Illuminazioneedit
Gli strati di fosforo forniscono la maggior parte della luce prodotta dalle lampade fluorescenti e vengono anche utilizzati per migliorare l’equilibrio della luce prodotta dalle lampade ad alogenuri metallici. Varie insegne al neon utilizzano strati di fosforo per produrre diversi colori di luce. I display elettroluminescenti che si trovano, ad esempio, nei cruscotti degli aeromobili, utilizzano uno strato di fosforo per produrre un’illuminazione priva di abbagliamento o come dispositivi di visualizzazione numerici e grafici. Le lampade a LED bianche sono costituite da un emettitore blu o ultravioletto con un rivestimento di fosforo che emette a lunghezze d’onda più lunghe, dando uno spettro completo di luce visibile. Tubi a raggi catodici sfocati e non sfocati sono stati utilizzati come lampade stroboscopiche dal 1958.
Phosphor thermometryEdit
Phosphor thermometry è un approccio di misurazione della temperatura che utilizza la dipendenza dalla temperatura di alcuni fosfori. Per questo, un rivestimento di fosforo viene applicato su una superficie di interesse e, di solito, il tempo di decadimento è il parametro di emissione che indica la temperatura. Poiché l’illuminazione e l’ottica di rilevamento possono essere posizionate a distanza, il metodo può essere utilizzato per superfici mobili come le superfici del motore ad alta velocità. Inoltre, il fosforo può essere applicato all’estremità di una fibra ottica come analogo ottico di una termocoppia.
Giocattoli Glow-in-the-dark
In queste applicazioni, il fosforo viene direttamente aggiunto alla plastica utilizzata per modellare i giocattoli o miscelato con un legante per l’uso come vernici.
ZnS: Cu fosforo è utilizzato in glow-in-the-dark creme cosmetiche frequentemente utilizzati per Halloween make-up.Generalmente, la persistenza del fosforo aumenta all’aumentare della lunghezza d’onda. Vedere anche lightstick per gli elementi incandescenti a base di chemiluminescenza.
Francobolli affrancatimodifica
I francobolli fasciati al fosforo apparvero per la prima volta nel 1959 come guide per le macchine per ordinare la posta. In tutto il mondo esistono molte varietà con diverse quantità di bande. Francobolli sono talvolta raccolti da se o non sono “taggati” con fosforo (o stampati su carta luminescente).
Radioluminescenzamodifica
I fosfori di solfuro di zinco sono utilizzati con materiali radioattivi, dove il fosforo è stato eccitato dagli isotopi alfa e beta – decadenti, per creare vernice luminescente per quadranti di orologi e strumenti (quadranti del radio). Tra il 1913 e il 1950 radium-228 e radium-226 sono stati utilizzati per attivare un fosforo fatto di solfuro di zinco dopato d’argento (ZnS:Ag), che ha dato un bagliore verdastro. Il fosforo non è adatto per essere utilizzato in strati più spessi di 25 mg / cm2, poiché l’autoassorbimento della luce diventa quindi un problema. Inoltre, il solfuro di zinco subisce la degradazione della sua struttura reticolare cristallina, portando a una graduale perdita di luminosità significativamente più veloce dell’esaurimento del radio. ZnS: Schermi spintariscopi rivestiti Ag sono stati utilizzati da Ernest Rutherford nei suoi esperimenti alla scoperta del nucleo atomico.
Il solfuro di zinco drogato con rame (ZnS: Cu)è il fosforo più comune utilizzato e produce luce blu-verde. Solfuro di zinco drogato di rame e magnesio (ZnS:Cu,Mg) produce luce giallo-arancio.
Il trizio è anche usato come fonte di radiazioni in vari prodotti che utilizzano l’illuminazione al trizio.
Elettroluminescenzamodifica
L’elettroluminescenza può essere sfruttata nelle sorgenti luminose. Tali fonti tipicamente emettono da una vasta area, che li rende adatti per la retroilluminazione dei display LCD. L’eccitazione del fosforo viene solitamente ottenuta mediante applicazione di campo elettrico ad alta intensità, di solito con frequenza adeguata. Le sorgenti luminose elettroluminescenti correnti tendono a degradarsi con l’uso, con conseguente durata relativamente breve.
ZN:Cu è stata la prima formulazione a mostrare con successo l’elettroluminescenza, testata nel 1936 da Georges Destriau nei laboratori Madame Marie Curie di Parigi.
L’elettroluminescenza in polvere o AC si trova in una varietà di applicazioni di retroilluminazione e luce notturna. Diversi gruppi offrono offerte di marca EL (ad esempio IndiGlo utilizzato in alcuni orologi Timex) o” Lighttape”, un altro nome commerciale di un materiale elettroluminescente, utilizzato in strisce di luce elettroluminescenti. Il programma spaziale Apollo è spesso accreditato come il primo uso significativo di EL per la retroilluminazione e l’illuminazione.
LED biancomodifica
I diodi emettitori di luce bianchi sono solitamente LED blu InGaN con un rivestimento di un materiale adatto. Cerio(III)-drogato YAG (YAG: Ce3+, o Y3Al5O12: Ce3+) è spesso usato; assorbe la luce dal LED blu ed emette in una vasta gamma da verdastro a rossastro, con la maggior parte della sua uscita in giallo. Questa emissione gialla combinata con la restante emissione blu dà la luce “bianca”, che può essere regolata alla temperatura di colore come bianco caldo (giallastro) o freddo (bluastro). L’emissione giallo pallido del Ce3+:YAG può essere regolato sostituendo il cerio con altri elementi delle terre rare come il terbio e il gadolinio e può anche essere ulteriormente regolato sostituendo parte o tutto l’alluminio nello YAG con gallio. Tuttavia, questo processo non è uno di fosforescenza. La luce gialla è prodotta da un processo noto come scintillazione, la completa assenza di un afterglow è una delle caratteristiche del processo.
Alcuni Sialoni drogati con terre rare sono fotoluminescenti e possono fungere da fosfori. Il β-SiAlON drogato con europio(II) assorbe nello spettro della luce ultravioletta e visibile ed emette un’intensa emissione visibile a banda larga. La sua luminanza e il suo colore non cambiano in modo significativo con la temperatura, a causa della struttura cristallina stabile alla temperatura. Ha un grande potenziale come fosforo di down-conversione verde per LED bianchi; esiste anche una variante gialla (α-SiAlON). Per i LED bianchi, un LED blu viene utilizzato con un fosforo giallo o con un fosforo SiAlON verde e giallo e un fosforo rosso a base di CaAlSiN3 (CASN).
I LED bianchi possono anche essere realizzati rivestendo LED emettitori di raggi ultravioletti(NUV) con una miscela di fosfori emettitori di rosso e blu a base di europio ad alta efficienza più solfuro di zinco drogato con rame e alluminio (ZnS:Cu,Al). Questo è un metodo analogo al modo in cui funzionano le lampade fluorescenti.
Alcuni LED bianchi più recenti utilizzano un emettitore giallo e blu in serie, per approssimare il bianco; questa tecnologia è utilizzata in alcuni telefoni Motorola come il Blackberry così come l’illuminazione a LED e gli emettitori impilati versione originale utilizzando GaN su SIC su InGaP, ma è stato poi trovato a frattura a correnti di azionamento superiori.
Molti LED bianchi utilizzati nei sistemi di illuminazione generale possono essere utilizzati per il trasferimento dei dati, come, ad esempio, nei sistemi che modulano il LED per fungere da faro.
È anche comune per i LED bianchi utilizzare fosfori diversi da Ce:YAG, o utilizzare due o tre fosfori per ottenere un CRI più elevato, spesso a costo di efficienza. Esempi di fosfori aggiuntivi sono R9, che produce un rosso saturo, nitruri che producono rosso e alluminati come il granato di alluminio lutezio che producono verde. I fosfori di silicato sono più luminosi ma si sbiadiscono più rapidamente e sono utilizzati nella retroilluminazione a LED LCD nei dispositivi mobili. I fosfori a LED possono essere posizionati direttamente sopra lo stampo o trasformati in una cupola e posizionati sopra il LED: questo approccio è noto come fosforo remoto. Alcuni LED colorati, invece di utilizzare un LED colorato, utilizzare un LED blu con un fosforo colorato perché tale disposizione è più efficiente di un LED colorato. I fosfori di ossinitruro possono essere utilizzati anche nei LED. I percursori usati per fare i fosfori possono degradarsi una volta esposti ad aria.
Tubi a raggi catodicimodifica
I tubi a raggi catodici producono modelli di luce generati dal segnale in un formato (tipicamente) rotondo o rettangolare. Ingombranti CRT sono stati utilizzati nella televisione domestica in bianco e nero (“TV”) set che è diventato popolare nel 1950, così come la prima generazione, TV a colori tubo-based, e la maggior parte dei monitor di computer precedenti. I CRT sono stati anche ampiamente utilizzati nella strumentazione scientifica e ingegneristica, come gli oscilloscopi, di solito con un singolo colore di fosforo, tipicamente verde. I fosfori per tali applicazioni possono avere molto tempo dopo il bagliore, per una maggiore persistenza dell’immagine.
I fosfori possono essere depositati sia come film sottile, o come particelle discrete, una polvere legata alla superficie. I film sottili hanno una migliore durata e una migliore risoluzione, ma forniscono un’immagine meno luminosa e meno efficiente rispetto a quelle in polvere. Ciò è causato da più riflessioni interne nel film sottile, disperdendo la luce emessa.
Bianco (in bianco e nero): La miscela di solfuro di zinco cadmio e argento solfuro di zinco, lo ZnS:Ag+(Zn,Cd)S:Ag è il fosforo bianco P4 utilizzato nei CRT televisivi in bianco e nero. Le miscele di fosfori gialli e blu sono solite. Si possono anche incontrare miscele di rosso, verde e blu o un singolo fosforo bianco.
Rosso: L’ossido di ittrio-solfuro attivato con europio è usato come fosforo rosso a colori CRT. Lo sviluppo della TV a colori ha richiesto molto tempo a causa della ricerca di un fosforo rosso. Il primo fosforo rosso che emette terre rare, YVO4:Eu3+, fu introdotto da Levine e Palilla come colore primario in televisione nel 1964. In forma di cristallo singolo, è stato utilizzato come un eccellente polarizzatore e materiale laser.
Giallo: quando miscelato con solfuro di cadmio, il solfuro di cadmio di zinco risultante (Zn,Cd)S: Ag, fornisce una forte luce gialla.
Verde: Combinazione di solfuro di zinco con rame, fosforo P31 o ZnS:Cu, fornisce luce verde con un picco a 531 nm, con bagliore lungo.
Blu: Combinazione di solfuro di zinco con pochi ppm di argento, lo ZnS:Ag, quando eccitato dagli elettroni, fornisce un forte bagliore blu con un massimo di 450 nm, con un breve afterglow con una durata di 200 nanosecondi. È conosciuto come il fosforo P22B. Questo materiale, l’argento del solfuro dello zinco, è ancora uno dei fosfori più efficienti in tubi a raggi catodici. È usato come fosforo blu a colori CRT.
I fosfori sono generalmente poveri conduttori elettrici. Ciò può portare alla deposizione di carica residua sullo schermo, diminuendo efficacemente l’energia degli elettroni che incidono a causa della repulsione elettrostatica (un effetto noto come “attaccare”). Per eliminare ciò, un sottile strato di alluminio (circa 100 nm) viene depositato sopra i fosfori, solitamente per evaporazione sotto vuoto, e collegato allo strato conduttivo all’interno del tubo. Questo strato riflette anche la luce del fosforo nella direzione desiderata e protegge il fosforo dal bombardamento ionico derivante da un vuoto imperfetto.
Per ridurre il degrado dell’immagine mediante riflessione della luce ambientale, il contrasto può essere aumentato con diversi metodi. Oltre al mascheramento nero delle aree inutilizzate dello schermo, le particelle di fosforo negli schermi a colori sono rivestite con pigmenti di colore corrispondente. Ad esempio,i fosfori rossi sono rivestiti con ossido ferrico (sostituendo i precedenti Cd(S, Se) a causa della tossicità del cadmio), i fosfori blu possono essere rivestiti con blu marino (CoO·nAl
2O
3) o blu oltremare (Na
8Al
6Si
6O
24S
2). Fosfori verdi a base di ZnS: Cu non devono essere rivestiti a causa del loro colore giallastro.
Televisione in bianco e nero CRTsEdit
Gli schermi televisivi in bianco e nero richiedono un colore di emissione vicino al bianco. Di solito, viene impiegata una combinazione di fosfori.
La combinazione più comune è ZnS:Ag+(Zn,Cd)S:Cu,Al (blu+giallo). Altri sono ZnS: Ag + (Zn,Cd)S: Ag (blu + giallo), e ZnS:Ag+ZnS:Cu, Al+Y2O2S:Eu3+ (blu + verde + rosso – non contiene cadmio e ha scarsa efficienza). Il tono di colore può essere regolato dai rapporti dei componenti.
Poiché le composizioni contengono grani discreti di diversi fosfori, producono un’immagine che potrebbe non essere completamente liscia. Un singolo fosforo a emissione bianca, (Zn, Cd) S: Ag, Au, Al supera questo ostacolo. A causa della sua bassa efficienza, viene utilizzato solo su schermi molto piccoli.
Gli schermi sono tipicamente ricoperti di fosforo con rivestimento di sedimentazione, dove le particelle sospese in una soluzione vengono lasciate depositarsi sulla superficie.
Colore tavolozza ridotta CRTsEdit
Per la visualizzazione di una tavolozza limitata di colori, ci sono alcune opzioni.
In tubi di penetrazione del fascio, i fosfori differenti di colore sono stratificati e separati con il materiale dielettrico. La tensione di accelerazione viene utilizzata per determinare l’energia degli elettroni; quelli a energia inferiore vengono assorbiti nello strato superiore del fosforo, mentre alcuni di quelli a energia superiore sparano e vengono assorbiti nello strato inferiore. Quindi viene mostrato il primo colore o una miscela del primo e del secondo colore. Con un display con strato esterno rosso e strato interno verde, la manipolazione della tensione di accelerazione può produrre un continuum di colori dal rosso all’arancione e dal giallo al verde.
Un altro metodo sta usando una miscela di due fosfori con caratteristiche diverse. La luminosità di uno dipende linearmente dal flusso di elettroni, mentre la luminosità dell’altro si satura a flussi più elevati—il fosforo non emette più luce indipendentemente da quanti più elettroni lo influenzano. A basso flusso di elettroni, entrambi i fosfori emettono insieme; a flussi più elevati, prevale il contributo luminoso del fosforo non saturante, cambiando il colore combinato.
Tali display possono avere un’alta risoluzione, a causa dell’assenza di strutturazione bidimensionale dei fosfori RGB CRT. La loro tavolozza di colori è, tuttavia, molto limitata. Sono stati utilizzati ad esempio in alcuni vecchi display radar militari.
Televisione a colori CRTsEdit
I fosfori a colori CRT richiedono un contrasto e una risoluzione più elevati rispetto a quelli in bianco e nero. La densità di energia del fascio di elettroni è circa 100 volte maggiore rispetto ai CRT in bianco e nero; il punto di elettroni è focalizzato a circa 0.2 mm di diametro invece di circa 0,6 mm di diametro dei CRT in bianco e nero. Gli effetti legati alla degradazione dell’irradiazione di elettroni sono quindi più pronunciati.
I CRT a colori richiedono tre diversi fosfori, che emettono in rosso, verde e blu, modellati sullo schermo. Tre pistole elettroniche separate vengono utilizzate per la produzione di colori (ad eccezione dei display che utilizzano la tecnologia del tubo beam-index, che è rara).
La composizione dei fosfori è cambiata nel tempo, poiché sono stati sviluppati fosfori migliori e poiché le preoccupazioni ambientali hanno portato ad abbassare il contenuto di cadmio e successivamente ad abbandonarlo completamente. Il (Zn,Cd)S:Ag,Cl è stato sostituito con (Zn,Cd)S:Cu, Al con un rapporto cadmio/zinco inferiore,e poi con ZnS senza cadmio:Cu, Al.
Il fosforo blu è rimasto generalmente invariato, un solfuro di zinco dopato con argento. Il fosforo verde inizialmente utilizzato manganese-drogato silicato di zinco, poi evoluto attraverso argento attivato solfuro di cadmio-zinco, a bassa cadmio rame-alluminio attivato formula, e poi alla versione senza cadmio dello stesso. Il fosforo rosso ha visto il maggior numero di cambiamenti; originariamente era fosfato di zinco attivato dal manganese, quindi un solfuro di cadmio-zinco attivato dall’argento, quindi apparvero i fosfori attivati dall’europio(III); prima in una matrice di vanadato di ittrio, poi nell’ossido di ittrio e attualmente nell’ossisolfuro di ittrio. L’evoluzione dei fosfori è stata quindi (ordinata da 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 – (Zn, Cd) S: Ag
- ZnS: Ag–(Zn, Cd) S: Ag-YVO4: Eu3+ (1964 -?)
- ZnS: Ag – (Zn,Cd) S: Cu, Al-Y2O2S:Eu3 + o Y2O3: Eu3 +
- ZnS:Ag – ZnS:Cu,Al o ZnS:Au,Cu, Al-Y2O2S:Eu3 +
Televisori a proiezione
Per i televisori a proiezione, dove la densità di potenza del fascio può essere superiore di due ordini di grandezza rispetto ai tradizionali CRT, è necessario utilizzare alcuni fosfori diversi.
Per il colore blu, ZnS: Ag,Cl è impiegato. Tuttavia, si satura. (La, Gd)OBr: Ce, Tb3 + può essere utilizzato come alternativa che è più lineare ad alta densità di energia.
Per il verde, un Gd2O2Tb3 attivato da terbio+; la sua purezza di colore e luminosità alle densità basse di eccitazione è peggiore dell’alternativa del solfuro dello zinco, ma si comporta lineare alle alte densità di energia di eccitazione, mentre il solfuro dello zinco satura. Tuttavia, si satura anche, quindi Y3Al5O12: Tb3 + o Y2SiO5: Tb3+ può essere sostituito. LaOBr: Tb3 + è luminoso ma sensibile all’acqua, incline al degrado e la morfologia a placche dei suoi cristalli ne ostacola l’uso; questi problemi sono risolti ora, quindi sta guadagnando uso grazie alla sua maggiore linearità.
Y2O2S: Eu3 + è usato per emissione rossa.