Fosfor

Belysningedit

fosforskikt ger det mesta av ljuset som produceras av lysrör, och används också för att förbättra ljusbalansen som produceras av metallhalogenlampor. Olika neonskyltar använder fosforlager för att producera olika ljusfärger. Elektroluminescerande skärmar som till exempel finns i flygplansinstrumentpaneler använder ett fosforlager för att producera bländfri belysning eller som numeriska och grafiska displayenheter. Vita LED-lampor består av en blå eller ultraviolett emitter med en fosforbeläggning som avger vid längre våglängder, vilket ger ett fullt spektrum av synligt ljus. Ofokuserade och obefläckade katodstrålerör användes som stroboskoplampor sedan 1958.

Fosfortermometryedit

Fosfortermometri är en temperaturmätningsmetod som använder temperaturberoendet för vissa fosfor. För detta appliceras en fosforbeläggning på en yta av intresse och vanligtvis är sönderfallstiden emissionsparametern som indikerar temperaturen. Eftersom belysnings-och detekteringsoptiken kan placeras på distans kan metoden användas för rörliga ytor som höghastighetsmotorytor. Fosfor kan också appliceras på änden av en optisk fiber som en optisk analog av ett termoelement.

Glow-in-the-dark toysEdit

i dessa applikationer tillsätts fosforen direkt till plasten som används för att forma leksakerna eller blandas med ett bindemedel för användning som färger.

ZnS: Cu fosfor används i Glöd-in-the-dark kosmetiska krämer som ofta används för Halloween make-ups.I allmänhet ökar fosforens uthållighet när våglängden ökar. Se även lightstick för kemiluminescensbaserade glödande föremål.

Porto stampsEdit

Fosforbandade Frimärken uppträdde först 1959 som guider för maskiner för att sortera post. Runt om i världen finns många sorter med olika mängder banding. Frimärken samlas ibland in av huruvida de är” märkta ” med fosfor (eller tryckta på självlysande papper).

RadioluminescenceEdit

Zinksulfidfosforer används med radioaktiva material, där fosforen exciterades av alfa – och beta-sönderfallande isotoper, för att skapa självlysande färg för urtavlor och instrument (radium ringer). Mellan 1913 och 1950 användes radium-228 och radium-226 för att aktivera en fosfor gjord av silverdopad zinksulfid (ZnS:Ag), vilket gav en grön glöd. Fosforn är inte lämplig att användas i lager tjockare än 25 mg/cm2, eftersom självabsorptionen av ljuset då blir ett problem. Vidare genomgår zinksulfid nedbrytning av dess kristallgitterstruktur, vilket leder till gradvis förlust av ljusstyrka betydligt snabbare än utarmningen av radium. ZnS: Ag-belagda spinthariscope-skärmar användes av Ernest Rutherford i hans experiment som upptäckte atomkärnan.

Koppardopad zinksulfid (ZnS: Cu) är den vanligaste fosforen som används och ger blågrönt ljus. Koppar och magnesiumdopad zinksulfid (ZnS:Cu,Mg) ger gul-orange ljus.

Tritium används också som strålkälla i olika produkter som använder tritiumbelysning.

Elektroluminescenseedit

Elektroluminescens kan utnyttjas i ljuskällor. Sådana källor avger vanligtvis från ett stort område, vilket gör dem lämpliga för bakgrundsbelysning av LCD-skärmar. Exciteringen av fosforn uppnås vanligtvis genom applicering av högintensivt elektriskt fält, vanligtvis med lämplig frekvens. Nuvarande elektroluminescerande ljuskällor tenderar att försämras med användning, vilket resulterar i deras relativt korta livslängd.

ZnS:Cu var den första formuleringen som framgångsrikt visade elektroluminescens, testad vid 1936 av Georges Destriau i Madame Marie Curie laboratories i Paris.

pulver eller AC-elektroluminescens finns i en mängd olika bakgrundsbelysning och nattljusapplikationer. Flera grupper erbjuder märkesvaror El-erbjudanden (t.ex. IndiGlo som används i vissa Timex-klockor) eller ”Lighttape”, ett annat handelsnamn på ett elektroluminescerande material, som används i elektroluminescerande ljusremsor. Apollo space program krediteras ofta för att vara den första betydande användningen av EL för bakgrundsbelysning och Belysning.

Vit LEDsEdit

vita lysdioder är vanligtvis blå InGaN-lysdioder med en beläggning av ett lämpligt material. Cerium (III) – dopad YAG (YAG:Ce3+, eller Y3Al5O12:Ce3+) används ofta; det absorberar ljuset från den blå lysdioden och avger i ett brett spektrum från grönaktig till rödaktig, med det mesta av sin produktion i gult. Denna gula emission i kombination med den återstående blå emissionen ger det ”vita” ljuset, som kan justeras till färgtemperatur som varm (gulaktig) eller kall (blåaktig) vit. Den blekgula emissionen av Ce3+:YAG kan ställas in genom att ersätta cerium med andra sällsynta jordartsmetaller som terbium och gadolinium och kan till och med justeras ytterligare genom att ersätta en del eller hela aluminiumet i YAG med gallium. Denna process är emellertid inte en av fosforescens. Det gula ljuset produceras genom en process som kallas scintillation, den fullständiga frånvaron av en efterglöd är en av egenskaperna hos processen.

vissa sällsynta jordartsdopade Sialoner är fotoluminescerande och kan fungera som fosfor. Europium (II)-dopad Bisexuell-SiAlON absorberar i ultraviolett och synligt ljusspektrum och avger intensiv synlig bredbandsutsläpp. Dess luminans och färg förändras inte signifikant med temperaturen på grund av den temperaturstabila kristallstrukturen. Den har en stor potential som en grön nedomvandlingsfosfor för vita lysdioder; en gul variant finns också (Xiaomi-sialon). För vita lysdioder används en blå LED med en gul fosfor, eller med en grön och gul SiAlON-fosfor och en röd CaAlSiN3-baserad (CASN) fosfor.

vita lysdioder kan också tillverkas genom att belägga nära ultravioletta(NUV)-emitterande lysdioder med en blandning av högeffektiva europiumbaserade röda och blåemitterande fosfor plus grönemitterande koppar-och aluminiumdopad zinksulfid (ZnS:Cu,Al). Detta är en metod som är analog med hur lysrörslampor fungerar.

vissa nyare vita lysdioder använder en gul och blå emitter i serie, för att approximera vit; denna teknik används i vissa Motorola-telefoner som Blackberry samt LED-belysning och den ursprungliga versionen staplade sändare genom att använda GaN på SiC på InGaP men befanns senare spricka vid högre drivströmmar.

många vita lysdioder som används i allmänna belysningssystem kan användas för dataöverföring, som till exempel i system som modulerar lysdioden för att fungera som en fyr.

det är också vanligt att vita lysdioder använder andra fosfor än Ce: YAG, eller att använda två eller tre fosfor för att uppnå en högre CRI, ofta till effektivitetskostnaden. Exempel på ytterligare fosfor är R9, som producerar en mättad röd, nitrider som producerar rött, och aluminater såsom lutetium aluminium granat som producerar grönt. Silikatfosforer är ljusare men bleknar snabbare och används i LCD-LED-bakgrundsbelysning i mobila enheter. LED-fosfor kan placeras direkt över munstycket eller göras till en kupol och placeras ovanför lysdioden: detta tillvägagångssätt är känt som en avlägsen fosfor. Vissa färgade lysdioder, istället för att använda en färgad LED, använder en blå LED med en färgad fosfor eftersom ett sådant arrangemang är effektivare än en färgad LED. Oxynitridfosforer kan också användas i lysdioder. De perkursorer som används för att göra fosforerna kan försämras när de utsätts för luft.

Katodstrålerörredigera

spektra av ingående blå, gröna och röda fosforer i ett gemensamt katodstrålerör.

katodstrålerör producerar signalgenererade ljusmönster i ett (typiskt) runt eller rektangulärt format. Skrymmande CRT användes i svartvita hushålls-TV-apparater (”TV”) som blev populära på 1950-talet, liksom första generationens rörbaserade färg-TV-apparater och de flesta tidigare datorskärmar. CRT har också använts i stor utsträckning inom vetenskaplig och teknisk instrumentering, såsom oscilloskop, vanligtvis med en enda fosforfärg, vanligtvis grön. Fosfor för sådana tillämpningar kan ha lång efterglöd, för ökad bild uthållighet.

fosforerna kan deponeras som antingen tunnfilm eller som diskreta partiklar, ett pulver bundet till ytan. Tunna filmer har bättre livslängd och bättre upplösning, men ger mindre ljus och mindre effektiv bild än pulver. Detta orsakas av flera inre reflektioner i den tunna filmen och sprider det utsända ljuset.

vit (i svartvitt): blandningen av zinkkadmiumsulfid och zinksulfidsilver, ZnS:Ag+(Zn,Cd) S: Ag är den vita P4-fosforn som används i svartvita TV-CRT. Blandningar av gula och blå fosfor är vanliga. Blandningar av rött, grönt och blått, eller en enda vit fosfor, kan också uppstå.

röd: Yttriumoxid-sulfid aktiverad med europium används som röd fosfor i färg CRT. Utvecklingen av färg-TV tog lång tid på grund av sökandet efter en röd fosfor. Den första rödemitterande sällsynta jordartsfosforen, YVO4: Eu3+, introducerades av Levine och Palilla som en primär färg i TV 1964. I enkelkristallform användes den som ett utmärkt polarisator och lasermaterial.

gul: när den blandas med kadmiumsulfid ger den resulterande zinkkadmiumsulfiden (Zn, Cd)S:Ag starkt gult ljus.

grön: kombination av zinksulfid med koppar, P31 fosfor eller ZnS:Cu, ger grönt ljus topp vid 531 nm, med lång glöd.

blå: kombination av zinksulfid med få ppm silver, ZNS: Ag, när upphetsad av elektroner, ger stark blå glöd med maximalt vid 450 nm, med kort efterglöd med 200 nanosekund varaktighet. Det är känt som p22b-fosfor. Detta material, zinksulfidsilver, är fortfarande en av de mest effektiva fosforerna i katodstrålerör. Den används som en blå fosfor i färg CRT.

fosforerna är vanligtvis dåliga elektriska ledare. Detta kan leda till avsättning av restladdning på skärmen, vilket effektivt minskar energin hos de påverkande elektronerna på grund av elektrostatisk repulsion (en effekt som kallas ”stickning”). För att eliminera detta avsätts ett tunt lager av aluminium (cirka 100 nm) över fosforerna, vanligtvis genom vakuumindunstning, och ansluts till det ledande skiktet inuti röret. Detta skikt reflekterar också fosforljuset i önskad riktning och skyddar fosforen från jonbombardemang som härrör från ett ofullständigt vakuum.

för att minska bildnedbrytningen genom reflektion av omgivande ljus kan kontrasten ökas med flera metoder. Förutom svart maskering av oanvända områden på skärmen är fosforpartiklarna i färgskärmar belagda med pigment av matchande färg. Till exempel är de röda fosforerna belagda med järnoxid (ersätter tidigare Cd(S,Se) på grund av kadmiumtoxicitet), blå fosfor kan beläggas med marinblå (CoO·nAl
2O
3) eller ultramarin (Na
8Al
6Si
6O
24s
2). Gröna fosfor baserade på ZnS: Cu behöver inte beläggas på grund av sin egen gulaktiga färg.

svartvit tv CRTsEdit

de svartvita TV-skärmarna kräver en emissionsfärg nära vitt. Vanligtvis används en kombination av fosfor.

den vanligaste kombinationen är ZnS: Ag + (Zn, Cd) S:Cu,Al (blå+gul). Andra är ZnS: Ag + (Zn, Cd) S:Ag (blå+gul) och ZnS:Ag+ZnS:Cu, Al+Y2O2S:Eu3+ (blå + grön + röd – innehåller inte kadmium och har dålig effektivitet). Färgtonen kan justeras med komponenternas förhållanden.

eftersom kompositionerna innehåller diskreta korn av olika fosfor, producerar de bild som kanske inte är helt slät. En enda, vitemitterande fosfor, (Zn,Cd)s:Ag,Au, Al övervinner detta hinder. På grund av sin låga effektivitet används den endast på mycket små skärmar.

skärmarna är vanligtvis täckta med fosfor med sedimenteringsbeläggning, där partiklar suspenderade i en lösning låter sätta sig på ytan.

reducerad-palett färg CRTsEdit

för visning av en begränsad palett av färger, Det finns några alternativ.

i strålpenetreringsrör skiktas olika färgfosforer och separeras med dielektriskt material. Accelerationsspänningen används för att bestämma elektronernas energi; lägre energi absorberas i fosforens övre lager, medan några av de högre energierna skjuter igenom och absorberas i det nedre lagret. Så visas antingen den första färgen eller en blandning av den första och andra färgen. Med en display med rött yttre lager och grönt inre lager kan manipuleringen av accelerationsspänningen ge ett kontinuum av färger från rött till orange och gult till grönt.

en annan metod är att använda en blandning av två fosforer med olika egenskaper. Ljusstyrkan hos en är linjärt beroende av elektronflöde, medan den andra ljusstyrkan mättas vid högre flöden—fosforen avger inte mer ljus oavsett hur många fler elektroner som påverkar det. Vid lågt elektronflöde avger båda fosforerna tillsammans; vid högre flöden råder det lysande bidraget från den icke-mättade fosforen och ändrar den kombinerade färgen.

sådana skärmar kan ha hög upplösning på grund av frånvaro av tvådimensionell strukturering av RGB CRT-fosfor. Deras färgpalett är dock mycket begränsad. De användes t.ex. i vissa äldre militära radarskärmar.

färg-TV CRTsEdit

fosforerna i färg CRT behöver högre kontrast och upplösning än de svartvita. Elektronstrålens energitäthet är cirka 100 gånger större än i svartvita CRT; elektronfläcken är fokuserad till cirka 0.2 mm diameter istället för ca 0,6 mm diameter av de svartvita CRT. Effekter relaterade till nedbrytning av elektronbestrålning är därför mer uttalade.

färg CRT kräver tre olika fosforer, som emitterar i rött, grönt och blått, mönstrade på skärmen. Tre separata elektronpistoler används för färgproduktion (förutom skärmar som använder strålindexrörsteknik, vilket är sällsynt).

fosforernas sammansättning förändrades över tiden, eftersom bättre fosfor utvecklades och som miljöhänsyn ledde till att kadmiuminnehållet sänktes och senare övergav det helt. (Zn, Cd)S:Ag,Cl ersattes med (Zn,Cd) S:Cu,Al med lägre kadmium/zinkförhållande och sedan med kadmiumfria ZnS:Cu, Al.

den blå fosforen förblev i allmänhet oförändrad, en silverdopad zinksulfid. Den gröna fosforen använde initialt mangandopat zinksilikat, utvecklades sedan genom silveraktiverad kadmium-zinksulfid, till lägre kadmiumkoppar-aluminiumaktiverad formel och sedan till kadmiumfri version av samma. Den röda fosforen såg de flesta förändringarna; det var ursprungligen manganaktiverat zinkfosfat, sedan en silveraktiverad kadmium-zinksulfid, sedan uppträdde de europium(III) aktiverade fosforerna; först i en yttriumvanadatmatris, sedan i yttriumoxid och för närvarande i yttriumoxisulfid. Utvecklingen av fosforerna var därför (beställd av 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–(Zn, Cd) s: Ag – (Zn, Cd) s: Ag – (Zn, Cd) s: Ag-YVO4: Eu3+ (1964 -?)
• ZnS:Ag – (Zn,Cd) S: Cu, Al-Y2O2S: Eu3 + eller Y2O3: Eu3 +
• ZnS: Ag-ZnS: Cu, Al eller ZnS: Au, Cu, Al-Y2O2S:Eu3 +

projektion televisionsEdit

för projektions-tv-apparater, där strålens effekttäthet kan vara två storleksordningar högre än i konventionella CRT, måste vissa olika fosfor användas.

för blå färg,ZnS:Ag, CL används. Det mättar emellertid. (La,Gd)OBr:Ce,Tb3+ kan användas som ett alternativ som är mer linjärt vid hög energitäthet.

för grönt, ett terbiumaktiverat Gd2O2Tb3+; dess färgrenhet och ljusstyrka vid låga excitationstätheter är sämre än zinksulfidalternativet, men det beter sig linjärt vid höga excitationsenergitätheter, medan zinksulfid mättar. Men det mättar också, så Y3Al5O12:Tb3+ eller Y2SiO5: Tb3+ kan ersättas. LaOBr: Tb3 + är ljus men vattenkänslig, nedbrytningsbenägen och den plattliknande morfologin hos dess kristaller hindrar dess användning; dessa problem löses nu, så det får användning på grund av dess högre linjäritet.

Y2O2S: Eu3 + används för röd emission.