发光材料与器件基础
发光材料及物理基础-2
反射谱与吸收谱之间的关系？
4。光激发
LOMO
Eg HOMO
激发光谱：发光的某一谱线或谱带的强度随激 发光波长（或频率）的变化。
Zn2SiO4:Mn的激发谱
吸收谱与激发谱之间的关系
1. 激发引起发光 2. 吸收能量包括发光和无辐射 3. 吸收光谱包含激发光谱
5。 光发射 发光光谱（也称发射光谱）
第四章 分子发光分析
主要介绍荧光和磷光
第一节
一、基本原理
荧光和磷光
（一）荧光和磷光的产生 荧光： 处于分子基态单重态中的电子，当 其被激发时，通常跃迁至第一激发态单重态轨道 上，也可能跃迁至能级更高的单重态上。这种跃 迁是符合光谱选律的，如果跃迁至第一激发三重 态轨道上，则属于禁阻跃迁。单重态与三重态的 区别在于电子自旋方向不同，激发三重态具有较 低能级。
500 600 Wavelength(nm) 700 800
300
400
PL spectra of PCzANT copolymers
PCzANT: 488nm 成为主峰,能量转移消 除激基复合物发射
Homework:how to measure polarized luminescent light?
氙灯 ① ② PMT
样品室 光谱测试装置
6. 能量传输（转移）
发光材料吸收了激发光，就会在内部发生能量状 态的改变：有些离子被激发到较高的能量状态，或者 晶体内产生了电子空穴，等等。 电子和空穴一旦产生，就将任意移动。这样，激 发状态也就不会局限在一个地方，而将发生转移。即 使只是离子被激发，不产生自由电子，处于激发态的 离子也可以和附近的离子相互作用而将激发能量传出 去。 这就是说，原来被激发的离子回到激态，而附近 的离子则转到激发态。这样的过程可以一个接一个地 继续下去，形成激发能量的传输。能量传输在发光现 象中占有重要的地位。 转移：在不同分子间进行能量传输
发光材料原理
发光材料原理
发光材料是一种能够在受到外部激发后产生发光现象的材料。
其原理主要包括激发能级、能带结构和辐射跃迁等几个方面。
首先，激发能级是发光材料发光的基础。
当发光材料受到外部能量的激发时，其内部的电子将会跃迁到一个较高的能级。
这种激发可以是光激发、电子束激发或化学反应激发等方式。
其次，能带结构对于发光材料的发光性能也起着至关重要的作用。
在固体材料中，能带结构决定了材料的导电性和光学性质。
当电子从价带跃迁到导带时，会释放出能量并产生光子，从而实现发光。
另外，辐射跃迁也是发光材料发光的重要原理。
在电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会释放出能量。
这种能量以光子的形式被释放出来，从而产生发光现象。
总的来说，发光材料的发光原理是通过外部能量的激发，使材料内部的电子跃迁到一个较高的能级，然后通过能带结构和辐射跃迁的过程释放出能量，产生发光现象。
这一原理在LED、荧光材料
等领域得到了广泛的应用。
除了上述原理外，发光材料的发光性能还受到材料的组成、结构和制备工艺等因素的影响。
因此，在发光材料的研究和应用过程中，需要综合考虑材料本身的性质和外部条件的影响。
总之，发光材料的发光原理是一个复杂而又精彩的过程，它的研究不仅有助于我们更好地理解材料的性质，还能够推动新型发光材料的开发和应用，为光电子器件的发展提供更多可能性。
希望通过本文的介绍，读者能对发光材料的发光原理有一个更加清晰的认识。
2-OLED基础知识-3-光电特性与衰退机制
本质老化因素
有机膜的稳定性 阳极与有机层的接触面 激发态的稳定性 可移动的离子杂质 铟的迁移机制 不稳定的阳离子 正电荷累积的机制
有机膜的稳定性
有机薄膜由非结晶形转变为部分晶态，使一些 物理性质发生变化，导致器件衰退。 解决方案：提高薄膜的玻璃态转变温度 （TPD 65度， NPB 98度）; Tg高的物质混入Tg低的物质。
80以上显色性优良； 79～50显色性一般； 50以下显色性差。
OLED光电特性与测量
发光效率 发光颜色 发光亮度 电流-电压 亮度-电压 发射光谱 器件寿命
ＯＬＥＤ的寿命
定义：器件的亮度下降为初始亮度的５０％所需要的时间。
提高ＯＬＥＤ寿命的方法及预计可达到的寿命增加
方法
干燥无氧的制备环境 封装 选择更稳定的发光材料 光物理与光化学老化机制的了解与控制 电极与异质界面化学的了解与控制 反馈控制、补偿控制
APL 72(1998)2642
Alq薄膜结晶
Alq薄膜处于较大湿度的环境下，容易结晶。
APL 72 (1998) 756
金属表面的微小针孔
Mater Sci Eng B 85(2001)154
更洁净的制备流程和更优越的封装技术，使 得黑点已经不再是最主要影响OLED寿命的因 素。 但是，即使没有黑点的产生，器件发光区域 的亮度依旧会随着时间而衰退，并非由于外 界造成---本质老化。
有机电致发光材料与器件
二、OLED基础知识
基础光物理 OLED器件结构与器件物理 OLED光电特性与衰退机制
OLED光电特性 发光效率 发光颜色 发光亮度 电流-电压 亮度-电压 发射光谱 器件寿命
发光效率
外量子效率
流明效率 (cd/A）
有机电致发光材料与器件导论课程设计
有机电致发光材料与器件导论课程设计一、选题背景及目的有机电致发光材料是一类新型的功能材料，其具有较高的发光效率、丰富的发光颜色和宽广的应用前景。
有机电致发光器件是利用有机电致发光材料制备的，其具有可调的发光特性、可塑性高、低成本等优点。
因此，有机电致发光材料与器件的研究在光电学、材料学、电子学等领域具有重要的应用前景。
本课程设计旨在通过对有机电致发光材料与器件的介绍，使学生对于这一新型材料以及相关器件的构成和应用进行了解，了解其研究状况和发展趋势，并通过实验来深入了解其物理机理和应用。
二、课程设计内容1.有机电致发光材料的性质及其发光机理（1）有机分子的能级结构和激发态（2）有机电致发光材料的结构、光致发光和电致发光特性（3）有机电致发光材料的分子设计和合成（4）电子注入、输运和复合的物理机理2.有机电致发光器件的结构和制备（1）有机电致发光器件的结构和性能要求（2）器件的组成和制备方法：ITO玻璃/有机电致发光材料/电极（3）器件的特性测试方法3.实验内容（1）有机电致发光材料的合成和表征（2）有机电致发光器件的制备和测试（3）测试数据的处理和分析4.课程设计要求（1）学生需要对于有机化学和电子学等方面有一定的基础（2）完成相应的阅读任务和理论学习（3）参加实验和完成实验报告三、参考文献1.Liu J, Cao Y. Organic light-emitting diodes: materials,devices, and applications[M]. Springer Science & Business Media, 2006.2.Kokubo K, Hasobe T, Araki Y, et al. Organicelectroluminescent devices: synthesis, properties, andapplications[J]. The Chemical Record, 2005, 5(2): 82-94.3.Chen Q, Wang S, Zhang X, et al. Advances in the synthesisof high-performance phosphorescent and fluorescent materials for organic light-emitting diodes[J]. Journal of Materials Chemistry C, 2019, 7(5): 1279-1304.4.Lee C Y, Kaake L G, Garces F O, et al. Electroluminescenceand electronic transport properties in organic light emittingdevices with Al and Nq or Alq3 as electron injection layers[J].Journal of Applied Physics, 2005, 98(7): 074502.5.Krames M R, Shchekin O B, Mueller-Mach R, et al. Status and future of high-power light-emitting diodes for solid-statelighting[J]. Journal of Display Technology, 2007, 3(2): 160-175.。
功能高分子化学课件电致发光材料及器件
在这个课件中，我们将介绍电致发光材料及器件的基础知识、性质和广泛应 用。通过这个课件，您将会了解到电致发光技术的原理和未来发展趋势。
电致发光基础知识
发光机理
电致发光是通过电流激发发光分子产生能量释放的现象。激发电子跃迁至激 发态，然后通过光致发光机制将能量以光的形式释放。
电致发光材料和器件的应用
广泛应用于
电致发光材料和器件广泛应用于手机、平板、电视等消费电子产品和照明等 领域。
未来发展趋势
未来的电致发光材料和器件将实现更高的亮度、更低的功率消耗，并进一步 应用于可穿戴设备等领域。
结语
• 电致发光材料和器件的发展前景十分广阔。 • 未来，我们有望见证更多创新的发光材料和器件应用的出现。
电致发光材料的性质
1 发光性能
衡量发光材料亮度、色彩饱和度和发光效率等方面的性能。
2 稳定性
评估材料在长时间使用中的稳定性，如寿命、耐热性和抗氧化性。
3 加工性能等
材料在制备电致发光器件时的可加工性、薄膜制备条件等方面的性能。
电致发光器件
器件种类
电致发光器件根据使用的材料不同可分为有机电致发光器件和无机电致发光器件。
发光颜色发生机制
发光颜色的发生取决于发光材料的能带结构和有机染料（用于有机电致发光 材料）的分子结构。
常见的电致发光材料
有机电致发光材料
含有有机分子的材料，可实现丰富多彩的颜色和高亮度。
无机电致发光材料
使用无机物质制备的材料，具有稳定性和长寿命的特点。
杂化电致发光材料
结合有机和无机组分的材料，优化了发光性能和稳定性。
器件构成
发光层、电子传输层、电子注入层、提取层等是组成电致发光器件的关键组成部分。
LED基础知识培训分解
(六) LED的分类
1． 按发光管发光颜色分
• 白色是红绿蓝三色按亮度比例混合而成，当光线 中绿色的亮度为69%，红色的亮度为21％，蓝色 的亮度为10％时，混色后人眼感觉到的是纯白色。 但LED红绿蓝三色的色品坐标因工艺过程等原因 无法达到全色谱的效果，而控制原色包括有偏差 的原色的亮度得到白色光，称为配色。
• LED不但色彩饱和，而且设计灵活，此外，与传 统白光源相比，LED节能80~90% ，并且光束不 产生热量。
由于红外发光二极管，它发射1～3μm的 红外光，人眼看不到。通常单只红外发光二极管 发射功率只有数mW，不同型号的红外LED发光 强度角分布也不相同。红外LED的正向压降一般 为1.3～2.5V。正是由于其发射的红外光人眼看 不见，所以利用上述可见光LED的检测法只能判 定其PN结正、反向电学特性是否正常，而无法 判定其发光情况正常否。为此，最好准备一只光 敏器件(如2CR、2DR型硅光电池)作接收器。用 万用表测光电池两端电压的变化情况。来判断红 外LED加上适当正向电流后是否发射红外光。
(八) LED安装使用注意事项
1. 使用电流 a) 由于LED具有随着电压稍加而电流迅速增加之特性； b) 过高的电流会引起LED灯的烧毁或亮度的衰减； c) 在使用时应加一个电阻与LED灯串联，起到限流作用； d) LED应在相同的电流条件下工作，一般建议通LED的电
流为15~19mA。
Hale Waihona Puke 2. 亮度的测试和产品使用说明第一部分：基础知识篇
光电子材料与器件
光电子材料与器件光电子材料与器件是指利用光子与电子的相互作用来完成能量转换和信号传输的材料和器件。
光电子材料与器件集光学、电子学、材料学和微纳技术于一体，具有广泛的应用领域，包括光通信、光储存、光伏发电、光显示等。
在光电子材料方面，常见的包括光电导材料、半导体光电器件材料、无机荧光材料和有机发光材料等。
光电导材料具有高导电性和高透明性，常用于光电传感器、太阳能电池等器件中。
半导体光电器件材料包括硅、锗、化合物半导体等，常用于光电二极管、光电可调谐激光器等器件中。
无机荧光材料可以吸收短波长的光并发射长波长的光，常用于LED、荧光显示器等器件中。
有机发光材料具有高发光效率和丰富的发光颜色，常用于有机发光二极管（OLED）等器件中。
光电子器件是利用光电子材料制成的具有特定功能的装置。
常见的光电子器件包括光电二极管、光电晶体管、光电开关、激光器等。
光电二极管是最基本的光电器件，可以将光信号转换为电信号。
光电晶体管是一种具有放大功能的光电器件，可以放大光信号。
光电开关可以根据光的强弱控制电路的开关状态，常用于光通信和光储存领域。
激光器则是一种发射激光的器件，广泛应用于光通信、激光打印等领域。
光电子材料与器件的发展对于推动光电子技术的发展具有重要意义。
随着信息技术的不断发展和应用的广泛需求，光电子材料与器件需要具备高效能、高速度、高稳定性等特点。
因此，光电子材料与器件的研究需要不断探索新材料、新结构和新工艺。
同时，还需要加强对光电子材料与器件的性能测试和可靠性评估，提高光电子器件的工作效率和可靠性。
总之，光电子材料与器件是现代光电子技术的基础，对于推动信息技术的发展和应用具有重要作用。
随着新材料和新技术的不断涌现，光电子材料与器件的性能将不断提升，为光电子技术的发展创造更多可能。
OLED器件结构与发光机理
OLED器件结构与发光机理OLED（Organic Light Emitting Diode）是一种由有机材料组成的发光二极管。
它的器件结构和发光机理相互关联，共同组成了OLED技术的基础。
下面将详细介绍OLED器件结构和发光机理。
1.OLED器件结构1.1基底层：位于最底部的是基底层，通常是由玻璃或塑料制成。
它提供了OLED器件的物理支撑。
1.2透明导电层：位于基底层上方的是透明导电层，通常由氧化铟锡（ITO）等材料组成。
它起到电子传输和光透过的作用，是电荷注入层的一部分。
1.3 电荷注入层：位于透明导电层上方的是电荷注入层，由电子传输层和空穴传输层组成。
电子传输层通常使用低能隙的有机材料，如Alq3；空穴传输层通常使用高能隙的有机材料，如N,N'-二苯基-N,N'-二甲基苯基-4,4'-联苯胺（TPD）。
1.4发光层：位于电荷注入层上方的是发光层，也被称为电荷复合层。
它是由有机发光材料组成的，根据不同的颜色可以选择不同的有机材料。
1.5 电荷输运层：位于发光层上方的是电荷输运层，它帮助电子和空穴在器件中自由移动，增强电子与空穴的复合，提高发光效率。
常用的电荷输运层材料有TPD和Alq3等。
1.6透明导电层：位于电荷输运层上方的是另一个透明导电层，与底部的透明导电层形成电极。
两个透明导电层必须保证电流均匀分布。
2.OLED发光机理OLED的发光机理是基于电荷注入和电荷复合的过程。
2.1电荷注入：在电极上施加电压时，正电压施加在透明导电层上，负电压施加在另一个透明导电层上。
这样正电荷（空穴）经过正电压传输层注入到发光层，负电荷（电子）经过负电压传输层注入到发光层。
透明导电层主要起到了电流引导和光透过的作用。
总结起来，OLED通过在电极上施加电压实现电子和空穴在发光层内的注入，然后通过电荷复合释放能量并发光。
而器件中的各个层次共同工作，起到传输电荷、发光和光透过的作用。
OLED器件结构和发光机理的研究和改进对于改善器件的效率和寿命至关重要。
半导体照明技术
半导体照明技术
三、高亮度发光二极管芯片构造
刚开始研制成旳高亮度LED，都是在半导体激光器件中已
成熟采用旳双异质结构造，这种构造生长旳特点是生长轻易，
提升发光效率旳效果明显，它旳特制双异质构造形成旳势垒将
注入旳载流子限制在复合区内，大大提升了发光复合效率。但
为了提升发光效率，又对芯片构造进行了许多新旳改善，详细
半导体照明技术
4、色温 色温旳特征能够用色坐标（X、Y）来量化，根据X、Y值
能够得杰出温或有关色温。如混合485nm(蓝光)和583nm (橙 黄光)，可得到色温大约为4000K旳白色光。对于三色白光源 来说，能够调整三色旳成份来控制光源旳色温。目前经过调 整LED或荧光粉旳波长和带宽以及相应成份能够得到从低到 高色温区旳所用白光。所以对于半导体照明光源来说，色温 也不是困难。
发光波长与构成x间符合关系式：
1.24 103 1.43 1.23x
综合考虑外量子效率与x旳关系和人眼是视觉敏捷度， 存在一种最佳旳构成x值x=0.4，得到最高旳发光亮度，波长 为650-660nm。
半导体照明技术
四、镓铝砷
1、Ga1-xAlxAs是GaAs和AlAs旳固溶体。当x=0.35时由直接 跃迁变成间接跃迁。
半导体照明技术
五、铝镓铟磷
1、(AlxGa1-x)yIn1-yP，y约为0.5时，其晶格常数几乎完美地与 GaAs匹配。在GaAs上生长旳高质量(AlxGa1-x)0.5In0.5P薄膜是半 导体照明中主要旳异质构造材料。
2、直接带隙到间接带隙旳转变出目前x=0.65，相应于带隙能 量2.3eV，所以能得到656nm到540nm范围内旳光发射。用它制 成旳发光二极管得到了可见光中最高旳发光效率，在614nm到 达108lm/W。
OLED器件结构与发光机理解析
OLED器件结构与发光机理解析OLED（Organic Light-Emitting Diode）是一种利用有机物作为发光材料的发光二极管。
OLED器件结构一般包括发光层、载流子注入层、电子传输层、空穴传输层和电极等几个主要部分。
首先是发光层，也称为有机发光材料层。
发光层由有机小分子或聚合物构成，它们能够通过电流的注入而产生发光。
常见的有机发光材料有聚芴（Polyfluorene）、聚苯胺（Polyaniline）和聚苯乙烯（Polystyrene）等。
这些材料具有良好的空穴和电子传输特性，能够够有效地将电子和空穴注入到载流子注入层中。
载流子注入层是位于电极和发光层之间的一层材料，其作用是将电子和空穴引导到发光层中。
载流子注入层可以通过掺杂等方法调控材料的导电性能，提高载流子的注入效率，并降低注入电流。
常见的载流子注入层材料有多聚苯胺（Polyaniline）和多聚噻吩（Polypyrrole）等。
电子传输层（ETL）位于发光层的一侧，其主要功能是引导电子在发光层和电极之间进行传输。
ETL通常使用导电的无机材料，如金属氧化物等。
其物理性质应能够实现高电导率、适当的能级排布和界面特性等。
空穴传输层（HTL）位于发光层的另一侧，其作用是引导空穴在发光层和电极之间进行传输。
HTL一般采用有机材料，如聚苯胺（Polyaniline）和多聚芳香胺等。
HTL的性能应能够实现高电导率和适当的能级排布。
电极是OLED器件的两个端口，一个用于注入电子，另一个用于注入空穴，并通过在发光层激发载流子形成光辐射。
一般情况下，OLED器件的电极一侧采用透明电极材料，如氧化锡（ITO），使得通过OLED器件的光线可以通过电极从上方辐射出来。
OLED器件的发光机理主要包括载流子注入和复合、发光衰减以及外部量子效率等方面。
当电流通过电极注入OLED器件时，载流子（电子和空穴）被注入到发光层中，然后在发光层中发生复合。
在载流子复合的过程中，能量被释放出来，并在发光层中激发有机发光材料的分子或涨落态，从而产生发光。
发光材料与器件基础
譬如，n型半导体可以向导带提供足够的电子，但在价带中没有空穴，
因此不会发光。同样，p型半导体价带中有空穴，但其导带中却没有电
子，因此也不会发光。如果将n型半导体和p型半导体结合在一起形成一
个p-n结，那么可以在p-n结处促使激发态电子（来自n型半导体导带）
和空穴（来自p型半导体价带）复合。我们在p-n结处施加一个正偏向压，
跃迁。具有较大的理化能的施主杂质所发生的D→V跃迁应当低于能隙很
多，这就是深施主杂质跃迁 D→V过程。
C
C
C
E
D
DD
电子泵抽运造成 的电子-空穴对
DA
A
V
8
20V24/1/21V
V
V 电信系光电工程专业
2.2 固体光吸收的本质
C→A过程 本征半导体导带中的一个电子落在受主杂质原子上，
并使受主杂质原子电离化，这个过程的能量为Eg—EA。例如对GaAs来 说，许多受主杂质的EA为0.03ev，所以C→A过程应发生在1.49ev处。 实际上，在GaAs的发光光谱中，已观察到1.49ev处的弱发光谱线，它
图2.6 光导电晶体中载流子的生成和消失
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2024/1/21
电信系光电工程专业
2.2 固体光吸收的本质
这样有光辐射激发产生的载流子，一方面在负荷中心消失掉，另一方面 在电场作用下可以移动一段距离后，再被陷阱俘获。如果外电场强度大， 则载流子再被陷阱所俘获之前在晶体中飘移的距离长、光电流强，但会 有一个饱和值（即初级光电流的最大值），图2.7为AgBr的情况。
电信系光电工程专业
2.2 固体光吸收的本质
图2.4 离子晶体的各种吸收光谱示意
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2024/1/21
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
DGUT 《显示与照明技术》·
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
DGUT 《显示与照明技术》·
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。
DGUT 《显示与照明技术》·
应用领域
DGUT 《显示与照明技术》·
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）：
光电子材料和器件
光电子材料和器件光电子材料和器件是一门涉及光学和电子学的交叉学科，主要研究光与电的相互作用以及利用光电效应来将光能转化为电能或者电能转化为光能的材料和器件。
随着光电子技术的不断发展和应用，光电子材料和器件在通信、能源、信息存储等领域具有广阔的应用前景。
本文将对光电子材料和器件的概念、原理、发展以及应用进行详细探讨。
光电子材料是指在外界光射线作用下，能够产生物理效应并完成能量转换的材料。
光电子材料可以分为两大类：发光材料和光敏材料。
发光材料是指当外加电场或电流通过时，能够产生可见光或紫外线辐射的材料，如发光二极管（LED）、有机发光材料等。
光敏材料是指在光作用下，能够产生电流或电压的材料，如光电二极管、太阳能电池等。
这些材料在光电转换过程中起到关键的作用。
光电子器件是指利用光电效应实现能量转换和信号处理的装置。
常见的光电子器件有光电二极管、太阳能电池、光电传感器、激光器等。
光电二极管是一种能将光信号转换为电信号的器件，其原理是当光照射到光电二极管上时，会产生电流。
太阳能电池则是利用太阳能将光能转化为电能的装置，是一种可再生能源。
激光器则是一种能将电能转换为光能的装置，广泛应用于医疗、通信、材料加工等领域。
光电子材料和器件的发展离不开光电效应的研究。
光电效应是指光照射到物质表面时，会引起电子的束缚态变为自由态，从而产生电流或电压的现象。
光电效应的研究可以追溯到19世纪末的普朗克和爱因斯坦，他们通过对光电子效应的研究，提出了光子假说和光电方程，为光电子材料和器件的发展奠定了理论基础。
随后，人们通过对材料的结构和性能进行改进和优化，逐渐实现了光电子器件的商业化应用。
光电子材料和器件在通信领域具有重要的应用。
光纤通信是一种利用光信号传输信息的技术。
光纤通信系统主要由光源、光纤、光电子装置和控制系统等组成。
光电子器件在光纤通信系统中起到光信号的发射、接收和处理的作用。
光电二极管和激光器是光纤通信系统中常用的光电子器件，它们能够实现光信号的发送和接收，并保证信号的传输质量和速度。
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。
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5.1 荧光灯
5.1.1 荧光灯的结构及原理
荧光灯属于放电光源，是靠低压汞蒸气放电，利用放电 过程中的电致发光和荧光质的光致发光，形成光源。 它的优点是：结构简单、制造容易、价格便宜并且发光 效率高、光色好、寿命长。常见的普通荧光灯是圆形截面 的直长玻璃管子。在管子两端各放一个电极。
用P-N结电致发光原理制成的发光二极管是在60年代末 得到迅速发展的。LED是注入式电致发光显示器件的典型。
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5.2.2 LED的伏安特性
I (mA)
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开启电压与材料有关，对 100 于 GaAs 是 1.0V ； 80 GaAs1-xPx 、 Ga1- 60 xAlxAs 大 致 是 1.5V ； 发 红 光 的 GP 是 1.8V ， 发 绿 40 光的GaP是2.0V。反向击 20 穿电压一般在-5V以上。
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5.1 荧光灯
荧光灯的典型结构
图4.4 荧光灯管
1—灯头；2—灯脚；3—玻璃芯柱；4—灯丝（钨丝，电极）； 5—玻管（内壁涂覆荧光粉，管内充惰性气体）；6—汞（少量）
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5.1 荧光灯
（1） 荧光灯需要镇流器和启辉器才能正常工作。 （2） 荧光灯的电流分为额定工作电流和额定启动电流两项。
1938年 G.E. Inman 制成了直接用于照明的荧光灯，使用了 三种不同发光色的第一代荧光粉(1938-1948年)： 蓝（CaWO4）,绿（Zn2SiO4:Mn2+），红（CdB2O5:Mn2+） 1944年英国的A.H. Mckeay发明了照明使用的卤素荧光粉： 其中化学通式： M5X(PO4)3: Sb 3+,Mn2+；其中M为碱土 金属 离子，X为卤素， Sb3+ , Mn2+ 为激活剂。
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U (V)
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5.2.3、亮度与电流关系
自发辐射情况下 由于存在非辐射复全以及隧道电流
在低电流密度下，m=1.3~1.5；在高电流 密度下，扩散电流起支配作用，m≈1。
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2.4、LED的驱动
（2.4）
额定工作电流根据灯管功率、灯管结构和电流密度而定。 额定启动电流是启动时预热灯丝的电流，它比额定工作电 流大。 在工作电流下，灯管上产生的电压降是荧光灯的管电压。
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5.1 荧光灯
荧光灯的接线图
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5.1 荧光灯
5.1.2 灯用荧光粉的发展
量水银的衡薄蒸气在高电压下会产生电离，被电离的气体二 次电子发射，轰击水银蒸气，使水银蒸气被激发，发射出紫 外线，紫外线激发荧光粉发光。亮度大于150lm，其特点 是寿命达20000小时，功耗在1~4W，有U形、M形和直管 形。
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5.2 半导体发光显示器件（LED）
RL (U CC U F ) / I F
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5.2.5、LED光源的特点
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5.3.1 P-N结发光原理
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5.3.1 P-N结发光原理
由于少数载流子在电场作用下能量增加，这些载流子在同 质结或异质结区的注入与复合而产生的发光叫做结型电致 发光（又称注入式电致发光）。概据这种发光现象制成的 发光器件称为结型电致发光显示器件。
1966年发明用的稀土荧光粉： 具有以下几个显著的优点。 1、窄带发射，发射能量可集中在特定的波长范围； 2、短紫外（185nm）辐射下稳定性好。 3、高温下能够维持较高的发射强度。
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5.2 冷阴极荧光灯
冷阴极荧光灯（CCF） 是一种依靠冷阴极气体放电，激发荧光粉的光源。掺有少
What is LED? Light emitting diodes,
commonly called LEDs, are used for dozens of different applications and are found in all kinds of devices (digital clocks, remote controls, light up watches and tell turned on indicator). Television screen
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5.1 荧光灯
荧光灯即低压汞灯，它是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而使 荧光粉发出可见光的原理发光，因此它属于低气压弧光放电光源。荧光灯内装有 两个灯丝。灯丝上涂有电子发射材料三元碳酸盐（碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙）， 俗称电子粉。在交流电压作用下，灯丝交替地作为阴极和阳极。灯管内壁涂有荧 光粉。管内充有400Pa-500Pa压力的氩气和少量的汞。通电后，液态汞蒸发成 压力为0.8 Pa的汞蒸气。在电场作用下，汞原子不断从原始状态被激发成激发态， 继而自发跃迁到基态，并辐射出波长253.7nm和185nm的紫外线(主峰值波长是 253.7nm，约占全部辐射能的70-80％；次峰值波长是185nm，约占全部辐射 能的10％)，以释放多余的能量。荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。荧 光粉不同，发出的光线也不同，这就是荧光灯可做成白色和各种彩色的缘由。由 于荧光灯所消耗的电能大部分用于产生紫外线，因此，荧光灯的发光效率远比白 炽灯和卤钨灯高，是目前最节能的电光源。 荧光灯管中是压力约为0.8Pa的汞蒸 汽，在电场作用下放电，在放电过程中，汞原子的价电子不断地从原始状态被激 发成激发态，同时又激发态自发的返回到基态，将价电子的为能转化为电磁辐射 能，并辐射初3.7nm的紫外线（另外还约有10%的85nm的短波紫外线）。屠夫 载波管内壁上的荧光粉吸收353.7nm的紫外线，把它转化为可见光。