Prozess ist jedoch nicht einer der Phosphoreszenz. Das gelbe Licht wird durch einen als Szintillation bekannten Prozess erzeugt, wobei das vollständige Fehlen eines Nachleuchtens eines der Merkmale des Prozesses ist.

Einige mit seltenen Erden dotierte Sialons sind photolumineszierend und können als Leuchtstoffe dienen. Europium (II) -dotiertes β-SiAlON absorbiert im ultravioletten und sichtbaren Lichtspektrum und emittiert intensive breitbandige sichtbare Emission. Seine Leuchtdichte und Farbe ändert sich aufgrund der temperaturstabilen Kristallstruktur nicht signifikant mit der Temperatur. Es hat ein großes Potenzial als grüner Abwärtskonversionsleuchtstoff für weiße LEDs; Es gibt auch eine gelbe Variante (α-SiAlON). Für weiße LEDs wird eine blaue LED mit einem gelben Leuchtstoff oder mit einem grünen und gelben SiAlON-Leuchtstoff und einem roten CaAlSiN3-basierten (CASN) Leuchtstoff verwendet.Weiße LEDs können auch hergestellt werden, indem nah-ultraviolett (NUV) emittierende LEDs mit einer Mischung aus hocheffizienten rot- und blau emittierenden Leuchtstoffen auf Europiumbasis sowie grün emittierendem Kupfer- und aluminiumdotiertem Zinksulfid (ZnS: Cu, Al) beschichtet werden. Dies ist eine Methode analog zur Funktionsweise von Leuchtstofflampen.

Einige neuere weiße LEDs verwenden einen gelben und blauen Emitter in Reihe, um Weiß zu approximieren; diese Technologie wird in einigen Motorola-Telefonen wie dem Blackberry sowie in LED-Beleuchtungen und den Stacked-Emittern der Originalversion unter Verwendung von GaN auf SiC auf InGaP verwendet, brach jedoch später bei höheren Antriebsströmen.Viele weiße LEDs, die in allgemeinen Beleuchtungssystemen verwendet werden, können für die Datenübertragung verwendet werden, wie zum Beispiel in Systemen, die die LED modulieren, um als Leuchtfeuer zu fungieren.Es ist auch üblich, dass weiße LEDs andere Leuchtstoffe als Ce: YAG verwenden oder zwei oder drei Leuchtstoffe verwenden, um einen höheren CRI zu erreichen, oft auf Kosten der Effizienz. Beispiele für zusätzliche Leuchtstoffe sind R9, das ein gesättigtes Rot erzeugt, Nitride, die Rot erzeugen, und Aluminate wie Lutetiumaluminiumgranat, die Grün erzeugen. Silikatleuchtstoffe sind heller, verblassen aber schneller und werden in LCD-LED-Hintergrundbeleuchtungen in mobilen Geräten verwendet. LED-Leuchtstoffe können direkt über der Matrize platziert oder zu einer Kuppel verarbeitet und über der LED platziert werden: Dieser Ansatz wird als Remote-Leuchtstoff bezeichnet. Einige farbige LEDs verwenden anstelle einer farbigen LED eine blaue LED mit einem farbigen Leuchtstoff, da eine solche Anordnung effizienter ist als eine farbige LED. Oxynitrid-Leuchtstoffe können auch in LEDs verwendet werden. Die zur Herstellung der Leuchtstoffe verwendeten Perkusors können sich an der Luft abbauen.

Kathodenstrahlröhrenbearbeiten

Spektren der konstituierenden blauen, grünen und roten Leuchtstoffe in einer gemeinsamen Kathodenstrahlröhre.

Kathodenstrahlröhren erzeugen signalgenerierte Lichtmuster in einem (typischerweise) runden oder rechteckigen Format. Sperrige CRTs wurden in den Schwarz-Weiß-Haushaltsfernsehgeräten („TV“) verwendet, die in den 1950er Jahren populär wurden, sowie in röhrenbasierten Farbfernsehern der ersten Generation und den meisten früheren Computermonitoren. CRTs sind auch in den wissenschaftlichen und Technikinstrumenten, wie Oszilloskopen, normalerweise mit einer einzelnen Phosphorfarbe, gewöhnlich grün weit verbreitet gewesen. Leuchtstoffe für solche Anwendungen können ein langes Nachleuchten aufweisen, um die Bildpersistenz zu erhöhen.

Die Leuchtstoffe können entweder als dünner Film oder als diskrete Partikel, ein an die Oberfläche gebundenes Pulver, abgeschieden werden. Dünne Filme haben eine bessere Lebensdauer und eine bessere Auflösung, liefern jedoch ein weniger helles und weniger effizientes Bild als Pulverfilme. Dies wird durch mehrere interne Reflexionen im Dünnfilm verursacht, die das emittierte Licht streuen.Weiß (in Schwarz-Weiß): Die Mischung aus Zink-Cadmium-Sulfid und Zink-Sulfid-Silber, die ZnS: Ag +(Zn, Cd) S:Ag ist der weiße P4-Leuchtstoff, der in Schwarz-Weiß-Fernseh-CRTs verwendet wird. Mischungen von gelben und blauen Leuchtstoffen sind üblich. Mischungen von Rot, Grün und Blau oder ein einzelner weißer Leuchtstoff können ebenfalls angetroffen werden.

Rot: Mit Europium aktiviertes Yttriumoxidsulfid wird als roter Leuchtstoff in Farb-CRTs verwendet. Die Entwicklung des Farbfernsehens dauerte aufgrund der Suche nach einem roten Leuchtstoff lange. Der erste rot emittierende Seltenerd-Leuchtstoff, YVO4: Eu3 +, wurde 1964 von Levine und Palilla als Primärfarbe im Fernsehen eingeführt. In Einkristallform wurde es als ausgezeichnetes Polarisator- und Lasermaterial verwendet.

Gelb: Wenn es mit Cadmiumsulfid gemischt wird, liefert das resultierende Zink-Cadmiumsulfid (Zn, Cd) S:Ag starkes gelbes Licht.

Grün: Kombination von Zinksulfid mit Kupfer, dem P31-Leuchtstoff oder ZnS:Cu, bietet grünes licht peaking bei 531 nm, mit lange glow.

Blau: Kombination von Zinksulfid mit wenigen ppm Silber, das ZnS:Ag, wenn es von Elektronen angeregt wird, liefert starkes blaues Leuchten mit Maximum bei 450 nm, mit kurzem Nachleuchten mit 200 Nanosekunden Dauer. Es ist als P22B-Phosphor bekannt. Dieses Material, Zinksulfid-Silber, ist immer noch einer der effizientesten Leuchtstoffe in Kathodenstrahlröhren. Es wird als blauer Leuchtstoff in Farb-CRTs verwendet.

Die Leuchtstoffe sind normalerweise schlechte elektrische Leiter. Dies kann zur Ablagerung von Restladung auf dem Bildschirm führen, wodurch die Energie der auftreffenden Elektronen aufgrund elektrostatischer Abstoßung (ein Effekt, der als „Kleben“ bezeichnet wird) effektiv verringert wird. Um dies zu vermeiden, wird eine dünne Aluminiumschicht (etwa 100 nm) über den Leuchtstoffen abgeschieden, üblicherweise durch Vakuumverdampfung, und mit der leitenden Schicht im Inneren des Rohrs verbunden. Diese Schicht reflektiert auch das Leuchtstofflicht in die gewünschte Richtung und schützt den Leuchtstoff vor Ionenbeschuss, der aus einem unvollkommenen Vakuum resultiert.

Um die Bildverschlechterung durch Reflexion von Umgebungslicht zu reduzieren, kann der Kontrast durch verschiedene Methoden erhöht werden. Zusätzlich zur schwarzen Maskierung ungenutzter Bildschirmbereiche werden die Leuchtstoffpartikel in Farbbildschirmen mit Pigmenten passender Farbe beschichtet. Beispielsweise sind die roten Leuchtstoffe mit Eisenoxid beschichtet (ersetzt frühere Cd (S, Se) aufgrund von Cadmiumtoxizität), blaue Leuchtstoffe können mit Marineblau (CoO · nAl
2O
3) oder Ultramarin (Na
8AL
6Si
6O
24S
2) beschichtet werden. Grüne Leuchtstoffe auf Basis von ZnS:Cu müssen aufgrund ihrer eigenen gelblichen Farbe nicht beschichtet werden.

Schwarz-Weiß-Fernsehbildschirme

Die Schwarz-Weiß-Fernsehbildschirme erfordern eine Emissionsfarbe nahe Weiß. Üblicherweise wird eine Kombination von Leuchtstoffen eingesetzt.

Die häufigste Kombination ist ZnS:Ag+(Zn,Cd)S:Cu,Al (blau+gelb). Andere sind ZnS: Ag + (Zn, Cd) S: Ag (blau + gelb) und ZnS: Ag + ZnS: Cu, Al + Y2O2S: Eu3 + (blau + grün + rot – enthält kein Cadmium und hat einen schlechten Wirkungsgrad). Der Farbton kann durch die Verhältnisse der Komponenten eingestellt werden.

Da die Zusammensetzungen diskrete Körner verschiedener Leuchtstoffe enthalten, erzeugen sie ein Bild, das möglicherweise nicht ganz glatt ist. Ein einzelner, weiß emittierender Leuchtstoff (Zn,Cd)S:Ag,Au,Al überwindet dieses Hindernis. Aufgrund seiner geringen Effizienz wird es nur auf sehr kleinen Bildschirmen verwendet.

Die Schirme werden gewöhnlich mit Phosphor unter Verwendung der Sedimentationsbeschichtung bedeckt, in der Partikel, die in einer Lösung suspendiert werden, auf der Oberfläche absetzen lassen.

Reduzierte Farbpalette CRTsEdit

Für die Anzeige einer begrenzten Farbpalette gibt es einige Optionen.

In Strahldurchdringungsröhren werden verschiedene Farbleuchtstoffe geschichtet und mit dielektrischem Material getrennt. Die Beschleunigungsspannung wird verwendet, um die Energie der Elektronen zu bestimmen; niederenergetische werden in der oberen Schicht des Leuchtstoffs absorbiert, während einige der höherenergetischen durchschießen und in der unteren Schicht absorbiert werden. Es wird also entweder die erste Farbe oder eine Mischung aus der ersten und zweiten Farbe angezeigt. Bei einer Anzeige mit roter Außenschicht und grüner Innenschicht kann die Manipulation der Beschleunigungsspannung ein Kontinuum von Farben von Rot über Orange und Gelb bis Grün erzeugen.

Eine andere Methode ist die Verwendung einer Mischung aus zwei Leuchtstoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften. Die Helligkeit des einen hängt linear vom Elektronenfluss ab, während die Helligkeit des anderen bei höheren Flüssen gesättigt ist — der Leuchtstoff emittiert kein Licht mehr, unabhängig davon, wie viele Elektronen auf ihn einwirken. Bei niedrigem Elektronenfluss emittieren beide Leuchtstoffe zusammen; Bei höheren Flüssen überwiegt der Lichtbeitrag des nicht gesättigten Leuchtstoffs, wodurch sich die kombinierte Farbe ändert.

Solche Displays können aufgrund des Fehlens einer zweidimensionalen Strukturierung von RGB-CRT-Leuchtstoffen eine hohe Auflösung aufweisen. Ihre Farbpalette ist jedoch sehr begrenzt. Sie wurden z.B. in einigen älteren militärischen Radaranzeigen eingesetzt.

Color television CRTsEdit

Die Leuchtstoffe in Farb-CRTs benötigen einen höheren Kontrast und eine höhere Auflösung als die Schwarz-Weiß-Leuchtstoffe. Die Energiedichte des Elektronenstrahls ist etwa 100-mal größer als in Schwarz-Weiß-CRTs; Der Elektronenfleck wird auf etwa 0 fokussiert.2 mm Durchmesser statt etwa 0,6 mm Durchmesser der Schwarz-Weiß-CRTs. Effekte im Zusammenhang mit dem Abbau der Elektronenbestrahlung sind daher ausgeprägter.

Farb-CRTs erfordern drei verschiedene Leuchtstoffe, die in Rot, Grün und Blau emittieren und auf dem Bildschirm gemustert sind. Für die Farberzeugung werden drei separate Elektronenkanonen verwendet (mit Ausnahme von Displays, die die Beam-Index-Röhrentechnologie verwenden, was selten ist).

Die Zusammensetzung der Leuchtstoffe änderte sich im Laufe der Zeit, da bessere Leuchtstoffe entwickelt wurden und Umweltbedenken dazu führten, dass der Cadmiumgehalt gesenkt und später ganz aufgegeben wurde. Das (Zn,Cd)S:Ag,Cl wurde durch (Zn,Cd)S:Cu,Al mit niedrigerem Cadmium/Zink-Verhältnis und dann durch cadmiumfreies ZnS:Cu,Al ersetzt.

Der blaue Leuchtstoff blieb im Allgemeinen unverändert, ein silberdotiertes Zinksulfid. Der grüne Phosphor verwendete zunächst Mangan-dotiertes Zinksilikat, entwickelte sich dann durch silberaktiviertes Cadmium-Zinksulfid zu einer kupfer-Aluminium-aktivierten Formel mit niedrigerem Cadmium und dann zu einer cadmiumfreien Version desselben. Der rote Phosphor sah die meisten Veränderungen; es war ursprünglich manganaktiviertes Zinkphosphat, dann ein silberaktiviertes Cadmium-Zinksulfid, dann erschienen die Europium (III) -aktivierten Leuchtstoffe; zuerst in einer Yttriumvanadatmatrix, dann in Yttriumoxid und derzeit in Yttriumoxysulfid. Die Entwicklung der Leuchtstoffe war daher (geordnet nach B-G-R):

• ZnS:Ag – Zn2SiO4:Mn – Zn3(PO4)2:Mn
• ZnS:Ag – (Zn,Cd)S:Ag – (Zn,Cd)S:Ag
• ZnS:Ag – (Zn,Cd)S:Ag – YVO4:Eu3+ (1964–?)
• ZnS:Ag – (Zn,Cd)S:Cu,Al – Y2O2S:Eu3+ oder Y2O3:Eu3+
• ZnS:Ag – ZnS:Cu,Al oder ZnS:Au,Cu,Al – Y2O2S:Eu3+

Projektionsfernseherbearbeiten

Für Projektionsfernseher, bei denen die Strahlleistungsdichte zwei Größenordnungen höher sein kann als bei herkömmlichen CRTs, müssen einige unterschiedliche Leuchtstoffe verwendet werden.

Für blaue Farbe wird ZnS:Ag,Cl verwendet. Es sättigt jedoch. (La, Gd) OBr: Ce, Tb3 + kann als Alternative verwendet werden, die bei hohen Energiedichten linearer ist.

Für Grün ein Terbium-aktiviertes Gd2O2Tb3+; seine Farbreinheit und Helligkeit bei niedrigen Anregungsdichten ist schlechter als die Zinksulfid-Alternative, aber es verhält sich linear bei hohen Anregungsenergiedichten, während Zinksulfid gesättigt ist. Es sättigt jedoch auch, so dass Y3Al5O12: Tb3 + oder Y2SiO5: Tb3 + substituiert werden kann. LaOBr: Tb3 + ist hell, aber wasserempfindlich, abbauanfällig, und die plattenartige Morphologie seiner Kristalle behindert seine Verwendung; Diese Probleme sind jetzt gelöst, so dass es aufgrund seiner höheren Linearität Verwendung findet.

Y2O2S:Eu3+ wird für die rote Emission verwendet.