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1、功能材料料课报告告发光材料料与LEED摘要：发发光材料料是一种种功能材材料，广广泛应用用于我们们日常生生活中，例例如电视视机、日日光灯、发发光二极极管等。本本文就应应用于LLED的的两种发发光方式式，光致发发光和电电致发光光，作了简简单的介介绍和说说明，并并着重介介绍了LLED的的原理、发展历史、优点以及应用。在未来的几十年里，发光材料将继续快速向前发展，给我们的生活带来更大的变化。关键词：发光材材料；光致发发光；电致发发光；LEDD功能材料料是指通通过光、电电、磁、热热、化学学、生化化等作用用后具有有特定功功能的材材料。随随着时代代的发展展，人类类将进入入一个信信息时代代。为了了解决生生产告
2、诉诉发展以以及由此此所产生生的能源源、环境境等等一一系列问问题，更更需要用用高科技技的方法法和手段段来生产产新型的的、功能能性的产产品，以以获得各各种优良良的综合合性能。近近年来新新型功能能材料层层出不穷穷，得到到了突破破性的进进展，功功能材料料正在渗渗透到现现代生活活和生产产的各个个领域。本文所论论述的发发光材料料即为在在不同的的能量激激发方式式下可以以发出不不同波长长的可见见光的一一种功能能材料。一概述述物质发光光现象大大致分为为两类：一类是是物质受受热，产产生热辐辐射而发光；另一类类是物体体受激发发吸收能能量而跃跃迁至激激发态，在在返回到到基态的的过程中中以光的的形式放放出能量量。热辐辐
3、射发光光最常见见的例子子是太阳阳和白炽炽灯，而而后一种种发光方方式应用用也很广广泛，比比如阴极极射线管管、日光光灯、发发光二极极管等，如如图1。 图1 两种发发光方式式的典型型例子：白炽灯灯和日光光灯按照激发发能量方方式的不不同，发发光材料料的分类类如下：1 紫外光、可可见光以以及红外外光激发发而发光光的为光光致发光光材料；2 电子束流流激发而而发光的的为阴极极射线发发光材料料；3 电场激发发而发光光的为电电致发光光材料；4 X射线辐辐射而发发光的为为X射线线发光材材料；5 用天然或或人造放放射性物物质辐射射而发光光的为放放射性发发光材料料。 二发光光原理以应用最最多的稀稀土发光光材料为为例，
4、其其发光过过程为：稀土离离子吸收收能量，从从基态或或下能级级跃迁至至上能级级，称为为激发态态，然后后从激发发态上能能级跃迁迁至下能能级或基基态，同同时发生生光的发发射。稀土的发发光和激激光性能能都是由由于稀土土的4ff电子在在不同能能级之间间的跃迁迁而产生生的。在在f组态态内不同同能级之之间的跃跃迁称为为f-ff跃迁；在f-d组态态之间的的跃迁称称为f-d跃迁迁。当稀稀土离子子吸收光光子或XX射线等等能量以以后，44f电子子可以从从能量低低的能级级跃迁至至能量高高的能级级；当44f电子子从高的的能级以以辐射弛弛豫的方方式跃迁迁至低能能级时发发出不同同波长的的光，两两个能级级之间的的能量差差越大
5、，发发射的波波长越短短。由于很多多稀土离离子具有有丰富的的能级和和它们的的4f电子子的跃迁迁特性，使使稀土成成为一个个巨大的的发光宝宝库，为为高新技技术提供供了很多多性能优优越的发发光材料料和激光光材料。在半导体体发光器器件中，由由于要利利用半导导体达到到所需的电电气性能能，所以以，-族化合合物就得得到了广广泛的应应用，如如GaAAs（砷砷化镓）、GGaP（磷磷化镓）、GGaAssP（磷磷砷化镓镓）等。下面就后后文发光光二极管管所涉及及到的两两种发光光材料光光致发光光材料和和电致发发光材料料作简单单介绍。1光致致发光材材料在紫外光光、可见见光和红红外光激激发下具具有发光光现象的的材料称称为光致
6、致发光材材料。光光致发光光材料又又可分为为长余辉辉发光材材料、荧荧光灯用用荧光粉粉和上转转换发光光材料。目前具有有使用价价值的主主要是紫紫外光激激发的荧荧光粉，在在发光二二极管中中可见光光激发的的发光材材料也有有一些应应用。早早在200世纪330440年代代，铈、铕和钐等稀土土离子就就被用作作碱土金金属硫化化物的激激活剂，获获得了高高效长余余辉光致致发光材材料和红红外荧光光体，并并用于隐隐蔽照明明和紧急急照明、飞飞机的仪仪表盘显显示。但但是，赋赋予稀土土光致发发光材料料生命力力的还是是70年年代出现现的灯用用稀土三三基色荧荧光体及及紧凑型型荧光灯灯的发展展。这类类材料一一般用于于照明器器件，如
7、如高压汞汞灯荧光光粉、稀稀土三基基色荧光光粉、复复印荧光光粉等。2电致致发光材材料电致发光光是在交交流或直直流电场场作用下下，依靠靠电场的的激发而而发光，是是将电能能转变为为光能而而不产生生热的一一种方式式。为了了将电能能从外加加电压转转变为光光辐射，一一般都经经过三个个步骤:首先是是施加电电场激发发，然后后是能量量传送到到发光中中心，最最后是发发光中心心产生光光的发射射。电致致发光分分为交流流薄膜电电致发光光、直流流粉末电电致发光光和有机机电致发发光等，主要应用于发光二极管、激光二极管、薄膜型电致发光显示等领域。三工艺艺与成分分同样是光光致发光光材料或或电致发发光材料料，要发发出不同同波长的
8、的可见光光，必须须要用不不同的材材料配方方。所以以，发光光材料的的成分是是多种多多样的。发光材料的合成方法也很多，主要有：高温固相合成、微波热合成、共沉淀法、燃烧法、高分子凝胶包膜法、气相外延法等。下面仅简单介绍与光致发光和电致发光材料相关的几种方法。1 高温固相相反应法法这是一种种经典的的合成方方法，用用该法得得到的红红粉性能能稳定，亮亮度高。但但因粒径径较大，应应用时须须经球磨磨处理。这这种方法法已经合合成了(Y,GGd)22O3:Euu、YAAl3B4O12:RRE(RRE=EEu,Tb)、BBaMggAl110O17:EEu等多多种稀土土发光材材料。2 均相沉淀淀法以尿素为为沉淀剂剂，
9、可以以制备出出分散性性很好的的Y2O3:Euu3+纳米米颗粒。在在制备工工艺中，控控制溶液液均相沉沉淀反应应的时间间，就可可以合成成粒径在在4371nnm之间间变化的的Y2O3:Euu3+颗粒粒。3 微波辐射射合成法法这是近十十年来迅迅速发展展起来的的一种新新的实验验方法。此此法合成成的产品品SrAAl2O4:(EEu2+,Dyy3+)、BBaMggAl110O17:EEu2+、Y2O3:Euu3+等，具具有产物物相组成成单纯、杂杂质少、发发光亮度度较高、粉粉末力度度较细等等特点。此此法合成成的红粉粉，相对对发光亮亮度为同同类标准准的700%，粒粒径的中中间值为为3.990umm，分布布均匀，
10、晶晶体为立立方晶系系。4 气相外延延法这是一种种化学合合成的方方法，以以最常用用的GaaN为例例:一般配配成N2、GaCCl、NH3、H2、HCll等的混混合气体体，发生生如下反反应：2GaCCl+ N2+ HH2 = 2GaaN+22HCll现在白光光LEDD应用最最多的发发光材料料是蓝粉粉InGGaN或或GaNN，波长4465nnm，黄黄粉(YY1Gd)3(AllGa)5O12，波长5550nnm；三三基色红红粉Y2O2S:Eu3+，波长6626nnm，蓝蓝粉Srr5(POO4)3Cl:Eu2+,波长4447nnm，绿绿粉BaaMgAAl10O17:Eu2+,Mn2+，波长长5155nm。
11、另另外，采采用不同同成分不不同剂量量的荧光光粉，可可以调节节白光的的色温，例例如冷白白光（色色温为445000100 0000K）及及暖白光光（色温温为2885038000K）。四发光光材料应应用之一一：LEED50年前前人们已已经了解解半导体体材料可可产生光光线的基基本知识识，第一一个商用用二极管管产生于于上世纪纪60年年代。LLED是是英文llighht eemitttinng ddiodde（发发光二极极管）的的缩写，它它的基本本结构是是一块电电致发光光的半导导体材料料，置于于一个有有引线的的架子上上，然后后四周用用环氧树树脂密封封，起到到保护内内部芯线线的作用用，所以以LEDD的抗震震
12、性能好好，如图图2。图2 LLED外外形结构构发光二极极管的核核心部分分是由pp型半导导体和nn型半导导体组成成的晶片片，在pp型半导导体和nn型半导导体之间间有一个个过渡层层，称为为p-nn结，如如图3。在在某些半半导体材材料的PPN结中中，注入入的少数数载流子子与多数数载流子子复合时时会把多多余的能能量以光光的形式式释放出出来，从从而把电电能直接接转换为为光能，如如图4。PNN结加反反向电压压，少数数载流子子难以注注入，故故不图3 发发光二极极管的pp-n结结 图图4 发光光二极管管原理发光。这这种利用用注入式式电致发发光原理理制作的的二极管管叫发光光二极管管，通称称LEDD。 当当它处于
13、于正向工工作状态态时（即即两端加加上正向向电压），电电流从LLED阳阳极流向向阴极时时，半导导体晶体体就发出出从紫外外到红外外不同颜颜色的光光线，光光的强弱弱与电流流有关。早期的LLED发发光强度度不高，一一般小于于1mccd，高高的也仅仅几个mmcd；另外，发发光效率率也不高高，一般般小于00.2llm/WW；其功功率仅几几十mWW到上百百个mWW。作为指指示灯方方面的应应用，有有几个mmcd的的发光强强度也可可以了，但但由LEED组成成的数码码管或字字符管则则显得亮亮度不足足，若要要用于户户外作信信号或标标志显示示，则其其亮度太太低，不不能满足足使用的的要求。所所以LEED的主主要发展展方
14、向是是提高发发光强度度。这30多多年来，LLED的的发光效效率提高高了2550倍以以上。119700-19990年年LEDD发光效效率提高高较慢，119900-20005年年则提高高较快。LLED的的发光强强度及发发光效率率的提高高主要取取决于采采用的半半导体材材料及其其工艺技技术的发发展。早早期的LLED主主要用GGaAss、GaaP（二二元素半半导体材材料）和和GaAAsP（三三元素半半导体材材料），119944年左右右采用AAlInnGaPP（四元元素半导导体材料料）后，其其发光强强度及发发光效率率有很大大的提高高。另外外，在工工艺技术术上采用用在GaaAs衬衬底上用用AlIInGaaP
15、材料料生产的的红光、黄黄光LEED及在在SiCC衬底上上用InnGaNN材料生生产的绿绿光、蓝蓝光LEED，在在发光强强度及发发光效率率上有较较大的改改进。从三基色色LEDD取得突突破后，集成白光LED诞生了。这是LED生产中一个重要的突破，它将成为新的照明光源。现在白光LED有两种，一种为蓝光GaN或InGaN单晶片加上YAG黄色荧光粉，蓝光单晶片发出的蓝光分为两部分，一部分用于激发黄色荧光粉发出黄光，另一部分和发出的黄光混合，即可形成白光，如图5。另一种为RG.B三基色LED合成白光，如图6。图5 蓝蓝光激发发黄荧光光粉型LLED 图图6 三基基色合成成白光1LEED的优优点LED之之所以得得到人们们的重视视是因为为它具有有许多优优点：(1) 发光效率率高。一般白炽炽灯的发发光效率率只能达达到155lm/W，而而LEDD的发光光效率高高达400甚至550lmm/W，所所以节能能效果十十分明显显。(2) 寿命长长，稳定定性好。一般LED的寿命高达几万小时，10万小时光衰为初始的50%。(3) 价格低低廉。(4) 体积小小，可以以做成各各种形状状，重量量轻，抗
