Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science现代照明及发光技术周桂江 西安交通大学理学院Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science 自然界发光现象 白光的表征及产生 传统照明技术 有机电致发光照明技术主 要 内 容Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science自然界的发光现象 物质的燃烧有机物：无机物：石油 天然气 煤 .活泼金属与氧气发生 化学反应光和热能量Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science 热发光黑体辐射：振动能量正比于振幅的平方，温度升高使分子振动 加剧，部分能量达到可见光区域。Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science 化学发光是一种特异的化学反应，有机分子吸收化学能后发生 能级跃迁，产生一种高能级的电子激发态不稳定的中 间体，当其返回到基态而发出光子，即为化学发光。分类闪光型：时间很短零点几秒到几秒辉光型：时间长从几分钟到几十分钟，或几小时至更久。Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science光化学发光免疫测定是目前世界公认先进的标记免疫测定技术，化学发光免疫 分析技术具有高度的准确性和特异性，成为检验方法中最为重要的技术之一Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science 生物发光生物体内的化学反应将化学能转化为光能而发光的现象， 即生物发光。大部分生物发光都与三磷酸腺苷有关。是由 荧光素酶与荧光素的化学反应引起的。特点颜色范围宽，可从红光到深蓝光氧几乎是必需的条件生物发光的化学反应似乎都是酶-底物反应Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science典型的发光生物萤火虫琵琶鱼栉水母发光菌类腰鞭毛虫Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science 光致发光一些物质在光的照射下，物质当中的电子吸收光能后 （激发）跃迁到更高的能量状态（激发态），处于激 发态的电子不稳定有返回原来的稳定状态（基态）， 多余的能量以光的形式放出（发射），产生发光现象 叫光致发光光Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science典型的有机发光物质Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science典型的无机发光物质稀土化合物，其优点是吸收能力强，转换率高，色纯度高 目前, 常见的无机荧光材料是以碱土金属的硫化物（如 ZnS、CaS） 铝酸盐（SrAl2O4, CaAl2O4, BaAl2O4）等作为发光基质，以稀土镧 系元素铕(Eu) 、钐( Sm) 、铒(Er) 、钕(Nd)等作为激活剂和助激活剂 CaS:Eu 红，CaS:Ce 绿，SrS:Ce 蓝绿InGaN：蓝Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science 电致发光又可称电场发光，简称EL，是通过加在两电极的电压产生电场， 被电场激发的电子碰击发光中心，而引致电子解级的跃进、变化 、复合导致发光的一种物理现象。 它由背面电极层、绝缘层、发光层、 透明电极层和表面保护膜组成，利用 发光材料在电场作用下产生光的特性 ，将电能转换为光能。目前电致发光的研究方向主要为有机材料的应用 Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science光的表征及白光的产生 光的表征E = hc/表征一个光源的四个物理量：看起来亮吗？光度 什么颜色？色度被照明物体的颜色看起来真实吗？显色指数给人感觉是冷的还是暖和的？色温 光波和粒子二重性电磁波：速度 c=3108 m/s, c= nl 频率 n (Hz)， 波长 l (nm): 长波中波 短波微波远红外近红外可见 光紫外真空紫外622-700597-622577-597492-577455-492400-455(nm)Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science光度人对光亮度的视觉光度与功率的不同在于它是视觉响应。相关的量以光度学量表示 。归一化的明视觉灵敏度曲线实线，V(l)，据1924CIE和暗视 觉灵敏度曲线虚线，V(l)，据1951CIEXian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science色度定量表述色彩用称为三色值的数字表示颜色，基于多数色彩都可以用不超过3 种适当的原色，例如红 R，绿 G 和蓝 B来模仿的实验事实。 1931CIE标准配色 函数： 红x, 绿y, 蓝zXian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of ScienceCIE色度图 自然界中存在 的颜色，边界 为单色光Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science用几种基色配色 能够得到的色彩 范围 用两种基色，能够 得到色度图上两个 基色的色坐标连线 上的所有颜色；用 三种或三种以上基 色可以得到这些基 色连线形成的多边 形内的所有颜色。 多边形面积越大， 能再现的色彩就越 丰富。 Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science显色性 不发光物体的颜色：白光中一部分波长的光被物 体吸收不透明物体：反射透明物体：透射吸 收反射透射入射具有不同光谱而色坐标相同的光源称为同分异构光源。同分异构光源照明的物体可能产生不同的色觉。这种性 质称为显色性， 用一个物理量显色指数Ra来描述。Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science经过对光源测量、计算得到显色指数。如果光源的性质与黑体辐射一致，显色指数Ra=100, 色彩再现性最好；Ra越小(甚至为负值)，用它照明时 ，看到的物体色彩就越失真。用蓝光和黄光配色成为白光， 如果被照明物体是绿色或红色 的，在这个光源下，看起来就 会失真400500600700Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science高显色指数光的显色性Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science低显色指数光的显色性Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science色温 Tc以绝对温度K来表示,即将一标准黑体(如:铁)加热,温度升高到一定程度时颜色开始由深红-浅红-橙黄-白-蓝,逐渐改变,利用这种光色变化的特性,某光源与黑体的颜色相同时,我们将黑体当时的绝对温度称为该光源所发光之色温。色温越高，光色越偏蓝；色温越低，越偏红色 。一天中的光色随时间变化而变化。Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science10000 K 早晨的阳光（偏蓝的光）6000 K 中午的阳光5000 K 下午的阳光2000 K 黄昏的阳光（偏红的光）自 然 光Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science室内照明光Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science 白光的产生 白光的组成白光棱镜折射400 nm700 nmXian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science黑体辐射产生白光粒子振动产生的辐 射称为黑体辐射黑体辐射的光谱用上面的方法求 出色坐标不同色温T下黑体辐 射源色度点的轨迹Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science两互补色或三基色交叠，形成白色400 nm700 nm430 nm480 nm490 nm560 nm500 nm580 nm595 nm605 nm配色产生白光Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science蓝-黄互补光混合红-绿-蓝三基色光混合Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science满足照明要求白光的质量色坐标CIEx,y越接近 （0.33， 0.33）越好显色指数Ra大于80色温Tc在25006500K之间Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science传统照明技术Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science1. 照明的历史照明需要光，科学技术发展使产生光的方法越 来越方便，效率越来越高。但是，直到200多年前，照明技术发展极度缓慢，很多年、很多代 的人一辈子都看不到照明方法有什么变化。照明所用能源的进步50万年5万年 200年 100 年前木柴动植物或矿物油煤气或其他可燃性气体电Xian Jiaotong University理学院化学系Department of Chemistry, Faculty of Science直到19世纪初，燃烧产生火焰一直 是唯一的人造光。燃烧是氧化过程，放出热量，高温使微粒中C原子 热运动(振动)加剧。原子热运动的能量按照一定规律分 布, 与温度有关。温度足够高时，部分能量达到可见光 区域。我们祖先对光的认识明也。