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白光LED的本质

LED本身是单色光源，而自然界的白光（阳光）的光谱是阔频带的，所以LED本身不可能做到。白光LED是通过发出三源色的单色光（蓝、绿、红）或以萤光剂把LED发出的单色光转化，使整体光谱含为含有三源色的光谱，刺激人眼感光细胞，使人有看见白光的感觉。

现在普及的白光LED都采用单一发光单元发出波长较短的光，如蓝或紫外光，再用磷光剂把部份或全部光转化成一频谱含有绿、红光等波长较长的光。这种光波波长转化作用称为萤光，原理是短波长的光子（蓝、紫、紫外光）被萤光物质（如磷光剂）中的电子吸收后，电子被激发（跳）至较高能量、不稳定的激发状态，之后电子在返回原位时，一部份能量散失成热能，一部份以光子形式放出，由于放出的光子能量比之前的小，所以波长较长。由于转化过程中有部份能量化成热能，造成能量损耗，因此这类白光LED的效率较低。

发光单元有采用蓝光LED的，也有采用紫外光LED的。日亚化工开发并从1996年开始生产的白光LED采用蓝光LED作发光单元，波长450nm至470nm，磷光剂通常是掺杂了铈的钇-铝-镓（Ce3+:YAG）（实际上单晶的掺铈（Ce）的YAG被视为闪烁器多于磷光体。）。LED发出的部份蓝光由萤光剂转换成黄光为主的较宽光谱（光谱中心约为580nm），由于黄光能刺激人眼中的红光和绿光受体，加上原有余下的蓝光刺激人眼中的蓝光受体，看起看起来就像白色光，而其所呈现的色泽常被称作“月光的白色”。若要调校淡黄色光的颜色，可以把掺杂在Ce3+:YAG中的铈（Ce）换作其他稀释金属，例如铽或钆，甚至可以以取代YAG中的部份或全部铝的模式做到。而基于其光谱的特性，红色和绿色的物件在这种LED照射下看起来会不及阔谱光源照射时那么鲜明。另外由于生产工艺的波动，这种LED的成品的色温并不统一，从暖的黄色到冷的蓝色都有，所以在生产过程中会以其出来的特性作出区分。而这种LED发光二极管的结构是把蓝光LED封进混入了磷光剂的环氧树脂中而造成，但也有较复杂的方法，由PhilipsLumileds取得专利的方法便是把磷光剂涂在LED上，值由控制磷光剂的厚度增加效率。

另一种白光LED的发光原理跟萤光灯是一样的。发光单元是紫外光LED，外面包着两种磷光剂混合物，一种是发红光和蓝光的铕，另一种磷光剂是发绿光的铜和铝掺杂了硫化锌。内里的紫外光LED发出的紫外光被外层的磷光剂转换成红、蓝、绿三色光，混合后就成了白光。但由于紫外线会使黏合剂中的环氧树脂劣化变质，所以生产难度较高，而寿命亦较短。与第一种方法比较，因为斯托克司频移（StokesShift）前者较大，光波在转化过程中有较多被化成热能，因此效率较低，但好处是光谱的特性较佳，产生的光比较好看。而由于紫外光的LED功率较高，所以其效率虽比较第一种方法低，但出来的亮度却相若。

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