Luminiscencia: mecanismo y aplicación en fuentes de luz.

La luminiscencia es la luminiscencia de una sustancia que se produce en el proceso de convertir la energía absorbida por ella en radiación óptica. Este brillo no es causado directamente por el calentamiento de la sustancia.

El mecanismo del fenómeno está relacionado con el hecho de que, bajo la influencia de una fuente interna o externa, se excitan átomos, moléculas o cristales en una sustancia, que luego emite fotones.

Dependiendo de la duración de la luminiscencia así obtenida, que a su vez depende de la duración del estado excitado, se hace una distinción entre luminiscencia que decae rápidamente y de larga duración. El primero se llama fluorescencia, el segundo es fosforescencia.

Para que una sustancia brille, sus espectros deben ser discretos, es decir, los niveles de energía de los átomos deben estar separados entre sí por bandas de energía prohibidas. Por esta razón, los metales sólidos y líquidos que tienen un espectro de energía continuo no son luminiscentes en absoluto.

En los metales, la energía de excitación simplemente se convierte continuamente en calor.Y solo en el rango de onda corta los metales pueden experimentar fluorescencia de rayos X, es decir, bajo la acción de los rayos X, emiten rayos X secundarios.

Mecanismos de excitación de luminiscencia.

Existen diferentes mecanismos para la excitación de la luminiscencia, según los cuales existen varios tipos de luminiscencia:

• Fotoluminiscencia: excitada por la luz en los rangos visible y ultravioleta.

• Quimioluminiscencia: inducida por una reacción química.

• Catodoluminiscencia: excitada por rayos catódicos (electrones rápidos).

• La sonoluminiscencia se excita en un líquido mediante una onda de ultrasonido.

• Radioluminiscencia: excitada por radiación ionizante.

• La triboluminiscencia se excita al frotar, aplastar o separar fósforos (descargas eléctricas entre fragmentos cargados), y en este caso la luz de descarga excita la fotoluminiscencia.

• La bioluminiscencia es el resplandor de los organismos vivos, logrado por ellos de forma independiente o con la ayuda de otros participantes en simbiosis.

• Electroluminiscencia: excitada por una corriente eléctrica que pasa a través de un fósforo.

• La candoluminiscencia es un resplandor luminoso.

• La termoluminiscencia se excita al calentar una sustancia.

El uso de la luminiscencia en las fuentes de luz.

Las fuentes de luz luminiscentes son aquellas cuyo brillo se basa en el fenómeno de la luminiscencia. Por lo tanto, todas las lámparas de descarga de gas son fuentes de radiación fluorescentes y mixtas. En las lámparas fotoluminiscentes, el brillo es creado por un fósforo excitado por la emisión de una descarga eléctrica.

Los LED blancos generalmente se basan en cristal InGaN azul y fósforo amarillo.Los fósforos amarillos utilizados por la mayoría de los fabricantes son una modificación del granate de itrio-aluminio aleado con cerio trivalente.

El espectro de luminiscencia de este fósforo tiene una longitud de onda máxima característica en la región de 545 nm. La porción de onda larga del espectro domina la porción de onda corta. La modificación del fósforo con la adición de galio y gadolinio permite desplazar el máximo del espectro a la región fría (galio) oa la región cálida (gadolinio).

A juzgar por el espectro del fósforo utilizado en los LED Cree, además del granate de itrio y aluminio, se agrega al fósforo LED blanco un fósforo con una emisión máxima desplazada a la región roja.

En comparación con lámparas fluorescentesEl fósforo utilizado en los LED tiene una larga vida útil y el envejecimiento del fósforo está determinado principalmente por la temperatura. El fósforo generalmente se aplica directamente al cristal LED, que se calienta mucho. Otros factores que afectan al fósforo tienen un efecto menos pronunciado en su vida útil.

El envejecimiento del fósforo conduce no solo a una disminución en el brillo del LED, sino también a un cambio en la tonalidad de la luz resultante. Con un deterioro significativo del fósforo, el tono azul de la luminiscencia se vuelve claramente visible. Esto se debe a las propiedades cambiantes del fósforo y al hecho de que el espectro comienza a dominar la emisión interna del chip LED. Con la introducción de la tecnología de la capa aislada de fósforo, la influencia de la temperatura en la velocidad de su degradación disminuye.

Otras aplicaciones de la luminiscencia

La fotónica utiliza principalmente convertidores y fuentes de luz basadas en electroluminiscencia y fotoluminiscencia: LEDs, lámparas, láseres, recubrimientos luminiscentes, etc. — este es precisamente el campo en el que la luminiscencia se usa mucho.

Además, los espectros de luminiscencia ayudan a los científicos a estudiar la composición y estructura de las sustancias. Los métodos de luminiscencia permiten determinar el tamaño, la concentración y la distribución espacial de las nanopartículas, así como la vida útil de los estados excitados de los portadores de carga que no están en equilibrio en las estructuras de semiconductores.

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