发光材料与器讲义件基础第五章
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OLED-讲义PPT课件
Yellow: >30,000hrs (initial brightness ~100cd/m2, Sanyo Electric)
Blue: >8,000hrs (initial brightness ~100cd/m2, Idemutsu Kosan)
Red： >14,000hrs (initial brightness ~200cd/m2, Toray)
有机发光显示技术
•1基本概念 •2有机发光显示技术发展过程 •3有机发光材料 •4有机发光显示器件工艺技术 •5有机发光显示器件驱动技术 •6新型有机发光显示若干关键技术
彩色化，高分辨（隔离柱），寿命，器件效率（功耗） ITO薄膜技术，发光材料纯化技术，OLEDoS（微显示）， AMOLED（有源），FOLED（软屏），WOLED（白光）。
1 有机发光显示基本概念
显示技术背景
发光型
显示器
受光型
CRT(阴极射线管) PDP(等离子显示器) FED(场发射显示器) LED(发光二极管) OLED(有机发光显示器) VFD(真空荧光显示器)
LCD(液晶显示器) ECD(电致变色显示器)
平板显示器
1 有机发光显示基本概念
学科发展背景
有机电子学(Organic Electronics)：研究有机材料的电子过 程与有机材料光电子特性的科学。
尺寸：显示屏对角15.1英吋 驱动：低温多晶硅TFT有源驱动 点阵：1024×768（XGA ）
2.3 OLED 发展现状
2003年1月9 日,索尼展示了24 英寸有机发光显
示器 。
2.3 OLED 发展现状
中国大陆OLED发展状况
Visionox Technology
Blue: >8,000hrs (initial brightness ~100cd/m2, Idemutsu Kosan)
Red： >14,000hrs (initial brightness ~200cd/m2, Toray)
有机发光显示技术
•1基本概念 •2有机发光显示技术发展过程 •3有机发光材料 •4有机发光显示器件工艺技术 •5有机发光显示器件驱动技术 •6新型有机发光显示若干关键技术
彩色化，高分辨（隔离柱），寿命，器件效率（功耗） ITO薄膜技术，发光材料纯化技术，OLEDoS（微显示）， AMOLED（有源），FOLED（软屏），WOLED（白光）。
1 有机发光显示基本概念
显示技术背景
发光型
显示器
受光型
CRT(阴极射线管) PDP(等离子显示器) FED(场发射显示器) LED(发光二极管) OLED(有机发光显示器) VFD(真空荧光显示器)
LCD(液晶显示器) ECD(电致变色显示器)
平板显示器
1 有机发光显示基本概念
学科发展背景
有机电子学(Organic Electronics)：研究有机材料的电子过 程与有机材料光电子特性的科学。
尺寸：显示屏对角15.1英吋 驱动：低温多晶硅TFT有源驱动 点阵：1024×768（XGA ）
2.3 OLED 发展现状
2003年1月9 日,索尼展示了24 英寸有机发光显
示器 。
2.3 OLED 发展现状
中国大陆OLED发展状况
Visionox Technology
发光学与发光材料复习总结终极版-参考资料
第一章发光学与发光材料1、发光:当某种物质受到激发（射线、高能粒子、电子束、外电场等）后，物质将处于激发态，激发态的能量会通过光或热的形式释放出来。
如果这部分的能量是位于可见、紫外或是近红外的电磁辐射，此过程称之为发光过程。
2、单重态：一个分子中所有电子自旋都配对的电子状态三重态：有两个电子的自旋不配对而平行的状态3.振动弛豫：由于分子间的碰撞，激发态分子由同一电子能级中的较高振动能级转至较低振动能级的过程，其效率较高。
4.内转换：相同多重态的两个电子能级间，电子由高能级回到低能级的分子内过程。
5.系间窜越：激发态分子的电子自旋发生倒转而使分子的多重态发生变化的过程。
6.外转换：激发态分子与溶剂或其他溶质相互作用和能量转换而使荧光（或磷光）减弱甚至消失的过程。
7.荧光：受光激发的分子经振动驰豫、内转换、振动驰豫到达第一电子激发单重态的最低振动能级，以辐射的形式回到基态，发出荧光。
8.磷光：若第一激发单重态的分子通过系间窜跃到达第一激发三重态，再通过振动驰豫转至该激发的最低振动能级，然后以辐射的形式回到基态，发出的光线称为磷光。
9.光致发光：用光激发产生的发光叫做光致发光。
10.电致发光：用电场或电流激发产生的发光。
11.阴极射线发光：发光物质在电子束的激发下产生的发光。
荧光灯：是一种充有氩气的低气压汞蒸气的气体放电灯，在低压汞蒸气放电过程中会产生大量的波长为253.7mm的紫外线，以及少量波长为185nm的紫外线和可见光。
在灯管表面涂有荧光粉，可以将波长为253.7nm的紫外线转化为可见光。
11.激光器的基本结构包括三部分,即工作物质、激励能源和光学谐振腔。
12.等离子体：是指正负电荷共存，处于电中性的放电气体的状态。
14.晶体：有许多质点包括原子、离子、分子或原子群，在三维空间作有规则排列而成的固体物质。
单晶：整个晶格是连续的。
多晶：有大量小单晶颗粒组成的集体。
非晶：组成物质的原子或离子的排列不具有周期性。
发光材料及物理基础-3
• 1。在热运动下（热猝灭），满带电子 进入Cu中心，和Cu中心上的空穴复合， 而在满带留下了一个空穴。这一过程的 几率与能量W的大小有关，w为Cu中心 的能级到满带顶的距离。
• 2。空穴在满带扩散，到达Ni中心附近。 • Ni中心上的电子和满带空穴复合。 • 这样，使得原来Cu中心上的空穴消失了， 使Cu中心失去了和导带电子复合发光的 机会，而相反在Ni中心上出现了一个空 穴，使得它又具有了和其他离化的Cu中 心一起竞争复合导带电子的能力，而Ni 中心的这种复合过程往往是无辐射的。 • 因此，Cu中心的发光被Ni中心猝灭 了。又因为空穴的扩散长度可以很大， 所以只要极微量的猝灭剂就可以起到猝 灭作用。
• 激子的复合 • 激子是能量传递的媒介物。 • 通过声子散射、碰撞离化、缺陷散射和 场离化等途径，激子离解成一对自由电 子和空穴。 •
*作业
• 通过杂质中心复 合
• 掺入的杂质可分为两 类：一类是受主A， 是负电中心(靠近价 带)，相应于发光中 心能级；另一类是施 主D，是正电中心 （靠近导带），相应 于陷阱能级 • 考题：给出发光光谱 示意图
• 传递几率：
• （ 3） 籍助于载流子的能量运输 • 在所有的光导型、半导体及半绝缘体材 料中载流子的扩散、漂移现象是主要的 能量输运机构。
扩散：内驱力自主移动；
漂移：电场（外）作用；
• 空穴扩散造成了Cu和 Ni中心之间的能连传 递，当Cu中心的激发 能传递到Ni中心，由 于后者无辐射跃迁的 几率很大，因而削弱 了Cu中心的发光。
• 通过施主-受主对的复合 • D A对复合
第 六章 能量的传递和输运
• 发光过程分成三个阶段，即：激发、能 量传输和复合发光。 • “能量传递”是指某一激发的中心，把 激发能的全部或一部分转交给另一个中 心的过程。 • “能量输运”则是指籍助电子、空穴、 激子等的运动，把激发能从晶体的一部 分带到晶体的另一部分的过程。
发光材料及物理基础
a
按量子力学须解定态薛定格方程。
两点重要结论：
1.电子的能量是分立的能级; 2.电子的运动有隧道效应。
原子的外层电子(高能级)， 势垒穿透概率 较大， 电子可以在整个晶体中运动, 称为 共有化电子。
原子的内层电子与原子核结合较紧,一般 不是 共有化电子。
能带的宽度记作E ，数量级为 E～eV。 若N~1023,则能带中两能级的间距约10-23eV。 一般规律：
4. 光激发
激发光谱：发光的某一谱线或谱带4:Mn的激发谱
吸收谱与激发谱之间的关系
1. 激发引起发光 2. 吸收能量包括发光和无辐射 3. 吸收光谱包含激发光谱
5. 光发射 发光光谱（也称发射光谱）
发光的强度按发光波长或频率的分布
光谱的形状可以用高斯函数来表示，即： E=E0 exp [-(-0)2] (1 - 2) 其量相中密对是度能频相量率对，，值是E，正是E的在0是常频在数率峰。附值近频的率发0光时能的
Kλ随波长（或频率）的变化，叫做吸收光谱
x
I0
I
薄膜吸收示意图
3. 光反射
反射率Rλ随波长或频率的变化
测量条件：如果材料是一块单晶，经过适当的加工
（如切割、抛光等），利用分光光度计并考虑到发射 的损失，就可以测得吸收光谱。但是多数实用的发光 材料都是粉末状，是由微小的晶粒组成的。这对精确 测量吸收光谱造成很大困难。在得不到单晶的情况下 ，通常只能通过材料的反射光谱来估计它们对光的吸 收。
发光材料及物理基础
彭俊彪 教授 华南理工大学材料学院
第 一章 能带结构的形成
前言
物理学前言之一 材料的性质 大规模集成电路 半导体激光器 超导
人工微结构
从STM得到的硅晶体 表面的原子结构图
按量子力学须解定态薛定格方程。
两点重要结论：
1.电子的能量是分立的能级; 2.电子的运动有隧道效应。
原子的外层电子(高能级)， 势垒穿透概率 较大， 电子可以在整个晶体中运动, 称为 共有化电子。
原子的内层电子与原子核结合较紧,一般 不是 共有化电子。
能带的宽度记作E ，数量级为 E～eV。 若N~1023,则能带中两能级的间距约10-23eV。 一般规律：
4. 光激发
激发光谱：发光的某一谱线或谱带4:Mn的激发谱
吸收谱与激发谱之间的关系
1. 激发引起发光 2. 吸收能量包括发光和无辐射 3. 吸收光谱包含激发光谱
5. 光发射 发光光谱（也称发射光谱）
发光的强度按发光波长或频率的分布
光谱的形状可以用高斯函数来表示，即： E=E0 exp [-(-0)2] (1 - 2) 其量相中密对是度能频相量率对，，值是E，正是E的在0是常频在数率峰。附值近频的率发0光时能的
Kλ随波长（或频率）的变化，叫做吸收光谱
x
I0
I
薄膜吸收示意图
3. 光反射
反射率Rλ随波长或频率的变化
测量条件：如果材料是一块单晶，经过适当的加工
（如切割、抛光等），利用分光光度计并考虑到发射 的损失，就可以测得吸收光谱。但是多数实用的发光 材料都是粉末状，是由微小的晶粒组成的。这对精确 测量吸收光谱造成很大困难。在得不到单晶的情况下 ，通常只能通过材料的反射光谱来估计它们对光的吸 收。
发光材料及物理基础
彭俊彪 教授 华南理工大学材料学院
第 一章 能带结构的形成
前言
物理学前言之一 材料的性质 大规模集成电路 半导体激光器 超导
人工微结构
从STM得到的硅晶体 表面的原子结构图
发光材料：发光材料基本知识资料
?II ? VI族化合物发光材料： ZnS : Cu ?；CaS : Bi 3? ? ?III ? V族化合物发光材料： GaN
??氧化物发光材料： Y2O 3 : Eu 3?
?硫氧化物发光材料： ?
Y2O 2S :
Eu
3?
?铝酸盐发光材料： (Ce , Tb )MgAl 11O 19
?? 磷酸盐发光材料：
1.7 发 光 材 料 中 的 杂 质
猝灭剂（毒化剂）：损害发光性能、使发光亮度降低 的杂质。如，ZnS 中的Fe 2+、Co 2+、Ni2+ 等。
惰性杂质：对发光性能影响较小、不对发光亮度和颜 色起直接作用。如，碱金属、碱土金属、硅酸盐、硫酸盐 和卤素等。
同一杂质对不同的发光材料可以有完全不同的作用。 如，Cu 是硫化物荧光粉的激活剂，同时又是硅酸锌、硼 酸镉荧光粉的猝灭剂；又如，Ce是超短余辉材料的激活剂， 又是红光材料Y2O3:Eu 的猝灭剂。
余辉时间 >1s 100ms~1s 1~100ms 10μs~1ms 1~10μs <1μs
电视用荧光粉需要中短余辉，雷达用荧光粉需要长或 极长余辉，飞点扫描管中用的荧光粉需要超短余辉。
1.7 发 光 材 料 中 的 杂 质
按杂质作用性质的不同，可以把它们分为： 激活剂：对某种特定的化合物（激发光材料的 基质） 起激活作用，使原来不发光或发光很弱的材料产生发光。 如，掺入到ZnS中的Cu +、Ag+、Mn 2+。
1.5 上 转 换 发 光 和 级 联 发 射
反Stokes 发光（上转换发光 ）—— 发射光子的能量 大于激发光子的能量
反Stokes
发光 ??? 通通过过吸从收晶两格个振激 动发 取光 得子 能
发光材料的基础知识
作为基质化合物至少应具备如下基本条件：
1. 基质组成中阳离子应具有惰性气体元素电子构型，或具有闭壳层电子结构 2. 阳离子和阴离子都必须是光学透明的； 3. 晶体应具有确定的某种缺陷。
已用作基质的无机化合物主要有： 1. 氧化物及复合氧化物，如Y2O3，Gd2O3，Y3AI5O12(YAG)，SrTiO3等； 2. 含氧酸盐，如硼酸盐，铝酸盐，镓酸盐，硅酸盐，磷酸盐，钒酸盐，钼酸盐和 钨酸盐以及卤磷酸盐等。 3.稀土卤氧化物（如LaOCl，LaOBr），稀土硫氧化物（如Y2O2S，Gd2O2S）等
卤粉Ca5(PO4)3F:Sb3+, Mn2+
1.1.3发光材料
1 发光材料简介：
（1） 自然界中的发光材料 （2 ） 17世纪开始，发光现象称为实验科学的研究对象 （3 ） 1852年，光致发光第一个规律-Stocks定律提出 （4） 1867年，红宝石的光谱特性 （5） 1878年，阴极射线发光的研究 （6） 19世纪末20世纪初，X射线和核辐射的发现 （7） 1905年，爱因斯坦用光子的概念揭示Stocks规律的意义 （8 ）1913年，波尔提出原子结构的量子理论-发光学的理论基础 （9） X射线激发的CaWO4医用照相，寻找钨矿，以及其它类 发光材料在显示、照明等方面的广泛医用
生物发光(bioluminescence ) 声发光 (sonoluminescence ) 热释发光 (thermoluminescence ) 放射线发光 (radioluminescence )
1 光致发光
(1) 定义：用紫外线、可见光或红外线激发材料而产生的发光现象。
(2) 材料分类：荧光灯用发光材料、LED发光材料、PDP(Plasma Display Panel)用发光材料、长余辉发光材料和上转换发光材料。
1发光材料与器件基础.
为描述晶面族的全部特征, 只需其中一个晶面相对于基矢 的取向及该晶面族的面间距. 在晶格中任选一格点作为原 点, 以三个基矢为坐标轴, 并取基矢的长度为单位来建立 坐标系. 设某晶面在三个轴上的截距分别为r、s、t, 它 们的倒数连比可化为互质整数. 在固体物理学中用a1、a2 和a3表示基矢, 用h1、h2、h3表示这组互质整数, (h1h2h3) 称为晶面指数 .
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2018/10/8
电信系光电工程专业
1.2 晶向和晶面
2) 晶向和晶向指数
把一族晶列的共同方向称为晶向. 设想在晶体中任取 一格点作为原点, 以a1、a2和a3为轴建立坐标系, 每条 轴上均以一个周期为单位长度. 于是任一格点A的位矢 为
R l1a1 l2a2 l3a3
其中l1、l2、l3是有理数(整数或分数)。若l1、l2、l3不 是互质整数, 则可将它们化为互质整数，用以标志晶列 的方向，称为晶向指数。
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电信系光电工程专业
1.2 晶向和晶面
晶向指数代表一族(方向相同的)晶列, 而不只是一个特 定的晶列.因而晶列指数只与坐标系的方向有关, 而与坐 标原点的位置无关. 再下 图中，[001]晶向指AB、CD、 EF、GH等一族晶列的方向.
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2018/10/8
电信系光电工程专业
1）点缺陷的名称
1.
2. 3.
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无机非金属材料中最重要也是最基本的结构缺陷是点缺 陷。根据点缺陷相对于理想晶格位置的偏差状态，点缺 陷具有不同的名称： 填隙原子（或离子）：指原子（或离子）进入正常格点 位置之间的间隙位置，成为填隙原子（离子）； 空位：正常结点位置出现的原子或离子空缺； 杂质原子（离子）：晶体组分以外的原子进入晶格中， 即为杂质。杂质原子可以取代晶体中正常格点位置上的 原子（离子），称为置换原子（离子）；也可进入正常 格点位置之间的间隙位置 ，成为填隙的杂质原子（离 子）。
发光材料与器件基础-第五章
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2019/8/9
电信系光电工程专业
5.2.8、白光LED的开发
白色LED照明灯
地砖灯
手电筒
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2019/8/9
礼品灯
电信系光电工程专业
1938年 G.E. Inman 制成了直接用于照明的荧光灯，使用了 三种不同发光色的第一代荧光粉(1938-1948年)： 蓝（CaWO4）,绿（Zn2SiO4:Mn2+），红（CdB2O5:Mn2+） 1944年英国的A.H. Mckeay发明了照明使用的卤素荧光粉： 其中化学通式： M5X(PO4)3: Sb 3+,Mn2+；其中M为碱土 金属 离子，X为卤素， Sb3+ , Mn2+ 为激活剂。
1966年发明用的稀土荧光粉： 具有以下几个显著的优点。 1、窄带发射，发射能量可集中在特定的波长范围； 2、短紫外（185nm）辐射下稳定性好。 3、高温下能够维持较高的发射强度。
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2019/8/9
电信系光电工程专业
5.2 冷阴极荧光灯
冷阴极荧光灯（CCF） 是一种依靠冷阴极气体放电，激发荧光粉的光源。掺有少
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电信系光电工程专业
360°LED环型显示器
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电信系光电工程专业
工作原理
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电信系光电工程专业
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5.2.8、白光LED的开发
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5.2.8、白光LED的开发
对于一般照明，或显示器的背照光而言，人们更需要白 色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这种LED 是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。 GaN芯片发蓝光（λ=465nm，谱宽=30nm），高温 烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出 黄色光发射，峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形 反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200500nm。 LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另 一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。 现在，对于InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG荧光 粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温 3500-10000K的各色白光。
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What is LED? Light emitting diodes,
commonly called LEDs, are used for dozens of different applications and are found in all kinds of devices (digital clocks, remote controls, light up watches and tell turned on indicator). Television专业
5.1 荧光灯
荧光灯即低压汞灯，它是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而使 荧光粉发出可见光的原理发光，因此它属于低气压弧光放电光源。荧光灯内装有 两个灯丝。灯丝上涂有电子发射材料三元碳酸盐（碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙）， 俗称电子粉。在交流电压作用下，灯丝交替地作为阴极和阳极。灯管内壁涂有荧 光粉。管内充有400Pa-500Pa压力的氩气和少量的汞。通电后，液态汞蒸发成 压力为0.8 Pa的汞蒸气。在电场作用下，汞原子不断从原始状态被激发成激发态， 继而自发跃迁到基态，并辐射出波长253.7nm和185nm的紫外线(主峰值波长是 253.7nm，约占全部辐射能的70-80％；次峰值波长是185nm，约占全部辐射 能的10％)，以释放多余的能量。荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。荧 光粉不同，发出的光线也不同，这就是荧光灯可做成白色和各种彩色的缘由。由 于荧光灯所消耗的电能大部分用于产生紫外线，因此，荧光灯的发光效率远比白 炽灯和卤钨灯高，是目前最节能的电光源。 荧光灯管中是压力约为0.8Pa的汞蒸 汽，在电场作用下放电，在放电过程中，汞原子的价电子不断地从原始状态被激 发成激发态，同时又激发态自发的返回到基态，将价电子的为能转化为电磁辐射 能，并辐射初3.7nm的紫外线（另外还约有10%的85nm的短波紫外线）。屠夫 载波管内壁上的荧光粉吸收353.7nm的紫外线，把它转化为可见光。
用P-N结电致发光原理制成的发光二极管是在60年代末 得到迅速发展的。LED是注入式电致发光显示器件的典型。
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08.02.2021
电信系光电工程专业
P-N结发光原理
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08.02.2021
电信系光电工程专业
5.2.2 LED的伏安特性
I (mA)
120
开启电压与材料有关，对 100 于 GaAs 是 1.0V ； 80 GaAs1-xPx 、 Ga1- 60 xAlxAs 大 致 是 1.5V ； 发 红 光 的 GP 是 1.8V ， 发 绿 40 光的GaP是2.0V。反向击 20 穿电压一般在-5V以上。
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08.02.2021
电信系光电工程专业
5.3.1 P-N结发光原理
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电信系光电工程专业
5.3.1 P-N结发光原理
由于少数载流子在电场作用下能量增加，这些载流子在同 质结或异质结区的注入与复合而产生的发光叫做结型电致 发光（又称注入式电致发光）。概据这种发光现象制成的 发光器件称为结型电致发光显示器件。
额定工作电流根据灯管功率、灯管结构和电流密度而定。 额定启动电流是启动时预热灯丝的电流，它比额定工作电 流大。 在工作电流下，灯管上产生的电压降是荧光灯的管电压。
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5.1 荧光灯
荧光灯的接线图
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08.02.2021
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5.1 荧光灯
5.1.2 灯用荧光粉的发展
0 1.0
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08.02.2021
1.5
2.0
2.5
U (V)
电信系光电工程专业
5.2.3、亮度与电流关系
自发辐射情况下 由于存在非辐射复全以及隧道电流
在低电流密度下，m=1.3~1.5；在高电流 密度下，扩散电流起支配作用，m≈1。
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08.02.2021
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2.4、LED的驱动
1938年 G.E. Inman 制成了直接用于照明的荧光灯，使用了 三种不同发光色的第一代荧光粉(1938-1948年)： 蓝（CaWO4）,绿（Zn2SiO4:Mn2+），红（CdB2O5:Mn2+） 1944年英国的A.H. Mckeay发明了照明使用的卤素荧光粉： 其中化学通式： M5X(PO4)3: Sb 3+,Mn2+；其中M为碱土 金属 离子，X为卤素， Sb3+ , Mn2+ 为激活剂。
精品
发光材料与器件基础第五 章
第五章 各种照明器件
5.1 荧光灯
5.1.1 荧光灯的结构及原理
荧光灯属于放电光源，是靠低压汞蒸气放电，利用放电 过程中的电致发光和荧光质的光致发光，形成光源。 它的优点是：结构简单、制造容易、价格便宜并且发光 效率高、光色好、寿命长。常见的普通荧光灯是圆形截面 的直长玻璃管子。在管子两端各放一个电极。
1966年发明用的稀土荧光粉： 具有以下几个显著的优点。 1、窄带发射，发射能量可集中在特定的波长范围； 2、短紫外（185nm）辐射下稳定性好。 3、高温下能够维持较高的发射强度。
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08.02.2021
电信系光电工程专业
5.2 冷阴极荧光灯
冷阴极荧光灯（CCF） 是一种依靠冷阴极气体放电，激发荧光粉的光源。掺有少
3
08.02.2021
电信系光电工程专业
5.1 荧光灯
荧光灯的典型结构
图4.4 荧光灯管
1—灯头；2—灯脚；3—玻璃芯柱；4—灯丝（钨丝，电极）； 5—玻管（内壁涂覆荧光粉，管内充惰性气体）；6—汞（少量）
4
08.02.2021
电信系光电工程专业
5.1 荧光灯
（1） 荧光灯需要镇流器和启辉器才能正常工作。 （2） 荧光灯的电流分为额定工作电流和额定启动电流两项。
（2.4）
R L(U CC U F)/IF
量水银的衡薄蒸气在高电压下会产生电离，被电离的气体二 次电子发射，轰击水银蒸气，使水银蒸气被激发，发射出紫 外线，紫外线激发荧光粉发光。亮度大于150lm，其特点 是寿命达20000小时，功耗在1~4W，有U形、M形和直管 形。
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08.02.2021
电信系光电工程专业
5.2 半导体发光显示器件（LED）
commonly called LEDs, are used for dozens of different applications and are found in all kinds of devices (digital clocks, remote controls, light up watches and tell turned on indicator). Television专业
5.1 荧光灯
荧光灯即低压汞灯，它是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而使 荧光粉发出可见光的原理发光，因此它属于低气压弧光放电光源。荧光灯内装有 两个灯丝。灯丝上涂有电子发射材料三元碳酸盐（碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙）， 俗称电子粉。在交流电压作用下，灯丝交替地作为阴极和阳极。灯管内壁涂有荧 光粉。管内充有400Pa-500Pa压力的氩气和少量的汞。通电后，液态汞蒸发成 压力为0.8 Pa的汞蒸气。在电场作用下，汞原子不断从原始状态被激发成激发态， 继而自发跃迁到基态，并辐射出波长253.7nm和185nm的紫外线(主峰值波长是 253.7nm，约占全部辐射能的70-80％；次峰值波长是185nm，约占全部辐射 能的10％)，以释放多余的能量。荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。荧 光粉不同，发出的光线也不同，这就是荧光灯可做成白色和各种彩色的缘由。由 于荧光灯所消耗的电能大部分用于产生紫外线，因此，荧光灯的发光效率远比白 炽灯和卤钨灯高，是目前最节能的电光源。 荧光灯管中是压力约为0.8Pa的汞蒸 汽，在电场作用下放电，在放电过程中，汞原子的价电子不断地从原始状态被激 发成激发态，同时又激发态自发的返回到基态，将价电子的为能转化为电磁辐射 能，并辐射初3.7nm的紫外线（另外还约有10%的85nm的短波紫外线）。屠夫 载波管内壁上的荧光粉吸收353.7nm的紫外线，把它转化为可见光。
用P-N结电致发光原理制成的发光二极管是在60年代末 得到迅速发展的。LED是注入式电致发光显示器件的典型。
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P-N结发光原理
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5.2.2 LED的伏安特性
I (mA)
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开启电压与材料有关，对 100 于 GaAs 是 1.0V ； 80 GaAs1-xPx 、 Ga1- 60 xAlxAs 大 致 是 1.5V ； 发 红 光 的 GP 是 1.8V ， 发 绿 40 光的GaP是2.0V。反向击 20 穿电压一般在-5V以上。
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5.3.1 P-N结发光原理
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5.3.1 P-N结发光原理
由于少数载流子在电场作用下能量增加，这些载流子在同 质结或异质结区的注入与复合而产生的发光叫做结型电致 发光（又称注入式电致发光）。概据这种发光现象制成的 发光器件称为结型电致发光显示器件。
额定工作电流根据灯管功率、灯管结构和电流密度而定。 额定启动电流是启动时预热灯丝的电流，它比额定工作电 流大。 在工作电流下，灯管上产生的电压降是荧光灯的管电压。
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5.1 荧光灯
荧光灯的接线图
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5.1 荧光灯
5.1.2 灯用荧光粉的发展
0 1.0
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1.5
2.0
2.5
U (V)
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5.2.3、亮度与电流关系
自发辐射情况下 由于存在非辐射复全以及隧道电流
在低电流密度下，m=1.3~1.5；在高电流 密度下，扩散电流起支配作用，m≈1。
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2.4、LED的驱动
1938年 G.E. Inman 制成了直接用于照明的荧光灯，使用了 三种不同发光色的第一代荧光粉(1938-1948年)： 蓝（CaWO4）,绿（Zn2SiO4:Mn2+），红（CdB2O5:Mn2+） 1944年英国的A.H. Mckeay发明了照明使用的卤素荧光粉： 其中化学通式： M5X(PO4)3: Sb 3+,Mn2+；其中M为碱土 金属 离子，X为卤素， Sb3+ , Mn2+ 为激活剂。
精品
发光材料与器件基础第五 章
第五章 各种照明器件
5.1 荧光灯
5.1.1 荧光灯的结构及原理
荧光灯属于放电光源，是靠低压汞蒸气放电，利用放电 过程中的电致发光和荧光质的光致发光，形成光源。 它的优点是：结构简单、制造容易、价格便宜并且发光 效率高、光色好、寿命长。常见的普通荧光灯是圆形截面 的直长玻璃管子。在管子两端各放一个电极。
1966年发明用的稀土荧光粉： 具有以下几个显著的优点。 1、窄带发射，发射能量可集中在特定的波长范围； 2、短紫外（185nm）辐射下稳定性好。 3、高温下能够维持较高的发射强度。
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5.2 冷阴极荧光灯
冷阴极荧光灯（CCF） 是一种依靠冷阴极气体放电，激发荧光粉的光源。掺有少
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5.1 荧光灯
荧光灯的典型结构
图4.4 荧光灯管
1—灯头；2—灯脚；3—玻璃芯柱；4—灯丝（钨丝，电极）； 5—玻管（内壁涂覆荧光粉，管内充惰性气体）；6—汞（少量）
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5.1 荧光灯
（1） 荧光灯需要镇流器和启辉器才能正常工作。 （2） 荧光灯的电流分为额定工作电流和额定启动电流两项。
（2.4）
R L(U CC U F)/IF
量水银的衡薄蒸气在高电压下会产生电离，被电离的气体二 次电子发射，轰击水银蒸气，使水银蒸气被激发，发射出紫 外线，紫外线激发荧光粉发光。亮度大于150lm，其特点 是寿命达20000小时，功耗在1~4W，有U形、M形和直管 形。
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5.2 半导体发光显示器件（LED）