固体发光材料

固体发光材料 固体物理专题 ---发光材料 一、发光 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。假如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放射出多余的能量，这种放射过程具有肯定的持续时间。 􀂾热辐射任何肯定零度以上的物质都会放射热辐射，大多数位于红外区。一般600℃以上会有部分可见光成分。热辐射是一种平衡辐射，基本上只与物体温度有关，而与物质种类无关。（例如太阳光，白炽灯泡，烧热的炉膛。） 􀂾发光是一种非平衡辐射（偏离原先的热平衡态），是物体汲取外来能量后所发出的总辐射中超出热辐射的部分。发光材料不须要加热，是一种“冷光”。 非平衡辐射有很多种，除了发光以外，还有反射，散射等。光辐射的特征一般可用五个宏观光学参量描述亮度、光谱、相干性、偏振度和辐射期间。 亮度亮度凹凸不能区分各种类型的非平衡辐射； 光谱变更与相干性不仅在发光中存在，在联合散射和康普顿-吴有训效应中也有。而且，作为在特定条件下的发光，如激光与超辐射（特别条件下的自发放射），具有相干性。 偏振度在发光现象中并没有带普遍性的特点。 辐射期间发光有一个比较长的持续时间，这个持续时间有长有短，总之都比反射、散射的10-14秒持续时间长。指去掉激发后，辐射还可持续的时间。 3、固体发光的两个基本特征 （１）任何物体在肯定温度下都具有平衡热辐射，而发光是指汲取外来能量后，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放射现象的根本区分。 二、材料的发光机理 分立中心发光 发光材料的发光中心受激发时并未离化，发光过程全部局限在中心内部。被激发的发光中心内的电子虽然获得了跃迁至激发态的能量，但并未离开中心，迟早会释放出激发能，回到基态而发出光来。 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”发光。 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。 受迫发光受激发的电子只有在外界因素的影响下才发光（亚稳态发光）。 复合发光 发光材料受激发时分别出一对带异号电荷的粒子，一般为空穴和电子，这两种粒子复合时便发光，称为复合发光。 由于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，故又称为“光电导型”发光。 三、材料的发光特征 1、颜色特征 不同的发光材料有着不同的发光颜色。 2、发光强度特征 发光强度代表放射光的能量，是一个客观数值；发光的亮度是人眼的感觉，是主观推断的结果，其中包含了眼睛对不同颜色视觉的差别。 发光效率用来表征材料的发光本事。 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（功率效率）发光的能量与激发源输入的能量的比值。 流明效率（光度效率）发光的流明数与激发源输入的能量的比值（lm/W）。 发光材料把某种形式的激发能量转化为发光能。 因此对于一个有效的发光材料应具备如下要求 ⑴.能够有效地汲取激发能量； ⑵.能够把汲取的激发能量有效地传递给发光中心； ⑶.发光中心具有高的辐射跃迁效率。 3、发光持续时间特征 规定当激发停止时，其发光亮度L衰减到初始亮度L0的10时所经验的时间为余辉时间，简称余辉。 人眼能够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。 荧光与磷光无严格区分。但在有机物发光中，分子从单态跃迁到基态的发光叫荧光。从三重态跃迁到基态的发光叫磷光。 极短余辉余辉时间1μs的发光； 短余辉余辉时间110μs的发光； 中短余辉余辉时间10-2～1ms的发光； 中余辉余辉时间1～100ms的发光； 长余辉余辉时间10-1～1s的发光； 极长余辉余辉时间1s的发光 4、相关名词说明 光通量 光通量是指光源在单位时间内向四周空间辐射的能引起视觉反应能量，即可见光的能量。 它描述的是光源的有效辐射值，其国际单位是1m（流明）。 同样功率的灯具的光通量可能完全不同，这是因为它们的光效不同的原因。比如一般照明灯泡只有10 1m/W，而金属卤素灯可以达到80 1m/W。照度是指发光体照耀在被照物体单位面积上的光通量，其国际单位是lx（勒[克斯]）。 照度的定义和测量比较困难，象平均柱面照度、等效球照度、标量照度等，它们的测量条件和计算方法有所不同。 在建筑和装饰工程中常常会遇到、灯光系统中间或也涉与到照度概念。亮度是指发光体在单位面积内发光强度。单位是cd/cm2。坎[德拉]（cd）为发光强度的国际单位。 与照度定义几乎相同，假如我们把每一物体都视为光源的话，那么亮度就是描述光源光亮的程度，而照度正好是把每一物体都作为被照物体，用一块木板来举例说明，当肯定光束照到木板时我们讲木板有多少照度，然后木板将多少光束反射到人眼，就称为木板的多少亮度，那么有如下式子亮度等于照度乘以反射率。在同一房间同一位置一块白布和一块黑布的照度是相同的，而亮度是不同的。 色温 色温是指光源放射的颜色与黑体在某一温度下辐射的光色相同时，黑体的温度称为该光源的色温，一般以开氏K为单位。比如3200K和5600K等。 色温高，光线的颜色偏冷色温低，光线的颜色偏暖色温适中时，光线接近于白色。 自然界正常日照下，光线的色温一般都要高于人工灯具的色温。通常状况下，阳光的色温为5600K左右，而演播室与演出用灯具的色温都在3200K左右。（热光源） 近年来电视演播室兴起的冷光源布光，是对传统光源的变革。冷光源的色温高，耗能低，发热小，在进行室内外摄相时，色温转换简洁，画面自然，当然冷光源对调光台的性能要求也要高些。 二、发光材料 发光材料的要求 发光材料是能把某种形式的激发能量转化为发光能。 因此对于一个有效的发光材料应具备如下要求 a.能够有效地汲取激发能量； b.能够把汲取的激发能量有效地传递给发光中心； c.发光中心具有高的辐射跃迁效率。 1、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、电致发光、热释发光、光释发光、辐射发光等。 1、1光致发光 定义用光激发产生的发光叫做光致发光。 光源波长紫外-可见-红外 例如荧光灯紫外线做为激发光源。 上转换材料红外光做为激发光源 上转换发光都发生在掺杂稀土离子的化合物中，主要有氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物、卤化物等。其原理有激发态汲取（ESA）、能量传递上转换（ETU）和光子雪崩（PA）三种。目前的主要应用为红外光激发发