Co je luminofor?

Luminofor je materiál, který absorbuje část dopadajícího záření a následně vyzáří světlo s jiným spektrálním složením. V osvětlovací technice se s ním nejčastěji setkáme u bílých LED diod, kde pomáhá převést světlo polovodičového čipu na výsledné bílé světlo.

U běžné bílé LED vytváří polovodičový čip převážně modré světlo. Část tohoto záření projde ven přímo a část pohltí luminofor, který ji vyzáří na delších vlnových délkách. Kombinaci modrého světla LED čipu a světla z luminoforu potom lidské oko vnímá jako bílou.

Co je luminofor?

Luminofor je látka schopná po dodání energie vyzařovat světlo prostřednictvím procesu označovaného jako luminiscence.

Excitaci luminoforu může vyvolat například:

• ultrafialové záření,
• viditelné světlo,
• elektrické pole,
• elektronový svazek,
• nebo ionizující záření.

Pro LED osvětlení je nejdůležitější případ, kdy luminofor absorbuje část krátkovlnného světla LED čipu a vyzáří světlo s delšími vlnovými délkami.

Jak luminofor funguje v bílé LED?

Samotný polovodičový LED čip vyzařuje světlo v poměrně úzké oblasti spektra. U velmi rozšířeného typu bílé LED se používá modrý čip založený na polovodičových materiálech GaN nebo InGaN.

Nad čipem se nachází vrstva luminoforu. Modré světlo z LED čipu při průchodu touto vrstvou:

• zčásti projde přímo ven,
• a zčásti je luminoforem absorbováno a znovu vyzářeno na delších vlnových délkách.

Jak vzniká bílé světlo?

Bílé světlo není jedna konkrétní vlnová délka. Vzniká kombinací více částí viditelného spektra, které společně vyvolají v lidském zraku vjem bílé.

U klasické luminoforové bílé LED se proto kombinují dvě základní složky:

Vzájemný poměr těchto složek určuje výslednou barvu světla, jeho spektrum i některé další světelné vlastnosti.

Proto má mnoho bílých LED v zhasnutém stavu žlutou nebo žlutooranžovou světelnou plochu. Nejde o barvu LED čipu, ale o vrstvu luminoforu nad ním.

Co je Stokesův posun?

Při absorpci světla luminoforem a jeho následném vyzáření se zpravidla část energie ztratí například ve formě tepla. Vyzařované fotony proto mají nižší energii a odpovídají delším vlnovým délkám než původní budicí světlo.

Tento rozdíl mezi absorpcí a emisí se označuje jako Stokesův posun.

Právě díky této přeměně může modré světlo LED čipu vybudit luminofor, který následně vyzařuje například v zelené, žluté nebo červené části spektra.

Jak luminofor ovlivňuje spektrum světla?

Luminofor zásadně ovlivňuje spektrální složení bílé LED. To je důvod, proč mohou dvě LED se stejnou barevnou teplotou působit při osvětlení barevných předmětů odlišně.

Typické spektrum bílé luminoforové LED má:

• výrazný úzký vrchol v modré oblasti pocházející přímo z LED čipu,
• a široké pásmo světla vytvořené luminoforem.

Graf zároveň ukazuje, proč není správné představovat si bílé LED světlo jako jednu „bílou“ vlnovou délku. Jde o kombinaci různých vlnových délek, jejichž zastoupení lze měnit složením luminoforu a konstrukcí LED.

Jak souvisí luminofor s CRI?

Spektrální složení světla ovlivňuje také schopnost světelného zdroje věrně zobrazovat barvy osvětlených předmětů.

Jedním z parametrů používaných pro hodnocení této vlastnosti je index podání barev CRI.

Pokud luminofor vytvoří široké a vhodně vyvážené spektrum, mohou být barvy pod LED světlem podány velmi přirozeně. Pokud některé části spektra výrazně chybějí, může být například červená, zelená nebo odstín lidské pokožky reprodukován méně věrně.

Jak luminofor ovlivňuje barevnou teplotu?

Složení a množství luminoforu ovlivňuje poměr modré složky LED čipu a delších vlnových délek vytvořených luminoforem.

Výrobce tak může navrhnout LED například pro:

• teplou bílou kolem 2700–3000 K,
• neutrální bílou kolem 4000 K,
• studenou bílou kolem 5000–6500 K.

Teplejší bílé světlo potřebuje ve výsledném spektru větší zastoupení delších vlnových délek, zejména v oranžové a červené oblasti. U studenějších LED je relativně výraznější původní modrá složka.

Podrobněji tuto vlastnost vysvětlujeme v hesle barevná teplota světla.

Ovlivňuje luminofor účinnost LED?

Ano. Přeměna světla pomocí luminoforu není dokonale bezeztrátová. Část energie se při konverzi na delší vlnové délky ztratí, mimo jiné právě v souvislosti se Stokesovým posunem.

Při návrhu LED se proto hledá rovnováha mezi:

• vysokou světelnou účinností,
• požadovanou barevnou teplotou,
• kvalitou spektra,
• vysokým CRI,
• barevnou stabilitou,
• a životností LED.

Například vytvoření teplého světla s kvalitním podáním červených barev vyžaduje dostatečné zastoupení červené části spektra. To může ve srovnání s LED optimalizovanou především na maximální počet lumenů snížit výslednou světelnou účinnost.

Fluorescence a fosforescence nejsou totéž

Současná stránka rozdělovala luminofory na několik „typů“, ale pro pochopení osvětlení je užitečnější rozlišit především způsob luminiscence.

Luminofor běžné bílé LED proto po vypnutí svítidla dlouho nesvítí. Jeho úlohou je převádět světlo během provozu LED.

Je luminofor totéž co fosfor?

Ne. K častému nedorozumění dochází kvůli anglickému slovu phosphor.

V angličtině označuje „phosphor“ obecně luminiscenční materiál používaný například v LED nebo zářivkách. Chemický prvek fosfor se však anglicky nazývá phosphorus.

Proto není přesné tvrdit, že každá bílá LED obsahuje „fosfor“. Obsahuje luminofor, který může být tvořen různými chemickými materiály.

Kde se luminofory používají?

Luminofory se používají v řadě technologií, ve kterých je potřeba převádět energii nebo záření na viditelné světlo.

• Bílé LED – konverze části modrého nebo fialového světla na širší viditelné spektrum.
• Zářivky – luminofor na vnitřní stěně trubice převádí ultrafialové záření na viditelné světlo.
• Displeje a zobrazovací technika – luminiscenční materiály vytvářejí nebo upravují jednotlivé barevné složky.
• Bezpečnostní značení – fosforescenční materiály mohou po nasvícení určitou dobu dosvěcovat.
• Detektory a měřicí technika – speciální luminofory mohou převádět jiné druhy záření na viditelné světlo.

V osvětlovací technice je dnes nejvýznamnější právě jejich použití v bílých LED a LED modulech.

Luminofor u LED svítidel lampax

U LED svítidla zákazník samotný luminofor obvykle neřeší. Je však jedním z materiálů, které zásadně ovlivňují vlastnosti výsledného světla.

Při výběru LED pro svítidla proto sledujeme nejen světelný tok, ale také:

• barevnou teplotu,
• index podání barev CRI,
• spektrální vlastnosti,
• světelnou účinnost,
• barevnou stabilitu,
• a dlouhodobé parametry LED.

U našich svítidel používáme pro běžnou teplou variantu světlo 3000 K s vysokým podáním barev až 94 Ra. Dobré světlo totiž neurčuje pouze počet lumenů, ale také to, z jakých vlnových délek je výsledné světlo složené.

To je důležité například u dřeva, textilií, jídla nebo lidské pokožky, kde kvalita spektra přímo ovlivňuje to, jak přirozeně barvy v interiéru vnímáme.