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內容簡介: |
本书在介绍半导体照明器件———发光二极管的材料、机理及其制造技术的同时,详细讲解了器件的光 电参数测试方法,器件的可靠性分析、驱动和控制方法,以及各种半导体照明的应用技术。本书内容系统、 全面,通过理论联系实际,重点突出了 “半导体照明”主题,反映了国内外*的应用技术。
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關於作者: |
方志烈,1938年2月出生于江苏江阴。1961年毕业于复旦大学并留校任教,现任该校教授。中国发光学会理事。上海市通信学会光通信专业委员会委员。
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目錄:
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第1章光视觉颜色
11光
111光的本质
112光的产生和传播
113人眼的光谱灵敏度
114光度学及其测量
12视觉
121作为光学系统的人眼
122视觉的特征与功能
13颜色
131颜色的性质
132国际照明委员会色度学系统
133色度学及其测量
第2章光源
21自然光源
211太阳
212月亮和行星
22人工光源
221人工光源的发明与发展
222白炽灯
223卤钨灯
224荧光灯
225低压钠灯
226高压放电灯
227无电极放电灯
228发光二极管
229照明的经济核算
第3章半导体发光材料晶体导论
31晶体结构
311空间点阵
312晶面与晶向
313闪锌矿结构、金刚石结构和纤锌矿结构
314缺陷及其对发光的影响
32能带结构
33半导体晶体材料的电学性质
331费米能级和载流子
332载流子的漂移和迁移率
333电阻率和载流子浓度
334寿命
34半导体发光材料的条件
341带隙宽度合适
342可获得电导率高的p型和n型晶体
343可获得完整性好的优质晶体
344发光复合概率大
第4章半导体的激发与发光
41pn结及其特性
411理想的pn结
412实际的pn结
42注入载流子的复合
421复合的种类
422辐射型复合
423非辐射型复合
43辐射与非辐射复合之间的竞争
44异质结构和量子阱
441异质结构
442量子阱
第5章半导体发光材料体系
51砷化镓
52磷化镓
53磷砷化镓
531GaAs060P040GaAs
532晶体中的杂质和缺陷对发光效率的影响
54镓铝砷
55铝镓铟磷
56铟镓氮
第6章半导体照明光源的发展和特征参量
61发光二极管的发展
62发光二极管材料生长方法
63高亮度发光二极管芯片结构
631单量子阱(SQW)结构
632多量子阱(MQW)结构
633分布布拉格反射(DBR)结构
634透明衬底技术(Transparent Substrate,TS)
635镜面衬底(Mirror Substrate,MS)
636透明胶质黏结型
637表面纹理结构
64照明用LED的特征参数和要求
641光通量
642发光效率
643显色指数
644色温
645寿命
646稳定性
647热阻
648抗静电性能
第7章磷砷化镓、磷化镓、镓铝砷材料生长
71磷砷化镓氢化物气相外延生长(HVPE)
72氢化物外延体系的热力学分析
73液相外延原理
74磷化镓的液相外延
741磷化镓绿色发光材料外延生长
742磷化镓红色发光材料外延生长
75镓铝砷的液相外延
第8章铝镓铟磷发光二极管
81AlGaInP金属有机物化学气相沉积通论
811源材料
812生长条件
813器件生长
82外延材料的规模生产问题
821反应器问题:输送和排空处理
822均匀性的重要性
823源的质量问题
824颜色控制问题
825生产损耗问题
83电流扩展
831欧姆接触的改进
832p型衬底上生长
833电流扩展窗层
834氧化铟锡(ITO)
84电流阻挡结构
85光的取出
851上窗设计
852衬底吸收
853分布布拉格反射LED
854GaP晶片黏结透明衬底LED
855胶质黏着(蓝宝石晶片黏结)
856纹理表面结构
86芯片制造技术
87器件特性
第9章铟镓氮发光二极管
91GaN生长
911未掺杂GaN
912n型GaN
913p型GaN
914GaN pn结LED
92InGaN生长
921未掺InGaN
922掺杂InGaN
93InGaN LED
931InGaNGaN双异质结LED
932InGaNAlGaN双异质结LED
933InGaN单量子阱(SQW)结构LED
934高亮度绿色和蓝色LED
935InGaN多量子阱(MQW)结构LED
936紫外LED
937AlGaN深紫外LED
938硅衬底GaN蓝光LED
94提高质量和降低成本的几个重要技术问题
941衬底
942缓冲层
943激光剥离(LLO)
944氧化铟锡(ITO)
945表面纹理结构
946图形衬底技术(PSS)
947微矩阵发光二极管(MALED)
948光子晶体(Photonic Crystal,PC)LED
949金属垂直光子LED(MVP LED)
第10章LED芯片制造技术
101光刻技术
102氮化硅生长
103扩散
104欧姆接触电极
105ITO透明电极
106表面粗化
107光子晶体
108激光剥离(Laser Liftoff,LLO)
109倒装芯片技术
1010垂直结构芯片技术
1011芯片的切割
1012LED芯片结构的发展
第11章白光发光二极管
111新世纪光源的研制目标
112人造白光的最佳化
1121发光效率和显色性的折中
1122二基色体系
1123多基色体系
113荧光粉转换白光LED
1131二基色荧光粉转换白光LED
1132多基色荧光粉转换白光LED
1133紫外LED激发多基色荧光粉
114多芯片白光LED
1141二基色多芯片白光LED
1142多基色多芯片白光LED
第12章LED封装技术
121LED器件的设计
1211设计原则
1212电学设计
1213热学设计
1214光学设计
1215视觉因素
122LED封装技术
1221小功率LED封装
1222SMD LED的封装
1223芯片级封装(CSP)
1224大电流LED的封装
1225功率LED的封装
1226功率LED组件
1227铟镓氮类LED的防静电措施
第13章发光二极管的测试
131发光器件的效率
1311发光效率
1312功率效率
1313量子效率
132电学参数
1321伏安特性
1322总电容
133光电特性参数光电响应特性
134光度学参数
1341法向光强I0的测定
1342发光强度角分布(半强度角和偏差角)
1343总光通量的测量
1344量值传递
135色度学参数
1351光谱分布曲线
1352光电积分法测量色度坐标
136热学参数(结温、热阻)
137静电耐受性
第14章发光二极管的可靠性
141LED可靠性概念
1411可靠性的含义
1412可靠度的定义
1413LED可靠性的相关概念
142LED的失效分析
1421芯片的退化
1422环氧系塑料的寿命分析
1423管芯的寿命分析
1424荧光粉的退化
143可靠性试验
1431小功率LED环境试验
1432功率LED环境试验
144寿命试验
1441磷化镓发光器件的寿命试验
1442功率LED(白光)长期工作寿命试验
1443加速寿命试验
145可靠性筛选
1451功率老化
1452高温老化
1453湿度试验
1454高低温循环
1455其他项目的选用
146例行试验和鉴定验收试验
1461例行试验
1462鉴定验收试验
第15章有机发光二极管
151有机发光二极管材料
1511小分子有机物
1512高分子聚合物
1513镧系金属有机化合物
152有机发光二极管的结构和原理
153OLED实现白光的途径
1531波长转换
1532颜色混合
154有机发光二极管的驱动
155有机发光二极管研发现状
第16章半导体照明驱动和控制
161LED驱动技术
1611LED的电学性能特点
1612电源驱动方案
1613驱动电路基本方案
1614LED驱动器的特性
1615LED与驱动器的匹配
162LED驱动器
1621电容降压式LED驱动器
1622电感式LED驱动器
1623电荷泵式LED驱动器
1624LED恒流驱动器
163LED集成驱动电路
1631电荷泵驱动LED的典型电路
1632开关式DCDC变换器驱动LED的典型电路
1633限流开关TPS2014TPS2015
1634六路串联白光LED驱动电路MAX8790
1635集成肖特基二极管的恒流白光LED驱动器LT3591
1636低功耗高亮度LED驱动器LM3404
1637具有诊断功能的16通道LED驱动器AS1110
1638高压线性恒流LED驱动电路
164控制技术
1641调光
1642调色
1643调色温
1644智能照明
第17章半导体照明应用
171半导体照明应用产品开发原则
1711要从LED的优点出发开发应用产品
1712应用产品市场启动的判据照明成本
1713应用产品的技术关键是散热
1714遵循功率由低到高、技术由易到难的原则
1715造型设计要创新
1716照明灯具通则
172LED显示屏
1721总体发展规模
1722产品技术完善
1723新品继续拓展
173交通信号灯
1731道路交通信号灯
1732铁路信号灯
1733机场信号灯
1734航标灯
1735路障灯
1736航空障碍灯
174景观照明
1741城市景观照明的功能作用
1742光源选择以LED为佳
1743LED景观灯具
1744LED景观照明典型工程
1745景观照明走向规范化
175手机应用
176汽车用灯
177LCD显示背光源
1771小尺寸面板背光源的技术和市场状况
1772中小尺寸面板背光源的技术和市场状况
1773中大尺寸面板背光源的技术和市场状况
1774大尺寸面板背光源的技术和市场状况
178通用照明
1781便携式照明
1782室内照明
1783室外照明
179光源效率和照明系统整体效率
第18章半导体照明的光品质
181色纯度
182显色性
1821显色指数
1822光色品质量值系统
1823IES TM30-15光源显色性评价方法
18241
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內容試閱:
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序言
半导体照明是指用全固态发光器件(发光二极管,即LED,是由半导体材料制成的光电器 件,可将电能转换为光能)作为光源的照明,具有高效、节能、环保、寿命长、易维护等显著特 点,是近年来全球最具发展前景的高新技术领域之一,是人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后 的又一场照明光源的革命。半导体照明有着巨大的市场与技术创新空间,对提升传统照明工 业、带动相关产业发展、扩大就业、培育新的经济增长点意义重大。 自 20 03年 6月启动国家半导体照明工程以来,以节能、环保,实现绿色照明,促进传统照 明产业升级,培育有国际竞争力的半导体照明新兴产业为目标,以政府引导、企业主体、市场 化运作为原则,经过几年努力,已经形成了从上游材料、芯片到中、下游封装、应用的比较完 整的研发与产业体系。2 008年,我国半导体照明产业产值已达 7 00亿元,芯片国产化率接近 5 0%,企业总数突破 3000家。我国已成为 LED全彩屏、太阳能 LED灯、景观照明等应用产品 世界最大的生产和出口国,以及国际重要的 LED器件封装基地。我国半导体照明产业进入了 自主创新、实现跨越式发展的重大历史机遇期,正迎来蓬勃发展的春天。预计2010年,产业规 模将达 10 00亿元。 本书作者从事发光二极管科研和教学工作近4 0年,曾于 1 99 2年编著出版《半导体发光 材料和器件》一书,以信息显示为主要内容。近2 0年的发展,LED发光效率提高了 10 0倍,特 别是蓝光和白光 LED的发展,使之成为照明领域的新秀。半导体照明科研和产业的发展迫切 需要一本半导体照明技术方面的专著。本书从半导体发光器件和照明两个角度,在介绍半导 体照明器件发光二极管的材料、机理及其制造技术的同时,详细阐述了器件的光电参数测 试方法、器件的可靠性分析、驱动和控制方法,以及各种半导体照明的应用技术。 本书内容系统、全面,理论联系实际,重点突出了半导体照明主题,反映了国内外最新 的技术进展。书中有些内容也反映了作者及其同事们在这一领域的科研成果。 我们希望本书对半导体照明的研发和应用感兴趣的相关人员有所帮助。本书可供高等学 校相关专业的教师和学生阅读,也可供从事半导体照明研究和制造的科研人员和生产技术人 员参考。
国家半导体照明工程研发及产业联盟秘书长 吴玲
北京新材料科技促进中心主任 20 09年5月4日
第二版前言
2 01 4年10月7日,诺贝尔物理学奖揭晓,赤崎勇、天野浩、中村修二因发明高亮度蓝色 发光二极管而荣获瑞典皇家科学院授予的20 1 4年度诺贝尔物理学奖。颁奖词称:蓝光 LED 的出现使得我们可以用全新的方式创造白光。随着 LED灯的诞生,我们有了更加持久、更加 高效的新技术来取代古老的光源。白炽灯照亮2 0世纪,而LED灯将照亮21世纪。此次获奖 是对半导体照明产业巨大价值予以的最大肯定,也是对我国半导体照明产业界的充分肯定和 莫大鼓舞。 我国自2003年6月启动国家半导体照明工程以来,在薄弱的基础上,努力拼搏,团结奋 进,建成了从上游材料、芯片到中、下游封装应用,以及制造设备、测试仪器完整的产业链。 2 01 7年,半导体照明总产值达65 30亿元,与通用照明启动的半导体照明元年2 010年产值 的12 00亿元相比增长了4 3倍。通用照明已占应用市场的47 9%,成为应用市场的第一驱动 力。已有四五家企业超过5 0亿元营收规模,向1 00亿元进军。全年LED照明产品产量达1 06 亿只,同比增长34%。国内市场渗透率达6 5%。LED已成为主流光源。全年节电19 83亿千 瓦时,全年出口达129亿美元,国际市场上8 0%以上的产品产自中国。产业拥有MOCVD设备 超过17 00台,占国际拥有量首位,而且国内已有多家企业批量生产 MOCVD设备,并投入使 用。全套芯片、器件、灯具的自动化生产设备已能批量生产。我们已经成为半导体照明大国, 并且正在做强,照明强国雏形已现。我们已从早春二月,创造出阳春三月,正在创造LED照明 的四月艳阳天,从胜利走向辉煌,实现半导体照明的中国梦! 《半导体照明技术》自2 0 09年出版以来共印一万多册,深得读者之厚爱。更值得欣慰的 是,书中所述各种技术已基本实现,仅有全LED白光和光子晶体这两项技术尚待最后突破。 2 00 9年以来半导体照明产业的蓬勃发展,不仅充实和丰富了原书提出的技术内容,还出 现了许多如芯片级封装(CSP)、智能灯具、COB组件、Mi c r o-LED等新技术和新产品,显色指 数、中间视觉、色容差等研究成果也开始付诸应用,大量的 LED照明灯具开始进入千家万户, 而科研和产业的发展还有更大的空间,预计到20 2 0年左右,总产值将达万亿元。电子工业出 版社副总编辑赵丽松建议,对原版修改和增补,以新的面貌再版,使之更能反映当前该领域的 科技进步和最新科技成果,展示半导体照明研发和产业的发展方向。 本书可供半导体照明领域的科研人员和工程技术人员参考,也可作为高等院校相关专业 的教学参考书。 我对电子工业出版社的建议和鼎力支持深表感谢!限于时间仓促,书中不当和欠缺之处 在所难免,请读者批评指正。 复旦大学 方志烈 20 18年3月于上海
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