奧林巴斯顯微鏡LED光源發(fā)光原理

在過去的幾十年中都帶來了持續(xù)和快速發(fā)展的技術(shù)革命的順序，特別是在數(shù)字領(lǐng)域，這極大地改變了我們的日常生活的許多方面。發(fā)光二極管（制造商之間的發(fā)展競賽發(fā)光二極管），有望產(chǎn)生，從字面上看，最明顯和最深遠(yuǎn)的過渡日期。在設(shè)計(jì)和制造這些小型半導(dǎo)體器件的最新進(jìn)展，可能會導(dǎo)致在普通的電燈泡的報(bào)廢，或許通過現(xiàn)代社會中使用的最普遍的裝置。

白熾燈是最有名的托馬斯·愛迪生的主要發(fā)明的，也是唯一一個(gè)已經(jīng)堅(jiān)持使用（并在近其原始形式）到今天，現(xiàn)在比它的介紹后，一個(gè)世紀(jì)以上。留聲機(jī)，紙條，并且油印機(jī)器已經(jīng)被替換為數(shù)字技術(shù)在過去的幾十年中，并且最近，全光譜的發(fā)光二極管器件正變得普遍，并且可能迫使白熾燈和熒光燈被滅絕。而LED技術(shù)的一些應(yīng)用可以是直截了當(dāng)?shù)?，與另一個(gè)替換一個(gè)燈泡，更有遠(yuǎn)見的變化可能涉及利用光引人注目的新機(jī)制。如所預(yù)測的進(jìn)化的結(jié)果，墻壁，天花板，甚至是整個(gè)建筑物可能成為專門的照明場景的目標(biāo)，和室內(nèi)設(shè)計(jì)的變化可能會通過照明效果，而不是通過重新油漆或refurnishing來完成。最起碼，從白熾燈廣泛變化到LED照明將導(dǎo)致巨大的節(jié)能效果。

雖然發(fā)光二極管在操作中我們周圍的盒式磁帶錄像機(jī)，時(shí)鐘收音機(jī)和微波爐，例如，它們的使用受到了限制主要是為了對電子設(shè)備顯示功能。計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備上的微小的紅色和綠色的指示燈都是那么的熟悉，但事實(shí)上，第一個(gè)LED被限制在一個(gè)昏暗的紅色輸出可能是沒有得到廣泛的認(rèn)可。事實(shí)上，綠色發(fā)光二極管，即使可用性表示在技術(shù)顯著發(fā)育步驟。在過去的15年左右的時(shí)間，LED已經(jīng)變得更加強(qiáng)大，并且可以在很寬的顏色范圍。一個(gè)突破，使第一個(gè)藍(lán)色在90年代初的LED制造，在可見光譜的紅光的另一端發(fā)光，開辟了創(chuàng)建幾乎任何光線顏色的可能性。更重要的是，該發(fā)現(xiàn)使得它在技術(shù)上可行，從微小的半導(dǎo)體器件產(chǎn)生白光。一種廉價(jià)的，面向大眾市場的白光LED的版本是研究人員和廠商的最搶手的目標(biāo)，是設(shè)備最有可能結(jié)束于低效的白熾燈一百年的依賴。

普通照明二極管器件的廣泛運(yùn)用還是有些年的時(shí)間，但是LED指示燈會開始取代白熾燈在許多應(yīng)用中。有許多的原因，與現(xiàn)代半導(dǎo)體的替代品替代常規(guī)白熾燈的光源。發(fā)光二極管遠(yuǎn)比白熾燈更高效的轉(zhuǎn)換電能轉(zhuǎn)化為可見光，它們堅(jiān)固耐用，結(jié)構(gòu)緊湊，而且可以經(jīng)常過去100000小時(shí)使用，或約100倍，比白熾燈泡長。LED是從根本上單色發(fā)射器和應(yīng)用程序需要高亮度，單色燈正在經(jīng)歷的一代提高了設(shè)備內(nèi)的應(yīng)用程序數(shù)量最多。LED的使用正在增加用于汽車尾燈，轉(zhuǎn)向燈和側(cè)標(biāo)志燈。作為第一汽車應(yīng)用之一，在汽車和卡車的高安裝剎車燈是一個(gè)特別有吸引力的位置，結(jié)合LED燈。長的LED壽命允許制造更自由地制動(dòng)燈集成到車輛的設(shè)計(jì)，而不提供對常見的（易）更換的必要性，當(dāng)白熾燈被用作是必需的。

近似的紅色交通燈在美國10％的人現(xiàn)在被替換為基于LED的燈。LED的高初始成本可以回收在短短的一年由于生產(chǎn)紅光，這是完成的，而不需要過濾他們的更高的效率。在一個(gè)紅色交通燈的LED的消耗約10至25瓦，50至150為相似亮度的紅色濾白熾燈相比較。LED的壽命是降低昂貴的維護(hù)信號的一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)。單色LED也被用作跑道燈在機(jī)場和作為警示燈在廣播和電視發(fā)射塔。

作為改進(jìn)已經(jīng)進(jìn)行了制造效率和朝向，以產(chǎn)生光的發(fā)光二極管與幾乎所有的輸出顏色，研究的主要焦點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)的能力已成為白色光的二極管。兩種主要機(jī)理被用來從該基本上是單色的設(shè)備產(chǎn)生白光，并且這兩種技術(shù)很可能將繼續(xù)被用于不同的應(yīng)用。一種方法包括混合不同顏色的光從多個(gè)發(fā)光二極管，或由不同的材料在一個(gè)單一的LED的，特別是造成在顯示白色的光的比例。第二技術(shù)依賴于使用的LED發(fā)射（通常不可見的紫外線），以對激發(fā)另一種物質(zhì)，如熒光體，這反過來又產(chǎn)生白光提供能量。每種方法都有其優(yōu)勢和缺點(diǎn)，很可能是在不斷變化中發(fā)生的LED技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

半導(dǎo)體二極管(LED)的基本原理

發(fā)光二極管的功能所依據(jù)的基本流程，并且在它們的結(jié)構(gòu)中使用的材料的細(xì)節(jié)，都在隨后的討論中。由發(fā)光二極管產(chǎn)生光的基本機(jī)制然而，可以概括，通過一個(gè)簡單的概念性描述。熟悉的燈泡依靠溫度通過稱為白熾一個(gè)過程以發(fā)射可見光（和以熱的形式顯著更不可見輻射）。與此相反，發(fā)光二極管采用電致發(fā)光的形式，這是由于半導(dǎo)體材料的電子激發(fā)。基本的LED由一個(gè)的交界處兩個(gè)不同的半導(dǎo)體材料之間（在圖2中示出），其中所施加的電壓產(chǎn)生的電流，伴隨著光的發(fā)光時(shí)穿過結(jié)注入的電荷載流子重新結(jié)合。

LED的基本元件是一個(gè)半導(dǎo)體芯片（類似于集成電路），其被安裝在由連接到兩個(gè)電引線的引線框架支承的反射杯，然后嵌在固體的環(huán)氧樹脂透鏡（見圖1）。一個(gè)包括在所述芯片接合兩個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域由負(fù)電荷為主的（n型區(qū)域;圖2）），而另一個(gè)是由正電荷（支配p型區(qū)域）。當(dāng)足夠的電壓施加到電引線，電流和電子跨過該結(jié)移動(dòng)從?區(qū)到P區(qū)，其中所述帶負(fù)電荷的電子結(jié)合正電荷。收費(fèi)每一種組合都與可能釋放的電磁能量量子的光的光子的形式的能量水平下降有關(guān)。的頻率，以及感知的顏色，發(fā)射的光子的半導(dǎo)體材料的特性，因此，不同的顏色通過改變在該芯片的半導(dǎo)體組合物來實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)光二極管的功能細(xì)節(jié)是基于共同的半導(dǎo)體材料，如硅，其具有可變的導(dǎo)通特性的特性。為了使固體進(jìn)行發(fā)電，其電阻必須足夠低，使電子在整個(gè)批量的材料的更多或更少的自由移動(dòng)。半導(dǎo)體顯示出電阻值的那些的導(dǎo)體和絕緣體之間的中間，并且它們的行為所用的帶理論為固體計(jì)進(jìn)行建模。在結(jié)晶固體中，構(gòu)成原子的電子占據(jù)了大量的能量水平可以相差很小或者在能量或在量子數(shù)。能級的寬光譜往往組在一起成為幾乎連續(xù)的能帶，其中有很大不同對于不同的材料和條件的寬度和間距。

在逐漸升高的能量水平，從細(xì)胞核出發(fā)向外，兩個(gè)不同的能帶可以被定義，這被稱為在價(jià)帶和導(dǎo)帶（圖3）。價(jià)帶中的電子由以比內(nèi)層電子較高的能級，而這些有一定的自由度對相互作用以形成固體的原子之間的一種類型的局部粘結(jié)的。在靜止更高的能量水平，導(dǎo)帶的電子的行為類似于在單個(gè)原子或分子的電子已被激發(fā)的地面以上的狀態(tài)，與自由的高度內(nèi)的固體移動(dòng)。在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能量差被定義為帶隙的特定材料。

在導(dǎo)體的價(jià)帶和導(dǎo)帶部 分重疊的能量（參見圖3），從而使價(jià)電子的一部分總是駐留在導(dǎo)帶中。帶隙基本上為零對這些材料，并且與價(jià)電子自由移動(dòng)到導(dǎo)帶的一部分，空缺或孔發(fā)生在價(jià)帶中。電子移動(dòng)，用很少的輸入能量，進(jìn)入孔中相鄰原子的頻段，并且所述孔在相反方向上自由地遷移。相對于這些材料，絕緣體具有全滿價(jià)帶和較大的帶隙，并且通過電子可以從原子移動(dòng)到原子是一個(gè)價(jià)電子可位移到導(dǎo)帶中，需要大的能量消耗的唯一機(jī)制。

半導(dǎo)體具有帶隙，其體積小但有限的，并且在常溫下，熱攪動(dòng)足以一些電子移動(dòng)到導(dǎo)帶，他們可以向電傳導(dǎo)。性可通過提高溫度來減輕，但許多半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)中，一個(gè)電壓的施加產(chǎn)生的價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的電子分布所要求的變化，使電流流動(dòng)的方式。雖然帶布置是類似的所有半導(dǎo)體器件，有在帶隙（和在電子的頻帶中的分配），在特定溫度條件下的大的差異。

元素硅是最簡單的本征半導(dǎo) 體，以及通常用作一個(gè)模型，用于描述這些材料的行為。在其純的形式存在，硅不具有足夠的電荷載體，或適當(dāng)?shù)膸督Y(jié)構(gòu)，是在發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)是有用的，但被廣泛用于制造其它半導(dǎo)體器件。硅（和其他半導(dǎo)體）的傳導(dǎo)特性可以通過在少量晶體，其用于提供任何額外的電子或空位（空穴）在結(jié)構(gòu)中引入雜質(zhì)來改善。通過這個(gè)過程，被稱為摻雜，集成電路生產(chǎn)商已開發(fā)了定制半導(dǎo)體的性質(zhì)以適合特定應(yīng)用相當(dāng)大的能力。

摻雜修改半導(dǎo)體的電子性能的方法是最容易通過考慮相對簡單的硅晶體結(jié)構(gòu)的理解。硅是一種Ⅳ族元素周期表的部件，具有四個(gè)電子可能參與鍵合與相鄰原子中的固體。以純的形式中，每個(gè)硅原子共用電子與四個(gè)相鄰，具有超出在晶體結(jié)構(gòu)中所需的電子的無赤字或過量。如果少量的Ⅲ族元素（那些具有3電子在其最外面的能量電平）被添加到硅結(jié)構(gòu)，電子的數(shù)量不足存在滿足粘接要求。電子不足造成一個(gè)空缺，或孔，在結(jié)構(gòu)上，將得到的正極的電性質(zhì)的材料作為p型進(jìn)行分類。硼是通常用于摻雜純硅，實(shí)現(xiàn)p型特性的元素之一。

摻雜，以產(chǎn)生材料相反的類型，具有負(fù)的總電荷的字符（n型），通過添加來實(shí)現(xiàn)的V族元素，如磷，其具有在其最外能級一個(gè)“額外”的電子。所得到的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有過量所需的共價(jià)鍵合的硅的數(shù)量，這賦予充當(dāng)電子供體（n型材料的特征）的能力，可用的電子。

雖然硅和鍺，通常用于半導(dǎo)體制造中，既不材料適合于發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，因?yàn)榻Y(jié)采用這些元件產(chǎn)生一個(gè)顯著量的熱量，但只有少量的紅外線或可見光發(fā)射。光子的發(fā)光二極管的pn結(jié)通常是基于第III族和V族元素，如砷化鎵，磷砷化鎵，磷化鎵的混合物。小心控制這些化合物的相對比例，以及其他摻入鋁和銦，以及在加入的摻雜劑，如碲，鎂，使制造商和研究人員產(chǎn)生二極管發(fā)射的紅色，橙色，黃色或綠色的光。最近的使用碳化硅和氮化鎵已準(zhǔn)許的藍(lán)色發(fā)射被引入二極管，并以各種組合結(jié)合了多種顏色提供，以產(chǎn)生白色光的機(jī)構(gòu)。的材料，包括該裝置結(jié)的p型和n型側(cè)，并將得到的能帶結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，決定了能量水平是在在該結(jié)區(qū)電荷重組可用，并且因此，能量子的大小釋放為光子。其結(jié)果是，光通過一個(gè)特定的二極管發(fā)出的光的顏色取決于pn結(jié)的結(jié)構(gòu)和組成。

基本鍵操作的固態(tài)電子器件的性能是pn結(jié)的性質(zhì)。當(dāng)不同的摻雜材料被放置在彼此接觸，電流的交界的區(qū)域中的流動(dòng)是不同的比在單獨(dú)使用這兩種材料。電流將容易地在一個(gè)方向跨過該結(jié)流動(dòng)，而不在其他中，構(gòu)成了基本的二極管結(jié)構(gòu)。這種行為可以理解電子和空穴兩者的材料類型和穿過結(jié)的運(yùn)動(dòng)方面。額外的自由電子在n型材料傾向于從帶正電荷的區(qū)域，或向p型材料中的帶負(fù)電荷的區(qū)域移動(dòng)。在p型區(qū)域，它具有懸空的電子位點(diǎn)（孔），晶格的電子可從孔跳轉(zhuǎn)到孔中，并且將趨向于遠(yuǎn)離所述帶負(fù)電荷的區(qū)域。這種遷移的結(jié)果是，該孔出現(xiàn)移動(dòng)在相反的方向，或遠(yuǎn)離正電荷區(qū)和朝向帶負(fù)電荷的區(qū)域（圖4）。從p型區(qū)的n型區(qū)和空穴的電子重新結(jié)合在結(jié)附近形成一個(gè)耗盡區(qū)（或?qū)樱?，其中沒有電荷載流子保持。在耗盡區(qū)中，靜電電荷被建立，抑制任何額外的電子轉(zhuǎn)移，并且沒有明顯的電荷可以穿過結(jié)流動(dòng)，除非輔助通過外部偏壓。

在二極管結(jié)構(gòu)中，在裝置的相對端的電極使電壓在可克服耗盡區(qū)的影響的方式被應(yīng)用。連接二極管至電源電路的負(fù)極側(cè)，而p型區(qū)到正側(cè)的n型區(qū)域?qū)?dǎo)致電子從n型材料向p型移動(dòng)，并且空穴移動(dòng)至在相反的方向。與應(yīng)用足夠高的電壓時(shí)，在耗盡區(qū)中的電子被升高，能量解離與孔，并開始再次自由地移動(dòng)。操作與該電路的極性，稱為正向偏置的PN結(jié)的，耗盡區(qū)消失，電荷可以通過二極管移動(dòng)。空穴從p型材料驅(qū)動(dòng)到結(jié)點(diǎn)和電子驅(qū)動(dòng)，以從n型材料的交界處。空穴和電子在路口的組合能夠維持一個(gè)連續(xù)的電流通過二極管。

如果電路的極性是相反的相對于所述p型和n型區(qū)，電子和空穴將被拉向相反方向，與耗盡區(qū)的交界處的伴隨擴(kuò)大。不連續(xù)的電流流動(dòng)發(fā)生在反向偏置的 pn結(jié)，雖然最初一過電流流過的電子和空穴被拉離的交界處。作為生長耗盡區(qū)產(chǎn)生的電勢等于所施加的電壓的電流流動(dòng)，會盡快停止。

發(fā)光二極管施工

在pn結(jié)的電子和空穴之間的相互作用的操作是在所有的半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，以及用于發(fā)光二極管中，主要的設(shè)計(jì)目的是高效地生成光。注射跨越pn結(jié)的載流子是伴隨著在電子能級的降低，從導(dǎo)帶至下軌道。這個(gè)過程發(fā)生在任何二極管，但只產(chǎn)生可見光的光子在那些具有特定的材料組合物。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的硅二極管，所述能量水平的差異是相對小的，并且只有低頻發(fā)射發(fā)生，主要是在光譜的紅外區(qū)域。紅外二極管是在很多設(shè)備，包括遠(yuǎn)程控制是有用的，但對可見光發(fā)光二極管的設(shè)計(jì)，需要制造具有呈現(xiàn)的導(dǎo)帶和價(jià)帶中的軌道之間有較寬的間隙材料。所有半導(dǎo)體二極管釋放某種形式的光，但大部分的能量被吸收到二極管材料本身，除非設(shè)備被專門設(shè)計(jì)用于從外部釋放光子。此外，對可用作光源，二極管必須集中在一個(gè)特定方向的光發(fā)射。兩者的組成和結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片，并在LED外殼的設(shè)計(jì)中，向從設(shè)備的性質(zhì)和能量發(fā)射的效率。

發(fā)光二極管的基本結(jié)構(gòu)是由半導(dǎo)體材料（通常被稱為一個(gè)的管芯），在其上的管芯被放置在一個(gè)引線框架，包封環(huán)氧樹脂組裝周圍（參見圖1）。在LED半導(dǎo)體芯片被支撐在反射杯鑄造成一個(gè)電極（在結(jié)束時(shí)陰極），并且在典型的配置中，芯片的頂面與一金接合線的第二電極（連接陽極）。幾個(gè)結(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要兩個(gè)鍵合線，1至各電極。除了 在不同的LED的輻射波長的明顯變化，有變化的形狀，尺寸和輻射模式。典型的LED半導(dǎo)體芯片的面積約為0.25毫米方，環(huán)氧基體為2至直徑約10毫米。最常見的是，在LED的身體是圓形的，但它們也可以是矩形，正方形或三角形。

雖然光從半導(dǎo)體管芯發(fā)射的色彩是由芯片的材料在它們被組裝的方式組合，并確定LED的某些光學(xué)特性可以通過在芯片封裝的其他變量來控制。射束角可以是窄或?qū)挼模ㄒ妶D5），并且由反射杯的形狀來確定，所述LED芯片的尺寸，從芯片到環(huán)氧殼體或透鏡的頂部的距離，和幾何環(huán)氧鏡頭。環(huán)氧透鏡的色調(diào)并不確定LED的發(fā)光顏色，但通常被用作燈的顏色的一種方便的指示時(shí)，它是不活動(dòng)的。指示燈用于那些需要較高的強(qiáng)度，并在關(guān)斷狀態(tài)無彩色，具有清晰的鏡片，沒有色調(diào)或擴(kuò)散。這種類型的產(chǎn)生最大的光輸出，并且可以被設(shè)計(jì)成具有最窄的光束，或觀看角度。非漫射透鏡通常表現(xiàn)出的加或減10到12度（圖5）的視角。它們的強(qiáng)度允許它們被用于背光照明應(yīng)用，如顯示面板的電子設(shè)備上的照明。

用于創(chuàng)建擴(kuò)散的LED透鏡，分玻璃顆粒包埋在環(huán)氧樹脂包封。通過包含該玻璃所造成的擴(kuò)散價(jià)差光由二極管發(fā)射的，在中心軸的任一側(cè)上產(chǎn)生的大約35度的視角。此透鏡樣式通常采用在將LED被直接觀察時(shí)，如對設(shè)備的面板顯示燈的應(yīng)用程序。

材料的系統(tǒng)和在LED結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)的選擇是由兩個(gè)主要目標(biāo)最大化的光產(chǎn)生的芯片材料，并將所產(chǎn)生的光的高效提取引導(dǎo)。在正向偏壓的pn結(jié)，空穴穿過結(jié)的p區(qū)注入到n區(qū)，并且電子從n區(qū)注入到p區(qū)。該材料中的平衡電荷載流子分布由該注射的過程，這被稱為少數(shù)載流子注入改變。少數(shù)載流子與多數(shù)載流子發(fā)生重組以重新建立熱平衡，并持續(xù)電流流動(dòng)保持了少數(shù)載流子注入。當(dāng)重組率等于噴射率，穩(wěn)態(tài)載流子分布被建立。少數(shù)載流子的重組可發(fā)生在一個(gè)輻射的方式，與光子的發(fā)射，但對此進(jìn)行適當(dāng)?shù)臈l件下，必須建立為能量和動(dòng)量守恒。滿足這些條件不是瞬時(shí)過程，并且注入的少數(shù)載流子的輻射復(fù)合之前的時(shí)間延遲的結(jié)果才能進(jìn)行。這一延遲，少數(shù)載流子壽命，是必須在LED材料的設(shè)計(jì)被認(rèn)為是主要的變量之一。

雖然輻射復(fù)合過程是可取的LED的設(shè)計(jì)，這不是唯一的重組機(jī)制，該機(jī)制能夠在半導(dǎo)體。半導(dǎo)體材料不能在沒有一些雜質(zhì)產(chǎn)生，位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)，以及其他結(jié)晶缺陷，而這些都可以阱注入的少數(shù)載流子。這種類型的重新組合可以或可以不產(chǎn)生光的光子。再結(jié)合不產(chǎn)生輻射是由運(yùn)營商合適位點(diǎn)的擴(kuò)散速度減慢，并且其特征在于一個(gè)非輻射過程的壽命，其可相對于輻射過程的壽命。

在LED設(shè)計(jì)目標(biāo)顯而易見，鑒于上述的因素，是最大化的電荷載流子相對于所述非輻射的輻射復(fù)合。這兩個(gè)過程的相對效率確定注入的電荷載體，結(jié)合對輻射相比，噴射出的總數(shù)量，這可以解釋成這樣的材料系統(tǒng)的內(nèi)部量子效率的分?jǐn)?shù)。的材料用于LED制造的選擇依賴于半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)的理解和通過該能量水平，可以選擇或操縱，以產(chǎn)生良好的量子效率的值的裝置。有趣的是，第III-V族化合物的某些基團(tuán)具有近100％的內(nèi)部量子效率，而在半導(dǎo)體使用的其他化合物可具有內(nèi)部量子效率低達(dá)1％。

該輻射壽命為特定的半導(dǎo)體很大程度上決定之前，無輻射是否會發(fā)生輻射再結(jié)合。大多數(shù)半導(dǎo)體具有類似的簡單的價(jià)帶結(jié)構(gòu)與位于圍繞特定晶體學(xué)方向上的能量峰，但與在導(dǎo)帶中的結(jié)構(gòu)更加變異。在導(dǎo)帶中存在能量的山谷，和電子占據(jù)的最低能量的波谷被定位成更容易參與重組與在價(jià)帶中的少數(shù)載流子。半導(dǎo)體可以被分類為直接或間接依賴于導(dǎo)帶能量的山谷的相對定位，并在能量/動(dòng)量空間中的價(jià)帶的能量頂點(diǎn)。直接半導(dǎo)體具有空穴和電子的位置直接相鄰的相同動(dòng)量的坐標(biāo)，從而使電子和空穴復(fù)合相對容易，同時(shí)保持動(dòng)量守恒。在間接半導(dǎo)體，導(dǎo)帶能量的山谷和孔，允許動(dòng)量守恒之間的匹配是不理想，大部分的躍遷被禁止，并且將得到的輻射壽命長。

硅和鍺是間接的半導(dǎo)體，其中注入的載流子的輻射復(fù)合是極不可能的例子。的輻射壽命這樣的材料會發(fā)生在秒的范圍內(nèi)，并且?guī)缀跛械淖⑷胼d流子結(jié)合非輻射通過在晶體中的缺陷。直接半導(dǎo)體，諸如氮化鎵或鎵砷化物，具有短的輻射壽命（大約1到100毫微秒），并且材料可具有足夠低的缺陷密度來制造該輻射過程是可能象非輻射性。對于重組事件發(fā)生在間接帶隙材料中，電子必須有一個(gè)孔在一個(gè)顯著降低重組概率相結(jié)合，造成了能帶 - 能帶間躍遷的發(fā)生之前改變其動(dòng)量。由這兩種類型的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的發(fā)光二極管顯示出的量子效率明顯地反映了這一事實(shí)。氮化鎵LED的量子效率高達(dá)12％，而典型的碳化硅LED的0.02％左右。圖6給出的能帶圖的直接帶隙GaN和間接帶隙的SiC示出了兩種類型的材料的能帶 - 能帶的能量躍遷的性質(zhì)。

光的載流子跨越pn結(jié)注入的放射性復(fù)合發(fā)射的波長（和顏色）是由重組的電子-空穴對的價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能量差來確定。載流子的近似能量對應(yīng)于價(jià)帶的上端的能級和導(dǎo)帶的能量最低時(shí)，由于電子和空穴的傾向，平衡在這些水平。因此，波長（λ發(fā)射的光子的）近似由下式：

其中?代表普朗克常數(shù)，?是光的速度，而E（血糖）是帶隙能量。以改變發(fā)射的輻射的波長，用于制造LED的半導(dǎo)體材料的帶隙必須改變。砷化鎵是一種常見的二極管材料，并且可以被用作表示在一個(gè)半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)可以被改變以改變該裝置的發(fā)光波長的方式的一個(gè)例子。砷化鎵具有大約1.4電子伏特的帶隙，且發(fā)出的紅外線，在900納米的波長。為了增加發(fā)射的頻率轉(zhuǎn)換成可見光的紅色區(qū)域（約650納米），帶隙必須增加到約1.9電子伏特。這可通過將砷化鎵與具有大的帶隙相容的材料來實(shí)現(xiàn)。磷化鎵，具有2.3電子伏特的帶隙，是此混合物的最可能的候選者。與化合物制備的LED 的GaAsP（鎵砷磷）可定制以產(chǎn)生任何值的帶隙1.4和2.3電子伏特之間，通過調(diào)整砷與磷的含量。

如先前所討論的，光產(chǎn)生的二極管的半導(dǎo)體材料的最大化是在LED的制造中主要設(shè)計(jì)目標(biāo)。另一個(gè)要求是從芯片的光的有效提取。由于全內(nèi)反射，光的僅僅是在半導(dǎo)體芯片內(nèi)各向同性地產(chǎn)生一小部分可以逃逸到外部。根據(jù)斯涅耳定律，光可以從更高的折射率的介質(zhì)行進(jìn)到較低折射率的介質(zhì)中，只有當(dāng)它相交的兩種介質(zhì)之間的界面上以一定的角度小于臨界角為兩種介質(zhì)。在通過LED（取決于具體的芯片和pn結(jié)的幾何形狀）的上表面具有一個(gè)典型的發(fā)光半導(dǎo)體立方體形狀，僅約1至所產(chǎn)生的光逃逸的2％，余量由所述半導(dǎo)體材料中的吸收。

圖7示出了光從折射率的層狀半導(dǎo)體芯片的逃逸N（S）為環(huán)氧低指數(shù)（N（五））。由逃逸錐對著的角度是由臨界角，定義θ（三），對兩種材料。光線出現(xiàn)的來自LED的角度小于θ（三）逃逸到環(huán)氧樹脂具有最小反射損耗（虛線射線線），而這些光線傳播的角度大于θ（三）經(jīng)歷全內(nèi)反射邊界處，并做不直接逃芯片。因?yàn)榄h(huán)氧圓頂?shù)那?，最光線離開半導(dǎo)體材料滿足環(huán)氧/空氣界面處幾乎成直角，并從同一點(diǎn)反射損失殼體出現(xiàn)。

光從LED芯片到周圍環(huán)境發(fā)出的光的比例依賴于表面，通過它光可被發(fā)射的，以及如何有效地發(fā)生這種情況，在每個(gè)表面的數(shù)量。幾乎所有的LED的結(jié)構(gòu)依賴于某種形式，其中外延生長工藝被用來沉積在彼此頂部幾個(gè)晶格匹配的材料來定制芯片的特性層狀排列的。各種各樣的結(jié)構(gòu)的情況下，與需要不同的層體系結(jié)構(gòu)以便優(yōu)化性能特性的每種材料系統(tǒng)。

大多數(shù)的LED的結(jié)構(gòu)安排依賴于二次生長步驟以沉積單晶層上的單晶塊狀生長的基片材料的頂部上。這種多層化的方法使設(shè)計(jì)人員能夠滿足看似矛盾或不一致的要求。所有的結(jié)構(gòu)類型中的一個(gè)共同特征是，該pn結(jié)，在光發(fā)射時(shí)，它幾乎不會位于上述大量生長襯底的晶體中。其中一個(gè)原因是，本體 - 生長材料通常具有高的缺陷密度，從而降低了光的產(chǎn)生效率。此外，最常見的批量生長的材料，包括砷化鎵，磷化鎵，和磷化銦，不具有相應(yīng)的帶隙為所期望的發(fā)射波長。在許多LED應(yīng)用的另一要求是，可以通過適當(dāng)?shù)牡孜锏倪x擇必須滿足，即使在在pn結(jié)區(qū)所要求的低的摻雜將不能提供足夠的導(dǎo)通情況下的低串聯(lián)電阻。

外延晶體生長的技術(shù)涉及一種材料上的另一個(gè)，這是密切在原子晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)相匹配，以減少在分層材料中的缺陷的沉積。許多技術(shù)都在使用中產(chǎn)生的外延層。這些包括液相外延（LPE），氣相外延（VPE），金屬-有機(jī)外延化學(xué)氣相沉積（MOCVD）和分子束外延（MBE）。每個(gè)生長技術(shù)，在特定材料系統(tǒng)或生產(chǎn)環(huán)境中的優(yōu)點(diǎn)，而這些因素在文獻(xiàn)中有廣泛的討論。

在LED的制造中使用的各種外延結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)這里不再給出，但在許多出版物中進(jìn)行了討論。然而，一般來說，這種結(jié)構(gòu)是最常見類別的生長和擴(kuò)散的同質(zhì)結(jié)和單禁閉或雙限制異質(zhì)結(jié)。不同層安排的應(yīng)用程序背后的戰(zhàn)略是多不勝數(shù)。這些包括的結(jié)構(gòu)P和?區(qū)域和反射層，以提高系統(tǒng)的內(nèi)部量子效率，分級的組合物緩沖層，以克服層之間的晶格失配，局部變化的能帶間隙來實(shí)現(xiàn)載流子限制，并且載流子注入的橫向約束控制光發(fā)射區(qū)或準(zhǔn)直的排放。

即使它通常不包含pn結(jié)區(qū)域，在LED基板材料成為功能的一個(gè)組成部分，并且被選擇為適合于所需的外延層的沉積，以及用于它的透光性和其它性能。如前所述，所產(chǎn)生的光的一部分，實(shí)際上是從一個(gè)LED芯片發(fā)射的表面，有效地發(fā)射的光的數(shù)量的函數(shù)。大多數(shù)LED芯片被歸類為吸收襯底（AS）的設(shè)備，其中，所述基片材料具有窄的帶隙和吸收具有能量大于帶隙的所有排放。因此，光行進(jìn)朝向側(cè)面或向下被吸收，并且這樣的芯片只能通過其頂表面發(fā)射光。

所述透明襯底（TS）芯片的設(shè)計(jì)通過將基片是透明的，發(fā)射光的波長，以增加光提取。在一些系統(tǒng)中，在上部外延層的透明度將允許一定角度范圍內(nèi)的光發(fā)射向側(cè)面，要被提取為好?；旌显O(shè)計(jì)，具有襯底屬性的AS和TS設(shè)備之間的中間體，也被利用，并且顯著增加提取效率可以通過就業(yè)從LED芯片到空氣中的折射率梯度變化來實(shí)現(xiàn)。有留在LED結(jié)構(gòu)，以減少排放和難以克服，如前面和芯片上的背面接觸，晶體缺陷眾多其他的吸收機(jī)制。然而，芯片上制成透明的，而不是吸收，底物可表現(xiàn)出在提取效率的近-五倍改善。

的多顏色LED的發(fā)展

第一個(gè)商業(yè)化的發(fā)光二極管，在20世紀(jì)60年代開發(fā)的，所用的主成分鎵，砷，磷，產(chǎn)生紅光（655納米的波長）。一個(gè)附加的紅色發(fā)光材料，磷化鎵，后來被用于生產(chǎn)二極管發(fā)射700納米的光。后者版本已經(jīng)看到有限的應(yīng)用，盡管效率高，由于從人眼在該光譜區(qū)域的相對不敏感性而產(chǎn)生的低表觀亮度。在整個(gè)20世紀(jì)70年代，技術(shù)的發(fā)展使附加二極管的顏色被引入，并且生產(chǎn)的改進(jìn)提高了設(shè)備的質(zhì)量控制和可靠性。

變化的元素比例，摻雜，并且基底材料造成的鎵-砷化物-磷（發(fā)展的GaAsP）二極管產(chǎn)生的橙色和黃色發(fā)射，以及更高的效率紅色發(fā)光體?；诰G色二極管的GaP還開發(fā)芯片。采用鎵鋁砷（的引進(jìn)和完善的GaAlAs），在20世紀(jì)80年代，導(dǎo)致了對發(fā)光二極管的應(yīng)用數(shù)量快速增長，主要是因?yàn)閿?shù)量級的提高亮度相比，以前的設(shè)備。這個(gè)增益中性能通過在芯片制造中使用的多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，雖然這些砷化鎵鋁二極管被限定于紅色（660納米）的發(fā)光，又開始在室外的標(biāo)志可，條形碼掃描儀，醫(yī)療器械和光纖數(shù)據(jù)傳輸。

一個(gè)主要的發(fā)展發(fā)生在上世紀(jì)80年代末，當(dāng)LED設(shè)計(jì)師的迅速發(fā)展激光二極管產(chǎn)業(yè)借來的技術(shù)，導(dǎo)致高亮度可見光二極管基于銦鎵鋁磷（對生產(chǎn)的AlGaInP）系統(tǒng)。這種材料可以改變由調(diào)節(jié)的帶隙的發(fā)光顏色。因此，在相同的生產(chǎn)技術(shù)可用于產(chǎn)生紅，橙，黃，綠的LED。表1列出了一些常用的LED芯片的材料（外延層，并且在一些情況下，該基片）和它們的發(fā)射波長（或者相應(yīng)的顏色溫度為白光LED燈）。

最近，基于氮化鎵和碳化硅的材料的藍(lán)色LED已經(jīng)被開發(fā)出來。生產(chǎn)光在該較短波長的，在可見光譜的更有力的區(qū)域中，長期以來一直難以實(shí)現(xiàn)對LED的設(shè)計(jì)。高光子能量通常會增加半導(dǎo)體器件的故障率，并且人眼對藍(lán)光的靈敏度低增加了亮度為一個(gè)有用的藍(lán)色二極管。一項(xiàng)所述的藍(lán)色發(fā)光二極管的最重要的方面是，它完成了紅，綠，藍(lán)（RGB）原色家庭提供生產(chǎn)固態(tài)白光，通過對這些部件的顏色混合的附加 機(jī)制。

固態(tài)研究者已經(jīng)尋求開發(fā)由于第一發(fā)光二極管的發(fā)展產(chǎn)生了明亮的藍(lán)色光源。雖然利用碳化硅的LED可產(chǎn)生藍(lán)光，它們具有非常低的發(fā)光效率，并且不能夠產(chǎn)生所必需的實(shí)際應(yīng)用中的亮度。在III族氮化物基半導(dǎo)體的最新發(fā)展已經(jīng)導(dǎo)致在二極管技術(shù)的一次革命。特別是，鎵銦氮化物（的GaInN）系統(tǒng)已成為用于生產(chǎn)藍(lán)色LED的主要候選人，并且也是在顯影的白色LED市場的主要材料。起源于1990與實(shí)現(xiàn)對摻雜GaN中的材料的GaInN系統(tǒng)，以后接著的的GaInN / GaN的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)用于LED制造的利用率，然后通過高亮度的藍(lán)色和綠色的GaInN的LED中的商業(yè)可用性20世紀(jì)90年代末。

白光LED燈

鎵銦氮化物半導(dǎo)體材料系統(tǒng)的作用延伸到白光二極管的發(fā)展。加入明亮的藍(lán)色發(fā)光LED與早期開發(fā)的紅色和綠色的裝置使得有可能使用三個(gè)LED，調(diào)諧到適當(dāng)?shù)妮敵鲭娖?，以產(chǎn)生在可見光光譜中，包括白色的任何顏色。其他可能的方法來產(chǎn)生白光，使用一臺設(shè)備，是基于熒光或染料波長轉(zhuǎn)換器或半導(dǎo)體波長轉(zhuǎn)換器。白色LED的概念是用于普通照明特別有吸引力的，原因是固態(tài)器件的可靠性，以及用于遞送非常高的發(fā)光效率比傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈的來源的可能性。

而傳統(tǒng)光源表現(xiàn)出每瓦15至100流明的平均產(chǎn)量，白光LED的效率，預(yù)計(jì)通過持續(xù)的發(fā)展，以達(dá)到每瓦超過300流明。圖8示出了發(fā)光效率值的數(shù)目的LED類型和傳統(tǒng)的光源，并包括CIE為可見光波長范圍（委員會國際歌DE L'Eclairage）發(fā)光度曲線。這條曲線代表了人眼響應(yīng)的100％效率的發(fā)射極。一些當(dāng)前的LED材料系統(tǒng)的顯示出更高的發(fā)光性能比大多數(shù)的傳統(tǒng)光源，很快發(fā)光二極管預(yù)計(jì)是最高效的發(fā)射器可用。

白色LED是肯定適于顯示和標(biāo)牌應(yīng)用，但為了對普通照明有用（如希望的），而對于應(yīng)用要求的準(zhǔn)確和美觀的顯色性（包括照明光學(xué)顯微鏡），以何種方式“白色”光實(shí)現(xiàn)必須認(rèn)真考慮的。人眼感知光線作為是白色的，如果三種photosensory視錐細(xì)胞位于視網(wǎng)膜，特別是比刺激。三錐類型表現(xiàn)出的響應(yīng)曲線，在靈敏度為代表的紅色，綠色和藍(lán)色，以及響應(yīng)信號的組合產(chǎn)生不同的色彩感覺在大腦中的波長峰。多種不同顏色的混合物能夠產(chǎn)生類似的感知顏色的，特別是在白顯示的情況下，其可以通過兩種或更多種顏色的許多組合來實(shí)現(xiàn)。

甲色度圖是表示從混合顏色所得到的結(jié)果的圖形手段。單色的顏色出現(xiàn)在該圖的邊緣，以及一系列代表白色的位于圖中的中心區(qū)域的混合物的（參見圖9）?？梢酝ㄟ^不同的機(jī)制來產(chǎn)生被感知為白色光。一種方法是在適當(dāng)?shù)墓β时裙獾膬蓚€(gè)互補(bǔ)色組合。產(chǎn)生在視網(wǎng)膜上的三色激勵(lì)響應(yīng)（引起的白色的知覺）之比改變?yōu)椴煌念伾M合。一個(gè)選擇互補(bǔ)波長列于表2中，隨著功率比為每個(gè)產(chǎn)生指定為標(biāo)準(zhǔn)光源的色度 坐標(biāo)對D（65）由國際委員會照明委員會（CIE，委員會國際歌DE L'Eclairage） 。

產(chǎn)生白色光的另一種手段是通過組合三種顏色的發(fā)光，將產(chǎn)生的白色光的感知當(dāng)它們被組合以適當(dāng)?shù)墓β时?。白色光，也可以通過從發(fā)射在可見光譜的一個(gè)大的區(qū)域的物質(zhì)的寬帶發(fā)射產(chǎn)生的。這種類型的發(fā)射的接近太陽光，并且被認(rèn)為是白色的。此外，寬帶發(fā)射可以與發(fā)射在離散頻譜線，以產(chǎn)生感知的白色，其可具有從這些白色光通過其他技術(shù)產(chǎn)生不同的特定期望的顏色特性進(jìn)行組合。

的紅色，綠色和藍(lán)色二極管芯片的組合成一個(gè)離散的包，或者在一個(gè)燈組件殼體二極管的集群，使得白光或任何的256色的產(chǎn)生通過利用電路，獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)所述三個(gè)二極管。在需要的顏色從單點(diǎn)源的全光譜應(yīng)用中，這種類型的RGB二極管格式是優(yōu)選的技術(shù)。

最白光二極管使用的半導(dǎo)體芯片的發(fā)光在短波長（藍(lán)色，紫色或紫外）及波長轉(zhuǎn)換元件，其吸收的光從所述二極管和經(jīng)受在更長的波長的二次發(fā)射。這樣的二極管，因此，發(fā)射的兩個(gè)或更多個(gè)波長的光，即在組合時(shí)，顯示為白色。將合并的發(fā)射的質(zhì)量和光譜特性隨不同的設(shè)計(jì)變型是可能的。最常見的波長轉(zhuǎn)換元件的材料被稱為熒光體，其表現(xiàn)出的發(fā)光時(shí)，它們吸收能量從另一個(gè)輻射源。在通常使用的熒光體是由含有光學(xué)活性的摻雜劑的無機(jī)主物質(zhì)。釔鋁石榴石（YAG）是一種常見的基質(zhì)材料，并且對二極管的應(yīng)用中，通常摻雜有稀土元素或稀土類化合物中的一個(gè)。鈰是在設(shè)計(jì)用于白色發(fā)光二極管的YAG熒光體的共同摻雜元素。

第一市售的白色LED（制造并且由Nichia公司分布）是基于一個(gè)藍(lán)色發(fā)光鎵銦氮化物（上的GaInN由黃色熒光體包圍的部分）的半導(dǎo)體器件。圖1示出該裝置的剖面結(jié)構(gòu)。磷光體的Ce摻雜的YAG，生產(chǎn)的粉末形式，并懸浮于用于封裝管芯的環(huán)氧樹脂。磷光體-環(huán)氧混合物填充支撐在引線框架上的芯片的反射杯，和從芯片的藍(lán)色發(fā)光的一部分被熒光體吸收并重新發(fā)射的較長波長的磷光。下的藍(lán)色光照的黃色光激發(fā)的組合是理想的要求，只有一個(gè)轉(zhuǎn)換器的種類。互補(bǔ)的藍(lán)色和黃色波長通過添加劑組合混合，以產(chǎn)生所需的白色光。該LED（圖10）中所得到的發(fā)光光譜表示熒光體發(fā)射的組合，與藍(lán)色的發(fā)光穿過所述熒光粉涂層未被吸收。

兩個(gè)發(fā)光帶的相對貢獻(xiàn)可以被修改，以優(yōu)化LED的發(fā)光效率，和總的發(fā)射的顏色特征。這些調(diào)整可以通過改變含熒光劑的環(huán)氧包圍著模具的厚度，或通過改變熒光體懸浮在環(huán)氧樹脂的濃度來實(shí)現(xiàn)。從所述二極管的帶藍(lán)色的白色發(fā)光被合成時(shí)，在效果上由加色混合，它的色度 特性是由在CIE色度圖上的中心位置，（0.25，0.25）所表示的（圖9; 帶藍(lán)色的白光LED）。

白光二極管，可以通過其他機(jī)制產(chǎn)生的排放，采用廣譜熒光粉是由紫外線輻射光激發(fā)。在這種器件中，紫外線發(fā)光二極管被用來傳輸能量給熒光體，并在整個(gè)可見光發(fā)射被熒光體生成的。發(fā)射在一個(gè)寬范圍的波長，產(chǎn)生白色光的熒光體，是容易得到如熒光燈和陰極射線管制造中使用的材料。雖然熒光管從氣體放電過程中獲得的紫外發(fā)光，熒光體發(fā)射階段產(chǎn)生白色光的輸出是相同的在紫外泵浦白色二極管。磷光體已公知的顏色特性和這種類型的二極管具有它們可以被設(shè)計(jì)用于需要臨界顯色性的應(yīng)用程序的優(yōu)點(diǎn)。紫外線泵浦二極管的顯著缺點(diǎn)，然而，相對于白色二極管采用藍(lán)色光的熒光激發(fā)是其較低的發(fā)光效率。這是由于相對高的能量損失下轉(zhuǎn)換紫外光為更長的可見光波長。

染料是另一種合適類型的波長轉(zhuǎn)換器，用于白光二極管的應(yīng)用，并且可以摻入環(huán)氧樹脂密封劑或在透明的聚合物?？缮藤彽娜玖贤ǔＪ怯袡C(jī)的化合物，其通過考慮它們的吸收光譜和發(fā)射光譜的被選擇的特定的LED設(shè)計(jì)。由二極管產(chǎn)生的光必須在轉(zhuǎn)換的染料，其進(jìn)而發(fā)射的光在所希望的較長波長的吸收特性相匹配。染料的量子效率可以接近100％，如在磷光體轉(zhuǎn)換，但它們具有比熒光體較差的長期運(yùn)行的穩(wěn)定性的缺點(diǎn)。這是一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，因?yàn)樵撊玖系姆肿硬环€(wěn)定致使他們后吸收躍遷的有限數(shù)量的失去光學(xué)活性，并且在發(fā)光二極管的顏色所產(chǎn)生的變化會限制它的壽命。

奧林巴斯顯微鏡基于半導(dǎo)體波長轉(zhuǎn)換器的白光LED已經(jīng)證明，原則上在對磷光體轉(zhuǎn)換的類型相似，但其中使用發(fā)射不同波長的響應(yīng)于來自所述主源晶片發(fā)射的第二半導(dǎo)體材料。這些裝置已被稱為光子循環(huán)半導(dǎo)體（或PRS-LED的），并包含藍(lán)色發(fā)光LED管芯鍵合到該響應(yīng)的藍(lán)色光通過發(fā)射光具有互補(bǔ)波長的另一個(gè)模。兩個(gè)波長然后結(jié)合以產(chǎn)生白光。一種可能的結(jié)構(gòu)，這種類型的設(shè)備利用的GaInN二極管耦合到的AlGaInP光學(xué)受激有源區(qū)的電流注入有源區(qū)。的藍(lán)色光由主光源發(fā)出的一部分由次級有源區(qū)域吸收，而“回收”作為低能量的再發(fā)射的光子。一個(gè)光子循環(huán)半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)被示意性地在圖11中示出為了使合并的發(fā)射，以產(chǎn)生白光，這兩個(gè)源的強(qiáng)度比必須具有可以被計(jì)算為特定的二色分量的特定值。材料的選擇和該結(jié)構(gòu)中的各個(gè)層的厚度可以改變，以改變所述設(shè)備的輸出的顏色。

因?yàn)榘咨饪赏ㄟ^幾種不同的機(jī)制來創(chuàng)建，利用白色LED在一個(gè)特定的應(yīng)用程序需要考慮用于產(chǎn)生光的方法的適合性。雖然光的感知顏色通過各種技術(shù)發(fā)射的可能是類似的，其上的顯色性，或光的過濾的結(jié)果的效果，例如，可以是完全不同的。通過寬帶發(fā)射產(chǎn)生白色光，通過兩種互補(bǔ)色的兩色源的混合，或由三種顏色的三色源混合，可以位于不同的坐標(biāo)的色度圖上，并具有不同的色溫相對于被指定為光源由CIE標(biāo)準(zhǔn)。然而認(rèn)識到，即使不同的發(fā)光體具有相同的色度坐標(biāo)，它們可能仍然有顯著不同的顯色性（表3），由于變型中的每個(gè)源的輸出譜的細(xì)節(jié)是很重要的。

兩個(gè)因素，前面提到的，是最重要的評價(jià)由LED產(chǎn)生白光：發(fā)光效率和顯色能力。的屬性被稱為顯色指數(shù)（CRI）被用在測光比較的光源，并且被定義為相對于該標(biāo)準(zhǔn)的參考光源的光源的顯色能力?？梢宰C明，存在發(fā)光效率和光發(fā)射器件的顯色能力之間存在著根本的權(quán)衡，如表3所示的值，對于一個(gè)應(yīng)用程序，例如標(biāo)牌，其利用單色光的塊，其發(fā)光效率是最重要的，而現(xiàn)色性指數(shù)是無關(guān)緊要的。對于一般照明，這兩個(gè)因素必須進(jìn)行優(yōu)化。

從一個(gè)裝置發(fā)出的照明的光譜性質(zhì)在其顯色能力產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。雖然盡可能高的發(fā)光效率可以通過混合兩種單色補(bǔ)色而獲得，這樣的二色性的光源具有低的顯色指數(shù)。在實(shí)際意義上，這是合乎邏輯的，如果一個(gè)紅色的物體被照亮與二極管發(fā)光通過組合只有藍(lán)色和黃色的光產(chǎn)生白光，則紅色物體的外觀也不會很悅目。同樣的二極管將是非常適合背光透明或白色的面板，但是。有廣譜白色光源模擬陽光中的可見光光譜具有最高的顯色指數(shù)，但不具有二色性發(fā)射器的發(fā)光效率。

基于熒光體的發(fā)光二極管，其中任一組合的藍(lán)色發(fā)光波長具有較長波長的磷光色彩，或者僅由熒光體發(fā)射（如紫外泵浦LED）的制造的光，可以被設(shè)計(jì)為具有顯色能力，是相當(dāng)高的。它們具有彩色字符，該字符在許多方面類似于熒光燈管。在的GaInN LED的使用藍(lán)色發(fā)光的半導(dǎo)體激發(fā)熒光粉，并在結(jié)合了不同數(shù)量的熒光粉，芯片周圍的冷白，淡白色，而白熾燈的白色版本。清涼的白色是最亮的，利用最少的熒光粉，并產(chǎn)生光最藍(lán)的顏色。白熾白色版圍繞藍(lán)色發(fā)光芯片的最熒光粉，具有最暗輸出和yellowest（最暖的）顏色。淡白色的有亮度和色調(diào)特性的另外兩個(gè)版本之間。

白光LED的期待已久的可用性產(chǎn)生了在運(yùn)用這些設(shè)備一般照明的要求極大的興趣。作為照明設(shè)計(jì)師熟悉新設(shè)備的特點(diǎn)，一些誤解會被驅(qū)散。其中之一是，從白色LED的光能夠被用于照亮任何顏色的透鏡或過濾器，并且保持顏色的精確度和飽和度。在一些白光LED的版本，沒有紅色存在于白色輸出部件，或者有在光譜的其他的不連續(xù)性。這些LED不能被用作一般的來源提供背光多色顯示板或彩色鏡片，雖然它們的功能以及后面透明或白色面板。如果藍(lán)色為主的GaInN白光LED采用后面的紅色鏡片，發(fā)射的光將是粉紅色的顏色。同樣，當(dāng)用相同的LED點(diǎn)亮為橙色透鏡或過濾器將顯示為黃色。雖然在應(yīng)用LED的潛在利益是巨大的，是必要的，以取代較熟悉的傳統(tǒng)能源將這些設(shè)備整合到照明方案考慮其獨(dú)特的特點(diǎn)。