ÉclairagEdit
Les couches de phosphore fournissent la majeure partie de la lumière produite par les lampes fluorescentes et sont également utilisées pour améliorer l’équilibre de la lumière produite par les lampes aux halogénures métalliques. Diverses enseignes au néon utilisent des couches de phosphore pour produire différentes couleurs de lumière. Les écrans électroluminescents présents, par exemple, dans les tableaux de bord des avions, utilisent une couche de phosphore pour produire un éclairage sans éblouissement ou comme dispositifs d’affichage numériques et graphiques. Les lampes LED blanches se composent d’un émetteur bleu ou ultra-violet avec un revêtement de phosphore qui émet à des longueurs d’onde plus longues, donnant un spectre complet de lumière visible. Des tubes cathodiques non focalisés et non détectés ont été utilisés comme lampes stroboscopiques depuis 1958.
Thermométrie au phosphoremodifier
La thermométrie au phosphore est une approche de mesure de la température qui utilise la dépendance à la température de certains luminophores. Pour cela, un revêtement de phosphore est appliqué sur une surface d’intérêt et, généralement, le temps de désintégration est le paramètre d’émission qui indique la température. L’optique d’éclairage et de détection pouvant être située à distance, le procédé peut être utilisé pour des surfaces mobiles telles que des surfaces de moteurs à grande vitesse. De plus, du phosphore peut être appliqué à l’extrémité d’une fibre optique en tant qu’analogue optique d’un thermocouple.
Jouets luisants
Dans ces applications, le phosphore est directement ajouté au plastique utilisé pour mouler les jouets, ou mélangé à un liant pour être utilisé comme peinture.
ZnS: Le phosphore Cu est utilisé dans les crèmes cosmétiques glow-in-the-dark fréquemment utilisées pour les maquillages d’Halloween.Généralement, la persistance du phosphore augmente à mesure que la longueur d’onde augmente. Voir aussi bâton lumineux pour les articles lumineux à base de chimiluminescence.
Timbres-postesdit
Les timbres à bandes phosphorées sont apparus pour la première fois en 1959 comme guides pour les machines à trier le courrier. Dans le monde entier, de nombreuses variétés existent avec différentes quantités de bandes. Les timbres-poste sont parfois collectés selon qu’ils soient ou non « marqués » au phosphore (ou imprimés sur du papier luminescent).
Radioluminescencedit
Les phosphores de sulfure de zinc sont utilisés avec des matériaux radioactifs, où le phosphore a été excité par les isotopes alpha et bêta en décomposition, pour créer une peinture luminescente pour les cadrans de montres et d’instruments (cadrans au radium). Entre 1913 et 1950, le radium 228 et le radium 226 ont été utilisés pour activer un phosphore en sulfure de zinc dopé à l’argent (ZnS: Ag), qui donnait un éclat verdâtre. Le phosphore ne convient pas pour être utilisé en couches plus épaisses que 25 mg / cm2, car l’auto-absorption de la lumière devient alors un problème. De plus, le sulfure de zinc subit une dégradation de sa structure de réseau cristallin, entraînant une perte progressive de luminosité nettement plus rapide que l’épuisement du radium. Des écrans de spinthariscope revêtus de ZnS:Ag ont été utilisés par Ernest Rutherford dans ses expériences de découverte du noyau atomique.
Le sulfure de zinc dopé au cuivre (ZnS: Cu) est le phosphore le plus couramment utilisé et produit une lumière bleu-vert. Le sulfure de zinc dopé au cuivre et au magnésium (ZnS: Cu, Mg) donne une lumière jaune-orange.
Le tritium est également utilisé comme source de rayonnement dans divers produits utilisant l’éclairage au tritium.
Electroluminescencedit
L’électroluminescence peut être exploitée dans les sources lumineuses. Ces sources émettent généralement à partir d’une grande surface, ce qui les rend adaptées au rétroéclairage des écrans LCD. L’excitation du phosphore est généralement obtenue par application d’un champ électrique de haute intensité, généralement avec une fréquence appropriée. Les sources lumineuses électroluminescentes actuelles ont tendance à se dégrader avec l’utilisation, ce qui entraîne des durées de vie relativement courtes.
ZN:Le Cu a été la première formulation présentant avec succès une électroluminescence, testée en 1936 par Georges Destriau dans les laboratoires Madame Marie Curie à Paris.
La poudre ou l’électroluminescence CA se trouve dans une variété d’applications de rétroéclairage et de veilleuse. Plusieurs groupes proposent des offres EL de marque (par exemple IndiGlo utilisé dans certaines montres Timex) ou « Lighttape », un autre nom commercial d’un matériau électroluminescent, utilisé dans les bandes lumineuses électroluminescentes. Le programme spatial Apollo est souvent crédité d’être la première utilisation significative d’EL pour le rétroéclairage et l’éclairage.
LED blancesedit
Les diodes électroluminescentes blanches sont généralement des LED InGaN bleues avec un revêtement d’un matériau approprié. Le YAG dopé au cérium (III) (YAG: Ce3 +, ou Y3Al5O12: Ce3 +) est souvent utilisé; il absorbe la lumière de la LED bleue et émet dans une large gamme allant du verdâtre au rougeâtre, avec la majeure partie de sa sortie en jaune. Cette émission jaune combinée à l’émission bleue restante donne la lumière « blanche », qui peut être ajustée à la température de couleur en blanc chaud (jaunâtre) ou froid (bleuâtre). L’émission jaune pâle du Ce3+:Le YAG peut être réglé en remplaçant le cérium par d’autres éléments de terres rares tels que le terbium et le gadolinium et peut même être ajusté en remplaçant tout ou partie de l’aluminium du YAG par du gallium. Cependant, ce processus n’en est pas un de phosphorescence. La lumière jaune est produite par un procédé appelé scintillation, l’absence totale de rémanence étant l’une des caractéristiques du procédé.
Certains Sialons dopés aux terres rares sont photoluminescents et peuvent servir de luminophores. Le β-SiAlON dopé à l’europium (II) absorbe le spectre de la lumière ultraviolette et visible et émet une émission visible à large bande intense. Sa luminance et sa couleur ne changent pas de manière significative avec la température, en raison de la structure cristalline stable à la température. Il a un grand potentiel en tant que phosphore vert de conversion vers le bas pour les LED blanches; une variante jaune existe également (α-SiAlON). Pour les LED blanches, une LED bleue est utilisée avec un phosphore jaune, ou avec un phosphore SiAlON vert et jaune et un phosphore à base de CaAlSiN3 rouge (CASN).
Des LED blanches peuvent également être fabriquées en enduisant des LED émettant du proche ultraviolet (NUV) avec un mélange de luminophores émettant du rouge et du bleu à base d’europium à haut rendement et de sulfure de zinc dopé au cuivre et à l’aluminium (ZnS: Cu, Al) émettant du vert. C’est une méthode analogue au fonctionnement des lampes fluorescentes.
Certaines LED blanches plus récentes utilisent un émetteur jaune et bleu en série, pour approximer le blanc; cette technologie est utilisée dans certains téléphones Motorola tels que le Blackberry ainsi que dans l’éclairage LED et les émetteurs empilés de la version originale en utilisant GaN sur SiC sur InGaP, mais il a été constaté plus tard qu’elle se fracturait à des courants d’entraînement plus élevés.
De nombreuses LED blanches utilisées dans les systèmes d’éclairage général peuvent être utilisées pour le transfert de données, comme par exemple dans les systèmes qui modulent la LED pour agir comme une balise.
Il est également courant pour les LED blanches d’utiliser des luminophores autres que Ce: YAG, ou d’utiliser deux ou trois luminophores pour obtenir un IRC plus élevé, souvent au prix de l’efficacité. Des exemples de luminophores supplémentaires sont R9, qui produit un rouge saturé, les nitrures qui produisent du rouge et les aluminates tels que le grenat d’aluminium au lutétium qui produisent du vert. Les phosphores de silicate sont plus brillants mais s’estompent plus rapidement et sont utilisés dans les rétroéclairages LED LCD des appareils mobiles. Les luminophores LED peuvent être placés directement sur la matrice ou transformés en dôme et placés au-dessus de la LED: cette approche est connue sous le nom de luminophore à distance. Certaines LED colorées, au lieu d’utiliser une LED colorée, utilisent une LED bleue avec un phosphore coloré car une telle disposition est plus efficace qu’une LED colorée. Les phosphores d’oxynitrure peuvent également être utilisés dans les LED. Les percurseurs utilisés pour fabriquer les luminophores peuvent se dégrader lorsqu’ils sont exposés à l’air.
Tubes cathodiquesdit
Les tubes cathodiques produisent des motifs lumineux générés par le signal dans un format (généralement) rond ou rectangulaire. Les tubes cathodiques volumineux ont été utilisés dans les téléviseurs domestiques en noir et blanc (« TV ») devenus populaires dans les années 1950, ainsi que dans les téléviseurs couleur à tube de première génération et la plupart des écrans d’ordinateur antérieurs. Les tubes cathodiques ont également été largement utilisés dans les instruments scientifiques et techniques, tels que les oscilloscopes, généralement avec une seule couleur de phosphore, généralement verte. Les luminophores pour de telles applications peuvent avoir une longue rémanence, pour une persistance accrue de l’image.
Les luminophores peuvent être déposés soit sous forme de film mince, soit sous forme de particules discrètes, une poudre liée à la surface. Les films minces ont une meilleure durée de vie et une meilleure résolution, mais fournissent une image moins brillante et moins efficace que les films en poudre. Ceci est causé par de multiples réflexions internes dans le film mince, diffusant la lumière émise.
Blanc (en noir et blanc): Le mélange de sulfure de zinc-cadmium et de sulfure de zinc-argent, le ZnS:Ag+ (Zn, Cd) S:Ag est le phosphore blanc P4 utilisé dans les tubes cathodiques de télévision en noir et blanc. Les mélanges de phosphores jaunes et bleus sont habituels. Des mélanges de rouge, de vert et de bleu, ou un seul phosphore blanc, peuvent également être rencontrés.
Rouge: L’oxyde-sulfure d’yttrium activé par l’europium est utilisé comme phosphore rouge dans les CRT de couleur. Le développement de la télévision couleur a pris beaucoup de temps en raison de la recherche d’un phosphore rouge. Le premier phosphore rouge émettant des terres rares, YVO4: Eu3 +, a été introduit par Levine et Palilla comme couleur primaire à la télévision en 1964. Sous forme monocristalline, il a été utilisé comme excellent matériau polarisant et laser.
Jaune: Lorsqu’il est mélangé avec du sulfure de cadmium, le sulfure de cadmium de zinc (Zn, Cd) S: Ag qui en résulte fournit une forte lumière jaune.
Vert : Combinaison de sulfure de zinc avec du cuivre, du phosphore P31 ou du ZnS:Cu, fournit une lumière verte culminant à 531 nm, avec une longue lueur.
Bleu: Combinaison de sulfure de zinc avec quelques ppm d’argent, le ZnS: Ag, lorsqu’il est excité par des électrons, fournit une forte lueur bleue avec un maximum à 450 nm, avec une courte rémanence avec une durée de 200 nanosecondes. Il est connu sous le nom de phosphore P22B. Ce matériau, l’argent sulfuré de zinc, est toujours l’un des luminophores les plus efficaces des tubes cathodiques. Il est utilisé comme phosphore bleu en CRT de couleur.
Les luminophores sont généralement de mauvais conducteurs électriques. Cela peut conduire à un dépôt de charge résiduelle sur l’écran, diminuant efficacement l’énergie des électrons impactants en raison de la répulsion électrostatique (un effet connu sous le nom de « collage »). Pour éliminer cela, une fine couche d’aluminium (environ 100 nm) est déposée sur les luminophores, généralement par évaporation sous vide, et reliée à la couche conductrice à l’intérieur du tube. Cette couche réfléchit également la lumière de luminophore dans la direction souhaitée et protège le luminophore du bombardment ionique résultant d’un vide imparfait.
Pour réduire la dégradation de l’image par réflexion de la lumière ambiante, le contraste peut être augmenté par plusieurs méthodes. En plus du masquage noir des zones inutilisées de l’écran, les particules de phosphore dans les écrans couleur sont recouvertes de pigments de couleur assortie. Par exemple, les luminophores rouges sont enduits d’oxyde ferrique (remplaçant les Cd(S, Se) antérieurs en raison de la toxicité du cadmium), les luminophores bleus peuvent être enduits de bleu marin (CoO·nAl
2O
3) ou d’outremer (Na
8Al
6Si
6O
24S
2). Les phosphores verts à base de ZnS: Cu n’ont pas besoin d’être enrobés en raison de leur propre couleur jaunâtre.
Écrans de télévision en noir et blanc
Les écrans de télévision en noir et blanc nécessitent une couleur d’émission proche du blanc. Habituellement, une combinaison de luminophores est utilisée.
La combinaison la plus courante est ZnS: Ag + (Zn, Cd) S: Cu, Al (bleu + jaune). Les autres sont ZnS: Ag + (Zn, Cd) S: Ag (bleu + jaune) et ZnS: Ag + ZnS: Cu, Al + Y2O2S: Eu3 + (bleu + vert + rouge – ne contient pas de cadmium et a une efficacité médiocre). La tonalité de couleur peut être ajustée par les rapports des composants.
Comme les compositions contiennent des grains discrets de différents luminophores, elles produisent une image qui peut ne pas être entièrement lisse. Un seul luminophore émettant du blanc, (Zn, Cd) S: Ag, Au, Al surmonte cet obstacle. En raison de sa faible efficacité, il n’est utilisé que sur de très petits écrans.
Les écrans sont généralement recouverts de phosphore à l’aide d’un revêtement de sédimentation, où les particules en suspension dans une solution sont laissées se déposer à la surface.
CRTsEdit couleur à palette réduite
Pour afficher une palette de couleurs limitée, il existe quelques options.
Dans les tubes de pénétration de faisceau, différents luminophores de couleur sont stratifiés et séparés avec un matériau diélectrique. La tension d’accélération est utilisée pour déterminer l’énergie des électrons; ceux de plus basse énergie sont absorbés dans la couche supérieure du phosphore, tandis que certains de ceux de plus haute énergie traversent et sont absorbés dans la couche inférieure. Ainsi, soit la première couleur, soit un mélange de la première et de la deuxième couleur est affiché. Avec un affichage avec une couche externe rouge et une couche interne verte, la manipulation de la tension d’accélération peut produire un continuum de couleurs allant du rouge à l’orange et au jaune en passant par le vert.
Une autre méthode consiste à utiliser un mélange de deux luminophores de caractéristiques différentes. La luminosité de l’un dépend linéairement du flux d’électrons, tandis que la luminosité de l’autre sature à des flux plus élevés — le phosphore n’émet plus de lumière quel que soit le nombre d’électrons supplémentaires qui l’affectent. À faible flux d’électrons, les deux luminophores émettent ensemble; à des flux plus élevés, la contribution lumineuse du luminophore non saturant prévaut, modifiant la couleur combinée.
De tels écrans peuvent avoir une résolution élevée, en raison de l’absence de structuration bidimensionnelle des luminophores CRT RVB. Leur palette de couleurs est cependant très limitée. Ils ont été utilisés par exemple dans certains anciens écrans radar militaires.
Télévision couleur CRTsEdit
Les luminophores des CRT en couleur nécessitent un contraste et une résolution plus élevés que ceux en noir et blanc. La densité d’énergie du faisceau d’électrons est environ 100 fois supérieure à celle des tubes cathodiques en noir et blanc ; la tache d’électrons est focalisée à environ 0.diamètre de 2 mm au lieu d’environ 0,6 mm de diamètre des tubes cathodiques noir et blanc. Les effets liés à la dégradation par irradiation électronique sont donc plus prononcés.
Les tubes cathodiques de couleur nécessitent trois luminophores différents, émettant en rouge, vert et bleu, à motifs sur l’écran. Trois canons à électrons distincts sont utilisés pour la production de couleurs (à l’exception des écrans qui utilisent la technologie des tubes à indice de faisceau, ce qui est rare).
La composition des luminophores a changé au fil du temps, à mesure que de meilleurs luminophores ont été développés et que des préoccupations environnementales ont conduit à abaisser la teneur en cadmium et à l’abandonner complètement. Les (Zn, Cd) S: Ag, Cl ont été remplacés par (Zn, Cd) S: Cu, Al avec un rapport cadmium/zinc plus faible, puis par des ZnS sans cadmium: Cu, Al.
Le phosphore bleu est resté généralement inchangé, un sulfure de zinc dopé à l’argent. Le phosphore vert a d’abord utilisé du silicate de zinc dopé au manganèse, puis a évolué à travers du sulfure de cadmium-zinc activé par l’argent, en une formule activée par le cuivre-aluminium à faible teneur en cadmium, puis en une version sans cadmium de la même. Le phosphore rouge a vu le plus de changements; c’était à l’origine du phosphate de zinc activé par le manganèse, puis un sulfure de cadmium-zinc activé par l’argent, puis les phosphores activés par l’europium (III) sont apparus; d’abord dans une matrice de vanadate d’yttrium, puis dans l’oxyde d’yttrium et actuellement dans l’oxysulfure d’yttrium. L’évolution des phosphores est donc (ordonnée par 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
- ZnS : Ag–(Zn, Cd) S: Ag-YVO4: Eu3+ (1964 -?)
- ZnS: Ag–(Zn, Cd) S: Cu, Al–Y2O2S: Eu3+ ou Y2O3: Eu3+
- ZnS: Ag–ZnS: Cu, Al ou ZnS: Au, Cu, Al-Y2O2S:Eu3+
Téléviseurs à projetmodifier
Pour les téléviseurs à projection, où la densité de puissance du faisceau peut être supérieure de deux ordres de grandeur à celle des tubes cathodiques conventionnels, certains luminophores différents doivent être utilisés.
Pour la couleur bleue, on utilise ZnS: Ag, Cl. Cependant, il sature. (La, Gd) OBr: Ce, Tb3+ peut être utilisé comme alternative plus linéaire à des densités d’énergie élevées.
Pour le vert, un Gd2O2Tb3+ activé par le terbium; sa pureté de couleur et sa luminosité à de faibles densités d’excitation sont pires que l’alternative au sulfure de zinc, mais il se comporte de manière linéaire à des densités d’énergie d’excitation élevées, tandis que le sulfure de zinc sature. Cependant, il sature également, de sorte que Y3Al5O12: Tb3+ ou Y2SiO5: Tb3+ peuvent être substitués. LaOBr: Tb3+ est brillant mais sensible à l’eau, sujet à la dégradation, et la morphologie en forme de plaque de ses cristaux entrave son utilisation; ces problèmes sont résolus maintenant, il gagne donc en utilisation en raison de sa linéarité plus élevée.
Y2O2S: Eu3+ est utilisé pour l’émission rouge.