第9章 發(fā)光材料

第九章發(fā)光(fāɡuānɡ)材料9.1材料(cáiliào)的發(fā)光機(jī)理9.2光致發(fā)光材料9.3電致發(fā)光材料9.4射線致發(fā)光材料9.5等離子發(fā)光材料共六十頁(yè)教學(xué)目標(biāo)(mùbiāo)及基本要求掌握材料的發(fā)光機(jī)理，發(fā)光材料的發(fā)光特征，光致發(fā)光機(jī)理，電致發(fā)光機(jī)理，射線致發(fā)光機(jī)理，等離子概念及發(fā)光原理。熟悉(shúxī)和了解上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，電致發(fā)光材料，陰極射線致發(fā)光材料，X射線致發(fā)光材料，等離子體發(fā)光顯示屏及材料。

共六十頁(yè)教學(xué)重點(diǎn)(zhòngdiǎn)和難點(diǎn)（1）材料的發(fā)光機(jī)理及發(fā)光材料的發(fā)光特征(tèzhēng)（2）光致發(fā)光機(jī)理（3）電致發(fā)光機(jī)理（4）射線致發(fā)光機(jī)理（5）等離子概念及發(fā)光原理

共六十頁(yè)習(xí)題1、材料的發(fā)光機(jī)理及發(fā)光材料的發(fā)光特征？2、光致發(fā)光、電致發(fā)光、射線致發(fā)光、等離子發(fā)光的原理(yuánlǐ)各是什么？3、什么是等離子體？共六十頁(yè)第九章

發(fā)光(fāɡuānɡ)材料

發(fā)光是輻射能量以可見光的形式出現(xiàn)。輻射或任何其他形式的能量激發(fā)電子(diànzǐ)從價(jià)帶進(jìn)入導(dǎo)帶，當(dāng)其返回到價(jià)帶時(shí)便發(fā)射出光子（能量為1.8~3.1eV）。如果這些光子的波長(zhǎng)在可見光范圍內(nèi)，那么，便產(chǎn)生了發(fā)光現(xiàn)象。熱輻射與冷光。共六十頁(yè)發(fā)光材料品種很多，按激發(fā)方式發(fā)光材料可以分為：

（1）光致發(fā)光材料：發(fā)光材料在光（通常是紫外光、紅外光和可見光）照射(zhàoshè)下激發(fā)發(fā)光。（2）電致發(fā)光材料：發(fā)光材料在電場(chǎng)或電流作用下的激發(fā)發(fā)光。（3）陰極射線致發(fā)光材料：發(fā)光材料在加速電子的轟擊下的激發(fā)發(fā)光。（4）熱致發(fā)光材料：發(fā)光材料在熱的作用下的激發(fā)發(fā)光。（5）等離子發(fā)光材料：發(fā)光材料在等離子體的作用下的激發(fā)發(fā)光。共六十頁(yè)材料(cáiliào)光吸收的本質(zhì)

共六十頁(yè)9.1材料(cáiliào)的發(fā)光機(jī)理

一、材料的發(fā)光機(jī)理(jīlǐ)1、分立中心發(fā)光(未離化)發(fā)光材料的發(fā)光中心（即發(fā)光體內(nèi)部在結(jié)構(gòu)中能發(fā)光的分子）受激發(fā)時(shí)并未離化，即激發(fā)和發(fā)射過(guò)程在彼此獨(dú)立的、個(gè)別的發(fā)光中心內(nèi)部的發(fā)光叫做分立中心發(fā)光。這種發(fā)光是單分子過(guò)程，并不伴隨有光電導(dǎo)，故又稱“非光電導(dǎo)型”發(fā)光。分立中心發(fā)光有兩種情況：

共六十頁(yè)圖9－1分立(fēnlì)中心發(fā)光

（a）自發(fā)發(fā)光（b）受迫發(fā)光

（1）自發(fā)發(fā)光。受激發(fā)的粒子（如電子）受粒子內(nèi)部電場(chǎng)作用從激發(fā)態(tài)A回到基態(tài)G時(shí)的發(fā)光，叫自發(fā)發(fā)光，如圖9－1（a）所示。自發(fā)發(fā)光的特征是，與發(fā)射(fāshè)相應(yīng)的電子躍遷的幾率基本上決定于發(fā)射(fāshè)體內(nèi)的內(nèi)部電場(chǎng)，而不受外界因素影響。

共六十頁(yè)（2）受迫發(fā)光。受激發(fā)的電子只有在外界因素影響下才發(fā)光，叫受迫發(fā)光。受迫發(fā)光的特征是，發(fā)射過(guò)程分為兩個(gè)階段，如圖9-1(b)所示，受激發(fā)的電子出現(xiàn)在受激態(tài)M上時(shí)，從狀態(tài)M直接回到基態(tài)G上是禁阻的。在M上的電子，一般也不是直接從基態(tài)G上躍遷來(lái)的，而是電子受激后，先由基態(tài)G躍遷到A，再到M態(tài)上，M這樣(zhèyàng)的受激態(tài)稱為亞穩(wěn)態(tài)。受迫發(fā)射的第一階段是由于熱起伏，電子吸收能量后，從M態(tài)上到A，要實(shí)現(xiàn)這一步，電子在M態(tài)上需要花費(fèi)時(shí)間，等待機(jī)會(huì)，從A態(tài)回到G態(tài)是允許的，這就是受迫發(fā)射的第二階段。由于這種發(fā)光要經(jīng)過(guò)亞穩(wěn)態(tài)，故又稱為亞穩(wěn)態(tài)發(fā)光。共六十頁(yè)2、復(fù)合發(fā)光(離化)發(fā)光材料受激發(fā)時(shí)分離出一對(duì)帶異號(hào)電荷的粒子，一般為正離子(空穴)和電子，這兩種粒子在復(fù)合時(shí)便發(fā)光，叫復(fù)合發(fā)光。由于離化的帶電粒子在發(fā)光材料中漂移或擴(kuò)散，從而構(gòu)成特征性光電導(dǎo)，所以復(fù)合發(fā)光又叫“光電導(dǎo)型”發(fā)光。復(fù)合發(fā)光可以在一個(gè)發(fā)光中心上直接(zhíjiē)進(jìn)行，即電子脫離發(fā)光中心后，又回來(lái)與原來(lái)的發(fā)光中心復(fù)合而發(fā)光，呈單分子過(guò)程，電子在導(dǎo)帶中停留的時(shí)間較短，不超過(guò)10-10s，是短復(fù)合發(fā)光過(guò)程。大部分復(fù)合發(fā)光是電子脫離原來(lái)的發(fā)光中心后，在運(yùn)動(dòng)中遇到其他離化了的發(fā)光中心復(fù)合發(fā)光，呈雙分子過(guò)程，電子在導(dǎo)帶中停留的時(shí)間較長(zhǎng)，是長(zhǎng)復(fù)合發(fā)光過(guò)程。

共六十頁(yè)二、發(fā)光材料的發(fā)光特征1、顏色(yánsè)特征不同發(fā)光材料有不同的發(fā)光顏色。材料的發(fā)光光譜(又稱發(fā)射光譜)可分為下列三種類型：寬帶、窄帶(zhǎidài)、線譜。寬帶:半寬度～100nm窄帶:半寬度～50nm線譜:半寬度～0.1nm共六十頁(yè)稀土發(fā)光(fāɡuānɡ)材料共六十頁(yè)2、發(fā)光強(qiáng)度特征由于發(fā)光強(qiáng)度是隨激發(fā)強(qiáng)度而變的，通常(tōngcháng)用發(fā)光效率來(lái)表征材料的發(fā)光本領(lǐng)。發(fā)光效率可用量子效率、能量效率及光度效率三種方法表示。

量子效率：發(fā)光的量子數(shù)與激發(fā)源輸入的量子數(shù)的比值；

能量效率：發(fā)光的能量與激發(fā)源輸人的能量的比值；

流明效率：發(fā)光的流明數(shù)與激發(fā)源輸入的能量的比值(lm/W)。共六十頁(yè)顏色特征不同的發(fā)光(fāɡuānɡ)材料有不同的發(fā)光顏色，發(fā)光材料的種類很多，它們發(fā)光的顏色可覆蓋整個(gè)可見光的范圍。材料的發(fā)光光譜(又稱發(fā)射光譜)可分為：寬帶：半寬度=100nm，如CaWO4；窄帶：半寬度=50nm，如Sr(PO4)3Cl:Eu3+；線譜：半寬度=0.1nm，如GdVO4:Eu3+（釓，銪）究竟一個(gè)材料的發(fā)光光譜屬于哪一類，這既與基質(zhì)有關(guān)，又與雜質(zhì)有關(guān)。而且隨著基質(zhì)的改變，發(fā)光的顏色也可改變。2、發(fā)光材料(cáiliào)的發(fā)光特征共六十頁(yè)光譜半寬度(kuāndù)Δλ:它表示發(fā)光管的光譜純度.是指光譜圖1/2峰值光強(qiáng)所對(duì)應(yīng)兩波長(zhǎng)之間隔。共六十頁(yè)3、發(fā)光持續(xù)時(shí)間特征最初的發(fā)光分為熒光和磷光兩種。熒光是指在激發(fā)(jīfā)時(shí)發(fā)出的光；磷光是指在激發(fā)(jīfā)停止后發(fā)出的光。發(fā)光總是延遲于激發(fā)的。發(fā)光的衰減規(guī)律很難用一個(gè)參數(shù)來(lái)表示，硬性規(guī)定當(dāng)激發(fā)停止時(shí)的發(fā)光亮度L衰減到L0的10%時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間為余輝時(shí)間，簡(jiǎn)稱余輝。根據(jù)余輝時(shí)間的長(zhǎng)短，可以劃分六個(gè)范圍：極短余輝：余輝時(shí)間<1μs的發(fā)光；短余輝：余輝時(shí)間1~10μs的發(fā)光；中短余輝：余輝時(shí)間10-2~1ms的發(fā)光；中余輝：余輝時(shí)間1~100ms的發(fā)光；長(zhǎng)余輝：余輝時(shí)間10-1~1s的發(fā)光；極長(zhǎng)余輝：余輝時(shí)間>1s的發(fā)光。共六十頁(yè)9.2光致發(fā)光材料(cáiliào)

用紫外、可見及紅外光激發(fā)發(fā)光材料而產(chǎn)生的發(fā)光稱為光致發(fā)光，該發(fā)光材料稱為光致發(fā)光材料。光致發(fā)光過(guò)程分為三步：①吸收一個(gè)光子(guāngzǐ)；②把激光能轉(zhuǎn)移到熒光中心；③由熒光中心發(fā)射輻射。發(fā)光的滯后時(shí)間約為10-8s的稱為熒光，衰減時(shí)間大于10-8s的稱為磷光。光致發(fā)光材料一般可分為熒光燈用發(fā)光材料、長(zhǎng)余輝發(fā)光材料和上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。按發(fā)光馳豫時(shí)間分類，光致發(fā)光材料分為熒光材料和磷光材料。共六十頁(yè)圖9－2熒光(yíngguāng)發(fā)射

一、熒光材料冷光發(fā)光一般有兩種類型：熒光和磷光。當(dāng)激發(fā)除去后在10-8s內(nèi)發(fā)的光稱為熒光，其發(fā)光是被激發(fā)的電子跳回價(jià)帶時(shí)，同時(shí)發(fā)射光子（見圖9－2）。熒光效率是熒光材料的重要(zhòngyào)特征值之一。吸收光轉(zhuǎn)變?yōu)闊晒獾陌俜謹(jǐn)?shù)稱為熒光效率。熒光效率總是小于1。

共六十頁(yè)熒光效率與激發(fā)光波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，但熒光強(qiáng)度和激發(fā)光強(qiáng)度關(guān)系密切。熒光強(qiáng)度等于吸收光強(qiáng)度乘以熒光效率。光的吸收和熒光發(fā)射均與材料的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。產(chǎn)生熒光最重要的條件是分子必須在激發(fā)態(tài)有一定的穩(wěn)定性，即能夠持續(xù)約10-8s的時(shí)間。熒光材料主要是以苯環(huán)為基的芳香族化合物和雜環(huán)化合物。表9-1列出了部分熒光材料及它們(tāmen)在某種溶劑中的熒光效率.共六十頁(yè)二、磷光材料與發(fā)熒光不同，發(fā)磷光的材料往往含有雜質(zhì)并在能隙附近建立了施主能級(jí)（圖9－3），當(dāng)激發(fā)的電子(diànzǐ)從導(dǎo)帶跳回價(jià)帶時(shí)，首先跳到施主能級(jí)并被捕獲。在它跳回價(jià)帶時(shí)，電子(diànzǐ)必須先從捕獲陷阱內(nèi)逸出，因此延遲了光子發(fā)射時(shí)間。當(dāng)陷阱中的電子(diànzǐ)逐漸逸出，跳回價(jià)帶并發(fā)射光子。具有缺陷的某些復(fù)雜的無(wú)機(jī)晶體物質(zhì)，在光激發(fā)時(shí)和光激發(fā)停止后一定時(shí)間內(nèi)(>10-8s)能夠發(fā)光，這些晶體成為磷光材料。磷光材料的主要組成部分是基質(zhì)和激活劑兩部分。用作基質(zhì)的有第Ⅱ族金屬的硫化物、氧化物、硒化物、氟化物、磷酸鹽、硅酸鹽和鎢酸鹽等，如ZnS、BaS、CaS、CaWO3、Ca3(PO4)2用來(lái)作激活劑的是重金屬。共六十頁(yè)圖9－3磷光(línɡuānɡ)發(fā)射

發(fā)光強(qiáng)度由下式?jīng)Q定(juédìng)：馳豫時(shí)間τ：發(fā)光材料完成激發(fā)所需要的時(shí)間。磷光材料的主要組成部分是基質(zhì)和激活劑兩部分。磷光材料比熒光材料應(yīng)用更為普遍一些。一般燈用熒光粉是磷光材料：鹵磷酸鹽是以銻錳為激活劑的一種含鹵素的堿土熒光粉。共六十頁(yè)共六十頁(yè)共六十頁(yè)鹵磷酸鹽轉(zhuǎn)換紫外光為可見光的效率較高，發(fā)光特性穩(wěn)定性好，易制成細(xì)顆粒，毒性較小，但不能實(shí)現(xiàn)光效和光色同時(shí)提高(tígāo)。稀土三基色熒光粉還具有耐高負(fù)荷、耐高溫的優(yōu)異性能。Y2O3:Eu3+效率高、色純度好、光衰性能穩(wěn)定。共六十頁(yè)三、上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料

發(fā)光體在紅外光的激發(fā)下，發(fā)射可見光，這種現(xiàn)象稱為上轉(zhuǎn)換發(fā)光，這種發(fā)光體稱為上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。 上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料差不多都是摻稀土元素的化合物或者(huòzhě)就是稀土元素的化合物，它們均由稀土離子激活，其中以Yb3+-Er3+最為常見?？晌占t外光而發(fā)出紅光的典型發(fā)光材料有：

YOCl:Yb3+、Er3+

，Y2O3:Yb3+、

Er3+

，

YO3Cl7:Yb、Er，La4Ga2O2:Yb、Er。共六十頁(yè)上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象有三種情況：（1）基態(tài)電子在光激發(fā)下先躍遷到能量稍高的、壽命足夠長(zhǎng)的中間能態(tài)，再吸收另一個(gè)光子而躍遷到更高的能級(jí)，然后向基態(tài)躍遷發(fā)射出波長(zhǎng)比激發(fā)光波長(zhǎng)更短的光束。（2）發(fā)光體可連續(xù)吸收兩個(gè)光子，使基態(tài)電子直接(zhíjiē)躍遷到比激發(fā)光光子的能量大得多的能級(jí)，再躍遷回基態(tài)發(fā)射光子。（3）兩個(gè)敏化中心被激發(fā)，把激發(fā)能按先后順序或同時(shí)傳遞給發(fā)光中心，使其中處于基態(tài)的電子躍遷到比激發(fā)光光子的能量更高的能級(jí)，然后馳豫下來(lái)發(fā)出波長(zhǎng)短得多的光。共六十頁(yè)四、光致發(fā)光材料的應(yīng)用主要(zhǔyào)用于顯示、顯像、照明和日常生活中。如熒光化妝品、熒光染料等。

共六十頁(yè)光致發(fā)光材料(cáiliào)的應(yīng)用一光致發(fā)光材料一個(gè)(yīɡè)主要的應(yīng)用領(lǐng)域是照明光源，包括低壓汞燈、高壓汞燈、彩色熒光燈、三基色燈和紫外燈等。共六十頁(yè)低壓(dīyā)汞燈與紫外燈低壓(dīyā)汞燈低壓汞燈又稱滅菌燈，主要應(yīng)用作殺菌燈、熒光分析、光譜儀波長(zhǎng)基準(zhǔn)。低壓汞燈光強(qiáng)低，光固化速度慢，但發(fā)熱量小，不需冷卻就可使用，在印刷制版上用得也較多。

紫外線殺菌燈（UV燈），實(shí)際上是屬于一種低壓汞燈。它利用低壓汞蒸汽（10-2Pa）被激發(fā)后發(fā)射的紫外線被燈管內(nèi)壁的熒光粉吸收后激發(fā)出可見光。共六十頁(yè)紫外燈

低壓汞燈消毒殺菌用途很廣，有醫(yī)院、學(xué)校、托兒所、電影院、公交車、辦公室、家庭等，它能凈化空氣，消除霉味，另外還能產(chǎn)生一定量的負(fù)氧離子，經(jīng)紫外線消毒的房間，空氣特別清新。在公共場(chǎng)合，經(jīng)紫外線消毒，可避免一些病菌經(jīng)空氣傳播或經(jīng)物體表面?zhèn)鞑?。長(zhǎng)壽命的紫外線殺菌燈在水消毒、環(huán)保工程方面的應(yīng)用意義(yìyì)重大。共六十頁(yè)彩色(cǎisè)熒光燈彩色(cǎisè)熒光燈

彩色熒光燈燈管內(nèi)壁涂有熒光粉，熒光粉吸收紫外線的輻射能后發(fā)出可見光。熒光粉不同，發(fā)出的光線也不同，這就是熒光燈可做成白色和各種彩色的緣由。熒光燈的發(fā)光效率遠(yuǎn)比白熾燈和鹵鎢燈高，是目前節(jié)能的電光源。

共六十頁(yè)高壓(gāoyā)汞燈高壓(gāoyā)汞燈

高壓汞燈是玻殼內(nèi)表面涂有熒光粉的高壓汞蒸汽放電燈，發(fā)柔和的白色燈光。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，低成本，低維修費(fèi)用，可直接取代普通白熾燈，具有光效長(zhǎng)，壽命長(zhǎng)，省電經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。

主要用于工業(yè)照明、倉(cāng)庫(kù)照明、街道照明、泛光照明、安全照明等。高壓汞燈發(fā)出的光中不含紅色，它照射下的物體發(fā)青，因此只適于廣場(chǎng)、街道的照明。

共六十頁(yè)三基色(jīsè)燈三基色(jīsè)燈

三基色是指紅、綠、藍(lán)三種基本色光，熒光燈用的紅綠藍(lán)三種基色熒光粉都以稀土元素作為主要成分。三基色熒光燈就是在燈管上涂有三基色稀土熒光粉，并填充高效發(fā)光氣體而制成的。三基色熒光燈是優(yōu)質(zhì)的綠色照明產(chǎn)品，目前世界各國(guó)都在大力提倡和推廣的光源。在歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，它已取代了大部分的白熾燈，并逐步取代普通熒光燈。

共六十頁(yè)光致發(fā)光材料(cáiliào)的應(yīng)用二光致材料的另一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域是等離子體(děnglízǐtǐ)顯示。

等離子體顯示技術(shù)（PDP）主要利用電極加電壓、惰性氣體游離產(chǎn)生的紫外光激發(fā)熒光粉發(fā)光制成顯示屏。

等離子體顯示具有亮度大、對(duì)比度高、壽命長(zhǎng)、視角大、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。主要用于計(jì)算機(jī)終端顯示以及各種圖形、符號(hào)、數(shù)字的顯示。還可用于壁掛式彩色電視和大屏幕顯示等。

等離子體顯示器共六十頁(yè)光致發(fā)光材料(cáiliào)的應(yīng)用三光致發(fā)光粉是制作發(fā)光油墨(yóumò)、發(fā)光涂料、發(fā)光塑料、發(fā)光印花漿的理想材料。紅橙黃綠藍(lán)紫共六十頁(yè)光致發(fā)光材料(cáiliào)的應(yīng)用三發(fā)光(fāɡuānɡ)油墨圖發(fā)光油墨適用于網(wǎng)印各種發(fā)光效果的圖案文字，如標(biāo)牌、玩具、字畫、玻璃畫、不干膠等。因其具有透明度高、成膜性好、涂層薄等特點(diǎn)，可在各類浮雕、圓雕（佛像、瓷像、石膏像、唐三彩）、高分子畫、燈飾等工藝品上噴涂或網(wǎng)印，在不影響其原有的飾彩或線條的前提下大大提高其附加值。發(fā)光油墨的顏色有：透明、紅、藍(lán)、綠、黃等。共六十頁(yè)光致發(fā)光材料(cáiliào)的應(yīng)用四光致發(fā)光材料在安全方面上的應(yīng)用是其最為普遍的。在安全方面，光致發(fā)光材料可用作安全出口指示(zhǐshì)標(biāo)記、撤離標(biāo)記等。它能保持最亮的光照度和持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間照明。共六十頁(yè)光致發(fā)光材料(cáiliào)的應(yīng)用五，用光致發(fā)光材料制作(zhìzuò)精美產(chǎn)品，一些不屬安全標(biāo)志的產(chǎn)品。例如：T恤衫、宣傳品、兒童玩具、小標(biāo)簽等可以利用光致發(fā)光材料進(jìn)行裝飾印刷。T恤衫宣傳品共六十頁(yè)9.3電(場(chǎng))致發(fā)光(fāɡuānɡ)材料

所謂電致發(fā)光是在直流或交流電場(chǎng)(diànchǎng)作用下，依靠電流和電場(chǎng)(diànchǎng)的激發(fā)使材料發(fā)光的現(xiàn)象，又稱場(chǎng)致發(fā)光。這種發(fā)光材料稱為電致發(fā)光材料，或稱場(chǎng)致發(fā)光材料。共六十頁(yè)一.電致發(fā)光機(jī)理1.本征式場(chǎng)致發(fā)光 簡(jiǎn)單(jiǎndān)地說(shuō)，本征式場(chǎng)致發(fā)光就是用電場(chǎng)直接激勵(lì)電子，電場(chǎng)反向后電子與中心復(fù)合而發(fā)光的現(xiàn)象。2.注入式發(fā)光 注人式場(chǎng)致發(fā)光是由Ⅱ-Ⅳ族和Ⅲ-Ⅴ族化合物所制成的有p-n結(jié)的二極管，注人載流子，然后在正向電壓下，電子和空穴分別由n區(qū)和p區(qū)注人到結(jié)區(qū)并相互復(fù)合而發(fā)光的現(xiàn)象。又稱p-n結(jié)電致發(fā)光。共六十頁(yè)1、本征式電致發(fā)光本征式電致發(fā)光就是用電場(chǎng)直接激勵(lì)電子，電場(chǎng)反向后電子與中心(空穴)復(fù)合而發(fā)光的現(xiàn)象(xiànxiàng)。本征式電致發(fā)光以硫化鋅為代表，如圖9-4所示。

圖9－4高場(chǎng)交流(jiāoliú)電致發(fā)光的結(jié)構(gòu)

1－玻璃；2－透明電極；3－發(fā)光體；4－介質(zhì)；5－金屬電極共六十頁(yè)2、注入式電致發(fā)光

注入式電致發(fā)光是由Ⅱ-Ⅳ族和Ⅲ-Ⅴ族化合物所制成的有p-n結(jié)的二極管，注入載流子，然后在正向電壓下，電子和空穴(kōnɡxué)分別由n區(qū)和p區(qū)注入到結(jié)區(qū)并相互復(fù)合而發(fā)光的現(xiàn)象。又稱p-n結(jié)電致發(fā)光。p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體接觸時(shí)，在界面上形成p-n結(jié)。共六十頁(yè)由于電子(diànzǐ)和空穴的擴(kuò)散作用，在p-n結(jié)接觸面兩側(cè)形成空間電荷區(qū)，稱為耗盡層，形成了一個(gè)勢(shì)壘，阻礙電子和空穴的擴(kuò)散。如圖9-5(a)所示。圖9-5p-n結(jié)電致發(fā)光原理(yuánlǐ)

（a）熱平衡狀態(tài)；（b）加正偏壓時(shí)的狀態(tài)

共六十頁(yè)當(dāng)在p-n結(jié)施加正向電壓時(shí)，如圖9-5(b)所示，會(huì)使勢(shì)壘高度降低，耗盡層減薄，能量較大的電子和空穴分別注入到p區(qū)或n區(qū)，同p區(qū)的空穴和n區(qū)的電子復(fù)合，同時(shí)以光的形式輻射出多余的能量。輻射復(fù)合可以發(fā)生在導(dǎo)帶和滿帶之間，也可發(fā)生在雜質(zhì)能級(jí)上。二、電致發(fā)光材料的發(fā)光特性1、發(fā)光亮度在使用電致發(fā)光材料時(shí)，最主要的依據(jù)是發(fā)光亮度隨電壓的變化規(guī)律。電致發(fā)光的發(fā)光亮度隨電壓的增加而急劇增高(zēnggāo)，隨后趨于飽和。發(fā)光亮度L與外加電壓V的關(guān)系為共六十頁(yè)2、發(fā)光效率發(fā)光過(guò)程本身的量子效率被稱為內(nèi)量子效率，由此可知輻射復(fù)合是否能競(jìng)爭(zhēng)(jìngzhēng)過(guò)無(wú)輻射復(fù)合。內(nèi)量子效率等于輻射躍遷幾率與全部躍遷幾率之比。只有當(dāng)無(wú)輻射復(fù)合幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輻射復(fù)合幾率時(shí)，才能獲得有效的光子發(fā)射。共六十頁(yè)三、電致發(fā)光材料的種類①直流電壓激發(fā)的粉末(fěnmò)發(fā)光材料；②交流電壓激發(fā)的粉末發(fā)光材料；③薄膜型電致發(fā)光材料；④p-n結(jié)型電致發(fā)光材料；⑤高聚物電致發(fā)光材料。共六十頁(yè)四、電致發(fā)光材料的應(yīng)用電致發(fā)光材料主要用途是制造電致發(fā)光顯示器件。交流粉末電致發(fā)光顯示板除了作照明板使用外，主要用作大面積顯示。直流粉末電致發(fā)光顯示板可用來(lái)作數(shù)字顯示器、直流電致發(fā)光顯示電視（樣機(jī)）等。發(fā)光二極管用途較廣。它可以用于數(shù)字、文字顯示，如小型計(jì)算器、電子手表(diànzǐshǒubiǎo)、數(shù)字化儀表、記數(shù)器以及各種家用電器的顯示等。

共六十頁(yè)有機(jī)及聚合物電致發(fā)光材料現(xiàn)狀(xiànzhuàng)：（1）器件的穩(wěn)定性差；（2）器件的壽命太短；（3）發(fā)光效率較低，大部分電能轉(zhuǎn)換成為熱能；（4）聚合物電導(dǎo)率的最佳值還不清楚；（5）發(fā)光機(jī)理還未完全清楚。共六十頁(yè)射線致發(fā)光(fāɡuānɡ)材料可分為陰極射線致發(fā)光材料和放射線致發(fā)光材料兩種。陰極射線致發(fā)光是由電子束轟擊發(fā)光物質(zhì)而引起的發(fā)光現(xiàn)象。放射線致發(fā)光是由高能的α、β、X射線轟擊發(fā)光物質(zhì)而引起的發(fā)光現(xiàn)象。一、陰極射線致發(fā)光材料陰極射線致發(fā)光材料是指在陰極射線激發(fā)下能發(fā)光的材料，也稱為電子束激發(fā)發(fā)光材料。9.4射線致發(fā)光(fāɡuānɡ)材料

共六十頁(yè)1、陰極射線致發(fā)光材料的特征值陰極射線發(fā)光是在真空中從陰極出來(lái)的電子經(jīng)加速后轟擊熒光屏所發(fā)出的光。發(fā)光包括三個(gè)基本過(guò)程，即①電離；②電子和空穴的中介運(yùn)動(dòng)過(guò)程；③電子空穴對(duì)復(fù)合發(fā)光過(guò)程。（1）發(fā)光亮度圖9-6為發(fā)光亮度隨加速電壓的變化曲線。（2）發(fā)光效率（3）輻射光譜特性、余輝時(shí)間、顆粒尺寸、穩(wěn)定性、對(duì)屏玻璃(bōlí)的粘著性能、發(fā)光顏色和衰減等。共六十頁(yè)圖9－6發(fā)光亮度隨加速(jiāsù)電壓的變化曲線共六十頁(yè)2、陰極射線致發(fā)光材料的種類陰極射線致發(fā)光材料主要是熒光粉與激發(fā)劑組成的復(fù)合物質(zhì)，根據(jù)基質(zhì)材料不同分為(fēnwéi)以下幾種：（1）氧化物熒光粉：這類材料以氧化鋅為代表應(yīng)用較廣泛。（2）硫化物熒光粉：這類材料以硫化鋅和硫化鎘為代表，常以銀、銅作為激活劑。硫化物熒光粉的優(yōu)點(diǎn)是亮度高，改變激活劑的用量能夠改變發(fā)光顏色。（3）硅酸鹽熒光粉：這類材料以錳激活的正硅酸鋅為代表，優(yōu)點(diǎn)是具有高度的穩(wěn)定性，對(duì)雜質(zhì)的污染不敏感，能承受較大的過(guò)熱和電流。（4）鎢酸鹽熒光粉：最為典型的鎢酸鹽熒光粉是CaWO4:W。與硅酸鹽熒光粉一樣性能相當(dāng)穩(wěn)定。（5）稀土族熒光粉：這類材料的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)光效率高，耐電子和離子的轟擊性能好，近些年來(lái)發(fā)展較快。如Y2O3:Eu發(fā)紅光，Y2SiO5:Ce發(fā)綠光。共六十頁(yè)二、X射線致發(fā)光材料發(fā)光原理為：發(fā)光材料在X射線照射下發(fā)生康普頓效應(yīng)(xiàoyìng)和吸收X射線，均可產(chǎn)生高速的光電子。光電子經(jīng)過(guò)非彈性碰撞，產(chǎn)生第二、三代電子。這些電子可激發(fā)或離化發(fā)光中心，發(fā)出光來(lái)。因而，一個(gè)X射線的光子可以引起很多個(gè)發(fā)光光子。共六十頁(yè)

X射線發(fā)光材料在發(fā)光材料中使用較早而且其應(yīng)用量很大，它的主要應(yīng)用之一是制作X射線顯示屏。

X射線發(fā)光屏是利用發(fā)光材料使X光轉(zhuǎn)換為可見光，并顯示成像的屏幕。具體地說(shuō)用發(fā)光材料做成熒光屏及增感屏，顯示靜態(tài)及動(dòng)態(tài)圖像(túxiànɡ)。

X射線發(fā)光屏有三種應(yīng)用： ①用于X射線透視及照相； ②由X射線像增強(qiáng)器及電視組成的X射線顯示系統(tǒng)； ③X射線掃描及計(jì)算機(jī)配合組成斷層分析系統(tǒng)，也就是常說(shuō)的CT系統(tǒng)。共六十頁(yè)9.5等離子發(fā)光(fāɡuānɡ)材料