Luminescenza: meccanismo e applicazione nelle sorgenti luminose

La luminescenza è la luminescenza di una sostanza che si verifica nel processo di conversione dell'energia da essa assorbita in radiazione ottica. Questo bagliore non è causato direttamente dal riscaldamento della sostanza.

Il meccanismo del fenomeno è legato al fatto che, sotto l'influenza di una sorgente interna o esterna, atomi, molecole o cristalli vengono eccitati in una sostanza, che poi emette fotoni.

A seconda della durata della luminescenza così ottenuta, che a sua volta dipende dalla durata dello stato eccitato, si distingue tra luminescenza a rapido decadimento e lunga durata. Il primo si chiama fluorescenza, il secondo è fosforescenza.

Affinché una sostanza brilli, i suoi spettri devono essere discreti, cioè i livelli di energia degli atomi devono essere separati l'uno dall'altro da bande di energia proibite. Per questo motivo, i metalli solidi e liquidi che hanno uno spettro energetico continuo non si illuminano affatto.

Nei metalli, l'energia di eccitazione viene semplicemente convertita continuamente in calore.E solo nella gamma delle onde corte i metalli possono sperimentare la fluorescenza dei raggi X, cioè, sotto l'azione dei raggi X, emettono raggi X secondari.

Meccanismi di eccitazione della luminescenza

Esistono diversi meccanismi per l'eccitazione della luminescenza, secondo i quali esistono diversi tipi di luminescenza:

• Fotoluminescenza: eccitata dalla luce nelle gamme del visibile e dell'ultravioletto.

• Chemiluminescenza: indotta da una reazione chimica.

• Catodoluminescenza: eccitata dai raggi catodici (elettroni veloci).

• La sonoluminescenza è eccitata in un liquido da un'onda ultrasonica.

• Radioluminescenza: eccitata da radiazioni ionizzanti.

• La triboluminescenza è eccitata dallo sfregamento, dalla frantumazione o dalla separazione dei fosfori (scariche elettriche tra frammenti carichi), e in questo caso la luce di scarica eccita la fotoluminescenza.

• La bioluminescenza è il bagliore degli organismi viventi, raggiunto da loro indipendentemente o con l'aiuto di altri partecipanti alla simbiosi.

• Elettroluminescenza: eccitata da una corrente elettrica passata attraverso un fosforo.

• La candoluminescenza è un bagliore luminoso.

• La termoluminescenza viene eccitata riscaldando una sostanza.

L'uso della luminescenza nelle sorgenti luminose

Le sorgenti luminose luminescenti sono quelle il cui bagliore si basa sul fenomeno della luminescenza. Quindi tutte le lampade a scarica di gas sono fonti di radiazioni fluorescenti e miste. Nelle lampade fotoluminescenti, il bagliore è creato da un fosforo eccitato dall'emissione di una scarica elettrica.

I LED bianchi sono generalmente basati su cristallo InGaN blu e fosforo giallo.I fosfori gialli utilizzati dalla maggior parte dei produttori sono una modifica del granato ittrio-alluminio legato con cerio trivalente.

Lo spettro di luminescenza di questo fosforo ha una lunghezza d'onda massima caratteristica nella regione di 545 nm. La porzione a onde lunghe dello spettro domina la porzione a onde corte. La modifica del fosforo con l'aggiunta di gallio e gadolinio consente di spostare il massimo dello spettro nella regione fredda (gallio) o nella regione calda (gadolinio).

A giudicare dallo spettro del fosforo utilizzato nei LED Cree, oltre al granato di ittrio-alluminio, al fosforo LED bianco viene aggiunto un fosforo con un'emissione massima spostata nella regione rossa.

In confronto con lampade fluorescentiIl fosforo utilizzato nei LED ha una lunga durata e l'invecchiamento del fosforo è determinato principalmente dalla temperatura. Il fosforo viene solitamente applicato direttamente al cristallo del LED, che diventa molto caldo. Altri fattori che influenzano il fosforo hanno un effetto meno pronunciato sulla loro durata.

L'invecchiamento del fosforo porta non solo a una diminuzione della luminosità del LED, ma anche a un cambiamento dell'ombra della luce risultante. Con un significativo deterioramento del fosforo, la tonalità blu della luminescenza diventa chiaramente visibile. Ciò è dovuto alle proprietà mutevoli del fosforo e al fatto che lo spettro inizia a dominare l'emissione interna del chip LED. Con l'introduzione della tecnologia dello strato isolato di fosforo, l'influenza della temperatura sulla velocità della sua degradazione diminuisce.

Altre applicazioni della luminescenza

La fotonica utilizza principalmente convertitori e sorgenti luminose basate su elettroluminescenza e fotoluminescenza: LED, lampade, laser, rivestimenti luminescenti, ecc. - questo è precisamente il campo in cui la luminescenza è ampiamente utilizzata.

Inoltre, gli spettri di luminescenza aiutano gli scienziati a studiare la composizione e la struttura delle sostanze. I metodi di luminescenza consentono di determinare la dimensione, la concentrazione e la distribuzione spaziale delle nanoparticelle, nonché la durata degli stati eccitati dei portatori di carica di non equilibrio nelle strutture dei semiconduttori.

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