Fundamentals of Phosphors

Fundamentals of Phosphors......Page 4
The Editors......Page 10
Preface......Page 12
Contributors......Page 14
Contents......Page 16
1.1 Absorption and emission of light......Page 18
1.1.1.1 Optical constant and complex dielectric constant......Page 19
1.1.1.3 Reflectivity and transmissivity......Page 20
1.1.2.1 Classical harmonic oscillator model of optical centers......Page 21
1.1.2.2 Electronic transition in an atom......Page 22
1.1.2.3 Electric dipole transition probability......Page 23
1.1.2.4 Intensity of light emission and absorption......Page 24
1.1.2.5 Oscillator strength......Page 25
1.1.2.8 Selection rule......Page 26
Reference......Page 27
1.2.1 Outline of band theory......Page 28
1.2.2 Fundamental absorption, direct transition, and indirect transition......Page 35
1.2.3 Exciton......Page 39
References......Page 41
1.3.1 Classification of localized centers......Page 42
1.3.2.1 Description by a classical model......Page 43
1.3.2.2 Quantum mechanical description......Page 45
1.3.3 Spectral shapes......Page 47
1.3.3.1 Line broadening by time-dependent perturbation......Page 51
1.3.4 Nonradiative transitions......Page 53
References......Page 54
1.4.1 Impurities in semiconductors......Page 56
1.4.2 Luminescence of excitons bound to impurities......Page 57
1.4.4 Luminescence of donor-acceptor pairs......Page 60
1.4.5 Deep levels......Page 63
References......Page 66
1.5.1 Origin of luminescence in organic compounds......Page 68
1.5.2 Electronically excited states of organic molecules and their photoluminescence......Page 69
1.5.3 Fluorescence of organic molecules in a solid state......Page 71
1.5.5 Organic fluorescent and phosphorescence compounds with high quantum yields......Page 73
References......Page 76
1.6 Luminescence of low-dimensional systems......Page 78
References......Page 89
1.7.1 Decay of luminescence......Page 90
1.7.1.1 Decay of fluorescence......Page 91
1.7.1.2 Quasistable state and phosphorescence......Page 93
1.7.1.3 Traps and phosphorescence......Page 94
1.7.2 Thermoluminescence......Page 97
1.7.3 Photostimulation and photoquenching......Page 102
References......Page 104
1.8.1 Excitation energy transfer......Page 106
1.8.1.1 Theory of resonant energy transfer......Page 107
1.8.1.2 Diffusion of excitation......Page 111
1.8.1.3 Sensitization of luminescence......Page 112
1.8.1.4 Concentration quenching of luminescence......Page 113
1.8.2 Cooperative optical phenomena......Page 114
References......Page 117
1.9.2 Collision of primary electrons with solid surfaces......Page 118
1.9.3 Penetration of primary electrons into a solid......Page 120
1.9.4 Ionization processes......Page 122
1.9.6 Luminescence efficiency......Page 124
References......Page 125
1.10.1 Introduction......Page 128
1.10.2 Injection EL......Page 129
1.10.3 High-field EL......Page 130
1.10.3.1 Injection of carriers......Page 131
1.10.3.2 Electron energy distribution in high electric field......Page 135
1.10.3.3 Excitation mechanism of luminescence centers......Page 139
References......Page 144
1.11.1 Introduction......Page 146
1.11.2 Level position and phosphor performance......Page 147
1.11.3 The free (gaseous) lanthanide ions......Page 150
1.11.4 4f–5d energy differences of lanthanide ions in compounds......Page 151
1.11.6 Systematic variation in absolute level locations......Page 154
References......Page 159
2.1.1.1 Absorption spectra......Page 162
2.1.1.2 Structure of the A and C absorption bands......Page 166
2.1.1.3 Temperature dependence of the A, B, and C absorption bands......Page 168
2.1.2 s2-Type ion centers in practical phosphors......Page 169
References......Page 172
2.2.1 Crystal field theory......Page 174
2.2.1.1 The simplest case: 3d1 electron configuration......Page 175
2.2.1.2 The cases of more than one d electron......Page 178
2.2.1.3 Tanabe-Sugano diagrams......Page 180
2.2.1.5 Intensities of emission and absorption bands......Page 181
2.2.2.1 Nephelauxetic effect......Page 184
2.2.3 Cr3+ Phosphors (3d3)......Page 185
2.2.4 Mn4+ Phosphors (3d3)......Page 189
2.2.5.1 Crystal field......Page 190
2.2.5.2 Different Mn2+ sites in crystals......Page 192
2.2.5.3 UV absorption......Page 193
2.2.6 Fe3+ Phosphors (3d5)......Page 194
References......Page 195
2.3 Luminescence centers of rare-earth ions......Page 198
2.3.1 Electronic configuration......Page 199
2.3.2.1 4f Energy levels and relaxation......Page 200
2.3.2.2 4fn–1 5d1 states and charge-transfer states (CTS)......Page 205
2.3.2.4 Energy transfer......Page 206
2.3.3.1 Ce3+......Page 207
2.3.3.2 Pr3+......Page 208
2.3.3.6 Sm2+......Page 210
2.3.3.7 Eu3+......Page 211
2.3.3.8 Eu2+......Page 213
2.3.3.9 Gd3+......Page 214
2.3.3.10 Tb3+......Page 215
2.3.3.11 Dy3+......Page 216
2.3.3.14 Ho3+......Page 217
References......Page 218
2.4.1 Introduction......Page 222
2.4.2.2 Electronic structures of closed-shell molecular complex centers......Page 223
2.4.2.3 Luminescence centers of VO43– ion type......Page 224
2.4.2.4 Luminescence centers of MoO42– ion type......Page 225
2.4.2.5 Luminescence centers of WO42– ion type......Page 226
2.4.3.2 Luminescence spectra......Page 227
2.4.4 Platinum complex ion centers......Page 228
2.4.4.1 [Pt(CN)4]2– Complex ions......Page 229
2.4.4.2 Other platinum complex ions......Page 230
2.4.5.2 Perspective of other interesting centers......Page 231
References......Page 232
2.5.1 Introduction......Page 234
2.5.3 Color centers......Page 235
2.5.4 Luminescence centers of ns2-type ions......Page 236
References......Page 237
2.6.1 Introduction......Page 238
2.6.2.1 Crystal structures......Page 239
2.6.2.2 Band structures......Page 240
2.6.3 Overview of activators......Page 241
2.6.4.1 Storage and stimulation......Page 245
2.6.4.2 Cathode-ray tubes......Page 246
2.6.4.3 Electroluminescence (EL)......Page 247
2.6.5 Host excitation process of luminescence......Page 248
2.6.6.1 Sulfides......Page 249
References......Page 251
2.7.1 Introduction......Page 254
2.7.2.3 Band structure......Page 255
2.7.2.4 Exciton......Page 258
2.7.3 Luminescence of shallow donors and acceptors......Page 259
2.7.4.1 Luminescence of deep donors and acceptors......Page 261
2.7.4.2 Luminescence of transition metal ions......Page 275
2.7.5 ZnO Phosphors......Page 277
References......Page 278
2.8.1 MOVPE......Page 282
2.8.2 MBE......Page 283
2.8.3 n-Type doping......Page 284
2.8.5 ZnSe-based blue-green laser diodes......Page 285
2.8.6 ZnSe-based light-emitting diodes......Page 287
References......Page 288
2.9.1 General overview......Page 290
2.9.2.2 Isoelectronic traps......Page 293
2.9.2.3 Donor-acceptor pair emission......Page 295
2.9.2.4 Application for light-emitting diodes......Page 297
References......Page 298
2.10.1 Bandgap energy......Page 300
2.10.2 Crystal growth......Page 301
2.10.3 Characteristics of InGaAlP crystals grown by MOCVD......Page 302
2.10.4 Light-emitting devices......Page 305
References......Page 307
2.11.1 Compound semiconductors based on InP......Page 308
2.11.2 Determination of GaInAsP/InP solid compositions......Page 310
2.11.3 Crystal growth......Page 311
References......Page 312
2.12.1 Introduction......Page 316
2.12.3 p-Type GaN......Page 317
2.12.4 GaInN......Page 318
2.12.5 GaInN/AlGaN LED......Page 319
2.12.6 GaInN single-quantum well (SQW) LEDs......Page 320
2.12.7 GaInN multiquantum well (MQW) LDs......Page 324
References......Page 328
2.13.1 Polytypes......Page 330
2.13.3.1 Luminescence from excitons......Page 331
2.13.3.2 Luminescence from donor-acceptor pairs......Page 333
2.13.3.3 Other luminescence centers......Page 335
References......Page 336
2.14.1 Introduction......Page 338
2.14.2 Overview of oxynitride phosphors......Page 339
2.14.3.2 β-SiAlON:Eu2+......Page 340
2.14.3.3 MSi2O2N2:Eu2+ (M = Ca, Sr, Ba)......Page 341
2.14.3.5 M2Si5N8:Eu2+ (M = Ca, Sr, Ba)......Page 342
2.14.4 Applications of oxynitride phosphors......Page 344
References......Page 345