LED是一种半导体，通电即会发光。作为一种广受瞩目的发光装置，因其卓越的特性，如高能效、环保、长寿命等，而成为新型光源的主流。

接下来，让我们简要探讨LED的发光机制：

LED是“Light Emitting Diode”的缩写，中文即发光二极管，由镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等化合物制成。

一、LED灯发光原理

LED是一种能够将电能转换为光能的固态半导体器件，能直接把电转化为光。

半导体晶片由两部分组成。一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。

当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，N型半导体内的电子与P型半导体内的空穴在发光层剧烈地碰撞复合产生光子，然后就会以光子的形式发出能量(即大家看见的光)。这就是LED灯发光的原理。

而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的不同材料的半导体会产生不同颜色的光色，如红光、绿光、蓝光等等。但是，到目前为止还没有任何一种半导体材料能发出白色的光，我们使用最多还是发蓝光LED。

蓝光LED转变为白光LED，最大的原因在于晶片中多了一层荧光粉。蓝光LED基片安装在反射腔中，覆盖以混有荧光粉树脂薄层，约200-500nm。

所产生的蓝光有一部分会直接穿过荧光涂层直接发射出去;剩下的一部分会打在荧光涂层上并与之作用产生黄色光子。蓝色光子与黄色光子共同作用(混合)就产生了白光。

LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到白光。通过改变荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K的各色白光。如果蓝光的占比多一点，则产生高色温的白光;相反，如果黄光占比多一点，则产生色温较低的白光。这种通过蓝光得到白光的方法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用最多。

二、LED发光波长

波长：光的色彩强弱变化，是可以通过数据来描述，这种数据叫波长。我们能见到的光的波长，范围在380至780nm之间。单位：纳米(nm)

有时我们在看数据时候，可能会发现有两种不同的波长参数：“峰值波长”和 “主波长” 。

比如，当电流为20mA的时候，APT1608SURCK峰值波长为645nm，主波长为630nm

发光峰值波长

LED 所发的光并非单一波长，无论用什么材料制成的LED，其光谱分布曲线都有一个相对光强度最强处(光输出最大)，与之相对应有一个波长，此波长叫做峰值波长，用λP表示。由图可知白光LED是蓝光与黄光的混合光。

峰值波长 λP(Peak Wavelength ) : 定义为光谱辐射功率最大处所对应的波长。简单的说就是它不代表人肉眼能看到的波长而是光学检测器能看到的波长。

主波长

主波长 λD(Dominant Wavelength)：眼睛能看到光源发出的主要光的颜色所对应的波长为主波长;通常看到的一束光，它并非是单一波长的光，它是由很多波长的光组合而成的。我们人眼感受到的是各波长作用的综合结果，感觉它对应于一个单一波长的光，这个波长值就是主波长λD。

一般来说，这两个参数并没有太大的不同，但在使用这两个参数进行选料时可以考虑我们的应用。例如:

如果LED用于光学仪器并且机器用于识别波长，则应使用峰值波长进行LED选料。

如果LED用于为显示器提供背光或以其他方式照亮或指示操作人员的某些内容，则应使用主波长进行LED选料。

三、LED灯珠产生不同颜色的光

LED都能够发出特定波长的光，从而产生不同的颜色。

常见颜色的LED：

红色LED： 这类LED通常采用镓砷化铝(AlGaAs)或镓砷化磷(GaAsP)等材料，通过电子跃迁发射红色光。

绿色LED： 绿色LED使用氮化镓(GaN)材料，产生绿色光。

蓝色LED： 蓝色LED则使用铟镓氮化物(InGaN)材料，产生蓝色光。白色LED： 白色LED通常是通过在蓝色LED上添加荧光粉层实现的。蓝色LED激发荧光粉发射黄色光，组合后产生白色光。

▲波长范围，颜色标记根据文献不同略有差异

除了半导体材料的选择，LED的发光颜色还可以通过掺杂不同的杂质或通过不同的结构设计来实现。例如，改变掺杂物的类型和浓度可以调节半导体的电子能级结构，从而影响光的发射波长。

此外，改变LED的结构和层次布局也可以影响光的发射特性。

四、LED的优点

以下是LED的一些显著优点，使其成为发出不同颜色光的理想选择：

高效能：LED具有卓越的能源效率，能够将大部分电能转化为光能，而不是热量。这有助于减少能源浪费和降低电费成本。

长寿命：LED的寿命通常远远超过传统光源，可以达到数万小时，甚至更长。这减少了更换灯泡的频率，减少了维护成本。

快速响应：LED可以迅速启动和熄灭，无需预热时间，适用于需要即时亮度的应用。

可控性：LED可以通过调节电流来调整亮度，还可以使用PWM(脉冲宽度调制)来实现灯光的无级调节，从而提供各种光照效果。

综上所述，LED之所以能够发出不同颜色的光，是因为它们依赖于不同类型的半导体材料和电子跃迁原理。

而其高效能、长寿命和可控性等优点使LED成为了现代照明和显示技术的首选，为我们的生活带来了更多的便利和可持续性。无论是在家庭照明、电视电脑屏幕还是汽车前照灯中，LED都已经成为不可或缺的一部分。

五、LED灯珠波长对屏幕显示效果影响

1、先看分辨率、对比度和清晰度的描述

分辨率是对空间细节分辨的能力，分辨率越高图像就越清晰细腻，如果能把相邻相近非常近的线条分开，我们就说图像的分辨率高。

对比度是指的画面的明暗反差程度，增加对比度，画面中亮的地方会更亮，暗的地方会更暗，明暗反差增强。

锐度只作用于物体的边缘，但原理不同，主要是通过在边缘增加黑白相间的高对比线条“隔离带”，并不是渐变的，而是两边明暗反差非常分明的，影响范围小于清晰度，让边缘看起来更加锐利。

清晰度相当于让边缘的一边加上一根白色渐变条，暗的一边加上一根黑色渐变条，从而让物体轮廓和细节纹理更加清晰。

所以清晰度会增加边缘附近的反差，让物体轮廓更清晰，远离轮廓线的地方，明暗基本保持原来的状态。清晰度=锐度+分辨率。分辨率决定了能分辨出相邻多近的细节，锐度决定了细节边缘的锐利程度。

2、LED波长与屏幕分辨率、对比度和清晰度的关系

一切影响光学系统的分辨率的因素都来源于衍射效应。当光波通过具有一定狭缝或孔径的障碍物时，均会发生衍射现象。

衍射现象可描述为一个无限小的物点经光学系统或狭缝等障碍物成像时将产生一个弥散光斑。对圆形孔径障碍物而言，根据瑞利判据，当物方上的两点逐渐靠近至某一最小距离时，像方上对应的像点将不可分辨(变现为两个弥散的光斑交叠在一起)。

上图中(a)为物，(b)(c)为物经圆形孔径后所成的像【(b)表示长波照射下所成的像，(c)表示短波照射下所成的像】

衍射发生的条件为波长λ比障碍物的尺寸D大或相差不多。

波长越大，衍射效应越明显，对应产生的弥散光斑就越大，像就越模糊，对应的系统分辨率就越低;

相反，波长越小，衍射效应越不明显，对应产生的弥散光斑就越小，像就越清晰，对应系统的分辨率也就越高。

接下来我们以半导体制成工艺为例介绍波长对光学系统分辨率的影响。由下图可见，清晰的物(掩膜)经光学系统成在晶圆(像面)上的像将在一定程度上变得模糊(表现为对比度的下降)。

根据瑞利判据，照射波长越小，对应晶圆上的艾里斑就越小，这样像的分辨率(分辨率通常以每毫米最多可分辨的线条数来表示(单位为lp/mm:毫米每线对))和对比度就越高，即系统成像的清晰度提升了，这样一来，掩膜版的图形就可近以完美的刻在硅片上。

半导体低纳米制成工艺通常要求更短的光波长，因为只有这样才可以在晶圆上刻制出和掩膜版近似一样的图形(纳米尺度上)。

从以上的讨论中可以知道，照射波长越小，对应像的对比度和分辨率就越高，即像的清晰度提高了，可以简单理解为像的清晰度=分辨率+对比度。

3、同角点不同波段问题

每一个角点所对应的波长都不是一个确定的值，生产中难免会有波动，所以每个角点又细分为四个波段，每个波段的长度大约为2nm左右。在制作背光时要加以区分，否则后期可能会出现同色异谱的现象。

什么是同色异谱?两个有色样品在某一个相同光源下似乎是相同的颜色，但在另外一个相同的光源下似乎是不同的颜色，如下图，这种现象就是同色异谱。

从以上可知LED是一种高效能、环保、长寿命的发光装置，其发光原理基于半导体材料将电能转换为光能。LED可发出不同颜色光，波长决定光色，蓝光LED结合荧光粉可产生白光，被广泛应用于照明、显示等领域。

LED波长影响屏幕显示效果，波长越小，分辨率和对比度越高。随着技术的不断发展，能够实现更加精细的屏幕显示效果，给我们的生活带来了无限色彩和可能。