LED工程师基础概念与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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　　节能与环保已是全人类的共识，这使得LED逐渐的在取代钨丝灯泡及各类萤光灯，成为新照明的光源。因此LED灯源及其相关产品已成为一项新兴产业，预期产业界将需要大量与LED照明相关的工程师。有鑑于此，经济部工业局委託工研院产业学院与中华民国光电学会，拟定LED工程师能力鑑定制度，并办理LED工程师基础能力鑑定及LED照明工程师能力鑑定，期望我国的LED产业能领先全世界。 本书特色:附赠LED专业人才能力鑑定试题

作者简介

苏炎坤

　　国立成功大学电机工程研究所国家工程博士
　　国立成功大学微电子工程研究所教授
　　崑山科技大学校长

孙庆成

　　国立中央大学光电博士
　　国立中央大学光电科学与工程学系教授兼系主任

洪瑞华

　　国立中山大学电机所博士
　　行政院国科会光电工程学门召集人
　　国立中兴大学创新产业推广学院院长
　　国立中兴大学精密工程研究所教授                        

陈建宇

　　国立中央大学光电科学研究所博士
　　国立云林科技大学电子与光电工程研究所副教授

赖芳仪

　　国立交通大学光电工程研究所博士
　　元智大学光电工程学系助理教授

吕绍旭

　　国立台湾海洋大学光电科学研究所
　　PIDA 光电科技工业协进会/产业分析师

吴孟奇

　　国立成功大学电机博士
　　国立清华大学电机工程学系暨电子工程研究所教授

黄麒甄

　　国立清华大学电子工程研究所博士班

梁从主

　　美国密苏里大学电机工程博士
　　国立成功大学电机工程学系教授

欧崇仁

　　国立清华大学动力机械博士
　　修平科技大学电机工程系副教授

林俊良

　　国立成功大学电机研究所博士
　　崑山科技大学电子工程系助理教授

刘如熹

　　英国剑桥大学化学博士/国立清华大学化学博士
　　国立台湾大学化学系教授

黄琬瑜

　　国立台湾大学化学系博士班

朱绍舒

　　犹它大学 Utah University 机械所博士
　　崑山科技大学机械工程系副教授

郭文凯

　　国立交通大学电子所博士
　　国立虎尾科技大学光电工程系教授

谢其昌

　　国立中山大学机械与机电工程学系博士
　　国立高雄第一科技大学机械与自动化工程系助理教授

光电技术前沿：新一代显示与照明系统设计实践 本书聚焦于当前光电产业中最为活跃且快速发展的两大领域：新一代显示技术（MicroLED、AMOLED等）与先进固态照明系统的设计、制造与应用集成。它旨在为从业人员、高级技术学生及研发工程师提供一套全面、深入且侧重于工程实践的知识体系，超越基础的器件物理层面，直接切入系统级的优化与商业化挑战。 --- 第一部分：超高密度显示矩阵的设计与驱动策略 本部分深入探讨了下一代高分辨率、高亮度、高能效显示面板的核心技术瓶颈及工程解决方案，特别是MicroLED（微发光二极管）技术的量产化难题。 1. MicroLED 阵列的巨量转移（Mass Transfer）与键合技术 挑战与前沿进展： 详细分析了当前主流的巨量转移技术路线（如激光剥离转移、纳米压印转移、流体自组装等）的精度限制、速度瓶颈及其对良率的影响。对比分析了不同转移方法在实现亚微米级器件阵列对准中的优劣。 高密度集成与散热管理： 探讨了如何在极小的封装面积内实现数百万至上千万像素点的可靠集成。重点介绍三维异构集成（3D Heterogeneous Integration）在MicroLED显示中的应用，包括垂直堆叠驱动电路与发光层。阐述了薄膜散热层、微通道液冷系统在维持高亮度下器件寿命的关键作用。 无缺陷键合与互联： 深入研究了弹性电极（Elastomeric Interconnects）的设计，用于吸收转移过程中的机械应力，并保证高密度互连的电气可靠性。介绍了先进的局部（Local）和全局（Global）焊接技术，如超声波辅助键合与光激活粘合剂的应用。 2. 先进驱动电路与像素电路设计 低功耗与高刷新率驱动架构： 详细解析了针对高像素密度面板的时域与空域驱动优化。探讨了如何利用先进的CMOS工艺节点设计高集成度的TFT/Monolithic Pixel Driver ICs，以减少外部驱动芯片的数量和PCB面积。 补偿算法与均匀性校正： 阐述了在MicroLED和AMOLED面板中，由于器件参数不一致（如亮度失配、寿命衰减差异）导致的均匀性问题。重点介绍基于深度学习的实时校正算法，用于像素级亮度补偿（Pixel Compensation）和色温平衡。 动态电源管理与瞬态响应： 针对VR/AR等高动态范围（HDR）应用场景，分析了驱动电路如何实现毫秒级的电流脉冲控制，确保极快的上升/下降时间，同时避免电源轨的瞬态电压跌落。 --- 第二部分：下一代固态照明的集成与光谱工程 本部分关注于LED技术在照明领域的最新进展，特别是在光谱质量、光度控制以及系统集成方面的突破，涵盖了智能照明与特殊应用领域。 3. 高光效与高光质量（CRI/TM-30）的实现 新型封装材料与热管理： 详述了用于提升光萃取效率的封装材料的演变，包括高折射率（HRI）环氧树脂、先进的荧光粉混合技术。重点分析了无封装（Chip-Scale Packaging, CSP）器件在热阻降低和出光效率提升上的优势。 光谱工程与人因照明（HCL）： 深入解析了照明领域对显色指数（CRI）和TM-30 色度指标的严格要求。介绍了如何通过精确调配多光谱（如四基色、五基色）LED芯片和定制化量子点（QD）荧光粉，实现对特定波长能量分布的精准控制，以满足人因照明中对生理节律和情绪影响的需求。 高可靠性驱动与浪涌保护： 探讨了适用于恶劣环境（如户外、工业照明）的LED驱动器设计，重点在于宽电压输入、高功率因数（PF）的实现。详细介绍了针对雷击和电网波动引起的浪涌电流，在驱动电路前端和LED模组间的多级保护电路设计策略。 4. 光学系统设计与光场调控 复杂光路模拟与优化： 介绍利用高级光学仿真软件（如TracePro, LightTools）进行非对称配光和复杂立体光场的设计。涵盖了如何通过自由曲面透镜（Freeform Optics）技术，实现对传统配光曲线（如Batwing, Type II/III）的革命性优化，以满足智能城市路灯对眩光控制的极限要求。 动态光束成形与色彩混合： 针对建筑照明和舞台照明，探讨了基于MEMS（微机电系统）或可动镜面技术的动态光束偏转系统。分析了如何通过多色温/多光谱LED阵列与快速扫描系统相结合，实现无缝的色温变化与光束角度的实时调整。 光通信与可见光通信（VLC）集成： 阐述了如何将高频调制能力集成到高功率LED驱动电路中，实现照明与数据传输的共存。讨论了高带宽VLC系统中的调制编码方案和接收端滤波技术，以解决环境噪声和多路径干扰问题。 --- 第三部分：系统级可靠性、测试与量产验证 本书的最后一部分将技术焦点从器件和光学层面提升至系统制造和生命周期管理，强调工程实现的健壮性。 5. 可靠性加速寿命测试与失效分析 热循环与机械应力测试： 详细介绍了针对高密度封装件的热冲击（Thermal Shock）和热循环（Thermal Cycling）测试标准（如JEDEC/AEC-Q101）。分析了应力诱导的界面脱层、焊点疲劳等关键失效模式。 光衰减机理与长期预测： 深入研究了MicroLED“暗化”和AMOLED“烧屏”的物理化学机理（如空穴/电子陷阱生成、电迁移）。介绍了基于Arrhenius模型和Weibull分布的加速老化数据外推方法，用于预测5万小时及以上工作寿命下的光通量维持率（L70/L90）。 在线诊断与预测性维护： 探讨了如何嵌入传感器和监控电路，实现对工作温度、驱动电流和光输出的实时监测。介绍了基于边缘计算的初步故障识别算法，以便在系统发生初期漂移时进行干预。 6. 供应链协同与高精度量测标准 工艺窗口与良率控制： 针对巨量转移和薄膜沉积过程，定义了关键工艺参数的控制图（Control Charts）和SPC（统计过程控制）标准。分析了如何在高通量生产线下，利用AOI（自动光学检测）系统识别微米级的转移错误、键合空洞或荧光粉分布不均。 色度和亮度的高速量测： 介绍了集成度更高的成像式色度计与光度计在生产线上的应用，用于在数秒内完成整个面板的均匀性扫描。重点讨论了如何处理高动态范围（HDR）信号在量测过程中的量化误差与校准标准。 模块化与标准化接口： 探讨了在系统集成层面，如何设计标准化的电气和机械接口，加速不同供应商的驱动芯片、面板模块与散热组件的快速替换与升级，以适应快速迭代的产品开发周期。 本书面向的读者群体，是那些已经掌握半导体基础物理和基础光学知识，正致力于将前沿光电技术转化为可商业化、高可靠性产品的工程师和研究人员。

序

第一章　发光二极体产业概论　 洪瑞华
1. 发光二极体（Light-Emitting Diode, LED）发展历史 2
1.1　碳化硅（SiC）发光二极体发展历史 2
1.2　砷化镓（GaAs）和砷化铝镓（AlGaAs）红外光和红光发光二极体的发展历史 4
1.3　GaAsP 发光二极体的发展历史 8
1.4　GaP 和 GaAsP 发光二极体掺杂具旋光性杂质的发展历史 10
1.5　GaN 金属半导体发光体发展历史 14
1.6　GaN p-n junction 之蓝、绿及白光发光二极体的发展历史 16
1.7　AlGaInP 可见光发光二极体之发展历史 18
2. 发光二极体基板的选择 21
3. 双气流 MOCVD 磊晶成长 24
4. 侧向磊晶成长技术 26
5. 有机金属化学气相沉积磊晶机台简介 27
6. LED 元件制作 29
6.1　p-GaN 欧姆接触 29
6.2　p-GaN 及 mesa 蚀刻 29
6.3　p-pad 及 n-pad 制作 30
6.4　晶片研磨、切割、固晶、打线及封装 31
7. 参考资料 32

第二章　LED 照明应用　 陈建宇
1. 前言 38
2. LED 光特性的标准与测试方法 38
2.1　全光通量 38
2.2　部分光通量 39
2.3　光分佈 40
2.4　发光强度 40
2.5　亮度 40
2.6　发光光谱 41
2.7　色度（Colorfulness） 41
2.7　照度 42
3. 色温（Color Temperature） 42
3.1　演色指数（Color Rendering Index, CRI）系统 44
3.2　演色向量（Color Rendering Vectors, CRV）系统 44
3.3　照度与色温对感知之影响 44
4. 照明量测规范 46
5. 光学设计篇 47
5.1　光学设计 47
5.2　LED 晶片元件设置 47
5.3　LED 安全性设计 48
5.4　安全性设计与安全规范 48
6. 应用篇 49
6.1　室内照明应用领域 49
6.2　居家（客厅、书房、卧室等） 49
6.3　办公室 50
6.4　工厂 51
6.5　学校 52
6.6　公共建筑（运输系统、商店、博物馆等） 54
6.7　医疗空间（手术室） 55
7. 室外照明应用领域 57
7.1　LED 路灯 57
7.2　LED 车灯 61
7.3　LED 指示灯、景观灯 64
8. 参考资料 65

第三章　LED 国际照明规范常识　 赖芳仪
1. 前言 68
2. 各国照明规范制定概况 68
2.1　台湾 LED 照明规范发展概况 68
2.2　美国 LED 照明规范发展概况 74
2.3　日本 LED 照明规范发展概况 75
2.4　韩国 LED 照明规范发展概况 75
2.5　中国 LED 照明规范发展概况 77
3. 规范制订组织、LOGO、组织名称缩写（表列） 78

第四章　LED 产品发展趋势　 吕绍旭
1. LED 元件产品发展历程 86
2. LED 封装元件产品类别定义 89
3. 白光 LED 元件产品技术发展 90
4. LED 应用产品发展 93
5. 参考资料 100

第五章　光电半导体元件　 吴孟奇　黄麒甄
1. 基本原理 102
2. 电子转移机制 103
3. 注入机制 107
4. 发光效率与量子效率 108
5. 辐射光谱 109
6. PN 接面原理 111
7. 发光二极体 112
8. 半导体的材料与种类 114
9. 半导体的键结与晶体结构 115
10. 半导体的产生与复合 117
11. 导体、半导体、绝缘体的能带 118
12. 发光二极体元件结构 119
12.1　典型平面表面出光型 LED 元件结构 119
12.2　基板（砷化镓、蓝宝石、硅、氮化镓）晶格常数、晶格结构（晶向）价格 123
12.3　同质结构元件能带图 123
12.4　异质结构元件能带图 124
12.5　封装后成品 125
13. 参考资料 127

第六章　LED 基本驱动电路　 梁从至
1. LED 的电气特性 130
2. 直流电压源之 LED 驱动电路之设计 132
3. 电源为市电交流电压之 LED 驱动电路设计 135

第七章　系统模组设计　 欧崇仁　林俊良
1. 前言 144
2. 基础几何光学原理的介绍：费马原理到 SNELL 定律 144
3. 何谓一次光学 149
4. 整体效率之计算 150
5. LED 二次光学原理 152
6. 折射定律于二次光学的应用 154
7. LED 二次光学的设计观念 155
8. 光形与色座标的关系 156
9. 软体的校正 157
10. 光源的设定 159
11. 二次光学的模拟程序简介 160
12. LED 二次光学设计范例：非球面凹透镜设计理论与模型 162
12.1　基本观念 163
12.2　建立模型 164
12.3　光源设定 165
12.4　封装设计 168
12.5　模拟结果与实验的比对 170
12.6　未来的建议 173
13. 系统模组效率 174
13.1　驱动电路效率 176
13.2　功率因数（Power Factor，简称 PF） 176
13.3　谐波失真 THD- total harmonic distortion 176
14. LED 效率 177
14.1　内部量子效率 177
14.2　光取出效率 179
14.3　萤光粉转换效率 179
14.4　灯具与光学效率 179
15. 封装材料特性 180
16. 导线架（lead frame） 181
16.1　金属导线架 182
16.2　陶瓷 （Ceramic）导线架 184
16.3　硅（silicon）导线架 185
16.4　固晶材料 185
16.5　环氧树脂固晶 186
16.6　共晶（eutetic）固晶 186
16.7　金属焊线（wire bonding） 187
16.8　封胶材料（encapsulate） 188
17. 参考文献 188

第八章　白光发光二极体用之萤光粉结构与特性　 刘如熹　黄婉瑜
1. 萤光粉转换之白光发光二极体（Phosphor Converted White Light-Emission Diode; pc-WLED）种类 190
1.1　蓝光 LED 加黄色萤光粉 190
1.2　蓝光 LED 加上黄色（或绿色）与红色萤光粉 191
1.3　紫外光 LED 加上蓝色、绿色与红色萤光粉 191
2. 萤光粉之组成 194
2.1　主体晶格（host lattice） 195
2.2　活化剂（activator） 197
2.3　增感剂（sensitizer） 197
3. 影响萤光粉发光之效应与因素 198
3.1　萤光与磷光（fluorescence and phosphorescence） 198
3.2　斯托克位移（ Stokes shift） 200
3.3　浓度淬灭效应（Concentration Quenching Effect） 200
3.4　热淬灭效应（Thermal Quenching Effect） 201
4. 应用于白光发光二极体之主流萤光粉发光特性与优缺点 203
4.1　适用于白光发光二极体之萤光粉特性需求 203
4.2　铝酸盐（YAG）萤光粉之结构与特性 204
4.3　硅酸盐（silicate）萤光粉之结构与特性 206
4.4　β-SiAlON 之结构与特性 209
4.5　LuAG 萤光粉之结构与特性 210
4.6　Sr2Si5N8:Eu2+ 之结构与特性 211
4.7　CaAlSiN3:Eu2+ 之结构与特性 213
5. 适用背光与照明用之发光二极体萤光粉差异比较 214
5.1　萤光粉于 LED 背光显示器之应用 214
5.2　萤光粉于 LED 照明设备之应用 215
6. 萤光粉于发光二极体之未来发展 218
6.1　Lumiramic 萤光片（Phosphor Plate） 218
6.2　非稀土元素掺杂之萤光粉 220
7. 参考资料 222

第九章　LED 模组散热　 朱绍舒
1. 高功率 LED 散热原因 224
2. 针对 LED 发热关键点的研究 226
3. 封装结构与散热途径 230
4. 基础热传学 232
5. 热阻（thermal resistance） 235
6. LED 的热阻量测 236
7. LED 散热器的设计与选择 238
8. LED 散热基板 242
9. 参考文献 243

第十章　光度与色度学　 郭文凯
1. 光度学的概念与量测 246
1.1　光谱（Spectrum）与可见光（Visible Light） 246
1.2　人眼视觉 248
1.3　光度学的基本量 250
1.4　光度量测技术与仪器 254
2. 色度概念与量测 260
2.1　三色刺激值 260
2.2　CIE-XYZ 色座标（Colour Coordinator） 261
2.3　CIE-UCS 色座标 264
2.4　色纯度和主波长（Purity and Dominate Wavelength）表示法 265
2.5　色温（Colour Temperature）和相关色温 （Correlated Colour Temperature） 266
2.6　光源的演色性（Colour Rendering） 268
2.7　色度学的基础标准 269
2.8　色度的测量 270
3. 参考资料 272

第十一章　LED 光学特性　 谢其昌
1. LED 光学特性与参数 274
1.1　发光角度 274
1.2　发光强度 275
1.3　常见单位 275
1.4　常见 LED 规格与图表 276
1.5　色温 277
1.6　光谱特性 277
1.7　演色性（Ra） 278
1.8　电流与电压特性 278
1.9　电流与发光强度特性 279
1.10　温度与发光强度特性 280
2. 几何光学基本理论 280
2.1　光源 280
2.2　光线 281
2.3　光束 281
2.4　光的直线传播定理 282
2.5　光的独立传播定律 282
3. 反射定理与折射定理 283
3.1　反射定律 283
3.2　折射定律 284
3.3　折射率 285
3.4　临界角与全反射 285
4. 参考书目 287

附录
索引

评分☆☆☆☆☆

我一直覺得，台灣的LED產業雖然很有實力，但總是在技術的細節上鑽研，有時候反而忽略了更宏觀的概念。這次讀了《LED工程師基礎概念與應用》，最大的感受就是它讓我跳脫了單純的「把LED點亮」的思維，開始思考LED在整個光學系統中扮演的角色。書裡在「光學設計與模擬」這塊講得相當深入，讓我了解了不只是LED晶片本身，整個燈具的結構、透鏡、反射杯的設計，都會直接影響到光線的均勻度、投射角度，甚至是眩光的問題。我印象最深刻的是一個關於「光學有害」的討論，作者分析了不同類型的LED光源，在不同應用場景下，可能產生的視覺不適或長期傷害，這真的讓我大開眼界。我以前都只關心LED的亮度夠不夠、色溫對不對，現在才意識到，我們作為工程師，還有更重要的責任，就是要設計出對人體健康和環境友善的光源。這本書的深度和廣度，絕對能讓台灣的LED工程師在國際舞台上更有競爭力，不再只是代工廠，而是能提供全方位的解決方案。

评分☆☆☆☆☆

這本《LED工程師基礎概念與應用》真的讓我對於LED的「應用」這塊有了全新的理解。過去我們總是用「顆粒」來計算LED，然後再疊加上各種外圍元件，但書裡面卻是從「光」的角度出發，去思考LED的整個生命週期和它能創造的價值。我尤其欣賞其中關於「智慧照明系統整合」的章節，它不再只是單純的LED本身，而是探討了如何將LED作為一個節點，融入到整個物聯網架構中。像是室內定位、人流感測、甚至是與空氣品質偵測器聯動，這些都讓我看到了LED未來無限的可能性。我之前在做一個智慧家居的專案時，就曾遇到LED燈具的配網問題，總是斷斷續續的，讀了這本書後，我才了解到，原來LED驅動器本身的通訊協議、以及它與無線模組的整合方式，都有許多眉角需要注意。這本書的格局非常大，它把LED從一個零組件，提升到了一個系統級的解決方案，這對我們台灣LED廠商來說，是一個非常重要的轉型方向。

评分☆☆☆☆☆

這本《LED工程師基礎概念與應用》對我來說，真的是一次相當及時的充電。身為在照明產業打滾多年的工程師，總覺得LED這東西更新換代太快，從最初單純的光源，到現在強調顯色指數、光譜分布、甚至對人體生理時鐘的影響，傳統的學術知識好像有點跟不上腳步。尤其這幾年，智慧照明、物聯網整合的趨勢越來越明顯，我們不只要懂LED本身的光學特性，還得了解它如何跟控制系統、甚至通訊協議串聯。翻開這本書，發現它不是那種只講理論、紙上談兵的教材，而是很貼近實際應用。作者在書中舉了好多實際案例，像是戶外景觀照明的照度計算，或是室內商業空間如何透過調光調色來營造氣氛，甚至還有如何在高溫環境下穩定LED的散熱設計。我特別喜歡其中關於「光生物安全」的章節，以前總覺得LED很安全，但書裡提到長時間暴露在高強度藍光下可能對眼睛造成影響，這讓我開始重新審視我們的產品設計，是不是有潛在的風險。總之，這本書提供了一個很全面的視角，讓我在面對各種複雜的LED應用時，能夠有更扎實的基礎和更寬廣的思路。

评分☆☆☆☆☆

說實話，一開始接觸這本《LED工程師基礎概念與應用》時，我其實有點擔心會不會太過學術，畢竟我個人是比較偏向實務操作的。但我錯了！這本書最棒的地方，就是它能把非常專業的LED原理，用非常貼近實際生產和應用情境的方式來解釋。例如，在談到「LED的可靠性與壽命」時，書裡並不是只列出一堆測試標準，而是詳細分析了在高濕度、高溫、或是頻繁開關的條件下，LED的封裝材料、導電層、甚至散熱結構會有哪些潛在的失效模式。這讓我能更精準地判斷，哪些是設計上的瓶頸，哪些是材料上的限制。而且，作者在「LED驅動電路設計」的部分，也講得很透徹，不僅有基本的恆流恆壓原理，還探討了如何在高效率、低紋波的條件下，設計出適用於不同功率LED的驅動器，這對我來說非常有幫助，能直接應用到我們新產品的研發上。這本書就像是把一個經驗豐富的資深工程師的知識精華，濃縮在了書頁之間，省去了我們摸索和試錯的時間。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，我一開始拿到《LED工程師基礎概念與應用》這本書，其實心態有點像是在「例行公事」，畢竟LED這個領域，從學校到工作，接觸的資訊也算不少。但讀了之後，我才發現自己之前的認知有多麼淺薄。這本書在「LED材料與製程」的介紹上，雖然不見得是業界最機密的技術，但卻是用一種非常系統化、結構化的方式，來呈現不同LED結構（像是GaN、AlGaInP）的特性差異，以及它們在光學、電學、和熱學上的權衡。更重要的是，書裡對於「LED的品管與測試」有非常詳盡的描述，從晶片等級的顯微鏡檢測，到封裝後的壽命加速測試、色度穩定性測試，這些都是日常工作中經常會遇到的難題，但卻很少有這麼清晰、具體的指導。我特別注意到書中對於「光譜分析儀」和「積分球」的運用，它詳細解釋了如何透過這些儀器，來精確量測LED的各種光參數，這對我們在產品開發和量產線上，確保品質的一致性，有著不可估量的幫助。這本書不是在教你「怎麼做」，而是在教你「為什麼要這麼做」，而且還提供了「如何驗證」的手段，這對於真正想把LED技術做深做透的工程師來說，是一本無價的參考書。