Leuchtstoff
Als Leuchtstoff werden allgemein feste Stoffe bezeichnet, die nach der Anregung mit elektromagnetischer Strahlung, hochenergetischen Partikeln oder Materieschwingungen, elektromagnetische Strahlung im nichtthermischen Gleichgewicht emittieren.[1] Die Bezeichnung Phosphore (plural) leitet sich vom englischen Wort phosphor für Leuchtstoff ab. Die Bezeichnung Leucht-„Phosphor“ ist jedoch missverständlich, da Leuchtstoffe keinen elementaren Phosphor enthalten. Die richtige Bezeichnung für Leuchtstoffe ist das im russischen und französischen Sprachraum verwendete Wort Luminophor.
Grundlagen
Die Leuchterscheinungen beruhen auf der Fluoreszenz (sofortige Lichtemission bei kurzwelliger Beleuchtung), der Phosphoreszenz (zeitverzögerte Lichtemission nach kurzwelliger Beleuchtung) und der Kathodolumineszenz (Lichtaussendung bei Elektronenbeschuss), mitunter der Elektrolumineszenz in elektrischen Feldern.
Leuchtstoffe sind oft anorganische, kristalline Stoffe, die durch gezieltes Einbringen von Störstellen in die Kristallstruktur eine technisch verwertbare Lichtausbeute erbringen. Dabei sind Reinheitsgrade der Ausgangsstoffe von bis zu 99,9999 % erforderlich. Die Leuchtstoffe basieren meist auf Oxiden oder Sulfiden wie Zinkoxid, Zinksulfid, Zink-Cadmium-Sulfid und Zinksulfid-Selenide sowie Silicaten wie Willemit und Zinkberylliumsilicat. Zinksulfid wird auch in selbstleuchtenden radioaktiven Leuchtfarben eingesetzt.
Das Dotierungselement bestimmt die Leuchtfarbe, beispielsweise
Wichtige Dotierungs- und Basiselemente sind die Lanthanoide Europium (Eu), Terbium (Tb)[2] sowie Cer: Europium(III)-dotiertes Y2O2S dient in Farb-Bildröhren als roter Leuchtstoff, Eu3+dotiertes Y2O3 erzeugt in Energiesparlampen und anderen Fluoreszenz-Gasentladungslampen den roten Spektralanteil. Terbiumdotiertes Gadolinium-Oxidsulfid Gd2O2S wurde als grüner Leuchtstoff in Radarbildschirmen verwendet.
Cer-dotiertes Yttrium-/Gadolinium-Aluminium-Granat-Pulver wird in weißen Leuchtdioden verwendet, um blaues Licht in gelbes zu konvertieren[3].
Parameter, wie Lichtfarbe der Fluoreszenz und Phosphoreszenz, Nachleuchtdauer und Effizienz der Energiewiedergabe, sind nicht nur von den eingesetzten Stoffen abhängig, sondern auch von deren Bearbeitung wie Glühen, Mahlen, Abschrecken, atmosphärische Einwirkungen während dieser Vorgänge.
Anwendungen
- Schirmbeschichtung der Kathodenstrahlröhre (CRT) in Fernsehgeräten, Oszilloskopen, Monitoren (Kathodolumineszenz)
- Innenbeschichtung von Leuchtstofflampen und Leuchtröhren für die Farben Weiß und andere Farben (Fluoreszenz)
- Beschichtung von UV- und blauen LEDs, um weiß leuchtende LEDs zu erhalten.
- Tagesleuchtfarben (Sicherheitskleidung, Textmarker): diese leuchten unter Nutzung (Fluoreszenz) des Blauanteiles im Tageslicht
- Sicherheitsmerkmale auf Geldscheinen und Wertpapier durch angeregte Fluoreszenz.
- Im Dunklen nachleuchtende Sicherheitsschilder und Deko-Objekte (Phosphoreszenz mit langer Nachleuchtdauer)
- Fluoreszenzmarker zur Untersuchung biologischer Vorgänge mittels Anregung durch Ultraviolett, beispielsweise mit Fluorescein
Weitere Licht aussendende feste Stoffe werden im Allgemeinen nicht als Leuchtstoff bezeichnet, zu deren Prinzipien der Lichtemission siehe unter Lumineszenz und Leuchtfarbe.
Literatur
- Werner Espe: Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik. 3: Hilfswerkstoffe. VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin 1961.
Weblinks
Einzelnachweise
- Thomas Jüstel, Sebastian Schwung: Leuchtstoffe, Lichtquellen, Laser, Lumineszenz. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2016, ISBN 978-3-662-48454-8, doi:10.1007/978-3-662-48455-5 (springer.com [abgerufen am 2. August 2021]).
- uni-freiburg.de: Chemie der Metalle, Kap. 7.1.
- Optimale Leuchtstoffe für LED-Applikationen Thomas Jüstel Vortrag auf der 9. Tagung: LED in der Lichttechnik Essen 12.-13. März 2013 abgerufen am 24. Dezember 2017