Leuchtstoff

Als Leuchtstoff werden allgemein feste Stoffe bezeichnet, die Lumineszenz zeigen. Durch Anregung mit Licht, Elektronenbeschuss oder andere Mechanismen wird Licht (im Kontext von Leuchtstoff im sichtbaren Bereich) erzeugt. Die Bezeichnung Phosphore (plural) leitet sich aus dem 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, welche 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

ZnS:Mn → orangerot
ZnS:Ag → blau
ZnS:Cu → Grün
ZnS:Ln → abhängig vom Lanthanoid rot bis blau-grün

Wichtige Dotierungs- und Basiselemente sind die Lanthanoide Europium (Eu) und Terbium (Tb): 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.

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.

Basierend auf einem Artikel in:

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