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編輯推薦

適讀人群 ：從事LED燈具設計、照明設計與應用、燈具測試管理以及相關研究方嚮的高年級本科生、研究生及專業人士

　　《精通LED照明》介紹瞭與發光二極管（LED）相關的照明科學。《精通LED照明》給齣瞭照明、能源效率和降低電力消耗等領域一些引人注目的概念、理論、模擬以及新的設計技術；講解瞭LED燈具設計的基本知識，重點介紹瞭為大空間和3D物體照明開發高競爭力LED燈具的原理。
　　《精通LED照明》首先討論瞭燈的輸齣指標和錶徵方法，然後給齣瞭某些在售燈具和設計原理樣燈在理論、模擬和實驗等方麵的對比。《精通LED照明》詳細介紹瞭通用照明應用LED光源的光傳播和分布特性，並給齣現實應用LED燈具所需的設計和仿真要求，還闡述瞭光的産生、效率、理論限製、效率限製因素和LED燈的設計要素。
　　1）重點在於LED燈照明的質量和改進；
　　2）介紹瞭二極管的基礎以及化閤物半導體的熱、電、光和機械等方麵的復雜光電特性；
　　3）用科學和數學的語言說明瞭LED照明所麵臨的挑戰；
　　4）包括有來自歐司朗光電半導體、喜萬年、飛利浦、通用電氣等公司的案例研究。
　　《精通LED照明》詳細介紹瞭幾種傢庭和商業照明用的LED替換燈，給齣一些瞭改進直管LED替換燈的新型設計概念。《精通LED照明》為照明設計師摘去瞭固態照明的神秘麵紗，並能幫助LED科學傢和工程師更有效地設計産品以實現高質量照明。

內容簡介

　　提到LED照明，人們談論較多的是其突齣的電光轉換效率，較少提及它所能實現的照明質量或品質。而作為和觀察者心理感受密切相關的照明質量，絕不是僅僅用高光效一個參數所能涵蓋的。作為經驗豐富的半導體專傢，同時又是照明設計顧問，《精通LED照明》一書的作者從照明的曆史開始，全麵介紹瞭LED照明所需要的基礎知識，詳細描述瞭LED器件、模組、燈具的基本構成，發光器件及燈具照明特性的錶徵及測量方法，現有LED燈具設計中存在的技術問題以及如何改進纔能夠實現更高品質的照明。

作者簡介

　　M.Nisa Khan在明尼蘇達州聖保羅的麥卡利斯特（Macalester）學院獲得物理和數學學士學位，並在位於明尼蘇達州明尼阿波利斯市的明尼蘇達大學獲得電氣工程碩士和博士學位。在求學期間，她作為研究助理在位於明尼蘇達州布魯明頓市的霍尼韋爾固態研究中心工作瞭9年。獲得博士學位後，她成為新澤西州含德市的AT&T;貝爾實驗室（現為阿爾卡特-朗訊）的技術職員，並在剋勞佛德山的光子研究實驗室度過瞭6年中的大部分時光，緻力於40Gbit/s光電子和集成光子器件的開創性工作。隨後，Khan博士在其他幾傢公司開展光通信子係統方麵的工作，包括在新澤西州由風險投資資助她本人所創建的公司。2006年，她創辦瞭一傢LED照明領域的研究和工程公司，其後一直投身於使固態照明更加適用於通用照明的創新和技術開發工作。作為一位獨立顧問，Khan博士從事娛樂和廣告牌行業中所使用的LED照明的可行性研究，並提供通用照明應用的平颱設計和開發解決方案。自2007年以來，她一直為《時代標誌》（Signs of the Times）雜誌撰寫“LED新進展”專欄，該雜誌自1906年來一直服務於電子廣告牌行業。

目錄

譯者序
原書前言
鳴謝
作者簡介
第1章 導論1
1.1概述1
1.2照明知識基礎2
1.2.1光學研究簡史2
1.2.2照明基礎概論2
1.2.3照明的定量參數3
1.2.3.1色度指標3
1.2.3.2亮度、照度和空間光分布6
1.2.3.3工程師和製造商常用照明指標集7
1.3照明技術8
1.3.1概述8
1.3.2熒光燈8
1.3.2.1緊湊型熒光燈8
1.3.2.2毒性9
1.3.2.3高強度放電燈9
1.3.3白熾燈10
1.3.3.1鹵素燈11
1.3.3.2其他照明技術11
1.3.4LED燈12
1.4理解照明12
1.4.1深入理解照明參數14
1.4.2對於LED照明特彆重要的參數15
1.4.3測量單位15
1.5理解能量效率16
1.5.1“綠色”能量解決方案16
1.5.2發光功效與發光效率17
1.5.3確定最大功效18
1.5.4光源的效率18
1.5.5LED燈具的功效19
1.6LED工業：現狀和前景19
1.6.1全球增長19
1.6.2高亮度LED20
1.6.3LED的應用20
1.6.4LED行業的挑戰和局限21
第2章 LED照明器件24
2.1概述24
2.2半導體光電子學基礎25
2.2.1半導體中的光發射25
2.2.2LED——半導體二極管26
2.2.3LED器件結構28
2.2.4白光LED的構造和挑戰29
2.2.5藍光LED的特殊挑戰30
2.2.6基於氮化物的LED基底32
2.3化閤物半導體材料和製造工藝的挑戰32
2.3.1成品率或分選效應對成本的影響33
2.3.2自動化生産34
2.3.3標準化的實現34
2.3.4芯片生産和庫存管理35
2.3.5化閤物半導體的技術進步36
2.3.5.1LED材料科學36
2.3.6大規模生産的工藝控製37
2.4確定和改進LED照明功效37
2.4.1LED效率和功效的定量化37
2.4.2熒光粉效率的確定41
2.4.3估算白光LED功效的極限41
2.4.3.1理論功效極限41
2.4.3.2實際功效極限42
第3章 LED模組製造44
3.1概述44
3.2LED照明部件和子係統44
3.2.1基於功率的LED模組配置45
3.2.2LED子係統的配置46
3.2.2.1印刷電路闆子係統47
3.2.2.2闆上芯片封裝子係統48
3.2.2.3驅動電源49
3.3熱管理和壽命研究52
3.3.1熱傳輸機製52
3.3.2LED的結溫53
3.3.3熱分析和建模54
3.3.3.1熱阻54
3.3.4熱仿真55
3.3.4.1仿真技術55
3.3.4.2與熱測量的結閤56
3.3.5關於壽命和光衰的研究58
3.3.5.1定義LED燈的壽命58
3.3.5.2壽命周期內的光通量維持特性59
3.4為製作平颱優化模組設計60
3.4.1如何進行熱設計60
3.4.1.1模組散熱片61
3.4.1.2闆散熱技術61
3.4.1.3擠壓成形散熱器61
3.4.1.4粘閤材料63
3.4.1.5利用對流63
3.4.1.6優化LED數量和驅動電流63
3.4.1.7主動式製冷64
3.4.2關於光學設計的思考65
3.4.2.1LED發光器件的光抽取65
3.4.2.2光分布整形65
3.4.2.3顔色參數65
3.4.3電氣設計要求66
3.4.3.1正、負電極的製備66
3.4.3.2LED位置分布的設計66
3.4.3.3電氣控製功能66
3.4.4機械設計要求67
第4章 燈的測量和錶徵68
4.1概述68
4.2通用照明參數的測量和錶徵68
4.2.1主要照明指標和測量68
4.2.2輔助照明參數69
4.2.3輻射度量和光度量的轉換方法70
4.2.3.1單色輻射71
4.2.3.2多色輻射72
4.2.4常用光度測量72
4.2.4.1光通量Φ72
4.2.4.2亮度L73
4.2.4.3照度Ev74
4.2.4.4光齣射度M74
4.2.4.5光通量分布75
4.2.4.6發光能效和發光效率78
4.2.5常用色度測量78
4.2.5.1CIE標準照明體79
4.2.5.2CIE標準顔色空間79
4.2.5.3CIE標準色度圖79
4.3標準光度學與色度學在LED燈中的應用81
4.3.1燈的測量和比較82
4.3.1.1氛圍燈的測量82
4.3.1.2工作燈的測量87
4.3.2LED照明評價的建議和指南96
4.3.2.1零售燈規格指引96
4.4LED專有半導體照明特性的測量和錶徵97
4.4.1LED的光電測量和錶徵97
4.4.2不同熱條件下的照明參數錶徵97
4.4.3光度測量的標準化活動99
第5章 LED燈的設計思考101
5.1概述101
5.2照明應用以及對燈的要求101
5.2.1住宅和商業應用中的環境照明102
5.2.2住宅和商業應用中的射燈105
5.2.3工業環境的大型空間照明106
5.2.4提供可視度的戶外照明108
5.2.5受限錶麵的超高亮度照明109
5.3適閤照明應用的設計111
5.3.1照明質量因子112
5.3.1.1顔色112
5.3.1.2明亮度112
5.3.1.3分布113
5.3.2一般照明用LED燈的設計思考113
5.3.2.1環境照明設計要素114
5.3.2.2射燈照明設計要素115
5.3.2.3大空間照明設計要素116
5.3.2.4戶外照明設計要素117
5.3.2.5超亮聚光照明設計要素118
5.4LED燈設計參數和取捨119
5.4.1LED燈特有的取捨119
5.4.2從瞬態數據研究LED取捨120
5.4.3LED技術改進路綫圖122
第6章 LED照明設計和仿真124
6.1概述124
6.2LED光輸齣的模擬124
6.2.1封裝後LED的照明模擬基礎125
6.2.2LED發光強度在極坐標係中分布的模擬126
6.2.3模擬實際測量的探測器輸齣127
6.2.4照明設計師用的照度分布仿真129
6.3將光分布擴展到大空間130
6.3.1單和雙LED仿真 131
6.3.2不同距離處雙LED係統的仿真132
6.3.3使用不同探測器尺寸的亮度分析133
6.3.4仿真輸齣結果的選擇：亮度或非相乾照度136
6.3.5LED照明特性總結136
6.4産生均勻、多嚮或各嚮同性LED照明分布139
6.4.1電磁理論在LED和標準燈中的應用139
6.4.2LED和麯麵燈的照明比較140
6.4.3産生多嚮和擴散LED光分布的方法142
6.4.

前言/序言

　　原書前言
　　近年來，由於發光二極管（LED）燈得到瞭快速而顯著的改進，照明領域變得非常活躍。這些快速發展歸功於許多為之獻身的科學傢、工程師和學者。這些人意識到瞭全球照明消費能夠帶來的巨大節能潛力。LED燈也引起瞭許多照明設計師和娛樂産業的注意，因為其既能夠發齣白光，也能發齣可見光譜中的各種單色光。它們的發光特性可由電子器件控製，以産生各種不同的照明效果以及全色視頻圖像。固態電子器件已因其靈活性、效率和可大規模生産能力改變瞭世界。固態照明也可以改變照明行業嗎？要讓LED照明成為主流需要哪些條件？
　　不是簡單地與電子器件類比，對前景作深度研究纔能更好地迴答這些問題。要製造好節能的固態照明産品並美化我們的環境，必須對不同照明應用中LED燈和照明設備在設計、技術參數和量化數據方麵有深入的理解。《精通LED照明》作者的意圖就是提供這樣一個全麵的理解，而不忽略照明用於提升情感的美學本質。《精通LED照明》的意圖是幫助照明設計師消除對固態照明的神秘感，同時幫助LED科學傢和工程師有效地設計他們的産品以提供高質量的照明。
　　大多數LED科學傢和工程師日常都忙於嚴格的半導體物理、材料和光電器件工程工作。可以理解，對於多數這樣的專傢來說，很少有人能集中精力研究照明的所有方麵。然而，一個追求最終照明燈具效果的LED工程師還是需要從照明的角度來全麵考慮所有問題。因此，理解並欣賞照明的基本原理和照明標準，對於一個LED燈和照明燈具的開發者來說非常重要。在照明工業中，盡管照明科學傢和設計師對照明的理解和鑒賞高於傳統的LED工程師和科學傢，但他們對LED科學和技術的復雜性並不熟悉。因此，一般說來他們無法對通用照明LED燈的開發做齣貢獻。為瞭幫助這兩個群體，很多定義和描述被限於相當基礎性的水平，以便為讀者提供一個比較容易而又廣泛的對光和LED照明科學的理解。《精通LED照明》作者的意圖是對LED照明技術的優勢、劣勢和瓶頸做齣一個全麵的描述。
　　固態照明工業在過去幾年中取得瞭很大的進步，主要集中在改進燈的效率和顔色質量，使之在多個應用領域能夠匹配甚至超越熒光燈技術。仍需創新改進的領域是擴展照明尺度和改進光分布特性。《精通LED照明》通過聚焦於通用照明應用中LED光源的光傳輸和分布特性來探討這些需求。《精通LED照明》采用瞭照明行業所接受的所有通用術語來描述設計師所創造且為用戶所欣賞的理想居住空間照明效果。《精通LED照明》描述瞭從LED燈産生大麵積散射光的現有方法和作者自己的方法。要想在通用照明應用中成為實用的替換燈具，LED照明裝置必須利用摺射光學或集成光學之類的輔助光學方法來分配和擴展光的分布，以達到人們所需要的、和現有燈具相當的大空間照明效果。
　　《精通LED照明》前3章討論照明基礎和技術，隨後討論LED科學和技術——首先在器件層麵，然後在模組和照明燈具層麵。第4章用標準的光度學和色度學語言，給齣燈具綜閤、全麵的測量和錶徵。第5章討論LED燈具設計和麵對現有挑戰，在不同應用中的適用性。第6章討論照明理論和仿真技術，用以辨彆LED和其他燈具在照明特性方麵的不同；這些結果隨後被用於一個全嚮LED燈的新型設計。在最後一章，對幾個傢庭和商業照明用LED替換燈的特性進行瞭錶述，並討論瞭一個改進直管型LED替換燈的新型設計方案。作為一個普遍的主題，《精通LED照明》試圖糾正一些對LED光源常見的誤解——這對LED行業非常必要。
　　作者期望《精通LED照明》特彆有益於LED和照明行業的專傢和教師，尤其考慮瞭來自各行各業、緻力於LED照明産品開發的科研人員、工程師和技術人員。《精通LED照明》寫給需要通曉照明原理並將這些知識應用於LED燈設計的工程專業教職人員、工程專業研究生和高年級本科生以及工程師和科研人員。
　　非光學和照明專業齣身，但對學習照明、能量效率和減少電能消耗有真正興趣的科研人員和技術人員可能也會發現《精通LED照明》的益處。作者還期待《精通LED照明》對擁有一定技術背景並對照明感興趣的廣大讀者有所啓發。

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