定义
表现出发光的物质，主要用于照明和显示。
荧光粉是具有发光的物质。 大多数情况下，该术语用于技术上使用的物质，应用于照明和显示器，例如需要可见光的地方。 虽然发光（特别是化学发光）很早就在磷中观察到，但常见的荧光粉材料不含磷。
荧光粉物质
通常，荧光粉主要包含被动（非发光）介质，其中以一定浓度添加一些活化剂物质。 在大多数情况下，活化剂是稀土或过渡金属离子，例如：
- 硫化锌中的Eu2+ ，BaMgAl10O17 (BAM)或氧化硫化物镱
- YVO4(钒酸盐)中的Eu3+
- ZnS或(Zn,Cd)S中的Mn2+， Cu+， Pb2+或Ag+
- Y2SiO5或Y3Al5O12 (YAG)中的Ce3+
- InBO3中的Tb3 +
通常，一个表示冒号后的掺杂剂，例如Y3Al5O12:Ce 。 掺杂浓度经过优化，使得激发光的吸收长度足够小，但同时没有辐射光的过度重吸收，也没有能量传递过程的大量淬灭。
人们越来越多地试图避免使用各种有毒元素，如铍、镉和铊。
主体物质通常是具有足够大带隙的电介质或半导体材料。 有时，人们会添加另一种掺杂剂以减少余辉。 荧光粉通常以细粉的形式提供，这些粉末由微晶组成，具有适当控制的粒径范围。
例如，LED和激光二极管中的半导体通常不称为荧光粉，尽管它们也表现出发光。
最近，有机荧光粉已被证明，但到目前为止，主要使用无机荧光粉。
大量不同的荧光粉物质可以用国际公认的“P”数字系统进行标记。 例如，基于银活化锌硫化镉的P4荧光粉已用于黑白电视机;还有一个不含镉的版本，含有铜和铕。 绿色P10和其他长持久性荧光粉用于雷达屏幕。 荧光衰减快得多的绿色 P31 可用于示波器。
由于荧光粉通常表现出大量的光吸收，因此它们用于相对较薄的层，因此大部分发光光可以逸出并使用。 然而，需要一些有限的厚度才能获得用于激发荧光粉的光或电子的充分吸收。
磷光体的发射基本上是全向的，但有时由于反射金属电极层，它至少部分是定向的。
荧光粉的激发
通常，荧光粉中的发光与激发电子态释放能量有关。 激励可以通过不同的物理机制来完成：
- 其中一些被高能自由电子激发。 发射过程称为阴极发光，可以被认为是电致发光的一种形式。
- 在许多其他情况下，激发是由入射光引起的，入射光可以是可见光或紫外线。 这种发射称为光致发光，或者更具体地说是荧光或磷光，具体取决于衰减时间。 虽然荧光粉一词似乎表明它会产生磷光，但实际上在大多数情况下它是荧光，但通常不会具有特别短的衰减时间。 典型的时间尺度在微秒到毫秒区域。
- 在少数情况下，使用放射性发光。
荧光粉的基本特性
许多不同的特性可能与荧光粉的使用有关：
- 发光光谱的形状决定了颜色外观。
- 发光效率决定了在给定激发水平下外观的亮度。 它可以通过各种淬火机制降解，例如可能涉及晶体缺陷、表面效应或杂质。 即使对于相同类型的荧光粉，根据制造细节，它也可能有很大差异。
- 荧光粉可以针对不同的激发机制进行优化（见上文）。
- 有限的寿命（见下文）也可能因荧光粉的类型和操作条件而有很大差异。
- 在真空中使用的荧光粉应具有低释气性。
荧光粉的应用
荧光灯
在荧光灯中，发射的光由沉积在玻璃管内侧的荧光粉层产生。 荧光粉被紫外线激发，紫外线通常是在低压汞蒸气中通过气体放电产生的。
在大多数情况下，荧光灯产生白光而不是彩色光。 这是通过含有不同发射物质的荧光粉实现的，在不同的波长区域发射光;混合物是平衡的，使得总体上获得具有所需色温的白光。 虽然日光灯产生的相对“冷”的光具有较高的色温，类似于中午的日光，但人们通常更喜欢色温较低的暖色调灯，更类似于晚上的自然光。
由于用荧光粉物质混合物获得的光谱不是连续的，而是表现出具有大量发射的多个光谱区域，被显着的间隙打断，因此无法实现理想的显色性（高CRI =显色指数）。 有些荧光粉具有更复杂的发光物质混合物，导致更好的显色性，但通常具有较低的转换效率。 对于普通照明目的，这种权衡导致灯具具有合理但不完美的显色性和相对较高的发光效率。
发光二极管
许多发光二极管（LED）发出彩色光，这些光直接在p-n结中以电致发光形式产生，电子和空穴在其中重新结合。 这些p-n结的半导体材料不称为荧光粉。
然而，主要用于照明目的，需要白光LED，其中涉及荧光粉。 实际的LED（基于InGaN）产生蓝光，其中一些直接用于照明，而另一部分则被一些荧光粉（如Y）吸收Y3Al5O12:Ce3+ ，它产生更长波长的光——通常在绿色到橙色区域（主要是黄色），因此整体上可以获得白色的印象。 LED荧光粉还可以包含SiAlON：Er2+或含有铽和钆的物质。 与荧光灯的情况类似，在转换效率和显色指数方面也存在权衡。 对于廉价的白光LED，人们还经常观察到与所需颜色外观的严重偏差，这可能是由不理想的制造条件引起的。
阴极射线管
多年来，阴极射线管（CRT）已用于大多数电视设备，计算机显示器和示波器。 在这里，电子能量为几千电子伏特（keV）的电子束撞击沉积在真空管内侧的荧光粉层，使得产生的部分发光通过玻璃传输并可以看到。 人们通常使用沉积在荧光粉上的一层薄薄的铝，它用作电极，同时作为光反射器，但不幸的是也带走了很大一部分电子能量。
单色屏幕仅包含一种荧光粉，发出例如绿色或橙色的光。 彩色屏幕通常包含三种不同类型的荧光粉，例如具有红色，绿色和蓝色发射的荧光粉，它们以规则的模式排列。 涉及图案掩模的机制允许将电子束专门发送到包含所需颜色的正确荧光粉的光斑。
由于荧光粉中电子的快速加速，会产生一定量的不需要的X射线。 然而，由此产生的用户X射线暴露通常相对较弱。
电致发光显示器
电致发光显示器包含一个薄的荧光层，用两个电极施加相对较高的电压。 一个电极需要透明或结构化，以提取产生的光。 例如，此类设备可用于液晶显示器的背光。
图像增强器
图像增强器和图像转换器主要用于夜视设备和红外观察器，包含用于将电子图像转换回可见光图像的荧光屏。 入射电子的能量为几keV，类似于阴极射线管中的能量。 因此，单个入射电子可以发射数百个光子。 因此，即使没有任何电子倍增过程，也可以进行一些大量的图像增强（例如50倍）。 然而，现代器件通常包含一个提供强电子倍增的微通道板，因此荧光粉的效率变得不那么重要。
荧光粉层通常沉积在光纤板或光纤锥度上，传输并可能转换图像，以便直接查看或使用图像传感器记录。 选择该材料是为了获得高发光效率（用于直接观察）或使用图像传感器实现最大灵敏度。
红外观察卡
对于某些激光观察卡，使用特殊的荧光粉，需要通过可见光（即阳光或人造光）照明来“充电”。 然后，材料产生低水平的磷光（余辉），几乎无法识别。 然而，当被红外光击中时，材料会更快地释放充电过程中储存的能量，并且可以用肉眼看到被照亮的斑点（通常是橙色）。 这种视觉印象只持续到储存的能量耗尽;然后需要为卡充电，或者只是将激光光斑移动到另一个尚未使用的位置。
射线发光显示器
有荧光粉（主要基于硫化锌），其中添加了镭等放射性物质，因此获得放射性发光。 这种材料可用于手表或无需照明或供电即可发出少量光的显示器。
荧光粉的使用寿命
由于主要在操作过程中发生的降解过程，荧光粉通常表现出有限的寿命。 不同荧光粉之间的寿命差异很大，所涉及的降解机制也有很大差异。 下面简要介绍了典型机制的一些示例：
- 稀土和过渡金属表现出不同的电荷态，化学反应可以改变这些电荷态。 然而，这些电荷态的电子性质通常非常不同，并且磷光体仅在特定状态下工作。 例如，它可能适用于 Eu2+离子，但如果这些离子被氧化以获得Eu，则不会更多3+. 这种反应可能涉及外部物质，例如湿度，或荧光粉层中的其他物质。 扩散过程（特别是在高工作温度下）可以在这种化学降解中发挥重要作用。
- 可能存在晶格损伤的积累，例如以色心的形式，这允许非辐射复合，因此利用光发射的效率。 例如，这种损伤可以由入射的高能电子引起。
在高发射强度或高环境温度下操作通常会大大加速降解。 请注意，在操作过程中，荧光粉可能会显着发热，因为产生的热量通常不容易消散。
这种降解可能只是导致发光效率的损失，或者还会导致颜色外观的改变。
