LED發展歷程

    白熾燈是具有爭議的20世紀早期最重要的發明。這一時期被稱為第二次工業革命，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過改進的白熾燈 - 鹵素燈的出現。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開發出了氙氣燈，具有3倍的亮度和2倍的節能效率。氙氣燈是一種高強度放電（HID）燈，現在包括許多類型，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了對于能源效率和環境的關注。人造光源被確定為需要提高效率的領域，并且已經啟動了一項致力于尋找“第四代”光源的計劃。

    節能照明（EEL）

    General Electric又一次成為新型照明技術的發明者：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，一個燈管和一個鎮流器。

    熒光燈鎮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，并且據說會引起某些人的偏頭痛和癲癇發作。而CFL使用電子鎮流器，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能的優點，促進了其廣泛的采用。

    現代傳統照明包括白熾燈（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境影響。該技術就是大功率發光二極管（LED），現在許多生產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的例子。

    白熾燈已經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的基礎特征參數解析

　　光強度定義為單位立體角所發射出的光通量，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，國際照明協會（CIE）根據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，經過數學轉換后即得所謂的CIE1931ColorMatchingFunction（x（（），y（（），z（（）），而根據此一配色函數，后續發展出數種色彩度量定義，使人們得以對色彩加以描述運用。

　　根據CIE1931配色函數，將人眼對可見光的刺激值以XYZ表示，經下列公式換算得到x,y值，即CIE1931（x,y）色度坐標，透過此統一標準，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發光原理闡述

    發光二極體，通常稱為LED.發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光。因為發光二極體沒有燈絲會燒壞，所以壽命就更長。并且發光二極體的小小塑性燈泡使得發光二極體更持久耐用，再加上LED可以更加容易適合現在的電子電路。傳統白熾燈的發光過程包含了產生大量熱量，這完全是浪費能源。發光二極體所發出的熱非常少，相對來說，越多電能直接發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，當從更高軌函數跌落到更低的軌函數里時電子就會釋放能量。能量是以光子形式釋放出來的。更高能量下降釋放更高能量的光子，它的特點在于它的高頻率。

　　自由電子從P型層通過二極體落入空的電子空穴。這包含從傳導帶跌落到一個更低的軌函數，所以電子就是以光子形式釋放能量。這在任何二極體里都會發生的，當二極體是由某種物質組成的時候，你只是可以看見光子。在標準硅二極體的原子，比如說，當電子跌落到相對短距離原子是以這樣的方式排列。結果，由于電子頻率這麼低的情況下人的眼睛是無法看得到的。

　　可見光LED,比如用在數位顯示式時鐘的，間隙的大小決定了光子的頻率，換句話說就是決定了光的色彩。當所有二極體都發出光時，大多數都不是很有效的。在普通二極體里，半導體材料本身吸引大量的光能而結束。發光二極體是由一個塑性燈泡覆蓋集中燈光在一個特定方向。

　　半導體零件的價格在過去10年中已經大幅度地降低，相信未來發光二極體在更廣泛的應用下，是一個更劃算的照明選擇。