书名：半导体照明技术pdf/doc/txt格式电子书下载

推荐语：

作者：方志烈著

出版社：电子工业出版社

出版时间：2009-05-01

书籍编号：30613707

ISBN：9787121087295

正文语种：中文

字数：307267

版次：1

所属分类：科学新知-工业技术

内 容 简 介

本书在介绍半导体照明器件——发光二极管的材料、机理及其制造技术的同时，详细讲解了器件的光电参数测试方法，器件的可靠性分析、驱动和控制方法，以及各种半导体照明的应用技术。本书内容系统、全面，通过理论联系实际，重点突出了“半导体照明”主题，反映了国内外最新的应用技术。

本书可供半导体照明方面的科研人员和工程技术人员参考，也可作为高等院校相关专业的教学参考书。

未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。

版权所有，侵权必究。

图书在版编目(CIP)数据

半导体照明技术／方志烈编著.—北京：电子工业出版社，2009.5

（电子工程技术丛书）

ISBN 978-7-121-08729-5

Ⅰ. 半… Ⅱ. 方… Ⅲ. 半导体技术-应用-照明 Ⅳ. TU113.6

中国版本图书馆CIP数据核字（2009）第065538号

责任编辑：雷洪勤

印 刷：

装 订：

出版发行： 电子工业出版社

北京市海淀区万寿路173信箱 邮编100036

开 本： 787×1092 印张： 24.25 字数： 620千字

印 次： 2009年5月第1次印刷

印 数： 4000册 定价： 49.00元

凡所购买电子工业出版社的图书，如有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888。

质量投诉请发邮件至zlts@phei.com.cn，盗版侵权举报请发邮件至dbqq@phei.com.cn。

服务热线：（010）88258888。

序

半导体照明是指用全固态发光器件（发光二极管，即LED，是由半导体材料制成的光电器件，可将电能转换为光能）作为光源的照明，具有高效、节能、环保、寿命长、易维护等显著特点，是近年来全球最具发展前景的高新技术领域之一，是人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一场照明光源的革命。半导体照明有着巨大的市场与技术创新空间，对提升传统照明工业、带动相关产业发展，扩大就业、培育新的经济增长点，意义重大。

自 2003年 6月启动国家半导体照明工程以来，以节能、环保，实现绿色照明，促进传统照明产业升级，培育有国际竞争力的半导体照明新兴产业为目标，以“政府引导、企业主体、市场化运作”为原则，经过几年努力，已经形成了从上游材料、芯片到中、下游封装、应用的比较完整的研发与产业体系。到 2008年我国半导体照明产业产值已达 700亿元，芯片国产化率接近 50%，企业总数突破 3000家。我国已成为 LED全彩屏、太阳能 LED灯、景观照明等应用产品世界最大的生产和出口国，以及国际重要的 LED器件封装基地。我国半导体照明产业进入了自主创新、实现跨越式发展的重大历史机遇期，正迎来蓬勃发展的春天。预计 2010年产业规模将达 1000亿元。

本书作者从事发光二极管科研和教学工作近40年，曾于 1992年编著出版《半导体发光材料和器件》一书，以信息显示为主要内容。近20年的发展，LED发光效率提高了 100倍，特别是蓝光和白光 LED的发展，使之成为照明领域的新秀。半导体照明科研和产业的发展迫切需要一本半导体照明技术方面的专著。本书从半导体发光器件和照明两个角度，在介绍半导体照明器件——发光二极管的材料、机理及其制造技术的同时，详细阐述了器件的光电参数测试方法、器件的可靠性分析、驱动和控制方法，以及各种半导体照明的应用技术。

本书内容系统、全面，理论联系实际，重点突出了“半导体照明”主题，反映了国内外最新的技术进展，书中有些内容也反映了作者及其同事们在这一领域的科研成果。

我们希望本书对半导体照明的研发和应用感兴趣的相关人员有所帮助。本书可供高等学校有关专业的教师和学生阅读，也可供从事半导体照明研究和制造的科研人员和生产技术人员参考。

国家半导体照明工程研发及产业联盟秘书长

北京新材料科技促进中心主任

2009年5月4日

第1章 光 视觉 颜色

1.1 光

1.1.1 光的本质

什么是光?光的本质是什么?这是一个难以用简单语句表述的问题。光的传播、干涉、衍射和偏振现象可以用波动学说来解释，早在1864年，麦克斯韦就提出了光是一电磁波的理论。而在考虑光和物质粒子相互作用的场合里，光就又具有粒子的性质了。例如，作为光电管机理的光电效应，当光照射到金属板上时，金属中的电子吸收光的能量而逸出金属板，一个电子从光吸收的能量是一定的，这能量值为hν，普朗克常数h=6.626×10^-34J/s，ν称为光的振动频率，单位是Hz。电子从光吸收的能量hν不是分成许多次如每次为0.1hv或0.01hν吸收的，电子只是每次吸收一个hν单位能量。电子吸收的能量大于此值，则逸出金属，小于此值则不逸出。按照通常道理理解，在以极弱的光长时间照射金属时，由于金属板中的电子长时间地一点一点吸收能量，金属板中的电子迟早会逸出金属。然而，事实并非如此，即hν只和照射光的频率有关，当此频率达到电子能逸出的频率时，不管光如何弱，电子都会逸出。光的强弱与每秒钟内逸出的电子数有关，而与是否能逸出无关。就是说，逸出电子的动能与光的强度无关，而简单地依赖于频率，即随频率线性增加。为了解释这个现象，必须认为光波中的能量，即一份一份的hν附于一个一个的粒子中，这种粒子就是光子，光线就是流动的光子。这就是光的波粒二重性。

光的波动性，是指光是一种电磁波。图1-1所示为各种不同波长的电磁波频谱。从中可以看出，作为可见光，它只占极小的一部分，和其他电磁波一样，它也具有波长、频率、发射、吸收、传播速度等特性。电磁波能量的传播称为辐射，辐射在通过物质时一般不改变频率，速度则随物质而改变。在真空中，光速是一常数c=2.9979×10⁸m/s，光的速度、频率与波长之间的关系为：

其中，λ为波长。

电磁波包括电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线、宇宙射线等。通常所谓的光就是指人眼所能感觉到的辐射，称可见光，波长范围从380～780nm。由单一波长组成的光称为单色光。实际上，严格意义上的单色光几乎是不存在的，所有光源所产生的光至少要占据很窄的一段波带。激光可以说是最接近于理想单色光的光源。

到达地球表面的太阳光的波长范围从290～1700nm，比可见光范围宽得多。波长短于290nm的太阳辐射光被大气层中较高部位的臭氧所吸收，而波长大于1700nm的部分则被大气层中较低部位的水气和二氧化碳强烈吸收。波长超出可见光谱的紫色和红色两端的电磁辐射，分别称为紫外辐射和红外辐射。紫外延伸至1nm，红外延伸到1mm。虽然人眼不能感觉紫外和红外辐射的存在，但从生理上是能感觉到的，如果辐射强度足够的话，人们会感到皮肤发热，所以所有辐射一旦被吸收都能产生热，并不是像通常所认为的只有红外辐射才伴随有特殊的发热效应。此外，波长小于320nm的紫外辐射对生物组织有损害，照射皮肤过久，往往会使皮肤发红和起疱。

图1-1 电磁波频谱

光的微粒性就是指光束是微粒流，发光体不断发射出微粒，微粒的运动速度就是光速，这些粒子就是光子。不同波长的光，具有不同的能量，即由不同能量的光子组成。光子具有的能量E正比于光的频率：

光子所具有的能量hν是频率为ν的光所具有的能量的最小单位，不能再分割了，故光子又称光量子。在光和其他物质相互作用时，能量的交换是以hv的形式一份一份地进行的，也就是说，能量是不连续的。

1.1.2 光的产生和传播

1.1.2.1 光的产生

通常，光按两种方式产生，即温度辐射和发光。

温度辐射又称热辐射，就是指物质在高温下辐射出热能。蜡烛、白炽灯的发热就是人所共知的现象。在热辐射进程中，发出辐射的物体内部能量并不改变，只依靠加热来维持它的温度，使辐射得以持续地进行下去。低温时辐射发红外光，500℃左右即开始辐射暗红色的可见光，温度越高，短波长的辐射便更丰富，1500℃时即发出白炽光，其中相当多的是紫外光。对某一温度下，作为最大温度辐射的物体，称为黑体，这种辐射即是黑体辐射。黑色的物体对光和热有良好的吸收作用，辐射是吸收的逆进程。因此吸收好的黑体其辐射也最大。通常的标准灯便是热辐射光源，这种光源有两个主要参数：一个是描述发光强弱的，称光强；另一个是描述光源的辐射能量随波长变化的光谱分布的，称色温。当某一白炽灯光源的光谱分布和温度为T的黑体的辐射的光谱分布相同时，T即为该光源的色温。黑体辐射的能量分布曲线E（λ）可由普朗克公式描述为：

式中，λ为波长（m）；h为普朗克常数（J/s）；c是真空中光速（m/s）；k为玻耳兹曼常数（J/K）；T是绝对温度（K）。

当知道光源的色温，即可由式（1-3）求得其光谱分布。不同温度黑体辐射的能量分布见图1-2。

图1-2 不同温度黑体辐射的能量分布

发光是发光物体依靠除温度以外的原因产生可见光的现象的总称。发光就是其他任何种类能量变换成光能的过程，通常通过激发过程来完成，所以又称激发发光。由于物质的种类和激发的种类不同，它发出光的波长范围也不同。按激发的方式不同分如下几类：

（1） 生物发光：萤火虫、发光细菌等的生物发光。

（2） 化学发光：由化学反应直接引起的发光，物质的燃烧属于化学反应，由这种反应引起的发光是热辐射。黄磷因氧化而自燃发光就是这种例子。

（3） 光致发光：由光、紫外线、X射线等激发而引起的发光。由汞蒸气产生的紫外线激发荧光粉，能高效率地转变为可见光，这就是已广泛使用的荧光灯。X射线和γ射线激发也能产生可见光。

（4） 阴极射线发光：由电子束激发荧光物质发光，其应用例子是电视机的显像管，又称阴极射线管。

（5） 燃烧发光：碱金属和碱土金属及其盐类，放在火中发出特有的光，被用做焰色反应，如钠离子为黄光、锶离子为猩红色光等。

（6） 电致发光：没有像白炽灯那样转变为热能再发光的现象，而直接由电能转变为光能。

1） 气体或伴随气体放电而发光，如霓虹灯和各种放电灯。

2） 加交流或直流电场于硫化锌等粉末材料产生发光，如场致发光板。

3） 在磷化镓、磷砷化镓、镓铝砷、铟镓铝磷、铟镓氮等一类半导体PN结处注入载流子时的发光，如通常的发光二极管。还有一些小分子有机物或聚合物半导体制成有机物发光二极管的发光。

激发是一个能量转移过程。一个系统得到激发，得到能量由低能态E₁跃迁到高能态E₂，当它由高能态回到低能态时，根据能量守恒原理，多余的能量就可能以光的形式释放出来，这就是激发发光。发光波长的长短决定于能量差ΔE=E₂-E₁，ΔE正是发射的光子所具有的能量，由式（1-1）和式（1-2）得：

当由高能态回到低能态时，不一定就有辐射，非辐射复合还是存在的，在实际激发过程中，要使辐射复合增加，应尽量减少非辐射复合。

1.1.2.2 光的传播

光在真空中以3×10⁸m/s的速度沿直线传播。当通过某种媒质时，例如空气或玻璃，其传播速度就会减小。光在真空中的速度和在媒质中的速度的比值就称为该媒质的折射率。

任何类型的光，其传播速度c等于波长λ和频率v的乘积，如式（1-1）。式中，频率由每秒内通过某一固定点的波数所确定。例如波长为400nm的紫色光，在真空中的频率为7.5×10¹⁴Hz；而波长为750nm的红光，在真空中的频率为4×10¹⁴Hz。

在折射率不同的两种媒质的界面上，入射光线会分成两部分，一部分反射回第一种媒质，另一部分则折射入第二种煤质，如图1-3所示。

图1-3 两种媒质界面上的反射和折射

（1） 镜面反射定律

在和入射光波长相比为光滑的界面上所产生的反射称为镜面反射。入射光线、反射光线以及过入射点的界面法线都位于同一个平面。入射光线、反射光线与法线的夹角相等，分别位于法线的两边。

反射光线和入射光线的能量之比，除受其他因素的影响外，主要取决于两种媒质折射率的比值和入射角的大小。入射角越接近90°时，反射光的能量比就越接近于100%。

（2） 折射定律

光线穿过光滑界面进入第二种媒质时，会按下述规律改变方向：入射光线、折射光线以及过入射点的界面法线都位于同一个平面。如果入射光线处在折射率为n₁的媒质中，且和法线的夹角是θ₁，折射光线处在折射率为n₂的媒质中，且和法线的夹角是θ₂，则

式中，θ₁和θ₂分别在法线的两边。这就是斯涅耳（Snall）定律。

（3） 全反射

当光线从高折射率媒质进入到低折射率媒质，例如从玻璃到空气时，只有当入射角θ1小

....