LED的發(fā)展歷程、基礎(chǔ)參數(shù)及原理

LED發(fā)展歷程

白熾燈是具有爭(zhēng)議的20世紀(jì)早期最重要的發(fā)明。這一時(shí)期被稱為“第二次工業(yè)革命”，而白熾燈在很大程度上改變了普通大眾的生活。油燈，電弧燈和煤氣燈都曾經(jīng)存在過(guò)，但是沒(méi)有一種能像白熾燈一樣具有如此重大的影響力。

普通白熾燈壽命短（低于1000小時(shí)），效率低（在某些燈具中低于5%）并且色溫也較低（2700-3100k）。這些“缺陷”鼓勵(lì)了更多的研究，到1959年這些研究終于促使了一種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的白熾燈 - 鹵素?zé)舻某霈F(xiàn)。這種新型燈具內(nèi)部填充了一種氣體和諸如碘或溴的鹵素。鹵素提高了鎢絲的壽命，同時(shí)避免了蒸發(fā)的鎢絲在燈泡內(nèi)表面的沉積。更亮并且更小的鹵素?zé)舫蔀殚喿x的完美光源。

鹵素被廣泛用于汽車前燈和剎車燈內(nèi)，更高的亮度讓駕駛更加安全。1991年，Philips開(kāi)發(fā)出了氙氣燈，具有3倍的亮度和2倍的節(jié)能效率。氙氣燈是一種高強(qiáng)度放電（HID）燈，現(xiàn)在包括許多類型，例如鈉燈，水銀蒸汽等和金屬鹵化物燈。

今天的白熾燈更明亮，具有更佳的顏色，更長(zhǎng)的壽命，并且體積更小。但是二十世紀(jì)80年代的石油危機(jī)引發(fā)了對(duì)于能源效率和環(huán)境的關(guān)注。人造光源被確定為需要提高效率的領(lǐng)域，并且已經(jīng)啟動(dòng)了一項(xiàng)致力于尋找“第四代”光源的計(jì)劃。

節(jié)能照明（EEL）

General Electric又一次成為新型照明技術(shù)的發(fā)明者：即緊湊型熒光燈（CFL）。CFL是一種小型集成封裝，包含了一個(gè)燈座，一個(gè)燈管和一個(gè)鎮(zhèn)流器。

熒光燈鎮(zhèn)流器起初是電感式并且工作在電線頻率上。然而燈光閃爍能夠很容易察覺(jué)到，會(huì)讓一些人感到不舒服，并且據(jù)說(shuō)會(huì)引起某些人的偏頭痛和癲癇發(fā)作。而CFL使用電子鎮(zhèn)流器，工作頻率大大提高，大約為20 KHz，消除了閃爍問(wèn)題。

熒光燈發(fā)出的顏色是另一個(gè)需要解決的問(wèn)題。Philips通過(guò)制造綠色，藍(lán)色和紅色磷光體來(lái)解決該問(wèn)題。當(dāng)以正確的比例混合時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生非常類似于自然條件下的人造光。這些新型的三基色熒光粉還具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)了其廣泛的采用。

現(xiàn)代傳統(tǒng)照明包括白熾燈（包含鹵素?zé)粼趦?nèi)），HID和緊湊型熒光燈。盡管工程師和設(shè)計(jì)者不斷的對(duì)它們進(jìn)行改進(jìn)，一些固有的問(wèn)題始終存在：它們包含有害材料，如水銀；它們輻射電磁干擾并且能耗較高。

新型技術(shù)

現(xiàn)在還存在另一種新型照明技術(shù)，具有更小的體積和更低的能耗，更高的效率，更長(zhǎng)的壽命，更快的開(kāi)關(guān)速度和可以忽略的環(huán)境影響。該技術(shù)就是大功率發(fā)光二極管（LED），現(xiàn)在許多生產(chǎn)商都在為占領(lǐng)市場(chǎng)而相互競(jìng)爭(zhēng)。Philips Lumileds，OSRAM，GE，Cree，Avago，Optek和Dialight Lumidrives是主流廠商。這些公司正在花巨資投入傳統(tǒng)照明應(yīng)用。許多國(guó)家包括歐盟國(guó)家，澳大利亞和加拿大在內(nèi)都提議到2010年停止使用白熾燈。

歸功于大功率LED的靈活性，大范圍的新型照明應(yīng)用正在興起。醫(yī)療保健中的內(nèi)窺鏡，建筑中的裝飾燈，汽車上的前燈和剎車燈，交通和采礦中的信號(hào)燈等等這些應(yīng)用僅僅是少數(shù)的例子。

白熾燈已經(jīng)為我們的世界提供了130年的照明，可是不久也將成為歷史。預(yù)言是正確的，白光LED在2010年得到全面發(fā)展。LED，特別是大功率LED預(yù)示著一場(chǎng)新的照明革命。

LED的基礎(chǔ)特征參數(shù)解析

　　光強(qiáng)度定義為單位立體角所發(fā)射出的光通量，單位為燭光（CandELa,cd）。一般而言，光源會(huì)向不同方向以不同強(qiáng)度放射出其光通量，在特定方向單位立體角所放出之可見(jiàn)光輻射強(qiáng)度即稱之為光強(qiáng)度。

　　色度（Chromaticity）

　　人眼對(duì)色彩的感知是一種錯(cuò)綜復(fù)雜的過(guò)程，為了將色彩的描述加以量化，國(guó)際照明協(xié)會(huì)（CIE）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)者的視覺(jué)實(shí)驗(yàn)，將人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的輻射能所引起的視覺(jué)感加以紀(jì)錄，計(jì)算出紅、綠、藍(lán)三原色的配色函數(shù)，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換后即得所謂的CIE1931ColorMatchingFunction（x（（），y（（），z（（）），而根據(jù)此一配色函數(shù)，后續(xù)發(fā)展出數(shù)種色彩度量定義，使人們得以對(duì)色彩加以描述運(yùn)用。

　　根據(jù)CIE1931配色函數(shù)，將人眼對(duì)可見(jiàn)光的刺激值以XYZ表示，經(jīng)下列公式換算得到x,y值，即CIE1931（x,y）色度坐標(biāo)，透過(guò)此統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)色彩的描述便得以量化并加以控制。

　　x,y:CIE1931色度坐標(biāo)值（ChromaticityCoordinates）

　　然而，由于以（x,y）色度坐標(biāo)所建構(gòu)之色域為非均勻性，使色差難以量化表示，所以CIE于1976年將CIE1931色度坐標(biāo)加以轉(zhuǎn)換，使其所形成之色域?yàn)榻咏鶆蛑瓤臻g，讓色彩差異得以量化表示，即CIE1976UCS（UniformChromaticityScale）色度坐標(biāo)，以（u'',v‘）表示。

　　主波長(zhǎng)（λD）

　　其亦為表達(dá)顏色的方法之一，在得到待測(cè)件的色度坐標(biāo)（x,y）后，將其標(biāo)示于CIE色度坐標(biāo)圖（如下圖）上，連結(jié)E光源色度點(diǎn)（色度坐標(biāo)（x,y）=（0.333,0.333））與該點(diǎn)并延伸該連結(jié)線，此延長(zhǎng)線與光譜軌跡（馬蹄形）相交的波長(zhǎng)值即稱之為該待測(cè)件的主波長(zhǎng)。惟應(yīng)注意的是，此種標(biāo)示方法下相同主波長(zhǎng)將代表多個(gè)不同色度點(diǎn)，是以用于待測(cè)件色度點(diǎn)鄰近光譜軌跡時(shí)較具意義，而白光LED則無(wú)法以此種方式描述其顏色特性。

　　純度（Purity）

　　其為以主波長(zhǎng)描述顏色時(shí)之輔助表示，以百分比計(jì)，定義為待測(cè)件色度坐標(biāo)與E光源之色度坐標(biāo)直線距離與E光源至該待測(cè)件主波長(zhǎng)之光譜軌跡（SpectralLocus）色度坐標(biāo)距離的百分比，純度愈高，代表待測(cè)件的色度坐標(biāo)愈接近其該主波長(zhǎng)的光譜色，是以純度愈高的待測(cè)件，愈適合以主波長(zhǎng)描述其顏色特性，LED即是一例。

　　色溫（ColorTemperature）

　　一光源之輻射能量分布與某一絕對(duì)溫度下之標(biāo)準(zhǔn)黑體（BlackBodyRadiator）輻射能量分布相同時(shí)，其光源色度與此黑體輻射之色度相同，此時(shí)光源色度以所對(duì)應(yīng)之絕對(duì)溫度表之，此溫度稱之為色溫（ColorTemperature），而在各溫度下之黑體輻射所呈現(xiàn)之色度可在色度圖上標(biāo)出曲線，稱之為蒲朗克軌跡（PlanckianLocus）。標(biāo)準(zhǔn)黑體的溫度愈高，其輻射出的光線對(duì)人眼產(chǎn)生藍(lán)色刺激愈多，紅色刺激成分亦相對(duì)減少。然而在實(shí)際量測(cè)上，無(wú)任何光源具有跟黑體相同的輻射能量分布，換言之，待測(cè)光源之色度通常并未落在蒲朗克軌跡上。因此計(jì)算待測(cè)光源之色度坐標(biāo)所最接近蒲朗克軌跡上某個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，此點(diǎn)之黑體溫度即定義為該光源之相關(guān)色溫（CorrelatedColorTemperature;CCT），通常以CIE1960UCS（u,v）色度圖求之，并配合色差△uv加以描述。須注意的是，此種表示方式對(duì)光源色度鄰近蒲朗克軌跡時(shí)方具意義，是以對(duì)于LED量測(cè)而言，僅適用于白光LED之顏色描述。

LED發(fā)光原理闡述

發(fā)光二極體，通常稱為L(zhǎng)ED.發(fā)光二極體只是一個(gè)微小的電燈泡。但不像常見(jiàn)的白熾燈泡，發(fā)光二極體沒(méi)有燈絲，而且又不會(huì)特別熱，它單單是由半導(dǎo)體材料里的電子移動(dòng)而使它發(fā)光。因?yàn)榘l(fā)光二極體沒(méi)有燈絲會(huì)燒壞，所以壽命就更長(zhǎng)。并且發(fā)光二極體的小小塑性燈泡使得發(fā)光二極體更持久耐用，再加上LED可以更加容易適合現(xiàn)在的電子電路。傳統(tǒng)白熾燈的發(fā)光過(guò)程包含了產(chǎn)生大量熱量，這完全是浪費(fèi)能源。發(fā)光二極體所發(fā)出的熱非常少，相對(duì)來(lái)說(shuō)，越多電能直接發(fā)光就是越大程度上減少對(duì)電能的需求。

　　光是能量的一種形式，一種可以被原子釋放出來(lái)。是由許多有能量和動(dòng)力但沒(méi)品質(zhì)的微小粒子似的小捆組成的。這些粒子被叫做光子，是光的最基本單位。光子是因?yàn)殡娮右苿?dòng)才釋放出來(lái)。在原子中，電子在原子的四周圍以軌道形式移動(dòng)。電子在不同的軌函數(shù)有著不同等的能量。通常來(lái)說(shuō)，有著更大能量的電子以軌道移動(dòng)遠(yuǎn)離了核子。當(dāng)電子從一個(gè)更低的軌道跳到一個(gè)更高的軌道，能量水準(zhǔn)就增高，反過(guò)來(lái)，當(dāng)從更