Luminescència: mecanisme i aplicació en fonts de llum

La luminescència és la luminescència d'una substància que es produeix en el procés de convertir l'energia absorbida per aquesta en radiació òptica. Aquesta resplendor no es produeix directament per l'escalfament de la substància.

El mecanisme del fenomen està relacionat amb el fet que, sota la influència d'una font interna o externa, els àtoms, les molècules o els cristalls són excitats en una substància, que després emet fotons.

Depenent de la durada de la luminiscència així obtinguda, que al seu torn depèn de la vida útil de l'estat excitat, es fa una distinció entre la luminescència en decadència ràpida i la de llarga durada. El primer s'anomena fluorescència, el segon és fosforescència.

Perquè una substància brilli, els seus espectres han de ser discrets, és a dir, els nivells d'energia dels àtoms han d'estar separats entre si per bandes d'energia prohibides. Per aquest motiu, els metalls sòlids i líquids que tenen un espectre energètic continu no luminescen en absolut.

En els metalls, l'energia d'excitació simplement es converteix contínuament en calor.I només en el rang d'ones curtes els metalls poden experimentar fluorescència de raigs X, és a dir, sota l'acció dels raigs X, emeten raigs X secundaris.

Mecanismes d'excitació de la luminescència

Hi ha diferents mecanismes per a l'excitació de la luminescència, segons els quals hi ha diversos tipus de luminescència:

• Fotoluminescència: excitada per la llum en els rangs visible i ultraviolat.

• Quimioluminescència: induïda per una reacció química.

• Catodoluminescència: excitada pels raigs catòdics (electrons ràpids).

• La sonoluminescència s'excita en un líquid per una ona d'ultrasò.

• Radioluminescència: excitada per radiació ionitzant.

• La triboluminescència s'excita mitjançant el fregament, la trituració o la separació de fòsfors (descàrregues elèctriques entre fragments carregats), i en aquest cas la llum de descàrrega excita la fotoluminescència.

• La bioluminescència és la resplendor dels organismes vius, aconseguit per ells de manera independent o amb l'ajuda d'altres participants en la simbiosi.

• Electroluminescència: excitada per un corrent elèctric que passa a través d'un fòsfor.

• La candoluminescència és un resplendor lluminós.

• La termoluminescència s'excita escalfant una substància.

L'ús de la luminescència en fonts de llum

Les fonts de llum luminescents són aquelles la brillantor de les quals es basa en el fenomen de la luminescència. Així, totes les làmpades de descàrrega de gas són fonts de radiació fluorescents i mixtes. En les làmpades fotoluminescents, la resplendor es crea per un fòsfor excitat per l'emissió d'una descàrrega elèctrica.

Els LED blancs solen basar-se en cristalls InGaN blaus i fòsfor groc.Els fòsfors grocs utilitzats per la majoria dels fabricants són una modificació del granat d'itri-alumini aliat amb ceri trivalent.

L'espectre de luminescència d'aquest fòsfor té una longitud d'ona màxima característica en la regió de 545 nm. La part d'ona llarga de l'espectre domina la part d'ona curta. La modificació del fòsfor amb l'addició de gal·li i gadolini permet desplaçar el màxim de l'espectre a la regió freda (gal·li) o a la regió càlida (gadolini).

A jutjar per l'espectre del fòsfor utilitzat en els LED Cree, a més del granat d'itri i alumini, s'afegeix un fòsfor amb una emissió màxima desplaçada a la regió vermella al fòsfor LED blanc.

En comparació amb làmpades fluorescentsEl fòsfor utilitzat en els LED té una llarga vida útil i l'envelliment del fòsfor està determinat principalment per la temperatura. Normalment, el fòsfor s'aplica directament al cristall LED, que s'escalfa molt. Altres factors que afecten el fòsfor tenen un efecte menys pronunciat en la seva vida útil.

L'envelliment del fòsfor no només comporta una disminució de la brillantor del LED, sinó també un canvi en l'ombra de la llum resultant. Amb un deteriorament important del fòsfor, la tonalitat blava de la luminescència es fa clarament visible. Això es deu a les propietats canviants del fòsfor i al fet que l'espectre comença a dominar l'emissió interna del xip LED. Amb la introducció de la tecnologia de la capa aïllada de fòsfor, la influència de la temperatura en la velocitat de la seva degradació disminueix.

Altres aplicacions de la luminescència

La fotònica utilitza principalment convertidors i fonts de llum basades en electroluminescència i fotoluminescència: LED, làmpades, làsers, recobriments luminescents, etc. — aquest és precisament el camp en què la luminescència s'utilitza molt àmpliament.

A més, els espectres de luminescència ajuden els científics a estudiar la composició i l'estructura de les substàncies. Els mètodes de luminescència permeten determinar la mida, la concentració i la distribució espacial de les nanopartícules, així com la vida útil dels estats excitats dels portadors de càrrega no en equilibri en estructures de semiconductors.

Continuant amb aquest fil:Emissors electroluminescents: dispositiu i principi de funcionament, tipus