白光LED的原理

藍光發光二極體（LED）
發光二極體本身是單色光源，而自然界的白光（陽光）的光譜則是包含各種顏色，所以LED不可能完全達到如自然光的效果。白光發光二極體是透過發出三源色的單色光（藍、綠、紅）或以螢光劑把發光二極體發出的單色光轉化，使整體光譜含為含有三源色的光譜，刺激人眼感光細胞，使人有看見白光的感覺。

結合藍光發光二極體、紅光發光二極體和綠光發光二極體便可做出白光發光二極體，這樣產生的白光發光二極體有較廣的色域，而且效率較其他方法高，不過成本相當高。近年生產技術的改進下，越來越多產品採用這方法。

現在普及的白光發光二極體都採用單一發光單元發出波長較短的光，如藍或紫外光，再用磷光劑把部份或全部光轉化成一頻譜含有綠、紅光等波長較長的光。這種光波波長轉化作用稱為螢光，原理是短波長的光子（藍、紫、紫外光）被螢光物質（如磷光劑）中的電子吸收後，電子被激發（跳）至較高能量、不穩定的激發狀態，之後電子在返回原位時，一部份能量散失成熱能，一部份以光子形式放出，由於放出的光子能量比之前的小，所以波長較長。由於轉化過程中有部份能量化成熱能，造成能量損耗，因此這類白光發光二極體的效率較低。

發光單元有採用藍光發光二極體的，也有採用紫外光發光二極體的。日亞化學工業開發並從1996年開始生產的白光發光二極體採用藍光發光二極體作發光單元，波長450 nm至470 nm，磷光劑通常是摻雜了鈰的釔-鋁-鎵（Ce3+:YAG，實際上單晶的摻鈰（Ce）的YAG被視為閃爍器多於磷光體。）。發光二極體發出的部份藍光由螢光劑轉換成黃光為主的較寬光譜（光譜中心約為580nm），由於黃光能刺激人眼中的紅光和綠光受體，加上原有剩餘的藍光刺激人眼中的藍光受體，看起來就像白色光，而其所呈現的色澤常被稱作「月光的白色」。若要調校淡黃色光的顏色，可以把摻雜在Ce3+:YAG中的鈰（Ce）換作其他稀釋金屬，例如鋱或釓，甚至可以以取代YAG中的部份或全部鋁的模式做到。而基於其光譜的特性，紅色和綠色的物體在這種發光二極體照射下看起來會不及寬頻譜光源照射時那麼鮮明。另外由於生產工藝的波動，這種發光二極體的成品的色溫並不統一，從暖的黃色到冷的藍色都有，所以在生產過程中會以其出來的特性作出區分。而這種發光二極體的結構是把藍光發光二極體封進混入了磷光劑的環氧樹脂中而造成，但也有較複雜的方法，由Philips Lumileds取得專利的方法便是把磷光劑塗在發光二極體上，值由控制磷光劑的厚度增加效率。

另一種白光發光二極體的發光原理跟螢光燈是一樣的。發光單元是紫外光發光二極體，外面包著兩種磷光劑混合物，一種是發紅光和藍光的銪，另一種磷光劑是發綠光的銅和鋁摻雜了硫化鋅。內裡的紫外光發光二極體發出的紫外光被外層的磷光劑轉換成紅、藍、綠三色光，混合後就成了白光。但由於紫外線會使黏合劑中的環氧樹脂劣化變質，所以生產難度較高，而壽命亦較短。與第一種方法比較，因為斯托克司頻移（Stokes Shift）前者較大，光波在轉化過程中有較多被化成熱能，因此效率較低，但好處是光譜的特性較佳，產生的光比較好看。而由於紫外光的發光二極體功率較高，所以其效率雖比較第一種方法低，但出來的亮度卻相若。

最新一種製造白光發光二極體的方法沒再用上磷光體。新的做法是在硒化鋅基板上生長硒化鋅的磊晶層。通電時其活躍地帶會發出藍光而基板會發黃光，混合起來便是白色光。