第九章發(fā)光材料

1、第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 發(fā)光材料發(fā)光材料的種類(lèi)繁多，應(yīng)用廣泛。的種類(lèi)繁多，應(yīng)用廣泛。按激發(fā)方式發(fā)光按激發(fā)方式發(fā)光材料可以分為材料可以分為（5類(lèi)）：類(lèi)）：（1）光致發(fā)光材料光致發(fā)光材料：發(fā)光材料在光發(fā)光材料在光（通常是紫外光、通常是紫外光、紅外光和可見(jiàn)光紅外光和可見(jiàn)光 ）照射下激發(fā)發(fā)光。照射下激發(fā)發(fā)光。 （2）電致發(fā)光材料電致發(fā)光材料：發(fā)光材料在電場(chǎng)或電流作用下發(fā)光材料在電場(chǎng)或電流作用下的激發(fā)發(fā)光。的激發(fā)發(fā)光。（3）陰極射線(xiàn)致發(fā)光材料陰極射線(xiàn)致發(fā)光材料：發(fā)光材料在加速電子的發(fā)光材料在加速電子的轟擊下的激發(fā)發(fā)光。轟擊下的激發(fā)發(fā)光。（4）熱致發(fā)光材料熱致發(fā)光材料：發(fā)光材料在熱的作用下的激發(fā)發(fā)

2、光材料在熱的作用下的激發(fā)發(fā)光發(fā)光。（5）等離子發(fā)光材料等離子發(fā)光材料：發(fā)光材料在等離子體的作用發(fā)光材料在等離子體的作用下的激發(fā)發(fā)光。下的激發(fā)發(fā)光。 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 一、材料的發(fā)光機(jī)理一、材料的發(fā)光機(jī)理 1. 1. 分立中心發(fā)光分立中心發(fā)光 發(fā)光中心發(fā)光中心：發(fā)光體內(nèi)部在結(jié)構(gòu)中能發(fā)光的分子發(fā)光體內(nèi)部在結(jié)構(gòu)中能發(fā)光的分子。 分立中心發(fā)光分立中心發(fā)光：發(fā)光材料的發(fā)光中心受激發(fā)時(shí)并未離發(fā)光材料的發(fā)光中心受激發(fā)時(shí)并未離化，即激發(fā)和發(fā)射過(guò)程發(fā)生在彼此獨(dú)立的、個(gè)別的發(fā)光中心化，即激發(fā)和發(fā)射過(guò)程發(fā)生在彼此獨(dú)立的、個(gè)別的發(fā)光中心內(nèi)部的發(fā)光。內(nèi)部的發(fā)光。 這種發(fā)光是單分子過(guò)程，并不伴隨有光電導(dǎo)，故

3、又稱(chēng)這種發(fā)光是單分子過(guò)程，并不伴隨有光電導(dǎo)，故又稱(chēng)為為“非光電導(dǎo)型非光電導(dǎo)型”的發(fā)光的發(fā)光。 分立中心發(fā)光有分立中心發(fā)光有自發(fā)發(fā)光自發(fā)發(fā)光和和受迫發(fā)光受迫發(fā)光兩種兩種。9.1 材料的發(fā)光機(jī)理 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 一、材料的發(fā)光機(jī)理一、材料的發(fā)光機(jī)理 1. 分立中心發(fā)光分立中心發(fā)光 （l）自發(fā)發(fā)光自發(fā)發(fā)光 受激發(fā)的粒子如電子受激發(fā)的粒子如電子，受粒子內(nèi)部電場(chǎng)作用從受粒子內(nèi)部電場(chǎng)作用從激發(fā)激發(fā)態(tài)態(tài)A而回到而回到基態(tài)基態(tài)G時(shí)的發(fā)光，時(shí)的發(fā)光，叫自發(fā)發(fā)光叫自發(fā)發(fā)光。 發(fā)光的特征發(fā)光的特征：與發(fā)射相與發(fā)射相應(yīng)的電子躍遷的幾率基本上應(yīng)的電子躍遷的幾率基本上決定于發(fā)射體內(nèi)的內(nèi)部電場(chǎng)，決定于發(fā)射體

4、內(nèi)的內(nèi)部電場(chǎng)，不受外界因素的影響。不受外界因素的影響。 9.1 材料的發(fā)光機(jī)理 （2）受迫發(fā)光受迫發(fā)光 受激發(fā)的電子只有在外受激發(fā)的電子只有在外界因素的影響下才發(fā)光，叫界因素的影響下才發(fā)光，叫受迫發(fā)光。受迫發(fā)光。第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 一、材料的發(fā)光機(jī)理一、材料的發(fā)光機(jī)理 1. 分立中心發(fā)光分立中心發(fā)光 （2）受迫發(fā)光受迫發(fā)光 發(fā)光發(fā)光特征特征：發(fā)射過(guò)程分為發(fā)射過(guò)程分為兩個(gè)階段兩個(gè)階段。受激發(fā)的電子出現(xiàn)受激發(fā)的電子出現(xiàn)在受激態(tài)在受激態(tài)M上時(shí)，從狀態(tài)上時(shí)，從狀態(tài)M直直接回到基態(tài)接回到基態(tài)G上是禁阻的。上是禁阻的。 在在M上的電子，一般也不上的電子，一般也不是直接從基態(tài)是直接從基態(tài) G 上

5、躍遷來(lái)的，上躍遷來(lái)的，而是電子受激后，先由基態(tài)而是電子受激后，先由基態(tài)G躍遷到躍遷到A，再到再到M態(tài)上態(tài)上，M 這這樣的受激態(tài)稱(chēng)為樣的受激態(tài)稱(chēng)為亞穩(wěn)態(tài)亞穩(wěn)態(tài)。9.1 材料的發(fā)光機(jī)理 受迫發(fā)射的第一階段受迫發(fā)射的第一階段：熱起熱起伏，電子吸收能量伏，電子吸收能量E 后，從后，從M態(tài)上到態(tài)上到A，要實(shí)現(xiàn)這一步，要實(shí)現(xiàn)這一步，電子在電子在M態(tài)上需要花費(fèi)時(shí)間態(tài)上需要花費(fèi)時(shí)間，等待機(jī)會(huì)，等待機(jī)會(huì)。第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 一、材料的發(fā)光機(jī)理一、材料的發(fā)光機(jī)理 1. 分立中心發(fā)光分立中心發(fā)光 （2）受迫發(fā)光受迫發(fā)光 9.1 材料的發(fā)光機(jī)理 受迫發(fā)射的第受迫發(fā)射的第二二階段階段：電電 子子從從A態(tài)回到

6、態(tài)回到G態(tài)是允許的態(tài)是允許的，這這 個(gè)過(guò)程發(fā)射光子個(gè)過(guò)程發(fā)射光子。受迫發(fā)光受迫發(fā)光要要經(jīng)過(guò)亞穩(wěn)態(tài)，又稱(chēng)為經(jīng)過(guò)亞穩(wěn)態(tài)，又稱(chēng)為亞穩(wěn)態(tài)發(fā)亞穩(wěn)態(tài)發(fā)光光。第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 一、材料的發(fā)光機(jī)理一、材料的發(fā)光機(jī)理 2. 復(fù)合發(fā)光復(fù)合發(fā)光 發(fā)光材料受激發(fā)時(shí)分離出一對(duì)帶異號(hào)電荷的粒子，一般為正離子發(fā)光材料受激發(fā)時(shí)分離出一對(duì)帶異號(hào)電荷的粒子，一般為正離子（空穴空穴）和電子，這兩種粒子在復(fù)合時(shí)便發(fā)光，叫和電子，這兩種粒子在復(fù)合時(shí)便發(fā)光，叫復(fù)合發(fā)光復(fù)合發(fā)光。 離化的帶電粒子在發(fā)光材料中漂移或擴(kuò)散，從而構(gòu)成特征性光電導(dǎo)，離化的帶電粒子在發(fā)光材料中漂移或擴(kuò)散，從而構(gòu)成特征性光電導(dǎo)，所以所以復(fù)合發(fā)光又叫復(fù)合發(fā)

7、光又叫“光電導(dǎo)型光電導(dǎo)型”發(fā)光發(fā)光。如銅和銀激活的硫化。如銅和銀激活的硫化鋅（鋅（ZnSCu和和ZnSAg）是典型的是典型的“光電導(dǎo)型光電導(dǎo)型”磷光體。磷光體。 短復(fù)合發(fā)光過(guò)程短復(fù)合發(fā)光過(guò)程：復(fù)合發(fā)光在一個(gè)發(fā)光中心上直接進(jìn)行復(fù)合發(fā)光在一個(gè)發(fā)光中心上直接進(jìn)行。電子脫離電子脫離發(fā)光中心后發(fā)光中心后，又回來(lái)與原來(lái)的發(fā)光中心復(fù)合而發(fā)光，呈單分子過(guò)程，電又回來(lái)與原來(lái)的發(fā)光中心復(fù)合而發(fā)光，呈單分子過(guò)程，電子在導(dǎo)帶中停留的時(shí)間較短，不超過(guò)子在導(dǎo)帶中停留的時(shí)間較短，不超過(guò)10-10s。 長(zhǎng)復(fù)合發(fā)光過(guò)程長(zhǎng)復(fù)合發(fā)光過(guò)程：大部分復(fù)合發(fā)光是電子脫離原來(lái)的發(fā)光中心后，大部分復(fù)合發(fā)光是電子脫離原來(lái)的發(fā)光中心后，在運(yùn)動(dòng)中遇

8、到其他離化了的發(fā)光中心復(fù)合發(fā)光在運(yùn)動(dòng)中遇到其他離化了的發(fā)光中心復(fù)合發(fā)光，呈雙分子過(guò)程呈雙分子過(guò)程，電子在電子在導(dǎo)帶中停留的時(shí)間較長(zhǎng)。導(dǎo)帶中停留的時(shí)間較長(zhǎng)。9.1 材料的發(fā)光機(jī)理 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 二、發(fā)光材料的發(fā)光特征二、發(fā)光材料的發(fā)光特征 1. 1. 顏色特征顏色特征 不同的發(fā)光材料有不同的發(fā)光顏色。已有發(fā)光材料的不同的發(fā)光材料有不同的發(fā)光顏色。已有發(fā)光材料的種類(lèi)很多，發(fā)光的顏色足可覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光的范圍。種類(lèi)很多，發(fā)光的顏色足可覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光的范圍。 材料的發(fā)光光譜材料的發(fā)光光譜（又稱(chēng)發(fā)射光譜又稱(chēng)發(fā)射光譜）分為三種類(lèi)型分為三種類(lèi)型： 寬帶寬帶：半寬度半寬度100100nmnm，

9、如如 CaW0CaW04 4； 窄帶窄帶：半寬度半寬度5 5OnmOnm，如如 Sr(P0Sr(P04 4) )3 3Cl:EuCl:Eu3+3+； 線(xiàn)譜線(xiàn)譜：半寬度半寬度 O.1nmO.1nm，如如 GdV0GdV04 4:Eu:Eu3+3+。 究竟一個(gè)材料的發(fā)光光譜屬于哪一類(lèi)，與基質(zhì)有關(guān)究竟一個(gè)材料的發(fā)光光譜屬于哪一類(lèi)，與基質(zhì)有關(guān)，也也與雜質(zhì)有關(guān)。隨著基質(zhì)的改變，發(fā)光的顏色也可改變。與雜質(zhì)有關(guān)。隨著基質(zhì)的改變，發(fā)光的顏色也可改變。 9.1 材料的發(fā)光機(jī)理 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料二、發(fā)光材料的發(fā)光特征二、發(fā)光材料的發(fā)光特征 2. 2. 發(fā)光強(qiáng)度特征發(fā)光強(qiáng)度特征 發(fā)光強(qiáng)度是隨激發(fā)光強(qiáng)度

10、是隨激發(fā)發(fā)強(qiáng)度而變的強(qiáng)度而變的，通常用發(fā)光效率來(lái)表通常用發(fā)光效率來(lái)表征材料的發(fā)光本領(lǐng)。征材料的發(fā)光本領(lǐng)。發(fā)光效率有三種表示方法發(fā)光效率有三種表示方法：量子效率、能量效率及光量子效率、能量效率及光度效率度效率，發(fā)光效率也同激發(fā)強(qiáng)度有關(guān)。發(fā)光效率也同激發(fā)強(qiáng)度有關(guān)。量子效率量子效率：發(fā)光的量子數(shù)與激發(fā)源輸入的量子數(shù)的比發(fā)光的量子數(shù)與激發(fā)源輸入的量子數(shù)的比值值。能量效率能量效率：發(fā)光的能量與激發(fā)源輸入的能量的比值發(fā)光的能量與激發(fā)源輸入的能量的比值。流明效率流明效率：發(fā)光的流明數(shù)與激發(fā)源輸入的能量的比值發(fā)光的流明數(shù)與激發(fā)源輸入的能量的比值 （lm/Wlm/W）。9.1 材料的發(fā)光機(jī)理 第九章第九章 發(fā)光

11、材料發(fā)光材料 二、發(fā)光材料的發(fā)光特征二、發(fā)光材料的發(fā)光特征 2. 發(fā)光強(qiáng)度特征發(fā)光強(qiáng)度特征 在光激發(fā)的情況下，發(fā)光材料的量子效率可高達(dá)在光激發(fā)的情況下，發(fā)光材料的量子效率可高達(dá)90以上。有的器件效率很高，但亮度不大，這是因?yàn)檩斎氲哪芤陨?。有的器件效率很高，但亮度不大，這是因?yàn)檩斎氲哪芰渴艿较拗?。量受到限制?3. 發(fā)光持續(xù)時(shí)間特征發(fā)光持續(xù)時(shí)間特征 最初的發(fā)光分為熒光及磷光兩種。最初的發(fā)光分為熒光及磷光兩種。 熒光熒光：在激發(fā)時(shí)發(fā)出的光在激發(fā)時(shí)發(fā)出的光。 磷光磷光：在激發(fā)停止后發(fā)出的光。在激發(fā)停止后發(fā)出的光。 瞬態(tài)光譜技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在對(duì)熒光和磷光不嚴(yán)格區(qū)別。瞬態(tài)光譜技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在對(duì)熒光和磷光不

12、嚴(yán)格區(qū)別。熒光和磷光的時(shí)間界限不清楚。但必須指出，熒光和磷光的時(shí)間界限不清楚。但必須指出，發(fā)光總是延遲發(fā)光總是延遲于激發(fā)的于激發(fā)的。9.1 材料的發(fā)光機(jī)理 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 二、發(fā)光材料的發(fā)光特征二、發(fā)光材料的發(fā)光特征 3. 發(fā)光持續(xù)時(shí)間特征發(fā)光持續(xù)時(shí)間特征 余輝時(shí)間余輝時(shí)間 發(fā)光的衰減規(guī)律常常很復(fù)雜，很難用一個(gè)反映衰減規(guī)發(fā)光的衰減規(guī)律常常很復(fù)雜，很難用一個(gè)反映衰減規(guī)律的參數(shù)來(lái)表示，所以在應(yīng)用中就硬性規(guī)定當(dāng)激發(fā)停止時(shí)的律的參數(shù)來(lái)表示，所以在應(yīng)用中就硬性規(guī)定當(dāng)激發(fā)停止時(shí)的發(fā)光亮度發(fā)光亮度L L衰減到衰減到L Lo o的的10%10%時(shí)時(shí)，所經(jīng)歷的時(shí)間為余輝時(shí)間，簡(jiǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間為余輝

13、時(shí)間，簡(jiǎn)稱(chēng)余輝。稱(chēng)余輝。 如人眼能感覺(jué)到余輝的長(zhǎng)發(fā)光期間者為磷光，人眼感如人眼能感覺(jué)到余輝的長(zhǎng)發(fā)光期間者為磷光，人眼感覺(jué)不到余輝的短發(fā)光期間者為熒光。覺(jué)不到余輝的短發(fā)光期間者為熒光。 現(xiàn)在，根據(jù)余輝時(shí)間的長(zhǎng)短，可以劃分六個(gè)范圍現(xiàn)在，根據(jù)余輝時(shí)間的長(zhǎng)短，可以劃分六個(gè)范圍：9.1 材料的發(fā)光機(jī)理 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料二、發(fā)光材料的發(fā)光特征二、發(fā)光材料的發(fā)光特征 3. 3. 發(fā)光持續(xù)時(shí)間特征發(fā)光持續(xù)時(shí)間特征 （1 1）極短余輝極短余輝：余輝時(shí)間余輝時(shí)間1 1ss的發(fā)光的發(fā)光；（2 2）短余輝短余輝：余輝時(shí)間余輝時(shí)間1 11010ss的發(fā)光的發(fā)光；（3 3）中短余輝中短余輝：余輝時(shí)間余輝時(shí)間

14、1010-2-21 1msms的發(fā)光的發(fā)光； （4 4）中余輝中余輝：余輝時(shí)間余輝時(shí)間l ll00msl00ms的發(fā)光的發(fā)光；（5 5）長(zhǎng)余輝長(zhǎng)余輝：余輝時(shí)間余輝時(shí)間1010-1-1lsls的發(fā)光的發(fā)光；（6 6）極長(zhǎng)余輝極長(zhǎng)余輝：余輝時(shí)間余輝時(shí)間1 1s s的發(fā)光。的發(fā)光。9.1 材料的發(fā)光機(jī)理 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 用紫外光、可見(jiàn)光及紅外光激發(fā)發(fā)光材料而產(chǎn)生發(fā)光用紫外光、可見(jiàn)光及紅外光激發(fā)發(fā)光材料而產(chǎn)生發(fā)光的現(xiàn)象稱(chēng)為光致發(fā)光，這種發(fā)光材料稱(chēng)為的現(xiàn)象稱(chēng)為光致發(fā)光，這種發(fā)光材料稱(chēng)為光致發(fā)光材料。光致發(fā)光材料。 光致發(fā)光是一種三步過(guò)程光致發(fā)光是一種三步過(guò)程：吸收一個(gè)光子吸收一個(gè)光子；把

15、把激激發(fā)光發(fā)光能轉(zhuǎn)移到熒光中心能轉(zhuǎn)移到熒光中心；由熒光中心發(fā)射輻射。由熒光中心發(fā)射輻射。 發(fā)光的滯后時(shí)間約為發(fā)光的滯后時(shí)間約為1010-8-8s s的稱(chēng)為的稱(chēng)為熒光熒光，衰減時(shí)間大于衰減時(shí)間大于 1010-8-8s s的稱(chēng)為的稱(chēng)為磷光磷光。 光致發(fā)光材料一般可以分為光致發(fā)光材料一般可以分為：熒光燈用發(fā)光材料、長(zhǎng)熒光燈用發(fā)光材料、長(zhǎng)余輝發(fā)光材料余輝發(fā)光材料和和上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。 如果按發(fā)光弛豫時(shí)間分類(lèi)，光致發(fā)光材料又可分為如果按發(fā)光弛豫時(shí)間分類(lèi)，光致發(fā)光材料又可分為：熒光材料熒光材料和和磷光材料磷光材料兩種。兩種。 9.2 光致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 一、熒光材料

16、一、熒光材料 熒光效率是熒光材料的重?zé)晒庑适菬晒獠牧系闹匾卣髦抵?。要特征值之一?通常，熒光材料的分子并通常，熒光材料的分子并不能將全部吸收的光都轉(zhuǎn)變?yōu)椴荒軐⑷课盏墓舛嫁D(zhuǎn)變?yōu)闊晒?，總是或多或少地以其他熒光，總是或多或少地以其他形式釋放出?lái)。形式釋放出來(lái)。 吸收光轉(zhuǎn)變?yōu)闊晒獾陌俜治展廪D(zhuǎn)變?yōu)闊晒獾陌俜謹(jǐn)?shù)稱(chēng)為熒光效率。數(shù)稱(chēng)為熒光效率。 實(shí)際上，熒光效率總是小實(shí)際上，熒光效率總是小于于1。 9.2 光致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 一、熒光材料一、熒光材料 在無(wú)干擾的理想情況下，在無(wú)干擾的理想情況下，材料的發(fā)射光量子數(shù)等于吸收材料的發(fā)射光量子數(shù)等于吸收光量子數(shù)，即熒光效率為光量

17、子數(shù)，即熒光效率為 1。熒光效率與激發(fā)光波長(zhǎng)無(wú)熒光效率與激發(fā)光波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。關(guān)。 在材料的整個(gè)分子吸收光在材料的整個(gè)分子吸收光譜帶中譜帶中，熒光發(fā)射對(duì)吸收的關(guān)熒光發(fā)射對(duì)吸收的關(guān)系都是相同的。系都是相同的。 各波長(zhǎng)的吸收與發(fā)射之比各波長(zhǎng)的吸收與發(fā)射之比為一常數(shù)。為一常數(shù)。9.2 光致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 一、熒光材料一、熒光材料 熒光強(qiáng)度和激發(fā)光強(qiáng)度關(guān)熒光強(qiáng)度和激發(fā)光強(qiáng)度關(guān)系密切。系密切。 在一定范圍內(nèi)在一定范圍內(nèi)，激發(fā)光越激發(fā)光越強(qiáng)強(qiáng)，熒光也越強(qiáng)。熒光也越強(qiáng)。熒光強(qiáng)度等于吸收光強(qiáng)度熒光強(qiáng)度等于吸收光強(qiáng)度乘以熒光效率。乘以熒光效率。 光的吸收和熒光發(fā)射均與光的吸收和熒光發(fā)射均與材

18、料的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。材料的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。 材料吸收光除了可以轉(zhuǎn)變材料吸收光除了可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊晒馔鉃闊晒馔猓€可以轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌€可以轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。形式的能量?9.2 光致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 一、熒光材料一、熒光材料 產(chǎn)生熒光最重要條件產(chǎn)生熒光最重要條件：分分子必須在激發(fā)態(tài)有一定的穩(wěn)定子必須在激發(fā)態(tài)有一定的穩(wěn)定性，能夠持續(xù)約性，能夠持續(xù)約1010-8-8s s的時(shí)間。的時(shí)間。 多數(shù)分子不具備這一條件，多數(shù)分子不具備這一條件，在熒光發(fā)射以前就以其他形式在熒光發(fā)射以前就以其他形式釋放了所吸收的能量。釋放了所吸收的能量。 只有具備只有具備共軛共軛鍵系統(tǒng)的分鍵系統(tǒng)的分子才能使激發(fā)

19、態(tài)保持相對(duì)穩(wěn)定子才能使激發(fā)態(tài)保持相對(duì)穩(wěn)定而發(fā)射熒光。而發(fā)射熒光。9.2 光致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 一、熒光材料一、熒光材料 熒光材料主要是以苯環(huán)熒光材料主要是以苯環(huán)為基的芳香族化合物和雜環(huán)為基的芳香族化合物和雜環(huán)化合物。化合物。 例例如如：酚酚、蒽蒽、熒光素、熒光素、羅達(dá)明羅達(dá)明、9-氫基氫基吖啶吖啶、熒光、熒光染料以及某些液晶。染料以及某些液晶。 熒光材料的熒光效率除熒光材料的熒光效率除了與結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與溶劑了與結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與溶劑有關(guān)有關(guān)。9.2 光致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 二、磷光材料二、磷光材料 具有缺陷的某些復(fù)雜的具有缺陷的某些復(fù)雜的無(wú)無(wú)機(jī)晶體

20、物質(zhì)機(jī)晶體物質(zhì)，在光激發(fā)時(shí)在光激發(fā)時(shí)和光激發(fā)停止后一定時(shí)間內(nèi)和光激發(fā)停止后一定時(shí)間內(nèi)（1010-8-8s s）能夠發(fā)光能夠發(fā)光，這些這些晶體稱(chēng)為晶體稱(chēng)為磷光材料磷光材料。 磷光材料的組成磷光材料的組成： 磷光材料的主要組成部磷光材料的主要組成部分是分是基質(zhì)基質(zhì)和和激活劑激活劑兩部分。兩部分。9.2 光致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料二、磷光材料二、磷光材料 基質(zhì)基質(zhì)： 用作基質(zhì)的有第用作基質(zhì)的有第族金屬的硫化物、氧化物、硒化物族金屬的硫化物、氧化物、硒化物、氟化物、磷酸鹽、硅酸鹽和鎢酸鹽等，如氟化物、磷酸鹽、硅酸鹽和鎢酸鹽等，如 ZnSZnS、BaSBaS、CaSCaS、CaW0Ca

21、W03 3、Y Y3 3Si0Si03 3、CaCa3 3( (P0P04 4) )2 2、Zn-Si0Zn-Si03 3。 激活劑激活劑： 用來(lái)作激活劑的是重金屬。用來(lái)作激活劑的是重金屬。 所用的激活劑可以作為選定的基質(zhì)的特征。不是所有所用的激活劑可以作為選定的基質(zhì)的特征。不是所有的重金屬都可以用來(lái)激活選定的基質(zhì)。的重金屬都可以用來(lái)激活選定的基質(zhì)。例如例如：對(duì)對(duì)ZnSZnS、CdSCdS而言而言，AgAg、CuCu、MnMn是最好的激活劑是最好的激活劑。9.2 光致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 二、磷光材料二、磷光材料 激活劑激活劑： 堿土磷光材料可以有更多的激活體堿土磷光材料可

22、以有更多的激活體，除除AgAg、CuCu、MnMn外外，還有還有BiBi、PbPb和稀土金屬等。和稀土金屬等。 就應(yīng)用而言，磷光材料比熒光材料更為普遍一些。一就應(yīng)用而言，磷光材料比熒光材料更為普遍一些。一些燈用熒光粉，實(shí)際上就是磷光材料。些燈用熒光粉，實(shí)際上就是磷光材料。 1 1、鹵磷酸鹽系列的熒光粉鹵磷酸鹽系列的熒光粉 熒光燈最初使用的是熒光燈最初使用的是錳錳激活的硅酸激活的硅酸鋅鋅和硅酸和硅酸鋅鈹鋅鈹熒光熒光粉，但以后硅酸粉，但以后硅酸鋅鈹鋅鈹熒光粉逐漸被熒光粉逐漸被鹵磷酸鹽系列的熒光粉鹵磷酸鹽系列的熒光粉所代替所代替。 鹵磷酸鹽是以鹵磷酸鹽是以銻錳銻錳為激活劑的一種含鹵素的堿土熒光為激活

23、劑的一種含鹵素的堿土熒光粉粉，屬于六方磷灰石晶體結(jié)構(gòu)。屬于六方磷灰石晶體結(jié)構(gòu)。9.2 光致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料二、磷光材料二、磷光材料 1 1、鹵磷酸鹽系列的熒光粉鹵磷酸鹽系列的熒光粉 堿金屬一般是鈣堿金屬一般是鈣，但但鍶鍶也可代替一部分。也可代替一部分。 發(fā)光的顏色可以通過(guò)改變其基體中所含的氟氯比例或發(fā)光的顏色可以通過(guò)改變其基體中所含的氟氯比例或調(diào)整調(diào)整錳錳的濃度來(lái)控制。的濃度來(lái)控制。 鹵磷酸鹽熒光粉轉(zhuǎn)換紫外線(xiàn)為可見(jiàn)光的效率較高，在鹵磷酸鹽熒光粉轉(zhuǎn)換紫外線(xiàn)為可見(jiàn)光的效率較高，在長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)能維持其發(fā)光特性。長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)能維持其發(fā)光特性。 另外，也更易制成燈用涂層所需的細(xì)顆粒，毒性

24、比較另外，也更易制成燈用涂層所需的細(xì)顆粒，毒性比較小。鹵磷酸鹽熒光粉的問(wèn)題是光效和光色不能同時(shí)兼顧。小。鹵磷酸鹽熒光粉的問(wèn)題是光效和光色不能同時(shí)兼顧。 9.2 光致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料二、磷光材料二、磷光材料 2、稀土三基色熒光粉稀土三基色熒光粉 稀土三基色熒光粉分別是稀土三基色熒光粉分別是紅粉、綠粉、藍(lán)粉紅粉、綠粉、藍(lán)粉按一定比例按一定比例混合而成?；旌隙?。 解決了鹵磷酸鹽長(zhǎng)期存在的光效和顯色性不能同時(shí)提高解決了鹵磷酸鹽長(zhǎng)期存在的光效和顯色性不能同時(shí)提高的矛盾的矛盾，這類(lèi)材料這類(lèi)材料還還具有耐高負(fù)荷、耐高溫的優(yōu)異性能具有耐高負(fù)荷、耐高溫的優(yōu)異性能，成成為新一代燈用熒光粉

25、材料。為新一代燈用熒光粉材料。（1）紅粉紅粉 Y2O3:Eu3+是效率高、色純度好、光衰性能穩(wěn)定而惟一是效率高、色純度好、光衰性能穩(wěn)定而惟一達(dá)到制燈要求的稀土紅粉。達(dá)到制燈要求的稀土紅粉。9.2 光致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料二、磷光材料二、磷光材料 2、稀土三基色熒光粉稀土三基色熒光粉（1）紅粉紅粉 在提高材料性能上在提高材料性能上，加入一定量的加入一定量的 La、Gd、Ta、Nb 等元素等元素，或者氧化物或者氧化物（如如In2O3、GeO2等等）可提高其發(fā)光亮可提高其發(fā)光亮度和穩(wěn)定性。度和穩(wěn)定性。 加入一定量的加入一定量的硼硼酸鹽酸鹽，在降低材料的燒結(jié)溫度條件下，在降低材料的

26、燒結(jié)溫度條件下，仍可使材料的發(fā)光亮度提高。仍可使材料的發(fā)光亮度提高。 在新的紅粉探索研究上有在新的紅粉探索研究上有：YVPO4BO3:Eu3 +、InYBO3:Eu3+、LaMgB5O10:Eu3+、LaSiO3(FCl):Eu3+、Ba2(Gd2-xYx)(Si4-yGey)O13:Eu3+等。等。 9.2 光致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料二、磷光材料二、磷光材料 2、稀土三基色熒光粉稀土三基色熒光粉（2）綠粉綠粉 綠粉在稀土三基色熒光粉中，對(duì)燈的光通量、顯色性綠粉在稀土三基色熒光粉中，對(duì)燈的光通量、顯色性等起主要作用。等起主要作用。 這類(lèi)材料品種最多這類(lèi)材料品種最多，有有MgA

27、l11019:Ce3+、Tb3+，Y2SiO4:Ce3+、Tb3+，LaPO4:Ce3+、Tb3+和和GdMgB5010:Tb3+、Tb3+等。等。 上述各體系均是上述各體系均是 Ce-Tb 共激活的綠色材料，發(fā)光都是共激活的綠色材料，發(fā)光都是由由Tb3+ 的的 5D47F5躍遷所引起的，主要發(fā)光譜線(xiàn)為躍遷所引起的，主要發(fā)光譜線(xiàn)為5D47F5躍遷對(duì)應(yīng)的躍遷對(duì)應(yīng)的 543nm 線(xiàn)。線(xiàn)。 9.2 光致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 二、磷光材料二、磷光材料 2、稀土三基色熒光粉稀土三基色熒光粉（3）藍(lán)）藍(lán)粉粉 稀土三基色熒光粉的藍(lán)色組分稀土三基色熒光粉的藍(lán)色組分，已，已實(shí)用的有鋁酸鹽體實(shí)

28、用的有鋁酸鹽體系 和 鹵 磷 酸 鹽 體 系系 和 鹵 磷 酸 鹽 體 系 。 如如 S rl O( P O4)6C l2: E u2 +，(SrCa)10(PO4)6C12:Eu2+ 和和 (SrCaBa)10(PO4)6Cl:Eu2+等。等。 藍(lán)粉中藍(lán)粉中Eu2+的發(fā)光屬于的發(fā)光屬于4fn-4fn-15d 躍遷，其發(fā)光峰值明躍遷，其發(fā)光峰值明顯地依賴(lài)于基質(zhì)的改變。顯地依賴(lài)于基質(zhì)的改變。 9.2 光致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 三、上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料三、上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料 發(fā)光體在紅外光的激發(fā)下，發(fā)射可見(jiàn)光，這種現(xiàn)象稱(chēng)發(fā)光體在紅外光的激發(fā)下，發(fā)射可見(jiàn)光，這種現(xiàn)象稱(chēng)為上轉(zhuǎn)換發(fā)光，這種發(fā)光

29、體稱(chēng)為上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。為上轉(zhuǎn)換發(fā)光，這種發(fā)光體稱(chēng)為上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。 1 1、三種上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象三種上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象 第一種情況是確實(shí)有一個(gè)中間能級(jí)，在光激發(fā)下處于第一種情況是確實(shí)有一個(gè)中間能級(jí)，在光激發(fā)下處于基態(tài)的電子躍遷到這個(gè)中間能態(tài)?；鶓B(tài)的電子躍遷到這個(gè)中間能態(tài)。 電子在這個(gè)中間能態(tài)的壽命足夠長(zhǎng)，以致還可吸收另電子在這個(gè)中間能態(tài)的壽命足夠長(zhǎng)，以致還可吸收另一個(gè)光子而躍遷到更高的能級(jí)。一個(gè)光子而躍遷到更高的能級(jí)。 電子從這個(gè)更高的能態(tài)向基態(tài)躍遷，就發(fā)射出波長(zhǎng)比電子從這個(gè)更高的能態(tài)向基態(tài)躍遷，就發(fā)射出波長(zhǎng)比激發(fā)光的波長(zhǎng)更短的光束激發(fā)光的波長(zhǎng)更短的光束。9.2 光致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料

30、發(fā)光材料三、上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料三、上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料 1 1、三種上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象三種上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象 第二種情況是中間能級(jí)并不存在第二種情況是中間能級(jí)并不存在，但發(fā)光體可以連續(xù)但發(fā)光體可以連續(xù)吸收兩個(gè)光子，使基態(tài)電子直接躍遷到比激發(fā)光光子的能量吸收兩個(gè)光子，使基態(tài)電子直接躍遷到比激發(fā)光光子的能量大得更多的能級(jí)大得更多的能級(jí)。 第三種情況是兩個(gè)敏化中心被激發(fā)第三種情況是兩個(gè)敏化中心被激發(fā)，激發(fā)能按先后順激發(fā)能按先后順序或同時(shí)傳遞給發(fā)光中心，使其中處于基態(tài)的電子躍遷到比序或同時(shí)傳遞給發(fā)光中心，使其中處于基態(tài)的電子躍遷到比激發(fā)光光子能量更高的能級(jí)，然后弛豫下來(lái)，發(fā)出波長(zhǎng)短得激發(fā)光光子能量更高的能級(jí)，然后弛豫下

31、來(lái)，發(fā)出波長(zhǎng)短得多的光。多的光。 9.2 光致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 三、上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料三、上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料 2、常見(jiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料常見(jiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料 上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料差不多都是摻稀土元素的化合物或者上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料差不多都是摻稀土元素的化合物或者就是稀土元素的化合物，均由稀土離子激活，其中以就是稀土元素的化合物，均由稀土離子激活，其中以Yb3+Er3+ 最為常見(jiàn)。最為常見(jiàn)。 可吸收紅外光而發(fā)出紅光的典型發(fā)光材料有可吸收紅外光而發(fā)出紅光的典型發(fā)光材料有： YOCl:Yb3+、Er3+，Y2O3:Yb3+、Er3+，Y3Ocl7:Yb、Er3+，La4Ga2O2:Yb、Er。 發(fā)綠光

32、的材料有發(fā)綠光的材料有： LaF3:Yb、Er，YF3:Yb、Er，BaYF5:Yb、Er，La4Ga2O2:Yb、Ho，Na（T、Gd、La）F:Yb、Er。 此外此外，也有發(fā)藍(lán)光及發(fā)黃光的材料。也有發(fā)藍(lán)光及發(fā)黃光的材料。9.2 光致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 四、光致發(fā)光材料的應(yīng)用四、光致發(fā)光材料的應(yīng)用 光致發(fā)光材料主要用于顯示、顯像、照明及日常生活中光致發(fā)光材料主要用于顯示、顯像、照明及日常生活中。 在日常生活用品中，如洗滌增白劑、熒光涂料、熒光化妝在日常生活用品中，如洗滌增白劑、熒光涂料、熒光化妝品、熒光染料等都使用了熒光材料。品、熒光染料等都使用了熒光材料。 一些燈用熒

33、光粉材料都屬于磷光材料，用它可制成高光效一些燈用熒光粉材料都屬于磷光材料，用它可制成高光效和高顯色性的熒光燈。和高顯色性的熒光燈。 上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料可直接顯示紅外光，例如顯示紅外激光的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料可直接顯示紅外光，例如顯示紅外激光的光場(chǎng)，已在光場(chǎng)，已在1.061.06mm激光顯示和激光顯示和0.90.9m m半導(dǎo)體激光顯示中獲得半導(dǎo)體激光顯示中獲得廣泛應(yīng)用。廣泛應(yīng)用。 也可以涂在發(fā)紅外光的二極管上，如也可以涂在發(fā)紅外光的二極管上，如GaAsGaAs，把它的發(fā)光變把它的發(fā)光變成可見(jiàn)光。成可見(jiàn)光。 9.2 光致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 電致發(fā)光電致發(fā)光：在直流或交流電在直流或交流電

34、場(chǎng)作用下場(chǎng)作用下，依靠電流和電場(chǎng)的激依靠電流和電場(chǎng)的激發(fā)使材料發(fā)光的現(xiàn)象發(fā)使材料發(fā)光的現(xiàn)象，又稱(chēng)又稱(chēng)場(chǎng)致場(chǎng)致發(fā)光發(fā)光。這種發(fā)光材料稱(chēng)為電致發(fā)這種發(fā)光材料稱(chēng)為電致發(fā)光材料或場(chǎng)致發(fā)光材料。光材料或場(chǎng)致發(fā)光材料。 一、電致發(fā)光機(jī)理一、電致發(fā)光機(jī)理 電致發(fā)光機(jī)理分為本征式和電致發(fā)光機(jī)理分為本征式和注注入入式兩種。式兩種。 1. 1.本征式場(chǎng)致發(fā)光本征式場(chǎng)致發(fā)光 本征式場(chǎng)致發(fā)光是用電場(chǎng)直本征式場(chǎng)致發(fā)光是用電場(chǎng)直接激勵(lì)電子接激勵(lì)電子，電場(chǎng)反向后電子與電場(chǎng)反向后電子與中心中心（空穴空穴）復(fù)合而發(fā)光的現(xiàn)象復(fù)合而發(fā)光的現(xiàn)象。9.3 電致發(fā)光材料 本征場(chǎng)致發(fā)光以硫化本征場(chǎng)致發(fā)光以硫化鋅鋅為為代表代表,電致發(fā)光粉電

35、致發(fā)光粉ZnS:Cu,Cl或或(Zn,Cd)S:Cu,Br混在有機(jī)介質(zhì)中混在有機(jī)介質(zhì)中，夾在兩片透明的電極之間并，夾在兩片透明的電極之間并加上交變電場(chǎng)使之發(fā)光。加上交變電場(chǎng)使之發(fā)光。第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料一、電致發(fā)光機(jī)理一、電致發(fā)光機(jī)理 2. 注入式場(chǎng)致發(fā)光注入式場(chǎng)致發(fā)光 注注入入式場(chǎng)致發(fā)光是由式場(chǎng)致發(fā)光是由-族和族和-族化合物所制成的有族化合物所制成的有p-n結(jié)的結(jié)的二極管，注入載流子，然后在正向二極管，注入載流子，然后在正向電壓下，電子和空穴分別由電壓下，電子和空穴分別由n區(qū)和區(qū)和p區(qū)注區(qū)注入入到結(jié)區(qū)并相互復(fù)合而發(fā)光的到結(jié)區(qū)并相互復(fù)合而發(fā)光的現(xiàn)象現(xiàn)象，又稱(chēng)又稱(chēng) p-n 結(jié)電致發(fā)光。

36、結(jié)電致發(fā)光。 p型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體接觸時(shí)，型半導(dǎo)體接觸時(shí)，在界面上形成在界面上形成p-n結(jié)。結(jié)。9.3 電致發(fā)光材料2022-3-23 發(fā)光二極管的基本結(jié)構(gòu)L球透鏡環(huán)氧樹(shù)脂P層有源層N層發(fā)光區(qū)(a)正面發(fā)光型微透鏡P型限制層有源層波導(dǎo)層N型限制層(b)側(cè)面發(fā)光型2022-3-23第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料一、電致發(fā)光機(jī)理一、電致發(fā)光機(jī)理 2. 注入式場(chǎng)致發(fā)光注入式場(chǎng)致發(fā)光 電子和空穴的擴(kuò)散作用，在電子和空穴的擴(kuò)散作用，在p-n結(jié)接觸面兩側(cè)形成空間電荷區(qū)結(jié)接觸面兩側(cè)形成空間電荷區(qū)耗耗盡層，形成一個(gè)勢(shì)壘，阻礙電子和盡層，形成一個(gè)勢(shì)壘，阻礙電子和空穴的擴(kuò)散。空穴的擴(kuò)散。 n區(qū)的電子到

37、區(qū)的電子到p區(qū)必須越過(guò)勢(shì)壘區(qū)必須越過(guò)勢(shì)壘。 空穴從空穴從p區(qū)到區(qū)到n區(qū)也要越過(guò)勢(shì)壘。區(qū)也要越過(guò)勢(shì)壘。9.3 電致發(fā)光材料第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料一、電致發(fā)光機(jī)理一、電致發(fā)光機(jī)理 2. 注入式場(chǎng)致發(fā)光注入式場(chǎng)致發(fā)光 當(dāng)在當(dāng)在p-n結(jié)施加正向電壓時(shí)，會(huì)結(jié)施加正向電壓時(shí)，會(huì)使勢(shì)壘高度降低，耗盡層減薄，能使勢(shì)壘高度降低，耗盡層減薄，能量較大的電子和空穴分別注量較大的電子和空穴分別注入入到到p區(qū)區(qū)或或n區(qū)，同區(qū)，同p區(qū)的空穴和區(qū)的空穴和n區(qū)的電子區(qū)的電子復(fù)合，同時(shí)以光的形式輻射出多余復(fù)合，同時(shí)以光的形式輻射出多余的能量。的能量。 輻射復(fù)合可以發(fā)生在導(dǎo)帶與滿(mǎn)輻射復(fù)合可以發(fā)生在導(dǎo)帶與滿(mǎn)帶之間帶之間，也

38、可發(fā)生在雜質(zhì)能級(jí)上。也可發(fā)生在雜質(zhì)能級(jí)上。 9.3 電致發(fā)光材料第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 二、電致發(fā)光材料的發(fā)光特性二、電致發(fā)光材料的發(fā)光特性 1. 1. 發(fā)光亮度發(fā)光亮度 L L 在使用電致發(fā)光材料時(shí)，最主要的依據(jù)是發(fā)光亮度在使用電致發(fā)光材料時(shí)，最主要的依據(jù)是發(fā)光亮度隨電壓的變化規(guī)律。隨電壓的變化規(guī)律。 電致發(fā)光的發(fā)光亮度電致發(fā)光的發(fā)光亮度 L L 隨電壓隨電壓 V V 的增加而急劇增的增加而急劇增高，隨后趨于飽和。高，隨后趨于飽和。 實(shí)驗(yàn)證明，在音頻范圍，亮度與電壓的關(guān)系為實(shí)驗(yàn)證明，在音頻范圍，亮度與電壓的關(guān)系為： L=LL=L0 0exp-exp-（V V0 0/V/V） L L發(fā)

39、光亮度發(fā)光亮度(cd/m(cd/m2 2) )；V V外加電壓外加電壓； Lo Lo、VoVo與激勵(lì)條件、發(fā)光單元結(jié)構(gòu)和發(fā)光材料等與激勵(lì)條件、發(fā)光單元結(jié)構(gòu)和發(fā)光材料等有關(guān)的常數(shù)。有關(guān)的常數(shù)。9.3 電致發(fā)光材料第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 二、電致發(fā)光材料的發(fā)光特性二、電致發(fā)光材料的發(fā)光特性 2. 2. 發(fā)光效率發(fā)光效率 發(fā)光過(guò)程本身的量子效率被稱(chēng)發(fā)光過(guò)程本身的量子效率被稱(chēng)為為內(nèi)量子效率內(nèi)量子效率intint，在實(shí)用上是一在實(shí)用上是一個(gè)很重要的參量。個(gè)很重要的參量。 內(nèi)量子效率內(nèi)量子效率表示出表示出輻射躍遷是輻射躍遷是否能很好地競(jìng)爭(zhēng)過(guò)無(wú)輻射復(fù)合否能很好地競(jìng)爭(zhēng)過(guò)無(wú)輻射復(fù)合。 輻射復(fù)合幾率輻射復(fù)

40、合幾率P Pr r與輻射壽命與輻射壽命r r的關(guān)系的關(guān)系: :P Pr r=1/=1/r r9.3 電致發(fā)光材料 無(wú)輻射復(fù)合幾率無(wú)輻射復(fù)合幾率 P Pnrnr與無(wú)輻射復(fù)合壽命與無(wú)輻射復(fù)合壽命nrnr的關(guān)系的關(guān)系: :P Pnrnr=l/=l/nrnr內(nèi)量子效率內(nèi)量子效率intint 等于等于輻射躍遷幾率與全部輻射躍遷幾率與全部躍遷幾率之比躍遷幾率之比: :1int1)/ 1 ()/ 1 (/ 1nrrnrrr第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 二、電致發(fā)光材料的發(fā)光特性二、電致發(fā)光材料的發(fā)光特性 2. 2. 發(fā)光效率發(fā)光效率9.3 電致發(fā)光材料 當(dāng)考慮吸收、反射當(dāng)考慮吸收、反射等因素時(shí)等因素時(shí)，外

41、量子效率外量子效率exex可表示為可表示為： exex=intint(1-R)(1-(1-R)(1-coscosc c)exp(-ad)exp(-ad)R R反射系數(shù)反射系數(shù)；c c臨界臨界角角，典型值在典型值在16162323范圍內(nèi)范圍內(nèi)；吸收吸收系數(shù)系數(shù)；d d發(fā)光在達(dá)到器發(fā)光在達(dá)到器件表面通過(guò)的距離。件表面通過(guò)的距離。 例如：例如：在實(shí)際的發(fā)在實(shí)際的發(fā)光二極管中光二極管中intint可以接可以接近近100%100%，但但exex通常不到通常不到百分之幾。百分之幾。 1int1)/ 1 ()/ 1 (/ 1nrrnrrr 只有當(dāng)只有當(dāng)nrnrr r，即無(wú)輻射復(fù)即無(wú)輻射復(fù)合幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輻射復(fù)

42、合幾率時(shí)，才合幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輻射復(fù)合幾率時(shí)，才能獲得有效的光子發(fā)射。能獲得有效的光子發(fā)射。 在實(shí)際的器件中，由于種種損失，在實(shí)際的器件中，由于種種損失，如吸收、反射等，它們會(huì)影響光從器如吸收、反射等，它們會(huì)影響光從器件內(nèi)部往外透射，總的效率也稱(chēng)外量件內(nèi)部往外透射，總的效率也稱(chēng)外量子效率將進(jìn)一步降低。子效率將進(jìn)一步降低。第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 三、電致發(fā)光材料種類(lèi)三、電致發(fā)光材料種類(lèi) 1.1.直流電壓激發(fā)下的粉末發(fā)直流電壓激發(fā)下的粉末發(fā)光光材料材料 直流場(chǎng)致發(fā)光材料實(shí)際上是一個(gè)可以傳導(dǎo)電流的半直流場(chǎng)致發(fā)光材料實(shí)際上是一個(gè)可以傳導(dǎo)電流的半導(dǎo)體，其中摻銅量較高，一般在導(dǎo)體，其中摻銅量較高，一般

43、在 10 10-3-3g/gg/g。 另外，要使這些材料具有很好的發(fā)光特性，還需經(jīng)另外，要使這些材料具有很好的發(fā)光特性，還需經(jīng)過(guò)包銅工藝處理。過(guò)包銅工藝處理。 包銅工藝就是將已經(jīng)焙燒好的材料包上一層銅，它包銅工藝就是將已經(jīng)焙燒好的材料包上一層銅，它的化學(xué)成分可表示為的化學(xué)成分可表示為CuxSCuxS。 9.3 電致發(fā)光材料第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 三、電致發(fā)光材料種類(lèi)三、電致發(fā)光材料種類(lèi) 1.1.直流電壓激發(fā)下的粉末發(fā)直流電壓激發(fā)下的粉末發(fā)光光材料材料 常用的直流場(chǎng)致發(fā)光粉末材料有常用的直流場(chǎng)致發(fā)光粉末材料有ZnS:MZnS:Mn n、CuCu，亮度亮度約約350350cd/mcd/m2

44、 2；流明效率為流明效率為0.50.5lm/Wlm/W。 其他如其他如ZnS:AgZnS:Ag可以發(fā)出可以發(fā)出藍(lán)光藍(lán)光；( (ZnZn、CdCd) )S:AgS:Ag可以發(fā)可以發(fā)出出綠光綠光，換一下化學(xué)配比，換一下化學(xué)配比(Zn(Zn、C Cd d) )S:AgS:Ag可以發(fā)出可以發(fā)出紅光紅光。 它們都是在約它們都是在約100100V V電壓下激發(fā)，給出約電壓下激發(fā)，給出約7070cd/mcd/m2 2的亮的亮度。度。 另外，還有一些在另外，還有一些在CaS,SrSCaS,SrS等基質(zhì)中摻雜稀土元素的等基質(zhì)中摻雜稀土元素的材料。材料。9.3 電致發(fā)光材料第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料三、電致發(fā)

45、光材料種類(lèi)三、電致發(fā)光材料種類(lèi) 2. 交流電壓激發(fā)下的粉末發(fā)光材料交流電壓激發(fā)下的粉末發(fā)光材料 與直流電壓激發(fā)下的發(fā)光材料相比，交流電壓激發(fā)下的與直流電壓激發(fā)下的發(fā)光材料相比，交流電壓激發(fā)下的發(fā)光材料有較高的流明效率發(fā)光材料有較高的流明效率（約為約為15lm/W），），應(yīng)用更為普遍。應(yīng)用更為普遍。 常用的交流粉末場(chǎng)致發(fā)光材料以常用的交流粉末場(chǎng)致發(fā)光材料以ZnS系列為代表，將系列為代表，將 ZnS粉末摻入銅氯、銅粉末摻入銅氯、銅錳錳、銅鉛、銅等激活劑后，與介電常、銅鉛、銅等激活劑后，與介電常數(shù)很高的有機(jī)介質(zhì)數(shù)很高的有機(jī)介質(zhì)（如如氰氰基纖維素、環(huán)氧樹(shù)脂和氧乙基糖的基纖維素、環(huán)氧樹(shù)脂和氧乙基糖的混合

46、物等混合物等）相混合后制成。相混合后制成。 這些材料這些材料可發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍(lán)等各種顏色的光。可發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍(lán)等各種顏色的光。 9.3 電致發(fā)光材料第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 三、電致發(fā)光材料種類(lèi)三、電致發(fā)光材料種類(lèi) 3. 3. 薄膜型電致發(fā)光材料薄膜型電致發(fā)光材料 薄膜型電致發(fā)光材料的機(jī)薄膜型電致發(fā)光材料的機(jī)理和粉末材料中的過(guò)程一樣，理和粉末材料中的過(guò)程一樣，只是它不需要介質(zhì)，而且可以只是它不需要介質(zhì)，而且可以在高頻電壓下工作，發(fā)光亮度在高頻電壓下工作，發(fā)光亮度很高很高，發(fā)光效率也可達(dá)到幾個(gè)發(fā)光效率也可達(dá)到幾個(gè)流明每瓦。流明每瓦。9.3 電致發(fā)光材料早期的薄膜型電致發(fā)光器的

47、名字叫早期的薄膜型電致發(fā)光器的名字叫“Lumocen”Lumocen”，英文英文“分子中心發(fā)光分子中心發(fā)光”之縮寫(xiě)。發(fā)光材料是之縮寫(xiě)。發(fā)光材料是ZnSZnS，發(fā)光中心是稀發(fā)光中心是稀土鹵素化合物分子土鹵素化合物分子（TbFTbF3 3），結(jié)構(gòu)如圖所示結(jié)構(gòu)如圖所示。第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料三、電致發(fā)光材料種類(lèi)三、電致發(fā)光材料種類(lèi) 3. 薄膜型電致發(fā)光材料薄膜型電致發(fā)光材料 薄膜型交流電致發(fā)光器薄膜型交流電致發(fā)光器件多采用雙絕緣層件多采用雙絕緣層ZnS:Mn薄膜結(jié)構(gòu)。薄膜結(jié)構(gòu)。 器件由三層組成器件由三層組成，旦發(fā)旦發(fā)光層被夾在兩絕緣層之間，光層被夾在兩絕緣層之間，這樣消除了不希望有的漏電這樣

48、消除了不希望有的漏電流，流，而且而且在高電場(chǎng)作用下不在高電場(chǎng)作用下不會(huì)擊穿。會(huì)擊穿。 9.3 電致發(fā)光材料第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料三、電致發(fā)光材料種類(lèi)三、電致發(fā)光材料種類(lèi) 3. 薄膜型電致發(fā)光材料薄膜型電致發(fā)光材料 9.3 電致發(fā)光材料 如圖所示如圖所示，透明電極透明電極為摻雜的為摻雜的SnO2或或In2O3；絕緣層用高介電常數(shù)和高絕緣層用高介電常數(shù)和高介電強(qiáng)度的材料介電強(qiáng)度的材料，如如Y2O3、Si3N4、Al2O3等。等。 發(fā)光層為發(fā)光層為錳錳摻雜的高摻雜的高純純ZnS，ZnS用用錳錳摻雜后摻雜后制成小球，用電子轟擊制制成小球，用電子轟擊制成電致發(fā)光薄膜成電致發(fā)光薄膜。 沉 積 時(shí)

49、襯 底 溫 度 在沉 積 時(shí) 襯 底 溫 度 在 250左右左右，然后在然后在550 真空下熱處理一小時(shí)。真空下熱處理一小時(shí)。 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料三、電致發(fā)光材料種類(lèi)三、電致發(fā)光材料種類(lèi) 4. p-n 結(jié)型電放發(fā)光材料結(jié)型電放發(fā)光材料 p-n 結(jié)型電致發(fā)光材料主結(jié)型電致發(fā)光材料主要指要指發(fā)光二極管所用材料發(fā)光二極管所用材料。 發(fā)光二極管是一種在低電發(fā)光二極管是一種在低電壓下發(fā)光的器件，使用單晶或壓下發(fā)光的器件，使用單晶或單晶薄膜材料。單晶薄膜材料。 作為發(fā)光二極管所用材料作為發(fā)光二極管所用材料應(yīng)該具有下述特性應(yīng)該具有下述特性：9.3 電致發(fā)光材料（1）發(fā)光在可見(jiàn)光區(qū)發(fā)光在可見(jiàn)光區(qū)，

50、禁帶禁帶寬 度 能 量寬 度 能 量 E g 1 . 8 e V ，700nm。（2）材料必須容易作成材料必須容易作成n型型及及p型。型。（3）具有高效率的發(fā)光中心具有高效率的發(fā)光中心或復(fù)合發(fā)光?；驈?fù)合發(fā)光。（4）效率降至初始值一半的效率降至初始值一半的時(shí)間要大于時(shí)間要大于105 h，如果是多如果是多元化合物元化合物，這，這個(gè)時(shí)間至少還個(gè)時(shí)間至少還要大要大l0倍左右。倍左右。（5）材料要能生長(zhǎng)成單晶材料要能生長(zhǎng)成單晶，并能大量生產(chǎn)并能大量生產(chǎn)，還需價(jià)廉還需價(jià)廉。 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料三、電致發(fā)光材料種類(lèi)三、電致發(fā)光材料種類(lèi) 4. p-n 結(jié)型電放發(fā)光材料結(jié)型電放發(fā)光材料 經(jīng)常使用的經(jīng)

51、常使用的 p-n 結(jié)型電致發(fā)光材料是結(jié)型電致發(fā)光材料是-族化合物和族化合物和-族化合物。族化合物。（1）二）二元化合物元化合物 二二元化合物有元化合物有 GaP、GaAs、SiC、GaN 等。等。 GaP是間接躍遷型半導(dǎo)體，可發(fā)出紅綠兩種光是間接躍遷型半導(dǎo)體，可發(fā)出紅綠兩種光。 GaN型半導(dǎo)體能發(fā)射紅、綠、型半導(dǎo)體能發(fā)射紅、綠、 藍(lán)、黃各色藍(lán)、黃各色，甚至可甚至可發(fā)白光發(fā)白光，但成本比但成本比GaP 型半導(dǎo)體高型半導(dǎo)體高。 SiC型半導(dǎo)體的特點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)有各種多色形，發(fā)光波型半導(dǎo)體的特點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)有各種多色形，發(fā)光波長(zhǎng)受摻雜影響，可發(fā)出多種不同顏色的光。長(zhǎng)受摻雜影響，可發(fā)出多種不同顏色的光。 9.

52、3 電致發(fā)光材料第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料三、電致發(fā)光材料種類(lèi)三、電致發(fā)光材料種類(lèi) 4. p-n 結(jié)型電放發(fā)光材料結(jié)型電放發(fā)光材料 （2）三元化合物三元化合物 兩種兩種 - 族化合物做成族化合物做成混晶混晶，便是三元化合物便是三元化合物，如如 AlxGa1-xAs、GaAs1-xPx、In1-xGaxP、In1-xAlxP 等。等。 控制混晶的組分比可以改控制混晶的組分比可以改變其禁帶寬度變其禁帶寬度，從而制成適合從而制成適合于發(fā)光材料的直接能隙材料，于發(fā)光材料的直接能隙材料，使發(fā)光二極管多色化。使發(fā)光二極管多色化。9.3 電致發(fā)光材料 （3）四）四元化合物元化合物 四元化合物比三元四元化

53、合物比三元化合物具有更大的自由化合物具有更大的自由度，可以在相當(dāng)寬的范度，可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)控制禁帶寬度與晶圍內(nèi)控制禁帶寬度與晶格常數(shù)。格常數(shù)。 如如InGaAsP四元化四元化合物在室溫下能提供合物在室溫下能提供0.55m到到 3.40m的波的波長(zhǎng)。長(zhǎng)。 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 三、電致發(fā)光材料種類(lèi)三、電致發(fā)光材料種類(lèi) 5. 高聚物電致發(fā)光材料高聚物電致發(fā)光材料 自自1990年采用聚對(duì)苯乙年采用聚對(duì)苯乙炔炔(PPV)成功制備電致發(fā)光二極成功制備電致發(fā)光二極管以來(lái)，高聚物發(fā)光材料領(lǐng)管以來(lái)，高聚物發(fā)光材料領(lǐng)域的發(fā)展十分迅速。域的發(fā)展十分迅速。目前，目前，高聚物發(fā)光材料的高聚物發(fā)光材料的發(fā)

54、光范圍已覆蓋了整個(gè)可見(jiàn)發(fā)光范圍已覆蓋了整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)，制備的發(fā)光器件的各光區(qū)，制備的發(fā)光器件的各項(xiàng)性能已接近商業(yè)化水平。項(xiàng)性能已接近商業(yè)化水平。高聚物電致發(fā)光材料主要高聚物電致發(fā)光材料主要有三大類(lèi)有三大類(lèi)。9.3 電致發(fā)光材料（1）具有隔離發(fā)色團(tuán)結(jié)構(gòu)的具有隔離發(fā)色團(tuán)結(jié)構(gòu)的主鏈聚合物。主鏈聚合物。如聚芳香撐及其衍生物如聚芳香撐及其衍生物（聚苯聚苯撐及其衍生物、聚撐及其衍生物、聚噻噻吩及其衍吩及其衍生物、聚生物、聚吡吡咯及其衍生物、聚咯及其衍生物、聚呋呋喃及其衍生物、聚喃及其衍生物、聚烷烷基基芴芴等等）；聚芳香撐乙聚芳香撐乙炔炔及其衍生物及其衍生物（聚對(duì)苯乙聚對(duì)苯乙炔炔及其衍生物、聚及其衍生物、聚噻

55、噻吩乙吩乙炔炔及其衍生物、聚荼乙及其衍生物、聚荼乙炔炔及其衍生物及其衍生物）；聚碳酸聚碳酸酯酯，聚芳香聚芳香醚；醚；等等。等等。第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料三、電致發(fā)光材料種類(lèi)三、電致發(fā)光材料種類(lèi) 5. 5. 高聚物電致發(fā)光材料高聚物電致發(fā)光材料 （2 2）側(cè)鏈懸掛發(fā)色團(tuán)的柔性主鏈聚合物。側(cè)鏈懸掛發(fā)色團(tuán)的柔性主鏈聚合物。（3 3）由低分子量的電致發(fā)光材料分散在一般高分子由低分子量的電致發(fā)光材料分散在一般高分子材料中形成的共混材料。材料中形成的共混材料。 如如羥羥基基喹啉喹啉鋁分散在甲基丙烯酸甲鋁分散在甲基丙烯酸甲酯酯體系中等。體系中等。 9.3 電致發(fā)光材料第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 四

56、、電致發(fā)光材料的應(yīng)用四、電致發(fā)光材料的應(yīng)用 電致發(fā)光材料主要用途是制造電致發(fā)光顯示器件。電致發(fā)光材料主要用途是制造電致發(fā)光顯示器件。 交流粉末電致發(fā)光顯示板除了作照明板使用外，主交流粉末電致發(fā)光顯示板除了作照明板使用外，主要用作大面積顯示。要用作大面積顯示。 直流粉末電致發(fā)光顯示板可用來(lái)作數(shù)字顯示器、直直流粉末電致發(fā)光顯示板可用來(lái)作數(shù)字顯示器、直流電致發(fā)光顯示電視流電致發(fā)光顯示電視（樣機(jī)樣機(jī)）等。等。 發(fā)光二極管用途較廣。發(fā)光二極管用途較廣。 它可以用于數(shù)字、文字顯示，它可以用于數(shù)字、文字顯示，如小型計(jì)算器、電子手表、數(shù)字化儀表、記數(shù)器以及各種如小型計(jì)算器、電子手表、數(shù)字化儀表、記數(shù)器以及各種

57、家用電器的顯示等。家用電器的顯示等。 9.3 電致發(fā)光材料花旗銀行大廈LED交通信號(hào)燈交通信號(hào)燈第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 四、電致發(fā)光材料的應(yīng)用四、電致發(fā)光材料的應(yīng)用 有機(jī)及聚合物電致發(fā)光材料經(jīng)過(guò)幾十年研究已取得了有機(jī)及聚合物電致發(fā)光材料經(jīng)過(guò)幾十年研究已取得了很大的進(jìn)展，但是距離實(shí)用化還有差距很大的進(jìn)展，但是距離實(shí)用化還有差距，主要是主要是： 器件的穩(wěn)定性差器件的穩(wěn)定性差； 器件的壽命太短器件的壽命太短； 發(fā)光效率比較低，大部分電能轉(zhuǎn)換成了熱能發(fā)光效率比較低，大部分電能轉(zhuǎn)換成了熱能； 聚合物電導(dǎo)率的最佳值還不清楚。一般來(lái)說(shuō)，電聚合物電導(dǎo)率的最佳值還不清楚。一般來(lái)說(shuō)，電導(dǎo)率高的聚合物處于絕

58、緣狀態(tài)時(shí)可能產(chǎn)生電致發(fā)光，但處導(dǎo)率高的聚合物處于絕緣狀態(tài)時(shí)可能產(chǎn)生電致發(fā)光，但處于導(dǎo)電狀態(tài)時(shí)則不能產(chǎn)生電致發(fā)光于導(dǎo)電狀態(tài)時(shí)則不能產(chǎn)生電致發(fā)光； 發(fā)光機(jī)理還未完全清楚。發(fā)光機(jī)理還未完全清楚。 9.3 電致發(fā)光材料第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 射線(xiàn)致發(fā)光材料可分為陰極射線(xiàn)致發(fā)光材料和放射射線(xiàn)致發(fā)光材料可分為陰極射線(xiàn)致發(fā)光材料和放射線(xiàn)致發(fā)光材料兩種。線(xiàn)致發(fā)光材料兩種。 陰極射線(xiàn)致發(fā)光陰極射線(xiàn)致發(fā)光：電子束轟擊發(fā)光物質(zhì)而引起的發(fā)電子束轟擊發(fā)光物質(zhì)而引起的發(fā)光現(xiàn)象。光現(xiàn)象。 放射線(xiàn)致發(fā)光放射線(xiàn)致發(fā)光：高能的高能的、射線(xiàn)，或射線(xiàn)，或X光射線(xiàn)轟擊發(fā)光射線(xiàn)轟擊發(fā)光物質(zhì)而引起的發(fā)光現(xiàn)象。光物質(zhì)而引起的發(fā)光現(xiàn)象

59、。一、陰極射線(xiàn)致發(fā)光材料一、陰極射線(xiàn)致發(fā)光材料 陰極射線(xiàn)致發(fā)光材料是指在陰極射線(xiàn)激發(fā)下能發(fā)光的陰極射線(xiàn)致發(fā)光材料是指在陰極射線(xiàn)激發(fā)下能發(fā)光的材料，也稱(chēng)為材料，也稱(chēng)為電子束激發(fā)發(fā)光材料電子束激發(fā)發(fā)光材料。 1. 陰極射線(xiàn)發(fā)光材料的特征值陰極射線(xiàn)發(fā)光材料的特征值 陰極射線(xiàn)發(fā)光是在真空中從陰極出來(lái)的電子經(jīng)加速陰極射線(xiàn)發(fā)光是在真空中從陰極出來(lái)的電子經(jīng)加速后轟擊熒光屏所發(fā)出的光。后轟擊熒光屏所發(fā)出的光。9.4 射線(xiàn)致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料 一、陰極射線(xiàn)致發(fā)光材料一、陰極射線(xiàn)致發(fā)光材料 1. 陰極射線(xiàn)發(fā)光材料的特征值陰極射線(xiàn)發(fā)光材料的特征值 陰極射線(xiàn)陰極射線(xiàn)發(fā)光的微觀(guān)過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜發(fā)光的微

60、觀(guān)過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，主要，主要包括三個(gè)包括三個(gè)基本過(guò)程基本過(guò)程。 電離電離。當(dāng)高能電子束激發(fā)發(fā)光材料時(shí)，晶體吸收當(dāng)高能電子束激發(fā)發(fā)光材料時(shí)，晶體吸收激發(fā)能激發(fā)能，由于基質(zhì)大大多于激活劑，主要引起基質(zhì)價(jià)帶或由于基質(zhì)大大多于激活劑，主要引起基質(zhì)價(jià)帶或滿(mǎn)帶電子的激發(fā)滿(mǎn)帶電子的激發(fā)。 電子和空穴的中介運(yùn)動(dòng)過(guò)程電子和空穴的中介運(yùn)動(dòng)過(guò)程。滿(mǎn)帶中的電子被電滿(mǎn)帶中的電子被電離后進(jìn)人導(dǎo)帶，在滿(mǎn)帶中產(chǎn)生了空穴。離后進(jìn)人導(dǎo)帶，在滿(mǎn)帶中產(chǎn)生了空穴。 電子和空穴分別電子和空穴分別在導(dǎo)帶和滿(mǎn)帶中擴(kuò)散在導(dǎo)帶和滿(mǎn)帶中擴(kuò)散。 電子空穴對(duì)復(fù)合發(fā)光過(guò)程。電子空穴對(duì)復(fù)合發(fā)光過(guò)程。 9.4 射線(xiàn)致發(fā)光材料 第九章第九章 發(fā)光材料發(fā)光材料一