Fosfor je obecný termín pro jakoukoli látku, která může emitovat světlo, když je expozována radiaci nebo elektrickému poli. Tento termín pochází z řeckého slova „phosphoros“, což znamená „nositel světla“. Fosfory jsou obvykle polovodiče, které mají tři energetické pásmo: valenční pásmo, vodivé pásmo a zakázané pásmo.
Valenční pásmo je nejnižší energetická hladina, kde elektrony bývají obvykle přítomny. Vodivé pásmo je nejvyšší energetická hladina, kde elektrony mohou volně migrovat. Zakázané pásmo je mezera mezi valenčním a vodivým pásmem, kde žádné elektrony nemohou existovat.
Fosfory lze aktivovat přidáním impurity nebo dopantů, které vytvářejí dodatečné energetické úrovně uvnitř zakázaného pásma. Tyto energetické úrovně fungují jako pasti pro elektrony nebo díry (kladné náboje), které jsou excitovány radiací nebo elektrickým polem. Když se tyto elektrony nebo díry vrátí do svých původních stavů, uvolňují energii ve formě fotonů světla.
Jak fosforový povlak převádí UV záření na viditelné světlo
Proces převodu UV záření na viditelné světlo pomocí fosforového povlaku se nazývá fluorescense. Fluorescense nastává, když atom nebo molekula absorbuje foton vysoké energie a emituje foton nižší energie. Rozdíl v energii mezi absorbovaným a emitovaným fotonem se rozptýlí jako teplo.
Následující diagram ilustruje, jak funguje fluorescense v fosforovém povlaku zinku sulfidu (ZnS) dotovaného stříbrem (Ag) jako aktivátorem.
Model fosforu zinku sulfidu
A – B :- Skok elektronu
B – E :- Migrace elektronu
E – D :- Skok elektronu
D – C :- Skok elektronu
A – C :- Migrace díry
Foton UV záření s vlnovou délkou 253,7 nm zasáhne fosforový povlak a excituje elektron ze rtuti (S) na atom zinku (Zn). Toto vytvoří kladnou díru v valenčním pásmu a negativní ion (Zn^-) s dodatečným elektronem v vodivém pásmu.
Dodatečný elektron migruje od jednoho Zn^- iontu k dalšímu prostřednictvím krystalové mřížky v vodivém pásmu.
Mezitím kladná díra migruje od jednoho S atomu k dalšímu v valenčním pásmu, dokud nedosáhne Ag atomu, který slouží jako past.
Ag atom zachytí elektron z blízkého Zn^- iontu a stane se neutrálním (Ag^0). Tím se uvolní foton viditelného světla s delší vlnovou délkou než UV foton.
Elektron z Ag^0 atomu skočí zpět na S atom, kde byla vytvořena díra, a cyklus je kompletní.
Barva viditelného světla závisí na energetickém rozdílu mezi Ag pastí a Zn^- hladinou. Různé dopanty mohou vytvořit různé pasti a tedy i různé barvy. Například měď (Cu) může produkovat zelené světlo, mangan (Mn) oranžové světlo a kadmium (Cd) červené světlo.
Typy a aplikace fosforového povlaku
Existuje mnoho typů fosforového povlaku, které lze použít v luminoforech, v závislosti na požadované barvě a kvalitě světla. Některé běžné typy jsou:
Halofosfát: Jedná se o směs vápenatého halofosfátu (Ca5(PO4)3X) a hořečnatého tungstatu (MgWO4), kde X může být fluor (F), chlorek (Cl) nebo brom (Br). Produkuje bílé světlo s žlutavým nebo modravým nádechem, v závislosti na poměru F k Cl nebo Br. Má nízký index vykreslování barev, což znamená, že nemůže vykreslovat barvy přesně. Efektivita lampy je asi 60 až 75 lm/W.
Tri-fosfór: Jedná se o směs tří různých fosforů, každý emitující primární barvu červenou, zelenou a modrou. Kombinace těchto barev produkuje bílé světlo s vysokým indexem vykreslování barev 80 až 90 a efektivitou lampy asi 80 až 100 lm/W. Tri-fosfórové lampy jsou dražší než halofosfátové lampy, ale nabízejí lepší kvalitu barvy a energetickou efektivitu.
Multi-fosfór: Jedná se o směs čtyř nebo více fosforů, každý emitující jinou barvu viditelného spektra. Cílem je vytvořit hladké a spojité spektrální rozložení, které napodobuje přirozené denní světlo. Multi-fosfórové lampy mají nejvyšší index vykreslování barev nad 90 a efektivitou lampy asi 90 až 110 lm/W. Jsou také nejdražším typem fluorescentních lamp, ale poskytují nejlepší výkon barev a vizuální pohodlí.
Fosforový povlak lze aplikovat různými způsoby, jako je sprškování, potápění nebo elektroforetické usazování. Tlustota a rovnoměrnost povlaku ovlivňují výkon a kvalitu lampy. Fosforový povlak může během času degradovat kvůli expozici tepla, vlhkosti a UV záření, což vede ke snížení jasu a změně barvy.
Fosforový povlak je široce používán v různých aplikacích, které vyžadují vysokokvalitní a energeticky efektivní osvětlení, jako jsou:
Obecné osvětlení: Fosforový povlak může poskytnout bílé světlo s různými teplotami barvy a indexy vykreslování barev, v závislosti na potřebách a preferencích uživatelů. Například teplé bílé světlo (2700 až 3000 K) je vhodné pro rezidenční a hostinské zařízení, zatímco chladné bílé světlo (4000 až 5000 K) je preferováno pro kanceláře a komerční prostory.
Osvětlení výloh: Fosforový povlak může zlepšit vzhled a atraktivitu produktů a uměleckých děl tím, že poskytuje živé a přesné barvy. Například tri-fosfórové nebo multi-fosfórové lampy lze použít pro prezentaci ovoce, zeleniny, masa, květin, obrazů atd.
Lékařské osvětlení: Fosforový povlak může zlepšit viditelnost a diagnostiku lékařských stavů tím, že poskytuje vysokokvalitní a přirozeně vypadající světlo. Například multi-fosfórové lampy lze použít pro chirurgické procedury, stomatologické prohlídky, léčbu kůže atd.
Speciální osvětlení: Fosforový povlak může vytvářet různé efekty a funkce emitací různých barev nebo vlnových délek. Například černé světlo používá fosfory, které emitují UV záření, které může způsobit, že určité materiály září ve tmě. Germicidní lampy používají fosfory, které emitují UV-C záření, které může zabíjet bakterie a viry. Rostlinné lampy používají fosfory, které emitují červené a modré světlo, které může stimulovat růst rostlin.
Závěr
Fosforový povlak je zásadní součástí luminoforů, který převádí UV záření na viditelné světlo. Určuje barvu a kvalitu světla produkovaného lampou. Existuje různých typů fosforového povlaku, které lze použít pro různé aplikace a účely. Fosforový povlak může poskytnout energeticky efektivní a vysokovýkonné osvětlení pro různé potřeby a preference.
Poznámka: Respektujte původ, kvalitní články jsou hodné sdílení, pokud dojde k porušení autorských práv, prosím, kontaktujte nás pro odstranění.
