[淺談LED產生有色光的方法 / LED分光分色要點]

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。
亮度衰減週期與LED生產的材料製程有很大關係，一般在經濟條件許可的情況下應選用亮度衰減較緩慢的四元素LED。配色、白平衡：白色是紅綠藍三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10％時，混色後人眼感覺到的是純白色。但LED紅綠藍三色的色品座標因製程過程等原因無法達到全色譜的效果，而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，稱為配色。當為全彩色LED螢幕進行配色前，為了達到最佳亮度和最低的成本，應儘量選擇三原色發光強度成大致為3:6:1比例的LED器件組成圖素。
白平衡要求三種原色在相同的調灰值下合成的仍舊為純正的白色。原色、基色：原色指能合成各種顏色的基本顏色。色光中的原色為紅、綠、藍，下圖為光譜表，表中的三個頂點為理想的原色波長。如果原色有偏差，則可合成顏色的區域會減小，光譜表中的三角形會縮小，從視覺角度來看，色彩不僅會有偏差，豐富程度減少。
LED發出的紅、綠、藍光線根據其不同波長特性和大致分為紫紅、純紅、橙紅、橙、橙黃、黃、黃綠、純綠、翠綠、藍綠、純藍、藍紫等，橙紅、黃綠、藍紫色較純紅、純綠、純藍價格上便宜很多。三個原色中綠色最為重要，因為綠色佔據了白色中69％的亮度，且處於色彩橫向排列表的中心。因此在權衡顏色的純度和價格兩者之間的三基色組成方式，在三基色設計應用中通常是，通過調節設定LED電流來達到白平衡和最大的期望亮度值。
我們一般將最簡單、最優化的配色方式作為，設計全彩顯示技術的顏色再現方法。白平衡是檢驗顏色組成的重要標誌之一。三基色白光一般是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10%時，混色後人眼感覺到的是純白色。早前的CRT電視機到現在的LCD液晶顯示都是這樣組成的
近年來，LED應用產品尤其是半導體照明產品對大功率LED需求越來越旺，同時對LED的品質要求也越來越高，其主要表現在以下幾個方面：
1.正向電壓測試：正向電壓的範圍需在電路設計的許可範圍內，很多客戶設計驅動發光管點亮都以電壓方式電量，正向電壓大小直接會影響到電路整體參數的改變，從而會給產品品質帶來隱患。另外，對於一些電路功耗有要求的產品，則希望保證同樣的發光效率下正向電壓越低越好。

2. 光通量分檔：光通量值是LED用戶很關心的一個指標，LED應用客戶必須要知道自己所使用的LED光通量在哪個範圍，這樣才能保證自己產品亮度的均勻性和一致性。

3. 反向漏電流測試：反向漏電流在載入一定的電壓下要低於要求的值，生產過程中由於靜電、晶片品質等因素引起LED反向漏電流過高，這會給LED應用產品埋下極大的隱患，在使用一段時間後很容易造成LED死燈。

4.主波長分檔：對於單色光LED來說，主波長是衡量其色參數的重要指標，主波長直接反映人眼對LED的光的視覺感受。

5. 顯色指數分檔：顯色指數直接關係到光照射到物體上物體的變色程度，對於LED照明產品這個參數就顯得非常重要。

6.相對色溫分檔：對於白光LED色溫是表徵其顏色行業中用得比較多的一個參數，此參數可直接呈現出LED色調是偏暖還是偏冷還是正白。

7. 色品座標x,y分檔：對於白光或者單色光都可以用色品參數來表達LED在哪個色區域，一般都要求四點x,y確定一個色品區域。必須通過一定測試手段保證LED究竟是否落在所要求的四點x,y色品區域內。

針對以上要點，我們可以採用兩種方案進行有效的分光分色，一種是從測電壓到漏電流到光通量到光譜多道工序大量人工配合進行品質把控和分檔。一種是通過專業的大功率LED分光分色機進行自動分檔，效率高，速度快，可以做到對每一顆LED分光分色。