Неорганические люминофоры - Казгикин О.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Следует отметить, что энергия, поглощенная другими примесями в решетке, может передаваться активатору, например в том случае, если спектр излучения примеси совпадает со спектром поглощения активатора.
Помимо рассмотренной классической модели процесса люминесценции [1—3] следует остановиться на модели, предложенной Пренером и Вильямсом [4]. Согласно этой модели (рис. IV.2), основной уровень I располагается вблизи валентной полосы, а возбужденный уровень 77 — ниже зоны проводимости.
После возбуждения светом и образования электронов и дырок для уровня / более вероятен захват электрона из полосы проводимости, а для уровня // — захват дырки из валентной полосы. Люминесценция возникает в результате перехода электрона с уровня 77 на уровень /. Такая модель называется д о -норно-акцепторной; ее применяют в ряде случаев для объяснения процессов люминесценции. В люминофоре 2пБ -Си, согласно этой модели, медь создает акцепторный уровень, а хлор — донорный.
Для характеристических люминофоров, когда электронные переходы совершаются внутри самого центра свечения, энергетическое состояние центра и его свойства могут быть описаны двухмерной энергетической моделью. В этом случае невозбужденное состояние центра описывается потенциальной кривой аг (рис. IV.3), показывающей зависимость его энергии от конфигурационного параметра, который в случае двухатомной молекулы есть расстояние между двумя ядрами. Кривая а2 характеризует возбужденное состояние. Точки Е10 и Е20 принадлежат невозбужденному и возбужденному состояниям центра при 0К, а горизонтальные отрезки соответствуют температуре выше нуля, когда ядра совершают колебания относительно положения равновесия. Возбуждение системы на рис. IV.3 опишется переходом Е10 Е2. Переход в равновесное состояние Е20 сопровождается передачей части энергии
* При поглощении света возможно также возбуждение электрона валентной зоны, при котором он не переходит в зону проводимости, а образует с дыркой связанную систему, получившей название экситона.
Рис. IV. 1. Зонная схема для люминофоров полупроводникового типа.
74
в виде ф о н о н о в решетке, а излучение описывается переходом ?20-*-?1.При этом: Е2—Е10^> Е20—Ех. Последнее характеризует стоксовские потери, обусловливающие смещение спектра излучения в длинноволновую область по отношению к спектру поглощения (см. стр. 8).
Если температура настолько велика, что в возбужденном состоянии система оказывается вблизи точки пересечения кривых С, то она может спуститься по кривой а без излучения. Такое тушение, прикотором
Излучение
Рис. IV.2. Зонная схема по Пренеру и Вильямсу.
Е
Рис. IV.3. Двухмерная энергетическая модель для характеристических люминофоров.
поглощенная энергия внутри центра превращается в тепло, называется внутренним.
Однокоординатная модель центра позволяет в ряде случаев объяснить форму спектров поглощения и излучения и ее зависимость от температуры.
1У.2. ЛЮМИНОФОРЫ ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП
Требования, предъявляемые к люминофорам
Люминесцентное освещение — наиболее широкая область применения люминофоров [5—9]. Поэтому их производство для люминесцентных ламп является самым крупнотоннажным: на его долю приходится —90% от всего количества производящихся люминофоров.
, Основное требование, предъявляемое к люминофорам этого класса — высокая эффективность преобразования ультрафиолетовой энергии ртутного разряда в видимую световую энергию. Этому требованию отвечают люминофоры с внутрицентровым механизмом люминесценции. Квантовый выход У лучших люминофоров такого типа близок к 100%, что позволяет, например на основе галофосфатных люминофоров, выпускать люминесцентные лампы со светоотдачей 80 лм/Вт (у ламп накаливания максимальная светоотдача составляет 25 лм/Вт).
Преимущество люминесцентных источников света состоит, кроме того, еще и в возможности изменять спектральный состав излучения путем Применения люминофоров (или их смесей) с различным цветом свечения. Одно из основных требований при этом — приближение распределения энергии в спектре излучения этих ламп к распределению энергии в спектре дневного света, особенно в тех случаях, когда требуется правильная цветопередача.
Тип ламп— низкого или высокого давления — определяет тип используемых в них люминофоров.
Лампы низкого давления
Люминесцентная лампа низкого давления (рис. IV.4) — это Полый стеклянный цилиндр, на внутреннюю поверхность которого нанесен люминофор. В оба конца цилиндра впаяны электроды — обычно биспирали Из вольфрамовой проволоки, покрытые тонким слоем окислов щелочноземельных
75
металлов, обладающих хорошей электронной эмиссией. После откачки и обезгаживания в лампу вводят небольшое количество ртути, затем ее заполняют аргоном. В процессе газового разряда происходит возбуждение атомов ртути. По данным Фабриканта и Бутаевой [10], для возбуждения люминофора в лампах низкого давления основное значение имеют линии излучения ртути с Я = 254 и Я = 185 нм. Люминофорный слой поглощает энергию излучения ртути и излучает в требуемой области спектра.
Люминофоры для люминесцентных ламп низкого давления должны обладать следующими свойствами:
