Luminescência — mecanismo e aplicação em fontes de luz

Luminescência é a luminescência de uma substância que ocorre no processo de conversão da energia por ela absorvida em radiação óptica. Esse brilho não é causado diretamente pelo aquecimento da substância.

O mecanismo do fenômeno está relacionado ao fato de que, sob a influência de uma fonte interna ou externa, átomos, moléculas ou cristais são excitados em uma substância, que então emite fótons.

Dependendo da duração da luminescência assim obtida, que por sua vez depende do tempo de vida do estado excitado, é feita uma distinção entre luminescência de decaimento rápido e luminescência de longa duração. O primeiro é chamado de fluorescência, o segundo é fosforescência.

Para uma substância brilhar, seu espectro deve ser discreto, ou seja, os níveis de energia dos átomos devem estar separados entre si por bandas de energia proibidas. Por esta razão, metais sólidos e líquidos que possuem um espectro de energia contínuo não luminescem.

Nos metais, a energia de excitação é simplesmente continuamente convertida em calor.E somente na faixa de ondas curtas os metais podem experimentar a fluorescência dos raios X, ou seja, sob a ação dos raios X, eles emitem raios X secundários.

Mecanismos de excitação de luminescência

Existem diferentes mecanismos para a excitação da luminescência, segundo os quais existem vários tipos de luminescência:

• Fotoluminescência — excitada pela luz nas faixas visível e ultravioleta.

• Quimiluminescência - induzida por uma reação química.

• Catodoluminescência — excitada por raios catódicos (elétrons rápidos).

• A sonoluminescência é excitada em um líquido por uma onda de ultrassom.

• Radioluminescência — excitada por radiação ionizante.

• A triboluminescência é excitada pela fricção, esmagamento ou separação de fósforos (descargas elétricas entre fragmentos carregados) e, neste caso, a luz de descarga excita a fotoluminescência.

• A bioluminescência é o brilho dos organismos vivos, alcançado por eles de forma independente ou com a ajuda de outros participantes em simbiose.

• Eletroluminescência — excitada por uma corrente elétrica passada por um fósforo.

• Candoluminescência é um brilho luminoso.

• A termoluminescência é excitada pelo aquecimento de uma substância.

O uso de luminescência em fontes de luz

Fontes de luz luminescentes são aquelas cujo brilho é baseado no fenômeno da luminescência. Portanto, todas as lâmpadas de descarga de gás são fontes de radiação fluorescente e mista. Nas lâmpadas fotoluminescentes, o brilho é criado por um fósforo excitado pela emissão de uma descarga elétrica.

LEDs brancos são geralmente baseados em cristal InGaN azul e fósforo amarelo.Os fósforos amarelos usados ​​pela maioria dos fabricantes são uma modificação da granada de ítrio-alumínio ligada com cério trivalente.

O espectro de luminescência deste fósforo tem um comprimento de onda máximo característico na região de 545 nm. A porção de ondas longas do espectro domina a porção de ondas curtas. A modificação do fósforo com a adição de gálio e gadolínio permite deslocar o máximo do espectro para a região fria (gálio) ou para a região quente (gadolínio).

A julgar pelo espectro do fósforo usado nos LEDs Cree, além da granada de ítrio-alumínio, um fósforo com emissão máxima deslocada para a região vermelha é adicionado ao fósforo do LED branco.

Em comparação com lâmpadas fluorescentesO fósforo usado nos LEDs tem uma longa vida útil e o envelhecimento do fósforo é determinado principalmente pela temperatura. O fósforo geralmente é aplicado diretamente no cristal do LED, que fica muito quente. Outros fatores que afetam o fósforo têm um efeito menos pronunciado em sua vida útil.

O envelhecimento do fósforo leva não apenas a uma diminuição do brilho do LED, mas também a uma mudança na tonalidade da luz resultante. Com deterioração significativa do fósforo, a tonalidade azul da luminescência torna-se claramente visível. Isso se deve às propriedades mutáveis ​​do fósforo e ao fato de que o espectro começa a dominar a emissão interna do chip de LED. Com a introdução da tecnologia da camada isolada de fósforo, a influência da temperatura na velocidade de sua degradação diminui.

Outras aplicações de luminescência

A fotônica usa principalmente conversores e fontes de luz baseadas em eletroluminescência e fotoluminescência: LEDs, lâmpadas, lasers, revestimentos luminescentes, etc. — este é precisamente o campo em que a luminescência é amplamente utilizada.

Além disso, os espectros de luminescência ajudam os cientistas a estudar a composição e a estrutura das substâncias. Os métodos de luminescência permitem determinar o tamanho, a concentração e a distribuição espacial das nanopartículas, bem como o tempo de vida de estados excitados de portadores de carga fora do equilíbrio em estruturas semicondutoras.

Continuando este tópico:Emissores eletroluminescentes: dispositivo e princípio de operação, tipos