发光材料种类和作用

1、发光材料种类和作用 发光材料的种类繁多，应用广泛。按激发方式发光材料可以分为（5类）：（1）光致发光材料：发光材料在光（通常是紫外光、红外光和可见光 ）照射下激发发光。 （2）电致发光材料：发光材料在电场或电流作用下的激发发光。（3）阴极射线致发光材料：发光材料在加速电子的轰击下的激发发光。（4）热致发光材料：发光材料在热的作用下的激发发光。（5）等离子发光材料：发光材料在等离子体的作用下的激发发光。 第九章 发光材料 一、材料的发光机理 1. 分立中心发光 发光中心：发光体内部在结构中能发光的分子。 分立中心发光：发光材料的发光中心受激发时并未离化，即激发和发射过程发生在彼此独立的、个别的发

2、光中心内部的发光。 这种发光是单分子过程，并不伴随有光电导，故又称为“非光电导型”的发光。 分立中心发光有自发发光和受迫发光两种。9.1 材料的发光机理 第九章 发光材料 一、材料的发光机理 1. 分立中心发光 （l）自发发光 受激发的粒子如电子，受粒子内部电场作用从激发态A而回到基态G时的发光，叫自发发光。 发光的特征：与发射相应的电子跃迁的几率基本上决定于发射体内的内部电场，不受外界因素的影响。 9.1 材料的发光机理 （2）受迫发光 受激发的电子只有在外界因素的影响下才发光，叫受迫发光。第九章 发光材料 一、材料的发光机理 1. 分立中心发光 （2）受迫发光 发光特征：发射过程分为两个阶

3、段。受激发的电子出现在受激态M上时，从状态M直接回到基态G上是禁阻的。 在M上的电子，一般也不是直接从基态 G 上跃迁来的，而是电子受激后，先由基态G跃迁到A，再到M态上，M 这样的受激态称为亚稳态。9.1 材料的发光机理 受迫发射的第一阶段：热起伏，电子吸收能量E 后，从M态上到A，要实现这一步，电子在M态上需要花费时间，等待机会。第九章 发光材料 一、材料的发光机理 1. 分立中心发光 （2）受迫发光 9.1 材料的发光机理 受迫发射的第二阶段：电 子从A态回到G态是允许的，这 个过程发射光子。受迫发光要经过亚稳态，又称为亚稳态发光。第九章 发光材料 一、材料的发光机理 2. 复合发光 发

4、光材料受激发时分离出一对带异号电荷的粒子，一般为正离子（空穴）和电子，这两种粒子在复合时便发光，叫复合发光。 离化的带电粒子在发光材料中漂移或扩散，从而构成特征性光电导，所以复合发光又叫“光电导型”发光。如铜和银激活的硫化锌（ZnSCu和ZnSAg）是典型的“光电导型”磷光体。 短复合发光过程：复合发光在一个发光中心上直接进行。电子脱离发光中心后，又回来与原来的发光中心复合而发光，呈单分子过程，电子在导带中停留的时间较短，不超过10-10s。 长复合发光过程：大部分复合发光是电子脱离原来的发光中心后，在运动中遇到其他离化了的发光中心复合发光，呈双分子过程，电子在导带中停留的时间较长。9.1 材

5、料的发光机理 第九章 发光材料 二、发光材料的发光特征 1. 颜色特征 不同的发光材料有不同的发光颜色。已有发光材料的种类很多，发光的颜色足可覆盖整个可见光的范围。 材料的发光光谱（又称发射光谱）分为三种类型： 宽带：半宽度100nm，如 CaW04； 窄带：半宽度5Onm，如 Sr(P04)3Cl:Eu3+； 线谱：半宽度 O.1nm，如 GdV04:Eu3+。 究竟一个材料的发光光谱属于哪一类，与基质有关，也与杂质有关。随着基质的改变，发光的颜色也可改变。 9.1 材料的发光机理 第九章 发光材料二、发光材料的发光特征 2. 发光强度特征 发光强度是随激发强度而变的，通常用发光效率来表征材

6、料的发光本领。发光效率有三种表示方法：量子效率、能量效率及光度效率，发光效率也同激发强度有关。量子效率：发光的量子数与激发源输入的量子数的比值。能量效率：发光的能量与激发源输入的能量的比值。流明效率：发光的流明数与激发源输入的能量的比值 （lm/W）。9.1 材料的发光机理 第九章 发光材料 二、发光材料的发光特征 2. 发光强度特征 在光激发的情况下，发光材料的量子效率可高达90以上。有的器件效率很高，但亮度不大，这是因为输入的能量受到限制。 3. 发光持续时间特征 最初的发光分为荧光及磷光两种。 荧光：在激发时发出的光。 磷光：在激发停止后发出的光。 瞬态光谱技术的发展，现在对荧光和磷光不

7、严格区别。荧光和磷光的时间界限不清楚。但必须指出，发光总是延迟于激发的。9.1 材料的发光机理 第九章 发光材料 二、发光材料的发光特征 3. 发光持续时间特征 余辉时间 发光的衰减规律常常很复杂，很难用一个反映衰减规律的参数来表示，所以在应用中就硬性规定当激发停止时的发光亮度L衰减到Lo的10%时，所经历的时间为余辉时间，简称余辉。 如人眼能感觉到余辉的长发光期间者为磷光，人眼感觉不到余辉的短发光期间者为荧光。 现在，根据余辉时间的长短，可以划分六个范围：9.1 材料的发光机理 第九章 发光材料二、发光材料的发光特征 3. 发光持续时间特征 （1）极短余辉：余辉时间1s的发光；（2）短余辉：

8、余辉时间110s的发光；（3）中短余辉：余辉时间10-21ms的发光； （4）中余辉：余辉时间ll00ms的发光；（5）长余辉：余辉时间10-1ls的发光；（6）极长余辉：余辉时间1s的发光。9.1 材料的发光机理 第九章 发光材料 用紫外光、可见光及红外光激发发光材料而产生发光的现象称为光致发光，这种发光材料称为光致发光材料。 光致发光是一种三步过程：吸收一个光子；把激发光能转移到荧光中心；由荧光中心发射辐射。 发光的滞后时间约为10-8s的称为荧光，衰减时间大于 10-8s的称为磷光。 光致发光材料一般可以分为：荧光灯用发光材料、长余辉发光材料和上转换发光材料。 如果按发光弛豫时间分类，光

9、致发光材料又可分为：荧光材料和磷光材料两种。 9.2 光致发光材料 第九章 发光材料 一、荧光材料 荧光效率是荧光材料的重要特征值之一。 通常，荧光材料的分子并不能将全部吸收的光都转变为荧光，总是或多或少地以其他形式释放出来。 吸收光转变为荧光的百分数称为荧光效率。 实际上，荧光效率总是小于1。 9.2 光致发光材料 第九章 发光材料 一、荧光材料 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。荧光效率与激发光波长无关。 在材料的整个分子吸收光谱带中，荧光发射对吸收的关系都是相同的。 各波长的吸收与发射之比为一常数。9.2 光致发光材料 第九章 发光材料 一、荧光

10、材料 荧光强度和激发光强度关系密切。 在一定范围内，激发光越强，荧光也越强。荧光强度等于吸收光强度乘以荧光效率。 光的吸收和荧光发射均与材料的分子结构有关。 材料吸收光除了可以转变为荧光外，还可以转变为其他形式的能量。 9.2 光致发光材料 第九章 发光材料 一、荧光材料 产生荧光最重要条件：分子必须在激发态有一定的稳定性，能够持续约10-8s的时间。 多数分子不具备这一条件，在荧光发射以前就以其他形式释放了所吸收的能量。 只有具备共轭键系统的分子才能使激发态保持相对稳定而发射荧光。9.2 光致发光材料 第九章 发光材料 一、荧光材料 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。 例如

11、：酚、蒽、荧光素、罗达明、9-氢基吖啶、荧光染料以及某些液晶。 荧光材料的荧光效率除了与结构有关外，还与溶剂有关。9.2 光致发光材料 第九章 发光材料 二、磷光材料 具有缺陷的某些复杂的无机晶体物质，在光激发时和光激发停止后一定时间内（10-8s）能够发光，这些晶体称为磷光材料。 磷光材料的组成： 磷光材料的主要组成部分是基质和激活剂两部分。9.2 光致发光材料 第九章 发光材料二、磷光材料 基质： 用作基质的有第族金属的硫化物、氧化物、硒化物、氟化物、磷酸盐、硅酸盐和钨酸盐等，如 ZnS、BaS、CaS、CaW03、Y3Si03、Ca3(P04)2、Zn-Si03。 激活剂： 用来作激活剂

12、的是重金属。 所用的激活剂可以作为选定的基质的特征。不是所有的重金属都可以用来激活选定的基质。例如：对ZnS、CdS而言，Ag、Cu、Mn是最好的激活剂。9.2 光致发光材料 第九章 发光材料 二、磷光材料 激活剂： 碱土磷光材料可以有更多的激活体，除Ag、Cu、Mn外，还有Bi、Pb和稀土金属等。 就应用而言，磷光材料比荧光材料更为普遍一些。一些灯用荧光粉，实际上就是磷光材料。 1、卤磷酸盐系列的荧光粉 荧光灯最初使用的是锰激活的硅酸锌和硅酸锌铍荧光粉，但以后硅酸锌铍荧光粉逐渐被卤磷酸盐系列的荧光粉所代替。 卤磷酸盐是以锑锰为激活剂的一种含卤素的碱土荧光粉，属于六方磷灰石晶体结构。9.2 光

13、致发光材料 第九章 发光材料二、磷光材料 1、卤磷酸盐系列的荧光粉 碱金属一般是钙，但锶也可代替一部分。 发光的颜色可以通过改变其基体中所含的氟氯比例或调整锰的浓度来控制。 卤磷酸盐荧光粉转换紫外线为可见光的效率较高，在长时期内能维持其发光特性。 另外，也更易制成灯用涂层所需的细颗粒，毒性比较小。卤磷酸盐荧光粉的问题是光效和光色不能同时兼顾。 9.2 光致发光材料 第九章 发光材料二、磷光材料 2、稀土三基色荧光粉 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。 解决了卤磷酸盐长期存在的光效和显色性不能同时提高的矛盾，这类材料还具有耐高负荷、耐高温的优异性能，成为新一代灯用荧光粉材

14、料。（1）红粉 Y2O3:Eu3+是效率高、色纯度好、光衰性能稳定而惟一达到制灯要求的稀土红粉。9.2 光致发光材料 第九章 发光材料二、磷光材料 2、稀土三基色荧光粉（1）红粉 在提高材料性能上，加入一定量的 La、Gd、Ta、Nb 等元素，或者氧化物（如In2O3、GeO2等）可提高其发光亮度和稳定性。 加入一定量的硼酸盐，在降低材料的烧结温度条件下，仍可使材料的发光亮度提高。 在新的红粉探索研究上有：YVPO4BO3:Eu3+、InYBO3:Eu3+、LaMgB5O10:Eu3+、LaSiO3(FCl):Eu3+、Ba2(Gd2-xYx)(Si4-yGey)O13:Eu3+等。 9.2

15、光致发光材料 第九章 发光材料二、磷光材料 2、稀土三基色荧光粉（2）绿粉 绿粉在稀土三基色荧光粉中，对灯的光通量、显色性等起主要作用。 这类材料品种最多，有MgAl11019:Ce3+、Tb3+，Y2SiO4:Ce3+、Tb3+，LaPO4:Ce3+、Tb3+和GdMgB5010:Tb3+、Tb3+等。 上述各体系均是 Ce-Tb 共激活的绿色材料，发光都是由Tb3+ 的 5D47F5跃迁所引起的，主要发光谱线为5D47F5跃迁对应的 543nm 线。 9.2 光致发光材料 第九章 发光材料 二、磷光材料 2、稀土三基色荧光粉（3）蓝粉 稀土三基色荧光粉的蓝色组分，已实用的有铝酸盐体系和卤磷

16、酸盐体系。如SrlO(PO4)6Cl2:Eu2+，(SrCa)10(PO4)6C12:Eu2+ 和 (SrCaBa)10(PO4)6Cl:Eu2+等。 蓝粉中Eu2+的发光属于4fn-4fn-15d 跃迁，其发光峰值明显地依赖于基质的改变。 9.2 光致发光材料 第九章 发光材料 三、上转换发光材料 发光体在红外光的激发下，发射可见光，这种现象称为上转换发光，这种发光体称为上转换发光材料。 1、三种上转换发光现象 第一种情况是确实有一个中间能级，在光激发下处于基态的电子跃迁到这个中间能态。 电子在这个中间能态的寿命足够长，以致还可吸收另一个光子而跃迁到更高的能级。 电子从这个更高的能态向基态跃

17、迁，就发射出波长比激发光的波长更短的光束。9.2 光致发光材料 第九章 发光材料三、上转换发光材料 1、三种上转换发光现象 第二种情况是中间能级并不存在，但发光体可以连续吸收两个光子，使基态电子直接跃迁到比激发光光子的能量大得更多的能级。 第三种情况是两个敏化中心被激发，激发能按先后顺序或同时传递给发光中心，使其中处于基态的电子跃迁到比激发光光子能量更高的能级，然后弛豫下来，发出波长短得多的光。 9.2 光致发光材料 第九章 发光材料 三、上转换发光材料 2、常见上转换发光材料 上转换发光材料差不多都是掺稀土元素的化合物或者就是稀土元素的化合物，均由稀土离子激活，其中以Yb3+Er3+ 最为常

18、见。 可吸收红外光而发出红光的典型发光材料有： YOCl:Yb3+、Er3+，Y2O3:Yb3+、Er3+，Y3Ocl7:Yb、Er3+，La4Ga2O2:Yb、Er。 发绿光的材料有： LaF3:Yb、Er，YF3:Yb、Er，BaYF5:Yb、Er，La4Ga2O2:Yb、Ho，Na（T、Gd、La）F:Yb、Er。 此外，也有发蓝光及发黄光的材料。9.2 光致发光材料 第九章 发光材料 四、光致发光材料的应用 光致发光材料主要用于显示、显像、照明及日常生活中。 在日常生活用品中，如洗涤增白剂、荧光涂料、荧光化妆品、荧光染料等都使用了荧光材料。 一些灯用荧光粉材料都属于磷光材料，用它可制成

19、高光效和高显色性的荧光灯。 上转换发光材料可直接显示红外光，例如显示红外激光的光场，已在m激光显示和m半导体激光显示中获得广泛应用。 也可以涂在发红外光的二极管上，如GaAs，把它的发光变成可见光。 9.2 光致发光材料 第九章 发光材料 电致发光：在直流或交流电场作用下，依靠电流和电场的激发使材料发光的现象，又称场致发光。这种发光材料称为电致发光材料或场致发光材料。 一、电致发光机理 电致发光机理分为本征式和注入式两种。 1.本征式场致发光 本征式场致发光是用电场直接激励电子，电场反向后电子与中心（空穴）复合而发光的现象。9.3 电致发光材料 本征场致发光以硫化锌为代表,电致发光粉ZnS:C

20、u,Cl或(Zn,Cd)S:Cu,Br混在有机介质中，夹在两片透明的电极之间并加上交变电场使之发光。第九章 发光材料一、电致发光机理 2. 注入式场致发光 注入式场致发光是由-族和-族化合物所制成的有p-n结的二极管，注入载流子，然后在正向电压下，电子和空穴分别由n区和p区注入到结区并相互复合而发光的现象，又称 p-n 结电致发光。 p型半导体和n型半导体接触时，在界面上形成p-n结。9.3 电致发光材料2022/7/11 发光二极管的基本结构球透镜环氧树脂P层有源层N层发光区(a)正面发光型微透镜P型限制层有源层波导层N型限制层(b)侧面发光型2022/7/11第九章 发光材料一、电致发光机

21、理 2. 注入式场致发光 电子和空穴的扩散作用，在p-n结接触面两侧形成空间电荷区耗尽层，形成一个势垒，阻碍电子和空穴的扩散。 n区的电子到p区必须越过势垒。 空穴从p区到n区也要越过势垒。9.3 电致发光材料第九章 发光材料一、电致发光机理 2. 注入式场致发光 当在p-n结施加正向电压时，会使势垒高度降低，耗尽层减薄，能量较大的电子和空穴分别注入到p区或n区，同p区的空穴和n区的电子复合，同时以光的形式辐射出多余的能量。 辐射复合可以发生在导带与满带之间，也可发生在杂质能级上。 9.3 电致发光材料第九章 发光材料 二、电致发光材料的发光特性 1. 发光亮度 L 在使用电致发光材料时，最主

22、要的依据是发光亮度随电压的变化规律。 电致发光的发光亮度 L 随电压 V 的增加而急剧增高，随后趋于饱和。 实验证明，在音频范围，亮度与电压的关系为： L=L0exp-（V0/V） L发光亮度(cd/m2)；V外加电压； Lo、Vo与激励条件、发光单元结构和发光材料等有关的常数。9.3 电致发光材料第九章 发光材料 二、电致发光材料的发光特性 2. 发光效率 发光过程本身的量子效率被称为内量子效率int，在实用上是一个很重要的参量。 内量子效率表示出辐射跃迁是否能很好地竞争过无辐射复合。 辐射复合几率Pr与辐射寿命r的关系:Pr=1/r9.3 电致发光材料 无辐射复合几率 Pnr与无辐射复合寿

23、命nr的关系:Pnr=l/nr内量子效率int 等于辐射跃迁几率与全部跃迁几率之比:第九章 发光材料 二、电致发光材料的发光特性 2. 发光效率9.3 电致发光材料 当考虑吸收、反射等因素时，外量子效率ex可表示为： ex=int(1-R)(1-cosc)exp(-ad)R反射系数；c临界角，典型值在1623范围内；吸收系数；d发光在达到器件表面通过的距离。 例如：在实际的发光二极管中int可以接近100%，但ex通常不到百分之几。 只有当nrr，即无辐射复合几率远远小于辐射复合几率时，才能获得有效的光子发射。 在实际的器件中，由于种种损失，如吸收、反射等，它们会影响光从器件内部往外透射，总的

24、效率也称外量子效率将进一步降低。第九章 发光材料 三、电致发光材料种类 1.直流电压激发下的粉末发光材料 直流场致发光材料实际上是一个可以传导电流的半导体，其中掺铜量较高，一般在 10-3g/g。 另外，要使这些材料具有很好的发光特性，还需经过包铜工艺处理。 包铜工艺就是将已经焙烧好的材料包上一层铜，它的化学成分可表示为CuxS。 9.3 电致发光材料第九章 发光材料 三、电致发光材料种类 1.直流电压激发下的粉末发光材料 常用的直流场致发光粉末材料有ZnS:Mn、Cu，亮度约350cd/m2；lm/W。 其他如ZnS:Ag可以发出蓝光；(Zn、Cd)S:Ag可以发出绿光，换一下化学配比(Zn

25、、Cd)S:Ag可以发出红光。 它们都是在约100V电压下激发，给出约70cd/m2的亮度。 另外，还有一些在CaS,SrS等基质中掺杂稀土元素的材料。9.3 电致发光材料第九章 发光材料三、电致发光材料种类 2. 交流电压激发下的粉末发光材料 与直流电压激发下的发光材料相比，交流电压激发下的发光材料有较高的流明效率（约为15lm/W），应用更为普遍。 常用的交流粉末场致发光材料以ZnS系列为代表，将 ZnS粉末掺入铜氯、铜锰、铜铅、铜等激活剂后，与介电常数很高的有机介质（如氰基纤维素、环氧树脂和氧乙基糖的混合物等）相混合后制成。 这些材料可发出红、橙、黄、绿、蓝等各种颜色的光。 9.3 电致

26、发光材料第九章 发光材料 三、电致发光材料种类 3. 薄膜型电致发光材料 薄膜型电致发光材料的机理和粉末材料中的过程一样，只是它不需要介质，而且可以在高频电压下工作，发光亮度很高，发光效率也可达到几个流明每瓦。9.3 电致发光材料早期的薄膜型电致发光器的名字叫“Lumocen”，英文“分子中心发光”之缩写。发光材料是ZnS，发光中心是稀土卤素化合物分子（TbF3），结构如图所示。第九章 发光材料三、电致发光材料种类 3. 薄膜型电致发光材料 薄膜型交流电致发光器件多采用双绝缘层ZnS:Mn薄膜结构。 器件由三层组成，旦发光层被夹在两绝缘层之间，这样消除了不希望有的漏电流，而且在高电场作用下不会

27、击穿。 9.3 电致发光材料第九章 发光材料三、电致发光材料种类 3. 薄膜型电致发光材料 9.3 电致发光材料 如图所示，透明电极为掺杂的SnO2或In2O3；绝缘层用高介电常数和高介电强度的材料，如Y2O3、Si3N4、Al2O3等。 发光层为锰掺杂的高纯ZnS，ZnS用锰掺杂后制成小球，用电子轰击制成电致发光薄膜。 沉积时衬底温度在 250左右，然后在550 真空下热处理一小时。 第九章 发光材料三、电致发光材料种类 4. p-n 结型电放发光材料 p-n 结型电致发光材料主要指发光二极管所用材料。 发光二极管是一种在低电压下发光的器件，使用单晶或单晶薄膜材料。 作为发光二极管所用材料应

28、该具有下述特性：9.3 电致发光材料（1）发光在可见光区，禁带宽度能量Eg1.8eV，700nm。（2）材料必须容易作成n型及p型。（3）具有高效率的发光中心或复合发光。（4）效率降至初始值一半的时间要大于105 h，如果是多元化合物，这个时间至少还要大l0倍左右。（5）材料要能生长成单晶，并能大量生产，还需价廉。 第九章 发光材料三、电致发光材料种类 4. p-n 结型电放发光材料 经常使用的 p-n 结型电致发光材料是-族化合物和-族化合物。（1）二元化合物 二元化合物有 GaP、GaAs、SiC、GaN 等。 GaP是间接跃迁型半导体，可发出红绿两种光。 GaN型半导体能发射红、绿、 蓝

29、、黄各色，甚至可发白光，但成本比GaP 型半导体高。 SiC型半导体的特点是其结构有各种多色形，发光波长受掺杂影响，可发出多种不同颜色的光。 9.3 电致发光材料第九章 发光材料三、电致发光材料种类 4. p-n 结型电放发光材料 （2）三元化合物 两种 - 族化合物做成混晶，便是三元化合物，如 AlxGa1-xAs、GaAs1-xPx、In1-xGaxP、In1-xAlxP 等。 控制混晶的组分比可以改变其禁带宽度，从而制成适合于发光材料的直接能隙材料，使发光二极管多色化。9.3 电致发光材料 （3）四元化合物 四元化合物比三元化合物具有更大的自由度，可以在相当宽的范围内控制禁带宽度与晶格常

30、数。 如InGaAsP四元化合物在室温下能提供m到 m的波长。 第九章 发光材料 三、电致发光材料种类 5. 高聚物电致发光材料 自1990年采用聚对苯乙炔(PPV)成功制备电致发光二极管以来，高聚物发光材料领域的发展十分迅速。目前，高聚物发光材料的发光范围已覆盖了整个可见光区，制备的发光器件的各项性能已接近商业化水平。高聚物电致发光材料主要有三大类。9.3 电致发光材料（1）具有隔离发色团结构的主链聚合物。如聚芳香撑及其衍生物（聚苯撑及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚呋喃及其衍生物、聚烷基芴等）；聚芳香撑乙炔及其衍生物（聚对苯乙炔及其衍生物、聚噻吩乙炔及其衍生物、聚荼乙炔及其

31、衍生物）；聚碳酸酯，聚芳香醚；等等。第九章 发光材料三、电致发光材料种类 5. 高聚物电致发光材料 （2）侧链悬挂发色团的柔性主链聚合物。（3）由低分子量的电致发光材料分散在一般高分子材料中形成的共混材料。 如羟基喹啉铝分散在甲基丙烯酸甲酯体系中等。 9.3 电致发光材料第九章 发光材料 四、电致发光材料的应用 电致发光材料主要用途是制造电致发光显示器件。 交流粉末电致发光显示板除了作照明板使用外，主要用作大面积显示。 直流粉末电致发光显示板可用来作数字显示器、直流电致发光显示电视（样机）等。 发光二极管用途较广。 它可以用于数字、文字显示，如小型计算器、电子手表、数字化仪表、记数器以及各种家

32、用电器的显示等。 9.3 电致发光材料花旗银行大厦LED交通信号灯第九章 发光材料 四、电致发光材料的应用 有机及聚合物电致发光材料经过几十年研究已取得了很大的进展，但是距离实用化还有差距，主要是： 器件的稳定性差； 器件的寿命太短； 发光效率比较低，大部分电能转换成了热能； 聚合物电导率的最佳值还不清楚。一般来说，电导率高的聚合物处于绝缘状态时可能产生电致发光，但处于导电状态时则不能产生电致发光； 发光机理还未完全清楚。 9.3 电致发光材料第九章 发光材料 射线致发光材料可分为阴极射线致发光材料和放射线致发光材料两种。 阴极射线致发光：电子束轰击发光物质而引起的发光现象。 放射线致发光：高

33、能的、射线，或X光射线轰击发光物质而引起的发光现象。一、阴极射线致发光材料 阴极射线致发光材料是指在阴极射线激发下能发光的材料，也称为电子束激发发光材料。 1. 阴极射线发光材料的特征值 阴极射线发光是在真空中从阴极出来的电子经加速后轰击荧光屏所发出的光。9.4 射线致发光材料 第九章 发光材料 一、阴极射线致发光材料 1. 阴极射线发光材料的特征值 阴极射线发光的微观过程相当复杂，主要包括三个基本过程。 电离。当高能电子束激发发光材料时，晶体吸收激发能，由于基质大大多于激活剂，主要引起基质价带或满带电子的激发。 电子和空穴的中介运动过程。满带中的电子被电离后进人导带，在满带中产生了空穴。 电

34、子和空穴分别在导带和满带中扩散。 电子空穴对复合发光过程。 9.4 射线致发光材料 第九章 发光材料一、阴极射线致发光材料 1. 阴极射线发光材料的特征值 （1）发光亮度 在荧光屏可连续激发的条件下，改变加速电压时，发光亮度也有相应的变化。 多种材料发光亮度的经验表达式为： L=L0J(V-V0)n 9.4 射线致发光材料 L发光亮度；Lo常数；J 电流密度；V加速电压； n指数，一般在13之间；Vo起辉电压，即加速电压要超过这个最小值才能引起发射。第九章 发光材料一、阴极射线致发光材料 1. 阴极射线发光材料的特征值（2）发光效率 发光效率可表示为：9.4 射线致发光材料 R反射系数，约为1

35、0%；f光致发光效率；Ep发光的平均光子能量；E产生一对电子及空穴所用的能量。 作为具有实用价值的显示用阴极射线材料要具备有高的发光亮度和发光效率，有一定的辐射光谱特性，有一定的余辉时间，有一定的颗粒尺寸（平均颗粒尺寸在m范围内）以及有良好的稳定性和对屏玻璃有良好的粘着性能等。另外还要考虑发光颜色及衰减两个重要的特性。 第九章 发光材料一、阴极射线致发光材料 2. 阴极射线致发光材料种类 阴极射线致发光材料是由电子束激发材料发光，其 电子能量通常在几千电子伏特以上甚至几万电子伏特。 光致发光时，紫外线光子能量仅56eV，甚至更低。因此，光致发光材料在电子束激发下都能发光，有些材料没有光致发光效

36、应，却有阴极射线发光功能。 常用的阴极射线致发光材料主要是荧光粉与激发剂组成的复合物质。 根据基质材料的不同，可以分为以下五种。9.4 射线致发光材料 第九章 发光材料一、阴极射线致发光材料 2. 阴极射线致发光材料种类（1）氧化物荧光粉 这类材料以氧化锌为代表应用较广泛。 例如：锌激活的氧化锌荧光粉(ZnO:Zn)，发青绿光。（2）硫化物荧光粉 这类材料以硫化锌和硫化镉为代表，常以银、铜作为激活剂。 硫化物荧光粉的优点是亮度高，改变激活剂的用量能够改变发光颜色。 例如：Zns:Ag与ZnCdS:Ag混合作用可以发出白光。9.4 射线致发光材料 第九章 发光材料一、阴极射线致发光材料 2. 阴

37、极射线致发光材料种类（3）硅酸盐荧光粉 这类材料以锰激活的正硅酸锌(Zn2Si04:Mn)为代表，还有CaSi03:Pb、Mn；MgSi03:Ti等。 硅酸盐荧光粉的优点是具有高度的稳定性，对杂质的污染不敏感，能承受较大的过热和电流等。（4）钨酸盐荧光粉 最为典型的钨酸盐荧光粉是CaW04:W。 钨酸盐荧光粉与硅酸盐荧光粉一样性能相当稳定。 9.4 射线致发光材料 第九章 发光材料一、阴极射线致发光材料 2. 阴极射线致发光材料种类（5）稀土族荧光粉 这类材料的优点是发光效率高，耐电子和离子的轰击性能好，近些年来发展较快。 例如:Y2O3:Eu发红光；Y2Si05:Ge发绿光。Tb3激活的发光

38、材料，呈现良好的温度特性和亮度电流线性关系，主要有YAG:Tb，Y3(Al,Ca)5O12:Tb，YAG:Ce、Tb，LaOBr:Tb，LaOCl:Tb，Y2SiO5:Tb，InBO3:Tb等。9.4 射线致发光材料 3.阴极射线致发光材料的应用 阴极射线致发光材料是发光材料中应用最广泛的一种,主要用于电视、示波器、雷达、计算机等各种荧光屏和显示器方面，其中以彩色电视的阴极射线管(CRT)发展最快。第九章 发光材料二、 X 射线致发光材料 1、发光原理 发光材料在X射线照射下可以发生康普顿效应，也可以吸收 X 射线，二者都可产生高速的光电子。光电子又经过非弹性碰撞，产生第二代，第三代电子。 当

39、这些电子的能量接近发光跃迁所需的能量时，即可激发发光中心，或者离化发光中心，随后发出光来。 一个 X 射线的光子可以引起很多个发光光子。 例如：发光体被一个50keV 的 X 射线光子激发时，如果材料的发光效率较高，可产生近5000个可见光的光子。9.4 射线致发光材料 第九章 发光材料二、X 射线致发光材料2、材料种类（1）CaWO4是应用得最早的 X 射线发光材料，现仍然被广泛地应用。CaWO3具有吸收效率高、发光光谱和胶片灵敏波段相适应、物理化学性质稳定、制备中对原料纯度的要求不是很高等优点。（2）硫化物也是一种较早就得到应用的材料。这类材料的发光效率较高，像ZnS、CdS这样的材料有较

40、强的通用性，既可用于透视屏，又可用于增感屏和像加强器等。9.4 射线致发光材料 第九章 发光材料二、 X 射线致发光材料 2、材料种类（3）碘化铯对X射线的吸收率高于硫化物，发光效率与硫化物相同，也是有一种很好的材料。（4）稀土型 X 射线发光材料有两种类型。 一种是以稀土化合物作为基质材料，如Ln2O2S:Tb3+(Ln代表 Y、La、Gd、Lu)、LaOX:Tb3+(X代表 Cl、Br)。 另一种是以稀土元素作为材料的激活剂，如BaSO4:Eu2+、Ba3(P O4)2S:Eu2+等。 稀土材料不仅与 CaWO4 具有同样效果，而且在 X 射线激发下效率相当高。9.4 射线致发光材料 第九

41、章 发光材料二、 X 射线致发光材料 3、材料应用 X射线发光材料在发光材料中使用较早而且其应用量很大，主要应用之一是制作 X 射线显示屏。 X射线发光屏是利用发光材料使X光转换为可见光，并显示成像的屏幕。具体地说用发光材料做成荧光屏及增感屏，显示静态及动态图像。9.4 射线致发光材料 X射线发光屏的应用 用于X射线透视及照相； 由X射线像增强器及电视组成的X射线显示系统； X射线扫描及计算机配合组成断层分析系统，也就是常说的CT系统(X-ray Computed Tomography)。第九章 发光材料 一、等离子概念及发光原理 等离子体是高度电离化的多种粒子存在的空间，其中带电粒子有电子、

42、正离子（也许还有负离子），不带电的粒子有气体原子、分子、受激原子、亚稳原子等。 气体的高度电离，使带电粒子的浓度很大，而且带正电与带负电粒子的浓度接近相等。 1、等离子体基本特征（1）气体高度电离。在极限情况时，所有中性粒子都被电离。（2）带电粒子浓度很大，一般为10101015个/cm3。带正电与带负电的粒子浓度接近相等，等离子体具有良导体的特性。9.5 等离子发光材料 第九章 发光材料 一、等离子概念及发光原理 1、等离子体基本特征（3）等离子体具有电振荡的特性。在带电粒子穿过等离子体时，能够产生等离子激元，等离子激元的能量是量子化的。（4）等离子体具有加热气体的特性。在高气压收缩等离子体

43、内，气体可被加热到数万度。（5）在稳定情况下，气体放电等离子体中的电场相当弱，并且电子与气体原子进行着频繁的碰撞，因此气体在等离子体中的运动可看作是热运动。 9.5 等离子发光材料 第九章 发光材料 一、等离子概念及发光原理 2、发光基本原理 等离子体发光主要是利用了稀有气体中冷阴极辉光放电效应。 气体的电子得到足够的能量（大于气体的离化能）之后，完全脱离原子，即被电离。这种电子比在固体中自由得多，具有较大的动能，以较高的速度在气体中飞行。 电子在运动过程中与其他粒子会产生碰撞，使更多的中性粒子电离。 在大量的中性粒子不断电离的同时，还有一个与电离相反的过程，就是复合现象。 9.5 等离子发光材料 第九章 发光材料一、等离子概念及发光原理 2、发光基本原理 所谓复合就是两种带电的粒子结合，形成中性原子。 在复合过程中，电子将能量以光的形式放出来，即能辐射出频率为的光。 自由电子同正