白光LED照明技術

本書針對過去十餘年急速進步的高輸出LED晶片的製作技術和採用各種螢光體的白光LED光源，就製作工藝、特性評價及其照明特性以及最新的實用化製品，從基礎到應用領域，進行了詳細的論述。全書內容新穎、涵蓋範圍廣泛、概念清晰，最明顯的特色在於所討論的內容都源於技術研發和產品製作之尖端。
讀者可從中了解到，生產具有市場競爭力的先進白光LED固態照明元件和器具，要涉及到的層面與技術、需使用的關鍵材料要如何掌握技術絕竅，同時還論述了目前的技術發展水平及發展動向、產業的前景趨勢等。此類書籍在坊間並不多見，極適合工程技術人員和理工科大學生、研究所等專業人士研究閱讀。

◎內容面向學者、工程師和理工科大學及研究所師生。
◎摒除繁瑣理論分析和公式推導，本著作使用大量圖表，力求圖文並茂、通俗易懂。
◎本書內容新穎，涵蓋範圍廣，觀念清晰，具前瞻性。

田民波

學歷：
清華大學 工程物理系

經歷：
日本京都大學國家公派訪問學者
日本Kyoto Elex株式会社 特邀研究員
清華大學材料科學與工程系 教授

現職：
清華大學材料科學與工程系 教授

呂輝宗

現職：
建國科技大學電子工程系副教授

學歷：
國立成功大學電機工程學系博士

溫坤禮

現職：
建國科技大學教授(灰色系統分析研究室)
台灣灰色系統學會秘書長
計量管理期刊理事

學歷：
逢甲大學本科畢業
逢甲大學碩士畢業
國立中央大學機械工程研究所系統組博士

前言

第一章　白光 LED 發光原理1
1.1　LED 及相關材料2
1.1.1　LED 的發光原理2
1.1.2　LED 相關材料6
1.2　LED 的基本知識11
1.2.1　LED 的基本結構和基本方程11
1.2.2　內部量子效率16
1.2.3　光取出效率19
1.2.4　配光特性22
1.2.5　工作電壓23
1.2.6　發光光譜25
1.2.7　熱設計28
1.3　藍光 LED──實現白光 LED 照明之起點與關鍵29
1.3.1　LED 早期發展簡介29
1.3.2　藍光 LED 的發展30
1.3.3　藍光 LED 元件結構31
1.3.4　製作藍光 LED 元件關鍵技術40

第二章　白光 LED 照明之研發與展望 45
2.1　利用 LED 照明技術之研發46
2.2　白光 LED 照明特徵與最新技術50
2.2.1　白光 LED 之種類與特徵50
2.2.2　構造與配光特性及發光效率56
2.2.3　最新技術動態與節能照明技術61
2.2.4　色調可變的白光 LED 照明光源64
2.3　應用產品與市場動態及技術研展預測66

第三章　白光 LED 照明的種類及其特徵71
3.1　以藍光 LED 為基礎的白光 LED72
3.1.1　以藍光 LED 為激發的白光 LED 發光原理與構造72
3.1.2　白光 LED 的效率81
3.1.3　照明用高光通量白光 LED 的開發85
3.1.4　白光 LED 顯色性的改善88
3.1.5　正在普及的半導體固體照明92
3.2　以近紫外 LED 為基礎的白光 LED94
3.2.1　近紫外激發螢光體變換型白光 LED 研發與光品質94
3.2.2　近紫外激發白光 LED 的特徵與其他方式的比較95
3.2.3　近紫外 LED 及其所激發的白光 LED 應需要的材料特性99
3.2.4　近紫外激發白光 LED 的發光效率和損失101
3.2.5　高顯色性近紫外激發白光 LED 的現狀107
3.2.6　高附加值光源113

第四章　白光 LED 照明之關鍵技術115
4.1　螢光體116
4.1.1　從螢光體看白光 LED 的歷史117
4.1.2　白色 LED 的構成及特徵118
4.1.3　白光 LED 照明用螢光體之性能120
4.1.4　對應於藍光 LED 的螢光體121
4.1.5　對應於紫外或近紫外 LED 的螢光體131
4.2　LED 材料133
4.2.1　作為 LED 材料的螢光體133
4.2.2　灌封用樹脂材料145
4.3　內部量子效率之評價方法154
4.3.1　LED 的效率154
4.3.2　內部量子效率的導出法155
4.3.3　內部量子效率導出方法的檢測實驗158
4.4　封裝材料與封裝技術165
4.4.1　炮彈型 LED166
4.4.2　炮彈型 LED 的封裝材料171
4.4.3　炮彈型 LED 的封裝技術180
4.4.4　表面安裝（SMD）型 LED187
4.4.5　SMD 型 LCD 的元件構造188
4.4.6　SMD 型 LED 的封裝技術189
4.5　多晶片白光 LED 的種類及其特徵194
4.5.1　LED 的發展與多晶片 LED194
4.5.2　多晶片方式與單晶片方式的比較197
4.5.3　多晶片 LED 的構造及特徵202
4.5.4　多晶片 LED 的應用現狀206
4.5.5　多晶片 LED 的發展前景207

第五章　外延基板和封裝基板209
5.1　外延基板210
5.1.1　各種外延基板材料210
5.1.2　基板材料開發的變遷211
5.1.3　藍寶石單晶213
5.1.4　GaN 基板223
5.1.5　SiC 基板和 AIN 基板225
5.1.6　氧化鎵基板227
5.2　封裝基板230
5.2.1　大功率 LED 封裝工藝進展230
5.2.2　新型大功率 LED 封裝離不開封裝基板237
5.2.3　高熱導基板的分類和特點238
5.2.4　熱傳遞的數學物理模型240
5.2.5　高熱導聚合物基複合材料基板245
5.2.6　金屬基板（IMS）251
5.2.7　陶瓷基板254
5.2.8　陶瓷直接覆銅板（DBC）258
5.2.9　其他類型的散熱基板258

第六章　白光 LED 照明的顯色、色彩評價技術261
6.1　顯色性評價的基礎262
6.1.1　顯色性與評價方法262
6.1.2　顯色性評價方法的變遷264
6.1.3　CIE/JIS 顯色性評價方法265
6.2　顯色、色彩評價的課題與白光 LED 的顯色應用272
6.2.1　顯色評價數及其存在的問題272
6.2.2　色彩274
6.2.3　條件等色（metameism，條件配色同色異譜）283
6.2.4　利用 CIELAB 對白光 LED 的評價287
6.2.5　可變色 RGBCYM 白光 LED292
6.3　小結297

第七章　白光 LED 照明的應用開發303
7.1　光源特徵及設計方面的題課304
7.1.1　關注外形的設計304
7.1.2　關注照度的設計307
7.1.3　關注光流量的設計309
7.1.4　關注壽命的設計310
7.1.5　關注效率的設計310
7.1.6　關注顯色性的設計312
7.2　技術突破314
7.2.1　導熱及散熱技術314
7.2.2　壽命預測技術317
7.2.3　如何減低色偏差與非均勻性321
7.2.4　如何減低眩光（glare）324
7.3　LED 照明器件開發的趨勢328
7.3.1　LED 器件的應用實例329
7.3.2　LED 照明器具的價格330
7.4　小結331

第八章　白光 LED 照明的技術革新、經營戰略與國際標準化333
8.1　技術革新與國際競爭力334
8.2　白光 LED 光源與傳統光源的比較341
8.3　新市場開拓與企業的經營模式345
8.3.1　藍光激發白光 LED345
8.3.2　近紫外激發白光 LED348
8.3.3　市場的變化350
8.4　如何應對國際標準化353
8.4.1　標準化簡介353
8.4.2　各國應對國際標準化的方針354
8.5　小結358

參考文獻359
白光 LED 照明技術常用縮略語注釋