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第1章 导论 1

1.1 概述 1

1.2 照明知识基础 2

1.2.1 光学研究简史 2

1.2.2 照明基础概论 2

1.2.3 照明的定量参数 3

1.2.3.1 色度指标 3

1.2.3.2 亮度、照度和空间光分布 6

1.2.3.3 工程师和制造商常用照明指标集 7

1.3 照明技术 8

1.3.1 概述 8

1.3.2 荧光灯 8

1.3.2.1 紧凑型荧光灯 8

1.3.2.2 毒性 9

1.3.2.3 高强度放电灯 9

1.3.3 白炽灯 10

1.3.3.1 卤素灯 11

1.3.3.2 其他照明技术 11

1.3.4 LED灯 12

1.4 理解照明 12

1.4.1 深入理解照明参数 14

1.4.2 对于LED照明特别重要的参数 15

1.4.3 测量单位 15

1.5 理解能量效率 16

1.5.1 “绿色”能量解决方案 16

1.5.2 发光功效与发光效率 17

1.5.3 确定最大功效 18

1.5.4 光源的效率 18

1.5.5 LED灯具的功效 19

1.6 LED工业：现状和前景 19

1.6.1 全球增长 19

1.6.2 高亮度LED 20

1.6.3 LED的应用 20

1.6.4 LED行业的挑战和局限 21

第2章 LED照明器件 24

2.1 概述 24

2.2 半导体光电子学基础 25

2.2.1 半导体中的光发射 25

2.2.2 LED——半导体二极管 26

2.2.3 LED器件结构 28

2.2.4 白光LED的构造和挑战 29

2.2.5 蓝光LED的特殊挑战 30

2.2.6 基于氮化物的LED基底 32

2.3 化合物半导体材料和制造工艺的挑战 32

2.3.1 成品率或分选效应对成本的影响 33

2.3.2 自动化生产 34

2.3.3 标准化的实现 34

2.3.4 芯片生产和库存管理 35

2.3.5 化合物半导体的技术进步 36

2.3.5.1 LED材料科学 36

2.3.6 大规模生产的工艺控制 37

2.4 确定和改进LED照明功效 37

2.4.1 LED效率和功效的定量化 37

2.4.2 荧光粉效率的确定 41

2.4.3 估算白光LED功效的极限 41

2.4.3.1 理论功效极限 41

2.4.3.2 实际功效极限 42

第3章 LED模组制造 44

3.1 概述 44

3.2 LED照明部件和子系统 44

3.2.1 基于功率的LED模组配置 45

3.2.2 LED子系统的配置 46

3.2.2.1 印刷电路板子系统 47

3.2.2.2 板上芯片封装子系统 48

3.2.2.3 驱动电源 49

3.3 热管理和寿命研究 52

3.3.1 热传输机制 52

3.3.2 LED的结温 53

3.3.3 热分析和建模 54

3.3.3.1 热阻 54

3.3.4 热仿真 55

3.3.4.1 仿真技术 55

3.3.4.2 与热测量的结合 56

3.3.5 关于寿命和光衰的研究 58

3.3.5.1 定义LED灯的寿命 58

3.3.5.2 寿命周期内的光通量维持特性 59

3.4 为制作平台优化模组设计 60

3.4.1 如何进行热设计 60

3.4.1.1 模组散热片 61

3.4.1.2 板散热技术 61

3.4.1.3 挤压成形散热器 61

3.4.1.4 粘合材料 63

3.4.1.5 利用对流 63

3.4.1.6 优化LED数量和驱动电流 63

3.4.1.7 主动式制冷 64

3.4.2 关于光学设计的思考 65

3.4.2.1 LED发光器件的光抽取 65

3.4.2.2 光分布整形 65

3.4.2.3 颜色参数 65

3.4.3 电气设计要求 66

3.4.3.1 正、负电极的制备 66

3.4.3.2 LED位置分布的设计 66

3.4.3.3 电气控制功能 66

3.4.4 机械设计要求 67

第4章 灯的测量和表征 68

4.1 概述 68

4.2 通用照明参数的测量和表征 68

4.2.1 主要照明指标和测量 68

4.2.2 辅助照明参数 69

4.2.3 辐射度量和光度量的转换方法 70

4.2.3.1 单色辐射 71

4.2.3.2 多色辐射 72

4.2.4 常用光度测量 72

4.2.4.1 光通量Φ 72

4.2.4.2 亮度L 73

4.2.4.3 照度EV 74

4.2.4.4 光出射度M 74

4.2.4.5 光通量分布 75

4.2.4.6 发光能效和发光效率 78

4.2.5 常用色度测量 78

4.2.5.1 CIE标准照明体 79

4.2.5.2 CIE标准颜色空间 79

4.2.5.3 CIE标准色度图 79

4.3 标准光度学与色度学在LED灯中的应用 81

4.3.1 灯的测量和比较 82

4.3.1.1 氛围灯的测量 82

4.3.1.2 工作灯的测量 87

4.3.2 LED照明评价的建议和指南 96

4.3.2.1 零售灯规格指引 96

4.4 LED专有半导体照明特性的测量和表征 97

4.4.1 LED的光电测量和表征 97

4.4.2 不同热条件下的照明参数表征 97

4.4.3 光度测量的标准化活动 99

第5章 LED灯的设计思考 101

5.1 概述 101

5.2 照明应用以及对灯的要求 101

5.2.1 住宅和商业应用中的环境照明 102

5.2.2 住宅和商业应用中的射灯 105

5.2.3 工业环境的大型空间照明 106

5.2.4 提供可视度的户外照明 108

5.2.5 受限表面的超高亮度照明 109

5.3 适合照明应用的设计 111

5.3.1 照明质量因子 112

5.3.1.1 颜色 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灯的设计思考 113

5.3.2.1 环境照明设计要素 114

5.3.2.2 射灯照明设计要素 115

5.3.2.3 大空间照明设计要素 116

5.3.2.4 户外照明设计要素 117

5.3.2.5 超亮聚光照明设计要素 118

5.4 LED灯设计参数和取舍 119

5.4.1 LED灯特有的取舍 119

5.4.2 从瞬态数据研究LED取舍 120

5.4.3 LED技术改进路线图 122

第6章 LED照明设计和仿真 124

6.1 概述 124

6.2 LED光输出的模拟 124

6.2.1 封装后LED的照明模拟基础 125

6.2.2 LED发光强度在极坐标系中分布的模拟 126

6.2.3 模拟实际测量的探测器输出 127

6.2.4 照明设计师用的照度分布仿真 129

6.3 将光分布扩展到大空间 130

6.3.1 单和双LED仿真 131

6.3.2 不同距离处双LED系统的仿真 132

6.3.3 使用不同探测器尺寸的亮度分析 133

6.3.4 仿真输出结果的选择：亮度或非相干照度 136

6.3.5 LED照明特性总结 136

6.4 产生均匀、多向或各向同性LED照明分布 139

6.4.1 电磁理论在LED和标准灯中的应用 139

6.4.2 LED和曲面灯的照明比较 140

6.4.3 产生多向和扩散LED光分布的方法 142

6.4.3.1 用光管和复合曲面光学元件匀光及扩展LED光输出 143

6.4.3.2 用楔形波导匀光及获得各向同性LED灯 149

6.5 预期LED光分布特性的实验验证 153

6.5.1 筒灯数据的测量和比较 153

6.5.2 环境灯数据的测量和比较 155

6.5.3 灯具三维分布光度数据的测量和比较 157

第7章 LED取代白炽灯和直管荧光灯 160

7.1 概述 160

7.2 家用灯具的比较及替换因素 160

7.2.1 为什么爱迪生发明的白炽灯仍被广泛使用 160

7.2.2 LED取代白炽灯的机遇 161

7.2.3 LED、CFL和白炽灯的节能性对比 162

7.3 为什么荧光灯在商业照明中应用广泛 163

7.3.1 直管荧光灯的特性和优点 164

7.3.1.1 直管荧光灯的能效 164

7.4 替换用直管LED灯的开发 166

7.4.1 美国能源部对直管灯具的CALiPER测试 166

7.4.2 一种取代直管荧光灯的新型LED灯具设计 168

7.4.2.1 新型LED替换灯的特性和优点 168

7.4.2.2 克服新型LED灯具制造中的挑战 171

7.5 各种管形灯具测试数据的对比 171

7.5.1 直管LED替换灯具和直管荧光灯具被测样品的描述 171

7.5.1.1 用LED灯替换现有荧光灯具的灯管 172

7.5.2 T8灯的照度数据对比 174

7.5.3 T8灯的亮度数据对比 176

7.5.4 T8灯的色度数据对比 177

7.5.5 T8灯的分布光度数据对比 179

7.6 总结 184

参考文献 185