《LED 基础知识》PPT课件

基 础 培 训目 录v 一 、 术 语 和 定 义v 二 、 led的 测 试v 三 、 光 学 基 本 知 识 一 、 术 语 和 定 义 1.1发 光 二 极 管 LED 除 半 导 体 激 光 器 外 ， 当 电 流 激 励 时 能 发 射光 学 辐 射 的 半 导 体 二 极 管 。 严 格 地 讲 ， 术 语LED应 该 仅 应 用 于 发 射 可 见 光 的 二 极 管 ； 发射 近 红 外 辐 射 的 二 极 管 叫 红 外 发 光 二 极 管（ IRED,Infrared Emitting Diode） ； 发 射 峰值 波 长 在 可 见 光 短 波 限 附 近 ， 由 部 份 紫 外 辐射 的 二 极 管 称 为 紫 外 发 光 二 极 管 ； 但 是 习 惯上 把 上 述 三 种 半 导 体 二 极 管 统 称 为 发 光 二 极管 。 1.2光 轴 Optical axis 最 大 发 光 （ 或 辐 射 ） 强 度 方 向 中 心 线 。 1.3） 正 向 电 压 VF Forward voltage 通 过 发 光 二 极 管 的 正 向 电 流 为 确 定 值 时 ，在 两 极 间 产 生 的 电 压 降 。1.4） 反 向 电 流 IR Reverse current 加 在 发 光 二 极 管 两 端 的 反 向 电 压 为 确 定 值 时 ，流 过 发 光 二 极 管 的 电 流 。 v 1.5反 向 电 压 VR Reverse voltage 被 测 LED器 件 通 过 的 反 向 电 流 为 确 定 值 时 ，在 两 极 间 所 产 生 的 电 压 降 。 v 1.6光 通 量 v Luminous flux 通 过 发 光 二 极 管 的 正 向 电 流 为 规 定 值 时 ， 器件 光 学 窗 口 发 射 的 光 通 量 。v 1.7辐 射 功 率 e Radiant power 通 过 发 光 二 极 管 的 正 向 电 流 为 规 定 值 时 ， 器件 光 学 窗 口 发 射 的 辐 射 功 率 。v 1.8发 光 （ 或 辐 射 ） 强 度 Iv Luminous（ or Radiant） intensity 光 源 在 单 位 立 体 角 内 发 射 的 光 （ 或 辐 射 ） 通量 ， 可 表 示 为 Iv =d/d。 1.9发 光 （ 或 辐 射 ） 强 度 Iv Luminous（ or Radiant） intensity 光 源 在 单 位 立 体 角 内 发 射 的 光 （ 或 辐 射 ） 通 量 ，可 表 示 为 Iv =d/d。1.10半 强 度 角 1/2 Half-intensity angle 在 发 光 （ 或 辐 射 ） 强 度 分 布 图 形 中 ， 发 光 （ 或辐 射 ） 强 度 大 于 最 大 强 度 一 半 构 成 的 角 度 （ 见 图2） 。 1.11光 谱 特 性 1.11.1峰 值 发 射 波 长 p Peak-emission wavelength 光 谱 辐 射 功 率 最 大 的 波 长 。 1.11.2光 谱 辐 射 带 宽 Spectral radiation bandwith 光 谱 辐 射 功 率 大 于 等 于 最 大 值 一 半 的 波 长 间 隔 。 二 、 led的 测 试 点 测 机 按 键 说 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 Load的 位 置 到 CCD位 置 ， 或 可 往 返 CCD与 点 测 中 心相 对 位 置v C.SET(Chuck set) CCD聚 焦 高 度 或 针 点 高 度v THETA + 位 置 转 盘 调 整 Chuck角 度 使 晶 片 平 行v THETA + 2.PT 2点 定 一 直 线 ， 找 到 晶 片 一 切 割 道 设 A点 用 摇 杆 移动 晶 片 并 在 同 一 切 割 道 设 B 点 按 SET Chuck会 自 动 调 整 角 度v C.U/D(Chuck up and down) Chuck从 Base上 升 到 Contact位 置 使晶 片 与 针 接 触v C.U/D + C.ADJ + 位 置 转 盘 调 整 Chuck高 度 每 格 10um顺 时 针 上升 逆 时 针 下 降 v START 开 始 测 试v CHECK 暂 停v ABORT 取 消v INDEX 步 进 三 、 光 学 基 本 知 识 一 、 光 是 什 么v 人 们 对 事 物 的 本 质 和 规 律 的 认 识 ， 都 是 从 认 识 其 现 象 开始 的 。首 先 人 们 认 识 到 光 是 一 种 自 然 现 象 ， 即 我 们 注 意 到 不 同物 体 有 不 同 颜 色 、 亮 度 。 人 眼 所 见 的 物 体 要 么 本 身 发 光 ，要 么 反 射 来 自 其 它 地 方 的 光 。 除 此 之 外 ， 光 还 能 使 物体 发 热 ， 即 光 具 有 能 量 。v 人 类 对 光 的 研 究 ， 最 初 主 要 是 试 图 回 答 “ 人 怎 么 能 看 见周 围 的 物 体 ？ ” 之 类 问 题 。 为 了 解 释 这 些 现 象 ， 人 们 通过 大 量 观 察 、 实 验 来 证 实 自 己 的 推 测 ， 约 在 公 元 前 400多 年 (先 秦 时 代 )， 中 国 的 墨 经 中 记 录 了 世 界 上 最 早的 光 学 知 识 。 它 有 八 条 关 于 光 学 的 记 载 ， 叙 述 影 的 定 义和 生 成 ， 光 的 直 线 传 播 性 和 针 孔 成 像 ， 并 且 以 严 谨 的 文字 讨 论 了 在 平 面 镜 、 凹 球 面 镜 和 凸 球 面 镜 物 和 像 的 关 系 . v 在 不 断 积 累 的 基 础 上 逐 渐 形 成 了 对 光 学 的 研 究 。 光 的 现 象 (投 影 ) 光 的 现 象 (小 孔 成 像 ) v光 学 的 基 本 概 念v 光 学 是 研 究 光 的 传 播 以 及 它 和 物 质 相 互 作 用 问 题 的 学 科v 狭 义 来 说 ， 光 学 是 关 于 光 和 视 见 的 科 学 ， optics(光 学 )这个 词 ， 早 期 只 用 于 跟 眼 睛 和 视 见 相 联 系 的 事 物 。 而 今 天 ，常 说 的 光 学 是 广 义 的 ， 是 研 究 从 微 波 、 红 外 线 、 可 见 光 、紫 外 线 直 到 X射 线 的 宽 广 波 段 范 围 内 的 ， 关 于 电 磁 辐 射 的发 生 、 传 播 、 接 收 和 显 示 ， 以 及 跟 物 质 相 互 作 用 的 科 学 。v 光 学 是 物 理 学 的 一 个 重 要 组 成 部 分 ， 也 是 与 其 他 应 用 技术 紧 密 相 关 的 学 科 。 任 何 一 门 物 理 学 科 ， 都 必 须 解 决 研 究对 象 的 两 个 问 题 ： 是 什 么 ？ 怎 么 样 ？v 研 究 光 的 本 质 ， 必 须 从 其 现 象 开 始 ， 而 其 现 象 ， 则 表 现 在光 与 不 同 材 质 、 不 同 尺 度 的 物 体 相 互 作 用 时 ， 表 现 出 不 同的 特 性 。 因 而 ， 在 不 同 的 研 究 阶 段 ， 人 们 对 光 的 认 识 也 是不 同 的 。 光 学 发 展 的 历 史v 光 学 是 一 门 有 悠 久 历 史 的 学 科 ， 它 的 发 展 史 可 追 溯 到自 墨 经 开 始 2000多 年 前 。v 公 元 11世 纪 阿 拉 伯 人 伊 本 海 赛 木 发 明 透 镜 。v 17世 纪 上 半 叶 ， 斯 涅 耳 和 笛 卡 尔 将 光 的 反 射 和 折 射 的观 察 结 果 ， 归 结 为 今 天 大 家 所 惯 用 的 反 射 定 律 和 折 射定 律 。 v 1665年 ， 牛 顿 进 行 太 阳 光 的 实 验 ， 它 把 太 阳 光 分 解 成各 种 颜 色 同 时 ， 根 据 光 的 直 线 传 播 性 ， 他 认 为 光是 一 种 微 粒 流 。 微 粒 从 光 源 飞 出 来 ， 在 均 匀 媒 质 内 遵从 力 学 定 律 作 等 速 直 线 运 动 。 牛 顿 用 这 种 观 点 对 折 射和 反 射 现 象 作 了 解 释 。v 惠 更 斯 是 光 的 微 粒 说 的 反 对 者 ， 他 创 立 了 光 的 波 动说 。 提 出 “ 光 同 声 一 样 ， 是 以 球 形 波 面 传 播 的 ” 。 v 在 18世 纪 ， 光 的 微 粒 流 理 论 和 光 的 波 动 理 论 都 被 粗 略地 提 了 出 来 ， 但 都 不 很 完 整 。v 在 20世 纪 初 ， 人 们 一 方 面 从 光 的 干 涉 、 衍 射 、 偏 振 以及 运 动 物 体 的 光 学 现 象 确 证 了 光 是 电 磁 波 ； 而 另 一 方面 又 从 热 辐 射 、 光 电 效 应 、 光 压 以 及 光 的 化 学 作 用 等无 可 怀 疑 地 证 明 了 光 的 量 子 性 微 粒 性 。 人 们 在 深入 入 研 究 微 观 世 界 后 ， 才 认 识 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 质 和 特 性v 光 是 电 磁 波 中 的 可 见 光 部 分v 光 具 有 波 粒 二 象 性v 光 在 匀 质 物 体 中 沿 直 线 传 播 ， 其振 动 方 向 与 传 播 方 向 垂 直 ， 在 空气 中 光 的 传 播 速 度 约 为 30万 公 里每 秒v 光 波 的 两 个 相 邻 波 峰 或 波 谷 间 的距 离 为 波 长 ， 其 单 位 是 纳 米(1m=103mm=106um=109nm=1010埃 )v 可 见 光 波 长 范 围 从 390nm的 紫 色光 到 770nm的 红 色 光 电 磁 波 谱线 频 率 v 与 波 长 l 的 关 系 : cv -真 空 中 的 光 速可 见 光 谱 光 具 有 波 粒 二 象 性光 的 反 射 与 折 射 (微 粒 性 )反射 折射 光 的 干 涉 与 衍 射 (波 动 性 )光 具 有 波 粒 二 象 性 v 波 动 性v 粒 子 性光 具 有 波 粒 二 象 性 光 学 研 究 分 类v 我 们 通 常 把 光 学 分 成 几 何 光 学 、 物 理 光 学 、 量 子 光 学 及 现代 光 学 ： 一 、 几 何 光 学 ： 以 光 的 直 线 传 播 规 律 为 基 础 ， 主 要 研 究 各 种 成 像 光 学 仪 器 的 理 论 。二 、 物 理 光 学 ： 研 究 光 的 电 磁 理 论 和 传 播 规 律 ， 特 别 是 干 涉 、 衍 射 、 偏 振 的 理 论 和 应 用 。 所 以 也 称 为 波 动 光 学 。 三 、 量 子 光 学 ： 以 光 的 量 子 理 论 为 基 础 ， 研 究 光 与 物 质 相 互 作 用 的 规 律 ， 如 光 电 效 应 的 研 究 。四 、 现 代 光 学 ： 以 激 光 问 世 为 标 志 ， 与 许 多 科 学 技 术 领 域 紧 密 结 合 ， 派 生 了 许 多 新 的 分 支 学 科 。 v几 何 光 学 的 基 本 定 律 1、 光 的 直 线 传 播 定 律 、 光 的 反 射 定 律 、 光 的 折 射 定 律 4、 光 的 可 逆 性 几何光学基本定律 1） . 光 的 直 线 传 播 (rectilinear propagation)定 律 : 光 在 均 匀 媒 质 中 沿 直 线 传 播 。 现象： (1) 投影(shadow); (2) 针孔成像(pinhole imaging) 几 何 光 学 基 本 定 律2） 光 的 反 射 (reflection)定 律 定 律 ： 光 在 遇 到 物 体 时 会 反 射 ,反射 角 等 于 入 射 角 . 应 用 举 例 : 镜 子 、 潜 望 镜 反射定律的讨论： q 反 射 角 只 决 定 于 入 射 角 ， 与 波 长 及 媒 质 无 关q 反 射 面 可 以 是 任 意 形 状 ， 光 滑 或 粗 糙 ；q 反 射 的 应 用 -反 射 棱 镜 ； 角锥棱镜(Corner prism):反向作用 后 反 射 直 角 棱 镜 光 线 进 入 棱镜 ,依 次 经 三直 角 面 反 射后 ,出 射 光 线与 入 射 光 线 反向 平 行X YZ 后 反 射 镜 又 称 四 面 直 角 体 ,空 间 一 定 范 围 的 光 线 ,依 次 经 三 个 相互 垂 直 的 平 面 反 射 后 ,出 射 光 线 的 方 向 与 入 射 光 线 的 方 向 相 反 .这 种棱 镜 在 激 光 谐 振 腔 中 可 以 代 替 高 反 射 介 质 镜 ;在 激 光 测 距 中 把 它 当作 被 测 目 标 的 反 射 器 ,不 仅 减 少 能 量 损 失 ,而 且 减 少 了 瞄 准 调 整 的 困难 ;在 高 速 公 路 上 ,这 样 的 四 面 体 常 用 来 作 “ 无 源 路 灯 ” . 五角棱镜直角棱镜：对着光看，反射后图像上下方位对调 五脊棱镜波罗棱镜使像转过900 借助光在棱镜中的全反射，改变光进行的方向. 棱镜被广泛应用在各种光学仪器中和各种实验光路中.由于全反射时光能量能完全返回原介质,所以它比镀铝或镀其他介质膜的反射镜更优越,后者的反射面上对光能量有一定的吸收. 90450组合波罗棱镜，望远镜正像系统,使像面旋转1800 下页上页 Dove棱 镜 -(图 像 上 下 方 位 对 调 ) 3） 光 的 折 射 (refraction)定 律两 种 媒 质 n1和 n2， 入 射 光 线 从 媒 质 1射 到 分 界 面 上 。 n1n 2 i1 i1i2入 射 面 ： 由 入 射 光 线 与 法 线 构 成 的 平 面 定 律 ： 1） 反 射 线 和 折 射 线 在 入 射 面 内 2） （ Snells law） ； 2211 sinsin inin 折 射 .swf 几何光学基本定律 折射定律的讨论： 光密媒质（denser medium）-折射率大的媒质； 光疏媒质（rarer medium）-折射率小的媒质； 定义：（1）光从光疏进入光密时： 21 nn 2211 sinsin inin 21 ii 由n1n2i1 i2 (2)光从光密进入光疏时： 21 nn 21 ii n1n2i1 i2oi 902 时, 1211 sin nnii c - 临界角（critical angle） 当i 1 临界角ic时， 发生全内反射（total internal reflection） (3) 全反射的应用全反射棱镜和光纤（optical fiber） 21 nn n半径包裹层 n1n2 棱镜与色散（Dispersion） 介质的折射率: vcn 不同颜色（波长）的光在介质中的传播速度v不同 因为不同波长光的折射率不同 色散一束白光入射时，不同波长的折射角不同折射定律的讨论： 折 射 定 律 的 讨 论 :棱镜与色散（Dispersion） 折 射 定 律 的 讨 论 : v 光 的 颜 色 1、 光 是 由 7种 颜 色的 波 组 成 的 光 的 颜 色 1、 人 眼 的 视 觉 解 析 （ 三 原 色 ）v 在 前 面 的 内 容 中 ， 我 们 已 经 了 解 到 色 彩 其 实 是 由可 見 光 波 波 长 和 频 率 ， 而 人 的 眼 睛 之 所 以 对 色 彩有 反 应 ？ 通 过 医 学 解 剖 发 现 ， 人 的 眼 睛 视 网 膜 是由 两 种 不 同 的 细 胞 所 组 成 ： 柱 状 - ROD 细 胞负 责 感 光 ， 锥 状 cone 细 胞 负 责 感 色 。 其中 锥 状 细 胞 有 3种 不 同 受 体 ， 即 对 红 色 （ R） 、 绿色 （ G） 和 蓝 (B） 色 敏 感 。 后 來 ， 這 三 色 被 定 义为 三 原 色 。 v 光 的 颜 色 1、 人 眼 的 视 觉 解 析 （ 三 原 色 ） 视 网 膜 细 胞 结 构 v 光 的 颜 色 颜 色 的 表 示 方 法 （ 色 度 图 ） 、 色 调 、 饱 和 度 、 明 亮 度 v 色 温 的 概 念 ， 由 19世 级 英 国 物 理 学 家 威廉 汤 姆 逊 凯 尔 文 （ William Thomson Baron Kelvin 1824-1907） 制 定 ， 方 法 为 量测 一 黑 体 （ 如 低 温 铁 块 ） 不 断 升 温 后 所 呈 现出 的 颜 色 。 此 一 概 念 的 想 法 是 热 量 （ 能 量 ）以 光 的 形 式 释 放 出 来 时 ， 不 同 温 度 高 低将 形 成 不 同 的 颜 色 。 凯 氏 经 过 不 断 的 实 验 发现 ， 光 源 颜 色 确 实 与 该 黑 体 所 受 之 温 度 是 对应 的 ， 因 此 色 温 亦 以 凯 尔 文 (K)为 单 位 表 示绝 对 温 度 高 低 。 例 子 :在 打 铁 的 过 程 中 ， 黑 色 的 铁 在 火 炉 中逐 渐 变 成 红 色 ， 或 者 火 焰 随 着 温 度 升 高 而 变成 青 蓝 色 （ 此 所 谓 ： 炉 火 纯 青 ） 。 色 温的 应 用 在 日 常 生 活 中 是 很 广 泛 的 ， 如 日 光 灯与 钨 丝 灯 照 明 颜 色 不 同 ， 在 摄 影 及 显 微 摄 影中 ， 色 温 也 是 需 要 经 常 需 要 了 解 和 注 意 的 概念 。光 的 颜 色色 温 4） 光的可逆性在 反 射 和 入 射 定 律 中 ， 光 线 如 果 沿 反 射 和 折 射 方 向 反 向 入射 时 ， 则 相 应 的 反 射 和 折 射 光 将 沿 原 来 的 入 射 光 的 方 向 逆向 返 回 ,既 光 路 是 可 逆 的 。 几何光学基本定律 OO v 透 镜 成 像 原 理v 凸 透 镜 和 凹 透 镜中 间 比 边 缘 后 的 透 镜称 为 凸 透 镜 ， 凸 透 镜对 光 线 有 汇 聚 作 用 。 中 间 比 边 缘 薄 的 透 镜称 为 凹 透 镜 ， 凹 透 镜对 光 线 有 发 散 作 用 。 v 透 镜 成 像 原 理v 凸 透 镜 和 凹 透 镜凸透镜（会聚光）凹透镜（发散光） v 透 镜 成 像 原 理v 实 像 和 虚 象当 物 体 与 透 镜 的 距 离 大 于 焦 距 时 ， 物 体 成 倒 立 的 像 ， 这 个 像 射 向凸 透 镜 的 光 经 过 凸 透 镜 会 聚 而 成 的 ， 是 实 际 光 线 的 会 聚 点 ， 能 用光 屏 承 接 ， 是 实 像 。 如 投 影 。当 物 体 与 透 镜 的 距 离 小 于 焦 距 时 ， 物 体 成 正 立 的 虚 像 （ 不 能 用 光屏 接 收 到 ， 只 能 用 眼 睛 看 到 ） ， 是 虚 像 。 如 镜 像 。 v 透 镜 成 像 原 理v 凸 透 镜凸 透 镜 对 光 线 有 汇 聚 作 用 。 凸 透 镜 能 使 平 行 光 汇 聚 在 一 点 ，这 个 点 叫 做 焦 点 （ focus） 。焦 点 到 透 镜 中 心 的 距 离 f叫 做 焦 距 （ focallength） 。物 体 到 透 镜 中 心 的 距 离 简 称 为 物 距 u。像 到 透 镜 中 心 的 距 离 间 称 为 像 距 v。 v 透 镜 成 像 原 理v 凸 透 镜 成 像 的 规 律v 5种 典 型 情 况 1.当 u2f时 ， 凸 透 镜 成 倒 立 、 缩 小 的实 像 2.当 u=2f时 ， 凸 透 镜 成 倒 立 等 大 的 实象 3.当 fu2f时 ， 凸 透 镜 成 倒 立 、 放 大的 实 像 4.当 u=f时 ， 凸 透 镜 不 成 像 5.当 uf时 ， 凸 透 镜 成 正 立 放 大 的 虚 像 注 意 点物 距(u) 像 的 情 况倒 立 或正 立 放 大 或缩 小 像 距 v（ CM） 像 的 位 置（ 同 侧 或 异 侧 ）介 于 焦 距 和 2倍 焦 距 之 间（ fu2f）小 于 焦 距（ u2f 异 侧 （ 实 ）同 侧 （ 虚 ）正 立 放 大v 透 镜 成 像 原 理 当 fu2f时 ， 凸 透 镜 成 倒 立 、 放 大 的 实 像 当 uf时 ， 凸 透 镜 成 正 立 放 大 的 虚 像 物 镜 目 镜 A”B”显 微 镜 为 复 式 放 大 结 构 : 、 当 fu2f时 ， 在 凸 透 镜 像方 一 侧 成 倒 立 、 放 大 的 实 像（ 物 镜 放 大 ） 、 当 uf时 ， 通 过 在 凸 透 镜 像方 一 侧 可 观 察 到 在 物 方 一 侧 有正 立 放 大 的 虚 像 （ 目 镜 放 大 ）