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1、显示与照明技术 DGUT 显示与照明技术显示与照明技术 第一章第一章 发光材料基础发光材料基础 显示与照明技术 DGUT 目录 发光材料分类发光材料分类 发光材料组成发光材料组成 发光过程与发光机理发光过程与发光机理 发光材料应用发光材料应用 显示与照明技术 DGUT 一、发光材料分类一、发光材料分类 发光材料发光材料：适当的材料受激吸收能量后发光，其发射出的 光子的能量比激发能量低。具有这种发光行为的物质称为 发光材料。亦称荧光体或磷光体荧光体或磷光体 。发光材料发出的电磁波 通常在 可见光区，有时也可以在紫外光区或红外光区。 激发（光）源激发（光）源 X X射线射线 电场电场 阴极射线阴极
2、射线 紫外光紫外光 红外光红外光 发光材料发光材料 可见光可见光 发光材料定义发光材料定义 显示与照明技术 DGUT 一、发光材料分类一、发光材料分类 光致发光光致发光（Photoluminescence)：由电磁辐射（通常为紫外光）激发。 阴极射线发光阴极射线发光（Cathodolumniescence）：由高能量电子束激发。 电致发光电致发光（Electrolumniescence）：由电场或电流激发。 摩擦发光摩擦发光（Triboluminescence）：由机械能激发。 化学发光化学发光（Chemiluminescence）：由化学反应的能量激发。 X射线发光射线发光（ X-ray l
3、uminescence）：由 X射线发光。 热致发光热致发光（ Thermoluminescence）：经X射线、放射线、低能电子束 或紫外光辐射后，吸收能量并将部分能量存储，辐射停止后受热发光 。热致发光中的激励能量并不是热能，加热只是把存储的能量通过发 光释放出来。 发光材料分类发光材料分类 显示与照明技术 DGUT 应用领域 显示与照明技术 DGUT 荧光与磷光 荧光荧光（Fluorescence）：由相同自旋态电子跃迁所产生的自发性快速发光，寿命大约为1ns-1ms。 磷光磷光（Phosphorescence）：由三重态到单重态电子跃迁所产生的持续性发光。寿命大约为1ms-10s 显示
4、与照明技术 DGUT 荧光与磷光的产生过程 产生过程产生过程 单态（singlet） 三态（triplet） 非辐射弛豫 （Radiationless decay） 1 衰减期衰减期 快（快（1ns-1ms） 慢（慢（1ms-10s） 2 电子自旋选择律 允许（S=0） 禁止（S=1） 3 是否服从选择律 严格 受自旋/轨道耦合影响 4 弛豫特性 具有不同对称能态之间的跃迁 是禁止的 激发能先存储后缓慢释放 显示与照明技术 DGUT 目录 发光材料分类发光材料分类 发光材料组成发光材料组成 发光过程与发光机理发光过程与发光机理 发光材料应用发光材料应用 显示与照明技术 DGUT 荧光材料的组成
5、 荧光材料一般都是离子型结合的无机化合物。正离子在晶体结构中占据 固定的晶格位置而它们的总电荷则等于晶格另外位置的负离子的总电荷 。为了得到无机荧光体，必须对基质掺入杂质，用一个具有光学活性的 正离子来取代晶格内的正离子，也可以用一个具有光学活性的负离子取 代晶格内的负离子。掺入的杂质离子就是激活剂激活剂。有时也掺入作为敏化敏化 剂剂的杂质离子。 如果杂质离子与晶格中被取代的离子的荷电量不一样，还得再添加其他 适当物质以补偿电荷，使晶体保持电中性。用于补偿电荷的添加剂称为 共激活剂共激活剂，它将与激活剂共同作用而形成稳定的发光中心。 对于基质离子的要求：没有光学活性，具有透光性。 对于激活剂离
6、子的要求：具有光学活性。 当负离子作为激活剂时，该负离子既是基质负离子，同时又起激活剂的 作用，通常称为自激活荧光材料自激活荧光材料。 荧光材料一般表示形式：基质荧光材料一般表示形式：基质:激活剂激活剂敏化剂或共激活剂敏化剂或共激活剂 显示与照明技术 DGUT 无机荧光粉中常见的元素 显示与照明技术 DGUT 用于制备基质材料的正离子在周期表中的位置 显示与照明技术 DGUT 用于制备基质材料的负离子在周期表中的位置 显示与照明技术 DGUT 用于制备激活剂材料的正离子在周期表中的位置 显示与照明技术 DGUT 用于制备自激活荧光材料的负离子在周期表中的 位置 显示与照明技术 DGUT 半导体
7、基质发光材料 在半导体中，激发能把电子从价带激发到导带，在价带形成自由空 穴，在导带形成自由电子。作为荧光粉基质的半导体禁带宽度一般 在3eV以上，实际上由自由电子与自由空穴复合而产生光发射并不 常见。通常情况下，发光是在半导体晶格的缺陷处或靠近缺陷处缺陷处或靠近缺陷处发 生的。 在半导体禁带中，距离导带或价带边缘较远的杂质能级或缺陷能级 称为深能级深能级，由此产生的发光称为深能级发光深能级发光（光子能量明显低于 禁带宽度）。靠近导带或价带边缘的杂质能级或缺陷能级称为浅能浅能 级级，由此产生的发光称为浅能级发光浅能级发光（光子能量接近禁带宽度）。 深能级主要起陷阱或复合中心的作用，束缚在深能级
8、上的电子或空 穴不易激发为载流子。靠近导带边缘的浅能级是施主浅能级施主浅能级，在常 温下，施主浅能级向导带提供电子。靠近价带边缘的浅能级是受主受主 浅能级浅能级，在常温下，受主浅能级接受价带激发的电子而在价带中形 成空穴。 半导体基质荧光粉主要依靠杂质能级之间的跃迁产生可见光。半导体基质荧光粉主要依靠杂质能级之间的跃迁产生可见光。 显示与照明技术 DGUT 几种典型的无机固体发光材料 显示与照明技术 DGUT 目录 发光材料分类发光材料分类 发光材料组成发光材料组成 发光过程与发光机理发光过程与发光机理 发光材料应用发光材料应用 显示与照明技术 DGUT 发光现象的物理过程 发光材料的组成发光
9、材料的组成：基质发光中心（敏化剂、共激活剂等） 基质除了紧固发光中心外，有时也吸收激发能并传递给发光中 心，它对可见光通常是透明的。发光中心是具有光学活性的杂 质离子，亦激活剂激活剂。吸收激发能并传递给发光中心的杂质子称 为敏化剂敏化剂。起电荷补偿作用的杂质离子称为共激活剂共激活剂。 激发过程激发过程：激活剂、敏化剂，或者基质吸收能量的过程。如果 是敏化剂或者基质吸收能量，还存在敏化剂或者基质把能量传 递给激活剂的过程。 发光过程发光过程：激活剂从激发态返回基态以发光的形式释放能量。 非辐射过程非辐射过程：激活剂非辐射返回基态，此过程会降低发光效率 。辐射和非辐射返回基态的比率决定发光物质的量
10、子效率。 显示与照明技术 DGUT 基本原理：激活离子的发光过程 简化能级示意图 显示与照明技术 DGUT 掺Eu2+荧光粉的发光颜色 显示与照明技术 DGUT 发光离子的发光过程 显示与照明技术 DGUT 敏化剂的能量传递过程 显示与照明技术 DGUT 发光材料案例 显示与照明技术 DGUT 光致发光（PL）光谱 PL光谱 显示与照明技术 DGUT 半导体基质荧光粉的发光过程 显示与照明技术 DGUT 发光模型例子 显示与照明技术 DGUT 显示与照明技术 DGUT 显示与照明技术 DGUT 目录 发光材料分类发光材料分类 发光材料组成发光材料组成 发光过程与发光机理发光过程与发光机理 发光
11、材料应用发光材料应用 显示与照明技术 DGUT 荧光灯 显示与照明技术 DGUT 显示与照明技术 DGUT 常见日光灯的荧光粉组成（254nm） 显示与照明技术 DGUT PDP显示 显示与照明技术 DGUT 显示与照明技术 DGUT 常见的PDP荧光粉组成 显示与照明技术 DGUT 商用PDP荧光粉存在的问题 显示与照明技术 DGUT FED显示 显示与照明技术 DGUT 常见的高效FED显示器荧光粉 显示与照明技术 DGUT EL显示 显示与照明技术 DGUT 显示与照明技术 DGUT 白光LED的实现 显示与照明技术 DGUT 蓝光LED芯片 显示与照明技术 DGUT 显示与照明技术 DGUT 白光LED荧光粉组成及厂商代表
