【正文】 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 現(xiàn)代照明及發(fā)光技術(shù) 周桂江 西安交通大學(xué)理學(xué)院 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science ? 自然界發(fā)光現(xiàn)象 ? 白光的表征及產(chǎn)生 ? 傳統(tǒng)照明技術(shù) ? 有機(jī)電致發(fā)光照明技術(shù) 主 要 內(nèi) 容 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 自然界的發(fā)光現(xiàn)象 ? 物質(zhì)的燃燒 有機(jī)物： 無機(jī)物： 石油 天然氣 煤 …. 活潑金屬 與氧氣發(fā)生 化學(xué)反應(yīng) 光和熱 能量 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science ? 熱發(fā)光 黑體輻射 ：振動(dòng)能量正比于振幅的平方，溫度升高使分子振動(dòng) 加劇，部分能量達(dá)到可見光區(qū)域。 熱 振 動(dòng)熱 發(fā) 光紅 外 光可 見 光Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science ? 化學(xué)發(fā)光 是一種特異的 化學(xué)反應(yīng) ，有機(jī)分子 吸收化學(xué)能 后發(fā)生 能級(jí)躍遷，產(chǎn)生一種高能級(jí)的電子激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定的中 間體，當(dāng)其返回到基態(tài)而發(fā)出光子，即為 化學(xué)發(fā)光 。 分類 閃光型 ：時(shí)間很短零點(diǎn)幾秒到幾秒 輝光型 ：時(shí)間長從幾分鐘到幾十分鐘， 或幾小時(shí)至更久。 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science N N HO HO2N N HOON N HO O *N N HO O+光 化學(xué)發(fā)光免疫測定是目前世界公認(rèn)先進(jìn)的標(biāo)記免疫測定技術(shù)，化學(xué)發(fā)光免疫 分析技術(shù)具有高度的準(zhǔn)確性和特異性，成為檢驗(yàn)方法中最為重要的技術(shù)之一 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science ? 生物發(fā)光 生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)將 化學(xué)能 轉(zhuǎn)化為 光能 而發(fā)光的現(xiàn)象， 即生物發(fā)光。大部分生物發(fā)光都與 三磷酸腺苷 有關(guān)。是由 熒光素酶 與 熒光素 的化學(xué)反應(yīng)引起的。 特點(diǎn) 顏色范圍寬 ，可從紅光到深藍(lán)光 氧 幾乎是必需的條件 生物發(fā)光的化學(xué)反應(yīng)似乎都是 酶 底物反應(yīng) Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 典型的發(fā)光生物 螢火蟲 琵琶魚 櫛水母 發(fā)光菌類 腰鞭毛蟲 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science ? 光致發(fā)光 一些物質(zhì)在光的照射下，物質(zhì)當(dāng)中的電子吸收光能后 （ 激發(fā) ）躍遷到更高的能量狀態(tài)（ 激發(fā)態(tài) ），處于激 發(fā)態(tài)的電子不穩(wěn)定有返回原來的穩(wěn)定狀態(tài)（ 基態(tài) ）， 多余的能量以光的形式放出（ 發(fā)射 ），產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象 叫 光致發(fā)光 S 1S 0光 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 典型的有機(jī)發(fā)光物質(zhì) NNOONFFIr3N C C NN NnOOnXi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 典型的無機(jī)發(fā)光物質(zhì) 稀土化合物 ，其優(yōu)點(diǎn)是吸收能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換率高，色純度高 目前 , 常見的無機(jī)熒光材料是以堿土金屬的硫化物（如 ZnS、 CaS） 鋁酸鹽（ SrAl2O4, CaAl2O4, BaAl2O4）等作為發(fā)光基質(zhì)，以稀土鑭 系元素銪 (Eu) 、釤 ( Sm) 、鉺 (Er) 、釹 (Nd)等作為激活劑和助激活劑 CaS:Eu 紅 ， CaS:Ce 綠 ， SrS:Ce 藍(lán)綠 InGaN：藍(lán) Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science ? 電致發(fā)光 又可稱電場發(fā)光，簡稱 EL，是通過加在兩電極的電壓產(chǎn)生電場， 被電場激發(fā)的電子碰擊發(fā)光中心，而引致電子解級(jí)的躍進(jìn)、變化 、復(fù)合導(dǎo)致發(fā)光的一種物理現(xiàn)象。 它由 背面電極層 、 絕緣層 、 發(fā)光層 、 透明電極 層和 表面保護(hù)膜 組成，利用 發(fā)光材料在電場作用下產(chǎn)生光的特性 ，將電能轉(zhuǎn)換為光能。 目前電致發(fā)光的研究方向主要為 有機(jī)材料的應(yīng)用 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 光的表征及白光的產(chǎn)生 ? 光的表征 E = hc/λ 表征一個(gè)光源的四個(gè)物理量： 看起來亮嗎？ 光度 什么顏色？ 色度 被照明物體的顏色看起來真實(shí)嗎？ 顯色指數(shù) 給人感覺是冷的還是暖和的？ 色溫 光 ——波和粒子二重性 電磁波： 速度 c=3?108 m/s, c= nl 頻率 n (Hz)， 波長 l (nm): 長波 —— 中波 ——短波 —— 微波 —— 遠(yuǎn)紅外 —— 近紅外 —— 可見光 —— 紫外 —— 真空紫外 —— … 622700 597622 577597 492577 455492 400455 (nm) Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 光度 —— 人對光亮度的視覺 光度與功率的不同在于它是 視覺響應(yīng) 。 相關(guān)的量以光度學(xué)量表示 。 歸一化的明視覺靈敏度曲線 [實(shí)線 ， V(l)， 據(jù) 1924CIE]和暗視覺靈敏度曲線 [虛線 ， V’(l)， 據(jù) 1951CIE] Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 色度 —— 定量表述色彩 用稱為 三色值 的數(shù)字表示顏色，基于多數(shù)色彩都可以用不超過 3種適當(dāng)?shù)脑?，例如紅 [R]，綠 [G] 和藍(lán) [B]來模仿的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。 400 450 500 550 600 650 700 7500. 00. 51. 01. 52. 0 x ( l ) y ( l ) z ( l )Function ValueWa v el eng th (nm)1931CIE標(biāo)準(zhǔn) 配色函數(shù)： 紅 x, 綠 y, 藍(lán) z Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science CIE色度圖 自然界中存在的顏色，邊界為 單色光 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 用幾種基色配色能夠得到的色彩范圍 用兩種基色，能夠得到色度圖上兩個(gè)基色的色坐標(biāo)連線上的所有顏色；用三種或三種以上基色可以得到這些基色連線形成的多邊形內(nèi)的所有顏色。多邊形面積越大，能再現(xiàn)的色彩就越豐富。 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 顯色性 不發(fā)光物體的顏色： 白光中一部分波長的光被物體吸收 不透明物體：反射 透明物體：透射 吸 收 反射 透射 入射 具有不同光譜而色坐標(biāo)相同的光源稱為 同分異構(gòu) 光源 。同分異構(gòu)光源照明的物體可能產(chǎn)生不同的色覺。這種性質(zhì)稱為 顯色性 ， 用一個(gè)物理量 ——顯色指數(shù) Ra——來描述。 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 經(jīng)過對光源測量 、 計(jì)算得到顯色指數(shù) 。 如果光源的性質(zhì)與黑體輻射一致 ， 顯色指數(shù) Ra=100,色彩再現(xiàn)性最好； Ra越小 (甚至為負(fù)值 )， 用它照明時(shí) ，看到的物體色彩就越失真 。 用藍(lán)光和黃光配色成為白光 ，如果被照明物體是綠色或紅色的 ， 在這個(gè)光源下 ， 看起來就會(huì)失真 400 500 600 700 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 高顯色指數(shù)光的顯色性 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 低顯色指數(shù)光的顯色性 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 色溫 Tc 以絕對溫度 K來表示 ,即將一標(biāo)準(zhǔn)黑體 (如 :鐵 )加熱 ,溫度升高到一定程度時(shí)顏色開始由 深紅 淺紅 橙黃 白 藍(lán) ,逐漸改變 ,利用這種光色變化的特性 ,某光源與黑體的顏色相同時(shí) ,我們將黑體當(dāng)時(shí)的絕對溫度稱為該光源所發(fā)光之色溫。 色溫越高，光色越偏藍(lán)；色溫越低，越 偏 紅色。 一天中的光色隨時(shí)間變化而變化。 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 10000 K ? 早晨的陽光（偏藍(lán)的光） 6000 K ? 中 午的陽光 5000 K ? 下午的陽光 2022 K ? 黃昏的陽光（偏紅的光） 自 然 光 Xi’an Jiaotong University