在其早期化身，固态照明(SSL)努力与传统照明竞争，因为它是昂贵的，坦率地说，不是很光明。然而，随着制造商提高了设备的产量和效率，更好的制造技术降低了价格，SSL在照明市场的份额迅速扩大。
如今，来自主要供应商的优质产品提供了前所未有的亮度和功效，尽管可能有更多的增量改进，但当代产品的性能是这样的，焦点已经转移到提高LED灯的“质量”。芯片制造商现在花费他们的研究资金开发具有改进的显色指数(CRI)和有限的相关色温(CCT)随温度和调光的变化的产品。
本文介绍了当代LED如何超越传统照明在功效方面，而价格差距大幅缩水。文章接着解释了制造商如何将注意力转向光的质量，甚至用户控制器“颜色调谐”，以进一步增加他们的市场份额。
照明灯具简史
许多工程师惊讶地发现，LED的历史延续了一个世纪，发现了1907的电致发光，当时的MrCONH.J.MrCONI实验室用碳化硅晶体和猫晶须探测器进行实验。
然而，第一次关键发现，导致今天的高亮度白光LED发生在1962作为副产品Nick Holonyak Jr.的开发激光二极管。HeloNok是贝尔实验室采用的，他研究了用砷化镓磷化镓的半导体二极管，当他观察到添加更多的磷到砷化镓材料中时，它的带隙增大，使从红外到可见光的发射光的波长缩短。由于光不相干，霍利尼亚克的装置是一个“发光”二极管而不是激光二极管。
进一步的实验产生了不同颜色的LED。然而，从HeloNok在60年代初期的最初发现，直到90年代初，缺少蓝色装置(白色光源的关键部件)将LED委托给指示，而不是一般照明的任务。
第二个关键发现始于1986，当时日本名古屋大学的Isamu Akasaki和Hiroshi Amano提出了一种在蓝宝石衬底上制造氮化镓(GaN)晶体的方法。其他人已经探索了GaN作为发光半导体的潜力，但没有人设法生长出合适质量的晶体，或者生产出制造LED结所需的P型材料。到20世纪80年代末，Asaki和Amano已经破解了这两个问题。
与此同时，为日本化学公司NIHIA工作的Shuji Nakamura独立地与GaN合作作为蓝光LED的基础。他发现了比Asaki和阿曼诺更便宜的方法来制造P型材料，通过加热晶体而不是用电子束轰击它。
后来，NIHIAA研究员NojCi Yasunou NoGui开发了一种钇铝石榴石(YAG)磷光体，它可以将蓝色光子转换成黄色，最后，Kensho Sakano将野口的磷光体与蓝色LED芯片结合在一起制成白色LED。Asaki、阿马诺和Nakamura因蓝LED的发明而获得2014届诺贝尔物理学奖(图1)。
蓝色发光二极管的图像
图1：蓝色LED使今天的固态照明产生。
Nichia的第一个商业白光LED从1996可以生产5 LM/W。随着发展的强劲，该公司已改善到50 LM/W 2003。这使得固态照明成为白炽灯泡(具有10至18 LM/W的功效)和其他照明技术(如紧凑型荧光灯(35至60 LM/W)和荧光管(80至100 LM/W))的可行替代品——尽管在购买P中早期采用者的价格很高。乌尔布里克语
自那时起，诸如CREE、欧司朗、飞利浦LUMIDES和汉城半导体等制造商在功效和光度方面都有了进一步的快速改进。他们的努力的结果已经看到了亮度和功效大约每三年加倍一个趋势被称为海茨定律(类似于穆尔定律的CMOS基片)。与此同时，每一流明美元的价格每年下跌20%(图2)。
LED的效能与成本形象
图2：与其他照明技术相比，LED的功效和成本。
现在，在Nichia的第一个白光LED推出20年后，商业设备拥有的效率是早期LED的30倍(见技术区文章“材料和制造改进提高LED效率”)。例如，从各种制造商的最新发射的审查表明，CREE的XLAMP XP L产生145 LM/W(正向电流1.05 A，正向电压2.95 V)与飞利浦LuMeon的Luxeon Z(500毫安，2.8伏)产生108 LM/W。对于它而言，汉城半导体提供Z5-M1白色。LED，输出140 LM/W(350毫安，2.95伏)。(注意这里列出的设备不一定是直接等效的，只是示例。所有制造商列出了广泛的LED提供不同的功效和亮度，工程师应该检查数据表的全部规格。
注重质量
由于白光LED的亮度和功效现在很容易满足消费者的期望，制造商已经将注意力转移到提高设备光的“质量”，而不是进一步增加每瓦特流明的“数量”。
有两个关键参数用于量化来自白色LED的光质量：CRI和CCT。
CRI是一种定量测量光源的能力，与理想光源或自然光源相比，忠实地再现各种物体的颜色。CRI是由八个CIE标准颜色样品的色度(或“颜色外观”)的差异计算出来的，当被测试的光源照射时，CRI由同一CCT的参考光源照射。八个样品在参考光源和被测光之间的色度平均差越小，CRI越高。(请参阅TealStand文章)什么是显色指数，为什么重要?“。”
自然光被分类为具有100的CRI，这是最好的可能。白炽灯的CRI在95以上，卤素灯90或更好，紧凑型荧光灯(CFL)80。今天的LED表现良好，记录值为80至90。例如，欧司朗的SSL 150白色LED表现出83的CRI。
与传统光源的CRI不匹配，LED制造商已经努力工作，以提高其产品的CRI时，与八个标准样品一起包含一个充满活力的红色(R9)。以前，LED在扩展的测试记录分数中的表现很差，因为其光谱功率分布(SPD)倾向于包括很少的红色波长，因此，红色或主要红色的物体显得迟钝。
白色LED制造商在一定程度上解决了这一缺陷，通过修改YAG磷光体来增强SPD中的红色波长，并用蓝色LED替代紫外线以获得进一步的改进。
新的磷光体确实影响了器件的功效，但由于LED现在具有如此高的内在功效，许多制造商认为小损耗是合理的商业折衷，当R9被包括在测试中时，CRI改善CRI。例如，飞利浦LUMIDES LUXEON T范围包括一个CRI为95的设备，当R9不包含在测试中时，当它为90%时。芯片仍然具有82LM/W(2.51V，7700毫安)的功效[参见技术区文章“照亮CRI测试的限制”]。
极限颜色方差
LED制造商也在努力开发发光二极管，这些LED发出的光与传统光源发出的照明颜色(或“温度”)非常接近，以满足消费者的苛刻要求。制造商生产白色LED，其输出被归类为“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)，被分组为“容器”，其包括非常相似颜色输出的设备。一个照明设计者希望使用一个LED阵列来为他或她的灯具选择来自同一个容器的设备，以确保整个阵列的色彩一致性。
CCT是用国际委员会(CIE)色度空间(CIE 1931 x，y，z)定义的。LED的输出位于或接近普朗克轨迹，其对应于白炽“黑体”将随温度的变化而辐射的颜色(图3)。
CIE XY 1931色度图的图像
图3：CIE XY 1931色度图与PLANKKI轨迹和相关色温线。
不幸的是，随着LED的温度升高，包括构成芯片的晶格的原子振动更多，这稍微增加了晶格常数(晶体的单位晶胞的尺寸)。这又减少了带隙，这增加了发射光子的波长。
净效应是蓝色LED“光子泵”的输出略微移动到光谱的红色端，并且从荧光体发射的黄色光子反过来受到轻微的影响。SSL的输出是来自这两个源的光谱的组合，也被改变了。
虽然制造商试图尽量减少CCT方差由于其产品的温度，一些漂移是不可避免的。芯片制造商在25°C指定它们的器件的CCT，然后在规格表中提供特定器件的CCT随着温度升高漂移的程度。好消息是，它确实需要相当大的温度升高才能使CCT移位对人眼明显。
制造商将其产品分组的容器由CIE颜色空间上的四边形定义，其边界指示CCT在温度变得明显之前随温度的变化。例如，CREE XLAMP XP E的数据表显示，如果其结温不超过90°C(图4)，则该器件将不会呈现可感知的CCT位移。
CIEE XP E LED色度偏移图像
图4：CIEE XP E在CIE 1976 L、U′、V′颜色空间中的LED色度偏移。
LED在90℃以上的结温下运行良好，但除了不可接受的CCT换档之外，高的工作温度也会缩短LED的寿命，因此设计者必须保持足够的设备温度以达到合理的水平。热管理(见技术区文章“热效应对白光LED色度”)。
然而，不仅仅是温度改变了LED的颜色，模拟调光——一种廉价的技术，它对许多传统光源的调光很流行——也会影响它。
这个问题是因为在给定的正向电压下从给定LED发射的光子的波长不是完全相同的。波长根据以主频为中心的钟形曲线而变化。
LED的亮度与正向电流成正比，正向电流又与正向电压成正比(高于阈值电压)。事实证明，减小正向电压以使LED变暗，使钟形曲线移动，使得主导频率发生在稍短的波长上，改变颜色。
制造商已经解决了这个问题，通过实施包含数字调光的LED驱动器。该技术保持恒定的正向电压(和正向电流)，但使用脉冲宽度调制(PWM)来快速地循环LED的开启和关闭。通过改变脉冲串的占空比，可以使光在没有颜色变化的情况下变暗(见技术区文章“数字调光解决LED颜色困境”)。
二十一世纪照明
尽管制造商保持颜色一致性的成功，一些LED制造商正在寻求利用LED的灵活性，通过积极鼓励消费者改变颜色来区别他们的产品与传统照明-但这次是以受控的方式。
结合红、绿、蓝(RGB)LED是产生白光的另一种方法。然而，由于绿色LED的效能不佳，这些设备一直难以获得市场份额，这拖累了整体性能。
然而，现在来自飞利浦Luneles的叛逆者ES家族的石灰绿LED(图5)有助于解决这个问题。石灰绿器件不是纯彩色LED，而是蓝色发射器和专有石灰磷光体的组合，它克服了绿色器件的效率问题。根据飞利浦LUMIDES的数据表，这种蓝色LED /绿色荧光粉组合能够达到高达190 LM/W(2.75 V，350毫安)的功效。
飞利浦LUMIDES青绿色LED图像
图5：飞利浦LUMIDES在彩色可调应用中为其提供RGB绿色发光二极管。
石灰绿色LED被纳入飞利浦的色调灯泡，它适合于标准的灯座，并允许消费者使用无线连接的智能手机或平板电脑应用来改变灯泡的输出。应用程序将LED输出颜色与彩虹调色板匹配，甚至与用户喜爱的图像匹配。
其他制造商直接解决了纯绿色LED的不良功效。已经有一些令人印象深刻的设备在市场上，例如，Cree的528纳米绿色芯片从其XLAMP XP E系列产生84LM/W(3.4V，350mA)。
LED正在迅速成熟。该技术始终具有比传统照明更具效率和持续时间更长的潜力，但现在，经过多年的研究和商业化投资，这一承诺已经实现。该设备的性能优于几乎所有类型的传统照明和价格继续下降。此外，制造商在解决颜色质量和一致性方面取得了长足的进步，使得LED照明灯具由于温度或调光的色调的任何变化都是不可察觉的。下一步，将巩固LED作为未来照明技术，是用户控制的调光和色调，通过智能手机控制，以适应消费者的心情。