LED 工艺流程图.doc

LED 工艺流程图 LED 工艺流程图 LED 工 艺 流 程 图 LED 封装 LED 封装技术大都是分立器件封装技术基础上发展与演变而来的但却有很大的特殊性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是维护管芯和完成电气互连。而 LED 封装则是完成输出电信号，维护管芯正常工作，输出：可见光的功能，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于 LED LED 核心发光局部是由 p 型和 n 型半导体构成的 pn 结管芯，当注入 pn 结的少数载流子与多数载流子复合时，就会发出可见光，紫外光或近红外光。但 pn 结区发出的光子是非定向的即向各个方向发射有相同的几率，因此，并不是管芯产生的所有光都可以释放出来，这主要取决于半导体资料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料，应用要求提高 LED 内、外部量子效率。惯例 5mm 型 LED 封装是将边长 0.25mm 正方形管芯粘结或烧结在引线架上，管芯的正极通过球形接触点与金丝，键合为内引线与一条管脚相连，负极通过反射杯和引线架的另一管脚相连，然后其顶部用环氧树脂包封。反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光，向期望的方向角内发射。顶部包封的环氧树脂做成一定形状，有这样几种作用：维护管芯等不受外界侵蚀；采用不同的形状和材料性质 ( 掺或不掺散色剂 ) 起透镜或漫射透镜功能，控制光的发散角；管芯折射率与空气折射率相关太大，致使管芯内部的全反射临界角很小，其有源层产生的光只有小部分被取出，大部分易在管芯内部经多次反射而被吸收，易发生全反射导致过多光损失，选用相应折射率的环氧树脂作过渡，提高管芯的光出射效率。用作构成管壳的环氧树脂须具有耐湿性，绝缘性，机械强度，对管芯发出光的折射率和透射率高。选择不同折射率的封装资料，封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的发光强度的角分布也与管芯结构、光输出方式、封装透镜所用材质和形状有关。若采用尖形树脂透镜，可使光集中到 LED 轴线方向，相应的视角较小；如果顶部的树脂透镜为圆形或平面型，其相应视角将增大。 一般情况下， LED 发光波长随温度变化为 0 2-0 3nm ，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。另外，当正向电流流经 pn 结，发热性损耗使结区产生温升，室温附近，温度每升高 1 ， LED 发光强度会相应地减少 1 左右，封装散热；时坚持色纯度与发光强度非常重要，以往多采用减少其驱动电流的方法，降低结温，多数 LED 驱动电流限制在 20mA 左右。但是 LED 光输出会随电流的增大而增加，目前，很多功率型 LED 驱动电流可以达到 70mA 100mA 甚至 1A 级，需要改进封装结构，全新的 LED 封装设计理念和低热阻封装结构及技术，改善热特性。例如，采用大面积芯片倒装结构，选用导热性能好的银胶，增大金属支架的外表积，焊料凸点的硅载体直接装在热沉上等方法。此外，应用设计中， PCB 线路板等的热设计、导热性能也十分重要。 进入 21 世纪后， LED 高效化、超高亮度化、全色化不断发展创新，红、橙 LED 光效已达到 100Im W 绿 LED 为 501m W 单只 LED 光通量也达到数十 Im LED 芯片和封装不再沿龚传统的设计理念与制造生产模式，增加芯片的光输出方面，研发不只仅限于改变资料内杂质数量，晶格缺陷和位错来提高内部效率，同时，如何改善管芯及封装内部结构，增强 LED 内部发生光子出射的几率，提高光效，解决散热，取光和热沉优化设计，改进光学性能，加速外表贴装化 SMD 进程更是产业界研发的主流方向。 1 产品封装结构类型 自上世纪九十年代以来， LED 芯片及材料制作技术的研发取得多项突破，透明衬底梯形结构、纹理外表结构、芯片倒装结构，商品化的超高亮度 ( 1cd 以上 ) 红、橙、黄、绿、蓝的 LED 产品相继问市，如表 1 所示， 2000 年开始在低、中光通量的特殊照明中获得应用。 LED 上、中游产业受到前所未有的重视，进一步推动下游的封装技术及产业发展，采用不同封装结构形式与尺寸，不同发光颜色的管芯及其双色、或三色组合方式，可生产出多种系列，品种、规格的产品。 LED 产品封装结构的类型如表 2 所示，也有根据发光颜色、芯片资料、发光亮度、尺寸大小等情况特征来分类的单个管芯一般构成点光源，多个管芯组装一般可构成面光源和线光源，作信息、状态指示及显示用，发光显示器也是用多个管芯，通过管芯的适当连接 ( 包括串联和并联 ) 与合适的光学结构组合而成的构成发光显示器的发光段和发光点。外表贴装 LED 可逐渐替代引脚式 LED 应用设计更灵活，已在 LED 显示市场中占有一定的份额，有加速发展趋势。固体照明光源有部分产品上市，成为今后 LED 中、临时发展方向。 2 引脚式封装 LED 脚式封装采用引线架作各种封装外型的引脚，最先研发胜利投放市场的封装结构，品种数量繁多，技术幼稚度较高，封装内结构与反射层仍在不时改进。规范 LED 被大多数客户认为是目前显示行业中最方便、最经济的解决方案，典型的保守 LED 安顿在能承受 0 1W 输入功率的包封内，其 90 的热量是由负极的引脚架散发至 PCB 板，再散发到空气中，如何降低工作时 pn 结的温升是封装与应用必须考虑的包封资料多采用高温固化环氧树脂，其光性能优良，工艺适应性好，产品可 * 性高，可做成有色透明或无色透明和有色散射或无色散射的透镜封装，不同的透镜形状构成多种外形及尺寸，例如，圆形按直径分为 2mm 3mm 4 4mm 5mm 7mm 等数种，环氧树脂的不同组份可产生不同的发光效果。花色点光源有多种不同的封装结构：陶瓷底座环氧树脂封装具有较好的工作温度性能，引脚可弯曲成所需形状，体积小；金属底座塑料反射罩式封装是一种节能指示灯，适作电源指示用；闪烁式将 CMOS 振荡电路芯片与 LED 管芯组合封装，可自行产生较强视觉冲击的闪烁光；双色型由两种不同发光颜色的管芯组成，封装在同一环氧树脂透镜中，除双色外还可获得第三种的混合色，大屏幕显示系统中的应用极为广泛，并可封装组成双色显示器件；电压型将恒流源芯片与 LED 管芯组合封装，可直接替代 5 24V 各种电压指示灯。面光源是多个 LED 管芯粘结在微型 PCB 板的规定位置上，采用塑料反射框罩并灌封环氧树脂而形成， PCB 板的不同设计确定外引线排列和连接方式，有双列直插与单列直插等结构形式。点、面光源现已开发出数百种封装外形及尺寸，供市场及客户适用。 LED 发光显示器可由数码管或米字管、符号管、矩陈管组成各种多位产品，由实际需求设计成各种形状与结构。以数码管为例，有反射罩式、单片集成式、单条七段式等三种封装结构，连接方式有共阳极和共阴极两种，一位就是通常说的数码管，两位以上的一般称作显示器。反射罩式具有字型大，用料省，组装灵活的混合封装特点，一般用红色塑料制作成带反射腔的七段形外壳，将单个 LED 管芯粘结在与反射罩的七个反射腔互相对位的 PCB 板上，每个反射腔底部的中心位置是管芯形成的发光区，用压焊方法键合引线，反射罩内滴人环氧树脂，与粘好管芯的 PCB 板对位粘合，然后固化即成。反射罩式又分为空封和实封两种，前者采用散射剂与染料的环氧树脂，多用于单位、双位器件；后者上盖滤色片与匀光膜，并在管芯与底板上涂透明绝缘胶，提高出光效率，一般用于四位以上的数字显示。单片集成式是发光资料晶片上制作大量七段数码显示器图形管芯，然后划片分割成单片图形管芯，粘结、压焊、封装带透镜 ( 俗称鱼眼透镜 ) 外壳。单条七段式将已制作好的大面积 LED 芯片，划割成内含一只或多只管芯的发光条，如此同样的七条粘结在数码字形的可伐架上，经压焊、环氧树脂封装构成。单片式、单条式的特点是微小型化，可采用双列直插式封装，大多是专用产品。 LED 光柱显示器在 106mm 长度的线路板上，安顿 101 只管芯 ( 最多可达 201 只管芯 ) 属于高密度封装，利用光学的折射原理，使点光源通过透明罩壳的 13-15 条光栅成像，完成每只管芯由点到线的显示，封装技术较为复杂。 半导体 pn 结的电致发光机理决定 LED 不可能产生具有连续光谱的白光，同时单只 LED 也不可能产生两种以上的高亮度单色光，只能在封装时借助荧光物质，蓝或紫外 LED 管芯上涂敷荧光粉，间接发生宽带光谱，合成白光；或采用几种 ( 两种或三种、多种 ) 发不同色光的管芯封装在一个组件外壳内，通过色光的混合构成白光 LED 这两种方法都取得实用化，日本 2000 年生产白光 LED 达 1 亿只，发展成一类稳定地发白光的产品，并将多只白光 LED 设计组装成对光通量要求不高，以局部装饰作用为主，追求新潮的电光源。 3 外表贴装封装 2002 年，外表贴装封装的 LED SMD LED 逐渐被市场所接受，并获得一定的市场份额，从引脚式封装转向 SMD 符合整个电子行业发展大趋势，很多生产厂商推出此类产品。 早期的 SMD LED 大多采用带透明塑料体的 SOT-23 改进型，外形尺寸 3 04 1 11mm 卷盘式容器编带包装。 SOT-23 基础上，研发出带透镜的高亮度 SMD SLM-125 系列， SLM-245 系列 LED 前者为单色发光，后者为双色或三色发光。近些年， SMD LED 成为一个发展热点，很好地解决了亮度、视角、平整度、可 * 性、一致性等问题，采用更轻的 PCB 板和反射层材料，显示反射层需要填充的环氧树脂更少，并去除较重的碳钢材料引脚，通过缩小尺寸，降低重量，可轻易地将产品重量减轻一半，最终使应用更趋完美，尤其适合户内，半户外全彩显示屏应用。 表 3 示出常见的 SMD LED 几种尺寸，以及根据尺寸 ( 加上必要的间隙 ) 计算进去的最佳观视距离。焊盘是其散热的重要渠道，厂商提供的 SMD LED 数据都是以 4 0 4 0mm 焊盘为基础的采用回流焊可设计成焊盘与引脚相等。超高亮度 LED 产品可采用 PLCC 塑封带引线片式载体 ) -2 封装，外形尺寸为 3 0 2 8mm 通过独特方法装配高亮度管芯，产品热阻为 400K W 可按 CECC 方式焊接，其发光强度在 50mA 驱动电流下达 1250mcd 七段式的一位、两位、三位和四位数码 SMD LED 显示器件的字符高度为 5 08-12 7mm 显示尺寸选择范围宽。 PLCC 封装防止了引脚七段数码显示器所需的手工插入与引脚对齐工序，符合自动拾取 贴装设备的生产要求，应用设计空间灵活，显示鲜艳清晰。多色 PLCC 封装带有一个外部反射器，可简便地与发光管或光导相结合，用反射型替代目前的透射型光学设计，为大范围区域提供统一的照明，研发在 3 5V 1A 驱动条件下工作的功率型 SMD LED 封装。 4 功率型封装 LED 芯片及封装向大功率方向发展，大电流下产生比 5mmLED 大 10-20 倍的光通量，必需采用有效的散热与不劣化的封装资料解决光衰问题，因此，管壳及封装也是其关键技术，能承受数 W 功率的 LED 封装已出现。 5W 系列白、绿、蓝绿、蓝的功率型 LED 从 2003 年初开始供货，白光 LED 光输出达 1871m 光效 44 31m W 绿光衰问题，开发出可承受 10W 功率的 LED 大面积管；匕尺寸为 2 5 2 5mm 可在 5A 电流下工作，光输出达 2001m 作为固体照明光源有很大发展空间。 Luxeon 系列功率 LED 将 A1GalnN 功率型倒装管芯倒装焊接在具有焊料凸点的硅载体上，然后把完成倒装焊接的硅载体装入热沉与管壳中，键合引线进行封装。这种封装对于取光效率，散热性能，加大工作电流密度的设计都是最佳的其主要特点：热阻低，一般仅为 14 W 只有惯例 LED 1 10 可 * 性高，封装内部填充稳定的柔性胶凝体， -40-120 范围，不会因温度骤变产生的内应力，使金丝与引线框架断开，并防止环氧树脂透镜变黄，引线框架也不会因氧化而玷污；反射杯和透镜的最佳设计使辐射图样可控和光学效率最高。另外，其输出光功率，外量子效率等性能优异，将 LED 固体光源发展到一个新水平。 Norlux 系列功率 LED 封装结构为六角形铝板作底座 ( 使其不导电 ) 多芯片组合，底座直径 31 75mm 发光区位于其中心部位，直径约 ( 0.375 25 4 mm 可容纳 40 只 LED 管芯，铝板同时作为热衬。管芯的键合引线通过底座上制作的两个接触点与正、负极连接，根据所需输出光功率的大小来确定底座上排列管芯的数目，可组合封装的超高亮度的 AlGaInN 和 AlGaInP 管芯，其发射光分别为单色，黑色或合成的红色，最后用高折射率的资料按光学设计形状进行包封。这种封装采用惯例管芯高密度组合封装，取光效率高，热阻低，较好地保护管芯与键合引线，大电流下有较高的光输出功率，也是一种有发展前景的 LED 固体光源。 应用中，可将已封装产品组装在一个带有铝夹层的金属芯 PCB 板上，形成功率密度 LED PCB 板作为器件电极连接的布线之用，铝芯夹层则可作热衬使用，获得较高的发光通量和光电转换效率。此外，封装好的 SMD LED 体积很小，可灵活地组合起来，构成模块型、导光板型、聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源。 功率型 LED 热特性直接影响到 LED 工作温度、发光效率、发光波长、使用寿命等，因此，对功率型 LED 芯片的封装设计、制造技术更显得尤为重要。 led 光 谱 晶片，什么是 led 晶片 ? 一、 LED 晶片的作用： LED 晶片为 LED 主要原材料， LED 主要依靠晶片来发光。 二、 LED 晶片的组成 主要有砷 ( AS 铝 ( AL 镓 ( Ga 铟 ( IN 磷 ( P 氮 ( N 硅 ( i 这几种元素中的若干种组成。 三、 LED 晶片的分类 1 按发光亮度分： A 一般亮度： R H G Y E 等 B 高亮度： VG VY SR 等 C 超高亮度： UG UY UR UYS URF UE 等 D 不可见光 ( 红外线 ) R SIR VIR HIR E 红外线接收管： PT F 光电管： PD 2 按组成元素分： A 二元晶片 ( 磷镓 ) H G 等 B 三元晶片（磷镓砷） SR HR UR 等 C 四元晶片 ( 磷铝镓铟 ) SRF HRF URF VY HY UY UYS UE HE UG 四、 LED 晶片特性表（详见下表介绍） LED 晶片型号发光颜色组成元素波长（ nm 晶片型号发光颜色组成元素波长（ nm SBI 蓝色 lnGaN/sic 430 HY 超亮黄色 AlGalnP 595 SBK 较亮蓝色 lnGaN/sic 468 SE 高亮桔色 GaAsP/GaP 610 DBK 较亮蓝色 GaunN/Gan 470 HE 超亮桔色 AlGalnP 620 SGL 青绿色 lnGaN/sic 502 UE 最亮桔色 AlGalnP 620 DGL 较亮青绿色 LnGaN/GaN 505 URF 最亮红色 AlGalnP 630 DGM 较亮青绿色 lnGaN 523 E 桔色 GaAsP/GaP635 PG 纯绿 GaP 555 R 红色 GaAsP 655 SG 规范绿 GaP 560 SR 较亮红色 GaA/AS 660 G 绿色 GaP 565 HR 超亮红色 GaAlA 660 VG 较亮绿色 GaP 565 UR 最亮红色 GaAlA 660 UG 最亮绿色 AIGalnP 574 H 高红 GaP 697 Y 黄色 GaAsP/GaP585 HIR 红外线 GaAlA 850 VY 较亮黄色 GaAsP/GaP 585 SIR 红外线 GaAlA 880 UYS 最亮黄色 AlGalnP 587 VIR 红外线 GaAlA 940 UY 最亮黄色 AlGalnP 595 IR 红外线 GaA 940 五、注意事项及其它 1 LED 晶片厂商名称： A 光磊（ ED B 国联（ FPD C 鼎元（ TK D 华上（ AOC E 汉光（ HL F AXT G 广稼 2 LED 晶片在生产使用过程中需注意静电防护。 六、补充 LED 显示屏（ LED panel LED 就是 light emit diod 发光二极管的英文缩写，简称 LED 一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。 LED 显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由 LED 矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传达方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、 VCD 节目以及现场实况。 LED 显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。 优点：亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。 六、 LED 显示屏常用术语解释 1 LED 亮度 发光二极管的亮度一般用发光强度 ( Lumin Intensiti 表示 , 单位是坎德拉 cd 1000ucd 微坎德拉） =1 mcd 毫坎德拉） , 1000mcd=1 cd 室内用单只 LED 光强一般为 500ucd-50 mcd 而户外用单只 LED 光强一般应为 100 mcd-1000 mcd 甚至 1000 mcd 以上。 2 LED 象素模块 LED 排列成矩阵或笔段，预制成标准大小的模块。室内显示屏常用的有 8*8 象素模块、 8 字 7 段数码模块。户外显示屏象素模块有 4*4 8*8 8*16 象素等规格。户外显示屏用的象素模块因为其每一象素由两只以上 LED 管束组成，固又称其为集管束模块。 3 象素 ( Pixel 与象素直径 LED 显示屏中每一个可被单独控制的 LED 发光单元 ( 点 ) 称为象素 ( 或象元 ) 象素直径 是指每一象素的直径，单位是毫米。 对于室内显示屏，一般一个为单个 LED 外形为圆形。室内显示屏象素直径校常见的有 3.0 3.75 5.0 8.0 等，其中以 3.75 和 5.0 最多。 户外环境，为提高亮度，增加视距，一个象素含有两只以上集束 LED 由于两只以上集束 LED 一般不为圆形，固户外显示屏象素直径一般用两两象素平均间距表示： 10 11.5 16 22 25 4 点间距、象素密度与信息容量 LED 显示屏的两两象素的中心距或点间距 ( Dot Pitch 单位面积内象素的数量称为象素密度；单位面积内所含显示内容的数量称为信息容量。这三者本质是描述同一概念：点间距是从两两象素间的距离来反映象素密度，点间距和象素密度是显示屏的物理属性；信息容量则是象素密度的信息承载能力的数量单位。 点间距越小，象素密度越高，信息容量越多，适合观看的距离越近。 点间距越大，象素密度越低，信息容量越少，适合观看的距离越远。 5 分辨率 LED 显示屏象素的行列数称为 LED 显示屏的分辨率。分辨率是显示屏的象素总量，决定了一台显示屏的信息容量。 6 LED 显示屏 ( LED Panel 将 LED 象素模块依照实际需要大小拼装排列成矩阵，配以专用显示驱动电路，直流稳压电源，软件，框架以及外装饰等，即构成一台 LED 显示屏。 7 灰度 灰度是指象素发光明暗变化的水平，一种基色的灰度一般有 8 级至 1024 级。例如，若每种基色的灰度为 256 级，对于双基色彩色屏，其显示颜色为 256 256=64K 色，亦称该屏为 256 色显示屏。 8 双基色 现今大多数彩色 LED 显示屏是双基色彩色屏，即每一个象素有两个 LED 管芯：一为红光管芯，一为绿光管芯。红光管芯亮时该象素为红色，绿光管芯亮时该象素为绿色，红绿两管芯同时亮时则该象素为黄色。其中红，绿称为基色。 9 全彩色 红绿双基色再加上蓝基色，三种基色就构成全彩色。由于构成全彩色的蓝色管和纯绿色管芯较贵，故目前全彩色屏相对较少。 七、备注（名词解释） 1 色温 色温究竞是指什么 ? 知道，通常人眼所见到光线，由光的三原色（红绿蓝）组成的 7 种色光的光谱所组成。色温就是专门用来量度光线的颜色成分的 用以计算光线颜色成分的方法， 19 世纪末由英国物理学家洛德 ? 凯尔文所创立的制定出了一整套色温计算法，而其具体界定的规范是基于以一黑体辐射器所发出来的波长。 凯尔文认为，假定某一纯黑物体，能够将落在其上的所有热量吸收，而没有损失，同时又能够将热量生成的能量全部以 “ 光 ” 形式释放进去的话，便会因受到热力的高低而变成不同的颜色。例如，当黑体受到热力相当于 500 550 时，就会变成暗红色，达到 1050 一 1150 时，就变成黄色 因而，光源的颜色成分是与该黑体所受的热力温度相对应的只不过色温是用凯尔文 ( K 也就是绝对温度 ) 色温单位来表示，而不是用摄氏温度（ ）单位表示的加热铁块的过程中，黑色的铁在炉温中逐渐变成红色，这便是黑体理论的最好例子。当黑体受到热力使它能够放出光谱中的全部可见光波时，就由红转变橙黄色、黄色最后变成红色，通常我所用灯泡内的钨丝就相当于这个黑体。色温计算法就是根据以上原理，用 K 来表示受热钨丝所放射出光线的色温。根据这一原理，任何光线的色温是相当于上述黑体散发出同样颜色时所受到温度 ” 颜色实际上是一种心理物理上的作用。所有颜色印象的发生，由于时断时续的光谱在眼睛上的反应，所以色温只是用来表示颜色的视觉印象。摄影人都知道：有光才有色，没有光就没有色。 黑色胶片的设计，一般是根据能够真实地记录出某一特定色温的光源照明来进行的分为 5500 K 日光型、 3200 K 灯光型等多种。因而，摄影家必需懂得采用与光源色温相同的黑色胶卷，才会得到准确的色彩再现。如果光源的色温与胶卷的色温互相不平衡，就不会对色彩进行准确的还原。这时，就要靠滤光镜来提升或降低光源的色温，使曝光条件与胶卷拟定的色温相匹配，才会有准确的色彩再现。而数码照相机、摄像机等要求进行白平衡调整，实际上也就是对数码机器进行拍摄环境的基础色温定位。目的同样的为了色彩的准确再现。 如何准确地进行色温定位？这就需要使用到色温计 ” 啦。一般情况下，正午 10 点至下午 2 点，晴朗无云的天空，没有太阳直射光的情况下，规范日光大约在 52005500 K 新闻摄影灯的色温在 3200 K 一般钨丝灯、照相馆拍摄黑白照片使用的钨丝灯以及一般的普通灯泡光的色温大约在 2800 K 由于色温偏低，所以在这种情况下拍摄的照片扩印进去以后会感到色彩偏黄色。而一般日光灯的色温在 72008500 K 左右，所以在日光灯下拍摄的相片会偏青色。这都是因为拍摄环境的色温与拍摄机器设定的色温不对造成的一般在扩印机上可以进行调整。但如果拍摄现场有日光灯也有钨丝灯的情况，成为混合光源，这种片子很难进行调整。 综上所述，拍摄期间对色温的考量、设定以及调整就显得非常重要。无论你使用激进相机还是数码相机以及摄像机。都必须重视色温！ 2 光谱 光谱是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案。 光波是由原子内部运动的电子发生的各种物质的原子内部电子的运动情况不同，所以它发射的光波也不同研究不同物质的发光和吸收光的情况，有重要的理论和实际意义，已成为一门专门的学科 光谱学下面简单介绍一些关于光谱的知识 分光镜观察光谱要用分光镜，这里我先讲一下分光镜的构造原理图 6-18 分光镜的构造原理示意图它由平行光管 A 三棱镜 P 和望远镜筒 B 组成的平行光管 A 前方有一个宽度可以调节的狭缝 S 位于透镜 L1 焦平面处。从狭缝射入的光线经透镜 L1 折射后，变成平行光线射到三棱镜 P 上。不同颜色的光经过三棱镜沿不同的折射方向射出，并在透镜 L2 后方的焦平面 MN 上分别会聚成不同颜色的像（谱线）通过望远镜筒 B 目镜 L3 就看到放大的光谱像如果在 MN 那里放上照相底片，就可以摄下光谱的像。具有这种装置的光谱仪器叫做摄谱仪。 发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。发射光谱有两种类型：连续光谱和明线光谱连续分布的包括有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱（彩图 6 火热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如电灯丝发出的光、火热的钢水发出的光都形成连续光谱。 只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱（彩图 7 明线光谱中的亮线叫做谱线，各条谱线对应于不同波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的所以也叫原子光谱。观察气体的原子光谱，可以使用光谱管（图 6-19 一支中间比较细的封闭的玻璃管，里面装有低压气体，管的两端有两个电极。把两个电极接到高压电源上，管里稀薄气体发生辉光放电，发生一定颜色的光。 观察固态或液态物质的原子光谱，可以把它放到煤气灯的火焰或电弧中去烧，使它气化后发光，就可以从分光镜中看到明线光谱 实验证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种元素的原子都有一定的明线光谱彩图 7 就是几种元素的明线光谱。每种原子只能发出具有自身特征的某些波长的光，因此，明线光谱的谱线叫做原子的特征谱线。利用原子的特征谱线可以鉴别物质和研究原子的结构。 吸收光谱高温物体发出的白光（其中包括连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。例如，让弧光灯发出的白光通过温度较低的钠气（酒精灯的灯心上放一些食盐，食盐受热分解就会产生钠气）然后用分光镜来观察，就会看到连续光谱的背景中有两条挨得很近的暗线（见彩图 8 分光镜的分辨身手不够高时，只能看见一条暗线）这就是钠原子的吸收光谱值得注意的各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光因此，吸收光谱中的谱线（暗线）也是原子的特征谱线，只是通常在吸收光谱中看到特征谱线比明线光谱中的少 二、 LED 各类应用： LED 应用主要可分为三大类： LCD 屏背光、 LED 照明、 LED 显示。 1 小尺寸 1.5 寸到 3.5 寸 LCD 屏的背光： 例如手机、 PDA MP3/4 等便携设备的 LCD 屏都需要 LED 来背光。 2 7 寸 LCD 屏的背光（如数码相框） 3 大尺寸 LCD 屏的背光（如 LCD TV/Monitor 笔记本电脑） 目前大部分 LCD TV/Monitor 笔记本电脑的 LCD 屏是采用的 CCFL 荧光灯管做背光，因 CCFL 寿命、环保等有利原因目前正朝向采用 LED 背光发展。按 LCD 屏的尺寸大小一般需要数十个到上百个白光 LED 做背光，而其 LED 驱动 IC 市场潜力将会很大。 4 LED 手电筒： 小功率 LED 手电筒、强光 LED 手电筒、 LED 矿灯。 5 LED 草地灯： 6 LED 照明： 照明经过白炽灯、日光灯，现在比较普遍的节能灯，再下个阶段应该就是 LED 照明灯的普及了这里需要超高亮度的 LED 超长寿命、极低功耗将是 LED 灯很大的优势，同时利息考量也是一个关键。 7 LED 显示： 公交车、地铁里都能看到各样的 LED 字幕显示屏，并且在户外也有不少大屏幕 LED 点阵显示屏幕，从远处看就是一个比较清晰的超大屏幕电视机。这里需要用到专用的 LED 显示控制芯片。 提高发光效率的技术：本段由唐志海友情提供，欢迎大家指教） 一、透明衬底技术 InGaAlP LED 通常是 GaA 衬底上外延生长 InGaAlP 发光区 GaP 窗口区制备而成。与 InGaAlP 相比， GaA 资料具有小得多的禁带宽度，因此，当短波长的光从发光区与窗口表面射入 GaA 衬底时，将被悉数吸收，成为器件出光效率不高的主要原因。衬底与限制层之间生长一个布喇格反射区，能将垂直射向衬底的光反射回发光区或窗口，局部改善了器件的出光特性。一个更为有效的方法是先去除 GaA 衬底，代之于全透明的 GaP 晶体。由于芯片内除去了衬底吸收区，使量子效率从 4 提升到 25-30 。为进一步减小电极区的吸收，有人将这种透明衬底型的 InGaAlP 器件制作成截角倒锥体的外形，使量子效率有了更大的提高。 二、金属膜反射技术 透明衬底制程首先起源于美国的 HP Lumil 等公司，金属膜反射法主要有日本、台湾厂商进行了大量的研究与发展。这种制程不但回避了透明衬底专利，而且，更利于规模生产。其效果可以说与透明衬底法具有异曲同工之妙。该制程通常谓之 MB 制程，首先去除 GaA 衬底，然后在其表面与 Si 基底表面同时蒸镀 Al 质金属膜，然后在一定的温度与压力下熔接在一起。如此，从发光层照射到基板的光线被 Al 质金属膜层反射至芯片表面，从而使器件的发光效率提高 2.5 倍以上。 三、外表微结构技术 外表微结构制程是提高器件出光效率的又一个有效技术，该技术的基本要点是芯片外表刻蚀大量尺寸为光波长量级的小结构，每个结构呈截角四面体状，如此不但扩展了出光面积，而且改变了光在芯片外表处的折射方向，从而使透光效率明显提高。丈量指出，对于窗口层厚度为 20µm 器件，出光效率可增长 30 。当窗口层厚度减至 10µm 时，出光效率将有 60 的改进。对于 585-625nm 波长的 LED 器件，制作纹理结构后，发光效率可达 30lm/w 其值已接近透明衬底器件的水平。 四、倒装芯片技术 通过 MOCVD 技术在兰宝石衬底上生长 GaN 基 LED 结构层，由 P/N 结发光区发出的光透过上面的 P 型区射出。由于 P 型 GaN 传导性能不佳，为获得良好的电流扩展，需要通过蒸镀技术在 P 区表面形成一层 Ni-Au 组成的金属电极层。 P 区引线通过该层金属薄膜引出。为获得好的电流扩展， Ni-Au 金属电极层就不能太薄。为此，器件的发光效率就会受到很大影响，通常要同时兼顾电流扩展与出光效率二个因素。但无论在什么情况下，金属薄膜的存在总会使透光性能变差。此外，引线焊点的存在也使器件的出光效率受到影响。采用 GaN LED 倒装芯片的结构可以从根本上消除上面的问题。 五、芯片键合技术 光电子器件对所需要的资料在性能上有一定的要求，通常都需要有大的带宽差和在资料的折射指数上要有很大的变化。倒霉的一般没有天然的这种资料。用同质外延生长技术一般都不能形成所需要的带宽差和折射指数差，而用通常的异质外延技术，如在硅片上外延 GaA 和 InP 等，不只利息较高，而且结合接口的位错密