節能與環保已是全人類的共識，這使得LED逐漸的在取代鎢絲燈泡及各類螢光燈，成為新照明的光源。因此LED燈源及其相關産品已成為一項新興産業，預期産業界將需要大量與LED照明相關的工程師。有鑑於此，經濟部工業局委託工研院産業學院與中華民國光電學會，擬定LED工程師能力鑑定製度，並辦理LED工程師基礎能力鑑定及LED照明工程師能力鑑定，期望我國的LED産業能領先全世界。 本書特色:附贈LED專業人纔能力鑑定試題

作者簡介

蘇炎坤

　　國立成功大學電機工程研究所國傢工程博士
　　國立成功大學微電子工程研究所教授
　　崑山科技大學校長

孫慶成

　　國立中央大學光電博士
　　國立中央大學光電科學與工程學係教授兼係主任

洪瑞華

　　國立中山大學電機所博士
　　行政院國科會光電工程學門召集人
　　國立中興大學創新産業推廣學院院長
　　國立中興大學精密工程研究所教授                        

陳建宇

　　國立中央大學光電科學研究所博士
　　國立雲林科技大學電子與光電工程研究所副教授

賴芳儀

　　國立交通大學光電工程研究所博士
　　元智大學光電工程學係助理教授

呂紹旭

　　國立颱灣海洋大學光電科學研究所
　　PIDA 光電科技工業協進會/産業分析師

吳孟奇

　　國立成功大學電機博士
　　國立清華大學電機工程學係暨電子工程研究所教授

黃麒甄

　　國立清華大學電子工程研究所博士班

梁從主

　　美國密蘇裏大學電機工程博士
　　國立成功大學電機工程學係教授

歐崇仁

　　國立清華大學動力機械博士
　　修平科技大學電機工程係副教授

林俊良

　　國立成功大學電機研究所博士
　　崑山科技大學電子工程係助理教授

劉如熹

　　英國劍橋大學化學博士/國立清華大學化學博士
　　國立颱灣大學化學係教授

黃琬瑜

　　國立颱灣大學化學係博士班

硃紹舒

　　猶它大學 Utah University 機械所博士
　　崑山科技大學機械工程係副教授

郭文凱

　　國立交通大學電子所博士
　　國立虎尾科技大學光電工程係教授

謝其昌

　　國立中山大學機械與機電工程學係博士
　　國立高雄第一科技大學機械與自動化工程係助理教授

序

第一章　發光二極體産業概論　 洪瑞華
1. 發光二極體（Light-Emitting Diode, LED）發展曆史 2
1.1　碳化矽（SiC）發光二極體發展曆史 2
1.2　砷化鎵（GaAs）和砷化鋁鎵（AlGaAs）紅外光和紅光發光二極體的發展曆史 4
1.3　GaAsP 發光二極體的發展曆史 8
1.4　GaP 和 GaAsP 發光二極體摻雜具鏇光性雜質的發展曆史 10
1.5　GaN 金屬半導體發光體發展曆史 14
1.6　GaN p-n junction 之藍、綠及白光發光二極體的發展曆史 16
1.7　AlGaInP 可見光發光二極體之發展曆史 18
2. 發光二極體基闆的選擇 21
3. 雙氣流 MOCVD 磊晶成長 24
4. 側嚮磊晶成長技術 26
5. 有機金屬化學氣相沉積磊晶機颱簡介 27
6. LED 元件製作 29
6.1　p-GaN 歐姆接觸 29
6.2　p-GaN 及 mesa 蝕刻 29
6.3　p-pad 及 n-pad 製作 30
6.4　晶片研磨、切割、固晶、打綫及封裝 31
7. 參考資料 32

第二章　LED 照明應用　 陳建宇
1. 前言 38
2. LED 光特性的標準與測試方法 38
2.1　全光通量 38
2.2　部分光通量 39
2.3　光分佈 40
2.4　發光強度 40
2.5　亮度 40
2.6　發光光譜 41
2.7　色度（Colorfulness） 41
2.7　照度 42
3. 色溫（Color Temperature） 42
3.1　演色指數（Color Rendering Index, CRI）係統 44
3.2　演色嚮量（Color Rendering Vectors, CRV）係統 44
3.3　照度與色溫對感知之影響 44
4. 照明量測規範 46
5. 光學設計篇 47
5.1　光學設計 47
5.2　LED 晶片元件設置 47
5.3　LED 安全性設計 48
5.4　安全性設計與安全規範 48
6. 應用篇 49
6.1　室內照明應用領域 49
6.2　居傢（客廳、書房、臥室等） 49
6.3　辦公室 50
6.4　工廠 51
6.5　學校 52
6.6　公共建築（運輸係統、商店、博物館等） 54
6.7　醫療空間（手術室） 55
7. 室外照明應用領域 57
7.1　LED 路燈 57
7.2　LED 車燈 61
7.3　LED 指示燈、景觀燈 64
8. 參考資料 65

第三章　LED 國際照明規範常識　 賴芳儀
1. 前言 68
2. 各國照明規範製定概況 68
2.1　颱灣 LED 照明規範發展概況 68
2.2　美國 LED 照明規範發展概況 74
2.3　日本 LED 照明規範發展概況 75
2.4　韓國 LED 照明規範發展概況 75
2.5　中國 LED 照明規範發展概況 77
3. 規範製訂組織、LOGO、組織名稱縮寫（錶列） 78

第四章　LED 産品發展趨勢　 呂紹旭
1. LED 元件産品發展曆程 86
2. LED 封裝元件産品類彆定義 89
3. 白光 LED 元件産品技術發展 90
4. LED 應用産品發展 93
5. 參考資料 100

第五章　光電半導體元件　 吳孟奇　黃麒甄
1. 基本原理 102
2. 電子轉移機製 103
3. 注入機製 107
4. 發光效率與量子效率 108
5. 輻射光譜 109
6. PN 接麵原理 111
7. 發光二極體 112
8. 半導體的材料與種類 114
9. 半導體的鍵結與晶體結構 115
10. 半導體的産生與復閤 117
11. 導體、半導體、絕緣體的能帶 118
12. 發光二極體元件結構 119
12.1　典型平麵錶麵齣光型 LED 元件結構 119
12.2　基闆（砷化鎵、藍寶石、矽、氮化鎵）晶格常數、晶格結構（晶嚮）價格 123
12.3　同質結構元件能帶圖 123
12.4　異質結構元件能帶圖 124
12.5　封裝後成品 125
13. 參考資料 127

第六章　LED 基本驅動電路　 梁從至
1. LED 的電氣特性 130
2. 直流電壓源之 LED 驅動電路之設計 132
3. 電源為市電交流電壓之 LED 驅動電路設計 135

第七章　係統模組設計　 歐崇仁　林俊良
1. 前言 144
2. 基礎幾何光學原理的介紹：費馬原理到 SNELL 定律 144
3. 何謂一次光學 149
4. 整體效率之計算 150
5. LED 二次光學原理 152
6. 摺射定律於二次光學的應用 154
7. LED 二次光學的設計觀念 155
8. 光形與色座標的關係 156
9. 軟體的校正 157
10. 光源的設定 159
11. 二次光學的模擬程序簡介 160
12. LED 二次光學設計範例：非球麵凹透鏡設計理論與模型 162
12.1　基本觀念 163
12.2　建立模型 164
12.3　光源設定 165
12.4　封裝設計 168
12.5　模擬結果與實驗的比對 170
12.6　未來的建議 173
13. 係統模組效率 174
13.1　驅動電路效率 176
13.2　功率因數（Power Factor，簡稱 PF） 176
13.3　諧波失真 THD- total harmonic distortion 176
14. LED 效率 177
14.1　內部量子效率 177
14.2　光取齣效率 179
14.3　螢光粉轉換效率 179
14.4　燈具與光學效率 179
15. 封裝材料特性 180
16. 導綫架（lead frame） 181
16.1　金屬導綫架 182
16.2　陶瓷 （Ceramic）導綫架 184
16.3　矽（silicon）導綫架 185
16.4　固晶材料 185
16.5　環氧樹脂固晶 186
16.6　共晶（eutetic）固晶 186
16.7　金屬焊綫（wire bonding） 187
16.8　封膠材料（encapsulate） 188
17. 參考文獻 188

第八章　白光發光二極體用之螢光粉結構與特性　 劉如熹　黃婉瑜
1. 螢光粉轉換之白光發光二極體（Phosphor Converted White Light-Emission Diode; pc-WLED）種類 190
1.1　藍光 LED 加黃色螢光粉 190
1.2　藍光 LED 加上黃色（或綠色）與紅色螢光粉 191
1.3　紫外光 LED 加上藍色、綠色與紅色螢光粉 191
2. 螢光粉之組成 194
2.1　主體晶格（host lattice） 195
2.2　活化劑（activator） 197
2.3　增感劑（sensitizer） 197
3. 影響螢光粉發光之效應與因素 198
3.1　螢光與磷光（fluorescence and phosphorescence） 198
3.2　斯托剋位移（ Stokes shift） 200
3.3　濃度淬滅效應（Concentration Quenching Effect） 200
3.4　熱淬滅效應（Thermal Quenching Effect） 201
4. 應用於白光發光二極體之主流螢光粉發光特性與優缺點 203
4.1　適用於白光發光二極體之螢光粉特性需求 203
4.2　鋁酸鹽（YAG）螢光粉之結構與特性 204
4.3　矽酸鹽（silicate）螢光粉之結構與特性 206
4.4　β-SiAlON 之結構與特性 209
4.5　LuAG 螢光粉之結構與特性 210
4.6　Sr2Si5N8:Eu2+ 之結構與特性 211
4.7　CaAlSiN3:Eu2+ 之結構與特性 213
5. 適用背光與照明用之發光二極體螢光粉差異比較 214
5.1　螢光粉於 LED 背光顯示器之應用 214
5.2　螢光粉於 LED 照明設備之應用 215
6. 螢光粉於發光二極體之未來發展 218
6.1　Lumiramic 螢光片（Phosphor Plate） 218
6.2　非稀土元素摻雜之螢光粉 220
7. 參考資料 222

第九章　LED 模組散熱　 硃紹舒
1. 高功率 LED 散熱原因 224
2. 針對 LED 發熱關鍵點的研究 226
3. 封裝結構與散熱途徑 230
4. 基礎熱傳學 232
5. 熱阻（thermal resistance） 235
6. LED 的熱阻量測 236
7. LED 散熱器的設計與選擇 238
8. LED 散熱基闆 242
9. 參考文獻 243

第十章　光度與色度學　 郭文凱
1. 光度學的概念與量測 246
1.1　光譜（Spectrum）與可見光（Visible Light） 246
1.2　人眼視覺 248
1.3　光度學的基本量 250
1.4　光度量測技術與儀器 254
2. 色度概念與量測 260
2.1　三色刺激值 260
2.2　CIE-XYZ 色座標（Colour Coordinator） 261
2.3　CIE-UCS 色座標 264
2.4　色純度和主波長（Purity and Dominate Wavelength）錶示法 265
2.5　色溫（Colour Temperature）和相關色溫 （Correlated Colour Temperature） 266
2.6　光源的演色性（Colour Rendering） 268
2.7　色度學的基礎標準 269
2.8　色度的測量 270
3. 參考資料 272

第十一章　LED 光學特性　 謝其昌
1. LED 光學特性與參數 274
1.1　發光角度 274
1.2　發光強度 275
1.3　常見單位 275
1.4　常見 LED 規格與圖錶 276
1.5　色溫 277
1.6　光譜特性 277
1.7　演色性（Ra） 278
1.8　電流與電壓特性 278
1.9　電流與發光強度特性 279
1.10　溫度與發光強度特性 280
2. 幾何光學基本理論 280
2.1　光源 280
2.2　光綫 281
2.3　光束 281
2.4　光的直綫傳播定理 282
2.5　光的獨立傳播定律 282
3. 反射定理與摺射定理 283
3.1　反射定律 283
3.2　摺射定律 284
3.3　摺射率 285
3.4　臨界角與全反射 285
4. 參考書目 287

附錄
索引