征服LED之不得不看的重要概念

照度和色温的变化

　　最近，按照一天内的时间变化及季节进行调光的产品已实现。例如，日本冈村制作所上市了使用LED进行细微调整的照明系统。特点是具有可随着人体生物钟按照约一天周期有规律地改变照度和色温的功能。预设了调光程序，对1年中每一天，可按照时间和季节的变化，使照度在400～800lx范围内分5个阶段、色温在3000～5000K范围内分5个阶段而变化。这样便可按照人们早上醒来、白天活动、夜晚睡眠的自然环境进行周期性调光。人们有了更加舒适的光照环境，能够更有效地工作。

演色性（color rendition）

　　指利用照明器具的光照射物体时，反映以何种程度再现了与自然光照射时相同颜色的指标。一般情况下，多使用平均演色性指数（Ra）来表示。平均演色性指数越接近100的光源，越能再现与自然光照射时相同的颜色。作为照明用途，普通家庭和办公室室内使用的照明器具的Ra为80以上、走廊等为70以上；美术馆、物品检验以及店铺等注重演色性的用途，大多在90以上。

　　用于照明的白色LED，大体分为低Ra和高Ra品种。演色性与发光效率具有此消彼长的关系，优先考虑演色性，发光效率会降低20～30％。为此，出现了发光效率优先和演色性优先的不同品种。演色性高的光，其光谱接近自然光。也就是说，发光强度相对于发光波长的变化较小；而发光效率高的光，在人眼视觉灵敏度（人眼对光的灵敏度）高的领域（550nm附近的峰值），其发光峰值较大。

　　例如，组合蓝色LED芯片和黄色荧光体得到的疑似白光的普通白色LED，其Ra只有70多。在其中添加红色荧光体等即可将Ra提高到80以上。Ra超过90的白色LED则是出于使发光光谱的变化更加平滑的目的，而对蓝色LED组合使用了绿色荧光体和红色荧光体等。此外，对近紫外LED组合使用红色、绿色和蓝色等多种荧光体，可获得Ra超过90的白色LED。

高效率、高演色LED

　　目前使用蓝宝石底板的蓝色LED和黄色荧光体等白色led封装是主流，但三菱化学计划通过组合采用m面-GaN底板的近紫外LED和红/绿/蓝色（RGB）荧光体来实现高效率、高演色的LED。

　　Ra是对普遍存在的、有代表性的8种颜色的演色性指数（将待评测照明光源照射物体时的颜色与基准光源照射时的颜色相比较的值）的平均值。计算演色性指数的8种代表性颜色为：暗灰色、暗黄色、深黄绿色、黄绿色、淡蓝绿色、淡蓝色、淡紫色、红紫色。

调光（dimming）

　　将光源发出的光调节为希望的亮度的做法。LED与白炽灯一样，比荧光管更容易进行微细调光。通过在点亮LED的电源电路中，改变输入LED的电流大小和占空比（导通时间与截至时间之比）来调节亮度。

　　如同利用滑线电阻调压器调节白炽灯亮度一样，LED照明也能实现所希望的亮度，目前已经开发出了具备调光功能的产品。除了埋入天花板等的LED照明器具外，LED灯泡中也有利用遥控器进行调光的产品。组合使用光传感器，根据外光的亮度自动调光的LED照明器具也已经面世。

　　液晶面板的LED背照灯的调光是指，整体调节LED背照灯的发光，或者对背照灯进行部分控制。通过根据液晶面板显示的影像控制LED的发光，能够在确保峰值亮度的同时，降低较暗部分的亮度。例如，东芝的“CELL REGZA 55X1”液晶电视配备了直下型白色LED背照灯。针对输入影像对512个领域（16×32）的LED发光情况分别进行控制。通过使领域内配备的多个白色LED以最大亮度发光，峰值亮度实现了1250cd/m2，影像显示时的对比度实现了500万比1。

光效下降现象（LED droop）

　　光效下降现象是指，向芯片输入较大电力时LED的发光效率反而会降低的现象。作为有助于削减单位光通量成本的技术，各LED厂商都在致力于抑制光效下降现象。如果能抑制该现象，使用相同的芯片，在输入较大的电力时会增加光通量。因此，可减少用于获得相同光通量的芯片数，从而削减单位光通量的成本。

　　美国飞利浦流明（Philips Lumileds Lighting）等很早就开始研究如何抑制光效下降现象。现在，日亚化学工业和德国欧司朗光电半导体（OSRAM Opto Semiconductors GmbH）等众多LED厂商也开始倾力研究。各LED厂商打算把在输入电流1A，输入功率3W时明显出现光效下降现象的电流和功率的领域扩大约3倍。

抑制“光效下降现象”
作为削减单位光通量成本的方法，各LED厂商纷纷致力于抑制“光效下降现象”。

　　各LED厂商均没有公布光效下降现象的发生原理及其抑制方法的详情。然而，有厂商透露，芯片的发热及电流集中等若干参数与光效下降现象有关。例如，输入较大电力时，芯片的光发生量增多，同时发热也增多。这种发热会使芯片内部的量子效率恶化，从而导致光效下降现象。因此，有LED厂商认为，为抑制光效下降现象，采用散热性高的封装构造，即使输入较大电力芯片温度也不会上升的改进会对抑制光效下降现象有效。另外，有观点认为，如果LED芯片内的电流密度变大，就容易引发光效下降现象。

量子阱（quantum well）

　　利用带隙较宽的层夹住带隙窄且极薄的层形成的构造。带隙较窄的层的电势要比周围（带隙较宽的层）低，因此形成了势阱（量子阱）。在LED和半导体激光器中，量子阱构造用于放射光的活性层。重叠多层量子阱的构造被称为多重量子阱（MQW：multiquantum well）。

　　蓝色LED等是通过改良量子阱构造等GaN类结晶层的构造取得进展的。GaN类LED在成为MIS（metal-insulatorsemiconductor）构造，pn接合型双异质结构造，采用单一量子阱的双异质结构造以及采用多重量子阱的双异质结构造的过程中，其亮度和色纯度得到了提高。采用MIS构造的蓝色LED在还没有实现p型GaN膜时，就被广泛开发并实现了产品化。缺点是光强只有数百mcd。p型GaN膜被造出来之后，采用pn接合型双异质结构造的蓝色LED得以实现。与MIS构造相比，发光亮度达到了1cd，是前者的10倍左右。如果用多重量子阱构造来取代pn接合型双异质结构造，发光光度和色纯度会进一步提高（发光光谱的半值幅度变窄）。

GaN类蓝色发光二极管的构造变迁
（a）为采用MIS（metal-insulator-semiconductor）构造的蓝色LED。
（b）为采用多重量子阱（MQW ：multi quantum well）构造的蓝色LED。

　　双异质结构造是指在LED和半导体激光器等中，在活性层的两侧设置了能隙比活性层还要大的包覆层的构造。可获得将电子和空穴封闭在活性层内的效果。所以发光元件采用双异质结构造的话，可提高光输出。另外，只在活性层的一侧设置能隙较大的包覆层的构造被称为单异质结。

接合温度（junction temperature）