發(fā)光材料與顯示技術(shù)課件：2 光學與色度學基本概念（第一章）

1、INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION(CIE)As its name implies, the International Commission on Illumination - abbreviated as CIE from its French title Commission Internationale de lEclairage - is an organization devoted to international cooperation and exchange of information among its member cou

2、ntries on all matters relating to the science and art of lighting. 圖人眼的分辨力如 圖圖 視覺惰性1 1、物體色、物體色 物體對光的選擇性吸收是物體呈色的主要原因。物體對光的選擇性吸收是物體呈色的主要原因。 我們說我們說 花是紅色的花是紅色的 ，是因為它吸收了白色光中，是因為它吸收了白色光中400400500 nm500 nm的藍色光和的藍色光和500500600 nm600 nm的綠色光，僅僅反射了的綠色光，僅僅反射了600600700 nm700 nm的紅色光?；ū旧頉]有色彩，光才是色彩的的紅色光?；ū旧頉]有色彩，光才是色

3、彩的源泉。如果紅色表面用綠光來照射，那么就呈現(xiàn)黑色，因源泉。如果紅色表面用綠光來照射，那么就呈現(xiàn)黑色，因為綠光波長的輻射能被全部吸收了，它不包含可反射的紅為綠光波長的輻射能被全部吸收了，它不包含可反射的紅光波長。可見，物體在不同的光譜組成的光的照射下，會光波長?？梢?，物體在不同的光譜組成的光的照射下，會呈現(xiàn)出不同的色彩。只是由于它們對光譜中不同波長的光呈現(xiàn)出不同的色彩。只是由于它們對光譜中不同波長的光的選擇性吸收，才決定了它的顏色。的選擇性吸收，才決定了它的顏色。2、光源色對物體顏色的影響、光源色對物體顏色的影響光源所呈現(xiàn)的顏色為光源色。各種光源都有其特定的光譜能量分布，可以發(fā)出不同顏色的色光

4、。光源色是影響物體顏色的重要因素。光源色的變化，勢必影響物體的顏色。表現(xiàn)在以下幾個方面： 亮度的變化亮度的變化：例如白熾燈，亮度增大時，顏色趨向于白；亮度減弱時，顏色趨向于紅。距離的變化距離的變化：光源與觀察者距離的變化，會使光源色發(fā)生改變。如白熾燈光，隨著距離的推遠，其顏色由黃逐漸向橙、橙紅、紅色變化。 傳播媒質(zhì)的變化，環(huán)境色對物體顏色的影響：傳播媒質(zhì)的變化，環(huán)境色對物體顏色的影響：物體的基本顏色特征是固有色，但由于光源色與環(huán)境色的影響使物體表面的色彩豐富多變。在特定的光源與環(huán)境下物體呈現(xiàn)的顏色稱為條件色。每一物體的顏色都是物體的固有色與條件色的綜合體現(xiàn)。3. 視覺銳度視覺銳度 眼睛分辨景物

5、細節(jié)的能力。人眼對彩色分辨率低于對亮度分辨率，而且對不同顏色構(gòu)成的彩圖細節(jié)的分辨率也不同。 4亮度辨別力亮度辨別力 人眼在比較兩個強弱不同亮度時，有較好的判斷力，對亮度變化過 程敏感。對于不同亮度的背景，人能察覺到的最小亮度差別也不同。人 眼分辨亮度的能力與背景亮度有關(guān)，也即對比靈敏度不同。5. 空間頻率響應空間頻率響應 在人眼視力范圍之內(nèi)，對于圖像上不同空間頻率成分具有不同的靈 敏度。實驗表明，人眼對中頻響應較高，對高、低頻的響應較低.6. 適應性及對比效應適應性及對比效應 人眼通過自身的適應性調(diào)節(jié)，攝取視覺空間的信息變化狀態(tài)。 具體適應性規(guī)律表現(xiàn)在：明暗條件變化下的眼適應亮適應(即由暗到亮

6、 變化)時，幾秒鐘就能分辨出景象的明暗和顏色，其過程約在3分鐘內(nèi)達到穩(wěn)定。圖相加混色圖1-8配色實驗示意圖波長為波長為700 nm，光通量為，光通量為1 lm的紅光作為一個的紅光作為一個紅基色單位；紅基色單位； 波長為波長為546.1 nm，光通量為，光通量為4.5907 lm的綠光作的綠光作為一個綠基色單位；為一個綠基色單位； 波長為波長為435.8 nm，光通量為，光通量為0.0601 lm的藍光作的藍光作為一個藍基色單位。為一個藍基色單位。 若混配時紅、綠、藍光都采用一個基色單位，若混配時紅、綠、藍光都采用一個基色單位，則可配得等能白光則可配得等能白光 ，即，即 E白白=1R + 1G

7、+ 1B 。此時此時E白白的光通量是三個基色光的光通量之和，即的光通量是三個基色光的光通量之和，即14.59070.06015.6508 lm。若三基色光同時增。若三基色光同時增大到原來的大到原來的K倍，則混配之后仍然得到倍，則混配之后仍然得到E白白，只不，只不過其光通量也增大到原來的過其光通量也增大到原來的K倍。倍。101410121010108106104102110-210-410-610-810-10 / m聲頻電磁振蕩聲頻電磁振蕩無線電波無線電波毫米波毫米波紅外光紅外光紫外光紫外光X射線射線 射線射線宇宙射線宇宙射線 /nm1 1064 1046 1031.5 10677062259

8、757749245539030020010極遠極遠遠遠中中近近紅紅橙橙黃黃綠綠藍藍紫紫近近遠遠極遠極遠可可見見光光 電磁輻射波譜電磁輻射波譜發(fā)光的自白發(fā)光的自白e-e-Ground statee-ExcitationEnergyEnergyLightChemicalreactionkineticenergyofmoleculeHeat適宜適宜的外界能的外界能量激發(fā)量激發(fā)光致光致發(fā)發(fā)光光 (Photoluminescence)(Photoluminescence) 電電致致發(fā)發(fā)光（光（Electroluminescence)Electroluminescence) 陰極射線發(fā)光陰極射線發(fā)光(Ca

9、thodeluminescence)(Cathodeluminescence) 射射線發(fā)線發(fā)光（光（Radioluminescence)Radioluminescence) 熱釋熱釋光（光（Thermoluminescence)Thermoluminescence) 化學發(fā)光化學發(fā)光(Chemical luninescence)(Chemical luninescence) 生物發(fā)光生物發(fā)光(Animal Luminescence)(Animal Luminescence)發(fā)光發(fā)光發(fā)光的分類發(fā)光物質(zhì)的分類p 固體固體p 液體液體p 氣體氣體某一某一受到受到、或或的激發(fā)，會發(fā)生的激發(fā)，會發(fā)生能量

10、的吸收能量的吸收、存儲存儲、傳遞傳遞和和轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換過程。如果如果轉(zhuǎn)換為可見光區(qū)的轉(zhuǎn)換為可見光區(qū)的，這個物理過程稱為，這個物理過程稱為固體的發(fā)光固體的發(fā)光。由由和和組成，在一些材組成，在一些材料中，還攙入其它料中，還攙入其它來來改善發(fā)光性能改善發(fā)光性能。：作為：作為材料主體材料主體的化合物；的化合物；：作為：作為發(fā)光中心發(fā)光中心的少量攙雜離子。的少量攙雜離子。固體硫化鋅發(fā)光材料固體硫化鋅發(fā)光材料 ZnS ZnS ：CuCu，ClCl1.1.ZnSZnS是基質(zhì)是基質(zhì)2.2.CuCu是激活劑是激活劑3.3.ClCl是協(xié)同激活劑是協(xié)同激活劑 激活劑原子作為雜質(zhì)存在于基質(zhì)的晶格中激活劑原子作為雜質(zhì)存在

11、于基質(zhì)的晶格中時，與半導體中的雜質(zhì)一樣，在禁帶中產(chǎn)生局時，與半導體中的雜質(zhì)一樣，在禁帶中產(chǎn)生局域能級（即雜質(zhì)能級，見半導體）；固體發(fā)光域能級（即雜質(zhì)能級，見半導體）；固體發(fā)光的兩個基本過程激發(fā)與發(fā)光直接涉及這些局域的兩個基本過程激發(fā)與發(fā)光直接涉及這些局域能級間的躍遷。能級間的躍遷。是一種宏觀現(xiàn)象，但它和晶是一種宏觀現(xiàn)象，但它和晶體內(nèi)部的體內(nèi)部的、等等微觀性質(zhì)和過程微觀性質(zhì)和過程密切相關(guān)。密切相關(guān)。 晶體中的能帶有晶體中的能帶有、。但是，但是，在實際晶體中在實際晶體中，可能存在，可能存在或或，局部地，局部地破壞了晶體內(nèi)部的規(guī)破壞了晶體內(nèi)部的規(guī)則排列則排列，從而產(chǎn)生一些，從而產(chǎn)生一些特殊的能級特殊

12、的能級，稱為，稱為。作為作為，往往有目的，往往有目的地地其它雜質(zhì)離子其它雜質(zhì)離子以以，它們對它們對晶體的發(fā)光晶體的發(fā)光起著關(guān)鍵作用。起著關(guān)鍵作用。是是的一種方式。的一種方式。晶體中電晶體中電子子的的和和。和和可能在可能在、和和中任意兩個之間進行。中任意兩個之間進行。和和發(fā)生的過程如下：發(fā)生的過程如下：與與之間；之間；與與之間；之間；與與之間；之間； 兩個不同能量的兩個不同能量的之間。之間。電子在電子在過程中，過程中，將所吸收將所吸收的能量釋放出來的能量釋放出來，轉(zhuǎn)換成，轉(zhuǎn)換成。取決于取決于電子躍遷前后電子躍遷前后所在所在。在在過程中，過程中，電子也可能將一電子也可能將一部分能量部分能量，這時，

13、這時小于躍遷前后小于躍遷前后電子所在電子所在。 固體固體示意圖如下：示意圖如下：其中，其中，M表示表示基質(zhì)晶格基質(zhì)晶格； A和和S為為攙雜離子攙雜離子；并假設(shè)并假設(shè)基質(zhì)晶格基質(zhì)晶格M的吸收的吸收不產(chǎn)生輻射不產(chǎn)生輻射。這時，這時，吸收激發(fā)能吸收激發(fā)能，使其，使其上升到激發(fā)態(tài)上升到激發(fā)態(tài)，它，它返回返回基態(tài)時基態(tài)時可能有以下三種途徑：可能有以下三種途徑：以熱的形式以熱的形式把激發(fā)能量把激發(fā)能量，稱為，稱為“”，也叫，也叫；以以釋放激發(fā)能量釋放激發(fā)能量，稱，稱 “發(fā)光發(fā)光” ；S將激發(fā)能傳遞給將激發(fā)能傳遞給A，即即S吸收的全部吸收的全部或部分激發(fā)能或部分激發(fā)能而釋放出來，這而釋放出來，這種現(xiàn)象稱為種

14、現(xiàn)象稱為“”，A稱為稱為，S通常被稱為通常被稱為。 固體吸收外界能量后很多情形是轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，并非固體吸收外界能量后很多情形是轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔⒎窃谌魏吻闆r下都能發(fā)光，只有當固體中存在發(fā)光中心在任何情況下都能發(fā)光，只有當固體中存在發(fā)光中心時才能有效地發(fā)光。時才能有效地發(fā)光。發(fā)光中心發(fā)光中心通常是由雜質(zhì)離子或晶通常是由雜質(zhì)離子或晶格缺陷構(gòu)成。發(fā)光中心吸收外界能量后從基態(tài)激發(fā)到格缺陷構(gòu)成。發(fā)光中心吸收外界能量后從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)，當從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時就以發(fā)光形式釋放出激發(fā)態(tài)，當從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時就以發(fā)光形式釋放出能量。固體發(fā)光材料通常是以能量。固體發(fā)光材料通常是以純物質(zhì)純物質(zhì)作為主體，稱為作為主體，稱為基質(zhì)

15、基質(zhì)，再摻入少量雜質(zhì)，以形成發(fā)光中心，這種，再摻入少量雜質(zhì)，以形成發(fā)光中心，這種少量少量雜質(zhì)稱為激活劑雜質(zhì)稱為激活劑(發(fā)光發(fā)光)。激活劑是對基質(zhì)起激活作用，。激活劑是對基質(zhì)起激活作用，從而使原來不發(fā)光或發(fā)光很弱的基質(zhì)材料產(chǎn)生較強發(fā)從而使原來不發(fā)光或發(fā)光很弱的基質(zhì)材料產(chǎn)生較強發(fā)光的雜質(zhì)。有時激活劑本身就是發(fā)光中心，有時激活光的雜質(zhì)。有時激活劑本身就是發(fā)光中心，有時激活劑與周圍離子或晶格缺陷組成發(fā)光中心。為提高發(fā)光劑與周圍離子或晶格缺陷組成發(fā)光中心。為提高發(fā)光效率，還摻入別的雜質(zhì)，稱為效率，還摻入別的雜質(zhì)，稱為協(xié)同激活劑協(xié)同激活劑，它與激活，它與激活劑一起構(gòu)成復雜的激活系統(tǒng)。劑一起構(gòu)成復雜的激活系統(tǒng)。 ：一連續(xù)波長的光通過某類物質(zhì)后，剩余功率隨發(fā)射波長變化的光譜，稱此光譜為發(fā)射光譜。（Ab）：當發(fā)光物質(zhì)被某波長的光（通常是紫外光）照射（或稱為激發(fā)）時會產(chǎn)生熒光，該熒光經(jīng)處理后得到一輻射功率隨發(fā)射波長變化的光譜，稱此光譜為發(fā)射光譜。（EM）(For PL devices, Just to find the best activator)：特定波長隨激發(fā)波長變化的光譜，稱為激發(fā)光譜。（EX）(For PL devices, Just to find the