《LED 基礎知識》PPT課件

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1、 基 礎 培 訓目 錄v 一 、 術 語 和 定 義v 二 、 led的 測 試v 三 、 光 學 基 本 知 識 一 、 術 語 和 定 義 1.1發(fā) 光 二 極 管 LED 除 半 導 體 激 光 器 外 ， 當 電 流 激 勵 時 能 發(fā) 射光 學 輻 射 的 半 導 體 二 極 管 。 嚴 格 地 講 ， 術 語LED應 該 僅 應 用 于 發(fā) 射 可 見 光 的 二 極 管 ； 發(fā)射 近 紅 外 輻 射 的 二 極 管 叫 紅 外 發(fā) 光 二 極 管（ IRED,Infrared Emitting Diode） ； 發(fā) 射 峰值 波 長 在 可 見 光 短 波 限 附 近 ， 由 部

2、 份 紫 外 輻射 的 二 極 管 稱 為 紫 外 發(fā) 光 二 極 管 ； 但 是 習 慣上 把 上 述 三 種 半 導 體 二 極 管 統(tǒng) 稱 為 發(fā) 光 二 極管 。 1.2光 軸 Optical axis 最 大 發(fā) 光 （ 或 輻 射 ） 強 度 方 向 中 心 線 。 1.3） 正 向 電 壓 VF Forward voltage 通 過 發(fā) 光 二 極 管 的 正 向 電 流 為 確 定 值 時 ，在 兩 極 間 產(chǎn) 生 的 電 壓 降 。1.4） 反 向 電 流 IR Reverse current 加 在 發(fā) 光 二 極 管 兩 端 的 反 向 電 壓 為 確 定 值 時 ，流

3、 過 發(fā) 光 二 極 管 的 電 流 。 v 1.5反 向 電 壓 VR Reverse voltage 被 測 LED器 件 通 過 的 反 向 電 流 為 確 定 值 時 ，在 兩 極 間 所 產(chǎn) 生 的 電 壓 降 。 v 1.6光 通 量 v Luminous flux 通 過 發(fā) 光 二 極 管 的 正 向 電 流 為 規(guī) 定 值 時 ， 器件 光 學 窗 口 發(fā) 射 的 光 通 量 。v 1.7輻 射 功 率 e Radiant power 通 過 發(fā) 光 二 極 管 的 正 向 電 流 為 規(guī) 定 值 時 ， 器件 光 學 窗 口 發(fā) 射 的 輻 射 功 率 。v 1.8發(fā) 光

4、（ 或 輻 射 ） 強 度 Iv Luminous（ or Radiant） intensity 光 源 在 單 位 立 體 角 內 發(fā) 射 的 光 （ 或 輻 射 ） 通量 ， 可 表 示 為 Iv =d/d。 1.9發(fā) 光 （ 或 輻 射 ） 強 度 Iv Luminous（ or Radiant） intensity 光 源 在 單 位 立 體 角 內 發(fā) 射 的 光 （ 或 輻 射 ） 通 量 ，可 表 示 為 Iv =d/d。1.10半 強 度 角 1/2 Half-intensity angle 在 發(fā) 光 （ 或 輻 射 ） 強 度 分 布 圖 形 中 ， 發(fā) 光 （ 或輻 射

5、） 強 度 大 于 最 大 強 度 一 半 構 成 的 角 度 （ 見 圖2） 。 1.11光 譜 特 性 1.11.1峰 值 發(fā) 射 波 長 p Peak-emission wavelength 光 譜 輻 射 功 率 最 大 的 波 長 。 1.11.2光 譜 輻 射 帶 寬 Spectral radiation bandwith 光 譜 輻 射 功 率 大 于 等 于 最 大 值 一 半 的 波 長 間 隔 。 二 、 led的 測 試 點 測 機 按 鍵 說 明v LOAD 使 Chuck到 Load的 位 置 方 便 上 下 晶 片v VACCUM 控 制 真 空v CENTER 由

6、 Load的 位 置 到 CCD位 置 ， 或 可 往 返 CCD與 點 測 中 心相 對 位 置v C.SET(Chuck set) CCD聚 焦 高 度 或 針 點 高 度v THETA + 位 置 轉 盤 調 整 Chuck角 度 使 晶 片 平 行v THETA + 2.PT 2點 定 一 直 線 ， 找 到 晶 片 一 切 割 道 設 A點 用 搖 桿 移動 晶 片 并 在 同 一 切 割 道 設 B 點 按 SET Chuck會 自 動 調 整 角 度v C.U/D(Chuck up and down) Chuck從 Base上 升 到 Contact位 置 使晶 片 與 針 接

7、觸v C.U/D + C.ADJ + 位 置 轉 盤 調 整 Chuck高 度 每 格 10um順 時 針 上升 逆 時 針 下 降 v START 開 始 測 試v CHECK 暫 停v ABORT 取 消v INDEX 步 進 三 、 光 學 基 本 知 識 一 、 光 是 什 么v 人 們 對 事 物 的 本 質 和 規(guī) 律 的 認 識 ， 都 是 從 認 識 其 現(xiàn) 象 開始 的 。首 先 人 們 認 識 到 光 是 一 種 自 然 現(xiàn) 象 ， 即 我 們 注 意 到 不 同物 體 有 不 同 顏 色 、 亮 度 。 人 眼 所 見 的 物 體 要 么 本 身 發(fā) 光 ，要 么 反 射

8、 來 自 其 它 地 方 的 光 。 除 此 之 外 ， 光 還 能 使 物體 發(fā) 熱 ， 即 光 具 有 能 量 。v 人 類 對 光 的 研 究 ， 最 初 主 要 是 試 圖 回 答 “ 人 怎 么 能 看 見周 圍 的 物 體 ？ ” 之 類 問 題 。 為 了 解 釋 這 些 現(xiàn) 象 ， 人 們 通過 大 量 觀 察 、 實 驗 來 證 實 自 己 的 推 測 ， 約 在 公 元 前 400多 年 (先 秦 時 代 )， 中 國 的 墨 經(jīng) 中 記 錄 了 世 界 上 最 早的 光 學 知 識 。 它 有 八 條 關 于 光 學 的 記 載 ， 敘 述 影 的 定 義和 生 成 ，

9、光 的 直 線 傳 播 性 和 針 孔 成 像 ， 并 且 以 嚴 謹 的 文字 討 論 了 在 平 面 鏡 、 凹 球 面 鏡 和 凸 球 面 鏡 物 和 像 的 關 系 . v 在 不 斷 積 累 的 基 礎 上 逐 漸 形 成 了 對 光 學 的 研 究 。 光 的 現(xiàn) 象 (投 影 ) 光 的 現(xiàn) 象 (小 孔 成 像 ) v光 學 的 基 本 概 念v 光 學 是 研 究 光 的 傳 播 以 及 它 和 物 質 相 互 作 用 問 題 的 學 科v 狹 義 來 說 ， 光 學 是 關 于 光 和 視 見 的 科 學 ， optics(光 學 )這個 詞 ， 早 期 只 用 于 跟 眼

10、 睛 和 視 見 相 聯(lián) 系 的 事 物 。 而 今 天 ，常 說 的 光 學 是 廣 義 的 ， 是 研 究 從 微 波 、 紅 外 線 、 可 見 光 、紫 外 線 直 到 X射 線 的 寬 廣 波 段 范 圍 內 的 ， 關 于 電 磁 輻 射 的發(fā) 生 、 傳 播 、 接 收 和 顯 示 ， 以 及 跟 物 質 相 互 作 用 的 科 學 。v 光 學 是 物 理 學 的 一 個 重 要 組 成 部 分 ， 也 是 與 其 他 應 用 技術 緊 密 相 關 的 學 科 。 任 何 一 門 物 理 學 科 ， 都 必 須 解 決 研 究對 象 的 兩 個 問 題 ： 是 什 么 ？ 怎

11、么 樣 ？v 研 究 光 的 本 質 ， 必 須 從 其 現(xiàn) 象 開 始 ， 而 其 現(xiàn) 象 ， 則 表 現(xiàn) 在光 與 不 同 材 質 、 不 同 尺 度 的 物 體 相 互 作 用 時 ， 表 現(xiàn) 出 不 同的 特 性 。 因 而 ， 在 不 同 的 研 究 階 段 ， 人 們 對 光 的 認 識 也 是不 同 的 。 光 學 發(fā) 展 的 歷 史v 光 學 是 一 門 有 悠 久 歷 史 的 學 科 ， 它 的 發(fā) 展 史 可 追 溯 到自 墨 經(jīng) 開 始 2000多 年 前 。v 公 元 11世 紀 阿 拉 伯 人 伊 本 海 賽 木 發(fā) 明 透 鏡 。v 17世 紀 上 半 葉 ， 斯

12、涅 耳 和 笛 卡 爾 將 光 的 反 射 和 折 射 的觀 察 結 果 ， 歸 結 為 今 天 大 家 所 慣 用 的 反 射 定 律 和 折 射定 律 。 v 1665年 ， 牛 頓 進 行 太 陽 光 的 實 驗 ， 它 把 太 陽 光 分 解 成各 種 顏 色 同 時 ， 根 據(jù) 光 的 直 線 傳 播 性 ， 他 認 為 光是 一 種 微 粒 流 。 微 粒 從 光 源 飛 出 來 ， 在 均 勻 媒 質 內 遵從 力 學 定 律 作 等 速 直 線 運 動 。 牛 頓 用 這 種 觀 點 對 折 射和 反 射 現(xiàn) 象 作 了 解 釋 。v 惠 更 斯 是 光 的 微 粒 說 的 反

13、 對 者 ， 他 創(chuàng) 立 了 光 的 波 動說 。 提 出 “ 光 同 聲 一 樣 ， 是 以 球 形 波 面 傳 播 的 ” 。 v 在 18世 紀 ， 光 的 微 粒 流 理 論 和 光 的 波 動 理 論 都 被 粗 略地 提 了 出 來 ， 但 都 不 很 完 整 。v 在 20世 紀 初 ， 人 們 一 方 面 從 光 的 干 涉 、 衍 射 、 偏 振 以及 運 動 物 體 的 光 學 現(xiàn) 象 確 證 了 光 是 電 磁 波 ； 而 另 一 方面 又 從 熱 輻 射 、 光 電 效 應 、 光 壓 以 及 光 的 化 學 作 用 等無 可 懷 疑 地 證 明 了 光 的 量 子 性

14、 微 粒 性 。 人 們 在 深入 入 研 究 微 觀 世 界 后 ， 才 認 識 到 光 具 有 波 粒 二 象 性 ，愛 因 斯 坦 是 其 中 的 代 表 性 人 物 。 光 的 本 質 和 特 性v 光 是 電 磁 波 中 的 可 見 光 部 分v 光 具 有 波 粒 二 象 性v 光 在 勻 質 物 體 中 沿 直 線 傳 播 ， 其振 動 方 向 與 傳 播 方 向 垂 直 ， 在 空氣 中 光 的 傳 播 速 度 約 為 30萬 公 里每 秒v 光 波 的 兩 個 相 鄰 波 峰 或 波 谷 間 的距 離 為 波 長 ， 其 單 位 是 納 米(1m=103mm=106um=10

15、9nm=1010埃 )v 可 見 光 波 長 范 圍 從 390nm的 紫 色光 到 770nm的 紅 色 光 電 磁 波 譜線 頻 率 v 與 波 長 l 的 關 系 : cv -真 空 中 的 光 速可 見 光 譜 光 具 有 波 粒 二 象 性光 的 反 射 與 折 射 (微 粒 性 )反射 折射 光 的 干 涉 與 衍 射 (波 動 性 )光 具 有 波 粒 二 象 性 v 波 動 性v 粒 子 性光 具 有 波 粒 二 象 性 光 學 研 究 分 類v 我 們 通 常 把 光 學 分 成 幾 何 光 學 、 物 理 光 學 、 量 子 光 學 及 現(xiàn)代 光 學 ： 一 、 幾 何 光

16、 學 ： 以 光 的 直 線 傳 播 規(guī) 律 為 基 礎 ， 主 要 研 究 各 種 成 像 光 學 儀 器 的 理 論 。二 、 物 理 光 學 ： 研 究 光 的 電 磁 理 論 和 傳 播 規(guī) 律 ， 特 別 是 干 涉 、 衍 射 、 偏 振 的 理 論 和 應 用 。 所 以 也 稱 為 波 動 光 學 。 三 、 量 子 光 學 ： 以 光 的 量 子 理 論 為 基 礎 ， 研 究 光 與 物 質 相 互 作 用 的 規(guī) 律 ， 如 光 電 效 應 的 研 究 。四 、 現(xiàn) 代 光 學 ： 以 激 光 問 世 為 標 志 ， 與 許 多 科 學 技 術 領 域 緊 密 結 合 ，

17、 派 生 了 許 多 新 的 分 支 學 科 。 v幾 何 光 學 的 基 本 定 律 1、 光 的 直 線 傳 播 定 律 、 光 的 反 射 定 律 、 光 的 折 射 定 律 4、 光 的 可 逆 性 幾何光學基本定律 1） . 光 的 直 線 傳 播 (rectilinear propagation)定 律 : 光 在 均 勻 媒 質 中 沿 直 線 傳 播 。 現(xiàn)象： (1) 投影(shadow); (2) 針孔成像(pinhole imaging) 幾 何 光 學 基 本 定 律2） 光 的 反 射 (reflection)定 律 定 律 ： 光 在 遇 到 物 體 時 會 反 射

18、 ,反射 角 等 于 入 射 角 . 應 用 舉 例 : 鏡 子 、 潛 望 鏡 反射定律的討論： q 反 射 角 只 決 定 于 入 射 角 ， 與 波 長 及 媒 質 無 關q 反 射 面 可 以 是 任 意 形 狀 ， 光 滑 或 粗 糙 ；q 反 射 的 應 用 -反 射 棱 鏡 ； 角錐棱鏡(Corner prism):反向作用 后 反 射 直 角 棱 鏡 光 線 進 入 棱鏡 ,依 次 經(jīng) 三直 角 面 反 射后 ,出 射 光 線與 入 射 光 線 反向 平 行X YZ 后 反 射 鏡 又 稱 四 面 直 角 體 ,空 間 一 定 范 圍 的 光 線 ,依 次 經(jīng) 三 個 相互 垂

19、 直 的 平 面 反 射 后 ,出 射 光 線 的 方 向 與 入 射 光 線 的 方 向 相 反 .這 種棱 鏡 在 激 光 諧 振 腔 中 可 以 代 替 高 反 射 介 質 鏡 ;在 激 光 測 距 中 把 它 當作 被 測 目 標 的 反 射 器 ,不 僅 減 少 能 量 損 失 ,而 且 減 少 了 瞄 準 調 整 的 困難 ;在 高 速 公 路 上 ,這 樣 的 四 面 體 常 用 來 作 “ 無 源 路 燈 ” . 五角棱鏡直角棱鏡：對著光看，反射后圖像上下方位對調 五脊棱鏡波羅棱鏡使像轉過900 借助光在棱鏡中的全反射，改變光進行的方向. 棱鏡被廣泛應用在各種光學儀器中和各種實

20、驗光路中.由于全反射時光能量能完全返回原介質,所以它比鍍鋁或鍍其他介質膜的反射鏡更優(yōu)越,后者的反射面上對光能量有一定的吸收. 90450組合波羅棱鏡，望遠鏡正像系統(tǒng),使像面旋轉1800 下頁上頁 Dove棱 鏡 -(圖 像 上 下 方 位 對 調 ) 3） 光 的 折 射 (refraction)定 律兩 種 媒 質 n1和 n2， 入 射 光 線 從 媒 質 1射 到 分 界 面 上 。 n1n 2 i1 i1i2入 射 面 ： 由 入 射 光 線 與 法 線 構 成 的 平 面 定 律 ： 1） 反 射 線 和 折 射 線 在 入 射 面 內 2） （ Snells law） ； 2211

21、 sinsin inin 折 射 .swf 幾何光學基本定律 折射定律的討論： 光密媒質（denser medium）-折射率大的媒質； 光疏媒質（rarer medium）-折射率小的媒質； 定義：（1）光從光疏進入光密時： 21 nn 2211 sinsin inin 21 ii 由n1n2i1 i2 (2)光從光密進入光疏時： 21 nn 21 ii n1n2i1 i2oi 902 時, 1211 sin nnii c - 臨界角（critical angle） 當i 1 臨界角ic時， 發(fā)生全內反射（total internal reflection） (3) 全反射的應用全反射棱鏡和

22、光纖（optical fiber） 21 nn n半徑包裹層 n1n2 棱鏡與色散（Dispersion） 介質的折射率: vcn 不同顏色（波長）的光在介質中的傳播速度v不同 因為不同波長光的折射率不同 色散一束白光入射時，不同波長的折射角不同折射定律的討論： 折 射 定 律 的 討 論 :棱鏡與色散（Dispersion） 折 射 定 律 的 討 論 : v 光 的 顏 色 1、 光 是 由 7種 顏 色的 波 組 成 的 光 的 顏 色 1、 人 眼 的 視 覺 解 析 （ 三 原 色 ）v 在 前 面 的 內 容 中 ， 我 們 已 經(jīng) 了 解 到 色 彩 其 實 是 由可 見 光 波

23、 波 長 和 頻 率 ， 而 人 的 眼 睛 之 所 以 對 色 彩有 反 應 ？ 通 過 醫(yī) 學 解 剖 發(fā) 現(xiàn) ， 人 的 眼 睛 視 網(wǎng) 膜 是由 兩 種 不 同 的 細 胞 所 組 成 ： 柱 狀 - ROD 細 胞負 責 感 光 ， 錐 狀 cone 細 胞 負 責 感 色 。 其中 錐 狀 細 胞 有 3種 不 同 受 體 ， 即 對 紅 色 （ R） 、 綠色 （ G） 和 藍 (B） 色 敏 感 。 后 來 ， 這 三 色 被 定 義為 三 原 色 。 v 光 的 顏 色 1、 人 眼 的 視 覺 解 析 （ 三 原 色 ） 視 網(wǎng) 膜 細 胞 結 構 v 光 的 顏 色 顏

24、色 的 表 示 方 法 （ 色 度 圖 ） 、 色 調 、 飽 和 度 、 明 亮 度 v 色 溫 的 概 念 ， 由 19世 級 英 國 物 理 學 家 威廉 湯 姆 遜 凱 爾 文 （ William Thomson Baron Kelvin 1824-1907） 制 定 ， 方 法 為 量測 一 黑 體 （ 如 低 溫 鐵 塊 ） 不 斷 升 溫 后 所 呈 現(xiàn)出 的 顏 色 。 此 一 概 念 的 想 法 是 熱 量 （ 能 量 ）以 光 的 形 式 釋 放 出 來 時 ， 不 同 溫 度 高 低將 形 成 不 同 的 顏 色 。 凱 氏 經(jīng) 過 不 斷 的 實 驗 發(fā)現(xiàn) ， 光 源

25、顏 色 確 實 與 該 黑 體 所 受 之 溫 度 是 對應 的 ， 因 此 色 溫 亦 以 凱 爾 文 (K)為 單 位 表 示絕 對 溫 度 高 低 。 例 子 :在 打 鐵 的 過 程 中 ， 黑 色 的 鐵 在 火 爐 中逐 漸 變 成 紅 色 ， 或 者 火 焰 隨 著 溫 度 升 高 而 變成 青 藍 色 （ 此 所 謂 ： 爐 火 純 青 ） 。 色 溫的 應 用 在 日 常 生 活 中 是 很 廣 泛 的 ， 如 日 光 燈與 鎢 絲 燈 照 明 顏 色 不 同 ， 在 攝 影 及 顯 微 攝 影中 ， 色 溫 也 是 需 要 經(jīng) 常 需 要 了 解 和 注 意 的 概念 。光

26、 的 顏 色色 溫 4） 光的可逆性在 反 射 和 入 射 定 律 中 ， 光 線 如 果 沿 反 射 和 折 射 方 向 反 向 入射 時 ， 則 相 應 的 反 射 和 折 射 光 將 沿 原 來 的 入 射 光 的 方 向 逆向 返 回 ,既 光 路 是 可 逆 的 。 幾何光學基本定律 OO v 透 鏡 成 像 原 理v 凸 透 鏡 和 凹 透 鏡中 間 比 邊 緣 后 的 透 鏡稱 為 凸 透 鏡 ， 凸 透 鏡對 光 線 有 匯 聚 作 用 。 中 間 比 邊 緣 薄 的 透 鏡稱 為 凹 透 鏡 ， 凹 透 鏡對 光 線 有 發(fā) 散 作 用 。 v 透 鏡 成 像 原 理v 凸

27、透 鏡 和 凹 透 鏡凸透鏡（會聚光）凹透鏡（發(fā)散光） v 透 鏡 成 像 原 理v 實 像 和 虛 象當 物 體 與 透 鏡 的 距 離 大 于 焦 距 時 ， 物 體 成 倒 立 的 像 ， 這 個 像 射 向凸 透 鏡 的 光 經(jīng) 過 凸 透 鏡 會 聚 而 成 的 ， 是 實 際 光 線 的 會 聚 點 ， 能 用光 屏 承 接 ， 是 實 像 。 如 投 影 。當 物 體 與 透 鏡 的 距 離 小 于 焦 距 時 ， 物 體 成 正 立 的 虛 像 （ 不 能 用 光屏 接 收 到 ， 只 能 用 眼 睛 看 到 ） ， 是 虛 像 。 如 鏡 像 。 v 透 鏡 成 像 原 理v

28、 凸 透 鏡凸 透 鏡 對 光 線 有 匯 聚 作 用 。 凸 透 鏡 能 使 平 行 光 匯 聚 在 一 點 ，這 個 點 叫 做 焦 點 （ focus） 。焦 點 到 透 鏡 中 心 的 距 離 f叫 做 焦 距 （ focallength） 。物 體 到 透 鏡 中 心 的 距 離 簡 稱 為 物 距 u。像 到 透 鏡 中 心 的 距 離 間 稱 為 像 距 v。 v 透 鏡 成 像 原 理v 凸 透 鏡 成 像 的 規(guī) 律v 5種 典 型 情 況 1.當 u2f時 ， 凸 透 鏡 成 倒 立 、 縮 小 的實 像 2.當 u=2f時 ， 凸 透 鏡 成 倒 立 等 大 的 實象 3

29、.當 fu2f時 ， 凸 透 鏡 成 倒 立 、 放 大的 實 像 4.當 u=f時 ， 凸 透 鏡 不 成 像 5.當 uf時 ， 凸 透 鏡 成 正 立 放 大 的 虛 像 注 意 點物 距(u) 像 的 情 況倒 立 或正 立 放 大 或縮 小 像 距 v（ CM） 像 的 位 置（ 同 側 或 異 側 ）介 于 焦 距 和 2倍 焦 距 之 間（ fu2f）小 于 焦 距（ u2f 異 側 （ 實 ）同 側 （ 虛 ）正 立 放 大v 透 鏡 成 像 原 理 當 fu2f時 ， 凸 透 鏡 成 倒 立 、 放 大 的 實 像 當 uf時 ， 凸 透 鏡 成 正 立 放 大 的 虛 像 物 鏡 目 鏡 A”B”顯 微 鏡 為 復 式 放 大 結 構 : 、 當 fu2f時 ， 在 凸 透 鏡 像方 一 側 成 倒 立 、 放 大 的 實 像（ 物 鏡 放 大 ） 、 當 uf時 ， 通 過 在 凸 透 鏡 像方 一 側 可 觀 察 到 在 物 方 一 側 有正 立 放 大 的 虛 像 （ 目 鏡 放 大 ）