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第1章 光 视觉 颜色1

1.1 光1

1.1.1 光的本质1

1.1.2 光的产生和传播3

1.1.3 人眼的光谱灵敏度6

1.1.4 光度学及其测量8

1.2 视觉13

1.2.1 作为光学系统的人眼13

1.2.2 视觉的特征与功能15

1.3 颜色19

1.3.1 颜色的性质19

1.3.2 国际照明委员会色度学系统20

1.3.3 色度学及其测量24

第2章 光源31

2.1 自然光源31

2.1.1 太阳31

2.1.2 月亮和行星32

2.2 人工光源32

2.2.1 人工光源的发明与发展32

2.2.2 白炽灯33

2.2.3 卤钨灯34

2.2.4 荧光灯35

2.2.5 低压钠灯36

2.2.6 高压放电灯37

2.2.7 无电极放电灯38

2.2.8 发光二极管39

2.2.9 照明的经济核算40

第3章 半导体发光材料晶体导论42

3.1 晶体结构42

3.1.1 空间点阵42

3.1.2 晶面与晶向43

3.1.3 闪锌矿结构、金刚石结构和纤锌矿结构44

3.1.4 缺陷及其对发光的影响46

3.2 能带结构49

3.3 半导体晶体材料的电学性质54

3.3.1 费米能级和载流子54

3.3.2 载流子的漂移和迁移率55

3.3.3 电阻率和载流子浓度56

3.3.4 寿命56

3.4 半导体发光材料的条件57

3.4.1 带隙宽度合适57

3.4.2 可获得电导率高的p型和n型晶体57

3.4.3 可获得完整性好的优质晶体57

3.4.4 发光复合概率大57

第4章 半导体的激发与发光59

4.1 pn结及其特性59

4.1.1 理想的pn结59

4.1.2 实际的pn结66

4.2 注入载流子的复合68

4.2.1 复合的种类68

4.2.2 辐射型复合68

4.2.3 非辐射型复合71

4.3 辐射与非辐射复合之间的竞争72

4.4 异质结构和量子阱72

4.4.1 异质结构72

4.4.2 量子阱73

第5章 半导体发光材料体系77

5.1 砷化镓78

5.2 磷化镓79

5.3 磷砷化镓80

5.3.1 GaAs0.60P0.40/GaAs81

5.3.2 晶体中的杂质和缺陷对发光效率的影响82

5.4 镓铝砷82

5.5 铝镓铟磷83

5.6 铟镓氮84

第6章 半导体照明光源的发展和特征参量87

6.1 发光二极管的发展88

6.2 发光二极管材料生长方法90

6.3 高亮度发光二极管芯片结构91

6.3.1 单量子阱（SQW）结构91

6.3.2 多量子阱（MQW）结构92

6.3.3 分布布拉格反射（DBB）结构92

6.3.4 透明衬底技术（Transparent Substrate，TS）92

6.3.5 镜面衬底（Mirror Substrate，MS）92

6.3.6 透明胶质黏结型92

6.3.7 表面纹理结构92

6.4 照明用LED的特征参数和要求93

6.4.1 光通量93

6.4.2 发光效率94

6.4.3 显色指数94

6.4.4 色温95

6.4.5 寿命95

6.4.6 稳定性96

6.4.7 热阻96

6.4.8 抗静电性能96

第7章 磷砷化镓、磷化镓、镓铝砷材料生长97

7.1 磷砷化镓氢化物气相外延生长（HVPE）97

7.2 氢化物外延体系的热力学分析99

7.3 液相外延原理102

7.4 磷化镓的液相外延106

7.4.1 磷化镓绿色发光材料外延生长106

7.4.2 磷化镓红色发光材料外延生长107

7.5 镓铝砷的液相外延108

第8章 铝镓铟磷发光二极管111

8.1 AlGaInP金属有机物化学气相沉积通论111

8.1.1 源材料111

8.1.2 生长条件113

8.1.3 器件生长116

8.2 外延材料的规模生产问题119

8.2.1 反应器问题：输送和排空处理119

8.2.2 均匀性的重要性119

8.2.3 源的质量问题120

8.2.4 颜色控制问题120

8.2.5 生产损耗问题121

8.3 电流扩展121

8.3.1 欧姆接触的改进122

8.3.2 p型衬底上生长122

8.3.3 电流扩展窗层122

8.3.4 氧化铟锡（ITO）123

8.4 电流阻挡结构123

8.5 光的取出124

8.5.1 上窗设计124

8.5.2 衬底吸收126

8.5.3 分布布拉格反射LED127

8.5.4 GaP晶片黏结透明衬底LED128

8.5.5 胶质黏着（蓝宝石晶片黏结）129

8.5.6 纹理表面结构129

8.6 芯片制造技术131

8.7 器件特性131

第9章 铟镓氮发光二极管133

9.1 GaN生长133

9.1.1 未掺杂GaN134

9.1.2 n型GaN135

9.1.3 p型GaN136

9.1.4 GaN pn结LED136

9.2 InGaN生长136

9.2.1 未掺 InGaN136

9.2.2 掺杂InGaN137

9.3 InGaN LED138

9.3.1 InGaN/GaN双异质结LED138

9.3.2 InGaN/AlGaN双异质结LED139

9.3.3 InGaN单量子阱（SQ W）结构LED139

9.3.4 高亮度绿色和蓝色LED141

9.3.5 InGaN多量子阱（MQW）结构LED142

9.3.6 紫外LED142

9.3.7 AlGaN深紫外LED143

9.3.8 硅衬底GaN蓝光LED143

9.4 提高质量和降低成本的几个重要技术问题144

9.4.1 衬底144

9.4.2 缓冲层146

9.4.3 激光剥离（LLO）147

9.4.4 氧化铟锡（ITO）147

9.4.5 表面纹理结构148

9.4.6 图形衬底技术（PSS）148

9.4.7 微矩阵发光二极管（MALED）149

9.4.8 光子晶体（Photonic Crystal，PC）LED150

9.4.9 金属垂直光子LED（MVP LED）151

第10章 LED芯片制造技术152

10.1 光刻技术152

10.2 氮化硅生长153

10.3 扩散154

10.4 欧姆接触电极156

10.5 ITO透明电极158

10.6 表面粗化160

10.7 光子晶体160

10.8 激光剥离（Laser Lift-off，LLO）161

10.9 倒装芯片技术162

10.10 垂直结构芯片技术163

10.11 芯片的切割163

10.12 LED芯片结构的发展164

第11章 白光发光二极管167

11.1 新世纪光源的研制目标167

11.2 人造白光的最佳化167

11.2.1 发光效率和显色性的折中167

11.2.2 二基色体系169

11.2.3 多基色体系170

11.3 荧光粉转换白光LED171

11.3.1 二基色荧光粉转换白光LED171

11.3.2 多基色荧光粉转换白光LED173

11.3.3 紫外LED激发多基色荧光粉173

11.4 多芯片白光LED174

11.4.1 二基色多芯片白光LED174

11.4.2 多基色多芯片白光LED176

第12章 LED封装技术178

12.1 LED器件的设计178

12.1.1 设计原则178

12.1.2 电学设计178

12.1.3 热学设计179

12.1.4 光学设计180

12.1.5 视觉因素182

12.2 LED封装技术184

12.2.1 小功率LED封装184

12.2.2 SMD LED的封装187

12.2.3 芯片级封装（CSP）188

12.2.4 大电流LED的封装189

12.2.5 功率LED的封装189

12.2.6 功率LED组件195

12.2.7 铟镓氮类LED的防静电措施196

第13章 发光二极管的测试199

13.1 发光器件的效率199

13.1.1 发光效率199

13.1.2 功率效率199

13.1.3 量子效率199

13.2 电学参数200

13.2.1 伏安特性200

13.2.2 总电容201

13.3 光电特性参数——光电响应特性202

13.4 光度学参数202

13.4.1 法向光强I0的测定202

13.4.2 发光强度角分布（半强度角和偏差角）203

13.4.3 总光通量的测量204

13.4.4 量值传递206

13.5 色度学参数207

13.5.1 光谱分布曲线207

13.5.2 光电积分法测量色度坐标208

13.6 热学参数（结温、热阻）208

13.7 静电耐受性210

第14章 发光二极管的可靠性211

14.1 LED可靠性概念211

14.1.1 可靠性的含义211

14.1.2 可靠度的定义212

14.1.3 LED可靠性的相关概念212

14.2 LED的失效分析215

14.2.1 芯片的退化217

14.2.2 环氧系塑料的寿命分析220

14.2.3 管芯的寿命分析222

14.2.4 荧光粉的退化223

14.3 可靠性试验224

14.3.1 小功率LED环境试验225

14.3.2 功率LED环境试验226

14.4 寿命试验226

14.4.1 磷化镓发光器件的寿命试验226

14.4.2 功率LED（白光）长期工作寿命试验227

14.4.3 加速寿命试验227

14.5 可靠性筛选230

14.5.1 功率老化230

14.5.2 高温老化230

14.5.3 湿度试验230

14.5.4 高低温循环230

14.5.5 其他项目的选用230

14.6 例行试验和鉴定验收试验231

14.6.1 例行试验231

14.6.2 鉴定验收试验231

第15章 有机发光二极管232

15.1 有机发光二极管材料232

15.1.1 小分子有机物232

15.1.2 高分子聚合物233

15.1.3 镧系金属有机化合物233

15.2 有机发光二极管的结构和原理233

15.3 OLED实现白光的途径233

15.3.1 波长转换233

15.3.2 颜色混合234

15.4 有机发光二极管的驱动238

15.5 有机发光二极管研发现状240

第16章 半导体照明驱动和控制241

16.1 LED驱动技术241

16.1.1 LED的电学性能特点241

16.1.2 电源驱动方案241

16.1.3 驱动电路基本方案242

16.1.4 LED驱动器的特性246

16.1.5 LED与驱动器的匹配247

16.2 LED驱动器250

16.2.1 电容降压式LED驱动器250

16.2.2 电感式LED驱动器251

16.2.3 电荷泵式LED驱动器251

16.2.4 LED恒流驱动器253

16.3 LED集成驱动电路253

16.3.1 电荷泵驱动LED的典型电路253

16.3.2 开关式DC/DC变换器驱动LED的典型电路262

16.3.3 限流开关TPS2014/TPS2015269

16.3.4 六路串联白光LED驱动电路MAX8790271

16.3.5 集成肖特基二极管的恒流白光LED驱动器LT3591273

16.3.6 低功耗高亮度LED驱动器LM3404274

16.3.7 具有诊断功能的16通道LED驱动器AS1 110276

16.3.8 高压线性恒流LED驱动电路277

16.4 控制技术278

16.4.1 调光278

16.4.2 调色279

16.4.3 调色温280

16.4.4 智能照明280

第17章 半导体照明应用281

17.1 半导体照明应用产品开发原则281

17.1.1 要从LED的优点出发开发应用产品281

17.1.2 应用产品市场启动的判据——照明成本282

17.1.3 应用产品的技术关键是散热282

17.1.4 遵循功率由低到高、技术由易到难的原则283

17.1.5 造型设计要创新283

17.1.6 照明灯具通则283

17.2 LED显示屏291

17.2.1 总体发展规模291

17.2.2 产品技术完善291

17.2.3 新品继续拓展292

17.3 交通信号灯292

17.3.1 道路交通信号灯293

17.3.2 铁路信号灯295

17.3.3 机场信号灯298

17.3.4 航标灯298

17.3.5 路障灯299

17.3.6 航空障碍灯299

17.4 景观照明299

17.4.1 城市景观照明的功能作用299

17.4.2 光源选择以LED为佳301

17.4.3 LED景观灯具302

17.4.4 LED景观照明典型工程308

17.4.5 景观照明走向规范化311

17.5 手机应用311

17.6 汽车用灯312

17.7 LCD显示背光源313

17.7.1 小尺寸面板背光源的技术和市场状况314

17.7.2 中小尺寸面板背光源的技术和市场状况314

17.7.3 中大尺寸面板背光源的技术和市场状况314

17.7.4 大尺寸面板背光源的技术和市场状况315

17.8 通用照明316

17.8.1 便携式照明316

17.8.2 室内照明317

17.8.3 室外照明336

17.9 光源效率和照明系统整体效率354

第18章 半导体照明的光品质355

18.1 色纯度355

18.2 显色性355

18.2.1 显色指数355

18.2.2 光色品质量值系统356

18.2.3 IES TM30-15光源显色性评价方法356

18.2.4 环境对Ra值的要求357

18.2.5 不同LED白光的显色指数358

18.3 舒适度359

18.4 LED色温360

18.5 光色均匀度——色容差360

18.6 智能化LED生物节律照明361

第19章 半导体照明技术、市场现状和展望362

19.1 材料362

19.1.1 衬底362

19.1.2 外延363

19.1.3 芯片技术364

19.2 制造和测试设备365

19.3 LED器件和组件366

19.4 照明灯具系统368

19.5 智能控制LED照明工程系统370

19.6 中国半导体照明产业现状371

19.7 中国半导体照明产业发展趋势371

19.8 全球半导体照明市场展望372

19.9 LED的非视觉应用进展372

19.9.1 植物生长373

19.9.2 蓝光高亮度LED集鱼灯373

19.9.3 医疗373

19.9.4 LED可见光通信374

参考文献375