1.2.3 荧光粉的发光原理及跃迁理论

可以引起可见波长为380nm至780nm的电磁波，我们通常称之为光。电磁波还包括热辐射现象。热辐射带非常宽，它的峰值位置与辐射强度几本完全由加热体的所激发的温度决定。因此随着温度的升高，移动到蓝紫色部分的最大辐射峰值，即偏移到短波方向。 在高温钨丝灯的辐射下，白炽灯显现连续光谱，可见光仅占红外光谱发射外的一小部分。相反的， 荧光发光是不连续的光谱，一般可以通过将不同光谱段辐射出来的各类荧光混合物形成，多峰波形将一起显示在合成光谱上[17]。

由于原子和分子等颗粒的不规则的运动的原因，形成了热。由于组成晶体的原子不是保持固定在它们的平衡位置上不动的，反而是围绕着它们的平衡位置上下振动的。粒径，质量和振动都与 辐射光有紧密的关系，白炽钨丝灯的辐射分布如图1.2所示。 可以看出，在400〜2400nm区域只有一小部分的可见光。 因此，热辐射源的发光效率非常低，通常白炽灯泡只有5.75％的输入功率可转为可见光的，由于热传导和对流损耗了近19％，而 红外光辐射为75％，紫外线辐射是0.25％，所以最大的发光效率，白炽灯只有10 到13 lm / W。但是因为其便捷的使用方式，低廉的成本，简单的结构，靓丽的发光色泽等优点，仍然维持着宽泛的应用市场[18]。

 白炽钨丝灯的辐射分布

在能带图中，晶体存在由充满电子的负离子价带形成的满带，并且由未填充有电子的正价带组成的导带。导带与满带分离，中间是没有链子的空带（即禁带）。 能带之间的能量分布为非连续的，因为晶体能带分布的概念更为复杂，光谱不是连续的非平衡辐射。 相关电子数与光谱宽度有关；而峰的位置由相关电子的能级确定[19]。晶态磷光体的能带示意图和发光过程如图1.3所示。

掺杂到基质晶体中作为杂质的活化剂，可以替代基质晶格中的原始离子，并且还可以嵌入原始离子之间。 这些杂质的出现可能会干扰附近的离子，使能级发生变化，可以产生自己的能级，即所谓的地方能级，这些发光能级一般存在于禁带上[20]。

 晶态磷光体的能带示意图和发光过程

1.3 硼酸盐玻璃

以氧化硼为主要成分的玻璃。由于氧化硼含量较高、熔化温度低、熔化挥发量大,在成分设计时应考虑氧化硼挥发量的补偿。单组分的玻璃软化温度低(约450℃),化学稳定性差,热膨胀系数高(约150×10-7/℃),没有实用价值。

B2O3可以和很多氟化物与氧化物等形成多类玻璃，但是SiO2却做不到这点。因此，能够在广泛的范围内按需调节其性能，就像防辐射玻璃，电真空密封玻璃（超高的热膨胀系数），光学玻璃（特殊的低的色散、超高的折射率）等都能用硼酸盐玻璃制成[21]。文献综述

硼酸盐玻璃具有成熟的工艺，容易制备，低的熔制温度等特性。硼酸盐玻璃能由[BO3]和[BO4]中的1类或2类组成其结构单元。在玻璃中，[BO4]是以架状的方式组成骨架，相反的，[BO3]则以层状的方式组成骨架。因为B2O3的二种不同的组织结构，它的玻璃，往往会使玻璃的光学性能以及物化性能等产生极大值或极小值。在硼酸盐玻璃中加入SiO2与Al2O3后其性能将会得到极大的提高。因为此种玻璃的电光学性能优秀、热稳定性良好、化学性能稳定，热膨胀系数小，因此可作为功能玻璃非常好的基质材料[22]。

1.3.1 硼酸盐玻璃的结构

硼元素处于元素周期表的第二周期ⅢA 位置，其核外电子结构为1s22s22p1，化学性质比较活泼。在其氧化物中，B 外层三个电子均参与成键，与氧形成稳定的共价键结构。常温下，在B2O3玻璃中，硼原子的外层电子轨道以sp2 方式杂化，形成平面的三配位BO3三角形结构，两个三配位的BO3三角形结构，两个三配位的BO3结构单元共用一个氧，这样，多个BO3 结构单元彼此之间相互连接，形成复杂的结构。Raman 光谱、X-ray衍射的结果均显示，在B2O3玻璃中，基本结构单元为平面的BO3结构单元，整个B2O3玻璃的结构则是由平面BO3单元组成的无规则网络（Random Network）以及三硼环（boroxol B3O6 ring）等复杂的结构组成[23]。