可見光光譜之外的應用
在過去的十年，很多照明設備都使用了LED，因為與傳統的照明設備相比LED具有更多的優勢：
使用壽命更長，降低成本和維護費
單位電能可以都產生更多的光，更高效
通斷操作更快速，並且沒有任何不良影響
尺寸更小，帶來了更多的使用潛能
面對打擊、震動及機械壓力，穩定性更高
LED在我們的生活中隨處可見，無論是加油站的光罩，還是食品和服裝的零售區位。白色的光照亮了我們的世界，並伴隨著紅光、綠光和藍光，給我們了一個嶄新的視角去瞭望生活。
同時，在我們肉眼無法察覺的光譜範圍，LED也帶來了改變，他改變了我們的應用。在可見光七彩色之外，LED實現了巨大的飛躍，他們正在顛覆紫外線和紅外線光譜的應用，這種光是人類的視桿細胞及視為細胞的感知能力所無法企及的。
紫外線：七彩色藍光之外的光
人類肉眼對色彩的感知能力大約在400nm-700nm的波長範圍內。人們從小就知道，彩虹由六個基本色組成：紅、橙、黃、綠、藍、紫。當波長為430nm-495nm的光波攝入到人眼，被看到的是藍色，波長小於430nm的光則顯示為紫色。而當波長在400nm左右時，肉眼已經看不到紫色，不能再分辨它的顏色了。（圖1）
藍色 430nm-495nm
UV-A長波紫外線 360nm-430nm
圖1：藍光和紫光的波長（來源：貿澤電子）
比紫色光波更短的光是紫外線（UV），紫外線大約覆蓋了三個光波區域：
UV-A（長波紫外線）：315nm-400nm
UV-B（中波紫外線）：280nm–315nm
UV-C（短波紫外線）：100nm–280nm
短波紫外線主要應用於殺菌、消毒，這些高頻光波的光子擁有比低頻光譜更高的能量，他們主要用於破除難以處理的生物因子，其應用領域主要包括空氣、水、醫療器械等的清潔工作。但由於半導體材料的帶隙水平，獲取波長短的光波是十分困難的。因此中波和短波紫外線的應用受到了限制，長波紫外線應用更為廣泛。
紫外線燈在工業領域佔據著一席之地得益於長波紫外線的應用，這是因為半導體製造商更擅長生產這種發射長波光線的半導體材料和產品。長波紫外線LED主要應用於三個領域：紫外線治療、噴墨印刷、科學器械。下面我們就一起來探討長波紫外線LED是如何在噴墨列印應用的。
噴墨列印是一種將高質量的數字圖像傳輸到紙張和塑料等各種介質上的方法，噴墨列印所使用的墨水要麼是被烘乾的，要麼是被固化的。傳統的墨水一般是油墨或油墨溶劑。油墨或油墨溶劑的乾燥分別是通過氧化作用和蒸發作用來實現的。這兩個過程都需要施加一定的熱量（紅外加熱），這不僅增加了列印時間，而容易導致收縮和扭曲。為了避免這樣的結果，噴墨製造商研製出了通過長波紫外線來固化油墨的方法，也就是說當紫外線照射粘合劑和顏料的時候發生聚合反應，顏料被固化。這是因為來自長波紫外線的能量使反應物產生了與其他元素結合的自由基，這種自由基將粘合劑跟顏料穩固的連接起來。該方法的優點是，固化油墨不再需要將介質完全暴露在高溫下，所以圖像光滑且均勻。此外，這種方式十分環保，被紫外線固化的油墨百分百保留了油墨原料，不會產生蒸發作用和氧化作用的殘餘物，從而降低了污染、促進了環保。
很多年來，紫外線都是通過紫外線汞燈產生的。得益於寬光譜紫外線波長輸出，這些紫外線汞燈能夠加速噴墨列印進程，同時也使油墨的活性成分最大化。長光波紫外線led燈本來就是單色的，這限制了他們的固化功能。但如上述的LED燈的優勢仍然是存在的。製造廠商仍然持續不斷的改進油墨來配合最新的長波紫外線LED燈。這使得噴墨列印技術更適合於低生產率的設備，而不是高效率和高性能的系統。迄今為止，隨著更高功率的長波紫外線燈的不斷發展，他們將繼續影響著這個行業。
許多LED燈公司都在擴張紫外線LED燈的市場供給，包括Lumileds、Led Engin、Luminus Devices、Everlight Electronics和Wurth Electronics等。例如：Lumileds LUXEON UV U Line LEDs就是一種大功率、高效率的器件（圖2）。它們被設計的非常小，適用於以前的UV LED無法嵌入的地方，並且沒有燈帽，可以被安裝在物體表面，按陣列排列，他們之間只留有0.2毫米的空隙。它們的小尺寸允許精確的光學控制。這些LED可以提供波長為380nm–400nm和400nm–420nm的光波，可以應用於不同的領域，比如固化反應、醫療應用、分析儀器以及紫外線光化反應等。
圖2：Lumileds LUXEON UV U Line LEDs（來源：Lumileds）
針對高功耗紫外線LED，LED Engin研發了波長在385nm-410nm範圍內小尺寸、高亮度UV LED元件，可以應用於油墨和粘合劑的固化、牙科治療、牙齒美白、假冒公文的鑒定、設備消毒以及醫療應用。LZ4系列封裝在7mm*7mm的基底上，LZC封裝在 9mm*9mm的基底上，LZP系列封裝在12mm*12mm的基底上，隨著尺寸的增大，就可以有更多的die放到基底中（圖3）
圖3 LED Engin的LZP00UB00系列的LED發射器
紅外線：七彩色紅光之外的光
七色光具有兩個末端。在藍色以下存在著比藍光波長更短的紫外線，在七色光的另外一端，在紅光之上，存在著另外一個波頻——紅外線。因得益於與生俱來的優勢，紫外線有著豐富的應用，同樣，紅外線的應用也十分廣泛。讓我們一起來看看紅外線LED的應用。
七色光中紅光的邊緣究竟在哪？讓我們以此入手來進行探究。當波長為610nm-740nm的光射入眼睛時顯示的是紅色，但700nm波長以上的光人的肉眼就很難看到了。當提及紅光與紅外線的界線時，會有一些重疊。根據實際情況，我們通常把這一部分定義為700nm-740nm之間的光。
紅光610nm-740nm
近紅外線700nm-1500nm
圖4 紅光與紅外線光波（來源：貿澤電子）
與紫外線擁有三個光波區域不同，紅外線覆蓋了五個光波區域：
近紅外線：700nm-1500nm
短波紅外線：1.5μ–3μ
中波紅外線：3μ–1,000μ
長波紅外線：8μ–8μ
遠紅外線：15μ–1,000μ
每個區域的紅外線都在工業和商業領域有所應用。這裡，我們只討論近紅外線LED，這種燈尤其適合用在一些需要照明而人的肉眼無法看到的場景，而這些場景卻極易以電子的方式感知到。近紅外線LED的作用如此強大，就在於它擁有很多電子感測器，比如硅探測器，而這些電子感測器在近紅外光譜中擁有非常理想的響應曲線。
近紅外LED應用廣泛，比如，近紅外LED在監控上表現得尤為卓越，可以用於督查安全系統、閉路電視和機器視覺。近紅外LED也被用於在高速公路上收費收集標籤和車牌信息。在生物統計學中，近紅外LED燈被用於訪問控制及身份識別。與硅探測器一起，可以用於觸摸屏、手勢識別系統和煙霧探測器。如果你曾經看過熱門電視劇《CSI》，你就會對獲取線索十分熟悉，該過程就利用了光譜學，包括短紅外光譜學。近紅外光譜學還有一個振奮人心的新應用，那就是用來查明我們攝入物質的質量和特性，包括食品和藥物。
同人類通過物體所反射的可見光才能看到物體一樣，近紅外光譜學利用近紅外LED燈作為光源，照亮實驗中的材料，這種材料基於其自身的內在物理特性能夠吸收並反射光。實驗同時設置一個波長選擇性探測器來觀察這些被反射的光，就能夠提供實驗對象的信息。這樣一來，系統和用戶就能通過與已知材料相比較，來確定某一材料的存在與否。
在過去，人們使用的是又大又繁瑣的光譜學機器，但隨著近紅外LED的尺寸越來越小，功率越來越高， 近紅外LED將更多的應用於手持設備和便攜設備領域。
為了迎合該趨勢，包括 Lumileds和Osram Opto Semiconductors在內的供應商們，已經研發出了各自的產品如Lumileds LUXEON IR LED（圖5）和IR OSLON Black Series（圖6）。
圖5 Lumileds LUXEON IR LED
圖6 Osram Opto Semiconductors IR OSLON Black Series LEDs
像Osram這樣的公司是如何生產高功率NIR發光二極體(NIR LEDs)的呢？其中的秘密之一就是通過熒光粉轉換。LED會將大部分光能輸入在可見光譜範圍之內，比如說藍光。當這些可見光撞擊到LED等上的熒光粉時，就會產生冷光，這就改變了光的波長。通過精心的設計和程序控制，各種近紅外波長光就產生了，包括波長在850nm-940nm範圍內的。燈罩進一步的決定了光的發射位置的方位。近紅外光譜的帶寬及性能可以通過在系統設計中使用一個以上的波長來得到改善。
結論
LED燈讓生活更加美好，它的潛在優勢促使設計師們設計出大量產品來滿足人們的需求。紫外線燈涵蓋了藍色光以外的三個波長區域，其中的長波紫外線使能夠在固化、噴墨印刷以及科學儀器消毒方面發揮作用。在波譜的另外一端，紅外線燈覆蓋了五個波長區域，近紅外光譜有著完美應用。
從白熾光到LED的轉變顛覆了照明世界，LED照明以更快的速度向前發展。其中很多照明應用來源於七色光的邊緣之外，LED燈把紫外線和近紅外線融入了設計，人類肉眼雖然無法看到這些光，但它卻幫我們看到了七彩光以外的世界。
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