Fosfor adalah istilah umum untuk sebarang zat yang boleh memancarkan cahaya apabila terdedah kepada radiasi atau medan elektrik. Ia berasal dari perkataan Greek “phosphoros”, yang bermaksud “penyala cahaya”. Fosfor biasanya adalah semikonduktor, yang mempunyai tiga zarah tenaga: zarah valensi, zarah konduksi, dan zarah terlarang.
Zarah valensi adalah tahap tenaga terendah di mana elektron biasa hadir. Zarah konduksi adalah tahap tenaga tertinggi di mana elektron boleh bergerak bebas. Zarah terlarang adalah jurang antara zarah valensi dan zarah konduksi, di mana tiada elektron boleh wujud.
Fosfor boleh diaktifkan dengan menambah impuriti atau dopan, yang mencipta tahap tenaga tambahan di dalam zarah terlarang. Tahap tenaga ini bertindak sebagai perangkap bagi elektron atau lubang (cas positif) yang dirangsang oleh radiasi atau medan elektrik. Apabila elektron atau lubang ini kembali ke keadaan asal mereka, mereka melepaskan tenaga sebagai foton cahaya.
Cara Lapisan Fosfor Menukar Radiasi UV Menjadi Cahaya yang Boleh Dilihat
Proses menukar radiasi UV menjadi cahaya yang boleh dilihat oleh lapisan fosfor dipanggil fluoresens. Fluoresens berlaku apabila atom atau molekul menyerap foton radiasi tinggi tenaga dan memancarkan foton radiasi rendah tenaga. Perbezaan tenaga antara foton yang diserap dan foton yang dipancarkan dilepaskan sebagai haba.
Gambar rajah berikut menggambarkan bagaimana fluoresens berfungsi dalam lapisan fosfor yang dibuat daripada sulfida seng (ZnS) yang didop dengan perak (Ag) sebagai aktivator.
Model Fosfor Sulfida Seng
A – B :- Loncatan Elektron
B – E :- Pemindahan Elektron
E – D :- Loncatan Elektron
D – C :- Loncatan Elektron
A – C :- Pemindahan Lubang
Foton radiasi UV dengan panjang gelombang 253.7 nm menyerang lapisan fosfor dan merangsang elektron dari atom sulfur (S) ke atom seng (Zn). Ini mencipta lubang positif di zarah valensi dan ion negatif (Zn^-) dengan elektron tambahan di zarah konduksi.
Elektron tambahan berpindah dari satu ion Zn^- ke ion lain melalui rangka kristal di zarah konduksi.
Sementara itu, lubang positif bergerak dari satu atom S ke atom lain di zarah valensi sehingga ia mencapai atom Ag, yang bertindak sebagai perangkap.
Atom Ag menangkap elektron dari ion Zn^- dekatnya dan menjadi neutral (Ag^0). Ini melepaskan foton cahaya yang boleh dilihat dengan panjang gelombang yang lebih panjang daripada foton UV.
Elektron dari atom Ag^0 melompat kembali ke atom S di mana lubang itu dicipta, menyelesaikan siklus tersebut.
Warna cahaya yang boleh dilihat bergantung pada perbezaan tenaga antara tahap perangkap Ag dan tahap Zn^-. Dopan yang berbeza boleh mencipta tahap perangkap yang berbeza dan oleh itu warna yang berbeza. Sebagai contoh, kuprum (Cu) boleh menghasilkan cahaya hijau, manggan (Mn) boleh menghasilkan cahaya oren, dan kadmiun (Cd) boleh menghasilkan cahaya merah.
Jenis dan Aplikasi Lapisan Fosfor
Terdapat banyak jenis lapisan fosfor yang boleh digunakan dalam lampu fluorsen, bergantung pada warna dan kualiti cahaya yang diinginkan. Beberapa jenis yang biasa adalah:
Halofosfat: Ini adalah campuran halofosfat kalsium (Ca5(PO4)3X) dan tungsten magnesium (MgWO4), di mana X boleh menjadi fluorin (F), klorin (Cl), atau bromin (Br). Ia menghasilkan cahaya putih dengan nada kuning atau biru, bergantung pada nisbah F ke Cl atau Br. Ia mempunyai indeks pengecoran warna yang rendah, yang bermaksud ia tidak dapat mencorak warna dengan tepat. Kecekapan lampu adalah kira-kira 60 hingga 75 lm/W.
Tri-fosfor: Ini adalah campuran tiga fosfor yang berbeza, setiap satu memancarkan warna primer merah, hijau, dan biru. Gabungan warna-warna ini menghasilkan cahaya putih dengan indeks pengecoran warna yang tinggi 80 hingga 90 dan kecekapan lampu kira-kira 80 hingga 100 lm/W. Lampu tri-fosfor lebih mahal daripada lampu halofosfat, tetapi mereka menawarkan kualiti warna dan kecekapan tenaga yang lebih baik.
Multi-fosfor: Ini adalah campuran empat atau lebih fosfor, setiap satu memancarkan warna yang berbeza dari spektrum yang boleh dilihat. Tujuannya adalah untuk mencipta taburan spektrum yang licin dan berterusan yang meniru cahaya siang alami. Lampu multi-fosfor mempunyai indeks pengecoran warna tertinggi lebih daripada 90 dan kecekapan lampu kira-kira 90 hingga 110 lm/W. Mereka juga merupakan jenis lampu fluorsen yang paling mahal, tetapi mereka memberikan prestasi warna dan keselesaan visual yang terbaik.
Lapisan fosfor boleh diterapkan dengan pelbagai cara, seperti dengan penyemprotan, pencelupan, atau pengendapan elektroforetik. Ketebalan dan keseragaman lapisan mempengaruhi output cahaya dan kualiti lampu. Lapisan fosfor juga boleh merosot seiring waktu akibat paparan kepada haba, kelembapan, dan radiasi UV, yang mengakibatkan penurunan kecerahan dan perubahan warna.
Lapisan fosfor digunakan secara meluas dalam pelbagai aplikasi yang memerlukan pencahayaan berkualiti tinggi dan berkesan tenaga, seperti:
Pencahayaan umum: Lapisan fosfor boleh menyediakan cahaya putih dengan suhu warna dan indeks pengecoran warna yang berbeza, bergantung pada keperluan dan preferensi pengguna. Sebagai contoh, cahaya putih hangat (2700 hingga 3000 K) sesuai untuk pengaturcaraan perumahan dan hospitaliti, manakala cahaya putih sejuk (4000 hingga 5000 K) lebih difavoritkan untuk pejabat dan ruang komersial.
Pencahayaan paparan: Lapisan fosfor boleh meningkatkan penampilan dan daya tarikan produk dan karya seni dengan menyediakan warna yang hidup dan tepat. Sebagai contoh, lampu tri-fosfor atau multi-fosfor boleh digunakan untuk memaparkan buah-buahan, sayur-sayuran, daging, bunga, lukisan, dll.
Pencahayaan perubatan: Lapisan fosfor boleh meningkatkan ketampakanan dan diagnosis keadaan perubatan dengan menyediakan cahaya berkualiti tinggi dan natural. Sebagai contoh, lampu multi-fosfor boleh digunakan untuk prosedur bedah, pemeriksaan gigi, rawatan kulit, dll.
Pencahayaan khas: Lapisan fosfor boleh mencipta pelbagai kesan dan fungsi dengan memancarkan warna atau panjang gelombang cahaya yang berbeza. Sebagai contoh, lampu sinar hitam menggunakan fosfor yang memancarkan radiasi UV yang boleh membuat bahan tertentu bersinar dalam kegelapan. Lampu germisidal menggunakan fosfor yang memancarkan radiasi UV-C yang boleh membunuh bakteria dan virus. Lampu pertumbuhan menggunakan fosfor yang memancarkan cahaya merah dan biru yang boleh merangsang pertumbuhan tanaman.
Kesimpulan
Lapisan fosfor adalah komponen penting lampu fluorsen yang menukar radiasi UV menjadi cahaya yang boleh dilihat. Ia menentukan warna dan kualiti cahaya yang dihasilkan oleh lampu. Terdapat pelbagai jenis lapisan fosfor yang boleh digunakan untuk pelbagai aplikasi dan tujuan. Lapisan fosfor boleh menyediakan penyelesaian pencahayaan yang berkesan tenaga dan berprestasi tinggi untuk pelbagai keperluan dan preferensi.
Pernyataan: Hormati asal, artikel yang baik berharga dikongsi, jika terdapat pelanggaran silakan hubungi untuk dihilangkan.
