Luminescence

• La télévision couleur à tube cathodique (CRT)
• L'éclairage fluorescent
• Les technologies pour écrans plats
• Marquage et signalisation
• La radiographie médicale

S'agissant de l'émission, les applications se sont développées à partir des années 60, en liaison avec la disponibilité industrielle des terres rares à des puretés suffisantes (>99,99%) : télévision couleur, éclairage fluorescent et radiographie médicale.

Les émissions intenses et quasi monochromatiques obtenues en diluant les activateurs à base de terres rares dans les réseaux hôtes appropriés (très souvent des composés simples de terres rares à 0,7 ou 14 électrons : yttrium, lanthane, gadolinium et lutécium) sont la raison essentielle de ce développement, car elles ont permis de répondre à des critères d'utilisation très pointus que les luminophores traditionnels à émission de bande ne pouvaient satisfaire. Une grande variété d'émission peut être obtenue en fonction de la nature de l'activateur mis en jeu et des positions respectives des niveaux d'énergie excités ou fondamentaux.

• La télévision couleur à tube cathodique (CRT)

• L'éclairage fluorescent

Dans le domaine de l'éclairage fluorescent, les luminophores aux terres rares ont permis de réaliser pratiquement les prévisions théoriques montrant que la lumière du jour pouvait être reconstituée à partir de l'addition, dans des proportions définies, de trois émissions primaires à 450, à 550 et à 610 mm (fig. 5). Dans le tube fluorescent basse pression, la conversion en lumière visible du rayonnement ultraviolet émis par le mercure excité se faisait traditionnellement au moyen d'un émetteur de bande blanchâtre, l'halophosphate de calcium activé à l'antimoine et au manganèse. La mise au point de luminophores utilisant respectivement l'émission bleue de l'europium divalent (cas particulier d'une émission de bande étroite issue de transitions mettant en jeu les niveaux 5 d) et les émissions vertes du terbium trivalent coactivé par le cérium et rouge de l'europium trivalent a permis de réalisation des tubes fluorescents trichromatiques récemment miniaturisés sous la forme des lampes compactes pour les applications domestiques.

• Les technologies pour écrans plats

Il existe une forte demande pour remplacer les tubes cathodiques encombrants des TV et ordinateurs par des écrans plats de grande dimension. Différentes technologies utilisant des terres rares sont en pleine émergence.

		• Les écrans à émission de champs, fonctionnant à faible tension (< 8 000 V) utilisent des luminophores à base de terres rares : Rouge (Y2O3 : Eu ; Sr TiO3 : Pr …) Vert (Y3 (Al, Ga)5 O12 : Tb ; Y2 SiO5 : Tb, SrGa2S4 :Eu…) Bleu (Y2 Si O5 :Ce)
		• Les écrans à technologie plasma. Dans ce cas les luminophores sont excités par la décharge d'un plasma placé entre deux électrodes. L'écran est décomposé en petites cellules ou pixels dont la taille est suffisamment petite pour obtenir des écrans à haute définition. La durée de vie de ces écrans est en net progrès. Les terres rares sont présentes dans les luminophores bleus (Ba Mg Al10 O17 : Eu) , rouges (Y,Gd) BO3 : Eu qui est préféré à Y2O3 :Eu à cause des absorptions plus fortes dans le VUV et vert (Y, Gd) BO3 : Tb.

• Marquage et signalisation

Il existe aussi une forte croissance de l'emploi de luminophores pour le marquage et la signalisation. De nombreux marquages de sécurité (portes de sortie, lignes et bandes de sécurité…) nécessitent l'utilisation de produits phosphorescents. Les terres rares sont incluses dans le produit phosphorescent minéral qui présente les plus longues durées de phosphorescence connues, c'est-à-dire Sr Al₂ 04 : Eu Dy .

Il existe également une forte croissance de l'utilisation de diodes modifiées par des luminophores pour des applications liées à l'illumination : feux de signalisation, panneaux d'affichage, éclairage de vitrine de magasins… La diode est un semi-conducteur qui émet généralement une lumière proche du bleu. Cette lumière bleue est utilisée comme source d'excitation d'un luminophore comme par exemple Y₃ Al₅ O₁₂ : Ce³⁺ appelé YAG :Ce. La superposition de la lumière bleue de la diode et de l'émission résultante du YAG :Ce produit une lumière proche du blanc utile pour l'éclairage. des diodes émettant un vaste spectre de couleurs sont désormais fabriquées partout dans le monde. Les diodes ont des durées de vie beaucoup plus grandes que toutes les autres lampes et vont de développer dans les secteurs où la maintenance de l'éclairage coûte cher.

• La radiographie médicale

Un troisième domaine privilégié de la luminescence des terres rares est celui de la radiographie médicale. L'image radiologique est transformée en image optique par un écran renforçateur utilisant la capacité d'un luminophore à transformer le rayonnement X en lumière visible, bleue ou verte, à laquelle les émulsions photographiques sont bien plus sensibles qu'aux rayons X. L'utilisation de luminophores aux terres rares dans cette application s'est développée aux dépens du tungstate de calcium utilisé dans les dispositifs traditionnels, du fait d'une absorption intrinsèque du rayonnement X plus importante sur la gamme d'énergies mise en jeu, d'une meilleure efficacité de conversion en lumière visible (rendement de 10 à 20 % contre 6 % pour CaWO4) et d'une répartition spectrale de l'émission (du terbium ou du thulium trivalents) bien centrée sur la sensibilité maximale des émulsions utilisées, trois critères essentiels dans la définition du facteur de mérite des écrans renforçateurs.

Trois grands types de luminophores aux terres rares sont mis en œuvre :

Gd₂O₂S : Tb (vert), LaOBr : Tm et YTaO₄ : Nb ou Tm (Bleus), qui permettent d'améliorer sensiblement la qualité des images obtenues, tout en diminuant les temps d'exposition des patients d'un facteur 2 à 4.

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