LED 波长，指的是发光二极管所发射的光的波长范围。LED 的光波长决定了其发出的光的颜色，涵盖了红光、黄光、绿光、蓝光和紫光 LED，以及红外 LED 和紫外 LED 等特殊波长 LED。下面，我们将全面深入地了解 LED 的波长特性、发光颜色、应用场景以及 LED 波长检测方法等方面的知识。
一、LED 波长范围与 LED 分类概述
LED 的波长是指 LED 发光中心光的波长。不同的波长可产生不同效果的 LED 光波，包括不可见光（红外光和紫外光）以及可见光（如常见的红光 LED、绿光 LED 和蓝光 LED 等）。以下是三个不同 LED 波长范围区间的分类。
- 紫外光（UV）：发光中心波长在 400nm 以下，分为近紫外（380 - 400nm）和深紫外（<300nm）。
- 可见光：发光中心波长在 400 - 780nm 之间，是人眼可以看到的范围。我们日常使用的 LED 照明灯具和 LED 显示屏均为可见光 LED。
- 红外光（IR）：发光中心波长大于 780nm，肉眼不可见。
二、LED 的峰值波长与主波长
事实上，LED 的波长还可详细区分为峰值波长和主波长。在 LED 的实际应用中，我们需根据具体场景选择不同的波长参数。
- 峰值波长（Peak Wavelength，λP）：是指光谱输出值最高的波长，即光谱中辐射功率或发光强度最大的波长。它是一种纯粹的物理量，通常应用于波形比较对称的单色光检测。单位为纳米（nm）。设计 LED 时，峰值波长是重要参考指标，直接关系到 LED 的光学特性。
- 主波长（Dominant Wavelength，λD）：是眼睛能看到的光源发出的主要光的颜色所对应的波长。与峰值波长不同，主波长考虑了人眼的视觉感知，即人眼看到的颜色。在 CIE1931 马蹄形坐标中，从某一点做延长线与马蹄形曲线交点的波长被视为主波长。单位也是纳米（nm）。由于光源发出的光通常由多种波长的光组成，主波长反映了这些光混合后给人的视觉印象。
在实际应用中，如果 LED 用于光学仪器并需要识别特定波长，则应使用峰值波长进行选料；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，则应使用主波长进行选料。
三、LED 发光颜色与波长范围的关系
LED 的波长与发光颜色密切相关。光的颜色主要由其波长决定，不同波长的光对应不同的颜色。
- 红色光：波长范围大约在 610 - 700nm 之间。
- 橙色光：波长范围大约在 590 - 610nm 之间。
- 黄色光：波长范围大约在 575 - 595nm 之间。
- 绿色光：波长范围大约在 495 - 570nm 之间。
- 蓝色光：波长范围大约在 450 - 490nm 之间。
- 紫色光：波长范围大约在 370 - 410nm 之间。
- 紫外光：波长范围小于 380nm。
例如，MNLEDRGB 全彩 LED 灯珠中的红光 LED 芯片波长一般控制在 620nm 到 625nm 之间，绿光 LED 芯片波长在 530nm 到 535nm 之间，蓝光 LED 芯片波长限定在 458nm 到 475nm 之间，从而获得更加精准的红绿蓝三原色，确保优异的混色效果，为 LED 屏提供卓越的色彩还原能力。此外，LED 的发光原理是基于半导体材料的电子跃迁，通过施加电压激发电子从低能级跃迁到高能级，然后返回低能级时释放出光子，这些光子的能量决定了光的波长和颜色。
四、常见可见光 LED 的主要用途
下面详细讲解几种常见的可见光 LED，即红光 LED、绿光 LED、蓝光 LED 和紫光 LED 的主要应用场景。
- 红光 LED：主要应用于信号指示灯、汽车尾灯、红外线通信、激光器、生物医学成像等领域。在信号指示灯中，红光 LED 用于表示停止、警告和故障等状态，高亮度和鲜艳颜色使信号指示更加醒目。在激光器中，红光 LED 可作为光源，用于刻录和显示等应用。此外，还应用于生物医学领域，用于光疗和光动力学治疗等。
- 绿光 LED：主要应用于户外显示屏、照明、草坪灯、交通信号灯等。在户外显示屏中，绿光 LED 能发出鲜艳的绿色光线，使显示效果更清晰和饱满。在照明领域，应用于景观照明和室内照明，其高亮度和节能性能使其成为照明产品的首选。此外，还应用于交通信号灯中，表示通行。
- 蓝光 LED：被广泛应用于室内照明、光通信、医疗设备等。在室内照明中，蓝光 LED 可与荧光粉相结合，发出白光，用于照明和显示器背光等。在光通信中，用于数据传输，具有较高的传输速率与稳定性。此外，还应用于医疗设备中，用于治疗皮肤疾病、牙齿美白等。
- 紫光 LED：一般应用于紫外线杀菌、紫外线检测、荧光光源等。在紫外线杀菌中，可发出紫外线，具有很强的杀菌能力，可应用于水处理、空气净化等。在紫外线检测中，可用于检测荧光物质、矿石和纸币等。此外，还可以作为荧光光源，用于荧光灯和荧光显示器等。
五、红外光和红光 LED 的区别
红外光和红光 LED 的主要区别在于可见性、波长范围、应用领域以及功能。
- 可见性与波长范围：
- 红光是人眼可以看到的，波长范围大约在 600 - 700 纳米（nm）。
- 红外光是人眼看不见的，波长范围通常在 760 纳米到 1 毫米之间，远超出人眼的可见光谱范围。
- 应用领域：
- 红光主要应用于可见光领域，如 LED 指示灯、显示屏、装饰灯等，还包括医疗、美容等领域，因为红光能促进细胞新陈代谢，加速伤口愈合。
- 红外光的应用范围更广，包括通信、探测、军事、医疗等。在医疗领域，利用红外光的热效应进行高温杀菌、设备监控等。此外，还广泛应用于生物医学、化学分析等领域。
- 功能：
- 红光 LED 除了照明和显示功能外，还因能促进细胞新陈代谢而用于美容和医疗领域，帮助伤口愈合和提升免疫功能。
- 红外光由于其不可见性和较强的穿透能力，被用于通信、探测、军事等领域。在医疗领域，用于高温杀菌和设备监控。
总之，红光 LED 主要用于可见光领域的照明和显示，而红外光的应用则扩展到通信、探测、军事等多个领域，且在医疗领域中两者都有应用，但具体作用和应用场景有所不同。
六、LED 的发光波长由什么决定
LED 的发光波长主要由材料的禁带宽度决定，这是由于半导体材料的电子结构特性所决定的。根据公式 λ = 1240/Eg（其中 λ 代表发光波长，Eg 代表禁带宽度），LED 的发光波长与半导体材料的禁带宽度有关。
改变材料的禁带宽度可以通过掺杂的方式实现。市场上的主流 LED 产品，如蓝光主要材料是 GaN，红光产品主要是 ALGaInP 和 GaAs。一般 LED 灯的波长范围在 380 - 780 纳米之间，低于 380 纳米为紫外光，高于 780 纳米为红外光，这些波长的光对人体有害或超出人眼可见范围。
此外，LED 的发光波长还会受到其他因素的影响，包括：
- 混晶的形成：通过形成混晶可以实现发光波长的连续变化。
- 量子限制效应：对于采用量子阱结构的器件，量子限制效应会使发光波长变短。
- 极化电场：对于 InGaAlN 材料体系，由于有很强的极化电场，使发光波长变长。
- 温度：温度升高，发光波长变长。
- 应力状态：发光层承受的应力状态可使发光波长变化，张应力使波长变长，压应力使波长变短。
总的来说，LED 的发光波长不仅由材料的禁带宽度决定，还受到多种因素的影响，包括混晶形成、量子限制效应、温度、应力状态等。
七、如何获得 LED 的波长参数
我们可以通过以下方法获得 LED 的具体波长参数：
- 光谱仪测量法：使用光谱仪测量 LED 的光谱分布，通过分析光谱曲线来确定 LED 的波长。这种方法需要专业设备，适用于实验室环境。
- 万用表检测法：虽然万用表主要用于检测 LED 灯珠的质量，但也可以用来初步判断 LED 的波长。通过观察万用表上的电压读数变化，可以大致估计 LED 的波长范围。
- X 射线检测：X 射线检测技术可以用于检测 LED 灯条的内部结构，虽不直接测量波长，但对于检测 LED 灯条的质量和结构非常有用。
- 积分球法：积分球法是一种测量总光通量的方法，通过将积分球与光度计或光谱辐射计结合，可以间接获取 LED 的光谱信息。