LED的發(fā)展歷程、基礎參數(shù)及原理

LED發(fā)展歷程

白熾燈是具有爭議的20世紀早期最重要的發(fā)明。這一時期被稱為“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，但是沒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），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”鼓勵了更多的研究，到1959年這些研究終于促使了一種經(jīng)過改進的白熾燈 - 鹵素燈的出現(xiàn)。這種新型燈具內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，同時避免了蒸發(fā)的鎢絲在燈泡內表面的沉積。更亮并且更小的鹵素燈成為閱讀的完美光源。

鹵素被廣泛用于汽車前燈和剎車燈內，更高的亮度讓駕駛更加安全。1991年，Philips開發(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，更長的壽命，并且體積更小。但是二十世紀80年代的石油危機引發(fā)了對于能源效率和環(huán)境的關注。人造光源被確定為需要提高效率的領域，并且已經(jīng)啟動了一項致力于尋找“第四代”光源的計劃。

節(jié)能照明（EEL）

General Electric又一次成為新型照明技術的發(fā)明者：即緊湊型熒光燈（CFL）。CFL是一種小型集成封裝，包含了一個燈座，一個燈管和一個鎮(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到，會讓一些人感到不舒服，并且據(jù)說會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，消除了閃爍問題。

熒光燈發(fā)出的顏色是另一個需要解決的問題。Philips通過制造綠色，藍色和紅色磷光體來解決該問題。當以正確的比例混合時，它們會產(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，促進了其廣泛的采用。

現(xiàn)代傳統(tǒng)照明包括白熾燈（包含鹵素燈在內），HID和緊湊型熒光燈。盡管工程師和設計者不斷的對它們進行改進，一些固有的問題始終存在：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

現(xiàn)在還存在另一種新型照明技術，具有更小的體積和更低的能耗，更高的效率，更長的壽命，更快的開關速度和可以忽略的環(huán)境影響。該技術就是大功率發(fā)光二極管（LED），現(xiàn)在許多生產(chǎn)商都在為占領市場而相互競爭。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)照明應用。許多國家包括歐盟國家，澳大利亞和加拿大在內都提議到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用正在興起。醫(yī)療保健中的內窺鏡，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燈等等這些應用僅僅是少數(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預示著一場新的照明革命。

LED的基礎特征參數(shù)解析

　　光強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，光源會向不同方向以不同強度放射出其光通量，在特定方向單位立體角所放出之可見光輻射強度即稱之為光強度。

　　色度（Chromaticity）

　　人眼對色彩的感知是一種錯綜復雜的過程，為了將色彩的描述加以量化，國際照明協(xié)會（CIE）根據(jù)標準觀測者的視覺實驗，將人眼對不同波長的輻射能所引起的視覺感加以紀錄，計算出紅、綠、藍三原色的配色函數(shù)，經(jīng)過數(shù)學轉換后即得所謂的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，使人們得以對色彩加以描述運用。

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

　　x,y:CIE1931色度坐標值（ChromaticityCoordinates）

　　然而，由于以（x,y）色度坐標所建構之色域為非均勻性，使色差難以量化表示，所以CIE于1976年將CIE1931色度坐標加以轉換，使其所形成之色域為接近均勻之色度空間，讓色彩差異得以量化表示，即CIE1976UCS（UniformChromaticityScale）色度坐標，以（u'',v‘）表示。

　　主波長（λD）

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

　　純度（Purity）

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

　　色溫（ColorTemperature）

　　一光源之輻射能量分布與某一絕對溫度下之標準黑體（BlackBodyRadiator）輻射能量分布相同時，其光源色度與此黑體輻射之色度相同，此時光源色度以所對應之絕對溫度表之，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出曲線，稱之為蒲朗克軌跡（PlanckianLocus）。標準黑體的溫度愈高，其輻射出的光線對人眼產(chǎn)生藍色刺激愈多，紅色刺激成分亦相對減少。然而在實際量測上，無任何光源具有跟黑體相同的輻射能量分布，換言之，待測光源之色度通常并未落在蒲朗克軌跡上。因此計算待測光源之色度坐標所最接近蒲朗克軌跡上某個坐標點，此點之黑體溫度即定義為該光源之相關色溫（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，此種表示方式對光源色度鄰近蒲朗克軌跡時方具意義，是以對于LED量測而言，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LED.發(fā)光二極體只是一個微小的電燈泡。但不像常見的白熾燈泡，發(fā)光二極體沒有燈絲，而且又不會特別熱，它單單是由半導體材料里的電子移動而使它發(fā)光。因為發(fā)光二極體沒有燈絲會燒壞，所以壽命就更長。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)光過程包含了產(chǎn)生大量熱量，這完全是浪費能源。發(fā)光二極體所發(fā)出的熱非常少，相對來說，越多電能直接發(fā)光就是越大程度上減少對電能的需求。

　　光是能量的一種形式，一種可以被原子釋放出來。是由許多有能量和動力但沒品質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。光子是因為電子移動才釋放出來。在原子中，電子在原子的四周圍以軌道形式移動。電子在不同的軌函數(shù)有著不同等的能量。通常來說，有著更大能量的電子以軌道移動遠離了核子。當電子從一個更低的軌道跳到一個更高的軌道，能量水準就增高，反過來，當從更