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编辑推荐

适读人群 ：从事LED灯具设计、照明设计与应用、灯具测试管理以及相关研究方向的高年级本科生、研究生及专业人士

　　《精通LED照明》介绍了与发光二极管（LED）相关的照明科学。《精通LED照明》给出了照明、能源效率和降低电力消耗等领域一些引人注目的概念、理论、模拟以及新的设计技术；讲解了LED灯具设计的基本知识，重点介绍了为大空间和3D物体照明开发高竞争力LED灯具的原理。
　　《精通LED照明》首先讨论了灯的输出指标和表征方法，然后给出了某些在售灯具和设计原理样灯在理论、模拟和实验等方面的对比。《精通LED照明》详细介绍了通用照明应用LED光源的光传播和分布特性，并给出现实应用LED灯具所需的设计和仿真要求，还阐述了光的产生、效率、理论限制、效率限制因素和LED灯的设计要素。
　　1）重点在于LED灯照明的质量和改进；
　　2）介绍了二极管的基础以及化合物半导体的热、电、光和机械等方面的复杂光电特性；
　　3）用科学和数学的语言说明了LED照明所面临的挑战；
　　4）包括有来自欧司朗光电半导体、喜万年、飞利浦、通用电气等公司的案例研究。
　　《精通LED照明》详细介绍了几种家庭和商业照明用的LED替换灯，给出一些了改进直管LED替换灯的新型设计概念。《精通LED照明》为照明设计师摘去了固态照明的神秘面纱，并能帮助LED科学家和工程师更有效地设计产品以实现高质量照明。

内容简介

　　提到LED照明，人们谈论较多的是其突出的电光转换效率，较少提及它所能实现的照明质量或品质。而作为和观察者心理感受密切相关的照明质量，绝不是仅仅用高光效一个参数所能涵盖的。作为经验丰富的半导体专家，同时又是照明设计顾问，《精通LED照明》一书的作者从照明的历史开始，全面介绍了LED照明所需要的基础知识，详细描述了LED器件、模组、灯具的基本构成，发光器件及灯具照明特性的表征及测量方法，现有LED灯具设计中存在的技术问题以及如何改进才能够实现更高品质的照明。

作者简介

　　M.Nisa Khan在明尼苏达州圣保罗的麦卡利斯特（Macalester）学院获得物理和数学学士学位，并在位于明尼苏达州明尼阿波利斯市的明尼苏达大学获得电气工程硕士和博士学位。在求学期间，她作为研究助理在位于明尼苏达州布鲁明顿市的霍尼韦尔固态研究中心工作了9年。获得博士学位后，她成为新泽西州含德市的AT&T;贝尔实验室（现为阿尔卡特-朗讯）的技术职员，并在克劳佛德山的光子研究实验室度过了6年中的大部分时光，致力于40Gbit/s光电子和集成光子器件的开创性工作。随后，Khan博士在其他几家公司开展光通信子系统方面的工作，包括在新泽西州由风险投资资助她本人所创建的公司。2006年，她创办了一家LED照明领域的研究和工程公司，其后一直投身于使固态照明更加适用于通用照明的创新和技术开发工作。作为一位独立顾问，Khan博士从事娱乐和广告牌行业中所使用的LED照明的可行性研究，并提供通用照明应用的平台设计和开发解决方案。自2007年以来，她一直为《时代标志》（Signs of the Times）杂志撰写“LED新进展”专栏，该杂志自1906年来一直服务于电子广告牌行业。

目录

译者序
原书前言
鸣谢
作者简介
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
1.3.4LED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
1.5.5LED灯具的功效19
1.6LED工业：现状和前景19
1.6.1全球增长19
1.6.2高亮度LED20
1.6.3LED的应用20
1.6.4LED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
2.2.2LED——半导体二极管26
2.2.3LED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
2.3.5.1LED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
2.4.1LED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
3.2LED照明部件和子系统44
3.2.1基于功率的LED模组配置45
3.2.2LED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
3.3.2LED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
3.4.2.1LED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
3.4.3.2LED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Φ72
4.2.4.2亮度L73
4.2.4.3照度Ev74
4.2.4.4光出射度M74
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
4.2.5.1CIE标准照明体79
4.2.5.2CIE标准颜色空间79
4.2.5.3CIE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
4.3.2LED照明评价的建议和指南96
4.3.2.1零售灯规格指引96
4.4LED专有半导体照明特性的测量和表征97
4.4.1LED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
5.4LED灯设计参数和取舍119
5.4.1LED灯特有的取舍119
5.4.2从瞬态数据研究LED取舍120
5.4.3LED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
6.2LED光输出的模拟124
6.2.1封装后LED的照明模拟基础125
6.2.2LED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
6.3.5LED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
6.4.2LED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.

前言/序言

　　原书前言
　　近年来，由于发光二极管（LED）灯得到了快速而显著的改进，照明领域变得非常活跃。这些快速发展归功于许多为之献身的科学家、工程师和学者。这些人意识到了全球照明消费能够带来的巨大节能潜力。LED灯也引起了许多照明设计师和娱乐产业的注意，因为其既能够发出白光，也能发出可见光谱中的各种单色光。它们的发光特性可由电子器件控制，以产生各种不同的照明效果以及全色视频图像。固态电子器件已因其灵活性、效率和可大规模生产能力改变了世界。固态照明也可以改变照明行业吗？要让LED照明成为主流需要哪些条件？
　　不是简单地与电子器件类比，对前景作深度研究才能更好地回答这些问题。要制造好节能的固态照明产品并美化我们的环境，必须对不同照明应用中LED灯和照明设备在设计、技术参数和量化数据方面有深入的理解。《精通LED照明》作者的意图就是提供这样一个全面的理解，而不忽略照明用于提升情感的美学本质。《精通LED照明》的意图是帮助照明设计师消除对固态照明的神秘感，同时帮助LED科学家和工程师有效地设计他们的产品以提供高质量的照明。
　　大多数LED科学家和工程师日常都忙于严格的半导体物理、材料和光电器件工程工作。可以理解，对于多数这样的专家来说，很少有人能集中精力研究照明的所有方面。然而，一个追求最终照明灯具效果的LED工程师还是需要从照明的角度来全面考虑所有问题。因此，理解并欣赏照明的基本原理和照明标准，对于一个LED灯和照明灯具的开发者来说非常重要。在照明工业中，尽管照明科学家和设计师对照明的理解和鉴赏高于传统的LED工程师和科学家，但他们对LED科学和技术的复杂性并不熟悉。因此，一般说来他们无法对通用照明LED灯的开发做出贡献。为了帮助这两个群体，很多定义和描述被限于相当基础性的水平，以便为读者提供一个比较容易而又广泛的对光和LED照明科学的理解。《精通LED照明》作者的意图是对LED照明技术的优势、劣势和瓶颈做出一个全面的描述。
　　固态照明工业在过去几年中取得了很大的进步，主要集中在改进灯的效率和颜色质量，使之在多个应用领域能够匹配甚至超越荧光灯技术。仍需创新改进的领域是扩展照明尺度和改进光分布特性。《精通LED照明》通过聚焦于通用照明应用中LED光源的光传输和分布特性来探讨这些需求。《精通LED照明》采用了照明行业所接受的所有通用术语来描述设计师所创造且为用户所欣赏的理想居住空间照明效果。《精通LED照明》描述了从LED灯产生大面积散射光的现有方法和作者自己的方法。要想在通用照明应用中成为实用的替换灯具，LED照明装置必须利用折射光学或集成光学之类的辅助光学方法来分配和扩展光的分布，以达到人们所需要的、和现有灯具相当的大空间照明效果。
　　《精通LED照明》前3章讨论照明基础和技术，随后讨论LED科学和技术——首先在器件层面，然后在模组和照明灯具层面。第4章用标准的光度学和色度学语言，给出灯具综合、全面的测量和表征。第5章讨论LED灯具设计和面对现有挑战，在不同应用中的适用性。第6章讨论照明理论和仿真技术，用以辨别LED和其他灯具在照明特性方面的不同；这些结果随后被用于一个全向LED灯的新型设计。在最后一章，对几个家庭和商业照明用LED替换灯的特性进行了表述，并讨论了一个改进直管型LED替换灯的新型设计方案。作为一个普遍的主题，《精通LED照明》试图纠正一些对LED光源常见的误解——这对LED行业非常必要。
　　作者期望《精通LED照明》特别有益于LED和照明行业的专家和教师，尤其考虑了来自各行各业、致力于LED照明产品开发的科研人员、工程师和技术人员。《精通LED照明》写给需要通晓照明原理并将这些知识应用于LED灯设计的工程专业教职人员、工程专业研究生和高年级本科生以及工程师和科研人员。
　　非光学和照明专业出身，但对学习照明、能量效率和减少电能消耗有真正兴趣的科研人员和技术人员可能也会发现《精通LED照明》的益处。作者还期待《精通LED照明》对拥有一定技术背景并对照明感兴趣的广大读者有所启发。

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