半導體照明技術、產業和未來發展 陳良惠 9787302619529 【台灣高等教育出版社】

內容簡介
本書是中國工程院重點諮詢項目的成果，系統總結了2003年至2019年期間我國半導體照明產業的發展成就及經驗，並對激光照明、OLED等照明技術進行了分析，總結了半導體照明技術和產業發展在材料外延、芯片製備、封裝技術以及在通用照明、智慧照明、新型顯示、可見光通信、健康照明、農業照明、醫療照明等方面的著力點，提出了促進我國固態照明產業發展的政策建議。

作者簡介
陳良惠，中國科學院半導體研究所研究員，中國工程院院士，歷任工程院常委，信息學部副主任。1962年畢業於復旦大學，畢業后在半導體所工作至今；主持研究高速硅光探測器，獲1986年國家科技進步二等獎。主持研製成功我國第一支量子阱激光器，獲1992年中科院科技進步一等獎，1995年國家科技進步三等獎。主持研製大功率半導體量子阱激光器」獲1997年中科院科技進步一等獎，1998年國家科技進步三等獎，主持670 nm可見光激光器批量生產獲1999年中科院科技進步一等獎，2000年國家科技進步二等獎。發表論文100餘篇。

目錄
第1章半導體照明技術和產業的內涵
1 1半導體照明和LED顯示的基本原理
1 1 1LED的基本原理及其發展歷史
1 1 2半導體照明的基本原理
1 1 3LED顯示的基本原理
1 2半導體照明產業的內涵
1 2 1半導體照明產業呈現不斷拓展的規律
1 2 2半導體照明產業鏈
1 3小結
第2章2003—2018年我國半導體照明技術和產業取得的巨大成就
2 1我國半導體照明方面的支持政策和發展規劃綜述
2 2我國半導體照明技術的發展情況
2 2 1我國半導體照明技術的專利授權統計與分析
2 2 2我國半導體照明達到的技術水平
2 2 3歷年在半導體照明方面獲得的國家級科技獎勵統計
2 3我國半導體照明各產業鏈產值
2 3 1材料外延和芯片產業產值變化趨勢
2 3 2LED封裝產業產值發展趨勢
2 3 3LED應用領域產值
2 4我國半導體照明產業的兼并重組情況及其影響分析
2 5我國半導體照明的市場佔有率、照明用電量和半導體照明節電量統計調研
2 5 1統計樣本量估算
2 5 2實施方案
2 5 32016年和2017年我國在用照明光源的狀況
2 5 42016年和2017年半導體照明光源的佔有率
2 5 5我國半導體照明節電量統計調研結果
2 6我國半導體照明產業發展情況（2017—2018年）與2002年中國工程院諮詢報告提出指標的對比情況
2 7小結
第3章國外半導體照明技術和產業現狀
3 1國外半導體照明技術、政策和產業現狀概述
3 2美國的半導體照明技術、政策和產業現狀
3 2 1美國半導體照明方面的研究計劃
3 2 2美國的照明產業現狀
3 3日本的半導體照明技術、政策和產業現狀
3 3 1日本的半導體照明支持政策和計劃
3 3 2日本的半導體照明產業現狀
3 4歐洲的半導體照明技術、政策和產業現狀
3 4 1歐洲的半導體照明支持政策和計劃
3 4 2歐洲的半導體照明產業現狀
3 5韓國的半導體照明技術、政策和產業現狀
3 6其他國家和地區的半導體照明技術支持政策或產業現狀
3 7小結
第4章中國半導體照明技術和產業的優劣勢分析
4 1半導體照明的專利對比分析
4 1 1授權趨勢對比分析： 中國起步晚，增速快
4 1 2全球專利布局對比分析： 中國專利國際化程度還有待加強
4 1 3申請人對比分析： 中國企業專利有待加強，缺少專利龍頭企業
4 1 4產業鏈環節對比分析： 中國上游領域仍處於劣勢，下游應用領域數量上有所突破
4 1 5核心專利分析： 以白光LED、LED路燈、Si基LED技術為例
4 1 6中國LED專利態勢分析
4 2半導體照明技術的國內外比較
4 2 1材料外延、芯片製備和封裝技術
4 2 2半導體通用照明技術
4 2 3半導體健康照明與光醫療技術
4 3半導體照明各產業鏈產值的對比分析
4 3 1材料外延和芯片產值對比分析
4 3 2LED封裝產值對比分析
4 3 3LED照明產品產值對比分析
4 4半導體照明各產業鏈利潤率的對比分析
4 5我國半導體照明產業經歷的「337調查」、召回事件以及在中美貿易戰中的地位
4 6我國半導體照明技術和產業的優劣勢分析
4 6 1我國半導體照明技術和產業的優勢
4 6 2我國半導體照明技術和產業的劣勢
第5章半導體照明未來的技術和市場發展趨勢分析
5 1LED材料外延和芯片的技術及市場發展趨勢
5 1 1硅基LED技術和產業的發展方向
5 1 2AlN紫外材料
5 1 3低溫GaN材料外延技術
5 1 4MicroLED
5 1 5納米LED技術
5 2LED封裝技術和市場發展趨勢分析
5 2 1熒光粉製備技術
5 2 2大功率LED模塊封裝技術
5 2 3晶圓級封裝及直接白光技術
5 2 4大功率LED封裝散熱設計
5 2 5LED封裝可靠性試驗及壽命評估
5 3LED照明光源技術和市場發展趨勢分析
5 3 1智能LED照明
5 3 2LED「可見光照明+通信」技術
5 3 3車用LED照明
5 3 4農業LED照明
5 3 5醫療健康LED照明
5 3 6人工智能中的LED技術
5 4LED顯示技術和市場發展趨勢
5 4 1常規LED顯示屏
5 4 2MicroLED顯示技術
5 5小結
第6章與半導體照明技術競爭的其他照明技術分析
6 1其他競爭性照明技術概述
6 2激光照明技術
6 2 1激光照明的概念和方案
6 2 2激光照明產業的現狀
6 2 3激光照明的技術和市場發展趨勢
6 2 4激光照明與LED照明的比較
6 3OLED照明技術
6 3 1OLED照明的工作原理
6 3 2OLED照明的產業現狀
6 3 3OLED照明技術面臨的問題
6 3 4OLED照明技術和市場的未來發展預測
6 3 5OLED照明的競爭力分析
6 4小結
第7章我國半導體照明技術和產業發展的目標預測與面臨的挑戰
7 1我國半導體照明技術和產業發展的目標預測
7 1 1技術目標預測
7 1 2產業目標預測
7 1 3市場佔有率預測
7 1 4照明節電率預測
7 2我國半導體照明技術和產業面臨的挑戰
7 2 1我國MicroLED和MicroLED顯示技術面臨的問題
7 2 2發展納米LED技術和產業方面面臨的問題
7 2 3健康照明技術方面面臨的挑戰
7 2 4農業照明方面面臨的挑戰
7 2 5汽車照明發展面臨的挑戰
7 2 6LED可見光通信面臨的問題
7 3人才培養與有序流動面臨的挑戰
7 4標準及其執行方面面臨的挑戰
7 5高端裝備方面面臨的挑戰
第8章發展我國半導體照明技術和產業的戰略建議
8 1半導體照明技術和產業下一步發展的重點
8 2半導體照明市場環境建設
8 3半導體照明重點推廣的地區和領域
8 4半導體照明技術人才培養
索引

前言/序言
光是生命能量的重要來源，也是現代信息社會的基礎。早在幾千年前人類便已開始了對光的研究，然而，真正的光學技術直到400年前才誕生，斯涅耳、牛頓、費馬、惠更斯、菲涅耳、麥克斯韋、愛因斯坦等學者相繼從不同角度研究了光的本性。從基礎理論的角度看，光學經歷了幾何光學、波動光學、電磁光學、量子光學等階段，每一階段的變革都極大地促進了科學和技術的發展。例如，波動光學的出現使得調製光的手段不再限於折射和反射，利用光柵、菲涅耳波帶片等簡單的衍射型微結構即可實現分光、聚焦等功能； 電磁光學的出現，促進了微波和光波技術的融合，催生了微波光子學等新的學科； 量子光學則為新型光源和探測器的出現奠定了基礎。
伴隨著理論突破，20世紀見證了諸多變革性光學技術的誕生和發展，它們在一定程度上使得過去100年成為人類歷史長河中發展最為迅速、變革最為劇烈的一個階段。典型的變革性光學技術包括激光技術、光纖通信技術、CCD成像技術、LED照明技術、全息顯示技術等。激光作為美國20世紀的四大發明之一（另外三項為原子能、計算機和半導體），是光學技術上的重大里程碑。由於其極高的亮度、相干性和單色性，激光在光通信、先進位造、生物醫療、精密測量、激光武器乃至激光核聚變等技術中均發揮了至關重要的作用。
光通信技術是近年來另一項快速發展的光學技術，與微波無線通信一起極大地改變了世界的格局，使「地球村」成為現實。光學通信的變革起源於20世紀60年代，高琨提出用光代替電流，用玻璃纖維代替金屬導線實現信號傳輸的設想。1970年，美國康寧公司研製出損耗為20 dB/km的光纖，使光纖中的遠距離光傳輸成為可能，高琨也因此獲得了2009年的諾貝爾物理學獎。
除了激光和光纖之外，光學技術還改變了沿用數百年的照明、成像等技術。以最常見的照明技術為例，自1879年愛迪生髮明白熾燈以來，鎢絲的熱輻射一直是最常見的照明光源。然而，受制於其極低的能量轉化效率，替代性的照明技術一直是人們不斷追求的目標。從水銀燈的發明到熒光燈的廣泛使用，再到獲得2014年諾貝爾物理學獎的藍光LED，新型節能光源已經使得地球上的夜晚不再黑暗。另外，CCD的出現為攜帶型相機的推廣打通了最後一個障礙，使得信息社會更加豐富多彩。
20世紀末以來，光學技術雖然仍在快速發展，但其速度已經大幅減慢，以至於很多學者認為光學技術已經發展到瓶頸期。以大口徑望遠鏡為例，雖然早在1993年美國就建造出10 m口徑的「凱克望遠鏡」，但迄今為止望遠鏡的口徑仍然沒有得到大幅增加。美國的30 m望遠鏡仍在規劃之中，而歐洲的OWL百米望遠鏡則由於經費不足而取消。在光學光刻方面，受到衍射極限的限制，光刻解析度取決於波長和數值孔徑，導致傳統i線（波長為365 nm）光刻機單次曝光解析度在200 nm以上，而每台高精度的193光刻機成本達到數億元人民幣，且單次曝光解析度也僅為38 nm。
在上述所有光學技術中，光波調製的物理基礎都在於光與物質（包括增益介質、透鏡、反射鏡、光刻膠等）的相互作用。隨著光學技術從宏觀走向微觀，近年來的研究表明： 在小於波長的尺度上（即亞波長尺度），規則排列的微結構可作為人造「原子」和「分子」，分別對入射光波的電場和磁場產生響應。在這些微觀結構中，光與物質的相互作用變得比傳統理論中預言的更強，從而突破了諸多理論上的瓶頸難題，包括折反射定律、衍射極限、吸收厚度帶寬極限等，在大口徑望遠鏡、超分辨成像、太陽能、隱身和反隱身等技術中具有重要應用前景。譬如，基於梯度漸變的表面微結構，人們研製了多種平面的光學透鏡，能夠將幾乎全部入射光波聚集到焦點，且焦斑的尺寸可突破經典的瑞利衍射極限，這一技術為新型大口徑、多功能成像透鏡的研製奠定了基礎。
此外，具有潛在變革性的光學技術還包括量子保密通信、太赫茲技術、渦旋光束、納米激光器、單光子和單像元成像技術、超快成像、多維度光學存儲、柔性光學、三維彩色顯示技術等。它們從時間、空間、量子態等不同維度對光波進行操控，形成了覆蓋光源、傳輸模式、探測器的全鏈條創新技術格局。
值此技術變革的肇始期，清華大學出版社組織出版「變革性光科學與技術叢書」，是本領域的一大幸事。本叢書的作者均為長期活躍在科研第一線，對相關科學和技術的歷史、現狀和發展趨勢具有深刻理解的國內外知名學者。相信通過本叢書的出版，將會更為系統地梳理本領域的技術發展脈絡，促進相關技術的更快速發展，為高校教師、學生以及科學愛好者提供溝通和交流平台。
是為序。
羅先剛
2018年7月