發(fā)光二極管畢業(yè)論文--基于仿真軟件的led二次光學(xué)設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于仿真軟件的LED二次光學(xué)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode，LED) 作為一種新型光源，以節(jié)能，高效，環(huán)保受到人們的親睞。在中國(guó)，LED產(chǎn)業(yè)主要集中在封裝，后期應(yīng)用上，燈具的后期光學(xué)設(shè)計(jì)上缺乏研究，在一定程度上阻礙了LED在通用照明領(lǐng)域的應(yīng)用。</p

2、><p>　　本文為L(zhǎng)ED燈具的二次光學(xué)設(shè)計(jì)介紹了一種優(yōu)秀的仿真軟件，以及一系列仿真方法，來(lái)加速，優(yōu)化LED燈具的設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：LED，二次光學(xué)設(shè)計(jì)，TracePro，蒙特卡洛方法 </p><p>　　Secondary LED Optic Design Base On Simulation Software</p><p&g

3、t;<b>　　Abstract</b></p><p>　　OLED have many advantages, such as self-luminous, without backlighting, high contrast, thin, wide viewing angle, fast response, can be used for deflection of panels,

4、wide temperature range, structure and process relatively simple characteristics such as excellent, showing a very broad application prospects, become a new generation of display technology after the LCD and plasma.</p

5、><p>　　This article is the design of car dashboard with OLED. In this article, we select the appropriate structure and organic materials by access to information, and by using the Auto-CAD software to design th

6、e appearance of car instrument panel graphics, alignment cathode, anode and the associated alignment mask.</p><p>　　Key words: LED, Secondary optic design, TracePro, Monte Carlo method</p><p>&

7、lt;b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要 …………………………………………………………………………………………Ⅰ</p><p>　　ABSTRACT ………………………………………………………………………………Ⅱ</p><p>　　1概述 …………………………………………………………………………………………1</p>

8、<p>　　1.1有機(jī)電致發(fā)光的發(fā)展回顧 ……………………………………………………1</p><p>　　1.2 展望 ……………………………………………………………………………2</p><p>　　1.3有機(jī)電致發(fā)光器件的特點(diǎn) ……………………………………………………3</p><p>　　1.4有機(jī)電致發(fā)光器件的基本結(jié)構(gòu) …………………………………

9、……………4</p><p>　　1.4.1 單層結(jié)構(gòu) …………………………………………………………………4</p><p>　　1.4.2 雙層結(jié)構(gòu) …………………………………………………………………4</p><p>　　1.4.3 三層結(jié)構(gòu) …………………………………………………………………5</p><p>　　1.4.4 多層機(jī)構(gòu)

10、…………………………………………………………………5</p><p>　　1.4.5 摻雜型機(jī)構(gòu) ………………………………………………………………6</p><p>　　1.5有機(jī)電致發(fā)光器件的材料………………………………………………………6</p><p>　　1.5.1 電極材料 …………………………………………………………………6</p><

11、;p>　　1.5.2 發(fā)光材料 …………………………………………………………………7</p><p>　　1.5.3 傳輸材料 …………………………………………………………………9</p><p>　　1.5.4 緩沖層材料 ……………………………………………………………10</p><p>　　1.6有機(jī)電致發(fā)光基本原理 ………………………………………………

12、…11</p><p>　　2轎車(chē)用OLED儀表盤(pán) ………………………………………………………………12</p><p>　　2.1 OLED儀表盤(pán)制作工藝 ………………………………………………………12</p><p>　　2.1.1 ITO的洗凈及表面處理 ………………………………………………12</p><p>　　2.1.2 有機(jī)薄膜

13、蒸鍍工藝 ……………………………………………………13</p><p>　　2.1.3金屬電極制作工藝 ……………………………………………………13</p><p>　　2.2 轎車(chē)用OLED儀表盤(pán)結(jié)構(gòu) …………………………………………………13</p><p>　　2.3 儀表盤(pán)顯示內(nèi)容 ………………………………………………………………14</p>

14、<p>　　2.4 顯示屏材料選擇 ………………………………………………………………15</p><p>　　2.4.1 發(fā)光材料 ………………………………………………………………15</p><p>　　2.4.2 傳輸材料 ………………………………………………………………16</p><p>　　2.4.3 電極材料 ……………………………………………

15、…………………16</p><p>　　2.5 轎車(chē)用OLED儀表盤(pán)參數(shù)設(shè)計(jì) ……………………………………………16</p><p>　　3 轎車(chē)用OLED儀表盤(pán)設(shè)計(jì) …………………………………………………………17</p><p>　　3.1 外觀圖設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………17</p><p>　　3.2

16、電極走線設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………18</p><p>　　3.3 部分細(xì)節(jié)的電極引線 ……………………………………………………………19</p><p>　　3.4 掩模版設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………20</p><p>　　3.4.1 陽(yáng)極掩模版 …………………………………………………………20&l

17、t;/p><p>　　3.4.2 有機(jī)層掩模版 ………………………………………………………21</p><p>　　3.4.3 陰極掩模版 …………………………………………………………21</p><p>　　3.5仿真 …………………………………………………………………………22</p><p>　　3.5.1 電極檢測(cè) ……………………………

18、………………………………22</p><p>　　3.5.2 仿真結(jié)果 ……………………………………………………………23</p><p>　　4 總結(jié) ………………………………………………………………………………24</p><p>　　致 謝 …………………………………………………………………………………25</p><p>　　參考文獻(xiàn)

19、 ………………………………………………………………………………26</p><p><b>　　1概述</b></p><p>　　1.1 發(fā)光二極管基本原理</p><p>　　LED發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode，LED)作為一種新型光源，以節(jié)能，高效，環(huán)保受到人們的親睞。發(fā)光二極管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化

20、鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光。 </p><p>　　圖1.2二極管工作區(qū)間 圖1.2發(fā)

21、光二極管工作原理 </p><p>　　假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲 后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不 能形成可見(jiàn)光。發(fā)光的復(fù)合量相對(duì)于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，

22、所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)μm以?xún)?nèi)產(chǎn)生。 </p><p>　　理論和實(shí)踐證明，光的峰值波長(zhǎng)λ與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Eg有關(guān)，即 </p><p>　　λ≈1240/Eg（nm） </p><p>　　式中Eg的單位為電子伏特（eV）。若能產(chǎn)生可見(jiàn)光（波長(zhǎng)在380nm紫光～780nm紅光），半導(dǎo)體材料的Eg應(yīng)在3.26～1.63eV之間。比紅光波長(zhǎng)長(zhǎng)的光為紅外

23、光?，F(xiàn)在已有紅外、紅、黃、綠及藍(lán)光發(fā)光二極管，但其中藍(lán)光二極管成本、價(jià)格很高，使用不普遍。 [1]</p><p>　　1.2 發(fā)光二極管發(fā)展回顧</p><p>　　1907年，英國(guó)馬可尼(Marconi)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家Henry Round第一次推論半導(dǎo)體PN結(jié)在一定的條件下可以發(fā)出光。這個(gè)發(fā)現(xiàn)奠定了LED被發(fā)明的物理基礎(chǔ)。</p><p>　　1927年前后，

24、俄國(guó)科學(xué)家?jiàn)W列弗拉基洛謝夫（Oleg Vladimirovich Losev）獨(dú)立制作了世界上第一顆LED，其研究成果曾先后在俄國(guó)、德國(guó)和英國(guó)的科學(xué)雜志上發(fā)表，可惜當(dāng)時(shí)并沒(méi)有人理睬他。天意弄人，1942年，39歲的洛謝夫在列寧格勒城被德軍封鎖時(shí)因饑餓而死。后來(lái)這段故事淡出了歷史舞臺(tái)，并把LED的“發(fā)明權(quán)”讓位給了美國(guó)人尼克·何倫亞克。</p><p>　　1955年，美國(guó)無(wú)線電公司（RadioCorpo

25、ration of America）33歲的物理學(xué)家魯賓·布朗石泰（Rubin Braunstein）首次發(fā)現(xiàn)了砷化鎵(GaAs)及其他半導(dǎo)體合金的紅外放射作用并在物理上實(shí)現(xiàn)了二極管的發(fā)光，可惜發(fā)出的光不是可見(jiàn)光而是紅外線，但這個(gè)貢獻(xiàn)也很大了。</p><p>　　1961年，德州儀器公司（TI）的科學(xué)家鮑勃·布萊德（Bob Biard）和加里·皮特曼（Gary Pittman）發(fā)現(xiàn)

26、砷化鎵在施加電子流時(shí)會(huì)釋放紅外光輻射。他們率先生產(chǎn)出了用于商業(yè)用途的紅外LED并獲得了砷化鎵紅外二極管的發(fā)明專(zhuān)利。不久，紅外LED就被廣泛應(yīng)用于傳感及光電設(shè)備當(dāng)中?，F(xiàn)在我們家里的電視機(jī)遙控器就是用紅外LED來(lái)實(shí)現(xiàn)遙控的。</p><p>　　1 9 6 2 年， 美國(guó)通用電氣公司（GE）一名34歲的普通研究人員尼克·何倫亞克（Nick Holonyak Jr.）發(fā)明了可以發(fā)出紅色可見(jiàn)光的LED，他的名字

27、也隨LED的紅光一起紅了起來(lái)。因?yàn)楹蝹悂喛说陌l(fā)明后來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用，所以一般稱(chēng)他為“發(fā)光二極管之父”，后來(lái)也獲得了N多獎(jiǎng)項(xiàng)。</p><p>　　圖1.3尼克·何倫亞克</p><p>　　果然名師出高徒，1972年，何倫亞克的學(xué)生喬治·克勞福德（M. GeorgeCraford）踏著前輩們的腳步發(fā)明了第一顆橙黃光LED，其亮度是先前紅光LED的10倍，這標(biāo)志著LED

28、向著提高發(fā)光效率方向邁出的第一步。</p><p>　　到了20世紀(jì)70年代末期，LED已經(jīng)出現(xiàn)了紅、橙、黃、綠、翠綠等顏色，但依然沒(méi)有藍(lán)色和白色光的LED。因?yàn)橹挥邪l(fā)明出藍(lán)光LED才可能實(shí)現(xiàn)全彩色LED顯示，藍(lán)光LED的市場(chǎng)價(jià)值巨大，也是當(dāng)時(shí)世界性的攻關(guān)難題。科學(xué)家們轉(zhuǎn)而將重點(diǎn)放在了提高LED的發(fā)光效率上面。20世紀(jì)70年代中期，LED可產(chǎn)生綠、黃、橙色光時(shí)，發(fā)光效為1流明/瓦，到了20世紀(jì)80年代中期對(duì)砷化鎵

29、和磷化鋁的使用使得第一代高亮度紅、黃、綠色光LED誕生，發(fā)光效率已達(dá)到10流明/瓦。</p><p>　　1993年，在日本日亞化工（NichiaCorporation）工作的、39歲的中村修二（Shuji Nakamura）終于發(fā)明了基于氮化鎵和銦氮化鎵的具有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的藍(lán)光LED。憑借此項(xiàng)發(fā)明，他榮獲2006年千禧科技獎(jiǎng)，這相當(dāng)于科技界的諾貝爾呀！不久后，人們?cè)谒{(lán)光LED的基礎(chǔ)上加入黃色熒光粉，就可以得到白

30、色光LED，利用這種熒光粉技術(shù)可以制造出任何顏色光的LED（如紫色光和粉紅色光）。藍(lán)色和白色光LED的出現(xiàn)拓寬了LED的應(yīng)用領(lǐng)域，使全彩色LED顯示、LED照明等應(yīng)用成為可能。中村修二現(xiàn)在任職美國(guó)加州大學(xué)教授，因?yàn)楹腿諄喕ぴ趯?zhuān)利權(quán)問(wèn)題上打官司賺了一大筆錢(qián)，現(xiàn)在算是名利雙收了。看來(lái)有重大發(fā)明的人，后來(lái)的下場(chǎng)都很不錯(cuò)，除了可惜的洛謝夫。</p><p><b>　　圖1.4中村修二</b>&l

31、t;/p><p>　　21世紀(jì)初，LED已經(jīng)可以發(fā)出任何可見(jiàn)光譜顏色的光（還包括有紅外線和紫外線）。其發(fā)光效率已經(jīng)達(dá)到100流明/瓦以上。也許正在你閱讀這篇文章的時(shí)候，就有一款更高性能的LED產(chǎn)品問(wèn)世。（以上資料來(lái)自《無(wú)線電》雜志 杜陽(yáng) “LED發(fā)展史”）</p><p>　　最近，一種名為QLED的新模式LED也出現(xiàn)了，有人認(rèn)為他會(huì)對(duì)未來(lái)的LED照明顯示造成巨大影響，那就讓我們?cè)谶@里來(lái)了解一

32、下。</p><p>　　首先是量子點(diǎn)的概念，量子點(diǎn)（Quantum Dots）是一些肉眼無(wú)法看到的、極其微小的半導(dǎo)體納米晶體，是一種粒徑不足10納米的顆粒。通常說(shuō)來(lái)，量子點(diǎn)是由鋅、鎘、硒和硫原子組合而成。1983年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家首次對(duì)其進(jìn)行了研究，但卻“忘了”給它起名字，數(shù)年后耶魯大學(xué)的物理學(xué)家馬克·里德將這種半導(dǎo)體微塊正式命名為“量子點(diǎn)”并沿用至今。 </p><p>

33、;　　量子點(diǎn)有一個(gè)與眾不同的特性：每當(dāng)受到光或電的刺激，量子點(diǎn)便會(huì)發(fā)出有色光線，光線的顏色由量子點(diǎn)的組成材料和大小形狀決定，這一特性使得量子點(diǎn)能夠改變光源發(fā)出的光線顏色。 </p><p>　　麻省理工的畢業(yè)生于2005年創(chuàng)建QD Vision。聯(lián)合創(chuàng)始人科爾·蘇利文介紹，他的公司已經(jīng)完全掌握了量子點(diǎn)的光色可控技術(shù)，從工作原理上說(shuō)，量子點(diǎn)與YAG熒光體類(lèi)似，通過(guò)光線刺激讓量子點(diǎn)發(fā)散出幾種顏色的組合，最終

34、讓LED燈發(fā)散出白色的燈光。</p><p>　　值得注意的是，量子點(diǎn)能夠?qū)ED光源發(fā)出的藍(lán)光完全轉(zhuǎn)化為白光，而不是像YAG熒光體那樣只能吸收一部分，這意味著在同樣的燈泡亮度下，量子點(diǎn)LED燈所需的藍(lán)光更少，在電光轉(zhuǎn)化中需要的電力自然更少，更高效的表現(xiàn)令其在節(jié)能減排方面更勝一籌。（以上關(guān)于QLED資料來(lái)自于百度百科）</p><p>　　從1907年半導(dǎo)體PN結(jié)發(fā)光理論的提出，到今天LE

35、D技術(shù)的無(wú)處不在，期間經(jīng)歷了整整一個(gè)世紀(jì)。在這個(gè)LED的世紀(jì)里，有不計(jì)其數(shù)的研究人員為L(zhǎng)ED的發(fā)展付出了心力，LED所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和科技發(fā)展是無(wú)比巨大的。</p><p>　　1.3 發(fā)光二極管展望</p><p>　　現(xiàn)在以及以后的社會(huì)是信息的社會(huì)，我們身邊的電腦，手機(jī)，平板電腦迅猛的發(fā)展就是信息化社會(huì)發(fā)展的一個(gè)縮影。</p><p>　　人們作為接受信息的主體

36、，快捷，高質(zhì)量的獲取信息是十分必要的，而人們獲取信息的主要渠道是視覺(jué)，通過(guò)視覺(jué)呈現(xiàn)信息的重任就擔(dān)負(fù)在顯示器上，LED作為顯示器使用，具有節(jié)能，環(huán)保，響應(yīng)速度高，長(zhǎng)壽命，顯色性指數(shù)高等特點(diǎn)。因此LED被專(zhuān)家們成為“夢(mèng)幻顯示器”，雖然目前還沒(méi)有大規(guī)模普及，也存在一些技術(shù)難題，不過(guò)在不遠(yuǎn)的將來(lái)，LED必將成為主流的顯示技術(shù)。</p><p>　　未來(lái)的社會(huì)也是環(huán)保的，節(jié)能的，而以往和目前人類(lèi)社會(huì)的電力大部分都消耗在照明

37、領(lǐng)域。而且隨著城市化，信息化的提高，這一比例還要提高。</p><p>　　從這兩個(gè)未來(lái)社會(huì)的發(fā)展點(diǎn)出發(fā)，我們可以看到LED發(fā)展的前景還很大，尤其是在顯示領(lǐng)域，如果實(shí)現(xiàn)技術(shù)的突破，很有可能復(fù)制LCD當(dāng)年的成功。</p><p>　　尤其是前面提到了他的一個(gè)分支，QLED除了壽命比較短（約1W小時(shí)），尺寸暫時(shí)做不大之外，有很多優(yōu)點(diǎn)。例如與現(xiàn)在新興的OLED顯示器相比，QLED制造時(shí)不需要陰罩

38、（MASK），因此不存在在OLED生產(chǎn)時(shí)由于MASK熱脹冷縮造成的色彩不夠精確，量子點(diǎn)可以懸浮在液體中，可以使用多種技術(shù)使其沉積，同時(shí)沉積在柔性基體上時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)柔性顯示。QLED不需濾色膜就可以實(shí)現(xiàn)純色顯示，并且在電光轉(zhuǎn)換效率上優(yōu)于OLED。</p><p>　　LED作為照明器件，已經(jīng)在我們身邊出現(xiàn)，LED小臺(tái)燈，LCD用的背光用LED，LED路燈等等得到大規(guī)模應(yīng)用。</p><p>

39、　　而目前制約LED在顯示領(lǐng)域發(fā)展的因素是，技術(shù)不成熟，暫時(shí)只能制作大尺寸的LED點(diǎn)陣屏，而使用范圍更廣的量產(chǎn)化的QLED還沒(méi)有制作出來(lái)。</p><p>　　而照明領(lǐng)域中，小功率照明技術(shù)發(fā)展的很順利，在大功率照明領(lǐng)域，大功率芯片制作，高導(dǎo)熱率基底的開(kāi)發(fā)，熒光粉的制作，散熱問(wèn)題還在困擾著LED光源的發(fā)展。</p><p>　　1.4 發(fā)光二極管器件的特點(diǎn)</p><p&

40、gt;<b>　　優(yōu)點(diǎn)</b></p><p>　　1：在低光度下能量轉(zhuǎn)換效率高（電能轉(zhuǎn)換成光能的效率） - 也即較省電，非常適合在低光度（如手提電話的背光）需求中使用。當(dāng)光度提高到非極小范圍照明用途時(shí)（如臺(tái)頭燈），LED的效率雖然比鎢絲燈泡高，但仍比螢光燈（俗稱(chēng)光管或日光燈管）差[2]。 </p><p>　　2：響應(yīng)速度快 - 可以達(dá)到很高的閃爍頻率。 </

41、p><p>　　3：使用壽命長(zhǎng) - 在適當(dāng)?shù)纳岷蛻?yīng)用環(huán)境下可達(dá)35,000 ~ 50,000小時(shí)，相對(duì)螢光燈為10,000 ~ 15,000小時(shí)，白熾燈為1,000 ~ 2,000小時(shí)。 </p><p>　　4：耐震蕩等機(jī)械沖擊 - 由于是固態(tài)元件，沒(méi)有燈絲，相對(duì)螢光燈、白熾燈等能承受更大震蕩。 </p><p>　　5：輕便 - 其本身體積可以造得非常細(xì)?。ㄐ∮?

42、mm）尤其是表面貼裝型。 </p><p>　　6：點(diǎn)光源，便于聚焦 - 因發(fā)光體積細(xì)小，而易于以透鏡等方式達(dá)致所需集散程度，藉改變其封裝外形，其發(fā)光角度由大角度散射至細(xì)角度聚焦都可以達(dá)成。 </p><p>　　7：?jiǎn)紊詮?qiáng) - 由于是單一能級(jí)光出的光子，波長(zhǎng)比較單一（相對(duì)大部份人工光源而言），能在不加濾光器下提供多種單純的顏色。 </p><p>　　8：白光L

43、ED 色域略較廣闊 - 白色LED覆蓋色域較其他白色光源廣。 </p><p>　　冷光束 - LED光束本身不包含紅外線或者紫外線，對(duì)注重保護(hù)被照對(duì)象的場(chǎng)合，如博物館展品的照明應(yīng)用最適合。 </p><p><b>　　缺點(diǎn)</b></p><p>　　1：費(fèi)效比差：高光度下效率較低，在一般照明用途上仍比螢光燈耗電，有些LED燈甚至比省電燈泡

44、耗電。有些設(shè)計(jì)使用多枚LED，使得LED可以工作在較低光度，從而增加效率，卻使成本大為提高，售價(jià)難以降低。 </p><p>　　2：散熱問(wèn)題嚴(yán)重 受高溫影響：LED在高溫下能量轉(zhuǎn)換效率會(huì)急速下降，變得浪費(fèi)電力之余也產(chǎn)生更多熱，令溫度進(jìn)一步上升，形成惡性循環(huán)，同時(shí)縮短壽命。如果散熱不佳會(huì)大幅縮短壽命、增加耗電。 </p><p>　　3：電流型器件，調(diào)光復(fù)雜LED光度由電流控制，光度調(diào)節(jié)略

45、為復(fù)雜。 </p><p>　?。矗狐c(diǎn)光源模型,需光學(xué)設(shè)計(jì) 因LED為光源點(diǎn)細(xì)小與分布較集中，作照明用途時(shí)光源過(guò)于集中、刺眼，須運(yùn)用光學(xué)設(shè)計(jì)分散光源。 </p><p>　　5： 顯色性仍待加強(qiáng)。（傳統(tǒng)燈泡、鹵素?zé)麸@色性極佳，而螢光燈管容易找到高顯色性的產(chǎn)品；顯色性低的光源照明不但會(huì)有顏色不正常的感覺(jué)，對(duì)視力及健康也有害） </p><p>　　6：工藝重復(fù)性差 即

46、使是同一批次的單顆LED與LED之間也存在著光通量，顏色和正向電壓的差別，一致性差。</p><p>　　1.5 發(fā)光二極管基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　發(fā)光二極管從內(nèi)部結(jié)構(gòu)上說(shuō)，分為小功率型，大功率型；從外部封裝上說(shuō)，分為SMD（貼片型)，直插型；從尺寸上說(shuō)，直插型的分為Φ3，Φ5，Φ8，Φ10（指的是直插型LED帽身直徑，單位為mm），常用的表面貼裝型LED封裝規(guī)格有0603、0805

47、、1206，指的是貼片LED基座PCB板的長(zhǎng)寬尺寸，如0805指貼片LED的基座PCB板的長(zhǎng)寬尺寸是2.0×1.25（單位是mm）。</p><p>　　我們主要研究的是內(nèi)部LED的結(jié)構(gòu)，一般直插型的LED結(jié)構(gòu)為：塑料透鏡，金線，LED芯片，反射杯，陰極導(dǎo)線，陽(yáng)極導(dǎo)線。SMD型的結(jié)構(gòu)是是塑料透鏡，封膠，LED芯片，粘接銀膠，ESD保護(hù)芯片，陰極導(dǎo)線，金線，散熱基片。</p><p&g

48、t;　　圖1.4 LED結(jié)構(gòu)</p><p>　　單色直插式LED的外殼顏色一般有帶顏色的和透明的兩種，例如一款紅色光直插式LED，如果外殼也是紅色則稱(chēng)為紅發(fā)紅LED，如果外殼是透明的則稱(chēng)為白發(fā)紅LED。依此說(shuō)法就有了綠發(fā)綠、白發(fā)綠、白發(fā)藍(lán)、白發(fā)白等規(guī)格。有色外殼一般直接用作指示燈，透明外殼多用于聚光照明或需要光學(xué)傳導(dǎo)的場(chǎng)合。臺(tái)式電腦機(jī)箱上的電源指示燈是有色外殼，光電鼠標(biāo)底部的紅光LED是透明外殼的，因?yàn)長(zhǎng)ED前

49、面還有一塊折射鏡結(jié)構(gòu)的組件，將光導(dǎo)向指定區(qū)域。</p><p>　　大功率白光LED分為熒光粉轉(zhuǎn)換型，MC多芯片型。其中熒光粉轉(zhuǎn)換型分為二基色型和三基色型。MC型（Multi-Chip，多芯片）即把RGB三基色（或更多種顏色）LED芯片封裝在一起。</p><p>　　1.6 發(fā)光二極管的材料</p><p>　　1.6.1 LED襯底材料</p>&

50、lt;p>　　1）LED襯底材料的意義和選擇</p><p>　　半導(dǎo)體材料的襯底也稱(chēng)為基片材料，外延層都是在襯底材料上生長(zhǎng)獲得的。LED的襯底材料是LED發(fā)展的基石，不同的襯底材料決定了不同的生長(zhǎng)技術(shù)，芯片加工技術(shù)和芯片封裝技術(shù)，因此它決定了LED器件的發(fā)展路線。</p><p>　　一般LED襯底材料的選擇如下：</p><p>　?。╝）結(jié)構(gòu)特性好，外延

51、材料與襯底的晶格結(jié)構(gòu)相同或相似，晶格常數(shù)失配度小，結(jié)晶性能好。</p><p>　?。╞）界面特性好，有利于外延材料的生長(zhǎng)，并且黏附性強(qiáng)；</p><p>　?。╟）化學(xué)穩(wěn)定性好，在外延材料生長(zhǎng)的溫度和氣氛中不易被分解或者被腐蝕；</p><p>　　（d）化學(xué)性能好，包括導(dǎo)熱性好和熱失配度小；</p><p>　?。╡）有良好的導(dǎo)電性，能制

52、成上下層結(jié)構(gòu)；</p><p>　?。╢）光學(xué)性能好，對(duì)光的吸收少，有利于提高器件的發(fā)光效率；</p><p>　?。╣）機(jī)械性能好，器件容易加工；</p><p>　?。╤）尺寸大，一般要求直徑不小于2in（1 in=0.0254 m）；</p><p><b>　　（i）價(jià)格低廉；</b></p>&l

53、t;p>　　當(dāng)然，以上的條件都滿足的是很困難的，所以人們目前只能通過(guò)外延生長(zhǎng)技術(shù)的變更和器件加工工藝的調(diào)整來(lái)適應(yīng)不同襯底上的半導(dǎo)體發(fā)光器件的研究和生產(chǎn)。（綠色LED照明技術(shù)）</p><p>　　2）LED襯底材料的種類(lèi)</p><p><b>　?。╝）藍(lán)寶石（）</b></p><p>　　藍(lán)寶石是目前用于生長(zhǎng)GaN和InGaN的主要

54、材料，其優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定性好，不吸收可見(jiàn)光，透光性好，制備技術(shù)成熟，價(jià)格適中。但其不足是晶格失配性過(guò)高，導(dǎo)電性導(dǎo)熱性欠佳，硬度高而不易加工。但是這些不足均得到克服，如采用過(guò)渡層生長(zhǎng)技術(shù)來(lái)克服晶格失配，通過(guò)同側(cè)P，N電極可克服導(dǎo)電性差，通過(guò)激光劃片解決了不易切割的問(wèn)題。國(guó)外對(duì)該襯底的主攻方向是更大尺寸的單晶，進(jìn)一步降低雜質(zhì)污染，提高表面拋光質(zhì)量。</p><p>　?。╞）碳化硅（SiC）</p>&l

55、t;p>　　該襯底材料有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，如化學(xué)穩(wěn)定性好，有優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，不吸收可見(jiàn)光等，因此成為目前用于GaN，InGaN生長(zhǎng)的僅次于藍(lán)寶石的襯底材料，它在市場(chǎng)上的占有率位居第二。但其不足主要在價(jià)格較高，機(jī)械加工性能較差，晶體質(zhì)量難以與藍(lán)寶石和硅媲美。因此，碳化硅材料吸收380nm以下的紫外光，不適合于制造紫外LED。</p><p>　　由于碳化硅襯底具有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，不需要藍(lán)寶石襯底的倒

56、裝焊接技術(shù)來(lái)解決散熱問(wèn)題。目前世界上能提供高質(zhì)量的碳化硅襯底材料的廠家只有美國(guó)Cree等少數(shù)幾家公司，今后碳化硅襯底的研發(fā)主要任務(wù)是大幅度降低制造成本和提高晶體晶格質(zhì)量。</p><p><b>　　（c）硅（Si）</b></p><p>　　硅襯底材料的優(yōu)點(diǎn)是晶體質(zhì)量高，尺寸大，成本低，易加工，有良好的導(dǎo)熱性，導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性。在硅材料上制備GaN LED使人們的

57、夢(mèng)想，一旦在此技術(shù)上取得突破，外延生長(zhǎng)和LED器件的加工成本將大幅降低。令人遺憾的是，由于GaN外延層與Si襯底之間存在巨大的晶格失配和熱失配，在GaN生長(zhǎng)過(guò)程中容易形成非晶硅，在硅襯底上很難得到無(wú)龜裂和實(shí)用的GaN材料。此外，由于Si襯底對(duì)光的吸收嚴(yán)重，LED的發(fā)光效率很低。</p><p>　?。╠）氮化鎵（GaN）</p><p>　　GaN單晶材料是用于生長(zhǎng)GaN外延層最理想的襯底

58、。用GaN作為襯底生長(zhǎng)GaN外延層，可以大大提高外延膜晶體質(zhì)量，降低位錯(cuò)密度，提高LED發(fā)光效率，電流密度和壽命，但這種單晶材料制備非常困難，且價(jià)高，使其實(shí)現(xiàn)商品化受到限制。美國(guó)和日本幾家公司采用氫化物外延（HVPF）方法，在藍(lán)寶石，SiC襯底上先生長(zhǎng)出GaN厚膜，再通過(guò)剝離技術(shù)實(shí)現(xiàn)襯底和GaN厚膜的分離，分離后的GaN厚膜作為GaN的襯底，一片2in的GaN襯底價(jià)格接近1萬(wàn)美元。</p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)

59、研究GaN襯底是用MOCVD和HVPE兩種設(shè)備分別進(jìn)行。先用MOCVD生長(zhǎng)0.1-1μm的結(jié)晶層，再利用HVPF生長(zhǎng)約300μm的GaN襯底層，最后將原襯底剝離，拋光，這種方法由于襯底分兩次生長(zhǎng)，表面沾污較嚴(yán)重，由于生長(zhǎng)過(guò)程中需降溫停頓，造成表面再構(gòu)，影響第二次生長(zhǎng)。</p><p>　?。╡）砷化鎵（GaAs）</p><p>　　該材料是目前LED中使用較為廣泛的，它可以用來(lái)生長(zhǎng)GaA

60、s，GaP，AlGaAs，AlInGaP等發(fā)光材料的外延層。GaAs的優(yōu)點(diǎn)是晶格常數(shù)比較匹配，可以制成無(wú)位錯(cuò)單晶，加工方便，價(jià)格比較便宜；缺點(diǎn)是其為吸光材料，影響LED發(fā)光效率。</p><p>　?。╢）氧化鋅（ZnO）</p><p>　　ZnO與GaN的晶格結(jié)構(gòu)相同，禁帶寬度非常接近，所以ZnO是GaN外延層的候選襯底，但是，ZnO的致命弱點(diǎn)是在GaN外延生長(zhǎng)的溫度和氣氛匯總?cè)菀装l(fā)生

61、分解和被腐蝕，所以目前尚不能用來(lái)制造光電子器件。</p><p>　　1.6.2 LED外延材料及其工藝</p><p>　　1）LED襯底材料的意義和選擇</p><p>　　外延的目的是指在襯底上向外拓展生長(zhǎng)一定厚度的半導(dǎo)體薄層。外延層與襯底材料可以相同，也可以不同。外延材料是LED的核心部分，它基本上決定了LED的波長(zhǎng)，亮度，正向電壓等光電參數(shù)。</p&

62、gt;<p>　　對(duì)LED芯片外延材料的基本要求和選擇如下</p><p>　?。╝）要求有合適的帶隙寬度Eg。LED的波長(zhǎng)由禁帶寬度決定，可表示為λ=1240/Eg，由于PN結(jié)注入少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合發(fā)光時(shí)釋放的光子能量小于或等于Eg，因此LED芯片發(fā)光材料的Eg值必須大于或者等于所需發(fā)光波長(zhǎng)的光子能量。對(duì)于可見(jiàn)光而言，一般Eg>1.7eV；而如果要得到短波長(zhǎng)的藍(lán)光或者紫光LED，材料

63、的Eg一般大于3eV。</p><p>　　當(dāng)選定了LED的發(fā)光波長(zhǎng)后，通?？赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)多元半導(dǎo)體化合物材料的組分來(lái)控制。例如，對(duì)于InGaAlP材料，可以選擇合適的Al，Ga組分配比，以便從淺黃色到深紅色的光譜范圍內(nèi)來(lái)調(diào)節(jié)LED的波長(zhǎng)。</p><p>　　（b）可獲得高電導(dǎo)率的P型和N型晶體，以制備優(yōu)良的PN結(jié)。制備優(yōu)良的PN結(jié)需要有P型和N型兩種晶體材料，而且要求這兩種晶體的電導(dǎo)率足夠

64、的高，以有效的提供發(fā)光所需的電子和空穴。為使P區(qū)和N區(qū)有足夠高的電導(dǎo)率，通常要求摻雜濃度不小于10的12次方每立方厘米。另一方面，為減小正向串聯(lián)電阻，應(yīng)盡量選擇遷移率高的材料。選擇合適的外延工藝，摻雜材料和摻雜溫度與濃度，這是獲得高電導(dǎo)率材料的基本保證。</p><p>　?。╟）可獲得完整性好的優(yōu)良晶體。晶體的晶格缺陷和外來(lái)雜質(zhì)往往形成復(fù)合中心。成為影響影響器件發(fā)光效率的的重要原因。因此，優(yōu)質(zhì)晶體是制造高發(fā)光效

65、率LED的必要條件。</p><p>　?。╠）發(fā)光復(fù)合概率大。由于發(fā)光復(fù)合概率直接影響發(fā)光效率，所以目前高亮度和超高亮度LED大多都采用直接帶隙或著直接躍遷型半導(dǎo)體材料制備，原因是這類(lèi)材料有較大的復(fù)合概率。對(duì)于直接躍遷型晶體材料，也可以摻入適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)來(lái)形成復(fù)合概率大的高濃度復(fù)合中心，以提高光效。</p><p>　　用來(lái)制作LED的半導(dǎo)體材料主要有砷化鎵，磷化鎵，鎵鋁砷，鋁銦鎵磷，銦鎵氮

66、等Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料，其他還有Ⅳ族化合物半導(dǎo)體碳化硅及Ⅱ-Ⅵ族化合物硒化鋅等。</p><p>　　下表列出了對(duì)應(yīng)不同外延材料的LED顏色和正向偏壓。</p><p>　　LED外延工藝技術(shù)有液相外延（liquid Phase Epitaxy，LPE），氣相外延（Vapor Phase Epitaxy，VPE），分子束外延（Molecular Beam Eptitaxy，MBE）和金

67、屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD）外延等。</p><p>　　外延設(shè)備是外延片制造技術(shù)的關(guān)鍵所在。在VPE技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的MOCVD技術(shù)，是VPE和MBE等技術(shù)無(wú)法與之相媲美的。MOCVD技術(shù)是目前生長(zhǎng)Ⅲ-Ⅴ族，Ⅱ-Ⅵ族化合物及合金薄膜單晶的主要方法。</p><p>　　圖1.5MOCVD設(shè)備系統(tǒng)</

68、p><p>　　迄今為止，MOCVD是制備GaN LED和激光器外延片的主流方法，從MOCVD生長(zhǎng)的GaN外延片和器件的性能及生產(chǎn)成本等主要指標(biāo)來(lái)看，尚沒(méi)有其他方法能與之相比。</p><p>　　MOCVD設(shè)備的主要特點(diǎn)如下。</p><p>　　（a）所有原料都以氣體的形式輸入到反應(yīng)腔，可以通過(guò)精確地控制各種源和摻雜氣體量來(lái)控制外延層的組分，摻雜濃度和厚度。<

69、/p><p>　?。╞）晶體生長(zhǎng)以熱分解方式進(jìn)行，系單溫區(qū)外延生長(zhǎng)，因此設(shè)備簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，便于批量生產(chǎn)。</p><p>　?。╟）晶體的生長(zhǎng)速率取決于源的供應(yīng)量，并且可以在較大范圍內(nèi)調(diào)整外延生長(zhǎng)速度。</p><p>　?。╠）采用低壓生長(zhǎng)，可以減小外延生長(zhǎng)過(guò)程中存儲(chǔ)效應(yīng)和過(guò)度效應(yīng)，異質(zhì)界面能夠?qū)崿F(xiàn)單原子層突變，適合超薄結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)。借助計(jì)算機(jī)控制，可以方便地生長(zhǎng)出各種

70、高質(zhì)量的量子阱超晶格。</p><p>　　1.6.3 LED封裝作用及封裝材料</p><p><b>　　LED封裝作用</b></p><p>　　LED的核心發(fā)光部分是P型和N型半導(dǎo)體構(gòu)成的PN結(jié)管芯，當(dāng)注入PN結(jié)的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)，就會(huì)發(fā)光。但是PN結(jié)區(qū)發(fā)出的光子是非定向的，即各個(gè)方向發(fā)射有相同幾率，因此，并不是管芯發(fā)出的

71、所有光都可以釋放出來(lái)，這主要取決于半導(dǎo)體材料的質(zhì)量，管芯結(jié)構(gòu)及幾何形狀，封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)與包裝材料，采用的封裝技術(shù)要能提高LED的內(nèi)外量子效率。通常φ5的LED封裝是將邊長(zhǎng)為0.25mm的正方形管芯粘接或者燒結(jié)在引線架上，管芯的正極通過(guò)球型接觸點(diǎn)與金絲鍵合為內(nèi)引線，，與一條管腳相連，負(fù)極通過(guò)反射杯和引線架與另一管腳相連，然后其頂部用環(huán)氧樹(shù)脂包封。反射杯得作用是收集管芯側(cè)面，界面的光。向期望的方向發(fā)射。頂部包封的環(huán)氧樹(shù)脂做成一定形狀，保護(hù)管芯

72、，控制光的發(fā)散角，匹配折射率，提高管芯光射出效率。</p><p><b>　　LED封裝材料</b></p><p><b>　　1.主劑材料</b></p><p>　?。╝）環(huán)氧樹(shù)脂。以透明無(wú)色，雜質(zhì)低，黏度低為原則。高檔產(chǎn)品宜選用道化學(xué)的3311，南亞的127，日本三井的139，大日本油墨的EP4000系列環(huán)氧樹(shù)脂

73、，中低檔產(chǎn)品可采用宏昌的127系列環(huán)氧樹(shù)脂。</p><p>　?。╞）活性稀釋劑。采用脂環(huán)族的雙官度活性稀釋劑比較好，但國(guó)內(nèi)基本不能生產(chǎn)，中低檔可用南亞的AGE代替，但AGE對(duì)固化后的硬度有影響，交聯(lián)度也不夠。如果樹(shù)脂的黏度較低，可以不選擇添加稀釋劑。</p><p>　?。╟）消泡劑。以相容為好，消泡性好，無(wú)低沸點(diǎn)為原則。可選用BYK-530，BYK-066</p>&l

74、t;p>　　BYK-141，德謙6500等系列消泡劑。</p><p>　?。╠）調(diào)色劑。一般以20%的透明油性染料添加80%的主體環(huán)氧樹(shù)脂，加溫?cái)嚢杓纯商砑?，可消除?shù)脂或其他材料添加造成的微黃色，并可保證固化后顏色純正。透明油性染料的選擇，具備至少150-180的耐溫條件，以防止加溫固化時(shí)變色?？蛇x用拜爾PEG-400系列調(diào)色劑。</p><p>　?。╡）脫模劑。以脫模效果好，相

75、容性好，顏色淺為原則?？蛇x用FINT-900，無(wú)錫三山TMA脫模劑。</p><p><b>　　2.固化劑材料</b></p><p>　　（a）甲基六氫苯酐。中低檔國(guó)內(nèi)，高檔采用意大利LONZA公司的產(chǎn)品。</p><p>　?。╞）促進(jìn)劑。酸酐體系可以采用季銨鹽，如國(guó)內(nèi)研發(fā)的四丁基溴化銨</p><p>　?。╟）

76、抗氧劑。主要防止酸酐高溫固化時(shí)被氧化。要求相容性好，顏色淺，中低檔產(chǎn)品可以選用264系列抗氧化劑。</p><p>　　2 LED照明知識(shí)和LED光學(xué)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 相關(guān)光學(xué)知識(shí)</p><p>　　2.1.1 光的定義</p><p>　　在物理學(xué)上，能量以電磁波或者光子的形式發(fā)射及傳輸?shù)倪^(guò)程就是電磁輻射。光是電磁輻射的一

77、部分，是波長(zhǎng)位于向X射線過(guò)渡區(qū)（λ≈1nm）和向無(wú)線電電波過(guò)渡區(qū)（λ≈1mm）之間的電磁輻射。這些光并不是都能看見(jiàn)的，人眼所見(jiàn)的只是其中一部分，之一部分成為可見(jiàn)光，其波長(zhǎng)通常限定在380-780nm。</p><p>　　在可見(jiàn)光中，波長(zhǎng)最短的是紫光，稍長(zhǎng)的是藍(lán)光，以后的順序是青光，黃光，橙光和紅光。</p><p>　　2.1.2 光的傳播</p><p><

78、;b>　　1）光速</b></p><p>　　各種形式的輻射能在真空中以相同的速度傳播，每秒299793km。當(dāng)輻射能量通過(guò)介質(zhì)時(shí)，它的波長(zhǎng)和速度發(fā)生改變；而頻率由產(chǎn)生電磁波的輻射源決定，他不隨遇到的介質(zhì)而改變。</p><p>　　當(dāng)光線在同一均一媒質(zhì)中傳播時(shí)，總是沿著直線行進(jìn)，當(dāng)媒質(zhì)改變時(shí)，光線或被反射，透射，吸收。對(duì)于光的的色散，干涉，衍射和偏振現(xiàn)象，由于在以下的

79、討論中很少遇到，故不再贅述。</p><p><b>　　2）光的反射</b></p><p>　　當(dāng)光線遇到非透明物體表面時(shí)，大一部分光被反射，一部分光被吸收。光線在鏡面和擴(kuò)散面上的反射狀態(tài)有以下幾種</p><p>　　a）規(guī)則反射，鏡面反射（Regular Reflection，Specular Reflection）在光滑鏡面上產(chǎn)生的反

80、射成為鏡面反射，又稱(chēng)規(guī)則入射。</p><p>　　LED光學(xué)設(shè)計(jì)是以現(xiàn)有的LED為前提，改善LED本身發(fā)光角度的局限。</p><p>　　LED光學(xué)設(shè)計(jì)分為一次光學(xué)設(shè)計(jì)和二次光學(xué)設(shè)計(jì)。一次光學(xué)設(shè)計(jì)從封裝材料的形狀入手，設(shè)法提高LED的出光效率。</p><p>　　汽車(chē)信息系統(tǒng)的復(fù)雜性和信息密度在日益上升，這使得汽車(chē)內(nèi)部顯示器不再僅僅是基本的集中儀表顯示，而是要

81、滿足越來(lái)越詳細(xì)和多樣化的車(chē)內(nèi)信息顯示需求。汽車(chē)電子需要的顯示產(chǎn)品，對(duì)于環(huán)境適應(yīng)性要求高，普遍需求的車(chē)載顯示屏的性能指標(biāo)為：亮度20～60nit，常溫工作壽命50000小時(shí)，耐受溫度范圍-40～85℃。同成熟的TFT-LCD相比，OLED(有機(jī)電致發(fā)光顯示技術(shù))是主動(dòng)發(fā)光的顯示器，具有高對(duì)比度、寬視角（170）、快速響應(yīng)（～1μs）、高發(fā)光效率、低操作電壓（3～10V）、超輕?。ê穸刃∮?mm）等優(yōu)勢(shì)。利用OLED技術(shù)制作的車(chē)載顯示器，可

82、具有更輕薄迷人的外觀、更優(yōu)異的彩色顯示畫(huà)質(zhì)、更寬廣的觀看范圍和更大的設(shè)計(jì)靈活性，更重要的是OLED環(huán)境適應(yīng)性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越于液晶顯示，可耐受的溫度區(qū)間達(dá)到-40~85℃溫度范圍。并且OLED不含鉛，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此OLED顯示應(yīng)用在車(chē)載領(lǐng)域具有極大的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　2.1 OLED儀表盤(pán)制作工藝 </p><p>　　OLED儀表盤(pán)顯示屏是用真空鍍膜機(jī)在ITO玻璃基板上依次

83、蒸鍍有機(jī)材料、陰極材料?；竟に嚵鞒虨椋?lt;/p><p>　　ITO/Cr 玻璃清洗——→光刻——→再清洗——→前處理——→真空蒸發(fā)多層有機(jī)層（4-5 層）——→真空蒸發(fā)背電極——→真空蒸發(fā)保護(hù)層——→封裝——→切割——→測(cè)試——→模塊組裝——→產(chǎn)品檢驗(yàn)、老化實(shí)驗(yàn)以及QC 抽檢工序</p><p>　　2.1.1 ITO 的洗凈及表面處理</p><p>　　作為陽(yáng)

84、極的ITO 表面狀態(tài)好壞直接影響空穴的注入和與有機(jī)薄膜層間的界面電子狀態(tài)及有機(jī)材料的成膜性。如果ITO 表面不清潔，其表面自由能變小，從而導(dǎo)致蒸鍍?cè)谏厦娴目昭▊鬏敳牧习l(fā)生凝聚、成膜不均勻。通常先對(duì)ITO 表面用濕法處理，即用洗滌劑清洗，再用乙醇，丙酮及超聲波清洗或用有機(jī)溶劑的蒸汽洗滌，后用紅外燈烘干。洗凈后對(duì)ITO表面進(jìn)行活化處理，使ITO 表面層含氧量增加，以提高ITO 表面的功函數(shù)，也可以用過(guò)氧化氫處理ITO 表面，用比例為水：雙氧

85、水：氨水=5：1：1 的混合溶液處理后,使OLED 器件亮度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。因?yàn)檫^(guò)氧化氫處理會(huì)使ITO 表面過(guò)剩的錫含量減少而氧的比例增加，使ITO 表面的功函數(shù)增加從而增加空穴注入的幾率。紫外線-臭氧和等離子表面處理是目前制作OLED 器件常用的兩種方法，主要目的是：</p><p>　　1）去除ITO 表面殘留的有機(jī)物。</p><p>　　2）促使ITO 表面氧化增加ITO 表面的功

86、函數(shù)。</p><p>　　經(jīng)過(guò)脫脂處理表面處理后的ITO 表面的功函數(shù)約為4.6 eV,經(jīng)過(guò)紫外線-臭氧或等離子表面處理過(guò)的ITO 表面的功函數(shù)約為5.0 eV 以上，發(fā)光效率及工作壽命都會(huì)得到提高。在對(duì)ITO 玻璃進(jìn)行表面處理是一定要在干燥的真空操作條件下進(jìn)行，處理過(guò)的ITO 玻璃不要在空氣中放置太久，否則ITO 玻璃就會(huì)失去活性。</p><p>　　2.1.2 有機(jī)薄膜蒸鍍工藝&l

87、t;/p><p>　　OLED 器件在高真空腔室中蒸鍍多層有機(jī)材料薄膜，膜的質(zhì)量是關(guān)系到器件質(zhì)量和壽命的關(guān)鍵。在真空腔室中有多個(gè)加熱舟蒸發(fā)源和相應(yīng)的膜厚監(jiān)控系統(tǒng)、ITO 玻璃基板固定裝置及金屬掩模裝置(Mask)。有機(jī)材料的蒸汽壓比較高，蒸發(fā)溫度在100-500℃之間，就其特征：</p><p>　　1）蒸汽壓高（150-450℃）。</p><p>　　2）高溫條件下

88、易分解，易變性。</p><p>　　3）泡沫狀態(tài)下導(dǎo)熱性不好。</p><p>　　在蒸發(fā)沉積有機(jī)材料薄膜時(shí)，蒸發(fā)輸率控制在3-5Å/秒，這樣在Φ60 ㎜的基板范圍內(nèi)薄膜的均勻度可達(dá)350 ű25 Å。使用導(dǎo)熱性好的加熱舟，使蒸發(fā)速度容易控制。常用的加熱舟有金屬鉬和鉭加熱舟，為了使加熱更均勻，再加上帶蓋的石英舟，它使加熱得到緩沖。在進(jìn)行有機(jī)材料薄

89、膜蒸鍍時(shí),一般基板保持室溫,防止溫度升高破壞有機(jī)材料薄膜,蒸發(fā)速度不宜過(guò)快或過(guò)慢,使膜厚度不均勻,過(guò)厚。蒸發(fā)多種材料分別在幾個(gè)真空室中進(jìn)行，防止交叉污染。在彩色OLED 器件制作中，含有摻雜劑的有機(jī)材料薄膜的形成，要采取摻雜劑材料與基質(zhì)材料共蒸發(fā)的工藝，一般摻雜劑材料控制在0.5~2%（占基質(zhì)材料的摩爾數(shù)），要求在控制基質(zhì)材料和蒸發(fā)量的同時(shí)，嚴(yán)格控制摻雜劑材料在基質(zhì)中的含量。</p><p>　　2.1.3 金屬

90、電極的制作工藝</p><p>　　金屬電極的制作工藝要在與有機(jī)材料薄膜蒸鍍室相隔絕的真空腔室中進(jìn)行。由于金屬電極多使用低功函數(shù)的活潑金屬，在有機(jī)材料薄膜蒸鍍沉積工藝結(jié)束后,不要讓帶有有機(jī)材料薄膜的基板暴露在空氣中,將其移至金屬電極蒸鍍室。</p><p>　　常用的金屬電極有Mg/Ag、Mg:Ag/Ag、Li/Al、LiF /Al 等, Mg/Ag要采用共蒸發(fā)法形成薄膜,其他采用分層蒸發(fā)

91、法,一般金屬材料的氣化溫度在450℃-1200℃高溫下,所以要防止金屬蒸發(fā)源熱輻射對(duì)基板上的有機(jī)材料薄膜的不良影響,將基板溫度控制在80℃以下。對(duì)于合金金屬電極要進(jìn)行蒸鍍后處理,在合金金屬電極膜上面再鍍上一層惰性金屬膜,如Mg:Ag(10:1)合金上鍍上一層銀保護(hù)層,使其為Mg:Ag /Ag,對(duì)于Li/Al 就成了Li: Al /Al。[7]在蒸鍍有機(jī)材料薄膜和金屬薄膜時(shí)要維持10??帕以上的真空度，否則會(huì)影響有機(jī)材料薄膜和金屬薄膜的質(zhì)

92、量和器件的壽命。 </p><p>　　2.2 轎車(chē)用OLED儀表盤(pán)結(jié)構(gòu)</p><p>　　由于考慮到轎車(chē)儀表盤(pán)的對(duì)使用壽命及發(fā)光效率有比較高的要求，因此比較OLED各種器件的結(jié)構(gòu)后選擇三層OLED器件結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中三個(gè)功能層各行其職，對(duì)于選擇材料和優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)性能十分方便。單層結(jié)構(gòu)和雙層結(jié)構(gòu)都不能保證載流子的平衡注入，得不到高的發(fā)光效率和長(zhǎng)使用壽命。多層結(jié)構(gòu)引入修飾層可以更好的平衡注入

93、載流子，但大多數(shù)有機(jī)材料為絕緣體,只有在較高電場(chǎng)強(qiáng)度下才能實(shí)現(xiàn)有效的電流注入,所以有機(jī)薄膜的厚度不宜太厚,否則器件的驅(qū)動(dòng)電壓太高,失去了OLED的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。因此，轎車(chē)用OLED儀表盤(pán)選擇三層結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.3 儀表盤(pán)顯示內(nèi)容</p><p>　　不同汽車(chē)的儀表不盡相同。但是一般汽車(chē)的常規(guī)儀表有車(chē)速里程表、轉(zhuǎn)速表、機(jī)油壓力表、水溫表、燃油表、電瓶表等。現(xiàn)代汽車(chē)儀表盤(pán)要求的

94、不僅是功能顯示，還要滿足設(shè)計(jì)獨(dú)特美觀。</p><p>　　1) 轉(zhuǎn)速表 轉(zhuǎn)速表一般設(shè)置在儀表板內(nèi)。與車(chē)速里程表對(duì)稱(chēng)地放置在一起。轉(zhuǎn)速表是按照磁性原理工作的．它接收點(diǎn)火線圈中初級(jí)電流中斷時(shí)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)。并將此信號(hào)轉(zhuǎn)換為可顯示的轉(zhuǎn)速值。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越快，點(diǎn)火線圈產(chǎn)生的脈沖次數(shù)越多，表上顯示的轉(zhuǎn)速值就越大。 現(xiàn)在轎車(chē)一般都是電子式轉(zhuǎn)速表，有指針式和液晶數(shù)字顯示式。表內(nèi)有數(shù)字集成電路．它將點(diǎn)火線圈輸送過(guò)來(lái)的電

95、壓脈沖經(jīng)過(guò)計(jì)算后驅(qū)動(dòng)指針移動(dòng)或數(shù)字顯示。另外還有一種轉(zhuǎn)速表是從發(fā)電機(jī)取出脈沖信號(hào)送到轉(zhuǎn)速表電路解釋后顯示轉(zhuǎn)速值。不過(guò)因受發(fā)電機(jī)皮帶打滑等因素影響。數(shù)值不太精確。本文設(shè)計(jì)中采用的是指針式，指針式的設(shè)計(jì)更為直觀。</p><p>　　2）車(chē)速里程表 車(chē)速里程表實(shí)際上由兩個(gè)表組成。一個(gè)是車(chē)速表，另一個(gè)是里程表。 </p><p>　　傳統(tǒng)的車(chē)速表是機(jī)械式的。典型的機(jī)械式里程表連接一根軟軸

96、．軟軸內(nèi)有一根鋼絲纜。軟軸另一端連接到變速器某一個(gè)齒輪上。齒輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)鋼絲纜旋轉(zhuǎn)．鋼絲纜帶動(dòng)里程表罩圈內(nèi)一塊磁鐵旋轉(zhuǎn)。罩圈與指針聯(lián)接并通過(guò)游絲將指針置于零位。磁鐵旋轉(zhuǎn)速度的快慢引起磁力線大小的變化。平衡被打破指針因此被帶動(dòng)。這種車(chē)速里程表簡(jiǎn)單實(shí)用．被廣泛用于大小型汽車(chē)上。不過(guò)．隨著電子技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)在很多轎車(chē)儀表已經(jīng)使用電子車(chē)速表，常見(jiàn)的一種是從變速器上的速度傳感器獲取信號(hào)，通過(guò)脈沖頻率的變化使指針偏轉(zhuǎn)或者顯示數(shù)字。本次設(shè)計(jì)采用的是指針

97、偏轉(zhuǎn)式。</p><p>　　里程表是一種數(shù)字式儀表，它通過(guò)計(jì)數(shù)器鼓輪的傳動(dòng)齒輪與車(chē)速表傳動(dòng)軸上的蝸桿嚙合，使計(jì)數(shù)器鼓輪轉(zhuǎn)動(dòng)。其特點(diǎn)是上一級(jí)鼓輪轉(zhuǎn)一整圈。下一級(jí)鼓輪轉(zhuǎn)1／10圈。同車(chē)速表一樣，目前里程表也有電子式里程表，它從速度傳感器獲取里程信號(hào)。電子式里程表累積的里程數(shù)字存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)，在無(wú)電狀下態(tài)數(shù)據(jù)也能保存。本次設(shè)計(jì)通過(guò)8字實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示里程。</p><p>　　3）水溫表

98、 水溫表的傳感器是一種熱敏電阻式傳感器。用螺紋固定在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水道上。熱敏電阻決定了流經(jīng)水溫表線圈繞組的電流大小。從而驅(qū)動(dòng)表頭指針擺動(dòng)。以前汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水都是用自來(lái)水來(lái)充當(dāng)．現(xiàn)在很多汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)都用專(zhuān)門(mén)的冷卻液。因此也稱(chēng)為冷卻液溫度表。</p><p>　　4）燃油表 燃油表內(nèi)有兩個(gè)線圈。分別在 "F”與"E”一側(cè)，傳感器是一個(gè)由浮子高度控制的可變電阻。阻值變化決定兩個(gè)線圈的磁力線

99、強(qiáng)弱．也就決定了指針的偏轉(zhuǎn)方向。 水溫表和燃油表也有用指示燈表示的。水溫指示燈亮表示水溫偏高。燃油指示燈亮表示燃油已近低點(diǎn)作為輔助性提醒。指示燈如圖2-1</p><p><b>　　5）指示燈和警報(bào)燈</b></p><p>　　燃油指示燈 水溫指示燈 剎車(chē)盤(pán)指示燈 安全帶指示燈 機(jī)油指示燈</p><p>

100、　　電瓶指示燈 安全氣囊指示燈 發(fā)動(dòng)機(jī)自檢燈 轉(zhuǎn)向指示燈 遠(yuǎn)光指示燈</p><p><b>　　示寬指示燈</b></p><p>　　圖2-1 指示燈和報(bào)警燈</p><p>　　2.4 顯示屏材料選擇</p><p>　　2.4.1 發(fā)光材料</p><p>　　轎車(chē)用

101、OLED儀表盤(pán)上不同的內(nèi)容需要不通的顏色來(lái)顯示，而且視覺(jué)效果要好，要符合顏色學(xué)常識(shí)（例如：警示色是紅色）。本文設(shè)計(jì)的儀表盤(pán)主要有紅色、綠色、黃色三種顏色。紅色用作警示色，綠色用來(lái)顯示正在工作的狀態(tài)，黃色用作基本顯示色。由于白色發(fā)光材料在制備器件時(shí)比較復(fù)雜，因此用黃色作為基本顯示色。</p><p>　　對(duì)于紅光，將采用高效紅光染料DCJTB作為摻雜劑摻入Alq3中的辦法予以實(shí)現(xiàn)。紅光染料DCJTB是一種稠環(huán)芳香化

102、合物，發(fā)射峰在620nm左右，是目前制作紅色OLED最理想的摻雜劑。[12]綠光材料則采用喹吖啶酮（quinacridone），其發(fā)射峰位于540nm處，是一類(lèi)重要的綠色熒光染料。而黃色發(fā)光材料則采用紅熒烯（rubrene），它的發(fā)射峰在562nm，其既可摻雜在電子傳輸性的主體材料中，也可摻雜在具有空穴傳輸性的主體材料中，對(duì)器件的發(fā)光效率以及器件的壽命都有很大影響。</p><p>　　2.4.2 傳輸層材料&l

103、t;/p><p>　　1）電子傳輸材料 目前常用的電子傳輸材料有Alq3、PBD、TAZ、OXD-7、DPVBi、Beq2以及香豆素衍生物等，其中噁二唑衍生物PBD、TAZ和OXD-7是小分子OLED中使用最多的電子傳輸材料。在轎車(chē)用OLED儀表盤(pán)中使用的電子傳輸材料是OXD-7。</p><p>　　2）空穴傳輸材料 目前使用較多的小分子空穴傳輸材料有NPB、TPD、星狀爆炸物MTDATA、

104、TCTA、芳二胺和吡唑啉衍生物等。本設(shè)計(jì)中使用的是NPB。</p><p>　　2.4.3 電極材料</p><p>　　1) 陽(yáng)極 氧化銦錫ITO(Indium Tin Oxide)具有體心立方鐵錳礦結(jié)構(gòu)，是一種重?fù)诫s、高簡(jiǎn)并的n 型半導(dǎo)體薄膜材料。ITO 薄膜能隙較寬(3.5 eV~4.3 eV)，具有一系列優(yōu)良性能，如高可見(jiàn)光透光率、低電阻率、對(duì)襯底良好的附著性，以及高硬度、耐磨性

105、、耐化學(xué)腐蝕特性等，目前被廣泛用于ITO 透明導(dǎo)電薄膜的制備中。</p><p>　　2）陰極 目前常用的為Mg:Ag和Li:Al合金電極，本次設(shè)計(jì)采用Mg:Ag合金電極。</p><p>　　2.5 轎車(chē)用OLED儀表盤(pán)參數(shù)設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用典型的三層結(jié)構(gòu)：ITO/NPB（60nm）/發(fā)光層（40nm）/ OXD-7（20nm）/Mg:Ag（10

106、0nm）。相繼蒸鍍空穴傳輸層TPD（60nm）、發(fā)光層（40nm）、電子傳輸層OXD-7（20nm）、陰極Mg:Ag電極（100nm）。ITO 表面的功函數(shù)約為5.0 eV 以上，方阻小于10歐/□。器件的驅(qū)動(dòng)電壓為5V。</p><p>　　3 轎車(chē)用OLED儀表盤(pán)設(shè)計(jì)</p><p>　　本文主要設(shè)計(jì)了轎車(chē)用OLED儀表盤(pán)，使用的軟件為Auto -CAD2007。屏的基本設(shè)計(jì)過(guò)程為：外

107、觀圖的設(shè)計(jì)（OLED屏外觀圖的設(shè)計(jì)→ITO陽(yáng)極層走線的分布→金屬陰極層走線的分布→各有機(jī)發(fā)光層的分布）→掩模版的設(shè)計(jì)（ITO層光刻掩模版的設(shè)計(jì)→有機(jī)層蒸鍍掩模版的設(shè)計(jì)→金屬陰極層蒸鍍掩模版的設(shè)計(jì)）→標(biāo)注、說(shuō)明。</p><p><b>　　3.1 外觀圖設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)的OLED屏長(zhǎng)300mm,寬140mm。如圖3-1所示。</p>

108、;<p>　　圖3-1 轎車(chē)用OLED儀表盤(pán)外觀圖</p><p>　　圖中繪制了轎車(chē)儀表盤(pán)所要顯示的內(nèi)容，各功能區(qū)的形狀、大小以及各自的定位尺寸圖中都做了具體標(biāo)記。此外，圖紙中還對(duì)該器件使用環(huán)境及基本特點(diǎn)進(jìn)行了說(shuō)明。圖中可視區(qū)可大致分為四部分：左邊是轉(zhuǎn)速表以及四個(gè)警報(bào)指示燈（電瓶指示燈、安全氣囊指示燈、遠(yuǎn)光指示燈、發(fā)動(dòng)機(jī)自檢燈）；右邊是車(chē)速表以及四個(gè)警報(bào)指示燈（機(jī)油指示燈、剎車(chē)盤(pán)指示燈、安全帶指示