LED產生有色光的方式

LED的發光顏色和發光效率與製作LED的材料和製程有關，目前廣泛使用的有紅、綠、藍三種。由於LED工作電壓低（僅1.5-3V），能主動發光且有一定亮度，亮度又能用電壓（或電流）調節，本身又耐衝擊、抗振動、壽命長（10萬小時）。製造LED的材料不同，可以產生具有不同能量的光子，藉此可以控制LED所發出光的波長，也就是光譜或顏色。 史上第一個LED所使用的材料是砷(As)化鎵(Ga) ，其正向PN結壓降(VF，可以理解為點亮或工作電壓)為1.424V，發出的光線為紅外光譜。另一種常用的LED材料為磷(P)化鎵(Ga)，其正向PN結壓降為2.261V，發出的光線為綠光。 基於這兩種材料，早期 LED工業運用GaAs1-xPx材枓結構，理論上可以生產從紅外光一直到綠光範圍內任何波長的LED，下標X代表磷元素取代砷元素的百分比。一般通過 PN結壓降可以確定LED的波長顏色。其中典型的有GaAs0.6P0.4 的紅光LED，GaAs0.35P0.65的橙光LED，GaAs0.14P0.86的黃光 LED等。由於製造採用了鎵、砷、磷三種元素，所以俗稱這些LED為三元素發光管。 而GaN（氮化鎵）的藍光 LED 、GaP 的綠光 LED和GaAs紅外光LED，被稱為二元素發光管。而目前最新的製程是用混合鋁(Al)、鈣(Ca) 、銦(In)和氮(N)四種元素的AlGaInN 的四元素材料製造的四元素LED，可以涵蓋所有可見光以及部份紫外光的光譜範圍。 發光強度：發光強度的衡量單位有照度單位（勒克司Lux）、光通量單位（流明Lumen）、發光強度單位（燭光　Candle power） 1CD（燭光）指完全輻射的物體，在白金凝固點溫度下，每六十分之一平方公分面積的發光強度。（以前指直徑為2.2公分，品質為75.5克的鯨油燭，每小時燃燒7.78克，火焰高度為4.5公分，沿水準方向的發光強度） 1L（流明）指1 CD燭光照射在距離為1公分，面積為1平方公分的平面上的光通量。 1Lux （勒克司）指1L的光通量均勻地分佈在1平方公尺面積上的照度。一般主動發光體採用發光強度單位燭光　CD，如白熾燈、LED等；反射或穿透型的物體採用光通量單位流明L，如LCD投影機等；而照度單位勒克司Lux，一般用於攝影等領域。三種衡量單位在數值上是等效的，但需要從不同的角度去理解。比如：如果說一部LCD投影機的亮度（光通量）為1600流明，其投影到全反射螢幕的尺寸為60英寸（1平方公尺），則其照度為1600勒克司，假設其出光口距光源1公分，出光口面積為1平方公分，則出光口的發光強度為1600CD。而真正的LCD投影機由於光傳播的損耗、反射或透光膜的損耗和光線分佈不均勻，亮度將大打折扣，一般有50％的效率就很好了。 實際使用中，光強計算常常採用比較容易測繪的資料單位或變向使用。對於LED螢幕這種主動發光體一般採用CD/平方公尺作為發光強度單位，並配合觀察角度為輔助參數，其等效於屏體表面的照度單位勒克司；將此數值與屏體有效顯示面積相乘，得到整個屏體的在最佳視角上的發光強度，假設屏體中每個圖元的發光強度在相應空間內恒定，則此數值可被認為也是整個屏體的體的體的光通量。一般室外LED螢幕須達到4000CD/平方公尺以上的亮度才可在日光下有比較理想的顯示效果。普通室內LED，最大亮度在700～2000 CD/平方公尺左右。 單個LED的發光強度以CD為單位，同時配有視角參數，發光強度與LED的色彩沒有關係。單管的發光強度從幾個mCD到5000mCD不等。LED生產廠商所給出的發光強度指LED在20mA電流下點亮，最佳視角上及中心位置上發光強度最大的點。封裝LED時頂部透鏡的形狀和LED晶片距頂部透鏡的位置決定了LED視角和光強分佈。一般來說相同的LED視角越大，最大發光強度越小，但在整個立體半球面上累計的光通量不變。當多個LED較緊密規則排放，其發光球面相互疊加，導致整個發光平面發光強度分佈比較均勻。 在計算螢幕發光強度時，需根據LED視角和LED的排放密度，將廠商提供的最大點發光強度值乘以30％～90％不等，作為單管平均發光強度。一般LED的發光壽命很長，生產廠家一般都標明為100，000小時以上，實際還應注意 LED的亮度衰減週期，如大部分用於汽車尾燈的UR紅管點亮十幾至幾十小時後，亮度就只有原來的一半了。 亮度衰減週期以上內容轉載自LED產業網:http://www.ledinside.com.tw/