Fosfor

Verlichtingdit

Fosforlagen leveren het grootste deel van het licht dat door fluorescentielampen wordt geproduceerd, en worden ook gebruikt om de balans van het licht dat door metaalhalogenidelampen wordt geproduceerd, te verbeteren. Verschillende neonborden gebruiken fosforlagen om verschillende kleuren licht te produceren. Elektroluminescente beeldschermen die bijvoorbeeld in instrumentenpanelen van vliegtuigen worden aangetroffen, maken gebruik van een fosforlaag om verblindingsvrije verlichting te produceren of als numerieke en grafische weergaveapparaten. Witte LED-lampen bestaan uit een blauwe of ultraviolette straler met een fosforcoating die bij langere golflengten uitzendt en een volledig spectrum van zichtbaar licht geeft. Niet-gefocuste en niet-afgedekte kathodestraalbuizen werden sinds 1958 als Stroboscooplampen gebruikt.

Fosforthermometriedit

Fosforthermometrie is een temperatuurmeetmethode waarbij gebruik wordt gemaakt van de temperatuurafhankelijkheid van bepaalde fosforen. Hiervoor wordt een fosforcoating aangebracht op een interessant oppervlak en meestal is de vervaltijd de emissieparameter die de temperatuur aangeeft. Omdat de verlichtings-en detectieoptieken op afstand kunnen worden geplaatst, kan de methode worden gebruikt voor bewegende oppervlakken zoals hogesnelheidsmotoroppervlakken. Ook, fosfor kan worden toegepast op het einde van een optische vezel als optisch analoog van een thermokoppel.

Glow-in-the-dark toysEdit

in deze toepassingen wordt het fosfor rechtstreeks toegevoegd aan het plastic dat wordt gebruikt om het speelgoed te vormen, of gemengd met een bindmiddel voor gebruik als verf.

ZnS: cu fosfor wordt gebruikt in glow-in-the-dark cosmetische crèmes die vaak worden gebruikt voor Halloween make-ups.Over het algemeen neemt de persistentie van de fosfor toe naarmate de golflengte toeneemt. Zie ook lightstick voor op chemiluminescentie gebaseerde gloeiende items.

Postzegelsedit

fosfor gestreepte stempels verschenen voor het eerst in 1959 als gidsen voor machines om post te sorteren. Over de hele wereld bestaan er veel soorten met verschillende hoeveelheden banding. Postzegels worden soms verzameld door de vraag of ze al dan niet zijn “gelabeld” met fosfor (of gedrukt op lichtgevend papier).

Radioluminescentiedit

Zinksulfidefosforen worden gebruikt met radioactieve materialen, waarbij de fosfor werd opgewekt door de alfa – en bèta-rottende isotopen, om luminescente verf te maken voor wijzerplaten van horloges en instrumenten (Radium wijzerplaten). Tussen 1913 en 1950 werden radium-228 en radium-226 gebruikt om een fosfor te activeren gemaakt van zilver gedoteerd zinksulfide (ZNS:Ag), dat een groene gloed gaf. De fosfor is niet geschikt voor gebruik in lagen dikker dan 25 mg/cm2, omdat de zelfabsorptie van het licht dan een probleem wordt. Bovendien ondergaat zinksulfide degradatie van zijn kristalrooster structuur, wat leidt tot geleidelijk verlies van helderheid aanzienlijk sneller dan de uitputting van radium. ZNS: Ag gecoate spinthariscoopschermen werden gebruikt door Ernest Rutherford in zijn experimenten met het ontdekken van atoomkern.

koper gedoteerd zinksulfide (ZnS: Cu) is de meest gebruikte fosfor en levert blauwgroen licht op. Koper en magnesium gedoteerd zink sulfide (ZnS:Cu,Mg) levert geel-oranje licht.

Tritium wordt ook gebruikt als stralingsbron in verschillende produkten die gebruik maken van tritiumverlichting.elektroluminescentie

elektroluminescentie

elektroluminescentie kan worden benut in lichtbronnen. Dergelijke bronnen zenden meestal uit vanuit een groot gebied, waardoor ze geschikt zijn voor achtergrondverlichting van LCD-schermen. De opwinding van de fosfor wordt gewoonlijk bereikt door toepassing van hoog-intensiteits elektrisch veld, gewoonlijk met geschikte frequentie. De huidige elektroluminescente lichtbronnen neigen te degraderen met gebruik, resulterend in hun relatief korte levensduur.

ZnS:Cu was de eerste formule met succes met elektroluminescentie, getest in 1936 door Georges Destriau in Madame Marie Curie laboratoria in Parijs.

poeder of AC elektroluminescentie wordt gevonden in een verscheidenheid van achtergrondverlichting en nachtlichttoepassingen. Verschillende groepen bieden merk EL aanbod (bijvoorbeeld IndiGlo gebruikt in sommige Timex Horloges) of” Lighttape”, een andere handelsnaam van een elektroluminescent materiaal, gebruikt in elektroluminescent licht strips. Het Apollo space program wordt vaak gezien als het eerste belangrijke Gebruik van EL voor achtergrondverlichting en verlichting.

witte LEDsEdit

witte luminescentiedioden zijn meestal blauwe LED ‘ s met een coating van een geschikt materiaal. Cerium (III) – gedoteerde YAG (Yag:Ce3+, of Y3Al5O12:Ce3+) wordt vaak gebruikt; het absorbeert het licht van de blauwe LED en straalt in een breed bereik van groenachtig tot roodachtig, met het grootste deel van de output in geel. Deze gele emissie in combinatie met de resterende blauwe emissie geeft het “witte” licht, dat kan worden aangepast aan de kleurtemperatuur als warm (geelachtig) of koud (blauwachtig) wit. De lichtgele emissie van de Ce3+:YAG kan worden afgestemd door het cerium te vervangen door andere zeldzame-aarde elementen zoals terbium en gadolinium en kan zelfs verder worden aangepast door het vervangen van een deel of het geheel van het aluminium in de YAG met gallium. Echter, dit proces is niet een van fosforescentie. Het gele licht wordt geproduceerd door een proces dat bekend staat als scintillatie, waarbij de volledige afwezigheid van een nagloed een van de kenmerken van het proces is.

sommige zeldzame aardoped Sialonen zijn fotoluminescent en kunnen als fosfor dienen. Europium (II)-gedoteerd β-SiAlON absorbeert in ultraviolet en zichtbaar lichtspectrum en zendt intense zichtbare breedbandemissie uit. De luminantie en kleur niet significant veranderen met de temperatuur, als gevolg van de temperatuur stabiele kristalstructuur. Het heeft een groot potentieel als groen-dons-conversiefosfor voor witte LEDs; er bestaat ook een gele variant (α-SiAlON). Voor witte LEDs wordt een blauwe LED gebruikt met een gele fosfor, of met een groene en gele SiAlON fosfor en een rode caalsin3-gebaseerde (CASN) fosfor.

witte LED ’s kunnen ook worden vervaardigd door LED’ s met bijna-ultraviolette straling(NUV) te coaten met een mengsel van hoogrendabele rood-en blauwuitstotende fosforen op europiumbasis en groenuitstotend koper-en aluminium-gedoteerd zinksulfide (ZnS:Cu,Al). Dit is een methode analoog aan de manier waarop fluorescentielampen werken.

sommige nieuwere witte LED ‘ s gebruiken een gele en blauwe zender in serie, om wit te benaderen; deze technologie wordt gebruikt in sommige Motorola-telefoons, zoals de Blackberry en LED-verlichting en de originele versie gestapelde zenders met behulp van GaN op SIC op InGaP, maar werd later gevonden te breken bij hogere aandrijfstromen.

veel witte LED ‘ s die in algemene verlichtingssystemen worden gebruikt, kunnen worden gebruikt voor gegevensoverdracht, zoals bijvoorbeeld in systemen die de LED moduleren om als baken te fungeren.

Het is ook gebruikelijk dat witte LED ‘ s andere fosforen gebruiken dan Ce:YAG, of twee of drie fosforen gebruiken om een hogere CRI te bereiken, vaak ten koste van de efficiëntie. Voorbeelden van extra fosforen zijn R9, die een verzadigd rood produceert, nitriden die rood produceren, en aluminaten zoals lutetium aluminium granaat die groen produceren. Silicaatfosforen zijn helderder, maar vervagen sneller, en worden gebruikt in LCD LED-backlights in mobiele apparaten. LED-fosforen kunnen direct over de matrijs worden geplaatst of tot een koepel worden gemaakt en boven de LED worden geplaatst: deze benadering staat bekend als een verre fosfor. Sommige gekleurde LED ’s gebruiken, in plaats van een gekleurde LED, een blauwe LED met een gekleurde fosfor omdat zo’ n opstelling efficiënter is dan een gekleurde LED. Oxynitride fosforen kunnen ook worden gebruikt in LEDs. De percursors die worden gebruikt om de fosforen te maken, kunnen degraderen bij blootstelling aan lucht.

kathodestraalbuizen edit

Spectra van de samenstellende blauwe, groene en rode fosforen in een gemeenschappelijke kathodestraalbuis.

kathodestraalbuizen produceren signaalgegenereerde lichtpatronen in een (typisch) rond of rechthoekig formaat. Omvangrijke CRT ‘ s werden gebruikt in de zwart-wit huishoudelijke Televisie (“TV”) sets die populair werden in de jaren 1950, evenals de eerste generatie, tube-gebaseerde kleurentelevisies, en de meeste eerdere computer monitoren. CRT ‘ s zijn ook wijd gebruikt in wetenschappelijke en technische instrumentatie, zoals oscilloscopen, gewoonlijk met één enkele fosforkleur, typisch groen. Fosforen voor dergelijke toepassingen kunnen lang nagloeien, voor verhoogde beeld persistentie.

De fosforen kunnen worden afgezet als dunne film of als discrete deeltjes, een poeder dat aan het oppervlak wordt gebonden. Dunne films hebben een betere levensduur en een betere resolutie, maar bieden minder helder en minder efficiënt beeld dan poeder degenen. Dit wordt veroorzaakt door meerdere interne reflecties in de dunne film, die het uitgestraalde licht verstrooien.

wit (in zwart-wit): het mengsel van zink-cadmiumsulfide en zinksulfidezilver, de ZnS:Ag+(Zn,Cd)s:Ag is het witte P4-fosfor dat wordt gebruikt in zwart-wit televisie-CRT ‘ s. Gebruikelijke mengelingen van gele en blauwe fosforen. Mengelingen van rood, groen en blauw, of een enkele witte fosfor, kunnen ook worden aangetroffen.

rood: Yttriumoxide-sulfide geactiveerd met europium wordt gebruikt als rode fosfor in kleur CRTs. De ontwikkeling van kleurentelevisie duurde lang vanwege de zoektocht naar een rode fosfor. De eerste rode lichtgevende zeldzame aard fosfor, YVO4:Eu3+, werd geïntroduceerd door Levine en Palilla als een primaire kleur in de televisie in 1964. In eenkristalvorm werd het gebruikt als een uitstekend polarisator-en Lasermateriaal.

Geel: bij vermenging met cadmiumsulfide zorgt het resulterende zink-cadmiumsulfide (Zn, Cd)S:Ag voor sterk geel licht.

groen: combinatie van zinksulfide met koper, de P31-fosfor of ZnS:Cu, geeft groen licht piek bij 531 nm, met lange gloed.

blauw: combinatie van zinksulfide met weinig ppm zilver, de ZNS: Ag, wanneer opgewekt door elektronen, zorgt voor een sterke blauwe gloed met een maximum bij 450 nm, met een korte nagloed met een duur van 200 nanoseconde. Het staat bekend als de p22b fosfor. Dit materiaal, zinksulfide zilver, is nog steeds een van de meest efficiënte fosforen in kathodestraalbuizen. Het wordt gebruikt als een blauwe fosfor in kleur CRTs.

De fosforen zijn meestal slechte elektrische geleiders. Dit kan leiden tot depositie van resterende lading op het scherm, effectief verminderen van de energie van de impactende elektronen als gevolg van elektrostatische afstoting (een effect dat bekend staat als “plakken”). Om dit te elimineren, wordt een dunne laag aluminium (ongeveer 100 nm) afgezet over de fosforen, meestal door vacuümverdamping, en verbonden met de geleidende laag in de buis. Deze laag reflecteert ook het fosforlicht in de gewenste richting en beschermt de fosfor tegen ionenbombardementen als gevolg van een onvolmaakt vacuüm.

om de degradatie van het beeld door reflectie van omgevingslicht te verminderen, kan het contrast met verschillende methoden worden verhoogd. Naast het zwarte maskeren van ongebruikte gebieden van het scherm, worden de fosfordeeltjes in kleurenschermen met een laag bedekt met pigmenten van bijpassende kleur. De rode fosforen zijn bijvoorbeeld gecoat met ijzeroxide (ter vervanging van eerdere Cd(s,Se) vanwege cadmiumtoxiciteit), blauwe fosforen kunnen worden gecoat met marine blue (CoO·nAl
2O
3) of ultramarine (Na
8Al
6Si
6o
24S
2). Groene fosforen op basis van ZnS: Cu hoeft niet te worden gecoat vanwege hun eigen gelige kleur.

Zwart-wit televisie CRTsEdit

De zwart-wit televisieschermen vereisen een emissiekleur die dicht bij WIT ligt. Meestal wordt een combinatie van fosforen gebruikt.

De meest voorkomende combinatie is ZNS: Ag + (Zn, Cd) S:Cu,Al (blauw+geel). Andere zijn ZNS: Ag + (Zn, Cd) S:Ag (blauw+geel), en ZNS:Ag+ZnS:Cu,Al+Y2O2S:Eu3+ (blauw + groen + rood – Bevat geen cadmium en heeft een slechte efficiëntie). De kleurtoon kan worden aangepast door de verhoudingen van de componenten.

omdat de samenstellingen discrete korrels van verschillende fosforen bevatten, produceren ze een beeld dat mogelijk niet geheel glad is. Eén enkele witte fosfor (Zn, Cd) s: Ag,Au,Al overwint dit obstakel. Door zijn lage efficiëntie wordt het alleen gebruikt op zeer kleine schermen.

de schermen worden doorgaans bedekt met fosfor met sedimentatiecoating, waarbij deeltjes die in een oplossing zijn gesuspendeerd op het oppervlak worden laten bezinken.

verkleinde kleur CRTsEdit

Voor het weergeven van een beperkt kleurenpalet zijn er een paar opties.

In bundel penetratiebuizen worden verschillende kleurfosforen gelaagd en gescheiden met diëlektrisch materiaal. De acceleratiespanning wordt gebruikt om de energie van de elektronen te bepalen; lagere energie worden geabsorbeerd in de bovenste laag van de fosfor, terwijl sommige van de hogere energie doorschieten en worden geabsorbeerd in de onderste laag. Dus ofwel de eerste kleur of een mengsel van de eerste en tweede kleur wordt weergegeven. Met een display met rode buitenlaag en groene binnenlaag, kan de manipulatie van versnellende spanning een continuüm van kleuren van rood door oranje en geel tot groen produceren.

een andere methode is het gebruik van een mengsel van twee fosforen met verschillende kenmerken. De helderheid van de ene is lineair afhankelijk van de elektronenflux, terwijl de helderheid van de andere verzadigd is bij hogere fluxen—de fosfor geeft geen licht meer uit, ongeacht hoeveel elektronen het beïnvloeden. Bij lage elektronenflux stralen beide fosforen samen uit; bij hogere fluxen overheerst de lichtbijdrage van het niet-verzachtende fosfor, waardoor de gecombineerde kleur verandert.

dergelijke displays kunnen een hoge resolutie hebben, omdat er geen tweedimensionale structurering van RGB CRT-fosforen is. Hun kleurenpalet is echter zeer beperkt. Ze werden bijvoorbeeld gebruikt in een aantal oudere militaire radarschermen.

kleurentelevisie CRTsEdit

De fosforen in kleur CRT ‘ s hebben een hoger contrast en resolutie nodig dan de zwart-witte. De energiedichtheid van de elektronenstraal is ongeveer 100 keer groter dan in zwart-wit CRT ‘ s; de elektronenvlek is gericht op ongeveer 0.2 mm diameter in plaats van ongeveer 0,6 mm diameter van de zwart-witte CRT ‘ s. De effecten in verband met degradatie van elektronenstraling zijn derhalve meer uitgesproken.

Kleurenkrt ‘ s vereisen drie verschillende fosforen, die in rood, groen en blauw, patroon op het scherm. Drie afzonderlijke elektronenkanonnen worden gebruikt voor kleurproductie (behalve voor displays die gebruik maken van beam-index tube technologie, wat zeldzaam is).

de samenstelling van de fosforen veranderde in de loop van de tijd, omdat betere fosforen werden ontwikkeld en omdat milieuoverwegingen ertoe leidden dat het cadmiumgehalte werd verlaagd en het later volledig werd afgeschaft. De (Zn,Cd)S:Ag,Cl werd vervangen door (Zn,Cd)S:Cu, Al met een lagere cadmium/zinkverhouding,en vervolgens door cadmiumvrije ZnS:Cu, Al.

het blauwe fosfor bleef in het algemeen onveranderd, een zilverdoteerd zinksulfide. De groene fosfor gebruikt aanvankelijk mangaan-gedoteerd zinksilicaat, vervolgens geëvolueerd door zilver-geactiveerd cadmium-zink sulfide, lager-cadmium koper-aluminium geactiveerde formule, en vervolgens cadmium-vrije versie van hetzelfde. De rode fosfor zag de meeste veranderingen; het was oorspronkelijk mangaan-geactiveerd zinkfosfaat, toen een Zilver-geactiveerd cadmium-zink sulfide, toen de europium(III) geactiveerde fosforen verscheen; eerst in een yttrium vanadaat matrix, vervolgens in yttrium oxide en momenteel in yttrium oxysulfide. De ontwikkeling van de fosforen werd daarom (geordend door 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 + of Y2O3: Eu3 +
• ZnS: Ag-ZnS: Cu, Al of ZNS:Au,Cu, Al-Y2O2S:Eu3 +

Projectietelevisietelevisiesedit

voor projectietelevisietelevisies, waarbij de bundelvermogensdichtheid twee ordes van grootte hoger kan zijn dan bij conventionele CRT ‘ s, moeten enkele verschillende fosforen worden gebruikt.

voor blauwe kleur wordt ZnS:Ag,Cl gebruikt. Het verzadigt echter. (La,Gd)OBr:Ce,Tb3+ kan worden gebruikt als een alternatief dat meer lineair is bij hoge energiedichtheden.

voor groen, een Terbium-geactiveerd Gd2O2Tb3+; zijn kleurzuiverheid en helderheid bij lage opwindingsdichtheden is slechter dan het zinksulfidealternatief, maar het gedraagt zich lineair bij hoge opwindingsenergiedichtheden, terwijl zinksulfide verzadigt. Het verzadigt echter ook, dus Y3Al5O12:Tb3+ of Y2SiO5: Tb3+ kan worden vervangen. LaOBr: Tb3+ is helder maar watergevoelig, degradatiegevoelig en de plaatachtige morfologie van zijn kristallen belemmert het gebruik ervan; deze problemen zijn nu opgelost, dus het wordt steeds meer gebruikt vanwege zijn hogere lineariteit.

Y2O2S: Eu3+ wordt gebruikt voor rode emissie.