白光LED用荧光材料教学课件
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（1）自发发光
过程1：发光中心吸收能量后，电子从发光中心的基态A跃 迁到激发态G
过程2：当电子从激发态G回到基态A，激发时吸收的一部 分能量以光辐射的形式发射出来的过程。
发光只在发光中心内部进行。
2020年3月27日
9
（2）受迫发光
若发光中心激发后，电子不能从激发态 G直接回到基态A（禁戒的跃迁），而是 先经过亚稳态M（过程2），然后通过热 激发从亚稳态M跃迁回激发态G（过程3 ），最后回到基态A（过程4）发射出光 子的过程，成为受迫发光。
受迫发光的余辉时间比自发发光长，发 光衰减和温度有关。
2020年3月27日
10
2. 基质激发发光 基质吸收了能量以后，电子从价带激发到导带（过程1）； 在价带中留下空穴，通过热平衡过程，导带中的电子很快降 到导带底（过程2）；
价带中的空穴很快上升到 价带顶（过程2’），然后 被发光中俘获（过程3’）
• 激发过程：
发光体中可激系统（发光中心、基质和激子等）吸收能量 以后，从基态跃迁到较高能量状态的过程称为激发过程。
• 发光过程：
受激系统从激发态跃回基态，而把激发时吸收的一部分能 量以光辐射的形式发射出来的过程，称为发光过程。
2020年3月27日
8
一般有三种激发和发光过程
Байду номын сангаас
1. 发光中心直接激发与发光
2020年3月27日
3
所谓荧光粉是指那些可以吸收能量（这些所吸收的能量包括电 磁波【含可见光、X射线、紫外线】、电子束或离子束、热、 化学反应等），再经由能量转换后放出可见光的物质，也称之 为荧光体或夜光粉。
2020年3月27日
4
1 固体发光的一般原理 2 荧光粉的发展历史和现状 3 荧光粉的技术要求 4 可用作白光LED的荧光粉 5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉 6 钇铝石榴石荧光粉的制备 7 红色稀土激活的硫化物荧光粉 8 纯绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉
2020年3月27日
5
1 固体发光的一般原理
当某种物质受到诸如光的照射、外加电场或电子束轰击 等激发后，只要该物质不会因此而发生化学变化，它总 要回复到原来的平衡状态。在这个过程中，一部分多余 的能量会通过光或热的形式释放出来。 如果这部分能量是以可见光或近可见光的电磁波形式发 射出来的，就称这种现象为发光。
2020年3月27日
6
目前发光材料的发光机理基本是用能带理论进行解释的。 不论采用那一种形式的发光，都包含了：
Total energy
• 激发； • 能量传递；
excitation
• 发光；
emission
R0
R
Configurational coordinate
2020年3月27日
7
一、激发与发光过程
2020年3月27日
13
（3）深能级俘获的电子产生的发光
深能级D2离导带底较远，常温下电子无外界因素长期停留 在该能级上。如果发光中心未经过非辐射跃迁回基态，对发 光体加热或用红外线照射，电子便可以从D2跃迁到导带（ 过程8），然后与发光中心复合发光。
2020年3月27日
14
3. 激子吸收引起的激发和发光
晶体在受到激发时，电子从价带跃迁到导带，在价带留下 空穴，电子和空穴都可以在晶体中自由运动，但是电子和 空穴由于库仑力的作用会形成一个稳定的态，这种束缚的 电子-空穴对，称为激子。
激子的能量状态处于禁带之中，其能量小于禁带宽度，一 对束缚的电子-空穴对相遇会释放能量，产生窄的谱线。
2020年3月27日
白光LED用荧光材料
2020年3月27日
1
2020年3月27日
2
在制作白光LED的方法中，基本都与荧光粉有关，因 此在制作白光LED时，必须对荧光粉进行仔细研究。
荧光粉是一个非常关键的材料，它的性能直接影响白 光LED的亮度、色坐标、色温及显色性等。
因而开发具有良好发光特性的荧光粉是得到高亮度、 高发光效率、高显色性白光LED的关键所在。
2020年3月27日
18
二、荧光粉的分类
荧光粉通常分为光致储能夜光粉和带有放射性的夜光粉两 类。
1. 光致储能夜光粉
光致储能夜光粉是荧光粉在受到自然光、日光灯光、紫外 光等照射后，把光能储存起来，在停止光照射后，在缓慢 地以荧光的方式释放出来，所以在夜间或者黑暗处，仍能 看到发光，持续时间长达几小时至十几小时。
15
二、能量传输过程
包括能量的传递和能量的输运两个方面：
① 能量传递：
能量传递是指某一激发中心把激发能的全部或一部分转交 给另一个中心的过程。
② 能量输运
能量输运是指借助电子、空穴、激子等的运动，把激发能 从一个晶体的一处输运到另一处的过程。
2020年3月27日
16
能量的传递和输运机制大致有四种：
2020年3月27日
11
导带底部的电子又可以经过三个过程产生发光。
（1）直接落入发光中心激发态的发光 导带底的电子直接落入发光中心的激发态G（过程3），然后 又跃迁回基态A，与发光中上的空穴复合发光（过程4）
2020年3月27日
12
（2）浅陷阱能级俘获的电子产生的发光
导带底的电子被浅陷阱能级D1俘获（过程5），由于热扰动， D1上的电子再跃迁到导带，然后与发光中心复合发光 （过程 6）。
2020年3月27日
19
2. 带有放射性的夜光粉
带有放射性的夜光粉是在荧光粉中掺入放射性物质，利用 放射性物质不断发出的射线激发荧光粉发光，这类夜光粉 发光时间很长，但因为有毒有害和环境污染等，所以应用 范围小。
2020年3月27日
20
三、荧光粉的发展历史和现状
自从1938年荧光灯问世以来，荧光粉已经经历了以下三代的 变化: 1. 第一代荧光粉(1938~1948年) 最早用于荧光灯的荧光粉是:钨酸钙(CaWO4)蓝粉、锰离子激 活的硅酸锌( Zn2SiO4: Mn)绿粉和锰离子激活的硼酸镉 (CdB2O5:Mn)红粉。当时40W荧光灯的光效为40 lm/W。
• 再吸收、 • 共振传递、 • 借助载流子的能量输运， • 激子的能量传输
2020年3月27日
17
2 荧光粉的发展历史和现状
一、荧光与磷光
人们曾以发光持续时间的长短把发光分为两个过程:
• 把物质在受激发时的发光称为荧光； • 把激发停止后的发光称为磷光。
一般以持续时间10-8s为分界，持续时间短于10-8s的发光为 荧光，而把持续时间长于10-8s的发光称为磷光。
过程1：发光中心吸收能量后，电子从发光中心的基态A跃 迁到激发态G
过程2：当电子从激发态G回到基态A，激发时吸收的一部 分能量以光辐射的形式发射出来的过程。
发光只在发光中心内部进行。
2020年3月27日
9
（2）受迫发光
若发光中心激发后，电子不能从激发态 G直接回到基态A（禁戒的跃迁），而是 先经过亚稳态M（过程2），然后通过热 激发从亚稳态M跃迁回激发态G（过程3 ），最后回到基态A（过程4）发射出光 子的过程，成为受迫发光。
受迫发光的余辉时间比自发发光长，发 光衰减和温度有关。
2020年3月27日
10
2. 基质激发发光 基质吸收了能量以后，电子从价带激发到导带（过程1）； 在价带中留下空穴，通过热平衡过程，导带中的电子很快降 到导带底（过程2）；
价带中的空穴很快上升到 价带顶（过程2’），然后 被发光中俘获（过程3’）
• 激发过程：
发光体中可激系统（发光中心、基质和激子等）吸收能量 以后，从基态跃迁到较高能量状态的过程称为激发过程。
• 发光过程：
受激系统从激发态跃回基态，而把激发时吸收的一部分能 量以光辐射的形式发射出来的过程，称为发光过程。
2020年3月27日
8
一般有三种激发和发光过程
Байду номын сангаас
1. 发光中心直接激发与发光
2020年3月27日
3
所谓荧光粉是指那些可以吸收能量（这些所吸收的能量包括电 磁波【含可见光、X射线、紫外线】、电子束或离子束、热、 化学反应等），再经由能量转换后放出可见光的物质，也称之 为荧光体或夜光粉。
2020年3月27日
4
1 固体发光的一般原理 2 荧光粉的发展历史和现状 3 荧光粉的技术要求 4 可用作白光LED的荧光粉 5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉 6 钇铝石榴石荧光粉的制备 7 红色稀土激活的硫化物荧光粉 8 纯绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉
2020年3月27日
5
1 固体发光的一般原理
当某种物质受到诸如光的照射、外加电场或电子束轰击 等激发后，只要该物质不会因此而发生化学变化，它总 要回复到原来的平衡状态。在这个过程中，一部分多余 的能量会通过光或热的形式释放出来。 如果这部分能量是以可见光或近可见光的电磁波形式发 射出来的，就称这种现象为发光。
2020年3月27日
6
目前发光材料的发光机理基本是用能带理论进行解释的。 不论采用那一种形式的发光，都包含了：
Total energy
• 激发； • 能量传递；
excitation
• 发光；
emission
R0
R
Configurational coordinate
2020年3月27日
7
一、激发与发光过程
2020年3月27日
13
（3）深能级俘获的电子产生的发光
深能级D2离导带底较远，常温下电子无外界因素长期停留 在该能级上。如果发光中心未经过非辐射跃迁回基态，对发 光体加热或用红外线照射，电子便可以从D2跃迁到导带（ 过程8），然后与发光中心复合发光。
2020年3月27日
14
3. 激子吸收引起的激发和发光
晶体在受到激发时，电子从价带跃迁到导带，在价带留下 空穴，电子和空穴都可以在晶体中自由运动，但是电子和 空穴由于库仑力的作用会形成一个稳定的态，这种束缚的 电子-空穴对，称为激子。
激子的能量状态处于禁带之中，其能量小于禁带宽度，一 对束缚的电子-空穴对相遇会释放能量，产生窄的谱线。
2020年3月27日
白光LED用荧光材料
2020年3月27日
1
2020年3月27日
2
在制作白光LED的方法中，基本都与荧光粉有关，因 此在制作白光LED时，必须对荧光粉进行仔细研究。
荧光粉是一个非常关键的材料，它的性能直接影响白 光LED的亮度、色坐标、色温及显色性等。
因而开发具有良好发光特性的荧光粉是得到高亮度、 高发光效率、高显色性白光LED的关键所在。
2020年3月27日
18
二、荧光粉的分类
荧光粉通常分为光致储能夜光粉和带有放射性的夜光粉两 类。
1. 光致储能夜光粉
光致储能夜光粉是荧光粉在受到自然光、日光灯光、紫外 光等照射后，把光能储存起来，在停止光照射后，在缓慢 地以荧光的方式释放出来，所以在夜间或者黑暗处，仍能 看到发光，持续时间长达几小时至十几小时。
15
二、能量传输过程
包括能量的传递和能量的输运两个方面：
① 能量传递：
能量传递是指某一激发中心把激发能的全部或一部分转交 给另一个中心的过程。
② 能量输运
能量输运是指借助电子、空穴、激子等的运动，把激发能 从一个晶体的一处输运到另一处的过程。
2020年3月27日
16
能量的传递和输运机制大致有四种：
2020年3月27日
11
导带底部的电子又可以经过三个过程产生发光。
（1）直接落入发光中心激发态的发光 导带底的电子直接落入发光中心的激发态G（过程3），然后 又跃迁回基态A，与发光中上的空穴复合发光（过程4）
2020年3月27日
12
（2）浅陷阱能级俘获的电子产生的发光
导带底的电子被浅陷阱能级D1俘获（过程5），由于热扰动， D1上的电子再跃迁到导带，然后与发光中心复合发光 （过程 6）。
2020年3月27日
19
2. 带有放射性的夜光粉
带有放射性的夜光粉是在荧光粉中掺入放射性物质，利用 放射性物质不断发出的射线激发荧光粉发光，这类夜光粉 发光时间很长，但因为有毒有害和环境污染等，所以应用 范围小。
2020年3月27日
20
三、荧光粉的发展历史和现状
自从1938年荧光灯问世以来，荧光粉已经经历了以下三代的 变化: 1. 第一代荧光粉(1938~1948年) 最早用于荧光灯的荧光粉是:钨酸钙(CaWO4)蓝粉、锰离子激 活的硅酸锌( Zn2SiO4: Mn)绿粉和锰离子激活的硼酸镉 (CdB2O5:Mn)红粉。当时40W荧光灯的光效为40 lm/W。
• 再吸收、 • 共振传递、 • 借助载流子的能量输运， • 激子的能量传输
2020年3月27日
17
2 荧光粉的发展历史和现状
一、荧光与磷光
人们曾以发光持续时间的长短把发光分为两个过程:
• 把物质在受激发时的发光称为荧光； • 把激发停止后的发光称为磷光。
一般以持续时间10-8s为分界，持续时间短于10-8s的发光为 荧光，而把持续时间长于10-8s的发光称为磷光。