? ? ? ?在其早期化身，固態照明(SSL)努力與傳統照明競爭，因為它是昂貴的，坦率地說，不是很光明。然而，隨著制造商提高了設備的產量和效率，更好的制造技術降低了價格，SSL在照明市場的份額迅速擴大。

　　如今，來自主要供應商的優質產品提供了前所未有的亮度和功效，盡管可能有更多的增量改進，但當代產品的性能是這樣的，焦點已經轉移到提高LED燈的“質量”。芯片制造商現在花費他們的研究資金開發具有改進的顯色指數(CRI)和有限的相關色溫(CCT)隨溫度和調光的變化的產品。

　　本文介紹了當代LED如何超越傳統照明在功效方面，而價格差距大幅縮水。文章接著解釋了制造商如何將注意力轉向光的質量，甚至用戶控制器“顏色調諧”，以進一步增加他們的市場份額。

　　照明燈具簡史

　　許多工程師驚訝地發現，LED的歷史延續了一個世紀，發現了1907的電致發光，當時的MrCONH.J.MrCONI實驗室用碳化硅晶體和貓晶須探測器進行實驗。

　　然而，第一次關鍵發現，導致今天的高亮度白光LED發生在1962作為副產品Nick Holonyak Jr.的開發激光二極管。HeloNok是貝爾實驗室采用的，他研究了用砷化鎵磷化鎵的半導體二極管，當他觀察到添加更多的磷到砷化鎵材料中時，它的帶隙增大，使從紅外到可見光的發射光的波長縮短。由于光不相干，霍利尼亞克的裝置是一個“發光”二極管而不是激光二極管。

　　進一步的實驗產生了不同顏色的LED。然而，從HeloNok在60年代初期的最初發現，直到90年代初，缺少藍色裝置(白色光源的關鍵部件)將LED委托給指示，而不是一般照明的任務。

　　第二個關鍵發現始于1986，當時日本名古屋大學的Isamu Akasaki和Hiroshi Amano提出了一種在藍寶石襯底上制造氮化鎵(GaN)晶體的方法。其他人已經探索了GaN作為發光半導體的潛力，但沒有人設法生長出合適質量的晶體，或者生產出制造LED結所需的P型材料。到20世紀80年代末，Asaki和Amano已經破解了這兩個問題。

　　與此同時，為日本化學公司NIHIA工作的Shuji Nakamura獨立地與GaN合作作為藍光LED的基礎。他發現了比Asaki和阿曼諾更便宜的方法來制造P型材料，通過加熱晶體而不是用電子束轟擊它。

　　后來，NIHIAA研究員NojCi Yasunou NoGui開發了一種釔鋁石榴石(YAG)磷光體，它可以將藍色光子轉換成黃色，最后，Kensho Sakano將野口的磷光體與藍色LED芯片結合在一起制成白色LED。Asaki、阿馬諾和Nakamura因藍LED的發明而獲得2014屆諾貝爾物理學獎(圖1)。

　　藍色發光二極管的圖像

　　圖1：藍色LED使今天的固態照明產生。

　　Nichia的第一個商業白光LED從1996可以生產5 LM/W。隨著發展的強勁，該公司已改善到50 LM/W 2003。這使得固態照明成為白熾燈泡(具有10至18 LM/W的功效)和其他照明技術(如緊湊型熒光燈(35至60 LM/W)和熒光管(80至100 LM/W))的可行替代品——盡管在購買P中早期采用者的價格很高。烏爾布里克語

　　自那時起，諸如CREE、歐司朗、飛利浦LUMIDES和漢城半導體等制造商在功效和光度方面都有了進一步的快速改進。他們的努力的結果已經看到了亮度和功效大約每三年加倍一個趨勢被稱為海茨定律(類似于穆爾定律的CMOS基片)。與此同時，每一流明美元的價格每年下跌20%(圖2)。

　　LED的效能與成本形象

　　圖2：與其他照明技術相比，LED的功效和成本。

　　現在，在Nichia的第一個白光LED推出20年后，商業設備擁有的效率是早期LED的30倍(見技術區文章“材料和制造改進提高LED效率”)。例如，從各種制造商的最新發射的審查表明，CREE的XLAMP XP L產生145 LM/W(正向電流1.05 A，正向電壓2.95 V)與飛利浦LuMeon的Luxeon Z(500毫安，2.8伏)產生108 LM/W。對于它而言，漢城半導體提供Z5-M1白色。LED，輸出140 LM/W(350毫安，2.95伏)。(注意這里列出的設備不一定是直接等效的，只是示例。所有制造商列出了廣泛的LED提供不同的功效和亮度，工程師應該檢查數據表的全部規格。

　　注重質量

　　由于白光LED的亮度和功效現在很容易滿足消費者的期望，制造商已經將注意力轉移到提高設備光的“質量”，而不是進一步增加每瓦特流明的“數量”。

　　有兩個關鍵參數用于量化來自白色LED的光質量：CRI和CCT。

　　CRI是一種定量測量光源的能力，與理想光源或自然光源相比，忠實地再現各種物體的顏色。CRI是由八個CIE標準顏色樣品的色度(或“顏色外觀”)的差異計算出來的，當被測試的光源照射時，CRI由同一CCT的參考光源照射。八個樣品在參考光源和被測光之間的色度平均差越小，CRI越高。(請參閱TealStand文章)什么是顯色指數，為什么重要?“?！?/span>

　　自然光被分類為具有100的CRI，這是最好的可能。白熾燈的CRI在95以上，鹵素燈90或更好，緊湊型熒光燈(CFL)80。今天的LED表現良好，記錄值為80至90。例如，歐司朗的SSL 150白色LED表現出83的CRI。

　　與傳統光源的CRI不匹配，LED制造商已經努力工作，以提高其產品的CRI時，與八個標準樣品一起包含一個充滿活力的紅色(R9)。以前，LED在擴展的測試記錄分數中的表現很差，因為其光譜功率分布(SPD)傾向于包括很少的紅色波長，因此，紅色或主要紅色的物體顯得遲鈍。

　　白色LED制造商在一定程度上解決了這一缺陷，通過修改YAG磷光體來增強SPD中的紅色波長，并用藍色LED替代紫外線以獲得進一步的改進。

　　新的磷光體確實影響了器件的功效，但由于LED現在具有如此高的內在功效，許多制造商認為小損耗是合理的商業折衷，當R9被包括在測試中時，CRI改善CRI。例如，飛利浦LUMIDES LUXEON T范圍包括一個CRI為95的設備，當R9不包含在測試中時，當它為90%時。芯片仍然具有82LM/W(2.51V，7700毫安)的功效[參見技術區文章“照亮CRI測試的限制”]。

　　極限顏色方差

　　LED制造商也在努力開發發光二極管，這些LED發出的光與傳統光源發出的照明顏色(或“溫度”)非常接近，以滿足消費者的苛刻要求。制造商生產白色LED，其輸出被歸類為“暖白色”(2600至3700 K CCT)、“中性白色”(3700至5000 K CCT)，以及“冷白色”(5000至8300 K CCT)，被分組為“容器”，其包括非常相似顏色輸出的設備。一個照明設計者希望使用一個LED陣列來為他或她的燈具選擇來自同一個容器的設備，以確保整個陣列的色彩一致性。

　　CCT是用國際委員會(CIE)色度空間(CIE 1931 x，y，z)定義的。LED的輸出位于或接近普朗克軌跡，其對應于白熾“黑體”將隨溫度的變化而輻射的顏色(圖3)。

　　CIE XY 1931色度圖的圖像

　　圖3：CIE XY 1931色度圖與PLANKKI軌跡和相關色溫線。

　　不幸的是，隨著LED的溫度升高，包括構成芯片的晶格的原子振動更多，這稍微增加了晶格常數(晶體的單位晶胞的尺寸)。這又減少了帶隙，這增加了發射光子的波長。

　　凈效應是藍色LED“光子泵”的輸出略微移動到光譜的紅色端，并且從熒光體發射的黃色光子反過來受到輕微的影響。SSL的輸出是來自這兩個源的光譜的組合，也被改變了。

　　雖然制造商試圖盡量減少CCT方差由于其產品的溫度，一些漂移是不可避免的。芯片制造商在25°C指定它們的器件的CCT，然后在規格表中提供特定器件的CCT隨著溫度升高漂移的程度。好消息是，它確實需要相當大的溫度升高才能使CCT移位對人眼明顯。

　　制造商將其產品分組的容器由CIE顏色空間上的四邊形定義，其邊界指示CCT在溫度變得明顯之前隨溫度的變化。例如，CREE XLAMP XP E的數據表顯示，如果其結溫不超過90°C(圖4)，則該器件將不會呈現可感知的CCT位移。

　　CIEE XP E LED色度偏移圖像

　　圖4：CIEE XP E在CIE 1976 L、U′、V′顏色空間中的LED色度偏移。

　　LED在90℃以上的結溫下運行良好，但除了不可接受的CCT換檔之外，高的工作溫度也會縮短LED的壽命，因此設計者必須保持足夠的設備溫度以達到合理的水平。熱管理(見技術區文章“熱效應對白光LED色度”)。

　　然而，不僅僅是溫度改變了LED的顏色，模擬調光——一種廉價的技術，它對許多傳統光源的調光很流行——也會影響它。

　　這個問題是因為在給定的正向電壓下從給定LED發射的光子的波長不是完全相同的。波長根據以主頻為中心的鐘形曲線而變化。

　　LED的亮度與正向電流成正比，正向電流又與正向電壓成正比(高于閾值電壓)。事實證明，減小正向電壓以使LED變暗，使鐘形曲線移動，使得主導頻率發生在稍短的波長上，改變顏色。

　　制造商已經解決了這個問題，通過實施包含數字調光的LED驅動器。該技術保持恒定的正向電壓(和正向電流)，但使用脈沖寬度調制(PWM)來快速地循環LED的開啟和關閉。通過改變脈沖串的占空比，可以使光在沒有顏色變化的情況下變暗(見技術區文章“數字調光解決LED顏色困境”)。

　　二十一世紀照明

　　盡管制造商保持顏色一致性的成功，一些LED制造商正在尋求利用LED的靈活性，通過積極鼓勵消費者改變顏色來區別他們的產品與傳統照明-但這次是以受控的方式。

　　結合紅、綠、藍(RGB)LED是產生白光的另一種方法。然而，由于綠色LED的效能不佳，這些設備一直難以獲得市場份額，這拖累了整體性能。

　　然而，現在來自飛利浦Luneles的叛逆者ES家族的石灰綠LED(圖5)有助于解決這個問題。石灰綠器件不是純彩色LED，而是藍色發射器和專有石灰磷光體的組合，它克服了綠色器件的效率問題。根據飛利浦LUMIDES的數據表，這種藍色LED /綠色熒光粉組合能夠達到高達190 LM/W(2.75 V，350毫安)的功效。

　　飛利浦LUMIDES青綠色LED圖像

　　圖5：飛利浦LUMIDES在彩色可調應用中為其提供RGB綠色發光二極管。

　　石灰綠色LED被納入飛利浦的色調燈泡，它適合于標準的燈座，并允許消費者使用無線連接的智能手機或平板電腦應用來改變燈泡的輸出。應用程序將LED輸出顏色與彩虹調色板匹配，甚至與用戶喜愛的圖像匹配。

　　其他制造商直接解決了純綠色LED的不良功效。已經有一些令人印象深刻的設備在市場上，例如，Cree的528納米綠色芯片從其XLAMP XP E系列產生84LM/W(3.4V，350mA)。

　　LED正在迅速成熟。該技術始終具有比傳統照明更具效率和持續時間更長的潛力，但現在，經過多年的研究和商業化投資，這一承諾已經實現。該設備的性能優于幾乎所有類型的傳統照明和價格繼續下降。此外，制造商在解決顏色質量和一致性方面取得了長足的進步，使得LED照明燈具由于溫度或調光的色調的任何變化都是不可察覺的。下一步，將鞏固LED作為未來照明技術，是用戶控制的調光和色調，通過智能手機控制，以適應消費者的心情。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的制造商将注意力转向轻质量以进一步提高LED市场份额的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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