Фосфор

Люминофор — это вещество, которое демонстрирует явление люминесценции ; оно излучает свет при воздействии некоторого типа лучистой энергии . Этот термин используется как для флуоресцентных или фосфоресцентных веществ , которые светятся при воздействии ультрафиолетового или видимого света, так и для катодолюминесцентных веществ, которые светятся при попадании электронного пучка ( катодных лучей ) в электронно-лучевой трубке .

Когда фосфор подвергается воздействию излучения, орбитальные электроны в его молекулах возбуждаются до более высокого энергетического уровня ; когда они возвращаются на свой прежний уровень, они излучают энергию в виде света определенного цвета. Люминофоры можно разделить на две категории: флуоресцентные вещества, которые излучают энергию немедленно и прекращают светиться, когда возбуждающее излучение выключается, и фосфоресцентные вещества, которые излучают энергию после задержки, поэтому они продолжают светиться после выключения излучения, уменьшаясь в яркости в течение периода от миллисекунд до дней.

Флуоресцентные материалы используются в приложениях, в которых фосфор возбуждается непрерывно: электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) и плазменные видеодисплеи, экраны флуороскопов , флуоресцентные лампы , сцинтилляционные датчики , белые светодиоды и светящиеся краски для искусства черного света . Фосфоресцентные материалы используются там, где необходим постоянный свет, например, светящиеся в темноте циферблаты часов и авиационные приборы, а также на экранах радаров , чтобы «отметки» цели оставались видимыми при вращении луча радара. Фосфоры ЭЛТ были стандартизированы, начиная со Второй мировой войны , и обозначались буквой «P» с последующей цифрой.

Фосфор , светоизлучающий химический элемент, в честь которого названы люминофоры, излучает свет за счет хемилюминесценции , а не фосфоресценции. ^[1]

Процесс сцинтилляции в неорганических материалах обусловлен электронной зонной структурой , обнаруженной в кристаллах . Входящая частица может возбудить электрон из валентной зоны либо в зону проводимости , либо в экситонную зону (расположенную чуть ниже зоны проводимости и отделенную от валентной зоны энергетической щелью ) . Это оставляет связанную дырку позади, в валентной зоне. Примеси создают электронные уровни в запрещенной зоне .

Экситоны — это слабосвязанные пары электрон-дырка , которые блуждают по кристаллической решетке , пока не будут захвачены целиком примесными центрами. Затем они быстро девозбуждаются, испуская сцинтилляционный свет (быстрая компонента).

В зоне проводимости электроны независимы от связанных с ними дырок. Эти электроны и дырки последовательно захватываются примесными центрами, возбуждая определенные метастабильные состояния, недоступные экситонам. Задержанное девозбуждение этих метастабильных примесных состояний, замедленное опорой на маловероятный запрещенный механизм , снова приводит к излучению света (медленный компонент). В случае неорганических сцинтилляторов активаторные примеси обычно выбираются таким образом, чтобы излучаемый свет находился в видимом диапазоне или ближнем УФ , где эффективны фотоумножители .

Люминофоры часто являются соединениями переходных металлов или редкоземельными соединениями различных типов. В неорганических люминофорах эти неоднородности в кристаллической структуре обычно создаются путем добавления следового количества легирующих примесей , примесей, называемых активаторами . (В редких случаях роль примеси могут играть дислокации или другие дефекты кристалла .) Длина волны, излучаемая центром излучения, зависит от самого атома и от окружающей кристаллической структуры.

Люминофоры обычно изготавливаются из подходящего материала-хозяина с добавлением активатора . Наиболее известным типом является активированный медью сульфид цинка (ZnS) и активированный серебром сульфид цинка ( сульфид цинка- серебро ).

Материалами-хозяевами обычно являются оксиды , нитриды и оксинитриды, ^[2] сульфиды , селениды , галогениды или силикаты цинка , кадмия , марганца , алюминия , кремния или различных редкоземельных металлов . Активаторы продлевают время эмиссии (послесвечение). В свою очередь, другие материалы ( например, никель ) могут использоваться для гашения послесвечения и сокращения части затухания характеристик эмиссии люминофора.

Многие фосфорные порошки производятся в низкотемпературных процессах, таких как золь-гель , и обычно требуют последующего отжига при температурах ~1000 °C, что нежелательно для многих применений. Однако правильная оптимизация процесса роста позволяет производителям избегать отжига. ^[3]

Люминофоры, используемые для люминесцентных ламп, требуют многоэтапного производственного процесса, детали которого различаются в зависимости от конкретного люминофора. Основной материал должен быть измельчен для получения желаемого диапазона размеров частиц, поскольку крупные частицы производят некачественное покрытие лампы, а мелкие частицы производят меньше света и быстрее разрушаются. Во время обжига люминофора необходимо контролировать условия процесса, чтобы предотвратить окисление активаторов люминофора или загрязнение из технологических сосудов. После измельчения люминофор можно промыть для удаления небольшого избытка элементов активатора. Летучие элементы не должны улетучиваться во время обработки. Производители ламп изменили состав люминофоров, чтобы исключить некоторые токсичные элементы, которые использовались ранее, такие как бериллий , кадмий или таллий . ^[4]

Обычно приводимыми параметрами для люминофоров являются длина волны максимума излучения (в нанометрах или, альтернативно, цветовая температура в градусах Кельвина для белых смесей), ширина пика (в нанометрах при 50% интенсивности) и время затухания (в секундах ).

Примеры:

• Сульфид кальция с сульфидом стронция с висмутом в качестве активатора, (Ca,Sr)S:Bi , дает синий свет со временем свечения до 12 часов, красный и оранжевый являются модификациями формулы сульфида цинка. Красный цвет можно получить из сульфида стронция.
• Сульфид цинка с примерно 5 ppm медного активатора является наиболее распространенным фосфором для светящихся в темноте игрушек и предметов. Его также называют фосфором GS .
• Смесь сульфида цинка и сульфида кадмия излучает цвет в зависимости от их соотношения; увеличение содержания CdS смещает выходной цвет в сторону более длинных волн; его стойкость составляет от 1 до 10 часов.
• Алюминат стронция , активированный европием или диспрозием , SrAl ₂ O ₄ :Eu(II):Dy(III), — это материал, разработанный в 1993 году инженером Nemoto & Co. Ясумицу Аоки с более высокой яркостью и значительно более длительным свечением; он дает зеленые и аквамариновые оттенки, где зеленый дает самую высокую яркость, а аквамарин — самое длительное время свечения. ^{[5] [6]} SrAl ₂ O ₄ :Eu:Dy примерно в 10 раз ярче, в 10 раз дольше светится и в 10 раз дороже, чем ZnS:Cu. ^[5] Длины волн возбуждения для алюмината стронция лежат в диапазоне от 200 до 450 нм. Длина волны для его зеленой формулы составляет 520 нм, его сине-зеленая версия излучает на 505 нм, а синяя излучает на 490 нм. Цвета с большей длиной волны можно получить и с помощью алюмината стронция, хотя это сопряжено с некоторой потерей яркости.

Многие люминофоры имеют тенденцию постепенно терять эффективность по нескольким механизмам. Активаторы могут претерпевать изменение валентности (обычно окисление ), кристаллическая решетка деградирует, атомы — часто активаторы — диффундируют через материал, поверхность претерпевает химические реакции с окружающей средой с последующей потерей эффективности или наращиванием слоя, поглощающего возбуждающую и/или излучаемую энергию и т. д.

Деградация электролюминесцентных устройств зависит от частоты управляющего тока, уровня яркости и температуры; влага также весьма заметно снижает срок службы люминофора.

Более твердые, тугоплавкие, нерастворимые в воде материалы демонстрируют меньшую тенденцию к потере люминесценции в процессе эксплуатации. ^[7]

Примеры:

• BaMgAl ₁₀ O ₁₇ :Eu ²⁺ (BAM), люминофор для плазменных дисплеев , подвергается окислению легирующей примеси во время обжига. Вовлечены три механизма: абсорбция атомов кислорода в кислородные вакансии на поверхности кристалла, диффузия Eu(II) вдоль проводящего слоя и перенос электронов от Eu(II) к абсорбированным атомам кислорода, что приводит к образованию Eu(III) с соответствующей потерей излучательной способности. ^[8] Тонкое покрытие из фосфата алюминия или фосфата лантана(III) эффективно для создания барьерного слоя, блокирующего доступ кислорода к люминофору BAM, за счет снижения эффективности люминофора. ^[9] Добавление водорода , действующего как восстановитель , к аргону в плазменных дисплеях значительно продлевает срок службы люминофора BAM:Eu ²⁺ , восстанавливая атомы Eu(III) обратно до Eu(II). ^[10]
• Люминофоры Y ₂ O ₃ :Eu при электронной бомбардировке в присутствии кислорода образуют на поверхности нефосфоресцентный слой, где пары электрон-дырка рекомбинируют безызлучательно через поверхностные состояния. ^[11]
• ZnS:Mn, используемый в тонкопленочных электролюминесцентных устройствах переменного тока (ACTFEL), деградирует в основном из-за образования ловушек с глубоким уровнем , путем реакции молекул воды с легирующей примесью; ловушки действуют как центры безызлучательной рекомбинации. Ловушки также повреждают кристаллическую решетку . Старение люминофора приводит к снижению яркости и повышению порогового напряжения. ^[12]
• Люминофоры на основе ZnS в ЭЛТ и FED деградируют из-за поверхностного возбуждения, кулоновского повреждения, накопления электрического заряда и термического гашения. Электронно-стимулированные реакции поверхности напрямую связаны с потерей яркости. Электроны диссоциируют примеси в окружающей среде, затем активные формы кислорода атакуют поверхность и образуют оксид углерода и диоксид углерода со следами углерода , а также нерадиационный оксид цинка и сульфат цинка на поверхности; реактивный водород удаляет серу с поверхности в виде сероводорода , образуя нерадиационный слой металлического цинка . Серу также можно удалить в виде оксидов серы . ^[13]
• Люминофоры ZnS и CdS деградируют за счет восстановления ионов металла захваченными электронами. Ионы M2 ⁺ восстанавливаются до M ⁺ ; затем два M ⁺ обмениваются электроном и становятся одним M2 ⁺ и одним нейтральным атомом M. Восстановленный металл можно наблюдать как видимое потемнение слоя люминофора. Потемнение (и потеря яркости) пропорционально воздействию электронов на люминофор и может наблюдаться на некоторых экранах ЭЛТ, которые отображали одно и то же изображение (например, экран входа в систему терминала) в течение длительного времени. ^[14]
• Щелочноземельные алюминаты, легированные европием (II), деградируют за счет образования центров окраски . ^[7]
• И
  ₂SiO
  ₅:Ce ³⁺ деградирует из-за потери люминесцентных ионов Ce ³⁺ . ^[7]
• Zn
  ₂SiO
  ₄:Mn (P1) разлагается за счет десорбции кислорода под действием электронной бомбардировки. ^[7]
• Оксидные фосфоры могут быстро разрушаться в присутствии фторид -ионов, остающихся после неполного удаления потока из синтеза фосфора. ^[7]
• Неплотно упакованные люминофоры, например, при избытке силикагеля (образованного из связующего вещества силиката калия), имеют тенденцию к локальному перегреву из-за плохой теплопроводности. Например, InBO
  ₃:Tb ³⁺ подвержен ускоренной деградации при более высоких температурах. ^[7]

Слои фосфора обеспечивают большую часть света, производимого люминесцентными лампами , а также используются для улучшения баланса света, производимого металлогалогенными лампами . Различные неоновые вывески используют слои фосфора для получения различных цветов света. Электролюминесцентные дисплеи , используемые, например, в приборных панелях самолетов, используют слой фосфора для получения безбликового освещения или в качестве числовых и графических устройств отображения. Белые светодиодные лампы состоят из синего или ультрафиолетового излучателя с фосфорным покрытием, которое излучает на более длинных волнах, давая полный спектр видимого света. Несфокусированные и неотклоненные электронно-лучевые трубки используются в качестве стробоскопических ламп с 1958 года. ^[15]

Фосфорная термометрия — это метод измерения температуры, который использует температурную зависимость определенных люминофоров. Для этого на интересующую поверхность наносится люминофорное покрытие, и, как правило, время затухания является параметром излучения, указывающим температуру. Поскольку оптика освещения и обнаружения может быть расположена удаленно, этот метод может использоваться для движущихся поверхностей, таких как поверхности высокоскоростных двигателей. Кроме того, люминофор может быть нанесен на конец оптического волокна в качестве оптического аналога термопары. ^{[ необходима цитата ]}

В этих случаях фосфор добавляется непосредственно в пластик, используемый для формования игрушек, или смешивается со связующим веществом для использования в качестве красок.

Люминофор ZnS:Cu используется в косметических кремах, светящихся в темноте, которые часто используются для макияжа на Хэллоуин . Как правило, стойкость люминофора увеличивается с увеличением длины волны. См. также lightstick для хемилюминесцентных светящихся предметов.

Тушение триплетного состояния O ₂ (который имеет триплетное основное состояние) в результате переноса энергии Декстера хорошо известно в растворах фосфоресцирующих комплексов тяжелых металлов и легированных полимеров. ^[16] В последние годы фосфоресцирующие пористые материалы (такие как металлоорганические каркасы и ковалентные органические каркасы ) продемонстрировали многообещающие возможности обнаружения кислорода из-за их нелинейной газовой адсорбции при сверхнизких парциальных давлениях кислорода. ^{[17] [18]}

Марки с фосфорной полосой впервые появились в 1959 году в качестве руководства для машин по сортировке почты. ^[19] Во всем мире существует множество разновидностей с различным количеством полос. ^[20] Почтовые марки иногда коллекционируют по тому, «помечены» ли они фосфором (или напечатаны на люминесцентной бумаге).

Люминофоры на основе сульфида цинка используются с радиоактивными материалами, где люминофор возбуждается альфа- и бета-распадающимися изотопами, для создания люминесцентной краски для циферблатов часов и приборов ( радиевые циферблаты ). Между 1913 и 1950 годами радий-228 и радий-226 использовались для активации люминофора из легированного серебром сульфида цинка (ZnS:Ag), который давал зеленоватое свечение. Люминофор не подходит для использования в слоях толщиной более 25 мг/см2 ^, так как тогда самопоглощение света становится проблемой. Кроме того, сульфид цинка претерпевает деградацию своей кристаллической решетки, что приводит к постепенной потере яркости значительно быстрее, чем истощение радия. Покрытые ZnS:Ag экраны спинтарископа использовались Эрнестом Резерфордом в его экспериментах по открытию атомного ядра .

Легированный медью сульфид цинка (ZnS:Cu) является наиболее распространенным фосфором и дает сине-зеленый свет. Легированный медью и магнием сульфид цинка (ZnS:Cu,Mg) дает желто-оранжевый свет.

Тритий также используется в качестве источника излучения в различных изделиях, использующих тритиевое освещение .

Электролюминесценция может быть использована в источниках света. Такие источники обычно излучают с большой площади, что делает их пригодными для подсветки ЖК-дисплеев. Возбуждение люминофора обычно достигается путем приложения высокоинтенсивного электрического поля , как правило, с подходящей частотой. Современные электролюминесцентные источники света имеют тенденцию к деградации по мере использования, что приводит к их относительно короткому сроку службы.

ZnS:Cu был первым составом, успешно демонстрирующим электролюминесценцию, испытанным в 1936 году Жоржем Дестрио в лабораториях мадам Марии Кюри в Париже.

Порошковая или переменная электролюминесценция используется в различных приложениях подсветки и ночного освещения. Несколько групп предлагают фирменные предложения EL (например, IndiGlo, используемый в некоторых часах Timex) или «Lighttape», еще одно торговое название электролюминесцентного материала, используемого в электролюминесцентных световых полосах. Космическая программа Apollo часто считается первым значительным использованием EL для подсветки и освещения. ^[21]

Белые светодиоды обычно представляют собой синие светодиоды InGaN с покрытием из подходящего материала. Часто используется YAG , легированный церием (III) ( YAG:Ce ³⁺ или Y ₃ Al ₅ O ₁₂ :Ce ³⁺ ); он поглощает свет от синего светодиода и излучает в широком диапазоне от зеленоватого до красноватого, причем большая часть его выходного сигнала имеет желтый цвет. Это желтое излучение в сочетании с оставшимся синим излучением дает «белый» свет, цветовая температура которого может быть отрегулирована как теплый (желтоватый) или холодный (голубоватый) белый. Бледно-желтое излучение Ce ³⁺ :YAG можно настроить, заменив церий другими редкоземельными элементами, такими как тербий и гадолиний , и даже можно дополнительно отрегулировать, заменив часть или весь алюминий в YAG галлием. Однако этот процесс не является фосфоресценцией. Желтый свет создается в результате процесса, известного как мерцание , причем одной из характеристик этого процесса является полное отсутствие послесвечения.

Некоторые легированные редкоземельными элементами сиалоны фотолюминесцентны и могут служить люминофорами. Легированный европием ( II) β-SiAlON поглощает ультрафиолетовый и видимый свет и испускает интенсивное широкополосное видимое излучение. Его яркость и цвет не изменяются значительно с температурой из-за температурно-стабильной кристаллической структуры. Он имеет большой потенциал в качестве зеленого люминофора с понижением частоты для белых светодиодов ; также существует желтый вариант (α-SiAlON ^[22] ). Для белых светодиодов синий светодиод используется с желтым люминофором или с зеленым и желтым люминофором SiAlON и красным люминофором на основе CaAlSiN ₃ (CASN). ^{[23] [24] [25]}

Белые светодиоды также можно изготовить, покрыв светодиоды, излучающие в ближнем ультрафиолетовом диапазоне, смесью высокоэффективных люминофоров на основе европия, излучающих красный и синий свет, а также сульфида цинка, легированного медью и алюминием, излучающего зеленый свет (ZnS:Cu,Al) . Этот метод аналогичен принципу работы люминесцентных ламп .

В некоторых новых белых светодиодах для приближения к белому цвету используются последовательно соединенные желтый и синий излучатели; эта технология используется в некоторых телефонах Motorola, таких как Blackberry, а также в светодиодном освещении и оригинальной версии многослойных излучателей с использованием GaN на SiC на InGaP, но позже было обнаружено, что они выходят из строя при более высоких токах возбуждения.

Многие белые светодиоды, используемые в системах общего освещения, могут использоваться для передачи данных, например, в системах, которые модулируют светодиод, чтобы он действовал как маяк . ^[26]

Также для белых светодиодов часто используют люминофоры, отличные от Ce:YAG, или используют два или три люминофора для достижения более высокого CRI, часто за счет эффективности. Примерами дополнительных люминофоров являются R9, который дает насыщенный красный цвет, нитриды, которые дают красный цвет, и алюминаты, такие как лютеций-алюминиевый гранат, которые дают зеленый цвет. Силикатные люминофоры ярче, но быстрее выцветают и используются в светодиодной подсветке ЖК-дисплеев в мобильных устройствах. Светодиодные люминофоры можно размещать непосредственно над кристаллом или делать куполом и размещать над светодиодом: этот подход известен как удаленный люминофор. ^[27] Некоторые цветные светодиоды вместо использования цветного светодиода используют синий светодиод с цветным люминофором, потому что такое расположение более эффективно, чем цветной светодиод. Оксинитридные люминофоры также могут использоваться в светодиодах. Прекурсоры, используемые для изготовления люминофоров, могут деградировать при воздействии воздуха. ^[28]

Электронно-лучевые трубки производят световые узоры, генерируемые сигналом, в (обычно) круглом или прямоугольном формате. Громоздкие ЭЛТ использовались в черно-белых телевизорах (ТВ), которые стали популярными в 1950-х годах, превратились в цветные ЭЛТ в конце 1960-х годов и использовались практически во всех цветных телевизорах и компьютерных мониторах до середины 2000-х годов. В конце 20-го века передовая электроника сделала новую технологию ЭЛТ с широким отклонением и «короткой трубкой» жизнеспособной, сделав ЭЛТ более компактными, но все еще громоздкими и тяжелыми. Как оригинальная технология отображения видео, не имевшая жизнеспособной конкуренции более 40 лет и доминировавшая более 50 лет, ЭЛТ перестала быть основным типом используемого видеодисплея только около 2010 года. В дополнение к ЭЛТ прямого просмотра, проекционные трубки ЭЛТ были основой всех проекционных телевизоров и компьютерных видеопроекторов как фронтального, так и обратного типа проекции по крайней мере до конца 1990-х годов.

ЭЛТ также широко использовались в научных и инженерных приборах, таких как осциллографы , обычно с одним цветом люминофора, как правило, зеленым. Люминофоры для таких приложений могут иметь длительное послесвечение для увеличения стойкости изображения. Разновидностью дисплейной ЭЛТ, использовавшейся до 1980-х годов, была трубка хранения ЭЛТ , цифровое запоминающее устройство, которое (в более поздних формах) также обеспечивало видимое отображение сохраненных данных, используя вариацию той же технологии возбуждения электронно-лучевого люминофора.

Процесс получения света в ЭЛТ с помощью фосфоресценции, возбуждаемой электронным пучком, обеспечивает гораздо более быстрое время отклика сигнала, чем даже современные (2020-х годов) ЖК-дисплеи , что делает возможными игры со световыми ручками и световыми пистолетами на ЭЛТ, но не на ЖК-дисплеях. Также в отличие от большинства других типов видеодисплеев, поскольку технология ЭЛТ рисует изображение путем сканирования электронного луча (или формирования из трех лучей) по поверхности люминофора, ЭЛТ не имеет собственного «собственного разрешения» и не требует масштабирования для отображения растровых изображений с различным разрешением; ЭЛТ может отображать любой растровый формат изначально, в пределах, определяемых размером пятна электронного луча и, для цветного ЭЛТ, шагом точки люминофора. Из-за этого принципа работы ЭЛТ могут создавать изображения с использованием как растровых, так и векторных методов формирования изображений. Векторные дисплеи невозможны для технологий отображения, которые имеют постоянные дискретные пиксели, включая все ЖК-дисплеи, плазменные панели , проекторы DMD и панели OLED (светодиодная матрица, например TFT OLED).

Люминофоры могут быть нанесены либо в виде тонкой пленки , либо в виде дискретных частиц, порошка, связанного с поверхностью. Тонкие пленки имеют лучший срок службы и лучшее разрешение, но обеспечивают менее яркое и менее эффективное изображение, чем порошковые. Это вызвано многократными внутренними отражениями в тонкой пленке, рассеивающими излучаемый свет.

Белый (в черно-белом): Смесь цинк-кадмиевого сульфида и цинк-сульфида серебра, ZnS:Ag + (Zn,Cd)S:Ag — это белый фосфор P4, используемый в черно-белых телевизионных ЭЛТ. Обычны смеси желтого и синего фосфоров. Также могут встречаться смеси красного, зеленого и синего или один белый фосфор.

Красный: Оксид иттрия - сульфид , активированный европием, используется в качестве красного люминофора в цветных ЭЛТ. Разработка цветного телевидения заняла много времени из-за поиска красного люминофора. Первый излучающий красный цвет редкоземельный люминофор, YVO ₄ :Eu ³⁺ , был представлен Левином и Палиллой в качестве основного цвета в телевидении в 1964 году. ^[29] В форме монокристалла он использовался как превосходный поляризатор и лазерный материал. ^[30]

Желтый: При смешивании с сульфидом кадмия образуется сульфид цинка-кадмия (Zn,Cd)S:Ag , дающий яркий желтый свет.

Зеленый: сочетание сульфида цинка с медью , люминофором P31 или ZnS:Cu , обеспечивает зеленый свет с пиком при 531 нм и длительным свечением.

Синий: Комбинация сульфида цинка с несколькими ppm серебра , ZnS:Ag, при возбуждении электронами, дает сильное синее свечение с максимумом при 450 нм, с коротким послесвечением длительностью 200 наносекунд. Он известен как фосфор P22B . Этот материал, цинк-сульфид серебра , по-прежнему является одним из самых эффективных фосфоров в электронно-лучевых трубках. Он используется в качестве синего фосфора в цветных ЭЛТ.

Люминофоры обычно являются плохими проводниками электричества. Это может привести к осаждению остаточного заряда на экране, эффективно уменьшая энергию ударяющихся электронов из-за электростатического отталкивания (эффект, известный как «прилипание»). Чтобы устранить это, тонкий слой алюминия (около 100 нм) наносится поверх люминофоров, обычно методом вакуумного испарения, и соединяется с проводящим слоем внутри трубки. Этот слой также отражает свет люминофора в нужном направлении и защищает люминофор от ионной бомбардировки, возникающей из-за несовершенного вакуума.

Чтобы уменьшить ухудшение изображения из-за отражения окружающего света, контрастность можно увеличить несколькими способами. Помимо черной маскировки неиспользуемых областей экрана, частицы фосфора в цветных экранах покрываются пигментами соответствующего цвета. Например, красные фосфоры покрываются оксидом железа (заменяющим более ранний Cd(S,Se) из-за токсичности кадмия), синие фосфоры могут быть покрыты морской синью ( CoO · n Al
₂О
₃) или ультрамарин ( Na
₈Эл
₆Си
₆О
₂₄С
₂). Зелёные люминофоры на основе ZnS:Cu не требуют покрытия из-за их собственного желтоватого цвета. ^[7]

Черно-белые телевизионные экраны требуют цвета излучения, близкого к белому. Обычно используется комбинация люминофоров.

Наиболее распространенная комбинация — ZnS:Ag + (Zn,Cd)S:Cu,Al (синий + желтый). Другие — ZnS:Ag + (Zn,Cd)S:Ag (синий + желтый) и ZnS:Ag + ZnS:Cu,Al + Y ₂ O ₂ S:Eu ³⁺ (синий + зеленый + красный — не содержит кадмия и имеет низкую эффективность). Цветовой тон можно регулировать соотношением компонентов.

Поскольку составы содержат дискретные зерна различных люминофоров, они создают изображение, которое может быть не совсем гладким. Одиночный, излучающий белый люминофор (Zn,Cd)S:Ag,Au,Al преодолевает это препятствие. Из-за своей низкой эффективности он используется только на очень маленьких экранах.

Экраны обычно покрываются фосфором с использованием седиментационного покрытия, при котором частицы, взвешенные в растворе, оседают на поверхности. ^[31]

Для отображения ограниченной палитры цветов существует несколько вариантов.

В трубках с проникновением пучка люминофоры разных цветов накладываются слоями и разделяются диэлектрическим материалом. Ускоряющее напряжение используется для определения энергии электронов; электроны с более низкой энергией поглощаются в верхнем слое люминофора, в то время как некоторые из электронов с более высокой энергией пролетают и поглощаются в нижнем слое. Таким образом, отображается либо первый цвет, либо смесь первого и второго цветов. С дисплеем с красным внешним слоем и зеленым внутренним слоем манипуляция ускоряющим напряжением может создавать континуум цветов от красного через оранжевый и желтый к зеленому.

Другой метод заключается в использовании смеси двух люминофоров с различными характеристиками. Яркость одного линейно зависит от потока электронов, в то время как яркость другого насыщается при более высоких потоках — люминофор не излучает больше света независимо от того, сколько еще электронов на него попадает. При низком потоке электронов оба люминофора излучают вместе; при более высоких потоках преобладает световой вклад ненасыщающего люминофора, изменяя комбинированный цвет. ^[31]

Такие дисплеи могут иметь высокое разрешение из-за отсутствия двумерной структуризации RGB CRT-люминофоров. Однако их цветовая палитра весьма ограничена. Они использовались, например, в некоторых старых военных радарных дисплеях.

В этом разделе отсутствует информация о временном периоде каждого фосфорного состава. Пожалуйста, расширьте раздел, чтобы включить эту информацию. Дополнительные сведения могут быть на странице обсуждения . ( Октябрь 2020 г. )

Люминофоры в цветных ЭЛТ требуют более высокой контрастности и разрешения, чем в черно-белых. Плотность энергии электронного пучка примерно в 100 раз больше, чем в черно-белых ЭЛТ; электронное пятно фокусируется на диаметре около 0,2 мм вместо диаметра около 0,6 мм в черно-белых ЭЛТ. Эффекты, связанные с деградацией электронного облучения, поэтому более выражены.

Для цветных ЭЛТ требуются три разных люминофора, излучающих красный, зеленый и синий цвета, нанесенные на экран. Для получения цвета используются три отдельные электронные пушки (за исключением дисплеев, использующих технологию трубок с индексом луча , что встречается редко). Красный люминофор всегда был проблемой, поскольку был самым тусклым из трех, что требовало регулировки более ярких зеленых и синих токов электронного луча, чтобы они соответствовали более низкой яркости красного люминофора. Это делало ранние цветные телевизоры пригодными только для использования в помещении, поскольку яркий свет делал невозможным просмотр тусклого изображения, в то время как портативные черно-белые телевизоры, которые можно было смотреть при солнечном свете на улице, уже были распространены.

Состав люминофоров со временем менялся, поскольку разрабатывались более совершенные люминофоры, а также по мере того, как экологические проблемы привели к снижению содержания кадмия, а затем и к полному отказу от него. (Zn,Cd)S:Ag,Cl был заменен на (Zn,Cd)S:Cu,Al с более низким соотношением кадмия/цинка, а затем на ZnS:Cu,Al без кадмия .

Синий фосфор в целом остался неизменным, легированный серебром сульфид цинка. Зеленый фосфор изначально использовал силикат цинка, легированный марганцем, затем эволюционировал через активированный серебром сульфид кадмия-цинка, к активированной медью-алюминием формуле с пониженным содержанием кадмия, а затем к версии того же самого без кадмия. Красный фосфор претерпел больше всего изменений; изначально это был активированный марганцем фосфат цинка, затем активированный серебром сульфид кадмия-цинка, затем появились активированные европием (III) фосфоры; сначала в матрице ванадата иттрия , затем в оксиде иттрия и в настоящее время в оксисульфиде иттрия. Таким образом, эволюция фосфоров была (упорядочена по BGR):

• ZnS:Ag  –  Zn ₂ SiO 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 ₂ O ₂ S:Eu ³⁺ или Y ₂ O ₃ :Eu ³⁺
• ZnS:Ag  –  ZnS:Cu,Al или ZnS:Au,Cu,Al  –  Y ₂ O ₂ S:Eu ^{3+ [31]}

Для проекционных телевизоров , где плотность мощности луча может быть на два порядка выше, чем в обычных ЭЛТ, приходится использовать другие люминофоры.

Для синего цвета используется ZnS:Ag,Cl . Однако он насыщается. (La,Gd)OBr:Ce,Tb ³⁺ может использоваться как альтернатива, которая более линейна при высоких плотностях энергии.

Для зеленого цвета - активированный тербием Gd ₂ O ₂ Tb ³⁺ ; его чистота цвета и яркость при низких плотностях возбуждения хуже, чем у альтернативы сульфида цинка, но он ведет себя линейно при высоких плотностях энергии возбуждения, в то время как сульфид цинка насыщается. Однако он также насыщается, поэтому Y ₃ Al ₅ O ₁₂ :Tb ³⁺ или Y ₂ SiO ₅ :Tb ³⁺ могут быть заменены. LaOBr:Tb ³⁺ яркий, но чувствителен к воде, склонен к деградации, а пластинчатая морфология его кристаллов затрудняет его использование; эти проблемы сейчас решены, поэтому он получает все большее применение из-за своей более высокой линейности.

Y ₂ O ₂ S:Eu ³⁺ используется для красного излучения. ^[31]

Вот некоторые другие коммерчески доступные фосфоры, которые можно использовать в качестве рентгеновских экранов, детекторов нейтронов , сцинтилляторов альфа-частиц и т. д.:

• Катодолюминесценция
• Лазер
• Люминофор
• Фотолюминесценция

• Аруначалам Лакшманан (2008). Люминесценция и люминофоры для дисплеев: явления и применение. Nova Publishers. ISBN 978-1-60456-018-3.

Найдите значение слова «фосфор» в Викисловаре, бесплатном словаре.

• история электролюминесцентных дисплеев Архивировано 30.04.2012 на Wayback Machine .
• Флуоресценция, фосфоресценция
• Характеристики люминофора ЭЛТ (числа P)
• Состав люминофоров ЭЛТ
• Оксинитридные и нитридные люминофоры на основе кремния для белых светодиодов — обзор
• [1] Архивировано 10 апреля 2023 г. в Wayback Machine и [2] Архивировано 10 апреля 2023 г. в Wayback Machine – Руководство RCA, Флуоресцентные экраны (P1–P24)
• Составы неорганических люминофоров, получение и оптические свойства, Уильям М. Йен и Марвин Дж. Вебер. Архивировано 06.03.2016 на Wayback Machine