Name: LED工程師基礎概念與應用
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序

第一章　發光二極體產業概論　洪瑞華
1. 發光二極體（Light-Emitting Diode, LED）發展歷史 2
1.1　碳化矽（SiC）發光二極體發展歷史 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歷史 4
1.3　GaAsP 發光二極體的發展歷史 8
1.4　GaP 和 GaAsP 發光二極體摻雜具旋光性雜質的發展歷史 10
1.5　GaN 金屬半導體發光體發展歷史 14
1.6　GaN p-n junction 之藍、綠及白光發光二極體的發展歷史 16
1.7　AlGaInP 可見光發光二極體之發展歷史 18
2. 發光二極體基板的選擇 21
3. 雙氣流 MOCVD 磊晶成長 24
4. 側向磊晶成長技術 26
5. 有機金屬化學氣相沉積磊晶機台簡介 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、打線及封裝 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）系統 44
3.2　演色向量（Color Rendering Vectors, CRV）系統 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　居家（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（運輸系統、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. 各國照明規範制定概況 68
2.1　台灣 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. 規範制訂組織、LOGO、組織名稱縮寫（表列） 78

第四章　LED 產品發展趨勢　呂紹旭
1. LED 元件產品發展歷程 86
2. LED 封裝元件產品類別定義 89
3. 白光 LED 元件產品技術發展 90
4. LED 應用產品發展 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. 電子轉移機制 103
3. 注入機制 107
4. 發光效率與量子效率 108
5. 輻射光譜 109
6. PN 接面原理 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. 半導體的產生與複合 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　典型平面表面出光型 LED 元件結構 119
12.2　基板（砷化鎵、藍寶石、矽、氮化鎵）晶格常數、晶格結構（晶向）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　系統模組設計　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. 折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：非球面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. 系統模組效率 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　光取出效率 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. 導線架（lead frame） 181
16.1　金屬導線架 182
16.2　陶瓷（Ceramic）導線架 184
16.3　矽（silicon）導線架 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　金屬焊線（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　斯托克位移（ 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　朱紹舒
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 散熱基板 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）表示法 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 規格與圖表 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　光線 281
2.3　光束 281
2.4　光的直線傳播定理 282
2.5　光的獨立傳播定律 282
3. 反射定理與折射定理 283
3.1　反射定律 283
3.2　折射定律 284
3.3　折射率 285
3.4　臨界角與全反射 285
4. 參考書目 287