1-发光材料的基础知识
发光材料的物理基础
导，电子空穴通过导带和价带
把能量传递给发光复合发光。 主要用在剂量学中。
二、发光过程图解
吸收能量激发-弛豫-发射（或能量传递）
光吸收的能量和发射的能量是不同的，由于有弛豫过程
，所以往往发射的能量小于吸收的能量，吸收能量和发 射能量的差值就是斯托克斯位移（Stokes shift）。-斯托 克斯发射。 当然，也有发射能量大于吸收能量的-反斯托克斯发射（ 如上转换发光-吸收多个光子发射一个光子）。
ZSM，5B 卤粉（480） 305， 565
1.2.荧光粉的要求
对于一个有效的荧光粉应具备如下要求：
1.能够有效地吸收激发能量；
2.能够把吸收的激发能量有效地传递给发光中心；
3.发光中心具有高的辐射跃迁效率。
反射光 入射光 吸收光 透射光
对能量（光）的吸收是发光的前题，对光的吸收方 式不同，荧光粉的发光机理、应用场合都不同。
由电子空穴对驰豫到发光中心，
使得发光中心被激发；随后产生 发光。 PDP用荧光粉,如BAM:Eu，Znபைடு நூலகம்SiO4:Mn等属于这种情况
（3）激发能量远大于材料带隙（Eex>>Eg）
高能射线（x射线，射线）、高能粒子或电子束作用于 样品，基质材料吸收高能光子或高能粒子，产生许多
空穴和电子缺陷，但是不会自动复合发光（光储存）
荧光粉发光基础
主要内容
荧光粉的组成及要求 发光过程、Stokes位移及位形坐标 稀土离子激活荧光粉的物理基础 稀土离子能级图 含有电荷迁移态之间的光学跃迁 4f-5d跃迁 能量传递 浓度猝灭
一、荧光粉（phosphor）
荧光粉（发光材料） 是指在紫外辐照、X射线、电子轰击、摩 擦或其他激发方式作
发光材料
1.2固体发光的两个基本特征
（１）任何物体在一定温度下都具有平衡热辐射，而发光是指吸收外来能量后，发出的总辐射中超出平衡热辐射的部分。
（２）当外界激发源对材料的作用停止后，发光还会持续一段时间，称为余辉。这是固体发光与其他光发射现象的根本区别。
1.3发光材料的主要分类
发光材料的发光方式是多种多样的，主要类型有：光致发光、阴极射线发光各种类型激发作用下能产生光发射的材料。主要由基质和激活剂组成，此外还添加一些助溶剂、共激活剂和敏化剂。基质是发光材料的主要组分，约占重量的90％以上。单一或混合的化合物都可作基质。混合基质常使用具有同一晶型的物质，如 ZnS·CaS、CaS·SrS等。激活剂对基质起激活作用，并形成发光中心，其重量约占基质 1 ／ 1000～1／10000，甚至1／100000。周期表中大多数元素都可做激活剂，常用的有 Cu、Mn、Au等。助溶剂的作用是，在制备发光材料时，使激活剂容易扩散到基质晶格中而形成发光中心，同时还起保护气氛作用，其掺入量约占配料的2％～5％。常用的助溶剂主要为各种盐类，如LiCl、KCl、CaF2等。共激活剂用于与激活剂协同激活基质，用量与激活剂相当。敏化剂用于增强材料发光，并能把吸收的能量传递到激活剂，从而提高发光效率。
发光及基础知识
第一讲发光材料的基础知识第一节发光1.1 光与电磁波辐射光是能量的一种形态，光的本质是电磁波，在波长范围极其宽广的电磁波中，光波仅占很小的部分。
可见光的波长范围约在390~770nm。
在这个范围内的各种波长都可凭眼睛的颜色感觉来加以区分。
紫色390~446nm，蓝色446~492nm，绿色492~578nm，黄色578~592nm，橙色592~620nm，红色620~770nm。
由单一波长组成的光称为单色光，实际上，严格的单色光几乎不存在，所有光源所产生的光均占据一段波带，有的可能很窄，例如，激光可认为是最接近理想单色光的光源。
波长超过可见光的紫色和红色两端的电磁辐射分别称为紫外辐射和红外辐射。
紫外辐射的短波段可以延伸到10nm，红外辐射的长波段人为地规定到1mm左右，再长的波段则属于无线电波的范围。
1.2 人眼的视觉特性光源与显示器件发射的可见光辐射刺激人眼引起的明暗和颜色的感觉，除了取决于辐射对人眼产生的物理刺激外，还取决于人眼的视觉特性。
发光效果最终是由人眼来评价的，能量参数并未考虑人眼的视觉作用，发光效果必须用基于人眼视觉的光量参数来描述。
人眼的视网膜上布满了大量的感光细胞，感光细胞有两种：（1）柱状细胞，灵敏度高，能感受极微弱的光；（2）锥状细胞，灵敏度较低，但能很好地区分颜色。
人眼的视觉特性和大脑区域的生理功能决定了客观光波刺激人眼而引起的主观效果。
不同波长的光，人眼的感受程度不同，即人眼对各种颜色光感受的灵敏度是不同的，对绿光的灵敏度最高，而对红光的灵敏度要低得多。
不同的观察者对各种波长的光的灵敏度也有所不同；而且，人眼对光感受的灵敏度还与观察者的年龄及健康状况有关，这会给光的度量带来很大的困难。
因此，国际照明委员会（CIE）根据各国测试和研究的结果，提出平均人眼对各种波长的光的相对灵敏度值（光谱光视觉函数）。
在亮度超过10cd/m2的环境里最大的视觉响应峰值在光谱绿区中的555nm处。
发光材料专业知识讲座
后在10-8s内发旳光称为荧光，其发光是被激发旳电子 跳回价带时，同步发射光子（见图9－2）。 • 荧光效率是荧光材料旳主要特征值之一。吸收光转变 为荧光旳百分数称为荧光效率。荧光效率总是不大于 1。
磷光材料旳主要构成部分是基质和激活剂两部分。
磷光材料比荧光材料应用更为普遍某些。一般灯
用荧光粉是磷光材料：卤磷酸盐是以锑锰为激活 剂旳一种含卤素旳碱土荧光粉。
• 卤磷酸盐转换紫外光为可见光旳效率较高， 发光特征稳定性好，易制成细颗粒，毒性 较小，但不能实现光效和光色同步提升。
• 稀土三基色荧光粉还具有耐高负荷、耐高 温旳优异性能。
低压汞灯
紫外线杀菌灯（UV灯），实际上是属于一 种低压汞灯。它利用低压汞蒸汽（10-2Pa） 被激发后发射旳紫外线被灯管内壁旳荧光粉
吸收后激发出可见光。
低压汞灯消毒杀菌用途很广，
有医院、学校、托儿所、电影
院、公交车、办公室、家庭等，
它能净化空气，消除霉味，另
外还能产生一定量旳负氧离子，
经紫外线消毒旳房间，空气尤
第九章 发光材料
• 9.1 材料旳发光机理 • 9.2 光致发光材料 • 9.3 电致发光材料 • 9.4 射线致发光材料 • 9.5 等离子发光材料
教学目的及基本要求
• 掌握材料旳发光机理，发光材料旳发光特 征，光致发光机理，电致发光机理，射线 致发光机理，等离子概念及发光原理。
• 熟悉和了解上转换发光材料，电致发光材 料，阴极射线致发光材料，X射线致发光材 料，等离子体发光显示屏及材料。
9.2 光致发光材料
• 用紫外、可见及红外光激发发光材料而产生旳发光 称为光致发光，该发光材料称为光致发光材料。
发光材料知识点总结图解
发光材料知识点总结图解一、发光材料的定义发光材料是指在激发作用下能够发生发光现象的材料。
它通过吸收外界能量，然后释放出光能的过程，从而实现发光的效果。
发光材料广泛应用于显示屏、发光二极管（LED）、荧光体、有机发光二极管（OLED）、激光材料等领域。
二、发光材料的分类1. 无机发光材料：主要包括磷光体、发光二极管（LED）等。
磷光体是指在受到紫外线等激发条件下能够发射出可见光的材料，常用于夜光材料、荧光体等领域。
而LED是由具有半导体结构的材料组成的，通过激发能量使得电子在半导体材料中跃迁，从而产生光辐射的现象。
2. 有机发光材料：主要包括有机发光二极管（OLED）、荧光表面材料等。
OLED是将有机材料溶液制备成薄膜层，通过在其两侧施加电场而产生发光的材料，具有可控性强、色彩丰富等特点。
3. 激光材料：主要包括半导体激光材料、固体激光材料等。
半导体激光材料是利用半导体材料产生激光的材料，具有小体积、高效率等特点；而固体激光材料则是指使用固态材料构成的激光系统，具有稳定性好、使用寿命长等特点。
三、发光材料的发光原理1. 磷光体：磷光体在受到紫外线等外界能源激发后，磷光体内部的激子（电子-空穴对）被激发，经过非辐射跃迁后，能够释放出能量，从而产生可见光的发光现象。
2. LED：LED的发光原理是基于半导体材料的电致发光效应。
当外加电压施加在半导体二极管P-N结上时，电子与空穴在P-N结附近复合，产生光子而发光。
3. OLED：OLED的发光原理是利用有机材料溶液制备成薄膜层，通过在其两侧施加电场而产生发光的现象。
当电子和空穴在有机材料中遇到时，就会形成激子，激子会经过共振辐射的方式而释放光子。
4. 激光材料：激光材料的发光原理是利用受激辐射的方式产生高能量的光子。
当激光材料受到外界激发能量时，其内部的物质跃迁便能通过共振的方式产生一种特定波长和相干性极高的激光光束。
四、发光材料的应用1. 显示屏：发光材料广泛应用于液晶显示屏、LED显示屏等，可以实现图像显示、视频播放等功能。
发光材料复习
能级寿命，多普勒效应，电声子相互作用，晶体的不 完善等
能级寿命与光谱线的线型和线宽
设一个处于激发态的中心的自发辐射速率为W ，激发中心数N(t) 随时间 衰减的速率方程为：
dN (t ) dt = N (t )W
不难解得激发中心数随时间衰减遵循简单的指数规律：
N (t ) = N0 exp(Wt )
2
e
T2
T2 d = ( 0 )2 (1 T2) 2
这对每个振子都一样，谱线宽化为均匀宽化。这线型也是罗伦兹线型，半高 全宽为 = 2 T2。
均匀宽化来自电子-声子相互作用，线宽就与晶格振动的状态有关，因而与温 度有关。单声子直接过程，过程的速率和跃迁的线宽都正比于温度 T。
它随时间指数衰减，意味着此光波是减幅电磁振荡：(光强正比于场强平方)
A(t ) = A0 et 2 cos 0t
这一减幅振荡可以展开为等幅振荡的叠加（傅立叶展开）：
A(t ) =
1 2
it E ( ) e d 0
所包含的频率 w 的电磁波分量的振幅： 1 1 it E ( ) = A(t )e dt = ( A0e t 2 cos 0t )e it dt 2 0 2 0
相应的电磁波的强度为：
J () E ()
2
sin 2 ( 0 ) 2 ( 0 )2
失相过程
考虑 的分布，就可得谐振子多次发射叠加所得的 总光谱分布为：
J ( ) = J ( ) p( )d
0 0
sin 2 ( 0 ) 2 ( 0 )
激活剂：掺杂进入基质的某种离 子或基团，通常是高效的发光中 心，例如稀土离子，过渡族金属 离子等。激活剂可以在基质形成 的能带结构的禁带中形成孤立的 能级系统，通过这些能级产生发 光所需的基态和激发态。 敏化剂：掺杂进入基质的某种离 子，起到能量传递作用。使能量 从吸收处传递到发光中心。
发光材料10
2、磷光材料
磷光材料的主要组成部分是基质和激活剂两部 分。用作基质的有第Ⅱ族金属的硫化物、氧化物、 硒化物、氟化物、磷酸盐、硅酸盐和钨酸盐等。用 作激活剂的是重金属。如ZnS、CdS，Ag、Cu、Mn是 最好的激活剂。 就应用而言，磷光材料比荧光材料更普遍。一 些灯用荧光粉，实际就是磷光材料。见表9-2。 稀土三基色荧光粉分别是红粉、绿粉、蓝粉按 一定比例混合而成。是新一代灯用荧光材料。
1、荧光材料
荧光效率是荧光材料的重要特征之一。吸 收光转变为荧光的百分数称为荧光效率。在无 干扰的理想情况下，材料的发射光量子数等于 吸收光量子数，即荧光效率为1。实际上，荧 光效率总是小于1。 荧光材料主要是以苯环为基的芳香族化合 物和杂环化合物。如：酚、蒽、荧光素、罗明 达、荧光染料以及某些液晶。见表所示。
（2）彩色发光材料 彩色电视机显像管用发光材料有红、绿、蓝三种成分组成。为了最佳 传送颜色，三种成分的色坐标应当最大可能地接近图中各自相应的顶角位置。 目前通用的发光粉的某些参数如表5.2所列。 在阴极射线发光材料中，几年来发展极快、具有前途的一类材料是稀 土型发光材料。稀土型材料既能承担激活剂的作用，也能作为发光材料的基 质，而且具有极短余辉、颜色饱和度和性能稳定的特点，并且能够在高密度 电子流激发下使用，因此在彩电显像管中得到广泛使用。 在稀土发光材料中，作为材料基质较好的有红色钒酸盐YVO4 ：Eu、 Y2O3:Eu 及Y2O3S:Eu等。3价稀土离子Tb3+、Ho3+、Er3+作为激活剂可以制得 发绿光的材料，譬如YVO4 ：Er、YVO4 ：Ho、YVO4 ：Tb及Y2O3S:Eu,Tb等。 稀土蓝色材料一直研究较少，其原因在于以用于彩色显像管蓝色材料 ZnS:Ag，目前还最好的。现在研制的YVO4：Tm等，尽管其辐射光当量几乎 比ZnS:Ag大两倍，但能量效率非常低，并且色坐标不如后者。还开发有Eu2+ 作为激活剂的硼酸锶、硼酸钙、锶的固溶体以及硼磷酸钙、锶、钡等发蓝色 光的材料，其中效率较高的是Sr3(PO4)2:Eu。
发光材料化学知识点总结
发光材料化学知识点总结1. 发光材料的基本原理发光材料的发光机理主要有激活态退火、电子跃迁、荧光共振能量转移等。
其中，激活态退火是最基本的发光机理，它是指激活态的能量转化为可见光的过程。
在这一过程中，激活态的能量由高能级向低能级转移，差值能量转化为光能，从而产生发光。
2. 发光材料的分类根据发光机理和使用范围，发光材料可以分为无机发光材料和有机发光材料两大类。
其中，无机发光材料主要包括稀土发光材料、半导体发光材料和夜光材料等；有机发光材料主要包括荧光染料、有机发光分子和有机发光聚合物等。
3. 无机发光材料的特点（1）稀土发光材料稀土发光材料是指以稀土元素为主要掺杂离子的发光材料。
它具有发光强度高、发光色彩丰富、发光时间长等特点，广泛应用于LED、显示器、荧光体系等领域。
（2）半导体发光材料半导体发光材料是指以半导体材料为基础的发光材料。
它具有尺寸小、发光效率高、发光波长可调等特点，是目前LED制备的主要材料。
（3）夜光材料夜光材料是指在光照条件下能够吸收光能，并在光照消失后以可见光形式慢慢释放出来的发光材料，它广泛应用于夜光表盘、夜光玩具等方面。
4. 有机发光材料的特点（1）荧光染料荧光染料是指具有荧光性质的有机分子化合物，它具有发光效率高、发光波长可调、化学稳定性好等特点，在生物成像、光学传感、显示器等领域有着广泛的应用。
（2）有机发光分子有机发光分子是指具有特定结构的有机分子，在受到外界激发后能够产生发光。
它通常具有较大的摩尔吸光系数和摩尔发光系数，因此在荧光探针、荧光标记、生物成像等方面有重要应用。
（3）有机发光聚合物有机发光聚合物是指由含有发光基团的聚合物合成而成的材料，它具有柔韧性好、加工性强、发光波长可调等特点，在柔性显示器、照明器件等方面有广泛应用。
5. 发光材料的制备方法发光材料的制备方法主要包括溶液法、溶胶-凝胶法、蒸发法、固相法、激光化学气相沉积法等。
在这些方法中，溶液法是最常用的制备方法，它具有简单、成本低、可扩展性强等优点。
1-发光材料基础
具有不同对称能态之间的跃迁 激发能先存储后缓慢释放 是禁止的
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目录
• 发光材料分类
• 发光材料组成
• 发光过程与发光机理
• 发光材料应用
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荧光材料的组成
• 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。有时也掺入作为敏化 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，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。
X射线发光（ X-ray luminescence）：由 X射线发光。
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。
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应用领域
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荧光与磷光
• 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（Phosphorescence）：
发光材料的原理及其应用
发光材料的原理及其应用1. 引言发光材料是一种能够发射光的特殊材料，其广泛应用于照明、显示、传感器等领域。
本文将介绍发光材料的基本原理以及其在不同领域的应用。
2. 发光材料的原理发光材料的发光原理基于激发态电子由高能级跃迁到低能级时释放能量的过程。
其原理主要分为以下两种：2.1 荧光发光原理荧光是一种吸收光能后，经过分子或晶体内能级跃迁，释放出与激发光波长不同的光。
其原理可以简述如下：•第一步：荧光材料吸收光能，使得分子或晶体内的电子跃迁到高能级。
•第二步：经过短暂停留，吸收的光能以非辐射的形式释放。
•第三步：释放的光能波长通常比吸收的光波长长。
2.2 磷光发光原理磷光是一种电子受到激发后，能级上升至激发态，然后从激发态经过热点(陷入淬灭相位)的介质回到基态时释放出的光。
其原理可以简述如下：•第一步：磷光材料通过吸收能量，使得电子处于激发态。
•第二步：电子经过热点介质的散射和能级变化，最终返回基态，并放出光子。
3. 发光材料的应用发光材料具有广泛的应用领域，以下列举了其中的几个主要应用：3.1 照明领域•荧光灯：荧光物质在电流的作用下放电，并产生长波紫外线，然后通过磷光粉的荧光效应转化为可见光。
•LED照明：LED使用半导体固体发光材料，其电子直接跃迁从能带顶部辐射光。
•OLED显示器：OLED使用有机发光材料，能够发射各种颜色的光，并具有高对比度、高亮度等优点。
3.2 显示技术•液晶显示器：液晶显示器通过LED背光源发光，然后通过液晶层调节光的透过性来实现图像显示。
•显微镜：荧光显微镜利用荧光材料的特性，在样品中加入荧光染料，然后对样品进行照射，荧光染料会发出荧光信号，从而成像。
•光纤显示器：光纤显示器利用在光纤中注入荧光材料的方法，通过光纤传输光信号，并在另一端发光。
3.3 传感器•光电传感器：光电传感器利用荧光材料的特性，通过荧光材料与外界光的相互作用来检测光的强度及频率等。
•温度传感器：一些温度传感器可以将温度变为光的强度，通过检测荧光材料发射光的强度来测量温度。
白光LED发光材料
• 1、发光材料
•
1.1 发光材料特性
•
1.2 发光材料分类
• 2、LED
•
2.1 LED
•
2.1 白光LED
•
3.1钇铝石榴石黄色荧光粉
• 3、白光LED的展望
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发光材料
• 定义：物质受外界激发后，物质内部以某种方式吸收
能量，将其转化成光辐射(非平衡辐射)的过程称为发光， 这种材料称为发光材料。
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• 原理：当某种物质受到激发(射线、高能粒子、电子束、
外电场等)后，物质将处于激发态，激发态的能量会通 过光或热的形式释放出来。发光就是物质在热辐射之外 以光的形式发射出多余的能量，这种发射过程具有一定 的持续时间。
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发光材料的分类
• 光致发光（Photoluminescence PL）---日光灯 • 阴极射线发光（Cathodoluminescence CL )---CRT显示器 • 电致发光（Electroluminescence EL）---发光二极管（LED） • 辐射发光（Radioluminescence RL）---x光透射屏、闪烁计数器 • 此外还有化学发光、声致发光、热释发光、光释发光
发光材料的基础知识课件 (一)
发光材料的基础知识课件 (一)发光材料是一种特殊材料，它可以将能量转化为可见光，从而产生光亮效果。
自从人们发现第一种发光材料以来，这种材料已经被广泛应用于日常生活和工业领域。
为了更好地理解发光材料的基础知识，以下是一些必备的课件内容。
一、什么是发光材料发光材料是指在某种能量的刺激下，可以通过释放光子来产生光辐射的特定材料。
这种刺激可以是光线、电流、温度变化等。
常见的发光材料有荧光粉、LED、有机发光材料等。
二、发光材料的种类1. 荧光粉：荧光粉是一种可溶于水或有机溶剂的粉末，它可以将紫外线转化为可见光，产生荧光现象。
荧光粉可以广泛应用于彩色涂料、荧光灯、手表表盘等领域。
2. LED：LED发光二极管是一种常见的半导体器件，它通过电流激发材料中的电子和空穴，从而产生辐射能，最终产生光亮效果。
由于LED具有低功率、长寿命和高亮度等特性，所以它被广泛应用于室内照明、车灯、背光源等领域。
3. 有机发光材料：有机发光材料常常是聚合物或小分子材料，它们可以在电场或光场的作用下产生荧光效果。
与LED相比，有机发光材料具有制备简单、易于加工等优点，因此被广泛应用于平板显示、手机屏幕、记忆体等领域。
三、发光材料的应用领域发光材料广泛应用于工业、科学、医学等领域。
具体包括：1. 照明：发光材料如LED被广泛应用于室内照明、路灯、车灯等领域，它可以节省更多的能源和资源。
2. 显示：有机发光材料常用于平板显示、手机屏幕、电视等领域，他们是高分辨率和高对比度的理想材料。
3. 检测：荧光粉可以被用于化学、生物分析等领域，如荧光检测医学样本、污染物检测、食品检测等。
四、发光材料的未来发展发光材料的未来发展趋势是多样化和高效率。
如增加荧光粉的刺激范围，开发新型有机发光材料和减少能源消耗等。
这些发展对于应用领域的扩展和探索是非常重要的。
总之，发光材料是一种重要的技术和产品，融合了光学、电子、材料科学等领域的知识和技术，具有广泛的应用前景。
发光材料—有机光致发光材料
发光材料—有机光致发光材料王梦娟材料化学09-1 0901130828一:什么是发光发光是一种物体把吸收的能量,不经过热的阶段,直接转换为特征辐射的现象。
1、当某种物质受到激发（射线、高能粒子、电子束、外电场等）后，物质将处于激发态，激发态的能量会通过光或热的形式释放出来。
如果这部分的能量是位于可见、紫外或是近红外的电磁辐射，此过程称之为发光过程。
2、发光就是物质在热辐射之外以光的形式发射出多余的能量，这种发射过程具有一定的持续时间。
其中能够实现上述过程的物质叫做发光材料。
二:发光的类型发光材料的发光方式是多种多样的，主要类型有：光致发光、阴极射线发光、电致发光、热释发光、光释发光、辐射发光等。
其中光致发光又可以分为有机光致发光、无机光致发光等。
三:有机光致发光1、有机发光材料的发光原理有机物的发光是分子从激发态回到基态产生的辐射跃迁现象。
获得有机分子发光的途径很多,光致发光中大多数有机物具有偶数电子,基态时电子成对的存在于各分子轨道。
根据泡林不相容原理,同一轨道上的两个电子自旋相反,所以分子中总的电子自旋为零, 这个分子所处的电子能态称为单重态(2S + 1 = 0) . 当分子中的一个电子吸收光能量被激发时,通常它的自旋不变,则激发态是单重态。
如果激发过程中电子发生自旋反转,则激发态为三重态。
三重态的能量常常较单重态低.当有机分子在光能(光子)激发下被激发到激发单重态(S ) , 经振动能级驰豫到最低激发单重态(S1 ) , 最后由S1 回到基态S0 , 此时产生荧光, 或者经由最低激发三重态( T1 ) , ( S1 - T1 ) , 最后产生T1 - S0 的电子跃迁,此时辐射出磷光。
2、有机发光材料的分类有机发光材料可分为：(1) 有机小分子发光材料；(2) 有机高分子发光材料；(3) 有机配合物发光材料。
这些发光材料无论在发光机理、物理化学性能上，还是在应用上都有各自的特点。
有机小分子发光材料种类繁多，它们多带有共轭杂环及各种生色团，结构易于调整，通过引入烯键、苯环等不饱和基团及各种生色团来改变其共轭长度，从而使化合物光电性质发生变化。
发光材料知识点总结
发光材料知识点总结一、发光材料的分类根据发光原理的不同，发光材料可以分为发光半导体材料、荧光材料和磷光材料等。
（一）发光半导体材料发光半导体材料是指通过半导体材料产生发光的材料，它主要包括LED（发光二极管）和激光二极管。
LED是一种发光原理基于固态半导体的发光装置，它利用半导体间直接或间接的能带跃迁产生光。
激光二极管则是利用半导体的受激发射原理产生光，它具有单色性好以及发光亮度高的特点。
（二）荧光材料荧光材料是一种能够吸收电磁辐射并在短时间内辐射出长波长光的材料，它包括有机荧光材料和无机荧光材料两种。
有机荧光材料是指那些由有机化合物制备的具有荧光性质的材料，如有机染料。
无机荧光材料则是指由无机材料组成的具有荧光特性的材料，如磷光材料。
（三）磷光材料磷光材料是一种能够吸收辐射能量并发光的材料，其发光基本上是由能量从辐射源传递到发光粒子（通常是磷酸盐）中的离域电子所激发产生的。
磷光材料广泛应用于荧光灯和LED照明领域。
二、发光材料的发光原理发光材料的发光原理主要包括激子复合发光、激子激子复合发光、电子-空穴复合发光、电子-空穴复合与电荷掺杂复合发光等。
（一）激子复合发光激子复合发光是指半导体材料中发生的电子和空穴相遇形成激子，激子在短时间内发出光子，产生发光的原理。
在这个过程中，激子的能级和空穴能级之间的跃迁产生了发光。
（二）激子激子复合发光激子激子复合发光是指两个激子相互结合后，产生能量减少的情况，这个过程中发出了光子，产生了发光现象。
这种发光原理在一些稀土元素掺杂的半导体材料中很常见。
（三）电子-空穴复合发光电子-空穴复合发光是指在半导体材料中，电子和空穴自由复合产生了光子，从而产生了发光现象。
这个过程是通过激发作用产生了电子和空穴，而后它们自由复合产生了光。
（四）电子-空穴复合与电荷掺杂复合发光电子-空穴复合与电荷掺杂复合发光是指在半导体材料中，电子-空穴复合发光的同时，还发生了掺杂材料能级的跃迁，产生了另一种发光现象。
发光材料与器件基础第一章.ppt
R ua1 va2 wa3
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1.1 晶体结构
这里μ 、υ和ω均为整数. 常称a1、a2 和a3 为晶格或原胞 的基矢(基本平移矢量), 而R 称为格矢(正格矢). 以三个基 矢a1、a2和a3为三条边所构成的平行六面体就是原胞。
1. 晶向和晶向指数 1) 晶列和晶列族: 通过晶格中任意两格点都可以连一条直
线，这样的直线称为晶列。通过任何其它格点, 都有一晶 列和原晶列平行, 而且格点的周期相同。 这些平行的晶 列称为一个晶列族。
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1.2 晶向和晶面
2) 晶向和晶向指数
把一族晶列的共同方向称为晶向. 设想在晶体中任取一
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1.1 晶体结构
2) 结点、点阵和布喇菲格子 为讨论晶体结构时的方便, 常把晶体中一个基元抽
象为一个几何点, 这些代表着晶体结构中相同位置的几 何点称为结点. 结点的位置可选在基元的重心, 也可选 在基元中相同的原子中心. 晶体内部结构可以概括为是 由结点在空间有规则地作周期性的无限分布. 结点的总 体称为空间点阵. 通过点阵可以作许多平行的直线族和 平面族, 把点阵分成一些网格, 这种网格称为布喇菲格 子.
中，晶面指数称为密勒指数，用( hkl )表示。
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第一章 无机发光材料的基础知识
1.3 晶体缺陷
1）缺陷的分类
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机械发光（triboluminescence，如球磨）
化学发光(chemiluminescence化学反应产生的能量） 生物发光(bioluminescence ) 声发光 (sonoluminescence ) 热释发光 (thermoluminescence ) 放射线发光 (radioluminescence )
激活离子的选择条件：具有未黄：等离子体元素（电压的作用下发生气体放电） 蓝紫：基质元素
图1-5“发光元素周期表”
1.1.4 发光材料分类：
光致发光(photoluminescence，通常为紫外线)
按被激发的 方式可分为
电致发光（elctroluminescence,电压 ) 阴极射线发光（cathodoluminescence，电子束） X射线及高能粒子发光（x-ray luminescence)）
能级图（ｅｎｅｒｇｙ ｌｅｖｅｌ ｄｉａｇｒａｍ）：按照微观粒 子（原子、离子、分子或某些基团等）体系容许具有的能量大小， 由低到高按次序用一些线段表示出来。光谱是能级之间跃迁的宏观 反映。（能级的数目是无限的）
图1-12
用来表示原子（或离子）所处能量状态的符合，称为光谱 项，通常表示为2S+1LJ (L总轨道量子数，L为0.1.2.3.4.5…数 值，分别用S,P,D,F,G,H…表示，S总自旋量子数，J总角动 量量子数）。 如Pr3+,最外层有两个自旋平行的f电子，基态光谱项3H4
6 能级图（energy level)
原子有许多轨道，不同轨道的电子所处的能量状态不同， 形成不同的能级（ energy level)，能级具有分立性.
基态(ground state) ：能量最低的平衡状态，原子核外电子都 位于离核最近的相应轨道旋转。
激发态 (excitation state)：原子或分子吸收一定的能量后，电子被激 发到较高能级但尚未电离的状态 .处于激发态的微观粒子均存在跃迁回 基态的可能性，因为激发态不是最稳定的状态。 能级简并 (degeneracy of energy level)：在某些情况下，对应于某 一能量E的能级，微观体系可以有n个不同的状态，称为能级简并 . 能级分裂 (split of energy level)：微观体系在电场、磁场作用下，使 原来简并的能级分裂成n个能级的现象 .
几个概念
吸 光 度
图1-7 吸收光谱
被吸收的光子的能量(波长、波数和 能量eV)
吸收光谱以被吸收的光子的能量(波长、波数和能量eV)为横坐 标，吸光度D或、log为纵坐标，给出分子对具有不同能量光 子的吸收特性。
图1-8
2 漫反射光谱(diffuse reflection spectrum)
发光是一种宏观现象，但它和晶体内部的缺陷结构、能带结构、 能量传递、载流子迁移等微观性质和过程密切相关。
基态：能量最低的平衡状态
激发态：原子或分子吸收一 定的能量后，电子被激发到 较高能级但尚未电离的状态
卤粉Ca5(PO4)3F:Sb3+, Mn2+
1.1.3发光材料
1 发光材料简介： （1） 自然界中的发光材料 （2 ） 17世纪开始，发光现象称为实验科学的研究对象 （3 ） 1852年，光致发光第一个规律-Stocks定律提出 （4） 1867年，红宝石的光谱特性 （5） 1878年，阴极射线发光的研究 （6） 19世纪末20世纪初，X射线和核辐射的发现 （7） 1905年，爱因斯坦用光子的概念揭示Stocks规律的意义 （8 ）1913年，波尔提出原子结构的量子理论-发光学的理论基础 （9） X射线激发的CaWO4医用照相，寻找钨矿，以及其它类 发光材料在显示、照明等方面的广泛医用
1240 ( nm)
= 1.24 × 10-4 × w (cm-1)
w (cm-1) =
107 (nm)
= 8064.5×E (eV)
1.1.2 发光
发 光 =明 亮(?) 白炽灯---钨丝通电加热到2000 ℃左右产生---热辐射。 热辐射:是一种普遍现象，与物体受热后有较高的温度有关，是固体晶
2. 含氧酸盐，如硼酸盐，铝酸盐，镓酸盐，硅酸盐，磷酸盐，钒酸盐，钼酸盐和
钨酸盐以及卤磷酸盐等。 3.稀土卤氧化物（如LaOCl，LaOBr），稀土硫氧化物（如Y2O2S，Gd2O2S）等
。
激活剂
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
Pr3+ S=1 磁量子数m分别为3,2，L=5，H表示 轻稀土J= =︱L-S︴ = 4
7 Stokes 定律和反 stokes 发光（anti-Stokes’ luminescence Stokes law:发光材料的发射波长一般总是大于激发光波长 ，即发光的光子能量必然小于激发光的光子能量，激发光波 长(或能量)与发射光波长(或能量)之差称为Stokes位移。
第1章 发光材料的基础知识
1.1 发光基础 概念
1.2 发光材料的主要特性与规律
1.3 能量的传递和输运
1.4 光与颜色
1.1 发光基础概念
1.1.1 光与电磁波辐射
光的本质：电磁波
图1-1 电磁波频谱
紫外辐射（ultraviolet）10nm-380 nm
光
可见 (visible) 380nm-780 nm
为稀土荧光粉.
作为基质化合物至少应具备如下基本条件：
1. 基质组成中阳离子应具有惰性气体元素电子构型，或具有闭壳层电子结构 2. 阳离子和阴离子都必须是光学透明的； 3. 晶体应具有确定的某种缺陷。
已用作基质的无机化合物主要有： 1. 氧化物及复合氧化物，如Y2O3，Gd2O3，Y3AI5O12(YAG)，SrTiO3等；
2R
K
S
Kubelka–Munk function
图1-9 漫反射光谱和吸收光谱
3 激发光谱(excitation spectrum)
激发光谱是通过测量荧光材料的发光能量随波长（或频率）变化 而获得的光谱，反映的是不同波长的光激发材料时引起的荧光的相 对效率。激发光谱与吸收光谱是有差别的，因为并不是所有被吸收 的光的各个波长都能起激发作用。激发光谱对分析发光的激发过程 具有重要意义。
对于单晶发光材料，经过适当光学加工后(如切割，抛 光)，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，需测定其漫反射光谱。
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：漫反射率随入射波长（或频率）变化的谱图。
2 ( 1 R ) F (R)
图1-10 (Ba,Ca,Mg)10(PO4)Cl2:Eu2+的激发光谱(a)和漫反射光谱（b） 最强激发谱峰位于365nm，而漫反射率最低处却在240～340nm之间
4 发射光谱( emission spectrum)
发射光谱表示发光的能量按波长(或频率)的分布。发射光谱不仅 与激发光的强度及波长密切相关而且直接反映激活离子的电子跃 迁，有时还反映出激活离子所处的晶格位置---结构探针。
1 光致发光
(1) 定义：用紫外线、可见光或红外线激发材料而产生的发光现象。
(2) 材料分类：荧光灯用发光材料、LED发光材料、PDP(Plasma Display Panel)用发光材料、长余辉发光材料和上转换发光材料。
(3) 实用材料：荧光灯用红粉Y2O3:Eu3+ 、 绿粉
CeMgAl11O19:Tb3+ 、蓝粉BaMgAl10O17:Eu2+；LED用(Y1aGda)3(Al1-bGab)5O12:Ce 3+
红外辐射 (infrared)〕 780 nm-1 mm 表 1 -1各种可见光色对应的真空中的光波波长（nm）
紫光 光色 波长 380420
蓝光 420490
天蓝 490500
绿光 500550
黄绿 550570
黄光 570590
橙光 590620
红光 620760
E = hν = hc/λ
E (eV) =
；PDP用 ZnSiO4：Mn2+ 等。
2 电致发光:
定义：电场直接作用在物质上所产生的发光现象，电能转
化为光能，是一种主动发光性冷光源。
分类：注入式发光和本征型发光（高能电子碰撞激发发光中心）。
图1-6 注入式电致发光模型
1.2 发光材料的主要特性与规律
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 构成能带。 许多重要的发光材料大部分都是选择在基质中掺入微量 杂质，使得基质晶格的规则排列被破坏，从而形成缺陷 能级，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。 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 的发光特性。
发光材料定义:发光体，是一种能够把从外界吸收的各种形
式的能量转换为非平衡光辐射的功能材料。
发光材料组成： 基质：发光材料中的主体物质
激活剂（发光中心）：掺入的
杂质，决定材料的发光性能
荧光粉：一定的激发条件下能发光的无机粉末材料，一般指的
是粉末晶体，也称为磷光体（phosphors),含有稀土离子的则成
8 晶体场理论
晶体场理论：当配体逼近中心原子时便在中心原子周围形成了一个静电 场 (称为配位场或晶体场)，配体与中心原子（或离子）之间的相互作用 力为静电作用力。因此晶体场理论在本质上就是静电相互作用理论。 晶体场理论是研究过渡族或稀土元素（络合物）化学键的理论。它在静 电理论的基础上，结合量子力学和群论（研究物质对称的理论）的一些 观点，来解释过渡族元素和镧系元素的物理和化学性质，着重研究配位 体对中心离子的d轨道的影响。