Fosfor to ogólny termin na każdy materiał, który może emitować światło pod wpływem promieniowania lub pola elektrycznego. Pochodzi od greckiego słowa „phosphoros”, co oznacza „nosiciel światła”. Fosfory są zazwyczaj półprzewodnikami, które mają trzy strefy energetyczne: strefę walencyjną, strefę przewodzącą i strefę zabronioną.
Strefa walencyjna to najniższy poziom energetyczny, gdzie elektrony są normalnie obecne. Strefa przewodząca to najwyższy poziom energetyczny, gdzie elektrony mogą swobodnie się poruszać. Strefa zabroniona to luka między strefą walencyjną a przewodzącą, gdzie żadne elektrony nie mogą istnieć.
Fosfory można aktywować dodając domieszki lub domieszcze, które tworzą dodatkowe poziomy energetyczne w strefie zabronionej. Te poziomy energetyczne działają jako pułapki dla elektronów lub dziur (ładunków dodatnich), które są pobudzone przez promieniowanie lub pola elektryczne. Gdy te elektrony lub dziury wracają do swoich pierwotnych stanów, uwalniają energię w postaci fotonów światła.
Jak warstwa fosforowa przekształca promieniowanie UV w widzialne światło
Proces przekształcania promieniowania UV w widzialne światło przez warstwę fosforową nazywany jest fluorescencją. Fluorescencja występuje, gdy atom lub cząsteczka absorbuje foton promieniowania o wysokiej energii i emituje foton promieniowania o niższej energii. Różnica energii między absorbowanym a emitowanym fotonem jest rozprasza się jako ciepło.
Poniższy diagram ilustruje, jak fluorescencja działa w warstwie fosforowej wykonanej z siarczanu cynku (ZnS) domieszczonego srebrem (Ag) jako aktywatorem.
Model fosforowy siarczanu cynku
A – B :- Skok elektronu
B – E :- Migracja elektronu
E – D :- Skok elektronu
D – C :- Skok elektronu
A – C :- Migracja dziury
Foton promieniowania UV o długości fali 253,7 nm uderza w warstwę fosforową i pobudza elektron z atomu siarki (S) do atomu cynku (Zn). Tworzy to dodatnią dziurę w strefie walencyjnej i ujemny jon (Zn^-) z dodatkowym elektronem w strefie przewodzącej.
Dodatkowy elektron migruje z jednego jonu Zn^- do drugiego przez krystaliczną sieć w strefie przewodzącej.
Tymczasem dodatnia dziura przenosi się z jednego atomu S do drugiego w strefie walencyjnej, aż dotrze do atomu Ag, który działa jako pułapka.
Atom Ag uchwytuje elektron z bliskiego jonu Zn^- i staje się neutralny (Ag^0). To uwalnia foton widzialnego światła o dłuższej długości fali niż foton UV.
Elektron z atomu Ag^0 skacze z powrotem do atomu S, gdzie została utworzona dziura, zamykając cykl.
Kolor widzialnego światła zależy od różnicy energetycznej między poziomem pułapki Ag a poziomem Zn^-. Różne domieszcze mogą tworzyć różne poziomy pułapek i tym samym różne kolory. Na przykład miedź (Cu) może produkować zielone światło, mangan (Mn) może produkować pomarańczowe światło, a rtęć (Cd) może produkować czerwone światło.
Typy i zastosowania warstwy fosforowej
Istnieje wiele typów warstwy fosforowej, które mogą być używane w lampach fluorescencyjnych, w zależności od pożądanego koloru i jakości światła. Niektóre popularne typy to:
Halofosfor: Jest to mieszanina chlorku kalcycznego (Ca5(PO4)3X) i wolframianu magnezu (MgWO4), gdzie X może być fluor (F), chlor (Cl) lub brom (Br). Produkuje białe światło z żółtawym lub niebieskim odcieniem, w zależności od proporcji F do Cl lub Br. Ma niski wskaźnik oddziaływania kolorystycznego, co oznacza, że nie renderuje kolorów dokładnie. Wydajność lampy wynosi około 60 do 75 lm/W.
Tri-fosfor: Jest to mieszanina trzech różnych fosforów, każdy emitujący podstawowy kolor: czerwony, zielony i niebieski. Połączenie tych kolorów tworzy białe światło o wysokim wskaźniku oddziaływania kolorystycznym 80 do 90 i wydajności lampy około 80 do 100 lm/W. Lampa tri-fosforowa jest droższa niż lampa halofosforowa, ale oferuje lepszą jakość koloru i efektywność energetyczną.
Multi-fosfor: Jest to mieszanina czterech lub więcej fosforów, każdy emitujący inny kolor widzialnego spektrum. Celem jest stworzenie gładkiego i ciągłego rozkładu spektralnego, który naśladuje naturalne światło dzienna. Lampy multi-fosforowe mają najwyższy wskaźnik oddziaływania kolorystycznego powyżej 90 i wydajność lampy około 90 do 110 lm/W. Są również najdroższym typem lamp fluorescencyjnych, ale zapewniają najlepszą wydajność kolorystyczną i komfort wizualny.
Warstwę fosforową można aplikować na różne sposoby, takie jak opryskiwanie, zanurzanie lub elektroforetyczne osadzanie. Grubość i jednolitość warstwy wpływają na wydajność świetlną i jakość lampy. Warstwa fosforowa może się degradować z czasem w wyniku narażenia na ciepło, wilgoć i promieniowanie UV, co prowadzi do zmniejszenia jasności i zmiany koloru.
Warstwa fosforowa jest szeroko stosowana w różnych zastosowaniach, które wymagają wysokiej jakości i energooszczędnego oświetlenia, takich jak:
Oświetlenie ogólne: Warstwa fosforowa może dostarczać białe światło o różnych temperaturach koloru i wskaźnikach oddziaływania kolorystycznego, w zależności od potrzeb i preferencji użytkowników. Na przykład ciepłe białe światło (2700 do 3000 K) jest odpowiednie dla lokali mieszkalnych i gościnnych, podczas gdy zimne białe światło (4000 do 5000 K) jest preferowane w biurach i przestrzeniach handlowych.
Oświetlenie ekspozycyjne: Warstwa fosforowa może podkreślić atrakcyjność produktów i dzieł sztuki, dostarczając żywe i dokładne kolory. Na przykład lampy tri-fosforowe lub multi-fosforowe mogą być używane do wyświetlenia owoców, warzyw, mięs, kwiatów, obrazów itp.
Oświetlenie medyczne: Warstwa fosforowa może poprawić widoczność i diagnozę stanów medycznych, dostarczając wysokiej jakości i naturalnego wyglądu światła. Na przykład lampy multi-fosforowe mogą być używane podczas operacji chirurgicznych, badań stomatologicznych, leczenia skóry itp.
Specjalistyczne oświetlenie: Warstwa fosforowa może tworzyć różne efekty i funkcje, emitując różne kolory lub długości fal światła. Na przykład lampy ultrafioletowe używają fosforów, które emitują promieniowanie UV, które może sprawić, że niektóre materiały świecą w ciemności. Lampa bakteriobójcza używa fosforów, które emitują promieniowanie UV-C, które może zabić bakterie i wirusy. Lampa do wzrostu roślin używa fosforów, które emitują czerwone i niebieskie światło, które może stymulować wzrost roślin.
Podsumowanie
Warstwa fosforowa to kluczowy element lamp fluorescencyjnych, który przekształca promieniowanie UV w widzialne światło. Określa kolor i jakość światła produkowanego przez lampę. Istnieje wiele typów warstwy fosforowej, które mogą być używane do różnych zastosowań i celów. Warstwa fosforowa może dostarczać energooszczędne i wysokowydajne rozwiązania oświetleniowe dla różnych potrzeb i preferencji.
Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły warto udostępniać, w przypadku naruszenia praw autorskich prosimy o kontakt.
