发光材料与显示技术课件：2 光学与色度学基本概念（第一章）.ppt

1、INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION(CIE)As its name implies, the International Commission on Illumination - abbreviated as CIE from its French title Commission Internationale de lEclairage - is an organization devoted to international cooperation and exchange of information among its member cou

2、ntries on all matters relating to the science and art of lighting. 图人眼的分辨力如 图图 视觉惰性1 1、物体色、物体色 物体对光的选择性吸收是物体呈色的主要原因。物体对光的选择性吸收是物体呈色的主要原因。 我们说我们说 花是红色的花是红色的 ，是因为它吸收了白色光中，是因为它吸收了白色光中400400500 nm500 nm的蓝色光和的蓝色光和500500600 nm600 nm的绿色光，仅仅反射了的绿色光，仅仅反射了600600700 nm700 nm的红色光。花本身没有色彩，光才是色彩的的红色光。花本身没有色彩，光才是色

3、彩的源泉。如果红色表面用绿光来照射，那么就呈现黑色，因源泉。如果红色表面用绿光来照射，那么就呈现黑色，因为绿光波长的辐射能被全部吸收了，它不包含可反射的红为绿光波长的辐射能被全部吸收了，它不包含可反射的红光波长。可见，物体在不同的光谱组成的光的照射下，会光波长。可见，物体在不同的光谱组成的光的照射下，会呈现出不同的色彩。只是由于它们对光谱中不同波长的光呈现出不同的色彩。只是由于它们对光谱中不同波长的光的选择性吸收，才决定了它的颜色。的选择性吸收，才决定了它的颜色。2、光源色对物体颜色的影响、光源色对物体颜色的影响光源所呈现的颜色为光源色。各种光源都有其特定的光谱能量分布，可以发出不同颜色的色光

4、。光源色是影响物体颜色的重要因素。光源色的变化，势必影响物体的颜色。表现在以下几个方面： 亮度的变化亮度的变化：例如白炽灯，亮度增大时，颜色趋向于白；亮度减弱时，颜色趋向于红。距离的变化距离的变化：光源与观察者距离的变化，会使光源色发生改变。如白炽灯光，随着距离的推远，其颜色由黄逐渐向橙、橙红、红色变化。 传播媒质的变化，环境色对物体颜色的影响：传播媒质的变化，环境色对物体颜色的影响：物体的基本颜色特征是固有色，但由于光源色与环境色的影响使物体表面的色彩丰富多变。在特定的光源与环境下物体呈现的颜色称为条件色。每一物体的颜色都是物体的固有色与条件色的综合体现。3. 视觉锐度视觉锐度 眼睛分辨景物

5、细节的能力。人眼对彩色分辨率低于对亮度分辨率，而且对不同颜色构成的彩图细节的分辨率也不同。 4亮度辨别力亮度辨别力 人眼在比较两个强弱不同亮度时，有较好的判断力，对亮度变化过 程敏感。对于不同亮度的背景，人能察觉到的最小亮度差别也不同。人 眼分辨亮度的能力与背景亮度有关，也即对比灵敏度不同。5. 空间频率响应空间频率响应 在人眼视力范围之内，对于图像上不同空间频率成分具有不同的灵 敏度。实验表明，人眼对中频响应较高，对高、低频的响应较低.6. 适应性及对比效应适应性及对比效应 人眼通过自身的适应性调节，摄取视觉空间的信息变化状态。 具体适应性规律表现在：明暗条件变化下的眼适应亮适应(即由暗到亮

6、 变化)时，几秒钟就能分辨出景象的明暗和颜色，其过程约在3分钟内达到稳定。图相加混色图1-8配色实验示意图波长为波长为700 nm，光通量为，光通量为1 lm的红光作为一个的红光作为一个红基色单位；红基色单位； 波长为波长为546.1 nm，光通量为，光通量为4.5907 lm的绿光作的绿光作为一个绿基色单位；为一个绿基色单位； 波长为波长为435.8 nm，光通量为，光通量为0.0601 lm的蓝光作的蓝光作为一个蓝基色单位。为一个蓝基色单位。 若混配时红、绿、蓝光都采用一个基色单位，若混配时红、绿、蓝光都采用一个基色单位，则可配得等能白光则可配得等能白光 ，即，即 E白白=1R + 1G

7、+ 1B 。此时此时E白白的光通量是三个基色光的光通量之和，即的光通量是三个基色光的光通量之和，即14.59070.06015.6508 lm。若三基色光同时增。若三基色光同时增大到原来的大到原来的K倍，则混配之后仍然得到倍，则混配之后仍然得到E白白，只不，只不过其光通量也增大到原来的过其光通量也增大到原来的K倍。倍。101410121010108106104102110-210-410-610-810-10 / m声频电磁振荡声频电磁振荡无线电波无线电波毫米波毫米波红外光红外光紫外光紫外光X射线射线 射线射线宇宙射线宇宙射线 /nm1 1064 1046 1031.5 10677062259

8、757749245539030020010极远极远远远中中近近红红橙橙黄黄绿绿蓝蓝紫紫近近远远极远极远可可见见光光 电磁辐射波谱电磁辐射波谱发光的自白发光的自白e-e-Ground statee-ExcitationEnergyEnergyLightChemicalreactionkineticenergyofmoleculeHeat适宜适宜的外界能的外界能量激发量激发光致光致发发光光 (Photoluminescence)(Photoluminescence) 电电致致发发光（光（Electroluminescence)Electroluminescence) 阴极射线发光阴极射线发光(Ca

9、thodeluminescence)(Cathodeluminescence) 射射线发线发光（光（Radioluminescence)Radioluminescence) 热释热释光（光（Thermoluminescence)Thermoluminescence) 化学发光化学发光(Chemical luninescence)(Chemical luninescence) 生物发光生物发光(Animal Luminescence)(Animal Luminescence)发光发光发光的分类发光物质的分类p 固体固体p 液体液体p 气体气体某一某一受到受到、或或的激发，会发生的激发，会发生能量

10、的吸收能量的吸收、存储存储、传递传递和和转换过程转换过程。如果如果转换为可见光区的转换为可见光区的，这个物理过程称为，这个物理过程称为固体的发光固体的发光。由由和和组成，在一些材组成，在一些材料中，还搀入其它料中，还搀入其它来来改善发光性能改善发光性能。：作为：作为材料主体材料主体的化合物；的化合物；：作为：作为发光中心发光中心的少量搀杂离子。的少量搀杂离子。固体硫化锌发光材料固体硫化锌发光材料 ZnS ZnS ：CuCu，ClCl1.1.ZnSZnS是基质是基质2.2.CuCu是激活剂是激活剂3.3.ClCl是协同激活剂是协同激活剂 激活剂原子作为杂质存在于基质的晶格中激活剂原子作为杂质存在

11、于基质的晶格中时，与半导体中的杂质一样，在禁带中产生局时，与半导体中的杂质一样，在禁带中产生局域能级（即杂质能级，见半导体）；固体发光域能级（即杂质能级，见半导体）；固体发光的两个基本过程激发与发光直接涉及这些局域的两个基本过程激发与发光直接涉及这些局域能级间的跃迁。能级间的跃迁。是一种宏观现象，但它和晶是一种宏观现象，但它和晶体内部的体内部的、等等微观性质和过程微观性质和过程密切相关。密切相关。 晶体中的能带有晶体中的能带有、。但是，但是，在实际晶体中在实际晶体中，可能存在，可能存在或或，局部地，局部地破坏了晶体内部的规破坏了晶体内部的规则排列则排列，从而产生一些，从而产生一些特殊的能级特殊

12、的能级，称为，称为。作为作为，往往有目的，往往有目的地地其它杂质离子其它杂质离子以以，它们对它们对晶体的发光晶体的发光起着关键作用。起着关键作用。是是的一种方式。的一种方式。晶体中电晶体中电子子的的和和。和和可能在可能在、和和中任意两个之间进行。中任意两个之间进行。和和发生的过程如下：发生的过程如下：与与之间；之间；与与之间；之间；与与之间；之间； 两个不同能量的两个不同能量的之间。之间。电子在电子在过程中，过程中，将所吸收将所吸收的能量释放出来的能量释放出来，转换成，转换成。取决于取决于电子跃迁前后电子跃迁前后所在所在。在在过程中，过程中，电子也可能将一电子也可能将一部分能量部分能量，这时，

13、这时小于跃迁前后小于跃迁前后电子所在电子所在。 固体固体示意图如下：示意图如下：其中，其中，M表示表示基质晶格基质晶格； A和和S为为搀杂离子搀杂离子；并假设并假设基质晶格基质晶格M的吸收的吸收不产生辐射不产生辐射。这时，这时，吸收激发能吸收激发能，使其，使其上升到激发态上升到激发态，它，它返回返回基态时基态时可能有以下三种途径：可能有以下三种途径：以热的形式以热的形式把激发能量把激发能量，称为，称为“”，也叫，也叫；以以释放激发能量释放激发能量，称，称 “发光发光” ；S将激发能传递给将激发能传递给A，即即S吸收的全部吸收的全部或部分激发能或部分激发能而释放出来，这而释放出来，这种现象称为种

14、现象称为“”，A称为称为，S通常被称为通常被称为。 固体吸收外界能量后很多情形是转变为热，并非固体吸收外界能量后很多情形是转变为热，并非在任何情况下都能发光，只有当固体中存在发光中心在任何情况下都能发光，只有当固体中存在发光中心时才能有效地发光。时才能有效地发光。发光中心发光中心通常是由杂质离子或晶通常是由杂质离子或晶格缺陷构成。发光中心吸收外界能量后从基态激发到格缺陷构成。发光中心吸收外界能量后从基态激发到激发态，当从激发态回到基态时就以发光形式释放出激发态，当从激发态回到基态时就以发光形式释放出能量。固体发光材料通常是以能量。固体发光材料通常是以纯物质纯物质作为主体，称为作为主体，称为基质

15、基质，再掺入少量杂质，以形成发光中心，这种，再掺入少量杂质，以形成发光中心，这种少量少量杂质称为激活剂杂质称为激活剂(发光发光)。激活剂是对基质起激活作用，。激活剂是对基质起激活作用，从而使原来不发光或发光很弱的基质材料产生较强发从而使原来不发光或发光很弱的基质材料产生较强发光的杂质。有时激活剂本身就是发光中心，有时激活光的杂质。有时激活剂本身就是发光中心，有时激活剂与周围离子或晶格缺陷组成发光中心。为提高发光剂与周围离子或晶格缺陷组成发光中心。为提高发光效率，还掺入别的杂质，称为效率，还掺入别的杂质，称为协同激活剂协同激活剂，它与激活，它与激活剂一起构成复杂的激活系统。剂一起构成复杂的激活系

16、统。 ：一连续波长的光通过某类物质后，剩余功率随发射波长变化的光谱，称此光谱为发射光谱。（Ab）：当发光物质被某波长的光（通常是紫外光）照射（或称为激发）时会产生荧光，该荧光经处理后得到一辐射功率随发射波长变化的光谱，称此光谱为发射光谱。（EM）(For PL devices, Just to find the best activator)：特定波长随激发波长变化的光谱，称为激发光谱。（EX）(For PL devices, Just to find the best Host.)单一波长和波谱宽度小于5nm的光称为单色光。单色光对应着光谱中一定的波长，所以又称为谱色光。含有两种或两种以上波长成分的光称为复合光，复合光使人眼产生混合色。由于它不能作为单色光出现在光谱上，所以又称为非谱色光。例如，白光就是一种复合光，自然界中最大的白光光源是太阳，太阳光的光谱是连续分布的，包含有380nm780nm范围内的所有波长成分。几种单色光混合在一起会形成复合光，如红、绿、蓝光按一定比例混合后会产生白光。同样，混合光也可以通过某种方式被分解成不同波长的单色光。