光致發(fā)光材料

發(fā)光二極管( LED)是固體光源，具有節(jié)能、環(huán)保、全固體化、壽命長等優(yōu)點，是21世紀人類解決能源危機的重要途徑之一。白光LED以其省電（為白熾燈的1/8，熒光燈的1/2）、體積小、發(fā)熱量低、可低壓或低電流起動、壽命長（120000h以上）、響應快、抗震耐沖、可回收、無污染、可平面封裝、易開發(fā)成輕薄短小產品等優(yōu)點得到了迅猛的發(fā)展。白光LED廣泛應用于城市景觀照明、液晶顯示背光源、室內外普通照明等多種照明領域，被認為是替代白熾燈、熒光燈的新一代綠色照明光源。

1)獲取白光LED的方法

獲取白光LED的主要途徑有以下三種。①利用三基色原理和已能生產的紅、綠、藍三種超高亮度的LED，按光強1：2：0.38的比例混合而成白色。但由于LED器件光輸出會隨溫度升高而下降，不同的LED下降程度差別較大，結果造成混合白光的色差，限制了用三基色LED芯片組裝實現(xiàn)白光的應用。②藍色LED芯片與可被藍光有效激發(fā)的發(fā)黃光熒光粉結合，組成白光；這時LED用熒光粉吸收一部分藍光，受激發(fā)后發(fā)射黃光，發(fā)射的黃光與剩余的藍光混合，通過調控二者的強度比后，可以獲得各種色溫的白光。③采用發(fā)紫外光的LED芯片和可被紫外光有效激發(fā)而發(fā)射紅、綠、藍三基色的熒光粉，產生多色混合組成白光LED。此外，也可選用兩基色、四基色，甚至五基色熒光粉來獲得白光。

熒光粉性能的好壞直接影響白光LED的性能。制備白光發(fā)光二極管大多離不開稀土熒光粉，主要有黃色熒光粉和三基色熒光粉等。因此獲得化學性質穩(wěn)定和性能優(yōu)異的熒光粉是實現(xiàn)白光LED的關鍵。

2) LED用黃色熒光粉

藍色LED芯片和一種或多種能被藍光有效激發(fā)的熒光粉有機結合可組成白色LED。其中發(fā)展最成熟的是藍色LED與黃色熒光粉的組合，一部分藍光被熒光粉吸收后，激發(fā)熒光粉發(fā)射黃光，發(fā)射的黃光和剩余的藍光混合，調控它們的強度比，即可得到各種色溫的白光。這種方法驅動電路設計簡易、生產容易、耗電量低。

當今使用最多的是InGaN藍光LED，發(fā)射峰值450～480nm，采用藍光LED激發(fā)黃光熒光粉獲得白光。熒光粉使用的是三價鈰激活的稀土石榴石體系(YAG)熒光粉，它的吸收和激發(fā)光譜與InGaN芯片的藍色發(fā)光光譜匹配較佳，發(fā)射光譜覆蓋綠一黃（橙黃光）的光譜范圍，缺少紅色成分，色調偏冷，不能達到室內照明的要求。為解決這一問題，可以在YAG黃色熒光粉中摻入適量的紅色熒光粉。

上轉換發(fā)光材料是一種吸收低能光輻射，發(fā)射高能光輻射的發(fā)光材料。上轉移發(fā)光，是指兩個或兩個以上低能光子轉換成一個高能光子的現(xiàn)象。上轉換發(fā)光材料的發(fā)光機理是由于雙光子或多光子的耦合作用；其特點是所吸收的光子能量低于所發(fā)射的光子能量，這種現(xiàn)象違背斯托克斯(Stokes)定律，因此這類材料又稱為反斯托克斯發(fā)光材料。在一些文獻中上轉換發(fā)光材料特指將紅外光轉換成可見光的材料。

上轉換主要的應用領域有全固態(tài)緊湊型激光器件（紫、藍、綠區(qū)域）、上轉換熒光粉、三維立體顯示、紅外量子計數(shù)器、溫度探測器、生物分子的熒光探針、光學存儲材料等。自20世紀60年代發(fā)現(xiàn)上轉換發(fā)光材料以來，人們對上轉換發(fā)光進行了廣泛的研究。90年代后，隨著應用領域的拓寬，上轉換發(fā)光的研究又重新活躍起來；特別是納米微粒的上轉換發(fā)光的研究，引起了世界各國的高度重視。國內外研究方向主要集中在以氧化釔為發(fā)光基質材料，摻雜稀土金屬鐿、鉺等離子的納米微粒材料的制備方法以及其發(fā)光機制、發(fā)光效率改進等方面。

光的吸收和發(fā)射均發(fā)生在能級之間的躍遷過程中，都經歷激發(fā)態(tài)，而能量傳遞則是由于激發(fā)態(tài)運動。激發(fā)光輻射的能量可直接被發(fā)光中心（激活劑或雜質）吸收，也可能被發(fā)光材料的基質吸收。在第一種情況下，發(fā)光中心吸收能量向較高能級躍遷，隨后躍遷回到較低的能級或基態(tài)能級而產生發(fā)光。在第二種情況下，基質吸收光能，在基質中形成電子一空穴對，它們可能在晶體中運動，被束縛在發(fā)光中心上，發(fā)光是由于電子一空穴的復合而引起的。當發(fā)光中心離子處于基質的能帶中時，會形成一個局域能級，處在基質導帶和價帶之間，即位于基質的禁帶中。對于不同的基質結構，發(fā)光中心離子在禁帶中形成的局域能級的位置不同，從而在光激發(fā)下，會產生不同的躍遷，導致不同的發(fā)光色。光致發(fā)光材料分為熒光燈用發(fā)光材料、等離子體顯示平板( PDP)用發(fā)光材料、長余輝發(fā)光材料和上轉換發(fā)光材料。

長余輝發(fā)光材料是在自然光或人造光源照射下能夠存儲外界光輻照的能量，然后在某一溫度下（指室溫），緩慢地以可見光的形式釋放，是一種存儲能量的光致發(fā)光材料。長余輝發(fā)光材料稱做蓄光材料或夜光材料。長余輝發(fā)光材料在弱光顯示、照明、特殊環(huán)境（交通、航天、航海、印染、紡織、藝術品等）等方面有重要的應用。

稀土離子摻雜的堿土鋁（硅）酸鹽長余輝材料已進入實用階段。市場上可見的產品除了初級的熒光粉外，主要有夜光標牌、夜光油漆、夜光塑料、夜光膠帶、夜光陶瓷、夜光纖維等，主要用于暗環(huán)境下的弱光指示照明和工藝美術品等。長余輝材料的形態(tài)已從粉末擴展至玻璃、單晶、薄膜和玻璃陶瓷；對長余輝材料應用的要求也從弱光照明、指示等擴展到信息存儲、高能射線探測等領域。長余輝發(fā)光材料屬于電子俘獲材料，其發(fā)光現(xiàn)象是由材料中的陷阱能級所致。由于能級結構的復雜性以及受測試分析手段所限，長余輝材料的發(fā)光機理還沒有十分清晰、統(tǒng)一的理論模型。比較典型的理論模型有空穴模型、電子陷阱模型和位型坐標模型等三種，其中位型坐標模型是得到較多認可的。

無機光致發(fā)光材料，以無機材料作為發(fā)光基質的材料。包括氧化物熒光粉、鹵化物熒光粉、硅酸鹽熒光粉、磷酸鹽熒光粉、鹵磷酸鹽熒光粉、鋁酸鹽熒光粉、硼酸鹽熒光粉、鎢酸鹽熒光粉、釩酸鹽熒光粉、氮化物熒光粉等。

無機光致發(fā)光材料及應用編輯推薦

作者結合自己多年的科研成果，查閱大量國內外相關領域的研究性文獻和書籍，編著成本書。本書以晶體結構為基礎，結合發(fā)光材料的基本概念和測試方法、發(fā)光機理和發(fā)光過程，重點描述了光致發(fā)光材料在新型照明器件和等離子體平板顯示器上的應用，并對長余輝蓄能發(fā)光材料和上轉換發(fā)光材料進行了詳細描述，對新型的發(fā)光材料合成工藝也進行了歸納和總結。全書共分9章，第1章系統(tǒng)歸納了典型的晶體結構和稀土離子能級的基礎知識；第2章較全面地概括了發(fā)光材料的基本概念，并對典型表征手段進行了系統(tǒng)介紹；第3章概述了光致發(fā)光過程和影響發(fā)光性能的重要因素；第4章簡述了光致發(fā)光的基本機理；第5章介紹了無機發(fā)光材料的新型合成方法；第6章歸納了新型照明器件的基本結構特性和發(fā)展狀況；第7章從結構、驅動方法、材料組成和制備工藝等方面全面總結了發(fā)光材料在等離子體顯示器件中的應用；第8章和第9章分別敘述了長余輝和上轉換發(fā)光材料的基本材料組成、性能和應用領域。

無機光致發(fā)光材料及應用內容簡介

本書在闡明光致發(fā)光材料的基礎理論、基本概念、發(fā)光過程和發(fā)光機理的基礎上，系統(tǒng)地闡述了無機發(fā)光材料各種制備方法的基本原理和制備工藝；全面介紹了各類新型照明器材的結構，性能和制造工藝；重點敘述了PDP的工作原理、結構特征和制造工藝，并對長余輝發(fā)光材料、上轉換發(fā)光材料及其應用進行了較全面的闡述。

本書融無機光致發(fā)光材料的結構、制備工藝和性能及應用于一體，既有一定理論性，又密切結合發(fā)光材料與器件的生產實踐。本書可作為大專院校“材料科學與工程”專業(yè)教材或教學參考書，也可供從事發(fā)光材料與器件研發(fā)生產的工程技術人員和科研人員參考。