半导体照明概论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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柴广跃 著

图书标签:

• 半导体照明
• LED
• 照明工程
• 光电技术
• 半导体材料
• 照明设计
• 固态照明
• 节能技术
• 显示技术
• 照明应用

店铺： 电子工业出版社官方旗舰店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121287596

商品编码：29510592339

包装：平塑

开本：16

出版时间：2016-05-01

商品参数

读者对象：

    本书知识全面，论述深入浅出，注重理论与实践相结合，可作为高等院校相关专业本科高年级学生和研究生的教材和参考书，也可作为半导体照明行业从业人员的培训参考资料及相关工程技术人员的参考资料。

内容介绍

内容介绍：

      本书以半导体发光为主轴，将半导体照明相关知识全面整合，为读者提供了全面的基础原理与应用介绍，内容集学术性与应用性为一体。读者只要具备大学物理、高等数学的基础知识就可阅读本教材。全书共分为8章，第1章简述了电光源与照明的发展及半导体照明行业的概貌，第2章结合半导体照明技术介绍了光度学与色度学的基础知识，第3章介绍了半导体照明光源的物理基础，第4章介绍了发光二极管原理、主要性能及白光源的实现，第5章介绍了半导体照明光源的材料与器件，第6章介绍了半导体照明灯具、评价与设计技术，第7章简要介绍了有机发光二极管（OLED）的知识，第8章简要介绍了半导体照明技术的发展与展望。

目录

目录：

第1章  绪论    1

1.1  光源与照明的发展历史    2

1.2  典型电光源    3

1.2.1  白炽灯与卤钨灯    4

1.2.2  荧光灯、节能灯和无极灯    5

1.2.3  高压钠灯    6

1.2.4  半导体照明光源    7

1.3  照明的经济核算    8

1.4  照明设计标准简介    9

1.5  照明电器产品标准简介    11

1.6  照明的生物安全    13

1.7  绿色照明    14

1.8  半导体照明技术与产业    15

1.8.1  技术特点    15

1.8.2  产业概述    16

1.8.3  发展与创新    19

思考题    19

参考资料    20

第2章  光度学与色度学基础    22

2.1  人眼结构与视觉    22

2.2  光度学    23

2.2.1  视觉函数    23

2.2.2  辐射度学与基本参量    24

2.2.3  光度学与基本参量    25

2.2.4  辐射光源的光视效能与光效    27

2.3  色度学    27

2.3.1  颜色匹配函数与色度图    27

2.3.2  色纯度    33

2.3.3  白光光源色参数    34

2.3.4  颜色的混合与显色性    36

2.4  辐射光源的光色指标    39

思考题    41

习题    41

参考资料    42

第3章  半导体照明光源物理基础    43

3.1  晶体学基础    43

3.1.1  空间点阵    43

3.1.2  晶面指数和晶向指数    44

3.1.3  常见晶体结构及其几何特征    45

3.1.4  晶体的堆垛方式    46

3.2  晶体的电子结构    47

3.2.1  晶体的结合键    47

3.2.2  晶体中电子的能态    48

3.2.3  晶体的结合能    51

3.3  半导体基础    54

3.3.1  能带与载流子的运动    54

3.3.2  本征半导体    55

3.3.3  掺杂半导体    55

3.3.4  简并半导体及能带    57

3.3.5  外加电场下半导体的能带图    58

3.4  直接带隙与间接带隙半导体    59

3.5  pn结及特性    60

3.5.1  pn结的形成    60

3.5.2  pn结的特性    61

3.5.3  载流子的复合    65

3.6  半导体发光材料条件    70

3.7  异质结及特性    73

3.7.1  异质结概念    73

3.7.2  异质结半导体材料特性    74

3.8  量子阱及特性    76

思考题    78

习题    79

参考资料    79

第4章  发光二极管    81

4.1  发光二极管芯片结构及原理    81

4.1.1  发光二极管芯片基本结构    81

4.1.2  光子与电子的相互作用    82

4.1.3  发光二极管原理    84

4.2  双异质结发光二极管    86

4.3  量子阱结构发光二极管    88

4.4  发光二极管特性    89

4.4.1  电性能    89

4.4.2  光性能    92

4.4.3  热性能    98

4.5  白光发光二极管    102

4.5.1  荧光粉转换白光发光二极管    103

4.5.2  多芯片封装白光发光二极管    105

4.5.3  单片集成白光发光二极管    106

4.6  照明用白光发光二极管的特征参数与要求    108

4.6.1  光通量    108

4.6.2  发光效率    109

4.6.3  显色指数    110

4.6.4  色温    111

4.6.5  稳定性    112

4.6.6  热阻对色温的影响    112

4.6.7  抗静电特性    115

4.6.8  典型产品    117

思考题    118

习题    118

参考资料    119

第5章  半导体照明光源材料与器件    121

5.1  半导体发光材料体系    123

5.1.1  化合物半导体    123

5.1.2  发光二极管典型材料    124

5.2  外延技术    129

5.2.1  晶体结构与外延    129

5.2.2  典型外延技术    131

5.2.3  GaN基外延材料的MOCVD生长    138

5.2.4  外延材料的测试分析    141

5.3  芯片技术    144

5.3.1  芯片工艺流程    144

5.3.2  芯片结构与实现    148

5.4  光萃取技术    151

5.4.1  基本原理    151

5.4.2  芯片设计与光提取    151

5.5  荧光材料    159

5.5.1  发光与发光材料    159

5.5.2  照明灯用发光材料    164

5.5.3  白光LED用发光材料    165

5.6  LED封装材料与技术    181

5.6.1  封装材料    182

5.6.2  封装工艺    184

5.6.3  典型封装结构    187

5.6.4  热管理    192

思考题    195

参考资料    196

第6章  半导体照明灯具、评价与设计技术    201

6.1  半导体照明灯具    201

6.1.1  基本构成    201

6.1.2  典型灯具及应用    202

6.2  半导体照明灯具评价    205

6.2.1  灯具配光曲线    206

6.2.2  光束角    206

6.2.3  光通量    207

6.2.4  色温    207

6.2.5  显色指数    207

6.2.6  灯具遮光角    208

6.2.7  灯具发光效率    208

6.2.8  灯具利用系数    208

6.3  半导体照明灯具设计    208

6.3.1  光学设计    208

6.3.2  驱动电路设计    216

6.3.3  可靠性设计    230

6.4  照明中的控制技术    252

6.4.1  智能灯具的应用现状    252

6.4.2  智能照明中的传感器技术    253

6.4.3  智能照明中的MCU    254

6.4.4  智能照明中的通信网络    258

6.5  半导体照明标准    264

6.5.1  我国半导体照明产品的标准体系    264

6.5.2  国内外标准化组织    266

6.5.3  主要标准概述    268

思考题    272

习题    272

参考资料    273

第7章  有机发光二极管    276

7.1  有机半导体发光机理    276

7.2  OLED的电气性质    278

7.2.1  载荷子注入模型    278

7.2.2  载荷子输运模型    278

7.3  OLED材料    279

7.4  OLED的器件结构    282

7.4.1  OLED的一般结构    282

7.4.2  OLED照明专用结构    283

7.5  OLED的制备工艺    285

7.6  OLED的封装    288

7.7  OLED的应用    290

7.7.1  OLED的显示应用    290

7.7.2  OLED的照明应用    292

思考题    293

第8章  半导体照明展望    294

8.1  概述    294

8.2  技术发展    295

8.2.1  LED材料、器件与封装    296

8.2.2  可见光通信技术    297

8.2.3  非视觉照明应用技术    298

8.3  市场分析    298

8.3.1  总体市场前景趋势    299

8.3.2  分类市场规模分析    300

参考资料    305

附录A  中外文对照关键词索引    307

璀璨科技的黎明：探索光影世界的奥秘 在人类文明的长河中，光，作为最古老、最直接的感知媒介，始终扮演着至关重要的角色。从远古先民围坐篝火取暖、照明，到现代社会遍布城乡的光明网络，人类对光明的追求从未停歇。而在这场漫长的探索与革新中，一种颠覆性的技术——半导体照明——正以其前所未有的效率、持久性与智能化，点亮着我们的现在，并以前所未有的力量塑造着我们的未来。 本书并非一本技术手册，它旨在带领读者深入光影的奇妙世界，揭示隐藏在璀璨光芒背后的科学原理、工程智慧以及它对我们日常生活和社会发展产生的深远影响。我们将一同踏上一段穿越时空的旅程，从对光的基本认识出发，逐步深入到现代照明技术的演进，并最终聚焦于当前最令人振奋的半导体照明领域。 第一章：光的本质与早期探索 在一切技术革新之前，我们必须理解“光”本身。本章将回顾人类对光认识的漫长而曲折的历程。从古希腊哲学家们关于光的朴素猜想，到牛顿的微粒说和惠更斯的光波说之争，再到麦克斯韦方程组统一了电与磁，揭示了光作为电磁波的本质，我们见证了人类智慧在理解这个宇宙基本现象上的不懈努力。 我们将探讨光的波粒二象性，这是量子力学中最令人着迷的课题之一，它解释了光为何有时表现出粒子性，有时又表现出波动性。了解光的频谱，从我们肉眼可见的可见光，到不可见的紫外线和红外线，将帮助我们理解不同波长的光所拥有的独特能量和应用潜力。 此外，本章还会简要回顾早期的人工照明技术，如油灯、蜡烛、白炽灯和荧光灯。这些技术虽然在当时是伟大的发明，但也存在着效率低下、寿命短、环境污染等问题。通过了解这些先驱者的智慧和局限，我们更能体会到半导体照明的革命性意义。 第二章：半导体材料的奇迹 半导体照明的核心在于“半导体”材料。本章将为你揭开半导体材料神秘的面纱。什么是半导体？它为何介于导体和绝缘体之间？我们将深入浅出地介绍半导体的能带理论，理解电子在半导体材料中的运动规律，以及掺杂（doping）技术如何改变半导体的导电性能，从而为创造发光器件奠定基础。 硅（Silicon）和砷化镓（Gallium Arsenide）等常见的半导体材料将是重点介绍的对象。我们将探讨它们的晶体结构、电子特性以及它们在不同应用场景下的优势。特别地，我们将聚焦于那些能够发出特定波长光线的“化合物半导体”，如氮化镓（Gallium Nitride, GaN）和磷化铟（Indium Phosphide, InP），这些材料是实现高效发光二极管（LED）和激光二极管（LD）的关键。 本章还将简要介绍半导体器件制造的基本工艺，如外延生长、光刻、刻蚀等。这些精密而复杂的工艺是实现高品质半导体芯片的基石，也是半导体照明技术能够大规模生产和普及的前提。 第三章：发光二极管（LED）：点亮未来的核心 发光二极管（LED）无疑是半导体照明的明星。本章将深入剖析LED的发光原理。当电流通过PN结时，电子和空穴复合，释放出能量，这些能量就以光子的形式辐射出来。我们将详细解释不同材料组合如何产生不同颜色的光，例如，氮化镓基LED可以发出蓝色光，通过磷化物涂层可以实现白色光的产生。 LED的技术发展速度惊人，从最初只能发出单一颜色的指示灯，到现在能够提供各种色温、高亮度、长寿命的照明光源，LED经历了无数次的突破。本章将梳理LED在亮度、效率、寿命、显色性（CRI）等关键性能指标上的进步历程。 我们将重点介绍“白光LED”的实现机制，这是LED照明普及的关键。不同于荧光灯，白光LED通常是通过蓝光LED激发荧光粉来产生白光，这为实现更广阔的光谱分布和更好的色彩还原提供了可能。 此外，本章还会探讨LED芯片的结构、封装技术以及如何通过优化设计来提高LED的光输出效率和稳定性。 第四章：激光二极管（LD）：聚焦能量之光 除了LED，激光二极管（LD）作为另一种重要的半导体光源，也在照明领域展现出巨大的潜力。本章将阐述LD的发光原理，它与LED在机制上的关键区别在于“受激辐射”——通过激励原子或分子发射出与入射光具有相同频率、相位和方向的光。 我们将介绍LD的光腔结构、增益介质以及阈值电流等关键概念。激光的特性——单色性好、方向性强、相干性高——使其在特定应用场景下具有LED无法比拟的优势，例如，高强度聚焦照明、精确的光学测量以及一些特殊的光场应用。 虽然目前LD在通用照明中的应用不如LED广泛，但其在一些高端照明和特殊领域（如舞台灯光、汽车前大灯的远光部分）的应用正在逐步兴起，其高亮度和精确的光束控制能力使其备受瞩目。 第五章：智慧之光：LED照明的智能化与未来 半导体照明最激动人心的特征之一，便是其与智能化技术的完美融合。本章将探讨LED照明的智能化发展趋势。 我们首先会介绍“可调色温”和“可调亮度”LED的工作原理，这使得照明不再是单一的、静态的光源，而是可以根据环境、时间甚至人的情绪进行调整的动态体验。接着，我们将深入探讨“智能照明系统”的概念，包括无线通信技术（如Wi-Fi、蓝牙、Zigbee）在控制LED网络中的应用，以及如何通过物联网（IoT）平台实现对照明设备的远程控制、场景预设和自动化管理。 智能照明不仅仅是亮度的调节，它更关乎“智能”。本章将阐述智能照明如何与传感器（如光线传感器、人体感应传感器）协同工作，实现节能和舒适性的最大化。例如，当室内光线充足时，智能照明系统会自动降低LED的亮度，甚至关闭灯光，从而大大节约能源。 展望未来，本章还将触及一些前沿的智能照明概念，如“情景照明”——根据特定活动（如阅读、观影、用餐）自动调整光线参数，营造最佳氛围；“健康照明”——模拟自然光的变化，调节照明的色温和强度，以改善人们的昼夜节律，提升健康水平；甚至更具科幻色彩的“可见光通信”（Li-Fi），利用LED的光信号进行高速数据传输，为信息时代开辟新的通道。 第六章：不止于照明：半导体光技术的广阔应用 半导体发光技术早已超越了传统的照明范畴，在众多领域展现出强大的生命力。本章将拓展视野，探索半导体发光技术的广阔应用。 我们将从LED在显示技术中的应用谈起，如LED屏幕（电视、手机、户外广告牌）如何凭借其高亮度、高对比度和广色域，彻底改变了我们观看信息的方式。接着，我们将介绍LED在医疗领域的重要作用，例如，LED光动力疗法（PDT）在癌症治疗中的应用，以及LED在皮肤病治疗、伤口愈合等方面的潜力。 此外，本章还将触及LED在农业领域的应用，如植物生长灯，通过提供特定光谱的光照，优化植物的光合作用，加速生长，提高产量。我们还会探讨LED在通信领域的应用，如LED作为激光通信的信源，以及可见光通信（Li-Fi）的发展前景。 最后，本章将目光投向更遥远的未来，例如，半导体激光在工业加工、科学研究、以及太空探索中的应用。这些应用无不彰显出半导体发光技术作为一种通用技术，其潜力和影响力将持续扩散。 结语：拥抱光明，智启未来 半导体照明，以其卓越的性能和无限的潜力，正在深刻地改变着我们的生活方式、工作模式乃至整个社会的面貌。从节能减排的环保需求，到提升生活品质的舒适追求，再到赋能未来智慧社会的科技驱动，半导体照明都扮演着不可或缺的角色。 本书希望通过对光的基本原理、半导体技术的演进、LED和LD的核心机制，以及智能化与多元化应用的深入探讨，为读者构建一个关于半导体照明的全面认知框架。我们并非要培养出技术专家，而是希望每一位读者都能在阅读后，对这片璀璨的科技领域产生浓厚的兴趣，都能理解光是如何被智慧地创造和运用的，并能从中看到无限的可能性。 让我们共同拥抱这片由半导体照明点亮的未来，感受科技进步带来的温暖与光明，并期待着更多突破性的创新，将我们的世界照得更加美好、更加智能。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版布局是其一大亮点，清晰的逻辑结构和合理的章节划分，极大地提升了阅读的流畅性。我特别欣赏作者在处理复杂概念时所采用的图文并茂的方式，那些精细绘制的示意图和流程图，往往能起到千言万语难以达到的解释效果。特别是那些涉及到器件结构和工作原理的部分，图示的精确度极高，几乎不需要读者进行额外的想象和推断。不过，在某些交叉学科的术语解释上，我感觉还可以再增加一些行业内的“黑话”或者更接地气的比喻，毕竟对于初学者来说，教科书式的语言有时会显得过于刻板和疏离。另外，如果能在每章的末尾设置一个“知识点回顾与自测”的小环节，相信对于巩固学习效果会更加有帮助，也能让读者更直观地检验自己的掌握程度。这种细致入微的编排，体现了作者对读者学习路径的深度思考。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计确实很吸引人，封面的设计简洁大气，主色调的选用也非常符合专业书籍的调性。刚拿到手的时候，我就被它沉甸甸的质感和精良的印刷质量所打动。内页的纸张选择也相当考究，阅读起来触感舒适，即便是长时间翻阅，眼睛也不会感到过分的疲劳。我认为，一本好的教材或参考书，除了内容本身的价值之外，其物理形态也是影响读者体验的重要因素。从这本书的整体包装和装帧来看，出版方在这方面下了不少功夫，体现出对知识传播的尊重。不过，我也注意到书脊在频繁翻阅后可能会有些许磨损的迹象，这或许是所有精装书籍都难以避免的通病，但如果能在书脊的粘合工艺上再做优化，那就更完美了。总体而言，作为一本面向专业领域的书籍，它的外观和手感绝对是上乘之作，让人愿意时常把它摆在案头，随时翻阅。

评分☆☆☆☆☆

从内容的广度和深度来看，这本书无疑是一部重量级的参考手册。它所覆盖的知识点非常全面，从最基础的材料特性到复杂的系统集成，几乎形成了一个完整的知识闭环。作者在某些特定领域，比如器件的性能优化和失效分析方面，提供了非常深入的见解和实用的分析方法，这些内容显然是基于多年的实践经验总结出来的，价值非凡。我尝试用它来解决一个工作中的实际问题时，发现其中提供的分析框架和解决思路具有很强的普适性和操作性。唯一的不足，也许是由于内容过于庞杂，部分篇幅的更新速度可能跟不上技术迭代的飞速发展。在这个日新月异的领域，书籍的滞后性是难以避免的挑战，如果能配合在线资源或定期的勘误更新机制，那就更好了。但即便如此，其作为基础理论和方法论的参考价值，在未来相当长的一段时间内依然是无可替代的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的文字风格颇具学术深度，语言精确、逻辑严密，但又不失应有的可读性。作者在叙述理论框架时，展现出一种深厚的功底，对于基础原理的追溯和发展脉络的梳理非常到位，让人感觉知识体系是建立在坚实的历史基础之上的。我尤其欣赏作者在引证文献和前沿研究成果时的严谨态度，每一个重要的论断背后似乎都有详实的数据和实验支撑。然而，对于那些刚刚跨入这个领域的年轻读者来说，可能需要更高的专注度和一定的背景知识储备才能完全跟上作者的思维节奏。有些地方的论述过于浓缩，如果能用更具启发性的提问或者更长的铺垫来引导，或许能更好地激发读者的好奇心和探索欲。总的来说，这是一部可以作为“案头字典”和“进阶指导”的典范之作，但对于零基础入门，可能需要搭配一些更浅显的辅读材料。

评分☆☆☆☆☆

这本书的学术态度是极其认真的，它没有采取迎合大众口味的浮夸叙事，而是坚持用一种冷静、客观的笔触去剖析专业问题。这种对真理的执着追求，使得这本书充满了知识分子的风骨。我个人认为，真正的专业书籍，其价值不应在于它能多快教会你“做什么”，而在于它能让你深刻理解“为什么会是这样”。这本书恰恰在“为什么”的层面做得极其出色，它构建了一个强大的理论支撑体系，让你在面对新的技术变革时，依然能够凭借扎实的理论基础做出准确的判断。当然，这种深度也意味着学习的门槛相对较高，需要读者投入大量的时间进行消化和吸收，它不是一本可以轻松消遣的书籍。它更像是一位沉默的、极具智慧的导师，在你需要的时候，提供最可靠的思想导航。阅读它，更像是一场智力的攀登，回报是坚实可靠的知识结构。