燐光体とは、放射線や電界にさらされると光を放出できる任意の物質の一般的な用語です。これはギリシャ語の「phosphoros」（光の運び手）に由来しています。燐光体は通常、バリエーションバンド、導電バンド、および禁帯という3つのエネルギーバンドを持つ半導体です。価電子帯、導電帯、および禁帯があります。
価電子帯は、電子が通常存在する最も低いエネルギー状態です。導電帯は、電子が自由に移動できる最も高いエネルギー状態です。禁帯は価電子帯と導電帯の間のギャップであり、ここには電子が存在できません。
燐光体は、不純物やドープ剤を添加することにより活性化することができます。これらの不純物やドープ剤は、禁帯内に追加のエネルギー状態を作り出します。これらのエネルギー状態は、放射線や電界によって励起された電子または正孔（正電荷）のトラップとして機能します。これらの電子または正孔が元の状態に戻るとき、光子としてエネルギーを放出します。
燐光体コーティングが紫外線を可視光に変換する仕組み
燐光体コーティングが紫外線を可視光に変換する過程は蛍光と呼ばれます。蛍光は、原子または分子が高エネルギーの放射線の光子を吸収し、低エネルギーの放射線の光子を放出するときに起こります。吸収された光子と放出された光子のエネルギー差は熱として散逸されます。
以下の図は、銀（Ag）をアクチベータとして添加した硫化亜鉛（ZnS）の燐光体コーティングでの蛍光の仕組みを示しています。
硫化亜鉛の燐光体モデル
A – B ：電子のジャンプ
B – E ：電子の移動
E – D ：電子のジャンプ
D – C ：電子のジャンプ
A – C ：正孔の移動
波長253.7 nmの紫外線光子が燐光体コーティングに当たると、硫黄（S）原子から亜鉛（Zn）原子へ電子が励起されます。これにより、価電子帯に正孔が生じ、導電帯に余分な電子を持つ負イオン（Zn^-）が生成されます。
余分な電子は、結晶格子を通じて導電帯内で一つのZn^-イオンから別のZn^-イオンへ移動します。
一方、正孔は価電子帯内で一つのS原子から別のS原子へ移動し、最終的にトラップとして働くAg原子に到達します。
Ag原子は近くのZn^-イオンから電子を取り込み、中性（Ag^0）になります。これにより、紫外線光子よりも長い波長の可視光が放出されます。
Ag^0原子からの電子は、正孔が作られたS原子に戻り、サイクルが完了します。
可視光の色は、AgトラップレベルとZn^-レベルとのエネルギー差によって決まります。異なるドープ剤は異なるトラップレベルを作り出し、異なる色を生成します。例えば、銅（Cu）は緑色の光を、マンガン（Mn）は橙色の光を、カドミウム（Cd）は赤色の光を生成します。
燐光体コーティングの種類と応用
蛍光灯に使用される燐光体コーティングには、多くの種類があり、求められる光の色と質によって異なります。いくつかの一般的なタイプは以下の通りです：
ハロホスファート：これはカルシウムハロホスファート（Ca5(PO4)3X）とマグネシウムタングステート（MgWO4）の混合物で、Xはフッ素（F）、塩素（Cl）、または臭素（Br）です。黄色か青みがかかった白色光を生成します。色の再現指数が低いため、色を正確に再現することはできません。ランプ効率は約60〜75 lm/Wです。
トリホスファート：これは赤、緑、青の三原色を発する3種類の燐光体の混合物です。これらの色の組み合わせにより、色の再現指数80〜90、ランプ効率約80〜100 lm/Wの白色光が生成されます。トリホスファートランプはハロホスファートランプよりも高価ですが、より良い色の品質とエネルギー効率を提供します。
マルチホスファート：これは可視スペクトル内の異なる色を発する4つ以上の燐光体の混合物です。自然光を模倣する滑らかで連続的なスペクトル分布を作成することを目指しています。マルチホスファートランプは、色の再現指数90以上、ランプ効率約90〜110 lm/Wで最高の色のパフォーマンスと視覚的快適性を提供します。これらは最も高価な蛍光灯ですが、最高の色の性能と視覚的快適性を提供します。
燐光体コーティングは、スプレー、浸漬、または電気泳動法などの方法で適用できます。コーティングの厚さと均一性は、ランプの光出力と品質に影響を与えます。熱、湿度、紫外線に曝露されることにより、燐光体コーティングは時間とともに劣化し、明るさが低下し、色が変化することがあります。
燐光体コーティングは、高品質かつエネルギー効率の高い照明が必要な様々な用途で広く使用されています。例えば：
一般照明：燐光体コーティングは、ユーザーのニーズや好みに応じて、異なる色温度と色の再現指数を持つ白色光を提供できます。例えば、暖かい白色光（2700〜3000 K）は住宅や宿泊施設に適しており、冷たい白色光（4000〜5000 K）はオフィスや商業スペースに好まれます。
ディスプレイ照明：燐光体コーティングは、鮮やかで正確な色を提供することで製品や芸術作品の外観と魅力を向上させることができます。例えば、トリホスファートまたはマルチホスファートランプは果物、野菜、肉、花、絵画などの展示に使用できます。
医療照明：燐光体コーティングは、高品質で自然な光を提供することで、医療条件の視認性和診断を改善することができます。例えば、マルチホスファートランプは外科手術、歯科検査、皮膚治療などに使用できます。
特殊照明：燐光体コーティングは、異なる色または波長の光を発することで様々な効果や機能を作り出すことができます。例えば、ブラックライトランプは暗闇で特定の材料を光らせることができる紫外線を発する燐光体を使用します。殺菌ランプは、バクテリアやウイルスを殺すことができるUV-C放射を発する燐光体を使用します。成長ランプは植物の成長を促進する赤と青の光を発する燐光体を使用します。
結論
燐光体コーティングは、紫外線を可視光に変換する蛍光灯の重要な構成要素です。それはランプによって生成される光の色と質を決定します。さまざまなアプリケーションと目的に使用できる異なる種類の燐光体コーティングがあります。燐光体コーティングは、様々なニーズと好みに対応するエネルギー効率の高い高性能な照明ソリューションを提供することができます。
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