《发光原理》基本概念

发光与热辐射的区别：热辐射 ：任何高于0K的物体都会向外辐射能量2连续光谱（光强随波长的变化关系） 3随着温度的升高，辐射的总功率增大，辐射的光谱分布向短波方向移动 平衡辐射 ：效率低（白炽灯 10%，主要为红外辐射） 

发光 ：不需要将发光材料加热到高温（如日光灯、显像管等常温下就可产生光发射） 原因：电子在不同高能态上的分布偏离热平衡分布从这些高能态的跃迁而来的光就会比相应温度下同样波长的发射强很多需要以某种方式把能量交给物体使电子到一定高能态——激发过程 只是在少数中心进行，不会影响物体的温度 可以更有效地把外界提供的能量转化成我们所需要的可见光

发光所经历的主要物理过程：1激发过程：发光材料从外界吸收能量，将发光中心从基态激发到激发态 2辐射跃迁过程：发光中心从激发态跃迁回基态，多余的能量以光子的形式释放出来 3无辐射跃迁过程：发光中心从激发态跃迁回基态，多余的能量一声子的形式释放到晶格中，导致材料温度的升高 4能量传输过程：输入的激发能在基质与发光中心间、发光中心与发光中心间进行传递 

主要参数发射光谱激发光谱3种效率互换：1、激发光谱（发光材料特定波长的发光强度与激发光波长的关系。 ） 横坐标吸收光谱，纵坐标吸收强度2. 发射光谱 ：在一定激发源的激发下，发光材料的发光能量或发光强度按波长的分布 ，横坐标发射光谱，纵坐标相对强度。

发光效率：1发光效率反映了材料吸收激发能量后转变为光能的比例 2能量效率（功率效率） ：发光辐射能量与吸收能量之比 量子效率 ：辐射出的量子数与吸收的量子数之比 4流明效率 ：发射的光通量与吸收的能量之比

分立发光的衰减规律：发光衰减的规律是指数式的 ，只要始态能级相同，相应的发光就有相同的衰减时间                   余辉区间的定义：实用上将荧光粉的亮度下降到激发停止的瞬间亮度的10%所经历的时间称作余辉时间

发光的分类: 1机械发光——机械能（ZnS:Mn在振动时发光）2物理发光——物理能（进一步划分）3化学发光——化学能（荧光棒）4生物发光—— 生物化学能（萤火虫 5常用发光器件的发光类型：

玻尔假设： （1）定态假设 ：原子的能量状态是分立的，不连续的 可分别以E1、E2、E3、 …来表示 处于一定能量状态的原子是稳定的 即使电子绕原子核作加速运动也不发生电磁辐射 量子力学对此进行了解释                                     玻尔频率规则 ：当原子从一个定态跃迁到另一个定态时，原子发射或吸收电磁辐射所发射或吸收的电磁辐射的频率为

角动量量子化：电子绕原子核作圆周运动的角动量的值为 2氢原子: 基态时的电子轨道半径，称为玻尔半径(0.53A)基态能量（-13.6ev）结合，电离能。

能量简并：对于同一能量，可以对应有几个不同的波函数（简并） 氢原子的能量对量子数l和ml是简并的 单电子原子的势能只与r有关，与r-1成正比 多电子原子的能量不再对量子数l简并 对于同一个n值，有n2个波函数 即： 与主量子数n相应的能级是n2重简并的 

宇称：波函数的宇称就是波函数空间反演的对称性。即对坐标原点是否具有反演对称性 l是偶数——偶宇称 l是奇数——奇宇称 

跃迁选律：服从选择定则的跃迁称为允许跃迁，否则就称为禁戒的跃迁 电偶极跃迁选择定则    跃迁选择定则 

泡利原理：在多电子原子中，任何两个电子都不可能处在相同的量子态 原子的能量状态主要取决于L和S，通常用符号2S+1L来表示，称为光谱项 不同状态的能量不仅与量子数L和S有关，还与J有关 对给定的L和S，能量按J值为一系列的精细结构成分 若L>=S，J可能有2S+1个值，所以，为2S+1个精细成分 若L等价电子原子光谱项的快速算法 ：1给定一个nlN组态，则，l和N是已知的，由总电子数N可以求出此组态的总自旋量子数S，即S=N/2，N/2-1，N/2-2，…，0或1/2 在确定的S值中按自旋不同的状态确定不同自旋方向的电子数Nα，Nβ，再由Nα，Nβ分别计算出MαL,MAX和MβL,MAX，具体计算公式为：MαL,MAX=∑（l+1-K），（K=1，2，…， Nα） 由MαL,MAX和MβL,MAX确定Lα，Lβ的最大值，然后，再依据一定的规则确定Lα，Lβ的其它较小值 最后，再由Lα，Lβ按矢量和定则求出总轨道角动量量子数L 、

计算原则  依据S值由大到小分组求光谱项。每组根据S值确定Nα和Nβ数，再求出MαL,MAX和MβL,MAX，最后确定Lα和Lβ值。 

当    时或   时， MαL,MAX=0，则Lα=0；当   时或Nα=2l时， MαL,MAX= l ，则Lα=   l； 

当   时， 若MαL,MAX为奇数，则Lα取奇数数值组，Lα =MαL,MAX ， MαL,MAX -2， MαL,MAX -4， …，1  若MαL,MAX为偶数，则Lα取偶数数值组，最大的Lα =MαL,MAX ， MαL,MAX -2， MαL,MAX -4， …，0。另加一个各偶数的算术平均值。Lβ的取值规则同Lα 

6. 最大的S值组中L取Lα和Lβ按矢量和定则组合得到的数值，其余每组的L取Lα和Lβ组合得到的数值减去前一组L余下的值 

2，原子基态谱的确定：

S ：对—给定的组态，能量最低的原子态必定具有泡利不相容原理所允许的最大S值（S=N/2） 

L：具有最大L值的态能量最低L= J: 电子数小于等于半满时，J值最小的态能量最低（J=|L-S|） 

电子数大于半满时，J值最大的态能量最低（J=L+S）

三，洪特规则（能量高低规律）:确定同一组态的原子光谱项和光谱支项的能量高低顺序：1  Hund第一规则：同一组态中，S值越大能量越低；若S值相同，则L值越大能量越低  2  Hund第二规则：若S、L都相同时，电子数小于或等于半充满时，J值小能量低；电子数多于半充满时，J值大能量低。（此条规则常有例外）

四 跃迁选律  五光谱项写法（2s+1）L支项：2s+1LJ   原子的能量状态主要取决于L和S，通常用符号2S+1L来表示，称为光谱项  每一精细结构成分对应于一组L、 S、 J，通常用符号2S+1LJ来表示，称为光谱支项 

第5章 1）直接间谍带半导体：电子的共有化运动使能级变为能带   直接带半导体：价带顶与导带底位于k=0的位置  电子直接从价带跃迁到导带，k值不变   当k=0 的跃迁禁戒时     间接带半导体：价带顶和导带底的k值不同电子从价带跃迁到导带不仅能量发生变化，动量也发生变化声子参与——吸收或发射声子 

声子矢量

跃迁概率低

间接跃迁光吸收系数

吸收一个声子

发射一个声子

2）能量守恒：                        动量守恒

分立，复合发光中心的特点:分立：激发的电子可以不和晶格共有，对晶体的导电性没有贡献。复合？周围晶格离子对发光中心只起次要的、也就是微扰的作用   分类：1、分立发光中心——激发的电子不会离开发光中心  复合发光中心——激发的电子离开发光中心，进入导带

电子云膨胀效应：共价键越强，电子间的相互作用越弱，能量差越小，电子跃迁所需要的能量越低

晶体场（发光中心周围离子所产生的静电场，通常称为晶体场，简称为晶场）对发光的影响：能级劈裂，部分解除宇称禁戒选律 4f—4f跃迁：受迫电偶极跃迁 VJ=0 +2-2  +4-4，........  （J=0到J=0禁戒）  超灵敏受迫    VJ=0，+2-2，（J=0到J=0禁戒）光谱特点（线状）

CT ,F到D规律：电荷迁移带随氧化数增加向低能方向移动， f→d跃迁向高能方向移动 四价镧系离子的最低吸收带为CT，二价镧系离子的最低吸收带为f→d   f→d跃迁吸收带半高宽一般较窄，约1000cm-1，CT则一般约为2000cm-1。容易氧化成+4价的Ce3+，Pr3+，Tb3+的f→d跃迁和容易还原成+2价的Eu3+、Yb3+等离子的CTS跃迁吸收能量都低于40000cm-1，可以与4f能级发生作用导致f-f发射 但f→d跃迁和CT能级若低于4f能级，可以观察到从这些能级的跃迁发射 如Eu2+ 的4fn-15d1→4f7的宽带跃迁发射

多声子发射:当激发态和基态间的能量差∆E等于或小于4~5倍周围环境所能达到的最高振动频率νmax时，激发态的能量同时激发几个高能振动，无辐射地返回基态，进而降低辐射过程        多声子发射可以猝灭高能级的发射

能量传输的定义：能量传输=能量传递+能量输运 能量传递：某发光中心把激发能的全部或一部分转交给另一个中心的过程 两个中心间相互作用引起的一种跃迁，跃迁的结果是激发能由一个中心转移到另一个中心  能量输运：借助于电子或（和）空穴的运动，把激发能从基质晶格的一个中心输运到另一个中心的过程

那些现象与能量传输有关：几乎所有的发光材料中都发生着能量传输现象，敏化剂的敏化，猝灭剂的猝灭， 上转换发光，合作和组合发光，电致发光中载流子运动

能量传输的途径：1）再吸收：基质中的某一中心发光后，发射光波在基质晶格中传输时又被基质自身吸收的现象   光子承担输运能量的任务   输运距离可远可近，受温度影响较小   条件：激活剂的吸收光谱与敏化剂的发射光谱有较大的重叠

共振传递：处于激发态的发光中心通过电偶极子，电四偶极子、磁偶极子或交换作用等近场力的相互作用把激发能传递给另一个中心的过程   敏化剂S从激发态变为基态、激活剂A由基态变为激发态，两个中心能量变化值相等 温度对共振传递的影响较小    3)载流子传输 ：借助载流子漂移和扩散输运能量 电流或光电导特征 温度影响显著

激子能量传输 ：4S,A     S→A能量传递的概率与各参量间的关系  PSA与两个中心间的距离R的6次方成反比  S和A距离越近，能量传递的概率越大  PSA与S*态的实测寿命成反比，  S*态的实测寿命越长，越不容易将能量传递给A中心   PSA与S中心的发射效率ηS及A中心的吸收截面σA的乘积成正比   S的发射效率越高，A中心的吸收截面越大，传递概率越大  S中心的发射谱和A中心的吸收谱要有重叠，重叠越大传递概率越大    R0可看做S和A之间发射能量传递的临界距离

浓度猝灭：当激发能到达一个非辐射损失格位（如消光杂质）时，系统发光效率将被降低，这种现象称为浓度猝灭

交叉弛豫与多声子发射的比较：只有一部分激发能参与能量传递，则称之为交叉弛豫   结果：猝灭高能级的发射            与多声子发射比较  都能够猝灭高能级发射  多声子发射与晶格最高振动频率有关，与浓度无关 交叉弛豫取决于两中心间的作用，只有当发光中心浓度较高时才发挥作用

陷阱的作用：发光的衰减有赖于电子进入导带后的行为  陷阱在发光的驰豫过程中起非常重要的俘获电子  热骚动的作用下放出电子  可能同时存在多种陷阱  发光的衰减是多种衰减过程的总和

热释光（激发能来源）:升高温度时发光体释出的光叫热释光  其发光强度对温度的关系叫做热称光曲线  所得光和（总光能）叫做热释光和   低温下激发    荧光完全消失后，慢慢地升高温度   可以从峰的个数来判断有几种陷阱存在               光致释光(与光致发光的比较）：在长波光作用下释出的光叫做光致释光   所得光和叫做光释光和（闪光光和）。

荧光粉的制备方法：高温法：高温固相反应，喷雾热分解，燃烧法，微波辅助加热法。溶液法：沉淀法，水热法，溶胶-凝胶法，

工艺过程：为什么要提纯(杂质危害）：1一极少量杂质的存在可能有效地赋予或严重地影响材料的发光性能：在纯净的ZnS晶体中掺人0.01%(质量)的Ag+离子作为激活剂，可以使它在阴极射线激发下产生明亮的蓝色荧光， Ag+离子在晶格中形成了一些发光中心，但是如果在这种ZnS :  Ag+中含有0. 001%(质量)的Ni2+离子，则会完全猝灭这种蓝色荧光， Ni2+离子(或其他铁族元素离子，Fe2+、Co2+)在晶体的禁带中构成深的局域能级，成为自由电子和空穴的无辐射复合中心;或者发光中心吸收的激发能被转递给这些铁族元素离子。 这类有害于晶体发光的离子叫做猝灭物质(Killers )。

助溶剂的作用：利用低熔原材料做助溶剂，加入助溶剂降低反应温度，助溶剂提高结晶质量，提高发光效率，提供激活剂离子，助溶剂有利于晶粒

表面处理的作用：提高分散性，提高显示对比度，保护荧光粉，防止荧光粉劣化，

PVA-ADC系统的感光机理：单独的ADC没有感光固化作用。PVA虽有一定的感光作用,但很不显著，两者混合配制的胶膜才有显著的感光固化作用，整个光固化反应可以划分为ADC的光分解反应和高分子固化反应两个阶段