Anwendungen der Lanthanoide: Leuchtstoffe

Als Leuchtstoffe (engl.: phosphors) bezeichnet man Materialien, die aus einem angeregten, energiereichen Zustand unter Aussendung von Licht einer bestimmten Wellenlänge auf ihren energieärmeren Grundzustand zurückfallen.
Dieses Phänomen wird auch als Lumineszenz bezeichnet.

Leuchtstoffe werden in vielen Bereichen des täglichen Lebens verwendet: in Fernsehgeräten und Computermonitoren, in LEDs, in Leuchtstofflampen und in Röntgendetektoren.

Foto: Jens
Bild: Ein Computer-Monitor

Typische Leuchtstoffe bestehen aus einem Wirtgitter, in dem eine geringe Menge Fremd-Ionen enthalten sind, die hauptsächlich die Lumineszenz verursachen.
Hierbei finden die Lanthanide sowohl als Bestandteil des Wirtgitters als auch als Aktivator-Ionen Verwendung.

Man beschreibt einen derartigen Leuchtstoff in der folgenden Form:
Y2O3:Eu bedeutet, daß ein Wirtgitter aus Yttriumoxid mit Europium-Ionen dotiert ist, d.h. daß ca. fünf Prozent der Yttrium-Ionen durch Europium-Ionen ersetzt wurde.

Ein Großteil der heutigen Lichtquellen, wie z. B. Leuchtstoffröhren oder Energiesparlampen nutzen die Lichtemissionen von Plasmaentladungen.
Dabei wird das Plasma, meist wird Quecksilberdampf verwendet, durch Zugabe elektrischer Energie angeregt und sendet beim Zurückfallen auf den Grundzustand Licht verschiedener Wellenlängen aus.
Für Beleuchtungszwecke wird im allgemeinen "weißes" Licht eingesetzt, d. h. Licht, das Anteile aus allen Bereiches des sichtbaren Spektrums enthält (400-700 nm).
Da das emittierte Licht eines Quecksilberplasmas zum großen Teil im UV-Bereich (254 nm) und im Blau- und Grünbereich des sichtbaren Spektrums liegt, wird der Einsatz eines Leuchtstoffs notwendig, der die ultravioletten Teile des Spektrums absorbiert und rotes Licht emittiert.
Die ersten dieser Leuchtstoffe wurden zu Beginn der fünfziger Jahre entwickelt, jedoch wurden in den letzten Jahren neue lanthanidhaltige Leuchtstoffe mit höhem Wirkungsgrad und höherer Stabilität eingeführt.

Auch in Computermonitoren und Fernsehgeräten spielen auf Lanthaniden basierende Leuchtstoffe eine wichtige Rolle.
Hierbei wird die Kathodolumineszenz benutzt, d. h. die Leuchtstoffe werden durch einen Elektronenstrahl in den angeregten Zustand versetzt.
Als roter Leuchtstoffe wird meist Y2O2S:Eu , als grüner Leuchtstoff häufig Y2SiO5:Tb eingesetzt.

Die für den Einsatz als Lumineszenzmaterialien am besten geeigneten Seltenerdelemente sind Europium, Terbium (beide meist als Aktivator-Ionen), Cer, Gadolinium und Yttrium.
Dabei beweisen sie im Vergleich zu anderen Leuchtstoffen häufig eine hohe Effizienz und Stabilität, haben jedoch aufgrund der aufwendigen Trennverfahren einen deutlich höheren Preis.


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Letzte Überarbeitung: 22. November 2001, Jens Kuster