D发光及其应用2012

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1、发光学及其应用范希武发光学及应用国家重点实验室中科院长春光学精密机械与物理研究所一、光与发光1.1光1.2发光二、发光性质与发光分类2.1发光性质2.2发光分类三、发光机理3.1发光光谱与发光中心3.2发光弛豫与发光动力学3.3发光效率与能量转换和输运发光学及其应用四、发光应用4.1光源4.2显示与显像4.3与信息科学的交叉4.4与生命科学的交叉五、结束语目录1.1光光与人类的生产、生活联系十分紧密，光能引起人们的视觉，又是一种常见的自然现象。可见光是整个电磁波谱中的很少一部分。可见光谱范围380-780nm可

2、见光一、光与发光光谱色色环以混合不同色光而得到与混合前任一色光不同的颜色，称加法成色。从白光中去掉一部分色光后而形成颜色的方法，叫减法成色。光谱色一、光与发光发光作为一个专用名词，按历史发展的阶段可分为：早期—可称为经典发光，和近代—可称为近代发光●经典发光的定义：发光是被激发了的复杂粒子或由这些粒子组成的物质的本征的非平衡的辐射--“本征”用于区分发光与反射，折射和散射光--“非平衡”用于区分发光与温度辐射--“激发了的”和“复杂”用于区分发光与直接由电荷运动产生的辐射如契伦可夫效应等。●近代发光的含义：是将

3、原来发光的含义扩展到凝聚态物质的激发态过程即Luminescence–Excitedstateprocessesincondensedmatter1.2发光（luminescence）发光的发展历史●1921出现X射线荧光屏●1967出现真空荧光管●1925阴极射线荧光屏试生产●1977出现三基色荧光灯●1934汞灯生产●1985出现LCD●1940荧光灯生产●1990彩色等离子体显示屏●1951钙卤灯生产●1992铝酸盐长余辉发光材料●1953黑白电视机生产●1996出现场发射显示屏●1960彩色电视机生产●

4、1960出现半导体发光二极管一、光与发光二、发光性质与发光分类2.1发光性质主要性质：发光亮度，发光效率，发光光谱，发光寿命发光亮度表面亮度为沿法线方向，每单位面积上所产生的发光强度，其单位为熙堤(sd)=cd/cm2，或尼特(nt)=cd/m2。发光效率：有三种表示方法（1）能量（功率）效率[W(瓦)/W(瓦)]（2）光度（流明）效率[L(流明)/W(瓦)]（3）量子效率[nE(量子数)/nA(量子数)]二、发光性质与发光分类3.发光光谱发光光谱类似人的指纹，是一个发光材料独具的特征，通常也有三种情况：（1）

5、线谱Y2O2S:Eu分立中心发光（2）带谱ZnS:Cu复合发光（3）线谱和带谱的混合分立中心和复合发光的混杂二、发光性质与发光分类4.发光的衰减（1）分立中心的发光衰减单分子过程，指数式的I(t)=I0e-αt（2）复合中心的发光衰减双分子过程，幂函数式的I(t)=I0/(1+n0bt)22.2发光分类1.按激发方式分(1)光致发光(PL)：光激发而发光。(2)电致发光(EL)：电场激发而发光（LED、OLED）(3)阴极射线发光(CL)：电子束流激发而发光（CRT）(4)X射线发光：X射线辐照而发光(5)放射

6、性发光：放射线激发而发光2.按产生发光的起因分（1）物理发光（2）化学发光（3）生物发光二、发光性质与发光分类二、发光性质与发光分类3.按物质状态分（1）固体发光●无机物发光—绝缘体，半导体●有机物发光—有机小分子，聚合物（2）液体发光（3）气体发光4.按物质形态分（1）粉末发光材料（3）单晶发光材料（2）薄膜发光材料（4）纳米发光材料人们研制了数千种发光材料，但能批量生产应用的只有50余种三、发光机理3.1发光光谱与发光中心发光有本征发光和非本征（杂质或缺陷）发光，后者的发光中心可分为分立发光中心和复合发光中

7、心分立发光中心这类发光中心基本上是封闭的，杂质中心与基质的耦合作用较弱，光的发射来自中心内部跃迁，不伴随光电导，其发光光谱为该杂质的特征谱，如稀土离子Eu3+等，和过渡族金属离子Mn2+等Y2O2S:Eu发光光谱三、发光机理复合发光中心这类中心是开放的，杂质中心与基质晶格耦合作用强，吸收是在整个晶格中进行，复合发光中心是受杂质微扰的晶格，而不是杂质本身，能量靠晶格传递给复合发光中心的，所以其发光光谱不是该杂质的特征谱，如ZnS:Cu等。三、发光机理3.2发光弛豫与发光动力学●弛豫时间是发光现象的一个最重要的特征

8、，瓦维洛夫正是根据弛豫时间来区分发光与其它的辐射。●弛豫时间是一个过程，包括发光增长与发光衰减●这两个过程通常是复杂的，先介绍二种最理想情况1.分立中心的发光衰减--通常是单分子过程---只有辐射跃迁ADn=-Andtn=n0e-Atτ=1/A为弛豫时间即激发态寿命J=J0e-AtJ0=hυ·An0为指数式增长衰减An三、发光机理---既有辐射跃迁过程A还有无辐射跃迁BDn=-(A+B