發(fā)光材料與顯示技術(shù)課件：6 照明材料與器件簡介（第一章）

1、愛迪生愛迪生1879年制造的電燈泡年制造的電燈泡1采納了阿普頓的建議采納了阿普頓的建議 德國斯普林格抽氣機(jī)德國斯普林格抽氣機(jī) 2棉線碳化，作燈絲棉線碳化，作燈絲 3 45小時(shí)小時(shí)1879年年10月月21日日白熾燈的誕生日白熾燈的誕生日 Edmund GermerEdmund Germer一、熒光燈熒光燈的結(jié)構(gòu)示意圖熒光燈工作電路圖熒光燈的能量轉(zhuǎn)換 （1977年獲得美國重大技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)）年獲得美國重大技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)）發(fā)藍(lán)光發(fā)藍(lán)光 (峰值峰值450nm) 的銪激活的多鋁酸鋇的銪激活的多鋁酸鋇鎂鎂 (BaMg2Al16O27：Eu2+)發(fā)綠光發(fā)綠光 (峰值峰值543nm) 的鈰、鋱激活的多鋁的鈰、鋱激活的

2、多鋁酸鎂酸鎂 (MgAl11O19：Ce3+, Tb3+)發(fā)紅光發(fā)紅光 (峰值峰值611nm) 的銪激活的氧化釔的銪激活的氧化釔 (Y2O3：Eu3+)三種成分按一定比例混合，可以制三種成分按一定比例混合，可以制成成為為25006500K的的任意光色的熒任意光色的熒光燈光燈，達(dá)達(dá)80lm/w以上，平均顯色指以上，平均顯色指數(shù)達(dá)數(shù)達(dá)85。三、無電極熒光燈三、無電極熒光燈原理原理：將高頻電波能量通過一定的方式耦：將高頻電波能量通過一定的方式耦合進(jìn)充有少量惰性氣體和汞的球形玻璃管合進(jìn)充有少量惰性氣體和汞的球形玻璃管中，使管內(nèi)氣體放電，汞被激發(fā)產(chǎn)生中，使管內(nèi)氣體放電，汞被激發(fā)產(chǎn)生254nm紫外線，激發(fā)

3、管內(nèi)壁發(fā)光材料涂層，紫外線，激發(fā)管內(nèi)壁發(fā)光材料涂層，發(fā)出明亮的光。發(fā)出明亮的光。無電極熒光燈的特點(diǎn)無電極熒光燈的特點(diǎn)1 由于無電極，燈的壽命可達(dá)由于無電極，燈的壽命可達(dá)2-6萬小時(shí)；萬小時(shí)；2 目前光效可達(dá)目前光效可達(dá)65lm/W，是白熾燈的，是白熾燈的5倍；倍；3 使用的環(huán)境溫度寬（可在使用的環(huán)境溫度寬（可在-10正常工作），正常工作）， 直管熒光燈為直管熒光燈為5-40 ；4 形狀、體積比標(biāo)準(zhǔn)白熾燈略大，適于形狀、體積比標(biāo)準(zhǔn)白熾燈略大，適于70， 100W燈具；燈具；5 適于高處長時(shí)間照明處。適于高處長時(shí)間照明處。 燈的特性燈的特性白熾白熾 燈燈美國美國Intersource公司公司E燈燈

4、荷蘭菲利浦荷蘭菲利浦公司公司QL燈燈日本松下公日本松下公司無極燈司無極燈額定功率額定功率/W光通量光通量/lm光效光效/(lm/W)壽命壽命/h色溫色溫/K顯色指數(shù)顯色指數(shù)(Ra)功率因數(shù)功率因數(shù)工作頻率工作頻率/MHz燃點(diǎn)；位置燃點(diǎn)；位置熱啟動(dòng)時(shí)間熱啟動(dòng)時(shí)間/s100136013.61000270095約約1 任意任意瞬時(shí)瞬時(shí)25136054.42000027004000800.9513.56任意任意800.92.65任意任意800.913.56任意任意0.5美國，荷蘭，日本的無電極熒光燈同白熾燈的性能對比 壽命光效功率顯色指數(shù)宏源無極燈100000h7080Lm/W120W大于80廣西威爾

5、特60000h6070Lm/W85W大于80飛利浦QL100000h70Lm/W55、85、165W大于80松下Everlight40000h/927W/GEGenura10000h48Lm/W23W82歐司郎Endura60000h80Lm/W150W/國內(nèi)外無極燈產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)無電極熒光燈存在的問題無電極熒光燈存在的問題1 電磁污染問題電磁污染問題CISPR建議建議2.5-3.0MHz2 價(jià)格問題價(jià)格問題四、無汞熒光燈稀有氣體和汞的共振譜線稀有氣體和汞共振譜線/nmHeNeArKrXeHg59.1，58.474.4，73.6106.7，116.5123.6，116.5147.0，129

6、.6253.7，185.0平板型電介質(zhì)絕緣層稀有氣體熒光燈是最早的是最早的。低壓汞燈低壓汞燈中汞蒸氣壓極小，不足中汞蒸氣壓極小，不足133Pa；而而高壓汞燈高壓汞燈的汞蒸氣壓為低壓汞燈的數(shù)的汞蒸氣壓為低壓汞燈的數(shù)千倍，千倍，普通高壓汞燈的蒸氣壓普通高壓汞燈的蒸氣壓大約在大約在0.21MPa。主要產(chǎn)生主要產(chǎn)生254nm和和185nm，很微弱；很微弱；在在中，中，原子密度高原子密度高，原子間相原子間相互作用大，造成所謂壓力加寬、碰撞加寬等互作用大，造成所謂壓力加寬、碰撞加寬等現(xiàn)象，以致現(xiàn)象，以致404.9mn(紫紫)、435.8nm(藍(lán)藍(lán))、546.1nm(綠綠)、577.0579.Onm(黃黃)

7、等等。在在高壓汞燈的高壓汞燈的中，中，太少，僅占總可見輻射的太少，僅占總可見輻射的1，與，與日光中的日光中的紅光比例紅光比例(約約12)相差甚遠(yuǎn)。相差甚遠(yuǎn)。因此，因此，高壓汞燈的光色高壓汞燈的光色顯顯，顯色指顯色指數(shù)低數(shù)低，僅為，僅為25，被照物體，被照物體不能很好地呈現(xiàn)原不能很好地呈現(xiàn)原有的顏色有的顏色，不宜用于，不宜用于對照明要求對照明要求較高較高的場所。的場所。 五、高壓汞熒光燈高壓汞熒光燈的結(jié)構(gòu)圖自鎮(zhèn)流高壓汞熒光燈的結(jié)構(gòu)圖高壓汞熒光燈的能量轉(zhuǎn)換YVO4：Eu3+ ；Y(V, P)O4：Eu3+ ；Y2(V, B)2O8：Eu3+ ；(Y, Eu, Bi)(VO4)(BO3)(PO4)

8、六、金屬鹵化物燈金屬鹵化物燈的結(jié)構(gòu)圖四類金屬鹵化物組合四類金屬鹵化物組合NaITIIInI3組合（組合（Na的的589nm橙色譜橙色譜帶，帶，TI的的535nm綠色譜線和綠色譜線和In的的411，451nm藍(lán)色譜線，光效達(dá)藍(lán)色譜線，光效達(dá)80lm/W；ScI3NaI組合，組合， 光效達(dá)光效達(dá)90-130lm/W；DyI3 TIIInI3組合，光效達(dá)組合，光效達(dá)70-80lm/W；SnI2SnBr2組合，光效達(dá)組合，光效達(dá)50-60lm/W。金屬鹵化物燈的發(fā)射光譜金屬鹵化物燈的發(fā)射光譜金屬鹵金屬鹵化物燈化物燈電極電極損失損失/W非輻非輻射損射損失失/W光輻射光輻射/W紫外紫外380nm以下以下可

9、見光可見光380760nm紅外紅外7602600nmNaTlInScNa系系DyIn系系Sn系系363836401541421001481546241297136128929838104108金屬鹵化物燈（金屬鹵化物燈（400W）的能量轉(zhuǎn)換）的能量轉(zhuǎn)換 七、高壓鈉燈高壓鈉燈的結(jié)構(gòu)圖高壓鈉燈的結(jié)構(gòu)圖高壓鈉燈（高壓鈉燈（400W）的能量轉(zhuǎn)換）的能量轉(zhuǎn)換 光效已達(dá)光效已達(dá)120lm/W，壽命，壽命24000H。電極電極損失損失/W非非輻輻射射損損失失/W光輻射光輻射/W紫外紫外380nm以下以下可見光可見光380760nm紅外紅外7602600nm24176211880種種類類 激發(fā)源激發(fā)源 激發(fā)源

10、的激發(fā)源的波長及狀態(tài)波長及狀態(tài) 激發(fā)源內(nèi)激發(fā)源內(nèi)發(fā)光材料發(fā)光材料表面的輻表面的輻射強(qiáng)度射強(qiáng)度/(W/m/(W/m2)2) 發(fā)光材發(fā)光材料發(fā)光料發(fā)光所占比所占比例例/% /% 主要用主要用途途 熒熒光光燈燈 在低壓（在低壓（1.0Pa1.0Pa）的汞）的汞和和0.5kPa0.5kPa的稀有氣體的混的稀有氣體的混合氣體內(nèi)的電弧放電的陽合氣體內(nèi)的電弧放電的陽極區(qū)內(nèi)產(chǎn)生紫外輻射極區(qū)內(nèi)產(chǎn)生紫外輻射 強(qiáng)強(qiáng)254nm254nm線譜及線譜及185nm185nm線譜等相線譜等相對弱譜線對弱譜線 250250450 450 約約85 85 普通照普通照明用明用（室內(nèi)）（室內(nèi)） 高壓高壓汞熒汞熒光燈光燈 在高壓（約

11、在高壓（約300kPa300kPa）的汞）的汞和和2.54.0kPa2.54.0kPa氬氣的混合氬氣的混合氣體內(nèi)的電弧放電的陽極氣體內(nèi)的電弧放電的陽極區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的紫外輻射區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的紫外輻射297nm297nm，313nm313nm365nm365nm的線譜和的線譜和400nm400nm以后的幾以后的幾個(gè)可見連續(xù)譜個(gè)可見連續(xù)譜 600600900900約約20 20 普通照普通照明用明用（室外）（室外）金屬金屬鹵化鹵化物燈物燈 1 120kPa20kPa的金屬鹵化物和的金屬鹵化物和幾百幾百kPakPa的汞的混合氣體內(nèi)的汞的混合氣體內(nèi)電弧放電陽極區(qū)產(chǎn)生的紫電弧放電陽極區(qū)產(chǎn)生的紫外輻射外輻射 不同種類

12、的不同種類的 金金屬引起的線譜屬引起的線譜或連續(xù)譜或連續(xù)譜 2 2以下以下 普通照普通照明用明用（室內(nèi)，（室內(nèi)，外）外）種種類類激發(fā)源激發(fā)源 激發(fā)源的激發(fā)源的波長及狀態(tài)波長及狀態(tài) 激發(fā)源內(nèi)發(fā)光激發(fā)源內(nèi)發(fā)光材料表面的輻材料表面的輻射強(qiáng)度射強(qiáng)度/(W/m/(W/m2)2)發(fā)光材發(fā)光材料發(fā)光料發(fā)光所占比所占比例例/%/%主要用途主要用途 熒光熒光輝光輝光燈燈515kPa的的Xe或者是或者是Kr中中的輝光放電的負(fù)輝光中產(chǎn)的輝光放電的負(fù)輝光中產(chǎn)生的紫外輻射生的紫外輻射400nm之后之后的線譜系列的線譜系列102090以上以上顯示用顯示用熒光熒光信號(hào)信號(hào)管燈管燈低壓的汞和低壓的汞和0.3kPa的的Ar的的

13、混合氣體中的輝光放電的混合氣體中的輝光放電的陽極區(qū)產(chǎn)生的紫外輻射陽極區(qū)產(chǎn)生的紫外輻射254nm的線的線譜譜50100約約80廣告燈用廣告燈用冷陰冷陰極熒極熒光燈光燈低壓的汞和低壓的汞和0.3kPa的的Ar的的混合氣體或混合氣體或0.21.0kPa的的稀有氣體中的輝光放電陽稀有氣體中的輝光放電陽極區(qū)產(chǎn)生的紫外輻射極區(qū)產(chǎn)生的紫外輻射254nm的線的線譜或譜或400nm的線的線譜系列譜系列50150約約80液晶顯示液晶顯示（電視等）（電視等）的照明的照明無電無電極熒極熒光燈光燈通過高頻電波使低壓汞和通過高頻電波使低壓汞和Ar的混合氣體放電產(chǎn)生的的混合氣體放電產(chǎn)生的紫外輻射紫外輻射254nm的線的線譜

14、譜100200約約85普通照明普通照明用用發(fā)光材料的性能要求發(fā)光材料的性能要求1 發(fā)光材料能充分的吸收發(fā)光材料能充分的吸收254nm紫外線，并紫外線，并有效把其轉(zhuǎn)換為可見光；有效把其轉(zhuǎn)換為可見光；2 在在285-720nm范圍內(nèi)具有適宜的發(fā)光光譜；范圍內(nèi)具有適宜的發(fā)光光譜；3 具有良好的顆粒特性和分散性；具有良好的顆粒特性和分散性；4具有較高的耐熱溫度特性；具有較高的耐熱溫度特性；5具有一定的耐紫外輻照和離子轟擊的穩(wěn)定具有一定的耐紫外輻照和離子轟擊的穩(wěn)定性。性。熒光燈的紫外輻射和管內(nèi)徑的關(guān)系吸收能量后，經(jīng)過轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存，發(fā)射一定強(qiáng)度的可見光，雖然發(fā)光強(qiáng)度較弱，但持續(xù)時(shí)間長，且不需要另提供驅(qū)動(dòng)能源

15、，可以作為弱光源。l放射性發(fā)光材料l長時(shí)發(fā)光材料l鐳（226Ra）：粒子，射線和氡射線l氚（3H）：為純的粒子放射源，能量為0.018MeV，半衰期為12.6年，自有程為4.3mml钷（147Pm）：射線源，能量為0.229MeV，半衰期為2.65年l碳（14C）l對射線具有高度靈敏度的ZnS：Cu熒光體的制備l將3H載體或147Pm的鹽溶液包裹在熒光體表面，制成發(fā)光材料l將發(fā)光材料與耐紫外線的有機(jī)聚合物燈調(diào)配成涂料簡稱簡稱，又稱，又稱。它是一類。它是一類吸收太陽光或人工光源吸收太陽光或人工光源所產(chǎn)生的光所產(chǎn)生的光發(fā)出可見光，而且發(fā)出可見光，而且在激發(fā)停止后在激發(fā)停止后仍可仍可的物質(zhì)。的物質(zhì)。

16、不消耗電能不消耗電能，但能，但能把吸收的把吸收的天然光等儲(chǔ)存起來天然光等儲(chǔ)存起來，在較暗的環(huán)境中在較暗的環(huán)境中呈現(xiàn)出呈現(xiàn)出明亮可辨的明亮可辨的，具有，具有，可起到，可起到指示照明指示照明和和裝飾照明裝飾照明的作用，是一種的作用，是一種“綠色綠色”光源材料。光源材料。是研究和應(yīng)用是研究和應(yīng)用最早的發(fā)光最早的發(fā)光材料材料，有關(guān)它的研究已有，有關(guān)它的研究已有140多年的歷史。多年的歷史。常用的常用的主要是主要是和和熒光體。熒光體。最近一些年來，最近一些年來，稀土激活的稀土激活的和和成為成為長余輝材料的主體長余輝材料的主體，代表，代表了長余輝材料研究開發(fā)的發(fā)展趨勢。了長余輝材料研究開發(fā)的發(fā)展趨勢。 長

17、余輝材料的長余輝材料的發(fā)光發(fā)光顏色較為豐富顏色較為豐富，尤其是，尤其是是其他基是其他基質(zhì)長余輝材料尚無法實(shí)現(xiàn)的。質(zhì)長余輝材料尚無法實(shí)現(xiàn)的。 ZnS：Eu2+ ；SrS：Eu2+, Er3+ ；Ca1-xSrxS：Eu2+, Dy3+, Er3+ 稀土激活的堿土鋁酸鹽長余輝材料是指稀土激活的堿土鋁酸鹽長余輝材料是指以以為基質(zhì)，為基質(zhì)，等中重稀土的離等中重稀土的離子為子為的發(fā)光材料。的發(fā)光材料。稀土激活的堿土鋁酸鹽長余輝材料主要稀土激活的堿土鋁酸鹽長余輝材料主要有有SrAl2O4：Eu2+SrAl2O4：Eu2+ ， Dy3+Sr4Al14O25：Eu2+，Dy3+ CaAl2O4：Eu2+，Nd

18、3+等等。它們發(fā)射從它們發(fā)射從到到的光，峰值分的光，峰值分布在布在范圍，范圍，發(fā)光亮度高發(fā)光亮度高，余輝余輝時(shí)間長時(shí)間長，有文獻(xiàn)報(bào)道，樣品，有文獻(xiàn)報(bào)道，樣品在暗室中放置在暗室中放置50h后后仍可見清晰的發(fā)光。仍可見清晰的發(fā)光。在在中，研究最多、應(yīng)用最普中，研究最多、應(yīng)用最普遍的是遍的是SrAl2O4：Eu2+, Dy3+ 。由日亞公司開發(fā)的由日亞公司開發(fā)的Sr4Al14O25：Eu2+，Dy3+，其發(fā)射主峰在，其發(fā)射主峰在490nm，與人眼，與人眼暗視覺暗視覺峰值接近，具有目前峰值接近，具有目前最長的余輝時(shí)間最長的余輝時(shí)間，為，為SrAl2O4：Eu2+, Dy3+的的兩倍。兩倍。 Sr2Mg

19、Si2O7:Eu,Dy長時(shí)發(fā)光材料的激發(fā)光譜（a）和發(fā)射光譜（b)將長余輝材料制成將長余輝材料制成發(fā)光涂料發(fā)光涂料、發(fā)光油墨發(fā)光油墨、發(fā)光塑料發(fā)光塑料、發(fā)光纖維發(fā)光纖維、發(fā)光紙張發(fā)光紙張、發(fā)光玻發(fā)光玻璃璃、發(fā)光陶瓷發(fā)光陶瓷、發(fā)光搪瓷發(fā)光搪瓷和和發(fā)光混凝土發(fā)光混凝土可用于可用于安全應(yīng)急安全應(yīng)急、交通運(yùn)輸交通運(yùn)輸、建筑裝潢建筑裝潢、儀儀表表、電氣開關(guān)顯示電氣開關(guān)顯示以及以及日用消費(fèi)品裝飾日用消費(fèi)品裝飾等諸等諸多方面。多方面。長余輝材料及其制品用于長余輝材料及其制品用于，如，如消防安全設(shè)施消防安全設(shè)施、器材的標(biāo)志器材的標(biāo)志，救生救生器材標(biāo)志器材標(biāo)志、緊急疏散標(biāo)志緊急疏散標(biāo)志、應(yīng)急指示照明應(yīng)急指示照明

20、和和軍事設(shè)施軍事設(shè)施的隱蔽照明。的隱蔽照明。如日本將如日本將用于某些特殊場合的用于某些特殊場合的。據(jù)報(bào)道，在美國據(jù)報(bào)道，在美國“9.11”事件中事件中在人員疏散過程中在人員疏散過程中起了重要的作用。起了重要的作用。利用含利用含長余輝材料的纖維制造的發(fā)光織長余輝材料的纖維制造的發(fā)光織物物，可以制成，可以制成消防服消防服、救生衣救生衣等，用于緊急等，用于緊急情況。情況。 在在，長余輝材料用于，長余輝材料用于，如，如路標(biāo)路標(biāo)、護(hù)欄護(hù)欄、地鐵出口地鐵出口、臨時(shí)臨時(shí)防護(hù)線防護(hù)線等；等；在飛機(jī)、船舶、火車及汽車上涂以長余在飛機(jī)、船舶、火車及汽車上涂以長余輝標(biāo)志，輝標(biāo)志，目標(biāo)明顯目標(biāo)明顯，可，可減少意外事故

21、的發(fā)生減少意外事故的發(fā)生。美國利用美國利用，制成，制成夜間夜間在道路上執(zhí)勤人員在道路上執(zhí)勤人員的衣服。的衣服。長余輝材料用在長余輝材料用在方面，可以方面，可以室內(nèi)外環(huán)境室內(nèi)外環(huán)境，簡便醒目簡便醒目，節(jié)約節(jié)約電能電能。英國一家公司將英國一家公司將涂于樓道，涂于樓道，白晝儲(chǔ)光白晝儲(chǔ)光，夜間釋放光能夜間釋放光能，長期循環(huán)以，長期循環(huán)以。還可用于還可用于、夜間或黑暗環(huán)境、夜間或黑暗環(huán)境需要顯示部位的指示，如需要顯示部位的指示，如暗室座位號(hào)碼暗室座位號(hào)碼、電源開關(guān)顯示電源開關(guān)顯示。長余輝材料還可用于長余輝材料還可用于、的指示，的指示，如，如發(fā)光發(fā)光工藝品工藝品、發(fā)光玩具發(fā)光玩具、發(fā)光漁具發(fā)光漁具等。等。德國利用德國利用印刷印刷，在，在無照明的情況下仍然可以閱讀。無照明的情況下仍然可以閱讀。 所所涉及的應(yīng)用領(lǐng)域涉及的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣相當(dāng)廣泛，其泛，