1、光的本质是什么，物体发光有哪几种方式？

光是一种能量的形态，它可以从一个物体传播到另一个物体，其中无需任何物质作媒介。通常将这种能量的传递方式谓之辐射，其含义是能量从能源出发沿直线（在同一介质内）向四面八方传播。关于光的本质，早在十七世纪中叶就被牛顿与麦克斯韦分别以“微粒说”、“波动说”进行了详细探讨，并成为当前所公论的光具有“波粒二重性”的理论基础。约100多年前，人们又进一步证实了光是一种电磁波，更严格地说，在极为宽、阔的电磁波谱大家族中。可见光的光波只占有很小的空间，如表1-1所示。其波长范围处在380nm-770nm

表1-1：电磁波谱波长区域

之间，包含了人眼可辩别的紫、靛、蓝、绿、橙、红七种颜色，它的长波方向是波长范围在微米量级至几十千米的红外线、微波及无线电波区域；它的短波端是紫外线、x射线、r射线，其中r射线的波长已小到可与原子直径相比拟。

物体的发光方式通常可分成二类，即热光与冷光。所谓热光又称之谓热辐射，是指物质在高温下发出的热。在热辐射的过程中，特内部的能量并不改变，通过加热使辐射得以进行下去，低温时辐射红外光、高温时变成白光。众所周知，当钨丝在真空式惰性气氛中加热至很高的温度，即会发出灼眼的白光。其实，太阳光就是一种最为常见的白光，三棱镜可将太阳光分解成上述的七种颜色，实验已证明，只要采用其中的蓝、绿、红三种颜色，即可合成自然界中所有色彩，包括白色的光，我们通常将蓝、绿、红三种颜色称之为三原色。

   冷光是从某种能源在较低温度时所发出的光。发冷光时，某个原子的一个电子受外力作用从基态激发到较高的能态。由于这种状态是不稳定的，该电子通常以光的形式将能量释放出来，回到基态。由于这种发光过程不伴随物体的加热，因此将这种形式的光称之为冷光。按物质的种类与激发的方式不同，冷光可分为各种生物发光、化学发光、光致发光、阴极射线发光、场致发光、电致发光等多种类别。萤火虫、荧光粉、日光灯、EL发光、LED发光等均是一些典型的冷光光源。

2、何谓电致发光？半导体发光为何属冷光？

所谓电致发光是一种直接电能转换成光能的过程。这种发光不存在尤如白炽灯那样先将电能转变成热能，继而使物体温度升高而发光的现象，故将这种光称之为冷光。通常有二种电致发光现象，EL屏是利用固体在电场作用下的发光现象所制成的光源，荧光材料在电场作用下，导带中的电子被加速到足够高的能量并撞击发光中心，使发光中心激发或电离，激活的发光中心回到基态或与电子复合而发光，荧光材料（ZnS）中不同的激活剂决定了发光的颜色。第二类电致发光又称之为注入式场致发光，LED与LD就属于这类发光过程。电致发光实际上也是一种能量的变换与转移的过程。电场的作用使系统受到激发，将电子由低能态跃迁到高能态，当他们从高能态回到低能态时，根据能量守衡原理，多余的能量将以光的形式释放出来，这就是电致激发发光。发光波长取决于电子的能量差：

                         △E=hν=h·c/λ=1.24λ                （2-1）

 其中△E= E₁ —E₂ ，E是发射光子所具有的能量，以电子伏特为单位。λ为光子波长，以毫微

米为单位。由式（2-1）可知，激发电子的能量差△E越高，所发出的电子波长就越短，颜色发生蓝移，所之，激发电子能量差变小，所发光子的波长就会红移。

4、简单介绍一下LED的发展历史好吗？

半导体P-N结发光现象的发现，可追溯到上世纪二十年代。法国科学家O.W.Lossow在研究SiC检波器时，首先观察到了这种发光现象。由于当时在材料制备、器件工艺技术上的限制，这一重要发现没有被迅速利用。直至四十年后，随着Ⅲ-Ⅴ族材料与器件工艺的进步，人们终于研制成功了具有实用价值的发射红光的GaAsP发光二级管，并被GE公司大量生产用作仪器表指示。此后，由于GaAs、Gap等材料研究与器件工艺的进一步发展，除深红色的LED外，包括橙、黄、黄绿等各种色光的LED器件也大量涌现于市场。

出于多种原因，Gap、GaAsP等LED器件的发光效率很低，光强通常在10mcd以下，只能用作室内显示之用。虽然AlGaAs材料进入间接跃进型区域，发光效率迅速下降。跟随着半导体材料及器件工艺的进步，特别是MOCVD等外延工艺的日益成熟，至上世纪九十年代初，日本日亚化学公司（Nichia）与美国的克雷（Cree）公司通过MOCVD技术分别在蓝宝石与SiC衬底上生长成功了具有器件结构的GaN基LED外延片，并制造了亮度很高的蓝、绿及紫光LED器件。

超高亮度LED器件的出现，为LED应用领域的拓展开辟了极为绚丽的前景。首先是亮度提高使LED器件的应用于从室内走向室外。即使在很强的阳光下，这类cd级的LED管仍能熠熠发亮，色彩斑斓。目前已大量应用于室外大屏幕显示、汽车状态指示、交通信号灯、LCD背光与通用照明领域。超高亮LED的第二个特征是发光波长的扩展，InGaAlP器件的出现使发光波段向短波扩展到570nm的黄绿光区域，而GaN基器件更使发光波长短扩至绿、蓝、紫波段。如此，LED器件不但使世界变得多彩，更有意义的是使固态白色照明光源的制造成为可能。与常规光源相比，LED器件是冷光源，具有很长的寿命与很小的功耗。其次，LED器件还具有体积小，坚固耐用，工作电压低，响应快，便于与计算机相联等优点。统计表明，在二十世纪的最后五年内，高亮LED产品的应用市场一直保持着40%以上的增长率。随着世界经济的复苏以及白色照明光源项目的启动，相信LED的生产与应用会迎来一个更大的**。

5、请问照明光源的基本种类与主要性能有哪些？

1. 照明光源种类

当代照明光源可分成白炽灯，气体放电灯、固态光源三大类。

其详细分类如表5-1所示

1. 主要光源的技术指标（表5-1）

6、如何描述LED的基本特性？

LED作为一个电致发光的P-N结器件，其特性可通该P-N结的电学参数，以及作为一个

发光器件的光学参数来进行描述。

伏安特性是描述一个P-N结器件的重要参数，它是P-N结性能，P-N结制作工艺优劣的

重要标识。所谓伏安特性，即是流过P-N结的电流随电压变化的特性，在示波器上能十分形象地展示这种变化。一根完整的伏安曲线包括正向特性与反向特性。通常，反向特性曲线变化较为陡峭，当电压超过某个阈值时，电流会出现指数式上升。通常可用反向击穿电压，反向电流和正向电压三个参数来进行伏安特性曲线的描述。

正向电压V_F 是指额定正向电流下器件二端的电压降，这个什既与材料的禁带宽度有关，同时也标识了P-N结的体电阻与欧姆接触电阻的高低。V_F的大小一定程度上反映了电极制作的优劣。相对于20毫安的正向电流，红黄光类LED的V_F值约为2伏，而GaN基兰绿光类LED器件的V_F值通常大于3伏。反向漏电流I_R是指给定的反向电压下流过器件的反向电流值，这个值的大小十分敏感于器件的质量。通常在5伏的反向电压下，反向漏电流应不大于是10微安，I_R过大表明结特性较差。反向击穿电压是指当反向电压大于某一值时，反向漏电电流会急剧增大，反映了器件反向耐压的特性。对一个具体器件而言，漏电流大小的标准有所不同，在较为严格的情况下，要求在规定电压下，反向漏电流不大于10微安。

除了电学特性，还需采用一系列的光学参数来描述LED器件的性能，其中较为重要的参数为器件的峰值波长与光强。可见光属电磁波范畴，通常可以用波长来表达人眼所能感受到的。可见光的辐射能量，一般可见光的波长范围在380nm—760nm之间，波长越长，其相应的光子能量就越低，光的颜色也显得越红，当光子的波长变短时，光将逐渐由红转黄，进而变绿变兰，直至变成紫色。对于一个LED器件，其所发的光会在峰值λ_P处有所展开，其波长半宽度通常为10—30nm，半宽度越越小，说明LED器件的材料越纯，性能越均匀，晶体的完整性也越好。光强是衡量LED性能优劣的另一个重要参数，通常用字母Iv来表示。光强的定义是，光在给定方向上，单位立体角内发了1流明的光为1烛光，其单位用坎德拉（cd）表示。其关系可用公式（6-1）表征：

                     Iv=dφ/dΩ                                       （6-1）

式中φ的单位为流明，Iv的单位即是cd，dΩ是单位立体角，单位为度。一个超亮LED芯片的法向光强一般在30—120mcd之间，封装成器件后，其法向光强通常要大于1cd.

光通量是判别LED发光效率的一个更为客观的参量，它表示单位时间内电发光体发出的光能的大小，单位为流明（lm）。通常白炽灯与荧光灯的光效分别为15lm/w与60lm/w，灯泡的功率越大，光通量越大。对于一个性能较高的LED器件，光效为20lm/w，实验室水平也有达到100lm/w的。为使LED器件更快地用于照明，必须进一步提高LED器件的发光效率，估计10年后，LED的光效可达200lm/w。届时，人类将会迎来一个固态光源全面替代传统光源的新时代。