फ्लोरेसेंट लैंप में फास्फर कोटिंग कैसे काम करती है

फॉस्फोर ऐसी किसी भी पदार्थ का सामान्य शब्द है जो विकिरण या विद्युत क्षेत्र के संपर्क में आने पर प्रकाश उत्पन्न कर सकता है। यह ग्रीक शब्द "फॉस्फोरोस" से लिया गया है, जिसका अर्थ "प्रकाश लाने वाला" है। फॉस्फोर आमतौर पर अर्धचालक होते हैं, जिनमें तीन ऊर्जा बैंड होते हैं: वैलेंस बैंड, चालन बैंड, और निषेधित बैंड।

वैलेंस बैंड वह सबसे कम ऊर्जा स्तर है जहाँ इलेक्ट्रॉन सामान्य रूप से मौजूद होते हैं। चालन बैंड वह सबसे ऊँचा ऊर्जा स्तर है जहाँ इलेक्ट्रॉन स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं। निषेधित बैंड वैलेंस और चालन बैंड के बीच का अंतर होता है, जहाँ कोई इलेक्ट्रॉन मौजूद नहीं हो सकता।

फॉस्फोर में खाद या डोपंट्स जोड़कर इसे सक्रिय किया जा सकता है, जो निषेधित बैंड के भीतर अतिरिक्त ऊर्जा स्तर बनाते हैं। ये ऊर्जा स्तर विकिरण या विद्युत क्षेत्र द्वारा उत्तेजित इलेक्ट्रॉन या होल (सकारात्मक आवेश) के लिए ट्रैप की तरह कार्य करते हैं। जब ये इलेक्ट्रॉन या होल अपनी मूल स्थिति में वापस आते हैं, तो वे प्रकाश के फोटॉन के रूप में ऊर्जा छोड़ देते हैं।

फॉस्फोर कोटिंग द्वारा UV विकिरण को दृश्य प्रकाश में परिवर्तित करना

फॉस्फोर कोटिंग द्वारा UV विकिरण को दृश्य प्रकाश में परिवर्तित करने की प्रक्रिया को फ्लोरेसेंस कहा जाता है। फ्लोरेसेंस तब होती है जब एक परमाणु या अणु उच्च ऊर्जा वाले विकिरण का एक फोटॉन अवशोषित करता है और निम्न ऊर्जा वाले विकिरण का एक फोटॉन उत्सर्जित करता है। अवशोषित और उत्सर्जित फोटॉन के बीच की ऊर्जा का अंतर ताप के रूप में निकल जाता है।

निम्न आरेख एक फ्लोरेसेंट लैंप में फ्लोरेसेंस की कार्यवाही को दर्शाता है, जिसमें जिंक सल्फाइड (ZnS) और एक एक्टिवेटर के रूप में चांदी (Ag) का उपयोग किया गया है।

जिंक सल्फाइड का फॉस्फोर मॉडल

A – B :- इलेक्ट्रॉन जंप

B – E :- इलेक्ट्रॉन विस्थापन

E – D :- इलेक्ट्रॉन जंप

D – C :- इलेक्ट्रॉन जंप

A – C :- होल विस्थापन

• 253.7 nm तरंगदैर्ध्य वाला एक UV विकिरण फॉस्फोर कोटिंग पर प्रहार करता है और एक सल्फर (S) परमाणु से एक जिंक (Zn) परमाणु तक एक इलेक्ट्रॉन को उत्तेजित करता है। इससे वैलेंस बैंड में एक सकारात्मक होल और चालन बैंड में एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन वाला एक ऋणात्मक आयन (Zn^-) बनता है।

• अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन Zn^- आयन से एक दूसरे Zn^- आयन तक क्रिस्टल जालक में चालन बैंड के माध्यम से विस्थापित होता है।

• इस बीच, सकारात्मक होल वैलेंस बैंड में एक S परमाणु से दूसरे S परमाणु तक चलता है जब तक यह एक Ag परमाणु तक नहीं पहुँचता, जो एक ट्रैप की तरह कार्य करता है।

• Ag परमाणु निकटवर्ती Zn^- आयन से इलेक्ट्रॉन को पकड़ लेता है और निष्क्रिय (Ag^0) हो जाता है। यह एक दृश्य प्रकाश का फोटॉन उत्सर्जित करता है, जिसकी तरंगदैर्ध्य UV फोटॉन से लंबी होती है।

• Ag^0 परमाणु से इलेक्ट्रॉन वह S परमाणु पर वापस जाता है जहाँ होल बना था, इस प्रकार चक्र पूरा होता है।

दृश्य प्रकाश का रंग Ag ट्रैप स्तर और Zn^- स्तर के बीच की ऊर्जा अंतर पर निर्भर करता है। विभिन्न डोपंट्स विभिन्न ट्रैप स्तर और इस प्रकार विभिन्न रंग बना सकते हैं। उदाहरण के लिए, तांबा (Cu) हरा प्रकाश, मैंगनीज (Mn) नारंगी प्रकाश, और कैडमियम (Cd) लाल प्रकाश उत्पन्न कर सकता है।

फॉस्फोर कोटिंग के प्रकार और अनुप्रयोग

फ्लोरेसेंट लैंप में उपयोग किए जाने वाले फॉस्फोर कोटिंग के कई प्रकार होते हैं, जो प्रकाश के रंग और गुणवत्ता पर निर्भर करते हैं। कुछ सामान्य प्रकार इस प्रकार हैं:

• हैलोफोस्फेट: यह कैल्शियम हैलोफोस्फेट (Ca5(PO4)3X) और मैग्नीशियम टंग्स्टेट (MgWO4) का मिश्रण होता है, जहाँ X फ्लोरीन (F), क्लोरीन (Cl), या ब्रोमीन (Br) हो सकता है। यह पीला या नीला टिंट वाला सफेद प्रकाश उत्पन्न करता है, जो F और Cl या Br के अनुपात पर निर्भर करता है। इसका रंग प्रस्तुतीकरण सूचकांक कम होता है, जिसका अर्थ है कि यह रंगों को सटीक रूप से प्रस्तुत नहीं कर सकता है। लैंप की दक्षता लगभग 60 से 75 lm/W होती है।

• ट्रिफोस्फोर: यह तीन अलग-अलग फॉस्फोर का मिश्रण होता है, जो लाल, हरा और नीला तीन प्राथमिक रंग उत्पन्न करते हैं। इन रंगों का संयोजन उच्च रंग प्रस्तुतीकरण सूचकांक 80 से 90 और लैंप की दक्षता लगभग 80 से 100 lm/W के साथ सफेद प्रकाश उत्पन्न करता है। ट्रिफोस्फोर लैंप हैलो