征服LED之不得不看的重要概念

光谱

　　表示相对于光的波长，光的强度的分布。led的光谱一般为单色，例如蓝色以波长470nm时为峰值呈山峰分布，以峰值波长较短的紫外领域和峰值波长较长的绿色领域为光的强度的测定极限。而白炽灯的光谱，其发光强度广泛分布于400nm多的蓝色领域至700nm多的近红外领域，在紫外领域和红外领域也能观测到发光强度。荧光灯方面，组合使用的荧光体的发光波长部分为光谱的峰值。

　　与普通红色、绿色和蓝色的光谱峰值只有一个相比，白色LED的光谱则有很大不同。例如蓝色领域和黄色领域会有两个发光强度的峰值，或者在蓝色领域、黄色领域和红色领域有三个峰值，甚至还会出现更多的峰值。这是因为，白色LED的白色光是组合了多个波长的光获得的。例如，组合蓝色LED和黄色荧光体时，峰值在蓝色领域和黄色领域出现。另外，基于蓝色LED的发光强度的峰值较尖，而基于荧光体的峰值较为平缓。

　　将LED用于液晶面板背照灯时，最理想的情况是LED的光谱在红色、绿色和蓝色三个领域出现发光强度的峰值。这是因为LED的光最终将经由液晶面板的彩色滤光片（红色、绿色、蓝色）输出到外部。

　　获得三个发光强度的峰值时，有使用红色、绿色和蓝色三种LED的方法，以及通过改进荧光体材料、使用可获得三个峰值的白色LED的方法。

发光光谱有很大不同

　　蓝色LED和YAG类荧光体、蓝色LED和ZnSe单结晶底板的发光、紫外LED和RGB荧光体等白色LED的发光光谱与荧光灯和自然光的比较。虽然都是白色，但发光光谱大为不同。

　　另一方面，LED用于普通的照明器具时，光谱广泛分布在可视光领域的白色LED较受欢迎。原因是接近自然光，即太阳光的光谱的光线照射物体时，物体的颜色与照射自然光时接近的缘故。

光通量、光强、亮度和照度

　　光通量是表示光源整体亮度的指标。单位为lm（流明）。在表示照明光源的明亮程度时经常使用。是参考人眼的灵敏度（视觉灵敏度）来表示光源放射光亮度的物理量。具体数值为各向同性的发光强度为1cd（堪德拉）的光源在1sr（立体弧度）的立体角内放射的光通量为1lm。此处的sr为立体角的单位，表示从球面向球心截取的面积为半径（r）的2次方（r2）的圆锥体的顶角。

　　光强是表示光通量立体角密度的指标。单位为cd。多在表示显示用LED等的眩光时使用。其定义为：发射540×1012Hz（波长555nm）频率单色光，在指定方向的光线发射强度为1/683W/sr的光源，在该方向的光强就定义为1cd。

　　亮度是表示从光源及反射面和透射面等二次光源向观测者发出的光的强度指标。单位为cd/m2。与光通量一样，是结合人眼的灵敏度表示的物理量。大多在表示液晶面板和PDP等显示器画面的亮度时使用。

　　照度是表示照射到平面上的光的亮度指标。单位为lx（勒克司），有时也标记为lm/m2。是指光源射向平面状物体的光通量中，每单位面积的光通量。用于比较照明器具照射到平面上的明亮程度。

光通量与照度和光强的关系

　　光通量、光强、亮度和照度的关系简单归纳如下：光通量除以单位立体角等于光强；光通量除以单位面积等于照度，光强除以单位面积等于亮度。

发光效率（luminous efficacy）

　　评测光源效率的指标，用光源发出的光通量（lm）与向光源输入的电力（W）之比表示。单位为lm/W。

　　发光效率只表示光源的效率，与将光源安装到照明器具上后器具的整体效率（综合效率）是不同的概念。

　　发光效率是将外部量子效率用视觉灵敏度（人眼对光的灵敏度）来表示的数值。外部量子效率是发射到LED芯片和封装外的光子个数相对于流经LED的电子个数（电流）所占的比例。组合使用蓝色LED芯片和荧光体的白色LED的外部量子效率，是相对于内部量子效率（在LED芯片发光层内发生的光子个数占流经LED芯片的电子个数（电流）的比例）、芯片的光取出效率（将所发的光取出到LED芯片之外的比例）、荧光体的转换效率（芯片发出的光照到荧光体上转换为不同波长的比例）以及封装的光取出效率（由LED和荧光体发射到封装外的光线比例）的乘积决定。

　　在发光层产生的光子的一部分或在LED芯片内被吸收，或在LED芯片内不停地反射，出不了LED芯片。因此，外部量子效率比内部量子效率要低。发光效率为100lm/W的白色LED，其输入电力只有32％作为光能输出到了外部。剩余的68％转变为热能。

　　今后3年将提高100lm/W

　　发光效率在2003年之前一直以每年数lm/W的速度缓慢提高。在提高发光效率时，最初未改变荧光体和封装，而是致力于改进芯片技术。具体而言，进行了诸如改善蓝色LED芯片所使用的GaN类半导体结晶的MOCVD结晶成长技术等。

　　从2004年开始，发光效率以每年10～20lm/W的速度提高。由此，从2004年的50lm/W到2008年的100lm/W，4年间提高了50lm/W。这种速度的实现，借助了将原来聚集于成膜技术的芯片技术改进扩展至了整个LED制造工艺那样的重大调整。另外，除了改进芯片技术外，还开始对荧光体进行改善。

68％为热损失

　　对发光效率为100lm/W的白色LED的能源转换进行模拟的结果。白色LED实现了与荧光灯同等以上的发光效率，但只有输入电力的32％能作为光能输出到外部。剩余的68％转变为了热能。该模拟为向直径5mm的炮弹型白色LED输入62mW电力时的结果。白色LED是通过组合使用蓝色LED芯片和黄色荧光体获得的。

　　今后，各LED厂商拟将把2008年实现的100lm/W发光效率，提高至2010年的140～170lm，2011年提高至150～200lm/W。也就是说，在发光效率上领先于新加入进来的厂商的LED厂的目标是，平均每年提高30lm/W以上，3年提高100lm/W。LED的发光效率的上限被认为是250lm/W左右，各LED厂商正在挑战能以何种程度逼近上限。

　　为挑战该上限，LED厂商正在全面导入最新的芯片技术、荧光体技术以及封装技术。芯片技术方面，将继续提高内部量子效率和光取出效率。荧光体方面，除了提高变换效率外，还要采取措施降低因荧光体散射造成的衰减。封装技术方面，要改善材料和构造，以提高光取出效率。

色温（color temperature）

　　指用黑体（理论上可完全吸收外来光的虚拟物体）的温度表示光的颜色的数值。单位为K（开尔文）。黑体发出光的波长分布（色调）因温度而异。色温常用于表示荧光灯和白色LED的光色，及显示器可显示的白色的程度。一般来说，色温低时看上去发红，色温高时发青……

　　指用黑体（理论上可完全吸收外来光的虚拟物体）的温度表示光的颜色的数值。单位为K（开尔文）。黑体发出光的波长分布（色调）因温度而异。色温常用于表示荧光灯和白色LED的光色，及显示器可显示的白色的程度。一般来说，色温低时看上去发红，色温高时发青。

　　以白色LED为例，结合使用蓝色LED芯片和黄色荧光体的一般品种（平均演色性指数Ra为70以上）多为色温在6000K以上的昼光色，而追加红色