การเรืองแสง — กลไกและการประยุกต์ใช้ในแหล่งกำเนิดแสง

การเรืองแสงคือการเรืองแสงของสารที่เกิดขึ้นในกระบวนการเปลี่ยนพลังงานที่ดูดซับไว้เป็นรังสีออปติก การเรืองแสงนี้ไม่ได้เกิดจากการให้ความร้อนแก่สารโดยตรง

กลไกของปรากฏการณ์นี้เกี่ยวข้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าภายใต้อิทธิพลของแหล่งกำเนิดภายในหรือภายนอก อะตอม โมเลกุล หรือผลึกถูกกระตุ้นในสาร ซึ่งจะปล่อยโฟตอนออกมา

ขึ้นอยู่กับระยะเวลาของการเรืองแสงที่ได้รับ ซึ่งจะขึ้นอยู่กับอายุการใช้งานของสถานะที่ถูกกระตุ้น ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างการเรืองแสงที่สลายตัวอย่างรวดเร็วและการเรืองแสงที่ยาวนาน อันแรกเรียกว่าฟลูออเรสเซนต์ อันที่สองคือฟอสฟอเรสเซนต์

เพื่อให้สสารเรืองแสงได้ สเปกตรัมของสสารจะต้องไม่ต่อเนื่อง นั่นคือระดับพลังงานของอะตอมต้องแยกออกจากกันด้วยแถบพลังงานต้องห้าม ด้วยเหตุผลนี้ โลหะที่เป็นของแข็งและของเหลวที่มีสเปกตรัมของพลังงานที่ต่อเนื่องกันจะไม่เรืองแสงเลย

ในโลหะ พลังงานกระตุ้นจะเปลี่ยนเป็นความร้อนอย่างต่อเนื่องและเฉพาะในช่วงคลื่นสั้นเท่านั้นที่โลหะสามารถสัมผัสการเรืองแสงของรังสีเอกซ์ได้ นั่นคือ ภายใต้การกระทำของรังสีเอกซ์ พวกมันปล่อยรังสีเอกซ์ทุติยภูมิออกมา

กลไกกระตุ้นการเรืองแสง

มีกลไกที่แตกต่างกันสำหรับการกระตุ้นการเรืองแสงซึ่งมีการเรืองแสงหลายประเภท:

• โฟโตลูมิเนสเซนซ์ — ตื่นเต้นกับแสงในช่วงที่มองเห็นได้และช่วงอัลตราไวโอเลต

• Chemiluminescence — เกิดจากปฏิกิริยาเคมี

• Cathodoluminescence — ตื่นเต้นด้วยรังสีแคโทด (อิเล็กตรอนเร็ว)

• โซโนลูมิเนสเซนส์ตื่นเต้นในของเหลวด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์

• Radioluminescence — ตื่นเต้นด้วยรังสีไอออไนซ์

• ไทรโบลูมิเนสเซนส์ถูกกระตุ้นโดยการถู บด หรือแยกสารเรืองแสง (การคายประจุไฟฟ้าระหว่างชิ้นส่วนที่มีประจุ) และในกรณีนี้ แสงที่ปล่อยออกมาจะกระตุ้นโฟโตลูมิเนสเซน

• การเรืองแสงจากสิ่งมีชีวิตคือการเรืองแสงของสิ่งมีชีวิต ซึ่งทำได้โดยอิสระหรือด้วยความช่วยเหลือจากผู้เข้าร่วมอื่น ๆ ในการอยู่ร่วมกัน

• อิเล็กโทรลูมิเนสเซนซ์ — ตื่นเต้นด้วยกระแสไฟฟ้าที่ส่งผ่านสารเรืองแสง

• แคนโดลูมิเนสเซนส์เป็นแสงที่ส่องสว่าง

• เทอร์โมลูมิเนสเซนซ์ถูกทำให้ตื่นเต้นโดยการทำให้สารร้อนขึ้น

การใช้สารเรืองแสงในแหล่งกำเนิดแสง

แหล่งกำเนิดแสงเรืองแสงคือแหล่งกำเนิดแสงที่เรืองแสงตามปรากฏการณ์ของการเรืองแสง ดังนั้นหลอดปล่อยก๊าซทั้งหมดจึงเป็นแหล่งกำเนิดรังสีแบบเรืองแสงและแบบผสม ในหลอดโฟโตลูมิเนสเซนต์ การเรืองแสงถูกสร้างขึ้นโดยสารเรืองแสงที่กระตุ้นโดยการปล่อยประจุไฟฟ้า

ไฟ LED สีขาวมักจะใช้คริสตัล InGaN สีน้ำเงินและสารเรืองแสงสีเหลืองสารเรืองแสงสีเหลืองที่ผู้ผลิตส่วนใหญ่ใช้เป็นการดัดแปลงโกเมนอิตเทรียม-อะลูมิเนียมที่เจือด้วยไตรวาเลนต์ซีเรียม

สเปกตรัมการเรืองแสงของสารเรืองแสงนี้มีความยาวคลื่นสูงสุดที่มีลักษณะเฉพาะในบริเวณ 545 นาโนเมตร ส่วนคลื่นยาวของสเปกตรัมจะครอบงำส่วนคลื่นสั้น การดัดแปลงสารเรืองแสงด้วยการเติมแกลเลียมและแกโดลิเนียมทำให้สามารถเปลี่ยนสเปกตรัมสูงสุดไปยังพื้นที่เย็น (แกลเลียม) หรือไปยังพื้นที่อบอุ่น (แกโดลิเนียม)

เมื่อพิจารณาจากสเปกตรัมของฟอสเฟอร์ที่ใช้ใน Cree LED นอกเหนือจากโกเมนอิตเทรียม-อะลูมิเนียมแล้ว ฟอสเฟอร์ที่มีการปล่อยสูงสุดจะเปลี่ยนเป็นบริเวณสีแดงจะถูกเพิ่มลงในฟอสเฟอร์ LED สีขาว

ในการเปรียบเทียบ ด้วยหลอดฟลูออเรสเซนต์สารเรืองแสงที่ใช้ในหลอด LED มีอายุการใช้งานยาวนาน และการเสื่อมสภาพของสารเรืองแสงจะพิจารณาจากอุณหภูมิเป็นหลัก โดยปกติแล้วสารเรืองแสงจะถูกนำไปใช้โดยตรงกับคริสตัล LED ซึ่งจะร้อนมาก ปัจจัยอื่นๆ ที่มีผลต่อฟอสฟอรัสมีผลน้อยกว่าต่ออายุการใช้งาน

อายุของสารเรืองแสงไม่เพียงทำให้ความสว่างของ LED ลดลง แต่ยังทำให้เฉดสีของแสงที่เปลี่ยนไปเปลี่ยนไปด้วย ด้วยการเสื่อมสภาพของสารเรืองแสงอย่างมีนัยสำคัญ เฉดสีฟ้าของการเรืองแสงจะมองเห็นได้ชัดเจน นี่เป็นเพราะคุณสมบัติที่เปลี่ยนไปของสารเรืองแสงและความจริงที่ว่าสเปกตรัมเริ่มมีอิทธิพลเหนือการปล่อยแสงภายในของชิป LED ด้วยการแนะนำเทคโนโลยีของชั้นฟอสฟอรัสที่แยกได้ อิทธิพลของอุณหภูมิต่ออัตราการย่อยสลายจะลดลง

การใช้งานอื่น ๆ ของการเรืองแสง

โฟโตนิกส์ส่วนใหญ่ใช้คอนเวอร์เตอร์และแหล่งกำเนิดแสงตามอิเล็กโทรลูมิเนสเซนซ์และโฟโตลูมิเนสเซนซ์: ไฟ LED, โคมไฟ, เลเซอร์, สารเคลือบเรืองแสง ฯลฯ — นี่คือฟิลด์ที่ใช้การเรืองแสงกันอย่างแพร่หลายมาก

นอกจากนี้ ลูมิเนสเซนซ์สเปกตรัมยังช่วยนักวิทยาศาสตร์ในการศึกษาองค์ประกอบและโครงสร้างของสสาร วิธีการเรืองแสงทำให้สามารถระบุขนาด ความเข้มข้น และการกระจายเชิงพื้นที่ของอนุภาคนาโน ตลอดจนอายุการใช้งานของสภาวะตื่นเต้นของตัวพาประจุที่ไม่สมดุลในโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์

ดำเนินการต่อหัวข้อนี้:Electroluminescent emitters: อุปกรณ์และหลักการทำงาน ประเภท