发光材料的基础知识PPT文档格式.ppt

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注意：

1发光是由发光物质的电子在不同能级间跃迁产生的。

发光是由发光物质的电子在不同能级间跃迁产生的。

2发光光过程程仅伴有极少量的伴有极少量的热辐射。

3非平衡非平衡热辐射射还有有发射和散射等射和散射等荧光和磷光光和磷光:

一般将激一般将激发停止后仍然停止后仍然发出的光称作磷光，如出的光称作磷光，如长余余辉发光材料所光材料所发的光是典型的磷光。

曾将激的光是典型的磷光。

曾将激发停止后持停止后持续时间大于大于10-8秒秒的的发光叫做磷光，光叫做磷光，现在在对荧光和磷光不做光和磷光不做严格的区格的区别。

1.1.2发光发光固体固体发光的两个基本特征光的两个基本特征:

（1）任何物体在一定温度下都具有平衡任何物体在一定温度下都具有平衡热辐射，而射，而发光是指光是指吸收外来能量后，吸收外来能量后，发出的出的总辐射中超出平衡射中超出平衡热辐射的部分；

射的部分；

（2）当外界激当外界激发源源对材料的作用停止后，材料的作用停止后，发光光还会持会持续一段一段时间，这是固体是固体发光与其它光光与其它光发射射现象的根本区象的根本区别。

发光是一种宏光是一种宏观现象，但它和晶体内部的缺陷象，但它和晶体内部的缺陷结构、能构、能带结构、构、能量能量传递、载流子迁移等微流子迁移等微观性性质和和过程密切相关。

程密切相关。

基态基态：

能量最低的平衡状态：

能量最低的平衡状态激发态：

原子或分子吸收一激发态：

原子或分子吸收一定的能量后，电子被激发到定的能量后，电子被激发到较高较高能级能级但尚未电离的状态但尚未电离的状态卤粉卤粉Ca5（PO4）3F:

Sb3+,Mn2+

（1）自然界中的自然界中的发光材料光材料

（2）17世世纪开始，开始，发光光现象称象称为实验科学的研究科学的研究对象象1发光材料简介：

发光材料简介：

（3）1852年，光致年，光致发光第一个光第一个规律律-Stocks定律提出定律提出（4）1867年，年，红宝石的光宝石的光谱特性特性（5）1878年，阴极射年，阴极射线发光的研究光的研究（6）19世世纪末末20世世纪初，初，X射射线和核和核辐射的射的发现（7）1905年，年，爱因斯坦用光子的概念揭示因斯坦用光子的概念揭示Stocks规律的意律的意义（8）1913年，波年，波尔尔提出原子提出原子结构的量子理构的量子理论-发光学的理光学的理论基基础（9）X射射线激激发的的CaWO4医用照相，医用照相，寻找找钨矿，以及其它，以及其它类发光材料在光材料在显示、照明等方面的广泛医用示、照明等方面的广泛医用1.1.3发光材料发光材料发光材料定光材料定义:

发光体，是一种能光体，是一种能够把从外界吸收的各种形把从外界吸收的各种形式的能量式的能量转换为非平衡光非平衡光辐射的功能材料。

射的功能材料。

基质基质：

发光材料中的主体物质：

发光材料中的主体物质激活剂（发光中心）激活剂（发光中心）：

掺入的：

掺入的杂质，决定材料的发光性能杂质，决定材料的发光性能发光材料组成：

发光材料组成：

荧光粉：

一定的激光粉：

一定的激发条件下能条件下能发光的无机粉末材料，一般指的光的无机粉末材料，一般指的是粉末晶体，也称是粉末晶体，也称为磷光体（磷光体（phosphors）,含有稀土离子的含有稀土离子的则成成为稀土稀土荧光粉光粉.1.基基质组成中阳离子成中阳离子应具有惰性气体元素具有惰性气体元素电子构型，或具有子构型，或具有闭壳壳层电子子结构构2.阳离子和阴离子都必阳离子和阴离子都必须是光学透明的；

是光学透明的；

3.晶体晶体应具有确定的某种缺陷。

具有确定的某种缺陷。

作为基质化合物至少应具备如下基本条件：

已用作基已用作基质的无机化合物主要有的无机化合物主要有：

1.氧化物及复合氧化物，如氧化物及复合氧化物，如Y2O3，Gd2O3，Y3AI5O12（YAG），SrTiO3等；

等；

2.含氧酸含氧酸盐，如硼酸，如硼酸盐，铝酸酸盐，镓酸酸盐，硅酸，硅酸盐，磷酸，磷酸盐，钒酸酸盐，钼酸酸盐和和钨酸酸盐以及以及卤磷酸磷酸盐等。

等。

3.3.稀土稀土卤氧化物（如氧化物（如LaOCl，LaOBr），稀土硫氧化物（如），稀土硫氧化物（如Y2O2S，Gd2O2S）等）等。

激活剂：

激活剂掺入到基质中后以离子形式占据晶体中某种阳离子格位构激活剂：

激活剂掺入到基质中后以离子形式占据晶体中某种阳离子格位构成发光中心，因此激活离子又被称作发光中心离子。

激活离子的电子跃迁是成发光中心，因此激活离子又被称作发光中心离子。

激活离子的电子跃迁是产生发光的根本原因。

产生发光的根本原因。

激活离子在基质中能够产生电子跃迁实现发光，须遵循一定选择定则。

主激活离子在基质中能够产生电子跃迁实现发光，须遵循一定选择定则。

主要有：

要有：

拉鲍特定则（拉鲍特定则（LaPortesRule，亦称宇称选择定则：

，亦称宇称选择定则：

在中心对称环境在中心对称环境中，跃迁仅允许发生在相反宇称状态之间，否则是禁戒的中，跃迁仅允许发生在相反宇称状态之间，否则是禁戒的）和和自旋选择定则自旋选择定则（SpinselectionRule：

跃迁仅允许发生在相同自旋多重态之间跃迁仅允许发生在相同自旋多重态之间）。

激活离子的选择条件：

具有未充满轨道；

与基质中被取代离子半径相近具有未充满轨道；

与基质中被取代离子半径相近。

激活激活剂绿：

激活元素绿：

激活元素黄：

等离子体元素（电压的作用下发生气体放电）黄：

等离子体元素（电压的作用下发生气体放电）蓝紫：

基质元素蓝紫：

基质元素图1-5“发光元素周期表光元素周期表”按被激发的按被激发的方式可分为方式可分为1.1.4发光材料分类：

发光材料分类：

光致发光光致发光（photoluminescence，通常为紫外线，通常为紫外线）电致发光（电致发光（elctroluminescence,电压电压）阴极射线发光（阴极射线发光（cathodoluminescence，电子束），电子束）X射线及高能粒子发光（射线及高能粒子发光（x-rayluminescence））机械发光（机械发光（triboluminescence，如球磨），如球磨）化学发光化学发光（chemiluminescence化学反应产生的能量）化学反应产生的能量）生物发光生物发光（bioluminescence）声发光声发光（sonoluminescence）热释发光热释发光（thermoluminescence）放射线发光放射线发光（radioluminescence）

（1）定定义：

用紫外用紫外线、可、可见光或光或红外外线激激发材料而材料而产生的生的发光光现象。

象。

（2）材料分材料分类：

荧光灯用光灯用发光材料、光材料、LED发光材料、光材料、PDP（PlasmaDisplayPanel）用用发光材料、光材料、长余余辉发光材料和上光材料和上转换发光材料。

光材料。

（3）实用材料：

用材料：

荧光灯用光灯用红粉红粉Y2O3:

Eu3+、绿粉绿粉CeMgAl11O19:

Tb3+、蓝粉、蓝粉BaMgAl10O17:

Eu2+；

LED用用（Y1-aGda）3（Al1-bGab）5O12:

Ce3+；

PDP用用ZnSiO4：

Mn2+等。

1光致光致发光光定定义：

电场直接作用在物直接作用在物质上所上所产生的生的发光光现象，象，电能能转化化为光能，是一种主光能，是一种主动发光性冷光源。

光性冷光源。

分分类：

注入式注入式发光和本征型光和本征型发光（高能光（高能电子碰撞激子碰撞激发发光中心）。

光中心）。

图1-6注入式电致发光模型注入式电致发光模型2电致致发光光:

晶体材料都呈现一定规律的周期排列，内部原子存在较晶体材料都呈现一定规律的周期排列，内部原子存在较强的相互作用，导致电子能级的变化，许多相近的能级强的相互作用，导致电子能级的变化，许多相近的能级构成构成能带能带。

许多重要的发光材料大部分都是选择在基质中掺入微量许多重要的发光材料大部分都是选择在基质中掺入微量杂质，使得基质晶格的规则排列被破坏，从而形成杂质，使得基质晶格的规则排列被破坏，从而形成缺陷缺陷能级能级，当外部光源照射时，电子就会在各种能级间跃迁，当外部光源照射时，电子就会在各种能级间跃迁，从而形成发光现象。

从而形成发光现象。

掺杂到基质晶格中的激活剂的价态、在晶格中的位置、掺杂到基质晶格中的激活剂的价态、在晶格中的位置、激活剂周围的情况，是否有共激活剂等，决定发光中心激活剂周围的情况，是否有共激活剂等，决定发光中心的发光特性。

的发光特性。

1.2发光材料的主要特性与规律发光材料的主要特性与规律当光照射到发光材料上时，一部分被反射、散射，一部分被当光照射到发光材料上时，一部分被反射、散射，一部分被透射，剩余的部分被材料吸收透射，剩余的部分被材料吸收,遵循遵循beer定律定律其中，其中，I0（）为波长为为波长为的光照射到物质的强度；

的光照射到物质的强度；

I（）为光通过厚度为光通过厚度X的发光材料后的强度；

的发光材料后的强度；

X-厚度；

厚度；

k是不依赖光强，随波长而变化的函数，称为吸收系数是不依赖光强，随波长而变化的函数，称为吸收系数;

1.2.1光谱与能级光谱与能级1吸收光谱（吸收光谱（absorptionspectrum）几个概念吸收光谱吸收光谱以被吸收的光子的以被吸收的光子的能量能量（波长、波数和能量波长、波数和能量eV）为横坐为横坐标，吸光度标，吸光度D或或、log为纵坐标，给出分子对具有不同能量为纵坐标，给出分子对具有不同能量光子的吸收特性。

光子的吸收特性。

吸光度被吸收的光子的能量（波长、波数和能量eV）图1-7吸收光谱吸收光谱图1-8对于单晶发光材料，经过适当光学加工后对于单晶发光材料，经过适当光学加工后（如切割，抛如切割，抛光光），直接可以测其吸收光谱（考虑反射的损失）。

对于，直接可以测其吸收光谱（考虑反射的损失）。

对于多晶粉末发光材料多晶粉末发光材料，需测定其漫反射光谱。

，需测定其漫反射光谱。

漫发射漫发射：

光线照到粗糙表面时，光线向四面八方散射和反射。

：

漫发射率：

指反射的光子数占入射光子数的百分数。

漫发射光谱：

漫反射率