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。

作者簡介

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株式會社 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 LED 72
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 LED 94
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 LED 166
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 LED 187
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 LED 194
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 LED 292
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 LED 345
8.3.2　近紫外激發白光 LED 348
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