led的發光顏色和發光效率與制作led的材料和制造工藝有關。目前廣泛使用的有
紅、綠、藍、白四種顏色，如圖2-14所示。
    根據不同的結構和制造材料，可以產生具有不同能量的光子，led發光的顏色也不
同（波長不同）。通常采用兩種有細微差異的材料
構成n區和p區，在n區和p區交界處形成pn結
發光層。同時，不同顏色led的襯底也有所不同。
    史上第一個led所使用的材料是砷化鎵，其
正向pn結壓降為1.424 v，發出的光線為紅外光
譜。另一種常用的led材料為磷化鎵，其正向pn
結壓降為2.261 v，發出的光線為綠光。基于這兩
種材料，理論上可以生產從紅外光一直到綠光范圍
白色黃色  藍色綠色  紅色
圖2-14不同顏色的led
內任何波長的led。一般通過pn結壓降可以確定led的波長顏色。由于制造時采用了
鎵、砷、磷三種元素，所以俗稱這些led為三元素發光管。
    而gan的藍光led、gap的綠光led和gaas的紅外光led則被稱為二元素發光
管。而目前最新的工藝是用混合鋁(al)、鈣(ca)、銦(in)和氮(n)四種元素的aigainn
制造的四元素led，可以涵蓋所有可見光及部份紫外光的光譜范圍。
    目前市場上的led產品，根據其不同波長特性大致分為紫紅、純紅、橙紅、橙、橙黃、
黃、黃綠、純綠、翠綠、藍綠、純藍、藍紫等幾種顏色，橙紅、黃綠和藍紫色較純紅、純
綠、純藍在價格上便宜很多。權衡顏色的緯度和價格高低兩者之間的關系，在三基色設計
應用中通常通過調節設定led電流來達到白平衡和最大的期望亮度值。
    白平衡是檢驗顏色組成的重要標志之一。三基色白光一般是由紅、綠、藍三基色按
亮度比例混合而成，當光線中綠色的亮度為69%，紅色的
亮度為21%，藍色的亮度為10u/o時，混色后人眼感覺到的
是純白色，如圖2-15所示。在三個原色中絕色最為重要，
因為綠色占據了白色中的69%的亮度。
    對于一般照明而言，人們更需要白色的光源。藍光芯
片是白光led的基礎，藍光芯片以熒光磷進行覆涂（生產
過程的一個環節）就可以得到白光。覆涂工序還可以用來制
造其他色彩，如淺綠色、粉紅色等。
    21．什么是白光led?
圖2-15三基色光混合原理
    20世紀60年代，科技工作者利用半導體pn結發光的原理，研制成了led。當時研
制的led所用的材料是gaasp，其發光顏色為紅色。經過近30年的發展，已能生產發
出紅、橙、黃、綠、藍等多種色光。然而照明需用的白光led是在近年才發展起來的。
    對于普通照明而言，人們需要的主要是白色的光源。大家知道，可見光光譜的波長
范圍為380～760 nm(如綠光的峰值波長為565 nm)，是人眼可感受到的七色光～—紅、
橙、黃、綠、青、藍、紫，但這七種顏色的光都屬于單色光。在可見光的光譜中是沒有白
一第2章led入門基礎畿誓
色光的，因為白光不是單色光，而是由多種單色光合成的復合光，正如太陽光是由七種單
色光合成的白色光，而彩色電視機中的白色光也是由三基色紅．、綠、藍合成的一樣。由此
可見，要使led發出白光，它的光譜特性應包括整個可見的光譜范圍。但要制造這種性
能的led，在目前的工藝條件下是不可能的。根據人們對可見光的研究，人眼睛所能見
的白光至少需要兩種光的混合，即采用二波長發光（藍色光+黃色光）或三波長發光（藍
色光+綠色光+紅色光）的模式。上述兩種模式的白光都需要藍色光，所以攝取藍色光已
成為制造白光的關鍵技術，即當前各大led制造公司追逐的“藍光技術”。
    基于三基色原理，目前led實現白光的方法主要有多種，其中技術相對簡單的主流
方法之一是利用“藍光技術”與熒光粉配合形成白光。
    1998年發白光的led開發成功。這種led是將gan芯片和釔鋁石榴石(yag)封
裝在一起做成。gan芯片發藍光(九=465 nm，wd=30 nm)，高溫燒結制成的含ce3+的
yag熒光粉受此藍光激發后發射出黃色光(峰值波長為550 nm)。藍光led基片安裝在
碗形反射腔中，覆蓋以混有yag的樹脂薄層。led基片發幽的藍光一部分被熒光粉吸收，
另一部分藍光與熒光粉發出的黃光混合，可以得到白光。現在，對于ingan/yag白色led，
通過改變yag熒光粉的化學組成和調節熒光粉層的厚度，可以獲得不同色溫下(2700～
8000 k)的白光。目前采用這種方法生產的白光led已實現批量生產。用該方法生產白
光led的工作原理和日光燈類似，但生產出的白光led比曰光燈的性能要優越，各色熒
光粉的量子轉換效率可以達到90010。
    22.實現白光led的方法有哪些？
    白光led的實現方法主要分兩大類：pc和mc。pc是指熒光粉轉換，而mc是指
多芯片，即三基色rgb合成。
    1)多芯片led形成白光led
    多芯片led，或者說三基色rgb合成led，是指將rgb三基色led芯片封裝在一
起來產生白光，還可利用紅、綠、藍、黃橙四色led來產生白光，構成多芯片白光led。
如圖2-16所示為利用rgb三色led組合構成白光led，該技術是最單純的，避免了熒
光粉轉換和sticks頻移造成的能量損失而可獲得相比之下最高的發光效率，而且還可以分
開控制3種不同的光色led的光強，實現全彩變色的效果。但是由該方法制成的白光led
的各個光色隨驅動電流相溫度變化不一致，隨時間的衰減速度也不相同。而且其散熱問題
也比較突出，生產成本居高不下。
    2)藍光led芯片+yag熒光粉形成白光led
    這種白光led是一種常見的二基色熒光粉轉換led，其最直接的制作方法是將發藍
光的led芯片和可被藍光照射后發黃光的釔鋁石榴石(yag)熒光粉有機結合起來，這種白光led的結

構簡單，成本較低，制作工藝相對簡單且比較成熟。但是它光效較低，顯色指數不高；光色隨電流變化易出現月暈；激發熒光粉發光的過程中存
在著能量損耗；熒光粉及封裝材料老化后會導致色溫漂移和壽命縮短；功率型白光led
還存在空間色度均勻性等問題。
    
    3)紫外光led+三基色熒光粉形成白光led
    要獲得更白的白光，較常用的方法是利用紫外光led激發一組可被紫外光激發后發
出紅、綠、藍三基色的熒光粉，由此可獲得白光led，如圖2-18所示。其特點為光譜的
可見光部分完全由熒光分產生，白光非常純正。不過，它的電光轉化效率較低；粉體混合
較困難，有待研發高效率的熒光粉；封裝材料在紫外光照射下容易老化，壽命較短，存在
紫外線泄漏的隱患。