Je leest:

Van Kröger tot Blasse

Van Kröger tot Blasse

Luminescentie van tl-buis en kleuren-tv

Auteur: | 1 oktober 2001

De Nederlanders F. Kröger en G. Blasse speelden een bepalende rol in de ontwikkeling van luminescente materialen voor TV’s en TL-buizen

In de kleuren-tv wordt gebruik gemaakt van het natuurkundig proces dat luminescentie heet. Dit behelst dat bepaalde materialen (fosforen genoemd) zichtbaar licht uitzenden wanneer er hoogenergetische straling opvalt. Bij de tv is dit een bundel snelle elektronen. In een kathodestraalbuis (het grootste deel van een tv-toestel bestaat daaruit) tast een elektronenbundel met een frequentie van 50 Hz het beeldscherm af. Aan de binnenkant van dat scherm is op ieder beeldpunt (pixel) een staafje rood, groen en blauw luminescerend materiaal aangebracht. Als de elektronenbundel zo’n staafje raakt, wordt er op dat punt van het beeldscherm licht uitgezonden en zo kan dus op ieder punt van het scherm de juiste kleur worden opgewekt.

Figuur 1. Opengewerkte tekening van een beeldbuis voor kleuren-tv, waarin drie elektronenstralen samen het beeld op het scherm ‘schrijven’. Bron: Philips Concernarchief, Eindhoven

Edison

Ook in tl-buizen (tl staat voor ‘tube luminescant’, Frans voor lichtgevende buis) wordt luminescentie gebruikt. Aan het begin van de vorige eeuw werkte Thomas Edison, uitvinder van de gloeilamp, aan tl-buizen, die net als de huidige tl-buizen op een kwikontlading waren gebaseerd. Daarbij wordt elektriciteit efficiënt omgezet in ultraviolette (UV) straling. Die straling wordt vervolgens geabsorbeerd door een dun laagje van een luminescerend poeder aan de binnenkant van de buis. Aldus wordt zichtbaar licht uitgestraald.

Al werkende aan de tl-buis constateerde Edison dat de efficiëntie van de luminescentie van groot belang was voor de lichtopbrengst van een lamp. In zijn eigen woorden: ‘Unless someone discovers a means of making luminescent bodies that are vastly brighter than the best known now, luminescence may be excluded altogether as a factor in artificial lighting.’

In de afgelopen eeuw zijn de ‘vastly brighter luminescent bodies’ waar Edison om vroeg, gevonden. Twee Nederlanders hebben daarbij een prominente rol gespeeld: Kröger en Blasse.

Figuur 2. Binnenkant van een spaarlamp. De kromgebogen dunne tl-buis is duidelijk zichtbaar Bron: Philips Concernarchief, Eindhoven

Nalichten

Het werk van Kröger begon ongeveer 65 jaar geleden en betrof vooral zinksulfidefosforen die toegepast worden in kleurentelevisies. Die zenden blauw licht uit als er een kleine hoeveelheid zilver aan wordt toegevoegd. De energieefficiëntie van de zinksulfide-fosforen kan hoog zijn (twintig procent) en wordt sterk beïnvloed door de aanwezigheid van fouten in het kristal. Die spelen ook een belangrijke rol bij de stabiliteit en het nalichten. Dat nalichten is hinderlijk bij het kijken naar tv (snel bewegende objecten krijgen een lichtstaart) maar juist gewenst bij bepaalde soorten speelgoed (figuren aan het plafond die`s nachts nalichten). Krögers werk heeft bijgedragen tot de ontwikkeling van betere luminescerende materialen voor de televisie. Tot op de dag van vandaag wordt zinksulfide met zilver toegepast als blauwe fosfor in kleurentelevisies. Het groene licht wordt uitgezonden door zinksulfide met een beetje koper. Voor de rode kleur wordt sinds de jaren zestig het zeldzame-aardion europium gebruikt.

Zeldzame aarden

Het besef dat zeldzame aarden zeer efficiënt licht uit kunnen zenden, wekte een nieuwe belangstelling voor luminescentieonderzoek. Bij Philips werd de jonge Blasse direct na de publicatie over het gebruik van europium in kleuren-tv gevraagd zijn werk aan magnetische materialen te stoppen en de luminescentie van zeldzame aarden te gaan onderzoeken. Vijftien jaar later resulteerde dit onderzoek in een doorbraak in de tl-verlichting. In de eerste commerciële tl-buizen (die in 1938 op de markt kwamen) werd de ultraviolette straling uit de kwikontlading in wit licht omgezet door een verbinding waarin magnesium, wolfraam, zink, beryllium en mangaan zaten. Deze verbinding was echter weinig stabiel en ook nog eens giftig. In 1948 werd calciumhalofosfaat met antimoon en mangaan ontdekt. In deze fosfor wordt de ultraviolette straling geabsorbeerd door antimoon dat vervolgens blauw licht uitzendt. Een deel van de antimoonionen draagt de energie over naar mangaanionen die vervolgens geel licht uitzenden. Samen geeft dit wit licht. Nog steeds wordt deze verbinding toegepast, vooral in goedkope tl-buizen.

Figuur 3. Prof. dr. G. Blasse Bron: Philips Concernarchief, Eindhoven

Het werk van Blasse (vanaf 1970 bij de Universiteit Utrecht) resulteerde in een sterke toename van de kennis over de luminescentie van zeldzame aarden. Daarvan werd gebruik gemaakt bij de ontwikkeling van nieuwe tl-buizen. In de door Philips rond 1980 geïntroduceerde ‘tricolor tl-buizen’ wordt blauw, groen als rood licht uitgezonden door zeldzame aardionen. De energie-efficiëntie en kleurweergave van deze buizen zijn superieur aan die van de goedkopere halofosfaatbuizen. Bijkomend voordeel is de grote stabiliteit van de zeldzame aardfosforen. Hierdoor kunnen tl-buizen dunner gemaakt worden en werd het mogelijk om compacte spaarlampen te maken. Lampen die passen in de fitting van Edisons gloeilamp.

Figuur 4. Bron: Philips Concernarchief, Eindhoven

Zie ook:

Literatuur:

  • F.A. Kröger, Aspects of Luminescence of Solids, Elsevier, Amsterdam (1948)
  • G. Blasse and B.C. Grabmaier, Luminescent Materials, Springer, Berlin (1994).
  • A. Meijerink, Kwantumknippen en kwantumplakken, Natuur en Techniek 66 (1998) p. 74.
Dijken
KNAW

Dit artikel is afkomstig uit het boek Chemie achter de dijken, een gezamenlijke uitgave van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW) en de Koninklijke Nederlandse Chemische Vereniging (KNCV). Het werd in 2001 uitgegeven ter herdenking van het feit dat de Nederlander Jacobus Henricus Van ‘t Hoff honderd jaar eerder in 1901 de allereerste Nobelprijs voor de scheikunde won. Chemie achter de dijken belicht Nederlandse uitvindingen en ontdekkingen op chemisch gebied sinds 1901. In zo’n zeventig bijdragen (voor het overgrote deel opgenomen in Kennislink) wordt de betekenis van de Nederlandse chemie duidelijk voor ontwikkelingen op het gebied van de gezondheidszorg (bijvoorbeeld de kunstnier), de voedingsmiddelenindustrie (onder andere zoetstoffen), de kledingindustrie (bijvoorbeeld ademende regenkleding) of de elektronica (zoals herschrijfbare CD’s).

Dit artikel is een publicatie van KNAW/KNCV.
© KNAW/KNCV, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 oktober 2001

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.