fosfor - Phosphor

fosforesans örneği

tek renkli monitör

Diyafram ızgarası CRT fosforları

Bir fosfor sergileyen bir maddedir olgu arasında lüminesans ; bir tür radyan enerjiye maruz kaldığında ışık yayar . Terimi, hem kullanılan floresan veya fosforesan maruz kaldığında parlayan maddeler , ultraviyole veya görünür ışık ve cathodoluminescent bir çarptığı zaman kızdırma maddelerin elektron ışını ( katot ışınları a) katod ışını tüpü .

Bir fosfor radyasyona maruz kaldığında , moleküllerindeki yörünge elektronları daha yüksek bir enerji seviyesine uyarılır ; eski seviyelerine döndüklerinde belli bir rengin ışığı olarak enerjiyi yayarlar. Fosforlar iki kategoriye ayrılabilir: Enerjiyi hemen yayan ve uyarıcı radyasyon kapatıldığında parlamayı durduran floresan maddeler ve bir gecikmeden sonra enerjiyi yayan, böylece radyasyon kapatıldıktan sonra parlamaya devam eden, içinde bozunan fosforesan maddeler. milisaniye ila gün arasında bir süre boyunca parlaklık.

Floresan malzemeler, fosforun sürekli olarak uyarıldığı uygulamalarda kullanılır: katot ışın tüpleri (CRT) ve plazma video görüntüleme ekranları, floroskop ekranları , floresan ışıklar , sintilasyon sensörleri ve beyaz LED'ler ve siyah ışık sanatı için parlak boyalar . Fosforlu malzemeler, karanlıkta parlayan saat yüzleri ve uçak aletleri gibi kalıcı bir ışığın gerekli olduğu yerlerde ve radar ışını döndükçe hedef "yan işaretleri"nin görünür kalmasını sağlamak için radar ekranlarında kullanılır . CRT fosforları, II. Dünya Savaşı'ndan başlayarak standardize edildi ve "P" harfi ve ardından bir sayı ile belirlendi.

Fosforların adlandırıldığı ışık yayan kimyasal element olan fosfor, fosforesans değil kemilüminesans nedeniyle ışık yayar .

Işık emisyon süreci

Jablonski diyagramı , bir fosfordaki floresan atomdaki enerji seviyelerini gösterir. Fosfordaki bir elektron , uygulanan radyasyondan yüksek enerjili bir fotonu emerek onu daha yüksek bir enerji düzeyine çıkarır. Işınımsız geçişlerde bir miktar enerji kaybettikten sonra, sonunda, görünür ışık bölgesinde daha düşük enerjili bir foton yayarak, floresan ile temel durum enerji seviyesine geri döner.

İnorganik malzemelerdeki sintilasyon işlemi , kristallerde bulunan elektronik bant yapısından kaynaklanmaktadır . Gelen bir parçacık bir elektron uyarabilir valans birine iletim bandı veya ekskiton bant (bir ile sadece iletim bandı altında yer alan ve valans ayrılmış enerji boşluğu ). Bu , değerlik bandında arkasında ilişkili bir delik bırakır . Kirlilikler yasak aralıkta elektronik seviyeler oluşturur . Eksitonlar, safsızlık merkezleri tarafından bir bütün olarak yakalanana kadar kristal kafes boyunca dolaşan gevşek bağlı elektron-delik çiftleridir . İkincisi daha sonra sintilasyon ışığı yayarak (hızlı bileşen) hızla uyarılır. İnorganik sintilatörler durumunda , aktivatör safsızlıkları tipik olarak, yayılan ışık, fotoçoğaltıcıların etkili olduğu görünür aralıkta veya UV'ye yakın olacak şekilde seçilir . İletim bandındaki elektronlarla ilişkili delikler, ikincisinden bağımsızdır. Bu delikler ve elektronlar , eksitonlar tarafından erişilemeyen belirli yarı kararlı durumları uyaran safsızlık merkezleri tarafından art arda yakalanır . Düşük olasılıklı yasak mekanizmaya güvenerek yavaşlayan bu yarı kararlı safsızlık durumlarının gecikmeli de-eksitasyonu yine ışık emisyonu (yavaş bileşen) ile sonuçlanır.

Fosforlar genellikle geçiş metali bileşikleri veya çeşitli türlerde nadir toprak bileşikleridir. İnorganik fosforlarda, kristal yapıdaki bu homojensizlikler genellikle eser miktarda katkı maddelerinin , aktivatör adı verilen safsızlıkların eklenmesiyle oluşturulur . (Nadir durumlarda, dislokasyonlar veya diğer kristal kusurları , safsızlığın rolünü oynayabilir.) Emisyon merkezi tarafından yayılan dalga boyu, atomun kendisine ve çevreleyen kristal yapıya bağlıdır.

Malzemeler

Fosforlar genellikle ilave bir aktivatör ile uygun bir konakçı malzemeden yapılır . En iyi bilinen tip, bakırla aktifleştirilen çinko sülfür (ZnS) ve gümüşle aktifleştirilen çinko sülfürdür ( çinko sülfür gümüş ).

Ve sahibi malzeme, tipik olarak oksitler , nitritler ve oksinitrür, sülfürler , selenitler , halojenürler veya silikatlar arasında çinko , kadmiyum , manganez , alüminyum , silikon , ya da çeşitli nadir toprak metalleri . Aktivatörler, emisyon süresini uzatır (parlama sonrası). Buna karşılık, fosfor emisyon özelliklerinin bozunma kısmını kısaltmak ve art ışımayı söndürmek için diğer malzemeler ( nikel gibi ) kullanılabilir.

Birçok fosfor tozu, sol-jel gibi düşük sıcaklıklı işlemlerde üretilir ve genellikle, birçok uygulama için istenmeyen ~1000 °C sıcaklıklarda sonradan tavlama gerektirir. Bununla birlikte, büyüme sürecinin uygun şekilde optimize edilmesi, üreticilerin tavlamadan kaçınmasını sağlar.

Floresan lambalar için kullanılan fosforlar, belirli fosfora bağlı olarak değişen ayrıntılarla birlikte çok aşamalı bir üretim süreci gerektirir. Büyük parçacıklar düşük kaliteli bir lamba kaplaması ürettiğinden ve küçük parçacıklar daha az ışık ürettiğinden ve daha hızlı bozulduğundan, istenen parçacık boyutu aralığını elde etmek için dökme malzeme öğütülmelidir. Fosforun ateşlenmesi sırasında, fosfor aktivatörlerinin oksidasyonunu veya proses kaplarından kontaminasyonu önlemek için proses koşulları kontrol edilmelidir . Öğütmeden sonra fosfor, aktivatör elemanlarının çok az fazlasını çıkarmak için yıkanabilir. İşleme sırasında uçucu unsurların dışarı çıkmasına izin verilmemelidir. Lamba üreticileri , eskiden kullanılan berilyum , kadmiyum veya talyum gibi bazı toksik elementleri ortadan kaldırmak için fosfor bileşimlerini değiştirdiler .

Fosfor için genel olarak kabul edilen parametreler dalga boyu (nanometre ya da seçenek olarak emisyon maksimumunun renk sıcaklığı olarak Kelvin beyaz harmanlar için), (tepe genişliği nanometre yoğunluk% 50), ve (in sönüm süresi saniye ).

Örnekler:

• Kalsiyum sülfat ile stronsiyum sülfat ile bizmut aktivatör olarak, (Sr, Ca,) S: Bi , 12 saat ışıma kez mavi ışık kadar verir, kırmızı ve turuncu çinko sülfür, formül modifikasyonlarıdır. Kırmızı renk stronsiyum sülfürden elde edilebilir.
• Yaklaşık 5 ppm bakır aktivatörlü çinko sülfür , karanlıkta parlayan oyuncaklar ve eşyalar için en yaygın fosfordur. GS fosforu olarak da adlandırılır .
• Çinko sülfür ve kadmiyum sülfür karışımı, oranlarına göre renk verir; CdS içeriğinin artması çıktı rengini daha uzun dalga boylarına doğru kaydırır; kalıcılığı 1-10 saat arasında değişmektedir.
• Europium tarafından aktive edilen stronsiyum alüminat , SrAl ₂ O ₄ :Eu(II):Dy(III), 1993 yılında Nemoto & Co. mühendisi Yasumitsu Aoki tarafından geliştirilmiş, daha yüksek parlaklık ve önemli ölçüde daha uzun parlaklık kalıcılığına sahip bir malzemedir; yeşilin en yüksek parlaklığı ve aqua'nın en uzun parlama süresini verdiği yeşil ve aqua tonlarını üretir. SrAl ₂ O ₄ :Eu:Dy, ZnS:Cu'dan yaklaşık 10 kat daha parlak, 10 kat daha uzun parlama ve 10 kat daha pahalıdır. Stronsiyum alüminat için uyarma dalga boyları 200 ila 450 nm arasındadır. Yeşil formülasyonunun dalga boyu 520 nm'dir, mavi-yeşil versiyonu 505 nm'de yayar ve mavi olan 490 nm'de yayar. Bir miktar parlaklık kaybı pahasına stronsiyum alüminattan daha uzun dalga boylarına sahip renkler de elde edilebilir.

fosfor bozulması

Birçok fosfor, çeşitli mekanizmalarla kademeli olarak etkinliğini kaybetme eğilimindedir. Aktivatörler, değerlik değişimine (genellikle oksidasyon ) uğrayabilir , kristal kafes bozulur, atomlar - genellikle aktivatörler - malzeme boyunca yayılır, yüzey çevre ile kimyasal reaksiyonlara girer ve bunun sonucunda verim kaybı veya uyarıcıyı emen bir tabaka birikmesi oluşur. veya yayılan enerji, vb.

Elektrolüminesan cihazların bozulması, sürüş akımının frekansına, parlaklık düzeyine ve sıcaklığa bağlıdır; nem fosforun ömrünü de çok belirgin şekilde bozar.

Daha sert, yüksek oranda eriyen, suda çözünmeyen malzemeler, çalışma sırasında lüminesansı kaybetme eğilimi daha düşüktür.

Örnekler:

• Plazma göstergeli bir fosfor olan BaMgAl ₁₀ O ₁₇ :Eu ²⁺ (BAM), pişirme sırasında katkı maddesinin oksidasyonuna uğrar. Üç mekanizma söz konusudur; oksijen atomlarının kristal yüzeyindeki oksijen boşluklarına absorpsiyonu , iletken tabaka boyunca Eu(II)'nin difüzyonu ve Eu(II)'den absorplanan oksijen atomlarına elektron transferi , buna karşılık gelen emisyon kaybıyla birlikte Eu(III) oluşumuna yol açar. Alüminyum fosfat veya lantan (III) fosfatın ince kaplaması , fosfor verimliliğini düşürme maliyeti için oksijenin BAM fosforuna erişimini engelleyen bir bariyer tabakası oluşturmada etkilidir. İlavesi , hidrojen , bir şekilde hareket eden bir indirgeyici madde ile, argon Eu: plazma ekranlar önemli ölçüde BAM ömrünü uzatır ²⁺ Eu (III) atomu Eu (II) ila geri azaltarak, fosfor.
• Y ₂ O ₃ : Oksijen varlığında elektron bombardımanı altındaki Eu fosforları, yüzeyde elektron-boşluk çiftlerinin yüzey durumları aracılığıyla ışınımsız bir şekilde yeniden birleştiği , fosforlu olmayan bir tabaka oluşturur .
• AC ince film elektrominesans (ACTFEL) cihazlarında kullanılan ZnS:Mn, esas olarak su moleküllerinin katkı maddesi ile reaksiyona girmesiyle derin seviye tuzaklarının oluşması nedeniyle bozunur ; tuzaklar ışınımsal olmayan rekombinasyon için merkezler olarak hareket eder. Tuzaklar ayrıca kristal kafese de zarar verir . Fosfor yaşlanması, parlaklığın azalmasına ve eşik voltajının yükselmesine neden olur.
• İçinde ZnS tabanlı fosforlar CRT ve federaller yüzey uyarma, Coulomb hasar kadar inşa elektrik şarjı ve termik söndürmeye yok olurlar. Yüzeyin elektronla uyarılan reaksiyonları, parlaklık kaybıyla doğrudan ilişkilidir. Elektronlar ortamdaki yabancı maddeleri ayrıştırır, reaktif oksijen türleri daha sonra yüzeye saldırır ve eser miktarda karbon içeren karbon monoksit ve karbon dioksit ve yüzeyde ışıma yapmayan çinko oksit ve çinko sülfat oluşturur ; Reaktif hidrojen kaldırır kükürt olarak yüzeyden hidrojen sülfit metalik ışınımsız tabakanın oluşturulması, çinko . Kükürt, kükürt oksitler olarak da çıkarılabilir .
• ZnS ve CdS fosforları, yakalanan elektronlar tarafından metal iyonlarının indirgenmesiyle bozunur. M ^{+ 2} iyonları M indirgenir ⁺ ; iki M ⁺ daha sonra bir elektron değiştirir ve bir M ²⁺ ve bir nötr M atomu olur. İndirgenmiş metal, fosfor tabakasının görünür bir koyulaşması olarak gözlemlenebilir. Kararma (ve parlaklık kaybı), fosforun elektronlara maruz kalmasıyla orantılıdır ve uzun süreler boyunca aynı görüntüyü (örneğin bir terminal oturum açma ekranı) gösteren bazı CRT ekranlarında gözlemlenebilir.
• Europium(II) katkılı alkali toprak alüminatlar renk merkezlerinin oluşumuyla bozunurlar .
• Y
  ₂SiO
  ₅:Ce ³⁺ , ışıldayan Ce ³⁺ iyonlarının kaybıyla bozunur .
• çinko
  ₂SiO
  ₄:Mn (P1) elektron bombardımanı altında oksijenin desorpsiyonuyla bozunur.
• Oksit fosforlar, fosfor sentezinden akının tam olarak uzaklaştırılmasından geriye kalan , florür iyonlarının varlığında hızla bozunabilir .
• Gevşek bir şekilde paketlenmiş fosforlar, örneğin fazla miktarda silika jel (potasyum silikat bağlayıcıdan oluşur) mevcut olduğunda, zayıf termal iletkenlik nedeniyle yerel olarak aşırı ısınma eğilimi gösterir. Ör. InBO
  ₃:Tb ³⁺ , daha yüksek sıcaklıklarda hızlandırılmış bozunmaya tabidir.

Uygulamalar

Aydınlatma

Fosfor katmanları, floresan lambaların ürettiği ışığın çoğunu sağlar ve ayrıca metal halide lambaların ürettiği ışık dengesini iyileştirmek için kullanılır . Çeşitli neon tabelalar , farklı ışık renkleri üretmek için fosfor katmanlarını kullanır. Örneğin uçak gösterge panellerinde bulunan elektrominesanslı ekranlar , parlamayan aydınlatma veya sayısal ve grafik görüntüleme cihazları olarak bir fosfor tabakası kullanır. Beyaz LED lambalar, daha uzun dalga boylarında yayan ve tam bir görünür ışık spektrumu veren fosfor kaplamalı mavi veya ultraviyole yayıcıdan oluşur. Odaklanmamış ve sapmamış katot ışın tüpleri 1958'den beri stroboskop lambaları olarak kullanılmaktadır .

fosfor termometresi

Fosfor termometrisi , belirli fosforların sıcaklık bağımlılığını kullanan bir sıcaklık ölçüm yaklaşımıdır. Bunun için, ilgilenilen bir yüzeye bir fosfor kaplama uygulanır ve genellikle bozunma süresi, sıcaklığı gösteren emisyon parametresidir. Aydınlatma ve algılama optikleri uzaktan yerleştirilebildiğinden, yöntem yüksek hızlı motor yüzeyleri gibi hareketli yüzeyler için kullanılabilir. Ayrıca, bir termokuplun optik bir analogu olarak bir optik fiberin ucuna fosfor uygulanabilir.

Karanlıkta parlayan oyuncaklar

Bu uygulamalarda, fosfor, oyuncakları kalıplamak için kullanılan plastiğe doğrudan eklenir veya boya olarak kullanılmak üzere bir bağlayıcı ile karıştırılır.

ZnS:Cu fosfor, Cadılar Bayramı makyajlarında sıklıkla kullanılan karanlıkta parlayan kozmetik kremlerde kullanılır . Genel olarak, dalga boyu arttıkça fosforun kalıcılığı artar. Ayrıca kemilüminesans bazlı parlayan öğeler için ışık çubuğuna bakın .

Posta pulları

Fosfor bantlı pullar ilk olarak 1959'da makinelerin postaları ayırması için kılavuzlar olarak ortaya çıktı. Dünya çapında, farklı miktarlarda bantlama ile birçok çeşit mevcuttur. Posta pulları bazen fosforla "etiketlenip" (veya ışıldayan kağıda basılmış ) olup olmadığına göre toplanır .

radyolüminesans

Çinko sülfür fosforlar , fosforun alfa ve beta bozunan izotoplar tarafından uyarıldığı radyoaktif malzemelerle, saat ve enstrüman kadranları ( radyum kadranlar ) için ışıldayan boya oluşturmak için kullanılır . 1913 ve 1950 arasında radyum-228 ve radyum-226, yeşilimsi bir parıltı veren gümüş katkılı çinko sülfürden (ZnS:Ag) yapılmış bir fosforu etkinleştirmek için kullanıldı . Fosfor, 25 mg / cm'den daha kalın tabakalar halinde kullanılmak üzere uygun değildir ² ışık kendini emme sonra sorun oluşturur. Ayrıca, çinko sülfür kristal kafes yapısında bozulmaya uğrar, bu da radyumun tükenmesinden önemli ölçüde daha hızlı kademeli parlaklık kaybına yol açar. ZnS:Ag kaplı spinthariscope ekranlar, Ernest Rutherford tarafından atom çekirdeğini keşfetme deneylerinde kullanıldı .

Bakır katkılı çinko sülfür (ZnS:Cu) kullanılan en yaygın fosfordur ve mavi-yeşil ışık verir. Bakır ve magnezyum katkılı çinko sülfür (ZnS:Cu,Mg) sarı-turuncu ışık verir.

Trityum ayrıca trityum aydınlatması kullanan çeşitli ürünlerde radyasyon kaynağı olarak kullanılır .

elektrolüminesans

Elektrolüminesans , ışık kaynaklarında kullanılabilir. Bu tür kaynaklar tipik olarak geniş bir alandan yayılır ve bu da onları LCD ekranların arka aydınlatması için uygun hale getirir. Fosforun uyarılması genellikle yüksek yoğunluklu elektrik alanının , genellikle uygun frekansta uygulanmasıyla sağlanır. Mevcut elektrominesans ışık kaynakları, kullanımla birlikte bozulma eğilimindedir ve bu da nispeten kısa çalışma ömürlerine neden olur.

ZnS:Cu, 1936'da Georges Destriau tarafından Paris'teki Madame Marie Curie laboratuvarlarında test edilen, elektrolüminesans sergileyen ilk formülasyondu .

Toz veya AC elektrolüminesans, çeşitli arka ışık ve gece ışığı uygulamalarında bulunur. Birkaç grup, markalı EL teklifleri (örneğin , bazı Timex saatlerinde kullanılan IndiGlo ) veya elektrominesanslı ışık şeritlerinde kullanılan, elektrominesanslı bir malzemenin başka bir ticari adı olan "Lighttape" sunmaktadır . Apollo uzay programı, genellikle arka ışık ve aydınlatma için EL'nin ilk önemli kullanımı olarak kabul edilir.

Beyaz LED'ler

Beyaz ışık yayan diyotlar genellikle uygun bir malzeme ile kaplanmış mavi InGaN LED'lerdir. Seryum (III) katkılı YAG ( YAG:Ce ³⁺ veya Y ₃ Al ₅ O ₁₂ :Ce ³⁺ ) sıklıkla kullanılır; mavi LED'den gelen ışığı emer ve çıkışının çoğu sarı olmak üzere yeşilimsiden kırmızımsıya kadar geniş bir aralıkta yayar. Kalan mavi emisyonla birlikte bu sarı emisyon, renk sıcaklığına sıcak (sarımsı) veya soğuk (mavimsi) beyaz olarak ayarlanabilen "beyaz" ışığı verir. Ce ³⁺ :YAG'ın uçuk sarı emisyonu, seryumu terbiyum ve gadolinyum gibi diğer nadir toprak elementleri ile değiştirerek ayarlanabilir ve hatta YAG'daki alüminyumun bir kısmını veya tamamını galyum ile değiştirerek daha da ayarlanabilir. Ancak bu süreç fosforesans süreci değildir. Sarı ışık, parıldama olarak bilinen bir işlemle üretilir , işlemin özelliklerinden biri, bir art ışımanın tamamen yokluğudur.

Bazı nadir toprak - katkılı SiAlON'nun olan fotolüminisan ve phosphors görevi görebilir. Europium (II) katkılı β-SiAlON, ultraviyole ve görünür ışık spektrumunu emer ve yoğun geniş bant görünür emisyon yayar. Sıcaklığa dayanıklı kristal yapısı nedeniyle parlaklığı ve rengi sıcaklıkla önemli ölçüde değişmez. Beyaz LED'ler için yeşil aşağı dönüşüm fosforu olarak büyük bir potansiyele sahiptir ; sarı bir varyant da mevcuttur (α-SiAlON). Beyaz LED'ler için sarı fosforlu veya yeşil ve sarı SiAlON fosforlu ve kırmızı CaAlSiN ₃ bazlı (CASN) fosforlu mavi bir LED kullanılır .

Beyaz LED'ler ayrıca, yüksek verimliliğe sahip öropyum bazlı kırmızı ve mavi yayan fosforlar ile yeşil yayan bakır ve alüminyum katkılı çinko sülfür (ZnS:Cu,Al) karışımı ile neredeyse ultraviyole yayan LED'lerin kaplanmasıyla da yapılabilir. . Bu, floresan lambaların çalışma şekline benzer bir yöntemdir .

Bazı yeni beyaz LED'ler, beyaza yaklaşmak için seri olarak sarı ve mavi bir emitör kullanır; bu teknoloji Blackberry gibi bazı Motorola telefonlarında, LED aydınlatma ve InGaP üzerinde SiC üzerinde GaN kullanılarak orijinal sürüm yığılmış emitörlerde kullanılmaktadır, ancak daha sonra daha yüksek sürücü akımlarında kırıldığı tespit edilmiştir.

Genel aydınlatma sistemlerinde kullanılan birçok beyaz LED, örneğin LED'i bir işaret olarak hareket edecek şekilde modüle eden sistemlerde olduğu gibi, veri aktarımı için kullanılabilir .

Beyaz LED'lerin Ce:YAG dışındaki fosforları kullanması veya daha yüksek bir CRI elde etmek için genellikle verimlilik pahasına iki veya üç fosfor kullanması da yaygındır. Ek fosfor örnekleri, doymuş kırmızı üreten R9, kırmızı üreten nitrürler ve yeşil üreten lutesyum alüminyum granat gibi alüminatlardır. Silikat fosforlar daha parlaktır ancak daha çabuk solar ve mobil cihazlarda LCD LED arka ışıklarında kullanılır. LED fosforlar doğrudan kalıbın üzerine yerleştirilebilir veya bir kubbe haline getirilebilir ve LED'in üzerine yerleştirilebilir: bu yaklaşım uzak fosfor olarak bilinir. Bazı renkli LED'ler, renkli bir LED kullanmak yerine, renkli fosforlu mavi bir LED kullanır, çünkü böyle bir düzenleme renkli bir LED'den daha verimlidir. Oksinitrür fosforları LED'lerde de kullanılabilir. Fosforları yapmak için kullanılan öncüler havaya maruz kaldıklarında bozunabilir.

Katot ışını tüpleri

Ortak bir katot ışın tüpündeki bileşen mavi, yeşil ve kırmızı fosforların spektrumları.

Katot ışın tüpleri (tipik olarak) yuvarlak veya dikdörtgen formatta sinyalle oluşturulan ışık desenleri üretir. Hacimli CRT'ler, 1950'lerde popüler hale gelen siyah beyaz ev televizyonu (TV) setlerinin yanı sıra birinci nesil, tüp tabanlı renkli TV'lerde ve en eski bilgisayar monitörlerinde kullanıldı. CRT'ler ayrıca , genellikle tek bir fosfor rengiyle, tipik olarak yeşil olan osiloskoplar gibi bilimsel ve mühendislik enstrümantasyonunda da yaygın olarak kullanılmaktadır . Bu tür uygulamalar için fosforlar, artan görüntü kalıcılığı için uzun süre sonra parlayabilir.

Fosforlar ya ince film olarak ya da yüzeye bağlı bir toz olan ayrı parçacıklar olarak biriktirilebilir . İnce filmler daha iyi kullanım ömrüne ve daha iyi çözünürlüğe sahiptir, ancak toz olanlardan daha az parlak ve daha az verimli görüntü sağlar. Bu, ince filmde yayılan ışığı saçan çoklu iç yansımalardan kaynaklanır.

Beyaz (siyah-beyaz): Çinko kadmiyum sülfür ve çinko sülfür gümüş karışımı, ZnS:Ag + (Zn,Cd)S:Ag , siyah beyaz televizyon CRT'lerinde kullanılan beyaz P4 fosforudur. Sarı ve mavi fosfor karışımları olağandır. Kırmızı, yeşil ve mavi karışımları veya tek bir beyaz fosforla da karşılaşılabilir.

Kırmızı: İtriyum oksit - öropyum ile aktive edilen sülfür , renkli CRT'lerde kırmızı fosfor olarak kullanılır. Kırmızı fosfor arayışı nedeniyle renkli TV'nin gelişimi uzun zaman aldı. İlk kırmızı yayan nadir toprak fosforu, YVO ₄ :Eu ³⁺ , Levine ve Palilla tarafından 1964 yılında televizyonda ana renk olarak tanıtıldı. Tek kristal formunda mükemmel bir polarizör ve lazer malzemesi olarak kullanıldı.

Sarı: Kadmiyum sülfür ile karıştırıldığında ortaya çıkan çinko kadmiyum sülfür (Zn,Cd)S:Ag , güçlü sarı ışık verir.

Yeşil: Çinko sülfürün bakır , P31 fosfor veya ZnS:Cu ile kombinasyonu , 531 nm'de uzun parıltılı yeşil ışık piki sağlar.

Mavi: Çinko sülfitin birkaç ppm gümüş ile kombinasyonu olan ZnS:Ag, elektronlar tarafından uyarıldığında, 200 nanosaniye süreli kısa bir art ışıma ile maksimum 450 nm'de güçlü mavi ışıma sağlar. P22B fosforu olarak bilinir . Bu malzeme, çinko sülfür gümüşü , hala katot ışın tüplerindeki en verimli fosforlardan biridir. Renkli CRT'lerde mavi fosfor olarak kullanılır.

Fosforlar genellikle zayıf elektrik iletkenleridir. Bu, elektrostatik itme ("yapışma" olarak bilinen bir etki) nedeniyle etki eden elektronların enerjisini etkili bir şekilde azaltarak ekranda artık yükün birikmesine neden olabilir. Bunu ortadan kaldırmak için, fosforların üzerine, genellikle vakumla buharlaştırma yoluyla ince bir alüminyum tabakası (yaklaşık 100 nm) biriktirilir ve tüpün içindeki iletken tabakaya bağlanır. Bu tabaka ayrıca fosfor ışığını istenilen yöne yansıtır ve fosforu kusurlu bir vakumdan kaynaklanan iyon bombardımanından korur.

Ortam ışığının yansımasıyla görüntü bozulmasını azaltmak için kontrast çeşitli yöntemlerle artırılabilir. Ekranın kullanılmayan alanlarının siyah maskelenmesine ek olarak, renkli ekranlardaki fosfor parçacıkları, eşleşen renkte pigmentlerle kaplanır. Örneğin, kırmızı fosforlar demir oksit ile kaplanır (kadmiyum toksisitesi nedeniyle önceki Cd(S,Se)'nin yerini alır), mavi fosforlar deniz mavisi ile kaplanabilir ( CoO · n Al
₂Ö
₃) veya ultramarin ( Na
₈Al
₆Si
₆Ö
₂₄S
₂). ZnS:Cu esaslı yeşil fosforlar, kendi sarımsı renginden dolayı kaplanmalarına gerek yoktur.

Siyah-beyaz televizyon CRT'leri

Siyah beyaz televizyon ekranları, beyaza yakın bir emisyon rengi gerektirir. Genellikle, bir fosfor kombinasyonu kullanılır.

En yaygın kombinasyon ZnS:Ag + (Zn,Cd)S:Cu,Al (mavi + sarı). Diğerleri ZnS:Ag + (Zn,Cd)S:Ag (mavi + sarı) ve ZnS:Ag + ZnS:Cu,Al + Y'dir.
2Ö
2S:Eu ³⁺ (mavi + yeşil + kırmızı – kadmiyum içermez ve verimi düşüktür). Renk tonu, bileşenlerin oranları ile ayarlanabilir.

Kompozisyonlar, farklı fosforların ayrı tanecikleri içerdiğinden, tamamen pürüzsüz olmayabilecek bir görüntü üretirler. Beyaz yayan tek bir fosfor, (Zn,Cd)S:Ag,Au,Al bu engeli aşar. Düşük verimi nedeniyle sadece çok küçük ekranlarda kullanılır.

Elekler tipik olarak , bir çözelti içinde asılı kalan parçacıkların yüzeye yerleşmesine izin verildiği çökeltme kaplaması kullanılarak fosfor ile kaplanır .

Azaltılmış paletli renkli CRT'ler

Sınırlı bir renk paletinin görüntülenmesi için birkaç seçenek vardır.

Gelen ışın nüfuz borular , farklı renk fosforlar katmanlı ve dielektrik malzeme ile ayrılmıştır. Hızlanma voltajı elektronların enerjisini belirlemek için kullanılır; düşük enerjili olanlar fosforun üst tabakasında emilirken, yüksek enerjili olanlardan bazıları alt tabakada emilir ve emilir. Böylece ya birinci renk ya da birinci ve ikinci rengin karışımı gösterilir. Kırmızı dış katmana ve yeşil iç katmana sahip bir ekranla, hızlanan voltajın manipülasyonu kırmızıdan turuncuya ve sarıdan yeşile sürekli bir renk üretebilir.

Başka bir yöntem, farklı özelliklere sahip iki fosfor karışımı kullanmaktır. Birinin parlaklığı lineer olarak elektron akısına bağlıdır, diğerinin parlaklığı daha yüksek akılarda doygun hale gelir; fosfor, onu ne kadar fazla elektron etkilerse etkilesin, daha fazla ışık yaymaz. Düşük elektron akışında, her iki fosfor birlikte yayar; daha yüksek akılarda, doymamış fosforun ışık katkısı hakim olur ve birleşik rengi değiştirir.

Bu tür ekranlar, RGB CRT fosforlarının iki boyutlu yapısının olmaması nedeniyle yüksek çözünürlüğe sahip olabilir. Ancak renk paletleri çok sınırlıdır. Örneğin bazı eski askeri radar ekranlarında kullanıldılar.

Renkli televizyon CRT'leri

Renkli CRT'lerdeki fosforlar, siyah beyaz olanlardan daha yüksek kontrast ve çözünürlüğe ihtiyaç duyar. Elektron ışınının enerji yoğunluğu, siyah beyaz CRT'lerden yaklaşık 100 kat daha fazladır; elektron noktası, siyah beyaz CRT'lerin yaklaşık 0,6 mm çapı yerine yaklaşık 0,2 mm çapa odaklanır. Elektron ışıması bozunmasıyla ilgili etkiler bu nedenle daha belirgindir.

Renkli CRT'ler, ekranda desenli kırmızı, yeşil ve mavi yayan üç farklı fosfor gerektirir. Renk üretimi için üç ayrı elektron tabancası kullanılır ( nadir görülen ışın indeksli tüp teknolojisini kullanan ekranlar hariç ). Kırmızı fosfor her zaman bir sorun olmuştur, daha parlak yeşil ve mavi elektron ışını akımlarının kırmızı fosforun daha düşük parlaklığına eşit olmaları için ayarlanmasını gerektiren üçünün en sönük olanı olmuştur. Bu, erken dönemdeki renkli TV'leri yalnızca iç mekanlarda kullanılabilir hale getirdi, çünkü parlak ışık loş görüntüyü görmeyi imkansız hale getirirken, dış mekan güneş ışığında izlenebilen taşınabilir siyah beyaz TV'ler zaten yaygındı.

Fosforların bileşimi zamanla değişti, daha iyi fosforlar geliştirildikçe ve çevresel kaygılar kadmiyum içeriğinin düşürülmesine ve daha sonra tamamen terk edilmesine yol açtı. (Zn, Cd) S: Ag, Cı ile değiştirildi Cu, Al: (Zn, Cd) S kadmiyum daha sonra daha düşük kadmiyum / çinko oranı, ile ZnS: Cu, Al .

Mavi fosfor genellikle değişmeden kaldı, gümüş katkılı çinko sülfür. Yeşil fosfor başlangıçta manganez katkılı çinko silikat kullandı, daha sonra gümüşle aktifleştirilmiş kadmiyum-çinko sülfür yoluyla düşük kadmiyum bakır-alüminyumla aktifleştirilmiş formüle ve daha sonra aynısının kadmiyum içermeyen versiyonuna dönüştü. Kırmızı fosfor en çok değişikliği gördü; orijinal olarak manganez ile aktifleştirilmiş çinko fosfat, daha sonra gümüş ile aktifleştirilmiş bir kadmiyum-çinko sülfürdü, ardından europium(III) ile aktifleştirilmiş fosforlar ortaya çıktı; önce bir itriyum vanadat matrisinde, daha sonra itriyum oksitte ve şu anda itriyum oksisülfid içinde . Fosforların evrimi bu nedenle (BGR tarafından sıralanmıştır):

• ZnS:Ag  –  Zn
  2SiO
  4:Mn  –  Zn
  3(PO
  4)
  2:Mn
• ZnS:Ag  –  (Zn,Cd)S:Ag  –  (Zn,Cd)S:Ag
• ZnS:Ag  –  (Zn,Cd)S:Ag  –  YVO
  4:Eu ³⁺ (1964–?)
• ZnS:Ag  –  (Zn,Cd)S:Cu,Al  –  Y
  2Ö
  2S:Eu ³⁺ veya Y
  2Ö
  3:AB ³⁺
• ZnS:Ag  –  ZnS:Cu,Al veya ZnS:Au,Cu,Al  –  Y
  2Ö
  2S: AB ³⁺

Projeksiyon televizyonları

İçin projeksiyon televizyon huzmesi güç yoğunluğu yüksek geleneksel CRT göre iki büyüklük olabilir, bazı farklı fosforlar kullanılması gerekir.

Mavi renk için ZnS:Ag,Cl kullanılır. Ancak doyurur. (La,Gd)OBr:Ce,Tb ³⁺ , yüksek enerji yoğunluklarında daha lineer olan bir alternatif olarak kullanılabilir.

Yeşil için, terbiyumla aktive olan bir Gd
2Ö
2Tb ^{+ 3} ; düşük uyarılma yoğunluklarında renk saflığı ve parlaklığı çinko sülfür alternatifinden daha kötüdür, ancak çinko sülfür doyururken yüksek uyarma enerjisi yoğunluklarında doğrusal davranır. Ancak, aynı zamanda doyurur, bu nedenle Y
3Al
5Ö
12:Tb ³⁺ veya Y
2SiO
5:Tb ³⁺ ikame edilebilir. LaOBr:Tb ³⁺ parlaktır ancak suya duyarlıdır, bozulmaya eğilimlidir ve kristallerinin plaka benzeri morfolojisi kullanımını engeller; bu problemler artık çözülmüştür, bu nedenle daha yüksek doğrusallığı nedeniyle kullanım kazanmaktadır.

Y
2Ö
2S:Eu ³⁺ kırmızı emisyon için kullanılır.

Standart fosfor türleri

Çeşitli

X-ışını ekranları, nötron dedektörleri , alfa parçacık sintilatörleri , vb. olarak kullanım için ticari olarak temin edilebilen diğer bazı fosforlar şunlardır:

• Gd ₂ O ₂ S:Tb ( P43 ), yeşil (545 nm'de tepe), 1.5 ms %10'a düşüş, düşük art ışıma, yüksek X-ışını absorpsiyonu, X-ışını, nötronlar ve gama için
• Gd ₂ O ₂ S:Eu , kırmızı (627 nm), 850 μs bozunma, art ışıma, yüksek X-ışını absorpsiyonu, X-ışını, nötronlar ve gama için
• Gd ₂ O ₂ S:Pr , yeşil (513 nm), 7 μs bozunma, art ışıma yok, yüksek X-ışını absorpsiyonu, X-ışını, nötronlar ve gama için
• gd
  2Ö
  2S:Pr,Ce,F , yeşil (513 nm), 4 μs bozunma, art ışıma yok, yüksek X-ışını absorpsiyonu, X-ışını, nötronlar ve gama için
• Y ₂ O ₂ S:Tb ( P45 ), beyaz (545 nm), 1.5 ms bozunma, düşük art ışıma, düşük enerjili X-ışını için
• Y ₂ O ₂ S:Eu ( P22R ), kırmızı (627 nm), 850 μs bozunma, art ışıma, düşük enerjili X-ışını için
• Y ₂ O ₂ S:Pr , beyaz (513 nm), 7 μs bozunma, sonradan ışıma yok, düşük enerjili X-ışını için
• çinko
  _0,5CD
  _0,4S:Ag ( HS ), yeşil (560 nm), 80 μs bozunma, art ışıma, verimli ancak düşük çözünürlüklü X-ışını
• çinko
  _0,4CD
  _0.6S:Ag ( HSr ), kırmızı (630 nm), 80 μs bozunma, art ışıma , verimli ancak düşük çözünürlüklü X-ışını
• CdWO ₄ , mavi (475 nm), 28 μs bozunma, art ışıma yok, X-ışını ve gama için yoğunlaştırıcı fosfor
• CaWO ₄ , mavi (410 nm), 20 μs bozunma, art ışıma yok, X-ışını için yoğunlaştırıcı fosfor
• MgWO ₄ , beyaz (500 nm), 80 μs bozunma, art ışıma yok, yoğunlaştırıcı fosfor
• Y ₂ SiO ₅ :Ce ( P47 ), mavi (400 nm), 120 ns bozunma, art ışıma yok, elektronlar için, fotoçoğaltıcılar için uygun
• YAlO ₃ :Ce ( YAP ), mavi (370 nm), 25 ns bozunma, art ışıma yok, elektronlar için, fotoçoğaltıcılar için uygun
• Y ₃ Al ₅ O ₁₂ :Ce ( YAG ), yeşil (550 nm), 70 ns bozunma, art ışıma yok, elektronlar için, fotoçoğaltıcılar için uygun
• Y
  3(Al, Ga)
  5Ö
  12:Ce ( YGG ), yeşil (530 nm), 250 ns bozunma, düşük art ışıma, elektronlar için, fotoçoğaltıcılar için uygun
• CdS:In , yeşil (525 nm), <1 ns bozunma, art ışıma yok, ultra hızlı, elektronlar için
• ZnO:Ga , mavi (390 nm), <5 ns bozunma, art ışıma yok, ultra hızlı, elektronlar için
• ZnO:Zn ( P15 ), mavi (495 nm), 8 μs bozunma, art ışıma yok, düşük enerjili elektronlar için
• (Zn,Cd)S:Cu,Al ( P22G ), yeşil (565 nm), 35 μs bozunma, düşük art kıvırma , elektronlar için
• ZnS:Cu,Al,Au ( P22G ), yeşil (540 nm), 35 μs bozunma, düşük ışıma, elektronlar için
• ZnCdS:Ag,Cu ( P20 ), yeşil (530 nm), 80 μs bozunma, düşük art kıvırma , elektronlar için
• ZnS:Ag ( P11 ), mavi (455 nm), 80 μs bozunma, düşük art ışıma, alfa parçacıkları ve elektronlar için
• antrasen , mavi (447 nm), 32 ns bozunma, art ışıma yok, alfa parçacıkları ve elektronlar için
• plastik ( EJ-212 ), mavi (400 nm), 2.4 ns bozunma, art ışıma yok, alfa parçacıkları ve elektronlar için
• Zn ₂ SiO ₄ :Mn ( P1 ), yeşil (530 nm), 11 ms bozunma, düşük art kıvırma, elektronlar için
• ZnS:Cu ( GS ), yeşil (520 nm), dakikalar içinde bozunma, uzun süre sonra parlama, X-ışınları için
• NaI :Tl , X-ışını, alfa ve elektronlar için
• CsI :Tl , yeşil (545 nm), 5 μs bozunma, art ışıma , X-ışını, alfa ve elektronlar için
• ⁶ LiF /ZnS:Ag ( ND ), mavi (455 nm), 80 μs bozunma, termal nötronlar için
• 6
  LiF/ZnS:Cu,Al,Au ( NDg ), yeşil (565 nm), 35 μs bozunma, nötronlar için
• Seryum katkılı YAG fosfor, sarı, beyaz LED'lerde geniş bir ışık spektrumu ile maviyi beyaza çevirmek için kullanılır

Ayrıca bakınız

• katodolüminesans
• Lazer
• lüminofor
• Fotolüminesans

Referanslar

bibliyografya

• Arunachalam Lakshmanan (2008). Lüminesans ve Görüntü Fosforları: Olaylar ve Uygulamaları . Nova Yayıncılar. ISBN'si 978-1-60456-018-3.

Dış bağlantılar

• elektrominesans ekranların geçmişi .
• Floresan , Fosforesans
• CRT Fosfor Özellikleri (P numaraları)
• CRT fosforlarının bileşimi
• Beyaz LED'ler için silikon bazlı oksinitrür ve nitrür fosforlar—Bir inceleme
• [1] & [2] – RCA Manual, Floresan ekranlar (P1 - P24)
• İnorganik Fosfor Bileşimleri, Hazırlanması ve Optik Özellikleri, William M. Yen ve Marvin J. Weber