Leuchtstoffe

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Einleitung

Leuchtstoffe, Sammelbezeichnung für Substanzen, die nach der Anregung, d. h. der Aufnahme von Energie, den Effekt der Lumineszenz (also Fluoreszenz oder Phosphoreszenz) zeigen. Die technisch wichtigen Leuchtstoffe werden synthetisch hergestellt.

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Historisches

Schon im Altertum fand man „leuchtende Steine”. Die ersten „künstlichen Leuchtstoffe” wurden zu Beginn der Neuzeit hergestellt, allerdings meist zufällig beim Versuch, Gold herzustellen (siehe Alchimie). So gelang dem italienischen Schuster und Alchimisten Vincentinus Casciarola im Jahr 1603 die Synthese von „Bologneser Leuchtstein”, als er Schwerspat (Bariumsulfat) mit Kohle zu Bariumsulfid reduzierte. Im Jahr 1866 entdeckte der französische Chemiker T. Sidot die so genannte Sidot-Blende, ein nachleuchtendes Zinksulfid. Die systematische Erforschung der Leuchtstoffe begann erst Ende des 19. Jahrhunderts, vor allem mit den Arbeiten von Antoine Henri Becquerel.

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Wirkweise und Eigenschaften

Leuchtstoffe sind meist Sulfide, Oxide, Phosphate (siehe Phosphorsäure) oder Carbonate, die Spuren von Schwermetallen (z. B. Kupfer, Mangan oder Silber) enthalten müssen – Letztere wirken als Aktivator der Lumineszenz. Die Grundsubstanz muss sehr rein sein, da Verunreinigungen den gezielt zugesetzten Aktivator hemmen.

Die Energiezufuhr bzw. Anregung erfolgt durch elektrische Entladung in Gasen, z. B. durch kurzwelliges (ultraviolettes oder sichtbares) Licht oder Röntgenstrahlung, ferner durch Elektronenstrahlen oder durch radioaktive Strahlung.

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Anwendung

Leuchtstoffe werden vor allem in Leuchtstofflampen, in Leuchtdioden (siehe Diode) sowie in Bildröhren von Fernsehgeräten und Monitoren verwendet. Siehe auch Kathodenstrahlröhre

Bei den Leuchtstofflampen (siehe Neonröhre) besteht der Leuchtstoff oft aus einem Calciumhalogenphosphat mit Mangan oder Antimon als Aktivator. Er befindet sich in der Innenbeschichtung des Glaskolbens, und die Anregung erfolgt durch die Ultraviolettstrahlung, die bei der elektrischen Gasentladung im Inneren der Lampe emittiert wird. Siehe auch elektrische Beleuchtung

Bei den Bildröhren werden die Leuchtstoffe durch den Elektronenstrahl angeregt. Für Farbbildschirme benötigt man drei verschiedene Leuchtstoffe zur Darstellung der drei Primärfarben Rot, Grün und Blau. Man verwendet hier meist folgende Leuchtstoffe und Aktivatoren: für Rot Yttriumoxid mit Europium, für Grün Yttriumoxisulfid mit Terbium (oder auch Zinksulfid mit Kupfer und Aluminium) und für Blau Zinksulfid mit Silber. Für Schwarzweißbildschirme verwendet man eine Mischung aus blau leuchtendem Zinksulfid mit Silber und gelb leuchtendem Zinksulfid mit Kupfer und Aluminium, wobei je nach Mengenverhältnis eine leichte Farbtönung auftreten kann.

Nachleuchtfarben benötigt man beispielsweise für Zifferblätter von Uhren oder zum Kennzeichnen von Fluchtwegen, die dann auch nach Ausfall der Beleuchtung noch erkannt werden können. Hierfür kommt meist Zinksulfid mit Kupfer zum Einsatz, das bis zu 20 Stunden lang nachleuchtet.

Eine neue Entwicklung ist die Elektrolumineszenz, bei der die Anregung durch ein elektrisches Feld hervorgerufen wird. Hier verwendet man häufig Zinksulfid oder -sulfat oder auch Cadmiumsulfid. Anwendungen sind Zifferblätter von Messinstrumenten sowie Hintergrundleuchtflächen von Flüssigkristallanzeigen.

Es gibt auch organische Leuchtstoffe; hierzu zählen vor allem die Fluoreszenzfarbstoffe und die optischen Aufheller. Diese werden bei der Herstellung von Papier und Textilien eingesetzt; sie absorbieren ultraviolettes Licht und emittieren blaues Licht. Dadurch wird ein eventuell vorhandener Gelbstich überdeckt. Optische Aufheller werden aus dem gleichen Grund auch vielen Waschmitteln zugesetzt.