Fosforikerrokset

valaisevat

Fosforikerrokset tuottavat suurimman osan loistelamppujen tuottamasta valosta, ja niitä käytetään myös parantamaan metallihalidilamppujen tuottaman valon tasapainoa. Eri neonmerkeissä käytetään fosforikerroksia tuottamaan eriväristä valoa. Esimerkiksi lentokoneiden mittaristoissa olevat elektroluminesenssinäytöt käyttävät fosforikerrosta häikäisemättömän valaistuksen tuottamiseen tai numeerisina ja graafisina näyttölaitteina. Valkoiset LED-lamput koostuvat sinisestä tai ultraviolettisäteilevästä säteilijästä, jossa on fosforipinnoite, joka säteilee pidemmillä aallonpituuksilla antaen täyden spektrin näkyvää valoa. Kohdistamattomia ja erottamattomia katodisädeputkia käytettiin stroboskoopin lamppuina vuodesta 1958.

Fosforitermometria

Fosforitermometria on lämpötilamittaustapa, jossa käytetään hyväksi tiettyjen fosforien lämpötilariippuvuutta. Tätä varten fosforipinnoite levitetään kiinnostavalle pinnalle ja yleensä hajoamisaika on lämpötilaa osoittava päästöparametri. Koska valaistus-ja ilmaisuoptiikka voidaan sijoittaa etäältä, menetelmää voidaan käyttää liikkuville pinnoille, kuten suurnopeusmoottoripinnoille. Myös fosforia voidaan levittää optisen kuidun päähän termoparin optisena analogina.

pimeässä hohtava toysEdit

näissä käyttökohteissa fosfori lisätään suoraan lelujen muottina käytettävään muoviin tai sekoitetaan sideaineen kanssa käytettäväksi maaleina.

ZnS:Cu phosphoria käytetään usein Halloween-meikeissä käytettävissä pimeässä hohtavissa kosmetiikkavoiteissa.Yleensä fosforin pysyvyys kasvaa aallonpituuden kasvaessa. Katso myös valotikku kemiluminesenssipohjaisille hehkuville tuotteille.

Postimerkkien postimerkit

Fosforirengasmerkit ilmestyivät ensimmäisen kerran vuonna 1959 oppaina koneille lajittelemaan postia. Eri puolilla maailmaa on monia lajikkeita, joissa on erilaisia määriä juovia. Postimerkkejä kerätään joskus sen mukaan, onko ne ”merkitty” fosforilla (tai painettu luminescent-paperille).

Radioluminesceedit

Sinkkisulfidifosforeita käytetään radioaktiivisten aineiden kanssa, joissa fosfori on alfa – ja beetahajoavien isotooppien kiihottama, jotta kellojen ja soittimien (radium dials) kellojen ja soittimien valomaaleihin saadaan luminesenssimaalia. Vuosina 1913-1950 radium-228:aa ja radium-226: ta käytettiin hopeaseostetusta sinkkisulfidista (ZnS: Ag) valmistettuun fosforiin, joka antoi vihertävän hehkun. Fosfori ei sovellu käytettäväksi paksummissa kerroksissa kuin 25 mg / cm2, koska silloin valon itsesiimautuminen tulee ongelmaksi. Lisäksi sinkkisulfidi hajoaa kidehilarakenteessaan, mikä johtaa asteittaiseen kirkkauden vähenemiseen huomattavasti nopeammin kuin radiumin ehtyminen. ZnS: AG Pinnoitettuja spinthariskooppinäyttöjä käytti Ernest Rutherford kokeissaan atomiytimen löytämisessä.

Kupariseostettu sinkkisulfidi (ZnS:Cu) on yleisin käytetty fosfori, joka tuottaa sinivihreää valoa. Kupari-ja magnesiumseostettu sinkkisulfidi (ZnS:Cu,Mg) tuottaa keltaoranssia valoa.

tritiumia käytetään myös säteilylähteenä erilaisissa tritiumvalaistusta hyödyntävissä tuotteissa.

Elektroluminesenssiä

Elektroluminesenssia voidaan hyödyntää valonlähteissä. Tällaiset lähteet säteilevät tyypillisesti laajalta alueelta, mikä tekee niistä sopivia LCD-näyttöjen taustavaloille. Fosforin eksitaatio saavutetaan yleensä soveltamalla suuritehoista sähkökenttää, yleensä sopivalla taajuudella. Nykyiset elektroluminesenssivalonlähteet pyrkivät hajoamaan käytön myötä, mikä johtaa niiden suhteellisen lyhyeen käyttöikään.

ZnS:Cu oli ensimmäinen elektroluminesenssiä onnistuneesti esittävä muotoilu, jonka Georges Destriau testasi vuonna 1936 Madame Marie Curie Laboratoriesissa Pariisissa.

jauhe-tai VAIHTOVIRTAELEKTROLUMINESENSSIA esiintyy erilaisissa taustavalo-ja yövalosovelluksissa. Useat ryhmät tarjoavat merkkituotteita EL-tuotteita (esimerkiksi IndiGlo, jota käytetään joissakin Timex-kelloissa) tai ”Lighttape”, toinen elektroluminesenssimateriaalin kauppanimi, jota käytetään elektroluminesenssivalonauhoissa. Apollo – avaruusohjelman katsotaan usein olleen ensimmäinen merkittävä EL: n käyttö takavaloissa ja valaistuksessa.

valkoiset LEDit

valkoiset valodioditkin ovat yleensä sinisiä InGaN-ledejä, joissa on sopivalla materiaalilla päällystetty pinnoite. Cerium (III)-seostettua YAGIA (YAG:Ce3+ tai Y3Al5O12:Ce3+) käytetään usein; se absorboi sinisestä ledistä tulevaa valoa ja säteilee laajalla alueella vihertävästä punertavaan, ja suurin osa sen tuotoksesta on keltaista. Tämä keltainen emissio yhdistettynä jäljellä olevaan siniseen emissioon antaa ”valkoisen” valon, joka voidaan säätää värilämpötilaan lämpimänä (kellertävänä) tai kylmänä (sinertävänä) valkoisena. CE3+: n vaaleankeltainen emissio:YAG voidaan virittää korvaamalla cerium muilla harvinaisilla maametalleilla, kuten terbiumilla ja gadoliniumilla, ja sitä voidaan jopa säätää edelleen korvaamalla osa tai kaikki YAG: n alumiini galliumilla. Tässä prosessissa ei kuitenkaan ole kyse fosforesenssista. Keltainen valo saadaan aikaan prosessilla, jota kutsutaan tuikehdinnäksi, ja jälkihehkun täydellinen puuttuminen on yksi prosessin ominaisuuksista.

jotkut harvinaisten maametallien seostamat Sialonit ovat fotoluminesoivia ja voivat toimia fosforeina. Europium (II)-seostettu β-SiAlON absorboi ultravioletissa ja näkyvässä valospektrissä ja lähettää voimakasta laajakaistaista näkyvää emissiota. Sen luminanssi ja väri eivät muutu merkittävästi lämpötilan mukana johtuen lämpötilavakaasta kiderakenteesta. Sillä on suuri potentiaali vihreänä alaskonversiofosforina valkoisille ledeille; myös keltainen muunnos (α-SiAlON) on olemassa. Valkoisissa LEDeissä käytetään sinistä lediä keltaisella fosforilla tai vihreää ja keltaista SiAlON-fosforilla ja punaista CAALSIN3-pohjaista (CASN) fosforilla.

valkoisia LEDejä voidaan valmistaa myös pinnoittamalla near-ultraviolet(nuv)-säteilevät LEDit tehokkaalla europium-pohjaisella puna-ja sinifosforilla sekä vihreää säteilevällä kupari – ja alumiiniseosteisella sinkkisulfidilla (ZnS:Cu,Al). Tämä on menetelmä, joka on analoginen loisteputkien toimintatavan kanssa.

joissakin uudemmissa valkoisissa LEDeissä käytetään sarjassa keltaista ja sinistä emitteriä, joka likimäärentää valkoista; tätä tekniikkaa käytetään joissakin Motorola-puhelimissa, kuten Blackberry sekä LED-valaistus ja alkuperäisen version pinottu emitters käyttämällä GaN Sic ingap mutta myöhemmin todettiin murtuma korkeampi ajaa virtoja.

monia yleisvalaistusjärjestelmissä käytettäviä valkoisia LEDejä voidaan käyttää tiedonsiirtoon, kuten esimerkiksi järjestelmissä, joissa LEDit moduloidaan toimimaan majakkana.

on myös yleistä, että valkoisissa LEDeissä käytetään muita fosforeja kuin Ce:YAG: tä tai käytetään kahta tai kolmea fosforia suuremman CRI: n saavuttamiseksi, usein hyötysuhteen kustannuksella. Esimerkkejä ylimääräisistä fosforeista ovat R9, joka tuottaa tyydyttynyttä punaista, nitridit, jotka tuottavat punaista, ja aluminaatit, kuten lutetium-alumiinigranaatti, jotka tuottavat vihreää. Silikaattifosforit ovat kirkkaampia mutta haalistuvat nopeammin, ja niitä käytetään mobiililaitteiden LCD-LED-taustavaloissa. LED-fosforit voidaan sijoittaa suoraan muotin päälle tai tehdä kupoliksi ja sijoittaa LED: tämä lähestymistapa tunnetaan kauko-fosforina. Joissakin värillisissä LEDeissä käytetään värillisen ledin sijaan sinistä lediä, jossa on värillinen fosforilanka, koska tällainen järjestely on tehokkaampi kuin värillinen LED. Oksynitridifosforeja voidaan käyttää myös LEDeissä. Fosforin valmistuksessa käytetyt percursorit voivat hajota altistuessaan ilmalle.

katodisädeputki

sinisten, vihreiden ja punaisten fosforien spektrit yleisessä katodisädeputkessa.

katodisädeputket tuottavat signaalin tuottamia valokuvioita (tyypillisesti) pyöreässä tai suorakulmaisessa muodossa. Kookkaita CRT: Itä käytettiin 1950-luvulla yleistyneissä mustavalkoisissa taloustelevisioissa (”TV”) sekä ensimmäisen sukupolven putkipohjaisissa väritelevisioissa ja useimmissa varhaisemmissa tietokonenäytöissä. CRT: tä on käytetty laajalti myös tieteellisissä ja teknisissä instrumentaatioissa, kuten oskilloskoopeissa, joissa on yleensä vain yksi fosforiväri, tyypillisesti vihreä. Fosforit tällaisiin sovelluksiin voi olla pitkä afterglow, lisääntynyt kuvan pysyvyys.

fosforit voivat kerrostua joko ohutkalvona tai erillisinä hiukkasina pinnalle sitoutuneena jauheena. Ohutkalvoilla on parempi käyttöikä ja parempi resoluutio, mutta ne antavat vähemmän kirkasta ja vähemmän tehokasta kuvaa kuin puuterikalvot. Tämä johtuu siitä, että ohuessa kalvossa on useita sisäisiä heijastuksia, jotka hajottavat säteilevää valoa.

valkoinen (mustavalkoisena): sinkkikadmiumsulfidin ja sinkkisulfidihopean sekoitus, ZNS:Ag+(Zn,Cd)s:AG on mustavalkotelevision CRT-laitteissa käytetty valkoinen P4-fosfori. Keltaisen ja sinisen fosforin sekoitukset ovat tavallisia. Myös punaisen, vihreän ja sinisen sekoituksia tai yhtä valkoista fosforia voi esiintyä.

Punainen: Europiumilla aktivoitua yttriumoksidi-sulfidia käytetään punaisena fosforina väriaineissa CRT. Väri-TV: n kehitys kesti pitkään punaisen fosforin etsimisen takia. Levine ja Palilla esittelivät ensimmäisen punaisen, harvinaisten maametallien fosforin, YVO4:Eu3+: n ensisijaisena värinä televisiossa vuonna 1964. Yksikiteisenä sitä käytettiin erinomaisena polarisaattorina ja lasermateriaalina.

Keltainen: kadmiumsulfidin kanssa sekoitettuna syntyvä sinkkikadmiumsulfidi (Zn, Cd)s:Ag tuottaa voimakasta keltaista valoa.

vihreä: sinkkisulfidin ja kuparin, P31-fosforin tai ZnS: n yhdistelmä:Cu, antaa vihreän valon huipussaan 531 nm, pitkä hehku.

Sininen: Sinkkisulfidin ja muutaman ppm:n hopean yhdistelmä ZNS: Ag saa elektronien kiihdyttämänä aikaan voimakkaan sinisen hehkun maksimissaan 450 nm: ssä ja lyhyen jälkihehkun, jonka kesto on 200 nanosekuntia. Se tunnetaan p22b-fosforina. Tämä materiaali, sinkkisulfidihopea, on edelleen yksi tehokkaimmista fosforeista katodisädeputkissa. Sitä käytetään sinisenä fosforina väri-CRT: issä.

fosforit ovat yleensä huonoja sähköjohtimia. Tämä voi johtaa laskeuman jäljellä varauksen näytöllä, tehokkaasti vähentää energiaa vaikuttavat elektronit johtuu sähköstaattinen repulsion (vaikutus tunnetaan ”kiinni”). Tämän poistamiseksi ohut alumiinikerros (noin 100 nm) kerrostetaan fosforien päälle, yleensä tyhjöhaihduttamalla, ja liitetään putken sisällä olevaan johtavaan kerrokseen. Tämä kerros heijastaa myös fosforivaloa haluttuun suuntaan ja suojaa fosforia epätäydellisen tyhjiön aiheuttamalta ionipommitukselta.

kuvan hajoamisen vähentämiseksi heijastamalla ympäristön valoa, kontrastia voidaan lisätä useilla menetelmillä. Käyttämättömien näyttöalueiden mustan peittämisen lisäksi värinäytöissä olevat fosforihiukkaset on päällystetty samansävyisillä pigmenteillä. Esimerkiksi punaiset fosforit päällystetään rautaoksidilla(korvataan aikaisemmat Cd (s,Se) kadmiummyrkyllisyyden vuoksi), siniset fosforit voidaan päällystää merensinisellä (CoO·nal
2o
3) tai ultramariinilla (Na
8AL
6SI
6o
24s
2). ZNS:Cu-pohjaisia vihreitä fosforeja ei tarvitse pinnoittaa Oman kellertävän värinsä vuoksi.

Mustavalkotelevisio CRTsEdit

mustavalkotelevisioruudut vaativat emissiovärin lähelle valkoista. Yleensä käytetään fosforiyhdistelmää.

yleisin yhdistelmä on ZnS:AG+(Zn,Cd)s:Cu,Al (sininen+keltainen). Muita ovat ZnS: Ag+(Zn,Cd) s:AG (sininen+keltainen) ja ZnS:AG+ZnS:Cu, Al+Y2O2S:Eu3+ (sininen + vihreä + Punainen – ei sisällä kadmiumia ja sen hyötysuhde on huono). Värisävyä voidaan säätää komponenttien suhteilla.

koska koostumuksissa on erillisiä eri fosforien jyviä, ne tuottavat kuvan, joka ei välttämättä ole täysin sileä. Yksi valkoista säteilevä fosfori (Zn, Cd) s: Ag,Au,Al voittaa tämän esteen. Alhaisen hyötysuhteensa vuoksi sitä käytetään vain hyvin pienillä näytöillä.

näytöt peitetään tyypillisesti fosforilla sedimentaatiopinnoitteella, jossa liuokseen ripustettujen hiukkasten annetaan laskeutua pinnalle.

Reduced-paletin väri CRTsEdit

rajoitetun väripaletin näyttämiseen on muutamia vaihtoehtoja.

sädeputkissa erivärisiä fosforeja kerrostetaan ja erotetaan dielektrisellä materiaalilla. Kiihdytysjännitettä käytetään elektronien energian määrittämiseen; matalaenergiaisemmat absorboituvat fosforin ylimpään kerrokseen, kun taas jotkut korkeaenergiaisemmat ampuvat läpi ja absorboituvat alempaan kerrokseen. Joten joko ensimmäinen väri tai sekoitus ensimmäisen ja toisen värin näytetään. Punaisella ulkokerroksella ja vihreällä sisäkerroksella varustetulla näytöllä kiihtyvän jännitteen manipulointi voi tuottaa jatkumon värejä punaisesta oranssin ja keltaisen kautta vihreään.

toisessa menetelmässä käytetään kahden ominaisuuksiltaan erilaisen fosforin seosta. Toisen kirkkaus on lineaarisesti riippuvainen elektronivuodosta, kun taas toisen kirkkaus kyllästyy suuremmissa virtauksissa—fosfori ei säteile enempää valoa riippumatta siitä, kuinka monta elektronia siihen törmää. Matalassa elektronivirrassa molemmat fosforit säteilevät yhdessä; korkeammissa virtauksissa vallitsee ei-kuluttavan fosforin valovaikutus, mikä muuttaa yhdistettyä väriä.

tällaisilla näytöillä voi olla korkea resoluutio, koska RGB-CRT-fosforeilla ei ole kaksiulotteista rakennetta. Niiden väripaletti on kuitenkin hyvin rajallinen. Niitä käytettiin esimerkiksi joissakin vanhemmissa sotilastutkanäytöissä.

väritelevisio CRTsEdit

värilliset CRT: t tarvitsevat suurempaa kontrastia ja erottelukykyä kuin mustavalkoiset. Elektronisäteen energiatiheys on noin 100 kertaa suurempi kuin mustavalkoisissa CRT: issä; elektronipilkku on keskittynyt noin 0: een.2 mm halkaisija sijasta noin 0,6 mm musta-valkoinen CRT. Elektronisäteilyn hajoamiseen liittyvät vaikutukset ovat siis voimakkaampia.

Väriprt: t vaativat kolme eri fosforia, jotka säteilevät valkokankaalle kuvioituina punaisella, vihreällä ja sinisellä. Värintuotannossa käytetään kolmea erillistä elektronitykkiä (lukuun ottamatta näyttöjä, joissa käytetään sädeindeksiputkitekniikkaa, mikä on harvinaista).

fosforien koostumus muuttui ajan myötä parempien fosforien kehittyessä ja ympäristöhuolien johtaessa kadmiumin pitoisuuden laskemiseen ja myöhemmin siitä luopumiseen kokonaan. (Zn, Cd)s:Ag,Cl korvattiin (Zn,Cd) s:Cu,Al, jolla oli alempi kadmium/sinkki-suhde,ja sitten kadmiumvapaalla ZnS: Cu, Al.

sininen fosfori pysyi yleensä muuttumattomana, hopeaksi seostettuna sinkkisulfidina. Vihreä fosfori käytti aluksi mangaanilla seostettua sinkkisilikaattia, joka kehittyi sitten hopea-aktivoidun kadmium-sinkkisulfidin kautta alemman kadmium-kupari-alumiini-aktivoidun kaavan ja sitten kadmiumvapaan version samasta. Punainen fosfori näki eniten muutoksia; se oli alun perin mangaani-aktivoitu sinkkifosfaatti, sitten hopea-aktivoitu kadmium-sinkkisulfidi, sitten europium(III) – aktivoidut fosforit ilmestyivät; ensin yttrium-vanadaattimatriisissa, sitten yttriumoksidissa ja nykyisin yttriumoksisulfidissa. Fosforien kehitys oli siis (järjestyksessään 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+ tai Y2O3:Eu3+
• ZnS:Ag – ZnS: Cu, Al tai ZnS: Au, Cu, Al-Y2O2S:EU3 +

Projektiotelevisiotedit

projektiotelevisioissa, joissa säteen tehotiheys voi olla kaksi suuruusluokkaa suurempi kuin tavanomaisissa CRT-televisioissa, on käytettävä joitakin erilaisia fosforeja.

sinisen värin osalta käytetään ZNS:Ag, Cl. Se kuitenkin kyllästyy. (La,Gd)OBr:Ce,Tb3+ voidaan käyttää vaihtoehtona, joka on lineaarisempi suurilla energiatiheyksillä.

vihreille terbium-aktivoitu Gd2O2Tb3+; sen väripuhtaus ja kirkkaus pienillä herätetiheyksillä on huonompi kuin sinkkisulfidivaihtoehto, mutta se käyttäytyy lineaarisesti suurilla heräteenergiatiheyksillä, kun taas sinkkisulfidi kyllästyy. Se kuitenkin myös kyllästyy, joten Y3Al5O12:Tb3+ tai Y2SiO5:Tb3+ voidaan korvata. LaOBr: Tb3+ on kirkas, mutta vedenherkkä, hajoamisaltis, ja sen kiteiden levymäinen morfologia haittaa sen käyttöä; nämä ongelmat on nyt ratkaistu, joten se on saamassa käyttöä suuremman lineaarisuutensa vuoksi.

Y2O2S:EU3+: a käytetään punapäästöihin.