固體照明導(dǎo)論

前言

　　人類五十多萬(wàn)年前“發(fā)明”了燃燒的木頭，1772年發(fā)明了煤氣照明， 1876年的電照明，1938年的熒光燈——人造光源的這些突破帶來(lái)了現(xiàn)代照明光源的發(fā)展。這些光源有居室照明用的鎢絲白熾燈和節(jié)能熒光燈，工作場(chǎng)所照明用的熒光燈以及街道照明用的鈉燈。目前21%的電能用于照明，如果換用高效的固體冷光源，這些能量中幾乎一半可以節(jié)省下來(lái)。預(yù)計(jì)到2020年，固體照明累計(jì)節(jié)約的費(fèi)用可達(dá)1150億美元。固體照明用可見和紫外發(fā)光二極管(LED)，壽命可望超過(guò)100000小時(shí)。現(xiàn)在，LED是幾乎整個(gè)可見光范圍內(nèi)效率最高的彩色光源。熒光粉轉(zhuǎn)換白色LED性能上已經(jīng)超過(guò)了白熾燈，預(yù)計(jì)到 2010年，效率可提高到3倍。從交通燈到道路標(biāo)志，..

內(nèi)容概要

　　世界上不少國(guó)家和地區(qū)正投入大量人力和經(jīng)費(fèi)進(jìn)行固體照明的研究和開發(fā)，新的照明時(shí)代——固體照明時(shí)代的黎明已經(jīng)到來(lái)。本書在簡(jiǎn)述了照明的歷史、光度學(xué)和色度學(xué)基礎(chǔ)以及現(xiàn)有的照明技術(shù)后，對(duì)固體照明技術(shù)從三個(gè)方面做了介紹：固體照明的核心——半導(dǎo)體發(fā)光二極管的原理、結(jié)構(gòu)和制備方法；發(fā)光二極管的光學(xué)設(shè)計(jì)——如何有效地把光從芯片上引出來(lái)；怎樣用發(fā)光二極管得到照明所需要的白光。對(duì)固體照明及發(fā)光二極管的其他應(yīng)用也做了述評(píng)。　　本書可作為研究生和大學(xué)高年級(jí)學(xué)生固體照明課程的教科書或半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)、電子器件設(shè)計(jì)、照明技術(shù)和光學(xué)課程的參考書，也可供從事固體照明研究、開發(fā)和應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)人員、管理人員及商務(wù)人員參考。

書籍目錄

第1章照明的歷史1第2章視覺、光度學(xué)和色度學(xué)52.1人類的視覺52.2光度學(xué)62.3色度學(xué)82.4顯色性11第3章燈泡和燈管153.1白熾燈153.2鹵鎢燈163.3熒光燈173.4低壓鈉燈213.5高壓放電燈223.5.1汞燈223.5.2高壓鈉放電燈233.5.3金屬鹵化物燈243.6無(wú)電極放電燈253.7照明的經(jīng)濟(jì)核算25第4章全固體燈基礎(chǔ)284.1注入發(fā)光284.1.1LED性能284.1.2電子和空穴的復(fù)合294.1.3p?n結(jié)中的注入344.1.4異質(zhì)結(jié)構(gòu)和量子阱364.2高亮度LED的半導(dǎo)體材料體系404.2.1對(duì)材料的要求404.2.2AlGaAs材料體系424.2.3AlGaInP材料體系434.2.4AlInGaN材料體系454.2.5異質(zhì)結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)技術(shù)494.3高亮度LED中的電致發(fā)光524.3.1電致發(fā)光結(jié)構(gòu)534.3.2電極和電流擴(kuò)展574.3.3發(fā)射和電學(xué)特性60第5章從發(fā)光二極管中引出光645.1光引出的基礎(chǔ)645.1.1逸出角錐645.1.2分布Bragg反射器675.1.3吸收損耗和光子循環(huán)利用685.2平面矩形高亮度發(fā)光二極管的光子學(xué)695.2.1AlGaAs紅色發(fā)光二極管695.2.2AlGaInP發(fā)光二極管715.2.3AlInGaN發(fā)光二極管745.3非矩陣和非平面結(jié)構(gòu)中光子的輸出耦合785.3.1異形芯片785.3.2外輸出耦合器805.3.3非諧振腔發(fā)光二極管815.4光子態(tài)密度工程825.4.1諧振腔發(fā)光二極管835.4.2表面等離子增強(qiáng)型發(fā)光二極管875.4.3光子晶體88第6章固體白光燈926.1人造白光的優(yōu)化926.1.1發(fā)光效率和顯色性的折衷926.1.2二基色體系946.1.3多基色體系946.2熒光粉轉(zhuǎn)換LED966.2.1二基色熒光粉轉(zhuǎn)換LED966.2.2多基色熒光粉轉(zhuǎn)換LED996.3多芯片LED1016.3.1二基色多芯片LED1026.3.2多基色多芯片LED102第7章固體燈的應(yīng)用1057.1發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路1057.1.1發(fā)光二極管列1057.1.2用電池工作的發(fā)光二極管1087.1.3大功率脈沖驅(qū)動(dòng)1087.2強(qiáng)光信號(hào)燈1097.2.1交通信號(hào)燈1097.2.2汽車信號(hào)燈1117.2.3其他信號(hào)燈1137.3顯示器1147.3.1字符顯示器1157.3.2全色大屏幕電視1167.4醫(yī)學(xué)應(yīng)用1187.4.1新生兒黃疸的光療1187.4.2光動(dòng)力理療1197.4.3牙科復(fù)合材料的光固化1207.4.4季節(jié)性不適應(yīng)證的光療1217.5光合作用1217.5.1作物生長(zhǎng)1227.5.2光生物反應(yīng)1247.6光學(xué)測(cè)量1257.6.1熒光傳感器1267.6.2時(shí)域和頻域光譜1287.6.3其他光學(xué)應(yīng)用1307.7照明1307.7.1局部照明1317.7.2普通照明1337.7.3固體照明的未來(lái)135參考文獻(xiàn)136

媒體關(guān)注與評(píng)論

　　前言　　人類五十多萬(wàn)年前“發(fā)明”了燃燒的木頭，1772年發(fā)明了煤氣照明， 1876年的電照明，1938年的熒光燈——人造光源的這些突破帶來(lái)了現(xiàn)代照明光源的發(fā)展。這些光源有居室照明用的鎢絲白熾燈和節(jié)能熒光燈，工作場(chǎng)所照明用的熒光燈以及街道照明用的鈉燈。目前21%的電能用于照明，如果換用高效的固體冷光源，這些能量中幾乎一半可以節(jié)省下來(lái)。預(yù)計(jì)到2020年，固體照明累計(jì)節(jié)約的費(fèi)用可達(dá)1150億美元。固體照明用可見和紫外發(fā)光二極管(LED)，壽命可望超過(guò)100000小時(shí)?，F(xiàn)在，LED是幾乎整個(gè)可見光范圍內(nèi)效率最高的彩色光源。熒光粉轉(zhuǎn)換白色LED性能上已經(jīng)超過(guò)了白熾燈，預(yù)計(jì)到 2010年，效率可提高到3倍。從交通燈到道路標(biāo)志，從汽車尾燈到戶外顯示器，從景觀照明到重點(diǎn)照明， 作為下一次照明革命前驅(qū)的固體光源已經(jīng)進(jìn)入所有這些領(lǐng)域。　　半導(dǎo)體物理學(xué)家、化學(xué)家、材料科學(xué)家、照明工程師和商務(wù)管理者為固體照明通力合作，使人類能夠從這項(xiàng)令人激動(dòng)的技術(shù)中獲益。關(guān)于發(fā)光的半導(dǎo)體燈的各種主題已在科技文獻(xiàn)中有所描述。Stringfellow和Carford (1997)以及 Mueller（1999a）所編的文集中描述了以AlGaAs、AlGaInP和AlInGaN半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的現(xiàn)代LED。Nakamura和Fasol（1997），Nakamura和Chichibu(2000)評(píng)述了LED技術(shù)的最新成就——AlInGaN基藍(lán)色發(fā)光體。本書著重于半導(dǎo)體物理、技術(shù)、器件制備以及與新一代發(fā)光二極管——高亮度LED相關(guān)的首批大規(guī)模應(yīng)用?！　∥覀冞@本書把固體照明看作是照明技術(shù)固有的一個(gè)部分。在一個(gè)更廣泛的背景下考慮高亮度LED。在光源和固體照明技術(shù)的范圍中談?wù)摳吡炼萀ED的話題。我們也介紹了照明的歷史，描述可見光的特征，討論傳統(tǒng)的照明裝置，考慮用LED產(chǎn)生白光以及由固體引出光的問題。本書另一個(gè)特點(diǎn)是對(duì)固體照明已有和已經(jīng)出現(xiàn)的應(yīng)用進(jìn)行了全面評(píng)述。　　我們希望本書對(duì)固體照明的研發(fā)和應(yīng)用感興趣的技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師以及商務(wù)人員和學(xué)生有所幫助。本書也可作為研究生和大學(xué)高年級(jí)學(xué)生固體照明課程的教科書以及半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)、電子器件設(shè)計(jì)、照明技術(shù)和光學(xué)課程的補(bǔ)充參考書。　　感謝我們各自的妻子無(wú)限的耐心、理解、鼓勵(lì)和支持。　　序言　　從20世紀(jì)90年代后期Ⅲ?Ⅴ族半導(dǎo)體藍(lán)色發(fā)光二極管研制成功并應(yīng)用以來(lái)，世界上很多國(guó)家和地區(qū)對(duì)與之相關(guān)的領(lǐng)域投入了大量研究力量和經(jīng)費(fèi)。這些投入帶來(lái)了照明技術(shù)新的革命。也許不久以后，我們或我們的子女就將生活在固體照明時(shí)代?！　?002年出版的Introduction to Solid?State Lighting一書對(duì)這個(gè)領(lǐng)域做了簡(jiǎn)要而全面的介紹。在簡(jiǎn)述了照明的歷史、光度學(xué)和色度學(xué)基礎(chǔ)以及現(xiàn)有的照明技術(shù)后，對(duì)固體照明技術(shù)從三個(gè)方面進(jìn)行了闡述：固體照明的核心——半導(dǎo)體發(fā)光二極管的原理、結(jié)構(gòu)和制備方法；發(fā)光二極管的光學(xué)設(shè)計(jì)——如何有效地把光從芯片上引出來(lái)；怎樣用發(fā)光二極管得到照明所需要的白光。本書對(duì)固體照明及發(fā)光二極管的其他應(yīng)用也做了述評(píng)，書后列出了這個(gè)領(lǐng)域中大量的參考文獻(xiàn)?！　?003年，代表美國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)界的化合物半導(dǎo)體在線（CompoundSemi Online）首次頒發(fā)CompoundSemi先驅(qū)獎(jiǎng)給五位獲獎(jiǎng)?wù)?，表彰他們?cè)谒{(lán)光器件研究和發(fā)展中的貢獻(xiàn)，本書作者之一Shur是其中一位。頒獎(jiǎng)聲明中稱“他和?ukauskas以及Gaska合著的《固體照明導(dǎo)論》現(xiàn)已成為這個(gè)迅速發(fā)展的、確實(shí)革命性的領(lǐng)域的一本教科書?！薄　∥覀儼堰@本書譯為中文，希望能夠?yàn)槲覈?guó)從事固體照明研究和產(chǎn)業(yè)化的科技工作者、管理干部和商務(wù)人員提供一本有用的參考書?！　∮捎诒緯婕暗阶g者不熟悉的很多領(lǐng)域，難免出現(xiàn)理解和術(shù)語(yǔ)翻譯上的偏差，歡迎讀者批評(píng)指正?！　∽g者感謝美國(guó)紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院的沈世乾博士、黃亞非博士，北京交通大學(xué)光電子技術(shù)研究所的何志群博士、徐征博士等在翻譯中提供的幫助。　　2004年12月北京給我們的女兒科特琳娜、阿格妮、娜塔莎、柳芭、 兒子丹尼烏斯和伊格納斯　　——他們將生活在發(fā)光二極管照明時(shí)代　　……一被觸摸到，光就分為無(wú)數(shù)細(xì)束，它們走下山坡，分散到你們家中……　　——立陶宛作家 Joras Biliūnas《歡樂之光》(1905)

編輯推薦

　　《固體照明導(dǎo)論》可作為研究生和大學(xué)高年級(jí)學(xué)生固體照明課程的教科書或半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)、電子器件設(shè)計(jì)、照明技術(shù)和光學(xué)課程的參考書，也可供從事固體照明研究、開發(fā)和應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)人員、管理人員及商務(wù)人員參考。世界上不少國(guó)家和地區(qū)正投入大量人力和經(jīng)費(fèi)進(jìn)行固體照明的研究和開發(fā)，新的照明時(shí)代——固體照明時(shí)代的黎明已經(jīng)到來(lái)。

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