30
电致发光的物理过程
电致发光中，只有通过一定的电场分布，引起发光材料中载流 子的速度和能量分布发生变化，才能引起碰撞激发或离化发光中 心，然后复合发光。
(a). 在电场作用下，发光层与绝缘层界面能级处束缚的电子隧穿 发射至发光层； (b). 发光层中杂质和缺陷也电离，部分电子连同隧穿电子在电场 作用下被加速； (c). 当其能量增大到足够大时，碰撞激发发光中心，从而实现发 光； (d). 电子在穿过发光层后，被另一侧的界面俘获。
6
相关名词解释
光通量
光通量是指光源在单位时间内向周围空间辐射的能引起 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 的光效不同的缘故。比如：普通照明灯泡只有10 1m/W， 而金属卤素灯可以达到80 1m/W。
射线致发光材料
热致发光材料
等离子发光材料
13
光致发光材料
Photoluminescence
吸收光谱
光的吸收系数随波长或频率的变化关 系曲线，称为吸收光谱。
激发光谱
14
表示用不同波长的光激发材料时，使 材料发出某一波长光的效率。
发光过程
(1) 基质晶格或激活剂（或称发光中心）吸收激发能;
(2) 基质晶格将吸收的激发能传递给激活剂； (3) 被激活的激活剂发出一定波长的光而返回基态， 同时伴随有部分非发光跃迁，能量以热的形式散 发。
21
Tm：铥
吸收雪崩
该现象易发生在基态对激发光的吸收比 激发态弱，而且离子间相互作用强的体 系中。 由于基态吸收比较弱，开始时 激发态E1上的电子数不多，达 到E2上的电子也不多，上转换 发光较弱。
22
但处于激发态E2的离子和处于 基态G的另一个离子相互作用， 发生交叉弛豫，A离子E2上电 子跃迁到E1，同时B离子基态 的电子跃迁到E1，导致E1的电 子数增加了2个。此过程使E1 上的电子数目倍增，于是，从 E1跃迁到E2的电子数目也倍增， 上转换发光加强。
26
本征式电致发光
ITO
ITO：InSnO2，Indium Tin Oxide
ZnS:Cu,Cl或 (Zn,Cd)S:Cu,Br
27
本征式电致发光：利用电场直接激励电子，高能电子 与空穴复合而发光。电子的能量来自数量级为108V/m 的高电场，因此这种发光现象称为高场电致发光。
注入式电致发光
在低场下由电子－空穴对在pn结附近复合而产生的发光现 象。 由于电子和空穴的扩散作 用，在p-n结接触面两侧形 成空间电荷区（称为耗尽 层），形成一个势垒，阻 碍电子和空穴的进一步扩 散。 加上正向电压时，势垒高 度降低，耗尽层减薄，能 量较大的电子和空穴分别 注入到p区或n区，同p区的 空穴和n区的电子复合，同 时以光的形式辐射出多余 的能量。
上转换发光可以由激发态 吸收或连续能量传递产生。
20
例：
上转换发光的激
发过程：
第1个光子将电子激 发到3F2能级，由于 3F 、3F 、3H 相距很 2 3 4 近，电子很快弛豫到 3H 。在此，它可能 4 吸收第2个光子跃迁 至1D2；也可能跃迁 到基态或3F4发出红外 光。3F4上的电子吸收 第2个光子跃迁到1G4， 1G 上的电子吸收第3 4 个电子跃迁到3P1，然 后弛豫到1I6，再…
发光与激发方式无关
对应于不同的吸收的能量来源： 物理能、机械能、化学能、生物能等 相应地有： 物理发光、机械发光、化学发光、生物发光等。
2
材料的发光机理
分立中心发光
复合发光
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。
29
交流粉末电致发光器件结构：
Al ELECTRODE INSULATOR
绝缘层的作用： 1. 消除不希望有的漏电流 2. 在高电场下不会击穿 绝缘层使用高介电常数和 高介电强度的材料： Y2O3、Si3N4、Al2O3等。
PHOSPHOR (50-100μ m )
ITO ELECTRODE
PLASTIC SUBSTRATE
光致发光材料
发光材料在光（紫外光、红外光、可见光等） 照射下激发发光。 发光材料在电流作用下的激发发光，如 LED/OLED。 发光材料在电子束或其它射线束的轰击下的 激发发光。 又称热释发光，发光材料在热作用下的激 发发光。 发光材料在等离子体作用下的激发发光，如 稀有气体、汞、钠等。
电致发光材料
3. 发光持续时间特征
5
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%时所经历的时间为 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别。 极短余辉：余辉时间<1s的发光； 短余辉： 余辉时间1~10s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
28
高场电致发光分类
基于高场下的电致发光现象所制成的器件，根据发光物 质的形态和驱动电压波形可分为四类：
分辨率高、矩阵驱动 交流薄膜电致发光 寿命长（>20000h) 可实现彩色化及全色显示 交流驱动 液晶背光源 交流粉末电致发光 发光效率高（1－5lm/W） 寿命短（ 2500h） 直流薄膜电致发光——可靠性差 直流驱动 低压矩阵驱动 直流粉末电致发光 可实现彩色化
Pe

E kT
若温度T大，则P大，即导带中的电子数 目增多，复合的次数增多，发光增强。 陷阱中的电子数目是有限的，这些电子 耗尽了，即使继续升温，也没有可以参 与复合的电子，因此不再发光。 陷阱可有不同深度，使电子释放出来所 需的温度就有高有低。
19
上转换发光
如果一个激发光光子产生 一个发射光光子，发射光 子的能量必然不会大于激 发光光子的能量。 如果发光材料能够吸收两 个或多个光子而产生一个 光子，可能发射出波长短 的光，这种现象称为上转 换发光。
31
碰撞离化
电致发光的一种重要的激发机构。
在碰撞离化过程中电场的能量直接转变成晶体中电子的能 量，使得电子能量分布发生变化，处在导带中的电子在电 场加速下达到较高的能量状态，并与发光中心碰撞而离化， 即形成了激发态。当电子从这些能量较高的激发态再跃迁 回到原来能量较低的状态时，就可能产生各种辐射复合发 光。 在发光层中，过热电子碰撞激发发光中心的几率取决于发 光中心的横截面大小、发光中心的空间密度和电子达到碰 撞激发阈值能量的几率。器件的效率则取决于发光中心、 基质晶格和绝缘层的性质以及器件工作的方式。
18
热释发光
当激发发光体后，发光将逐渐衰减，直至发光消失。随后， 逐渐升高发光体的温度，有的发光材料又会逐渐发光，并逐 渐变强，在某一温度时达到最大值后又逐渐变弱，这种变化 随着温度的上升，可以重复几次，直到高温时发光才消失。 在材料的禁带中，存在着不同深度的陷 阱。在激发过程中，有的电子就掉进了 这些深度不同的陷阱。陷阱中的电子回 到导带的几率为：
上转换发光的另一种机制：逐次传递能量。
双掺杂体系：一种为能量的供体；一种为能量的受体
受体
供体
23
量子剪裁
一个高能量的紫外或真空紫外光子变成两 个能量较低的可见光光子的现象称为量子 剪裁，或称为量子劈裂或光子级连发射。
如（a）图，一个可 见光光子的产生以消 耗一个高能光子为代 价，即使量子效率接 近100%，能量效率 也比100%小很多。
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）。
3
复合发光
发光材料受激发时分离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。
10
色 温
色温是指光源发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 常情况下，阳光的色温为5600K左右，而演播室及演出用灯具的色温 都在3200K左右。（热光源）
15
A：激活剂
S：敏化剂（能强烈地吸收激发能，然 后将能量传递给激活剂）
16
（1）导带电子与俘获的空穴 复合
（2）俘获的电子与价带的空 穴复合
（3）激发能传给孤立中心， 发光跃迁在分立的中心内部 （4）导带中的电子直接与价 带中的空穴复合 （5）俘获的电子与俘获的空 穴复合
17
斯托克斯规则
发光波长总是大于激发波长。即发光的光子能量必 然小于激发光的光子能量。 用紫外线激发发光材料时，可得到可见光区域的各 种颜色的光。 用蓝光激发，只能得到红光、橙光，至多是绿光。 若周围环境的振动能比较高，而发光中心的激发态所 处的振动能级比较低，此时发光中心有可能得到一部 分振动能而升到比较高的激发态。从激发态到基态的 跃迁所伴随的发光的能量就比激发能量高，发光的波 长比激发光的波长短，称为反斯托克斯发光。 激光致冷就是利用反斯托克斯现象不断将物体的振动 能以光的形式发射出去，使物体温度降低。
7
照 度